JP2004014649A - セラミックス基板とその製造方法 - Google Patents
セラミックス基板とその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004014649A JP2004014649A JP2002163503A JP2002163503A JP2004014649A JP 2004014649 A JP2004014649 A JP 2004014649A JP 2002163503 A JP2002163503 A JP 2002163503A JP 2002163503 A JP2002163503 A JP 2002163503A JP 2004014649 A JP2004014649 A JP 2004014649A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- green sheet
- ceramic substrate
- holes
- ceramic
- laminate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
【課題】従来より微小な突起電極の形成が可能な、突起電極を有するセラミックス基板を安価に提供する。
【解決手段】低温焼成セラミックス材料からなる少なくとも１層の第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０、焼結温度が第１グリーンシートより高く、突起電極形成用の貫通孔を形成した第２グリーンシート１２、および焼結温度が同様に高い第３グリーンシート１１， １３を用意し、第２グリーンシートの貫通孔は空のまま、外側に第３グリーンシートを配して上記グリーンシートを積層し、積層体を加圧しながら焼成して、第１グリーンシートと導体ペーストを焼結させた後、焼結しない第２グリーンシートと第３グリーンシートを除去する。焼成中に、第２グリーンシートの空の貫通孔内に、流動化したセラミックス材料が、その上に形成された電極用導体層を押しながら流入して孔を充填することで、表面が導体層、内部がセラミックスからなる、高さが揃った突起電極５０が形成される。
【選択図】 図３
【解決手段】低温焼成セラミックス材料からなる少なくとも１層の第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０、焼結温度が第１グリーンシートより高く、突起電極形成用の貫通孔を形成した第２グリーンシート１２、および焼結温度が同様に高い第３グリーンシート１１， １３を用意し、第２グリーンシートの貫通孔は空のまま、外側に第３グリーンシートを配して上記グリーンシートを積層し、積層体を加圧しながら焼成して、第１グリーンシートと導体ペーストを焼結させた後、焼結しない第２グリーンシートと第３グリーンシートを除去する。焼成中に、第２グリーンシートの空の貫通孔内に、流動化したセラミックス材料が、その上に形成された電極用導体層を押しながら流入して孔を充填することで、表面が導体層、内部がセラミックスからなる、高さが揃った突起電極５０が形成される。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や電子部品などと接続して電気回路を構成するセラミックス基板、特に突起電極 （バンプ）といった微小突起部を有するセラミックス基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の高集積化や電子部品の小型化に伴い、半導体素子、半導体パッケージおよび回路基板の外部端子密度は増大傾向にある。このため、端子を格子状にして基板主面に形成し、端子密度を増大させた端子構造・実装構造が盛用されている。例えば、半導体素子であればフリップチップ実装が、半導体パッケージであればＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージや、それを小型化したＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｋａｇｅ）が挙げられる。
【０００３】
これらはいずれも、基板回路上に形成された突起電極を介して、外部回路と接続される。突起電極は、基板回路を形成した後に別に形成する必要がある。例えば、ＢＧＡでは、基板回路を形成した後、半田ボールを格子状に基板の電極上に配置し、電極に融着させる。この別工程が加わるためコストが高く、また半田ボールの大きさが不揃いであると、接続不良を生ずるという問題があった。
【０００４】
これらの問題点を解決するセラミックス基板の製造方法が特開平６−５３６５５号公報に開示されている。この製造方法について、図５を参照しながら説明する。なお、同様の方法は、特開平７−２０２４２２号公報にも開示されている。
【０００５】
まず、焼結してセラミックス基板となる第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０と、該グリーンシートの焼結温度では焼結しない未焼結シート１１， １２， １３を用意する ［図５（ａ）］。これらの未焼結シートは、焼結温度が第１グリーンシートより高い第２グリーンシートである。内側の未焼結シート１２には、突起電極 （バンプ）形成用の貫通孔 （ホール）１０を、第１グリーンシート２１０， ２２０には、ビア形成用の貫通孔２１５， ２２５を、それぞれ形成する ［図５（ｂ）］。これらの貫通孔に導体ペースト５を充填する ［図５（ｃ）］。次に、各グリーンシートに回路形成用導体ペースト層５９を形成する ［図５（ｄ）］。第１グリーンシートと未焼結シートとを重ね合わせて熱圧着し、得られた積層体を焼成する ［図５（ｅ）］。この焼成で、焼結温度が高い未焼結シート１１， １２， １３は焼結しないが、第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０と、回路形成用導体ペースト５９および貫通孔内の導体ペースト５は焼結し、それらの隣接部材間も接合される。最後に、未焼結シートを除去すると、配線回路５９、ビア２０、および柱状の突起電極５０を有するセラミックス回路基板２が得られる ［図５（ｆ）］。未焼結シートは、焼成時にそのグリーンシートからバインダーが消失しているため、ハケで簡単に除去することができる。
【０００６】
この方法によれば、グリーンシート多層積層法によるセラミックス基板の製造において、突起電極５０をその製造工程内で同時に形成することができるので、突起電極を有するセラミックス回路基板を従来より低コストで製造することが可能となる。また、突起電極形成用の貫通孔１０は同じ高さを有するので、これに導体ペースト５を均一に充填することで、突起電極の高さをそろえることが可能となり、高さの不揃いによる接続不良も解消される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した突起電極つきセラミックス基板の製造方法において、突起電極形成用の貫通孔１０への導体ペースト５の充填方法は、スキージを用いたスクリーン印刷によって埋めて行く方法が一般的である。一般に、スクリーン印刷で形成できる突起電極の寸法 （直径）は、量産レベルで１００μｍ、実験室レベルでも５０μｍが限界であり、これより小さい突起電極はスクリーン印刷では形成できない。
【０００８】
また、セラミックス基板は、基板よりはるかに大きいパネル単位で製造される。１枚のパネルの大きさは、通常１００ ｍｍから２００ ｍｍ角である。従って、大きなパネルに無数に形成されている小さな貫通孔の全てに、導体ペーストを均等に充填することは実際には困難である。位置ずれによって導体ペーストが貫通孔からはみ出すと、隣接した電極と短絡する危険性が増す。
【０００９】
本発明は、すぐ上に述べた問題点を解消して、微小な突起電極、より一般的には微小突起部を有するセラミックス基板を安価に製造する方法と、こうして得られるセラミックス基板を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、突起電極はその表面だけが導電性であれば目的を達成できることに着目した。即ち、前述した方法では、銀等の導体粉末を主成分とする高価な導体ペーストを貫通孔に充填することにより、全体が導体からなる柱状の突起電極を形成しているが、突起電極の全体を導体とする必要性はない。
【００１１】
そこで、前述した方法において、未焼結シートの突起電極形成用の貫通孔に導体ペーストを充填せず、積層体の焼成を加圧下で行ったところ、焼成中に流動化した基板セラミックス材料が貫通孔内に流入して、セラミックスの微小突起部を形成できることを見いだした。その際に、前述した方法と同様に、未焼結シートの貫通孔とグリーンシートとの間に回路形成用の導体ペースト層を存在させると、貫通孔内に流入するセラミックスがこの導体層を内部に押し込んで、表面が導体層で覆われた微小突起部が生成する。こうして、内部はセラミックスで、表面だけが導体層からなる突起電極を持つセラミックス基板を効率よく製造することができる。
