JP3786682B2

JP3786682B2 - Method for manufacturing ceramic green sheet filled with metallized ink in through hole and method for filling metallized ink into through hole formed in ceramic green sheet

Info

Publication number: JP3786682B2
Application number: JP2002197677A
Authority: JP
Inventors: 耕三山崎; 英志松原; 賀津雄木村; 基彦板井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP2003101236A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のバンプと接続するためのパッドを有し、このパッドまたはその一部がドーム状に突出した形状とされた積層セラミック基板の製造などに用いるセラミックグリーンシートの製造方法、及びセラミックグリーンシートに形成した貫通孔へのへのメタライズインクの充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックグリーンシート（以下、単にシートともいう）の所定位置にあけたビア用貫通孔にビア用メタライズインクを充填し、および／または、シートの表面に所定パターンの配線用メタライズインクを印刷しておき、このシートを所定の順序で複数枚積層した後、同時焼成によって焼成し、積層セラミック基板を形成する技術が知られている。近年の小型化、高密度化の要請に従い、このような積層セラミック基板（以下、単に基板ともいう）に集積回路チップ（以下、単にＩＣチップともいう）等の電子部品を搭載・接続する手法に、電子部品の接続端子としてバンプを形成しておき、基板にはこれに対応した位置にパッドを形成して、このバンプとパッドを接続するフリップチップ法がある。
【０００３】
さらにこのフリップチップ法には、基板のうち電子部品を搭載する搭載面にパッドを形成しておき、このパッドと電子部品に形成された略球状あるいは半球状のハンダバンプとを当接させて加熱し、ハンダバンプのハンダを溶融させて、パッドをハンダバンプと接続させるものがある。この手法によって接続するものは、金属球等をハンダで固定した金属球バンプとパッドとを別途ハンダによって接続するような手法に比較して、金属球を扱う必要が無く、安価で容易に形成できる利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにして電子部品と基板とを接続した場合には、ハンダバンプの接続強度が低下する場合のあることが判った。そこで、ハンダバンプを介して接続された電子部品を基板から引き剥がすことにより、接続強度を評価する試験（以下、引張破壊試験ともいう）を行うと、良好な接続がなされている場合には、柔らかいハンダ（ハンダバンプ）が引っ張られることにより、中央部がくびれるようにして伸びて、電子部品側及び基板側の両側に略円錐形状のハンダを残して破断する。ところが、上記接続方法で接続したものの中には、この試験を行うと、基板側のパッド近傍で、破面が細かな凹凸となった破断が生じる場合のあることが判った。このような破断の生じる接続では、実使用中においても破断しやすく接続信頼性が低い。これは、接続後のハンダバンプ中に細かなボイド（空孔）が含まれていたためである。このボイドは、パッドにハンダバンプを溶着させる際に、空気やフラックスがパッドとハンダバンプの間に閉じこめられ、この空気や加熱により分解して生じたフラックス分解ガスが、溶融したハンダバンプ（ハンダ）中に巻き込まれて移行したものと推測される。
【０００５】
さらに調査すると、平板状のパッドの表面は、実際には微細な凹凸を有しているので、ハンダバンプとの接触部分が実質上一点にならず、多点あるいは面状に接触していること、および、ハンダバンプを加熱すると、ハンダバンプとパッドの接触部分で優先的に溶け始め、この接触部分から溶融部分が拡がることが判った。
【０００６】
これに対し、パッド全体あるいは一部の形状をドーム状にすることで、パッドとハンダバンプとを実質的に一点で接触させると、ハンダバンプのハンダを溶融させる際に、パッドとの接触点から溶け始めてパッド上に濡れ拡がる。このため、空気やフラックスをパッドとの界面から追い出しつつハンダが拡がる状態となるので、空気やフラックス分解ガスが内部に閉じこめられることが無くなり、ハンダ内にボイドを生じさせることがない。従って、引張破壊試験でも良好な結果が得られる。また、電子部品と基板との接続が強固になされ、高い接続信頼性を得ることが出来る。
【０００７】
一方、特開平３−１１２１９１号公報には、スルーホールの径が小さくなり、かつ多数になりつつある現状に鑑み、強度良好な接合用パッドを提供することを目的として、スルーホール（貫通孔）の開口部から導体層（ビア）の一端が突出した凸部からなる接合用パッドを有するセラミックス配線基板を開示している。さらに、そのような接合用パッドを形成することができる製法として、以下が開示されている、すなわち、焼成収縮率の異なる２種の導体ペーストを用意し、最上層となるグリーンシートのスルーホールには、グリーンシートととの焼成収縮率の差が大きい導体ペースト、つまり焼成収縮率の小さな導体ペーストを加圧充填によりスルーホール内に充填する。一方、他のグリーンシートのスルーホールには焼成収縮率の差が小さい導体ペーストを充填する。その後、これらのグリーンシートを積層、同時焼成し、最上層においてスルーホールから導体層（ビア）を突出させて接合用パッドを形成するセラミックス配線基板の製造方法を開示している。
【０００８】
しかしながら、この技術では、ビアを突出させるのにビア用メタライズインクとシートの焼成収縮率の差だけを利用しているため、突出量を大きくするために焼成収縮率の差を大きくすると、ビアの周囲のセラミック層に放射状のクラックが発生し、メッキ液等が浸透し残留するために絶縁抵抗が低下する等の不具合が生じる。
【０００９】
また、通常の加圧充填の手法は、具体的には以下のようである。即ち、図１３（ａ）に示すように、金属板等の硬い平板状治具ＵＨ上に貫通孔Ｈを形成したセラミックグリーンシートＧを載置し、さらにこの貫通孔Ｈと対応する位置に透孔ＭＨを設けたメタルマスクＭを載せる。次いで、図１３（ｂ）に示すように、スキージ等でメタルマスクＭの透孔ＭＨを通じて貫通孔Ｈ内にビア用メタライズインクＩＮを加圧しながら充填する。
【００１０】
しかし、この手法では、充填したインクＩＮのうち平板状治具ＵＨと接する端面形状ＩＮａが必ずしも平坦にならないで、例えば、端面の一部（例えば中央部）がその周囲より低位、すなわち陥没した状態となったり、端面に皺状の凹凸が生じたりすることがしばしば発生する。このような状態となる原因は明確ではないが、高粘度で充填性の悪いビア用メタライズインクＩＮを加圧によって貫通孔Ｈ内に充填すること、貫通孔Ｈの一端（図中下端）が硬い平板状治具ＵＨで塞がれていることなどにより、充填されたインクＩＮが貫通孔Ｈの一端で平板状治具ＵＨに倣った平面を形成しにくいものと考えられる。このような端面形状ＩＮａを持つインクＩＮが充填されたシートＧを積層・焼成して、焼成収縮率の差によって搭載面ＣＳａからビアＭＴを突出させた基板ＣＳを形成したとしても、図１３（ｃ）に示すように、焼成後までインクＩＮの端面形状ＩＮａに影響されて、上記したようにハンダバンプと一点で接触するドーム状とならないため、このような形状のものでは、上記したように、接続後のハンダバンプ内にボイドが含まれるものができ、接続強度が低下し接続信頼性が低くなることがある。
【００１１】
なお、ビア用メタライズインクを充填後、この端面を覆うようにシートにカバー層を印刷した上で焼成して、パッドとして用いる手法もあるが、この手法では、カバー層の印刷工程が増える上、印刷精度の向上に限界があるため、ファインピッチの接続用パッドとしては使用困難である。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、焼成したとき確実にパッドをドーム状に突出した形状とすることができるセラミックグリーンシートの製造方法を提供すること、あるいは、焼成したときパッドを確実にドーム状に突出した形状とするための、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔内へのメタライズインクの充填方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
そして、その解決手段は、第１主面と第２主面とを有し、第１主面と第２主面の間を貫通するビア用貫通孔が形成された搭載面用セラミックグリーンシートを、押圧により押圧部が凹むゴム弾性平面上に上記第１主面が接した状態に載置するグリーンシート載置工程と、上記搭載面用セラミックグリーンシートの第２主面側から上記ビア用貫通孔内にビア用メタライズインクを圧入して、上記ビア用メタライズインクを上記ビア用貫通孔内に充填し、かつ、上記第１主面よりも上記ゴム弾性平面側にドーム状に突出させるインク充填突出工程と、を有する貫通孔にメタライズインクが充填されたセラミックグリーンシートの製造方法である。
【００１４】
本発明よれば、インク充填突出工程で、予めビア用メタライズインクをシートの第１主面から突出させておいたので、このシートを焼成すれば、第１主面（搭載面）から突出したパッドが確実に形成できる。また、このインク充填突出工程では、グリーンシートをゴム弾性平面上に載置してビア用メタライズインクを充填したので、その充填時のインクの押圧力でゴム弾性平面が凹み、自然に貫通孔の中心軸近傍、つまり中心付近の突出高さが最も高い良好なドーム形状にインクを突出させることができる。これは押圧力で凹むゴム弾性平面を用いたので、ビア用メタライズインクの加圧充填時の変形でインクがゴム弾性平面の形状に倣いやすくなり、凹凸を生じること無く、なめらかなドーム状に突出したものと考えられる。従って、このシートの焼成後には、電子部品を搭載する搭載面から突出した、しかも中心付近の高さが最も高い良好なドーム形状のビア突出部が確実に形成された基板を製造することができる。このため、このビア突出部をパッドとし、あるいはビア突出部にさらにニッケルメッキ等のメッキを施してパッドとし、パッドとＩＣチップ等のハンダバンプと接続すれば、バンプ内にボイドが形成されることもなく、高い信頼性をもって接続することができる。また、これらのパッドは、ビアの径とほぼ同寸法であるため、パッドを印刷によって搭載面に形成した場合と異なり、微細な寸法や間隔のパッドとすることができる。
【００１５】
なお、積層セラミック基板は、ビアのみならず、セラミック層間に配線層が形成されたものであっても良い。また、このセラミックグリーンシートをなすセラミックとしては、公知の材料を用いれば良く、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミック等が挙げられる。さらに、ビア用メタライズインク、すなわちビアの材質は、使用するセラミックの材質に応じて選択すればよいが、タングステン、モリブデン、モリブデン−マンガン、銅、銀、銀−白金、銀−パラジウム等が挙げられる。また、焼成工程で形成されたビア突出部のハンダ付け性を改善するために、ビア突出部にニッケルメッキを施し、さらに金メッキ施すなど、１種または複数種のメッキを施しても良い。
【００１６】
ここで、前記インク充填突出工程において、ビア用メタライズインクの前記第１主面からの突出高さを１〜１０μｍとしたことを特徴とする貫通孔にメタライズインクが充填されたセラミックグリーンシートの製造方法とすると良い。
【００１７】
本発明によれば、インク充填突出工程でビア用メタライズインクを予め突出させる突出高さは、１〜１０μｍとされる。１μｍ未満の突出高さに突出させる程度では、インクの充填性が改善できないため、このシートの焼成後には、ビア突出部の表面に上記した従来場合と同様の凹凸が生じる。一方、突出高さが１０μｍを越えると、同時に形成するビア突出部同士の高さが揃いにくくなり、コプラナリティが低下するため、ＩＣチップ等のハンダバンプとビア突出部を用いたパッドとの接続性が低下するためである。
なお、突出高さを調整する手法としては、ビア用メタライズインク充填時の押圧力を調整したり、ゴム弾性平面の柔らかさを変える等の手法が挙げられる。
【００１８】
さらに、前記ビア用メタライズインクの焼成収縮率が、前記搭載面用セラミックグリーンシートの焼成収縮率よりも小さいことを特徴とする貫通孔にメタライズインクが充填されたセラミックグリーンシートの製造方法とすると良い。
【００１９】
本発明によれば、ビア用メタライズインクの焼成収縮率を搭載面用シートのそれより小さくしたので、この搭載面用シートを焼成する際に、焼成収縮率の差によって搭載面用シート（セラミック層）の方がメタライズインクよりも大きく収縮し、ビア用メタライズインク（ビア）が第１主面（搭載面）側に突出するため、予め形成しておいたインクのドーム状突出部の突出高さと重畳され、さらにビア突出部の突出高さを高くすることができる。なお、これとは逆に、ビア用メタライズインクの焼成収縮率が搭載面用シートのそれより大きくした場合には、せっかくインクを第１主面から突出するように充填したのに、その突出高さを小さくする方向に変形するので、少なくとも、ビア用メタライズインクの焼成収縮率を搭載面用シートのそれと同等以下とすると良い。
【００２０】
さらに、前記ビア用メタライズインクの焼成収縮率を、前記インク充填突出工程において突出させたビア用メタライズインクの突出高さと、前記貫通孔にメタライズインクが充填されたセラミックグリーンシートを焼成して形成したパッドの突出高さとの差が、５μｍ以下となる範囲で選択したことを特徴とする請求項３に記載の貫通孔にメタライズインクが充填されたセラミックグリーンシートの製造方法とすると良い。
【００２１】
ビア用メタライズインクの焼成収縮率を搭載面用シートのそれより小さくするほど焼成収縮率の差に起因するビア突出部の突出高さの増加量が大きくできる。しかし、あまり焼成収縮率の違いを大きくすると、この差によってビアとそれを囲むセラミックとの間に生じる応力が大きくなりすぎて、ビア周縁のセラミックに放射状のクラックが生じ、甚だしい場合には、隣り合うビア間でクラックが繋がることがある。このため、メッキ液がクラック内に残留して絶縁抵抗が低下するなどの不具合が発生する。従って、極端に焼成収縮率の差を大きくするのは好ましくない。本発明では、ビア用メタライズインクの焼成収縮率を、インク充填突出工程において突出させたビア用メタライズインクの突出高さとこの搭載面用シートを焼成して形成したパッドの突出高さとの差が５μｍ以下となる範囲、つまり、シートの焼成収縮率の差に起因するビアの突出高さの増加量が５μｍ以下となる範囲で選択する。これにより、焼成収縮率の差が大きくなり過ぎないようにして不具合の発生を防止しつつ、焼成収縮率の差による突出高さの増加の効果を得ることができる。
【００２２】
上述した搭載面用セラミックグリーンシートに用いるビア用メタライズインクは、搭載面用セラミックグリーンシートの焼成収縮率よりも適度に小さな焼成収縮率を有しているので焼成収縮率の差に起因する不具合を生じることがない。従って、搭載面用シートと積層する他のシートに、同材質の、つまり同じ焼成収縮率のシートを用いる場合には、このシートに形成するビア用貫通孔にも搭載面用シートに使用したビア用メタライズインクを使用しても良い。そこで、グリーンシート、ビア用メタライズインク共に、共通の（つまり１種類の）材質を用いて基板を形成すれば、インク等を複数種用意する必要が無く、製造工程も共通にできるので基板をより安価に製造できる。
【００２３】
さらに、前記ゴム弾性平面は、硬質基体のグリーンシート載置側平面を被覆するゴム弾性層の表面であることを特徴とする貫通孔にメタライズインクが充填されたセラミックグリーンシートの製造方法とすると良い。
【００２４】
ゴム弾性平面は、ビア用メタライズインクを貫通孔に充填した際に、インクに押されて凹み、ビア用メタライズインクが第１主面を越えて突出して充填されるのであるが、ゴム弾性平面の柔らかく極端に凹む場合には、インクが貫通孔の軸に対して直交する方向（第１主面に沿う方向）にも拡がる。このため、隣接する貫通孔間でインク同士の間隔が狭くなり、焼成後の基板においてビア同士間の絶縁抵抗が低下し、極端な場合にはショートする原因となる場合がある。また、スキージ等を用いてインク貫通孔に充填する際に、スキージの押圧力がシート全体にかかり、この押圧力によってゴム弾性平面が大きく歪み、グリーンシート自身が大きく変形すると、シートに皺が生じるなどして好ましくない。
