JPH0992753A - Multi-layered ceramic circuit and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多層セラミックス
回路基板およびその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a multilayer ceramic circuit board and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の
パッケージングには、プラスチックパッケージ、メタル
パッケージ、セラミックスパッケージが使用されてい
る。このような半導体用パッケージに対する要望は、半
導体素子の高集積化、高速化、多ピン化、大チップ化等
に伴って、半導体素子の機械的応力からの保護を主体と
することから、電気的特性の向上や熱的な保護に移行し
てきている。さらに、パッケージの入出力端子の形成ピ
ッチや配線密度についても、半導体素子の高集積化等に
伴って狭ピッチ化および高配線密度化が進められてい
る。2. Description of the Related Art Generally, plastic packages, metal packages, and ceramic packages are used for packaging semiconductor elements such as ICs and LSIs. The demand for such a semiconductor package is mainly to protect the semiconductor element from mechanical stress as the semiconductor element becomes highly integrated, has a high speed, has a large number of pins, and has a large chip. It is shifting to improving characteristics and thermal protection. Further, with respect to the formation pitch of the input / output terminals of the package and the wiring density, the pitch reduction and the wiring density increase have been promoted along with the high integration of semiconductor elements and the like.
【０００３】上述したような半導体用パッケージのう
ち、セラミックスパッケージは、放熱性、電気的特性、
信頼性等をはじめとして総合的に優れていることから、
高性能化された半導体素子のパッケージ材料として多用
されつつある。このようなセラミックスパッケージに
は、主としてＡｌ2 Ｏ3 が用いられてきたが、近年の半
導体素子からの発熱量の増大に伴って、放熱性が特に重
要視されるようになってきたため、ＡｌＮ、Ｓｉ
3 Ｎ4 、ＳｉＣ等の高放熱性セラミックス材料も使用さ
れるようになってきている。Among the semiconductor packages as described above, the ceramic package is characterized by heat dissipation, electrical characteristics,
Since it is comprehensively superior including reliability,
It is being widely used as a packaging material for high performance semiconductor devices. Al 2 O 3 has been mainly used for such a ceramic package. However, with the recent increase in the amount of heat generated from semiconductor elements, heat dissipation has become particularly important. Si
High heat dissipation ceramic materials such as 3 N 4 and SiC are also being used.
【０００４】このようなセラミックスパッケージにおい
ては、スルーホールを形成した多層回路基板をパッケー
ジ基体として用いることが一般的である。このような多
層セラミックス回路基板は、まず複数枚のセラミックス
グリーンシートをドクターブレード等により形成し、こ
れらシートを所望形状に切断した後、所望の回路パター
ンに応じて孔開け装置によりシートの上下を貫通するス
ルーホールを形成する。次いで、各シートに形成したス
ルーホールに、例えばＷ等の高融点金属を主成分とする
導体ペーストを充填すると共に、シート表面にも回路パ
ターンに応じて導体ペーストを印刷する。このようにし
て形成したセラミックスグリーンシートを必要枚数重
ね、−定の圧力で積層、圧着する。その後、必要な寸法
に切断し、脱脂およびセラミックスグリーンシートと導
体ペーストとの同時焼成を行うことによって、パッケー
ジ基体等としての多層セラミックス回路基板が得られ
る。In such a ceramic package, a multilayer circuit board having through holes is generally used as a package base. In such a multilayer ceramic circuit board, first, a plurality of ceramic green sheets are formed with a doctor blade, etc., these sheets are cut into a desired shape, and then the sheets are pierced by the punching device according to the desired circuit pattern. A through hole is formed. Next, the through holes formed in each sheet are filled with a conductor paste containing a high melting point metal such as W as a main component, and the conductor paste is printed on the sheet surface according to the circuit pattern. A required number of the ceramic green sheets thus formed are stacked, and they are stacked and pressed under a constant pressure. After that, it is cut into a required size, degreased and simultaneously fired with the ceramic green sheet and the conductor paste to obtain a multilayer ceramic circuit board as a package substrate or the like.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の多層セラミックス回路基板においては、高配
線密度を実現するために、スルーホールの微細化（スル
ーホール径の微小化）が進められている。また、スルー
ホールの形状は、ストレート形状すなわち円柱状とする
ことが一般的である。このストレート形状のスルーホー
ルは、つまり等を起こすことなく微小径のスルーホール
を開けるために、孔形成用ピンと受け型となるダイとの
クリアランスを例えば15μm 以下と小さくしているため
である。By the way, in the conventional multilayer ceramics circuit board as described above, in order to achieve a high wiring density, the miniaturization of the through holes (the miniaturization of the diameter of the through holes) has been promoted. There is. In addition, the shape of the through hole is generally a straight shape, that is, a cylindrical shape. This is because this straight through hole has a small clearance between the hole forming pin and the receiving die, for example, 15 μm or less, in order to open a through hole having a small diameter without causing clogging.
【０００６】しかしながら、上述したようなストレート
形状のスルーホールは、次工程の導体ペーストの充填時
において、スルーホールへの導体ペーストの充填不良が
発生しやすいという問題を有している。具体的には、多
数のスルーホールのうち導体ペーストが十分に充填され
ていないスルーホールが発生したり、また見掛上は導体
ペーストが充填されていても、スルーホール内部で局部
的に充填密度不良が生じるというような問題が発生して
いる。導体ペーストが十分に充填されていないスルーホ
ールは、当然接続不良を招くし、また局部的な充填密度
不良は電気抵抗の増加を招くことになる。このような問
題は、スルーホール径を例えば 100μm以下と微細化し
た際に特に顕著に発生する。However, the straight through hole as described above has a problem that defective filling of the conductive paste into the through hole is likely to occur at the time of filling the conductive paste in the next step. Specifically, among a large number of through holes, some through holes are not sufficiently filled with the conductor paste, and even if the conductor paste is apparently filled, the filling density is locally reduced inside the through holes. Problems such as defectiveness occur. A through hole that is not sufficiently filled with the conductor paste naturally causes a connection failure, and a local filling density failure causes an increase in electric resistance. Such a problem particularly occurs when the through hole diameter is reduced to, for example, 100 μm or less.
