(57)【要約】      （修正有）【課題】塗工方向とその方向に垂直な幅方向との間に焼成収縮差を有するグリーンシートを用いても、高寸法精度のセラミック配線基板とその製法を提供する。【解決手段】少なくともセラミック粒子を含有してなる複数の絶縁層を積層した絶縁基板３と、該絶縁基板３の、少なくとも表面に導体層５を具備してなるセラミック配線基板であって、各絶縁層の異方性粒子９が略一方向に配向してなるとともに、配向方向が交差する絶縁層が混在したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層を積層した絶縁基板と、該絶縁基板の、少なくとも表面に導体層を具備してなる配線基板であって、前記絶縁層が長径、短径を有する異方性粒子を含有してなり、各絶縁層の異方性粒子が略一方向に配向してなるとともに、配向方向が交差する絶縁層が混在したものであることを特徴とするセラミック配線基板。
【請求項２】
配向方向が絶縁層毎に交互に交差したものであることを特徴とする請求項１に記載のセラミック配線基板。
【請求項３】
異方性粒子の、長径／短径比が１．５以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック配線基板。
【請求項４】
異方性粒子が一方向に配向した絶縁層をａ、該絶縁層ａの配向方向と直交する方向に配向した絶縁層をｂとしたときに、前記絶縁層ａの全厚みをｔａ、前記絶縁層ｂの全厚みをｔｂとしたとき、ｔａ／ｔｂ比が０．９〜１．１の関係を満足することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載のセラミック配線基板。
【請求項５】
異方性粒子がクォーツであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載のセラミック配線基板。
【請求項６】
絶縁層が結晶化ガラスを含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか記載のセラミック配線基板。
【請求項７】
導体層が銅、銀のうちいずれか１種を主成分とするものであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか記載のセラミック配線基板。
【請求項８】
複数のグリーンシートを積層したグリーン積層体の表面に導体パターンを形成し、焼成するセラミック配線基板の製法であって、前記グリーンシートが、長径、短径を有する異方性粉末を含有するとともに、その異方性粉末の配向方向が交差するように積層することを特徴とするセラミック配線基板の製法。
【請求項９】
異方性粉末の配向方向が各層交互に交差するようにグリーンシートを積層することを特徴とする請求項８に記載のセラミック配線基板の製法。
【請求項１０】
異方性粉末の、長径／短径比が１．５以上であることを特徴とする請求項８または９に記載のセラミック配線基板の製法。
【請求項１１】
異方性粉末が一方向に配向したグリーンシートをａｇ、該グリーンシートａｇの配向方向と直交する方向に配列した異方性粉末を有するグリーンシートをｂｇとしたときに、前記グリーンシートａｇの全厚みをｔａｇ、前記グリーンシートｂｇの全厚みをｔｂｇとしたとき、ｔａｇ／ｔｂｇ比が０．９〜１．１の関係を満足することを特徴とする請求項８乃至１０のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製法。
【請求項１２】
グリーンシートが結晶化ガラスを含むことを特徴とする請求項８乃至１１のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製法。
【請求項１３】
異方性粉末がクォーツであることを特徴とする請求項８乃至１２のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製法。
【請求項１４】
導体パターンが銅、銀のうちいずれか１種を主成分とするものであることを特徴とする請求項８乃至１３のうちいずれか記載のセラミック配線基板の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック配線基板およびその製法に関し、特に、長径、短径を有する異方性粒子を含む絶縁層を具備してなるセラミック配線基板およびその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線基板は、絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層などの導体層が配設された構造からなる。この配線基板を用いた代表的な例として、半導体素子、特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パッケージがある。
