JP2008235911A - 低温焼成セラミック回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】拘束焼成法で低温焼成セラミック回路基板を製造する場合に、ワイヤボンディング性等の電気的特性を損なわずに、生産性を向上させる。
【解決手段】 最外層に導体ペーストで印刷されたワイヤボンディングパッド用の導体１５、１６を有する焼成前の低温焼成セラミック基板１１を、導体１５、１６と同時焼成し、焼成後、拘束焼成用グリーンシート１８の残存物を取り除くことによって荒れたワイヤボンディングパッド用の導体１５、１６の表面にめっき被膜２０、２１を形成してワイヤボンディングパッド２４，２５を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる拘束焼成法で焼成する低温焼成セラミック回路基板及びその製造方法に関するものである。

近年、低温焼成セラミック基板を焼成する際に、基板の面方向の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる焼成法として、拘束焼成法が開発されている。この拘束焼成法では、焼成前の低温焼成セラミック基板の両面に、８００〜１０００℃では焼結しない拘束焼成用アルミナグリーンシートを圧着し、この状態で、該低温焼成セラミック基板を加圧しながら（又は加圧しないで）、８００〜１０００℃で焼成した後、該低温焼成セラミック基板の両面から拘束焼成用アルミナグリーンシートの残存物を研磨して取り除いて低温焼成セラミック基板を製造する。

一般に、低温焼成セラミック基板の最外層には、金線用のワイヤボンディングパッド、アルミ線用のワイヤボンディングパッド、厚膜抵抗体接続ターミナル等の表層導体が導体ペーストで印刷・焼成されている。金線用のワイヤボンディングパッドは、半導体チップを金線で接続するのに用い、アルミ線用のワイヤボンディングパッドは、低温焼成セラミック基板をアルミ線で外部基板に接続するのに用い、厚膜抵抗体接続ターミナルは、厚膜抵抗体を接続するのに用いる。
これらの表層導体の形成方法は、低温焼成セラミック基板と同時焼成する同時焼成法と、基板焼成後に印刷焼成する後付け焼成法の２通りがある。

基板両面に拘束焼成用アルミナグリーンシートを圧着せずに焼成する通常の焼成法では、ワイヤボンディングパッド等の表層導体を同時焼成法と後付け焼成法のいずれでも形成できるが、基板寸法精度が悪いという欠点がある。

一方、拘束焼成法では、基板寸法精度が良いという利点がある反面、ワイヤボンディングパッド等の表層導体を同時焼成できないと考えられていた。その理由は、拘束焼成法でワイヤボンディングパッドを同時焼成すると、ワイヤボンディングパッドの表面に拘束焼成用アルミナグリーンシートを圧着した跡が残ったり、焼成後に拘束焼成用アルミナグリーンシートの残存物を研磨して取り除く際に、ワイヤボンディングパッドの表面も研磨されて荒れてしまい、ワイヤボンディング性が悪くなるためである。そのため、従来の拘束焼成法では、図３に示すように、ワイヤボンディングパッド等の表層導体を後付け焼成法で形成するようにしている。その際、金線用のワイヤボンディングパッドは、金線の接続に適したＡｕ導体ペーストで形成し、アルミ線用のワイヤボンディングパッドは、アルミ線の接続に適したＡｇ／Ｐｄ導体ペーストで形成し、厚膜抵抗体接続ターミナルは、Ａｇ又はＡｇ／Ｐｄ導体ペーストで形成するようにしている。

従来の拘束焼成法では、図３に示すように、金線用のワイヤボンディングパッドとアルミ線用のワイヤボンディングパッドとをそれぞれ別の導体で別々に後付け焼成し、場合によっては、厚膜抵抗体接続ターミナルも別の導体で後付け焼成するため、後付け焼成の回数が多くなり、生産性が低下して、生産コストが高くつくという欠点があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、拘束焼成法で低温焼成セラミック回路基板を製造する場合に、ワイヤボンディング性等の電気的特性を損なわずに、生産性向上、生産コスト低減を実現できる低温焼成セラミック回路基板及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、拘束焼成法で低温焼成セラミック基板を焼成する際に、焼成前の低温焼成セラミック基板の最外層に、導体ペースト（例えばＡｇ系導体ペースト）でワイヤボンディングパッド用の導体（例えばＡｇ系導体）を印刷して、この導体（例えばＡｇ系導体）を拘束焼成法で低温焼成セラミック基板と同時焼成し、焼成後、低温焼成セラミック基板の両面から拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除いた後、ワイヤボンディングパッド用の導体（例えばＡｇ系導体）の表面にめっき被膜を形成してワイヤボンディングパッドを形成する（請求項１，７）。

