(57)【要約】【課題】収縮量の小さい焼成用保護シートや荷重体を用いて焼成しても、反りに加えて表面のキズや付着を抑制できるセラミック基板の製法を提供する。【解決手段】グリーンシート積層体１１を前記導体パターン９が上向きになるように設置するとともに、該導体パターン９と前記焼成用保護シート１３との間に前記導体パターン９を覆う樹脂膜１５を介装した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基材上に、グリーンシートの表面に導体パターンを設けてなるグリーンシート積層体と、焼成用保護シートと、荷重体とを、
下方から順に載置して焼成することを特徴とするセラミック基板の製法において、
前記グリーンシート積層体を前記導体パターンが上向きになるように設置するとともに、該導体パターンと前記焼成用保護シートとの間に前記導体パターンを覆う樹脂膜を介装したことを特徴とするセラミック基板の製法。
【請求項２】
樹脂膜は、焼成においてグリーンシート積層体および焼成用保護シートが硬化した後に消失するとともに、前記樹脂膜が消失した部分が隙間になることを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製法。
【請求項３】
樹脂膜の厚みが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック基板の製法。
【請求項４】
導体パターンをグリーンシート積層体の面内の略中央に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載のセラミック基板の焼成方法。
【請求項５】
導体パターンがフリップチップ接続部からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載のセラミック基板の製法。
【請求項６】
導体パターンが銅あるいは銀を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか記載のセラミック基板の製法。
【請求項７】
グリーンシートが主成分としてガラス粉末とセラミックフィラーとを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか記載のセラミック基板の製法。
【請求項８】
焼成温度が８００〜１１００℃の範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか記載のセラミック基板の製法。
【請求項９】
焼成用保護シートが無収縮であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか記載のセラミック基板の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板の製法に関し、特に、焼成用保護シートを用いて焼成するセラミック基板の製法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体素子収納用パッケージ等のセラミック基板は、グリーンシートの少なくとも一方表面に導体パターンを形成し、このようなグリーンシートを複数積層して形成したグリーンシート積層体を焼成して製造されている。
【０００３】
一方、半導体素子は高集積化およびクロック周波数の向上に伴い、伝送特性の向上が要求されていることから、半導体素子収納用パッケージとの接続は、接続間距離を短くできるフリップチップ接続法が多用されている。
【０００４】
このため、半導体素子収納用パッケージ等のセラミック基板は高い平坦度が求められており、このためセラミック基板は、反りを低減し、半導体素子が載置されるフリップチップ接続部の平坦度を高めるための焼成方法が試みられている。
【０００５】
例えば、下記の特許文献１によれば、基材上に、まず、グリーンシート積層体を焼成用保護シートで狭持して載置し、次いで、この上部に押板などの荷重体を置いて焼成する方法が採られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３２２４４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した焼成方法では、荷重体を置くことにより焼成後のセラミック基板の反りは低減できるものの、焼成用保護シートをグリーンシート積層体に密着させた状態で焼成を行うことから、焼成によりグリーンシート積層体が収縮する際に、収縮量の小さい焼成用保護シートと、この焼成用保護シートよりも焼成収縮量の大きいグリーンシート積層体との間で摩擦が起こり、焼成後のセラミック基板の表面にキズや異物の付着が発生し、セラミック基板に外観不良が発生するという問題があった。
