(57)【要約】【課題】多層基板における水分の浸入を低減させること。【解決手段】多層基板は、第１軟化点を有する第１結晶化ガラスを含む複数の第１セラミック層１１と、第１軟化点より高い第２軟化点を有する第２結晶化ガラスを含む複数の第２セラミック層１２とが交互に積層されている。第１セラミック層１１と第２セラミック層１２との間には、導体層１４と、第２軟化点より高い第３軟化点を有する第３結晶化ガラスを含む第３セラミック層１３とが形成されている。第２セラミック層１２における複数の焼結粒子の間には、第３結晶化ガラスが含有されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軟化点を有する第１結晶化ガラスを含む複数の第１セラミック層と、前記第１軟化点より高い第２軟化点を有する第２結晶化ガラスを含む複数の第２セラミック層とが交互に積層された多層基板であって、
前記第１セラミック層と前記第２セラミック層との間に、導体層と、前記第２軟化点より高い第３軟化点を有する第３結晶化ガラスを含む第３セラミック層とが形成されており、
前記第２セラミック層における複数の焼結粒子の間に、前記第３結晶化ガラスが含有されていることを特徴とする多層基板。
【請求項２】
前記第３セラミック層が、前記導体層から離間していることを特徴とする請求項１記載の多層基板。
【請求項３】
セラミック予備成形体を焼成する工程を有する多層基板の製造方法であって、
前記セラミック予備成形体は、
第１軟化点を有する第１結晶化ガラスを含む複数の第１セラミック材料層と、前記第１軟化点より高い第２軟化点を有する第２結晶化ガラスを含む複数の第２セラミック材料層とが交互に積層された多層成形体であって、
前記第１セラミック材料層と前記第２セラミック材料層との間に、導体層と、前記第２軟化点より高い第３軟化点を有する第３結晶化ガラスを含む第３セラミック材料層とが設けられていることを特徴とする多層基板の製造方法。
【請求項４】
前記第３セラミック材料層が、前記導体層から離間していることを特徴とする請求項３記載の多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック材料を含む多層基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば強度を向上させることまたはキャパシタなどの素子を内蔵することを目的に異なる材料からなる複数のセラミック層が積層された多層基板が知られている。異なる材料からなる複数のセラミック材料層を含む予備成形体を焼成する際における平面方向の収縮率を抑える手法として、複数のセラミック材料層に含まれる結晶化ガラスの軟化点を異ならせることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７３７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガラス軟化点の差が大きくなるにつれて、焼成の際に、隣接している異なる絶縁層において、脱溶剤成分または脱バインダー成分の放出経路が、先に軟化を開始した絶縁層によって塞がれてしまい、脱溶剤成分または脱バインダー成分が内部に残留してしまうという現象が発生する。この残留成分によって、多層基板の中に空隙が存在する可能性があった。この空隙によって、多層基板の内部に大気中の水分が浸入する可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様によれば、多層基板は、第１軟化点を有する第１結晶化ガラスを含む複数の第１セラミック層と、第１軟化点より高い第２軟化点を有する第２結晶化ガラスを含む複数の第２セラミック層とが交互に積層されている。第１セラミック層と第２セラミック層との間には、導体層と、第２軟化点より高い第３軟化点を有する第３結晶化ガラスを含む第３セラミック層とが形成されている。第２セラミック層における複数の焼結粒子の間には、第３結晶化ガラスが含有されている。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、多層基板の製造方法は、セラミック予備成形体を焼成する工程を有している。セラミック予備成形体は、第１軟化点を有する第１結晶化ガラスを含む複数の第１セラミック材料層と、第１軟化点より高い第２軟化点を有する第２結晶化ガラスを含む複数の第２セラミック材料層とが交互に積層された多層成形体である。セラミック予備成形体は、第１セラミック材料層と第２セラミック材料層との間に、導体層と、第２軟化点より高い第３軟化点を有する第３結晶化ガラスを含む第３セラミック材料層とが設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様による多層基板は、第２セラミック層における複数の焼結粒子の間に第３結晶化ガラスが含有されていることにより、水分の浸入に関して低減されている。
