JP2021165029A - Method for producing ceramic substrate, and ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、低コスト化及び小型化を目的としたLTCC(LOW TEMPERATURE CO−FIRED CERAMICS)基板の製造技術に関する。LTCC基板は低温焼成セラミック基板と呼ばれる。 The present invention relates to a technique for manufacturing an LTCC (LOW TEMPERATURE CO-FIRED CERAMICS) substrate for the purpose of cost reduction and miniaturization. The LTCC substrate is called a co-fired ceramic substrate.
人工衛星、通信機器、レーダーのような装置に使われる高周波モジュールは、一般的に、高周波用の半導体チップ及びセラミック多層基板を用いて構成されたパッケージを搭載した高周波デバイスと、高周波デバイスを制御する回路とを組み合わせる。近年の高周波モジュールに対する要求は、高性能化,高機能化及び低コスト化が高まっている。衛星に搭載される機器の場合には、小さなスペースに合わせて機器を配置する必要があるため、小型及び軽量化が重要である。高周波デバイスを構成するセラミック多層基板(以下、LTCC基板)は、多層のセラミック基板による3次元配線構造を用いている。このため、デバイスは小型化及び高機能化を実現している。ここで、更なる小型化及び高密度化のためには、個片化後のLTCC基板の形状を、個片化されたLTCC基板を配置する形態に合わせて形成できることが望まれる。 High-frequency modules used in devices such as artificial satellites, communication equipment, and radar generally control high-frequency devices and high-frequency devices equipped with packages constructed using semiconductor chips for high frequencies and ceramic multilayer substrates. Combine with the circuit. In recent years, the demand for high-frequency modules has been increasing in high performance, high functionality, and low cost. In the case of equipment mounted on a satellite, it is necessary to arrange the equipment in a small space, so it is important to reduce the size and weight. The ceramic multilayer substrate (hereinafter referred to as the LTCC substrate) constituting the high-frequency device uses a three-dimensional wiring structure made of a multilayer ceramic substrate. Therefore, the device has realized miniaturization and high functionality. Here, in order to further reduce the size and increase the density, it is desired that the shape of the individualized LTCC substrate can be formed according to the form in which the individualized LTCC substrate is arranged.
しかし、従来技術では、基板の個別化のための切断には、回転する円盤で基板を切断する自動切断機を用いている。自動切断機で基板を切断するには、回転している円盤の回転軸に対して垂直方向に基板を進行させることで基板を切断する。このため、基板は円盤の垂直方向にしか切断できないので、多様な形状の個別化の基板に切断できなかった。また、従来技術では個片化の際に基板に割れが生じるという課題もあった。 However, in the prior art, an automatic cutting machine that cuts the substrate with a rotating disk is used for cutting for individualizing the substrate. To cut a substrate with an automatic cutting machine, the substrate is cut by advancing the substrate in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotating disk. Therefore, since the substrate can be cut only in the vertical direction of the disk, it cannot be cut into individualized substrates having various shapes. Further, in the prior art, there is also a problem that the substrate is cracked at the time of individualization.
この発明は、個片化の際に多品種のLTCC基板を取り出すことができるセラミック基板の製造方法の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic substrate capable of taking out a wide variety of LTCC substrates at the time of individualization.
この発明のセラミック基板の製造方法は、
複数のグリーンシートに複数の穴を打ち抜き、複数の穴から構成されるブレークラインを各グリーンシートに形成するパンチ工程と、
前記ブレークラインが形成された複数のグリーンシートを積層する積層工程と、
積層された前記複数のグリーンシートを焼成する焼成工程と、
を備える。
The method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention is
A punching process in which multiple holes are punched in multiple green sheets and a break line composed of multiple holes is formed in each green sheet.
A laminating process of laminating a plurality of green sheets on which the break line is formed, and
A firing step of firing the plurality of laminated green sheets, and
To be equipped.
