JP2008141082A - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents

セラミック多層基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】セラミック基板をダイシングにより分割する際、分割後の子基板の欠けを低減するセラミック基板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を準備する工程と、導電ペーストを注入するためのビア孔と前記セラミックグリーンシートを分割するためのダイシング分割線上に複数の孔を形成する工程と、前記ビア孔に導電性ペーストを注入してビアを形成する工程と、前記セラミックグリーンシートに導電性ペーストを用いて所定の導体パターンを形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を作成する工程と、前記積層体を焼成し焼結されたセラミック多層基板集合体を得る工程と、前記セラミック多層基板集合体を複数のセラミック多層基板にダイシングを用いて分割する工程とからなるセラミック多層基板の製造方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、セラミック多層基板の製造方法に関するものである。特に、ダイシングによる分割の際に発生するセラミック多層基板の欠けの発生を低減する方法に関する。
以下、従来のセラミック多層基板の製造方法について説明する。従来のセラミック多層基板の製造方法を図7に示す。セラミック多層基板集合体をダイシングソ−を用いて複数のセラミック多層基板に分割する際には、図7に示す様に、ダイシング用ブレ−ド22を用い、セラミック多層基板集合体1を一方向の面から一度に切断していた。一般にセラミック多層基板集合体は、粘着テ−プ21を用いて固定される。そして、切断に際しては、100〜400μm程度の幅のダイシング用ブレ−ド22を用い、粘着テ−プ21に切り込む深さまでダイシングが行われて貫通溝23が形成されていた。ダイシングは、予め定められたパタ−ンに沿って順次繰り返される。
ダイシング用ブレ−ドは、通常、ダイヤモンド微粒子を混在させた、金属、樹脂または金属と樹脂との混合物から形成されている。一般にセラミック多層基板集合体をダイシング用ブレ−ドを用いて切断する場合は、100〜400μm程度の幅のダイシング用ブレ−ドを使用することが多い。セラミック多層基板の材質は硬く、ダイシング用ブレ−ドの幅が100μm未満の場合は、ダイシング用ブレ−ドの破損が発生するため、ダイシング用ブレ−ドの幅を100μm以上にする必要がある。またダイシングを行う為には、ダイシング用ブレ−ドの幅に合わせた分割線が必要になる。分割線の幅が大きくなると、セラミック多層基板集合体内の取り数が少なくなり、生産性低下につながる為、400μm以下程度にする場合が多い。
また、切断するパタ−ンに沿って溝が形成されたダイシング用テ−ブルを用いてダイシングを行う場合もある。
ダイシングブレードは数万rpmの高速で回転しているので、ブレ−ドのブレを抑えることは困難である。また、セラミック多層基板集合体の材質は硬く、ブレードの振動を十分に吸収できない。さらに、セラミック多層基板集合体には反りがあるので、セラミック多層基板集合体をダイシング用テ−ブルに完全に固定できず、ダイシング用テ−ブルから浮いた部分が振動することにより、セラミック多層基板には欠けが生じやすくなる。これらの理由のため、ダイシングの際にはセラミック多層基板集合体1の切断開始面とは反対側の面に大きな欠けが発生することになる。この欠けを示したものが、図8の32であり、これは図7のCを拡大したものである。
セラミック多層基板集合体は、導体による回路パタ−ンが形成され、一般的にはさらに半導体素子等の各種電子部品が実装された後に分割される。あるいは、導体による回路パタ−ンが形成され、半導体素子等の各種電子部品の実装をする前に分割される場合もある。いずれの場合でも、セラミック多層基板集合体を分割する際の大きな欠けは、単に外形状の不良にとどまらず、セラミック多層基板表面における、導体パタ−ンの欠損による不良(オ−プン不良)、抵抗値の上昇による抵抗値不良、導体パタ−ンを保護するガラスや樹脂の欠損に伴う絶縁性の低下等の回路不良を引き起こす。またセラミック多層基板であるため、内部導体の欠損による不良(オ−プン不良)、抵抗値の上昇による抵抗値不良、セラミック絶縁体の欠損に伴う絶縁性の低下等の回路不良を引き起こす。これらの不良は、導体パタ−ン形成後に部品実装した後に生じるため、セラミック多層基板の欠けは部品品質を大きく低下させ、製造歩留まりを低下させる要因となっていた。
