JP2005101663A - スルーホール両面基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 上下開口縁において角を有しないスルーホールを容易に形成し、スルーホール上下端縁における導体抵抗の増大や断線による接触不良をなくすことを目的とする。
【解決手段】 セラミック基板１を貫通するスルーホール２を有し、該スルーホール２を介して基板上下表面に形成される導体３、４が接触しているスルーホール両面基板を製造するにあたり、まず、セラミックグリーンシートをスルーホール形成位置で、予め上記グリーンシートの軟化温度以上に加熱した打抜き用治具にて打抜いて、上下開口縁が曲面状であるスルーホールを形成する。次いでこのグリーンシートを焼成してセラミック基板とした後、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成するとともに、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミック基板の両面に設けた回路導体が、スルーホールを介して接続されるスルーホール両面基板の製造方法に関する。このようなスルーホール両面基板はハイブリッドＩＣ製品における回路基板等として利用される。

セラミック基板の両面に導体配線を行なう場合、セラミック基板の上面および下面に設けた導体間の接続を確保するためにスルーホールを形成することが一般に行なわれている。このようなスルーホール両面基板の一例を図３に示すと、セラミック基板１には、これを貫通する複数のスルーホール２が所定個所に形成されており、基板１上面に形成される上部導体３は上記スルーホール２を介して基板下面側の下部導体４と接続される（図４）。

スルーホール２の形成は、保持台に載置した未焼成のセラミックグリーンシートをピン状の打抜き具で打抜くことによりなされ、その後、焼成して基板１とする。次いで、上部導体３を、スルーホール２部で真空吸引しながら印刷、焼成し、さらに基板１を反転してその下面に同様の工程により下部導体４を形成する。この工程で、これら導体３、４は上記スルーホール２内に進入してその内周壁で重なり合い、導通可能となる。

しかしながら、上記従来の構成では、スルーホール２の上下開口縁において、上記導体３、４の膜厚が極端に薄くなり、導体抵抗の増大、あるいは断線による接触不良をおこすおそれがあった。これは、上記スルーホール２の端縁部２１が基板１表面に対して直角をなすため、この部分における導体ペーストの塗布量を充分多くすることが容易でないこと、さらに塗布後、乾燥する際に導体ペーストが収縮することによる。このため、通常、導体ペーストを二度塗りして膜厚の増加を図っているが、工程が複雑となる上、必ずしも十分な効果が得られるとは言えなかった。

スルーホール端縁における断線を防止するには、例えば、上記端縁部２１の角を丸めることが考えられ、その一例として特開昭６０−４６０９２号公報には、部分的にテーパーをつけた打抜き具を用いることにより、スルーホール上下端のコーナー部に部分的円状テーパーを設けたものが提案されてい。しかしながら、この方法ではグリーンシートを打抜いた後、打抜き具を引抜く時のもどりにより所望のテーパーがつかなかったり、バリが発生するといった不具合があった。このため、導体ペーストが均一に塗布できず、十分な断線防止効果が得られないおそれがあった。

しかして、本発明は、上下開口縁の少なくとも一部において角を有しないスルーホールを形成するに際し、バリ等を発生させることなく、所望形状のスルーホールを確実に形成して導体ペーストの均一な塗布を可能にすること、そして、導体抵抗の増大や断線による接触不良のおそれのない、品質の高いスルーホール両面基板を得ることを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明では、セラミック基板を貫通するスルーホールを有し、該スルーホールを介して基板の上下表面に形成される導体が接触しているスルーホール両面基板を、セラミックグリーンシートをスルーホール形成位置で、予め上記グリーンシートの軟化温度以上に加熱した打抜き用治具にて打抜いて上下開口縁が曲面状であるスルーホールを形成する工程と、このグリーンシートを焼成してセラミック基板とする工程と、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成するとともに、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる工程により製造するものである（請求項１）。

以上のように、打抜き用治具を予めグリーンシートの軟化温度以上に加熱しておくことにより、打抜き用治具周囲のグリーンシート表面が加熱されて軟化する。軟化表面には、表面張力により水平方向の引張り力が生じ、スルーホール上下開口縁の角がとれて曲面状となる。また、治具を引抜く時の摩擦が小さくなり、もどりやバリの発生を抑制する。このようにして形成されたスルーホールは上下開口縁において角を有さず、基板上下表面に連続する曲面形状となるので、導体ペーストの塗布が均一にでき、開口縁における膜厚を充分厚くできるので、断線が防止できる。

