(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生の積層体を焼成することによって得られる多層セラミック基板であって、
低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用セラミック層と、
前記基体用セラミック層の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、前記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する前記基体用セラミック層に含まれる材料の一部が浸透することによって前記無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層と、
前記基体用セラミック層に関連して設けられる、配線導体と
を備え、
前記基体用セラミック層は、比較的厚い第１の基体用セラミック層および比較的薄い第２の基体用セラミック層を備え、前記拘束層は、前記第１の基体用セラミック層の主面に接するように配置される第１の拘束層および前記第２の基体用セラミック層の主面に接するように配置される第２の拘束層を備え、前記第１の拘束層の厚みは、前記第２の拘束層の厚みより厚くされ、それによって、焼成工程において前記基体用セラミック層となるべき基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力については、前記第１の拘束層の方が前記第２の拘束層より大きくなるようにされていて、各前記基体用グリーン層の収縮能力の差による前記積層体の反りが生じることを抑制するようにされている、多層セラミック基板。
【請求項２】
生の積層体を焼成することによって得られる多層セラミック基板であって、
低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用セラミック層と、
前記基体用セラミック層の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、前記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する前記基体用セラミック層に含まれる材料の一部が浸透することによって前記無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層と、
前記基体用セラミック層に関連して設けられる、配線導体と
を備え、
前記基体用セラミック層は、比較的厚い第１の基体用セラミック層および比較的薄い第２の基体用セラミック層を備え、前記拘束層は、前記第１の基体用セラミック層の主面に接するように配置される第１の拘束層および前記第２の基体用セラミック層の主面に接するように配置される第２の拘束層を備え、前記第１の拘束層に含まれる前記無機材料粉末の粒径は、前記第２の拘束層に含まれる前記無機材料粉末の粒径より小さくされ、それによって、焼成工程において前記基体用セラミック層となるべき基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力については、前記第１の拘束層の方が前記第２の拘束層より大きくなるようにされていて、各前記基体用グリーン層の収縮能力の差による前記積層体の反りが生じることを抑制するようにされている、多層セラミック基板。
【請求項３】
生の積層体を焼成することによって得られる多層セラミック基板であって、
低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用セラミック層と、
前記基体用セラミック層の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、前記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する前記基体用セラミック層に含まれる材料の一部が浸透することによって前記無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層と、
前記基体用セラミック層に関連して設けられる、配線導体と
を備え、
前記基体用セラミック層は、厚みの互いに異なる第１および第２の基体用セラミック層を備え、前記拘束層は、前記第１および第２の基体用セラミック層の各主面にそれぞれ接するように配置される第１および第２の拘束層を備え、前記第１および第２の拘束層の各々に含まれる前記無機材料粉末として、互いに異なる材質のものが用いられ、それによって、焼成工程において前記基体用セラミック層となるべき基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力が、前記第１の拘束層と前記第２の拘束層との間で異ならされていて、各前記基体用グリーン層の収縮能力の差による前記積層体の反りが生じることを抑制するようにされている、多層セラミック基板。
【請求項４】
前記配線導体は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ−ＰｄおよびＡｇ−Ｐｔから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とする導電材料から構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の多層セラミック基板。
【請求項５】
前記配線導体は、前記基体用セラミック層の主面に沿って延びる導体膜と前記基体用セラミック層を貫通するように延びるビアホール導体とを備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の多層セラミック基板。
【請求項６】
低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用グリーン層と、前記基体用グリーン層の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、かつ前記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む、複数の拘束用グリーン層と、前記基体用グリーン層に関連して設けられる、配線導体とを備える、生の積層体を作製する工程と、
前記生の積層体を、前記低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で焼成する工程と
を備え、
前記生の積層体に備える複数の前記基体用グリーン層から選ばれた少なくとも２つの基体用グリーン層については、前記焼成する工程において本来的に有している収縮能力が互いに異なっており、
前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層から選ばれた少なくとも２つの拘束用グリーン層については、前記焼成する工程において前記収縮能力の差によって前記積層体に反りが生じることを抑制するため、前記基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力が互いに異ならされているものが用いられ、
前記拘束用グリーン層が与え得る拘束力は、前記拘束用グリーン層の厚み、前記拘束用グリーン層に含まれる前記無機材料粉末の粒径、材質、形状、粒度分布および含有量、ならびに前記拘束用グリーン層の表面状態から選ばれた少なくとも１つの因子によって制御される、多層セラミック基板の製造方法。
【請求項７】
前記生の積層体を作製する工程は、前記基体用グリーン層となる基体用グリーンシートを用意する工程と、前記基体用グリーンシート上に前記拘束用グリーン層を形成する工程とを備える、請求項６に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項８】
前記基体用グリーンシート上に拘束用グリーン層を形成する工程は、前記拘束用グリーン層となるスラリーを用意する工程と、前記スラリーを前記基体用グリーンシート上に塗布する工程とを備える、請求項７に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項９】
前記基体用グリーンシート上に拘束用グリーン層を形成する工程は、前記拘束用グリーン層となる拘束用グリーンシートを用意する工程と、前記基体用グリーンシートと前記拘束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７に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１０】
