(57)【要約】【課題】多層セラミック基板の製造において、スクリーン印刷法で形成される層間接続用の接続パッドによるにじみや突起をなくし、基板の品質を向上する。【解決手段】  多層セラミック基板の製造において、セラミックのグリーンシート１１２に加工したビアホール１１１に導体ペーストを充填した後、そのグリーンシート上へ上下層間の接続パッドのないスクリーン１０１を用いて、スクリーン印刷法により回路パターン１１０を形成したものを少なくとも一層以上内層に使用し、積層した後、加圧接着または加圧焼成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックのグリーンシートに加工したビアホールに導体ペーストを充填した後、そのグリーンシート上へ上下層間の接続パッドのないスクリーンを用いてスクリーン印刷法により回路パターンを形成したものを少なくとも一層以上内層に使用し、積層した後、加圧接着または加圧焼成することを特徴とする多層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、多層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層セラミック基板の一般的な工法では、図５に示すように、（ａ）セラミック粉末にバインダーを均一に混ぜ、スラリーにしたものをドクターブレード法によりシート状に加工した後、乾燥切断しグリーンシート１１２を作成する。（ｂ）その後、グリーンシート１１２をハンドリングするためのハンドリング部材に貼り付け（この工程は省略可である）、グリーンシート１１２へ上下層間の導通を確保するためのビアホール４０１を穴明けし、検査・修正を行なう。次に（ｃ）ビアホール４０１へ導体ペースト１１１を充填する。導体ペースト充填工程では多くの場合、ビアホール導体充填用スクリーン４０４上にビアホール導体充填用ペースト４０５を載せ、ビアホール導体充填用スキージ４０３を加圧し引き摺ることで行なわれる（この方法をスクリーン印刷法という）。そして、ビアホール４０１上の導体ペースト１１１を平坦化し、検査・修正を行なう。次に、（ｄ）グリーンシート１１２上へ回路パターン１１０を形成する。スクリーン印刷法によって回路パターン１１０を形成する場合、メッシュ１０２上に回路パターン印刷用導体ペースト４０６を載せ、回路パターン印刷用スキージ４０７を用いて行なう。必要により検査・修正をより行なう。穴明け加工からパターン印刷工程までは、回路設計パターンに応じて複数のパターンがあり、それらを必要数作成する。そして、これらの導体ペースト１１１が充填され、回路パターン１１０が形成されたグリーンシート１１２を積層し、加熱・接着後、焼結の過程を経て焼結体とし、多層セラミック基板とする。なお、検査・修正、ビアホール４０１上の導体ペースト１１１の平坦化は省略可能な工程である。
【０００３】
グリーンシート１１２上へ回路パターン１１０を形成するときは、上下層間の接続を確実に行なうため、 ビアホール４０１の導体ペースト１１１上に下層間接続用のパッド１１３（以下単にパッドという）を付与している。このパッドは予め回路パターンが形成されているスクリーン１０２に加工されているので、配線パターンをスクリーン印刷法で形成する際に、同時にグリーンシート１１２上のビアホール４０１上へ形成される。
これらに関連する文献として、特許文献１や非特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８３２７２号公報
【非特許文献１】新版スクリーン印刷ハンドブック（日本スクリーン印刷技術協会  昭和６３年１月３１日発行、Ｐ２１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多層セラミック基板では十万以上のパッドや数百ｍもの配線があるが、それらの全てを無欠陥にしなければならない。また，回路パターン形成用のスクリーンには浮島状のパターンがある。このため回路パターン形成用スクリーンには、メッシュに浮島状のパターンを貼り付けることで該パターンの欠落を防止している。しかし、下記のような問題がある。
（１）メッシュの塞がり部と開口部の出現
例えば、基板設計上の基本格子ピッチを０．３ｍｍ、パッド径をφ０．１ｍｍ、スクリーンに使用するメッシュのワイヤー径をφ０．０４ｍｍ、メッシュ＃２５０（１インチあたりのメッシュ数）とした場合を考える。メッシュと基板回路パターンの貼り合わせ角度を４５度とすると、基板に対するメッシュのピッチは数１である。
