JP2011176301A - Substrate for mounting element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子搭載用基板とその製造方法に係り、特に、基板表面に形成された厚膜導体層表面の平坦性が高く、耐硫化性に優れた素子搭載用基板と、そのような基板を製造する方法に関する。 The present invention relates to an element mounting substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly, an element mounting substrate having high flatness on the surface of a thick film conductor layer formed on the substrate surface and excellent in resistance to sulfur, and such a substrate. It relates to a method of manufacturing.
近年、電子機器の高密度実装化や処理速度の高速化に伴い、低誘電率で低配線抵抗という優れた特徴を有する低温(同時)焼成セラミックス基板(LTCC基板)の使用が拡大している。また、発光ダイオード(LED)素子のような半導体素子を搭載するための基板として、LTCC基板の使用が検討されている。 In recent years, the use of low-temperature (simultaneous) fired ceramic substrates (LTCC substrates) having an excellent feature of low dielectric constant and low wiring resistance has been expanded with the high density mounting of electronic devices and the increase in processing speed. In addition, use of an LTCC substrate has been studied as a substrate for mounting a semiconductor element such as a light emitting diode (LED) element.
LTCC基板は、通常のセラミックスの焼成温度より低い800〜1000℃程度の温度で焼成されるもので、ガラスとセラミックスフィラー(例えば、アルミナフィラーやジルコニアフィラー)とからなるグリーンシートを所定の枚数重ね合わせ、熱圧着により一体化した後焼成することにより作製される。 The LTCC substrate is fired at a temperature of about 800 to 1000 ° C., which is lower than the firing temperature of normal ceramics. It is manufactured by firing after being integrated by thermocompression bonding.
LTCC基板の表面には、銀(Ag)や銅(Cu)のような導体金属を主体とするペーストを印刷し焼成してなる厚膜導体層が形成されている。そして、このような厚膜導体層のうちで特に素子との接続がなされる端子部(電極)には、ワイヤボンディング性、密着強度、および耐候性を保つために、ニッケル(Ni)メッキと金(Au)メッキの積層メッキ(Ni/Auメッキ)が施されている。このようなNi/Auメッキにより耐硫化性を付与し、厚膜導体層が空気中等の硫黄(S)分と反応して変色するのを防止している。 A thick film conductor layer is formed on the surface of the LTCC substrate by printing and baking a paste mainly composed of a conductor metal such as silver (Ag) or copper (Cu). Of these thick film conductor layers, the terminal portion (electrode) that is particularly connected to the element is provided with nickel (Ni) plating and gold in order to maintain wire bondability, adhesion strength, and weather resistance. Multilayer plating (Ni / Au plating) of (Au) plating is performed. Such Ni / Au plating provides sulfidation resistance and prevents the thick film conductor layer from being discolored by reacting with sulfur (S) in the air or the like.
しかし、LED素子等を搭載するための基板においては、近年、耐硫化性の高さが求められており、ワイヤボンディング部に必要とされる従来からのメッキ厚(Niメッキ厚3〜5μm/Auメッキ厚0.1〜0.3μm)では、JIS−C−60068−2−43に拠る硫化試験においてNi/Auメッキ部に黒色の変色が生じ、硫化試験に合格することができないという問題があった。 However, in recent years, a substrate for mounting an LED element or the like has been required to have high sulfidation resistance, and a conventional plating thickness (Ni plating thickness of 3 to 5 μm / Au required for a wire bonding portion) is required. In the plating thickness of 0.1 to 0.3 μm, the Ni / Au plating portion has a black discoloration in the sulfidation test according to JIS-C-60068-2-43, and the sulfidation test cannot be passed. It was.
本発明者らの研究によれば、このようなNi/Auメッキ部の変色の原因は、表面に露出したNiメッキ層によって硫化ニッケルが生じることにあることがわかった。
すなわち、Ag等の厚膜導体には粒界の空隙や表面の凹凸が存在するため、Niメッキ層を形成してもその空隙や表面の凹凸が残り、最上層のAuメッキを施しても完全にNiメッキ層を覆うことができないためAuメッキ層の下地層であるNiメッキ層が表面に露出することになる。そして、この露出したNiメッキ層と硫黄(S)分とが反応することで黒色の硫化ニッケルが発生したものと考えられる。
According to the study by the present inventors, it has been found that the cause of such discoloration of the Ni / Au plating portion is that nickel sulfide is generated by the Ni plating layer exposed on the surface.
In other words, since the thick film conductors such as Ag have grain boundary voids and surface irregularities, even if the Ni plating layer is formed, the voids and surface irregularities remain, and even if the uppermost Au plating is applied Since the Ni plating layer cannot be covered, the Ni plating layer which is the base layer of the Au plating layer is exposed on the surface. And it is thought that black nickel sulfide generate | occur | produced because this exposed Ni plating layer and sulfur (S) content react.
