JP5215786B2 - セラミックパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセラミック層を積層してなるパッケージ本体の表面および裏面に異なる面積のキャビティを有するセラミックパッケージの製造方法に関する。

近年、内部配線の高密度化、および種類の異なる複数の電子部品を高密度に実装するため、複数のセラミック層を積層したパッケージ本体の表面および裏面に異なる面積のキャビティを個別に設けた積層セラミック回路基板及びその製造方法が検討されている。
例えば、(１)導体パターンを有する複数のセラミックグリーンシートを積層圧着し、開口部を有する第１・第２の枠状積層体を形成する工程と、(２)導体パターンを有する複数のセラミックグリーンシートを積層圧着し、中間積層体を形成する工程と、(３)該中間積層体の一方の主面側に上記第１の枠状積層体を圧着接合する工程と、(４)上記中間積層体の他方の主面側に上記第２の枠状積層体をその開口が第１の枠状積層体の開口内に背中合わせに配置するように圧着接合する工程と、(５)上記第１・第２の枠状積層体および中間積層体を一体的に焼成する工程と、を含む積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）。

特開平１０−３３５８２３号公報（第１〜８頁、図１〜６）

しかし、特許文献１の前記積層セラミック回路基板の製造方法によれば、その図２の工程流れ図に示されるように、セラミックグリーンシートの圧着積層工程が５回に渉って行われるため、各工程における圧着に伴う圧力を、第１・第２の枠状積層体の各開口の側壁が順次受けている。特に、第１の枠状積層体は、３回の圧着積層工程を受けている。仮に、第１・第２の枠状積層体のうち、何れか一方を単層のセラミックグリーンシートとしても、少なくとも４回の圧着積層工程が必要となる。
その結果、かかる複数の開口が連通して形成される両主面に開口するキャビティの側壁が、所定の位置よりも当該キャビティの中央側に倒れ込むように変形することがある。該変形によっては、上記キャビティ内に実装すべき電子部品の実装に支障を来す事態を招くおそれがあった。

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、複数のセラミック層を積層してなるパッケージ本体の表・裏面に互いに異なる面積のキャビティを有するセラミックパッケージを、所定の形状および寸法にして精度良く確実に製造できる製造方法を提供する、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、異なる面積の貫通孔を有する複数のセラミック層を積層するに際し、最小回数の圧着工程によってパッケージ本体となる積層体を形成する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明によるセラミックパッケージの製造方法（請求項１）は、層間に配線層を有する複数のグリーンシートを積層・圧着して第１積層体を形成する第１圧着工程と、前記第１積層体における一方の表面に、内側に貫通孔を有する複数の枠状グリーンシートを積層し同時に圧着して第２積層体を形成する第２圧着工程と、該第２圧着工程の後において、上記第２積層体における他方の表面に、セラミックペーストを印刷して、セラミックの凸部を形成する印刷工程と、その後、前記第２積層体における他方の表面に、内側に平面視で上記貫通孔よりも大きな面積の貫通孔を有する単数または複数の枠状グリーンシートを積層・圧着してパッケージ本体となる第３積層体を形成する第３圧着工程と、を含み、上記印刷工程は、上記第２積層体におけるキャビティの開口部を含む一方の表面を粘着テープにより拘束した状態で行われる、ことを特徴とする。

これによれば、セラミックパッケージのパッケージ本体となる第３積層体は、３回の圧着工程のみによって形成され、前記貫通孔を有する複数のグリーンシートでも、２回の圧着を受けるのみである。このため、該貫通孔によって形成され、その表・裏面に開口する比較的広いキャビティおよび比較的狭いキャビティの側壁が、当該キャビティの内側に倒れ込むような変形を生じにくくなる。その結果、２つのキャビティごとの底面に、例えば、水晶振動子やＩＣチップなどを精度良く確実に実装することが可能となる。従って、第３積層体からなるパッケージ本体の表・裏面に互いに異なる面積のキャビティを有するセラミックパッケージを、所定の形状および寸法にして精度良く確実に製造することが可能となる。
更に、前記第２圧着工程と第３圧着工程との間において、前記第２積層体におけるキャビティの開口部を含む一方の表面を粘着テープにより拘束した状態で、該第２積層体における他方の表面に、セラミックペーストを印刷して、セラミックの凸部を形成する印刷工程を行うので、前記第２積層体における平坦な他方の表面に対し、所望の形状および寸法からなるセラミック製の凸部を、所定の位置に精度良く確実に印刷・形成できる。しかも、上記凸部は、第３圧着工程において積層・圧着される単数または複数の枠状グリーンシートの貫通孔の内側に位置するため、当初の形状および寸法が確実に維持できる。

