JPH09266363A - セラミック回路基板及びその製造方法 - Google Patents
セラミック回路基板及びその製造方法Info
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Abstract
き,かつ回路パターンの位置精度が高いセラミック回路
基板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ガラスを含むセラミックグリーンシート
20の表面に,未焼成のアルミナ層10を積層し,これ
らを800〜1000℃の温度で焼成する。これによ
り,セラミックグリーンシートを焼結させてセラミック
焼結基板2となす。また,セラミック焼結基板の表面
に,多孔質アルミナ層1を形成する。多孔質アルミナ層
1の内部に上記ガラス25を浸入させることにより多孔
質アルミナ層1をセラミック焼結基板2に対して固着さ
せる。未固着部分109の多孔質アルミナ層1を除去
し,次いで,多孔質アルミナ層1の固着部分108の表
面に回路パターン形成用のペースト30を印刷し,加熱
する。
Description
造方法に関し,特にセラミック焼結基板の表面に対する
回路パターンの接着構造に関する。
度化の要求に対応して多層セラミック基板が提案されて
いる。特に,最近は低導通抵抗のAgやCu等を内層に
含む多層構造が可能な,800〜1000℃で焼成でき
るガラスセラミック多層基板が注目されている。
っては,例えば,図11に示すごとく,まず,複数のセ
ラミックグリーンシート920にビアホール921を穿
設する。次いで,印刷法により,ビアホール921内に
導体951を充填するとともに,セラミックグリーンシ
ート920の表面に回路パターン952を形成する。次
いで,これらを積層し,焼成することにより,セラミッ
ク焼結基板となす。
焼結基板92の表面に,回路パターン印刷用のペースト
を印刷し,再度焼成する。これにより,セラミック焼結
基板92の表面に回路パターン93が形成されて,セラ
ミック回路基板9が得られる。
ラミック回路基板の製造方法において,図13に示すご
とく,セラミックグリーンシート920に,回路パター
ン印刷用のペースト930を印刷する場合には,セラミ
ックグリーンシート920はポーラスであるため,ペー
スト930の中に含まれる溶剤939を吸収する。それ
故,印刷後のダレ,ニジミが起きにくい。従って,図1
1に示すごとく,シャープでかつファインなラインの回
路パターン952の形成が可能である。
結基板92の表面に,回路パターン形成用のペースト9
30を印刷する場合には,セラミック焼結基板92が溶
剤を吸収しにくいものである。そのため,印刷されたペ
ースト930が規定寸法950の外方に流れだしてダレ
931が発生したり,表面に滲み出して広がることによ
りニジミ932が発生する場合がある。そのため,ファ
インラインの形成が困難である。このことは,セラミッ
ク回路基板の小型化,高密度化への障害となる。
回路パターンと同様に未焼成のセラミックグリーンシー
トに形成することが考えられる。しかし,この場合に
は,焼成時のセラミックグリーンシートの収縮ばらつき
が回路パターンの位置精度を劣化させ,回路パターンに
部品を実装する際の障壁となる。
パターンのファインライン化に対応でき,かつ回路パタ
ーンの位置精度が高いセラミック回路基板及びその製造
方法を提供しようとするものである。
含む800〜1000℃で焼結可能なセラミックグリー
ンシートの表面に,800〜1000℃で焼結しない未
焼成のアルミナを含むアルミナ層を被覆して,積層体と
なし,次いで,該積層体を800〜1000℃の温度で
焼成することにより,上記セラミックグリーンシートを
焼結させてセラミック焼結基板となし,かつ,上記アル
ミナ層を多孔質アルミナ層となすと共に,該多孔質アル
ミナ層の内部に上記ガラスを浸入させることにより多孔
質アルミナ層をセラミック焼結基板に対して固着させ,
次いで,上記多孔質アルミナ層のうち,セラミック焼結
基板の表面に対して固着しなかった未固着アルミナを除
去し,次いで,上記多孔質アルミナ層の表面に回路パタ
ーン形成用のペーストを印刷し,その後,上記セラミッ
ク焼結基板を加熱することにより,回路パターンを上記
多孔質アルミナ層を介してセラミック焼結基板に密着さ
せることを特徴とするセラミック回路基板の製造方法で
ある。
て最も注目すべきことは,焼結後のセラミック焼結基板
の表面に,多孔質アルミナ層を介して回路パターンを形
