(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板を貫通するスルーホールを有し、該スルーホールを介して基板の上下表面に形成される導体が接触しているスルーホール両面基板の製造方法であって、セラミックグリーンシートをスルーホール形成位置で打抜き用治具にて打抜く工程と、上記グリーンシート上下表面のスルーホール周辺部にセラミックの焼結温度より低い温度で軟化する材料を塗布する工程と、このグリーンシートを焼成してセラミック基板とするとともにスルーホールの上下開口縁を曲面状とする工程と、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成して、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる工程とを有することを特徴とするスルーホール両面基板の製造方法。
【請求項２】
セラミック基板を貫通するスルーホールを有し、該スルーホールを介して基板の上下表面に形成される導体が接触しているスルーホール両面基板の製造方法であって、セラミックグリーンシート上下表面の、スルーホール形成位置の周辺部にセラミックの焼結温度より低い温度で軟化する材料を塗布する工程と、上記グリーンシートをスルーホール形成位置で打抜き用治具にて打抜く工程と、このグリーンシートを焼成してセラミック基板とするとともにスルーホールの上下開口縁を曲面状とする工程と、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成して、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる工程とを有することを特徴とするスルーホール両面基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セラミック基板の両面に設けた回路導体が、スルーホールを介して接続されるスルーホール両面基板の製造方法に関する。このようなスルーホール両面基板はハイブリッドＩＣ製品における回路基板等として利用される。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック基板の両面に導体配線を行なう場合、セラミック基板の上面および下面に設けた導体間の接続を確保するためにスルーホールを形成することが一般に行なわれている。このようなスルーホール両面基板の一例を図４に示すと、セラミック基板１には、これを貫通する複数のスルーホール２が所定個所に形成されており、基板１上面に形成される上部導体３は上記スルーホール２を介して基板下面側の下部導体４と接続される（図５）。
【０００３】
スルーホール２の形成は、保持台に載置した未焼成のセラミックグリーンシートをピン状の打抜き具で打抜くことによりなされ、その後、焼成して基板１とする。次いで、上部導体３を、スルーホール２部で真空吸引しながら印刷、焼成し、さらに基板１を反転してその下面に同様の工程により下部導体４を形成する。この工程で、これら導体３、４は上記スルーホール２内に進入してその内周壁で重なり合い、導通可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、スルーホール２の上下開口縁において、上記導体３、４の膜厚が極端に薄くなり、導体抵抗の増大、あるいは断線による接触不良をおこすおそれがあった。これは、上記スルーホール２の端縁部２１が基板１表面に対して直角をなすため、この部分における導体ペーストの塗布量を充分多くすることが容易でないこと、さらに塗布後、乾燥する際に導体ペーストが収縮することによる。このため、通常、導体ペーストを二度塗りして膜厚の増加を図っているが、工程が複雑となる上、必ずしも十分な効果が得られるとは言えなかった。
【０００５】
スルーホール端縁における断線を防止するには、例えば、上記端縁部２１の角を丸めることが考えられ、その一例として特開昭６０−４６０９２号公報には、部分的にテーパーをつけた打抜き具を用いることにより、スルーホール上下端のコーナー部に部分的円状テーパーを設けたものが提案されてい。しかしながら、この方法ではグリーンシートを打抜いた後、打抜き具を引抜く時のもどりにより所望のテーパーがつかなかったり、バリが発生するといった不具合があった。このため、導体ペーストが均一に塗布できず、十分な断線防止効果が得られないおそれがあった。
【０００６】
