JP2003008216A

JP2003008216A - セラミック多層基板の製造方法

Info

Publication number: JP2003008216A
Application number: JP2001194537A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kawaguchi; 公明河口; Takuji Ito; 拓二伊東
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP4868196B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パッドピッチを狭くして、小型化、高密度実
装化に対応できるようにすると共に、パッドとバンプの
接続信頼性を向上できるようにする。【解決手段】基板表層となるセラミックグリーンシー
ト２１のうちのパッド２３を形成する位置にビアホール
２４を加工し、該セラミックグリーンシート２１の裏面
側からビアホール２４に導体ペーストを穴埋め印刷する
ことで、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面
を凹状又はほぼ平坦に形成して、それをパッド２３とし
て用いる。尚、セラミックグリーンシート２１，２２
を、８００〜１０００℃で焼成可能な低温焼成セラミッ
クにより形成し、焼成工程で、このセラミックグリーン
シート２１，２２の積層体の両面に、低温焼成セラミッ
クの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシート２９
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２９の残存物をブラスト処理で除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面にフリッ
プチップやＢＧＡパッケージのバンプ（半田ボール）を
接続するためのパッドを有するセラミック多層基板を製
造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミック多層基板においては、
小型化、高密度実装化、高性能化等の要求を満たすため
に、図３に示すように、基板表面に形成したパッド１１
にフリップチップ１２やＢＧＡパッケージの下面の半田
バンプ１３（半田ボール）を接続するようにしたものが
ある。この場合、パッド１１は、基板表面に導体ペース
トを印刷して形成したものがあるが、最近では、パッド
ピッチを更に狭くするために、基板表面に露出するビア
ホール導体１４の表面をパッド１１として用いるように
したものがある。

【０００３】このようなセラミック多層基板を製造する
場合は、基板表層となるセラミックグリーンシート１５
のうちのパッド１１を形成する位置にビアホール１７を
加工し、該セラミックグリーンシート１５のビアホール
１７に表面側から導体ペーストを穴埋め印刷する。そし
て、このセラミックグリーンシート１５を他の層のセラ
ミックグリーンシート１６と積層して焼成するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のよう
に、セラミックグリーンシート１５のビアホール１７に
表面側から導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導
体１４を形成すると、図４に示すように、ビアホール導
体１４の表面（パッド１１）が盛り上がってビアホール
１７の外周囲にはみ出した状態に印刷されてしまい、そ
の後の積層工程で、このビアホール導体１４の表面（パ
ッド１１）の盛り上がりが押しつぶされて、パッド１１
の外径寸法が更に大きくなってしまう。そのため、パッ
ド１１の外径寸法がビアホール１７の孔径よりもかなり
大きくなってしまい、その分、パッドピッチを広くしな
ければならず、狭ピッチ化の要求に十分に応えることが
できない。しかも、パッド１１の表面が凸面となるた
め、フリップチップ１２やＢＧＡパッケージを実装する
工程で、半田バンプ１３がパッド１１の表面を滑って位
置ずれしやすく、これが接続信頼性を低下させる一因に
もなっている。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、パッドピッチを狭く
することができて、小型化、高密度実装化に対応するこ
とができると共に、パッドとバンプの接続信頼性を向上
することができるセラミック多層基板の製造方法を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１のセラミック多層基板の製造方法
は、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの
パッドを形成する位置にビアホールを加工し、該セラミ
ックグリーンシートの裏面側からビアホールに導体ペー
ストを穴埋め印刷して、該セラミックグリーンシートを
他の層のセラミックグリーンシートと積層して焼成する
ことで、基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹
状又はほぼ平坦に形成して、それをパッドとして用いる
ようにしたものである。

【０００７】本発明のように、セラミックグリーンシー
トの裏面側からビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷
すると、基板表面に露出するビアホール導体の表面が盛
り上がらず、ビアホール導体の表面（パッド）がビアホ
ールの外周囲にはみ出さない。このため、パッドの外径
寸法がビアホールの孔径と同一となり、その分、パッド
ピッチを従来よりも狭くすることができて、狭ピッチ化
の要求に十分に応えることができる。しかも、ビアホー
ル導体の表面（パッド）が盛り上がらず、凹状又はほぼ
平坦になるため、フリップチップやＢＧＡパッケージを
実装する工程で、バンプがパッドの表面を滑りにくくな
って、位置ずれしにくくなり、パッドとバンプの接続信
頼性を向上することができる。

