JP2001111221A

JP2001111221A - ビアを有するセラミックグリーンシート及びそれを含むセラミック多層配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP2001111221A
Application number: JP28535599A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sekido; 圭治関戸
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック多層配線基板を構成する各セラミッ
クシートにおいて、極薄シートについても相当大きなビ
ア径を確保しながら、ビア孔埋部（インク等）のシート
からの脱落を防止し、またビア径を大きくすることによ
りＩＣパッケージとなった場合の性能の向上を図る。【解決手段】セラミックグリーンシート１にビアホール
２が開けられたものの一方の開口を塞ぐように、バック
テープ１０をシート１に貼り付ける。その後、スクリー
ン印刷等により導電性インク３をビアホール２に充填
し、孔埋めを行う。そして、このインク３が硬化して固
まった後、バックテープ１０を剥がすことにより、ビア
形成工程でビア（インク３等）がシート１から脱落する
ことを防止できる。従って、薄いセラミックシートに対
して相当大きなビア径を確保することができ、これがＩ
Ｃパッケージにおける導通部の抵抗を小さくし、ひいて
は性能の向上に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックグリ
ーンシートの製造方法、及び回路部分を有する複数枚の
セラミックグリーンシートを積層したセラミック多層配
線基板の製造方法に関し、特にセラミックグリーンシー
トに厚さ方向の貫通孔を開け、この貫通孔に導電性イン
ク等の導電性ペーストを充填することによりシート間の
導通を図るビアの形成に関する技術である。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック多層配線基板の各セラ
ミック層間に設けられた配線を相互に導通するため、セ
ラミック層に導電路（ビア）を形成したものが用いられ
ている。このセラミック多層配線基板の製造にあたって
は、未焼成セラミックシート（セラミックグリーンシー
ト）に貫通孔（ビアホール）を設け、この貫通孔にイン
ク等の導電性ペーストを充填、硬化して未焼成ビアとし
た、ビアを有するセラミックグリーンシートを形成し、
これを積層後、焼成してセラミック多層配線基板とす
る。ここで、ペーストが硬化する際の収縮により、セラ
ミックシート間の良好な導通接触が図れなくなる場合が
生ずるため、予めインクの充填量を多くする目的で、セ
ラミックシートにベースシートを貼り付けて一体化して
から、両者を貫くビアホールを開け、その後ビアホール
を穴埋めしたもの（特開平１−２５３９９４号公報）
や、そのベースシートに相当するものに金属箔（マス
ク）を用いたもの（特開平１−２８１７９５号公報）な
どがある。

【０００３】いずれにしても、このような従来の技術で
は、シートのビアホールに単にインクを充填するか、あ
るいはインク硬化時の収縮を考慮して予め余分なインク
を充填するために、セラミックシートにカサ上げ用のベ
ースシート等を設けるかの違いはあるが、ビアホールに
インクを充填するという点では変わりはない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにセラミッ
ク多層配線基板（例えばラミネートＩＣパッケージ）に
おいて、上下層の導体部（配線）を導通させる一方式と
して、メタライズインクを充填するビア構造がある。と
ころで、ビアも含め導体部（配線）の導通抵抗を小さく
することによりＩＣパッケージの性能が向上することが
知られている。そのためビア径（ビアホール径）も極力
大きくすることが望ましいが、これを大きくすると、セ
ラミックシートにビアを形成する際、あるいはその後の
取扱においてビア部、即ち充填したインクが脱落しやす
くなる。メタライズインクボリュームに対し、インクの
保持に寄与するビアホール内周の表面積が小さいためで
ある。図５に示すように、台Ｐの上に載置したグリーン
シート１のビアホール２にメタルマスク（あるいはスク
リーンマスク）４等を介してインク３を充填後、メタル
マスク４及びグリーンシート１を外すときに、インク３
がグリーンシート１のビアホール２から脱落して、台Ｐ
の上に残ることがある。また、インク３の硬化後に、シ
ート積層などのためにグリーンシート１を移動させる等
の取扱をする際にもインク３が脱落することもある。