【００２５】
しかるに、本発明によれば、ゴム弾性平面は、硬質基体のグリーンシート搭載側平面を被覆するゴム弾性層の表面である。このため、スキージ等の押圧力などシート全体にかかる押圧力は硬質基体が受けるから、シート自身の変形は抑えられる。一方、ビア貫通孔にインクを充填すると、ゴム弾性層の表面であるゴム弾性平面は、充填されたインクに押されて適度に凹むため、インクを適度な突出高さで第１主面からドーム状に突出させることができ、第１主面に沿う方向にインクが拡がることもない。また、インク充填突出工程において、シート自身に皺が発生するなどの不具合を生させることなく、確実にシートの第１主面からインクを突出させることができる。
【００２６】
さらに他の解決手段は、貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートをゴムシート上に載置し、上記セラミックグリーンシート上に貫通孔を有するマスクを載置し、上記マスクの貫通孔を通じて、上記セラミックグリーンシートに形成された貫通孔内にメタライズインクを圧入する貫通孔内にメタライズインクを充填したセラミックグリーンシートの製造方法である。
【００２７】
本発明では、ゴムシート上にセラミックグリーンシートを載置してメタライズインクを圧入するので、圧入されたメタライズインクは、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔からゴムシーとを押し下げるように突出し、ドーム状の突出部となる。このため、このシートを焼成すれば、第１主面から突出したパッドが確実に形成できる。
【００２８】
さらに他の解決手段は、貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートをゴムシート上に載置し、上記セラミックグリーンシート上に貫通孔を有するマスクを載置し、上記マスクの貫通孔を通じて、上記セラミックグリーンシートに形成された貫通孔内にメタライズインクを圧入するセラミックグリーンシートに形成した貫通孔内へのメタライズインクの充填方法である。
【００２９】
本発明では、ゴムシート上にセラミックグリーンシートを載置してメタライズインクを圧入するので、圧入されたメタライズインクは、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔からゴムシーとを押し下げるように突出し、ドーム状の突出部となる。かくして、焼成すれば第１主面から突出したパッドが確実に形成できるシートを得ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
次いで、本発明にかかるセラミックグリーンシートの製造方法と、これを用いた積層セラミック基板の製造方法のうち、第１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本実施形態にかかる基板１０（図５参照）は、焼成され後にメッキが施される基板（以下、メッキ前基板ともいう）１に、ニッケルメッキ及び金メッキを施したものである。このメッキ前基板１（図３（ｂ）参照）は、本実施形態にかかり、セラミック成分のうち９２％がアルミナであるアルミナセラミックのグリーンシートＧを製造し、さらに、以下のように、タングステンやモリブデンを主成分とするビア用メタライズペーストを用いて、ビアおよびパッド（ビアの突出部）となる部分を形成した上で、内部配線やビア等を形成した他のグリーンシートＧ２，Ｇ３と積層し、同時焼成して形成する。
即ち、図１（ａ）に示すように、直径１２０μｍの貫通孔Ｈが形成されたグリーンシートＧを柔らかいゴムシートＵのゴム弾性平面Ｕａ上に載置する。なお、この際、焼成後に上面（ＩＣチップを搭載する搭載面）１ａとなる一方の面（第１主面）ＧａをゴムシートＵのゴム弾性平面Ｕａとの当接面（図中下側）とする。ついで、各貫通孔Ｈに対応した位置に貫通孔ＭＨを有するメタルマスクＭを、他方の面（第２主面）Ｇｂ上に載せる。
【００３１】
さらに、図１（ｂ）に示すように、ビア用メタライズインク１３を、メタルマスクＭの貫通孔ＭＨを通じて、グリーンシートＧの貫通孔Ｈ内に圧入する。圧入されたインク１３は、貫通孔Ｈから第１主面Ｇａを越えてゴムシートＵを押し下げるように突出し、図２（ａ）（ｂ）に示すように、貫通孔Ｈの中心軸近傍が最も高い（深い）なめらかな表面のドーム状の突出部１３ａとなる。このときの突出部１３ａの高さＨＧＡは２μｍである。突出部１３ａの高さＨＧＡを、１０μｍ以下の値（本実施形態では２μｍ）としたので、インク突出部１３ａの高さのバラツキや焼成収縮率による突出量のバラツキ、さらにはメッキ層の厚さのバラツキを加味しても、後述するようにして形成したビア３の突出部３ａの高さＨＧＢ（図３（ｃ）参照）やパッド２の高さＨＧＣ（図４参照）のバラツキは１〜２μｍ以内のわずかな範囲内に収まる。このため、突出部３ａの、さらには、各パッド２のコプラナリティを十分小さくできるので、ＩＣチップのバンプとの接続性を高くできる。
【００３２】
なお、ビア用メタライズインク１３は、モリブデン粉末を主成分とし、グリーンシートＧの焼成時の焼成収縮量に適合しつつこれよりも若干小さい焼成収縮量（具体的には、シートＧの焼成収縮率約１７．５％に対し、インク１３の焼成収縮率約１７％）となるように、モリブデン粉末の粒径やガラス成分等の添加物量を調整し、さらに、ビヒクルや溶剤を加えて混練したものである。
【００３３】
その後、図３（ａ）に示すように、焼成後に内部配線となる配線用メタライズインク１６，１７やビアとなるビア用メタライズインク１４，１５、接続パッドとなるパッド用インク１８が公知の手法で塗布、充填され、シートＧと同材質からなる他のグリーンシートＧ２、Ｇ３と、このシートＧとを積層し（本実施形態では３層積層）、還元雰囲気中で、約１５５０℃で焼成する。なお、ビア用メタライズインク１４，１５は、シートＧに充填したビア用メタライズインク１３と同材質のインクを用い、配線用メタライズインク１６，１７にも、モリブデンを主成分とするインクを用いた。また、積層の際、グリーンシートＧの第１主面Ｇａが外側となるように積層する。
【００３４】
これにより、図３（ｂ）に示すように、アルミナセラミックからなる３層のセラミック絶縁層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、モリブデンを主成分とし、上面（搭載面）１ａを越えて突出する突出部３ａを有するビア３を備え、さらに、絶縁層間に内部配線６，７、絶縁層Ｌ２，Ｌ３を貫通してその層の上下を導通するビア４，５を備えたメッキ前基板１を形成する。また、裏面１ｂには接続パッド８が形成される。搭載面１ａは、後述するメッキを施した後、図中破線で示すようなハンダバンプＳＢを有するＩＣチップＣを搭載する側の面である。
【００３５】
上記したように、ビア用メタライズインク１３の突出部１３ａを予め設けておいた。さらに、インク１３の焼成収縮率をグリーンシートＧのそれより若干小さくしておいた。このため、ビア３は、図３（ｃ）に示すように、焼成前のビア用メタライズインク１３の形状とほぼ相似形状に焼成され、焼成前のメタライズインク１３の突出部１３ａがドーム状であったので、突出部３ａもその上面がドーム状となる。
なお、焼成収縮率の差がビア３の突出に寄与したため、突出部３ａの高さＨＧＢは、インク突出部１３ａの高さＨＧＡの２μｍより、３μｍだけ高い５μｍとなった。インク１３とシートＧの焼成収縮率の違いを、これによるビア３の突出量（ＨＧＢ−ＨＧＡ）が５μｍ以下（本実施形態では３μｍ）となる程度のわずかな違いにしたので、ビア３の周囲のセラミック絶縁層Ｌ１に、放射状のクラックが生じるなどの不具合も生じなかった。
【００３６】
さらに、インク１４，１５はインク１３と、シートＧ２，Ｇ３はシートＧと同材質であるので、同様に焼成収縮率が異なるが、その差はわずかであるので、セラミック絶縁層Ｌ２，Ｌ３においても、クラックその他の不具合を生じることもない。したがって、シートＧとシートＧ２，Ｇ３とで異なる焼成収縮率のインクを用いて貫通孔に充填する必要がなく、１種類のビア用メタライズインクで足りるので、製造工程が簡単になった。
【００３７】
その後、このメッキ前基板１に、公知の無電解メッキ法により、無電解Ｎｉメッキ（厚さ３．５μｍ）および無電解Ａｕメッキ（厚さ０．０５μｍ）を施して、２層からなるメッキ層４を形成して、図４に示すように、ビア３の突出部３ａとメッキ層４とからなる構造のパッド２を有する基板１０を完成する（図５参照）。このパッド２の表面２ｓは、略中央部の高さがその周囲よりも高くなめらかなドーム状をなし、パッド２の高さＨＧＣは８．５μｍ程度となった。また、ビア３は、メッキ前基板１内部に形成された内部配線６と接続し、内部配線６は、さらに他の内部配線７やビア４，５と接続している。
【００３８】
なお、本実施形態では、モリブデンを主成分とするメタライズインクを用いてビア３を形成したが、タングステンを用いても、さらには、タングステンとモリブデンの合金（あるいは混合物）を用いても良い。
また、メッキ層４として、２層のＮｉ／Ａｕメッキ層を用いたが、Ｎｉ層のみでもよく、Ｃｕ，Ａｇ等のメッキ層を用いても良い。また、電気的な導通を確保できるならば、電解メッキの手法によってメッキ層を形成しても良い。また、バレルメッキによって電解メッキを施しても良い。
【００３９】
図５は、ＩＣチップＣを基板１０に搭載する様子を示す説明図である。この集積回路チップＣの下面Ｃｂには、ＩＣ側パッドＰが縦横格子状に多数形成され、各ＩＣ側パッドＰには、略球状（略３／４球状）のハンダバンプＳＢがそれぞれ形成されている。このハンダバンプＳＢは、３Ｓｎ−９７Ｐｂ高温ハンダからなる。パッド２は、上記した集積回路チップＣに形成されたＩＣ側パッドＰにそれぞれ対応した位置で、縦横格子状に形成されている。
【００４０】
このような集積回路チップＣと基板１０とを以下のようにして接続（フリップチップ接続）する。即ち、基板１０の搭載面１ａおよびこれに形成したパッド２に、ハンダ付け用のフラックスＦを塗布し、図６（ａ）のように、チップＣと向かい合わせ、ハンダバンプＳＢがパッド２と対応（対向）するように位置決めし、ハンダバンプＳＢとパッド２が接触するようにして、基板１０上にチップＣを載置する。
このとき、チップＣは、図６（ｂ）に示すように、フラックスＦの粘着力により固定され、ハンダバンプＳＢの頂部ＳＢｔは、パッド２とごくわずかな面積で接触する、即ち、パッド２の表面２ｓがドーム状とされているので、この表面２ｓと略１点（接触点２ｐ）で接触する。
【００４１】
ついで、赤外線リフローによりハンダバンプＳＢを溶融させて、チップＣおよび基板１０を接続する。
このとき、フラックスＦは、加熱により粘性が低下して流動しやすくなり、さらに加熱すると、ハンダバンプＳＢ表面およびパッド２のメッキ層４の酸化膜を除去してハンダ濡れ性を向上させ、ガス化して飛散してゆく。
また、図７（ａ）に示すように、ハンダバンプＳＢは、パッド２の接触点２ｐと接触している頂部ＳＢｔから優先的に溶け始める。この理由は明確ではないが、ハンダバンプＳＢの表面のうち頂部ＳＢｔのみが圧力を受けていることや、この頂部ＳＢｔでは、パッド２が接触している影響で、表面状態が変化することにより、この頂部ＳＢｔ近傍のみ、融点が僅かに低下するためと推測される。
【００４２】
従って、ハンダバンプ頂部ＳＢｔから優先的に溶け始めたハンダＳは、接触点２ｐを中心として、パッド２の表面２ｓ上に濡れ拡がる。このとき、はんだＳは、パッド２表面から空気やフラックスＦを排除しつつ濡れ拡がるので、ハンダＳ内に、空気やフラックスＦのガスを巻き込むことがない。
このようにして、図７（ｂ）に示すように、チップ側パッドＰとパッド２とをハンダＳで接続することにより、チップＣと基板１０とが接続される。
このハンダＳは、上記したようにその内部に空気やフラックスＦを巻き込まないでパッド表面２ｓに濡れ拡がったので、このような空気やフラックスＦのガスによるボイドが、ハンダＳの内部に形成されることがない。
【００４３】
ついで、後述する引張破壊試験に、上記実施形態１のシートＧを用いた基板１０と共に供試するための比較形態の基板について説明する。
（比較形態１）
第１の比較形態の基板２０は、図８（ａ）に示すように、パッド２２の上面部が平坦な点で実施形態１の基板１０と異なり、その他は、ほぼ同じである。また、基板２０は、実施形態１の基板１０とほぼ同じ材質から形成されている。即ち、アルミナを主成分とするセラミック製のメッキ前基板２１にはモリブデンを主成分とするビア２３が形成され、その上面２３ａは、基板上面（搭載面）２１ａと面一にされている。また、その表面には、Ｎｉ／Ａｕメッキによるメッキ層２４が形成されて、上面２３ａとメッキ層２４とでパッド２２を構成している。
【００４４】
このメッキ前基板２１は、上記実施形態１のメッキ前基板１と同様に形成するが、メタライズインクの圧入の際に、複数枚のグリーンシートを重ね、ビア用メタライズインクを圧入した後、各グリーンシートを分離して貫通孔内にインクを充填したシートを用いたため、インクに突出部が形成されない点で異なる。
このために、ビア２３では突出部が形成されず、基板上面２１ａとその端面が略面一となる。ビア２３がこのような形状であるので、略一定厚さのメッキ層２４を被着したパッド２２の上面も平坦となる。
【００４５】
（比較形態２）
第２の比較形態の基板３０は、図８（ｂ）に示すように、パッド３２の上面の略中央部が窪んだものである。また、ビア３３の上面３３ａがメッキ前基板３１の上面（搭載面）３１ａよりも低位となっており、この上面３３ａとこの上に形成されたメッキ層３４とでパッド３２を構成している。
このメッキ前基板３１は、上記実施形態１のメッキ前基板１と同様に形成するが、ビア用メタライズインクの溶剤量が若干多めにされ、このインクの焼成収縮量も大きくされている点で異なる。このために、貫通孔Ｈにビア用メタライズインクを充填した後、しばらくすると、溶剤が揮発し、乾燥と共に比較的大きく収縮し、上部が凹んだ形状となる。さらに、焼成すると、他（アルミナセラミック）より大きく収縮し、ビア３３は、上面３３ａが貫通孔内に引きさがり、略中央部に凹部が形成されたものとなる。ビア３３がこのような形状であるので、その上面３３ａに略一定厚さのメッキ層３４を被着して構成されるパッド３２も中央部に凹部を有するものとなる。
【００４６】
（比較形態３）
第３の比較形態の基板は、上記実施形態１と同様にして形成したものであるが、グリーンシートＧへのビア用メタライズインクの充填の際に、硬い平面ＵＨａを有する金属板ＵＨ上にシートＧを載置しインクを充填した点で異なっており、図１３（ａ）（ｂ）に示す従来の製造方法によってインクを充填したものである。本比較形態３では、前記したようにインクＩＮの端面形状ＩＮａが必ずしも平坦にならず、一部に図１３（ｃ）に示すような凹凸の生じたビアＭＴを持つメッキ前基板ＣＳに、さらにメッキを施した基板４０を用いた。
【００４７】
（試験例）
ついで、チップＣをそれぞれ接続した上記実施形態１，比較形態１，２、３の基板の接続状態を下記のようにして比較した。
比較に用いた引張破壊試験は、図９（ａ）に例示したように、基板１０（２０，３０，４０）を固定し、搭載面１ａ（２１ａ，３１，ＣＳａ）にハンダＳを介して搭載、接続した集積回路チップＣを上方に引き上げるものである。具体的には、チップＣに接着剤（図示しない）で引張り治具Ｔを固着し、引張り治具Ｔを図中上方に引き上げる。
【００４８】
このようにすると、ハンダＳ内にボイドがない良好な接続の場合には、柔らかい金属であるハンダＳは、図中上下方向に引っ張られて、中央が細く引き延ばされるようになり、ついには破断する。その形状を見ると、正常に破断したハンダは、図９（ｂ）に示すような略円錐形状となる。このようになるのは、ハンダ内部にボイドがないために、途中で破断せずに十分細く引き延ばされるからである。
一方、接続が不良である場合には、図９（ａ）の右端に例示したように、パッド２（破線で表示する）の上面近傍で破断し、チップＣ側に大半のハンダＳｎ２が残り、基板１０側には、僅かなハンダＳｎ１が残る。また、図９（ｃ）に示すように、その破断面には、微少な凹凸が観察される。この凹凸は、ボイドの痕跡と考えられる。このことから、ハンダＳのパッド２付近にボイドが多数偏在したため、このボイドの偏在部分では、実質的なハンダＳの断面積が小さくなり、ハンダＳが細く引き延ばされる前に、破断したものと考えられる。
【００４９】
そこで、この引張破壊試験を、上記実施形態１，比較形態１，２，３の基板１０，２０，３０，４０とチップＣとを接続したもので行った。ここで使用した、基板とチップとの接続点の数は、６８０点／ケであり、５組の基板とチップとの組合せ（=３４００点）について、計２回、即ち、１０組分について行い、図９（ｃ）のような状態になった接続部の数（不良率）を百分率で表す。結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
