(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔の表面に、多孔質のセラミック溶射層である被覆層を形成した後、該被覆層が形成された表面と反対側の面に、フィルム基体を接着して金属箔付きフィルムを作製し、
該金属箔付きフィルムの金属箔を配線回路パターン状にエッチングした後、
前記金属箔付きフィルムの前記金属箔側を、未焼成のセラミックグリーンシートの表面に圧着し、次いで前記フィルム基体を剥がして前記セラミックグリーンシートの表面に前記金属箔を転写形成し、前記セラミックグリーンシートを前記金属箔とともに焼成することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記セラミック溶射層が、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１記載のセラミック配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記セラミックグリーンシート中のセラミック成分が、ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセラミック配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子収納用パッケージや多層配線基板などに適した、絶縁基板がセラミックスあるいはガラスセラミックスからなる配線基板に回路を転写するための金属箔付きフィルムを用いたセラミック配線基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層セラミック配線基板が多用されている。
【０００３】
この多層セラミック配線基板は、アルミナやガラスセラミックなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＡｇ等の金属からなる配線回路とから構成されるもので、この絶縁基板の一部にキャビティが形成され、このキャビティ内に半導体素子が収納され、蓋体によってキャビティを気密に封止するものである。
【０００４】
近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量化が要求されており、アルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、Ｃｕ、Ａｇ等の低抵抗導体材料と同時焼成可能なガラスセラミックスに代表される低温焼成セラミック材料を絶縁基板とした低温焼成基板が一層注目されている。
【０００５】
このような低温焼成基板において、配線回路を形成する方法として、Ｃｕ、Ａｇ等の金属粉末を主成分とするメタライズペーストを用いてセラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷法等により印刷形成した後、グリーンシートと同時焼成する手法が一般的である。
【０００６】
セラミック系配線基板は、耐薬品性に優れ、また、絶縁基板と配線回路の間に強固な接着力が得られるため、密着不良の問題も生じにくく、さらに、多層化にあたっては、一括積層によりビアホール導体の形成も容易にできるという利点を有するが、配線回路を導体ペーストの印刷によって形成するために、配線幅１００μｍ以下の微細配線を歩留り良く形成するのは難しく、今後必要とされる更なる高密度化、小型軽量化への要求を満たすことができないものであった。さらに、導通抵抗についても配線回路中に空隙や粒界が存在し、また、一般に絶縁層との焼成時の熱収縮差を緩和して密着性を高めるために、セラミック粉末やガラス粉末を添加するために、低抵抗化が困難という問題があった。
【０００７】
そこで、絶縁基板としてセラミックスやガラスセラミックスを用いたセラミック系の配線基板において、絶縁基板の表面に金属箔から形成された配線回路を転写することにより、微細配線化、低抵抗化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−０７１３８７号公報
【特許文献２】特開昭６３−２９９１９５号公報
【特許文献３】特開平１１―１５７９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、金属箔から形成された配線回路をセラミックスに転写した場合の配線回路とセラミックスの密着強度のバラツキが大きく、安定して高い密着強度を発現させる事が困難であった。この原因を調査した結果、金属箔から形成された回路とセラミックス中のガラス成分とが焼結初期に接触している場合は密着強度が高いものの、密着していない場合は強度が低い。
【００１０】
つまり、フィルム基体の表面に金属箔を接着し、この金属箔に配線回路を形成し、これをセラミックグリーンシートに転写するのに用いられる金属箔付きフィルムは、転写後のセラミックグリーンシートとの焼結初期におけるガラス成分と配線回路との接触（濡れ）が十分でなく、その結果、焼結後の配線回路とセラミック基板との密着強度に大きなバラツキが発生する。
【００１１】
