(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、少なくとも２種類の基体用セラミック層と、
異なる種類の前記基体用セラミック層の間に配置され、前記低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を含む、１μｍ以上かつ３０μｍ未満の範囲内の厚みの収縮抑制用グリーンシートから得られたものであり、前記無機材料を未焼結状態で含み、かつ前記基体用セラミック層のそれぞれに含まれる各前記低温焼結セラミック材料の焼成により前記無機材料間に浸透するガラスが前記無機材料を固着させている、収縮抑制層と、
前記基体用セラミック層および／または前記収縮抑制層に関連して設けられる、配線導体と
を備える、多層セラミック基板であって、
外表面に向く開口を有するキャビティを形成しており、前記キャビティの内部に前記収縮抑制層が露出している、
多層セラミック基板。
【請求項２】
前記配線導体は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ−ＰｄおよびＡｇ−Ｐｔから選ばれた少なくとも１つの金属を主成分とする導電材料によって構成される、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項３】
前記配線導体は、特定の前記基体用セラミック層の主面に沿って設けられる平面導体および特定の前記基体用セラミック層および／または前記収縮抑制支持体を貫通するように設けられるビアホール導体を含む、請求項１または２に記載の多層セラミック基板。
【請求項４】
互いに異なる低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、少なくとも２種類の基体用グリーンシートと、異なる種類の前記基体用グリーンシートの間に配置され、前記低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を含む、１μｍ以上かつ３０μｍ未満の範囲内の厚みの収縮抑制用グリーンシートと、前記基体用グリーンシートおよび／または前記収縮抑制用グリーンシートに関連して設けられる、配線導体とを備える、生の複合積層体であって、外表面に向く開口を有するキャビティを形成しており、前記キャビティの内部に前記収縮抑制用グリーンシートが露出しているものを用意する工程と、
前記生の複合積層体を焼成する工程と
を備え、
前記焼成工程において、前記収縮抑制用グリーンシートによって各前記基体用グリーンシートの主面方向での収縮を抑制しながら、各前記基体用グリーンシートに含まれる各前記低温焼結セラミック材料を焼結させるとともに、前記収縮抑制用グリーンシートに含まれる前記無機材料を未焼結状態で残しながら、各前記低温焼結セラミック材料の焼成により前記無機材料間に浸透するガラスが前記無機材料を固着させる、
多層セラミック基板の製造方法。
【請求項５】
前記生の複合積層体を用意する工程は、前記基体用グリーンシートと前記収縮抑制用グリーンシートとをそれぞれ用意する工程と、前記基体用グリーンシートと前記収縮抑制用グリーンシートとを重ね合わせる工程とを備える、請求項４に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項６】
前記生の複合積層体を用意する工程は、前記基体用グリーンシートを用意する工程と、前記無機材料を含むスラリーを用意する工程と、前記基体用グリーンシート上に前記スラリーを塗布して前記収縮抑制用グリーンシートを形成する工程とを備える、請求項４に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項７】
前記低温焼結セラミック材料は、１０００℃以下の温度で焼結可能である、請求項４ないし６のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項８】
前記無機材料の焼結温度または前記無機材料および前記添加物の焼結温度は、前記低温焼結セラミック材料の焼結温度より１００℃以上高い、請求項４ないし７のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項９】
請求項４ないし８のいずれかに記載の製造方法によって得られた、多層セラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼成工程において主面方向の収縮を実質的に生じさせないようにすることができる、いわゆる無収縮プロセスを適用して製造される、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、互いに異なる特性を有する少なくとも２種類のセラミック層を備える、多層セラミック基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層セラミック基板において、これを多機能化するため、たとえばコンデンサ素子やインダクタ素子のような受動部品を内蔵した構造を有するものがある。このように多機能化された多層セラミック基板の典型的な構造の一例として、多層セラミック基板において積層構造を与える絶縁体セラミック材料を含む複数の絶縁体セラミック層の内の少なくとも１つを、誘電体セラミック材料または磁性体セラミック材料を含む誘電体セラミック層または磁性体セラミック層で置き換え、これら誘電体セラミック層または磁性体セラミック層に関連してコンデンサ素子またはインダクタ素子を構成するようにしたものがある。
【０００３】
上述のような多層セラミック基板を製造しようとする場合、絶縁体セラミック材料を含む絶縁体グリーンシートに加えて、絶縁体セラミック材料とは異なる誘電体または磁性体セラミック材料を含む誘電体または磁性体グリーンシートを用意し、これら互いに異なるセラミック材料をそれぞれ含む異なる種類のグリーンシートを積層し、得られた積層構造物を共焼成することが行なわれる。
【０００４】
上述した焼成工程において、通常は、各グリーンシートに含まれるセラミック材料が異なると、焼結収縮の挙動が異なるため、互いに異なる種類のグリーンシートを共焼成することを可能にするには、この焼結収縮の挙動をできるだけ互いに一致させることが必要である。
