(57)【要約】      （修正有）【課題】寸法精度に優れ且つ表面や裏面に形成される表層電極の配線層の密着強度およびメッキ性などが高い多層セラミック基板の製造方法を提供する。【解決手段】表面や裏面に配線層４，６，８，１０が形成された複数のグリーンシートｓ１〜ｓ３と、最上層と最下層のグリーンシートｓ１，ｓ３の表面１および裏面２に配置され且つグリーンシートｓ１〜ｓ３の焼成温度よりも高い焼成温度を有する焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２と、を積層して複合積層体を形成する積層工程と、この複合積層体をグリーンシートｓ１〜ｓ３の焼成温度で焼成する焼成工程と、焼成後の複合積層体における未焼成の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を除去する除去工程と、その後に最上層と最下層のセラミック層Ｓ１，Ｓ３の表面１および裏面２に配設された配線層４，１０を上記グリーンシートｓ１〜ｓ３の焼成温度よりも低い温度で加熱する加熱工程と、を含む、多層セラミック基板の製造方法。【選択図】  図３
2005064350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面の少なくとも一方に配線層が形成された複数のグリーンシートと、これらのグリーンシートのうち最上層および最下層のグリーンシートの表面および裏面に配置され且つ上記グリーンシートの焼成温度よりも高い焼成温度を有する焼成収縮抑制シートと、を積層して複合積層体を形成する積層工程と、
上記複合積層体を上記グリーンシートの焼成温度で焼成する焼成工程と、
焼成後の上記複合積層体における未焼成の上記焼成収縮抑制シートを除去する除去工程と、
その後に最上層および最下層のセラミック層の表面および裏面の少なくとも一方に配設された上記配線層を上記グリーンシートの焼成温度よりも低い温度で加熱する加熱工程と、を含む、
ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
前記グリーンシートは、ガラスおよびアルミナを主成分とし、前記焼成収縮抑制シートは、少なくともアルミナを含み且つガラス含有量が上記グリーンシートよりも少ないか、あるいはガラス含んでいない、
請求項１に記載の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、寸法精度に優れ且つ表面や裏面に形成される配線層(表層電極)の密着強度およびメッキ性などが高い多層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面や裏面に所定パターンの導電性ペーストを形成した複数のグリーンシートを積層し、その両面にかかるグリーンシートよりも焼成温度が高い収縮抑制シートをそれぞれ積層した状態で上記グリーンシートの焼成温度で焼成した後、未焼成の収縮抑制シートを除去することにより、平面方向の寸法精度が高い多層セラミック基板を得るための製造方法が提案されている。
例えば、上記収縮抑制シートを除去するため、セラミック粉末、または水とセラミック粉末を吹き付ける方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
また、上記収縮抑制シートに対し、アルミナ砥粒を分散した水溶液を圧縮空気を介して吹き付ける方法も提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ９９／５６５１０号公報  (第１〜１２頁、図１)
【特許文献２】特開２０００−２７７９１４号公報  (第１〜７頁、図１)
【０００４】
しかしながら、前記２つの方法のように、セラミック粉末を含む水を空気と共に吹き付けて前記収縮抑制シートを除去すると、その跡に露出する多層セラミック基板の表面や裏面に位置する表層電極の表面も上記吹き付けにより損傷を受けてしまう。かかる損傷を有する表層電極は、セラミック基板との密着強度が低下すると共に、メッキ性も低下するため、その上方に電子部品などを接続する際のハンダ濡れ性やハンダ喰われ性(ハンダ中の金属元素を過度に吸収する性質)が悪化して接続信頼性に欠ける、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上に説明した背景技術における問題点を解決し、寸法精度に優れ且つ表面や裏面に形成される表層電極の配線層の密着強度およびメッキ性などが高い多層セラミック基板の製造方法を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、焼成した多層セラミック基板の両面に位置する未焼成の焼成収縮抑制グリーンシートを除去した後に、かかる両面において燒結され且つ表面が損傷した表層電極である配線層を、上記焼成温度よりも低い温度に加熱して再燒結する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の多層セラミック基板の製造方法(請求項１)は、表面および裏面の少なくとも一方に配線層が形成された複数のグリーンシートと、これらのグリーンシートのうち最上層および最下層のグリーンシートの表面および裏面に配置され且つ上記グリーンシートの焼成温度よりも高い焼成温度を有する焼成収縮抑制シートと、を積層して複合積層体を形成する積層工程と、かかる複合積層体を上記グリーンシートの焼成温度で焼成する焼成工程と、焼成後の上記複合積層体における未焼成の上記焼成収縮抑制シートを除去する除去工程と、その後に最上層および最下層のセラミック層の表面および裏面の少なくとも一方に配設された上記配線層を上記グリーンシートの焼成温度よりも低い温度で加熱する加熱工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
