JP4858538B2 - 多層セラミック電子部品、多層セラミック基板、および多層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
セラミック基材層と、前記セラミック基材層の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制層とを積層することにより形成され、所定の導体パターンを有する多層セラミック素体と、
前記多層セラミック素体の第1主面の一部領域に設けられ、ポーラスなセラミック成形体に樹脂が含浸された構造を有し、かつ、少なくとも前記樹脂により前記第1主面に固着されてなる台座部と、
一方側端面が前記台座部の表面に露出するような態様で、前記台座部に設けられたビアホール導体と、
前記台座部の表面に露出した前記ビアホール導体の前記一方側端面に導電性接合材を介して接続された表面実装型電子部品と
を具備することを特徴としている。
セラミック基材層と、前記セラミック基材層の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制層とを積層することにより形成され、所定の導体パターンを有する多層セラミック素体と、
前記多層セラミック素体の第1主面の一部領域に設けられ、ポーラスなセラミック成形体に樹脂が含浸された構造を有し、かつ、少なくとも前記樹脂により前記第1主面に固着されてなる台座部と、
一方側端面が前記台座部の表面に露出するような態様で、前記台座部に設けられたビアホール導体と、
を具備することを特徴としている。
未焼結セラミック基材層と、前記未焼結セラミック基材層の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制層とが積層され、所定の導体パターンを有する、未焼成の多層セラミック素体を作製する工程と、
前記多層セラミック素体の第1主面の一部領域に、ポーラスなセラミック成形体からなり、一方側端面がその表面に露出するビアホール導体を備えた台座部を設ける工程と、
前記台座部を備えた未焼成の多層セラミック素体を焼成する工程と、
前記台座部の表面に露出した前記ビアホール導体の一方側端面に、導電性接合材を介して表面実装型電子部品を搭載する工程と、
前記台座部と前記表面実装型電子部品との間、ならびに、ポーラスなセラミック成形体からなる前記台座部に樹脂を充填し、硬化させることにより、前記ポーラスなセラミック成形体に樹脂が含浸された構造を有する台座部を形成する工程と
を具備することを特徴としている。
なお、台座部の構成例としては、例えば、多層セラミック素体の第1主面に配置した未焼成のセラミック成形体を熱処理して、主要部または一部を焼結させ、あるいは、実質的に焼結していないが所定形状を保つようなポーラス状態にした、非金属無機粉末であるセラミック粉末の集合体、すなわち、ポーラスなセラミック成形体に、樹脂を含浸、硬化させることにより、多層セラミック素体の第1主面に少なくとも樹脂により固着させた台座部が例示される。なお、台座部を構成するセラミックが多層セラミック素体を構成するセラミックとともに焼結するものである場合には、上記樹脂による接着力のみではなく、台座部を構成するセラミックと、多層セラミック素体を構成するセラミックによる固着力によっても台座部が多層セラミック素体に固着される場合がある。
なお、本願発明において、台座上に搭載される表面実装型電子部品としては、例えば、トランジスタ、IC、LSIなどが例示されるが、本願発明の多層セラミック電子部品の構造は、高密度に狭ギャップI/O端子を、ほぼ同一平面内に多数有する表面実装型電子部品の実装構造に適していることから、例えば、IC、LSIなどのBGA(Ball Grid Array)接続型の大型半導体素子をベアチップで搭載する場合に特に有意義である。
なお、この表面実装型電子部品は、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップサーミスタ、チップインダクタなどの、台座上に配置される表面実装部品に比べて、I/O端子の数が少ない受動素子であってよい。
