JP2019096796A - 配線基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
更に、予め、前記キャビティの底面となる裏面側のセラミック層を貫通させたビア導体の上端面を含む前記セラミック層の上面に、前記パッドを印刷によって形成した後、これら全体を焼成しているので、該パッドとビア導体との間における電気的な接続が不安定になり得る。しかも、上記キャビティの底面は、上記パッドが配置された状態で焼成されているため、異種材料を同時に焼成することにより、焼成時に当該キャビティの底面がうねることによって、高い平面度を得ることが困難となる、という問題もあった。
即ち、本発明による配線基板の製造方法(請求項1)は、絶縁材からなり、対向する一対の表面を有する基板本体と、該基板本体の少なくとも一方の表面に開口するキャビティと、該キャビティの底面に開口する少なくとも1つの凹部と、該凹部内に少なくも基部側が形成され、上記基板本体内の厚み方向に沿って形成されたビア導体に接続するパッドと、を備えてなる配線基板の製造方法であって、絶縁材からなり、対向する一対の表面を有し、且つ該一対の表面間の厚み方向に沿ったビア導体を内設する基板本体を用意する基板本体準備工程と、前記基板本体における少なくも一方の表面を研削して、比較的高い平面度の底面と該底面の周辺から立設した側面とを有するキャビティを形成する第1研削工程と、前記キャビティの底面の一部と上記ビア導体の一端側とを研削して、該ビア導体の一端側が底面に露出する凹部を形成する第2研削工程と、前記凹部内に金属粉末を含む導電性ペーストを充填して、前記凹部内に少なくも基部側が位置するパッドを形成するパッド形成工程と、を含む、ことを特徴とする。
(1)前記第1研削工程によって、基板本体における少なくも一方の表面を研削して、比較的高い平面度の底面を含むキャビティが形成され、前記第2研削工程によって、前記キャビティの底面の一部に凹部が設けられ、更に、前記パッド形成工程によって、該凹部内に少なくも基部側が位置するパッドが形成されている。その結果、該パッドの上面の高さを後述するように適宜選択することと相まって、上記キャビティの深さを、追って実装すべき電子部品の厚みに応じた過不足のない最適な深さにできる。加えて、前記絶縁材がセラミックである場合、焼成後の第1研削工程により前記キャビティを形成するため、得られるキャビティの底面の平面度が、焼成により形成された場合に比べて、より高くすることができる。
(2)前記第2研削工程によって、前記キャビティの底面の一部に設けた凹部の底面には、当該凹部の底面を研削した際と同時に、一端側が研削された前記ビア導体の一端面を露出させている。従って、該ビア導体の一端面を確実に前記凹部の底面に露出させられるので、当該ビア導体の一端面を含む前記凹部内に形成されるパッドと当該ビア導体との電気的な接続を安定させることができる。
また、前記基板本体は、上記セラミックまたは樹脂の多層積層体、上記セラミックまたは樹脂の単層体、あるいは、単層または複層のセラミック層と単層または複層の樹脂層とを積層した複合積層体の何れかからなる。前記単層体は、例えば、セラミック粉または樹脂粉を含む絶縁性材料を焼成または硬化処理する方法の他、セラミック粉または樹脂粉を用いて3D(3次元)プリンターにより製造することも可能である。
更に、前記基板本体において対向する一対の表面とは、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することも可能である。
更に、前記基板本体は、前記ビア導体と電気的に接続する内層配線を更に内設していても良い。
また、前記平面度は、平面の滑らかさ(均一性)を数値で表示可能とした指標であり、JIS B 0621−1984に依拠ないし準拠している。例えば、平面度が±10μm以下とは、基準とする仮想の平面に対し、その厚み方向の凹または凸が片面ごとに10μm以下であることを示す。
更に、前記研削には、円柱形状の砥石が用いられ、該砥石の表面には微細なWCなどの超硬砥粒、ダイヤモンド砥粒、あるいはアルミナ砥粒などが固着されている。
加えて、前記パッドのうち、外部に露出する表面には、防錆対策の金属被膜(例えば、ニッケル被膜と金被膜)を電解金属メッキなどにて被覆しても良い。
これによれば、前記キャビティの底面の平面度が、±10μm以下の滑らかさであるため、前記効果(1)を一層奏することが可能となる。
これによれば、前記キャビティを形成する前記第1研削工程の前に、予め、前記基板本体で対向する一対の表面を研磨する前記研磨工程が行われる。その結果、前記研磨された比較的滑らかな各表面を基準として、前記第1研削工程が施されるため、形成されるキャビティの底面の深さを、該キャビティが開口する表面に対して均一にできるので、前記効果(1)を一層確実に得ることが可能となる。