【０００７】このように、従来の多層セラミックス回路
基板においては、多数のスルーホールに対して安定して
導体ペーストを充填することを可能にすると共に、スル
ーホール内部での局部的な導体ペーストの充填密度不
良、すなわち空洞等の発生を防止することが課題とされ
ていた。As described above, in the conventional multilayer ceramics circuit board, it is possible to stably fill a large number of through holes with the conductive paste, and to locally fill the conductive paste inside the through holes. It has been a problem to prevent the occurrence of defective density, that is, voids.
【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、スルーホールへの導体ペーストの均
一充填を可能にすることによって、接続不良の発生や電
気抵抗の増大等を再現性よく防止した多層セラミックス
回路基板およびその製造方法を提供することを目的とし
ている。The present invention has been made in order to solve such a problem, and by allowing the conductive paste to be uniformly filled in the through holes, the occurrence of connection failure and the increase in electrical resistance can be reproducibly performed. It is an object of the present invention to provide a well-prevented multilayer ceramic circuit board and a method for manufacturing the same.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の多層セラミック
ス回路基板は、請求項１に記載したように、スルーホー
ルを有するセラミックス層を多層一体化してなる多層セ
ラミックス基板と、少なくとも前記スルーホール内に充
填され、前記多層セラミックス基板との同時焼成により
形成された導体層とを具備する多層セラミックス回路基
板において、前記スルーホールは一方の開口部の面積が
他方の開口部の面積より大きいことを特徴としている。A multilayer ceramic circuit board according to the present invention comprises, as described in claim 1, a multilayer ceramic board in which ceramic layers having through holes are integrated in multiple layers, and at least in the through holes. In a multilayer ceramic circuit board which is filled and has a conductor layer formed by co-firing with the multilayer ceramic board, the through hole is characterized in that the area of one opening is larger than the area of the other opening. There is.
【００１０】また、本発明の多層セラミックス回路基板
の製造方法は、請求項３に記載したように、複数のセラ
ミックスグリーンシートに、一方の開口部の面積が他方
の開口部の面積より大きいスルーホールを形成し、前記
スルーホール内に前記面積が大きい開口部側から導体ペ
ーストを充填する工程と、前記導体ペーストを充填した
前記複数のセラミックスグリーンシートを積層する工程
と、前記セラミックスグリーンシートの積層体と導体ペ
ーストとを同時焼成する工程とを有することを特徴とし
ている。Further, in the method for manufacturing a multilayer ceramic circuit board according to the present invention, as described in claim 3, a plurality of ceramic green sheets are provided with through holes in which the area of one opening is larger than the area of the other opening. Forming a through hole, filling the through hole with a conductor paste from the side of the opening having a large area, laminating the plurality of ceramic green sheets filled with the conductor paste, and a laminate of the ceramic green sheets. And a step of simultaneously firing the conductor paste.
【００１１】一方の開口部の面積が他方の開口部の面積
より大きいスルーホールでは、面積が大きい開口部側か
ら面積が小さい開口部に向けて導体ペーストを充填する
ことによって、裏面側すなわち面積が小さい開口部まで
十分に充填圧力が伝わる。これによって、空洞等を発生
させることなく、スルーホール内に高密度に導体ペース
トを充填することができる。また、スルーホールの充填
側開口部が大面積を有していること、部分的なスルーホ
ールに対する導体ペーストの充填不良の発生が防止でき
る。従って、開口部面積が異なるスルーホール内に充填
された導体層によれば、それら全体として電気的な接続
不良の発生が抑制できると共に、導体層個々の電気抵抗
を低下させることができ、信頼性および電気的特性等の
向上を図ることが可能となる。In the case of a through hole in which the area of one opening is larger than the area of the other opening, the back surface, that is, the area is reduced by filling the conductive paste from the opening side having a large area toward the opening side having a small area. The filling pressure is sufficiently transmitted to the small opening. As a result, the conductive paste can be filled in the through holes at a high density without generating voids or the like. In addition, since the filling-side opening of the through hole has a large area, it is possible to prevent a defective filling of the conductive paste from partially filling the through hole. Therefore, according to the conductor layers filled in the through-holes having different opening areas, it is possible to suppress the occurrence of electrical connection failure as a whole and to reduce the electric resistance of each conductor layer, thereby improving the reliability. And it becomes possible to improve the electrical characteristics and the like.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照して具体的に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
【００１３】図１は、本発明の一実施形態による多層セ
ラミックス回路基板の要部構造を示す断面図である。同
図に示す多層セラミックス回路基板１は、焼成により多
層一体化された複数のセラミックス層、例えば 4層のセ
ラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する多層セラ
ミックス基板２と、この多層セラミックス基板２の内部
に設けられた内層配線３とから構成されている。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a main part of a multilayer ceramic circuit board according to an embodiment of the present invention. The multilayer ceramics circuit board 1 shown in the same figure is a multilayer ceramics substrate 2 having a plurality of ceramics layers integrated by firing, for example, four ceramics layers 2a, 2b, 2c and 2d. The inner layer wiring 3 is provided inside.