従来から、このような接続端子部(電極)の硫化(変色)を防止する技術として、Niメッキ層の上にシリコーン樹脂等による保護コートを施す方法や、厚膜導体層を構成する導体に使われるAg粉末の粒径を小さくし、焼結性を良好にして粒界を残りにくくする方法や、メッキに代えてペースト印刷により厚膜Au層を形成したり、Auメッキ層を厚くするなどの方法などが知られている。 Conventionally, as a technique for preventing such sulfidation (discoloration) of the connection terminal part (electrode), a method of applying a protective coating with a silicone resin or the like on the Ni plating layer or a conductor constituting the thick film conductor layer has been used. Such as a method of reducing the particle size of the Ag powder, improving the sinterability and making the grain boundary less likely to remain, forming a thick Au layer by paste printing instead of plating, or increasing the thickness of the Au plating layer, etc. Methods are known.
しかしながら、Ag粉末の粒径を小さくし、焼結性を良好にすると基板との焼成収縮のタイミングが合わなくなってしまい、基板が反ってしまう。また厚膜Au層を形成したり、Auメッキ層を厚くするとコストが著しく上昇するという問題があった。 However, if the particle size of the Ag powder is reduced and the sinterability is improved, the timing of firing shrinkage with the substrate is not matched, and the substrate is warped. Further, when a thick Au layer is formed or the Au plating layer is thick, there is a problem that the cost is remarkably increased.
また、LTCC基板上に形成された導体層の表面を処理し、メッキ性を良好にする技術として、メッキ工程の前にLTCC基板の表面に対してウェットブラスト処理を施し、導体層の表面に浮き出したガラスを除去する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In addition, as a technology to improve the plating properties by treating the surface of the conductor layer formed on the LTCC substrate, the surface of the LTCC substrate is wet-blasted before the plating process, and the surface of the conductor layer is raised. There has been proposed a method for removing the damaged glass (for example, see Patent Document 1).
しかしながらこの方法では、厚膜導体(Ag)の粒界の空隙や表面の凹凸をなくし、耐硫化性を高めることはできなかった。すなわち、特許文献1には、ウェットブラスト処理の条件が詳細に記載されているわけではないが、ガラス除去のためのブラスト処理は、ガラスという固い物質を短時間のブラストで破砕し除去するものであり、そのような目的のためのブラスト処理条件では、導体(Ag)粒子の隙間を埋めるとともに凹凸をなくし、導体層の表面を、通常の厚さのAuメッキ層でも完全に覆うことができる程度に平坦(平滑)にすることは困難であった。 However, with this method, voids in the grain boundaries and surface irregularities of the thick film conductor (Ag) are eliminated, and the resistance to sulfidation cannot be improved. That is, Patent Document 1 does not describe in detail the conditions for wet blasting, but blasting for glass removal involves removing a hard substance called glass by crushing it with a short blast. Yes, under the blasting conditions for such a purpose, the gaps between the conductor (Ag) particles are filled and the unevenness is eliminated, and the surface of the conductor layer can be completely covered with an Au plating layer having a normal thickness. It was difficult to make it flat (smooth).
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板上に形成された厚膜導体層表面の平坦性を上げることで、耐硫化性を高めた素子搭載用基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an element mounting substrate with improved sulfidation resistance by increasing the flatness of the surface of the thick film conductor layer formed on the substrate. With the goal.
本発明の素子搭載用基板は、低温焼成セラミックス基板と、前記低温焼成セラミックス基板の表面に形成された、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする金属からなる厚膜導体層と、前記厚膜導体層の上に形成された導電性金属のメッキ層を有し、前記厚膜導体層は、ウェットブラスト処理により表面が平坦化されており、0.02μm以下の表面粗さRaを有することを特徴とする。 The element mounting substrate of the present invention includes a low-temperature fired ceramic substrate, a thick film conductor layer made of a metal mainly composed of silver (Ag) or copper (Cu), formed on the surface of the low-temperature fired ceramic substrate, A conductive metal plating layer is formed on the thick film conductor layer, and the surface of the thick film conductor layer is flattened by wet blasting and has a surface roughness Ra of 0.02 μm or less. It is characterized by that.
前記導電性金属のメッキ層は、ニッケル(Ni)メッキ層と金(Au)メッキ層が積層されたNi−Auメッキ層であることが好ましい。 The conductive metal plating layer is preferably a Ni—Au plating layer in which a nickel (Ni) plating layer and a gold (Au) plating layer are laminated.
本発明の素子搭載用基板の製造方法は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物からなる基板の表面に、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする金属のペーストを印刷して、導体パターンを形成する工程と、前記導体パターンが形成された前記基板を焼成し、前記ガラスセラミックス組成物を焼結するとともに前記金属ペーストを焼成して、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする金属からなる厚膜導体層を形成する工程と、前記厚膜導体層に対してウェットブラスト処理を行い、該厚膜導体層の表面を0.02μm以下の表面粗さRaに平坦化する工程と、前記ウェットブラスト処理により表面が平坦化された前記厚膜導体層の上に、ニッケル(Ni)−金(Au)メッキ層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 In the method for manufacturing an element mounting substrate of the present invention, a metal paste mainly composed of silver (Ag) or copper (Cu) is printed on the surface of a substrate made of a glass ceramic composition containing glass powder and a ceramic filler. Then, a step of forming a conductor pattern, and firing the substrate on which the conductor pattern is formed, sintering the glass ceramic composition and firing the metal paste, silver (Ag) or copper (Cu) Forming a thick film conductor layer made of a metal having a main component, and subjecting the thick film conductor layer to wet blasting to flatten the surface of the thick film conductor layer to a surface roughness Ra of 0.02 μm or less. And a step of forming a nickel (Ni) -gold (Au) plating layer on the thick film conductor layer whose surface has been flattened by the wet blasting. The features.
