JP2002124590A - セラミック回路基板及びその製造方法 - Google Patents
セラミック回路基板及びその製造方法Info
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Abstract
露出したビア導体上にAuめっきを施してワイヤボンド
の受けパッドとすることでボンディングワイヤの不着が
少なく、基板の小型化に対応できるセラミック回路基板
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 絶縁基体40の表面に露出したビア導体
12に半導体チップ16がワイヤボンドによって接続さ
れる低温焼成されたセラミック回路基板10であって、
ビア導体12の表面にAuめっき15が施されている。
Description
納するためのセラミック回路基板及びその製造方法に係
り、より詳細には半導体チップがワイヤボンド方式でビ
ア導体に接続されるセラミック回路基板及びその製造方
法に関する。
部品を実装するための配線パターンを形成した回路基板
として用いられている。通常、セラミック回路基板に半
導体チップをワイヤボンド方式で接続する場合に用いら
れるセラミック回路基板においては、ボンディングワイ
ヤの受けパッドをセラミックグリーンシートにタングス
テンやモリブデン等の高融点金属ペーストで印刷して同
時焼成し、受けパッドの表面にNiめっき、Auめっき
を施して形成している。しかしながら、この場合は、高
温焼成(約1550℃)となり、焼成時のセラミックグ
リーンシートの収縮が大きいので基板寸法のばらつきが
大きくなり受けパッドの寸法ピッチの精度に問題があっ
た。また、導体に導通抵抗の高いタングステンやモリブ
デン等の高融点金属を使わざるを得ず高速信号化に問題
があった。
能で、低膨張率、低誘電率であり、信頼性の高い抵抗体
が形成可能なガラスセラミックからなる低温焼成多層基
板による回路基板が用いられてきている。この低温焼成
は、例えば、800〜1000℃程度で焼成するもの
で、低温焼成によって形成されるセラミック回路基板
は、表層に半導体チップ搭載用のボンディングワイヤの
受けパッドが形成されている。通常、受けパッドは、セ
ラミック回路基板を焼成した後にセラミック回路基板上
にAuペーストを印刷して焼成することで形成してい
る。また、半導体チップをセラミック回路基板に搭載す
る方法としては、ワイヤボンド方式以外にセラミック回
路基板の大きさを小さくできるフリップチップ方式があ
り、基板の焼成後の表面にフリップチップ実装用の受け
パッドとなる配線導体パターンをスクリーン印刷で形成
し、焼成することで製造している。
たような従来のセラミック回路基板及びその製造方法に
おいては、次のような問題がある。 (1)ボンディングワイヤの受けパッドの形成をセラミ
ック回路基板を焼成した後にAuペーストを印刷し、焼
成して形成する場合は、Auペースト中のガラス分が焼
成によってAu表面へ浮上し、ボンディングワイヤの不
着が発生する。また、受けパッドそのものの存在により
セラミック回路基板の小型化の障害となっている。 (2)フリップチップ方式は、セラミック回路基板の小
型化には有利であるが、実装した後半導体チップの裏面
が観察できないこともあり、信頼性、安定性においてワ
イヤボンド方式には及ばない。 (3)セラミック回路基板の焼成後に受けパッドを形成
するのではなく、受けパッドをセラミック回路基板と同
時焼成して形成し、Auめっきを施せばボンディングワ
イヤの不着の問題は解消するが、同時焼成であるために
セラミック回路基板の焼成収縮ばらつきが発生し、受け
パッドの寸法ピッチ精度が悪い。 (4)焼成収縮解消のために加圧焼成が開発され無収縮
焼成が可能であるが、受けパッドの存在によるセラミッ
ク回路基板の小型化は解消できない。本発明は、かかる
事情に鑑みてなされたものであって、低温焼成によって
