(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献1に記載された方法では、配線基板の焼成時の反り量を十分に低減することができないという課題があった。そのほか、従来の配線基板においては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【0007】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、配線基板の焼成時における反り量を低減することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【0009】
(1)本発明の一形態によれば、配線基板が提供される。この配線基板は、複数のセラミック絶縁層と;前記複数のセラミック絶縁層の間に配置された複数の配線層と;前記セラミック絶縁層を厚み方向に貫通する貫通孔内に形成され、前記複数の配線層を電気的に接続する複数の貫通導体と;を備え、前記貫通導体には、焼成時における収縮率の異なる複数のタイプが含まれており、前記配線基板の積層方向の厚みを2等分した場合において、2等分された前記配線基板のうち前記貫通導体の体積の合計が小さい側に、前記収縮率の最も大きいタイプの貫通導体が1本以上含まれている。焼成時における貫通導体の収縮率は、セラミック絶縁層の収縮率よりも大きい。このため、2等分された配線基板のうち貫通導体の体積の合計が大きい側は、貫通導体の体積の合計が小さい側よりも、焼成時の収縮量が大きい。この形態では、2等分された配線基板のうち貫通導体の体積の合計が小さい側に、収縮率の最も大きいタイプの貫通導体が1本以上含まれているので、貫通導体の体積の合計が小さい側の収縮量が大きくなり、貫通導体の体積の合計が大きい側の収縮量に近づく。したがって、この形態によれば、貫通導体の体積の合計が小さい側と大きい側との焼成時における収縮量の差が小さくなり、配線基板の焼成時の反り量を低減することができる。
【0010】
(2)上記形態の配線基板において、前記貫通導体のタイプの数は、2つであってもよい。この形態によれば、貫通導体のタイプが2つなので、製造工程を煩雑にすることなく、配線基板の焼成時の反り量を低減することができる。
【0011】
(3)上記形態の配線基板において、前記貫通導体には、銀とパラジウムを含むタイプと、銀を含み、パラジウムは含まないタイプとが含まれていてもよい。この形態によれば、2つのタイプの貫通導体の焼成時における収縮率の差を大きくすることができるので、配線基板の焼成時の反り量を効率的に低減することができる。
【0012】
(4)上記形態の配線基板において、前記配線基板の積層方向の厚みを2等分した場合において、2等分された前記配線基板のうち前記貫通導体の体積の合計が大きい側に、前記収縮率の最も小さいタイプの貫通導体が含まれており、前記収縮率の最も小さいタイプの貫通導体のうちの少なくとも1本以上は、他のタイプの貫通導体よりも小さい径を有していてもよい。この形態によれば、貫通導体の体積の合計が大きい側における貫通導体の体積が減少するので、貫通導体の体積の合計が大きい側における収縮が抑制され、配線基板の焼成時の反り量をさらに効果的に低減することができる。
【0013】
(5)本発明の他の形態によれば、配線基板の製造方法が提供される。この配線基板の製造方法は、(a)複数のセラミック絶縁層を準備する工程と;(b)複数の前記セラミック絶縁層に、焼成時における収縮率の異なる複数のタイプの貫通導体を形成する工程と;(c)前記セラミック絶縁層上に配線層を形成する工程と;(d)前記配線層が形成されたセラミック絶縁層を積層して積層体とする工程と;(e)前記積層体を焼成して配線基板とする工程とを備え、前記工程(b)は、前記配線基板の積層方向の厚みを2等分した場合において、2等分された前記配線基板のうち前記貫通導体の体積の合計が小さい側に、前記収縮率の最も大きいタイプの貫通導体が1本以上含まれるように、前記貫通導体を形成する工程を含む。この形態によれば、2等分された配線基板のうち貫通導体の体積の合計が小さい側と大きい側との焼成時における収縮量の差を小さくすることができるので、配線基板の製造工程における焼成時の反り量を低減することができる。
【0014】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、配線基板の設計方法、配線基板の製造装置、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施形態:
