(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁層のボイド等の欠陥から脱粒する塵埃発生が抑制されたセラミック基板を提供する。【解決手段】セラミック基板１０は、セラミックスからなるフィラーとガラス成分とを有するセラミックグリーンシート（第一絶縁層１１）をセラミックフィラー同士が結合してなる多孔質セラミック層（第二絶縁層１２）と密着させて焼結することによって形成される。ガラス成分が多孔質セラミック層に拡散することにより、ボイドの発生を抑制する。フィラー結合部は、セラミック基板１０の厚み方向における中央部よりも端部において多く存在する。【選択図】図１
2010109066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなるフィラーとガラス成分とを有するセラミック基板であって、前記フィラー同士が結合してなるフィラー結合部が、前記セラミック基板の厚み方向における中央部よりも端部において多く存在するセラミック基板。
【請求項２】
セラミックスからなるフィラーおよびガラス成分を有する少なくとも１つの第１ガラスセラミックグリーンシートと、セラミックスからなるフィラーを含み、かつガラス成分を含まない複数の第２セラミックグリーンシートとを準備する工程と、
前記第２セラミックグリーンシートを焼成して、前記フィラー同士を結合させることにより、複数の空隙を有する多孔質セラミック層を形成する工程と、
前記第１セラミックグリーンシートと前記多孔質セラミック層とを、前記第１セラミックグリーンシートが前記多孔質セラミック層の間に位置するように積層し、セラミック積層体を形成する工程と、
前記セラミック積層体を加熱することにより前記第１セラミックグリーンシートを焼成して、前記ガラス成分を前記空隙に充填させる工程と
を有するセラミック基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子などの電子部品を搭載するためのセラミック基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを搭載する電子部品収納用容器（以下、「電子部品収納用パッケージ」ともいう。）はアルミナ焼結体、またはガラスセラミック焼結体を絶縁層とする、いわゆるセラミック多層配線基板から形成されている。例えば、絶縁層がガラスセラミック焼結体からなる場合、ホウ珪酸ガラスなどのガラス粉末とアルミナなどからなるセラミックフィラーに適当な有機バインダを添加したセラミックグリーンシートを準備し、これに適当な打ち抜き加工を行い、銀などのメタライズ配線導体を印刷塗布するとともに、これらセラミックグリーンシートを積層し、大気雰囲気中で８５０℃〜９００℃で焼成することで形成されていた。
【０００３】
これらイメージセンサーは近年、小型化、低背化と供に低価格化の進展が著しく、イメージセンサーの実装コストの低減のため、従来の個片サイズでの実装からウエハーサイズ、アレイ基板サイズでの実装が求められている。このような実装に対応するため、ガラスセラミック焼結体を基材とするセラミック多層配線基板では、いわゆる無収縮焼成と呼ばれる焼成技術（例えば、特許文献１参照）を用いることによって、高寸法精度を有するセラミック多層配線基板を得ることが考えられている。
【特許文献１】特許３６０１６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらイメージセンサーは、小型化、低背化、低価格化と同時に画素数の向上が求められており、撮像素子の画素サイズの小型化が進んでいる。その結果、電子部品収容用パッケージの絶縁層から脱粒した微小な粒子が撮像素子の画素部に落下して、被写体の映像が検知されないという問題が生じる恐れがあった。
【０００５】
例えば、電子部品収容用パッケージがガラスセラミック焼結体からなる場合、絶縁層はセラミックフィラーをガラスマトリックスで覆う形で形成されているが、絶縁層のボイド部にセラミックフィラーとガラスマトリックスの部分的な濡れ不良があり、使用時の各種振動によって電子部品収容用パッケージから脱粒する恐れがあった。
【０００６】
特に、電子部品収納用パッケージを無収縮焼成によって形成したとき、絶縁層にボイド等の欠陥の発生頻度が高く、電子部品収納用パッケージのダスト発生率（脱粒発生率）が増加するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記諸問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、脱粒の発生が抑制されたセラミック基板およびその製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセラミック基板は、セラミックスからなるフィラーとガラス成分とを有するセラミック基板であって、前記フィラー同士が結合してなるフィラー結合部が、前記セラミック基板の厚み方向における中央部よりも端部において多く存在する。
