JP5350085B2 - Via filling apparatus and via filling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多層セラミック基板の製造方法に関し、特に基板の回路パターンにおけるビアホールを充填するビア充填装置及びビア充填方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate, and more particularly to a via filling apparatus and a via filling method for filling a via hole in a circuit pattern of a substrate.
従来より、電子装置用基板の小型化のため、電子部品を実装する基板として多層セラミック基板を用いて配線層の多層化及び配線の狭ピッチ化が行われている。多層セラミック基板は、基板にスルーホールやビア(VIA)ホール等のビアを形成するビアホール形成工程(孔開け)、ビアを導電性材料で充填するビア充填工程、パターン印刷工程、積層工程、プレス工程、及び焼成工程などを経て製造される。 2. Description of the Related Art Conventionally, in order to reduce the size of an electronic device substrate, a multilayer ceramic substrate is used as a substrate on which electronic components are mounted, and wiring layers are multilayered and wiring pitches are narrowed. The multilayer ceramic substrate is a via hole forming process (drilling) for forming vias such as through holes and via (VIA) holes in the substrate, a via filling process for filling the via with a conductive material, a pattern printing process, a laminating process, and a pressing process. , And a baking process.
ビア充填方法としては、銅などの金属をメッキ法によりビア内に析出させる方法や、一般的には導体材料を粉末にして、有機ビヒクル、シンナーで分散された厚膜ペーストなどをスクリーン印刷法等の厚膜印刷技術を用いた方法などがある。 As a via filling method, a method such as depositing a metal such as copper in the via by plating, or generally a thick film paste dispersed in an organic vehicle or thinner using a conductive material as a powder, a screen printing method, etc. There are methods using the thick film printing technology.
しかし、厚膜印刷技術を用いて厚膜ペーストをビアに充填する方法では、ビア内に未充填領域が残り、この領域が大きい場合には各層間を電気的に接続できないことがあった。また、未充填領域が存在すると、初期状態では電気的接続できていたものが、経時変化により電気的接続が失われ、断線するという問題もあった。 However, in the method of filling the via with the thick film paste using the thick film printing technique, an unfilled region remains in the via, and if this region is large, the layers may not be electrically connected. In addition, when there is an unfilled region, there was a problem that, although the electrical connection was possible in the initial state, the electrical connection was lost due to a change over time and the wire was disconnected.
そこで、特許文献1では、このような問題を解決するため、一定量のペーストを確保する工程とそのペーストを基板のビアに充填する工程をそれぞれ別の工程とする技術が開示されている。
In order to solve such a problem,
図9は、特許文献1のビア充填工程を示している。図9(A),(B)では、基板60のビア配置と同一パターンに形成された貫通開口部53を有するメタルマスク52の貫通開口部53に、メタルマスク52の片面上に載せたペースト51とスキージ54でペースト51を充填する。なお、貫通開口部53の全てにペーストが充填されていなかった場合には、再度、貫通開口部53へのペースト充填を繰り返すことになる。
FIG. 9 shows the via filling process of
図9(C)では、全ての貫通開口部53にペースト51が充填されたメタルマスク52を減圧雰囲気下で基板60に密着させる。さらに、図9(D)では、メタルマスク52と基板60が密着した状態で雰囲気の圧力を増加させ、貫通開口部53に充填されているペースト51をビア67に差圧充填する。なお、66はソルダーレジスト膜である。ペースト51が充填されることにより、ガラスエポキシ基板62上の銅配線61と、熱可塑性ポリイミド64上の銅ポリイミドテープ63及び銅層65と、の導通が確保されることになる。このような充填工程により、図9(E)に示すように充填が完了する。なお、図9(F)はペーストが固化した後に全て満たされない場合であっても、導電性材料の体積が各層の電気的接続を満足している場合を示している。
In FIG. 9C, a
多層セラミック基板のビア充填において、最終的に基板を形成するにはグリーンシートの積層体を焼結する必要があり、焼結段階でビアホールに充填した充填部材が収縮し、しばしば多層セラミック基板の品質・信頼性を損ねる原因となっている。 When filling vias in multilayer ceramic substrates, it is necessary to sinter the green sheet laminate to form the final substrate, and the filling material filled in the via holes shrinks during the sintering stage, often resulting in the quality of the multilayer ceramic substrate.・ This is a cause of loss of reliability.
主な原因は、ビアホール内への充填部材の充填率もさることながら、厚膜ペーストの焼結時の収縮量が問題となっていることが多かった。これまで、厚膜ペーストの焼結収縮量の改善策としては、導体金属粉の粒子形状、粒度及びペーストの有機物・無機物の混合比率の改善による厚膜ペーストの特性改善であった。しかし、厚膜ペーストの焼結収縮の最大の要因は、厚膜ペーストの流動性を得るために添加されている有機溶剤の蒸発による体積収縮量にあるが、その点については改善されていない。 The main cause is not only the filling rate of the filling member into the via hole, but also the shrinkage amount during sintering of the thick film paste is often a problem. Up to now, measures for improving the sintering shrinkage of thick film pastes have been to improve the properties of thick film pastes by improving the shape and size of the conductive metal powder and the mixing ratio of organic and inorganic substances of the paste. However, the largest cause of sintering shrinkage of the thick film paste is the volume shrinkage due to evaporation of the organic solvent added to obtain the fluidity of the thick film paste, but this point has not been improved.
