JP2009158668A - セラミック多層配線基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビアの開口部から露出する高融点金属からなる導体層に対して銅を主成分とする導体パッドの密着強度を高め、導体パッドの剥離に伴う導通不良等のトラブルが発生し難い信頼性の高いセラミック多層配線基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック多層配線基板1は、セラミックを主成分とする絶縁層6とタングステン又はモリブデンなどの高融点金属を主成分とする導体層7が交互に積層された積層セラミック基板2と、絶縁層6に形成されるとともに内部に高融点金属からなる導体層7を有するビア8と、絶縁層6の最外層に形成される導体パッド3,4と、積層セラミック基板2の表面に露出するビア8の開口部9を覆うように形成されるニッケルと銅からなる固溶体11とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】セラミック多層配線基板1は、セラミックを主成分とする絶縁層6とタングステン又はモリブデンなどの高融点金属を主成分とする導体層7が交互に積層された積層セラミック基板2と、絶縁層6に形成されるとともに内部に高融点金属からなる導体層7を有するビア8と、絶縁層6の最外層に形成される導体パッド3,4と、積層セラミック基板2の表面に露出するビア8の開口部9を覆うように形成されるニッケルと銅からなる固溶体11とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、銅製の導体パッドを有するセラミック多層配線基板とその製造方法に関し、特に基板に対する導体パッドの密着強度が高く、導体パッドの剥離に起因する導通不良が発生し難いセラミック多層配線基板及びその製造方法に関する。
携帯電話等の電子機器に使用されるセラミック多層配線基板は、焼結したセラミックの積層体からなり、その内部や外表面には導体配線パターンが形成されている。セラミック多層配線基板の外表面の導体配線パターンは導体パッドとして使用され、例えば、銅などの金属ペーストを印刷及び焼き付けすることによって形成される。また、セラミックの焼結体からなる絶縁層には複数の貫通孔が穿設され、タングステン又はモリブデンなどの高融点金属が充填されて、いわゆるビアが形成される。そして、これらの高融点金属はビアの開口部において上記導体配線パターンに接合されている。
ところが、銅ペーストの印刷・焼き付け等によって形成される導体パッドとタングステン又はモリブデンなどの高融点金属との相性が悪いため、両者の間に空隙が発生し、この部分で導体パッドの剥離が生じるという課題があった。そこで、このような課題を解決すべく、従来、様々な研究や開発が行われており、それに関して既に幾つかの発明や考案が開示されている。
ところが、銅ペーストの印刷・焼き付け等によって形成される導体パッドとタングステン又はモリブデンなどの高融点金属との相性が悪いため、両者の間に空隙が発生し、この部分で導体パッドの剥離が生じるという課題があった。そこで、このような課題を解決すべく、従来、様々な研究や開発が行われており、それに関して既に幾つかの発明や考案が開示されている。
例えば、特許文献1には、「セラミック多層配線基板の製造方法」という名称で、タングステン等の高融点金属を主成分とする導体層と銅を主成分とする導体層との間で剥離が生じ難いセラミック多層配線基板の製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献1に開示された発明は、高融点金属を主成分とするメタライズペーストを還元雰囲気中で焼成することにより形成した導体層に、ニッケル、コバルトあるいは銅からなる厚さ0.2〜5ミクロンのメッキを施すとともに還元雰囲気中で熱処理し、このメッキ層の表面に銅を主成分とするメタライズペーストからなる印刷層を直接形成した後、中性雰囲気で焼成して銅を主成分とする導体層を形成することを特徴とするものである。
このような方法によれば、タングステンやモリブデン等との濡れ性が良く、電気抵抗が小さい金属からなるメッキ層が高融点金属を主成分とする導体層と銅を主成分とする導体層との間の接着強度を向上させるという作用を有する。これにより、電極が剥離し難いセラミック多層配線基板を安価に製造することができる。