従って、本発明の目的は、セラミック配線基板における配線回路を転写して形成するのに適した金属箔付きフィルムを用い、焼成後のセラミック基板との配線回路との密着性のバラツキが小さいセラミック配線基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、金属箔の表面に、多孔質のセラミック溶射層である被覆層を形成した後、該被覆層が形成された表面と反対側の面に、フィルム基体を接着して金属箔付きフィルムを作製し、該金属箔付きフィルムの金属箔を配線回路パターン状にエッチングした後、前記金属箔付きフィルムの前記金属箔側を未焼成のセラミックグリーンシートの表面に圧着し、次いで前記フィルム基体を剥がして前記セラミックグリーンシートの表面に前記金属箔を転写形成し、前記セラミックグリーンシートを前記金属箔とともに焼成することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法である。
【００１３】
ここで、前記セラミック溶射層が、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２のうちの少なくとも1種
を含有することが好ましい。
【００１４】
そして、前記セラミックグリーンシート中のセラミック成分が、ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、配線回路の低抵抗化とともに、配線回路の絶縁基板への密着強度を高めることができる結果、微細配線化、低抵抗化を達成し、かつ配線回路と絶縁基板との接着強度が高い配線基板を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のセラミック配線基板の製造方法に用いられる回路転写フィルムとしての金属箔付きフィルムについて説明する。
【００１８】
本発明の金属箔付きフィルムは、フィルム基体と金属箔を具備し、金属箔は接着層を介してフィルム基体上に形成されている。フィルム基体としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、塩化ビニル、ポリプロピレンの群から選ばれる少なくとも１種の有機樹脂シートが好適に使用できる。
【００１９】
このフィルム基体の厚みは１０〜５００μｍが適当であり、望ましくは２０〜１００μｍが良い。これは、フィルム基体の厚みが１０μｍより小さいとフィルムの変形や折れ曲がりにより形成したフィルム表面に接着した金属箔にクラックが発生し、配線回路形成時に断線を引き起こし易くなり、厚みが５００μｍより大きいとフィルム基体の柔軟性がなくなるためフィルムの剥離が難しくなるためである。
【００２０】
また、フィルム基体の寸法変化が小さいことが望ましく、具体的には、１００℃で１時間保持した時の寸法変化率が１％以下、特に０．５％以下であることが望ましい。この寸法変化率は、フィルム基体上に形成された配線回路等の金属箔をセラミック基板に転写するにあたり、微細配線の配線ピッチ間のバラツキを低減し、高い寸法精度で転写を可能とするために重要な要因であって、上記の寸法変化率が１％よりも大きいと、寸法精度の高い配線回路の転写ができなくなる。
【００２１】
また、フィルム基体、特に金属箔の有機フィルム基体への接着層としては、アクリル系、ゴム系、シリコン系、エポキシ系等公知の接着剤が使用できる。また、接着層の厚みは３μｍ以上、望ましくは５μｍ以上が良い。接着層の厚みが３μｍより薄いと、金属箔の表面に追従できず、パターンの変色、パターンの剥れが発生する。
【００２２】
また、金属箔としては、配線基板として配線回路を形成するに好適な金属より形成され、例えば、金、銀、銅、アルミニウムの少なくとも１種を含む低抵抗金属、特に銅の金属箔が好適に使用される。前記金属箔の厚みは１〜３５μｍが良く、望ましくは５〜１８μｍが良い。金属箔の厚みが１μｍより小さいと配線回路の抵抗率が高くなり、また、３５μｍより大きいと、積層時に未焼成のセラミックグリーンシートの変形が大きくなったり、未焼成のセラミックシートへの金属の埋め込み量が多くなり、セラミックグリーンシートの歪みが大きくなり、焼成後に基板が変形を起こしやすいなどの問題がある。また、金属箔自体をエッチングしにくくなるため精度の良い微細な配線回路が得られないという問題もある。
【００２３】
上記金属箔のフィルム基体への粘着力は、５０〜５００ｇ／２５ｍｍが良く、望ましくは７０〜３５０ｇ／２５ｍｍが良い。上記粘着力が５０ｇ／２５ｍｍより弱いと、配線回路を形成するためのエッチング処理の際、金属箔がフィルム基体より剥離し、配線回路の断線を引き起こすおそれがある。また、５００ｇ／２５ｍｍより大きいと、配線回路形成後、絶縁基板に転写し、フィルム基体を剥離する際、絶縁基板の変形、回路の断線を引き起こすためである。なお、上記粘着力は、フィルム基体から金属箔を１８０度折れ曲がる方向に引っ張りながら剥がす時の応力を表したものである。
（被覆層）
さらに、本発明の金属箔付きフィルムは、金属箔の表面にセラミック溶射層またはセラミックスとの濡れ性に優れた金属からなる被覆層を形成してなるものである。このような被覆層の形成によって、焼成後の被転写材となるセラミックス基板との密着性を高め、安定化することが可能となる。
【００２４】
