| 【発明の名称】 |
配線基板 |
| 【発明者】 |
【氏名】山口 雄一朗
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| 【要約】 |
【課題】絶縁基板に設けたスルーホール内壁へのスルーホール導体の付き廻りが悪く、スルーホール導体に断線や導通不良が発生する。
【解決手段】厚み方向にスルーホール７を有する絶縁基板１と、該絶縁基板１の表面に薄膜形成技術により形成された薄膜配線導体層２と、前記スルーホール７の内壁に被着され、前記薄膜配線導体層２と電気的に接続する薄膜形成技術により形成されたスルーホール導体３とからなる配線基板であって、前記絶縁基板１に形成したスルーホール７はその径が長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広がっている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】厚み方向にスルーホールを有する絶縁基板と、該絶縁基板の表面に薄膜形成技術により形成された薄膜配線導体層と、前記スルーホールの内壁に被着され、前記薄膜配線導体層と電気的に接続する薄膜形成技術により形成されたスルーホール導体とからなる配線基板であって、前記絶縁基板に形成したスルーホールはその径が長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広がっていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】厚み方向にスルーホールを有する絶縁基板と、該絶縁基板の表面に薄膜形成技術により形成された薄膜配線導体層と、前記スルーホールの内壁に被着され、前記薄膜配線導体層と電気的に接続する薄膜形成技術により形成されたるスルーホール導体とからなる配線基板であって、前記絶縁基板に形成したスルーホールはその径が一方の開口端から他方の開口端に向かって順次広がっていることを特徴とする配線基板。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板に関し、より詳細には混成集積回路装置や半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ等に使用される配線導体が高密度に形成された配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、半導体素子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動部品を多数搭載し、所定の電子回路を構成するようになした混成集積回路装置は、通常、酸化アルミニウム質焼結体からなり、厚み方向にスルーホールを有する絶縁基板と、該絶縁基板の上面及びスルーホール内壁面に被着されているタングステン、、モリブデン、マンガン等の金属材料よりなる配線導体及びスルーホール導体とで構成される配線基板を準備し、該配線基板の絶縁基板上面に半導体素子や容量素子、抵抗器等を搭載取着するとともに該半導体素子等の電極を前記配線導体に電気的に接続することによって形成されている。
【０００３】かかる混成集積回路装置は、配線基板の絶縁基板下面に導出するスルーホール導体の一端を外部電気回路に接合させることによって外部電気回路に電気的に接続される。
【０００４】また前記混成集積回路装置に使用される配線基板は、一般にセラミックの積層技術及びスクリーン印刷等の厚膜形成技術を採用することによって製作されており、具体的には以下の方法によって製作される。
【０００５】即ち、（１）まず、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等からなるセラミックス原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、次にこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダロール法等によりシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシート( セラミック生シート) を得る。そして各セラミックグリーンシートに打ち抜き加工法及び孔あけ加工法を施し、所定位置にスルーホールとなる貫通孔を形成するとともに所定形状に加工する。
【０００６】（２）次に前記セラミックグリーンシートの表面及び貫通孔内に、タングステンやモリブデン粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布する。
【０００７】（３）そして最後に前記金属ペーストを印刷塗布した各セラミックグリーンシートを上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストとを焼結一体化することによって絶縁基体の内部及び表面に所定パターンの配線導体を、またスルーホール内にスルーホール導体を有する配線基板が完成する。