【００１４】ここで、図１では 4層のセラミックス層に
より構成された多層セラミックス基板１を示したが、本
発明の多層セラミックス回路基板は特にセラミックス層
の層数に限定されるものではなく、 2層以上の複数のセ
ラミックス層を有するものであればよい。また、多層セ
ラミックス基板１の材質は特に限定されるものではな
く、例えば酸化アルミニウムのような酸化物系セラミッ
クスから窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の非酸化物系
セラミックスまで種々のセラミックス材料を使用するこ
とができる。Here, FIG. 1 shows a multilayer ceramic substrate 1 composed of four ceramic layers, but the multilayer ceramic circuit board of the present invention is not particularly limited to the number of ceramic layers. Any material may be used as long as it has a plurality of ceramic layers. The material of the multilayer ceramic substrate 1 is not particularly limited, and various ceramic materials such as oxide ceramics such as aluminum oxide to non-oxide ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride can be used. it can.
【００１５】上述した内層配線３は、多層セラミックス
基板２の各セラミックス層２ａ〜２ｄに設けられたスル
ーホール４内に充填された導体層５と、各セラミックス
層２ａ〜２ｄ上に形成された回路導体層６とから構成さ
れている。この内層配線３は所望の内層配線パターンに
応じて形成されているものであり、多層セラミックス基
板２の表面側に形成された接続パッド７や電極パッド８
と電気的に接続されている。The inner layer wiring 3 described above is filled with the conductor layer 5 filled in the through holes 4 provided in each of the ceramic layers 2a to 2d of the multilayer ceramic substrate 2 and the circuit formed on each of the ceramic layers 2a to 2d. And the conductor layer 6. The inner layer wiring 3 is formed in accordance with a desired inner layer wiring pattern, and the connection pads 7 and the electrode pads 8 formed on the front surface side of the multilayer ceramic substrate 2 are formed.
Is electrically connected to
【００１６】スルーホール４内に充填された導体層５お
よび各セラミックス層２ａ〜２ｄ上に形成された回路導
体層６は、いずれもスルーホール４内に充填した導体ペ
ーストや各セラミックス層２ａ〜２ｄ上に印刷形成した
導体ペーストを、多層セラミックス基板２と同時焼成す
ることによって形成したものである。The conductor layer 5 filled in the through hole 4 and the circuit conductor layer 6 formed on each of the ceramic layers 2a to 2d are the conductor paste filled in the through hole 4 and each of the ceramic layers 2a to 2d. It is formed by simultaneously firing the conductor paste printed and formed on the multilayer ceramic substrate 2.
【００１７】ここで、導体層５が充填されるスルーホー
ル４は、図２に拡大して示すように、一方の開口部４ａ
の面積が他方の開口部４ｂの面積より大きい形状、具体
的には円錐状形状を有している。このような開口部面積
が異なるスルーホール４を用いると共に、開口面積が大
きい開口部（以下、大面積開口部と記す）４ａ側から開
口面積が小さい開口部（以下、小面積開口部と記す）４
ｂに向けて導体ペーストを充填することによって、部分
的なスルーホール４に対する導体ペーストの充填不良に
基く接続不良や、スルーホール４内での局部的な充填密
度不良による電気抵抗の増加等を防止することができ
る。すなわち、開口部面積が異なるスルーホール４内に
充填された導体層５は、それら全体として電気的な接続
不良の発生が抑制できると共に、導体層５個々の充填密
度が高いために低電気抵抗が得られ、内層配線としての
信頼性および電気的特性に優れるものである。Here, the through hole 4 filled with the conductor layer 5 has one opening 4a as shown in an enlarged view in FIG.
Has a shape larger than the area of the other opening 4b, specifically, a conical shape. Such through holes 4 having different opening areas are used, and an opening having a large opening area (hereinafter referred to as a large area opening) 4a is formed having a small opening area (hereinafter referred to as a small area opening). Four
By filling the conductive paste toward b, it is possible to prevent a connection failure due to a partial filling failure of the conductive paste in the through hole 4 and an increase in electrical resistance due to a local filling density failure in the through hole 4. can do. That is, the conductor layers 5 filled in the through-holes 4 having different opening areas can suppress the occurrence of electrical connection failure as a whole, and have a low electric resistance because the conductor layers 5 have a high filling density. The obtained inner layer wiring has excellent reliability and electrical characteristics.
【００１８】すなわち、従来のストレート形状（円柱形
状）のスルーホールでは、その内部に導体ペーストをス
クリーン印刷法等でスキージを用いて充填する際に、ス
キージが充填時に空気を巻き込み、これがスルーホール
の部分的な充填不良やスルーホール内部での局部的な空
洞化を生じさせていることを見出した。これに対して図
３に示すように、円錐形状を有するスルーホール４に大
面積開口部４ａ側から導体ペースト９をスキージ１０を
用いて充填することによって、裏面側すなわち小面積開
口部４ｂ側にスキージ１０による充填圧力が伝わり易い
ために、スキージが充填時に空気を巻き込んだとして
も、高密度に導体ペースト９を充填することができる。
また、充填側開口部４ａが大面積を有していることか
ら、部分的なスルーホール４に対する導体ペースト９の
充填不良の発生も防止することができる。これらによっ
て、全体として電気的な接続不良の発生が抑制できると
共に、導体層５個々の電気抵抗の増大が抑制でき、従っ
て内層配線としての信頼性および電気的特性に優れた導
体層５が得られる。なお、図３において１１は印刷用ス
クリーンであり、１２はセラミックスグリーンシートで
ある。That is, in the conventional straight (cylindrical) through hole, when the conductor paste is filled in the inside by a squeegee by a screen printing method or the like, the squeegee entrains air at the time of filling, and this is the through hole. It has been found that it causes partial filling failure and local cavitation inside the through hole. On the other hand, as shown in FIG. 3, by filling the through-hole 4 having a conical shape with the conductive paste 9 from the large area opening 4a side using the squeegee 10, the rear surface side, that is, the small area opening 4b side. Since the filling pressure of the squeegee 10 is easily transmitted, the conductor paste 9 can be filled with high density even if the squeegee entrains air during filling.