【０００８】
特に、高平坦度、高信頼性が要求されるフリップチップ接続部を有する半導体素子収納用パッケージにおいては、フリップチップパッドの外観不良が接続信頼性にも影響するほどの致命的な問題となっていた。
【０００９】
従って、本発明は、焼成収縮量の小さい焼成用保護シートや荷重体を用いて焼成しても、反りの低減とともに、表面のキズや付着を抑制できるセラミック基板の製法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック基板の製法は、少なくとも、基材上に、グリーンシートの表面に導体パターンを設けてなるグリーンシート積層体と、焼成用保護シートと、荷重体とを、下方から順に載置して焼成することを特徴とするセラミック基板の製法において、前記グリーンシート積層体を前記導体パターンが上向きになるように設置するとともに、該導体パターンと前記焼成用保護シートとの間に前記導体パターンを覆う樹脂膜を介装したことを特徴とする。
【００１１】
このような製法によれば、焼成時に反り矯正のためにグリーンシート積層体の上側に荷重体を置いたとしても、焼成用保護シートとグリーンシート積層体との間に樹脂膜を介装させることにより、焼成用保護シートとグリーンシート積層体とが直接接触しないことから、焼成によりグリーンシート積層体が収縮する際に、収縮量の小さい焼成用保護シートとの間で摩擦が発生しても、焼成後のセラミック基板の表面におけるキズや異物の付着を低減でき、焼成後のセラミック基板の外観不良を低減できる。
【００１２】
特に、高平坦度、高信頼性が要求されるフリップチップ接続部を有する半導体素子収納用パッケージにおいて、外観不良による致命的な接続信頼性不良を無くすことができる。
【００１３】
上記セラミック基板の製法では、樹脂膜は、焼成においてグリーンシート積層体および焼成用保護シートが硬化した後に消失するとともに、前記樹脂膜が消失した部分が隙間になることが望ましい。
【００１４】
焼成用保護シートが硬化した後に樹脂膜が消失し、その部分が空隙となるようにすれば、焼成用保護シートによる摩擦を回避でき、焼成後のセラミック基板の表面にキズや異物の付着をさらに防止できる。
【００１５】
上記セラミック基板の製法では、樹脂膜の厚みが５μｍ以上であることが望ましい。樹脂膜の厚みを５μｍ以上も確保することによりグリーンシート積層体と焼成用保護シートとの間の隙間を充分に確保できる。
【００１６】
上記セラミック基板の製法では、導体パターンをグリーンシート積層体の面内の略中央に配置したことが望ましい。導体パターンがグリーンシート積層体の略中央にあれば、グリーンシート積層体は通常中央に向かって焼成収縮するものであることから、略中央にあるほど導体パターンの絶対移動量が小さくなり、このため焼成によるキズを小さいものにでき、外観不良になる確立を低減できる。
【００１７】
上記セラミック基板の製法では、導体パターンがフリップチップ接続部からなることが望ましい。本発明のセラミック基板の製法は、特に、フリップチップ接続部を有する高平坦度、高信頼性が要求されるような高品位のセラミック基板の焼成に好適に用いることができる。
【００１８】
上記セラミック基板の製法では、導体パターンが銅あるいは銀を主成分とすることが望ましい。本発明の製法は、このように低融点で柔らかく、キズのつきやすい導体パターンを有するセラミック基板の製法に好適である。
【００１９】
上記セラミック基板の製法では、グリーンシートが主成分としてガラス粉末とセラミックフィラーとを含むことが望ましい。また、本発明の製法は、ガラス粉末を含有し、焼成温度領域において急激に収縮するようなセラミック基板を製造する場合に好ましいものである。
【００２０】
上記セラミック基板の製法では、即ち、上記したガラス粉末を含有するセラミック材料および導体材料を用いて形成する場合の焼成温度として、焼成温度が８００〜１１００℃の範囲であることが望ましい。
【００２１】
