JP2006278431A

JP2006278431A - セラミック回路基板及びその製造方法

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Publication number: JP2006278431A
Application number: JP2005091493A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tamaoki; 政博玉置; Kazunori Ishida; 和範石田; Kazuhiro Yamaguchi; 和宏山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】スルーホール構造を有するセラミック基板表面の正確な位置に、エアブリッジなどの微細回路パターンを形成することができ、かつ、エアブリッジの品質を向上できるセラミック回路基板の製造方法及びセラミック回路基板を得る
【解決手段】焼成後のセラミック基板において、レーザー加工により所定の位置に貫通スルーホールを形成した後、この貫通スルーホールに導電性ペーストを刷り込み、次いでペースト乾燥工程及びペースト焼成工程を適用した。導電性ペーストの充填により貫通穴の無くなった基板に対し、電気配線回路パターンを形成し、次いでエアブリッジ橋脚用の液体フォトレジストをスピンコーティング法により基板上に均一に塗布し、フォトレジスト写真製版などによりエアブリッジを形成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、回路基板およびその製造方法に関する。具体的には、基板の表面と裏面とを電気的に貫通接続するスルーホール構造と、電気配線パターン同士を高架にて接続する空中配線構造とを有するセラミック回路基板およびその製造方法に関する。

基板表面と裏面とを電気的に貫通接続するスルーホール構造を有し、基板表面に電気配線パターンが形成されるセラミック回路基板は、一般に、次のような方法により製造される。

まず、未焼成状態にあるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートという）にパンチング穴あけ工法等の手法により穴あけした後、導電性ペーストを穴部に充填印刷し、乾燥及び焼成処理を施すことで、金属材に硬化した導電性ペーストが穴部に密着したセラミック基板を製造する。その後、金属膜の成膜、フォトレジスト写真製版、エッチングなどのパターニング処理を行うことで、セラミック基板表面に電気配線パターンを形成する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２７３５２０号公報

しかしながら、基板表面に形成する電気配線パターンが微細配線になるに従い、従来の製造方法では、セラミック基板上の所望の位置に電気配線パターンを形成することが難しくなるという問題があった。すなわち、焼成処理することでグリーンシートが収縮するため、パターニング処理で使うマスクパターンと焼成後のセラミック基板との間では位置ずれが発生する。例えば、基準位置から設計で示された間隔をあけて穴あけした穴位置が、焼成後には収縮によってその穴位置が動いてしまう。焼成後のセラミック基板の穴位置が動くことで、本来穴位置にあるべきマスクパターンがずれた位置に設置されて電気配線パターンが形成されてしまうことになり、この電気配線パターンが微細になるほど穴部金属と基板表面配線との接続不良などの配線不具合が発生していた。
また、従来、セラミック基板表面に形成される電気配線パターン同士をワイヤボンディングを用いずに、いわゆるエアブリッジと呼ばれる空中配線により接続することを行っていたが、配線パターンが微細配線になるに従い、セラミック基板の所望の位置にエアブリッジを形成することができないという問題があった。
また、一般に、金属が充填されていない貫通スルーホールを有する基板のように基板に凹部があって表面が平坦でない基板表面にフォトレジスト写真製版によりパターニングを行うときは、スピンコーティングしたフォトレジストがスルーホールの開口端にていわゆるはじきが発生して均一な膜厚のレジストが形成できないなどの問題があった。このため、微細な配線パターンの形成に支障をきたすことは当然のこと、特にエアブリッジ形成においては、エアブリッジの高さが大きくばらつくなど、品質上の問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、スルーホール構造を有するセラミック基板表面の正確な位置に、エアブリッジなどの微細回路パターンを形成することができ、かつ、エアブリッジの品質を向上できるセラミック回路基板の製造方法及びセラミック回路基板を得ることを目的とする。

