JP2018060968A - Method for manufacturing ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、セラミック基板の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a ceramic substrate.
特許文献１のように、ガラス成分を含むセラミック材料を用いてシート状に成形されたグリーンシートに貫通孔を形成する工程を備えるセラミック基板の製造方法が知られている。 As disclosed in Patent Document 1, a ceramic substrate manufacturing method including a step of forming a through hole in a green sheet formed into a sheet shape using a ceramic material containing a glass component is known.
特許文献１に示すように、セラミック基板中で且つ表面側における貫通孔の周囲には、焼成時において、グリーンシート中に含まれていたガラス成分の流出跡または有機ガス成分の放出跡であるボイドが内包されるという問題があった。 As shown in Patent Document 1, a void that is a trace of outflow of glass components or organic gas components contained in a green sheet at the time of firing is formed in the ceramic substrate and around the through holes on the surface side. There was a problem of being included.
また、グリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成する場合において、貫通孔の内部にガラス成分が溶融した後冷えて固化したガラス玉が発生したり、貫通孔周囲のグリーンシートがポーラスになり、その結果、焼成時に貫通孔の周囲にボイドが発生したりするという問題があった。特に、ガラス成分を含むセラミック材料において、上記のガラス玉および焼成時のボイドが発生する。 In addition, when a through hole is formed by irradiating the carbon sheet with a carbon dioxide laser, a glass ball that is cooled and solidified after the glass component is melted is generated inside the through hole, or the green sheet around the through hole is porous. As a result, there has been a problem that voids are generated around the through holes during firing. In particular, in a ceramic material containing a glass component, the above glass balls and voids during firing are generated.
本開示は、グリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成する工程に起因したガラス玉およびボイドの発生を抑制することを目的とする。 An object of the present disclosure is to suppress generation of glass balls and voids due to a process of forming a through hole by irradiating a green sheet with a carbon dioxide laser.
本開示の一態様は、セラミック基板の製造方法であり、準備工程と、レーザ照射工程と、充填工程と、配線形成工程と、焼成工程とを備える。
準備工程では、ガラス成分を含むセラミック材料を用いてシート状に成形されたグリーンシートを準備する。レーザ照射工程では、グリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成する。充填工程では、貫通孔の内部に導電性ペーストを充填する。配線形成工程では、グリーンシートの上に配線パターンを形成する。焼成工程では、貫通孔の内部に導電性ペーストが充填されたグリーンシートを焼成する。
One embodiment of the present disclosure is a method for manufacturing a ceramic substrate, which includes a preparation step, a laser irradiation step, a filling step, a wiring formation step, and a firing step.
In the preparation step, a green sheet formed into a sheet shape using a ceramic material containing a glass component is prepared. In the laser irradiation step, the green sheet is irradiated with a carbon dioxide laser to form a through hole. In the filling step, the conductive paste is filled into the through holes. In the wiring formation process, a wiring pattern is formed on the green sheet. In the firing step, the green sheet in which the conductive paste is filled in the through hole is fired.
そしてレーザ照射工程では、パルス幅３０μｓ以下で、且つ、２０００Ｈｚ以上の周波数の炭酸ガスレーザの照射を繰り返す。
このように構成された本開示のセラミック基板の製造方法は、グリーンシートに炭酸ガスレーザを照射することによりグリーンシートに与えられる熱ダメージを低減することができ、貫通孔の内部におけるガラス玉の発生と、貫通孔の周囲における焼成時のボイドの発生を抑制することができる。
In the laser irradiation step, the irradiation with a carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs or less and a frequency of 2000 Hz or more is repeated.
The manufacturing method of the ceramic substrate of the present disclosure configured as described above can reduce the thermal damage given to the green sheet by irradiating the green sheet with a carbon dioxide laser, and the generation of glass balls inside the through hole Generation of voids during firing around the through-hole can be suppressed.
なお、「貫通孔を形成する」とは、単に貫通する孔を形成するのではなく、所望のサイズを有して貫通する孔を形成することをいう。
本開示の一態様は、レーザ照射工程では、パルス幅３０μｓより大きく１００μｓ以下の炭酸ガスレーザを照射した後に、パルス幅３０μｓ以下の炭酸ガスレーザの照射を繰り
返すようにしてもよい。このように構成された本開示のセラミック基板の製造方法は、貫通孔を形成するために、パルス幅が３０μｓより大きい炭酸ガスレーザの照射を部分的に用いている。このため、本開示のセラミック基板の製造方法は、パルス幅が３０μｓ以下である炭酸ガスレーザのみを２０００Ｈｚ以上の周波数で繰り返し照射する場合よりも、同じ処理時間でグリーンシートに与えられる熱エネルギーを多くすることができ、レーザ照射工程の処理時間を短縮することができる。なお、本開示における「パルス幅」とは、パルスの立ち上り時において振幅が最大振幅の５０％になってから、パルスの立ち下り時において振幅が最大振幅の５０％になるまでの時間である。
“Forming a through-hole” means forming a through-hole having a desired size, rather than simply forming a through-hole.
