【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温焼成多層セラミック配線基板の製法に関し、特に、集積回路などを実装する半導体素子収納用パッケージなどに適した低温焼成多層セラミック配線基板の製法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、配線基板、例えば、半導体素子収納用パッケージに使用される多層配線基板として、比較的高密度の配線が可能な低温焼成多層セラミック配線基板が多用されている。
【０００３】
この低温焼成多層セラミック配線基板は、低温焼成セラミックスからなる絶縁層を複数層重ねた基板であり、その表面および内部にＣｕ、Ａｇなどの金属からなる配線回路層を付与することにより形成される。
【０００４】
そして、ここで用いられる配線回路層としては、金属粉末と有機バインダー、セラミックフィラーなどからなる導体ペーストを焼結させて得られる金属焼結体や、電気化学的な製法あるいは圧延法により得られる金属箔等が好適に用いられている。
【０００５】
しかし、これら金属焼結体や金属箔は絶縁層を形成する低温焼成セラミックスと収縮開始温度が異なるため、このような収縮開始温度の異なる絶縁層と配線回路層とが混在する低温焼成多層セラミック配線基板では、焼成工程において基板に反りが発生しやすいという問題があった。
【０００６】
また、近年では基板内部に誘電率や透磁率などがベースとなる基板材料とは異なる絶縁材料を組み入れ、コンデンサやコイルを形成することにより複数の機能を内蔵した高品質な低温焼成多層セラミック配線基板が要求されている。
【０００７】
しかしながら、ベースとなる基板材料と組み入れる他の絶縁材料とは、収縮開始温度が異なることが一般的であり、収縮開始温度の異なる数種類の絶縁層が混在する低温焼成多層セラミック配線基板においても、焼成工程における基板の反りが問題となっていた。
【０００８】
このような基板の反りという課題に対して、下記に示す特許文献１、２によれば、基板の表裏両面から等しい距離にある中心線に対して、この中心線より上部の絶縁層と配線回路層との構成と、中心線より下部の絶縁層と配線回路層との構成とを対称となるようにする方法や、中心線より上部の収縮開始温度の異なる数種類からなる絶縁層の層構成と、中心線より下部の収縮開始温度の異なる数種類からなる絶縁層の層構成とを対称となるようにする方法が提案されている。
【０００９】
また、下記の特許文献３によれば、上記のような低温焼成多層セラミック配線基板を製造する際に、配線回路層を具備するグリーンシートを複数積層して形成した低温焼成セラミック積層体の少なくとも一方の表面に、この積層体の焼成温度では殆ど収縮しない拘束シートを積層して焼成を行うことにより、基板の寸法精度の向上を図るとともに、反りや変形を抑制できることが記載されている。
【００１０】
〔特許文献１〕
特開平５−１１０２５７号公報
〔特許文献２〕
特開平１０−３０８５８４号公報
〔特許文献３〕
特開２００２−１９８６４６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献に開示されている配線基板では、配線回路層の設計や収縮開始温度の異なる数種類からなる絶縁層の層構成に制約が多く、中心線に対して上部層および下部層に配された配線回路層あるいは収縮開始温度の異なる数種類からなる絶縁層の層構成を非対称に設定すると、基板に反りが発生するという問題があった。
【００１２】
即ち、本発明に至った課題は、図３および４に示す以下のようなものである。
【００１３】
図３は、低温焼成多層セラミック配線基板に、配線回路層の影響により通常発生する反りを示す断面図である。
【００１４】
通常用いられる低温焼成多層セラミック配線基板は、図３に示すように、絶縁層３１を複数積層して形成された絶縁基板３３から構成され、各層間および表層に位置する絶縁層３１の表面側には、配線回路層３５が被着形成されている。
【００１５】
また、絶縁基板３３内には、絶縁層３１の厚み方向に貫通したビアホール導体３７が形成されている。
【００１６】
このような低温焼成多層セラミック配線基板において、その表面および裏面から等しい距離にある線を中心線Ｃとし、この中心線Ｃより上方側の層を上部層４１、前記中心線Ｃより下方側の層を下部層４３とする。
【００１７】
これら上部層４１および下部層４３における配線回路層３５の総体積を比較した際に、下部層４３側の配線回路層３５の総体積が大きい場合には、低温焼成多層セラミック配線基板は凹型に反る傾向にある。
【００１８】
一方、図４は、低温焼成多層セラミック配線基板に焼結開始温度の異なる絶縁層が介装された場合に通常発生する反りを示す断面図である。
【００１９】
このような低温焼成多層セラミック配線基板は、図４の基板を構成する上部層４１および下部層４３に配された配線回路層３５を略同一体積とし、かつ、複数の絶縁層３１間の一部を焼結開始温度の低い絶縁層４５に置き換えたものである。
【００２０】
即ち、このような低温焼成多層セラミック配線基板において、その表面および裏面から等しい距離にある線を中心線Ｃとし、この中心線Ｃより上方側の層を上部層４１、前記中心線Ｃより下方側の層を下部層４３とする。
【００２１】
これら上部層４１および下部層４３における最も焼結開始温度が低い絶縁層４５の総体積を比較した際に、下部層４３側の最も焼結開始温度が低い絶縁層４５の総体積が大きい場合を想定すると、低温焼成多層セラミック配線基板は凹型に反る傾向にある。
【００２２】
図５は、低温焼成セラミック積層体を構成する各材料の加熱による収縮挙動を示す図である。
