(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のセラミックグリーンシートを積層して焼成することで、基板表面に半導体素子のバンプを接続するためのパッドを有するセラミック多層基板を製造する方法において、
基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、
前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、
前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、
前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、
前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含み、
前記基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹状に形成して、それを前記パッドとして用いることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
【請求項２】
前記セラミックグリーンシートを、８００〜１０００℃で焼成可能な低温焼成セラミックにより形成し、焼成工程で、前記セラミックグリーンシートの積層体の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して拘束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去することを特徴とする請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面にフリップチップやＢＧＡパッケージのバンプ（半田ボール）を接続するためのパッドを有するセラミック多層基板を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、セラミック多層基板においては、小型化、高密度実装化、高性能化等の要求を満たすために、図３に示すように、基板表面に形成したパッド１１にフリップチップ１２やＢＧＡパッケージの下面の半田バンプ１３（半田ボール）を接続するようにしたものがある。この場合、パッド１１は、基板表面に導体ペーストを印刷して形成したものがあるが、最近では、パッドピッチを更に狭くするために、基板表面に露出するビアホール導体１４の表面をパッド１１として用いるようにしたものがある。
【０００３】
このようなセラミック多層基板を製造する場合は、基板表層となるセラミックグリーンシート１５のうちのパッド１１を形成する位置にビアホール１７を加工し、該セラミックグリーンシート１５のビアホール１７に表面側から導体ペーストを穴埋め印刷する。そして、このセラミックグリーンシート１５を他の層のセラミックグリーンシート１６と積層して焼成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように、セラミックグリーンシート１５のビアホール１７に表面側から導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体１４を形成すると、図４に示すように、ビアホール導体１４の表面（パッド１１）が盛り上がってビアホール１７の外周囲にはみ出した状態に印刷されてしまい、その後の積層工程で、このビアホール導体１４の表面（パッド１１）の盛り上がりが押しつぶされて、パッド１１の外径寸法が更に大きくなってしまう。そのため、パッド１１の外径寸法がビアホール１７の孔径よりもかなり大きくなってしまい、その分、パッドピッチを広くしなければならず、狭ピッチ化の要求に十分に応えることができない。しかも、パッド１１の表面が凸面となるため、フリップチップ１２やＢＧＡパッケージを実装する工程で、半田バンプ１３がパッド１１の表面を滑って位置ずれしやすく、これが接続信頼性を低下させる一因にもなっている。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、パッドピッチを狭くすることができて、小型化、高密度実装化に対応することができると共に、パッドとバンプの接続信頼性を向上することができるセラミック多層基板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のセラミック多層基板の製造方法は、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含むことによって、前記基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹状に形成して、それを前記パッドとして用いるようにしたものである。
【０００７】
本発明によれば、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含むので、基板表面に露出するビアホール導体の表面は凹状となって盛り上がらず、ビアホール導体の表面（パッド）がビアホールの外周囲にはみ出さない。このため、パッドの外径寸法がビアホールの孔径と同一となり、その分、パッドピッチを従来よりも狭くすることができて、狭ピッチ化の要求に十分に応えることができる。しかも、ビアホール導体の表面（パッド）が盛り上がらず、凹状になるため、フリップチップやＢＧＡパッケージを実装する工程で、バンプがパッドの表面を滑りにくくなって、位置ずれしにくくなり、パッドとバンプの接続信頼性を向上することができる。
【０００８】