【０００５】
そのため、少なくとも一方の種類のグリーンシートに含まれるセラミック材料をあえて変更したり、少なくとも一方の種類のグリーンシートにガラスを添加したり、一方のグリーンシートに含まれるセラミック材料の一部を他方のグリーンシートに添加したりするなどの対策が講じられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなセラミック材料の変更やガラスの添加あるいは異なる側のグリーンシートに含まれるセラミック材料の一部の添加は、本来得られるべき各種の特性、たとえば、絶縁抵抗、誘電率、誘電損失、温度特性等の特性を不所望にも変化させたり劣化させたりすることがある。
【０００７】
また、上述した添加による場合には、添加されたガラスやセラミック材料等の相互拡散により、セラミック層間の界面部分での特性変化が生じ、このことが特性のばらつきの原因になる。
【０００８】
上述した相互拡散の問題を解決するため、異なる種類のグリーンシートの間に、中間層として、拡散抑制層を配置し、拡散自身を押さえたり、拡散距離を長くしたりすることによって、相互拡散による影響を少なくすることが試みられている。
【０００９】
しかしながら、上述の対策を採用しようとするときには、拡散抑制層となる中間層自身についても、他のグリーンシートと同様に収縮挙動を合わせる必要があり、そのため、この中間層にもガラス等の添加が必要になる。したがって、この対策では、異なる種類のセラミック層の間での特性変化または劣化を傾斜的に緩和する程度の効果しか得られない。
【００１０】
また、隣り合う異なる種類のグリーンシートの間での収縮挙動の差が大きい場合、収縮挙動の差によるストレスを緩和するため、中間層の厚みを極端に厚くするか、何段階かに傾斜する複数層の中間層が必要になる。
【００１１】
しかしながら、上述したように中間層の厚みを厚くしたり複数層の中間層を形成したりすることは、多層セラミック基板の特性劣化や厚みの増加につながり、一体焼成できる多層セラミック基板としては、実際上、問題が多い。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、多層セラミック基板およびその製造方法を提供しようとすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、互いに異なる低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、２つの基体用グリーンシートの間に、これら低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を含む、収縮抑制用グリーンシートを挟んだ状態で焼成すれば、収縮抑制用グリーンシートが主面方向での焼結収縮を生じさせないように基体用グリーンシートを拘束し、厚み方向にのみ収縮させることになり、そのため、２つの基体用グリーンシートの間に、本来、収縮挙動の差があっても、２つの基体用グリーンシートの間で、この収縮挙動の差によるストレスを実質的に発生させないようにすることができる、という技術的手段を利用して、上述したような技術的課題を解決しようとするものである。
【００１４】
上述の技術的手段によれば、収縮抑制用グリーンシートは、中間層となるものであるが、焼成工程において、そこに含まれる無機材料を焼結させる必要がないため、未焼結状態での空隙を多く内在させる層となる。他方、基体用グリーンシートに含まれていた低温焼結セラミック材料は、焼成によって、溶融ガラスを生成し、この溶融したガラスは、上述の無機材料間の空隙に拡散することによって吸収される。そのため、一方の基体用グリーンシートから他方の基体用グリーンシートにまで、このようなガラスが拡散することを抑制でき、そのため、特性変化または劣化を招かないようにすることができる。
【００１５】
また、上述の中間層は、その厚みによってストレスを傾斜的に緩和する必要がなく、上述のように、基体用グリーンシートからもたらされかつ拡散するガラスを吸収するに足りる厚みを有していれば十分であるため、その厚みをそれほど厚くする必要がない。
【００１６】
このような技術的手段を採用することによって、この発明に係る多層セラミック基板およびその製造方法が提供される。
【００１７】
すなわち、この発明に係る多層セラミック基板は、互いに異なる低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、少なくとも２種類の基体用セラミック層と、異なる種類の基体用セラミック層の間に配置され、低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を含む、１μｍ以上かつ３０μｍ未満の範囲内の厚みの収縮抑制用グリーンシートから得られたものであり、上記無機材料を未焼結状態で含み、かつ基体用セラミック層のそれぞれに含まれる各低温焼結セラミック材料の焼成により無機材料間に浸透するガラスが無機材料が固着させている、収縮抑制層と、基体用セラミック層および／または収縮抑制層に関連して設けられる、配線導体とを備えるとともに、外表面に向く開口を有するキャビティを形成しており、キャビティの内部に上記収縮抑制層が露出していることを特徴としている。
【００１８】
この発明に係る多層セラミック基板において、上述の配線導体を構成する導電材料としては、たとえば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ−ＰｄおよびＡｇ−Ｐｔから選ばれた少なくとも１つの金属を主成分とする低抵抗の導電材料を有利に用いることができる。
【００１９】
また、このような配線導体は、多層セラミック基板の内部に形成されたり、外表面上に形成されたりするが、多層セラミック基板において要求される電気的接続の設計に応じて、たとえば、特定の基体用セラミック層の主面に沿って設けられる平面導体や特定の基体用セラミック層および／または収縮抑制層を貫通するように設けられるビアホール導体などを含んでいる。
【００２１】
