JP2008186907A - Manufacturing method for multilayer circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グリーンシート積層体の上側および下側に焼成収縮抑制シートを重ね合わせて、グリーンシート積層体のX−Y方向への焼成収縮を抑制する多層回路基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer circuit board in which firing shrinkage suppression sheets are stacked on the upper and lower sides of a green sheet laminate to suppress firing shrinkage in the XY direction of the green sheet laminate.
従来より、高集積化が進むICやLSI等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される多層回路基板としては、アルミナ焼結体を絶縁基体としたものが多く用いられてきた。そして、近年においては、配線層の低抵抗化が要求されており、1050℃程度で溶融するCu、Ag、Au等の低抵抗導体を主成分とした配線層を絶縁基体と同時焼成できるように、1050℃以下の低温で焼結が可能であるガラスセラミック焼結体が絶縁基体として用いられるようになってきている。 Conventionally, as a multilayer circuit board applied to a semiconductor element housing package for mounting semiconductor elements such as ICs and LSIs, which are becoming increasingly integrated, and a hybrid integrated circuit device on which various electronic components are mounted, an alumina sintered body is used. Insulating substrates have been used in many cases. In recent years, the resistance of the wiring layer has been required to be reduced, so that the wiring layer mainly composed of a low resistance conductor such as Cu, Ag, or Au that melts at about 1050 ° C. can be simultaneously fired with the insulating substrate. A glass-ceramic sintered body that can be sintered at a low temperature of 1050 ° C. or lower has been used as an insulating substrate.
ガラスセラミック焼結体は一般的にガラスとセラミックスとを組み合わせることにより得られるものであるが、そのなかでもガラスとして結晶化ガラスを用いることにより、所望の特性をもつ結晶を析出させ、種々の特性を有するガラスセラミック焼結体が得られることから、近年では重点的に研究が行われている。 A glass-ceramic sintered body is generally obtained by combining glass and ceramics. Among them, crystallized glass is used as a glass to precipitate crystals having desired characteristics and various characteristics. In recent years, research has been focused on the fact that a glass-ceramic sintered body having the above can be obtained.
このような多層回路基板を形成する具体的方法としては、ガラスセラミック原料粉末、有機バインダーに溶剤を添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に成形し、得られたグリーンシートにスルーホールを打ち抜き加工し、該スルーホールにCu、Ag、Au等を主成分とする導体ペーストを充填する。同時にグリーンシート上にCu、Ag、Au等を主成分とする導体ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷法などで印刷形成し、または電解銅箔もしくは圧延銅箔を所望のパターンに成形後、グリーンシートに圧着する。その後、これらのグリーンシートを複数枚加圧積層し、800〜1000℃で焼成することにより、多層回路基板が作製される。 As a specific method of forming such a multilayer circuit board, a slurry prepared by adding a solvent to a glass ceramic raw material powder and an organic binder is formed into a sheet shape by a doctor blade method or the like, and the obtained green sheet is passed through. Holes are punched, and the through holes are filled with a conductor paste mainly composed of Cu, Ag, Au or the like. At the same time, a conductive paste mainly composed of Cu, Ag, Au or the like is formed on the green sheet by printing it into a wiring pattern by a screen printing method or the like, or after forming electrolytic copper foil or rolled copper foil into a desired pattern, the green sheet Crimp to. Thereafter, a plurality of these green sheets are pressure-laminated and fired at 800 to 1000 ° C. to produce a multilayer circuit board.
一方、近年においては、多層回路基板の高密度化が進むのに伴い、寸法の高精度化に対する要求も強くなっている。これに対応するための基板寸法精度向上もまた重要な技術の一つとなっている。しかしながら、上述した方法で製作される多層回路基板は、焼成により体積が40〜50%程度収縮する。このときの多層回路基板の積層方向に垂直な方向(X−Y方向)における収縮率(1方向において平均15〜20%程度)のばらつきが配線層の位置ばらつきとなり、基板寸法精度が悪くなっていた。なお、ここでいう収縮率は、焼成前の寸法から焼成後の寸法を減じた値を焼成前の寸法で除した値で定義されるものである。 On the other hand, in recent years, as the density of multilayer circuit boards has increased, the demand for higher dimensional accuracy has also increased. Improvement of substrate dimensional accuracy to cope with this is also an important technique. However, the multilayer circuit board manufactured by the above-described method shrinks in volume by about 40 to 50% by firing. At this time, the variation in the shrinkage rate (average of 15 to 20% in one direction) in the direction perpendicular to the stacking direction of the multilayer circuit board (XY direction) becomes the position variation of the wiring layer, resulting in poor substrate dimensional accuracy. It was. Here, the shrinkage rate is defined as a value obtained by dividing a value obtained by subtracting a dimension after firing from a dimension before firing by a dimension before firing.
そこで、基板の寸法精度を向上させる方法として、ガラスとセラミックスとを含むグリーンシートを積層したグリーンシート積層体の上下両面に、グリーンシートよりも焼結温度の高い無機材料粉末を含む収縮抑制層を形成し、収縮抑制層が焼結しない温度で焼成した後、収縮抑制層を剥離削除する方法により、グリーンシート積層体のX−Y方向への収縮を抑制することで、得られた基板の寸法精度を高くできることが知られている(特許文献1を参照。)。
特許文献1に記載の方法では、焼成時におけるグリーンシート積層体のX−Y方向への収縮が抑制されることから、グリーンシート積層体の積層方向(Z方向)への収縮が大きくなる。
In the method described in
ところが、グリーンシートの貫通孔に充填されるビアホール導体としての導体ペースト(ビアホール導体用ペースト)は、X−Y方向の収縮が抑制されるグリーンシートと比べてX−Y方向の収縮が大きくなる。これは、グリーンシートが液相焼結するのに対して、ビアホール導体用ペーストおよび表面配線層用ペーストは固相焼結するからである。 However, the conductor paste (via hole conductor paste) as a via-hole conductor filled in the through hole of the green sheet has a larger shrinkage in the XY direction than the green sheet in which the shrinkage in the XY direction is suppressed. This is because the via hole conductor paste and the surface wiring layer paste are solid phase sintered while the green sheet is liquid phase sintered.
