JP2009295661A - セラミック配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックと高融点金属からなる配線基板を被搭載対象に搭載してなる接合体の厚みを薄くした場合でも、その接合部分に十分な残留応力の緩和効果を発揮させることができるセラミック配線基板を提供する。
【解決手段】セラミック製の基板２と、基板２の表面に形成される第１の配線パターン４と、基板２の裏面２ｂ側に形成され基板２を被搭載対象上に実装させるための第２の配線パターン９とを有し、第１の配線パターン４は、Ｗ又はＭｏからなり、第２の配線パターン９は、Ｃｕからなり、厚さが２０μｍ以上であることを特徴とするセラミック配線基板による。
【選択図】図１

Description

本発明は、高融点金属からなる配線パターンを備え、被接合対象に接合した際に残留応力緩和効果を有する接合用パッドを備えたセラミック配線基板及びその製造方法に関する。

従来、厚膜又は薄膜配線基板をプリント配線板からなるマザーボード、あるいは、放熱板を備えたヒートシンク等に実装する際には、Ｓｎ（錫）とＰｂ（鉛）を主成分とするハンダボールを介して接合し、このハンダボールを電極としても用いていた。
この場合、仮に、ハンダボールからなる接合用のバンプの径を一定にした場合、厚膜又は薄膜配線基板と、被搭載対象であるマザーボードやヒートシンクとの距離が離れているほど接合用のバンプの変形性が高まり、高い残留応力の緩和効果が期待できる。
その反面、実装時にバンプを形成する工程が増え、コストを高くする要因となるとともに、厚膜又は薄膜配線基板と被搭載対象とからなる接合体の厚みが大きくなることは、電子部品の小型化を妨げるので望ましくない。
そこで、このような課題を解決すべく、従来、様々な研究や開発が行われており、それに関して幾つかの発明や考案が開示されている。

例えば、特許文献１には「半導体バンプ接続構造体及びその製造方法」という名称で半導体パッケージのはんだバンプを使用したフリップチップ接続構造体及びその製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献１に記載の発明は、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とをはんだバンプにより接続するフリップチップ接続構造体において、はんだバンプの電極及び第２の電子部品の電極との接合界面のそれぞれに金属化合物層が形成されており、はんだバンプの側面には第１の電子部品側及び第２の電子部品側の少なくとも一方の接合部における金属間化合物層に隣接するはんだ母相側の位置でくびれが形成されていることを特徴とするものである。
上記構成の特許文献１に記載の発明によれば、はんだバンプの側面に形成されるくびれによって熱膨張係数差により発生する応力をはんだ母相側で緩和することができる。
従って、第１の電子部品と第２の電子部品とをはんだバンプで接合した接合体の信頼性を高めることができる。

特開２００７−１２８９８２号公報

近年、電子部品の小型化が進むと同時に、環境への配慮から電子部品からＰｂを排除する動きが進んでいる。
この結果、電子部品の接合に用いられるＳｎ（錫）とＰｂ（鉛）を主成分とするハンダの代替品として、Ｐｂフリーハンダが用いられるようになってきている。
その一方で、上述のようなＰｂフリーハンダは、従来のＳｎ（錫）とＰｂ（鉛）を主成分とするハンダに比べて溶融温度が高く変形性が低いという性質を有しているため、特許文献１に記載の発明に用いられるはんだを、上記のようなＰｂフリーハンダに代えた場合に、十分な応力緩和効果が発揮されなかった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、セラミックと高融点金属からなる配線基板を被搭載対象に搭載してなる接合体の厚みを薄くして電子部品の小型化を可能にした場合でも、バンプ等を形成する煩雑な工程を追加することなく、その接合部分に十分な残留応力の緩和効果付与することができるセラミック配線基板およ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請求項１記載の発明であるセラミック配線基板は、セラミック製の基板と、この基板の表面に形成される第１の配線パターンと、基板の裏面側に形成され基板を被搭載対象上に実装させるための第２の配線パターンとを有し、第１の配線パターンは、Ｗ又はＭｏからなり、第２の配線パターンは、Ｃｕからなり、厚さが２０μｍ以上であることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、セラミック製の基板は絶縁体として、また、第１の配線パターンは導電体としてそれぞれ作用することで、これらが一体となって配線基板として作用する。また、第１の配線パターンを高融点金属であるＷ（タングステン）又はＭｏ（モリブデン）により形成することで、請求項１に係る配線基板の信頼性を高めるという作用を有する。また、第１の配線パターンをＷ又はＭｏにより形成する際には、Ｗ又はＭｏを主成分とする導電性ペーストを未焼成のセラミック成形体上にスクリーン印刷法により塗布してパターンを形成する必要がある。
この場合、スクリーン印刷法を用いることで、第１の配線パターンの平面形状における角部の寸法精度を高めるという作用を有する。
つまり、第１の配線パターンをＷ又はＭｏにより形成することで、チップ実装やワイヤーボンディングに適したアライメントパターンを正確かつ精細に形成させるという作用を有する。
また、第２の配線パターンは、請求項１記載のセラミック配線基板を被搭載対象上に実装させる際に接合用パッドとして作用すると同時に、特に第１の配線パターンと第２の配線パターンとが電気的に接続された場合には電極としても作用する。
さらに、第２の配線パターンをＣｕ（銅）により形成しその厚みを２０μｍ以上とすることで、第２の配線パターンに変形性を付与するという作用を有する。
これにより、被搭載対象への請求項１記載のセラミック配線基板の接合時に、それぞれの熱膨張係数差に起因して残留応力が発生した際に、第２の配線パターンが断裂することなく変形することで残留応力を緩和するという作用を有する。