前記生の積層体を作製する工程は、前記基体用グリーン層となる基体用スラリーおよび前記拘束層グリーン層となる拘束用スラリーをそれぞれ用意する工程と、前記基体用スラリーを塗布して前記基体用グリーン層を形成する工程と、前記拘束用スラリーを前記基体用グリーン層上に塗布して前記拘束用グリーン層を形成する工程とを備える、請求項６に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の製造方法によって製造された、多層セラミック基板。
【請求項１２】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の製造方法によって製造される多層セラミック基板の設計方法であって、
前記低温焼結セラミック材料を含む第１の試験用グリーン層と前記無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層とを積層してなる複合構造物に対して、前記低温焼結セラミック材料が焼結する条件で焼成工程を実施して、前記第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を測定する、第１の工程を備え、
前記第１の工程を、焼成工程での収縮能力が互いに異なる複数種類の前記第１の試験用グリーン層と焼成工程での拘束力が互いに異なる複数種類の前記第２の試験用グリーン層との組合せの各々について実施し、それによって、前記第１の試験用グリーン層と前記第２の試験用グリーン層との各組合せについての前記収縮率を予め求めておき、さらに、
得ようとする多層セラミック基板に必要な複数の前記基体用グリーン層の各々の性状と同等の性状を有する複数種類の前記第１の試験用グリーン層を選び出す、第２の工程と、
選び出された複数種類の前記第１の試験用グリーン層の各々の前記収縮率が互いに近似する前記第１の試験用グリーン層と前記第２の試験用グリーン層との組合せを選び出す、第３の工程と、
選び出された前記組合せに係る前記第２の試験用グリーン層の厚みと同等に前記拘束用グリーン層の厚みを決定する、第４の工程と
を備える、多層セラミック基板の設計方法。
【請求項１３】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の製造方法によって製造される多層セラミック基板の設計方法であって、
前記低温焼結セラミック材料を含む第１の試験用グリーン層と前記無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層とを積層してなる複合構造物に対して、前記低温焼結セラミック材料が焼結する条件で焼成工程を実施して、前記第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を測定する、第１の工程を備え、
前記第１の工程を、焼成工程での収縮能力が互いに異なる複数種類の前記第１の試験用グリーン層と焼成工程での拘束力が互いに異なる複数種類の前記第２の試験用グリーン層との組合せの各々について実施し、それによって、前記第１の試験用グリーン層と前記第２の試験用グリーン層との各組合せについての前記収縮率を予め求めておき、さらに、
得ようとする多層セラミック基板に必要な複数の前記基体用グリーン層の各々の性状と同等の性状を有する複数種類の前記第１の試験用グリーン層を選び出す、第２の工程と、
選び出された複数種類の前記第１の試験用グリーン層の各々の前記収縮率が互いに近似する前記第１の試験用グリーン層と前記第２の試験用グリーン層との組合せを選び出す、第３の工程と、
選び出された前記組合せに係る前記第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径と同等に前記拘束用グリーン層に含まれる前記無機材料粉末の粒径を決定する、第４の工程と
を備える、多層セラミック基板の設計方法。
【請求項１４】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の製造方法によって製造される多層セラミック基板の設計方法であって、
前記低温焼結セラミック材料を含む第１の試験用グリーン層と前記無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層とを積層してなる複合構造物に対して、前記低温焼結セラミック材料が焼結する条件で焼成工程を実施して、前記第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を測定する、第１の工程を備え、
前記第１の工程を、焼成工程での収縮能力が互いに異なる複数種類の前記第１の試験用グリーン層と焼成工程での拘束力が互いに異なる複数種類の前記第２の試験用グリーン層との組合せの各々について実施し、それによって、前記第１の試験用グリーン層と前記第２の試験用グリーン層との各組合せについての前記収縮率を予め求めておき、さらに、
得ようとする多層セラミック基板に必要な複数の前記基体用グリーン層の各々の性状と同等の性状を有する複数種類の前記第１の試験用グリーン層を選び出す、第２の工程と、
選び出された複数種類の前記第１の試験用グリーン層の各々の前記収縮率が互いに近似する前記第１の試験用グリーン層と前記第２の試験用グリーン層との組合せを選び出す、第３の工程と、
選び出された前記組合せに係る前記第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料粉末の材質と同等に前記拘束用グリーン層に含まれる前記無機材料粉末の材質を決定する、第４の工程と
を備える、多層セラミック基板の設計方法。
【請求項１５】
前記第２の工程は、前記基体用グリーン層の厚みと同等の厚みを有する前記第１の試験用グリーン層を選び出す工程を備える、請求項１２ないし１４のいずれかに記載の多層セラミック基板の設計方法。
【請求項１６】
前記第２の工程は、前記基体用グリーン層の組成と同等の組成を有する前記第１の試験用グリーン層を選び出す工程を備える、請求項１２ないし１５のいずれかに記載の多層セラミック基板の設計方法。
【請求項１７】
前記第２の工程は、前記基体用グリーン層上に形成される前記配線導体と同等の配線導体を形成した前記第１の試験用グリーン層を選び出す工程を備える、請求項１２ないし１６のいずれかに記載の多層セラミック基板の設計方法。
【請求項１８】
請求項１ないし５および１１のいずれかに記載の多層セラミック基板と、前記多層セラミック基板を実装するマザーボードとを備える、電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層セラミック基板、その製造方法および設計方法、ならびにこのような多層セラミック基板を備える電子装置に関するもので、特に、多層セラミック基板の反りを低減するための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層セラミック基板は、複数の積層されたセラミック層を備えている。このような多層セラミック基板には、種々の形態の配線導体が設けられている。配線導体としては、たとえば、多層セラミック基板の内部において、セラミック層間の特定の界面に沿って延びる内部導体膜が形成されたり、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体が形成されたり、また、多層セラミック基板の外表面上において延びる外部導体膜が形成されたりしている。
【０００３】
多層セラミック基板は、半導体チップ部品やその他のチップ部品等を搭載し、これらの電子部品を相互に配線するために用いられている。上述した配線導体は、この相互配線のための電気的経路を与えている。
【０００４】
また、多層セラミック基板には、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が内蔵されることがある。この場合には、上述した配線導体としての内部導体膜やビアホール導体の一部によって、これらの受動部品が与えられる。
【０００５】
多層セラミック基板は、たとえば、移動体通信端末機器の分野において、ＬＣＲ複合化高周波部品として用いられたり、コンピュータの分野において、半導体ＩＣチップのような能動素子とコンデンサやインダクタや抵抗のような受動素子とを複合化した部品として、あるいは単なる半導体ＩＣパッケージとして用いられたりしている。
【０００６】
より具体的には、多層セラミック基板は、ＰＡモジュール基板、ＲＦダイオードスイッチ、フィルタ、チップアンテナ、各種パッケージ部品、複合デバイス等の種々の電子部品を構成するために広く用いられている。
【０００７】
