WO2012108229A1 - セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　焼成工程を経て製造されたセラミック集合基板を、焼成工程の後に形成されたブレイク溝に沿って分割することによって得られる、セラミック基板の、落下衝撃に対する耐性を向上させる。　焼成後のセラミック集合基板にブレイク溝を形成するにあたって、セラミック基板（１）の実装面（２）とは逆の主面（３）となるべき主面にブレイク溝を形成し、ブレイク溝の片割れであるブレイク溝面（１４）が実装面（２）とは逆の主面（３）側の周縁部に形成されるようにする。これによって、マイクロクラックを生じさせ得るブレイク溝が実装面（２）とは逆の主面（３）側に形成されるので、落下衝撃をより大きく受ける実装面（２）側ではマイクロクラックをあまり存在させないようにすることができ、よって、落下衝撃に対する耐性を向上させることができる。

Description

セラミック基板およびその製造方法

　この発明は、セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、セラミック集合基板をブレイク溝に沿って分割することにより得られるセラミック基板およびその製造方法に関するものである。

　この発明にとって興味あるセラミック基板の製造方法が、たとえば特開平７－９９２６３号公報（特許文献１）において、従来技術として記載されている。

　すなわち、セラミック基板を製造する場合、その製造効率を高めるために、比較的大きな面積のセラミック集合基板の表面に切込溝（ブレイク溝）を形成し、切込溝に沿って分割することによって所定の大きさのセラミック基板を多数個得る、いわゆる多数個取りの手法が採用されている。

　上記のような多数個取り用の切込溝を有するセラミック集合基板を製造するにあたっては、焼成前のセラミックグリーンシート積層体の表面に、予めカッター刃や金型等で所望形状の切込溝を形成した後、セラミックグリーンシート積層体を焼成することが行なわれる。その後、得られたセラミック集合基板を上記切込溝に沿って分割することによって、所定の大きさのセラミック基板が多数個得られる。

　近年の電子部品の小型低背化の進展によるセラミック基板の薄型化が進むと、特許文献１に記載のような方法、すなわち、焼成前のセラミックグリーンシート積層体に切込溝を形成する方法を採用すると、焼成過程で生じる応力により、セラミック集合基板に不所望な分割が生じることがある。

　この問題を回避するためには、焼成後のセラミック集合基板に対して、切込溝を形成する工程を実施することが考えられる。

　上述のように、焼成後に切込溝が形成されたセラミック集合基板を分割することによって得られたセラミック基板は、たとえば、各種部品を搭載した後、これをモジュール部品としてマザーボードに実装される。マザーボードに実装されたモジュール部品は、製品が落下することを想定した落下衝撃に対する耐性（落下強度）が求められる。

　しかしながら、上記のように、切込溝を焼成後に形成して得られたセラミック基板では、マイクロクラックの存在により、落下衝撃に対する十分な耐性が得られないという問題に遭遇することが多々あった。なぜなら、上述したマイクロクラックは、焼成後の硬いセラミック集合基板に切込溝を形成する際に生じたものであるので、焼成前の軟らかいセラミックグリーンシートに切込溝を形成する際に生じ得るものに比べて、大きく、かつ数も多いからである。

特開平７－９９２６３号公報

　そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、セラミック基板およびその製造方法を提供しようとすることである。

　この発明は、焼成工程を経て製造されたセラミック集合基板を、焼成工程の後に形成されたブレイク溝に沿って分割することによって得られたもので、互いに逆方向に向く第１および第２の主面を有し、ブレイク溝の片割れであるブレイク溝面が周縁部に形成された、セラミック基板にまず向けられる。この発明に係るセラミック基板は、上述した技術的課題を解決するため、第１の主面がマザーボードに向けて実装する実装面とされ、上述のブレイク溝面は、第２の主面側に形成されていることを特徴としている。

　セラミック基板がガラスセラミックからなるとき、ブレイク溝がレーザー加工により形成されたものであるとき、あるいは、セラミックの厚みが３００μｍ以下であるとき、この発明による効果がより顕著に発揮される。

　この発明に係るセラミック基板では、上記ブレイク溝面に対向する位置であって、第１の主面側に、このブレイク溝より浅い補助ブレイク溝の片割れである補助ブレイク溝面がさらに形成されていてもよい。

　また、この発明に係るセラミック基板は、第２の主面上に樹脂層が形成されていてもよい。

　この発明は、また、互いに逆方向に向く第１および第２の主面を有し、第１の主面がマザーボードに向けて実装する実装面とされる、セラミック基板を製造する方法にも向けられる。

