JP2008091654A - セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の実装信頼性が高く、電気的信頼性の高いセラミック基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックグリーンシート１６と同時焼成して形成される焼成体２０の表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜１５を有し、メタライズ膜１５上にめっき被膜を有するセラミック基板１０において、メタライズ膜１５の表面を含む焼成体２０の全面にブラスト装置の投射材が投射され、投射後の表面粗度が中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａのメタライズ膜１５の表面上にめっき被膜を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面の平坦性に優れるメタライズ膜上に形成するめっき被膜上に半導体素子等の電子部品を搭載して、電子部品の接合信頼性に優れるセラミック基板及びその製造方法に関する。

従来から、セラミック基板は、例えば、半導体素子や、発光素子等の電子部品を収納するためのパッケージ等として用いられている。また、このセラミック基板を形成するためのセラミックには、耐熱性、絶縁性、電気的特性、熱伝導性等に優れるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が用いられている。このセラミック基板は、通常、電子部品を収納するためのキャビティ部を有し、キャビティ部に搭載された電子部品を外部と電気的に導通状態とするための配線回路を導体パターンで設けている。この導体パターンは、焼成前の複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれに、タングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる導体ペーストをスクリーン印刷して導体印刷パターンや、上下層を電気的に導通状態とするためのビア導体等を形成している。次に、導体印刷パターンや、ビア導体等が形成された複数枚のセラミックグリーンシートは、重ね合わせて積層した後、セラミックグリーンシートと、高融点金属を同時焼成することで焼成体を形成している。そして、焼成体のセラミック基板の外部に露出する導体パターンであるメタライズ膜の表面上には、Ｎｉや、Ａｇや、Ａｕ等のめっき被膜が形成されるようになっている。

従来のセラミック基板及びその製造方法には、セラミック基板上に形成したメタライズ膜に、サンドブラスト、又はドライエッチングによる除去速度がメタライズ膜と同じオーバーコート膜を形成し、オーバーコート膜が無くなるまでサンドブラスト処理、又はドライエッチング処理し、メタライズ膜厚を均一化した後に、パターンを形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のセラミック基板には、焼成済のセラミック基板にメタライズペーストを塗布した後、バレル装置の回転かごに入れ、回転させながらブラスト装置のガラスビーズを吐出させメタライズペーストに打ち当てることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２２４７６号公報 特開平８−２６７００６号公報

しかしながら、前述したような従来のセラミック基板及びその製造方法は、次のような問題がある。
（１）メタライズ膜が形成された焼成上がりのセラミック基板には、セラミックの微小くず等の異物が付着している場合があり、そこにめっき被膜が形成されるとめっき不着や、突起等が発生し、電子部品の接合や、ボンディングワイヤの接続等に不具合が発生し、電子部品の実装信頼性が損なわれることとなっている。また、焼成上がりのセラミック基板のメタライズ膜は、表面粗度が粗く平坦性が低いので、電子部品の実装信頼性の低下となっている。特に、発光素子の電子部品の場合には、発光素子を実装したときの平行度にバラツキが発生し、発光効率の低下となっている。
（２）特開２００４−２２４７６号公報で開示されるような、メタライズ膜を一部除去して平坦性を高める場合には、メタライズ膜の厚さが薄くなりすぎて導通抵抗が大きくなり、電気的信頼性の低下となっている。
（３）特開平８−２６７００６号公報で開示されるような、メタライズペースト状態でブラスト装置のガラスビーズを投射させる場合には、メタライズペースト状態のメタライズ膜に強度がなく、メタライズ膜が剥離して電子部品の実装が不可能となることがある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、電子部品の実装信頼性が高く、電気的信頼性の高いセラミック基板及びそ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基板は、セラミックグリーンシートと同時焼成して形成される焼成体の表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜を有し、メタライズ膜上にめっき被膜を有するセラミック基板において、メタライズ膜の表面を含む焼成体の全面にブラスト装置の投射材が投射され、投射後の表面粗度が中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａのメタライズ膜の表面上にめっき被膜を有する。
ここで、上記のセラミック基板は、メタライズ膜の表面を含む焼成体の全面に９．８〜１９．６Ｎの投射圧力のガラスビーズからなる投射材が投射されるのがよい。