成していることである。
説明する。まず,ガラスを含むセラミックグリーンシー
トと,未焼成のアルミナを含むアルミナ層とからなる積
層体を,800〜1000℃の温度で焼成する。これに
より,セラミックグリーンシートは焼結してセラミック
焼結基板を形成する。一方,アルミナ層は,焼結しない
で,粒子状の多数のアルミナの間隙に,多数の孔を有す
る,多孔質アルミナ層となる。
部に,セラミック焼結基板に含まれるガラスが溶融して
毛細管現象により浸入する。これにより,多孔質アルミ
ナ層がセラミック焼結基板に対して固着する。
ミック焼結基板の表面に対して固着しなかった未固着部
分のアルミナを除去して,セラミック焼結基板に対して
固着した固着部分だけを残す。未固着部分のアルミナを
除去する理由は,未固着部分のアルミナはセラミック焼
結基板に固着していないため,未固着部分の表面にペー
ストを印刷して回路パターンを形成したとしても,未固
着部分がセラミック回路基板の製造中,又は使用中に破
壊して,回路パターンがセラミック焼結基板に対して密
着しないおそれがあるからである。上記未固着部分のア
ルミナ同志は焼結していないため,アルミナ層内の樹脂
等が焼成した後は,粉末状となって,容易に除去するこ
とができる。
表面に,回路パターン形成用のペーストを印刷する。固
着部分の多孔質アルミナ層は,粒子状のアルミナの間の
孔に上記のごとくガラスが浸入しているが,全ての孔が
ガラスで充填されている訳ではない。そのため,ガラス
未充填部分の孔は,ペーストに含まれる溶剤を十分に吸
収する。
表面に印刷すると,ペースト中の溶剤を多孔質アルミナ
層が吸収して,シャープでかつファインな回路パターン
を形成することができる。
る。これにより,回路パターン形成用のペーストに含ま
れるガラスが溶融して,多孔質アルミナ層の内部に浸入
する。そのため,ガラスの多孔質アルミナ層内への浸入
によるアンカー効果によって,回路パターンが多孔質ア
ルミナ層に対して密着する。
ミック焼結基板に含まれるガラスが浸入すると共に,そ
の反対側からは,回路パターンに含まれるガラスが浸入
する。そのため,多孔質アルミナ層とセラミック焼結基
板との間,及び多孔質アルミナ層と回路パターンとの間
の密着力が高い。
ンな回路パターンを有し,かつ,セラミック焼結基板に
対する回路パターンの密着力が高い,セラミック回路基
板を製造することができる。また,焼結したセラミック
焼結基板に対して回路パターンを印刷しているため,回
路パターン形成後におけるセラミック焼結基板の収縮は
ない。そのため,正確な位置に回路パターンを形成する
ことができる。
載のように,アルミナシートを用いることができる。ま
た,アルミナ層としては,請求項3に記載のように,ア
ルミナペーストを印刷,乾燥させたものを用いることも
できる。
ルミナ層における未固着アルミナを除去した後の,回路
パターン形成用のペースト印刷時における多孔質アルミ
ナ層の厚みは,10μm以下であることが好ましい。1
0μmを越える場合には,セラミック焼結基板と回路パ
ターンとの密着強度が低下するおそれがある。
m未満であることが好ましい。これにより,上記両者の
密着強度が一層高くなる。また,上記多孔質アルミナ層
の厚みの下限は0.5μmであることが好ましい。一
方,0.5μm未満の場合には,多孔質アルミナ層が溶
剤を十分に吸収できず,ファインでシャープな回路パタ
ーンの形成が困難となるおそれがある。
パターン形成用のペーストは,ガラスフリットを有する
ことが好ましい。これにより,ペースト印刷後の加熱に
よって,ペースト内のガラスが溶融して多孔質アルミナ
層の孔に浸入する。これにより,回路パターンとセラミ
ック焼結基板との密着力が更に向上する。
去した後には,多孔質アルミナ層の表面平滑性を得るた
め,バフ研磨等を行うことが好ましい。また,上記回路
パターン形成用のペーストは,例えば,導体,抵抗体,
又はガラスからなる固形成分をバインダー及び溶剤と混
合したものである。導体としては,例えば,Au,Ag
Pd,AgPt,Ag等の導体に少量のガラスと混合し
たものを用いる。また,上記抵抗体としては,例えば,
酸化ルテニウムとガラスとを混合したものを用いる。ま
た,上記セラミック焼結基板の加熱は,例えば,通常の
厚膜焼成温度で行い,導体,抵抗体は800〜900
℃,ガラスは500〜900℃である。
ミック回路基板としては,例えば,請求項6に記載のよ
うに,ガラスを含むセラミック焼結基板と,該セラミッ
