JP4868196B2 - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面にフリップチップやBGAパッケージのバンプ(半田ボール)を接続するためのパッドを有するセラミック多層基板を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、セラミック多層基板においては、小型化、高密度実装化、高性能化等の要求を満たすために、図3に示すように、基板表面に形成したパッド11にフリップチップ12やBGAパッケージの下面の半田バンプ13(半田ボール)を接続するようにしたものがある。この場合、パッド11は、基板表面に導体ペーストを印刷して形成したものがあるが、最近では、パッドピッチを更に狭くするために、基板表面に露出するビアホール導体14の表面をパッド11として用いるようにしたものがある。
【0003】
このようなセラミック多層基板を製造する場合は、基板表層となるセラミックグリーンシート15のうちのパッド11を形成する位置にビアホール17を加工し、該セラミックグリーンシート15のビアホール17に表面側から導体ペーストを穴埋め印刷する。そして、このセラミックグリーンシート15を他の層のセラミックグリーンシート16と積層して焼成するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように、セラミックグリーンシート15のビアホール17に表面側から導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体14を形成すると、図4に示すように、ビアホール導体14の表面(パッド11)が盛り上がってビアホール17の外周囲にはみ出した状態に印刷されてしまい、その後の積層工程で、このビアホール導体14の表面(パッド11)の盛り上がりが押しつぶされて、パッド11の外径寸法が更に大きくなってしまう。そのため、パッド11の外径寸法がビアホール17の孔径よりもかなり大きくなってしまい、その分、パッドピッチを広くしなければならず、狭ピッチ化の要求に十分に応えることができない。しかも、パッド11の表面が凸面となるため、フリップチップ12やBGAパッケージを実装する工程で、半田バンプ13がパッド11の表面を滑って位置ずれしやすく、これが接続信頼性を低下させる一因にもなっている。
【0005】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、パッドピッチを狭くすることができて、小型化、高密度実装化に対応することができると共に、パッドとバンプの接続信頼性を向上することができるセラミック多層基板の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1のセラミック多層基板の製造方法は、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含むことによって、前記基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹状に形成して、それを前記パッドとして用いるようにしたものである。
【0007】
本発明によれば、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含むので、基板表面に露出するビアホール導体の表面は凹状となって盛り上がらず、ビアホール導体の表面(パッド)がビアホールの外周囲にはみ出さない。このため、パッドの外径寸法がビアホールの孔径と同一となり、その分、パッドピッチを従来よりも狭くすることができて、狭ピッチ化の要求に十分に応えることができる。しかも、ビアホール導体の表面(パッド)が盛り上がらず、凹状になるため、フリップチップやBGAパッケージを実装する工程で、バンプがパッドの表面を滑りにくくなって、位置ずれしにくくなり、パッドとバンプの接続信頼性を向上することができる。
【0008】
この場合、請求項2のように、セラミックグリーンシートを、800〜1000℃で焼成可能な低温焼成セラミックにより形成し、焼成工程で、このセラミックグリーンシートの積層体の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して拘束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去するようにしても良い。この拘束焼成は、基板の面方向の焼成収縮を抑えて基板寸法精度を向上させる焼成法であり、パッドピッチの精度を向上することができると共に、拘束焼成後に拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去する工程で、基板表面に露出するビアホール導体の表面(パッド)に投射材(ガラスビーズ等)が高圧で吹き付けられることで、パッドの表面が確実に凹状に形成される。これにより、フリップチップやBGAパッケージを実装する工程で、バンプが凹状のパッドに安定して位置決め状態に収まるようになり、接続信頼性の高い実装が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1(c)及び図2に基づいてセラミック多層基板20の構造を説明する。セラミック多層基板20は、複数枚の低温焼成セラミック(ガラスセラミック)のグリーンシート21,22を積層して800〜1000℃で拘束焼成したものである。低温焼成セラミックとしては、CaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラス:50〜65重量%(好ましくは60重量%)とアルミナ:50〜35重量%(好ましくは40重量%)との混合物を用いる。この他、例えばMgO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物、SiO2 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物、PbO−SiO2 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の800〜1000℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。