前記ウェットブラスト処理に使用される研磨材は、粒径が25〜150μmのセラミックス粉末であり、媒体は水であることが好ましい。また、前記研磨材の混合比率は、前記研磨材と前記水との全量に対して20〜60体積%であることが好ましい。さらに、前記ウェットブラスト処理において、前記研磨材と前記水とからなるブラスト液は、直径5〜10mmの噴射口を有するノズルから、その圧力が1.2〜1.8kg/cm2で噴射されることが好ましい。 The abrasive used for the wet blast treatment is preferably a ceramic powder having a particle size of 25 to 150 μm, and the medium is preferably water. The mixing ratio of the abrasive is preferably 20 to 60% by volume with respect to the total amount of the abrasive and the water. Furthermore, in the wet blasting process, the blast liquid composed of the abrasive and the water is injected at a pressure of 1.2 to 1.8 kg / cm 2 from a nozzle having an injection port having a diameter of 5 to 10 mm. It is preferable.
本発明によれば、低温焼成セラミックス基板の表面に形成された銀(Ag)または銅(Cu)等の金属からなる厚膜導体層が、ウェットブラスト処理により平坦化(平滑化)され、厚膜導体(Ag)粒子の隙間が埋められて表面粗さRaが0.02μm以下に調整されているので、メッキ性が良好であり、通常の厚さのAuメッキ層でも厚膜導体表面を完全に覆うことができる。したがって、耐硫化性に優れた素子搭載用基板を得ることができる。 According to the present invention, the thick film conductor layer made of a metal such as silver (Ag) or copper (Cu) formed on the surface of the low-temperature fired ceramic substrate is flattened (smoothed) by wet blasting, so that the thick film Since the gap between the conductor (Ag) particles is filled and the surface roughness Ra is adjusted to 0.02 μm or less, the plating property is good, and even with a normal thickness Au plating layer, the thick film conductor surface is completely covered Can be covered. Therefore, an element mounting substrate having excellent sulfidation resistance can be obtained.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1〜図4は、それぞれ本発明の素子搭載用基板10を示す断面図である。素子搭載用基板10は、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物の焼結体からなる低温焼成セラミックス基板(LTCC基板)1を有しており、一方の主面(図中上面)がLED素子のような素子(半導体素子)が搭載される搭載面1aとなっている。LTCC基板1の形状、厚さ、大きさ等は特に制限されない。LTCC基板1は、図1および図2に示すように、平面状のものでもよいし、図3および図4に示すように、基板端部に側壁1bが設けられ、キャビティ内に搭載面1aが形成された形状のものでもよい。また、LTCC基板1を構成するガラスセラミックス組成物の焼結体の原料組成、焼結条件等については、後述する製造方法において説明する。
1 to 4 are cross-sectional views showing the
LTCC基板1の搭載面1aには、LED素子等の素子と電気的に接続される接続端子(電極)である厚膜導体層2が形成されている。厚膜導体層2は、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする導体金属から構成されており、後述するように、導体金属のペーストをスクリーン印刷等で印刷し焼成することにより形成されている。厚膜導体層2は、図1および図3に示すように、搭載面1aと同一の高さに形成することができる。また、図2および図4に示すように、搭載面1aに凹部1cを形成し、凹部1c内(底面)に厚膜導体層2を形成してもよい。これらの厚膜導体層2は、表面がウェットブラスト処理により平坦化(平滑化)されており、0.02μm以下の表面粗さRaを有している。また、このように表面が平坦化された厚膜導体層2の上に、ニッケル(Ni)メッキ層とその上に形成された金(Au)メッキ層との積層構造を有するNi/Auメッキ層3が形成されており、厚膜導体層2の表面が隙間なく完全に覆われている。厚膜導体層2の表面粗さRaが0.02μmを超える場合には、Ni/Auメッキ層3によって厚膜導体層2の表面を完全に覆うことが難しく、耐硫化性が不十分となる。厚膜導体層3の表面粗さRaは0.01μm以下であることがより好ましい。
On the
LTCC基板1の搭載面1aと反対側の主面である非搭載面1bにも、外部接続用の端子(電極)として厚膜導体層2を形成することができる。このような構造では、非搭載面1bに形成された厚膜導体層2の表面も、搭載面1aに形成された厚膜導体層3と同様に、ウェットブラスト処理により平坦化することが好ましい。すなわち、非搭載面1bに形成された厚膜導体層2も、0.02μm以下の表面粗さRaを有するようにウェットブラスト処理により平坦化されており、その上にNi/Auメッキ層3が形成され厚膜導体層2の表面が隙間なく完全に覆われた構造とすることが好ましい。なお、図中符号4は、搭載面1aの素子接続用端子と非搭載面1bの外部接続用端子とを電気的に接続する貫通導体部を示す。
The thick
本発明の素子搭載用基板10においては、LTCC基板1の表面に形成された銀(Ag)または銅(Cu)等の金属からなる厚膜導体層2が、ウェットブラスト処理により表面粗さRaが0.02μm以下に平坦化されており、その上にNi/Auメッキ層3が形成されて、厚膜導体層2の表面が隙間なく完全に覆われているので、硫化試験において変色が生じることがなく、耐硫化性に優れている。
In the
本発明の素子搭載用基板1は、以下に示すようにして製造することができる。 The element mounting substrate 1 of the present invention can be manufactured as follows.
