セラミックス回路基板の製造方法
【課題】製造過程の早い段階で簡便かつ高精度に回路パターンの不良の有無を検出することにより製造歩留まりの向上を図ったセラミックス回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックスグリーンシートに貫通孔を形成する工程と、セラミックスグリーンシートの貫通孔に導体ペーストを充填する工程と、セラミックスグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する工程と、各工程を経たセラミックスグリーンシートを単層または積層体として焼成する工程とを有し、各工程をロット単位で行うセラミックス回路基板の製造方法において、回路パターンを印刷する工程を、ロット毎に予め所定の枚数に対してそれぞれ回路パターンとこれを直列に接続する補助パターンを印刷して導通検査を実施し、該導通検査の結果に基づいて前記ロット単位で行うことを特徴とする、セラミックス回路基板の製造方法。
【解決手段】セラミックスグリーンシートに貫通孔を形成する工程と、セラミックスグリーンシートの貫通孔に導体ペーストを充填する工程と、セラミックスグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する工程と、各工程を経たセラミックスグリーンシートを単層または積層体として焼成する工程とを有し、各工程をロット単位で行うセラミックス回路基板の製造方法において、回路パターンを印刷する工程を、ロット毎に予め所定の枚数に対してそれぞれ回路パターンとこれを直列に接続する補助パターンを印刷して導通検査を実施し、該導通検査の結果に基づいて前記ロット単位で行うことを特徴とする、セラミックス回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するためのセラミックス回路基板は、一般的には、複数のセラミックスグリーンシートに、所望の貫通孔を形成し導体ペーストを充填し、さらにスクリーン印刷により回路パターンを形成させた後、積層して焼成するという製造方法をとっている。また、このようなセラミックス回路基板の製造は、通常はロット単位で行われている。
【０００３】
上記セラミックス回路基板の製造過程において、スクリーン印刷版の問題や異物に起因して発生する回路パターンの欠落や短絡等の不良は、得られるセラミックス回路基板において重大な電気特性上の不良を招く。そのため、製造過程において、回路パターンの不良の有無の検査がなされているが、この検査を焼成後に行うと、製造のロット単位で不良が発覚するなど、トラブルの度合いが甚大となる場合も多かった。
【０００４】
そこで、セラミックスグリーンシートに回路パターンを印刷し積層する前に、未焼結の状態で回路パターンの不良の有無を検査する方法が行われている。具体的には、印刷された回路パターンをＣＣＤカメラ等の画像として不良の有無を非接触で検査する方法が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。しかしながら、これらの方法では検出精度を上げるために時間とコストがかかることから、より簡便かつ高精度に回路パターンの不良の有無を検出できるシステムを取り入れた、効率のよいセラミックス回路基板の製造方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６５３４５号公報
【特許文献２】特開平８−３１３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、製造過程の早い段階で簡便かつ高精度に回路パターンの不良の有無を検出することにより製造歩留まりの向上を図ったセラミックス回路基板の製造方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートに所定の貫通孔を形成する工程と、前記セラミックスグリーンシートの所定の貫通孔に導体ペーストを充填する工程と、前記セラミックスグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する工程と、前記各工程を経たセラミックスグリーンシートを単層として、または複数枚を積層した積層体として焼成する工程とを有し、前記各工程をロット単位で行うセラミックス回路基板の製造方法において、前記回路パターンを印刷する工程を、ロット毎に予め所定の枚数のセラミックスグリーンシートに対してそれぞれ前記回路パターンと該回路パターンを直列に接続する補助パターンとを印刷して導通検査を実施し、該導通検査の結果に基づいて前記ロット単位で行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明のセラミックス回路基板の製造方法においては、前記導通検査の精度を上げるために、導通検査の前に乾燥を行うことが好ましい。
本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、前記回路パターンの印刷がスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、前記回路パターンの最小線幅がこのスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍である場合に特に顕著な効果が発揮される。また、前記補助パターンの印刷についてもスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、その場合に前記補助パターンの最小線幅は、このスクリーン版の印刷可能な最小線幅の少なくとも２倍であることが好ましく、３倍以上がより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によれば、製造過程の早い段階で回路パターンの不良の有無を簡便かつ高精度に検出でき、それによりセラミックス回路基板を歩留まりよく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の製造方法が適用されるセラミックス回路基板の一例を示す図である。
【図２】図１に示すセラミックス回路基板を、本発明の製造方法の実施形態の一例により製造する際のフローチャートを示す図である。
【図３】回路パターンが印刷されたセラミックスグリーンシートを示す図である。
【図４】回路パターンに加え補助パターンが印刷されたセラミックスグリーンシートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお本発明は、下記説明に限定して解釈されない。
図１は、本発明の製造方法が適用されるセラミックス回路基板の一例を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれセラミックス回路基板１を上から見た平面図およびそのＸ−Ｘ線断面図である。図１（ｃ）は、製造時のセラミックスグリーンシートの積層構成に従って、セラミックス回路基板１を３層に展開させた図である。以下、該３層を必要に応じて上から順にＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層の記号により示す。また、セラミックス回路基板を単に回路基板、セラミックスグリーンシートを単にグリーンシートという。
【００１２】
回路基板１は、略平板状の基体２と、基体２の上面に接合された枠体３とを有し、基体２の上面の一部を底面とし枠体３の内壁面を側面として形成されるキャビティ４の底面中央に４個の発光素子を縦横２列に搭載するための搭載部２２を有する発光素子搭載用の回路基板１である。枠体３はＬ１層からなり、基体２はＬ２層およびＬ３層の２層からなる。ただしこれらはグリーンシート積層体の焼結体であることから各層は十分に結合されている。
ここで本明細書において、「略平板状の基体」とは、上側、下側の主面がともに目視レベルで平板形状と認識できるレベルの平坦面を有する基体をいう。また、以下同様に、略を付けた表記は、特に断わらない限り目視レベルでそう認識できるレベルのことをいう。また、以下基体２の上面を搭載面２１、下面を非搭載面２３というが、搭載面２１はＬ２層の上面であり、非搭載面２３はＬ３層の下面である。
【００１３】
Ｌ２層およびＬ３層は搭載する発光素子を発光させるためにそれぞれ以下の電気回路を有する。なお、以下の説明において、各導体についてアノード用導体およびカソード用導体の区別をする際には、図面に用いたのと同様の、各導体の数字の符号の後ろにアノードについてはａをカソードについてはｃを付した符号を用いる。また、アノードおよびカソードの区別をせずに、これらをまとめた電極として、または導体として説明する場合にはａまたはｃを付けずに数字の符号のみを用いる。
【００１４】
Ｌ２層の上面すなわち基体２の搭載面２１となる面には、搭載される４個の発光素子の右側の２個および左側の２個がそれぞれ直列に接続されるように、左右２個ずつの発光素子を挟むかたちで、アノードとカソードを構成する素子接続端子５ａ、５ｃが左右に略対称となるように各一対ずつ形成されている。また、これら４箇所の素子接続端子５から下層のＬ３層に導通するようにアノードとカソードを構成する貫通導体６ａ、６ｃが左右に略対称となるように各一対ずつ形成されている。
【００１５】
