JP2010192514A - セラミック配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学レンズ等の部品を搭載する平面の平坦度を向上させるとともに、セラミック破砕に起因したダストの発生を抑え、ＣＣＤ等のイメージセンサ用のセラミック配線基板を提供する。
【解決手段】部品を搭載するための平面領域を含むセラミック配線基板の製造方法であって、前記セラミック配線基板の、上記平面領域を研磨加工して平坦化する工程と、前記セラミック配線基板に熱処理を施し、前記研磨加工によって破断した前記面のセラミック破砕を融着させる工程と、を具える。
【選択図】図３

Description

本発明は、セラミック配線基板の製造方法に関し、特にＣＣＤ等のイメージセンサ向け用途のセラミック配線基板の製造方法に関する。

ＣＣＤ等のイメージセンサ向け用途のセラミック配線基板においては、前記セラミック配線基板に対してゴミ（異物）の付着の防止や高いクリーン度が要求されるとともに、特にＣＣＤ等に関連した光学系レンズを搭載する部分（面）に対して高い平坦度が要求される。

前記セラミック配線基板の前記光学系レンズ搭載面の平坦度を向上させるに際しては、内部に所定の配線層が形成されてなるセラミックグリーンシートを形成した後、このセラミックグリーンシートを焼成してセラミック配線基板を形成し、このセラミック配線基板の例えば上面に対して研磨等の機械加工（いわゆる１次研磨）を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、研磨加工後の前記上面の前記マイクロクラックからはセラミック破砕が脱落し、このセラミック破砕がダスト（異物）となってしまう。また、この異物は、前記セラミック基板の製造工程において、いつ発生するのかを特定することは困難であった。さらには、発生した異物が前記セラミック配線基板の何処に付着しているのかも特定することも困難であった。

この結果、前記セラミック配線基板に要求される高いクリーン度も満足させることができず、前記イメージセンサの品質劣化の原因ともなっていた。また、前記セラミック破砕は、前記マイクロクラックより次々に脱落して発生するものであるため、エアブローや液相洗浄等の洗浄を施したとしても、そのセラミック破砕の発生を完全に抑えることはできないでいた。

特開２００６−３２４４９３号

本発明は、光学レンズ等の部品を搭載する平面の平坦度を向上させるとともに、セラミック破砕に起因したダスト（異物）の発生を抑えることが可能な、ＣＣＤ等のイメージセンサ用のセラミック配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
部品を搭載するための平面領域を含むセラミック配線基板の製造方法であって、
前記セラミック配線基板の、上記平面領域を研磨加工して平坦化する工程と、
前記セラミック配線基板に熱処理を施し、前記研磨加工によって破断した前記面のセラミック破砕を融着させる工程と、
を具えることを特徴とする、セラミック配線基板の製造方法に関する。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、セラミック配線基板の、部品を搭載すべき平面領域、例えば上面に対して研磨加工を施して平坦化した後、生成したセラミック破砕を融着させるような熱処理を施すことによって、前記セラミック破砕がダストとなるのを抑制し、前記セラミック配線基板への異物の付着を抑止し、クリーン度を向上できることを見出した。

また、上述した熱処理によって、前記平面領域におけるセラミック結晶粒子の粒成長を生ぜしめることができ、この結果、前記研磨加工によって前記平面領域に形成されたマイクロクラックを消滅させることができ、セラミック破砕の発生を抑止できることをも見出した。

したがって、本発明によれば、光学レンズ等の部品を搭載する平面の平坦度を向上させるとともに、セラミック破砕に起因したダストの発生を抑えた、ＣＣＤ等のイメージセンサ用のセラミック配線基板を提供することができる。

なお、本発明の一例においては、前記熱処理は、前記セラミック配線基板を構成する焼結助剤の融点よりも５０℃以上高く、前記セラミック配線基板の焼結温度よりも５０℃以上低い温度で行う。この場合、熱処理温度を、前記焼結助剤の融点よりも５０℃以上高く設定しているので、前記焼結助剤が再焼結されてフラックス化し、このフラックス化した前記焼結助剤を利用することによって、前記セラミック破砕の融着をより効果的かつ効率的に行うことができる。

また、前記熱処理温度を前記セラミック配線基板の焼結温度よりも５０℃以上低く設定しているので、前記セラミック配線基板の再焼結を抑制し、前記セラミック配線基板の収縮による寸法変化や変形等の悪影響を防止することができる。

