JP3764188B2 - 多層セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多層セラミックス基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックパッケージを製造する場合、半導体チップ等を搭載するための基板として多層セラミックス基板が必要になる。ここで、従来における多層セラミックス基板の製造方法の一例を図６に基づいて簡単に説明する。
【０００３】
まず、ドクターブレード法等によって、セラミックス粉末を含むスラリーから厚さ数百μｍのグリーンシート２０を成形する。次に、導電性ペーストの印刷によってグリーンシート２０上に配線パターン２１等を形成する。次に、図６（ａ）に示されるように、複数枚のグリーンシート２０をラミネートし、グリーンシート２０を一体化させる。このとき、最表層には焼結助剤を含まないグリーンシート２０ａが配置される。次に、グリーンシート積層体２２を脱脂及び仮焼成した後、高温高圧下で本焼成する。次に、焼結体２３の表面を研削し、不要な部分を除去する。最後に、図６（ｂ）に示されるように、導電性ペーストの印刷によって、焼結体２３の研削面に最外層の配線パターン２４を形成する。多層セラミックス基板は以上のようにして製造される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の製造方法であると、焼結体２３を正確な角度で表面研削することが難しく、図６（ｃ）に示されるように、研削面が傾斜してしまうことが多かった。この場合、最外層の配線パターン２４とそのすぐ下の配線パターン２１との間隔がばらついてしまい、両配線パターン２１，２４間でインピーダンスの不整合が生じるという問題があった。また、研削面の傾斜の方向を把握することが困難であるため、のちに修正作業を行うことも容易ではなかった。
【０００５】
さらに、表面研削工程においては、通常、焼結体２３を荒研削した後に仕上げ研削を行うという２種の研削が実施されることが多い。しかし、研削面が傾斜しやすい従来の製造方法の場合、研削が配線パターン２１にも及ぶことを回避するために、荒研削から仕上げ研削へ早めに移行する必要があった。従って、研削に時間がかかり、加工効率がよくなかった。
【０００６】
そして、従来の製造方法であると、表面研削工程のときに焼結体２３を少なくとも１５０μｍ〜２００μｍほど（図６(a) においてＴ3 で示される厚み分だけ）研削する必要がある。このため、材料ロスが多いばかりでなく、加工コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、研削面の傾斜に起因する配線パターン間のインピーダンスの不整合を防止することができる多層セラミックス基板の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、研削量を減少させること等により低コスト化を図ることができる多層セラミックス基板の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、グリーンシート積層体の焼成後に表面研削を行って多層セラミックス基板を製造する方法において、グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシートのうち、少なくとも最終的に最外層となるグリーンシートの外表面における外縁部の全周にわたって、導電性ペーストによってマーカーパターンをあらかじめ形成しておいた状態で、グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシートをラミネート及び焼成を実施し、次いで前記マーカーパターンが露出するまで荒研削を行い、前記マーカーパターンの露出後に仕上げ研削を行う多層セラミックス基板の製造方法をその要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシートのうち、前記マーカーパターンが形成されるグリーンシートのシート厚みは５０μｍ以下であり、前記マーカーパターンが形成されていないグリーンシートのシート厚みは３００μｍ〜５００μｍに設定されるものとした。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記表面研削は、遊離研粒を用いた研削機によって行われることとした。
【００１１】
【作用】
請求項１〜３に記載の発明によると、焼成後に荒研削を行うと、研削面からマーカーパターンが露出する。そして、このマーカーパターンの露出具合を見ることによって、研削面の傾斜方向及び荒研削から仕上げ研削への移行タイミングが容易に把握される。
【００１２】
特に請求項２に記載の発明によると、マーカーパターンが形成されるグリーンシートが肉薄であるため、研削量が少なくて済む。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を多層窒化アルミニウム基板の製造方法に具体化した一実施例を図１〜図５に基づき詳細に説明する。
【００１４】
本実施例の多層窒化アルミニウム基板Ｓ1 は、大まかにいって、各種グリーンシート１，２，３を作成する成形工程、孔あけ工程、ペースト印刷工程、ラミネート工程、脱脂工程、仮焼成工程、本焼成工程、表面研削工程及び最外層の配線パターン１５を形成する工程を経て製造される。以下、前記各工程を順に説明する。