Ｌ３層は、上面にＬ２層が有する２個のアノードを構成する貫通導体６ａに接続する内部印刷回路７ａと、２個のカソードを構成する貫通導体６ｃに接続する内部印刷回路７ｃとを有する。Ｌ３層は、下面すなわち基体２の非搭載面２３となる面には、外部回路と電気的に接続されるアノードとカソードを構成する一対の外部接続端子９ａ、９ｃを有し、これらと上面の一対の内部印刷回路７ａ、７ｃがアノード側、カソード側同士でそれぞれ導通するように一対の貫通導体８ａ、８ｃを有する。なお、以下、素子接続端子５、内部印刷回路７、外部接続端子９等の平面に印刷された導体を印刷回路、貫通孔に充填された導体を貫通導体と総称して用いる。
【００１６】
図２は、図１に示す回路基板１を、本発明の製造方法の実施形態の一例により製造する際のフローチャートを示す図である。
フローチャートは、まず、グリーンシートを準備するグリーンシート作製工程から始められている。グリーンシートは、Ｌ１層、Ｌ２層およびＬ３層となるものが、通常、ともに同じ大きさで作製される。したがって、グリーンシートの作製は、Ｌ１層、Ｌ２層、Ｌ３層の区別なく実行可能である。次のグリーンシートに所定の貫通孔を形成する貫通孔形成工程、グリーンシートの所定の貫通孔に導体ペーストを充填する導体ペースト充填工程およびグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する回路印刷工程については、Ｌ１層、Ｌ２層、Ｌ３層はそれぞれ別の過程を経る。その後、最終的にはこれらは一体に積層され、焼成されて回路基板が得られる。
【００１７】
なお、図１および図２に示す実施形態では、複数のグリーンシートを積層した積層体を例にしているが、単層で構成される回路基板においても回路パターンを印刷する回路印刷工程を有するものであれば、本発明の製造方法は適用されうる。
【００１８】
ここで、本発明の製造方法においては、これらの工程は、ロット単位で行われる。各工程におけるロットを構成するグリーンシート等の数量は特に制限されない。また、工程毎に同数であっても異なってもよい。通常、セラミックス回路基板の製造が行われる際に、用いられる数十から数百の単位でロット単位は構成されうる。
【００１９】
また、通常、セラミックス回路基板は、大きさが１個単位での製造が困難な程小型なことから、その取り扱いを容易にし、製造効率を高めるために、多数個の小型の回路基板を一枚の広い面積の母基板から同時に得るようにした、いわゆる多数個取りの連結基板として製造され、これを分割することで１個単位とする製造方法がとられている。例えば、縦横のサイズが数ｍｍ程度の矩形の回路基板を、約２００ｍｍ角の母基板において外周近傍に余剰部を残した約１５０ｍｍ角の領域を用いて製造する場合には、１枚の母基板に数百から数千個の回路基板の区画を有する多数個取り連結基板が製造される。
【００２０】
図２に示すフローチャートにおいては、説明を簡略化するために１６個の回路基板の区画を有する多数個取り連結基板を例として本発明の実施形態を説明する。ただし、上記のように連結基板当たりの個数が非常に多い小型の回路基板を多数個取りする連結基板の製造においても、本発明の製造方法は実施形態の例と同様に適用可能である。
なお、本フローチャートで示す製造の各工程は、それぞれ所定のロット単位で行われる。ただし、検査用グリーンシートの抜取後、検査用グリーンシートに対して行われる回路印刷から導通検査までのフローについては、その抜取り枚数に対してのみ行われる。
また、以下の工程は、特に断りのない限り連結基板のなかの１個の回路基板の単位すなわち１区画単位について説明するが、これは１６区画について全て同様とされる。さらに、以下の説明においては、その製造に用いる部材について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。
【００２１】
まず、グリーンシート作製工程について説明する。本発明の製造方法が適用されるセラミックス回路基板のセラミックスとしては、セラミックス回路基板の製造に通常用いられるセラミックスが特に制限なく挙げられる。具体的には、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等のアルミニウムを主要成分として含むセラミックス焼結体、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ。以下、ＬＴＣＣと示す。）等が挙げられる。
【００２２】
これらのセラミックスのグリーンシートは、用いるセラミックスに応じて調製されるセラミックス原料組成物に、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等のバインダー樹脂を添加し、さらに必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等の方法により所定の形状のシート状に成形することで作製される。
【００２３】
なお、ＬＴＣＣの場合、セラミックス原料組成物は、ガラス粉末と、アルミナ粉末やジルコニア粉末等のセラミックス粉末を、例えばガラス粉末が３０〜５０質量％、セラミックス粉末が５０〜７０質量％となるように配合、混合することにより得られるガラスセラミックス組成物である。
また、アルミニウムを主要成分として含むセラミックス焼結体の原料としては、例えば、アルミニウム含有化合物や該化合物を含有する鉱物若しくは該化合物を原料とした合成物等、通常これらの原料として用いられるものが挙げられ、これらから選ばれる原料成分が単独でまたは２種以上の混合物がセラミックス原料組成物として用意される。
【００２４】
上記で得られたグリーンシートをＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層のロットに分けてロット毎に以下の工程を順次行う。なお、各層毎に以下の各工程に進む前に、必要に応じて層の厚さを調整するためにグリーンシートを複数枚積層する工程を設けてもよい。
Ｌ１層となるグリーンシートには、貫通孔形成工程において、これを枠体３とするための略円形の貫通孔が区画の中央に形成される。得られたグリーンシートがＬ１層としてグリーンシート積層工程に供される。
【００２５】
Ｌ２層となるグリーンシートには、貫通孔形成工程において、左右に略対称となるように各一対ずつ設けられる貫通導体６ａ、６ｃを形成するための貫通孔が各区画の４隅付近の４箇所に形成される。次いで、導体ペースト充填工程により、該４箇所の貫通孔に導体ペーストが充填され貫通導体ペースト層６を形成する。次に、回路印刷工程において、グリーンシート上面の４箇所に導体ペーストを、上記４箇所の貫通導体ペースト層６をそれぞれ覆う所定の形状に印刷して、左右に略対称となる各一対ずつの素子接続端子ペースト層５ａ、５ｃを形成する。得られた導体ペースト付きのグリーンシートがＬ２層としてグリーンシート積層工程に供される。
【００２６】
Ｌ３層となるグリーンシートには、貫通孔形成工程において、所定の位置に一対の貫通導体８ａ、８ｃを形成するための貫通孔が２箇所に形成される。ここで、本実施形態においては、上記貫通導体８ａ、８ｃの所定の位置はそれぞれ各区画の左上と右下の角付近である。次いで、導体ペースト充填工程により該２箇所の貫通孔に導体ペーストが充填され貫通導体ペースト層８を得る。
Ｌ３層は上面と下面の両面に印刷回路を有することから、回路印刷工程は上面印刷工程と下面印刷工程の２回に分けて行われる。
【００２７】
上面印刷工程により、Ｌ３層となるグリーンシート上面に導体ペーストを印刷して、Ｌ３層が有するアノードを構成する貫通導体ペースト層８ａを覆いかつＬ２層が有する２個のアノードを構成する貫通導体ペースト層６ａに接続する所定の形状に内部印刷回路ペースト層７ａと、Ｌ３層が有するカソードを構成する貫通導体ペースト層８ｃを覆いかつ２個のカソードを構成する貫通導体ペースト層６ｃに接続する所定の形状に内部印刷回路ペースト層７ｃとを形成する。なお、この上面印刷工程は、具体的には、後述する本発明の製造方法に係る回路印刷工程により行われる。
【００２８】
また、下面印刷工程により、Ｌ３層となるグリーンシート下面に導体ペーストを印刷して、アノードを構成する貫通導体ペースト層８ａを覆う所定の形状に外部接続端子ペースト層９ａと、カノードを構成する貫通導体ペースト層８ｃを覆う所定の形状に外部接続端子ペースト層９ｃとを形成する。得られた導体ペースト付きのグリーンシートがＬ３層としてグリーンシート積層工程に供される。
【００２９】
上記導体ペースト充填工程および回路印刷工程において用いる導体ペーストとしては、金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いる。ここで、用いる金属粉末は、セラミックスグリーンシートのセラミックスの種類により適宜選択される。例えば、セラミックスがアルミニウムを主要成分として含むセラミックスのような高温焼成されるセラミックスの場合、金属粉末としては、タングステンやモリブデン等の高融点金属を主成分とする金属粉末が用いられる。また、ＬＴＣＣの場合、銅、銀、金等を主成分とする金属粉末が挙げられ、好ましくは、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属粉末が挙げられる。
【００３０】
上記導体ペースト充填工程において貫通孔に導体ペーストを充填する方法および回路印刷工程において導体ペーストにより回路パターンを印刷する方法としては、通常スクリーン印刷が用いられる。本発明の製造方法は、導体ペースト充填工程および回路印刷工程等の電気回路構築のための導体ペースト層形成工程のうちでも、特に回路印刷工程に特徴を有するものである。