【０００８】この場合、請求項２のように、セラミック
グリーンシートを、８００〜１０００℃で焼成可能な低
温焼成セラミックにより形成し、焼成工程で、このセラ
ミックグリーンシートの積層体の両面に、低温焼成セラ
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
を圧着して拘束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーン
シートの残存物をブラスト処理で除去するようにしても
良い。この拘束焼成は、基板の面方向の焼成収縮を抑え
て基板寸法精度を向上させる焼成法であり、パッドピッ
チの精度を向上することができると共に、拘束焼成後に
拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去す
る工程で、基板表面に露出するビアホール導体の表面
（パッド）に投射材（ガラスビーズ等）が高圧で吹き付
けられることで、パッドの表面が確実に凹状に形成され
る。これにより、フリップチップやＢＧＡパッケージを
実装する工程で、バンプが凹状のパッドに安定して位置
決め状態に収まるようになり、接続信頼性の高い実装が
可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図１（ｃ）及び図２に基づ
いてセラミック多層基板２０の構造を説明する。セラミ
ック多層基板２０は、複数枚の低温焼成セラミック（ガ
ラスセラミック）のグリーンシート２１，２２を積層し
て８００〜１０００℃で拘束焼成したものである。低温
焼成セラミックとしては、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ
₃−Ｂ₂Ｏ₃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Ｍ
ｇＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアル
ミナとの混合物、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミ
ナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃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℃で焼成できる低温焼成セラミック
材料を用いても良い。

【００１０】基板表層（最上層）となるセラミックグリ
ーンシート２１のうちのパッド２３を形成する位置に
は、ビアホール２４がパンチング加工等により形成さ
れ、各ビアホール２４には、例えば、Ａｇ、Ａｇ／Ｐ
ｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ａｕ等を主に含むＡｇ系導体ペ
ーストが穴埋め印刷され、ビアホール導体２５が形成さ
れている。そして、基板表面に露出するビアホール導体
２５の表面が凹状又はほぼ平坦に形成され、パッド２３
として用いられる。尚、パッド２３の表面には、例えば
Ｎｉめっきを下地とするＡｕめっきが施されている。

【００１１】また、各層のセラミックグリーンシート２
１，２２の所定位置には、上述したパッド形成用のビア
ホール２４の他に、層間接続用のビアホール（図示せ
ず）がパンチング加工等により形成され、各ビアホール
に、Ａｇ系導体ペーストが穴埋め印刷されている。更
に、各層のセラミックグリーンシート２１，２２の表面
には、Ａｇ系導体ペーストで配線パターン（図示せず）
が印刷されている。尚、各層のビアホール導体や配線パ
ターンの印刷は、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。
各層のセラミックグリーンシート２１，２２は積層さ
れ、後述する拘束焼成法により８００〜１０００℃で焼
成されている。

【００１２】図２に示すように、基板表面に形成したパ
ッド２３には、フリップチップ３０やＢＧＡパッケージ
の下面のバンプ３１（半田ボール）が接続される。

【００１３】次に、上記構成のセラミック多層基板２０
の製造方法を図１及び図２を用いて説明する。予め、片
面にパンチング加工可能な拘束用プラスチックフィルム
２６が貼着されたセラミックグリーンシート２１（２
２）を用意し、このセラミックグリーンシート２１（２
２）の所定位置にビアホール２４をパンチング加工によ
り形成する。この際、図１（ａ）に示すように、拘束用
プラスチックフィルム２６を上にしてパンチング加工す
ることで、拘束用プラスチックフィルム２６を貫通する
ビアホール２４を形成する。

