JP2009147160A - Manufacturing method of multilayer ceramic substrate, multilayer ceramic substrate, and electronic component using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のセラミック層が積層されてなる多層セラミック基板の製造方法に関する。また、この製造方法によって製造された多層セラミック基板、これを用いた電子部品に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate in which a plurality of ceramic layers are laminated. The present invention also relates to a multilayer ceramic substrate manufactured by this manufacturing method and an electronic component using the same.
今日、多層セラミック基板は、例えば携帯電話等の移動体通信端末装置において、アンテナスイッチモジュール、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）モジュール、フィルタモジュール等の各種電子部品において用いられている。 Today, multilayer ceramic substrates are used in various electronic components such as antenna switch modules, PA (Power Amplifier) modules, and filter modules in mobile communication terminal devices such as mobile phones.
こうした多層セラミック基板においては、複数のセラミック層が積層され、各層の間には配線層が形成され、かつ各配線層はビア配線によって接続される。特にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼結セラミック材料）は低温で配線材料等と一括して焼結できるため、こうした構成におけるセラミック層の材料に適している。 In such a multilayer ceramic substrate, a plurality of ceramic layers are laminated, wiring layers are formed between the layers, and the wiring layers are connected by via wiring. In particular, LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) can be sintered together with a wiring material or the like at a low temperature and is therefore suitable as a material for the ceramic layer in such a configuration.
こうした多層セラミックス基板には半導体チップ等の機能素子が搭載され、電子部品となって機能する。こうした機能素子を表面に搭載するために、その表面には接続用導体部が設けられ、この接続用導体部はビア配線で多層セラミック基板内部に形成された内部配線に接続される。内部配線と接続用導体部は電子部品が適正に動作するようにパターニングされている。 A functional element such as a semiconductor chip is mounted on such a multilayer ceramic substrate and functions as an electronic component. In order to mount such a functional element on the surface, a connecting conductor portion is provided on the surface, and the connecting conductor portion is connected to internal wiring formed inside the multilayer ceramic substrate by via wiring. The internal wiring and the connecting conductor are patterned so that the electronic component operates properly.
一例として、従来の多層セラミックス基板の断面構造（ａ）、及び上部から見たその一部の形状（ｂ）を図６に示す。この多層セラミック基板９０においては、例えば２層のセラミック層９１ａ、９１ｂが積層されており、セラミック層９１ａと９１ｂとの間には内部配線９２が形成されている。セラミック層９１ｂの表面には接続用導体部９３が形成されており、内部配線９２と接続用導体部９３とはビア配線９４で接続される。接続用導体部９３の表面には半導体チップ自身や半導体チップからの配線がはんだにより接続される。このため、接続用導体部９３の表面には、はんだ濡れ性が良好であり、はんだによって良好な接合ができる金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）のめっき層が形成される。なお、図６では省略しているが、セラミック層の総数は３層以上とされ、各層間に内部配線が形成され、各内部配線同士が各セラミック層を貫通するビア配線によって接続される場合もある。 As an example, FIG. 6 shows a cross-sectional structure (a) of a conventional multilayer ceramic substrate and a partial shape (b) seen from above. In the multilayer ceramic substrate 90, for example, two ceramic layers 91a and 91b are laminated, and an internal wiring 92 is formed between the ceramic layers 91a and 91b. A connecting conductor portion 93 is formed on the surface of the ceramic layer 91 b, and the internal wiring 92 and the connecting conductor portion 93 are connected by a via wiring 94. The surface of the connecting conductor portion 93 is connected to the semiconductor chip itself and wiring from the semiconductor chip by solder. For this reason, a gold (Au) or nickel (Ni) plating layer that has good solder wettability and can be satisfactorily joined by solder is formed on the surface of the connecting conductor portion 93. Although not shown in FIG. 6, the total number of ceramic layers is three or more, internal wirings are formed between the respective layers, and the internal wirings are connected by via wirings penetrating the ceramic layers. is there.
また、図６（ｂ）に示すように、接続用導体部９３及びビア配線９４は共に円形であり、その径は接続用導体部９３の方が大きくなっている。これは、ビア配線９４は高集積化の観点から小型化することが必要であるのに対し、接続用導体部９３上ではんだによる接合を行うためにはある程度の面積が必要であるためである。このため、例えばビア配線９４の直径は１００μｍ程度、接続用導体部９３の直径は３００μｍ程度とされる。 Further, as shown in FIG. 6B, the connecting conductor portion 93 and the via wiring 94 are both circular, and the diameter of the connecting conductor portion 93 is larger. This is because the via wiring 94 needs to be reduced in size from the viewpoint of high integration, but a certain amount of area is required for soldering on the connecting conductor portion 93. . For this reason, for example, the diameter of the via wiring 94 is about 100 μm, and the diameter of the connecting conductor 93 is about 300 μm.
接続用導体部９３、ビア配線９４は共に銀ペーストで形成され、セラミック層の焼結の際に一体化されて焼成される。ビア配線は、ビア配線に対応する開口部に銀ペーストを充填することにより形成される。接続用導体部はスクリーン印刷によってその形状の銀ペースト層を形成することによって形成されるが、この際に、既に形成されているビア配線にスクリーンを目合わせして印刷が行われる。 Both the connecting conductor portion 93 and the via wiring 94 are formed of a silver paste, and are integrally fired when the ceramic layer is sintered. The via wiring is formed by filling an opening corresponding to the via wiring with silver paste. The connecting conductor portion is formed by forming a silver paste layer of the shape by screen printing. At this time, printing is performed by aligning the screen with the already formed via wiring.
この構造を用いて、多層セラミック基板の上に多数の半導体チップを搭載し、はんだを用いて接合して形成した電子部品を製造することができた。 Using this structure, it was possible to manufacture an electronic component formed by mounting a large number of semiconductor chips on a multilayer ceramic substrate and joining them using solder.
しかしながら、近年、このような電子部品の高集積化に伴って、内部配線や接続用導体部のパターンを微細化することが必要になった。例えば、接続用導体部の直径を３００μｍ以下、その間隔を２００μｍ以下とすることが必要になった。こうした場合、ビア配線と接続用導体部との重ね合わせ精度が問題になった。 However, in recent years, along with the high integration of such electronic components, it has become necessary to refine the patterns of internal wiring and connecting conductor portions. For example, it is necessary to set the diameter of the connecting conductor portion to 300 μm or less and the interval to 200 μm or less. In such a case, the overlay accuracy between the via wiring and the connecting conductor is a problem.
このため、特許文献１では、表層導体パターンを高精度に形成するために２段階に分けて焼結を行う多層セラミック基板が開示されている。即ち、内部配線が形成された複数の第１のセラミックグリーンシートを積層、焼成してなるセラミック基板の両主面に、表層の外部配線が形成された第２のセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成し、この積層体をさらに焼結するセラミック多層基板の製造方法である。ただし、この方法では、実際のところ焼結後のセラミック基板に未焼成のグリーンシートを緻密に圧着することは難しく、さらにこれらを剥離欠陥や熱ダメージなく焼き上げることは実質的には困難なことである。 For this reason, Patent Document 1 discloses a multilayer ceramic substrate that is sintered in two stages in order to form a surface conductor pattern with high accuracy. That is, a plurality of first ceramic green sheets on which internal wirings are formed are stacked and laminated, and a second ceramic green sheet on which external wiring on the surface layer is formed is stacked on both main surfaces of the ceramic substrate. This is a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate in which a body is formed and the laminate is further sintered. However, with this method, it is actually difficult to press the green green sheet densely onto the sintered ceramic substrate, and it is practically difficult to bake them without peeling defects or thermal damage. is there.
他方、接続用導体部形成用の印刷用スクリーンとビア配線との目合わせの精度は印刷装置の精度向上によって高めることができるが、特に銀ペーストの印刷を行う場合には、この際に滲み現象が生じやすい。この滲みが生じる原因としては、ビア開口部から溢れ出てしまった銀ペーストがスクリーンの密着を阻害することによる。このため、印刷におけるスキージの移動方向（銀ペーストが塗布される方向）に滲みによってパターンが移動することがある。このため、接続用導体部とビア配線の中心は図６（ｂ）に示すようにずれることがある。このずれが接続用導体部の半径程度の大きさとなると、この部分で電気抵抗が大きくなった。すなわち、ビア配線と接続用導体部との重ね合わせ精度が悪いために電気抵抗が大きくなった。 On the other hand, the accuracy of the alignment between the printing screen for forming the connecting conductor portion and the via wiring can be increased by improving the accuracy of the printing apparatus, but this is particularly the case when printing silver paste. Is likely to occur. The cause of this bleeding is that the silver paste overflowing from the via opening obstructs the adhesion of the screen. For this reason, the pattern may move due to bleeding in the squeegee movement direction (direction in which the silver paste is applied) in printing. For this reason, the center of the connecting conductor portion and the via wiring may shift as shown in FIG. When this shift becomes as large as the radius of the connecting conductor portion, the electrical resistance increases at this portion. That is, the electrical resistance is increased due to poor overlay accuracy between the via wiring and the connecting conductor.