【０００５】ここで、グリーンシート１の厚みをｔと
し、ビアホール２の径をＤとしたとき、上述の手法によ
って、図５に示すようにインク３の脱落を生ずる場合を
調査すると、図４のようになる。即ち、例えばグリーン
シート１の厚みｔ＝０．１５ｍｍの場合においては、ビ
アホール径Ｄ＝０．２５ｍｍになると、インクの脱落が
生ずる。同様にしてｔ＝０．１０、０．２０、０．２５
ｍｍの場合について調べると、Ｄ／ｔの値はほぼ同じ値
となる。このようなことから、従来においては、インク
の脱落を防止するため、Ｄ／ｔは１．５より小さくなる
ようにしていた。

【０００６】つまり、グリーンシート１の厚さｔに対し
てビアホール径Ｄが１．５倍以内とあまり大きくならな
いようにし、逆に言えばビアホール径Ｄを大きくする場
合にはセラミックシート１の厚さｔもまた相当厚くし
て、ビア（インク３）の脱落を防いでいるのが実情であ
る。もし、ビアの抵抗をさげる必要のある場合には、並
列に多くのビアを設けていた。

【０００７】しかし、セラミック多層配線基板には更な
る薄肉化、並びにその性能向上が求められており、セラ
ミックグリーンシート製造においても、より薄いシート
にビアを形成することが求められている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、そのような背
景に基づいてなされたものであり、セラミックグリーン
シート（以下、単にグリーンシートとも称する）の製造
方法の特徴は次の通りである。セラミックシートの一面
に、ビアホールの一方の開口を塞ぐようにバックテープ
を貼る。これによってビアホール（貫通孔）はいったん
盲孔となり、その状態で他方の開口からその盲孔となっ
たビアホールにインク等の導電性ペーストを充填する。
その導電性ペーストが固まってから、上記バックテープ
をセラミックシートから剥離する。

【０００９】これにより、グリーンシートが非常に薄い
場合等、ビアホール径Ｄとグリーンシート厚さｔとの
比：Ｄ／ｔが、例えば、１．５以上と大きくなる場合で
も、ビアホールに充填された導電ペースト（インク等）
が硬化しないうちに、それがグリーンシートから脱落す
るといった不都合を上記バックテープが防止する。

【００１０】グリーンシートとしては単体のものでもい
いが、セラミックグリーンシートの一面にキャリアフィ
ルムを接合した、キャリアフィルム付きグリーンシート
でもよい。そのようにすれば、グリーンシートはキャリ
アフィルムで補強された状態で取り扱われることになる
ので、取扱が容易となるうえ、少なくともビア形成工程
においてグリーンシートがキャリアフィルムで保護され
るため、グリーンシートが破れたりすることを防止でき
る。そして、このようなキャリアフィルムは、ビアや配
線が付与された複数のセラミックシートを積層する工程
の前または後に除去することができる。

【００１１】さらに、以上のようにして得たビアを有す
るグリーンシートを含む複数枚のグリーンシートを公知
の手法で積層することに基づき、例えばＩＣパッケージ
等のセラミック配線基板を製造する。これにより、シー
トの厚さに比べて大きい径を有するビアを備えた、回路
抵抗が小さくて性能を向上させうるセラミック多層配線
基板を歩留りよく製造することができる。

【００１２】より詳細には、厚さ方向に貫通するビアホ
ールを有するセラミックグリーンシートの一面に、該ビ
アホールの一方の開口を塞ぐようにバックテープを貼
り、その状態で他方の開口から該ビアホール内に導電性
ペーストを充填し、該一方の開口および該他方の開口の
少なくともいずれか一方から該導電ペーストが突出した
状態とし、該導電性ペーストが硬化する工程と、該バッ
クテープを該セラミックグリーンシートから剥離してビ
アを有するセラミックグリーンシートを製造し、該ビア
を有するセラミックグリーンシートを最外層とし、さら
に該導体ペーストが突出した側を外側にして他のセラミ
ックグリーンシートと積層してセラミックグリーンシー
ト積層体を製造する工程と、該セラミックグリーンシー
ト積層体を焼成しセラミック積層体を形成するととも
に、該突出した導体ペーストをフリップチップ接続用端
子となす工程と、と含むセラミック多層配線基板の製造
方法を用いることができる。