多層セラミック基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、上述したような配線導体を高密度に配置することが有効である。
【０００８】
しかしながら、多層セラミック基板を得るためには、必ず、焼成工程を経なければならないが、このような焼成工程においては、セラミックの焼結による収縮が生じ、この収縮は多層セラミック基板全体において均一に生じにくく、そのため、配線導体において不所望な変形や歪みがもたらされることがある。このような配線導体において生じる変形や歪みは、上述のような配線導体の高密度化を阻害してしまう。
【０００９】
そこで、多層セラミック基板を製造するにあたって、焼成工程において多層セラミック基板の主面方向で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することが提案されている。
【００１０】
無収縮プロセスによる多層セラミック基板の製造方法においては、たとえば１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料が用意されるとともに、上述の低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない、収縮抑制用として機能する無機材料粉末が用意される。そして、焼成することによって目的とする多層セラミック基板となる生の積層体を作製するにあたっては、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用グリーン層の特定のものの主面に接するように、無機材料粉末を含む拘束用グリーン層が配置され、また、基体用グリーン層に関連して、配線導体のための導電性ペースト体が設けられる。
【００１１】
上述のようにして得られた生の積層体は、次いで、焼成される。この焼成工程において、基体用グリーン層と拘束用グリーン層との界面部分に厚み２〜３μｍ程度の反応層が生じ、この反応層が基体用グリーン層と拘束用グリーン層とを接着するように作用する。また、拘束用グリーン層に含まれる無機材料は実質的に焼結しないため、拘束用グリーン層においては、収縮が実質的に生じない。このようなことから、拘束用グリーン層が基体用グリーン層を拘束し、それによって、基体用グリーン層は、厚み方向にのみ実質的に収縮するが、主面方向での収縮が抑制される。その結果、生の積層体を焼成して得られた多層セラミック基板において不均一な変形がもたらされにくくなり、そのため、配線導体において不所望な変形や歪みがもたらされにくくすることができ、配線導体の高密度化を可能にする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、基体用グリーン層の主面方向での収縮が抑制されるといっても、その収縮量が完全に０％になるのではなく、基体用グリーン層および拘束用グリーン層の各々に含まれるバインダが抜けるなどして、必ず、２〜３％の収縮が生じる。
【００１３】
また、上述の収縮量は、基体用グリーン層または拘束用グリーン層の性状によって変化する。たとえば、基体用グリーン層の厚みが厚くなるほど、拘束用グリーン層による収縮抑制のための拘束力を及ぼしにくくなり、基体用グリーン層がより収縮しやすくなる。また、拘束用グリーン層の厚みが薄くなるほど、収縮抑制のための拘束力が小さくなり、基体用グリーン層がより収縮しやすくなる。
【００１４】
このことから、たとえば２５〜３００μｍの範囲で厚みが互いに異ならされた複数種類の基体用グリーン層が混在する生の積層体において、各基体用グリーン層の主面に接するように同一の性状の拘束用グリーン層を形成した場合には、この生の積層体を焼成して多層セラミック基板を得ようとするとき、積層体の積層方向に関して収縮率のばらつきが生じ、そのため、積層体に反りがもたらされることがあり、より深刻な場合には、積層体に割れや剥がれが生じることがある。その結果、積層体に関連して設けられる配線導体の位置精度等が低下し、配線導体の高密度化を阻害するとともに、得られた多層セラミック基板の信頼性を低下させる。
【００１５】
なお、上の説明では、基体用グリーン層の収縮率を異ならせる因子として、基体用グリーン層の厚みの差を例示したが、基体用グリーン層の組成または材質の差、基体用グリーン層に関連して設けられる配線導体の分布密度または分布状態の差等によっても、基体用グリーン層の収縮率が異なってくる場合がある。
【００１６】
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、その製造方法および設計方法、ならびにこのような多層セラミック基板を用いて構成される電子装置を提供しようとすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、まず、生の積層体を焼成することによって得られる多層セラミック基板に向けられる。
【００１８】
この多層セラミック基板は、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用セラミック層と、基体用セラミック層の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する基体用セラミック層に含まれる材料の一部が浸透することによって無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層と、基体用セラミック層に関連して設けられる、配線導体とを備えている。
【００１９】
このような多層セラミック基板において、上述した技術的課題を解決するため、複数の拘束層から選ばれた少なくとも２つの拘束層については、焼成工程において基体用セラミック層となるべき基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力が互いに異ならされていることを特徴としている。
【００２０】
このような多層セラミック基板に関して、この発明による第１の好ましい実施態様では、基体用セラミック層は、比較的厚い第１の基体用セラミック層および比較的薄い第２の基体用セラミック層を備え、拘束層は、第１の基体用セラミック層の主面に接するように配置される第１の拘束層および第２の基体用セラミック層の主面に接するように配置される第２の拘束層を備え、第１の拘束層の厚みは、第２の拘束層の厚みより厚くされる。
【００２１】
第２の好ましい実施態様では、上述の第１の実施態様と同様の第１および第２の基体用セラミック層ならびに第１および第２の拘束層を備えるが、第１の拘束層に含まれる無機材料粉末の粒径が、第２の拘束層に含まれる無機材料粉末の粒径より小さくされる。
【００２２】
第３の好ましい実施態様では、基体用セラミック層は、厚みの互いに異なる第１および第２の基体用セラミック層を備え、拘束層は、第１および第２の基体用セラミック層の各主面にそれぞれ接するように配置される第１および第２の拘束層を備え、第１および第２の拘束層の各々に含まれる無機材料粉末として、互いに異なる材質のものが用いられる。
【００２３】
この発明に係る多層セラミック基板において、配線導体は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ−ＰｄおよびＡｇ−Ｐｔから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とする導電材料から構成されることが好ましい。
【００２４】
また、配線導体は、種々の態様のものがあるが、たとえば、基体用セラミック層の主面に沿って延びる導体膜や基体用セラミック層を貫通するように延びるビアホール導体がある。
【００２５】
この発明は、また、多層セラミック基板の製造方法にも向けられる。
【００２６】
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用グリーン層と、基体用グリーン層の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、かつ低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む、複数の拘束用グリーン層と、基体用グリーン層に関連して設けられる、配線導体とを備える、生の積層体を作製する工程と、この生の積層体を、低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で焼成する工程とを備えている。そして、生の積層体に備える複数の基体用グリーン層から選ばれた少なくとも２つの基体用グリーン層については、上述した焼成する工程において本来的に有している収縮能力が互いに異なっている。
【００２７】