接続用導体部形成用の印刷用スクリーンとビア配線は、より高密度な場合には接続用導体部の直径を２００μｍ以下、その間隔を１００μｍ以下とすることが必要になってくる。従ってこの重ね合わせ精度の影響は、上記の通り電子部品の高集積化に伴って無視できないものとなっている。 When the printing screen and the via wiring for forming the connecting conductor portion have higher density, it is necessary that the connecting conductor portion has a diameter of 200 μm or less and an interval of 100 μm or less. Therefore, the influence of this overlay accuracy cannot be ignored as the electronic parts are highly integrated as described above.
以上のことより、従来の多層セラミック基板においては、内部配線や接続用導体部の配線パターンを微細化した場合に、重ね合わせ精度が不充分であった。 From the above, in the conventional multilayer ceramic substrate, when the internal wiring and the wiring pattern of the connecting conductor portion are miniaturized, the overlay accuracy is insufficient.
本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、滲み等の問題点を解決しビア配線と接続用導体部との重ね合わせ精度を改善した多層セラミック基板の製造方法、多層セラミック基板及びこれを用いた電子部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate, which solves problems such as bleeding and improves the overlay accuracy of via wiring and connecting conductors, and multilayer ceramic substrate And it aims at providing the electronic component using the same.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１に記載の発明の要旨は、最表面のセラミック層と隣接するセラミック層との間に内部配線が形成され、前記最表面のセラミック層表面には接続用導体部が、前記最表面のセラミック層内には前記内部配線と前記接続用導体部とを接続するビア配線が形成された構造を具備する多層セラミック基板の製造方法であって、焼成後に前記最表面のセラミック層となる厚さ２０〜１２０μｍの範囲の第１のセラミックグリーンシートに、焼成後に前記ビア配線となる直径略６０μｍ以下の開口部を形成するビア開口形成工程と、前記第１のセラミックグリーンシート上に、焼成後に前記接続用導体部となる直径が略１００μｍ以下の第１の金属層と、前記ビア開口部を充填する第２の金属層とを１回のスクリーン印刷によって形成する表層セラミックグリーンシート形成工程と、焼成後に前記隣接するセラミック層となる厚さが２０〜１９０μｍの範囲の第２のセラミックグリーンシート上に、焼成後に前記内部配線となる第３の金属層を形成する下層セラミックグリーンシート形成工程と、前記第２のセラミックグリーンシートよりも薄い前記表層セラミックグリーンシートに前記下層セラミックグリーンシートを積層して圧着し、合計厚さが５６μｍを越える上部セラミックシート積層体を形成する上部セラミックシート積層体形成工程と、前記上部セラミックシート積層体とは別途に、前記最表面のセラミック層に隣接するセラミック層と前記最表面のセラミック層とは反対側の面で隣接するセラミック層となる下部セラミックシートを形成する下部セラミックシート形成工程と、前記上部セラミックシート積層体と前記下部セラミックシートからなる未焼結の多層セラミック体を焼成する焼結工程と、を有することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法に存する。
かかる方法によれば、表層セラミックグリーンシートと下層セラミックグリーンシートをからなる上部セラミックシート積層体を形成する工程を所定の条件で行うことにより、１回のスクリーン印刷が可能となり滲み問題を解消してビア配線と接続用導体部との重ね合わせ精度を向上することができる。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The gist of the invention described in claim 1 is that an internal wiring is formed between the ceramic layer on the outermost surface and the adjacent ceramic layer, and a connecting conductor portion is formed on the surface of the outermost ceramic layer. A method for manufacturing a multilayer ceramic substrate having a structure in which a via wiring for connecting the internal wiring and the connecting conductor is formed in a ceramic layer, the thickness being the outermost ceramic layer after firing A via opening forming step of forming an opening having a diameter of about 60 μm or less, which becomes the via wiring after firing, in the first ceramic green sheet in the range of 20 to 120 μm; and on the first ceramic green sheet, after firing A surface layer ceramic in which a first metal layer having a diameter of approximately 100 μm or less and a second metal layer filling the via opening are formed by screen printing once. And forming a third metal layer that becomes the internal wiring after firing on the second ceramic green sheet having a thickness of 20 to 190 μm that becomes the adjacent ceramic layer after firing. A lower ceramic green sheet forming step, and the lower ceramic green sheet is laminated and pressure-bonded to the surface ceramic green sheet thinner than the second ceramic green sheet to form an upper ceramic sheet laminate having a total thickness exceeding 56 μm. Separately forming the upper ceramic sheet laminate and the upper ceramic sheet laminate, the ceramic layer adjacent to the outermost ceramic layer and the ceramic layer adjacent to the surface opposite to the outermost ceramic layer A lower ceramic sheet forming step for forming a lower ceramic sheet to be It consists in a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate characterized by having a sintering step of firing the multilayer ceramic body unsintered composed of the said upper ceramic sheet laminate lower ceramic sheet.
According to this method, by performing the process of forming the upper ceramic sheet laminate composed of the surface ceramic green sheet and the lower ceramic green sheet under predetermined conditions, one screen printing can be performed and the bleeding problem can be solved. The overlay accuracy between the via wiring and the connecting conductor can be improved.
請求項２に記載の発明の要旨は、前記下部セラミックシート形成工程において、前記下部セラミックシートは複数枚のグリーンシートを積層圧着して形成されることを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法に存する。
かかる製造方法によって、多数の層からなる多層セラミック基板を特に容易に製造することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the lower ceramic sheet forming step, the lower ceramic sheet is formed by laminating and pressing a plurality of green sheets. It exists in the manufacturing method of a board | substrate.
By such a manufacturing method, a multilayer ceramic substrate composed of a large number of layers can be manufactured particularly easily.
請求項３に記載の発明の要旨は、前記上部セラミックシート積層体形成工程において、少なくとも前記表層セラミックグリーンシートを圧着する際と、当該表層セラミックグリーンシートに前記下層セラミックグリーンシートを積層し圧着する際は、減圧雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法に存する。
かかる方法によれば、表層セラミックグリーンシートが薄いものであっても密着時の皺や隙間の発生を防止でき密着性が良好で重ね合わせ精度がより向上する。
The gist of the invention described in claim 3 is that when at least the surface ceramic green sheet is pressure-bonded and the lower ceramic green sheet is stacked and pressure-bonded on the surface ceramic green sheet in the upper ceramic sheet laminate forming step. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the step is performed in a reduced pressure atmosphere.
According to such a method, even when the surface ceramic green sheet is thin, generation of wrinkles and gaps at the time of adhesion can be prevented, adhesion is good, and overlay accuracy is further improved.
請求項４に記載の発明の要旨は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする多層セラミック基板に存する。
かかる多層セラミック基板においては、容易に高精度のものを製造することができる。
The gist of the invention described in claim 4 resides in a multilayer ceramic substrate manufactured by the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to any one of claims 1 to 3.
Such a multilayer ceramic substrate can be easily manufactured with high accuracy.
請求項５に記載の発明の要旨は、電気的に独立した前記接続用導体部が最表面において複数個配列され、前記接続用導体部間の最小間隔が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の多層セラミック基板に存する。
かかる多層セラミック基板においては、特に高密度に表面実装部品を搭載することができ、高機能、高性能の電子部品を得ることができる。
The gist of the invention described in claim 5 is that a plurality of the electrically conductive connecting conductor portions are arranged on the outermost surface, and a minimum interval between the connecting conductor portions is 200 μm or less. Item 4. A multilayer ceramic substrate according to Item 4.
In such a multilayer ceramic substrate, surface-mounted components can be mounted particularly at high density, and highly functional and high performance electronic components can be obtained.
請求項６に記載の発明の要旨は、請求項５に記載の多層セラミック基板上に、少なくとも半導体チップ、チップコンデンサ、チップ抵抗器のいずれかが含まれる表面実装部品が搭載されたことを特徴とする電子部品に存する。 A gist of the invention described in claim 6 is that a surface mount component including at least one of a semiconductor chip, a chip capacitor, and a chip resistor is mounted on the multilayer ceramic substrate according to claim 5. It exists in electronic parts.
本発明は以上のように構成されているので、内部配線や接続用導体部の配線パターンを微細化した場合においても、ビア配線と接続用導体部との重ね合わせ精度が高く配線の電気抵抗の低い多層セラミック基板を得ることができる。また、それを用いて高い信頼性をもった電子部品を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, even when the wiring pattern of the internal wiring and the connecting conductor is miniaturized, the overlay accuracy between the via wiring and the connecting conductor is high, and the electric resistance of the wiring is high. A low multilayer ceramic substrate can be obtained. In addition, an electronic component having high reliability can be obtained by using it.
以下、本発明について具体的な実施形態を示しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to specific embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments.