【０００８】
本発明の他の態様による多層基板の製造方法は、第３結晶化ガラスを含む第３セラミック材料層を有するセラミック予備成形体を焼成することにより、焼成の際に発生する空隙に、溶融した第３結晶化ガラスが流れ込み、空隙率を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における多層基板を模式的に示している断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるセラミック予備成形体を模式的に示している断面図である。
【図３】セラミック材料Ａ〜Ｃの収縮開始温度および収縮終了温度の関係を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示されているように、多層基板は、複数の第１セラミック層１１と複数の第２セラミック層１２とが交互に積層された構造を有している。多層基板は、第１セラミック層１１と第２セラミック層１２との間に、第３セラミック層１３と、導体層１４とを有している。
【００１２】
第１セラミック層１１は、第１軟化点を有する第１結晶化ガラスを含んでいる。第２セラミック層１２は、第１軟化点より高い第２軟化点を有する第２結晶化ガラスを含んでいる。第３セラミック層１３は、第２軟化点より高い第３結晶化ガラスを含んでいる。
【００１３】
多層基板において、第２セラミック層における複数の焼結粒子の間に、第３セラミック層１３に含まれている第３結晶化ガラスが流れ出ている。従って、多層基板は、大気中の水分の吸収に関して低減されている。詳細には、多層基板は、導体層１４に接している第２セラミック層１２における水分の吸収に関して低減されている。
【００１４】
多層基板の製造方法は、セラミック予備成形体を焼成する工程を有している。セラミック予備成形体は、図２に示されているように、収縮開始温度が異なる第１セラミック材料層２１と、第２セラミック材料層２２と、第３セラミック材料層２３を含んでいる。セラミック予備成形体は、導体層２４をさらに含んでいる。この図２のセラミック予備成形体では、セラミック材料層の収縮開始温度が、第１セラミック材料層２１＜第２セラミック材料層２２＜第３セラミック材料層２３の関係に有る。第３セラミック材料層２３は、導体層２４の近傍に形成されており、第１セラミック材料層２１の上面の全領域に対して部分的に設けられている。第３セラミック材料層２３に含有されている第３結晶化ガラスが、第２セラミック材料層２２が焼結する際に生じるボイドに流れ込む。従って、多層基板にの第２セラミック層１２におけるボイド率が低減されている。特に、導体層２３の近傍に第３セラミック材料層２３が設けられていることにより、多層基板は、導体層１４に対する水分の影響に関して低減されている。
【００１５】
この３種類のセラミック材料層２１〜２３を形成するセラミックスの焼成収縮挙動の概要について、図３の焼成収縮曲線に基づいて説明する。図２は焼成収縮挙動の異なるセラミックスの加熱時の収縮曲線であり、横軸は温度、縦軸は収縮率を示す。この収縮曲線によれば、焼成収縮開始温度が異なる３つのセラミック材料Ａ〜Ｃは、それぞれ焼成収縮開始温度ＳA、ＳB、ＳC（ＳA＜ＳB＜ＳC）、焼成収縮終了温度ＥA、ＥB、ＥC（ＥA＜ＥB＜ＥC）を有する。図２のセラミック予備成形体に当てはめると、セラミック材料層２１〜２３は、セラミック材料Ａ〜Ｃに該当する。セラミック材料層２１および２２を積層して構成される予備成形体の主面方向の焼成収縮率は５％以下であることが好ましい。多層基板の反りまたは変形等を抑制し、寸法精度を高め歩留まりを向上できる。特に、３％以下がより望ましい。セラミック材料層２１〜２３の熱膨張係数差が小さいほど焼成中および焼成後の反りが抑制されるという理由から望ましく、特に熱膨張係数の差は２×１０-6／℃以下が望ましい。
