JP2005093822A - Wiring board made of ceramics, and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラスセラミックなどのセラミック製絶縁基板を備えたセラミック製配線基板及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic wiring board provided with a ceramic insulating substrate such as glass ceramic and a method for manufacturing the same.
最近、微細な配線を施した寸法精度の高い配線基板を得る為、低温焼成セラミックグリーンシートの表面に、金属箔を使用したフォトリソ法で配線パターン形状の導体層を形成し、このようなグリーンシートを積層後、焼成することにより多層配線基板を製造する方法が開発されている。この配線基板(絶縁基板)の表面導体層には、各種のデバイスやコンデンサー等の電子部品あるいはプリント基板が、半田等のロウ剤を用いて接合される。従って、表面導体層には、機械的あるいは熱的な引き剥がし荷重が印加されるため、表面導体層と絶縁基板との接合強度が低い場合には、この部分から基板の破壊が発生し、電気的な信頼性を保つことができない。 Recently, in order to obtain a wiring board with fine dimensions and high dimensional accuracy, a conductive layer in the form of a wiring pattern is formed on the surface of a low-temperature fired ceramic green sheet by photolithography using a metal foil. A method of manufacturing a multilayer wiring board by laminating and baking is developed. Electronic devices such as various devices and capacitors, or printed boards are bonded to the surface conductor layer of the wiring board (insulating board) using a brazing agent such as solder. Therefore, since a mechanical or thermal peeling load is applied to the surface conductor layer, if the bonding strength between the surface conductor layer and the insulating substrate is low, the substrate is broken from this portion, and the electrical Can't keep up the reliability.
表面導体層と絶縁基板との接合強度を保つ手法としては、銅箔の表面にZn、Zr、Snの少なくとも1種類を含む金属の層もしくは粒子を形成しておき、このような粗面がセラミックグリーンシートに密接するようにして該銅箔をセラミックグリーンシートに圧着して焼成を行うことが提案されており、これにより、銅箔のアンカーが焼成後まで維持され、該銅箔によって形成される表面導体層と絶縁基板との接続信頼性を高めることができることが報告されている(特許文献1参照)
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、銅箔の粗面に絶縁層成分(例えばガラス)が十分に入り込めず、焼成後、表面導体層及び絶縁層の接合部にボイドが残留し、表面導体層と絶縁基板との接合強度を十分高く保つことができないという問題がある。
However, in the method described in
従って、本発明の目的は、セラミック製絶縁基板と、その表面に形成される導体層との接合信頼性の高いセラミック製配線基板及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic wiring board having high bonding reliability between a ceramic insulating substrate and a conductor layer formed on the surface thereof, and a method for manufacturing the same.
本発明によれば、セラミック製絶縁基板と、該絶縁基板の少なくとも一方の表面に接合された配線導体層とからなるセラミック製配線基板において、
前記導体層の絶縁基板と接合する界面での算術平均粗さが1.0μm以下であることを特徴とするセラミック配線基板が提供される。
尚、導体層の絶縁基板と接合する界面での算術平均粗さは、配線基板(絶縁基板)を側断面方向に研磨し、側面に露出した導体層と絶縁基板との側面を顕微鏡観察し、その高低差を測定することにより算出される。
According to the present invention, in a ceramic wiring substrate comprising a ceramic insulating substrate and a wiring conductor layer bonded to at least one surface of the insulating substrate,
There is provided a ceramic wiring board characterized in that an arithmetic mean roughness at an interface of the conductor layer bonded to an insulating substrate is 1.0 μm or less.
The arithmetic average roughness at the interface of the conductor layer bonded to the insulating substrate is obtained by polishing the wiring substrate (insulating substrate) in the direction of the side cross section, and observing the side surface of the conductor layer and the insulating substrate exposed to the side under a microscope, It is calculated by measuring the height difference.
本発明のセラミック配線基板においては、
(1)前記絶縁基板は、0.9μm以下の表面粗さRa(JIS B0601)を有していること、
(2)前記絶縁基板が、ガラス及びフィラーとから構成され、該ガラスの比率が30質量%以上であること、
(3)前記絶縁基板が、複数の絶縁層からなる多層構造を有しており、隣り合う絶縁層の間の界面に内部配線導体層が形成されていること、
が好ましい。
In the ceramic wiring board of the present invention,
(1) The insulating substrate has a surface roughness Ra (JIS B0601) of 0.9 μm or less,
(2) The insulating substrate is composed of glass and filler, and the ratio of the glass is 30% by mass or more.