この製造方法においては、ビア開口形成工程、表層セラミックグリーンシート形成工程、下層セラミックグリーンシート形成工程、上部セラミックシート積層体形成工程、下部セラミックシート形成工程、焼結工程が順次行われる。図１は、本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板の製造方法における表層セラミックグリーンシート形成工程までを示す工程断面図である。なお、図１における右側には各工程におけるビア配線周辺の外観図も示してある。この製造方法は、多層セラミック基板におけるセラミック層が薄く、焼成後にこのセラミック層となる薄いグリーンシート層において、焼成後に接続用配線部及びビア配線となる金属層を形成するのに用いられる。 In this manufacturing method, a via opening forming step, a surface ceramic green sheet forming step, a lower ceramic green sheet forming step, an upper ceramic sheet laminate forming step, a lower ceramic sheet forming step, and a sintering step are sequentially performed. FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a surface ceramic green sheet forming process in the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the embodiment of the present invention. In addition, the right side in FIG. 1 also shows an external view around the via wiring in each process. This manufacturing method is used for forming a metal layer to be a connection wiring portion and a via wiring after firing in a thin green sheet layer that becomes a ceramic layer after firing in a multilayer ceramic substrate.
この製造方法によって製造される多層セラミック基板の構造を示す透視斜視図が図２である。ここで、多層セラミック基板１０の片面（図２における上側）だけについて記載しているが、他方の面についても同様の構造とすることができる。この多層セラミック基板１０においては、最表面のセラミック層に隣接するセラミック層１１と最表面のセラミック層（表層セラミック層）１２の間に内部配線１３が形成される。ビア配線１４は一端が内部配線１３に接続され、他端が接続用導体部（パッド部）１５と接続され、内部配線１３に対し一対のビア配線１４が備わっている。ここで、この多層セラミック基板１０においては、最表面のセラミック層である表層セラミック層１２が表面に設けられており、接続用導体部１５がこの表層セラミック層１２の中に埋め込まれ、表層セラミック層１２の表面と接続用導体部１５の表面とが略同一平面上にある形態となっている。この構造は、焼結後にセラミック層１１となる下層セラミックグリーンシート、焼結後に表層セラミック層１２となる表層セラミックグリーンシート層、及び焼成後に内部配線１３となる第３の金属層、接続用導体部１５となる第１の金属層、ビア配線１４となる第２の金属層が図２の形態で形成された後で、焼成されることにより製造される。なお、上記した表層セラミック層１２の表面と接続用導体部１５の表面とが略同一平面上にあるとは、これらの間に段差が存在しても、はんだ接合等において問題のない程度、具体的には段差が１０μｍ以下程度である。 FIG. 2 is a see-through perspective view showing the structure of the multilayer ceramic substrate manufactured by this manufacturing method. Here, only one side of the multilayer ceramic substrate 10 (upper side in FIG. 2) is described, but the same structure can be applied to the other side. In the multilayer ceramic substrate 10, an internal wiring 13 is formed between a ceramic layer 11 adjacent to the outermost ceramic layer and an outermost ceramic layer (surface ceramic layer) 12. One end of the via wiring 14 is connected to the internal wiring 13, the other end is connected to the connecting conductor portion (pad portion) 15, and the internal wiring 13 is provided with a pair of via wirings 14. Here, in this multilayer ceramic substrate 10, a surface ceramic layer 12, which is the outermost ceramic layer, is provided on the surface, and the connecting conductor portion 15 is embedded in the surface ceramic layer 12, The surface of 12 and the surface of the connecting conductor portion 15 are in the substantially same plane. This structure includes a lower ceramic green sheet that becomes a ceramic layer 11 after sintering, a surface ceramic green sheet layer that becomes a surface ceramic layer 12 after sintering, a third metal layer that becomes an internal wiring 13 after firing, and a conductor part for connection The first metal layer to be 15 and the second metal layer to be the via wiring 14 are formed in the form shown in FIG. It should be noted that the surface of the surface ceramic layer 12 and the surface of the connecting conductor portion 15 are substantially on the same plane so that there is no problem in soldering or the like even if there is a step between them. Specifically, the step is about 10 μm or less.
なお、接続用導体部１５とビア配線１４の形状は、図２において表層セラミック層１２の面に垂直な方向から見た場合にはどちらも円形である。ただし、接続用導体部１５はその上で半導体チップ等がはんだにより接合されるために、高密度化に際してもはんだ付けができる程度の大きさとする必要があり、接続用導体部１５の直径はビア配線１４の直径よりも多少大きい。具体的には、接続用導体部１５の直径は略１００μｍ以下であり、ビア配線１４の直径は略６０μｍ以下である。なお、接続用導体部の直径は必ずしも円形の場合だけでなく矩形等も含まれる。そのため、円形状に換算した場合の数値とみなし略と表記した。ビア配線も開口部が傾斜している場合もあるので略と表記した。また、接続用導体部１５の表面には、はんだの濡れ性を向上させ、良好なはんだ接合が形成されるように、金（Ａｕ）および／またはニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属めっき層が形成されていることが好ましい。 Note that the shapes of the connecting conductor portion 15 and the via wiring 14 are both circular when viewed from a direction perpendicular to the surface of the surface ceramic layer 12 in FIG. However, since the semiconductor chip or the like is joined by solder on the connecting conductor portion 15, it is necessary to make the connecting conductor portion 15 large enough to be soldered even when the density is increased. It is slightly larger than the diameter of the wiring 14. Specifically, the connecting conductor portion 15 has a diameter of about 100 μm or less, and the via wiring 14 has a diameter of about 60 μm or less. Note that the diameter of the connecting conductor portion is not limited to a circular shape but includes a rectangular shape. Therefore, it is regarded as a numerical value when converted into a circular shape and written as abbreviated. The via wiring is also abbreviated as the opening may be inclined. Further, a metal plating layer mainly composed of gold (Au) and / or nickel (Ni) is formed on the surface of the connecting conductor portion 15 so as to improve the wettability of the solder and form a good solder joint. Is preferably formed.
本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板の製造方法は、特にビア配線１４、接続用導体部１５となる金属層を形成する工程（ビア開口形成工程〜上部セラミック積層体形成工程）に特徴を有する。 The method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the embodiment of the present invention is particularly characterized in a process of forming a metal layer to be the via wiring 14 and the connecting conductor portion 15 (via opening forming process to upper ceramic laminate forming process). Have.
この製造方法においては、図１（ａ）に示すように、厚さ２０〜１２０μｍの第１のセラミックグリーンシート２１を準備する。第１のセラミックグリーンシート２１は、焼成後に図２における多層セラミック基板１０における表層セラミック層１２となる。このセラミックグリーンシート２１はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼結セラミック材料）、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を含む材料で構成される。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）の酸化物で構成され、これらがそれぞれＡｌ２Ｏ３換算で１０〜６０質量％、ＳｉＯ２換算で２５〜６０質量％、ＳｒＯ換算で１０〜５０質量％、ＴｉＯ２換算で２０質量％以下からなる材料である。この層はこの材料からなるグリーンシートを９００℃程度の温度で焼結することにより形成される。グリーンシートは、例えば上記の酸化物粉末を例えばポリビニルブチラール樹脂からなる有機バインダ、及びジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤中に分散させたスラリーをシート状に成形することによって得られる。 In this manufacturing method, as shown in FIG. 1A, a first ceramic green sheet 21 having a thickness of 20 to 120 μm is prepared. The first ceramic green sheet 21 becomes the surface ceramic layer 12 in the multilayer ceramic substrate 10 in FIG. 2 after firing. The ceramic green sheet 21 is made of a material containing LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), for example, alumina (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), or the like. Specifically, it is composed of oxides of aluminum (Al), silicon (Si), strontium (Sr), and titanium (Ti), which are 10 to 60% by mass in terms of Al 2 O 3 and in terms of SiO 2 , respectively. It is a material consisting of 25 to 60% by mass, 10 to 50% by mass in terms of SrO, and 20% by mass or less in terms of TiO 2 . This layer is formed by sintering a green sheet made of this material at a temperature of about 900 ° C. The green sheet is obtained, for example, by molding a slurry in which the above oxide powder is dispersed in an organic binder made of, for example, polyvinyl butyral resin and a plasticizer made of di-n-butyl phthalate.
次に、図１（ｂ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート２１にビア配線１４に対応する開口部２２を設ける（ビア開口形成工程）。この開口部２２は、例えばレーザー加工によって形成され、セラミックグリーンシート２１を貫通する。この際の開口部１２の形状を図１中で上から見た図を図１（ｂ）右に示す。開口部の直径は略６０μｍとしている。なお、セラミックグリーンシート２１は、支持フィルム４０上に形成されており、支持フィルム４０は、化学的に安定で可塑性が高いＰＥＴ（ポリエステル）フィルムが好ましく用いられる。なお、第１のセラミックグリーンシート２１が薄い方がこの工程は容易に行うことができ、その厚さが１２０μｍよりも厚い場合にはこの開口は困難となる。 Next, as shown in FIG. 1B, an opening 22 corresponding to the via wiring 14 is provided in the first ceramic green sheet 21 (via opening forming step). The opening 22 is formed by laser processing, for example, and penetrates the ceramic green sheet 21. A view of the shape of the opening 12 at this time as viewed from above in FIG. 1 is shown on the right side of FIG. The diameter of the opening is approximately 60 μm. The ceramic green sheet 21 is formed on the support film 40, and the support film 40 is preferably a PET (polyester) film that is chemically stable and highly plastic. Note that this process can be performed more easily when the first ceramic green sheet 21 is thinner. If the thickness is greater than 120 μm, this opening becomes difficult.
