(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機バインダおよび可塑剤を含むガラス・セラミックからなるガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層してキャビティを有する積層体を形成し、該積層体を焼成する、キャビティ付きセラミック多層基板の製造方法において、
開口部を有した複数のガラス・セラミックグリーンシートと当該ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高い複数の無機組成物層とが交互に配置されていて、前記キャビティの内側に無機組成物層が露出している積層体を形成し、当該積層体を前記ガラス・セラミックグリーンシートの焼成条件で焼成する、ことを特徴とする、キャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス・セラミックグリーンシートに対して、当該ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高い無機組成物層を表面に塗布または重ね合わせる工程と、
前記無機組成物層を表面に塗布または重ね合わせたガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の一部を形成する工程と、
前記ガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の他部を形成する工程と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス・セラミックグリーンシートのうちの１枚を、他の前記ガラス・セラミックグリーンシートより、厚み寸法が小さくなるように形成する工程と、
前記厚み寸法の小さいガラス・セラミックグリーンシートの表面に、前記無機組成物層を塗布または重ね合わせる工程と、
前記厚み寸法の小さいガラス・セラミックグリーンシートを、前記積層体の最下層として配置する工程と、
前記無機組成物層を表面に塗布または重ね合わせたガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の最下層近傍部分から最上層までの一部または全部を形成する工程と、
を有することを特徴とする、請求項２に記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項４】
前記無機組成物層を表面に設けた前記ガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の最下層から最上層近傍部分までの一部または全部を形成する工程と、
前記ガラス・セラミックグリーンシートを、前記積層体の最上層として積層する工程と、
を有することを特徴とする、請求項２に記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項５】
前記積層体の最下層および最上層を構成するガラス・セラミックグリーンシートを、前記積層体の他の層を構成するガラス・セラミックグリーンシートより、厚み寸法が小さくなるように形成する工程を有することを特徴とする、請求項４に記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項６】
前記積層体の最上層およびその近傍に配置する複数の前記ガラス・セラミックグリーンシートに対して、該ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせた無機組成物層とともに、前記ガラス・セラミックグリーンシートを貫通する開口部を形成する工程と、
前記開口部を形成した複数のガラス・セラミックグリーンシートを積層し、前記複数のガラス・セラミックグリーンシートの前記開口部が連続してなるキャビティを有する前記積層体を形成する工程と、
を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項７】
前記ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせる無機組成物層が、アルミナを主成分とすることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項８】
前記ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせる無機組成物層の厚み寸法が、１乃至２０μｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス・セラミックグリーンシートの焼成温度と、前記ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせる無機組成物層の焼成温度との差が、１００℃以上であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項１０】
キャリアフィルム上にガラス・セラミックグリーンシートを形成した後、当該ガラス・セラミックグリーンシート上に前記無機組成物層を形成する工程と、
前記キャリアフィルム、前記ガラス・セラミックグリーンシートおよび前記無機組成物層をそれぞれ貫通する貫通孔を設けた後、当該貫通孔に導体材料を充填してビアホールを形成し、さらに前記無機組成物層上に所定の導体パターンを形成する工程と、
前記ビアホール、前記導体パターンを備えたガラス・セラミックグリーンシートを前記無機組成物層と共に、前記キャリアフィルムから剥がし、これを順次積層する工程と、
を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項１１】
キャリアフィルム上に前記無機組成物層を形成した後、当該無機組成物層上にガラス・セラミックグリーンシートを形成する工程と、
前記キャリアフィルム、前記無機組成物層および前記ガラス・セラミックグリーンシートをそれぞれ貫通する貫通孔を設けた後、当該貫通孔に導体材料を充填してビアホールを形成し、さらに前記ガラス・セラミックグリーンシート上に所定の導体パターンを形成する工程と、
前記ビアホール、前記導体パターンを備えたガラス・セラミックグリーンシートを前記無機組成物層と共に、前記キャリアフィルムから剥がし、これを順次積層する工程と、
を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【請求項１２】
