JP2007189121A - セラミック積層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】枠体に貼り付けられたセラミックグリーンシートの加工工程途中での伸びの発生を抑え、積層ずれを防止する作業性のよいセラミック積層基板の製造方法を提供する。
【解決手段】複数枚のセラミックグリーンシート１１をそれぞれ枠体１２に貼り付けた後、それぞれのセラミックグリーンシート１１に導体パターンを印刷、乾燥し、複数枚を積層し、焼成して形成するセラミック積層基板１０の製造方法において、セラミックグリーンシート１１の外周端面が枠体１２の内周端面と対向するようにしてセラミックグリーンシート１１の外周部と、枠体１２の内周部とを接着テープ１３で貼り合わせた後、セラミックグリーンシート１１に溶剤を塗布する工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子や水晶振動子等の電子部品を収納して電子装置に組み込むためのセラミックグリーンシートに導体配線パターンを印刷、乾燥し、複数枚を積層し、焼成して形成するセラミックパッケージ等のセラミック積層基板の製造方法に関する。

従来から、セラミック積層基板の製造方法には、ロール状から所望する大きさの矩形状に切断した複数枚のセラミックグリーンシートの外周辺部にガイド孔を穿設し、このガイド孔をスクリーン印刷機の画像認識装置で認識して印刷のための位置決めのための基準としているものがある。また、このガイド孔は、画像認識装置で認識して複数枚を重ね合わせ、積層するときの位置合わせのための基準としている。しかしながら、複数枚のそれぞれのセラミックグリーンシートには、セラミック積層基板への作製課程で熱や、圧力が掛けられるので、膨張と、収縮が発生してセラミックグリーンシートの寸法バラツキが大きくなり、画像認識装置での認識が難しくなってきていると共に、歩留の低下をきたしている。そこで、セラミック積層基板の製造方法には、金属板等からなる窓枠形状の枠体の内周辺部にセラミックグリーンシートの外周辺部を貼り付けて、セラミックグリーンシートの外周部を拘束させてからスクリーン印刷や、積層のための重ね合わせを行っているものがある。

図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら、従来の枠体にセラミックグリーンシートを貼り付けて形成するセラミック積層基板の製造方法を説明する。なお、図３（Ａ）は従来のセラミック積層基板の製造方法におけるセラミックグリーンシートと枠体の斜視図、図３（Ｂ）は同セラミック積層基板の製造方法における枠体にセラミックグリーンシートを接合した縦断面図、図３（Ｃ）は同セラミック積層基板の製造方法におけるセラミックグリーンシートに貫通孔及びガイド孔を設けた状態を示す斜視図、図３（Ｄ）は同セラミック積層基板の製造方法におけるセラミックグリーンシートに導体配線パターンを設けた状態を示す斜視図である。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数枚のそれぞれのセラミックグリーンシート５１は、例えば、セラミックがアルミナからなる場合にはアルミナ粉末に焼結助剤、溶剤、可塑剤等のバインダーを混練し、ドクターブレード法等でシート状に形成して所望の大きさにカットして作製している。そして、それぞれのセラミックグリーンシート５１は、その外周辺部をステンレス等の金属板からなる窓枠形状の枠体５２の一方の主面の内周辺部に接着剤を介して当接させて接着（図示せず）したり、当接させて載置した後に接着テープ５３で上から両方の周辺部を覆うようにして貼り付けている。次に、図３（Ｃ）に示すように、枠体５２に貼り付けたそれぞれの枠体５２内のセラミックグリーンシート５１には、外周囲に画像認識で位置を検出させるためのガイド孔５４と、この内部側に複数個のパッケージが配列するようにして個片体のそれぞれのビア導体用やスルーホール導体用の貫通孔５５を設けている。次に、図３（Ｄ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート５１には、このガイド孔５４をスクリーン印刷機の画像認識装置で認識して印刷のための位置決めを行った後、スクリーン印刷機でそれぞれの個片体のパッケージ用の貫通孔５５に導体ペーストの孔埋め印刷や、貫通孔５５の壁面にスルーホール印刷を行い、乾燥してビア導体や、スルーホール導体を設けている。次いで、セラミックグリーンシート５１の表面には、スクリーン印刷機でそれぞれの個片体のパッケージ用の導体パターン印刷を行い、乾燥して配線パターン５６を設けている。