すなわち、多層セラミック素体の表面である第1主面にも収縮抑制層を配設するようにした場合、収縮抑制層に対してはセラミック層によって圧縮応力が発生し、逆に、セラミック層に対しては収縮抑制層から、無収縮化のための引っ張り応力が発生する。そして、一般的に、セラミック基板の強度は、その表面に圧縮応力が作用している状態における方が大きくなる。したがって、多層セラミック素体の強度を向上させる見地からは、多層セラミック素体の表面である第1主面側にも収縮抑制層が位置していることが好ましい。
なお、台座部の厚みが30μm未満になると、落下時などにおける衝撃が、台座部とセラミック素体との接合部に集中しやすくなるため、衝撃に対する破断抑制効果が減少して、耐衝撃性が不十分になり、また、台座部の厚みが150μmを超えると、半導体素子などの表面実装型電子部品と台座部との間に、十分に樹脂を充填することが困難になるため好ましくない。したがって、台座部の厚みは30〜150μmの範囲とすることが望ましい。
2 第2のセラミック層
3 内部面内導体
4 多層セラミック素体
5 外部導体
6 端子電極
7 ビアホール導体
10 多層セラミック基板
11 台座部
13 半導体素子
14 多層セラミック素体の上面(第1主面)
15 はんだ
15a はんだペースト
16 樹脂層
17 台座部用ビアホール導体
17a 一方側端面(上側端面)
17b 他方側端面
21 非金属無機粉末(セラミック粉末)
22 樹脂
23 表面実装型電子部品
31 キャリアフィルム
32 グリーンシート
33 貫通孔
34 導電性ペースト
35 研磨ロール
40 プリント配線基板
41 樹脂製筐体
A 多層セラミック電子部品
また、台座部を構成する非金属無機粉末材料として、第2のセラミック層を構成するセラミック材料とは組成の異なる種々のセラミックグリーンシートを用いることも可能である。
また、台座部を構成する非金属無機粉末材料としては、第1のセラミック層を焼成する際に焼結しないセラミック材料に、ガラスなどの非金属無機成分を含んでいてもよい。
なお、ガラス材料の含有量が0.3重量部未満の場合、台座部の強度が不十分になり、ハンドリング性に劣る場合がある。また、ガラス材料の含有量が50重量部を超えると、焼成によって台座部に空隙が十分に生じず、樹脂の含浸が妨げられる場合がある。なお、ガラス材料の種類や組成にもよるが、ガラス材料の含有量は通常1〜15重量部の範囲とすることがより好ましい。
さらに、台座部11と半導体素子13の隙間には、台座部11に用いられている樹脂と同組成の樹脂が充填されてなる樹脂層16が配設されている。
なお、第2のセラミック層2には、第2のセラミック層が焼成中に収縮挙動を生じない範囲で、第2のセラミック層の固着部材となるガラス成分が含まれていても構わない。このガラス成分としては、第1のセラミック層1に添加されるガラス成分や、焼成中に第1のセラミック層1に生成されるガラス成分とほぼ同組成のガラスを用いることが望ましい。
次に、この実施例1の多層セラミック電子部品Aの製造方法について説明する。
なお、台座部11としては、第1のセラミック材料の焼成温度では焼結しない非金属無機粉末(例えば、アルミナ、ジルコニア、GaNのようなセラミック粉末)を主成分とするグリーンシートに、例えば、AgまたはCuを主成分とするビアホール導体を設けたものを用意し、これを図5に示すように、未焼成の多層セラミック素体4の所定の位置に配設し、未焼成の多層セラミック素体4とともに焼成することにより形成することができる。台座部11の厚みは、焼成後において、30〜150μmの範囲になるような厚みとすることが好ましい。
なお、未焼成の多層セラミック素体4の第1主面14上に配置されるべき台座部11(焼成前の台座部)は、例えば、以下に説明するような方法により製造することができる。
なお、図9(c)の状態のままでは、各貫通孔33に充填された導電性ペースト34どうしが短絡するおそれがあるので、図9(d)に示すように、研磨ロール35によりグリーンシート32の表面を研削し、表面を覆う導電性ペースト34とグリーンシート32の上面側の一部を除去するとともに、上面の平坦化を行う。これにより、図9(e)に示すような、上面が平坦で、短絡のおそれのない、狭ピッチのビアホール導体を有する台座部(未焼成の台座部)11が形成される。
また、第2のセラミック層を構成するセラミック材料と同じセラミック材料からなるセラミックグリーンシートを、台座部形成用のグリーンシートとして用いることも可能である。
また、第2のセラミック層を構成するセラミック材料とは組成の異なる種々のセラミックグリーンシートを用いることも可能である。