特許文献1に開示された発明は、高融点金属を主成分とするメタライズペーストを還元雰囲気中で焼成することにより形成した導体層に、ニッケル、コバルトあるいは銅からなる厚さ0.2〜5ミクロンのメッキを施すとともに還元雰囲気中で熱処理し、このメッキ層の表面に銅を主成分とするメタライズペーストからなる印刷層を直接形成した後、中性雰囲気で焼成して銅を主成分とする導体層を形成することを特徴とするものである。
このような方法によれば、タングステンやモリブデン等との濡れ性が良く、電気抵抗が小さい金属からなるメッキ層が高融点金属を主成分とする導体層と銅を主成分とする導体層との間の接着強度を向上させるという作用を有する。これにより、電極が剥離し難いセラミック多層配線基板を安価に製造することができる。
特許文献2には、「セラミック基板の電極形成方法」という名称で、タングステン等の高温焼結した導体と厚膜銅導体を信頼性良く接続した電極をセラミック基板上に形成する方法に関する発明が開示されている。
特許文献2に開示された発明は、タングステンやモリブデン、マンガン等の高温焼結導体上にニッケルメッキ、銅メッキを順に施し、その上に厚膜銅導体を焼成して電極を形成するものである。
このような方法によれば、ニッケルメッキ及び銅メッキがタングステン等の高温焼結した導体に対する厚膜銅導体の密着強度を高めるように作用する。その結果、電極の剥離が生じ難くなり、セラミック基板の信頼性が向上する。
特許文献2に開示された発明は、タングステンやモリブデン、マンガン等の高温焼結導体上にニッケルメッキ、銅メッキを順に施し、その上に厚膜銅導体を焼成して電極を形成するものである。
このような方法によれば、ニッケルメッキ及び銅メッキがタングステン等の高温焼結した導体に対する厚膜銅導体の密着強度を高めるように作用する。その結果、電極の剥離が生じ難くなり、セラミック基板の信頼性が向上する。
しかしながら、上述の従来技術である特許文献1に開示された発明において、例えば、高融点金属を主成分とする導体層にニッケルメッキを施した場合、銅を主成分とする導体層の形成温度や半導体素子の実装温度によっては、導体層を形成する銅とニッケルメッキが反応して体積収縮を起こしたり、ニッケルメッキ中の水素が発生したりするなどして高融点金属の導体層と銅の導体層の間に空隙や亀裂が発生するおそれがある。また、高融点金属を主成分とする導体層に銅メッキを施した場合、いわゆるアンカー効果によって気密性は向上するものの、十分な密着強度が得られないという課題があった。
また、特許文献2に開示された発明においては、ニッケルメッキと銅メッキの間の密着強度が不十分なため、ニッケルメッキから銅メッキが剥離するおそれがある。
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、ビアの開口部から露出する高融点金属からなる導体層に対して銅を主成分とする導体パッドの密着強度を高め、導体パッドの剥離に伴う導通不良等のトラブルが発生し難い信頼性の高いセラミック多層配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、電子部品を表面に実装するセラミック多層配線基板において、セラミックを主成分とする複数の絶縁層と、この絶縁層に穿設される貫通孔に高融点金属が充填されて形成されるビアと、複数の絶縁層の間に形成されるとともにビアによって互いに電気的に接続される高融点金属を主成分とする導体層と、絶縁層の最外表面に露出するビアの開口部を覆うように形成される銅とニッケルの固溶体と、この固溶体を覆うように絶縁層の最外表面に形成される銅を主成分とする導体パッドとを備えることを特徴とするものである。
上記構成のセラミック多層配線基板においては、固溶体がニッケル及び銅の特性に起因して、ビアの開口部から露出する導体層及び導体パッドに対してそれぞれ高い密着強度を示すという作用を有する。すなわち、固溶体はビアの開口部から露出する導体層に対する導体パッドの密着強度を高めるように作用する。