ビアホールおよび導体パターンを形成したガラス・セラミックグリーンシートと、導体材料が充填されておらず、当該ビアホールに対応する貫通孔を形成した前記無機組成物層となるグリーンシートとを積層し、これを前記積層体の一部とすることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載のキャビティ付きセラミック多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩ、チップ部品等を搭載し、かつそれらを相互に配線するためのセラミック多層基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミック多層基板の製造方法として、特開平５−１０２６６６号公報に開示されたものがある。この製造方法においては、図１８に示すように、まず、有機バインダおよび可塑剤を含むガラス・セラミックからなり、表面に、導体ペースト組成物で導体パターン（図示せず）を形成した複数枚のガラス・セラミックグリーンシートを積層し、積層体１０１を形成する。次に、この積層体１０１の裏面および表面に、ガラス・セラミックグリーンシート１０１より焼成温度が高い無機組成物を主成分とするセラミックグリーンシート１０２、１０３をそれぞれ形成した後、これを圧着して積層圧着体１００を形成する。次に、積層圧着体１００を積層体１０１の焼成条件で焼成した後、未焼結のセラミックグリーンシート１０２、１０３を除去することにより、セラミック多層基板を得るものである。
【０００３】
ここで、積層圧着体１００におけるセラミックグリーンシート１０２、１０３により、その焼成時には、積層体１０１の平面方向への熱収縮が抑制される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のセラミック多層基板の製造方法においては、次のような問題点があった。
【０００５】
すなわち、積層するガラス・セラミックグリーンシートの枚数が多くなり、積層体１０１の厚み寸法が大きくなると、セラミックグリーンシート１０２、１０３の近傍、すなわち、積層体１０１の表裏面の近傍部分については、平面方向の熱収縮が抑制されるが、積層体１０１の厚み方向の中央部分１０４が、図１９に示すように、内部に向かって窪むように変形する場合があった。このような変形１０４’により、積層体１０１の内部にクラックが生じたり、ガラス・セラミックグリーンシート同士が剥離したりする恐れがあった。
【０００６】
また、特に図示しないが、積層体１０１に、電子部品を収納するためのキャビティを形成する場合、キャビティの底部に、熱収縮を抑制するためのセラミックグリーンシートを設けることは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明においては、焼成時の熱収縮により、積層体の側面が内部に向かって窪むように変形することを防ぐことが可能なセラミック多層基板の製造方法を提供することを目的とする。また、積層体のキャビティの底面に、熱収縮を抑制するための無機組成物を設けることが容易なセラミック多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、有機バインダおよび可塑剤を含むガラス・セラミックからなるガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を形成し、該積層体を焼成するセラミック多層基板の製造方法において、前記ガラス・セラミックグリーンシートに対して、当該ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高い無機組成物を表面に塗布または重ね合わせる工程と、前記無機組成物を表面に塗布または重ね合わせたガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の一部を形成する工程と、前記ガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の他部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、前記ガラス・セラミックグリーンシートのうちの１枚を、他の前記ガラス・セラミックグリーンシートより、厚み寸法が小さくなるように形成する工程と、前記厚み寸法の小さいガラス・セラミックグリーンシートの表面に、前記無機組成物を塗布または重ね合わせる工程と、前記厚み寸法の小さいガラス・セラミックグリーンシートを、前記積層体の最下層として配置する工程と、前記無機組成物を表面に塗布または重ね合わせたガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の最下層近傍部分から最上層までの一部または全部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記無機組成物を表面に設けた前記ガラス・セラミックグリーンシートを複数枚積層し、前記積層体の最下層から最上層近傍部分までの一部または全部を形成する工程と、前記ガラス・セラミックグリーンシートを、前記積層体の最上層として積層する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記積層体の最下層および最上層を構成するガラス・セラミックグリーンシートを、前記積層体の他の層を構成するガラス・セラミックグリーンシートより、厚み寸法が小さくなるように形成する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記積層体の最上層およびその近傍に配置する複数の前記ガラス・セラミックグリーンシートに対して、該ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせた無機組成物とともに、前記ガラス・セラミックグリーンシートを貫通する開口部を形成する工程と、前記開口部を形成した複数のガラス・セラミックグリーンシートを積層し、前記複数のガラス・セラミックグリーンシートの前記開口部が連続してなるキャビティを有する前記積層体を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせる無機組成物が、アルミナを主成分とすることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせる無機組成物の厚み寸法が、１乃至２０μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００１５】
