JPH0918146A - 多層セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 研削面の傾斜に起因するインピーダンスの不
整合を確実に防止できる多層セラミックス基板の製造方
法を提供すること。 【構成】 グリーンシート積層体９を構成する複数枚の
グリーンシート１，２，３のうち、最終的に製品部分の
最外層となるグリーンシート３の外表面に導電性ペース
トとしてのタングステンペーストＰ2 の印刷によって、
マーカーパターン８をあらかじめ形成する。この状態で
ラミネート及び焼成を実施する。次いでマーカーパター
ン８が露出するまで荒研削を行う。マーカーパターン８
の露出後に仕上げ研削を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層セラミックス基板
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックパッケージを製造する
場合、半導体チップ等を搭載するための基板として多層
セラミックス基板が必要になる。ここで、従来における
多層セラミックス基板の製造方法の一例を図６に基づい
て簡単に説明する。

【０００３】まず、ドクターブレード法等によって、セ
ラミックス粉末を含むスラリーから厚さ数百μｍのグリ
ーンシート２０を成形する。次に、導電性ペーストの印
刷によってグリーンシート２０上に配線パターン２１等
を形成する。次に、図６（ａ）に示されるように、複数
枚のグリーンシート２０をラミネートし、グリーンシー
ト２０を一体化させる。このとき、最表層には焼結助剤
を含まないグリーンシート２０ａが配置される。次に、
グリーンシート積層体２２を脱脂及び仮焼成した後、高
温高圧下で本焼成する。次に、焼結体２３の表面を研削
し、不要な部分を除去する。最後に、図６（ｂ）に示さ
れるように、導電性ペーストの印刷によって、焼結体２
３の研削面に最外層の配線パターン２４を形成する。多
層セラミックス基板は以上のようにして製造される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の製造
方法であると、焼結体２３を正確な角度で表面研削する
ことが難しく、図６（ｃ）に示されるように、研削面が
傾斜してしまうことが多かった。この場合、最外層の配
線パターン２４とそのすぐ下の配線パターン２１との間
隔がばらついてしまい、両配線パターン２１，２４間で
インピーダンスの不整合が生じるという問題があった。
また、研削面の傾斜の方向を把握することが困難である
ため、のちに修正作業を行うことも容易ではなかった。

【０００５】さらに、表面研削工程においては、通常、
焼結体２３を荒研削した後に仕上げ研削を行うという２
種の研削が実施されることが多い。しかし、研削面が傾
斜しやすい従来の製造方法の場合、研削が配線パターン
２１にも及ぶことを回避するために、荒研削から仕上げ
研削へ早めに移行する必要があった。従って、研削に時
間がかかり、加工効率がよくなかった。

【０００６】そして、従来の製造方法であると、表面研
削工程のときに焼結体２３を少なくとも１５０μｍ〜２
００μｍほど（図６(a) においてＴ3 で示される厚み分
だけ）研削する必要がある。このため、材料ロスが多い
ばかりでなく、加工コストが高くなるという問題があっ
た。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、研削面の傾斜に起因する
配線パターン間のインピーダンスの不整合を防止するこ
とができる多層セラミックス基板の製造方法を提供する
ことにある。また、本発明の別の目的は、研削量を減少
させること等により低コスト化を図ることができる多層
セラミックス基板の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、グリーンシート積層体
の焼成後に表面研削を行って多層セラミックス基板を製
造する方法において、グリーンシート積層体を構成する
複数枚のグリーンシートのうち、少なくとも最終的に最
外層となるグリーンシートの外表面に、導電性ペースト
によってマーカーパターンをあらかじめ形成しておいて
状態で、ラミネート及び焼成を実施し、次いで前記マー
カーパターンが露出するまで荒研削を行い、前記マーカ
ーパターンの露出後に仕上げ研削を行う多層セラミック
ス基板の製造方法をその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記マーカーパターンが形成されるグリーンシート
のシート厚みは５０μｍ以下であり、そのマーカーパタ
ーンは前記グリーンシートの外縁部に形成されるものと
した。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、前記表面研削は、遊離研粒を用いた研削機
によって行われることとした。