グリーンシートは、ガラスが軟化流動することによってセラミックスが再配列するという液相焼結により焼結する。この際、グリーンシート側のガラスが少量収縮抑制層側へ移動することにより、グリーンシートと収縮抑制層との間の接着力が強まるため、グリーンシートに対するX−Y方向への収縮抑制効果は大きい。 The green sheet is sintered by liquid phase sintering in which ceramics are rearranged when the glass softens and flows. At this time, since the glass on the green sheet side moves to the shrinkage suppression layer side by a small amount, the adhesion force between the green sheet and the shrinkage suppression layer is strengthened, so the shrinkage suppression effect in the XY direction with respect to the green sheet is large. .
一方、ビアホール導体用ペーストおよび表面配線層用ペーストは、ペーストに含まれる金属粒子同士が固相焼結することにより焼結する。そのため、同じ金属粒子を用いているビアホール導体用ペーストと表面配線層用ペーストとの間の接着力は強いが、収縮抑制層と表面配線層用ペーストとの間の接着力は、グリーンシートと収縮抑制層との間の接着力と比較して弱い。また、表面配線層用ペーストは金属粒子が固相焼結することにより、収縮抑制層との接着部の凹凸が減少し、表面配線層用ペーストと収縮抑制層との間の摩擦力が減少するため、収縮抑制層の表層配線層用ペーストへの収縮抑制効果は弱くなる。したがって、X−Y方向の収縮を抑制されているグリーンシートと比べて、ビアホール導体用ペーストのX−Y方向の収縮が大きくなる。 On the other hand, the via-hole conductor paste and the surface wiring layer paste are sintered by solid-phase sintering of the metal particles contained in the paste. Therefore, the adhesive force between the via-hole conductor paste and the surface wiring layer paste using the same metal particles is strong, but the adhesive force between the shrinkage suppression layer and the surface wiring layer paste is the same as that of the green sheet. It is weak compared with the adhesive force between the suppression layers. Also, the surface wiring layer paste has solid-phase sintering of the metal particles, thereby reducing the unevenness of the adhesion portion with the shrinkage suppression layer and reducing the frictional force between the surface wiring layer paste and the shrinkage suppression layer. Therefore, the shrinkage suppression effect of the shrinkage suppression layer on the surface wiring layer paste is weakened. Therefore, the shrinkage in the XY direction of the via-hole conductor paste is larger than that of the green sheet in which the shrinkage in the XY direction is suppressed.
このため、焼成後の絶縁層に形成された貫通孔(スルーホール)壁面からビアホール導体が剥離してしまい、絶縁層における貫通孔(スルーホール)とビアホール導体との間に隙間が生じてしまう。この隙間により、多層回路基板の気密性が悪くなり、水分等が浸入することによって多層回路基板の絶縁性が劣化するという問題があった。 For this reason, a via-hole conductor peels from the through-hole (through-hole) wall surface formed in the insulating layer after baking, and a clearance gap will arise between the through-hole (through-hole) and via-hole conductor in an insulating layer. Due to the gap, the airtightness of the multilayer circuit board is deteriorated, and there is a problem that the insulating property of the multilayer circuit board is deteriorated when moisture or the like enters.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁層のスルーホール壁面とビアホール導体との間に隙間が生じるのを抑制した寸法精度の高い多層回路基板を得るための多層回路基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a multilayer circuit for obtaining a multilayer circuit board with high dimensional accuracy in which a gap is not generated between a through-hole wall surface of an insulating layer and a via-hole conductor. An object is to provide a method for manufacturing a substrate.
本発明は、複数の絶縁層からなる絶縁基体の表面に表面配線層が形成され、前記絶縁基体の内部に前記表面配線層に接続されたビアホール導体が形成された多層回路基板の製造方法であって、焼成後に複数の絶縁層となる複数のグリーンシートを形成する工程と、少なくとも表層に配置されるグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔にビアホール導体用ペーストを充填する工程と、少なくとも表層に配置される前記グリーンシートの上面の前記貫通孔を覆う位置に金属箔を被着形成する工程と、前記貫通孔に前記ビアホール導体用ペーストが充填され、かつ前記上面に前記金属箔が被着形成された前記グリーンシートが表層に配置されるように前記複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を形成する工程と、前記グリーンシート積層体の上側および下側に、前記グリーンシート積層体の積層方向に垂直な方向の焼成収縮を抑制するための焼成収縮抑制シートを重ね合わせて焼成した後に前記焼成収縮抑制シートを取り除く工程とを有することを特徴とする。 The present invention is a method of manufacturing a multilayer circuit board in which a surface wiring layer is formed on the surface of an insulating base composed of a plurality of insulating layers, and via-hole conductors connected to the surface wiring layer are formed inside the insulating base. Forming a plurality of green sheets to be a plurality of insulating layers after firing, forming a through hole in at least the green sheet disposed in the surface layer, and filling the through hole with a via-hole conductor paste; A step of depositing and forming a metal foil at a position covering the through hole on the upper surface of the green sheet disposed in the surface layer, the via hole conductor paste being filled in the through hole, and the metal foil being covered on the upper surface Laminating the plurality of green sheets so that the formed green sheets are arranged on the surface layer to form a green sheet laminate, and the green A step of removing the firing shrinkage suppression sheet after firing by superimposing firing shrinkage suppression sheets for suppressing firing shrinkage in a direction perpendicular to the stacking direction of the green sheet laminate on the upper and lower sides of the sheet laminate It is characterized by having.
