JP2010225707A - セラミック多層基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各セラミック層のさらなる薄層化時もショート不良発生が無く、かつ平坦性に優れたセラミック多層基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】所定の位置に回路配線パターン６とビア７とが形成された複数のセラミック層９Ａ、９Ｂ、９Ｃからなるセラミック多層基板１０において、互いに上下に位置する前記ビア７と前記回路配線パターン６との間に介在するセラミック層９Ｂには、前記ビア７と回路配線パターン６とが重なり合う領域に、無機成分の含有量が周囲よりも高い絶縁部５が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック多層基板及びその製造方法に関し、より詳細にはセラミック基板内の層間で発生するショート不良を防止する技術に関するものである。

一般に、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ってグリーンシートを形成する。２）形成したグリーンシートの所望の箇所に孔開け加工を行い、各孔に導体ペーストを充填してビアを形成する。３）次にグリーンシートの表面の所望の箇所に導体ペーストをスクリーン印刷して配線回路を形成する。４）回路形成したグリーンシートを複数枚積層してグリーンシート積層体とする。５）このグリーンシート積層体を脱バインダー処理した後、約９００℃で焼成することにより、所望のセラミック多層基板を得る。

近年、セラミック基板の高密度実装が進み、表面の回路配線パターンの間隔や層厚方向の寸法も小さくなっている。そのため、隣り合った回路配線パターン同士のショートだけでなく、積層方向の層間で起きるショートが問題になってきている。そこで、複数のグリーンシートを積層する際に、ビアが接合する回路配線パターン上、あるいは、ビアが接合する回路配線パターンから一層離れた回路配線パターン上に、グリーンシートの無機成分と無機含有量が同一である絶縁ペーストを塗布する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図９を参照して説明する。セラミック多層基板１０において、グリーンシートの焼成による各セラミック層９に回路配線パターン６およびビア７が形成されている。ビア７上部が接合する回路配線パターン６の上面、および、ビア７下部が接合する回路配線パターン６から一層離れた回路配線パターン６の上面に、ビア７の上部接合部１、下部接合部２に対応する位置となるように絶縁ペーストよりなる絶縁部３が形成されている。これにより、ビア７中の金属イオンの拡散４が起こっても、一層離れた回路配線パターン６との間に起こる層間ショートは絶縁部３によって防止される。
特開２００６−１０８２１５

しかしながら、セラミック多層基板の作製時の焼成やリフローなどの熱履歴が度重なると、ビア７中の金属イオンの拡散がさらに進行しやすくなる。このときにグリーンシートの厚みが小さいと、上述の絶縁ペーストによる絶縁部３だけでは金属イオンの拡散を遮ることができず、ビア７と回路配線パターン６との接合部と、その接合部から一層離れた回路配線パターン６との間にショートが発生することがある。

また絶縁ペーストの乾燥後の絶縁部３の膜厚は１５〜２０μｍであるが、複数の絶縁部３が互いに上下に配置される場合には各々の厚みが累積されるので、グリーンシート積層体の厚みが部分的に大きくなる。また絶縁ペーストが印刷された箇所と印刷されていない箇所とで各グリーンシートの面内の厚みに差が生じるので、その上に積層されたグリーンシート上面へのスクリーン印刷による回路配線パターン形成が困難になる。

図１０に、複数の絶縁部３が互いに上下に配置された箇所があるセラミック多層基板１０（グリーンシート積層体でも同様）の断面を示す。かかる箇所では、基板厚みが部分的に大きくなって表面に凸状部１５が形成されており、平坦性が損なわれている。

本発明は、上記問題を解決するもので、各セラミック層のさらなる薄層化時もショート不良発生が無く、かつ平坦性に優れたセラミック多層基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のセラミック多層基板は、所定の位置に回路配線パターンとビアとが形成された複数のセラミック層からなるセラミック多層基板において、互いに上下に位置する前記ビアと前記回路配線パターンとの間に介在するセラミック層における、前記ビアと回路配線パターンとが重なり合う領域に、無機成分の含有量が周囲よりも高い絶縁部が形成されていることを特徴とする。

前記絶縁部の無機成分が、周囲の前記セラミック層の無機成分と同一であることを特徴とする。前記セラミック層の各々の厚みが３０μｍ以上７０μｍ未満であることを特徴とする。

また本発明のセラミック多層基板の製造方法は、所定の位置に回路配線パターンとビアとが形成された複数枚のグリーンシートを積層し焼成することによりセラミック多層基板を製造する際に、互いに上下に配置される前記ビアと前記回路配線パターンとの間に配置されるグリーンシートにおける、前記ビアと回路配線パターンとが重なり合う領域に貫通孔を形成し、この貫通孔に前記各グリーンシートよりも無機成分の含有量が高いセラミックペーストを充填することを特徴とする。

