JP2006013317A

JP2006013317A - セラミック積層基板

Info

Publication number: JP2006013317A
Application number: JP2004191350A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Jinnai; 馨神内; Makoto Ota; 誠太田; Satoru Inada; 悟稲田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP4470162B2

Abstract

【課題】セラミック積層基板の外周稜部の欠け、クラックの発生を抑え、セラミックの飛散を生じさせず、もって積層基板の表面に形成された電極パターンと、他の回路素子との電気的接続を阻害することが無く、信頼性の高いセラミック積層基板を得る。
【解決手段】内部に内部配線層を有し、両主面に表面配線層を備えるとともに、前記両主面に複数の第１の分割溝と、前記第１の分割溝と交差する複数の第２の分割溝を形成してなるセラミック積層基板において、前記セラミック積層基板の少なくとも一方の主面の外周縁に衝撃緩衝層を周設した。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック積層基板に関し、特には、チップ部品を表面実装する工程中において、セラミック積層基板の稜部に生じる欠けやクラック等の不具合を防ぐセラミック積層基板に関する。

プラスチックやセラミックスなどからなる基板の表面に、トランジスタ、ＦＥＴ、ダイオード、ＩＣ等の半導体素子や、抵抗素子、キャパシタンス素子、インダクタンス素子などの電子部品を搭載した高周波電子部品が知られている。この様な基板には、半導体素子や電子部品の機械的応力からの保護、電気的特性の向上、熱的な保護が要求される。
近年、半導体素子の動作時発熱が大きくなって来ているが、この発熱は半導体素子自身及び、他の電子部品の動作に影響を及ぼす。このため前記発熱を効率的に放熱することが回路基板の重要な要求特性の一つとなっている。そこで回路基板材料として放熱性、電気的特性、信頼性等に優れた機能材料であるＡｌ₂Ｏ₃などのセラミックスが多用されている。

一方、携帯電話などの移動体通信分野においては、用いられる回路部品を小型化する要求が強く、キャパシタンス素子、インダクタンス素子などをＬＴＣＣ（ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏ−ｆｉｒｅａｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｓｕｓｅｄ）技術によりセラミック体に内蔵させたＬＣフィルタ等が広く用いられる様になってきている。
このようなＬＴＣＣ技術による回路部品は、１０００℃以下で焼結可能な低温焼結セラミックス材料と、これと同時焼成可能な導体ペーストを用いて構成される場合が多い。
例えば、ドクターブレード等によりキャリアフィルムに塗こう形成（キャスティング）したセラミックスグリーンシートを用い、所望形状に切断した前記グリーンシートに、キャパシタンス素子やインダクタンス素子を構成する回路パターン（電極パターン）をＡｇやＣｕなどの導体ペーストで形成し、さらに孔開け装置によりグリーンシートの上下を貫通するビアホールを形成する。次いで、各グリーンシートに形成したビアホールに、ＡｇやＣｕなどの金属を主成分とする導体ペーストを印刷充填し、そして前記グリーンシートを必要枚数重ね、積層、圧着し、その後、必要な寸法に切断し、グリーンシートと導体ペーストとの同時焼成を行う事によって得られる。
最近、このようなＬＴＣＣ技術を前記基板に採用し、キャパシタンス素子、インダクタンス素子の少なくとも一部を電極パターンにより積層内蔵するとともに、キャビティーを形成して、このキャビティーにベアチップ状態の半導体素子を実装したりすることが行われている。さらに移動体通信機器の小型化、高性能化に対する要求の高まりとともに、様々な回路機能が盛り込まれるように成り、例えば携帯電話の高周波回路部を構成するアンテナスイッチ、フィルタ、方向性結合器、高周波増幅器などを前記基板に複合一体化することも提案されている。
以下、セラミックと電極パターンとを積層した基板をセラミック積層基板と呼ぶ。

図７に示すように、前記積層基板の搬送の際や、各種実装部品を実装する際には、積層基板１の側面をガイド１５０や基準ピン等に当接して位置決めする場合がある。セラミックは周知のとおり衝撃に弱く、硬くて脆い性質を有するため、前記ガイド等との衝突により積層基板の外周稜部の一部が欠け、周囲に飛び散ることがあった。前記セラミックの一部ＣＰ（図中破線丸内）が、積層基板上のワイヤボンディング配線用の電極パターンや、面実装部品搭載のための電極パターンＬｄに飛散すると、ワイヤボンディングにおいて接合不要を生じ、また、面実装部品のはんだ接続不良を生じさせる。
そこで本発明は、セラミック積層基板の外周稜部の欠け、クラックの発生を抑え、セラミックの飛散を生じさせず、もって積層基板の表面に形成された電極パターンと、他の回路素子との電気的接続を阻害することが無く、信頼性の高いセラミック積層基板を得ることを目的とする。