【０００９】
また、本発明のセラミック基板の製造方法は、セラミックスからなるフィラーおよびガラス成分を有する少なくとも１つの第１ガラスセラミックグリーンシートと、セラミックスからなるフィラーを含み、かつガラス成分を含まない複数の第２セラミックグリーンシートとを準備する工程と、前記第２セラミックグリーンシートを焼成して、隣接する前記フィラー同士を結合させることにより、複数の空隙を有する多孔質セラミック層を形成する工程と、前記第１セラミックグリーンシートと前記多孔質セラミック層とを、前記第１セラミックグリーンシートが前記多孔質セラミック層の間に位置するように積層し、セラミック積層体を形成する工程と、前記セラミック積層体を加熱することにより前記第１セラミックグリーンシートを焼成して、前記ガラス成分を前記空隙に充填させる工程を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセラミック基板によれば、ダストが少なくすることができる。
【００１１】
本発明のセラミック基板の製造方法によれば、絶縁層からのダストを抑制し、かつ高精度なセラミック基板を得る事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１によるセラミック基板を用いたセラミック多層配線基板１を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は、（ａ）の直線Ａ−Ａにおける断面図、（ｃ）は下面図を示している。
【００１４】
図１に示されるように、本実施の形態によるセラミック多層配線基板１は、第一絶縁層１１と第二絶縁層１２とを有するセラミック基板１０と、第一絶縁層１１と第二絶縁層１２に形成された配線導体１３とを有する。ここで、第二絶縁層１２には、キャビティー１４が形成されている。
【００１５】
セラミック基板１０は、例えば、固体撮像素子等の電子部品（図示せず）を搭載する電子部品収納用パッケージとして機能する。このとき、電子部品１４は、キャビティー１４に収納される。
【００１６】
セラミック基板１０は、セラミックスからなるフィラーとガラス成分とを有するセラミック基板である。セラミック基板１０では、フィラー同士が結合してなるフィラー結合部が、セラミック基板１０の厚み方向における中央部よりも端部において多く存在する。以下に、この構成およびその製造方法について、図２を用いて詳細に説明する。
【００１７】
セラミック基板１０は、セラミックフィラー１７及びガラス粉末１８からなるセラミックグリーンシート１６（以下、「第１セラミックグリーンシート」ともいう。）をセラミックフィラー同士が連結してなるセラミック多孔質体１５と密着させ（図２（ａ）参照）、これを焼成することによって形成される（図２（ｂ）参照）。第１セラミックグリーンシート１６中のガラス粉末は、焼成プロセスで溶融し、セラミック多孔質体１５に拡散する。これによって、第一絶縁層１１および第二絶縁層１２が一体化し、セラミック基板１０の絶縁性および気密性の機能が発現する。
【００１８】
第二絶縁層１２は、セラミックフィラー同士が結合してなるセラミック多孔質体とガラスの複合体からなることから、セラミックフィラーとガラスマトリックスの部分的な濡れ不良がある場合においても、セラミックフィラーが脱粒することを抑制できる。よって、このようなセラミック基板１０を用いることにより、脱粒の発生が少ない信頼性の高い電子部品収納用パッケージを実現することができる。
【００１９】
ここで、図２（ｃ）に通常のガラスセラミック焼結体の構成を模式的に示す。ガラスセラミック焼結体の場合、セラミックフィラーは互いに独立しているため、ガラスマトリックスとセラミックフィラーとの間に部分的な濡れ不良（ボイド）がある場合、セラミックフィラーの脱粒によるダストが発生する。
【００２０】
セラミックフィラーを連結させたセラミック多孔質体は、好ましくは、酸化アルミニウム（アルミナ）、フォルステライト、コージュライト、若しくはムライト粒子を焼成して、粒子間にネックを形成したものである。従って、セラミック多孔質体は、ＳＥＭ等で高倍率で観察した場合、セラミックフィラー同士が直接接触し、それらの間にガラス成分が存在しない領域があることが特徴である。
【００２１】
また、マトリックスとなるガラスは、好ましくは、軟化温度、および結晶化度がそれぞれ４５０℃乃至７５０℃、および１０％以下である硼珪酸ガラスからなる。
【００２２】
マトリックスガラス成分が硼珪酸ガラスからなり、また、セラミック多孔質体が酸化物セラミックであるアルミナ、フォルステライト、コージュライト、若しくはムライトからなることから、セラミック多孔質体に対しガラスは良好な濡れを示し、マトリックスガラスはセラミック多孔質体に拡散し、気密性、絶縁性を確保することができる。
【００２３】
