JPH06204645A - セラミックス回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 セラミックス基板上に銅粒子を主成分とする
導体ペーストを１回又は複数回塗布する工程と、該銅導
体ペーストを塗布したセラミックス基板を焼成してセラ
ミックス基板上に銅導体層を形成する工程と、該銅導体
層を研磨処理する工程と、研磨処理の施された前記銅導
体層上に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッ
チング処理して回路形成を行う工程とを含んでいるセラ
ミックス回路基板の製造方法。 【効果】 容易な操作、及び低コストで、セラミックス
回路基板上に平坦性、接着性に優れた微細配線を形成す
ることができる。従って、得られたセラミックス回路基
板は、セラミックス回路基板のマルチチップ化、高密度
実装化に好適な回路基板として極めて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ＬＳＩ、チップ
部品等を実装し、かつそれらを相互配線するためのセラ
ミックス回路基板の製造方法に関し、より詳細には、セ
ラミックス基板上に低コストにて銅微細配線を形成する
セラミックス回路基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器はますます小型化、高密
度化が進んできており、これらに実装される電子部品の
狭ピッチ多ピン化、マルチチップ化も急速に進められつ
つある。従って、ＬＳＩ、ＩＣチップのボンディング法
も従来のワイヤボンディング法から、マルチチップや高
密度実装に適したＴＡＢ（Tape Automated Bonding) 方
式又はフリップチップ方式等が採用されるようになって
きている。このような電子機器の高密度化に伴い、セラ
ミックス配線基板に対しても線幅が１００μｍ以下の微
細配線が要求されるようになってきている。

【０００３】通常、セラミックス基板上への配線法は、
大別して直接描画法、薄膜法、メッキ法及び厚膜印刷法
等に分けられる。

【０００４】前記直接描画法は、ノズルよりペーストを
セラミックス基板上に直接吐出して描画する方法である
が、この方法は生産性が低く、かつ微細配線の平坦性も
低いという問題点がある。

【０００５】また前記薄膜法は、セラミックス基板に真
空蒸着、スパッタリング又はイオンプレーティング等に
より数μｍオーダーの導体金属層を形成する方法であ
り、この方法では平坦性の高い薄膜微細配線を形成でき
るものの、セラミックス基板との密着性が低い、通常の
セラミックス基板に薄膜を形成した場合は前記基板の凹
凸に起因して配線の凹凸が大きくなる、薄膜形成装置が
高価である等の問題点がある。

【０００６】さらに、セラミックス基板との密着性を高
めるには、セラミックス基板の表面を粗化する余分の工
程が必要となる。また、通常のセラミックス基板が有す
る数十μｍオーダーの凹凸を無くして平坦化するために
は、研磨（ラッピング）処理を行わなければならない
が、セラミックス板の研磨は容易ではなく、かなりの手
間がかかる。

【０００７】また前記メッキ法も前述した薄膜法と同様
の問題点がある。さらに、薄膜法、メッキ法共に、セラ
ミックス基板上に緻密な金属導体層が形成されるため、
熱サイクル試験後には、金属とセラミックスとの大きい
熱膨張差のため前記セラミックス基板表面から金属が一
部剥離し、密着性が著しく低下するという問題点があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一方前記厚膜印刷法
は、導体粒子を有機ビヒクル中に分散させた導体ペース
トをメッシュスクリーンを通してセラミックス基板に印
刷し、焼成することによりセラミックス基板に焼き付け
る方法である。この方法ではセラミックス基板との充分
な密着強度を有する導体層を低コストで形成することが
できるものの、メッシュのワイヤ径に限界があるために
１００μｍ未満の微細線の形成には不向きである。さら
に、厚膜法にて形成した微細配線の表面は数μｍオーダ
ーの凹凸又はピンホールやポアが生じることがあるとい
う問題点もある。配線の表面に数μｍオーダーの凹凸が
ある場合はＴＡＢ方式やフリップチップ方式によりチッ
プを実装することが難しい。また前記微細配線にピンホ
ールやポアが存在する場合、銅の厚膜配線上にハンダ付
けを行い、高温エージングした場合、ハンダが厚膜中の
ポアを通じて厚膜とセラミックス基板との接合界面にま
で拡散し、厚膜の基板との接着性を低下させる現象が生
じやすい。