また、表層に配置される前記グリーンシートの上面に、一部が前記金属箔と重なるように表面配線層用ペーストを被着形成する工程をさらに有することが好ましい。 Moreover, it is preferable to further include a step of depositing and forming a surface wiring layer paste on the upper surface of the green sheet disposed on the surface layer so as to partially overlap the metal foil.
本発明によれば、焼成収縮抑制シートを用いて多層回路基板を製造するにあたり、少なくとも表層に配置されるグリーンシートの上面の貫通孔(スルーホール)を覆う位置に金属箔を被着形成することで、ビアホール導体用ペーストのX−Y方向への収縮を抑制することができる。これにより、焼成後の絶縁層の貫通孔(スルーホール)壁面とビアホール導体との間に隙間が生じるのを抑制した気密性の高い多層回路基板を実現できる。 According to the present invention, when manufacturing a multilayer circuit board using a firing shrinkage-suppressing sheet, a metal foil is deposited and formed at a position covering at least the through hole (through hole) on the upper surface of the green sheet disposed on the surface layer. Thus, shrinkage of the via-hole conductor paste in the XY direction can be suppressed. Thereby, it is possible to realize a highly airtight multilayer circuit board in which a gap is not generated between the through-hole (through-hole) wall surface of the insulating layer after firing and the via-hole conductor.
また、表層に配置される前記グリーンシートの上面に、一部が前記金属箔と重なるように表面配線層用ペーストを被着形成することにより、表面配線層の界面導電率の低下を抑えた多層回路基板を得ることが可能となる。 In addition, a multilayer that suppresses a decrease in interfacial conductivity of the surface wiring layer by forming a paste for the surface wiring layer so as to partially overlap the metal foil on the upper surface of the green sheet disposed on the surface layer A circuit board can be obtained.
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
図1は本発明の多層回路基板の製造工程中におけるグリーンシート積層体の上側および下側に焼成収縮抑制シートを重ね合わせた状態を示す断面図であり、図2は本発明の多層回路基板の製造工程中におけるグリーンシート積層体上面の表面配線層を示す拡大断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a firing shrinkage suppression sheet is superimposed on the upper side and the lower side of a green sheet laminate in the manufacturing process of the multilayer circuit board of the present invention, and FIG. 2 shows the multilayer circuit board of the present invention. It is an expanded sectional view which shows the surface wiring layer of the green sheet laminated body upper surface in a manufacturing process.
本発明は、複数の絶縁層からなる絶縁基体の表面に表面配線層が形成され、絶縁基体の内部に表面配線層に接続されたビアホール導体が形成された多層回路基板の製造方法である。 The present invention is a method of manufacturing a multilayer circuit board in which a surface wiring layer is formed on the surface of an insulating substrate composed of a plurality of insulating layers, and via-hole conductors connected to the surface wiring layer are formed inside the insulating substrate.
まず、焼成後に絶縁層となる複数のグリーンシート(1a、1b、1c、1d、1e)を形成する。グリーンシート(1a、1b、1c、1d、1e)を形成する原料としては、ガラス粉末30〜80質量%、セラミック粉末20〜70質量%の割合で調合したものを用いることが好ましく、これらの原料を用いれば低温で焼成できるガラスセラミックスからなる絶縁層を形成することができる。 First, a plurality of green sheets (1a, 1b, 1c, 1d, 1e) to be insulating layers after firing are formed. As raw materials for forming the green sheets (1a, 1b, 1c, 1d, 1e), it is preferable to use those prepared at a ratio of 30 to 80% by mass of glass powder and 20 to 70% by mass of ceramic powder. Can be used to form an insulating layer made of glass ceramic that can be fired at a low temperature.
ガラス粉末としては、少なくともSiO2を含み、Al2O3、B2O3、ZnO、PbO、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも1種以上を含有したものであって、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系−MO系(但し、MはCa、Sr、Mg、BaまたはZnを示す)等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ba系ガラス、Pb系ガラス、Bi系ガラス等が挙げられる。これらのガラスとしては、焼成後も非晶質ガラスであるもの、あるいは焼成後に、リチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、エンスタタイト、コ−ジェライト、ムライト、アノ−サイト、セルジアン、スピネル、ガ−ナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、ディオプサイドやその置換誘導体の結晶を少なくとも1種類析出するもののどちらを用いても構わない。 The glass powder contains at least SiO 2 and contains at least one of Al 2 O 3 , B 2 O 3 , ZnO, PbO, alkaline earth metal oxide, and alkali metal oxide. For example, borosilicate glass such as SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system—MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn) , Alkali silicate glass, Ba glass, Pb glass, Bi glass and the like. These glasses are amorphous glass after firing, or after firing, lithium silicate, quartz, cristobalite, enstatite, cordierite, mullite, anosite, serdian, spinel, garnite, willemite. Any one of dolomite, petalite, diopside, and substituted derivatives thereof may be used.
熱膨張係数の高い多層配線基板を得たい場合には、ガラス粉末として、SiをSiO2換算で25〜45質量%、AlをAl2O3換算で10〜25質量%、MgをMgO換算で10〜24質量%、BをB2O3換算で5〜20質量%、ZnをZnO換算で5〜20質量%、およびCaをCaO換算で0.5〜4質量%からなる結晶性ガラスを用いることが好ましい。このような結晶性ガラスは、焼成後にガーナイト(ZnO・Al2O3)、エンスタタイト(MgO・SiO2)等の高熱膨張係数の結晶相が析出するため、高い熱膨張係数を有する多層配線基板を比較的容易に得ることが可能になる。
For obtaining a high multi-layer wiring board having the coefficient of thermal expansion as the glass powder, 25 to 45 wt% of Si in terms of SiO 2, 10 to 25 wt% of Al in
また、セラミック粉末としては、クォーツ、クリストバライト等のSiO2や、Al2O3、ZrO2、コージェライト、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア等が好適に用いられる。これらのうち、高強度化、低コスト化等の点でアルミナが、また高熱膨張化の点でクォーツを用いることが好ましい。 As the ceramic powder, SiO 2 such as quartz and cristobalite, Al 2 O 3 , ZrO 2 , cordierite, mullite, forsterite, enstatite, spinel, magnesia and the like are preferably used. Of these, it is preferable to use alumina from the viewpoint of increasing strength, reducing cost, and quartz from the viewpoint of increasing thermal expansion.
