JPH1041626A - フリップチップ用セラミック多層基板及びその製造方法 - Google Patents

フリップチップ用セラミック多層基板及びその製造方法

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JPH1041626A
JPH1041626A JP19736796A JP19736796A JPH1041626A JP H1041626 A JPH1041626 A JP H1041626A JP 19736796 A JP19736796 A JP 19736796A JP 19736796 A JP19736796 A JP 19736796A JP H1041626 A JPH1041626 A JP H1041626A
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green sheet
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ceramic
flip
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JP19736796A
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Akiyoshi Kosakata
明義 小阪田
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    • H05K3/4629Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面に露出するビアホール導体をそのま
まパッドとして用いても、十分な接合信頼性を確保でき
るようにする。 【解決手段】 アルミナグリーンシート23のパッド用
のビアホール24にモリブデン、タングステン等の高融
点金属ペーストを充填する。この高融点金属ペースト
は、焼成収縮率がアルミナグリーンシート23の焼成収
縮率よりも小さいものを使用し、焼成収縮率の調整は金
属粉末の粒径を調整することで行う。上記アルミナグリ
ーンシート23を他の層のセラミックグリーンシートと
積層して焼成した後、基板表面に露出するビアホール導
体26の表面にメッキ処理してパッド22を形成する。
この場合、ビアホール導体26は、焼成収縮率がセラミ
ックグリーンシート23の焼成収縮率よりも小さいた
め、焼成によりビアホール導体26の上端部(パッド2
2)が基板表面より盛り上がった凸形状となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップを
接続するパッドを改良したフリップチップ用セラミック
多層基板及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体パッケージの小型化・高密
度実装化や高速化等の要求を満たすために、パッケージ
の形態がワイヤボンディングタイプから、ベアチップを
直接フェースダウン状態で基板に実装するフリップチッ
プタイプへと変化しつつある。一般に、フリップチップ
接合はC4(Controlled Collapse Chip Connection )
とも呼ばれ、チップ下面の電極に半球状の半田バンプを
形成し、これを基板表面のパッドにリフロー半田付けす
る接合法である。このC4パッケージは、基板表面のパ
ッドを微小化して単位面積当りのパッド数を多くできる
ため、小型化・高密度実装化に最適なパッケージ形態と
なっており、セラミックパッケージの分野でもC4パッ
ケージの需要が増大しつつある。
【0003】従来の一般的なC4セラミックパッケージ
は、基板表面のパッドを形成する部分に、導体ペースト
をパッドの形状に印刷して焼成し、該パッドを基板表層
のセラミック絶縁層を貫通するビアホール導体上に形成
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、C4セラミ
ックパッケージでは、基板表面に印刷・焼成するパッド
の微小化に伴ない、セラミック基板とパッドとの接合面
積も微小になるため、セラミック基板に対するパッドの
接合強度が低下することが避けられない。このようなパ
ッドの接合強度低下は、フリップチップが接合されたパ
ッドがセラミック基板から剥離しやすくなる原因とな
り、接合信頼性が低下して製品歩留りが低下する原因と
なる。
【0005】この問題を解決するため、最近では、基板
表面に露出するビアホール導体の上端部をそのままパッ
ドとして用いることが考えられている。
【0006】しかしながら、現状の製造方法では、図1
(b)に示すように、基板表面10に露出するビアホー
ル導体11の上端部が基板表面10よりも窪んだ凹形状
となってしまう。従って、このビアホール導体11の上
端部をそのままパッド12として用いると、パッド12
とフリップチップ下面の半球状半田バンプとの接合が不
完全になりやすく、これが接合信頼性低下や製品歩留り
低下の原因となる。
【0007】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、基板表面に露出する
ビアホール導体をそのままパッドとして用いても、十分
な接合信頼性を確保でき、製品歩留りを向上することが
できるフリップチップ用セラミック多層基板及びその製
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】上記目的を達成するため
に、本発明のフリップチップ用セラミック多層基板は、
基板表面に露出するビアホール導体の上端部が該基板表
面より盛り上がり、該ビアホール導体の上端部にメッキ
処理したものをパッドとして用いる(請求項1)。これ
により、パッドとフリップチップ下面の半田バンプとの
接合状態が改善され、接合強度が向上する。
【0009】このようなフリップチップ用セラミック多
層基板を製造する場合には、基板表層のセラミック絶縁
層となるセラミックグリーンシートに、パッドを形成す
る位置にビアホールを穿設し、このビアホールに、前記