一般的に、厚膜ペーストは印刷技術を用いてパターン形成を行うことを目的に開発され、粉末状の金属をビヒクルと称する有機バインダーで混練することにより、常温において流動性が付加されている。この有機バインダーは、エチルセルロースをベースとしたものが広く用いられており、このエチルセルロースの溶剤がターピネオールを主成分とする有機溶剤であり、ペーストの重量の10wt%程度が添加されている。 In general, a thick film paste is developed for the purpose of pattern formation using a printing technique, and fluidity is added at room temperature by kneading a powdered metal with an organic binder called a vehicle. As the organic binder, those based on ethyl cellulose are widely used. The ethyl cellulose solvent is an organic solvent mainly composed of terpineol, and about 10 wt% of the weight of the paste is added.
銀(Ag)導体の場合、厚膜ペーストの金属比率は80〜85wt%であり、15〜20wt%が有機系材料で占められている。有機系材料の中で、焼結前に蒸発する有機溶剤の比率は8〜12wt%程度となっている。これを体積比に換算すると、Agの嵩密度(かさ密度)は5、有機バインダーの密度を1.2とした場合、無機系材料・有機系材料の体積比は58vol%:42vol%で、うちシンナーが有機系の58%であることから、ペースト総体積に対し24vol%となり、厚膜ペースト状態からシンナーが蒸発することで体積的には24%収縮することになる。このような収縮が、ビアホール内へのビア充填後の充填率不足の原因となっている。 In the case of a silver (Ag) conductor, the metal ratio of the thick film paste is 80 to 85 wt%, and 15 to 20 wt% is occupied by an organic material. In the organic material, the ratio of the organic solvent that evaporates before sintering is about 8 to 12 wt%. When this is converted into a volume ratio, when the bulk density (bulk density) of Ag is 5 and the density of the organic binder is 1.2, the volume ratio of the inorganic material / organic material is 58 vol%: 42 vol%, Since the thinner is 58% of the organic type, it becomes 24 vol% with respect to the total paste volume, and when the thinner evaporates from the thick film paste state, the volume shrinks by 24%. Such shrinkage causes a lack of filling rate after filling the via hole.
そこで、上述した技術を用い、一定量のペーストを確保する工程とそのペーストを基板のビアに充填する工程をそれぞれ別の工程とすることにより、ビア内に未充填領域を抑制することが可能となる。しかし、メタルマスクを減圧環境により基板に密着させ、密着後は雰囲気の圧力を増加させることで、貫通開口部に充填されているペーストをビアに差圧充填する等の工程が必要となり、ビア充填装置の装置規模を簡略化することが難しい。 Therefore, it is possible to suppress unfilled areas in the vias by using the above-described technique and making the process of securing a certain amount of paste and the process of filling the paste into the vias of the substrate different from each other. Become. However, the metal mask is brought into close contact with the substrate in a reduced pressure environment, and the pressure of the atmosphere is increased after the close contact, thereby requiring a step such as filling the via filled with the paste filled in the through-opening, and filling the via. It is difficult to simplify the device scale of the device.
本発明は、LTCC基板(Low Temperature Co-fired Ceramics:低温焼結多層セラミック基板)の製造におけるグリーンシートに形成されたビアホール内へのビア充填方法に関し、従来の厚膜印刷技術より簡略化されたビア充填装置及びビア充填方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a method for filling a via hole formed in a green sheet in manufacturing an LTCC substrate (Low Temperature Co-fired Ceramics), which is more simplified than a conventional thick film printing technique. An object is to provide a via filling apparatus and a via filling method.
以上のような目的を達成するために、本発明に係るビア充填装置は、多層セラミック基板の製造に用いるグリーンシートに形成されたビアホールに厚膜ペーストを充填するビア充填装置において、凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成手段と、その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに厚膜ペーストを充填する充填手段と、を有し、ビアホール形成手段は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、充填手段は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、厚膜ペーストをベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して厚膜ペーストを凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより厚膜ペーストをメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a via filling apparatus according to the present invention includes a convex mold in a via filling apparatus that fills a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate with a thick film paste. and via-hole formation means for forming a via hole in the green sheet by using the convex mold, and filling means for filling the thick film paste is formed via holes, have a via hole forming means, the surface of the green sheet And a metal mask having a plurality of openings, which are punching molds, are installed on the back surface, and the via is formed by pushing the convex mold into the green sheet from the back surface of the green sheet. A back plate is installed instead of a mask, thick paste is printed on the base film, and the base film is placed on the convex mold. Location and sandwiching the thick film paste with convex mold and the metal mask, filling the thick film paste by applying a load in the compression direction to convex mold and the back plates from the opening of the metal mask via holes of the green sheets It is characterized by doing.
また、本発明に係るビア充填装置において、ベースフィルム上の厚膜ペーストは、ベースフィルムに印刷し、乾燥させたものであることを特徴とする。 In the via filling apparatus according to the present invention, the thick film paste on the base film is printed on the base film and dried.
