JP5831984B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセラミック層を積層してなり、該セラミック層の表面に形成される比較的微細な配線層と該配線層に一端が接続され且つ上記セラミック層を貫通する貫通導体との接続精度を向上させた配線基板の製造方法に関する。

微細パターンの配線層をセラミック層間に形成するため、未焼結セラミック成形体（グリーンシート）の表面と裏面との間を貫通する複数のビア孔ごとにビア導体を形成し、上記未焼結セラミック成形体の表面に導電性金属粉末を含む未焼結の導体ペースト印刷層をおおまかなパターンで形成し、更に、該導体ペースト印刷層に対し、上記未焼結セラミック成形体の表面の上方からレーザーを照射しつつ該表面に沿って所定パターンの外形と相似形になるように当該レーザーを移動させ、上記導体ペースト印刷層の一部を除去して所定パターンの未焼結配線層（導体分）を形成するレーザー加工工程を行うと共に、表面ごとに未焼結配線層が形成された複数の未焼結セラミック成形体を積層した後、未焼結配線層と複数の未焼結セラミック成形体とを同時に焼成する焼成工程を行うセラミック部品（基板）の製造法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、前記特許文献１に開示されたセラミック部品（基板）の製造法による場合、予めグリーンシートに設けた複数の貫通孔ごとにビア導体を形成し、前記グリーンシートの表面におおまかなパターンで導体層を印刷により形成した後、該導体層により上記ビア導体が覆われた状態で、該導体層に対し当該グリーンシートの周辺部に設けた基準孔（アライメントマーク）を基準としてレーザー加工を施して当該導体層の一部を除去することで、所定パターンの配線層を形成している。その結果、グリーンシート自体の経時な変形や、比較的距離が遠い基準孔を基準としてレーザー加工する際の位置ずれなどの誤差などに起因して、上記配線層とビア導体とが未接続となったり、逆に配線層とビア導体との間や、配線層以外に残留する導体層とビア導体とが不用意な短絡状態を生じる、という不具合を生じる場合があった。

特開２０１０−２１３８６号公報(第１〜１３頁、図１〜１２)

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、セラミック層の表面に形成される比較的微細な配線層と該配線層に一端が接続され且つ上記セラミック層を貫通する貫通導体との接続精度を向上させた配線基板の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、追ってセラミック層となるグリーンシートの表面に形成した広面積の導体層に対しレーザー加工により配線層を形成するに際し、該配線層に一端が接続される貫通導体の端面の周縁あるいは該貫通導体を形成するための貫通孔の端縁を基準として上記レーザー加工を行う、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による第１の配線基板の製造方法（請求項１）は、表面および裏面を有するグリーンシートの表面に広面積の導体層を形成する工程と、該グリーンシートの表面と裏面との間および上記広面積の導体層を貫通する貫通孔を形成する工程と、該貫通孔に導電性ペーストを充填して貫通導体を形成する工程と、その後、上記グリーンシートの表面の上方から上記広面積の導体層に対してレーザー加工を施して所定位置の導体を除去することにより、上記貫通孔および貫通導体を含む所定パターンの配線層を形成する工程と、を含み、該配線層を形成する工程におけるレーザー加工は、上記貫通孔の端縁あるいは上記貫通導体の端面の周縁の何れかを基準として行われる、ことを特徴とする。

これによれば、前記広面積の導体層に一端が位置する貫通孔の端縁あるいは端面が連続して露出する貫通導体の周縁を基準として、該導体層に対するレーザー加工を行うため、前述したグリーンシートの表面における周辺部に設けた基準孔を基にレーザー加工する場合に比べて、種々の誤差などによる影響を抑制し且つ低減できる。その結果、所要パターンを有する比較的微細な配線層と貫通導体との接続精度を向上させることができる。従って、かかる配線層と該配線層に一端が接続される貫通導体の導通との導通が確実で安定した状態になるので、電気的に信頼性の高い配線基板を提供することに寄与し得る。
尚、前記レーザー加工時に基準とする貫通孔の一端の端縁あるいは貫通導体の端面は、形成すべき１つの配線層に対して少なくとも１個を必要とし、配線層におけるパターン全体の面積や複雑さに応じて２個あるいは３個以上が用いられる。