【００３１】
ここで本実施形態においては、図２のフローチャートに示す通り、回路印刷工程は、Ｌ２層における上面印刷工程、Ｌ３層における上面印刷工程および下面印刷工程の３回が行われる。この３回の回路印刷工程のうちでも、Ｌ３層における上面印刷工程を除く２回の回路印刷工程については、印刷される回路パターンの形状が不良発生のリスクが低いため、本実施形態においては、本発明の製造方法に係る以下の方法で行われる回路印刷工程を、Ｌ３層における上面印刷工程に際してのみ適用することにしている。
【００３２】
本発明の製造方法が特に効果的に用いられる回路基板は、印刷される回路パターンにおいて、その線幅が断線等の不良発生のリスクが高い微細な線幅を有する回路基板である。回路パターンの形状については、複雑な形状や線幅が狭い場合に不良発生のリスクは高く、本発明の製造方法の特徴である上記回路印刷工程を適用する際に、特に顕著な効果が得られる例として、回路パターンの最小線幅が、スクリーン印刷に用いるスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍であるような場合が挙げられる。本実施形態においては、Ｌ３層における上面印刷工程により印刷される回路パターンは、例えば、用いるスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍の線幅のパターンを含む回路パターンであり、この印刷工程に本発明の製造方法に係る回路印刷工程を適用することにより、不良発生のリスクの大幅な軽減が期待できる。
【００３３】
ここで、回路パターンをスクリーン印刷する際の印刷可能な最小線幅は、印刷に用いるペーストや印刷条件にも依存するが、使用するスクリーン版の仕様にも依存し、スクリーン版のメッシュ数、メッシュ線径、開口等から概ねの値を見積もることができる。一般にメッシュ数を大きく、メッシュ線径を小さくすることで印刷可能な最小線幅を細くできる。スクリーン版で印刷可能な最小線幅の目安値は、メッシュ数５００、メッシュ線径１６μｍ、開口３５μｍでは４３μｍであり、メッシュ数３２５、メッシュ線径２８μｍ、開口５０μｍでは８４μｍであり、メッシュ１６５、スクリーン線径５０μｍ、開口１０４μｍでは１３９μｍである。メッシュ８４０、スクリーン線径１１μｍ、開口１９μｍでは印刷可能の最小線幅は３４μｍである。以上の例から、回路基板の製造における回路印刷工程で使用されるスクリーン版で印刷可能な最小線幅は３０μｍから１４０μｍということができる。
【００３４】
このように、回路印刷工程においては、製造する回路基板のサイズや印刷する回路パターンによるが、例えば、印刷可能な最小線幅は３０μｍから１４０μｍが利用できる。生産性や品質などの点で、一般的には印刷可能な最小線幅が７０〜１００μｍ程度のスクリーン版が用いられる。例えば、印刷可能な最小線幅が７０μｍのスクリーン版を用いて回路パターンを印刷する際には、上記の通り７０〜１４０μｍの線幅のパターンを含む回路パターンを印刷する場合に不良発生のリスクが高く、よってこの印刷に本発明の製造方法に係る回路印刷工程を適用することにより、不良発生のリスクの大幅な軽減が期待できる。
【００３５】
本発明の製造方法に係る回路印刷工程とは、ロット毎に予め所定の枚数のグリーンシートに対して実際に用いられる回路パターンを印刷し、さらに該回路パターンを直列に接続する補助パターンを印刷した後、導通検査を実施し、この導通検査で得られた結果に基づいてロット単位で回路印刷工程を行うものである。
【００３６】
具体的には、図２のフローチャートに示す通り、Ｌ３層における上面印刷工程においては、導体ペースト充填工程が完了したロットから１枚を検査用グリーンシートとして抜き取る。なお、検査用グリーンシートの枚数は、必要に応じて適宜選択可能である。
【００３７】
この検査用グリーンシートに、アノードを構成する内部印刷回路ペースト層７ａおよびカソードを構成する内部印刷回路ペースト層７ｃをスクリーン印刷するためのスクリーン版を用いて、導体ペーストによる回路パターンの印刷を行う。図３は、内部印刷回路ペースト層７ａ、７ｃが印刷された連結基板グリーンシート１０の上から見た平面図を示す。連結基板グリーンシート１０は、母基板１１の中央に縦横４列に計１６個の回路基板の区画１２が配置され、その周辺は余剰部１３となっている。なお、図３および図４において回路基板の区画１２間の境および区画１２と余剰部１３との境を区画境界線１４として点線で示す。
【００３８】
図３に示す通り回路パターンは、回路基板となる各区画１２毎にアノードとなる内部印刷回路ペースト層７ａとカソードとなる内部印刷回路ペースト層７ｃが接触することなく独立して形成された構成となっている。この回路パターンは、上記の通り、例えば、これを印刷するために用いるスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍の線幅のパターンを含むものである。
次に、図３に示す連結基板グリーンシート１０上に、該回路パターンが連結基板上の全回路において直列に接続されるような形状の補助パターン１５を、別に準備したスクリーン版を用いてスクリーン印刷する。図４は、内部印刷回路ペースト層７に加えて補助パターン１５が印刷された連結基板グリーンシート１０を示す図である。
【００３９】
図４に示す本実施形態のように、補助パターン１５は、母基板１１の余剰部１３に印刷されていてもよい。また、導通検査を行う際にテスターの針を接触させるための略円形のパッド領域１６を直列回路の両末端に有することが好ましい。さらに、図４に示す例では、中間の位置に略円形のパッド領域１６が設置されるように、一定区画毎に、略円形のパッド領域１６を設けることが好ましい。補助パターン１５の形状については、上記直列回路が形成され、以下の導通検査によって内部印刷回路ペースト層７の印刷不良の有無が精度よく判定できる形状である限りは特に制限されず、経済性や印刷容易性等を勘案して適宜設定される。ただし、その最小線幅については、以下の範囲であることが好ましい。
【００４０】
補助パターン１５の印刷は、上記の通り別に準備されたスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われる。補助パターン１５の最小線幅は、このスクリーン版の印刷可能な最小線幅の少なくとも２倍であることが好ましく、３倍以上がより好ましい。
回路印刷工程においては、上記の通り、例えば、印刷可能な最小線幅が３０μｍから１４０μｍのスクリーン版が利用でき、一般的には印刷可能な最小線幅が７０〜１００μｍ程度のスクリーン版が用いられる。ここで、補助パターン１５のスクリーン印刷に印刷可能な最小線幅が７０μｍのスクリーン版を用いる場合には、補助パターンの最小線幅は、１４０μｍ以上とすることが好しく、２１０μｍ以上とすることがより好ましい。
【００４１】
パッド領域１６を含む補助パターン１５のスクリーン印刷において、用いる導体ペーストは、次に行われる導通検査を精度よく行うことができるものであれば上記回路パターンを形成する導体ペーストと同じであっても異なってもよい。経済性の観点から金属粉末としてアルミニウム等を用いて、上記回路パターンを形成する導体ペーストと同様にビヒクルや溶剤等でスクリーン印刷可能に調製された導体ペーストが好ましい。また、上記金属粉末として銅等を用いてもよい。
【００４２】
次いで、図４に示す、補助パターン１５が印刷された連結基板グリーンシート１０を用いて導通検査を行うが、好ましくは導通検査の前に、検査の精度を向上させるために、内部印刷回路ペースト層７ａ、７ｃおよびパッド領域１６を含む補助パターン１５を乾燥する。乾燥の条件としては、導体ペーストに含まれるビヒクルや溶剤等の金属粉末以外の成分が除去される条件が好ましく、例えば、６０〜９０℃で１０〜３０分間程度の乾燥条件が挙げられる。
【００４３】
補助パターン形成後、好ましくは乾燥工程を経て行われる導通検査は、まず、導通検査用のテスターの針を検査用グリーンシート上の内部印刷回路ペースト層７ａ、７ｃと補助パターン１５で形成される直列回路の末端にそれぞれ位置する２箇所のパッド領域１６に接触させることで行われる。テスターで導通が確認されれば、図２に示すフローチャートで「ＯＫ」の方向に進み、このロットの全数に対して、上記検査用グリーンシートに内部印刷回路ペースト層７をスクリーン印刷するのに用いたスクリーン版を用いてＬ３層における上面印刷工程が実行される。
【００４４】
また、上記検査用グリーンシート上の直列回路の両端での導通検査で導通が確認されなかった場合は、図２に示すフローチャートで「ＮＧ」の方向に進み、不良原因の究明が行われる。その際、まず印刷、この場合、内部印刷回路ペースト層７の印刷の、不良箇所の特定を行うために、図４に示す検査用グリーンシート上の直列回路の一方の末端に設けられたパッド領域１６と直列回路の中間の位置に設けられたパッド領域１６にテスターの針を接触させ導通検査を行う。次いで、検査用グリーンシート上の直列回路の中間の位置に設けられたパッド領域１６と直列回路の他方の末端に設けられたパッド領域１６にテスターの針を接触させ導通検査を行う。直列回路全体での導通が不良の場合、上記２回の導通検査の少なくとも一方は導通不良であり、印刷の不良箇所は導通不良の結果が得られた領域に存在することが判明する。
