JP2006253600A

JP2006253600A - 配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP2006253600A
Application number: JP2005071599A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Yada; 節男矢田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】追って配線基板となるグリーンシートの少なくとも一方の表面に、導体層とこれを露出させる厚肉の絶縁コート層とを有する配線基板であって、前記段差などが生じにくく、電子部品などを精度良く実装し得る配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】焼成後に配線基板となるグリーンシート１の裏面３に、かかる裏面３に形成された複数のパッド（導体層）５の周縁を覆い且つ当該パッド５よりも厚みの厚い絶縁コート層６を形成する工程と、平板１５およびこれに突設した複数の凸部１６を有する治具ｇのうち、絶縁コート層６の表面に平板１５を接触させ、且つ絶縁コート層６を貫通し各パッド５が露出する凹部７ごとに各凸部１６を挿入するように配置して、グリーンシート１および絶縁コート層６を厚み方向に沿って圧着する工程と、を含む、配線基板の製造方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、少なくとも一方の表面に導体層とかかる導体層よりも厚く且つ当該導体を露出させる絶縁コート層とが形成される配線基板の製造方法に関する。

絶縁基板の表面に電子部品を高密度に実装するため、かかる絶縁基板の表面に予め形成した一対の電極パッドが露出するように、当該絶縁基板の表面にレジスト層を被覆し、かかるレジスト層を貫通する一対の凹部ごとに充填した半田ペーストを介して、電子部品を実装するようにした回路基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）

特開２００３−４６２１６号公報（第１〜７頁、図１〜３）

ところで、前記回路基板のように、絶縁基板における一方の表面に、予め形成した電極パッドなどの導体層よりも厚いレジスト層を、導体層の表面が露出するように形成する場合、所定パターンでコーティングされた上記レジスト層を絶縁基板寄りに圧着している。この際、圧着された上記レジスト層の外周形状が、上記絶縁基板における他方の表面に転写されるため、かかる他方の表面に浮き上がりによる段差やうねりを生じる場合がある。このため、絶縁基板の他方の表面に電子部品を実装したり、かかる電子部品を実装するためのパッドなどの導体層を形成すると、上記段差やうねりに起因してロウ付けなどに支障を来すため、実装精度が低下し、電子部品との導通が不安定となる、という問題があった。

本発明は、前記背景技術において説明した問題点を解決し、追って配線基板となるグリーンシートの少なくとも一方の表面に、導体層とこれを露出させる厚肉の絶縁コート層とを有する配線基板であって、前記段差やうねりが生じにくく、電子部品などを精度良く実装し得る配線基板の製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、基板本体で導体層と、これを露出させ且つ当該導体層よりも厚みの厚い絶縁コート層と、を形成した表面において、かかる導体層および絶縁コート層をほぼ同じ圧力で圧着する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による配線基板の製造方法（請求項１）は、焼成後に配線基板となるグリーンシートの少なくとも一方の表面に、かかる表面に形成された導体層の周縁を覆い且つ当該導体層の厚みよりも厚い絶縁コート層を形成する工程と、平板および当該平板に突設した凸部を有する治具のうち、上記絶縁コート層の表面に上記平板を接触し、且つ上記導体層が露出する凹部に上記凸部を挿入するように配置して、上記グリーンシートおよび上記絶縁コート層を厚み方向に沿って圧着する工程と、を含む、ことを特徴とする。

これによれば、前記治具の平板を前記絶縁コート層の表面に接触し且つ当該平板に突設された凸部を絶縁コート層の凹部に挿入した状態で、前記グリーンシートおよび上記絶縁コート層が厚み方向に沿って圧着される。このため、絶縁コート層のみを圧着する従前の方法のように、かかる絶縁コート層の外周形状がグリーンシートにおける反対側の表面に転写されないか、かかる転写を極く僅かに抑制することができる。従って、例えば、電子部品などを実装する実装エリアや、かかる実装に用いるパッドなどの導体層に、段差やうねりが生じにくくなるため、電子部品などを精度良く実装できる配線基板を確実に提供することが可能となる。