上記構成のセラミック多層配線基板においては、固溶体がニッケル及び銅の特性に起因して、ビアの開口部から露出する導体層及び導体パッドに対してそれぞれ高い密着強度を示すという作用を有する。すなわち、固溶体はビアの開口部から露出する導体層に対する導体パッドの密着強度を高めるように作用する。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載のセラミック多層配線基板において、固溶体はビアの開口部に近い側から順に被着されたニッケルメッキ層と銅メッキ層を熱処理して形成されることを特徴とするものである。
このような構成のセラミック多層配線基板においては、固溶体を形成する過程で銅メッキ層が高融点金属と直接反応することがないため、高融点金属に対する固溶体の密着強度が低下し難いという作用を有する。また、ニッケルメッキ層が導体パッドを形成する銅と直接反応するおそれがないため、体積収縮による空隙は発生しない。
このような構成のセラミック多層配線基板においては、固溶体を形成する過程で銅メッキ層が高融点金属と直接反応することがないため、高融点金属に対する固溶体の密着強度が低下し難いという作用を有する。また、ニッケルメッキ層が導体パッドを形成する銅と直接反応するおそれがないため、体積収縮による空隙は発生しない。
請求項3に記載の発明は、請求項2記載のセラミック多層配線基板において、ニッケルメッキ層及び銅メッキ層の厚さは、それぞれ0.03〜0.5μm及び0.6〜4μmであることを特徴とするものである。
このような構成のセラミック多層配線基板においては、ニッケルメッキ層が薄く、メッキ被膜形成時にニッケルメッキ層に取り込まれた水素が熱処理で容易に除去されるため、空隙が生じるという不良が発生し難いという作用を有する。
このような構成のセラミック多層配線基板においては、ニッケルメッキ層が薄く、メッキ被膜形成時にニッケルメッキ層に取り込まれた水素が熱処理で容易に除去されるため、空隙が生じるという不良が発生し難いという作用を有する。
請求項4に記載の発明であるセラミック多層配線基板の製造方法は、貫通孔を有する複数枚のセラミックグリーンシートの表面にそれぞれ高融点金属を主成分とする導体ペーストを印刷するとともに貫通孔内に導体ペーストを充填する工程と、セラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、この積層体を還元性雰囲気中で焼成してセラミックからなる複数の絶縁層を形成し、高融点金属からなる導体層を絶縁層の間に形成するとともに貫通孔の内部に形成してビアとする工程と、このビアの開口部を覆うように絶縁層の最外表面にニッケルメッキ層を形成する工程と、このニッケルメッキ層が被着された積層体を還元性雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱する第一の熱処理工程と、ニッケルメッキ層の表面に銅メッキ層を形成する工程と、この銅メッキ層及びニッケルメッキ層を還元性雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱して固溶体を形成する第二の熱処理工程と、この固溶体を覆うように絶縁層の最外表面に銅ペーストを印刷する工程と、この銅ペーストを焼成して導体パッドを形成する工程とを備えることを特徴とするものである。
このようなセラミック多層配線基板の製造方法によれば、第一の熱処理工程によってビアの開口部から露出する高融点金属に対するニッケルメッキ層の密着強度が向上するという作用を有する。また、第二の熱処理工程によってニッケルと銅の固溶体が容易かつ安価に形成されるという作用を有する。そして、この固溶体はビアの開口部から露出する高融点金属に対して導体パッドの密着強度を高めるように作用する。
このようなセラミック多層配線基板の製造方法によれば、第一の熱処理工程によってビアの開口部から露出する高融点金属に対するニッケルメッキ層の密着強度が向上するという作用を有する。また、第二の熱処理工程によってニッケルと銅の固溶体が容易かつ安価に形成されるという作用を有する。そして、この固溶体はビアの開口部から露出する高融点金属に対して導体パッドの密着強度を高めるように作用する。
請求項5に記載の発明は、請求項4記載のセラミック多層配線基板の製造方法において、ニッケルメッキ層及び銅メッキ層は、それぞれ0.03〜0.5μm及び0.6〜4μmの厚さに形成されることを特徴とするものである。
このようなセラミック多層配線基板の製造方法によれば、ニッケルメッキ層の熱処理によって容易に水素を除去することができ、固溶体形成時の空隙発生を防止することができる。
