JP4560099B2 - 多数個取り基板 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックを含む複数の絶縁層を積層してなり、且つ反りが少ない複数の配線基板からなる製品領域および耳部を有する多数個取り基板に関する。

焼成後の反りをコントロールするため、半導体素子が搭載される上層に、アルミナ粒の平均粒径が他よりも大きいセラミックグリーンシートを、かかる上層と厚み方向で反対側の下層に、アルミナ粒の平均粒径が他よりも小さいセラミックグリーンシートを、それぞれ用いて積層し且つ焼成する、多層セラミック回路基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記製造方法によれば、焼成後の多層セラミック回路基板は、その中央部が上向きに持ち上がるように反っているため、その後にかかる中央部が自重の影響で垂れ下がることで、上記回路基板全体の反りを少なくすることが可能である。
特開平１０−１９０２２８号公報（第１〜４頁、図１〜６）

ところで、例えば、セラミックを含む複数の絶縁層を積層してなり、表面および裏面を有する多数個取り配線基板の基板本体において、かかる基板本体の厚み方向における裏面側に位置する絶縁層間に広い面積を占める単一の内部導体層を有する配線基板では、焼成時において上記内部導体層は、個々の配線基板において、その中央部に向かって求心的な圧縮応力を作用させるので、各配線基板の中央部が表面側に持ち上がるような反りを生じる、という問題があった。
多数個取り基板において、前記のような各配線基板の中央部が表面側に持ち上がる反りを防ぐには、例えば、基板本体を構成する複数のセラミック層のうち、厚み方向における表面側に、含有するセラミック粒子の平均粒径が他の絶縁層よりも大きな絶縁層を用いたり、あるいは、基板本体の厚み方向における表面側に位置する絶縁層間に、単一で広い面積の内部導体層を形成する方法がある。これらによって、焼成収縮により生じる内部応力を、配線基板ごと表面側と裏面側とで相殺し、複数の配線基板の平坦度を確保することが可能である。

しかし、複数の配線基板が縦横に配置された製品領域の四辺を囲む耳部は、主に複数のセラミック層からなるため、各配線基板の中央部が若干表面側に持ち上がる程度に反る程度に反りを抑制し得ても、これらの外側に位置する耳部は、その幅方向の中間部分が裏面側に反って垂れ下がり、且つ該耳部の外側面が表面側に持ち上がるように反る。このため、耳部が幅方向でほぼＵ字形に変形する。
その結果、多数個取り基板の基板本体全体の平坦度が低下するため、例えば、上記耳部に隣接する配線基板の表面に設けた複数の表面側端子にハンダバンプを形成する際に、表面側端子ごとに高さのバラツキが生じ、引いては、実装すべき電子部品の外部電極との接続信頼性が低下する場合があった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、セラミックを含む複数の絶縁層を積層してなり、表面および裏面を有する基板本体、その外周辺に沿った矩形枠状の耳部、該耳部の内側で縦横に複数の配線基板を連続した配置した製品領域、および上記配線基板ごとの厚み方向における裏面側の絶縁層間に形成された単一で広い面積の内部導体層を備え、各配線基板および耳部の双方が高い平坦度を有する多数個取り基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、前記多数個取り基板を形成する基板本体、および配線基板ごとの前記内部導体層の焼成時に生じるそれぞれの収縮を均衡化するため、基板本体の厚み方向における表面側の絶縁層に、含有するセラミック粒子の平均粒径が他の絶縁層よりも大きな絶縁層を用いると共に、耳部の厚み方向における表面側の絶縁層間などに矩形枠状の導体層を形成する、ことに着想して成されたものである。

