(57)【要約】セラミック基材の貫通孔に金属ペーストを供給し、加熱によって金属多孔体を生成させる。金属多孔体の主面にガラスペーストを塗布すると共に金属多孔体の開気孔中にガラスペーストを含浸させる。加熱によってガラスペーストを硬化させることで、金属多孔体の主面上にガラス層を形成し、かつ開気孔に含浸したガラスペーストをガラス相とする。ガラス層を除去することで、セラミック基板１Ａと、貫通孔２Ａ内に設けられた貫通導体１１とを備える接続基板１０を得る。貫通導体１１が、金属多孔体とガラス相を備える。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の主面と第二の主面とを有しており、貫通孔が設けられているセラミック基材の前記貫通孔に金属ペーストを供給し、加熱によって金属多孔体を生成させる工程；
前記金属多孔体の主面にガラスペーストを塗布すると共に前記金属多孔体の開気孔中に前記ガラスペーストを含浸させる工程；
加熱によって前記ガラスペーストを硬化させることで、前記金属多孔体の前記主面上にガラス層を形成し、かつ前記開気孔に含浸した前記ガラスペーストをガラス相とする工程；および
前記ガラス層を除去することで、セラミック基板と、前記貫通孔内に設けられた貫通導体とを備える接続基板を得る工程
を有しており、前記貫通導体が、前記金属多孔体と前記ガラス相を備えることを特徴とする、接続基板の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス層を除去する工程において、研磨加工によって前記ガラス層を除去すると共に前記セラミック基板の前記第一の主面を研磨面とすることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記セラミック基板の厚さが２５〜１５０μｍであり、前記貫通孔の径が２０μｍ〜７０μｍであることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビア導体などの貫通導体が貫通孔内に形成された電気的接続基板を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷフィルター等の電子デバイスを実装するための基板として、セラミック等の絶縁基板に貫通穴を設け、その穴を導体で埋め、貫通電極とする構造の基板（ビア基板）が用いられている。近年は携帯電話に代表される通信機器の小型化に伴い、使用される電子デバイスにも小型化、低背化が求められており、その構成要素であるビア基板についても同様に薄板化が求められている。【０００３】
また、小型化のため、基板表面の配線も微細化する必要があるため、貫通電極径の小径化、およびその位置の高精度化が求められる。更に、これらの微細配線はフォトリソグラフィーやめっきにより形成されることから、レジスト塗布工程やめっき工程での薬液の浸入による不具合を防止するため、貫通電極が緻密で水密性が高いことが特に求められている。【０００４】
貫通電極の緻密化については各種の解決策が提示されているが、いずれも比較的厚い基板と大径の貫通電極を対象としたものであり、薄板および小径の貫通電極を用いる場合は所望の結果が得られない。【０００５】
例えば、特許文献1では、ポーラス（多孔質）な貫通電極の表面に導電保護膜を形成することで、レジスト液の浸入を防止する方法が開示されている。しかし、絶縁性基板が薄いと、貫通電極の通気性が高くなるため、導電保護膜の強度が不足し、保護膜として機能しない。また、セラミックスと金属の間が熱膨張差により剥離しやすい。【０００６】
特許文献２では、貫通電極として多孔質の第1導電体を形成した後、その空隙を第2導電体で埋める方法が開示されている。しかし、セラミック基板を用いる場合、導電材である金属とセラミックスとの熱膨張差により、基板を薄板化した際にクラックや基板の反りが発生しやすい。【０００７】
特許文献４では、セラミック基板の貫通孔に、活性金属を含む金属を充填することで、セラミック基板と貫通電極の間に活性金属層を形成し、緻密化する方法が開示されている。しかし、上述したようなセラミックスと金属との熱膨張差によるクラック発生といった問題に加え、活性金属を含む金属ロウは粘度が非常に高いため、貫通電極径が小さいと、うまく充填できない。【０００８】
特許文献４では、貫通電極を形成する際、膨張材を含む導体ペーストを用いる方法が開示されている。しかし、膨張材のみで全ての空洞を埋めることは難しく、特に薄板化した場合は貫通電極の緻密性が得られない。【０００９】
