JP4878084B2 - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度配線回路板の製造に用いられるセラミック多層基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度配線回路板の製造技術として、配線回路パターンが作製されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し焼成することで、多層回路が形成されたセラミック多層基板を得る方法が知られている。セラミックグリーンシートは、複数枚を重ねたあとでプレスして、シート同士を圧着しておくことで、シート表面に配置された配線回路パターンをシート中に埋込み、焼成後のセラミック多層基板における各層の一体性を向上させる。プレス工程において使用する積層プレートは回路基板の表面平滑性を持たせるために表面研磨処理が行われているが、この時の表面粗さＲａは０．５μｍ程度である。
【０００３】
セラミック多層基板には、回路板を別の印刷回路や電子部品に取り付けるためのボルト孔や、他の部品を装着するための係合孔などの空孔部が設けられる場合がある。セラミックグリーンシート積層体の取扱いを容易にするため、通常、積層体の両面に合成樹脂製の保護フィルムを貼り付けておくことが行われている。
【０００４】
さらに、焼成工程で、セラミックグリーンシート積層体が熱収縮を起こすことを防ぐために、積層体の両面に熱収縮を抑制するための熱変形抑制シートを配置しておくことが行われている。熱変形抑制シートには、セラミックグリーンシートがガラスセラミックからなる場合にはアルミナシートなどが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したセラミック多層基板の製造方法において、セラミックグリーンシートの積層体に空孔部があると、製造されたセラミック多層基板に、各層の剥がれや浮き上がりが発生し易いという問題がある。これは、セラミックグリーンシートを重ねてプレスしたときに、空孔部に存在する空気の逃げ場がないため、空気の一部がセラミックグリーンシート同士の隙間に入り込んでシート同士を剥がしたり浮き上がらせたりするものと考えられる。セラミックグリーンシートの積層体は、加圧時に両面に保護フィルムや熱変形抑制シートが配置されているため、空孔部から外部に空気を逃がすことができないのである。
【０００６】
また、セラミックグリーンシートの積層体の空孔部から空気を逃がす方法として、複数枚のセラミックグリーンシートが重ねられ、空孔部を有する積層体を、積層体の両面に配置された介装シート材とともに加圧したあと焼成して、セラミック多層基板を製造する方法であって、前記加圧工程の前に、前記積層体の前記空孔部から前記介装シート材の外面に連通する連通路を配置しておくことなどが特願２０００−２９９５６１号公報に記載されているが、さらに効率よく空孔部から外部に空気を逃がす方法が求められている。
【０００７】
本発明は、前記したセラミック多層基板の製造方法において、各層間に生じる剥がれや浮き上がりの発生を防止することが可能な製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートを重畳した、空孔部を有する積層体を、前記積層体の両面に配置された介装シート材とともに加圧した後焼成して、セラミック多層基板を製造する方法であって、前記加圧工程で用いる積層プレートの表面粗さＲａ（ただし、Ｒａは式（１）で表される数値である）が１〜３０μmであることを特徴とする。このように、積層プレートの表面を粗化することにより、さらに効率よく空孔部から外部に空気を逃がすことができる。
【０００９】
【数２】

