(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の表面に該誘電体基板と同時焼成された配線層が形成されているとともに、該配線層の一部に金属体が接合してなる配線基板であって、前記誘電体基板がアルミナホウケイ酸系ガラスと無機フィラーとの複合材料からなり、前記誘電体基板に含まれるアルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量が２５質量％以下であり、前記アルミナホウケイ酸系ガラスは、屈伏点が７００〜８５０℃であり、当該アルミナホウケイ酸系ガラスからなるガラスマトリックスが、結晶化しておらず、かつ、前記誘電体基板の前記配線層が形成された表面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍであり、前記配線層に前記金属体がロウ付け接合されてなることを特徴とする金属体付配線基板。
【請求項２】
前記配線層の少なくとも一部が高周波用配線層であり、該高周波用配線層が、ストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナライン、接地導体付コプレーナラインおよびトリプレートラインから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載の金属体付配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属体を接合してなる金属体付配線基板に関し、特に、マイクロ波帯からミリ波帯領域の高周波信号に適した金属体付配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板、例えば、ＬＳＩやＩＣ等の半導体素子あるいはチップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗、フィルタ、カプラ等のディスクリート部品などの電子部品を搭載したり、あるいは基板内部や表面に種々の厚膜印刷素子を作りこんだ配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層配線基板が多用されている。この多層配線基板の多くは、ガラスセラミック複合材料や、アルミナ、ムライト、チタン酸バリウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などのセラミック材料からなる誘電体基板と、該誘電体基板の内部および／または表面に形成された、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等の金属導体を主としてなる配線層とを有してなり、必要に応じてその表面に電子部品が実装される。
例えば半導体素子を実装させた場合、近年の半導体集積回路の高密度化、高集積化に伴い、発生する熱の高熱化が顕著となっている。そのため、半導体素子を実装させた多層配線基板として、半導体素子が発生する熱を吸収させるためのヒートシンクの役割を主に担う金属体を、誘電体基板に形成された配線層の一部に接合させた金属体付配線基板が多く用いられている。さらに、該金属体付配線基板に実装された半導体素子をパッケージ収容させる場合には、金属体付配線基板上に形成される蓋体等によって気密に封止される。
【０００３】
さらに、最近、携帯電話をはじめとする無線通信には、電波資源拡大と伝送容量の高密度化を測るために、マイクロ波帯からミリ波帯の高周波帯が積極的に採用されるようになった。そのため、使用される無線通信機器用の部品として、高周波信号を取り扱うための多層配線基板に対する需要が爆発的に増大しつつある。
【０００４】
上記のような高周波用途に対応した各種電子部品を搭載した金属体付配線基板においては、高周波信号の伝送損失を極力抑えることが重要となる。そのためには、金属体付配線基板における配線層を形成する導体の抵抗率が低いことや、誘電体基板の高周波領域での誘電体損失が小さいこと等が要求される。
【０００５】
また、金属体付配線基板における配線層の一部を、例えばストリップラインやマイクロストリップラインといった高周波用配線層とする場合、高周波信号は、高周波用配線層をなす中心導体層と接地導体層との間に発生する磁界により伝送される。その際、高周波信号に対する所望の特性を得るためには、高周波用配線層が所定の寸法形状に形成されることが重要となる。さらに、外部から伝播される高周波帯の電磁波ノイズを遮蔽する目的より、シールドキャップ等のノイズ遮蔽用の金属体が、誘電体基板の表面に形成された配線層上に接合されたり、該シールドキャップの接合用端子としてのシールドリングが、金属体として、誘電体基板の表面に形成される。また、光ファイバー等の光導波路を接合する場合、該光導波路を接合するためのコネクタが、金属体として、金属体付配線基板の表面に形成される。
【０００６】