特許文献５では、粒状導電物質をセラミック基板の貫通孔内にそれぞれ配置した後、ガラスペーストを充填する方法が開示されている。しかし、セラミックスと球状導電物質の熱膨張差に起因するクラックや反りが発生しやすい。更に、貫通孔が小さくなると、球状導電物質の配置が困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許4154913
【特許文献２】特開2013-165265
【特許文献３】特開2015-65442
【特許文献４】特開H09-46013
【特許文献５】特開2015-119165
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、セラミック基板と、貫通孔内に設けられた貫通導体とを備える接続基板を製造するのに際して、貫通孔の水密性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第一の主面と第二の主面とを有しており、貫通孔が設けられているセラミック基材の前記貫通孔に金属ペーストを供給し、加熱によって金属多孔体を生成させる工程；
前記金属多孔体の主面にガラスペーストを塗布すると共に前記金属多孔体の開気孔中に前記ガラスペーストを含浸させる工程；
加熱によって前記ガラスペーストを硬化させることで、前記金属多孔体の主面上にガラス層を形成し、かつ前記開気孔に含浸した前記ガラスペーストをガラス相とする工程；および
前記ガラス層を除去することで、セラミック基板と、前記貫通孔内に設けられた貫通導体とを備える接続基板を得る工程
を有しており、前記貫通導体が、前記金属多孔体と前記ガラス相を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属多孔体の主面上にガラスペーストを塗布してガラスペーストを金属多孔体の開気孔に含浸させ、焼き付ける。そしてセラミック基材の第一の主面側に残ったガラス層を除去することで、貫通導体を第一の主面側に露出させている。【００１４】
ゆえに、本発明では、セラミック基板の貫通孔内の貫通導体が、金属多孔体とガラス相とからなっているので、貫通導体とセラミックスとの熱膨張差が緩和され、クラックや反りが発生しにくい。その上で、第一の主面側から金属多孔体の開気孔内にガラスペーストを充填し、焼き付けてガラス相を生成させているので、セラミック基板の第一の主面側でガラス相によって水密性が確保され、接続基板全体としての水密性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、貫通孔２が配列されたセラミック基材１を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、セラミックス基材１の横断面図である。
【図２】（ａ）は、セラミック基材１の貫通孔に金属ペースト３を充填した状態を示し、（ｂ）は、金属ペースト３を焼き付けて金属多孔体４を形成した状態を示し、（ｃ）は、セラミック基材１の第一の主面１ａ上にガラス層９を形成した状態を示し、（ｄ）は、ガラス層９を除去した状態を示す。
【図３】（ａ）は、貫通孔２Ａ中に貫通導体１１が形成された接続基板１０を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、接続基板１０の横断面図である。
【図４】貫通孔内に生成した金属多孔体４の構造を示す模式図である。
【図５】金属多孔体４の開気孔１６Ａに含浸したガラス相１９およびセラミック基板１の第一の主面１ａ上に形成されたガラス層１８を示す模式図である。
【図６】ガラス層を除去した後の貫通導体１１の構造を示す模式図である。
【図７】本発明例の貫通導体の写真である。
【図８】水密性試験の方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１に示すように、セラミック基材１には一方の主面１ａと他方の主面１ｂとが設けられており、主面１ａと１ｂとの間を貫通する貫通孔２が多数形成されている。貫通孔２には、第一の主面１ａ側の開口２ａと、第二の主面１ｂ側の開口２ｂとがある。
【００１７】
次いで、図２（ａ）に示すように、セラミック基材１の開口２内に金属ペースト３を充填する。そして、金属ペースト３を加熱することによって、金属ペーストを焼き付け、図２（ｂ）に示すように、貫通孔２内に金属多孔体４を生じさせる。５は、金属多孔体４の第一の主面であり、６は、金属多孔体４の第二の主面である。
【００１８】