請求項２記載の発明であるセラミック配線基板は、請求項１に記載のセラミック配線基板であって、基板は、その内部にＷ又はＭｏからなる第３の配線パターンを備える多層基板であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１に記載の発明と同様の作用に加え、基板をＷ又はＭｏからなる第３の配線パターンを備える多層基板とすることで、多チップ実装やチップを駆動するための制御配線を形成することができ、信頼性の高い配線基板を一層の小型化させるという作用を有する。

請求項３記載の発明であるセラミック配線基板は、請求項２に記載のセラミック配線基板であって、基板と、第１の配線パターンと、第３の配線パターンとが同時焼成により形成されることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項２に記載の発明と同様の作用を有する。
また、請求項３に記載の発明においては、基板と、第１の配線パターンと、第３の配線パターンとを同時焼成により形成することで、基板の内部に第３の配線パターンを備えたものを一旦作成し、その後、この基板の表面に別途、高融点金属であるＷ又はＭｏから成る第１の配線パターンを形成する場合に比べてその製造工程を簡素にするという作用を有する。また、第１の配線パターンと第３の配線パターンは、同じＷかＭｏ材料であるため、両配線間の接続信頼性を高める作用を有する。

請求項４記載の発明であるセラミック配線基板は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック配線基板であって、第１の配線パターン及び第２の配線パターンは、その表面にメッキ被膜を備えることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１乃至請求項３に記載のそれぞれの発明の発明と同様の作用に加えて、第１及び第２の配線パターンの表面にメッキ被膜を形成することで、チップやワイヤーボンディング（ＷＢ）の実装性、あるいは被搭載対象上への請求項４記載のセラミック配線基板の実装性を良くするとともに、第１及び第２の配線パターンを形成する金属が酸化したり、大気中の水分や化合物と反応して劣化するのを妨げるという作用を有する。

請求項５記載の発明であるセラミック配線基板の製造方法は、セラミック粉体原料と有機質バインダーとを混合してなるセラミック成形体の表面及び裏面に、Ｗ又はＭｏを主成分とする導電ペーストにより第１の配線パターン及び下地パターンをそれぞれ形成する第１の工程と、この第１の工程の後に、セラミック成形体と導電ペーストとを同時焼成してセラミック基板とする第２の工程と、この第２の工程の後に、セラミック基板の裏面に形成される下地パターンの表面に、メッキ法によりＣｕからなり２０μｍ以上の厚みを有する第２の配線パターンを形成する第３の工程とを有することを特徴とするものである。
上記構成の発明において、第１及び第２の工程は、絶縁体としてセラミックを、導電材として高融点金属であるＷ又はＭｏを用いた配線基板（セラミック基板）を形成するという作用を有する。また、このような配線基板は、基板の信頼性を保ちながら小型化するという作用を有する。
また、第１の工程において、第１の配線パターンはスクリーン印刷法により形成されるので、その平面形状における角部の寸法精度を高めるという作用を有する。
よって、チップ実装やワイヤーボンディングに適したアライメントパターン（第１の配線パターン）を形成させるという作用を有する。
さらに、第３の工程は、先の第１及び第２の工程によって製造されたセラミック基板の裏面側に、焼成等の加熱処理を施すことなく２０μｍ以上の厚みを有し、Ｃｕからなる第２の配線パターンを形成させるという作用を有する。
また、この第２の配線パターンは、請求項５記載の方法により製造されたセラミック配線基板を被搭載対象に実装する際の接合用パッドとして作用する。さらに、特に第１の配線パターンと電気的に接続される場合、第２の配線パターンは電極としても作用する。
そして、この第２の配線パターンは、請求項５記載の方法により製造されたセラミック配線基板が、例えば、Ｐｂフリーハンダ等により被搭載対象に実装される際に、それぞれの熱膨張係数差に起因して生じる残留応力をその変形性によって緩和して、接合部分に破断等の不具合が生じるのを妨げるという作用を有する。
従って、請求項５記載の方法により製造されたセラミック配線基板と被搭載対象からなる接合体の信頼性を高めるという作用を有する。

請求項６記載の発明であるセラミック配線基板の製造方法は、請求項５に記載のセラミック配線基板の製造方法であって、第１の工程では、セラミック成形体は多層を成し、その内部にＷ又はＭｏを主成分とする前記導電ペーストにより第３の配線パターンを形成し、第２の工程では、セラミック成形体と導電ペーストとを同時焼成して前記第１、第３の配線パターン及び下地パターンを備えるセラミック基板とすることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項５に記載の発明と同様の作用に加えて、特に第１及び第２の工程においては、多層配線基板（セラミック基板）を同時焼成により形成させるという作用を有する。
この場合、請求項６記載の方法により製造されるセラミック基板を一層小型化させるという作用を有する。