Moreover, since the filling-side opening 4a has a large area, it is possible to prevent the defective filling of the conductive paste 9 into the partial through-hole 4 partially. As a result, the occurrence of electrical connection failure can be suppressed as a whole, and the increase in the electric resistance of each conductor layer 5 can be suppressed, so that the conductor layer 5 having excellent reliability and electrical characteristics as the inner layer wiring can be obtained. . In FIG. 3, 11 is a printing screen and 12 is a ceramics green sheet.
【００１９】開口面積が異なるスルーホール４の具体的
な形状としては、大面積開口部４ａの開口面積をＳ1 、
小面積開口部４ｂの開口面積をＳ2 としたとき、Ｓ1 ≧
1.1Ｓ2 を満足させることが好ましい。Ｓ1 がＳ2 の
1.1倍未満であると、上述した導体ペーストの充填性向
上効果を再現性よく得られないおそれがある。大面積開
口部４ａの開口面積Ｓ1 と小面積開口部４ｂの開口面積
Ｓ2 との差はＳ1 ≧ 1.2Ｓ2 を満足させることがより好
ましい。ただし、あまり差を大きくしすぎて、小面積開
口部４ｂの開口面積Ｓ2 が小さくなりすぎると、内層配
線としての信頼性が逆に失われる可能性があるため、Ｓ
1 ≦ 2.0Ｓ2 とすることが好ましい。As a specific shape of the through hole 4 having a different opening area, the opening area of the large area opening portion 4a is S 1 ,
When the opening area of the small area opening 4b is S 2 , S 1 ≧
It is preferable to satisfy 1.1 S 2 . S 1 is S 2
If it is less than 1.1 times, the effect of improving the filling property of the conductor paste described above may not be obtained with good reproducibility. The difference between the opening area S 2 of an opening area S 1 of the large-area opening 4a small area opening 4b is more preferable to satisfy S 1 ≧ 1.2S 2. However, if the opening area S 2 of the small area opening 4b becomes too small by making the difference too large, the reliability as the inner layer wiring may be lost on the contrary.
It is preferable that 1 ≦ 2.0S 2 .
【００２０】また、具体的なスルーホール４の開口径
は、多層セラミックス回路基板１内の配線密度等に応じ
て設定するものであるが、本発明はスルーホール４の開
口径が100μm 以下と小さくしなければならない場合に
特に効果的である。なお、ここで言う開口径は大面積開
口部４ａの開口径（Ｄ1 ）であり、小面積開口部４ｂの
開口径（Ｄ2 ）はそれに応じて設定される。さらに、ス
ルーホール４の開口径（Ｄ：Ｄ1 ）とセラミックス層２
ａ〜２ｄの厚さ（ｔ）により決定されるスルーホール４
のアスペクト比（ｔ／Ｄ1 ）が大きい場合に対して有効
であり、具体的には上記アスペクト比が 3以上であるス
ルーホール４に対して効果的である。このように、本発
明は大面積開口部４ａの開口径Ｄ1 が 100μm 以下で、
上記アスペクト比が 3以上でスルーホール４、すなわち
高密度配線用のスルーホール４に対して特に効果的であ
る。Further, the specific opening diameter of the through hole 4 is set according to the wiring density in the multilayer ceramics circuit board 1, but in the present invention, the opening diameter of the through hole 4 is as small as 100 μm or less. It is especially effective when you have to. Incidentally, the opening diameter here is the opening diameter of the large-area opening 4a (D 1), the opening diameter of the small-area opening 4b (D 2) is set accordingly. Furthermore, the opening diameter of the through hole 4 (D: D 1 ) and the ceramic layer 2
Through hole 4 determined by the thickness (t) of a to 2d
Is effective when the aspect ratio (t / D 1 ) is large, specifically, it is effective for the through hole 4 having the aspect ratio of 3 or more. As described above, according to the present invention, the opening diameter D 1 of the large area opening 4a is 100 μm or less,
The aspect ratio of 3 or more is particularly effective for the through hole 4, that is, the through hole 4 for high density wiring.
【００２１】図１に示した多層セラミックス回路基板１
は、例えば図４に示すように、半導体パッケージ１３の
パッケージ基体等として用いられる。図４を参照して、
本発明の多層セラミックス回路基板の具体的な使用例で
ある半導体パッケージ１３について説明する。なお、多
層セラミックス回路基板１の基本的な構成は重複するた
め省略する。The multilayer ceramic circuit board 1 shown in FIG.
Is used, for example, as a package base of the semiconductor package 13 as shown in FIG. Referring to FIG.
A semiconductor package 13, which is a specific example of use of the multilayer ceramic circuit board of the present invention, will be described. The basic structure of the multilayer ceramics circuit board 1 is omitted because it is duplicated.