【０００９】このような理由から、微細配線に±１μｍ
以下というような厳密な平坦性やセラミックス基板との
密着性が要求されるＴＡＢやフリップチップによる実装
においては、前記厚膜印刷法で形成された微細配線を用
いることは難しいという課題があった。

【００１０】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、ＴＡＢ又はフリップチップによる実装に要求される
密着性に優れ、平坦性の高い微細配線を、容易な操作
で、低コストで形成することができるセラミックス回路
基板の製造方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法（以
下、第１のセラミックス回路基板の製造方法と記す）
は、セラミックス基板上に銅粒子を主成分とする導体ペ
ーストを１回又は複数回塗布する工程と、該銅導体ペー
ストを塗布したセラミックス基板を焼成してセラミック
ス基板上に銅導体層を形成する工程と、該銅導体層を研
磨処理する工程と、研磨処理の施された前記銅導体層上
に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッチング
処理して回路形成を行う工程とを含んでいることを特徴
としている。

【００１２】また本発明に係るセラミックス回路基板の
製造方法（以下、第２のセラミックス回路基板の製造方
法と記す）は、セラミックス基板上に銅粒子を主成分と
する導体ペーストを塗布する工程と、該銅導体ペースト
を塗布したセラミックス基板を焼成してセラミックス基
板上に銅導体層を形成する工程と、該銅導体層上に所定
パターンのレジスト膜を形成した後、エッチング処理す
る工程と、エッチング処理の施された前記銅導体層に金
属メッキ層を形成する工程とを含んでいることを特徴と
している。

【００１３】まず本発明の第１のセラミックス回路基板
の製造方法についてより詳細に説明する。第１のセラミ
ックス回路基板の製造方法においては、最初にセラミッ
クス基板上に銅粒子を主成分とする導体ペーストを１回
又は複数回塗布する。

【００１４】前記セラミックス基板としては、アルミナ
基板の他に、例えば窒化アルミニウム基板、ガラス−セ
ラミックス基板等が挙げられる。前記工程で使用する前
記銅導体ペーストとしては、粒径０．５〜１０μｍの銅
粒子１００重量部、ガラス粒子１〜５重量部、有機液体
ビヒクル１０〜２０重量部から構成される導体ペースト
が好ましい。前記銅粒子の粒径が０．５μｍ未満の場合
は銅粉末がかさ高くなってペースト中の銅粒子の量が低
下し、また前記銅粒子の粒径が１０μｍを超えた場合は
ペーストの印刷性が低下する。前記ガラス粒子は銅導体
層をセラミックス基板に接着する作用があり、前記ガラ
ス粒子が銅粒子１００重量部に対し１重量部未満の場合
は接着性が低くなり、５重量部を超えた場合は銅導体層
のハンダに対する濡れ性が低下する。前記有機液体ビヒ
クルは溶剤に対し３〜４０重量％程度の樹脂を溶解した
ものであり、前記有機液体ビヒクルが銅粒子１００重量
部に対して１０重量部未満の場合はペーストの印刷性が
低下し、２０重量部を超えた場合は焼成工程における樹
脂の燃焼焼失が不十分となる。前記樹脂としては、例え
ばエチルセルロース、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等
が挙げられ、前記溶剤としては、例えばテルピネオール
等が挙げられる。