このような多層セラミック基板の製造方法において、前述した技術的課題を解決するため、生の積層体に備える複数の拘束用グリーン層から選ばれた少なくとも２つの拘束用グリーン層については、焼成する工程において上述した収縮能力の差によって積層体に反りが生じることを抑制するため、基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力が互いに異ならされているものが用いられることを特徴としている。
【００２８】
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、上述したように拘束用グリーン層が与え得る拘束力は、拘束用グリーン層の厚み、拘束用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径、材質、形状、粒度分布および含有量、ならびに拘束用グリーン層の表面状態のいずれかの因子、またはその組合せによって制御される。
【００２９】
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、生の積層体を作製するにあたっては、たとえば、基体用グリーン層となる基体用グリーンシートを用意し、この基体用グリーンシート上に拘束用グリーン層を形成することが行なわれる。
【００３０】
上述したように基体用グリーンシート上に拘束用グリーン層を形成するにあたっては、たとえば、拘束用グリーン層となるスラリーを用意し、このスラリーを基体用グリーンシート上に塗布することが行なわれたり、あるいは、拘束用グリーン層となる拘束用グリーンシートを用意し、基体用グリーンシートと拘束用グリーンシートとを重ね合わせることが行なわれたりする。
【００３１】
また、生の積層体を作製するにあたっては、上述した方法に代えて、基体用グリーン層となる基体用スラリーおよび拘束用グリーン層となる拘束用スラリーをそれぞれ用意し、基体用スラリーを塗布して基体用グリーン層を形成し、拘束用スラリーを基体用グリーン層上に塗布して拘束用グリーン層を形成するようにしてもよい。
【００３２】
この発明は、また、以上のような製造方法によって製造された多層セラミック基板にも向けられる。
【００３３】
また、この発明は、以上のような製造方法によって製造される多層セラミック基板の設計方法にも向けられる。
【００３４】
この多層セラミック基板の設計方法は、まず、低温焼結セラミック材料を含む第１の試験用グリーン層と無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層とを積層してなる複合構造物に対して、低温焼結セラミック材料が焼結する条件で焼成工程を実施して、第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を測定する、第１の工程を備えている。この第１の工程は、焼成工程での収縮能力が互いに異なる複数種類の第１の試験用グリーン層と焼成工程での拘束力が互いに異なる複数種類の第２の試験用グリーン層との組合せの各々について実施され、それによって、第１の試験用グリーン層と第２の試験用グリーン層との各組合せについての収縮率が予め求められる。
【００３５】
さらに、この多層セラミック基板の設計方法は、得ようとする多層セラミック基板に必要な複数の基体用グリーン層の各々の性状と同等の性状を有する複数種類の第１の試験用グリーン層を選び出す、第２の工程と、選び出された複数種類の第１の試験用グリーン層の各々の収縮率が互いに近似する第１の試験用グリーン層と第２の試験用グリーン層との組合せを選び出す、第３の工程と、選び出された組合せに係る第２の試験用グリーン層と同等の性状を与えるように拘束用グリーン層の性状を決定する、第４の工程とを備えている。
【００３６】
上述した第２の工程には、第１の試験用グリーン層を選び出す根拠となる性状を決定する因子の種類に応じて、種々の態様がある。
【００３７】
すなわち、第１の試験用グリーン層の厚みを因子とする場合には、基体用グリーン層の厚みと同等の厚みを有する第１の試験用グリーン層が選び出される。
【００３８】
また、第１の試験用グリーン層の組成を因子とする場合には、基体用グリーン層の組成と同等の組成を有する第１の試験用グリーン層が選び出される。
【００３９】
また、第１の試験用グリーン層に関連して形成される配線導体を因子とする場合には、基体用グリーン層上に形成される配線導体と同等の配線導体を形成した第１の試験用グリーン層が選び出される。
【００４０】
また、この発明に係る多層セラミック基板の設計方法において、前述した第４の工程には、決定されるべき拘束用グリーン層の性状の種類に応じて、以下のように、種々の態様がある。
【００４１】
すなわち、決定すべき性状が拘束用グリーン層の厚みである場合には、第４の工程では、第２の試験用グリーン層の厚みと同等に拘束用グリーン層の厚みが決定される。
【００４２】
また、決定すべき性状が拘束用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径である場合には、第４の工程では、第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径と同等に拘束用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径が決定される。
【００４３】
また、決定すべき性状が拘束用グリーン層に含まれる無機材料粉末の材質である場合には、第４の工程では、第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料粉末の材質と同等に拘束用グリーン層に含まれる無機材料粉末の材質が決定される。
【００４４】
この発明は、さらに、上述したような多層セラミック基板と、この多層セラミック基板を実装するマザーボードとを備える、電子装置にも向けられる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板１を図解的に示す断面図である。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積層体２を図解的に示す断面図である。多層セラミック基板１は、生の積層体２を焼成することによって得られるものである。
【００４６】
図１を参照して、多層セラミック基板１は、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用セラミック層３を備えている。基体用セラミック層３としては、「３（ａ）」が付されたものと、「３（ｂ）」が付されたものと、「３（ｃ）」が付されたものとがあるが、これら「３（ａ）」、「３（ｂ）」および「３（ｃ）」の各参照符号は、これらを互いに区別する必要がある場合において用いることにする。
【００４７】
多層セラミック基板１は、また、基体用セラミック層３の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、上述した低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する基体用セラミック層３に含まれる材料の一部が浸透することによって無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層４を備えている。この実施形態では、複数の基体用セラミック層３の間の各界面に沿って拘束層４が配置されている。拘束層４として、「４（ａ）」が付されたものと、「４（ｂ）」が付されたものと、「４（ｃ）」が付されたものとがあるが、これら「４（ａ）」、「４（ｂ）」および「４（ｃ）」の各参照符号は、これらを互いに区別する必要がある場合に用いることにする。
【００４８】
多層セラミック基板１は、さらに、配線導体５を備えている。配線導体５としては、たとえば、基体用セラミック層３の主面に沿って延びる導体膜６および７と基体用セラミック層３を貫通するように延びるビアホール導体８および９とがある。導体膜６および７としては、多層セラミック基板１の内部に設けられる内部導体膜６、および多層セラミック基板１の外表面上に設けられる外部導体膜７がある。また、ビアホール導体８および９としては、多層セラミック基板１の内部に位置されるビアホール導体８、および多層セラミック基板１の側面に露出するように位置される端子用ビアホール導体９がある。
【００４９】
この多層セラミック基板１は、想像線で示すようなマザーボード１０上に実装され、所望の電子装置を構成する状態とされる。マザーボード１０への実装のため、上述した端子用ビアホール導体９およびこれに連なる外部導体膜７がマザーボード１０に対してたとえば半田付けされる。また、図示しないが、多層セラミック基板１の図による上面上には、種々の電子部品が搭載されることがある。