上述した原料粉末を所定量秤量し、さらに有機バインダー、有機溶剤、および所望により可塑剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の周知の成形法によりシート状に成形して厚さ10〜500μmのグリーンシートを作製する。 A predetermined amount of the above-mentioned raw material powder is weighed, and a slurry is prepared by adding an organic binder, an organic solvent, and a plasticizer, if necessary. To form a green sheet having a thickness of 10 to 500 μm.
次に、複数のグリーンシート(1a、1b、1c、1d、1e)のうちの少なくとも表層に配置されるグリーンシート1aに貫通孔を形成する。貫通孔は、レーザー、マイクロドリル、パンチングなどで、直径60〜200μm程度に形成される。 Next, a through-hole is formed in the green sheet 1a arranged on at least the surface layer of the plurality of green sheets (1a, 1b, 1c, 1d, 1e). The through hole is formed with a diameter of about 60 to 200 μm by laser, micro drill, punching or the like.
そして、貫通孔に焼成後にビアホール導体となるビアホール導体用ペースト2を充填する。
The through-hole is filled with a via-
ビアホール導体用ペースト2に用いる金属粉末としては、Cu、Ag、Auなどからなる粉末が低抵抗という点で好ましい。また、金属粉末の焼結開始温度を調節する目的で、アルミナ、シリカ等の無機酸化物でコーティングされた金属粉末を使用してもよい。さらに、ビアホール導体の焼結挙動の調整や、ガラスセラミックスとの接着強度の向上、ビアホール導体とガラスセラミックスとの熱膨張差を低減させるために、ガラス粉末が含まれていてもよく、ガラス粉末としては、ホウケイ酸系ガラス、ホウケイ酸亜鉛系ガラス、およびホウケイ酸鉛系ガラス等を例示できる。特に、800〜1100℃での金属粉末との同時焼成性に優れ、ガラスセラミックスからなる絶縁基体との接着強度を向上させることができるという点で、SiO2−Al2O3−BaO−CaO−B2O3系ガラスが好ましい。また、金属粉末、ガラス粉末以外にも、アルミナ、シリカ等のフィラー成分や、樹脂ビーズ等の有機成分を添加することにより、焼結挙動を調整することも可能である。上記の金属粉末と、必要に応じてガラス粉末を添加し、さらに有機バインダーと、有機溶剤と、所望により分散剤とを加えてビアホール導体用ペースト2を調整する。ビアホール導体用ペースト2の粘度としては、貫通孔への充填性を考慮して、100〜350Pa・sであることが好ましい。
As the metal powder used for the via-
充填法としては、スクリーン印刷等が挙げられるが、特に限定はない。なお、上記貫通孔の形成およびビアホール導体用ペースト2の充填は、表層に配置されるグリーンシート1aに限定されるものではない。
Examples of the filling method include screen printing, but are not particularly limited. The formation of the through holes and the filling of the via-
続いて、多層配線基板の表面配線層3を形成するために、少なくとも表層に配置されるグリーンシート1aの上面の貫通孔(スルーホール)を覆う位置に金属箔31を被着形成するとともに、一部が金属箔31と重なるようにビアホール導体用ペースト2の金属成分と同じ金属成分を含む表面配線層用ペースト32を被着形成する。貫通孔(スルーホール)を覆う位置とは、貫通孔(スルーホール)の2倍の直径までの範囲の領域のことをいう。
Subsequently, in order to form the
ここで、金属箔31は、低抵抗という点でCu、Ag、Au等が好ましく、ビアホール導体用ペースト2に用いられる金属と同じ金属からなる金属箔31を用いることが望ましい。なお、ビアホール導体用ペースト2の金属成分が複数の金属又は合金からなる場合には、複数の金属又は合金を形成する一の金属からなる金属箔31を用いれば良く、その中でも導体用ペースト2に最も多く含まれている金属からなる金属箔31を用いることが最適である。
Here, the
金属箔31の形成方法においては、グリーンシート1aの上面に金属箔31を接着した後に周知のフォトエッチング法等の手法によって所望の回路を形成する方法が知られているが、かかる方法ではエッチング液によってグリーンシートを変質させてしまうため、転写法にて形成することが好ましい。転写法による形成方法としては、まず、高分子材料からなる転写フィルム上に金属箔31を接着した後、この金属箔31の表面に鏡像のレジストを回路パターン状に塗布し、エッチング処理およびレジスト除去を行う。次に、鏡像の配線パターンを形成した転写フィルムを、ビアホール導体用ペースト2の充填された貫通孔を覆う位置に配線パターンを位置合わせして積層圧着した後、転写フィルムを剥がすことにより金属箔31を被着させる。
As a method for forming the
また、一部が金属箔31に重なるように被着形成する表面配線層用ペースト32は、ビアホール導体用ペースト2を形成するのに用いる原料及び作製法により形成すればよい。低抵抗という点でCu、Ag、Au等の金属を用いることが良く、好ましくはビアホール導体用ペースト2に用いられる金属成分と同じ金属成分を含む表面配線層用ペースト32を用いることが良い。ただし、表面配線層用ペースト32に用いる金属粉末の粒径が大きいと、表面配線層用ペースト32中の金属粒子間の空間が大きくなり、焼成後の導体起因の凹凸に大きく影響する。そのため、表面配線層用ペースト32に用いる金属粉末の粒径は小さいことが望ましく、平均粒径が5μm以下であることが好ましい。なお、表面配線層用ペースト32の粘度としては、ぺ−ストの印刷性、ペーストのレベリング性、ペーストを薄く塗布するという観点から、10〜120Pa・s、特に20〜80Pa・s、であることが好ましい。
Further, the surface
このようにして得られたグリーンシートを所定の積層順序にて複数積層し、最外層に金属箔31および表面配線層用ペースト32を被着形成したグリーンシート1aが配されたグリーンシート積層体1を形成する。グリーンシートの積層には、積み重ねられたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。
A plurality of the green sheets thus obtained are laminated in a predetermined lamination order, and the
