JPH0555402A - セラミツク基板の構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層セラミック基板におけるパッドのメタラ
イズ強度の向上、高さ寸法精度の向上、表裏面のパタ−
ンとスル−ホ−ルの整合性の向上を図ることにある。 【構成】 ダミ−パッドの下にスル−ホ−ルを設置し、
かつ電気的に孤立させるため第２層の該当位置にスル−
ホ−ルを除いた層を挿入する。また、表裏両面のパッド
に対して、スル−ホ−ルをポンチ挿入面側を向けて配置
する。ダミ−パッドに対して、その下方にスル−ホ−ル
を設置することにより、メタライズ剪断強度を向上さ
せ、高さ寸法精度を向上させる。また、表裏面に対して
スル−ホ−ルのポンチ挿入面側を向けることにより、パ
タ−ンとスル−ホ−ルの整合性を向上させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汎用大形コンピュ−タ
における多層配線セラミック基板の構造およびその製造
方法に関し、特にメタライズ強度の向上と高さ方向寸法
精度の向上と、部品搭載面およびＩ／Ｏ接合面の整合性
の向上を図ることができる多層配線セラミック基板の構
造とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】汎用大形コンピュ−タ等には多数の多層
配線セラミック基板が設けられ、その上にＬＳＩやその
他の部品が搭載されている。多層配線セラミック基板の
各層間には複数本のスル−ホ−ルが設けられ、それらの
スルホ−ル内に導体を埋め込むことにより、層間の信号
伝達が行われる。図３（ａ）に示すように、多層セラミ
ック基板１３には、ＬＳＩ１２等を搭載するための部品
接合面とその反対側のプリント板Ｉ／Ｏ面とがあって、
部品接合面側の部品搭載用パッド１５とＬＳＩ側の信号
入出力用パッド１６を、例えばＣＣＢ（コントロ−ルド
・コンデント・ボンディング（ＩＢＭ））方式によるハ
ンダ付けにより接合している。これにより、ＬＳＩ１２
から出力された信号をそのままセラミック基板１３側に
入力することができる。ところで、多層セラミック基板
１３の部品搭載面に設けられるＬＳＩ等の部品接合用パ
ッド１５は、パタ−ンを共通化するとともに、部品との
接続信頼性の向上のために、電気的信号入出力用として
は無用のパッドを設置しているのが通常である。すなわ
ち、多層セラミック基板１３上に種々のパタ−ンを有す
るＬＳＩ１２を搭載しようとする場合、図３（ｂ）に示
すように、基板上の各領域毎にＡ，Ｂ，ＣのＬＳＩを搭
載配置することになる。大量生産でない場合には、３０
０パッドを備えたＡのＬＳＩ、４００パッドを備えたＢ
のＬＳＩ、および５００パッドを備えたＣのＬＳＩ毎
に、それぞれパッドの数を異ならせて、部品搭載面を製
造すればよい。しかし、大量生産の場合には、パタ−ン
設計上の工数がかかり過ぎるため、一般的にはパタ−ン
を共通化したものを製造している。上記の場合には、最
もパッド数の多いＣのＬＳＩのパタ−ンに共通化して設
計される。そして、共通化した場合には、ＢのＬＳＩを
搭載したとき１００パッド分が余ってしまい、ＡのＬＳ
Ｉを搭載したときには２００パッド分が余ってしまう。
パッド数が少ないと、ＬＳＩを支承するための信頼性が
低下するので、信号入出力には寄与しないパッドもその
まま使用される。信号に寄与しないパッドは、ダミ−パ
ッドと呼ばれる。これらのダミ−パッドを電気信号から
孤立させるための方法として、従来より、多層セラミッ
ク基板の部品搭載面のすぐ下の絶縁体層にスル−ホ−ル
を設けない構造にする方法が用いられている。このよう
な多層セラミック基板の構造に関する文献としては、例
えば、工業調査会編集部編、最新ファインセラミックス
技術（1987年5月)第55頁に記述されている。

