(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックスから成る複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体の表面から内層にかけて、銅または銅を主成分とする合金とガラス成分とから成るビア導体が形成された多層配線基板において、前記ビア導体は、前記絶縁基体の表面に位置する前記絶縁層に形成されたものの前記ガラス成分の含有量が、前記絶縁基体の内部に位置する前記絶縁層に形成されたものより少ないことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記絶縁基体の表面に位置する前記絶縁層に形成された前記ビア導体の前記ガラス成分の含有量が０．１乃至４．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【請求項３】
前記絶縁基体の表面に位置する前記絶縁層に形成された前記ビア導体の露出した端面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ乃至３μｍであることを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子・チップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波に移行しつつある。そして、半導体素子・チップ部品等を搭載して情報処理に利用される電子回路を構成するのに用いられる多層配線基板には、このような高周波の信号を高速で伝送する上で、配線導体および絶縁層を貫通して配線導体同士を接続するビア導体には導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基体にもより低い誘電率が要求されている。
【０００３】
しかし、従来のタングステン（Ｗ）・モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属は、導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が遅く、また30ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、これらタングステン（Ｗ）・モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属に代えて、銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・金（Ａｕ）等の低抵抗金属を使用することが必要である。
【０００４】
ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低いため、800〜1000℃程度の低温で焼成することが必要であることから、低抵抗金属から成る配線導体およびビア導体は、高温焼成が必要なアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と同時焼成することができなかった。また、アルミナ質焼結体は誘電率が高いため、絶縁基体にアルミナ質焼結体を用いた多層セラミック配線基板は、高周波回路基板としては不適切である。
【０００５】
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基体として用いることが注目されている。ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用絶縁基体として好適であり、またガラスセラミックスは800〜1000℃の低温で焼成することができることから、銅（Ｃｕ）・銀（Ａｇ）・金（Ａｕ）等の低抵抗金属を配線導体およびビア導体として使用できるという利点がある。
【０００６】
このガラスセラミックスから成る絶縁基体の表面および内部に配線導体を形成するとともに、絶縁基体の表面から内部にかけて、例えば絶縁基体の表面の配線導体と内部の配線導体とを接続するようにして、ビア導体を形成する方法には、一般に、絶縁基体と同時焼成する同時焼成法が採用される。
【０００７】
同時焼成法では、焼成時のガラスセラミック絶縁基体とビア導体との収縮挙動が相違すると、ビア導体の絶縁基体に対する被着強度が低くなったり、ビア導体および／またはその周囲の絶縁基体にクラック等の機械的破壊を生じてしまうため、ビア導体を形成する導体ペーストに多量のガラスを配合して、ガラスセラミック絶縁基体とビア導体との収縮挙動の差を少なくする必要がある。しかしながら、導体ペーストへのガラス成分の配合量が多くなると、ビア導体の端面部分にガラス成分が多量に析出してビア導体と配線導体との接合強度が低下したり、このガラス成分の影響により、配線導体に膨れや発泡等の不具合を生じ、配線導体に外観上の欠点や、半導体素子やチップ部品の接続信頼性の劣化等の不具合を生じてしまうという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ビア導体を形成する導体ペーストへのガラス成分の配合量を適度に少なくするという手段が考えられる。
【０００９】
