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【発明の名称】 多層基板
【発明者】 【氏名】堀内 雅史
【住所又は居所】鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株式会社総合研究所内
【要約】 【課題】配線ユニット間のわずかな積層ズレによって導体パターン間の接続抵抗や電気長が変化するのを防止し、電気的的特性の変動の少ないモジュールを実現可能な多層基板を提供する。

【解決手段】誘電体層ａ内に、導体パターンｂの上下面が露出するように埋め込まれた２層以上の配線ユニットＸ１〜Ｘ１４を、導体パターンの一部同士が上下に重なるように積層して、導体パターン間を電気的に接続してなる多層基板において、上下に隣接する２つの導体パターンがｘ方向、ｙ方向の軸長が異なる、長方形、正方形、円形、楕円形などの種々の形状からなり、その長軸方向が互いに直交するように積層するか、または導体パターンのうち、一方の導体パターンの大きさを他方の導体パターンよりも小さく、一方の導体パターンの外縁のすべてが、他方の導体パターンの外縁の内側に位置するように積層する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層内に、その上下面が露出するように導体パターンが埋め込まれた２層以上の配線ユニットを、前記導体パターンの一部が上下に重なるように積層して、前記導体パターン同士を電気的に接続してなる多層基板において、上下に隣接する２つの導体パターンがｘ方向、ｙ方向の軸長が異なる形状からなり、その長軸が互いに直交するように積層してなることを特徴とする多層基板。
【請求項２】
導体パターン形状が長方形からなることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項３】
導体パターン形状が楕円形からなることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項４】
誘電体層内に、その上下面が露出するように導体パターンが埋め込まれた２層以上の配線ユニットを、前記導体パターンの一部が上下に重なるように積層して、前記導体パターン同士を電気的に接続してなる多層基板において、前記導体パターンのうち、一方の導体パターンの大きさが、他方の導体パターンよりも小さく、一方の導体パターンの外縁のすべてが、他方の導体パターンの外縁の内側に位置するように積層してなることを特徴とする多層基板。
【請求項５】
前記誘電体層の厚みが５０μｍ以下であり、前記導体層の厚みが前記誘電体層の厚み±５μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の多層基板。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピユータや携帯端末などの内蔵される回路基板などに適した、絶縁層と導体層とを具備する多層基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などの携帯端末では、マルチバンド方式の各送受信系の構成に必要な回路基板を搭載する必要があるが、それぞれ個別の専用部品を用いて回路を構成すれば、機器の大型化、高コスト化を招来することとなる。そこで、共通可能な回路部分は、可及的に共通化（モジュール化）するようにして機器の小型化、低コスト化を有利に展開する事が要請されている。特に、携帯電話機を構成する部分のうち高周波信号を扱う部分のモジュール化の要求が高い。
【０００３】
このような要求に対して、高誘電率のセラミックスからなる誘電体層と銀などの低抵抗の金属からなる導体層を交互に積層、焼成してなる低温焼成多層基板を用いた多層基板が使用されている。
【０００４】
ところが、このような従来の低温焼成多層基板の構成において、導体抵抗を減少するために導体層の層厚を厚くすると誘電体層と導体層の間にデラミネーションが発生する等の不具合が生じる。また、１層の誘電体層の上下に形成された導体層間の接続を行うためには、焼成前の誘電体層に穴を空けて導体ペーストをスクリーン印刷など充填する必要であり、それに伴い製造コストも高くなってしまう。
【０００５】