【００１５】前記銅導体ペーストの前記セラミックス基
板への塗布方法としては、通常の導体層用スクリーンに
よりベタ印刷する方法が用いられる。従って、塗布操作
は極めて容易である。塗布を複数回行う場合は、ベタ印
刷を行った後、適度の時間放置して塗布面をレベリング
させ、さらに乾燥させた後に、再度、前記工程で形成さ
れた塗布面にベタ印刷すればよい。ここで、レベリング
とは塗布面を水平な状態で放置することにより平坦化す
る工程をいい、放置時間は１０分程度が好ましい。ま
た、塗布面を乾燥させることにより、前記導体ペースト
中の液体成分を蒸発させ、前記導電粒子を前記セラミッ
クス基板上に固定する。乾燥条件としては、通常１２０
℃で１０分程度加熱する条件が好ましい。前記操作によ
り形成される塗布膜の膜厚は２０〜５０μｍが好まし
い。塗布膜の膜厚が２０μｍ未満の場合は、次の研磨工
程にて、セラミックス基板の反りに起因する凹凸の凸部
上の銅導体層が摩耗により消失する場合があり、また塗
布膜の導体層が５０μｍを超えた場合は、塗布する導体
ペーストの量が多くなりすぎるため経済的に不利とな
る。

【００１６】次に、前記銅導体ペーストを塗布した前記
セラミックス基板を焼成して該セラミックス基板上に銅
導体層を形成する。焼成条件は、窒素雰囲気下、焼成温
度６００〜９００℃が好ましい。昇温及び焼成後の冷却
の条件は、通常の条件であれば特に問題ない。

【００１７】次に、前記焼成工程により前記セラミック
ス基板上に形成した前記銅導体層よりなるベタ厚膜を研
磨処理する。該研磨処理は、１５００番の研磨紙を用い
た研磨より始め、順次、目の細かい研磨紙を使用してい
き、最終的にはバフを用いた仕上げ研磨を行い、銅導体
層の膜厚を約５μｍ程度になるまで研磨することにより
行う。この研磨処理により銅導体層の表面は、その凹凸
が約±０．５μｍ以下に平坦化される。前記研磨処理に
より平坦化された銅導体層は、ＴＡＢ方式やフリップチ
ップ方式によるチップの実装が充分に可能となる。さら
に、この研磨処理工程によりポアやピンホール等が無く
なり、銅導体層の表層部は緻密化される。従って、研磨
処理の施された銅導体層の表層にハンダを付けた状態で
高温エージングしても、前記銅導体層が緻密化されてい
るため、ハンダが前記銅導体層と前記セラミックス基板
の接合界面にまで侵入することはなく、前記銅導体層の
前記セラミックス基板に対する接着性の低下を防ぐこと
ができる。

【００１８】次に、研磨処理を施された前記銅導体層上
に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッチング
処理して回路形成を行う。前記レジスト膜は、公知のレ
ジスト膜で、後工程のエッチング処理工程に耐え得るも
のであればとくに限定されない。またレジストの塗布
は、スピンコート法、ロールコート法等の塗布方法を用
いて行うことができる。さらにレジスト膜への露光・現
象工程も通常のプロセスにより行うことができる。例え
ば、前記露光はコンタクト方式、プロキシミティ方式を
採用することができ、現像は所定の現像液にて処理す
る。

【００１９】前記レジスト膜の現像処理後の前記銅導体
層のエッチングは、例えば塩化第２鉄、塩化第２銅等を
主成分とする公知のエッチング液を使用して、公知の方
法により行うことができる。

【００２０】なお、前記方法により形成した銅の微細配
線上に、酸化防止等の目的で金、ニッケル等の金属を２
〜５μｍ程度の厚さにメッキしてもよい。

【００２１】上記した本発明の第１のセラミックス回路
基板の製造方法により、容易な操作、及び低コストで、
セラミックス回路基板上に平坦性、接着性に優れた微細
配線を形成することができる。

【００２２】次に、本発明の第２のセラミックス回路基
板の製造方法について説明する。第２のセラミックス回
路基板の製造方法においても、まずセラミックス基板上
に銅粒子を主成分とする導体ペーストを塗布する。用い
るセラミックス基板、銅導体ペーストは、第１のセラミ
ックス回路基板の製造方法と同様である。また銅導体ペ
ーストの塗布方法も、本方法においては通常塗布を一回
だけ行うのが異なる他は、第１のセラミックス回路基板
の製造方法と同様である。前記操作により形成される塗
布膜の膜厚は１０〜２０μｍが好ましい。塗布膜の膜厚
が１０μｍ未満の場合は、塗布膜にポアが生じやすくな
り、また塗布膜の膜厚が２０μｍを超えた場合は、塗布
膜の表面の凹凸が大きくなりすぎて好ましくない。