また、前記ガラス・セラミックグリーンシートの焼成温度と、前記ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせる無機組成物の焼成温度との差が、１００℃以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、キャリアフィルム上にガラス・セラミックグリーンシートを形成した後、当該ガラス・セラミックグリーンシート上に前記無機組成物を塗布または重ね合わせて無機組成物層を形成する工程と、前記キャリアフィルム、前記ガラス・セラミックグリーンシートおよび前記無機組成物層をそれぞれ貫通する貫通孔を設けた後、当該貫通孔に導体材料を充填してビアホールを形成し、さらに前記無機組成物層上に所定の導体パターンを形成する工程と、前記ビアホール、前記導体パターンを備えたガラス・セラミックグリーンシートを前記無機組成物層と共に、前記キャリアフィルムから剥がし、これを順次積層する工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、キャリアフィルム上に前記無機組成物を塗布または重ね合わせて無機組成物層を形成した後、当該無機組成物層上にガラス・セラミックグリーンシートを形成する工程と、前記キャリアフィルム、前記無機組成物層および前記ガラス・セラミックグリーンシートをそれぞれ貫通する貫通孔を設けた後、当該貫通孔に導体材料を充填してビアホールを形成し、さらに前記ガラス・セラミックグリーンシート上に所定の導体パターンを形成する工程と、前記ビアホール、前記導体パターンを備えたガラス・セラミックグリーンシートを前記無機組成物層と共に、前記キャリアフィルムから剥がし、これを順次積層する工程と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、ビアホールおよび導体パターンを形成したガラス・セラミックグリーンシートと、導体材料が充填されておらず、当該ビアホールに対応する貫通孔を形成した前記無機組成物を主成分とするグリーンシートとを積層し、これを前記積層体の一部とすることを特徴とする。
【００１９】
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法によれば、ガラス・セラミックグリーンシートと、このガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高い無機組成物とを交互に配置して積層体を形成し、焼成するものであり、この無機組成物により、積層体の最下層および最上層のみならず、内部の層を構成するガラス・セラミックグリーンシートに対して、平面方向の熱収縮が抑制される。したがって、積層体の焼成時の変形、特に、積層体の側面が内部に向かって窪むように変形する恐れがない。これにより、クラックの発生、および、ガラス・セラミックグリーンシートの剥離が防止され、高精度のセラミック多層基板の製造が可能となる。
【００２０】
また、積層体の最下層、または、最下層および最上層をガラス・セラミックグリーンシートで構成することにより、積層体の焼成後、焼結したガラス・セラミックをセラミック多層基板の実装面とすることができる。したがって、未焼結の無機組成物からなる面を実装面とする場合に比べて、実装面が安定し、セラミック多層基板を確実に実装することができる。
【００２１】
また、積層体の最下層または最上層、もしくはその双方を構成するガラス・セラミックグリーンシートを、積層体の他の層を構成するガラス・セラミックグリーンシートより、小さい厚み寸法とすることにより、各層の熱収縮による変化量を同等のものとすることができ、ガラス・セラミックグリーンシート同士の間で、剥離およびクラックの発生を防ぐことができる。
【００２２】
また、積層体に形成したキャビティの底面に、ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度の高い無機組成物を露出させるものであるため、キャビティを形成した後で、キャビティの底面に無機組成物を設ける必要がなく、容易に、キャビティの底面を焼成時の熱収縮から保護することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
第１の実施例
本発明の第１の実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法を、図面を用いて説明する。なお、本実施例は、積層体を構成するガラス・セラミックグリーンシートの表面に、このガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高い無機組成物からなる無機組成物層として、アルミナを主成分とする酸化物無機組成物のペースト（スラリー）を塗布するものである。以下、作業項目を順次、説明する。
【００２４】
（１）ガラス・セラミックグリーンシート形成
まず、ガラス・セラミックグリーンシートを、次の要領で形成する。ポリビニルブチラールからなる有機バインダと、ジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤と、トルエンおよびイソプロピルアルコールを重量比３０対７０で混合してなる溶剤に、ホウ珪酸鉛ガラス粉末およびアルミナ粉末を重量比５０対５０とした組成物からなるガラス・セラミックを添加、混合してスラリーを形成する。次いで、図１に示すように、このスラリーをドクターブレード法によりキャリアフィルム１上でシート成形し、乾燥させ、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃを形成する。
【００２５】
（２）無機組成物層形成
図２に示すように、キャリアフィルム１上に形成したガラス・セラミックグリーンシート２ｃ上に無機組成物層３ｃを形成する。この無機組成物層３ｃは、ポリビニルブチラールからなる有機バインダと、ジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤と、トルエンおよびイソプロピルアルコールを重量比３０対７０で混合してなる溶剤に、アルミナ粉末を添加、混合してなるペースト（スラリー）を、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃの表面に塗布し、乾燥させ、形成するものである。
【００２６】
ここで、アルミナは、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃより焼成温度が高く、このアルミナを主成分とする無機組成物層３ｃは、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃより焼成温度が高くなる。つまり、無機組成物層３ｃは、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃの焼成条件では焼結しない層である。
【００２７】
なお、無機組成物層３ｃの材料として用いたアルミナは、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化マグネシウム、もしくは炭化ケイ素等で代用することができる。
【００２８】
（３）ビアホール形成
次に、穿孔機により、キャリアフィルム１、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃおよび無機組成物層３ｃを貫通する貫通孔を形成する。そして、この貫通孔に、スクリーン印刷法等により、導体材料（導体ペースト）を充填して、図３に示すように、キャリアフィルム１、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃ、無機組成物層３ｃを貫通するビアホール４ｃを形成する。