セラミックグリーンシートの焼成収縮率よりも焼成収縮
率が小さい導体ペーストを充填し、このセラミックグリ
ーンシートを他の層のセラミックグリーンシートと積層
して焼成した後、基板表面に露出するビアホール導体の
表面にメッキ処理して前記パッドを形成するようにすれ
ば良い(請求項2)。
【0010】つまり、本発明の製造方法は、セラミック
グリーンシートとビアホールの導体ペーストは、いずれ
も焼成の過程で収縮する点に着目し、導体ペーストの焼
成収縮率をセラミックグリーンシートの焼成収縮率より
も小さくすることで、焼成によりビアホール導体の上端
部を基板表面より盛り上がらせることができる。
【0011】この場合、導体ペーストの主成分となる導
体粉末の粒径を調整することで、該導体ペーストの焼成
収縮率を調整して、パッドの盛り上がり高さを調整する
ようにしても良い(請求項3)。このようにすれば、導
体粉末の粒径の調整という比較的容易な方法で、パッド
の盛り上がり高さを適正値に調整することが可能とな
る。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態の製造方法に
より製造されるC4パッケージ用のセラミック多層基板
21は、図2に示すように基板表面に例えば直径200
μ以下の多数の微小なパッド22がマトリックス状に配
列されている。各パッド22は、図1(a)に示すよう
に、基板表面から例えば2.5〜15μm程度盛り上が
らせたビアホール導体26の上端部をそのまま用い、該
ビアホール導体26の上端部にNi,Au等のメッキ被
膜27(厚み:4〜6μm)を形成したものである。
【0013】このセラミック多層基板21は、複数枚の
アルミナグリーンシートを積層して1500〜1600
℃で焼成して一体化したものである。パッド22を形成
するビアホール導体や内層配線導体は、いずれもモリブ
デン、タングステン等の高融点金属を用い、セラミック
多層基板21と同時焼成されている。尚、図示はしない
が、基板表面のパッド22にフリップチップ下面の半田
バンプをリフロー半田付けし、更にそのチップの周辺を
封止してC4パッケージが組み立てられる。
【0014】次に、セラミック多層基板21の製造方法
を説明する。まず、アルミナのスラリーを用いてドクタ
ーブレード法等によってアルミナグリーンシートを作製
する。このアルミナグリーンシートを、製造するセラミ
ック多層基板21のサイズに合わせて切断する。更に、
基板表層のセラミック絶縁層となるアルミナグリーンシ
ート23[図1(a)参照]には、パッド22を形成す
る位置にパッド用のビアホール24を穿設し、他の層の
アルミナグリーンシートには、内層間の配線パターンを
接続するための内層ビアホールを穿設する。
【0015】この後、基板表層のセラミック絶縁層とな
るアルミナグリーンシート23のパッド用のビアホール
24にモリブデン、タングステン等の高融点金属ペース
ト(導体ペースト)をスクリーン印刷により充填する。
このパッド用のビアホール24に充填する高融点金属ペ
ーストは、高融点金属粉末にバインダ樹脂と有機溶剤と
を混合して混練したものであり、焼成収縮率がアルミナ
グリーンシート23の焼成収縮率よりも小さいものを使
用する。この高融点金属ペーストの焼成収縮率の調整
は、金属粉末の粒径を調整することで行う。
【0016】また、他の層のアルミナグリーンシートに
は、内層間の配線パターンを接続するための内層ビアホ
ールに、モリブデン、タングステン等の高融点金属ペー
ストをスクリーン印刷により充填すると共に、各アルミ
ナグリーンシートに高融点金属ペーストで内層配線パタ
ーンをスクリーン印刷する。ここで使用する高融点金属
ペーストは、焼成基板の反り防止の観点から、従来と同
じようにアルミナグリーンシートとの焼成収縮率の差が
小さいものを用いることが好ましい。
【0017】スクリーン印刷工程終了後、各層のアルミ
ナグリーンシートを積層し、熱圧着して生基板を作る。
そして、この生基板を還元性雰囲気中にて1500〜1
600℃で焼成し、セラミック多層基板21とビアホー
ル導体26と内層配線パターンとを同時焼成する。この
場合、基板表層のパッド用のビアホール導体26は、焼
成収縮率がセラミックグリーンシート23の焼成収縮率
よりも小さいため、焼成により図1(a)に示すように
ビアホール導体26の上端部が基板表面より盛り上がっ
た凸形状となる。
【0018】この後、基板表面に露出するビアホール導
体26の上端部にNi、Au等のメッキ被膜27を形成
する。これにより、基板表面に露出するビアホール導体
26の上端部でパッド22が形成される。
【0019】
【実施例】本発明者は、高融点金属ペーストの金属粉末
の平均粒径の調整による焼成収縮率の調整、延いてはパ
ッド22の盛り上がり高さ・平坦性について考察する実
験を行ったので、以下、その結果を図3及び図4に基づ
いて説明する。実施例と比較例は、共に高融点金属ペー
ストとしてモリブデン(Mo)ペーストを使用し、実施
例では、ペーストの主成分となるモリブデン粉末の平均
粒径を2.5μmとし、比較例では、モリブデン粉末の
平均粒径を1.5μmとした。このようにモリブデン粉
末の平均粒径を調整することで、図4に示すように、実
施例と比較例との間で焼成収縮率を調整することが可能
となる。
【0020】このモリブデンペーストを使用して、前述
した実施形態の製造方法でC4パッケージ(パッド径:
0.10mm、パッドピッチ:0.3mm)を作製し、
パッド(メッキ後)の形状プロファイルを表面粗さ計で
測定してパッド22の盛り上がり高さ・平坦性を評価し
た。実施例(Mo平均粒径:2.5μm)では、パッド
の形成に用いるモリブデンペーストの焼成収縮率がアル
ミナグリーンシートの焼成収縮率よりも小さいため、図
3に示すようにパッドが基板表面から盛り上がる凸形状
となると共に、そのパッドの高さが10μ前後となり、
しかも、パッドの表面が比較的平坦になった。これによ
り、パッドとフリップチップ下面の半田バンプとの接合
状態が良好となり、パッドの接合強度が向上して接合信
頼性向上、製品歩留り向上の要求が満たされる。
【0021】これに対し、比較例(Mo平均粒径:1.