さらに、本発明の一例においては、前記セラミック配線基板は、アルミナを９０重量％以上含むアルミナ系セラミックスから構成する。すなわち、上述した熱処理による作用効果は、このようなアルミナ系セラミックスからなるセラミック配線基板に対して最も有効に作用する。

また、本発明の一例において、前記部品は光学系レンズとすることができる。これによって、前記セラミック配線基板を、ＣＣＤ等のイメージセンサ用として使用することができるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、光学レンズ等の部品を搭載する平面の平坦度を向上させるとともに、セラミック破砕に起因したダストの発生を抑え、ＣＣＤ等のイメージセンサ用のセラミック配線基板を提供することができる。

本発明のセラミック基板の製造方法の一例を示す工程図である。 同じく、本発明のセラミック基板の製造方法の一例を示す工程図である。 同じく、本発明のセラミック基板の製造方法の一例を示す工程図である。 実施例におけるセラミック基板表面のＳＥＭ写真である。 比較例におけるセラミック基板表面のＳＥＭ写真である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であって、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。

図１〜図３は、本実施形態のセラミック配線基板の製造方法を示す工程図である。最初に、図１に示すように合計３つのグリーンシート１１１〜１１３を準備し、これらを順次に積層してグリーンシート多層体１１を作製する。なお、１層目のグリーンシート１１１は、本実施形態のいわゆる基体を構成するものであって、板状を呈している。また、２層目及び３層目のグリーンシート１１２及び１１３は、例えば固体撮像素子等（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサーＩＣ）の電子部品の一部を収納すべく、それぞれ中心部において開口部１１２Ａ及び１１３Ａを有し、枠状を呈している。光学系レンズは、最終的に得たセラミック配線基板の主面に搭載される。

また、２層目のグリーンシート１１２の主面１１２Ｂ上には、その端部が３層目のグリーンシート１１３から露出するようにしてワイヤーボンディングパッド１１５が形成されている。このワイヤーボンディングパッドは、上述した電子部品に電気的にワイヤーボンディングによって接続されるように構成されている。具体的には、固体撮像素子（図示せず）から出力される電気信号が流れる。

さらに、グリーンシート１１１の裏面１１１Ｂ側にはパッド１１６が形成されている。パッド１１６は、本実施形態のセラミック配線基板に対して、例えば前記電気信号を所定の外部回路へ出力するためのものである。ワイヤーボンディングパッド１１５及びパッド１１６は、グリーンシート１１１及び１１２を貫通するビア導体１１７で電気的に接続されている。

なお、本例では、グリーンシートの数を３つにしているが、必要に応じて任意の数とすることができる。また、２層目及び３層目のグリーンシートの略中心部には開口部を形成するようにしているが、搭載する電子部品等の種類に応じて任意の構成とすることができる。

グリーンシート１１１〜１１３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分として９０重量％以上の割合で含み、好ましくは２〜１０重量％のＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯからなるガラス成分（焼結助剤）を含む、アルミナ系セラミック材料から構成することができる。グリーンシート１１１〜１１３を上述のようなガラス成分（焼結助剤）を含むアルミナ系セラミック材料から構成することによって、以下に説明する熱処理による作用効果を最も享受することができる。

但し、アルミナ系セラミック材料以外の、窒化アルミニウム系やペロブスカイト系酸化物等のその他のセラミック材料も用いることができる。但し、このような場合においても、前記セラミック材料系は、上述したガラス成分（焼結助剤）を含むことが好ましい。

また、グリーンシート１１１〜１１３は、必要に応じて、石英、アルミナ、酸化ジルコニウム、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、ジルコン酸カルシウム、珪酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム等の結晶性フィラーを含有させることができる。これによって、グリーンシート１１１〜１１３を焼結する際に、それらの収縮を抑制して寸法精度の劣化を抑制することができる。

なお、グリーンシート１１１〜１１３を作製するに際しては、上述した結晶性フィラーとガラスとを、所定のバインダ及び必要に応じて溶剤、可塑剤等を混合してセラミックスラリーとした後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の手法によって作製する。

また、ワイヤーボンディングパッド１１５及びパッド１１６は、上述のように形成したグリーンシートに対して、スクリーン印刷を施し、所定の導体パターンを形成し、同時焼成法によって形成されたメタライズ層の上にメッキ処理を施すことによって形成することができる。さらに、ビア導体１１７を形成する場合は、上述のようにして形成したグリーンシートに対して孔あけ加工を実施した後、スクリーン印刷を施して所定の導体を充填し、同時焼成することによって形成する。