【００５０】
このような多層セラミック基板１において、基体用セラミック層３の各厚みに注目すると、基体用セラミック層３（ａ）が最も薄く、基体用セラミック層３  （ｂ）が中間的な厚みを有し、基体用セラミック層３（ｃ）が最も厚い。
【００５１】
また、拘束層４についても、厚みの差がある。すなわち、最も薄い基体用セラミック層３（ａ）に接する拘束層４（ａ）が最も薄く、中間的な厚みを有する基体用セラミック層３（ｂ）に接する拘束層４（ｂ）が中間的な厚みを有し、最も厚い基体用セラミック層３（ｃ）に接する拘束層４（ｃ）が最も厚い。
【００５２】
このような多層セラミック基板１を得るため、図２に示した生の積層体２が作製される。
【００５３】
生の積層体２は、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数の基体用グリーン層１１を備えている。基体用グリーン層１１は、焼成後において、前述した基体用セラミック層３となるものである。
【００５４】
生の積層体２は、また、基体用グリーン層１１の特定のものの主面に接するようにそれぞれ配置され、かつ低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む、複数の拘束用グリーン層１２を備えている。拘束用グリーン層１２は、前述した拘束層４となるものである。
【００５５】
また、生の積層体２は、基体用グリーン層１１に関連して設けられる、配線導体５のための導電性ペースト体１３を備えている。導電性ペースト体１３は、前述したような内部導体膜６、外部導体膜７、ビアホール導体８および端子用ビアホール導体９の各々に対応する部分を有している。
【００５６】
このような生の積層体２は、前述した低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で焼成され、それによって、多層セラミック基板１が得られる。
【００５７】
生の積層体２に備える複数の基体用グリーン層１１としては、前述した基体用セラミック層３の各厚みに対応して、最も薄い基体用グリーン層１１（ａ）と、中間的な厚みを有する基体用グリーン層１１（ｂ）と、最も厚い基体用グリーン層１１（ｃ）とがある。このような厚みの相違のために、拘束用グリーン層１２から及ぼされる収縮抑制作用の結果として現れる収縮抑制効果の度合いが異なり、そのため、焼成工程において本来的に有している収縮能力は、最も厚い基体用グリーン層１１（ｃ）で最も高く、最も薄い基体用グリーン層１１（ａ）で最も低い。
【００５８】
このような状況において、何らの対策をも講じない場合には、焼成工程において、上述の収縮能力の差によって積層体２に反りが生じてしまう。このような反りが生じることを抑制するため、拘束用グリーン層１２として、基体用グリーン層１１に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力が互いに異ならされたものが用いられる。
【００５９】
すなわち、最も薄く、したがって収縮能力が最も低い基体用グリーン層１１（ａ）の主面に接するように配置される拘束用グリーン層１２（ａ）については、最も薄くされ、したがって拘束力が最も小さくなるようにされる。
【００６０】
また、中間的な厚みを有し、したがって中間的な収縮能力を有する基体用グリーン層１１（ｂ）の主面に接するように配置される拘束用グリーン層１２（ｂ）については、中間的な厚みを有し、したがって中間的な拘束力を与え得るようにされる。
【００６１】
また、最も厚い、したがって最も高い収縮能力を有する基体用グリーン層１１（ｃ）の主面に接するように配置される拘束用グリーン層１２（ｃ）については、最も厚く、したがって最も大きい拘束力を与え得るようにされる。
【００６２】
このような生の積層体２を作製するため、通常、次のような方法が採用される。
【００６３】
まず、基体用グリーン層１１となる基体用グリーンシートが用意される。この基体用グリーンシートは、たとえば１０００℃以下の温度で焼結可能なセラミック材料を含んでいる。より具体的には、基体用グリーンシートは、たとえば、次のようにして作製されることができる。
【００６４】
すなわち、低温焼結セラミック材料に対して、有機バインダおよび溶剤からなる有機ビヒクルと可塑剤とを添加し、これらを混合することによって、スラリーを作製する。次いで、このスラリーを、ドクターブレード法によってキャリアフィルム上でシート状に成形し、乾燥させることによって、基体用グリーンシートを得ることができる。
【００６５】
低温焼結セラミック材料としては、たとえば、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の混合物のように、焼成工程において、ガラスを生成する組成のものを用いることができる。また、これに代えて、たとえばアルミナのようなフィラーとなるセラミックと、ホウケイ酸系ガラス、または酸化ケイ素のような焼結助剤として作用するガラスとを混合したものを用いることもできる。いずれにしても、低温焼結セラミック材料としては、１０００℃以下の温度で焼結可能であれば、どのような組成のものを用いてもよいが、配線導体５において銅またはニッケルを用いる場合には、還元性雰囲気中での焼成でセラミック組成が還元されないものを選定する必要がある。
【００６６】
また、有機バインダとしては、たとえば、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る。
【００６７】
また、溶剤としては、たとえば、トルエン、イソプロピレンアルコールのようなアルコール類を用いることができる。
【００６８】
また、可塑剤としては、たとえば、ジ−ｎ−ブチルフタレートを用いることができる。
【００６９】
拘束用グリーン層１２は、上述したような低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含むものであるが、この無機材料粉末としては、たとえば、アルミナ粉末またはジルコニア粉末等を用いることができる。
【００７０】
拘束用グリーン層１２は、上述の無機材料粉末に対して、有機バインダおよび溶剤からなる有機ビヒクルと可塑剤とを添加し、混合することによって、スラリーを作製し、これを、上述した基体用グリーンシートの表面に塗布し、乾燥させることによって形成することができる。
【００７１】
また、拘束用グリーン層１２に含まれる有機ビヒクルおよび可塑剤としては、前述した基体用グリーン層１１のためのスラリー中に含まれるものと同じものを用いることができる。
【００７２】
なお、拘束用グリーン層１２を形成するため、上述したスラリーを用いて拘束用グリーンシートを成形し、これを基体用グリーンシート上に重ねるようにしてもよい。また、キャリアフィルム上で、まず、拘束用グリーン層１２となる拘束用グリーンシートを成形し、その上に、低温焼結セラミック材料を含むスラリーを塗布し、基体用グリーン層１２を形成するようにしてもよい。
【００７３】
また、生の積層体２を作製するため、基体用グリーン層１１となる基体用スラリーおよび拘束用グリーン層１２となる拘束用スラリーをそれぞれ用意し、たとえばキャリアフィルム上に基体用スラリーを塗布して基体用グリーン層１１を形成し、次いで、拘束用スラリーを基体用グリーン層１１上に塗布して拘束用グリーン層１２を形成する、といったスラリーのいわゆる逐次塗布工程を含む方法を採用してもよい。
【００７４】
配線導体５となる導電性ペースト体１３は、導電性ペーストを付与することによって形成される。導電性ペーストは、導電材料としての金属粉末と有機ビヒクルとを含むもので、たとえば攪拌擂潰機または３本ロール等によって攪拌かつ混練することによって得られるものである。
【００７５】
上述した導電材料となる金属粉末を構成する金属としては、基体用グリーン層１１に含まれる低温焼結セラミック材料の焼結条件に耐え得るものであればよく、たとえば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ−ＰｄおよびＡｇ−Ｐｔから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とするものが有利に用いられる。
【００７６】
このような金属粉末の平均粒径や粒子形状については、特に限定されるものではないが、平均粒径が０．３〜１０μｍであり、粗大粉や極端な凝集粉がないものが好ましい。
【００７７】