【０００８】しかしながら、この従来の配線基板においては、配線導体及びスルーホール導体の全てが金属ペーストをスクリーン印刷することによって形成されており、スクリーン印刷による配線導体及びスルーホール導体の形成は微細化が困難で、配線導体及びスルーホール導体を高密度に形成することができないという欠点を有していた。
【０００９】そこで上記欠点を解消すために配線導体及びスルーホール導体を従来周知のスクリーン印刷等の厚膜形成技術を用いて形成するのに変え、微細化が可能な薄膜形成技術を用いて配線導体及びスルーホール導体を形成することが提案されている。
【００１０】かかる配線導体及びスルーホール導体を薄膜形成技術により形成した配線基板は、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、厚み方向にスルーホールを有する絶縁基板の表面及びスルーホール内に、例えば、チタンから成る接着層と、金から成る主導体層とをイオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法等の薄膜形成技術により被着し、しかる後、これらの層をフォトリソグラフィー技術を採用し、所定パターンに加工して配線導体及びスルーホール導体とすることによって形成されている。
【００１１】なお、前記チタンから成る接着層は配線導体及びスルーホール導体を絶縁基板の表面及びスルーホール内壁に強固に接着させる作用をなし、また金から成る主導体層は電気信号を伝搬させるための伝搬路として作用する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の配線導体及びスルーホール導体を薄膜形成技術により形成した配線基板においては、絶縁基板に設けたスルーホールの径が小さくなり、アスペクト比（スルーホールの径／絶縁基板の厚さ）が１／２以下となってきていること及びスルーホール内壁が絶縁基板の上下面に対し垂直方向に直線状に形成されていること等からスルーホール内壁へのスルーホール導体の付き廻りが悪く、スルーホール内壁全面にスルーホール導体を均一厚みに被着させることができなくなってスルーホール導体中に断線や導通不良が発生するという欠点を有していた。
【００１３】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、絶縁基板の表面及びスルーホール内壁に薄膜形成技術により配線導体及びスルーホール導体を所定厚みに強固に被着させた断線や導通不良のない高信頼性の配線基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、厚み方向にスルーホールを有する絶縁基板と、該絶縁基板の表面に薄膜形成技術により形成された薄膜配線導体層と、前記スルーホールの内壁に被着され、前記薄膜配線導体層と電気的に接続する薄膜形成技術により形成されたスルーホール導体とからなる配線基板であって、前記絶縁基板に形成したスルーホールはその径が長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広がっていることを特徴とするものである。
【００１５】また本発明は、厚み方向にスルーホールを有する絶縁基板と、該絶縁基板の表面に薄膜形成技術により形成された薄膜配線導体層と、前記スルーホールの内壁に被着され、前記薄膜配線導体層と電気的に接続する薄膜形成技術により形成されたるスルーホール導体とからなる配線基板であって、前記絶縁基板に形成したスルーホールはその径が一方の開口端から他方の開口端に向かって順次広がっていることを特徴とするものである。
【００１６】本発明の配線基板によれば、絶縁基板に形成したスルーホールの径を長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広くし、即ち、スルーホール内壁の中央部を開口端よりも内側に突出させた凸状にした、あるいはスルーホールの径を一方の開口端から他方の開口端に向かって順次広くし、スルーホールの内壁に傾斜を持たせたことから絶縁基板の上下両面、あるいは他方の面側からスルーホールに対し、イオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法等の薄膜形成技術を採用してスルーホール導体を被着させると該スルーホール導体のスルーホール内壁への付き廻りが良くなってスルーホール内壁全面にスルーホール導体を均一厚みに被着させることができ、その結果、スルーホール導体中に断線や導通不良が発生するのが有効に防止され、高信頼性の配線基板を得ることができる。
【００１７】
【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。図１及び図２は本発明の配線基板の一実施例を示し、１は絶縁基板、２は薄膜配線導体層、３はスルーホール導体である。