(3) The insulating substrate has a multilayer structure composed of a plurality of insulating layers, and an internal wiring conductor layer is formed at an interface between adjacent insulating layers;
Is preferred.
また、本発明によれば、
表面粗さRa(JIS B0601)が0.7μm以下の平滑面を有している金属箔を、該平滑面が表面に露出するように樹脂フィルム上に貼り付けて転写フィルムを作製し、
前記転写フィルムの金属箔を配線パターン形状に加工して配線導体層を形成し、
前記転写フィルムを、前記配線導体層を内面側として、セラミックグリーンシートに圧着し、次いで樹脂フィルムを引き剥がすことにより、配線導体層をセラミックグリーンシート表面に転写し、
次いで、前記セラミックグリーンシートの焼成を行うこと、
を特徴とするセラミック製配線基板の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A metal foil having a smooth surface with a surface roughness Ra (JIS B0601) of 0.7 μm or less is pasted on a resin film so that the smooth surface is exposed on the surface, to produce a transfer film,
Processing the metal foil of the transfer film into a wiring pattern shape to form a wiring conductor layer,
The transfer film is bonded to the ceramic green sheet with the wiring conductor layer on the inner surface side, and then the resin film is peeled off to transfer the wiring conductor layer to the surface of the ceramic green sheet.
Next, firing the ceramic green sheet,
A method of manufacturing a ceramic wiring board is provided.
上記の製造方法においては、
(1)前記セラミックグリーンシートの焼成に先立って、該グリーンシートの配線導体層形成面に非焼結性シートを積層し、該セラミックグリーンシートの焼成後、該非焼結性シートを除去すること、
(2)前記金属箔として銅箔を使用すること、
(3)配線導体層が表面に転写されている前記セラミックグリーンシートに、配線導体層が表面に位置するように、他のセラミックグリーンシートを重ね、この状態で焼成を行うこと、
(4)前記他のセラミックグリーンシートには、その表面に内部配線導体層が形成されていること、
が好ましい。
In the above manufacturing method,
(1) Prior to firing the ceramic green sheet, a non-sinterable sheet is laminated on the wiring conductor layer forming surface of the green sheet, and after firing the ceramic green sheet, the non-sinterable sheet is removed.
(2) using copper foil as the metal foil,
(3) Overlaying another ceramic green sheet on the ceramic green sheet having the wiring conductor layer transferred to the surface so that the wiring conductor layer is located on the surface, firing in this state;
(4) The other ceramic green sheet has an internal wiring conductor layer formed on the surface thereof,
Is preferred.
本発明によれば、さらに、
表面粗さRa(JIS B0601)が0.7μm以下の平滑面を有している金属箔を、該平滑面が内面となるように、セラミックグリーンシート表面に貼り付けた後、該金属箔を配線パターン形状に加工して配線導体層を形成し、
前記セラミックグリーンシートを焼成することを特徴とするセラミック製配線基板の製造方法が提供される。
According to the invention,
A metal foil having a smooth surface with a surface roughness Ra (JIS B0601) of 0.7 μm or less is attached to the surface of the ceramic green sheet so that the smooth surface becomes the inner surface, and then the metal foil is wired. Processed into a pattern shape to form a wiring conductor layer,
There is provided a method for manufacturing a ceramic wiring board, wherein the ceramic green sheet is fired.
本発明によれば、セラミック製絶縁基板表面に形成されている配線導体層の該絶縁基板との界面を、算術平均粗さが1.0μm以下の平滑面とすることにより、この配線導体層と絶縁基板との接合強度が著しく向上し、該導体層を介して接続される各種のデバイスや半導体素子、プリント基板等との接続信頼性を高めることが可能となるものである。 According to the present invention, the interface between the wiring conductor layer formed on the surface of the ceramic insulating substrate and the insulating substrate is a smooth surface having an arithmetic average roughness of 1.0 μm or less. The bonding strength with the insulating substrate is remarkably improved, and the connection reliability with various devices, semiconductor elements, printed boards and the like connected via the conductor layer can be increased.