ワイヤーボンディングパッド１１５及びパッド１１６は、Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ／Ｐｔ及びＡｇ／Ｐｄからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。これらの金属は電気的良導体であるとともに化学的に安定であるため、以下に説明する焼成の工程を経ても安定に存在することができ、パッドとしての機能を失うことがない。なお、ビア導体１１７は、タングステンもしくはモリブデン、それらの合金で形成される。

なお、グリーンシート１１１〜１１３は、以下に説明する焼成工程の前に、必要に応じて脱脂を行い、内部のバインダを除去しておくこともできる。

次いで、図１に示すグリーンシート多層体１１に対して（同時）焼成処理を行い、図２に示すようなセラミック焼結体２１を得る。なお、図２における参照数字“２１１”、“２１２”及び“２１３”は、それぞれグリーンシート１１１，１１２及び１１３が焼成された後のセラミック層を示している。焼成雰囲気は、例えば大気中とするが、不活性ガスや窒素ガス雰囲気を用いても問題無く、焼成温度は１５５０〜１６００℃とすることができる。なお、焼成時間は数分から数十分の程度である。

なお、特に図示しないが、前記焼成処理の際に、グリーンシート多層体１１の上面及び下面に拘束層を設け、いわゆる無収縮焼成技術を用いて前記焼成処理を行うこともできる。

次に、図２に示すように、セラミック焼結体２１の上面、すなわち最上層に位置するセラミック層２１３に対して研磨処理を行う。この研磨処理は、いわゆるセラミック配線基板の製造工程における１次研磨と呼ばれるものであり、グラインダ等によって機械的に行われる。また、ラップ研磨やダイヤモンド砥粒を用いて行うこともできる。この場合、セラミック層２１３の上面２１３Ａは平坦化されることになるが、その際にマイクロクラック２１Ａや、このマイクロクラック２１Ａから脱落して発生したセラミック破砕２１Ｂが形成されるようになる。

セラミック破砕２１Ｂは、セラミック層２１３の上面２１３Ａのみならず、セラミック層２１１の上面（ダイアタッチ部分）にも付着するようになる。なお、図２においては、マイクロクラック２１Ａ及びセラミック破砕２１Ｂの発生形態を明確にすべく、多少誇張して描いている。

次に、図３に示すように、セラミック焼結体２１に対して熱処理を施す。この熱処理は、上述した研磨処理によって生成したセラミック破砕２１Ｂが融着するような条件で行う。好ましくは、セラミック焼結体２１（すなわち、セラミック配線基板）を構成するガラス（焼結助剤）の融点よりも５０℃以上高く、セラミック焼結体１３（すなわちセラミック配線基板）の焼結温度よりも５０℃以上低い温度で行う。

この場合、熱処理温度を、前記焼結助剤の融点よりも５０℃以上高く設定しているので、前記焼結助剤が再焼結されてフラックス化し、フラックス化した前記焼結助剤を利用することによって、セラミック破砕２１Ｂの融着をより効果的かつ効率的に行うことができる。また、前記熱処理温度をセラミック焼結体２１の焼結温度よりも５０℃以上低く設定しているので、セラミック焼結体２１の再焼結を抑制し、セラミック焼結体２１、すなわち最終的に得るべくセラミック配線基板の収縮による寸法変化や変形等の悪影響を防止することができる。

さらに、上述した熱処理によって、セラミック焼結体２１のセラミック結晶粒子の粒成長を生ぜしめることができ、この結果、前記研磨加工によってセラミック層２１３の上面２１３Ａに形成されたマイクロクラック２１Ａをも消滅させることができる。結果として、図３に示すように、マイクロクラックが消滅し、セラミック破砕２１Ｂがセラミック基板へ融着するので、以降の工程において、セラミック破砕２１Ｂの発生が抑制される。

なお、図３では、上述した熱処理によるセラミック破砕２１Ｂの融着の効果を明示すべく、セラミック層２１３の上面２１３Ａを多少の凹凸を有するようにして示しているが、実際には、研磨処理後と同等の平坦度である。

上記熱処理は、上述した熱処理温度を除き、焼成工程と同様の雰囲気で行うことができ、熱処理時間も数分から数十分のオーダである。

上述のようにして得たセラミック焼結体２１は、最上層に位置するセラミック層２１３の上面２１３Ａが、機械研磨により十分に平坦化されているので、かかる面上に種々の部品を高い水平性を維持した状態で搭載することができ、セラミック焼結体２１を種々の用途に対するセラミック配線基板として提供することができるようになる。特に、光学系レンズ等を搭載することによって、セラミック焼結体２１はＣＣＤ等のイメージセンサ用のセラミック配線基板として機能させることができるようになる。