【０００３】また、スル−ホ−ルを有する絶縁体層を多
層化する場合には、全層共通に、かつ統一して、スル−
ホ−ルのポンチ挿入面を、多層セラミック基板の部品搭
載面側か、あるいはＩ／Ｏ接合面側に向けて層構成した
構造が一般的に用いられる。このようにすれば、最も効
率よく、かつ積層ずれ等に対する危険性を最小限に抑え
られる。多層セラミック基板は、グリ−ンシ−トを積層
して構成されるが、それらのグリ−ンシ−ト上にはスル
−ホ−ル用の穴明けが行われる。すなわち、グリ−ンシ
−ト穴明けの際には、図４（ａ）に示すように、スル−
ホ−ルの数だけ配置されたポンチ１７とダイブッシュ１
８の間にグリ−ンシ−ト１９を配置して、全てのポンチ
１７を落下させることにより、グリ−ンシ−ト１９上に
全ての穴が明けられる。その場合、ポンチ１７が挿入す
るポンチ挿入面側の穴径は小さく（穴径は１００〜１２
０μｍ）であるのに対して、ダイブッシュ１８側である
ポンチ突き抜け側の穴径は大きくなる（穴径は１２０〜
１６０μｍ）。このように、ポンチ挿入側よりポンチ突
き抜け側の穴径は２０〜４０μｍだけ大きいので、隣接
する層が大きい穴径どうしで接触すると、積層ずれ等が
生じたときには、隣接層のパタ−ンとショ−トするおそ
れがある。従って、通常は、図４（ｂ）に示すように、
部品搭載面側またはＩ／Ｏ接合面側を同じ向きに配列し
て、効率よく積層している。この種の構造に関連する文
献としては、例えば、特開昭６２−１５８３９８号公報
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術では、（イ）ＬＳＩ等の部品との接合のために
設置されたダミ−パッドのメタライズ剪断強度、および
高さ方向の寸法精度について配慮されていない。すなわ
ち、ダミ−パッドのメタライズ剪断強度が他の信号入出
力用パッドと比較して弱く、また部品搭載時にパッド間
の高さ方向の精度が必要となるが、ダミ−パッドと信号
入出力用パッドとの間で高さに大きな差があるため、高
さ方向の必要精度を確保できないという問題があった。
つまり、図５（ａ）に示すように、セラミック側は積層
体の場合、Ｘ，Ｙ方向（平面方向）に１０〜１５％の延
びが生じる一方、Ｚ方向（高さ方向）に２０％前後の縮
みが生じる。他方、セラミックのスル−ホ−ルに充填さ
れたペ−ストは、方向性がないため、一率に縮むので、
メタライズの収縮を１５％近辺に合わせると、図５
（ｂ）に示すように、左側のダミ−パッドがそのままの
状態であるのに対して、右側のメタライズされたパッド
はＸ，Ｙ方向の１５％に合わされてセラミック基板と同
じ収縮となるが、高さが１０〜２０μｍも高くなってし
まう。また、スル−ホ−ルがない場合には、時間の経過
等でクラックが生じるが、スル−ホ−ルがあると、破壊
し難く、クラッチは入らない。

【０００５】次に、（ロ）従来の技術では、表裏面層の
パタ−ンとスル−ホ−ル径との関係について配慮がなさ
れておらず、位置誤差等により部品搭載面のパタ−ンと
スル−ホ−ルが整合せずに、導体間隔が確保できないと
いう問題があった。すなわち、図４（ｂ）に示すよう
に、穴径の大きい方を同一方向に揃えて多層を構成して
いるので、その穴径が部品搭載面に表われるときには、
パッドの径もそれに合わせて大きくする必要があり、そ
の結果、その面に配線されている導体の間隔の余裕が小
さくなり、信頼性が低下する。本発明の第１の目的は、
これら従来の課題を解消し、（イ）ダミ−パッドのメタ
ライズ剪断強度を向上し、かつ信号入出力パッドとの高
さの差を縮小することが可能なセラミック基板の構造お
よびその製造方法を提供することにある。また、本発明
の第２の目的は、（ロ）表裏両面のパタ−ンとスル−ホ
−ルとの整合を向上させることが可能なセラミック基板
の構造およびそ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、本発明によるセラミック基板の構造は、（イ）部品
搭載面および部品搭載面とは逆の面にＩ／Ｏ接合面を備
えた多層配線セラミック基板において、電気的入出力用
としては無用であり、パタ−ンの共通化と部品接続の信
頼性のために設けられたダミ−パッドに対して、ダミ−
パッドの下方にスル−ホ−ルを設置し、さらにその下方
にそのスル−ホ−ルを電気的に無効化するための層を配
置したことに特徴がある。また、（ロ）スル−ホ−ルの
ポンチ挿入面側を部品搭載面およびＩ／Ｏ接合面の両面
に向けて配置したことにも特徴がある。また、本発明に
よるセラミック基板の製造方法は、（ハ）スル−ホ−ル
のポンチ挿入面側を上記部品搭載面およびＩ／Ｏ接合面
の両面に向けて配置するために、セラミック基板を構成
するグリ−ンシ−トの表裏面を管理、かつ制御すること
により、グリ−ンシ−トを反転する機構を有した搬送系
を用いて、反転すべき層のグリ−ンシ−トの穴明け作業
の後で、自動的にグリ−ンシ−トを反転させるようにし
たことに特徴がある。さらに、（ニ）部品搭載面のパタ
−ン共通化、および部品接続の信頼性向上のために、電
気的には無効な位置にもパッドを設けることにも特徴が
ある。