次に、図１（ｃ）に示すように、スクリーン４２とスキージ４５を用いて、銀ペースト５２を接続用導体部１５の形状とする第１の金属層と開口部２２に第２の金属層を充填する。この操作は１回のスクリーン印刷によって行う（表層セラミックグリーンシート層形成工程）。スクリーン４２にはメッシュが設けられた開口が形成されており、この開口は接続用導体部１５の形状（円形）に対応している。この際に、スクリーン４２は開口部２２に対して目合わせして配置される。ここで、セラミックグリーンシート２１が厚ければ、開口部２２を充填するために必要となる銀ペースト５２の量は多くなるが、セラミックグリーンシート２１が薄ければ、これに必要な銀ペースト５２の量は少なくなる。また、スクリーン４２の開口は接続用導体部１５の形状に対応するため、印刷後には銀ペースト５２は、図１（ｄ）に示す形状となる。すなわち、１回のスクリーン印刷によってビア配線１４及び接続用配線部１５の形状が同時に形成される。ここでは第１のセラミックグリーンシート２１に銀ペーストの金属層を形成したものを表層セラミックグリーンシート２１ａとする。 Next, as shown in FIG. 1 (c), the second metal layer is formed in the first metal layer and the opening 22 using the screen 42 and the squeegee 45 to form the silver paste 52 in the shape of the connecting conductor 15. Filling. This operation is performed by one screen printing (surface ceramic green sheet layer forming step). An opening provided with a mesh is formed in the screen 42, and this opening corresponds to the shape (circular shape) of the connecting conductor portion 15. At this time, the screen 42 is arranged in alignment with the opening 22. Here, if the ceramic green sheet 21 is thick, the amount of the silver paste 52 required to fill the opening 22 increases. However, if the ceramic green sheet 21 is thin, the silver paste 52 necessary for the ceramic green sheet 21 is reduced. The amount is reduced. Further, since the opening of the screen 42 corresponds to the shape of the connecting conductor 15, the silver paste 52 has a shape shown in FIG. That is, the shapes of the via wiring 14 and the connection wiring portion 15 are simultaneously formed by one screen printing. Here, the surface ceramic green sheet 21 a is formed by forming a silver paste metal layer on the first ceramic green sheet 21.
この際の開口部２２周辺の形状を図１中で上から見た図を図１（ｄ）右に示す。ここで、接続用配線部１５の中心と開口部２２の中心は必ずしも一致せず、一般には重ね合わせのずれを生じている。このずれの原因としては、スクリーン４２と開口部２２との目合わせ精度が不充分であることや、銀ペースト５２に生じた滲みがある。 A view of the shape around the opening 22 at this time as viewed from above in FIG. 1 is shown on the right in FIG. Here, the center of the connection wiring portion 15 and the center of the opening portion 22 do not necessarily coincide with each other, and in general, there is a misalignment. As a cause of this deviation, there is insufficient alignment accuracy between the screen 42 and the opening 22 and bleeding that occurs in the silver paste 52.
しかしながら、このうち、銀ペースト５２の滲みについては、使用する銀ペースト５２の量が少なければ小さくすることができる。従って、グリーンシート層２１が薄ければ、この滲みを少なくすることができる。従って、この場合にはスクリーン４２と開口部２２との目合わせ精度が充分であれば、充分な重ね合わせ精度を得ることができる。 However, among these, the bleeding of the silver paste 52 can be reduced if the amount of the silver paste 52 to be used is small. Therefore, if the green sheet layer 21 is thin, this bleeding can be reduced. Therefore, in this case, if the alignment accuracy between the screen 42 and the opening 22 is sufficient, sufficient overlay accuracy can be obtained.
従って、以上の製造方法によって、表層セラミックグリーンシート２１ａに、ビア配線１４及び接続用導体部１５となる銀ペースト５２を形成することができる。 Therefore, the silver paste 52 used as the via | veer wiring 14 and the connection conductor part 15 can be formed in the surface layer ceramic green sheet 21a with the above manufacturing method.
比較対照として、ビア配線、接続用導体部となる金属層を形成する従来の製造方法の一例の工程断面図を同様に図３（ａ）〜（ｆ）に示す。 As a comparative example, process cross-sectional views of an example of a conventional manufacturing method for forming a metal layer to be a via wiring and a connecting conductor portion are similarly shown in FIGS.
図３（ａ）（ｂ）については図１（ａ）（ｂ）と同様である。すなわち、セラミックグリーンシート３１にビア配線１４に対応する開口部３２を設ける。ただし、セラミックグリーンシートの厚さや開口部の径は異なる。 3 (a) and 3 (b) are the same as FIGS. 1 (a) and 1 (b). That is, an opening 32 corresponding to the via wiring 14 is provided in the ceramic green sheet 31. However, the thickness of the ceramic green sheet and the diameter of the opening are different.
次に、図３（ｃ）においては、スクリーン４３とスキージ４５を用いて、スクリーン印刷によって開口部２２に銀ペースト（金属層）５３を充填する。スクリーン４３にはメッシュが設けられた開口が形成されており、この開口は開口部３２よりもわずかに大きな形状（円形）とされる。この際に、スクリーン４３は開口部３２に対して目合わせして配置される。ここで、グリーンシート層３１が厚い場合、開口部３２を充填するためには多量の銀ペースト５３が必要となる。従って、これを充分に充填する間に銀ペースト５２の滲みも大きくなるため、形成される銀ペーストのパターンはスクリーンの開口よりも大きくなり、かつ、開口部３２からずれる。従って、この滲みを小さくするために、スクリーン４３における開口を、開口部３２を充填するために必要最小限の大きさとする。すなわち、この開口の大きさは、開口部３２の径よりも目合わせのずれを考慮した分だけ大きくした程度とされる。従って、この場合にはこの開口を接続用導体部１５の大きさとして充填と同時に銀ペースト層５３を接続用配線部１５の形状とすることができない。 Next, in FIG.3 (c), using the screen 43 and the squeegee 45, the opening part 22 is filled with the silver paste (metal layer) 53 by screen printing. An opening provided with a mesh is formed in the screen 43, and this opening has a slightly larger shape (circular shape) than the opening 32. At this time, the screen 43 is arranged in alignment with the opening 32. Here, when the green sheet layer 31 is thick, a large amount of silver paste 53 is required to fill the opening 32. Therefore, since the bleeding of the silver paste 52 becomes large while it is sufficiently filled, the pattern of the formed silver paste becomes larger than the opening of the screen and deviates from the opening 32. Therefore, in order to reduce this bleeding, the opening in the screen 43 is set to the minimum size necessary for filling the opening 32. That is, the size of the opening is set to be larger than the diameter of the opening 32 by taking account of misalignment. Accordingly, in this case, the silver paste layer 53 cannot be formed into the shape of the connecting wiring portion 15 at the same time as filling the opening as the size of the connecting conductor portion 15.
従って、図３（ｄ）に示すように、開口部３２は銀ペースト５３で充填されているが、接続用導体部１５の形状となる銀ペースト層を形成することができない。また、スクリーン４３と開口部３２との目合わせのずれと滲みによって、図３（ｄ）の右に示すように、銀ペースト５３の中心と開口部３２の中心がずれた形状となる。 Therefore, as shown in FIG. 3D, the opening 32 is filled with the silver paste 53, but a silver paste layer having the shape of the connecting conductor portion 15 cannot be formed. Further, due to misalignment and bleeding between the screen 43 and the opening 32, the center of the silver paste 53 and the center of the opening 32 are shifted as shown on the right side of FIG.
このため、図３（ｅ）に示すように、新たなスクリーン４３とスキージ４５を用いて、再度スクリーン印刷を行い、銀ペースト５４を塗布する。このスクリーン４３にはメッシュが設けられた開口が形成されており、この開口は接続用導体部１５に対応する。この際、スクリーン４３は、開口部３２に対して目合わせして配置される。 Therefore, as shown in FIG. 3E, screen printing is performed again using a new screen 43 and a squeegee 45, and a silver paste 54 is applied. The screen 43 is formed with an opening provided with a mesh, and this opening corresponds to the connecting conductor portion 15. At this time, the screen 43 is arranged in alignment with the opening 32.