【００１２】
本発明により、下記工程を含むことを特徴とする、主面に微小突起部を有するセラミックス基板の製造方法が提供される：
（１） セラミックス基板となる少なくとも１層の第１グリーンシートと、焼結温度が第１グリーンシートより高く、かつ１または２以上の孔を設けた第２グリーンシートとを用意する工程、
（２） 第２グリーンシートの孔が第１グリーンシートに面するように第１グリーンシートと第２グリーンシートとが積層された積層体を形成する工程、
（３） 積層体を、その主面に対して概ね垂直方向に加圧しながら、第１グリーンシートが焼結し、第２グリーンシートが焼結しない温度で焼成する工程、及び
（４） 第２グリーンシートを除去して、主面に微小突起部を有するセラミックス基板を得る工程。
【００１３】
ここで、「概ね垂直方向」とは、垂直に加圧するのに必要な垂直分力を得ることができれば、加圧自体の方向は垂直から少し傾いていてもよいことを意味している。表面の粗さや、加圧に使われる板等の重さにより、許容される垂直からの傾斜の範囲は変動し、一律に規定できないので、本発明では概ね垂直方向と記している。
【００１４】
上記方法の好適態様は次の通りである。
・工程（１）で用意する第２グリーンシートに設けた孔が貫通孔である、
・工程（２）で形成された積層体が、少なくとも第２グリーンシートに接する側の外面に、前記焼成温度では焼結しない材質の第３グリーンシートが積層された積層体である、
・工程（２）で形成された積層体が、その積層方向の外層として、前記焼成温度では焼結しない材質の第３グリーンシートが積層された積層体である、
・工程（１）で用意する第１グリーンシートの少なくとも一部が、その表面に導体形成層を有している、
・工程（２）での積層後に第２グリーンシートと接することになる第１グリーンシートの表面が、第２グリーンシートに設けた孔に対応する位置に導体形成層を有しており、それにより導体層で被覆された微小突起部からなる突起導電部を有するセラミックス基板が製造される、
・突起導電部が突起電極である、および／または
・工程（１）で用意する第１グリーンシートの少なくとも一部が、導体ペーストが充填された１または２以上の貫通孔を有する。
【００１５】
本発明によればまた、基板の隆起により形成されたセラミックスの微小突起部と、この微小突起部に密着し、これを被覆する導体層、とから構成される突起電極を有することを特徴とする、セラミックス基板も提供される。
【００１６】
本発明において、「突起導電部」とは、突起電極 （バンプ）に加え、配線も含む意味である。以下では、突起導電部を突起電極で代表させて、本発明を説明する。
【００１７】
また、本発明において、焼結温度とは、見かけ密度が、その焼結多結晶体の理論最高密度の９０％以上になるのに必要な最低の焼成雰囲気温度である。見かけ密度は「アルキメデス法」と一般に呼ばれる方法により測定できる。
【００１８】
微小突起部の大きさは特に制限されないが、好ましくは径または最小幅が１ｍｍ以下である。本発明によれば、形成可能な微小突起部の最小径は、第２グリーンシートに適用する孔の形成手段およびグリーンシート厚みに依存する。即ち、スクリーン印刷を使用しないため、グリーンシートの孔形成が可能な最小径の微小突起部を形成することができるが、現状では、グリーンシート厚みが５０μｍの場合で、その最小径は３０μｍ程度である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、再び図１〜図３を参照しながら、本発明の態様について説明する。但し、本発明は以下に説明する態様に制限されるものではない。
【００２０】
まず、準備工程において、図１（ａ）に示すように、焼成後にセラミックス基板となる少なくとも１層の第１グリーンシート （図示例では、２１０， ２２０， ２３０の３層）と、焼結温度が第１グリーンシートより高く、第１グリーンシートを焼結させるための焼成工程で焼結しない、第２グリーンシート１２を用意する。第２グリーンシート１２は、突起電極形成に用いる。
【００２１】
第１グリーンシートは、１０００℃以下で焼結する低温焼成セラミックス基板材料から形成したものが好ましい。そのようなセラミックス材料の１例として、比較的多量のガラス成分を含有するガラスセラミックス材料が挙げられるが、これ以外の低温焼成セラミックス材料も使用可能である。
【００２２】
突起電極形成用の第２グリーンシートは、第１グリーンシートより焼結温度が３００℃以上高いものが好ましく、焼結温度が５００℃以上高いものがより好ましい。第２グリーンシートは、突起電極を形成した後に除去されるので、安価な材料が好ましい。好ましい第２グリーンシートは、焼結温度が約１７００℃と高く、安価なアルミナのグリーンシートである。第２グリーンシートに形成された孔が貫通孔である場合、形成される微小突起部の高さは第２グリーンシートの厚みと等しくなる。
【００２３】
好適態様では、図示例のように、少なくとも１層の第３グリーンシート （図示例では、１１， １３の２層）を用意する。この第３グリーンシートは、焼成中に焼結する第１グリーンシートや導体ペーストと、加圧用の押圧板との融着を防止する役割を果たす。第３グリーンシートは、第２グリーンシートと同様、焼結温度が第１グリーンシートより高く、焼成中に焼結しないものである。第３グリーンシートも焼成後に除去されるので、第２グリーンシートと同様、安価なアルミナのグリーンシートを使用することが好ましい。しかし、第２と第３グリーンシートは別の材質のものとすることができ、第３グリーンシートが図示のように２層またはそれ以上の場合、互いに異なる材質のものでもよい。
【００２４】
第２グリーンシートに形成された孔が貫通孔である場合には、この貫通孔に対する蓋となるように、第２グリーンシートの上に第３グリーンシートを積層することが好ましい。より好ましくは、第３グリーンシートは、積層体の積層方向 （積層体の主面に垂直の方向）において両側の外層、特に最外層を構成する位置、図示例では１１および１３に示す位置に配置する。
【００２５】
本発明では、前記のように焼成を加圧下に行うため、焼成する積層体の構成が積層方向において非対称であっても、焼成中の反りが防止される。従って、図１（ａ）に示すように、例えばアルミナシートからなる第２および第３グリーンシートが、図面で上側には２層（１１， １２）、下側には１層（１３）と非対称の構成となったり、或いは下側の第３グリーンシート（１３）を省略した非対称の構成となっても、反りが起こる心配はない。
【００２６】
以上の第１、第２および第３グリーンシートは、常法に従って用意することができる。典型的なグリーンシートの作製法は、セラミックス原料粉末に、適当なバインダーおよび場合により他の添加剤 （例、可塑剤）を配合した混合物を、溶剤中で混練して、スラリーまたはペーストを作成し、このスラリーまたはペーストをドクターブレード法によりシート成形し、乾燥して溶剤の大部分を除去することからなる。
【００２７】
第２グリーンシート１２には、図１（ｂ）に示すように、突起電極を形成するための孔１０を設けておく。この孔は、もちろん基板に形成すべき電極位置に対応させる。孔の形状は、円柱状が普通であるが、角柱状でもよい。本発明において必須ではないが、図示のように、セラミックス基板となる第１グリーンシートの少なくとも一部にも、上下間の導通用のビアを形成するための貫通孔２１５， ２２５を形成する。これらの孔は、径が約５０μｍ以上であれば、機械的な打ち抜きにより形成できる。
【００２８】
本発明では、突起電極の形成に導体ペーストのスクリーン印刷を利用しないため、第２グリーンシートに形成する孔の最小径は５０μｍより小さくてもよい。そのような微小サイズの孔は、レーザー加工、またはグリーンシートに感光性を付与して露光・エッチングを行う方法により形成できる。
【００２９】
突起電極形成のために第２グリーンシートに形成する孔は、図示のように貫通孔であることが好ましい。しかし、第３グリーンシート１１を使用せずに、第２グリーンシート１２を、図示のグリーンシート１１と１２を合体させた厚みのものとすることができ、その場合には、シート１２に相当する厚みの部分だけに孔を形成する。この場合の孔は、合体した第２グリーンシート （１１＋１２）を貫通しない。従って、必ずしも貫通孔でなくてもよい。
【００３０】
第１グリーンシートにビア形成用の貫通孔２１５， ２２５を設けた場合、図２（ａ）に示すように、これらの貫通孔には導体ペースト５を、スクリーン印刷法等により充填しておく。しかし、本発明では、第２グリーンシートに形成した、突起電極形成用の孔１０には、導体ペーストを充填せず、空のままとしておく。
【００３１】
導体ペースト５は、第１グリーンシートの焼成中に焼結するものを使用する。好ましいのは、銀系 （例、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ等）または銅系 （例、Ｃｕ）の導体粉末をバインダーと混合してペースト状にしたものである。