【００２９】
この際、導体ペーストとして、銀粉末にガラスフリットを５重量％加えた無機成分に、有機バインダであるエチルセルロースをターピネオールに溶かしたビヒクルを加えたものを用いる。なお、導体ペーストの無機成分として用いた銀粉末は、銅、銀／パラジウム、もしくは銀／白金等の粉末で代用することができる。
【００３０】
（４）導体パターン形成
図４に示すように、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃ上に形成した無機組成物層３ｃ上に、スクリーン印刷法により、導体ペーストを印刷し、ビアホール４ｃと導通する導体パターン５ｃを形成する。
【００３１】
なお、導体パターン５ｃは、金属箔または金属線を用いて形成してもよい。この場合、打ち抜いた金属箔または金属線をセラミックグリーンシート上に熱プレスする方法、もしくは、樹脂フィルム上に蒸着、スパッタ、メッキ等でパターンを形成し、セラミックグリーンシート上に熱転写する方法等を用いる。
【００３２】
（５）積層
図５に示すように、（１）乃至（４）の手順で形成した複数枚のガラス・セラミックグリーンシート２ｃを、キャリアフィルム１から剥がし、上述した手法と同様にして作製したガラス・セラミックグリーンシート２ａ、２ｂ、２ｄと共に、無機組成物層３ｃおよび導体パターン５ｃを設けた表面側を上面として、順次積層する。
【００３３】
つまり、ガラス・セラミックグリーンシート２ｂ、２ｄは、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃと同様に、その一方主面には無機組成物層３ｂ、３ｄが形成されており、かつ、ガラス・セラミックグリーンシート２ｂ、２ｄおよび無機組成物層３ｂ、３ｄを貫通するビアホール４ｂ、４ｄと、無機組成物層３ｂ、３ｄ表面に導体パターン５ｂ、５ｄとがそれぞれ形成されている。
【００３４】
なお、セラミック多層基板の最下層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ａ、並びに、セラミック多層基板の最上層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ｅは、他の層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ｂ、２ｃおよび２ｄ等より、厚み寸法の小さいものとする。また、ガラス・セラミックグリーンシート２ａについては、キャリアフィルムを剥がした後、無機組成物層３ａを設けない裏面にも、表面電極となる導体パターン８を形成する。但し、表面電極となる導体パターン８は、セラミック多層基板の焼成後、導体パターン印刷→焼き付けによって形成してもよい。また、セラミック多層基板の最上層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ｅは、無機組成物層を形成せず、通常のガラス・セラミックグリーンシートの作製手順にしたがって形成する。
【００３５】
（６）圧着
ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅを、例えば温度８０℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱圧着し、積層圧着体を形成する。この際、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅと無機組成物層３ａ〜３ｄとが、アンカー効果等により接合される。
【００３６】
こうして形成された積層圧着体を図６に示す。同図において、１０は積層圧着体であり、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅと無機組成物層３ａ〜３ｄとが交互に配置され、表面および裏面には表面電極となる導体パターン７および８、ならびに、各層間に設けられた内部電極となる導体パターン５ａ〜５ｄが、ビアホール４ａ〜４ｅにより接続されている。
【００３７】
また、積層圧着体１０を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ｂ〜２ｄにおいては、両面が無機組成物層３ａ〜３ｄで覆われている。さらに、積層圧着体１０の最下層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ａ、最上層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ｅは、他の層のガラス・セラミックグリーンシート２ｂ〜２ｄより厚み寸法が小さい。
【００３８】
（７）焼成
この積層圧着体１０を、例えば空気中または窒素雰囲気中で温度９００℃、１時間の条件で焼成する。この際、積層圧着体１０を構成するガラス・セラミックグリーンシートは、ｘ、ｙ、ｚの各方向に熱収縮しようとするが、ガラス・セラミックグリーンシートと交互に配置された無機組成物層３ａ〜３ｄに「拘束」されるので、図７に示すように、平面方向（ｘ−ｙ方向）の熱収縮が抑制され、厚み方向（ｚ方向）にのみ大きく収縮することになる。つまり、図６におけるガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅは、それぞれ厚み方向に大きく収縮して、図７に示す焼結体（＝セラミック多層基板）１１において、ガラス・セラミック体２ａ’〜２ｅ’となる。
【００３９】
この「拘束」は、その焼成時に、まず、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅ中のガラス成分が無機組成物層３ａ〜３ｄに拡散・浸透して、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅが実質的な収縮を始める前に、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅと無機組成物層３ａ〜３ｄが強固に接着し、さらに、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅの実質的な収縮開始時、つまり、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅの焼成条件では、無機組成物層３ａ〜３ｄの焼結は進行しないためにもたらされるものと考えられる。
【００４０】
また、積層圧着体１０の最下層付近および最上層付近のみならず、内部の層を構成するガラス・セラミックグリーンシート２ｂ〜２ｄにおいても、無機組成物層３ａ〜３ｄの作用により、平面方向の熱収縮が抑制される。したがって、焼成時の変形、特に、積層圧着体１０の側面が内部に向かって窪むように変形する恐れがない。これにより、クラックの発生、および、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ〜２ｅの剥離が防止され、高精度のセラミック多層基板１１の製造が可能となる。