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、互いに異なる低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、少なくとも２種類の基体用グリーンシートと、異なる種類の基体用グリーンシートの間に配置され、低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を含む、１μｍ以上かつ３０μｍ未満の範囲内の厚みの収縮抑制用グリーンシートと、基体用グリーンシートおよび／または収縮抑制用グリーンシートに関連して設けられる、配線導体とを備える、生の複合積層体であって、外表面に向く開口を有するキャビティを形成しており、キャビティの内部に上記収縮抑制用グリーンシートが露出しているものを用意する工程と、この生の複合積層体を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【００２２】
上述した焼成工程では、収縮抑制用グリーンシートによって各基体用グリーンシートの主面方向での収縮を抑制しながら、各基体用グリーンシートに含まれる各低温焼結セラミック材料を焼結させるとともに、収縮抑制用グリーンシートに含まれる無機材料を未焼結状態で残しながら、各低温焼結セラミック材料の焼成に伴って無機材料間に浸透するガラスによって無機材料を固着させることが行なわれる。
【００２３】
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、生の複合積層体を用意する工程は、基体用グリーンシートと収縮抑制用グリーンシートとをそれぞれ用意する工程と、基体用グリーンシートと収縮抑制用グリーンシートとを重ね合わせる工程とを備えていても、基体用グリーンシート用意する工程と、無機材料を含むスラリーを用意する工程と、基体用グリーンシート上にこのスラリーを塗布して収縮抑制用グリーンシートを形成する工程とを備えていてもよい。後者の変形例として、生の複合積層体を用意するため、収縮抑制用グリーンシートを用意し、低温焼結セラミック材料を含むスラリーを用意し、収縮抑制用グリーンシート上にこのスラリーを塗布して基体用グリーンシートを形成するようにしてもよい。
【００２４】
また、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、基体用グリーンシートに含まれる低温焼結セラミック材料は、１０００℃以下の温度で焼結可能であることが好ましい。
【００２７】
また、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、収縮抑制用グリーンシートに含まれる無機材料の焼結温度または無機材料およびその焼結を助けるための添加物の焼結温度は、低温焼結セラミック材料の焼結温度より１００℃以上高くされることが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の基本的構成を説明するためのもので、多層セラミック基板１の一部を示す断面図である。また、図２は、図１に示した多層セラミック基板１を得るために用意される生の複合積層体１ａの一部を示す断面図である。なお、図１および図２において、説明を簡単にするため、配線導体の図示は省略されている。
【００２９】
図１を参照して、多層セラミック基板１は、互いに異なる第１および第２の低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、２種類、すなわち第１および第２の基体用セラミック層２および３を備えている。
【００３０】
多層セラミック基板１は、また、第１および第２の基体用セラミック層２および３の間に配置される、収縮抑制層４を備えている。収縮抑制層４には、上述の第１および第２の低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料が未焼結状態で含まれている。また、収縮抑制層４においては、第１および第２の基体用セラミック層２および３のそれぞれに含まれる第１および第２の低温焼結セラミック材料の各々の焼成により無機材料間にガラスが浸透し、このガラスによって、この無機材料が固着されている。
【００３１】
このような多層セラミック基板１を得るため、図２に示すような生の複合積層体１ａが用意される。
【００３２】
図２を参照して、生の複合積層体１ａは、前述した第１および第２の低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａと、これら第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａの間に配置され、前述した無機材料を含む、収縮抑制用グリーンシート４ａとを備えている。
【００３３】
このような生の複合積層体１ａを得るため、まず、第１の低温焼結セラミック材料を含むスラリーと、第２の低温焼結セラミック材料を含むスラリーと、無機材料を含むスラリーとがそれぞれ用意される。そして、これらのスラリーの各々に対して、たとえばドクターブレード法を適用しながら、適宜のキャリアフィルム上でシート成形することによって、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａならびに収縮抑制用グリーンシート４ａがそれぞれ作製される。そして、これらグリーンシート２ａ、３ａおよび４ａを所定の順序で重ね合わせ、必要に応じてプレスすることによって、生の複合積層体４ａを得ることができる。
【００３４】
上述した方法に代えて、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａをそれぞれ作製した後、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａのいずれか一方上に、無機材料を含むスラリーを塗布して収縮抑制用グリーンシート４ａを形成し、その後、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａのいずれか他方を重ねるようにしてもよい。
【００３５】