[グリーンシートの形成]
まず、グリーンシートを形成する。グリーンシートは、ガラス粉末とセラミックスフィラーとを含むガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させることで形成することができる。
[Formation of green sheets]
First, a green sheet is formed. The green sheet is prepared by adding a binder, and optionally a plasticizer, a solvent, etc. to a glass ceramic composition containing glass powder and a ceramic filler, and forming this into a sheet by the doctor blade method or the like. It can be formed by drying.
ガラス粉末は、必ずしも限定されるものではないものの、ガラス転移点(Tg)が550℃以上700℃以下のものが好ましい。ガラス転移点(Tg)が550℃未満の場合には、後述する脱脂が困難となるおそれがあり、700℃を超える場合には、収縮開始温度が高くなり、寸法精度が低下するおそれがある。 The glass powder is not necessarily limited, but a glass transition point (Tg) of 550 ° C. or higher and 700 ° C. or lower is preferable. When the glass transition point (Tg) is lower than 550 ° C., degreasing described later may be difficult. When the glass transition point (Tg) is higher than 700 ° C., the shrinkage start temperature is increased, and the dimensional accuracy may be decreased.
ガラス粉末としては、例えばSiO2を57〜65mol%、B2O3を13〜18mol%、CaOを9〜23mol%、Al2O3を3〜8mol%、K2OおよびNa2Oから選ばれる少なくとも一方を合計で0.5〜6mol%含有するガラスの粉末が用いられる。ガラス粉末の50%粒径(D50)は0.5μm以上2μm以下であることが好ましい。ガラス粉末のD50が0.5μm未満の場合には、ガラス粉末が凝集しやすく、取り扱いが困難となるばかりでなく、均一に分散させることが困難となる。一方、D50が2μmを超える場合には、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足が発生するおそれがある。なお、本明細書において、粒径はレーザ回折・散乱法により得られるものである。 As the glass powder, for example, SiO 2 is selected from 57 to 65 mol%, B 2 O 3 is 13 to 18 mol%, CaO is 9 to 23 mol%, Al 2 O 3 is 3 to 8 mol%, K 2 O and Na 2 O are selected. Glass powder containing a total of at least one of 0.5 to 6 mol% is used. The 50% particle size (D 50 ) of the glass powder is preferably 0.5 μm or more and 2 μm or less. If D 50 of the glass powder is less than 0.5μm, the glass powder is likely to agglomerate, handle not only difficult, it is difficult to uniformly disperse. On the other hand, when D 50 exceeds 2 μm, the glass softening temperature may increase or the sintering may be insufficient. In this specification, the particle diameter is obtained by a laser diffraction / scattering method.
セラミックスフィラーとしては、従来からLTCC基板の製造に用いられるものを用いることができる。例えば、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、アルミナ粉末とジルコニア粉末との混合物等を好適に用いることができる。セラミックスフィラーのD50は、0.5μm以上4μm以下であることが好ましい。 As the ceramic filler, those conventionally used for manufacturing LTCC substrates can be used. For example, alumina powder, zirconia powder, a mixture of alumina powder and zirconia powder, or the like can be suitably used. The D 50 of the ceramic filler is preferably 0.5 μm or more and 4 μm or less.
このようなガラス粉末とセラミックスフィラーとを、例えばガラス粉末が30質量%以上50質量%以下、セラミックスフィラーが50質量%以上70質量%以下となるように配合し混合することによりガラスセラミックス組成物を得ることができ、このガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、溶剤等を添加することによりスラリーを得ることができる。 A glass ceramic composition is prepared by mixing and mixing such glass powder and ceramic filler such that the glass powder is 30% by mass to 50% by mass and the ceramic filler is 50% by mass to 70% by mass. A slurry can be obtained by adding a binder, and if necessary, a plasticizer, a solvent and the like to the glass ceramic composition.
バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、アクリル樹脂等を好適に用いることができる。可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を用いることができる。また、溶剤としては、トルエン、キシレン、ブタノール等の芳香族系またはアルコール系の有機溶剤を用いることができる。さらに、分散剤やレべリング剤を併用することも可能である。 As the binder, for example, polyvinyl butyral, acrylic resin and the like can be suitably used. As the plasticizer, for example, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, butyl benzyl phthalate and the like can be used. As the solvent, aromatic or alcoholic organic solvents such as toluene, xylene and butanol can be used. Further, a dispersant or a leveling agent can be used in combination.
こうして形成されたグリーンシートを、打抜き型あるいはパンチングマシーンを使用して所定の寸法角に切断し、同時に所定位置に層間接続用のビアホールを打抜き形成することができる。 The green sheet thus formed can be cut into a predetermined dimension angle by using a punching die or a punching machine, and at the same time, via holes for interlayer connection can be punched and formed at predetermined positions.