尚、前記研磨工程には、ローラー形状の砥石が用いられ、該砥石の表面にも微細な超硬砥粒、ダイヤモンド砥粒、あるいはアルミナ砥粒などが固着されている。
これによれば、上記研磨工程によって、前記基板本体において対向する一対の表面における平面度が、予め±30μm以下り滑らかさにされているので、前記効果(1)を顕著に奏することが可能となる。
これによれば、前記パッドの上面(頂面)の位置が、前記凹部の内側、該凹部の開口部と面一の高さ、あるいは、上記凹部の開口部よりも外側で且つ前記キャビティの内側の何れかに位置している。その結果、追ってキャビティの底面に実装される電子部品と上記パッドとの間を、最適長さのボンディングワイヤー、あるいは、最適な厚みのロウ材層などを介して、電気的に確実に実装することができる。従って、前記効果(1)を一層確実に得ることが可能となる。
尚、同じキャビティ内に形成される複数のパッドの上面ごとの位置は、互いに相違していても良い。
これによれば、少なくとも、実装すべき電子部品に設けられた外部電極の総数と同数となる複数のパッドおよび該パッドごとに凹部が予め形成されているので、前記効果(1)を確実に得ることが可能となる。
尚、前記キャビティの底面は、平面視で矩形(長方形または正方形)状を呈する形態の他、円形状、長円形状、楕円形状、五角形以上の多角形も含んでいる。
また、前記凹部は、平面視で円形状、矩形状、長円形状などを呈する。
これによれば、前記効果(1)を有する電子装置を確実に得ることができる。
尚、前記電子部品には、半導体素子、発光素子、圧電素子などが例示される。
図1(A)は、本発明に用いる一形態の基板本体2を示す垂直断面図、および本発明の研磨工程を示す概略図である。
上記基板本体2は、図1(A)に示すように、任意の厚みを有する複数のセラミック層(絶縁材)c1〜c3を一体に積層し、且つ対向する一対の表面3a,4aを有している。上記セラミック層c1〜c3には、それぞれの厚み方向に沿って、複数のビア導体6が適所に形成されている。更に、上記セラミック層c1,c2間には、上下のビア導体6に接続する内層配線5が形成されている。
尚、上記一対の表面3a,4aは、相対的な呼称である。そのため、以下では、研磨後も含め、一方を表面3a,3と称し、且つ他方を裏面4a,4と称する。
また、記セラミック層c1〜c3は、例えば、アルミナを主成分とし、上記内層配線5やビア導体6は、例えば、主にタングステン(以下、単にWと記載する)、あるいは、主にモリブデン(以下、単にMoと記載する)からなる。
先ず、前記基板本体2における表面3aと裏面4aとに対し、これらを平滑な表面3および裏面(表面)4とする研磨工程を行った。即ち、図1(A)に示すように、基板本体2の表面3aに沿って、水平姿勢の回転軸sに固定されたローラー形状の砥石g1を高速回転させつつ移動させた。更に、基板本体2の裏面4aに沿っても、同様の研磨作業を行った。尚、上記砥石g1の円周面(表面)には、微細なWCなどの超硬砥粒、またはダイヤモンド砥粒などが固着されている。
その結果、図1(B)に示すように、基板本体2における前記表面3aおよび裏面4aは、平面度が±30μm以下(例えば、±3μm)の滑らかさで且つ互いに平行にして対向する表面3および裏面4となった。
その結果、図1(C)に示すように、平面視で基板本体2における表面3の中央側に開口し、平面視が矩形状の底面8と、該底面8の周辺から前記表面3側に立設した四辺の側面9とからなり、全体が直方体形状を呈するキャビティ7が形成された。上記底面8の平面度は、±10μm以下(例えば、±3μm)の滑らかさであった。
尚、上記キャビティ7の底面8は、中層のセラミック層c2における厚み方向の内部(中間)に位置していた。
その結果、図2(B)に示すように、記キャビティ7の底面8における右端側および左端側の位置ごとに、平面視が円形状を呈し、且つ底面11が最下層のセラミック層c3の厚み方向の内部に位置し、全体が円柱形を呈する2つ(複数)の凹部10が形成された。該凹部10を前記第2研削工程で形成する際において、図2(B)中の破線で示すように、上記セラミック層c3を貫通して形成されていた前記ビア導体6の上端(一端)側6eも同時に研削された。その結果、上記凹部10ごとの底面11には、上記ビア導体6の新たな上端(一端)面が該底面11と面一に露出していた。
その結果、図2(C)に示すように、基部側が凹部10内を占め且つ底面が前記ビア導体6に接続していると共に、上面(頂面)が上記凹部10の開口部よりも外側(上側)のキャビティ7内に位置しており、全体が円柱形状を呈する2つのパッド12が形成された。