【００３２】
本発明において必ずしも必須ではないが、図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板になる第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０には、最後に、基板に必要な配線回路を形成するための所定パターンの導体形成層 ５９を、例えば、導体ペーストのスクリーン印刷により形成しておく。
【００３３】
但し、本発明に係る方法によって、表面が導体層で被覆さた微小突起物からなる突起電極を形成する場合には、積層後に第２グリーンシート１２と接することになる第１グリーンシート２１０の表面には、第２グリーンシート１２に設けた孔１０に対応する位置に導体形成層５９を形成しておく。この導体形成層５９の大きさは、焼成後にセラミックスの微小突起部を覆うことができる大きさとする。即ち、加圧焼成時にはＸＹ面内の収縮がないので、少なくとも孔１０の直径より大きくすればよい。
【００３４】
次に、第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０、第２グリーンシート１２、および使用すれば第３グリーンシート１１， １３を積層して、図３（ａ）に示す積層体を形成する。この積層は、各グリーンシートを所定の配置で、位置合わせを行いつつ重ね合わせ、バインダーが軟化または溶融する温度に加圧下で加熱保持し、グリーンシートを熱圧着させることにより行われる。
【００３５】
図示のように、この積層体において、第２グリーンシートに設けた貫通孔は空のままである。これらの貫通孔は、第３グリーンシート１１で蓋をされ、その下側には最上層の第１グリーンシート２１０の表面に形成された導体形成層が位置する。従来のセラミックス基板であれば、焼成後に、この導体層は平面状の電極パッドとして機能し、その上に突起電極、半田ボール等が接合される。しかし、本発明では、後で説明するように、この導体層が突起電極の表面を構成する。
【００３６】
次に、この積層体を焼成する。焼成は、第１グリーンシートと導体ペーストは焼結するが、第２グリーンシートと第３グリーンシートは焼結しない温度で行う。低温焼成セラミックス基板の場合、１０００℃以下の焼成温度が好ましい。この焼成前に、脱脂、即ち、バインダーや可塑剤等の有機成分の除去のための予備加熱を行うのが普通である。
【００３７】
本発明では、この焼成を、積層体の主面に概ね垂直方向に加圧しながら行う。この加圧は、図３（ａ）に示すように、積層体の両側の主面を、適当なセラミックスまたは耐火金属製の押圧板１０１， １０２を介して直接押圧し、積層体を上下方向から加圧することにより実施できる。
【００３８】
焼成中、第１グリーンシートのセラミックス （即ち、基板を構成するセラミックス）は、焼結温度付近では、ある程度の流動性を有する状態になっている。焼成を上記のように加圧下で行うと、第２グリーンシートに設けた空の貫通孔１０の中に、隣接する第１グリーンシート （図示例では２１０）の流動化したセラミックス材料が孔の奥まで流入して、この貫通孔１０を充填する。貫通孔１０と基板との間に導体層５９が存在していても、この導体層は薄くて変形し易いため、セラミックスの流入圧力に抗することはできず、流入したセラミックスに押されて孔１０内に移動し、孔内でセラミックスに密着してセラミックを覆う。
【００３９】
その結果、焼成前は空であった第２グリーンシートの貫通孔１０の中に、焼成後には、表面が導体層で覆われたセラミックスからなる微小突起部が存在する。この微小突起部は、表面が導体層で覆われているため、突起電極として十分に機能する。この微小突起部の内部セラミックス部分は、基板の流動化したセラミックス材料を加圧下で局部的に強制的に隆起させて形成したものである。
【００４０】
第２グリーンシート１２の孔１０が貫通孔であっても、第３グリーンシート１１が蓋の役割を果たす。そのため、本発明の方法では、第２グリーンシートに形成された孔と同じ高さの突起電極、即ち、高さが揃った突起電極、を形成することができる。
【００４１】
このような結果を得るのに必要な焼成時の加圧力は、セラミックス材料や焼成条件等にも依存するが、３〜１５ ｋｇｆ／ｃｍ２（３〜１５×１０５Ｐａ）程度であろう。加圧力が小さすぎるとセラミックスの流動効果が小さく、大きすぎるとグリーンシートが変形する恐れがある。焼成中の加圧は、反りや、主面と同方向の収縮を抑制するという別の利点もある。
【００４２】
但し、第２グリーンシートの厚みが大きすぎると、加圧焼成により孔の奥まで完全にセラミックスを流入させるのに、過大な圧力が必要になる。また、孔内で形成される突起の高さが高くなりすぎて、加圧焼成時に導体が途中で切れてしまう恐れがある。以上の点から、孔の高さはその径と同程度以下とすることが好ましい。従って、第２グリーンシートの孔が貫通孔である場合、このシートの厚みは、シートに形成する貫通孔の径と同程度またはそれ以下とすることが好ましい。ちなみに、孔直径が５０μｍ程度なら、少なくとも突起の高さが５０μｍぐらいまでは、焼成時に導体が切れることはないものと推察される。
【００４３】
焼成により、第１グリーンシートと導体ペーストが焼結し、各第１グリーンシートはセラミックス基板のセラミックス層となり、第１グリーンシートの貫通孔に充填された導体ペーストはビアとなり、各第１グリーンシートの表面の配線回路用の導体形成層は導体層となる。また、焼結したセラミックス層、ビア、配線回路導体層の間は、焼結により接合される。
【００４４】
一方、第２グリーンシートと第３グリーンシートは、焼成により焼結しないが、これらのグリーンシート中のバインダーや他の有機成分は熱分解により消失する。焼成の初期段階 （脱脂加熱を行う場合には脱脂中）において、各グリーンシートや導体ペーストから有機成分の熱分解により多量のガスが発生するので、それを効率よく炉外に除去する必要があるが、第２グリーンシートおよび第３グリーンシートは、焼成中に有機成分が除去されて気孔率が増大するので、発生したガスの除去を促進する。
【００４５】
最後に、焼成中に焼結しなかったグリーンシート、即ち、第２グリーンシート１２と、使用した場合には第３グリーンシート１１， １３を除去する。これらのグリーンシートは、焼成中にバインダーが消失し、セラミックス粉末間の結合が失われているため、ハケで払うことにより簡単に除去できる。第２グリーンシートの孔１０内に形成された微小突起部は焼結し、かつ基板と一体化しているため、除去されずに基板上に残る。ハケで除去しきれなかったセラミックス粉末は、超音波洗浄等の適当な洗浄法により除去することができる。
【００４６】
こうして、図３（ｂ）に示した回路基板２が得られる。この回路基板は、第１グリーンシートの焼結により形成されたセラミックス層２１， ２２， ２３から構成され、セラミック層にはビア２０と配線回路５９を有し、片面の主面には突起電極５０を有する。この突起電極５０は、表面が導体層５９で被覆されたセラミックスの微小突起部からなる。
【００４７】
なお、導体層５９を存在させずに、セラミックスのみからなる微小突起部を形成してもよい。従来は、径が３０μｍといった微小なセラミックスの突起部を、高さを揃えて所定配列でセラミックス基板に安価に形成する方法はなかった。
【００４８】
本発明の方法は、半導体素子をパッケージ化するためのセラミックス回路基板（例、フリップチップ回路基板）、および半導体パッケージを実装するためのセラミックス回路基板のいずれにも、突起電極を形成するために適用することができる。
【００４９】
【実施例】
（実施例１）
図１〜図３に示すように、本発明に従ってセラミックス基板を製造した。
【００５０】
質量％でＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス６０％とアルミナ４０％との混合物よりなる低温焼成セラミックス基板材料 （焼結温度は９００℃）の粉末に、溶剤、バインダー、および可塑剤を加え、混錬して、スラリーを作成する。次いで、常法のドクターブレード法を用いて、上記スラリーから厚み０．３ ｍｍのグリーンシートを作成し、その３層を第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０として使用する。
【００５１】
別に、アルミナ粉末 （焼結温度は１７００℃）をバインダーと混合し、ペースト状にする。このペーストから常法のドクターブレード法を用いて、厚み０．１ ｍｍのグリーンシートを作成し、その３層を、第２グリーンシート１２および第３グリーンシート１１， １３として使用する ［以上、図１（ａ）］。
【００５２】