上記したヒートシンク、光導波路を接続するためのコネクタ、シールドリングといった機能を有する金属体が形成された金属体付配線基板においては、その金属体に対して、酸化防止のためにＮｉ／Ａｕメッキ等のメッキ処理が施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配線基板の表面に形成された金属体にＮｉ／Ａｕメッキ等のメッキ処理を施す際、メッキ処理液によって誘電体基板の表面が意図せずして侵食される。特に誘電体基板の表面の凹凸が大きい程、メッキ処理時に、メッキ処理液が誘電体基板の表面に入り込みやすくなる。その結果、誘電体基板の表面近傍が過度に侵食されると、誘電体基板の表面に形成された配線層と誘電体基板との密着信頼性が低下するばかりでなく、誘電体基板の表面の配線層に接合された金属体の接合信頼性が悪化する問題がある。特には、メッキ処理液に溶解しやすいアルカリ土類金属元素等の易溶解成分を多く含むガラスセラミック複合材料からなる誘電体基板において顕著な問題となる。
【０００８】
ガラスセラミック等よりなる誘電体基板の構成成分として、上記メッキ処理液に溶解しやすいアルカリ土類金属元素等が多く含有されていると、メッキ処理時に、金属体および配線層が形成されていない誘電体基板の表面近傍がエッチングされ、上記した誘電体基板表面での配線層との密着信頼性および、配線層に接合された金属体の接合信頼性がさらに悪化される問題を招いてしまう。
【０００９】
本発明は上記問題を考慮してなされたものである。すなわち、本発明は、メッキ処理液に溶解しやすいアルカリ土類金属元素等の易溶解成分を多く含むガラスセラミック等を構成成分とする誘電体基板を母体とし、該誘電体基板に形成される配線層の一部に接合される、ヒートシンク、シールドリング等の機能を担う金属体の接合信頼性を向上させた金属体付配線基板を提供することにあり、さらには、ストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナライン、接地導体付コプレーナラインおよびトリプレートラインから選ばれる少なくとも一種である高周波用配線層を配線層の一部に有する金属体付配線基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するための本発明の金属体付配線基板は、
誘電体基板の表面および／または内部に配線層が形成されているとともに、該配線層の一部に金属体が接合してなる配線基板であって、前記誘電体基板に含まれるアルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量が２５質量％以下であり、かつ、前記誘電体基板の表面における算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５〜１．５μｍであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の金属体付配線基板は、誘電体基板と、その表面および／または内部に形成された配線層と、該誘電体基板の表面に形成された配線層に銀ロウ等のロウ材により接合された、公知のヒートシンク、光導波路を接続するためのコネクタ、シールドキャップの接合端子であるシールドリングといった機能を持つ金属体等とを有するものである。尚、本発明の構成要件である金属体が接合されている一部の配線層は、これら金属体をロウ付けやシーム熔接等の接合手段によって接合するための配線層を言う。このような金属体を形成させた場合、通常、酸化防止のために、該金属体にはＮｉ／Ａｕメッキ等のメッキ処理が施される。このメッキ処理における、硫酸系、クエン酸系等の酸性のメッキ処理液が、金属体が形成された配線層近傍の誘電体基板の表層を侵食する際に、金属体を接合させた配線層下の誘電体基板をも侵食して、配線層と誘電体基板の隙間に入り込む場合がある。その結果、誘電体基板の表面における配線層と誘電体基板との密着信頼性が悪化することにより、配線層にロウ付けされた金属体の接合信頼性をも悪化させることとなる。
【００１２】
上記金属体をメッキ処理する際の、メッキ処理液が誘電体基板の表層近傍を侵食する不具合の発生は、誘電体基板を構成する成分に依存し、更には、誘電体基板表面における凹凸の大きさに依存する。該凹凸が大きいと、メッキ処理液が、配線層周辺の誘電体基板を侵食して、配線層の下に入り込む確率が大きくなる。そのため、メッキ処理液が誘電体基板を侵食する確率を低減させるには、誘電体基板の表面が、平均的に平滑化されていることが望ましい。該平滑化の度合いを算術的に表す手段としては、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）を挙げることができる。ヒートシンク等の比較的大きな接合面積を有する金属体の接合信頼性を評価するパラメータとしては、このように、誘電体基板表面の平均的な平滑化の度合いを示す算術平均粗さＲａを用いるのが適切だからである。
【００１３】
