JP2007123448A - Manufacturing method of ceramic substrate - Google Patents
Manufacturing method of ceramic substrate Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007123448A JP2007123448A JP2005311996A JP2005311996A JP2007123448A JP 2007123448 A JP2007123448 A JP 2007123448A JP 2005311996 A JP2005311996 A JP 2005311996A JP 2005311996 A JP2005311996 A JP 2005311996A JP 2007123448 A JP2007123448 A JP 2007123448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic substrate
- unfired
- protruding electrode
- ceramic
- substrate body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 177
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 135
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 114
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 52
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 47
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 26
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010344 co-firing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 15
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 8
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- UODXCYZDMHPIJE-UHFFFAOYSA-N menthanol Chemical compound CC1CCC(C(C)(C)O)CC1 UODXCYZDMHPIJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOCCOC(C)=O VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBNHCGDYYBMKJN-UHFFFAOYSA-N 2-(4-methylcyclohexyl)propan-2-yl acetate Chemical compound CC1CCC(C(C)(C)OC(C)=O)CC1 HBNHCGDYYBMKJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000113 methacrylic resin Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920002102 polyvinyl toluene Polymers 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
Description
本発明は、セラミック基板の製造方法に関し、詳しくは、少なくとも一方主面に突起電極を有するセラミック基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic substrate, and more particularly to a method for manufacturing a ceramic substrate having a protruding electrode on at least one main surface.
多層セラミック基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、多層セラミック基板において高密度に配線を形成することが有効である。しかしながら、多層セラミック基板を得るための焼成工程では、多層セラミック基板の収縮を伴う上、収縮のばらつきも避け難い。そのため、収縮、特に平面方向での収縮及びそのばらつきは、多層セラミック基板における配線の高密度化を阻害する要因となっている。このような背景の下、多層セラミック基板を得るための焼成工程において、平面方向での収縮を抑制できる、いわゆる無収縮プロセスが提案されている。 In order to increase the functionality, density, and performance of a multilayer ceramic substrate, it is effective to form wirings at a high density on the multilayer ceramic substrate. However, in the firing step for obtaining the multilayer ceramic substrate, the multilayer ceramic substrate is contracted and it is difficult to avoid variations in the shrinkage. For this reason, shrinkage, particularly shrinkage in the planar direction and variations thereof, are factors that hinder high-density wiring in the multilayer ceramic substrate. Under such a background, a so-called non-shrinking process has been proposed that can suppress shrinkage in a planar direction in a firing step for obtaining a multilayer ceramic substrate.
無収縮プロセスでは、セラミック材料を含む複数の基板用セラミックグリーンシートが用意されるとともに、基板用セラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しないセラミックを含む収縮抑制用セラミックグリーンシートが用意される。そして、複数の基板用セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成の基板用積層体を例えば挟むように、収縮抑制用セラミックグリーンシートが配置された、複合積層体が作製され、この複合積層体に対して焼成工程が適用される。 In the non-shrink process, a plurality of ceramic green sheets for a substrate containing a ceramic material are prepared, and a ceramic green sheet for shrinkage suppression containing a ceramic that is not sintered at the firing temperature of the ceramic green sheet for a substrate is prepared. Then, a composite laminate is produced in which a ceramic green sheet for suppressing shrinkage is arranged so as to sandwich, for example, an unfired laminate for a substrate formed by laminating a plurality of ceramic green sheets for a substrate. On the other hand, a baking process is applied.
この焼成工程においては、基板用積層体を多層セラミック基板とするように、基板用積層体のみが焼結され、収縮抑制用セラミックグリーンシートは未焼結の状態で収縮抑制用支持体として存在し、これによる焼成収縮を抑制する力、すなわち拘束力を基板用積層体に作用させることによって、基板用積層体の平面方向での収縮が抑制される。 In this firing step, only the substrate laminate is sintered so that the substrate laminate is a multilayer ceramic substrate, and the shrinkage-suppressing ceramic green sheet exists as a shrinkage-suppressing support in an unsintered state. By applying a force that suppresses firing shrinkage, that is, a restraining force, to the substrate laminate, shrinkage in the planar direction of the substrate laminate is suppressed.
このように、無収縮プロセスによれば、基板用積層体の平面方向での収縮が生じにくいため、得られた多層セラミック基板の平面方向での寸法精度を高めることができ、したがって、多層セラミック基板における配線を有利に高密度化することが可能になる(例えば、特許文献1参照)。
このような多層セラミック基板の両主面にコンデンサ、抵抗、IC等の部品を実装し、それをプリント配線基板に実装すれば、高密度化が容易となる。このとき、多層セラミック基板とプリント配線基板との間に所定の間隔を確保して、多層セラミック基板のプリント配線基板に対向する側の主面に実装した部品がプリント配線基板と干渉しないようにするため、多層セラミック基板のプリント配線基板側の主面に、柱状の突起電極を設けることが考えられる。 If components such as capacitors, resistors, and ICs are mounted on both main surfaces of such a multilayer ceramic substrate and mounted on a printed wiring board, the density can be increased easily. At this time, a predetermined interval is secured between the multilayer ceramic substrate and the printed wiring board so that components mounted on the main surface of the multilayer ceramic substrate facing the printed wiring board do not interfere with the printed wiring board. Therefore, it is conceivable to provide columnar protruding electrodes on the main surface of the multilayer ceramic substrate on the printed wiring board side.
例えば、収縮抑制用セラミックグリーンシートの特定のものに穴を設け、該穴にAgを主成分とした導電性ペーストを充填する。導体パターン及びビアを有した基板用セラミックグリーンシートを積層して、多層セラミック基板となるべき未焼成の基板用積層体を用意する。この未焼成の基板用積層体の一方の主面上に、穴に導電性ペーストを充填した収縮抑制用セラミックグリーンシートを積層し、さらに他方の主面に、穴のない収縮抑制用セラミックグリーンシートを積層して、複合積層体を作製する。この複合積層体を焼成することで、特定の収縮抑制用セラミックグリーンシートの穴に充填された導電性ペーストを焼結させた突起電極を、多層セラミック基板の一方主面に設ける。 For example, a hole is formed in a specific ceramic green sheet for suppressing shrinkage, and the hole is filled with a conductive paste mainly composed of Ag. A green substrate laminate having a conductor pattern and vias is laminated to prepare an unfired laminate for a substrate to be a multilayer ceramic substrate. A ceramic green sheet for suppressing shrinkage in which a hole is filled with a conductive paste is laminated on one main surface of the unfired substrate laminate, and a ceramic green sheet for shrinkage suppression having no hole on the other main surface. Are laminated to produce a composite laminate. By firing this composite laminate, a protruding electrode obtained by sintering a conductive paste filled in a hole of a specific shrinkage-suppressing ceramic green sheet is provided on one main surface of the multilayer ceramic substrate.
このようにして作製された多層セラミック基板においては、突起電極が焼結体でできており、そのため突起電極はAg粒同士のネッキングによる構造体でできている。このAg粒同士のネッキングによる構造体は、近接するAg粒間に存在する空間を完全になくすことなくAg粒同士のネッキングを起こすため、焼成後の突起電極の内部はAg粒間に空間を有した状態となる。 In the multilayer ceramic substrate thus manufactured, the protruding electrode is made of a sintered body, and therefore, the protruding electrode is made of a structure formed by necking of Ag grains. This structure by necking of Ag grains causes necking of Ag grains without completely eliminating the space existing between adjacent Ag grains. Therefore, the interior of the protruding electrode after firing has a space between Ag grains. It will be in the state.