本発明は、内部に内部配線層を有し、両主面に表面配線層を備えるとともに、前記両主面に複数の第１の分割溝と、前記第１の分割溝と直交する複数の第２の分割溝を形成してなるセラミック積層基板において、前記セラミック積層基板の少なくとも一方の主面の外周縁に衝撃緩衝層を周設したセラミック積層基板である。前記衝撃緩衝層は、前記積層基板の側面と主面とが成す角が、鋭角になっている側の主面に周設するのが好ましい。また、セラミック積層基板の側面と主面とが成す角を直角或いは鈍角とするのが更に好ましい。
前記第１及び第２の分割溝は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子といった回路素子を構成する電極パターンが形成された領域を、個片に分割できる程度に形成されていれば良い。従って、少なくとも分割すべき領域よりも長く、積層基板の側面までの間に形成される。
また、前記衝撃緩衝層を連続して切れ目無く周設しても良いが、衝撃緩衝層を形成しない部分（抜き部）を形成し、不連続に形成しても良く、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、積層基板の側面にまで及ぶ第１及び第２の分割溝を挟んで離隔し、不連続に形成しても良い。
本発明においては、前記衝撃緩衝層はセラミックよりも低ビッカース硬度であり、前記セラミックとの密着性に優れるものが選択される。例えば、エポキシ系などの樹脂材料や、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉなどの金属材料、合金で構成するのが好ましい。さらに、前記衝撃緩衝層を多層の金属層とし、ビッカース硬度の異なる複数の金属膜を層状に重ねて形成するのも好ましい。

本発明によれば、セラミック積層基板の外周稜部の欠けやクラックによるセラミックの飛散が生じない積層基板を提供することが出来る。このためセラミック積層基板の表面に形成された電極パターンと、他の回路素子との電気的接続を阻害することが無く、信頼性の高いセラミック積層基板を得ることが出来る。

以下、本発明の積層基板について図面を基にして説明する。図１は、本発明の一実施例に係るセラミック積層基板の平面図であり、図２は積層基板の製造工程を説明するための、各工程における前記セラミック積層基板の斜視図であり、図３は、セラミック積層基板の縁部の側面拡大図である。
前記積層基板１は、絶縁体、例えば低温焼成が可能なセラミック誘電体材料（ＬＴＣＣ材）と、導体材料からなる電極パターンを主構成物とする。前記ＬＴＣＣ材は、ドクターブレード法などの成形方法により、厚さが２０μｍ〜２００μｍのグリーンシートに成形され、このグリーンシート上には、Ａｇを主体とする導電ペーストにより電極パターンが印刷形成される。そして、複数のグリーンシートを積層圧着し、一体化した未焼成状態の積層体とする。前記積層体の、最上層に位置するグリーンシートには、ワイヤボンディング配線用、面実装部品搭載用の電極パターン（表面配線層）とともに、衝撃緩衝層２０が、前記導体ペーストにより印刷形成されている。
前記衝撃緩衝層２０を前記電極パターンとともに同時に印刷形成すれば、工数を増加させることが無いので好ましく、他方、衝撃緩衝層２０を別工程で形成すれば、衝撃緩衝層２０と電極パターンとの厚みを異ならせて形成するのが容易となる。従って、衝撃緩衝層２０をどの工程で形成するかは、必要に応じて適宜設定することが出来る。

低温焼結が可能なセラミック誘電体材料としては、（ａ）Ａｌ_２Ｏ_３を主成分として、ＳｉＯ_２、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＰｂＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの少なくとも１種を副成分として含むものや、（ｂ）Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＭｇＯ，ＳｉＯ_２及びＧｄＯの少なくとも一種を副成分として含むものや、（ｃ）Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｒＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２を主成分として含むもの等が挙げられる。好ましい誘電率は、５〜１５である。なお、積層基板に用いられるセラミックは、ＬＴＣＣ材に限定されず、アルミナセラミックスや窒化アルミであっても良い。

