(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板に形成されたスルーホールに充填した後、焼成するための導体ペーストであって、
金粉末、銀粉末、銅粉末、銀粉末／パラジウム粉末混合物、および、銀粉末／白金粉末混合物からなる群の中から選択される少なくとも１種であり、かつ、平均粒径１〜１００μｍを有する金属粉末を主成分とする導電粉末と、
アルミノケイ酸塩系化合物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、フェライト、ＰＴＺおよびＰＴＦからなる群の中から選ばれる１種以上であり、前記導電粉末に対して０．５〜１５重量％の膨張剤と、
エチルセルロースおよびアクリル樹脂からなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり、前記導電粉末に対して２〜１０重量％の結合剤と、エチルカルビトールアセテートおよびテルピネオールからなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり、前記結合剤１００重量部に対して３００〜２０００重量％の溶剤とを含み、前記導電粉末に対して１０〜４５重量％の展色剤と、
ＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 およびＡｌ2 Ｏ3 からなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり、前記導電粉末に対して１．０〜１０重量％の密着性改善剤と、
ＴｉＯ2 、ＣｕＯ、Ｃｒ2Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＮｉＯの中から選択される少なくとも１種であり、前記導電粉末に対して０．１〜６重量％の密着性改善助剤と、
平均粒径０．１〜２．０μｍを有し、前記導電粉末に対して０．１重量％以上かつ３．０重量％以下のロジウム（Ｒｈ）粉末と、
を含む無収縮性スルーホール充填用導体ペースト。
【請求項２】
請求項１に記載のスルーホール充填用導体ペーストが充填され、焼成されてなるスルーホールを有するセラミック基板と、
前記セラミック基板の両面に形成され、その一部が前記スルーホール内の導体に接する配線回路と、
を備えたセラミック回路基板。
【請求項３】
請求項１に記載のスルーホール充填用導体ペーストが充填され、焼成されてなるスルーホールを有し、少なくとも１つのセラミック層からなるセラミック基板と、
前記セラミック基板の両面に形成され、その一部が前記スルーホール内の導体に接する配線回路と、
前記セラミック基板の片面に形成され、前記スルーホール内の導体に電気的に接する能動部と、
前記能動部を覆い、前記能動部の周りで前記セラミック基板と接することにより、前記能動部を流体で封じ込めた封止部と、
前記能動部の劣化を防ぐために、前記封止部と前記セラミック基板との間に充填されてなる不活性ガスと、
を備えたパッケージ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板の両面に形成された配線回路の導通を得るために形成されるスルーホールに充填される導体ペースト及びこのペーストを使用したセラミック回路基板に関し、さらに詳しくは、セラミック単層基板の両面やセラミック多層基板の両面及び内層を導通させるために形成されるスルーホールや、ＩＣ、トランジスタ等のパッケージ基板に形成されるスルーホールに充填される導体ペーストと、このペーストを前記スルーホールに充填する方法と、このペーストを使用したセラミック回路基板及びパッケージ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なセラミック回路基板は、９６％のアルミナを代表例とするセラミック基板に、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等の導電粉末を含むペーストをスクリーン印刷によって印刷し、この基板を約８００〜９００℃で焼成することで配線回路を基板に形成したものである。
【０００３】
近年、電子機器の小型化、高性能化が進み、電子部品の高密度実装が可能な信頼性の高い多層配線セラミック回路基板が求められている。回路密度を向上させるための一般的な手法は基板の両面に配線回路を形成することであり、その際の両面の配線回路の導通にはスルーホールが利用されている。
スルーホールを利用した導通方法には、スルーホール壁面に導体を印刷する方法と、スルーホールに導体を充填する方法とがある。充填方法によれば、導体は、一般的には、スルーホールに導電粉末を含む導体ペーストを充填した後、焼成して得られる。
【０００４】
しかし、導体ペーストをスルーホールに充填して焼成した場合、従来、導電粉末の焼成収縮力がセラミック基板への接着力を上回るために焼成過程で導体が収縮してスルーホールから脱落しやすいという問題がある。さらに、平面化処理の際に充填された導体が欠けやすいという問題もある。すなわち、例えば直径０．３ｍｍのスルーホールに導体ペーストを充填するためには、被印刷物である基板の寸法公差や導体ペースト充填時のセットズレ等に対応するため、直径０．５ｍｍ程度のパットパターンを有する版を用いてスルーホールへの導体ペーストを充填する必要がある。平面化処理とは、導体のこのはみ出し部を研磨する等して除去する処理をいう。