In one embodiment of the present disclosure, in the laser irradiation step, after irradiation with a carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs or more and 100 μs or less, irradiation with a carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs or less may be repeated. The method for manufacturing a ceramic substrate of the present disclosure configured as described above partially uses irradiation with a carbon dioxide laser having a pulse width of greater than 30 μs in order to form a through hole. For this reason, the manufacturing method of the ceramic substrate of the present disclosure increases the thermal energy given to the green sheet in the same processing time as compared with the case where only a carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs or less is repeatedly irradiated at a frequency of 2000 Hz or more. And the processing time of the laser irradiation process can be shortened. The “pulse width” in the present disclosure is the time from when the amplitude becomes 50% of the maximum amplitude at the rising edge of the pulse until the amplitude becomes 50% of the maximum amplitude at the falling edge of the pulse.
本開示の一態様は、テープ積層工程を更に備え、グリーンシートの両面のうち少なくともレーザ照射工程で炭酸ガスレーザが照射される面とは反対側の面でグリーンシートと保護テープとが接触するようにグリーンシートと保護テープとを積層するようにしてもよい。テープ積層工程では、レーザ照射工程で炭酸ガスレーザを照射する前に、グリーンシートと保護テープとを積層する。 One aspect of the present disclosure further includes a tape laminating step, and the green sheet and the protective tape are in contact with each other at least on the surface opposite to the surface irradiated with the carbon dioxide laser in the laser irradiation step of both surfaces of the green sheet. A green sheet and a protective tape may be laminated. In the tape stacking step, the green sheet and the protective tape are stacked before the carbon dioxide laser is irradiated in the laser irradiation step.
このように構成された本開示のセラミック基板の製造方法では、グリーンシートと保護テープとが積層された状態で、グリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成することができる。これにより、本開示のセラミック基板の製造方法は、グリーンシートに形成される貫通孔において炭酸ガスレーザが出射する側の開口部で、炭酸ガスレーザを照射した側から反対側へ向かうにつれて径が大きくなるテーパ形状が形成されるのを抑制することができる。 In the method for manufacturing a ceramic substrate according to the present disclosure configured as described above, a through hole can be formed by irradiating the green sheet with a carbon dioxide laser in a state where the green sheet and the protective tape are laminated. As a result, the ceramic substrate manufacturing method of the present disclosure is such that the diameter of the through hole formed in the green sheet is increased toward the opposite side from the side irradiated with the carbon dioxide laser at the opening where the carbon dioxide laser is emitted. The formation of the shape can be suppressed.
本開示の一態様は、準備工程では、２０体積％以上で且つ８０体積％以下のガラス成分を含むグリーンシートを準備し、焼成工程では、１４００℃以下でグリーンシートを焼成するようにしてもよい。これは、ガラス玉とボイドの発生を抑制するのに好適なガラス成分の割合とグリーンシートの焼成温度とを具体的に例示するものである。 In one embodiment of the present disclosure, a green sheet containing a glass component of 20% by volume or more and 80% by volume or less may be prepared in the preparation process, and the green sheet may be fired at 1400 ° C. or less in the baking process. . This specifically illustrates the ratio of the glass component suitable for suppressing the generation of glass balls and voids and the firing temperature of the green sheet.
（第１実施形態）
以下に本開示の第１実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセラミック基板１は、図１に示すように、３層のセラミック層３と、２層の配線層５と、２層の表面導電層７とを備える。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the ceramic substrate 1 of the present embodiment includes three ceramic layers 3, two wiring layers 5, and two surface conductive layers 7.
セラミック層３と配線層５は、積層方向ＳＤに沿って交互に積層される。これにより、２層の配線層５はそれぞれ、互いに隣接する２層のセラミック層３の間に配置される。
２層の表面導電層７はそれぞれ、セラミック基板１の表面１ａ上と裏面１ｂ上に配置される。
The ceramic layers 3 and the wiring layers 5 are alternately stacked along the stacking direction SD. Thus, the two wiring layers 5 are respectively disposed between the two adjacent ceramic layers 3.
The two surface conductive layers 7 are disposed on the front surface 1a and the back surface 1b of the ceramic substrate 1, respectively.
セラミック層３内には、積層方向ＳＤに延びてセラミック層３を貫通するビア導体９が形成される。これにより、セラミック層３を挟んでセラミック層３の両面に配置される２層の配線層５が電気的に接続される。また、セラミック層３を挟んでセラミック層３の両
面に配置される配線層５と表面導電層７とが電気的に接続される。
A via conductor 9 extending in the stacking direction SD and penetrating the ceramic layer 3 is formed in the ceramic layer 3. Thereby, the two wiring layers 5 disposed on both surfaces of the ceramic layer 3 with the ceramic layer 3 interposed therebetween are electrically connected. In addition, the wiring layer 5 disposed on both surfaces of the ceramic layer 3 and the surface conductive layer 7 are electrically connected with the ceramic layer 3 interposed therebetween.
セラミック層３は、積層方向ＳＤに対して垂直な方向沿って広がる板状の絶縁層であり、例えば、ガラス成分とセラミック成分との混合物を、例えば８００〜１０００℃の低温にて焼成した低温焼成のガラスセラミック（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）で構成されている。 The ceramic layer 3 is a plate-like insulating layer extending along a direction perpendicular to the stacking direction SD. For example, a low temperature firing in which a mixture of a glass component and a ceramic component is fired at a low temperature of 800 to 1000 ° C., for example. Glass ceramics (LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramics).
