JP3047197B2 - セラミック複合基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック基板と樹脂基
板とを一体化して構成したセラミック複合基板の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を搭載するための基板としては
種々なものが提案されてきているが、その中には、電子
部品の熱膨張率と同じ熱膨張率を有するものとするため
に、所謂セラミック基板と樹脂基板とを一体化したセラ
ミック複合基板がある。このセラミック複合基板は、電
子部品よりも熱膨張率が小さいセラミック基板と、電子
部品よりも熱膨張率が大きい樹脂基板とを一体化するこ
とにより、結果的に電子部品と同程度の熱膨張率を有し
たものとしたものであり、電子部品の実装状態を長期間
安定化することができるものである。

【０００３】このようなセラミック複合基板は、それぞ
れ別工程で形成しておいたセラミック基板と樹脂基板と
を、所謂プリプレグを介して、例えば熱圧プレスによっ
て一体化されることもあるものであり、その場合には両
者間の位置を正確に決定し規定しながら行わなければら
ないものである。この両者間の位置決めは、当該セラミ
ック複合基板に形成される所謂導体回路のファイン化を
図ろうとする場合重要なことになるものであることは勿
論、例えば図４に示すような多層（図４の（ニ）では６
層となっている）のものにしたい場合には相当重要な問
題である。

【０００４】図４には、この種セラミック複合基板１０
０の一般的な製造方法が示してあり、この図４の（イ）
に示したセラミック基板１０の両側に順次樹脂基板２０
を形成しながら（図４の（ロ）〜（ニ））、最終的には
導体回路層の数が例えば６層のセラミック複合基板１０
０を製造しようとするものである。この図４に示した製
造方法は、マスラミネーションと呼ばれる方法であっ
て、図４の（ロ）あるいは（ニ）に示したように、最外
層にプリプレグ３０を介して金属箔５０を一体化してお
き、この金属箔５０をパターニングすることにより導体
回路層とするものである。このマスラミネーション方法
によると、セラミック複合基板１００が多層になればな
る程、プレス機による熱圧プレスの回数が増大してコス
トの高いセラミック複合基板１００とならざるを得なか
った。

【０００５】このため、加工工程数を少しでも減らすた
めに、図５に示すように、ある程度完成された樹脂基板
２０をセラミック基板１０にプリプレグ３０を介して一
体化する方法が提案されてきている。この図５に示した
方法は、ピンラミネーションと呼ばれる方法であり、セ
ラミック基板１０に対する各樹脂基板２０の位置をこれ
らに嵌挿される位置決めピン４０によって決定しておい
て、熱圧プレスを行うものである。この従来のピンラミ
ネーション方法を採用する場合、セラミック基板１０や
樹脂基板２０に位置決めピン４０を挿通するための穴を
直接形成しなければならない。また熱圧プレス時に、セ
ラミック基板１０に位置決めピン４０の一部が当接して
クラック７０を生じさせる場合もあったのである。セラ
ミック基板１０にクラック７０が生じると、基板製造工
程において生長し、このセラミック基板１０の所期の剛
性や熱膨張率が確保できないだけでなく、湿気等の侵入
路となったり場合によっては導体回路の断線の原因とも
なって、信頼性の高いセラミック複合基板１００とする
ことができなかったのである。

【０００６】そこで、本発明者等は、ピンラミネーショ
ン方法の長所を十分生かしながら、しかもセラミック基
板１０にクラックが生じないようにしてセラミック複合
基板１００を製造するにはどうしたらよいかについて種
々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の経緯
に基づいてなされたもので、その解決しようとする課題
は、ピンラミネーションにおけるセラミック基板１０で
のクラックの発生である。

【０００８】そして、本発明の目的とするところは、ピ
ンラミネーション方法の長所を十分生かすことができ、
しかもセラミック基板１０に対してクラックが全く生じ
ないようにすることのできる製造方法を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】以上の課題を解
決するために、本発明の採った手段は、実施例において
使用する符号を付して説明すると、「セラミック基板１
０に対する樹脂基板２０の位置を位置決めピン４０によ
って決めながら、両者を一体化することにより構成する
セラミック複合基板１００を、次の各工程を含んで製造
する方法。 セラミック基板１０とする前のグリーンシート１１に
対して、その位置決めピン４０が挿入されることになる
部分に、グリーンシート１１が焼成されて後に位置決め
ピン４０の直径に対して１．５〜２．０倍の直径Ｌ₁と
成り得る開口１２を形成する工程； このグリーンシート１１を焼成してから、少なくとも
その開口１２内に樹脂１３を充填する工程； この充填樹脂１３の表面を含む焼結体表面に金属箔５
０を一体化して、この金属箔５０を通して充填樹脂１３
に位置決めピン４０を挿通し得る挿通孔１４を形成する
工程； 金属箔５０を所定の導体回路６０とすることにより形
成したセラミック基板１０に対して、位置決めピン４０
によって樹脂基板２０を位置決めしてから両者を一体化
する工程」である。