【０００５】
このため、従来のスルーホール形成による導通方法は、実用的には、スルーホール壁面に導体を印刷する方法に限られ、スルーホールが導体で充填された基板は製造できていなかった。
そこで、本出願人は上述したここの問題のうちの脱落の問題を解決し、収縮低減の要求を満足させる手段として、先に、ロジウム粉末を含む低収縮性のスルーホール充填用導体ペーストを提案している（特願平６−５１３０６）。この導体ペーストによれば、導体の欠けの問題は残るが、導体が熱収縮を起こしてスルーホールから脱落するという問題は改善できる。その結果、高密度化という面での配線回路密度の向上に導体充填法でも寄与することが可能となった。
【０００６】
ところで、セラミック回路基板の応用としてパッケージ基板がある。基板の製造は、９２％程度のアルミナのグリーンシートを積層して高温で焼結させる多層基板技術を用いて行われる。このパッケージ基板は、例えば図１に示すように、基板３上にＩＣや水晶発振子等の能動部品７を搭載し、この能動部品７をメタルキャップ６で覆っている。基板３にはスルーホール２が形成され、導体１が充填されて能動部品７の外部への導通とメタルキャップ６内の放熱を行っている。メタルキャップ６内は、能動部品７の劣化を防ぐために、不活性なガスで気密封止されている。従って、パッケージ構造となっている基板は、キャップ内の気密性が保たれていることが重要である。
【０００７】
パッケージ基板の中でも９２％アルミナの高温焼結多層基板の場合は、多層構造を有することで基板自体の気密性を維持している。９６％アルミナ基板の場合は単層でも基板自体の気密性が得られるが、９２％アルミナ積層基板を製造する場合には、スルーホールに充填された導体と基板とを同時に焼成するので、導体と基板との焼成収縮の整合がとれていれば、スルーホール内の気密性は充分に保たれる。しかし、９６％アルミナ基板でパッケージ基板等を製造する場合には、すでに焼結済のアルミナ基板のスルーホールに未焼結の導体ペーストを充填して焼結するので、スルーホール内の充填物がただ単に低収縮性であるというだけではスルーホール壁面と導体との間に微少な間隙が生じてしまい、気密性という点で対応不可能であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、スルーホール部に導体を充填させたセラミック配線基板を作製する上で、導体ペースト焼成時における充填導体のスルーホールからの脱落を防止すると共に、平面化処理において充填導体の欠けが生じにくいようにすることである。
【０００９】
本発明が解決しようとする別の課題は、パッケージ基板に形成されたスルーホール部の気密性を改善することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無収縮性スルーホール充填用導体ペーストは、セラミック基板に形成されたスルーホールに充填した後、焼成するための導体ペーストであって、
金粉末、銀粉末、銅粉末、銀粉末／パラジウム粉末混合物、および、銀粉末／白金粉末混合物からなる群の中から選択される少なくとも１種であり、かつ、平均粒径１〜１００μｍを有する金属粉末を主成分とする導電粉末と、
アルミノケイ酸塩系化合物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、フェライト、ＰＴＺおよびＰＴＦからなる群の中から選ばれる１種以上であり、前記導電粉末に対して０．５〜１５重量％の膨張剤と、
エチルセルロースおよびアクリル樹脂からなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり、前記導電粉末に対して２〜１０重量％の結合剤と、エチルカルビトールアセテートおよびテルピネオールからなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり、前記結合剤１００重量部に対して３００〜２０００重量％の溶剤とを含み、前記導電粉末に対して１０〜４５重量％の展色剤と、
ＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 およびＡｌ2 Ｏ3からなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり、前記導電粉末に対して１．０〜１０重量％の密着性改善剤と、
ＴｉＯ2、ＣｕＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＮｉＯの中から選択される少なくとも１種であり、前記導電粉末に対して０．１〜６重量％の密着性改善助剤と、
平均粒径０．１〜２．０μｍを有し、前記導電粉末に対して０．１重量％以上かつ３．０重量％以下のロジウム（Ｒｈ）粉末と、
を含む。
【００１１】
本発明に係るセラミック回路基板は、
本発明に係るスルーホール充填用導体ペーストが充填され、焼成されたスルーホールを有するセラミック基板と、
前記セラミック基板の両面に形成され、その一部が前記スルーホール内の導体に接する配線回路と、
を備えている。
【００１２】
本発明に係るパッケージ基板は、
本発明に係るスルーホール充填用導体ペーストが充填され、焼成されたスルーホールを有し、少なくとも１つのセラミック層からなるセラミック基板と、
前記セラミック基板の両面に形成され、その一部が前記スルーホール内の導体に接する配線回路と、
