(57)【要約】【課題】未焼結多層セラミック基板及び多層セラミック基板の製造方法を提供する。【解決手段】多層セラミック基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートのうち少なくとも一つのセラミックグリーンシートに少なくとも一つのビアホール及び電極パターンを形成する段階と、上記ビアホールが形成されたセラミックグリーンシートの一方面に高分子樹脂層を接合する段階と、上記高分子樹脂層のうち上記ビアホールにより露出された領域にエアロゾル蒸着法を用いて上記ビアホールの高さより低い高さにビア電極を形成する段階と、上記セラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する段階と、上記セラミック積層体の一方面または両面に収縮抑制用グリーンシートを接合して未焼結多層セラミック基板を形成する段階と、上記未焼結多層セラミック基板を焼結する段階と、を含むことにより、焼成後ビア電極の収縮が殆ど無いためビア電極の主面方向の収縮によるビアホール内の気孔の発生とビア電極突出の不良を防ぐことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのビアホールが形成されたセラミックグリーンシートと、前記セラミックグリーンシートの一方面に形成された高分子樹脂層と、前記高分子樹脂層により支持され前記ビアホール内部に導電性金属粉末で形成されたビア電極とを有するセラミック積層体、及び
前記セラミック積層体の一方面または両面に配置された収縮抑制用グリーンシートを含み、
前記ビア電極の高さは前記ビアホールの高さより低い、未焼結多層セラミック基板。
【請求項２】
前記ビア電極の高さは、前記セラミック積層体の収縮程度を考慮して前記ビアホールの高さに対し５０％〜６０％である、請求項１に記載の未焼結多層セラミック基板。
【請求項３】
前記導電性金属粉末は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ及びＡｇＰｄのいずれか一つである、請求項１または２に記載の未焼結多層セラミック基板。
【請求項４】
前記高分子樹脂層は、前記セラミック積層体が焼結される温度以下で分解され除去される熱分解性高分子から構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の未焼結多層セラミック基板。
【請求項５】
前記熱分解性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルクロライドを含むビニル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースを含むセルロース系樹脂、及びポリアクリルエステル、ポリメチルメタクリレートを含むアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された少なくとも１種である、請求項４に記載の未焼結多層セラミック基板。
【請求項６】
前記収縮抑制用グリーンシートは、前記セラミック積層体が焼結される温度より高い焼結温度を有する難焼結性粉末から構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の未焼結多層セラミック基板。
【請求項７】
前記難焼結性粉末は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、亜鉛化（ＺｎＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか一つである、請求項６に記載の未焼結多層セラミック基板。
【請求項８】
複数のセラミックグリーンシートのうち少なくとも一つのセラミックグリーンシートに少なくとも一つのビアホール及び電極パターンを形成する段階と、
前記ビアホールが形成されたセラミックグリーンシートの一方面に高分子樹脂層を接合する段階と、
前記高分子樹脂層のうち前記ビアホールにより露出された領域にエアロゾル蒸着法を用いて前記ビアホールの高さより低い高さにビア電極を形成する段階と、
前記セラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する段階と、
前記セラミック積層体の一方面または両面に収縮抑制用グリーンシートを接合して未焼結多層セラミック基板を形成する段階と、
前記未焼結多層セラミック基板を焼結する段階と、を含む多層セラミック基板の製造方法。
【請求項９】
前記ビア電極を形成する段階は、前記エアロゾル蒸着法による導電性金属粉末の高速噴射を通して前記導電性金属粉末のみからなる緻密なビア電極を形成する段階である、請求項８に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１０】
前記ビア電極を形成する段階は、前記導電性金属粉末を噴射する前に、前記高分子樹脂層のうち前記ビアホールにより露出された領域のみ開放されるよう前記セラミックグリーンシート上にパターンマスクを配置させる段階をさらに含む、請求項９に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１１】