【００１３】このように製造されたセラミック多層配線
基板は、導体ペーストが予め突出された状態で硬化さ
れ、焼結された接続端子を有するので、半導体素子を面
実装する際にも、半導体素子とのフリップチップ接続が
良好となる。導体ペーストが予め突出して形成されてい
るため、硬化時や焼成時にセラミック基板の表面よりも
接続端子か凹むことがなく、焼成後も突出した状態を維
持できるためである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例を参照し
つつ本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に従
う方法を概念的に示すものである。ここでセラミックグ
リーンシート１に、ビアＶのための貫通孔（ビアホー
ル）２が形成されたものを用い、これに対し、バックテ
ープ１０をその下面に貼り付ける。そして導電性のイン
ク３を、図示しないメタルマスク等を用いて、そのビア
ホール２に充填して孔埋めを行い、ビアとする。そのイ
ンク３が硬化（固化）した後、バックテープ１０を剥が
す。これによりシート１の厚みに対しビア３の径（ビア
ホール径）Ｄが相当大きくても、インク３がシート１か
ら脱落することがない。インク３が硬化してグリーンシ
ート１と接着するまで、バックテープ１０がインク３の
脱落を防いでいるからである。

【００１５】また、その後の配線印刷などの工程におい
てグリーンシート１を取り扱う場合などにおいても、バ
ックテープ１０により、硬化したインク３の脱落を防ぐ
ことができる。また、バックテープ１０が貼り付けられ
ているので、グリーンシート１が補強され、取扱が容易
となる利点もある。

【００１６】以上説明した本発明によれば、前述したよ
うな従来技術におけるシート１の厚み１とビアホール径
Ｄとの比Ｄ／ｔについて、制限を受けることがない。す
なわち、従来技術においては困難であったＤ／ｔが１．
５以上、好ましくは１．６以上の比であっても、容易に
ビアを有するセラミックグリーンシートを製造すること
ができる。また、このようなシートを用いればセラミッ
ク多層配線基板を歩留りよく製造することができる。

【００１７】特に図１に示すように、インク３が図中上
方に向かってグリーンシート１の表面より突出して充填
されたセラミックグリーンシート１をセラミック多層配
線基板の最外層として積層して焼結し、セラミック多層
配線基板の表面より突出した接続端子を形成する。この
ように予め突出した状態でインク３が充填されているの
で、硬化時や焼成時もインク３が突出した状態を維持で
きるので、面実装用の半導体チップとのフリップチップ
接続をより確実なものとすることができる。なお、上記
接続端子の表面には、必要に応じて、ニッケルや金等の
メッキを施すとよい。

【００１８】図２は、図１をさらに具体的に示すもの
で、シート１の下面にバックテープ１０を貼って、ビア
ホール２を盲孔とし、そのようなシート１を台Ｐに載置
し、メタルマスクあるいはスクリーンマスク等のマスク
４をセットし、導電性のインク３をスクリーン印刷等を
することにより、ビアホール２のインク３で孔埋めす
る。その後、（ｂ）に示すようにマスク４を取り除き、
さらにシート１とバックテープとを一体で台Ｐから持ち
上げる。このとき、インク３の下面は、バックテープ１
０で支持されているため、シート１の厚さに対してビア
ホール２の孔径が相当大きくても、インク３がシート１
から脱落して台Ｐに残ることはない。

【００１９】インク３が十分乾燥・固化してシート１と
の接着力が十分得られるようになってから、（ｃ）に示
すようにシート１からバックテープを剥がせば、（ｄ）
に示すようにインク３が脱落することなく、ビアを有す
るシート１ができる。言い換えれば、ビアホール２をイ
ンク３で孔埋めするのに、バックテープ１０により一旦
盲孔を作り、インクを充填してビア孔埋め・固化した
後、バックテープ１０を剥がして、ビアを形成するもの
である。そして、前述のように、ビアホール径Ｄのシー
ト厚みｔに対する比Ｄ／ｔが１．５以上、特に１．６以
上で前述の脱落が生じ易い傾向にあるので、Ｄ／ｔが
１．６以上で本発明の方法が特に有効となる。

【００２０】なお、上記実施例では、インク３が図中上
方に突出した状態でインクが充填されるが、台Ｐを例え
ばゴム等の軟質材料で形成した場合には、インク３を加
圧して充填することにより、インク３を台Ｐに向かって
（図中下方に）突出する形態とすることもできる。さら
に、このような方法によれば、突出したインク３が台Ｐ
やバックテープ１０により押さえられるためビアの中央
部が最も高く突出する略ドーム形状の突出部に成形する
ことが可能となる。このように略ドーム状に形成された
突出部を外側にして他のセラミックグリーンシートを積
層し、焼成すると、良好なフリップチップ接続用端子を
有するセラミック多層配線基板を形成することができ
る。