表１から明らかなように、パッド表面が平坦あるいは凹状となっている比較形態１，２においては、図９（ｃ）のような破断状態となる接続が存在したが、実施形態１においては、不良が発生しなくなった。また、表面に凹凸の生じたパッドがある比較形態３でも、図９（ｃ）のような破断状態となる接続が存在した。
これは、平坦状（比較形態１）の場合には、パッド２２上面の細かな凹凸やハンダバンプＳＢの変形のために、両者間の接触面積が比較的大きくなり、実際には、パッド２２とハンダバンプＳＢとの接触点が多数存在したと考えられる。このため、この多数点でほぼ同時に溶融したハンダが、その近傍の空気やフラックスを閉じこめ、この空気やフラックスの分解ガスがボイドとなってハンダＳ中に巻き込まれたものと推測される。
このことは、さらにハンダバンプＳＢとパッド３２との接触面積が大きくなる凹状（比較形態２）において、不具合の数が増えていることから、より確からしいと思われる。
また、比較形態３でも不具合が生じたのは、表面の凹凸によってパッドとハンダバンプＳＢとの接触点が多数存在したためであると考えられる。
【００５２】
これに対し、実施形態１においては、パッド２がドーム状となっているので、ハンダバンプＳＢとの接触面積がより小さく、実質的に１点で接触し、空気やフラックスをハンダＳとパッド２の界面から追い出すようにして濡れ拡がるので、空気やフラックスのガスの巻き込みが無いか非常に少なくなる。
【００５３】
しかも、パッド２がドーム状であるので、チップＣが多少ずれたとしても、ハンダバンプＳＢとパッド２とは、常に１点で接触するため、ハンダＳ中にボイドを生じない。このため、常に安定してボイドによる不具合を防止することができる。
このことは、チップＣとパッド３２との位置関係によって接触面積が変動しやすい比較形態２において、第１回と第２回の試験では、大きく不良率が変動しているのに対して、本実施形態においては、どちらの試験においても不良が発生しない点からも裏付けられる。
このように、本実施形態によれば、確実にドーム状の突出部３ａを持つビア３、さらにパッド２を形成することができ、ＩＣチップＣとの高い接続信頼性を得ることができる。しかも、ゴムシートＵを用いてインク１３を充填すれば足りるので、従来と比較して何ら工程を増加させることもなく、メッキ前基板１さらには基板１０を安価に製造することができる。
【００５４】
（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。上記実施形態１では、ゴムシートＵの表面Ｕａ上にグリーンシートＧを載置し、マスクＭを重ねてインクを充填した。しかし、硬度が低く（柔らかく）かつ厚さが厚いゴムシートＵ２を用いた場合には、押圧力がかかると大きく凹むため、例えば図１０（ａ）に示すように、スキージＳＱの押圧力でゴムシートＵ２上のシートＧ及びマスクＭが大きく歪み、シートＧに皺が生じる場合、あるいはマスクＭが変形してしまう場合がある。また、図１０（ｂ）に示すように、圧入したインク１３Ｎの突出部１３Ｎａが第１主面Ｇａに沿う方向に拡がって、その径が大きくなることがあり、これにより、隣接するビア同士の絶縁抵抗が低下し、甚だしい場合にはショートすることがある。
【００５５】
これに対し、本実施形態では、図１１（ａ）に示すように、ステンレスからなる硬い平面を持つ基体ＵＳＨのシート搭載面ＵＳＨａ側（図中上側）に、ゴムラテックスを塗布し乾燥させて形成した、厚さ２０μｍの柔らかいゴムからなるゴム層ＵＳＳを有するシート載置治具ＵＳを用いる。なお、この治具ＵＳを用いた場合には、そのゴム弾性平面ＵＳａは、ゴム層ＵＳＳの弾性によりゴム弾性を示すが、ゴム層ＵＳＳの厚さが薄いうえ、基体ＵＳＨが変形しないので、押圧力によるゴム層ＵＳＳの変形（凹み）の量に限度がある。本実施形態は、上記実施形態１とこのシート載置治具ＵＳを用いた点で異なるのみであるので、同様な部分は省略あるいは簡略化して説明する。
【００５６】
このシート載置治具ＵＳの上面のゴム弾性平面ＵＳａにグリーンシートＧ及びメタルマスクＭを載置し（図１１（ｂ）参照）、実施形態１におけるインク１３と同材質のビア用メタライズインク１１３を貫通孔Ｈ内に充填すると、充填時のスキージ等による押圧力でのシートＧの変形は抑制され、シートＧに皺等が発生することはない。一方、図１１（ｃ）に示すように、貫通孔Ｈ内に圧入されたインク１１３は、ゴム層ＵＳＳの弾性によりその第１主面Ｇａを越えてゴム層ＵＳＳ側に突出する。
従って、図１２（ａ）に示すように、シートＧに形成した貫通孔Ｈの中心軸近傍が最も高いなめらかな表面のドーム状の突出部１１３ａとなる。このときの突出部１１３ａの高さＨＧＤは４μｍである。
【００５７】
その後は、図１２（ｂ）に示すように、上記実施形態１と同じく、焼成後に内部配線やビア、パッドになるインク１４，１５，１６，１７，１８を塗布・充填したグリーンシートＧ２，Ｇ３と積層し、同時焼成してメッキ前基板１０１を形成する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、アルミナセラミックからなる３層のセラミック絶縁層Ｌ１０１，Ｌ２，Ｌ３と、内部にモリブデンを主成分とし、上面（搭載面）１０１ａを越えて突出する突出部１０３ａを有するビア１０３を備え、さらに、絶縁層間に内部配線６，７、絶縁層Ｌ２，Ｌ３を貫通してその層の上下を導通するビア４，５を備えたメッキ前基板１０１を形成する。また、裏面１０１ｂには接続パッド８が形成される。搭載面１０１ａは、後述するメッキを施した後、図中破線で示すようなハンダバンプＳＢを有するＩＣチップＣを搭載する側の面である。その後、実施形態１と同様に、メッキ前基板１０１にさらにニッケルメッキ及び金メッキを施すことで、積層セラミック基板を完成させることができる。
【００５８】
本実施形態では、ゴム層ＵＳＳを有するシート搭載治具ＵＳを用いてインク１１３を貫通孔Ｈに充填して突出部１１３ａを形成したので、シートＧに皺等を発生させることなく、インク１１３を充填できる。従って、さらに高い歩留りで、高い接続信頼性を有する基板を製造することができる。
【００５９】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、略平板状の基板１０等を形成したが、基板の凹所内にＩＣチップを収納するように、ＩＣチップの搭載領域の周囲を搭載領域よりも高位となるようにシートを積層しても良い。
また、上記実施形態では、モリブデンからなるビア３等にニッケル及び金メッキを施したが、ビアの材質によってはメッキを施さないで、直接ＩＣチップのハンダバンプと接続するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかる基板の製造方法のうち、（ａ）は搭載面用セラミックグリーンシートのグリーンシート載置工程、（ｂ）はインク充填工程を示す説明図である。
【図２】実施形態１にかかる基板の製造方法のうち、（ａ）は図１（ｂ）で示したインク充填工程でインクを充填されたグリーンシートの断面図、（ｂ）はそのうち突出部近傍のＡ部部分拡大断面図である。
【図３】実施形態１にかかる基板の製造方法のうち、（ａ）は積層する各シートを、（ｂ）は焼成後の積層セラミック基板を示す断面図、（ｃ）はそのうちパッド近傍のＢ部部分拡大断面図である。
【図４】実施形態１にかかる基板の製造方法のうち、図３（ｃ）に示すパッドにメッキを施した状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】集積回路チップを実施形態１にかかる基板に搭載する様子を示す斜視説明図である。
【図６】集積回路チップと基板とを接続する工程において、ハンダバンプをパッドに接触させるまでの工程を示す説明図である。
【図７】集積回路チップと基板とを接続する工程において、ハンダバンプをパッドに接続するまでの工程を示す説明図である。
【図８】比較形態１，２にかかる基板の部分拡大断面図である。
【図９】引張破壊試験を説明する模式図および試験後のパッド上に残ったハンダの状態を示す説明図である。
【図１０】インク充填突出工程において、ゴムシートＵ２が柔らかすぎる場合の不具合を説明する説明図であり、（ａ）は加圧充填の際のゴムシート、グリーンシート、メタルマスクの変形の様子を、（ｂ）は充填されたインクの突出部の形状を示す。
【図１１】実施形態２にかかる基板の製造方法のうち、（ａ）は図１０のゴムシートＵ２に代えて用いるシート搭載治具、（ｂ）は搭載面用セラミックグリーンシートのグリーンシート載置工程、（ｃ）はインク充填工程を示す説明図である。
【図１２】実施形態２にかかる基板の製造方法のうち、（ａ）は図１１（ｃ）で示したインク充填工程でインクを充填されたグリーンシートのうち突出部近傍の部分拡大断面図、（ｂ）は積層する各シートを、（ｃ）は焼成後の積層セラミック基板を示す断面図である。
【図１３】従来にかかる基板の製造方法のうち、（ａ）は搭載面用セラミックグリーンシートのグリーンシート載置工程、（ｂ）はインク充填工程の説明図、（ｃ）は焼成後の基板のパッド近傍を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｇ，Ｇ２，Ｇ３セラミックグリーンシート
Ｇａ第１主面
Ｇｂ第２主面
Ｈビア用貫通孔
Ｍメタルマスク
Ｕゴムシート
ＵＳシート搭載治具
Ｕａ，ＵＳａゴム弾性平面
ＵＳシート搭載治具
ＵＳＨ基体
ＵＳＳゴム層
１３，１４，１５，１０３ビア用メタライズインク
１３ａ，１０３ａ（ビア用メタライズインク）の突出部
１６，１７配線用メタライズインク
１０積層セラミック基板（基板）
１，１０１積層セラミック基板（メッキ前基板）
１ａ，１０１ａ搭載面
２パッド
２ｐ接触点
４メッキ層
３，４，５，１０３ビア
３ａ，１０３ａ（ビアの）突出部
６，７内部配線
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ１０１セラミック絶縁層
Ｃ集積回路チップ
ＳＢハンダバンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has a pad for connecting to a bump of an electronic component.And thisManufacture of monolithic ceramic substrate with pad or part of it protruding in dome shapeFor producing ceramic green sheets, AndBThe present invention relates to a method for filling metallized ink into a through-hole formed in a ceramic green sheet.
[0002]
[Prior art]
A via metallization ink is filled in a through hole formed in a predetermined position of a ceramic green sheet (hereinafter also simply referred to as a sheet) and / or a wiring metallization ink having a predetermined pattern is printed on the surface of the sheet. A technique is known in which a plurality of sheets are laminated in a predetermined order and then fired by simultaneous firing to form a multilayer ceramic substrate. In accordance with the recent demand for miniaturization and high density, a method for mounting and connecting electronic components such as an integrated circuit chip (hereinafter also simply referred to as an IC chip) on such a multilayer ceramic substrate (hereinafter also simply referred to as a substrate). There is a flip chip method in which bumps are formed as connection terminals of electronic components, pads are formed on the substrate at positions corresponding to the bumps, and the bumps and pads are connected.
[0003]
Further, in this flip chip method, a pad is formed on the mounting surface of the substrate on which the electronic component is to be mounted, and the pad is heated by contacting a substantially spherical or hemispherical solder bump formed on the electronic component. Some solders melt the solder bumps to connect the pads to the solder bumps. What is connected by this method can be easily formed at low cost, without the need to handle metal spheres, compared to a method in which metal sphere bumps and pads fixed with metal spheres and the like are connected by solder separately. There are advantages.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been found that when the electronic component and the substrate are connected in this manner, the connection strength of the solder bumps may be reduced. Therefore, when a test for evaluating the connection strength (hereinafter, also referred to as a tensile fracture test) is performed by peeling the electronic component connected through the solder bump from the substrate, it is soft when a good connection is made. When the solder (solder bump) is pulled, the center portion is stretched so as to be constricted, and the solder is broken while leaving a substantially conical solder on both sides of the electronic component side and the substrate side. However, it has been found that, among those connected by the above connection method, when this test is performed, a fracture may occur in the vicinity of the pad on the substrate side where the fracture surface has fine irregularities. In such a connection where breakage occurs, the connection is easily broken and the connection reliability is low. This is because fine voids (voids) are included in the solder bumps after connection. This void is caused when air or flux is trapped between the pad and the solder bump when the solder bump is welded to the pad, and flux decomposition gas generated by decomposition of the air or heat is caught in the molten solder bump (solder). It is speculated that it has been moved.