一方、本発明による第２の配線基板の製造方法（請求項２）は、表面および裏面を有するグリーンシートの表面に広面積の導体層を形成する工程と、該グリーンシートの表面と裏面との間および上記広面積の導体層を貫通する貫通孔を形成する工程と、上記グリーンシートの表面の上方から上記広面積の導体層に対してレーザー加工を施して所定位置の導体を除去することにより、上記貫通孔を含む所定パターンの配線層を形成する工程と、その後、上記貫通孔に導電性ペーストを充填して貫通導体を形成する工程と、を含み、上記配線層を形成する工程におけるレーザー加工は、上記貫通孔の端縁を基準として行われる、ことを特徴とする。

これによれば、前記広面積の導体層に一端が開口する貫通孔の端縁を基準として、該導体層に対するレーザー加工を行うため、前述したグリーンシートの表面における周辺部に設けた基準孔を基にレーザー加工する場合に比べ、種々の誤差などによる影響を抑制し且つ低減できる。その結果、所要パターンを有する比較的微細な配線層と貫通導体との接続精度を向上させることができる。従って、かかる配線層と該配線層に一端が接続される貫通導体の導通との導通が確実で安定した状態になるので、電気的に信頼性の高い配線基板を提供することに寄与し得る。

尚、前記グリーンシートは、主にセラミック成分からなる高温焼成用のほか、セラミック成分およびガラス成分の双方を含有する低温焼成用でも良い。
また、前記広面積の導体層は、平面（Ｘ−Ｙ）方向において導体のみが連続して形成され且つ非導体（抜き）パターンを含まない、所謂ベタ状である未焼成の導体層からなる領域であり、前記表面（個々の配線基板となる製品領域の表面）における面積率で５０％以上を占めることが望ましい。
更に、前記導体層や貫通導体は、グリーンシートが高温焼成用である場合には、主にＷまたはＭｏあるいはそれらの合金からなり、グリーンシートがガラス成分を含む低温焼成用である場合には、主にＡｇまたはＣｕあるいはそれらの合金からなる。
更に、前記貫通孔の形成工程は、パンチングによる打ち抜き加工、あるいはレーザー加工によって行われる。
また、前記レーザー加工のレーザーには、例えば、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、半導体レーザーなどが含まれる。
更に、前記配線層を形成する工程におけるレーザー加工は、基準となる前記貫通孔の端縁、あるいは貫通導体の端面の周縁をＣＣＤカメラなどを用いる画像処理によって認識することに基づいて行われる。
また、前記配線層における貫通導体を含む部分には、該貫通導体の端面あるいは貫通孔の端縁を中心側とする平面視が円形状のランドが一体に形成されている。
更に、前記貫通導体には、中実のビア導体と中空のスルーホール導体が含まれる。
加えて、前記各工程は、多数個取りのグリーンシートを用いる形態も含む。

更に、本発明には、前記各工程の後に、前記同様の各工程により配線層および貫通導体を形成した複数のグリーンシートを積層および圧着してグリーンシート積層体を形成する積層体の形成工程と、該グリーンシート積層体を焼成する焼成工程と、焼成後のセラミックからなる基板本体の表面および裏面に露出する前記配線層に金属メッキ膜を被覆するメッキ工程と、を有する、配線基板の製造方法（請求項３）も含まれる。

これによれば、未焼成の前記導体層に対し前記レーザー加工を行って形成される配線層と該配線層に一端が接続された未焼成の貫通導体とを前記グリーンシートと共に同時焼成するので、複数のセラミック層間に形成された配線層と該配線層に一端が接続された貫通導体との導通が安定したものとなる。
従って、複数のセラミック層からなる基板本体の表面に実装すべき電子部品の電極との導通や、該配線基板が搭載されるプリント基板などのマザーボート側の外部端子との導通が安定する信頼性の高い配線基板を提供することが可能となる。
尚、前記金属メッキ膜には、例えば、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜が含まれる。
また、前記グリーンシート積層体は、少なくとも２層のグリーンシートを積層したものであり、前記グリーンシートの表面にレーザー加工により形成される配線層は、主にセラミック層間に位置する内部配線層となる。