尚、前記グリーンシートは、単層または複数層の何れでも良く、複数層のグリーンシートを積層して構成されている場合には、得られるグリーンシート積層体の少なくとも一方の表面に、導体層と、これを露出させる当該導体層よりも厚みの厚い絶縁コート層と、を形成した配線基板となる。また、前記グリーンシートには、焼成後に例えばアルミナ系のセラミックとなるもののほか、低温焼成セラミックの一種であるガラス−セラミックとなるものも含まれる。更に、前記絶縁コート層は、焼成後に上記グリーンシートと同じか同種のセラミックとなるもの構成される。加えて、絶縁コート層に形成され且つ導体層が露出する前記凹部は、断面が円形または矩形などであり、かかる凹部に挿入される前記治具の凸部の断面も上記の円形または矩形などのほぼ相似形を呈する。

また、本発明には、前記グリーンシートにおける一方の表面に、前記導体層および前記絶縁コート層が形成されていると共に、上記グリーンシートにおける他方の表面に、電子部品を実装するための別の導体層が位置している、配線基板の製造方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、上記グリーンシートの一方の表面に形成した絶縁コート層の外周形状がグリーンシートにおける他方の表面に転写されないか、極く僅かに抑制されるため、当該グリーンシートの他方の表面に形成した別の導体層の平坦度を保持できる。このため、当該別の導体層を介して、電子部品を精度良く実装できる配線基板を確実に製造できる。尚、前記導体層と前記別の導体層とは、形成されるグリーンシートの面が異なるだけの相対的な呼称である。

更に、本発明には、前記グリーンシートにおける他方の表面に、電子部品を実装するための別の前記導体層の周囲を囲む貫通孔を有する貫通孔付きグリーンシートを積層した後で、前記圧着工程を施す、配線基板の製造方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、上記グリーンシートおよび貫通孔付きグリーンシートにより形成されるキャビティの底面が、他方の表面に形成される絶縁コート層による段差やうねりを生じにくいため、かかるキャビティの底面に平坦な別の導体層を形成したり、平坦な実装エリアが得られる。この結果、上記キャビティに電子部品（発光素子を含む）を精度良く実装できる配線基板が提供可能となる。

付言すれば、本発明には、前記グリーンシートの両面に、前記導体層および前記絶縁コート層が形成されている、配線基板の製造方法も含まれ得る。
また、本発明には、前記グリーンシートの両面に形成される前記導体層と別の導体層とは、当該グリーンシートの厚み方向の位置が相違している、配線基板の製造方法も含まれ得る。
これらによる場合、グリーンシートの両面において、前記段差などのない導体層および絶縁コート層が形成された配線基板を確実に提供することが可能となる。特に、導体層と別の導体層とが、上記グリーンシートの厚み方向において異なる位置にある場合には、上記効果が顕著に得られる。

更に、本発明には、前記配線基板の製造方法における圧着工程に用いられる圧着用治具であって、前記絶縁コート層の表面に接触する平板と、かかる平板から上記絶縁コート層を貫通し前記導体層が露出する凹部に挿入される凸部と、を含む、圧着用治具も含まれ得る。
これによる場合、平板を絶縁コート層の表面に接触し且つ当該平板に突設した凸部を絶縁コート層の凹部に挿入した状態で、グリーンシートおよび上記絶縁コート層を厚み方向に沿って、ほぼ同時に圧着することが可能となる。この結果、電子部品などを精度良く実装できる配線基板を確実に提供することに寄与し得る。尚、上記圧着用治具は、例えば、ステンレス鋼などの金属板における一方の表面を、凸部を形成する位置のみをマスキングしてエッチングすることで形成される。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、例えばアルミナを主成分とするグリーンシート１の表面２および裏面３に、パッド（別の導体層）４と、パッド（導体層）５と、を個別に形成した本発明の製造方法における一製造工程の概略を示す。
上記グリーンシート１の厚みは、約０．１２〜１．２ｍｍである。また、パッド４，５は、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕなどの金属粉末を含む導電性ペーストを印刷などにより形成したもので、平面視が円形または四隅の各コーナにアールを付けたほぼ正方形などを呈すると共に、それぞれの厚みは約１０〜３０μｍである。上記グリーンシート１の内部には、パッド４，５間を接続する上記同様の導電性ペーストとからなるビア導体（図示せず）が形成されている。