さらに、図1に示すように、グリーンシート積層体1の上側および下側に、グリーンシート積層体の積層方向に垂直な方向(X−Y方向)の焼成収縮を抑制するための焼成収縮抑制シート5を配置してこれらを重ね合わせる。具体的には、グリーンシート積層体1、焼成収縮抑制シート5を画像認識により位置合わせを行い、剛体プレス法または静水圧プレス法等を適用する。
Further, as shown in FIG. 1, a firing shrinkage suppression sheet for suppressing firing shrinkage in a direction (XY direction) perpendicular to the stacking direction of the green sheet laminate on the upper and lower sides of the
焼成収縮抑制シート5は、グリーンシート積層体1の焼成後には取り除かれるものであって、例えばグリーンシート積層体1の焼成温度では焼結しないセラミック粉末を主成分とするグリーンシートを挙げることができる。具体的には、汎用性があり、安価なアルミナが最も適切である。さらに、多層回路基板の焼成過程においてグリーンシート積層体1と焼成収縮抑制シート5との親和性を高める為に、20質量%以下の範囲でグリーンシートに含まれるガラス粉末と同じガラス粉末を含有しても良い。これにより、収縮抑制効果が更に高まり、より高寸法精度の多層回路基板を得ることができる。この焼成収縮抑制シート5を用い、焼成収縮抑制シート5の焼成収縮開始温度よりも低く、かつグリーンシート積層体1を焼結させる焼成温度でグリーンシート積層体1および焼成収縮抑制シート5を焼成することで、グリーンシート積層体1のX−Y方向への焼成収縮を抑制することができる。
The firing shrinkage suppression sheet 5 is removed after firing the
なお、この焼成収縮抑制シート5としては、焼成収縮しないもの(焼結体)も採用することができる。焼成収縮しないとは、例えばすでに焼結していてもはや焼成収縮しないことをいい、この焼成収縮抑制シート5としてはアルミナ焼結体や結晶化度が99%以上と高く残留ガラスが少ない低温焼結基板や熱伝導性に優れる窒化珪素焼結体、窒化珪素燒結体、カーボン、タングステン焼結体などが挙げられる。この焼成収縮抑制シート5をグリーンシート積層体1に熱分解性に優れるアクリル樹脂などの粘性部材などを用いて貼り合わせることで、グリーンシート積層体1のX−Y方向への焼成収縮を抑制させることができる。
In addition, as this baking shrinkage suppression sheet | seat 5, what does not shrink by baking (sintered body) can also be employ | adopted. “No firing shrinkage” means, for example, that it has already been sintered and no longer shrinks by firing. As this firing shrinkage suppression sheet 5, an alumina sintered body or a low-temperature sintering with a high degree of crystallinity of 99% or more and low residual glass. Examples thereof include a silicon nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, carbon, and a tungsten sintered body having excellent thermal conductivity. By bonding this firing shrinkage suppression sheet 5 to the
そして、重ね合わせたグリーンシート積層体1と焼成収縮抑制シート5とを焼成する焼成工程へと移る。
And it transfers to the baking process which bakes the green sheet laminated
具体的には、有機成分を分解かつ消失させる脱脂処理を行ったあと、本焼成を行う。この本焼成において特に昇温速度の変化や、本焼成温度での保持時間以外に脱脂から本焼成までの中間温度で別途保持することにより、グリーンシート積層体1と焼成収縮抑制シート5がお互いの拘束力を高め、反りやうねりを低減することも可能である。この時の焼成温度は、焼成収縮抑制シート5が、グリーンシート積層体1の焼成温度では焼結しないセラミック粉末を主成分としたグリーンシートの場合は、グリーンシート積層体1の焼成収縮の終了温度以上であって焼成収縮抑制シート5の焼成収縮の開始温度未満であることが好ましい。また、焼成収縮抑制シート5が焼結体の場合であっても、グリーンシートの場合ほどの制約はないが、グリーンシート積層体1の焼成収縮の終了温度以上であって焼成収縮抑制シート5の焼成収縮の開始温度未満であることが好ましい。
Specifically, after performing a degreasing treatment for decomposing and eliminating organic components, the main baking is performed. In this main baking, the
なお、ここでいう焼成収縮の開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、0.3%体積収縮するときの温度で定義されるものである。また、ここでいう焼成収縮の終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し90%以上収縮したときの温度をいう。体積収縮は、それぞれを単独でプレス成形し、TMA(熱機械分析)により決定されるものである。このとき、それぞれは等方的に収縮するものとし、TMAの線収縮から体積収縮に換算する。 Here, the firing shrinkage start temperature is defined as the temperature at which the volume shrinks by 0.3% when the target material is fired alone. The term “firing shrinkage end temperature” as used herein refers to a temperature at which the shrinkage amount is 90% or more with respect to the shrinkage amount from the state before firing to the state after firing. The volume shrinkage is determined by TMA (thermomechanical analysis) by press-molding each independently. At this time, each contracts isotropically and is converted from volumetric shrinkage of TMA to volume shrinkage.