[0005]
Further investigation reveals that the surface of the flat pad actually has fine irregularities, so that the contact part with the solder bump is not substantially one point, but is in contact with multiple points or in a planar shape, Further, it was found that when the solder bump is heated, the solder bump starts to melt preferentially at the contact portion between the pad and the melted portion expands from the contact portion.
[0006]
On the other hand, by making the entire pad or a part of the shape dome-shaped, if the pad and the solder bump are substantially brought into contact at one point, when the solder of the solder bump is melted, it starts to melt from the contact point with the pad. Spreads on the pad. For this reason, since the solder expands while air and flux are expelled from the interface with the pad, air and flux decomposition gas are not confined inside, and voids are not generated in the solder. Therefore, good results can be obtained even in a tensile fracture test. In addition, the connection between the electronic component and the substrate is made strong, and high connection reliability can be obtained.
[0007]
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 3-112191 discloses a through hole (through hole) for the purpose of providing a bonding pad with good strength in view of the present situation that the diameter of the through hole is becoming smaller and increasing in number. Discloses a ceramic wiring board having a bonding pad formed of a convex portion in which one end of a conductor layer (via) protrudes from an opening of the conductive layer. Further, as a manufacturing method capable of forming such a bonding pad, the following is disclosed, that is, two kinds of conductive pastes having different firing shrinkage rates are prepared, and the green sheet through hole as the uppermost layer is prepared. Fills the through hole by pressure filling with a conductor paste having a large difference in firing shrinkage from the green sheet, that is, a conductor paste having a small firing shrinkage. On the other hand, through-holes of other green sheets are filled with a conductive paste having a small difference in firing shrinkage rate. Thereafter, a method of manufacturing a ceramic wiring substrate is disclosed in which these green sheets are laminated and fired simultaneously, and a conductor layer (via) is projected from a through hole in the uppermost layer to form a bonding pad.
[0008]
However, in this technique, only the difference in the firing shrinkage rate between the metallized ink for the via and the sheet is used to make the via protrude. Therefore, if the difference in the firing shrinkage rate is increased in order to increase the protrusion amount, Radial cracks occur in the surrounding ceramic layer, and the plating solution or the like permeates and remains, resulting in problems such as a decrease in insulation resistance.
[0009]
Moreover, the normal method of pressure filling is specifically as follows. That is, as shown in FIG. 13A, a ceramic green sheet G in which a through hole H is formed is placed on a hard plate-like jig UH such as a metal plate, and the ceramic green sheet G is transparent at a position corresponding to the through hole H. A metal mask M provided with holes MH is placed. Next, as shown in FIG. 13B, the via metallized ink IN is filled into the through hole H through the through hole MH of the metal mask M while being pressurized with a squeegee or the like.
[0010]
However, in this method, the end surface shape INa in contact with the flat jig UH in the filled ink IN is not necessarily flat. For example, a part of the end surface (for example, the central portion) is lower than its surroundings, that is, in a depressed state. Or wrinkle-like irregularities on the end face often occur. The cause of this state is not clear, but filling the through hole H with high-viscosity and poorly filled via metallization ink IN by pressurization, and one end (the lower end in the figure) of the through hole H is hard. It is considered that it is difficult for the filled ink IN to form a flat surface following the flat plate-shaped jig UH at one end of the through-hole H due to the blockage with the flat plate-shaped jig UH. Even if the sheet G filled with the ink IN having the end face shape INa is laminated and fired to form the substrate CS with the via MT protruding from the mounting surface CSa due to the difference in firing shrinkage rate, FIG. As shown in c), since it is influenced by the end face shape INa of the ink IN until after firing and does not become a dome shape that contacts the solder bump at one point as described above, in such a shape, as described above, In some cases, voids are included in the solder bumps after connection, connection strength is lowered, and connection reliability is lowered.
[0011]
In addition, after filling the metallized ink for vias, there is also a method of printing the cover layer on the sheet so as to cover the end face and baking it, and using it as a pad, this method increases the printing process of the cover layer, Since there is a limit to the improvement of printing accuracy, it is difficult to use as a fine pitch connection pad.
[0012]
The present invention has been made in view of such problems,When firedThe pad can be surely shaped like a dome.Ceramic green sheetProviding a manufacturing method ofAlternatively, to make sure that the pad is shaped like a dome when fired,It aims at providing the filling method of the metallized ink in the through-hole formed in the ceramic green sheet.
[0013]
[Means, actions and effects for solving the problems]
And the solution means the ceramic green sheet for mounting surfaces which has the 1st main surface and the 2nd main surface, and the penetration through-hole penetrated between the 1st main surface and the 2nd main surface was formed. A green sheet placing step of placing the first main surface in contact with a rubber elastic plane in which the pressing portion is recessed by pressing, and the via penetration from the second main surface side of the ceramic green sheet for mounting surface Filling the via metallized ink into the hole, filling the via metallized ink into the via through hole, and filling the via with a dome shape protruding from the first main surface to the rubber elastic plane side Projection processTheHaveCeramic green sheet filled with metallized ink in the through holeIt is a manufacturing method.
[0014]
