(57)【要約】【課題】焼成したセラミックグリーンシート積層体に導体層を形成した後に焼成処理を行うセラミック基板の反りを抑えるとともに、導体層の表面が焼成治具により粗とならないセラミック多層基板の製造方法を提供する。【解決手段】焼成したセラミックグリーンシート積層体に導体層を形成した後に焼成処理を行うセラミック基板の製造方法において、前記焼成処理の際に、前記セラミックグリーンシート積層体の全ての縁を支持するための外周支持領域を持つ焼成治具を用いて行うセラミック多層基板の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成したセラミックグリーンシート積層体に導体層を形成した後に焼成処理を行うセラミック基板の製造方法において、
前記焼成処理の際に、前記セラミックグリーンシート積層体の全ての縁を支持するための外周支持領域を持つ焼成治具を用いて行うセラミック多層基板の製造方法。
【請求項２】
前記セラミックグリーンシート積層体の焼成温度は、約９００℃である請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項３】
前記焼成処理の温度は、約８５０℃である請求項1に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項４】
前記焼成治具の前記外周支持領域以外の部分には、前記導体層に接触しないようにくりぬき孔が施されている請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項５】
前記焼成治具の前記外周支持領域には、前記セラミックグリーンシート積層体の面積よりも大きいザグリが施されている請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項６】
前記焼成治具は、材質がセラミックである請求項４及び５に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項７】
前記くりぬき孔の一辺の中央部に第１の溝を有し、前記第１の溝に対向する前記くりぬき孔の辺に第２の溝を有する請求項４に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック多層基板の製造方法に関するものである。特に、反りが少なく導体層の表面が平滑な歩留まりの良いセラミック多層基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミック多層基板の製造方法を図１０に示す。符号５に示す第１の工程では、導体パターン１やビア２が内部に形成されたセラミックグリーンシート３を積層して約９００℃で焼成し焼結基板４を得る。次に符号１１に示す第２の工程では、この焼結基板４の表層６と７の所望の位置に導体層８及び９を形成して、セラミック多層基板１０を得る。その後、符号１６に示す第３の工程では、焼成治具６１にセラミック多層基板１０を載せてセラミック多層基板１０の導体層８及び９を約８５０℃で焼成して、完成されたセラミック多層基板１５を得る。この導体層８を焼成するための焼成炉は、一般に連続式ベルト焼成炉が使用される。
【０００３】
次に、符号１６に示す第３の工程で用いる焼成治具６１について説明する。焼成治具６１の素材はモリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）のような高融点金属が使用される。図１１に、この焼成治具６１の上面図、図１２に側面図を示す。焼成治具６１は、これらの図で示すように、セラミック多層基板１０を４箇所で支持するような形状をしている。すなわち、支持点６４の４箇所でセラミック多層基板１０の対向する２辺６２を支持するように構成されている。
【０００４】
しかしながら、この焼成治具６１を使用して焼成すると、セラミック多層基板１５には大きな反りが生じる。そのため、図１３に示す通り、高融点金属からなるメッシュ状の焼成治具６５を使用することで、焼成時の反りの発生を抑える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−９８１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成では、メッシュ状の焼成治具６３は、セラミック基板６６の底面全体を支持するため、支持する部位と導体層９が接触する。そのため、焼成後に焼成治具６３から取り出されたセラミック基板６６の導体層９の表面が削られて粗となる。この粗となった導体層９の上に部品実装を行うと、接続不良や密着強度が弱くなるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、焼成したセラミックグリーンシート積層体に導体層を形成した後に焼成処理を行うセラミック基板の反りを抑えるとともに、導体層の表面が焼成治具により粗とならないセラミック多層基板の製造方法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】
