JP2013258372A - グリーンシートおよび配線母基板 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲領域によって配線基板領域の変形が低減された配線母基板を作製するためのグリーンシートを提供する。
【解決手段】配線基板領域１ａと配線基板領域１ａの周囲に設けられている周囲領域１ｂとを有しており、周囲領域１ｂの硬さが配線基板領域１ａの硬さよりも大きいグリーンシートであり、配線基板領域１ａと配線基板領域１ａの周囲に設けられている周囲領域とを備えており、周囲領域１ｂの硬さが配線基板領域の硬さ１ａよりも大きい配線母基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線母基板を製作するためのグリーンシートおよび配線母基板に関するものである。

従来、例えばセラミック製の配線基板は以下のようにして作製されていた。まず、セラミック材料からなるグリーンシートを複数枚用意した後、各グリーンシートに例えばステンレス製の枠を設ける。次に、各グリーンシートに導体ペーストを印刷することによって配線パターンを設ける。これらのグリーンシートを積層して加圧し積層体を作製する。その後、積層体から不要部分を取り除いた後、焼成することによって配線母基板が作製される。配線母基板から不要部分を取り除くことによって配線基板が作製される（例えば、特許文献１を参照。）。

特開2004−179546号公報

しかしながら、配線パターンの設けられたグリーンシートが複数枚積層された積層体を加圧すると、グリーンシートが伸びて積層体内部の配線パターンの位置がずれるという問題があった。このようなグリーンシートの伸びを低減するためにグリーンシートを硬くすることが考えられるが、グリーンシートを硬くするとグリーンシートに例えば穴または溝を設けるような加工が困難となり、加工性が低下するという問題があった。

本発明の一つの態様によるグリーンシートは、配線基板領域と配線基板領域の周囲に設けられている周囲領域とを有しており、周囲領域の硬さが配線基板領域の硬さよりも大きい。

本発明の他の態様による配線母基板は、配線基板領域と配線基板領域の周囲に設けられている周囲領域とを有しており、周囲領域の硬さが配線基板領域の硬さよりも大きい。

グリーンシートの配線基板領域の周囲に設けられた周囲領域の硬さが配線基板領域の硬さよりも大きいことから、配線基板領域におけるグリーンシートの加工性を維持するとともに、周囲領域によって配線基板領域におけるグリーンシートの伸びが低減されるので、配線基板領域において積層体内部の配線パターンのずれを低減できる。

配線母基板は、周囲領域の硬さが配線基板領域の硬さよりも大きいことから、配線パターン同士のずれの低減された配線基板を提供できる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態における配線母基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるグリーンシートを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態の他の例における配線母基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における配線母基板は、図１に示されているように、配線基板領域１ａと配線基板領域１ａの周囲に設けられている周囲領域１ｂとを有する絶縁基板１と、絶縁基板１の上面および内部に設けられた配線導体12とを含んでいる。なお、図１において、配線母基板は仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に載置されている。図１において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。

配線母基板１は、平面視において矩形状を有しており、縦方向および横方向に配列された複数の配線基板領域１ａを有している。また、配線母基板１は、配線基板領域１ａ同士を分ける分割線および配線基板領域１ａと周囲領域１ｂとを分ける分割線に沿って分割されることによって配線基板となる。

本実施形態の配線母基板１は、図２に示されているように、配線パターン32の設けられたセラミックグリーンシート31を複数枚積層することによって作成された積層体が焼成されることによって作製されている。

セラミックグリーンシート31は、セラミック粉末に有機バインダおよび有機溶剤、また必要に応じて所定量の可塑剤や分散剤を加えたスラリーを、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂や紙製の支持体上にドクターブレード法，リップコーター法またはダイコーター法等の成形方法によって塗布してシート状に成形し、温風乾燥，真空乾燥または遠赤外線乾燥等の乾燥方法によって乾燥することによって作製される。

セラミック粉末は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末，ガラスセラミック粉末等を用いることができ、配線基板に要求される特性に合わせて適宜選択される。

セラミック粉末が酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末の場合は、酸化珪素（ＳｉＯ_２）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の焼結助剤となる成分の粉末が加えられ、また、着色剤として酸化マンガン（ＭｎＯ）等の粉末を加えてもよい。