【０００３】
このような半導体素子収納用パッケージは、一般にアルミナセラミックス等の電気絶縁材料を用い、その絶縁基板の表面および内部に、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属粉末から成る複数個のメタライズ配線層を形成することにより作製されており、最近では、前記アルミナセラミックス等に代えて、導体層をＣｕ、Ａｇなどの低抵抗金属を用いることができる１０００℃前後で焼成可能なガラスセラミックスなどの焼結体からなる絶縁材料が提案されている。
【０００４】
このようなガラスセラミックスからなる絶縁基板の製造方法としては、粉砕して粒度調整したガラスセラミックス原料粉末に、有機バインダと溶剤とを添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に成形し、得られたグリーンシートにビアホール導体や配線パターンを形成し、次いで、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、ガラスセラミックスが緻密化しかつ導体層が溶融しないような所定の温度で焼成することにより作製されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特願２００２−１６７２７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の製法により作製したグリーンシートでは、成形の方向とその方向に垂直な幅方向との焼成収縮差があることが知られているが、このようなグリーンシートを、例えば、同一方向に揃えた状態で積層を行いセラミック配線基板を作製すると、グリーンシートの焼成収縮差のために、要求される寸法公差を満足できないという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、塗工方向とその方向に垂直な幅方向との間に焼成収縮差を有するグリーンシートを用いても、高寸法精度のセラミック配線基板とその製法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセラミック配線基板は、複数の絶縁層を積層した絶縁基板と、該絶縁基板の、少なくとも表面に導体層を具備してなる配線基板であって、前記絶縁層が長径、短径を有する異方性粒子を含有してなり、各絶縁層の異方性粒子が略一方向に配向してなるとともに、配向方向が交差する絶縁層が混在したものであることを特徴とする。
【０００８】
そして、上記セラミック配線基板では、配向方向が絶縁層毎に交互に交差したものであること、異方性粒子の、長径／短径比が１．５以上であること、異方性粒子が一方向に配向した絶縁層をａ、該絶縁層ａの配向方向と直交する方向に配向した絶縁層をｂとしたときに、前記絶縁層ａの全厚みをｔａ、前記絶縁層ｂの全厚みをｔｂとしたとき、ｔａ／ｔｂ比が０．９〜１．１の関係を満足すること、異方性粒子がクォーツであること、絶縁層が結晶化ガラスを含むこと、導体層が銅、銀のうちいずれか１種を主成分とするものであることが望ましい。
【０００９】
また、本発明のセラミック配線基板の製法は、複数のグリーンシートを積層したグリーン積層体の表面に導体パターンを形成し、焼成するセラミック配線基板の製法であって、前記グリーンシートが、長径、短径を有する異方性粉末を含有するとともに、その異方性粉末の配向方向が交差するように積層することを特徴とする。
【００１０】
そして、上記セラミック配線基板の製法では、異方性粉末の配向方向が各層交互に交差するようにグリーンシートを積層すること、異方性粉末の、長径／短径比が１．５以上であること、異方性粉末が一方向に配向したグリーンシートをａｇ、該グリーンシートａｇの配向方向と直交する方向に配列した異方性粉末を有するグリーンシートをｂｇとしたときに、前記グリーンシートａｇの全厚みをｔａｇ、前記グリーンシートｂｇの全厚みをｔｂｇとしたとき、ｔａｇ／ｔｂｇ比が０．９〜１．１の関係を満足すること、グリーンシートが結晶化ガラスを含むこと、異方性粉末がクォーツであること、導体パターンが銅、銀のうちいずれか１種を主成分とするものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、グリーンシートが長径、短径を有する異方性粉末を含有し、塗工方向とその方向に垂直な幅方向との間で焼成収縮差を有する場合であっても、前記グリーンシートを、その異方性粉末の配向方向が交差するように積層することにより、各層のグリーンシートが相互に焼成収縮を拘束し合うために、焼成後に得られる絶縁層は、長径、短径を有する異方性粒子の配向方向が混在したものとなり、結果として、高い寸法公差のセラミック配線基板を得ることができる。特に、異方性粉末の配向方向が各層交互に交差するようにグリーンシートを積層することにより、各層間のグリーンシートの拘束性をさらに高めることができる。