このようなセラミック多層配線基板の製造方法によれば、ニッケルメッキ層の熱処理によって容易に水素を除去することができ、固溶体形成時の空隙発生を防止することができる。
本発明の請求項1に記載のセラミック多層配線基板においては、導体パッドが剥離し難くなり、製品の信頼性が高まる。
また、本発明の請求項2に記載のセラミック多層配線基板においては、固溶体の作用が請求項1に記載の発明に比べてさらに確実に発揮されるため、製品の信頼性がより一層高められるという効果を奏する。
本発明の請求項3に記載のセラミック多層配線基板においては、固溶体に空隙や亀裂が生じ難いため、請求項2記載の発明による効果がより一層発揮される。
本発明の請求項4に記載のセラミック多層配線基板の製造方法によれば、セラミックの焼結体からなる絶縁層に対する導体パッドの接合をビア外表面との密着強度を向上させながら強固にすることができる。これにより、導体パッドの剥離による不良を防止して製品の品質を向上させることが可能となる。
本発明の請求項5に記載のセラミック多層配線基板の製造方法によれば、固溶体に空隙や亀裂が生じ難いため、導体パッドの剥離を請求項4に記載された発明よりもさらに確実に防止することができる。また、請求項1乃至請求項3に記載されたセラミック多層配線基板を安価に製造することが可能である。
以下に、本発明の最良の実施の形態に係るセラミック多層配線基板とその製造方法の実施例について図1乃至図3を用いて説明する。
本実施例のセラミック多層配線基板について図1を用いて説明する。
図1(a)は本実施例のセラミック多層配線基板の構造を説明するための断面模式図であり、(b)は同図(a)の部分拡大図である。
図1(a)に示すように、セラミック多層配線基板1は積層セラミック基板2の両面に導体パッド3,4が形成され、その上面に半導体素子5などの電子部品が搭載される構造となっている。積層セラミック基板2はセラミックを主成分とする絶縁層6と、タングステン又はモリブデンなどの高融点金属を主成分とする導体層7が交互に積層された構造となっている。また、絶縁層6には貫通孔が穿設され、貫通孔の内部にはタングステン又はモリブデンなどの高融点金属が充填された後、焼成されることにより内部に導体層7を有する、いわゆるビア8が形成されている。
各絶縁層6の表面にそれぞれ形成される各導体層7の間及びこの導体層7と導体パッド3あるいは導体パッド4との間は、ビア8を形成する導体層7によって互いに電気的に接続されている。また、半導体素子5は導体パッド3に対して、AuSn、半田、異方性フィルム又は金バンプなどから形成される接続用バンプ10などの接合材を介して実装されている。すなわち、半導体素子5は接続用バンプ10と導体パッド3と導体層7を介して導体パッド4に対して電気的に接続されている。
図1(a)は本実施例のセラミック多層配線基板の構造を説明するための断面模式図であり、(b)は同図(a)の部分拡大図である。
図1(a)に示すように、セラミック多層配線基板1は積層セラミック基板2の両面に導体パッド3,4が形成され、その上面に半導体素子5などの電子部品が搭載される構造となっている。積層セラミック基板2はセラミックを主成分とする絶縁層6と、タングステン又はモリブデンなどの高融点金属を主成分とする導体層7が交互に積層された構造となっている。また、絶縁層6には貫通孔が穿設され、貫通孔の内部にはタングステン又はモリブデンなどの高融点金属が充填された後、焼成されることにより内部に導体層7を有する、いわゆるビア8が形成されている。
各絶縁層6の表面にそれぞれ形成される各導体層7の間及びこの導体層7と導体パッド3あるいは導体パッド4との間は、ビア8を形成する導体層7によって互いに電気的に接続されている。また、半導体素子5は導体パッド3に対して、AuSn、半田、異方性フィルム又は金バンプなどから形成される接続用バンプ10などの接合材を介して実装されている。すなわち、半導体素子5は接続用バンプ10と導体パッド3と導体層7を介して導体パッド4に対して電気的に接続されている。
図1(b)に示すように、積層セラミック基板2の表面に露出するビア8の開口部9はニッケルと銅からなる固溶体11によって覆われ、固溶体11の表面は導体パッド3,4で覆われている。すなわち、ビア8の導体層7を形成する高融点金属と導体パッド3,4とはニッケルと銅からなる固溶体11を介して接合されている。