また、収縮抑制用グリーンシート４ａをまず作製した後、その上に、第１および第２の低温焼結セラミック材料のいずれか一方を含むスラリーを塗布して第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａのいずれか一方を形成する工程を採用してもよい。
【００３６】
以上のようにして作製された生の複合積層体１ａは、次いで、必要に応じてプレスされた後、空気中または還元性雰囲気中で焼成されることによって、多層セラミック基板１が得られる。
【００３７】
この焼成工程において、収縮抑制用グリーンシート４ａによって第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａの各々の主面方向での収縮が抑制されながら、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａにそれぞれ含まれる第１および第２の低温焼結セラミック材料が焼結する。また、収縮抑制用グリーンシート４ａに含まれる無機材料は未焼結状態で残るが、第１および第２の低温焼結セラミック材料の各々の焼成により無機材料間にガラスが浸透し、このガラスによって、無機材料が固着される。
【００３８】
上述のように、基体用グリーンシート２ａおよび３ａの主面方向での収縮が抑制されるように収縮抑制用グリーンシート４ａによって拘束されながら、第１および第２の低温焼結セラミック材料の各々の焼結が進むため、基体用グリーンシート２ａおよび３ａにおいては、実質的に厚み方向にのみ収縮が生じることになる。しかしながら、このような厚み方向の収縮の場合には、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａの間で収縮挙動に差があっても、主面方向に収縮しないために、この差は、互いの界面部分でのストレスの原因とはならず、したがって、層間剥離やクラックを生じさせることなく、同時焼成によって、多層セラミック基板１を得ることができる。
【００３９】
前述した焼成工程におけるガラスの浸透の度合いを確定することは困難であるが、各低温焼結セラミック材料の焼結開始温度からガラスの流動が始まり、焼結終了温度域では、第１および第２の基体用セラミック層２および３から収縮抑制層４へのガラスの浸透が終了するように設定することが好ましい。
【００４０】
このように設定することにより、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａの各々から拡散浸透してくるガラスは、収縮抑制用グリーンシート４ａないしは収縮抑制層４において吸収かつ固定化されるため、第１の基体用グリーンシート２ａから第２の基体用グリーンシート３ａへ、あるいはその逆へガラスが拡散することが少なく、そのため、異種のガラスが第１および第２の基体用セラミック層２および３の各々に混入することによる特性の変化または劣化を効果的に防止できるからである。
【００４１】
なお、第１および第２の基体用セラミック層２および３ならびに収縮抑制層４の各々の間での界面における厚み２〜３μｍ程度の領域での相互拡散は、互いの間の固着強度を得るために必要である。
【００４２】
このようなガラスの拡散の観点および十分な収縮抑制効果を発揮できるという観点から、収縮抑制用グリーンシート４ａの厚みは、１μｍ以上３０μｍ未満に選ばれることが好ましいことが、後述する実験によって確認されている。
【００４３】
上述した収縮抑制用グリーンシート４ａの厚みに関して、これがより厚くなると、その分、そこに含まれる無機材料を固着させるために必要なガラスの量が多くなる。他方、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａにおいて、収縮抑制用グリーンシート４ａへの浸透のためのガラスが大量に奪われると、第１および第２の基体用セラミック層２および３において良好な焼結状態が得られなくなる。
【００４４】
そのため、無機材料の隙間に浸透させるガラスの量が少なくて済むようにして無機材料の固着を助けるため、収縮抑制用グリーンシート４ａに、ガラス、酸化物および金属から選ばれた少なくとも１種の添加物を添加しておくことが好ましい。なお、このような添加物の添加によっても、収縮抑制用グリーンシート４ａが、たとえば１０００℃以下の温度では焼結収縮を生じないように、添加物の材料および添加量を選択する必要がある。添加物の添加量に関しては、無機材料に対して６０重量％以下に選ばれることが好ましいことが、後述する実験によって確認されている。
【００４５】
上述のように、収縮抑制用グリーンシート４ａに特定の添加物を添加することにより、収縮抑制用グリーンシート４ａの厚みを５０μｍにまで厚くすることが可能になる。収縮抑制用グリーンシート４ａを厚くすると、基体用セラミック層２および３において、異種ガラスの拡散による混入を生じにくくすることができ、異種ガラスの混入による影響のために特性劣化が生じてしまう頻度を低くすることができる。また、収縮抑制用グリーンシート４ａの厚みのばらつきによって、基体用セラミック層２および３の特性が敏感に影響されることがなくなり、安定した特性をもって多層セラミック基板１を製造することが可能になる。
【００４６】
第１および第２の低温焼結セラミック材料は、１０００℃以下の温度で焼結可能であることが好ましい。このように、１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を用いることにより、図１において図示を省略した配線導体において銅または銀等の金属を用いても、このような配線導体と同時に焼成して多層セラミック基板１を得ることが可能になる。
【００４７】
低温焼結セラミック材料は、焼成により溶融ガラスをもたらすものであるが、セラミックに当初からガラスを含有させ、低温で焼結するようにしたものであっても、焼成時に酸化物がセラミックと反応してガラス化し、それによってガラスを生成するものであってもよい。
【００４８】
前者のように予め含有されるガラスとしては、たとえば、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸鉛ガラス、ホウケイ酸バリウムガラス、ホウケイ酸ビスマスガラス等を用いることができる。