【００２２】すなわち、多層セラミックス回路基板１の
内部に設けられた内層配線３は、前述したように、多層
セラミックス回路基板１の表面側（上面側）に設けられ
た接続パット７および裏面側（下面側）に設けられた電
極パット８と電気的に接続されており、電極パッド８上
には外部接続端子となるバンプ端子１４がそれぞれ接合
されている。また、多層セラミックス回路基板１の表面
側には、リッド１５に接合された状態で半導体素子１６
が実装されており、この半導体素子１６の電極（バンプ
電極）１７は、多層セラミックス回路基板１の表面側の
接続パット７と電気的に接続されている。リッド１５
は、多層セラミックス回路基板１の外周部に封着材１８
を介して接合されており、またリッド１４上には放熱フ
ィン１９が接合されている。リッド１５としては、セラ
ミックス製リッドや金属製リッド等が用いられる。That is, as described above, the inner layer wiring 3 provided inside the multilayer ceramics circuit board 1 has the connection pad 7 and the back surface (bottom surface) provided on the front surface side (upper surface side) of the multilayer ceramic circuit board 1. Electrically connected to the electrode pads 8 provided on the side), and bump terminals 14 serving as external connection terminals are respectively bonded on the electrode pads 8. Further, on the front surface side of the multilayer ceramic circuit board 1, the semiconductor element 16 bonded to the lid 15 is provided.
Are mounted, and the electrodes (bump electrodes) 17 of the semiconductor element 16 are electrically connected to the connection pads 7 on the front surface side of the multilayer ceramic circuit board 1. Lid 15
Is a sealing material 18 on the outer peripheral portion of the multilayer ceramic circuit board 1.
And the radiation fins 19 are joined on the lid 14. As the lid 15, a ceramic lid, a metal lid, or the like is used.
【００２３】このような構成の半導体パッケージ１３に
おいては、パッケージ基体（多層セラミックス回路基板
１）の内層配線３が接続信頼性に優れると共に、配線抵
抗が小さく、その結果として信号遅延等が抑制できるこ
とから、半導体素子１６の動作特性の向上を図ることが
可能となる。このことは特に高周波動作型の半導体素子
１６に対して効果的である。In the semiconductor package 13 having such a structure, the inner layer wiring 3 of the package base (multilayer ceramic circuit board 1) is excellent in connection reliability and the wiring resistance is small, so that signal delay and the like can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the operating characteristics of the semiconductor element 16. This is particularly effective for the high frequency operation type semiconductor element 16.
【００２４】なお、図４では本発明の多層セラミックス
回路基板１をＢＧＡ用のパッケージ基体に適用した例を
示したが、本発明の多層セラミックス回路基板はＰＧＡ
等の他の半導体パッケージの基体、さらには半導体実装
用多層回路基板、ＭＣＭ用多層回路基板等、種々の回路
基板として使用することができる。また、平板型の多層
セラミックス回路基板に限らず、キャビティを有する多
層セラミックス回路基板等に本発明を適用することも可
能である。Although FIG. 4 shows an example in which the multilayer ceramic circuit board 1 of the present invention is applied to a BGA package base, the multilayer ceramic circuit board of the present invention is PGA.
It can be used as various circuit boards such as a substrate of another semiconductor package such as the above, a multilayer circuit board for semiconductor mounting, and a multilayer circuit board for MCM. Further, the present invention can be applied to not only a flat-plate type multilayer ceramic circuit board but also a multilayer ceramic circuit board having a cavity.
【００２５】次に、上述した多層セラミックス回路基板
１の製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the above-mentioned multilayer ceramic circuit board 1 will be described.
【００２６】まず、複数のセラミックス層２ａ〜２ｄと
なる複数枚（ここでは 4枚）のセラミックスグリーンシ
ートを用意する。なお、ここで言うセラミックスグリー
ンシートとは、適量の焼結助剤を含むセラミックス原料
粉末を、適量の有機バインダや有機溶剤と共に混合し、
これをドクターブレード法等の公知の成形方法でシート
状に成形したものである。First, a plurality of (here, four) ceramic green sheets to be the plurality of ceramic layers 2a to 2d are prepared. Incidentally, the ceramic green sheet referred to here, a ceramic raw material powder containing an appropriate amount of a sintering aid, mixed with an appropriate amount of an organic binder and an organic solvent,
This is formed into a sheet by a known forming method such as a doctor blade method.
【００２７】次に、各セラミックスグリーンシートに、
内層配線パターンに応じて円錐形状を有するスルーホー
ル４を形成する。このような円錐形状を有するスルーホ
ール４は、以下に示すような孔開け法を適用することで
容易に得ることができる。Next, on each ceramic green sheet,
A through hole 4 having a conical shape is formed according to the inner layer wiring pattern. The through hole 4 having such a conical shape can be easily obtained by applying a hole forming method as described below.
【００２８】ここで、スルーホール４の形成は、例えば
図５に示すように、受け型となるダイ２１とピン２２と
を用いたパンチング装置を用いて行われる。そして、円
錐形状を有するスルーホール４を形成する場合には、図
５（ａ）に示すように、ダイ２１側の穴径ｄ1 とピン２
２の径ｄ2 とのクリアランス（（ｄ1 −ｄ2 ）／2 ）を
大きく設定することによって、図５（ｂ）に示すよう
に、セラミックスグリーンシート２３にダイ２１側の開
口面積をピン２２側の開口面積より大きくしたスルーホ
ール４、すなわち円錐状のスルーホール４を形成するこ
とができる。Here, the through holes 4 are formed by using a punching device using a receiving die 21 and pins 22, as shown in FIG. 5, for example. When the through hole 4 having a conical shape is formed, as shown in FIG. 5A, the hole diameter d 1 on the die 21 side and the pin 2 are formed.
By setting a large clearance ((d 1 −d 2 ) / 2) with the diameter d 2 of 2 , the opening area on the die 21 side of the ceramic green sheet 23 is set to the pin 22 as shown in FIG. 5B. The through hole 4 having a larger opening area on the side, that is, the conical through hole 4 can be formed.