そのため、Ag粒同士のネッキングで支えられた突起電極は、前記無収縮プロセスにおいて焼成後の収縮抑制用支持体を除去するための0.1×106〜10×106Pa程度の高圧力下におけるブラスト洗浄においてネッキングが切れ、突起電極で折れてしまいやすくなる欠点を有している。特に、突起電極のうち、突起電極用Agペーストにアルミナ等の収縮阻害の添加物を混合させて焼結させた突起電極は、Ag粒同士のネッキングをさらに阻害するため、突起電極が無収縮プロセスの収縮抑制用支持体の除去のときに、より折れやすくなる。 Therefore, the protruding electrode supported by the necking of the Ag grains is under a high pressure of about 0.1 × 10 6 to 10 × 10 6 Pa for removing the shrinkage-suppressing support after firing in the non-shrink process. In the blast cleaning, the necking is cut off and it is easy to break at the protruding electrode. In particular, among the protruding electrodes, the protruding electrode obtained by mixing and sintering shrinkage additive such as alumina in the protruding electrode Ag paste further inhibits the necking of Ag particles, so that the protruding electrode is a non-shrinking process. It becomes easier to break when removing the shrinkage-suppressing support.
本発明は、かかる実情に鑑み、突起電極の強度を向上することができる、セラミック基板の製造方法を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide a method for manufacturing a ceramic substrate capable of improving the strength of a protruding electrode.
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したセラミック基板の製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a method for manufacturing a ceramic substrate configured as follows.
セラミック基板の製造方法は、(1)未焼成のセラミック基板本体の少なくとも一方主面に、未焼成の前記セラミック基板本体の焼成温度では実質的に焼結しない基材中に未焼成の前記セラミック基板本体の前記焼成温度で焼結する金属材料を含んだ未焼成の突起電極用パターンを有する拘束層を密着してなる未焼成の複合積層体を形成する第1の工程と、(2)未焼成の前記セラミック基板本体が焼結し、前記拘束層の前記基材が実質的に焼結せず、かつ、前記拘束層の未焼成の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料が焼結する温度で、未焼成の前記複合積層体を焼成する第2の工程と、(3)前記拘束層の前記基材を除去して、未焼成の前記セラミック基板本体の焼成により形成された基板本体の一方主面に、前記拘束層の未焼成の前記突起電極用パターンの焼成により形成された突起電極を有するセラミック基板を取り出す第3の工程とを備える。前記第2の工程において、前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料の少なくとも一部を溶融させる。 The method for producing a ceramic substrate includes: (1) the unfired ceramic substrate in at least one main surface of the unfired ceramic substrate body in a base material that is not substantially sintered at the firing temperature of the unfired ceramic substrate body. A first step of forming an unfired composite laminate formed by adhering a constraining layer having an unfired protruding electrode pattern containing a metal material sintered at the firing temperature of the main body, and (2) unfired The ceramic substrate body is sintered, the base material of the constraining layer is not substantially sintered, and the metal material contained in the unfired pattern for protruding electrodes of the constraining layer is sintered. A second step of firing the unfired composite laminate at a sintering temperature; and (3) a substrate formed by firing the unfired ceramic substrate body by removing the base material of the constraining layer. The constraining layer is formed on one main surface of the main body. And a third step of removing a ceramic substrate having protruding electrodes formed by firing of the projecting electrode pattern of the green. In the second step, at least a part of the metal material contained in the protruding electrode pattern of the constraining layer is melted.
上記方法によれば、第2の工程の焼成時に、拘束層の突起電極用パターン中の金属材料は共晶相を形成するとき、主成分金属粉と接触している添加金属、例えばAg粉と接触しているCu粉とが焼成の最高温度以下において融点を持つため、焼成時にAgとCuが溶解し液状金属になる。前記液状金属の周囲のAg粉は焼結挙動でネッキングが進んでおり、前記液状金属は周囲のネッキングが進んでいるAg粉と接触し好適に濡れるため、Ag粒同士のネッキングがより太く強固なものとなる。したがって、通常のAgの焼結体と比較してネッキングが太い、密度が大きい、空孔率が小さい、共晶相を呈している等の物性を示し、金属粒子の結合がより強固になる。そのため、突起電極は、第3の工程で拘束層の基材を除去する際に、折れにくくなる。 According to the above method, when the metal material in the protruding electrode pattern of the constraining layer forms a eutectic phase during firing in the second step, the additive metal in contact with the main component metal powder, for example, Ag powder, Since the contacting Cu powder has a melting point below the maximum temperature of firing, Ag and Cu dissolve and become a liquid metal during firing. The Ag powder around the liquid metal is necked due to sintering behavior, and the liquid metal comes into contact with the surrounding Ag powder and is suitably wetted. It will be a thing. Therefore, it exhibits physical properties such as thicker necking, higher density, lower porosity, and eutectic phase compared to a normal Ag sintered body, and the bonding of metal particles becomes stronger. Therefore, the protruding electrode is difficult to break when the base material of the constraining layer is removed in the third step.
なお、突起電極は、略円柱や略角柱などの柱状であることが好ましいが、頭を切った略円錐や略角錐(略円錐台や略角錐台)、略半球などの形状とすることも可能である。 The protruding electrode is preferably a columnar shape such as a substantially circular column or a substantially rectangular column, but may have a substantially conical shape, a truncated pyramid (approximately a truncated cone or a substantially truncated pyramid), or a substantially hemispherical shape. It is.
好ましくは、未焼成の前記突起電極用パターンは、複数種類の前記金属材料を含む導電性ペーストによって形成される。前記導電性ペーストは、複数種類の前記金属材料として、主成分のAgと、前記第2の工程における前記温度以下の温度で前記Agと共晶を形成し得るAg以外の金属(以下、「添加金属」という。)とを含有している。 Preferably, the unfired projecting electrode pattern is formed of a conductive paste containing a plurality of types of the metal materials. The conductive paste includes, as a plurality of types of metal materials, a main component of Ag and a metal other than Ag capable of forming a eutectic with Ag at a temperature equal to or lower than the temperature in the second step (hereinafter referred to as “additional”). "Metal").
Agの融点は約960℃であるが、例えばAg100重量部に対してCu27重量部を加えると、共晶点(共晶温度)は約780℃になる。すなわち、主成分のAgに添加金属を加え、未焼成の突起電極用パターン中の金属材料の共晶温度を、第2の工程における焼成温度(約800〜1000℃)よりも低くすることによって、突起電極の溶融化を進めることができる。 Although the melting point of Ag is about 960 ° C., for example, when 27 parts by weight of Cu is added to 100 parts by weight of Ag, the eutectic point (eutectic temperature) becomes about 780 ° C. That is, by adding an additive metal to the main component Ag and lowering the eutectic temperature of the metal material in the unfired projection electrode pattern to be lower than the firing temperature (about 800 to 1000 ° C.) in the second step, Melting of the protruding electrode can be promoted.
好ましくは、前記添加金属は、Cu、Al、Be、Bi、Ge、Mg、Si、Snからなる群より選ばれた少なくとも1つである。 Preferably, the additive metal is at least one selected from the group consisting of Cu, Al, Be, Bi, Ge, Mg, Si, and Sn.
これらの添加金属は、Agと共晶を形成し得る材料である。入手の容易さ、調整のし易さの点で、特にCuが好ましい。 These additive metals are materials that can form a eutectic with Ag. Cu is particularly preferable from the viewpoints of availability and ease of adjustment.
好ましくは、前記添加金属は、前記導電性ペーストのうち0.1〜10重量%を占めている。 Preferably, the additive metal accounts for 0.1 to 10% by weight of the conductive paste.