即ち、本発明の多数個取り基板（請求項１）は、セラミックを含む複数の絶縁層を積層してなり、平面視が矩形の表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体における四辺の内側に沿って位置し、平面視が矩形枠状の耳部と、かかる耳部の内側において縦横に複数の配線基板を連続して配置した平面視が矩形の製品領域と、を備え、上記基板本体は、その厚み方向における表面と裏面との中間に位置する仮想の平面を中間平面としたときに、当該中間平面から基板本体の表面側に位置し、且つ含有するセラミックの平均粒径が他の絶縁層よりも大きな第１絶縁層を有し、上記耳部は、上記第１絶縁層の裏面から基板本体の表面までの何れかの位置に、平面視が矩形枠状を呈する枠形導体層を有し、上記製品領域の配線基板は、上記中間平面から基板本体の裏面側に位置し、且つ上記他の絶縁層同士の間に形成され、平面視で該他の絶縁層の表面における面積の５０％以上を占める単一の内部導体層を有している、ことを特徴とする。

これによれば、追って前記セラミックを含む複数の絶縁層となり、前記内部導体層となるメタライズ層が形成されたグリーンシートを含む複数のグリーンシートを積層・圧着した後、焼成する際に、前記第１絶縁層の焼成収縮と配線基板ごとの内部導体層の焼成収縮とにより生じる内部応力同士が、互いに相殺し合う。一方、焼成時の耳部では、前記第１絶縁層となるグリーンシートや枠形導体層などの焼成収縮による内部応力が生じるが、後述する実施例で示すように、その幅方向において、反りが抑制ないし低減される。
従って、製品領域の各配線基板および耳部の双方が高い平坦度を有する多数個取り基板を確実に提供できるため、例えば、各配線基板の表面に設けた複数の表面側端子に対し、高さにバラツキの少ないハンダバンプを容易に形成することが可能となる。

尚、前記「セラミックを含む」とは、セラミック以外にガラス成分を含有しても良いし、アルミナなどのセラミックを主成分とする形態も含む。
また、前記「第１絶縁層」は、その含有するアルミナなどのセラミックの平均粒径が、他の絶縁層（後述する実施形態では、第２絶縁層と称する）よりも大きいことを示す相対的な呼称である。
更に、前記セラミックの平均粒径は、前記絶縁層における所定倍率の矩形断面において、かかる断面の中心を通る仮想の垂直線の長さ、水平線の長さ、および左右対称な一対の対角線の長さの合計をＬとし、前記４つの各線と交差するセラミック粒子の総個数をＮとした際に、Ｌ／Ｎによって算出される。

また、前記「中間平面」とは、前記基板本体の厚み方向において、その表面と裏面との中間に位置し、かかる基板本体の中心を含む仮想の平面である。
更に、前記「単一の」とは、複数に分割されることなく連続し、且つ平面視でほぼベタ状にして形成されている形態を示す。
また、内部導体層の前記面積を５０％以上としたのは、この面積率が５０％未満では、焼成時において焼成中のグリーンシート積層体に対し、その平面方向に沿った焼成収縮による圧縮応力を生じ難く成り得るためである。
加えて、前記製品領域の配線基板ごとに形成される単一の内部導体層は、前記中間平面から基板本体の裏面側に位置する上記他の絶縁層同士の間に複数層が形成された形態としても良い。