なお、上記例では、セラミック焼結体１３の上面１３Ａに着目し、かかる面に対する研磨加工及び熱処理について着目して説明したが、セラミック焼結体１３の下面部分も同様である。

（実施例１）
＜グリーンシートの作製＞
９０重量％のＡｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯの合計が１０重量％からなるガラス成分（焼結助剤）（融点：約９００℃）からなるセラミック材料を総量で１ｋｇとなるようにしてアルミナ製のポットに入れ、さらにアクリル樹脂バインダ１２０ｇ、溶剤（ＭＥＫ）及び可塑剤（ＤＯＰ）を前記ポットに入れて、５時間混合し、セラミックスラリーを得た。次いで、このセラミックスラリーからドクターブレード法により厚み０．１５ｍｍのグリーンシートを得た。次いで、前記グリーンシートを１５５０℃で３０分間焼成し、セラミック焼結体を得た。

次いで、＃４００のアルミナ砥粒を用い、ラップ研磨機により、前記セラミック焼結体の上面を研磨した。次いで、研磨後の前記セラミック焼結体を１０００℃で３０分間熱処理し、目的とするセラミック基板を得た。

（セラミック基板の評価）
上述のようにして得たセラミック基板の研磨面に対して粘着テープを貼付し、ピーリングテストを実施した。その結果、前記粘着テープに付着したダストの数は２３個／（１ｍｍ×１ｍｍ）ｃｍ^２であることが判明した。また、１０００倍のＳＥＭ写真によって観察した場合に、上記研磨に起因して発生したセラミック破砕が脱落した窪みが認識できなかった（図４）。

（実施例２）
前記熱処理温度を１０００℃から１４００℃に代えた以外は、実施例１と同様にしてセラミック基板を作製し、評価した。その結果、粘着テープに付着したダストの数は２０個／（１ｍｍ×１ｍｍ）ｃｍ^２であることが判明した。また、１０００倍のＳＥＭ写真によって観察した場合に、上記研磨に起因して発生したセラミック破砕が脱落した窪みが認識できなかった。

（実施例３）
前記熱処理温度を１０００℃から１５００℃に代えた以外は、実施例１と同様にしてセラミック基板を作製し、評価した。その結果、粘着テープに付着したダストの数は２４個／（１ｍｍ×１ｍｍ）ｃｍ^２であることが判明した。また、１０００倍のＳＥＭ写真によって観察した場合に、上記研磨に起因して発生したセラミック破砕が脱落した窪みが認識できなかった。

（比較例）
上記熱処理を実施しない以外は、実施例１と同様にしてセラミック基板を作製し、評価した。その結果、粘着テープに付着したダストの数は６６７個／（１ｍｍ×１ｍｍ）ｃｍ^２であることが判明した。また、１０００倍のＳＥＭ写真によって観察した場合に、上記研磨に起因して発生したセラミック破砕が脱落した窪みが認識できなかった（図５の白丸の領域）。

以上、上記実施例及び比較例から明らかなように、本発明にしたがって、セラミック焼結体を研磨した後、前記セラミック基板を構成する焼結助剤の融点よりも５０℃以上高く、前記セラミック基板の焼結温度よりも５０℃以上低い温度で熱処理を行うことにより、セラミック破砕に起因するダストの数を低減することができ、前記セラミック基板の研磨面の平坦性を向上できることが判明した。

以上、本発明を具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

１１ グリーンシート多層体
１１１，１１２，１１３ グリーンシート
１１５ ワイヤーボンディングパッド
１１６ パッド
１１７ 導体層
２１ セラミック焼結体
２１１，２１２，２１３ セラミック層

Claims (4)

1. 部品を搭載するための平面領域を含むセラミック配線基板の製造方法であって、
   前記セラミック配線基板の、上記平面領域を研磨加工して平坦化する工程と、
   前記セラミック配線基板に熱処理を施し、前記研磨加工によって破断した前記面のセラミック破砕を融着させる工程と、
   を具えることを特徴とする、セラミック配線基板の製造方法。
2. 前記熱処理は、前記セラミック配線基板を構成する焼結助剤の融点よりも５０℃以上高く、前記セラミック配線基板の焼結温度よりも５０℃以上低い温度で行うことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック配線基板の製造方法。
3. 前記セラミック配線基板は、アルミナを９０重量％以上含むアルミナ系セラミックスからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミック配線基板の製造方法。
4. 前記部品が光学系レンズ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の製造方法。