この発明に係る製造方法は、焼成後のセラミック基板において、レーザー加工により所定の位置に貫通スルーホールを形成した後、この貫通スルーホールに導電性ペーストを刷り込み、次いでペースト乾燥工程及びペースト焼成工程を適用した。導電性ペーストの充填により貫通穴の無くなった基板に対し、電気配線回路パターンを形成し、次いでエアブリッジ橋脚用の液体フォトレジストをスピンコーティング法により基板上に均一に塗布し、フォトレジスト写真製版などによりエアブリッジを形成した。

この発明によれば、焼成後のセラミック基板にレーザー加工により貫通スルーホールを形成するようにしたので、焼成の過程でグリーンシートが収縮することにより貫通スルーホールの位置が設計位置からずれてしまうという問題を回避し、セラミック基板の所望の位置に貫通スルーホールを形成できる。
また、導電性ペーストをスルーホール内に刷り込むことで穴を塞いで基板表面を平坦にしたので均一な膜厚のレジストが形成でき、写真製版のパターニングにより
微細な配線パターンを形成することができる。さらには、高さが均一なエアブリッジを形成することもできる。
また、この発明により、基板の表面と裏面とを電気的に貫通接続するスルーホール構造と、エアブリッジなどの微細回路パターンとが混載された高品質で安価なセラミック回路基板を得ることができる。

実施の形態１．
図１、図２は、本発明の実施の形態１におけるスルーホールとエアブリッジとが混載されたセラミック回路基板の製造フローを説明する図である。
まず、図１（ａ）において、焼成後の厚さ０．５mm程度の平行平板セラミック基板１に対し、レーザービーム照射により貫通スルーホール２を形成する。レーザービーム照射後は、スルーホール部の内側側壁にはセラミック溶融物３が生成付着する。
次に、図１（ｂ）において、セラミック基板１上にドライフィルムレジスト４を貼り付ける。
図１（ｃ）において、スルーホール開口形状よりややサイズが大きいパターンマスクを用いて、ドライフィルムレジスト４の露光および現像処理を実施する。
次に、図１（ｄ）において、図１（ｃ）でパターニングしたドライフィルムレジスト４をマスクにしてサンドブラスト加工を実施し、レーザービーム照射時にスルーホール部に生成付着したセラミック溶融物３を除去すると共にスルーホール形状を整形する。
次に、図１（ｅ）において、ドライフィルムレジスト４を除去する。この時、サンドブラスト加工面側のスルーホール開口形状は、ドライフィルムレジスト４のパターンが反映された形状となる。
次に、図１（ｆ）において、印刷技術を用いてスキージにより導電性ペースト５を貫通スルーホール２内に刷り込む。この時に使用する導電性ペーストは、乾燥および焼成時における収縮率が０％に近接するもので、例えば１％程度のものであり、基材であるセラミックに密着性が良いものを選定し使用する。例えば、Ａｇを主成分としＰｄを添加した導電性ペーストを使用する。
次に、図１（ｇ）において、例えば、１５０℃程度の温度にて乾燥させた後、８５０℃程度の温度にて焼成する。

続いて、セラミック基板１表面に配線パターン７を形成する。
図１（ｈ）において、基板両面にＡｕ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒの金属のいずれかから成る多層金属膜６をスパッタリング法などにより膜の総厚が、例えば、サブμｍから十数μｍのオーダーの範囲で形成する。図１（ｈ）では、多層金属膜を１層にて簡略化して図示している。
次に、図１（ｉ）において、多層金属膜６上に液体樹脂レジストをスピンコーティングにより塗布し、露光および現像処理し、レジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクにして露出領域の多層金属膜６をエッチング除去し、次いでレジストを除去することにより、配線パターン７を形成する。この時、配線パターン７はスルーホール内の導電性ペースト５と接点を持つように設計されている。