しかしながら、このような収縮挙動の差を少なくすることが可能で、かつビア導体の端面等へのガラス成分の多量の析出を生じないようなガラス成分の配合量は、実際には極めて狭い範囲に限定されるか、または適当な範囲が存在しない場合が多く、またガラス成分やセラミックス成分の種類・混合比等によっても大きく変動するため、安定して実用化することが難しい。その結果、半導体素子・チップ部品等を確実に高信頼性で実装することは、やはり困難であった。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、ガラスセラミック絶縁基体と、絶縁基体の表面から内層にかけて形成されたビア導体との接合強度を強固に保ち、かつビア導体の端面等にガラス成分が多量に析出することのない、半導体素子・チップ部品等の実装性の良好な多層配線基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層配線基板は、ガラスセラミックスから成る複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体の表面から内層にかけて、銅または銅を主成分とする合金とガラス成分とから成るビア導体が形成された多層配線基板において、前記ビア導体は、前記絶縁基体の表面に位置する前記絶縁層に形成されたものの前記ガラス成分の含有量が、前記絶縁基体の内部に位置する前記絶縁層に形成されたものより少ないことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記絶縁基体の表面に位置する前記絶縁層に形成された前記ビア導体のガラス成分の含有量が0.1〜4.0ｗｔ％であることを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の多層配線基板は、上記構成において、前記絶縁基体の表面に位置する前記絶縁層に形成された前記ビア導体の露出した端面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ乃至３μｍであることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の多層配線基板によれば、ガラスセラミックスから成る複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体の表面に位置する絶縁層に形成されたビア導体のガラス成分の含有量を、例えば0.1乃至4.0ｗｔ％とし、絶縁基体の内部に位置する絶縁層に形成されたビア導体のガラス成分の含有量より少なくしたことから、ビア導体と絶縁基体との焼成時の収縮挙動を近似させ、ビア導体と絶縁基体とをクラック等を生じることなく強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体の端面等へのガラスの析出や、配線導体の膨れ・発泡等の外観上の欠点・実装信頼性の劣化等を抑えることができ、半導体素子・チップ部品等の良好な実装性を得ることができる。
【００１５】
また、絶縁基体の表面に位置する絶縁層に形成されたビア導体の露出した端面の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ乃至３μｍとした場合には、ビア導体の露出した端面にニッケル・金等のめっき層を欠陥等を生じさせることなく、かつ密着性を良好として被着させることができ、半導体素子・チップ部品等のより一層良好な実装性を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１はガラスセラミックスから成る絶縁層１ａ・１ｂを複数積層して成る絶縁基体、２ａは絶縁基体１の内部に位置する絶縁層１ａに形成された内層ビア導体、２ｂは絶縁基体１の表面に位置する絶縁層１ｂに形成された表層ビア導体、３は配線導体である。これら内層ビア導体２ａおよびその上に形成された表層ビア導体２ｂにより、ビア導体２が形成されている。また、この絶縁基体１と、内層ビア導体２ａと、表層ビア導体２ｂと、配線導体３とから多層配線基板４が構成されている。なお、図１において、配線導体３については、絶縁基体１の表面に形成されたものについては図示を省略している。
【００１８】
絶縁基体１は、例えば、次のように作製される。
【００１９】
まず、ガラス・フィラー等の原料粉末と、適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤を添加混合してスラリーとするとともに、そのスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって、各絶縁層１ａ・１ｂとなるグリーンシートを成形する。
【００２０】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系・ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系・ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ1Ｏ−Ｍ2Ｏ系（但し、Ｍ1およびＭ2は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）・ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ1Ｏ−Ｍ2Ｏ系（但し、Ｍ1およびＭ2は前記と同じである）・ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｍ32Ｏ系（但し、Ｍ3はＬｉ，ＮａまたはＫを示す）・ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ32Ｏ系（但し、Ｍ3は前記と同じである）・Ｐｂ系ガラス・Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２１】
また、フィラーとしては、例えばＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＺｒＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・ＴｉＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物・Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００２２】