前記導電性金属粉末は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ及びＡｇＰｄのいずれか一つである、請求項９または１０に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１２】
前記ビア電極の高さは、前記セラミックグリーンシートの収縮率により決められる、請求項８から１１のいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１３】
前記ビア電極の高さは、前記セラミックグリーンシートの収縮率を考慮して焼結されたセラミックグリーンシートに該当する高さである、請求項１２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１４】
前記高分子樹脂層は、前記セラミックグリーンシートが焼結される温度以下で分解され除去される熱分解性高分子から構成される、請求項８から１３のいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１５】
前記熱分解性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルクロライドを含むビニル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースを含むセルロース系樹脂、及びポリアクリルエステル、ポリメチルメタクリレートを含むアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された少なくとも１種である、請求項１４に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１６】
焼結された多層セラミック基板から前記収縮抑制用グリーンシートを除去する段階をさらに含む、請求項８から１５のいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１７】
前記焼結された多層セラミック基板から前記収縮抑制用グリーンシートを除去する段階は、ラッピング、サンドブラスト、水洗い及び高圧噴霧のいずれか一つにより行われる、請求項１６に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１８】
前記収縮抑制用グリーンシートは、前記セラミック積層体が焼結される温度より高い焼結温度を有する難焼結性粉末から構成される、請求項８から１７のいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１９】
前記難焼結性粉末は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、亜鉛化（ＺｎＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか一つである、請求項１８に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未焼結多層セラミック基板、及び多層セラミック基板の製造方法に関し、より詳しくは、無収縮工程により多層セラミック基板を製造する際に、層間回路を連結するビア電極の突出を防ぎビアホール周辺の気孔の形成を抑制することができる未焼結多層セラミック基板及び多層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガラス−セラミックを用いた多層セラミック基板は、３次元構造の層間回路の具現が可能であるため、高い設計柔軟性を有している。最近、小型化、高機能化される高周波部品市場において多層セラミック基板の活用度は次第に高くなっている。このような要求により多層セラミック基板の構造が複合化、精密化するにつれ内部パターン及びビア構造の設計マージンが徐々に減少し、これによって、多層セラミック基板の横方向の収縮を抑制する無収縮焼成工程が求められている。
【０００３】
このため、未焼結セラミック積層体の一方面または両面にセラミック基板材料の焼成温度では焼成されない難焼結性素材の可溶性グリーンシートを接合してｘ−ｙ方向の収縮を抑制する方法が主に使用されている。
【０００４】
しかし、このような無収縮工程方法において、複数枚のセラミックグリーンシートを積層して製造される多層セラミック基板では、各層間回路の電気的な連結のため複数のビアホールを形成し、その内部を導電性電極物質で充填している。
【０００５】
この際、ビア電極は導電性金属粉末、有機バインダー及び溶媒で構成されるため焼成過程でその体積が収縮するようになる。導電性金属粉末はセラミックに比べて体積の収縮が大きいため焼成前の状態でビアホールに導電性電極物質が体積上１００％埋められたとしても、焼成収縮率の差によりビアホールとビア電極が分離されビアホールの内部に巨大な気孔が発生するようになることがある。
【０００６】