【００４１】
また、ガラス・セラミックグリーンシート２ａおよび２ｅは、一方主面側としか無機組成物層に接していないので、ガラス・セラミックグリーンシート２ｂ、２ｃおよび２ｄに比べて、熱収縮が抑制される度合いは小さいが、ガラス・セラミックグリーンシート２ａおよび２ｅの厚み寸法は、ガラス・セラミックグリーンシート２ｂ、２ｃおよび２ｄより小さいため、実際の熱収縮による変化量も小さいものとなる。そして、ガラス・セラミックグリーンシート２ａおよび２ｅの熱収縮による変化量が、ガラス・セラミックグリーンシート２ｂ、２ｃおよび２ｄの変化量と同等となるように、ガラス・セラミックグリーンシート２ａおよび２ｅの厚み寸法が調整されている。このような観点から、最上層または最下層のガラス・セラミックグリーンシートの厚みは、それ以外のガラス・セラミックグリーンシートの厚みの０．１〜０．９倍、さらには、０．３〜０．７倍が望ましい。
【００４２】
以上、本発明の第１の実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法においては、ガラス・セラミックグリーンシート２ａ−２ｂ間、ガラス・セラミックグリーンシート２ｂ−２ｃ間、ガラス・セラミックグリーンシート２ｃ−２ｄ間、ガラス・セラミックグリーンシート２ｄ−２ｅ間での熱収縮の変化量をそれぞれ等しくしているため、各ガラス・セラミックグリーンシート間での剥離およびクラックの発生が防止され、さらには反りや歪みの少ない高精度のセラミック多層基板が得られる。
【００４３】
なお、図７に示したセラミック多層基板１１は、例えば、図８に示すように、セラミック多層モジュール２０用の基板として用いることができる。このセラミック多層モジュール２０においては、内部電極１５やビアホール１４等によって形成されるコイルパターンＬやコンデンサパターンＣなどを内蔵し、ガラス・セラミックグリーンシート１２と無機組成物層１３とを交互に積層してなる基板を有しており、その一方主面上には、半導体デバイス１９ａおよび１８ｂや、チップ積層コンデンサ１９ｃ等が搭載されており、他方主面にはランド電極１８が形成されている。
【００４４】
このセラミック多層モジュール２０のように、最上層または最下層のガラス・セラミックグリーンシートの厚みを他のガラス・セラミックグリーンシートの厚みと同様の厚みにしてもよいが、上述したセラミック多層基板１１のように、最上層または最下層のガラス・セラミックグリーンシートの厚みを他のガラス・セラミックグリーンシートの厚みよりも小さくすることが望ましい。
【００４５】
第２の実施例
次に、本発明の第２の実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法を説明する。
【００４６】
基本的には第１の実施例と同じ要領で、（１）ガラス・セラミックグリーンシート形成、（２）無機組成物層形成、（３）ビアホール埋め、（４）導体パターン形成を行い、無機組成物層で表面を覆ったガラス・セラミックグリーンシート３１ａ〜３１ｈをそれぞれ形成する。
【００４７】
ただし、積層体の最上層およびその近傍を構成するガラス・セラミックグリーンシート３１ｅ〜３１ｈについては、穿孔機を用い、当該ガラス・セラミックグリーンシートに塗布または重ね合わせた無機組成物層とともに、当該ガラス・セラミックグリーンシートを貫通する開口部を形成する。各ガラス・セラミックグリーンシートの開口部は、互いに対応する位置に形成する。本実施例において各開口部は、各ガラス・セラミックグリーンシートの中央に形成する。
【００４８】
そして、これを（５）積層し、積層体を形成する。この積層体を図９に示す。
【００４９】
同図において、積層体４０は、ガラス・セラミックグリーンシート３１ａ〜３１ｈと、無機組成物層３２ａ〜３２ｇとが交互に積層された積層構造を有しており、積層体４０の最下層側表面には外部電極３５ａ、最上層側表面には外部電極３５ｂがそれぞれ設けられている。また、積層体４０の内部には、ビアホール３３および内部電極３４によって、所定の配線構造が形成されている。
【００５０】
さらに、積層体４０の最上層およびその近傍に配置するガラス・セラミックグリーンシート３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｈには、それぞれ開口部が形成されており、この開口部が連続してキャビティ３６を形成している。このキャビティ３６の底部は、ガラス・セラミックグリーンシート３１ｄにより構成されており、このガラス・セラミックグリーンシート３１ｄの表面に設けられた無機組成物層３２ｄが、キャビティ３６の底面３７として露出し、無機組成物層３２ｄ上には、図示しない実装部品との導通を図るべく、表面電極３５ｃが配されている。
【００５１】
次に、積層体４０の（６）圧着、（７）焼成を行う。ここで、積層体４０のキャビティ３６の底面は、積層体４０を構成する他の層と同様に、無機組成物層３２ｄにより、熱収縮から保護されている。したがって、その底面は平坦性に優れたものとなる。
【００５２】
本実施例によれば、上述したように、積層体４０に設けたキャビティ３６の底面に、焼成時の熱収縮を抑制する無機組成物層３２ｄを露出させるものであるため、キャビティ３６を形成した後で、キャビティ３６の底面に新たにセラミックグリーンシート等を設ける必要がなく、キャビティ３６の底面を焼成時の熱収縮から容易に保護することができる。但し、キャビティ３６の底面はガラス・セラミックグリーンシートが露出しているように構成することもできる。
【００５３】
第３の実施例
次に、本発明の第３の実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法を説明する。
【００５４】
本実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法を、図面を用い、作業項目にしたがって順次説明する。
【００５５】
（１）無機組成物層形成
まず、ポリビニルブチラールからなる有機バインダと、ジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤と、トルエンおよびイソプロピルアルコールを重量比３０対７０で混合してなる溶剤に、アルミナ粉末を添加、混合してなるペースト（スラリー）を準備する。次いで、図１０に示すように、このペーストを用いてドクターブレード法等によりキャリアフィルム５１上にシート成形し、乾燥させ、無機組成物層（セラミックグリーンシート）５２ｃを形成する。
【００５６】