尚、前記グリーンシート１の裏面３は、本発明におけるグリーンシートの一方の表面であり、且つその表面２は、グリーンシートの他方の表面である。また、グリーンシート１は、多数個取り用の大判サイズのグリーンシートとしても良く、次述する絶縁コート層６や後述する貫通孔付きグリーンシート８，９についても、同様に大版サイズのグリーンシートとしても良い。
次いで、図２に示すように、グリーンシート１の裏面３に、予め形成した複数のパッド５の周縁のみを覆い且つかかるパッド５の厚みよりも厚い絶縁コート層６を形成する。かかる絶縁コート層６は、例えばアルミナを主成分とし所要の粘性を有するセラミック系の絶縁ペーストをスクリーン印刷法などにより、約２５〜４０μｍの厚みとなるように形成したものである。

図２に示すように、各パッド５の表面は、それらの周縁を除いて、絶縁コート層６を貫通する凹部７の底面に露出する。かかる凹部７の断面は、平面視において、パッド５の形状とほぼ相似形の円形またはほぼ正方形などを呈する。
次に、図３に示すように、グリーンシート１の表面２上に、異なる内径の貫通孔ｈ１，ｈ２を有する貫通孔付きグリーンシート８，９を積層して、積層体Ｓを形成する。貫通孔付きグリーンシート８，９は、アルミナを主成分とし、パンチとダイとによる打ち抜き加工により、平面視が矩形（正方形または長方形）、円形、長円形、あるいは、楕円形などを呈する貫通孔ｈ１，ｈ２を予め形成したものである。また、貫通孔付きグリーンシート８における貫通孔ｈ１寄りの上面には、前記同様の導電性ペーストからなるパッド１０が形成されている。

図３に示すように、上記積層体Ｓには、グリーンシート１の表面２と、貫通孔付きグリーンシート８，９の貫通孔ｈ１，ｈ２とにより、全体がほぼ四角柱やほぼ円柱形などを呈するキャビティ１１が形成される。また、当該キャビティ１１の底面に露出するグリーンシート１の表面２には、後述する電子部品を実装するための前記パッド４と、かかるパッド４の表面に位置する実装面４ａと、が位置している。
尚、積層体Ｓは、最上層に位置する貫通孔付きグリーンシート９の表面１２と、最下層に位置する前記絶縁コート層６の裏面（表面）１３と、を有する。また、上記グリーンシート１，８，９間には、配線層が位置し且つこれらを接続する前記同様のビア導体（何れも図示せず）がグリーンシート８を貫通している。

更に、図４に示すように、定盤１４の上に固定した圧着用治具（治具）ｇを用意する。かかる治具ｇは、平板１５と、その一方の表面に一体に突設した複数の凸部１６とを有し、例えば、所要の厚みを有するステンレス鋼、アルミニウム合金、銅、銅合金、またはチタン合金などの板における一方の表面を、複数の凸部１６を形成する位置のみをマスキングし且つエッチングして形成したものである。
図４に示すように、圧着用治具ｇの各凸部１６は、積層体Ｓの最下層に位置する前記絶縁コート層６を貫通し且つパッド５が露出する各凹部７に対応して形成されており、凹部７の断面とほぼ同じ円形またはほぼ正方形などの断面を有すると共に、凹部７の深さとほぼ同じ高さに予め設定されている。

