JP2881376B2 - グリーンシート積層方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グリーンシート積層方
法と装置に係り、より詳細には、キャビティ部を有する
半導体チップ収納用の積層セラミック基板を作製するに
際し、グリーンシートの均一加圧を可能とし、焼成後の
寸法バラツキを軽減でき、寸法精度を向上させ得るグリ
ーンシート積層方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＧＡ基板等の積層セラミック基板の製
作は、通常、グリーンシートにスルーホールを穿け、ス
クリーン印刷法等により配線パターンを形成し、そのグ
リーンシートを複数枚積層し、１個のパッケージに分割
した後、焼成、メッキすることで行われている。そし
て、複数枚のグリーンシートを積層するには、通常、上
下金型を用い、該下金型の上に、アルミニウム製の搬送
治具に載せた重ね合わせたグリーンシートを載せ、下金
型と上金型をヒーターで加熱すると共に、該上金型を下
降させて、該グリーンシートを加圧することで、積層・
一体化する手法が採られている。

【０００３】ところで、前記積層セラミック基板は、通
常、基板中央に半導体チップを搭載するためのキャビテ
ィ部を備えているため、キャビティの段毎に、加熱・
加圧積層する必要がある、積層した上層グリーンシー
トと下層グリーンシートの生密度の調整が必要である、
キャビティ部の反り変形が生じ易い、加熱・加圧積
層回数が増えるため寸法バラツキが生じる、等の問題が
ある。

【０００４】そこで、近年、図５に示すように、『上方
積層治具板ａの下面にシリコンゴム等よりなる弾性体ｂ
を介してキャビティ部ｃに対応し、キャビティ部ｃの側
壁に遊合する程度の面積を有するステンレス板等よりな
る剛体板ｄを取付け、下方積層治具板ｅの上にキャビテ
ィ部ｃを有する積み重ねたグリーンシートｆを載せ、該
グリーンシートｆを加圧・積層する構成』のグリーンシ
ートの積層方法が提案されている（特公昭５５−２２９
４０号公報参照）。そして、この方法によれば、キャビ
ティ部ｃ内に弾性体ｂを挿入した状態で加圧するため、
キャビティ部ｃの反り変形を回避できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したグリ
ーンシート積層方法の場合、次のような課題がある。す
なわち、 上金型に取付ける上方積層治具板ａが、厚
みのある硬質材で形成されているので、グリーンシート
全体への均一加圧が難しい。 弾性体ｂが、硬質材で
形成される上方積層治具板ａの下面に固定され、かつ弾
性体ｂの表面に剛体板ｄが取付けられているので、グリ
ーンシートｆの表面とキャビティ部ｃの底部における生
密度に相違がでる。 加圧によって、該弾性体ｂが圧
縮され、また左右方向に膨張するが、該膨張を吸収する
箇所が少ないため、キャビティ部ｃの側壁と弾性体ｂと
の隙間を大きくとる必要がある。等の課題がある。

【０００６】本発明は、上述したような課題に対処して
創作したものであって、その目的とする処は、焼成後の
寸法バラツキを軽減でき、寸法精度を向上させ得る半導
体チップ収納用のセラミック基板を得ることを可能にし
たグリーンシート積層方法及び装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして、上記目的を達成
するための手段としての本発明のグリーンシート積層方
法は、キャビティ部を備える重ね合わせた複数枚のグリ
ーンシートを上金型と下金型の間で加熱・加圧して該グ
リーンシートを積層・一体化するグリーンシート積層方
法において、該上金型の押圧面に弾性体を介して前記キ
ャビティ部に対応する部位に押圧型装着孔を有する剛性
板を配し、該押圧型装着孔に弾性体よりなるキャビティ
押圧型を挿入・装着し、かつ該剛性板とキャビティ押圧
型を前記グリーンシートの表面に接触させて該グリーン
シートの表面を加圧することで該グリーンシートを積層
・一体化する構成としている。

【０００８】また、本発明のグリーンシート積層装置
は、キャビティ部を備える重ね合わせた複数枚のグリー
ンシートを積層・一体化するための上金型と下金型を有
するグリーンシート積層装置において、該上金型の押圧
面に弾性体を介して剛性板を配し、該剛性板は前記キャ
ビティ部に対応する部位に弾性体よりなるキャビティ押
圧型を装着する押圧型装着孔を有し、該押圧型装着孔に
該キャビティ押圧型を装着してなる構成としている。