B.第2実施形態:
C.実験例:
D.変形例:
【0017】
A.第1実施形態:
図1は、本発明の一実施形態としての配線基板100の構成を示す断面図である。本実施形態では、配線基板100のうち、電子部品を搭載する側の面を表面ASと定義し、母基板(マザー基板)に接続される側の面を裏面BSと定義する。そして、表面AS側を上側と定義し、裏面BS側を下側と定義する。なお、「上側」、「下側」は、便宜上定義したものであり、配線基板100が母基板に搭載される場合の向きを限定するものではない。
【0018】
また、この
図1には、配線基板100の積層方向の厚みを2等分する中心基準面Oが描かれている。本実施形態では、配線基板100のうち、中心基準面Oから上側を上部層10と定義し、中心基準面Oよりも下側を下部層20と定義する。なお、中心基準面O上に位置する層については、中心基準面Oよりも上側の部分が多い場合は上部層10と定義し、中心基準面Oよりも下側の部分が多い場合は下部層20と定義する。ただし、中心基準面Oが層の中心にある場合は、上部層10と定義する。
【0019】
配線基板100は、複数のセラミック絶縁層ILと、複数のセラミック絶縁層ILの間に配置され、所定のパターンを有する複数の配線層CLとを備えている。換言すれば、配線基板100は、セラミック絶縁層ILと配線層CLとが交互に積層された多層構造を有している。本実施形態では、配線基板100は、第1から第6の6層のセラミック絶縁層IL1〜IL6と、第1から第6の6層の配線層CL1〜CL6とを備えている。
【0020】
各セラミック絶縁層IL1〜IL6には、各セラミック絶縁層IL1〜IL6を厚み方向に貫通する貫通導体P1〜P6が形成されている。
【0021】
セラミック絶縁層IL1〜IL6は、セラミックグリーンシートを焼成することによって形成されており、各配線層CL1〜CL6を絶縁するための絶縁層として機能する。なお、実際には、セラミックグリーンシートの焼成後には、各セラミック絶縁層IL1〜IL6は一体となり、各層の境界線はほぼ消滅している。
【0022】
配線層CL1〜CL6は、セラミックグリーンシート上に導電性ペーストをスクリーン印刷し、焼成することによって形成されている。導電性ペーストは、Ag(銀)、Cu(銅)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)等の少なくともいずれか1つの成分を含んでいる。なお、配線層CLは、メタライズ導体とも呼ばれる。また、配線基板100の裏面BSに形成された第1配線層CL1には、ニッケルめっき被膜31及び金めっき被膜32が形成されており、母基板との接続のためのパッドとして機能する。
【0023】
貫通導体P1〜P6は、異なる層の配線層CL1〜CL6を電気的に接続する導体であり、本実施形態では、貫通導体P1〜P6は、導電性の金属成分を含んだ導電性ペーストを、セラミックグリーンシートに形成された貫通孔に充填し、焼成することによって形成されている。第6セラミック絶縁層IL6に形成された貫通導体P6のうち、表面ASに露出した部分には、ニッケルめっき被膜35及び金めっき被膜36が形成されている。そして、金めっき被膜36上にハンダバンプ(図示せず)が形成され、電子部品が搭載される。
【0024】
図1に示すように、本実施形態では、セラミック絶縁層IL4、IL5、IL6、配線層CL4、CL5、CL6及び貫通導体P4、P5、P6は、上部層10に属しており、セラミック絶縁層IL1、IL2、IL3、配線層CL1、CL2、CL3及び貫通導体P1、P2、P3は、下部層20に属している。
【0025】
以上の構成の配線基板100において、本実施形態では、焼成時における収縮率の異なる2つのタイプの貫通導体が存在している。すなわち、収縮率の大きいタイプ1の貫通導体と、収縮率の小さいタイプ2の貫通導体が存在している。
【0026】
タイプ1の貫通導体は、導電性の金属成分として銀とパラジウムを含む導電性ペーストを焼成することによって形成されている。タイプ2の貫通導体は、導電性の金属成分として銀のみを含む導電性ペースト、すなわち、導電性の金属成分として銀を含み、パラジウムは含まない導電性ペーストを焼成することによって形成されている。
【0027】
そして、本実施形態では、上部層10に含まれる貫通導体P4、P5、P6の全てが、タイプ1の貫通導体であり、下部層20に含まれる貫通導体P1、P2、P3の全てが、タイプ2の貫通導体である。このため、本実施形態によれば、配線基板100の焼成時の反り量を低減することができる。この理由は以下のとおりである。