このような問題に対して、例えば特開2001-244117には、誘電体シート内に導体パターンを埋め込んだグリーンシート（以下、配線ユニットと呼ぶ）を形成し、これを積層、焼成する多層基板の製造方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００１‐２４４１１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特開２００１‐２４４１１７号に開示されるような多層基板においては、誘電体シートに導体パターンが埋め込まれた配線ユニットを２枚以上積層して、導体パターン同士を電気的に接続する構造を形成するにあたり、配線ユニットが積層方向に直角な面内でずれが発生した場合、２つの導体パターンの接触面積が減少するため、２つの導体パターンを介して直流または交流信号を伝送する伝送線路の抵抗値や電気長が減少することになり、この多層基板を用いた高周波モジュールの特性の一部が変動を生じる不具合が生じる。
【０００７】
これを配線ユニットの積層体からなる従来の多層基板の断面図を示す図５をもとに説明する。図６（ａ）の多層基板の概略断面図に示すように、この多層基板３１は、誘電体層３２内に導体パターン３５，３６が埋め込まれた配線ユニット３４の積層体によって形成されている。また、多層基板３１の内部には、ストリップラインまたはキャパシタの電極などの平面回路３５、および、それらの間を接続するための垂直回路３６が形成されている。この垂直回路３６は、複数の導体パターン３６ａ，３６ｂ，３７ｃが連続して積層されることによって垂直方向への電気信号の伝達を可能としている。
【０００８】
このうち、隣接する２つの導体パターン３６ａ，３６ｂはそれぞれ同じ径の円筒形をしているが、この導体パターン３６ａ，３６ｂは、配線ユニットの積層工程でずれが生じなければ、円筒体の底面の全領域で互いに接触している。しかしながら、図５（ｂ）の平面図に示すように、配線ユニットに積層ズレが生じた場合、導体パターン３６ａ，３６ｂの重なる部分の面積は、減少してしまう。この面積の減少は、わずかであっても面積が必然的に変化することから、平面回路間の抵抗や電気長の変化は避けられない。高周波回路を形成する場合、この抵抗の変化の回路への影響は非常に大きいものである。
【０００９】
本発明は、このような配線ユニット間のわずかな積層ズレによって導体パターン間の接続抵抗が変化するのを防止し、安定した多層基板の製造を行うことができる多層基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、誘電体層内に、その上下面が露出するように導体パターンが埋め込まれた２層以上の配線ユニットを、前記導体パターンの一部が上下に重なるように積層して、前記導体パターン同士を電気的に接続してなる多層基板において、上下に隣接する２つの導体パターンがｘ方向、ｙ方向の軸長が異なる形状からなり、その長軸が互いに直交するように積層してなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、誘電体層内に、その上下面が露出するように導体パターンが埋め込まれた２層以上の配線ユニットを、前記導体パターンの一部が上下に重なるように積層して、前記導体パターン同士を電気的に接続してなる多層基板において、前記導体パターンのうち、一方の導体パターンの大きさが、他方の導体パターンよりも小さく、一方の導体パターンの外縁のすべてが、他方の導体パターンの外縁の内側に位置するように積層してなることを特徴とする。
【００１２】
上記の多層基板では、いずれも配線ユニットの積層時にずれが生じた場合でも、導体層間の接触面積を不変にすることができるために、これらの導体パターンを介して直流や交流信号を伝送する伝送線路の抵抗値の変動が低減され、本多層基板を用いたモジュール等の特性変動を低減、防止することができる。
【００１３】
なお、前記誘電体層の厚みは５０μｍ以下であることによって微細で集積度の高い回路を形成することが可能であり、また前記導体層の厚みが前記誘電体層の厚み±５μｍの範囲内であることによって導体層間の電気的接続信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の多層基板によれば、積層される配線ユニットにずれが生じた場合でも、垂直回路を形成する導体パターンの重なる部分の面積が実質的に不変であるために、これらの導体パターンを介して直流や交流信号を伝送する伝送線路の抵抗値や電気長の変動が低減され、本多層基板を用いたモジュールの特性変動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に、本発明の多層基板を構成する配線ユニット（ａ）と、多層基板（ｂ）の概略断面図を示した。