一般に、タングステン又はモリブデンは銅に対する密着強度が弱いため、銅からなる導体パッド3,4との間の密着強度が低くなっている。しかしながら、固溶体11はニッケル及び銅の特性をそれぞれ有しているため、上記構造のセラミック多層配線基板1においては、例えば、導体パッド3,4を銅ペーストの印刷・焼成によって形成した場合には、ニッケルの特性に起因してビア8の開口部9から露出する導体層7に対する固溶体11の密着強度が高くなり、銅の特性に起因して導体パッド3,4に対する固溶体11の密着強度が高くなる。すなわち、固溶体11はビア8の開口部9から露出する導体層7に対する導体パッド3,4の密着強度を高めるように作用する。なお、銅は熱伝導率の高い材料であるため、上述のように形成される導体パッド3,4によって放熱性が高められるという作用を有する。また、この場合、高価な金属等と高価な設備や装置を用いた薄膜法や蒸着法によって半導体素子5を実装する導体パッド3,4を形成する従来の方法に比べて、セラミック多層配線基板1を安価なものとすることができる。そして、本実施例のセラミック多層配線基板1では、積層セラミック基板2が多層構造であることから、内層配線が可能であり、配線設計をする際の自由度が高まるという作用を有する。さらに、セラミック多層配線基板1はセラミックが主成分であるため、合成樹脂製の基板に比べて耐光性及び放熱性に優れている。
以上説明したように、本実施例のセラミック多層配線基板1においては、導体パッド3,4を積層セラミック基板2に対して十分な強度で接合することができる。特に、後述するように所定の厚さに形成したニッケルメッキ層と銅メッキ層の熱処理によって固溶体11を形成した場合、メッキ被膜形成時にニッケルメッキ層に取り込まれた水素が熱処理で容易に除去されるため、空隙が生じるという不良が発生し難く、積層セラミック基板2に対する導体パッド3,4の密着強度を高めるという固溶体11の作用が確実に発揮される。従って、導体パッド3,4はより一層剥離し難くなり、製品の信頼性がさらに高まる。また、銅ペーストの印刷・焼成によって導体パッド3,4を形成した場合には、半導体素子5からの発熱を導体パッド3,4から効率よく逃がすことができる。これにより、温度上昇に伴う半導体素子5の故障を防止することが可能となる。すなわち、本実施例のセラミック多層配線基板1によれば、高品質の製品を製造することが可能である。
次に、本実施例のセラミック多層配線基板1の製造方法について図3を適宜参照しながら図2を用いて説明する。
図2は本発明の実施の形態に係るセラミック多層配線基板1の製造手順を示す工程図であり、図3(a)乃至(d)は本実施例の製造方法を説明するためのセラミック多層配線基板1の縦断面を模式的に示した部分拡大図である。なお、図1に示した構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図2に示すように、ステップS1では、例えば、以下に示すような手順で積層セラミック基板2を成形する。すなわち、アルミナ(Al2O3)の粉末に焼結助剤としてシリカ(SiO2)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)などの粉末を添加・調整した原料粉末にポリビニルブチラール(PVB)等の有機バインダとエタノール(C2H5OH)等の分散剤とジオクチフタレート等の可塑剤を加えた後、ボールミル等を用いて混合してスラリー化する。次に、このスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形(以下、グリーンシートという。)した後、所定の箇所に打ち抜き金型やNCパンチングマシン等を用いて位置決め孔やビア8用の貫通孔を穿設する。
ステップS2では、この貫通孔の内部にスクリーン印刷によってタングステンやモリブデン等の高融点金属粉末の導体性ペーストを充填するとともに、グリーンシートの表面に導体層7を形成する。そして、導体層7が形成された複数枚のグリーンシートをステップS3において重ね合わせるとともに、加熱及び加圧を行って一体化する。このようにして一体化されたグリーンシートの積層体を高温焼成炉内に入れて、窒素及び水素の還元性雰囲気中で加熱して有機バインダや分散剤を除去した後、焼結させる。これにより、導体層7が絶縁層6の上面や内層に焼き付けられて図3(a)に示すような積層セラミック基板2が形成される。