【００１８】前記絶縁基板１はその上面に薄膜配線導体層２が所定パターンに被着形成されており、絶縁基板１は薄膜配線導体層２を支持する支持部材として作用する。
【００１９】前記絶縁基板１は、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等のセラミック焼結体によって形成されており、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに高温で焼成することによって製作される。
【００２０】また前記絶縁基板１の上面には所定パターンの複数個の薄膜配線導体層２が被着されており、該薄膜配線導体層２は、例えば、図２に示すように接着層４とバリア層５と主導体層６の３層構造を有している。
【００２１】前記薄膜配線導体層２の接着層４はチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）、ニッケルークロム（ＮｉーＣｒ）等から成り、蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって絶縁基板１上面の所定位置に所定パターンに被着形成される。
【００２２】前記接着層４は絶縁基板１と薄膜配線導体層２との接合強度を上げる作用をなし、その厚みは０．０５μｍ未満であると薄膜配線導体層２を絶縁基板１に強固に接合させることが困難となり、また０．５μｍを超えると接着層４を薄膜形成技術により形成する際に大きな応力が発生するとともにこれが内部に内在、該内在応力によって絶縁基板１と薄膜配線導体層２との接合強度が低下してしまう傾向にある。従って、チタンやクロム、ニッケルークロム等から成る接着層４はその厚みを０．０５μｍ〜０．５μｍの範囲としておくことが好ましく、好適には０．１μｍ〜０．３μｍの範囲とするのがよい。
【００２３】また前記接着層４の上面にはバリア層５が被着されており、該バリア層５は接着層４と主導体層６とを強固に接合させるとともに接着層４と主導体層６との相互拡散を防止する作用をなす。
【００２４】前記バリア層５はパラジウム（Ｐｄ）やニッケル（Ｎｉ）、ニッケルークロム（Ｎｉ Ｃｒ）等から成り、蒸着法やイオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって接着層４の上面に被着される。
【００２５】前記バリア層５はその厚みが０．０５μｍ未満であると接着層４と主導体層６との相互拡散を有効に防止することができなくなる傾向にあり、また１．０μｍを超えるとバリア層５を薄膜形成技術により形成する際に大きな応力が発生するとともにこれが内部に内在、該内在応力によって接着層４とバリア層５との接合強度が低下してしまう傾向にある。従って、パラジウムやニッケル、ニッケルークロム等から成るバリア層５はその厚みを０．０５μｍ〜１．０μｍの範囲としておくことが好ましく、好適には０．１μｍ〜０．８μｍの範囲とするのがよい。
【００２６】更に前記バリア層５の上面には主導体層６が蒸着法やイオンプレーティング法、スパッタリング法等の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって被着されており、該主導体層６は主として電気信号を通す通路として用する。
【００２７】前記主導体層６は導通抵抗が極めて低い、例えば、金（Ａｕ）が使用され、その厚みは２．０μｍ未満であると薄膜配線導体層２の導通抵抗が高くなって配線基板としては不向きとなる傾向にある。従って、金から成る主導体層６はその厚みを２．０μｍ以上とすることが好ましく、コストの点も考慮すると３．０μｍ〜７．０μｍの範囲が好適である。
【００２８】前記絶縁基板１の上面にチタン等から成る接着層４とパラジウム等から成るバリア層５と金等から成る主導体層６の３層構造を有する薄膜配線導体層２を設けた配線基板は薄膜配線導体層２を形成する接着層４、バリア層５及び主導体層６の各々が薄膜形成技術を採用することによって形成されていることから薄膜配線導体層２を極めて微細に形成すことが可能となり、これによって絶縁基板１の上面に薄膜配線導体層２を高密度に形成することができる。
【００２９】また前記薄膜配線導体層２はチタン等から成る接着層４と金等から成る主導体層６の間に両者に対し接合性が良いパラジウム等から成るバリア層５を配したことから接着層４と主導体層６とは強固に接合し、同時に薄膜配線導体層２に半導体素子や容量素子、抵抗器等の電子部品を半田を介して接続させた場合、半田を溶融させる熱が薄膜配線導体層２に印加され、接着層４と主導体層６との間に相互拡散が起ころうとしてもその相互拡散は前記バリア層５によって有効に防止され、薄膜配線導体層２の絶縁基板１への接合を強固となすこともできる。