【００１０】
（式（１）において、f(x)は、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長Ｌの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸としたときの粗さ曲線である。）
【００１１】
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法においては、空孔部の空気が、連絡路を通じ積層プレートの表面から外部に逃げることができるように、前記加圧工程の前に、前記積層体の前記空孔部から前記介装シート材の外面に連通する連絡路を配置しておくことが好ましい。これにより、シート同士の剥がれや浮き上がりが生じにくくなる。
【００１２】
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法においては、前記介装シート材が、合成樹脂からなる保護フィルムを含むものであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法においては、前記介装シート材が、前記積層体の焼成時における熱変形を抑制する熱変形抑制シートを含むものであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック多層基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートを重畳した、空孔部を有する積層体を、前記積層体の両面に配置された介装シート材とともに加圧した後焼成して、セラミック多層基板を製造する方法であって、前記加圧工程で用いる積層プレートの表面粗さＲａ（ただし、Ｒａは式（１）で表される数値である）が１〜３０μmである。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
〔セラミックグリーンシート〕
本発明において、セラミックグリーンシートは、通常のセラミック多層基板の製造に利用されるセラミックグリーンシートが使用できる。セラミック材料としては、アルミナやガラスセラミックスなどが用いられる。
【００１６】
セラミックグリーンシートの表面には、必要に応じて、配線回路パターンが作製される。配線回路パターンの作製法は、印刷法など通常の回路形成技術が適用される。配線回路パターンには、導体回路だけでなく抵抗やコンデンサーなどの機能部分を含んでいてもよい。
【００１７】
セラミックグリーンシートを重ね合わせる枚数は、必要に応じて適宜に設定でき、例えば数枚から数十枚の範囲で設定される。
【００１８】
加圧工程までの段階で、セラミックグリーンシートに形成される空孔部の配置形状は、前記したボルト孔や部品係合部など、セラミック多層基板の用途や要求性能に合わせて、適宜に設定される。空孔部は通常、セラミックグリーンシートを所定の枚数重ねた状態で、ドリル加工などで形成したり、個々のグリーンシートにパンチ加工で空孔部を形成したあと、所定の枚数を重ねたりすることで形成される。
【００１９】
〔空孔部〕
空孔部は、重ね合わせたセラミックグリーンシートを貫通していたり、片面に開口していたりする。予め空孔部が形成されたセラミックグリーンシートと、空孔部のないセラミックグリーンシートを重ねれば、両面に開口していない空孔部も形成できる。この場合、空孔部の空気を外部に逃がすために、空孔部から表面に開口する連通孔を配置しておくことができる。空孔部の大きさは、空気を通すことができる大きさであればよく、特に限定されないが、加工性の点から、０．５〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２０】
なお、セラミックグリーンシートには、いわるビアホールと呼ばれる小さな孔が形成される場合がある。但し、このビアホールは、内部に導体材料が充填されるので、ビアホール内に空気が存在することは少ない。したがって、このようなビアホールは、本発明における空孔部には含めない。
【００２１】
〔積層プレート〕
加圧工程で使用する積層プレートは、積層体に均一な圧力および熱を加えるためのものである。
【００２２】
積層プレートの素材としては、ステンレスなどが用いられ、表面はサンドブラストやエッチング等によって表面の表面粗さＲａが１〜３０μｍの範囲にあるよう粗化しておく。積層プレートの厚さは、特に制限されない。
【００２３】
ここで、表面粗さＲａとは、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長Ｌの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ曲線をy＝f(x)で表したとき、下式（１）で与えられる値である。
【００２４】
【数３】

