JPH10270854A - 多層配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビアが内部導体層を挟んで直線的に結合され
た構成の多層配線基板を製造した場合、強度が小さいと
内部導体層とビアとの接続部付近の基板にクラックが発
生することがあり、多層配線基板の信頼性が低下してし
まう。そのため、内部導体層の上下に位置するビアが内
部導体層を介して水平方向に異なる位置で接続された構
成とせざるを得ず、多層配線基板の主面の面積を小さく
できないという課題があった。 【解決手段】 内部導体層１２ａ、１２ｂを他層導体層
に接続するためのビア１３ａ、・・・ が内部導体層１２
ａ、１２ｂを挟んで上下方向に直線的に結合された構成
を可能とする多層配線基板１０とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多層配線基板に関
し、より詳細には電子部品を搭載するために用いられる
多層配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体素子やその他の電子部
品を搭載する基板の小型化を図るためには、外部との接
続を行うための配線や、搭載された電子部品同士の接続
を行うための配線を高密度に形成する必要がある。これ
ら配線を高密度に形成するためには、内部導体層（内部
配線層）を１層以上形成し、該内部導体層を利用して立
体的に配線を行う必要がある。

【０００３】しかし、配線距離が長くなるに従って、配
線抵抗による伝送損失や、前記内部導体層の周囲の基板
材料に起因する信号遅延等も大きな問題となってくる。
このような観点から、比誘電率が小さくて前記内部導体
層における信号遅延を生じさせにくく、また前記内部導
体層として、抵抗率が小さいＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、又はＡ
ｇ−Ｐｄ合金等を低温易焼結性の点から使用することが
できるガラスセラミック多層配線基板が注目されてい
る。

【０００４】図４は、従来のガラスセラミック多層配線
基板の一例を模式的に示した断面図であり、前記ガラス
セラミック多層配線基板上に搭載する電子部品等は省略
して図示していない。

【０００５】ガラスセラミック多層配線基板２０の両主
面には、表面導体層２１ａ、２１ｂが形成され、内部に
は２層の内部導体層２２ａ、２２ｂが形成されている。
また、表面導体層２１ａ、２１ｂと内部導体層２２ａ、
２２ｂとを接続するために、あるいは内部導体層２２
ａ、２２ｂ同士を接続するためにビア２３ａ、２３ｂ、
２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃが形成されて
いる。これらビア２３ａ、・・・ はいずれも内部導体層２
２ａ、２２ｂを介して接続されているが、例えば内部導
体層２２ａの上方に形成されたビア２３ａ、２５ａとそ
の下方に形成されたビア２３ｂ、２５ｂとは、内部導体
層２２ａを挟んで上下方向に直線的に結合されておら
ず、内部導体層２２ａを介して水平方向に異なる位置で
接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにビア２３
ａ、・・・ が内部導体層２２ａ、２２ｂを挟んで上下方向
に直線的に結合されていないのは、図５に示したよう
に、ビア３３ａとビア３３ｂとを内部導体層３２ａを挟
んで上下方向に直線的に結合させた場合、内部導体層３
２ａとビア３３ａ、３３ｂとの接続部近傍のガラスセラ
ミック層３６ａ、３６ｂにクラックが発生し易く、ガラ
スセラミック多層配線基板２０の信頼性が低下するとい
う課題があったからである。

【０００７】上下方向に直線的に結合されたビア３３
ａ、３３ｂと内部導体層３２ａとの接続部近傍のガラス
セラミック層３６ａ、３６ｂにクラックが発生するの
は、以下のような理由によると考えられる。すなわち、
ガラスセラミック層３６ａ、３６ｂとビア３３ａ、３３
ｂを構成するＡｇ等の金属との熱膨張率を比較すると、
ガラスセラミック層３６ａ、３６ｂよりもビア３３ａ、
３３ｂを構成する金属の方が熱膨張係数が大きく、焼成
後に前記金属の方が大きく収縮し、該金属の収縮に起因
する大きな応力がビア３３ａ、３３ｂとガラスセラミッ
ク層３６ａ、３６ｂとの界面に作用する。

【０００８】この場合、例えばビア３３ａの下端近傍の
ガラスセラミック層３６ａや、ビア３３ｂの上端近傍の
ガラスセラミック層３６ｂには角部３６０ａ、３６０ｂ
が存在し、この角部３６０ａ、３６０ｂには応力が集中
的に作用する。図４に示したように、例えばビア２３ａ
とビア２３ｂとが内部導体層２２ａを介して水平方向に
異なる位置で接続されている場合には、角部２６ａ、２
６ｂに作用する応力は小さく、クラックは発生しにく
い。