特に、無収縮焼成では未焼結セラミック積層体に対する収縮抑制用グリーンシートの収縮抑制効果が低いため主面方向に収縮するようになり、それだけ厚さ方向の収縮は小さくなる。その結果、焼成後ビア電極の高さがビアホールより高くなり外部に突出するとともにビアホールの周辺に気孔が発生するようになることがある。
【０００７】
このように焼成後発生するビアホール周辺の気孔を防ぐためグリーン状態のビアホールの体積を越える過度な量の導電性電極物質でビアホールを満たすと、積層過程または加圧過程中にビアホールに充填されなかった導電性電極物質がビアホールの入口の周辺に広がるようになり、これによって基板の層間ショートが発生したり、層の剥離現象などの不良を引き起こして製品の歩留まりが劣るようになることがある。
【０００８】
図１は、従来の方式による無収縮多層セラミック基板製造の際に、無収縮焼成後発生するビア電極の欠陥の類型を表した断面図である。ここで、未焼結多層セラミック基板は、セラミックグリーンシートにパンチングなどを用いてビアホールを形成し、スクリーン印刷などの方法で導電性電極ペーストを満たした後、このようなセラミックグリーンシートを複数積層した後熱圧着して製作することができる。この際、未焼結多層セラミック基板の両面に難焼結性粉末から構成される収縮抑制用グリーンシートを接合して無収縮焼成することにより多層セラミック基板が製作される。
【０００９】
ここで、無収縮焼成の際、セラミックグリーンシートにビアホールが形成された部分は、セラミックグリーンシートの連続性が切れ収縮抑制用グリーンシートと接する物質が、低温同時焼成セラミック材料ではなく導電性電極ペーストで埋められたビア電極であるため、収縮抑制用グリーンシートによる拘束力はセラミックグリーンシートと接した側よりビア電極が埋められたビアホール及びその周辺でより弱くなる。その結果、焼成後には主面方向の収縮挙動の差によってビアホールの周辺に欠陥が発生するようになることがある。
【００１０】
従って、図１の（ａ）に図示した通り、ビアホールに埋められた導電性電極ペーストは、バインダーと各種の溶剤の体積が５０％以上を占めているため、焼成過程でバインダー及び各種の溶剤が除去され、ビア電極は焼成後にセラミックグリーンシートより多く収縮して焼成後ビアホールの一部が気孔Ａとして残るようになることがある。さらに、ビアホール内のビア電極が収縮抑制用グリーンシートによる拘束力を強く受けず主面方向に収縮するためビアホール内に巨大な気孔Ａが発生するようになることがある。同時に、ビア電極が周辺方向に収縮しただけ厚さ方向への収縮が小さくなるため、焼成後に相対的に多層セラミック基板より厚さが厚くなり基板上にビア電極が突出Ｂするという不良が発生することがある。
【００１１】
そして、他の類型としては、図１の（ｂ）に図示した通り、ビアホール内にビア電極の収縮を抑制する難焼結性粉末を添加してビア電極の体積の収縮自体を抑制することによりビア電極の収縮による気孔の発生を防ぐことができるが、難焼結性粉末によりビア電極の収縮が抑制されるため導電性電極ペーストに添加された有機バインダー及び溶媒によりビア電極自体が緻密ではないという短所Ｃがある。
【００１２】
そして、さらに他の類型としては、図１の（ｃ）に図示した通り、ビアホール内部に気孔が発生することを改善すべく、導電性電極ペースト内の金属粉末の含量を高めたが、金属粉末の含量を過度に高める場合には有機バインダーの含量が低くなり過ぎて印刷性が低下するという限界がある。従って、ビアホールに導電性電極ペーストの充填が足りない状態Ｄで焼結されるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許公報ＵＳ６３３５０７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の従来技術の問題を解決すべく、本発明の目的は、無収縮焼成を通した多層セラミック基板の製造の際に、高密度の膜を形成することができるエアロゾル蒸着法を用いてビアホール内部に緻密なビア電極を形成することにより、無収縮焼成後ビア電極の収縮によるビアホール内部の気孔の形成を防ぎ、ビア電極の突出を抑制することができる構造の未焼結多層セラミック基板及び多層セラミック基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の技術的問題を解決すべく、本発明の一側面による未焼結多層セラミック基板は、少なくとも一つのビアホールが形成されたセラミックグリーンシートと、上記セラミックグリーンシートの一方面に形成された高分子樹脂層と、上記高分子樹脂層により支持され上記ビアホール内部に導電性金属粉末で形成されたビア電極とを有するセラミック積層体、及び上記セラミック積層体の一方面または両面に配置された収縮抑制用グリーンシートを含み、上記ビア電極の高さは上記ビアホールの高さより低い。
【００１６】
この際、上記ビア電極の高さは上記セラミック積層体の収縮程度を考慮して上記ビアホールの高さに対し５０％〜６０％であり、上記導電性金属粉末はＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ及びＡｇＰｄのいずれか一つであることが好ましい。