【００２３】
これらの原因は、図５に示すように、低温焼成多層セラミック配線基板を構成する絶縁層３１（図５では絶縁層材料Ａ）となるグリーンシートの収縮開始温度に比べて、配線回路層３５を形成する導体や、絶縁基板３３内に介装される絶縁層４５（図５では絶縁層材料Ｂ）の焼結開始温度が低いためである。
【００２４】
従って本発明は、積層体に配された配線回路層のパターン形状の違いや収縮挙動の異なる数種類からなる絶縁層の層構成にほとんど制約がなく、配線回路層の設計や絶縁層の層構成の自由度を高くできる低温焼成多層セラミック配線基板の製法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題について鋭意検討した結果、（ａ）低温焼成セラミック組成物からなるグリーンシートを作製する工程と、（ｂ）得られたグリーンシートを貫通するビアホールを形成し、前記ビアホールに導体材料を充填するとともに、グリーンシート表面、あるいは表裏面に配線回路層を形成する工程と、（ｃ）（ａ）〜（ｂ）工程を経て作製したグリーンシートを積層し、低温焼成セラミック積層体を作製する工程と、（ｄ）前記低温焼成セラミック積層体の両面に該低温焼成セラミック積層体の焼成温度では焼結しない難焼結性セラミック組成物からなる拘束シートを積層して積層体を形成する工程と、（ｅ）（ｄ）工程で得られた積層体を焼成して、絶縁層の少なくとも一方主面に配線回路層を具備してなる複合基板を形成する工程と、（ｆ）（ｅ）工程で得られた複合基板から前記拘束シートを除去する工程と、を具備する低温焼成多層セラミック配線基板の製法において、
該低温焼成多層セラミック配線基板の厚み方向の中心線より上方に位置する上部層に配された前記配線回路層の総体積と、前記中心線より下方に位置する下部層に配された前記配線回路層の総体積とを比較した際に、前記配線回路層の総体積が大きい方の前記積層体の表面に積層される前記拘束シートの厚みに比較して、前記配線回路層の総体積の小さい方の前記積層体表面に積層される前記拘束シートの厚みを厚くする方法を見出した。
【００２６】
すなわち、低温焼成多層セラミック配線基板の製法において、積層体の中心線より上方に位置する上部層に配された前記配線回路層の総体積と、前記中心線より下方に位置する下部層に配された前記配線回路層の総体積とを比較した際に、下部層側の配線回路層の総体積が大きい場合を想定すると、低温焼成多層セラミック配線基板は凹型に反る傾向にある。
【００２７】
そこで、この積層体に積層する拘束シートの厚みを基板下層部側の表面に、より上層側表面のそれを厚くすることにより、基板の反りを低減することができる。
【００２８】
また、該低温焼成多層セラミック配線基板の厚み方向の中心線より上部に位置する上部層を構成する最も焼結開始温度の低い絶縁層の総体積と、前記中心線より下部に位置する下部層を構成する最も焼結開始温度の低い絶縁層の総体積とを比較した際に、前記した最も焼結開始温度の低い絶縁層の総体積の大きい方の前記積層体表面に積層する前記拘束シートの厚みより、前記した最も焼結開始温度が低い絶縁層の総体積が小さい方の積層体表面に積層する前記拘束シートの厚みを厚くする方法を見出した。
【００２９】
また、低温焼成多層セラミック配線基板となる積層体の表面および裏面から等しい距離にある線を中心線とし、この中心線より上部に位置する上部層を構成する最も焼結開始温度の低い絶縁層の総体積と、この中心線より下部に位置する下部層を構成する最も焼結開始温度の低い絶縁層の総体積とを比較した際に、下部層側の最も焼結開始温度が低い絶縁層の総体積が大きい場合を想定すると、低温焼成多層セラミック配線基板は凹型に反る傾向にある。
【００３０】
そこで、この積層体に積層する拘束シートの厚みを基板下部層側の表面より、上部層側表面のそれを厚くすることにより、反りを低減することができる。
【００３１】
なお、積層体の表裏面に積層する拘束シートの総厚みは、拘束シート１枚あたりの厚みあるいは層数によって調整できる。
【００３２】
上記低温焼成多層セラミック配線基板では、前記拘束シートは難焼結性セラミック材料を主成分とし、かつガラス成分を０．５〜１５質量％含有することが望ましい。
【００３３】
また、上記低温焼成多層セラミック配線基板では、前記配線回路層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を含有する金属ペーストあるいは金属箔からなることが望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の低温焼成多層セラミック配線基板の製法ついて詳細に説明する。
【００３５】
本発明の製法は、前記の図３および４に示した低温焼成多層セラミック配線基板に適用できるものである。
【００３６】
即ち、前記した低温焼成多層セラミック配線基板において配線回路層３５の配置が積層方向に均等でないか、または、絶縁基板３３内に一部異種の絶縁層４５を介装させた低温焼結多層セラミック配線基板を、拘束シートを用いた焼成方法に適用されるものである。
【００３７】
図１は、配線回路層３５の配置が積層方向に均等でない低温焼成多層セラミック配線基板に適用される本発明の製法を示す概略断面図である。
【００３８】
この場合、配線回路層３５の総体積が大きい方の下部層４３の表面に積層される前記拘束シート５１ａの厚みに比較して、前記配線回路層３５の総体積の小さい方の前記上部層４１の表面に積層される前記拘束シート５１ｂの厚みを厚くすることが重要である。
【００３９】