この発明のLTCC基板の製造方法は、パンチ工程であける穴でブレークラインを形成する。パンチでは様々な位置に穴をあけることができるので、様々な形のブレークラインを形成することができる。よって、この発明のLTCC基板の製造方法によれば、様々な形状の多品種のLTCC基板を取り出すことができる。 In the method for manufacturing an LTCC substrate of the present invention, a break line is formed at a hole drilled in a punching process. Since the punch can make holes at various positions, it is possible to form break lines of various shapes. Therefore, according to the method for manufacturing an LTCC substrate of the present invention, it is possible to take out a wide variety of LTCC substrates having various shapes.
実施の形態1.
図1から図7を参照して、実施の形態1のLTCC基板80の製造方法及びその製造方法から製造されたLTCC基板80を説明する。実施の形態1の特徴は、LTCC基板80の製造方法におけるパンチ工程と、LTCC基板80の製造方法で製造されたLTCC基板80のブレークラインの形状にある。
The method for manufacturing the
なお、LTCC基板80とは、図3で後述する、焼成及び無電解メッキされた後の個片化の前のLTCC基板をいう。LTCC基板80が個片化されたブレークのLTCC基板は、個片基板80Aと記す。また、比較例としてLTCC基板8が登場するが、LTCC基板8も焼成及び無電解メッキされた後であり、個片化まえのLTCC基板をいう。LTCC基板8が個片化されたLTCC基板は個片基板8Aと記す。
The
図1は、LTCC基板80が個片化された、個片基板80Aの断面図である。図1を参照して、個片基板80Aの構成を説明する。個片基板80Aは複数のセラミック層1から形成されている。個片基板80Aの表面から底面に向かって第1層から第N層のセラミック層が形成されている。第1層から第N層に向かう方向を積層方向101とする。個片基板80Aの各層には、ビア2及び導体パターン3が形成されている。第1層には、キャビティ4が形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
図2は、比較例であるLTCC基板8の、製造工程を示す図である。
図3は、LTCC基板80の製造工程を示す図である。
図4は、LTCC基板80の製造工程と、LTCC基板8の製造工程とを示す。図2、図3及び図4を参照して、LTCC基板80と、LTCC基板80の比較例であるLTCC基板8との製造方法を説明する。図4に示すように、LTCC基板80の製造工程の特徴は、ハーフカット及びフルカットを、LTCC基板製造の切断工程(ステップS4−1)ではなく、ステップS1のパンチ工程で形成する点にある。比較例のLTCC基板8では、ハーフカット及びフルカットを、LTCC基板製造の切断工程(ステップS4−1)で形成している。図4の右側に示すように、比較例のLTCC基板8の製造工程では、ビア形成の工程であるパンチ工程のステップS1、導体パターン印刷のステップS2、積層のステップS3、プレスのステップS4、ハーフカットとフルカットを同時に行っているステップS4−1、焼成のステップS5、無電解メッキのステップS6及び個片化のステップS7の工程がある。ここで、ハーフカットとは、LTCC基板を個片化するための溝を形成する処理である。フルカットとは、焼成の前にLTCC基板を焼成炉に入る大きさにカットする処理である。
図4の左側に示すように、LTCC基板80の製造工程では、以下の(1)及び(2)の2点がLTCC基板8と異なる。
(1)LTCC基板80ではパンチ工程であるステップS1においてビア形成とともにブレークラインをグリーンシートごとに生成する。
(2)また、LTCC基板8のステップS4−1に存在する切断工程は存在しない。ステップS4−1の切断工程はブレークラインとしてのV溝を形成する工程であるが、LTCC基板80ではステップS1のパンチ工程でブレークラインを形成するので、ステップS4−1は不要である。上記の(1)及び(2)が、LTCC基板8の製造工程と異なる。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the LTCC substrate 8 as a comparative example.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the
FIG. 4 shows a manufacturing process of the
As shown on the left side of FIG. 4, in the manufacturing process of the
(1) In the
(2) Further, the cutting step existing in step S4-1 of the LTCC substrate 8 does not exist. The cutting step of step S4-1 is a step of forming a V-groove as a break line, but since the
以下に、図4を参照して、LTCC基板80の製造工程を説明する。
The manufacturing process of the
<ステップS1>
ステップS1のパンチ工程は、ビア及びブレークラインを形成する。
図3に示すように、個片化用溝形成すなわちブレークライン形成と、ビア形成とは、LTCC基板80をパンチングマシンにセットして同時に行う。
パンチ工程では、複数のグリーンシートの各グリーンシートに、パンチングマシンで複数の穴をあけ、連続した穴からなるミシン目を形成する。図3に示すように、パンチ工程では、複数のグリーンシート5にピンを用いて複数の穴14を打ち抜き、複数の穴14から構成されるブレークライン10を各グリーンシート5に形成する。なお打ち抜きに用いるのはピンに限らない。例えばレーザでもよい。図3では一番上のグリーンシート5に対して、ブレークライン10とピン110との関係を概念的に示している。
<Step S1>
The punching step of step S1 forms vias and breaklines.