また、本発明には、前記枠形導体層は、前記耳部における第１絶縁層の表面に形成されている、多数個取り基板（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記焼成時における耳部の幅方向において、前記第１絶縁層となるグリーンシートや枠形導体層などの焼成収縮による内部応力が生じるが、後述する実施例で示すように、反りが一層確実に抑制ないし低減されるため、高い平坦度の耳部を有する多数個取り基板となる。
更に、本発明には、前記基板本体の表面には、電子部品が実装される、多数個取り基板（請求項３）も含まれる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による一形態の多数個取り基板Ｋを示す平面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図、図３は、図１中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った部分垂直断面図である。
多数個取り基板Ｋは、図１〜図３に示すように、平面視が正方形（矩形）の表面３および裏面４を有する基板本体２と、該基板本体２の四辺の内側に沿って位置し、平面視が矩形枠状の耳部ｍと、該耳部ｍの内側において複数の配線基板１を縦横に連続して配置した平面視が正方形の製品領域ｐａとを備えている。
基板本体２は、ガラス−アルミナ（セラミック）からなり、アルミナ粒の平均粒径が約３．６μｍと比較的大きく且つ厚みが１２５μｍの第１絶縁層ｓ１と、その上下両面に積層され、上記同様のガラス−アルミナからなり、アルミナ粒の平均粒径が約３．０μｍと比較的小さく且つ厚みがそれぞれ１２５μｍの第２絶縁層（他の絶縁層）ｓ２１〜ｓ２３とからなっている。
尚、基板本体２の表面３と裏面４との中間には、仮想の中間平面Ｆが位置し、この中間平面Ｆは、基板本体２では、第１絶縁層ｓ１と第２絶縁層ｓ２２との間に位置している。また、第１絶縁層ｓ１および第２絶縁層ｓ２１〜ｓ２３に含有されているガラス成分とアルミナとの比は、６：４ないし４：６の範囲である。更に、前記基板本体２は、耳部ｍと製品領域ｐａ（複数の配線基板１）とを含み、それらに共通して表面３および裏面４が使用される。

図１〜図３に示すように、個々の配線基板１は、その表面３の周辺部に形成された複数のパッド５と、基板本体２の内部に形成された単一の内部導体層７と、基板本体２の裏面４に形成された複数のパッド８と、を備えている。各配線基板１において、基板本体２の中間平面Ｆから裏面４側で、且つ第２絶縁層ｓ２２，ｓ２３間には、平面視で第２絶縁層ｓ２３の表面における面積の５０％以上を占める比較的面積の広いベタ状の内部導体層７が形成されている。かかる内部導体層７は、厚みが約４０μｍのＡｇ層からなり、例えば、接地層または電源層として利用される。
また、各配線基板１において、その表面３に形成された複数のパッド５は、図３中の一点鎖線部分Ｚ１の部分拡大図である図４に示すように、厚みが約１５μｍのＡｇ層９、その表面に形成された厚みが約５〜９μｍのＮｉメッキ層（金属メッキ層）１１、および最表層に形成され厚みが約０．１〜０．３μｍのＡｕメッキ層（金属メッキ層）１２からなっている。

更に、各配線基板１の裏面４に形成された複数のパッド８は、図３中の一点鎖線部分Ｚ２の部分拡大図である図５に示すように、厚みが約１５μｍのＡｇ層１０と、その表面に順次形成された上記同様のＮｉメッキ層１１およびＡｕメッキ層１２とからなっている。かかるパッド８は、最下層の第２絶縁層ｓ２３を貫通するビア導体ｖを介して、前記内部導体層７と導通している。
また、図２，図３に示すように、各配線基板１において、最上層の第２絶縁層ｓ２１と第１絶縁層ｓ１との間には、所定パターンの配線層６が形成されている。
更に、表面３側の各パッド５と上記配線層６とは、最上層の第２絶縁層ｓ２１を貫通するビア導体ｖを介して互いに導通され、配線層６と前記内部導体層７とは、第１絶縁層ｓ１や第２絶縁層ｓ２２を貫通するビア導体ｖを介して互いに導通している。上記各パッド５は、中間平面Ｆよりも裏面４側の第２絶縁層ｓ２２，ｓ２３を貫通するビア導体ｖを介して、第２絶縁層ｓ２２，ｓ２３間に形成された前記内部導体層７や、裏面４側のパッド８とも導通されている。

