JP2009087965A - Multilayer wiring board - Google Patents
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Abstract
【課題】 基板外形状の変形が少なく、基板主面の凹凸が抑制された多層配線基板を提供する。
【解決手段】 本発明の多層配線基板は、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15が積層された矩形板状の絶縁基体1と、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15のうち絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層のうち、重心の位置が絶縁基体1の中央と異なる位置に板状金属体2を、積層方向から見て絶縁基体1の四隅に、絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面を有するコーナー金属体3をそれぞれ埋設して形成する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer wiring board in which the deformation of the outer shape of the substrate is small and the unevenness of the main surface of the substrate is suppressed.
A multilayer wiring board according to the present invention includes a rectangular plate-like insulating substrate 1 in which a plurality of ceramic insulating layers 11, 12, 13, 14, and 15 are laminated, and a plurality of ceramic insulating layers 11, 12, 13, 14 and 15, the center of gravity of the insulating substrate 1 is located at the center of the insulating substrate 1 of one or a plurality of ceramic insulating layers disposed in the middle of the thickness of the insulating substrate 1 and within 20% or less of the thickness of the insulating substrate 1. The plate-like metal body 2 is embedded at different positions, and the corner metal bodies 3 having two side surfaces parallel to the two side surfaces forming the corners of the insulating base body 1 are embedded in the four corners of the insulating base body 1 when viewed from the stacking direction. To form.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、パワーモジュール基板等に適用可能なセラミックスからなる多層配線基板に関する。 The present invention relates to a multilayer wiring board made of ceramics applicable to a power module board or the like.
従来、多層配線基板における配線導体の抵抗値を低減して大電流が流れるようにするために、多層配線基板を構成する絶縁基体に銅の厚膜や無電解メッキにより配線導体を形成することが行われていた。 Conventionally, in order to reduce the resistance value of a wiring conductor in a multilayer wiring board and allow a large current to flow, the wiring conductor is formed on the insulating substrate constituting the multilayer wiring board by a thick copper film or electroless plating. It was done.
しかし、かかる配線導体では、配線の高密度化のために配線パターンの線幅が多層配線基板の面積により制限され、一定以上に幅広く形成することができず、しかも、前記配線導体の形成方法では後の工程に悪影響を及ぼさないで短時間に低コストで充分な厚さの配線導体を得ることが困難であり、低抵抗化を満足するものではなかった。 However, in such a wiring conductor, the line width of the wiring pattern is limited by the area of the multilayer wiring board in order to increase the density of the wiring, and cannot be formed wider than a certain level. It was difficult to obtain a sufficiently thick wiring conductor at a low cost in a short time without adversely affecting the subsequent processes, and the reduction in resistance was not satisfied.
そこで、配線導体の抵抗値を低減して大電流を流せるようにするために、多層配線基板を構成する絶縁層となるセラミックグリーシートに貫通溝(貫通孔)を形成し、該貫通溝に電気抵抗値の低い銅や銀等の低融点金属からなる配線用導体ペーストを厚く充填して焼成し、低抵抗の配線導体を形成する方法が提案されている(特許文献1を参照。)。また、セラミックグリーンシートの貫通溝(貫通孔)に配線導体用ペーストではなく、セラミックグリーンシートと同一厚みの金属シートを埋め込む方法も提案されている(特許文献2を参照。)。 Therefore, in order to reduce the resistance value of the wiring conductor and allow a large current to flow, a through groove (through hole) is formed in the ceramic grease sheet serving as an insulating layer constituting the multilayer wiring board, and the through groove is electrically connected. There has been proposed a method of forming a low-resistance wiring conductor by thickly filling and firing a wiring conductor paste made of a low-melting point metal such as copper or silver having a low resistance value (see Patent Document 1). Also, a method has been proposed in which a metal sheet having the same thickness as the ceramic green sheet is embedded in the through groove (through hole) of the ceramic green sheet instead of the wiring conductor paste (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1および特許文献2に記載された方法により製造された多層配線基板においては、前記配線導体用ペーストまたは前記金属シートが焼成されてなる板状金属体が、積層方向から見て中央から偏った位置に配置されていると、平面方向に歪んで変形した形状になってしまうという問題があった。なお、この変形の問題は平面方向に不均一な配線パターンが形成されていれば起こりうる問題であるが、このような板状金属体が埋設された場合には特に顕著な変形となってしまう。
However, in the multilayer wiring board manufactured by the method described in
同様に、前記配線導体用ペーストまたは前記金属シートが焼成されてなる板状金属体が、複数のセラミック絶縁層のうち前記絶縁基体のほぼ中央に配置されたセラミック絶縁層ではなく、中央からかけ離れた基板表面に近いセラミック絶縁層に設けられていると、基板に部分的な反りが発生してしまうという問題があった。 Similarly, the plate-like metal body formed by firing the wiring conductor paste or the metal sheet is not a ceramic insulating layer disposed at substantially the center of the insulating base among a plurality of ceramic insulating layers, but is far from the center. If it is provided on the ceramic insulating layer close to the substrate surface, there is a problem that the substrate is partially warped.
