JP2006108215A

JP2006108215A - セラミック多層基板の製造方法

Info

Publication number: JP2006108215A
Application number: JP2004289768A
Authority: JP
Inventors: Kazuiku Kunimura; 和郁国村; Atsushi Shigemi; 淳重見
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】層間の絶縁不良の発生を防止するセラミック多層基板の製造方法を提供する。
【解決手段】個々のグリーンシートにビア孔を形成し、導体ペーストを充填する工程と、前記作成されたグリーンシートの表面に回路配線パターンを形成する工程と、前記工程で作成された複数のグリーンシートを積層する際に、前記ビア上部が前記回路配線パターンと接合する部分の上部の前記回路配線パターン上に絶縁ペーストを塗布し、さらに／又は前記ビア下部が前記回路配線パターンと接合するグリーンシートの直下に積層するグリーンシートの前記ビア下部部分に前記絶縁ペーストを塗布する工程と、前記工程の後に、これらグリーンシートを複数枚積層し、その上下に前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制シートを積層して積層体を形成する工程と、前記積層体を焼成し、その後前記収縮抑制シートを除去する第５工程を有するセラミック多層基板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリーンシートを用いたセラミック多層基板の製造方法に関するものであり、より詳しくは、厚みの薄いグリーンシートを用いた低温焼成無収縮セラミック多層基板の製造方法に関する。

一般に低温焼成無収縮セラミック多層基板は、次の手順で製造される。1）セラミック組成物に樹脂あるいは溶剤を混錬し、ドクターブレード法によりグリーンシートを形成する。２）得られたグリーンシートの所望の箇所に孔あけ加工を行い、この孔に導体ペーストを充填してビア導体を形成する。３）次にグリーンシートの表面に、導体ペーストをスクリーン印刷にて行うことで、グリーンシート表面に配線回路を形成する。４）このグリーンシートを複数枚積層し、その上下にグリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制シートを重ね合わせセラミック積層体を作成する。５）このセラミック積層体を、脱バインダー処理を行った後、約９００℃で焼成しセラミック焼結体を作成する。６）その後、セラミック焼結体から収縮抑制シートを除去することで、所望のセラミック多層基板が作成できる。

近年、セラミック基板の高密度実装が進み、セラミック表面の配線パターンの間隔が狭くなっている。そのため、隣接して配置されたパターン同士の短絡という問題が生じて来た。この問題を解決する方法として、たとえば特許文献１が知られている。
特開２００２−３５３６２６号公報

ところが、厚さが１５０μｍ以下のグリーンシートを使用する際には、従来の隣接したパターン間の短絡だけでなく、縦方向の層間の短絡が問題になってきた。図５に、従来のセラミック多層基板の断面図を示す。図中の９は、ビアとビアの上部にある配線パターンとの接合部である。また、図中の１０は、ビアとビアの下部にある配線パターンとの接合部である。グリーンシートの厚さが薄くなると、ビアと配線パターンとの接合部９及び１０と、その接合部から一層離れた配線パターンとの間に層間短絡２６が発生する。特許文献１による従来の短絡防止技術では、同一層の配線パターン同士の短絡を防止する技術なので、このような層間短絡を防止することはできなかった。本発明は、この課題を解決したもので、厚さが１５０μｍ以下の薄いグリーンシートを用いた際に生じる層間短絡を防止し、信頼性の高いセラミック多層基板の製造方法を提供するものである。

この目的を達成するために本発明のセラミック多層基板の製造方法は、複数のグリーンシートを積層してセラミック多層基板を作成するセラミック多層基板の製造方法において、個々のグリーンシートの所定の位置にビア孔を形成し、前記ビア孔に導体ペーストを充填する第１の工程と、前記第１の工程で作成されたグリーンシートの表面に所定の回路配線パターンを形成する第２の工程と、前記第２の工程で作成された複数のグリーンシートを積層する際に、前記ビア上部が前記回路配線パターンと接合する部分の上部の前記回路配線パターン上に、所定の塗布範囲に絶縁ペーストを塗布し、かつ／または、前記ビア下部に積層するグリーンシートのビアが前記ビアと連通しないとき、その直下に積層するグリーンシート表面の前記ビア下部部分の所定の塗布範囲に前記絶縁ペーストを塗布する第３の工程と、前記第３の工程の後に、これらグリーンシートを複数枚積層し、その上下に前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制シートを積層して積層体を形成する第４の工程と、前記第４の工程の後に、前記積層体を焼成し、その後前記収縮抑制シートを除去する第５工程を有する。