【００１０】すなわち、本発明の製造方法は、導体回路
６０を有するセラミック基板１０に、導体回路６０を有
するあるいは導体回路６０が形成される複数の樹脂基板
２０を熱圧プレスによって一体化することにより、多層
の導体回路６０を有するセラミック複合基板１００を製
造するものであり、そのためには、まずセラミック基
板１０とする前のグリーンシート１１に対して、その位
置決めピン４０が挿入されることになる部分に、グリー
ンシート１１が焼成され収縮した時点において位置決め
ピン４０の直径に対して１．５〜２．０倍の直径Ｌ₁と
成り得る様な開口１２を形成する必要があるのである。
つまり、図２または図３の（２）に示すように、焼結体
とする前のグリーンシート１１に、位置決めピン４０の
ための後述する挿通孔１４より十分大きな開口１２を、
グリーンシート１１の焼成収縮をも考慮して形成してお
くのである。この開口１２は、これが余り大き過ぎる
と、多くの充填樹脂１３が必要となるばかりか開口１２
内において充填樹脂の硬化収縮によるクラックやくぼみ
が生じ、挿入されるピン４０を正確に保持できなくな
る。また余り小さ過ぎると、グリーンシート１１の焼成
前後での収縮公差を吸収することができず挿通孔１４が
焼結体にかかり本発明の実質的な意味がなくなってしま
うものである。従って、このグリーンシート１１に予め
形成しておくべき開口１２としては、グリーンシート１
１が焼成され焼結体となった時点において位置決めピン
４０の直径Ｌ₁の１．５〜２．０倍程度の大きさである
必要があるものである。勿論、この開口１２の形成は、
その対象が焼結体となる前のグリーンシート１１である
から、非常に容易となっている。

【００１１】ついで、図２または図３の（３）に示すよ
うに、このグリーンシート１１を焼成してから、少な
くともその開口１２内に樹脂１３を充填するのである。
この樹脂１３の充填は、種々な方法によって行うことが
できるものであるが、本発明者等は、焼結体の開放気孔
中に樹脂を充填するのと同時に行っている。つまり、セ
ラミック基板１０といっても、これ自身多孔質体である
とともに樹脂を含浸させることにより、その全体の熱膨
張率をセラミックのみの場合よりも大きくなるようにし
て電子部品のそれに近似させることを行っているのであ
るが、その樹脂含浸と同時に開口１２内への樹脂１３の
充填を行っているのである。これにより、この作業は非
常に簡単となっているのである。

【００１２】そして、図２または図３の（３）及び
（４）に示したように、この充填樹脂１３の表面を含
む焼結体表面に金属箔５０を一体化して、この金属箔５
０を通して充填樹脂１３に位置決めピン４０を挿通し得
る挿通孔１４を形成するのである。これにより、図２ま
たは図３の（４）に示した状態のセラミック基板１０に
おいては、その位置決めピン４０が挿通されるべき挿通
孔１４の周囲に、充填樹脂１３が露出することになり、
挿通孔１４に位置決めピン４０を挿通すれば、この位置
決めピン４０はセラミック基板１０を構成している焼結
体に直接接触することはないのである。

【００１３】最後に、例えば図１に示すようにして、
金属箔５０を所定の導体回路６０とすることにより形成
したセラミック基板１０に対して、位置決めピン４０に
よって樹脂基板２０を位置決めしてから両者を一体化す
るのである。勿論、セラミック基板１０に対する各樹脂
基板２０の一体化は、通常はプリプレグ３０によって行
われるものであるから、セラミック基板１０と樹脂基板
２０との間には、図１に示したように、プリプレグ３０
が介在されるものである。なお、プリプレグ３０の代わ
りに絶縁性の接着剤を使用する場合には、この接着剤を
セラミック基板１０または樹脂基板２０の該当する面に
予め塗布あるいは仮接着しておけばよいものである。

【００１４】このセラミック基板１０に対する各樹脂基
板２０の一体化をするに際しては、両者間の位置決めピ
ン４０による位置決めを行わなければならないものであ
るから、樹脂基板２０やプリプレグ３０の該当部分に
は、セラミック基板１０側の挿通孔１４に対応する挿通
孔を、図１に示したように形成しておくことは当然であ
る。この樹脂基板２０やプリプレグ３０における挿通孔
の形成は、これらが機械加工し易い材料によって形成さ
れているのであるから、容易に行えるものである。