前記セラミック基板の片面に形成され、前記スルーホール内の導体に電気的に接する能動部と、
前記能動部を覆い、前記能動部品の周りで前記セラミック基板と接することにより、前記能動部を流体で封じ込めた封止部と、
前記能動部の劣化を防ぐために、前記封止部と前記セラミック基板との間に充填された不活性ガスと、
を備えている。
【００１３】
本発明の第１の観点に係るスルーホール充填方法は、
金属粉末を主成分とする導電粉末と、膨張剤と、展色剤とを混合することにより、導体ペーストを調製する工程と、
セラミック基板に形成されたスルーホールに、前記導体ペーストを充填する工程と、
前記スルーホールに充填された前記導体ペーストを焼成する工程と、
を含む。
【００１４】
本発明の第２の観点に係るスルーホール充填方法は、
金属粉末を主成分とする導電粉末と、膨張剤と、展色剤とを混合することにより、導体ペーストを調製する工程と、
少なくとも１つのセラミック層からなるセラミック基板に形成されたスルーホールに、前記導体ペーストを充填する工程と、
前記スルーホールに充填された前記導体ペーストを前記セラミック基板とともに焼成する工程と、
を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔導体ペースト〕
本発明に係る無収縮性スルーホール充填用導体ペーストは、金属粉末を主成分とする導電粉末と膨張剤と展色剤とを含み、セラミック基板に形成されたスルーホールに充填された後、焼成されるものである。なお、本明細書でいう「無収縮性」とは、焼成時の熱収縮がほとんどないという意味である。
【００１６】
金属粉末の材質としては、導電性を示すものであれば特に限定されず、通常、セラミック基板上に印刷される配線回路を構成する材料が使用される。具体的には、たとえば、金粉末、銀粉末、銅粉末等の単体金属粉末や、銀粉末／パラジウム粉末混合物、銀粉末／白金粉末混合物等の混合金属粉末等の中から選択される少なくとも１種が挙げられる。
【００１７】
金属粉末の形状としては、たとえば、球状、塊状、針状、鱗片状等があげられる。
焼成時の熱収縮をより低く抑えるためには、金属粉末の平均粒径は、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上である。また、金属粉末の充填率が向上して焼成体（または焼結体）がより緻密質になることを考慮すると、金属粉末の平均粒径は、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは７０μｍ以下である。金属粉末の平均粒径は、たとえば１〜１００μｍ、好ましくは２〜７０μｍであり、金属粉末の充填率をより向上させることと焼成時の熱収縮をより低く抑えることとのバランスを考慮すると、より好ましくは３〜７０μｍ、さらに好ましくは５〜７０μｍである。焼成体（または焼結体）をより緻密質とする目的やあるいは印刷性を向上させる目的で、上記範囲内の平均粒径の金属粉末の他に該範囲よりも小さい平均粒径の金属粉末を併用することができる。
【００１８】
膨張剤としては、焼成時に膨張性を示す物質であれば特に制限はないが、本発明において特に好適に使用される膨張剤は、膨張性に加えて固結性をも示す物質である。具体的には、焼成時に膨張性を示した後、単調に収縮し固結性を示す焼結体である。なお、本発明でいう「固結性」とは、焼結時に結晶相が出現してそれ以上には膨張性を示さなくなって安定し、保形性が発現するという性質をいう。
【００１９】
前記膨張剤が固結性をも有する場合には、膨張剤が膨張性を示すことで、必要に応じて添加される後述の密着性改善剤や密着性改善助剤を構成する成分とスルーホール壁面を構成する成分との間で化学的かつ物理的接合がなされ、スルーホールにほとんど隙間がなくなる。また、このような膨張剤は、固結するとそれ以上には膨張性を示さなくなって保形性が発現する。この結果、スルーホールに導体が充填された状態でセラミック基板に印刷した配線回路を焼成しても、充填用導体の収縮・膨張が極めて起こりにくい。従って、導体ペーストの熱収縮を抑制することに加えて、セラミック基板との接合の安定性、つまり気密性が保たれることになる。また、基板の平面化処理を行った場合でも充填導体が欠けたり、スルーホールから脱落することが殆どない。
【００２０】
上述した固結性を有する膨張剤としては、例えば、アルミノケイ酸塩系化合物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、ＺｎＦｅ2 Ｏ4 、ＣｄＦｅ2 Ｏ4 等のフェライト、フェライト、ＰＴＺ、ＰＴＦ等があげられる。ここで、ＰＴＺ、ＰＴＦとはそれぞれ下記（１）、（２）の反応の結果得られる焼結体をいう。
（１）ＰｂＯ＋0.55ＺｒＯ3 ＋0.45ＴｉＯ2 
→Ｐｂ（Ｚｒ0.55Ｆｅ0.45）Ｏ3     ：ＰＴＺ
（２）４ＰｂＯ＋Ｔａ2 Ｏ6 ＋Ｆｅ2 Ｏ3 
→４Ｐｂ（Ｔａ0.5 Ｆｅ0.5 ）Ｏ2   ：ＰＴＦ
前記アルミノケイ酸塩系化合物とは、例えば、一般式ＲＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 （Ｒはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）で示される化合物である。具体的にはアノーサイト（CaO ・Al2O3 ・2SiO2)、セルシアン（BaO ・Al2O3 ・2SiO2)等のアルミノケイ酸塩系化合物等である。