尚、前記ビア導体ｖや配線層６もＡｇからなり、個々の配線層６は、第１絶縁層ｓ１の表面における面積が約５〜１０％である。また、第１絶縁層ｓ１と第２絶縁層ｓ２２との間にも、上記同様の面積率の図示しない配線層を中間平面Ｆとほぼ同一平面に形成しても良く、かかる配線層も上記ビア導体ｖを介して、内部導体層７や配線層６と導通させても良い。
図１〜図３に示すように、耳部ｍにおいて、最上層の第２絶縁層ｓ２１と第１絶縁層ｓ１と間には、Ａｇからなり比較的幅広で、且つ平面が矩形（正方形）枠状の枠形導体層１４が形成されている。かかる枠形導体層１４は、電気的に独立している。また、該耳部ｍにおいて、対向する一対の外側面には、平面視がほぼ半円形の凹部１５が一対ずつ形成され、各凹部１５の内壁面には、Ａｇからなり、平面視がほぼ半円形のメッキ用電極１６が形成されている。該メッキ用電極１６は、図示しない接続配線やメッキ用結線を介して、製品領域ｐａ内の各配線基板１の前記配線層６、内部導体層７、およびパッド５，８と導通可能とされている。

以下において、前記多数個取り基板Ｋの製造方法について説明する。
予め、平均粒径が約３．０μｍのアルミナ粉末、ガラス粒子、有機系バインダ、および溶剤を所定量ずつ配合して、セラミックスラリを形成し、これをドクターブレード法によりシート状に成形することで、図６の上方に示すように、３つの第２グリーンシートｇ２１〜ｇ２３を形成した。
また、平均粒径が約３．６μｍのアルミナ粉末、ガラス粒子、有機系バインダ、および溶剤を所定量ずつ配合して、セラミックスラリを形成し、上記同様に成形して、図６の上方に示すように、第１グリーンシートｇ１を形成した。
第２グリーンシートｇ２１〜ｇ２３は、それぞれ厚みが約１３０μｍで、含有するアルミナ（セラミック成分）とガラス成分との重量比が６：４であり、追って前記第２絶縁層ｓ２１〜ｓ２３となる。一方、第１グリーンシートｇ１も上記と同じ厚みおよび重量比で、追って前記第１絶縁層ｓ１となる。

先ず、第１グリーンシートｇ１および第２グリーンシートｇ２１〜ｇ２３の所定の位置に対し、パンチングを施して、ビアホール（図示せず）を形成し、これらにＡｇ粉末、有機系バインダ、および溶剤を所定量ずつ配合した導電性のペーストを充填して、前記ビア導体ｖを形成した。
次いで、第２グリーンシートｇ２１の表面、第１グリーンシートｇ１の表面、および、第２グリーンシートｇ２２，ｇ２３の裏面に、上記同様の導電性のペーストを約１５〜４０μｍの厚みで印刷して、未焼成の複数のＡｕ層９、配線層６、ベタ状の内部導体層７、複数のＡｕ層１０、および枠形導体層１４を形成した。この際、内部導体層７は、第２グリーンシートｇ２２の裏面の５０％以上を占めるよう形成された。

次に、図６の上方の矢印で示すように、第２グリーンシートｇ２１、第１グリーンシートｇ１、および第２グリーンシートｇ２２，ｇ２３の順で、これらを厚み方向に沿って積層し且つ圧着した。その結果、第１グリーンシートｇ１および第２グリーンシートｇ２１〜ｇ２３を積層してなり、表面３および裏面４を有する基板本体２を備えた未焼成のグリーンシート積層体（図示せず）が形成された。かかる積層体の基板本体２の厚み方向における表面３と裏面４との中間は、第１グリーンシートｇ１と第２グリーンシートｇ２２との境界面であり、当該基板本体２の重心を含む仮想の中間平面Ｆが位置している。
かかる未焼成の積層体を、焼成炉内に挿入し、所定の温度帯で焼成した。その結果、図６の下方に示すように、焼成済みの多数個取り基板Ｋが得られた。