【００１６】
セラミック予備成形体を構成するセラミック材料層のうち、セラミック材料層２１に含まれる結晶化ガラスは、ＳｉＯ2：１０〜４０質量％、ＭｇＯ：３５〜６０質量％、Ｂ2Ｏ3：１０〜３０質量％と、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、ＢａＯ、ＳｎＯ2、Ｐ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびＬｉ2Ｏの群から選ばれる少なくとも１種を０〜３０質量％を含有する。特に、ＳｉＯ2、ＭｇＯおよびＢ2Ｏ3以外の成分は、ＣａＯ：０〜１０質量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜２０質量％、ＳｒＯ：０〜５質量％、ＺｎＯ：０〜３０質量％、ＴｉＯ2：０〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ：０〜３質量％、ＢａＯ：０〜３０質量％、ＳｎＯ2：０〜４質量％、Ｐ2Ｏ5：０〜３質量％、ＺｒＯ2：０〜１質量％、Ｌｉ2Ｏ：０〜５質量％の範囲の組成とされている。
【００１７】
セラミック材料層２２に含まれる結晶化ガラスは、ＳｉＯ2：１５〜４５質量％、ＭｇＯ：３０〜５５質量％、Ｂ2Ｏ3：７〜２７質量％と、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、ＢａＯ、ＳｎＯ2、Ｐ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびＬｉ2Ｏの群から選ばれる少なくとも１種を０〜２７質量％を含有する。特に、ＳｉＯ2、ＭｇＯおよびＢ2Ｏ3以外の成分は、ＣａＯ：０〜１０質量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜２０質量％、ＳｒＯ：０〜５質量％、ＺｎＯ：０〜２７質量％、ＴｉＯ2：０〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ：０〜３質量％、ＢａＯ：０〜２７質量％、ＳｎＯ2：０〜４質量％、Ｐ2Ｏ5：０〜３質量％、ＺｒＯ2：０〜１質量％、Ｌｉ2Ｏ：０〜５質量％の範囲の組成とされている。
【００１８】
セラミック材料層２３に含まれる結晶化ガラスは、ＳｉＯ2：２０〜５０質量％、ＭｇＯ：３〜２５質量％と、Ｂ2Ｏ3、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、ＢａＯ、ＳｎＯ2、Ｐ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびＬｉ2Ｏの群から選ばれる少なくとも１種を０〜５５質量％を含有。特に、ＳｉＯ2およびＭｇＯ以外の成分は、Ｂ2Ｏ3：０〜２０質量％、ＣａＯ：０〜１０質量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜２０質量％、ＳｒＯ：０〜５質量％、ＺｎＯ：０〜３０質量％、ＴｉＯ2：０〜１０質量％、Ｎａ2Ｏ：０〜３質量％、ＢａＯ：０〜３０質量％、ＳｎＯ2：０〜４質量％、Ｐ2Ｏ5：０〜３質量％、ＺｒＯ2：０〜１質量％、Ｌｉ2Ｏ：０〜５質量％の範囲の組成とされている。
【００１９】
セラミック材料層２１〜２３に含まれるガラス組成を上記のような組成としたのは、これらの絶縁層の収縮開始温度差を設けかつ焼成温度範囲を異なるものとしつつも最終的な焼成収縮率を同じ値とするためである。
【００２０】
セラミック材料層に含まれるガラス組成の中で、ＭｇＯとＢ2Ｏ3の量を増すことにより、結晶化ガラスの軟化点が低下し、焼成開始温度の低温下を図ることができ、一方、ＳｉＯ2の量を増すことにより、結晶化ガラスの軟化点を高め、これにより焼成開始温度の高温化を図ることができる。
【００２１】
上記の結晶化ガラスとセラミックフィラーによる組み合わせによれば、セラミック材料層２１〜２３同士の拘束力が高まり、平面方向の焼成収縮率を５％以下とすることができ、また、絶縁層間の接着性が強くなり、反り、剥がれ、デラミネーションを防止でき、基板の寸法精度を高めることができる。
【００２２】