これにより、銀ペースト５４は、接続用導体部１５の形状となる。しかしながら、スクリーン４３と開口部３２との目合わせ（図３（ｃ））と、スクリーン４３と開口部３２との目合わせ（図３（ｅ））とは独立に行われる。従って、スクリーン４３と開口部３２との目合わせのずれによっては、図３（ｆ）の右側に示すように、接続用導体部１５となる銀ペースト５４の中心と開口部３２との中心は再びずれることがある。この場合、焼成後に形成されたビア配線１４と接続用配線部１５との重ね合わせが不充分となり、この箇所での配線抵抗が上昇する。 Thereby, the silver paste 54 becomes the shape of the connecting conductor portion 15. However, the alignment between the screen 43 and the opening 32 (FIG. 3C) and the alignment between the screen 43 and the opening 32 (FIG. 3E) are performed independently. Therefore, depending on the misalignment between the screen 43 and the opening 32, as shown on the right side of FIG. 3 (f), the center of the silver paste 54 that becomes the connecting conductor 15 and the center of the opening 32 again. It may shift. In this case, the via wiring 14 formed after firing and the connection wiring portion 15 are not sufficiently overlapped, and the wiring resistance at this point increases.
図３に示す従来の製造方法によって図２に示す構造を形成する場合には、接続用配線部やビア配線の径が大きな場合には、スクリーンと開口部との目合わせのずれや銀ペーストの滲みは大きな問題にはならない。しかしながら、これらの径が小さく、接続用配線部の直径が１００μｍ以下、ビア配線の直径が６０μｍ以下の場合には、目合わせのずれや滲みを小さくしなければ、ビア配線１４と接続用配線部１５との重ね合わせが不十分となる。 When the structure shown in FIG. 2 is formed by the conventional manufacturing method shown in FIG. 3, if the diameter of the connecting wiring portion or the via wiring is large, the misalignment between the screen and the opening or the silver paste Bleeding is not a big problem. However, when these diameters are small, the diameter of the connection wiring portion is 100 μm or less, and the diameter of the via wiring is 60 μm or less, the via wiring 14 and the connection wiring portion must be reduced unless misalignment and bleeding are reduced. 15 is insufficiently superposed.
これに対して、図１に示した本発明の実施の形態となる製造方法の一部の工程（表層セラミックグリーンシート形成工程）を用いれば、ビア配線１４と接続用配線部１５との重ね合わせ精度を充分高くした金属層を得ることができる。特にこの製造方法はセラミックグリーンシート層３１が薄い場合に好適である。 On the other hand, if a part of the manufacturing method (surface ceramic green sheet forming step) according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is used, the via wiring 14 and the connection wiring portion 15 are overlapped. A metal layer with sufficiently high accuracy can be obtained. This manufacturing method is particularly suitable when the ceramic green sheet layer 31 is thin.
また、従来の製造方法（図３）においては２回のスクリーン印刷を行っていたのに対し、本発明の実施の形態となる製造方法（図１）においては、１回のスクリーン印刷で同様の構造を作成する。従って、製造コストの低下も図れる。 Further, in the conventional manufacturing method (FIG. 3), screen printing is performed twice, whereas in the manufacturing method (FIG. 1) according to the embodiment of the present invention, the same screen printing is performed once. Create a structure. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
図１の製造方法で形成された、セラミックグリーンシート層にビア配線及び接続用導体部となる銀ペースト（金属層）が形成された構造（表層セラミックグリーンシート）を用いて図２に示す形態の多層セラミック基板を製造する工程について以下に説明する。図４はこの製造方法を示す工程断面図である。 The structure shown in FIG. 2 is formed using the structure (surface ceramic green sheet) formed by the manufacturing method of FIG. 1 and having a silver paste (metal layer) to be a via wiring and a connecting conductor portion formed on the ceramic green sheet layer. The process for manufacturing the multilayer ceramic substrate will be described below. FIG. 4 is a process sectional view showing this manufacturing method.
まず、図４（ａ）に示すように、図１に示した製造方法で、接続用導体部となる第１の金属層とビア配線となる第２の金属層による銀ペースト６１を第１のセラミックグリーンシート６２上に形成した表層セラミックグリーンシート６３を製造する（ビア開口形成工程及び表層セラミックグリーンシート形成工程）。ここで、銀ペースト６１は、ペースト内に占める銀粉末の量が８８質量％以上の銀ペーストを用いることが好ましい。例えば、平均粒径３．０μｍ未満のＡｇ粉末が８８〜９４質量％、Ｐｄ粉末が０．１質量％以上３質量％未満含有されており、前記Ａｇ粉末、及びＰｄ粉末の総量が８８．１〜９５質量％である銀ペーストを用いる。銀ペーストの銀濃度が不適切であると、ビア配線導体が引けて焼結後に接続用導体部に凹部が生じることがあるが、上記したような銀濃度が高いペーストであると充填性が良好となりこのような問題が低減される。なお、この工程は支持フィルム４０上で行われることにより、特に容易に行われる。 First, as shown in FIG. 4A, by the manufacturing method shown in FIG. 1, a silver paste 61 composed of a first metal layer serving as a connecting conductor portion and a second metal layer serving as a via wiring is formed as a first paste. A surface ceramic green sheet 63 formed on the ceramic green sheet 62 is manufactured (via opening forming step and surface ceramic green sheet forming step). Here, the silver paste 61 is preferably a silver paste in which the amount of silver powder in the paste is 88% by mass or more. For example, 88 to 94% by mass of Ag powder having an average particle size of less than 3.0 μm and Pd powder of 0.1 to 3% by mass are contained, and the total amount of the Ag powder and Pd powder is 88.1. A silver paste of ~ 95% by mass is used. If the silver concentration of the silver paste is inadequate, the via wiring conductor may be pulled and a recess may be formed in the connecting conductor after sintering. However, if the paste has a high silver concentration as described above, the filling property is good. This problem is reduced. In addition, this process is especially easily performed by being performed on the support film 40.
一方、図４（ｂ）に示すように、焼結後に図２におけるセラミック層１１となる第２のセラミックグリーンシート６４上に、内部配線１４となる形状の銀ペースト（第３の金属層）６５をスクリーン印刷によって形成した下層セラミックグリーンシート６６を別個に製造する（下層セラミックグリーンシート形成工程）。なお、第２のセラミックグリーンシート６４は第１のセラミックグリーンシート６２と同様の材料で構成されることが好ましい。銀ペースト６５についても同様である。なお、この工程も支持フィルム４０上で行われることにより、特に容易に行われる。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, a silver paste (third metal layer) 65 in the shape of the internal wiring 14 is formed on the second ceramic green sheet 64 that becomes the ceramic layer 11 in FIG. 2 after sintering. Are produced separately by screen printing (lower ceramic green sheet forming step). The second ceramic green sheet 64 is preferably made of the same material as the first ceramic green sheet 62. The same applies to the silver paste 65. In addition, this process is also easily performed by being performed on the support film 40.
本発明の製造方法においては、表層セラミックグリーンシート６３の厚さは比較的薄い方が好ましく、かつ下層セラミックグリーンシート６６よりも薄く、両者の厚みの合計が６０μｍ以上となるように組み合わせることが好ましい。このようにして、薄い表層セラミックグリーンシート６２に下層セラミックグリーンシート６６を積層して圧着する上部セラミックシート積層体形成工程がある。このとき表層セラミックグリーンシート６３と下層セラミックグリーンシート６６との間に皺や空隙（空気溜まり）ができたり、表層セラミックグリーンシート６３が部分的に浮き上がり、密着不良となる箇所ができることがある。対策として圧着の際の圧力を高くすればこうした箇所をなくすことはできるが、その場合には薄い表層セラミックグリーンシート６３が破れることがある。従って、表層セラミックグリーンシート（第１のセラミックグリーンシート）６３の厚さは２０μｍ以上とすることが好ましい。 In the manufacturing method of the present invention, the surface ceramic green sheet 63 is preferably relatively thin, and is thinner than the lower ceramic green sheet 66, and it is preferable to combine them so that the total thickness of both is 60 μm or more. . In this way, there is an upper ceramic sheet laminate forming step in which the lower ceramic green sheet 66 is laminated on the thin surface ceramic green sheet 62 and pressure-bonded. At this time, there may be a crease or a void (air pocket) between the surface ceramic green sheet 63 and the lower ceramic green sheet 66, or a surface where the surface ceramic green sheet 63 is partially lifted to cause poor adhesion. As a countermeasure, if the pressure at the time of pressure bonding is increased, such a portion can be eliminated, but in that case, the thin surface ceramic green sheet 63 may be torn. Accordingly, the thickness of the surface ceramic green sheet (first ceramic green sheet) 63 is preferably 20 μm or more.