図2は本発明の実施の形態に係るセラミック多層配線基板1の製造手順を示す工程図であり、図3(a)乃至(d)は本実施例の製造方法を説明するためのセラミック多層配線基板1の縦断面を模式的に示した部分拡大図である。なお、図1に示した構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図2に示すように、ステップS1では、例えば、以下に示すような手順で積層セラミック基板2を成形する。すなわち、アルミナ(Al2O3)の粉末に焼結助剤としてシリカ(SiO2)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)などの粉末を添加・調整した原料粉末にポリビニルブチラール(PVB)等の有機バインダとエタノール(C2H5OH)等の分散剤とジオクチフタレート等の可塑剤を加えた後、ボールミル等を用いて混合してスラリー化する。次に、このスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形(以下、グリーンシートという。)した後、所定の箇所に打ち抜き金型やNCパンチングマシン等を用いて位置決め孔やビア8用の貫通孔を穿設する。
ステップS2では、この貫通孔の内部にスクリーン印刷によってタングステンやモリブデン等の高融点金属粉末の導体性ペーストを充填するとともに、グリーンシートの表面に導体層7を形成する。そして、導体層7が形成された複数枚のグリーンシートをステップS3において重ね合わせるとともに、加熱及び加圧を行って一体化する。このようにして一体化されたグリーンシートの積層体を高温焼成炉内に入れて、窒素及び水素の還元性雰囲気中で加熱して有機バインダや分散剤を除去した後、焼結させる。これにより、導体層7が絶縁層6の上面や内層に焼き付けられて図3(a)に示すような積層セラミック基板2が形成される。
ステップS4において、積層セラミック基板2に対してニッケルメッキ処理を施して、ビア8の開口部9を覆うように厚さ0.03〜0.5μmのニッケルメッキ層12を形成する(図3(b)参照)。その後、ステップS5において、積層セラミック基板2を還元雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱する。これにより、ビア8の開口部9から露出する導体層7とニッケルメッキ層12の界面にニッケルとタングステンあるいはニッケルとモリブデン等の化合物が形成され、導体層7とニッケルメッキ層12の密着強度が向上する。
次に、ステップS6において、ニッケルメッキ層12の表面に銅メッキ処理を施して図3(c)に示すように厚さ0.6〜4μmの銅メッキ層13を形成する。その後、ステップS7において、積層セラミック基板2を還元雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱する。これにより、ニッケルと銅の固溶体11が形成される。
ステップS8では、次のような手順で積層セラミック基板2の表面に銅ペーストの印刷・焼成を行って、導体層14を形成する(図3(d)参照)。まず、積層セラミック基板2の表面にステンレスメッシュを用いたベタ印刷によって銅ペーストを10〜30μmの厚さで一回乃至複数回塗布する。そして、積層セラミック基板2を100℃程度で加熱して、銅ペーストの塗布面を乾燥させる。次に、銅ペーストを塗布した積層セラミック基板2を220℃程度の大気中で加熱した後、窒素又はアルゴンの雰囲気中、900℃の温度条件で加熱する。ステップS8では積層セラミック基板2の表面に形成された導体層14の表面をバフ研磨によって平滑化すると良い。この研磨処理によって銅表面の凸凹が無くなり、導体層14の表層部が平坦化される。
次に、ステップS6において、ニッケルメッキ層12の表面に銅メッキ処理を施して図3(c)に示すように厚さ0.6〜4μmの銅メッキ層13を形成する。その後、ステップS7において、積層セラミック基板2を還元雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱する。これにより、ニッケルと銅の固溶体11が形成される。