これらのグリーンシートのうち、図１（ｂ）に示すごとく、２層の第１グリーンシート２１０， ２２０と、突起電極形成用の第２グリーンシート１２には、それぞれ円筒形の貫通孔２１５， ２２５および貫通孔１０を形成する。これらの貫通孔の直径はいずれも３００μｍ （０．３ ｍｍ）である。次いで、図２（ａ）に示すごとく、第１グリーンシートの貫通孔２１５， ２２５だけに導体ペースト５をスクリーン印刷法により充填する。使用した導体ペーストは、銀系導体 （焼結温度９１０℃）とバインダーとを混合してペースト状にしたものである。
【００５３】
その後、図２（ｂ）に示すごとく、第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０の上に配線パターン５９を導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成する。
次に、積層工程において、図３（ａ）に示すごとく、下から順に、第３グリーンシート１３、基板形成用の第１グリーンシート２３０， ２２０， ２１０、突起電極形成用の第２グリーンシート１２、突起電極の蓋の役目もする第３グリーンシート１１を、位置合わせを行いつつ重ねてから、熱圧着して、積層体を得る。熱圧着の条件は、温度１００℃、積層体の押圧力５×１０６Ｐａであり、２０秒間行う。
【００５４】
次に、焼成工程において、第１グリーンシートと導体ペーストが焼結する、設定温度９００℃、保持時間２０分の条件で上記積層体を焼成する。この時同時に、図３（ａ）に示すように、上記積層体を上下から押圧用のアルミナ板１０１， １０２で挟んで、７×１０５Ｐａの力で、主面に概ね垂直方向に加圧する。こうして、第１グリーンシート２３０， ２２０， ２１０が焼結し、２３， ２２， ２１の３層からなる多層セラミックス基板が形成され、第１グリーンシートの貫通孔内の導体ペーストも焼結してビア２０が形成される。一方、焼成前は空孔であった第２グリーンシート１２内の貫通孔１０には、この中に配線パターン５９を押しながらセラミックスが焼成中に流入することにより形成された突起電極が存在し、この突起電極は、表面が導体層で覆われ、内部がセラミックスの微小突起部からなる。
【００５５】
次に、除去工程において、焼成中に焼結しない第２グリーンシートと第３グリーンシートを、ハケで払って除去する。さらに、セラミックス基板を超音波洗浄して、基板上に残存するアルミナ粉末を除去する。こうして、図３（ｂ）に示した、主面に突起電極を有するセラミックス回路基板２が得られる。
【００５６】
図４に、こうして製造されたセラミックス基板の突起電極部分の断面の電子顕微鏡による拡大写真を示す。セラミックスの隆起部の表面が導体層で被覆された微小突起部が形成されていることがわかる。この微小突起部 （突起電極）の高さは約０．１ ｍｍであり、第２グリーンシートの厚みに等しい。この突起電極は表面が実質的に平坦である。従って、上記方法で、第２グリーンシートの孔の奥まで導体層を押しながらセラミックスが流入したことがわかる。つまり、この方法で、高さが揃った突起電極を形成することが可能となる。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により、突起電極形成用のグリーンシートに設けた貫通孔に導体ペーストを充填せずに突起電極を有するセラミックス基板を形成することができる。従って、突起電極の径を、グリーンシートに形成可能な孔の最小寸法まで小さくすることができ、スクリーン印刷では実質上不可能であった微小径の突起電極の形成が可能となる。
【００５８】
また、形成された突起電極は、表面のみが導体層であるため、高価な導体ペーストの使用量が少なくてすみ、さらに上記の導体ペーストの充填がなくなるという工程上の簡略化もあって、突起電極を有するセラミックス基板を安価に製造することができる。
【００５９】
さらに、形成された突起電極は高さが揃っており、導体ペーストの充填により形成された突起電極に見られることのある、高さの不揃いによる接続不良の問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）， （ｂ）は本発明の１態様に係る製造方法における工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図２】図２（ａ）， （ｂ）は、上記方法における上記工程の続きを模式的に示す説明図である。
【図３】図３（ａ）， （ｂ）は、上記方法における後続工程を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の方法により製造されたセラミックス基板の突起電極部分を拡大して示す断面写真である。
【図５】図５（ａ）〜（ｆ）は従来法による突起電極つきセラミックス基板の製造工程を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
２：多層セラミックス回路基板、５：導体ペースト、１０， ２１５， ２２５：貫通孔、１１， １３：第３グリーンシート （未焼結シート）、１２：第２グリーンシート （未焼結シート）、２０：ビア、５９：配線パターン、１０１， １０２：押圧板、２１０， ２２０， ２３０：
第１グリーンシート
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や電子部品などと接続して電気回路を構成するセラミックス基板、特に突起電極 （バンプ）といった微小突起部を有するセラミックス基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の高集積化や電子部品の小型化に伴い、半導体素子、半導体パッケージおよび回路基板の外部端子密度は増大傾向にある。このため、端子を格子状にして基板主面に形成し、端子密度を増大させた端子構造・実装構造が盛用されている。例えば、半導体素子であればフリップチップ実装が、半導体パッケージであればＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージや、それを小型化したＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｋａｇｅ）が挙げられる。
【０００３】
これらはいずれも、基板回路上に形成された突起電極を介して、外部回路と接続される。突起電極は、基板回路を形成した後に別に形成する必要がある。例えば、ＢＧＡでは、基板回路を形成した後、半田ボールを格子状に基板の電極上に配置し、電極に融着させる。この別工程が加わるためコストが高く、また半田ボールの大きさが不揃いであると、接続不良を生ずるという問題があった。
【０００４】
これらの問題点を解決するセラミックス基板の製造方法が特開平６−５３６５５号公報に開示されている。この製造方法について、図５を参照しながら説明する。なお、同様の方法は、特開平７−２０２４２２号公報にも開示されている。
【０００５】
まず、焼結してセラミックス基板となる第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０と、該グリーンシートの焼結温度では焼結しない未焼結シート１１， １２， １３を用意する ［図５（ａ）］。これらの未焼結シートは、焼結温度が第１グリーンシートより高い第２グリーンシートである。内側の未焼結シート１２には、突起電極 （バンプ）形成用の貫通孔 （ホール）１０を、第１グリーンシート２１０， ２２０には、ビア形成用の貫通孔２１５， ２２５を、それぞれ形成する ［図５（ｂ）］。これらの貫通孔に導体ペースト５を充填する ［図５（ｃ）］。次に、各グリーンシートに回路形成用導体ペースト層５９を形成する ［図５（ｄ）］。第１グリーンシートと未焼結シートとを重ね合わせて熱圧着し、得られた積層体を焼成する ［図５（ｅ）］。この焼成で、焼結温度が高い未焼結シート１１， １２， １３は焼結しないが、第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０と、回路形成用導体ペースト５９および貫通孔内の導体ペースト５は焼結し、それらの隣接部材間も接合される。最後に、未焼結シートを除去すると、配線回路５９、ビア２０、および柱状の突起電極５０を有するセラミックス回路基板２が得られる ［図５（ｆ）］。未焼結シートは、焼成時にそのグリーンシートからバインダーが消失しているため、ハケで簡単に除去することができる。
【０００６】
この方法によれば、グリーンシート多層積層法によるセラミックス基板の製造において、突起電極５０をその製造工程内で同時に形成することができるので、突起電極を有するセラミックス回路基板を従来より低コストで製造することが可能となる。また、突起電極形成用の貫通孔１０は同じ高さを有するので、これに導体ペースト５を均一に充填することで、突起電極の高さをそろえることが可能となり、高さの不揃いによる接続不良も解消される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した突起電極つきセラミックス基板の製造方法において、突起電極形成用の貫通孔１０への導体ペースト５の充填方法は、スキージを用いたスクリーン印刷によって埋めて行く方法が一般的である。一般に、スクリーン印刷で形成できる突起電極の寸法 （直径）は、量産レベルで１００μｍ、実験室レベルでも５０μｍが限界であり、これより小さい突起電極はスクリーン印刷では形成できない。