本発明による第１の製造方法における一工程を示す概略図。 図１の工程に続く貫通孔を形成する工程を示す概略図。 図２の工程に続く貫通導体を形成する工程を示す概略図。 図３の工程に続く配線層を形成する工程を示す概略図。 第２の製造方法における貫通孔を形成する工程を示す概略図。 図５の工程に続く配線層を形成する工程を示す概略図。 図６の工程に続く貫通導体を形成する工程を示す概略図。 図４，図７に続くグリーンシート積層体を形成する工程を示す概略図。 上記工程により得られたグリーンシート積層体を示す断面図。 上記グリーンシート積層体を焼成して得れた配線基板示す断面図。 異なるパターンの配線層を形成する工程を示す概略図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
先ず、図１〜図４に従って、本発明による第１の製造方法について説明する。
予め、アルミナ（セラミック）粉末、有機バインダ、溶剤、および可塑剤などをそれぞれ所定の割合で混合してセラミックスラリーを作製し、該スラリーをドクターブレード法によりシート形状に成形して、平均厚さが１５０μｍのセラミックグリーンシート（以下、単にグリーンシートと称する）ｇ１を製作した。
次いで、図１（ａ），（ｂ）に示すように、グリーンシートｇ１の表面ｆ１における追って製品の配線基板となる製品領域ｐａ内に、広面積の導体層Ｐｆをスクリーン印刷によりベタ状に形成した。未焼成の該導体層Ｐｆは、例えば、Ｗ粉末を含む平均厚さが約２０μｍの導電性ペースト層からなり、上記製品領域ｐａの平面視における面積の５０％以上を占めていた。上記導体層Ｐｆには、Ｗ粉末に替えてＭｏ粉末を含む導電性ペーストを用いても良い。
尚、図１（ａ）は、グリーンシートｇ１の表面ｆ１に広面積の導体層Ｐｆが形成された平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図である。以下の図２乃至図７においても、各図の（ａ）と（ｂ）との関係は、上記と同じである。

次に、図２（ａ），（ｂ）に示すように、広面積の導体層Ｐｆおよびグリーンシートｇ１の表面ｆ１と裏面ｆ２との間を貫通する２つの貫通孔ｈを金型を用いるパンチングにより所定の位置に形成した。該貫通孔ｈは、内径が約１００μｍの円形断面であり、上記パンチングに替えてレーザー加工により形成しても良い。
更に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、貫通孔ｈごとの内側に前記同様の導電性ペーストをスクリーン印刷により充填することによって、全体が円柱形状を呈し、導体層Ｐｆの表面とグリーンシートｇ１の裏面ｆ２の間に未焼成のビア導体（貫通導体）ｖを形成した。この際、図３（ｂ）に示すように、ビア導体ｖごとの上端面は、広面積の導体層Ｐｆの表面に露出すると共に、両者の表面粗さが相違することや、ビア導体ｖの上端面が垂直断面でほぼ凸形状あるいはほぼ凹形状となることになどに起因して、ビア導体ｖの上端面を囲う円形の周縁２、あるいは前記貫通孔ｈの丸い上端縁（端縁）２が撮像可能となっていた。

そこで、ビア導体ｖの上端面の周縁２、あるいは貫通孔ｈの上端縁２を図示しないＣＣＤカメラにより撮像し、これらの位置を基準として、図４（ｂ）に示すように、グリーンシートｇ１の表面ｆ１の上方から、広面積の導体層Ｐｆに対しレーザーＬを照射しつつ該導体層Ｐｆに沿って且つ所定パターンに倣って水平移動させるレーザー加工を施した（配線層を形成する工程）。該レーザーＬの出力は、広面積の導体層Ｐｆを除去し、且つその下地材であるグリーンシートｇ１を殆ど除去しないような照射条件により設定した。尚、上記レーザーＬには、ＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いた。
その結果、図４（ａ）に示すように、前記導体層Ｐｆにおける不要な部分が帯状に切除され且つグリーンシートｇ１が露出する抜きパターン５に囲まれ且つ所定のパターンに倣った比較的微細な（信号）配線層３が形成された。平面視が複数のＬ字形状を接続させた該配線層３において、両端に位置する前記ビア導体ｖごとの上端面を囲む部分には、該ビア導体ｖを中心部とし平面視が円形状のランド４が形成されていた。該ランド４の直径は、ビア導体ｖの外径の約２倍であった。尚、上記配線層３の周囲には、抜きパターン５を挟んで、比較的広い面積の導体層６が残留していた。該導体層６は、例えば、接地層あるいは電源層として活用しても良い。

次に、図５〜図７に従って、本発明による第２の製造方法について説明する。
予め、前記同様のグリーンシートｇ１を作製した後、その表面ｆ１に前記同様の広面積の導体層Ｐｆを印刷して形成した。
次いで、図５（ａ），（ｂ）に示すように、広面積の導体層Ｐｆおよびグリーンシートｇ１の表面ｆ１と裏面ｆ２との間を貫通する２つの貫通孔ｈを前記同様のパンチングあるいはレーザー加工により所定の位置に形成した。
次に、上記貫通孔ｈごとの上端縁（端縁）２を前記と同じＣＣＤカメラにより撮像し、これらの位置を基準として、図６（ｂ）に示すように、グリーンシートｇ１の表面ｆ１の上方から、広面積の導体層Ｐｆに対してレーザーＬを照射しつつ該導体層Ｐｆに沿って前記同様に水平移動させるレーザー加工を施した。該レーザーＬの出力も、広面積の導体層Ｐｆを除去し、且つその下地材であるグリーンシートｇ１を殆ど除去しないような照射条件により設定した。尚、上記レーザーＬにも、ＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いた。