【００１５】
成形工程では、第１のグリーンシート１、第２のグリーンシート２及び第３のグリーンシート３が形成される。
第１のグリーンシート１は、表面研削によって除去されることなく、最終的に製品部分として残るグリーンシートである。第１のグリーンシート１は、窒化アルミニウム粉末を主成分として含むスラリーをドクターブレード法によってシート形成することによって得られる。この場合、シート厚みＴ2 は３００μｍ〜５００μｍ程度に設定される。また、第１のグリーンシート１作製用のスラリーとしては、窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤としてのイットリア粉末、溶剤、アクリル系バインダ、可塑剤及び分散剤を配合し、これらを均一に混練したものが使用される。
【００１６】
第２のグリーンシート２作製用のスラリーは、イットリアが含まれていないことを除いて、第１のグリーンシート１作製用のスラリーと同一組成である。第２のグリーンシート２は、焼成時に第１のグリーンシート１から滲出してくるガラス相をトラップするためのグリーンシートである。従って、第２のグリーンシート２は、最終的に製品部分になるわけではなく、表面研削によって除去される。なお、第２のグリーンシート２のシート厚みＴ2 も、３００μｍ〜５００μｍ程度に設定される。
【００１７】
図１，図３に示される第３のグリーンシート３は、その一部が表面研削によって除去され、除去されなかった部分が最終製品において最表層となるグリーンシートである。第３のグリーンシート３作製用のスラリーは、第１のグリーンシート作製用のスラリーと同一組成である。なお、シート厚みＴ1 は、図３に示されるように、第１及び第２のグリーンシート１，２のシート厚みＴ2 よりも幾分小さい値に設定される。
【００１８】
孔あけ工程では、ドリル加工やパンチング加工等によって、前記各グリーンシート１，２，３にスルーホール形成用孔４が形成される。この工程では、各グリーンシート１，２，３の外縁部に図示しない位置決め用孔も形成される。
【００１９】
ペースト印刷工程では、従来公知のスクリーン印刷装置によって、前記各グリーンシート１，２，３に導電性ペーストとしてのタングステンペーストＰ1 ，Ｐ2 が印刷される。本実施例では、タングステンペーストＰ1 ，Ｐ2 として、スルーホール印刷用のペーストＰ1 及び配線パターン印刷用のペーストＰ2 の二種類が使用される。配線パターン印刷用のペーストＰ2 は、平均粒径が３．４μｍのタングステン粒子２０００ｇに、アクリル系バインダ１．９重量％、溶剤２．７重量％及び添加剤を配合し、これを均一に混練したものである。スルーホール印刷用のペーストＰ1 は、平均粒径が１．１μｍのタングステン粒子１０００ｇに、アクリル系バインダ３．５重量％、溶剤６．６重量％及び添加剤を配合し、これを均一に混練したものである。
【００２０】
第１のグリーンシート１には、上記の二種のペーストＰ1 ，Ｐ2 によって、配線パターン５とスルーホール内導体回路６とが形成される。第２のグリーンシート２の片側面のほぼ全面には、配線パターン印刷用のペーストＰ2 によって、炭化防止層７が形成される。第３のグリーンシート３には、スルーホール印刷用のペーストＰ1 によって、スルーホール内導体回路６が形成される。また、第３のグリーンシート３の外縁部には、配線パターン印刷用のペーストＰ2 によって、その全周にわたってマーカーパターン８が形成される。前記マーカーパターン８の印刷厚みは２μｍ〜５μｍ程度に、より好ましくは５μｍ〜１５μｍ程度に設定される。この印刷厚みの設定値が大きすぎる（例えばシート厚みＴ1 よりも大きい）と、第３のグリーンシート３の表面に凹凸ができ、表面研削に支障をきたすおそれがある。一方、この印刷厚みの設定値が小さすぎると、ペーストＰ2 を均一に印刷することが困難になる。また、表面研削のときに短時間で削られてしまう可能性があるため、注意をしないとマーカーパターン８を見失うおそれがある。
【００２１】
ラミネート工程では、複数枚の第１のグリーンシート１の上下両面に複数枚の第３のグリーンシート３を重ね合わせ、さらにその上下両面に第２のグリーンシート２を重ね合わせる。そして、この状態で所定の熱及び圧力を加えることによって、各グリーンシート１，２，３を一体化させる。その結果、図３（ａ）に示されるように、グリーンシート積層体９が得られる。
【００２２】
グリーンシート積層体９は、乾燥された後に減圧下で脱脂される。次いで、脱脂されたグリーンシート積層体９は、非酸化性雰囲気下で所定の時間及び温度（実施例では１３００℃〜１６５０℃かつ約１０時間）で仮焼成される。さらに、仮焼成されたグリーンシート積層体９は、ＨＰ(Hot press) 装置により高温高圧下において本焼成される。この実施例において、本焼成時の温度は１７００℃〜１９５０℃である。上記のようなＨＰによる本焼成を経ると、グリーンシート積層体９の厚さはもとの約半分程度になる。
【００２３】