【００１２】
また、異方性粉末の長径／短径比が１．５以上である場合に本発明の積層方法が効果的であり、さらには、異方性粉末の長径が一方向を向いているグリーンシートをａｇ、該グリーンシートａｇに含まれる前記異方性粉末と直交する方向に配列した異方性粉末を有するグリーンシートをｂｇとしたときに、前記グリーンシートａｇの全厚みをｔａｇ、前記グリーンシートｂｇの全厚みをｔｂｇとしたとき、ｔａｇ／ｔｂｇ比が０．９〜１．１の関係を満足するように積層することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の内容を、実施例に示す添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のセラミック配線基板の概略断面図である。本発明のセラミック配線基板は、複数の絶縁層１を積層して構成した絶縁基板３の表面および内部に導体層５およびビアホール導体７が形成されている。図２は、絶縁層中の異方性粒子を示す模式図である。図１中の９は図２の異方性粒子を示す。
【００１４】
本発明の絶縁層１はセラミック粒子とその粒界相にガラス相１１もしくはガラス結晶相１３とから構成されるものであるが、本発明では、絶縁層１を構成するセラミック粒子が長径Ｌ、短径Ｓを有する異方性粒子９であり、各絶縁層１の異方性粒子９が略一方向に配向してなるとともに、配向方向が交差する絶縁層１が混在したものであることが重要である。特に、その異方性粒子９の配向方向が絶縁層１ごとに交互に交差したものであれば、絶縁層１を各層ごとに拘束でき、これにより寸法公差をさらに高めることができる。また、本発明の異方性粒子９の長径Ｌ／短径Ｓ比は１．５以上であること、異方性粒子９が一方向に配向した絶縁層をａ、該絶縁層ａの配向方向と直交する方向に配向した絶縁層をｂとしたときに、前記絶縁層ａの全厚みをｔａ、前記絶縁層ｂの全厚みをｔｂとしたとき、ｔａ／ｔｂ比が０．９〜１．１の関係を満足すること、異方性粒子９がクォーツであること、絶縁層１が結晶化ガラスを含むこと、導体層５およびビアホール導体７が銅、銀のうちいずれか１種を主成分とするものであることがより望ましい。
【００１５】
次に、本発明のセラミック配線基板の製法について図３の工程図をもとに説明する。本発明のセラミック配線基板は、（ａ）まず、セラミック粉末とガラス粉末とを混合し、この混合物に有機バインダおよび溶剤を添加してスラリを調製し、このスラリを、例えば、ドクターブレード法や圧延法などのシート成形法を用いてグリーンシート３１を形成する。
【００１６】
ここで、用いるセラミック粉末は、長径および短径を有する異方性粉末であることを特徴とするものであり、その異方性粉末の、長径／短径比が１．５以上であること、異方性粉末が一方向に配向したグリーンシートをａｇ、該グリーンシートａｇの配向方向と直交する方向に配列した異方性粉末を有するグリーンシートをｂｇとしたときに、前記グリーンシートａｇの全厚みをｔａｇ、前記グリーンシートｂｇの全厚みをｔｂｇとしたとき、ｔａｇ／ｔｂｇ比が０．９〜１．１の関係を満足することが望ましい。
【００１７】
また、この異方性粉末の長径の平均粒径は、異方性粉末の形状異方性を顕著なものにするという理由から２μｍ以上が好ましい。異方性粉末としては、Ａｌ２Ｏ３、クオーツ（ＳｉＯ２）、ムライト、フォルステライト、ペタライト、ネフェリン、リチウムシリケート、カーネギアナイト、ガーナイト、ジルコニアなどから選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。ガラス粉末としては、硼珪酸ガラス、硼珪酸亜鉛系ガラス、リチウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラスなどから選ばれる少なくとも１種のガラス粉末が好ましい。
【００１８】
（ｂ）、（ｃ）次に、上記グリーンシート３１に導体ペーストを用いてビアホール導体３３および導体パターン３５を形成する。この場合のビアホール導体３３および導体パターン３５は、例えば、予め設定した積層時のグリーンシート３１の塗工方向の向きに応じてパターン配置するように形成される。