[金属ペーストの印刷]
グリーンシートの表面に、導体金属のペーストをスクリーン印刷等の方法で印刷することにより、未焼成の導体パターンを形成する。また、前記した層間接続用のビアホール内に導体金属のペーストを充填することによって、未焼成の層間接続部を形成する。導体金属のペーストとしては、例えば銀(Ag)または銅(Cu)を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いる。金属粉末としては、銀(Ag)粉末、銀とパラジウムとの混合粉末、銀と白金との混合粉末等が好ましく用いられる。なお、本発明においては、グリーンシートに含まれるガラス成分により導体金属と基板との接着力を十分に確保することができるので、導体金属の電気抵抗(抵抗値)を上げないために、ガラスフリットが配合されていない金属ペーストを使用することが好ましい。
[Print metal paste]
An unfired conductor pattern is formed by printing a conductive metal paste on the surface of the green sheet by a method such as screen printing. In addition, an unfired interlayer connection portion is formed by filling a conductor metal paste into the via hole for interlayer connection described above. As the conductive metal paste, for example, a paste made by adding a vehicle such as ethyl cellulose to a metal powder containing silver (Ag) or copper (Cu) as a main component and, if necessary, a solvent or the like is used. As the metal powder, silver (Ag) powder, mixed powder of silver and palladium, mixed powder of silver and platinum, and the like are preferably used. In the present invention, since the glass component contained in the green sheet can sufficiently secure the adhesion between the conductor metal and the substrate, the glass frit is prevented from increasing the electrical resistance (resistance value) of the conductor metal. It is preferable to use a metal paste in which is not blended.
[グリーンシートの積層および焼成]
未焼成の導体パターンが形成されたグリーンシートを、位置合わせしつつ複数枚重ねて加熱および加圧して一体化した後、500℃以上600℃以下の温度で加熱することにより、グリーンシートに含まれる樹脂等のバインダーを分解・除去する脱脂を行う。その後、さらに800〜1000℃程度の温度で加熱し、グリーンシートを構成するガラスセラミックス組成物を焼成する。この焼成により、ガラスセラミックス基板内部および表面(表裏面)に形成された金属ペーストも同時に焼成され、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする金属からなる厚膜導体層が形成される。
[Lamination and firing of green sheets]
A plurality of green sheets on which unfired conductor patterns are formed are stacked and integrated by heating and pressing, and then heated at a temperature of 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower to be included in the green sheet. Degreasing is performed to decompose and remove the binder such as resin. Then, the glass ceramic composition which further heats at the temperature of about 800-1000 degreeC and comprises a green sheet is baked. By this firing, the metal paste formed in the glass ceramic substrate and on the front surface (front and back surfaces) is simultaneously fired to form a thick film conductor layer made of a metal mainly composed of silver (Ag) or copper (Cu).
[ウェット(湿式)ブラスト処理]
ガラスセラミックス基板(LTCC基板)の表面に形成された厚膜導体層に対して、ウェットブラスト処理を行う。すなわち、研磨材(ブラスト粉末)を液体媒体(例えば水)と混合してなるブラスト液を、高圧で厚膜導体層に噴射する(吹き付ける)。このウェットブラスト処理により、導体粒子の隙間を埋め、厚膜導体層の表面を平坦化(平滑化)する。研磨材の粒径やブラスト液の噴射速度、噴射圧力、処理時間等を調整することで、処理後の厚膜導体層の表面粗さRaを0.02μm以下にすることができる。
[Wet (wet) blasting]
Wet blasting is performed on the thick film conductor layer formed on the surface of the glass ceramic substrate (LTCC substrate). That is, a blast liquid obtained by mixing an abrasive (blast powder) with a liquid medium (for example, water) is sprayed (sprayed) onto the thick film conductor layer at a high pressure. By this wet blast treatment, the gaps between the conductor particles are filled, and the surface of the thick film conductor layer is flattened (smoothed). The surface roughness Ra of the thick film conductor layer after the treatment can be set to 0.02 μm or less by adjusting the particle size of the abrasive, the blast liquid spraying speed, the spraying pressure, the processing time, and the like.
研磨材としては、例えばアルミナまたはジルコニア等のセラミック粉末を使用することができる。ブラストの効率を上げるため、アルミナ粉末の破砕粉の使用が好ましい。研磨材の粒径は、25〜150μmの範囲とすることが好ましい。研磨材の粒径が25μm未満では、LTCC基板の切断用溝等に研磨材が入り込んでしまい、異物となって素子の搭載を阻害するおそれがある。一方、研磨材の粒径が150μmを超える場合には、素子の搭載部であるキャビティ壁面付近の厚膜導体層を効率よくブラストすることができない。研磨材の50%粒径(D50)は80〜100μmの範囲が好ましい。より好ましいD50は90μmである。 As the abrasive, for example, ceramic powder such as alumina or zirconia can be used. In order to increase the efficiency of blasting, it is preferable to use crushed alumina powder. The particle size of the abrasive is preferably in the range of 25 to 150 μm. When the particle size of the abrasive is less than 25 μm, the abrasive enters into the cutting groove of the LTCC substrate, etc., which may become a foreign substance and hinder the mounting of the element. On the other hand, when the particle size of the abrasive exceeds 150 μm, the thick film conductor layer in the vicinity of the cavity wall surface that is the element mounting portion cannot be efficiently blasted. The 50% particle size (D 50 ) of the abrasive is preferably in the range of 80 to 100 μm. A more preferable D 50 is 90 μm.