According to the present invention, since the metallized ink for via was previously protruded from the first main surface of the sheet in the ink filling protrusion step,If this sheet is fired, the first main surface (Mounting surface)A pad protruding from the surface can be reliably formed. Further, in this ink filling protrusion process, the green sheet is placed on the rubber elastic plane and filled with the metallized ink for vias. Therefore, the rubber elastic plane is recessed by the pressing force of the ink at the time of filling, and the through hole is naturally formed. Ink can be projected in a good dome shape in the vicinity of the central axis, that is, in the vicinity of the center with the highest protruding height. This uses a rubber elastic plane that is recessed by pressing force, so the deformation of the via metallized ink during pressure filling makes it easier for the ink to follow the shape of the rubber elastic plane and protrudes into a smooth dome without causing irregularities. It is thought that. Therefore,Of this sheetAfter firing, it is possible to manufacture a substrate on which a good dome-shaped via protrusion protruding from the mounting surface on which the electronic component is mounted and having the highest height near the center is reliably formed. For this reason, if this via protrusion is used as a pad, or if the via protrusion is further plated with nickel plating or the like to form a pad and connected to a solder bump such as an IC chip, a void may be formed in the bump. And can be connected with high reliability. Further, since these pads have substantially the same dimensions as the via diameter, unlike the case where the pads are formed on the mounting surface by printing, the pads can be formed with fine dimensions and intervals.
[0015]
The multilayer ceramic substrate may be one in which a wiring layer is formed between ceramic layers as well as vias. Also thisCeramic green sheetA known material may be used as the ceramic forming, and examples thereof include alumina, aluminum nitride, mullite, and glass ceramic. Further, the metallized ink for via, that is, the material of the via may be selected according to the material of the ceramic to be used, and examples thereof include tungsten, molybdenum, molybdenum-manganese, copper, silver, silver-platinum, and silver-palladium. . Further, in order to improve the solderability of the via protrusion formed in the firing process, one or more kinds of plating may be applied, such as nickel plating on the via protrusion and gold plating.
[0016]
Here, in the ink filling projecting step, the projecting height of the via metallized ink from the first main surface is set to 1 to 10 μm.Metallic through hole Ceramic green sheets filled with inkIt is good to use this manufacturing method.
[0017]
According to the present invention, the protrusion height at which the via metallized ink protrudes in advance in the ink filling protrusion process is 1 to 10 μm. Since the ink fillability cannot be improved by projecting to a projecting height of less than 1 μm,After firing this sheet,Concavities and convexities similar to those in the conventional case are generated on the surface of the via protrusion. On the other hand, if the protrusion height exceeds 10 μm, it becomes difficult to align the heights of the via protrusions that are formed at the same time, and the coplanarity is lowered. Therefore, the connectivity between solder bumps such as IC chips and pads using via protrusions is improved. It is because it falls.
Examples of the method for adjusting the protruding height include a method of adjusting the pressing force when filling the metallized ink for vias and changing the softness of the rubber elastic plane.
[0018]
Further, the firing shrinkage rate of the metallized ink for vias is smaller than the firing shrinkage rate of the ceramic green sheet for mounting surface.Ceramic green sheet filled with metallized ink in the through holeIt is good to use this manufacturing method.
[0019]
According to the present invention, the firing shrinkage rate of the metallized ink for via is made smaller than that of the mounting surface sheet,For this mounting surfaceWhen firing the sheet, the mounting surface sheet (ceramic layer) is better due to the difference in firing shrinkage.Larger than metallized inkSince the metallized ink for vias (vias) protrudes toward the first main surface (mounting surface) side, the via metallized ink (via) is superimposed on the protrusion height of the dome-shaped protrusion of the ink formed in advance, and further the protrusion of the via protrusion The height can be increased. On the contrary, when the firing shrinkage rate of the via metallized ink is larger than that of the mounting surface sheet, the protrusion height is increased even though the ink is filled so as to protrude from the first main surface. Since it deforms in the direction of decreasing the thickness, it is preferable that at least the firing shrinkage rate of the via metallized ink is equal to or less than that of the mounting surface sheet.
[0020]
Furthermore, the firing metal shrinkage rate of the metallized ink for vias, the protrusion height of the metallized ink for vias protruded in the ink filling protrusion step,Meta in the through hole Ceramic green sheet filled with rise inkFiringdo itFormationShiThe difference between the protruding height of the pad and the pad is selected within a range of 5 μm or less.Ceramic green sheet filled with metallized ink in the through holeIt is good to use this manufacturing method.
[0021]
As the firing shrinkage rate of the metallized ink for via is made smaller than that of the mounting surface sheet, the amount of increase in the protrusion height of the via protrusion due to the difference in the firing shrinkage rate can be increased. However, if the difference in firing shrinkage ratio is made too large, the stress generated between the via and the surrounding ceramic becomes too large due to this difference, and radial cracks are generated in the ceramic around the via. Cracks may be connected between matching vias. For this reason, defects such as a decrease in insulation resistance due to the plating solution remaining in the cracks occur. Therefore, it is not preferable to extremely increase the difference in firing shrinkage rate. In the present invention, the firing shrinkage rate of the metallized ink for vias is defined as the protrusion height of the metallized ink for vias protruded in the ink filling protrusion process.This mounting surface sheetFiringdo itFormationShiIt is selected in a range in which the difference from the protruding height of the pad is 5 μm or less, that is, in a range in which the increase amount of the protruding height of the via due to the difference in the baking shrinkage rate of the sheet is 5 μm or less. As a result, the difference in firing shrinkageButThe effect of increasing the protrusion height due to the difference in the firing shrinkage rate can be obtained while preventing the occurrence of defects by preventing it from becoming too large.
[0022]
Used for the ceramic green sheet for mounting surface mentioned aboveSince the metallized ink for via has a firing shrinkage rate that is moderately smaller than the firing shrinkage rate of the ceramic green sheet for mounting surface, there is no problem caused by the difference in firing shrinkage rate. Therefore, when a sheet of the same material, that is, the same baking shrinkage rate is used for another sheet laminated with the mounting surface sheet, the via used in the mounting surface sheet is also formed in the via hole formed in this sheet. Metallized ink may be used. Therefore, if the substrate is formed using a common (that is, one type) material for both the green sheet and the via metallized ink, it is not necessary to prepare a plurality of types of inks, and the manufacturing process can be shared, so that the substrate can be made more Can be manufactured at low cost.