本焼成後における表面研削工程では、焼結体１０に対して荒研削及び仕上げ研削という２種の研削が行われる。図３（ｂ）に示されるように、荒研削は、マーカーパターン８の上面が（詳細には内層側に位置する第３のグリーンシート３のマーカーパターン８の上面が）全体的に露出するまで行われる。このとき、第２のグリーンシート２であった部分の全部と、外層側に位置する第３のグリーンシート３であった部分とが除去される。この場合、焼結助剤を含まずに積層された第２のグリーンシート２は、比較的簡単に除去される。仕上げ研削は、マーカーパターン８が完全に露出したことを確認したうえで行われる。このとき、内層側に位置する第３のグリーンシート３であった部分がさらに所定厚みだけ除去される。なお、仕上げ研削のほうが荒研削に比較して、研削速度がいくぶん遅くなる反面、研削面の滑面性が高くなる。
【００２４】
本実施例における表面研削作業は、図４に示されるように、両面研削機としての平面ラップ盤１１を用いて実施される。この平面ラップ盤１１は、両面同時ラッピング方式であり、定盤１２、上面ラップ１３及び下面ラップ１４によって構成されている。なお、被加工物である焼結体１０は、回転運動をする上面ラップ１３と下面ラップ１４との間に配置される。ここで、平面ラップ盤１１のような平面研削機を用いた理由は、両面が同時に研削されるため研削時間の短縮化が図られるからである。
【００２５】
前記平面ラップ盤１１を使用する場合、遊離砥粒として、例えばダイヤモンド粉、アルミナ、炭化珪素、酸化セリウム、酸化クロム、ジルコニア、二酸化珪素等が選択される。
【００２６】
そして、最後に研削面をメタライズし、パターン形成することによって、図２，図３（ｃ）に示されるように、最外層の配線パターン１５やダイパッド１６等が形成される。以上の諸工程を経ると、所望の多層窒化アルミニウム基板Ｓ1 が製造される。そして、この多層窒化アルミニウム基板Ｓ1 に対して、半導体チップの搭載、ワイヤボンディング、リッド等による封止、ピン立てなどを行えば、窒化アルミニウムパッケージを得ることができる。
【００２７】
さて、本実施例の多層窒化アルミニウム基板Ｓ1 の製造方法によると、焼成後に荒研削を行うことによって、研削面からマーカーパターン８の上面が露出する。そして、このマーカーパターン８の露出具合を見ることによって、研削面の傾斜方向を容易に把握することができる。従って、適切な修正作業を行うことができるようになり、研削面の傾斜に起因する配線パターン５，１５間のインピーダンスの不整合の発生も確実に防止される。図５には、研削面に傾斜が生じた焼結体１０が例示されている。この焼結体１０では、マーカーパターン８の約左半分の領域が露出している。つまり、この焼結体１０の研削面には傾斜が生じており、さらにその傾斜の方向は左側から右側に向かう方向であることがわかる。従って、修正作業においては右半分をより多く研削し、マーカーパターン８を全体的に露出させればよいことになる。なお、本実施例ではマーカーパターン８が外縁部の全周にわたって形成されているため、研削面の傾斜方向を視覚的にかつ正確に把握することができる。よって、修正作業を行う際に極めて好都合である。
【００２８】
また、この製造方法によると、マーカーパターン８の露出具合を見ることによって、荒研削から仕上げ研削に移行する際のタイミングを容易に把握することができる。ゆえに、移行タイミングを間違えることが少なくなる。また、荒研削による研削量を多く（即ち、仕上げ研削による研削量を少なく）設定することができるため、研削時間の短縮化が図られ、加工効率も向上する。さらに、第３のグリーンシート３は第１，第２のグリーンシート１，２に比較して肉薄であるため、従来よりも研削量が少なくて済む。従って、材料ロスの低減及び加工コストの低減を達成することができる。なお、前述のように研削時間が短縮されることも低コスト化に確実に貢献する。
【００２９】
さらに、本実施例では、マーカーパターン８を形成するための導電性ペーストＰ2 と、配線パターン５を形成するための導電性ペーストＰ2 とが同一のものである。従って、ペースト印刷工程時に通常のスクリーン印刷機を用いてマーカーパターン８を容易に形成することができ、工程簡略化にもつながる。
【００３０】
また、平面ラップ盤１１を使用した本実施例によると、両面同時研削による研削時間の短縮化に加え、自己修正作用があるという利点がある。即ち、ここでいう自己修正作用とは、研削面が傾斜している（即ち、マーカーパターン８が部分的に露出している）場合、マーカーパターン８の露出部の研削速度が遅くなり、焼結体１０の部分がより速く研削されることによる修正作用をいう。従って、この自己修正作用によって研削面の傾斜がある程度自動的に解消される。
【００３１】
なお、本発明は例えば次のように変更することが可能である。
（１）マーカーパターン８は、その形状もライン状であることは必須でなく、例えばドット状などにしてもよい。
【００３２】
（２）第１，第２のグリーンシート１，２間に配置される第３のグリーンシート３は１枚でもよく、また３枚以上であってもよい。
（３）第３のグリーンシート３が複数枚にわたる場合、マーカーパターン８の形状や幅等を各層ごとで異なるものとしてもよい。このようにすると、マーカーパターン８の形状等の違いによって、そのときの研削量を正確に把握することができるため好ましい。
【００３３】
（４）マーカーパターン８自身を配線に関与するパターンとして使用することも可能である。