次いで、セラミック基材１の第一の主面１ａ上にガラスペーストを塗布し、ガラスペースト層を形成する。これとともに、金属多孔体４の第一の主面５上に塗布されたガラスペーストが、金属多孔体４内の開気孔に含浸される。この状態で、ガラスペーストを加熱して焼き付けることにより硬化させる。これにより、図２（ｃ）に示すように、セラミック基材１の第一の主面１ａ上にガラス層９が形成される。同時に、金属多孔体の開気孔内に含浸したガラスペーストが硬化し、ガラス相を生成し、これによって貫通孔内に貫通導体７を生成する。なお、８は、貫通導体８の第一の主面である。
【００１９】
次いで、ガラス層９を除去することによって、セラミック基材の第一の主面側に貫通導体を露出させ、接続基板とする。この際、好ましくは、セラミック基材１の第一の主面１ａを更に研磨し、図２（ｄ）に示すように、研磨面１ｃを形成し、接続基板１０を得る。
【００２０】
図２（ｄ）および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、接続基板１０のセラミック基板１Ａでは、各貫通孔２Ａ内に貫通導体１１が充填されている。１１ａは貫通導体１１の第一の主面であり、１１ｂは貫通導体１１の第二の主面である。
【００２１】
以下、本発明の製法の特徴を更に述べる。
図２（ｂ）に示すように、金属ペーストを焼き付けることによって、貫通孔２中に金属多孔体４を形成する。ここで、本例では、金属多孔体４は、セラミック基材１の第一の主面１ａから第二の主面１ｂへと延びている。５は金属多孔体の第一の主面であり、６は他方の主面である。
【００２２】
図４に示すように、金属多孔体４は、金属マトリックス（母体）２０と気孔１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄからなる。ただし、金属ペースト中にガラス成分を添加した場合には、気孔の一部がガラス相１７によって充填される。マトリックス中に生ずる気孔には、第一の主面５に開口する開気孔１６Ａ、１６Ｄ、第二の主面６に開口する開気孔１６Ｂ、および開口５、６に対して開口していない閉気孔１６Ｃがある。なお、開気孔１６Ａは、図４の横断面において第一の主面５に対して開口している。これに対して、開気孔１６Ｄは、図４の横断面においては第一の主面５に開口していないが、横断面に現れていないルートで第一の主面５に開口しているので、開気孔１６Ａと１６Ｄとを区別している。
【００２３】
図４の状態では、開気孔１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｄ、閉気孔１６Ｃともに、一部分はガラス相１７によって充填され、一部分は空隙のまま残留している。
【００２４】
ここで、セラミック基板について水密性試験を行うと、第一の主面１ａから第二の主面１ｂへと向かって漏水が観測されることがあった。この理由であるが、第一の主面５に開口する開気孔１６Ａ、１６Ｄと、第二の主面６に開口する開気孔１６Ｂとが、一部で連通していたものと推定された。
【００２５】
そこで、本発明者は、前述したように、第一の主面１ａ側にガラスペーストを塗布してガラス層を形成すると共に、ガラスペーストの一部を開気孔１６Ａ、１６Ｄに第一の主面５側から含浸させることを想到した。
【００２６】
この結果として、図５に示すように、第一の主面５に開口する開気孔１６Ａ、１６Ｄ中に第一の主面側からガラスペーストが含浸される。この状態でガラスペーストを焼き付けることによって、第一の主面１ａ上にガラス層１８が形成され、同時に開気孔１６Ａ、１６Ｄ中にガラス相１９が形成される。一部の開気孔では、金属多孔体中にもともと存在していたガラス相１７と、ガラスペーストの含浸および焼き付けによって生成したガラス相１９とが混在する場合もあり得る。
【００２７】
ここで、ガラスペーストを第一の主面側から金属多孔体の開気孔に含浸させることで、開気孔のうち少なくとも第一の主面側はガラス相１９によって閉塞される。この結果、第一の主面５から第二の主面６に向かって連通するような開気孔は残留しないため、水密性が著しく改善される。
【００２８】
ただし、図５の状態では金属多孔体がガラス層１８によって蓋をされているため、貫通導体７によってセラミック基材１の両側を電気的に導通させることができない。そこで、本発明では、不要になったガラス層１８を除去し、図６に示す状態とし、貫通導体を第一の主面側に露出させる。この際、セラミック基材の第一の主面を研磨加工することで、研磨面を形成すると、貫通導体の露出をいっそう確実にし、その露出面を平坦化できるので好ましい。
【００２９】