一方、図２は、絶縁基板３３内に一部異種の絶縁層３１を介装させた低温焼成多層セラミック配線基板の製法を示す概略断面図である。
【００４０】
この場合、焼結開始温度の最も低い絶縁層４５の総体積の大きい方の前記下部層４３の表面に積層する前記拘束シート５１ａの厚みより、前記した焼結開始温度が最も低い絶縁層４５の総体積が小さい方の上部層４１表面に積層する前記拘束シート５１ｂの厚みを厚くすることが重要である。
【００４１】
この場合、本発明の製法に適用される低温焼成セラミック積層体を構成する各材料の加熱による収縮挙動は、前記した図５の挙動に他ならないが、さらに本発明では、各材料の焼結終了温度が、前記焼結開始温度の温度列順に相当することが望ましい。
【００４２】
以下、本発明の低温焼成多層セラミック配線基板の製法について説明する。
【００４３】
本発明の低温焼成多層セラミック配線基板を構成する絶縁層３１は、ガラス成分、あるいはガラス成分とセラミックフィラー成分によって構成される。
【００４４】
前記のような構成成分を混合して低温焼成セラミック組成物を調整し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などにより所望する厚さのシート状に成形し切断することにより、グリーンシートを作製する。
【００４５】
次に前記グリーンシートにレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビアホール導体３７を形成する。
【００４６】
導体ペースト中には、Ｃｕ、Ａｇ、等の金属成分と、それ以外にアクリル樹脂などからなる有機バインダー、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを混合して形成される。
【００４７】
なお、この導体ペースト中には若干のガラス成分等を添加してもよい。配線回路層３５として、適当な金属粉末にこれも有機バインダー、溶剤、可塑剤を添加混合して得た導体ペーストを前記グリーンシートの一方主面上あるいは両面に周知の印刷法を用いて所定のパターンを印刷する。場合によっては、この配線回路層３５を金属箔により形成することも可能である。
【００４８】
その後、同様にして得られた複数のグリーンシートを積層圧着して積層体を形成する。
【００４９】
次に、平面方向の収縮を抑制するため、グリーンシートを積層した低温焼成セラミック積層体の焼成温度で難焼結性のセラミック材料を主成分とする拘束シート５１を、前記低温焼成セラミック積層体の両面に加圧積層して積層体を作製する。
【００５０】
この工程において、本発明では配線回路層３５の構成、あるいは収縮開始温度の異なる絶縁層３１の層構成によって、拘束シート５１の厚みを積層体の表裏面で変えることを特徴としている。
【００５１】
そして、拘束シート５１は難焼結性セラミック材料を主成分とし、かつガラス成分を０．５〜１５質量％含有することが望ましいが、拘束力を高めるとともに、焼成後にこの拘束シートを除去しやすくするという点で、ガラス成分比率は、特に、２〜１０質量％であることが望ましい。
【００５２】
焼成工程においては、成形のために配合したバインダー成分を除去するが、バインダー除去は、配線回路層３５を形成する金属として、例えば、銅を用いる場合には、１００〜８００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。
【００５３】
焼成後、平面方向の収縮を抑制するために積層していた拘束シート５１を、超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト等で除去する。
【００５４】
最後に、基板表面の電極保護あるいは半田濡れ性向上を図るためのＡｕめっきを施すことにより、本発明の低温焼成多層セラミック配線基板を作製することができる。
【００５５】
【実施例】
実施例１
本発明の低温焼成多層セラミック配線基板について、一実施例に基づき評価する。
【００５６】
先ずガラス粉末としてデイオプサイト系結晶化ガラス、フィラーとしてアルミナを準備した。
【００５７】
前記ガラス粉末とアルミナを所望する割合で調合し、ボールミルを用いて有機バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み５０〜１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００５８】
次に、前記グリーンシートの所定箇所にビアホールを形成しその中にも銅を含む導体ペーストを充填し、表面に銅を含む導体ペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布した。
【００５９】
印刷後のグリーンシートを用いて、図１に示す低温焼成セラミック積層体を作製し、さらにこの低温焼成セラミック積層体の表裏面に拘束シートを積層した後に、この積層体を所望する大きさに切断し積層体を作製した。なお、積層体の表裏面に積層する拘束シートの厚みについては表１に示す。
【００６０】
次いで、作製した積層体をトレイを介して連続式焼成炉の可動ベルトに載せ焼成を行った。
【００６１】
焼成条件は、まず、積層体を７２０℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、９００℃×１時間の窒素雰囲気中にて加熱した。
【００６２】
焼成後は、拘束シートをウェットブラストにて除去し、低温焼成多層セラミック配線基板を作製した。
【００６３】