焼成に先立って、所望によりグリーンシート積層体1を100〜800℃、特に400〜750℃で加熱処理して内部の有機成分を分解除去するのがよい。また、800〜1000℃、特に850〜950℃で同時焼成するのが、十分に焼結させるとともに過焼結を防止するという点で好ましい。このとき、ビアホール導体用ペースト中の金属粉末としてCuを用いる場合は、Cuの酸化を防止するという観点から、窒素雰囲気中で焼成を行うのが好ましい。
Prior to firing, the
このようにして焼成工程が終了した後、通常は焼成後の多層回路基板の上面および下面に残留した焼成収縮抑制シート5は超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト等の手法により除去され、多層回路基板を得ることができる。 After the firing step is completed in this manner, the firing shrinkage suppression sheet 5 remaining on the upper and lower surfaces of the multilayer circuit board after firing is usually subjected to ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting, etc. A multilayer circuit board can be obtained by removing by a technique.
このように、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、表面配線層3における貫通孔を覆う位置が金属箔で形成されていることから、焼成時にビアホール導体用ペースト2中の金属分子と、金属箔31の金属分子がネッキングする。そして、金属箔31は焼成収縮しないため、金属箔31の金属分子とネッキングしたビアホール導体中の金属分子は、X−Y方向へ動くことができず、その結果ビアホール導体はX−Y方向への収縮を抑制される。その結果、焼成後の絶縁層に形成された貫通孔(スルーホール)壁面とビアホール導体との間に剥離がなく、気密性の高い多層回路基板を得ることができる。特に金属箔31をビアホール導体用ペースト2に含まれる一の金属により形成したものを用いれば、ビアホール導体用ペースト2中の金属分子と、金属箔31の金属分子がよりネッキングし易くなり好ましい。
Thus, according to the method for manufacturing a multilayer circuit board of the present invention, since the position covering the through hole in the
また、本発明により得られた多層回路基板の表面配線層は、金属箔31と、一部が金属箔31と電気的に接続された表面配線部とからなるため、表面配線層全体の界面導電率が大きく低下することを防止できる。
Further, the surface wiring layer of the multilayer circuit board obtained by the present invention is composed of the
なお、本実施形態では、多層回路基板の表面配線層が金属箔31と、一部が金属箔31と電気的に接続された表面配線部とからなるものを説明したが、要求特性上、表面配線層の界面導電率が問題とならない場合には、表面配線層を金属箔31のみにより形成しても構わない。
In the present embodiment, the surface wiring layer of the multilayer circuit board has been described as being composed of the
次のようにして、貫通孔(スルーホール)壁面とビアホール導体との間の隙間の有無を評価するセパレーション評価基板と、界面導電率評価基板を作製した。セパレーション評価基板は、幅30mm×30mm、厚み330μmの絶縁層が積層され、基板中央部に直径90μmのビアホール導体を、500μm間隔で5行×5列の計25個配置し、各ビアホール導体上には直径125μmのランドを形成したものである。界面導電率評価基板は、幅50mm×50mm、厚み200μmの絶縁基板を積層し、層間に直径40mmの配線層を具備したものである。以下に作製方法を示す。 A separation evaluation board for evaluating the presence or absence of a gap between the through hole (through hole) wall surface and the via hole conductor and an interface conductivity evaluation board were produced as follows. The separation evaluation board has an insulating layer having a width of 30 mm × 30 mm and a thickness of 330 μm, and a total of 25 via-hole conductors with a diameter of 90 μm are arranged in the center of the board in 5 rows × 5 columns at intervals of 500 μm. Is a land having a diameter of 125 μm. The interfacial conductivity evaluation substrate is a laminate in which an insulating substrate having a width of 50 mm × 50 mm and a thickness of 200 μm is laminated and a wiring layer having a diameter of 40 mm is provided between the layers. A manufacturing method will be described below.
まず、焼成後に絶縁層となるグリーンシートを作製した。SiO2が35.9質量%、B2O3が12質量%、Al2O3が6.6質量%、MgOが17.5質量%、CaOが2.5質量%、ZnOが14.4質量%を含むガラス粉末と、クォーツ粉末、およびCaZrO3粉末を準備し、これらをガラス58.7質量%、クォーツ粉末を36.5質量%、CaZrO2粉末を4.8質量%秤量し、有機バインダーを添加して、ガラスセラミック組成物を作製した。上記原料粉末に、有機バインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてジオクチルフタレート、溶媒としてトルエンを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形し、200mmSQ、厚さが125μmと300μmのグリーンシートを作製した。 First, a green sheet serving as an insulating layer after firing was produced. SiO 2 is 35.9 mass%, B 2 O 3 is 12 mass%, Al 2 O 3 is 6.6 mass%, MgO is 17.5 mass%, CaO is 2.5 mass%, ZnO is 14.4 mass%. A glass powder containing 5% by mass, a quartz powder, and a CaZrO 3 powder were prepared. These were weighed 58.7% by mass of glass, 36.5% by mass of quartz powder, and 4.8% by mass of CaZrO 2 powder. A glass ceramic composition was prepared by adding a binder. Using the slurry prepared by adding acrylic resin as organic binder, dioctyl phthalate as plasticizer, and toluene as solvent to the above raw material powder, it is molded by the doctor blade method to produce green sheets with 200mmSQ and thickness of 125μm and 300μm did.
ここで、厚み125μmのグリーンシートには、パンチングにより直径90μmの貫通孔を設けた。 Here, a through hole having a diameter of 90 μm was provided in a green sheet having a thickness of 125 μm by punching.
次に、ビアホール導体用ペーストを作製した。銅粉末100質量%に対して、SiO2−Al2O3−BaO−CaO−B2O3系ガラスを18質量%添加し、また有機バインダーとしてアクリル樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液(質量比で80:20)を添加、混練して、ビアホール導体用ペーストを作製した。作製したビアホール導体用ペーストを先ほど設けた貫通孔に、スクリーン印刷法により充填した。 Next, a via-hole conductor paste was prepared. 18% by mass of SiO 2 —Al 2 O 3 —BaO—CaO—B 2 O 3 glass is added to 100% by mass of copper powder, acrylic resin is used as an organic binder, and terpineol and dibutyl phthalate are mixed as a solvent. A solution (80:20 by mass ratio) was added and kneaded to prepare a via-hole conductor paste. The prepared via-hole conductor paste was filled into the through-holes provided earlier by screen printing.