つまり、本発明の特徴は、(1)拘束焼成法でワイヤボンディングパッドの導体を基板と同時焼成すること、(2)ワイヤボンディングパッド用の導体の表面にめっき被膜を形成することである。このように、ワイヤボンディングパッド用の導体の表面に、ワイヤボンディング性の良いめっき被膜を形成すれば、たとえ、導体の表面が拘束焼成、研磨で荒れていても、その表面を覆うめっき被膜によって良好なワイヤボンディング性を確保できる。これにより、拘束焼成法でもワイヤボンディングパッドの導体の同時焼成が可能になる。

この場合、めっき被膜は、金線、アルミ線のいずれに対しても良好なワイヤボンディング性を示すため、金線用のワイヤボンディングパッドとアルミ線用のワイヤボンディングパッドとを異なる導体で形成する必要がなく、両者を同じ導体で同時に形成することが可能となり、印刷工程が１回で済む（請求項４，１０）。

また、ワイヤボンディングパッド用の導体とアルミ線ワイヤボンディングパッド用の導体を印刷する工程で、同じ導体ペーストを用いて厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体を印刷して、これらの導体を低温焼成セラミック基板と同時焼成しても良い。その際、厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面には、めっき被膜を形成せずに厚膜抵抗体を直接接続するようにしても良い（請求項５，１０）。つまり、厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面が拘束焼成、研磨で荒れていても、この導体と厚膜抵抗体との密着面積を十分に確保できるため、良好な接続性を確保できる。従って、厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面には、めっき被膜を形成する必要がなく、その分、めっき処理のコストを低減できる。

また、請求項６，１１のように、ワイヤボンディングパッド用の導体の表面に形成されるめっき被膜を、Ｎｉ／Ａｕ被膜とした場合、良好なワイヤボンディング性を確保することが可能になる。

以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１，７によれば、焼成前の低温焼成セラミック基板の最外層に導体ペーストでワイヤボンディングパッド用の導体を印刷して、この導体を拘束焼成法で低温焼成セラミック基板と同時焼成し、焼成後、低温焼成セラミック基板の両面から拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除いた後、ワイヤボンディングパッド用の導体の表面にめっき被膜を形成してワイヤボンディングパッドを形成するようにしたので、ワイヤボンディングパッドを後付け焼成する必要がなく、ワイヤボンディング性を損なわずに、生産性を向上でき、生産コストを低減することができる。

また、請求項４，１０では、金線用のワイヤボンディングパッドとアルミ線用のワイヤボンディングパッドとをそれぞれ別の導体で別々に後付け焼成する必要がなく、工程数を大幅に削減することができる。

また、請求項５，１０では、ワイヤボンディングパッド用の導体を印刷する工程で、厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体を印刷して、これらの導体を低温焼成セラミック基板と同時焼成するようにしたので、厚膜抵抗体接続ターミナルを後付け焼成する必要がなく、その分、工程数を削減することができる。しかも、厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面には、めっき被膜を形成しないので、めっき処理のコストも低減できる。

また、請求項６，１１のように、ワイヤボンディングパッド用の導体の表面に形成されるめっき被膜を、Ｎｉ／Ａｕ被膜とすることにより、良好なワイヤボンディング性を確保することができる。

以下、本発明を具体化した低温焼成セラミック回路基板の構成例及びその製造方法を図１及び図２に基づいて説明する。

低温焼成セラミック層１１は、ＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラス粉末：５０〜６５重量％（好ましくは６０重量％）とＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末：５０〜３５重量％（好ましくは４０重量％）との混合物からなるグリーンシートにより形成されている。ここで、低温焼成セラミックは、上記の系の他に、ＭｇＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系のガラス粉末とＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末との混合物、又は、ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系のガラス粉末とＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末との混合物等、８００〜１０００℃で焼成できるセラミックを用いれば良い。

各低温焼成セラミック層１１（グリーンシート）の所定位置には、ビアホール１２を形成し、各層のビアホール１２には、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ等の電気抵抗値の小さい低融点金属のペーストを充填してビア導体１３を形成する。各層の低温焼成セラミック層１１を積層する前に、最上層の低温焼成セラミック層１１を除く、各層の低温焼成セラミック層１１の上面には、上記低融点金属の導体ペーストで内層配線パターン１４をスクリーン印刷する。

