JP2002016361A - ガラスセラミック回路基板の製造方法 - Google Patents
ガラスセラミック回路基板の製造方法Info
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Abstract
路基板と同時焼成できるようにする。 【解決手段】 ガラス成分を1〜10重量%含むAg系
導体ペーストを用いて1層目(最上層)のグリーンシー
ト11aに表層導体14を印刷する。各層のグリーンシ
ート11a〜11cを積層して、ガラスセラミック回路
基板の生基板を作製し、その両面に、該ガラスセラミッ
クの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシート16
を圧着して拘束焼成する。この後、拘束用グリーンシー
ト16をブラスト処理で除去した後、表層導体14の表
面にめっきを施してワイヤボンディング性を向上させ
る。この場合、表層導体14に含まれるガラス成分が表
層導体14と基板表面のガラスセラミックとを接合する
接着剤としての役割を果たして、表層導体14の接合強
度を向上させ、ブラスト処理時の表層導体14の剥がれ
を防止する。
Description
ラミック回路基板の両面に拘束用グリーンシートを圧着
して焼成するガラスセラミック回路基板の製造方法に関
するものである。
する際に、基板の面方向の焼成収縮を小さくして基板寸
法精度を向上させるために、焼成前のガラスセラミック
回路基板の両面に拘束用アルミナグリーンシートを圧着
し、その上から加圧しながらガラスセラミック回路基板
を焼成した後、その焼成基板の両面に付着した未焼結の
拘束用アルミナグリーンシートの残留物(拘束用アルミ
ナグリーンシートは焼成の過程で溶剤や樹脂バインダが
飛散してアルミナ粉体として残る)をブラスト処理で除
去して、ガラスセラミック回路基板を製造する、いわゆ
る拘束焼成法が実用化されている。
は、拘束焼成後にブラスト処理により基板表面の拘束用
アルミナグリーンシートを除去してから、基板表面に後
付けで表層導体を印刷・焼成するようにしていた。この
理由は、表層導体を印刷してから拘束焼成すると、拘束
焼成後にブラスト処理によって基板表面から拘束用アル
ミナグリーンシートを除去する際に、表層導体までも剥
がされてしまうためである。そのため、従来の拘束焼成
法では、ブラスト処理後に、基板表面に後付けで表層導
体を印刷・焼成するようにしており、その分、工程数が
増えて生産性が低下し、生産コストが高くなるという欠
点があった。
たものであり、従ってその目的は、拘束焼成時に表層導
体を同時焼成しても、ブラスト処理時の表層導体の剥が
れを防止でき、表層導体の品質を維持しながら生産性を
向上することができるガラスセラミック回路基板の製造
方法を提供することにある。
に、本発明の請求項1のガラスセラミック回路基板の製
造方法は、ガラス成分を1〜10重量%含むAg系導体
ペーストを用いて基板表面(グリーンシート)に表層導
体を印刷し、その後、焼成工程前に、ガラスセラミック
回路基板の両面に、該ガラスセラミック回路基板の焼結
温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して拘
束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーンシートをブラ
スト処理で除去した後、表層導体の表面にめっきを施す
ようにしたものである。この場合、拘束焼成時に表層導
体を同時焼成するが、この表層導体の印刷に用いるAg
系導体ペーストはガラス成分を1〜10重量%含むた
め、このガラス成分が表層導体と基板表面のガラスセラ
ミックとを接合する接着剤としての役割を果たして、表
層導体の接合強度が向上し、ブラスト処理時でも表層導
体とガラスセラミックとの接合状態が維持されて、ブラ
スト処理による表層導体の剥がれが防止される。
ストを用いる利点は、電気的特性が優れていること、空
気中で焼成可能であること、めっき処理が容易であるこ
と等である。また、Ag系導体ペーストのガラス成分の
配合量を1〜10重量%とした理由は、接着剤としての
役割を果たすガラス成分が1重量%より少ないと、ガラ
スセラミックと表層導体との接合強度増加の効果が少な
く、ブラスト処理時の表層導体の剥がれを十分に防止す
ることができない。また、ガラス成分が10重量%より
も多いと、表層導体の表面へのガラス成分の析出が多く
なりすぎて、めっきが付きにくくなり、ワイヤボンディ
ング性が悪化すると共に、表層導体のガラス成分が多く
なることで、表層導体の電気的特性も低下する。従っ
て、ガラス成分が1〜10重量%であれば、表層導体の