続いて、高分子フィルムに、純度99.5%以上の銅箔を接着し、エッチングを行った後、配線パターンを形成し、転写シートを作製した。配線パターンとしては、2種類作製し、一つは直径125μmのランドパターン、もう一つは直径40mmのベタパターンとした。 Subsequently, a copper foil having a purity of 99.5% or more was adhered to the polymer film, and after etching, a wiring pattern was formed to prepare a transfer sheet. Two types of wiring patterns were prepared, one with a land pattern with a diameter of 125 μm and the other with a solid pattern with a diameter of 40 mm.
次に、グリーンシートに対して位置合わせを行いながら、転写シートを積層し、60℃、3MPaで熱圧着した。続いて転写シートを剥がした。 Next, while aligning the green sheet, the transfer sheet was laminated and thermocompression bonded at 60 ° C. and 3 MPa. Subsequently, the transfer sheet was peeled off.
続いて、表面配線層におけるその他の領域となる表面配線層用ペーストを作製した。銅粉末100質量%に対して、SiO2−Al2O3−BaO−CaO−B2O3系ガラスを4質量%添加し、また有機バインダーとしてアクリル樹脂を、溶媒としてテルピネオールとジブチルフタレートの混合溶液(質量比で80:20)を添加、混練して、表面配線層用ペーストを作製した。得られた表面配線層用ペーストを、スクリーン印刷法により、印刷した。ビアホール導体の直上にランドパターンとして直径125μmのパターンを印刷した。また、厚み300μmのグリーンシートには、直径40mmのベタパターンを印刷した。 Subsequently, a paste for the surface wiring layer, which is another region in the surface wiring layer, was produced. 4% by mass of SiO 2 —Al 2 O 3 —BaO—CaO—B 2 O 3 glass is added to 100% by mass of copper powder, acrylic resin is used as an organic binder, and terpineol and dibutyl phthalate are mixed as a solvent. A solution (80:20 by mass ratio) was added and kneaded to prepare a surface wiring layer paste. The obtained surface wiring layer paste was printed by a screen printing method. A pattern having a diameter of 125 μm was printed as a land pattern directly on the via-hole conductor. A solid pattern with a diameter of 40 mm was printed on a green sheet having a thickness of 300 μm.
このようにして得られたグリーンシートを用い、グリーンシート積層体を作製した。セパレーション評価基板では、グリーンシートを4枚準備し、グリーンシート間に接着剤を均一に塗布し、45℃、4MPaの条件で加圧積層を行った。また、界面導電率評価基板は、直径40mmのベタパターンを配したグリーンシートと、パターンのないグリーンシートを用意し、グリーンシートでパターンを挟み込むように積層した。積層条件はセパレーション評価基板と同様とした。 A green sheet laminate was produced using the green sheet thus obtained. In the separation evaluation substrate, four green sheets were prepared, an adhesive was uniformly applied between the green sheets, and pressure lamination was performed under conditions of 45 ° C. and 4 MPa. In addition, as the interfacial conductivity evaluation substrate, a green sheet having a solid pattern with a diameter of 40 mm and a green sheet without a pattern were prepared and laminated so that the pattern was sandwiched between the green sheets. The lamination conditions were the same as those for the separation evaluation substrate.
次に焼成収縮抑制シートとして、アルミナ粉末96.2質量%に、前記グリーンシート中のガラス成分と同じガラスを3.8質量%秤量し、有機バインダーを添加して、無機材料組成物を作製した。その後、前記グリーンシートと同様にして、200mmSQ、厚さ250μmの焼成収縮抑制シートを作製した。その後、グリーンシート積層体の上側および下側に前記収縮抑制シートを45℃、5MPaで加圧積層し、積層体を得た。 Next, 3.8% by mass of the same glass component as the glass component in the green sheet was weighed into 96.2% by mass of alumina powder as a firing shrinkage suppression sheet, and an organic binder was added to prepare an inorganic material composition. . Thereafter, in the same manner as the green sheet, a firing shrinkage suppression sheet having a thickness of 200 mmSQ and a thickness of 250 μm was produced. Thereafter, the shrinkage suppression sheet was pressure laminated at 45 ° C. and 5 MPa on the upper and lower sides of the green sheet laminate to obtain a laminate.
続いて、これらの積層体をAl2O3の台板上に載置して有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中、750℃で加熱処理し、次に窒素雰囲気中、900℃で1時間焼成を行った。 Subsequently, these laminates are placed on an Al 2 O 3 base plate and subjected to heat treatment at 750 ° C. in a nitrogen atmosphere in order to decompose and remove organic components such as an organic binder, and then in a nitrogen atmosphere. And calcination at 900 ° C. for 1 hour.
得られたセパレーション評価基板を蛍光浸透探傷液に浸し、デシケーター内で1×10−2Paの圧力になるまで真空引きした状態で2時間保持した後、水道水で洗浄した。ビアホール導体部を、基板表面から基板の積層方向に50μm程度研磨して、スルーホール内部への蛍光浸透探傷液の侵入の有無(発光の有無)を評価した。評価は研磨後の基板を蛍光顕微鏡で観察し、25個のビアホール導体において1箇所以上蛍光部の認められるスルーホールがある試料(表中有)は不良品、0箇所の試料(表中無)は良品とした。 The obtained separation evaluation substrate was immersed in a fluorescent penetrant flaw detection liquid, kept in a desiccator for 2 hours in a vacuumed state until reaching a pressure of 1 × 10 −2 Pa, and then washed with tap water. The via-hole conductor portion was polished by about 50 μm from the substrate surface in the substrate stacking direction, and the presence / absence of penetration of the fluorescent penetrating flaw detection liquid into the through-hole (presence / absence of light emission) was evaluated. Evaluation is made by observing the polished substrate with a fluorescence microscope, and in the 25 via-hole conductors, a sample with a through hole in which one or more fluorescent portions are recognized (present in the table) is a defective product, and zero sample (not in the table) Was a good product.