前記目的に沿う本発明に係るセラミック基板の製造方法は、セラミックグリーンシートの表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜用の導体印刷パターンを設け、セラミックグリーンシートと導体印刷パターンを同時焼成して形成する焼成体の表面のメタライズ膜を含む焼成体の全面をブラスト装置の投射材で投射後、メタライズ膜上にめっき被膜を設けるセラミック基板の製造方法であって、焼成体に設けられている分割用のスナップライン上に投射材として用いるガラスビーズの侵入を防止するための治具、又はレジスト膜からなる保護体を設ける工程と、メタライズ膜の表面を含む焼成体の全面を９．８〜１９．６Ｎの投射圧力からなるガラスビーズで投射して、メタライズ膜の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａの表面粗度に形成する工程と、保護体を除去した後、メタライズ膜上にめっき被膜を形成する工程を有する。

請求項１又はこれに従属する請求項２記載のセラミック基板は、メタライズ膜の表面を含む焼成体の全面にブラスト装置の投射材が投射され、投射後の表面粗度が中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａのメタライズ膜の表面上にめっき被膜を有するので、焼成後の強度のあるメタライズ膜への投射材による投射によってメタライズ膜を削り取ったり、厚さを薄くすることなくメタライズ膜に付着する異物を取り除くと共に、メタライズ膜の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａに平坦性を向上させて研磨することで、めっき不着や、突起等の発生を防止すると共に、電子部品の実装信頼性を向上させたり、電気的信頼性を確保させることができる。特に、電子部品が発光素子の場合には、発光素子を平坦性に優れる面に実装できるので、平行度のバラツキを小さくできて、発光効率を向上させることができる。

特に、請求項２記載のセラミック基板は、メタライズ膜の表面を含む焼成体の全面に９．８〜１９．６Ｎの投射圧力のガラスビーズからなる投射材が投射されるので、投射材によって、セラミック表面を削り取ることなく、メタライズ膜に付着する異物を取り除くと共に、メタライズ膜の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａに平坦性を向上させて研磨することで、めっき不着や、突起等の発生を防止すると共に、電子部品の実装信頼性を向上させることができる。

請求項３記載のセラミック基板の製造方法は、セラミックグリーンシートの表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜用の導体印刷パターンを設け、セラミックグリーンシートと導体印刷パターンを同時焼成して形成する焼成体の表面のメタライズ膜を含む焼成体の全面をブラスト装置の投射材で投射後、メタライズ膜上にめっき被膜を設けるセラミック基板の製造方法であって、焼成体に設けられている分割用のスナップライン上に投射材として用いるガラスビーズの侵入を防止するための治具、又はレジスト膜からなる保護体を設ける工程と、メタライズ膜の表面を含む焼成体の全面を９．８〜１９．６Ｎの投射圧力からなるガラスビーズで投射して、メタライズ膜の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａの表面粗度に形成する工程と、保護体を除去した後、メタライズ膜上にめっき被膜を形成する工程を有するので、投射材の投射によって、セラミック表面のスナップラインの中に投射材を埋め込ましたりセラミック表面を削り取ったり、薄くすることなく、メタライズ膜に付着する異物を取り除くことができると共に、メタライズ膜の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａに平坦性を向上させて研磨することができ、めっき不着や、突起等の発生を防止することができると共に、電子部品の実装信頼性を向上させたり、電気的信頼性を確保することができるセラミック基板の製造方法を提供できる。特に、電子部品が発光素子の場合には、発光素子を平坦性に優れる面に実装できるので、平行度のバラツキを小さくできて、発光効率を向上させることができるセラミック基板の製造方法を提供できる。

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するための最良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は本発明の一実施の形態に係るセラミック基板の説明図、図２（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ同セラミック基板の製造方法の説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミック基板１０は、半導体素子、発光素子、水晶振動子等の電子部品を搭載させるためとして様々な形態のものがある。このセラミック基板１０には、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の耐熱性、絶縁性、電気的特性、熱伝導性等に優れるセラミック材が用いられている。また、このセラミック基板１０は、通常、セラミック製平板からなる基体１１と、セラミック製や、金属製等の窓枠形状からなる枠体１２で形成される電子部品を収納するためのキャビティ部１３を有している。更に、このセラミック基板１０は、このキャビティ部１３に搭載された電子部品を外部と電気的に導通状態とするための配線回路を導体パターン１４で設けている。この導体パターン１４は、焼成前のアルミナや、窒化アルミニウム等からなる複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれに、タングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる導体ペーストをスクリーン印刷して導体印刷パターンや、上下層を電気的に導通状態とするためのビア導体等として形成している。次に、導体印刷パターンや、ビア導体等が形成された複数枚のセラミックグリーンシートは、重ね合わせて積層した後、セラミックグリーンシートと、高融点金属を同時焼成することで焼成体を形成している。これにより、焼成体の表面には、外部に露出するパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜１５を有することとなる。そして、更に、メタライズ膜１５上には、Ｎｉや、Ａｇや、Ａｕ等のめっき被膜（図示せず）を形成している。