　この発明に係るセラミック基板の製造方法は、分割により複数のセラミック基板を取り出すことができるセラミック集合基板を得るための焼成工程と、焼成工程の後、セラミック集合基板にブレイク溝を形成する、ブレイク溝形成工程と、セラミック集合基板をブレイク溝に沿って分割することによって、複数のセラミック基板を取り出す工程とを備える。そして、前述した技術的課題を解決するため、ブレイク溝形成工程において、ブレイク溝は、セラミック集合基板の、実装面とは逆の上記第２の主面となるべき主面に形成されることを特徴としている。

　この発明に係るセラミック基板の製造方法は、焼成工程の後であって、ブレイク溝形成工程の前に、セラミック基板の第２の主面に搭載されるべき部品をセラミック集合基板の対応の位置に搭載する工程をさらに備えることが好ましい。

　この発明に係るセラミック基板の製造方法において、ブレイク溝形成工程の後、セラミック集合基板の第２の主面となるべき主面側に、半硬化状態の硬化性樹脂を塗布し、硬化性樹脂を硬化させることによって、樹脂層を形成する工程と、樹脂層に対してダイシング加工を施し、それによって、樹脂層における、ブレイク溝の位置に対応する位置にダイシング溝を形成する工程と、がさらに実施され、複数のセラミック基板を取り出す工程では、ブレイク溝およびダイシング溝を起点としてセラミック集合基板を分割するようにされてもよい。

　この発明によれば、焼成工程を経て製造されたセラミック集合基板を、焼成工程の後に形成されたブレイク溝に沿って分割することによって得られる、セラミック基板の、落下衝撃に対する耐性を向上させることができる。

　より詳細には、前述したように、セラミック集合基板の焼成後にブレイク溝を形成する場合に、比較的大きくかつ多数のマイクロクラックが発生することを避け得ない。特に、セラミック基板がガラスセラミックからなるとき、ブレイク溝がレーザー加工により形成されたものであるとき、あるいは、セラミックの厚みが３００μｍ以下であるとき、上述のマイクロクラック発生の問題はより深刻となる。

　他方、セラミック基板がマザーボード上に実装された状況を考える。セラミック基板における第１の主面がマザーボードに向けられる実装面となり、その逆の第２の主面に各種部品が搭載される。ここで、第１の主面側と第２の主面側とを比べると、落下の衝撃は、第２の主面側の各種搭載部品から接合材料（はんだ等）を通して伝わるものよりも、マザーボードから接合材料を通して第１の主面側に伝わるものの方が大きい。この発明では、大きくかつ多数のマイクロクラックを生じさせ得るブレイク溝を第２の主面側に形成するようにしているので、落下衝撃をより大きく受ける第１の主面側ではマイクロクラックをあまり存在させないようにすることができ、よって、落下衝撃に対する耐性を向上させることができる。

　この発明に係るセラミック基板の製造方法において、焼成工程の後であって、ブレイク溝形成工程の前に、セラミック基板の第２の主面に搭載されるべき部品をセラミック集合基板の対応の位置に搭載する工程を実施するようにすれば、この搭載工程において及ぼされる応力によって、セラミック集合基板がブレイク溝に沿って不所望にも分割されてしまうことを防止することができる。

　この発明に係るセラミック基板の製造方法において、ブレイク溝形成工程の後、セラミック集合基板の第２の主面となるべき主面側に、樹脂層を形成し、この樹脂層にダイシング溝を形成し、ブレイク溝およびダイシング溝を起点としてセラミック集合基板を分割するようにすれば、良好な分割性を得ることができる。すなわち、セラミック集合基板をダイシング加工によりカットすることは難しいため、セラミック集合基板とその上に形成される樹脂層とからなる複合基板をダイシング加工によって一挙に分割する方法に比べて、上述のように、樹脂層だけをダイシング加工すれば、良好な分割性を得ることができる。

この発明の第１の実施形態によるセラミック基板の製造方法を説明するための正面図である。 図１に示した製造方法を経て製造されたセラミック基板を、マザーボード上に実装した状態で示す正面図である。 この発明の第２の実施形態によるセラミック基板の製造方法を説明するための拡大断面図である。 図３に示した製造方法を経て製造されたセラミック基板を、マザーボード上に実装した状態で示す正面図である。 この発明の第３の実施形態によるセラミック基板の製造方法を説明するための正面図である。