一般に、樹脂製の絶縁基板の表面に接合される配線導体層においては、その接合界面を粗面とすることにより、その接合強度を高めることができる。しかるに、セラミック製の絶縁基板に配線導体層を設ける場合には、配線導体層の接合界面を粗面とすると、その接合強度が著しく低下してしまうのである。即ち、樹脂製の絶縁基板では、流動性の高い未硬化樹脂が配線導体層面に密着するため、粗面によるアンカー効果が極めて高く、未硬化樹脂を硬化することにより、配線導体層を樹脂製絶縁基板との接合強度を著しく高めることができる。しかるに、セラミック製の絶縁基板では、セラミックグリーンシート上に設けられた導体配線層の接合界面が粗面であると、焼成を行ったときに、その部分にボイドが多く発生し、この結果として、配線導体層との接合強度が低下してしまう。本発明では、このようなセラミック製絶縁基板を用いた配線基板において、導体配線層の該絶縁基板との接合界面を上記のような平滑面とすることにより、接合界面でのボイドの発生が有効に抑制され、導体配線層とセラミック製絶縁基板との接合強度を著しく向上させることが可能となったものである。 Generally, in the wiring conductor layer bonded to the surface of the resin insulating substrate, the bonding strength can be increased by making the bonding interface rough. However, when the wiring conductor layer is provided on the ceramic insulating substrate, if the bonding interface of the wiring conductor layer is a rough surface, the bonding strength is remarkably lowered. That is, in the resin-made insulating substrate, the uncured resin with high fluidity adheres to the surface of the wiring conductor layer, so the anchor effect by the rough surface is extremely high, and the wiring conductor layer is insulated by resin by curing the uncured resin. The bonding strength with the substrate can be significantly increased. However, in the ceramic insulating substrate, when the bonding interface of the conductor wiring layer provided on the ceramic green sheet is a rough surface, when firing is performed, many voids are generated in the portion, and as a result, Bonding strength with the wiring conductor layer is reduced. In the present invention, in a wiring board using such a ceramic insulating substrate, the generation of voids at the bonding interface is effective by making the bonding interface of the conductor wiring layer with the insulating substrate smooth as described above. Therefore, the bonding strength between the conductor wiring layer and the ceramic insulating substrate can be remarkably improved.
以下、本発明を、添付図面に示す具体例に基づいて説明する。
本発明の配線基板の断面構造の一例を示す図1において、全体として1で示す配線基板は、セラミック製絶縁基板2と、その表面に形成された配線導体層3と有している。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples shown in the accompanying drawings.
In FIG. 1 showing an example of the cross-sectional structure of the wiring board of the present invention, the wiring board indicated by 1 as a whole has a ceramic
絶縁基板2は、複数のセラミック絶縁層2a〜2dを積層してなる積層体から構成され、その絶縁層2a〜2d間には、内部配線導体層6が形成されている。また、各セラミック絶縁層2a〜2dには、厚み方向を貫くように、直径が80〜200μm程度のビアホール導体4が形成され、これにより、表面の配線導体層3及び内部配線導体層6同士が互いに電気的に接続された回路網が形成されている。
The
セラミック絶縁基板2を構成する各セラミック絶縁層2a〜2dは、後述する表面の配線導体層3に平滑面を形成することにより、絶縁基板2との接合強度を高めるために、ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末とのを、30:70乃至70:30の質量比で混合した混合粉末を用いて焼成してなるガラスセラミックスによって形成されたものであることが望ましい。このようなガラスセラミックスは、焼成温度が800〜1050℃と低いために、後述する低抵抗導体との同時焼成が可能である点で有利であり、また、概して誘電率が低いために、高周波信号などの伝送損失を低減することができるという利点も有している。
Each of the ceramic
上記のガラス成分としては、少なくともSiO2を含み、さらに、Al2O3、B2O3、ZnO、PbO、アルカリ土類金属酸化物及びアルカリ金属酸化物のうちの少なくとも1種を含有したものであって、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系−MO系(但し、MはCa、Sr、Mg、BaまたはZnを示す)等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ba系ガラス、Pb系ガラス、Bi系ガラス等が挙げられる。 The glass component contains at least SiO 2 and further contains at least one of Al 2 O 3 , B 2 O 3 , ZnO, PbO, alkaline earth metal oxide and alkali metal oxide. For example, SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system—MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), etc. Examples thereof include borosilicate glass, alkali silicate glass, Ba glass, Pb glass, and Bi glass.
これらのガラスは、焼成処理することによっても非晶質のままである非晶質ガラスでもよいし、また焼成処理によって、リチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも1種類を析出する結晶化ガラスのいずれでも使用することができる。 These glasses may be amorphous glass that remains amorphous by firing, or lithium silicate, quartz, cristobalite, cordierite, mullite, anorthite, serdian, spinel, Any crystallized glass that precipitates at least one kind of crystals of garnite, willemite, dolomite, petalite and substituted derivatives thereof can be used.