【００２９】ダイ２１側の穴径ｄ1 とピン２２の径ｄ2
とのクリアランスは、目的とする開口面積差、ピン２２
の押圧力、セラミックスグリーンシート２３の密度等に
応じて設定するものとするが、前述したＳ1 ≧ 1.1Ｓ2
を満足させるためには22μm以上とすることが好まし
い。また、円錐状のスルーホール４を形成する上でセラ
ミックスグリーンシート２３の密度も重要であり、セラ
ミックスグリーンシート２３の変形を抑制して安定に円
錐状のスルーホール４を形成するために、比較的高密度
のセラミックスグリーンシート２３を用いることが好ま
しい。Hole diameter d 1 on the die 21 side and pin 22 diameter d 2
Clearance is the target opening area difference, pin 22
Pressing force, it is assumed to be set depending on the density of the ceramic green sheet 23 or the like, S 1 ≧ 1.1S 2 described above
In order to satisfy the above condition, it is preferable that the thickness be 22 μm or more. Further, the density of the ceramic green sheet 23 is also important in forming the conical through hole 4, and in order to suppress the deformation of the ceramic green sheet 23 and form the conical through hole 4 in a stable manner, It is preferable to use a high density ceramic green sheet 23.
【００３０】なお、クリアランスを大きくした場合に
は、打抜きかすが発生しやすくなるおそれがあるが、こ
のような打抜きかすの防止に対してもセラミックスグリ
ーンシート２３の高密度化は有効である。さらに、パン
チング時に空気を送り込んでかすの付着を防いだり、打
抜き時の摩擦による静電気でセラミックスグリーンシー
ト２３が帯電することを防止する等の対策も、打抜きか
すによるつまりの防止に対して有効である。When the clearance is increased, punch dust may be easily generated. However, increasing the density of the ceramic green sheet 23 is also effective in preventing such punch dust. Furthermore, measures such as preventing air from adhering dust during punching and preventing the ceramic green sheet 23 from being charged by static electricity due to friction during punching are also effective in preventing clogging due to punching dust. .
【００３１】また、図６に示すように、先端形状を半球
状としたピン２４を用いて、セラミックスグリーンシー
ト２３を打抜くことによっても、図６（ｂ）に示すよう
に、セラミックスグリーンシート２３にダイ２１側の開
口面積をピン２４側の開口面積より大きくしたスルーホ
ール４、すなわち略円錐状のスルーホール４を形成する
ことができる。これは、先端形状を半球状としたピン２
４によれば、ピン２４とダイ２１とのクリアランスが一
定にならないことに加えて、打抜き性が多少低下するた
め、ピン２４側はピン径並に打抜くことができるもの
の、ダイ２１側はセラミックスグリーンシート２３が引
きちぎられるような形態を示し、ピン径より大きな開口
部が得られる。このようにして、略円錐状のスルーホー
ル４が形成される。この場合にも、上記と同様に比較的
高密度のセラミックスグリーンシート２３を使用するこ
とが好ましく、その他の打抜きかす防止対策についても
同様である。Further, as shown in FIG. 6, by punching the ceramic green sheet 23 using a pin 24 having a hemispherical tip shape, as shown in FIG. 6 (b), the ceramic green sheet 23 is formed. It is possible to form the through hole 4 in which the opening area on the die 21 side is larger than the opening area on the pin 24 side, that is, the substantially conical through hole 4. This is a pin 2 with a hemispherical tip.
According to No. 4, the clearance between the pin 24 and the die 21 is not constant, and the punching property is somewhat deteriorated. Therefore, the pin 24 side can be punched in the same pin diameter, but the die 21 side is ceramics. The green sheet 23 is shown to be torn off, and an opening larger than the pin diameter is obtained. In this way, the substantially conical through hole 4 is formed. Also in this case, it is preferable to use the relatively high density ceramic green sheet 23 as in the above case, and the same applies to the other measures for preventing punching residue.
【００３２】さらに、大出力のレーザ光、例えば出力15
0W程度のＹＡＧレーザ等を用いて、セラミックスグリー
ンシートに一括してスルーホールを形成することによっ
ても、円錐状のスルーホール４を形成することができ
る。レーザ光によるスルーホールの一括形成は、例えば
マスク等でスルーホール形成部位以外を覆うと共に、マ
スク上からレーザ光を一括照射することで実施する。Further, a large output laser beam, for example, output 15
The conical through hole 4 can also be formed by collectively forming the through hole on the ceramic green sheet using a YAG laser of about 0 W or the like. The through-holes are collectively formed by the laser light, for example, by covering a portion other than the through-hole forming portion with a mask and irradiating the laser light from the mask all together.
【００３３】上述したような方法で円錐状のスルーホー
ル４をセラミックスグリーンシートに形成した後、図３
に示したように、大面積開口部４ａ側から導体ペースト
９をスキージ１０を用いて充填する。このようにしてス
ルーホール４に導体ペースト９を充填することによっ
て、前述したように、全てのスルーホール４に対して高
密度で導体ペースト９を充填することができる。次い
で、内層配線パターンに応じて、各セラミックスグリー
ンシート上に導体ペーストを、スクリーン印刷等により
塗布する。After the conical through holes 4 are formed in the ceramic green sheet by the method as described above, FIG.
As shown in FIG. 5, the conductor paste 9 is filled from the side of the large area opening 4a using the squeegee 10. By filling the through holes 4 with the conductor paste 9 in this way, as described above, it is possible to fill all the through holes 4 with the conductor paste 9 at a high density. Then, a conductor paste is applied to each ceramic green sheet by screen printing or the like according to the inner layer wiring pattern.