【００２５】
本発明において、積層プレート表面の表面粗さＲａは、１〜３０μｍであり、好ましくは３〜２５μｍ、特に好ましくは５〜１５μｍである。積層プレートの表面粗さＲａが１μｍより小さいときは空孔部の空気を逃がす効果が十分ではなく、３０μｍを超える場合には基板表面の凹凸が大きくなってしまう。すなわち、基板表面の凹凸が大きいと、狭ピッチパッケージＩＣやベアＩＣなどを回路基板上に配置する際、接続不良が発生してしまう。
【００２６】
〔介装シート〕
介装シート材は、加圧工程において、セラミックグリーンシート積層体の両面に配置されて、空孔部の空気を逃がすことを妨げているシート部材である。例えば、セラミックグリーンシートの積層体を、積層工程から加圧工程に移送したり一時的に保管しておいたりする際に、比較的軟らかいセラミックグリーンシートを保護するために使用される保護フィルムや、熱変形抑制シート等がこれに該当する。保護フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などの合成樹脂からなるものが用いられる。
【００２７】
また、熱変形抑制シートは、セラミックグリーンシート積層体を焼成したときに、セラミックグリーンシートが過剰な熱変形を起こすことを抑制する機能を有するシート材料である。熱変形抑制シートはセラミックグリーンシート積層体の焼結温度よりも高い焼結温度を有する材料が使用される。比較的低温で焼成されるガラスセラミックスからなるグリーンシートの場合、ガラスセラミックスの焼成温度範囲では焼結しないアルミナシートが使用できる。熱変形抑制シートは、焼成工程後にセラミック多層基板から剥がして除去される。
【００２８】
セラミックグリーンシート積層体の両面に熱変形抑制シートを配置し、その外面に保護フィルムを配置することもできる。
【００２９】
〔連通路〕
連通路は、複数枚のセラミックグリーンシートと介装シート材との積層物において、セラミックグリーンシート積層体に有する空孔部を、介装シート材の外面と連通させる。
【００３０】
具体的には、セラミックグリーンシート積層体の表面に存在する空孔部の開口位置で、介装シート材に貫通孔を配置しておけばよい。介装シート材の貫通孔は、空孔部の空気を逃がすことができれば、空孔部と同程度の大きさか小さくてもよい。セラミックグリーンシート積層体に空孔部を加工する工程を、セラミックグリーンシート積層体と介装シート材とを重ねた状態で行えば、積層体の空孔部と介装シート材の連通路とが同時に作製できる。
【００３１】
介装シート材として通気性のある材料を使用すれば、介装シート材の全面が連通路として機能する。
【００３２】
〔加圧工程〕
加圧工程では、空孔部を有するセラミックグリーンシートの積層体と、連通路を有する介装シート材とが重ねられた状態で、加圧する。加圧工程の具体的作業は、通常のセラミック多層基板の製造技術と同様でよく、加圧工程には、通常のプレス加工装置が用いられ、加圧と同時に加熱することができる。
【００３３】
加圧工程では、セラミックグリーンシートの積層体、及び介装シート材が加圧されて厚み方向に圧縮される。空孔部の厚みも減少するので、空孔部内の空気は介装シート材の連通路を通過して表面から外部に逃げようとする。また、加圧と同時に加熱された場合には、熱膨張して体積が増えた空気も介装シート材の連通路を介して外部に逃げようとする。空孔内で圧縮された空気は介装シート材と表面粗化された積層プレートの隙間から逃げることができる。
【００３４】
〔焼成工程〕
焼成工程では、通常のセラミック多層基板と同様の工程が採用され、焼成温度や焼成時間は、セラミックグリーンシートの材料や要求性能に合わせて設定される。
【００３５】
介装シート材として熱変形抑制シートを用いていた場合には、焼成工程におけるセラミックグリーンシートの熱収縮を、両面に配置された熱変形抑制シートが抑制することになる。介装シート材に保護フィルムが含まれている場合には、焼成工程の前に保護フィルムを取り除いておく。
【００３６】
焼成工程を終えて得られたセラミック多層基板は、必要に応じて後加工が施される。例えば、セラミック多層基板の表面に配線回路パターンを作製したり、電子素子を実装したり、セラミック多層基板を別の電子部品と組み合わせたりすることが行われる。
【００３７】
図１、２に、複数枚のセラミックグリーンシートから、セラミック多層基板を製造する実施形態を示す。セラミックグリーンシート１は、ガラスセラミックからなり、図示を省略しているが、シート表面には導体材料を印刷するなどの手段で配線回路パターンが形成されている。
【００３８】
図１は、複数枚のセラミックグリーンシート１が重ねられ、その両面には熱変形抑制シート３、３が配置され、さらにその外面には保護フィルム４、４が配置されている。熱変形抑制シート３は、アルミナシートからなる。保護フィルム４は、ＰＥＴフィルムからなる。セラミックグリーンシート１の積層体には、両面に貫通する空孔部２が複数個所に配置されている。熱変形抑制シート３および保護フィルム４には、空孔部２と連通する連通路５が貫通形成されている。
【００３９】
具体的には、複数枚のセラミックグリーンシート１、熱変形抑制シート３および保護フィルム４を重ねた状態で、ドリル加工で、空孔部２と連通路５を同時に加工している。
【００４０】
図２は、加圧工程を示している。セラミックグリーンシート１、熱変形抑制シート３および保護フィルム４の積層物が、プレス加工装置の積層プレート６、６の間に配置される。積層プレート６、６で加圧すると、セラミックグリーンシート１同士が圧着されて一体化する。セラミックグリーンシート１の表面に形成されていた配線回路パターンはセラミックグリーンシート１の間に埋め込まれてしまう。したがって、セラミックグリーンシート１の全体の厚みは減少することになる。空孔部２では、内部に存在していた空気が圧縮されることになる。圧縮された空気は、連通路５を経て、積層プレート６と保護フィルム４との隙間から外部に逃げる。
【００４１】
その後のセラミックグリーンシート１に対する処理作業は、通常のセラミック多層基板の製造技術と同様に行う。
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
【００４２】
【実施例】
実施例１
ガラスセラミックグリーンシートに、パンチ加工でビア孔および部品挿入孔を貫通形成した。ビア孔の内径は０．１〜０．３ｍｍ程度、部品挿入孔の内径は０．
３〜２．５ｍｍ程度であった。ビア孔には導体ペーストを充填し、グリーンシートの表面には適宜の配線回路パターンを形成した。このようにして得られたグリーンシートを複数枚積層し、グリーンシート積層体の両面に、アルミナセラミックのグリーンシートからなる熱変形抑制シート、およびＰＥＴ樹脂からなる保護フィルムを積層した。なお、熱変形抑制シートおよび保護フィルムには、前記グリーンシートの部品挿入孔と同じ位置に、同径の連通孔をパンチ加工で貫通形成しておいた。
【００４３】
別に、積層プレートにサンドブラスト処理を行い、表面粗さＲａが１０μｍのものを作成した。これに、上記のグリーンシート積層体を重ね、さらに積層プレートを重ねて、８０〜１００℃、０．６〜１．０ＭＰａで、０．０５〜０．１時間加圧した後、さらに８０〜１００℃、９．８〜１４．７ＭＰａで０．０５〜０．１時間加圧した。グリーンシート積層体と熱変形抑制シートおよび保護フィルムは、仮加圧工程および本加圧工程を経て、全体が加圧一体化された状態になる。本加圧工程が終わり、次の焼成工程が開始される前に保護フィルムは除去しておく。
【００４４】
グリーンシート積層体および熱変形抑制シートを、９００℃で０．２５時間焼成して、セラミック多層基板を作製した。
【００４５】
比較例１、２
積層プレートに、表面研磨をして表面粗さＲａが０．５μｍのもの（比較例１）と、サンドブラスト処理を行ってＲａが４０μｍのもの（比較例２）を作製した以外は、実施例１と同様にしてセラミック多層基板を製造した。
【００４６】
実施例、比較例で得られたセラミック多層基板について、品質評価を行った結果を表１に示す。なお、品質評価は以下の方法で行った。
【００４７】
（品質評価）
セラミック多層基板に表面層導体を形成し、１２０μｍピッチのベアＩＣをスタットバンプ方式によりフリップチップ実装し、電気接続試験を行った。また、セラミック多層基板の断面を観察して、部品挿入孔付近のデラミの有無を確認した。それぞれの品質評価における不良とは、電気接続オープンとデラミと呼ばれる層間の剥がれのことを意味する。
【００４８】
【表１】