請求項７記載の発明であるセラミック配線基板の製造方法は、セラミック粉体原料と有機質バインダーとを混合してなるセラミック成形体の少なくとも表面にＷ又はＭｏを主成分とする第１の導電ペーストにより第１の配線パターンを形成する第１の工程と、この第１の工程の後に、セラミック成形体と第１の導電ペーストとを同時焼成してセラミック基板とする第２の工程と、この第２の工程の後に、セラミック基板体の裏面にＣｕを主成分とする第２の導電ペーストを焼き付けて、２０μｍ以上の厚みを有する第２の配線パターンを形成する第３の工程とを有することを特徴とするものである。
上記構成の発明において、第１及び第２の工程により形成される配線基板（セラミック基板）及び第１の配線パターンは、請求項５記載のセラミック基板及び第１の配線パターンと同様の作用を有する。
また、第３の工程は、セラミック基板の裏面側にＷ又はＭｏからなる配線パターンの有無に関わらず２０μｍ以上の厚みを有するＣｕ層を形成させるという作用を有する。
そして、請求項７記載のＣｕ層は、請求項５記載のＣｕ層と同様の作用を有する。加えて、請求項７記載のＣｕ層は第２の導電ペーストが焼きつけられて形成されるものであるため、めっきや溶融、蒸着法によって形成されるものと異なり、導電ペーストに含まれる助剤成分や樹脂成分の影響により、その内部は無数の孔を有する。
このため、請求項７記載のＣｕ層は、請求項５記載のＣｕ層よりも変形性が高まることで、残留応力の緩和作用が高めるという作用を有する。

請求項８記載の発明であるセラミック配線基板の製造方法は、請求項７に記載のセラミック配線基板の製造方法であって、第３の工程は、セラミック基板の裏面にスクリーン印刷法により第２の導電ペーストを用いて第２の配線パターンを形成する第３−１の工程と、この第３−１の工程の後に、第２の導電ペーストを焼成する第３−２の工程とを備えることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項７記載の方法と同様の作用を有する。
また、請求項８記載の発明においては、第３−１,第３−２の２つの工程によりＣｕ層を形成することで、高い残留応力の緩和作用を有するＣｕ層を少ない工程で形成させるという作用を有する。

請求項９記載の発明であるセラミック配線基板の製造方法は、請求項７に記載のセラミック配線基板の製造方法であって、第３の工程は、セラミック基板の裏面に、スクリーン印刷法により、第２の導電ペーストを用いてベタパターンを形成する第３−１の工程と、この第３−１の工程の後に、第２の導電ペーストを焼成する第３−２の工程と、この第３−２の工程の後に、エッチング法により、焼成されたベタパターンから第２の配線パターンを形成する第３−３の工程とを備えることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項７記載の方法と同様の作用を有する。
また、請求項９記載の発明においては、第３−１乃至第３−３の３つの工程によりＣｕ層を形成することで、精緻で信頼性が高く、その内部に無数の孔を有するＣｕ層を形成させるという作用を有する。

請求項１０記載の発明であるセラミック配線基板の製造方法は、請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のセラミック配線基板の製造方法であって、第１の工程では、セラミック成形体は多層を成し、その内部にＷ又はＭｏを主成分とする第１の導電ペーストにより第３の配線パターンを形成し、第２の工程では、セラミック成形体と第１の導電ペーストとを同時焼成して第１及び第３の配線パターンを備えるセラミック基板とすることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項７乃至請求項９に記載のそれぞれの発明と同様の作用に加え、特に第１及び第２の工程においては、多層配線基板（セラミック基板）を同時焼成により形成させるという作用を有する。
この場合、請求項１０記載の方法により製造されるセラミック基板を一層小型化させるという作用を有する。

本発明の請求項１記載の発明によれば、第１の配線パターンにＷ又はＭｏを用いることで、その平面形状における角部の寸法精度を高めることができるという効果を有する。
よって、実装されるチップや、ワイヤーボンドの位置精度を高めることができるという効果を有する。
また、チップ実装部である第１の配線のパターンの平面形状における角部の丸みを数μｍ以下に抑制することができるので、チップ実装時のセルフアライメント効果を高めることができるという効果も有する。
この結果、請求項１に記載のセラミック配線基板への素子等の被実装対象を安定して接合させることができるという効果を有する。
また、基板の裏面側に２０μｍ以上の厚みを有するＣｕから成る第２の配線パターンを備えることで、被搭載対象である、例えば、マザーボードやヒートシンクに実装する際に、それぞれの熱膨張係数差に起因して生じる残留応力を第２の配線パターンの変形性により緩和することができるという効果を有する。
つまり、被搭載対象への請求項１記載のセラミック配線基板の接合時に、接合部分がそれぞれの熱膨張係数差に起因する残留応力で断裂するのを防止することができるという効果を有する。
この結果、特に第２の配線パターンを電極としても用いる場合に、第２の配線パターンから基板上に形成される第１の配線パターンへの導通が維持されるので、被搭載対象と請求項１記載のセラミック配線基板とからなる接合体の信頼性を向上させることができるという効果を有する。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１記載の発明における基板の内部に第３の配線パターンを設けて多層基板としたものであり、請求項１に記載の発明と同じ効果に加えて、基板の信頼性を維持しながら小型化するとともに、多チップ実装やチップを駆動するための制御配線を形成することができるという効果を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の基板に形成される第１及び第３の配線パターンを同時焼成により形成したものであり、請求項２記載の発明と同じ効果に加え、第３の配線パターンを備えた多層基板を製造した後に、その表面に別途ポストファイヤ法により第１の配線パターンを形成する場合に比べてその製造工程を簡素にすることができるという効果を有する。
この結果、請求項３に記載の発明を廉価に提供することができるという効果を有する。

請求項４に記載の発明は、第１及び第２の配線パターンの表面に、すなわち、外気中に露出する配線パターンの表面にメッキ被膜を備えることで、請求項４に記載のセラミック配線基板の信頼性を高め、チップやこのセラミック配線基板の実装性を高めるとともに、配線パターンが酸化したり、大気中の水分や化合物と化学反応を起こして劣化するのを防止することができるという効果を有する。