本発明の金属体付配線基板における誘電体基板の表面のＲａは、０．５〜１．５μｍとされる。該Ｒａが１．５μｍより大きくなると、金属体をメッキ処理する際に、誘電体基板の表面近傍が侵食されやすくなる。また、配線層の下にメッキ処理液が入り込んで侵食することで、金属体の接合によって応力歪が高められた配線層の接合信頼性に不具合が発生しやすくなる。他方、Ｒａが０．５μｍ未満であると、勿論、誘電体基板の表面近傍が、メッキ処理液にて侵食される不具合を一層抑制させることが可能ではあるが、逆に、該誘電体基板の表面に形成された配線層と、誘電体基板表面との接触面積が低下し、アンカー効果による物理的な密着力が低下することとなる。その結果、誘電体基板の表面に形成された配線層の一部に接合される金属体の接合信頼性をも低下することになる。これらの結果を考慮して、Ｒａは、０．５〜１．５μｍとすることが望ましい。また、好適には、Ｒａを０．８μｍ〜１．２μｍ、さらには、Ｒａを０．９〜１．１μｍとするのが好ましい。
【００１４】
本発明における誘電体基板の表面のＲａを、上記範囲とすることで、誘電体基板表面の配線層に接合された金属体の接合信頼性、および誘電体基板表面における配線層との密着性を向上させることが可能となる。その結果、金属体は、ヒートシンク、光導波路を接続するためのコネクタ、シールドリングといった機能を有効に果たすことができ、配線層においても、配線層が誘電体基板とともに侵食されることにより配線形状が崩れて所望の電気的特性が得られなくなるといった問題もなくなる。
【００１５】
上記したヒートシンク等の比較的接合面積の大きい金属体をメッキ処理する際において、メッキ処理液により誘電体基板の表面が侵食されて、金属体の接合信頼性が低下したり、配線層の形状が崩れて所望の電気的特性が得られなくなる確率は、その表面の平均的な平滑性（つまりはＲａ）に依存することを述べた。さらに、この誘電体基板の表面における耐食性の良否は、誘電体基板を構成する誘電体の組成成分にも依存する。ガラスセラミック等よりなる誘電体基板においては、該誘電体基板の誘電率等の誘電特性等を調整する目的や、誘電体基板と、誘電体基板の表面および／または内部に形成される配線層とを同時焼成する際の焼成温度を調整するなどの目的より、アルカリ土類金属元素が構成成分として含有される場合が多い。
【００１６】
しかしながら、該アルカリ土類金属元素の含有量が多くなると、上記した酸性のメッキ処理液により、アルカリ土類金属元素に起因した生成物が溶解しやすくなる。その結果、誘電体基板の表面が、メッキ処理液により侵食されやすくなる。そこで、本発明の金属体付配線基板の誘電体基板においては、含有されるアルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量を２５質量％以下とする。その結果、誘電体基板の表面の耐食性を向上させることができる。
【００１７】
上記アルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量の上限値は、上述したように、形成される誘電体基板の表面が、メッキ処理液により侵食される不具合が発生しやすくなる、という理由により、２５質量％である。一方、誘電体基板に含有されるアルカリ土類酸化物の酸化物換算での含有量の下限値は、アルカリ土類酸化物を除く誘電体基板の構成成分や、形成される誘電体基板における誘電率等の誘電特性の所望の設定値などにより、適宜調整されるものである。
【００１８】
上述のように、本発明の金属体付配線基板においては、その誘電体基板の表面の平均的な平滑性を示すパラメータ（Ｒａ）の数値範囲を規定し、かつ該誘電体基板の構成成分であるアルカリ土類金属元素の含有量を規定することにより、ヒートシンク、光導波路を接続するためのコネクタ、シールドリングといった機能を有する金属体の接合信頼性を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、上記した本発明における誘電体基板は、上記アルカリ土類酸化物を含むガラスセラミック成分と無機質成分とからなるガラスセラミック基板を特に念頭にしてなされたものであり、該誘電体基板は、アルカリ土類金属酸化物を含むガラス粉末と、無機質成分の無機フィラーとの混合粉末に有機バインダ等を混練させたスラリーをシート状に成形させたグリーンシートを焼成することにより形成される。また、該グリーンシートには、所定の配線パターンが公知の印刷法により形成されてなり、誘電体基板と、その表面および／または内部に形成される配線層とが同時焼成にて形成される。
【００２０】
次に、本発明における誘電体基板を構成する成分は、ガラスセラミック成分としてのアルミナホウケイ酸系ガラスと、無機質成分としての無機フィラーとの複合材料より構成されることを特徴とする。該複合材料を、誘電体基板におけるアルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量が２５質量％以下となるように組成配合することで、焼成される誘電体基板の表面における平均的な平滑性（Ｒａ）を得やすく、メッキ処理液による侵食性をさらに抑制させることができる。
【００２１】