5μm)では、図4に示すように、焼成温度である15
00〜1600℃で、モリブデンペーストの焼成収縮率
がアルミナグリーンシートの焼成収縮率よりも大きいた
め、図3に示すように、パッドが基板表面から2μm近
くも窪んだ凹形状となる。しかも、パッドの表面に比較
的大きな凹凸ができ、パッドの平坦性が悪くなる。この
ため、パッドとフリップチップ下面の半田バンプとの接
合が不完全になりやすく、これが接合信頼性低下や製品
歩留り低下の原因となる。
【0022】以上の実験結果から、Mo平均粒径を2.
5μm前後若しくはそれ以上にすれば、パッドの高さを
10μ前後にすることができ、一般的なC4パッドのス
ペックを十分に満足することができる。
【0023】尚、上記実施例では、モリブデンペースト
を用いたが、タングステンペーストを用いても、同様の
結果が得られる。
【0024】その他、本発明は、セラミック絶縁層を形
成するセラミックは、アルミナに限定されず、1000
℃以下で焼成可能な低温焼成セラミックであっても良
い。低温焼成セラミックの場合は、ビアホール導体を形
成する導体ペーストは、Ag系ペースト等、低融点金属
ペーストを用いれば良い。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のフリップチップ用セラミック多層基板及びその製造方
法によれば、基板表面より盛り上がったビアホール導体
の上端部をパッドとして用いることができるため、パッ
ドとフリップチップ下面の半田バンプとの接合状態を良
好にすることができて、十分な接合信頼性を確保するこ
とができ、製品歩留りを向上させることができる(請求
項1,2)。
【0026】更に、請求項3では、導体粉末の粒径の調
整という比較的容易な方法で、パッドの盛り上がり高さ
を適正値に調整することができ、生産性・コスト性を損
なわずに済む利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施形態のパッド形状を模
式的に示す拡大断面図、(b)は従来のパッドの形状を
模式的に示す拡大断面図
【図2】セラミック多層基板の斜視図
【図3】実施例と比較例のパッド形状の測定結果を対比
して示す図
【図4】焼成収縮率とMo平均粒子との関係を説明する
【符号の説明】
21…セラミック多層基板、22…パッド、23…アル
ミナグリーンシート(セラミックグリーンシート)、2
4…ビアホール、26…ビアホール導体、27…メッキ
被膜。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面にフリップチップを接続するパ
    ッドを有するフリップチップ用セラミック多層基板にお
    いて、 基板表面に露出するビアホール導体の上端部が該基板表
    面より盛り上がり、該ビアホール導体の上端部にメッキ
    処理したものが前記パッドとなっていることを特徴とす
    るフリップチップ用セラミック多層基板。
  2. 【請求項2】 基板表面にフリップチップを接続するパ
    ッドを有するフリップチップ用セラミック多層基板を製
    造する方法において、 基板表層のセラミック絶縁層となるセラミックグリーン
    シートに、前記パッドを形成する位置にビアホールを穿
    設し、このビアホールに、前記セラミックグリーンシー
    トの焼成収縮率よりも焼成収縮率が小さい導体ペースト
    を充填し、 このセラミックグリーンシートを他の層のセラミックグ
    リーンシートと積層して焼成した後、基板表面に露出す
    るビアホール導体の表面にメッキ処理して前記パッドを
    形成することを特徴とするフリップチップ用セラミック
    多層基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記導体ペーストの主成分となる導体粉
    末の粒径を調整することで、該導体ペーストの焼成収縮
    率を調整して、前記パッドの盛り上がり高さを調整する
    ことを特徴とする請求項2に記載のフリップチップ用セ
    ラミック多層基板の製造方法。
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Cited By (5)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6224703B1 (en) 1998-01-08 2001-05-01 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Method of making laminate ceramic substrate with domed pads
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