図１の多層基板Ａは、１４枚の配線ユニットＸ１〜Ｘ１４の積層体によって構成されている。各配線ユニットＸ１〜Ｘ１４は、誘電体層ａ内に、その上下面が露出するように導体パターンｂが埋め込まれている。多層基板Ａの表面や内部には、導体パターンｂによって種々の平面回路が形成されている。例えば、多層基板Ａの表面に形成された平面回路の一部は、図１に示すように、半導体素子、電子部品などの表面実装部品３を実装する電極１１を形成している。また、多層基板Ａの底面の平面回路の一部は、多層基板Ａを外部回路に接続するための端子１２を形成している。また、多層基板Ａの内部には、ストリップライン１３またはキャパシタの電極１４が形成されている。
【００１６】
また、多層基板Ａ内部には、上記平面回路を接続するために、導体パターンｂを積層した構造からなる垂直回路１５が形成されている。
【００１７】
そこで、多層基板Ａを構成する配線ユニットの中で、上下に積層された２つの配線ユニットを用いて、この垂直回路の構造について図２をもとに具体的に説明する。図２に、隣接する２つの配線ユニットにそれぞれ形成された導体パターンｂ１、ｂ２を積層した（ａ）概略斜視図、（ｂ）概略平面図、（ｃ）積層ずれ時の概略平面図を示した。
【００１８】
図２における垂直回路を構成する導体パターンｂ１、ｂ２は、前記２つの導体パターンがｘ方向、ｙ方向の軸長が異なる形状からなり、その長軸方向が互いに直交するように積層してなる。より具体的には、平面からみて短軸がＬ１、長軸がＬ２の長方形からなり、これらの長軸方向が互に直交するように積層されている。かかる積層構造においては、垂直方向における電気抵抗は、導体パターンｂ１、ｂ２の重なり合う面積に律速されている。
【００１９】
このように、垂直回路を構成する導体パターンｂ１、ｂ２をいずれも長方形によって形成し、これらの長手方向が互いに直交するように積層することによって、図２（ｃ）に示すように、導体パターンｂ１、ｂ２の中心が一致するように積層されるように設計した場合、配線ユニットの積層時に、ｘ方向に積層ずれが発生した場合であっても、積層ずれｍが、ｍ＜＝（Ｌ２−Ｌ１）／２であれば、導体パターンｂ１、ｂ２の重なり部分の面積は変化することがないために、積層ずれがあっても垂直回路の電気抵抗は変化することはない。
【００２０】
従って、配線ユニットを積層する場合に予測される最大積層ずれに基づき、上記のＬ１、Ｌ２を決定すれば、製造時の積層ずれに伴って垂直回路の電気抵抗や電気長が変化するのを完全に防止することができる。
【００２１】
かかる導体パターンとして、上記の例では長方形によって形成したが、このｘ方向、ｙ方向の軸長が異なる形状としては、上記の長方形以外に、楕円形であってもよい。この場合、重り合う部分の面積は、長方形の場合に比較して多少変動するが、従来の同一形状の円形からなる場合に比較して面積の変化を抑制することができる。
【００２２】
図３は、本発明の他の垂直回路を形成する導体パターンの概略平面図である。この図３においては、積層された導体パターンはいずれも円形であるが、そのうち、導体パターンｃ１，ｃ２のうち、一方の導体パターンｃ１の大きさが、他方の導体パターンｃ２よりも小さく、一方の導体パターンｃ２の外縁のすべてが、他方の導体パターンｃ１の外縁の内側に位置するように積層される。具体的には図３では、導体パターンｃ１の半径ｄ１が導体パターンｃ２の半径ｄ２よりも大きく形成されている。
【００２３】
この場合、導体パターンｃ１と導体パターンｃ２の中心が一致するように積層する設計であるところ、ｘ方向に積層ずれが発生した場合には、その積層ずれｎがｎ＜＝（ｄ１−ｄ２）であれば、導体パターンｃ１、ｃ２の重なり部分の面積は変化することがないために、積層ずれがあっても垂直回路の電気抵抗は変化することはない。
【００２４】
なお、この例は、円形に限られることなく、図４に示すように、対角線の異なる正方形、長方形、多角形や、楕円形などによる組み合わせで、導体パターンｃ１，ｃ２のうち、一方の導体パターンｃ１の大きさが、他方の導体パターンｃ２よりも小さく、一方の導体パターンｃ２の外縁のすべてが、他方の導体パターンｃ１の外縁の内側に位置するような関係であれば、特にその導体パターンの形状は問わない。
【００２５】
このように本発明によれば、積層時の隣接する配線ユニット間で、垂直導体を形成する導体パターンの形状を定め、それらが積層時にずれが発生しても実質的に導体パターン間の重ね合わせの面積が不変になるように形成することによって、第1、第２の導体パターンを介して直流または交流信号を伝送する伝送線路の電気抵抗や電気長は変わらない。