【００４９】
また、後者のように、焼成時の溶融の結果、ガラスを生成する酸化物としては、たとえば、酸化バリウム、酸化ケイ素および酸化ホウ素の組み合わせを用いることができる。
【００５０】
また、低温焼結セラミック材料において含まれるセラミックとしては、アルミナのような絶縁体セラミック、チタン酸バリウムのような誘電体セラミック、フェライトのような磁性体セラミックなどを用いることができ、第１および第２の基体用グリーンシート２ａおよび３ａにおいて、互いに異なるセラミックを含有させることもできる。
【００５１】
収縮抑制用グリーンシート４ａに含まれる無機材料は、上述したような低温焼結セラミック材料の焼結温度より１００℃以上高い焼結温度を有していることが好ましい。したがって、この無機材料として、誘電体、磁性体、抵抗体、超伝導体、圧電体、焦電体、半導体、高熱伝導性材料、金属など、任意の無機材料を用いることができ、より具体的には、たとえば、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素等を有利に用いることができる。
【００５２】
なお、前述したように、収縮抑制用グリーンシート４ａに、ガラス、酸化物および金属から選ばれた少なくとも１種の添加物が添加される場合には、この添加物および無機材料の焼結温度が、低温焼結セラミック材料の焼結温度より１００℃以上高いことが好ましい。
【００５３】
図３は、図１および図２を参照して説明した製造方法によって製造され得る多層セラミック基板の他の例としての多層セラミック基板１１を図解的に示す断面図である。
【００５４】
多層セラミック基板１１は、第１の低温焼結セラミック材料を含む第１の基体用セラミック層１２と、第２の低温焼結セラミック材料を含む第２の基体用セラミック層１３と、第３の低温焼結セラミック材料を含む第３の基体用セラミック層１４とを備えている。
【００５５】
また、多層セラミック基板１１は、上述した第１ないし第３の低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を未焼結状態で含む収縮抑制層１５を備えている。
【００５６】
これら第１ないし第３の基体用セラミック層１２ないし１４ならびに収縮抑制層１５は、多層セラミック基板１１において、下から順に、第１の基体用セラミック層１２、収縮抑制層１５、第３の基体用セラミック層１４、収縮抑制層１５、第２の基体用セラミック層１３、収縮抑制層１５、第１の基体用セラミック層１２、収縮抑制層１５、第１の基体用セラミック層１２、第１の基体用セラミック層１２の配列をもって積層されている。
【００５７】
したがって、複数の収縮抑制層１５の最も下に配置されているものから説明すると、第１の基体用セラミック層１２と第３の基体用セラミック層１４との間に挟まれた収縮抑制層１５にあっては、第１および第３の基体用セラミック層１２および１４のそれぞれに含まれる第１および第３の低温焼結セラミック材料の焼成によりもたらされる溶融ガラスが収縮抑制層１５に含まれる無機材料間に浸透することによって、この無機材料が固着されている。
【００５８】
また、第３の基体用セラミック層１４と第２の基体用セラミック層１３との間に挟まれている収縮抑制層１５にあっては、第３および第２の基体用セラミック層１４および１３のそれぞれに含まれる第３および第２の低温焼結セラミック材料の焼成によりもたらされるガラスが浸透している。
【００５９】
また、第２の基体用セラミック層１３と第１の基体用セラミック層１２との間に挟まれる収縮抑制層１５にあっては、第２および第１の基体用セラミック層１３および１２のそれぞれに含まれる第２および第１の低温焼結セラミック材料の焼成によりもたらされるガラスが浸透している。
【００６０】
また、２つの第１の基体用セラミック層１２の間に挟まれている収縮抑制層１５にあっては、第１の基体用セラミック層に含まれる第１の低温焼結セラミック材料の焼成によりもたらされるガラスが浸透している。
【００６１】
このような多層セラミック基板１１において、基体用セラミック層１２〜１４および収縮抑制層１５に関連して、種々の配線導体が設けられている。
【００６２】
配線導体のいくつかについて以下に説明する。
【００６３】
このような配線導体として、基体用セラミック層１２〜１４の特定のものの主面に沿って、平面導体１６〜２７が設けられている。これら平面導体１６〜２７には、それぞれ、所望のパターニングが施されている。
【００６４】
また、配線導体として、特定の基体用セラミック層１２〜１４および／または収縮抑制層１５を貫通するように、ビアホール導体２８〜３３が設けられている。なお、ビアホール導体３２および３３は、それぞれ、多層セラミック基板１１の側面に露出している。
【００６５】
上述したような配線導体１６〜３３に関して、上面に形成された平面導体１６は、図示しないが、チップ状の電子部品を実装する際に用いられる。また、下面に形成された平面導体２６および２７ならびにこれら各々に接続されるビアホール導体３２および３３は、図示しないが、この多層セラミック基板１１をマザーボード上に実装する際に用いられる。
【００６６】
これら配線導体１６〜３３を形成するため、たとえば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ−ＰｄおよびＡｇ−Ｐｔから選ばれた少なくとも１つの金属を導電成分として含む導電性ペーストが用いられる。
【００６７】
この導電性ペーストは、上述したような金属からなる粉末に対して有機ビヒクルを所定量加え、攪拌かつ混練することによって得ることができる。
【００６８】
上述の金属粉末の平均粒径や粒子形状は、特に限定されるものではないが、平均粒径が０．３〜１０μｍであって、粗大粉や極端な凝集粉のないものが好ましい。
【００６９】
また、有機ビヒクルは、バインダ樹脂と溶剤とを混合したもので、特に限定されるものではないが、バインダ樹脂としては、エチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂等を用いることができ、また、溶剤としては、テルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、アルコール類等を用いることができる。