【００４９】
以上の結果、本発明の実施例では、フリップチップ実装に於ける信頼性も良好で、グリーンシートの空孔部を外部と連通させておくことによって、セラミック多層基板にデラミ不良が発生することを良好に防止できることが確認された。
【００５０】
【発明の効果】
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法は、積層プレートの表面をＲａが１〜３０μｍの範囲で表面疎化することによって、介装シート材に形成した連通路から、セラミックグリーンシートの空孔部に存在する空気を効率よく外部に逃がすことができる。そのため、セラミック多層基板に剥がれや浮き上がりなどが生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表すセラミックグリーンシートの積層体の断面図である。
【図２】加圧工程の作業状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ セラミックグリーンシート
２ 空孔部
３ 熱変形抑制シート
４ 保護フィルム
５ 連通路
６ 積層プレート

Claims (3)

1. 複数のセラミックグリーンシートを重畳した、空孔部を有する積層体を、前記積層体の両面に配置された介装シート材とともに加圧した後焼成して、セラミック多層基板を製造する方法であって、前記加圧工程で前記介装シート材の更に両外側面にあてがって、前記積層体に圧力及び熱を加えるために用いる積層プレートの表面粗さＲａ（ただし、Ｒａは式（１）で表される数値である）が１〜３０μmであること並びに前記加圧工程の前に、前記積層体の前記空孔部から前記介装シート材の外面に連通する連絡路を配置しておくことを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
   

   

   （式（１）において、f(x)は、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長Ｌの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸としたときの粗さ曲線である。）
2. 前記介装シート材が、合成樹脂からなる保護フィルムを含む請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
3. 前記介装シート材が、前記積層体の焼成時における熱変形を抑制する熱変形抑制シートを含む請求項１又は２に記載のセラミック多層基板の製造方法。

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