特に、上記ガラスセラミック成分としてのアルミナホウケイ酸系ガラスにおいては、ガラス成分であるホウケイ酸系ガラスに対して、セラミック成分のアルミナを１０〜６０重量部添加させたものが、誘電体基板と配線層を同時焼成させる際の同時焼結性が良好で好ましい。その結果、さらに、焼成される誘電体基板の表面の平均的な平滑性を向上させることができる。
【００２２】
また、上記のような誘電体基板を構成するアルミナホウケイ酸系ガラスからなるガラスマトリックス中においては、焼成時にアルミナホウケイ酸系ガラスに起因したアルミナやクリストバライト等の結晶が析出することはないため、配線層と誘電体基板との同時焼結性を良好にすることができる。また、無機フィラーとして、石英、ガーナイト等に起因した結晶を含有させることにより、形成される誘電体基板における誘電率等の誘電特性の調整がなされる。
【００２３】
特に、高周波信号を取り扱う場合、誘電体基板の誘電率および誘電損失が低く、かつ、配線層の抵抗率が低いことが要求される。そこで、配線層を構成する金属としては、低抵抗率のＣｕやＡｇ等が好んで用いられている。しかし、ＣｕやＡｇは１０００℃程度の低融点であるので、該配線層と誘電体基板とを同時焼成する際には、８００〜１０００℃といった低温焼成が可能な材料より誘電体基板を構成させる必要がある。また、同時焼結性を良好にするには、誘電体基板に含まれるガラスマトリックスが結晶化しないようなガラス原料より誘電体基板を構成させるのがよい。該低温焼成にて形成される誘電体基板において、その誘電体基板に含まれるガラスマトリックスを結晶化せることなく、誘電体基板の誘電率および誘電損失を低減させるための無機フィラーとしては、上記したもの以外に、アルミナ、ムライト、ディオプサイド、スピネル、エンスタタイト、コージェライト、アノーサイト等を挙げることができる。
【００２４】
上記アルカリ土類酸化物を含むガラスセラミック成分としてのアルミナホウケイ酸系ガラスとしては、上記低温焼成時においても、ガラスマトリックス中に、アルミナホウケイ酸系ガラスの構成成分に起因した結晶を析出しない非結晶化ガラス又は結晶析出が抑制された結晶化ガラスであることが好ましい。このような非結晶性のガラスマトリックスとするために、屈伏点が７００〜８５０℃の範囲となるアルミナホウケイ酸系ガラスを用いることが好適である。
【００２５】
上記のようなアルミナホウケイ酸系ガラスを用いることで、焼成される誘電体基板へのメッキ処理液の侵食性をさらに抑制することができるとともに、誘電体基板における、配線層との同時焼成時の同時焼結性を高めることができる。
【００２６】
ここまでに、本発明の金属体付配線基板の誘電体基板表面における、メッキ処理液の侵食性を抑制させる手段等について述べてきた。該侵食性を抑制することで、誘電体基板表面の配線層に接合された金属体の接合信頼性を向上させることができるるとともに、誘電体基板の表層付近に形成された配線層を所定の寸法形状とする精度を向上させることができる。また、該配線層の一部を、高周波用配線層とした場合、その寸法形状の精度が特に必要とされるが、高周波用配線層を所定の寸法形状とする精度が向上することにより、高周波信号に対する伝送損失等の高周波特性を高めることができる。なお、ここにおける高周波用配線層とは、ストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナライン、接地導体付コプレーナラインおよびトリプレートラインから選ばれる少なくとも一種を指す。
【００２７】
また、上記高周波用配線層のうち、ストリップライン、マイクロストリップライン、接地導体付コプレーナラインにおいては、接地導体の機能をなす接地導体層を形成させる必要がある。該接地導体層は、誘電体基板の表面および／または内部の概ね全面に形成される所謂ベタ層となる。そのため、誘電体基板と、配線層としての接地導体層とを同時焼成させる際、その同時焼結性を向上させることが困難とされるが、誘電体基板の構成成分を上記したアルミナホウケイ酸系ガラスを用いることで、該誘電体基板と接地導体層の同時焼結性を向上させることが可能となる。その結果、焼成された接地導体層における剥がれや平滑性の悪化などを抑制することができ、ひいては、高周波特性を向上させることができる。
【００２８】
本発明における、配線層、特に高周波用配線層としては、銀系（銀単体、銀−金属酸化物（マンガン、バナジウム、ビスマス、アルミニウム、ケイ素、銅等の酸化物）、銀−ガラス添加、銀−パラジウム、銀−白金、銀−ロウジウム等）、金系（金単体、金−金属酸化物、金−パラジウム、金−白金、金−ロウジウム等）、銅系（銅単体、銅−金属酸化物、銅−パラジウム、銅−白金、銅−ロウジウム等）等の低抵抗材料を挙げることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である金属体付配線基板の概略断面図である。図１において金属体付配線基板１は、誘電体基板２と、その表面および内部に配線層３が形成されてなるとともに、該配線層３の一部に金属体４が接合されてなる。