　図１および図２を参照して、この発明の第１の実施形態について説明する。

　図２に示すように、セラミック基板１は、たとえば、ガラスセラミックからなり、厚みが３００μｍ以下とされる。セラミック基板１は、互いに逆方向に向く第１および第２の主面２および３を有していて、第１の主面２がマザーボード４に向けて実装する実装面とされる。そのため、第１の主面２には、マザーボード実装用電極５が設けられている。他方、第２の主面３には、必要に応じて、いくつかの電子部品６および７が搭載される。そのため、第２の主面３には、部品実装用電極８が設けられ、はんだ９を介して部品実装用電極８と電子部品６および７の各端子電極とが接続されている。

　このようなセラミック基板１は、図１を参照して以下に説明する製造方法によって製造される。

　図１（１）に示すように、分割により複数のセラミック基板１を取り出すことができるセラミック集合基板１１が焼成工程を経て製造される。図１（１）ないし同（３）にわたって１点鎖線で示した分割線１２は、セラミック基板１を取り出すためのセラミック集合基板１１上での分割位置を示している。

　得ようとするセラミック基板１が積層構造を有する場合には、複数のたとえばガラスセラミックグリーンシートが用意され、特定のガラスセラミックグリーンシートにマザーボード実装用電極５ならびに部品実装用電極８および９が設けられるとともに、その他、必要に応じて、内部導体膜およびビア導体が設けられ、これら複数のガラスセラミックグリーンシートが積層され、次いで圧着された後、焼成工程に付される。

　なお、マザーボード実装用電極５ならびに部品実装用電極８および９については、焼成工程の後に、セラミック集合基板１１の表面に形成するようにしてもよい。

　次に、図１（２）に示すように、セラミック基板１に搭載されるべき電子部品６および７が、セラミック集合基板１１の対応の位置に搭載される。

　次に、図１（３）に示すように、分割線１２に沿って、セラミック集合基板１１にブレイク溝１３が形成される。ブレイク溝１３の形成には、たとえば、レーザースクライビング、ダイヤモンドスクライビング、ダイシング等が適用される。ブレイク溝１３は、セラミック集合基板１１の、第２の主面３となるべき主面に形成されることが重要である。

　次に、セラミック集合基板１１は、ブレイク溝１３に沿って分割される。これによって、複数のセラミック基板１が取り出される。この分割の結果、図２に示すように、セラミック基板１の周縁部には、ブレイク溝１３の片割れであるブレイク溝面１４が形成されている。そして、前述したように、ブレイク溝１３は、セラミック集合基板１１の、第２の主面３となるべき主面に形成されていたので、ブレイク溝面１４は、第２の主面３側に形成される。

　なお、この実施形態では、ブレイク溝１３が断面Ｖ字状であったため、ブレイク溝面１４が所定の勾配を有する傾斜面をなすものであったが、ブレイク溝の断面形状に応じて、ブレイク溝面の形状は変わる。

　セラミック基板１は、第１の主面２を、マザーボード４に向ける実装面として、マザーボード４上に実装される。すなわち、マザーボード４には、セラミック基板実装用電極１６が形成され、セラミック基板実装用電極１６と前述のマザーボード実装用電極５とがはんだ１６ではんだ付けされる。

　このように、セラミック基板１がマザーボード４上に実装された状況における落下の衝撃を考えると、落下の衝撃は、第２の主面３側の電子部品６および７からはんだ９を通して伝わるものよりも、マザーボード４からはんだ１６を通して第１の主面２側に伝わるものの方が大きい。このセラミック基板１では、大きくかつ多数のマイクロクラックを生じさせ得るブレイク溝１３を第２の主面３側に形成するようにしているので、落下衝撃をより大きく受ける第１の主面２側ではマイクロクラックをあまり存在させないようにすることができ、よって、落下衝撃に対する耐性を向上させることができる。

　また、前述したように、電子部品６および７をセラミック集合基板１１に搭載する工程を、焼成工程の後であって、ブレイク溝１４の形成工程の前に、実施するようにしているので、この搭載工程において及ぼされる応力によって、セラミック集合基板１１がブレイク溝１４に沿って不所望にも分割されてしまうことを防止することができる。

　図３は、この発明の第２の実施形態によるセラミック基板の製造方法を説明するための拡大断面図である。図３には、分割により複数のセラミック基板を取り出すことができるセラミック集合基板２１におけるブレイク溝２２が形成された部分が示されている。

　図３に示したセラミック集合基板２１は、ブレイク溝２２に対向する位置に、ブレイク溝２２より浅い補助ブレイク溝２３が形成されることを特徴としている。補助ブレイク溝２３の形成は、ブレイク溝２２に沿う分割をより円滑なものとするが、落下強度の深刻な低下を招かない程度の深さとされることが好ましい。

　図４には、図３に示した製造方法を経て製造されたセラミック基板１ａが、マザーボード４上に実装した状態で示されている。図４は、図２に対応する図である。図４において、図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