上記セラミック基板の製法では、焼成用保護シートが無収縮であることが望ましい。即ち、本発明の製法は、焼成収縮率の大きいグリーンシート積層体と、焼成収縮の殆ど無い焼成用保護シートとを用いた場合に、焼成後に得られるセラミック基板の表面に発生するキズや異物付着を抑制するものであるからである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明のセラミック基板の製法の例を示す概略断面図である。
【００２４】
本発明では、基材１上に、下部側の焼成用保護シート３と、グリーンシート５の表面７および内部に設けられた導体パターン９と、さらに、これらの導体パターン９同士を接続するためのビアホール導体１０とを具備してなるグリーンシート積層体１１と、この上部側の焼成用保護シート１３と、荷重体１５とを、下方から順に載置した状態で焼成を行うことを特徴とするものであるが、特に、グリーンシート積層体１１を導体パターン９が上向きになるように設置するとともに、グリーンシート積層体１１と上部側の焼成用保護シート１３との間に導体パターン９を覆う樹脂膜１７を介装することが重要である。
【００２５】
また本発明における樹脂膜１７は、少なくともグリーンシート積層体１１の４隅部１８を除いた状態で形成されることが望ましい。樹脂膜１７をこのように配置すると、焼成用保護シート１３がグリーンシート積層体１１の４隅部１８を押圧することになり、焼成後に形成されるセラミック基板の反りを抑制できる。
【００２６】
図２は、樹脂膜１７が消失した後の形態を示す概略断面図である。
【００２７】
本発明では、樹脂膜１７は、焼成工程において、グリーンシート積層体１１および焼成用保護シート３、１３が硬化した後に消失し、その樹脂膜１７の部分が空隙１９となることが望ましい。グリーンシート積層体１１および焼成用保護シート３、１３が硬化する前に樹脂膜１７が消失すると、焼成時にグリーンシート積層体１１の上面に焼成用保護シート３、１３が接触してしまい、焼成後のセラミック基板上面の導体層にキズがついてしまう恐れがある。
【００２８】
また、樹脂膜１７の厚みは、荷重体１５を置いても空隙１７を充分に確保できるという理由から５μｍ以上であることが望ましいが、樹脂膜１７の消失を十分に行うことができるとともに、荷重体１５による平坦度への効果を維持するという理由から、樹脂膜１７の厚みは１０〜１００μｍであることが望ましく、特に、２０〜５０μｍがより望ましい。樹脂膜１７の厚みが厚すぎると、荷重体１５により樹脂膜１７の部分だけに局所的に圧力がかかるため、グリーンシート積層体１１が変形し反りが大きくなる恐れがある。
【００２９】
そして、本発明における樹脂膜１７は、焼成時に消失する材料であれば、いずれの有機樹脂でも好適に用いることができるが、特には、グリーンシート５を構成する樹脂と同成分であることが望ましい。つまり、有機樹脂としては、ポリビニルブチラール系、アクリル系、パラフィンなどの有機樹脂のうちいずれか１種もしくはこれらの混合物を用いることが好ましい。この場合、樹脂膜１７に用いる有機樹脂の熱分解温度がグリーンシート５に用いる有機樹脂と同じか、若しくは、グリーンシート５よりも高くすることが、焼成においてグリーンシート積層体１１および焼成用保護シート３、１３が硬化した後に樹脂膜１７を消失しやすくする点で望ましい。
【００３０】
樹脂膜１７は、上記有機樹脂を含有する液体をグリーンシート積層体１１上に塗布してもよいが、この液体を一旦膜状に成形してグリーンシート積層体１１上に貼付けても良い。
【００３１】
グリーンシート５は、主成分としてガラス粉末およびセラミックフィラーを含有し、これに上記の有機樹脂を含むことが望ましい。
【００３２】
ガラス粉末としては、硼珪酸ガラス、硼珪酸亜鉛系ガラス、リチウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラスなどのうちいずれか１種が好適に用いられる。
【００３３】
また、セラミックフィラーとしては、Ａｌ２Ｏ３、クオーツ（ＳｉＯ２）、ムライト、フォルステライト、ペタライト、ネフェリン、リチウムシリケート、カーネギアナイト、ガーナイト、ジルコニアなどのうちいずれか１種が好適に用いられる。
【００３４】
グリーンシート積層体１１としては、少なくともグリーンシート５の表面に導体パターン９を有しているものであれば用いることができるが、特には、近年の半導体収納用パッケージに代表されるように、セラミック基板の表面および／または内部に高密度に導体層を配した多層配線基板が有用であることから、本発明の製法においても、その表面および／または内部に導体パターン９を設けたグリーンシート積層体１１がより好適である。