また、界面導電率の測定は、特開2000−46756号公報に開示されている方法を用いて、測定周波数10GHzの条件で行った。具体的には、ネットワークアナライザーを用い、円柱共振器法で行った。ここで、界面導電率が50%以上のものを良品とした。なお、界面導電率は、銅の導電率5.8×107/Ω・mで規格化してある。
表面配線層における貫通孔(ビアホール導体)を覆う位置(ランド)、表面配線層におけるその他の領域ともに銅箔で形成した試料No.4は、蛍光探傷液の発光は見られず、ビアホール導体のX−Y方向への収縮を抑えることができ、スルーホール壁面とビアホール導体の間にセパレーションが発生していないことが確認できた。 Sample No. 2 formed with copper foil in both the position (land) covering the through hole (via hole conductor) in the surface wiring layer and the other regions in the surface wiring layer. No. 4 showed no light emission from the fluorescent flaw detection solution, could suppress the shrinkage of the via-hole conductor in the XY direction, and confirmed that no separation occurred between the through-hole wall surface and the via-hole conductor.
そして、表面配線層における貫通孔(ビアホール導体)を覆う位置(ランド)に銅箔を用い、表面配線層におけるその他の領域に導体ペーストを用いた試料No.3は、蛍光探傷液の発光は見られず、セパレーションの発生はなかったことに加え、界面導電率が86%と高い値を示すことも確認できた。 Then, a sample No. using a copper foil at a position (land) covering the through-hole (via-hole conductor) in the surface wiring layer and a conductor paste in other regions in the surface wiring layer. No. 3 showed no light emission from the fluorescent flaw detection liquid, no separation was generated, and it was confirmed that the interface conductivity was as high as 86%.
これに対し、表面配線層における貫通孔(ビアホール導体)を覆う位置(ランド)、表面配線層におけるその他の領域ともに導体ペーストで形成した試料No.1は、界面導電率は85%と高かったが、蛍光探傷液の発光が見られた。ビアホール導体に収縮抑制効果が及ばないために、スルーホール壁面とビアホール導体の間にセパレーションが発生したことによる。 On the other hand, both the position (land) covering the through-hole (via-hole conductor) in the surface wiring layer and the other regions in the surface wiring layer were sample No. In No. 1, the interface conductivity was as high as 85%, but light emission from the fluorescent flaw detection liquid was observed. This is due to the occurrence of separation between the wall surface of the through-hole and the via-hole conductor because the via-hole conductor does not have a shrinkage suppressing effect.
また、表面配線層における貫通孔(ビアホール導体)を覆う位置(ランド)を導体ペースト、表面配線層におけるその他の領域を銅箔で形成した試料No.2は、蛍光探傷液の発光が見られ、セパレーションが発生するとともに、銅箔を粗化したことによって界面導電率は44%と低いことが確認された。 Further, a sample No. 1 in which the position (land) covering the through hole (via hole conductor) in the surface wiring layer was formed with a conductor paste, and the other region in the surface wiring layer was formed with a copper foil. In No. 2, light emission from the fluorescent flaw detection liquid was observed, separation occurred, and it was confirmed that the interface conductivity was as low as 44% by roughening the copper foil.
1・・・グリーンシート積層体
1a〜1e・・・グリーンシート
2・・・ビアホール導体用ペースト
3・・・表面配線層
31・・・金属箔
32・・・表面配線層用ペースト
4・・・内部配線層
5・・・焼成収縮抑制シート
DESCRIPTION OF
Claims (2)
焼成後に複数の絶縁層となる複数のグリーンシートを形成する工程と、
少なくとも表層に配置されるグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔にビアホール導体用ペーストを充填する工程と、
少なくとも表層に配置される前記グリーンシートの上面の前記貫通孔を覆う位置に金属箔を被着形成する工程と、
前記貫通孔に前記ビアホール導体用ペーストが充填され、かつ前記上面に前記金属箔が被着形成された前記グリーンシートが表層に配置されるように前記複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を形成する工程と、
前記グリーンシート積層体の上側および下側に、前記グリーンシート積層体の積層方向に垂直な方向の焼成収縮を抑制するための焼成収縮抑制シートを重ね合わせて焼成した後に前記焼成収縮抑制シートを取り除く工程と
を有することを特徴とする多層回路基板の製造方法。 A surface wiring layer is formed on the surface of an insulating substrate composed of a plurality of insulating layers, and a manufacturing method of a multilayer circuit board in which a via-hole conductor connected to the surface wiring layer is formed inside the insulating substrate,
Forming a plurality of green sheets to be a plurality of insulating layers after firing;
Forming a through hole in at least the green sheet disposed in the surface layer, and filling the through hole with a via-hole conductor paste;
A step of depositing and forming a metal foil at a position covering the through hole on the upper surface of the green sheet disposed at least on the surface layer;
The green sheet laminate is formed by laminating the plurality of green sheets so that the green sheet having the via hole filled with the via hole conductor paste and the metal foil deposited on the upper surface is disposed on a surface layer. Forming a step;
A firing shrinkage suppression sheet for suppressing firing shrinkage in a direction perpendicular to the stacking direction of the green sheet laminate is superimposed and fired on the upper and lower sides of the green sheet laminate, and then the firing shrinkage suppression sheet is removed. A process for producing a multilayer circuit board.
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