次いで、図は省略するが、それぞれのセラミックグリーンシート５１は、平板のプレス機で両面を押さえつけて表面を平滑としている。そして、最下層となるセラミックグリーンシート５１の上面には、複数枚のセラミックグリーンシート５１が重ね合わされ、加熱プレス機で加圧して複数枚を一体化し、個片体のパッケージが複数個の集合体からなる積層体を形成している。次いで、積層体には、個片体のパッケージに分割できるようにするための分割溝を形成した後、枠体５２をセラミックグリーンシート５１から切断して除去している。あるいは、積層体は、枠体５２を除去した後に、分割溝を形成している。次いで、積層体は、例えば、セラミックがアルミナからなる場合には還元雰囲気中で約１６００℃程度の高温で焼成して焼成体を形成している。更には、焼成体には、必要に応じて、焼成された配線パターン５６にＮｉめっきが施された個片体のパッケージのそれぞれに金属リング等がろう付け接合された後、表面に露出する全ての金属表面にＮｉめっき、及びＡｕめっきが施されて集合体からなるセラミック積層基板を作製している。

従来のセラミック積層基板の製造方法には、枠体にセラミックグリーンシート外周近傍の少なくとも２ヶ所以上の固定手段を用いて固定し、且つ、加工台に形成された位置決め手段により、枠体を位置決めし、セラミックグリーンシートに加工を施すことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のセラミック積層基板を作製するための製造装置には、枠体と、この枠体に設けられた歪ゲージと、枠体に周縁が貼り付けられたセラミックグリーンシートを載置して加熱するホットプレートと、歪ゲージの検出する応力が予め設定した状態になった時にホットプレートの加熱を停止させる制御部とを含むものが提案されている。そして、この製造装置で作製されるセラミック積層基板には、セラミックグリーンシートの加熱による収縮量を一定に保つことで、パターンずれを防ぐようにしている。（例えば、特許文献２参照）。
更に、セラミック積層基板を作製するための枠体へのセラミックグリーンシートの貼り付け装置、及び貼り付け方法には、セラミックグリーンシートの厚み方向にローラで加圧してセラミックグリーンシートの歪を矯正して平坦にしてから、セラミックグリーンシートを枠体の上面外周部に粘着テープで貼り付ける装置、及び方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平４−２０１５１２号公報 特開平６−２７０１２０号公報 特開２００４−１６７７４５号公報

しかしながら、前述したような従来のセラミック積層基板の製造方法には、次のような問題がある。
（１）セラミックグリーンシートは、枠体に外周部を貼り付けていることで、セラミックグリーンシートに収縮があった場合にはこの収縮による寸法変化を拘束することができるが、枠体に外周部を貼り付けたとしてもセラミックグリーンシートに発生する伸びについては拘束することができない。この枠体に貼り付けられたセラミックグリーンシートには、導体ペーストを用いてスクリーン印刷機でビア導体や、スルーホール導体や、配線パターン等を設けているが、導体ペースト中の溶剤がセラミックグリーンシート内に浸透し、セラミックグリーンシート内のバインダーが膨潤してセラミックグリーンシートに弛みを発生させている。また、枠体に貼り付けられたセラミックグリーンシートは、配線パターンの形成後に平板のプレス機で両面を温度と圧力をかけて押さえつけられて表面が平滑とされているが、これによって、セラミックグリーンシートには弛みを発生させている。これらの弛みによって、それぞれのセラミックグリーンシートは、位置精度が低下して、複数枚を積層する時の作業が困難となったり、積層できたとしても大きな積層ずれを発生させている。
（２）特開平４−２０１５１２号公報で開示されるように、枠体内周辺部上にセラミックグリーンシートを重ね合わせて両面テープで貼着固定し、枠体に加工のための位置決め手段を設けたとしても、セラミックグリーンシートは、セラミックグリーンシートに発生する伸びについては拘束することができないので、セラミックグリーンシートの位置精度を低下させてしまうこととなっている。また、セラミックグリーンシートは、枠体内周辺部上に重ね合わせて接合しているので、セラミックグリーンシートに加工台上で加工を施す時に段差ができ、作業性の低下となっている。
（３）特開平６−２７０１２０号公報で開示されるように、枠体に歪ゲージを取り付けたとしても、セラミックグリーンシートは、セラミックグリーンシートに発生する伸びについて拘束することを考慮していないので、セラミックグリーンシートの位置精度が低下していることとなっている。
（４）特開２００４−１６７７４５号公報で開示されるように、セラミックグリーンシートの厚み方向にローラで加圧してセラミックグリーンシートの歪を矯正して平坦にしたとしても、セラミックグリーンシートは、枠体に貼り付ける前の歪矯正であり、枠体に貼り付けた後のセラミックグリーンシートに発生する歪について矯正することを考慮していないので、セラミックグリーンシートの位置精度が低下していることとなっている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、枠体に貼り付けられたセラミックグリーンシートの加工工程途中での伸びの発生を抑え、積層ずれを防止する作業性のよいセラミック積層基板の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るセラミック積層基板の製造方法は、複数枚のセラミックグリーンシートをそれぞれ枠体に貼り付けた後、それぞれのセラミックグリーンシートに導体パターンを印刷、乾燥し、複数枚を積層し、焼成して形成するセラミック積層基板の製造方法において、セラミックグリーンシートの外周端面が枠体の内周端面と対向するようにしてセラミックグリーンシートの外周部と、枠体の内周部とを接着テープで貼り合わせた後、セラミックグリーンシートに溶剤を塗布する工程を有する。
ここで、セラミック積層基板の製造方法は、接着テープがポリエステル系テープからなるのがよい。
また、上記のセラミック積層基板の製造方法は、溶剤がセラミックグリーンシート中のバインダーと反応しやすく、且つ揮発性が高いのがよい。