【００４５】
このようにして印刷の不良箇所が存在するグリーンシートの領域が分かれば、その領域に限定して、例えば、目視での顕微鏡観察を行うことで、印刷の不良箇所の特定ができる。なお、通常の連結基板においては、１枚の連結基板上に上記の通り数百から数千個の回路基板の区画が配置されている。そのため、印刷の不良箇所の特定をグリーンシートの全領域において顕微鏡観察等で行うと多大な労力と時間が費やされ、効率の点で問題である。図４に示す実施形態においては区画数が１６個と少ないために直列回路の途中には、中間点の１箇所にのみパッド領域１６を設けている。区画数の多い連結基板においては、例えば、一定数の区画を有する領域毎に導通検査が可能なように、その領域に対応して直列回路の途中の複数箇所にパッド領域１６を設けることで、印刷の不良箇所の特定に係る効率は大幅に向上される。
【００４６】
印刷の不良箇所が特定されれば、不良原因は比較的容易に究明される。スクリーン版の不具合としては、スクリーン版自体が欠陥を有する場合と、スクリーン版に目詰まりがある場合に大別される。上記方法により検査用グリーンシート上の印刷不良箇所が特定されたら、その箇所に相当するスクリーン版の位置を顕微鏡等で観察する。このスクリーン版の観察によりスクリーン版自体の欠陥が確認された場合は、スクリーン版を取り替えることで不良原因が除去される。また、スクリーン版の観察によりスクリーン版に目詰まりが確認された場合は、スクリーン版の洗浄等を行うことで不良原因が除去される。また、スクリーン版以外に不良原因があった場合にも、それぞれの不良原因を除去する対応をとった後に、次の工程に進めばよい。
【００４７】
上記のようにして不良原因を除去した後、再度、Ｌ３層における導体ペースト充填工程の完了したロットから１枚を検査用グリーンシートとして抜き取り、上記と同様の操作による検査を行う。導通検査における検査用グリーンシート上の全直列回路の導通が確認されれば、図２に示すフローチャートで「ＯＫ」の方向に進み、導通が確認されなければ「ＮＧ」に進み、それぞれの場合において上記同様の操作が行われる。「ＮＧ」に進んだ場合には、不良原因究明と不良原因の除去が行われ、再度、導通検査を行うという操作を、導通検査の結果がＯＫになるまで繰り返し行う。
【００４８】
このようにして、回路基板が焼成される前であって、さらに回路パターンの印刷をロット単位で実施する前段階で印刷不良の発生を招くことが想定される不具合を簡便かつ高精度に検出し除去することで、回路基板の製造歩留まりを大幅に向上させることが可能である。
ここで、上記方法により回路印刷工程を行う際に、ロットの単位を構成する数量が多い場合には、回路印刷工程の途中に上記同様の検査用グリーンシートの抜取から導通検査までの一連の操作を導入し、スクリーン印刷版等に不具合が発生していないかをチェックしてもよい。また、図２に示すフローチャートにおいて、印刷される回路パターンの形状が不良発生のリスクが低いものとされ、特に上記に示す回路印刷工程を適用していないＬ２層における上面印刷工程およびＬ３層における下面印刷工程についても、必要に応じて、上記同様の本発明に係る方法での回路印刷工程を適用してもよい。
【００４９】
図２のフローチャートに示す通り、グリーンシート作製工程に次いで各層に対してそれぞれ行われる貫通孔形成工程、導体ペースト充填工程、回路印刷工程を経て、得られたＬ３層、Ｌ２層、Ｌ１層を、次の積層工程により下からその順に積層する。Ｌ３層、Ｌ２層、Ｌ１層の積層方法は特に制限されず、熱圧着等による積層方法が適用できる。
【００５０】
積層工程後に行われる焼成工程は、用いるセラミックスにより好適な焼成温度がそれぞれ異なるため、それぞれのセラミックスに対応した焼成条件を採用する。例えば、酸化アルミニウム質焼結体については、１４００〜１７００℃、窒化アルミニウム質焼結体については１７００〜１９５０℃、ＬＴＣＣについては、８００〜９３０℃が好適な焼成温度である。焼成時間は、回路基板のサイズ等により適宜調整される。また、焼成に先立って、グリーンシート作製の際に用いたバインダー樹脂等の成分を除去する５００〜６００℃、１〜１０時間程度の脱脂処理を行ってもよい。
【００５１】
さらに、図２のフローチャートに示す通り、通常、積層工程と焼成工程の間に、連結基板を回路基板の区画毎に分割するための分割溝を形成する工程が設けられる。これにより、焼成して得られた連結基板を回路基板の区画毎に容易に分割できる。
【００５２】
以上、本発明のセラミックス回路基板の製造方法の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明の製造方法はこれらに限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更できる。
【実施例】
【００５３】
図３に示すのと同様の回路パターンのスクリーン印刷において、スクリーン印刷用のスクリーン版について、（１）不具合のないスクリーン版、（２）欠損のあるスクリーン版、（３）目詰まりのあるスクリーン版を準備して、本発明の方法により不具合の検出を行う試験を実施した。なお、用いたスクリーン版は印刷可能な最小線幅が１００μｍのスクリーン版であった。
セラミックスグリーンシートとしてはＬＴＣＣグリーンシートを準備した。回路パターン印刷用の導体ペーストとして、銀ペーストを準備した。
【００５４】
上記（１）〜（３）のスクリーン版を用いて、ＬＴＣＣグリーンシートに銀ペーストを用いて最小線幅が０．１５０ｍｍの回路パターンのスクリーン印刷を行った。次いで得られた回路パターン付きグリーンシートのそれぞれに、図４に示すのと同様にして、全回路パターンを直列接続する最小線幅が０．３００ｍｍの補助パターン１５を、その直列接続回路の両末端、および中間点に略円形のパッド領域１６を有する形に、別のスクリーン版を用いてスクリーン印刷した。補助パターンの印刷に用いたスクリーン版は、印刷可能な最小線幅が１００μｍのスクリーン版であった。また、補助パターン形成用の導体ペーストとしては、銀ペーストを用いた。
【００５５】
上記で得られた３枚の導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについて、７０℃、２０分間の乾燥処理を施した後、直列接続回路の両末端のパッド領域１６にテスターの針を接触させて導通検査を行った。上記（１）のスクリーン版を用いて得られた導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについては、導通したが、（２）、（３）のスクリーン版を用いて得られた導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについては導通しなかった。
【００５６】
（２）、（３）のスクリーン版を用いて得られた導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについて、さらに、中間点のパッド領域１６を用いた導通検査を行い、印刷不良箇所のある領域を特定した。また、この領域がスクリーン版の欠損箇所または目詰まり箇所のある領域と一致することを確認した。
【００５７】
さらに（３）のスクリーン版においては、目詰まり箇所を洗浄して、上記と同様に導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートを作製し、上記同様に導通試験を行ったところ、導通した。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の製造方法によれば、製造過程における早い段階で回路パターンの不良の有無を簡便かつ高精度に検出でき、それにより半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するためのセラミックス回路基板を歩留まりよく製造できる。
【符号の説明】
【００５９】
１…回路基板、２…基体、３…枠体、４…キャビティ、５…素子接続端子、６、８…貫通導体、７…内部印刷回路、９…外部接続端子、
２１…搭載面、２２…発光素子搭載部、２３…非搭載面、
１０…連結基板、１１…母基板、１２…回路基板の区画、１３…余剰部、１４…区画境界線、１５…補助パターン、１６…パッド領域
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックス回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するためのセラミックス回路基板は、一般的には、複数のセラミックスグリーンシートに、所望の貫通孔を形成し導体ペーストを充填し、さらにスクリーン印刷により回路パターンを形成させた後、積層して焼成するという製造方法をとっている。また、このようなセラミックス回路基板の製造は、通常はロット単位で行われている。
【０００３】
上記セラミックス回路基板の製造過程において、スクリーン印刷版の問題や異物に起因して発生する回路パターンの欠落や短絡等の不良は、得られるセラミックス回路基板において重大な電気特性上の不良を招く。そのため、製造過程において、回路パターンの不良の有無の検査がなされているが、この検査を焼成後に行うと、製造のロット単位で不良が発覚するなど、トラブルの度合いが甚大となる場合も多かった。
【０００４】