【０００７】
上記従来の課題を解決するために、本発明のセラミック基板の製造方法は、焼成したセラミックグリーンシート積層体に導体層を形成した後に焼成処理を行うセラミック基板の製造方法において、前記焼成処理の際に、前記セラミックグリーンシート積層体の全ての縁を支持するための外周支持領域を持つ焼成治具を用いて行うことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセラミック基板の製造方法によれば、セラミック基板１０の表層６及び７の導体層８及び９を焼成したときに発生するセラミック基板１３の反りを効果的に抑え、また表層７の導体層９に焼成治具１２が接触しないので、導体層９の表面が平滑な、部品実装歩留まりの良いセラミック基板を製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、従来と同じものについては、同符号を用い説明を簡略化している。
【００１０】
（実施の形態１）
本発明のセラミック基板の製造方法を図１に示す。第１の工程５は、グリーンシートを積層して焼成し焼結基板４を得る工程である。具体的には導体パターン１やビア２が内部に形成されたグリーンシート３を複数枚積層して焼成し焼結基板４を得る。導体パタ−ン１やビア２はＡｇを主成分とした。グリーンシート３はアルミナ粉末を約５０ｗｔ％、ガラス粉末を約５０ｗｔ％の割合で混合した粉末に有機バインダ−と溶剤を加えたスラリ−をドクターブレード法により成形を行った。焼結基板４を得る為の焼成温度は約９００℃であった。
【００１１】
第２の工程１１は、焼結基板４の表層６、７に導体層８、９を形成しセラミック基板１０を得る工程である。導体層８、９の主成分はＡｇとしており、その形成は印刷で行った。第３の工程１４では、導体層８及び９を印刷したセラミック基板１０を本願発明の焼成治具１２の上に載せ、８５０℃の焼成温度で導体層８、９を焼成しセラミック基板１３を得た。
【００１２】
本願発明の焼成治具１２の詳細をさらに説明する。本実施例では焼成治具１２を、アルミナとシリカの混合体で作成した。しかし、焼成治具１２の材質は、セラミックであれば特に限定されるものではなく、マグネシア、ジルコニア、アルミナ等が使用可能である。焼成治具１２の材質をセラミックにすると、第３の工程１４にて焼成治具１２を繰り返し使用しても、焼成治具１２に歪みや反りは発生しない。本実施例で作成した焼成治具は、繰り返し使用による歪みや反りは発生しなかった。
【００１３】
図２に、焼成治具１２の全体図を示す。また、図３に焼成治具１２の上面図を示す。また、図４に焼成治具１２のＡ−Ａ'間の断面図を示す。焼成治具１２の中央はくり抜かれた部分２２を有する構造になっている。くり抜かれた部分２２の形状は特に限定されるものではないが、導体層９に接触しない形状でなければならない。
【００１４】
図５に、本実施例で作製したセラミック基板１３の下面図を示す。基板の大きさは４インチ（Ｘ方向４１が１００ｍｍ、Ｙ方向４２が１００ｍｍ）とした。セラミック基板１３の周辺部には、焼成治具１２により支持される耳４５が存在する。耳４５の幅である４３は特に限定されるものではないが、焼成治具１２により支持されるため幅が狭いと作業性が悪く、幅が広いとセラミック基板１３内の有効面積４６が狭くなり無駄が多くなる。以上を考慮して今回作製のセラミック基板１３の耳４５の幅４３及び４４は５ｍｍとした。
【００１５】
また図２から４に示す様に、焼成治具１２におけるセラミック基板１３の支持部分には、セラミック基板１３を載置したときの位置ズレを防止する為にザグリ２１を設け、セラミック基板１３の導体９が、位置ズレにより焼成治具１２に接触することを防止した。ザグリ２１の深さ３１は特に限定されるものではないが、セラミック基板１３が確実に位置決めされるように０．５〜２．０ｍｍ程度が望ましい。またセラミック基板１３をセッティングするためには適当なクリアランスが必要なので、ザグリ２１の外周部２５、２６はセラミック基板１３の大きさより少し大きくする必要がある。
【００１６】