【０００９】しかし、図５に示したように、ビア３３
ａ、３３ｂが内部導体層３２ａを挟んで上下方向に直線
的に結合されている場合、例えば角部３６０ａには、ビ
ア３３ａの収縮に起因する応力に加え、ビア３３ｂの収
縮に起因する引っ張り応力も作用するため、角部３６０
ａにクラックが発生し易いのである。また、同様の理由
により、ビア径が大きくなればなるほど、クラックが一
層発生し易くなる。

【００１０】他方、図４に示したように、例えば内部導
体層２２ａの上方のビア２３ａ、２５ａとその下方のビ
ア２３ｂ、２５ｂとが内部導体層２２ａを介して水平方
向に異なる位置で接続されている場合には、ガラスセラ
ミック多層配線基板２０の主面の面積を大きくとるか、
内部導体層２２ａ、２２ｂの数を増加させざるを得ず、
ガラスセラミック多層配線基板２０が大型化してしまう
という課題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段及びその効果】本発明者は
上記課題に鑑み、ビアが内部導体層を挟んで上下方向に
直線的に結合された多層配線基板において、前記内部導
体層と前記ビアとの接続部近傍の基板にクラックが発生
しにくいビアについて検討を行った結果、該ビアの直
径、及び該ビアを構成する金属導体の充填率を所定の範
囲に調整することにより、前記内部導体層を挟んで上下
方向に直線的に前記ビアを結合させても、前記内部導体
層と前記ビアとの接続部近傍の前記基板にクラックが発
生せず、このため、多層配線基板を小型化し得ることを
見い出し本発明を完成するに至った。

【００１２】すなわち本発明に係る多層配線基板（１）
は、少なくとも一層の内部導体層が形成された多層配線
基板において、前記内部導体層を他層導体層に接続する
ためのビアが前記内部導体層を挟んで上下方向に直線的
に結合されていることを特徴としている。

【００１３】上記多層配線基板（１）によれば、前記ビ
アが前記内部導体層を挟んで上下方向に直線的に結合さ
れているので、前記内部導体層の上方に形成されたビア
と前記内部導体層の下方に形成されたビアとの間で水平
方向に所定の距離をとる必要がなくなり、そのため前記
多層配線基板の主面の面積を小さくすることができ、前
記多層配線基板の小型化を図ることができる。

【００１４】また、本発明に係る多層配線基板（２）
は、上記多層配線基板（１）において、前記ビアの直径
が０．２ｍｍ以下であることを特徴としている。

【００１５】上記多層配線基板（２）によれば、前記ビ
アが前記内部導体層を挟んで上下方向に直線的に結合さ
れていても、前記ビアの直径を０．２ｍｍ以下に設定す
ることにより、前記ビアが接続されている前記内部導体
層の接続部近傍の基板に作用する応力を小さくすること
ができる。その結果、前記基板にクラックが発生するの
を防止することができ、前記多層配線基板の信頼性を維
持することができる。

【００１６】また、本発明に係る多層配線基板（３）
は、上記多層配線基板（１）又は（２）において、前記
ビアの充填率が９５％以下であることを特徴としてい
る。

【００１７】上記多層配線基板（３）によれば、前記ビ
アが前記内部導体層を挟んで上下方向に直線的に結合さ
れていても、前記ビアの充填率を９５％以下とすること
により、前記ビアが接続されている前記内部導体層の接
続部近傍の基板に作用する応力を小さくすることがで
き、前記基板にクラックが発生するのを防止することが
できる。

【００１８】また本発明に係る多層配線基板（４）は、
上記多層配線基板（１）〜（３）のいずれかにおいて、
前記ビアを構成する金属導体がＣｕ、Ａｕ、Ａｇ又はＡ
ｇを含む合金であることを特徴としている。

【００１９】上記多層配線基板（４）によれば、前記ビ
アが前記内部導体層を挟んで上下方向に直線的に結合さ
れており、前記ビアを構成する金属導体がＣｕ、Ａｕ、
Ａｇ又はＡｇを含む合金であり、前記金属が基板よりも
熱膨張係数が大きいものであっても、前記ビアの直径や
前記ビアの充填率を調整することにより、前記ビアが接
続されている前記内部導体層の接続部近傍の前記基板に
作用する応力を小さくすることができ、前記基板にクラ
ックが発生するのを防止することができる。また、Ｃ
ｕ、Ａｇ等の前記金属導体は抵抗率が非常に小さく、配
線材料として優れた特性を有している。