これに対し、配線として機能しないいわゆるダミーパターンを絶縁層表面の周縁近傍にメタライズにて形成することで、平面方向の変形を抑制する方法が挙げられる(特許文献3を参照。)。なお、メタライズにて形成されたダミーパターンは、1層あたりの厚みが15μm程度であって薄いものであるから、変形抑制効果を得るためには、各絶縁層の表面に形成される必要がある。
しかしながら、このようにダミーパターンを各絶縁層の表面の周縁近傍に積層方向に重なるように形成すると、内部配線の設計自由度が減るとともに、加圧積層時の圧力のかかり具合が積層方向から見てダミーパターンの形成された領域と形成されていない領域との間で異なることから、これらの境界付近にデラミネーションが発生しやすくなるという問題がある。 However, if the dummy pattern is formed so as to overlap the periphery of the surface of each insulating layer in this way in the stacking direction, the degree of freedom in designing the internal wiring is reduced and the pressure applied during pressure stacking is viewed from the stacking direction. Therefore, there is a problem that delamination is likely to occur near the boundary between the region where the dummy pattern is formed and the region where the dummy pattern is not formed.
また、上記デラミネーションを防ぐためにセラミックグリーンシートと同じセラミック材料からなるペーストを、ダミーパターンの形成された領域と形成されていない領域とに亘ってコーティングした場合、製造コストが増すとともに、このペーストからセラミックグリーンシートに溶剤が浸透していくことで積層などの圧力がかかる工程でグリーンシートの伸びが生じ、逆に基板を変形させてしまうという問題がある。 In addition, when the paste made of the same ceramic material as the ceramic green sheet is coated over the area where the dummy pattern is formed and the area where the dummy pattern is not formed in order to prevent the above delamination, the manufacturing cost increases and As the solvent permeates into the ceramic green sheet, there is a problem that the green sheet is elongated in a process where pressure such as lamination is applied, and the substrate is deformed.
さらに、上記デラミネーションを防ぐためにダミーパターンを積層方向において少しずつずらして設けた場合は内部配線の設計自由度が減ってしまうという問題がある。 Furthermore, when the dummy patterns are provided by being gradually shifted in the stacking direction in order to prevent the delamination, there is a problem that the degree of freedom in designing the internal wiring is reduced.
一方、ダミーパターンの形成された領域を捨てしろとする場合は基板サイズを余計に大きくして取り数が減るという問題がある。 On the other hand, when the area where the dummy pattern is formed is to be discarded, there is a problem that the number of wafers is reduced by excessively increasing the substrate size.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、平面視したときの基板外形状の変形が小さくかつ基板主面に凹凸の少ない多層配線基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multilayer wiring board in which the deformation of the outer shape of the board when viewed in plan is small and the main surface of the board is less uneven.
本発明は、セラミック絶縁層が5層以上積層された矩形板状の絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、積層方向から見て重心の位置が前記絶縁基体の中央と異なるように、前記絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ前記絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層を貫通して埋設された板状金属体と、積層方向から見て前記絶縁基体の四隅に、前記絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ前記絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層を貫通して埋設された、前記絶縁基体の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面を有するコーナー金属体とを具備することを特徴とする。 The present invention relates to a rectangular plate-like insulating substrate in which five or more ceramic insulating layers are laminated, a wiring conductor formed inside the insulating substrate, and a position of the center of gravity when viewed from the lamination direction is the center of the insulating substrate. Differently, a plate-like metal body embedded through one or more ceramic insulating layers disposed in the middle of the thickness of the insulating base and within a range of 20% or less of the thickness of the insulating base; , Penetrating through one or more ceramic insulating layers disposed at the four corners of the insulating base as viewed from the stacking direction, at approximately the center of the thickness of the insulating base and within 20% or less of the thickness of the insulating base. And a corner metal body having two side surfaces parallel to the two side surfaces forming the corners of the insulating base.
ここで、前記板状金属体および前記コーナー金属体の厚みは、100μm以上1000μm以下であるのが好ましい。また、前記絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ前記絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される少なくとも一層のセラミック絶縁層に前記板状金属体および前記コーナー金属体が埋設されていることが好ましい。 Here, the thickness of the plate-like metal body and the corner metal body is preferably 100 μm or more and 1000 μm or less. Further, the plate-like metal body and the corner metal body are embedded in at least one ceramic insulating layer disposed at a substantially center of the thickness of the insulating base and within a range of 20% or less of the thickness of the insulating base. It is preferable.
本発明によれば、絶縁基体の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面を有するコーナー金属体が、積層方向から見て絶縁基体を形成するセラミック絶縁層の四隅にそれぞれ埋設されていることで、その焼成工程において絶縁基体を形成するためのセラミックグリーンシートの四隅を均一に収縮させようとする力が働くことから、積層方向から見て重心の位置が絶縁基体の中央と異なるように板状金属体が配置されていたとしても平面視したときの基板外形状の変形が少ない多層配線基板を実現することができる。また、板状金属体は絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層に設けてあることから、基板主面のうち板状金属体と対向する領域に形成される凸や凹を小さくすることができ、基板主面の平坦度を高めることができる。 According to the present invention, the corner metal bodies having two side surfaces parallel to the two side surfaces forming the corners of the insulating base are embedded in the four corners of the ceramic insulating layer forming the insulating base as viewed from the stacking direction. As a result, a force that uniformly shrinks the four corners of the ceramic green sheet for forming the insulating substrate in the firing process works, so that the position of the center of gravity is different from the center of the insulating substrate when viewed from the stacking direction. Even if the plate-like metal body is disposed on the substrate, it is possible to realize a multilayer wiring board with little deformation of the outer shape of the board when viewed in plan. In addition, since the plate-like metal body is provided in one or more ceramic insulating layers disposed in the middle of the thickness of the insulating base and within 20% or less of the thickness of the insulating base, Among them, the protrusions and depressions formed in the region facing the plate-like metal body can be reduced, and the flatness of the substrate main surface can be increased.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の多層配線基板の一例を示す平面透視図であり、図2は図1のX−X線断面図である。 FIG. 1 is a plan perspective view showing an example of the multilayer wiring board of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.