前記セラミック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ことを特徴とする。前記セラミックペーストの無機成分の含有量が９２．５〜９５．０重量％であることを特徴とする。前記グリーンシートは、焼成後の層厚さが３０μｍ以上７０μｍ未満となるように設計され形成されていることを特徴とする。

本発明のセラミック多層基板及びその製造方法によれば、各々セラミック層となるグリーンシートを薄層化しても層間ショートが発生することはなく、基板の平坦性も妨げられず、信頼性の高い薄型のセラミック多層基板を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態のセラミック多層基板の断面図である。セラミック多層基板１０は、所定の位置に回路配線パターン６とビア７とが形成された複数のセラミック層９Ａ、９Ｂ、９Ｃからなる。回路配線パターン６は横方向の導通を行うものでセラミック層表面に配置されている。ビア７は上下方向の導通を行うもので回路配線パターン６の所定箇所に接続している。

互いに上下に位置するビア７と回路配線パターン６との間に介在するセラミック層９Ｂには、前記ビア７と回路配線パターン６とが重なり合う領域に、無機成分の含有量が周囲よりも高い絶縁部５が形成されている。
上記セラミック多層基板の製造方法を説明する。図２に示す第１の工程において、離型性を有するベースフィルム８の片面にガラスセラミック材料をドクターブレード法により塗布してグリーンシート９ａ、９ｂ、９ｃを形成する。ガラスセラミック材料はたとえば、アルミナ粉末とガラス粉末とをほぼ１：１（重量）の割合で混合し、この混合粉末と有機バインダ−および溶剤とを８５：１５（重量）の割合で混合しスラリー化して用いる。

次にグリーンシート９ａ、９ｂ、９ｃに、レーザーあるいはパンチング加工により第１の貫通孔１１、第２の貫通孔１２を形成する。たとえば第１の貫通孔１１は直径８０〜１００μｍ、第２の貫通孔１２は直径８０〜２００μｍとする。第２の貫通孔１２はシート積層時に後述のビアと回路配線パターンとがセラミック層を介して重なる領域に形成する。

図３に示す第２の工程において、銀を主成分とする導体ペースト７ａをスクリーン印刷などにより第１の貫通孔１１に充填し、乾燥させる。図４に示す第３の工程において、グリーンシートよりも無機成分の含有量を増大させたセラミックペースト５ａをスクリーン印刷などにより第２の貫通孔１２に充填し、乾燥させる。

ここで、セラミックペースト５ａは、グリーンシート９ａ、９ｂ、９ｃに用いたガラスセラミック材料と無機成分が同一であり、有機成分のみが異なっている。有機成分はたとえば、エチルセルロースを、ターピネオールを主成分とした溶剤で溶解して用いる。セラミックペースト中の無機成分の含有量が９５重量％より多くなると、ペーストの粘度が高くなり印刷できなくなるので、９５重量％以下のものが好ましい。

図５に示す第４の工程において、銀を主成分とする導体ペースト６ａをスクリーン印刷などし、乾燥させる。図６（a）(b)に示す第５の工程において、ベースフィルム８から剥離したグリーンシート９ａ、９ｂ、９ｃを位置合わせして重ね合わせて、グリーンシート積層体１３を形成する。

図７に示す第６の工程において、グリーンシート積層体１３の両主面に、グリーンシート積層体１３の焼成温度では焼結しないアルミナシート１４を積層し熱圧着させる。この状態でグリーンシート積層体１３を大気中にて加熱することにより各グリーンシート９ａ、９ｂ、９ｃ中のバインダーを除去し、さらにこのグリーンシート積層体１３をピーク温度９００℃で２時間焼成する。

このときに、上述のようにアルミナシート１４は該焼成温度では焼結せず収縮しないため、アルミナシート１４に固着したグリーンシート積層体１３はシート面方向には収縮せず、厚み方向のみに収縮が起こる。焼成後に水とアルミナとを高圧空気にて吹き付けてアルミナシート１４を除去することにより、先の図１に示したセラミック多層基板１０を得る。焼成によって、上述のグリーンシート９ａ、９ｂ、９ｃはセラミック層９Ａ、９Ｂ、９Ｃとなり、導体ペースト７ａはビア７となり、導体ペースト６ａは回路配線パターン６となり、セラミックペースト５ａは層間ショート対策の絶縁部５となっている。

以上の方法で種々のセラミック多層基板を作製して層間ショートの有無を調べた。すなわち、ピーク温度８５０℃での１時間の焼成を１０回行った後のショート発生状況を評価した。焼成後のセラミック層の厚さは３０、５０、７０μｍであった。絶縁部となしたセラミックペーストは無機成分含有量が９０、９２．５、９５重量％のものを用いた。比較のために従来法によってセラミック多層基板を作製して同様にして層間ショートの有無を調べた。この従来品は無機成分の含有量が８５重量％である絶縁ペーストをグリーンシート上に直接印刷することで層間ショート対策してある。結果を表１に示す。○は層間ショート無しと判断したもの、×は層間ショート有りと判断したものを示す。