次に、セラミック基板１の表面にエアブリッジ１３を形成する。
図２（ｊ）において、セラミック基板１上に液体樹脂レジスト８をスピンコーティングにより塗布し、露光および現像処理して、エアブリッジ橋脚部のレジストパターン９を配線パターン７上に形成する。
次に、図２（ｋ）において、後で説明するエアブリッジを電解メッキ形成する時に必要となるＡｕ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒの金属のいずれかから成る給電層金属膜１０をスパッタリング法などにより基板上の全面に形成する。この時、給電層金属膜１０はエアブリッジ橋脚部で配線パターン７と密着接続している。
次に、図１（ｌ）において、前記給電層金属膜１０上に液体樹脂レジスト１１をスピンコーティングにより塗布し、露光／現像処理し、エアブリッジ本体部のレジストパターン１２を形成する。
次に、図１（ｍ）において、前記給電層金属膜１０を給電層として電解Ａｕメッキ法によりエアブリッジ１３をメッキ形成する。
次に、図１（ｎ）において、前記給電層金属膜１０上のレジスト１１を除去する。
次に、図１（ｏ）において、露出している領域の前記給電層金属膜１０をエッチング除去する。この時、メッキ形成されたエアブリッジ本体部がエッチングマスクとしての働きを成す。
次に、図１（ｐ）において、セラミック基板上のレジスト８を除去する。最後に、セラミック基板１を所望の寸法にダイシング法などを用いて切断する（図示せず）。なお、図では、簡略化してエアブリッジ本体部の中央付近を左右に直線で画いているが、実際には下の凹凸の影響を受け、その形状がエアブリッジに反映される。図１（ｐ）の場合、実際には下の配線パターン７の影響を受ける為、エアブリッジ本体中央付近は少し上側に湾曲する。

図３に、実施の形態１で説明した製造方法により製造した、スルーホールとエアブリッジが混載されたセラミック回路基板１４の構造図を示す。図３（ａ）はセラミック回路基板１４の概略斜視図、図３（ｂ）はセラミック回路基板１４の上面図、図３（ｃ）はセラミック回路基板１４のＡ−A断面図である。なお、図３（ａ）では、基板表面の配線パターン等の回路は簡略化して図示しており、実際のセラミック回路基板ではより複雑で微細な回路パターンとなることが多い。セラミック回路基板１４は、例えば、縦３ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ０．１〜１ｍｍ程度の外形寸法である。スルーホール２は、例えば、φ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍ程度の寸法である。エアブリッジ１３は、例えば、幅２０〜５００μｍ程度、長さ７０〜２５００μｍ程度、厚み０．５〜１０μｍ程度の外形寸法である。配線パターン７のパターン幅は、例えば、幅２０〜５００μｍ程度である。

このように、本発明に係る実施の形態１によれば、グリーンシート焼成後のセラミック基板にレーザー加工により貫通スルーホール２を形成した後、焼成時の収縮率が０％に近い導電性ペースト５により穴を塞いでセラミック基板表面を平坦にしたため、セラミック基板１表面の所望の位置にエアブリッジなどの微細配線パターンを形成することができる。また、本製造方法によれば、スルーホール構造とエアブリッジに代表される微細な配線パターンを有するセラミック回路基板を簡易な方法により製造することができるので、安価で高品質のセラミック回路基板を得ることができる。

図１において、多層金属膜６の形成方法は蒸着法であってもよく、また、メッキ法であっても良い。また、蒸着法とスパッタリング法とメッキ法の組合せであっても良い。

また、配線パターン７形成用のレジストとして、液体樹脂レジストを用いているが、ドライフィルムレジストを用いても構わない。

実施の形態２．
図４に、実施の形態１で示した製造方法により製造した、セラミック回路基板１５の構造図の別の一例を示す。図４（ａ）はセラミック回路基板１５の概略斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）で示したセラミック回路基板の上面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
実施の形態２のセラミック回路基板では、スルーホール２の直上にエアブリッジを設けている。なお、図４（ａ）では、基板表面の配線パターン等の回路は簡略化して図示しており、実際のセラミック回路基板ではより複雑で微細な回路パターンとなることが多い。セラミック回路基板１５は、例えば、縦３ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ０．１〜１ｍｍ程度の外形寸法である。スルーホール２は、例えば、φ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍ程度の寸法である。エアブリッジ１３は、例えば、幅２０〜５００μｍ程度、長さ７０〜２５００μｍ程度、厚み０．５〜１０μｍ程度の外形寸法である。配線パターン７のパターン幅は、例えば、幅２０〜５００μｍ程度である。