形成した絶縁基体の表面に露出したビア導体上にAuめ
っきを施してワイヤボンドの受けパッドとすることでボ
ンディングワイヤの不着が少なく、基板の小型化に対応
できるセラミック回路基板及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
係るセラミック回路基板は、絶縁基体の表面に露出した
Auめっきの施されたビア導体に半導体チップがワイヤ
ボンドによって接続される低温焼成されたセラミック回
路基板であって、ビア導体はAg系導体からなり、絶縁
基体と加圧同時焼成されており、しかも、ビア導体の表
面が研磨されている。ビア導体表面を直接ワイヤボンド
の受けパッドとする面は、Auめっきが施されたAg系
導体からなり、Ag系導体がW(タングステン)やMo
(モリブデン)等に比較して軟質な導体であるので、ボ
ンディングワイヤをワイヤボンダーで接続させる時のワ
イヤボンド性が良好となり、ボンディングワイヤの不着
を少なくして歩留の向上と信頼性を高めることができ
る。また、ビア導体表面がそのままワイヤボンドの受け
パッドとなり、改めて受けパッドを形成することがない
ので基板の小型化にも対応することができる。更に、絶
縁基体と共にビア導体も同時に加圧焼成される加圧同時
焼成により平坦で、収縮のないビアピッチ寸法精度の良
い絶縁基体が得られるので、良好なワイヤボンド性が得
られる。また、ビア導体表面が研磨されているので、A
uめっき表面が平坦となり良好なワイヤボンド性が得ら
れる。特にビア導体がAgの場合は、研磨によってビア
表面近傍の金属粒子間のポア(気泡)がAgの高い延性
によって埋まるので、めっき液のビア導体中への浸透が
なくなり腐食や変色が発生しない。
路基板の製造方法は、絶縁基体の表面に露出したAuめ
っきの施されたビア導体に半導体チップがワイヤボンド
によって接続されるセラミック回路基板の製造方法にお
いて、絶縁基体を形成する複数枚のセラミックグリーン
シートに孔を穿設し、Ag系導体からなる金属ペースト
を孔に充填して絶縁基体の表面に露出するビア導体を形
成すると共にセラミックグリーンシートの表面に配線パ
ターンを形成し、複数枚のセラミックグリーンシートを
重ね合わせて積層体を形成する工程と、積層体を800
〜1000℃で加圧しながら焼成して焼結体を形成する
工程と、焼結体の表面を研磨して絶縁基体を形成する工
程と、絶縁基体の表面に露出するビア導体にAuめっき
を施す工程とを有する。これにより、低温焼成で加圧同
時焼成したAg系導体で形成されたビア導体の表面を研
磨し、その表面にAuめっきを施したビア導体表面を直
接ワイヤボンドの受けパッドとすることができるので、
ボンディングワイヤの不着を少なくして歩留の向上と信
頼性を高めたセラミック回路基板を製造することができ
る。また、ビア導体表面がそのままワイヤボンドの受け
パッドとすることができるので、改めて受けパッドを形
成することがなく、小型化に対応したセラミック回路基
板を製造することができる。
つ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本
発明の理解に供する。ここに、図1は本発明の一実施の
形態に係るセラミック回路基板の斜視図、図2は同セラ
ミック回路基板の断面図、図3は同セラミック回路基板
のビア導体部分の拡大断面図、図4(A)〜(D)は同
セラミック回路基板の製造方法の説明図である。
の形態に係るセラミック回路基板10は、例えば、80
0〜1000℃程度の温度で低温焼成して形成できるガ
ラスセラミックからなり、焼成前のシート状からなる複
数のセラミックグリーンシート21〜24(図4参照)
にAg系導体の金属ペーストを用いて内層配線パターン
19を有する配線パターンやビア導体12を形成し、重
ね合わせた積層体20を同時焼成して成形された焼結体
30の外表面を研磨して絶縁基体40を形成し、更にそ