【００１４】この後、印刷工程に進み、各層のセラミッ
クグリーンシート２１，２２のビアホール２４にＡｇ系
の導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体２５を
形成すると共に、必要な配線パターン（図示せず）をス
クリーン印刷する。この際、基板表層となるセラミック
グリーンシート２１のビアホール２４に穴埋め印刷する
場合は、図１（ｂ）に示すように、拘束用プラスチック
フィルム２６側の面を上にしてセラミックグリーンシー
ト２１を印刷台２７上の下敷プラスチックフィルム２８
上に載せる。このセラミックグリーンシート２１の拘束
用プラスチックフィルム２６側の面は、最終的に裏面
（下面）となる。この状態で、拘束用プラスチックフィ
ルム２６側から各ビアホール２４にＡｇ系導体ペースト
を穴埋め印刷してビアホール導体２５を形成する。この
ようにして、セラミックグリーンシート２１の裏面側か
らビアホール２４に導体ペーストを穴埋め印刷すること
で、基板表面に露出するビアホール導体２４の表面を凹
状又はほぼ平坦に形成して、それをパッド２３として用
いる。

【００１５】また、基板表層となるセラミックグリーン
シート２１の表面に配線パターンを印刷する場合は、拘
束用プラスチックフィルム２６側の面を下にしてセラミ
ックグリーンシート２１を印刷台２７上にセットし、セ
ラミックグリーンシート２１の表面にＡｇ系等の導体ペ
ーストで配線パターンを印刷すれば良い。尚、２層目以
下のセラミックグリーンシート２２については、基板表
層とは異なり、拘束用プラスチックフィルム側からビア
ホール穴埋め印刷を行う必要はなく、配線パターンの印
刷と同じように、拘束用プラスチックフィルム側の面を
下にしてビアホール穴埋め印刷を行えば良い。

【００１６】印刷工程終了後、積層工程に進み、各層の
セラミックグリーンシート２１，２２から拘束用プラス
チックフィルム２６を剥離した後、各層のセラミックグ
リーンシート２１，２２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。こ
の際、基板表層となるセラミックグリーンシート２１
は、拘束用プラスチックフィルム２６が貼着されていた
面が裏面（下面）となるように積層し、基板表面に露出
するビアホール導体２５の表面をパッド２３として用い
る。

【００１７】尚、穴埋め印刷後にセラミックグリーンシ
ート２１から下敷プラスチックフィルム２８を剥離する
過程で、ビアホール２４内に充填されている導体ペース
トが少しだけ下敷プラスチックフィルム２８に付着して
はぎ取られることによって、パッド２３（ビアホール導
体２５の表面）が凹状になる効果がある。

【００１８】そして、図１（ｃ）に示すように、この生
基板の両面に拘束用グリーンシート２９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２９は、低温焼成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。

【００１９】この後、２枚の拘束用グリーンシート２９
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、各層のセラミック
グリーンシート２１，２２、ビアホール導体２５及び配
線パターンを同時焼成する。尚、生基板を加圧せずに焼
成しても良く、この場合でも、セラミック多層基板２０
の面方向の焼成収縮を拘束用グリーンシート２９によっ
て少なくすることができる。

【００２０】このような拘束焼成では、基板両面に圧着
された拘束用グリーンシート２９（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２９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２９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。

【００２１】拘束焼成後、基板両面に残った拘束用グリ
ーンシート２９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（ｄ）参照］。この際、投射材
として、例えばガラスビーズを用い、この投射材を、基
板表面に露出するビアホール導体２５の表面（パッド２
３）に高圧で吹き付けることで、パッド２３の表面が確
実に凹状に形成される。ブラスト処理後、めっき処理工
程に移行し、基板表面に露出するパッド２３の表面（ビ
アホール導体２５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する。

【００２２】以上説明した本実施形態によれば、次の
(1) 〜(3) の条件によって基板表面に露出するビアホー
ル導体２５の表面（パッド２３）が確実に凹状に形成さ
れる。 (1) 基板表層となるセラミックグリーンシート２１のビ
アホール２４に対して裏面側から導体ペーストを穴埋め
印刷すること (2) 穴埋め印刷後にセラミックグリーンシート２１から
下敷プラスチックフィルム２８を剥離する過程で、ビア
ホール２４内に充填されている導体ペーストが少しだけ
下敷プラスチックフィルム２８に付着してはぎ取られる
こと (3) ブラスト処理工程で、基板表面に露出するビアホー
ル導体２５の表面（パッド２３）に投射材が高圧で吹き
付けられること