　図３に示したセラミック集合基板２１の分割の結果、得られたセラミック基板１ａの周縁部には、ブレイク溝２２の片割れであるブレイク溝面２４が第２の主面３側に形成されるとともに、補助ブレイク溝２３の片割れである補助ブレイク溝２５が、第１の主面２側であって、ブレイク溝面２４に対向する位置に形成されている。

　図５は、この発明の第３の実施形態によるセラミック基板の製造方法を説明するための正面図である。第３の実施形態による製造方法では、前述した図１（１）～（３）に示した工程がまず実施され、その後、図５（１）および同（２）に示した各工程が順次実施される。図５において、図１に示した要素の相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

　第３の実施形態による製造方法において、図１（１）～（３）に示した工程については、前述の説明を援用する。

　第３の実施形態では、図１（３）に示した工程の後、図５（１）に示すように、セラミック集合基板１１の第２の主面３となるべき主面側に、半硬化状態の硬化性樹脂を塗布することによって、樹脂層３１が形成される。第２の主面３となるべき主面上に搭載された電子部品６および７は、この樹脂層３１によって封止される。次いで、樹脂層３１を構成する硬化性樹脂が硬化される。

　次に、図５（２）に示すように、樹脂層３１に対してダイシング加工が施され、それによって、樹脂層３１における、ブレイク溝１３の位置に対応する位置にダイシング溝３２が形成される。なお、ダイシング溝３２は、ブレイク溝１３にまで達していることが好ましいが、後述する分割工程を可能とする限り、ブレイク溝１３にまで達していなくてもよい。

　次に、セラミック集合基板１１は、ブレイク溝１３およびダイシング溝３２を起点としてブレイクされることによって分割される。これによって、樹脂層３１が第２の主面３側に形成された複数のセラミック基板１が取り出される。

　次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

　［実験例１］
　複数枚のガラスセラミックグリーンシートを積層し、圧着し、次いで焼成することによって、表１に示すように「基板厚み」が１００μｍである、マザーボード実装用電極を有するガラスセラミック基板を得た。

　次いで、焼成後のガラスセラミック基板に、表１の「ブレイク溝形成方法」に示すように、レーザースクライブを用いてブレイク溝を形成した。ここで、ブレイク溝は、表１の「ブレイク溝形成面」に示すように、実施例１では、実装時にマザーボードに向く実装面とは逆の主面に形成し、比較例１では、実装面に形成した。

　次いで、ブレイク溝に沿ってガラスセラミック基板を分割し、分割後のガラスセラミック基板を、図２に示すように、マザーボードにはんだ実装した。

　次いで、各試料に係るガラスセラミック基板をそれぞれ実装したマザーボードを直方体の筐体の内部に取り付けて、２ｍの高さからコンクリートブロックに向かって落下させ、耐落下衝撃性を評価した。このとき、筐体の６面の各々を順次下方に向けて落下させることを１サイクルとし、この試験を最大１０サイクルまで実施した。ガラスセラミック基板において破壊またはクラックの発生が何サイクル目に起こるかについて評価し、その結果を表１の「落下試験破壊サイクル数」の欄に示した。

　表１からわかるように、比較例１では、３サイクル試験後に基板が破壊したのに対して、実施例１では、１０サイクル試験後においても基板に破壊やクラックが認められなかった。

　［実験例２］
　複数枚のアルミナグリーンシートを積層し、圧着し、次いで焼成することによって、表２に示すように「基板厚み」が１００μｍである、マザーボード実装用電極を有するアルミナ基板を得た。

　次いで、焼成後のアルミナ基板に、表１の「ブレイク溝形成方法」に示すように、レーザースクライブを用いてブレイク溝を形成した。ここで、ブレイク溝は、表２の「ブレイク溝形成面」に示すように、実施例２では、実装時にマザーボードに向く実装面とは逆の主面に形成し、比較例２では、実装面に形成した。

　次いで、実験例１の場合と同様、ブレイク溝に沿ってアルミナ基板を分割し、分割後のアルミナ基板を、マザーボードにはんだ実装した後、耐落下衝撃性を評価した。その結果を表２の「落下試験破壊サイクル数」の欄に示した。

　表２からわかるように、比較例２では、５サイクル試験後に基板が破壊したのに対して、実施例２では、１０サイクル試験後においても基板に破壊やクラックが認められなかった。