次いで、図５に示すように、圧着用治具ｇの平板１５に、絶縁コート層６（積層体Ｓ）の裏面１３を接触させると共に、かかる治具ｇの各凸部１６を、絶縁コート層６に囲まれた各凹部７に挿入し且つ凸部１６の頂面とパッド５の表面とを接触させることで、積層体Ｓを圧着用治具ｇの上にセットする。かかる状態で、図５の上方に示すように、圧着用治具ｇ上にセットされた積層体Ｓの表面１２に、所要の厚みを有するゴムなどからなる弾性体１７を載置する。尚、積層体Ｓと弾性体１７との間には、図示しないメタル板が挟持されている。
次に、図６中の太い矢印で示すように、弾性体１７を積層体Ｓの厚み方向に沿って圧着用治具ｇ寄りに押し、積層体Ｓの表面１２を押圧する。この際、弾性体１７の表面１８は、キャビティ１１内に進入し且つ一部はパッド４の実装面４ａに接触する。
かかる圧着工程により、積層体Ｓを形成するグリーンシート１、絶縁コート層６、貫通孔付きグリーンシート８，９は、それぞれの厚み方向に沿って圧着されるため、互いに密着した積層体Ｓとなる。

この間において、圧着用治具ｇの平板１５と絶縁コート層６の裏面１３とが接触し、且つ凸部１６の頂面とパッド５の表面とが接触しているため、凹部７が貫通する絶縁コート層６の外周形状は、グリーンシート１の他方の表面（キャビティ１１の底面）に位置するパッド４の実装面４ａに転写されない。この結果、かかる実装面４ａには、段差やうねりの影響が殆ど生じない。
尚、図７の左側に示すように、圧着用治具ｇの平板１５に、絶縁コート層６の裏面１３を接触させた際には、上記治具ｇの凸部１６とパッド５との間に、数μｍの隙間ｓが位置するようにし、図７中の矢印の右側に示すように、前記圧着の後で、凸部１６とパッド５とが接触または当接するようにしても良い。この場合、主に絶縁コート層６が圧縮されつつグリーンシート１に密着する。

更に、前記圧着工程の後、積層体Ｓを図示しない焼成炉に挿入し、所要の温度域および時間で焼成する。
その結果、図８に示すように、セラミック層１、絶縁コート層６、貫通孔付きセラミック層８，９、パッド４，５，１０、およびキャビティ１１を有する配線基板２０が得られる。尚、上記セラミック層１，８，９は、前記グリーンシート１，８，９が焼成されたものである。
かかる配線基板２０は、前記圧着工程において、前記治具ｇの平板１５を絶縁コート層６に接触させ且つ当該絶縁コート層６を貫通する凹部７の底面に位置するパッド５に前記治具ｇの凸部１６を接触させた状態で、前記積層体Ｓ（グリーンシート１，８，９、絶縁コート層６）を圧着する工程を経て製造されている。

この結果、凹部７が貫通する絶縁コート層６の外周形状は、実装面４ａやこれを有するを有する前記パッド４に転写されないため、かかる実装面４ａやパッド４には、段差やうねりが殆ど生じない。
従って、図９に示すように、配線基板２０におけるキャビティ１１の底面に位置するパット４の平坦な実装面４ａの中央に、ロウ材層１９または導電性の樹脂層（図示せず）を介して、ＩＣチップ（電子部品）ｃを、導通を取りつつ精度良く容易に実装することができる。しかも、当該ＩＣチップｃと一対のパッド１０との間に、それぞれワイヤｗをボンディングする操作も、公知の手段により精度良く行うことが可能となる。

尚、裏面１３側の各パッド５は、各凹部７に充填されるロウ材（図示せず）を介して、当該配線基板３０自体を搭載するマザーボードなどとの導通を取ることに活用される。また、前記グリーンシート１，８，９、および絶縁コート層６が多数個取り用の大版サイズである場合には、前記焼成工程の後で、例えばダイシング加工により、大版サイズのセラミック層（焼成体）を切断・分離することで、複数個の配線基板２０を同時に得ることができる。
更に、図１０に示すように、予めグリーンシート１を２つ（複数層）のグリーンシート１ａ，１ｂの積層体とし、これらの間に図示しない配線層を形成すると共に、かかる配線層と前記パッド４，５，１０とを前記ビア導体を介して導通するようにして、前記各工程を経て製造した配線基板２０ａとしても良い。尚、グリーンシート１は、３層以上のグリーンシートを積層した積層体としても良い。