【0028】
焼成時における貫通導体Pの収縮率は、セラミック絶縁層ILの収縮率よりも大きい。このため、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が大きい側は、貫通導体Pの体積の合計が小さい側よりも、焼成時の収縮量が大きくなる。
【0029】
そこで、貫通導体Pの体積の合計が小さい側に、収縮率の大きいタイプ1の貫通導体が1本以上含まれていれば、貫通導体Pの体積の合計が小さい側の収縮量が大きくなり、貫通導体Pの体積の合計が大きい側の収縮量に近づく。
【0030】
本実施形態では、上部層10に含まれる貫通導体P4、P5、P6の体積の合計の方が、下部層20に含まれる貫通導体P1、P2、P3の体積の合計よりも小さいので、上部層10にタイプ1の貫通導体が1本以上含まれていれば、上部層10の収縮量が大きくなり、下部層20の収縮量に近づく。
【0031】
以上より、本実施形態によれば、上部層10に含まれる貫通導体P4、P5、P6の全てが、タイプ1の貫通導体であり、下部層20に含まれる貫通導体P1、P2、P3の全てが、タイプ2の貫通導体であるので、上部層10と下部層20との焼成時における収縮量の差が小さくなり、配線基板100の焼成時の反り量を低減することができる。
【0032】
図2は、配線基板100の製造工程を示す工程図である。工程S100では、複数のセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、まず、セラミック原料粉末として、SiO
2、Al
2O
3、B
2O
3等を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを用意する。本実施形態では、アルミナ粉末は、平均粒径3μm、比表面積1.0m
2/gのものを使用する。さらに、シート成形時のバインダー成分及び可塑剤成分として、アクリル系樹脂及びDOP(ジ・オクチル・フタレート)を用意する。
【0033】
次に、上記のホウケイ酸系ガラス粉末と、アルミナ粉末とを重量比で50:50、総量で1kgとなるように秤量してアルミナ製のポットに入れる。このポットに、上記のアクリル樹脂120gと、可塑剤(DOP)と、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせるのに必要な量の溶剤(MEK:メチルエチルケトン)とを入れ、5時間混合することによりセラミックスラリーを得る。得られたセラミックスラリーに対して、ドクターブレード法を実施することによって、厚み0.05、0.10、0.15mmのセラミックグリーンシートを作製する。
【0034】
工程S110では、セラミックグリーンシートに対して打ち抜き加工を施して、貫通孔(スルーホール)を形成する。工程S120では、形成された貫通孔内に、2つのタイプの導電性ペーストを印刷・充填し、未焼成の貫通導体を形成する。具体的には、配線基板100の完成時において、2等分された配線基板100のうち貫通導体の体積の合計が小さい側に、収縮率の大きいタイプ1の貫通導体が1本以上含まれるように、貫通導体を形成する。
【0035】
本実施形態では、
図1に示す配線基板100の完成時において、上部層10に含まれる貫通導体P4、P5、P6の全てが、タイプ1の貫通導体となるように、そして、下部層20に含まれる貫通導体P1、P2、P3の全てが、タイプ2の貫通導体となるように、2つのタイプの導電性ペーストを印刷・充填する。
【0036】
ここで、タイプ1の導電性ペーストは、例えば、導電性の金属成分として平均粒径2μmの銀粉末と平均粒径1μmのパラジウム粉末を使用し、樹脂としてエチルセルロース樹脂、溶剤としてターピネオールを加え、3本ロールミルによって混練することによって作製する。タイプ2の導電性ペーストは、例えば、導電性の金属成分として平均粒径6μmの銀粉末を使用し、樹脂としてエチルセルロース樹脂、溶剤としてターピネオールを加え、3本ロールミルにて混練することによって作製する。
【0037】
工程S130では、セラミックグリーンシートの表面や裏面に対して導電性ペーストをスクリーン印刷して、未焼成の配線層を形成する。ここで、配線層に用いられる導電性ペーストは、例えば、平均粒径3μmの銀粉末を使用し、軟化点が750℃のガラスを、ペースト中の無機分100体積部に対して5体積部となるように添加し、この粉末に対して、樹脂としてエチルセルロース樹脂、溶剤としてα−ターピネオールを加え、3本ロールミルにて混練することによって作製する。