図1および図2に示す本発明の多層配線基板は、ほぼ同じ厚みを有する複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15が積層された矩形板状の絶縁基体1と、絶縁基体1の内部に形成された配線導体8と、積層方向から見て重心の位置が絶縁基体1の中央と異なるように、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15のうち絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層(図1,2ではセラミック絶縁層13のみ)を貫通して埋設された板状金属体2と、積層方向から見て絶縁基体1の四隅に、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15のうち絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層(図1,2ではセラミック絶縁層13のみ)を貫通して埋設された、絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面3aを有するコーナー金属体3とを具備することを特徴とする。
The multilayer wiring board of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a rectangular plate-like
絶縁基体1は、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15が積層され、矩形板状に形成されたものである。セラミック絶縁層11、12、13、14、15を形成するセラミックスとしては、耐薬品性に優れるとともに安価なAl2O3を主結晶相とするアルミナ質焼結体が好適である。ここで、Al2O3を主結晶相とするアルミナ質焼結体とは、粉末X線回折によって、Al2O3の回折ピークが主ピークとして検出されるもので、Al2O3の結晶を体積比率で50体積%以上含有していることが望ましい。
The
このようなアルミナ質焼結体は、例えば平均粒径1.0〜2.0μmの純度99%以上のAl2O3粉末に、平均粒径1.0〜2.0μmのMn2O3、SiO2、MgO、CaO、SrOの群から選ばれる少なくとも1種の焼結助剤を添加した成形体を1300〜1600℃の温度範囲で焼成することによって得ることができる。焼結助剤などのAl2O3以外の組成物の添加量については、Al2O3を主結晶とする緻密体を得るために、望ましくは15質量%以下、更に望ましくは、10質量%以下とすることが望ましい。特に、焼結助剤などのAl2O3以外の組成物の添加量が15質量%以下とした場合には、得られる絶縁基体1の大部分をAl2O3結晶により形成することができる。また、これらの焼結助剤は、焼成温度を低くするために5質量%以上、さらには7質量%以上添加することが望ましい。
Such an alumina sintered body is made of, for example, Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1.0 to 2.0 μm and a purity of 99% or more, Mn 2 O 3 having an average particle size of 1.0 to 2.0 μm, It can be obtained by firing a molded body to which at least one kind of sintering aid selected from the group of SiO 2 , MgO, CaO, and SrO is added in a temperature range of 1300 to 1600 ° C. The addition amount of Al 2 O 3 other than the compositions, such as sintering aids, in order to obtain a dense body of the Al 2 O 3 as a main crystal, preferably 15 wt% or less, more desirably, 10 wt% The following is desirable. In particular, when the amount of a composition other than Al 2 O 3 such as a sintering aid is set to 15% by mass or less, most of the obtained
なお、セラミック絶縁層11、12、13、14、15を形成するセラミックスとしてはAl2O3質焼結体に限定されず、例えば、配線導体として低融点でかつ低抵抗のものを用いることができ、1000℃未満の低温焼成が可能なガラスセラミックスを用いてもよく、さらには、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、ムライト、コーディエライトなどを主結晶とするセラミック焼結体を用いてもよい。
The ceramic for forming the ceramic
そして、複数のセラミック絶縁層11、12、13、14、15のうち絶縁基体1の厚みの中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層または複数層のセラミック絶縁層(図1,2ではセラミック絶縁層13)を貫通するように、積層方向から見て重心の位置が絶縁基体1の中央と異なるように板状金属体2が埋設されている。ここで、板状金属体2は一層あたり一様な厚みになっているものであって、積層方向から見た重心の位置とは積層方向から見た各層の面積によって特定できる。また、板状金属体2が複数個埋設されている場合は、それぞれの板状金属体2の重心を結んで描かれる仮想図形の重心が絶縁基体1の中央と異なっているか否かで判断する。なお、この板状金属体2は、例えば配線として用いることができる。
Of the plurality of ceramic