尚、前記セラミックには、アルミナなどの高温焼成セラミックのほか、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックも含まれる。
また、前記第２圧着工程において、積層・圧着される複数の枠状グリーンシートの層間には、配線層やビアカバーが形成されていても良い。
更に、前記第２圧着工程により得られる第２積層体における一方の表面に開口する比較的狭いキャビティの底面には、追ってＩＣチップなどの電子部品が実装される。
また、前記第３圧着工程により得られる第３積層体で且つパッケージ本体の表面に開口する比較的広いキャビティの底面には、追って、例えば水晶振動子が実装される。
更に、前記比較的狭いキャビティは、第３積層体において、平面視で全体が比較的広いキャビティの内側に位置すると共に、両キャビティの底面が前記第１積層体を挟んで背中合わせに配置される。
また、前記第３圧着工程において、積層・圧着される単数または複数の枠状グリーンシートの矩形（正方形または長方形）の表面には、例えば、平面視で矩形の導体層が形成され、これに囲まれた比較的広い前記キャビティの開口部を閉塞する蓋板をロウ付けにより封止するために供される。
加えて、本発明の製造方法は、複数のパッケージ本体（第３積層体）を同時に製造すべく、大版のグリーンシートを用いる多数個取りの形態で行っても良い。

尚、前記印刷工程によって第２積層体の他方の表面に形成されるセラミックの凸部は、例えば、前記第３積層体の比較的広いキャビティの底面に追って実装される水晶振動子の振動片に接触可能とされ、かかる振動片の過剰な振幅を阻止するために活用される。

更に、前記第１，２圧着工程、印刷工程、および３圧着工程の後で、前記凸部などを有するパッケージ本体を、バンプや内部の配線層、ビア導体などと同時に、焼成する焼成工程が行われる。
加えて、上記焼成工程の後で、第３積層体であるパッケージ本体の表・裏面、側面などに露出する端子などの導体の表面に対し、例えば、Ｎｉメッキ層およびＡｕメッキ層を所定厚みで順次被覆するメッキ工程が更に施される。

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、本発明によって得られる一形態のセラミックパッケージＰ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である。
セラミックパッケージＰは、図１，図２に示すように、平面視がほぼ長方形のパッケージ本体２と、該パッケージ本体２の表面３に開口する比較的広い面積のキャビティＣ２と、パッケージ本体２の裏面４に開口する比較的狭い面積のキャビティＣ１と、を備えている。
パッケージ本体２は、図２に示すように、セラミック層ｓ１〜ｓ５を一体に積層して形成され、該セラミック層ｓ１〜ｓ５は、アルミナを主成分とする高温焼成セラミック、あるいはガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックからなる。因みに、パッケージ本体２の平面サイズは、約２×約１．８ｍｍである。

図１，図２に示すように、パッケージ本体２の表面３に開口する比較的広いキャビティＣ２の底面５には、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕなどの導体からなる一対の端子７、およびこれらに隣接して上向きに突出する一対の凸部８が形成されている。該凸部８は、セラミック層ｓ４と同種のセラミックからなり、追って、上記端子７上に片持ち姿勢でハンダを介して実装される水晶振動子の振動片に接触可能とされ、かかる振動片の過剰な振幅を阻止するために活用される。
尚、図２中の一点鎖線部分Ｙの部分拡大図で示すように、上記端子７の表面には、Ｎｉメッキ層７ａおよびＡｕメッキ層７ｂが所定の厚みで被覆されている。
また、図２に示すように、パッケージ本体２の裏面４に開口する比較的狭いキャビティＣ１の底面６には、Ｗなどの導体からなる複数の端子９が形成され、追って実装されるＩＣチップなどの電子部品と、ハンダを介して導通される。該ＩＣチップは、上記水晶振動子を制御するものであり、前記同様のＮｉ・Ａｕメッキ層が表面に被覆されている。

図２に示すように、パッケージ本体２を構成するセラミック層ｓ１〜ｓ５間には、所定パターンの配線層ｄやビアカバーｄが形成され、これらはセラミック層ｓ１〜ｓ５を貫通するビア導体ｖを介して相互に導通可能とされると共に、端子７，９を介して、追って実装される前記水晶振動子やＩＣチップなどとも導通可能である。
また、図１に示すように、パッケージ本体２の側面間のコーナ付近ごとには、断面円弧形の凹部１０が形成され、且つその内面に沿って凹部導体１１が形成されている。該凹部導体１１は、例えば、上記配線層ｄと接続されている。
更に、パッケージ本体２の表面３には、キャビティＣ２を囲むように、平面視がほぼ長方形の導体層１２が形成され、該導体層１２は、上記キャビティＣ２の開口部を閉塞する図示しない蓋板をロウ付けにより封止するために使用される。
加えて、図２に示すように、パッケージ本体２の裏面４には、複数の接続端子１４が形成され、該接続端子１４は、ビア導体ｖを介して上記配線層ｄなどと導通可能とされ、且つ凹部導体１１とも個別に接続されている。
尚、前記配線層ｄやビアカバーｄは、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、またはＣｕなどの導体からなり、前記凹部導体１１、導体層１２、接続端子１４は、上記導体の何れかからなり、且つその表面に前記同様のＮｉ・Ａｕメッキ層が被覆されている。