【００１７】
また、上記高分子樹脂層は上記セラミック積層体が焼結される温度以下で分解され除去される熱分解性高分子からなり、上記熱分解性高分子はポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ）、ポリビニルブチラール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ）、ポリビニルクロライド（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）を含むビニル系樹脂、メチルセルロース（Ｍｅｔｈｙｌ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、エチルセルロース（ｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ヒドロキシエチルセルロース（Ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）を含むセルロース系樹脂及びポリアクリルエステル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ  ｅｓｔｅｒｓ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）を含むアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された少なくとも１種の樹脂であることが好ましい。
【００１８】
また、上記収縮抑制用グリーンシートは、上記セラミック積層体が焼結される温度より高い焼結温度を有する難焼結性粉末で構成され、上記難焼結性粉末はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、亜鉛化（ＺｎＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか一つであることが好ましい。
【００１９】
一方、本発明の他の側面による多層セラミック基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートのうち少なくとも一つのセラミックグリーンシートに少なくとも一つのビアホール及び電極パターンを形成する段階と、上記ビアホールが形成されたセラミックグリーンシートの一方面に高分子樹脂層を接合する段階と、上記高分子樹脂層のうち上記ビアホールにより露出された領域にエアロゾル蒸着法を用いて上記ビアホールの高さより低い高さにビア電極を形成する段階と、上記セラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する段階と、上記セラミック積層体の一方面または両面に収縮抑制用グリーンシートを接合して未焼結多層セラミック基板を形成する段階と、上記未焼結多層セラミック基板を焼結する段階と、を含む。
【００２０】
この際、上記ビア電極を形成する段階は、上記エアロゾル蒸着法による導電性金属粉末の高速噴射を通して上記導電性金属粉末のみからなる緻密なビア電極を形成する段階で、上記導電性金属粉末はＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ及びＡｇＰｄのいずれか一つであることが好ましい。
【００２１】
また、上記ビア電極を形成する段階は、上記導電性金属粉末を噴射する前に、上記高分子樹脂層のうち上記ビアホールにより露出された領域のみ開放されるよう上記セラミックグリーンシート上にパターンマスクを配置させる段階をさらに含むことができる。
【００２２】
また、上記ビア電極の高さは上記セラミックグリーンシートの収縮率により決められ、上記ビア電極の高さは上記セラミックグリーンシートの収縮率を考慮して焼結されたセラミックグリーンシートに該当する高さであることが好ましい。
【００２３】
また、上記高分子樹脂層は上記セラミックグリーンシートが焼結される温度以下で分解され除去される熱分解性高分子から構成され、上記熱分解性高分子はポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルクロライドを含むビニル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースを含むセルロース系樹脂、及びポリアクリルエステル、ポリメチルメタクリレートを含むアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された少なくとも１種の樹脂であることが好ましい。
【００２４】
また、焼結された多層セラミック基板から上記収縮抑制用グリーンシートの結果物を除去する段階をさらに含み、上記焼結された多層セラミック基板から上記収縮抑制用グリーンシートの結果物を除去する段階は、ラッピング、サンドブラスト、水洗い及び高圧噴霧のいずれか一つにより行われることが好ましい。
【００２５】