【００７０】
また、導電性ペーストには、必要に応じて、分散剤や可塑剤や活性剤を添加してもよい。
【００７１】
さらに、基体用セラミック層１２〜１４に含まれる低温焼結セラミック材料との収縮挙動のマッチングを図るため、ガラスフリットやセラミック粉末を０〜７０重量％添加してもよい。
【００７２】
また、導電性ペーストの粘度は、印刷性を考慮して、５０〜３００Ｐａ・ｓに設定されることが好ましい。
【００７３】
平面導体１６〜２７を形成するため、基体用セラミック層１２〜１４または収縮抑制層１５となるべき対応の各グリーンシート上に、たとえばスクリーン印刷によって、所望のパターンをもって導電性ペーストが付与される。また、ビアホール導体２８〜３３を形成するため、対応の各グリーンシートに貫通孔が設けられ、この貫通孔内に、たとえばスクリーン印刷によって導電性ペーストが付与される。
【００７４】
図３に示した多層セラミック基板１１は、図１に示した多層セラミック基板１を得るための焼成工程と実質的に同じ焼成工程が適用されて製造されることができる。この焼成工程と同時に、上述した導電性ペーストの焼付けが達成され、それによって、平面導体１６〜２７ならびにビアホール導体２８〜３３が形成される。
【００７５】
なお、図３において、ビアホール導体２８〜３３は、基体用セラミック層１２〜１４および収縮抑制層１５のいずれか対応のものに設けられた貫通孔内を充填する状態で形成されたが、貫通孔の内周面上にのみ形成されてもよい。
【００７６】
また、平面導体１６〜２７ならびにビアホール導体２８〜３３の形成位置については、図３に示すものは一例に過ぎず、必要に応じて、種々に変更することができる。
【００７７】
また、平面導体１６〜２７は、導電性ペーストを用いる代わりに、金属箔または金属線を用いて形成してもよい。この場合、たとえば、所望の形状に打ち抜いた金属箔や金属線を、対応のグリーンシート上に熱プレスしたり、あるいは、適宜のフィルム上に、蒸着もしくはスパッタリングのような乾式めっきまたは無電解めっきのような湿式めっきによって金属箔を形成し、これをエッチングによってパターニングしたものを、対応のグリーンシート上に熱転写したりすることによって、平面導体１６〜２７を形成することができる。
【００７８】
また、図３に示した多層セラミック基板１１において、複数の収縮抑制層１５の各々に含まれる無機材料は、通常、互いに同じものであるが、互いに異なっていてもよい。
【００７９】
図３に示した多層セラミック基板１１の断面構造からわかるように、収縮抑制層１５は、基体用セラミック層１２〜１４の異なる種類のものの間に配置されることは必須であるが、同じ種類のものの間にあっては、収縮抑制層１５が配置されても、配置されなくてもよい。
【００８０】
図４は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板３４を図解的に示す断面図である。
【００８１】
多層セラミック基板３４は、第１の低温焼結セラミック材料を含む第１の基体用セラミック層３５と、第２の低温焼結セラミック材料を含む第２の基体用セラミック層３６と、基体用セラミック層３５および３６の互いに隣り合うものの間にそれぞれ配置される収縮抑制層３７とを備えている。
【００８２】
収縮抑制層３７は、第１および第２の低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を未焼結状態で含んでいる。また、収縮抑制層３７においては、これに接する基体用セラミック層３５および３６または基体用セラミック層３５のそれぞれに含まれる低温焼結セラミック材料の焼成によりもたらされるガラスが無機材料間に浸透することによって無機材料が固着されている。
【００８３】
また、多層セラミック基板３４は、配線導体として、基体用セラミック層３５および３６の特定のものの主面に沿って設けられる平面導体３８〜４３、ならびに基体用セラミック層３５および３６ならびに／または収縮抑制層３７を貫通するように設けられるビアホール導体４４および４５を備えている。
【００８４】
この実施形態の特徴として、多層セラミック基板３４は、外表面に向く開口を有するキャビティ４６を形成している。キャビティ４６は、多層セラミック基板３４の最も上に位置する第１の基体用セラミック層３５、その下に位置する収縮抑制層３７およびその下に位置する第１の基体用セラミック層３５の各々に設けられた一連の貫通孔によって与えられている。そのため、収縮抑制層３７は、キャビティ４６の内部に露出している。なお、キャビティ４６は、さらに深く形成しても、さらに浅く形成してもよい。
【００８５】
このような多層セラミック基板３４は、前述した多層セラミック基板１または１１の場合と実質的に同様の方法によって製造されることができる。
【００８６】
この多層セラミック基板３４において、キャビティ４６は、図示しないが、たとえば半導体チップのような他の電子部品を収容しながら、この電子部品を平面導体３８〜４０と電気的に接続した状態とするために用いられる。また、下面に形成された平面導体４２および４３は、図示しないが、この多層セラミック基板３４をマザーボード上に実装する際に用いられる。
【００８７】
次に、この発明における好ましい実施態様を規定するために実施した実験例について説明する。
【００８８】
この実験例では、図５に示すような生の複合積層体４７を作製し、これを焼成することによって、多層セラミック基板を作製した。生の複合積層体４７は、第１の低温焼結セラミック材料を含む第１の基体用グリーンシート４８と、第２の低温焼結セラミック材料を含む第２の基体用グリーンシート４９と、無機材料を含む収縮抑制用グリーンシート５０とを備えるもので、各５枚の第１および第２の基体用グリーンシート４８および４９を交互に配置しながら、基体用グリーンシート４８および４９の各々上に収縮抑制用グリーンシート５０を配置した状態で積層した。
【００８９】
また、第１および第２の基体用グリーンシート４８および４９の各々の厚みは、１００μｍとし、各収縮用グリーンシート５０の厚みは、表１に示すように、種々に設定した。
