JP2000323806A

JP2000323806A - バンプ付セラミック回路基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000323806A
Application number: JP13266799A
Authority: JP
Inventors: Sei Yuhaku; 祐伯　　聖; Minehiro Itagaki; 峰広板垣; Nobunori Hase; 伸啓長谷; Yoshihiro Bessho; 芳宏別所
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】抵抗値が低くかつ機械的強度の高いバンプを
基板表面に備えたバンプ付セラミック回路基板およびそ
の製造方法を提供する。【解決手段】セラミック回路基板上のバンプ１は、円
柱状の補強層１ｂの側面に導電体層１ａが、又は円柱状
の導電体層１ａの側面に補強層１ｂが形成された二層構
造である。いずれの構成であっても、導電体層１ａのガ
ラス含有量を少なくし、補強層１ｂにガラス含有量を多
くしたバンプを構成とすることができ、バンプ１の電気
的接続はガラス含有量の少ない導電体層１ａが担い、バ
ンプ１の機械的強度はガラス含有量の多い補強層１ｂが
担うことができるので、バンプ１の低抵抗と高強度との
両立が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子やマザ
ー基板等に表面実装可能な突起状電極（以下、「バン
プ」という。）を備えたバンプ付セラミック回路基板及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化とともに、
電極端子の狭ピッチ化、多ピン化が進んでいる。このこ
とにより、バンプを介して半導体素子を回路基板に実装
するフリップチップ実装技術が多く用いられてきてい
る。このようなフリップ実装技術に用いるバンプ形成方
法として、半導体素子の電極端子上に半田またはＡｕバ
ンプを形成する方法や、回路基板表面に導電性バンプを
形成する方法が知られている。回路基板表面にバンプを
形成する方法として、セラミック回路基板と同時焼結で
バンプを形成する方法が、例えば特開平６−５３６５５
号公報に提案されている。

【０００３】以下、従来例に係るバンプ付セラミック回
路基板の製造方法の詳細について図面を参照しながら説
明する。図４（ａ）は、従来のバンプ付セラミック回路
基板の一例の焼結前における積層体の断面図を示してい
る。

【０００４】本図に示したような積層体を形成するため
には、まず基板シート１１とバンプ形成シート１２に設
けた貫通孔に導電性ペーストを充填し、ビア導体１３と
バンプ１０とを形成する。導電性ペーストには、主に銀
系のペーストが用いられる。

【０００５】次に、基板シート１１に回路形成用の配線
パターン１４を印刷し、各シートを積層した後、熱圧着
して図４（ａ）に示したような断面の積層体が得られ
る。次に、この積層体を基板シート１１の焼結温度で焼
成する。焼成後にバンプ形成シート１２の除去を行な
う。

【０００６】バンプ形成シート１２は、基板シート１１
の焼結温度では焼結しない材料（例えばアルミナ）で構
成されているので、容易に除去できる。このようにし
て、図４（ｂ）に示したような断面のバンプ付セラミッ
ク回路基板が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来のバンプ付セラミック回路基板は、以下のよ
うな問題があった。すなわち、バンプ付セラミック回路
基板は、バンプを介して半導体素子やマザー基板の電極
端子と接続されるため、抵抗値が低くかつ高強度のバン
プが要求されるが、従来のバンプ構造でこの双方の要求
に応えることは困難であった。

【０００８】以下、その理由を具体的に説明する。図５
は、従来のバンプ断面の概略図を示している。図５
（ａ）は導電性材料のみで構成されたバンプ構造の断面
図を、図５（ｂ）は導電性材料とガラスとで構成された
バンプ構造の断面図を示している。

【０００９】図５（ａ）のように、バンプ１０を導電性
材料１５のみで構成した場合は、抵抗値の低いバンプを
得ることができるが、バンプ１０の機械的強度が低いた
めに外力が加わると容易に破損してしまう。