ここで、アルミナは、後述するガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高く、このアルミナを主成分とする無機組成物層５２ｃは、ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高くなる。つまり、無機組成物層５２ｃは、ガラス・セラミックグリーンシートの焼成条件では焼結しない層である。なお、上述したのと同様に、無機組成物層５２ｃの材料として用いたアルミナは、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化マグネシウム、もしくは炭化ケイ素等で代用することができる。
【００５７】
（２）ガラス・セラミックグリーンシート形成
図１１に示すように、キャリアフィルム５１上に形成した無機組成物層５２ｃ上に、ガラス・セラミックグリーンシート（ガラス・セラミック層）５３ｃを形成する。この、ガラス・セラミック層５３ｃは、ポリビニルブチラールからなる有機バインダと、ジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤と、トルエンおよびイソプロピルアルコールを重量比３０対７０で混合してなる溶剤に、ホウ珪酸鉛ガラス粉末およびアルミナ粉末を重量比５０対５０とした組成物からなるガラス・セラミックを添加、混合してスラリーを形成し、このスラリーをドクターブレード法により無機組成物層５２ｃ上に成形し、乾燥させたものである。
【００５８】
（３）ビアホール形成
次に、穿孔機により、キャリアフィルム５１、無機組成物層５２ｃおよびガラス・セラミック層５３ｃを貫通する貫通孔を形成する。そして、この貫通孔に、スクリーン印刷法等により、導体材料（導体ペースト）を充填して、図１２に示すように、キャリアフィルム５１、無機組成物層５２ｃ、ガラス・セラミック層５３ｃを貫通するビアホール５４ｃを形成する。
【００５９】
この際、導体ペーストとしては、上述したのと同様に、銀粉末にガラスフリットを５重量％加えた無機成分に、有機バインダであるエチルセルロースをターピネオールに溶かしたビヒクルを加えたものを用いる。なお、導体ペーストの無機成分として用いた銀粉末は、銅、銀／パラジウム、もしくは銀／白金等の粉末で代用することができる。
【００６０】
（４）導体パターン形成
図１３に示すように、無機組成物層５２ｃ上に形成したガラス・セラミック層５３ｃ上に、さらに、スクリーン印刷法により、導体ペーストを印刷し、ビアホール５４ｃと導通する導体パターン５５ｃを形成する。
【００６１】
なお、導体パターン５５ｃは、上述したのと同様に、金属箔または金属線を用いて形成してもよい。この場合、打ち抜いた金属箔または金属線をセラミックグリーンシート上に熱プレスする方法、もしくは、樹脂フィルム上に蒸着、スパッタ、メッキ等でパターンを形成し、セラミックグリーンシート上に熱転写する方法等を用いる。
【００６２】
（５）積層
図１４に示すように、（１）乃至（４）の手順で形成した複数枚のガラス・セラミック層５３ｃを、キャリアフィルム５１から剥がし、上述した手法と同様にして作製したガラス・セラミック層５３ａ、５３ｂ、５３ｄ、５３ｅと共に、導体パターン５５ｃを設けた表面側を上面として、順次積層する。
【００６３】
つまり、ガラス・セラミック層５３ｂ、５３ｄおよび５３ｅは、ガラス・セラミック層５３ｃと同様に、その一方主面には無機組成物層５２ｂ、５２ｄおよび５２ｅがそれぞれ形成されており、かつ、各ガラス・セラミック層および各無機組成物層を貫通するビアホール５４ｂ、５４ｄおよび５４ｅと、導体パターン５５ｂ、５５ｄおよび５５ｅとがそれぞれ形成されている。
【００６４】
なお、セラミック多層基板の最下層を構成するガラス・セラミック層５３ａ、並びに、セラミック多層基板の最上層を構成するガラス・セラミック層５３ｅは、他の層を構成するガラス・セラミック層５３ｂ、５３ｃおよび５３ｄ等より、厚み寸法の小さいものとする。また、ガラス・セラミック層５３ａは、無機組成物層を形成せず、通常のガラス・セラミックグリーンシートの作製手順にしたがって形成したものであり、内部電極となる導体パターン５５ａと外部電極となる導体パターン５７とがその両面に印刷されている。
【００６５】
（６）圧着
ガラス・セラミック層５３ａおよび無機組成物層５２ａ〜５２ｄを備えるガラス・セラミック層５２ｂ〜５３ｅを、例えば温度８０℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱圧着し、積層圧着体を形成する。この際、ガラス・セラミック層５３ａ〜５３ｅと無機組成物層５２ａ〜５２ｄとが、アンカー効果等により接合される。
【００６６】
こうして形成された積層圧着体を図１５に示す。同図において、６０は積層圧着体であり、ガラス・セラミックグ層５３ａ〜５３ｅと無機組成物層５２ａ〜５２ｄとが交互に配置され、表面および裏面には表面電極となる導体パターン５７および５５ｅ、ならびに、各層間に設けられた内部電極となる導体パターン５５ａ〜５５ｄが、ビアホール５４ａ〜５４ｅにより接続されている。
【００６７】
また、積層圧着体６０を構成するガラス・セラミック層５３ｂ〜５３ｄにおいては、その両面が無機組成物層５２ａ〜５２ｄでそれぞれ覆われている。さらに、積層圧着体６０の最下層を構成するガラス・セラミック層５３ａ、最上層を構成するガラス・セラミック層５３ｅは、他の層のガラス・セラミック層５３ｂ〜５３ｄより厚み寸法が小さい。
【００６８】
（７）焼成
この積層圧着体６０を、例えば空気中または窒素雰囲気中で温度９００℃、１時間の条件で焼成する。この際、積層圧着体６０を構成する各ガラス・セラミック層は、ｘ、ｙ、ｚの各方向に熱収縮しようとするが、ガラス・セラミック層と交互に配置された無機組成物層５２ａ〜５２ｄに拘束されるので、平面方向（ｘ−ｙ方向）の熱収縮が抑制され、厚み方向（ｚ方向）にのみ大きく収縮することになる。
【００６９】
また、積層圧着体６０の最下層付近および最上層付近のみならず、内部の層を構成するガラス・セラミック層５３ｂ〜５３ｄにおいても、無機組成物層５２ａ〜５２ｄの作用により、平面方向の熱収縮が抑制される。したがって、焼成時の変形、特に、積層圧着体６０の側面が内部に向かって窪むように変形する恐れがない。これにより、クラックの発生、および、ガラス・セラミック層５３ａ〜５３ｅの剥離が防止され、高精度のセラミック多層基板の製造が可能となる。
【００７０】
また、ガラス・セラミック層５３ａおよび５３ｅは、その一方主面側とのみ無機組成物層に接しいるので、ガラス・セラミック層５３ｂ、５３ｃおよび５３ｄに比べて、熱収縮が抑制される度合いは小さいが、ガラス・セラミック層５３ａおよび５３ｅの厚み寸法は、ガラス・セラミック層５３ｂ、５３ｃおよび５３ｄより小さいため、実際の熱収縮による変化量も小さいものとなる。つまり、ガラス・セラミック層５３ａおよび５３ｅの熱収縮による変化量が、ガラス・セラミック層５３ｂ、５３ｃおよび５３ｄの変化量と同等となるように、ガラス・セラミック層５３ａおよび５３ｅの厚み寸法が調整されている。このような観点から、最上層または最下層のガラス・セラミック層の厚みは、それ以外のガラス・セラミック層の厚みの０．１〜０．９倍、さらには、０．３〜０．７倍が望ましい。