As shown in FIG. 3, the groove formation for individualization, that is, the break line formation and the via formation are performed at the same time by setting the
In the punching process, a plurality of holes are punched in each green sheet of the plurality of green sheets by a punching machine to form a perforation composed of continuous holes. As shown in FIG. 3, in the punching process, a plurality of
<ステップS2からステップS7>
その後、ステップS2のパターン印刷、ステップS3の積層、ステップS4のプレス、ステップS5の焼成、ステップS6の無電解メッキ、及びステップS7の個片化の各工程の順にLTCC基板を製造する。ステップS3の積層工程は、ブレークライン10が形成された複数のグリーンシート5を積層する。ステップS5の焼成工程では、積層された複数のグリーンシート5を焼成する。
<Step S2 to Step S7>
After that, the LTCC substrate is manufactured in the order of the pattern printing in step S2, the lamination in step S3, the pressing in step S4, the firing in step S5, the electroless plating in step S6, and the individualization in step S7. In the laminating step of step S3, a plurality of
以下にさらに、LTCC基板80のステップS1のパンチ工程及び図4に示すLTCC基板80の製造工程で製造されたLTCC基板80について説明する。
Further, the
LTCC基板80は、ブレークライン10の形状によって割れ方が変わる。このため、穴の打ち抜きに関して、図5、図6のように、単一の穴で打ち抜き、あるいは、穴を重ねて打ち抜いたような状態で開口を形成して、LTCC基板80の割れ方を変えて割れにくくすることができる。あるいは図7に示すように、積層方向101で隣接するグリーンシート5どうしのブレークライン10を構成する穴14どうしをずらすことで割れ方を変えて割れにくくすることができる。LTCC基板を個片化する前に搬送することがあるが、その際、従来ではブレークラインに沿ってLTCC基板にワレが発生し、搬送に支障をきたすおそれがあった。しかし実施の形態1のLTCC基板80では図5から図7に示すように穴14どうしずらすことで、割れを防ぐことができる。
以下では図5から図7を参照して説明する。
The way the
Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 5 to 7.
図5は、LTCC基板80の製造工程で製造されたLTCC基板80−1の例を示す。
図6は、LTCC基板80の製造工程で製造されたLTCC基板80−2の別の例を示す。
FIG. 5 shows an example of the LTCC substrate 80-1 manufactured in the manufacturing process of the
FIG. 6 shows another example of the LTCC substrate 80-2 manufactured in the manufacturing process of the
まず、図5の説明を行う。図5は、図3に示す積層方向101からLTCC基板80−1を見た平面図である。図5のLTCC基板80−1には、ブレークライン10によって、LTCC基板の第1品種11と、LTCC基板の第2品種12との2種類のLTCC基板が形成されている。第2品種12の領域20を拡大して、拡大領域21を示している。拡大領域21にはブレークライン10を構成する複数の穴14が形成されている。拡大領域21をみるとわかるように、ブレークライン10とブレークライン10とが交差する箇所には、十字形の開口15が形成されている。開口15は5つの穴14があわさった形状で開口に形成されている。このように開口15を形成することで、個片化しやすくなる。
First, FIG. 5 will be described. FIG. 5 is a plan view of the LTCC substrate 80-1 as viewed from the stacking