【0038】
工程S140では、複数のセラミックグリーンシートを厚み方向に積層して圧着させ、積層体を形成する。工程S150では、得られた積層体を850℃の温度で30分間焼成し、配線基板100とする。
【0039】
工程S160では、配線基板100の表面AS及び裏面BSに露出する導体に対してニッケルめっき及び金めっきを施して、所定の厚さのニッケルめっき被膜31、35及び金めっき被膜32、36を形成する(
図1)。
【0040】
なお、配線基板100の表面ASに電子部品を搭載する際には、めっき後の貫通導体P6上に、略半球状のハンダバンプ(図示せず)を形成する。そして、形成されたハンダバンプに対して平坦な面を押し付けて加圧し、ハンダバンプの略半球状の頂部を平坦化する。略半球状の頂部を平坦化する理由は、複数のハンダバンプの高さを揃えたり、電子部品の電極がハンダバンプの頂部から滑ってずれてしまうことを抑制するためである。
【0041】
以上より、本実施形態では、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側に、収縮率の大きいタイプの貫通導体Pが1本以上含まれているので、貫通導体Pの体積の合計が小さい側と大きい側との焼成時における収縮量の差が小さくなり、配線基板100の焼成時の反り量を低減することができる。
【0042】
さらに、本実施形態では、配線層CLの回路パターンや、貫通導体Pの配置を設計した後に、貫通導体Pのタイプを決定することができるので、制約を受けずに自由に配線層CLの回路パターンや、貫通導体Pの配置を設計しつつも、配線基板100の焼成時の反り量を低減することができる。
【0043】
B.第2実施形態:
図3は、第2実施形態としての配線基板100bの構成を示す断面図である。この第2実施形態は、2等分された配線基板100bのうち貫通導体Pの体積の合計が大きい側(この例では下部層20)に、収縮率の小さいタイプ2の貫通導体Pが含まれている点において、第1実施形態と共通するが、下部層20に含まれる収縮率の小さいタイプ2の貫通導体Pの全てが、上部層10に含まれるタイプ1の貫通導体Pよりも小さい径を有している点において、第1実施形態と相違する。
【0044】
この形態によれば、貫通導体Pの体積の合計が大きい側における貫通導体Pの体積が減少するので、貫通導体Pの体積の合計が大きい側における収縮が抑制され、配線基板の焼成時の反り量をさらに効果的に低減することができる。
【0045】
C.実験例:
本実験例では、貫通導体Pの組成や径の異なる配線基板のサンプルを複数用意し、焼成時の反り量を調べた。
【0046】
図4は、配線基板100の貫通導体Pの組成と焼成時の反り量との関係を表形式で示す説明図である。この
図4における総合評価では、反り量が0μm以上100μm未満の場合を最も高い評価として「AA」で示し、反り量が100μm以上400μm未満の場合を2番目に高い評価として「A」で示し、反り量が400μm以上の場合を低い評価として「B」で示した。
【0047】
この
図4に示したサンプル1〜10は、全て、下部層20に含まれる貫通導体Pの体積の方が、上部層10に含まれる貫通導体Pの体積よりも大きくなっている。また、サンプル1〜10における貫通導体Pの径は、80μmの小径のものが適用されている層を除き、全て100μmである。
【0048】
サンプル1〜6では、貫通導体Pは、2つのタイプによって形成されており、上部層10における貫通導体Pの全ては、収縮率の大きいタイプによって形成されており、下部層20における貫通導体Pの全ては、収縮率の小さいタイプによって形成されている。この結果、上部層10における収縮量と下部層20における収縮量の差が小さくなって反り量が低減し、総合評価は「A」以上となっている。
【0049】
さらに、サンプル1、2は、上記の第2実施形態のように、下部層20における貫通導体P(すなわち、収縮率の小さいタイプの貫通導体P)の径が小さく、具体的には80μmとなっている。この結果、上部層10における収縮量と下部層20における収縮量の差がさらに小さくなって反り量がさらに低減し、総合評価は「AA」となっている。
【0050】
これに対して、サンプル7〜9では、貫通導体Pは、1つのタイプによって形成されているため、総合評価は「B」となっている。なお、サンプル10では、貫通導体Pは、1つのタイプによって形成されているが、下部層20における貫通導体Pの径が小さくなっているため、総合評価は「A]となっている。