ク焼結基板の表面に設けた回路パターンとを有するセラ
ミック回路基板において,上記セラミック焼結基板と回
路パターンとの間には,多孔質アルミナ層が形成されて
おり,上記多孔質アルミナ層の内部には,上記回路パタ
ーンに含まれるガラスと,セラミック焼結基板に含まれ
るガラスとが浸入していることを特徴とするセラミック
回路基板がある。
アルミナ層の内部には,セラミック焼結基板に含まれる
ガラスが浸入すると共に,その反対側からは,回路パタ
ーンに含まれるガラスが浸入する。そのため,多孔質ア
ルミナ層とセラミック焼結基板との間,及び多孔質アル
ミナ層と回路パターンとの間の密着力が高い。また,多
孔質アルミナ層が回路パターン形成用のペーストの中の
溶剤を吸収するため,シャープで,かつニジミ及びダレ
のない回路パターンを形成できる。そのため,回路パタ
ーンがファイン(細く,精密)で,精度も高い。
ミック回路基板において,多孔質アルミナ層の厚みは1
0μm以下であることが好ましい。10μmを越える場
合には,セラミック焼結基板と回路パターンとの密着力
が低下するおそれがある。更に,密着強度を更に高める
ため,多孔質アルミナ層の厚みは3μm以下であること
が好ましい。一方,多孔質アルミナ層の厚みは,0.5
μm以上であることが好ましい。これにより,更にファ
インでシャープな回路パターンを形成できる。
て,図1〜図10を用いて説明する。本例のセラミック
回路基板7は,図1に示すごとく,ガラスを含むセラミ
ック焼結基板2と,その表面に設けた回路パターン3と
を有する。セラミック焼結基板2と回路パターン3との
間には,厚み10μm以下の多孔性の多孔質アルミナ層
1が形成されている。
内部には,セラミック焼結基板2に含まれるガラス25
が浸入している。また,その反対側からは,多孔質アル
ミナ層1の内部に,回路パターン3に含まれるガラス3
5が浸入している。セラミック焼結基板2の内部には,
内層の回路パターン52と,導体51を充填してなるバ
イアホール21とを設けている。
の概要について,図3を用いて説明する。まず,図3
(a)に示すごとく,ガラスを含むセラミックグリーン
シート20の表面に,未焼成のアルミナを含むアルミナ
層10を被覆して,積層体200となす。アルミナ層1
0としては,アルミナシートを用いる。
焼成する。これにより,図3(b)に示すごとく,セラ
ミックグリーンシートを焼結させてセラミック焼結基板
2となす。また,上記アルミナ層を多孔質アルミナ層1
となすと共に,多孔質アルミナ層1の内部に,セラミッ
ク焼結基板2の内部に含まれるガラス25を浸入させる
ことにより,多孔質アルミナ層1をセラミック焼結基板
2に対して固着させる。
アルミナ層1のうち,セラミック焼結基板2の表面に対
して固着しなかった未固着のアルミナ100からなる未
固着部分109を除去する。これにより,セラミック焼
結基板2の表面に固着した多孔質アルミナ層1の固着部
分108を残す。
ック焼結基板2に対して固着した多孔質アルミナ層1の
表面に,回路パターン形成用のペースト30を印刷す
る。その後,セラミック焼結基板を加熱することによ
り,図3(e)に示すごとく,回路パターン3を多孔質
アルミナ層1を介してセラミック焼結基板2に密着させ
る。以下,これを詳細に説明する。
2 O3 系ガラス60重量%とアルミナ40重量%とを混
合してなる固形成分に,バインダー,可塑剤,溶剤を加
えて混練し,これをドクターブレード法により成形し,
厚み0.3mmのセラミックグリーンシートを得た。
ーンシート20に,ビアホール21を穿設した。次い
で,印刷法により,ビアホール21内に導体51を充填
した。次いで,印刷法により,セラミックグリーンシー
ト20の表面に,内層回路となる回路パターン52を形
成した。導体51,回路パターン52は,Ag導体を用
いた。次いで,図5に示すごとく,上記セラミックグリ
ーンシート20を積層した。
固形成分に,バインダー,可塑剤,溶剤を加えて混練
し,これをドクターブレード法により,厚み0.3mm
のアルミナ層に成形した。
ミックグリーンシート20の表裏両面に,アルミナ層1
0としてのアルミナシートを各1枚ずつ被覆して積層体
200とした。次いで,この積層体200を,100
℃,100kg/cm2 で熱圧着した。次いで,積層体
200を,空気中,900℃,20分間の条件で焼成し
た。
クグリーンシートが焼結して,セラミック焼結基板2と
なった。また,アルミナ層10の内部には,アルミナ1
00の間隙に多数の孔19が形成された。そして,多孔