更に、最上層の低温焼成セラミック層１１の上面には、Ａｇ系導体ペーストで金線ワイヤボンディングパッド用のＡｇ系導体１５とアルミ線ワイヤボンディングパッド用のＡｇ系導体１６をスクリーン印刷し、最下層の低温焼成セラミック層１１の下面には、同じＡｇ系導体ペーストを用いて厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体１７をスクリーン印刷する。ここで、Ａｇ系導体１５〜１７は、Ａｇを主として含む導体であり、Ａｇが１００％でも良く、勿論、微量の不純物や少量の他の低融点金属を含んでいても良い。尚、このＡｇ系導体ペーストを用いて、パッドや厚膜抵抗体接続ターミナルの他に、表層配線パターン等の他の表層導体も印刷しても良い。

印刷工程終了後、各層の低温焼成セラミック層１１（グリーンシート）を積層して生基板１０を作り、これを例えば８０〜１５０℃、５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ² の条件で加熱圧着して一体化する。更に、図１（ａ）に示すように、生基板１０の両面に、拘束焼成用のアルミナグリーンシート１８を重ね合わせて、上述と同様の方法で加熱圧着する。尚、各層の低温焼成セラミック層１１とアルミナグリーンシート１８とを同時に積層して加熱圧着しても良い。

この後、２枚のアルミナグリーンシート１８間に挟まれた生基板１０を、例えば２０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の圧力で加圧しながら８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で拘束焼成して、低温焼成セラミック基板１０、ビア導体１３、内層配線パターン１４及び最外層のＡｇ系導体１５〜１７を同時焼成する。この場合、低温焼成セラミック基板１０の両面に積層されたアルミナグリーンシート１８は、１５５０〜１６００℃まで加熱しないと焼結しないので、８００〜１０００℃で焼成すれば、アルミナグリーンシート１８は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、アルミナグリーンシート１８中のバインダーが飛散してアルミナ粉体として残る。焼成後、低温焼成セラミック基板１０の両面に残ったアルミナグリーンシート１８の残存物（アルミナ粉体）を研磨等により除去する。

この後、厚膜抵抗体２２の後付け焼成を次のようにして行う。まず、ＲｕＯ₂とＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラスとの混合物よりなる厚膜抵抗体ペーストを用いて、低温焼成セラミック基板１０の下面に厚膜抵抗体２２を印刷して、厚膜抵抗体２２の両端部を接続ターミナル用のＡｇ系導体１７上に重ね合わせる。その後、ＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラスよりなるオーバーコート２３も印刷する。印刷後、厚膜抵抗体２２とオーバーコート２３を例えば９００℃で同時焼成する。

厚膜抵抗体２２の後付け焼成後、図１（ｂ）に示すように、金線・アルミ線ワイヤボンディングパッド用のＡｇ系導体１５，１６の表面に無電解めっき法でＮｉ／Ａｕめっき被膜２０，２１を次のようにして形成する。まず、Ａｇ系導体１５，１６の表面をＰｄ触媒で活性化した後、Ｎｉ無電解めっきによりＡｇ系導体１５，１６の表面に例えば３μｍ膜厚のＮｉめっき被膜２０を形成する。この後、置換型Ａｕ無電解めっき液を用いてＮｉめっき被膜２０の表面に例えば０．０５μｍ膜厚のＡｕめっき被膜２１を形成して、金線・アルミ線用の各ワイヤボンディングパッド２４，２５に形成する。

尚、Ｎｉ／Ａｕめっき被膜２０，２１を形成するめっき工程は、厚膜抵抗体２２の後付け焼成工程の前に行っても良い。

以上説明した本実施形態の製造方法で製造した低温焼成セラミック回路基板の金線・アルミ線用の各ワイヤボンディングパッド２４，２５に、金線、アルミ線をボンディングし、５０００本の金線と１００本のアルミ線について不良率を測定したところ、いずれも不良率は０％であった。また、温度サイクル（−４０℃〜１５０℃、１００サイクル）経過後の抵抗値変動を測定したところ、抵抗値変動は１％未満であった。この試験結果により、本実施形態の製造方法でも、ワイヤボンディング性と温度サイクルに対する信頼性が十分に良好であることが確認された。