【００２３】次に、前記銅導体ペーストを塗布した前記
セラミックス基板を第１のセラミックス回路基板の製造
方法と同様に焼成して前記セラミックス基板上に銅導体
層を形成する。

【００２４】次に、形成された前記銅導体層上に所定パ
ターンのレジスト膜を形成した後、エッチング処理す
る。前記工程においても、第１のセラミックス回路基板
の製造方法において、研磨処理の施された前記銅導体層
上に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッチン
グ処理して回路形成を行う工程と同様の方法及び条件を
用いることができる。この工程により、銅の微細配線が
形成される。

【００２５】次に、エッチング処理が施されて微細配線
パターンが形成された銅導体層に金属メッキ層を形成す
る。メッキ層形成に用いられる金属は特に制限されない
が、例えば導電性、安定性の点から銅又は金等が好まし
い。またメッキ層形成の方法は、電解メッキ法、無電解
メッキ法のどちらの方法を採用してもよい。このメッキ
処理工程によりセラミックス基板上の銅導体層の表面の
凹凸が約±０．５μｍ以下に平坦化される。前記メッキ
処理により平坦化された銅導体層は、ＴＡＢ方式および
フリップチップ方式によるチップの実装が充分に可能と
なる。さらに、前記メッキ処理工程によりポアやピンホ
ール等がなくなり、前記銅導体層の表層部は緻密化され
るので、銅導体層の表層にハンダを付けた状態で高温エ
ージングしても、ハンダが前記銅導体層と前記セラミッ
クス基板の接合界面にまで侵入することはなく、銅導体
層のセラミックス基板に対する接着性の低下を防ぐこと
ができる。

【００２６】上記した本発明の第２のセラミックス回路
基板の製造方法により、容易な操作、及び低コストで、
セラミックス回路基板上に平坦性、接着性に優れた微細
配線を形成することができる。

【００２７】

【作用】本発明に係る第１のセラミックス回路基板の製
造方法によれば、セラミックス基板上に銅粒子を主成分
とする導体ペーストを１回又は複数回塗布する工程と、
該銅導体ペーストを塗布したセラミックス基板を焼成し
てセラミックス基板上に銅導体層を形成する工程と、該
銅導体層を研磨処理する工程と、研磨処理の施された前
記銅導体層上に所定パターンのレジスト膜を形成した
後、エッチング処理して回路形成を行う工程とを含んで
いるので、前記銅導体ペーストの塗布及び焼成により前
記基板と密着性の高い銅導体層が形成され、前記研磨処
理工程により銅導体層の表面の凹凸の差が約±０．５μ
ｍ以下と改善され、また前記研磨処理工程により銅導体
層が緻密化されるので、はんだ付けした際にも密着性が
低下しない。

【００２８】また本発明に係る第２のセラミックス回路
基板の製造方法によれば、セラミックス基板上に銅粒子
を主成分とする導体ペーストを塗布する工程と、該銅導
体ペーストを塗布したセラミックス基板を焼成してセラ
ミックス基板上に銅導体層を形成する工程と、該銅導体
層上に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッチ
ング処理する工程と、エッチング処理の施された前記銅
導体層に金属メッキ層を形成する工程とを含んでいるの
で、前記銅導体ペーストの塗布及び焼成により前記基板
と密着性の高い銅導体層が形成され、前記メッキ処理工
程により銅導体層の平坦性が約±０．５μｍ以下と改善
され、また前記メッキ処理工程により銅導体層が緻密化
されるので、はんだ付けした際にも密着性が低下しな
い。

【００２９】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るセラミックス
回路基板の製造方法の実施例及び比較例を説明する。