セラミックフィラーとしては、クォーツ、クリストバライト等のSiO2や、Al2O3、ZrO2、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、ジルコン酸カルシウム、珪酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、等が好適に用いられる。 Examples of ceramic fillers include SiO 2 such as quartz and cristobalite, Al 2 O 3 , ZrO 2 , mullite, forsterite, enstatite, spinel, magnesia, calcium zirconate, strontium silicate, calcium titanate, barium titanate, etc. Are preferably used.
表面の配線導体層3及び内部配線導体層6は、例えばCu、Ag、Al、Au、Ni、PtおよびPdの群から選ばれる少なくとも1種の導体から形成されるが、Cu、Ag及びAuなどの低抵抗導体から形成されていることが好適であり、特にマイグレーションの発生を考慮するとCuが最も好適である。また、金属箔を用いてのフォトリソグラフィー法によりこれらの配線導体層3,6を形成する場合にも、エッチングによるパターン形成の容易さなどから、Cuが最も好適である。
The surface
また、表面の配線導体層3は、ICチップなどの各種電子部品5を搭載するためのパッドやシールド用導体膜として、さらには、プリント基板などの外部回路と接続する端子電極として用いられ、各種電子部品5などが半田や導電性接着剤などを介して接合される。
The
またビアホール導体4は、上記の表面或いは内部配線導体層3、6と同様の成分からなる導体が充填されて形成されていることが望ましい。
The via-hole conductor 4 is preferably formed by being filled with a conductor made of the same component as the above-mentioned surface or internal
尚、図示していないが、必要に応じて、配線基板1の表面には、さらに珪化タンタル、珪化モリブデンなどの厚膜抵抗体膜や配線保護膜などを形成しても構わない。
Although not shown, a thick film resistor film such as tantalum silicide or molybdenum silicide, a wiring protective film, or the like may be further formed on the surface of the
本発明においては、表面の配線導体層3について、その絶縁基板2との接合界面での算術平均粗さが1.0μm以下となる平滑面となっていることが重要な特徴である。即ち、このような平滑面を形成させることにより、焼成に際して、その接合界面にボイドが発生せず、表面配線導体層3が絶縁基板2表面に有効に密着するため、その接合強度が著しく高められるのである。
In the present invention, it is an important feature that the
また、本発明においては、表面配線導体層3の絶縁基板2との接合界面を上記のような平滑面とし、且つ、このような平滑面による接合強度向上効果を有効に発現させるために、絶縁基板2表面は、表面粗さRa(JIS B0601)が0.9μm以下の平滑面となっていることが好ましい。即ち、絶縁基板2の表面がRaが0.9μmよりも大きい粗面となるような場合には、表面配線導体層3の接合界面を上記のような平滑面とするための条件が厳しいものとなりやすく、また、焼成に際してボイドの発生を生じ易く、接合強度が低下する恐れがあるからである。
In the present invention, in order to make the bonding interface between the surface
また、表面配線導体層3の接合界面を上記のような平滑面とするためには、例えば金属箔を用いてのフォトリソグラフィー法により導体層3を形成する場合には、接合界面側の金属箔の表面粗さRa(JIS B0601)を0.7μm以下の平滑面とすることが好ましい。即ち、このような平滑面を有する金属箔を用いることにより、形成される配線導体層3の接合界面を前述した平滑なものとし、その接合強度を高めることができる。さらに、表面配線導体層3上には、Niめっき被膜やAuめっき被膜を形成することもできる。
In order to make the bonding interface of the surface
(配線基板の製造)
上述した本発明のセラミック製配線基板の製造方法を、転写法を利用したフォトリソグラフィー法により表面配線導体層3を形成する場合を例にとって説明する。
(Manufacture of wiring boards)
The above-described method for manufacturing a ceramic wiring board according to the present invention will be described by taking as an example the case where the surface
本発明のセラミック製配線基板の製造工程の一例を示す図2において、まず、前述したガラス粉末とセラミックフィラー粉末とを前述した量比で混合し、この混合粉末に、それ自体公知の有機バインダー、溶媒及び必要により可塑剤等を加えて成形用スラリーを調製し、この成形用スラリーを用いて、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などにより、厚さ約50〜500μmのセラミックグリーンシート11を作製する(図2a)。
In FIG. 2 which shows an example of the manufacturing process of the ceramic wiring board of the present invention, first, the glass powder and the ceramic filler powder described above are mixed in the above-mentioned quantitative ratio, and this mixture powder is a per se known organic binder, A slurry for molding is prepared by adding a solvent and, if necessary, a plasticizer and the like, and a ceramic
そして、このグリーンシート11にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより、直径80〜200μmの貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビアホール導体12を形成する(図2b)。この導体ペーストは、Cu、Ag等の金属成分に、アクリル樹脂などからなる有機バインダーとトルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを均質混合することにより形成される。有機バインダーは、一般に、金属成分100質量部に対して、0.5〜15.0質量部、有機溶剤は、有機バインダー100質量部に対して、5〜100質量部の割合で混合されることが望ましい。なお、この導体ペースト中には、必要により、若干のガラス成分等を添加してもよい。