さらに本発明のセラミック多層基板の製造方法は、複数のグリーンシートを積層してセラミック多層基板を作成するセラミック多層基板の製造方法において、個々のグリーンシートの所定の位置にビア孔を形成し、ビア孔に導体ペーストを充填する第１の工程と、前記第１の工程で作成されたグリーンシートを積層する際に、前記ビアの上部に積層するグリーンシートのビアが前記ビアと連通しないとき、前記上部に積層するグリーンシート上面の前記ビア位置の所定の塗布範囲に絶縁ペーストを塗布し、かつ／または、前記ビアの下部に積層するグリーンシートのビアが前記ビアと連通しないとき、このグリーンシート上面の前記ビア位置の所定の塗布範囲に前記絶縁ペーストを塗布する第２の工程と、前記第２の工程で作成されたグリーンシートに所定の回路配線パターンを印刷する第３の工程と、前記第３の工程の後に、これらグリーンシートを複数枚積層し、その上下に前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制シートを積層して積層体を形成する第４の工程と、前記第４の工程の後に、前記積層体を焼成し、その後前記収縮抑制シートを除去する第５工程を有する。

本発明によれば、薄いグリーンシートを用いたセラミック多層基板において、層間の絶縁不良が発生することなく、大幅な工程変更することなく、大幅な材料変更することなく、信頼性の高いセラミック多層基板ができる。

以下、本発明の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例として、グリーンシートを７枚積層して７層セラミック基板を作成する工程を示す。１は第１の工程であり、グリーンシート２にビア孔３を形成し、その後導体ペーストをビア孔３に充填してビア充填済グリーンシートを得る工程である。グリーンシートは例えばＰＰＳフィルムの様なプラスチックフィルム４を張り合わせ一体化したものを用い、それぞれのグリーンシートに対して、孔あけ加工とビア導体の充填を行う。本実施例でのビア孔の直径は０．１ｍｍで、加工にはＮＣパンチング装置を用いた。ビア導体にはＡｇ又はＰｄを主成分とする導体ペーストを用い、ビア導体充填には板厚が０．１ｍｍのメタルマスクを用いて印刷・充填した。

５は第２の工程であり、第１の工程で作成したそれぞれのグリーンシートの表面に配線パターン６を印刷する工程である。配線導体にはＡｇペーストを用い、配線パターンの形成は、スクリーン印刷で行った。

７は第３の工程であり、層間短絡を防止するための第１と第２の絶縁ペーストを形成する工程である。第１の絶縁ペースト８は、ビア導体の上部と配線パターンとの接続部（ビア上部接続部）で、この接続部の直上にある配線パターンの表面上に形成する。また、第２の絶縁ペースト２７は、ビア導体の下部と配線パターンとの接続部（ビア下部接続部）で、この接続部の直下の層に配線パターンがあれば、その配線パターンの表面上に形成する。絶縁ペーストの乾燥膜厚は１５μｍ〜２０μｍとした。

絶縁ペーストは、無機成分がグリーンシートと同一であり、有機成分のみが異なる。具体的には、グリーンシート・絶縁ペーストともに無機成分が、Ａｌ₂Ｏ₃：１３．９７〜６０重量％、ＳｉＯ₂：２２．８％〜５６．５２重量％、Ｂ₂Ｏ₃：２．３２〜５．１重量％、Ｎａ₂Ｏ：０．６〜２．１重量％、Ｋ₂Ｏ：０．６〜１．５６重量％，ＣａＯ：２．４〜４．８重量％、ＭｇＯ：０．８４〜８．５３重量％、ＰｂＯ：７．２〜１２重量％の組成範囲で総量１００重量％となるように選んだ組成物であれば良い。このセラミック成分は特許３００３２４１号公報に記載されているように、周知の組成物である。このように、グリーンシートと同じ無機成分で構成された絶縁ペーストを用いるので、積層体１３を従来と同じ条件で脱バインダー及び焼成出来、セラミック多層基板を作成できる。

絶縁ペーストの有機成分は、エチルセルロースにターピネオールを主成分とした溶剤で溶解したものを用いた、セラミックスの占める割合は６５重量％〜９０重量％が好ましい。６５重量％以下になると粘度が低くなりすぎ印刷時ににじみが発生する。また焼成後ボイドが発生する。また、９０重量％以上になると粘度が高すぎて印刷ができない。本実施例では、７０重量％のものを用いた。