図１１は、異なる形態の積層体Ｓ１およびこれを焼成した配線基板３０の概略を示す断面図である。かかる積層体Ｓ１は、図１１に示すように、前記同様のグリーンシート１、その裏面３に形成した複数のパッド（導体層）５、かかるパッド５の周縁を覆う前記同様の絶縁コート層６、グリーンシート１の表面２に形成した複数のパッド（別の導体層）２４、およびかかるパッド２４の周縁を覆い且つこれより厚い上記同様の絶縁コート層２１、を備えている。上記パッド２４は、前記同様の導電性ペーストおよびこれを焼成したＷなどからなり、周縁を除くその表面は、絶縁コート層２１を貫通する凹部２２の底面に露出する。
尚、上記グリーンシート１，絶縁コート層６，２１は、配線基板３０における焼成済みのセラミック層１，絶縁コート層６，２１をも表している。

図１１に示すように、積層体Ｓ１のパッド５とパッド２４とは、それぞれグリーンシート１の厚み方向における異なる位置の表面２，裏面３に形成されている。
尚、積層体Ｓ１は、グリーンシート１の両面２，３に絶縁コート層６，２１を形成する工程を予め経ていると共に、絶縁コート層２１の表面２３と、絶縁コート層６の裏面１３とを有する。更に、上記パッド２４は、パッド５と同様の厚みを有し、平面視で円形またはほぼ正方形を呈し、凹部２２もこれとほぼ相似形の断面を有する。

前記積層体Ｓ１を配線基板３０にするため、以下の各工程が行われる。
先ず、図１２に示すように、定盤１４の上に固定した前記同様の圧着用治具ｇ１における平板１５の表面に、積層体Ｓ１における絶縁コート層６の裏面１３を接触させ、且つ上記治具ｇ１の各凸部１６を各凹部７に挿入し且つ各パッド５と接触するように、積層体Ｓ１を治具ｇ１上にセットする。
次に、図１２の上方に示すように、異なる形態の圧着用治具ｇ２および弾性体２７を用意する。かかる治具ｇ２も、平板２５と、その表面から一体に突設された複数の凸部２６とを備えている。各凸部２６は、上記凹部２２とほぼ同じ断面で且つ該凹部２２の深さとほぼ同じ高さである。

次いで、図１３に示すように、積層体Ｓ１の最上層に位置する絶縁コート層２１の表面２３に、圧着用治具ｇ２の平板２５の表面を接触させると共に、絶縁コート層２１を貫通する各凹部２２に、上記治具ｇ２の各凸部２６を挿入し、且つ各凸部２６の頂面を各凹部２２の底面に露出するパッド２４に接触させる。
かかる状態で、図１３中の太い矢印で示すように、上記治具ｇ２の平面２５が積層体Ｓ１の表面２３に当接するように、表面２８を有する弾性体２７を、積層体Ｓ１の厚み方向に沿って圧着用治具ｇ１寄りに、当該積層体Ｓ１の表面２３を押圧する。

この際、圧着用治具ｇ１，ｇ２の平板１５，２５と絶縁コート層２１，６の表面２３または裏面１３とが接触し、且つ凸部１６，２６の頂面とパッド２４，５の表面とが接触しているため、凹部２２，７が貫通する絶縁コート層２１，６の外周形状が、グリーンシート１の互いの反対側に位置する表面２や裏面３に転写されない。この結果、かかる表面２または裏面３やこれらに形成されたパッド２４，５には、段差やうねりの影響が殆ど生じなくなる。
更に、上記圧着工程を経てグリーンシート１と絶縁コート層２１，６とが密着した積層体Ｓ１を、図示しない焼成炉に挿入し、所要の温度域および時間で焼成する。その結果、前記図１１で示したような配線基板３０が得られる。

以上のような配線基板３０では、表面２３側の複数のパッド２４は、各凹部２２に充填されるロウ材（図示せず）を介して、表面２３上に実装する図示しない電子部品との導通を確実且つ容易に取ることが可能となる。また、裏面１３側の各パッド５も、各凹部７に充填されるロウ材（図示せず）を介して、当該配線基板３０自体を搭載するマザーボードなどとの導通を確実且つ容易に取ることが可能となる。従って、本発明によれば、かかる配線基板３０を確実に製造することができる。