【００１１】

【作用】請求項１〜３に記載の発明によると、焼成後に
荒研削を行うと、研削面からマーカーパターンが露出す
る。そして、このマーカーパターンの露出具合を見るこ
とによって、研削面の傾斜方向及び荒研削から仕上げ研
削への移行タイミングが容易に把握される。

【００１２】特に請求項２に記載の発明によると、マー
カーパターンが外縁部にあることから、研削面の傾斜方
向がより正確に把握される。また、グリーンシートが肉
薄であるため、研削量が少なくて済む。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を多層窒化アルミニウム基板の
製造方法に具体化した一実施例を図１〜図５に基づき詳
細に説明する。

【００１４】本実施例の多層窒化アルミニウム基板Ｓ1
は、大まかにいって、各種グリーンシート１，２，３を
作成する成形工程、孔あけ工程、ペースト印刷工程、ラ
ミネート工程、脱脂工程、仮焼成工程、本焼成工程、表
面研削工程及び最外層の配線パターン１５を形成する工
程を経て製造される。以下、前記各工程を順に説明す
る。

【００１５】成形工程では、第１のグリーンシート１、
第２のグリーンシート２及び第３のグリーンシート３が
形成される。第１のグリーンシート１は、表面研削によ
って除去されることなく、最終的に製品部分として残る
グリーンシートである。第１のグリーンシート１は、窒
化アルミニウム粉末を主成分として含むスラリーをドク
ターブレード法によってシート形成することによって得
られる。この場合、シート厚みＴ2 は３００μｍ〜５０
０μｍ程度に設定される。また、第１のグリーンシート
１作製用のスラリーとしては、窒化アルミニウム粉末
に、焼結助剤としてのイットリア粉末、溶剤、アクリル
系バインダ、可塑剤及び分散剤を配合し、これらを均一
に混練したものが使用される。

【００１６】第２のグリーンシート２作製用のスラリー
は、イットリアが含まれていないことを除いて、第１の
グリーンシート１作製用のスラリーと同一組成である。
第２のグリーンシート２は、焼成時に第１のグリーンシ
ート１から滲出してくるガラス相をトラップするための
グリーンシートである。従って、第２のグリーンシート
２は、最終的に製品部分になるわけではなく、表面研削
によって除去される。なお、第２のグリーンシート２の
シート厚みＴ2 も、３００μｍ〜５００μｍ程度に設定
される。

【００１７】図１，図３に示される第３のグリーンシー
ト３は、その一部が表面研削によって除去され、除去さ
れなかった部分が最終製品において最表層となるグリー
ンシートである。第３のグリーンシート３作製用のスラ
リーは、第１のグリーンシート作製用のスラリーと同一
組成である。なお、シート厚みＴ1 は、図３に示される
ように、第１及び第２のグリーンシート１，２のシート
厚みＴ2 よりも幾分小さい値に設定される。

【００１８】孔あけ工程では、ドリル加工やパンチング
加工等によって、前記各グリーンシート１，２，３にス
ルーホール形成用孔４が形成される。この工程では、各
グリーンシート１，２，３の外縁部に図示しない位置決
め用孔も形成される。

【００１９】ペースト印刷工程では、従来公知のスクリ
ーン印刷装置によって、前記各グリーンシート１，２，
３に導電性ペーストとしてのタングステンペーストＰ1
，Ｐ2 が印刷される。本実施例では、タングステンペ
ーストＰ1 ，Ｐ2 として、スルーホール印刷用のペース
トＰ1 及び配線パターン印刷用のペーストＰ2 の二種類
が使用される。配線パターン印刷用のペーストＰ2 は、
平均粒径が３．４μｍのタングステン粒子２０００ｇ
に、アクリル系バインダ１．９重量％、溶剤２．７重量
％及び添加剤を配合し、これを均一に混練したものであ
る。スルーホール印刷用のペーストＰ1 は、平均粒径が
１．１μｍのタングステン粒子１０００ｇに、アクリル
系バインダ３．５重量％、溶剤６．６重量％及び添加剤
を配合し、これを均一に混練したものである。