ここで、複数のセラミック絶縁層のうち絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置されるセラミック絶縁層とは、セラミック絶縁層の一層あたりの厚みが100μmから200μmであることから、例えば複数のセラミック絶縁層が5層構造の場合は上から3層目(図1に示すセラミック絶縁層13)のことをいい、6層構造の場合は上から3層目または4層目のことをいい、7層構造の場合は上から3層目または4層目あるいは上から4層目または5層目のことをいい、8層構造の場合は上から4層目または5層目のことをいい、9層構造の場合は上から4層目または5層目あるいは5層目または6層目のことをいい、10層構造の場合は上から5層目または6層目のことをいう。そして、絶縁基体を構成するセラミック絶縁層の数としては、一層あたり厚みとの関係から5層以上設けることが必要である。
Here, among the plurality of ceramic insulating layers, the ceramic insulating layer disposed at approximately the center of the thickness of the insulating substrate and within 20% or less of the thickness of the insulating substrate is a thickness of 100 μm per ceramic insulating layer. Therefore, for example, when a plurality of ceramic insulating layers have a five-layer structure, the third layer from the top (
そして、板状金属体2は、絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層または複数層のセラミック絶縁層(図1,2ではセラミック絶縁層13)を貫通するように埋設されていて、後述するようにセラミック絶縁層13を形成するためのセラミックグリーンシートの一部に貫通穴を形成し、この貫通穴部分に金属シート片を埋め込むようにして形成されるのが好ましい。このような位置のセラミック絶縁層13に板状金属体2を埋設することで多層配線基板(絶縁基体1)の上下主面に形成される凹凸を抑制することができる。
The plate-
なお、板状金属体2は、絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層または複数層のセラミック絶縁層を貫通するように埋設されていればよく、例えば、積層するセラミック絶縁層が5層構造の場合は上から3層目に、積層するセラミック絶縁層が6層構造の場合は上から3層目または4層目に、7層構造の場合は上から3層目または4層目あるいは上から4層目または5層目に、8層構造の場合は上から4層目または5層目に、9層構造の場合は上から4層目または5層目あるいは5層目または6層目に、10層構造の場合は上から5層目および6層目のいずれか一方又は両方にそれぞれ貫通して形成されていれば良い。
The plate-
この板状金属体2は、Cu、Cu−W、Ag、Al、W、Moを主体とする金属又はその合金により形成することができ、配線として用いた場合には大電流を流すことができる。板状金属体2の形状としては、直方体形状、円板形状などが挙げられ、直方体形状の場合は、板状金属体2の体積を最大限に大きくすることができ、大電流の実現という点で効果的であり、円板形状の場合は、応力集中を防ぎ、高信頼性を持たせるという点で効果的である。さらには多段形状であってもよく、この形状の場合は、絶縁基体1との接触面積が大きいため、絶縁基体1との接合信頼性を高くすることができる点で効果的である。なお、この多段形状の場合は、板状金属体2は絶縁基体1のほぼ中央に配置された複数層のセラミック絶縁層を貫通して形成することで得られる。
The plate-
また、板状金属体2は多層配線基板に用いられるものであることから、設計される配線パターン等によって積層方向からみて絶縁基体1の中央に配置されていることはほとんどなく、重心の位置が絶縁基体1の中央と異なる位置(中央から偏った位置)に配置されることになる。そして、多層配線基板を製造する際に、セラミック絶縁層13となるセラミックグリーンシートと板状金属体2となる金属シート片との収縮挙動が異なるから、このような配置の影響により焼成収縮時に絶縁基体1の四隅が均一に収縮して絶縁基体1が形成されず、絶縁基体1の外形状を所定寸法内に形成することができなくなる。
Further, since the plate-
そこで、絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層(図1,2ではセラミック絶縁層13)の四隅に、絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面を有するコーナー金属体3を埋設する。
Therefore, at the four corners of one or a plurality of ceramic insulating layers (ceramic insulating
このように、絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面を有するコーナー金属体3をセラミック絶縁層13の四隅に設けることで、焼成収縮時にセラミック絶縁層となるセラミックグリーンシートの四隅の収縮を規制することができるため、焼成後において基板外形状が大きく変形することを抑制することができる。
Thus, by providing the
ここで、絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置されるセラミック絶縁層とは、セラミック絶縁層の一層あたりの厚みが100μmから200μmであることから、例えば複数のセラミック絶縁層が5層構造の場合は上から3層目(図1に示すセラミック絶縁層13)のことをいい、6層構造の場合は上から3層目または4層目のことをいい、7層構造の場合は上から3層目または4層目あるいは上から4層目または5層目のことをいい、8層構造の場合は上から4層目または5層目のことをいい、9層構造の場合は上から4層目または5層目あるいは5層目または6層目のことをいい、10層構造の場合は上から5層目または6層目のことをいう。