ステップS8では、次のような手順で積層セラミック基板2の表面に銅ペーストの印刷・焼成を行って、導体層14を形成する(図3(d)参照)。まず、積層セラミック基板2の表面にステンレスメッシュを用いたベタ印刷によって銅ペーストを10〜30μmの厚さで一回乃至複数回塗布する。そして、積層セラミック基板2を100℃程度で加熱して、銅ペーストの塗布面を乾燥させる。次に、銅ペーストを塗布した積層セラミック基板2を220℃程度の大気中で加熱した後、窒素又はアルゴンの雰囲気中、900℃の温度条件で加熱する。ステップS8では積層セラミック基板2の表面に形成された導体層14の表面をバフ研磨によって平滑化すると良い。この研磨処理によって銅表面の凸凹が無くなり、導体層14の表層部が平坦化される。
さらに、ステップS9及びステップS10で導体層14に導体配線パターンを形成する。まず、ステップS9において導体層14にレジスト膜(図示せず)をスピンコート法によって塗布する。そして、フォトリソ手法を用いて、このレジスト膜にフォトマスク(図示せず)を接触させて露光し、所定のパターンに現像する。なお、レジスト膜の塗布に際しては、スピンコート法に限らず、ロールコート法なども用いることができる。また、レジスト膜への露光もコンタクト方式以外に、例えば、プロキシミティ方式などを採用しても良い。次に、ステップS10において導体層14に対してエッチングを行う。具体的には、塩化第2鉄あるいは塩化第2銅等を主成分とするエッチング液を用いて導体層14をエッチングする。これにより、レジスト膜が形成されていない部分の導体層14が除去される。さらに、導体層14上のレジスト膜を剥離液によって除去する。その結果、導体層14は所定の導体配線パターンが形成されて、導体パッド3,4となる。
次に、ステップS5及びステップS7において5通りの温度条件で熱処理を行い、製造したサンプルについて導体パッド3,4とビア8間の密着強度、固溶体11の形成の有無及び導体パッド3,4間の導通性について調べたので、その結果を表1に示す。なお、導体パッド3,4の密着強度については、各サンプルの導体パッド3,4に対してそれぞれ所定の引張力を加えて剥離状態を調べた。そして、導体パッド3,4がいずれも剥離しない場合を○で表し、いずれか一方が剥離した場合を△で表した。また、固溶体11の形成の有無については走査電子顕微鏡を用いて撮像した導体パッド3,4の断面写真によって確認した。さらに、市販のテスターを用いて導体パッド3と導体パッド4の間の電気抵抗値が所望の値を満足しているか否かによって導通性を判断した。
表1より、図2のステップS5及びステップS7の熱処理の温度が500℃よりも低い場合には温度が低くて固溶体化が進行せず、1000℃より高い場合には逆に液体化するため、形状維持が不可能となって、導体パッド3,4とビア8間の密着強度が低くなることが分かる。すなわち、図2のステップS5及びステップS7の熱処理の温度条件は500〜1000℃の範囲内であることが望ましい。
本実施例のセラミック多層配線基板1の製造方法によれば、ステップS5の熱処理工程においてビア8の開口部9から露出する導体層7に対するニッケルメッキ層12の密着強度が高められる。そして、ニッケルメッキ層12と銅メッキ層13を固溶体化することで、ビア8の開口部9から露出する導体層7に対する導体パッド3,4の密着強度が高められる。すなわち、セラミックの焼結体からなる絶縁層6に対する導体パッド3,4の接合をビア8の外表面との密着強度を向上させながら強固にすることができる。加えて、メッキ処理に要する費用が削減される。また、積層セラミック基板2の材質がアルミナであるため、ビア8用の貫通孔を穿設する際にレーザー加工等の高価なプロセスを必要としない。
以上説明したように、本実施例の製造方法によれば、ニッケルメッキ層の熱処理によって容易に水素を除去することができ、固溶体形成時の空隙発生を防止することができるため、固溶体11に空隙や亀裂が生じ難い。その結果、セラミックの焼結体からなる絶縁層6に対して導体パッド3,4が強固に接合される。これにより、製品の品質が向上する。そして、固溶体化という安価な方法で密着強度を高められることから、セラミック多層配線基板1の製造コストを削減できる。また、積層セラミック基板2を使用することで、耐光性に優れ、微細配線が可能なセラミック多層配線基板1を容易に製造できる。