【０００６】
【数１】
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よって、メッシュ網目の交差部分（以下単にクロス部という）と開口部は、基板の格子ピッチとメッシュのピッチの比率によって周期的に出現する。この場合のクロス部の出現は、概ね２３から３０格子に1回ずつとなる。
（２）メッシュのクロス部と開口部で印刷性に著しく差が出る
φ０．１ｍｍのパッドでは、クロス部においてほとんど導体ペーストが吐出されない。しかし、メッシュ開口部では簡単に導体ペーストが抜けていく。よって、クロス部に導体ペーストを完全に充填させるために印刷条件を合わせると、開口部ではにじみが発生する。また、にじみを抑えると、クロス部においてパッドがカスレてしまう。よって、印刷条件の調整が困難である。
（３）メッシュの開口部において導体ペーストが立ち上がり、その後の接着過程で倒れる
メッシュ開口部では、印刷時の版離れ過程において、パッドの導体ペーストが立ち上がることがある。この立ち上がった導体ペーストが、その後のハンドリングやシート積層時に欠損し、接続されてはならない部分に橋渡しされ、基板不良（ショート）になる。
【０００７】
一方、パッドは従来下記のような理由から存在している。
（４）パッドは上下層間の積層時に発生するズレを吸収する役目を持っている
パッドは一定の大きさを有していないと、グリーンシートを積層した時、様々な変形要因（穴位置ずれ、シート変形、積層位置合わせズレ等）によって、上下層間の未接続（オープン）が起こり、基板不良となる。
（５）パッドは設計情報である
回路パターンの引き回し、配置位置等の情報を設計することが、多層セラミック基板の回路パターン設計そのものであるため、設計上なくすことが出来ない。
（６）パッドは接続情報をもっているためパターン検査に必要
パッドは各層間や各パッド間の接続情報を有しているため、パターンの欠陥検査に必要である。パッドがないと正常な検査が出来ない。
従って本発明の目的は、接続パッドのにじみや突起をなくし、基板の品質を向上する多層セラミック基板の製造法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の目的を達成すため、セラミックのグリーンシートに加工したビアホールに導体ペーストを充填した後、そのグリーンシート上へ上下層間の接続パッドのないスクリーンを用いて、スクリーン印刷法により回路パターンを形成したものを少なくとも一層以上内層に使用し、積層した後、加圧接着または加圧焼成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回路パターン形成時にパッドのカスレ、導体ペースト立ち上がり起因による基板不良が無くなる。また、回路パターン形成時の印刷条件の自由度が上がる。このため、印刷時に発生する不具合が少なくなり、パターンの修正工数が削減できる。さらに、パッドがビアホール径になるので、回路の高密度化が可能である。また、パッドをビアホールで代用するので、検査も従来通りに可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例について図面を用いて詳細に説明する。尚、本実施例で用いる全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１を参照するに、図１（ａ）は回路パターン形成用スクリーン１０１の平面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。図１（ａ）、（ｂ）において、回路パターン形成用スクリーン１０１は、メッシュ１０２にパッドレス回路とするためのパターン１０３を公知の技術でＮｉめっき等によって接合固着させ、製版（スクリーンフレームに一定のテンションで貼り付けること）して形成されている。この回路パターン形成用スクリーン１０１でスクリーン印刷を行なうと、パターン１０３が貼り付けられていないメッシュ１０２が露出した部分は導体ペーストが抜けていき、グリーンシート１１２上に導体ペーストが印刷され、パターン１０３が貼り付けられた部分は導体ペーストが抜けないので、グリーンシート１１２上に導体ペーストが印刷されない。
【００１１】
