JP2013165149A

JP2013165149A - 多層セラミック基板、およびその製造方法

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Publication number: JP2013165149A
Application number: JP2012027045A
Authority: JP
Inventors: Yoriichi Koizumi; 頼一小泉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-08-22

Abstract

【課題】外部機器との電気的接続に用いられる多層セラミック基板の接続用導体パットにおいて、組立工程中および組立後の熱的、機械的ストレスによって接続用導体パットの膜密着性が劣化し、膜が剥れる問題があった。
【解決手段】接続用導体パット２０周辺の一部の導体部をセラミック基板２に埋没させ、補強することにより、接続用導体パット２０の膜密着性の劣化を防ぐ。また、接続用導体パット２０の剥れの起点となる導体部を延長し、その延長部をセラミック層で覆うことにより補強する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層セラミック基板、およびその製造方法に関する。

今日、多層セラミック基板は、高周波回路のパッケージ基板として広く用いられている。近年、機器の小型化と低コスト化のため基板サイズは小さくなってきており、搭載部品や外部機器との信号接続を行うための接続用導体パットはより小さく、高密度化している。

多層セラミック基板と外部機器の配線は、はんだ付け、ワイヤボンド、リボンボンド等により接合されることが多い。この接合は熱圧着、超音波接合等により施され、基板に形成される接続用導体パットは、接合に必要な最小限のサイズとなっている。そのため、基板端面に近い部分に接続用導体パットが形成され、接続用導体パットの面積は上記接合の所要面積にほぼ等しくなっている。特にリボンボンド接合においては、接続相手との距離を短くする必要上から、接続用導体パットの端部近傍まで接合部分が及ぶことが多い。このため外部機器とセラミック基板との接合部において、線膨張率差に起因する応力が発生し、特に接続用導体パットの端部に応力が集中する。その結果、接続用導体パットが端部から剥離しやすいという問題がある。

また、接続用導体パットは、その導体の酸化を防ぐためにニッケルを下地とした金めっきが施されることが多い。金めっきによるニッケルの腐食作用により、パット端部にダメージを負い密着強度は更に弱くなることが確認されている。

特許文献１には、以上の課題を解決する方法として、誘電体ペーストを用いてスクリーン印刷法により電極パットの一部を誘電体層で覆い、密着力を上げる方法が記載されている。また、特許文献２によれば、接続用導体パットのメタライズ強度を向上させる方法として、導体ペースト中の金属粒子径や、膜厚を厚くする方法が記載されている。

特開平０７−１７６８６４号公報特開平０９−１９９８５１号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来の製造方法では、接続用導体パットの表面の一部が誘電体で覆われることになり、パットサイズ小さくなって接続が難しくなる。また、補強用の誘電体ペーストが接続用導体パット周辺に盛り上がる形となり、接合に支障を生じる。

また、特許文献２に示す従来の製造方法では、導体ペースト中の金属粒子径や、膜厚を厚くすることは、特に接続用導体パット端部の密着を何ら改善するものではなく、逆にセラミック基板全体の反りの原因となる問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、多層セラミック基板の接続用導体パット端部における密着強度を確保するとともに、剥離を抑制する多層セラミック基板、およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による多層セラミック基板は、多層に積層されたセラミック層と、上記セラミック層の表面に形成された導体部、及び当該導体部の端部から延在した延長部からなる導体パットと、を備え、上記延長部が上記セラミック層の内部に形成されたことを特徴とする。また、上記延長部は、上記セラミック層の内部の斜め下方もしくは真下に向かって延在しても良い。また、上記延長部は、上記セラミック層の内部でＵ字形状に屈曲しても良い。

また、本発明による多層セラミック基板の製造方法は、積層されたグリーンシートに導体ペーストを印刷した後、当該導体ペーストの上表面もしくは周囲端部に面してセラミックペーストを印刷する印刷工程と、上記印刷工程後、上記導体ペーストおよびセラミックペーストを押圧するプレス工程と、上記プレス工程後、上記グリーンシートを焼成する焼成工程と、を備えて、セラミック層表面に形成される導体部の端部から延在する延長部を、当該セラミック層の内部に形成するものであっても良い。