【００２１】
前記アルミノケイ酸塩系化合物は、例えば、次のような方法で得られる仮焼物である。まず、カオリンとＩＩ族金属元素の酸化物とを仮焼する。これらを仮焼すると、再焼成時に粘性流動を示す反応性に富んだ非晶質の混合物となる。この混合物を本焼すると、混合物は粘性流動域で（Ａｇ存在下で）膨張性を示し、結晶相が析出するとともに粘性が高くなり、最終的に固結する。固結すると、それ以上には膨張性を示さなくなって保形性を有する焼結体となる。
【００２２】
前記膨張剤の使用割合は、導電粉末に対して０．５〜１５重量％であることが好ましく、１．０〜７．０重量％であることがさらに好ましい。膨張剤の使用割合が０．５重量％より少ない場合には、導体の収縮を抑制する作用が弱く、スルーホール内に隙間ができる。また、７．０重量％より多い場合には、焼結体が粗密な構造となり、導体抵抗値の上昇を引き起こす。
【００２３】
膨張剤は、１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
展色剤は、たとえば、結合剤および溶剤を含む。結合剤としては、たとえば、エチルセルロース、アクリル樹脂などの１種または２種以上が用いられ、溶剤としては、たとえば、エチルカルビトールアセテート、テルピネオール等の１種または２種以上が用いられる。結合剤の使用量は、例えば、導電粉末１００重量部に対して、２〜１０重量部程度である。また、溶剤の使用量は、使用する結合剤の種類によっても異なるが、例えば、結合剤１００重量部に対して、３００〜２０００重量部程度である。具体的な展色剤としては、たとえば、田中貴金属インターナショナル 社製ＴＲＤ−１等が好適に使用される。展色剤の使用量は、例えば、原料粉末全体１００重量部に対して、１０〜４５重量部程度である。
【００２４】
上述のような導電粉末と膨張剤と展色剤とを含む導体ペーストを充填・焼成して得られる導体を、セラミック基板に形成されたスルーホールに充填した場合を図を用いて説明する。図２は導体８がスルーホール１０に隙間なく充填された場合を示す。この場合には、膨張剤が膨張することによって導体８がスルーホール１０に隙間なく充填される。従って、スルーホール１０から導体８が脱落することもなく、また、図１に示すパッケージ基板に形成されたスルーホール２に充填された場合でも、スルーホール２内の気密性が保たれる。しかしながら、例えば図３や図４に示すように、導体１４、１９が部分的にしか膨張しないために、スルーホール１３、１８内に隙間１２、１７が生じる場合がある。このような基板をセラミック回路基板として使用する場合には、配線回路１５、２０間の各導通には悪影響を及ぼさない。しかしながら、パッケージ基板として使用する場合には、気密性という点で問題がある。
【００２５】
本発明の充填用ペーストは、セラミック基板との密着性を向上させる目的で密着性改善剤をさらに含むことが好ましい。本発明で好適に使用される密着性改善剤は、ＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の一般的なガラス成分の１種または２種以上から構成され、好ましくは軟化点が５００〜１０００℃であり、さらに好ましくは軟化点が６００〜９００℃であるガラスである。軟化点が５００℃未満のガラスを使用する場合には、充填用導体ペーストの焼成時にこの密着性改善剤の粘度が下がり過ぎてスルーホール壁面への移行量が少なくなり、充填用導体とスルーホール壁面との接合に寄与しなくなるばかりでなく、充填用導体の収縮を増大させスルーホールから充填用導体を剥離させる原因となる。また、軟化点が１０００℃を越えるガラスを使用する場合には、充填用導体ペーストを焼成する際の熱ではガラスが良好に軟化せず、接着性に影響を及ぼす。
【００２６】
前記密着性改善剤の使用割合は、導電粉末に対して１．０〜１０重量％であることが好ましく、２．０〜８．０重量％であることがさらに好ましい。密着性改善剤の使用割合が１．０重量％より少ない場合には、セラミック基板との密着力が著しく乏しくなる。一方、１０重量％より多い場合には、焼結体の収縮を促進させ、その固結性を失わせる。
【００２７】
本発明に係るスルーホール充填用導体ペーストは、セラミック基板との密着性をより向上させる目的で、密着性改善助剤をさらに含むことが好ましい。密着性改善助剤としては、密着性改善剤と同様の作用を示すガラス成分とも成りうるとともに、セラミック基板との密着性をより向上させることができるという理由で、ＴｉＯ2 、ＣｕＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＮｉＯの中から選択される少なくとも１種であることが好ましいが、セラミック基板との密着性をより向上させるものであれば、これらの酸化物に限定されない。
【００２８】
前記密着性改善助剤の使用割合は、導電粉末に対して０．１〜６重量％であることが好ましく、０．３〜３重量％であることがさらに好ましい。密着性改善助剤の使用割合が０．１重量％より少ない場合には、セラミック基板との密着反応層が乏しくなる。一方、６重量％より多い場合には、焼結体が粗密化し、導体抵抗値の上昇を招く。
【００２９】
本発明のスルーホール充填用導体ペーストは、焼成による収縮を抑制する目的でロジウム（Ｒｈ）粉末をさらに含んでいてもよい。
