(57)【要約】  【課題】  配線導体の高密度、電子部品の高密度実装が可能な両面にキャビティーを有し、製造方法が簡単な積層セラミック回路基板提供する。  【解決手段】  積層セラミック回路基板は、層間に内部配線導体３を介在させて複数のセラミック層１ａ〜１ｆを積層するとともに、一方主面およびこれと対向する他方主面に、形状が異なる凹部状のキャビティー２ａ，２ｆを形成して成る積層セラミック回路基板１０と、キャビティー２ａ，２ｆ内に実装される電子部品５ａ，５ｆとを備え、積層セラミック回路基板１０は、一方主面のキャビティー２ａが、平面透視において他方主面のキャビティー２ｆの形成領域内に配置され、中間積層体１０ｂを介して他方主面のキャビティー２ｆと背合わせに形成されている。製造方法が簡単な積層セラミック回路基板に高密度に電子部品が実装される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間に内部配線導体を介在させて複数のセラミック層を積層するとともに、表裏両主面に形状が異なる凹部状キャビティー及び前記内部配線導体と接続する外部配線導体を形成して成る積層セラミック回路基板において、
前記一方主面のキャビティーは、平面透視して他方主面のキャビティーの形成領域内に、中間積層体を介して前記他方主面のキャビティーと背合わせに配置されていることを特徴とする積層セラミック回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表裏両主面に半導体チップや各種電子部品を収容するキャビティーを形成した積層セラミック回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、両主面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板は、特開平６−３０２７０９号、特開平８−３３０５０９号が知られている。
【０００３】
何れの従来技術においても見掛け上、表裏両主面に半導体チップや各種電子部品を収容するキャビティーが形成されているものの、実際には一方主面、例えば裏面側にキャビティーが形成されている積層セラミック回路基板の表面側に、金属製、またはセラミック製の枠体などを接着接合して、両主面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板としており、真の両主面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板ではなかった。
【０００４】
上述の構造では、高密度配線化された積層セラミック回路基板を達成することが困難であった。即ち、疑似的にキャビティーを形成するために積層セラミック層回路基板に接合した枠体には、内部配線導体を形成することができず、同時に枠体の表面に所定外部配線導体を形成できないためである。
【０００５】
これは、積層セラミック回路基板の表面と枠体との間を絶縁性接着剤で接合しようとすると、枠体内に内部配線導体を形成しても根本的に積層セラミック回路基板の表面に形成した外部配線導体との電気的な接続は達成できず、また、導電性接着剤を用いて枠体を積層セラミック回路基板に接合しようとすると、積層セラミック回路基板の表面に形成した外部配線導体どうしが短絡してしまう。
【０００６】
また、積層セラミック回路基板に枠体を接合するため、その製造工程に全く異質な工程が付加されることになり、製造工程が煩雑になり、また、枠体に囲まれたキャビティーの気密性信頼性が低下してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平６−３０２７０９号公報