【００９０】
第１の基体用グリーンシート４８は、次のように作製した。
【００９１】
酸化バリウム、酸化ケイ素、アルミナ、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素を混合したものに、バインダとしてのポリビニルブチラールと可塑剤としてのジ−ｎ−ブチルフタレートと溶剤としてのトルエンおよびイソプロピレンアルコールとを加えて混合し、スラリーを作製し、次いで、このスラリーに対してドクターブレード法を適用してキャリアフィルム上でシート成形し、これを乾燥させることによって、第１の基体用グリーンシート４８を得た。
【００９２】
第２の基体用グリーンシート４９は、次のように作製した。
【００９３】
酸化バリウム、酸化ネオジウム、酸化チタンおよび酸化ホウ素を混合し、これらを１０００℃以上の温度で熱処理した後、粉砕した。次に、この粉砕によって得られた粉末に、ホウケイ酸ガラス、酸化銅および酸化マグネシウムを混合したものに、バインダとしてのポリビニルブチラールと可塑剤としてのジ−ｎ−ブチルフタレートと溶剤としてのトルエンおよびイソプロピレンアルコールとを加えて混合し、スラリーを作製した。次いで、このスラリーに対してドクターブレード法を適用することによってキャリアフィルム上でシート成形した後、乾燥させて、第２の基体用グリーンシート４９を得た。
【００９４】
次に、収縮抑制用グリーンシート５０となるべきスラリーを次のように作製した。
【００９５】
以下の表１に示すように、無機材料として、アルミナ、その他の無機材料を用い、いくつかの試料においては、Ｓｉ−Ｂ−Ｂａ系ガラス、その他の添加物を、表１記載の添加量をもって添加した。なお、この実験で用いたＳｉ−Ｂ−Ｂａ系ガラスの軟化点は８８０℃であった。このような無機材料等に対して、バインダとしてのポリビニルブチラールと可塑剤としてのジ−ｎ−ブチルフタレートと溶剤としてのトルエンおよびイソプロピレンアルコールとを加えて混合し、スラリーを得た。各試料に係るスラリーに含まれる無機材料の焼結温度または無機材料および添加物の焼結温度は、表１に示すとおりである。なお、第１および第２の基体用グリーンシート４８および４９にそれぞれ含まれる低温焼結セラミック材料の焼結温度は、９００℃であった。
【００９６】
このようにして得られたスラリーを、次いで、上述した第１および第２の基体用グリーンシート４８および４９の各々上に塗布して乾燥させることによって、基体用グリーンシート４８および４９の各々上に、表１に示すような厚みを有する収縮抑制用グリーンシート５０を形成した。
【００９７】
次に、上述のように収縮抑制用グリーンシート５０を各々形成している第１および第２の基体用グリーンシート４８および４９を、それぞれ５枚ずつ交互に積層し、その状態で、８０℃の温度でかつ２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力条件でプレスすることによって、図５に示すような生の複合積層体４７を得た。
【００９８】
次に、上述の生の複合積層体４７を、空気中において、１０００℃の温度で１時間焼成して、多層セラミック基板を得た。
【００９９】
【表１】
0003666321.tif 000002
【０１００】
表１に示すように、各試料について、焼成による主面方向の収縮率を評価した。収縮率において「ＮＧ」と表示されている試料については、層間剥離が生じたことを示している。
【０１０１】
表１を参照しながら、各試料に係る収縮抑制用グリーンシート５０が、これを備える生の複合積層体４７を焼成して得られた多層セラミック基板の焼結状態に及ぼす影響について考察する。
【０１０２】
まず、試料１〜８を参照すれば、得られた多層セラミック基板の焼結状態に対して、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みが与える影響を評価することができる。すなわち、試料１では、収縮抑制用グリーンシート５０が形成されず、試料２〜８では、無機材料として共通のアルミナを含みながら、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みのみが０．５〜３０μｍの範囲で異ならされている。
【０１０３】
収縮抑制用グリーンシート５０の厚みが１μｍ未満の試料１および２ならびに同厚みが３０μｍ以上の試料８において、層間剥離が発生している。このことから、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みは、１μｍ以上かつ３０μｍ未満であることが好ましい。収縮抑制用グリーンシート５０の厚みが１μｍ未満では、焼成時における基体用グリーンシート４８および４９の収縮を抑制する効果が不足しており、他方、厚みが３０μｍ以上では、収縮抑制用グリーンシート５０において基体用グリーンシート４８および４９からガラスが十分に浸透しなかったためであると考えられる。
【０１０４】
上述した試料８と試料９および１０とを比較すると、収縮抑制用グリーンシート５０にガラスまたは金属のような添加物を添加すれば、収縮抑制用グリーンシート５０における無機材料の固着を助け、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みが３０μｍであっても、層間剥離が生じていないことがわかる。
【０１０５】
さらに、試料１３、１４および１８を参照すれば、上述のような添加物を添加すれば、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みが５０μｍにまで厚くされても、層間剥離を生じさせることなく、多層セラミック基板を製造できることがわかる。
【０１０６】
なお、試料１６のように、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みが６０μｍとなった場合には、添加物を含んでいても、層間剥離が生じた。このことから、添加物が添加されても、収縮抑制用グリーンシート５０の厚みは５０μｍ以下であることが好ましいことがわかる。
【０１０７】