図6は、図3に示す積層方向101からLTCC基板80−2を見た平面図である。図6のLTCC基板80−2には、ブレークライン10によって、LTCC基板の第1品種11と、LTCC基板の第3品種13とが形成されている。第3品種13の領域30を拡大して、拡大領域31を示している。拡大領域31にはブレークライン10を構成する複数の穴14及び開口16が形成されている。拡大領域31をみるとわかるように、第1品種11から続く水平なブレークライン10は、第3品種13においても穴14でブレークライン10が形成されている。一方、第1品種11に固有のブレークライン10は、3つの開口16で形成されている。3つの開口16はいずれも、穴14が重複する短いピッチで形成されている。つまり、拡大領域31に示す穴14で形成されている水平のブレークライン10は、単独の複数の穴14で形成されている。これに対して、開口16は、単独の複数の穴14を形成する際のピッチよりも短いピッチでグリーンシート5を打ち抜くことで開口として形成されている。そして開口16を形成することで、積層方向101からみたとき接続箇所17A、17B、17C、17Dが点接触に近い状態になる。つまり積層方向101で線接触に近い状態になるので、形状の特異な第3品種13をLTCC基板80−2に形成した場合でも、個片化しやすい。
FIG. 6 is a plan view of the LTCC substrate 80-2 as viewed from the stacking
図7を参照して、積層方向101で隣接する一方のグリーンシート5と、他方のグリーンシート5とのそれぞれのブレークライン10を形成する穴14について説明する。
図7は、積層方向で隣接するセラミック層どうしのブレークラインを説明する図である。図3には積層方向101で隣接するグリーンシート5A及びグリーンシート5Bを示している。図7は、図3の積層方向101から見たときのグリーンシート5Aに形成された穴14と、グリーンシート5Bに形成された穴14との位置関係を示す。図7では、上側のグリーンシート5Aに形成された穴14は穴14A−1から穴14A−7と表記している。下側のグリーンシート5Bに形成された穴14は、穴14B−1、穴14B−2...のように表記している。穴14A−kと穴14B−kとがペアとする。ここでkは1から7の整数である。図7ではグリーンシート5Aに形成された穴14A−kと、グリーンシート5Bに形成された穴14B−kとの位置関係を、タイプ1からタイプ3の3つに分けている。図7において穴14B−kの破線は、穴14B−kがグリーンシート5Aに覆われて隠れていることを示す。なお、タイプ1からタイプ3は例であり、穴14A−kと穴14B−kとの位置関係は図7の3つのタイプに限らない。
タイプ1は、14A−kと14B−kとが完全にずれている関係である。タイプ2は、14A−kと14B−kとが、半分だけずれている関係である。タイプ3は、14A−kと14B−kとの位置が同じ関係である。但しタイプ3では、穴14B−2と穴14B−4とが間引かれている。
With reference to FIG. 7, a
FIG. 7 is a diagram illustrating a break line between ceramic layers adjacent to each other in the stacking direction. FIG. 3 shows the
焼成前のグリーンシート、あるいは、焼成後のブレーク前の基板を搬送する際に、ミシン目に沿ってワレが発生し、搬送に支障をきたすおそれがある場合は、図7の説明で述べたような穴の形状にする。つまり、各層となるグリーンシートの積層方向101で見たときに、積層方向101で隣接するグリーンシートに対して同一箇所に穴14をあけるのではなく、図7のように、タイプ1からタイプ3のようにずらした箇所に穴14をあける。図7のタイプ1のように穴14が隠れてもよいし、タイプ2のように穴どうしが部分的に重なってもよいし、タイプ3のように間引いてもよい。図7のように構成するには、パンチ工程は、具体的には以下のようである。
When transporting the green sheet before firing or the substrate before breaking after firing, if cracks occur along the perforations and there is a risk of hindering transport, as described in FIG. 7. Make the shape of a hole. That is, when viewed in the stacking
図3を参照して説明する。
パンチ工程は、積層方向101で隣接する一方のグリーンシート5Aと、他方のグリーンシート5Bとについて、次のようにブレークライン10を形成する。
パンチ工程は、グリーンシート5Aに形成する第1ブレークライン10Aを構成する複数の穴14Aの各穴に対して、グリーンシート5Bに形成する第2ブレークライン10Bを構成する複数の穴14Bの各穴が、対応するように形成する。
このとき、パンチ工程は、第2ブレークライン10Bの少なくとも一つの穴14Bが第1ブレークラインの対応する穴14Aとずれるように、第1ブレークライン10Aと、第2ブレークライン10Bとを形成する。
This will be described with reference to FIG.