【０００７】

【作用】本発明においては、（イ）先ず、部品接合用ダ
ミ−パッドの下方では、ポンチ挿入面側が表面に出るよ
うに配置するとともに、電気的にこのダミ−パッドを孤
立させるため、このダミ−パッドの下方の第２層にはス
ル−ホ−ルを設置しない構造、つまり部品搭載面用に予
定していたスル−ホ−ルパタ−ンに、そのスル−ホ−ル
接合用パッドのみ有する層を設置して、これを第２層と
する。ただし、パタ−ン設計変更等により、上記スル−
ホ−ルを電気的に回避することができるときには、その
第２層は不要となる。次に（ロ）、部品搭載面、Ｉ／Ｏ
接合面の両面ともに、パッドとスル−ホ−ルをポンチ挿
入面側を界して接する構造にする。すなわち、部品搭載
面およびＩ／Ｏ接合面の両面ともに、ポンチ挿入面側が
表面に出るように各層を積層するのである。また、この
ような構造を実現するために、穴径の大きいポンチ突き
抜け面側どうしを接合できる配線の存在しないスル−ホ
−ル接合用パッドのみの層を、任意の内層に設置する。
ただし、この層も、パタ−ン設計上、既に存在する層で
代用できる場合には、わざわざ設ける必要はない。

【０００８】このように、部品接合用ダミ−パッドの下
に、ポンチ挿入面側を表面に出してスル−ホ−ルを配置
するので、このスル−ホ−ルがダミ−パッドに対して杭
の役目を果し、セラミック部とパッドとをつなぎ止める
働きをする。その結果、セラミック部とパッドのメタラ
イズ部との間の強度を補う作用をする。また、パッドの
下には必ずスル−ホ−ルが存在するので、セラミック部
の高さ方向の焼成収縮率と、スル−ホ−ルメタライズ部
の高さ方向焼成収縮率との間に差が生じた場合でも、上
記ダミ−パッドと他の信号入出力用パッドとの間に有意
差はなくなる。その結果、パッドの高さ方向のばらつき
を小さくすることができる。また、ダミ−パッドおよび
その下のスル−ホ−ルの該当位置に、スル−ホ−ルを有
しない第２層を設けるため、第１層に新たに設けられた
スル−ホ−ルを電気的に無効にすることができ、その結
果、ショ−トの心配はなくなる。次に、部品搭載面、Ｉ
／Ｏ接合面の両面ともに、パッドとスル−ホ−ルとがポ
ンチ挿入面側を界して接しているので、表裏面のパタ−
ンとスル−ホ−ル間の位置ずれに対する許容量を大きく
することができる。その結果、両者の整合性を向上させ
ることが可能である。また、任意の内層に設けられたス
ル−ホ−ル接合用パッドのみの層により、ポンチ突き抜
け面側どうしの接合を行うので、積層ずれや印刷ずれ等
により接合層でショ−トすることはない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す多層配線セ
ラミック基板の断面図である。部品搭載面側６からＩ／
Ｏ接合面７の方向に順に、第１層１、第２層２、第３層
３のように層を番号付けし、最終層を第ｎ層５、その一
層前を第ｎ−１層４とする。いま、この最終層を仮に第
５０層として説明することにする。８，９，１１はそれ
ぞれ信号入出力パッドであって、バッド径は１５０〜３
００μｍである。部品搭載面６に設けられたパッドに
は、多層配線セラミック基板内の電気信号をＬＳＩ等の
搭載部品に供給するためのパッド８と、単に搭載部品と
の接合のためだけに設けられ、電気信号としては不要な
ダミ−パッド９の２種類がある。本発明においては、こ
のダミ−パッド９の下方の第１層にスル−ホ−ル１０を
設置するとともに、このパッド９を電気的に切り離すた
めに、第２層の上記パッド９に該当する位置にはスル−
ホ−ルを設けない構造を配置する。例えば、当初、部品
搭載面６に設置の予定であったスル−ホ−ルパタ−ンと
そのスル−ホ−ル接合用のパッドのみを有する層を新た
に設置して、その層を第２層として配置する。これによ
り、ダミ−パッド９のメタライズ剪断強度が大となり、
時間が経過してもクラックが入ったり、破壊されること
がなくなる。そして、図５（ｂ）に示すように、Ｘ，Ｙ
方向の１５％に収縮率を合わすことにより、横方向はセ
ラミック基板と同じ収縮になるとともに、高さ方向が１
０〜２０μｍ高くなって、ダミ−パッド９と信号入出力
パッド６との高さが等しくなる。これにより、ＬＳＩ等
の部品を支承するために必要な高さ方向の寸法精度の向
上を図ることができる。