引き続いて、上記パッド12を加熱するキュア処理を行って硬化させた後、該パッド12を含む前記基板本体2を、電解ニッケルメッキ浴および電解金メッキ浴に順次浸漬して、上記パッド12ごとの外部に露出する表面に対し、ニッケル膜および金膜(何れも図示せず)を順次被覆するメッキ工程を行った。
その結果、図2(C)に示すように、所望の深さのキャビティ7が基板本体2の表面3側に開口し、前記キャビティ7の底面8に設けた2つの凹部10ごとに底面で前記ビア導体6と電気的に安定した接続された2つのパッド12を有する配線基板1を得ることができた。
尚、図3(A)に示すように、左右一対の前記パッド12ごとの上面を、前記キャビティ7の底面8とほぼ面一にして形成した形態としても、該パッド12と、前記同様に搭載した電子部品14とを、ボンディングワイヤー15を介して、電気的に容易に接続することができる。また、前記パッド12ごとの上面を、前記凹部10ごとの内側に位置する形態としても、該パッド12と前記電子部品14とを、ボンディングワイヤー15を介して電気的に接続することが可能である。
尚、以上において説明した配線基板1は、前記研磨工程後において、前記基板本体2における裏面4の適所に対し、図示しない複数の外部接続端子を形成し、かかる外部接続端子ごとに前記ビア導体6を介して前記パッド12と個別に導通可能としても良い。あるいは、上記外部接続端子の何れかと、前記キャビティ7の外側に位置しているビア導体6や内層配線5とを導通可能としても良い。
また、前述のボンディングワイヤー15に替えて、ハンダ16により実装することにしても良いし、該ハンダ16に替えて、ボンディングワイヤー15を使用しても良い。
上記配線基板1hは、複数の樹脂層j1〜j3と複数のセラミック層c1,c2とを積層してなり、対向する表面3および裏面4を有する基板本体2hと、該基板本体2hの表面3における平面視の中央側に開口する平面視が比較的広いキャビティ7と、上記基板本体2hの裏面4に開口し且つ平面視が比較的狭い左右一対のキャビティ7と、を備えている。上記基板本体2hは、予め個別に積層されていた樹脂層j1〜j3とセラミック層c1,c2とを、前記樹脂層j3とセラミック層c1との間において図示しない接着層を介して接着したものである。
尚、上記樹脂層j1〜j3は、例えば、ポリイミド(PI)系樹脂からなり、上記セラミック層c1,c2は、前記同様のアルミナからなる。
前記樹脂層j3とセラミック層c1との間には、予め該セラミック層c1側の片面に形成された複数の内層配線5が位置している。該内層配線5は、上記ビア導体18を介して、前記表面3に開口するキャビティ7の底面8に開口する凹部10ごとに形成されたパッド12と個別に導通可能とされている。更に、当該内層配線5は、セラミック層c1を貫通するビア導体6を介して、前記裏面4に開口する2つのキャビティ7の底面(天井面)8に開口する凹部10ごとに形成されたパッド12とも個別に導通可能とされている。
次に、上記表面3および裏面4における適所ごとに対し、前記同様の第1研削工程を行って、上記表面3の中央側に広く開口し、且つ底面8が中層の樹脂層j2における厚み方向の内部(中間)に位置するキャビティ7と、上記裏面4の左右に狭く開口し、且つ底面(天井面)8が下層のセラミック層c2における厚み方向の中間に位置する2つのキャビティ7と、を順次形成した。
次いで、上記キャビティ7ごとの底面8における適所ごとに対し、前記同様の第2研削工程を順次行って、前記底面8ごとに左右一対ずつの凹部10を形成した。この際、前記樹脂層j2,j3間に位置していた前記ビア導体18ごとの上面(片面)側と、前記ビア導体6ごとの下端(一端)側も同時に研削されていた。
その結果、前記図4で示したように、基板本体2hの表面3および裏面4に開口する所望の深さである複数のキャビティ7と、該キャビティ7ごとの底面8に形成された複数の凹部10と、該凹部10内ごとに少なくとも基部側が位置する複数のパッド12と、該パッド12ごとの底面と電気的に安定して接続されたビア導体6,18とを有する前記配線基板1hを得ることができた。
尚、配線基板1hの基板本体2は、5層(複数層)のセラミック層のみを積層した形態、あるいは、5層(複数層)の樹脂層のみを積層した形態としても良い。
また、前記ハンダ16に替え、前記ボンディングワイヤー15を用いても良い。
加えて、前記配線基板1,1hのように基板本体2を構成する絶縁材がセラミックの場合、前記キャビティ7を第1研削工程により形成するため、焼成により形成した場合に比べ、該キャビティ7の底面8の平面度を高くすることができる。
更に、前記第2研削工程により、前記キャビティ7の底面8の一部に設けた凹部10の底面11には、当該凹部10の底面11の研削と同時に、一端側が研削された前記ビア導体6,18の一端面が露出している。そのため、該ビア導体6,18と凹部10内に位置するパッド12との電気的な接続を、確実に安定したものとできる。