また、上記収縮抑制用グリーンシートは上記セラミック積層体が焼結される温度より高い焼結温度を有する難焼結性粉末からなり、上記難焼結性粉末はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、亜鉛化（ＺｎＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか一つであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、無収縮焼成時、セラミックグリーンシートに形成されたビアホール内部にエアロゾル蒸着法を利用して導電性金属粉末を緻密に充填させてビア電極を形成することにより、焼成後ビア電極の収縮が殆ど無いためビア電極の主面方向の収縮によるビアホール内の気孔の発生とビア電極突出の不良を防ぐことができ、ビア充填で引き起こされる層間ショート或いはオープン不良を防ぐ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、従来の方式による多層セラミック基板製造の際に、無収縮焼成後発生するビア電極の欠陥の類型を表した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造工程中ビアホールが形成された未焼結多層セラミック基板を表した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は当業界において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するため提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のため誇張されることがある。
【００２９】
本発明に利用されるエアロゾル蒸着法は、微細な固相粉末を基板に噴射して固相粉末と基板との衝突エネルギーにより基板上に緻密な高密度の薄膜を形成する方法である。
【００３０】
具体的なエアロゾル蒸着法を説明すると、運送ガスが固相粉末が入ったエアロゾルチャンバーに流入されエアロゾルチャンバー内に浮遊する微細な固相粉末を運送ガスに載せて真空状態の蒸着室内にある基板にノズルを通して噴射する。噴射された微細な固相粉末と基板との衝突エネルギーにより基板上に高密度の膜が形成される。
【００３１】
この際、エアロゾル蒸着法によると、膜の形成速度が既存の薄膜プロセスより著しく速い分当たり数μｍに達するため、サブミクロンの厚さから数十ミクロンの厚さまで膜形成の厚さを容易に調節することができる。
【００３２】
特に、噴射された粒子の速度が秒当たり数百メートルに至る高速であって、微細な固相粉末がそれに該当する運動エネルギーを有して基板と衝突するようになるため、基板と膜の接点で非常に強い結合を形成することができ、基板の形態と成膜の位置に拘らず所望の位置に均一に膜を形成することができる。
【００３３】
従って、本発明は、このようなエアロゾル蒸着法を用いてバインダーや溶媒を使用せず導電性金属粉末のみでビアホール内部を充填してビア電極を形成することにより、充填時の強い衝突エネルギーにより焼成前に既に気孔が殆ど無い緻密な状態のビア電極が形成され、焼成時に体積の収縮が殆ど無い、自体的に無収縮焼成に近い挙動を通して焼成後にもビアホールに完全に充填されたビア電極を形成することができるようにする。この際、本発明は多層セラミック基板の収縮率を計算してビア電極の充填高さを決めるため、焼成後に基板の高さとビア電極の高さが同一になりビア電極の突出による欠陥が発生しないようにすることができる。
【００３４】
本発明の一実施形態による未焼結多層セラミック基板は、少なくとも一つのビアホールが形成されたセラミックグリーンシートと、上記セラミックグリーンシートの一方面に形成された高分子樹脂層と、上記高分子樹脂層により支持され上記ビアホール内部に導電性金属粉末で形成されたビア電極とを有するセラミック積層体、及び上記セラミック積層体の一方面または両面に配置された収縮抑制用グリーンシートを含み、上記ビア電極の高さは上記ビアホールの高さより低い。
【００３５】
図２は、本発明の一実施形態による無収縮多層セラミック基板の製造工程中ビアホールが形成された未焼結多層セラミック基板を表した断面図である。
【００３６】
図２に図示した通り、本発明の未焼結多層セラミック基板は、ビアホール２０３及び電極パターン（未図示）が形成されたセラミックグリーンシート２０１が複数枚積層されて形成されたセラミック積層体２１０と、セラミック積層体２１０の無収縮焼成のための収縮抑制用グリーンシート２３０で構成される。そして、未焼結多層セラミック基板は、ビアホール２０３の内部を充填している導電性金属粉末２０７を支持する高分子樹脂層２０５をセラミックグリーンシート２０１の間に備える。
【００３７】
ここで、ビアホール２０３はエアロゾル蒸着法によりバインダーや溶媒を使用せず導電性金属粉末２０７のみで満たされる。そして、無収縮焼成時、基板は主面方向に殆ど収縮せず、厚さ方向にのみ収縮するため、焼成後基板の厚さは焼成前に対し約４０乃至５０％程度減るようになる。従って、導電性金属粉末２０７は基板とともに収縮するビアホールの高さを考慮して焼成前ビアホールの全体高さに対し約５０％乃至６０％ほどビアホールの内部に満たされることが好ましい。