尚、上記配線層は、上記焼成工程で燒結された金属粉末の燒結体であり、且つ多層セラミック基板の表面や裏面に位置し、表面に実装すべき電子部品や裏面側のプリント基板との接続に活用される表層電極である。また、かかる配線層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄやこれらの合金などの導体からなる。更に、最上層およびこれ寄りの上記グリーンシートに対し、予めその内側に貫通孔を形成しておくことにより、キャビティ付き多層セラミック基板を得ることも可能である。
【０００８】
また、本発明には、前記グリーンシートは、ガラスおよびアルミナを主成分とし、前記焼成収縮抑制シートは、少なくともアルミナを含み且つガラス含有量が上記グリーンシートよりも少ないか、あるいはガラス含んでいない、多層セラミック基板の製造方法(請求項２)も含まれる。尚、焼成収縮抑制シートがガラスを含む場合、その含有量は、グリーンシートのそれよりも５０wt％以上少ない。
【０００９】
更に、本発明には、前記除去工程は、未焼成の前記焼成収縮抑制シートに対し、水または硬質粒子、あるいはこれらの混合物を吹き付けて行われる、多層セラミック基板の製造方法も含まれ得る。
加えて、本発明には、前記グリーンシートの焼成温度は、８００〜１０００℃であり、且つ前記加熱工程での加熱温度は、６００〜９００℃である、多層セラミック基板の製造方法も含まれ得る。
【発明の効果】
【００１０】
前記多層セラミック基板の製造方法(請求項１)によれば、燒結された金属粉末からなる前記配線層(表層電極)は、前記焼成収縮抑制シートを除去した際に、その表面が凸凹形状に損傷するが、その後で加熱され再燒結することで、比較的平坦な表面にすることができる。従って、隣接するセラミック層との密着強度を回復でき、且つＮｉメッキやＡｕメッキも容易に施せると共に、電子部品などとの接続に用いるハンダとの濡れ性やハンダ喰われ性も良好となるため、接続信頼性を高めることが可能となる。
【００１１】
また、前記製造方法(請求項２)によれば、前記焼成工程において、前記グリーンシート中のガラス成分が隣接する前記焼成収縮抑制シート中に浸透するため、各層におけるグリーンシートの平面方向に沿った焼成収縮を確実に抑制して、寸法精度の高いセラミック層とすることができる。従って、上記接続信頼性と共に寸法精度にも優れた多層セラミック基板を確実に提供することが可能となる。
【００１２】
尚、前記除去工程において、未焼成の前記焼成収縮抑制シートに対し、水または硬質粒子、あるいはこれらの混合物を吹き付けて行う、こととした場合には、前記焼成収縮抑制シートを確実に除去することが可能となる。
また、前記グリーンシートの焼成温度は、８００〜１０００℃とし、且つ前記加熱工程での加熱温度は、６００〜９００℃とする場合には、ガラスを含む前記グリーンシートを比較的低温で焼成できると共に、同時にＣｕやＡｇなどの金属またはその合金の燒結体からなる前記配線層が形成できる。しかも、かかる配線層を上記温度域で加熱することで、それらを再燒結して表面が比較的平坦で緻密な配線層にすることが確実となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明により製造する多層セラミック基板を得るためのグリーンシートｓ１〜ｓ３の断面を示す。グリーンシートｓ１〜ｓ３は、重量比で約１：１のアルミナとガラスとを主成分とし、これらに有機バインダや可塑剤を所要量添加して得たセラミックスラリを、ドクターブレード法により、約０．２ｍｍの厚みのシートに成形したものである。
図１に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ３には、追ってビア導体ｖとなる複数の導電性ペーストの円柱体ｖがその表面と裏面との間を貫通している。また、グリーンシートｓ１〜ｓ３の表面と裏面の少なくとも一方には、追って配線層４〜１０となる所定パターンの導電性ペースト４〜１０が印刷法などにより形成されている。尚、上記導電性ペーストは、たとえばＡｇ粉末を含んでいる。
【００１４】
次に、図２に示すように、上記グリーンシートｓ１〜ｓ３を積層し圧着して積層体ｓｓを形成する。この際、配線層４〜１０となる所定パターンの導電性ペースト４〜１０は、追ってビア導体ｖとなる導電性ペーストの円柱体ｖを介して接続される。かかる積層体ｓｓの表面１と裏面２とに位置する導電性ペースト４，１０は、追って表層電極である配線層４，１０となる。