ロジウム粉末の添加量は、導電粉末に対して０．１重量％以上かつ３．０重量％以下であることが好ましく、０．６重量％以上かつ３．０重量％以下であることがさらに好ましい。添加量が０．１重量％より少ない場合には、焼成による収縮を抑制する効果が少ない。また、添加量が３．０重量％より多い場合には、導体ペースト中の金属粉末の量が相対的に低下するので導体抵抗値が増加する。また、ロジウムは非常に高価であるため過剰な使用は好ましくない。
【００３０】
前記ロジウム粉末は、球状、塊状、針状、鱗片状等の任意の形状のものを用いることができ、その平均粒径は、０．１〜２．０μm であることが好ましく、０．５〜１．２μm であることがさらに好ましい。平均粒径が０．１μm より小さい場合には、焼成による熱収縮抑制効果が薄れてしまう。また、平均粒径が２．０μm より大きい場合には、焼成による熱収縮の抑制が均一に行われないという問題がある。
【００３１】
前記充填用導体ペーストは、焼成前の混練物に適度の流動性を付与する等の目的で、脂肪族エステル等の添加剤を含んでいてもよい。
本発明に係るスルーホール充填用導体ペーストの製造方法としては、まず、導電粉末と膨張剤と展色剤とを含む原料粉末を混練し、この混練物を、セラミック基板に形成されたスルーホールにを充填した後、スルーホール部を焼成するのがよい。
【００３２】
原料粉末の混練物（導体ペースト）を得る方法としては、導電粉末と膨張剤と展色剤とを含む原料粉末を混練してもよいし、導電粉末と展色剤との混練物に膨張剤等の添加物と展色剤との混練物を加えて混練してもよい。混練する際には、３本ロールミル等の混合機を用いたり、擂潰機を使用することが好ましい。
セラミック基板に形成されたスルーホールに導体ペーストを充填する際には、メタルマスクを用いてスルーホールの開口部を覆うようにして導体ペーストを充填するのがよい。なお、メタルマスクは、基板のスルーホールに相当する位置にスルーホールの孔径以上の大きな孔径の孔を有する金属板である。導体ペーストの充填は、厚膜印刷技術で一般的に行われているスクリーン印刷やメタルマスク印刷によって行うのがよい。
【００３３】
前記導体ペーストの焼成温度は７５０〜１０００℃であることが好ましく、８００〜９５０℃であることがさらに好ましい。焼成温度が７５０℃より低い場合には、導電粉末の焼結が不充分となるため、得られる焼結体が粗密になって導体抵抗値の上昇をまねく。また、焼結体の結晶化が行われないため、焼結体の固結性が損なわれる。焼成温度が１０００℃より高い場合には、密着性改善剤の発泡や導体粉末の過焼結を引き起こすという問題がある。なお、導体ペーストの焼成は、連続焼成炉やバッチ炉を用いて約６０分間行うのがよい。
【００３４】
焼成後には必要に応じて、基板の平面化処理を行う。平面化処理はスルーホール部の開口部を覆うようにして配置された導体を研磨する等して除去するのがよい。
なお、上記平面化処理は、焼成後に限らず、焼成前に行ってもよい。
〔セラミック回路基板〕
本発明に係るセラミック回路基板は、上記スルーホール充填用導体ペーストのいずれかが充填され、焼成されたスルーホールを有するセラミック基板と、セラミック基板の両面に形成され、電気的導通を取る為にその一部がスルーホール内の導体に接する配線回路とを備えている。
【００３５】
セラミック基板は、１層であってもよく、複数枚が積層されていてもよい。また、セラミック基板の製造方法や積層方法等は、常法に従えばよい。
セラミック基板の両面に形成された配線回路を構成する材料は、前述したような金粉末、銀粉末、銅粉末等の単体金属粉末や、銀粉末／パラジウム粉末混合物、銀粉末／白金粉末混合物等の混合金属粉末等、通常セラミック回路基板の作製に使用されるものがあげられる。配線回路を形成する方法は常法に従えばよい。
【００３６】
配線回路のうちのスルーホール上に位置する部分は導体に接する。このことから、セラミック多層配線基板を製造する際、スルーホールを有する基板上に１層以上の絶縁層を介して配線回路を配置する場合、スルーホールを避ける必要がなくなる。すなわち、例えば、セラミック多層配線基板の製造方法の１つである積層多層法によってセラミック多層配線基板を製造する場合、スルーホールに導体が充填されていない場合にはグリーンシートがスルーホールに沈み込んだり亀裂を生じる等の欠陥が発生していた。本発明に係るセラミック回路基板によれば、断線等の不都合がない信頼性の高い配線回路を基板上に構築できる。
【００３７】
〔パッケージ基板〕
本発明に係るパッケージ基板は、
上記スルーホール充填用導体ペーストのいずれかが充填され、焼成されたスルーホールを有し、少なくとも１つのセラミック層からなるセラミック基板と、
前記セラミック基板の両面に形成され、その一部が前記スルーホール内の導体に接する配線回路と、
前記セラミック基板の片面に形成され、前記スルーホール内の導体に電気的に接する能動部と、
前記能動部を覆い、前記能動部品の周りで前記セラミック基板と接することにより、前記能動部を流体で封じ込めた封止部と、
前記能動部の劣化を防ぐために、前記封止部と前記セラミック基板との間に充填された不活性ガスと、
を備えている。
【００３８】