セラミック粉末がガラスセラミック粉末の場合は、ガラス粉末とフィラー粉末とを10：90乃至99：１、好ましくは40：60乃至80：20の質量比で混合する。ガラスセラミック粉末のガラス粉末としては、従来からガラスセラミックスに用いられているものを用いることができる。例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す。），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ１Ｏ−Ｍ_２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す。），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである。），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ３_２Ｏ系（ただし、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す。），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ３_２Ｏ系（ただし、Ｍ３は上記と同じである。），Ｐｂ系，Ｂｉ系等のガラスの粉末が用いられる。

また、ガラスセラミック粉末のフィラー粉末としては、従来からガラスセラミックスに用いられているものを用いればよく、例えばＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とＺｒＯ_２とアルカリ
土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２（クリストバライト，クオーツ）の少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等のセラミック粉末が挙げられる。

有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに用いられているものを用いればよく、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独集合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独共重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解性や揮発性を考慮すると、アクリル系バインダがより好ましい。また、有機バインダの添加量はセラミック粉末によって異なるが、焼成時に分解・除去されやすく、かつセラミック粉末が分散され、グリーンシートのハンドリング性や加工性が良好な量であればよく、セラミック粉末に対して10乃至20質量％程度が望ましい。

スラリーに含まれる溶剤は、セラミック粉末および有機バインダを分散させ、グリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，アルコール類等の有機溶剤や水が挙げられる。これらの中で、トルエン，メチルエチルケトン，イソプロピルアルコール等の蒸発係数の高い溶剤は、スラリー塗布後の乾燥工程が短時間で終了できるので好ましい。溶剤の量は、セラミック粉末に対して30乃至100質量％の量で加えることによって、スラリーを良好に支持体上に塗布
することができるような粘度、具体的には３ｃｐｓ乃至100ｃｐｓ程度となるようにする
ことが望ましい。

なお、セラミックグリーンシート31は、複数のセラミックグリーンシートを積層したものも含まれる。このような複数層からなるセラミックグリーンシート31は、複数枚のセラミックグリーンシートを準備し、これらを積層して加圧することにより形成される。

本実施形態において、セラミックグリーンシート31は、配線基板領域１ａと配線基板領域１ａよりもヤング率の高い周囲領域１ｂとを有する。配線基板領域１ａおよび周囲領域１ｂのヤング率は、ガラス転位点の異なる有機バインダを用いることによって調整できる。例えば、配線基板領域１ａを構成するグリーンシートは、ガラス転位点の低い有機バインダをセラミック粉末に対して5乃至40質量％、溶剤をセラミック粉末に対して20乃至60
質量％加える。これに対して、周囲領域１ｂを構成するグリーンシートは、ガラス転位点の高い有機バインダをセラミック粉末に対して5乃至40質量％、溶剤をセラミック粉末に
対して20乃40質量％加える。このようにガラス転位点の異なる有機バインダを用いることによって、グリーンシート31において、配線基板領域１ａのヤング率を周囲領域１ｂのヤング率よりも低くすることができ、周囲領域１ｂの硬さを配線基板領域１ａの硬さよりも大きくできる。

次に、セラミックグリーンシート31の配線基板領域１ａに配線パターン32を設ける。

配線パターン32は、電子部品のワイヤボンディング等の接続手段によって各電極と電気的に接続される接続電極となる配線導体12、半田等の接合材を介して外部回路基板の配線導体12と電気的に接続される接続パッドとなる配線導体12、接続電極と接続パッドとを電気的に接続するための貫通導体や基板内で引き回される内部配線層となる配線導体12となるものである。

このような配線パターン32は、例えば、セラミックグリーンシート31にパンチングや金型による打ち抜き加工やレーザ加工によって貫通導体となる配線パターン32用の貫通孔を
形成し、この貫通孔に貫通導体となる配線パターン32用の導体ペーストをスクリーン印刷法やプレス充填によって埋め込んで貫通導体となる配線パターン32を形成し、セラミックグリーンシート31の上面または下面の貫通導体となる配線パターン32が露出した部分の上に配線導体層となる配線パターン32用の導体ペーストをスクリーン印刷法、グラビア印刷法等の印刷法によって所定パターン形状で印刷することによって、10μｍ〜20μｍ程度の厚みで形成される。

導体ペーストは、金属粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を加えてボールミルやプラネタリーミキサー等の混練手段によって均質に分散させて混練した後、溶剤を必要量添加することによって、印刷や貫通孔の充填に適した粘度に調整することによって作製される。