すなわち、導電性ペースト中の添加金属が0.1重量%未満では、Ag粒同士のネッキングを強くすることができないことがある。導電性ペースト中の添加金属が10重量%より多くなると、突起電極中に大きな空隙が発生し、第3の工程で拘束層の基材を除去する際に、突起電極が折れやすくなることがある。したがって、導電性ペースト中の添加金属は、0.1〜10重量%が好ましく、より好ましくは3〜8重量%である。 That is, when the additive metal in the conductive paste is less than 0.1% by weight, necking between Ag particles may not be strengthened. When the additive metal in the conductive paste is more than 10% by weight, a large gap is generated in the protruding electrode, and the protruding electrode may be easily broken when the substrate of the constraining layer is removed in the third step. . Therefore, the additive metal in the conductive paste is preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 3 to 8% by weight.
好ましくは、前記Agは、前記導電性ペーストのうち80〜98重量%を占めている。 Preferably, the Ag occupies 80 to 98% by weight of the conductive paste.
すなわち、導電性ペースト中のAgが80重量%未満であると、突起電極内部に大きな空隙が生成してしまい、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなるばかりか、せん断応力に対して弱くなり、最悪、突起電極が折れてしまうことがある。導電性ペースト中の金属材料が98重量%を越えると、Agとセラミックの熱膨張差の影響を受けやすくなり、基板本体と突起電極との間に亀裂が生じることがある。したがって、導電性ペースト中の金属材料は、80〜98重量%が好ましく、より好ましくは85〜95重量%である。 That is, if the Ag in the conductive paste is less than 80% by weight, a large void is generated inside the protruding electrode, and not only the conduction resistance of the protruding electrode is extremely increased, but also it is weak against shear stress, In the worst case, the protruding electrode may break. When the metal material in the conductive paste exceeds 98% by weight, it is easily affected by the difference in thermal expansion between Ag and ceramic, and a crack may occur between the substrate body and the protruding electrode. Therefore, the metal material in the conductive paste is preferably 80 to 98% by weight, more preferably 85 to 95% by weight.
好ましくは、前記導電性ペーストは、実質的にガラス粉末及びセラミック粉末以外の材料のみを含んでいる。 Preferably, the conductive paste contains substantially only materials other than glass powder and ceramic powder.
一般的には、ガラス粉末やセラミック粉末の添加によって強度を向上することができるが、本発明の場合には、このような無機粉末が含まれていると、無機粉末が拘束層の基材を構成している材料(例えば、セラミック粉末)と反応し、突起電極に不所望の変形を引き起こすことがある。また、突起電極の導電性の低下(比抵抗の増大)の原因にもなる。したがって、突起電極を形成する導電性ペースト中には、実質的にガラス粉末及びセラミック粉末を含んでいないことが好ましい。 In general, the strength can be improved by adding glass powder or ceramic powder. However, in the case of the present invention, when such inorganic powder is contained, the inorganic powder serves as a base material for the constraining layer. It may react with the constituent material (for example, ceramic powder) and cause undesired deformation of the protruding electrode. It also causes a decrease in the conductivity of the protruding electrode (increase in specific resistance). Therefore, it is preferable that the conductive paste forming the protruding electrode does not substantially contain glass powder and ceramic powder.
好ましくは、前記第1の工程において、複数の前記拘束層を積層して、前記拘束層の前記基材にそれぞれ設けられた未焼成の前記突起電極用パターンを連接するとともに、前記拘束層ごとに未焼成の前記突起電極用パターンを形成する前記導電性ペースト中の前記金属材料の含有量を異ならせる。前記第2の工程において、連接された前記突起電極用パターンのうち、少なくとも一つの前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料の少なくとも一部が溶融する。前記第3の工程において、前記突起電極は、前記第1の工程において連接された前記突起電極用パターンの焼成により形成される。 Preferably, in the first step, a plurality of the constraining layers are laminated to connect the unfired protruding electrode patterns provided on the base material of the constraining layer, and for each constraining layer The content of the metal material in the conductive paste for forming the unfired bump electrode pattern is varied. In the second step, at least a part of the metal material included in the protruding electrode pattern of at least one of the constraining layers among the connected protruding electrode patterns is melted. In the third step, the protruding electrode is formed by firing the protruding electrode pattern connected in the first step.
第1の工程において連接された拘束層の突起電極用パターンは、第2の工程の焼成時に、全ての拘束層において突起電極用パターン中の金属材料が溶融状態になることがベストであるが、少なくとも一つの拘束層において突起電極用パターン中の金属材料が溶融していれば、突起電極の強度を向上することが可能である。拘束層ごとに突起電極用パターン中の金属材料の含有量を異ならせることによって、突起電極が傾斜組成を有し、所望の強度分布を有するように形成することができる。 The constraining layer projecting electrode pattern connected in the first step is best when the metal material in the projecting electrode pattern is in a molten state in all constraining layers during firing in the second step. If the metal material in the protruding electrode pattern is melted in at least one constraining layer, the strength of the protruding electrode can be improved. By making the content of the metal material in the pattern for the projecting electrode different for each constraining layer, the projecting electrode can be formed to have a gradient composition and a desired strength distribution.
好ましくは、前記第2の工程において、少なくとも前記セラミック基板本体に近い側の少なくとも一つの前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料の少なくとも一部が溶融する。 Preferably, in the second step, at least a part of the metal material contained in the pattern for the protruding electrode of at least one of the constraining layers on the side close to the ceramic substrate body is melted.
この場合、突起電極は、少なくともセラミック基板本体に近い側において金属材料が溶融して焼結するので、突起電極において最も折れやすい基端側(基板本体側)の強度を向上することができる。 In this case, since the metal material melts and sinters at least on the side close to the ceramic substrate main body, the strength of the base end side (substrate main body side) that is most likely to break in the bump electrode can be improved.
好ましくは、前記第3の工程において、前記突起電極は前記基板本体の少なくとも一方主面の周縁に沿って配置される。セラミック基板の製造方法は、(4)前記基板本体の前記一方主面において前記突起電極に囲まれた領域内に、実装部品を搭載する第4の工程を、さらに備える。 Preferably, in the third step, the protruding electrode is disposed along a peripheral edge of at least one main surface of the substrate body. The method for manufacturing a ceramic substrate further includes (4) a fourth step of mounting a mounting component in a region surrounded by the protruding electrodes on the one main surface of the substrate body.
この場合、セラミック基板をプリント配線基板に実装したときに、基板本体に搭載された実装部品は、基板本体とプリント配線基板との間に配置されて保護される。 In this case, when the ceramic substrate is mounted on the printed wiring board, the mounting component mounted on the board main body is disposed and protected between the board main body and the printed wiring board.
好ましくは、前記第4の工程は、前記基板本体の他方主面に他の実装部品を搭載する工程を含む。 Preferably, the fourth step includes a step of mounting another mounting component on the other main surface of the substrate body.
この場合、より高密度に実装部品を搭載したセラミック基板を提供することができる。 In this case, a ceramic substrate on which mounting components are mounted at a higher density can be provided.
好ましくは、未焼成の前記セラミック基板本体は、積層された複数の未焼成セラミック層を含み、未焼成の前記セラミック基板本体の内部に、未焼成の層間接続電極用パターン及び未焼成の面内電極用パターンを有する。 Preferably, the unfired ceramic substrate body includes a plurality of laminated unfired ceramic layers, and an unfired interlayer connection electrode pattern and unfired in-plane electrodes are formed inside the unfired ceramic substrate body. It has a pattern for use.