焼成済みの前記多数個取り基板Ｋは、前記第１グリーンシートｇ１が焼成されたガラス−アルミナの第１絶縁層ｓ１と、その上下に位置し且つ前記第２グリーンシートｇ２１〜ｇ２３が焼成されたガラス−アルミナの第２絶縁層（他の絶縁層）ｓ２１〜ｓ２３とが一体となった基板本体２を有する。
しかも、多数個取り基板Ｋにおける製品領域ｐａ内の各配線基板１は、その表面３の中央部が表面３側に中央部が僅かに持ち上がる程度のほぼ平坦状となっていた。かかる焼成後の配線基板１ごとの平坦度は、前記焼成時において、中間平面Ｆから基板本体２の表面３側に位置する第１グリーンシートｇ１の焼成収縮による圧縮応力と、基板本体２の裏面４側に位置する内部導体層７の焼成収縮による圧縮応力とが、互いに均衡したことに起因した、ものと推定される。
一方、多数個取り基板Ｋの耳部ｍでは、後述する実施例で説明するように、基板本体２の表面３と裏面４とがほぼ平坦状となっていた。

そして、前記基板本体２の表面３に位置する複数のＡｇ層９と、裏面４に位置する複数のＡｇ層１０との表面に対し、電解Ｎｉメッキおよび電解Ａｕメッキを順次施して、それぞれ厚みが５〜７μｍのＮｉメッキ層１１、および厚みが０．１〜０．３μｍのＡｕメッキ層１２を形成した。
その結果、前記図１〜図５で示したように、製品領域ｐａ内の配線基板１ごとの表面３には、複数の前記パッド５が形成され、裏面４には、前記パッド８が形成されると共に、これらの周囲に前記耳部ｍが位置する前記多数個取り基板Ｋが得られた。かかる多数個取り基板Ｋは、図２で示したように、その基板本体２の表面３および裏面４がほとんど平坦面となっており、反りは極く僅かであった。

ここで、本発明の効果を確認するための実験的な実施例を説明する。
前記製造方法で説明したものと同じ第１絶縁層ｓ１および第２絶縁層ｓ２１を形成し、前記第２絶縁層ｓ２２，ｓ２３をそれぞれ半分の厚みとして、図７に示すように、第２絶縁層ｓ２２ａ，ｓ２２ｂ，ｓ２３ａ，ｓ２３ｂを形成して、多数個取り基板を複数個形成した。これらの製品領域ｐａ内に位置する各配線基板１には、前記同様のパッド５，８、配線層６、および内部導体層７を共通して形成した。
前記同様に、耳部ｍにおいて、最上層の第２絶縁層ｓ２１となる第２グリーンシートｇ２１と第１絶縁層ｓ１となる第１グリーンシートｇ１との間にのみ、枠形導体層１４を印刷した後、積層・焼成して得られた１０個の多数個取り基板を実施例（図７参照）とした。

一方、耳部ｍにおいて、最下層の第２絶縁層ｓ２３ｂとその真上の第２絶縁層ｓ２３ａとなる第２グリーンシート間のみに、枠形導体層１４を印刷した後、積層・焼成して得られた１０個の多数個取り基板を比較例１（図７参照）とした。
また、耳部ｍにおいて、第２絶縁層ｓ２２ｂ，ｓ２３ａ，ｓ２３ｂとなる３層の第２グリーンシート間ごとに、上下２層の枠形導体層１４を印刷した後、積層・焼成して得られた１０個の多数個取り基板を比較例２（図７参照）とした。
更に、耳部ｍにおいて、第１絶縁層ｓ１，第２絶縁層ｓ２２ａ，ｓ２２ｂ，ｓ２３ａ，ｓ２３ｂとなる第１グリーンシートｇ１と３層の第２グリーンシートとの間ごとに、上下４層の枠形導体層１４を印刷した後、積層・焼成して得られた１０個の多数個取り基板を比較例３（図７参照）とした。
加えて、耳部ｍには、枠形導体層１４を印刷せずに、積層・焼成して得られた１０個の多数個取り基板を比較例４（図７の上方参照）とした。