接合強度を確保できて、ブラスト処理時の表層導体の剥
がれを十分に防止できると共に、表層導体の表面へのガ
ラス成分の析出を少なくして、表層導体の表面にめっき
が付きやすくなると共に、ガラス成分の添加による表層
導体の電気的特性低下も抑えられる。
ク回路基板を形成するガラスセラミックは、CaO−S
iO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの
混合物を用い、Ag系導体ペーストは、ガラス成分とし
てCaO−SiO2 −Al2O3 −B2 O3 系ガラスを
含むものを用いると良い。このようにすれば、ガラスセ
ラミックと表層導体に同じ組成のガラス成分が含まれる
ため、拘束焼成時のガラスセラミックと表層導体のガラ
ス成分の挙動が同じとなり、ガラスセラミックと表層導
体との接合性が更に向上する。
に基づいて説明する。まず、図1(b)に基づいてガラ
スセラミック回路基板の構造を説明する。ガラスセラミ
ック回路基板は、複数枚のガラスセラミックのグリーン
シート11a,11b,11cを積層して800〜10
00℃で拘束焼成したものである。ガラスセラミックと
しては、CaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガ
ラス:50〜65重量%(好ましくは60重量%)とア
ルミナ:50〜35重量%(好ましくは40重量%)と
の混合物を用いる。この他、例えば、MgO−SiO2
−Al2 O3 −B2 O3系ガラスとアルミナとの混合
物、SiO2 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合
物、PbO−SiO2 −B2 O3 系ガラスとアルミナと
の混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の800〜
1000℃で焼成できるガラスセラミック材料を用いて
も良い。
1a,11b,11cには、ビアホール12がパンチン
グ加工等により形成され、各ビアホール12にビア導体
13が充填されている。各層のビア導体13は、例え
ば、Ag、Ag/Pd、Ag/Pt、Ag/Au等を主
に含むAg系導体ペーストにより形成されている。尚、
各層のビア導体13は、Ag系導体ペーストに代えて、
Au系、Cu系等の低融点金属のペーストを用いても良
い。
には、パッドや配線パターン等の表層導体14がAg、
Ag/Pd、Ag/Pt、Ag/Au等を主に含むAg
系導体ペーストにより形成されている。このAg系導体
ペーストには、グリーンシート11a(ガラスセラミッ
ク)に含まれるガラス成分と同じガラス成分(本実施形
態ではCaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラ
ス)が1〜10重量%、より好ましくは2〜8重量%含
まれている。更に、表層導体14の表面には、後述する
ブラスト処理後にめっき処理が施され、例えばNiめっ
きを下地とするAuめっきの被膜が形成されている。ま
た、2層目以下のグリーンシート11b,11cには、
内層導体15がAg系導体ペースト又はAu系、Cu系
等の低融点金属のペーストにより形成されている。尚、
ビア導体13や内層導体15をAg系導体ペーストで形
成する場合は、表層導体14の場合と異なり、該Ag系
導体ペーストに、1〜10重量%のガラス成分を配合す
る必要はない。
板の製造方法を図2の工程フローチャートに従って説明
する。まず、ガラスセラミックのスラリーをドクターブ
レード法等でテープ成形して、グリーンシートを成形す
る。この後、このグリーンシートを、所定サイズに切断
すると共に、パンチングマシーン等で各層のグリーンシ
ート11a〜11cの所定位置にビアホール12を形成
する。
1cのビアホール12に導体ペーストの穴埋め印刷によ
りビア導体13を充填する。その後、1層目(最上層)
のグリーンシート11aに、表層導体14をAg系導体
ペーストでスクリーン印刷する。このAg系導体ペース
トには、グリーンシート11a(ガラスセラミック)に
含まれるガラス成分と同じガラス成分(本実施形態では
CaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラス)が
1〜10重量%、より好ましくは2〜8重量%含まれて
いる。更に、2層目以下のグリーンシート11b,11
cには、内層導体15をAg系導体ペースト又はAu
系、Cu系等の低融点金属のペーストによりスクリーン
印刷する。
〜11cを積層して生基板を作り、これを例えば80〜
150℃で加熱圧着して一体化する。更に、この生基板
の両面に図1(a)に示すように、拘束用グリーンシー