これらガラスとフィラーとの混合割合は、重量比で40：60〜99：１であるのが好ましい。
【００２３】
この原料粉末に添加混合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸・メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体・メタクリル酸エステル共重合体・アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）・ポリビニルブチラ−ル系・ポリビニルアルコール系・アクリル−スチレン系・ポリプロピレンカーボネート系・セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００２４】
このグリーンシートに金型加工等により内層ビア導体２ａや表層ビア導体２ｂを形成するための貫通孔を形成する。この貫通孔に、銅または銅を主成分とする合金とガラス成分とから成る金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストをスクリーン印刷等により充填することにより、内層ビア導体２ａおよび表層ビア導体２ｂが形成される。
【００２５】
まず内層用グリーンシートの貫通孔に、銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した内層ビア導体用ペーストをスクリーン印刷等により塗布する。
【００２６】
この内層ビア導体用ペーストは、銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末と、例えば5.0乃至15.0ｗｔ％と比較的多量のガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストを用いることが好ましい。
【００２７】
また、表層用グリーンシートの貫通孔に、銅または銅を主成分とする合金から成る金属粉末と、例えば0.1乃至4.0ｗｔ％と比較的少量のガラス粉末とに適当な有機バインダ・溶剤を添加混合した導体ペーストを用いて表層ビア導体２ｂとなる導体パターンをスクリーン印刷等で形成する。
【００２８】
このように、ビア導体２となる導体ペーストのガラス成分の含有量を、絶縁基体１の表面に位置する絶縁層１ｂとなるグリーンシートの貫通孔に充填するものの方が絶縁基体１の内部に位置する絶縁層１ａとなるグリーンシートの貫通孔に充填するものより少なくなるようにしておくことにより、ビア導体２のガラス含有量は、絶縁基体１の表面に位置する絶縁層１ｂ中のものが、絶縁基体１の内部に位置する絶縁層１ａ中のものより少なくなる。
【００２９】
本発明の多層配線基板４は、上述のように絶縁基体１の表面に位置する絶縁層１ｂに形成された表層ビア導体２ｂのガラス成分の含有量が、絶縁基体１の内部に位置する絶縁層１ａに形成された内層ビア導体２ａより少ないことが重要である。
【００３０】
内層ビア導体２ａは、例えば5.0乃至15.0ｗｔ％と比較的多量のガラス成分を含有することから、絶縁基体１と内層ビア導体２ａとの間で高い接合強度が得られる。ガラスの含有量が5.0ｗｔ％未満の場合には、絶縁基体１と内層ビア導体２ａとの接合に必要なガラスが不足するため、接合強度が低下する傾向がある。他方、ガラスの含有量が15.0ｗｔ％を超えると、絶縁基体１や表層ビア導体２ｂとの焼成時の収縮挙動の差による内部応力が増加しやすく、反りや接合強度の低下等の不具合が発生しやすい傾向にある。
【００３１】
表層ビア導体２ｂは、例えば0.1乃至4.0ｗｔ％と、内層ビア導体２ａよりも少量のガラス成分を含有することから、内層ビア導体２ａに良好に接合させつつ配線導体３表面へのガラス析出を抑えることができる。ガラスの含有量が0.1ｗｔ％未満の場合には、800〜1000℃での焼成に必要なガラスが不足するため、緻密な表層ビア導体２ｂが得られにくい傾向がある。他方、ガラスの含有量が4.0ｗｔ％を超えると、配線導体３の表面へのガラス析出が増加しやすく、膨れや発泡等の外観上の欠陥が生じるとともに、ワイヤボンディング性や半導体素子・チップ部品等の実装性が劣化しやすい傾向にある。
【００３２】
内層ビア導体２ａのガラス含有量に対する表層ビア導体２ｂのガラス含有量は、その割合が１／10乃至１／５であることが最も良好なワイヤボンディング性や半導体素子・チップ部品実装性やメタライズ強度が得られる点で好ましい。内層ビア導体２ａのガラス含有量に対する表層ビア導体２ｂのガラス含有量の割合が１／10未満の場合には、内層ビア導体２ａと表層ビア導体２ｂとの焼成時の収縮挙動の差による内部応力が増加しやすく、反りや接合強度の低下が発生しやすい傾向がある。他方、内層ビア導体２ａのガラス含有量に対する表層ビア導体２ｂのガラス含有量の割合が１／５を超えると、配線導体３表面へのガラス析出が増加しやすくなり、膨れや発泡等の外観上の欠陥が生じるとともに、ワイヤボンディング性や半導体素子・チップ部品等の実装性が劣化しやすい傾向にある。
【００３３】
また、これらのグリーンシートの表面には、必要に応じて、配線導体３を形成するために、ビア導体２を形成するのと同様の導体ペーストが、所定パターンに印刷塗布される。
【００３４】
次に、これら内層用グリーンシートと表層用グリーンシートとを積み重ねて、３〜20ＭＰａの圧力および30〜80℃の温度で加熱圧着して一体化する。その後、800〜1000℃で焼成することにより、本発明の多層配線基板４が得られる。
【００３５】
また、ビア導体２を形成するための導体ペーストに添加するガラス粉末については特に限定されるものではなく、例えばホウケイ酸塩系やホウケイ酸亜鉛系のガラス等の粉末を適宜用いることができる。
【００３６】