この課題を解決するために、図9に示すような従来技術がある。図9に示すように、セラミック多層基板集合体1を複数のセラミック多層基板へ分割する際に、第1の工程27において、第1のダイシング用ブレ−ド24を用いてセラミック多層基板集合体1の第1の面25に複数の溝26を形成し、第2の工程31において、前記第1のダイシング用ブレ−ド24より幅が小さい第2のダイシング用ブレ−ド28を用いて、前記第1の面25と反対側の第2の面29から前記溝26に沿って切削して前記セラミック多層基板集合体1を分割する方法が開示されている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−75918号公報
しかしながら従来の技術では、セラミック多層基板の欠けの低減には効果があるが、ダイシング工程を2度行う必要があり、基板分割工程の工数が増加する。例えば、セラミック多層基板集合体は硬いので、ダイシングスピ−ドを速くすることが出来ない。通常は、速くても10mm/sec程度であり、多数個取りされたセラミック多層基板集合体であれば、カット時間だけで大幅な工数の増加を招く。また、ダイシング工程では、ダイシング用ブレ−ドによる切削加工を行うため、セラミック基板の切削屑がセラミック多層基板集合体表面に付着する。そのため、それぞれ第1及び第2のダイシング工程の直後に、セラミック多層基板の洗浄工程を必要とするため、さらに工程工数が増加するという問題があった。
本発明は前記従来の課題を解決するもので、ダイシングによる基板分割において、工程や工数の増加を抑えると供に、分割時に発生する基板欠けの発生を低減する方法を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決する為に、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、セラミックグリーンシートを準備する工程と、導電ペーストを注入するためのビア孔と前記セラミックグリーンシートを分割するためのダイシング分割線上に複数の孔とを形成する工程と、前記ビア孔に導電性ペーストを注入してビアを形成する工程と、前記セラミックグリーンシートに導電性ペーストを用いて所定の導体パターンを形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を作成する工程と、前記積層体を焼成し焼結されたセラミック多層基板集合体を得る工程と、前記セラミック多層基板集合体を複数のセラミック多層基板にダイシングを用いて分割する工程とからなることを特徴としたものである。
さらに、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、セラミックグリーンシートを準備する工程と、導電ペーストを注入するためのビア孔と前記セラミックグリーンシートを分割するためのダイシング分割線上に複数の孔とを形成する工程と、前記ビア孔に導電性ペーストを注入してビアを形成する工程と、前記セラミックグリーンシートに導電性ペーストを用いて所定の導体パターンを形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを複数枚積層する工程と、前記セラミックグリーンシートの両面にセラミックグリーンシートの焼結温度では実質的には焼結収縮しない拘束シートを配置して積層体を作成する工程と、前記積層体を焼成し焼結する工程と、前記積層体から前記拘束シートを取り除きセラミック多層基板集合体を得る工程と、前記セラミック多層基板集合体をダイシングして小片に分割する工程とからなることを特徴としたものである。
以上のように、本願発明によれば、少ない工数で焼成されたセラミック多層基板をダイシングして子基板に分割でき、さらに分割の際に発生する基板欠けを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面と表を用いて説明する。なお、従来と同じものについては、同符号を用い説明を簡略化している。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1におけるセラミック多層基板集合体の平面図を図1に示す。セラミック多層基板集合体1は、複数のセラミック多層基板2を多数個取りしたものである。また、各セラミック多層基板2の間のダイシング分割線上に、孔3が複数個配置される。