この場合、請求項２のように、セラミックグリーンシートを、８００〜１０００℃で焼成可能な低温焼成セラミックにより形成し、焼成工程で、このセラミックグリーンシートの積層体の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して拘束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去するようにしても良い。この拘束焼成は、基板の面方向の焼成収縮を抑えて基板寸法精度を向上させる焼成法であり、パッドピッチの精度を向上することができると共に、拘束焼成後に拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去する工程で、基板表面に露出するビアホール導体の表面（パッド）に投射材（ガラスビーズ等）が高圧で吹き付けられることで、パッドの表面が確実に凹状に形成される。これにより、フリップチップやＢＧＡパッケージを実装する工程で、バンプが凹状のパッドに安定して位置決め状態に収まるようになり、接続信頼性の高い実装が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１（ｃ）及び図２に基づいてセラミック多層基板２０の構造を説明する。セラミック多層基板２０は、複数枚の低温焼成セラミック（ガラスセラミック）のグリーンシート２１，２２を積層して８００〜１０００℃で拘束焼成したものである。低温焼成セラミックとしては、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラス：５０〜６５重量％（好ましくは６０重量％）とアルミナ：５０〜３５重量％（好ましくは４０重量％）との混合物を用いる。この他、例えばＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の８００〜１０００℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。
【００１０】
基板表層（最上層）となるセラミックグリーンシート２１のうちのパッド２３を形成する位置には、ビアホール２４がパンチング加工等により形成され、各ビアホール２４には、例えば、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ａｕ等を主に含むＡｇ系導体ペーストが穴埋め印刷され、ビアホール導体２５が形成されている。そして、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面が凹状又はほぼ平坦に形成され、パッド２３として用いられる。尚、パッド２３の表面には、例えばＮｉめっきを下地とするＡｕめっきが施されている。
【００１１】
また、各層のセラミックグリーンシート２１，２２の所定位置には、上述したパッド形成用のビアホール２４の他に、層間接続用のビアホール（図示せず）がパンチング加工等により形成され、各ビアホールに、Ａｇ系導体ペーストが穴埋め印刷されている。更に、各層のセラミックグリーンシート２１，２２の表面には、Ａｇ系導体ペーストで配線パターン（図示せず）が印刷されている。尚、各層のビアホール導体や配線パターンの印刷は、Ａｇ系導体ペーストに代えて、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストを用いても良い。各層のセラミックグリーンシート２１，２２は積層され、後述する拘束焼成法により８００〜１０００℃で焼成されている。
【００１２】
図２に示すように、基板表面に形成したパッド２３には、フリップチップ３０やＢＧＡパッケージの下面のバンプ３１（半田ボール）が接続される。
【００１３】
次に、上記構成のセラミック多層基板２０の製造方法を図１及び図２を用いて説明する。予め、片面にパンチング加工可能な拘束用プラスチックフィルム２６が貼着されたセラミックグリーンシート２１（２２）を用意し、このセラミックグリーンシート２１（２２）の所定位置にビアホール２４をパンチング加工により形成する。この際、図１（ａ）に示すように、拘束用プラスチックフィルム２６を上にしてパンチング加工することで、拘束用プラスチックフィルム２６を貫通するビアホール２４を形成する。
【００１４】
この後、印刷工程に進み、各層のセラミックグリーンシート２１，２２のビアホール２４にＡｇ系の導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体２５を形成すると共に、必要な配線パターン（図示せず）をスクリーン印刷する。この際、基板表層となるセラミックグリーンシート２１のビアホール２４に穴埋め印刷する場合は、図１（ｂ）に示すように、拘束用プラスチックフィルム２６側の面を上にしてセラミックグリーンシート２１を印刷台２７上の下敷プラスチックフィルム２８上に載せる。このセラミックグリーンシート２１の拘束用プラスチックフィルム２６側の面は、最終的に裏面（下面）となる。この状態で、拘束用プラスチックフィルム２６側から各ビアホール２４にＡｇ系導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体２５を形成する。このようにして、セラミックグリーンシート２１の裏面側からビアホール２４に導体ペーストを穴埋め印刷することで、基板表面に露出するビアホール導体２４の表面を凹状に形成して、それをパッド２３として用いる。
【００１５】
また、基板表層となるセラミックグリーンシート２１の表面に配線パターンを印刷する場合は、拘束用プラスチックフィルム２６側の面を下にしてセラミックグリーンシート２１を印刷台２７上にセットし、セラミックグリーンシート２１の表面にＡｇ系等の導体ペーストで配線パターンを印刷すれば良い。尚、２層目以下のセラミックグリーンシート２２については、基板表層とは異なり、拘束用プラスチックフィルム側からビアホール穴埋め印刷を行う必要はなく、配線パターンの印刷と同じように、拘束用プラスチックフィルム側の面を下にしてビアホール穴埋め印刷を行えば良い。
【００１６】
印刷工程終了後、積層工程に進み、各層のセラミックグリーンシート２１，２２から拘束用プラスチックフィルム２６を剥離した後、各層のセラミックグリーンシート２１，２２を積層して生基板を作り、これを例えば８０〜１５０℃で加熱圧着して一体化する。この際、基板表層となるセラミックグリーンシート２１は、拘束用プラスチックフィルム２６が貼着されていた面が裏面（下面）となるように積層し、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面をパッド２３として用いる。
【００１７】
尚、穴埋め印刷後にセラミックグリーンシート２１から下敷プラスチックフィルム２８を剥離する過程で、ビアホール２４内に充填されている導体ペーストが少しだけ下敷プラスチックフィルム２８に付着してはぎ取られることによって、パッド２３（ビアホール導体２５の表面）が凹状になる効果がある。
【００１８】