【００２３】本実施形態では、これら(1) 〜(3) の条件
によってパッド２３を凹状（又はぼ平坦）に形成するの
で、基板表面に露出するビアホール導体２５の表面が盛
り上がらず、ビアホール導体２５の表面（パッド２３）
がビアホール２４の外周囲にはみ出さない。このため、
パッド２３の外径寸法がビアホール２４の孔径と同一と
なり、その分、パッド２３のピッチを従来よりも狭くす
ることができて、狭ピッチ化、小型化、高密度実装化の
要求に十分に応えることができる。しかも、図１（ｄ）
に示すように、ビアホール導体２５の表面（パッド２
３）が盛り上がらず、凹状になるため、フリップチップ
３０やＢＧＡパッケージを実装する工程で、バンプ３１
が凹状のパッド２３に安定して位置決め状態に収まるよ
うになり、バンプ３１が位置ずれしにくくなって、パッ
ド２３とバンプ３１の接続信頼性を向上することができ
る。

【００２４】尚、本発明は、必ずしも拘束焼成を用いる
必要はなく、拘束焼成を用いない通常の焼成法でセラミ
ック多層基板を焼成しても良い。その他、本発明は、低
温焼成セラミック多層基板に限定されず、アルミナ多層
基板等、他のセラミック多層基板にも適用して実施でき
る等、種々変形して実施できる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項１では、基板表層となるセラミックグリーンシ
ートの裏面側からビアホールに導体ペーストを穴埋め印
刷することで、基板表面に露出するビアホール導体の表
面を凹状又はほぼ平坦に形成して、それをパッドとして
用いるようにしたので、パッドの外径寸法をビアホール
の孔径と同一とすることができて、パッドピッチの狭ピ
ッチ化、小型化、高密度実装化等に対応できると共に、
フリップチップやＢＧＡパッケージ等を実装する工程
で、バンプがパッドの表面を滑りにくくなって、位置ず
れしにくくなり、パッドとバンプの接続信頼性を向上す
ることができる。

【００２６】また、請求項２では、拘束焼成法を採用
し、拘束焼成後に拘束用グリーンシートの残存物をブラ
スト処理で除去するようにしたので、このブラスト処理
工程で、基板表面に露出するビアホール導体の表面（パ
ッド）に投射材を高圧で吹き付けることで、パッドの表
面を確実に凹状に形成することができ、実装工程で、バ
ンプを凹状のパッドに安定して位置決め状態に収めるこ
とができ、パッドとバンプの接続信頼性を更に向上する
ことができると共に、拘束焼成により基板の寸法精度や
パッドピッチの精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるセラミック多層基
板の製造方法を説明する図

【図２】セラミック多層基板に対するＢＧＡパッケージ
の実装構造を示す主要部の縦断面図

【図３】従来のセラミック多層基板に対するＢＧＡパッ
ケージの実装構造を示す主要部の縦断面図

【図４】従来のパッドの構造を示す縦断面図

【符号の説明】

２０…セラミック多層基板、２１，２２…セラミックグ
リーンシート、２３…パッド、２４…ビアホール、２５
…ビアホール導体、２６…拘束用プラスチックフィル
ム、２８…下敷プラスチックフィルム、２９…拘束用グ
リーンシート、３０…フリップチップ、３１…バンプ。

フロントページの続きＦターム(参考） 5E346 AA43 BB16 CC18 CC32 CC38 CC39 DD13 EE25 EE27 FF18 GG17 GG40 HH22 HH25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚のセラミックグリーンシートを積
層して焼成することで、基板表面に半導体素子のバンプ
を接続するためのパッドを有するセラミック多層基板を
製造する方法において、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記
パッドを形成する位置にビアホールを加工し、該セラミ
ックグリーンシートの裏面側から前記ビアホールに導体
ペーストを穴埋め印刷して、該セラミックグリーンシー
トを他の層のセラミックグリーンシートと積層して焼成
することで、基板表面に露出するビアホール導体の表面
を凹状又はほぼ平坦に形成して、それを前記パッドとし
て用いることを特徴とするセラミック多層基板の製造方
法。
【請求項２】前記セラミックグリーンシートを、８０
０〜１０００℃で焼成可能な低温焼成セラミックにより
形成し、焼成工程で、前記セラミックグリーンシートの積層体の
両面に、低温焼成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の残存物をブラスト処理で
除去することを特徴とする請求項１に記載のセラミック
多層基板の製造方法。