【００２０】第１のグリーンシート１には、上記の二種
のペーストＰ1 ，Ｐ2 によって、配線パターン５とスル
ーホール内導体回路６とが形成される。第２のグリーン
シート２の片側面のほぼ全面には、配線パターン印刷用
のペーストＰ2 によって、炭化防止層７が形成される。
第３のグリーンシート３には、スルーホール印刷用のペ
ーストＰ1 によって、スルーホール内導体回路６が形成
される。また、第３のグリーンシート３の外縁部には、
配線パターン印刷用のペーストＰ2 によって、その全周
にわたってマーカーパターン８が形成される。前記マー
カーパターン８の印刷厚みは２μｍ〜５μｍ程度に、よ
り好ましくは５μｍ〜１５μｍ程度に設定される。この
印刷厚みの設定値が大きすぎる（例えばシート厚みＴ1
よりも大きい）と、第３のグリーンシート３の表面に凹
凸ができ、表面研削に支障をきたすおそれがある。一
方、この印刷厚みの設定値が小さすぎると、ペーストＰ
2 を均一に印刷することが困難になる。また、表面研削
のときに短時間で削られてしまう可能性があるため、注
意をしないとマーカーパターン８を見失うおそれがあ
る。

【００２１】ラミネート工程では、複数枚の第１のグリ
ーンシート１の上下両面に複数枚の第３のグリーンシー
ト３を重ね合わせ、さらにその上下両面に第２のグリー
ンシート２を重ね合わせる。そして、この状態で所定の
熱及び圧力を加えることによって、各グリーンシート
１，２，３を一体化させる。その結果、図３（ａ）に示
されるように、グリーンシート積層体９が得られる。

【００２２】グリーンシート積層体９は、乾燥された後
に減圧下で脱脂される。次いで、脱脂されたグリーンシ
ート積層体９は、非酸化性雰囲気下で所定の時間及び温
度（実施例では１３００℃〜１６５０℃かつ約１０時
間）で仮焼成される。さらに、仮焼成されたグリーンシ
ート積層体９は、ＨＰ(Hot press) 装置により高温高圧
下において本焼成される。この実施例において、本焼成
時の温度は１７００℃〜１９５０℃である。上記のよう
なＨＰによる本焼成を経ると、グリーンシート積層体９
の厚さはもとの約半分程度になる。

【００２３】本焼成後における表面研削工程では、焼結
体１０に対して荒研削及び仕上げ研削という２種の研削
が行われる。図３（ｂ）に示されるように、荒研削は、
マーカーパターン８の上面が（詳細には内層側に位置す
る第３のグリーンシート３のマーカーパターン８の上面
が）全体的に露出するまで行われる。このとき、第２の
グリーンシート２であった部分の全部と、外層側に位置
する第３のグリーンシート３であった部分とが除去され
る。この場合、焼結助剤を含まずに積層された第２のグ
リーンシート２は、比較的簡単に除去される。仕上げ研
削は、マーカーパターン８が完全に露出したことを確認
したうえで行われる。このとき、内層側に位置する第３
のグリーンシート３であった部分がさらに所定厚みだけ
除去される。なお、仕上げ研削のほうが荒研削に比較し
て、研削速度がいくぶん遅くなる反面、研削面の滑面性
が高くなる。

【００２４】本実施例における表面研削作業は、図４に
示されるように、両面研削機としての平面ラップ盤１１
を用いて実施される。この平面ラップ盤１１は、両面同
時ラッピング方式であり、定盤１２、上面ラップ１３及
び下面ラップ１４によって構成されている。なお、被加
工物である焼結体１０は、回転運動をする上面ラップ１
３と下面ラップ１４との間に配置される。ここで、平面
ラップ盤１１のような平面研削機を用いた理由は、両面
が同時に研削されるため研削時間の短縮化が図られるか
らである。

【００２５】前記平面ラップ盤１１を使用する場合、遊
離砥粒として、例えばダイヤモンド粉、アルミナ、炭化
珪素、酸化セリウム、酸化クロム、ジルコニア、二酸化
珪素等が選択される。

【００２６】そして、最後に研削面をメタライズし、パ
ターン形成することによって、図２，図３（ｃ）に示さ
れるように、最外層の配線パターン１５やダイパッド１
６等が形成される。以上の諸工程を経ると、所望の多層
窒化アルミニウム基板Ｓ1 が製造される。そして、この
多層窒化アルミニウム基板Ｓ1 に対して、半導体チップ
の搭載、ワイヤボンディング、リッド等による封止、ピ
ン立てなどを行えば、窒化アルミニウムパッケージを得
ることができる。