【００１０】図２は、図１におけるスル−ホ−ル部分の
拡大断面図である。ダミ−パッド９の下方の第１層にス
ル−ホ−ル１０を設置する場合には、部品搭載面６側を
ポンチ挿入面１０ａ（穴径１００〜１２０μｍ）とし、
また同じように、Ｉ／Ｏ接合面側にもポンチ挿入面１０
ａを配置するようにスル−ホ−ル１０を設ける。効率の
よい配線をするためには、全層共通にポンチ挿入面１０
ａを部品搭載面６側か、またはＩ／Ｏ接合面７側に揃え
ることが必要である。これは、一般にポンチ挿入面側１
０ａの穴径に比べて突き抜け側１０ｂの穴径の方が２０
〜４０μｍ程度大きくなる傾向があるためで、内層の全
層が上記の穴径差を吸収できないほどパタ−ン密度が高
い場合には、配線の全くない層、つまりスル−ホ−ルの
接合用パッドのみ設置された層を、内層の任意の層、こ
こではｎ−１層である４９層目に設置することにより、
上記の制約から離れ、部品搭載面６とＩ／Ｏ接合面７の
両面をポンチ挿入面側１０ａとすることが可能である。
なお、内層内に、パタ−ン密度に余裕のある層が存在す
れば、その層により代用することができ、上記のような
無配線層は不要となる。

【００１１】これにより、部品搭載面６とＩ／Ｏ接合面
７の両面ともに、パッド８，９，１１とスル−ホ−ル１
０とが必ずポンチ挿入面側１０ａにより接合している構
造となる。その結果、部品搭載面６およびＩ／Ｏ接合面
７のパタ−ンに対して、穴径の表裏差２０〜４０μｍ程
度の位置ずれマ−ジンが生じるので、パタ−ンとスル−
ホ−ル間の整合性を向上することができる。また、パッ
ド８，９，１１の下に必ずスル−ホ−ル１０が存在する
ので、メタライズの強度（例えば、剪断強度）が下にス
ル−ホ−ルのないパッドに比べて４〜１０倍程度強化さ
れる。また、本実施例により、セラミック基板のセラミ
ック部の表裏面パッド８，９のメタライズ部の焼結性の
違いをスル−ホ−ルによりつなぎ止める構造となるの
で、セラミック組成に対する表裏面用のメタライズ組成
を選定する範囲が広がる。また、パッド８，９の間の高
さばらつきを１０μｍ程度以下に抑えることが可能とな
る。

【００１２】前述のように、多層セラミック基板はグリ
−ンシ−トに穴を明けたものを多数枚重ね合わせて構成
されるが、その穴明け作業は図４（ａ）に示すような工
具を用いて実施される。大量生産の場合には、大量の枚
数のグリ−ンシ−トの穴明け工程はＮＣ制御により行わ
れる。すなわち、図４（ａ）に示すように、１枚のグリ
−ンシ−ト１９を多数のダイブッシュ１８とポンチ１７
の間に自動工程により挿入し、ポンチ１７を落下させて
多数の穴明けを同時に行った後、穴明け完了のグリ−ン
シ−ト１９を他に搬送し、次のグリ−ンシ−ト１９を搬
送してダイブッシュ１８の上にセットする。この操作
を、図１の１層からｎ−１層まで繰り返し行い、最後の
ｎ層はポンチ挿入側が他と逆の方向であるために、この
場合だけはグリ−ンシ−ト１９を反転してからダイブッ
シュ１８上にセットする必要がある。本発明において
は、この反転操作もプログラムにより自動的に行えるよ
うに、ＮＣ制御するのである。