この場合、基板本体の内部に電気回路を形成して、実装密度を高めることができる。 In this case, the mounting density can be increased by forming an electric circuit inside the substrate body.
また、本発明は、以下のように構成したセラミック基板を提供する。 The present invention also provides a ceramic substrate configured as follows.
セラミック基板は、基板本体の少なくとも一方主面に、前記基板本体との同時焼成によって形成された突起電極を有する。前記突起電極は、前記同時焼成のときに、その少なくとも一部が溶融する。 The ceramic substrate has a protruding electrode formed on at least one main surface of the substrate body by simultaneous firing with the substrate body. At least a part of the protruding electrode melts during the simultaneous firing.
上記構成によれば、突起電極は、焼成時に少なくとも一部が溶融状態となるので、溶融することなく焼結した場合と比べると、ネッキングが太い、密度が大きい、空孔率が小さい、共晶相を呈している等の物性を示し、金属粒子の結合がより強固になる。そのため、突起電極は、基板本体に密着させた拘束層の基材を除去する際に、折れにくくなる。 According to the above configuration, since the protruding electrode is in a molten state at the time of firing, the necking is thicker, the density is higher, the porosity is lower, and the eutectic is larger than when sintered without being melted. It exhibits physical properties such as exhibiting a phase, and the bonding of metal particles becomes stronger. Therefore, the protruding electrode is difficult to break when removing the base material of the constraining layer in close contact with the substrate body.
なお、突起電極は、略円柱や略角柱などの柱状であることが好ましいが、頭を切った略円錐や略角錐(略円錐台や略角錐台)、略半球などの形状とすることも可能である。 The protruding electrode is preferably a columnar shape such as a substantially circular column or a substantially rectangular column, but may have a substantially conical shape, a truncated pyramid (approximately a truncated cone or a substantially truncated pyramid), or a substantially hemispherical shape. It is.
好ましくは、前記突起電極は、Agを主成分とし、さらに、前記Ag以外の添加金属を含有する。前記添加金属は、前記同時焼成のときの温度以下の温度で前記Agと共晶を形成し得る。 Preferably, the protruding electrode contains Ag as a main component and further contains an additive metal other than Ag. The additive metal can form a eutectic with the Ag at a temperature equal to or lower than the temperature at the time of the co-firing.
Agの融点は約960℃であるが、例えばAg100重量部に対してCu27重量部を加えると、共晶点(共晶温度)は約780℃になる。すなわち、主成分のAgに添加金属を加え、突起電極を形成するための金属材料の共晶温度を、同時焼成のときの温度(約800〜1000℃)よりも低くすることによって、突起電極の溶融化を進めることができる。 Although the melting point of Ag is about 960 ° C., for example, when 27 parts by weight of Cu is added to 100 parts by weight of Ag, the eutectic point (eutectic temperature) becomes about 780 ° C. That is, an additive metal is added to the main component Ag, and the eutectic temperature of the metal material for forming the protruding electrode is made lower than the temperature at the time of co-firing (about 800 to 1000 ° C.). Melting can proceed.
好ましくは、前記添加金属は、Cu、Al、Be、Bi、Ge、Mg、Si、Snからなる群より選ばれた少なくとも一つである。 Preferably, the additive metal is at least one selected from the group consisting of Cu, Al, Be, Bi, Ge, Mg, Si, and Sn.
これらの添加金属は、Agと共晶を形成し得る材料である。入手の容易さ、調整のし易さの点で、特にCuが好ましい。 These additive metals are materials that can form a eutectic with Ag. Cu is particularly preferable from the viewpoints of availability and ease of adjustment.
好ましくは、前記突起電極は、実質的にガラス粉末及びセラミック粉末以外の材料のみを含んでいる。 Preferably, the protruding electrode substantially contains only a material other than glass powder and ceramic powder.
一般的には、ガラス粉末やセラミック粉末の添加によって強度を向上することができるが、本発明の場合には、このような無機粉末が含まれていると、無機粉末が、焼成による基板本体の変形を拘束するために基板本体に密着させる拘束層の基材を構成している材料(例えば、セラミック粉末)と反応し、突起電極に不所望の変形を引き起こすことがある。また、突起電極の導電性の低下(比抵抗の増大)の原因にもなる。したがって、突起電極中には、実質的にガラス粉末及びセラミック粉末を含んでいないことが好ましい。 In general, the strength can be improved by adding glass powder or ceramic powder. However, in the case of the present invention, when such inorganic powder is contained, the inorganic powder is baked into the substrate body. It may react with the material (for example, ceramic powder) which comprises the base material of the constraining layer closely_contact | adhered to a board | substrate body in order to constrain a deformation | transformation, and may cause an unwanted deformation | transformation to a protruding electrode. It also causes a decrease in the conductivity of the protruding electrode (increase in specific resistance). Therefore, it is preferable that the protruding electrode does not substantially contain glass powder and ceramic powder.
好ましくは、前記突起電極は、前記同時焼成のときの溶融状態の異なる複数の層が連接してなる。 Preferably, the protruding electrode is formed by connecting a plurality of layers having different melting states during the simultaneous firing.
上記構成によれば、突起電極が傾斜組成を有し、所望の強度分布を有するようにすることができる。 According to the above configuration, the protruding electrode has a gradient composition and can have a desired intensity distribution.
好ましくは、前記突起電極の前記セラミック基板本体に近い側の少なくとも一つの前記層は、前記同時焼成のときに、その少なくとも一部が溶融する。 Preferably, at least a part of at least one of the layers on the side of the protruding electrode close to the ceramic substrate body is melted during the simultaneous firing.
この場合、突起電極は、少なくともセラミック基板本体に近い側において少なくとも一部が溶融しているので、突起電極において最も折れやすい基端側(セラミック基板本体側)の強度を向上することができる。 In this case, since at least a part of the protruding electrode is melted at least on the side close to the ceramic substrate body, it is possible to improve the strength of the base end side (ceramic substrate body side) that is most likely to be broken in the protruding electrode.
本発明によれば、突起電極の強度を向上することができる。 According to the present invention, the strength of the protruding electrode can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施例1) 図1〜図7を参照しながら、セラミック基板の製造方法について、説明する。 (Example 1) The manufacturing method of a ceramic substrate is demonstrated, referring FIGS.