表１に積層体表裏面に積層した拘束シートの厚みと、低温焼成セラミック配線基板（７５ｍｍ×７５ｍｍ×０．５ｍｍ）対角線上の反りの測定結果を示した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１の結果から明らかなように、基板上部層側の表面に積層する拘束シートを下部層側のそれより厚くした試料Ｎｏ．４、５では基板反りが５０μｍ以下であった。一方、拘束シートを積層しない場合試料Ｎｏ．１では基板反りが２００μｍであった。また、拘束シートの厚みを基板上部層側、下部層側の表面ともに同一厚みにした試料Ｎｏ．２、３では、基板反りが１４０〜１５０μｍであった。
【００６６】
実施例２
本実施例は、焼成開始温度が異なる２種のグリーンシートを用いて形成される低温焼成多層セラミック配線基板についての場合である。焼成開始温度が異なる材料として比誘電率の異なる組成物を適用した。
【００６７】
即ち、低誘電率層用組成物にはガラス粉末としてデイオプサイト系結晶化ガラス、フィラーとしてアルミナを準備した。
【００６８】
一方、この低誘電率層用組成物より収縮開始温度が低い高誘電率層用組成物にはガラス粉末として、チタン酸塩系結晶化ガラス、フィラーとしてアルミナを準備した。前記それぞれの組成物を所望する割合で調合し、ボールミルを用いて有機バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み５０〜１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００６９】
次に、前記グリーンシートの所定箇所にビアホールを形成しその中にも銅を含む導体ペーストを充填し、表面に銅を含む導体ペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布した。
【００７０】
印刷後のグリーンシートを用いて、図２に示す低温焼成セラミック積層体を作製し、さらにこの低温焼成セラミック積層体の表裏面に拘束シートを積層した後に、この積層体を所望する大きさに切断し積層体を作製した。なお、積層体の表裏面に積層する拘束シートの厚みについては表２に示す。
【００７１】
次いで、作製した積層体をトレイを介して連続式焼成炉の可動ベルトに載せ焼成を行った。
【００７２】
焼成条件およびウェットブラストは実施例１と同じ条件として低温焼成多層セラミック配線基板を作製した。
【００７３】
表２に積層体表裏面に積層した拘束シートの厚みと、低温焼成セラミック配線基板（７５ｍｍ×７５ｍｍ×０．５ｍｍ）対角線上の反りの測定結果を示した。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２の結果から明らかなように、基板上部層側の表面に積層する拘束シートを下部層側のそれより厚くした試料Ｎｏ．９、１０では基板反りが５０μｍ以下であった。
【００７６】
一方、拘束シートを積層しない試料Ｎｏ．６では、基板反りが４００μｍであった。また、拘束シートの厚みを基板上部層側および下部層側の表面ともに同一厚みにした試料Ｎｏ．７、８では、基板反りが１６０〜１７０μｍであった。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳述したように、複数の絶縁層からなる低温焼成多層セラミック配線基板において、配線回路層の配設比率あるいは収縮挙動の異なる数種類の絶縁層が混在することにより発生する配線基板の反りを、低温焼成セラミック積層体の表裏面に積層する拘束シートの厚みを調整することにより抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、配線回路層の配置が積層方向に均等でない低温焼成多層セラミック配線基板の製法を示す概略断面図である。
【図２】本発明の、絶縁基板内に一部異種の絶縁層を介装させた低温焼成多層セラミック配線基板の製法を示す概略断面図である。
【図３】低温焼成多層セラミック配線基板に、配線回路層の影響により通常発生する反りを示す断面図である。
【図４】低温焼成多層セラミック配線基板に焼結開始温度の異なる絶縁層が介装された場合に通常発生する反りを示す断面図である。
【図５】低温焼成セラミック積層体を構成する各材料の加熱による収縮挙動を示す図である。
【符号の説明】
３１ 絶縁層
３３ 絶縁基板
３５ 配線回路層
３７ ビアホール導体
４１ 上部層
４３ 下部層
４５ 絶縁層３１の材料より収縮開始温度の低い材料からなる絶縁層
５１ａ 配線基板下層側の表面に積層した拘束シート
５１ｂ 配線基板上層側の表面に積層した拘束シート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, and more particularly to a method for manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board suitable for a package for housing a semiconductor element for mounting an integrated circuit or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate capable of relatively high-density wiring has been frequently used as a wiring substrate, for example, a multilayer wiring substrate used for a semiconductor element housing package.