【０００８】
また、セラミックス基板は、基板よりはるかに大きいパネル単位で製造される。１枚のパネルの大きさは、通常１００ ｍｍから２００ ｍｍ角である。従って、大きなパネルに無数に形成されている小さな貫通孔の全てに、導体ペーストを均等に充填することは実際には困難である。位置ずれによって導体ペーストが貫通孔からはみ出すと、隣接した電極と短絡する危険性が増す。
【０００９】
本発明は、すぐ上に述べた問題点を解消して、微小な突起電極、より一般的には微小突起部を有するセラミックス基板を安価に製造する方法と、こうして得られるセラミックス基板を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、突起電極はその表面だけが導電性であれば目的を達成できることに着目した。即ち、前述した方法では、銀等の導体粉末を主成分とする高価な導体ペーストを貫通孔に充填することにより、全体が導体からなる柱状の突起電極を形成しているが、突起電極の全体を導体とする必要性はない。
【００１１】
そこで、前述した方法において、未焼結シートの突起電極形成用の貫通孔に導体ペーストを充填せず、積層体の焼成を加圧下で行ったところ、焼成中に流動化した基板セラミックス材料が貫通孔内に流入して、セラミックスの微小突起部を形成できることを見いだした。その際に、前述した方法と同様に、未焼結シートの貫通孔とグリーンシートとの間に回路形成用の導体ペースト層を存在させると、貫通孔内に流入するセラミックスがこの導体層を内部に押し込んで、表面が導体層で覆われた微小突起部が生成する。こうして、内部はセラミックスで、表面だけが導体層からなる突起電極を持つセラミックス基板を効率よく製造することができる。
【００１２】
本発明により、下記工程を含むことを特徴とする、主面に微小突起部を有するセラミックス基板の製造方法が提供される：
（１） セラミックス基板となる少なくとも１層の第１グリーンシートと、焼結温度が第１グリーンシートより高く、かつ１または２以上の孔を設けた第２グリーンシートとを用意する工程、
（２） 第２グリーンシートの孔が第１グリーンシートに面するように第１グリーンシートと第２グリーンシートとが積層された積層体を形成する工程、
（３） 積層体を、その主面に対して概ね垂直方向に加圧しながら、第１グリーンシートが焼結し、第２グリーンシートが焼結しない温度で焼成する工程、及び
（４） 第２グリーンシートを除去して、主面に微小突起部を有するセラミックス基板を得る工程。
【００１３】
ここで、「概ね垂直方向」とは、垂直に加圧するのに必要な垂直分力を得ることができれば、加圧自体の方向は垂直から少し傾いていてもよいことを意味している。表面の粗さや、加圧に使われる板等の重さにより、許容される垂直からの傾斜の範囲は変動し、一律に規定できないので、本発明では概ね垂直方向と記している。
【００１４】
上記方法の好適態様は次の通りである。
・工程（１）で用意する第２グリーンシートに設けた孔が貫通孔である、
・工程（２）で形成された積層体が、少なくとも第２グリーンシートに接する側の外面に、前記焼成温度では焼結しない材質の第３グリーンシートが積層された積層体である、
・工程（２）で形成された積層体が、その積層方向の外層として、前記焼成温度では焼結しない材質の第３グリーンシートが積層された積層体である、
・工程（１）で用意する第１グリーンシートの少なくとも一部が、その表面に導体形成層を有している、
・工程（２）での積層後に第２グリーンシートと接することになる第１グリーンシートの表面が、第２グリーンシートに設けた孔に対応する位置に導体形成層を有しており、それにより導体層で被覆された微小突起部からなる突起導電部を有するセラミックス基板が製造される、
・突起導電部が突起電極である、および／または
・工程（１）で用意する第１グリーンシートの少なくとも一部が、導体ペーストが充填された１または２以上の貫通孔を有する。
【００１５】
本発明によればまた、基板の隆起により形成されたセラミックスの微小突起部と、この微小突起部に密着し、これを被覆する導体層、とから構成される突起電極を有することを特徴とする、セラミックス基板も提供される。
【００１６】
本発明において、「突起導電部」とは、突起電極 （バンプ）に加え、配線も含む意味である。以下では、突起導電部を突起電極で代表させて、本発明を説明する。
【００１７】
また、本発明において、焼結温度とは、見かけ密度が、その焼結多結晶体の理論最高密度の９０％以上になるのに必要な最低の焼成雰囲気温度である。見かけ密度は「アルキメデス法」と一般に呼ばれる方法により測定できる。
【００１８】
微小突起部の大きさは特に制限されないが、好ましくは径または最小幅が１ｍｍ以下である。本発明によれば、形成可能な微小突起部の最小径は、第２グリーンシートに適用する孔の形成手段およびグリーンシート厚みに依存する。即ち、スクリーン印刷を使用しないため、グリーンシートの孔形成が可能な最小径の微小突起部を形成することができるが、現状では、グリーンシート厚みが５０μｍの場合で、その最小径は３０μｍ程度である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、再び図１〜図３を参照しながら、本発明の態様について説明する。但し、本発明は以下に説明する態様に制限されるものではない。
【００２０】
まず、準備工程において、図１（ａ）に示すように、焼成後にセラミックス基板となる少なくとも１層の第１グリーンシート （図示例では、２１０， ２２０， ２３０の３層）と、焼結温度が第１グリーンシートより高く、第１グリーンシートを焼結させるための焼成工程で焼結しない、第２グリーンシート１２を用意する。第２グリーンシート１２は、突起電極形成に用いる。
【００２１】
第１グリーンシートは、１０００℃以下で焼結する低温焼成セラミックス基板材料から形成したものが好ましい。そのようなセラミックス材料の１例として、比較的多量のガラス成分を含有するガラスセラミックス材料が挙げられるが、これ以外の低温焼成セラミックス材料も使用可能である。
【００２２】
突起電極形成用の第２グリーンシートは、第１グリーンシートより焼結温度が３００℃以上高いものが好ましく、焼結温度が５００℃以上高いものがより好ましい。第２グリーンシートは、突起電極を形成した後に除去されるので、安価な材料が好ましい。好ましい第２グリーンシートは、焼結温度が約１７００℃と高く、安価なアルミナのグリーンシートである。第２グリーンシートに形成された孔が貫通孔である場合、形成される微小突起部の高さは第２グリーンシートの厚みと等しくなる。
【００２３】
好適態様では、図示例のように、少なくとも１層の第３グリーンシート （図示例では、１１， １３の２層）を用意する。この第３グリーンシートは、焼成中に焼結する第１グリーンシートや導体ペーストと、加圧用の押圧板との融着を防止する役割を果たす。第３グリーンシートは、第２グリーンシートと同様、焼結温度が第１グリーンシートより高く、焼成中に焼結しないものである。第３グリーンシートも焼成後に除去されるので、第２グリーンシートと同様、安価なアルミナのグリーンシートを使用することが好ましい。しかし、第２と第３グリーンシートは別の材質のものとすることができ、第３グリーンシートが図示のように２層またはそれ以上の場合、互いに異なる材質のものでもよい。
【００２４】
第２グリーンシートに形成された孔が貫通孔である場合には、この貫通孔に対する蓋となるように、第２グリーンシートの上に第３グリーンシートを積層することが好ましい。より好ましくは、第３グリーンシートは、積層体の積層方向 （積層体の主面に垂直の方向）において両側の外層、特に最外層を構成する位置、図示例では１１および１３に示す位置に配置する。
【００２５】
本発明では、前記のように焼成を加圧下に行うため、焼成する積層体の構成が積層方向において非対称であっても、焼成中の反りが防止される。従って、図１（ａ）に示すように、例えばアルミナシートからなる第２および第３グリーンシートが、図面で上側には２層（１１， １２）、下側には１層（１３）と非対称の構成となったり、或いは下側の第３グリーンシート（１３）を省略した非対称の構成となっても、反りが起こる心配はない。
【００２６】
以上の第１、第２および第３グリーンシートは、常法に従って用意することができる。典型的なグリーンシートの作製法は、セラミックス原料粉末に、適当なバインダーおよび場合により他の添加剤 （例、可塑剤）を配合した混合物を、溶剤中で混練して、スラリーまたはペーストを作成し、このスラリーまたはペーストをドクターブレード法によりシート成形し、乾燥して溶剤の大部分を除去することからなる。
【００２７】