【００２０】また本発明に係る多層配線基板（５）は、
上記多層配線基板（１）〜（４）のいずれかにおいて、
基板の構成材料がガラスセラミックであることを特徴と
している。

【００２１】上記多層配線基板（５）によれば、低温焼
成が可能で、比誘電率等の電気的特性に優れるが、機械
的強度の余り大きくないガラスセラミックを基板材料と
しても、前記ビアの直径や前記ビアの充填率を調整する
ことにより、前記ビアが接続されている前記内部導体層
の接続部近傍の基板材料に作用する応力を小さくするこ
とができ、前記ビアを前記内部導体層を挟んで上下方向
に直線的に結合させても、前記基板にクラックが発生す
るのを防止することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る多層配線基板
の実施の形態を説明する。実施の形態に係る多層配線基
板の基板材料は、特に限定されるものではないが、低温
焼成が可能で誘電率が低く、Ａｇ等の低融点、低抵抗の
金属を内部導体層やビアとすることができるガラスセラ
ミックが好ましい。また、導体層（表面導体層、内部導
体層等）を構成する金属導体の種類も、特に限定される
ものではないが、低抵抗であり、導体層における伝送損
失を少なくするＣｕ、Ａｕ、Ａｇ又はＡｇを含む合金が
好ましい。以下に述べる実施の形態においては、基板材
料としてガラスセラミックを用い、導体層の形成材料と
してＣｕ、Ａｕ、Ａｇ又はＡｇを含む合金を用いた場合
について説明する。

【００２３】図１は、実施の形態に係る多層配線基板を
模式的に示した断面図である。この多層配線基板１０に
おいては、ガラスセラミック層１６の内部に２層の内部
導体層１２ａ、１２ｂが形成され、また、表面導体層１
１ａ、１１ｂと内部導体層１２ａ、１２ｂとを接続する
ための、あるいは内部導体層１２ａ、１２ｂ同士を接続
するためのビア１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５
ａ、１５ｂ、１５ｃが、内部導体層１２ａ、１２ｂを挟
んで上下方向に直線的に結合されている。

【００２４】また、この多層配線基板１０においては、
ビア１３ａ、・・・ が接続された内部導体層１２ａ、１２
ｂ近傍のガラスセラミック層１６に作用する応力が小さ
くなるように、ビア１３ａ、・・・ の直径、及びビア１３
ａ、・・・ を構成する金属導体の充填率（充填密度）が制
御され、内部導体層１２ａ、１２ｂを挟んで上下方向に
直線的に結合されていても、ビア１３ａ、・・・ が接続さ
れた内部導体層１２ａ、１２ｂの接続部近傍のガラスセ
ラミック層１６にクラックが発生しにくくなるように構
成されている。

【００２５】ガラスセラミック層１６は、内部に結晶性
骨材を含むガラス層により構成されている。前記ガラス
層の種類は特に限定されるものではなく、従来の場合と
同様のものを用いることができるが、具体的には、Ｃａ
Ｏ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラス、ＭｇＯ
−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ −Ｒ₂ Ｏ系ガラス
（Ｒはアルカリ金属を示す）、ホウ珪酸系ガラス等が挙
げられる。また、前記結晶性骨材の種類も特に限定され
るものではなく、従来と同じものを用いることができる
が、具体的には、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）、ＣａＯ・Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ （アノーサイト）、２ＭｇＯ・２
Ａｌ₂ Ｏ₃ ・５ＳｉＯ₂ 結晶（コージェライト）、３Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ （ムライト）等が挙げられる。

【００２６】この多層配線基板１０は、以下の方法によ
り製造される。まず、ガラス粉末と結晶性骨材粉末との
混合粉末にバインダ等を添加してスラリを調製し、この
スラリを用いてドクタブレード法等によりグリーンシー
トを作製する。次に、このグリーンシートにパンチング
によりビア用の貫通孔を、積層した場合に上下方向に直
線的に重なるように形成し、該貫通孔にＡｇ等の金属粉
末を含む導体ペーストを充填し、さらにその表面に所定
パターンの導体ペースト層を形成する。次に、これらの
処理が施されたグリーンシートを積層、熱圧着させてグ
リーンシート積層体を形成し、空気中で脱脂、焼成した
後、必要によりメッキ処理等を施し、多層配線基板１０
を完成させる。