尚、前記各例の多数個取り基板は、耳部ｍの外辺が９３ｍｍ×９３ｍｍで且つその内辺が８３ｍｍ×８３ｍｍであり、実施例および比較例１〜３の枠形導体層１４は、耳部ｍの幅方向でその外辺および内辺から０．５ｍｍずつ引き下がった範囲内に形成した。
実施例および比較例１〜４の前記多数個取り基板の全数について、レーザ反り測定装置を用いて、各基板本体２の表面３における２つの対角線方向に沿って、レーザを照射して走査し、各例ごとに基板本体２の表面３（＋）側あるいは裏面４（−）側に反った反り量を測定した。かかる変位量を各例ごとに平均値にして算出した。
その結果、実施例の多数個取り基板では、複数の配線基板１を有する製品領域ｐａおよびその周囲を囲む耳部ｍ共に、±２０μｍ以下の反り量に留まっていた。

一方、比較例１の多数個取り基板では、耳部ｍの反り量が約−１２０μｍであった。また、比較例２の多数個取り基板では、耳部ｍの反り量が約−１６０μｍであった。更に、比較例３の多数個取り基板では、耳部ｍの反り量が約−１７０μｍであった。加えて、比較例４の多数個取り基板では、耳部ｍの反り量が約−１１０μｍであった。
以上のような実施例の結果によって、本発明による前記多数個取り基板Ｋの効果が裏付けられた。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１絶縁層および第２絶縁層（他の絶縁層）は、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウムなどのセラミック成分を主成分とするものとしても良い。
また、前記内部導体層７は、これらが形成される第２絶縁層の表面または裏面の５５％〜９０％の面積を占める形態としても良い。
更に、前記耳部ｍの枠形導体層１４は、基板本体２の表面３、あるいは第１絶縁層ｓ１の裏面に形成しても良い。
加えて、前記製品領域の配線基板ごとに形成される内部導体層は、前記中間平面から基板本体の裏面側に位置する前記他の絶縁層同士の間に複数層が形成された形態としても良い。

本発明による多数個取り基板を示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図。 図１中のＹ−Ｙ線の矢視に沿った部分垂直断面図。 図３中の一点鎖線部分Ｚ１の部分拡大図。 図３中の一点鎖線部分Ｚ２の部分拡大図。 前記多数個取り基板の製造工程を示す概略図。 実施例および比較例の多数個取り基板の断面を示す概略図。

符号の説明

Ｋ…………………多数個取り基板
１…………………配線基板
２…………………基板本体
３…………………表面
４…………………裏面
７…………………内部導体層
１４………………枠形導体層
ｓ１………………第１絶縁層
ｓ２１〜ｓ２３…第２絶縁層（他の絶縁層）
ｐａ………………製品領域
ｍ…………………耳部
Ｆ…………………中間平面

Claims (3)

1. セラミックを含む複数の絶縁層を積層してなり、平面視が矩形の表面および裏面を有する基板本体と、かかる基板本体における四辺の内側に沿って位置し、平面視が矩形枠状の耳部と、かかる耳部の内側において縦横に複数の配線基板を連続して配置した平面視が矩形の製品領域と、を備え、
   上記基板本体は、その厚み方向における表面と裏面との中間に位置する仮想の平面を中間平面としたときに、当該中間平面から基板本体の表面側に位置し、且つ含有するセラミックの平均粒径が他の絶縁層よりも大きな第１絶縁層を有し、
   上記耳部は、上記第１絶縁層の裏面から基板本体の表面までの何れかの位置に、平面視が矩形枠状を呈する枠形導体層を有し、
   上記製品領域の配線基板は、上記中間平面から基板本体の裏面側に位置し、且つ上記他の絶縁層同士の間に形成され、平面視で該他の絶縁層の表面における面積の５０％以上を占める単一の内部導体層を有している、
   ことを特徴とする多数個取り基板。
2. 前記枠形導体層は、前記耳部における第１絶縁層の表面に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多数個取り基板。
3. 前記基板本体の表面には、電子部品が実装される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の多数個取り基板。

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