【００３８】
一方、本発明の他の実施形態による無収縮多層セラミック基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートのうち少なくとも一つのセラミックグリーンシートに少なくとも一つのビアホール及び電極パターンを形成する段階と、上記ビアホールが形成されたセラミックグリーンシートの一方面に高分子樹脂層を接合する段階と、上記高分子樹脂層のうち上記ビアホールにより露出された領域にエアロゾル蒸着法を用いて上記ビアホールの高さより低い高さにビア電極を形成する段階と、上記セラミックグリーンシートを積層してセラミック積層体を形成する段階と、上記セラミック積層体の一方面または両面に収縮抑制用グリーンシートを接合して未焼結多層セラミック基板を形成する段階と、上記未焼結多層セラミック基板を焼結する段階と、を含む。
【００３９】
図３乃至図６は、本発明の一実施形態による無収縮多層セラミック基板の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【００４０】
図３に図示した通り、複数枚のセラミックグリーンシート２０１にビアホール２０３及び電極パターン（未図示）を形成する。ここで、セラミックグリーンシート２０１は下記のような製造過程を経て製造される。先ず、ガラス−セラミック粉末に所定の樹脂、分散剤及び混合溶媒を添加する。分散剤を所定量添加することによりガラス−セラミック粉末を分散させることができる。そして、樹脂としてはアクリル系樹脂を使用することができ、混合溶媒としてはトルエンとエタノールを使用することができる。
【００４１】
このような混合液はボールミルを用いた分散、スラリー化、ろ過及び脱泡工程などを経て、ドクターブレード法を用いて所望の厚さのセラミックグリーンシートに成形される。セラミックグリーンシートを一定の大きさに裁断し、所望のビアホール及び電極パターンと同じ印刷回路パターンを形成する。
【００４２】
その後、ビアホール２０３が形成されたセラミックグリーンシート２０１に高分子樹脂層２０５を接合する。この高分子樹脂層２０５はビアホール２０３内に導電性金属粉末２０７を噴射して充填させるよう導電性金属粉末２０７を支持する層である。
【００４３】
このような高分子樹脂層２０５は、熱分解性高分子を溶媒に溶かした溶液をキャリアフィルムの上にコーティングして形成する。熱分解性高分子としてはポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルクロライドなどのビニル系樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース系樹脂、及びポリアクリルエステル、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂で構成されたグループから選択された少なくとも１種の樹脂であることができる。他に水溶性結合剤樹脂またはその他のセラミックグリーンシートからなる部品のプロセッシングに使用可能な全ての相溶性結合剤樹脂が使用可能である。
【００４４】
次に、高分子樹脂層２０５が接合されたセラミックグリーンシート２０１のビアホール２０３の内部にエアロゾル蒸着法を用いて導電性金属粉末２０７を充填する。これにより高分子樹脂層２０５により支持されたビア電極が形成される。この際、ビアホール２０３の内部に充填された導電性金属粉末２０７は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ及びＡｇＰｄなどを含むグループの一つであることができ、これに限定されるのではなく、通常のセラミックパッケージに適用できる金属であればいずれも可能である。
【００４５】
ここで、ビアホール２０３の内部に充填される導電性金属粉末２０７の高さは、設計及び蒸着の条件によって自由に制御されることができ、無収縮焼成時にセラミック基板の厚さが４０乃至５０％程度減少することを考慮して、ビアホール２０３の全体高さに対し約５０％〜６０％が好ましい。そして、無収縮焼成基板の収縮率は事前の実験を通して正確に測定することができ、これによって導電性金属粉末のビアホールの充填高さは精密に制御することができる。
【００４６】
一方、ビアホールの内部に導電性金属粉末を充填するときビアホール以外の部分に導電性金属粉末が噴射されることを防ぐようセラミックグリーンシート２０１上にパターンマスク（未図示）を使用することもできる。
【００４７】
従って、図４に図示した通り、導電性金属粉末２０７が充填されたビアホール２０３と電極パターン（未図示）が形成されたセラミックグリーンシート２０１を複数枚積層した後加熱圧着してセラミック積層体２１０を形成する。
【００４８】