以下において、前記セラミックパッケージＰを多数個取りによって得るための本発明の製造方法について説明する。
予め、アルミナ粉末、バインダ樹脂、可塑剤、および溶剤などを、所要量ずつ瓶量・混合してセラミックスラリを製作し、これをドクターブレード法によって、図３に示すように、５枚の大版用のグリーンシートｇ１〜ｇ５に成形した。
グリーンシートｇ１〜ｇ５は、平面視がほぼ長方形を呈し、それぞれ外側面に沿った矩形の耳部ｍと、該耳部ｍに囲まれた縦横に隣接する４個の製品エリアｐとを、波線の仮想線で示す切断予定面ｃにより区画して併有している。
尚、グリーンシートｇ１〜ｇ５は、追って前記セラミック層ｓ１〜ｓ５となり、枠状グリーンシートｇ１，ｇ５の各厚みは、約０．２ｍｍ、平坦なグリーンシートｇ３，ｇ４の各厚みは、約０．１ｍｍ、枠状グリーンシートｇ２の厚みは、約０．３ｍｍである。

図３に示すように、グリーンシートｇ１〜ｇ５ごとの切断予定面ｃの交差部とコーナ部とには、断面が円形の透孔ｈが厚み方向に沿って貫通し、且つ対向する一対の長い側面には、平面視がほぼ半円形の凹部ｕが一対ずつ形成され、その内面には、それぞれ図示しないメッキ用導体が形成されている。
また、枠状グリーンシートｇ１，ｇ２の各製品エリアｐ内には、平面視がほぼ長方形で比較的狭い面積の貫通孔ｋ１が打ち抜き加工で形成され、枠状グリーンシートｇ５の各製品エリアｐ内には、平面視がほぼ長方形で比較的広い面積の貫通孔ｋ２が打ち抜き加工で形成されている。上記貫通孔ｋ１は、平面視において、全体が貫通孔ｋ２の内側に位置するように予め設定されている。
更に、予め、グリーンシートｇ３において、グリーンシートｇ４と対向する表面側の各製品エリアｐには、後述する所定パターンで未焼成の配線層ｄが形成され、グリーンシートｇ４の表面側の各製品エリアｐには、後述する未焼成の一対の端子７が形成されている。更に、枠状グリーンシートｇ１の裏面には、後述する未焼成の複数の端子１４が形成され、枠状グリーンシートｇ５の表面には、後述する未焼成の導体層１２が形成されている。加えて、グリーンシートｇ１〜ｇ５ごとの各製品エリアｐ内には、これらを貫通するビアホール内に未焼成のビア導体ｖが形成され、且つ各透孔ｈの内面には、追って前記接続導体１１となる円筒形状で未焼成の導体が形成されている。

尚、図４以下の説明では、前記耳部ｍを省略したグリーンシートｇ１〜ｇ５における各製品エリアｐの長手方向に沿った断面に基づいて説明する。
次いで、図４中の上方の黒矢印で示すように、平坦なグリーンシートｇ３，ｇ４を積層して圧着する第１圧着工程を行った。尚、該第１圧着工程は、減圧雰囲気下において、図示しない定盤の上にグリーンシートｇ３，ｇ４を順次載置・積層し、両シートｇ３，ｇ４を弾性のあるゴムシートなどで覆った状態で、図示しない剛体の鋼板を、所定の圧力および温度で約１分間押圧することで行った。
予め、グリーンシートｇ４の表面には、製品エリアｐごとに一対の端子７と、複数のビアカバーｄとが形成され、それらの底面には、ビア導体ｖが接続されている。また、グリーンシートｇ３の表面には、製品エリアｐごとに配線層ｄが、裏面には、複数の端子９がそれぞれ形成され、これらの間をビア導体ｖが接続している。