上記のセラミック基板１０は、メタライズ膜１５の表面を含む焼成体の全面に、ブラスト装置から、例えば、ガラス系ショット、樹脂系ショット、セラミック系ショット、金属系ショット等の投射材が投射されたメタライズ膜１５の表面粗度が中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａの表面にめっき被膜が形成されるている。このブラスト装置から投射される投射材は、メタライズ膜１５の表面の表面粗度を向上させることができると共に、メタライズ膜１５上に付着するセラミック屑等の異物を容易に叩き落とすことができる。なお、投射材は、焼成体のセラミック表面を傷つけることなく、メタライズ膜１５の表面を叩くようにして押さえ付けて表面粗度を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａにすると共に、メタライズ膜１５上に付着する異物を容易に叩き落とすために、ガラスビーズからなる投射材が好ましい。上記のセラミック基板１０は、投射材が投射されたメタライズ膜１５の表面粗度を中心線平均粗さで０．２０μｍＲａを下まわるようにする場合には、投射材の投射圧力を上げることになるので、セラミック表面に傷を発生させることとなる。また、上記のセラミック基板１０は、投射材が投射されたメタライズ膜１５の表面粗度を中心線平均粗さで０．３５μｍＲａを上まわるようにする場合には、投射材の投射圧力を下げることになるので、平坦性が低くなると共に、異物の除去が不完全となり、電子部品の実装信頼性の低下させることとなる。

上記のセラミック基板１０は、メタライズ膜１５の表面を含む焼成体の全面に、中心粒径が５０μｍ程度のガラスビーズからなる投射材が投射される場合には、９．８〜１９．６Ｎの投射圧力で、ブラスト装置のノズル、又はテーブルをゆっくり移動させながら３０〜４０秒程度投射されるのがよい。なお、ガラスビーズの投射圧力は、９．８Ｎを下まわる場合には、メタライズ膜１５の平坦性が低くなると共に、異物の除去が不完全となり、電子部品の実装信頼性の低下させることとなる。また、ガラスビーズの投射圧力は、１９．６Ｎを上まわる場合には、セラミック表面に傷を発生させることとなる。

次いで、図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら、セラミック基板１０の製造方法を説明する。
図２（Ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミック基板１０の製造方法には、焼成前のアルミナや、窒化アルミニウム等からなるセラミックグリーンシート１６に、複数個のセラミック基板１０の集合体が得られるように大型のシートが用いられている。このセラミックグリーンシート１６は、例えば、窒化アルミニウムからなる場合には、窒化アルミニウム粉末原料に、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、カルシア（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の焼結助剤を添加し、例えば、ブチラール樹脂等のバインダーと、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、分散剤と、及びトルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤を加え、樹脂製のボールミルで十分に混練した後、粘度を調整し、真空脱泡してスラリーを形成している。そして、スラリーからは、ドクターブレード法等によって、例えば、厚さ０．２ｍｍ程度のシート状の乾燥体を形成している。更に、シート状の乾燥体からは、適当なサイズにカットして複数枚の大型のセラミックグリーンシート１６を作製している。

次に、図２（Ｂ）に示すように、複数枚の基体１１用のそれぞれのセラミックグリーンシート１６には、必要に応じて、上、下層を電気的に導通状態とするためのビア用等の貫通孔を打ち抜き金型や、パンチングマシーン等を用いて穿設した後、例えば、タングステンや、モリブデン等の高融点金属からなる導体ペーストを用いて孔埋めや、スルーホールスクリーン印刷してビア用等の導体印刷パターン１７を形成している。また、それぞれのセラミックグリーンシート１６の表面には、同様の高融点金属からなる導体ペーストを用いて表面スクリーン印刷して導体回路パターン用や、各種接続端子パッド用等の導体印刷パターン１７ａを形成している。

次に、図２（Ｃ）に示すように、導体印刷パターン１７、１７ａが形成された複数枚のセラミックグリーンシート１６は、それぞれを重ね合わせて、温度と圧力をかけて接着して積層体１８を形成している。なお、枠体１２がセラミックグリーンシート１６を窓枠状に形成したものを用いる場合には、基体１１用のセラミックグリーンシート１６と同時に重ね合わせて温度と圧力をかけて接着して積層体１８を形成することができる。次いで、積層体１８には、個片体のセラミック基板１０とするために押圧刃を縦、横方向に押圧させて形成する焼成前の分割用のスナップライン１９を両主面の少なくとも一方の主面に形成している。そして、積層体１８は、セラミックグリーンシート１６と、導体印刷パターン１７、１７ａを同時焼成して、外表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜１５と、分割用のスナップライン１９等を有する焼成体２０（図２（Ｄ）参照）に形成している。この同時焼成によって、積層体１８は、外形寸法が約３０％程収縮する焼成体２０として形成される。