ト16を積層し、上述と同様の方法で加熱圧着する。こ
の拘束用グリーンシート16は、ガラスセラミックの焼
結温度では焼結しないアルミナグリーンシート等により
形成されている。
間に挟まれた生基板を加圧しながら800〜1000℃
(好ましくは900℃)で焼成して、各層のグリーンシ
ート11a〜11c、ビア導体13、内層導体15及び
表層導体14を同時焼成する。尚、生基板を加圧せずに
焼成しても良く、この場合でも、ガラスセラミック回路
基板の面方向の焼成収縮を拘束用グリーンシート16に
よって少なくすることができる。
された拘束用グリーンシート16(アルミナグリーンシ
ート)は1550〜1600℃まで加熱しないと焼結し
ないので、800〜1000℃で焼成すれば、拘束用グ
リーンシート16は未焼結のまま残される。但し、焼成
の過程で、拘束用グリーンシート16中のバインダーや
溶剤が飛散してアルミナ粉体として残る。
ーンシート16の残存物(アルミナ粉体)をブラスト処
理により除去する[図1(b)参照]。このブラスト処
理では、投射材として、例えばガラスビーズを用いる。
ブラスト処理後、めっき処理工程に移行し、基板表面の
表層導体14の表面に、例えばNiめっきを下地とする
Auめっきの被膜を形成して、ワイヤボンディングを可
能にする。
製造方法によれば、拘束焼成時に表層導体14を同時焼
成するが、この表層導体14の印刷に用いるAg系導体
ペーストはガラス成分を1〜10重量%含むため、この
ガラス成分が表層導体14と基板表面のガラスセラミッ
クとを接合する接着剤としての役割を果たして、表層導
体14の接合強度が向上する。このため、ブラスト処理
時でも表層導体14とガラスセラミックとの接合状態が
維持されて、ブラスト処理による表層導体の剥がれが防
止される。これにより、ガラスセラミック回路基板と表
層導体14とを同時に拘束焼成することが可能となり、
表層導体14を後付けする従来の拘束焼成と比較して、
工程数を減らして生産性を向上でき、生産コストを低減
することができる。しかも、表層導体14の表面をめっ
き処理したので、ワイヤボンディング性も確保すること
ができ、ワイヤボンディング仕様にも対応できる。
g系導体ペーストのガラス成分は、表層導体14とガラ
スセラミックとを接合する接着剤としての役割を果たす
ため、表層導体14の接合強度を大きくするには、ガラ
ス成分の配合量をある程度多くすることが望ましい。し
かし、ガラス成分の配合量が多くなり過ぎると、表層導
体14の表面へのガラス成分の析出が多くなりすぎて、
めっきが付きにくくなり、ワイヤボンディング性が悪化
すると共に、ガラス成分の添加による表層導体14の電
気的特性の低下も無視できなくなる。
刷に用いるAg系導体ペーストのガラス成分の配合量の
適正範囲を考察する試験を行ったので、その試験結果を
次の表1に示す。
のガラスセラミックとして、CaO−SiO2 −Al2
O3 −B2 O3 系ガラス:60重量%とアルミナ:40
重量%との混合物を用いた。また、表層導体は、#3を
除く5つのサンプル#1,#2,#4〜#6では、Ag
を用い、#3ではAg/Pdを用いた。
スの組成は、#4を除く5つのサンプル#1〜#3,#
5,#6で、ガラスセラミックに含まれるガラスと同じ
組成のガラス(CaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O
3 系ガラス)を用い、#4では、異なる組成のガラス
(CaO−SiO2 −Al2 O3 系ガラス)を用いた。
とCaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラスと
を配合した導体ペーストを用いた4つのサンプル#1,
#2,#5,#6では、ガラスの配合量が少なくなるほ
ど、表層導体の接合強度が小さくなり、ガラスの配合量
が最も少ない#6(ガラスの配合量が0.5重量%)で
は、めっき前の表層導体の接合強度が6.9[N/mm
2 ]であり、この程度の接合強度では、ブラスト処理時
に表層導体の剥がれが発生した。しかも、拘束焼成時に
拘束用グリーンシートと表層導体とが反応して両者が接
合してしまい、表層導体の表面から拘束用グリーンシー
トを除去しにくくなり、これもブラスト処理時に表層導
体の剥がれを発生させる原因となる。
ラスの配合量が12重量%)では、めっき前の表層導体
の接合強度が10.3[N/mm2 ]であり、十分な接
合強度が得られるため、ブラスト処理時に表層導体の剥
がれが発生しない。しかし、ガラスの配合量が過剰であ
るため、表層導体の表面へのガラス成分の析出が多くな
りすぎて、めっきが付きにくくなり、良好なワイヤボン
ディング性が得られない。