また、本発明に係るビア充填装置において、カーボンペーストをベースフィルム上に印刷して乾燥させたカーボンシート又はカーボングラファイトシートを、凸型金型でグリーンシートのビアホールに充填した後、焼成することにより基板内に空孔を形成する空孔形成手段を有することを特徴とする。 In the via filling device according to the present invention, a carbon sheet or carbon graphite sheet obtained by printing and drying a carbon paste on a base film is filled in a via hole of a green sheet with a convex mold, and then fired. It has the hole formation means which forms a hole in a board | substrate, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明に係るビア充填装置において、厚膜ペーストとカーボンペーストをベースフィルム上にそれぞれ印刷して乾燥させた充填部材を、凸型金型でグリーンシートのビアホールと空孔に充填した後、焼成することによりビア充填箇所と空孔箇所とを形成することを特徴とする。 Further, in the via filling apparatus according to the present invention, after filling the filling member obtained by printing and drying the thick film paste and the carbon paste on the base film respectively into the via hole and the hole of the green sheet with the convex mold, By baking, a via filling portion and a hole portion are formed.
また、本発明に係るビア充填装置は、多層セラミック基板の製造に用いるグリーンシートに形成されたビアホールに導電性材料を主体として構成される導体シートを充填部材としてビアホール内に充填するビア充填装置において、凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成手段と、その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに充填部材を充填する充填手段と、を有し、ビアホール形成手段は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、充填手段は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、充填部材をベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して充填部材を凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより充填部材をメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とする。 The via filling device according to the present invention is a via filling device that fills a via hole using a conductive sheet mainly composed of a conductive material in a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate as a filling member. , and via-hole formation means for forming a via hole in the green sheet by the convex mold, by using the convex mold, and filling means for filling the filling member to the formed via hole, it has a via hole forming means, A metal mask having a plurality of openings, which are punching molds, is installed on the front and back surfaces of the green sheet, and a convex mold is pushed into the green sheet from the back surface of the green sheet to form via holes. Instead of a metal mask on the surface of the back plate, a back plate is installed, and the filling member is printed on the base film. The rumm is placed on the convex mold, the filling member is sandwiched between the convex mold and the metal mask, and the filling member is placed in the opening of the metal mask by applying a load in the compression direction between the convex mold and the back plate. To fill the via hole of the green sheet .
また、本発明に係るビア充填方法は、多層セラミック基板の製造に用いるグリーンシートに形成されたビアホールに厚膜ペーストを充填するビア充填方法において、凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成工程と、その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに厚膜ペーストを充填する充填工程と、を有し、ビアホール形成工程は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、充填工程は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、厚膜ペーストをベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して厚膜ペーストを凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより厚膜ペーストをメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とする。 Further, the via filling method according to the present invention is a via filling method for filling a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate with a thick film paste, and forming a via hole in the green sheet by a convex mold. and forming step, by using the convex mold, a filling step of the formed via hole to fill the thick film paste, have a via hole forming step is the cutting die mold on the surface and the back surface of the green sheet A metal mask with multiple openings is installed, a convex mold is pushed into the green sheet from the back side of the green sheet to form a via hole, and a back plate is installed instead of the metal mask on the surface of the green sheet. The thick film paste is printed on the base film, and the base film is placed on the convex mold. And sandwiched between the metal mask, characterized by filling the thick film paste from the opening of the metal mask via holes of the green sheets by applying a load in the compression direction to convex mold and the back plates.
また、本発明に係るビア充填方法において、ベースフィルム上の厚膜ペーストは、ベースフィルムに印刷し、乾燥させたものであることを特徴とする。 In the via filling method according to the present invention, the thick film paste on the base film is printed on the base film and dried.
また、本発明に係るビア充填方法において、カーボンペーストをベースフィルム上に印刷して乾燥させたカーボンシート又はカーボングラファイトシートを、凸型金型でグリーンシートのビアホールに充填した後、焼成することにより基板内に空孔を形成する空孔形成工程を含むことを特徴とする。 Further, in the via filling method according to the present invention, a carbon sheet or carbon graphite sheet obtained by printing and drying a carbon paste on a base film is filled in a via hole of a green sheet with a convex mold, and then fired. It includes a hole forming step of forming holes in the substrate.
また、本発明に係るビア充填方法において、厚膜ペーストとカーボンペーストをベースフィルム上にそれぞれ印刷して乾燥させた充填部材を、凸型金型でグリーンシートのビアホールと空孔に充填した後、焼成することによりビア充填箇所と空孔箇所とを形成することを特徴とする。 Further, in the via filling method according to the present invention, after filling the filling member obtained by printing and drying the thick film paste and the carbon paste on the base film, respectively, into the via hole and the hole of the green sheet with a convex mold, By baking, a via filling portion and a hole portion are formed.
さらに、本発明に係るビア充填方法は、多層セラミック基板の製造に用いるグリーンシートに形成されたビアホールに導電性材料を主体として構成される導体シートを充填部材としてビアホール内に充填するビア充填方法において、凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成工程と、その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに充填部材を充填する充填工程と、を有し、ビアホール形成工程は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、充填工程は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、充填部材をベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して充填部材を凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより充填部材をメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とする。 Furthermore, the via filling method according to the present invention is a via filling method in which a via sheet formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate is filled in a via hole with a conductive sheet mainly composed of a conductive material as a filling member. , and via-hole forming step of forming a via hole in the green sheet by the convex mold, by using the convex mold, the filling member is formed via holes have a, a filling step of filling a via hole forming step, A metal mask having a plurality of openings, which are punching molds, is installed on the front and back surfaces of the green sheet, and a via hole is formed by pushing the convex mold into the green sheet from the back surface of the green sheet. Instead of the metal mask on the surface of the back, a back plate is installed, and the filling member is printed on the base film. The film is placed on the convex mold, the filling member is sandwiched between the convex mold and the metal mask, and a load in the compression direction is applied between the convex mold and the back plate so that the filling member is placed in the opening of the metal mask. To fill the via hole of the green sheet .