そこで、セラミックスグリーンシートに回路パターンを印刷し積層する前に、未焼結の状態で回路パターンの不良の有無を検査する方法が行われている。具体的には、印刷された回路パターンをＣＣＤカメラ等の画像として不良の有無を非接触で検査する方法が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。しかしながら、これらの方法では検出精度を上げるために時間とコストがかかることから、より簡便かつ高精度に回路パターンの不良の有無を検出できるシステムを取り入れた、効率のよいセラミックス回路基板の製造方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６５３４５号公報
【特許文献２】特開平８−３１３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、製造過程の早い段階で簡便かつ高精度に回路パターンの不良の有無を検出することにより製造歩留まりの向上を図ったセラミックス回路基板の製造方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートに所定の貫通孔を形成する工程と、前記セラミックスグリーンシートの所定の貫通孔に導体ペーストを充填する工程と、前記セラミックスグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する工程と、前記各工程を経たセラミックスグリーンシートを単層として、または複数枚を積層した積層体として焼成する工程とを有し、前記各工程をロット単位で行うセラミックス回路基板の製造方法において、前記回路パターンを印刷する工程を、ロット毎に予め所定の枚数のセラミックスグリーンシートに対してそれぞれ前記回路パターンと該回路パターンを直列に接続する補助パターンとを印刷して導通検査を実施し、該導通検査の結果に基づいて前記ロット単位で行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明のセラミックス回路基板の製造方法においては、前記導通検査の精度を上げるために、導通検査の前に乾燥を行うことが好ましい。
本発明のセラミックス回路基板の製造方法は、前記回路パターンの印刷がスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、前記回路パターンの最小線幅がこのスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍である場合に特に顕著な効果が発揮される。また、前記補助パターンの印刷についてもスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、その場合に前記補助パターンの最小線幅は、このスクリーン版の印刷可能な最小線幅の少なくとも２倍であることが好ましく、３倍以上がより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によれば、製造過程の早い段階で回路パターンの不良の有無を簡便かつ高精度に検出でき、それによりセラミックス回路基板を歩留まりよく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の製造方法が適用されるセラミックス回路基板の一例を示す図である。
【図２】図１に示すセラミックス回路基板を、本発明の製造方法の実施形態の一例により製造する際のフローチャートを示す図である。
【図３】回路パターンが印刷されたセラミックスグリーンシートを示す図である。
【図４】回路パターンに加え補助パターンが印刷されたセラミックスグリーンシートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお本発明は、下記説明に限定して解釈されない。
図１は、本発明の製造方法が適用されるセラミックス回路基板の一例を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれセラミックス回路基板１を上から見た平面図およびそのＸ−Ｘ線断面図である。図１（ｃ）は、製造時のセラミックスグリーンシートの積層構成に従って、セラミックス回路基板１を３層に展開させた図である。以下、該３層を必要に応じて上から順にＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層の記号により示す。また、セラミックス回路基板を単に回路基板、セラミックスグリーンシートを単にグリーンシートという。
【００１２】
回路基板１は、略平板状の基体２と、基体２の上面に接合された枠体３とを有し、基体２の上面の一部を底面とし枠体３の内壁面を側面として形成されるキャビティ４の底面中央に４個の発光素子を縦横２列に搭載するための搭載部２２を有する発光素子搭載用の回路基板１である。枠体３はＬ１層からなり、基体２はＬ２層およびＬ３層の２層からなる。ただしこれらはグリーンシート積層体の焼結体であることから各層は十分に結合されている。
ここで本明細書において、「略平板状の基体」とは、上側、下側の主面がともに目視レベルで平板形状と認識できるレベルの平坦面を有する基体をいう。また、以下同様に、略を付けた表記は、特に断わらない限り目視レベルでそう認識できるレベルのことをいう。また、以下基体２の上面を搭載面２１、下面を非搭載面２３というが、搭載面２１はＬ２層の上面であり、非搭載面２３はＬ３層の下面である。
【００１３】
Ｌ２層およびＬ３層は搭載する発光素子を発光させるためにそれぞれ以下の電気回路を有する。なお、以下の説明において、各導体についてアノード用導体およびカソード用導体の区別をする際には、図面に用いたのと同様の、各導体の数字の符号の後ろにアノードについてはａをカソードについてはｃを付した符号を用いる。また、アノードおよびカソードの区別をせずに、これらをまとめた電極として、または導体として説明する場合にはａまたはｃを付けずに数字の符号のみを用いる。
【００１４】
Ｌ２層の上面すなわち基体２の搭載面２１となる面には、搭載される４個の発光素子の右側の２個および左側の２個がそれぞれ直列に接続されるように、左右２個ずつの発光素子を挟むかたちで、アノードとカソードを構成する素子接続端子５ａ、５ｃが左右に略対称となるように各一対ずつ形成されている。また、これら４箇所の素子接続端子５から下層のＬ３層に導通するようにアノードとカソードを構成する貫通導体６ａ、６ｃが左右に略対称となるように各一対ずつ形成されている。
【００１５】
Ｌ３層は、上面にＬ２層が有する２個のアノードを構成する貫通導体６ａに接続する内部印刷回路７ａと、２個のカソードを構成する貫通導体６ｃに接続する内部印刷回路７ｃとを有する。Ｌ３層は、下面すなわち基体２の非搭載面２３となる面には、外部回路と電気的に接続されるアノードとカソードを構成する一対の外部接続端子９ａ、９ｃを有し、これらと上面の一対の内部印刷回路７ａ、７ｃがアノード側、カソード側同士でそれぞれ導通するように一対の貫通導体８ａ、８ｃを有する。なお、以下、素子接続端子５、内部印刷回路７、外部接続端子９等の平面に印刷された導体を印刷回路、貫通孔に充填された導体を貫通導体と総称して用いる。
【００１６】
図２は、図１に示す回路基板１を、本発明の製造方法の実施形態の一例により製造する際のフローチャートを示す図である。
フローチャートは、まず、グリーンシートを準備するグリーンシート作製工程から始められている。グリーンシートは、Ｌ１層、Ｌ２層およびＬ３層となるものが、通常、ともに同じ大きさで作製される。したがって、グリーンシートの作製は、Ｌ１層、Ｌ２層、Ｌ３層の区別なく実行可能である。次のグリーンシートに所定の貫通孔を形成する貫通孔形成工程、グリーンシートの所定の貫通孔に導体ペーストを充填する導体ペースト充填工程およびグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する回路印刷工程については、Ｌ１層、Ｌ２層、Ｌ３層はそれぞれ別の過程を経る。その後、最終的にはこれらは一体に積層され、焼成されて回路基板が得られる。
【００１７】
なお、図１および図２に示す実施形態では、複数のグリーンシートを積層した積層体を例にしているが、単層で構成される回路基板においても回路パターンを印刷する回路印刷工程を有するものであれば、本発明の製造方法は適用されうる。
【００１８】
ここで、本発明の製造方法においては、これらの工程は、ロット単位で行われる。各工程におけるロットを構成するグリーンシート等の数量は特に制限されない。また、工程毎に同数であっても異なってもよい。通常、セラミックス回路基板の製造が行われる際に、用いられる数十から数百の単位でロット単位は構成されうる。
【００１９】
また、通常、セラミックス回路基板は、大きさが１個単位での製造が困難な程小型なことから、その取り扱いを容易にし、製造効率を高めるために、多数個の小型の回路基板を一枚の広い面積の母基板から同時に得るようにした、いわゆる多数個取りの連結基板として製造され、これを分割することで１個単位とする製造方法がとられている。例えば、縦横のサイズが数ｍｍ程度の矩形の回路基板を、約２００ｍｍ角の母基板において外周近傍に余剰部を残した約１５０ｍｍ角の領域を用いて製造する場合には、１枚の母基板に数百から数千個の回路基板の区画を有する多数個取り連結基板が製造される。
【００２０】