まず、図1に示すように、基材層10用のセラミックグリーンシート11a〜11dと、拘束層20,22用のセラミックグリーンシート21a〜21d;23a〜23dを用意する。
First, as shown in FIG. 1, ceramic
基材層10用のセラミックグリーンシート11a〜11dは、セラミック材料を用いて作製する。具体的には、CaO10〜55重量%、SiO245〜70重量%、Al2O30〜30重量%、不純物0〜l0重量%、B2O35〜20重量%からなる組成のガラス粉末50〜64重量%と、不純物が0〜10重量%のAl2O3粉末36〜50重量%からなる混合物を、有機溶剤、可塑剤等からなる有機ビヒクル中に分散させ、スラリーを調製する。次いで、得られたスラリーをドクターブレード法やキャスティング法でシート状に成形し、未焼結ガラスセラミックのセラミックグリーンシートを作製する。
The ceramic
なお、基材層10は、複数のセラミックグリーンシートを積層する代わりに、1枚のセラミックグリーンシートのみで構成してもよい。
The
また、基材層10には、上述したシート成形法により形成した未焼結ガラスセラミックのセラミックグリーンシートを用いることが好ましいが、圧膜印刷法により形成した未焼結の圧膜印刷層を用いてもよい。
Moreover, although it is preferable to use the ceramic green sheet | seat of the unsintered glass ceramic formed by the sheet forming method mentioned above for the
また、セラミック粉末は上述した絶縁体材料のほか、フェライト等の磁性体材料、チタン酸バリウム等の誘電体材料を使用することもできるが、基材層10用のセラミックグリーンシートとしては1050℃以下の温度で焼結する低温焼結セラミックグリーンシートが好ましく、このため、上述したガラス粉末は750℃以下の軟化点を有するものである。
In addition to the insulator material described above, the ceramic powder may be a magnetic material such as ferrite, or a dielectric material such as barium titanate. However, the ceramic green sheet for the
次いで、セラミックガラスのセラミックグリーンシートに、層間接続電極用パターンとなるビアパターン13a〜13dと、表面の導体パターンとなる導体パターン12aや、面内電極用パターンとなる導体パターン12b〜12dを形成する。ビアパターン13a〜13dは、セラミックガラスセラミックグリーンシートにパンチング加工、レーザー加工等により加工した貫通孔に、導体材料粉末をペースト化した導電性ペーストを、例えば印刷により埋め込む。導体パターン12a〜12dは、導体材料粉末をペースト化した導電性ペーストを、例えばスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法で形成する。
Next, via
なお、表面の導体パターンには、上下の層間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスルーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含まれる。 The conductor pattern on the surface includes a portion where a through conductor such as a via conductor or a through-hole conductor for connecting conductor patterns between upper and lower layers is exposed on the surface.
導電性ペースト中の導体材料としては、低抵抗で難酸化性材料であるAgを主成分としたものが好ましい。 As a conductive material in the conductive paste, a material mainly composed of Ag which is a low resistance and hardly oxidizable material is preferable.
また、後述する拘束層22のセラミックグリーンシート23a〜23cの突起電極用パターン25a〜25cには、少なくとも一部を溶融させた突起電極18(図4〜図7参照)を得るため、主成分のAg以外に、Cu、Al、Be、Bi、Ge、Mg、Si、Sn等の添加物を少なくとも1種類以上添加した突起電極用ペーストを用いる。
Moreover, in order to obtain the projection electrodes 18 (see FIGS. 4 to 7) in which at least a part is melted in the
添加物にCuを用いる場合、Cuの添加量は、0.1重量%〜10重量%が好ましい。0.1重量%未満の場合、焼成時に突起電極中の溶融部が極端に少なくなり、Ag粒同士の強固なネッキングを得ることができなくなるため、高圧下でのブラスト洗浄時に突起電極が折れてしまいやすい。 When using Cu for an additive, the addition amount of Cu is preferably 0.1% by weight to 10% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the melted portion in the protruding electrode becomes extremely small at the time of firing, and it becomes impossible to obtain a strong necking between Ag particles, so that the protruding electrode breaks during blast cleaning under high pressure. It is easy to end.
一方、10重量%より多くなると、焼成時に突起電極中の溶融部が極端に多くなり、Ag粒間に存在していた空間が極端に少なくなるため、突起電極が大きく収縮変形するとともに、極端には突起電極の形状が球形になってしまい、最悪の場合、隣接する突起電極同士が接触し、電気的な絶縁を保つことができなる。あるいは、突起電極内部に大きな空隙が発生し、高圧下でのブラスト洗浄時に突起電極が折れてしまいやすい。 On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the number of melted portions in the bump electrode during firing becomes extremely large, and the space that existed between the Ag grains becomes extremely small. In the worst case, adjacent protruding electrodes come into contact with each other, and electrical insulation cannot be maintained. Alternatively, a large gap is generated inside the protruding electrode, and the protruding electrode is likely to be broken during blast cleaning under high pressure.
導電性ペーストは、上記の主成分粉末に対して、所定の割合で有機ビヒクルを所定量加え、攪拌、混練することにより作製することができる。ただし、主成分粉末、添加成分粉末、有機ビヒクルなどの配合の順序には特に制約はない。 The conductive paste can be produced by adding a predetermined amount of an organic vehicle at a predetermined ratio to the above main component powder, stirring and kneading. However, the order of blending the main component powder, additive component powder, organic vehicle and the like is not particularly limited.
導電性ペースト中に含まれるAgの含有量は、80重量%〜98重量%が好ましい。 The content of Ag contained in the conductive paste is preferably 80% by weight to 98% by weight.
80重量%未満の場合、拘束層22用のセラミックグリーンシート23a〜23cに形成した貫通孔への充填量が少なくなるため、拘束層22による拘束力の影響により、突起電極内部に大きな空隙が生成してしまい、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなるばかりか、せん断応力に対して弱くなり、最悪、突起電極が折れてしまう。
When the amount is less than 80% by weight, the amount of filling into the through holes formed in the ceramic
一方、98重量%より多くなると、拘束層22用のセラミックグリーンシート23a〜23cの貫通孔への充填量が多くなるため、Agとセラミックの熱膨張差の影響を受け易く、突起電極形成後の冷却に伴う基材層10と突起電極18との収縮量の相違に起因して、突起電極18に大きな熱応力が印加されるとともに、この熱応力によって、基材層10の表面と突起電極18との間に大きな亀裂が生じ、その結果、突起電極18と基材層10の導体パターンやビアとを良好に接続させておくことができなくなる。
On the other hand, if it exceeds 98% by weight, the amount of filling in the through holes of the ceramic
よって、導電性ペースト中に含まれるAgの含有量は、80重量%〜98重量%が好ましく、望ましくは85重量%〜95重量%の範囲にあるのがより好ましい。 Therefore, the content of Ag contained in the conductive paste is preferably 80% by weight to 98% by weight, and more preferably 85% by weight to 95% by weight.
なお、主成分粉末であるAg粉末は、粗大粉末や極端な凝集粉末がなく、導電性ペーストとした後の最大粗粒の粒径が50μm以下になるようにすることが望ましい。 In addition, it is desirable that the Ag powder as the main component powder has no coarse powder or extremely agglomerated powder, and that the maximum coarse particle size after forming the conductive paste is 50 μm or less.
また、有機ビヒクルはバインダ樹脂と溶剤を混合したものであり、バインダ樹脂としては、例えばエチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂などを使用することが可能である。 The organic vehicle is a mixture of a binder resin and a solvent. As the binder resin, for example, ethyl cellulose, acrylic resin, polyvinyl butyral, methacrylic resin, or the like can be used.
また、溶剤としては、例えばターピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピネオールアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、アルコール類などを使用することが可能である。 As the solvent, for example, terpineol, dihydroterpineol, dihydroterpineol acetate, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, alcohols and the like can be used.
また、必要に応じて、各種の分散剤、可塑剤、活性剤などを添加してもよい。 Moreover, you may add various dispersing agents, a plasticizer, an activator, etc. as needed.
また、導電性ペーストの粘度は、印刷性を考慮して、50〜700Pa・sとすることが望ましい。 The viscosity of the conductive paste is preferably 50 to 700 Pa · s in consideration of printability.