本実施例で作製した焼成治具１２の詳細寸法は以下の通りである。焼成治具１２の外周寸法は、Ｘ方向２３が１５０ｍｍ、Ｙ方向２４が１５０ｍｍとし、耳４５の幅４３及び４４を５ｍｍ、その厚み３５は３ｍｍとした。くりぬき孔２２の寸法は、Ｘ方向２７が９３ｍｍ、Ｙ方向２８が９３ｍｍとした。ザグリ２１の寸法は、Ｘ方向２５が１０１ｍｍ、Ｙ方向２６が１０１ｍｍで、ザグリ２１の幅３４を４ｍｍ、クリアランス１ｍｍとした。本実施例でのクリアランスとは、図４に示したセラミック基板１３とザグリ２１の幅３４との差３２と３３とを合わせたものである。
【００１７】
セラミック基板１３の導体９に焼成治具１２が接触しないようにするためには、焼成治具の耳４５の幅が５ｍｍ、ザグリ２１の外周部が１０１ｍｍ  Ｘ  １０１ｍｍなので、クリアランスを１ｍｍとすると、ザグリ２１の幅３４は４ｍｍ必要である。以上から、くりぬき孔２２の寸法は、Ｘ方向２７で９３ｍｍ、Ｙ方向２８で９３ｍｍとなる。
【００１８】
第１の工程５で得られた焼結基板４の反り（初期の反り）と、第３の工程１４で焼成治具１２を使用して得られたセラミック基板１３の反り（導体層焼成後の反り）を基板厚み毎に比較した結果を図７に示す。
図７の結果より、本発明のセラミック基板の製造方法の場合は基板厚みが０．３ｍｍ〜１．６ｍｍのセラミック基板の全てにおいて、第３の工程による反りの増加量が５μｍ以内で小さいことがわかる。
【００１９】
一方、従来の焼成冶具を用いた図１０に示す従来の方法による第１の工程５で得られた焼結基板４の反り（初期の反り）と、第３の工程３８で得られたセラミック基板３７の反り（導体層焼成後の反り）を基板厚み毎に比較した結果を図８に示す。
【００２０】
図８の結果より、従来のセラミック基板の製造方法の場合は、基板厚みが薄いほど基板反りの増加量が大きくなることを示している。すなわち、基板厚みが０．６ｍｍでは反りの増加量が８０μｍであり、これより薄い基板では、反りの増加量が飛躍的に増加して基板厚みが０．３ｍｍに至っては、反りの増加量が４１０μｍとなる。一方、基板厚みが１．０ｍｍ以上では、反りの増加量はわずかであるが、本願発明よりも大きい。基板厚みが１．６ｍｍに至って、始めて反りの増加量が５μｍになる。
【００２１】
この焼成冶具による反りの増加量の差は、以下のメカニズムにより生じる。本願発明に適用する焼結基板４は、約９００℃で焼成する低温焼成基板なので、その材料組成の約半分がガラス成分である。約９００℃で焼成された焼結基板４の結晶化ガラスは、大半が結晶化するが、全てが結晶化するわけではなく、その一部が非晶質ガラスとして残留する。この残留した焼結基板４の中の非晶質ガラスが、表層の導体層８及び９を焼成する時の約８５０℃の熱によって再溶融することで、セラミック基板１０が軟化する。
【００２２】
従来の焼成治具６１では、セラミック基板１０の対向する２辺６２を支持点６４の４点で支持するため、図１１、１２に示す様に対向２辺６２の方向では、軟化するセラミック基板１０の垂れ下がり防止出来る。しかし、焼成治具６１で支持していない対向２辺６３の方向では、この垂れ下がりを防ぐことが出来ないので、セラミック基板１５に反りが発生する。
【００２３】
一方、本願発明の焼成治具１２は、セラミック基板１０の全周を支持している。従って、セラミック基板１０の表層の導体層８及び９を焼成する時に、セラミック基板１０自身が導体層８及び９を焼成する時の熱で軟化し、自重で垂れ下がることを防ぎ、導体層８及び９の焼成後のセラミック基板１３の反りを抑えることができる。また、本願発明の焼成治具１２は、表層の導体層９の部分をくり抜いたくりぬき孔があるため、焼成治具１２と導体層９の接触を防ぎ、導体層９の表面が粗になることを防ぐ。
【００２４】
一般にフリップチップ実装を歩留まり良く行う為には、１００μｍ／４インチ以下のセラミック基板の反りであることが望ましい。セラミック基板の反りが１００μｍ／４インチより大きくなると、ＩＣ上に形成された接続用バンプと、セラミック基板の表層の導体層との接続にバラツキが生じ、オープンや接続抵抗値大等の不良が発生し歩留まりを著しく低下させてしまう。
【００２５】
したがって、導体層焼成後の反りについては、１００μｍ／４インチ以下にする必要がある。本発明のセラミック基板の製造方法の場合では、基板厚みが０．３ｍｍ〜１．６ｍｍのセラミック基板全て１００μｍ／４インチ以下であるが、従来のセラミック基板の製造方法の場合は基板厚みが０．３ｍｍ〜０．６ｍｍのセラミック基板で１００μｍ／４インチ以上の大きな反りとなっている。従来のセラミック基板の製造方法と本発明のセラミック基板の製造方法を比較すると、特に基板厚みが０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの薄いセラミック基板について反り改善の効果が大きい。