【特許文献２】特開平８−３３０５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、両主面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板を、内部配線導体、外部配線導体となる導体パターンが形成された複数枚のセラミックグリーンシートの載置、積層圧着および焼成という製造方法で製造する場合には、一方主面側の複数の枠状のセラミックグリーンシート、複数の矩形状のセラミックグリーンシート、裏面側の複数の枠状セラミックグリーンシートを積層して圧着を行なう必要があるが、圧着時に、両キャビティーの底面となる矩形状セラミックグリーンシート部分には、均一な圧力がかからず、その結果、焼成後、矩形状セラミックグリーンシートの層間で剥離現象が発生してしまう。
【０００８】
また、セラミックグリーンシートの圧着時に、上金型および下金型にキャビティーの形状に合致した突部を形成しておくことも考えられるが、キャビティー形状の変更にともなってこのような治具を変える必要があり、実用的ではなかった。
【０００９】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、両主面にも配線導体を形成でき、しかも、キャビティーの形状が変わっても簡単に製造することができる両面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層セラミック回路基板は、層間に内部配線導体を介在させて複数のセラミック層を積層するとともに、表裏両主面に形状が異なる凹部状キャビティー及び前記内部配線導体と接続する外部配線導体を形成して成る積層セラミック回路基板において、
前記一方主面のキャビティーは、平面透視して他方主面のキャビティーの形成領域内に、中間積層体を介して前記他方主面のキャビティーと背合わせに配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の積層セラミック回路基板によれば、表裏両主面にキャビティーが形成されていることにより、積層セラミック回路基板の両主面にそれぞれ半導体チップ、電子部品を配置することができるため、基板の大型化が防止でき、高密度の積層セラミック回路基板が達成される。
【００１２】
また本発明の、表裏両主面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板によれば、両主面のキャビティーの開口周囲の積層部分に内部配線導体を内層することができ、その表面に外部配線導体を形成することができ、しかも、両主面のキャビティーに各種電子部品を収容することができるため、高密度配線および高密度実装可能な積層セラミック回路基板となる。
【００１３】
しかも、両主面側のキャビティーの周囲の表面にも、内部配線導体に接続した外部配線導体を形成することができ、非常に高密度配線の積層セラミック回路基板が達成される。
【００１４】
また、上述の構造の両主面にキャビティーを有する積層セラミック回路基板は、グリーンシートの圧着、焼成で形成しても、圧着のムラ、圧着不足によるセラミック層間の剥離が発生することがない。しかも、従来のようにグリーンシートの積層圧着のみで製造できるため、非常に実用に適した積層セラミック回路基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の積層セラミック回路基板およびその製造方法を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明に係る積層セラミック回路基板の断面図であり、図１（ｂ）は、表裏キャビティーの位置関係を示す平面図である。
【００１７】
図において、１０は積層セラミック回路基板であり、積層セラミック回路基板１０は、例えばセラミック層１ａ〜１ｆからなる積層基板１と、積層基板１の表面（一方主面）に形成されたキャビティー２ａと、積層基板１の裏面（他方主面）に形成されたキャビティー２ｆと、積層基板１の内部に形成された内部配線導体３と、積層基板１の両主面に形成された外部配線導体４ａ、４ｆと、キャビティー２ａに収納配置された電子部品５ａと、キャビティー２ｆに収納配置された電子部品５ｆと、外部配線導体４ａに接続した各種電子部品６とから構成されている。
【００１８】
尚、図１（ｂ）は、表面のキャビティー２ａと裏面のキャビティー２ｆの位置関係を明示するため、外部配線導体４ａ、４ｆや電子部品５ａ、５ｆ、６を省略している。