また、導電性ペーストに含まれる有機ビヒクルとしては、溶剤としての、たとえば、テレピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、イソプロピレンアルコールのようなアルコール類に、バインダとしての、たとえば、エチルセルロース、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等を溶解させたものを用いることができる。
【００７８】
また、導電性ペーストの粘度は、印刷性を考慮し、たとえば、５０〜３００Ｐａ・ｓに選ばれることが好ましい。
【００７９】
また、焼成時における基体用グリーン層１１との収縮マッチングを図るため、導電性ペーストに、ガラスフリットまたはセラミック粉末をたとえば７０体積％以下の含有量をもって、添加してもよい。
【００８０】
このような導電性ペーストをもって導電性ペースト体１３を形成するため、ビアホール導体８および９となるべき導電性ペースト体１３にあっては、特定の基体用グリーン層１１および必要に応じて拘束用グリーン層１２に貫通孔が設けられ、この貫通孔内に導電性ペーストが充填される。また、導体膜６および７となるべき導電性ペースト体１３にあっては、たとえばスクリーン印刷によって、導電性ペーストが印刷される。この印刷の段階で、上述した貫通孔内への導電性ペーストの充填を行なうようにしてもよい。
【００８１】
なお、導体膜６および７となるべき導電性ペースト体１３とビアホール導体８および９となるべき導電性ペースト体１３とは、上述のように、同時に形成されてもよいが、導体膜６および７とビアホール導体８および９とで必要な特性が異なる場合には、それぞれについて、導電性ペーストに含まれる金属粉末の粒径や含有量、有機ビヒクル、粘度等の適正化を図りながら、別の工程で付与するようにしてもよい。
【００８２】
上述したような導電性ペースト体１３の形成工程は、基体用グリーン層１１となるべき基体用グリーンシートを積層する前の段階で実施される。
【００８３】
なお、前述したように、基体用スラリーと拘束用スラリーとを用いて、基体用グリーン層１１と拘束用グリーン層１２とがいわゆる逐次塗布工程を経て形成される場合には、基体用スラリーまたは拘束用スラリーが塗布される毎に導電性ペーストを印刷する工程が実施される。この場合、ビアホール導体８および９のための導電性ペーストを付与する箇所に設けられるべき貫通孔については、スラリーを塗布した段階で形成されるように、スラリーの塗布領域が設定される。
【００８４】
このようにして得られた生の積層体２は、次いで、積層方向にプレスされる。なお、上述したような生の積層体２を得るための工程が、後で分割されることによって複数の多層セラミック基板１を取り出すことができるようにされたマザー状態の生の積層体２を得るためのものである場合には、プレス後において、個々の多層セラミック基板１を与える複数の生の積層体２を取り出すため、切断工程が実施される。端子用ビアホール導体９のための導電性ペースト体１３は、この切断工程によって、その側面が露出した状態とされる。なお、切断工程が、焼成後にダイシングソーなどを用いて実施されることもある。
【００８５】
また、外部導体膜７のための導電性ペースト体の少なくとも一部については、上述したプレス工程の後に導電性ペーストを印刷することによって形成されてもよい。
【００８６】
なお、多層セラミック基板１に備える配線導体５は、上述したような導電性ペーストによって構成された導電性ペースト体によって与えられるほか、金属箔または金属線を用いて形成されてもよい。この場合、打ち抜いた金属箔または金属線を基体用グリーン層１１または拘束用グリーン層１２上に熱プレスによって付与したり、適当なフィルム上に蒸着、スパッタリングまたはめっき等の方法によって金属箔を形成し、必要に応じてエッチング等の方法によってパターニングし、この金属箔を基体用グリーン層１１または拘束用グリーン層１２上に熱転写したりすることが行なわれる。
【００８７】
次に、生の積層体２は、低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で焼成され、それによって、多層セラミック基板１が得られる。
【００８８】
上述した焼成工程において、拘束用グリーン層１２は、それ自身、実質的に収縮しない。そして、基体用グリーン層１１においてガラスが生成する温度あるいは基体用グリーン層１１に含まれていたガラスが軟化する温度に達したとき、拘束用グリーン層１２と基体用グリーン層１１との界面に２〜３μｍ程度の厚みの反応層が生成され、これが拘束用グリーン層１２と基体用グリーン層１１とを互いに接着するように作用する。これによって、拘束用グリーン層１２は、基体用グリーン層１１に対して、その主面方向での収縮を抑制する拘束力を及ぼす状態となる。
【００８９】
このようなことから、基体用グリーン層１１は、その主面方向での収縮が抑制されながら、そこに含まれる低温焼結セラミック材料が焼結し、実質的に厚み方向にのみ収縮し、得られた多層セラミック基板１における基体用セラミック層３を形成する。他方、拘束用グリーン層１２においては、基体用グリーン層１１に含まれていたガラス成分等の材料の一部が浸透し、それによって、無機材料粉末が固着され、拘束用グリーン層１２が固化される。
【００９０】
しかしながら、生の積層体２に備える複数の基体用グリーン層１１は、焼成工程において本来的に有している収縮能力が互いに同じではない。
【００９１】
すなわち、基体用グリーン層１１（ａ）は最も薄く、基体用グリーン層１１（ｂ）は中間的な厚みを有し、基体用グリーン層１１（ｃ）は最も厚い。このような基体用グリーン層１１の厚みは厚いほど本来的な収縮能力が高くなり、そのため、この本来的な収縮能力は、基体用グリーン層１１（ａ）、基体用グリーン層１１（ｂ）、基体用グリーン層１１（ｃ）の順でより高くなる。したがって、何らの手段をも講じない場合には、焼成工程において生の積層体２に反りが生じ、そのため、得られた焼成後の多層セラミック基板１に反りがもたらされる。
【００９２】
この反りを抑制するため、拘束用グリーン層１２が基体用グリーン層１１に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力を互いに異ならせるといった対策が講じられる。
【００９３】
より具体的には、図２に示すように、収縮能力の低い基体用グリーン層１１（ａ）の主面に接する拘束用グリーン層１２（ａ）は薄くされ、中間的な収縮能力を有する基体用グリーン層１１（ｂ）の主面に接する拘束用グリーン層１２（ｂ）は中間的な厚みを有し、収縮能力の高い基体用グリーン層１１（ｃ）の主面に接する拘束用グリーン層１２（ｃ）は厚くされる。
【００９４】
拘束用グリーン層１２の厚みは、それが与え得る拘束力の大きさに影響を及ぼし、拘束用グリーン層１２が厚くされるほど、より大きな拘束力を与えることができる。したがって、このような厚みと拘束力との関係に基づき、基体用グリーン層１１の各々が有する本来的な収縮能力に応じて拘束用グリーン層１２の各々が与え得る拘束力を選ぶようにすれば、基体用グリーン層１１の各々の焼成工程における実際の収縮率を互いに近似させることができ、その結果、生の積層体２において反りが生じることを抑制することができる。
【００９５】
上述のことは、多層セラミック基板１の設計においても反映させることができ、したがって、多層セラミック基板１を設計しようとする場合、次のような方法を採用することができる。
【００９６】
まず、低温焼結セラミック材料を含む第１の試験用グリーン層と無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層とを積層してなる複合構造物が用意される。そして、この複合構造物に対して、低温焼結セラミック材料が焼結する条件で焼成工程を実施して、第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率が測定される。このような工程は、厚みが互いに異なる複数種類の第１の試験用グリーン層と厚みが互いに異なる複数種類の第２の試験用グリーン層との組合せの各々について実施され、それによって、第１の試験用グリーン層と第２の試験用グリーン層との各組合せについての収縮率が予め求められる。
【００９７】
図３は、具体的な例に関して、厚みが異ならされた複数種類の第１の試験用グリーン層と厚みが異ならされた複数種類の第２の試験用グリーン層との各組合せについての第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を求めた結果を示す図である。
【００９８】