次に本発明のセラミック多層基板の製造方法を図5に示す。第1の工程6は、セラミックグリーンシート4にダイシング分割線上の孔3と、ビア用の孔5を形成する工程である。具体的にはセラミックグリーンシート4はアルミナ粉末を約50wt%、ガラス粉末を約50wt%の割合で混合した粉末に有機バインダ−と溶剤を加えたスラリ−をドクターブレード法により成形を行った。
ダイシング分割線上の孔3と、ビア用の孔5の形成は、一般にNCパンチ、レーザーパンチ、金型一括パンチが使用される。今回はNCパンチを使用して、ダイシング分割線上の孔3とビア用の孔5は同時に形成し、セラミックグリーンシート4a〜4dを得た。ダイシング分割線上の孔3とビア用の孔5の直径は0.1mmφとした。
第2の工程8は、ビア用の孔5に導体ペ−ストを充填して、ビア7を得る工程である。具体的にはビア用の導体は、Agを主成分とし、印刷工法により形成した。第3の工程10は、セラミックグリーンシート4b〜4dの表面に内部導体9を形成する工程である。具体的には内部導体9は、Agを主成分とし、印刷工法により形成した。
第4の工程12は、ビア7及び内部導体9が形成されたセラミックグリーンシート4a〜4dを積層し焼成することでセラミック多層基板集合体11を得る工程である。セラミック多層基板集合体11を得る為の焼成温度は約900℃で行った。
本実施例でのダイシング分割線上の孔3を形成する条件について説明する。尚、サンプルのセラミック多層基板1は、焼成後100μm/層となるセラミックグリーンシートを10枚積層して、1.0mmの厚みとした。
セラミック多層基板集合体1の切断は、ダイシング用ブレ−ドを用いて行った。ブレ−ドは、ダイヤモンド微粒子を混在させた樹脂製の材料から成り、ブレ−ドの幅は、ダイシング分割線上の孔3の直径より100μm広いものを使用した。例えば、ダイシング分割線上の孔3の直径が0.1mmであれば、ダイシング用ブレ−ドの幅は200μmになり、ダイシング分割線上の孔3の直径が0.3mmであれば、ダイシング用ブレ−ドの幅は400μmになる。ダイシング用ブレ−ドの幅が、ダイシング分割線上の孔3の直径より小さい場合、その孔3の一部が、セラミック多層基板2の端面部に残ることになる。この場合は、端面部に残った孔3の一部を避けるために、導体パタ−ンをさらにセラミック多層基板内に配置することになり、セラミック多層基板の小型化を阻害するので好ましくない。
次に切断条件について説明する。一般にダイシングは、数万rpmの高速回転で行うが、今回は、2万rpmで回転させて切断を行った。また切断の方向は、一般にセラミック多層基板1の上面から下面方向に回転するダウンカットと、下面から上面方向に回転するアップカットがある。今回はダウンカットを行った。セラミック多層基板集合体1の固定方法としては、粘着テ−プ21を用いて、真空吸着により固定を行った。粘着テ−プ21は、一般に使用される粘着性のテ−プを使用した。粘着テ−プ21の厚みは、200μmのものを使用した。通常、ダイシングを行う場合は、粘着テ−プ21に切り込む深さ(約50〜100μm程度)までダイシングが行われるため、例えば100μm程度の厚みの粘着テ−プを使用すると、ダイシング用テ−ブルを切断するおそれがある。また、200μmより厚い場合、例えば300μm程度の厚みの粘着テ−プを使用すると、粘着テ−プ自身が柔らかいため、セラミック多層基板が振動を起こし、欠けを発生しやすくなるので好ましくない。表1に、セラミックグリーンシートの、ダイシング分割線上の孔3の直径及びピッチと、セラミック多層基板2の欠けの状態を評価した結果を示す。
Figure 2008141082
最初に、基板焼成後の評価結果を示す。表1より、ダイシング分割線上の孔3は、直径が0.05mmφの場合は、セラミックグリーンシートへの孔形成ができなかった。直径が0.5mmφの場合は、セラミック多層基板集合体11の焼成後、ダイシング分割線上の孔3周辺部に一部クラックが発生したため、形成不可とした。ダイシング分割線上の孔3のピッチが0.2mmの条件では、孔3の直径が0.1mmの時は孔と孔の間にクラックが発生し、孔3の直径が0.15以上では、孔同士がつながるため、形成不可とした。また、孔3のピッチが0.5mmの条件では、孔3の直径が0.25mmを超えると、孔と孔の間にクラックが発生した。その他の組み合わせでは、クラック等の不具合は見られなかった。