質アルミナ層1の内部の孔19には,セラミック焼結基
板2に含まれるガラス25が浸入して,セラミック焼結
基板2に対して多孔質アルミナ層1の下部が固着して,
固着部分108を形成した。一方,多孔質アルミナ層1
の上部は,ガラスの浸入がなく,セラミック焼結基板に
は固着しない未固着部分109を形成した。
アルミナ層1の未固着部分109を手で剥離した。更
に,バフ研磨にて,多孔質アルミナ層1の固着部分10
8の表面を平滑とした。残された固着部分108の多孔
質アルミナ層1の厚みは,約2μmであった。
質アルミナ層1の表面に,回路パターン形成用のペース
ト30を印刷した。このペースト30には,図10に示
すごとく,Au導体31及びガラスフリット350が含
まれている。ペースト30の印刷幅は200μmであ
り,隣接するペーストラインの間隔は120μmとし
た。次いで,上記Auを含むペースト30とは別に,更
に,ペースト30の表面に,Ag,Pdを含むペースト
を印刷した。
0分間の条件で加熱した。これにより,図1に示すごと
く,上記ペーストラインより回路パターン3が形成され
た。また,図2に示すごとく,回路パターン3に含まれ
るガラスフリットが溶融し,その溶融したガラス35
が,多孔質アルミナ層1における孔19に浸入し,アン
カー効果により密着した。これにより,回路パターン3
が多孔質アルミナ層1を介してセラミック焼結基板2に
固着したセラミック回路基板7を得た。
ミナシートの代わりに,アルミナペーストをアルミナ層
として用いた点が,実施形態例1と相違する。アルミナ
ペーストは,アルミナ粉末90重量%以上を含む固形成
分に,バインダー,可塑剤,溶剤を加えて混練し,ペー
スト状にしたものである。このアルミナペーストは,セ
ラミックグリーンシートの表面に印刷し,乾燥させて,
厚み7〜10μmのアルミナ層を形成した。
を焼結させるとともに,アルミナペーストを多孔質アル
ミナ層となした。次いで,多孔質アルミナ層のうち,セ
ラミック焼結基板に未固着のアルミナを除去した。残っ
た固着部分の多孔質アルミナ層の厚みは,約3μm以下
であった。次いで,固着部分の多孔質アルミナ層の表面
に,回路パターン形成用のペーストを塗布し,加熱し
て,本例のセラミック回路基板を得た。その他,実施形
態例1と同様である。
用いることなくセラミック回路基板を製造した。即ち,
セラミック焼結基板の表面に直接回路パターン形成用の
ペーストを印刷し,加熱して,セラミック回路基板を製
造した。その他は,実施形態例1と同様である。
例1,2,比較例にかかるセラミック回路基板につい
て,その回路パターンの線幅,線間隔,ワイヤーボンデ
ィング性,半田濡れ性,及び密着性について測定した。
上述のように,回路パターンのAu線幅の設計値は,2
00μmであり,線間隔の設計値は120μmとした。
ボンディング性(以下,W/B性という。)は,回路パ
ターンの表面にAu線(直径25μm)をUSTCの方
法により接合した。その接合状態をテンションゲージに
より評価した。そして,4g以上の場合を「良好」と
し,4g未満又は接合部からのワイヤーの剥がれが発生
した場合を「不良」と判断した。
ては,AgPdからなる回路パターンの表面をロジン系
フラックスにより被覆し,その後,錫60重量%─鉛4
0重量%の半田を印刷して,230℃,5秒間加熱し,
半田付けを行った。半田付け状態は,光学顕微鏡(×1
0)により観察した。そして,90%以上の漏れが生じ
た場合を「良好」とし,90%未満の漏れの場合を「不
良」と判断した。
る密着強度は,半田付けピール法により測定した。この
方法を行なうに当たり,大きさ2mm×2mmのAgP
dからなる回路パターンを有するセラミック回路基板
を,本例の方法により製造する。そして,ワイヤー(直
径0.6mmの軟銅線)を半田付けし,測定機に取付け
て90°の方向に引っ張り,剥離する。この剥離時の荷
重を回路パターンの面積により割った商(kg/m
m2 )を密着強度とした。これらの測定のn数は,20
回である。上記の測定結果を表1に示した。
2における,印刷時の回路パターン形成用ペーストの線
幅,線間隔は,比較例に比べて,誤差が少なかった。ま
た,実施形態例1,2の場合には,ラインにダレ及びニ
ジミが少なく,シャープな印刷が可能であった。また,
回路パターンのW/B性,半田濡れ性,密着強度につい
ては,いずれもほぼ同様の結果であった。
ャープな印刷ラインの形成が可能な理由は,図10に示