尚、前記積層体Ｓ１を形成するグリーンシート１，および絶縁コート層６，２１を、それぞれ多数個取り用の大版サイズとして前記各工程を施しても良く、これにより、複数個の配線基板３０を同時に得ることができる。また、前記圧着工程において、前記図７の左側で示したと同様に、凸部１６，２６とパッド５，２４との間に隙間ｓが介在するようにし、かかる隙間ｓを解消するように圧着を行っても良い。更に、積層体Ｓ１のグリーンシート１の表面２の各パッド２４と裏面３の各パッド５とを、当該グリーンシート１の厚み方向で同じか、ほぼ同じ位置に形成し、かかる積層体Ｓ１に対し、前記各工程を行うようにしても良い。加えて、積層体Ｓ１のグリーンシート１も２層以上（複数層）のグリーンシートを積層したグリーンシート積層体としも良い。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記積層体Ｓ，Ｓ１を形成するグリーンシート１，８，９、絶縁コート層６，２１は、低温焼成セラミックの１種であるガラス−セラミックとしても良い。
また、前記積層体Ｓおよび配線基板２０，２０ａのキャビティは、グリーンシート８，９の貫通孔を底面から表面１２に向かって連続して広がる傾斜面とし、平面視にて底面が円形、長円形、楕円形で且つ全体がほぼ円錐形、ほぼ長円錐形、ほぼ楕円錐形を呈する形態としても良い。かかるキャビティの傾斜した側面には、Ａｇなどを含む光反射層が形成され、パッド４の平坦な実装面４ａ上に精度良く実装される発光ダイオードなどの発光素子が発する光を、効率良く外部に反射することが可能となる。
更に、前記パッド５，２４や凹部７，２２は、断面ほぼ三角形、長方形、または、長円形などしても良い。これらの場合、前記治具ｇ１，ｇ２の凸部１６，２６の断面も、上記各断面形状とほぼ相似形とされる。

本発明による配線基板の一製造工程を示す概略図。図１に続く製造工程を示す概略図。図２に続く製造工程を示す概略図。図３に続く製造工程を示す概略図。図４に続く製造工程を示す概略図。図５に続く製造工程を示す概略図。図６の製造工程の細部を示す概略図。上記の各製造工程を経て得られた配線基板の概略を示す断面図。上記配線基板の使用状態を示す概略図。上記配線基板の変形形態を示す概略図。異なる形態の配線基板などを示す概略図。上記配線基板を製造するための一製造工程を示す概略図。図１２に続く製造工程を示す概略図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ………グリーンシート
２………………………表面（他方の表面）
３………………………裏面（一方の表面）
４，２４………………パッド（別の導体層）
５………………………パッド（導体層）
６，２１………………絶縁コート層
７，２２………………凹部
８，９…………………貫通孔付きグリーンシート
１３，２３……………裏面／表面（絶縁コート層の表面）
２０，２０ａ，３０…配線基板
ｃ………………………ＩＣチップ（電子部品）
ｈ１，ｈ２……………貫通孔

Claims

焼成後に配線基板となるグリーンシートの少なくとも一方の表面に、かかる表面に形成された導体層の周縁を覆い且つ当該導体層の厚みよりも厚い絶縁コート層を形成する工程と、
平板および当該平板に突設した凸部を有する治具のうち、上記絶縁コート層の表面に上記平板を接触し、且つ上記導体層が露出する凹部に上記凸部を挿入するように配置して、上記グリーンシートおよび上記絶縁コート層を厚み方向に沿って圧着する工程と、を含む、
ことを特徴とする配線基板の製造方法。
前記グリーンシートにおける一方の表面に、前記導体層および前記絶縁コート層が形成されていると共に、上記グリーンシートにおける他方の表面に、電子部品を実装するための別の導体層が位置している、
ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。
前記グリーンシートにおける他方の表面に、電子部品を実装するための別の前記導体層の周囲を囲む貫通孔を有する貫通孔付きグリーンシートを積層した後で、前記圧着工程を施す、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。