配線層５は、セラミック層３上において線状に延びる導電層である。配線層５は、例えば、ガラスセラミックの焼成の際に低温で同時焼成可能なＡｇ、Ａｇ／Ｐｔ合金、Ａｇ／Ｐｄ合金などの導体で構成されている。 The wiring layer 5 is a conductive layer extending linearly on the ceramic layer 3. The wiring layer 5 is made of, for example, a conductor such as Ag, Ag / Pt alloy, or Ag / Pd alloy that can be simultaneously fired at a low temperature when the glass ceramic is fired.
表面導電層７は、セラミック基板１の表面１ａと裏面１ｂに形成された電極パッドであり、例えば、Ａｇ層、Ｃｕ層、Ｎｉ層およびＡｕ層を順に積み重ねた構造を有している。ビア導体９は、配線層５と同様の材料で構成されている。 The surface conductive layer 7 is an electrode pad formed on the front surface 1a and the back surface 1b of the ceramic substrate 1, and has, for example, a structure in which an Ag layer, a Cu layer, a Ni layer, and an Au layer are stacked in order. The via conductor 9 is made of the same material as the wiring layer 5.
次に、セラミック基板１の製造方法を説明する。
セラミック基板１を製造するためには、図２に示すように、まず、Ｓ１０にて、セラミックグリーンシートを準備する。具体的には、まず、ガラスセラミックからなるセラミック層３を作製するための原料粉末として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末と、アルミナ粉末とを用意する。また、バインダ成分としてのアクリル系バインダと、成形後のグリーンシートに適度な柔軟性を与える可塑剤成分としてのジ・オチクル・フタレート（以下、ＤＯＰ）と、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせる溶剤としてのメチルエチルケトン（以下、ＭＥＫ）とを用意する。
Next, a method for manufacturing the ceramic substrate 1 will be described.
In order to manufacture the ceramic substrate 1, first, as shown in FIG. 2, a ceramic green sheet is prepared in S10. Specifically, first, as a raw material powder for producing the ceramic layer 3 made of glass ceramic, a borosilicate glass powder mainly composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , an alumina powder, Prepare. Also, an acrylic binder as a binder component, di-ophthalate phthalate (hereinafter referred to as DOP) as a plasticizer component that imparts appropriate flexibility to the green sheet after molding, and appropriate slurry viscosity and sheet strength. Methyl ethyl ketone (hereinafter, MEK) as a solvent is prepared.
次に、上記のホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを所定量秤量して、アルミナ製のポットに入れる。これに、バインダ、ＤＯＰおよびＭＥＫを上記のポットに入れて混合することにより、セラミックスラリーを得る。そして、ドクターブレード法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上で、得られたセラミックスラリーをシート状とし、セラミックグリーンシートを作製する。 Next, a predetermined amount of the above borosilicate glass powder and alumina powder are weighed and placed in an alumina pot. A ceramic slurry is obtained by mixing a binder, DOP, and MEK in this pot, and mixing this. Then, by the doctor blade method, the obtained ceramic slurry is formed into a sheet shape on a carrier film made of, for example, polyethylene terephthalate, and a ceramic green sheet is produced.
次に、Ｓ１５にて、セラミックグリーンシートからキャリアフィルムを剥がし、セラミックグリーンシートと保護テープとを積層する。具体的には、図３に示すように、まず、セラミックグリーンシートと保護テープ２１とを、少なくともレーザが出射する面２２ａに接触するように積層する。そして、図２に示すように、Ｓ２０にて、セラミックグリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成する。具体的には、図３に示すように、保護テープ２１上に載せられたセラミックグリーンシート２２について、保護テープ２１と接触している面２２ａとは反対の面２２ｂ側から、セラミックグリーンシート２２の面２２ｂ上における所定の位置に向けて、炭酸ガスレーザＬ１を照射する。この炭酸ガスレーザＬ１は、出力が３６０Ｗであり、パルス幅が３０μｓであり、２０００Ｈｚの周波数で繰り返し照射される。 Next, in S15, the carrier film is peeled off from the ceramic green sheet, and the ceramic green sheet and the protective tape are laminated. Specifically, as shown in FIG. 3, first, the ceramic green sheet and the protective tape 21 are laminated so as to be in contact with at least the surface 22a from which the laser is emitted. Then, as shown in FIG. 2, in S20, the ceramic green sheet is irradiated with a carbon dioxide laser to form a through hole. Specifically, as shown in FIG. 3, with respect to the ceramic green sheet 22 placed on the protective tape 21, the surface of the ceramic green sheet 22 from the surface 22 b opposite to the surface 22 a in contact with the protective tape 21. The carbon dioxide laser L1 is irradiated toward a predetermined position on the surface 22b. This carbon dioxide laser L1 has an output of 360 W, a pulse width of 30 μs, and is repeatedly irradiated at a frequency of 2000 Hz.
これにより、セラミックグリーンシート２２に貫通孔２２ｃが形成され、保護テープ２１に貫通孔２１ａが形成される。本実施形態では、貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ｃの直径は約１００μｍである。積層方向ＳＤに沿った貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ｃの断面形状は、炭酸ガスレーザを照射した側から反対側へ向かうにつれて、炭酸ガスレーザのエネルギー減衰により、径が小さくなるテーパ形状となっている。 Thereby, a through hole 22 c is formed in the ceramic green sheet 22, and a through hole 21 a is formed in the protective tape 21. In the present embodiment, the diameters of the through hole 21a and the through hole 22c are about 100 μm. The cross-sectional shapes of the through-hole 21a and the through-hole 22c along the stacking direction SD are tapered so that the diameter becomes smaller due to energy attenuation of the carbon dioxide laser as it goes from the side irradiated with the carbon dioxide laser to the opposite side.
そして、Ｓ２０の工程が終了すると、図２に示すように、Ｓ３０にて、貫通孔の内部に導電性ペーストを充填する。具体的には、まず、セラミックグリーンシートから保護テープを剥離する。そして、セラミックグリーンシートの貫通孔の内部に導電性ペーストを充
填する。導電性ペーストは、銀粉末１００重量部に対して、軟化点が７００℃のホウケイ酸系ガラス粉末を２重量部添加した粉末原料に、エチルセルロース樹脂を加えるとともに、溶剤としてターピネオールを加え、３本ロールミルにて混練して作製したものである。
When the step S20 is completed, as shown in FIG. 2, the inside of the through hole is filled with a conductive paste as shown in FIG. Specifically, first, the protective tape is peeled from the ceramic green sheet. Then, the conductive paste is filled into the through holes of the ceramic green sheet. The conductive paste is a three-roll mill added with ethyl cellulose resin and terpineol as a solvent to a powder raw material obtained by adding 2 parts by weight of a borosilicate glass powder having a softening point of 700 ° C. to 100 parts by weight of silver powder. Kneaded and prepared.
さらにＳ４０にて、セラミックグリーンシートの表面における必要な箇所に、導電性ペーストを用いて、印刷によって、配線層５となる配線パターンを形成する。
次にＳ５０にて、複数のセラミックグリーンシートを積層して、グリーンシート積層体を作製する。Ｓ５０では、さらに、グリーンシート積層体の表面と裏面に、導電性ペーストを印刷して、表面導電層７となる表面導電パターンを形成する。なお、この導電性ペーストは、配線層５を形成するための導電性ペーストと同様のものである。表面導体パターンの形成は、グリーンシート積層体の表面に行ってもよいし、セラミックグリーンシートを積層する前の工程においてセラミックグリーンシートの表面に行ってもよい。
Further, in S40, a wiring pattern to be the wiring layer 5 is formed by printing using a conductive paste at a necessary position on the surface of the ceramic green sheet.
Next, in S50, a plurality of ceramic green sheets are laminated to produce a green sheet laminate. In S50, a conductive paste is printed on the front and back surfaces of the green sheet laminate to form a surface conductive pattern to be the surface conductive layer 7. This conductive paste is the same as the conductive paste for forming the wiring layer 5. The formation of the surface conductor pattern may be performed on the surface of the green sheet laminate, or may be performed on the surface of the ceramic green sheet in a step before laminating the ceramic green sheets.
次にＳ６０にて、グリーンシート積層体を、８００〜１０００℃にて焼成して、積層焼成体を作製する。
さらにＳ７０にて、積層焼成体の表面と裏面に形成されている表面導電パターンの上に、Ｃｕメッキ、ＮｉメッキとＡｕメッキを施して表面導電層７を形成し、セラミック基板１の製造を終了する。
Next, in S60, the green sheet laminate is fired at 800 to 1000 ° C. to produce a laminate fired body.
Further, in S70, the surface conductive layer 7 is formed by applying Cu plating, Ni plating and Au plating on the surface conductive patterns formed on the front and back surfaces of the laminated fired body, and the manufacture of the ceramic substrate 1 is completed. To do.
このように構成されたセラミック基板１の製造方法では、Ｓ１０の準備工程と、Ｓ２０のレーザ照射工程と、Ｓ３０の充填工程と、Ｓ４０の配線形成工程と、Ｓ６０の焼成工程とを備える。 The manufacturing method of the ceramic substrate 1 configured as described above includes a preparation process of S10, a laser irradiation process of S20, a filling process of S30, a wiring formation process of S40, and a baking process of S60.
準備工程では、ガラス成分を含むセラミック材料を用いてシート状に成形されたセラミックグリーンシートを準備する。レーザ照射工程では、セラミックグリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成する。充填工程では、貫通孔の内部に導電性ペーストを充填する。配線形成工程では、セラミックグリーンシートの上に配線パターンを形成する。焼成工程では、貫通孔の内部に導電性ペーストが充填されたセラミックグリーンシートを焼成する。そしてレーザ照射工程では、パルス幅が３０μｓで、且つ、２０００Ｈｚの周波数の炭酸ガスレーザの照射を繰り返す。 In the preparation step, a ceramic green sheet formed into a sheet shape using a ceramic material containing a glass component is prepared. In the laser irradiation process, the ceramic green sheet is irradiated with a carbon dioxide laser to form a through hole. In the filling step, the conductive paste is filled into the through holes. In the wiring formation process, a wiring pattern is formed on the ceramic green sheet. In the firing step, the ceramic green sheet in which the conductive paste is filled in the through holes is fired. In the laser irradiation step, the irradiation with a carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs and a frequency of 2000 Hz is repeated.
このように構成されたセラミック基板１の製造方法は、セラミックグリーンシートに炭酸ガスレーザを照射することによりセラミックグリーンシートに与えられる熱ダメージを低減することができ、貫通孔の内部におけるガラス玉の発生と、貫通孔の周囲における焼成時のボイドの発生を抑制することができる。そして、ガラス玉の発生を抑制することにより、ビア導体９におけるオープン不良の発生を抑制することができる。また、ボイドの発生を抑制することにより、セラミック基板１の機械強度を向上させることができる。 The manufacturing method of the ceramic substrate 1 configured in this way can reduce the thermal damage given to the ceramic green sheet by irradiating the ceramic green sheet with a carbon dioxide laser, and the generation of glass balls inside the through hole Generation of voids during firing around the through-hole can be suppressed. And generation | occurrence | production of the open defect in the via conductor 9 can be suppressed by suppressing generation | occurrence | production of a glass ball. Moreover, the mechanical strength of the ceramic substrate 1 can be improved by suppressing the generation of voids.
なお、上記のガラス玉は、以下の手順で成長する。まず、照射される炭酸ガスレーザの熱で、セラミックグリーンシートのガラス成分が溶融する。炭酸ガスレーザの照射が一旦終了すると、次のレーザ照射までの間に、溶融したガラス成分が冷却されて固まり、ガラス玉が形成される。そして、レーザ照射が繰り返されることにより、ガラス成分が更に溶融して冷却されて固まり、ガラス玉が大きくなる。 In addition, said glass ball grows in the following procedures. First, the glass component of the ceramic green sheet is melted by the heat of the irradiated carbon dioxide laser. Once the irradiation of the carbon dioxide laser is completed, the molten glass component is cooled and solidified until the next laser irradiation, and a glass ball is formed. Then, by repeating the laser irradiation, the glass component is further melted, cooled and solidified, and the glass ball becomes large.
これに対し、セラミック基板１の製造方法では、２０００Ｈｚ以上の周波数の炭酸ガスレーザの照射を繰り返すことにより、溶融したガラス成分が冷却されて固まる前に次のレーザ照射を行うことが可能となり、ガラス玉の成長を抑制することができる。なお、例えば、２０００Ｈｚの周波数のレーザを用いた場合においてパルス幅が１５μｓであるときには、冷却期間に相当するパルス間隔は４８５μｓとなる。すなわち、パルス幅を一定として周波数を増加させると、冷却期間が短くなり、ガラス玉の発生を抑制することができ
る。一方、パルス幅が長いレーザを用いると、冷却時間が短くなる一方で照射時間が長くなるため、セラミックグリーンシートに与えられる熱ダメージが大きくなるとともに、セラミックグリーンシートに与えられる熱に起因してガラス玉が発生し易くなる。
On the other hand, in the manufacturing method of the ceramic substrate 1, by repeating the irradiation of the carbon dioxide laser having a frequency of 2000 Hz or more, it becomes possible to perform the next laser irradiation before the molten glass component is cooled and solidified. Growth can be suppressed. For example, when a laser with a frequency of 2000 Hz is used and the pulse width is 15 μs, the pulse interval corresponding to the cooling period is 485 μs. That is, if the frequency is increased with a constant pulse width, the cooling period is shortened and the generation of glass balls can be suppressed. On the other hand, when a laser with a long pulse width is used, the cooling time is shortened while the irradiation time is lengthened, so that the thermal damage given to the ceramic green sheet is increased and the glass caused by the heat given to the ceramic green sheet is increased. Balls are easily generated.
図４の画像Ｇ１，Ｇ２は、セラミック基板１の製造方法におけるＳ２０の工程で形成された貫通孔の開口部を示す平面図である。画像Ｇ１は、炭酸ガスレーザが入射する側の開口部を示し、画像Ｇ２は、炭酸ガスレーザが出射する側の開口部を示す。図４の画像Ｇ１，Ｇ２に示すように、セラミックグリーンシートの貫通孔の内部にガラス玉が発生していない。 Images G1 and G2 in FIG. 4 are plan views showing openings of through holes formed in the step S20 in the method for manufacturing the ceramic substrate 1. The image G1 shows the opening on the side where the carbon dioxide laser is incident, and the image G2 shows the opening on the side where the carbon dioxide laser is emitted. As shown in images G1 and G2 in FIG. 4, no glass balls are generated in the through holes of the ceramic green sheet.
なお、図５の画像Ｇ３，Ｇ４は、比較例として、ガラス玉が発生している状態の貫通孔の開口部を示す平面図である。画像Ｇ３は、炭酸ガスレーザが入射する側の開口部を示し、画像Ｇ４は、炭酸ガスレーザが出射する側の開口部を示す。図５の画像Ｇ３は、貫通孔の内部にガラス玉Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が発生している状態を示している。図５の画像Ｇ４は、貫通孔の内部にガラス玉Ｂ４，Ｂ５が発生している状態を示している。 In addition, the images G3 and G4 in FIG. 5 are plan views showing openings of through holes in a state where glass balls are generated as a comparative example. The image G3 shows the opening on the side where the carbon dioxide laser is incident, and the image G4 shows the opening on the side where the carbon dioxide laser is emitted. Image G3 in FIG. 5 shows a state where glass balls B1, B2, and B3 are generated inside the through hole. Image G4 in FIG. 5 shows a state in which glass balls B4 and B5 are generated inside the through hole.
図４の画像Ｇ１，Ｇ２と、図５の画像Ｇ３，Ｇ４とを比較すると明らかなように、セラミック基板１の製造方法は、貫通孔の内部にガラス玉が発生するのを抑制することができる。 As is apparent from comparison between the images G1 and G2 in FIG. 4 and the images G3 and G4 in FIG. 5, the method for manufacturing the ceramic substrate 1 can suppress the generation of glass balls in the through holes. .
また、セラミック基板１の製造方法では、Ｓ１０の準備工程で、ドクターブレード法により、キャリアフィルム上でセラミックスラリーをシート状とすることにより、セラミックグリーンシートを準備する。そして、キャリアフィルムを剥がした後、Ｓ１５の工程でセラミックグリーンシートと保護テープとを積層する。なお、セラミックグリーンシートの両面のうち、少なくともＳ２０のレーザ照射工程で炭酸ガスレーザが照射される面とは反対側の面でセラミックグリーンシートと保護テープとが接触するようにセラミックグリーンシートと保護テープとを積層する。 Moreover, in the manufacturing method of the ceramic substrate 1, a ceramic green sheet is prepared by making a ceramic slurry into a sheet form on a carrier film by a doctor blade method in the preparation step of S10. And after peeling a carrier film, a ceramic green sheet and a protective tape are laminated | stacked by the process of S15. The ceramic green sheet and the protective tape are arranged so that the ceramic green sheet and the protective tape are in contact with each other at least on the surface opposite to the surface irradiated with the carbon dioxide laser in the laser irradiation step of S20. Are laminated.
そして、セラミック基板１の製造方法では、セラミックグリーンシートの少なくともレーザが照射される面とは反対側の面に保護テープが積層された状態で、セラミックグリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成する。これにより、セラミック基板１の製造方法は、図３において破線で示す開口部ＯＰのように、セラミックグリーンシート２２に形成される貫通孔２２ｃにおいて炭酸ガスレーザが出射する側の開口部で、炭酸ガスレーザを照射した側から反対側へ向かうにつれて径が大きくなるテーパ形状が形成されるのを抑制することができる。 And in the manufacturing method of the ceramic substrate 1, in a state where the protective tape is laminated on at least the surface of the ceramic green sheet opposite to the surface irradiated with the laser, the ceramic green sheet is irradiated with a carbon dioxide laser to form a through hole. Form. Thereby, the manufacturing method of the ceramic substrate 1 allows the carbon dioxide gas laser to be emitted from the opening on the side from which the carbon dioxide laser is emitted in the through hole 22c formed in the ceramic green sheet 22, like the opening OP indicated by the broken line in FIG. It is possible to suppress the formation of a tapered shape having a diameter that increases from the irradiated side toward the opposite side.
なお、セラミックグリーンシートはグリーンシートに相当し、Ｓ１０は準備工程に相当し、Ｓ２０はレーザ照射工程に相当し、Ｓ３０は充填工程に相当し、Ｓ４０は配線形成工程に相当し、Ｓ６０は焼成工程に相当し、Ｓ１５はテープ積層工程に相当する。 The ceramic green sheet corresponds to a green sheet, S10 corresponds to a preparation process, S20 corresponds to a laser irradiation process, S30 corresponds to a filling process, S40 corresponds to a wiring formation process, and S60 corresponds to a firing process. S15 corresponds to a tape lamination process.
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。共通する構成については同一の符号を付す。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be described. Common components are denoted by the same reference numerals.
第２実施形態のセラミック基板１は、製造方法が変更された点が第１実施形態と異なる。
具体的には、Ｓ２０の工程において、炭酸ガスレーザＬ１の照射条件が変更された点が第１実施形態と異なる。
The ceramic substrate 1 of the second embodiment differs from the first embodiment in that the manufacturing method is changed.
Specifically, in the process of S20, the point from which the irradiation conditions of the carbon dioxide laser L1 were changed differs from 1st Embodiment.
すなわち、Ｓ２０では、図６に示すように、まず、出力が３６０Ｗ（エネルギーは５．
８ｍＪ）であり、パルス幅が５５μｓである長パルスレーザを、２０００Ｈｚの照射周期で、予め設定された回数（本実施形態では、２回）繰り返し照射する。これにより、セラミックグリーンシートと保護テープに所望の貫通孔よりも小さい予備孔が形成される。本実施形態では、長パルスレーザによってセラミックグリーンシートと保護テープに形成される予備孔の直径は約２０μｍである。
That is, in S20, as shown in FIG. 6, first, the output is 360 W (energy is 5.
8 mJ), and a long pulse laser having a pulse width of 55 μs is repeatedly irradiated with a preset number of times (in this embodiment, twice) at an irradiation period of 2000 Hz. Thereby, a preliminary hole smaller than a desired through hole is formed in the ceramic green sheet and the protective tape. In this embodiment, the diameter of the preliminary hole formed in the ceramic green sheet and the protective tape by the long pulse laser is about 20 μm.
長パルスレーザの照射が終了すると、次に、出力が３６０Ｗであり、パルス幅が１５μｓである短パルスレーザを、３０００Ｈｚの周波数で、予め設定された回数（本実施形態では、６回）繰り返し照射する。これにより、セラミックグリーンシートに貫通孔が形成される。実施形態では、短パルスレーザによってセラミックグリーンシートに形成される貫通孔の直径は約１００μｍである。すなわち、短パルスレーザにより形成される貫通孔の径が、長パルスレーザにより形成される予備孔の径より大きくなるように、短パルスレーザの照射条件が設定されている。 When irradiation with the long pulse laser is completed, next, a short pulse laser with an output of 360 W and a pulse width of 15 μs is repeatedly irradiated at a frequency of 3000 Hz for a preset number of times (in this embodiment, 6 times). To do. Thereby, a through-hole is formed in the ceramic green sheet. In the embodiment, the diameter of the through hole formed in the ceramic green sheet by the short pulse laser is about 100 μm. That is, the irradiation condition of the short pulse laser is set so that the diameter of the through hole formed by the short pulse laser is larger than the diameter of the preliminary hole formed by the long pulse laser.
なお、パルス幅が３０μｓ以下のレーザを短パルスレーザ、パルス幅が３０〜１００μｓのレーザを長パルスレーザという。
このように構成されたセラミック基板１の製造方法では、パルス幅が５５μｓの炭酸ガスレーザを照射した後に、パルス幅が１５μｓの炭酸ガスレーザの照射を繰り返す。このように第２実施形態におけるセラミック基板１の製造方法は、貫通孔を形成するために、パルス幅が３０μｓより大きい炭酸ガスレーザの照射を部分的に用いている。このため、セラミック基板１の製造方法は、パルス幅が３０μｓ以下である炭酸ガスレーザのみを２０００Ｈｚ以上の周波数で繰り返し照射する場合よりも、同じ処理時間でグリーンシートに与えられる熱エネルギーを多くすることができ、レーザ照射工程の処理時間を短縮することができる。
A laser having a pulse width of 30 μs or less is referred to as a short pulse laser, and a laser having a pulse width of 30 to 100 μs is referred to as a long pulse laser.
In the manufacturing method of the ceramic substrate 1 configured as described above, after irradiation with a carbon dioxide laser with a pulse width of 55 μs, irradiation with a carbon dioxide laser with a pulse width of 15 μs is repeated. As described above, the method for manufacturing the ceramic substrate 1 according to the second embodiment partially uses irradiation with a carbon dioxide gas laser having a pulse width larger than 30 μs in order to form the through hole. For this reason, the manufacturing method of the ceramic substrate 1 may increase the thermal energy given to the green sheet in the same processing time as compared with the case where only the carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs or less is repeatedly irradiated at a frequency of 2000 Hz or more. And the processing time of the laser irradiation process can be shortened.
また、長パルスレーザでセラミックグリーンシートを貫通する予備孔を形成した後に、短パルスレーザで所望の径の貫通孔を形成することにより、レーザ入射側の開口部の径と、レーザ出射側の開口部の径との差を小さくすることができる。 In addition, by forming a preliminary hole that penetrates the ceramic green sheet with a long pulse laser, and then forming a through hole with a desired diameter with a short pulse laser, the diameter of the opening on the laser incident side and the opening on the laser emission side The difference from the diameter of the part can be reduced.
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば上記実施形態では、パルス幅が３０μｓで、２０００Ｈｚの周波数の炭酸ガスレーザの照射を繰り返すものを示した。しかし、パルス幅および周波数はそれぞれ、３０μｓおよび２０００Ｈｚに限定されるものではなく、３０μｓ以下および２０００Ｈｚ以上であればよい。
As mentioned above, although one embodiment of this indication was described, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, and can carry out various modifications.
For example, in the embodiment described above, the pulse width is 30 μs and the irradiation with the carbon dioxide laser with the frequency of 2000 Hz is repeated. However, the pulse width and the frequency are not limited to 30 μs and 2000 Hz, respectively, and may be 30 μs or less and 2000 Hz or more.
また上記実施形態では、パルス幅が５５μｓである長パルスレーザを照射するものを示した。しかし、長パルスレーザのパルス幅は５５μｓに限定されるものではなく、３０μｓより大きく１００μｓ以下であればよい。 Moreover, in the said embodiment, what irradiated the long pulse laser whose pulse width is 55 microseconds was shown. However, the pulse width of the long pulse laser is not limited to 55 μs, and may be greater than 30 μs and 100 μs or less.
また上記実施形態では、長パルスレーザによりセラミックグリーンシートに直径が約２０μｍである予備孔を形成した後に、短パルスレーザによりセラミックグリーンシートに直径が約１００μｍである貫通孔を形成するものを示した。しかし、長パルスレーザの照射によって形成される予備孔を、セラミックグリーンシートを貫通する前に長パルスレーザの照射を終了することにより有底孔とし、その後、短パルスレーザの照射により、セラミックグリーンシートを貫通する貫通孔を形成するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, a preliminary hole having a diameter of about 20 μm is formed in a ceramic green sheet by a long pulse laser, and then a through hole having a diameter of about 100 μm is formed by a short pulse laser in the ceramic green sheet. . However, the preliminary hole formed by irradiation with the long pulse laser is made into a bottomed hole by ending the irradiation with the long pulse laser before penetrating the ceramic green sheet, and then the ceramic green sheet is irradiated with the short pulse laser. You may make it form the through-hole which penetrates.
また上記実施形態では、セラミックグリーンシート２２の面２２ａ上に保護テープ２１を積層するものを示したが、セラミックグリーンシート２２の面２２ａ上だけではなく面２２ｂ上にも保護テープ２１を積層するようにしてもよい。 In the above embodiment, the protective tape 21 is laminated on the surface 22a of the ceramic green sheet 22. However, the protective tape 21 is laminated not only on the surface 22a of the ceramic green sheet 22, but also on the surface 22b. It may be.
また上記実施形態では、セラミック層３が、例えば８００〜１０００℃程度の低温にて焼成した低温焼成のガラスセラミックで構成されているものを示した。しかし、セラミック層３が、２０体積％以上であり且つ８０体積％以下のガラス成分を含むグリーンシートを１４００℃以下で焼成することにより作製されるようにしてもよい。さらに、５０体積％以上であり且つ８０体積％以下のガラス成分を含むグリーンシートではガラス玉が発生しやすい。このようなガラス成分の割合と焼成温度を採用したセラミック基板の製造方法において、上記実施形態に示すように炭酸ガスレーザを照射することにより、ガラス玉の発生とボイドの発生を抑制することができる。 Moreover, in the said embodiment, the ceramic layer 3 showed what was comprised with the glass ceramic of the low-temperature baking baked at the low temperature of about 800-1000 degreeC, for example. However, you may make it produce the ceramic layer 3 by baking the green sheet containing a glass component which is 20 volume% or more and 80 volume% or less at 1400 degrees C or less. Furthermore, a glass ball is easily generated in a green sheet containing 50% by volume or more and 80% by volume or less of a glass component. In the method of manufacturing a ceramic substrate employing such a glass component ratio and firing temperature, the generation of glass balls and the generation of voids can be suppressed by irradiating the carbon dioxide laser as shown in the above embodiment.
上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 The functions of one component in each of the above embodiments may be shared by a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be exhibited by one component. Moreover, you may abbreviate | omit a part of structure of each said embodiment. In addition, at least a part of the configuration of each of the above embodiments may be added to or replaced with the configuration of the other above embodiments. In addition, all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
１…セラミック基板、３…セラミック層、５…配線層、７…表面導電層、９…ビア導体、２２…セラミックグリーンシート、２２ｃ…貫通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic substrate, 3 ... Ceramic layer, 5 ... Wiring layer, 7 ... Surface conductive layer, 9 ... Via conductor, 22 ... Ceramic green sheet, 22c ... Through-hole
Claims (4)
ガラス成分を含むセラミック材料を用いてシート状に成形されたグリーンシートを準備する準備工程と、
前記グリーンシートに炭酸ガスレーザを照射して貫通孔を形成するレーザ照射工程と、
前記貫通孔の内部に導電性ペーストを充填する充填工程と、
前記グリーンシートの上に配線パターンを形成する配線形成工程と、
前記貫通孔の内部に前記導電性ペーストが充填された前記グリーンシートを焼成する焼成工程とを備え、
前記レーザ照射工程では、パルス幅３０μｓ以下で、且つ、２０００Ｈｚ以上の周波数の炭酸ガスレーザの照射を繰り返すセラミック基板の製造方法。 A method for manufacturing a ceramic substrate, comprising:
A preparation step of preparing a green sheet formed into a sheet shape using a ceramic material containing a glass component;
A laser irradiation step of irradiating the green sheet with a carbon dioxide laser to form a through hole;
A filling step of filling the inside of the through hole with a conductive paste;
A wiring forming step of forming a wiring pattern on the green sheet;
A firing step of firing the green sheet filled with the conductive paste inside the through-hole,
In the laser irradiation step, a method of manufacturing a ceramic substrate in which irradiation with a carbon dioxide laser having a pulse width of 30 μs or less and a frequency of 2000 Hz or more is repeated.
前記レーザ照射工程では、パルス幅３０μｓより大きく１００μｓ以下の炭酸ガスレーザを照射した後に、前記パルス幅３０μｓ以下の炭酸ガスレーザの照射を繰り返すセラミック基板の製造方法。 A method for producing a ceramic substrate according to claim 1,
In the laser irradiation step, a method of manufacturing a ceramic substrate in which irradiation with a carbon dioxide gas laser with a pulse width of 30 μs or less is repeatedly performed after irradiation with a carbon dioxide gas laser with a pulse width of 30 μs or more and 100 μs or less.
前記レーザ照射工程で炭酸ガスレーザを照射する前に、前記グリーンシートと保護テープとを積層するテープ積層工程を更に備え、
前記テープ積層工程では、前記グリーンシートの両面のうち少なくとも前記レーザ照射工程で炭酸ガスレーザが照射される面とは反対側の面で前記グリーンシートと前記保護テープとが接触するように前記グリーンシートと前記保護テープとを積層するセラミック基板の製造方法。 A method for producing a ceramic substrate according to claim 1 or 2,
Before irradiating the carbon dioxide laser in the laser irradiation step, further comprising a tape lamination step of laminating the green sheet and the protective tape,
In the tape laminating step, the green sheet and the protective tape are in contact with each other on at least the surface opposite to the surface irradiated with the carbon dioxide laser in the laser irradiation step among the both surfaces of the green sheet. A method of manufacturing a ceramic substrate on which the protective tape is laminated.
前記準備工程では、２０体積％以上で且つ８０体積％以下のガラス成分を含む前記グリーンシートを準備し、
前記焼成工程では、１４００℃以下で前記グリーンシートを焼成するセラミック基板の製造方法。 A method for producing a ceramic substrate according to any one of claims 1 to 3,
In the preparation step, the green sheet containing 20% by volume or more and 80% by volume or less of a glass component is prepared,
In the firing step, a method for producing a ceramic substrate, comprising firing the green sheet at 1400 ° C. or lower.
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