本発明は、LTCC基板(低温焼結多層セラミック基板)の製造において信頼性の高いビア充填ができ、さらに所定の部位に配置した充填部材としてカーボングラファイトに変えた厚膜ペーストシートを用いることで、LTCC基板内の所定の部位に精度の高い空孔が一回の工程で形成可能であるという効果を有する。 The present invention is capable of highly reliable via filling in the production of LTCC substrates (low temperature sintered multilayer ceramic substrates), and further using a thick film paste sheet replaced with carbon graphite as a filling member disposed at a predetermined site, This has the effect that holes with high accuracy can be formed in a single step in a predetermined part of the LTCC substrate.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態におけるビア充填装置10の構造を示している。ビア充填装置10は、グリーンシート11の孔加工及び充填部材を充填するため、下から、加圧シリンダ25と、グリーンシート11に微細な空孔を形成する凸型形状のボトムキャスト12と、リリースマスク13と、厚膜ペーストシート30と、背板21と、孔開け用の金型であるアッパーキャスト14と、リリースマスク13及びアッパーキャスト14を支持するガイドピン22,23と、加圧シリンダ25の荷重を受け止めるプレスヘッド16と、ボトムキャスト12によって開けられたパンチ屑を除去するための粘着テープ17をプレスヘッド16下面に繰り出す繰り出しローラ18と、粘着テープ17を巻き取る巻き取りローラ19と、を有している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the structure of a via filling device 10 in the present embodiment. The via filling device 10 is provided with a pressurizing
図2(A)〜(D)は、一つのビアホールを拡大したビアホール形成工程を示している。図2(A)では、下から、凸型形状を有し突起の高さが、例えば、約80μmの突起を有するボトムキャスト12と、約40μmの厚さを有するリリースマスク13と、約80μmの厚さを有するグリーンシート11と、約40μmの厚さを有するアッパーキャスト14と、約70μmの厚さを有する粘着テープ17と、が配置されている。
2A to 2D show a via hole forming process in which one via hole is enlarged. In FIG. 2A, from the bottom, for example, a
図2(B)のように、上下方向から加圧されると、ボトムキャスト12がアッパーキャスト14と粘着テープ17で形成される空間にグリーンシート11を押しやることで、突起の周囲がせん断加工される。次に、図2(C)において、粘着テープ17を巻き取ることによりパンチ屑が粘着テープ17と共に除去されてビアホール15が現れる。図2(D)において、アッパーキャスト14が上昇してグリーンシート11の拘束が解除される。
When pressed from above and below as shown in FIG. 2 (B), the bottom cast 12 pushes the
図3(E)〜(G)はビア充填の準備工程を示している。本発明で特徴的な事項の一つは、ビアホール15の開口径に影響を与えるアッパーキャスト14の開口径より、リリースマスク13の開口径を大きくしたことである。図3(E)において、リリースマスク13を上昇させることでボトムキャスト12とリリースマスク13との間隔を広げる。次に、図3(F)において、広げた空間に厚膜ペーストシート30を横から挿入する。
3E to 3G show a preparation process for via filling. One of the characteristic features of the present invention is that the opening diameter of the
厚膜ペーストシート30は、ベースフィルム32と、このベースフィルム32上にペーストが印刷され,乾燥させることにより有機シンナーが蒸発された固形の充填部材31と、からなる。また、厚膜ペーストシート30に使用されているベースフィルム32は、膜厚が20μm〜40μmのポリエチレン製のフィルムを使用している。
The thick
図3(G)において、厚膜ペーストシート30のベースフィルム32の下面がボトムキャスト12の上面に接する形で設置されており、グリーンシート11はアッパーキャスト14で形成されたビアホール15のパターンと同一形状を有するビアホールが形成されており、アッパーキャスト14とビアホール15のパターン同士の位置が合った状態で保持され、背板21で挟まれた状態で設置される。また、ボトムキャスト12の突起も、アッパーキャスト14およびグリーンシート11のビアホール15と位置合わせがされている。
In FIG. 3 (G), the bottom surface of the
図4(H)〜(J)はビア充填工程を示している。背板21とボトムキャスト12間に圧縮方向の荷重を加えると、図4(I)に示すように厚膜ペーストシート30はボトムキャスト12の突起でベースフィルム32が伸び、乾燥したペーストである充填部材31がグリーンシート11のビアホール15内に導かれる。このとき、厚膜ペーストシート30上の充填部材31はボトムキャスト12の突起パターンによりグリーンシート11のビアホール15内に圧入され、図3(J)に示すようにグリーンシート11のビアホール15の中に固着される。
4 (H) to 4 (J) show a via filling process. When a load in the compression direction is applied between the
図5(K)〜(L)は、ビア充填後にグリーンシートを取り出す工程を示している。図5(K)において、背板21を上昇させ、次にボトムキャスト12を移動させてビアホール15内に充填物31aが充填されたグリーンシート11を取り出す。このとき、厚膜ペーストシート30は、ベースフィルム32がボトムキャスト12の突起パターンの形状で保持されている。この状態でリリースマスク13を上昇させることにより、充填部材31は破断され、グリーンシート11のビアホール15内に充填物31aが残ることになる。
5K to 5L show a process of taking out the green sheet after filling the via. In FIG. 5K, the
本発明者の実施形態における諸条件を示す。本実施形態において、厚膜ペーストシート30には住友金属鉱山(株)製のC4676ペーストを用い、ベースフィルム32は厚さ38μmのポリエチレン製フィルムを使用し、このフィルム上に厚膜スクリーン印刷法でベタパターンを形成した。印刷膜厚を確保するために200メッシュのステンレスメッシュと、粘度を350kcpsに調整したペーストとを組み合わせて印刷を行った。乾燥後に、さらに同一条件で印刷、乾燥を行うことにより、乾燥後の膜厚90μmを得た。
The various conditions in embodiment of this inventor are shown. In this embodiment, a C4676 paste made by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. is used for the thick