【0010】
基板表層(最上層)となるセラミックグリーンシート21のうちのパッド23を形成する位置には、ビアホール24がパンチング加工等により形成され、各ビアホール24には、例えば、Ag、Ag/Pd、Ag/Pt、Ag/Au等を主に含むAg系導体ペーストが穴埋め印刷され、ビアホール導体25が形成されている。そして、基板表面に露出するビアホール導体25の表面が凹状又はほぼ平坦に形成され、パッド23として用いられる。尚、パッド23の表面には、例えばNiめっきを下地とするAuめっきが施されている。
【0011】
また、各層のセラミックグリーンシート21,22の所定位置には、上述したパッド形成用のビアホール24の他に、層間接続用のビアホール(図示せず)がパンチング加工等により形成され、各ビアホールに、Ag系導体ペーストが穴埋め印刷されている。更に、各層のセラミックグリーンシート21,22の表面には、Ag系導体ペーストで配線パターン(図示せず)が印刷されている。尚、各層のビアホール導体や配線パターンの印刷は、Ag系導体ペーストに代えて、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストを用いても良い。各層のセラミックグリーンシート21,22は積層され、後述する拘束焼成法により800〜1000℃で焼成されている。
【0012】
図2に示すように、基板表面に形成したパッド23には、フリップチップ30やBGAパッケージの下面のバンプ31(半田ボール)が接続される。
【0013】
次に、上記構成のセラミック多層基板20の製造方法を図1及び図2を用いて説明する。予め、片面にパンチング加工可能な拘束用プラスチックフィルム26が貼着されたセラミックグリーンシート21(22)を用意し、このセラミックグリーンシート21(22)の所定位置にビアホール24をパンチング加工により形成する。この際、図1(a)に示すように、拘束用プラスチックフィルム26を上にしてパンチング加工することで、拘束用プラスチックフィルム26を貫通するビアホール24を形成する。
【0014】
この後、印刷工程に進み、各層のセラミックグリーンシート21,22のビアホール24にAg系の導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体25を形成すると共に、必要な配線パターン(図示せず)をスクリーン印刷する。この際、基板表層となるセラミックグリーンシート21のビアホール24に穴埋め印刷する場合は、図1(b)に示すように、拘束用プラスチックフィルム26側の面を上にしてセラミックグリーンシート21を印刷台27上の下敷プラスチックフィルム28上に載せる。このセラミックグリーンシート21の拘束用プラスチックフィルム26側の面は、最終的に裏面(下面)となる。この状態で、拘束用プラスチックフィルム26側から各ビアホール24にAg系導体ペーストを穴埋め印刷してビアホール導体25を形成する。このようにして、セラミックグリーンシート21の裏面側からビアホール24に導体ペーストを穴埋め印刷することで、基板表面に露出するビアホール導体24の表面を凹状に形成して、それをパッド23として用いる。
【0015】
また、基板表層となるセラミックグリーンシート21の表面に配線パターンを印刷する場合は、拘束用プラスチックフィルム26側の面を下にしてセラミックグリーンシート21を印刷台27上にセットし、セラミックグリーンシート21の表面にAg系等の導体ペーストで配線パターンを印刷すれば良い。尚、2層目以下のセラミックグリーンシート22については、基板表層とは異なり、拘束用プラスチックフィルム側からビアホール穴埋め印刷を行う必要はなく、配線パターンの印刷と同じように、拘束用プラスチックフィルム側の面を下にしてビアホール穴埋め印刷を行えば良い。
【0016】
印刷工程終了後、積層工程に進み、各層のセラミックグリーンシート21,22から拘束用プラスチックフィルム26を剥離した後、各層のセラミックグリーンシート21,22を積層して生基板を作り、これを例えば80〜150℃で加熱圧着して一体化する。この際、基板表層となるセラミックグリーンシート21は、拘束用プラスチックフィルム26が貼着されていた面が裏面(下面)となるように積層し、基板表面に露出するビアホール導体25の表面をパッド23として用いる。
【0017】
尚、穴埋め印刷後にセラミックグリーンシート21から下敷プラスチックフィルム28を剥離する過程で、ビアホール24内に充填されている導体ペーストが少しだけ下敷プラスチックフィルム28に付着してはぎ取られることによって、パッド23(ビアホール導体25の表面)が凹状になる効果がある。
【0018】
そして、図1(c)に示すように、この生基板の両面に拘束用グリーンシート29を積層し、上述と同様の方法で加熱圧着する。この拘束用グリーンシート29は、低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しないアルミナグリーンシート等により形成されている。
【0019】
この後、2枚の拘束用グリーンシート29間に挟まれた生基板を加圧しながら800〜1000℃(好ましくは900℃)で焼成して、各層のセラミックグリーンシート21,22、ビアホール導体25及び配線パターンを同時焼成する。尚、生基板を加圧せずに焼成しても良く、この場合でも、セラミック多層基板20の面方向の焼成収縮を拘束用グリーンシート29によって少なくすることができる。
【0020】
このような拘束焼成では、基板両面に圧着された拘束用グリーンシート29(アルミナグリーンシート)は、1550〜1600℃まで加熱しないと焼結しないので、800〜1000℃で焼成すれば、拘束用グリーンシート29は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、拘束用グリーンシート29中のバインダーや溶剤が飛散してアルミナ粉体として残る。
【0021】