Then, a through-hole having a diameter of 80 to 200 μm is formed in the
次に、このグリーンシート11の表面に、高純度金属からなる配線導体層13を、金属箔(特にCu箔)を用いての転写法によって形成する(図2c)。
Next, a
即ち、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子材料からなる転写フィルム上に、粘着剤等を用いて金属箔を接着し、この金属箔の表面にレジストを回路パターン状に被着した後、エッチング処理およびレジスト除去を行って、所定の配線パターン形状を有する配線導体層13を形成する。この場合、金属箔としては、表面粗さRaが0.7μm以下のものを使用し、その平滑面が転写フィルム側となるように接着する。
That is, a metal foil is bonded onto a transfer film made of a polymer material such as polyethylene terephthalate (PET) using an adhesive, and a resist is deposited on the surface of the metal foil in a circuit pattern, followed by an etching process. Then, the resist is removed to form the
このような配線導体層13を表面に有する転写フィルムを、ビアホール導体12が形成されたグリーンシート11の表面に位置合わせして積層圧着した後、転写フィルムを剥がすことにより、配線導体層13をグリーンシート11表面に形成することができる。この場合、表面粗さRaが0.7μm以下の平滑面がグリーンシート11の表面に密着している側となっている。
A transfer film having such a
次に、上記と同様にして作製された複数のグリーンシートを積層圧着して積層体15を形成する(図2d)。この場合、最上層或いは最下層のグリーンシートには、その両面に配線導体層を形成してもよい。このような積層には、積み重ねられたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。 Next, a plurality of green sheets produced in the same manner as described above are laminated and pressure-bonded to form a laminate 15 (FIG. 2d). In this case, wiring conductor layers may be formed on both sides of the uppermost or lowermost green sheet. For such lamination, a method in which heat and pressure are applied to the stacked green sheets by thermocompression, a method in which an adhesive composed of an organic binder, a plasticizer, a solvent, etc. is applied between the sheets and thermocompression bonding is adopted. Is possible.
さらに、上記のグリーンシート積層体15の上面及び裏面には、非焼結性シート16は、積層させることが好適である(図2e)。この非焼結性シート16は、焼結温度の高い難焼結性セラミック材料を主成分とするセラミック成分に、前述した成形用スラリーと同様、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えた調製されたスラリーを、シート状に成形して得られるものである。
Furthermore, the
難焼結性セラミック材料としては、具体的には1100℃以下の温度で緻密化しないようなセラミック組成物から構成され、具体的にはAl2O3、SiO2、MgO、ZrO2、BN、TiO2の少なくとも1種又はその化合物(フォルステライト、エンスタタイト等)の粉末が挙げられる。また、有機バインダー、可塑剤及び溶剤としてはガラスセラミックグリーンシートで使用したのと同様の材料が使用可能である。また、この非焼結性シート中には、ガラス成分を0.5〜15体積%加えることによって、グリーンシート11との密着性が高くなり、収縮を抑制する作用が大きくなり、またグリーンシート表面のガラス成分の拡散によるボイドの発生を抑制できるなどの利点を有する。この様な非焼結性シート16は、前記積層体15にグリーンシートの積層と同様の方法で積層される。勿論、グリーンシート11の積層による積層体15の作製と非焼結性シート16の積層とを同時に行っても何ら問題はない。
The hardly sinterable ceramic material is specifically composed of a ceramic composition that does not become densified at a temperature of 1100 ° C. or lower, specifically, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, ZrO 2 , BN, Examples thereof include powders of at least one TiO 2 or a compound thereof (forsterite, enstatite, etc.). In addition, as the organic binder, the plasticizer, and the solvent, the same materials as used in the glass ceramic green sheet can be used. Further, in this non-sinterable sheet, by adding 0.5 to 15% by volume of a glass component, the adhesion to the
次いで、100〜850℃、特に400〜750℃の窒素雰囲気中で加熱処理してグリーンシート内やビアホール導体ペースト中の有機成分を分解除去した後、800〜1100℃の窒素雰囲気中で焼成する。また、導体層としてAg導体を用いる場合、焼成雰囲気は大気中で行うことができる。 Next, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 100 to 850 ° C., particularly 400 to 750 ° C. to decompose and remove the organic components in the green sheet and the via-hole conductor paste, followed by baking in a nitrogen atmosphere at 800 to 1100 ° C. When an Ag conductor is used as the conductor layer, the firing atmosphere can be performed in the air.