その結果、図６（ａ）に示すように、前記導体層Ｐｆにおける不要な部分が帯状に切除され且つグリーンシートｇ１が露出する抜きパターン５に囲まれた所定のパターンに倣った比較的微細な（信号）配線層３が形成された。該配線層３の両端には、貫通孔ｈを囲むように前記同様のランド４が形成されていた。また、かかる配線層３の周囲には、前記同様の導体層６が残留していた。
更に、図７（ａ），（ｂ）に示すように、貫通孔ｈごとの内側に前記同様の導電性ペーストをスクリーン印刷により充填して、導体層Ｐｆの表面とグリーンシートｇ１の裏面ｆ２の間に未焼成のビア導体ｖを形成した。

以下においては、前記第１および第２の製造方法に共通の工程を説明する。
図８に示すように、最下層には、表面ｆ１に前記配線層３が形成され、該配線層３と裏面ｆ２との間を貫通する２つのビア導体ｖを有し、各ビア導体ｖの裏面ｆ２側に前記同様の導電性ペーストをスクリーン印刷して形成した裏面接続端子（配線層）１４を有するグリーンシートｇ１を配設した。更に、中層には、第１あるいは第２の製造方法の前記各工程を施して、表面ｆ１に形成した上記同様の配線層３と、該配線層３に迂遠部が接続された２つのビア導体ｖとを有するグリーンシートｇ２を配設した。そして、最上層には、表面ｆ１に前記同様の導電性ペーストを印刷した表面接続端子（配線層）１３が形成され、該端子１３と裏面ｆ２との間を貫通する２つのビア導体ｖを有するグリーンシートｇ３を配設した。

次に、前記グリーンシートｇ１〜ｇ３を厚み方向に沿って積層し更に圧着した。
その結果、図９に示すように、グリーンシートｇ１〜ｇ３からなり、表面１１および裏面１２を有する基板本体１５を含むグリーンシート積層体１０が形成された。表面１１側の表面接続端子１３と裏面１２側の裏面接続端子１４とは、グリーンシートｇ１〜ｇ３間ごとの各配線層３およびグリーンシートｇ１〜ｇ３を貫通する各ビア導体ｖを介して、電気的に導通可能とされていた。
次いで、グリーンシート積層体１０を、グリーンシートｇ１〜ｇ３、配線層３、導体層６、ビア導体ｖ、表面接続端子１３、および裏面接続端子１４の全てが焼成可能な温度において焼成した（焼成工程）。その結果、図１０に示すように、前記グリーンシートｇ１〜ｇ３が焼成されたセラミック層ｓ１〜ｓ３からなり、表面１１および裏面１２を有する基板本体１５、焼成された配線層３、ビア導体ｖ、導体層６、接続端子１３，１４を有する配線基板１が得られた。
最後に、表面１１および裏面１２に露出する接続端子１３，１４の表面に、電解または無電解Ｎｉメッキおよび電解または無電解Ａｕメッキを順次施して、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜を被覆することで、製品の配線基板１となった。

以上において説明した第１および第２の配線基板１の製造方法によれば、前記広面積の導体層Ｐｆに一端が位置する貫通孔ｈの上端縁２あるいは上端面が連続して露出するビア導体ｖの周縁２を基準として、上記導体層Ｐｆに対するレーザー加工Ｌを行ったため、従来のようにグリーンシートの表面における周辺部に設けた基準孔を基にレーザー加工する場合に比べて、種々の誤差などによる影響を抑制し且つ低減できた。その結果、所要のパターンの配線層３とビア導体ｖとの接続精度を向上させることができた。従って、かかる配線層３と該配線層３に一端が接続されるビア導体ｖの導通との導通が確実で安定した状態になったので、電気的に信頼性の高い配線基板１を提供することできた。