次に、ダイシング分割後の評価結果を示す。欠けの評価は、○:100μm以上の欠け無し、△:100μm以上200μm未満の欠け有り、×:200μm以上の欠け有り、の3段階とした。この根拠は以下の通りである。一般にセラミック多層基板を作成する場合、表面の導体パタ−ンや、表面導体保護用のガラスや樹脂、内部導体は、基板端面より200μm程度の距離を有する。そのため、導体パタ−ンの欠損が確実に抑えられ、絶縁性も保たれる100μm未満の欠けについては問題なしとした。また、200μm以上の欠けについては、導体パタ−ンの欠損、絶縁性が保たれないことより、不可とした。また、100μm以上200μm未満の欠けについては、その発生場所によっては問題なしとなるが、今回の評価では不可とした。
表1に示すように、ダイシング分割線上の孔3のピッチが0.5mmの場合では、孔3の直径が0.1mm〜0.2mmにおいて良好であった。また、ダイシング分割線上の孔3のピッチが1.0mmの場合では、孔3の直径が0.1mm〜0.3mmにおいて良好であった。また、ダイシング分割線上の孔3のピッチが1.5mmの場合では、孔3の直径が0.2mm〜0.3mmにおいて良好であった。ダイシング分割線上の孔3のピッチが2.0mmの場合においては、欠けの大きさが100μm以上であり、孔3の直径によらず不可となった。
(実施の形態2)
本発明の他の実施の形態2を、図1に示す。セラミック多層基板集合体1は、複数のセラミック多層基板2を多数個取りしたものである。また、各セラミック多層基板2の間のダイシング分割線上に、孔3が配置される。セラミック多層基板の作成方法は、実施の形態1と同様なので省略する。実施の形態1とは異なるのは、孔3が、セラミック多層基板集合体1の上下を貫通していない点である。セラミック多層基板集合体1のB−B’部分の断面図の一例を図3、4に示す。図3に示すように、孔3は、セラミック基板集合体1の上面から連続3層、下面から連続2層のみに連通しており、セラミック多層基板集合体1の上下を貫通していない。また図4に示すように、孔3はセラミック基板集合体1の交互の層に配置されており、セラミック多層基板集合体1の上下を貫通していない。
焼成後セラミック多層基板集合体1における、ダイシング分割線上に孔を有するセラミックグリーンシートの厚みの総和をA、焼成後のセラミック多層基板集合体1を構成するセラミックグリーンシートの厚みの総和をBとした場合、表2〜表6に、A/Bとセラミック多層基板集合体の厚みと孔の直径と欠けとの関係を評価した結果を示す。表2〜表6に示すサンプルのセラミック多層基板の厚みは、それぞれ0.5mm、0.6mm、1.0mm、1.2mm、1.4mmである。表2〜表6に示すサンプルは、焼成後100μm/層となるセラミックグリーンシートを使用して作成した。ダイシング分割線上の孔3の配置については、図3に示すタイプと図4に示すタイプの双方について行った。また、ダイシング分割線上の孔3のピッチは1.0mmに固定し、ダイシング切断条件と評価方法は実施の形態1と同様に行った。
Figure 2008141082
Figure 2008141082
Figure 2008141082
Figure 2008141082
Figure 2008141082
実験結果より、0.5mm厚みの場合は、ダイシング分割線上の孔3が無い場合でも、欠けの無い良好なセラミック多層基板2を得ることができた。また、1.4mm厚みの場合は、ダイシング分割線上の孔3を86%まで形成しないと、欠けを抑えられなかった。よって、ダイシング分割線上に孔を有する、セラミックグリーンシートの厚みの総和をA、セラミック多層基板集合体1を構成するセラミックグリーンシートの厚みの総和をBとすると、A/B≧50%であり、ダイシング分割線上の孔3が0.1mmφ〜0.3mmであり、セラミック多層基板集合体1の厚みが0.6mm〜1.2mmとすればクラックの無い良好な結果が得られた。
(実施の形態3)
図1は、本発明の他の実施の形態3を示す図である。セラミック多層基板集合体1は、複数のセラミック多層基板2を多数個取りしたものである。また、各セラミック多層基板2の間のダイシング分割線上に、ダイシング分割線上の孔3が配置される。このセラミック多層基板の製造方法を図6に示す。