また、このとき、多層セラミック素体4は、第1のセラミック材料が焼結し、かつ、第2のセラミック材料が焼結しない温度で焼成される。これにより、第1のセラミック材料からなる第1のセラミック層1が収縮しようとする際に、第2のセラミック材料からなる収縮抑制層である第2のセラミック層2は、第1のセラミック層1の収縮を抑制するように作用する。これにより、寸法精度の高い多層セラミック基板10を作製することが可能になる。この実施例1の場合のような方法で焼成を行った場合、厚み方向には収縮する(未焼成時の厚みの45〜65%程度にまで収縮する)が、厚み方向と直交する平面方向にはほとんど収縮しないように焼成することができる。
なお、焼成雰囲気は、第1のセラミック材料の種類や導電性ペースト膜に含まれる導電性粉末の種類などに応じて、適宜調整される。
表面実装型電子部品としては、形成される回路に応じて、種々のものを実装することができる。具体的には、トランジスタ、IC、LSIなどの能動素子や、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップサーミスタ、チップインダクタなどの受動素子が例示される。
この実施例1では、特にIC、LSIなどのベアチップ実装タイプの半導体素子を実装する場合を例にとって説明する。
なお、このとき、多層セラミック素体4の第1主面14の台座部11が配設されていない領域に配設された、他の表面実装型電子部品(積層セラミックコンデンサなど)23(図7参照)を実装するための外部導体5にもはんだペースト15aを塗布する。
そして、樹脂を加熱硬化させることにより、台座部11を樹脂により多層セラミック素体4の第1主面14に固着させる。なお、この実施例1では、樹脂としてシリカフィラーおよびエポキシ樹脂を用いた。
すなわち、台座部11は、セラミック粒子の集合体と、シリカフィラーと、これらの無機成分を互いに固着している樹脂とからなっており、台座部11と半導体素子13との間に、シリカフィラーが分散した状態の樹脂層16が形成された構造となっている。
上述のようにして作製した実施例1の多層セラミック電子部品Aを、図10に示すように、厚み1.0mmのプリント配線基板40上に、はんだペーストを用いてリフロー実装した後、多層セラミック電子部品Aが下面側になるように、概略直方体の樹脂製筐体41に、プリント配線基板40上に実装された多層セラミック電子部品Aを収納することにより、多層セラミック電子部品Aが樹脂製筐体41中に収納された構造を有する試料を作製した。
なお、試料は、多層セラミック電子部品A、プリント配線基板40、樹脂製筐体41の総重量が約100gとなるように調整した。
また、多層セラミック基板10を構成する台座部用ビアホール導体17の直径は100μmとなるようにした。
なお、落下高さは0.50mから、0.10mずつ段階的に高くし、破断が発生した落下高さを破断発生高さとして、耐衝撃性を評価した。その結果を表1に示す。
なお、この比較例で用いた多層セラミック電子部品は、台座部、台座部用ビアホール導体を備えていないことを除いては上記実施例1の多層セラミック電子部品と、概略同様の条件のものを作製して用いた。
また、樹脂注入性は、樹脂が台座部に浸透する度合いを示しており、十分に浸透したものを「良好」、十分に浸透しなかったものを「注入不十分」として評価している。
ただし、台座部用ビアホール導体の高さが150μmにまで高くなる(すなわち台座部の厚みが大きくなる)と、樹脂が十分に台座部内に浸透しなくなるため、耐衝撃性は特に良好といえるほどではなくなる。ただし、実用上可能な耐衝撃性は備えている。
一方、台座部用ビアホール導体の高さが15〜100μmの範囲においては、樹脂の注入性が良好で、耐衝撃性も特に良好、あるいは良好な結果が得られている。
したがって、本願発明は、多層セラミック基板や、多層セラミック基板に半導体素子その他の表面実装型電子部品を搭載した多層セラミック電子部品や多層モジュールなどの分野に広く適用することが可能である。
Claims (12)
- セラミック基材層と、前記セラミック基材層の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制層とを積層することにより形成され、所定の導体パターンを有する多層セラミック素体と、