Here, the ceramic insulating layer disposed at approximately the center of the thickness of the insulating
コーナー金属体3も板状金属体2と同じくセラミック絶縁層(セラミック絶縁層13)を貫通するように埋設されていて、板状金属体2と同様に、セラミック絶縁層13を形成するためのセラミックグリーンシートの一部に貫通穴を形成し、この貫通穴部分に金属シート片を埋め込むようにして形成されるのが好ましい。このような位置のセラミック絶縁層13にコーナー金属体3を埋設することで多層配線基板(絶縁基体1)の上下主面に形成される凹凸を抑制することができる。
The
なお、コーナー金属体3は、絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層または複数層のセラミック絶縁層を貫通するように埋設されていればよく、例えば、積層するセラミック絶縁層が5層構造の場合は上から3層目に、積層するセラミック絶縁層が6層構造の場合は上から3層目または4層目に、7層構造の場合は上から3層目または4層目あるいは上から4層目または5層目に、8層構造の場合は上から4層目または5層目に、9層構造の場合は上から4層目または5層目あるいは5層目または6層目に、10層構造の場合は上から5層目および6層目のいずれか一方又は両方にそれぞれ貫通して形成されていれば良い。
The
このコーナー金属体3は、特に配線の一部として機能する場合は板状金属体2と同様にCu、Cu−W、Ag、Al、W、Moを主体とする金属又はその合金により形成することができるが、配線の一部として用いない場合は他の金属体を用いても良い。ただし、多層配線基板の設計のし易さの点で板状金属体2と同種の金属や合金を用いることが好ましい。
The
そして、コーナー金属体3は、絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に沿って平行な2つの側面3aを有していることが重要である。このような形状のコーナー金属体3が絶縁基体1の四隅にそれぞれ埋設されていることで、その焼成工程において絶縁基体1を形成するためのセラミックグリーンシートの四隅を均一に収縮させようとする力が働くことから、板状金属体2の重心の位置が絶縁基体1の中央と異なる位置に配置されることの影響による平面方向の変形の少ない多層配線基板が得られる。ここで、図2に示すコーナー金属体3は積層方向から見てL字状に形成されたものであり、このような形状であるのが他の配線パターン(配線導体8)の設計自由度の点から好ましいが、変形抑制の点からは絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に沿う2つの側面を有していればよく、例えば、積層方向から見て四角形をしたものや三角形をしたものでも構わない。
It is important that the
絶縁基体1の角部を形成する2つの側面に平行なコーナー金属体3の各側面3aの長さ(絶縁基体1の一辺に沿ったコーナー金属体3の一辺の長さ)は、絶縁基体1の一辺の長さに対して25%以上の比率の長さを有していることが良く、コーナー金属体3を2個合わせて絶縁基体1の一辺あたり50%以上の比率の長さとなっているのが好ましい。このように絶縁基体1の側面に沿って平行な側面3aを構成するコーナー金属体3の一辺(積層方向から見て絶縁基体1の側面に平行な辺)の長さを、近接して対向する絶縁基体1の一辺の長さの25%以上とすることによって、変形の抑制効果が高まる。
The length of each
また、積層方向から見たコーナー金属体3の一個片の面積は、配線として機能させない場合は変形抑制効果を有するとともに他の配線パターンの設計自由度をもたせる範囲として、積層方向から見た絶縁基体1の面積に対して2.5%〜12.5%の割合であるのが好ましく、配線も兼ねる場合は上限として22.5%までの割合であってもよい。
In addition, the area of each piece of the
なお、板状金属体2およびコーナー金属体3の厚みは、絶縁基体1の上下面に形成される凹凸を抑制するとともに、平面方向の変形抑制効果の高い範囲として、100μm以上1000μm以下であるのが好ましい。また、同様の効果の観点から、板状金属体2の上側に積層されたセラミック絶縁層11,12および下側に積層された複数のセラミック絶縁層14,15の合計厚みはそれぞれ板状金属体2の厚みの2〜3倍であるのが好ましく、コーナー金属体3の上側に積層されたセラミック絶縁層11,12および下側に積層された複数のセラミック絶縁層14,15の合計厚みはそれぞれコーナー金属体3の厚みの2〜3倍であるのが好ましい。
In addition, the thickness of the plate-
また、基板外形状の変形や基板主面の凹凸を抑制する観点から絶縁基体1の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体1の厚みの20%以下の範囲内に配置される少なくとも一層のセラミック絶縁層に板状金属体2およびコーナー金属体3が埋設されるように形成することが好ましい。
Further, from the viewpoint of suppressing deformation of the outer shape of the substrate and unevenness of the main surface of the substrate, at least one ceramic insulating layer disposed approximately in the center of the thickness of the insulating
次に、本発明の多層配線基板の製造方法について具体的に説明する。 Next, the manufacturing method of the multilayer wiring board of this invention is demonstrated concretely.