また、好ましくは、ガラスマトリックスの軟化温度が７５０℃以下で、かつ結晶化度が１０％以下であることから、８５０℃乃至９００℃の温度でセラミック多孔質体に溶融ガラスを拡散させることができる。その結果、低抵抗導体である、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕあるいはその化合物金属を配線導体１３として用いることができる。また、上記軟化温度および結晶化度の条件によれば、溶融ガラスの結晶化によって溶融ガラスの粘度が上昇して、セラミック多孔質体に対する溶融ガラスの拡散を妨げるといったことを極力抑制することができる。
【００２４】
また、ガラスマトリックスの軟化温度が４５０℃以上である場合には、高温半田、ＡｕＳｎ等に対して低温ロウ材、またはフリットガラスを接合する際の温度よりも十分高くなることから、ガラスマトリックスが十分な耐熱性を有する。
【００２５】
第１セラミックグリーンシートは、セラミック多孔質体と同材質からなるセラミックフィラーを有し、第二絶縁層１２に対する溶融ガラスの供給源として機能する。
【００２６】
次に、このようなセラミック基板１０を有するセラミック多層配線基板１０の製造方法に関して図３および図４に基づき説明する。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すように、焼成後に第一絶縁層１１となる複数のガラスセラミックグリーンシート２１（以下、「第１セラミックグリーンシート２１」という。）を準備する。ここで、ガラスセラミックグリーンシートとは、ガラス粉末、セラミック粉末、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等とを添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用して原料粉末をシート状に形成したものをいう。ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系などが挙げられるが、軟化温度が４５０℃乃至７５０℃でかつ結晶化度が１０％以下のガラス組成を選択することが望ましい。
【００２８】
上記セラミック粉末としては、アルミナ、フォルステライト、コーディエライト、若しくはムライトなどの各種酸化物セラミックスが挙げられる。
【００２９】
上記有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系，ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，ポリプロピレンカーボネート系，若しくはセルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００３０】
グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、その有機溶剤とセラミック粉末と有機バインダとを混練してグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，若しくはアルコール類等から成るものが利用される。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、焼成後に第二絶縁層１２となる複数の第２セラミックグリーンシート２２を準備する。ここで、第２セラミックグリーンシート２２とは、セラミック粉末、有機バインダ、有機溶剤、および可塑剤等を添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用して原料粉末をシート状に形成したものをいう。
【００３２】
また、有機バインダ、および有機溶剤としては、それぞれ上記第１セラミックグリーンシート２１と同等のものを用いることができる。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、第２セラミックグリーンシート２２を焼成し、有機バインダを除去してセラミック粉末間を連結させ、セラミック多孔質体２３を形成する。例えば、セラミック粉末としてアルミナを利用した場合、約１０００℃でアルミナ粒子を焼成することによりセラミック多孔質体２３を形成する。
【００３４】
次に、図３（ｄ）に示すように、図３（ｃ）で作製したセラミック多孔質体２３に、必要に応じてレーザ加工，マイクロドリルによって、キャビティーや貫通孔２４を形成する。この貫通孔２４に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合した配線導体ペースト２５を、スクリーン印刷等公知の手法を用いて充填する。なお、配線導体ペースト２５には、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後のセラミック基板１０との接合強度を高めたりするためにガラスの粉末を添加しても良い。これは、焼成後に配線導体１３となる配線導体ペースト２５に対しても同様である。
【００３５】
次に、図３（ｅ）に示すように、図３（ｂ）で作製した第１セラミックグリーンシートに、必要に応じてレーザ加工，金型加工、又はパンチング等の機械加工によって、貫通孔を形成する。この貫通孔に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合した配線導体ペースト２５を、スクリーン印刷等公知の手法を用いて充填する。