　［実験例３］
　実験例３では、表３の「ブレイク溝形成方法」に示すように、ブレイク溝の形成をダイシング加工によって行なったことを除いて、実験例１と同様の操作を経て、実施例３および比較例３の各々に係る試料を作製した。ここで、ブレイク溝は、表３の「ブレイク溝形成面」に示すように、実施例３では、実装時にマザーボードに向く実装面とは逆の主面に形成し、比較例３では、実装面に形成した。

　次いで、実験例１の場合と同様の評価を行なった。その結果を表３の「落下試験破壊サイクル数」の欄に示した。

　表３からわかるように、比較例３では、５サイクル試験後に基板が破壊したのに対して、実施例３では、１０サイクル試験後においても基板に破壊やクラックが認められなかった。

　［実験例４］
　実験例４では、表４の「基板厚み」に示すように、ガラスセラミック基板の厚みを２００～５００μｍの範囲で変化させたことを除いて、実験例１の場合と同様の操作を経て、実施例４～７および比較例４～７の各々に係る試料を作製した。ここで、ブレイク溝は、表４の「ブレイク溝形成面」に示すように、実施例４～７では、実装時にマザーボードに向く実装面とは逆の主面に形成し、比較例４～７では、実装面に形成した。

　次いで、実験例１の場合と同様の評価を行なった。その結果を表４の「落下試験破壊サイクル数」の欄に示した。

　表４からわかるように、比較例４～７では、３～１０サイクル試験後に基板が破壊したのに対して、実施例４～７では、１０サイクル試験後においても基板に破壊やクラックが認められなかった。なお、厚みが厚くなる程、基板は破壊しにくくなったが、厚み３００μｍ以下では同等の結果となった。

　１，１ａ　セラミック基板
　２　第１の主面
　３　第２の主面
　４　マザーボード
　５　マザーボード実装用電極
　６，７　電子部品
　８　部品実装用電極
　９，１６　はんだ
　１１，２１　セラミック集合基板
　１２　分割線
　１３，２２　ブレイク溝
　２３　補助ブレイク溝
　１４，２４　ブレイク溝面
　２５　補助ブレイク溝面
　３１　樹脂層
　３２　ダイシング溝

Claims (9)

1. 　焼成工程を経て製造されたセラミック集合基板を、前記焼成工程の後に形成されたブレイク溝に沿って分割することによって得られたもので、互いに逆方向に向く第１および第２の主面を有し、前記ブレイク溝の片割れであるブレイク溝面が周縁部に形成された、セラミック基板であって、
   　前記第１の主面がマザーボードに向けて実装する実装面とされ、
   　前記ブレイク溝面は、前記第２の主面側に形成されている、
   セラミック基板。
2. 　ガラスセラミックからなる、請求項１に記載のセラミック基板。
3. 　前記ブレイク溝は、レーザー加工により形成されたものである、請求項１または２に記載のセラミック基板。
4. 　厚みが３００μｍ以下である、請求項１ないし３のいずれかに記載のセラミック基板。
5. 　前記ブレイク溝面に対向する位置であって、前記第１の主面側に、前記ブレイク溝より浅い補助ブレイク溝の片割れである補助ブレイク溝面がさらに形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のセラミック基板。
6. 　前記第２の主面上に形成される樹脂層をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のセラミック基板。
7. 　互いに逆方向に向く第１および第２の主面を有し、前記第１の主面がマザーボードに向けて実装する実装面とされる、セラミック基板を製造する方法であって、
   　分割により複数の前記セラミック基板を取り出すことができるセラミック集合基板を得るための焼成工程と、
   　前記焼成工程の後、前記セラミック集合基板の、前記第２の主面となるべき主面にブレイク溝を形成する、ブレイク溝形成工程と、
   　前記セラミック集合基板を前記ブレイク溝に沿って分割することによって、複数の前記セラミック基板を取り出す工程と
   を備える、セラミック基板の製造方法。
8. 　前記焼成工程の後であって、前記ブレイク溝形成工程の前に、前記セラミック基板の前記第２の主面に搭載されるべき部品を前記セラミック集合基板の対応の位置に搭載する工程をさらに備える、請求項７に記載のセラミック基板の製造方法。
9. 　前記ブレイク溝形成工程の後、前記セラミック集合基板の前記第２の主面となるべき主面側に、半硬化状態の硬化性樹脂を塗布し、前記硬化性樹脂を硬化させることによって、樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層に対してダイシング加工を施し、それによって、前記樹脂層における、前記ブレイク溝の位置に対応する位置にダイシング溝を形成する工程と、をさらに備え、
   　前記複数のセラミック基板を取り出す工程は、前記ブレイク溝および前記ダイシング溝を起点として前記セラミック集合基板を分割する工程を含む、請求項７または８に記載のセラミック基板の製造方法。

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