【００１９】
積層基板１は、表面側から枠状セラミック層１ａ、１ｂ、矩形状セラミック層１ｃ、１ｄ、枠状セラミック層１ｅ、１ｆが積層されている。この枠状セラミック層１ａ、１ｂによって、表面側キャビティー２ａの周囲が構成され、矩形状セラミック層１ｃによって表面側キャビティー２ａの底面が構成される。同様に、枠状セラミック層１ｅ、１ｆによって、裏面側キャビティー２ｆの周囲が構成され、矩形状セラミック層１ｄによって裏面側キャビティー２ｆの底面が構成される。
【００２０】
しかも、各セラミック層１ａ〜１ｆの層間に内部配線導体３および各セラミック層を貫くようにスルーホール導体７が形成されている。また、積層基板１の表面を構成するセラミック層１ａの表面には、外部配線導体４ａが、積層基板１の裏面を構成するセラミック層１ｆの表面（接合されない面）には、外部配線導体４ｆが形成されている。尚、セラミック層１ｃが露出する表面側キャビティー２ａの底面部分に、所定配線導体３ａが、セラミック層１ｄが露出する裏面側キャビティー２ｆの底面部分に、所定配線導体３ｆが夫々形成されている。
【００２１】
ビアホール導体７は、各セラミック層１ａ〜１ｆの層間に配置されて内部配線導体３どうしを接続したり、また、内部配線導体３と外部配線導体４ａ、４ｆとを接続するための導体であり、所定配線導体３ａ、３ｆは、各種電子部品５ａ、５ｆを接合または接続するための導体である。
【００２２】
各セラミック層１ａ〜１ｆは、アルミナ、ムライト、酸化チタン、チタン酸バリウムなどの絶縁性セラミックやアルミナと低融点ガラス成分とからなるガラス−セラミックなどから構成されている。
【００２３】
内部配線導体３、所定配線導体３ａ、３ｆ、ビアホール導体７は、タングステン系（タングステン単体およびその合金）、モリブデン系、銀系、銅系などの導体からなり、その厚みは８〜１５μｍ程度であり、ビアホール導体７の直径は任意な値とすることができるが、例えば直径は５０〜１５０μｍである。
【００２４】
また、外部配線導体４ａ、４ｆは、積層基板１のキャビティー２ａ、２ｆの周囲表面に形成され、端子電極として作用し、また、電子部品６を接続するための接続パッドとしても作用するものであり、タングステン系（タングステン単体およびその合金）、モリブデン系、銀系、銅系などの導体からなり、さらに必要に応じて表面にメッキ処理が施されている。
【００２５】
尚、キャビティー２ａ、２ｆの底面で、電子部品５ａ、５ｆと接合する所定配線導体３ａ、３ｆは、内部配線導体３と同一工程で形成され、必要に応じて、外部配線導体４ａ、４ｆと同一工程でメッキ被覆される。
【００２６】
また、積層基板１の表面には、概略矩形状で開口した所定深さを有するキャビティー２ａが形成され、このキャビティー２ａ内には、所定配線導体３ａに接合または接続された電子部品５ａが収納配置され、ワイヤボンディング細線などにより、外部配線導体４ａに電気的に接続されている。また、積層基板１の裏面には、概略矩形状で開口した所定深さを有するキャビティー２ｆが形成され、このキャビティー２ｆ内には、所定配線導体３ｆに接続された電子部品５ｆ、５ｆが収納配置されている。
【００２７】
ここで、積層基板１を厚み方向に３つに分解すると、セラミック層１ａ、１ｂから構成された表面側の第１枠状積層体１０ａ、セラミック層１ｃ、１ｄから構成された矩形状の中間積層体１０ｂおよび裏面側の第２枠状積層体１０ｃとに分けられる。
【００２８】
即ち、第１枠状積層体（第１枠状体）１０ａは、表面側キャビティー２ａの開口周囲となる部位であり、第２枠状積層体（第２枠状体）１０ｃは、裏面側キャビティー２ｆの開口周囲となる部位であり、中間積層体１０ｂは両キャビティー２ａ、２ｆの底面を構成するものである。しかも、各積層体１０ａ〜１０ｃの何れにも内部配線導体３が形成されている。
【００２９】
即ち、両キャビティー２ａ、２ｆの開口周囲の表面に、外部配線導体４ａ、４ｆを形成しても、キャビティー２ａ、２ｆの開口周囲を構成する枠状積層体１０ａ、１０ｂに内層された内部配線導体３とビアホール導体７を介して電気的に接続される。従って、全体として高密度配線化した積層セラミック回路基板となる。