セラミック溶射層は、プラズマ溶射など公知の方法によって形成される。なお、この溶射は、フィルム基体が溶射時に変質するおそれがあるために、金属箔をフィルム基体表面に接着する前に形成することが望ましい。なお、溶射層は多孔質であることが望ましい。これは、金属箔に配線回路をエッチング法によって形成する場合、エッチング液の浸透を妨げないためである。また、溶射層の厚さは１〜３０μｍ、特に２〜５μｍが好適である。
【００２５】
上記のセラミック溶射層の材質としては、セラミックスに含まれるガラス成分との濡れ性が良いことが望ましく、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２およびＮｂＯの群から選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。特に、セラミック基体のガラス成分との密着性を高める上で、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくとも１種を含有することが望ましい。
【００２６】
また、セラミックスとの濡れ性に優れた金属からなる被覆層としては、金属蒸着層またはメッキ層であってもよい。蒸着は公知の物理蒸着法が良好に用いられる。蒸着またはメッキによる金属からなる被覆層は、Ａｌ、Ｓｉ、ＴｉおよびＮｂの群から選ばれる少なくとも１種が用いられる。Ｔｉ、Ｎｂは、化学的に活性であり、セラミック材料と化学的な結合を形成しやすいために強固な結合が得られる。また、Ａｌ、Ｓｉの表面は、微視的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３層が存在しており、これらの酸化物層がセラミックスのガラス成分との濡れ性を改善することによって、強固な接合が可能となる。
【００２７】
上記蒸着層またはメッキ層の厚さは１オングストローム以上であれば、強度改善の効果が認められる。蒸着あるいはメッキ処理は、処理時にフィルム基体が変質を起こすおそれがあるためにフィルム基体との張り合わせ前に金属箔の表面に施すことが望ましい。
【００２８】
次に、上記の金属箔付きフィルムを用いて、セラミック配線基板を作製するには、まず、上記の金属箔付きフィルムの金属箔側を未焼成のセラミックグリーンシートの表面に圧着した後、前記フィルム基体を接着層とともに剥がし、前記セラミックグリーンシートの表面に前記金属箔を転写形成する。
【００２９】
セラミックグリーンシート中には、成形用のバインダーとして有機樹脂が添加含有されているが、この時の圧着を、３０〜６０℃の温度に加熱しつつ、１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力を付与することによって、上記のバインダーが軟化し接着剤として機能し、金属箔をセラミックグリーンシートに接着させることができる。また、セラミックグリーンシートの表面に接着剤を塗布して回路転写性を高めることもできる。
【００３０】
この時、金属箔付きフィルムにおける金属箔には、エッチングなどによって配線回路が形成されていることがエッチング液によるセラミックグリーンシートの変質を防止する上で望ましく、特に上記の条件で圧着することによって、セラミックグリーンシートの転写面に配線回路パターンの金属箔の一部または全部を埋設することができる。特に、セラミックグリーンシートの転写面と金属箔の表面とが同一平面となるまで圧着することが望ましい。
【００３１】
なお、金属箔への配線回路の形成は、セラミックグリーンシートの表面に転写した後に回路形成を施すことも可能である。
【００３２】
その後、適宜、上記のようにしてセラミックグリーンシート単板、または金属箔による配線回路が形成された複数のセラミックグリーンシートを積層一体化した後、前記セラミックグリーンシートを前記金属箔とともに焼成することによってセラミック配線基板を作製することができる。
【００３３】
また、多層の配線基板を作製するにあたって、前記金属箔をセラミックグリーンシートの表面に転写する前に、セラミックグリーンシートの所定箇所にスルーホールを形成し、ホール内に金属粉末を含む導体ペーストを充填してスルーホール導体を形成しておくことによってこのスルーホール導体によって金属箔からなる配線回路間を電気的に接続することができる。
【００３４】
本発明におけるセラミックグリーンシートは、配線回路を形成する金属箔の融点以下で焼成可能であることが必要であり、セラミック成分としては、ガラス粉末、またはガラス粉末とセラミック粉末との混合物、あるいはセラミック粉末に適宜焼結助剤成分を添加したセラミック組成物が用いられる。特に配線回路をＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低抵抗導体によって形成した場合、ガラス粉末、またはガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末を用いて焼成したものが最も好適に用いられる。
【００３５】
用いるガラスとしては、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、鉛アルカリ珪酸ガラス、ほう珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、ほう珪酸亜鉛ガラス、アルミノ珪酸ガラス及び燐酸ガラスなどが挙げられ、特に、ほう珪酸系ガラスが好適である。
【００３６】