拘束焼成後、基板両面に残った拘束用グリーンシート29の残存物(アルミナ粉体)をブラスト処理により除去する[図1(d)参照]。この際、投射材として、例えばガラスビーズを用い、この投射材を、基板表面に露出するビアホール導体25の表面(パッド23)に高圧で吹き付けることで、パッド23の表面が確実に凹状に形成される。ブラスト処理後、めっき処理工程に移行し、基板表面に露出するパッド23の表面(ビアホール導体25の表面)に、例えばNiめっきを下地とするAuめっきの被膜を形成する。
【0022】
以上説明した本実施形態によれば、次の(1) 〜(3) の条件によって基板表面に露出するビアホール導体25の表面(パッド23)が確実に凹状に形成される。
(1) 基板表層となるセラミックグリーンシート21のビアホール24に対して裏面側から導体ペーストを穴埋め印刷すること
(2) 穴埋め印刷後にセラミックグリーンシート21から下敷プラスチックフィルム28を剥離する過程で、ビアホール24内に充填されている導体ペーストが少しだけ下敷プラスチックフィルム28に付着してはぎ取られること
(3) ブラスト処理工程で、基板表面に露出するビアホール導体25の表面(パッド23)に投射材が高圧で吹き付けられること
【0023】
本実施形態では、これら(1) 〜(3) の条件によってパッド23を凹状に形成するので、基板表面に露出するビアホール導体25の表面が盛り上がらず、ビアホール導体25の表面(パッド23)がビアホール24の外周囲にはみ出さない。このため、パッド23の外径寸法がビアホール24の孔径と同一となり、その分、パッド23のピッチを従来よりも狭くすることができて、狭ピッチ化、小型化、高密度実装化の要求に十分に応えることができる。しかも、図1(d)に示すように、ビアホール導体25の表面(パッド23)が盛り上がらず、凹状になるため、フリップチップ30やBGAパッケージを実装する工程で、バンプ31が凹状のパッド23に安定して位置決め状態に収まるようになり、バンプ31が位置ずれしにくくなって、パッド23とバンプ31の接続信頼性を向上することができる。
【0024】
尚、本発明は、必ずしも拘束焼成を用いる必要はなく、拘束焼成を用いない通常の焼成法でセラミック多層基板を焼成しても良い。
その他、本発明は、低温焼成セラミック多層基板に限定されず、アルミナ多層基板等、他のセラミック多層基板にも適用して実施できる等、種々変形して実施できる。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項1では、基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含み、前記基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹状に形成して、それを前記パッドとして用いるようにしたので、パッドの外径寸法をビアホールの孔径と同一とすることができて、パッドピッチの狭ピッチ化、小型化、高密度実装化等に対応できると共に、フリップチップやBGAパッケージ等を実装する工程で、バンプがパッドの表面を滑りにくくなって、位置ずれしにくくなり、パッドとバンプの接続信頼性を向上することができる。
【0026】
また、請求項2では、拘束焼成法を採用し、拘束焼成後に拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去するようにしたので、このブラスト処理工程で、基板表面に露出するビアホール導体の表面(パッド)に投射材を高圧で吹き付けることで、パッドの表面を確実に凹状に形成することができ、実装工程で、バンプを凹状のパッドに安定して位置決め状態に収めることができ、パッドとバンプの接続信頼性を更に向上することができると共に、拘束焼成により基板の寸法精度やパッドピッチの精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるセラミック多層基板の製造方法を説明する図
【図2】セラミック多層基板に対するBGAパッケージの実装構造を示す主要部の縦断面図
【図3】従来のセラミック多層基板に対するBGAパッケージの実装構造を示す主要部の縦断面図
【図4】従来のパッドの構造を示す縦断面図
【符号の説明】
20…セラミック多層基板、21,22…セラミックグリーンシート、23…パッド、24…ビアホール、25…ビアホール導体、26…拘束用プラスチックフィルム、28…下敷プラスチックフィルム、29…拘束用グリーンシート、30…フリップチップ、31…バンプ。
Claims (2)
- 複数枚のセラミックグリーンシートを積層して焼成することで、基板表面に半導体素子のバンプを接続するためのパッドを有するセラミック多層基板を製造する方法において、
基板表層となるセラミックグリーンシートのうちの前記パッドを形成する位置にビアホールを加工する工程と、
前記セラミックグリーンシートを下敷プラスチックフィルムに載せ、該セラミックグリーンシートの前記ビアホールに導体ペーストを穴埋め印刷する工程と、
前記下敷きプラスチックフィルムを剥離する工程と、
前記下敷プラスチックフィルム側の面が前記基板表面側に位置するように前記セラミックグリーンシートと他の層のセラミックグリーンシートとを積層する工程と、
前記セラミックグリーンシートを焼成する工程とを含み、
前記基板表面に露出するビアホール導体の表面を凹状に形成して、それを前記パッドとして用いることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。 - 前記セラミックグリーンシートを、800〜1000℃で焼成可能な低温焼成セラミックにより形成し、焼成工程で、前記セラミックグリーンシートの積層体の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して拘束焼成し、拘束焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物をブラスト処理で除去することを特徴とする請求項1に記載のセラミック多層基板の製造方法。
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