セラミック材料層には、上記ガラス以外に、セラミックフィラーを含有してもよい、用いられるセラミックフィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＣａＴｉＯ3、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＢａＴｉ4Ｏ9、ＺｒＴｉＯ4、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7、Ｎｄ2Ｔｉ2Ｏ7から選ばれる１種以上が挙げられる。特に、セラミックフィラーとしては、高強度化と理由からＡｌ2Ｏ3が好適に用いられ、上記以外のセラミック粉末を混合して焼成を行うと、ガラスと反応してガラスの熱特性が変化し、その結果焼成収縮挙動が変わり、焼成時の平面方向（ｘ−ｙ方向）の拘束力が弱くなるからである。
【００２３】
セラミック材料層２１〜２３に含まれるセラミックフィラー量は、１０〜７０質量％、結晶化ガラス量を３０〜９０質量％としたのは、この範囲外では、絶縁層の焼結性が劣化するためである。とりわけ焼結性をさらに向上させるという観点から結晶化ガラス成分は６０質量％以上、一方、セラミックフィラーは４０質量％以下が望ましい。
【００２４】
これらの結晶化ガラス粉末とセラミックフィラーとを混合して焼成収縮挙動の異なる３種のセラミック材料を調製し、これら３種のセラミック材料と有機バインダーと有機溶剤および必要に応じて可塑剤とを混合しセラミックスラリーを調製する。
【００２５】
このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断しセラミック材料層２１の成形体およびセラミック材料層２２の成形体となるセラミックグリーンシートを作製する。セラミック材料層２３のスラリーは、スクリーン印刷法で形成可能なスラリーに調合する。セラミックグリーンシートにパンチングなどによって貫通孔を形成し、その貫通孔内に導体ペーストを充填したり、表面導体層や内部導体層を導体ペーストを用いてスクリーン印刷法などによって被着形成する。セラミック材料層２１の成形体およびセラミック材料層２２の成形体の内部導体層の配線間にセラミック材料層２３の所定のパターンをスクリーン印刷法などによって被着形成する。このようにして得られた各セラミックグリーンシートを所定の積層順序に応じて積層して積層成形体を形成した後に焼成する。
【００２６】
焼成によって、セラミック材料層２２は、焼結がほぼ完了したセラミック材料層２１によって平面方向（ｘ−ｙ方向）への焼成収縮が抑制され、縦方向（Ｚ方向）に焼成収縮する。セラミック材料層２３は、セラミック材料層２２中のボイド発生部に非結晶ガラス成分を供給し、内部導体層の周囲のボイド率を低減させる。
【００２７】
セラミック材料層２１およびセラミック材料層２２ともに平面方向（ｘ−ｙ方向）への焼成収縮が抑制され、縦方向（Ｚ方向）に焼成収縮した寸法精度の高く、かつ内部導体層周囲のボイド率を低減した基板を作製することができる。
【００２８】
焼成収縮率の低減の観点から全体の体積収縮率は９５％以上が望ましい。セラミック材料層２１〜２３の収縮開始温度差は１０℃以上、特に２０℃以上であることが望ましい。
【００２９】
互いのセラミックスが共に焼成収縮する温度領域が減少するほど収縮の拘束の効果が大きくなるためである。
【００３０】
収縮開始温度とは、各セラミック材料層が０．１％焼成収縮した時点の温度とし、焼成収縮終了温度とは、焼成収縮が最終焼成体積収縮率の９９％進行した時点の温度を意味する。焼成収縮挙動もしくは焼成収縮開始温度、焼成収縮終了温度の異なる材料から形成される絶縁層が複数積層されており、それらの誘電率は等しくても良いが、目的によっては異なっていても良く、焼成挙動が異なる３種のセラミックスは、例えば、焼成収縮挙動の相違のみならず、目的に応じて比誘電率が異なる、強度が異なる、誘電損失が異なるなどの他の特性が異なっていても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１１  第１セラミック層
１２  第２セラミック層
１３  第３セラミック層
１４  導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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