【００３０】なお、前記上面に薄膜配線導体層２が被着形成される配線基板１はセラミック焼結体で形成する場合、該セラミック焼結体の結晶粒径が０．３乃至５μｍの範囲としておくと絶縁基板１の表面が凹凸の小さい平滑なものとなって、絶縁基板１表面に微細パターンの薄膜配線導体層２を断線等を招来することなく形成することが可能となる。従って、前記配線基板１はセラミック焼結体で形成する場合、焼結体の結晶粒径を０．３乃至５μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００３１】また前記上面に薄膜配線導体層２を形成した絶縁基板１は更にその所定位置に厚さ方向に貫通するスルーホール７が形成されている。
【００３２】前記スルーホール７は絶縁基板１の上面に被着形成されている薄膜配線導体層２を絶縁基板１の下面に引き出すためのスルーホール導体３の形成孔として作用し、該スルーホール７の内壁にはスルーホール導体３が被着されている。
【００３３】前記スルーホール７は絶縁基板１の上下両面より絶縁基板１に対しレーザーやドリル等による孔開け加工を施す、或いは焼成によって絶縁基板１となるセラミックグリーンシートに予めプレス孔開け加工を施し、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成することによって絶縁基板１の所定位置に所定形状に形成される。
【００３４】更に前記スルーホール７はその径が長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広くなっている、即ち、スルーホール７内壁の中央部が開口端よりも内側に突出した凸状となっている。そのため後述するスルーホール７の内壁にスルーホール導体３を被着形成する際、スルーホール７内壁へのスルーホール導体３の付き廻りが良くなり、スルーホール導体３に断線や導通不良を発生するのが有効に防止される。
【００３５】前記スルーホール７の径を長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広くなるようにする、即ち、スルーホール７内壁の中央部が開口端よりも内側に突出した凸状となすには絶縁基板１の上下両面より断面三角形状のドリルを用いて孔開け加工したり、絶縁基板１の上下両面よりレーザー光を照射するとともに該レーザー光の径を徐々に可変したり、微細なアルミナ粉を噴射して削る、所謂、サンドブラスト法を採用したり、或いは絶縁基板１となるセラミックグリーンシートにプレス孔開け加工を施す際、孔開けピンの挿入、引き出しスピードを適宜コントロールし、孔開けピンのグリーンシートへの入出の際のグリーンシート外表面と内部とで抵抗の差を発生させることによってスルーホールの外側から内部にかけて順次孔径を小さくすることができる。
【００３６】また前記スルーホール７はその内壁にスルーホール導体３がその一部を前記薄膜配線導体層２に電気的に接続させた状態で被着されており、該スルーホール導体３は絶縁基板１の上面に形成した薄膜配線導体層２を絶縁基板１の下面に導出する、或いは絶縁基板１の上下両面に薄膜配線導体層２が形成されている場合には上下の薄膜配線導体層２同士を相互に電気的に接続する作用をなす。
【００３７】前記スルーホール導体３は薄膜配線導体層２と実質的に同じ材料から成り、薄膜配線層２と同様の薄膜形成技術によって絶縁基板１に設けたスルーホール７の内壁に被着形成される。この場合、スルーホール７は両端の開口径が内径より広い、即ち、スルーホール７内壁の中央部が開口端よりも内側に突出した凸状となっていることから絶縁基板１の上下両面よりスルーホール７に対し、イオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法等の薄膜形成技術を採用してスルーホール導体３を被着させる際、スルーホール導体３のスルーホール７内壁への付き廻りが良くなってスルーホール７の内壁全面にスルーホール導体３を均一厚みに被着させることができ、その結果、スルーホール導体３中に断線や導通不良が発生するのが有効に防止され、高信頼性の配線基板を得ることができる。
【００３８】特に、アスペクト比（スルーホール７の径／絶縁基板１の厚み）が１／２〜１／２０であるスルーホール７の径が絶縁基板１の厚みに対し極めて小さい場合の配線基板において、スルーホール７の径を上述するように長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広くし、即ち、スルーホール内壁の中央部を開口端よりも内側に突出させた凸状としておけば、スルーホール７の内壁にスルーホール導体３を確実に、かつ均一厚みに被着形成することができる。
【００３９】かくして上述の配線基板によれば、絶縁基板１上に半導体素子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動部品を多数搭載し、各々の部品の電極を所定の薄膜配線導体層２に電気的に接続させることによって所定の電子回路が構成され、混成集積回路装置等として使用されることとなる。