この状態では、図６に示すように、セラミック基板１Ａに研磨面１ｃが形成されており、セラミック基板１Ａの厚さは研磨前より小さくなっている。そして、貫通孔２Ａ内には貫通導体１１が形成されている。この状態でも、開気孔のうち少なくとも第一の主面側１１ａはガラス相１９によって閉塞される。この結果、第一の主面１１ａから第二の主面１１ｂに向かって連通するような開気孔は残留しないため、水密性が著しく改善される。
【００３０】
以下、本発明の構成要素について更に述べる。
好適な実施形態においては、セラミック基板の厚さが２５〜１５０μｍであり、貫通孔の径Ｗが２０μｍ〜７０μｍである。本発明は、このような小型で薄い接続基板に対して特に有用である。
【００３１】
セラミック基板に形成する貫通孔の径Ｗは、成形しやすさの観点からは、２５μｍ以上が更に好ましい。隣接する貫通孔２の間隔Ｄ（最も近接する貫通孔間の距離）は、破損やクラックを抑制するという観点からは、５０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上が更に好ましい。また、隣接する貫通孔２の間隔Ｄは、貫通孔の密度を向上させるという観点からは、１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下が更に好ましい。
【００３２】
セラミック基板に貫通孔を形成する方法は、特に限定されない。例えば、セラミック基板のグリーンシートにピンやレーザー加工によって貫通孔を形成することができる。あるいは、セラミックスからなるブランク基板を製造した後に、ブランク基板にレーザー加工によって貫通孔を形成することもできる。
【００３３】
セラミック基板を構成するセラミックスとしては、Al2O3、AlN、ZrO2、Si、Si3N4、SiCを例示できる。
【００３４】
本発明では、貫通孔に金属ペーストを供給し、加熱によって金属多孔体を生成させる。こうした金属ペーストを構成する主成分である金属としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、またはこれらの混合物を例示できる。また、金属に対してガラス成分を混合してペースト化することが好ましい。こうしたガラス成分としてはSiO2、Al2O3、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化錫、酸化テルル、アルカリ金属酸化物、フッ素が例示できる。
【００３５】
金属ペーストの焼き付け温度は、ペーストの種類によって適宜選択するが、例えば５００〜９００℃とすることができる。
【００３６】
次いで、金属多孔体の第一の主面にガラスペーストを塗布すると共に金属多孔体の開気孔中にガラスペーストを含浸させる。この際には、セラミック基材の第一の主面の全体にわたってガラスペーストを塗布することができる。あるいは、スクリーン印刷法などによって、金属多孔体の第一の主面上にのみガラスペーストを塗布し、その他のセラミックス表面にはガラスペーストを塗布しないようにすることもできる。
【００３７】
次いで、加熱によってガラスペーストを硬化させることで、金属多孔体の主面上にガラス層を形成し、かつ開気孔に含浸したガラスペーストをガラス相とする。ガラスペーストの焼き付け温度は、ペーストの種類によって適宜選択するが、例えば５００〜９００℃とすることができる。
【００３８】
次いで、少なくとも金属多孔体上にあるガラス層を除去することで、セラミック基板と、貫通孔内に設けられた貫通導体とを備える接続基板を得る。この状態では、少なくともガラス層を除去して貫通導体を露出させれば足りるが、好ましくはセラミック基材の第一の主面も研磨する。そして、セラミック基板の各主面１１ａ、１１ｂには、所定の配線やパッドなどを形成する。また、セラミック基板は、一体の中継基板とする。
【００３９】
セラミック基材は精密研磨加工することが好ましい。こうした精密研磨加工としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工が一般的であり。これに使われる研磨スラリーとして、アルカリまたは中性の溶液に３０ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を持つ砥粒を分散させたものが使われる。砥粒材質としては、シリカ、アルミナ、ダイヤ、ジルコニア、セリアを例示でき、これらを単独または組み合わせて使用する。また、研磨パッドには、硬質ウレタンパッド、不織布パッド、スエードパッドを例示できる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
図１〜図６を参照しつつ説明したようにして接続基板を作製した。
具体的には、まず以下の成分を混合したスラリーを調製した。
（原料粉末）