第1の工程13は、セラミックグリーンシート4にダイシング分割線上の孔3と、ビア用の孔5を形成する工程である。具体的にはセラミックグリーンシート4はアルミナ粉末を約50wt%、ガラス粉末を約50wt%の割合で混合した粉末に有機バインダ−と溶剤を加えたスラリ−をドクターブレード法により成形を行った。ダイシング分割線上の孔3と、ビア用の孔5の形成は、一般にNCパンチ、レーザーパンチ、金型一括パンチが使用される。今回はNCパンチを使用して、ダイシング分割線上の孔3とビア用の孔5は同時に形成し、セラミックグリーンシート4a〜4dを得た。ダイシング分割線上の孔3とビア用の孔5の直径は0.1mmφとした。
第2の工程14は、ビア用の孔5に導体ペーストを充填して、ビア7を得る工程である。具体的にはビア導体は、Agを主成分とし、印刷工法により形成した。
第3の工程15は、セラミックグリーンシート4b〜4dの表面に内部導体9を形成する工程である。具体的には内部導体9は、Agを主成分とし、印刷工法により形成した。
第4の工程18は、ビア7及び内部導体9が形成されたセラミックグリーンシート4a〜4dを積層し、その上下にセラミックグリーンシート4の焼結温度では焼結しない拘束用シ−ト16を積層して焼成し、焼結体17を得る工程である。拘束用シート16は、アルミナ粉末に有機バインダ−と溶剤を加えたスラリ−をドクターブレード法により成形を行った。焼結体17を得る為の焼成温度は約900℃で行った。
第5の工程20は、焼結体17の表面の拘束用シ−ト16を除去し、セラミック多層基板集合体19を得る工程である。実施の形態1の構成と異なるところは、セラミック多層基板が平面方向に収縮しない無収縮セラミック多層基板であることである。
ダイシング分割線上の孔3の直径、ピッチ及び切断条件については、実施の形態1と同様に決定した。無収縮セラミック多層基板においても同様の結果が得られた。
(実施の形態4)
図1は、本発明の他の実施の形態4を示す図である。セラミック多層基板集合体1は、複数のセラミック多層基板2を多数個取りしたものである。また、各セラミック多層基板2の間のダイシング分割線上に、ダイシング分割線上の孔3が配置される。セラミック多層基板集合体1のB−B’部分の断面図の一例を図3、4に示す。セラミック多層基板の作成方法は、実施の形態3と同様なので省略する。
ダイシング分割線上の孔3の直径、セラミック多層基板集合体1の作成方法及び切断条件については、実施の形態2と同様に決定した。無収縮セラミック多層基板においても同様の結果が得られた。
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法は、ダイシングによる分割において、工程の増加を抑え、分割の際に発生する、完成品の特性に影響を及ぼす欠けの発生を低減することができ、実装部品が実装されたセラミック多層基板を効率良く製造する方法として有用である。
本発明により製造されたセラミック多層基板集合体の平面図 図1記載のB−B’部分の第1の断面図 図1記載のB−B’部分の第2の断面図 図1記載のB−B’部分の第3の断面図 本発明の実施の形態1におけるセラミック多層基板の製造工程の図 本発明の実施の形態3におけるセラミック多層基板の製造工程の図 従来のセラミック多層基板の製造工程の図 図7記載のC部分の拡大図 特許文献1のセラミック多層基板の製造工程の図
符号の説明
1、11、19 セラミック多層基板集合体
2 セラミック多層基板
3 ダイシング分割線上の孔
4 セラミックグリーンシート
5 ビア用の孔
7 ビア
9 内部導体
17 焼結体
16 拘束用シ−ト
21 粘着シ−ト
22、24、28 ダイシング用ブレ−ド
32 基板欠け

Claims (12)

  1. セラミックグリーンシートを準備する工程と、
    導電ペーストを注入するためのビア孔と前記セラミックグリーンシートを分割するためのダイシング分割線上に複数の孔とを形成する工程と、
    前記ビア孔に導電性ペーストを注入してビアを形成する工程と、
    前記セラミックグリーンシートに導電性ペーストを用いて所定の導体パターンを形成する工程と、
    前記セラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を作成する工程と、
    前記積層体を焼成し焼結されたセラミック多層基板集合体を得る工程と、