【００２７】上記方法により製造された多層配線基板１
０は、従来のガラスセラミック多層配線基板２０（図
４）の場合のように、例えば内部導体層２２ａより上方
のビア２３ａ、２５ａを内部導体層２２ａに接続するた
めの領域と、内部導体層２２ａより下方のビア２３ｂ、
２５ｂを内部導体層２２ａに接続するための領域とを重
ならないように別々にとる必要がなく、多層配線基板１
０の主面の面積を小さくすることができ、多層配線基板
１０の小型化を図ることができる。

【００２８】また、ビア１３ａ、・・・ の直径、及びビア
１３ａ、・・・ を構成する金属導体の充填率（充填密度）
が所定の範囲内に制御されているので、ビア１３ａ、・・
・ が内部導体層１２ａ、１２ｂを挟んで上下方向に直線
的に結合されていても、ビア１３ａ、・・・ が接続された
内部導体層１２ａ、１２ｂ近傍のガラスセラミック層１
６に作用する応力が小さくなり、そのためガラスセラミ
ック層１６にクラックが発生しにくくなり、多層配線基
板１０の信頼性を維持することができる。

【００２９】図２は、ビア１３ａ、・・・ の直径と、ガラ
スセラミック層１６におけるクラック発生率との関係を
示したグラフである。図２に示したグラフより明らかな
ように、ビア１３ａ、・・・ の直径が小さくなるに従って
クラック発生率が小さくなっており、ビア１３ａ、・・・
の充填率が９５％の場合、ビア１３ａ、・・・ の直径が
０．１３ｍｍでクラック発生率が完全に０％となってい
る。また、ビア１３ａ、・・・ の充填率が９０％の場合及
び８０％の場合、それぞれビア１３ａ、・・・ の直径が
０．２ｍｍ及び０．３ｍｍでクラック発生率が完全に０
％となっている。このようにビア１３ａ、・・・ の直径を
小さくすることにより、内部導体層１２ａ、１２ｂを挟
んでビア１３ａ、・・・ を上下方向に直線的に結合させて
も、ガラスセラミック層１６におけるクラックの発生を
防止することができる。また、ビア１３ａ、・・・ の充填
率を小さくすることにより、同じ直径のビア１３ａ、・・
・ におけるクラック発生率が低下させることができる。

【００３０】図３は、ビア用の貫通孔に充填するＡｇペ
ースト中のＡｇ粒子の粒子径とクラック発生率との関係
を示したグラフである。図３のグラフより明らかなよう
に、Ａｇ粒子の粒子径が大きくなるに従って、ガラスセ
ラミック層１６のクラック発生率が低下し、Ａｇ粒子の
粒子径が５．２μｍ以上ではクラックの発生率が０とな
っている。これは、Ａｇ粒子の粒子径が大きくなるに従
ってビア１３ａ、・・・の充填率が低下し、これに伴いビ
ア１３ａ、・・・ が接続された内部導体層１２ａ、１２ｂ
近傍のガラスセラミック層１６に作用する応力が小さく
なるためであると考えられる。このとき、ビア１３ａ、
・・・ の直径は０．１２ｍｍである。ここで、充填率と
は、ビアに完全に金属が充填されたときの密度に対する
実際のビアの充填密度の割合（百分率）をいう。

【００３１】上記した多層配線基板１０の製造工程にお
いては、ビア用の貫通孔に充填する金属粉末の粒径を変
化させることにより、焼成後に形成されるビアの充填率
を変化させることができる。なお、ビアの充填率が小さ
くなっても、一定の範囲内であれば、ビア１３ａ、・・・
壁面に焼結した金属同士が完全に結合した状態の層が形
成されるため、ビア１３ａ、・・・ の抵抗値が大きくなる
ことはない。一方、ビア１３ａ、・・・ 内部の充填率は、
金属粉末の粒径を変化させることによって変化し、この
充填率が小さくなるに従って、ビア１３ａ、・・・ が接続
された内部導体層１２ａ、１２ｂ近傍のガラスセラミッ
ク層１６に作用する応力が小さくなる。