次いで、図３に示すように、積層体ｓｓの表面１と裏面２とに焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を積層して圧着し、複合積層体を形成する(積層工程)。かかる焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２は、アルミナを含み且つガラスを含まないか、ガラスの含有量が前記グリーンシートｓ１〜ｓ３よりも５０wt％以上少なく、且つグリーンシートｓ１〜ｓ３よりも高い焼成温度である。尚、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２も前記同様の方法で厚み約０．３ｍｍのシートに成形したものである。
【００１５】
更に、図３に示す状態で、前記複合積層体を図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートｓ１〜ｓ３の焼成温度(約９００℃)で焼成する(焼成工程)。
この結果、グリーンシートｓ１〜ｓ３は、焼成されてセラミック層Ｓ１〜Ｓ３となる。同時に、前記導電性ペースト４〜１０や円柱体ｖは、燒結して配線層４〜１０およびビア導体ｖとなる。
焼成後の上記複合積層体における未焼成の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に対し、水とアルミナなどの硬質粒子との混合物を吹き付けることで、かかる焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を除去する(除去工程)。尚、かかる除去工程は、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に対し水または硬質粒子を噴射する方法で行っても良い。その結果、図４に示すように、セラミック層Ｓ１〜Ｓ３を含む多層セラミック基板ＳＳが得られる。
【００１６】
この際、図４中の一点鎖線部分Ｘを拡大した図５に示すように、多層セラミック基板ＳＳの表面１や裏面３に位置する表層電極の配線層４(１０)は、前記除去工程で焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を除去した際に、硬質粒子との衝突で凸凹形状の表面４ａ(１０ａ)となり、一部には深い窪みｋも含まれている。かかる表面４ａ(１０ａ)を有する配線層４(１０)は、セラミック層Ｓ１，Ｓ３との密着強度が低下しており、且つメッキ性やハンダ濡れ性の点で不十分となり得る。
そこで、多層セラミック基板ＳＳを図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートｓ１〜ｓ３の焼成温度よりも低い温度(約８００℃)で約３０分間にわたり加熱する(加熱工程)。尚、上記焼成炉内は、予め不活性ガス雰囲気としてある。
【００１７】
その結果、図６に示すように、配線層４(１０)は再燒結され、比較的なだらかな表面４ｂ(１０ｂ)を有する配線層４(１０)となり、セラミック層Ｓ１，Ｓ３との密着強度が向上する。また、かかる表面４ｂ(１０ｂ)は、極薄いＮｉメッキおよびＡｕメッキが良好に施せると共に、形成されるＮｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜は、一層なだらかな表面になる。
このため、多層セラミック基板ＳＳの表面１に実装するＩＣチップなどの電子部品と接続する際に用いるハンダなどの低融点合金との濡れ性が向上し、且つハンダ喰われ性を確実に抑制することができる。
【００１８】
また、多層セラミック基板ＳＳを図示しないマザーボードなどのプリント基板に実装する際に用いる、当該多層セラミック基板ＳＳの裏面２に位置する配線層(表層電極)１０も、そのなだらかな表面１０ｂに、極薄いＮｉメッキおよびＡｕメッキを良好に施せる。また、被覆されるＮｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜は、一層なだらかな表面になるため、マザーボードなどの接続端子との間に用いるハンダの濡れ性を高め、且つハンダ喰われ性を低下させることも可能となる。尚、配線層１０の上記Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜上にハンダボールや導体ピンをハンダ付けなどにより固着しても良い。
従って、以上のような本発明の製造方法によれば、接続信頼性の高い多層セラミック基板ＳＳを確実に提供することができる。
【００１９】
図７は、前記積層体ｓｓと同じ積層体ｓｓ１の表面１上に、内側に貫通孔Ｃを有する前記同様のグリーンシートｓ４，ｓ５を含む積層体ｓｓ２を積層した応用形態の積層体ｓｓ３の断面を示す。
図７に示すように、グリーンシートｓ４，ｓ５間や積層体ｓｓ２の表面１１には、追って配線層１２，１４となる所定パターンの導電性ペースト１２，１４が印刷法などで形成されている。また、導電性ペースト１２，１４間などは、追ってビア導体ｖとなる導電性ペーストの円柱体ｖを介して接続される。更に、積層体ｓｓ１の表面１側に位置し且つ貫通孔Ｃの底面に露出する導電性ペースト４上には、例えばＡｇ粉末を含むハンダバンプ５用の導電性ペースト５が設けられる。
【００２０】