【０００９】更に、前記発明に係るグリーンシート積層
装置において、用いるキャビティ押圧型が、オイル含浸
ゴムで形成してもよい。

【００１０】

【作用】本発明のグリーンシート積層方法と装置は、上
金型の押圧面に弾性体を介して剛性板を配設すると共
に、該剛性板に設けられている押圧型装着孔にキャビテ
ィ押圧型を挿入・装着し、また下金型に重ね合わせた複
数枚のグリーンシートを載置した後、該上金型を下降さ
せることで、該剛性板がグリーンシートの表面と接触
し、かつ前記キャビティ押圧型がキャビティ部内に挿入
・保持されるので、前記重ね合わせた複数枚のグリーン
シートを少ない回数の加圧でもってラミネートできる。
また、前記キャビティ押圧型が、オイル含浸ゴムで形成
されている場合は、キャビティ部内に印刷されているタ
ングステンペースト等のメタライズ層との付着が軽減さ
れ、加圧の際のキャビティ部の生反りを軽減できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を具体化
した実施例について説明する。ここに、図１〜図４は、
本発明の一実施例を示し、図１は断面図、図２は弾性体
の拡大断面図、図３は焼成後の基板寸法のバラツキを測
定した結果を示すグラフ、図４はキャビティ押圧型にオ
イル含浸ゴムを用いた場合と、シリコーンゴムを用いた
場合のそれぞれについて、グリーンシートの積層数とキ
ャビティ部の生反り量の関係を示すグラフである。

【００１２】本実施例のグリーンシート積層装置は、半
導体チップ収納用の積層セラミック基板を製造する際に
使用するグリーンシート積層体の作製装置であって、概
略すると、上金型１の押圧面１ａに弾性体２を介して剛
性板３を配し、剛性板３の押圧型装着孔４にキャビティ
押圧型５を装着し、上金型１と下金型６の間に積み重ね
たグリーンシート体７を配し、該グリーンシート体７を
上金型１と下金型６によって加圧できる構成とされてい
る。ここで、上金型１と下金型６は、従来の金型におけ
る上金型、下金型と同じであって、それぞれ加熱用のヒ
ーター８，８を備えている。

【００１３】弾性体２は、中央部２ａに低硬度弾性体、
周縁部２ｂに高硬度弾性体を配した板状弾性体であっ
て、上金型１と剛性板３の間に配されている。そして、
低硬度弾性体としては、シリコンゴム（ＨＳ３０）が用
いられ、また高硬度弾性体としては、シリコンゴム（Ｈ
Ｓ５０）が用いられている。これは、周縁部２ｂに高硬
度弾性体を配することによって、中央部２ａの低硬度弾
性体の側方向への変形を防止し、弾性力を担保するため
である。

【００１４】剛性板３は、厚みが、４ｍｍ程度の金属板
であって、前記弾性体２より大きい板体よりなり、周縁
部３ａに剛性板取付け枠体９に固定するためのエッジ１
０が形成されている。また加圧するグリーンシート体７
のキャビティ部７ａに対応する部位には押圧型装着孔４
が形成されている。そして、押圧型装着孔４には、キャ
ビティ押圧型５が挿入・装着できる。

【００１５】キャビティ押圧型５は、グリーンシート体
７のキャビティ部７ａに挿入するための凸部５ａを備え
たゴム製弾性板で形成され、該凸部５ａを下向きにして
押圧型装着孔４に剛性板３の下面から挿入自在の構成と
されている。ここで、キャビティ押圧型５は、弾性体２
の中央部２ａを形成する低硬度弾性体より更に低硬度の
弾性体、例えば、シリコンゴム（ＨＳ２５）が用いられ
ている。そして、該弾性体としては、オイル含浸ゴムが
好ましい。これは、キャビティ押圧型５が接触するキャ
ビティ部７ａの底部には、メタライズ層を形成するタン
グステンペースト等の金属ペーストが印刷されているた
め、該キャビティ押圧型５をキャビティ部７ａに挿入し
た際、金属ペーストと弾性体がくっつくのを防止するこ
とを考慮したことによる。また、キャビティ押圧型５
は、キャビティ部７ａの内周壁面との間に、若干のクリ
アランス７ｂをもって挿入できる大きさとされている。
ここで、該クリアランス７ｂは、０．１７ｍｍ程度とさ
れている。

【００１６】そして、上金型１の下面１ａに弾性体２を
介して剛性板３が、剛性板取付け枠体９により着脱自在
に取付けられ、また剛性板３の押圧型装着孔４にキャビ
ティ押圧型５が、その凸部５ａを下向きにして挿入・装
着されている。