すごとく,多孔質アルミナ層1が,多数の粒子状のアル
ミナ100とその間隙に形成された多数の孔19とより
なるため,その表面に回路パターン形成用のペースト3
0を印刷すると,孔19内に,ペースト30内の溶剤3
9が十分に吸収されるためであると考えられる。
ラミックグリーンシート20を焼成すると,その中のガ
ラス25が溶融して,多孔質アルミナ層1の孔19の中
に浸入する。その後,図3(e),図2に示すごとく,
回路パターン形成用ペーストの塗布後にセラミック焼結
基板2を加熱すると,回路パターン3のガラス35が溶
融して,多孔質アルミナ層1の内部に浸入する。そのた
め,ガラス35の多孔質アルミナ層1内への浸入による
アンカー効果によって,回路パターン3が多孔質アルミ
ナ層2に対して密着する。従って,多孔質アルミナ層1
とセラミック焼結基板2との間,及び多孔質アルミナ層
1と回路パターン3との間の密着力が高い。
パターンを有し,かつ,セラミック焼結基板に対する回
路パターンの密着力が高い,セラミック回路基板を製造
することができる。
ンライン化に対応でき,かつ回路パターンの位置精度が
高いセラミック回路基板及びその製造方法を提供するこ
とができる。
断面図。
表面付近の断面図。
の概要を示す説明図。
ートの断面図。
リーンシートの断面図。
ミックグリーンシートの表面を被覆してなる積層体の断
面図。
結基板及び多孔質アルミナ層の断面図。
ナ層を有するセラミック焼結基板の断面図。
ペーストを印刷した後の,セラミック焼結基板の表面付
近の断面図。
表面に回路パターン形成用のペーストを印刷したセラミ
ック焼結基板の断面図。
方法を示す説明図。
図。
ストを表面に印刷したセラミックグリーンシートの断面
図。
Claims (7)
- 【請求項1】 ガラスを含む800〜1000℃で焼結
可能なセラミックグリーンシートの表面に,800〜1
000℃で焼結しない未焼成のアルミナを含むアルミナ
層を被覆して,積層体となし,次いで,該積層体を80
0〜1000℃の温度で焼成することにより,上記セラ
ミックグリーンシートを焼結させてセラミック焼結基板
となし,かつ,上記アルミナ層を多孔質アルミナ層とな
すと共に,該多孔質アルミナ層の内部に上記ガラスを浸
入させることにより多孔質アルミナ層をセラミック焼結
基板に対して固着させ,次いで,上記多孔質アルミナ層
のうち,セラミック焼結基板の表面に対して固着しなか
った未固着アルミナを除去し,次いで,上記多孔質アル
ミナ層の表面に回路パターン形成用のペーストを印刷
し,その後,上記セラミック焼結基板を加熱することに
より,回路パターンを上記多孔質アルミナ層を介してセ
ラミック焼結基板に密着させることを特徴とするセラミ
ック回路基板の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1において,上記アルミナ層は,
アルミナシートであることを特徴とするセラミック回路
基板の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1において,上記アルミナ層は,
アルミナペーストを印刷,乾燥させたものであることを
特徴とするセラミック回路基板の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項において,
多孔質アルミナ層における未固着アルミナを除去した後
の,回路パターン形成用のペースト印刷時における多孔
質アルミナ層の厚みは,10μm以下であることを特徴
とするセラミック回路基板の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項において,
上記回路パターン形成用のペーストは,ガラスフリット
を含有していることを特徴とするセラミック回路基板の
製造方法。 - 【請求項6】 ガラスを含むセラミック焼結基板と,該
セラミック焼結基板の表面に設けた回路パターンとを有
するセラミック回路基板において,上記セラミック焼結
基板と回路パターンとの間には,多孔質アルミナ層が形
成されており,上記多孔質アルミナ層の内部には,上記
回路パターンに含まれるガラスと,セラミック焼結基板
に含まれるガラスとが浸入していることを特徴とするセ
ラミック回路基板。 - 【請求項7】 請求項6において,上記多孔質アルミナ
層の厚みは,10μm以下であることを特徴とするセラ
ミック回路基板。
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