本発明によれば、基板端部の接続用導体パットにおいて、十分な接合強度を有する多層セラミック基板が簡易に製造でき、品質向上に寄与する。

実施の形態１に係る多層セラミック基板の構成を示す図であり、（ａ）は断面を示す模式図、（ｂ）は接続用導体パット端部を拡大した断面模式図である。実施の形態１に係る接続用導体パット端部の形状を示す図であり、（ａ）は第１の態様の平面図、（ｂ）は第２の態様の平面図である。実施の形態１に係る接続用導体パット端部の形状を示す図であり、（ａ）は第３の態様の平面図、（ｂ）は第４の態様の平面図、（ｃ）は第５の態様の平面図、（ｄ）は第６の態様の平面図である。実施の形態１に係る接続用導体パット端部の形状を示す図であり、（ａ）は第７の態様の平面図、（ｂ）は第８の態様の平面図である。実施の形態１に係る多層セラミック基板の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態１に係る多層セラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。実施の形態２に係る多層セラミック基板の接続用導体パット端部を拡大した断面模式図である。実施の形態２に係る多層セラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。実施の形態３に係る多層セラミック基板の接続用導体パット端部を拡大した断面模式図である。実施の形態３に係る多層セラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。実施の形態４に係る多層セラミック基板の接続用導体パット端部を拡大した断面模式図である。実施の形態４に係る多層セラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。実施の形態５に係る多層セラミック基板の接続用導体パット端部を拡大した断面模式図である。

以下に、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではなく、当該実施の形態には、当業者が容易に想到できるものや実質的に同一のものが含まれることは言うまでもない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１による多層セラミック基板の構成を示す図であり、（ａ）は断面模式図、（ｂ）は接続用導体パット端部を拡大した断面模式図である。図２は、実施の形態１による多層セラミック基板の接続用導体パットが設けられた図１（ａ）の部分１を拡大した断面模式図であり、（ａ）は第１の態様の平面図、（ｂ）は第２の態様の平面図である。図１、２において、実施の形態１による多層セラミック基板１０は、多層に積層されてなるセラミック層２と、セラミック層２の上に形成された接続用導体パット２０を含む導体パットから構成される。接続用導体パット２０は、セラミック層２の上に形成された導体部３と、更に導体部３の上に形成されためっき層４からなる。導体部３は、その端部から延長された導体延長部３ａがつながっており、この導体延長部３ａはセラミック層２の内部に埋没している。

図２は、実施の形態１による多層セラミック基板の接続用導体パットの端部形状を拡大した模式図であり、（ａ）は第１態様の端部形状の平面図、（ｂ）は第２態様の端部形状の平面図である。図３は、実施の形態１による多層セラミック基板の接続用導体パットの端部形状を拡大した模式図であり、（ａ）は第３態様の端部形状の平面図、（ｂ）は第４態様の端部形状の平面図、（ｃ）は第５態様の端部形状の平面図、（ｄ）は第６態様の端部形状の平面図である。なお、導体部３の上にはめっき層４が形成されているが、ここではめっき層４の図示を省略して、基板表面に導体部３が露出した状態で図示している。また、基板内部に埋没している導体延長部３ａは破線で示す。

図２（ａ）の第１態様に示す通り、多層セラミック基板１０の接続用導体パット２０の端部は、基板表面に露出した導体部３および基板内部に埋没している導体延長部３ａが、何れも角部が直角であっても良い。また、図２（ｂ）の第２態様に示す通り、基板内部に埋没している導体延長部３ｂは、基板表面に露出した導体部３の幅より狭くなっており、角部が面取りされている。