【００３４】この後、上記スルーホール４内に導体ペー
ストを充填すると共に、表面に導体ペーストを印刷した
複数のセラミックスグリーンシートを積層し、これを加
熱しつつ加圧する。このグリーンシート圧着体をセッタ
等の焼成治具上に配置して、所定のガス雰囲気中で焼成
する。このようにして、セラミックスグリーンシートと
導体ペーストとを同時焼成することで、本発明の多層セ
ラミックス回路基板が得られる。After that, a conductor paste is filled in the through hole 4, and a plurality of ceramic green sheets having conductor paste printed on the surface thereof are laminated and pressed while heating. The green sheet pressure-bonded body is placed on a firing jig such as a setter and fired in a predetermined gas atmosphere. Thus, the multilayer ceramic circuit board of the present invention is obtained by simultaneously firing the ceramic green sheet and the conductor paste.
【００３５】[0035]
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。EXAMPLES Next, specific examples of the present invention will be described.
【００３６】実施例１ まず、複数枚の窒化アルミニウムグリーンシートを用意
し、これらに図５に示した方法で円錐状のスルーホール
を形成した。この際、ダイ２１とピン２２とのクリアラ
ンスは30μm に設定した。得られたスルーホールの形状
は、大面積開口部の開口径が約 100μm で、小面積開口
部の開口径が約60μm であった。次いで図３に示したよ
うに、これらスルーホール４内にタングステンペースト
を大面積開口部４ａ側からスキージ１０を用いて充填し
た。このタングステンペーストを乾燥させた後、小面積
開口部側を表面として、窒化アルミニウムグリーンシー
ト上にタングステンペーストを印刷した。Example 1 First, a plurality of aluminum nitride green sheets were prepared, and conical through holes were formed in them by the method shown in FIG. At this time, the clearance between the die 21 and the pin 22 was set to 30 μm. Regarding the shape of the obtained through holes, the opening diameter of the large area opening was about 100 μm and the opening diameter of the small area opening was about 60 μm. Next, as shown in FIG. 3, these through holes 4 were filled with a tungsten paste from the large area opening 4a side using a squeegee 10. After the tungsten paste was dried, the tungsten paste was printed on the aluminum nitride green sheet with the small area opening side as the surface.
【００３７】次に、これら窒化アルミニウムグリーンシ
ートを積層し、さらに 100kgの圧力でプレスして積層成
形体を作製した。この積層成形体を基板寸法に切断し、
窒素気流中にて脱脂した後、窒化アルミニウム製の焼成
治具内に配置した状態で窒素中にて 2093Kで焼成し、窒
化アルミニウムとタングステンとを同時に焼成すること
によって、多層窒化アルミニウム回路基板を得た。な
お、表面のパッド部にはメッキを施した。Next, these aluminum nitride green sheets were laminated and further pressed at a pressure of 100 kg to produce a laminated molded body. This laminated molded body is cut into substrate dimensions,
After degreasing in a nitrogen stream, fired at 2093K in nitrogen while placed in a firing jig made of aluminum nitride, and fired aluminum nitride and tungsten simultaneously to obtain a multilayer aluminum nitride circuit board. It was The surface pad portion was plated.
【００３８】また、本発明との比較例として、窒化アル
ミニウムグリーンシートにストレート形状のスルーホー
ル（開口径＝約 100μm)を形成する以外は、上記実施例
１と同様にして、多層窒化アルミニウム回路基板を作製
した。As a comparative example with the present invention, a multilayer aluminum nitride circuit board was prepared in the same manner as in Example 1 except that straight through holes (opening diameter = about 100 μm) were formed in the aluminum nitride green sheet. Was produced.
【００３９】このようにして得た実施例１および比較例
１による各多層窒化アルミニウム回路基板の配線状態を
検査したところ、実施例１による多層窒化アルミニウム
回路基板では配線のオープンは全くなかったのに対し
て、比較例１による多層窒化アルミニウム回路基板では
約 35%の配線にオープンが発生していた。また、これら
各多層窒化アルミニウム回路基板の配線抵抗を調べたと
ころ、実施例１では比較例１の約 80%の配線抵抗が得ら
れ、低抵抗配線が実現できることを確認した。さらに、
実施例１の内層配線の断面構造を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、気泡の存在は全く見られなかった。When the wiring state of each of the multilayer aluminum nitride circuit boards according to Example 1 and Comparative Example 1 thus obtained was inspected, there was no open wiring in the multilayer aluminum nitride circuit board according to Example 1. On the other hand, in the multilayer aluminum nitride circuit board according to Comparative Example 1, about 35% of the wirings were open. Further, when the wiring resistance of each of these multilayer aluminum nitride circuit boards was examined, it was confirmed that the wiring resistance of Example 1 was about 80% of that of Comparative Example 1 and that a low resistance wiring could be realized. further,
When the cross-sectional structure of the inner layer wiring of Example 1 was observed with a scanning electron microscope, the presence of air bubbles was not seen at all.
【００４０】実施例２ 窒化アルミニウムグリーンシートに図６に示した方法
で、略円錐状のスルーホールを形成する以外は、上記実
施例１と同様にして、多層窒化アルミニウム回路基板を
作製した。なお、得られたスルーホールの形状は、大面
積開口部の開口径が約 100μm で、小面積開口部の開口
径が約85μm であった。このようにして得た多層窒化ア
ルミニウム回路基板も、実施例１と同様に良好な特性を
有するものであった。Example 2 A multilayer aluminum nitride circuit board was produced in the same manner as in Example 1 except that a substantially conical through hole was formed in the aluminum nitride green sheet by the method shown in FIG. Regarding the shape of the obtained through holes, the opening diameter of the large area opening was about 100 μm and the opening diameter of the small area opening was about 85 μm. The multilayer aluminum nitride circuit board thus obtained also had good characteristics as in Example 1.