誘電体基板２の図面上側の表面に形成された配線層３に接合された金属体４は、シールドキャップ５０と接合させるためのシールドリングの機能を有してなる。他方、誘電体基板２の図面下側の表面に形成された配線層３に接合された金属体４は、電子部品１０等にて発熱した熱を金属体付配線基板１の外部に逃がすためのヒートシンクの機能を有してなる。このような金属体４は、誘電体基板２と配線層３とを同時焼成させた後に、配線層３にロウ付けされるとともに、酸化防止のために、Ｎｉ／Ａｕメッキ等のメッキ処理が施されている。該メッキ処理に際して、金属体４が形成された側の誘電体基板２における表面（図１においては図面上下に位置する両表面）が、平均的な平滑性が乱れた状態、つまり、凹凸化が大きい状態では、酸性のメッキ処理液にて誘電体基板２の表層付近が侵食されやすくなる。このような、メッキ処理液にて誘電体基板２が侵食されると、誘電体基板２の表層付近に位置する配線層３の形状や位置精度を悪化させるとともに、誘電体基板２表面の配線層３に接合された金属体４の接合信頼性を悪化する不具合を招く結果となる。
【００３０】
しかしながら、本発明においては、誘電体基板の表面における平均的な平滑性の指標となるＲａを０．５〜１．５μｍとしているので、金属体４のメッキ処理時に発生する、メッキ処理液による誘電体基板の侵食を効果的に抑制することが可能となる。また、Ｒａを０．５μｍ以上としているので、誘電体基板２の表面に形成される配線層３のアンカー効果を保つことが可能となる。さらに、本発明においては、誘電体基板２における、メッキ処理液に溶解しやすいアルカリ土類金属元素の含有量を２５質量％以下としているので、メッキ処理液にて誘電体基板２が侵食されることをさらに抑制することが可能である。
【００３１】
配線層３（図示していない配線層をも含む）にロウ付けされる金属体４としては、Ｆｅ、Ａｌ、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＮｉＣｏ合金、ＣｕＷ合金、ＣｕＭｏ合金などを挙げることができ、ロウ付けのためのロウ材としては、Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｕ−Ｓｉ系、Ａｕ−Ｇｅ系などを挙げることができる。
【００３２】
図１における金属体付配線基板は、シールドリングおよびヒートシンクの機能を果たす金属体４を有するが、どちらか一方を有する形態でもよい。また、ヒートシンクとしての金属体４を有する場合においては、シールドキャップ５０を、金属体４を介さず直接配線層３に上記ロウ材等により接合させることや、シールドリングとしての金属体４を直接誘電体基板２の表面にロウ付けさせることや、さらには、誘電体基板２に図１の図面下側に凹部形成しておき、該凹部にシールドキャップ５０に形成させた凸部を嵌合させる等の公知のシールドキャプを誘電体基板に接合させる形態を用いることができる。他方、ヒートシンクとしての金属体４においても、図１では、誘電体基板２の表面上の一部を被覆する形態であるが、誘電体基板２の表面上の概ね全面を被覆する形態をとることも可能である。その場合は、金属体４が接合される配線層３は、誘電体基板２に表面を概ね全面を被覆するように形成される。
【００３３】
図１の誘電体基板２の表面および内部に形成された配線層３は、各配線層３を所定の導通経路となるように形成されるビアホール（図示せず）を介して、ストリップラインおよび、接地導体付コプレーナラインといった高周波用配線層として機能する。このような高周波用配線層においては、高周波信号に対する伝送損失等の高周波特性を高めるために、その形状寸法や形成位置の精度が必要とされる。本発明においては、金属体４のメッキ処理時に、誘電体基板２がメッキ処理液にて侵食されることを抑制できるので、高周波用配線層の形状寸法や形成位置の精度を高めることが可能である。また、誘電体基板２が有する高周波用配線層としては、ストリップライン、マイクロストリップライン、コプレーナライン、接地導体付コプレーナラインおよびトリプレートラインから選ばれる少なくとも一種であればよい。
【００３４】
さらに、誘電体基板２に、配線層３のほかに、コンデンサ、インダクタ及び抵抗器などの種々の厚膜回路素子が作りこまれたものや、上記のような高周波用配線層を有さないものや、高周波用配線層としての接地導体層の機能ではなく、ノイズ防護用のシールド部として機能する接地導体層を形成させたものなど、公知の誘電体基板２の形態について本発明の金属体付配線基板は適用可能である。
【００３５】
また、図１における半導体素子等の電子部品１０は、コプレーナラインとしての高周波用配線層３にハンダ等により接合されてなるが、電子部品１０が実装される誘電体基板２表面における配線層３の形成形態によって、フリップチップ型、ボンディングワイヤ型等の種々の接合形態にて電子部品１０は誘電体基板２に実装される。
【００３６】