研磨材(ブラスト粉末)と液体媒体(例えば水)との混合比率は、研磨材がブラスト液全体の20〜60体積%とする。研磨材の混合比率が20体積%未満では、ウェットブラストの効率が著しく低くなり、厚膜導体層の表面を十分に平坦化することができない。一方、研磨材の比率が60体積%を超えると、ブラスト液の粘度が高くなりすぎてかえってブラスト効率が低下する。最も好ましい混合比率は、研磨材が40体積%、水が60体積%の比率である。 The mixing ratio of the abrasive (blast powder) and the liquid medium (for example, water) is 20 to 60% by volume of the abrasive as a whole. When the mixing ratio of the abrasive is less than 20% by volume, the efficiency of wet blasting is remarkably reduced, and the surface of the thick film conductor layer cannot be sufficiently flattened. On the other hand, when the ratio of the abrasive exceeds 60% by volume, the viscosity of the blast liquid becomes too high, and the blasting efficiency is lowered. The most preferable mixing ratio is a ratio of 40% by volume of abrasive and 60% by volume of water.
また、このような比率で混合されたブラスト液を噴射する圧力は、ボロンカーバイド製ノズルの噴射口が直径8mmのとき、1.2〜1.8kg/cm2とすることが好ましい。ブラスト液の噴射圧力が1.2kg/cm2未満では、厚膜導体層の表面に浮き出したガラスの除去には効果が認められるが、厚膜導体層の表面粗さRaが0.02μm以下になるような十分な平坦化を行なうことはできない。したがって、良好な耐硫化性を付与することができない。ブラスト液の噴射圧力が1.8kg/cm2を超えると、厚膜導体層の表面にブラスト材であるアルミナ粉末が付着してしまい、表面を平坦化する効果が小さくなる。 Further, the pressure for injecting the blast liquid mixed at such a ratio is preferably 1.2 to 1.8 kg / cm 2 when the injection port of the boron carbide nozzle has a diameter of 8 mm. When the spray pressure of the blast liquid is less than 1.2 kg / cm 2 , an effect is observed in removing the glass that is raised on the surface of the thick film conductor layer, but the surface roughness Ra of the thick film conductor layer is 0.02 μm or less. Such a sufficient flattening cannot be performed. Therefore, good sulfidation resistance cannot be imparted. When the spray pressure of the blast liquid exceeds 1.8 kg / cm 2 , alumina powder as a blast material adheres to the surface of the thick film conductor layer, and the effect of flattening the surface becomes small.
また、ボロンカーバイド製ノズルの噴射口の直径は、5〜10mmのものが使用できる。前記噴射口の直径が5mm未満では、流速が速くなりすぎて厚膜導体層のみならず、ガラスセラミックス基板上のガラスを多量に除去して、強度を低下させたり、厚膜導体層の表面にブラスト材であるアルミナ粉末が付着したりして、表面を平坦化するする効果が小さくなる。10mm超では、厚膜導体層の表面に浮き出したガラスの除去には効果が認められるが、厚膜導体層の表面粗さRaが0.02μm以下になるような十分な平坦化を行うことが難しくなる。 In addition, the diameter of the nozzle of the boron carbide nozzle can be 5 to 10 mm. If the diameter of the injection port is less than 5 mm, the flow velocity becomes too high, and not only the thick film conductor layer but also a large amount of glass on the glass ceramic substrate is removed to reduce the strength, or to the surface of the thick film conductor layer. Alumina powder, which is a blast material, adheres, and the effect of flattening the surface is reduced. If it exceeds 10 mm, an effect is observed in removing the glass that has been raised on the surface of the thick film conductor layer, but sufficient flattening may be performed so that the surface roughness Ra of the thick film conductor layer is 0.02 μm or less. It becomes difficult.
ウェットブラスト工程では、ベルトコンベアで連続的に搬送されるLTCC基板の厚膜導体層に向けて、搬送面より5cm程度上に配置されたボロンカーバイド製ノズルの噴射口からブラスト液を噴射する方法を採ることができる。コンベアの搬送速度は1〜1.5m/分とすることが好ましい。搬送速度が1m/分未満では、厚膜導体層にブラスト材であるアルミナ粉末が付着してしまい、表面を平坦化する効果が小さい。搬送速度が1.5m/分を超えると、ブラストの効果が小さく、硫化防止に十分な平坦化を行なうことはできない。 In the wet blasting process, a method of injecting blast liquid from an injection port of a boron carbide nozzle disposed about 5 cm above the conveying surface toward the thick film conductor layer of the LTCC substrate that is continuously conveyed by the belt conveyor. Can be taken. The conveying speed of the conveyor is preferably 1 to 1.5 m / min. When the conveying speed is less than 1 m / min, alumina powder as a blast material adheres to the thick film conductor layer, and the effect of flattening the surface is small. When the conveyance speed exceeds 1.5 m / min, the effect of blasting is small, and flattening sufficient for preventing sulfidation cannot be performed.