【００７１】
以上、本発明の第３の実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法においては、ガラス・セラミック層５３ａ−５３ｂ間、ガラス・セラミック層５３ｂ−５３ｃ間、ガラス・セラミック層５３ｃ−５３ｄ間、ガラス・セラミック層５３ｄ−５３ｅ間での熱収縮の変化量をそれぞれ等しくしているため、各ガラス・セラミック層間での剥離および熱収縮による変形やクラック発生が防止され、さらには反りや歪みの少ない高精度のセラミック多層基板が得られる。
【００７２】
第４の実施例
本実施例によるセラミック多層基板を図１６に示す。このセラミック多層基板２０は、ガラス・セラミック層７１ａ〜７１ｆと無機組成物層７２ａ〜７２ｇとが交互に積層された構成を有している。また、その内部には、ビアホール７３および内部導体７４により、コンデンサパターンや配線パターン等が形成されており、その表面には、表面電極７５が形成されている。
【００７３】
すなわち、本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、セラミック多層基板２０のように、上下表層に無機組成物層７２ａおよび７２ｇを有した層構成のセラミック多層基板をも実現できる。なお、セラミック多層基板２０において、ガラス・セラミック層７１ａ〜７１ｆの厚み、材料等が同一の場合は、上下表層の無機組成物層７２ａおよび７２ｇの厚みは、他の無機組成物層７２ｂ〜７２ｆの厚みに対して半分程度であることが望ましい。
【００７４】
第５の実施例
本実施例は、図１７に示すように、ビアホール８３ａ、８３ｂ、８３ｃ・・・および導体パターン８４ａ、８４ｂ、８４ｃ・・・を備えたガラス・セラミックグリーンシート８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・と、前記無機組成物を主成分とするセラミックグリーンシート８２ａ、８２ｂ・・・とを交互に積層し、これをガラス・セラミックグリーンシートの焼成条件で焼成することによって、セラミック多層基板を製造するものである。
【００７５】
ここで、無機組成物を主成分とするセラミックグリーンシート８２ａ、８２ｂ・・・には、貫通孔８５ａ、８５ｂ・・・がそれぞれ形成されているが、これらの貫通孔には導体材料は充填されていない。すなわち、セラミックグリーンシート８２ａ、８２ｂ・・・の厚みは１〜２０μｍ、さらには１〜１０μｍと、ガラス・セラミックグリーンシート８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・に比べて極めて薄いので、圧着時あるいは焼成時に、ガラス・セラミックグリーンシート８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・に形成したビアホール８３ａ、８３ｂ、８３ｃ・・・が貫通孔８５ａ、８５ｂ・・・に入り込み、各ガラス・セラミックグリーンシート上の導体パターン同士を接続することになる。
【００７６】
次に、上記各実施例にかかるセラミック多層基板の製造方法に関する実験結果を説明する。
【００７７】
表１に、第１の実験結果を示す。この実験は、無機組成物層の厚み寸法により、焼成時の積層体の平面方向の熱収縮率がどのように異なるかを調べたものである。なお、この実験においては、ガラス・セラミックグリーンシートおよび無機組成物層の組成ならびに層構成は、上述の第1の実施例で説明したとおりであり、ガラス・セラミックグリーンシートの焼成温度は１０００℃、セラミックグリーンシートの焼成温度は１５００℃である。また、ガラス・セラミックグリーンシートの厚み寸法を１００μｍ、層数を１０層とし、熱収縮率を下記（１）式により算出した。
熱収縮率＝（焼成後の積層体の底面の縦寸法または横寸法）／（焼成前の積層体の底面の縦寸法または横寸法）×１００（％）      …（１）
【００７８】
【表１】
0003656484.tif 000002
【００７９】
この実験結果から、無機組成物層（または無機組成物を主成分とするセラミックグリーンシート）の厚み寸法は、１乃至２０μｍの範囲に設定することが望ましいと言える。
【００８０】
また、表２に、第２の実験結果を示す。この実験は、ガラス・セラミックグリーンシート焼成時の積層体の平面方向の熱収縮率が、焼成温度で、どのように異なるかを調べたものである。なお、この実験において、ガラス・セラミックグリーンシートとして、焼成温度が１０００℃のものを用い、上記（１）式で熱収縮率を算出した。
【００８１】
【表２】
0003656484.tif 000003
【００８２】
表２から読み取れるように、焼成温度１０００℃のガラス・セラミックグリーンシートに対して、温度が９００℃以上になると、熱収縮率が急激に低下する。ここで、ガラス・セラミックグリーンシートの熱収縮は、焼成温度１０００℃の約１００℃近傍、すなわち、９００℃付近から、急激に進行する。そこで、この９００℃から１０００℃の間に、セラミックグリーンシートが熱収縮しなければ、ガラス・セラミックグリーンシートの平面方向の熱収縮が抑制されることとなる。このことから、ガラス・セラミックグリーンシートと無機組成物層（または無機組成物を主成分とするセラミックグリーンシート）の焼成温度の差は、少なくとも１００℃以上あれば、本発明の目的を達成できると言える。
【００８３】
なお、上記各実施例においては、ガラス・セラミックグリーンシートに、無機組成物（セラミックグリーンシート）を重ね合わせたものを積層し、ガラス・セラミックグリーンシートと無機組成物とを交互に配置して積層体の全体を構成する場合について説明したが、積層体の一部について、無機組成物を介さず、ガラス・セラミックグリーンシートのみを積層して構成してもよい。つまりは、セラミック多層基板の平面方向への収縮を抑制し、かつ、その反りや歪みを低減するような層構成にすることが重要である。
【００８４】
また、第１の実施例、第２の実施例においては、ガラス・セラミックグリーンシートの表面および裏面にペースト（スラリー）を塗布し、乾燥させ、無機組成物層を形成する場合について説明したが、それぞれ別個に形成し、ガラス・セラミックグリーンシートおよび無機組成物を主成分とするセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成してもよい。
【００８５】
また、上記各実施例においては、積層体を構成する各層に導体パターンおよびビアホールを形成する場合について説明したが、積層体の一部に、導体パターンおよびビアホールのない層を設けてもよい。
【００８６】