そこで、図４（ｃ）〜（ｊ）に示す上部セラミックシート積層体形成工程において、少なくとも表層セラミックグリーンシート６３と下層セラミックグリーンシート６６を重ね合わせ圧着するまでを減圧雰囲気中で行う真空積層圧着法を取り入れることが好ましい。まず、図４（ｃ）において、真空プレス機下部５２上に、積層されるセラミックグリーンシートを仮固定するための粘着シート４１を設置する。この粘着シート４１は、積層完了後に積層体から容易に剥離することができるものである。次に、表層セラミックグリーンシート６３を前記粘着シート４１上に銀ペースト層６１側を下にした状態で設置する。 Therefore, in the upper ceramic sheet laminate forming step shown in FIGS. 4C to 4J, a vacuum lamination pressure bonding method is performed in which at least the surface ceramic green sheet 63 and the lower ceramic green sheet 66 are pressure-bonded in a reduced pressure atmosphere. It is preferable to adopt. First, in FIG.4 (c), the adhesive sheet 41 for temporarily fixing the ceramic green sheet laminated | stacked on the vacuum press machine lower part 52 is installed. The pressure-sensitive adhesive sheet 41 can be easily peeled off from the laminate after completion of the lamination. Next, the surface ceramic green sheet 63 is placed on the adhesive sheet 41 with the silver paste layer 61 side down.
次に、図４（ｄ）に示すように、プレス機上部５１により、プレス機下部５２との間に粘着シート４１および表層セラミックグリーンシート６３を挟み、両端が弾性体５３で支持された状態で粘着シート４１および表層セラミックグリーンシート６３が設置された空間を真空引きすることにより減圧する。その後、図４（ｅ）のようにこの表層セラミックグリーンシート６３に図４中における上下方向に圧力を加える。この工程では、例えば温度３０〜９０℃において、０．９８〜９．８ＭＰａの圧力を印加し、５〜１００秒間圧着する。 Next, as shown in FIG. 4 (d), with the press machine upper part 51 sandwiching the adhesive sheet 41 and the surface ceramic green sheet 63 between the press machine lower part 52, both ends are supported by the elastic body 53. The space where the pressure-sensitive adhesive sheet 41 and the surface ceramic green sheet 63 are installed is depressurized by evacuation. Thereafter, pressure is applied to the surface ceramic green sheet 63 in the vertical direction in FIG. 4 as shown in FIG. In this step, for example, at a temperature of 30 to 90 ° C., a pressure of 0.98 to 9.8 MPa is applied and pressure bonding is performed for 5 to 100 seconds.
その後、図４（ｆ）に示されるように、真空プレス機の中を大気開放し、支持フィルム４０を表層セラミックグリーンシート６３から剥離する。 Thereafter, as shown in FIG. 4 (f), the inside of the vacuum press is opened to the atmosphere, and the support film 40 is peeled from the surface ceramic green sheet 63.
以上の工程により、銀ペースト層６１（第１の金属層）は、表層セラミックグリーンシート６３の中に埋め込まれる。また、表層セラミックグリーンシート６３が設置された空間を減圧することにより、表層セラミックグリーンシート６３が厚み８０μｍ以下のように薄い場合でも粘着シート４１との間の空隙をなくし、密着性を高めることができる。すなわち、減圧することによって、低い加圧力で密着性を高めることができるため、薄い表層セラミックグリーンシートであっても破れ等を発生させることがない。 Through the above steps, the silver paste layer 61 (first metal layer) is embedded in the surface ceramic green sheet 63. Further, by reducing the pressure in the space in which the surface ceramic green sheet 63 is installed, even when the surface ceramic green sheet 63 is as thin as 80 μm or less, there is no gap between the adhesive sheet 41 and the adhesion can be improved. it can. That is, by reducing the pressure, the adhesion can be increased with a low pressure, so that even a thin surface ceramic green sheet does not break.
次に、図４（ｇ）に示されるように、積層された表層セラミックグリーンシート６３の上に、図４（ｂ）で形成された支持フィルム４０付きの下層セラミックグリーンシート６６（第２のセラミックグリーンシート）を位置合わせして設置する。 Next, as shown in FIG. 4 (g), the lower ceramic green sheet 66 (second ceramic) with the support film 40 formed in FIG. 4 (b) is formed on the laminated surface ceramic green sheets 63. Align and install the green sheet).
次に、図４（ｈ）に示すように、プレス機上部５１により、プレス機下部５２との間に表層セラミックグリーンシート６３と下層セラミックグリーンシート６６を挟み、両端が弾性体５３で支持された状態で前記セラミックグリーンシートが設置された空間を真空引きすることにより減圧する。その後、図４（ｉ）のようにこの表層セラミックグリーンシート６３と下層セラミックグリーンシート６６に図４中における上下方向に圧力を加える（上部セラミックシート積層体形成工程）。この工程では、例えば温度３０〜９０℃において、０．９８〜９．８ＭＰａの圧力を印加し、５〜１００秒間圧着する。これによって、表層セラミックグリーンシート６３と下層セラミックグリーンシート６６からなる上部セラミックシート積層体６７が形成される。 Next, as shown in FIG. 4 (h), the top ceramic green sheet 63 and the lower ceramic green sheet 66 are sandwiched between the press machine upper part 51 and the press machine lower part 52, and both ends are supported by the elastic bodies 53. In a state, the space where the ceramic green sheet is installed is decompressed by evacuation. Thereafter, as shown in FIG. 4I, pressure is applied to the surface ceramic green sheet 63 and the lower ceramic green sheet 66 in the vertical direction in FIG. 4 (upper ceramic sheet laminate forming step). In this step, for example, at a temperature of 30 to 90 ° C., a pressure of 0.98 to 9.8 MPa is applied and pressure bonding is performed for 5 to 100 seconds. As a result, an upper ceramic sheet laminate 67 composed of the surface ceramic green sheet 63 and the lower ceramic green sheet 66 is formed.
その後、図４（ｊ）に示されるように、真空プレス機の中を大気開放し、支持フィルム４０を上部セラミックシート積層体６７から剥離する。 Thereafter, as shown in FIG. 4 (j), the inside of the vacuum press is opened to the atmosphere, and the support film 40 is peeled from the upper ceramic sheet laminate 67.
以上の工程により、銀ペースト層６１（接続用導体部）は、表層セラミックグリーンシート６３と下層セラミックグリーンシート６６からなる上部セラミックシート積層体６７の中に埋め込まれる。このとき表層セラミックグリーンシート６３が薄くても下層セラミックグリーンシート６６はそれよりも厚く、かつ合計で６０μｍ以上の厚みがあるので埋め込みが十分行われる。また、前記セラミックグリーンシートが設置された空間を減圧することにより、表層セラミックグリーンシート６３が薄い場合でも下層セラミックグリーンシート６６の厚みはそれより厚く合計で６０μｍ以上の厚みが確保されるので表層セラミックグリーンシートの変形を受容し、両者の間の空隙をなくし、密着性を高めることができる。すなわち、減圧することによって、低い加圧力で密着性を高めることができる。 Through the above steps, the silver paste layer 61 (connecting conductor portion) is embedded in the upper ceramic sheet laminate 67 composed of the surface ceramic green sheet 63 and the lower ceramic green sheet 66. At this time, even if the surface ceramic green sheet 63 is thin, the lower ceramic green sheet 66 is thicker and has a total thickness of 60 μm or more. Further, by reducing the pressure in the space in which the ceramic green sheet is installed, even if the surface ceramic green sheet 63 is thin, the lower ceramic green sheet 66 is thicker than that, so that a total thickness of 60 μm or more is secured. It can accept the deformation of the green sheet, eliminate the gap between them, and improve the adhesion. That is, by reducing the pressure, the adhesion can be increased with a low pressure.
以降、これよりも下層の所定の枚数のセラミックグリーンシート（下部セラミックシート）を同様の工程で積層圧着し、最後に粘着シート４１を剥離する。あるいは、別途積層圧着して下部セラミックシート積層体６８を形成し（下部セラミックシート形成工程）、これを以上と同様にして積層圧着して、最終的に図４（ｋ）に示されるような、焼結前の多層セラミック体６９が形成される。図４（ｋ）は上下を図４（ａ）〜（ｊ）とは逆にして記載している。 Thereafter, a predetermined number of ceramic green sheets (lower ceramic sheets) lower than this are laminated and pressure-bonded in the same process, and finally the adhesive sheet 41 is peeled off. Alternatively, the lower ceramic sheet laminate 68 is formed by separately laminating and pressing (lower ceramic sheet forming step), and laminating and crimping in the same manner as described above, and finally as shown in FIG. A multilayer ceramic body 69 before sintering is formed. In FIG. 4 (k), the upper and lower sides are shown as being opposite to FIGS. 4 (a) to (j).
なお、ここでは単純化して記載したが、下部セラミックシート積層体６８には高周波回路を構成する内部配線となる金属層が適宜設けられており、上記と同等に、銀ペースト層を備えたグリーンシートを適宜積層圧着して形成される。なお、上から３層目以降のセラミックグリーンシートの積層圧着においては、減圧せずに圧着する事も可能である。これは、第２のセラミックグリーンシートの厚みが十分であるため、３層以降の金属層はセラミックグリーンシート層に埋め込まれやすく、セラミックグリーンシート層間の密着性が高くなるためである。 Although simplified here, the lower ceramic sheet laminate 68 is appropriately provided with a metal layer serving as an internal wiring constituting the high frequency circuit, and in the same manner as above, a green sheet provided with a silver paste layer Are suitably laminated and pressure-bonded. In addition, in the lamination pressure bonding of the third and subsequent ceramic green sheets from the top, the pressure bonding can be performed without reducing the pressure. This is because the thickness of the second ceramic green sheet is sufficient, and the metal layers after the third layer are easily embedded in the ceramic green sheet layer, and the adhesion between the ceramic green sheet layers is increased.