本実施形態の特徴は、(1)拘束焼成法でワイヤボンディングパッド２４，２５の導体１５，１６を基板１０と同時焼成すること、(2)ワイヤボンディングパッド２４，２５の導体１５，１６の表面にＮｉ／Ａｕめっき被膜２０，２１を形成することである。このように、ワイヤボンディングパッド用のＡｇ系導体１５，１６の表面に、ワイヤボンディング性の良いＮｉ／Ａｕめっき被膜２０，２１を形成すれば、たとえ、Ａｇ系導体１５，１６の表面が拘束焼成、研磨で荒れていても、その表面を覆うＮｉ／Ａｕめっき被膜２０，２１によって良好なワイヤボンディング性を確保できる。これにより、拘束焼成法でもワイヤボンディングパッド２４，２５の導体１５，１６の同時焼成が可能になる共に、ワイヤボンディングパッド２４，２５の導体１５，１６として、従来の導体（Ａｕ導体等）よりも安価なＡｇ系導体を用いることが可能となり、導体コストも低減することができる。

しかも、Ｎｉ／Ａｕめっき被膜２０，２１は、金線、アルミ線のいずれに対しても良好なワイヤボンディング性を示すため、金線用のワイヤボンディングパッド２４とアルミ線用のワイヤボンディングパッド２５とを異なる導体で形成する必要がなく、両者を同じＡｇ系導体で形成することが可能となり、印刷工程が１回で済む。

更に、ワイヤボンディングパッド２４，２５のＡｇ系導体１５，１６を印刷する工程で、同じＡｇ系導体ペーストを用いて厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体１７を印刷するので、厚膜抵抗体接続ターミナルも後付け焼成する必要がない。

この厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体１７の表面には、Ｎｉ／Ａｕめっき被膜を形成する必要がない。これは、厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体１７の表面が拘束焼成、研磨で荒れていても、このＡｇ系導体１７と厚膜抵抗体２２との密着面積を十分に確保できるため、良好な接続性を確保できるからである。但し、厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体１７の表面にも、Ｎｉ／Ａｕめっき被膜を形成しても良い。

尚、図１の構成例では、ワイヤボンディングパッド２４，２５と厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体１７とを互いに基板１０の反対側の面に形成したが、これらを同じ面に形成しても良い。

また、本実施形態では、拘束焼成で、基板１０を加圧しながら焼成したが、加圧せずに焼成しても良い。この場合でも、基板１０の両面に圧着した拘束焼成用のアルミナグリーンシート１８によって基板１０の焼成収縮量を少なくする効果が得られる。

本発明によれば、ワイヤボンディングパッドを後付け焼成する必要がなく、ワイヤボンディング性を損なわずに、効率よく低温焼成セラミック回路基板を得ることが可能になる。
したがって、本発明はセラミック回路基板及びその製造に関する分野に広く利用することができる。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態における低温焼成セラミック回路基板の製造方法を説明する部分拡大縦断面図 本発明の一実施形態における低温焼成セラミック回路基板の製造工程を示す工程フローチャート 従来の低温焼成セラミック回路基板の製造工程を示す工程フローチャート

符号の説明

１０…低温焼成セラミック基板、１１…低温焼成セラミック層、１３…ビア導体、１４…内層配線パターン、１５…金線ワイヤボンディングパッド用のＡｇ系導体、１６…アルミ線ワイヤボンディングパッド用のＡｇ系導体、１７…厚膜抵抗体接続ターミナル用のＡｇ系導体、１８…拘束焼成用のアルミナグリーンシート、２０…Ｎｉめっき被膜、２１…Ａｕめっき被膜、２２…厚膜抵抗体、２３…オーバーコート、２４…金線用ワイヤボンディングパッド、２５…アルミ線用ワイヤボンディングパッド。

Claims (11)