の外表面には外層配線パターン11が形成されている。
また、最外層(上層)のセラミックグリーンシート21
に形成されたビア導体12の外表面にはNiめっき14
及びAuめっき15が施されたワイヤボンドの受けパッ
ド13が形成されている。このセラミック回路基板10
には半導体チップ16が樹脂等でダイボンドされて、半
導体チップ16の接続端子17と受けパッド13との間
をボンディングワイヤ18で接続して半導体電子部品と
して用いられている。焼成前の各セラミックグリーンシ
ート21〜24には内層配線パターン19が形成されて
いて、各層の内層配線パターン19及び外層配線パター
ン11は、ビア導体12で接続されている(図2参
照)。
として利用されるビア導体12の表面には下地めっきと
してNiめっき14が施され、その上にAuめっきが施
されている(図3参照)。これにより、受けパッド13
は、ボンディングワイヤ18との接続を強固なものとし
ている。また、ビア導体12の導体金属としてAg系
(Ag、AgPt、AgPd等)を用いてセラミックグ
リーンシート21〜24と加圧しながら同時焼成を行っ
てビア導体12を形成するので、基板のうねりが少なく
ビア導体12の表面の受けパッド13も平坦となり、ボ
ンディングワイヤ18の良好な接続強度の得られるセラ
ミック回路基板10が確保されている。
磨がされているので、研磨面に追随してNiめっき14
及びAuめっき15の表面が平坦となり、ワイヤボンド
性を更に良好にするセラミック回路基板が確保できる。
また、ビア導体12の導体金属は、Ag系を用いてお
り、Agが比較的軟質且つ延性に富む金属であるので、
研磨時にビア導体12の金属粒子間のポアを埋め込み、
めっき時のめっき液のビア導体12内部への浸透をくい
止め、めっき液残渣によるビア導体12の腐食、変色を
防止したセラミック回路基板10を確保できる。
発明の一実施の形態に係るセラミック回路基板の製造方
法について説明する。先ず、図4(A)に示すように、
800〜1000℃で焼結可能な複数枚のセラミックグ
リーンシート21〜24は、CaO−Al2 O3 −Si
O2 −B2 O3系ガラス50〜65重量%(好ましくは
60重量%)とAl2 O3 50〜35重量%(好ましく
は40重量%)からなるセラミック粉末にバインダー、
溶剤及び可塑材を添加して混合し、ドクターブレード法
等で所望の厚みのシート状にし、所望の大きさに切断し
て形成している。
は、ビア導体12を形成するための孔25をプレス金型
やNCマシーン等を使用して穿設している。そして、こ
の孔25には、スクリーン印刷等でAg系導体からなる
金属ペーストを充填している。また、各セラミックグリ
ーンシート22〜24には、導通回路を形成するための
内層配線パターン19をAg系導体からなる金属ペース
トを用いてスクリーン印刷等で形成している。この内層
配線パターン19はビア導体12を介して各セラミック
グリーンシート21〜24間を電気的に導通させてい
る。ビア導体12及び内層配線パターン19が形成され
た各セラミックグリーンシート21〜24は、重ね合わ
せて仮接合して積層体20を形成している。
クグリーンシート21〜24の焼結温度である800〜
1000℃では焼結しない未焼結シート26を準備す
る。この未焼結シート26は、ガラス分を含まないアル
ミナ粉末のみにバインダー、溶剤及び可塑材を添加して
混合し、ドクターブレード法等で所望の厚みのシート状
にし、所望の大きさに切断して形成している。この未焼
結シート26を積層体20の両面に重ね合わせ、温度1
00℃、圧力50kg/cm2 で加熱圧着して積層して
いる。
上、下面に金属や耐火物からなる押え治具27をあてが
い、10Kg/cm2 の圧力を掛けながら、温度100
0℃以下で加圧焼成する。これによって、セラミックグ
リーンシート21〜24及び金属ペーストが焼結し、バ
インダー、溶剤及び可塑材が無くなった未焼結シート2