[0003]
This low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate is a substrate in which a plurality of insulating layers made of low-temperature fired ceramics are stacked, and is formed by providing a wiring circuit layer made of a metal such as Cu or Ag on the surface and inside thereof.
[0004]
The wiring circuit layer used here may be a metal sintered body obtained by sintering a conductive paste composed of a metal powder, an organic binder, a ceramic filler, or the like, or a metal obtained by an electrochemical manufacturing method or a rolling method. A foil or the like is preferably used.
[0005]
However, since these metal sintered bodies and metal foils have different shrinkage onset temperatures from the low-temperature fired ceramics forming the insulating layer, low-temperature fired multilayer ceramic wiring in which such insulating layers and wiring circuit layers having different shrinkage onset temperatures coexist. The substrate has a problem that the substrate is likely to be warped in the firing step.
[0006]
In recent years, a high-quality low-temperature fired multilayer ceramic wiring board incorporating multiple functions by incorporating an insulating material different from the base material whose dielectric constant, magnetic permeability, etc. is different from the base material in the substrate, and forming a capacitor or coil. Is required.
[0007]
However, since the shrinkage start temperature is generally different from that of the base substrate material and other insulating materials to be incorporated, even in a low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate in which several types of insulating layers having different shrinkage start temperatures are mixed, firing is also performed. Warpage of the substrate in the process has been a problem.
[0008]
According to Patent Documents 1 and 2 described below, with respect to such a problem of substrate warpage, an insulating layer above the center line and a wiring circuit with respect to a center line at an equal distance from both front and back surfaces of the substrate are disclosed. The method of making the configuration of the layer and the configuration of the insulating layer and the wiring circuit layer below the center line symmetrical, and the layer configuration of the insulating layer consisting of several types with different shrinkage onset temperatures above the center line A method has been proposed in which the layer configuration of several types of insulating layers below the center line and having different shrinkage onset temperatures is symmetrical.
[0009]
According to Patent Document 3 below, at the time of manufacturing the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board as described above, at least one of a low-temperature fired ceramic laminate formed by stacking a plurality of green sheets each having a wiring circuit layer. It is described that, by laminating a restraining sheet that hardly shrinks at the firing temperature of the laminate on the surface of the laminate and baking it, the dimensional accuracy of the substrate can be improved, and the warpage and deformation can be suppressed.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-5-110257 [Patent Document 2]
JP-A-10-308584 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-198646
[Problems to be solved by the invention]
However, in the wiring board disclosed in the above-mentioned patent document, there are many restrictions on the design of the wiring circuit layer and the layer configuration of several types of insulating layers having different shrinkage onset temperatures. If the layer configuration of the wiring circuit layer or the insulating layer composed of several types having different shrinkage start temperatures is set asymmetrically, there is a problem that the substrate is warped.
[0012]
That is, the problems that have led to the present invention are as follows shown in FIGS.
[0013]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the warpage that normally occurs on a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board due to the influence of a wiring circuit layer.
[0014]
As shown in FIG. 3, a commonly used low-temperature fired multilayer ceramic wiring board is composed of an insulating substrate 33 formed by laminating a plurality of insulating layers 31, and is provided on the surface side of the insulating layer 31 located between each layer and the surface layer. Has a wiring circuit layer 35 formed thereon.
[0015]
In the insulating substrate 33, a via-hole conductor 37 penetrating in the thickness direction of the insulating layer 31 is formed.
[0016]
In such a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, a line at an equal distance from the front surface and the back surface is defined as a center line C, a layer above the center line C is an upper layer 41, and a layer below the center line C is a layer below the center line C. Is the lower layer 43.
[0017]
When the total volume of the wiring circuit layers 35 in the upper layer 41 and the lower layer 43 is compared, when the total volume of the wiring circuit layers 35 on the lower layer 43 side is large, the low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate has a concave shape. Tend to be.
[0018]
On the other hand, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the warpage that normally occurs when insulating layers having different sintering start temperatures are interposed on a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board.
[0019]
In such a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, the wiring circuit layers 35 disposed on the upper layer 41 and the lower layer 43 constituting the substrate of FIG. Is replaced by an insulating layer 45 having a low sintering start temperature.
[0020]
That is, in such a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, a line at an equal distance from the front surface and the back surface is defined as the center line C, and the layer above the center line C is the upper layer 41 and the layer below the center line C is the lower layer. This layer is referred to as a lower layer 43.
[0021]
When comparing the total volume of the insulating layer 45 having the lowest sintering start temperature in the upper layer 41 and the lower layer 43, the case where the total volume of the insulating layer 45 having the lowest sintering start temperature on the lower layer 43 side is large. Assuming, the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board tends to warp into a concave shape.