図１（ｃ）は、図１（ａ）、（ｂ）の回路パターン形成用スクリーン１０１により印刷されたグリーンシート１１２の平面図を、図１（ｄ）は、図１（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図を示す。図１（ｃ）、（ｄ）において、図４で説明したビアホールに導電ペースト１１１を充填したグリーンシート１１２に、図１（ａ）、（ｂ）の回路パターン形成用スクリーン１０１により印刷を行なうと、メッシュ１０２が露出した部分には回路パターン１１０となる導体ペーストが印刷され、パターン１０３の部分はパターン１０３とおりに円形状の印刷されない部分ができる。図１（ｃ）で、円形状の印刷されない部分のほぼ中心にあるのは、スルーホールとなる上述のビアホールに充填された導電ペースト１１１である。
【００１２】
図１（ａ）、（ｂ）に見られるように、図１（ｃ）でスルーホール１１１が在る部分に対応するパターン１０３は円形状に導体ペーストが印刷されないように形成されており、従って、この回路パターン形成用スクリーン１０１を用いて印刷を行なうと、スルーホール１１１上に印刷が行なわれず、従ってスルーホール１１１上に上述したパッドが印刷・形成されない。
【００１３】
ここで、従来技術においてパッドが必要であった理由を、図６を用いて説明する。図６（ａ）はパッドレス回路パターンを形成した多層セラミック基板の断面図、図６（ｂ）は従来のパッドを形成した断面図を示す。図６（ｂ）において、最上層のグリーンシート５１０の下に積層されるグリーンシート５１１のスルーホール１１１上には、パッド１１３が形成されている。これを積層接着すると、回路パターン面へ圧力が均一にかかるため、図５（ｂ）の中段および下段に示すごとく、スルーホール１１１同士が密着し、上下層間の接続が確保される。
【００１４】
図６（ａ）は最上層のグリーンシート５０１の下に積層されるグリーンシート５０２のスルーホール１１１上には、パッド１１３が形成されていない。上下層間の接続パッドがない多層セラミック基板５０２では、パッドがない部分において接着の圧力が上下層間に伝わらず、上下のスルーホール１１１間に空間５０３が残ってしまう。よってこの隙間５０３において電気信号の伝達が遮断されてしまうので、基板としては不良となる。これを防止するためにパッド１１３が必要であった。また、パッド自体は回路パターンの引き回し、配置位置等の情報を持っており、パッドの配置を設計することが多層セラミック基板の回路パターン設計そのものであるため必須であった。
【００１５】
次に、パッドが基板製造上不都合となった理由を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、グリーンシート状に形成された回路パターンの一部を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２（ａ）に示すメッシュ１０２に貼り付けられたパターン３０２は中心に穴があり、導電ペーストが抜けるので、パッドを印刷することになる。
【００１６】
図２（ｃ）に示すように、スクリーン印刷法によってグリーンシート１１２上へ回路パターンを形成する際は、スキージ４０７によりメッシュ１０２を介して回路パターン３０２の無い(抜けている)場所から回路パターン印刷用導体ペースト４０６を吐出させ転写させる。このとき、回路パターン印刷用導体ペースト４０６は次のような過程を経て回路パターンとなる。非特許文献１を参照すると、
（１）メッシュ１０２開口部への回路パターン印刷用導体ペースト４０６が充填される。
（２）回路パターン印刷用スキージ４０７直下で、回路パターン印刷用導体ペースト４０６は強い圧力を受け、グリーンシート１１２上に転写される。
（３）次に版離れ動作によってメッシュ１０２が上昇する。
（４）そしてパターン印刷用導体ペースト４０６は引きちぎられる。
（５）引きちぎられたパターン印刷用導体ペースト４０６は、粘弾性により糸引き状態から復元する。
【００１７】