[0023]
Further, the rubber elastic plane is a surface of a rubber elastic layer covering a green sheet mounting side plane of a hard substrate.Ceramic green sheet filled with metallized ink in the through holeIt is good to use this manufacturing method.
[0024]
The rubber elastic plane is depressed when the via metallized ink is filled in the through hole, and the via metallized ink protrudes beyond the first main surface and is filled. When soft and extremely concave, the ink spreads in a direction perpendicular to the axis of the through hole (a direction along the first main surface). For this reason, the space | interval of ink becomes narrow between adjacent through-holes, the insulation resistance between via | veer falls in the board | substrate after baking, and it may become a cause of short-circuiting in an extreme case. Further, when filling the ink through-hole with a squeegee or the like, the squeegee's pressing force is applied to the entire sheet, the rubber elastic plane is greatly distorted by this pressing force, and the sheet becomes wrinkled when the green sheet itself is greatly deformed. It is not preferable.
[0025]
However, according to the present invention, the rubber elastic plane is the surface of the rubber elastic layer that covers the green sheet mounting side plane of the hard substrate. For this reason, since the hard base receives a pressing force applied to the entire sheet such as a pressing force of a squeegee or the like, deformation of the sheet itself can be suppressed. On the other hand, when the via through-hole is filled with ink, the rubber elastic plane, which is the surface of the rubber elastic layer, is pushed by the filled ink and is appropriately dented, so that the ink is projected from the first main surface with an appropriate protruding height. The ink does not spread in the direction along the first main surface. Further, in the ink filling and protruding step, the ink can be reliably protruded from the first main surface of the sheet without causing problems such as wrinkles on the sheet itself.
[0026]
Still another solution is to place a ceramic green sheet having a through hole on a rubber sheet, place a mask having a through hole on the ceramic green sheet, and pass the ceramic through the through hole of the mask. Metallized ink is filled into the through hole for press-fitting metallized ink into the through hole formed in the green sheet. This is a method for manufacturing a ceramic green sheet.
[0027]
In the present invention, since the ceramic green sheet is placed on the rubber sheet and the metallized ink is press-fitted, the press-fitted metallized ink protrudes from the through hole formed in the ceramic green sheet so as to push down the rubber sheet, Protrusions. For this reason, if this sheet | seat is baked, the pad protruded from the 1st main surface can be formed reliably.
[0028]
Still another solution is to place a ceramic green sheet having a through hole on a rubber sheet, place a mask having a through hole on the ceramic green sheet, and pass the ceramic through the through hole of the mask. This is a method for filling metallized ink into a through-hole formed in a ceramic green sheet by press-fitting metallized ink into the through-hole formed in the green sheet.
[0029]
In the present invention, since the ceramic green sheet is placed on the rubber sheet and the metallized ink is press-fitted, the press-fitted metallized ink protrudes from the through hole formed in the ceramic green sheet so as to push down the rubber sheet, Protrusions.Thus, by firing, a sheet can be obtained on which a pad protruding from the first main surface can be reliably formed.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Then, according to the present inventionMethod for producing ceramic green sheet and using the sameA first embodiment of a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate will be described with reference to the drawings. A substrate 10 (see FIG. 5) according to the present embodiment is obtained by performing nickel plating and gold plating on a substrate (hereinafter also referred to as a pre-plating substrate) 1 that is baked and plated. This pre-plating substrate 1 (see FIG. 3B)According to this embodiment,A green sheet G of alumina ceramic in which 92% of the ceramic component is alumina is manufactured, and further, vias and pads (via protrusions) are formed using via metallized paste mainly composed of tungsten or molybdenum as follows. Part), and is laminated with other green sheets G2 and G3 on which internal wirings, vias and the like are formed, and fired simultaneously.
That is, as shown in FIG. 1A, a green sheet G in which a through hole H having a diameter of 120 μm is formed is placed on a rubber elastic plane Ua of a soft rubber sheet U. At this time, one surface (first main surface) Ga that becomes the upper surface (mounting surface on which the IC chip is mounted) 1a after firing is brought into contact with the rubber elastic plane Ua of the rubber sheet U (lower side in the figure). And Next, a metal mask M having a through hole MH at a position corresponding to each through hole H is placed on the other surface (second main surface) Gb.
[0031]
Further, as shown in FIG. 1B, the via metallized ink 13 is press-fitted into the through hole H of the green sheet G through the through hole MH of the metal mask M. The press-fitted ink 13 protrudes from the through hole H so as to push down the rubber sheet U beyond the first main surface Ga, and the vicinity of the central axis of the through hole H is the largest as shown in FIGS. The dome-shaped protrusion 13a has a high (deep) and smooth surface. At this time, the height HGA of the protruding portion 13a is 2 μm. Since the height HGA of the protrusion 13a is 10 μm or less (in this embodiment, 2 μm), the height of the ink protrusion 13a, the protrusion amount due to the firing shrinkage rate, and the thickness of the plating layer Even if this variation is taken into account, the variation in the height HGB (see FIG. 3C) of the protrusion 3a of the via 3 and the height HGC of the pad 2 (see FIG. 4) formed as described later is 1 to 3. It falls within a small range within 2 μm. For this reason, since the coplanarity of the protrusions 3a and the pads 2 can be sufficiently reduced, the connectivity with the bumps of the IC chip can be increased.
[0032]
The via metallized ink 13 has molybdenum powder as a main component, and conforms to the amount of firing shrinkage at the time of firing the green sheet G, but is slightly smaller than this (specifically, the firing shrinkage rate of the sheet G). The particle size of the molybdenum powder and the amount of additives such as glass components are adjusted so that the firing shrinkage of ink 13 is about 17% with respect to about 17.5%, and the vehicle and solvent are added and kneaded. It is.
[0033]
Thereafter, as shown in FIG. 3A, wiring metallized