しかして、本発明は、上下開口縁の少なくとも一部において角を有しないスルーホールを形成するに際し、バリ等を発生させることなく、所望形状のスルーホールを確実に形成して導体ペーストの均一な塗布を可能にすること、そして、導体抵抗の増大や断線による接触不良のおそれのない、品質の高いスルーホール両面基板を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明では、セラミック基板を貫通するスルーホールを有し、該スルーホールを介して基板の上下表面に形成される導体が接触しているスルーホール両面基板を、セラミックグリーンシートをスルーホール形成位置で打抜き用治具にて打抜く工程と、上記グリーンシート上下表面のスルーホール周辺部にセラミックの焼結温度より低い温度で軟化する材料を塗布する工程と、このグリーンシートを焼成してセラミック基板とするとともにスルーホールの上下開口縁を曲面状とする工程と、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成するとともに、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる工程とにより製造するものである（請求項１）。
【０００８】
あるいは、セラミックグリーンシート上下表面の、スルーホール形成位置の周辺部にセラミックの焼結温度より低い温度で軟化する材料を塗布した後、スルーホール形成位置を打抜き用治具にて打抜いてもよい。これら工程の後、このグリーンシートを焼成してセラミック基板とするとともにスルーホールの上下開口縁を曲面状とし、さらに、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成して、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる（請求項２）。
【０００９】
【作用】
ガラスペースト等のセラミックの焼結温度より低い温度で軟化する材料を塗布する請求項１、２の方法では、ガラスペーストの軟化温度がセラミックの焼結温度より低いので、焼成時、温度上昇過程でガラスペーストが軟化し、セラミックグリーンシート中に拡散する。ガラスの拡散により他の部分よりガラスリッチとなったスルーホール周辺部は、軟化収縮による体積減少が生じ、スルーホールの上下端縁部が丸みを帯びる。治具の引抜き時にもどりやバリが発生した場合でも、この段階で解消される。このようにして形成されたスルーホールは上下開口縁において角を有さず、基板上下表面に連続する曲面形状となるので、導体ペーストの塗布が均一にでき、開口縁における膜厚を充分厚くできるので、断線が防止できる。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明のスルーホール両面基板の断面図である。図においてセラミック基板であるアルミナ基板１には、適当個所にスルーホール２が形成してある。このスルーホール２は基板１を垂直方向に貫通するとともに、上下開口縁において角を有さず、上記基板の上面および下面に連続する曲面状となしてある。上記基板１上面には第１の導体である上部導体３が形成され、一方、基板１下面には第２の導体である下部導体４が形成されていて、これら導体３、４は、上記スルーホール２の内壁面において重なり合い、電気的に接続してある。なお、図中、５は抵抗体である。
【００１１】
上記形状のスルーホール２を形成する方法を図２を参照して説明する。図２（ａ）において、６はスルーホール２を形成するために使用される打抜き用治具であり、該治具６は下半部をスルーホール２と同径のピン状打抜き部６１としてある。上記打抜き部６１の基端部には、大径の基部に向けて拡径するテーパ面６２が形成してある。上記治具６下方に配した保持台７上に未焼成のアルミナグリーンシート１１を載置し、予めグリーンシート１１の軟化温度以上に加熱した上記治具６を上方より押圧し、打抜き部６１を貫通させる（図２（ｂ））。加熱温度はアルミナの軟化温度以上とし、焼成温度（通常、１５００〜１６００℃程度）より低い温度とするのがよい。具体的には９００〜１３００℃の範囲とすることが好ましい。なお、テーパ面６２を含む打抜き部６１の長さｌはグリーンシート１１厚ｔと一致させてある。
【００１２】
この状態で一定時間保持すると、上記治具６周囲のグリーンシート１１表面が加熱により軟化し、表面張力によってスルーホール２の上下開口縁の角がとれて曲面状となる。この時、上記治具６がテーパ面６２を有しているので、スルーホール２は上端部には下方に向けて縮径するテーパ状となり、より緩やかな曲面形状となる。ここで治具６の上記テーパ面６２の傾斜角度α（図２（ａ）参照）は、４５°±１０°程度とすることが望ましく、傾斜角度αがこの範囲より大きいとテーパ面６２の形成による充分な効果が得られない。傾斜角度αがこの範囲より小さくても効果は変わらず、スルーホール径が大きくなるので複数のスルーホールが近接する場合などスペースに制約がある場合に不利である。
【００１３】
しかる後、上記治具６を引抜くと、上下開口縁に角を有さないスルーホール２が形成される（図２（ｃ））。抜きカス１２は保持台７に設けた孔７１から下方へ抜ける（図２（ｂ））。
【００１４】
スルーホール２を形成したグリーンシート１１は、次いで、１５００〜１６００℃で焼成し、基板１とする。次いで、この基板１の上部表面に、通常の厚膜形成手法により、基板下面方向より真空吸引しながら導体ペーストを印刷、乾燥し、８００〜９５０℃で焼成して上部導体３を形成する。導体材料としては、金、銀、銅、銀−パラジウム、銀−白金等が使用でき、膜厚は７〜１５μｍとする。その後、同様にして基板１下面に導体ペーストを印刷し、焼成を行なって、下部導体４とする。これにより、上下表面に導体３、４を形成した図１のスルーホール両面基板が得られる。また、上記両導体３、４は導体ペーストを塗布する工程で上記スルーホール２内に進入し、その内壁面を覆う。