In the punching step, a
In the punching process, for each hole of the plurality of
At this time, the punching process forms the
<製造されたLTCC基板80>
以上では、図4の左側のLTCC基板の製造方法の工程を説明した。以下に図4の左側のLTCC基板の製造方法の工程で製造されたLTCC基板80についてまとめておく。
図5、図6に示すLTCC基板80は、焼成された複数のグリーンシート5が積層されたセラミック基板である。LTCC基板80は、単独の複数の穴14を形成する複数の穴14が重なって打ち抜かれた形状の開口が形成されている焼成されたグリーンシート5を備えている。
この様な構成によって図5、図6の説明で述べた効果を有する。
<Manufactured
In the above, the process of the manufacturing method of the LTCC substrate on the left side of FIG. 4 has been described. The
The
Such a configuration has the effects described in the explanations of FIGS. 5 and 6.
また図3、図7に示すように、LTCC基板80は、積層方向101で隣接する一方の焼成されたグリーンシート5Aと、他方の焼成されたグリーンシート5Bとについて、グリーンシート5Aに形成された第1ブレークライン10Aを構成する複数の穴の各穴と、グリーンシート5Bに形成された第2ブレークライン10Bを構成する複数の穴の各穴とが対応している。かつ、LTCC基板80は、第2ブレークラインの少なくとも一つの穴が第1ブレークラインの対応する穴とずれている。この様な構成によって図7の説明で述べた効果を有する。
Further, as shown in FIGS. 3 and 7, the
(***実施の形態1の効果***)
(1)LTCC基板の焼成後に、パンチ工程で形成したブレークラインに沿ってLTCC基板80を個片化することができるため、比較例の切断工程(ステップS4−1)が不要になるので、基板の製造コストを低減できる。
(2)図5及び図6に示すように、同一パネルで、形状の異なる多品種の基板が製造可能となる。よって、実施の形態1のLTCC基板80の製造方法は、少量多品種の機種に有効となり、少量多品種の機種のコスト低減を図ることができる。
(3)異形形状の基板が同一パネルで製造可能となるので、被取付部の周辺の空きスペースに合わせた基板設計が可能なため、本実施の形態1のLTCC基板の製造方法は、モジュールサイズの小型化に有効である。
(4)実施の形態1のLTCC基板の製造方法によれば、焼成前のグリーンシートや焼成後ブレーク前の基板を搬送する際の割れを防ぐことができる。
(*** Effect of
(1) Since the
(2) As shown in FIGS. 5 and 6, it is possible to manufacture a wide variety of substrates having different shapes on the same panel. Therefore, the method for manufacturing the
(3) Since the irregularly shaped substrate can be manufactured on the same panel, the substrate can be designed according to the empty space around the mounted portion. Therefore, the method for manufacturing the LTCC substrate according to the first embodiment is the module size. It is effective for miniaturization of.
(4) According to the method for manufacturing the LTCC substrate of the first embodiment, it is possible to prevent cracking when the green sheet before firing and the substrate before breaking after firing are conveyed.
以上のように、パンチ工程にてLTCC基板の製造における個片化用のブレークラインを形成することで、切断工程省略による低コスト化、異形形状基板の製造可能によるモジュールサイズの小型化を実現できる。 As described above, by forming a break line for individualization in the manufacturing of the LTCC substrate in the punching process, it is possible to reduce the cost by omitting the cutting process and to reduce the module size by being able to manufacture the irregularly shaped substrate. ..