図3は、本発明の多層配線基板の製造方法の説明図であって、図3には焼成後にセラミック絶縁層となるセラミックグリーンシート4と、焼成後に板状金属体2やコーナー金属体3となる金属シート5が示してある。なお、図に示す6は金型である。
FIG. 3 is an explanatory view of a method for manufacturing a multilayer wiring board according to the present invention. FIG. 3 shows a ceramic
まず、以下に説明するように、セラミックグリーンシート4、金属シート5、および導体ペーストを作製する。
First, as described below, the ceramic
セラミックグリーンシート4は、セラミック粉末と有機樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整したセラミックスラリーから、従来周知のドクターブレード法などによりシート状に形成する。
The ceramic
また、金属シート5も、金属粉末と有機樹脂と溶剤とを所定の割合で混合して調整した金属スラリーからドクターブレード法などによりシート状に形成する。なお、金属スラリーには必要に応じてセラミック粉末を含有させてもよい。
Further, the
セラミックグリーンシート4を形成するセラミック粉末および金属シート5を形成する金属粉末の平均粒径は0.01〜10μm程度のものが好適に用いられ、特に、1〜5μmの範囲の粉末が取り扱いや焼結性に優れている。
The average particle size of the ceramic powder forming the ceramic
セラミックグリーンシート4にマイクロドリルやレーザー等によりスルーホールを形成し、印刷等の方法でこのスルーホールに導体ペーストを充填するとともに、セラミックグリーンシート4の表面に導体ペーストを印刷して配線導体8を形成する。
A through hole is formed in the ceramic
次に、焼成後に板状金属体となる金属シート5の一部および/またはコーナー金属体3となる金属シート5の一部をセラミック絶縁性層となるセラミックグリーンシート4に埋め込む方法について説明する。
Next, a method of embedding a part of the
セラミックグリーンシート4の所定箇所に貫通穴41を形成した後、貫通穴41を形成したセラミックグリーンシート4に金属シート5を積層し、セラミックグリーンシート4における貫通穴41の形成された部分を金属シート5側(図3では上側)から押圧することによって、金属シート5の一部を貫通穴41内に埋め込んだあと、残りの金属シート5を取り除くことにより、セラミックグリーンシート4と金属シート片5aを一体化して複合シート7を形成する。このとき、セラミックグリーンシート4と金属シート片5aとは略同一厚みであることが望ましい。
After the through hole 41 is formed at a predetermined position of the ceramic
なお、複合シート7の形成方法(セラミックグリーンシート4の貫通穴41への金属シート片5の埋め込み方法)については、図3に示すようにセラミックグリーンシート4に貫通穴41を形成した後に、このセラミックグリーンシート4の上に金属シート5を貼り合わせて金属シート5の一部を貫通穴41内に埋め込む方法に限らず、図4に示すようにセラミックグリーンシート4の上に金属シート5を貼り合わせた状態で金属シート5側(図4では上側)から押圧することによって、金属シート5の一部を貫通穴41内に埋め込む方法であってもよい。
In addition, about the formation method (the embedding method of the
また、複合シート7とは別に、主面に導体ペーストを所定の配線パターンとなるように印刷したセラミックグリーンシート4やさらに上下主面を貫通するスルーホールを形成し、このスルーホール内に導体ペーストを充填してスルーホール導体を形成したセラミックグリーンシート4等を準備する。
Separately from the
そして、これらのセラミックグリーンシート4と複合シート7とを積層して5層以上のグリーンシート積層体を形成する。このとき、板状金属体2となる金属シート片5aおよびコーナー金属体3となる金属シート片5aを埋設した複合シート7は、グリーンシート積層体の厚みのほぼ中央で、焼成後における全体厚みの20%以下の領域に配置されるようにする。ただし、板状金属体2となる金属シート片5aおよびコーナー金属体3となる金属シート片5aは、後述する焼成工程における反りや表面の凹凸を抑制する観点から、できるだけグリーンシート積層体の厚み中央に配置されるように設計することが好ましい。
Then, these ceramic
また、板状金属体2となる金属シート片5aとコーナー金属体3となる金属シート片5aとを同一のセラミックグリーンシート4に埋め込むようにすれば、埋め込みに必要となる金型の数を減らすことができるため、作業工程の簡素化およびコスト低減を図ることができ、好ましい。
Further, if the
次いで、作製したグリーンシート積層体を、酸化雰囲気、還元雰囲気、あるいは不活性雰囲気で焼成することで、多層配線基板を作製することができる。 Next, the produced green sheet laminate is fired in an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, or an inert atmosphere, whereby a multilayer wiring board can be produced.
ここで、セラミックグリーンシート4と金属シート片5aとの間に隙間がほとんどない場合でも、この複合シート7を焼成した際にセラミックグリーンシート4と金属シート片5aとの収縮差によって隙間が形成されることがある。このように互いの間に隙間があると、水分や酸素が隙間を通って内部に達し、金属層を酸化させたり、配線層のマイグレーションを助長したり、絶縁基体1を形成するセラミックスの変色や腐食を招くことになるが、本発明のように絶縁基体1中に板状金属体2およびコーナー金属体3を埋設することにより、このような問題も解消することができる。
Here, even when there is almost no gap between the ceramic
パワーモジュール基板を構成する多層配線基板を作製した。 A multilayer wiring board constituting the power module substrate was produced.
焼成後に絶縁基体となるセラミックグリーンシートの原料粉末として、純度99%以上で平均粒径が1.5μmのAl2O3粉末を90質量%、純度99%以上で平均粒径1.0μmのSiO2粉末を5質量%、純度99%以上で平均粒径1.5μmのMn2O3粉末5質量%を混合し、成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合し、スラリーを作製した。このスラリーを用いてドクターブレード法にて厚み200μmのセラミックグリーンシートを作製した。なお、セラミックグリーンシートの焼成後の外形状は長さ80mm、幅50mmの長方形となるように設計した。
As a raw material powder for a ceramic green sheet that becomes an insulating base after firing, 90% by mass of Al 2 O 3 powder having a purity of 99% or more and an average particle size of 1.5 μm, SiO having a purity of 99% or more and an average particle size of 1.0
また、焼成後に板状金属体およびコーナー金属体となる金属シートの原料粉末として、平均粒径2.0μmのCu粉末30質量%と平均粒径2.0μmのW粉末70質量%とを混合し、成形用有機樹脂(バインダ)としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として添加し、セラミックグリーンシート4と同様に金属スラリーを作製した。そして、この金属スラリーを用いてドクターブレード法にて厚み200μmの金属シート5を作製した。
Further, as a raw material powder of a metal sheet that becomes a plate-like metal body and a corner metal body after firing, 30% by mass of Cu powder having an average particle size of 2.0 μm and 70% by mass of W powder having an average particle size of 2.0 μm are mixed. Then, an acrylic binder and toluene were added as a forming organic resin (binder) as a solvent, and a metal slurry was prepared in the same manner as the ceramic
また、平均粒径2.0μmのCu粉末30質量%と平均粒径2.0μmのW粉末70質量%を、アクリル系バインダおよびアセトンを溶媒として混合し、溶剤を減圧加熱等によって除くことにより導体ペーストを作製した。 Further, conductor is obtained by mixing 30% by mass of Cu powder having an average particle size of 2.0 μm and 70% by mass of W powder having an average particle size of 2.0 μm using an acrylic binder and acetone as a solvent and removing the solvent by heating under reduced pressure or the like. A paste was prepared.