次に図１以外の本発明の金属体付配線基板が適用される一実施形態を図２に示す。図２は、半導体素子収容用パッケージ２０の一実施形態を示す概略断面図である。図面最下層の配線層３にはヒートシンクの機能を果たす金属体４がロウ付けにより接合されてなり、誘電体基板２の図面最上層上に電子部品とされる半導体素子１０を気密に密閉するための蓋体５０が、ガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して載置されてなる。また、半導体素子１０は、誘電体基板２に形成された凹部に収容されるとともに、ボンディングワイヤ１３にて誘電体基板２の配線層３と電気的接続がなされる。さらに、半導体素子収容用パッケージ２０の外部と電気的接続させるための、外部リード端子５２が、配線層３に銀ロウ等のロウ材を介して接合されてなる。このような半導体素子収容用パッケージにおいては、金属体４以外にも、外部リード端子５２が接合される配線層３に対して、酸化防止のためにＮｉ／Ａｕメッキ等のメッキ処理が施される。該メッキ処理におけるメッキ処理液によって誘電体基板２の表面が侵食されると、金属体４の接合信頼性や、配線層３の電気的特性を悪化させることに加えて、半導体素子１０に対する気密性がその耐久性をも含めて悪化されることとなる。しかしながら、本発明における誘電体基板２は、メッキ処理液に対する耐侵食性が高められているので、半導体素子収容用パッケージ２０の耐久性を含めた気密性を向上させることができる。
【００３７】
図２に示した半導体素子収容用パッケージ２０以外にも、本発明の金属体付配線基板が効果的に適用されるものの一つにフォトダイオード等の光半導体素子を収容させた光半導体素子収容用パッケージがある。該光半導体素子収容用パッケージの一実施形態を図３に示す。図３は、公知の光半導体素子収容用パッケージの概略断面図である。電子部品とされる光半導体素子１０は、誘電体基板２と、該誘電体基板２にロウ材等により接合された蓋体５０とにより気密に密閉されてなる。また、光半導体素子１０は、誘電体基板２の凹部にロウ材等を介して載置されるとともに、誘電体基板２の内側（凹部形成側）から外側にかけて導出するように形成された外部と電気的接続がなされる配線層３とボンディングワイヤ１３を介して電気的接続がなされている。さらに、誘電体基板２の光ファイバ６１が固定される側の側壁には、貫通孔が形成されおり、該貫通孔に金属体４、光ファイバ固定部材６２を介して、収光レンズ６０および光ファイバ６１が誘電体基板２に接合されてなる。このような誘電体基板２と配線層３は同時焼成にて形成される。また、光ファイバ６１を有する側面に形成される貫通孔は、誘電体基板２となるグリーンシートの一部に切り込みを打ち抜いておくとにより形成される。誘電体基板および配線層を焼成形成した後に、蓋体５０や金属体４等が接合される。
【００３８】
図３において、光導波路を接続するためのコネクタの機能を持つ金属体４および、該金属体４がロウ付け接合される配線層３は、金属製の光ファイバ固定部材６２を誘電体基板２にロウ付けする際の熱応力を緩和させるために形成されたものである。このような配線層３も含めて、本明細書においては、誘電体基板２と同時焼成されるものを配線層とする。
このような機能を果たす金属体４や配線層３には酸化防止のために、Ｎｉ／Ａｕメッキ処理が施される。その際、誘電体基板２が、メッキ処理液にて侵食されると、金属体４の接合信頼性や光ファイバ６１の接合信頼性が抑制され、ひいては、光半導体素子１０の気密性の保持が抑制されるとともに光半導体素子１０から光ファイバに効果的な光取り込みができなくなる不具合は生じる。
しかしながら、本発明の金属体付配線基板における誘電体基板は、金属体４をメッキ処理する際においても、メッキ処理液に対する耐侵食性が高いので、上記不具合を抑制し、光半導体素子収容用パッケージを有効に機能させることが可能である。
【００３９】
図３においては、光半導体素子１０は、蓋体１０を除き、誘電体基板２により囲まれる形であったが、光ファイバ６１が設置される側の側壁を金属体より構成することも可能である。その結果、金属製の光ファイバ固定部材をロウ付けする際に、誘電体基板２に発生する熱応力を緩和させることが可能となる。そのような一実施形態を図４に概略断面図として示す。図４においては、電子部品としての光半導体素子１０および駆動用集積回路素子１０が、誘電体基板２に形成された配線層３と、ハンダ等の導電体７１を介してフリップチップ接続されてなり、該配線層３は、外部と電気的接続がなされる。また、該フリップチップ接続間の絶縁化を図るために有機樹脂等によるアンダフィル材７２にて封止されてなる。誘電体基板２においては、側壁となる金属体４や、光ファイバ固定部材をロウ付けする際の誘電体基板２に発生する熱応力をさらに緩和するための配線層３が、金属体４と接合する部位から図面上面にかけて形成されてなる。図４における側壁の機能を有する金属体４は、配線層３とロウ付け接合された後、Ｎｉ／Ａｕメッキ等によりメッキ処理が行なわれる。その際の誘電体基板２におけるメッキ処理液に対する耐侵食性を高めるために、本発明の金属体付配線基板が有する誘電体基板は、優位に適用される。
【００４０】