1 セラミック層、2 ビア、3 導体パターン、4 キャビティ、5A,5B,5 グリーンシート、6 焼成前の積層体、7 V溝、8 LTCC基板、80,80−1,80−2 LTCC基板、80A 個片基板、10 ブレークライン、11 第1品種、12 第2品種、13 第3品種、14 穴、15 開口、16 開口、17A,17B,17C,17D 接続箇所、20 領域、21 拡大領域、30 領域、31 拡大領域、101 積層方向、110 ピン。 1 Ceramic layer, 2 vias, 3 conductor patterns, 4 cavities, 5A, 5B, 5 green sheets, 6 laminates before firing, 7 V grooves, 8 LTCC substrates, 80, 80-1, 80-2 LTCC substrates, 80A Individual substrate, 10 break lines, 11 first type, 12 second type, 13 third type, 14 holes, 15 openings, 16 openings, 17A, 17B, 17C, 17D connection points, 20 areas, 21 expansion areas, 30 Region, 31 expansion region, 101 stacking direction, 110 pins.
Claims (5)
前記ブレークラインが形成された複数のグリーンシートを積層する積層工程と、
積層された前記複数のグリーンシートを焼成する焼成工程と、
を備えるセラミック基板の製造方法。 A punching process in which multiple holes are punched in multiple green sheets and a break line composed of multiple holes is formed in each green sheet.
A laminating process of laminating a plurality of green sheets on which the break line is formed, and
A firing step of firing the plurality of laminated green sheets, and
A method for manufacturing a ceramic substrate.
単独の複数の穴を形成する際のピッチよりも短いピッチで前記グリーンシートを打ち抜くことで、前記複数の穴どうしが重なって打ち抜かれた形状の開口を形成する請求項1に記載のセラミック基板の製造方法。 The punching process is
The ceramic substrate according to claim 1, wherein the green sheet is punched at a pitch shorter than the pitch at which a single plurality of holes are formed to form an opening having a punched shape in which the plurality of holes overlap each other. Production method.
積層される方向で隣接する一方の前記グリーンシートと、他方の前記グリーンシートとについて、一方の前記グリーンシートに形成する第1ブレークラインを構成する複数の穴の各穴に対して、他方の前記グリーンシートに形成する第2ブレークラインを構成する複数の穴の各穴が対応するように、かつ、前記第2ブレークラインの少なくとも一つの穴が前記第1ブレークラインの対応する穴とずれるように、前記第1ブレークラインと、前記第2ブレークラインとを形成する請求項1または請求項2に記載のセラミック基板の製造方法。 The punching process is
With respect to one of the green sheets adjacent to each other in the stacking direction and the other green sheet, for each of the plurality of holes forming the first break line formed in the one green sheet, the other said. Each hole of the plurality of holes forming the second break line formed on the green sheet corresponds to the hole, and at least one hole of the second break line deviates from the corresponding hole of the first break line. The method for manufacturing a ceramic substrate according to claim 1 or 2, wherein the first break line and the second break line are formed.
単独の複数の穴を形成する前記複数の穴が重なって打ち抜かれた形状の開口が形成されている焼成されたグリーンシートを備えるセラミック基板。 In a ceramic substrate in which a plurality of fired green sheets are laminated,
A ceramic substrate comprising a fired green sheet in which the plurality of holes forming a single plurality of holes are overlapped and an opening having a punched shape is formed.
積層される方向で隣接する一方の焼成されたグリーンシートと、他方の焼成されたグリーンシートとについて、一方の前記グリーンシートに形成された第1ブレークラインを構成する複数の穴の各穴と、他方の前記グリーンシートに形成された第2ブレークラインを構成する複数の穴の各穴とが対応しており、かつ、前記第2ブレークラインの少なくとも一つの穴が前記第1ブレークラインの対応する穴とずれているセラミック基板。 In a ceramic substrate in which a plurality of fired green sheets are laminated,
With respect to one fired green sheet adjacent to each other in the stacking direction and the other fired green sheet, each hole of a plurality of holes forming the first break line formed on one of the green sheets, Each hole of the plurality of holes forming the second break line formed on the other green sheet corresponds to each other, and at least one hole of the second break line corresponds to the first break line. A ceramic substrate that is misaligned with the holes.
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