【００２１】さらに、グリーンシートが薄い場合、例え
ば０．１ｍｍより薄いごく薄シートである場合には、上
述した単体のグリーンシートに代えて、グリーンシート
の一面に補強用のキャリアフィルムを貼り付けて一体化
したキャリアフィルム付きグリーンシートを用いてもよ
い。

【００２２】かかる薄いシートを用いる場合として、特
にセラミック多層基板に、セラミック層を誘電体層とし
上下に電極層を設けたコンデンサを内蔵する場合が挙げ
られる。静電容量を大きくするためにセラミック層をで
きるだけ薄くすることが望ましい。また、一方で電極と
配線（例えば電源配線）とをできるだけ低い抵抗値で導
通させるため、セラミック層に形成するビアの径を大き
くすることが望まれるからである。

【００２３】図３は、グリーンシート１ａの下面にキャ
リアフィルム１ｂが接合されたキャリアフィルム付きグ
リーンシート１’を用いる例である。ここで、グリーン
シート１ａは例えば厚さｔ’＝０．０５ｍｍで、キャリ
アフィルム１ｂは例えば０．０４８ｍｍ厚であり、それ
らの複合からなるシート１’の総厚さｔは、例えば０．
０９８ｍｍである。またグリーンシート１ａ及びキャリ
アフィルム１ｂの双方を貫通して設けられているビアホ
ール２の内径（ビアホール径）Ｄｈａ、例えば０．３２
ｍｍ程度である。この場合、Ｄ／ｔは約３．３弱くらい
となり、従来技術ではインクが脱落する値となってい
る。そして、このようなキャリアフィルム付きグリーン
シート１’に対し、そのキャリアフィルム１ｂの下面に
バックテープ１０を貼り付ける。

【００２４】その後、（ｂ）に示すように図示しないマ
スクを配置し、例えばスクリーン印刷によりビアホール
２へ導電性インク３を充填する。なお、このインク（ビ
アインク）の充填は、メタルマスクによる印刷であって
もよい。さらに、（ｃ）に示すように、スクリーン印刷
により所定の回路パターンをシート面に印刷し、（ｄ）
のように、インク３等が乾燥した後、バックテープ１０
を剥離する。その後、キャリアテープ１ｂを剥がして、
グリーンシート１ａのみとし、最後に他のシートと積層
してもよいが、より好ましくは、さらに（ｅ）に示すよ
うに、よく知られた公知の手法に従い、隣接するグリー
ンシート１”にシート’を接着した後、キャリアフィル
ム１ｂを剥がし、必要な枚数のセラミックグリーンシー
トを積層（ラミネート）してセラミック多層配線基板と
する。かかる場合には、Ｄ／ｔ’は６．４という値とな
り（Ｄ：例えば０．３２ｍｍ、ｔ’（グリーンシート１
ａ）：例えば０．０５ｍｍ）、グリーンシート１ａの厚
みｔ’に対して、径の非常に大きいビアが形成できたこ
ととなる。

【００２５】このような方法によれば、従来では安定し
た孔埋めが行えなかった例えば０．１ｍｍ以下の厚さの
セラミックシートのビアの孔埋めも確実に行えるように
なった。なお、上述の例では、バックテープ１０をキャ
リアフィルム１ｂ側に貼り付けたが、グリーンシート１
ａ側に貼っても良い。

【００２６】また、以上説明したバックテープとして
は、例えば基材にポリエチレン、ポリエステル、ＰＥＴ
などの有機高分子フィルムを用い、接合面に接着剤が塗
布されたもの、あるいはさらに接合面が剥離紙で覆われ
たものを用いることができる。使用時には、そのままあ
るいはその剥離紙を剥がしてその接着面をグリーンシー
トに直接又はキャリアフィルムを介して貼り付けて用い
ることができる。

【００２７】また、キャリアフィルムとしては、例えば
ポリエチレン、ポリエステル、ＰＥＴ等の有機高分子フ
ィルムを用いることができる。また、キャリアフィルム
とグリーンシートの接合には、ドクターブレード法によ
り、直接このキャリアフィルム上に巣ラリーを塗布し、
グリーンシートを形成して一体化し、所定形状に打ち抜
く手法や、バックテープと同様に、キャリアフィルムの
接合面に塗布した接着剤によりグリーンシートと接着す
る手法が可能である。