このような導体ペーストは、金属粉末を有機バインダおよび溶剤とともに混練することによって作製できる。

導体ペーストの金属粉末は、例えば、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）等の１種または２種以上から選ばれる材料を用いることができ、要求される特性に合わせて適宜選択される。なお、金属粉末が、２種以上からなる場合は混合，合金，コーティング等のいずれの形態であってもかまわない。

導体ペーストに用いられる有機バインダとしては、従来から導体ペーストに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解性や揮発性を考慮すると、アクリル系，アルキド系の有機バインダがより好ましい。

また、有機バインダの添加量としては、金属粉末によって異なるが、焼成時に分解・除去されやすく、かつ金属粉末を分散できる量であればよく、金属粉末に対して５乃至20質量％程度の量であることが望ましい。

導体ペーストに用いる溶剤としては、金属粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオールやブチルカルビトールアセテートなどが挙げられる。印刷後の形成性，乾燥性を考慮し、低沸点溶剤を用いることが好ましい。溶剤は金属粉末に対して４乃至15質量％の量で加えられ、15000乃至40000ｃｐｓ程度となるように調整される。

なお、導体ペーストには、焼成時のセラミックグリーンシート31の焼成収縮挙動や収縮率と合わせるため、または焼成後の配線導体12の接合強度を確保するために、ガラスやセラミックスの粉末を添加してもよい。

次に、主面および内部に配線パターン32が形成されたセラミックグリーンシート31を積層して加圧することによって、積層体を作製する。積層する際は、それぞれの貫通孔同士が平面視で重なるように積層される。このときの積層体への加圧は必要に応じて加熱しながら行なう。加圧および加熱の条件は用いる有機バインダ等の種類や量によって異なるが、概ね２〜20ＭＰａの圧力および30〜100℃の温度である。また、ステンレス等からなる
金属体の上に、これらのセラミックグリーンシート31を載置し、これらのセラミックグリーンシート31の上方に配置されたステンレス等からなる金属体やゴム等からなる弾性体に
よって加圧される。積層する際はセラミックグリーンシート31同士の接着性を向上させるために、溶剤と有機バインダや可塑剤等とを混合した接着剤を用いてもよい。

また、貫通導体となる配線パターン32同士は直接接続されていればよいが、配線パターン32同士の接続をより良好なものとするために、貫通導体となる配線パターン32同士の間にこれらのパターンよりも幅広の配線パターン32を形成しておくことが好ましい。

このようにして作製した積層体を焼成することで、図１に示された例のような多数個取り配線基板を作製できる。なお、成形体は、焼成することによって、セラミックグリーンシート31が配線母基板１に、配線パターン32が配線導体12になる。

焼成する工程は有機成分の除去とセラミック粉末および金属粉末の焼結とから成る。有機成分の除去は100〜1000℃程度の温度範囲で成形体を加熱することによって行ない有機
成分を分解し、揮発させる。焼結温度はセラミックの組成および金属の組成によって異なり、800〜1600℃程度の範囲内で行なう。また、焼成雰囲気はセラミック粉末や導体材料
によって異なり、大気中あるいは還元雰囲気中あるいは非酸化性雰囲気中等で行なわれ、有機成分の除去を効果的に行なうために雰囲気中に水蒸気等を含ませてもよい。

多数個取り配線基板を、配線基板領域１ａ同士の境界線１ｃまたは配線基板領域１ａとダミー領域１ｂとの境界線１ｃに沿って分割することによって、配線基板が製作される。多数個取り配線基板を、配線基板領域１ａ同士の境界線１ｃまたは配線基板領域１ａとダミー領域１ｂとの境界線１ｃに沿って分割する方法としては、境界線１ｃ上に分割溝１ｄを形成しておき、この分割溝１ｄに沿って撓折して分割する方法、またはスライシング法等によって境界線１ｃに沿って切断する方法等を用いることができる。分割溝１ｄは、焼成前の成形体にカッター刃を押し当てたり、スライシング装置によって成形体の厚みより小さく切込んだりすることによって形成するか、焼成後の多数個取り配線基板にスライシング装置によって多数個取り配線基板の厚みより小さく切込むことによって形成できる。