請求項５に記載の発明における第１の配線パターン及び第２の配線パターンは、請求項１に記載の発明における第１の配線パターン及び第２の配線パターンと同じ効果を有する。
従って、請求項５に記載の方法により製造されるセラミック配線基板を被搭載対象に実装した際に、これらの接合体の信頼性を高めることができるという効果を有する。

請求項６に記載の方法は、請求項５に記載の方法における第１及び第２の工程を、内部にＷ又はＭｏからなる第３の配線パターンを備えた多層配線基板を製造する工程としたものである。
すなわち、請求項６記載の発明は、セラミック基板に形成される第１及び第３の配線パターンを同時焼成により形成したものであり、請求項５記載の発明と同じ効果に加え、第３の配線パターンのみを備えたセラミック多層基板を製造した後に、その表面に別途ポストファイヤ法により第１の配線パターンを形成する工程を設ける場合に比べてその製造工程を簡素にすることができるという効果を有する。
この結果、請求項６に記載の方法で製造される製品を廉価に提供することができるという効果を有する。
また、セラミック基板を小型化できるという効果も有する。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明を方法の発明として捉えたものであり、請求項１に記載の発明と同じ効果を有する。
また、請求項７に記載の方法において、焼き付け法により第２の配線パターンを形成することで、第２の配線パターンに無数の孔を形成することができるという効果を有する。
この結果、第２の配線パターンの変形性が高まるので、残留応力の緩和効果を高めることができるという効果を有する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の方法における第３の工程を第３−１、第３−２の２つの工程により行うことにより、孔のあるＣｕ層からなる第２の配線パターンを備えるセラミック配線基板の製造工程を簡略化することができるという効果を有する。
よって、信頼性が高く、かつ、スクリーン印刷法によりパターンを形成することで生産性に優れ、廉価な製品を提供することができるという効果を有する。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の方法における第３の工程を第３−１乃至第３−３の３つの工程により行うことにより、精緻でポーラス状のＣｕ層からなる第２の配線パターンを形成することができるという効果を有する。
すなわち、第２の配線パターンの幅を狭めて微細化することができ、一層の高密度化が可能となる。
この場合、第２の配線パターンにより残留応力の緩和効果が向上することで、信頼性の高い製品を提供することができるという効果を有する。

請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至請求項９のそれぞれの発明における第１及び第２の工程を、内部にＷ又はＭｏからなる第３の配線パターンを備えた多層配線基板を製造する工程としたものである。
すなわち、請求項１０記載の発明は、セラミック基板に形成される第１及び第３の配線パターンを同時焼成により形成したものであり、請求項７乃至請求項９のそれぞれの発明と同じ効果に加え、第３の配線パターンを備えたセラミック多層基板を製造した後に、その表面に別途ポストファイヤ法により第１の配線パターンを形成する工程を設ける場合に比べてその製造工程を簡素にすることができるという効果を有する。
この結果、請求項１０に記載の方法で製造される製品を廉価に提供することができるという効果を有する。
また、セラミック基板を小型化できるという効果も有する。

以下に、本発明の最良の実施の形態に係るセラミック配線基板及びその製造方法について図１乃至図６を参照しながら詳細に説明する。

はじめに、本願請求項１乃至請求項１０に記載される発明がなされるに至った経緯について説明する。
Ｃｕは、高融点金属であるＷ又はＭｏに比べて外部応力による変形性が高いので、接合用パッドをＣｕにより形成することで接合時に生じる残留応力の高い緩和効果が期待できる。また、Ｃｕは優れた導電材でもある。
このため発明者らは、セラミック成形体の表面と裏面にＣｕを主成分とする導電ペーストを直接印刷してセラミック成形体と同時焼成することで、素子等を実装するための実装パッドであるＣｕ配線パターンを表面に、被接合対象にセラミック焼結体自体を接合するためのＣｕからなる接合用パッドを裏面に備えたセラミック焼結体を作製した。
しかしながら、実装パッドとなるＣｕ配線パターンの平面方向における角部は、２０μｍ程度の丸みを帯びており、このように角部に丸みを帯びた配線パターンに素子をハンダペーストで実装すると、素子の接合時にセルフアライメント効果が発揮されず、素子の位置ズレが生じやすいという課題があった。
また、例えば、ダイボンダで上述のセラミック焼結体の上面側に形成されるＣｕ配線パターンを、素子実装パッドとして画像認識させる場合、Ｃｕ配線パターンの角部が丸みを帯びていると装置が認識できない場合があった。

そこで発明者らは鋭意研究の結果、セラミック焼結体の上面に実装される素子等電子部品の接合面が、被接合対象に接合されるセラミック焼結体の接合面よりも小さいことに注目し、接合面が実質的に狭いセラミック焼結体の表面側には、配線パターンの平面方向における角部を明りょうに形成することのできる配線パターンを、高融点金属を用いたスクリーン印刷法により形成する一方、接合面が実質的に広いセラミック焼結体の裏面側には十分な厚みを有するＣｕ層により接合用パッドを形成することで、被接合対象への接合時の残留応力をＣｕ層の変形により効果的に緩和できることを見出した。
すなわち、本発明に係るにセラミック配線基板は、その上面に形成される素子実装用パッドと、セラミック配線基板を被接合対象に実装させるための接合用パッドにそれぞれ異なる金属を用いることで、素子等をセラミック配線基板の上面側に実装する際の不具合を防止しながら、セラミック配線基板を被接合対象に実装する際の残留応力を十分に緩和することができるよう構成したものである。