【００３０】
ここで、積層基板１の両主面に形成されたキャビティー２ａ、２ｆの位置関係を説明すると、表面側キャビティー２ａは、平面透視した投影平面上、裏面側キャビティー２ｆの開口内に配置されている。これによって、従来のように積層セラミック回路基板を、セラミックグリーンシートの積層圧着方式で簡単に両面にキャビティー２ａ、２ｆを有する積層セラミック回路基板１０が達成できる。
【００３１】
その製造方法を図２の工程流れ図に沿って説明する。
【００３２】
まず、表面側の枠状積層体１０ａとなる未焼成の第１枠状積層体１０ａを形成する。
【００３３】
具体的には、セラミック層１ａ、１ｂとなるセラミックグリーンシートを用意し、シートの表面に内部配線導体３、外部配線導体４ａとなる導体パターンを形成し、グリーンシートの厚み方向にスルーホール導体７となる導体を形成する。そして、このグリーンシートを積層し、所定圧力を与えて圧着する。その後、グリーンシート積層体に、キャビティー２ａの形状に応じて、プレス打ち抜きを行なう。これにより、未焼成の第１枠状積層体１０ａが完成する。尚、予め開口が形成された枠状のセラミックグリーンシートを積層し、圧着を行なっても構わない。
【００３４】
次に、中間積層体１０ｂとなる未焼成の矩形状積層体を形成する。具体的には、セラミック層１ｃ、１ｄとなるセラミックグリーンシートを用意し、グリーンシートの主面に、内部配線導体３、所定配線導体３ａ、３ｆとなる導体パターンを形成し、各グリーンシートの厚み方向にスルーホール導体７となる導体を形成する。その後、矩形状のセラミックグリーンシートを積層し、圧着を行なう。
【００３５】
次に、裏面側の枠状積層体１０ｃとなる未焼成の第２枠状積層体１０ｃを形成する。
【００３６】
具体的には、セラミック層１ｅ、１ｆとなるセラミックグリーンシートを用意し、シートの表面に内部配線導体３、外部配線導体４ｆとなる導体パターンを形成し、グリーンシートの厚み方向にスルーホール導体７となる導体を形成する。そして、このグリーンシートを積層し、所定圧力を与えて圧着する。その後、グリーンシート積層体に、キャビティー２ｆの形状に応じて、プレス打ち抜きを行なう。これにより、未焼成の第２枠状積層体１０ｃが完成する。尚、予め開口が形成された枠状のセラミックグリーンシートを積層し、接合を行なっても構わない。
【００３７】
次に、第１回目の接合圧着を行なう。具体的には、未焼成中間積層体の表面側主面に、未焼成の第１枠状積層体１０ａを位置合わせして載置し、所定圧力を与えて、接合を行なう。この時、両者の接合面は、全面が平面となっているため、接合圧着時の圧力が両者の接合領域に均一に与えられ、安定した圧着接合が達成される。
【００３８】
次に、第２回目の接合圧着を行なう。具体的には、上述の第１回目の圧着によって接合した第１枠状積層体１０ａと中間積層体１０ｂとの接合体の裏面側主面に、未焼成の第２枠状積層体１０ｃを位置合わせして載置し、両者に所定圧力を与えて接合を行なう。この時、第２枠状積層体１０ｃの表面が、第１枠状積層体１０ａの開口周囲の表面部分内に位置しているため、この第２回目の圧着時の圧力が、第２枠状積層体１０ｃと、未焼成の矩形状積層体との接合面に均一な圧力がかかり、安定した圧着が達成される。
【００３９】
これによって、両主面にキャビティー２ａ、２ｆとなる凹部が形成された未焼成状態の積層基板が達成される。
【００４０】
次に、この未焼成の積層回路基板の焼成処理を行なう。この焼成条件は、セラミック層となる材料、各導体パターン、導体によって決定され、例えば、セラミック層にガラス−セラミック、配線導体等に銀系導体を使用した場合には、大気雰囲気中に例えばピーク温度８５０℃で約２時間程度の焼成が行われる。この焼成工程によって、積層基板１の両主面にキャビティー２ａ、２ｆが形成され、その内部に内部配線導体３、ビアホール導体７が形成され、キャビティー２ａ、２ｆの周囲の表面に外部配線導体４ａ、４ｆが形成され、キャビティー２ａ、２ｆの底面に所定配線導体３ａ、３ｆが形成されることになる。そして、必要に応じて、外部配線導体４ａ、４ｆや所定配線導体３ａ、３ｆにメッキ被覆を行なう。