また、上記各実施例においては、積層体に形成するビアホールに導体を充填する場合について説明したが、ビアホールの内周面にのみ導体材料を設けてもよい。また、上記第３の実施例に示す積層体に、上記第２の実施例に示す要領で、キャビティを形成してもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法によれば、ガラス・セラミックグリーンシートと、このガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度が高い無機組成物とを交互に配置して積層体を形成し、焼成するものであり、この無機組成物により、積層体の最下層および最上層のみならず、内部の層を構成するガラス・セラミックグリーンシートに対して、平面方向の熱収縮が抑制される。したがって、積層体の焼成時の変形、特に、積層体の側面が内部に向かって窪むように変形する恐れがない。これにより、クラックの発生、および、ガラス・セラミックグリーンシートの剥離が防止され、高精度のセラミック多層基板の製造が可能となる。
【００８８】
また、積層体の最下層、または、最下層および最上層をガラス・セラミックグリーンシートで構成することにより、積層体の焼成後、焼結したガラス・セラミックをセラミック多層基板の実装面とすることができる。したがって、未焼結の無機組成物からなる面を実装面とする場合に比べて、実装面が安定し、セラミック多層基板を確実に実装することができる。
【００８９】
また、積層体の最下層または最上層、もしくはその双方を構成するガラス・セラミックグリーンシートを、積層体の他の層を構成するガラス・セラミックグリーンシートより、小さい厚み寸法とすることにより、各層の熱収縮による変化量を同等のものとすることができ、ガラス・セラミックグリーンシート同士の間で、剥離およびクラックの発生を防ぐことができる。
【００９０】
また、積層体に形成したキャビティの底面に、ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度の高い無機組成物を露出させるものであるため、キャビティを形成した後で、キャビティの底面に無機組成物を設ける必要がなく、容易に、キャビティの底面を焼成時の熱収縮から保護することができる。
【００９１】
また、積層体の内部に、ガラス・セラミックグリーンシートより焼成温度の高い無機組成物を配置するものであるため、振動、衝撃および熱衝撃に対して、未焼結の無機組成物が緩衝材となり、積層体に致命的なクラックまたは割れが発生しない。
【００９２】
また、積層体を構成するガラス・セラミックグリーンシートと、焼成時の熱収縮を抑制する無機組成物とは、互いに焼成温度が異なるため、積層体全体のコファイアが可能であり、製造工程の簡略化および製造コストの低減を実現することができる。
【００９３】
また、熱収縮を抑制する無機組成物の材料として、ガラスを含有しないものを用いる場合には、積層体の焼成時に、ガラス・セラミックグリーンシートの塑性流動により、内部電極を構成する導体が拡散した場合にも、熱収縮を抑制する無機組成物により、この拡散が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例において、キャリアフィルム１上にガラス・セラミックグリーンシート２ｃを形成したときの概略断面図である。
【図２】同、無機組成物層３ｃを形成したときの概略断面図である。
【図３】同、ビアホール４ｃを形成したときの概略断面図である。
【図４】同、導体パターン５ｃを形成したときの概略断面図である。
【図５】同、各ガラス・セラミックグリーンシートを積層する際の概略断面図である。
【図６】同、積層圧着体１０の概略断面図である。
【図７】同、積層圧着体を焼成した後の焼結体（セラミック多層基板）の概略断面図である。
【図８】本発明によるセラミック多層モジュール２０の概略断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例によるキャビティ３６付きセラミック多層基板４０の概略断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例において、キャリアフィルム５１上に無機組成物層５２ｃを形成したときの概略断面図である。
【図１１】同、ガラス・セラミック層５３ｃを形成したときの概略断面図である。
【図１２】同、ビアホール５４ｃを形成したときの概略断面図である。
【図１３】同、導体パターン５５ｃを形成したときの概略断面図である。
【図１４】同、ガラス・セラミック層を積層する際の概略断面図である。
【図１５】同、積層圧着体６０の概略断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施例によるセラミック多層基板７０の概略断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施例によるセラミック多層基板の製造一過程を示す概略断面図である。
【図１８】従来のセラミック多層基板の製造方法により形成された積層体を示す断面図である。
【図１９】図１８の積層体が変形した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…キャリアフィルム
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ…ガラス・セラミックグリーンシート
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…無機組成物層
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ…ビアホール
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、７、８…導体パターン
１０…積層圧着体
１１…セラミック多層基板（焼成後）
【図１】
0003656484.tif 000004
【図２】
0003656484.tif 000005
【図３】
0003656484.tif 000006
【図４】
0003656484.tif 000007
【図５】
0003656484.tif 000008
【図６】
0003656484.tif 000009
【図７】
0003656484.tif 000010
【図８】
0003656484.tif 000011
【図９】
0003656484.tif 000012
【図１０】
0003656484.tif 000013
【図１１】
0003656484.tif 000014
【図１２】
0003656484.tif 000015
【図１３】
0003656484.tif 000016
【図１４】
0003656484.tif 000017
【図１５】
0003656484.tif 000018
【図１６】
0003656484.tif 000019
【図１７】
0003656484.tif 000020
【図１８】
0003656484.tif 000021
【図１９】
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