前記多層セラミック素体の第1主面の一部領域に設けられ、ポーラスなセラミック成形体に樹脂が含浸された構造を有し、かつ、少なくとも前記樹脂により前記第1主面に固着されてなる台座部と、
一方側端面が前記台座部の表面に露出するような態様で、前記台座部に設けられたビアホール導体と、
前記台座部の表面に露出した前記ビアホール導体の前記一方側端面に導電性接合材を介して接続された表面実装型電子部品と
を具備することを特徴とする多層セラミック電子部品。 - 前記表面実装型電子部品と前記台座部との間に、前記台座部における前記樹脂と同組成の樹脂が充填されていることを特徴とする、請求項1記載の多層セラミック電子部品。
- 前記台座部の表面に露出した前記ビアホール導体の前記一方側端面に、導電性接合材を介して接続された表面実装型電子部品が、半導体素子であることを特徴とする、請求項1または2記載の多層セラミック電子部品。
- 前記多層セラミック素体の第1主面の、前記台座部が設けられていない領域にも、表面実装型電子部品が搭載されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- 前記ビアホール導体が前記台座部を貫通するように設けられており、前記台座部の表面に露出していない他方側端面が、前記多層セラミック素体の前記導体パターンに接続されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- 前記多層セラミック素体の前記第1主面には、前記収縮抑制層が配設されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- 前記台座部の面積が前記台座部上に搭載される表面実装型電子部品の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- 前記台座部の厚みが30〜150μmであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- 前記セラミック基材層が、低温焼結セラミックを主成分としており、前記収縮抑制層が、前記低温焼結セラミックの焼結温度では実質的に焼結しない難焼結性セラミックを主成分としていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- 前記台座部を構成する前記ポーラスなセラミック成形体が、前記セラミック基材層を構成するセラミックの焼結温度では実質的に焼結しないセラミック粉末の集合体であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の多層セラミック電子部品。
- セラミック基材層と、前記セラミック基材層の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制層とを積層することにより形成され、所定の導体パターンを有する多層セラミック素体と、
前記多層セラミック素体の第1主面の一部領域に設けられ、ポーラスなセラミック成形体に樹脂が含浸された構造を有し、かつ、少なくとも前記樹脂により前記第1主面に固着されてなる台座部と、
一方側端面が前記台座部の表面に露出するような態様で、前記台座部に設けられたビアホール導体と、
を具備することを特徴とする多層セラミック基板。 - 未焼結セラミック基材層と、前記未焼結セラミック基材層の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制層とが積層され、所定の導体パターンを有する、未焼成の多層セラミック素体を作製する工程と、
前記多層セラミック素体の第1主面の一部領域に、ポーラスなセラミック成形体からなり、一方側端面がその表面に露出するビアホール導体を備えた台座部を設ける工程と、
前記台座部を備えた未焼成の多層セラミック素体を焼成する工程と、
前記台座部の表面に露出した前記ビアホール導体の一方側端面に、導電性接合材を介して表面実装型電子部品を搭載する工程と、
前記台座部と前記表面実装型電子部品との間、ならびに、前記ポーラスなセラミック成形体からなる前記台座部に樹脂を充填し、硬化させることにより、前記ポーラスなセラミック成形体に樹脂が含浸された構造を有する台座部を形成する工程と
を具備することを特徴とする多層セラミック電子部品の製造方法。
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