【００１５】
このようにして得られたスルーホール両面基板は、スルーホール２の上下開口縁において角を有していないので、導体ペーストの塗布が均一にでき、膜厚が部分的に薄くなることがない。従って断線等の不具合が生じるおそれがない。また、両導体３、４はスルーホール２内壁面を覆うとともに、中間部で重なりを有し、確実に接続する。
【００１６】
なお、上記実施例においてはスルーホール２上端部にテーパ面を形成したが、その必要は必ずしもない。
【００１７】
図３には上記形状のスルーホールを形成する他の方法を示す。まず、図３（ａ）において、テーパ面を有しないピン状の打抜き部を有する打抜き用治具（図示せず）を用いてアルミナグリーンシート１１を打抜き、スルーホール２を形成する。次いで、上記グリーンシート１１上下表面の、スルーホール２周辺部に厚膜印刷手法を用いてガラスペースト８を印刷し、乾燥する（図３（ｂ））。ガラスペーストは基板の焼結温度より低い温度で軟化するものが望ましく、具体的には９５０〜１３００℃程度の軟化温度を有するものが好ましい。軟化温度が９５０℃より低いと導体ペーストの印刷、焼成時に再軟化するおそれがあり、１３００℃を越えると基板焼成の前段階で充分基板内に拡散しないおそれがあるので好ましくない。ガラスペーストの膜厚は１０〜２０μm （乾燥時）とするのがよく、１０μm 未満では充分な効果が得られない。また、２０μm を越えると焼成時に形くずれするおそれがある。ガラスペーストの塗布面積は、例えばスルーホール径が０．４mmであれば周囲の径が０．６〜１．０mmとなるようにするのがよい。
【００１８】
続いて、上記グリーンシート１１を１５００〜１６００℃で焼成する（図３（ｃ））。この温度上昇過程において上記ガラスペースト８が軟化し、図中、矢印で示すように、セラミックグリーンシート１１内に拡散する。そして、他の部分よりガラスリッチとなったスルーホール２上下開口縁は、軟化収縮による体積減により丸みを帯びる（図３（ｄ））。また、上記（ａ）のスルーホール打抜き工程で発生するバリ等も、この段階で除去することができる。このようにして得られた基板１に、上記実施例と同様の方法で上部導体３、および下部導体４を形成することにより、図１のスルーホール両面基板が得られる。
【００１９】
なお、上記実施例においては、グリーンシートのスルーホール形成位置に予めガラスペーストを塗布し、乾燥させた後にスルーホールを打抜いてもよい。また、ガラスペーストは必ずしもスルーホール２の外周囲の全面に塗布する必要はなく、スルーホール２上下開口縁の少なくとも一部に塗布すればよい。この場合、スルーホール２上下開口縁は少なくとも一部が曲面状となるので、この部分において膜厚を充分厚くすることができ、導通を確保できる。また、ガラスペーストに代えて、軟化点を上記範囲に調製したガラスセラミックスや、あるいはグリーンシートに含まれる有機バインダー（一度軟化した後、燃焼するような材料）等を使用してもよい。
【００２０】
上記各実施例ではセラミック基板としてアルミナ基板の例について説明したが、本発明でいうセラミック基板としては、それ以外にも、例えば窒化アルミニウム、炭化けい素、ベリリア、ガラスセラミックス等の基板が使用できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、上下開口縁において角を有しないスルーホールを容易に形成することができる。従って、導体ペーストを均一に塗布することができるので、導体膜厚が部分的に薄くなることがなく、導体抵抗の増大や断線による接触不良を防止できる。また、バリ等の発生による品質低下のおそれがなく、信頼性を大きく向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法により製造されるスルーホール両面基板の部分拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施例におけるスルーホール両面基板の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例におけるスルーホール両面基板の製造工程を示す図である。
【図４】従来のスルーホール両面基板の全体斜視図である。
【図５】従来のスルーホール両面基板の部分拡大断面図で、図４のＶ−Ｖ線拡大図である。
【符号の説明】
１  セラミック基板
２  スルーホール
３  上部導体（第１の導体）
４  下部導体（第２の導体）
５  抵抗体
６  打抜き用治具
７  保持台
【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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