このように本発明にかかる実施の形態２の回路基板では、スルーホール２の直上にエアブリッジの橋脚１６を設置することができるので、セラミック回路基板表面に形成する電気回路パターンの設計に自由度を増すことができる。

図１〜図４において、スルーホールを円柱形状にて画いているが、円柱形状である必要はなく、如何なる形状であっても良い。

また、図１〜図４において、スルーホール上端及び下端が基板表面と同一面にあり基板表面が完全に平坦であるように図示しているが完全に平坦である必要はなく、スピンコーティングにおいてレジストがほぼ均一の膜厚に形成される程度であれば、スルーホール上端及び下端に若干の導電性ペースト充填材による凹凸があっても構わない。

本発明の実施の形態１におけるスルーホールとエアブリッジが混載されたセラミック回路基板の製造方法である。本発明の実施の形態１におけるスルーホールとエアブリッジが混載されたセラミック回路基板の製造方法である。本発明の実施の形態１におけるスルーホールとエアブリッジが混載されたセラミック回路基板の構造図の一例である。本発明の実施の形態２におけるスルーホールとエアブリッジが混載されたセラミック回路基板の構造図の別の一例である。

符号の説明

１平行平板セラミック基板、２貫通スルーホール、３セラミック溶融物、
４ドライフィルムレジスト、５導電性ペースト、６多層金属膜、７配線パターン、８液体樹脂レジスト、９エアブリッジ橋脚部のレジストパターン、１０給電層金属膜、１１液体樹脂レジスト、１２エアブリッジ本体部のレジストパターン、１３エアブリッジ、１４セラミック回路基板、１５本発明の実施の形態２におけるスルーホールとエアブリッジの混載セラミック回路基板、１６エアブリッジの橋脚。

Claims

セラミック基板の表面と裏面とを電気的に接続するスルーホール構造と前記セラミック基板表面に微細回路パターンを有するセラミック回路基板の製造方法であって、
グリーンシート焼成後の前記セラミック基板にレーザービーム照射法によりスルーホールを形成したのち、前記スルーホールに焼成時の収縮率が０％に近い導電性ペーストを充填して乾燥及び焼成して前記セラミック基板表面を平坦化し、平坦化された前記セラミック基板表面に蒸着法、スパッタリング法、メッキ法のいずれか１つの方法あるいは蒸着法、スパッタリング法、メッキ法のいずれかを組み合わせた方法により金属膜を成膜した後、電気配線回路パターンを形成することを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
セラミック基板の表面と裏面とを電気的に接続するスルーホール構造と前記セラミック基板表面に微細回路パターンを有するセラミック回路基板であって、
前記スルーホールはレーザビーム照射法により形成され、前記スルーホール内部には焼成時の収縮率が０％に近い導電性ペーストが充填されており、前記セラミック基板表面に形成された微細回路パターンは、蒸着法、スパッタリング法、メッキ法のいずれか１つの方法あるいは蒸着法、スパッタリング法、メッキ法のいずれかを組み合わせた方法により成膜された金属膜により構成されていることを特徴とするセラミック回路基板。
前記微細回路パターンには、エアブリッジを含むことを特徴とする請求項２記載のセラミック回路基板。
前記エアブリッジの少なくとも１つの橋脚部が前記スルーホールの直上に形成されていることを特徴とする請求項３記載のセラミック回路基板。