そして、図１（ｃ）に示すように、この生基板の両面に拘束用グリーンシート２９を積層し、上述と同様の方法で加熱圧着する。この拘束用グリーンシート２９は、低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しないアルミナグリーンシート等により形成されている。
【００１９】
この後、２枚の拘束用グリーンシート２９間に挟まれた生基板を加圧しながら８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で焼成して、各層のセラミックグリーンシート２１，２２、ビアホール導体２５及び配線パターンを同時焼成する。尚、生基板を加圧せずに焼成しても良く、この場合でも、セラミック多層基板２０の面方向の焼成収縮を拘束用グリーンシート２９によって少なくすることができる。
【００２０】
このような拘束焼成では、基板両面に圧着された拘束用グリーンシート２９（アルミナグリーンシート）は、１５５０〜１６００℃まで加熱しないと焼結しないので、８００〜１０００℃で焼成すれば、拘束用グリーンシート２９は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、拘束用グリーンシート２９中のバインダーや溶剤が飛散してアルミナ粉体として残る。
【００２１】
拘束焼成後、基板両面に残った拘束用グリーンシート２９の残存物（アルミナ粉体）をブラスト処理により除去する［図１（ｄ）参照］。この際、投射材として、例えばガラスビーズを用い、この投射材を、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面（パッド２３）に高圧で吹き付けることで、パッド２３の表面が確実に凹状に形成される。ブラスト処理後、めっき処理工程に移行し、基板表面に露出するパッド２３の表面（ビアホール導体２５の表面）に、例えばＮｉめっきを下地とするＡｕめっきの被膜を形成する。
【００２２】
以上説明した本実施形態によれば、次の(1) 〜(3) の条件によって基板表面に露出するビアホール導体２５の表面（パッド２３）が確実に凹状に形成される。
(1) 基板表層となるセラミックグリーンシート２１のビアホール２４に対して裏面側から導体ペーストを穴埋め印刷すること
(2) 穴埋め印刷後にセラミックグリーンシート２１から下敷プラスチックフィルム２８を剥離する過程で、ビアホール２４内に充填されている導体ペーストが少しだけ下敷プラスチックフィルム２８に付着してはぎ取られること
(3) ブラスト処理工程で、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面（パッド２３）に投射材が高圧で吹き付けられること
【００２３】
本実施形態では、これら(1) 〜(3) の条件によってパッド２３を凹状に形成するので、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面が盛り上がらず、ビアホール導体２５の表面（パッド２３）がビアホール２４の外周囲にはみ出さない。このため、パッド２３の外径寸法がビアホール２４の孔径と同一となり、その分、パッド２３のピッチを従来よりも狭くすることができて、狭ピッチ化、小型化、高密度実装化の要求に十分に応えることができる。しかも、図１（ｄ）に示すように、ビアホール導体２５の表面（パッド２３）が盛り上がらず、凹状になるため、フリップチップ３０やＢＧＡパッケージを実装する工程で、バンプ３１が凹状のパッド２３に安定して位置決め状態に収まるようになり、バンプ３１が位置ずれしにくくなって、パッド２３とバンプ３１の接続信頼性を向上することができる。
【００２４】
尚、本発明は、必ずしも拘束焼成を用いる必要はなく、拘束焼成を用いない通常の焼成法でセラミック多層基板を焼成しても良い。
その他、本発明は、低温焼成セラミック多層基板に限定されず、アルミナ多層基板等、他のセラミック多層基板にも適用して実施できる等、種々変形して実施できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１では、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含み、前記基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹状に形成して、それを前記パッドとして用いるようにしたので、パッドの外径寸法をビアホールの孔径と同一とすることができて、パッドピッチの狭ピッチ化、小型化、高密度実装化等に対応できると共に、フリップチップやＢＧＡパッケージ等を実装する工程で、バンプがパッドの表面を滑りにくくなって、位置ずれしにくくなり、パッドとバンプの接続信頼性を向上することができる。
【００２６】
また、請求項２では、拘束焼成法を採用し、拘束焼成後に拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去するようにしたので、このブラスト処理工程で、基板表面に露出するビアホール導体の表面（パッド）に投射材を高圧で吹き付けることで、パッドの表面を確実に凹状に形成することができ、実装工程で、バンプを凹状のパッドに安定して位置決め状態に収めることができ、パッドとバンプの接続信頼性を更に向上することができると共に、拘束焼成により基板の寸法精度やパッドピッチの精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるセラミック多層基板の製造方法を説明する図
【図２】セラミック多層基板に対するＢＧＡパッケージの実装構造を示す主要部の縦断面図
【図３】従来のセラミック多層基板に対するＢＧＡパッケージの実装構造を示す主要部の縦断面図
【図４】従来のパッドの構造を示す縦断面図
【符号の説明】
２０…セラミック多層基板、２１，２２…セラミックグリーンシート、２３…パッド、２４…ビアホール、２５…ビアホール導体、２６…拘束用プラスチックフィルム、２８…下敷プラスチックフィルム、２９…拘束用グリーンシート、３０…フリップチップ、３１…バンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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