inks

16 and 17 which become internal wirings after firing, via metallized

inks

14 and 15 which become vias, and pad ink 18 which becomes connection pads are obtained by known methods. The other green sheets G2 and G3 coated and filled and made of the same material as the sheet G and this sheet G are laminated (in this embodiment, three layers are laminated) and fired at about 1550 ° C. in a reducing atmosphere. The via

metallization inks

14 and 15 were made of the same material as the via metallization ink 13 filled in the sheet G, and the

wiring metallization inks

16 and 17 were also composed mainly of molybdenum. Further, at the time of lamination, the green sheets G are laminated so that the first main surface Ga is on the outside.
[0034]
As a result, as shown in FIG. 3B, the three ceramic insulating layers L1, L2, and L3 made of alumina ceramic and the protruding portion 3a that has molybdenum as a main component and protrudes beyond the upper surface (mounting surface) 1a. In addition, a pre-plating substrate 1 having

vias

3 and 5, and

vias

4 and 5 passing through the

internal wirings

6 and 7 and the insulating layers L2 and L3 between the insulating layers and conducting the upper and lower layers is formed. A connection pad 8 is formed on the back surface 1b. The mounting surface 1a is a surface on the side where the IC chip C having the solder bumps SB as shown by the broken lines in the figure is mounted after plating described later.
[0035]
As described above, the protrusion 13a of the via metallized ink 13 was provided in advance. Furthermore, the firing shrinkage rate of the ink 13 was set slightly smaller than that of the green sheet G. For this reason, as shown in FIG. 3C, the via 3 is baked in a shape substantially similar to the shape of the via metallization ink 13 before baking, and the protrusion 13a of the metallized ink 13 before baking has a dome shape. Therefore, the upper surface of the protruding portion 3a has a dome shape.
Since the difference in the firing shrinkage rate contributed to the protrusion of the via 3, the height HGB of the protrusion 3a was 5 μm, which is 3 μm higher than 2 μm of the height HGA of the ink protrusion 13a. The difference in firing shrinkage between the ink 13 and the sheet G is set to a slight difference such that the protruding amount of the via 3 (HGB-HGA) is 5 μm or less (3 μm in this embodiment). There were no problems such as radial cracks in the ceramic insulating layer L1.
[0036]
Furthermore, since the

inks

14 and 15 are the same material as the ink 13 and the sheets G2 and G3 are the same material as the sheet G, the firing shrinkage ratios are also different, but the difference is slight, so the ceramic insulating layers L2 and L3 are also different. , Cracks and other problems do not occur. Therefore, it is not necessary to fill the through-holes with different firing shrinkage inks for the sheet G and the sheets G2 and G3, and one type of metallized ink for vias is sufficient, and the manufacturing process is simplified.
[0037]
Thereafter, this pre-plating substrate 1 is subjected to electroless Ni plating (thickness: 3.5 μm) and electroless Au plating (thickness: 0.05 μm) by a known electroless plating method to form a two-layer plating layer As shown in FIG. 4, the substrate 10 having the pad 2 having the structure composed of the protruding portion 3 a of the via 3 and the plating layer 4 is completed (see FIG. 5). The surface 2s of the pad 2 has a smooth dome shape in which the height of the substantially central portion is higher than the surrounding area, and the height HGC of the pad 2 is about 8.5 μm. The via 3 is connected to an internal wiring 6 formed in the pre-plating substrate 1, and the internal wiring 6 is further connected to other internal wiring 7 and

vias

4 and 5.
[0038]
In the present embodiment, the via 3 is formed using a metallized ink containing molybdenum as a main component. However, tungsten or an alloy (or mixture) of tungsten and molybdenum may be used.
Further, although the two Ni / Au plating layers are used as the plating layer 4, only the Ni layer may be used, or a plating layer of Cu, Ag, or the like may be used. In addition, a plating layer may be formed by an electrolytic plating method as long as electrical continuity can be ensured. Further, electrolytic plating may be performed by barrel plating.
[0039]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the IC chip C is mounted on the substrate 10. On the lower surface Cb of the integrated circuit chip C, a large number of IC-side pads P are formed in a vertical and horizontal lattice pattern, and each IC-side pad P is formed with a substantially spherical (substantially 3/4 spherical) solder bump SB. . This solder bump SB is made of 3Sn-97Pb high temperature solder. The pads 2 are formed in a vertical and horizontal grid pattern at positions corresponding to the IC-side pads P formed on the integrated circuit chip C described above.
[0040]
Such an integrated circuit chip C and the substrate 10 are connected (flip chip connection) as follows. That is, a soldering flux F is applied to the mounting surface 1a of the substrate 10 and the pad 2 formed on the mounting surface 1a, facing the chip C as shown in FIG. 6A, and the solder bump SB corresponds to the pad 2 ( The chip C is placed on the substrate 10 so that the solder bumps SB and the pads 2 are in contact with each other.
At this time, as shown in FIG. 6B, the chip C is fixed by the adhesive force of the flux F, and the top portion SBt of the solder bump SB contacts the pad 2 in a very small area, that is, the surface of the pad 2 Since 2s has a dome shape, it comes into contact with the surface 2s at approximately one point (contact point 2p).
[0041]
Next, the solder bump SB is melted by infrared reflow, and the chip C and the substrate 10 are connected.
At this time, the flux F becomes easier to flow due to its viscosity being reduced by heating, and further heating removes the oxide film of the solder bump SB surface and the plating layer 4 of the pad 2 to improve solder wettability and gasify. It will be scattered.
Further, as shown in FIG. 7A, the solder bump SB starts to melt preferentially from the top portion SBt in contact with the contact point 2p of the pad 2. The reason for this is not clear, but only the top portion SBt of the surface of the solder bump SB is under pressure, or the surface state changes due to the contact of the pad 2 with the top portion SBt. It is presumed that the melting point slightly decreases only in the vicinity of the top SBt.
[0042]
Therefore, the solder S that has begun to melt preferentially from the solder bump top SBt spreads on the surface 2s of the pad 2 around the contact point 2p. At this time, the solder S wets and spreads from the surface of the pad 2 while excluding air and the flux F, so that the gas of the air and the flux F is not entrained in the solder S.
In this way, as shown in FIG. 7B, the chip C and the substrate 10 are connected by connecting the chip-side pad P and the pad 2 with the solder S.
Since the solder S wets and spreads on the pad surface 2s without entraining air or flux F therein as described above, voids due to gas of such air or flux F are formed inside the solder S. There is nothing.
[0043]
Next, in the tensile fracture test described later,Sheet G was usedA comparative board for testing with the board 10 will be described.
(Comparative form 1)
As shown in FIG. 8A, the substrate 20 of the first comparative embodiment is substantially the same as the substrate 10 of the first embodiment except that the upper surface portion of the pad 22 is flat. Further, the substrate 20 is formed of substantially the same material as the substrate 10 of the first embodiment. That is, a via 23 mainly composed of molybdenum is formed in the ceramic pre-plating substrate 21 mainly composed of alumina, and the upper surface 23a thereof is flush with the substrate upper surface (mounting surface) 21a. Further, a plating layer 24 by Ni / Au plating is formed on the surface, and the upper surface 23a and the plating layer 24 constitute a pad 22.
[0044]
The pre-plating substrate 21 is formed in the same manner as the pre-plating substrate 1 of the first embodiment. When the metallized ink is press-fitted, a plurality of green sheets are stacked, and via metallized ink is press-fitted. Separating the sheet and filling the ink in the through holeUsing a sheetTherefore, it differs in that no protrusion is formed in the ink.
For this reason, no protrusion is formed in the via 23, and the substrate upper surface 21a and its end surface are substantially flush. Since the via 23 has such a shape, the upper surface of the pad 22 to which the plating layer 24 having a substantially constant thickness is applied is also flat.
[0045]
(Comparative form 2)
As shown in FIG. 8B, the substrate 30 of the second comparative embodiment has a substantially central portion on the upper surface of the pad 32 that is recessed. Further, the upper surface 33a of the via 33 is lower than the upper surface (mounting surface) 31a of the pre-plating substrate 31, and the upper surface 33a and the plating layer 34 formed thereon constitute a pad 32.
The pre-plating substrate 31 is formed in the same manner as the pre-plating substrate 1 of the first embodiment, but differs in that the amount of the solvent for the metallizing ink for via is slightly increased and the firing shrinkage amount of the ink is also increased. . For this reason, after filling the through-hole H with the via metallized ink, after a while, the solvent evaporates, shrinks relatively greatly with drying, and the upper part becomes a concave shape. Furthermore, when fired, the via 33 contracts more than the other (alumina ceramic), and the via 33 is such that the upper surface 33a is pulled into the through hole and a recess is formed in the substantially central portion. Since the via 33 has such a shape, the pad 32 formed by depositing the plating layer 34 having a substantially constant thickness on the upper surface 33a also has a recess at the center.
[0046]
(Comparative form 3)
The substrate of the third comparative form is formed in the same manner as in the first embodiment, but when the via metallized ink is filled into the green sheet G, the sheet is placed on the metal plate UH having a hard plane UHa. The difference is that G is placed and the ink is filled, and the ink is filled by the conventional manufacturing method shown in FIGS. In Comparative Example 3, as described above, the end face shape INa of the ink IN is not necessarily flat, and the pre-plating substrate CS having a via MT with unevenness as shown in FIG. A plated substrate 40 was used.
[0047]
(Test example)
Next, the connection states of the substrates of the first embodiment,

comparative embodiments

1, 2, and 3 to which the chip C was connected were compared as follows.
In the tensile fracture test used for comparison, as illustrated in FIG. 9A, the substrate 10 (20, 30, 40) is fixed and mounted on the mounting surface 1a (21a, 31, CSa) via the solder S. The connected integrated circuit chip C is pulled upward. Specifically, the tension jig T is fixed to the chip C with an adhesive (not shown), and the tension jig T is pulled upward in the figure.
[0048]
In this way, in the case of a good connection with no voids in the solder S, the solder S, which is a soft metal, is pulled in the vertical direction in the figure so that the center is stretched thinly and finally breaks. To do. When the shape is seen, the solder | rupture normally broken becomes a substantially cone shape as shown in FIG.9 (b). This is because there is no void inside the solder, and the solder is stretched sufficiently thin without breaking on the way.
On the other hand, when the connection is poor, as exemplified in the right end of FIG. 9A, the solder breaks near the upper surface of the pad 2 (indicated by a broken line), and most of the solder Sn2 remains on the chip C side. A small amount of solder Sn1 remains on the substrate 10 side. Further, as shown in FIG. 9C, minute irregularities are observed on the fracture surface. This unevenness is considered as a trace of a void. From this, since many voids are unevenly distributed in the vicinity of the pad 2 of the solder S, the substantial cross-sectional area of the solder S is reduced at the unevenly distributed portion of the void, and the solder S is broken before it is elongated thinly. Conceivable.
[0049]
Therefore, this tensile fracture test was performed by connecting the

substrates

10, 20, 30, and 40 of the first embodiment and the first, second, and third embodiments to the chip C. The number of connection points between the substrate and the chip used here is 680 points / piece, and the combination of 5 sets of the substrate and the chip (= 3400 points) is performed twice, that is, for 10 sets. The number of connection portions (failure rate) in a state as shown in FIG. 9C is expressed as a percentage. The results are shown in Table 1.
[0050]
[Table 1]