なお、基材層10のセラミックグリーンシート11a〜11dのビアパターン13a〜13dや導体パターン12a〜12には、突起電極用ペーストとは別の導電性ペースト、すなわち、Cu等の添加物が添加されていないペーストを用いてもよい。
In addition, conductive paste different from the bump electrode paste, that is, an additive such as Cu is added to the via
拘束層20,22用のセラミックグリーンシート21a〜21d;23a〜23dは、基材層10用のセラミックグリーンシート11a〜11dの焼成温度では実質的に焼結しないアルミナ等のセラミック粉末を基材に用い、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等からなる有機ビヒクル中に基材を分散させてスラリーを調製し、得られたスラリーをドクターブレード法やキャスティング法等に基づいてシート状に成形することにより作製する。拘束層20,22用のセラミックグリーンシート21a〜21d;23a〜23dの焼結温度は、例えば1400〜1600℃であり、基材層10用の未焼結ガラスセラミックグリーンシートの焼結温度では実質的に焼結しない。
The ceramic
突起電極を形成する目的で、パンチング加工、レーザー加工等により拘束層22用のセラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、上記突起電極用ペーストを印刷により埋め込む等の手段によって、未焼成の突起電極用パターン25a〜25cを有する拘束層22用のセラミックグリーンシート23a〜23cを形成する。
For the purpose of forming a protruding electrode, for the unfired protruding electrode by means such as embedding the protruding electrode paste in a through hole formed in the ceramic green sheet for the constraining
なお、拘束層20,22も、1枚のセラミックグリーンシートのみで構成してもよい。 The constraining layers 20 and 22 may also be composed of only one ceramic green sheet.
ここで、拘束層20,22に用いるセラミック粉末の平均粒径は、0.1〜5.0μmが好ましい。セラミック粉末の平均粒径が0.1μm未満であると、未焼結ガラスセラミック層(基材層10)の表層近傍に含有しているガラスと焼成中に激しく反応して、焼成後にセラミック層と拘束層が密着して拘束層の除去ができなくなったり、小粒径のためにシート中のバインダ等有機成分が焼成中に分解飛散しにくく基板中にデラミネーションが発生したりすることがある。他方、5.0μmを超えると、焼成収縮の抑制力が小さくなって基板が必要以上に平面方向に収縮したりうねったりする傾向にある。
Here, the average particle diameter of the ceramic powder used for the constraining
また、拘束層20,22を構成するセラミック粉末は、基材層10のセラミックグリーンシート11a〜11dの焼成温度では実質的に焼結しないセラミック粉末であればよく、アルミナのほか、ジルコニアやマグネシア等のセラミック粉末も使用できる。
Moreover, the ceramic powder which comprises the constrained layers 20 and 22 should just be a ceramic powder which does not sinter substantially at the calcination temperature of the ceramic
ただし、基材層10の表層領域にガラスを多く存在させるためには、表層と拘束層20,22の接触している境界で、表層のガラスが拘束層20,22に対して好適に濡れる必要があるので、拘束層20,22を構成するセラミック粉末は、基材層10を構成するセラミック粉末と同種のセラミック粉末であることが好ましい。
However, in order for a large amount of glass to be present in the surface layer region of the
次いで、図2に示すように、セラミックグリーンシート11a〜11dを有する基材層10の一方主面に、拘束層22用のセラミックグリーンシート23a〜23dを重ね合わせ、また他方主面においては、突起電極用パターンのない拘束層20用のセラミックグリーンシート21a〜21dを重ね合わせ、例えば5×106〜20×106Paの圧力下にて、静水圧プレス等に基づき、圧着する。これによって、基材層10の両主面に拘束層20,22を密着してなる複合積層体14を作製する。
Next, as shown in FIG. 2, ceramic
なお、拘束層20,22の厚みは、それぞれ、25〜1000μmが好ましい。拘束層20,22の厚みが25μm未満であると、焼成収縮の抑制力が小さくなって基材層10が必要以上に平面方向に収縮したりうねったりすることがあり、他方、1000μmを超えると、基材層10のセラミックグリーンシート11a〜11d中のバインダ等の有機成分が焼成中に分解飛散しにくく、基材層10中にデラミネーションが発生する傾向にある。
The constraining layers 20 and 22 preferably have a thickness of 25 to 1000 μm. When the thickness of the constraining
さらに、基材層10の一方主面に、突起電極用パターン25a〜25cを有する拘束層22用のセラミックグリーンシート23a〜23cを重ね合わせ、さらに2枚以上の突起電極用パターンのない拘束層22用のセラミックグリーンシート23dを重ね合わせてもよい。逆に、基材層10の一方主面に、突起電極用パターン25a〜25cを有する拘束層22用のセラミックグリーンシート23a〜23cのみを重ね合わせ、突起電極用パターンのない拘束層22用のセラミックグリーンシート23dをなくしてもよい。
Further, ceramic
次いで、図3に示すように、複合積層体14を、周知のベルト炉やバッチ炉で、基材層10のセラミックグリーンシート11a〜11dの焼成温度、例えば800〜1050℃で焼成して、基材層10のセラミックグリーンシート11a〜11dを焼結させる。焼成雰囲気は、大気もしくは必要に応じて窒素、水素及び水等を焼成中に導入しても構わない。
Next, as shown in FIG. 3, the
次いで、焼成後の複合積層体14から拘束層20,22の基材を除去することによって、図4に示すように、焼成済みの基材層10すなわち基板本体16の一方主面に、突起電極用パターン25a〜25cの焼成により形成された突起電極18が設けられたセラミック基板15を取り出す。
Next, by removing the base material of the constraining
なお、焼成後の複合積層体14において、拘束層20,22の基材、すなわち突起電極18以外は、実質的に焼結しておらず、また、焼成前に含まれていた有機成分が飛散し、多孔質の状態になっているため、サンドブラスト法、ウェットブラスト法、超音波振動法等により容易に除去することができる。
In the
このとき、突起電極18はAg粒同士が強固にネッキングしているため、0.1×106〜10×106Pa程度の高圧下のサンドブラスト法、ウェットブラスト法、超音波振動法等による拘束層20,22の除去時においても、突起電極18が折れることなく、良好に拘束層20,22の除去が可能になる。
At this time, since the protruding
なお、突起電極18において、Ag粒はすべてが溶融している必要はない。その場合、突起電極は、焼結状態のAg領域と溶融状態のAg領域を含む。また、周縁に配置されたすべての突起電極において、その一部が溶融していることが好ましいが、複数の突起電極のうち1本の突起電極において、その一部が溶融状態にあるだけでも構わない。また、突起電極はセラミック基板の両面に形成されていても構わない。
In the protruding
次いで、図5に示すように、セラミック基板15のセラミック基板本体16の両主面の表面電極17a,17bに、積層セラミックコンデンサ等の受動部品30をはんだ31で実装し、バンプ電極を有するIC32をはんだボール33を介してフリップチップボンディングし、ボンディングワイヤー35によりIC34をワイヤーボンディングして、複合セラミック基板40を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a
なお、IC34は、図7に示すように、セラミック基板15のセラミック基板本体16の一方主面において、周縁に沿って形成されている突起電極18で囲まれた領域19内に搭載する。
As shown in FIG. 7, the
複合セラミック基板40は、例えば図6に示すように、プリント配線基板50のパッド電極52に、突起電極18の先端18s側をはんだ54で接続する。
For example, as shown in FIG. 6, the composite
(具体例) 次に、セラミック基板を作製した具体例について説明する。 (Specific example) Next, the specific example which produced the ceramic substrate is demonstrated.
まず、40重量部のアルミナ粉末と、60重量部のSiO2(60重量%)−B2O3(8重量%)−Al2O3(6重量%)−CaO(26重量%)系ガラス粉末(軟化点:700℃)とを、アクリルからなる有機バインダ、トルエン及びイソプロピレンアルコールからなる有機溶剤及びジ−n−ブチルフタレートからなる可塑剤を含んだ有機ビヒクル中に分散させ、スラリーを調製した。次いで、このスラリーをドクターブレード法でシート成形し、未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートを作製した。 First, 40 parts by weight of alumina powder and 60 parts by weight of SiO 2 (60% by weight) -B 2 O 3 (8% by weight) -Al 2 O 3 (6% by weight) -CaO (26% by weight) glass. A powder (softening point: 700 ° C.) is dispersed in an organic vehicle containing an organic binder made of acrylic, an organic solvent made of toluene and isopropylene alcohol, and a plasticizer made of di-n-butyl phthalate to prepare a slurry. did. Subsequently, this slurry was formed into a sheet by a doctor blade method to produce a ceramic green sheet for an unsintered glass ceramic layer.