本発明のセラミック多層配線基板1の材質は上記実施例に示すものに限定されるものではない。例えば、絶縁層6としてアルミナよりも放熱性に優れた窒化アルミニウムを使用しても良い。また、図2のステップS4及びステップS6は、電解メッキ及び無電解メッキのいずれの方法で行っても良い。さらに、導体パッド3,4及びビア8の個数や配置及び導体層7の形成パターンについては、図1又は図3に示す場合に限定されるものではなく、適宜変更可能である。なお、ニッケルメッキ層12及び銅メッキ層13については、以下の理由から本実施例に示した厚さとすることが望ましい。すなわち、ニッケルメッキ層12の厚さが0.03μmに満たないか、銅メッキ層13の厚さが0.6μmに満たない場合には、ビア8の開口部9から露出する導体層7に対する導体パッド3,4の密着強度を向上させるという固溶体11の作用が十分に発揮されないおそれがある。また、析出時にニッケルメッキ層12に取り込まれた水素の発生に伴って生じる空隙の大きさは、ニッケルメッキ層12が厚いほど大きくなるため、ニッケルメッキ層12の厚さは0.5μm以下であることが望ましい。さらに、銅メッキ層13が厚くなると、温度変化に伴う膨張や収縮によって亀裂が生じ易くなることから、銅メッキ層13の厚さは4μm以下であることが望ましい。
本発明の請求項1乃至請求項5に記載された発明は、タングステンやモリブデン等の高融点金属に対して銅を主成分とする導体層を接合する場合に適用可能である。
1...セラミック多層配線基板 2...積層セラミック基板 3,4...導体パッド 5...半導体素子 6...絶縁層 7...導体層 8...ビア 9...開口部 10...接続用バンプ 11...固溶体 12...ニッケルメッキ層 13...銅メッキ層 14...導体層
Claims (5)
- 電子部品を表面に実装するセラミック多層配線基板において、セラミックを主成分とする複数の絶縁層と、この絶縁層に穿設される貫通孔に高融点金属が充填されて形成されるビアと、前記複数の絶縁層の間に形成されるとともに前記ビアによって互いに電気的に接続される高融点金属を主成分とする導体層と、前記絶縁層の最外表面に露出する前記ビアの開口部を覆うように形成される銅とニッケルの固溶体と、この固溶体を覆うように前記絶縁層の最外表面に形成される銅を主成分とする導体パッドとを備えることを特徴とするセラミック多層配線基板。
- 前記固溶体は前記ビアの開口部に近い側から順に被着されたニッケルメッキ層と銅メッキ層を熱処理して形成されることを特徴とする請求項1記載のセラミック多層配線基板。
- 前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層の厚さは、それぞれ0.03〜0.5μm及び0.6〜4μmであることを特徴とする請求項2記載のセラミック多層配線基板。
- 貫通孔を有する複数枚のセラミックグリーンシートの表面にそれぞれ高融点金属を主成分とする導体ペーストを印刷するとともに前記貫通孔内に前記導体ペーストを充填する工程と、前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を形成する工程と、この積層体を還元性雰囲気中で焼成してセラミックからなる複数の絶縁層を形成し、前記高融点金属からなる導体層を前記絶縁層の間に形成するとともに前記貫通孔の内部に形成してビアとする工程と、このビアの開口部を覆うように前記絶縁層の最外表面にニッケルメッキ層を形成する工程と、このニッケルメッキ層が被着された前記積層体を還元性雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱する第一の熱処理工程と、前記ニッケルメッキ層の表面に銅メッキ層を形成する工程と、この銅メッキ層及び前記ニッケルメッキ層を還元性雰囲気中、500〜1000℃の温度条件で加熱して固溶体を形成する第二の熱処理工程と、この固溶体を覆うように前記絶縁層の最外表面に銅ペーストを印刷する工程と、この銅ペーストを焼成して導体パッドを形成する工程とを備えることを特徴とするセラミック多層配線基板の製造方法。
- 前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層は、それぞれ0.03〜0.5μm及び0.6〜4μmの厚さに形成されることを特徴とする請求項4記載のセラミック多層配線基板の製造方法。
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