その後、上記した多層セラミック体６９を焼結する（焼結工程）。この条件は、例えば大気焼成雰囲気中で９００℃、２時間程度とする。これにより上部セラミックシート積層体と下部セラミックシート積層体を一体に同時焼結した多層セラミック基板が得られる。 Thereafter, the multilayer ceramic body 69 described above is sintered (sintering step). This condition is, for example, about 900 ° C. for 2 hours in an air firing atmosphere. As a result, a multilayer ceramic substrate in which the upper ceramic sheet laminate and the lower ceramic sheet laminate are integrally sintered together is obtained.
そして、この多層セラミック基板の接続用導体部には無電解めっきによって、金属めっき層を形成することが行われる。しかし、接続用導体部がはんだ濡れ性のよい材料で形成された場合には、必ずしも金属めっき層は必須ではない。また、上記の例においては、多層セラミック基板の表面付近の構造について言及したが、多層セラミック基板内部の構造や、反対側表面の構造については、前記の焼結工程によって一括して焼結できる構造であれば、任意である。 A metal plating layer is formed on the connection conductor portion of the multilayer ceramic substrate by electroless plating. However, when the connecting conductor portion is formed of a material having good solder wettability, the metal plating layer is not necessarily essential. In the above example, the structure near the surface of the multilayer ceramic substrate was mentioned. However, the structure inside the multilayer ceramic substrate and the structure on the opposite surface can be sintered together by the above-described sintering process. If so, it is optional.
以上の製造方法においては、特に、表層セラミック層１２、すなわち、表層セラミックグリーンシート６３の厚さは薄いことが好ましい。この厚さを薄くすることにより、特に銀ペースト６１のスクリーン印刷時に、開口部への充填を容易にし、その滲みを小さくすることができる。従って、特に接続用導体部１５とビア配線１４との重ね合わせ精度を高くすることができる。また、接続用導体部１５が表層セラミック層１２に埋め込まれた形態となった形状とすることも特に容易となる。このため、表層セラミック層１２の厚さは２０〜１２０μｍ以下とすることが好ましい。ただし、薄すぎると、ビア配線１４と接続用導体部１５が積層された構造を形成することが困難となるため、表層セラミック層１２の厚さは２０μｍ以上とすることが好ましい。 In the above manufacturing method, in particular, the thickness of the surface ceramic layer 12, that is, the surface ceramic green sheet 63 is preferably thin. By reducing the thickness, particularly when the silver paste 61 is screen-printed, the opening can be easily filled and bleeding can be reduced. Therefore, it is possible to increase the overlay accuracy between the connecting conductor 15 and the via wiring 14 in particular. In addition, it is particularly easy to form the connection conductor portion 15 in a form embedded in the surface ceramic layer 12. For this reason, it is preferable that the thickness of the surface ceramic layer 12 be 20 to 120 μm or less. However, if the thickness is too thin, it is difficult to form a structure in which the via wiring 14 and the connecting conductor portion 15 are laminated. Therefore, the thickness of the surface ceramic layer 12 is preferably 20 μm or more.
なお、上記の例ではビア配線及び接続用導体部となる第１、第２の金属層、内部配線となる第３の金属層は銀粉末の量が８８質量％以上の銀ペーストとしたが、これに限られるものではない。印刷等によってパターニングが可能な導電体であり、かつセラミック層の焼結後に配線として用いることのできる材料であれば、銀ペーストの代わりに用いることができる。 In the above example, the first and second metal layers serving as the via wiring and the connecting conductor portion, and the third metal layer serving as the internal wiring were made of a silver paste having an amount of silver powder of 88% by mass or more. It is not limited to this. Any material that can be patterned by printing or the like and can be used as wiring after the ceramic layer is sintered can be used instead of the silver paste.
以上の製造方法によれば、ビア配線と接続用導体部の重ね合わせ精度が高く、配線の電気抵抗が低い多層セラミック基板を得ることができる。従って、複数の接続用配線部を最表面に配列して、半導体チップ、チップコンデンサ、チップ抵抗器等の表面実装部品を高密度で搭載することができ、高性能の電子部品を形成することが可能となる。 According to the above manufacturing method, it is possible to obtain a multilayer ceramic substrate having high overlay accuracy between the via wiring and the connecting conductor portion and low electrical resistance of the wiring. Therefore, a plurality of connection wiring portions can be arranged on the outermost surface, and surface-mounted components such as semiconductor chips, chip capacitors, chip resistors can be mounted at high density, and high-performance electronic components can be formed. It becomes possible.
上記の多層セラミック基板を上記製造方法によって製造した。セラミックグリ−ンシート材料は上記したＬＴＣＣ材料を用い、ＬＴＣＣ材料１００重量部に対し、ポリビニルブチラール樹脂１５重量部、ジ−ｎ−ブチルフタレート１０．５重量部を加えてスラリーを作製し、ドクターブレードによりシート成形した。内部のセラミック層となる第２のセラミックグリーンシートの厚さは２０〜１９０μｍの範囲、表層セラミック層となる第１のセラミックグリーンシートの厚さは２０〜１２０μｍの範囲とした。レーザー加工によって、φ６０μｍの開口部を形成し、このとき開口部の形成可否を評価した。その後、スクリーン印刷によって所望のパターンおよびビア配線を形成した。そして前記の真空積層圧着法を用いて、表層セラミックグリーンシートと下層セラミックグリーンシートとの積層を、これらの厚さを変えて多層セラミック基板を製造した。この際、真空積層圧着法における雰囲気の減圧条件は大気圧よりも８０ｋＰａ減圧とし、積層体には温度７０℃において６．１ＭＰａの圧力を６０秒間印加した。その後に、セラミックグリーンシートにおける破れや剥離の有無を確認し、上部セラミックシート積層体の成形可否を評価し、これらが見られた場合を×とした。た。その後、第２のセラミックグリーンシートを複数枚積層し、下部セラミックシート積層体を加えて多層セラミック体を形成し、上記した条件で焼結した。そして焼結後の接続用導体部が規定寸法になっているか評価した。ここでの評価は、設計値から±１５μｍ以上ずれている場合を×とした。 The above multilayer ceramic substrate was manufactured by the above manufacturing method. The above-mentioned LTCC material is used as the ceramic green sheet material. A slurry is prepared by adding 15 parts by weight of polyvinyl butyral resin and 10.5 parts by weight of di-n-butyl phthalate to 100 parts by weight of the LTCC material. A sheet was formed. The thickness of the second ceramic green sheet serving as the internal ceramic layer was in the range of 20 to 190 μm, and the thickness of the first ceramic green sheet serving as the surface ceramic layer was in the range of 20 to 120 μm. An opening with a diameter of 60 μm was formed by laser processing. At this time, whether or not the opening could be formed was evaluated. Thereafter, a desired pattern and via wiring were formed by screen printing. Then, by using the above-mentioned vacuum lamination pressure bonding method, a multilayer ceramic substrate was manufactured by changing the thickness of the lamination of the surface ceramic green sheet and the lower ceramic green sheet. At this time, the pressure reduction condition of the atmosphere in the vacuum lamination pressure bonding method was set to 80 kPa pressure reduction from atmospheric pressure, and a pressure of 6.1 MPa was applied to the laminated body at a temperature of 70 ° C. for 60 seconds. Then, the presence or absence of tearing or peeling in the ceramic green sheet was confirmed, and whether or not the upper ceramic sheet laminate was formed was evaluated. It was. Thereafter, a plurality of second ceramic green sheets were laminated, a lower ceramic sheet laminate was added to form a multilayer ceramic body, and sintered under the conditions described above. And it evaluated whether the conductor part for a connection after sintering became a regulation dimension. In this evaluation, a case where the design value deviates by ± 15 μm or more is indicated as x.
以上の評価結果を表１に示す。 The above evaluation results are shown in Table 1.
ビア開口形成工程において、本発明の実施例においては、レーザーによる開口孔径φ６０μｍのビアを形成でき、同様にφ６０μｍ以下のビアも形成できる。これに対し、表層セラミックグリーンシートの厚さが１４８μｍである比較例５では、レーザーによるφ６０μｍビアを形成することができなかった。 In the via opening forming step, in the embodiment of the present invention, a via having an opening hole diameter of φ60 μm can be formed by laser, and a via having a diameter of φ60 μm or less can be similarly formed. In contrast, in Comparative Example 5 in which the thickness of the surface ceramic green sheet was 148 μm, a φ60 μm via by a laser could not be formed.