【００１５】以上のセラミック基板１０に対する各樹脂
基板２０の一体化に際しては、前述したように、挿通孔
１４内に挿通された位置決めピン４０は充填樹脂１３に
接触するのみで、セラミック基板１０の焼結体に対して
は接触しないから、セラミック基板１０に従来のような
クラック７０が生ずることはない。すなわち、位置決め
ピン４０がセラミック基板１０を構成している焼結体に
接触しようとしても、両者間には充填樹脂１３が存在し
ているから、この充填樹脂１３によって位置決めピン４
０の力が緩和され、セラミック基板１０にクラック７０
を生じさせることはないのである。また、セラミック基
板１０と樹脂基板２０との一体化に際しては加熱される
のであるが、この熱によってセラミック基板１０と樹脂
基板２０との間に熱膨張の差があったとしても、この差
は位置決めピン４０に対する充填樹脂１３の変形によっ
て吸収されてしまうから、実質的には何等の問題も生じ
ないのである。

【００１６】すなわち、本発明によれば、位置決めピン
４０によってセラミック基板１０と樹脂基板２０との位
置決めを行いながら、両者間の一体化を行なうという、
ピンラミネート方法の長所をそのまま生かしながら、ク
ラック７０の発生を防止してセラミック複合基板１００
が製造されるのである。

【００１７】

【実施例】次に、本発明を、図面に示した各実施例に従
って詳細に説明する。

【００１８】・実施例１ 図１及び図２には、本発明の第一実施例が示してあり、
この実施例においては、焼成収縮率が約８％のコージェ
ライトを原料として図２の（１）に示したグリーンシー
ト１１を形成している。このグリーンシート１１として
は、その焼成後の厚さが３ｍｍ以下となるようなものを
採用しており、焼成によって約７０％の気孔率を有した
多孔質体となるような材料を使用している。

【００１９】このようなグリーンシート１１に対して、
図２の（２）に示したように、その位置決めピン４０が
挿通されることになる部分に、グリーンシート１１の焼
成収縮率約８％を考慮して、位置決めピン４０の直径Ｌ
₁の１．５倍となる直径Ｌ₂の開口１２を、例えばパンチ
ング等の手段によって形成した。なお、本実施例におい
ては、位置決めピン４０の直径Ｌ₁が３．２ｍｍ以下の
場合を想定して、直径５ｍｍの開口１２を形成してい
る。位置決めピン４０の直径Ｌ₁を３．２ｍｍ以下とし
たのは、基板サイズに対して、基板の工程流動に必要な
治具等のエリアが標準規定されており、必要以上に有効
エリアを小さくしたくなかったからである。

【００２０】そして、本実施例にあっては、図２の
（２）に示したようなグリーンシート１１を焼成して焼
結体となし、この焼結体を、エポキシ樹脂等の入った樹
脂層内に通して、焼結体の開放気孔中及び開口１２内に
エポキシ樹脂を含浸させた。この含浸に連続する工程に
て、銅からなる厚さ３５μｍの金属箔５０を、開口１２
内の充填樹脂１３を包み込むような状態で、図２の
（３）に示したように、焼結体の表面に一体化した。

【００２１】その後に、図２の（４）に示すように、両
面の金属箔５０を貫通する状態で充填樹脂１３の中心に
直径Ｌ₁の挿通孔１４を形成した。この挿通孔１４の形
成は、対象物が主として充填樹脂１３であるため、数値
制御されるドリル加工機を使用して行えば十分であっ
た。この挿通孔１４を形成した後に、表面の各金属箔５
０に常法によるエッチングを施してこれを図１に示した
ような導体回路６０として、必要なセラミック基板１０
を形成したのである。

【００２２】一方、図１に示したように、セラミック基
板１０側面にのみ導体回路６０を形成した樹脂基板２０
を別途用意するとともに、この樹脂基板２０にセラミッ
ク基板１０側の挿通孔１４に対応する開口を形成した。
なお、この樹脂基板２０についても、その外側面に銅か
らなる金属箔５０が一体化してあり、この金属箔５０
は、各樹脂基板２０がセラミック基板１０に一体化され
た後に、常法により導体回路６０とされるものである。