表１からわかるように、従来のセラミック多層基板ではセラミック層の厚さが７０μｍ未満である場合にショートが発生している。セラミックペーストを充填したセラミック多層基板でも、無機成分含有量が９０重量％のものではセラミック層の厚さが７０μｍ未満である場合にショートが発生している。

一方、無機成分含有量が９２．５〜９５．０重量％のセラミック多層基板では、セラミック層の厚さが７０μｍ未満でも、さらには３０μｍというように小さくても、ショートの発生は見られない。使用したセラミックペースト中の無機成分の含有量が大きいことで、該セラミックペーストから形成された絶縁部のセラミックがその周囲のセラミック層に比べても緻密になり、ビア中の金属イオンの拡散が困難になった結果、層間ショートを防止できたと考えられる。

平坦性についても、無機成分含有量が９２．５〜９５．０重量％のセラミック多層基板では、問題が無く、基板上下面へのスクリーン印刷による回路配線パターン形成を良好に行うことができた。セラミックペーストを貫通孔に充填するため、グリーンシートの層厚さが変化することがないので、基板形成後も平坦性を確保できたと考えられる。

これに対し従来のセラミック多層基板では、既述したように積層時に絶縁ペーストを印刷した箇所でその膜厚分だけ層厚さが増し平坦性が損なわれる。
図８は本発明の第２の実施形態のセラミック多層基板の断面図である。このセラミック多層基板１０は、焼成前のグリーンシート積層体に比べて、厚み方向にも平面方向にも収縮して形成されている。

これは、第１の実施形態と同様にグリーンシート積層体を形成したのであるが、その両主面にアルミナシートを積層せずに焼成する手法をとったためである。すなわち、グリーンシート積層体を大気中にて加熱して各グリーンシート中のバインダーを除去し、ピーク温度９００℃で２時間焼成することにより、セラミック多層基板１０を得ている。

このようなセラミック多層基板で、焼成後のセラミック層の厚さが３０μｍ以上７０μｍ未満となるものでも、層間ショートの有無、基板の平坦性について、第１の実施形態のものと同様の試験結果を得ることができた。

本発明は、平坦性に優れ且つ層間ショートが発生しない薄型のセラミック多層基板の製造に有用である。

本発明の第１の実施形態のセラミック多層基板の断面図 図１のセラミック多層基板を製造する第１の工程を示す断面図 図１のセラミック多層基板を製造する第２の工程を示す断面図 図１のセラミック多層基板を製造する第３の工程を示す断面図 図１のセラミック多層基板を製造する第４の工程を示す断面図 図１のセラミック多層基板を製造する第５の工程を示す断面図 図１のセラミック多層基板を製造する第６の工程を示す断面図 本発明の第２の実施形態のセラミック多層基板の断面図 従来のセラミック多層基板の断面図 従来のセラミック多層基板の非平坦性を示す断面図

５ 絶縁部
６ 回路配線パターン
７ ビア
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ セラミック層
９ａ、９ｂ、９ｃ グリーンシート
１０ セラミック多層基板
１１ 第１の貫通孔
１２ 第２の貫通孔
１３ グリーンシート積層体

Claims (7)

1. 所定の位置に回路配線パターンとビアとが形成された複数のセラミック層からなるセラミック多層基板において、
   互いに上下に位置する前記ビアと前記回路配線パターンとの間に介在するセラミック層における、前記ビアと回路配線パターンとが重なり合う領域に、無機成分の含有量が周囲よりも高い絶縁部が形成されていることを特徴とするセラミック多層基板。
2. 前記絶縁部の無機成分が、周囲の前記セラミック層の無機成分と同一である請求項１に記載のセラミック多層基板。
3. 前記セラミック層の各々の厚みが３０μｍ以上７０μｍ未満である請求項１または請求項２のいずれかに記載のセラミック多層基板。
4. 所定の位置に回路配線パターンとビアとが形成された複数枚のグリーンシートを積層し焼成することによりセラミック多層基板を製造する方法において、
   互いに上下に配置される前記ビアと前記回路配線パターンとの間に配置されるグリーンシートにおける、前記ビアと回路配線パターンとが重なり合う領域に貫通孔を形成し、この貫通孔に前記各グリーンシートよりも無機成分の含有量が高いセラミックペーストを充填することを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
5. 前記セラミック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４に記載のセラミック多層基板の製造方法。
6. 前記セラミックペーストの無機成分の含有量が９２．５〜９５．０重量％である請求項４または請求項５のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
7. 前記グリーンシートは、焼成後の層厚さが３０μｍ以上７０μｍ未満となるように設計され形成されている請求項４〜請求項６のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。

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