【００２６】
またセラミック基板上にコンデンサや抵抗などチップ部品を実装する場合、実装機を使用し自動で搬入、搬出を行うが、セラミック基板に３００μｍ／４インチ以上の反りが有る場合に搬送ミスを起こすことでセラミック基板割れを起こす。本発明のセラミック基板の製造方法の場合では、基板厚みが０．３ｍｍ〜１．６ｍｍのセラミック基板全て３００μｍ／４インチ以下であるが、従来のセラミック基板の製造方法の場合は基板厚みが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍのセラミック基板で３００μｍ／４インチ以上の大きな反りとなっている。従来のセラミック基板の製造方法と本発明のセラミック基板の製造方法を比較すると、特に基板厚みが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍの薄いセラミック基板について反り改善の効果が大きい。
【００２７】
（実施の形態２）
次に本願発明の実施の形態２を説明する。実施の形態１との相違点は、くりぬき孔２２の左右の辺の中央部に、さらに第２の溝状のくり抜き５３を設けた点である。
【００２８】
図６に、本発明のセラミック基板の製造方法の実施の形態２で使用される焼成治具５１の上面視図を示す。焼成治具５１は焼成治具１２のくり抜かれた部分２２の左右の辺の中央部に、さらに溝状のくり抜き５３を設けている。本実施例では、溝状のくり抜き５３の寸法を、Ｘ方向５４が１５ｍｍ、Ｙ方向５５が１８ｍｍとした。
【００２９】
この溝状のくり抜き５３を設けることで、セラミック基板１３の端部からの固定を容易にし、焼成治具５１からのセラミック基板１３の出し入れを容易にできる。特にメッシュベルト式連続焼成炉へ自動搬入、メッシュベルト式連続焼成炉からの自動搬出を容易に行うことが可能となり、生産性をあげることが可能となる。焼成治具５１におけるセラミック基板１３を支持する部分のザグリ５２の寸法は、実施の形態１で説明した焼成治具１２と同様に作製した。
【００３０】
第１の工程５で得られた焼結基板４の反り（初期の反り）と、第３の工程１４で焼成治具５１を使用して得られたセラミック基板１３の反り（導体層焼成後の反り）を基板厚み毎に比較した結果を図９に示す。
【００３１】
図９に示す様に、焼成治具５１を使用した場合でも基板厚みが０．３ｍｍ〜１．６ｍｍのセラミック基板の全てにおいて、第３の工程における反りの増加量が５μｍ以内で小さく、基板の反りの低減に有効であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかるセラミック基板の製造方法は、焼結基板の表層に導体層を形成し焼成する時に発生する基板の反りを、導体層表面が粗になることなく低減することに有用である。また本発明によって得られたセラミック基板は、特に基板の反りによって発生する部品実装不良や基板割れ不良低減に有用である。また導体層表面が粗でないために、導体層上にＩＣをフリップチップ実装を行った時の、ＩＣに形成されたバンプと導体層の接続抵抗値を小さくすることができ、また導体層上にＩＣをワイヤーボンディングで接続する場合のワイヤーの密着強度を強くしオープン不良を低減することに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に示すセラミック基板の製造工程図
【図２】本発明の実施の形態１に示す焼成治具の全体図
【図３】本発明の実施の形態１に示す焼成治具の上面図
【図４】本発明の実施の形態１に示す焼成治具の断面図
【図５】本発明の実施の形態に示すセラミック基板の製造工程で作製されるセラミック基板の下面図
【図６】本発明の実施の形態２に示す焼成治具の上面図
【図７】本発明の実施の形態１に示すセラミック基板の反りを示す図
【図８】従来の方法によるセラミック基板の反りを示す図
【図９】本発明の実施の形態２に示すセラミック基板の反りを示す図
【図１０】従来のセラミック基板の製造工程図
【図１１】従来のセラミック基板の製造工程で使用される焼成治具の上面図
【図１２】従来のセラミック基板の製造工程で使用される焼成治具の側面図
【図１３】特許文献１に記載されている焼成治具の斜視図
【符号の説明】
【００３４】
１  導体パタ−ン
２  ビア
３  グリーンシート
４  焼結基板
６、７  表層
８、９  導体層
１２、５１、６１、６５  焼成治具
１３、１５、６６  セラミック基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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