同様に、グリーンシート11は、日本電気真空硝子(株)製のGCS71Eを使用し、グリーンシート11は厚さ100μmのものを用いた。ビアホールの形成は、NCパンチ方式でビアホール径のサイズは200μmであった。アッパーキャスト14は、厚さ40μmのSUS304材をエッチング法により作成し、ボトムキャスト12はアディティブめっき法で形成し、突起上部の径を160μm、突起の高さを100μmで製作した。
Similarly, GCS71E manufactured by Nippon Electric Vacuum Glass Co., Ltd. was used as the
また、背板21は厚さ3mmのSUS304材を使用した。加圧プレスは図1の加圧シリンダで行い、加圧条件は単位面積当たり1MPa〜2MPaで行った。
The
(第2の実施形態)
次に、本実施形態の応用例である多層セラミック基板内に空孔を形成する第2の実施形態について説明する。一般的に、多層セラミック基板は、グリーンシートに孔開け加工工程(ビアホール形成)、孔埋め加工工程(ビア充填)、回路パターン形成工程、シート積層工程、積層体プレス工程、焼成工程を経て作成される。上述したビア充填工程において、基板焼結の段階で熱分解する材料を充填部材として選択し、この充填部材を予め空孔(ビアホール)に充填することで、充填箇所に型崩れが防止された空孔が形成される。本実施形態において、セラミックグリーンシートは日本電気真空硝子(株)製のGCS71E、カーボンペーストは京都エレックス(株)製のカーボンペースト、カーボングラファイトシートは巴工業(株)製のGRAFOILを使用した。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment in which holes are formed in a multilayer ceramic substrate, which is an application example of this embodiment, will be described. In general, a multilayer ceramic substrate is produced through a hole punching process (via hole formation), a hole filling process (via filling), a circuit pattern forming process, a sheet laminating process, a laminate pressing process, and a firing process in a green sheet. The In the above-described via filling process, a material that is thermally decomposed at the stage of substrate sintering is selected as a filling member, and by filling this filling member into a hole (via hole) in advance, a void that has been prevented from being deformed in the filling portion. A hole is formed. In the present embodiment, GCS71E manufactured by Nippon Electric Vacuum Glass Co., Ltd. was used as the ceramic green sheet, carbon paste manufactured by Kyoto Elex Co., Ltd., and GRAFOIL manufactured by Sakai Kogyo Co., Ltd. was used as the carbon paste sheet.
図6は、空孔を形成する空孔形成工程を示している。図6(A)は、空孔(ビアホール)を有するグリーンシート11の正面図であり、図6(B)〜図6(E)は図6(A)をQ−Q’断面方向から視た図である。図6(B)において、上述した図4(H)と同じ配置となり、カーボングラファイトシート33がボトムキャスト12の上に挿入されている。グリーンシート11は、図2に示すアッパーキャスト14で形成されたビアホール15のパターンと同一形状を有する空孔が形成されており、アッパーキャスト14と空孔のパターン同士の位置が合った状態で保持され、背板21で保持されている。また、ボトムキャスト12の突起もアッパーキャスト14と空孔と位置合わせがされている。ボトムキャスト12と背板21の間に圧縮方向の荷重を加えることにより、図6(C)のようなグリーンシート11の空孔にカーボングラファイトの充填物33aが充填されることになる。
FIG. 6 shows a hole forming process for forming holes. 6A is a front view of the
図6(D)では、カーボングラファイトの充填物33aが充填されたグリーンシート11を別のグリーンシートと積層し、この状態で90℃の温度環境で30MPaの圧力を加えることで、グリーンシートの有機バインダーが軟化し、グリーンシートが相互に溶着されて積層体が形成される。次に、積層体の焼成を行う。焼成条件は、大気圧雰囲気で炉内温度を室温から550℃まで50℃/hの昇温速度で昇温させる。この段階で、積層体内のカーボングラファイトは熱分解される。今回、使用したカーボングラファイトの熱分解温度は500℃で、そのときの灰分は500ppmである。このため、550℃の焼成温度においては固形分がほとんどない状態になり、積層体内のビアホールには空孔が形成される。
In FIG. 6D, the
次に、炉内温度を550℃から850℃まで100℃/hの昇温速度で昇温させ、その後850℃を1時間キープすることでグリーンシートの硝子を軟化させ、さらに850℃から降温速度−150℃/hの条件で行うことにより、図6(E)のようなLTCC基板35内に精度の高い空孔36が形成される。
Next, the furnace temperature is raised from 550 ° C. to 850 ° C. at a rate of 100 ° C./h, and then the glass of the green sheet is softened by keeping 850 ° C. for 1 hour. By performing under the condition of −150 ° C./h, a highly
(第3の実施形態)
第3の実施形態で特徴的な事項は、厚膜ペーストシート30上に導電性のペーストとカーボンペーストを塗布した後、乾燥させて使用する点である。ベースフィルム32上に特性の異なる複数種類のペーストを塗り分けることにより、導電性のペーストを塗布した部位は、グリーンシートを焼結した際に導通となり、カーボンペーストを塗布した部位は、グリーンシートを焼結した際に空孔となり、非導通状態とすることが可能となる。
(Third embodiment)
A characteristic matter in the third embodiment is that a conductive paste and a carbon paste are applied on the thick
図7は、空孔形成とビア充填とを同時に行う工程を示している。図7(A)はグリーンシート11の正面図であり、グリーンシート11にはビアホール41,42及び空孔43がそれぞれ形成されている。また、図7(B)〜図7(D)は図7(A)をR−R’断面方向から視た図である。図7(B)において、ベースフィルム32上に厚膜ペーストの充填部材31とカーボンペーストの充填部材34とを形成したシートが挿入され、ボトムキャスト12と背板21との間に圧縮方向の荷重を加えることにより、図7(C)のようなグリーンシート11の空孔43にはカーボンの充填物34aが、ビアホール41,42には厚膜ペーストの充填物31aがそれぞれ充填されることになる。