    前記セラミック多層基板集合体を複数のセラミック多層基板にダイシングを用いて分割する工程とからなるセラミック多層基板の製造方法。
  2. 前記ダイシング分割線上の孔の直径が0.1mm〜0.2mmの場合には前記孔と孔とのピッチは0.5mm〜1.0mmであり、
    前記ダイシング分割線上の孔の直径が0.2mm〜0.3mmの場合には前記前記孔と孔とのピッチは1.0mm〜1.5mmで配設されている請求項1に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  3. 前記セラミック多層基板集合体を得た時に、前記ダイシング分割線上の孔が貫通孔となるように前記セラミックグリーンシートを配置した請求項1及び2に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  4. 前記セラミック多層基板集合体を構成する前記ダイシング分割線上に孔を有する前記セラミックグリーンシートの厚みの総和をAとし、前記セラミック多層基板集合体を構成する前記セラミックグリーンシートの厚みの総和をBとすると、A/Bが50%以上であり、且つ前記セラミック多層基板集合体の厚みが0.6mm〜1.2mmである請求項1及び2に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  5. 前記ダイシング分割線の幅が、0.2mm〜0.4mmである請求項1から4に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  6. 前記ダイシングに用いるブレ−ドの幅が、前記孔の直径より大きい請求項1から5に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  7. セラミックグリーンシートを準備する工程と、
    導電ペーストを注入するためのビア孔と前記セラミックグリーンシートを分割するためのダイシング分割線上に複数の孔とを形成する工程と、
    前記ビア孔に導電性ペーストを注入してビアを形成する工程と、
    前記セラミックグリーンシートに導電性ペーストを用いて所定の導体パターンを形成する工程と、
    前記セラミックグリーンシートを複数枚積層する工程と、
    前記セラミックグリーンシートの両面にセラミックグリーンシートの焼結温度では実質的には焼結収縮しない拘束シートを配置して積層体を作成する工程と、
    前記積層体を焼成し焼結する工程と、
    前記積層体から前記拘束シートを取り除きセラミック多層基板集合体を得る工程と、
    前記セラミック多層基板集合体をダイシングして小片に分割する工程とからなるセラミック多層基板の製造方法。
  8. 前記ダイシング分割線上の孔の直径が0.1mmφ〜0.2mmφの場合には前記孔と孔とのピッチが0.5mm〜1.0mmであり、
    前記ダイシング分割線上の孔の直径が0.2mmφ〜0.3mmφの場合には前記孔と孔とのピッチが1.0mm〜1.5mmで配設されている請求項7に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  9. 前記セラミック多層基板集合体を得た時に、前記ダイシング分割線上の孔が貫通孔となるように前記セラミックグリーンシートを配置した請求項7及び8に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  10. 前記セラミック多層基板集合体を構成する前記ダイシング分割線上に孔を有する前記セラミックグリーンシートの厚みの総和をAとし、前記セラミック多層基板集合体を構成する前記セラミックグリーンシートの厚みの総和をBとすると、
    A/Bが50%以上であり、且つ前記セラミック多層基板集合体の厚みが0.6mm〜1.2mmである請求項7及び8に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  11. 前記ダイシング分割線の幅が、0.2mm〜0.4mmの範囲である請求項7から10に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  12. 前記ダイシングに用いるブレ−ドの幅が、前記孔の直径より大きい請求項7から11に記載のセラミック多層基板の製造方法。
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