【００３２】ビアの充填率は、前記金属粒子の形状を変
化させることによっても変化するため、柱状や多角形等
の形状をしたＡｇ粒子を使用することにより、ビア１３
ａ、・・・ の充填率を低下させることができ、ビア１３
ａ、・・・ が接続された内部導体層１２ａ、１２ｂ近傍の
ガラスセラミック層１６に作用する応力を小さくするこ
とができる。

【００３３】上記したように、ビア１３ａ、・・・ の直径
や充填率を変化させて、所定の範囲内とすることによ
り、ビア１３ａ、・・・ が接続された内部導体層１２ａ、
１２ｂ近傍のガラスセラミック層１６に作用する応力を
小さくし、クラックの発生を防止することができる。

【００３４】クラック発生率は、ビア１３ａ、・・・ の直
径、及びビア１３ａ、・・・ の充填率の相互の値に影響さ
れるため、一律には設定しにくいが、例えばビア１３
ａ、・・・ の直径は０．２ｍｍ以下が好ましく、０．１５
ｍｍ以下がより好ましい。また、ビア１３ａ、・・・ の充
填率は、９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ま
しい。

【００３５】上記したように、実施の形態に係る多層配
線基板１０においては、多層配線基板１０の主面の面積
を小さくすることができ、例えば、内部導体層の層数、
及びビアの数を一定とした場合、実施の形態に係る多層
配線基板１０の主面の面積は、図４に示した従来のガラ
スセラミック多層配線基板２０の主面の面積の約６７％
にすることができる。また、主面の面積、及びビアの数
を一定とした場合、実施の形態に係る多層配線基板１０
の層数は、従来のガラスセラミック多層配線基板２０の
層数の約６７％となる。また、主面の面積、及び層数を
一定とした場合、実施の形態に係る多層配線基板１０で
は、従来のガラスセラミック多層配線基板２０の場合と
比較して、１．２倍の数のビアを形成することができ
る。

【００３６】

【実施例】以下、本発明に係る多層配線基板の実施例を
説明する。本実施例においては、多層配線基板として、
下記の表１に示した構成のＭＣＭ（Multi Chip Module)
を製造し、下記の表２に示した信頼性試験を行い、評価
を行った。評価結果も併せて下記の表２に示している。
ＭＣＭの内部に形成したビアは内部導体層を挟んで上下
方向に直線的に結合されている。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】表２に示した結果より明らかなように、実
施例に係る多層配線基板は、いずれの試験に対しても合
格の基準をクリアしており、信頼性が全く低下していな
いことを示している。このことは、ＭＣＭを構成する基
板材料に全くクラックが発生していないことを示してい
る。実際に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて、Ｍ
ＣＭの基板材料にクラックが発生していないかを調査し
たが、クラックは全く発生していなかった。

【００４０】以上のように、実施例に係る多層配線基板
によれば、ビアが内部導体層を挟んで上下方向に直線的
に結合された構成とすることにより、前記多層配線基板
の主面の面積を小さくすることができる。

【００４１】また、ビアの直径を１３０μｍ（０．１３
ｍｍ）とし、かつビアの充填率を９０％とすることによ
り、基板にクラックが発生するのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る多層配線基板を模式
的に示した断面図である。

【図２】ビアの直径とガラスセラミック層におけるクラ
ック発生率との関係を示したグラフである。

【図３】ビアに充填するＡｇペースト中のＡｇの粒子径
とガラスセラミック層におけるクラック発生率との関係
を示したグラフである。

【図４】従来のガラスセラミック多層配線基板を模式的
に示した断面図である。

【図５】ビアが導体層を挟んで上下方向に直線的に結合
された構成とした場合に、基板にクラックが発生する場
合の形態を示した断面図である。

【符号の説明】

１０ 多層配線基板 １２ａ、１２ｂ 内部導体層 １３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１
５ｃ ビア １６ ガラスセラミック層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一層の内部導体層が形成され
   た多層配線基板において、前記内部導体層を他層導体層
   に接続するためのビアが前記内部導体層を挟んで上下方
   向に直線的に結合されていることを特徴とする多層配線
   基板。
2. 【請求項２】 前記ビアの直径が０．２ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の多層配線基板。
3. 【請求項３】 前記ビアの充填率が９５％以下であるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多層配線基
   板。
4. 【請求項４】 前記ビアを構成する金属導体がＣｕ、Ａ
   ｕ、Ａｇ又はＡｇを含む合金であることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかの項に記載の多層配線基板。
5. 【請求項５】 基板の構成材料がガラスセラミックであ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載
   の多層配線基板。