【００４１】実施例３ 窒化アルミニウムグリーンシートに出力150WのＹＡＧレ
ーザを用いて、略円錐状のスルーホールを形成する以外
は、上記実施例１と同様にして、多層窒化アルミニウム
回路基板を作製した。なお、得られたスルーホールの形
状は、大面積開口部の開口径が約 100μm であった。こ
のようにして得た多層窒化アルミニウム回路基板も、実
施例１と同様に良好な特性を有するものであった。Example 3 A multilayer aluminum nitride circuit board was prepared in the same manner as in Example 1 except that a YAG laser having an output of 150 W was used to form a substantially conical through hole on the aluminum nitride green sheet. The shape of the obtained through hole was such that the opening diameter of the large area opening was about 100 μm. The multilayer aluminum nitride circuit board thus obtained also had good characteristics as in Example 1.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多数のスルーホールに対して安定して導体ペーストを充
填することができると共に、スルーホール内部での局部
的な導体ペーストの充填密度不良を防止することができ
るため、接続信頼性に優れると共に低配線抵抗を有する
多層セラミックス回路基板を再現性よく提供することが
可能となる。As described above, according to the present invention,
A large number of through holes can be filled with the conductive paste in a stable manner, and a defective filling density of the conductive paste inside the through holes can be prevented, resulting in excellent connection reliability and low wiring. It is possible to provide a multilayer ceramic circuit board having resistance with good reproducibility.
【図１】 本発明の多層セラミックス回路基板の一実施
形態を示す要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts showing an embodiment of a multilayer ceramics circuit board of the present invention.
【図２】 図１に示す多層セラミックス回路基板のスル
ーホール部分を拡大して示す断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a through hole portion of the multilayer ceramic circuit board shown in FIG.
【図３】 スルーホールへの導体ペーストの充填状態を
示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a filled state of a conductive paste in a through hole.
【図４】 図１に示す多層セラミックス回路基板を用い
て作製した半導体パッケージの一構成例を示す断面図で
ある。4 is a cross-sectional view showing one configuration example of a semiconductor package manufactured using the multilayer ceramic circuit board shown in FIG.
【図５】 円錐状スルーホールの一形成方法を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a method of forming a conical through hole.
【図６】 円錐状スルーホールの他の形成方法を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing another method of forming a conical through hole.
１……多層セラミックス回路基板 ２……多層セラミックス基板 ３……内層配線 ４……円錐状スルーホール ５……スルーホール内に充填された導体層 ６……導体回路層 1 ... Multilayer ceramic circuit board 2 ... Multilayer ceramic board 3 ... Inner layer wiring 4 ... Conical through hole 5 ... Conductor layer filled in through hole 6 ... Conductor circuit layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小岩 馨 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 岩瀬 暢男 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kaoru Koiwa 4 of 2 shares in Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Office (72) Inventor Nobuo Iwase 4 shares of 2 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa Company Toshiba Keihin Office
Claims (3)
多層一体化してなる多層セラミックス基板と、少なくと
も前記スルーホール内に充填され、前記多層セラミック
ス基板との同時焼成により形成された導体層とを具備す
る多層セラミックス回路基板において、 前記スルーホールは、一方の開口部の面積が他方の開口
部の面積より大きいことを特徴とする多層セラミックス
回路基板。1. A multi-layer comprising a multi-layer ceramic substrate formed by integrally integrating multi-layer ceramic layers having through-holes, and a conductor layer filled in at least the through-hole and formed by co-firing with the multi-layer ceramic substrate. In the ceramic circuit board, the area of one opening of the through hole is larger than the area of the other opening.
板において、 前記スルーホールの一方の開口部面積をＳ1 、他方の開
口部面積をＳ2 としたとき、Ｓ1 ≧ 1.1Ｓ2 を満足する
ことを特徴とする多層セラミックス回路基板。2. A multilayer ceramic circuit board according to claim 1, one opening area of the through hole when S 1, the other opening area and S 2, satisfies S 1 ≧ 1.1 s 2 A multilayer ceramic circuit board characterized by the above.
一方の開口部の面積が他方の開口部の面積より大きいス
ルーホールを形成し、前記スルーホール内に前記面積が
大きい開口部側から導体ペーストを充填する工程と、 前記導体ペーストを充填した前記複数のセラミックスグ
リーンシートを積層すする工程と、 前記セラミックスグリーンシートの積層体と前記導体ペ
ーストとを同時焼成する工程とを有することを特徴とす
る多層セラミックス回路基板の製造方法。3. A plurality of ceramic green sheets,
A step of forming a through hole in which the area of one opening is larger than the area of the other opening, and filling the through hole with a conductor paste from the opening side having the larger area; 2. A method for manufacturing a multilayer ceramic circuit board, comprising: a step of laminating the ceramic green sheets of 1 .; and a step of simultaneously firing the ceramic green sheet laminate and the conductor paste.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7248071A JPH0992753A (en) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | Multi-layered ceramic circuit and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7248071A JPH0992753A (en) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | Multi-layered ceramic circuit and its manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992753A true JPH0992753A (en) | 1997-04-04 |
Family
ID=17172783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7248071A Pending JPH0992753A (en) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | Multi-layered ceramic circuit and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0992753A (en) |
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