積層基板１の外形寸法は、特に限定されることはないが、本実施例では、厚み０．８ｍｍ、縦横８０×７０ｍｍの矩形状としている。その表面には、ボンディングパッドや、チップ部品実装用のパッドなど表面配線層が、衝撃緩衝層２０とともに所定の電極パターン（図示せず）で形成されている。また裏面には、積層基板に形成された線路パターンとの接続のための外部端子が、電極パターン（表面配線層）により形成されている。
さらに、この表面及び裏面には、後に、積層基板１を個片の積層基板に分割できるように、直交する複数の分割溝３００が格子状に形成されている。本実施例では、７．５ｍｍ×５ｍｍの個片に分割されるように分割溝が形成されている。また、個片の積層基板には、フィルタ回路やスイッチ回路等の高周波回路を構成するインダクタンス素子やキャパシタンス素子が、電極パターン（内部配線層）により形成されている。

前記衝撃緩衝層２０は、後述する形成方法によって積層基板１の稜部を含む外周縁部に、厚みｔが１０μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは１０μｍ〜５０μｍで、幅ｗが０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の寸法で周設されている。
前記衝撃緩衝層２０は、積層基板１を構成するセラミック材料よりも、低ビッカース硬度を有する樹脂や金属から選択され、好ましくは、ビッカース硬度Ｈｖ３００以下の材料で形成する。
前記樹脂としては、エポキシ系樹脂が好ましく、印刷や塗布などの方法により衝撃緩衝層を形成することが出来る。積層基板１に搭載された面実装部品は、フロー工法等によりはんだ付けを行うが、その際に、積層基板１と衝撃緩衝層２０との線膨張係数差により生じる熱応力によって積層基板の変形や、割れが生じないように、樹脂材料の線膨張係数を２０〜３５×１０^−５／℃とするのが好ましく、更に２０〜２５×１０^−５／℃とするのがより好ましい。
また、前記金属材料としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｎなどの金属材料、あるいは前記金属材料を含む合金で構成するのが好ましく、これらを印刷や、塗布、転写、めっきなどの方法によって積層基板に形成する。衝撃緩衝層２０は単一の金属層で形成しても良いが、ビッカース硬度の異なる金属層を多層に形成して衝撃緩衝層を形成しても良い。最外層にビッカース硬度の高い金属層を形成すれば、衝撃緩衝層の強度が向上するので好ましい。
前記衝撃緩衝層２０は、衝撃を和らげる効果を発揮するとともに、セラミックが欠けた場合でも、衝撃緩衝層２０により保持されるので、電極パターンに飛散することがない。

積層基板１の側面は、鋼刃で切断して表れる切断面や、分割溝で分割して表れる破断面であり、これを焼結して焼結肌を有する側面とするのが好ましい。ここで焼結肌とは、積層基板が焼結されたままの加工を行わない状態であることを言う。焼結後に分割して露出する破断面や、研削、切断加工後の加工面では、剥離しかかった状態のセラミック粒子が、ガイド１５０や基準ピン等に当接した際に、脱粒して電極パターンに飛散する場合があったが、前記積層基板の側面が焼結肌とすれば、破断や切断、研磨などによる表面の荒れがないので、セラミック粉が脱粒することが無い。

以下、本発明に係る積層部品１の製造方法について、図２を基にして説明する。
低温焼成が可能なセラミック誘電体材料（ＬＴＣＣ材）を用い、前記した方法によって未焼成状態の積層体を作製するとともに、Ａｇを主体とする導電ペーストで、他の電極パターン（図示せず）とともに、衝撃緩衝層２０を積層体主面の外縁部に印刷形成した（図２（ａ）参照）。なお、積層体の外周縁は後加工で除去されるので、衝撃緩衝層２０は、積層体の外周稜部にまで及んで形成する必要はない。また、衝撃緩衝層２０を、予め表面電極層を構成する電極パターンとともにグリーンシートに形成しておき、これを積層圧着してもよい。この場合、衝撃緩衝層２０がグリーンシートに押し込まれ、積層体に一部が埋設される。

次に、前記積層体の両主面に格子状に分割溝（図面中破線で表示）を鋼刃で形成し、同時に衝撃緩衝層２０を分割溝部で切断して不連続とした（図２（ｂ）参照）。なお、分割溝形成後の積層体に、前記分割溝を跨ぐように衝撃緩衝層２０を印刷形成しても良い。