量%の範囲内の実施例#1〜#4は、めっき前の表層導
体の接合強度が7.8〜10.8[N/mm2 ]であ
り、適度な接合強度が得られると共に、拘束焼成時に拘
束用グリーンシートと表層導体との反応が発生しない。
このため、ブラスト処理時に表層導体の剥がれが発生せ
ず、ブラスト処理後も良好な状態の表層導体が得られ
る。これにより、ガラスセラミック回路基板と表層導体
とを同時に拘束焼成することが可能となる。しかも、ガ
ラスの配合量が10重量%以下であれば、表層導体の表
面へのガラス成分の析出が少なく、表層導体の表面にめ
っきが付きやすくなり、良好なワイヤボンディング性が
得られる。更に、めっき後の表層導体の接合強度も十分
に確保でき、ボンディングワイヤの接合強度も十分に確
保できる。
ガラスの配合量が1〜10重量%の範囲内であれば、導
体として、Ag/Pt(実施例#3)を用いても、Ag
の場合とほぼ同等の耐ブラスト性(表層導体の剥がれ防
止)、ワイヤボンディング性が得られる。その他、Ag
系導体として、Ag/Pd、Ag/Au等を用いても、
ほぼ同様の効果が得られる。
スとして、ガラスセラミックに含まれるガラスと同じC
aO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラスを用い
ると、ガラス配合量が3重量%(実施例#3)でも、1
2重量%(比較例#5)と同じ接合強度が得られる。つ
まり、比較的少ないガラス配合量で、表層導体の接合強
度を効果的に増大できる。これは、ガラスセラミックと
表層導体に同じ組成のガラス成分が含まれると、拘束焼
成時のガラスセラミックと表層導体のガラス成分の挙動
が同じとなり、ガラスセラミックと表層導体との接合性
が更に向上するためである。
ペーストに配合するガラスとして、ガラスセラミックに
含まれるガラスと異なる組成のガラス(CaO−SiO
2 −Al2 O3 系ガラス)を用いても、十分な耐ブラス
ト性、ワイヤボンディング性を確保できる。従って、A
g系導体ペーストに配合するガラスは、CaO−SiO
2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラスやCaO−SiO2
−Al2 O3 系ガラスに限定されず、例えばMgO−S
iO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラス、SiO2 −B
2 O3 系ガラス等、他の組成のガラスを用いても良い。
の請求項1によれば、ガラス成分を1〜10重量%含む
Ag系導体ペーストを用いて基板表面(グリーンシー
ト)に表層導体を印刷して拘束焼成を行い、ブラスト処
理後に表層導体の表面をめっき処理するようにしたの
で、拘束焼成時に表層導体を同時焼成しても、ブラスト
処理時の表層導体の剥がれを防止でき、表層導体の品質
を維持しながら生産性を向上することができると共に、
ワイヤボンディング性を向上できる。
表層導体に同じ組成のガラス成分が含まれるため、表層
導体の接合強度を更に向上できる。
回路基板の製造方法を説明するためのもので、(a)は
拘束焼成時の状態を示す縦断面図、(b)はブラスト処
理後のガラスセラミック回路基板の縦断面図
示す工程フローチャート
シート、12…ビアホール、13…ビア導体、14…表
層導体、15…内層導体、16…拘束用グリーンシー
ト。
Claims (2)
- 【請求項1】 表層導体を印刷した焼成前のガラスセラ
ミック回路基板の両面に、該ガラスセラミック回路基板
の焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着
して拘束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーンシート
をブラスト処理で除去してガラスセラミック回路基板を
製造する方法において、 前記表層導体は、ガラス成分を1〜10重量%含むAg
系導体ペーストを用いて印刷し、 拘束焼成後に、ブラスト処理で前記拘束用グリーンシー
トを除去した後、前記表層導体の表面にめっきを施すこ
とを特徴とするガラスセラミック回路基板の製造方法。 - 【請求項2】 前記ガラスセラミック回路基板を形成す
るガラスセラミックは、CaO−SiO2 −Al2 O3
−B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物からなり、 前記Ag系導体ペーストは、ガラス成分としてCaO−
SiO2 −Al2 O3−B2 O3 系ガラスを含むことを
特徴とする請求項1に記載のガラスセラミック回路基板
の製造方法。
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