その結果、図４中の白矢印の下方に示すように、グリーンシートｇ３，ｇ４が積層・圧着されて、表面ｆ１，ｆ２を有する第１積層体Ｓ１が形成された。この際、グリーンシートｇ３側のビア導体ｖと、グリーンシートｇ４側の配線層ｄとが接続された。
次に、図４中の下方の黒矢印で示すように、第１積層体Ｓ１における一方の表面ｆ１に、製品エリアｐごとに貫通孔ｋ１を有する枠状グリーンシートｇ１，ｇ２を順次積層し、同時に圧着する第２圧着工程を行った。かかる第２圧着工程は、図示しない定盤の上に枠状グリーンシートｇ１，ｇ２、および第１積層体Ｓ１を順次載置・積層し、これらに対して、図示しない剛体の鋼板を、所定の圧力および温度で約１分間押圧することで行った。

その結果、図５の上方に示すように、枠状グリーンシートｇ１，ｇ２、および第１積層体Ｓ１が積層され且つ同時に圧着された第２積層体Ｓ２が形成された。この際、枠状グリーンシートｇ１，ｇ２の貫通孔ｋ１，ｋ１が連通し、これらと第１積層体Ｓ１における一方の表面ｆ１とに囲まれた比較的狭いキャビティＣ１が、製品エリアｐごとの内側に形成され、該キャビティＣ１の底面６に複数の端子９が配置されていた。同時に、上記グリーンシートｇ１〜ｇ３のビア導体ｖ、ビアカバーｄ、および接続端子１４が接続された。

更に、図５中の白矢印の下方に示すように、第２積層体Ｓ２における他方の表面ｆ２における製品エリアｐ内ごとに、アルミナ粉末を含むセラミックペーストを印刷して、一対ずつの端子７に隣接して平面視がほぼ細長い長方形の凸部８を形成する印刷工程を行った。かかる印刷工程は、図５に示すように、第２積層体Ｓ２におけるグリーンシートｇ１の接続端子１４側を、粘着テープＴで拘束した状態とし、第２積層体Ｓ２における平坦な他方の表面ｆ２に対し、印刷圧力が比較的低い印刷機を用いることで、グリーンシートｇ３，ｇ４をキャビティＣ１側に撓みにくくして、上記形状の凸部８を形成した。
尚、図５の下方の一点鎖線部分Ｚの部分拡大図で示すように、凸部８の高さは、隣接する対の端子７の高さとほぼ同じか、若干低くした。また、前記印刷工程は、所定パターン孔が穿設されたメタルマスクの上面側を、スキージに押されたセラミックペーストを水平にスライドさせる方法で行うことも可能である。更に、印刷工程の後で、前記粘着テープＴは、剥離して除去した。

次いで、図６中の上方の黒矢印で示すように、第２積層体Ｓ２における他方の表面ｆ２に、製品エリアｐごとに貫通孔ｋ２を有する枠状グリーンシートｇ５を積層して圧着する第３圧着工程を行った。かかる第３圧着工程も、図示しない定盤の上にグリーンシートｇ５と、第２積層体Ｓ２とを載置・積層し、これらに対して、図示しない剛体の鋼板を、所定の圧力および温度で約１分間押圧することで行った。
その結果、図６中の白矢印の下方に示すように、枠状グリーンシートｇ５と第２積層体Ｓ２とが積層・圧着された第３積層体Ｓ３が形成された。同時に、枠状グリーンシートｇ５の貫通孔ｋ２と第２積層体Ｓ２の他方の表面ｆ２とに囲まれた比較的広いキャビティＣ２が製品エリアｐ内ごとに形成され、その底面５には、前記凸部８が何らの変形などを受けることなく、対の端子７に隣接していた。
この際、枠状グリーンシートｇ５に対して加えられた圧力は、平面視で該シートｇ５と重複する枠状グリーンシートｇ１，ｇ２によって確実に支持された。
尚、第３積層体Ｓ３は、追って前記セラミックパッケージＰのパッケージ本体２を構成するものとなる。

次に、図６の下方に示すように、第３積層体Ｓ３の切断予定面ｃにおける表・裏面３，４に、図示しないブレードを挿入して、断面ほぼＶ字形の切断用溝ｎを、平面視で格子形に形成した。
更に、表・裏面３，４に切断用溝ｎが形成された第３積層体Ｓ３を、所定の温度帯で加熱して焼成する焼成工程を行った。
次いで、第３積層体Ｓ３における一対の長辺ごとに形成された前記凹部ｕ内のメッキ用電極を通じて、外部に露出する導体の端子７，９、導体層１２、接続端子１４、および前記各透孔ｈ内の導体の表面に対し、電解メッキによって、Ｎｉメッキ層（７ａ）およびＡｕメッキ層（７ｂ）を順次所定の厚みで被覆した。
そして、上記メッキ後の第３積層体Ｓ３を、その切断予定面ｃに切断し且つ前記耳部ｍを除去した。その結果、前記図１，図２で示した４個（複数）のセラミックパッケージＰが同時に得られた。