ここまでに、本発明の金属体付配線基板の実施形態を含めて、配線層に金属体をロウ付け接合した後にメッキ処理を行なう手順のメッキ処理方法のみ述べてきた。しかしながら、本発明の金属体付配線基板は、このようなメッキ処理方法以外、例えば、配線層に先にメッキ処理を行い、該配線層にメッキ処理を施した金属体をロウ付け接合させるメッキ処理方法も含めて周知のメッキ処理方法にてメッキ処理が施されたものに適用可能である。また、その場合においても、本発明の金属体付配線基板は、上記同様の作用・効果を有する。
【００４１】
次に、本発明の金属体付配線基板における、誘電体基板および配線層の製造工程の一例を以下に説明する。
誘電体基板２となるべきグリーンシートを用意する。グリーンシートは、誘電体基板を構成するガラスセラミック成分と無機質成分との混合粉末（平均粒径が１〜５μｍ）と、バインダ（アクリル系樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリｔ−ブチルメタクリレート）、セルロースアセテートブチレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなど）および溶剤（アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、ブロムクロロメタン、エタノール、ブタノール、プロパノール、トルエン、キシレンなど）と、さらに、可塑剤（ブチルベンジルフタレート、ジブチルフタレート、ジメチルフタレートフタル酸ジ２エチルヘキシル、アジピン酸エステル、ポリエチレングリコール誘導体、トリクレゾールホスフェートなど）、解膠剤（脂肪酸（グリセリントリオレートなど）、界面活性剤（ベンゼンスルホン酸など）、湿潤剤（アルキルアリルポリエーテルアルコール、ポチエチレングリコールエチルエーテル、ニチルフェニルグリコール、ポリオキシエチレンエステルなど）などの添加剤を配合して混練し、ドクターブレード法等によりシート状に成形したものである。
また、高周波信号に適した比誘電率等の電気的特性とするためには、無機質成分として、特にアルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素を選択することが好適である。
【００４２】
このように得られたグリーンシート上に配線層（厚膜回路素子を作りこむ場合は、その素子のパターンも含む）となるべき配線パターンを複数、公知のスクリーン印刷法により形成を行なう。
【００４３】
こうしてパターン形成が完成すれば、その上に別のセラミックグリーンシートを重ね、さらにパターン形成／グリーンシート積層の工程を繰り返し、熱圧着積層することにより、その積層体を得る。なお、ビアホールを形成する場合は、グリーンシートのビア形成位置にドリル等を用いて穿孔しておき、ここに金属ペーストを充填するようにする。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
【００４５】
（実施例１）
上記した製造工程に従い、ガラスセラミック成分としてのＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３およびアルカリ土類金属酸化物のＣａＯとからなるガラス粉末５０重量％と、無機質成分としてのアルミナ粉末５０重量％との混合粉末１００重量部に対してバインダ（アクリル樹脂）２０重量部、可塑剤（フタル酸ジブチル）１０重量部、溶剤（トルエンとイソプロピルアルコールの混合液）７５重量部とを混和し、スラリーを作製した。また、混合粉末の平均粒径を２．５μｍとし、ガラスセラミック成分の総質量に対する、Ｃａ（アルカリ土類金属元素）の酸化物換算での含有量を２０質量％とした。
次に、該スラリーを用い、ドクターブレード法により厚さ３００μｍのグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートを１５層積層させた後、その表面にＣｕペーストをスクリーン印刷法にてパターン印刷することで配線層を形成するとともに、窒素雰囲気下（還元雰囲気下）にて、８５０℃にて脱脂させるとともに、１０００℃×２時間焼成させることで、配線基板の母体となる、配線層が形成された誘電体基板を得た。
【００４６】
（比較例１）
実施例１における、混合粉末の平均粒径を５μｍとし、バインダを１８重量部とした以外は、同条件にて、誘電体基板の作製を行なった。
（比較例２）
実施例１における、混合粉末の平均粒径を１．５μｍとし、バインダを２２重量部とした以外は、同条件にて、誘電体基板の作製を行なった。
【００４７】
上記実施例および比較例にて作製した誘電体基板を、形成された配線層を各々含む形にて、２０ｍｍ×２０ｍｍの表面積となる直方体に成型した。得られた直方体について、その表面を触針法により計測を行い、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により粗さ曲線を測定し、直方体表面における算術平均粗さＲａを求めた。なお、評価長さは、配線近傍部の５ｍｍとした。得られたＲａの値を表１に示す。