図２に示すフローチャートにおいては、説明を簡略化するために１６個の回路基板の区画を有する多数個取り連結基板を例として本発明の実施形態を説明する。ただし、上記のように連結基板当たりの個数が非常に多い小型の回路基板を多数個取りする連結基板の製造においても、本発明の製造方法は実施形態の例と同様に適用可能である。
なお、本フローチャートで示す製造の各工程は、それぞれ所定のロット単位で行われる。ただし、検査用グリーンシートの抜取後、検査用グリーンシートに対して行われる回路印刷から導通検査までのフローについては、その抜取り枚数に対してのみ行われる。
また、以下の工程は、特に断りのない限り連結基板のなかの１個の回路基板の単位すなわち１区画単位について説明するが、これは１６区画について全て同様とされる。さらに、以下の説明においては、その製造に用いる部材について、完成品の部材と同一の符号を付して説明する。
【００２１】
まず、グリーンシート作製工程について説明する。本発明の製造方法が適用されるセラミックス回路基板のセラミックスとしては、セラミックス回路基板の製造に通常用いられるセラミックスが特に制限なく挙げられる。具体的には、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等のアルミニウムを主要成分として含むセラミックス焼結体、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ。以下、ＬＴＣＣと示す。）等が挙げられる。
【００２２】
これらのセラミックスのグリーンシートは、用いるセラミックスに応じて調製されるセラミックス原料組成物に、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等のバインダー樹脂を添加し、さらに必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等の方法により所定の形状のシート状に成形することで作製される。
【００２３】
なお、ＬＴＣＣの場合、セラミックス原料組成物は、ガラス粉末と、アルミナ粉末やジルコニア粉末等のセラミックス粉末を、例えばガラス粉末が３０〜５０質量％、セラミックス粉末が５０〜７０質量％となるように配合、混合することにより得られるガラスセラミックス組成物である。
また、アルミニウムを主要成分として含むセラミックス焼結体の原料としては、例えば、アルミニウム含有化合物や該化合物を含有する鉱物若しくは該化合物を原料とした合成物等、通常これらの原料として用いられるものが挙げられ、これらから選ばれる原料成分が単独でまたは２種以上の混合物がセラミックス原料組成物として用意される。
【００２４】
上記で得られたグリーンシートをＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層のロットに分けてロット毎に以下の工程を順次行う。なお、各層毎に以下の各工程に進む前に、必要に応じて層の厚さを調整するためにグリーンシートを複数枚積層する工程を設けてもよい。
Ｌ１層となるグリーンシートには、貫通孔形成工程において、これを枠体３とするための略円形の貫通孔が区画の中央に形成される。得られたグリーンシートがＬ１層としてグリーンシート積層工程に供される。
【００２５】
Ｌ２層となるグリーンシートには、貫通孔形成工程において、左右に略対称となるように各一対ずつ設けられる貫通導体６ａ、６ｃを形成するための貫通孔が各区画の４隅付近の４箇所に形成される。次いで、導体ペースト充填工程により、該４箇所の貫通孔に導体ペーストが充填され貫通導体ペースト層６を形成する。次に、回路印刷工程において、グリーンシート上面の４箇所に導体ペーストを、上記４箇所の貫通導体ペースト層６をそれぞれ覆う所定の形状に印刷して、左右に略対称となる各一対ずつの素子接続端子ペースト層５ａ、５ｃを形成する。得られた導体ペースト付きのグリーンシートがＬ２層としてグリーンシート積層工程に供される。
【００２６】
Ｌ３層となるグリーンシートには、貫通孔形成工程において、所定の位置に一対の貫通導体８ａ、８ｃを形成するための貫通孔が２箇所に形成される。ここで、本実施形態においては、上記貫通導体８ａ、８ｃの所定の位置はそれぞれ各区画の左上と右下の角付近である。次いで、導体ペースト充填工程により該２箇所の貫通孔に導体ペーストが充填され貫通導体ペースト層８を得る。
Ｌ３層は上面と下面の両面に印刷回路を有することから、回路印刷工程は上面印刷工程と下面印刷工程の２回に分けて行われる。
【００２７】
上面印刷工程により、Ｌ３層となるグリーンシート上面に導体ペーストを印刷して、Ｌ３層が有するアノードを構成する貫通導体ペースト層８ａを覆いかつＬ２層が有する２個のアノードを構成する貫通導体ペースト層６ａに接続する所定の形状に内部印刷回路ペースト層７ａと、Ｌ３層が有するカソードを構成する貫通導体ペースト層８ｃを覆いかつ２個のカソードを構成する貫通導体ペースト層６ｃに接続する所定の形状に内部印刷回路ペースト層７ｃとを形成する。なお、この上面印刷工程は、具体的には、後述する本発明の製造方法に係る回路印刷工程により行われる。
【００２８】
また、下面印刷工程により、Ｌ３層となるグリーンシート下面に導体ペーストを印刷して、アノードを構成する貫通導体ペースト層８ａを覆う所定の形状に外部接続端子ペースト層９ａと、カノードを構成する貫通導体ペースト層８ｃを覆う所定の形状に外部接続端子ペースト層９ｃとを形成する。得られた導体ペースト付きのグリーンシートがＬ３層としてグリーンシート積層工程に供される。
【００２９】
上記導体ペースト充填工程および回路印刷工程において用いる導体ペーストとしては、金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを用いる。ここで、用いる金属粉末は、セラミックスグリーンシートのセラミックスの種類により適宜選択される。例えば、セラミックスがアルミニウムを主要成分として含むセラミックスのような高温焼成されるセラミックスの場合、金属粉末としては、タングステンやモリブデン等の高融点金属を主成分とする金属粉末が用いられる。また、ＬＴＣＣの場合、銅、銀、金等を主成分とする金属粉末が挙げられ、好ましくは、銀、銀と白金、または銀とパラジウムからなる金属粉末が挙げられる。
【００３０】
上記導体ペースト充填工程において貫通孔に導体ペーストを充填する方法および回路印刷工程において導体ペーストにより回路パターンを印刷する方法としては、通常スクリーン印刷が用いられる。本発明の製造方法は、導体ペースト充填工程および回路印刷工程等の電気回路構築のための導体ペースト層形成工程のうちでも、特に回路印刷工程に特徴を有するものである。
【００３１】
ここで本実施形態においては、図２のフローチャートに示す通り、回路印刷工程は、Ｌ２層における上面印刷工程、Ｌ３層における上面印刷工程および下面印刷工程の３回が行われる。この３回の回路印刷工程のうちでも、Ｌ３層における上面印刷工程を除く２回の回路印刷工程については、印刷される回路パターンの形状が不良発生のリスクが低いため、本実施形態においては、本発明の製造方法に係る以下の方法で行われる回路印刷工程を、Ｌ３層における上面印刷工程に際してのみ適用することにしている。
【００３２】
本発明の製造方法が特に効果的に用いられる回路基板は、印刷される回路パターンにおいて、その線幅が断線等の不良発生のリスクが高い微細な線幅を有する回路基板である。回路パターンの形状については、複雑な形状や線幅が狭い場合に不良発生のリスクは高く、本発明の製造方法の特徴である上記回路印刷工程を適用する際に、特に顕著な効果が得られる例として、回路パターンの最小線幅が、スクリーン印刷に用いるスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍であるような場合が挙げられる。本実施形態においては、Ｌ３層における上面印刷工程により印刷される回路パターンは、例えば、用いるスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍の線幅のパターンを含む回路パターンであり、この印刷工程に本発明の製造方法に係る回路印刷工程を適用することにより、不良発生のリスクの大幅な軽減が期待できる。
【００３３】
ここで、回路パターンをスクリーン印刷する際の印刷可能な最小線幅は、印刷に用いるペーストや印刷条件にも依存するが、使用するスクリーン版の仕様にも依存し、スクリーン版のメッシュ数、メッシュ線径、開口等から概ねの値を見積もることができる。一般にメッシュ数を大きく、メッシュ線径を小さくすることで印刷可能な最小線幅を細くできる。スクリーン版で印刷可能な最小線幅の目安値は、メッシュ数５００、メッシュ線径１６μｍ、開口３５μｍでは４３μｍであり、メッシュ数３２５、メッシュ線径２８μｍ、開口５０μｍでは８４μｍであり、メッシュ１６５、スクリーン線径５０μｍ、開口１０４μｍでは１３９μｍである。メッシュ８４０、スクリーン線径１１μｍ、開口１９μｍでは印刷可能の最小線幅は３４μｍである。以上の例から、回路基板の製造における回路印刷工程で使用されるスクリーン版で印刷可能な最小線幅は３０μｍから１４０μｍということができる。
【００３４】