第２グリーンシート１２には、図１（ｂ）に示すように、突起電極を形成するための孔１０を設けておく。この孔は、もちろん基板に形成すべき電極位置に対応させる。孔の形状は、円柱状が普通であるが、角柱状でもよい。本発明において必須ではないが、図示のように、セラミックス基板となる第１グリーンシートの少なくとも一部にも、上下間の導通用のビアを形成するための貫通孔２１５， ２２５を形成する。これらの孔は、径が約５０μｍ以上であれば、機械的な打ち抜きにより形成できる。
【００２８】
本発明では、突起電極の形成に導体ペーストのスクリーン印刷を利用しないため、第２グリーンシートに形成する孔の最小径は５０μｍより小さくてもよい。そのような微小サイズの孔は、レーザー加工、またはグリーンシートに感光性を付与して露光・エッチングを行う方法により形成できる。
【００２９】
突起電極形成のために第２グリーンシートに形成する孔は、図示のように貫通孔であることが好ましい。しかし、第３グリーンシート１１を使用せずに、第２グリーンシート１２を、図示のグリーンシート１１と１２を合体させた厚みのものとすることができ、その場合には、シート１２に相当する厚みの部分だけに孔を形成する。この場合の孔は、合体した第２グリーンシート （１１＋１２）を貫通しない。従って、必ずしも貫通孔でなくてもよい。
【００３０】
第１グリーンシートにビア形成用の貫通孔２１５， ２２５を設けた場合、図２（ａ）に示すように、これらの貫通孔には導体ペースト５を、スクリーン印刷法等により充填しておく。しかし、本発明では、第２グリーンシートに形成した、突起電極形成用の孔１０には、導体ペーストを充填せず、空のままとしておく。
【００３１】
導体ペースト５は、第１グリーンシートの焼成中に焼結するものを使用する。好ましいのは、銀系 （例、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ等）または銅系 （例、Ｃｕ）の導体粉末をバインダーと混合してペースト状にしたものである。
【００３２】
本発明において必ずしも必須ではないが、図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板になる第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０には、最後に、基板に必要な配線回路を形成するための所定パターンの導体形成層 ５９を、例えば、導体ペーストのスクリーン印刷により形成しておく。
【００３３】
但し、本発明に係る方法によって、表面が導体層で被覆さた微小突起物からなる突起電極を形成する場合には、積層後に第２グリーンシート１２と接することになる第１グリーンシート２１０の表面には、第２グリーンシート１２に設けた孔１０に対応する位置に導体形成層５９を形成しておく。この導体形成層５９の大きさは、焼成後にセラミックスの微小突起部を覆うことができる大きさとする。即ち、加圧焼成時にはＸＹ面内の収縮がないので、少なくとも孔１０の直径より大きくすればよい。
【００３４】
次に、第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０、第２グリーンシート１２、および使用すれば第３グリーンシート１１， １３を積層して、図３（ａ）に示す積層体を形成する。この積層は、各グリーンシートを所定の配置で、位置合わせを行いつつ重ね合わせ、バインダーが軟化または溶融する温度に加圧下で加熱保持し、グリーンシートを熱圧着させることにより行われる。
【００３５】
図示のように、この積層体において、第２グリーンシートに設けた貫通孔は空のままである。これらの貫通孔は、第３グリーンシート１１で蓋をされ、その下側には最上層の第１グリーンシート２１０の表面に形成された導体形成層が位置する。従来のセラミックス基板であれば、焼成後に、この導体層は平面状の電極パッドとして機能し、その上に突起電極、半田ボール等が接合される。しかし、本発明では、後で説明するように、この導体層が突起電極の表面を構成する。
【００３６】
次に、この積層体を焼成する。焼成は、第１グリーンシートと導体ペーストは焼結するが、第２グリーンシートと第３グリーンシートは焼結しない温度で行う。低温焼成セラミックス基板の場合、１０００℃以下の焼成温度が好ましい。この焼成前に、脱脂、即ち、バインダーや可塑剤等の有機成分の除去のための予備加熱を行うのが普通である。
【００３７】
本発明では、この焼成を、積層体の主面に概ね垂直方向に加圧しながら行う。この加圧は、図３（ａ）に示すように、積層体の両側の主面を、適当なセラミックスまたは耐火金属製の押圧板１０１， １０２を介して直接押圧し、積層体を上下方向から加圧することにより実施できる。
【００３８】
焼成中、第１グリーンシートのセラミックス （即ち、基板を構成するセラミックス）は、焼結温度付近では、ある程度の流動性を有する状態になっている。焼成を上記のように加圧下で行うと、第２グリーンシートに設けた空の貫通孔１０の中に、隣接する第１グリーンシート （図示例では２１０）の流動化したセラミックス材料が孔の奥まで流入して、この貫通孔１０を充填する。貫通孔１０と基板との間に導体層５９が存在していても、この導体層は薄くて変形し易いため、セラミックスの流入圧力に抗することはできず、流入したセラミックスに押されて孔１０内に移動し、孔内でセラミックスに密着してセラミックを覆う。
【００３９】
その結果、焼成前は空であった第２グリーンシートの貫通孔１０の中に、焼成後には、表面が導体層で覆われたセラミックスからなる微小突起部が存在する。この微小突起部は、表面が導体層で覆われているため、突起電極として十分に機能する。この微小突起部の内部セラミックス部分は、基板の流動化したセラミックス材料を加圧下で局部的に強制的に隆起させて形成したものである。
【００４０】
第２グリーンシート１２の孔１０が貫通孔であっても、第３グリーンシート１１が蓋の役割を果たす。そのため、本発明の方法では、第２グリーンシートに形成された孔と同じ高さの突起電極、即ち、高さが揃った突起電極、を形成することができる。
【００４１】
このような結果を得るのに必要な焼成時の加圧力は、セラミックス材料や焼成条件等にも依存するが、３〜１５ ｋｇｆ／ｃｍ２（３〜１５×１０５Ｐａ）程度であろう。加圧力が小さすぎるとセラミックスの流動効果が小さく、大きすぎるとグリーンシートが変形する恐れがある。焼成中の加圧は、反りや、主面と同方向の収縮を抑制するという別の利点もある。
【００４２】
但し、第２グリーンシートの厚みが大きすぎると、加圧焼成により孔の奥まで完全にセラミックスを流入させるのに、過大な圧力が必要になる。また、孔内で形成される突起の高さが高くなりすぎて、加圧焼成時に導体が途中で切れてしまう恐れがある。以上の点から、孔の高さはその径と同程度以下とすることが好ましい。従って、第２グリーンシートの孔が貫通孔である場合、このシートの厚みは、シートに形成する貫通孔の径と同程度またはそれ以下とすることが好ましい。ちなみに、孔直径が５０μｍ程度なら、少なくとも突起の高さが５０μｍぐらいまでは、焼成時に導体が切れることはないものと推察される。
【００４３】
焼成により、第１グリーンシートと導体ペーストが焼結し、各第１グリーンシートはセラミックス基板のセラミックス層となり、第１グリーンシートの貫通孔に充填された導体ペーストはビアとなり、各第１グリーンシートの表面の配線回路用の導体形成層は導体層となる。また、焼結したセラミックス層、ビア、配線回路導体層の間は、焼結により接合される。
【００４４】
一方、第２グリーンシートと第３グリーンシートは、焼成により焼結しないが、これらのグリーンシート中のバインダーや他の有機成分は熱分解により消失する。焼成の初期段階 （脱脂加熱を行う場合には脱脂中）において、各グリーンシートや導体ペーストから有機成分の熱分解により多量のガスが発生するので、それを効率よく炉外に除去する必要があるが、第２グリーンシートおよび第３グリーンシートは、焼成中に有機成分が除去されて気孔率が増大するので、発生したガスの除去を促進する。
【００４５】
最後に、焼成中に焼結しなかったグリーンシート、即ち、第２グリーンシート１２と、使用した場合には第３グリーンシート１１， １３を除去する。これらのグリーンシートは、焼成中にバインダーが消失し、セラミックス粉末間の結合が失われているため、ハケで払うことにより簡単に除去できる。第２グリーンシートの孔１０内に形成された微小突起部は焼結し、かつ基板と一体化しているため、除去されずに基板上に残る。ハケで除去しきれなかったセラミックス粉末は、超音波洗浄等の適当な洗浄法により除去することができる。
【００４６】
こうして、図３（ｂ）に示した回路基板２が得られる。この回路基板は、第１グリーンシートの焼結により形成されたセラミックス層２１， ２２， ２３から構成され、セラミック層にはビア２０と配線回路５９を有し、片面の主面には突起電極５０を有する。この突起電極５０は、表面が導体層５９で被覆されたセラミックスの微小突起部からなる。
【００４７】