【００１０】図６（ｂ）のように、導電性材料１５にガ
ラス１６を加えると、バンプ１０の機械的強度を高める
ことができる。しかし、導電性材料１５とガラス１６と
が混在した状態では、ガラス１６を多く加えると導電性
材料１５の接続点が少なくなるためにバンプ１０の電気
抵抗が高くなり、逆にガラス１６の含有量を少なくする
とバンプ１０の強度が低くなる。

【００１１】すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示した構
成のいずれの場合であっても、低抵抗と高強度とを両立
させたバンプを得ることは困難であった。また、図５
（ｂ）の構成では、ガラス１６の含有量が多いとマザー
基板への実装の際のはんだ濡れ性が悪くなり、バンプ１
０の接続強度が低下する等の問題もあった。

【００１２】本発明は、前記のような従来の問題を解決
するものであり、低抵抗かつ高強度度のバンプを形成し
たバンプ付セラミック回路基板及びその製造方法を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のバンプ付セラミック回路基板は、円柱状の
第１層の外周側面が第２層で覆われている二層構造のバ
ンプを基板表面に有し、前記二層構造は導電体層と補強
層とで形成されていることを特徴とする。

【００１４】前記のようなバンプ付セラミック回路基板
によれば、バンプが二層構造であるので、例えば導電体
層にガラス含有量を少なくし、補強層にガラス含有量を
多くすることができる。このため、バンプの電気的接続
はガラスの少ない導電体層が担い、バンプの機械的強度
はガラスの多い補強層が担うことができるので、バンプ
の低抵抗と高強度との両立が可能となる。

【００１５】前記バンプ付セラミック回路基板において
は、前記第１層が補強層で、前記第２層が導電体層であ
ることが好ましい。前記のようなバンプ付セラミック回
路基板によれば、補強層の側面が導電体層で覆われてい
るので、マザー基板に実装する際の半田濡れ性が良くな
り、バンプの接続強度が高くなる。

【００１６】また、前記第１層が導電体層で、前記第２
層が補強層であることが好ましい。前記のようなバンプ
付セラミック回路基板によれば、導電体層の側面が補強
層で覆われているので、補強層を例えばガラスとアルミ
ナで構成すれば、マイグレーションを防止できる。この
ため、導電体層を低抵抗のＡｇで構成することができ、
バンプ間のピッチを狭くすることも可能になる。

【００１７】また、前記導電体層及び前記補強層にガラ
スを含有し、前記補強層のガラス含有量が、前記導電体
層のガラス含有量よりも多いことが好ましい。前記のよ
うなバンプ付セラミック回路基板によれば、バンプの電
気的接続はガラスの少ない導電体層が担い、バンプの機
械的強度はガラスの多い補強層が担うことができるの
で、バンプの低抵抗と高強度との両立が可能となる。

【００１８】また、前記導電体層は、Ａｇ系の導電性材
料が主成分であることが好ましい。

【００１９】また、前記補強層は、アルミナとガラスと
の混合材料が主成分であることが好ましい。

【００２０】次に、本発明のバンプ付セラミック回路基
板の製造方法は、バンプを基板表面に有するバンプ付セ
ラミック回路基板の製造方法であって、基板シートに配
線パターンを形成する工程と、バンプ形成シートに貫通
孔を設けた後、前記貫通孔に導電体層用ペーストと補強
層用ペーストとを充填して未焼結のバンプを形成する工
程と、前記配線パターンを形成した基板シートと前記未
焼結のバンプを形成したバンプ形成シートとを熱圧着し
て積層体を形成する工程と、前記積層体を焼結した後、
前記バンプを前記基板シート上に残して前記バンプ形成
シートを除去する工程とを備えたことを特徴とする。

【００２１】前記のようなバンプ付セラミック回路基板
の製造方法によれば、同一バンプ内に導電体層と補強層
との二層構造を有すバンプを形成することができる。

【００２２】前記バンプ付セラミック回路基板の製造方
法においては、前記未焼結のバンプを形成する工程にお
いて、前記導電体層用ペーストと前記補強層用ペースト
のいずれか一方をバンプ形成シートの貫通孔に充填した
後、もう一方のペーストを前記貫通孔に充填することが
好ましい。