本発明の実施例１にセラミック配線基板について図１乃至図３を参照しながら詳細に説明する。（請求項１乃至請求項６に対応。）
図１は本発明の実施例１に係るセラミック配線基板の断面図である。
実施例１に係るセラミック配線基板１ａは、絶縁体をセラミックで、導電体を高融点金属であるＷ又はＭｏにより形成した基板２の下面２ｂ側に、すなわち、実装面側に、配線パターン状のＣｕ層により形成される接合用パッドを設けることで、その変形性により被搭載対象に実装する際に生じる残留応力を緩和することができるよう構成されるものである。
より具体的には、図１に示すように、実施例１に係るセラミック配線基板１ａは、セラミック製の基体３が積層されてなる基板２の上面２ａにＷ又はＭｏからなる配線パターン４を、下面２ｂ側にやはりＷ又はＭｏからな配線パターン８をそれぞれ備え、さらに、基板２の下面２ｂ側に設けられる配線パターン８の表面に厚みＡが２０μｍ以上のＣｕ層９からなる接合用パッドを備えるものである。
この場合、配線パターン８はＣｕ層９を形成するための基礎（ベース）となるので、下地パターンであると言える。
さらに、セラミック配線基板１ａにおいて、配線パターン４,８の表面には、例えば、Ｎｉ（ニッケル）又はＡｕ（金）又はＡｇ（銀）からなるメッキ被膜１０を備えている。
このようにメッキ被膜１０を形成することで、チップやＷＢの実装性や、実施例に係るセラミック配線基板１ａの被搭載対象上への実装性を向上させるとともに、配線パターン４や配線パターン８が酸化したり、大気中の化合物と化学反応を起こして劣化するのを防止している。

また、高融点金属とセラミックにより基板２を構成することで、基板２を小型化しながら高い信頼性を付与することができるという効果を有する。
加えて、配線パターン４をＷ又はＭｏにより形成する場合、後述するが、未焼成のセラミック成形体の表面上にＷ又はＭｏを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法により塗布してパターンを形成する必要がある。
この場合、未焼成のセラミック成形体の表面上に形成される配線パターン４の平面形状における角部の寸法精度が高められることで、チップ実装やワイヤーボンディングに適したアライメントパターンを形成することができるという効果を有する。
よって、実装されるチップや、ワイヤーボンドの位置精度を高めることができるという効果を有する。
また、チップ実装部の配線パターン４の平面形状における角部の丸みを数μｍ以下にすることができるので、チップ実装時のセルフアライメント効果を高めることができるという効果も有する。
この結果、実施例１に係るセラミック配線基板１ａ上に安定した状態で素子等の被搭載対象を接合することができるという効果を有する。

そして、実施例１に係るセラミック配線基板１ａにおいては、例えば、図１に示すように、基体３,３の間に、Ｗ又はＭｏからなる配線パターン７を設け、配線パターン４と配線パターン７とを、また、配線パターン７と配線パターン８と基体３に形成されるビア５に充填される導電体６により電気的に接続してもよい。すなわち、基板２を多層基板（同時焼成多層基板）としてもよい。
この場合、配線パターン４,７のそれぞれと配線パターン８とが必ずしも電気的に接続されなくとも良い。つまり、接合用パッドとなるＣｕ層９を形成することのみを目的として、つまりＣｕ層９を形成するための下地パターンとして基板２の下面２ｂに配線パターン８を形成してもよい。
なお、配線パターン４,８に高い寸法精度が要求されない場合、基板２の上面２ａ,下面２ｂに形成される配線パターン４,８は、平板状の基板２、あるいは、内部に配線パターン７を備えた同時焼成多層基板である基板２を製造した後に、例えば、Ｃｕペーストを用いたスクリーン印刷法によりパターン形成し、その後、基板２とＣｕペーストから成るパターンを再度焼成するポストファイヤ法等により形成してもよい。
このように、基板２を同時焼成多層基板とした場合、基板２の信頼性を維持しながら一層小型化することができるという効果を有する。
なお、上述のような実施例１に係るセラミック配線基板１ａは、被搭載対象である例えば、プリント配線板からなるマザーボードや、放熱板を備えるヒートシンク等に実装されて用いられる。

図２は本発明の実施例１に係るセラミック配線基板をプリント配線板に搭載した場合の断面図である。なお、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図２に示すように、実施例１に係るセラミック配線基板１ａをプリント配線板に搭載した場合の接合体２３は、例えば、樹脂製の基板１５上に導電体２５からなる配線パターン１６が形成され、その表面にメッキ被膜１７が形成されたマザーボード１４の搭載部２６に、例えば、Ｐｂフリーハンダ２４を介して実装された形態からなっている。
そして、実施例１に係るセラミック配線基板１ａをマザーボード１４上に実装する場合、ハンダ２４を溶融してセラミック配線基板１ａを搭載部２６上に接合する。この時、基板２を構成する基体３の熱膨張係数と、マザーボード１４を構成する基板１５の熱膨張係数に差があるので、ハンダ２４を溶融させた後冷却させる際に、基体３と基板１５のそれぞれに熱膨張係数差に起因する残留応力が発生する。
つまり、熱膨張係数の異なる基体３と基板１５とを接合する際に、ハンダ２４を溶融させて冷却させると基板１５に反り等が生じてしまうのである。

これまで、セラミック配線基板をマザーボード１４に接合する際には、Ｓｎ（錫）とＰｂ（鉛）を例えば、６３：３７の比率で配合したハンダが用いられてきたが、近年、環境への配慮からＰｂを含有しないＰｂフリーハンダが用いられるようになってきた。
その一方で、このＰｂフリーハンダは、従来のＰｂを含むハンダに比べて変形性が低いので、接合時に十分な残留応力の緩和効果が期待できない。
そこで、発明者らは鋭意研究の結果、高融点金属である例えばＷ又はＭｏからなる導電体６を備えたセラミック製の基板２の実装面側に、２０μｍ以上の厚みを有する配線パターン状のＣｕ層９を形成しておき、このＣｕ層９を介してセラミック配線基板１ａとマザーボード１４とを接合することで、その接合時にＣｕの変形性を利用して残留応力を緩和できることを見出した。