【００１９】
図４（ａ）、（ｂ）は、各層の導体パターンの配置を示す模式図である。図に付した矢印がグリーンシート３１の塗工方向である。この方向に異方性粒子９が配向している。例えば、２枚のグリーンシート３１を上下同じパターン配置で相互に垂直方向に積層する場合、（ａ）に示すように、下層側のグリーンシート３１に形成する導体パターン３５の指定箇所ア、イ、ウ、エを（ａ）図のように形成した場合、その上方側に積層するグリーンシート３１に形成する導体パターン３５は、（ｂ）に示すように、（ａ）図とは垂直な方向に向くように導体パターン３５を形成する。
【００２０】
（ｄ）次に、上記のように設定した方向になるように形成した導体パターン３５を所定の向きおよび順序になるように積層して積層体３７を形成する。即ち、本発明のセラミック配線基板の製法では、グリーンシート３１が、長径、短径を有する異方性粉末を含有するとともに、その異方性粉末の配向方向が交差するように積層されることを特徴とするものであり、特に、異方性粉末の配向方向が交互に交差するように積層することが望ましい。
【００２１】
次に、この積層体３７を１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で脱脂した後、同雰囲気中、８５０℃〜１０５０℃の温度範囲で焼成する。配線導体としてＡｇを用いる場合には酸化性雰囲気中で行われる。
【００２２】
尚、本発明のセラミック配線基板の製法においては、グリーンシート３１に含まれるセラミック粉末の形状は焼成後においても維持されることが望ましい。
【実施例】
【００２３】
結晶性ガラスとして、（１）質量比率で４３％ＳｉＯ２−８％Ｂ２Ｏ３−５％ＣａＯ−７％Ａｌ２Ｏ３−３７％ＢａＯ−１％以下ＳｒＯ（屈伏点７００℃）の組成のガラス粉末を準備し、このガラス粉末に対してフィラー成分として、長径の平均粒径が５μｍのクォーツ（ＳｉＯ２）を用い、ガラス粉末とクオーツを質量比で５０：５０として調合した。この混合物に有機バインダとしてアクリル系樹脂を、溶媒としてトルエンを用いてスラリを調製し、ドクターブレード法により厚さ５０、１００μｍのグリーンシートを作製した。
【００２４】
次に、導体ペーストは、金属成分として銅粉末を用い、これに共材としてガラス粉末を添加し、この混合物に有機バインダおよび有機溶剤を添加し調製した。
【００２５】
かくして得られた導体ペーストを用いて前記グリーンシート上に導体パターンを形成した。導体パターンは、焼成後の形状が１００μｍφパッド、パッドピッチ３００μｍを１５ｍｍ角の部分に配列したパターンとなるようにスクリーン印刷し、その下部にグリーンシート９枚をそれぞれ表１に示すように加圧積層したものをサンプルとして用いた。表１では、その番号（１〜１０）は積層体の上方側からの層番号とし、層番号１に導体パターンを形成した。また、グリーンシートを積層する方向は、塗工方向と、その塗工方向に対して垂直な方向を垂直方向として表した。反りは５０μｍ/１０ｍｍ□以下を良品とした。また、３０倍の顕微鏡にてパッドピッチを測定し、Ｘ，Ｙ方向を併せた寸法公差が１．０％以内を良品とした。
【表１】
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表１の結果から明らかなように、異方性粒子の配向方向が交差する絶縁層が混在した試料Ｎｏ．３〜１０では、寸法公差が１．３％以下と高い寸法公差が小さかった。特に、各層交互に積層して構成した試料Ｎｏ．３〜８では、０．９％以下であった。一方、グリーンシートの塗工方向が同一方向になるように積層した試料Ｎｏ．１、２では、焼成収縮率の異方性が残り、寸法公差が２．２％以上であった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のセラミック配線基板の概略断面図である。
【図２】絶縁層中の異方性粒子を示す模式図である。
【図３】本発明のセラミック配線基板を製造するための工程図である。
【図４】グリーンシートの上に形成した導体パターンを示す模式図であり、（ａ）は塗工方向、（ｂ）は（ａ）に対して垂直方向のパターンをしめす。
【符号の説明】
【００２７】
１  絶縁層
３  絶縁基板
５  導体層
９  異方性粒子
３１  グリーンシート
３３  ビアホール導体
３５  導体パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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