【００３６】
次に、図３（ｆ）に示すように、これら第１セラミックグリーンシート２１の表面にＡｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，若しくはＡｇ−Ｐｄ等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合した配線導体ペースト２５をガラスセラミックグリーンシート状にスクリーン印刷等により塗布する。
【００３７】
次に、図４（ａ）に示すように、配線導体ペースト２５を塗布した第１セラミックグリーンシート２１を３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着してセラミック多孔質体２３と第１セラミックグリーンシート２１との積層体（以下、「グリーンシート積層体」ともいう。）を作製する。このとき、第１セラミックグリーンシート２１には密着時の加熱時に溶融する溶融成分を含有していてもよい。この場合、第１セラミックグリーンシート２１を低圧で積層でき、セラミック多孔質体２３にダメージを与えることがないため、より好ましい。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、セラミック多孔質体２３と第１セラミックグリーンシート２１とを焼成することによりセラミック多層配線基板の母基板を形成する。ここで、配線導体１３がＡｇ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ等の金属粉末の焼結体からなる場合、例えば、大気中で８００乃至９００℃の温度で焼成を行なう。また、配線導体１３がＣｕの金属粉末の焼結体からなる場合、例えば、窒素雰囲気下で焼成を行なう。
【００３９】
このとき、第１セラミックグリーンシート２１の主面方向の収縮がセラミック多孔質体によって抑制されるため、第１セラミックグリーンシート２１はＺ方向のみに収縮し、主面方向の寸法精度を高精度に保つことができる。また、図２を用いて説明したように、第１セラミックグリーンシート２１中のガラス粉末は、焼成プロセスで溶融し、セラミック多孔質体２３に拡散することから、電子部品を搭載する第一絶縁層は、連結したセラミック多孔質体がガラスマトリックスで覆われてなることから、電子部品搭載部に脱粒によるダストが発生することを抑制することができる。
【００４０】
次に、図４（ｃ）に示すように、セラミック母基板に配線導体ペースト２３を印刷、焼成することによって配線導体１３を形成する。
【００４１】
そして、図４（ｄ）に示すように、図４（ｃ）で得られたセラミック母基板をダイシング等で分割してセラミック多層配線基板１の個片を得る。
【００４２】
なお、本発明は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変形は可能である。
【００４３】
例えば、第２セラミックグリーンシート２２を予め積層し、キャビティー部等を加工した後焼成することによって、セラミックフィラーを連結させてセラミック多孔質体２３を形成してもよい。また、図４（ｂ）において、セラミック多孔質体２３と第１セラミックグリーンシート２１を焼成する際、上下から加圧しつつ焼成してもよい。
【００４４】
また、本実施の形態ではセラミック多孔質体は、電子部品搭載面およびその裏面に配置したが、電子部品登載面のみ配置しても構わない。
【００４５】
また、電子部品の搭載工程は、セラミック多層配線基板の母基板に固体撮像素子等の電子部品を搭載し、蓋体を用いて電子部品を封止した後、ダイシング等で分割してよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態によるセラミック基板を用いたセラミック多層配線基板を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は、（ａ）の直線Ａ−Ａにおける断面図、（ｃ）は下面図を示している。
【図２】セラミック基板の構成を詳細に説明するための図である。
【図３】図１のセラミック多層配線基板の製造方法を示す図である。
【図４】図１のセラミック多層配線基板の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    セラミック多層配線基板
１０  セラミック基板
１１  第一絶縁層
１２  第二絶縁層
１３  配線導体
１４  キャビティー
１５  セラミック多孔質体
１６  第１セラミックグリーンシート
【図１】
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【図２】
2010109066.tif 000004
【図３】
2010109066.tif 000005
【図４】
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