その後、適宜、非焼結性シートを超音波洗浄、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によって完全に除去することにより、表面に、接合界面が所定の平滑面となっている配線導体層3が形成された本発明のセラミック製配線基板が得られる(図2f)。
Thereafter, the non-sinterable sheet is appropriately removed by ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting, etc., so that the wiring interface has a predetermined smooth surface on the surface. The ceramic wiring board of the present invention in which the
上述した製造方法において、配線導体層13等の表面配線導体層3或いは内部配線層6となるものは、転写法によって製造されているが、転写法によらず、配線導体層13を形成することもできる。即ち、セラミックグリーンシート11の表面に直接、金属箔を接着し、フォトリソグラフィー法によって配線導体層13を形成することもできる。この場合、表面導体層3となるものについては、表面粗さRaが0.7μm以下の平滑面がグリーンシート11側に位置するように接着すればよい。
In the above-described manufacturing method, the
また、焼成により、絶縁基板2の表面(焼肌面)が0.9μm以下の平滑面となるのであれば、スクリーン印刷等により、配線導体層13を形成することも可能である。即ち、セラミックグリーンシートの表面に、Cu,Ag,Au等の低抵抗導体粉末を用いて形成された導体ペーストを、スクリーン印刷等により、所定の配線パターン状に塗布して配線導体層13を形成することができる。この場合、表面の配線導体層3に相当するものは、低抵抗導体粉末として、例えば体積平均粒径(D50)が2μm以下の微粉末を使用するのが、前述した平滑な接合界面を形成する上で好ましい。
Moreover, if the surface (burned surface) of the insulating
SiO2:37質量%、Al2O3:27質量%、CaO:11質量%、ZnO:12質量%、B2O3:13質量%の組成を有する平均粒径3μmの結晶性ガラス粉末a(軟化点850℃)73質量%と、平均粒径2μmのシリカ(セラミックフィラー)27質量%とを混合して、ガラスセラミック原料粉末Aを調製した。このガラスセラミック原料粉末A100質量部に対して、有機バインダーとしてメタクリル酸イソブチル樹脂を固形分で11質量部、可塑剤としてフタル酸ジブチルを5質量部添加し、トルエンを溶媒としてボールミルにより36時間混合しスラリーを調整した。得られたスラリーをドクターブレード法により厚さ0.2mmのグリーンシートを作製した。 Crystalline glass powder a having an average particle diameter of 3 μm having a composition of SiO 2 : 37 mass%, Al 2 O 3 : 27 mass%, CaO: 11 mass%, ZnO: 12 mass%, B 2 O 3 : 13 mass% A glass ceramic raw material powder A was prepared by mixing 73% by mass (softening point 850 ° C.) and 27% by mass of silica (ceramic filler) having an average particle diameter of 2 μm. To 100 parts by mass of this glass ceramic raw material powder A, 11 parts by mass of isobutyl methacrylate resin as an organic binder is added in an amount of 11 parts by mass, and 5 parts by mass of dibutyl phthalate as a plasticizer. The slurry was adjusted. A green sheet having a thickness of 0.2 mm was prepared from the obtained slurry by a doctor blade method.
また、セラミックフィラーとして、平均粒径2.5μmのシリカを使用した以外は、上記と同様にして、ガラスセラミック原料粉末Bを調製し、このガラスセラミック原料粉末Bを用いて、上記と全く同様にして、厚さ0.2mmのグリーンシートを作製した。 Further, a glass ceramic raw material powder B was prepared in the same manner as described above except that silica having an average particle diameter of 2.5 μm was used as the ceramic filler, and this glass ceramic raw material powder B was used in exactly the same manner as described above. Thus, a green sheet having a thickness of 0.2 mm was produced.