・比表面積３．５〜４．５ｍ２／ｇ、平均一次粒子径０．３５〜０．４５μｍのα−アルミナ粉末（アルミナ純度９９．９９％）
１００質量部
・ＭｇＯ（マグネシア）                     ２５０ｐｐｐｍ
・ＺｒＯ２（ジルコニア）                    ４００ｐｐｍ
・Ｙ２Ｏ３（イットリア）                    １５ｐｐｍ
（分散媒）
・２-エチルヘキサノール                   ４５重量部
（結合剤）
・ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）樹脂                      ４重量部
（分散剤）
・高分子界面活性剤                       ３重量部
（可塑剤）
・ＤＯＰ                                  ０．１重量部【００４１】
このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、焼成後の厚さに換算して２５０μｍとなるようテープ状に成形し、焼成後の大きさに換算して、直径φ１００ｍｍとなるように切断した。得られた粉末成形体を、大気中１２４０℃で仮焼（予備焼成）の後、基板をモリブデン製の板に載せ、水素３：窒素１の雰囲気中で１３００℃から１５５０℃での昇温速度を５０℃/ｈとして、１５５０℃で２．５時間保持し、焼成を行い、ブランク基板を得た。【００４２】
このブランク基板を以下の条件でレーザー加工することによって、以下の寸法の貫通孔を形成した。
ＣＯ２レーザー：波長     10.6μm    
パルス：１０００Hz- On time   12μs
レーザーマスク径：      0.9  ｍｍ
ショット回数：  35回
貫通孔径Ｗ：            0.65ｍｍ
貫通孔の間隔Ｄ：        0.3ｍｍ
貫通孔の数  ：          40000個／枚【００４３】
次いで、レーザー加工の際、基板表面に付着した溶融物（ドロス）をグラインダーによる研削で除去した後、大気中１３００℃で５時間アニール処理を行い、厚さ１８０μｍのセラミック基材を得た。【００４４】
次に、印刷による貫通孔へのＡｇペースト埋め込みを行った。Ａｇペーストには１０％以下のガラス成分が含まれる。その後、７５０℃にて焼成を行い、貫通孔中に金属多孔体を形成した。次いで、低融点ホウケイ酸ガラスペーストをセラミック基材の第一の主面上に印刷し、６７０℃にてガラスペーストの溶融を実施した。【００４５】
次いで、表面に残留したガラス層を研磨加工により除去し、接続基板を得た。具体的には、基板をアルミナプレートに貼り付けた状態でグラインダーによる研削を行った後、ダイヤモンドスラリーによるラップ加工を両面に実施した。ダイヤモンドの粒径は３μｍとした。最後にＳｉＯ２砥粒とダイヤモンド砥粒によるＣＭＰ加工を実施した。その後、基板をアルミナプレートから剥がし、反対側の主面に同様の加工をした後、洗浄を実施し、接続基板を得た。
得られた貫通導体の拡大写真を図７に示す。【００４６】
また、得られた接続基板のセラミック基板には、クラックや反りは見られなかった。【００４７】
得られた接続基板の貫通導体の水密性を，図８を参照しつつ説明する方法で確認した。
すなわち、台座２２に多孔体板２１を固定し、台座２２上に無塵紙２３を載置し、その上にセラミック基板のサンプル２４を設置した。セラミック基板２４の貫通孔上に水２６を滴下し、矢印Ａのように吸引した。そして、無塵紙に水分の付着が見られるかどうかを確認した。【００４８】
この結果、１枚のセラミック基板に設けられた貫通導体４００００個に対して、液漏れの見られた貫通導体は１個であった。【００４９】
（比較例１）
実施例１と同じセラミック基材の各貫通孔にＡｇペースト埋め込みを行った。使用したＡｇペーストは実施例と同じである。その後、７５０℃にて焼成を行い、貫通孔中に金属多孔体を形成した。【００５０】
次いで、ガラスペーストをセラミック基材の第一の主面上に印刷する工程を実施することなしに、セラミック基材の両方の主面を精密研磨加工し、接続基板を得た。【００５１】
次いで、実施例１と同様にして水密性試験を行った。この結果、１枚のセラミック基板に設けられた貫通導体４００００個のほぼ全数について液漏れが見られた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2017154339.tif 000011
2017154339.tif 000012
2017154339.tif 000013
2017154339.tif 000014