（５）マーカーパターン８をタングステンを含む導電性ペーストＰ1 ，Ｐ2 以外のもの、例えばニオブ、タンタル、チタン等を含む導電性ペーストによって形成してもよい。また、前記マーカーパターン８は、導電性ペーストＰ1 ，Ｐ2 の印刷による方法ばかりでなく、例えば金属材料やセラミックス材料のスパッタリング等によって形成されてもよい。ここでマーカーパターン８の形成材料としては、少なくともセラミックスの焼結温度に耐えうるものであることが要求される。また、焼結体１０と区別しうる色を有するものや、焼結体１０よりも研削されにくいものが前記形成材料として好ましい。
【００３４】
（６）両面研削機の一例として挙げた平面ラップ盤１１以外にも、片面ごとに研削を行うタイプの研削機を使用することも勿論よい。
（７）第３のグリーンシート３の一部、即ち荒研削によって除去されてしまう外層側のものを、第２のグリーンシート２と同様に焼結助剤を含まないものにしてもよい。
【００３５】
（８）本発明は、多層窒化アルミニウム基板Ｓ1 の製造方法以外のもの、例えば多層アルミナ基板や多層ムライト基板等の各種多層セラミックス基板に具体化することも可能である。
【００３６】
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施例及び別例によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１） 請求項１〜３のいずれかにおいて、マーカーパターンは、ペースト印刷工程において配線パターン印刷用のタングステンペーストを用いて印刷されること。この方法であると、工程簡略化を達成できる。
【００３７】
（２） 導電性ペーストの印刷によって、外縁部のほぼ全周にわたって印刷厚み約５μｍ〜１５μｍのマーカーパターンが形成され、かつそのマーカーパターンの印刷領域の内側にスルーホール内導体回路が形成された、シート厚み２０μｍ〜５０μｍの窒化アルミニウム製グリーンシート。このグリーンシートを使用すると、実施例の製造方法を確実に実施できる。
【００３８】
なお、本明細書中において使用した技術用語を次のように定義する。
「グリーンシート積層体： 複数枚のグリーンシートを重ね合わせた後に熱圧着によって一体化させた、未焼結の多層構造体をいう。」
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、研削面の傾斜を確実にかつ容易に修正することができるため、配線パターン間のインピーダンスの不整合を防止することができる。また、請求項２に記載の発明によれば、研削量を減少することができるため、低コスト化を図ることができる。請求項３に記載の発明によれば、上記の自己修正作用があることから、研削面の傾斜をある程度解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の製造方法において使用される第３のグリーンシートを示す概略平面図。
【図２】多層窒化アルミニウム基板を示す概略平面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は製造方法を示す部分概略断面図。
【図４】両面研削機による両面研削の様子を示す部分概略断面図。
【図５】研削面に傾斜が生じている第３のグリーンシートを示す概略平面図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の製造方法の問題点を説明するための部分概略断面図。
【符号の説明】
１…第１のグリーンシート、２…第２のグリーンシート、３…最終的に最外層となるグリーンシートとしての第３のグリーンシート、８…マーカーパターン、９…グリーンシート積層体、１１…両面研削機としての平面ラップ盤、Ｔ1 …グリーンシートのシート厚み、Ｐ1 ，Ｐ2 …導電性ペーストとしてのタングステンペースト、Ｓ1 …多層セラミックス基板としての多層窒化アルミニウム基板。

Claims (3)

1. グリーンシート積層体の焼成後に表面研削を行って多層セラミックス基板を製造する方法において、
   グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシートのうち、少なくとも最終的に最外層となるグリーンシートの外表面における外縁部の全周にわたって、導電性ペーストによってマーカーパターンをあらかじめ形成しておいた状態で、グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシートをラミネート及び焼成を実施し、次いで前記マーカーパターンが露出するまで荒研削を行い、前記マーカーパターンの露出後に仕上げ研削を行う多層セラミックス基板の製造方法。
2. 前記グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシートのうち、前記マーカーパターンが形成されるグリーンシートのシート厚みは５０μｍ以下であり、前記マーカーパターンが形成されていないグリーンシートのシート厚みは３００μｍ〜５００μｍに設定される請求項１に記載の多層セラミックス基板の製造方法。
3. 前記表面研削は、遊離研粒を用いた研削機によって行われる請求項１または２に記載の多層セラミックス基板の製造方法。

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