【００３０】［実施例１］粒径２μｍの銅粉末１００重
量部、ガラスフリット２重量部、エチルセルロースをテ
ルピネオールに溶解したビヒクル１３重量部を３本ロー
ルにて混練して導体ペーストを調製した。次に該導体ペ
ーストを用い、そのサイズが６０mm×６０mmのアルミナ
焼結基板全面に、ステンレスメッシュを通じてスクリー
ン印刷した。このアルミナ基板の表面凹凸の差は１０μ
ｍであった。印刷後のアルミナ基板を１０分間レベリン
グ処理し、次に１２０℃で１０分間乾燥させた後、再度
印刷、レベリング処理、乾燥の工程を繰り返し、印刷塗
布層の厚さを３０μｍとした。なお、アルミナ基板上に
形成した塗布層の厚さは、前記基板の凹凸の凸部の最も
高い部分を基準として表面粗さ計（東京精密製 サーフ
コム１１２Ｂ型）により測定している。

【００３１】次に前記工程で塗布層の形成されたアルミ
ナ基板を窒素雰囲気下、３０分で９００℃まで昇温し、
９００℃で１０分間保持した後、３０分で室温まで冷却
する条件で焼成処理を行った。前記焼成工程により形成
された銅導体層の表面の凹凸は約±３μｍであった。

【００３２】焼成後のセラミックス基板上の銅導体層の
表面研磨処理は、最初に１５００番の研磨紙で研磨後、
順次、目の細かい研磨紙で研磨していき、最終的にバフ
研磨行って仕上げた。この研磨工程で銅導体層表面の凹
凸の差は±０．５μｍ以下になり、銅導体層の厚さは約
５μｍとなった。なお、この研磨工程において、銅導体
層が摩耗により消失した箇所はなかった。

【００３３】研磨処理の終了した銅導体層にレジスト膜
をスピンコーターにて塗布し、フォトマスクをレジスト
膜に接触させて露光し、所定のパターンに現像した。

【００３４】次に、塩化第２鉄を主成分とするエッチン
グ液にて銅導体層をエッチングして、所定の銅配線パタ
ーンを形成し、最後に回路形成された銅導体層上のレジ
ストを剥離液にて除去した。以上のプロセスにより、線
幅２０μｍの銅微細回路配線を形成することができた。

【００３５】銅導体層の接着強度は、下記のいわゆるピ
ール法による引張り試験にて測定した。まずアルミナ基
板上にタテヨコ２mm×２mm□の形状に銅導体層を上記プ
ロセスにより形成し、２３０±３℃の温度に維持した６
３％Ｓｎ−３７％Ｐｂハンダ槽に３±０．５秒間浸漬し
た後、その上に０．６mmφスズメッキ銅線をハンダゴテ
にてハンダ付けした。次に、スズメッキ銅線を被膜端部
より１mmの位置で９０°曲げて基板と垂直な状態にし、
前記基板を固定した状態で引っ張り試験機により１０cm
／min の速度でスズメッキ銅線を引っ張り、スズメッキ
銅線が前記基板から剥れたときの接着強度を測定し、接
着強度の値とした。前記接着強度の測定は、ハンダ付け
直後（初期接着強度）、および１５０℃で１０００時間
エージングした後（エージング後の接着強度）の二種類
の条件を設定して行った。その結果、初期接着強度は３
kg／４mm² 、エージング後の接着強度は２．７kg／４mm
²と高い値が得られた。

【００３６】［比較例１］銅導体ペーストを塗布したセ
ラミックス基板を焼成してセラミックス基板上に銅導体
層を形成した後、該銅導体層の研磨処理を行わなかった
他は実施例１と同様の方法を実施し、銅の微細配線を形
成したところ、銅導体層表層の荒さは±３μｍと荒く、
エージング後の接着強度も０．５kg／４mm² と低かっ
た。

【００３７】［実施例２］実施例１と同様のアルミナ焼
結基板を用い、前記基板全面に実施例１と同様に導体ペ
ーストをスクリーン印刷した。このアルミナ基板表面の
凹凸の差は１０μｍであった。導体ペースト印刷後のア
ルミナ基板を１０分間レベリング処理し、次に１２０℃
で１０分間乾燥させた。印刷塗布層の厚さは１０μｍで
あった。