【００１７】次に、上述した装置を用いて、グリーンシ
ート積層方法について説明する。本実施例のグリーンシ
ート積層方法は、弾性体、キャビティ押圧型選択・装
着工程、グリーンシート載置工程、グリーンシート
加圧工程、の３つの工程を有する。以下、それぞれの工
程について説明する。

【００１８】 −弾性体、キャビティ押圧型選択・装着工程− 本工程は、グリーンシート体７に応じて好ましい弾性体
２、剛性板３、およびキャビティ押圧型５を選択し、こ
れらを剛性板取付け枠体９を介して上金型１の押圧面１
ａ側に装着する工程である。ここで、弾性体２、剛性板
３、およびキャビティ押圧型５は、グリーンシート体７
の積層枚数、厚み、凹凸形態に応じて選択する。そし
て、上金型１の押圧面１ａに選択した弾性体２と剛性板
３を剛性板取付け枠体９に取付け、更にキャビティ押圧
型５を、凸部５ａを下向きにして押圧型装着孔４に挿入
した後、金型１，６を予熱すると、キャビティ押圧型５
が熱膨張し、押圧型装着孔４に固定状態となり、かつキ
ャビティ押圧型５の上面と弾性体２が密着状態となる。

【００１９】 −グリーンシート載置工程− 本工程は、ワイヤボンディングパターンおよび配線パタ
ーン等の導体パターンが印刷された複数枚のグリーンシ
ートを積み重ねたグリーンシート体７を、下金型６に載
置する工程である。グリーンシート体７は、アルミニウ
ム製搬送治具１１に載置し、ローラーコンベア等（図示
せず）の搬送装置により下金型６上に移送される。そし
て、グリーンシート体７は、剛性板取付け枠体９に設け
られている上下位置決めピン１２と、アルミニウム製搬
送治具１１の位置合わせ孔１３によって所定位置に配さ
れる。

【００２０】 −グリーンシート加圧工程− 本工程は、上金型１を下降させて、グリーンシート体７
を加圧、積層する工程である。この工程では、上金型１
と下金型６のヒーター８，８で加熱すると共に、上金型
１を下降させると、剛性板取付け枠体９に装着されてい
る剛性板３の下面がグリーンシート体７の表面に接触す
ると共に、キャビティ押圧型５の凸部５ａがグリーンシ
ート体７のキャビティ部７ａに嵌合し、更に上金型１を
下降させて、グリーンシート体７を所定の加圧条件で加
圧すると、弾性体２がバックアップして、キャビティ押
圧型５を再加圧し、グリーンシート体７の内部、外部と
もに均一加圧する。次に上金型１を上昇させ、下金型６
に載せているグリーンシート体７を取り出すことで、グ
リーンシート積層体を得ることができる。ここで、グリ
ーンシート体７の上面には、通常、金属板１４が介挿さ
れている。

【００２１】そして、本実施例の装置と方法によって作
製したキャビティ部を有するグリーンシート積層体は、
少ない積層・加圧回数で、生密度コントロール作業を廃
止でき、また、該グリーンシート積層体を用いて作製し
たＩＣセラミックパッケージは、その寸法精度が優れた
ものであった。

【００２２】次に、本実施例の作用・効果を確認するた
めに、本実施例の装置と、従来例の装置を用い、それぞ
れについて、１９０ｍｍ×２２０ｍｍのサイズのグリー
ンシート体を積層、加圧して各々１２シート作製し、１
ｐｃのＩＣパッケージに分割し、かつ焼成後のＩＣパッ
ケージの外径寸法（５０ｍｍ×５０ｍｍ）のバラツキを
測定した。ここで、加圧条件を、１２０℃、７５ｋｇ／
ｃｍ^２とした。そして、その結果、図３に示すような結
果を得た。そして、本実施例の装置を用いた場合、従来
例の装置を用いた場合に比べて、幅方向（Ｗ）、長さ方
向（Ｌ）のバラツキを、２／３以下にできることが確認
できた。

【００２３】また、キャビティ押圧型として、オイル含
浸ゴムを用いた場合の作用・効果を確認するために、本
実施例の構成において、該オイル含浸ゴムを用いた場合
と、フッ化シリコーンゴムを用いた場合について、グリ
ーンシートの連続ラミネート数に対するキャビティ部の
生反りとの関係を測定した。そして、キリビティ押圧型
として、オイル含浸ゴムを用いた場合は、連続ラミネー
ト数が５０回の時に生反りが６０μｍ、１００回の時に
生反りが９０μｍで、該連続ラミネート数が、これ以上
増えても該生反りの状態に変化が認められなかったのに
対し、フッ化シリコーンゴムを用いた場合は、連続ラミ
ネート数が５０回の時に生反りが１００μｍ、１００回
の時に生反りが１６０μｍで、該ラミネート数が増える
と、キャビティ部が破れることが確認できた。これは、
キャビティ部には、タングステンペースト等のメタライ
ズ層が形成されているため、ラミネートの際に、該メタ
ライズ層にキャビティ押圧型の凸部がくっつくことによ
る。