なお、導体層５９を存在させずに、セラミックスのみからなる微小突起部を形成してもよい。従来は、径が３０μｍといった微小なセラミックスの突起部を、高さを揃えて所定配列でセラミックス基板に安価に形成する方法はなかった。
【００４８】
本発明の方法は、半導体素子をパッケージ化するためのセラミックス回路基板（例、フリップチップ回路基板）、および半導体パッケージを実装するためのセラミックス回路基板のいずれにも、突起電極を形成するために適用することができる。
【００４９】
【実施例】
（実施例１）
図１〜図３に示すように、本発明に従ってセラミックス基板を製造した。
【００５０】
質量％でＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス６０％とアルミナ４０％との混合物よりなる低温焼成セラミックス基板材料 （焼結温度は９００℃）の粉末に、溶剤、バインダー、および可塑剤を加え、混錬して、スラリーを作成する。次いで、常法のドクターブレード法を用いて、上記スラリーから厚み０．３ ｍｍのグリーンシートを作成し、その３層を第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０として使用する。
【００５１】
別に、アルミナ粉末 （焼結温度は１７００℃）をバインダーと混合し、ペースト状にする。このペーストから常法のドクターブレード法を用いて、厚み０．１ ｍｍのグリーンシートを作成し、その３層を、第２グリーンシート１２および第３グリーンシート１１， １３として使用する ［以上、図１（ａ）］。
【００５２】
これらのグリーンシートのうち、図１（ｂ）に示すごとく、２層の第１グリーンシート２１０， ２２０と、突起電極形成用の第２グリーンシート１２には、それぞれ円筒形の貫通孔２１５， ２２５および貫通孔１０を形成する。これらの貫通孔の直径はいずれも３００μｍ （０．３ ｍｍ）である。次いで、図２（ａ）に示すごとく、第１グリーンシートの貫通孔２１５， ２２５だけに導体ペースト５をスクリーン印刷法により充填する。使用した導体ペーストは、銀系導体 （焼結温度９１０℃）とバインダーとを混合してペースト状にしたものである。
【００５３】
その後、図２（ｂ）に示すごとく、第１グリーンシート２１０， ２２０， ２３０の上に配線パターン５９を導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成する。
次に、積層工程において、図３（ａ）に示すごとく、下から順に、第３グリーンシート１３、基板形成用の第１グリーンシート２３０， ２２０， ２１０、突起電極形成用の第２グリーンシート１２、突起電極の蓋の役目もする第３グリーンシート１１を、位置合わせを行いつつ重ねてから、熱圧着して、積層体を得る。熱圧着の条件は、温度１００℃、積層体の押圧力５×１０６Ｐａであり、２０秒間行う。
【００５４】
次に、焼成工程において、第１グリーンシートと導体ペーストが焼結する、設定温度９００℃、保持時間２０分の条件で上記積層体を焼成する。この時同時に、図３（ａ）に示すように、上記積層体を上下から押圧用のアルミナ板１０１， １０２で挟んで、７×１０５Ｐａの力で、主面に概ね垂直方向に加圧する。こうして、第１グリーンシート２３０， ２２０， ２１０が焼結し、２３， ２２， ２１の３層からなる多層セラミックス基板が形成され、第１グリーンシートの貫通孔内の導体ペーストも焼結してビア２０が形成される。一方、焼成前は空孔であった第２グリーンシート１２内の貫通孔１０には、この中に配線パターン５９を押しながらセラミックスが焼成中に流入することにより形成された突起電極が存在し、この突起電極は、表面が導体層で覆われ、内部がセラミックスの微小突起部からなる。
【００５５】
次に、除去工程において、焼成中に焼結しない第２グリーンシートと第３グリーンシートを、ハケで払って除去する。さらに、セラミックス基板を超音波洗浄して、基板上に残存するアルミナ粉末を除去する。こうして、図３（ｂ）に示した、主面に突起電極を有するセラミックス回路基板２が得られる。
【００５６】
図４に、こうして製造されたセラミックス基板の突起電極部分の断面の電子顕微鏡による拡大写真を示す。セラミックスの隆起部の表面が導体層で被覆された微小突起部が形成されていることがわかる。この微小突起部 （突起電極）の高さは約０．１ ｍｍであり、第２グリーンシートの厚みに等しい。この突起電極は表面が実質的に平坦である。従って、上記方法で、第２グリーンシートの孔の奥まで導体層を押しながらセラミックスが流入したことがわかる。つまり、この方法で、高さが揃った突起電極を形成することが可能となる。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により、突起電極形成用のグリーンシートに設けた貫通孔に導体ペーストを充填せずに突起電極を有するセラミックス基板を形成することができる。従って、突起電極の径を、グリーンシートに形成可能な孔の最小寸法まで小さくすることができ、スクリーン印刷では実質上不可能であった微小径の突起電極の形成が可能となる。
【００５８】
また、形成された突起電極は、表面のみが導体層であるため、高価な導体ペーストの使用量が少なくてすみ、さらに上記の導体ペーストの充填がなくなるという工程上の簡略化もあって、突起電極を有するセラミックス基板を安価に製造することができる。
【００５９】
さらに、形成された突起電極は高さが揃っており、導体ペーストの充填により形成された突起電極に見られることのある、高さの不揃いによる接続不良の問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）， （ｂ）は本発明の１態様に係る製造方法における工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図２】図２（ａ）， （ｂ）は、上記方法における上記工程の続きを模式的に示す説明図である。
【図３】図３（ａ）， （ｂ）は、上記方法における後続工程を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の方法により製造されたセラミックス基板の突起電極部分を拡大して示す断面写真である。
【図５】図５（ａ）〜（ｆ）は従来法による突起電極つきセラミックス基板の製造工程を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
２：多層セラミックス回路基板、５：導体ペースト、１０， ２１５， ２２５：貫通孔、１１， １３：第３グリーンシート （未焼結シート）、１２：第２グリーンシート （未焼結シート）、２０：ビア、５９：配線パターン、１０１， １０２：押圧板、２１０， ２２０， ２３０：
第１グリーンシート
Claims (9)
- 下記工程を含むことを特徴とする、主面に微小突起部を有するセラミックス基板の製造方法：
（１） セラミックス基板となる少なくとも１層の第１グリーンシートと、焼結温度が第１グリーンシートより高く、かつ１または２以上の孔を設けた第２グリーンシートとを用意する工程、
（２） 第２グリーンシートの孔が第１グリーンシートに面するように第１グリーンシートと第２グリーンシートとが積層された積層体を形成する工程、
（３） 積層体を、その主面に対して概ね垂直方向に加圧しながら、第１グリーンシートが焼結し、第２グリーンシートが焼結しない温度で焼成する工程、及び
（４） 第２グリーンシートを除去して、主面に微小突起部を有するセラミックス基板を得る工程。 - 工程（１）で用意する第２グリーンシートに設けた孔が貫通孔である、請求項１記載のセラミックス基板の製造方法。
- 工程（２）で形成された積層体が、少なくとも第２グリーンシートに接する側の外面に、前記焼成温度では焼結しない材質の第３グリーンシートが積層された積層体である、請求項２記載のセラミックス基板の製造方法。
- 工程（２）で形成された積層体が、その積層方向の外層として、前記焼成温度では焼結しない材質の第３グリーンシートが積層された積層体である、請求項１または２記載のセラミックス基板の製造方法。
- 工程（１）で用意する第１グリーンシートの少なくとも一部が、その表面に導体形成層を有している請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックス基板の製造方法。
- 工程（２）での積層後に第２グリーンシートと接することになる第１グリーンシートの表面が、第２グリーンシートに設けた孔に対応する位置に導体形成層を有しており、それにより導体層で被覆された微小突起部からなる突起導電部を有するセラミックス基板が製造される、請求項５記載のセラミックス基板の製造方法。
- 突起導電部が突起電極である、請求項６記載のセラミックス基板の製造方法。
- 工程（１）で用意する第１グリーンシートの少なくとも一部が、導体ペーストが充填された１または２以上の貫通孔を有する、請求項１〜７のいずれかに記載のセラミックス基板の製造方法。