よって、実施例１に係るセラミック配線基板１ａにおいては、基板２の下面２ｂ側に２０μｍ以上の厚みを有する配線パターン状のＣｕ層９を接合用パッドとして設けることで、マザーボード１４に接合した際にその接合部分に亀裂が生じる等の不具合が生じるのを防止することができるという効果を有する。

さらに、実施例１に係るセラミック配線基板１ａにおいて配線パターン状のＣｕ層９は、その形状を略球形に形成してグリッド状に配置した場合に比べて、熱伝導パスを短くすることができ、この結果、スムースに放熱させることができるという効果も有する。

なお、図２においては樹脂製の基板１５からなるマザーボード１４に実施例１に係るセラミック配線基板１ａを接合する場合を例に挙げているが、基板１５はセラミック基板や、フィルム基板、あるいは、放熱板を有するヒートシンクであってもよい。
このように、基板２を構成する材質とマザーボード１４を構成する材質の熱膨張係数に差がある場合に、Ｃｕ層９が残留応力の緩和効果を発揮して、接合時や使用時にクラック等の不具合が生じるのを抑制するという効果を有する。

ここで、実施例１に係るセラミック配線基板１ａの製造工程を図３を参照しながら詳細に説明する。（請求項５及び請求項６に対応。）
図３（ａ）〜（ｅ）はいずれも本発明の実施例１に係るセラミック配線基板の製造工程を示す断面図である。なお、図１又は図２に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
実施例１に係るセラミック配線基板１ａを製造するには、まず、図３（ａ）に示すように、セラミック粉体原料と有機質バインダーとを混合して、例えば、ドクターブレード法等によりテープ状のセラミック成形体１１を作成し、このセラミック成形体１１にパンチによりビア５を形成したものに、導電ペースト１２を印刷して充填し、さらに、セラミック成形体１１の上面や下面に導電ペースト１２を印刷して配線パターン４や配線パターン８を形成したものを（ステップＳ１）、図３（ｂ）に示すように、必要に応じて複数積層してセラミックグリーンシートの仮積層体１３を形成する（ステップＳ２）。

このステップＳ２の後に、図３（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシートの仮積層体１３を１５００℃以上の温度条件下において焼成して、セラミック製の基体３からなる絶縁体の上面２ａに配線パターン４を、また、下面２ｂに配線パターン８を、さらに、必要に応じて基板２の内部に配線パターン７を備えたセラミック焼結体２７とする（ステップＳ３）。
なお、基板２の上面２ａ,下面２ｂに形成される配線パターン４,８は、これらに高い寸法精度が要求されない場合、平板状の基板２、あるいは、内部に配線パターン７を備えた同時焼成多層基板である基板２を製造した後に、例えば、ポストファイヤ法等により形成してもよい。
また、特に配線パターン４,７,８と基体３とを同時に焼成する場合に、配線パターン４,８を、ポストファイヤ法等により形成する場合に比べてその製造工程を簡略化することができるという効果を有する。

さらに、このステップＳ３の後、図３（ｄ）に示すように、メッキ法によりＣｕ層９を形成すればよい（ステップＳ４）。つまり、基板２をメッキ液に浸漬して配線パターン８（下地パターン）の表面に２０μｍ以上の厚みを有するＣｕ層９を形成させればよい（ステップＳ４）。
このとき、基板２の上面２ａに露出する配線パターン４の表面へのＣｕ層の形成を防止するため、基板２の上面２ａ側にマスキングを施しておく必要がある。
また、メッキ法によりＣｕ層９を形成する場合、基板２に加熱処理を施すことなくＣｕ層９を形成することができるという効果を有する。

最後に、このステップＳ４の後に再びメッキ法により、配線パターン４及びＣｕ層９の表面に、貴金属である例えばＮi又はＡｕからなるメッキ被膜１０を形成させればよい（ステップＳ５）。
この場合、チップやワイヤーボンディングやセラミック配線基板の実装性を良くし、配線パターン４やＣｕ層９の表面が酸化したり、大気中の化合物や水と反応して劣化するのを防止することができる。
よって、この点からも実施例１に係るセラミック配線基板１ａの信頼性を高めることができる。

本発明の実施例２に係るセラミック配線基板について図４乃至図６を参照しながら詳細に説明する。（請求項７乃至請求項１０に対応。）
実施例２に係るセラミック配線基板は、実施例１に係るセラミック配線基板とほぼ同じ構成を有するものであるが、基板２の下面２ｂ側に配線パターン８を介すことなく直接Ｃｕ層１８が形成される点が異なっている。ここでは、実施例１に係るセラミック配線基板１ａとの相違点に重点をおいて説明する。
図４は本発明の実施例２に係るセラミック配線基板の断面図である。なお、図１乃至図３に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
実施例２に係るセラミック配線基板１ｂは、図４に示すように、基板２の下面２ｂに配線パターン８を介することなく直接Ｃｕ層１８が形成され、あるいはＣｕ層１８自体が配線となり、さらに、配線パターン４及びＣｕ層１８の表面にＮｉ又はＡｕ又はＡｇ（銀）からなるメッキ被膜１０が形成されるものである。
なお、Ｃｕ層１８と、基体３に形成されるビア５に充填される導電体６とが電気的に接続される場合、Ｃｕ層１８は配線パターン７や配線パターン４に電気信号を伝送するための電極としても作用する。
上述のような実施例２に係るセラミック配線基板１ｂは、上述の実施例１に係るセラミック配線基板１ａと同様の作用効果を有する。