請求項１又はこれに従属する請求項２又は３のいずれか一項記載のセラミック積層基板の製造方法は、セラミックグリーンシートの外周端面が枠体の内周端面と対向するようにしてセラミックグリーンシートの外周部と、枠体の内周部とを接着テープで貼り合わせた後、セラミックグリーンシートに溶剤を塗布する工程を有するので、セラミックグリーンシートと枠体の段差を小さくできてセラミックグリーンシートの加工台上での作業性を向上させることができる。また、セラミックグリーンシートは、溶剤の塗布によってセラミックグリーンシートに収縮応力を持たせることができ、導体ペースト中の溶剤がセラミックグリーンシート内に浸透したり、平板のプレス機で両面を温度と圧力をかけて押さえつけて表面を平滑としたとしても、セラミックグリーンシートの弛みの発生を防止することができて積層ずれを防止することができる。

特に、請求項２記載のセラミック積層基板の製造方法は、接着テープがポリエステル系テープからなるので、耐溶剤性、耐熱性が高く、接着テープによるセラミックグリーンシートに収縮応力のバラツキを少なくすることができる。

特に、請求項３記載のセラミック積層基板の製造方法は、溶剤がセラミックグリーンシート中のバインダーと反応しやすく、且つ揮発性が高いので、セラミックグリーンシート作製時の溶剤を用いることができ、品質低下を防止して、容易にセラミックグリーンシートに収縮応力を持たせることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック積層基板の製造方法の一部説明図、図２（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同セラミック積層基板の製造方法の一部説明図である。

図１（Ａ）に示すように、セラミック積層基板１０（図２（Ｄ）参照）を作製するための複数枚のそれぞれのセラミックグリーンシート１１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の高温焼成セラミックや、ガラスセラミック等の低温焼成セラミック等を用いることができる。例えば、セラミックグリーンシート１１がアルミナからなる場合には、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオキシルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー及び、トルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混連した後、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製し、ドクターブレード法等によって例えば、厚さ０．２５ｍｍのロール状のシートを作成し、所望する適当なサイズにカットして複数枚のセラミックグリーンシート１１を作製している。一方、それぞれのセラミックグリーンシート１１を貼り付けて固定するための枠体１２は、ステンレス等の金属板からなり、窓枠形状に作製されている。