【００２３】以上のように用意したセラミック基板１０
と樹脂基板２０との間に、図１に示したように、両者を
接着しながら電気的に隔離するためのプリプレグ３０を
配置し、このプリプレグ３０の開口をも通してセラミッ
ク基板１０の挿通孔１４及び樹脂基板２０の開口内に位
置決めピン４０を挿通する。これにより、セラミック基
板１０、各樹脂基板２０及びプリプレグ３０の位置が規
定されるから、この状態で全体を熱圧プレスすることに
より、特にセラミック基板１０に何等のクラック７０も
生じさせることなくセラミック複合基板１００が完成さ
れたのである。なお、図１に示した状態のものとして形
成すれば、このセラミック複合基板１００は合計６層の
導体回路６０を有したものとなるものである。

【００２４】・実施例２ 図３には、本発明の第二実施例が示してあり、その第一
実施例と異なる点は、図３の（３）に示したように、開
口１２内に樹脂１３を充填した焼結体の表面に金属箔５
０を一体化するに際して、プリプレグ３０を利用して行
っている点だけである。勿論、このようなプリプレグ３
０が介在したとしても、充填樹脂１３に対して位置決め
ピン４０のための挿通孔１４を形成する場合に、プリプ
レグ３０は機械加工容易な材料であるから、図３の
（４）に示したように、何等問題はないものである。

【００２５】なお、その他の部分は、前述した第一実施
例の場合と同様であるので、その説明は省略する。

【００２６】上記いずれの実施例においても、使用すべ
き位置決めピン４０の具体的直径は、３．１６５ｍｍで
あり、この位置決めピン４０が挿通されるべき挿通孔１
４の直径は３．２ｍｍであった。また、樹脂基板２０の
基材としては、ガラス・エポキシ樹脂を使用した。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明においては、
上記各実施例にて例示した如く、「セラミック基板１０
に対する樹脂基板２０の位置を位置決めピン４０によっ
て決めながら、両者を一体化することにより構成するセ
ラミック複合基板１００を、次の各工程を含んで製造す
る方法。 セラミック基板１０とする前のグリーンシート１１に
対して、その位置決めピン４０が挿入されることになる
部分に、グリーンシート１１が焼成されて後に位置決め
ピン４０の直径に対して１．５〜２．０倍の直径Ｌ₁と
成り得る開口１２を形成する工程； このグリーンシート１１を焼成してから、少なくとも
その開口１２内に樹脂１３を充填する工程； この充填樹脂１３の表面を含む焼結体表面に金属箔５
０を一体化して、この金属箔５０を通して充填樹脂１３
に位置決めピン４０を挿通し得る挿通孔１４を形成する
工程； 金属箔５０を所定の導体回路６０とすることにより形
成したセラミック基板１０に対して、位置決めピン４０
によって樹脂基板２０を位置決めしてから両者を一体化
する工程」にその特徴があり、これにより、ピンラミネ
ーション方法の長所を十分生かすことができ、しかもセ
ラミック基板１０に対してクラックが全く生じないよう
にすることのできる製造方法を提供することができるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法においてセラミック基板と樹
脂基板とを位置決めピンによって位置決めしている状態
を示す部分断面図である。

【図２】本発明に係る製造方法の第一実施例を示す工程
図である。

【図３】本発明に係る製造方法の第二実施例を示す工程
図である。

【図４】従来のマスラミネーション方法を工程順に示す
工程図である。

【図５】従来のピンラミネーション方法を示す部分断面
図である。

【符号の説明】

１００ セラミック複合基板 １０ セラミック基板 １１ グリーンシート １２ 開口 １３ 充填樹脂 １４ 挿通孔 ２０ 樹脂基板 ３０ プリプレグ ４０ 位置決めピン ５０ 金属箔 ６０ 導体回路 Ｌ₁ 位置決めピンの直径 Ｌ₂ 開口の直径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 3/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック基板に対する樹脂基板の位置
   を位置決めピンによって決めながら、両者を一体化する
   ことにより構成するセラミック複合基板を、次の各工程
   を含んで製造する方法。 前記セラミック基板とする前のグリーンシートに対し
   て、その前記位置決めピンが挿入されることになる部分
   に、前記グリーンシートが焼成されて後に前記位置決め
   ピンの直径に対して１．５〜２．０倍の直径と成り得る
   開口を形成する工程； このグリーンシートを焼成してから、少なくともその
   前記開口内に樹脂を充填する工程； この充填樹脂の表面を含む焼結体表面に金属箔を一体
   化して、この金属箔を通して前記充填樹脂に前記位置決
   めピンを挿通し得る挿通孔を形成する工程； 前記金属箔を所定の導体回路とすることにより形成し
   たセラミック基板に対して、前記位置決めピンによって
   樹脂基板を位置決めしてから両者を一体化する工程。