ここで、実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法について図５及び図６を参照しながら詳細に説明する。
なお、実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法は、基板２の下面２ｂにＣｕを主成分とする導電ペーストを配線パターン状に印刷した後、この導電ペーストを加熱焼成する方法（１）と、基板２の下面２ｂにＣｕを主成分とする導電ペーストでベタパターンを形成した後、エッチング法により配線パターンを形成する方法（２）の２種類がある。

まず、セラミック配線基板１ｂの製造方法（１）について図５を参照しながら詳細に説明する。
図５（ａ）〜（ｆ）はいずれも本発明の実施例２に係るセラミック配線基板の製造工程を示す断面図である。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
また、実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法（１）において、セラミック焼結体２７を製造するまでの工程（ステップＳ１〜ステップＳ３）は実施例１に係るセラミック配線基板１ａの製造工程と同一であるためこの部分の説明は省略する。
さらに、図５では、実施例１に係るセラミック配線基板１ａの場合のように、基板２の下面２ｂに、配線パターン８を設けない場合を例に挙げて説明しているが、配線パターン８を備えていてもよい。以下に示す実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法（２）においても同様である。

実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法（１）は、図５（ｄ）に示すように、焼成済みのセラミック焼結体２７を構成する基板２の下面２ｂ側に、例えばスクリーン印刷法等によりＣｕを主成分とする導電性ペースト２０を印刷して配線パターン１９を形成する（ステップＳ６）。
そして、このステップＳ６の後に、図５（ｅ）に示すように、導電性ペースト２０を基板２とともに再焼成してＣｕ層２１からなる配線パターン１９を形成する（ステップＳ７）。
この再焼成時に、導電ペースト２０に含まれる助剤成分や樹脂成分の影響により、Ｃｕ層２１の内部には無数の孔が形成される。
なお、ステップＳ７において、焼成後の配線パターン１９の厚みＤが２０μｍ以上となるよう、焼成収縮分を含めてステップＳ６において形成する導電性ペースト２０の厚みＣを決定する必要がある。

そして、このステップＳ７の後に、図５（ｆ）に示すように、基板２上に形成される配線パターン４と配線パターン１９の表面に、例えば、Ｎｉ又はＡｕ又はＡｇから成るメッキ被膜１０を形成すればよい（ステップＳ８）。
このように、実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法（１）においては、基板２の下面２ｂにＣｕを主成分とする導電性ペースト２０を焼き付けて配線パターン１９を形成することで、配線パターン状を成し、内部に無数の孔を備えるＣｕ層２１を形成することができるという効果を有する。
この場合、メッキ法により形成された実施例１に係るＣｕ層９と比較して、Ｃｕ層２１の変形性を高めることができるという効果を有する。
よって、実施例１に係るセラミック配線基板１ａに比べて残留応力緩和効果の高いセラミック配線基板１ｂを提供することができる。
この結果、実施例２にかかるセラミック配線基板１ｂの信頼性を高めることができるという効果を有する。
なお、Ｃｕ層２１は導電体であるため、配線パターン４や配線パターン７に電気信号を伝送する際の電極としても用いることができる。

続いて、セラミック配線基板１ｂの製造方法（２）について図６を参照しながら詳細に説明する。
図６（ａ）〜（ｇ）はいずれも本発明の実施例２に係るセラミック配線基板の製造工程を示す断面図である。なお、図１乃至図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
また、実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法（２）において、セラミック焼結体２７を製造するまでの工程（ステップＳ１〜ステップＳ３）は、実施例１に係るセラミック配線基板１ａの製造工程と同一であるためこの部分の説明は省略する。
実施例２に係るセラミック配線基板１ｂを製造方法（２）において、図６（ｄ）に示すように、焼成済みのセラミック焼結体２７を構成する基板２の下面２ｂ側に、例えばスクリーン印刷法等によりＣｕを主成分とする導電性ペースト２０を印刷してベタパターン２２を形成する（ステップＳ９）。
そして、このステップＳ９の後に、図６（ｅ）に示すように、導電性ペースト２０を基板２とともに再焼成して、Ｃｕ層２１からなるベタパターン２２を形成する（ステップＳ１０）。
この再焼成時に、導電ペースト２０に含まれる助剤成分や樹脂成分の影響により、Ｃｕ層２１の内部には無数の孔が形成される。
なお、ステップＳ７において、焼成後のベタパターン２２の厚みＦが２０μｍ以上となるよう、焼成収縮分を含めてステップＳ６において形成する導電性ペースト２０の厚みＥを決定する必要がある。

そして、このステップＳ７の後に、図６（ｆ）に示すように、例えばエッチング法によりベタパターン２２から配線パターン１９を形成し（ステップＳ１１）、さらに、このステップＳ１１の後に、図６（ｇ）に示すように、基板２の上面２ａ,２ｂに形成される配線パターン４と配線パターン１９の表面に貴金属である、例えば、Ｎｉ又はＡｕ又はＡｇから成るメッキ被膜１０を形成すればよい（ステップＳ１２）。
このように、実施例２に係るセラミック配線基板１ｂの製造方法（２）においては、基板２の下面２ｂにＣｕを主成分とする導電性ペースト２０を焼き付けてベタパターン２２を形成した後、例えば、エッチング法により配線パターン１９を形成することで、高い寸法精度を有するＣｕ層２１から成る配線パターン１９を形成することができるという効果を有する。
すなわち、より精緻な配線パターン１９を形成することができる。このことは、上述の方法（２）によれば幅の狭い配線パターン１９を形成することができ、高密度配線が可能であることを意味している。
なお、Ｃｕ層２１は導電体であるため、配線パターン４や配線パターン７に電気信号を伝送する際の電極としても用いることができる。