[0051]
As is clear from Table 1, in Comparative Examples 1 and 2 in which the pad surface is flat or concave, there was a connection in a broken state as shown in FIG. 9C, but in Embodiment 1, Defects no longer occur. Further, even in Comparative Example 3 in which a pad with unevenness was formed on the surface, there was a connection in a broken state as shown in FIG.
In the case of a flat shape (Comparative Form 1), the contact area between the two becomes relatively large due to fine irregularities on the upper surface of the pad 22 and deformation of the solder bump SB. It is thought that there were many contact points with SB. For this reason, it is presumed that the solder melted almost simultaneously at these many points confined the air and flux in the vicinity thereof, and the cracked gas of the air and flux became a void and was caught in the solder S.
This seems to be more probable because the number of defects has increased in the concave shape (Comparative Form 2) where the contact area between the solder bump SB and the pad 32 becomes larger.
Moreover, it is thought that the reason why the trouble occurred in the comparative example 3 was that there were many contact points between the pads and the solder bumps SB due to the unevenness of the surface.
[0052]
On the other hand, in the first embodiment, since the pad 2 has a dome shape, the contact area with the solder bump SB is smaller, and contact is made substantially at one point. Since it spreads out as if it was expelled from the interface, there is little or no entrainment of air or flux gas.
[0053]
In addition, since the pad 2 has a dome shape, even if the chip C is slightly displaced, the solder bump SB and the pad 2 are always in contact at one point, so that no void is generated in the solder S. For this reason, the malfunction by a void can always be prevented stably.
This is because, in Comparative Example 2 in which the contact area is likely to vary depending on the positional relationship between the chip C and the pad 32, the defect rate greatly fluctuates in the first and second tests. In the embodiment, it is supported from the point that no defect occurs in either test.
As described above, according to the present embodiment, the via 3 having the dome-shaped protruding portion 3a and the pad 2 can be reliably formed, and high connection reliability with the IC chip C can be obtained. In addition, since it is sufficient to fill the ink 13 using the rubber sheet U, it is possible to manufacture the pre-plating substrate 1 and further the substrate 10 at low cost without increasing the number of processes as compared with the conventional case.
[0054]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment, the green sheet G is placed on the surface Ua of the rubber sheet U, and the mask M is overlaid and filled with ink. However, when the rubber sheet U2 having a low hardness (soft) and a large thickness is used, the rubber sheet U2 is greatly depressed when a pressing force is applied. For example, as shown in FIG. 10A, the rubber is pressed by the pressing force of the squeegee SQ. There are cases where the sheet G and the mask M on the sheet U2 are greatly distorted and the sheet G is wrinkled or the mask M is deformed. Further, as shown in FIG. 10B, the protruding portion 13Na of the press-fitted ink 13N may spread in the direction along the first main surface Ga, and the diameter thereof may be increased. Insulation resistance decreases, and in severe cases, a short circuit may occur.
[0055]
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 11A, a rubber latex is applied and dried on the sheet mounting surface USHa side (upper side in the figure) of the base USH having a hard plane made of stainless steel. The sheet mounting jig US having the rubber layer USS made of soft rubber having a thickness of 20 μm is used. When this jig US is used, the rubber elastic plane USa exhibits rubber elasticity due to the elasticity of the rubber layer USS. However, the rubber layer USS is thin and the base body USH is not deformed. There is a limit to the amount of deformation (dent) of the rubber layer USS due to pressure. Since the present embodiment is different from the first embodiment only in that the sheet placing jig US is used, the same parts will be omitted or simplified.
[0056]
A green sheet G and a metal mask M are placed on the rubber elastic plane USa on the upper surface of the sheet placement jig US (see FIG. 11B), and via metallized ink 113 of the same material as the ink 13 in the first embodiment. Is filled in the through hole H, deformation of the sheet G due to the pressing force by a squeegee or the like during filling is suppressed, and wrinkles or the like do not occur in the sheet G. On the other hand, as shown in FIG. 11C, the ink 113 press-fitted into the through hole H protrudes toward the rubber layer USS beyond the first main surface Ga due to the elasticity of the rubber layer USS.
Accordingly, as shown in FIG. 12A, the vicinity of the central axis of the through hole H formed in the sheet G is the highest smooth dome-shaped protrusion 113a. At this time, the height HGD of the protrusion 113a is 4 μm.
[0057]
Thereafter, as shown in FIG. 12B, as in the first embodiment, green sheets G2, G3 coated and filled with

inks

14, 15, 16, 17, 18 that become internal wirings, vias, and pads after firing are formed. And pre-plating substrate 101 is formed by simultaneous firing. As a result, as shown in FIG. 12C, three ceramic insulating layers L101, L2, and L3 made of alumina ceramic, and a protrusion that protrudes beyond the upper surface (mounting surface) 101a with molybdenum as a main component. A pre-plating substrate 101 including a via 103 having a portion 103a and further including

vias

4 and 5 which penetrate through the

internal wirings

6 and 7 and the insulating layers L2 and L3 and conduct on the upper and lower sides of the layers is formed between the insulating layers. . In addition, connection pads 8 are formed on the back surface 101b. The mounting surface 101a is a surface on which an IC chip C having solder bumps SB as shown by broken lines in FIG. Thereafter, as in the first embodiment, the multilayer ceramic substrate can be completed by further performing nickel plating and gold plating on the pre-plating substrate 101.
[0058]
In the present embodiment, the ink 113 is filled in the through hole H using the sheet mounting jig US having the rubber layer USS to form the protruding portion 113a. Can be filled. Therefore, a substrate having high connection reliability can be manufactured with a higher yield.
[0059]
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, in the above embodiment, the substantially flat substrate 10 or the like is formed, but the sheet is placed so that the periphery of the IC chip mounting area is higher than the mounting area so that the IC chip is accommodated in the recess of the substrate. May be laminated.
In the above embodiment, nickel and gold are plated on the via 3 made of molybdenum or the like. However, depending on the material of the via, it may be directly connected to the solder bump of the IC chip.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory view showing a green sheet placing step of a ceramic green sheet for mounting surface, and FIG. 1B is an explanatory view showing an ink filling step in the substrate manufacturing method according to the first embodiment.
2A is a cross-sectional view of a green sheet filled with ink in the ink filling step shown in FIG. 1B in the substrate manufacturing method according to the first embodiment, and FIG. It is the A section partial expanded sectional view of the neighborhood.
3A is a sectional view showing a laminated ceramic substrate after firing, FIG. 3B is a sectional view showing a laminated ceramic substrate after firing, and FIG. It is a partial expanded sectional view.
4 is a partial enlarged cross-sectional view showing a state in which the pad shown in FIG. 3C is plated in the substrate manufacturing method according to the first embodiment. FIG.
FIG. 5 is an explanatory perspective view showing a state where an integrated circuit chip is mounted on a substrate according to the first embodiment;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a process until a solder bump is brought into contact with a pad in a process of connecting an integrated circuit chip and a substrate.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a process until a solder bump is connected to a pad in a process of connecting an integrated circuit chip and a substrate.
FIG. 8 is a partial enlarged cross-sectional view of a substrate according to Comparative Examples 1 and 2;
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a tensile fracture test and an explanatory diagram illustrating a state of solder remaining on the pad after the test.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a problem when the rubber sheet U2 is too soft in the ink filling protrusion process, and (a) shows how the rubber sheet, green sheet, and metal mask are deformed during pressure filling. (B) shows the shape of the protruding portion of the filled ink.
11A is a sheet mounting jig used in place of the rubber sheet U2 in FIG. 10 in the substrate manufacturing method according to the second embodiment, and FIG. 11B is a green sheet mounting of a ceramic green sheet for mounting surface; Step (c) is an explanatory view showing an ink filling step.
12A is a partially enlarged cross-sectional view in the vicinity of a protruding portion of a green sheet filled with ink in the ink filling step shown in FIG. 11C in the substrate manufacturing method according to the second embodiment; (B) is each sheet | seat to laminate | stack, (c) is sectional drawing which shows the laminated ceramic substrate after baking.
13A shows a conventional method for manufacturing a substrate, FIG. 13A is a green sheet placement step of a ceramic green sheet for mounting surface, FIG. 13B is an explanatory diagram of an ink filling step, and FIG. 13C is a substrate after firing. It is a partial expanded sectional view which shows the pad vicinity.
[Explanation of symbols]
G, G2, G3 ceramic green sheet
Ga first main surface
Gb second main surface
H Via hole
M metal mask
U rubber sheet
US sheet mounting jig
Ua, USa Rubber elastic plane
US sheet mounting jig
USH substrate
USS rubber layer
13, 14, 15, 103 Metallized ink for via
13a, 103a (via metallized ink) protrusion
16, 17 Metallized ink for wiring
10 Multilayer ceramic substrate (substrate)
1,101 Multilayer ceramic substrate (pre-plating substrate)
1a, 101a mounting surface
2 pads
2p contact point
4 plating layer
3,4,5,103 via
3a, 103a (via) protrusion
6,7 Internal wiring
L1, L2, L3, L101 Ceramic insulation layer
C integrated circuit chip
SB solder bump

Claims

A pressing portion is recessed by pressing a mounting surface ceramic green sheet having a first main surface and a second main surface and having a via hole penetrating between the first main surface and the second main surface. A green sheet placing step of placing the first main surface in contact with the rubber elastic plane;
Via metallized ink is press-fitted into the via through hole from the second main surface side of the ceramic green sheet for mounting surface, the via metallized ink is filled into the via through hole, and the first An ink filling projecting step of projecting in a dome shape toward the rubber elastic plane side than the one main surface;
Method for producing a ceramic green sheet metallizing ink in the through hole is filled with.

2. The ceramic green filled with metallized ink in the through hole according to claim 1, wherein the height of protrusion of the metallized ink for via from the first main surface is set to 1 to 10 μm in the ink filling protruding step. Sheet manufacturing method.

3. The ceramic filled with metallized ink in the through hole according to claim 1, wherein a firing shrinkage ratio of the metallized ink for via is smaller than a firing shrinkage ratio of the ceramic green sheet for mounting surface. Green sheet manufacturing method.

The firing shrinkage factor of metallizing ink for the via, and the projecting height of the metallizing ink for via which is projected in the ink filling ejection steps, Metaraizui ink in the through hole is formed by firing a ceramic green sheet filled pad The method for producing a ceramic green sheet in which the through hole according to claim 3 is filled with metallized ink , wherein the difference in height from the protrusion height is selected within a range of 5 μm or less.

The rubber elastic plane metallizing ink in the through hole according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the surface of the rubber elastic layer covering the green sheet placement side plane of the rigid base Of a ceramic green sheet filled with bismuth .

Place the ceramic green sheet with through-holes on the rubber sheet,
A mask having a through hole is placed on the ceramic green sheet,
Metalized ink is press-fitted into the through hole formed in the ceramic green sheet through the through hole of the mask.
A method for producing a ceramic green sheet in which a metallized ink is filled in a through hole.

Place the ceramic green sheet with through-holes on the rubber sheet,
A mask having a through hole is placed on the ceramic green sheet,
A method of filling metallized ink into a through hole formed in a ceramic green sheet, wherein metallized ink is press-fitted into the through hole formed in the ceramic green sheet through the through hole of the mask.