そして、上記のセラミックグリーンシートに対して打ち抜き加工を施し、直径が100μmのビアホールを形成し、このビアホール内に、導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、セラミックグリーンシートの表面に配線パターンを印刷した。 Then, the ceramic green sheet is punched to form a via hole having a diameter of 100 μm. The via hole is filled with a conductive paste by a screen printing method, and a wiring pattern is printed on the surface of the ceramic green sheet. did.
次に、セラミックグリーンシートの所定箇所に貫通穴を形成し、この貫通穴にセラミックグリーンシートと同一厚みの金属シートを埋め込み、セラミックグリーンシートと金属シートとが一体化された複合シートを作製した。このとき、図2に示すように、セラミックグリーンシートのコーナー部近傍に形成された貫通穴内に挿入されるコーナー金属体としての金属シートの形状は、積層方向から見てセラミックグリーンシートのコーナーを形成する2つの側面に沿う2つの側面を有するL字状とし、セラミックグリーンシートのコーナーを形成する2側面に沿った部分の長さを22mm、幅を10mmとした。また、積層方向から見てセラミックグリーンシートの中央と異なる位置に重心が位置するように形成された貫通穴内に挿入される板状金属体となる金属シートの形状は、積層方向から見て長さ45mm、幅15mmをした長方形とし、所定の間隔をあけて2本平行に配置するようにした。 Next, a through hole was formed at a predetermined location of the ceramic green sheet, and a metal sheet having the same thickness as the ceramic green sheet was embedded in the through hole to produce a composite sheet in which the ceramic green sheet and the metal sheet were integrated. At this time, as shown in FIG. 2, the shape of the metal sheet as the corner metal body inserted into the through hole formed in the vicinity of the corner portion of the ceramic green sheet forms the corner of the ceramic green sheet as viewed from the stacking direction. An L-shape having two side surfaces along the two side surfaces is formed, and the length of the portion along the two side surfaces forming the corner of the ceramic green sheet is 22 mm and the width is 10 mm. In addition, the shape of the metal sheet, which is a plate-like metal body inserted into the through hole formed so that the center of gravity is located at a position different from the center of the ceramic green sheet when viewed from the stacking direction, is the length when viewed from the stacking direction. The rectangular shape was 45 mm and the width was 15 mm, and two were arranged in parallel at a predetermined interval.
このようにして作製したセラミックグリーンシートおよび複合シートを表1のように組み合わせ、積層圧着して積層体を作製した。 The thus produced ceramic green sheet and composite sheet were combined as shown in Table 1 and laminated and pressed to produce a laminate.
その後、窒素と水素の混合雰囲気にて1300℃の最高温度で2時間焼成し、多層配線基板を作製した。なお、試料No.8以外は板状金属体とコーナー金属体とが同一のセラミック絶縁層に形成されている構造とした。また、比較例として図5に示すようにコーナー金属体を3個備えたものについても作製した。 Thereafter, the substrate was baked at a maximum temperature of 1300 ° C. for 2 hours in a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen to produce a multilayer wiring board. Sample No. Except for 8, a plate-like metal body and a corner metal body were formed in the same ceramic insulating layer. In addition, as a comparative example, a sample having three corner metal bodies as shown in FIG.
そして、作製した多層配線基板(各試料)について、非接触型の3次元計測器(コムス株式会社製)にて多層配線基板の2つの主面を測定し、部分的に凸部を有する側の基板主面を上面とし、この上面における凸部の高さを評価値として用いた。即ち、基板主面における凹凸は絶縁基体の厚み方向における板状金属体やコーナー金属体の埋設位置に起因するものであり、一方の基板主面に部分的な凸部がある場合、他方の基板主面のうち凸部と対向する領域には凹部が形成されているからで、いずれか一方の基板主面を確認することで評価できるためである。なお、基板主面の測定にあたり、基板主面に形成された配線は除去するか、予め基板主面に配線を形成しないようにしたものを用いた。 And about the produced multilayer wiring board (each sample), the two main surfaces of a multilayer wiring board are measured with a non-contact type three-dimensional measuring device (made by Combs Co., Ltd.), and the side which has a convex part partially is measured. The main surface of the substrate was the upper surface, and the height of the convex portion on this upper surface was used as the evaluation value. That is, the unevenness on the main surface of the substrate is caused by the embedded position of the plate-like metal body or the corner metal body in the thickness direction of the insulating base, and when there is a partial projection on one main surface of the substrate, the other substrate This is because a concave portion is formed in a region of the main surface that faces the convex portion, and the evaluation can be performed by checking one of the main surfaces of the substrate. In the measurement of the main surface of the substrate, the wiring formed on the main surface of the substrate was removed, or the wiring that was not previously formed on the main surface of the substrate was used.