図３に示した具体例においては、第１の試験用グリーン層は、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の各粉末を混合した低温焼結セラミック材料に対して、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添加し混合することによって、スラリーを作製し、このスラリーをドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥させることによって形成されたものである。
【００９９】
また、第２の試験用グリーン層は、中心粒径０．５μｍのアルミナ粉末に対して、第１の試験用グリーン層の場合と同様のバインダ、可塑剤および溶剤を添加し、混合することによって、スラリーを作製し、このスラリーを第１の試験用グリーン層上に塗布し、乾燥させることによって形成したものである。
【０１００】
ここで、第１の試験用グリーン層の厚みは、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、および３００μｍというように変え、各々の厚みの第１の試験用グリーン層に対して、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍおよび８μｍの各厚みを有する第２の試験用グリーン層を組み合わせた試料を作製した。
【０１０１】
そして、これら試料を、還元雰囲気中において、９００℃の温度で１時間焼成し、第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を測定した。この収縮率が図３に示されている。
【０１０２】
このように図３に示すようなデータが得られた後、得ようとする多層セラミック基板１に必要な複数の基体用グリーン層１１の各々と同等の厚みを有する第１の試験用グリーン層を選び出すことが行なわれる。
【０１０３】
次に、上述のように選び出された第１の試験用グリーン層の各々の収縮率が互いに近似する第１の試験用グリーン層と第２の試験用グリーン層との組合せが選び出される。
【０１０４】
たとえば、収縮率を９５％に合わせようとする場合、厚み２５μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、厚み２μｍの第２の試験用グリーン層が組み合わされ、厚み５０μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、厚み３μｍの第２の試験用グリーン層が組み合わされ、厚み１００μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、厚み４μｍの第２の試験用グリーン層が組み合わされ、厚み１５０μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、厚み５μｍの第２の試験用グリーン層が組み合わされ、厚み３００μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、厚み６μｍの第２の試験用グリーン層が組み合わされる。
【０１０５】
そして、上述したように選び出された組合せに係る第２の試験用グリーン層と同等の厚みを有するように、拘束用グリーン層１２の厚みが決定される。
【０１０６】
より具体的に説明すると、図２に示した生の積層体２において、基体用グリーン層１１（ａ）の厚みが５０μｍであり、基体用グリーン層１１（ｂ）の厚みが１５０μｍであり、基体用グリーン層１１（ｃ）の厚みが３００μｍであるとき、図３において、５０μｍ、１５０μｍおよび３００μｍの各厚みを有する第１の試験用グリーン層を示す曲線が参照される。
【０１０７】
次に、収縮率をたとえば９５％に合わせるため、厚み５０μｍの第１の試験用グリーン層と厚み３μｍの第２の試験用グリーン層との組合せ、厚み１５０μｍの第１の試験用グリーン層と厚み５μｍの第２の試験用グリーン層との組合せ、および厚み３００μｍの第１の試験用グリーン層と厚み６μｍの第２の試験用グリーン層との組合せがそれぞれ適当であることが見出される。
【０１０８】
したがって、これら第２の試験用グリーン層の各厚みと同等に拘束用グリーン層１２の各厚みが決定される。すなわち、拘束用グリーン層１２（ａ）の厚みは３μｍとされ、拘束用グリーン層１２（ｂ）の厚みは５μｍとされ、拘束用グリーン層１２（ｃ）の厚みは６μｍとされる。
【０１０９】
このような設計方法に従って多層セラミック基板１を設計すれば、基体用グリーン層１１の焼成工程における収縮率をたとえば９５％付近に揃えることができ、そのため、生の積層体２に反りが生じにくくすることができ、得られた多層セラミック基板１に反りがもたらされにくくすることができる。
【０１１０】
以上説明した実施形態では、拘束用グリーン層１２が与え得る拘束力を制御するため、拘束用グリーン層１２の厚みを制御するようにしたが、他の因子によっても、拘束力の制御を行なうことができる。
【０１１１】
たとえば、拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の粒径によって、拘束用グリーン層１２が与え得る拘束力を制御することができる。したがって、前述した拘束用グリーン層１２の厚みの制御の場合と同様、拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の粒径の制御も、多層セラミック基板１の設計において採用することができる。
【０１１２】
図４は、図３に相当する図であって、厚みが異ならされた複数種類の第１の試験用グリーン層と含有される無機材料粉末の中心粒径が異ならされた複数種類の第２の試験用グリーン層との各組合せについての焼成工程における第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を求めた結果を示したものである。
【０１１３】
図４に示したデータは、基本的に、図３に示したデータを得るための操作と同様の操作を実施して得られたものであるが、第２の試験用グリーン層の厚みについては、６μｍに固定した。
【０１１４】
図４に示すように、第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径が小さいほど、拘束力がより大きくなり、第１の試験用グリーン層での収縮がより生じにくくなることがわかる。
【０１１５】
したがって、第１の試験用グリーン層の収縮率をたとえば９５％に合わせようとする場合、厚み２５μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、粒径１．０μｍの無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層を組み合わせ、厚み５０μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、粒径０．８μｍの無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層を組み合わせ、厚み１００μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、粒径０．７μｍの無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層を組み合わせ、厚み１５０μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、粒径０．６μｍの無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層を組み合わせ、厚み３００μｍの第１の試験用グリーン層に対しては、粒径０．５μｍの無機材料粉末を含む第２の試験用グリーン層を組み合わせればよいことがわかる。
【０１１６】
このようなことから、第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径と同等に拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の粒径を決定すれば、焼成工程における反りを生じにくくすることができる。
【０１１７】
また、拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の材質によっても、拘束用グリーン層１２が与え得る拘束力を制御することができる。
【０１１８】
図５は、図３に相当する図であって、厚みが異ならされた複数種類の第１の試験用グリーン層と含有される無機材料粉末の材質が異ならされた複数種類の第２の試験用グリーン層との各組合せについての焼成工程における第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を求めた結果を示すものである。
【０１１９】