【００３５】
この場合、導体パターン９は、グリーンシート積層体１１の面内の略中央に配置されていることが望ましく、さらには、その導体パターン９がフリップチップ接続部であることがより望ましい。フリップチップ接続部とは、例えば、複数の円形状パターンが格子状、千鳥状あるいは周辺配列された状態のものをいう。
【００３６】
導体パターン９の配置をこのような配置にすると、焼成時に焼成用保護シートがグリーンシート積層体１１の４隅部１８を選択的に抑えることになり、こうして焼成後に形成されるセラミック基板の反りを低減できることになる。そして、高い平坦度が求められるフリップチップ接続部を有するセラミック基板である半導体素子収納用パッケージに好適に用いることができる。
【００３７】
本発明の製法に用いる焼成用保護シート３、１３は、グリーンシート積層体１１との反応を防止するという理由から、それ自体無収縮性であることが好ましい。
【００３８】
つまり、本発明の焼成用保護シート３、１３は、高融点のセラミック材料（例えば、アルミナを主成分とする材料）からなるセラミックフィラーと有機樹脂とからなるものであり、グリーンシート積層体１１を略平坦に設置できるという理由から焼成前は可塑性を有することが望ましく、焼成途中においては、前記した荷重体１５の重みに耐え得る機械的強度を有していることが望ましい。
【００３９】
また、本発明において、焼成用保護シート３、１３は、グリーンシート積層体１１上の樹脂膜１７が消失した後は少なくともグリーンシート積層体１１の４隅部１８を押圧した状態で保たれていることがセラミック基板の反りを抑制する点で望ましい。
【００４０】
本発明でいう無収縮とは実質的に収縮しないという意であり、具体的には、収縮率が５％以下の場合をいう。
【００４１】
荷重体１５としては、焼成されるグリーンシート積層体１１の焼成温度においても揮発や溶融の起こらない高融点の物質、例えば、アルミナを含有するセラミックスなどが好ましく、特に本発明では、焼成において、グリーンシート積層体１１および焼成用保護シート３、１３が硬化した後、つまり、これらグリーンシート積層体１１および焼成用保護シート３、１３が可塑性を失った後に樹脂膜１７が熱分解して消滅しても焼成用保護シート３、１３を破壊しない程度の重みであることが望ましい。
【００４２】
基材１もまた荷重体１５と同様のアルミナなどを含有する高融点物質により形成されることが好ましい。
【００４３】
そして、本発明のセラミック基板の製法における焼成温度は、８００〜１１００℃の範囲であることが望ましく、特に、前記導体パターン９として好適に用いられる銅や銀との同時焼成を可能にするとともに、ガラスセラミック基板を緻密化するという理由から焼成温度は８５０〜１０５０℃、特に９００〜１０００℃であることがより望ましい。
【００４４】
特に、導体パターン９として銅を用いる場合には、上記同温度において非酸化性雰囲気中で行われる。
【００４５】
【実施例】
以下に、本発明の樹脂膜およびこれを用いたセラミック基板の製法について実施例によりさらに詳細に説明する。
【００４６】
先ず、グリーンシート積層体となるグリーンシートを作製した。ガラス粉末として平均粒径３μｍのＢａ系ガラスを準備し、このガラス粉末に対してセラミックフィラーとして平均粒径５μｍのクオーツを用い、ガラス粉末とクオーツとを質量比で５０：５０になるように混合した。
【００４７】
次に、この混合物１００質量部に対して、アクリル系樹脂を１０質量部添加し、さらに溶媒としてトルエンを添加した後、ミルを用いて粉砕を行いスラリを調製した。粉砕後、ドクターブレード法により厚さ５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００４８】
次に導体ペーストを調製した。まず、平均粒径４μｍの銅粉末を準備し、この銅粉末に少量のガラス粉末を含有させた混合粉末を調製し、さらに、この混合粉末１００質量部に対して、有機バインダとしてアクリル樹脂を２質量部を加え、これに有機溶剤としてα‐テルピネオールを添加混錬して調製した。
【００４９】