- 基板の隆起により形成されたセラミックスの微小突起部と、この微小突起部に密着し、これを被覆する導体層、とから構成される突起電極を有することを特徴とする、セラミックス基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163503A JP4038610B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | セラミックス基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163503A JP4038610B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | セラミックス基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004014649A true JP2004014649A (ja) | 2004-01-15 |
| JP4038610B2 JP4038610B2 (ja) | 2008-01-30 |
Family
ID=30431972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002163503A Expired - Lifetime JP4038610B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | セラミックス基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4038610B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005039182A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-02-10 | Kyocera Corp | 積層電子部品用基板、積層電子部品およびこれらの製造方法、並びに圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッド |
| JP2007335653A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Alps Electric Co Ltd | 回路基板の製造方法、及びその回路基板、並びにその回路基板を使用した回路モジュール |
-
2002
- 2002-06-04 JP JP2002163503A patent/JP4038610B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005039182A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-02-10 | Kyocera Corp | 積層電子部品用基板、積層電子部品およびこれらの製造方法、並びに圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッド |
| JP4634029B2 (ja) * | 2003-06-30 | 2011-02-16 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータの製造方法およびインクジェット記録ヘッド |
| JP2007335653A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Alps Electric Co Ltd | 回路基板の製造方法、及びその回路基板、並びにその回路基板を使用した回路モジュール |
| KR100908674B1 (ko) * | 2006-06-15 | 2009-07-22 | 알프스 덴키 가부시키가이샤 | 회로기판의 제조방법 및 그 회로기판 및 그 회로기판을이용한 회로모듈 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4038610B2 (ja) | 2008-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5278149B2 (ja) | 回路基板及び回路モジュール | |
| JPH10256425A (ja) | パッケージ基板およびその製造方法 | |
| JP2008277927A (ja) | 表面実装用の圧電発振器 | |
| JP5409261B2 (ja) | 電子部品搭載用基板の製造方法 | |
| JP5066830B2 (ja) | セラミック多層基板 | |
| JP4821424B2 (ja) | セラミック多層基板及びその製造方法 | |
| JP2681327B2 (ja) | バンプ付き回路基板の製造方法 | |
| JP4284782B2 (ja) | 多層セラミック基板およびその製造方法 | |
| JP4038610B2 (ja) | セラミックス基板の製造方法 | |
| JP4038611B2 (ja) | セラミックス基板 | |
| JP3823881B2 (ja) | 回路基板間の接続構造、その形成方法、回路基板、および実装基板に表面実装された電子部品 | |
| JP3618060B2 (ja) | 半導体素子搭載用配線基板およびこれを用いた半導体装置 | |
| US7378049B2 (en) | Method for producing ceramic substrate and electronic component module using ceramic substrate | |
| JP4404063B2 (ja) | 接続構造、その形成方法、回路基板、および実装基板に表面実装された電子部品 | |
| JP4089356B2 (ja) | 多層セラミック基板の製造方法 | |
| JP4329253B2 (ja) | フリップチップ用セラミック多層基板の製造方法 | |
| JP4826348B2 (ja) | 突起状電極付き多層セラミック電子部品の製造方法 | |
| JP4044552B2 (ja) | セラミック基板の製造方法及びセラミック基板を用いた電子部品モジュール | |
| JPH10242324A (ja) | 電極を内包したセラミック基板およびその製造方法 | |
| WO2022270299A1 (ja) | 積層セラミック電子部品およびその製造方法 | |
| JP4486440B2 (ja) | 電子部品収納用セラミックパッケージ及びその製造方法 | |
| JP2005045143A (ja) | 突起電極付きセラミック基板の製造方法 | |
| JP4345971B2 (ja) | セラミックパッケージの製造方法 | |
| JP2004288662A (ja) | 配線基板 | |
| JP4693676B2 (ja) | 電子部品搭載用基板の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040412 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050418 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050801 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060919 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061117 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071009 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071022 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4038610 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111116 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111116 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121116 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121116 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131116 Year of fee payment: 6 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |