JP2018190808A - セラミック配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対向する一対の表面間に複数の銅製のビア導体が形成され、且つ該ビア導体の両端面と個別に接続されつつ前記表面ごとに形成された銅製の複数のパッドを有するセラミック基板に生じる反りを、単一のステップおよび設備により、確実且つ容易に矯正できるセラミック配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】対向する一対の表面３，４を有するセラミック基板２と、該セラミック基板２における一対の表面３，４の間を貫通する複数のビア導体７と、上記セラミック基板２における一対の表面３，４に個別に形成され、且つ前記ビア導体７に接続された銅からなる複数のパッド８ａ，８ｂとを備えたセラミック配線基板１において、上記セラミック基板２の断面が凹んでいる表面３側に対し、高圧により水１１を噴射してセラミック基板２の反りを矯正する反り矯正工程を含む、セラミック配線基板１の製造方法。【選択図】 図３

Description

本発明は、断面において凹凸形状を呈する反りを矯正する工程を含むセラミック配線基板の製造方法に関する。

例えば、樹脂積層板を基板とするプリント配線板を加熱し、更にその片面に対し、窒素ガスや冷風などの冷却媒体を吹き付けた後、前記プリント配線板を冷却しつつ、その厚み方向に沿って両面からプレスすることによって、上記基板の反りを矯正するプリント配線板の反り矯正方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記プリント配線板の反り矯正方法によれば、冷却しつつプレスするに先立って、上記プリント配線板の片面に冷却媒体を吹き付けることにより、該プリント配線板の反りを予め緩和している。また、前記プリント配線板の片面に対し部分的に冷却媒体を吹き付けるため、該プリント配線板に部分的な反りが生じている場合には、かかる反りの矯正を容易に行うことが可能となる。

しかし、前記のようなプリント配線板の反り矯正方法では、セラミックからなり、対向する一対の表面間を貫通する複数の銅製のビア導体と、かかる複数のビア導体の両端面に接続され、且つ前記一対の表面ごとに個別に形成された複数の銅製のパッドとを併有するセラミック基板に生じる反りを効果的に矯正することは、著しく困難であつた。
しかも、前記プリント配線板の反り矯正方法では、前記冷却媒体の吹き付けるステップと、冷却しながらプレスするステップとの２つのステップが必要となる。そのため、それらのステップごとに用いる複数の設備によるコスト高を招くと共に、矯正工程全体の管理も煩雑化する、という問題点もあった。

特開平６−３２６４３３号公報（第１〜７頁、図１〜１０）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、対向する一対の表面間に複数の銅製のビア導体が形成され、且つ該ビア導体の両端面と個別に接続されつつ前記表面ごとに形成された銅製の複数のパッドを有するセラミック基板に生じる反りを、単一のステップおよび比較的簡素な設備によって、確実且つ容易に矯正できるセラミック配線基板の製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、前記複数のビア導体および一対の表面ごとに形成された複数のパッドを有するセラミック基板において、断面が凹む側の表面に対し所要の高圧により水を噴射する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明によるセラミック配線基板の製造方法（請求項１）は、対向する一対の表面を有するセラミック基板と、該セラミック基板における一対の表面の間を貫通する複数のビア導体と、前記セラミック基板における一対の表面に個別に形成され、且つ前記ビア導体に接続された銅からなる複数のパッドとを備えたセラミック配線基板の製造方法であって、上記セラミック基板の断面が凹んでいる表面側に対し、高圧により水を噴射して前記セラミック基板の反りを矯正する反り矯正工程を含む、ことを特徴とする。

前記のような反り矯正工程を備えたセラミック配線基板の製造方法によれば、以下の効果（１）、（２）が得られる。
（１）前記セラミック基板の断面が凹んでいる表面側に対し、高圧により水が噴射されることによって、前記表面に形成された銅からなる複数のパッドに対し、上記水による応力が加えられ、これらのパッドが上記表面にほぼ沿って塑性変形し得ることに伴って、凹形に凹んだ前記表面が平坦化する。その結果、上記セラミック基板の反りを低減ないし解消した平板状のセラミック基板に矯正することが容易となる。
（２）前記のような反り矯正工程は、矯正すべきセラミック配線基板をその平面方向に沿って相対的に搬送する搬送手段と、かかる搬送手段の途中に前記高圧による水を上記セラミック基板に対して噴射するノズルなどの噴射手段とだけを配設するのみで、実行可能となる。従って、設備コストを低廉化できると共に、前記反り矯正工程全体の管理を簡素化することも可能となる。

尚、前記セラミック基板を構成するセラミックは、例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウムなどの高温焼成セラミック、あるいは、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックである。
また、前記セラミック配線基板は、主に多数個取り用の形態を対象としているが、これを個片化した形態も含まれる。かかるセラミック配線基板は、セラミックグリーンシートに対する複数のビアホールの穿孔および導電性ペーストの充填、前記グリーンシートの焼成、該焼成にて得られたセラミック基板の両面における適所ごと対する銅メッキ、これにより得られた前記基板の両面に位置する複数のパッドの表面に対する金属メッキを経て制作され、最終検査直前のものである。

更に、前記一対の表面は、相対的な呼称であり、例えば、一方を表面と称し、且つ他方を裏面と称しても良い。
また、前記ビア導体やパッドは、銅または銅合金からなる。
更に、前記高圧により噴射される水には、一般の水道水、あるいは純水が使用される。
加えて、前記セラミック基板は、例えば。その断面が凹んでいる表面を上向きにして平面方向に沿って搬送され、かかる搬送方向の上方から前記高圧により水を下向きに約１分前後にわたり噴射することによって、前記反りが矯正される。

また、本発明には、前記セラミック基板の断面が凹んでいる表面側に形成された前記複数のパッドの全体積は、上記セラミック基板の断面が凸形に突出している他方の表面側に形成された前記複数のパッドの全体積よりも大きい、セラミック配線基板の製造方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記セラミック基板の断面が凹んでいる表面側に形成された前記複数のパッドの全体積が、上記セラミック基板の断面が凸形に突出している他方の表面側に形成された前記複数のパッドの全体積よりも大きいので、上記凹んでいる表面側に位置する複数のパッドが表面方向にほぼ沿って塑性変形することに伴って、前記セラミック基板が応力変形することにより、該セラミック基板が平坦化するものと推測される。従って、前記効果（１）を一層確実に奏することが可能となる。

更に、本発明には、前記高圧による水の噴射に伴う圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ²超である、セラミック配線基板の製造方法（請求項3）も含まれる。
これによれば、前記高圧による水の噴射に伴う圧力を、５０ｋｇ／ｃｍ²超にすることにより、前記凹んでいる表面側に位置する複数のパッドの塑性変形を誘発し、且つ前記セラミック基板が応力変形を生じ始められるので、前記効果（１）をより確実に奏することが可能となる。

尚、前記高圧による水の噴射に伴う圧力の範囲は、５０超〜５００ｋｇ／ｃｍ²以下、より望ましくは、２５０以上〜３００ｋｇ／ｃｍ²以下である。
上記圧力が５０ｋｇ／ｃｍ²以下になると、前記反りの矯正効果が殆んど得られないので、かかる範囲を除外した。一方、上記圧力が５００ｋｇ／ｃｍ²を超える場合、前記セラミック基板が破損するおそれが生じ得るため、より安定した作業条件としては、上記範囲が望ましいと言える。
また、前記高圧による水の噴射は、平面視における円環状の位置に沿って配置された複数の噴射孔、あるいは、平面視の外形が円形で且つ該円形の内側に格子状あるいは千鳥状に配置された複数の噴射孔から水を高圧により噴射して行われる。
更に、前記セラミック配線基板は、例えば。そのセラミック基板の断面が凹んでいる表面を上向きにして平面方向に沿って搬送され、かかる搬送方向の上方から前記高圧による水を下向きに約１分前後にわたり噴射することによって、前記反りが矯正される。

本発明の対象となる一形態のセラミック配線基板を示す平面図。 上記セラミック配線基板の一部を拡大して示す部分垂直断面図。 本発明による一形態の反り矯正工程を示す概略図。 （Ａ）は矯正工程前の上記セラミック配線基板を示す垂直断面図、（Ｂ）は矯正工程後の前記セラミック配線基板を示す垂直断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の対象となる一形態のセラミック配線基板１を示す平面図、図２は、その一部を拡大して示す部分垂直断面図である。
上記セラミック配線基板１は、図１，図２に示すように、平面視の外形が長方形（矩形）状で且つ互いに対向する表面３および裏面（表面）４を有するセラミック基板２と、該セラミック基板２の平面視における中央側に位置する製品領域５と、該製品領域５の周囲を囲み且つ平面視が矩形枠状の耳部１０と、を備えている。
上記セラミック基板２は、例えば、アルミナを主成分とする単一のセラミック層からなる。また、上記製品領域５は、平面視で最終製品となる複数のセラミック配線基板６を縦横に隣接して併有している。該製品領域５と前記耳部１０との境界、および製品領域内において互いに隣接するセラミック配線基板６同士間の境界には、平面視で格子枠状を呈する仮想の切断予定面９により区分されている。

また、最終製品であるセラミック配線基板６は、図２に示すように、セラミック基板２の表面３と裏面４との間を貫通する複数のビア導体７と、該複数のビア導体７ごとの表面３側に個別に接続された複数のパッド８ａと、前記ビア導体７ごとの裏面４側に個別に接続された複数のパッド８ｂとを、平面視で格子状あるいは千鳥状のパターンにして有している。
上記ビア導体７およびパッド８ａ，８ｂは、銅（例えば、電気銅や無酸素銅）あるいは銅合金からなる。更に、上記ビア導体７は、全体が円柱形状を呈しており、上記パッド８ａ，８ｂは、全体が円盤形状を呈している。

前記のようなセラミック配線基板１は、アルミナ粉末を含むセラミックグリーンシート（図示せず、以下も同様）に対する複数のビアホールの穿孔および導電性ペーストの充填、前記グリーンシートの焼成、該焼成により得られたセラミック基板２の両面における適所ごと対する電解銅メッキ、これにより得られたセラミック基板２の両面に位置する複数のパッド８ａ，８ｂの表面ごとに対する電解ニッケルおよび電解金メッキを経て制作され、且つ最終検査直前のものである。
上記のような製造プロセス中における様々要因や、セラミック基板２における表面３側のパッド８ａと裏面４側のパッド８ｂとの体積の差などに起因して、図３中に示すように、セラミック基板２の垂直断面がその表面３側に凹んで湾曲する反りを生じる場合がある。かかる反りが大きくなると、追って、上記表面３側のパッド８ａ上に、例えば、半導体チップ（図示せず）のような電子部品を実装する際に、前記セラミック基板２にクラックや割れを引き起こすおそれがあった。
そのため、上記反りを低減ないし皆無とするために、本発明が提案された。

図３は、本発明における反り矯正工程を示す概略図である。
図３中の横向きの矢印で示すように、水平方向に沿って移動するメッシュベルトコンベア（搬送手段）１８の上面に、前記セラミック基板２の垂直断面において表面３側が凹んで湾曲する反りを有するセラミック配線基板１を載置し、且つ図示で左側から右側に向かって搬送している。上記メッシュベルトコンベア１８の上方には、高圧水１１を噴射するためのノズル１２が配置されている。
上記ノズル１２の底面側には、平面視でリング状に複数の噴射孔（図示せず）が開設されており、かかる噴射孔からは、図示しないポンプによって５０ｋｇ／ｃｍ²よりも高い圧力とされた水１１が全体をほぼ円錐形状にして、上記セラミック基板２における凹んだ表面３側に対し、約１分間にわたって噴射が行われる。

その結果、図４（Ａ）に示すように、前記高圧による水１１の噴射を受ける前では、垂直断面で表面３側が凹んで湾曲する反りｗ１を有していた前記セラミック基板２は、図４（Ｂ）に示すように、比較的小さな反りｗ２に低減されていた。
上記高圧による水１１の噴射前後における反りｗ１，ｗ２が低減した理由は、上記セラミック基板２の周辺側に対して、上記高圧による水１１の噴射による圧力に伴う応力が比較的大きく加わったことに加えて、上記セラミック基板２の表面３側に位置する複数のパッド８ａの銅が前記表面３（水平）方向にほぼ沿って若干ずつ拡大する塑性変形を生じていたことによるものと推測される。
また、前記セラミック基板２の断面が凹んでいる表面３側に形成された複数のパッド８ａの全体積が、上記セラミック基板２の断面が凸形に突出している他方の裏面４側に形成された複数のパッド８ｂの全体積よりも大きい場合には、前記反りｗ１をより一層確実に低減することも確認できた。

因みに、垂直断面で凸形状に突出した記セラミック基板２の裏面４側に対して、前記と同じ条件で前記高圧による水１１を噴射した場合には、反り量ｗｘが噴射前よりも増大する結果となっていた。
更に、前記図３で示したように、比較的少なく且つ簡素な設備と簡単な工程管理とによって、前記反り矯正工程を行うことができた。
以上のような反り矯正工程を有する本発明によれば、前記効果（１）、（２）を得られることが明らかである。

以下において、本発明の具体的な実施例を比較例と共に説明する。
予め、同じアルミナからなり、且つ同じ寸法を有するセラミック基板２と、該セラミック基板２の表面３および裏面４側に同じ銅からなり且つ同じ寸法のバッド８ａ，８ｂを同数ずつ設けた２個のセラミック配線基板１を用意した。尚、これらのセラミック配線基板１の反りｗ１は、任意で且つ互いに相違していた。
先ず、前記セラミック基板２における凹んだ表面３側に対して、高圧による水１１を噴射する本発明における反り矯正方法と、前記セラミック基板２において凸形状である裏面４側に対して、高圧による水１１を噴射する比較例の反り矯正方法との関係を、確認する試験を行った。そのため、上記２つの方法（実施例と比較例）ごとに対し、２個の上記セラミック配線基板１から任意に選択したものを対象にして行った。

尚、前記ノズル１２、これから噴射される高圧による水１１の噴射条件、および前記メッシュベルトコンベア１４の送り速度などは、全て共通として行った。
そして、本発明における上記反り矯正方法と、比較例の反り矯正方法とを受けた実施例と比較例とにおける高圧による水１１の噴射前後の反り量ｗ１，ｗ２と、これら間の変化量とを、個別に測定した。それらの結果を表１に示した。

前記表１によれば、前記セラミック基板２における凹んだ表面３側に対して、高圧による水１１を噴射した本発明による反り矯正方法は、表１に示すように、噴射前の反りｗ１が１８１μｍであったのに対し、噴射後には８０μｍの反りｗ２となったので、前記高圧水１１の噴射の前後で反りが１０１μｍ低減していた。

一方、前記セラミック基板２における凸形状である裏面４側に対して、高圧による水１１を噴射した比較例による反り矯正方法は、表１に示すように、噴射前の反りｗ１が１６８μｍであったのに対し、噴射後には２３４μｍの反りｗ２となったので、前記高圧水１１の噴射の前後で反りが６５μｍ増加していた。
以上のような実施例および比較例の反り矯正方法の結果によれば、本発明で用いる高圧による水１１を噴射する対象となる表面に関する反り矯正方法の優位性を確認することができた。

次いで、前記セラミック基板２における凹んだ表面３側に対して、高圧により水１１を噴射するに際し、かかる高圧による水１１の噴射に伴う圧力の有効な範囲に関する試験を行った。
予め、前記同様に共通した６個のセラミック配線基板１を用意した。但し、これらのセラミック配線基板１の反りｗ１も、任意で且つ互いに相違していた。
上記６個のセラミック配線基板１におけるセラミック基板２における凹んだ表面３側に対し、前記ノズル１２および前記メッシュベルト１４の送り速度などを共通とし、上記ノズル１２から噴射する高圧による水１１の噴射圧力を、後述する表２中で示す６段階に変化させて、反り矯正工程を順次行った。
そして、本発明における前記反り矯正方法による高圧による水１１の噴射圧力の範囲内にある実施例１〜５のセラミック配線基板１と、該高圧による水１１の噴射圧力が前記範囲にはない比較例のセラミック配線基板１とおける噴射前後の反り量ｗ１，ｗ２と、これらの間の変化量とを、個別に測定した。それらの結果を表２に示した。

前記表２によれば、本発明による実施例１〜５のセラミック配線基板１では、前記高圧による水１１の噴射前後の反り量ｗ１，ｗ２が、表２の最下段に示す「変化量」のように、実施例１〜５の全てにおいて反りが明らかに低減していた。しかも、前記高圧による水１１の噴射圧力が実施例５から実施例１の方に高くなるに連れて、反りの低減量が増加する傾向を示していたことも判明した。
一方、前記高圧による水１１の噴射圧力が、５０ｋｇ／ｃｍ²以下であった比較例のセラミック配線基板１では、前記高圧による水１１の噴射前後の反り量ｗ１，ｗ２が、表２の最下段に示す「変化量」のように、ほとんど低減されていなかった。

更に、前記高圧による水１１の噴射圧力が、２５０ｋｇ／ｃｍ²以上であった実施例１，２のセラミック配線基板１では、何れも１００μｍ以上の反りが改善されたので、かかる圧力の範囲では大きな反りにも対応し得ることも判明した。
以上のような実施例１〜５および比較例の結果によれば、本発明で用いる高圧による水１１の噴射圧力が５０ｋｇ／ｃｍ²超であることに関する反り矯正方法の優位性を確認することができた。
そして、前記２つの試験ごとによる本発明の実施例によって、前記効果（１）が確実に得られることも裏付けられた。

本発明は、以上において説明した実施の形態および実施例に限定されない。
例えば、前記セラミック基板２を構成するセラミックは、前記アルミナに限らず、窒化アルミニウムやムライトなどの高温焼成セラミック、あるいは、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックとしても良い。
また、前記セラミック配線基板は、多数個取り用の前記セラミック配線基板１に限らず、これを個片化した個別のセラミック配線基板６に対しても、本発明を適用することが可能である。
更に、反りを矯正すべきセラミック配線基板１を搬送する搬送手段は、前記メッシュベルトコンベア１８に限らず、チェーンコンベアやベルトコンベアなどとしても良い。
加えて、前記高圧による水１１を噴射するノズルは、前記ノズル１２に限らず、噴射孔を個別に有する複数の噴射用ノズルとしたり、上記ノズル１２を搬送手段の上方に複数個を適宜のパターンで併設する形態としても良い。

本発明によれば、対向する一対の表面間に複数の銅製のビア導体が形成され、且つ該ビア導体の両端面と個別に接続されつつ前記表面ごとに形成された銅製の複数のパッドを有するセラミック基板に生じる反りを、単一のステップおよび設備によって、確実且つ容易に矯正できるセラミック配線基板の製造方法を確実に提供することができる。

１……………セラミック配線基板
２……………セラミック基板
３……………表面
４……………裏面（表面）
７……………ビア導体
８ａ，８ｂ…パッド
１１…………高圧による水

Claims (3)

1. 対向する一対の表面を有するセラミック基板と、該セラミック基板における一対の表面の間を貫通する複数のビア導体と、前記セラミック基板における一対の表面に個別に形成され、且つ前記ビア導体に接続された銅からなる複数のパッドとを備えたセラミック配線基板の製造方法であって、
   上記セラミック基板の断面が凹んでいる表面側に対し、高圧により水を噴射して前記セラミック基板の反りを矯正する反り矯正工程を含む、
   ことを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
2. 前記セラミック基板の断面が凹んでいる表面側に形成された前記複数のパッドの全体積は、上記セラミック基板の断面が凸形に突出している他方の表面側に形成された前記複数のパッドの全体積よりも大きい、
   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. 前記高圧による水の噴射に伴う圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ²超である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック配線基板の製造方法。

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