次に、図１（Ｂ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート１１は、その外周端面と枠体１２の内周端面との間に１ｍｍ程度の隙間を設けてそれぞれの端面を相対向させるようにして基台上に載置し、接着テープ１３でセラミックグリーンシート１１の外周部と、枠体１２の内周部に跨るようにして上から貼り付けている。セラミックグリーンシート１１は、その外周部と、枠体１２の内周部に跨るようにして接着テープ１３で貼り付けることによって、枠体１２とセラミックグリーンシート１１との間に厚さ方向の段差を少なくすることができるので、スクリーン印刷等の加工台上で加工を施す時の作業性を向上させることができる。

次に、図１（Ｃ）に示すように、枠体１２に貼り付けたそれぞれのセラミックグリーンシート１１には、ディッピング方式や、スプレー方式等で溶剤を塗布している。そして、セラミックグリーンシート１１は、塗布された溶剤の揮発温度程度の温度にさらすことで乾燥を行っている。枠体１１で外周部が拘束された枠体１１内のセラミックグリーンシート１１には、塗布された溶剤によって、収縮力が与えられて引っ張り応力を発生させることができる。

次に、図１（Ｄ）に示すように、枠体１２に貼り付けたそれぞれの枠体１２内のセラミックグリーンシート１１には、外周囲に画像認識で位置を検出させるためのガイド孔１４と、この内部側に複数個のパッケージが配列するようにして個片体のそれぞれのビア導体用やスルーホール導体用の貫通孔１５を設けている。

次に、図１（Ｅ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート１１には、このガイド孔１４をスクリーン印刷機の画像認識装置で認識して印刷のための位置決めを行った後、スクリーン印刷機でそれぞれの個片体のパッケージ用の貫通孔１５に導体ペーストの孔埋め印刷や、貫通孔１５の壁面にスルーホール印刷を行い、乾燥してビア導体や、スルーホール導体を設けている。また、セラミックグリーンシート１１の片面、又は両面の表面には、スクリーン印刷機でそれぞれの個片体のパッケージ用の導体パターン印刷を行い、乾燥して配線パターン１６を設けている。更に、配線パターン１６が設けられたセラミックグリーンシート１１は、必要に応じて、平板のプレス機で両面から押さえつけて表面を平滑としている。これらのセラミックグリーンシート１１は、スクリーン印刷時に導体ペーストの溶剤による膨潤の発生があったとしても、上記のセラミックグリーンシート１１に与えられた引っ張り応力によってセラミックグリーンシート１１の弛みの発生を防止することができる。また、この引っ張り応力によって、セラミックグリーンシート１１は、平板のプレス機で両面を押さえつけて表面を平滑としても、セラミックグリーンシート１１の弛みの発生を防止することができる。なお、本発明のセラミックグリーンシート１１に溶剤を塗布した場合についてのセラミックグリーンシート１１の弛みの程度は、従来の溶剤を塗布しない場合に比較して、約１／３程度であるのを確認できた。

次いで、図２（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら、複数枚のセラミックグリーンシート１１の積層以降のセラミック積層基板１０の製造方法について説明する。なお、図２（Ａ）〜（Ｄ）には、ガイド孔１４、貫通孔１５、及び配線パターン１６等の図示を省略している。
図２（Ａ）に示すように、複数枚のセラミックグリーンシート１１は、重ね合わせて積層するために、枠体１２に貼り付けた最下層のセラミックグリーンシート１１以外の上層となるそれぞれのセラミックグリーンシート１１の枠体１２をセラミックグリーンシート１１の外周部から切断して切り離している。そして、枠体１２に貼り付けた最下層のセラミックグリーンシート１１上には、枠体１２を切り離したセラミックグリーンシート１１を順次重ね合わせて載置し、上、下面を加熱できる加熱プレス機で押圧して積層している。あるいは、図示しないが、複数枚のセラミックグリーンシート１１は、枠体１２に貼り付けた状態で順次重ね合わせ、加熱プレス機で押圧して積層してもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、複数枚のセラミックグリーンシート１１からなる積層体１７は、枠体１２が貼り付けられたままの最下層のセラミックグリーンシート１１の外周部が切断されて枠体１２を削除して形成している。あるいは、枠体１２に貼り付けられた状態の複数枚のセラミックグリーンシート１１からなる積層体１７の場合には、複数枚の全てのセラミックグリーンシート１１の外周部が切断されて全ての枠体１２を削除して形成している。そして、積層体１７には、焼成した後に分割して個片体のセラミック積層基板１０（図２（Ｄ）参照）を作成するためのＶ字状や、Ｕ字状等からなる分割溝１８を形成している。