[メッキ工程]
ウェットブラスト処理により、表面粗さRaが0.02μm以下に平坦化された厚膜導体層の上に、Niメッキを行った後Auメッキを行い、Ni/Auメッキ層を形成する。Niメッキは、例えばスルファミン酸ニッケル浴を使用して電界メッキによって5〜10μmの厚みに形成される。金メッキは、例えばシアン化金カリウム浴を使用して電界メッキによって0.2〜0.5μmの厚みに形成することができる。
[Plating process]
On the thick film conductor layer whose surface roughness Ra is flattened to 0.02 μm or less by wet blasting, Ni plating is performed and then Au plating is performed to form a Ni / Au plating layer. The Ni plating is formed to a thickness of 5 to 10 μm by electroplating using, for example, a nickel sulfamate bath. The gold plating can be formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by electroplating using, for example, a potassium gold cyanide bath.
前工程で下層の厚膜導体層にウェットブラスト処理が施され、導体(例えばAg)粒子の隙間が埋められ凹凸が均されて、表面粗さRaが0.02μm以下に平坦化されているので、前記した厚さのNi/Auメッキ層により厚膜導体層の上を完全に覆うことができる。したがって、Niメッキ層が露出することがなく、耐硫化性に優れており、Ni/Auメッキ層の上にシリコーン樹脂等の保護コートを被覆しなくても、JIS−C−60068−2−43に準拠する硫化試験において、Auメッキ膜表面に硫化ニッケルの析出による黒色欠点のないAuメッキ膜を得ることができる。 Since wet blasting is applied to the lower thick film conductor layer in the previous step, the gaps between the conductor (for example, Ag) particles are filled, the unevenness is smoothed, and the surface roughness Ra is flattened to 0.02 μm or less. The thick film conductor layer can be completely covered with the Ni / Au plating layer having the above thickness. Therefore, the Ni plating layer is not exposed and has excellent sulfidation resistance. Even if the Ni / Au plating layer is not coated with a protective coating such as a silicone resin, JIS-C-60068-2-43. In the sulfidation test based on the above, it is possible to obtain an Au plating film free from black defects due to the precipitation of nickel sulfide on the surface of the Au plating film.
以下に、本発明の実施例を説明する。なお本発明はこれら実施例に限定されるものではない。以下に説明する方法で、図1に示す構造の素子搭載用基板10を作製した。
Examples of the present invention will be described below. The present invention is not limited to these examples. The
まず、素子搭載用基板10を作製するための本体用グリーンシートを作製した。本体用グリーンシートは、SiO2が60.4mol%、B2O3が15.6mol%、Al2O3が6mol%、CaOが15mol%、K2Oが1mol%、Na2Oが2mol%となるように原料を配合、混合し、この原料混合物を白金ルツボに入れて1600℃で60分間溶融させた後、この溶融状態のガラスを流し出し冷却した。このガラスをアルミナ製ボールミルにより40時間粉砕して基板本体用ガラス粉末を製造した。なお、粉砕時の溶媒にはエチルアルコールを用いた。
First, the green sheet for main bodies for producing the
この基板本体用ガラス粉末が40質量%、アルミナフィラー(昭和電工社製、商品名:AL−45H)が60質量%となるように配合し、混合することによりガラスセラミックス組成物を製造した。このガラスセラミックス組成物50gに、有機溶剤(トルエン、キシレン、2−プロパノール、2−ブタノールを質量比4:2:2:1で混合したもの)15g、可塑剤(フタル酸ジ−2−エチルヘキシル)2.5g、バインダーとしてのポリビニルブチラール(デンカ社製、商品名:PVK#3000K)5g、さらに分散剤(ビックケミー社製、商品名:BYK180)0.5gを配合し、混合してスラリーを調製した。 A glass ceramic composition was produced by mixing and mixing the glass powder for substrate main body at 40% by mass and the alumina filler (trade name: AL-45H, manufactured by Showa Denko KK) at 60% by mass. 50 g of this glass ceramic composition, 15 g of an organic solvent (toluene, xylene, 2-propanol, 2-butanol mixed at a mass ratio of 4: 2: 2: 1), plasticizer (di-2-ethylhexyl phthalate) 2.5 g, 5 g of polyvinyl butyral as a binder (Denka Co., Ltd., trade name: PVK # 3000K) and 0.5 g of a dispersant (Bik Chemie, trade name: BYK180) were blended and mixed to prepare a slurry. .
このスラリーをPETフィルム上にドクターブレード法により塗布し、乾燥させ、焼成後の厚さが0.15mmとなる本体用グリーンシートを製造した。 This slurry was applied onto a PET film by a doctor blade method and dried to produce a green sheet for a main body having a thickness after firing of 0.15 mm.
一方、導電性粉末(大研化学工業社製、商品名:S400−2)に、ビヒクルとしてのエチルセルロースを質量比90:10の割合で配合し、固形分が87質量%となるように溶剤としてのαテレピネオールに分散した後、磁器乳鉢中で1時間混練を行い、さらに三本ロールにて3回分散を行って金属ペーストを製造した。 On the other hand, ethyl cellulose as a vehicle is blended with conductive powder (trade name: S400-2, manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd.) in a ratio of 90:10 as a solvent so that the solid content becomes 87% by mass. After being dispersed in α-terpineol, the mixture was kneaded in a porcelain mortar for 1 hour, and further dispersed three times with a three roll to produce a metal paste.