【００４８】
【表１】
0003954396.tif 000002
【００４９】
表１より、ガラスセラミック成分と無機質成分との混合粉末の平均粒径が小さくなるほど、作製された誘電体基板の表面におけるＲａが小さくなり、平均的に平滑化されていくことが分かる。
【００５０】
次に、上記実施例および比較例にて作製した誘電体基板より成型させた直方体の表面に形成された配線層の表面に、Ｎｉ／Ａｕメッキを行い、Ａｕ−Ｇｅをロウ材とし、Ｎｉ／Ａｕメッキを施したＣｕＷ合金よりなる金属体を接合させた。このように、形成された金属体を有する誘電体基板に対して、再び、その表面を、触針法により計測を行い、算術平均粗さＲａを求めた。得られたＲａと、上記金属体を形成する前のＲａとの差が、０．３μｍ以上のものを耐侵食性がないとする、耐侵食性判定を行なった。さらに、誘電体基板の表面上に形成された金属体の側面方向より力Ｆを加え、金属体が誘電体基板からはがれたときの加えた力Ｆ（ＭＰａ）を密着強度とする密着強度測定を行なった。耐侵食性判定および、密着強度測定の結果を表１に示す。
【００５１】
表１より、金属体を形成する前のＲａが１．６μｍであった比較例１のもの以外は、耐侵食性が良好なものとなった。また、密着強度測定より、金属体を形成する前のＲａが０．３μｍであった比較例２のもの、および、比較例１のものは、実施例１のものに比べて金属体が剥がれやすい結果となった。これら測定結果より、誘電体基板の表面におけるメッキ処理液に対する耐侵食性を高め、かつ、誘電体基板の表面に形成される配線層のアンカー効果を高めることにより、接合される金属体の接合信頼性を確実なものとするには、少なくとも誘電体基板の表面のＲａを０．５〜１．５μｍとする必要があることが確認された。
【００５２】
（比較例３）
実施例１におけるガラスセラミック成分の総質量に対する、Ｃａ（アルカリ土類金属元素）の酸化物換算での含有量を２８質量％とした以外は同条件にて、誘電体基板を作製した。
（比較例４）
実施例１におけるガラスセラミック成分の総質量に対する、Ｃａ（アルカリ土類金属元素）の酸化物換算での含有量を３４質量％とした以外は同条件にて、誘電体基板を作製した。
【００５３】
上記比較例３および４にて得られた誘電体基板に対して、上記同様の作業手順により同工程を経た後、上記同様の耐侵食性判定を行なった。その結果を表１に示す。金属体を接合する前におけるＲａは、比較例３および比較例４ともに、良好であったが、実施例１のものに比べてガラスセラミック成分の総質量に対するＣａ（アルカリ土類金属元素）の酸化物換算での含有量が増加したために、メッキ処理液に対する耐侵食性が悪化してしまった。
【００５４】
表１より、ガラスセラミック成分の総質量に対する、アルカリ土類金属元素（Ｃａ）の酸化物換算量での含有量が増加すると、メッキ処理液に対する耐侵食性が抑制されることが分かる。これら結果より、誘電体基板の表面をメッキ処理液に対して耐侵食性を高めたものにするには、少なくとも誘電体基板に含まれるアルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量を２５質量％以下とする必要があることが確認された。
【００５５】
上記実施例および比較例の誘電体基板を用いた測定結果より、誘電体基板の表面におけるメッキ処理液に対する耐侵食性を高め、かつ、誘電体基板の表面に形成される配線層のアンカー効果を高めることにより、接合される金属体の接合信頼性を確実なものとするには、誘電体基板の表面のＲａを０．５〜１．５μｍとし、かつ、誘電体基板に含まれるアルカリ土類金属元素の酸化物換算での含有量を２５質量％以下とする必要があることが確認された。なお、本発明は、上記実施形態および実施例にて用いた構成成分等に限定されるものではない。
【００５６】
このように、Ｒａおよび、アルカリ土類金属元素の含有量が調整された誘電体基板を用いた本発明の金属体付配線基板においては、接合された金属体の接合信頼性を向上させることができるとともに、例えば、本発明の金属体付配線基板を半導体素子もしくは光半導体素子収容用パッケージにもちいることで、その気密性および耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属体付配線基板の一実施形態を示す概略断面図。
【図２】本発明の金属体付配線基板を用いた半導体素子収容用パッケージの一実施形態を示す概略断面図。
【図３】本発明の金属体付配線基板を用いた光半導体素子収容用パッケージの一実施形態を示す概略断面図。
【図４】図３に続く光半導体素子収容用パッケージの一実施形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１  金属体付配線基板
２  誘電体基板
３  配線層
４  金属体
【図１】
0003954396.tif 000003
【図２】
0003954396.tif 000004
【図３】
0003954396.tif 000005
【図４】
0003954396.tif 000006