【００２７】さて、本実施例の多層窒化アルミニウム基
板Ｓ1 の製造方法によると、焼成後に荒研削を行うこと
によって、研削面からマーカーパターン８の上面が露出
する。そして、このマーカーパターン８の露出具合を見
ることによって、研削面の傾斜方向を容易に把握するこ
とができる。従って、適切な修正作業を行うことができ
るようになり、研削面の傾斜に起因する配線パターン
５，１５間のインピーダンスの不整合の発生も確実に防
止される。図５には、研削面に傾斜が生じた焼結体１０
が例示されている。この焼結体１０では、マーカーパタ
ーン８の約左半分の領域が露出している。つまり、この
焼結体１０の研削面には傾斜が生じており、さらにその
傾斜の方向は左側から右側に向かう方向であることがわ
かる。従って、修正作業においては右半分をより多く研
削し、マーカーパターン８を全体的に露出させればよい
ことになる。なお、本実施例ではマーカーパターン８が
外縁部の全周にわたって形成されているため、研削面の
傾斜方向を視覚的にかつ正確に把握することができる。
よって、修正作業を行う際に極めて好都合である。

【００２８】また、この製造方法によると、マーカーパ
ターン８の露出具合を見ることによって、荒研削から仕
上げ研削に移行する際のタイミングを容易に把握するこ
とができる。ゆえに、移行タイミングを間違えることが
少なくなる。また、荒研削による研削量を多く（即ち、
仕上げ研削による研削量を少なく）設定することができ
るため、研削時間の短縮化が図られ、加工効率も向上す
る。さらに、第３のグリーンシート３は第１，第２のグ
リーンシート１，２に比較して肉薄であるため、従来よ
りも研削量が少なくて済む。従って、材料ロスの低減及
び加工コストの低減を達成することができる。なお、前
述のように研削時間が短縮されることも低コスト化に確
実に貢献する。

【００２９】さらに、本実施例では、マーカーパターン
８を形成するための導電性ペーストＰ2 と、配線パター
ン５を形成するための導電性ペーストＰ2 とが同一のも
のである。従って、ペースト印刷工程時に通常のスクリ
ーン印刷機を用いてマーカーパターン８を容易に形成す
ることができ、工程簡略化にもつながる。

【００３０】また、平面ラップ盤１１を使用した本実施
例によると、両面同時研削による研削時間の短縮化に加
え、自己修正作用があるという利点がある。即ち、ここ
でいう自己修正作用とは、研削面が傾斜している（即
ち、マーカーパターン８が部分的に露出している）場
合、マーカーパターン８の露出部の研削速度が遅くな
り、焼結体１０の部分がより速く研削されることによる
修正作用をいう。従って、この自己修正作用によって研
削面の傾斜がある程度自動的に解消される。

【００３１】なお、本発明は例えば次のように変更する
ことが可能である。 （１）マーカーパターン８は必ずしも第３のグリーンシ
ート３の外縁部の全周にわたって形成されなくてもよ
く、部分的に形成されることとしても足りる。また、マ
ーカーパターン８を外縁部以外の箇所に形成することも
可能である。また、その形状もライン状であることは必
須でなく、例えばドット状などにしてもよい。

【００３２】（２）第１，第２のグリーンシート１，２
間に配置される第３のグリーンシート３は１枚でもよ
く、また３枚以上であってもよい。 （３）第３のグリーンシート３が複数枚にわたる場合、
マーカーパターン８の形状や幅等を各層ごとで異なるも
のとしてもよい。このようにすると、マーカーパターン
８の形状等の違いによって、そのときの研削量を正確に
把握することができるため好ましい。

【００３３】（４）マーカーパターン８自身を配線に関
与するパターンとして使用することも可能である。 （５）マーカーパターン８をタングステンを含む導電性
ペーストＰ1 ，Ｐ2 以外のもの、例えばニオブ、タンタ
ル、チタン等を含む導電性ペーストによって形成しても
よい。また、前記マーカーパターン８は、導電性ペース
トＰ1 ，Ｐ2 の印刷による方法ばかりでなく、例えば金
属材料やセラミックス材料のスパッタリング等によって
形成されてもよい。ここでマーカーパターン８の形成材
料としては、少なくともセラミックスの焼結温度に耐え
うるものであることが要求される。また、焼結体１０と
区別しうる色を有するものや、焼結体１０よりも研削さ
れにくいものが前記形成材料として好ましい。