上部セラミックシート積層体形成工程では、本発明の実施例である、表層セラミックグリーンシートの厚さが２０〜１２０μｍ、第２のセラミックグリーンシートの厚さが２０μｍ以上かつ、表層セラミックグリーンシートと第２のセラミックグリーンシートの厚みの合計が５６μｍを越える範囲において、破れや剥がれがなく、その後の焼結工程を経て多層セラミック基板を製造することができた。一方、厚みの合計が小さい比較例１、表層セラミックグリーンシートが薄い比較例６では、圧着後の支持フィルム剥離の際に、シートが破れて積層できなかった。また、厚みの合計が小さい比較例２、比較例３では、圧着後の支持フィルム剥離時に、粘着シートと表層セラミックグリーンシート間、または表層セラミックグリーンシートと第２のセラミックグリーンシート間に密着良と思われる空気溜りが発生した。この原因は表層と２層目のグリーンシートの厚みの合計が十分な厚みでないために、圧着時に電極パターンの段差を吸収できなかったためであると考える。 In the upper ceramic sheet laminate forming step, the thickness of the surface ceramic green sheet, which is an example of the present invention, is 20 to 120 μm, the thickness of the second ceramic green sheet is 20 μm or more, and the surface ceramic green sheet and the second ceramic green sheet In the range where the total thickness of the ceramic green sheets exceeded 56 μm, there was no tearing or peeling, and a multilayer ceramic substrate could be produced through the subsequent sintering process. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the total thickness was small and in Comparative Example 6 in which the surface ceramic green sheet was thin, the sheet was torn and could not be laminated when the support film was peeled off after pressure bonding. Further, in Comparative Examples 2 and 3 having a small total thickness, good adhesion between the adhesive sheet and the surface ceramic green sheet or between the surface ceramic green sheet and the second ceramic green sheet is obtained when the support film is peeled after pressure bonding. A possible air pocket occurred. This is considered to be because the total thickness of the surface layer and the second green sheet is not sufficient, and the step of the electrode pattern could not be absorbed at the time of pressure bonding.
次に、重ね合わせ精度の様子を多層セラミック基板の焼成後の表面の接続用導体部付近の写真で示す。図５（ａ）は２回印刷でビア配線と接続用導体部を形成した比較例４における形状であり、図３の場合に対応している。ここで、点線はビア配線に対応する開口部の形状、破線は図３（ｄ）（ｆ）における銀ペースト５２（１回目の銀ペースト）の形状、実線は図３（ｆ）における銀ペースト５３（２回目の銀ペースト）の形状である。前記の通り、重ね合わせのずれが大きいことが確認できる。 Next, the overlay accuracy is shown in a photograph of the vicinity of the connecting conductor portion on the surface of the multilayer ceramic substrate after firing. FIG. 5A shows the shape in Comparative Example 4 in which the via wiring and the connecting conductor portion are formed by printing twice, and corresponds to the case of FIG. Here, the dotted line is the shape of the opening corresponding to the via wiring, the broken line is the shape of the silver paste 52 (first silver paste) in FIGS. 3D and 3F, and the solid line is the silver paste 53 in FIG. The shape of (second silver paste). As described above, it can be confirmed that the misalignment is large.
これに対して、本発明の実施例となる実施例５における焼成後の接続用導体部付近の写真を図５（ｂ）に示す。接続用導体部、ビア配線共に図５（ａ）の例よりも小さいが、充分な重ね合わせ精度でこれらが形成できていることが確認された。 On the other hand, a photograph of the vicinity of the connecting conductor portion after firing in Example 5 which is an example of the present invention is shown in FIG. Although both the connecting conductor portion and the via wiring are smaller than the example of FIG. 5A, it was confirmed that these could be formed with sufficient overlay accuracy.
１０、９０ 多層セラミック基板
１１、９１ａ、９１ｂ セラミック層
１２ 表層セラミック層
１３、９２ 内部配線
１４、９４ ビア配線
１５、９３ 接続用導体部
２１、３１ セラミックグリーンシート
２２、３２ 開口部
４０ 支持フィルム
４１ 粘着シート
４２、４３ スクリーン
４５ スキージ
５２、５３、５４ 銀ペースト（金属層）
６１ 銀ペースト（第１の金属層）
６２ 第１のセラミックグリーンシート層
６３ 表層セラミックグリーンシート
６４ 第２のセラミックグリーンシート層
６５ 銀ペースト（第２の金属層）
６６ 下層セラミックグリーンシート
６７ 上部セラミックシート積層体
６８ 下部セラミックシート積層体
６９ 多層セラミック体
10, 90 Multilayer ceramic substrate 11, 91a, 91b Ceramic layer 12 Surface ceramic layer 13, 92 Internal wiring 14, 94 Via wiring 15, 93 Connecting conductor portion 21, 31 Ceramic green sheet 22, 32 Opening 40 Support film 41 Adhesive Sheet 42, 43 Screen 45 Squeegee 52, 53, 54 Silver paste (metal layer)
61 Silver paste (first metal layer)
62 First ceramic green sheet layer 63 Surface ceramic green sheet 64 Second ceramic green sheet layer 65 Silver paste (second metal layer)
66 Lower ceramic green sheet 67 Upper ceramic sheet laminate 68 Lower ceramic sheet laminate 69 Multilayer ceramic body
Claims (6)
焼成後に前記最表面のセラミック層となる厚さ２０〜１２０μｍの範囲の第１のセラミックグリーンシートに、焼成後に前記ビア配線となる直径略６０μｍ以下の開口部を形成するビア開口形成工程と、
前記第１のセラミックグリーンシート上に、焼成後に前記接続用導体部となる直径が略１００μｍ以下の第１の金属層と、前記ビア開口部を充填する第２の金属層とを１回のスクリーン印刷によって形成する表層セラミックグリーンシート形成工程と、
焼成後に前記隣接するセラミック層となる厚さが２０〜１９０μｍの範囲の第２のセラミックグリーンシート上に、焼成後に前記内部配線となる第３の金属層を形成する下層セラミックグリーンシート形成工程と、
前記第２のセラミックグリーンシートよりも薄い前記表層セラミックグリーンシートに前記下層セラミックグリーンシートを積層して圧着し、合計厚さが５６μｍを越える上部セラミックシート積層体を形成する上部セラミックシート積層体形成工程と、
前記上部セラミックシート積層体とは別途に、前記最表面のセラミック層に隣接するセラミック層と前記最表面のセラミック層とは反対側の面で隣接するセラミック層となる下部セラミックシートを形成する下部セラミックシート形成工程と、
前記上部セラミックシート積層体と前記下部セラミックシートからなる未焼結の多層セラミック体を焼成する焼結工程と、
を有することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 An internal wiring is formed between the outermost ceramic layer and the adjacent ceramic layer, a connecting conductor portion is provided on the surface of the outermost ceramic layer, and the internal wiring and the connection are provided in the outermost ceramic layer. A method of manufacturing a multilayer ceramic substrate having a structure in which a via wiring for connecting a conductor part for use is formed,
A via opening forming step of forming an opening having a diameter of about 60 μm or less to be the via wiring after firing in a first ceramic green sheet having a thickness of 20 to 120 μm to be the outermost ceramic layer after firing;
On the first ceramic green sheet, a first metal layer having a diameter of approximately 100 μm or less, which becomes the connection conductor portion after firing, and a second metal layer filling the via opening are screened once. A surface ceramic green sheet forming step formed by printing;
A lower ceramic green sheet forming step of forming a third metal layer that becomes the internal wiring after firing on a second ceramic green sheet having a thickness of 20 to 190 μm that becomes the adjacent ceramic layer after firing;
An upper ceramic sheet laminate forming step of forming an upper ceramic sheet laminate having a total thickness exceeding 56 μm by laminating and pressing the lower ceramic green sheet on the surface ceramic green sheet thinner than the second ceramic green sheet When,
Separately from the upper ceramic sheet laminate, a lower ceramic forming a ceramic layer adjacent to the outermost ceramic layer and a lower ceramic sheet that becomes an adjacent ceramic layer on the surface opposite to the outermost ceramic layer Sheet forming step;
A sintering step of firing an unsintered multilayer ceramic body comprising the upper ceramic sheet laminate and the lower ceramic sheet;
A method for producing a multilayer ceramic substrate, comprising:
前記下部セラミックシートは複数枚のグリーンシートを積層圧着して形成されることを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
In the lower ceramic sheet forming step,
The method of claim 1, wherein the lower ceramic sheet is formed by laminating and pressing a plurality of green sheets.
少なくとも前記表層セラミックグリーンシートを圧着する際と、当該表層セラミックグリーンシートに前記下層セラミックグリーンシートを積層し圧着する際は、減圧雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法。 In the upper ceramic sheet laminate forming step,
The multilayer according to claim 1 or 2, wherein at least the surface ceramic green sheet is pressure-bonded and the lower ceramic green sheet is laminated and pressure-bonded on the surface ceramic green sheet in a reduced pressure atmosphere. A method for manufacturing a ceramic substrate.
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