このように、回路印刷工程においては、製造する回路基板のサイズや印刷する回路パターンによるが、例えば、印刷可能な最小線幅は３０μｍから１４０μｍが利用できる。生産性や品質などの点で、一般的には印刷可能な最小線幅が７０〜１００μｍ程度のスクリーン版が用いられる。例えば、印刷可能な最小線幅が７０μｍのスクリーン版を用いて回路パターンを印刷する際には、上記の通り７０〜１４０μｍの線幅のパターンを含む回路パターンを印刷する場合に不良発生のリスクが高く、よってこの印刷に本発明の製造方法に係る回路印刷工程を適用することにより、不良発生のリスクの大幅な軽減が期待できる。
【００３５】
本発明の製造方法に係る回路印刷工程とは、ロット毎に予め所定の枚数のグリーンシートに対して実際に用いられる回路パターンを印刷し、さらに該回路パターンを直列に接続する補助パターンを印刷した後、導通検査を実施し、この導通検査で得られた結果に基づいてロット単位で回路印刷工程を行うものである。
【００３６】
具体的には、図２のフローチャートに示す通り、Ｌ３層における上面印刷工程においては、導体ペースト充填工程が完了したロットから１枚を検査用グリーンシートとして抜き取る。なお、検査用グリーンシートの枚数は、必要に応じて適宜選択可能である。
【００３７】
この検査用グリーンシートに、アノードを構成する内部印刷回路ペースト層７ａおよびカソードを構成する内部印刷回路ペースト層７ｃをスクリーン印刷するためのスクリーン版を用いて、導体ペーストによる回路パターンの印刷を行う。図３は、内部印刷回路ペースト層７ａ、７ｃが印刷された連結基板グリーンシート１０の上から見た平面図を示す。連結基板グリーンシート１０は、母基板１１の中央に縦横４列に計１６個の回路基板の区画１２が配置され、その周辺は余剰部１３となっている。なお、図３および図４において回路基板の区画１２間の境および区画１２と余剰部１３との境を区画境界線１４として点線で示す。
【００３８】
図３に示す通り回路パターンは、回路基板となる各区画１２毎にアノードとなる内部印刷回路ペースト層７ａとカソードとなる内部印刷回路ペースト層７ｃが接触することなく独立して形成された構成となっている。この回路パターンは、上記の通り、例えば、これを印刷するために用いるスクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍の線幅のパターンを含むものである。
次に、図３に示す連結基板グリーンシート１０上に、該回路パターンが連結基板上の全回路において直列に接続されるような形状の補助パターン１５を、別に準備したスクリーン版を用いてスクリーン印刷する。図４は、内部印刷回路ペースト層７に加えて補助パターン１５が印刷された連結基板グリーンシート１０を示す図である。
【００３９】
図４に示す本実施形態のように、補助パターン１５は、母基板１１の余剰部１３に印刷されていてもよい。また、導通検査を行う際にテスターの針を接触させるための略円形のパッド領域１６を直列回路の両末端に有することが好ましい。さらに、図４に示す例では、中間の位置に略円形のパッド領域１６が設置されるように、一定区画毎に、略円形のパッド領域１６を設けることが好ましい。補助パターン１５の形状については、上記直列回路が形成され、以下の導通検査によって内部印刷回路ペースト層７の印刷不良の有無が精度よく判定できる形状である限りは特に制限されず、経済性や印刷容易性等を勘案して適宜設定される。ただし、その最小線幅については、以下の範囲であることが好ましい。
【００４０】
補助パターン１５の印刷は、上記の通り別に準備されたスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われる。補助パターン１５の最小線幅は、このスクリーン版の印刷可能な最小線幅の少なくとも２倍であることが好ましく、３倍以上がより好ましい。
回路印刷工程においては、上記の通り、例えば、印刷可能な最小線幅が３０μｍから１４０μｍのスクリーン版が利用でき、一般的には印刷可能な最小線幅が７０〜１００μｍ程度のスクリーン版が用いられる。ここで、補助パターン１５のスクリーン印刷に印刷可能な最小線幅が７０μｍのスクリーン版を用いる場合には、補助パターンの最小線幅は、１４０μｍ以上とすることが好しく、２１０μｍ以上とすることがより好ましい。
【００４１】
パッド領域１６を含む補助パターン１５のスクリーン印刷において、用いる導体ペーストは、次に行われる導通検査を精度よく行うことができるものであれば上記回路パターンを形成する導体ペーストと同じであっても異なってもよい。経済性の観点から金属粉末としてアルミニウム等を用いて、上記回路パターンを形成する導体ペーストと同様にビヒクルや溶剤等でスクリーン印刷可能に調製された導体ペーストが好ましい。また、上記金属粉末として銅等を用いてもよい。
【００４２】
次いで、図４に示す、補助パターン１５が印刷された連結基板グリーンシート１０を用いて導通検査を行うが、好ましくは導通検査の前に、検査の精度を向上させるために、内部印刷回路ペースト層７ａ、７ｃおよびパッド領域１６を含む補助パターン１５を乾燥する。乾燥の条件としては、導体ペーストに含まれるビヒクルや溶剤等の金属粉末以外の成分が除去される条件が好ましく、例えば、６０〜９０℃で１０〜３０分間程度の乾燥条件が挙げられる。
【００４３】
補助パターン形成後、好ましくは乾燥工程を経て行われる導通検査は、まず、導通検査用のテスターの針を検査用グリーンシート上の内部印刷回路ペースト層７ａ、７ｃと補助パターン１５で形成される直列回路の末端にそれぞれ位置する２箇所のパッド領域１６に接触させることで行われる。テスターで導通が確認されれば、図２に示すフローチャートで「ＯＫ」の方向に進み、このロットの全数に対して、上記検査用グリーンシートに内部印刷回路ペースト層７をスクリーン印刷するのに用いたスクリーン版を用いてＬ３層における上面印刷工程が実行される。
【００４４】
また、上記検査用グリーンシート上の直列回路の両端での導通検査で導通が確認されなかった場合は、図２に示すフローチャートで「ＮＧ」の方向に進み、不良原因の究明が行われる。その際、まず印刷、この場合、内部印刷回路ペースト層７の印刷の、不良箇所の特定を行うために、図４に示す検査用グリーンシート上の直列回路の一方の末端に設けられたパッド領域１６と直列回路の中間の位置に設けられたパッド領域１６にテスターの針を接触させ導通検査を行う。次いで、検査用グリーンシート上の直列回路の中間の位置に設けられたパッド領域１６と直列回路の他方の末端に設けられたパッド領域１６にテスターの針を接触させ導通検査を行う。直列回路全体での導通が不良の場合、上記２回の導通検査の少なくとも一方は導通不良であり、印刷の不良箇所は導通不良の結果が得られた領域に存在することが判明する。
【００４５】
このようにして印刷の不良箇所が存在するグリーンシートの領域が分かれば、その領域に限定して、例えば、目視での顕微鏡観察を行うことで、印刷の不良箇所の特定ができる。なお、通常の連結基板においては、１枚の連結基板上に上記の通り数百から数千個の回路基板の区画が配置されている。そのため、印刷の不良箇所の特定をグリーンシートの全領域において顕微鏡観察等で行うと多大な労力と時間が費やされ、効率の点で問題である。図４に示す実施形態においては区画数が１６個と少ないために直列回路の途中には、中間点の１箇所にのみパッド領域１６を設けている。区画数の多い連結基板においては、例えば、一定数の区画を有する領域毎に導通検査が可能なように、その領域に対応して直列回路の途中の複数箇所にパッド領域１６を設けることで、印刷の不良箇所の特定に係る効率は大幅に向上される。
【００４６】
印刷の不良箇所が特定されれば、不良原因は比較的容易に究明される。スクリーン版の不具合としては、スクリーン版自体が欠陥を有する場合と、スクリーン版に目詰まりがある場合に大別される。上記方法により検査用グリーンシート上の印刷不良箇所が特定されたら、その箇所に相当するスクリーン版の位置を顕微鏡等で観察する。このスクリーン版の観察によりスクリーン版自体の欠陥が確認された場合は、スクリーン版を取り替えることで不良原因が除去される。また、スクリーン版の観察によりスクリーン版に目詰まりが確認された場合は、スクリーン版の洗浄等を行うことで不良原因が除去される。また、スクリーン版以外に不良原因があった場合にも、それぞれの不良原因を除去する対応をとった後に、次の工程に進めばよい。
【００４７】
上記のようにして不良原因を除去した後、再度、Ｌ３層における導体ペースト充填工程の完了したロットから１枚を検査用グリーンシートとして抜き取り、上記と同様の操作による検査を行う。導通検査における検査用グリーンシート上の全直列回路の導通が確認されれば、図２に示すフローチャートで「ＯＫ」の方向に進み、導通が確認されなければ「ＮＧ」に進み、それぞれの場合において上記同様の操作が行われる。「ＮＧ」に進んだ場合には、不良原因究明と不良原因の除去が行われ、再度、導通検査を行うという操作を、導通検査の結果がＯＫになるまで繰り返し行う。
【００４８】
このようにして、回路基板が焼成される前であって、さらに回路パターンの印刷をロット単位で実施する前段階で印刷不良の発生を招くことが想定される不具合を簡便かつ高精度に検出し除去することで、回路基板の製造歩留まりを大幅に向上させることが可能である。
ここで、上記方法により回路印刷工程を行う際に、ロットの単位を構成する数量が多い場合には、回路印刷工程の途中に上記同様の検査用グリーンシートの抜取から導通検査までの一連の操作を導入し、スクリーン印刷版等に不具合が発生していないかをチェックしてもよい。また、図２に示すフローチャートにおいて、印刷される回路パターンの形状が不良発生のリスクが低いものとされ、特に上記に示す回路印刷工程を適用していないＬ２層における上面印刷工程およびＬ３層における下面印刷工程についても、必要に応じて、上記同様の本発明に係る方法での回路印刷工程を適用してもよい。