また、積層方向から見た外形状の変形については、図6に示すように、予め設計した多層配線基板(絶縁基体)の各コーナーの先端を原点とするX−Y座標を設け、焼成後の多層配線基板の各コーナー先端のズレ量を測定した。例えば左下隅のコーナー先端がX−Y座標において左上にある場合、X方向のズレはマイナス側に、Y方向のズレはプラス側にズレていることになる。このようにして絶縁基体の四隅の変形を測定した。 As for the deformation of the outer shape viewed from the stacking direction, as shown in FIG. 6, XY coordinates with the origin at the tip of each corner of the multilayer wiring board (insulating base) designed in advance are provided, and after firing The amount of misalignment at each corner tip of the multilayer wiring board was measured. For example, when the corner tip of the lower left corner is at the upper left in the XY coordinates, the X-direction shift is shifted to the minus side, and the Y-direction shift is shifted to the plus side. In this way, the deformation of the four corners of the insulating substrate was measured.
その結果を表1に示す。なお、良品の判定規格として多層配線基板の上面の凸量が100μm以下、外形状の変形については、多層配線基板の各コーナー先端がX−Y座標に対して±100μm以下の範囲にあるものとした。
金属板状体及びコーナー金属体が一層目のセラミック絶縁層に埋設されている試料No.1,2および金属板状体及びコーナー金属体が絶縁基体の厚みの中央に配置されるセラミック絶縁層以外のセラミック絶縁層に設けられた試料No.3,5,10では、多層配線基板の上面に大きな凸が形成されていた。 Sample No. in which the metal plate and the corner metal are embedded in the first ceramic insulating layer. Sample No. 1 and 2, and the metal plate-like body and the corner metal body are provided in a ceramic insulating layer other than the ceramic insulating layer disposed in the center of the thickness of the insulating base. In 3, 5, and 10, large protrusions were formed on the upper surface of the multilayer wiring board.
セラミック絶縁層の四隅にコーナー金属体を埋設していない試料No.1,9,13では、図5の紙面において多層配線基板の右上のコーナーにコーナー金属体がないため、焼成後の多層配線基板において左下および左上のコーナー部が大きく変形していた。 Sample No. with no corner metal embedded in the four corners of the ceramic insulating layer. In Nos. 1, 9, and 13, since there is no corner metal body in the upper right corner of the multilayer wiring board in FIG. 5, the lower left and upper left corners of the fired multilayer wiring board were greatly deformed.
これに対し、セラミック絶縁層の積層数が5層以上で、絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層に板状金属体とコーナー金属体を有する本発明の試料No.4,6,7,8,11,12,14では、多層配線基板の上面の凸量が100μm以下、外形状の変形については、多層配線基板の各コーナー先端がX−Y座標に対して±100μm以下とすることができた。 On the other hand, the number of laminated ceramic insulating layers is 5 or more, and is disposed on one or more ceramic insulating layers arranged in the range of approximately the center of the thickness of the insulating base and 20% or less of the thickness of the insulating base. Sample No. of the present invention having a metal body and a corner metal body. In 4, 6, 7, 8, 11, 12, and 14, the convex amount of the upper surface of the multilayer wiring board is 100 μm or less, and the deformation of the outer shape is such that each corner tip of the multilayer wiring board is ± with respect to the XY coordinates. It could be 100 μm or less.
1:絶縁基体
2:板状金属体
3:コーナー金属体
3a:側面
4:セラミックグリーンシート
5:金属シート
5a:金属シート片
6:金型
7:複合シート
8:配線導体
1: Insulating substrate 2: Plate-shaped metal body 3:
Claims (3)
該絶縁基体の内部に形成された配線導体と、
積層方向から見て重心の位置が前記絶縁基体の中央と異なるように、前記絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ前記絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層を貫通して埋設された板状金属体と、
積層方向から見て前記絶縁基体の四隅に、前記絶縁基体の厚みのほぼ中央でかつ前記絶縁基体の厚みの20%以下の範囲内に配置される一層又は複数層のセラミック絶縁層を貫通して埋設された、前記絶縁基体の角部を形成する2つの側面に平行な2つの側面を有するコーナー金属体とを具備することを特徴とする多層配線基板。 A rectangular plate-like insulating substrate in which five or more ceramic insulating layers are laminated;
A wiring conductor formed inside the insulating substrate;
A single layer or a plurality of layers arranged at a substantially center of the thickness of the insulating base and within a range of 20% or less of the thickness of the insulating base so that the position of the center of gravity is different from the center of the insulating base as viewed from the stacking direction. A plate-like metal body embedded through the ceramic insulating layer;
As viewed from the stacking direction, through one or a plurality of ceramic insulating layers disposed at the four corners of the insulating base, approximately in the center of the thickness of the insulating base and within a range of 20% or less of the thickness of the insulating base. A multilayer wiring board, comprising: a corner metal body having two side surfaces parallel to two side surfaces forming a corner portion of the insulating base.
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