[0022]
FIG. 5 is a diagram showing the shrinkage behavior of each material constituting the low-temperature fired ceramic laminate due to heating.
[0023]
These causes are, as shown in FIG. 5, the shrinkage start temperature of the green sheet which becomes the insulating layer 31 (insulating layer material A in FIG. 5) constituting the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board. This is because the sintering start temperature of the conductor to be formed and the insulating layer 45 (the insulating layer material B in FIG. 5) interposed in the insulating substrate 33 is low.
[0024]
Therefore, in the present invention, there is almost no limitation on the layer configuration of the insulating layer composed of several types having different pattern shapes and different shrinkage behaviors of the wiring circuit layers arranged in the laminate, and the design of the wiring circuit layer and the layer configuration of the insulating layer are not limited. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board capable of increasing the degree of freedom.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on the above-described problems, and have found that (a) a step of producing a green sheet made of a low-temperature fired ceramic composition, and (b) a via hole penetrating the obtained green sheet. A step of filling the via holes with a conductive material and forming a wiring circuit layer on the front surface or the front and back surfaces of the green sheet; and (c) laminating the green sheets produced through the steps (a) and (b). Forming a fired ceramic laminate; and (d) laminating a restraining sheet made of a hardly sinterable ceramic composition that does not sinter at the firing temperature of the low-temperature fired ceramic laminate on both surfaces of the low-temperature fired ceramic laminate. A step of forming a laminate, and baking the laminate obtained in steps (e) and (d) to form a composite substrate comprising a wiring circuit layer on at least one main surface of an insulating layer. Forming a, in (f) (e) from the composite substrate obtained in the step of low-temperature fired multilayer ceramic circuit board having a, and removing the binding sheet method,
The total volume of the wiring circuit layer disposed on the upper layer located above the center line in the thickness direction of the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, and the wiring circuit disposed on the lower layer located below the center line When comparing the total volume of the layers, the total volume of the wiring circuit layer is smaller than the thickness of the constraint sheet laminated on the surface of the laminate having the larger total volume of the wiring circuit layer. A method of increasing the thickness of the restraint sheet laminated on the surface of the laminate.
[0026]
That is, in the method of manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, the total volume of the wiring circuit layers arranged in the upper layer located above the center line of the laminate, and the total volume of the wiring circuit layers arranged in the lower layer located below the center line. When comparing the total volume of the wiring circuit layers with the total volume of the wiring circuit layers on the lower layer side, assuming that the total volume of the wiring circuit layers on the lower layer side is large, the low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate tends to warp into a concave shape.
[0027]
Therefore, the warp of the substrate can be reduced by increasing the thickness of the constraining sheet to be laminated on the laminate on the surface on the lower layer side of the substrate and on the surface on the upper layer side.
[0028]
Further, the total volume of the insulating layer having the lowest sintering start temperature constituting the upper layer located above the center line in the thickness direction of the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, and the lower layer located below the center line. When comparing the total volume of the insulating layer having the lowest sintering start temperature to constitute, the constraint sheet laminated on the surface of the laminate having the larger total volume of the insulating layer having the lowest sintering start temperature. The present inventors have found a method of increasing the thickness of the constraining sheet laminated on the surface of the laminate having the smaller total volume of the insulating layer having the lowest sintering start temperature than the thickness.
[0029]
In addition, a line at an equal distance from the front surface and the back surface of the multilayer body to be a low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate is set as a center line, and an insulating layer having the lowest sintering start temperature constituting an upper layer located above the center line is defined. When comparing the total volume and the total volume of the lowest sintering start temperature constituting the lower layer located below this center line, the lower sintering start temperature of the lowest sintering start temperature is lower. Assuming that the total volume is large, the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board tends to be concavely curved.
[0030]
Therefore, the warp can be reduced by increasing the thickness of the constraint sheet laminated on the laminate from that of the upper layer side surface to that of the substrate lower layer side surface.
[0031]
The total thickness of the restraint sheets laminated on the front and back surfaces of the laminate can be adjusted by the thickness or the number of layers per restraint sheet.
[0032]
In the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, it is preferable that the constraining sheet contains a hardly sinterable ceramic material as a main component and a glass component in an amount of 0.5 to 15% by mass.
[0033]
In the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, the wiring circuit layer is preferably made of a metal paste or a metal foil containing at least one of Au, Ag, Cu, Pd, and Pt.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the method for producing the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board of the present invention will be described in detail.
[0035]
The manufacturing method of the present invention can be applied to the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board shown in FIGS.
[0036]
That is, in the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board, the arrangement of the wiring circuit layers 35 is not uniform in the laminating direction, or a low-temperature sintered multilayer ceramic wiring in which a partly different insulating layer 45 is interposed in the insulating substrate 33. The substrate is applied to a firing method using a restraining sheet.