【００２６】
本発明の多層基板において、配線ユニットは、その厚みが５０μｍ以下、特に４０μｍ以下であることが、また、垂直回路を形成する導体パターンは、その長軸長さが１００μｍ以下、特に７０μｍ以下であることが、多層基板内に形成する回路の高密度化を図る上で望ましい。
【００２７】
また、図１（ａ）における前記導体層ｂの厚みは、誘電体層ａの厚み±５μｍの範囲内であることが望ましい。これによって、配線ユニットを積層して導体層ｂを重ねて垂直回路を形成した場合において、導体層ｂ同士の接続信頼性を高めることができる。なお、誘電体層ａの厚みは、積層時に厚みが薄くなることから、積層前における導体パターン厚みは誘電体層ａの厚みに対して−５μｍまでは許容されるものである。
【００２８】
本発明の多層基板において、配線ユニットの作製方法の一例について以下に説明する。
【００２９】
本発明における多層基板Ａにおいて、配線ユニットを構成する誘電体層ａは、（１）Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）少なくともＳｉＯ２およびＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯなどのアルカリ土類金属酸化物を含有する金属酸化物による混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成されるセラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼結性のセラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。
【００３０】
用いられる（２）の混合物や、（３）のガラス組成物としては、ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−アルカリ金属酸化物系、さらにはこれらの系にアルカリ金属酸化物、ＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を配合した組成物が挙げられる。（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラスに対して２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。
【００３１】
一方、導体パターンｂは、上記誘電体層ａを構成するセラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせて用いられ、例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガンの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。セラミック材料が前記（２）の場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。上記の導体材料には、セラミック材料と同時焼成する上で、セラミック材料を構成する成分を含有することが望ましい。
【００３２】
次に、上記の多層基板を製造する方法について説明する。
【００３３】
本発明によれば、多層基板Ａは、配線ユニットＸ１〜Ｘ１２の積層体によって形成するものであるが、この配線ユニットは以下の方法で形成することができる。
【００３４】
図５に、前述の配線ユニットの工法を示す。図４によれば、（ａ）まず、光透過可能なキャリアフィルム２０表面に、導体ペーストによって光非透過性の所定のパターンの導体パターン層２１を形成し、（ｂ）その上に、光硬化スラリーを導体パターン層２１の厚さ以上の厚さに塗布して光硬化セラミック層２２を形成した後、（ｃ）キャリアフィルム２０の裏面より、光を照射して、導体パターン層２１形成以外の領域の光硬化セラミック層２２を光硬化させ、（ｄ）現像して、（ｅ）光硬化セラミック層２２と導体パターン層２１からなる配線ユニットを作製する。そして、この配線ユニットを積層して、平面の導体層とビア導体による３次元的な回路を形成する。その後、これを焼成することによって、図１、３で示したような垂直回路を有する多層基板Ａを形成することができる。
【００３５】