その後、図５に図示した通り、セラミック積層体２０１の一方面または両面に主面方向への収縮を抑制するための収縮抑制用グリーンシート２３０を接合する。収縮抑制用グリーンシート２３０は通常のＬＴＣＣの焼成温度である９００℃以下で焼結されない難焼結性粉末からから構成される可溶性セラミックグリーンシートであり、上記収縮抑制用グリーンシートは上記セラミック積層体が焼結される温度より高い焼結温度を有する難焼結性粉末からなり、難焼結性粉末はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、亜鉛化（ＺｎＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）のいずれか一つであることができる。
【００４９】
このように、収縮抑制用グリーンシート２３０が形成された未焼結多層セラミック基板を例えば８７０℃の焼成温度で１時間焼結する。この際、収縮抑制用グリーンシート２３０によりセラミック積層体２１０の上部と下部が全体的に拘束され、セラミック積層体２１０内のビアホール２０３は緻密に形成された導電性金属粉末２０７により収縮が殆ど無いビア電極を形成する。
【００５０】
そして、焼成過程でセラミック積層体２１０内の高分子樹脂層２０５は、可焼温度である４００乃至５００℃で全て分解され気化し、セラミックグリーンシート２０１のみ残って緻密化される。
【００５１】
また、セラミック積層体２１０が厚さ方向に収縮する反面、ビアホール２０３の内部に充填された導電性金属粉末２０７はエアロゾル蒸着法により焼成前に既に緻密に充填された状態で形成されているため、焼成時に体積の収縮が殆ど無い。従って、セラミック積層体２１０がビアホール２０３に充填された導電性金属粉末２０７の高さまで収縮するようになる。
【００５２】
従って、図６に図示した通り、焼成後セラミック焼結体２７０とビアホール２５０の界面において、ビア電極の収縮が殆ど無いためビアホール２５０の内部に気孔が発生しないだけでなくビア電極が突出されない多層セラミック基板２００が完成する。
【実施例】
【００５３】
下記のように、本発明の条件に該当するエアロゾル蒸着法を利用して導電性金属粉末を噴射してビアホール内部を充填し、収縮抑制用グリーンシートをセラミック積層体の両面に接合した後、焼成工程を実施して無収縮多層セラミック基板を製造した。
【００５４】
［セラミック積層体の製造］
先ず、多層セラミック基板を構成する低誘電率セラミックグリーンシートの製造のため、ガラス−セラミック粉末１００％に対してアクリル系バインダーを１５ｗｔ％、分散剤を０．５ｗｔ％添加し、トルエンとエタノールの混合溶媒を添加した後ボールミルを用いて分散させた。
【００５５】
このようにして得たスラリーをフィルタで濾した後脱泡し、ドクターブレード法を用いて１００μｍ厚さのセラミックグリーンシートを成形した。その後、セラミックグリーンシートを一定の大きさに裁断した後、パンチングして直径１２０μｍのビアホールを形成した。
【００５６】
形成されたビアホール内に導電性金属粉末を充填させるため高分子樹脂層をセラミックグリーンシートの一方面に接合した。その後、エアロゾル蒸着法を用いてビアホール内に導電性金属粉末を、セラミックグリーンシートの収縮率を考慮してビアホールの一定の高さまでのみ充填させた。その後、ビアホール及び電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数積層した後加熱圧着して一体化されたセラミック積層体を製造した。
【００５７】
［セラミック積層体と収縮抑制用グリーンシートの接合］
セラミック積層体の両面に、セラミック積層体と同一な面積に裁断した２００μｍ厚さの収縮抑制用グリーンシートを接合した。その後、熱圧着して一体化された未焼結多層セラミック基板を製造した。この収縮抑制用グリーンシートはセラミック積層体両面に接合され焼成過程でセラミック積層体が主面方向に収縮することを抑制する。
【００５８】
［焼結］
セラミック積層体の両面に収縮抑制用グリーンシートが接合された未焼結多層セラミック基板を８７０℃の焼成温度で１時間焼結した。このようにして得られた焼結体から収縮抑制用グリーンシートを除去した。すなわち、未焼結多層セラミック基板の焼結後、焼結体両面の収縮抑制用グリーンシートは焼結されない状態で残っている。従って、これを水洗いや超音波洗浄、サンドブラスト及び高圧噴霧などにより焼結体の表面から除去した。
【００５９】
結果として、本発明で意図した通り、収縮抑制用グリーンシートによってセラミック積層体の上部と下部が全体的に拘束され、またエアロゾル蒸着法によりバインダーや溶媒無く導電性金属粉末のみで充填されたビア電極は、焼成前に既に気孔が殆ど無い緻密化された常態であるため焼成過程で殆ど収縮せず、ビアホールの内部に完全に充填されたビア電極を形成するようになり、また、ビア電極はセラミックグリーンシートの収縮率を考慮して一定の高さまでのみ充填されることにより焼成後ビアホール内部に気孔が発生せずビア電極が突出されない多層セラミック基板が完成した。
【００６０】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これもまた本発明の範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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