[0037]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a manufacturing method of the present invention applied to a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board in which the arrangement of the wiring circuit layers 35 is not uniform in the laminating direction.
[0038]
In this case, the upper layer 41 having a smaller total volume of the wiring circuit layer 35 is smaller than the thickness of the constraint sheet 51a laminated on the surface of the lower layer 43 having a larger total volume of the wiring circuit layer 35. It is important to increase the thickness of the constraint sheet 51b laminated on the surface of the sheet.
[0039]
On the other hand, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board in which a different kind of insulating layer 31 is interposed in an insulating board 33.
[0040]
In this case, the insulating layer 45 having the lowest sintering start temperature is smaller than the thickness of the restraining sheet 51a laminated on the surface of the lower layer 43 having the larger total volume of the insulating layer 45 having the lowest sintering start temperature. It is important to increase the thickness of the constraint sheet 51b laminated on the surface of the upper layer 41 having the smaller total volume.
[0041]
In this case, the shrinkage behavior due to heating of each material constituting the low-temperature fired ceramic laminate applied to the manufacturing method of the present invention is nothing but the behavior of FIG. 5 described above. It is preferable that the temperatures correspond to the temperature sequence of the sintering start temperature.
[0042]
Hereinafter, a method for producing the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board of the present invention will be described.
[0043]
The insulating layer 31 constituting the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board of the present invention is composed of a glass component or a glass component and a ceramic filler component.
[0044]
After adjusting the low-temperature fired ceramic composition by mixing the above components, adding an organic binder and the like to the mixture, forming the sheet of a desired thickness by a doctor blade method, a rolling method, a pressing method, or the like. Then, a green sheet is produced by cutting.
[0045]
Next, a through hole is formed in the green sheet by laser, micro drill, punching, or the like, and the inside thereof is filled with a conductive paste to form a via hole conductor 37.
[0046]
The conductor paste is formed by mixing a metal component such as Cu, Ag, and the like, an organic binder such as an acrylic resin, and an organic solvent such as toluene, isopropyl alcohol, and acetone.
[0047]
Note that a slight glass component or the like may be added to the conductor paste. As the wiring circuit layer 35, a conductor paste obtained by adding and mixing an organic binder, a solvent, and a plasticizer to a suitable metal powder is also applied to one or both main surfaces of the green sheet using a known printing method. Print the pattern. In some cases, the wiring circuit layer 35 can be formed of a metal foil.
[0048]
Thereafter, a plurality of green sheets obtained in the same manner are laminated and pressed to form a laminate.
[0049]
Next, in order to suppress shrinkage in the planar direction, the restraining sheet 51 mainly composed of a ceramic material that is difficult to sinter at the firing temperature of the low-temperature fired ceramic laminate in which the green sheets are stacked is placed on the low-temperature fired ceramic laminate. A laminate is prepared by pressure lamination on both sides.
[0050]
In this step, the present invention is characterized in that the thickness of the constraining sheet 51 is changed on the front and back surfaces of the laminate by the configuration of the wiring circuit layer 35 or the layer configuration of the insulating layers 31 having different shrinkage onset temperatures.
[0051]
It is desirable that the constraining sheet 51 be mainly composed of a non-sinterable ceramic material and contain a glass component in an amount of 0.5 to 15% by mass. However, the constraining force is increased, and the constraining sheet is easily removed after firing. In that regard, the glass component ratio is particularly preferably 2 to 10% by mass.
[0052]
In the firing step, the binder component blended for molding is removed, but the binder removal includes, for example, when copper is used as the metal forming the wiring circuit layer 35, the steam contains 100 to 800 ° C. This is performed in a nitrogen atmosphere.
[0053]
After firing, the constraining sheet 51 that has been laminated to suppress shrinkage in the planar direction is removed by ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blast, sand blast, wet blast, or the like.
[0054]
Finally, the low-temperature fired multilayer ceramic wiring board of the present invention can be manufactured by applying Au plating for protecting the electrodes on the board surface or improving the solder wettability.
[0055]
【Example】
Example 1
The low-temperature fired multilayer ceramic wiring board of the present invention is evaluated based on one example.
[0056]
First, a diopsite crystallized glass was prepared as a glass powder, and alumina was prepared as a filler.
[0057]
The glass powder and alumina were mixed at a desired ratio, and an organic binder and a plasticizer were added and sufficiently mixed using a ball mill to prepare a slurry. A green sheet having a thickness of 50 to 150 μm was prepared by a doctor blade method.
[0058]
Next, a via hole was formed in a predetermined portion of the green sheet, a conductive paste containing copper was also filled therein, and a conductive paste containing copper was applied on the surface based on a screen printing method.
[0059]
Using the green sheet after printing, a low-temperature fired ceramic laminate as shown in FIG. 1 is manufactured, and further, after the constraining sheets are laminated on the front and back surfaces of the low-temperature fired ceramic laminate, the laminate is cut into a desired size. Then, a laminate was produced. Table 1 shows the thickness of the restraint sheet laminated on the front and back surfaces of the laminate.