【００４１】
次に、電子部品５ａ、５ｆ、６を実装する。まず、キャビティー２ａ、２ｆ内に電子部品５ａ、５ｆを収納配置する。即ち、裏面側キャビティー２ｆの所定配線導体３ｆに電子部品５ｆ、５ｆを接合または接続する。次に、表面側キャビティー２ａ内に電子部品５ａを収納配置する。即ち、表面側キャビティー２ａの所定配線導体３ａに電子部品５ａを接合し、外部配線導体４ａとの間にワイヤボンディング細線などを用いて電気的に接続する。
【００４２】
また、同時に表面の外部配線導体４ａ上に電子部品６を実装する。
【００４３】
上述の製造方法において、外部配線導体４ａ、４ｆとなる導体パターンをセラミックグリーンシートの状態で形成したが、外部配線導体４ａとなる導体パターンを第１枠状積層体１０ａを形成する工程の最後に、また、外部配線導体４ｆとなる導体パターンを第２枠状積層体１０ｃを形成する工程の最後に形成しても構わない。
【００４４】
また、外部配線導体４ａを第１の接合圧着した後に、また、外部配線導体４ｆを第２の接合圧着した後に夫々形成してもよく、また、焼成前の積層体に形成してもよく、焼成後の積層基板の両面に別焼成によって焼きつけても構わない。
【００４５】
さらに、電子部品５ａ、５ｆ、５ｆ、６の実装も、先に、裏面側キャビティー２ｆ内に電子部品５ｆ、５ｆを収納・配置を行ない、次いで、表面導体パターンに電子部品６を実装して、最後に表面側のキャビティー２ａ内に電子部品５ａを収納して、ワイヤボンディング細線の接続を最後に行なうなど、電子部品５ａ、５ｆ、５ｆ、６の実装方法によって種々変化させてもかまわない。また、電子部品６として、厚膜抵抗体膜のように焼きつけを伴う場合に、焼成後の積層基板１に直ちに形成したり、焼成条件が合えば積層体基板の焼成と同時に行なってもよい。また、メッキ被覆を避けるためにガラス保護層や樹脂保護層などの工程を適宜付加しても構わない。
【００４６】
上述の製造方法によれば、前記表面側キャビティー２ａは、投影平面上、裏面キャビティー２ｆ内に配されているため、セラミック層１ａ〜１ｆの積層において、表面側のキャビティー２ａを構成するための第１枠状積層体１０ａと第２枠状積層体１０ｃ、中間積層体１０ｂを夫々別々に圧着積層して形成しておき、先ず、第１枠状積層体１０ａを中間積層体１０ｂの表面側に圧着接合させ、続いて、第２枠状積層体１０ｃを中間積層体１０ｂの裏面側に圧着接合させることにより、少なくとも接合圧着領域に所定圧力が印加されることになる。
【００４７】
従って、焼成工程において、各積層体１０ａ〜１０ｃ内のセラミック層１ａと１ｂ、１ｃと１ｄ、１ｅと１ｆとの間で剥離が発生することがなくしかも、３つの積層体１０ａ〜１０ｃ間の接合面で１ｂと１ｃ、１ｄと１ｅとの間においても、接合剥がれが発生することが一切ないものとなる。
【００４８】
しかも、製造工程において、通常の積層セラミック回路基板のように、複数のグリーンシートの積層圧着法でのみ製造できる。
【００４９】
図３〜図６は、本発明の製造方法によって製造可能な本発明の積層セラミック回路基板であり、各図（ａ）は断面図、（ｂ）は表面側の平面図である。
【００５０】
尚、各平面図ともに電子部品５ａ、５ｆ、５ｆ、６は省略している。
【００５１】
図３は、表面側に１つのキャビティー２ａが形成されており、裏面側には２つのキャビティー２１ｆ、２２ｆが形成されている。平面図（図３（ｂ））において、点線で示す２つの裏面側のキャビティー２１ｆ、２２ｆのうち、キャビティー２１ｆの開口は、実線で示す表面側のキャビティー２ａの開口形状の全体を含む形状となっており、キャビティー２１ｆは、実線で示す表面側のキャビティー２ａの開口周囲の部分、即ち、第１枠状積層体１０ａと中間積層体１０ｂの接合領域に形成されている。
【００５２】