１１ａ・１１ｂは第４の工程であり、第３の工程後これらのグリーンシート２からフィルム４を剥離した後、加圧して積層しグリーンシート積層体を作成する。このグリーンシート積層体の上下にグリーンシート２の焼成温度では焼結しない収縮抑制シート１２を積層してセラミック積層体１３を作成する。一般的に、収縮抑制シート１２にはアルミナ粉末が用いられる。セラミック積層体１３は８５℃の温度をかけ、１５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で２分プレスを行い作成する。

１４は第５の工程であり、第４の工程の後、セラミック積層体１３を焼成する焼成工程である。詳細には、３５０℃〜７００℃の温度を２時間保つ脱バインダー工程を経た後、約９００℃の温度を１５分間加える焼成工程を行う。この焼成工程終了後、収縮抑制シート１２を除去し、セラミック多層基板を作成する。この収縮抑制シート１２の除去には液体ホーニング装置を用いて除去した。

図２は本実施例で作成したセラミック多層基板の断面図を示す。
ビア上部接続部９上に配置された回路パターン６上に第１の絶縁ペースト８が形成されており、また、ビア下部接続部１０の直下の層にある配線パターンの表面に第２の絶縁ペースト２７が形成されている。

図３は、本発明の第２の実施例として、グリーンシートを７枚積層して７層セラミック基板を作成する工程を示す。図３に、１５は第１の工程であり、グリーンシート２にビア孔３を形成し、その後導体ペーストをビア孔３に充填してビア充填済グリーンシートを得る。この工程は実施例１における第１の工程１と同じである。

１６は第２の工程であり、第１と第２の絶縁ペーストを形成する。第１の絶縁ペースト１７は、ビアの直上にビアが配置されていない（ビア上部接続部）層において、この層の直下のビア上部接続部位置に形成される。また、第２の絶縁ペースト２７は、ビアの直下にビアが配置されていない（ビア下部接続部）層において、その直上の層のビア下部接続部位置に形成される。ここで用いる絶縁ペーストは、実施例１の絶縁ペーストと同一のものであり、乾燥膜厚も同一である。

２０は、第３の工程であり、グリーンシート表面に配線パターン２１およびビア連結用の導体パターン２１を形成する工程である。

２２ａ・２２ｂは第４の工程であり、実施例1における第４の工程１１ａ・１１ｂと同じである。２５は第５の工程であり、実施例１における第５の工程と同じである。

図４は、本実施例２で作成されたセラミック多層基板の断面図である。第１の絶縁ペースト１７は、ビア上部接続部１９の直上の層に形成されており、第２の絶縁ペースト２７は、ビア下部接続部１８の直下に形成されている。

次に本発明の効果を説明する。本実施例１及び２を用いて、厚さ５０〜２３５μｍのグリーンシートを用いてセラミック多層基板を作成し、層間短絡の有無を測定した。表１に、結果を示す。絶縁抵抗試験を用いて、層間短絡の有無を判定した。判定基準は、セラミック多層基板に、電圧５０Ｖを印加し、その絶縁抵抗が１００ＭΩに満たないものを不良とした。表１の○は、層間短絡の無いと判定したもの、×は層間短絡有りと判定したものを示す。

表１の結果から明らかなように、比較例（絶縁ペースト無し）では、厚さが１５０μｍ以下のグリーンシートを用いると、絶縁不良が生じている。しかし、実施例１及び２では５０μｍまでのグリーンシートを用いても絶縁不良の発生は見られない。尚、このときのビア孔はφ＝０．１２５ｍｍ、絶縁ペーストの塗布範囲はビア孔の中心からφ＝０．３ｍｍである。
次に、ビア孔径と絶縁ペーストの塗布範囲による層間短絡の関係を示す。このときに用いたグリーンシートの厚みは１００μｍである。ビア孔の直径を、０．１、０．１２５、０．１５ｍｍにしたときに、絶縁ペーストの塗布範囲を０．１〜１．０ｍｍまで変化させて、表１の試験方法に従って、層間短絡を判定した。結果を表２に示す。表２の○は、層間短絡の無いと判定したもの、×は層間短絡有りと判定したもの、−は試験出来なかったものを示す。

絶縁ペーストはφ０．１５ｍｍ以下のサイズでは印刷できなかった。従って、実用上はφ０．２ｍｍ以上が適当である。絶縁ペーストの塗布範囲がφ０．２ｍｍとした時、ビア孔径φ０．１と０．１２５ｍｍの場合は、層間短絡が見られなかったが、ビア孔径φ０．１５ｍｍと大きくすれば、層間短絡が発生した。このとき、絶縁ペーストの塗布範囲をφ０．３ｍｍと広くすると、層間短絡は発生しなかった。従って、絶縁ペーストの塗布範囲は、ビア孔径に対して２倍以上の広さであれば良い。表２の結果より、絶縁ペーストの塗布範囲を広くするほど、層簡短絡には有利であるが、実用上は、ビア孔径に対して２倍以上の広さで、設計上決めれば良い。