また、図３（ａ）の第３態様に示す通り、基板内部に埋没している導体延長部３ｃは、基板表面に露出した導体部３の幅より狭くなっており、端部が三角形状になっている。また、図３（ｂ）の第４態様に示す通り、基板内部に埋没している導体延長部３ｄは、基板表面に露出した導体部３の幅より狭くなっており、端部が半円形状になっている。

また、図３（ｃ）の第５態様に示す通り、基板内部に埋没している導体延長部３ｅは、その幅が基板表面に露出した導体部３の幅よりも台形状に僅かに拡がり、角が直角をなす形状になっている。また、図３（ｄ）の第６態様に示す通り、基板内部に埋没している導体延長部３ｆは、その幅が基板表面に露出した導体部３の幅よりも僅かに大きく、角が直角をなす矩形状になっている。このように、導体延長部３ｅ，３ｆは、基板表面に露出した導体部３の幅より拡げることで、接続用導体パット２０の配線ピッチの小型化にはやや不利であるものの、接続用導体パット２０の耐剥離性はより向上することとなる。

更に、図４は、実施の形態１に係る接続用導体パット端部の形状を示す図であり、（ａ）は第７態様の平面図、（ｂ）は第８態様の平面である。基板内部に埋没している導体延長部３ｇは、図４（ａ）、（ｂ）における導体延長部３ｇ、３ｈのように、接続用導体パットの導体部３の端部より延長された導体の全てまたは一部を、幅の狭い幾つかの導体に分割しても良い。図４（ａ）の導体延長部３ｇは３つの導体に分割された例、図４（ｂ）の導体延長部３ｈは２つの導体に分割された例を示している。

なお、これまで述べた図２乃至図４の導体延長部３ａ乃至３ｈの各態様は、単独で形成しても良いし、複合した形状としても良い。

次に、多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。図５は、実施の形態１に係る多層セラミック基板１０の製造方法を示すフローチャートである。
まず、ＶＩＡ（ビア）導体を形成するためにＶＩＡホールを形成する穴あけ（穴あけ工程）を実行する（ステップＳ１）。
この穴あけ工程は、複数枚のセラミックグリーンシート（以下「グリーンシート」と表記する）に対して、パンチングなどの方法で穴を形成する工程である。使用するグリーンシートは、例えば厚さ１００μｍ、形成する穴は例えば１５０μｍである。

穴あけ工程が完了した後、穴あけ工程で形成したＶＩＡホールに導体ペーストを充填する工程（ＶＩＡ充填工程）を行う（ステップＳ２）。
このＶＩＡ充填工程では、例えばスクリーン印刷法を用いて導体ペーストが充填される。

ＶＩＡ充填工程が完了した後、配線などの導体パターンをグリーンシートに印刷する工程（パターン印刷工程）を行う（ステップＳ３）。
導体パターンを印刷するに当たっては、例えばスクリーン印刷法を用いる。このようにして、必要な種類、枚数を同様に用意する。

パターン印刷工程が完了した後、積層・プレス工程を行う（ステップＳ４）。
この積層・プレス工程は、ＶＩＡ導体および導体パターンが形成されたグリーンシートを積層させてプレスする工程である。グリーンシートを積層する際は、例えば、平面上の同一箇所に加工された穴を合わせることによって、グリーンシート同士の相対位置を合わせた上で積層する。

また、プレス加工の方法は、例えば液体を媒体とした等方水圧プレス法を用いることができる。プレス方法はこれに限定されることはなく、グリーンシート同士を密着させることができれば、どのようなプレス方法でも適用可能である。

積層・プレス工程が完了したら、積層体を焼成する（焼成工程）（ステップＳ５）。
焼成後、表面に露出している導体にめっきを施す（めっき工程）（ステップＳ６）。
その後、積層体を切断して個々の多層セラミック基板に分離する。このような工程によって、多層セラミック基板を製造できる。