また、試料１１および１２からわかるように、添加物は、ガラスまたは金属に限らず、酸化物であってもよい。
【０１０８】
また、試料１５のように、添加物の添加量が６０重量％を超えて８０重量％となった場合には、焼結温度が９５０℃となり、低温焼結セラミック材料の焼結温度である９００℃より１００℃以上高い焼結温度とはならず、基体用グリーンシート４８および４９の収縮を抑制するようには作用せず、得られた多層セラミック基板において層間剥離が生じた。
【０１０９】
同様に、試料２５では、無機材料としてアノーサイトガラスを用いたため、焼結温度が９７０℃となり、低温焼結セラミック材料の焼結温度より１００℃以上高い焼結温度とはならず、得られた多層セラミック基板において層間剥離が生じた。
【０１１０】
これらのことから、収縮抑制用グリーンシート５０に含まれる無機材料または無機材料および添加物の焼結温度は、低温焼結セラミック材料の焼結温度より１００℃以上高いことが望ましいことがわかる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、多層セラミック基板を製造するにあたり、互いに異なる低温焼結セラミック材料をそれぞれ含む、異なる種類の基体用グリーンシートの間に、低温焼結セラミック材料の各焼結温度では焼結しない無機材料を含む、１μｍ以上かつ３０μｍ未満の範囲内の厚みの収縮抑制用グリーンシートを配置した状態とし、この状態で焼成することによって、各基体用グリーンシートは厚み方向に収縮するが、収縮抑制用グリーンシートが各基体用グリーンシートの主面方向での収縮を抑制する。ここで、異なる種類の基体用グリーンシートの間において、厚み方向での収縮挙動の差があっても、互いにストレスを及ぼすことがないため、層間剥離やクラックなどを生じさせることなく、収縮挙動に差のある異なる種類の基体用グリーンシートを積層した状態で同時に焼成することができ、異なる種類の基体用セラミック層を備える多層セラミック基板を同時焼成によって能率的に製造することができる。
【０１１２】
また、上述のように、基体用グリーンシートの主面方向での収縮が抑制されるので、生の複合積層体に関連して設けられる配線導体の位置精度を、焼成後の多層セラミック基板においても高く維持することができ、精度の高い多層セラミック基板を製造することが可能となる。
【０１１３】
また、この発明に係る多層セラミック基板によれば、収縮抑制層には、基体用セラミック層からのガラスが浸透し、この収縮抑制層に含まれる無機材料がこれによって固着されるので、各基体用セラミック層へ異種のガラスが混入しにくくなり、そのため、各基体用セラミック層において特性変化または劣化を生じにくくすることができる。
【０１１４】
また、収縮抑制層に含まれる無機材料がガラスによって固着されると、この収縮抑制層における耐湿性が確保され、多層セラミック基板の信頼性を高く維持することができる。また、収縮抑制層は、たとえば熱膨張が生じた場合のストレス緩衝材としても機能させることができる。
【０１１５】
また、この発明に係る多層セラミック基板を得るための焼成工程では、たとえば１０００℃以下といった比較的低い温度を与えるだけで焼結を達成することが可能であるので、この多層セラミック基板に関連して設けられる配線導体を構成する導電材料として、たとえば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ−ＰｄまたはＡｇ−Ｐｔのような低抵抗金属を有利に用いることができる。
【０１１６】
また、前述したように、高い位置精度をもって配線導体を形成することができるので、特定の基体用セラミック層の主面に沿って設けられる平面導体や特定の基体用セラミック層および／または収縮抑制層を貫通するように設けられるビアホール導体というような配線導体を高密度で形成することが可能になる。
【０１１７】
また、焼成工程において、基体用グリーンシートの主面方向での収縮が抑制されるので、多層セラミック基板において、たとえば、外表面に向く開口を有するキャビティを問題なく形成することができる。
【０１１８】
また、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、収縮抑制用グリーンシートの厚みを１μｍ以上かつ３０μｍ未満とするので、この収縮抑制用グリーンシートによる収縮抑制効果を過不足なく確実に得ることができるとともに、収縮抑制用グリーンシートに含まれる無機材料を基体用グリーンシートから供給されるガラスによって確実に固着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基本的構成を説明するためのもので、多層セラミック基板１の一部を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示した多層セラミック基板１を得るために用意される生の複合積層体１ａの一部を概略的に示す断面図である。
【図３】  図１および図２を参照して説明した製造方法によって製造され得る多層セラミック基板の他の例としての多層セラミック基板１１を図解的に示す断面図である。
【図４】  この発明の一実施形態による多層セラミック基板３４を図解的に示す断面図である。
【図５】この発明における好ましい実施態様を規定するために実施した実験例において用意された生の複合積層体４７の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，３４  多層セラミック基板
２，３，１２，１３，１４，３５，３６  基体用セラミック層
４，１５，３７  収縮抑制層
１ａ，４７  生の複合積層体
２ａ，３ａ，４８，４９  基体用グリーンシート
４ａ，５０  収縮抑制用グリーンシート
１６〜２７，３８〜４３  平面導体
２８〜３３，４４，４５  ビアホール導体
４６  キャビティ
【図１】
0003666321.tif 000003
【図２】
0003666321.tif 000004
【図３】
0003666321.tif 000005
【図４】
0003666321.tif 000006
【図５】
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