本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法は、薄いグリーンシートを用いても層間に絶縁不良が生じることが無いので、薄いグリーンシートを用いたセラミック多層基板の製造に適用することができる。

実施形態１の第１〜第５の工程の詳細図本発明の実施形態１における製造方法を示す断面図実施形態２の第１〜第５の工程の詳細図本発明の実施形態２における製造方法を示す断面図従来例における層間短絡場所を示す断面図

符号の説明

１第１の工程
２グリーンシート
３ビア孔
４プラスチックフィルム
５第２の工程
６配線パターン
７第３の工程
８第１の絶縁ペースト
９ビア上部接続部
１０ビア下部接続部
１１ａ第４の工程
１１ｂ第４の工程
１２収縮抑制シート
１３積層体
１４第５の工程
１５第１の工程
１６第２の工程
１７第１の絶縁ペースト
１８ビア下部接続部
１９ビア上部接続部
２０第３の工程
２１配線パターン
２２ａ第４の工程
２２ｂ第４の工程
２３収縮抑制シート
２４積層体
２５第５の工程
２６層間短絡
２７第２の絶縁ペースト

Claims

複数のグリーンシートを積層してセラミック多層基板を作成するセラミック多層基板の製造方法において、
個々のグリーンシートの所定の位置にビア孔を形成し、前記ビア孔に導体ペーストを充填する第１の工程と、
前記第１の工程で作成されたグリーンシートの表面に所定の回路配線パターンを形成する第２の工程と、
前記第２の工程で作成された複数のグリーンシートを積層する際に、前記ビア上部が前記回路配線パターンと接合する部分の上部の前記回路配線パターン上に、所定の塗布範囲に絶縁ペーストを塗布し、かつ／または、前記ビア下部に積層するグリーンシートのビアが前記ビアと連通しないとき、その直下に積層するグリーンシート表面の前記ビア下部部分の所定の塗布範囲に前記絶縁ペーストを塗布する第３の工程と、
前記第３の工程の後に、これらグリーンシートを複数枚積層し、その上下に前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制シートを積層して積層体を形成する第４の工程と、
前記第４の工程の後に、前記積層体を焼成し、その後前記収縮抑制シートを除去する第５工程を有するセラミック多層基板の製造方法。
複数のグリーンシートを積層してセラミック多層基板を作成するセラミック多層基板の製造方法において、
個々のグリーンシートの所定の位置にビア孔を形成し、ビア孔に導体ペーストを充填する第１の工程と、
前記第１の工程で作成されたグリーンシートを積層する際に、前記ビアの上部に積層するグリーンシートのビアが前記ビアと連通しないとき、前記上部に積層するグリーンシート上面の前記ビア位置の所定の塗布範囲に絶縁ペーストを塗布し、かつ／または、前記ビアの下部に積層するグリーンシートのビアが前記ビアと連通しないとき、このグリーンシート上面の前記ビア位置の所定の塗布範囲に前記絶縁ペーストを塗布する第２の工程と、
前記第２の工程で作成されたグリーンシートに所定の回路配線パターンを印刷する第３の工程と、
前記第３の工程の後に、これらグリーンシートを複数枚積層し、その上下に前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制シートを積層して積層体を形成する第４の工程と、
前記第４の工程の後に、前記積層体を焼成し、その後前記収縮抑制シートを除去する第５工程を有するセラミック多層基板の製造方法。
前記グリーンシートの厚みは１５０μｍ以下である請求項１または請求項２に記載のセラミック多層基板の製造方法。
前記絶縁ペーストの無機成分が、前記グリーンシートの無機成分と同一である請求項１または請求項２に記載のセラミック多層基板の製造方法。
前記絶縁ペーストの塗布範囲が前記ビア孔を中心として２倍以上の直径を持つ請求項１または請求項２に記載のセラミック多層基板の製造方法。
前記絶縁ペーストの無機成分におけるアルミナフィラー成分が１３．９７〜６０％重量％、ガラス成分が４０〜８６．０３重量％である請求項１または請求項２に記載のセラミック多層基板の製造方法。
前記絶縁ペーストの無機成分が６５〜９０重量％、有機成分が３５〜１０重量％である請求項１または請求項２に記載のセラミック多層基板の製造方法。