次に衝撃緩衝層２０を含む積層体の外周縁部を切断して除去する（図２（ｃ）参照）。図３は、外周縁部の断面拡大図であるが、前記のように積層体の外周縁部を切断することで、衝撃緩衝層２０を積層体の稜部に形成することが出来る。
積層体を切断刃で切断すると、図３に示すように、切断刃の入側では、側面と主面の成す角βが、直角或いは鈍角になり易く、他方、側面と出側の主面の成す角αは鋭角になり易い。このため断面は、僅かに傾斜を有するようになる。このような傾斜面であっては、応力が集中する鋭角側の稜部が、主としてガイド１５０等に当接する。しかしながら、本発明では、前記稜部に衝撃緩衝層２０を形成し、外力がセラミックに直接作用し難い構造としているため、欠けやクラックが生じるのを防ぐことが出来る。

図４及び図５は、積層体の外周縁部を、分割溝により分割した場合の断面図であり、衝撃緩衝層２０は、積層基板１から突出、或いは埋設され形成されている。
図３に示した断面は、一方の稜部が鋭角に形成されオーバーハングした状態であったのに対して、図４及び図５のものの稜部は面取りされ、鈍角となるように形成されている。分割溝用の鋼刃の刃先は、所定の開角度を有するように形成されているため、刃先を積層体に圧入する際に積層体の稜部に面取りが形成される。なお、図面では、面取りをカット状に図示しているが、切断刃を積層体から抜いた後、弾性による積層体の戻りによっては、円弧状となる場合もある。しかしながら、どちらの場合であっても、ガイド等に当接するのは主として側面であり、稜部が当接する確率を減じているため、欠けやクラックの発生を更に減じることが出来る。

次に、未焼成の積層基板１を焼成する（図２（ｄ）参照）。焼成は、脱バインダー過程と焼結過程を有し、電極パターンや衝撃緩衝層２０に用いる金属材料によって、大気中、或いは、酸化、還元雰囲気の焼成雰囲気を適宜選択する。焼結過程におけるピーク温度は、８５０℃〜１０００℃に達し、この焼結過程を経て、衝撃緩衝層２０を構成する金属材料が、積層基板を構成するセラミックと密着して、容易に剥離することが無くなる。
このようにして本発明に係るセラミック積層基板を得た。さらに電解めっきや無電解めっきにより、衝撃緩衝層上に他の金属層を形成してもよい。前記他の金属層としては、はんだめっきによるＳｎ合金層や、ニッケルめっきによる、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金層、金めっきによるＡu層などが例示される。

本発明に係る積層基板を用いて、実装部品を実装した前後で基板外周を実体顕微鏡にて５０倍の倍率で確認したが、クラックや欠けは発生しなかった。また、個片の積層基板に分割した後、電気的特性を評価したが、オープンやショートといった不具合も無く所望の電気的特性が得られ、信頼性の高いセラミック積層基板とすることができた。

本発明によれば、セラミック積層基板の外周稜部の欠けやクラックの発生を防ぎ、セラミックの飛散が生じないセラミック積層基板を提供することが出来る。このため積層基板の表面に形成された電極パターンと、他の回路素子との電気的接続を阻害することが無く、信頼性の高いセラミック積層基板を得ることが出来る。

本発明の一実施例に係るセラミック積層基板の平面図である。（ａ）〜（ｄ）本発明の一実施例に係るセラミック積層基板の製造工程を示す斜視図である。本発明の一実施例に係るセラミック積層基板の縁部拡大図である。本発明の他の実施例に係るセラミック積層基板の縁部拡大図である。本発明の他の実施例に係るセラミック積層基板の縁部拡大図である。本発明の他の実施例に係るセラミック積層基板の縁部拡大図である。従来のセラミック基板における、縁部の欠けの状態を示す斜視図である。

符号の説明

１セラミック積層基板
２０衝撃緩衝層
１５０ガイド
３００

Claims

内部に内部配線層を有し、両主面に表面配線層を備えるとともに、前記両主面に複数の第１の分割溝と、前記第１の分割溝と交差する複数の第２の分割溝を形成してなるセラミック積層基板において、
前記セラミック積層基板の少なくとも一方の主面の外周縁に衝撃緩衝層を周設したことを特徴とするセラミック積層基板。
前記第１及び第２の分割溝は積層基板の側面、または側面付近にまで及び、前記衝撃緩衝層の少なくとも一部が分割溝を挟んで離隔し、不連続に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック積層基板。
前記衝撃緩衝層が樹脂材料或いは、金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック積層基板。
前記衝撃緩衝層を、ビッカース硬度の異なる複数の金属膜を層状に重ねて形成することを特長とする請求項１又は２に記載のセラミック積層基板。
前記積層基板の側面が、焼結肌であることを特長とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミック積層基板。