次に、実施の形態１に係る図１に示す多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施の形態１に係る多層セラミック基板の製造方法を示す断面模式図であり、図５のフローチャートの一部である、パターン印刷工程（ステップＳ３）、および積層プレス工程（ステップＳ４）の一例を示している。図６では、導体部３の延長部となる導体延長部３ａについてのみ説明するが、導体延長部３ｂ乃至３ｈについても同様にして製造することができる。

図示しない穴あけ工程（ステップＳ１）およびＶＩＡ充填工程（ステップＳ２）が完了した後、ステップＳ３に対応した図６（ａ）の工程にて、ＶＩＡ充填されたグリーンシート５の上に導体ペースト６が印刷される。この印刷の際、接続用導体パットの導体部３とその延長部となる導体延長部３ａが同時に印刷される。

続いて、ステップＳ３の図６（ｂ）に示す工程にて、接続用導体パットの導体部３の導体延長部３ａだけを覆うように、当該導体ペースト６の上表面もしくは周囲端部に面してセラミックペースト７を印刷する。セラミックペースト７は、グリーンシートに溶剤を加えペースト状にしたものである。

その後、図６（ｃ）に示すステップＳ４の積層工程にて、印刷および積層のなされたグリーンシート５の上面に、表面の平坦なプレート８を乗せてプレスする。

その後、セラミックペースト７とグリーンシート５は焼成工程にて一体化し、セラミック層２となる。かしくて、図１（ｂ）のように導体延長部３ａはセラミック層２に埋没した形状となる。

これによって、接続用導体パット２０周辺の一部をセラミック基板１０に埋没させ、補強することにより、膜密着性の劣化を防ぐ。また、接続用導体パット２０の剥れの起点となる導体部３を延長し、その導体延長部３ａ乃至３ｈをセラミック誘電体（セラミック層２）で覆うことにより補強する。これによって、基板端部の接続用導体パットにおいて、十分な接合強度を有する多層セラミック基板が簡易に製造でき、品質向上に寄与する。

以上説明した通り、実施の形態１による多層セラミック基板１０は、多層に積層されたセラミック層２と、上記セラミック層２の表面に形成された導体部３、及び導体部３の端部から延在した導体延長部３ａ（延長部）からなる接続用導体パット１０（導体パット）と、を備え、上記導体延長部３ａが上記セラミック層２の内部に形成されて埋没してなることを特徴とする。

また、実施の形態１による多層セラミック基板１０の製造方法は、積層されたグリーンシート５に導体ペースト６を印刷した後、当該導体ペースト６の上表面もしくは周囲端部に面してセラミックペースト７を印刷する印刷工程と、上記印刷工程後、上記導体ペースト６およびセラミックペースト７を押圧するプレス工程と、上記プレス工程後、上記グリーンシート５を焼成する焼成工程と、を備えて、セラミック層２の表面に形成される導体部３の端部から延在する導体延長部３ａ（延長部）を、当該セラミック層の内部に形成するものであっても良い。

このように実施の形態１に係る多層セラミック基板１０およびその製造方法は、接続用導体パット２０の密着性を向上させ、導体部３の形成する導体パットについて、剥離が生じることはない。これにより多層セラミック基板１０を用いた高周波回路基板の品質がより安定する。

以降では、実施の形態１で説明した接続用導体パット２０において、導体部３の埋没部分に関する各種実施の形態について説明する。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２による多層セラミック基板１０において、接続用導体パット２０の端部を拡大した部分１の断面模式図である。図８は、実施の形態２による多層セラミック基板１０の製造方法を示す断面模式図である。図７において、導体延長部３ｉは、導体部３の端部から延長され、端部がセラミック層２内部の斜め下方向に向かってセラミック層２の内部に埋没している。なお、上面から見た導体延長部３ｉの端部形状は、導体延長部３ｂ乃至３ｈのように各種形状に成形されていても良い。