【００４９】
図２のフローチャートに示す通り、グリーンシート作製工程に次いで各層に対してそれぞれ行われる貫通孔形成工程、導体ペースト充填工程、回路印刷工程を経て、得られたＬ３層、Ｌ２層、Ｌ１層を、次の積層工程により下からその順に積層する。Ｌ３層、Ｌ２層、Ｌ１層の積層方法は特に制限されず、熱圧着等による積層方法が適用できる。
【００５０】
積層工程後に行われる焼成工程は、用いるセラミックスにより好適な焼成温度がそれぞれ異なるため、それぞれのセラミックスに対応した焼成条件を採用する。例えば、酸化アルミニウム質焼結体については、１４００〜１７００℃、窒化アルミニウム質焼結体については１７００〜１９５０℃、ＬＴＣＣについては、８００〜９３０℃が好適な焼成温度である。焼成時間は、回路基板のサイズ等により適宜調整される。また、焼成に先立って、グリーンシート作製の際に用いたバインダー樹脂等の成分を除去する５００〜６００℃、１〜１０時間程度の脱脂処理を行ってもよい。
【００５１】
さらに、図２のフローチャートに示す通り、通常、積層工程と焼成工程の間に、連結基板を回路基板の区画毎に分割するための分割溝を形成する工程が設けられる。これにより、焼成して得られた連結基板を回路基板の区画毎に容易に分割できる。
【００５２】
以上、本発明のセラミックス回路基板の製造方法の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明の製造方法はこれらに限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更できる。
【実施例】
【００５３】
図３に示すのと同様の回路パターンのスクリーン印刷において、スクリーン印刷用のスクリーン版について、（１）不具合のないスクリーン版、（２）欠損のあるスクリーン版、（３）目詰まりのあるスクリーン版を準備して、本発明の方法により不具合の検出を行う試験を実施した。なお、用いたスクリーン版は印刷可能な最小線幅が１００μｍのスクリーン版であった。
セラミックスグリーンシートとしてはＬＴＣＣグリーンシートを準備した。回路パターン印刷用の導体ペーストとして、銀ペーストを準備した。
【００５４】
上記（１）〜（３）のスクリーン版を用いて、ＬＴＣＣグリーンシートに銀ペーストを用いて最小線幅が０．１５０ｍｍの回路パターンのスクリーン印刷を行った。次いで得られた回路パターン付きグリーンシートのそれぞれに、図４に示すのと同様にして、全回路パターンを直列接続する最小線幅が０．３００ｍｍの補助パターン１５を、その直列接続回路の両末端、および中間点に略円形のパッド領域１６を有する形に、別のスクリーン版を用いてスクリーン印刷した。補助パターンの印刷に用いたスクリーン版は、印刷可能な最小線幅が１００μｍのスクリーン版であった。また、補助パターン形成用の導体ペーストとしては、銀ペーストを用いた。
【００５５】
上記で得られた３枚の導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについて、７０℃、２０分間の乾燥処理を施した後、直列接続回路の両末端のパッド領域１６にテスターの針を接触させて導通検査を行った。上記（１）のスクリーン版を用いて得られた導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについては、導通したが、（２）、（３）のスクリーン版を用いて得られた導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについては導通しなかった。
【００５６】
（２）、（３）のスクリーン版を用いて得られた導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートについて、さらに、中間点のパッド領域１６を用いた導通検査を行い、印刷不良箇所のある領域を特定した。また、この領域がスクリーン版の欠損箇所または目詰まり箇所のある領域と一致することを確認した。
【００５７】
さらに（３）のスクリーン版においては、目詰まり箇所を洗浄して、上記と同様に導体パターン付きＬＴＣＣグリーンシートを作製し、上記同様に導通試験を行ったところ、導通した。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の製造方法によれば、製造過程における早い段階で回路パターンの不良の有無を簡便かつ高精度に検出でき、それにより半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するためのセラミックス回路基板を歩留まりよく製造できる。
【符号の説明】
【００５９】
１…回路基板、２…基体、３…枠体、４…キャビティ、５…素子接続端子、６、８…貫通導体、７…内部印刷回路、９…外部接続端子、
２１…搭載面、２２…発光素子搭載部、２３…非搭載面、
１０…連結基板、１１…母基板、１２…回路基板の区画、１３…余剰部、１４…区画境界線、１５…補助パターン、１６…パッド領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスグリーンシートに所定の貫通孔を形成する工程と、前記セラミックスグリーンシートの所定の貫通孔に導体ペーストを充填する工程と、前記セラミックスグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する工程と、前記各工程を経たセラミックスグリーンシートを単層として、または複数枚を積層した積層体として焼成する工程とを有し、前記各工程をロット単位で行うセラミックス回路基板の製造方法において、
前記回路パターンを印刷する工程を、ロット毎に予め所定の枚数のセラミックスグリーンシートに対してそれぞれ前記回路パターンと該回路パターンを直列に接続する補助パターンとを印刷して導通検査を実施し、該導通検査の結果に基づいて前記ロット単位で行うことを特徴とする、セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記導通検査の前に乾燥を行う請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記回路パターンの印刷がスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、前記回路パターンの最小線幅が該スクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍である請求項１または２記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記補助パターンの印刷がスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、前記補助パターンの最小線幅が該スクリーン版の印刷可能な最小線幅の少なくとも２倍である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項１】
セラミックスグリーンシートに所定の貫通孔を形成する工程と、前記セラミックスグリーンシートの所定の貫通孔に導体ペーストを充填する工程と、前記セラミックスグリーンシートに導体ペーストによる回路パターンを印刷する工程と、前記各工程を経たセラミックスグリーンシートを単層として、または複数枚を積層した積層体として焼成する工程とを有し、前記各工程をロット単位で行うセラミックス回路基板の製造方法において、
前記回路パターンを印刷する工程を、ロット毎に予め所定の枚数のセラミックスグリーンシートに対してそれぞれ前記回路パターンと該回路パターンを直列に接続する補助パターンとを印刷して導通検査を実施し、該導通検査の結果に基づいて前記ロット単位で行うことを特徴とする、セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記導通検査の前に乾燥を行う請求項１記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記回路パターンの印刷がスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、前記回路パターンの最小線幅が該スクリーン版の印刷可能な最小線幅の１〜２倍である請求項１または２記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記補助パターンの印刷がスクリーン版を用いたスクリーン印刷により行われ、前記補助パターンの最小線幅が該スクリーン版の印刷可能な最小線幅の少なくとも２倍である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５６６９９（Ｐ２０１２−２５６６９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８５３８（Ｐ２０１１−１２８５３８）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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