本発明のパッケージ基板の一実施形態は、たとえば、図１に示すものである。このパッケージ基板は、少なくとも１つのセラミック層からなるセラミック基板３を有する。セラミック基板３は、たとえば、９６％程度のアルミナを用いて製造される。セラミック基板３上にはＩＣや水晶発振子等の能動部品７が搭載されている。能動部品７はメタルキャップ６で覆われている。セラミック基板３にはスルーホール２が形成されている。スルーホール２には本発明のスルーホール充填用導体ペーストの焼結体からなる導体１が充填されているため、能動部品７の外部への導通とメタルキャップ６内の放熱を行うことができるとともに、能動部品７の劣化を防ぐためにメタルキャップ６内に封止された不活性ガスの気密性に優れている。セラミック基板３の両面には、配線回路（図示省略）が形成されており、その一部はスルーホール２内の導体１に接している。
【００３９】
〔スルーホール充填方法〕
本発明の第１の観点に係るスルーホール充填方法は、
金属粉末を主成分とする導電粉末と、膨張剤と、展色剤とを混合することにより、導体ペーストを調製する工程と、
セラミック基板に形成されたスルーホールに、前記導体ペーストを充填する工程と、
前記スルーホールに充填された前記導体ペーストを焼成する工程と、
を含む。
【００４０】
このスルーホール充填方法の一実施形態においては、前記膨張剤は、前記導体ペースト焼成工程時に膨張性を示した後、単調に収縮し結晶相を形成して安定化することにより、前記導電粉末の固結化焼結体を形成させるものであり、前記導体ペースト充填工程は、前記焼成工程後かつ前記焼結体が固結した後で前記固結化焼結体が前記セラミック基板の両面からはみ出る程の充分な量の前記導体ペーストを前記スルーホールに充填する工程を含むものである。また、この実施形態では、前記焼成工程を行った後、前記セラミック基板の両面からはみ出た前記固結化焼結体を除去するために前記セラミック基板の両面を平面化処理（たとえば、研磨加工）する工程がさらに含まれる。
【００４１】
本発明の第２の観点に係るスルーホール充填方法は、
金属粉末を主成分とする導電粉末と、膨張剤と、展色剤とを混合することにより、導体ペーストを調製する工程と、
少なくとも１つのセラミック層からなるセラミック基板に形成されたスルーホールに、前記導体ペーストを充填する工程と、
前記スルーホールに充填された前記導体ペーストを前記セラミック基板とともに焼成する工程と、
を含む。
【００４２】
このスルーホール充填方法の一実施形態においては、前記焼成工程を行った後、セラミック基板の両面を平面化処理（たとえば、研磨加工）する工程がさらに含まれる。
【００４３】
【実施例】
下記の実施例は、本発明の例示であり、本発明の特許請求の範囲を制限するものではない。
〔実施例１〕
導電粉末として銀粉末（平均粒径＝５．０μｍ）を用いた。まず、この銀粉末１００重量部に対してビヒクル（展色剤）を２０重量部加えて混合し、更に３本ロールミルで混練して銀ペーストを得た。ビヒクルは、テルピネオール１００重量部に対してエチルセルロースを１５重量部溶解させたものを使用した。
【００４４】
次に、膨張剤、密着性改善剤、密着性改善助剤と前述のビヒクルとを混合し、更に３本ロールミルで混練して添加剤ペーストを得た。
上記２種類のペーストを混合し、混練することによって充填用導体ペーストを得た。
添加剤ペーストを調製する際の各原料の使用量は、導電粉末１００重量部に対し、膨張剤が３．９重量部、密着性改善剤が６．７重量部、密着性改善助剤が０．６重量部、ビヒクルが２０重量部とした。膨張剤としては、カオリン（平均粒径＝０．２５μｍ）と炭酸カルシウム（平均粒径＝０．３μｍ）を混合した粉末を約８７０℃で仮焼した粉末を用いた。仮焼粉末の組成は、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 の各成分に換算して、ＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝１．１：１．０：２．４であった。密着性改善剤としては平均粒径３．５μｍのＢ2 ０3 −Ｚｎ０−ＰｂＯ系ガラス粉末（旭硝子社製、ＡＳＦ−１４４０）を使用し、密着性改善助剤は、平均粒径０．３μｍのＴｉＯ2 粉末（石原産業社製）を使用した。
【００４５】
以下の「接着強度の評価」「導体抵抗値の評価」において、導体をスルーホールに充填した状態では評価しにくいため、アルミナ基板上に導体を配置することで評価を行った。
接着強度の評価
２００メッシュのステンレススクリーンを使用して、純度９６％アルミナ基板（３インチ、０．６３５ｔ）上に２ｍｍ口パットが多数配列するように、実施例１で得られた充填用導体ペーストを印刷した。これを１５０℃で１０分間クリーンオーブン中で乾燥を行った後、連続焼成炉で８５０℃、６０分焼成した。この基板上の２ｍｍ口パットに半田小手で直径０．６ｍｍ錫メッキ軟銅線を共晶半田（銀２％含有）で半田付けした後、リード線を基板と９０°になるように折り曲げて引っ張り強度（ピール強度）を測定した。その結果、２ｍｍパット、２０ポイントの平均接着強度は２．３１Ｋｇであった。
【００４６】
導体抵抗値の評価
純度９６％アルミナ基板（３インチ口、０．６３５ｔ）の基板上に、実施例１で得られた充填用導体ペーストの線状パターンを印刷した。これを１５０℃で１０分間クリーンオーブン中で乾燥を行った後、連続焼成炉で８５０℃で６０分焼成して線状の導体膜を有するアルミナ基板を得た。
【００４７】
このアルミナ基板表面の導体膜について、サーペンタインラインの膜厚、ライ幅及び抵抗値を測定し、これらの値から導体抵抗値を算出した。試料として５試料準備し、その結果、平均導体抵抗値として７．９μΩ・ｃｍの値を得た。