なお、配線パターン32が焼結した配線導体12の露出する表面には、電解めっき法あるいは無電解めっき法によってめっき層が被着される。これによって、配線導体12と電子部品との固着、配線導体12と外部回路基板の配線導体との接合、配線導体12とボンディングワイヤとの接合を強固にできる。めっき層は、ニッケル，金等の耐蝕性に優れる金属や銀等の反射性に優れる金属、銅等の放熱性にすぐれる金属から成るものである。例えば、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層とを順次被着さ
せる。また、例えば、電子部品17として発光素子が搭載される場合には、金めっき層の表面に、さらに銀めっき層が被着されていると、発光装置としたときに発光素子の発光する光を良好に反射できる。また、平面視で電子部品17が搭載される領域において、配線導体12とニッケルめっき層との間に銅めっき層が被着されていると、放熱性に優れた配線基板を得ることができる。

本実施形態のセラミックグリーンシート31は、配線基板領域１ａと配線基板領域１ａの周囲に設けられている周囲領域１ｂとを有しており、周囲領域１ｂの硬さが配線基板領域１ａの硬さよりも大きいことから、配線基板領域におけるグリーンシートの加工性を維持するとともに、周囲領域１ｂによって配線基板領域１ａにおけるセラミックグリーンシート31の伸びが低減されるので、配線基板領域１ａにおいて積層体内部の導体パターン32のずれを低減できる。

また、本実施形態におけるセラミックグリーンシート31は、配線基板領域１ａと周囲領域１ｂとが同じセラミック材料からなり、周囲領域１ｂのヤング率が、配線基板領域１ａのヤング率よりも高いことから、配線基板領域１ａおよび周囲領域１ｂの有機バインダま
たは溶剤の調整のみで、配線基板領域１ａと周囲領域１ｂの硬さを調整できる。

配線母基板１は、配線基板領域１ａと配線基板領域１ａの周囲に設けられている周囲領域１ｂとを有しており、周囲領域１ｂの硬さが配線基板領域１ａの硬さよりも大きいことから、配線母基板を分割した際に、配線パターン32のずれの低減された配線基板を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による配線母基板について説明する。

本実施形態における配線母基板において、上記した第１の実施形態の配線母基板１と異なる点は、配線基板領域１ａと周囲領域１ｂとが異なる材料からなる点である。本実施形態の配線母基板１は、配線基板領域１ａと周囲領域１ｂとに異なる材料を用いているので、配線基板領域１ａのヤング率よりも周囲領域１ｂのヤング率を大きくすることが容易である。また、セラミックグリーンシート31の焼成時に、配線基板領域１ａの焼結温度と周囲領域１ｂの焼結温度とを異ならせて、例えば配線基板領域１ａよりも周囲領域１ｂを先に焼結させることができる。このことによって、周囲領域１ｂによって配線基板領域１ａを拘束して、配線基板領域１ａの配線パターン32のずれを低減できる。

なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、配線基板領域１ａの境界に、多数個取り配線基板を分割した際に溝となる穴を形成し、穴の内面に導体を形成して、多数個取り配線基板を分割した際に、いわゆるキャスタレーション導体を形成してもかまわない。

また、配線母基板１は、図３に示された例のように配線基板領域１ａを１つ有していてもかまわない。

また、配線母基板１は、積層体の周囲領域１ｂを取り除いた後、積層体を焼成することによって作製されていてもよい。

１・・・・配線母基板
１ａ・・・配線基板領域
１ｂ・・・周囲領域
１ｃ・・・境界線
12・・・・配線導体
31・・・・セラミックグリーンシート
32・・・・配線パターン

Claims (4)

1. 配線基板領域と前記配線基板領域の周囲に設けられている周囲領域とを備えており、
   前記周囲領域の硬さが前記配線基板領域の硬さよりも大きいことを特徴とするグリーンシート。
2. 前記配線基板領域と前記周囲領域とが同じセラミック材料からなり、前記周囲領域のヤング率が、前記配線基板領域のヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のグリーンシート。
3. 前記配線基板領域と前記周囲領域とが異なる材料からなることを特徴とする請求項１に記載のグリーンシート。
4. 配線基板領域と前記配線基板領域の周囲に設けられている周囲領域とを備えており、
   前記周囲領域の硬さが前記配線基板領域の硬さよりも大きいことを特徴とする配線母基板。

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