次に、図８に示すように、積層体ｓｓ３の表面１１および裏面２に、前記同様の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を積層して圧着することで、複合積層体を形成する(積層工程)。この際、積層体ｓｓ２の貫通孔Ｃ内には、たとえばセラミック粒子を予め充填しておいても良い。
次いで、前記複合積層体を図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートｓ１〜ｓ５の焼成温度(約９００℃)で焼成する(焼成工程)。
その結果、グリーンシートｓ１〜ｓ５は、焼成されてセラミック層Ｓ１〜Ｓ５となる。同時に、前記導電性ペースト４〜１４や円柱体ｖは、燒結して配線層４〜１４およびビア導体ｖとなる。
【００２１】
焼成後の上記複合積層体における未焼成の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に対し、前記同様に水とアルミナなどの硬質粒子との混合物を吹き付けて、上記焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を除去する(除去工程)。
その結果、セラミック層Ｓ１〜Ｓ５、表層電極の配線層１０，１２を含む配線層４〜１４、ビア導体ｖ、およびハンダバンプ５を有するキャビティＣ付き多層セラミック基板が形成される。尚、この際に前記貫通孔Ｃに充填しておいたセラミック粒子も除去する。
そして、図８中の一点鎖線部分Ｚを除去工程の後にて拡大した図９の左側に示すように、表層電極である配線層１２(１０)の凸凹した表面１２ａ(１０ａ)を平滑化するため、前記キャビティＣ付き多層セラミック基板を図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートｓ１〜ｓ５の焼成温度よりも低い温度(約８００℃)で約３０分間にわたり加熱する(加熱工程)。
【００２２】
その結果、図９の右側に示すように、表層電極である配線層１２(１０)は再燒結され、比較的なだらかな表面１２ｂ(１０ｂ)を有する配線層１２(１０)となり、セラミック層Ｓ４(Ｓ３)との密着強度が向上する。また、表面１２ｂ(１０ｂ)には、極薄いＮｉメッキおよびＡｕメッキが良好に施せると共に、被覆されるＮｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜は、一層なだらかな表面になる。
従って、このキャビティＣ付き多層セラミック基板も、その表面１１上に配線層１２およびハンダを介して電子部品チップを確実に実装でき、且つ裏面２の配線層１０を介してマザーボードなどに確実に実装することができる。更に、キャビティＣ内にハンダバンプ５を介して別の電子部品を実装することもできる。
従って、以上のような本発明の製造方法によれば、接続信頼性の高いキャビティＣ付き多層セラミック基板を確実に提供することができる。
【００２３】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記配線層４などやビア導体ｖは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕなどの金属、またはＡｇ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔなどの合金としても良く、前記各製造方法の準備工程では、これらの金属粉末または合金粉末を含む導電性ペーストを用いて良い。
また、多層セラミック基板ＳＳなどの裏面２に位置する表層電極の配線層１０には、ＮｉメッキおよびＡｕメッキした表面１０ｂに、ハンダボールまたは導体ピンなどをハンダ付けしても良い。
更に、前記キャビティＣ付き多層セラミック基板には、複数のキャビティＣを形成しても良く、この場合、前記グリーンシートｓ４，ｓ５に複数の貫通孔ｃを予め開設しておけば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の製造方法に用いる複数のグリーンシートを示す断面図。
【図２】上記複数のグリーンシートを積層した積層体を示す断面図。
【図３】上記積層体を含む複合積層体を形成する積層工程を示す断面図。
【図４】上記製造方法の除去工程後における積層体を示す断面図。
【図５】図４中の一点鎖線部分Ｘの拡大断面図。
【図６】本発明の加熱工程を示す図５と同様な拡大断面図。
【図７】応用形態の積層体を示す断面図。
【図８】上記積層体を含む複合積層体を形成する積層工程を示す断面図。
【図９】図８中の一点鎖線部分Ｚおよび加熱工程を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１，１１………表面
２………………裏面
４，６〜１４…配線層
ｓ１〜ｓ５……グリーンシート
ｙ１，ｙ２……焼成収縮抑制シート
Ｓ１〜Ｓ５……セラミック層
ＳＳ……………多層セラミック基板
【図１】
2005064350.tif 000003
【図２】
2005064350.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005064350.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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