また、多層基板Ａの表面に形成された各種導体パターンｂ表面には、半田との濡れ性を改善するために、ニッケル、金などのメッキ層が１〜３μｍの厚みで形成される。
【００３６】
上記工法において、用いられる光硬化スラリーは、望ましくは、セラミック粉末に、光硬化可能なモノマーと、光重合開始剤と、有機バインダと、可塑剤とを、有機溶剤に混合し、ボールミルで混練して調製する。
【００３７】
光硬化可能なモノマーとしては、低温で短時間の焼成工程に対応するために、熱分解性に優れたものであることが望ましい。また、光硬化可能なモノマーは、スリップ材の塗布・乾燥後の露光によって光重合される必要があり、遊離ラジカルの形成、連鎖生長付加重合が可能で、２級もしくは３級炭素を有したモノマーが好ましく、例えば少なくとも１つの重合可能なエチレン系基を有するブチルアクリレート等のアルキルアクリレートおよびそれらに対応するアルキルメタクリレート等が挙げられる。また、テトラエチレングリコールジアクリレート等のポリエチレングリコールジアクリレートおよびそれらに対応するメタクリレートも有効である。また、光開始系材料としては、ベンゾフェノン類，アシロインエステル類化合物などが挙げられる。
【００３８】
また、有機バインダも、光硬化可能なモノマーと同様に熱分解性が良好であることが望まれ、同時にスリップの粘性を決めるものであるため、固形分との濡れ性も考慮することが必要である。本発明によれば、アクリル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキシル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和化合物が好ましい。
【００３９】
有機溶剤としては、エチルカルビトールアセテート、ブチルセルソルブ、３メトキシブチルアセテートの群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【００４０】
各成分の含有量は、セラミック粉末１００質量部あたり、光硬化モノマー及び光重合開始剤を５〜２０質量部、有機バインダを１０〜４０質量部、可塑剤を１〜５質量部、有機溶剤を５０〜１００質量部の割合が適当である。
【００４１】
また、導体パターン層２１を形成するための導体ペーストは、平均粒径が１〜３μｍ程度の前記導体材料の粉末に、必要に応じてセラミック材料を添加した無機成分に対して、エチルセルロース、アクリル樹脂などの有機バインダを加え、さらにジブチルフタレート、αテルピネオール、ブチルカルビトール、２・２・４−トリメチル−３・３−ペンタジオールモノイソブチレートなどの適当な溶剤を混合し、３本ローラ等により均質に混練して調製される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の多層基板を構成する配線ユニット（ａ）と、多層基板（ｂ）の概略断面図である。
【図２】図１の多層基板における垂直回路を示すもので、隣接する２つの配線ユニットにそれぞれ形成された導体パターンｂ１、ｂ２を積層した（ａ）概略斜視図、（ｂ）概略平面図、（ｃ）積層ずれ時の概略平面図である。
【図３】他の垂直回路の例を示すもので、隣接する２つの配線ユニットにそれぞれ形成された導体パターンｃ１、ｃ２を積層した（ａ）概略斜視図、（ｂ）概略平面図、（ｃ）積層ずれ時の概略平面図である。
【図４】他の垂直回路の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明における配線ユニットの形成方法の一例を説明する工程図である。
【図６】従来の配線ユニットを用いた場合の（ａ）多層基板の概略断面図と、（ｂ）垂直回路の平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｘ１〜Ｘ１４・・・配線ユニット
ａ 誘電体層
ｂ 導体パターン
１１ 電極
１２ 端子
１３ ライン
１４ 電極
１５ 垂直回路
ｂ１，ｂ２、ｃ１、ｃ２ 導体パターン
【出願人】 【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【住所又は居所】京都府京都市伏見区竹田鳥羽殿町６番地
【出願日】 平成１６年４月２６日（２００４．４．２６）
【代理人】
【公開番号】 特開２００５−３１１２５２（Ｐ２００５−３１１２５２Ａ）
【公開日】 平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願番号】 特願２００４−１２９８８２（Ｐ２００４−１２９８８２）