また、上記の未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートの焼成温度では実質的に焼結しないアルミナ粉末(平均粒径:0.4μm)をポリビニルブチラールからなる有機バインダ、トルエン及びイソプロピレンアルコールからなる有機溶剤及びジ−n−ブチルフタレートからなる可塑剤を含んだ有機ビヒクル中に分散させ、スラリーを調製した。次いで、このスラリーをドクターブレード法でシート成形し、厚み100μmの補助層用セラミックグリーンシートを作製した。なお、この補助層用セラミックグリーンシートの焼結温度は1600℃である。 Also, an alumina powder (average particle size: 0.4 μm) that does not substantially sinter at the firing temperature of the ceramic green sheet for an unsintered glass ceramic layer is made of an organic binder made of polyvinyl butyral, toluene, and isopropylene alcohol. A slurry was prepared by dispersing in an organic vehicle containing an organic solvent and a plasticizer comprising di-n-butyl phthalate. Subsequently, this slurry was formed into a sheet by a doctor blade method to produce a ceramic green sheet for an auxiliary layer having a thickness of 100 μm. The sintering temperature of the auxiliary layer ceramic green sheet is 1600 ° C.
また、導電性ペーストとして、Agを主成分としてペースト中Cu、Al、Be、Bi、Ge、Mg、Si、Snの含有量が、後掲の表1になるような量に調整して、それぞれエチルセルロース樹脂1重量%とターピネオールを混合して粘度が約200Pa・sになるように作製した。 In addition, as a conductive paste, the content of Cu, Al, Be, Bi, Ge, Mg, Si, Sn in the paste with Ag as a main component is adjusted to an amount as shown in Table 1 below. 1% by weight of ethyl cellulose resin and terpineol were mixed to produce a viscosity of about 200 Pa · s.
次いで、未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートにパンチングによって200μmφのビア、補助層用のセラミックグリーンシートには600μm×600μmの貫通孔を形成し、上記導電性ペーストを印刷によって充填した。なお、ビア及び貫通孔の数は、それぞれ1000個とした。 Next, via holes of 200 μmφ were formed by punching in the ceramic green sheet for the unsintered glass ceramic layer, and through holes of 600 μm × 600 μm were formed in the ceramic green sheet for the auxiliary layer, and the conductive paste was filled by printing. The number of vias and through holes was 1000.
次いで、導体パターンが形成された未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートの一方主面に充填済み貫通孔有りの補助層用のセラミックグリーンシートを重ね合わせ、また他方主面においては貫通孔無しの補助層用のセラミックグリーンシートを重ね合わせ、100Paの圧力にて圧着することにより、未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートの両主面に補助層用セラミックグリーンシートを有した突起電極評価用ガラスセラミックグリーンシート複合積層体を作製した。 Next, the ceramic green sheet for the auxiliary layer with the filled through hole is superimposed on one main surface of the ceramic green sheet for the unsintered glass ceramic layer on which the conductor pattern is formed, and no through hole is formed on the other main surface. The protruding electrode evaluation glass having the auxiliary layer ceramic green sheets on both main surfaces of the ceramic green sheet for the unsintered glass ceramic layer by overlapping the ceramic green sheets for the auxiliary layer and press-bonding them at a pressure of 100 Pa. A ceramic green sheet composite laminate was prepared.
次いで、得られた複合積層体を、750℃まで大気中(酸素濃度10000ppm以上)で、750℃〜900℃〜750℃まで窒素を導入し、850℃〜900℃の範囲の酸素濃度が1000ppm以下になるようにして未焼結ガラスセラミック層を焼結した。その後、10×106Paの圧力でのウェットブラストにより、焼成後の複合積層体から多孔質状態にある補助層を除去して、ガラスセラミック基板を取り出した。 Next, the resulting composite laminate was introduced into the atmosphere up to 750 ° C. (oxygen concentration of 10,000 ppm or more), nitrogen was introduced from 750 ° C. to 900 ° C. to 750 ° C., and the oxygen concentration in the range of 850 ° C. to 900 ° C. was 1000 ppm or less. The green glass ceramic layer was sintered as follows. Thereafter, the auxiliary layer in the porous state was removed from the fired composite laminate by wet blasting at a pressure of 10 × 10 6 Pa, and the glass ceramic substrate was taken out.
前記ガラスセラミック基板を10〜50倍の倍率の実体顕微鏡で突起電極の形状を観察し、1000個中折れた数を測定した。 The shape of the protruding electrode was observed with a stereomicroscope at a magnification of 10 to 50 times for the glass ceramic substrate, and the number of broken 1000 pieces was measured.
以上をまとめると、次の表1のようになる。
表1から、突起電極の折れ数が1000個中5個未満になるようなセラミック基板を得るためには、いずれの添加物も0.1〜15.0重量%の範囲になるようにすることが必要であることが分かる。 From Table 1, in order to obtain a ceramic substrate in which the number of folds of protruding electrodes is less than 5 out of 1000, all additives should be in the range of 0.1 to 15.0% by weight. It turns out that is necessary.
これに対して、導電性ペースト中の添加物の含有量が0.1重量%未満になると、ブラスト洗浄時に突起電極が1000個中5個以上折れてしまった。これは、突起電極形成において焼結体が大部分形成されたために、Ag粒同士のネッキングが弱くなってしまったためである。 On the other hand, when the content of the additive in the conductive paste was less than 0.1% by weight, 5 or more protruding electrodes were broken during 1000 blast cleaning. This is because most of the sintered body is formed in the formation of the protruding electrode, and thus necking between Ag grains is weakened.
また、導電性ペースト中の添加物の含有量が10.0重量%より多くなると、突起電極中に50μmφ以上の大きな空隙が発生してしまい、その結果、ブラスト洗浄時に突起電極が折れやすくなってしまった。 In addition, when the content of the additive in the conductive paste is more than 10.0% by weight, a large gap of 50 μmφ or more is generated in the protruding electrode, and as a result, the protruding electrode is easily broken during blast cleaning. Oops.
(まとめ) 以上に説明したように、突起電極18は、焼成時に少なくとも一部が溶融するようにして、強度を向上することができる。
(Summary) As described above, the protruding
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications.
例えば、突起電極は、略円柱や略角柱などの柱状であることが好ましいが、頭を切った略円錐や略角錐(略円錐台や略角錐台)、略半球などの形状とすることも可能である。また、突起電極をセラミック基板本体の両方の主面に設けてもよい。 For example, the protruding electrode is preferably in the shape of a column such as a substantially cylinder or a substantially prism, but can also have a substantially conical shape, a truncated pyramid (approximately a truncated cone or a truncated pyramid), or a substantially hemispherical shape. It is. Further, the protruding electrodes may be provided on both main surfaces of the ceramic substrate body.