図４は、表面側に２つのキャビティー２１ａ、２２ａが形成されており、裏面側には２つのキャビティー２１ｆ、２２ｆが形成されている。平面図（図４（ｂ））において、点線で示す２つの裏面側のキャビティー２１ｆ、２２ｆのうち、キャビティー２１ｆの開口は、実線で示す表面側のキャビティー２１ａの開口形状の全体を含む形状となっており、キャビティー２２ｆの開口は、実線で示す表面側のキャビティー２２ａの開口形状の全体を含む形状となっている。すなわち、裏面側のキャビティー２１ｆ、２２ｆの開口形状は、それぞれ表面側のキャビティー２１ａ、２２ａの開口形状を含む形状となっている。
【００５３】
図５は、表面側に２つのキャビティー２１ａ、２２ａが形成されており、裏面側には１つのキャビティー２ｆが形成されている。平面図（図５（ｂ））において、点線で示す裏面側のキャビティー２ｆの開口は、実線で示す表面側のキャビティー２１ａ、２２ａの開口形状の全体を含む形状となっている。
【００５４】
図６は、図５の積層セラミック回路基板のキャビティー２１ａの内壁に所定配線導体３１ａを有する段差部２２が形成されている。段差部２２を含む表面側のキャビティー２１ａは、平面透視して裏面側のキャビティー２ｆの形成領域内に、中間積層体１０ｂを介してキャビティー２ｆと背合わせに配置されている。そして、キャビティー２１ａとキャビティー２ｆは平面視形状が異なっている。
【００５５】
図３〜図６において、従って、未焼成の中間積層体１０ｂの表面に未焼成の第１枠状積層体１０ａを圧着するにあたり支障なく第１の接合圧着することができ、次いで、未焼成の中間積層体１０ｂの裏面に未焼成の第２枠状積層体１０ｃを圧着するにあたり、第２枠状積層体１０ｃと中間積層体１０ｂとの接合面は、投影平面的に全て、第１枠状積層体１０ａの表面形状に含まれているため、安定した第２枠状積層体１０ｃの接合圧着をすることができる。
【００５６】
尚、上述の実施例では、裏面側キャビティー２ｆは、そのキャビティー２ｆの開口周囲の表面が、投影平面上、表面側キャビティー２ａの開口周囲の表面領域内に配されているが、その逆で表面側キャビティー２ａは、そのキャビティー２ａの開口周囲の表面が、投影平面上、裏面側キャビティー２ｆの開口周囲の表面領域内に配されてもよく、また、セラミック層の積層数は所定回路網によって種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る積層セラミック回路基板の断面図であり、（ｂ）は表面側のキャビティーおよび裏面側のキャビティーの位置関係を説明する平面図である。
【図２】本発明の積層セラミック回路基板の製造を説明するための工程流れ図である。
【図３】（ａ）は本発明の他の例を示す積層セラミック回路基板の断面図であり、（ｂ）は表面側のキャビティーおよび裏面側のキャビティーの位置関係を説明する平面図である。
【図４】（ａ）は本発明の他の例を示す積層セラミック回路基板の断面図であり、（ｂ）は表面側のキャビティーおよび裏面側のキャビティーの位置関係を説明する平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の他の例を示す積層セラミック回路基板の断面図であり、（ｂ）は表面側のキャビティーおよび裏面側のキャビティーの位置関係を説明する平面図である。
【図６】（ａ）は本発明の他の例を示す積層セラミック回路基板の断面図であり、（ｂ）は表面側のキャビティーおよび裏面側のキャビティーの位置関係を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０：積層セラミック回路基板
１：積層基板
１ａ〜１ｆ：セラミック層
１０ａ：第１枠状積層体
１０ｂ：中間積層体
１０ｃ：第２枠状積層体
２ａ、２ｆ：キャビティー
３：内部配線導体
４ａ、４ｆ：外部配線導体
５ａ、５ｆ、６：電子部品
【図１】
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【図２】
2006148177.tif 000004
【図３】
2006148177.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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