さらに、セラミックフィラーとして、平均粒径3μmのシリカを使用した以外は、上記と同様にして、ガラスセラミック原料粉末Cを調製し、このガラスセラミック原料粉末Cを用いて、上記と全く同様にして、厚さ0.2mmのグリーンシートを作製した。 Further, a glass ceramic raw material powder C was prepared in the same manner as described above except that silica having an average particle size of 3 μm was used as the ceramic filler, and using this glass ceramic raw material powder C, exactly as described above, A green sheet having a thickness of 0.2 mm was produced.
また、前記結晶性ガラス粉末a10質量%と、直径2μmのアルミナ粉末90質量%からなるガラスセラミック原料粉末100質量部に、有機バインダーとしてメタクリル酸イソブチル樹脂を固形分で11質量部、可塑剤としてフタル酸ジブチルを5質量部添加し、先のグリーンシートと同様の方法で厚み0.4mmの非焼結性シートを作製した。 Further, 100 parts by mass of a glass ceramic raw material powder composed of 10% by mass of the crystalline glass powder a and 90% by mass of alumina powder having a diameter of 2 μm, 11 parts by mass of an isobutyl methacrylate resin as an organic binder, and phthalate as a plasticizer 5 parts by mass of dibutyl acid was added, and a non-sinterable sheet having a thickness of 0.4 mm was produced in the same manner as the previous green sheet.
次に、PETフィルム上に形成された厚み0.02mmの銅箔(表1に示す表面粗さRaの平滑面を有する)にフォトエッチング法により、図3に示す形状の外部回路と接続する端子電極となる導体層23を作製した。各端子の直径は0.5mm、配列ピッチ1mmとした。尚、銅箔は、上記平滑面側が表面に露出するようにPETフィルム上に設けた。
Next, a terminal connected to the external circuit having the shape shown in FIG. 3 by a photoetching method on a 0.02 mm thick copper foil (having a smooth surface with a surface roughness Ra shown in Table 1) formed on the PET film. A
次に、前記のセラミック原料粉末A、B、Cで作製したグリーンシートの端子に対応する部分に貫通孔を形成し、この貫通孔内に銅ペーストを充填してビアホール導体を形成し、前記PETフィルム上に形成した導体層23を加熱圧着し、PETフィルムを剥離して導体層をこのグリーンシート表面に転写させた。また、このグリーンシートの反対面には、隣り合うビアを電気的につなぐ導体層を同様に加工、転写した。尚、上記の銅ペーストは、有機バインダー(ポリアクリル酸5質量部に、100質量部の銅粉末、及び15質量部の溶媒(α−テルピネオール)を混合して調製した。
Next, a through hole is formed in a portion corresponding to the terminal of the green sheet made of the ceramic raw material powders A, B, and C, and a via hole conductor is formed by filling the through hole with a copper paste. The
そして、転写グリーンシートの導体層23とは反対側に、上記グリーンシートを焼成後の厚みが1.5mmとなるように重ね合せ、さらにその両側に前記非焼結性シートを片面3枚づつ重ね合せ、80℃、10MPaで加熱圧着を行い、積層体を得た。
Then, on the opposite side of the transfer green sheet to the
その後、この積層体中の有機成分(バインダー、可塑剤等)を分解除去するために水蒸気を含んだ窒素雰囲気中で750℃、3時間の熱処理を行い、残留炭素量を300ppm以下に低減せしめた後、930℃で1時間の焼成を行った後、アルミナ投射材によるブラスト処理を行い、導体層23をセラミック絶縁基板表面に具備する配線基板を作製した。また、この配線基板における表面の導体層23には、厚み3μmのNiメッキ層及び厚み1μmのAuメッキ層を無電解めっき法により被着した。
Thereafter, in order to decompose and remove the organic components (binder, plasticizer, etc.) in the laminate, heat treatment was performed at 750 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere containing water vapor to reduce the residual carbon content to 300 ppm or less. Then, after baking at 930 degreeC for 1 hour, the blasting process by the alumina projection material was performed, and the wiring board which comprises the
上記のようにして形成されたセラミック製配線基板表面の端子(導体層23)を、対応するプリント基板に、直径0.7mmの高温半田ボールで実装し、0〜100℃の温度サイクル試験を行い、プリント基板と絶縁基板表面の導体層23との接続を電気的に確認した。温度サイクル試験は4000サイクルまで行い、セラミック絶縁基板とセラミック絶縁基板表面の導体層23の接続は電気抵抗が温度サイクル試験前より20%以上上昇した場合に不良と判断し、その不良のモードの確認をおこなった。
The terminal (conductor layer 23) on the surface of the ceramic wiring board formed as described above is mounted on a corresponding printed board with a high-temperature solder ball having a diameter of 0.7 mm, and a temperature cycle test of 0 to 100 ° C. is performed. The connection between the printed board and the
また、絶縁基板及び銅箔の表面粗さRaは、接触式の表面粗さ計にて測定を行った。
さらに、表面導体層23の絶縁基板との接合界面における粗さは、基板を断面方向で研磨し、導体部の側面を顕微鏡観察し、その高低差の平均値として求めた。
Further, the surface roughness Ra of the insulating substrate and the copper foil was measured with a contact-type surface roughness meter.