次に、図２（Ｄ）に示すように、焼成体２０の表面のメタライズ膜１５を含む焼成体２０の全面には、ブラスト装置のガラスビーズからなる投射材が投射されるようになっている。このガラスビーズの投射に当たっては、焼成体２０の表面に設けられている分割用のスナップライン１９上に、投射材として用いるガラスビーズの侵入を防止するための治具
や、レジスト膜からなる保護体２１を設けている。

そして、スナップライン１９上に保護体２１を設けた焼成体２０の表面のメタライズ膜１５を含む焼成体２０の全面には、ブラスト装置の投射材である中心粒径が５０μｍ程度のガラスビーズを９．８〜１９．６Ｎの投射圧力で投射して、メタライズ膜１５の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａの表面粗度に形成している。

次に、図２（Ｅ）に示すように、焼成体２０から保護体２１を除去した後、枠体１２が金属製や、セラミック製等で後付接合するものを用いる場合には、焼成体２０の上面に接着樹脂や、ガラスや、ろう材等の接合材を介して枠体１２を接合している。なお、枠体１２を基体１１との積層体１８として設ける場合には、後付けの枠体１２の接合を省略することができる。そして、更に、メタライズ膜１５上には、Ｎｉや、Ａｇや、Ａｕ等のめっき被膜を形成して、複数個がマトリックス状に整列する集合体のセラミック基板１０を作製している。通常、このめっき被膜は、めっき浴中に浸漬した焼成体２０のメタライズ膜に通電する電解めっき法で形成することができる。

複数個がマトリックス状に整列する集合体のセラミック基板１０のそれぞれのキャビティ部１３には、通常、電子部品が搭載されて気密に封止された後、スナップライン１９で分割することで、電子部品が実装された個片のセラミック基板１０を作製している。

本発明のセラミック基板は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を搭載させて照明や、ディスプレイ等に用いることができる。また、本発明のセラミック基板は、通常の半導体素子等を搭載させて各種電子デバイス等に用いることができる。更には、本発明のセラミック基板は、水晶振動子等を搭載させて携帯電話等に用いることができる。

本発明の一実施の形態に係るセラミック基板の説明図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ同セラミック基板の製造方法の説明図である。

符号の説明

１０：セラミック基板、１１：基体、１２：枠体、１３：キャビティ部、１４：導体パターン、１５：メタライズ膜、１６：セラミックグリーンシート、１７、１７ａ：導体印刷パターン、１８：積層体、１９：スナップライン、２０：焼成体、２１：保護膜

Claims (3)

1. セラミックグリーンシートと同時焼成して形成される焼成体の表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜を有し、該メタライズ膜上にめっき被膜を有するセラミック基板において、
   前記メタライズ膜の表面を含む前記焼成体の全面にブラスト装置の投射材が投射され、投射後の表面粗度が中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａの前記メタライズ膜の表面上に前記めっき被膜を有することを特徴とするセラミック基板。
2. 請求項１記載のセラミック基板において、前記メタライズ膜の表面を含む前記焼成体の全面に９．８〜１９．６Ｎの投射圧力のガラスビーズからなる前記投射材が投射されることを特徴とするセラミック基板。
3. セラミックグリーンシートの表面にパターン形状の高融点金属からなるメタライズ膜用の導体印刷パターンを設け、前記セラミックグリーンシートと前記導体印刷パターンを同時焼成して形成する焼成体の表面の前記メタライズ膜を含む前記焼成体の全面をブラスト装置の投射材で投射後、前記メタライズ膜上にめっき被膜を設けるセラミック基板の製造方法であって、
   前記焼成体に設けられている分割用のスナップライン上に前記投射材として用いるガラスビーズの侵入を防止するための治具、又はレジスト膜からなる保護体を設ける工程と、
   前記メタライズ膜の表面を含む前記焼成体の全面を９．８〜１９．６Ｎの投射圧力からなる前記ガラスビーズで投射して、前記メタライズ膜の表面を中心線平均粗さで０．２０〜０．３５μｍＲａの表面粗度に形成する工程と、
   前記保護体を除去した後、前記メタライズ膜上に前記めっき被膜を形成する工程を有することを特徴とするセラミック基板の製造方法。

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