本体用グリーンシートの未焼成貫通導体に相当する部分に孔空け機を用いて直径0.3mmの貫通孔を形成し、スクリーン印刷法により金属ペーストを充填して未焼成貫通導体ペースト層を形成すると共に、未焼成厚膜導体層を形成して、厚膜導体層付き本体用グリーンシートを得た。 A through hole having a diameter of 0.3 mm is formed in a portion corresponding to the unfired through conductor of the green sheet for the main body by using a hole puncher, and a metal paste is filled by a screen printing method to form an unfired through conductor paste layer. At the same time, an unfired thick film conductor layer was formed to obtain a green sheet for a main body with a thick film conductor layer.
上記で得られた厚膜導体層付き本体用グリーンシートを、550℃で5時間保持して脱脂を行い、さらに870℃で30分間保持して焼成を行って試験用の素子搭載用基板10を製造した。
The green sheet for a main body with a thick film conductor layer obtained above is degreased by holding at 550 ° C. for 5 hours, and further held at 870 ° C. for 30 minutes to be fired to obtain a test
素子搭載用基板10における2に相当する厚膜導体層に以下の条件でウェットブラスト処理を施した。
The thick film conductor layer corresponding to 2 in the
研磨材(ブラスト粉末)と液体媒体(水)との混合比率は、研磨材がブラスト液全体の40体積%とした。さらにこのような比率で混合されたブラスト液を噴射する圧力は、1.5kg/cm2とし、ベルトコンベアで連続的に搬送させながら厚膜導体層に向けて、搬送面より5cm上に配置されたボロンカーバイド製ノズルの直径8mmの噴射口からブラスト液を噴射することにより、厚膜導体層の表面粗さRaが0.01μmの厚膜導体表面を得た。尚、ベルトコンベアの搬送速度は1.2m/分とした。 The mixing ratio of the abrasive (blast powder) and the liquid medium (water) was 40 vol% of the abrasive as a whole. Further, the pressure for injecting the blast liquid mixed at such a ratio is 1.5 kg / cm 2, and is arranged 5 cm above the conveying surface toward the thick film conductor layer while being continuously conveyed by the belt conveyor. A thick film conductor surface having a surface roughness Ra of 0.01 μm was obtained by injecting blast liquid from an injection port having a diameter of 8 mm of a boron carbide nozzle. The conveyor speed of the belt conveyor was 1.2 m / min.
得られた厚膜導体表面にスルファミン酸ニッケル浴を用いた電界メッキによって7μmのNiメッキ膜を形成し、その表面にシアン化金カリウム浴を用いた電界メッキによって0.3μmの厚みのAuメッキ膜を形成した。こうして得られた素子搭載用基板10をJIS−C−60068−2−43に準拠する硫化試験において100時間暴露させたところ、Auメッキ膜表面に硫化ニッケルの析出による黒色欠点のないAuメッキ膜を得ることができた。
A 7 μm Ni plating film is formed on the surface of the obtained thick film conductor by electroplating using a nickel sulfamate bath, and an Au plating film having a thickness of 0.3 μm is formed on the surface by electroplating using a potassium gold cyanide bath. Formed. When the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは明らかである。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the claims.
1…低温焼成セラミックス基板(LTCC基板)
2…厚膜導体層
3…Ni/Auメッキ層
4…貫通導体部
10…素子搭載用基板
1. Low temperature fired ceramic substrate (LTCC substrate)
2 ... Thick film conductor layer 3 ... Ni /
Claims (7)
前記低温焼成セラミックス基板の表面に形成された、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする金属からなる厚膜導体層と、
前記厚膜導体層の上に形成された導電性金属のメッキ層を有し、
前記厚膜導体層は、ウェットブラスト処理により表面が平坦化されており、0.02μm以下の表面粗さRaを有することを特徴とする素子搭載用基板。 A low-temperature fired ceramic substrate;
A thick film conductor layer made of a metal mainly composed of silver (Ag) or copper (Cu), formed on the surface of the low-temperature fired ceramic substrate;
A conductive metal plating layer formed on the thick film conductor layer;
The element mounting substrate, wherein the thick film conductor layer has a surface flattened by wet blasting and has a surface roughness Ra of 0.02 μm or less.
前記導体パターンが形成された前記基板を焼成し、前記ガラスセラミックス組成物を焼結するとともに前記金属ペーストを焼成して、銀(Ag)または銅(Cu)を主体とする金属からなる厚膜導体層を形成する工程と、
前記厚膜導体層に対してウェットブラスト処理を行い、該厚膜導体層の表面を0・02μm以下の表面粗さRaに平坦化する工程と、
前記ウェットブラスト処理により表面が平坦化された前記厚膜導体層の上に、ニッケル(Ni)−金(Au)メッキ層を形成する工程と
を備えることを特徴とする素子搭載用基板の製造方法。 Forming a conductor pattern by printing a metal paste mainly composed of silver (Ag) or copper (Cu) on the surface of a substrate composed of a glass ceramic composition containing glass powder and a ceramic filler;
A thick film conductor made of a metal mainly composed of silver (Ag) or copper (Cu) by firing the substrate on which the conductor pattern is formed, sintering the glass ceramic composition and firing the metal paste. Forming a layer;
Performing a wet blast treatment on the thick film conductor layer, and planarizing the surface of the thick film conductor layer to a surface roughness Ra of 0.02 μm or less;
Forming a nickel (Ni) -gold (Au) plating layer on the thick film conductor layer whose surface has been planarized by the wet blasting process. .
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