さらに、本発明は、請求項２に記載のように、前記打抜き用治具の下半部に位置するピン状打抜き部の基端部には、大径の基部に向けて拡径するテーパ面が形成されており、該テーパ面の傾斜角度αは、４５°±１０°となっていることを特徴としている。

傾斜角度αがこの範囲より大きいとテーパ面６２の形成による充分な効果が得られない。また、傾斜角度αがこの範囲より小さくても効果は変わらず、スルーホール径が大きくなるので複数のスルーホールが近接する場合などスペースに制約がある場合に不利であるため、テーパ面の傾斜角度αは、４５°±１０°となっていることが好ましい。

さらに、本発明は、請求項３に記載のように、前記打抜き用治具の下半部に位置するピン状打抜き部の基端部には、大径の基部に向けて拡径するテーパ面が形成されており、該テーパ面を含む前記ピン状打抜き部の長さｌは、前記グリーンシート厚ｔと一致させてあることを特徴としている。

それによれば、請求項１に記載の曲面状を好適に形成することができるようになる。

さらに、本発明は、請求項４に記載のように、前記スルーホールを形成する工程における前記打抜き用治具の加熱温度は、前記グリーンシートの焼成温度より低い温度であることを特徴としている。具体的には、請求項５に記載のように、前記加熱温度は、９００〜１３００℃の範囲であることを特徴としている。

それによれば、加熱された打抜き用治具によって、グリーンシートが焼成してしまうことを防止することができるようになる。

さらに、本発明は、請求項６に記載のように、前記スルーホールを形成する工程において、前記打抜き用治具にて前記グリーンシートを打抜いた状態で一定時間保持することにより、前記グリーンシートの上下開口縁を曲面状とすることを特徴としている。

それによれば、請求項１に記載の曲面状を好適に形成することができるようになる。

図１は本発明のスルーホール両面基板の断面図である。図においてセラミック基板であるアルミナ基板１には、適当個所にスルーホール２が形成してある。このスルーホール２は基板１を垂直方向に貫通するとともに、上下開口縁において角を有さず、上記基板の上面および下面に連続する曲面状となしてある。上記基板１上面には第１の導体である上部導体３が形成され、一方、基板１下面には第２の導体である下部導体４が形成されていて、これら導体３、４は、上記スルーホール２の内壁面において重なり合い、電気的に接続してある。なお、図中、５は抵抗体である。

上記形状のスルーホール２を形成する方法を図２を参照して説明する。図２（ａ）において、６はスルーホール２を形成するために使用される打抜き用治具であり、該治具６は下半部をスルーホール２と同径のピン状打抜き部６１としてある。上記打抜き部６１の基端部には、大径の基部に向けて拡径するテーパ面６２が形成してある。上記治具６下方に配した保持台７上に未焼成のアルミナグリーンシート１１を載置し、予めグリーンシート１１の軟化温度以上に加熱した上記治具６を上方より押圧し、打抜き部６１を貫通させる（図２（ｂ））。加熱温度はアルミナの軟化温度以上とし、焼成温度（通常、１５００〜１６００℃程度）より低い温度とするのがよい。具体的には９００〜１３００℃の範囲とすることが好ましい。なお、テーパ面６２を含む打抜き部６１の長さｌはグリーンシート１１厚ｔと一致させてある。

この状態で一定時間保持すると、上記治具６周囲のグリーンシート１１表面が加熱により軟化し、表面張力によってスルーホール２の上下開口縁の角がとれて曲面状となる。この時、上記治具６がテーパ面６２を有しているので、スルーホール２は上端部には下方に向けて縮径するテーパ状となり、より緩やかな曲面形状となる。ここで治具６の上記テーパ面６２の傾斜角度α（図２（ａ）参照）は、４５°±１０°程度とすることが望ましく、傾斜角度αがこの範囲より大きいとテーパ面６２の形成による充分な効果が得られない。傾斜角度αがこの範囲より小さくても効果は変わらず、スルーホール径が大きくなるので複数のスルーホールが近接する場合などスペースに制約がある場合に不利である。

しかる後、上記治具６を引抜くと、上下開口縁に角を有さないスルーホール２が形成される（図２（ｃ））。抜きカス１２は保持台７に設けた孔７１から下方へ抜ける（図２（ｂ））。