また、セラミック粉末、またはガラス粉末と組み合わされるセラミック粉末としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４、ＭｇＳｉＯ３、ＭｇＳｉＯ４、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ２ＴｉＯ４、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６、ＳｒＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８、Ｚｎ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ムライト及びゼオライトなどが挙げられる。また、このセラミック粉末は、用いる金属箔の種類によって適宜選択できる。
【００３７】
本発明によれば、セラミックグリーンシートの表面に転写、埋設された金属箔からなる配線回路は、その金属箔表面に施された前記被覆層によって、ガラス粉末や焼結助剤に由来する焼結初期に生成する液相成分と金属箔からなる配線回路との接触（濡れ）を改善することができる。このため、焼結中期に、金属箔表面に形成された被覆層がセラミック粒子間に存在する液相成分を吸着し、金属箔表面の凹凸の隅々にまで液相成分を浸透させる。このため、金属箔から形成された配線回路と、セラミック基板は焼成後において物理的に強固な結合を形成できる結果、配線回路のセラミック基板への密着強度を高く、また安定化させることができる。
【実施例】
【００３８】
先ず、ほう珪酸ガラス粉末７０重量％と、ＳｉＯ２粉末３０重量％を秤量し、成形用バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてＤＢＰ（ジブチルフタレート）、溶媒としてトルエンを加えて調製、混合したスラリーを用い、ドクターブレード法により厚さ３００μｍのセラミックグリーンシートを作製した。なお、このセラミック粉末組成物を用いて焼成後の熱膨張係数を測定した結果、４０〜４００℃で１０ｐｐｍ／℃であった。
【００３９】
次に、平均粒径が５μｍのＣｕ粉末に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、溶媒としてＤＢＰを添加混練し、ビアホール用導体ペーストを作製した。そして、セラミックグリーンシートの所定個所にパンチングにてビアホールを形成し、そのビアホール内に先の導体ペーストを充填した。
【００４０】
次に、厚さ１２μｍの電解銅箔にスパッタリング装置を用いて表１に示す金属の蒸着を行った。また、同様の電解銅箔にプラズマ溶射装置を用いて同じく表１に示す各種セラミックスの溶射処理を施した。
【００４１】
そして、厚さ３８μｍ、寸法変化率が０．０１％のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルム基体表面に、接着剤を塗布して上記処理後あるいは全く処理を施していない厚さ１２μｍの電解銅箔を接着した。
【００４２】
そして、前記金属箔の表面に感光性のレジストを塗布し、ガラスマスクを通して露光してパターンを形成した後、これを塩化第二鉄溶液中に浸漬して非パターン部をエッチング除去して配線回路を形成した。
【００４３】
なお、配線回路は、各測定用のパターンを除き、線幅（断面が台形形状の場合には下底幅）が５０μｍ、配線と配線との間隔（配線ピッチ）が５０μｍの微細パターンを用いた。
【００４４】
そして、配線回路の形成された金属箔を有する金属箔付きフィルムと前記セラミックグリーンシートを位置合わせして、真空積層機により６０℃、３０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で３０秒加圧して、配線回路の金属箔表面とセラミックグリーンシートの表面とが同一平面となるように金属箔をセラミックグリーンシート表面に埋設した後、フィルム基体を接着層とともに剥離して、金属箔による配線回路をセラミックグリーンシートに転写させた。また、同様にして金属箔による配線回路およびビアホール導体を有する５枚の配線シートを作製し、計６枚の配線シートを６０℃、２００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で積層一体化した。
【００４５】
最後に、この積層体を有機バインダー等の有機成分を分解除去するため、窒素雰囲気中７００℃で１時間保持した後、同一雰囲気中で積層体を９００℃で１時間保持することにより、多層のセラミック配線基板を作製した。
【００４６】
そして、作製したセラミック配線基板のうち、表面に形成された金属箔からなる配線回路に、Ｎｉ合金からなる金具を銀ロウによって接着固定した後、この金具を垂直に引っ張り上げ、金具が取れた時の強度を密着強度として評価した。なお、各試料について、２０個のサンプルを作製し、密着強度の平均値および密着強度の最高値−最低値をバラツキとして評価し、表１に示した。
【００４７】
【表１】
0004850275.tif 000002
【００４８】
表１から明らかなように、金属箔の表面にセラミック溶射層またはセラミックスとの濡れ性に優れた金属からなる被覆層を形成することによって、焼成後のセラミック配線基板との密着強度を高めると同時に強度のバラツキも低減することができた。