従って、前記配線基板1,1hの製造方法によれば、前記効果(1),(2)を確実に奏することができる。
例えば、前記基板本体2,2hを構成する絶縁材は、ムライトや窒化アルミニウムなどの高温焼成セラミックや、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミック、あるいは、エポキシ系などの樹脂としても良い。前記ガラス−セラミックなどやエポキシ系樹脂などの場合、前記ビア導体6,18や内層配線5,17には、例えば、銅や銀が適用される。
また、前記基板本体2,2hは、前記セラミック粉末あるいは樹脂粉末を3Dプリンターにより直接立体的に制作するか、あるいは、セラミックスラリーあるいは樹脂スラリーを、予め内部空間に前記ビア導体6などが配設された所定の鋳型内に充填した後、該スラリーを硬化させて制作しても良い。
また、前記キャビティは、平面視が円形状、長円形状、楕円形状、五角形以上の正多角形または変形多角形を呈する形態であっても良い。
更に、前記凹部は、平面視で矩形状、長円形状、楕円形状、五角形以上の正多角形または変形多角形を呈する形態であっても良いし、1つのキャビティの底面に1つを設けるか、あるいは3つ以上が併設されていても良い。
加えて、前記キャビティ7および凹部10は、前記基板本2,2hの裏面4側にのみ形成された形態の配線基板としても良い。
2,2h……基板本体
3a,3……表面
4a,4……裏面(表面)
6,18……ビア導体
7……………キャビティ
8……………キャビティの底面
9……………キャビティの側面
10…………凹部
11…………凹部の底面
12…………パッド
14…………電子部品
c1〜c3…セラミック層(絶縁材)
J1〜j3…樹脂層(絶縁材)
Claims (7)
- 絶縁材からなり、対向する一対の表面を有する基板本体と、該基板本体の少なくとも一方の表面に開口するキャビティと、該キャビティの底面に開口する少なくとも1つの凹部と、該凹部内に少なくも基部側が形成され、上記基板本体内の厚み方向に沿って形成されたビア導体に接続するパッドと、を備えてなる配線基板の製造方法であって、
絶縁材からなり、対向する一対の表面を有し、且つ該一対の表面間の厚み方向に沿ったビア導体を内設する基板本体を用意する基板本体準備工程と、
上記基板本体における少なくも一方の表面を研削して、比較的高い平面度の底面と該底面の周辺から立設した側面とを有するキャビティを形成する第1研削工程と、
上記キャビティの底面の一部と上記ビア導体の一端側とを研削して、該ビア導体の一端側が底面に露出する凹部を形成する第2研削工程と、
上記凹部内に金属粉末を含む導電性ペーストを充填して、前記凹部内に少なくも基部側が位置するパッドを形成するパッド形成工程と、を含む、
ことを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記キャビティの底面の平面度は、±10μm以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。 - 前記第1研削工程の前に、前記基板本体において対向する一対の表面を研磨して、該一対の表面を互いに平行で且つ比較的高い平面度とする研磨工程を有する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板の製造方法。 - 前記研磨工程後において、前記基板本体において対向する一対の表面における平面度は、±30μm以下である、
ことを特徴とする請求項3に記載の配線基板の製造方法。 - 前記パッドの上面は、前記基板本体の厚み方向において、前記凹部の内側に位置するか、該凹部の開口部と面一であるか、あるいは、前記凹部の開口部よりも外側で且つ前記キャビティの内側に位置している、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の配線基板の製造方法。 - 前記キャビティの底面には、複数の前記凹部および前記パッドが形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の配線基板の製造方法。 - 前記パッド形成工程の後で、前記キャビティの底面に電子部品を固着し、且つ該電子部品の外部電極と前記パッドとの間を電気的に接続する実装工程を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の配線基板の製造方法。
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