6を上下面に有する焼結体30が形成される。ここで、
焼成温度が800℃未満であるとセラミックグリーンシ
ート21〜24が焼結をせず、絶縁体を形成しない。ま
た、1000℃を超えるとセラミックグリーンシート2
1〜24のガラス分が溶融しすぎて絶縁体としての強度
が弱くなる。この加圧焼成によって、セラミックグリー
ンシート22〜24のそれぞれの表面に設けられた金属
ペーストが焼成されてビア導体12や内層配線パターン
19が形成されても、未焼結シート26の拘束により焼
結体30の平坦性を維持することができる。また、未焼
結シート26の拘束により焼結体30は、積層体20の
厚み方向の収縮は発生するが平面方向の収縮は発生しな
いので、焼成収縮による寸法ばらつきを小さく抑えるこ
とができる。
30に載置されている押さえ治具27を取り外した後、
焼結体30に付着している未焼結シート26を除去す
る。焼成された未焼結シート26はバインダー、溶剤及
び可塑材が無くなった状態であるので、アルミナ紛のみ
であり、焼結体30の外表面に若干のアルミナ紛の付着
を残して、殆どは簡単に剥離除去できる。剥離除去に
は、必要に応じて焼結体30の外表面にガラスビーズ等
のブラスト材を使用してブラスト処理を施し、外表面に
付着しているアルミナ紛を除去してもよい。
0の外表面をラッピング等の方法により研磨を行う。砥
粒は表面の仕上げ状態によって選択できるが、320#
程度の粒度の砥粒が使用される。これにより、焼結体3
0の外表面に付着しているアルミナ紛を除去し、焼結体
30のセラミック面と、焼結体30の外表面に露出して
いるビア導体12の表面を研削して平坦に仕上げた絶縁
基体40を形成している。
40の上下の外表面に金属ペースト、例えば、Ag系導
体ペーストを用いて外層配線パターン11を形成してい
る。この外層配線パターン11はディスクリート部品搭
載のためのパッドであったり、外部との接続端子用であ
ったり、抵抗体形成のためのパッドであったりする。ワ
イヤボンド用のビア導体12には、電解めっきによって
厚み2〜4μm程度のNiめっきを施し、その上に厚み
0.3〜0.8μm程度のAuめっきを施して受けパッ
ド13を形成している。
基板10を4層のセラミックグリーンシート21〜24
で形成したが、この層数は限定されるものではなく、2
層、3層又は5層以上であってもよい。また、セラミッ
クグリーンシートの材料として、CaO−Al2 O3 −
SiO2−B2 O3 系ガラスとAl2 O3 との混合物以
外に、MgO−Al2 O3 −SiO2 −B2 O3 系ガラ
スとAl2 O3 との混合物、SiO2 −B2 O3 系ガラ
スとAl2 O3 との混合物、PbO−SiO2 −B2 O
3 系ガラスとAl2 O3 との混合物、コージェライト系
結晶化ガラス等のセラミック材料を用いてもよい。
に、本発明の一実施の形態に係るセラミック回路基板の
製造方法により製造したビア導体からなる受けパッド1
3の径がφ0.2mmのセラミック回路基板(図5
(A)参照)と、従来例(図5(B)参照)のワイヤボ
ンドの受けパッド51の寸法が長さ0.4mm、幅0.
2mm、φ0.2mmのビア導体52と接続するための
接続代幅53が0.05mmのセラミック回路基板と半
導体チップ16、57との間にワイヤボンドを行いボン
ディングワイヤ18、54の接続不良発生率の試験を行
った。また、両者の必要とするワイヤボンドの受けパッ
ド13、51の形成可能エリアの幅31、55を、それ
ぞれの受けパッド13、51と隣接している、例えば、
ディスクリート部品搭載用等の電子部品搭載用のパター
ン32、56との必要間隔幅で算出した。その算出方法
は、本実施例ではビア導体をそのままワイヤボンドの受
けパッド13とすることができるので、従来例で必要で
あったワイヤボンドの受けパッド51の形成可能エリア
の幅55の1.6mmから、Auペーストでワイヤボン
ドの受けパッドのパターンを形成するのに必要な幅0.