スルーホール２を形成したグリーンシート１１は、次いで、１５００〜１６００℃で焼成し、基板１とする。次いで、この基板１の上部表面に、通常の厚膜形成手法により、基板下面方向より真空吸引しながら導体ペーストを印刷、乾燥し、８００〜９５０℃で焼成して上部導体３を形成する。導体材料としては、金、銀、銅、銀−パラジウム、銀−白金等が使用でき、膜厚は７〜１５μｍとする。その後、同様にして基板１下面に導体ペーストを印刷し、焼成を行なって、下部導体４とする。これにより、上下表面に導体３、４を形成した図１のスルーホール両面基板が得られる。また、上記両導体３、４は導体ペーストを塗布する工程で上記スルーホール２内に進入し、その内壁面を覆う。

このようにして得られたスルーホール両面基板は、スルーホール２の上下開口縁において角を有していないので、導体ペーストの塗布が均一にでき、膜厚が部分的に薄くなることがない。従って断線等の不具合が生じるおそれがない。また、両導体３、４はスルーホール２内壁面を覆うとともに、中間部で重なりを有し、確実に接続する。

なお、上記実施例においてはスルーホール２上端部にテーパ面を形成したが、その必要は必ずしもない。

上記各実施例ではセラミック基板としてアルミナ基板の例について説明したが、本発明でいうセラミック基板としては、それ以外にも、例えば窒化アルミニウム、炭化けい素、ベリリア、ガラスセラミックス等の基板が使用できる。

以上のように、本発明によれば、上下開口縁において角を有しないスルーホールを容易に形成することができる。従って、導体ペーストを均一に塗布することができるので、導体膜厚が部分的に薄くなることがなく、導体抵抗の増大や断線による接触不良を防止できる。また、バリ等の発生による品質低下のおそれがなく、信頼性を大きく向上させる。

本発明方法により製造されるスルーホール両面基板の部分拡大断面図である。 本発明の一実施例におけるスルーホール両面基板の製造工程を示す図である。 従来のスルーホール両面基板の全体斜視図である。 従来のスルーホール両面基板の部分拡大断面図で、図３のＶ−Ｖ線拡大図である。

符号の説明

１ セラミック基板
２ スルーホール
３ 上部導体（第１の導体）
４ 下部導体（第２の導体）
５ 抵抗体
６ 打抜き用治具
７ 保持台

Claims (6)

1. セラミック基板を貫通するスルーホールを有し、該スルーホールを介して基板の上下表面に形成される導体が接触しているスルーホール両面基板の製造方法であって、セラミックグリーンシートをスルーホール形成位置で、予め上記グリーンシートの軟化温度以上に加熱した打抜き用治具にて打抜いて上下開口縁が曲面状であるスルーホールを形成する工程と、このグリーンシートを焼成してセラミック基板とする工程と、該セラミック基板の上部表面に第１の導体を、下部表面に第２の導体を印刷形成するとともに、上記第１の導体と第２の導体とを上記スルーホール内壁面にて接続させる工程とを有することを特徴とするスルーホール両面基板の製造方法。
2. 前記打抜き用治具の下半部に位置するピン状打抜き部の基端部には、大径の基部に向けて拡径するテーパ面が形成されており、該テーパ面の傾斜角度αは、４５°±１０°となっていることを特徴とする請求項１に記載のスルーホール両面基板の製造方法。
3. 前記打抜き用治具の下半部に位置するピン状打抜き部の基端部には、大径の基部に向けて拡径するテーパ面が形成されており、該テーパ面を含む前記ピン状打抜き部の長さｌは、前記グリーンシート厚ｔと一致させてあることを特徴とする請求項１に記載のスルーホール両面基板の製造方法。
4. 前記スルーホールを形成する工程における前記打抜き用治具の加熱温度は、前記グリーンシートの焼成温度より低い温度であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のスルーホール両面基板の製造方法。
5. 前記加熱温度は、９００〜１３００℃の範囲であることを特徴とする請求項４に記載のスルーホール両面基板の製造方法。
6. 前記スルーホールを形成する工程において、前記打抜き用治具にて前記グリーンシートを打抜いた状態で一定時間保持することにより、前記グリーンシートの上下開口縁を曲面状とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載のスルーホール両面基板の製造方法。

Images