スルーホールホール充填の評価
＜導体の欠け・脱落の評価＞
板厚０．１ｍｍのステンレス製のメタルマスク（直径０．３ｍｍ）を用いて、直径０．２ｍｍスルーホールホール（６００個）を有する純度９６％アルミナ基板（８４．０ｍｍ×６９．０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）に、実施例１で得られた充填用導体ペーストを充填した。これを、１５０℃、１０分間クリーンオーブン中で乾燥を行った後、連続乾燥炉８５０℃、６０分焼成した。次に、スルーホール充填用導体が基板表面より突き出していたり、基板表面のスルーホール孔周辺に残った充填用導体を完全に取り除くために、研磨加工（平面化処理）を施した。この際、充填スルーホール部の実態鏡による観察を行ったが、導体が欠落したり、スルーホールから抜けてしまったりするものは皆無であった。また、この基板の充填スルーホール部を破断させ断面観察を行ったところ、スルーホール壁面と充填導体とは隙間なく接着しており、スルーホール壁面には一様に接着反応層が確認された。
【００４８】
＜気密性の評価＞
図５に示すように、前工程で研磨加工を施した充填基板２５の表面にスクリーン印刷で厚膜用銀／白金ペースト（DuPont社製、ＱＳ−１７１）を用いてパターン２４を形成し、１５０℃、１０分間クリーンオーブン中で乾燥を行った後、連続焼成炉で８５０℃、６０分間焼成した。
【００４９】
次に、このパターン上に銅版メタルマスクを用いて、クリーム半田（ニホンハンダ社製）を印刷し、その上にメタルキャップ（図１の６）をのせた。これを熱風リフロー炉に通炉させ半田付けを行い、気密性評価の試料とした。試料数としては１００個の気密性評価の試料を準備した。
この試料をクロロセンで洗浄した後、１２５℃、フロリナート（住友３Ｍ社製、ＦＣ−４０）浴中でグロスリーク試験を行い、気泡の発生を観察したところ、皆無であった。次に、この試料をＨｅリークディクテクター（ビーコ社製）を用いて気密性（ファインリーク試験）の評価を行ったところ、全ての試料においてこの装置の限界値である１．０×１０-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であった。
【００５０】
〔比較例１〕
実施例１において、膨張剤、密着性改善剤、密着性改善助剤を混合していないペーストを充填用導体ペーストとして使用したこと以外は、実施例１と同様にして評価試料を作製し、接着強度、導体抵抗値及びスルーホール充填の評価を実施例１と同様にして行った。
【００５１】
その結果、平均値として接着強度０．６Ｋｇ、導体抵抗値４．３μΩ・ｃｍの値を得た。
スルーホール充填の評価は、前述のようにして研磨加工後の充填スルーホール部の観察を行った。その結果、表面観察では、導体の欠けが６５％、充填導体のスルーホール孔からの抜けが１２％確認された。また、断面観察では、すべての試料で導体とスルーホール壁面との間に一様な隙間が生じており、接着反応層を確認することはできなかった。気密性評価の試料では、グロスリーク試験において、充填スルーホール部からの気泡の発生を確認し、その発生率は９５％であった。
【００５７】
〔実施例２〕
実施例１において、平均粒径５．０μｍの銀粉末１００重量部の代わりに平均粒径３０μｍの銀粉末５０重量部と平均粒径１μｍの銀粉末５０重量部とを用いたこと以外は、実施例１と同様にして評価試料を作製し、接着強度、導体抵抗値、スルーホール充填の評価、及び気密性の評価を実施例１と同様にして行った。
【００５８】
その結果、平均値として、接着強度２．３Ｋｇ、導体抵抗値７μΩ・ｃｍの値を得た。
スルーホール充填評価では、研磨加工後の表面観察で、実施例１と同様に良好な接着反応層が確認された。
気密性評価では、グロスリーク試験における気泡の発生は皆無であり、ファインリーク値は１．０×１０-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であった。
【００５９】
〔参考例〕
導電粉末として銀粉末（平均粒径＝５．０μｍ）を用いた。この銀粉末１００重量部に対して、それぞれ（１）１．０重量部（２）３．０重量部（３）５．０重量部（４）１０．０重量部の膨張剤を配合し、乾式混合を行って４種類の原料粉末を得た。膨張剤としては、カオリン（平均粒径＝０．２５μｍ）と炭酸カルシウム（平均粒径＝０．３μｍ）を混合した粉末を約８７０℃で仮焼した粉末を用いた。仮焼粉末の組成は、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 の各成分に換算して、ＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ：ＳｉＯ2 ＝１．１：１．０：２．４であった。
【００６０】
これらの４種類の原料粉末を各々１．０ｇ秤量し、直径６．９５ｍｍの金型を用いて１００Ｋｇ／ｃｍ2 で一軸プレスを行って原料粉末のペレットを得た。これらのペレットを連続焼成炉で８５０℃、６０分で焼成を行って、４種類の焼結体を得た。
以下の「焼成収縮率の評価」「固結性の評価」において、導体をスルーホールに充填した状態では評価しにくいため、原料粉末のペレットを焼成したものを用いて評価を行った。なお、この参考例で作製したペレットは展色剤を含まない。展色剤は原料粉末を焼成する以前に飛ばされている（脱脂される）ため、展色剤を始めから展色剤を含まなくても焼結体の焼成収縮および固結といった現象に直接影響を及ぼさない。