FIG. 7 shows a step of simultaneously performing hole formation and via filling. FIG. 7A is a front view of the
充填物31aと充填物34aが充填されたグリーンシート11を別のグリーンシートと積層し、加熱・加圧した後に焼成することにより、図7(D)のような内部に空孔と、ビア充填された多層セラミック基板40を形成することが可能となる。なお、本実施形態では、グリーンシートを非導通基板として取り扱ったが、導電性のあるカーボングラファイトシートに絶縁性のペーストを充填する組み合わせも可能であることはいうまでもない。
The
(第4の実施形態)
第4の実施形態で特徴的な事項は、充填部材として銀(Ag)や銀(Ag)/パラジウム(Pd)混合物などの導電性材料を主体として構成される導体シートを使用することである。導体シートは、ドクターブレード法を用いて形成されているため、厚膜印刷法により形成されたシートに比べて膜厚精度が高いシート体である。厚膜印刷法により形成された導電性のペーストによる膜厚が、目標膜厚に対して±30%程度の精度であるのに比べ、本実施形態における導体シートの膜厚は、目標膜厚に対して±10%以下の精度と優れている。したがって、本実施形態における導体シートを充填部材としてグリーンシートのビアホールへ充填することにより、充填量の高精度化を図ることができる。
(Fourth embodiment)
A characteristic feature of the fourth embodiment is that a conductive sheet mainly composed of a conductive material such as silver (Ag) or a silver (Ag) / palladium (Pd) mixture is used as the filling member. Since the conductor sheet is formed using a doctor blade method, it is a sheet body having a higher film thickness accuracy than a sheet formed by a thick film printing method. The film thickness of the conductive sheet in the present embodiment is equal to the target film thickness, compared to the film thickness of the conductive paste formed by the thick film printing method with an accuracy of about ± 30% with respect to the target film thickness. On the other hand, it is excellent with an accuracy of ± 10% or less. Therefore, by filling the via hole of the green sheet with the conductor sheet in this embodiment as a filling member, it is possible to increase the accuracy of the filling amount.
図8は、グリーンシートのビアホールへのビア充填工程を示している。図8(A)は、ビアホールを有するグリーンシート11の正面図であり、図8(B)〜図8(E)は図8(A)をS−S’断面方向から視た図である。図8(B)において、上述した図4(H)と同じ配置となり、導体シート37がボトムキャスト12の上に挿入されている。グリーンシート11は、図2に示すアッパーキャスト14で形成されたビアホール15のパターンと同一形状を有するビアホールが形成されており、アッパーキャスト14とビアホールのパターン同士の位置が合った状態で保持され、背板21で保持されている。また、ボトムキャスト12の突起もアッパーキャスト14とビアホールと位置合わせがされている。ボトムキャスト12と背板21の間に圧縮方向の荷重を加えることにより、図8(C)のようなグリーンシート11のビアホールに導体シート37の充填物37aが充填されることになる。
FIG. 8 shows a via filling process to the via hole of the green sheet. FIG. 8A is a front view of the
図8(D)では、導体シート37の充填物37aが充填されたグリーンシート11を別のグリーンシートと積層し、この状態で90℃の温度環境で30MPaの圧力を加えることで、グリーンシートの有機バインダーが軟化し、グリーンシートが相互に溶着されて積層体が形成される。次に、積層体の焼成を行う。焼成条件は、大気圧雰囲気で炉内温度を室温から550℃まで50℃/hの昇温速度で昇温させる。この段階で、積層体内のグリーンシート及び導体シートの有機バインダーは熱分解される。本実施形態における導体シート37は、グリーンシート11と同様の有機バインダーを使用していることから、積層体の有機バインダー分解工程を単一処理条件で達成することができる。このため、550℃の温度条件で処理された段階で、充填物37aの有機バインダーも分解される。
In FIG. 8D, the
次に、炉内温度を550℃から850℃まで100℃/hの昇温速度で昇温させ、その後850℃を1時間キープすることで、グリーンシートの硝子を軟化させるとともに充填物37aの金属粉末を焼結させ、充填物37aがビアフィルとして形成される。さらに、850℃から降温速度−150℃/hの条件で行うことにより、図8(E)のようなLTCC基板35内に充填量の精度の高いビアフィル38が形成される。
Next, the furnace temperature is raised from 550 ° C. to 850 ° C. at a rate of 100 ° C./h, and then kept at 850 ° C. for 1 hour, so that the glass of the green sheet is softened and the metal of the filling 37a The powder is sintered, and the
以上、上述したように、本発明に係る各実施形態を用いたLTCC基板(低温焼結多層セラミック基板)の製造において信頼性の高いビア充填ができる。さらに、所定の部位に配置した充填部材として厚膜ペーストの充填部材とカーボンペーストの充填部材を組み合わせたシートを用いることで、LTCC基板内の所定の部位に精度の高い空孔及びビア充填が一回の工程で形成可能となる。 As described above, highly reliable via filling can be performed in manufacturing an LTCC substrate (low-temperature sintered multilayer ceramic substrate) using each embodiment according to the present invention. Further, by using a sheet in which a thick film paste filling member and a carbon paste filling member are combined as a filling member disposed at a predetermined site, high-accuracy holes and vias can be filled at a predetermined site in the LTCC substrate. It can be formed in a single process.