【００２４】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で変
形実施できる構成を含む。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のグリーンシートの積層方法及び装置によれば、キャビ
ティ部に対応する部位に押圧型装着孔を備え、かつ該押
圧型装着孔に弾性体よりなるキャビティ押圧型を有する
ので、キャビティ部を有する積層セラミックパッケージ
基板であっても、該キャビティ部が弾性体よりなるキャ
ビティ押圧型で接触状態が保持されるので、該キャビテ
ィ部に対しても均一加圧ができるという効果を有する。

【００２６】また、本発明のグリーンシートの積層装置
に用いる、キャビティ押圧型が、オイル含浸ゴムで形成
された構成にあっては、キャビティ部内に印刷されてい
るタングステンペースト等のメタライズ層との付着が軽
減され、加圧の際のキャビティ部の生反りを軽減できる
という効果を有する。

【００２７】従って、本発明のグリーンシート積層方法
及び装置によって、半導体チップ収納用の積層セラミッ
ク基板の製作時に、グリーンシートの均一加圧を可能と
し、焼成後の寸法バラツキを軽減でき、寸法精度を向上
させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】 弾性体の拡大断面図である。

【図３】 焼成後のＩＣパッケージの外径寸法のバラツ
キ試験の結果を示すグラフである。

【図４】 キャビティ押圧型にオイル含浸ゴムを用いた
場合と、シリコーンゴムを用いた場合のそれぞれについ
て、グリーンシートの積層数とキャビティ部の生反り量
の関係を示すグラフである。

【図５】 従来のＩＣパッケージ基板の製造装置の断面
図である。

【符号の説明】

１・・・上金型、１ａ・・・上金型の押圧面、２・・・
弾性体、２ａ・・・弾性体の中央部、２ｂ・・・弾性体
の周縁部、３・・・剛性板、３ａ・・・剛性板の周縁
部、４・・・剛性板の押圧型装着孔、５・・・キャビテ
ィ押圧型、５ａ・・・キャビティ押圧型の凸部、６・・
・下金型、７・・・グリーンシート体、７ａ・・・キャ
ビティ部、７ｂ・・・クリアランス、８・・・加熱用の
ヒーター、９・・・剛性板取付け枠体、１０・・・金属
板を剛性板取付け枠体９に固定するためのエッジ、１１
・・・アルミニウム製搬送治具、１２・・・上下位置決
めピン、１３・・・位置合わせ孔、１４・・・金属板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 拓児 山口県美祢市大嶺町東分字岩倉2701番１ 株式会社住友金属セラミックス内 (56)参考文献 特開 平７−142628（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−224559（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−22940（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/12 B28B 3/02 H05K 3/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティ部を備えた半導体チップ収納
   用の積層セラミック基板を作成するための重ね合わせた
   複数枚のグリーンシートを上金型と下金型の間で加熱・
   加圧して該グリーンシートを積層・一体化するグリーン
   シート積層方法において、該上金型の押圧面に弾性体を
   介して前記キャビティ部に対応する部位に押圧型装着孔
   を有する剛性板を配し、該押圧型装着孔に弾性体よりな
   るキャビティ押圧型を挿入・装着し、かつ該剛性板とキ
   ャビティ押圧型を前記グリーンシートの表面に接触さ
   せ、該グリーンシートの表面を加圧して該グリーンシー
   トを積層・一体化することを特徴とするグリーンシート
   積層方法。
2. 【請求項２】 キャビティ部を備えた半導体チップ収納
   用の積層セラミック基板を作成するためのキャビティ部
   を備える重ね合わせた複数枚のグリーンシートを積層・
   一体化するための上金型と下金型を有するグリーンシー
   ト積層装置において、該上金型の押圧面に弾性体を介し
   て剛性板を配し、該剛性板は前記キャビティ部に対応す
   る部位に弾性体よりなるキャビティ押圧型を装着する押
   圧型装着孔を有し、該押圧型装着孔に該キャビティ押圧
   型を装着することを特徴とするグリーンシート積層装
   置。
3. 【請求項３】 キャビティ押圧型が、オイル含浸ゴムで
   形成されてなる請求項２に記載のグリーンシート積層装
   置。