5mm(長さ0.4mm+ビア導体との接続代幅0.0
5×2=0.1mm)を狭くしてワイヤボンドの実験を
行ったが問題なくワイヤボンドが可能であったことから
算出した。その結果、表1に示すように本発明に係る製
造方法では従来例に比べてワイヤボンドの不良率が1/
6程度に減少していることがわかった。
いては、ビア導体はAg系導体からなり、絶縁基体と加
圧同時焼成されており、しかも、ビア導体の表面が研磨
されているので、ボンディングワイヤの不着を少なくし
て歩留の向上と信頼性を高めることができる。また、ビ
ア導体表面がそのままワイヤボンドの受けパッドとし、
基板の小型化に対応することができる。Auめっきの下
地がAg系導体となりWやMo等に比較して軟質な導体
となり、ワイヤボンド性が良好となる。更に、加圧同時
焼成で平坦であり、収縮がなくビアピッチ寸法精度の良
い絶縁基板となり、良好なワイヤボンド性が得られる。
また、Auめっき前のAg系導体の表面は研磨されてい
るのでAuめっき表面が平坦となり良好なワイヤボンド
性が得られる。特に、Agが高い延性をもっているので
研磨によってビア表面近傍の金属粒子間のポアが埋ま
り、めっき液のビア中への浸透がなくなり腐食や変色が
発生しない。
方法おいては、絶縁基体を形成する複数枚のセラミック
グリーンシートに孔を穿設し、Ag系導体からなる金属
ペーストを孔に充填して絶縁基体の表面に露出するビア
導体を形成すると共にセラミックグリーンシートの表面
に配線パターンを形成し、複数枚のセラミックグリーン
シートを重ね合わせて積層体を形成する工程と、積層体
を800〜1000℃で加圧しながら焼成して焼結体を
形成する工程と、焼結体の表面を研磨して絶縁基体を形
成する工程と、絶縁基体の表面に露出するビア導体にA
uめっきを施す工程とを有するので、ボンディングワイ
ヤの不着を少なくして歩留の向上と信頼性を高めたセラ
ミック回路基板を製造することができる。また、ビア導
体表面がそのままワイヤボンドの受けパッドとすること
ができ、改めて受けパッドを形成することがなく、小型
化に対応したセラミック回路基板を製造することができ
る。
板の斜視図である。
面図である。
方法の説明図である。
態に係るセラミック回路基板と従来例のセラミック回路
基板でのワイヤボンドの実験の説明図である。
12:ビア導体、13:受けパッド、14:Niめっ
き、15:Auめっき、16:半導体チップ、17:接
続端子、18:ボンディングワイヤ、19:内層配線パ
ターン、20:積層体、21〜24:セラミックグリー
ンシート、25:孔、26:未焼結シート、27:押え
治具、30:焼結体、31:受けパッドの形成可能エリ
アの幅、32:電子部品搭載用のパターン、40:絶縁
基体
Claims (2)
- 【請求項1】 絶縁基体の表面に露出したAuめっきの
施されたビア導体に半導体チップがワイヤボンドによっ
て接続される低温焼成されたセラミック回路基板であっ
て、前記ビア導体はAg系導体からなり、前記絶縁基体
と加圧同時焼成されており、しかも、前記ビア導体の表
面が研磨されていることを特徴とするセラミック回路基
板。 - 【請求項2】 絶縁基体の表面に露出したAuめっきの
施されたビア導体に半導体チップがワイヤボンドによっ
て接続されるセラミック回路基板の製造方法において、
前記絶縁基体を形成する複数枚のセラミックグリーンシ
ートに孔を穿設し、Ag系導体からなる金属ペーストを
前記孔に充填して前記絶縁基体の表面に露出するビア導
体を形成すると共に前記セラミックグリーンシートの表
面に配線パターンを形成し、前記複数枚のセラミックグ
リーンシートを重ね合わせて積層体を形成する工程と、
前記積層体を800〜1000℃で加圧しながら焼成し
て焼結体を形成する工程と、前記焼結体の表面を研磨し
て絶縁基体を形成する工程と、前記絶縁基体の表面に露
出する前記ビア導体にAuめっきを施す工程とを有する
ことを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
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---|---|---|---|
JP2000313414A JP4613410B2 (ja) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | セラミック回路基板の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100771298B1 (ko) * | 2005-08-24 | 2007-10-29 | 삼성전기주식회사 | 음각의 금형판을 이용한 칩 내장형 인쇄회로기판의제조방법 |
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- 2000-10-13 JP JP2000313414A patent/JP4613410B2/ja not_active Expired - Lifetime
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