さらに、この導体ペーストに添加する有機バインダについても特に限定されるものではなく、例えばエチルセルロース樹脂・ポリビニルアルコール・アクリル系樹脂等を用いればよい。
【００３７】
さらにまた、この導体ペーストに添加する溶剤についても特に限定されるものではなく、例えばテルピネオール・各種グリコール類・各種セルソルブ類・酢酸エステル類等を用いればよく、樹脂の種類・塗布方法等により、適宜選択して用いることができる。
【００３８】
また、上述の多層配線基板４において、表層ビア導体２ｂや配線導体３の露出表面には、ニッケル・金等のめっき層を被着させておくと、表層ビア導体２ｂおよび配線導体３の酸化腐食を効果的に防止することができるとともに、ビア導体２や配線導体３に半導体素子・チップ部品等の電極をボンディングワイヤや半田等を介して接続するときのボンディング性・半田塗れ性を良好とすることができ、多層配線基板４の信頼性をより一層優れたものとすることできる。従って、表層ビア導体２ｂや配線導体３の露出表面には、ニッケル・金等のめっき層を、例えば、ニッケルめっき層を１〜10μｍ、金めっき層を0.03〜２μｍの厚さで被着させておくことが好ましい。
【００３９】
また、この場合の絶縁基体１の表面に位置する絶縁層に形成された表層ビア導体２ｂの露出した端面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ乃至３μｍであることが好ましい。この表層ビア導体２ｂの露出した端面の表面粗さが１μｍ未満であると、表面に被着させるニッケル・金等のめっき層との密着強度が、表面が平滑であることで十分なアンカー効果を得ることができず、低下する傾向がある。また、３μｍを超えると、表面が粗くなりすぎてしまい、被着させるニッケル・金等のめっき層が表層ビア導体２ｂを覆うことができずに、めっき層にピンホール等の欠陥が生じ実装性が低下する傾向がある。
【００４０】
なお、表層ビア導体２ｂの端面へは、ガラス成分が多量に析出することがないため、ガラス成分によりめっき層の正常な被着形成が妨げられることはない。
【００４１】
以下、上述の好適な各条件について、具体例を挙げて説明する。
【００４２】
表１は、絶縁基体１の表面に位置する絶縁層に形成された表層ビア導体２ｂのガラス成分の含有量による外観不具合発生率について検査した結果を示すものである。
【００４３】
【表１】
0004022102.tif 000002
【００４４】
表１の結果より分かるように、本発明の多層配線基板４によれば、表層ビア導体２ｂ（表１中には絶縁層表面ビア導体と示す）のガラス含有量が0.1ｗｔ％未満の場合には、800〜1000℃での焼成に必要なガラスが不足するため、表層ビア導体２ｂと絶縁基体１との間に隙間が生じ、ビア導体を形成した部分に若干（発生率が３％）のクラックの発生が見られた。また、このガラスの含有量が4.0ｗｔ％を超えると、配線導体３の表面へのガラス析出が増加したことにより、表層ビア導体２ｂに膨れが発生し始める傾向が見られた。
【００４５】
次に、表２に、絶縁基体１の表面に位置する絶縁層に形成された表層ビア導体２ｂの露出した端面の各水準の表面粗さ（中心線平均粗さ（Ｒａ））における表層ビア導体２ｂのメタライズ導体に対するめっき層の被着強度（めっき／メタライズ強度）および外観ピンホール発生率について測定・検査した結果を示す。なお、めっき／メタライズ強度の測定は、表層ビア導体２ｂの露出した端面部分を2.0ｍｍ角とした場合の強度を測定したものである。
【００４６】
【表２】
0004022102.tif 000003
【００４７】
表２の結果より分かるように、絶縁基体１の表面に位置する絶縁層に形成された表層ビア導体２ｂの露出した端面の平均線表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ未満であると、表面が平滑であることで十分なアンカー効果を得ることができずに、めっき／メタライズの強度が２ｋｇを下回り低下してしまう。また、３μｍを超えると、表面が粗くなりすぎてしまい、被着させるニッケル・金等のめっき層が表層ビア導体２ｂを覆うことができずに、めっき層に外観で認められるピンホールが発生しやすくなる。
【００４８】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の多層配線基板によれば、ガラスセラミックスから成る複数の絶縁層を積層して成る絶縁基体の表面に位置する絶縁層に形成されたビア導体のガラス成分の含有量を、例えば0.1乃至4.0ｗｔ％とし、絶縁基体の内部に位置する絶縁層に形成されたビア導体のガラス成分の含有量より少なくしたことから、ビア導体と絶縁基体との焼成時の収縮挙動を近似させ、ビア導体と絶縁基体とをクラック等を生じることなく強固に接合させることが可能となるとともに、ビア導体の端面等へのガラスの析出や、配線導体の膨れ・発泡等の外観上の欠点・実装信頼性の劣化等を抑えることができ、半導体素子・チップ部品等の良好な実装性を得ることができる。
【００５０】
また、絶縁基体の表面に位置する絶縁層に形成されたビア導体の露出した端面の表面粗さを、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ乃至３μｍとした場合には、ビア導体の露出した端面にニッケル・金等のめっき層を欠陥等を生じさせることなく、かつ密着性を良好として被着させることができ、半導体素子・チップ部品等のより一層良好な実装性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体
１ａ・・・絶縁基体の内部に位置する絶縁層
１ｂ・・・絶縁基体の表面に位置する絶縁層
２・・・ビア導体
２ａ・・・内層ビア導体
２ｂ・・・表層ビア導体
３・・・配線導体
４・・・多層配線基板
【図１】
0004022102.tif 000004