このとき、パッドは同時にグリーンシート１１２上に形成されるが、パターンの大きさ、形状及びメッシュ１０２の開口径、ピッチ、印刷条件、印刷位置によって、正常部（上下層接続用導体パッド１１３ａ）、カスレ部（上下層接続用導体パッド１１３ｂ）、剣山状部（上下層接続用導体パッド１１３ｃ）に分類される。図２（ｄ）の左側の図は印刷した状態を、図２（ｄ）の右側の図は、積層したときの１枚の状態を示す。大規模集積回路を複数搭載しマルチチップモジュールとなる多層セラミック基板では、グリーンシート１枚あたりのパッド数が１０万個以上あり、全てのパッドを均一に印刷することが困難である。特に剣山状になる上下層接続用導体パッド１１３ｃは、その後積層時に積み重ねられたグリーンシート同士が接触した際、形状が崩れ、電気的に異なる信号の導体部につながってしまう。この現象が起きた場合、その後の導通検査工程で摘出され、不良となる。焼成後の多層セラミック基板は完成品に近いため、ここでの不良は大きな損害となる。この不良を防止するための手段として、
（６）グリーンシートに回路パターンを形成した際に、立体形状を検査し修正する。
（７）パッド印刷と他の回路パターン印刷を別々に印刷する（パッドはメッシュを介さないスクリーンを使用し均一形状にする）。
（８）多層セラミック基板焼結後、不良パッドを検出し、信号を他のパッドに切り替える（補修）。
等が考えられるが、上記（６）では検査時間が膨大となり現実的でなく、検査設備により自動検査を行うにしても、検査装置そのものが無い等の理由から実施できない。（７）では初期投資、製作工数（１層に付き、回路パターン形成用スクリーン、パッド印刷用スクリーンの作成、作業が必要）の面から実用化に不向きである。（８）は、大規模集積回路の場合トランジスタ回路の集合であるので、電源、グランド（接地）が多数ある。多層セラミック基板でもその電源とグランドの給電パッドが無数に存在し、各パッドの電位差が無いよう多層セラミック基板内部で共通にしてあるため、迂回させることができない。よって、補修が極めて困難である。
【００１８】
そこで、本発明では、回路パターン形成用スクリーンから上下層間接続パッドを無くすことを考えた。上下層間の接続を確保するため以下の方法を用いた。特許文献１等によれば、積層したガラスセラミック基板を加圧焼結する方法がある。この方式であれば、上下層間の接続パッドが無くても焼結時の圧力により上下のスルーホールは密着する。図６（ａ）に示すように、積層されるグリーンシート５０２にも上下層間の接続パッドを無くし、実験を行なった。図６（ｂ）の従来のパッドがある場合は、回路パターンが印刷されたグリーンシート１１２を積層し、加熱接着を行ない接着体としても（中段の図）、上下層間の隙間５０３は見られない。本発明の方式で懸念されるのは、接着体内部に上下層間の隙間５０３が残存していることである。しかし、接着体を焼結し、多層セラミック基板焼結体５０３の断面観察を行なった結果、図６（ａ）の下段の図に示すごとく、上下層間の接続パッドが無くても、スルーホール間に隙間が発生することはなかった。
【００１９】
次に実際の製品への適用方法を考えた。前述した通りパッドは設計段階では必ず存在する。このため、回路形成パターン用スクリーンを製作するときに無くすこととした。図３に本発明に係る基板設計と生産データ作成のフロー図を示す。図３において、実線枠内は必須項目であるが、点線で囲まれた項目は省略可能な項目である。図４に示す従来方式との違いは、一度従来方式によって回路パターン印刷用スクリーンを設計した後、そのデータをもとに検査データを作成し、不要なパッドを除き再設計し（図３の２重実線枠）、そのデータをもとに回路パターン印刷用スクリーンを作成する。除外したパッドのデータのうち、基板設計上必要なパッド（多層セラミック基板の内部で止める余長等）を穴埋めスクリーン（ビアホール導体充填用スクリーン４０４）に付与する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る回路パターン形成用スクリーンの平面とその断面を示す図。
【図２】本発明の課題を説明するための図。
【図３】本発明に係る多層セラミック基板の設計、生産用データ作成フローの一実施例を示す流れ図。
【図４】従来の多層セラミック基板の設計、生産用データ作成フローを示す流れ図。
【図５】一般的な多層セラミック基板を製造する工程を説明する図。
【図６】本発明の多層セラミック基板と従来の多層セラミック基板を説明する図。
【符号の説明】
【００２１】
１０１…パッドレス回路パターン印刷用スクリーン
１０２…メッシュ
１０３…パッドレス回路の一部
１１０…回路パターン
１１１…上下層間接続用スルーホール
１１２…グリーンシート
【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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