次に、図８に示す多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。図５のフローチャートの一部であるパターン印刷工程（ステップＳ３）が、図５の説明通りに実施された後、図８に示す実施の形態２の積層プレス工程（ステップＳ４）が行われる。

図８（ａ）において、接続用導体パット導体部３とその延長部となる埋没前の導体延長部３ｉは、グリーンシート５の上に印刷されている。また、埋没前の導体延長部３ｉを覆うように、グリーンシート５上にセラミックペースト７が印刷されている。
ここで、別のグリーンシート５ｂが、セラミックペースト７上に積層される。

更に、図８（ｂ）において、グリーンシート５ｂの上面に表面の平坦なプレート８を乗せて、グリーンシート５ｂがプレスされる。これによって、導体延長部３ｉとともに、グリーンシート５ｂおよびセラミックペースト７が押し潰されてセラミック層に埋没する。

その後、セラミックペースト７とグリーンシート５ｂは焼成工程にて一体化され、セラミック層２となる。かくして、図７に示すように導体延長部３ｉは、斜め下に向かって折れ曲がって、セラミック層２に埋没した形状となる。

このように実施の形態２に係る多層セラミック基板１０およびその製造方法は、導体延長部３ｉが、セラミック層２の内部の斜め下方に延在するものであっても良い。これによって、接続用導体パット２０の密着性を向上させ、導体部３の形成する導体パットについて、剥離が生じることはない。これにより、多層セラミック基板１０を用いた高周波回路基板の品質がより安定する。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３による多層セラミック基板１０において、接続用導体パット２０の端部を拡大した部分１の断面模式図である。図１０は、実施の形態３による多層セラミック基板１０の製造方法を示す断面模式図である。図９において、導体部３の端部から延長された導体延長部３ｊは、端部がセラミック層２内部の真下方向に向かってセラミック層２の内部に埋没している。

次に、図１０に示す多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。図５のフローチャートの一部であるパターン印刷工程（ステップＳ３）および積層プレス工程（ステップＳ４）において、図１０に示す実施の形態３の工程が行われる。

図１０（ａ）において、図示しない穴あけとＶＩＡ充填されたグリーンシート５の上に、まずセラミックペースト７を印刷する。ここで、セラミックペースト７は、導体延長部３ｊが形成される領域を囲むように、グリーンシート５上に印刷される。この段階では、導体延長部３ｊが形成される領域において、グリーンシート５の表面が露出している。

次いで、図１０（ｂ）において、セラミックペースト７および導体延長部３ｊが形成される領域のグリーンシート５上に、導体ペースト６を印刷する。これによって、導体延長部３ｊが形成されるとともに、接続用導体パット導体部３とその導体延長部３ｊの上に導体ペースト６が同時に印刷される。

その後、図１０（ｃ）の積層工程にて、上面に表面の平坦なプレート８を乗せてプレスすることで、導体延長部３ｊがグリーンシート５内に埋没する。

続いて、セラミックペースト７とグリーンシート５は焼成工程にて一体化し、セラミック層２となる。かくして、図９に示すように、導体延長部３ｊは、真下に向かって湾曲してセラミック層に埋没した形状となる。

このように実施の形態３に係る多層セラミック基板１０およびその製造方法は、導体延長部３ｊが、セラミック層２内部の真下に向かって延在するものであっても良い。これにより、接続用導体パット２０の密着性を向上させ、導体部３の形成する導体パットについて、剥離が生じることはない。これにより多層セラミック基板１０を用いた高周波回路基板の品質がより安定する。

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４に係る多層セラミック基板１０において、接続用導体パット２０の端部を拡大した部分１の断面模式図である。図１２は、実施の形態４による多層セラミック基板１０の製造方法を示す断面模式図である。図１１において、導体部３の端部から延長された導体延長部３ｋは、セラミック層２の内部でＵ字形状に折り返して、接続用導体パット導体３の直下に埋没している。