1. 焼成前の低温焼成セラミック基板の両面に８００〜１０００℃では焼結しない拘束焼成用グリーンシートを圧着した状態で、該低温焼成セラミック基板を８００〜１０００℃で焼成した後、該低温焼成セラミック基板の両面から前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除いて製造した低温焼成セラミック回路基板において、
   前記低温焼成セラミック基板の最外層に導体ペーストで印刷されて該低温焼成セラミック基板と同時焼成されたワイヤボンディングパッド用の導体と、前記残存物を取り除くことによって荒れた前記ワイヤボンディングパッド用の導体の表面に形成されためっき被膜とを備えたワイヤボンディングパッドを有していること、
   を特徴とする低温焼成セラミック回路基板。
2. 焼成前の低温焼成セラミック基板の両面に８００〜１０００℃では焼結しない拘束焼成用グリーンシートを圧着した状態で、該低温焼成セラミック基板を８００〜１０００℃で焼成した後、該低温焼成セラミック基板の両面から前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除いて製造した低温焼成セラミック回路基板において、
   前記低温焼成セラミック基板の最外層に導体ペーストで印刷されて該低温焼成セラミック基板と同時焼成された厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体と、前記残存物を取り除くことによって荒れた前記厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面に形成された厚膜抵抗体とを備えていること、
   を特徴とする低温焼成セラミック回路基板。
3. 前記低温焼成セラミック基板の最外層に、さらに、導体ペーストで印刷されて該低温焼成セラミック基板と同時焼成された厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体と、前記残存物を取り除くことによって荒れた前記厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面に形成された厚膜抵抗体を備えていること、
   を特徴とする請求項１に記載の低温焼成セラミック回路基板。
4. 前記ワイヤボンディングパッドは、金線用のワイヤボンディングパッドとアルミ線用のワイヤボンディングパッドとが形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の低温焼成セラミック回路基板。
5. 前記低温焼成セラミック基板の最外層に前記導体ペーストで印刷されて該低温焼成セラミック基板と同時焼成された厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体を備え、該厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面には、めっき被膜を形成せずに厚膜抵抗体を直接接続することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の低温焼成セラミック回路基板。
6. 前記めっき被膜が、Ｎｉ／Ａｕ被膜であることを特徴とする請求項１、３〜５のいずれかに記載の低温焼成セラミック回路基板。
7. 焼成前の低温焼成セラミック基板の両面に８００〜１０００℃では焼結しない拘束焼成用グリーンシートを圧着した状態で、該低温焼成セラミック基板を８００〜１０００℃で焼成した後、該低温焼成セラミック基板の両面から前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除いて低温焼成セラミック回路基板を製造する方法において、
   最外層に導体ペーストで印刷されたワイヤボンディングパッド用の導体を有する焼成前の低温焼成セラミック基板を、前記導体と同時焼成し、
   焼成後、前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除くことによって荒れた前記ワイヤボンディングパッド用の導体の表面にめっき被膜を形成してワイヤボンディングパッドを形成すること、
   を特徴とする低温焼成セラミック回路基板の製造方法。
8. 焼成前の低温焼成セラミック基板の両面に８００〜１０００℃では焼結しない拘束焼成用グリーンシートを圧着した状態で、該低温焼成セラミック基板を８００〜１０００℃で焼成した後、該低温焼成セラミック基板の両面から前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除いて低温焼成セラミック回路基板を製造する方法において、
   最外層に導体ペーストで印刷された厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体を有する焼成前の低温焼成セラミック基板を、前記導体と同時焼成し、
   焼成後、前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除くことによって荒れた前記厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面に厚膜抵抗体を形成すること、
   を特徴とする低温焼成セラミック回路基板の製造方法。
9. 前記ワイヤボンディングパッド用の導体と同時焼成される前記焼成前の低温焼成セラミック基板の最外層に、導体ペーストを印刷して厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体を形成する工程をさらに備えており、かつ、
   焼成後に、前記拘束焼成用グリーンシートの残存物を取り除くことによって荒れた前記厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体の表面に、厚膜抵抗体を形成する工程をさらに備えていること、
   を特徴とする請求項７に記載の低温焼成セラミック回路基板の製造方法。
10. 焼成前の低温焼成セラミック基板の最外層に導体ペーストで金線ワイヤボンディングパッド用の導体、アルミ線ワイヤボンディングパッド用の導体、及び厚膜抵抗体接続ターミナル用の導体を印刷して、これらの導体を前記低温焼成セラミック基板と同時焼成し、
    焼成後、前記残存物を取り除くことによって荒れた前記金線ワイヤボンディングパッド用の導体、前記アルミ線ワイヤボンディングパッド用の導体の表面に、それぞれめっき被膜を形成して、金線用及びアルミ線用の各ワイヤボンディングパッドを形成すること、
    を特徴とする請求項７または９に記載の低温焼成セラミック回路基板の製造方法。
11. 前記めっき被膜が、Ｎｉ／Ａｕ被膜であることを特徴とする請求項７、９及び１０のいずれかに記載の低温焼成セラミック回路基板の製造方法。

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