次に、上記の導体ペーストを用いてスクリーン印刷により前記グリーンシートの表面に以下のフリップチップ接続部となる導体パターンを形成した。導体パターンはグリーンシートの中央部の１５ｍｍ角の部分に、焼成後の形状が直径１００μｍ、ピッチ３００μｍ、厚み１５μｍの円形パッドを格子状に配列するようにした。
【００５０】
次に、導体パターンを形成した上記のグリーンシートの下部に導体パターンを形成していないグリーンシート２０枚を加圧積層してグリーンシート積層体を作製した。次いで、このグリーンシート積層体を正方形状の所定の寸法になるように切断した。
【００５１】
次に、樹脂膜を作製した。樹脂膜は、有機樹脂として、ポリビニルブチラール系樹脂、アクリル系樹脂、パラフィンを用い、これらのうちのいずれかの有機樹脂を溶剤に溶解させた樹脂液を用いて表１に示す厚みにシート状に成型した。なお、厚みは有機樹脂の固形分濃度により調整した。この場合、熱分解温度は、ポリビニルブチラール系樹脂＞アクリル系樹脂＞パラフィンの順に低くなるものを用いた。
【００５２】
なお、グリーンシート、焼成用保護シート、および樹脂膜に、全て同じ有機樹脂を用いた場合、樹脂膜の消失のタイミングは、グリーンシート積層体および焼成用保護シートが硬化した後であった。
【００５３】
次に、この樹脂膜を前記グリーンシート積層体の表面に導体パターンを覆うように圧着した。
【００５４】
焼成用保護シートは、上記のガラス粉末とクォーツ（ＳｉＯ２）とを、質量比で２０：８０の割合になるように混合したものを用い、グリーンシートと同様の有機樹脂を用いて、ドクターブレード法により作製した。厚さは３００μｍとした。
【００５５】
上記したグリーンシート積層体、樹脂膜、および焼成用保護シートを図１のような構成になるように組んで焼成を行った。焼成は、還元雰囲気中、９５０℃×１時間の条件で行った。
【００５６】
以上の製法により作製した試料について、評価部分の外観を実態顕微鏡を用いて観察し、反り、キズ、および異物の付着を評価した。評価は、１５ｍｍ角にある全パッドに対するキズの入ったパッド数の割合とした。反りは、正方形状のセラミック基板を対角線方向に２方向から測定し、両方の値の平均値をとった。
【００５７】
一方、比較例として、樹脂膜を用いずにグリーンシート積層体と焼成用保護シートとを直に密着させた試料を作製し、本発明と同様の評価を行った。
【００５８】
【表１】
2004327738.tif 000003
【００５９】
表１より明らかなように、グリーンシート積層体と焼成用保護シートとの間に樹脂膜を介装して焼成した試料Ｎｏ．１〜１１では、キズや異物付着による不良率が５％以下、セラミック基板の反りが８０μｍ／１０ｍｍ以下であった。
【００６０】
特に、樹脂膜の消失のタイミングを、グリーンシート積層体および焼成用保護シートの硬化後とした試料Ｎｏ．１〜１０では、前記不良率を２．３％以下に低減できた。
【００６１】
さらに、樹脂膜の厚みを２０〜５０μｍとした試料Ｎｏ．４〜６では、前記不良率を０．５％、反りを３５μｍ／１０ｍｍ以下に改善できた。
【００６２】
一方、樹脂膜を介装しなかった試料Ｎｏ．１２では、荷重体のおかげで反りは１０μｍ／１０ｍｍであったが、前記不良率が１５％と大きかった。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明では、グリーンシート積層体と焼成用保護シートとの間に樹脂膜を介装させることにより、焼成によりグリーンシート積層体が収縮する際に、収縮量の小さい焼成用保護シートとの間で摩擦が発生しても、焼成後のセラミック基板の表面にキズや異物の付着を低減でき、焼成後のセラミック基板の外観不良を抑制することができる。
【００６４】
特に、フリップチップパッドなどの高平坦度、高信頼性が要求される導体層を有する半導体素子収納用パッケージにおいては外観不良による致命的な接続信頼性不良を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック基板の製法の例を示す概略断面図である。
【図２】樹脂膜が消失した後の形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  基材
３、１３  焼成用保護シート
５  グリーンシート
７  表面
９  導体パターン
１１  グリーンシート積層体
１５  荷重体
１７  樹脂膜
１９  空隙
【図１】
2004327738.tif 000004
【図２】
2004327738.tif 000005