図１１は、前記第１または第２の製造方法において、異なる形態の配線層（Ｃ）を形成する工程に関し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中のＹ−Ｙ線に沿った矢視の断面図である。
図１１（ｂ）に示すように、表面ｆ１に広面積の導体層Ｐｆが形成された前記同様のグリーンシートｇ１において、所定の位置ごとに前記同様の貫通孔ｈを形成し且つ該貫通孔ｈの上端部２を基準とするか、あるいは貫通孔ｈに充填したビア導体ｖの上端面の周縁２を基準として、前記同様のレーザー加工（Ｌ）を所要のパターンに従って行った。その結果、図１１（ａ）に示すように、前記導体層Ｐｆにおける不要な部分が帯状に切除され且つグリーンシートｇ１が露出する抜きパターン５に囲まれた平面視が長方形である左右一対の電極８，８と、該電極８とビア導体ｖあるいは貫通孔ｈの周囲を囲う左右一対のランド４，４と、これらの間を個別に接続する接続部７，７と、上記電極８，８間に挟まれた誘電（体）部９と、を備えた平面状のコンデンサＣを形成することができた。

尚、左右一対の前記ランド４，４間に、複数のＷ字形の配線パターンを連続して形成したり、あるいはジグザグ形状の配線パターンを連続して形成したりすることで、中間に抵抗（Ｒ）を有する配線層を形成することも可能である。
また、前記表面および裏面接続端子１３，１４も、前記広面積の導体層Ｐｆに対し、前記同様のレーザー加工を施すことによって形成することも可能である。
更に、前記抜きパターン５の周囲に残された導体層６に対し、前記表面および裏面接続端子１３，１４などに導通するビア導体（貫通導体）を接続して、上記導体層６を接地配線層あるいは電源配線層として活用することも可能である。

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、前記グリーンシートやセラミック層は、ガラス−セラミックなどのような低温焼成セラミックからなるものでも良い。
また、グリーンシートが上記低温焼成セラミックからなる場合には、前記広面積の導体層Ｐｆ、ビア導体、接続端子１３，１４は、Ａｇ粉末あるいはＣｕ粉末またはこれらの合金粉末などを含む導電性ペーストが用いられる。
更に、前記レーザー加工には、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、あるいは半導体レーザーを用いて良い。
また、前記貫通孔ｈには、その内壁面に沿って導電性ペーストをほぼ円筒形状にして形成したスルーホール導体（貫通導体）を形成しても良い。

本発明によれば、セラミック層の表面に形成される比較的微細な配線層と該配線層に一端が接続され且つ上記セラミック層を貫通する貫通導体との接続精度を向上させた配線基板の製造方法を提供できる。

１……………配線基板
２……………貫通導体の端面の周縁／貫通孔の端縁
３……………配線層
１０…………グリーンシート積層体
１３，１４…接続端子（配線層）
１５…………基板本体
ｇ１〜ｇ３…グリーンシート
ｆ１…………表面
ｆ２…………裏面
ｈ……………貫通孔
ｖ……………ビア導体（貫通導体）
Ｐｆ…………広面積の導体層
Ｌ……………レーザー
ｓ１〜ｓ３…セラミック層

Claims (3)

1. 表面および裏面を有するグリーンシートの表面に広面積の導体層を形成する工程と、
   上記グリーンシートの表面と裏面との間および上記広面積の導体層を貫通する貫通孔を形成する工程と、
   上記貫通孔に導電性ペーストを充填して貫通導体を形成する工程と、
   その後、上記グリーンシートの表面の上方から上記広面積の導体層に対してレーザー加工を施して所定位置の導体を除去することにより、上記貫通孔および貫通導体を含む所定パターンの配線層を形成する工程と、を含み、
   上記配線層を形成する工程におけるレーザー加工は、上記貫通孔の端縁あるいは上記貫通導体の端面の周縁の何れかを基準として行われる、
   ことを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 表面および裏面を有するグリーンシートの表面に広面積の導体層を形成する工程と、
   上記グリーンシートの表面と裏面との間および上記広面積の導体層を貫通する貫通孔を形成する工程と、
   上記グリーンシートの表面の上方から上記広面積の導体層に対してレーザー加工を施して所定位置の導体を除去することにより、上記貫通孔を含む所定パターンの配線層を形成する工程と、
   その後、上記貫通孔に導電性ペーストを充填して貫通導体を形成する工程と、を含み、
   上記配線層を形成する工程におけるレーザー加工は、上記貫通孔の端縁を基準として行われる、
   ことを特徴とする配線基板の製造方法。
3. 前記各工程の後に、前記同様の各工程により配線層および貫通導体を形成した複数のグリーンシートを積層および圧着してグリーンシート積層体を形成する積層体の形成工程と、
   上記グリーンシート積層体を焼成する焼成工程と、
   焼成後のセラミックからなる基板本体の表面および裏面に露出する前記配線層に金属メッキ膜を被覆するメッキ工程と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。

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