【００４０】次に本発明の他の実施例を図３に基づき説明する。なお、図中、図１と同一箇所には同一符号が付してある。
【００４１】図３に示す配線基板は上面に薄膜配線導体層２を被着形成した絶縁基板１に、径が下面の開口端から上面の開口端に向かって順次広がるスルーホール８を形成した場合の例を示し、該スルーホール８の内壁にはスルーホール導体３が一部を薄膜配線導体層２に電気的に接続させた状態で被着形成されている。
【００４２】この場合、スルーホール８はその径が下面の開口端から上面の開口端に向かって順次広がっていることから絶縁基板１の上面よりスルーホール８の内壁に対し、イオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法等の薄膜形成技術を採用してスルーホール導体３を被着させる際、スルーホール導体３のスルーホール８内壁への付き廻りが良くなってスルーホール８の内壁全面にスルーホール導体３を均一厚みに被着させることができ、その結果、スルーホール導体３中に断線や導通不良が発生するのが有効に防止される。
【００４３】かかる配線基板においても、アスペクト比（スルーホール７の径／絶縁基板１の厚み）が１／２〜１／２０となり、スルーホール８の径が絶縁基板１の厚みに対し極めて小さくなったとしても、スルーホール８の径を上述するように下面の開口端から上面の開口端に向かって順次広がくしておくことによってスルーホール８の内壁にスルーホール導体３を確実に、かつ均一厚みに被着形成することができる。
【００４４】なお、前記スルーホール８は、例えば、絶縁基板１の上面より下面に向かって断面三角形状のドリルを用いて孔開け加工したり、絶縁基板１の上面より下面にレーザー光を照射するとともに該レーザー光の径を徐々に可変することによって絶縁基板１の所定位置に所定形状に形成される。
【００４５】また前記絶縁基板１、薄膜配線導体層２及びスルーホール導体３はそのいずれもが、例えば、前述の図１及び図２に示す配線基板に使用した材料、方法をもちいることによって形成される。
【００４６】かくしてかかる配線基板は、前述の図１に示す配線基板と同様、絶縁基板１上に半導体素子等の能動部品や容量素子、抵抗器等の受動部品を多数搭載し、各々の部品の電極を所定の薄膜配線導体層２に電気的に接続させることによって所定の電子回路が構成され、混成集積回路装置等として使用されることとなる。
【００４７】なお、本発明は上述の実施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り、例えば、上述の実施例では薄膜配線導体層２を絶縁基板１の上面側にのみ形成した場合について説明したが、薄膜配線導体層２を絶縁基板１の下面側に設けても、また絶縁基板１の上下両面に設けてもよい。
【００４８】また上述の実施例では、薄膜配線導体層２及びスルーホール導体３を薄膜形成技術により形成され接着層４とバリア層５と主導体層６の３層構造で形成したが、必ずしも３層構造のものに限定されるものではなく、１層や２層であっても、或いは４層以上であってもよい。
【００４９】更に上述の実施例では、スルーホール導体３を蒸着法やスバッタリング法等の薄膜形成技術のみで形成した場合の例で説明したが、薄膜形成技術を採用することによって形成したスルーホール導体３の表面に更にメッキ法によって金等の良導電性材料から成るメッキ被膜を被着させておくと該メッキ被膜によってスルーホール導体３に発生しようとする導通不良や断線等を完全に防止するこができる。従って、前記スルーホール導体３の表面には金等の良導電性材料から成るメッキ被膜を形成しておくことが好ましい。
【００５０】
【発明の効果】本発明の配線基板によれば、絶縁基板に形成したスルーホールの径を長さ方向の中央域から両開口端に向かって順次広くし、即ち、スルーホール内壁の中央部を開口端よりも内側に突出させた凸状にした、あるいはスルーホールの径を一方の開口端から他方の開口端に向かって順次広くし、スルーホールの内壁に傾斜を持たせたことから絶縁基板の上下両面、あるいは他方の面側からスルーホールに対し、イオンプレーティング法やスパッタリング法、蒸着法等の薄膜形成技術を採用してスルーホール導体を被着させると該スルーホール導体のスルーホール内壁への付き廻りが良くなってスルーホール内壁全面にスルーホール導体を均一厚みに被着させることができ、その結果、スルーホール導体中に断線や導通不良が発生するのが有効に防止され、高信頼性の配線基板を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２５日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４３２６７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４３９８６ |
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