以上のようなセラミックパッケージＰの製造方法によれば、前記パッケージ本体２となる第３積層体Ｓ３は、３回の圧着工程のみによって形成され、貫通孔ｋ１を有するグリーンシートｇ１，ｇ２でも２回の圧着工程のみを受けるに留まった。このため、前記貫通孔ｋ２，ｋ１によって形成され、第３積層体Ｓ３の表・裏面３，４に開口する比較的広いキャビティＣ２および比較的狭いキャビティＣ１の側壁が、当該キャビティＣ２，Ｃ１の内側に倒れ込むような変形を生じなかった。その結果、キャビティＣ２，Ｃ１の底面５，６に水晶振動子やＩＣチップなどを精度良く確実に実装可能となっていた。従って、第３積層体Ｓ３であるパッケージ本体２の表・裏面３，４に互いに異なる面積のキャビティＣ１，Ｃ２を有するセラミックパッケージＰを、所定の形状および寸法にして精度良く確実に製造することができた。
尚、セラミックパッケージＰの表面３に位置する矩形の導体層１２には、ロウ材を介して、キャビティＣ２内に実層された水晶振動子などを密封するための金属製などの蓋板が追って接合される。

本発明は、前記形態に限定されるものではない。
例えば、第３圧着工程において、前記第２積層体Ｓ２における他方の表面ｆ２に対し、前記貫通孔ｋ２を有する２層以上の枠状グリーンシートを積層し、且つ同時に圧着するようにしても良い。この場合でも、貫通孔ｋ２を有する複数の枠状グリーンシートは、１回の圧着工程を受けるだけとなる。
また、前記透孔ｈを省略した複数のグリーンシートに前記各工程を適用することで、パッケージ本体２の側面間のコーナに凹部１０や凹部導体１１のないセラミックパッケージを製造する形態としても良い。
更に、パッケージ本体２ごとの裏面４に複数の比較的狭いキャビティが開口し、パッケージ本体２の表面３に平面視で上記複数の比較的広いキャビティを個別にカバーする複数のキャビティが開口するか、あるいは複数の比較的狭いキャビティ全体をカバーする単一の比較的広いキャビティが開口するような形態のセラミックパッケージを得るための製造方法とすることも可能である。

また、前記グリーンシートは、製品エリアｐを縦横に隣接して全体で数１００個あるいは数１０００個を併有する形態としたり、あるいは、単一の製品エリアｐを有する形態としも良い。
更に、前記セラミックの凸部は、必要に応じて任意の形状としたり、所望の数を前記キャビティの底面におる所定の位置に形成しても良い。
加えて、前記グリーンシートや凸部には、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックからなるものを適用し、前記端子７，９や配線層ｄなどの導体をＣｕあるいはＡｇなどからなるものを適用した製造方法とすることも可能である。

本発明によって得られたセラミックパッケージを示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図。 本発明に用いる複数のグリーンシートの概略を示す斜視図。 本発明の第１・第２圧着工程を示す概略図。 本発明の第２圧着工程および印刷工程を示す概略図。 本発明の第３圧着工程を示す概略図。

符号の説明

８……………凸部
ｇ１〜ｇ５…グリーンシート
Ｓ１〜Ｓ３…第１〜第３積層体
ｋ１，ｋ２…貫通孔
ｆ１…………第１積層体の一方の表面
ｆ２…………第１積層体の他方の表面
Ｃ１…………キャビティ
Ｔ……………粘着テープ
Ｐ……………セラミックパッケージ

Claims (1)

1. 層間に配線層を有する複数のグリーンシートを積層・圧着して第１積層体を形成する第１圧着工程と、
   上記第１積層体における一方の表面に、内側に貫通孔を有する複数の枠状グリーンシートを積層し同時に圧着して第２積層体を形成する第２圧着工程と、
   上記第２圧着工程の後において、上記第２積層体における他方の表面に、セラミックペーストを印刷して、セラミックの凸部を形成する印刷工程と、
   その後、上記第２積層体における他方の表面に、内側に平面視で上記貫通孔よりも大きな面積の貫通孔を有する単数または複数の枠状グリーンシートを積層・圧着してパッケージ本体となる第３積層体を形成する第３圧着工程と、を含み、
   上記印刷工程は、上記第２積層体におけるキャビティの開口部を含む一方の表面を粘着テープにより拘束した状態で行われる、
   ことを特徴とするセラミックパッケージの製造方法。

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