本発明に係るビア充填装置は、LTCCの製造において信頼性の高いビア充填が可能であり、産業上の利用可能性を有する。 The via filling device according to the present invention is capable of highly reliable via filling in the manufacture of LTCC and has industrial applicability.
10 ビア充填装置、11 グリーンシート、12 ボトムキャスト、13 リリースマスク、14 アッパーキャスト、15 ビアホール、16 プレスヘッド、17 粘着テープ、18 繰り出しローラ、19 巻き取りローラ、21 背板、22,23 ガイドピン、25 加圧シリンダ、30 厚膜ペーストシート、31,34 充填部材、31a,33a,34a,37a 充填物、32 ベースフィルム、33 カーボングラファイトシート、36,43 空孔、35 LTCC基板、37 導体シート、38 ビアフィル、40 多層セラミック基板、41,42 ビアホール、51 ペースト、52 メタルマスク、53 貫通開口部、54 スキージ、60 基板、61 銅配線、62 ガラスエポキシ基板、63 銅ポリイミドテープ、64 熱可塑性ポリイミド、65 銅層、67 ビア。
10 via filling device, 11 green sheet, 12 bottom cast, 13 release mask, 14 upper cast, 15 via hole, 16 press head, 17 adhesive tape, 18 feed roller, 19 take-up roller, 21 back plate, 22, 23 guide pin , 25 Pressure cylinder, 30 Thick film paste sheet, 31, 34 Filling member, 31a, 33a, 34a, 37a Filling material, 32 Base film, 33 Carbon graphite sheet, 36, 43 Air hole, 35 LTCC substrate, 37
Claims (10)
凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成手段と、
その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに厚膜ペーストを充填する充填手段と、
を有し、
ビアホール形成手段は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、
充填手段は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、厚膜ペーストをベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して厚膜ペーストを凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより厚膜ペーストをメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とするビア充填装置。 In a via filling device that fills a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate with a thick film paste,
Via hole forming means for forming a via hole in the green sheet by a convex mold;
Filling means for filling the formed via hole with a thick film paste using the convex mold,
I have a,
The via hole forming means is provided with a metal mask having a plurality of openings that are punching dies on the front and back surfaces of the green sheet, and a convex mold is pushed into the green sheet from the back surface of the green sheet to form via holes,
The filling means is to place a back plate in place of the metal mask on the surface of the green sheet, print the thick film paste on the base film, place the base film on the convex mold and project the thick film paste. Via filling, characterized in that the thick film paste is filled into the via hole of the green sheet from the opening of the metal mask by applying a load in the compression direction between the convex mold and the back plate, sandwiched between the mold and the metal mask apparatus.
ベースフィルム上の厚膜ペーストは、ベースフィルムに印刷し、乾燥させたものであることを特徴とするビア充填装置。 The via filling device according to claim 1 ,
The via filling apparatus, wherein the thick film paste on the base film is printed on the base film and dried.
カーボンペーストをベースフィルム上に印刷して乾燥させたカーボンシート又はカーボングラファイトシートを、凸型金型でグリーンシートのビアホールに充填した後、焼成することにより基板内に空孔を形成する空孔形成手段を有することを特徴とするビア充填装置。 The via filling device according to claim 1 or 2 ,
Formation of pores in the substrate by filling the via hole of the green sheet with a convex mold, and then firing the carbon sheet or carbon graphite sheet that has been printed and dried on the base film with carbon paste. A via filling device comprising means.
厚膜ペーストとカーボンペーストをベースフィルム上にそれぞれ印刷して乾燥させた充填部材を、凸型金型でグリーンシートのビアホールと空孔に充填した後、焼成することによりビア充填箇所と空孔箇所とを形成することを特徴とするビア充填装置。 In the via filling device according to any one of claims 1 to 3 ,
Filled parts that are printed with a thick film paste and carbon paste on the base film and dried are filled into via holes and holes in the green sheet with a convex mold, and then fired to fill and fill the vias and holes. And a via filling device.
凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成手段と、
その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに充填部材を充填する充填手段と、
を有し、
ビアホール形成手段は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、
充填手段は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、充填部材をベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して充填部材を凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより充填部材をメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とするビア充填装置。 In a via filling device for filling a via hole as a filling member with a conductive sheet mainly composed of a conductive material in a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate,
Via hole forming means for forming a via hole in the green sheet by a convex mold;
Filling means for filling the formed via hole with a filling member using the convex mold,
I have a,
The via hole forming means is provided with a metal mask having a plurality of openings that are punching dies on the front and back surfaces of the green sheet, and a convex mold is pushed into the green sheet from the back surface of the green sheet to form via holes,
The filling means is to install a back plate instead of a metal mask on the surface of the green sheet, print the filling member on the base film, place the base film on the convex mold, and place the filling member on the convex mold. A via filling apparatus characterized in that a filling member is filled into a via hole of a green sheet from an opening of a metal mask by applying a load in a compression direction between a convex mold and a back plate, sandwiched between a mold and a metal mask .
凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成工程と、
その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに厚膜ペーストを充填する充填工程と、
を有し、
ビアホール形成工程は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、
充填工程は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、厚膜ペーストをベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して厚膜ペーストを凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより厚膜ペーストをメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とするビア充填方法。 In a via filling method of filling a thick film paste into a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate,
A via hole forming step of forming a via hole in the green sheet by a convex mold;
A filling step of filling the formed via hole with a thick film paste using the convex mold,
I have a,
In the via hole forming step, a metal mask having a plurality of openings, which is a punching die, is installed on the front and back surfaces of the green sheet, and a convex mold is pushed into the green sheet from the back surface of the green sheet to form via holes,
In the filling process, a back plate is installed instead of the metal mask on the surface of the green sheet, the thick film paste is printed on the base film, and the base film is placed on the convex mold to project the thick film paste. Via filling, characterized in that the thick film paste is filled into the via hole of the green sheet from the opening of the metal mask by applying a load in the compression direction between the convex mold and the back plate, sandwiched between the mold and the metal mask Method.
ベースフィルム上の厚膜ペーストは、ベースフィルムに印刷し、乾燥させたものであることを特徴とするビア充填方法。 The via filling method according to claim 6 ,
The via filling method, wherein the thick film paste on the base film is printed on the base film and dried.
カーボンペーストをベースフィルム上に印刷して乾燥させたカーボンシート又はカーボングラファイトシートを、凸型金型でグリーンシートのビアホールに充填した後、焼成することにより基板内に空孔を形成する空孔形成工程を含むことを特徴とするビア充填方法。 The via filling method according to claim 6 or 7 ,
Formation of pores in the substrate by filling the via hole of the green sheet with a convex mold, and then firing the carbon sheet or carbon graphite sheet that has been printed and dried on the base film with carbon paste. A via filling method comprising a step.
厚膜ペーストとカーボンペーストをベースフィルム上にそれぞれ印刷して乾燥させた充填部材を、凸型金型でグリーンシートのビアホールと空孔に充填した後、焼成することによりビア充填箇所と空孔箇所とを形成することを特徴とするビア充填方法。 The via filling method according to any one of claims 6 to 8 ,
Filled parts that are printed with a thick film paste and carbon paste on the base film and dried are filled into via holes and holes in the green sheet with a convex mold, and then fired to fill and fill the vias and holes. And forming a via.
凸型金型によってグリーンシートにビアホールを形成するビアホール形成工程と、
その凸型金型を用いて、形成されたビアホールに充填部材を充填する充填工程と、
を有し、
ビアホール形成工程は、グリーンシートの表面と裏面に抜き型金型である複数の開口部を有するメタルマスクを設置し、グリーンシートの裏面から凸型金型をグリーンシートに押し込みビアホールを形成し、
充填工程は、グリーンシートの表面のメタルマスクの替わりに背板を設置し、充填部材をベースフィルム上に印刷し、そのベースフィルムを凸型金型の上に設置して充填部材を凸型金型とメタルマスクで挟み、凸型金型と背板間に圧縮方向の荷重を加えることにより充填部材をメタルマスクの開口部からグリーンシートのビアホールに充填することを特徴とするビア充填方法。 In a via filling method of filling a via hole as a filling member with a conductive sheet mainly composed of a conductive material in a via hole formed in a green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic substrate,
A via hole forming step of forming a via hole in the green sheet by a convex mold;
A filling step of filling the formed via hole with the filling member using the convex mold,
I have a,
In the via hole forming step, a metal mask having a plurality of openings, which is a punching die, is installed on the front and back surfaces of the green sheet, and a convex mold is pushed into the green sheet from the back surface of the green sheet to form via holes,
In the filling process, a back plate is installed instead of the metal mask on the surface of the green sheet, the filling member is printed on the base film, the base film is placed on the convex mold, and the filling member is placed on the convex mold. A via filling method characterized in that a filling member is filled into a via hole of a green sheet from an opening of a metal mask by applying a load in a compression direction between a mold and a back plate between a mold and a metal mask .
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