【００１３】本発明においては、（ａ）部品搭載面およ
びＩ／Ｏ接合面に設置されたパッドの下には、電気信号
に関係なくスル−ホ−ルが配置されているので、スル−
ホ−ルが配置されていない場合に比べてメタライズ剪断
強度を４〜１０倍程度に強化することができる。（ｂ）
また、部品搭載時に必要なパッドの高さのばらつきを１
０μｍ程度に抑えることができるので、高さ方向寸法精
度の向上を図ることが可能である。（ｃ）また、スル−
ホ−ルを配置するときに、部品搭載面およびＩ／Ｏ接合
面の両面ともに、パッドとスル−ホ−ルとがポンチ挿入
側（穴径の小さい側）を界して接していることになるの
で、ポンチ突き抜け側がパッドと接している場合に比べ
て、２０〜４０μｍ程度の位置誤差に対するマ−ジンが
生じ、パッドの径を小さくする等の処置を行うことによ
り、導体間隔を大きく取ることが可能となる。さらに、
同一の精度配分では、パッド径の縮小化による高パタ−
ン密度化を可能にする。（ｄ）また、グリ−ンシ−トの
表裏面を管理、制御して、反転する機構を備えた搬送系
を付帯するＮＣ制御穴明け装置を設けることにより、自
動的に最後のｎ層だけ反転させることができる。（ｅ）
さらに、部品搭載面のパタ−ン共通化、および部品接続
の信頼性の向上を図るため、電気的に無効な位置にもパ
ッドを設ける。これも、本発明により付随的に生じる技
術範囲である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
部品搭載面とＩ／Ｏ接合面の両面に設置された全てのパ
ッドにポンチ挿入面側を界してスル−ホ−ルを配置して
おり、またダミ−パッドの下方にスル−ホ−ルを設置し
たので、パッドのメタライズ強度の向上、高さ方向の寸
法精度の向上、部品搭載面とＩ／Ｏ接合面のパタ−ンと
スル−ホ−ルとの整合性の向上を図ることができる。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す多層配線セラミック基
板の断面図である。

【図２】図１におけるスル−ホ−ル部分の拡大断面図で
ある。

【図３】従来におけるセラミック基板とＬＳＩ等の部品
との接合部を示す図である。

【図４】従来におけるグリ−ンシ−ト穴明け作業および
多層セラミック基板の構成を示す図である。

【図５】ダミ−パッドに対する高さ方向の精度を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 第１層 ２ 第２層 ３ 第３層 ４ 第４９層 ５ 第５０層 ６ 部品搭載面 ７ Ｉ／Ｏ接合面 ８ 信号入出力パッド ９ ダミ−パッド １０ スル−ホ−ル １０ａ ポンチ挿入側スル−ホ−ル １０ｂ ポンチ突き抜け側スル−ホ−ル １１ Ｉ／Ｏ接合パッド １２ ＬＳＩ １３ セラミック基板 １４ はんだ接続部 １５ 部品搭載用パッド １６ 信号入出力用パッド １７ ポンチ １８ ダイブッシュ １９ グリ−ンシ−ト ２０ ポンチ穴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品搭載面および該部品搭載面とは逆の
   面にＩ／Ｏ接合面を備えた多層配線セラミック基板にお
   いて、電気的入出力用としては無用であり、パタ−ンの
   共通化と部品接続の信頼性のために設けられたダミ−パ
   ッドに対して、該ダミ−パッドの下方にスル−ホ−ルを
   設置し、さらにその下方に該スル−ホ−ルを電気的に無
   効化するための層を配置したことを特徴とするセラミッ
   ク基板の構造。
2. 【請求項２】 部品搭載面および該部品搭載面とは逆の
   面にＩ／Ｏ接合面を備えた多層配線セラミック基板にお
   いて、スル−ホ−ルのポンチ挿入面側を上記部品搭載面
   およびＩ／Ｏ接合面の両面に向けて配置したことを特徴
   とするセラミック基板の構造。
3. 【請求項３】 部品搭載面および該部品搭載面とは逆の
   面にＩ／Ｏ接合面を備えた多層配線セラミック基板の製
   造方法において、スル−ホ−ルのポンチ挿入面側を上記
   部品搭載面およびＩ／Ｏ接合面の両面に向けて配置する
   ために、該セラミック基板を構成するグリ−ンシ−トの
   表裏面を管理、かつ制御することにより、該グリ−ンシ
   −トを反転する機構を有した搬送系を用いて、反転すべ
   き層のグリ−ンシ−トの穴明け作業の後で、自動的に該
   グリ−ンシ−トを反転させるようにしたことを特徴とす
   るＮＣ制御穴明け工程のセラミック基板の製造方法。
4. 【請求項４】 部品搭載面および該部品搭載面とは逆の
   面にＩ／Ｏ接合面を備えた多層配線セラミック基板の製
   造方法において、上記部品搭載面のパタ−ン共通化、お
   よび部品接続の信頼性向上のために、電気的には無効な
   位置にもパッドを設けることを特徴とするセラミック基
   板の製造方法。