【0051】
以上より、サンプル1〜6によると、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側に、収縮率の大きいタイプの貫通導体Pが1本以上含まれていれば、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側と大きい側との焼成時における収縮量の差が小さくなり、配線基板100の焼成時の反り量が低減されることが理解できる。
【0052】
さらに、サンプル1、2によると、収縮率の小さいタイプの貫通導体Pのうちの少なくとも1本以上が、他のタイプの貫通導体よりも小さい径を有していれば、配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が大きい側の収縮がさらに抑制され、配線基板の焼成時の反り量がさらに低減されることが理解できる。
【0053】
D.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0054】
D1.変形例1:
上記実施形態では、貫通導体Pには、焼成時における収縮率の異なる2つのタイプが含まれているが、貫通導体Pのタイプは、3つ以上であってもよい。
【0055】
この場合は、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側に、収縮率の最も大きいタイプの貫通導体Pが1本以上含まれていればよい。また、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が大きい側に、収縮率の最も小さいタイプの貫通導体Pが含まれており、収縮率の最も小さいタイプの貫通導体Pのうちの少なくとも1本以上が、他のタイプの貫通導体Pよりも小さい径を有していればよい。
【0056】
ただし、貫通導体Pのタイプが2つの場合の方が、製造工程を煩雑にすることなく、配線基板の焼成時の反り量を低減することができるという点において、上記の実施形態の方が好ましい。
【0057】
D2.変形例2:
上記実施形態では、タイプ1の貫通導体Pは、導電性の金属成分として銀とパラジウムを含むペーストを焼成することによって形成されており、タイプ2の貫通導体Pは、導電性の金属成分として銀のみを含む導電性ペースト、すなわち、導電性の金属成分として銀を含み、パラジウムは含まない導電性ペーストを焼成することによって形成されている。しかし、2つのタイプに用いられる貫通導体の材料は、収縮率に差があれば、上記の実施形態に限られない。
【0058】
例えば、収縮率の大きいタイプ1の貫通導体として、平均粒径2μmの銀粉末のみを導電性の金属成分として含む材料を採用し、収縮率の小さいタイプ2の貫通導体として、平均粒径6μmの銀のみを導電性の金属成分として含む材料を採用してもよい。ただし、タイプ1とタイプ2との収縮率の差を大きくすることができるという点において、上記の実施形態の方が好ましい。
【0059】
D3.変形例3:
上記実施形態では、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側(上部層10)における貫通導体Pは、全てタイプ1の貫通導体である。しかし、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側(上部層10)には、収縮率の最も大きいタイプの貫通導体Pが1本以上含まれていればよい。
【0060】
D4.変形例4:
上記第2実施形態では、下部層20に含まれる収縮率の小さいタイプ2の貫通導体Pの全てが、上部層10に含まれるタイプ1の貫通導体Pよりも小さい径を有している。しかし、下部層20に含まれる収縮率の小さいタイプ2の貫通導体Pのうちの少なくとも1本以上が、上部層10に含まれるタイプ1の貫通導体Pよりも小さい径を有していればよい。
【0061】
D5.変形例5:
上記実施形態では、上部層10を、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が小さい側として説明し、下部層20を、2等分された配線基板100のうち貫通導体Pの体積の合計が大きい側として説明した。しかし、これらの関係は逆であってもよい。
【0062】
D6.変形例6:
上記実施形態では、セラミック絶縁層ILが6層である配線基板100について説明したが、5層以下や7層以上のセラミック絶縁層ILを有する配線基板に対しても、本発明を適用することができる。