次に、図１２に示す多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。図５のフローチャートの一部であるパターン印刷工程（ステップＳ３）および積層プレス工程（ステップＳ４）において、図１２に示す実施の形態４の工程が行われる。

図１２（ａ）において、図示しない穴あけとＶＩＡ充填されたグリーンシート５の上に、まず導体ペースト６により導体延長部３ｋの形成前の導体３ｋ−１を印刷する。
次に、図１２（ｂ）において、セラミックペースト７を、導体３ｋ−１を囲むようにグリーンシート５上に印刷する。

次いで、図１２（ｂ）において、セラミックペースト７上に、導体ペースト６を印刷する。このとき、導体３ｋ−１を同時に印刷する。その後、積層工程にて、上面に表面の平坦なプレート８を乗せてプレスする。

続いて、図１２（ｃ）において、セラミックペースト７とグリーンシート５は焼成工程にて一体化し、セラミック層２となる。かくして、図１１に示すように、導体延長部３ｋは、Ｕ字形状に湾曲してセラミック層に埋没した形状となる。

このように実施の形態４に係る多層セラミック基板１０およびその製造方法は、導体延長部３ｋが、セラミック層２の内部でＵ字形状に屈曲しても良い。これにより、接続用導体パット２０の密着性を向上させ、導体部３の形成する導体パットについて、剥離が生じることはない。これにより多層セラミック基板１０を用いた高周波回路基板の品質がより安定する。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５に係る多層セラミック基板１０において、接続用導体パット２０の端部を拡大した部分１の断面模式図である。図１３において、導体延長部３ｌは、接続用導体パット２０の導体部３の端部から延長され、下方に向かってセラミック層２の内部に埋没している。即ち、導体延長部３ｌは、導体部３から垂直にパット下方に延長している。

次に、図６に示す多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。実施の形態５では、図５のフローチャートの穴あけ工程（ステップＳ１）にて、延長部となるＶＩＡ穴を開ける。次いで、ＶＩＡ充填工程（ステップＳ２）にて延長部となるＶＩＡ穴に導体を形成する。

その後、パターン印刷工程（ステップＳ３）において、導体パターンを印刷し、導体部３を形成する。その際、接続用導体パット２０とその延長部である導体延長部３ｌとが、接続される。更に、積層工程（ステップＳ４）にて、上面に表面の平坦なプレート８を乗せてプレスした後、焼成後は導体延長部３ｌがセラミック基板に埋没した形状となる。

以上、実施の形態５では、上述した製造工程を経ることによって、セラミック基板の内部に、ＶＩＡ導体として埋没した導体延長部３ｌを持つ所望の接続用導体パット２０が形成されるので、それらのアンカー効果により、密着性が向上する。

２セラミック層、３導体部、３ａ〜３ｌ導体延長部、４めっき層、５，５ｂグリーンシート、６導体ペースト、７セラミックペースト、８金属プレート、１０多層セラミック基板、２０接続用導体パット。

Claims

多層に積層されたセラミック層と、
上記セラミック層の表面に形成された導体部、及び当該導体部の端部から延在した延長部からなる導体パットと、
を備え、
上記延長部が上記セラミック層の内部に形成された多層セラミック基板。
上記延長部は、上記セラミック層の内部の斜め下方もしくは真下に向かって延在する請求項１記載の多層セラミック基板。
上記延長部は、上記セラミック層の内部でＵ字形状に屈曲した請求項１記載の多層セラミック基板。
積層されたグリーンシートに導体ペーストを印刷した後、当該導体ペーストの上表面もしくは周囲端部に面してセラミックペーストを印刷する印刷工程と、
上記印刷工程後、上記導体ペーストおよびセラミックペーストを押圧するプレス工程と、
上記プレス工程後、上記グリーンシートを焼成する焼成工程と、
を備えて、
セラミック層表面に形成される導体部の端部から延在する延長部を、当該セラミック層の内部に形成する多層セラミック基板の製造方法。