【００３４】（６）両面研削機の一例として挙げた平面
ラップ盤１１以外にも、片面ごとに研削を行うタイプの
研削機を使用することも勿論よい。 （７）第３のグリーンシート３の一部、即ち荒研削によ
って除去されてしまう外層側のものを、第２のグリーン
シート２と同様に焼結助剤を含まないものにしてもよ
い。

【００３５】（８）本発明は、多層窒化アルミニウム基
板Ｓ1 の製造方法以外のもの、例えば多層アルミナ基板
や多層ムライト基板等の各種多層セラミックス基板に具
体化することも可能である。

【００３６】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施例及び別例によって把握
される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） 請求項１〜３のいずれかにおいて、マーカーパ
ターンは、ペースト印刷工程において配線パターン印刷
用のタングステンペーストを用いて印刷されること。こ
の方法であると、工程簡略化を達成できる。

【００３７】（２） 導電性ペーストの印刷によって、
外縁部のほぼ全周にわたって印刷厚み約５μｍ〜１５μ
ｍのマーカーパターンが形成され、かつそのマーカーパ
ターンの印刷領域の内側にスルーホール内導体回路が形
成された、シート厚み２０μｍ〜５０μｍの窒化アルミ
ニウム製グリーンシート。このグリーンシートを使用す
ると、実施例の製造方法を確実に実施できる。

【００３８】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「グリーンシート積層体： 複数枚のグリーンシートを
重ね合わせた後に熱圧着によって一体化させた、未焼結
の多層構造体をいう。」

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、研削面の傾斜を確実にかつ容易に修
正することができるため、配線パターン間のインピーダ
ンスの不整合を防止することができる。また、請求項２
に記載の発明によれば、研削量を減少することができる
ため、低コスト化を図ることができる。請求項３に記載
の発明によれば、上記の自己修正作用があることから、
研削面の傾斜をある程度解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の製造方法において使用される第３のグ
リーンシートを示す概略平面図。

【図２】多層窒化アルミニウム基板を示す概略平面図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は製造方法を示す部分概略断面
図。

【図４】両面研削機による両面研削の様子を示す部分概
略断面図。

【図５】研削面に傾斜が生じている第３のグリーンシー
トを示す概略平面図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の製造方法の問題点を説
明するための部分概略断面図。

【符号の説明】

１…第１のグリーンシート、２…第２のグリーンシー
ト、３…最終的に最外層となるグリーンシートとしての
第３のグリーンシート、８…マーカーパターン、９…グ
リーンシート積層体、１１…両面研削機としての平面ラ
ップ盤、Ｔ1 …グリーンシートのシート厚み、Ｐ1 ，Ｐ
2 …導電性ペーストとしてのタングステンペースト、Ｓ
1 …多層セラミックス基板としての多層窒化アルミニウ
ム基板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グリーンシート積層体の焼成後に表面研削
   を行って多層セラミックス基板を製造する方法におい
   て、 グリーンシート積層体を構成する複数枚のグリーンシー
   トのうち、少なくとも最終的に最外層となるグリーンシ
   ートの外表面に、導電性ペーストによってマーカーパタ
   ーンをあらかじめ形成しておいた状態で、ラミネート及
   び焼成を実施し、次いで前記マーカーパターンが露出す
   るまで荒研削を行い、前記マーカーパターンの露出後に
   仕上げ研削を行う多層セラミックス基板の製造方法。
2. 【請求項２】前記マーカーパターンが形成されるグリー
   ンシートのシート厚みは５０μｍ以下であり、そのマー
   カーパターンは前記グリーンシートの外縁部に形成され
   る請求項１に記載の多層セラミックス基板の製造方法。
3. 【請求項３】前記表面研削は、遊離研粒を用いた研削機
   によって行われる請求項１または２に記載の多層セラミ
   ックス基板の製造方法。