Further, the roughness of the bonding interface between the
表1の結果によれば、表面粗さRa=0.3〜1.0μmの銅箔を使用した試料(No.1〜3)では、表面導体層23の絶縁基板との界面での粗さ(以下、単に界面粗さと呼ぶ)が0.6〜1.0μmとなった。表面粗さRaが、それぞれ、0.3μm、0.6μm、1.0μmの銅箔を使用した場合、それぞれ温度サイクル4000サイクル、3000サイクル、2000サイクルまで電気抵抗の増加は見られなかった。これに対し、表面粗さRaが1.5μmの銅箔を使用した試料No.4では、表面導体層23の界面粗さが1.1μmとなり、温度サイクル1000サイクルで電気抵抗値の増加が見られた。
According to the results in Table 1, in the sample (Nos. 1 to 3) using the copper foil with the surface roughness Ra = 0.3 to 1.0 μm, the roughness at the interface between the
また、試料No.5においては、絶縁基板の表面粗さを、Ra=1.0μmとした。この時、表面導体層23の界面粗さは1.0μmとなり、温度サイクル2000サイクルまで電気抵抗の上昇は見られなかったが、絶縁基板の表面粗さRaを1.0μmとした試料No.6では,表面導体層23の界面粗さが1.1μmとなり、温度サイクル1000サイクルでも電気抵抗の上昇が見られた。
Sample No. In No. 5, the surface roughness of the insulating substrate was Ra = 1.0 μm. At this time, the interface roughness of the
以上の実験結果から、表面導体層23の界面粗さを1.0μm以下とした本発明では、プリント基板と表面導体層23との接合強度が向上しており、接続信頼性が高められていることが判る。
From the above experimental results, in the present invention in which the surface roughness of the
1:セラミック製配線基板
2:セラミック製絶縁基板
2a〜2d:絶縁層
3:表面の配線導体層
4:ビアホール導体
5:半導体素子
6:内部配線導体層
1: Ceramic wiring board 2: Ceramic insulating
Claims (10)
前記導体層の絶縁基板と接合する界面での算術平均粗さが1.0μm以下であることを特徴とするセラミック配線基板。 In a ceramic wiring substrate comprising a ceramic insulating substrate and a wiring conductor layer bonded to at least one surface of the insulating substrate,
A ceramic wiring board having an arithmetic mean roughness of 1.0 μm or less at an interface between the conductor layer and the insulating substrate.
前記転写フィルムの金属箔を配線パターン形状に加工して配線導体層を形成し、
前記転写フィルムを、前記配線導体層を内面側として、セラミックグリーンシートに圧着し、次いで樹脂フィルムを引き剥がすことにより、配線導体層をセラミックグリーンシート表面に転写し、
次いで、前記セラミックグリーンシートの焼成を行うこと、
を特徴とするセラミック製配線基板の製造方法。 A metal foil having a smooth surface with a surface roughness Ra (JIS B0601) of 0.7 μm or less is pasted on a resin film so that the smooth surface is exposed on the surface, to produce a transfer film,
Processing the metal foil of the transfer film into a wiring pattern shape to form a wiring conductor layer,
The transfer film is bonded to the ceramic green sheet with the wiring conductor layer on the inner surface side, and then the resin film is peeled off to transfer the wiring conductor layer to the surface of the ceramic green sheet.
Next, firing the ceramic green sheet,
A method of manufacturing a ceramic wiring board characterized by the above.
前記セラミックグリーンシートを焼成することを特徴とするセラミック製配線基板の製造方法。
A metal foil having a smooth surface with a surface roughness Ra (JIS B0601) of 0.7 μm or less is attached to the surface of the ceramic green sheet so that the smooth surface becomes the inner surface, and then the metal foil is wired. Processed into a pattern shape to form a wiring conductor layer,
A method for producing a ceramic wiring board, comprising firing the ceramic green sheet.
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