【００６１】
焼成収縮率の評価
参考例で得られた焼結体の直径を測定してその変化率を評価した。結果を図６に示す。
固結性の評価
参考例で作製した膨張剤配合３％のペレット試料と膨張剤配合５％のペレット試料とを用いて、焼成後の熱履歴による固結安定性を評価した。焼成されたペレット試料を連続焼成炉で８５０℃、６０分複数回（最大４回）の焼成を行った後、焼成後のペレットの直径を測定してその変化率を評価した。結果を図７に示す。
【００６２】
〔比較参考例〕
原料粉末として、銀粉末（平均粒径５．０μｍ）を単独で使用したこと以外は、参考例と同様にしてペレット試料を作製して、その焼成収縮率及び固結安定性の評価を行った。結果を図８に示す。
以上の結果から、膨張剤の添加量が僅かであっても導体粉末の焼成収縮を抑制させる効果があることが確認できた。また、一旦焼成を行った導体は、その後の熱履歴によっても収縮の抑制効果が維持されており、その形状が固結安定化していることを確認した。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係るスルーホール充填用導体ペーストは膨張剤を含むため、セラミック配線基板に形成されたスルーホール部に充填する導体ペーストの焼成後の収縮を抑制し、スルーホール壁面と導体との接合が十分に保たれ、基板表面の配線回路とスルーホール導体との接続の信頼性が向上する。また、従来のタイプのものに比べてスルーホール内の導体量が増加するので導体抵抗が低減化する。
【００６４】
前記膨張剤が、アルミノケイ酸塩系化合物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、フェライト、ＰＴＺおよびＰＴＦからなる群の中から選ばれる少なくとも１種である場合には、導体ペーストの焼成後の収縮を抑制する効果がより向上し、基板表面の配線回路とスルーホール導体との接続の信頼性もより向上する。
【００６５】
前記アルミノケイ酸塩系化合物が、一般式ＲＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 （Ｒはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）で示される化合物である場合には、導体ペーストの焼成後の収縮を抑制する効果がさらに向上し、基板表面の配線回路とスルーホール導体との接続の信頼性もさらに向上する。
前記スルーホール充填用導体ペーストが密着性改善剤をさらに含む場合には、導体とセラミック基板との接着力を増大させる効果が向上すると共に、特にパッケージ基板に形成されたスルーホールに充填した場合に、スルーホール部の気密性を改善することができる。
【００６６】
前記密着性改善剤が、軟化点が５００〜１０００℃のガラスである場合には、スルーホール部の気密性がより向上する。
前記スルーホール充填用導体ペーストが密着性改善助剤をさらに含む場合には、導体とセラミック基板との接着力を増大させる効果がより向上すると共に、パッケージ基板のスルーホール部の気密性もより向上する。
【００６７】
前記密着性改善助剤がＴｉＯ2 、ＣｕＯ、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 およびＮｉＯからなる群の中から選択される少なくとも１種である場合には、パッケージ基板のスルーホール部の気密性がさらに向上する。
前記スルーホール充填用導体ペーストがロジウム（Ｒｈ）粉末をさらに含む場合には、導体ペーストの焼成後の収縮を抑制する効果が向上する。
【００６８】
前記スルーホール充填用導体ペースト中、前記ロジウム（Ｒｈ）粉末の含有割合が前記導電粉末に対して０．１重量％以上かつ３．０重量％以下の場合には、導体ペーストの焼成後の収縮を抑制する効果がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】パッケージ基板の一例を示した断面図。
【図２】本発明の導体ペーストをスルーホールに充填した場合の一例を示したセラミック基板の断面図。
【図３】従来の導体ペーストをスルーホールに充填した場合の一例を示したセラミック基板の断面図。
【図４】従来の導体ペーストをスルーホールに充填した場合の一例を示したセラミック基板の断面図。
【図５】実施例の気密性の評価で使用したスクリーン印刷用パターン。
【図６】参考例で得られた導体の焼成収縮率の評価結果を示す図。
【図７】参考例で得られた導体の固結安定性の評価結果を示す図。
【図８】比較参考例で得られた導体の焼成収縮率及び固結安定性の評価結果を示す図。
【符号の説明】
１  導体
２  スルーホール
３  セラミック基板
６  メタルキャップ
７  能動部品
８  導体
９  配線回路
１０  スルーホール
１１  セラミック基板
１２  隙間
１３  スルーホール
１４  導体
１５  配線回路
１６  セラミック基板
１７  隙間
１８  スルーホール
１９  導体
２０  配線回路
２１  セラミック基板
２２  スルーホール
２３  導体
２４  パターン
２５  セラミック基板
【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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