10 基材層
11a〜11d セラミックグリーンシート(未焼成セラミック層)
14 複合積層体
15 セラミック基板
16 基板本体
18,18a,18b,18c,18d 突起電極
18s 先端
18x 空孔
19 領域
20 拘束層
21a〜21d セラミックグリーンシート
22 拘束層
23a〜23d セラミックグリーンシート
25a〜25c 突起導体
40 複合セラミック基板
50 プリント配線基板
10
DESCRIPTION OF
Claims (17)
未焼成の前記セラミック基板本体が焼結し、前記拘束層の前記基材が実質的に焼結せず、かつ、前記拘束層の未焼成の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料が焼結する温度で、未焼成の前記複合積層体を焼成する第2の工程と、
前記拘束層の前記基材を除去して、未焼成の前記セラミック基板本体の焼成により形成された基板本体の一方主面に、前記拘束層の未焼成の前記突起電極用パターンの焼成により形成された突起電極を有するセラミック基板を取り出す第3の工程とを備え、
前記第2の工程において、前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料の少なくとも一部を溶融させることを特徴とする、セラミック基板の製造方法。 Metal sintered at the firing temperature of the unfired ceramic substrate body in a base material that does not substantially sinter at the firing temperature of the unfired ceramic substrate body on at least one main surface of the unfired ceramic substrate body A first step of forming an unfired composite laminate formed by adhering a constraining layer having an unfired protruding electrode pattern containing a material;
The unfired ceramic substrate body is sintered, the base material of the constraining layer is not substantially sintered, and the metal material contained in the unfired pattern for protruding electrodes of the constraining layer A second step of firing the unfired composite laminate at a temperature at which sintering is performed;
The substrate of the constraining layer is removed and formed on one main surface of the substrate body formed by firing the unfired ceramic substrate body by firing the unfired pattern for protruding electrodes of the constraining layer. A third step of removing the ceramic substrate having the protruding electrode,
In the second step, at least a part of the metal material contained in the protruding electrode pattern of the constraining layer is melted.
前記導電性ペーストは、複数種類の前記金属材料として、主成分のAgと、前記第2の工程における前記温度以下の温度で前記Agと共晶を形成し得るAg以外の金属(以下、「添加金属」という。)とを含有していることを特徴とする、請求項1に記載のセラミック基板の製造方法。 The unfired pattern for protruding electrodes is formed by a conductive paste containing a plurality of types of the metal materials,
The conductive paste includes, as a plurality of types of metal materials, a main component of Ag and a metal other than Ag capable of forming a eutectic with Ag at a temperature equal to or lower than the temperature in the second step (hereinafter referred to as “additional”). 2. The method for producing a ceramic substrate according to claim 1, wherein the ceramic substrate contains metal.
前記第2の工程において、連接された前記突起電極用パターンのうち、少なくとも一つの前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれている前記金属材料の少なくとも一部が溶融し、
前記第3の工程において、前記突起電極は、前記第1の工程において連接された前記突起電極用パターンの焼成により形成されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一つに記載のセラミック基板の製造方法。 In the first step, a plurality of the constraining layers are stacked, the unfired protruding electrode patterns provided on the base material of the constraining layer are connected, and unfired for each constraining layer. Different content of the metal material in the conductive paste forming the pattern for the protruding electrode,
In the second step, among the connected projecting electrode patterns, at least a part of the metal material included in the projecting electrode pattern of at least one constraining layer is melted,
7. The projecting electrode according to claim 1, wherein, in the third step, the projecting electrode is formed by firing the projecting electrode pattern connected in the first step. 8. Ceramic substrate manufacturing method.
前記基板本体の前記一方主面において前記突起電極に囲まれた領域内に、実装部品を搭載する第4の工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一つに記載のセラミック基板の製造方法。 In the third step, the protruding electrode is disposed along a peripheral edge of at least one main surface of the substrate body,
9. The method according to claim 1, further comprising a fourth step of mounting a mounting component in a region surrounded by the protruding electrode on the one main surface of the substrate body. Ceramic substrate manufacturing method.
前記突起電極は、前記同時焼成のときに、その少なくとも一部が溶融することを特徴とする、セラミック基板。 At least one main surface of the substrate body has a protruding electrode formed by simultaneous firing with the substrate body,
The protruding electrode is a ceramic substrate, wherein at least a part of the protruding electrode melts during the simultaneous firing.
前記添加金属は、前記同時焼成のときの温度以下の温度で前記Agと共晶を形成し得ることを特徴とする、請求項12に記載のセラミック基板。 The protruding electrode contains Ag as a main component, and further contains an additive metal other than Ag.
The ceramic substrate according to claim 12, wherein the additive metal can form a eutectic with the Ag at a temperature equal to or lower than the temperature at the time of the co-firing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005311996A JP2007123448A (en) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | Manufacturing method of ceramic substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005311996A JP2007123448A (en) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | Manufacturing method of ceramic substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007123448A true JP2007123448A (en) | 2007-05-17 |
Family
ID=38146984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005311996A Pending JP2007123448A (en) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | Manufacturing method of ceramic substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007123448A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111096090A (en) * | 2017-09-20 | 2020-05-01 | 株式会社村田制作所 | Method for manufacturing ceramic substrate, and module |
-
2005
- 2005-10-26 JP JP2005311996A patent/JP2007123448A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111096090A (en) * | 2017-09-20 | 2020-05-01 | 株式会社村田制作所 | Method for manufacturing ceramic substrate, and module |
US10854385B2 (en) | 2017-09-20 | 2020-12-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for producing ceramic substrate, ceramic substrate, and module |
CN111096090B (en) * | 2017-09-20 | 2023-04-21 | 株式会社村田制作所 | Method for manufacturing ceramic substrate, and module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8501299B2 (en) | Conductive paste, multilayer ceramic substrate and its production method | |
US7736544B2 (en) | Electrically conductive composition for via-holes | |
JP2008004514A (en) | Conductive paste, and manufacturing method of ceramic multilayer board using it | |
JP2011023762A (en) | Method of manufacturing multilayer ceramic substrate | |
WO2007094123A1 (en) | Multilayered ceramic electronic component, multilayered ceramic substrate, and method for manufacturing multilayered ceramic electronic component | |
JPWO2005039263A1 (en) | MULTILAYER CERAMIC SUBSTRATE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME | |
CN111096090B (en) | Method for manufacturing ceramic substrate, and module | |
WO2008133612A1 (en) | Electrically conductive composition for via-holes | |
JP7309666B2 (en) | Multilayer ceramic substrate and electronic device | |
JP5229316B2 (en) | Manufacturing method of ceramic substrate | |
JP2004179628A (en) | Wiring board and its manufacturing method | |
JP4844317B2 (en) | Ceramic electronic component and manufacturing method thereof | |
JP2007115852A (en) | Manufacturing method of ceramic substrate | |
JP2007123448A (en) | Manufacturing method of ceramic substrate | |
JP2007142223A (en) | Method of manufacturing ceramic substrate | |
JP4888564B2 (en) | Manufacturing method of ceramic multilayer substrate with cavity | |
JP5268847B2 (en) | Wiring board and manufacturing method thereof | |
JP2007221115A (en) | Manufacturing method of conductor paste and multilayer ceramic substrate | |
JP2008244057A (en) | Manufacturing method of multi-layered ceramics substrate | |
JP2007294831A (en) | Manufacturing method of ceramic substrate, and ceramic substrate | |
JP2005150669A (en) | Method of manufacturing multilayer ceramic substrate, and multilayer ceramic substrate | |
JP2005116337A (en) | Conductive paste, via-hole conductor and multilayer ceramic substrate | |
JP3842613B2 (en) | Composition for through conductor | |
JP2007128732A (en) | Conductor paste and multilayer ceramic substrate using this | |
JP2000138309A (en) | Conductor paste, ceramic multilayer board and its manufacture |