【００３８】次に前記工程で塗布層の形成されたアルミ
ナ基板を、実施例１と同様に焼成処理を行ったところ、
形成された銅導体層の表面の凹凸の差は約±３μｍであ
った。

【００３９】焼成後のセラミックス基板上の銅導体層を
エッチング処理して所定パターンの回路を形成する方法
も実施例１と同様に行った。このプロセスにより、線幅
２０μｍの銅微細配線が形成できた。

【００４０】次に該銅微細配線上に新たな銅導体層を電
解メッキ法にて３μｍの厚さに形成した。前記電解メッ
キは、ＣｕＳＯ₄ ・５Ｈ₂ Ｏを７５ｇ／Ｌ、濃硫酸を１
７０ｇ／Ｌ、塩素イオンを６０ｐｐｍ含有し、さらに光
沢剤を含有するメッキ液を用い、電流密度１．５Ａ／ｄ
ｍ² 、通電時間３０分の条件で行った。

【００４１】このメッキ処理の施された銅導体層よりな
る銅微細配線表面の凹凸は±０．５μｍ以下と極めて平
坦性の高いものであった。

【００４２】また、上記銅配線の接着強度を、実施例１
と同様にピール法による引っ張り試験にて測定した。そ
の結果、初期接着強度は３kg／４mm² 、エージング後の
接着強度は２．７kg／４mm² と高い値が得られた。

【００４３】［比較例２］メッキ処理を行わなかった他
は実施例２と同様の方法を実施し、銅の微細配線を形成
したところ、銅導体層表層の荒さは±３μｍと荒く、エ
ージング後の接着強度も０．５kg／４mm² と低かった。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る第１の
セラミックス回路基板の製造方法にあっては、セラミッ
クス基板上に銅粒子を主成分とする導体ペーストを１回
又は複数回塗布する工程と、該銅導体ペーストを塗布し
たセラミックス基板を焼成してセラミックス基板上に銅
導体層を形成する工程と、該銅導体層を研磨処理する工
程と、研磨処理の施された前記銅導体層上に所定パター
ンのレジスト膜を形成した後、エッチング処理して回路
形成を行う工程とを含んでいるので、容易な操作、及び
低コストで、セラミックス回路基板上に平坦性、接着性
に優れた微細配線を形成することができる。

【００４５】また本発明に係る第２のセラミックス回路
基板の製造方法にあっては、セラミックス基板上に銅粒
子を主成分とする導体ペーストを塗布する工程と、該銅
導体ペーストを塗布したセラミックス基板を焼成してセ
ラミックス基板上に銅導体層を形成する工程と、該銅導
体層上に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エッ
チング処理する工程と、エッチング処理の施された前記
銅導体層に金属メッキ層を形成する工程とを含んでいる
ので、第１のセラミックス基板の製造方法と同様に容易
な操作、及び低コストで、セラミックス回路基板上に平
坦性、接着性に優れた微細配線を形成することができ
る。

【００４６】従って、本発明に係る上記二つの製造方法
により得られたセラミックス回路基板は、セラミックス
回路基板のマルチチップ化、高密度実装化に好適な回路
基板として極めて有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス基板上に銅粒子を主成分とす
   る導体ペーストを１回又は複数回塗布する工程と、該銅
   導体ペーストを塗布したセラミックス基板を焼成してセ
   ラミックス基板上に銅導体層を形成する工程と、該銅導
   体層を研磨処理する工程と、研磨処理の施された前記銅
   導体層上に所定パターンのレジスト膜を形成した後、エ
   ッチング処理して回路形成を行う工程とを含んでいるこ
   とを特徴とするセラミックス回路基板の製造方法。
2. 【請求項２】セラミックス基板上に銅粒子を主成分とす
   る導体ペーストを塗布する工程と、該銅導体ペーストを
   塗布したセラミックス基板を焼成してセラミックス基板
   上に銅導体層を形成する工程と、該銅導体層上に所定パ
   ターンのレジスト膜を形成した後、エッチング処理する
   工程と、エッチング処理の施された前記銅導体層に金属
   メッキ層を形成する工程とを含んでいることを特徴とす
   るセラミックス回路基板の製造方法。