[0060]
Next, the produced laminate was placed on a movable belt of a continuous firing furnace via a tray and fired.
[0061]
The firing conditions were as follows. First, the laminate was subjected to a binder removal treatment in a nitrogen atmosphere containing steam at 720 ° C., and then heated in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. × 1 hour.
[0062]
After firing, the constraining sheet was removed by wet blast to produce a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board.
[0063]
Table 1 shows the thickness of the constraining sheets laminated on the front and back surfaces of the laminate, and the measurement results of the warpage on the diagonal line of the low-temperature fired ceramic wiring board (75 mm × 75 mm × 0.5 mm).
[0064]
[Table 1]
[0065]
As is clear from the results in Table 1, the constraining sheet laminated on the surface on the upper layer side of the substrate was thicker than that on the lower layer side. In Nos. 4 and 5, the substrate warpage was 50 μm or less. On the other hand, when the restraining sheet is not laminated, the sample No. In No. 1, the substrate warpage was 200 μm. Further, in the sample No. in which the thickness of the constraining sheet was the same on both the upper layer side and the lower layer side of the substrate. In Examples 2 and 3, the substrate warpage was 140 to 150 μm.
[0066]
Example 2
This embodiment is a case of a low-temperature fired multilayer ceramic wiring substrate formed using two types of green sheets having different firing start temperatures. Compositions having different relative dielectric constants were applied as materials having different firing start temperatures.
[0067]
That is, in the composition for a low dielectric constant layer, diopsite crystallized glass was prepared as a glass powder, and alumina was prepared as a filler.
[0068]
On the other hand, a titanate-based crystallized glass as a glass powder and alumina as a filler were prepared for the high dielectric constant layer composition having a lower shrinkage initiation temperature than the low dielectric constant layer composition. The respective compositions were prepared at desired ratios, and an organic binder and a plasticizer were added and sufficiently mixed using a ball mill to prepare a slurry, and a green sheet having a thickness of 50 to 150 μm was prepared by a doctor blade method.
[0069]
Next, a via hole was formed in a predetermined portion of the green sheet, a conductive paste containing copper was also filled therein, and a conductive paste containing copper was applied on the surface based on a screen printing method.
[0070]
Using the green sheet after printing, a low-temperature fired ceramic laminate as shown in FIG. 2 is produced, and further, after the constraining sheets are laminated on the front and back surfaces of the low-temperature fired ceramic laminate, the laminate is cut into a desired size. Then, a laminate was produced. Table 2 shows the thickness of the restraint sheet laminated on the front and back surfaces of the laminate.
[0071]
Next, the produced laminate was placed on a movable belt of a continuous firing furnace via a tray and fired.
[0072]
A low-temperature fired multilayer ceramic wiring board was manufactured under the same firing conditions and wet blast conditions as in Example 1.
[0073]
Table 2 shows the thickness of the constraining sheet laminated on the front and back surfaces of the laminate, and the measurement results of the warpage on the diagonal line of the low-temperature fired ceramic wiring board (75 mm × 75 mm × 0.5 mm).
[0074]
[Table 2]
[0075]
As is clear from the results in Table 2, the sample No. in which the constraint sheet laminated on the surface on the upper layer side of the substrate was thicker than that on the lower layer side. In Examples 9 and 10, the substrate warpage was 50 μm or less.
[0076]
On the other hand, in sample No. In No. 6, the substrate warpage was 400 μm. Further, in the sample No. in which the thickness of the restraining sheet was the same on both the upper layer side and the lower layer side of the substrate. In Nos. 7 and 8, the substrate warpage was 160 to 170 μm.
[0077]
【The invention's effect】
As described above in detail, in a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board composed of a plurality of insulating layers, the warpage of the wiring board caused by the mixture of several types of insulating layers having different arrangement ratios or shrinkage behaviors of the wiring circuit layers, It can be suppressed by adjusting the thickness of the constraint sheet laminated on the front and back surfaces of the low-temperature fired ceramic laminate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board in which the arrangement of wiring circuit layers is not uniform in a laminating direction according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board in which a partially different insulating layer is interposed in an insulating substrate according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a warpage that normally occurs on a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board due to the influence of a wiring circuit layer.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a warpage that normally occurs when insulating layers having different sintering start temperatures are interposed on a low-temperature fired multilayer ceramic wiring board.
FIG. 5 is a diagram showing shrinkage behavior of each material constituting a low-temperature fired ceramic laminate by heating.
[Explanation of symbols]
31 Insulating layer 33 Insulating substrate 35 Wiring circuit layer 37 Via hole conductor 41 Upper layer 43 Lower layer 45 Insulating layer 51a made of a material having a lower shrinkage start temperature than the material of insulating layer 31 Constraining sheet 51b laminated on the lower surface side of the wiring board Wiring Restraint sheet laminated on the upper surface of the substrate