【００２３】また、前記未焼結のバンプを形成する工程
において、前記導電体層用ペーストと前記補強層用ペー
ストのいずれか一方をバンプ形成シートの貫通孔に充填
した後、前記充填したペーストの中心部に貫通孔を形成
し、この貫通孔にもう一方のペーストを充填することが
好ましい。前記のようなバンプ付セラミック回路基板の
製造方法によれば、バンプの寸法精度が向上し、バンプ
の抵抗値バラツキを小さくすることができる。

【００２４】また、前記導電体層用ペースト及び前記補
強層用ペーストにガラスを含有し、前記補強層用ペース
トのガラス含有量が、前記導体層用ペーストのガラス含
有量よりも多いことが好ましい。

【００２５】また、前記導電体層用ペーストは、Ａｇ系
の導電性材料が主成分であることが好ましい。

【００２６】また、前記補強層用ペーストは、アルミナ
とガラスとの混合材料が主成分であることが好ましい。

【００２７】また、前記基板シートは、１０００℃以下
の温度で焼結する低温焼結材料に有機バインダを含むグ
リーンシートであることが好ましい。

【００２８】また、前記バンプ形成シートは、アルミナ
に有機バインダを含むグリーンシートであることが好ま
しい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００３０】（実施の形態１）図１は、本発明の実施形
態１に係るバンプ付セラミック回路基板の断面図を示し
ている。図１（ａ）、（ｂ）に示したバンプ付セラミッ
ク回路基板は、基板シート2ａ,2b,2cが積層され、さら
にその上にバンプ１が積層されている。各基板シート2
ａ,2b,2cには、貫通孔内に形成されたビア導体４と、配
線パターン５とが形成されている。

【００３１】バンプ１は、導電体層１ａと補強層１ｂと
の二層構造である。図１（ａ）に示したバンプ１は、円
柱状の補強層１ｂの側面に導電体層１ａが形成された二
層構造であり、図１（ｂ）に示したバンプ１は、円柱状
の導電体層１ａの側面に補強層１ｂ形成された二層構造
である。

【００３２】いずれのバンプ構成であっても、導電体層
１ａのガラス含有量を少なくし、補強層１ｂのガラス含
有量を多くした構成とすることができる。このため、バ
ンプ１の電気的接続はガラス含有量の少ない導電体層１
ａが担い、バンプ１の機械的強度はガラス含有量の多い
補強層１ｂが担うことができるので、バンプ１の低抵抗
と高強度との両立が可能になる。

【００３３】以下、図１に示したバンプ付セラミック回
路基板の製造方法を、図２に示した工程図を用いて説明
する。まず、積層体を構成する基板シート2ａ,2b,2cと
バンプ形成シート３ａを用意した。基板シート2ａ,2b,2
cは、１０００℃以下の温度で焼結する低温焼結材料に
有機バインダを含むグリーンシートが好ましく、本実施
形態では、ガラスセラミックス（日本電気硝子（株）製
「MLS-1000」）に有機バインダを加えた厚さ０．２ｍｍ
のグリーンシートを用いた。バンプ形成シート３ａに
は、基板シート2ａ,2b,2cの焼結温度では焼結しないア
ルミナ（住友化学製「ALM41」）に有機バインダを加え
たグリーンシート（厚さ０．１ｍｍ）を用いた。

【００３４】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、基板シ
ート2ａ,2b,2cにビア導体４及び配線パターン５を形成
した状態を示している。ビア導体４は、基板シート2ａ,
2b,2cに直径０．２ｍｍの貫通孔を設けた後、銀を主成
分とするビア導体用のペーストを貫通孔に充填して形成
した。配線パターン５は、ビア導体４を形成後、印刷に
より形成した。

【００３５】次に、図２（ｄ）に示したように、バンプ
形成シート３ａに直径０．２ｍｍの貫通孔６を形成した
後、図２（ｅ）に示したように貫通孔６に導電体層用ペ
ーストを充填し、円筒状の導電体層１ａを形成した。導
電体層用ペーストには、銀・パラジュームとガラスとの
混合粉体（９５／５重量％）に有機バインダを加えたも
のを用いた。

【００３６】ペースト充填は、バンプ形成シート３ａの
貫通孔６よりも少し大きめの孔を有するメタルマスク
（直径０．２５ｍｍ孔径）を用いて、バンプ形成シート
３ａに形成した貫通孔６の下側からペーストを吸引しな
がら行なった。この際、ペースト粘度と吸引力とを調整
して、導電体層１ａが形成する貫通孔の内径を直径約
０．０８ｍｍにした。

【００３７】次に、この導電体層１ａを充填したバンプ
形成シート３ａを乾燥させた後、図２（ｆ）に示したよ
うに、貫通孔６に補強層用ペーストを充填し、補強層１
ｂを形成した。補強層用ペーストにはアルミナとガラス
との混合粉体（６０／４０重量％）に有機バインダーを
加えたものを用いた。ペースト充填は、貫通孔６よりも
少し大きめの孔を有するメタルマスク（直径０．１０ｍ
ｍ孔径）を用いて、貫通孔６の下側からペーストを吸引
しながら行なった。この際の吸引力は、導電体層１ａの
形成時よりも弱めの方がよい。

【００３８】次に、図２（ｇ）に示したように、ビア導
体４と配線パターン５とを形成した基板シート2ａ,2b,2
cと、未焼結のバンプ１を形成したバンプ形成シート３
ａと、バンプを形成していないバンプ形成シート３ｂと
を積層した。この後、８０℃、１５０ｋＰａの条件で熱
圧着した後、９００℃の温度で焼成した（図２
（ｈ））。

【００３９】この焼成後に、酢酸ブチルで超音波洗浄を
して、バンプ形成シート３ａ，３ｂを除去して、図２
（ｉ）に示したような補強層１ｂの側面に導電体層１ａ
を備えたバンプ構造を有するバンプ付セラミック回路基
板を完成した。バンプ形成シート３ａ，３ｂの構成材料
は、９００℃の焼成温度では焼結しないアルミナを用い
ているので容易に除去することができる。

【００４０】このようなバンプ１の構造によれば、ガラ
ス含有量の多い補強層１ｂの側面はガラス含有量の少な
い導電体層１ａで覆われているので、マザー基板に実装
する際の半田濡れ性が良くなり、かつバンプの接続強度
が高くなる。

【００４１】また、図２（ｄ）〜（ｆ）に示したような
バンプ形成工程において、ペースト充填方法を、導電体
層用ペーストを充填後、補強層用ペーストを充填する方
法とすることによって、図１（ｂ）に示したような導電
体層１ａの側面に補強層１ｂを備えたバンプ構造のセラ
ミック回路基板が得られる。

【００４２】このようなバンプ構造によれば、導電体層
１ａの側面が補強層１ｂで覆われているので、補強層１
ｂをガラスとアルミナとの絶縁体で構成すればマイグレ
ーションの心配がなくなる。そのため、導電体層を低抵
抗のＡｇで構成することができ、バンプ間のピッチを狭
くすることが可能になる。

【００４３】（実施の形態２）実施形態２は、バンプ形
成工程が実施形態１と異なる。基板シートの作製方法は
実施形態１と同様であり、図２（ａ）〜（ｃ）に示した
ような、ビア導体４と配線パターン５とを設けた複数の
基板シート2ａ,2b,2cを作製した。

【００４４】以下、図３を用いて実施形態２に係るバン
プ形成工程について説明する。まず、図３（ａ）に示し
たように、バンプ形成シート３ｃの片面に粘着フィルム
７を貼り付けた後、直径０．２ｍｍの貫通孔６を形成し
た。粘着フィルム７には、厚さ３０μｍの加工性の良い
樹脂フィルムを用いた。貫通孔６は、パンチングマシン
を用いて粘着フィルム７越しに形成した。

【００４５】次に、図３（ｂ）に示したように貫通孔６
に導電体層用ペーストを充填し、円柱状の導電体層１ａ
を形成した。導電体層用ペーストには、銀とガラスとの
混合粉体（９５／５重量％）に有機バインダを加えたも
のを用いた。その後、図３（ｃ）に示したように、バン
プ形成シート３ｃのもう一方の面に粘着フィルム７ａを
貼り付けた。粘着フィルム７ａには、厚さ３０μmの加
工性の良い樹脂フィルムを用いた。

【００４６】次に、図３（ｄ）に示したようにパンチン
グマシンを用いて粘着フィルム７ａ越しに直径０．１ｍ
ｍの貫通孔６を形成した後、図３（ｅ）に示したように
貫通孔６に補強層用ペーストを充填した。補強層用ペー
ストにはアルミナとガラスとの混合粉体（６０／４０重
量％）に有機バインダーを加えたものを用いた。補強層
用ペースト充填後、バンプ形成シート３の両面に貼り付
けた粘着フィルム７，７ａを取り除いた。

【００４７】次に、図２（ｇ）〜（ｉ）と同様に、ビア
導体４と配線パターン５とを形成した基板シート2ａ,2
b,2cと、未焼結のバンプ１を形成したバンプ形成シート
３ｃと、バンプを形成していないバンプ形成シート３ｂ
とを積層し、８０℃、１５０ｋＰａの条件で熱圧着した
後、８５０℃の温度で焼成した。焼成後に、超音波洗浄
器を用いてバンプ形成シート３ｃを除去することによ
り、図１（ａ）に示したような、補強層１ｂの側面に導
電体層１ａを備えたバンプ構造のセラミック回路基板を
得た。

【００４８】本実施形態のようなバンプ形成方法では、
導電体層１ａを形成後にパンチングマシンを用いて貫通
孔６を形成するので、寸法精度が向上し、バンプの抵抗
値バラツキが小さくなる。

【００４９】また、導電体層用ペーストを充填後に、補
強層用ペーストを充填することによって、図１（ｂ）に
示したような導電体層１ａの側面に補強層１ｂを備えた
バンプ構造のセラミック回路基板が得られる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明のバンプ付セラミ
ック回路基板によれば、バンプが二層構造であるので、
例えば導電体層にガラス含有量を少なくし、補強層にガ
ラス含有量を多くすることができる。このため、バンプ
の電気的接続はガラスの少ない導電体層が担い、バンプ
の機械的強度はガラスの多い補強層が担うことができる
ので、バンプの低抵抗と高強度との両立が可能となる。

【００５１】また、本発明のバンプ付セラミック回路基
板の製造方法によれば、同一バンプ内に導電体層と補強
層の二層構造を有すバンプを形成することができるの
で、低抵抗かつ高強度のバンプを基板表面に備えたバン
プ付セラミック回路基板を得ることできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の補強層の側面に導電体層を備え
た二層構造のバンプ構造を有するセラミック回路基板の
実施形態に係る断面図（ｂ）本発明の導電体層の側面に補強層を備えた二層構
造のバンプ構造を有するセラミック回路基板の実施形態
に係る断面図

【図２】本発明の実施形態１に係るセラミック回路基板
の製造方法を示す工程図

【図３】本発明の実施形態２に係るセラミック回路基板
のバンプ形成方法を示す工程図

【図４】従来のバンプ付きセラミック回路基板に係る焼
結前積層体の一例を示す断面図

【図５】従来のバンプ構造の一例の断面図

【符号の説明】

１バンプ１ａ導電体層１ｂ補強層２ａ，２ｂ，２ｃ基板シート３，３ａ，３ｂ，３ｃバンプ形成シート４ビア５配線パターン６貫通孔７，７ａ粘着フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷伸啓大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者別所芳宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4E351 AA07 AA13 BB01 BB31 BB36 BB38 BB49 CC12 CC22 DD05 DD20 DD52 DD56 EE10 EE11 GG02 GG09 5E319 AA03 AA06 AB05 AC04 BB02 BB08 CC33 CD01 CD29 GG01 GG15 GG20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状の第１層の外周側面が第２層で覆
われている二層構造のバンプを基板表面に有し、前記二
層構造は導電体層と補強層とで形成されていることを特
徴とするバンプ付セラミック回路基板。
【請求項２】前記第１層が補強層で、前記第２層が導
電体層である請求項１に記載のバンプ付セラミック回路
基板。
【請求項３】前記第１層が導電体層で、前記第２層が
補強層である請求項１に記載のバンプ付セラミック回路
基板。
【請求項４】前記導電体層及び前記補強層にガラスを
含有し、前記補強層のガラス含有量が、前記導電体層の
ガラス含有量よりも多い請求項１から３のいずれかに記
載のバンプ付セラミック回路基板。
【請求項５】前記導電体層は、Ａｇ系の導電性材料が
主成分である請求項１から４のいずれかに記載のバンプ
付セラミック回路基板。
【請求項６】前記補強層は、アルミナとガラスとの混
合材料が主成分である請求項１から５のいずれかに記載
のバンプ付セラミック回路基板。
【請求項７】バンプを基板表面に有するバンプ付セラ
ミック回路基板の製造方法であって、基板シートに配線
パターンを形成する工程と、バンプ形成シートに貫通孔
を設けた後、前記貫通孔に導電体層用ペーストと補強層
用ペーストとを充填して未焼結のバンプを形成する工程
と、前記配線パターンを形成した基板シートと前記未焼
結のバンプを形成したバンプ形成シートとを熱圧着して
積層体を形成する工程と、前記積層体を焼結した後、前
記バンプを前記基板シート上に残して前記バンプ形成シ
ートを除去する工程とを備えたことを特徴とするバンプ
付セラミック回路基板の製造方法。
【請求項８】前記未焼結のバンプを形成する工程にお
いて、前記導電体層用ペーストと前記補強層用ペースト
のいずれか一方をバンプ形成シートの貫通孔に充填した
後、もう一方のペーストを前記貫通孔に充填する請求項
７に記載のバンプ付セラミック回路基板の製造方法。
【請求項９】前記未焼結のバンプを形成する工程にお
いて、前記導電体層用ペーストと前記補強層用ペースト
のいずれか一方をバンプ形成シートの貫通孔に充填した
後、前記充填したペーストの中心部に貫通孔を形成し、
この貫通孔にもう一方のペーストを充填する請求項７に
記載のバンプ付セラミック回路基板の製造方法。
【請求項１０】前記導電体層用ペースト及び前記補強
層用ペーストにガラスを含有し、前記補強層用ペースト
のガラス含有量が、前記導体層用ペーストのガラス含有
量よりも多い請求項７から９のいずれかに記載のバンプ
付セラミック回路基板の製造方法。
【請求項１１】前記導電体層用ペーストは、Ａｇ系の
導電性材料が主成分である請求項７から１０のいずれか
に記載のバンプ付セラミック回路基板の製造方法。
【請求項１２】前記補強層用ペーストは、アルミナと
ガラスとの混合材料が主成分である請求項７から１１の
いずれかに記載のバンプ付セラミック回路基板の製造方
法。
【請求項１３】前記基板シートは、１０００℃以下の
温度で焼結する低温焼結材料に有機バインダを含むグリ
ーンシートである請求項７から１２のいずれかに記載の
バンプ付セラミック回路基板の製造方法。
【請求項１４】前記バンプ形成シートは、アルミナに
有機バインダを含むグリーンシートである請求項７から
１３のいずれかに記載のバンプ付セラミック回路基板の
製造方法。