次に、図２（Ｃ）に示すように、積層体１７は、セラミックがアルミナからなる場合には還元雰囲気の約１６００℃の高温中で、配線パターン１６を形成している導体金属と同時焼成して複数個のセラミック積層基板１０の集合体からなる焼成体１９を形成している。そして、焼成体１９には、必要に応じて導体金属上にＮｉめっき被膜（図示せず）を形成した後、ＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等からなる金属リング（図示せず）等がＡｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材で接合され、更に、外部に露出する金属表面にＮｉめっき被膜及びＡｕめっき被膜（図示せず）が形成されている。

次に、図２（Ｄ）に示すように、複数個のセラミック積層基板１０の集合体からなる焼成体１９は、個片体のそれぞれのセラミック積層基板１０の半導体素子や、水晶振動子等の電子部品（図示せず）を収納するために予め形成されているキャビティ部２０に電子部品を収納した後、それぞれのキャビティ部２０の上面に蓋体（図示せず）等を接合して電子部品を気密に封止している。そして、焼成体１９は、集合体の分割溝１８で分割して電子部品が実装された個片体としている。あるいは、複数個のセラミック積層基板１０の集合体からなる焼成体１９は、先に分割溝１８で分割して個片体のセラミック積層基板１０を作成している。そして、それぞれのセラミック積層基板１０のキャビティ部２０には、半導体素子や、水晶振動子等の電子部品を収納し、キャビティ部２０の上面に蓋体等を接合して電子部品を気密に封止して電子部品が実装された個片体としている。

上記のセラミックグリーンシート１１と、枠体１２とを繋ぎ合わせている接着テープ１３は、ポリエステル系テープからなるのがよい。ポリエステル系テープは、抗張力に優れ、折り曲げ強度が高いので、従来の例えば、ポリイミド系テープに比較してシート縮みが約１／８に抑えることができ、枠体１２に精度よく貼り付けることができる。

また、上記のセラミックグリーンシート１１に塗布する溶剤は、セラミックグリーンシート１１中のバインダーと反応しやすく、且つ揮発性が高い、例えば、トルエン、アセトン、キシレン、アルコール類等を用いることが好ましい。枠体１２に貼り付けられたセラミックグリーンシート１１は、上記の溶剤を用いることでセラミックグリーンシート１１のバインダーと同系であれば常温での乾燥、セラミックグリーンシート１１のバインダーが水系であれば１００℃程度での乾燥で容易に収縮方向のテンションを持たせることができる。

本発明は、小型で、高信頼性が要求される、例えば、携帯電話や、ノートブック型のパソコン等の電子装置に組み込んで機能させる半導体素子や、水晶振動子や、圧電素子等の電子部品を実装させるためのセラミック積層基板の製造方法に用いることができる。

（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック積層基板の製造方法の一部説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同セラミック積層基板の製造方法の一部説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ従来のセラミック積層基板の製造方法の説明図である。

符号の説明

１０：セラミック積層基板、１１：セラミックグリーンシート、１２：枠体、１３：接着テープ、１４：ガイド孔、１５：貫通孔、１６：配線パターン、１７：積層体、１８：分割溝、１９：焼成体、２０：キャビティ部

Claims (3)

1. 複数枚のセラミックグリーンシートをそれぞれ枠体に貼り付けた後、それぞれの前記セラミックグリーンシートに導体パターンを印刷、乾燥し、複数枚を積層し、焼成して形成するセラミック積層基板の製造方法において、
   前記セラミックグリーンシートの外周端面が前記枠体の内周端面と対向するようにして前記セラミックグリーンシートの外周部と、前記枠体の内周部とを接着テープで貼り合わせた後、前記セラミックグリーンシートに溶剤を塗布する工程を有することを特徴とするセラミック積層基板の製造方法。
2. 請求項１記載のセラミック積層基板の製造方法において、前記接着テープがポリエステル系テープからなることを特徴とするセラミック積層基板の製造方法。
3. 請求項１又は２記載のセラミック積層基板の製造方法において、前記溶剤が前記セラミックグリーンシート中のバインダーと反応しやすく、且つ揮発性が高いことを特徴とするセラミック積層基板の製造方法。

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