【００２８】さらに、インクとしては、導体成分及びバ
インダ成分を１００重量部とする場合のバインダ成分の
含有量が１０〜３０重量部であるインクが好ましく、加
熱後の収縮率が７０〜９５％であるものが好ましい。ま
た、インク（導電性ペースト）を充填する方法として
は、線径が３０〜６０μｍφで且つ線径間の網目径が２
００〜３５０μｍとなるスクリーン印刷を用いて行う印
刷方法を採用するとよい。また、印刷工程は一回に限ら
ず、インクのビアホールへの充填性をよくするためには
２回以上行うことが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を概念的に示す図。

【図２】図１をさらに詳しく示す図。

【図３】グリーンシートにキャリアフィルムを接合した
キャリアフィルム付きグリーンシートを用いる場合の具
体的な工程を示す図。

【図４】ビアホール径とシート厚さとの関係のいくつか
の例を示す図。

【図５】従来の不都合を示す説明図。

【符号の説明】

１グリーンシート１’ キャリアフィルム付グリーンシート１ａグリーンシート１ｂキャリアフィルム２ビアホール３インク４マスク１０バックテープ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ方向に貫通するビアホールを有するセ
ラミックグリーンシートの一面に、該ビアホールの一方
の開口を塞ぐようにバックテープを貼り、その状態で他
方の開口から該ビアホール内に導電性ペーストを充填
し、該導電性ペーストが硬化した後に該バックテープを
該セラミックシートから剥離することを特徴とするビア
を有するセラミックグリーンシートの製造方法。
【請求項２】前記ビアホールの径をＤ、前記セラミック
グリーンシートの厚さをｔとしたときに、Ｄ／ｔ≧１．
５となる請求項１に記載のビアを有するセラミックグリ
ーンシートの製造方法。
【請求項３】前記セラミックグリーンシートに代えて、
セラミックグリーンシートとその一面に接合されたキャ
リアフィルムとを含むキャリアフィルム付セラミックグ
リーンシートを用いる請求項１又は２に記載のビアを有
するセラミックグリーンシートの製造方法。
【請求項４】前記セラミックシートの厚さが、０．１ｍ
ｍ以下である請求項３に記載のビアを有するセラミック
グリーンシートの製造方法。
【請求項５】厚さ方向に貫通するビアホールを有するセ
ラミックグリーンシートの一面に、該ビアホールの一方
の開口を塞ぐようにバックテープを貼り、その状態で他
方の開口から該ビアホール内に導電性ペーストを充填
し、該導電性ペーストが硬化した後に該バックテープを
該セラミックグリーンシートから剥離してビアを有する
セラミックグリーンシートを製造し、該ビアを有するセ
ラミックグリーンシートを含む複数枚のセラミックグリ
ーンシートを積層することを含むことを特徴とするセラ
ミック多層配線基板の製造方法。
【請求項６】厚さ方向に貫通するビアホールを有するセ
ラミックグリーンシートの一面に、該ビアホールの一方
の開口を塞ぐようにバックテープを貼り、その状態で他
方の開口から該ビアホール内に導電性ペーストを充填
し、該一方の開口および該他方の開口の少なくともいず
れか一方から該導電ペーストが突出した状態とし、該導
電性ペーストが硬化する工程と、該バックテープを該セラミックグリーンシートから剥離
してビアを有するセラミックグリーンシートを製造し、
該ビアを有するセラミックグリーンシートを最外層と
し、さらに該導体ペーストが突出した側を外側にして他
のセラミックグリーンシートと積層してセラミックグリ
ーンシート積層体を製造する工程と、該セラミックグリーンシート積層体を焼成しセラミック
積層体を形成するとともに、該突出した導体ペーストを
フリップチップ接続用端子となす工程と、と含むことを特徴とするセラミック多層配線基板の製造
方法。
【請求項７】前記ビアを有するセラミックグリーンシー
トが、前記ビアホールの径をＤ、該ビアを有するセラミ
ックグリーンシートの厚さをｔとするときにＤ／ｔ≧
１．５である請求項５又は６に記載のセラミック多層基
板の製造方法。
【請求項８】前記セラミックグリーンシートに代えて、
セラミックグリーンシートとその一面に接合されたキャ
リアフィルムとを含むキャリアフィルム付きグリーンシ
ートを用い、前記複数枚のセラミックグリーンシートの
積層の前または後に、該キャリアフィルムが除去される
請求項５〜７のいずれかに記載のセラミック多層配線基
板の製造方法。