以上説明したように、本発明はセラミックと高融点金属からなる配線基板を被搭載対象に搭載した場合でも、その接合部分に十分な残留応力の緩和効果を発揮させることができるセラミック配線基板及びその製造方法であり、電子部品に関する分野において利用可能である。

本発明の実施例１に係るセラミック配線基板の断面図である。 本発明の実施例１に係るセラミック配線基板をプリント配線板に搭載した場合の断面図である。 （ａ）〜（ｅ）はいずれも本発明の実施例１に係るセラミック配線基板の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施例２に係るセラミック配線基板の断面図である。 （ａ）〜（ｆ）はいずれも本発明の実施例２に係るセラミック配線基板の製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｇ）はいずれも本発明の実施例２に係るセラミック配線基板の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１ａ,１ｂ…セラミック配線基板 ２…基板 ３…基体 ４…配線パターン ５…ビア ６…導電体 ７…配線パターン ８…配線パターン ９…Ｃｕ層 １０…メッキ被膜 １１…セラミック成形体 １２…導電ペースト １３…セラミックグリーンシートの仮積層体 １４…マザーボード １５…基板 １６…配線パターン １７…メッキ被膜 １８…Ｃｕ層 １９…配線パターン ２０…導電ペースト ２１…Ｃｕ層 ２２…ベタパターン ２３…接合体 ２４…ハンダ ２５…導電体 ２６…搭載部 ２７…セラミック焼結体

Claims (10)

1. セラミック製の基板と、前記基板の表面に形成される第１の配線パターンと、前記基板の裏面側に形成され前記基板を被搭載対象上に実装させるための第２の配線パターンとを有し、
   前記第１の配線パターンは、Ｗ又はＭｏからなり、
   前記第２の配線パターンは、Ｃｕからなり、厚さが２０μｍ以上であることを特徴とするセラミック配線基板。
2. 前記基板は、その内部にＷ又はＭｏからなる第３の配線パターンを備える多層基板であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック配線基板。
3. 前記基板と、前記第１の配線パターンと、前記第３の配線パターンとが同時焼成により形成されることを特徴とする請求項２に記載のセラミック配線基板。
4. 前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンは、その表面にメッキ被膜を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセラミック配線基板。
5. セラミック粉体原料と有機質バインダーとを混合してなるセラミック成形体の表面及び裏面に、Ｗ又はＭｏを主成分とする導電ペーストにより第１の配線パターン及び下地パターンをそれぞれ形成する第１の工程と、
   この第１の工程の後に、前記セラミック成形体と前記導電ペーストとを同時焼成してセラミック基板とする第２の工程と、
   この第２の工程の後に、前記セラミック基板の裏面に形成される下地パターンの表面に、メッキ法によりＣｕからなり２０μｍ以上の厚みを有する第２の配線パターンを形成する第３の工程とを有することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
6. 前記第１の工程では、前記セラミック成形体は多層を成し、その内部にＷ又はＭｏを主成分とする前記導電ペーストにより第３の配線パターンを形成し、
   前記第２の工程では、前記セラミック成形体と前記導電ペーストとを同時焼成して前記第１、第３の配線パターン及び下地パターンを備えるセラミック基板とすることを特徴とする請求項５に記載のセラミック配線基板の製造方法。
7. セラミック粉体原料と有機質バインダーとを混合してなるセラミック成形体の少なくとも表面にＷ又はＭｏを主成分とする第１の導電ペーストにより第１の配線パターンを形成する第１の工程と、
   この第１の工程の後に、前記セラミック成形体と前記第１の導電ペーストとを同時焼成してセラミック基板とする第２の工程と、
   この第２の工程の後に、前記セラミック基板体の裏面にＣｕを主成分とする第２の導電ペーストを焼き付けて、２０μｍ以上の厚みを有する第２の配線パターンを形成する第３の工程とを有することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
8. 前記第３の工程は、前記セラミック基板の裏面にスクリーン印刷法により、前記第２の導電ペーストを用いて前記第２の配線パターンを形成する第３−１の工程と、
   この第３−１の工程の後に、前記第２の導電ペーストを焼成する第３−２の工程とを備えることを特徴とする請求項７に記載のセラミック配線基板の製造方法。
9. 前記第３の工程は、前記セラミック基板の裏面に、スクリーン印刷法により、前記第２の導電ペーストを用いてベタパターンを形成する第３−１の工程と、
   この第３−１の工程の後に、前記第２の導電ペーストを焼成する第３−２の工程と、
   この第３−２の工程の後に、エッチング法により、焼成された前記ベタパターンから前記第２の配線パターンを形成する第３−３の工程とを備えることを特徴とする請求項７に記載のセラミック配線基板の製造方法。
10. 前記第１の工程では、前記セラミック成形体は多層を成し、その内部にＷ又はＭｏを主成分とする前記第１の導電ペーストにより第３の配線パターンを形成し、
    前記第２の工程では、前記セラミック成形体と前記第１の導電ペーストとを同時焼成して前記第１及び第３の配線パターンを備えるセラミック基板とすることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のセラミック配線基板の製造方法。