図５に示したデータは、基本的に、図３および図４に示した各データを得るための操作と同様の操作を経て得られたものであるが、第２の試験用グリーン層の厚みは６μｍに固定され、無機材料粉末の材質として、Ａｌ２  Ｏ３  、ＴｉＯ２  、ＺｒＯ２  、ＳｉＯ２  およびＡｌＮをそれぞれ用いた。
【０１２０】
図５に示すように、第２の試験用グリーン層に含まれる無機材料の材質を異ならせることによって、拘束力を変えることができる。したがって、得ようとする多層セラミック基板１に必要な複数の基体用グリーン層１１の各々の厚みと同等の厚みを有する複数種類の第１の試験用グリーン層を図５から選び出し、この選び出された複数種類の第１の試験用グリーン層の各々の収縮率が互いに近似する第１の試験用グリーン層と第２の試験用グリーン層との組合せを選び出し、そして、選び出された組合せに係る第２の試験用グリーン層と同等の材質からなる無機材料粉末を含むように拘束用グリーン層１２の性状を決定するようにすればよい。
【０１２１】
なお、拘束用グリーン層１２が与え得る拘束力は、以上説明したような拘束用グリーン層１２の厚み、拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の粒径および材質以外の因子によっても制御することができる。
【０１２２】
たとえば、拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の形状によって拘束力を制御することもできる。たとえば、無機材料粉末の形状を、球形としたり、偏平状としたり、針状としたり、その他の異型としたり、あるいはこれらの混合としたりすることによって、拘束力を制御することができる。
【０１２３】
また、拘束用グリーン層１２に含まれる無機材料粉末の粒度分布（ブロード、粒配）、または含有量によっても、拘束力を制御することができる。
【０１２４】
また、拘束用グリーン層１２の表面状態（表面コート、結晶度）によっても、拘束力を制御することができる。
【０１２５】
さらに、上述したような種々の因子を適当に組み合わせることによって、拘束用グリーン層１２が与え得る拘束力を制御するようにしてもよい。
【０１２６】
また、以上の実施形態の説明では、基体用グリーン層１１の厚みが異なることによって、焼成工程において本来的に有している収縮能力が異なるとされたが、基体用グリーン層１１が有する他の性状によっても、本来的な収縮能力が異なる場合がある。
【０１２７】
たとえば、基体用グリーン層１１の組成によって、基体用グリーン層の本来的な収縮が影響されることがある。たとえば、基体用グリーン層１１に含まれる低温焼結セラミック材料の種類、低温焼結セラミック材料と有機ビヒクルとの含有比率、低温焼結セラミック材料の粒径などが、上述の収縮能力に影響を及ぼすことがある。
【０１２８】
また、基体用グリーン層１１上に形成される導電性ペースト体の分布状態または分布密度によって、基体用グリーン層１１の収縮能力が影響されることがある。たとえば、導電性ペースト体としての導電性ペースト膜がより広い面積にわたって形成されていると、基体用グリーン層１１はより収縮しにくくなる。
【０１２９】
したがって、多層セラミック基板１の設計にあたっては、基体用グリーン層１１の厚みだけでなく、その組成および導電性ペースト体の分布状態または分布密度等の性状も考慮される。
【０１３０】
また、上述した実施形態では、拘束力の比較的大きい拘束用グリーン層を、焼成工程における本来的な収縮能力の比較的高い基体用グリーン層に接触させ、かつ、拘束力の比較的小さい拘束用グリーン層を、焼成工程における本来的な収縮能力の比較的低い基体用グリーン層に接触させるように配置したが、拘束用グリーン層の配置状態に関しては、多層セラミック基板全体としての反りを生じにくくするような配置であれば、どのような配置であってもよい。
【０１３１】
また、この発明は、キャビティを備える多層セラミック基板にも適用することができる。
【０１３２】
この発明によって奏される効果を確認するために実施した実験例について以下に説明する。
【０１３３】
【実験例】
この実験例では、図６に示すような断面構造を有する生の積層体を作製した。この生の積層体は、複数の基体用グリーン層Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、ＪおよびＬと複数の拘束用グリーン層Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｉ、ＫおよびＭとを交互に積層した構造を有するものである。
【０１３４】
このような積層構造を有する生の積層体として、表１および表２に示すような試料１〜９の各々に係る生の積層体を作製した。
【０１３５】
【表１】
0003633435.tif 000002
【０１３６】
【表２】
0003633435.tif 000003
【０１３７】
表１および表２において、基体用グリーン層Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、ＪおよびＬならびに拘束用グリーン層Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｉ、ＫおよびＭのそれぞれについて、そこに含まれる低温焼結セラミック材料または無機材料の種類、これら低温焼結セラミック材料または無機材料の粒径、ならびに厚みが示されている。
【０１３８】
また、試料４および５の各欄において、「なし」と表示されているのは、この「なし」が表示された拘束用グリーン層が存在しないことを示している。
【０１３９】
また、基体用グリーン層Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、ＪおよびＬに関して、「Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系」と記載されているものについては、次のようにして、基体用グリーン層となるべき基体用グリーンシートを作製した。すなわち、酸化バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素を混合したセラミック粉末（この平均粒径は表１および表２に示されている。）に、バインダとしてのポリビニルブチラール、可塑剤としてのジ−ｎ−ブチルフタレート、ならびに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を所定量添加し、混合することによって、スラリーを得た。次いで、このスラリーをドクターブレード法によってキャリアフィルム上に塗布し、乾燥させることによって、表１および表２に示すような厚みを有する基体用グリーンシートを作製した。
【０１４０】
なお、この基体用グリーンシートは、焼成後において、誘電率が小さく（ε＝６）、高抵抗（＞１０１４Ω・ｃｍ）の絶縁体としての基体用セラミック層となるものである。
【０１４１】
また、「Ｎｄ−Ｔｉ−Ｓｒ−Ｏ系」と記載されているものについては、次のようにして、基体用グリーン層となるべき基体用グリーンシートを作製した。すなわち、チタン酸ストロンチウムの一部をネオジウムで置換したセラミック粉末（その平均粒径は表２に記載のとおりである。）に、上述した場合と同様の処理を施し、スラリーを得た。次いで、上述した場合と同様にして、表２に示すような厚みを有する基体用グリーンシートを作製した。
【０１４２】
なお、この基体用グリーンシートは、焼成されたとき、高い誘電率（ε＝５０）を有し、かつ静電容量の温度係数が小さい（Ｔｃｃ＝±３０）の誘電体としての基体用セラミック層となるものである。
【０１４３】
また、拘束用グリーン層Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｉ、ＫおよびＭを形成するため、表１および表２に示すような平均粒径をそれぞれ有するアルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末およびチタニア粉末をそれぞれ用意し、これらを主成分とする拘束用スラリーを用意した。
【０１４４】
次いで、図６に示すような生の積層体を作製するため、前述した基体用グリーンシートの各々上に、表１および表２に示した各厚みをもって、拘束用スラリーを塗布する工程、および複数の基体用グリーンシートを積層する工程を実施した。
【０１４５】
このようにして得られた試料１〜９の各々に係る生の積層体を、温度８０℃および圧力２００ｋｇ／ｃｍ２  の条件でプレスした後、還元雰囲気中において、温度９００℃で１時間、焼成工程を実施した。
【０１４６】
そして、このようにして得られた試料１〜９の各々に係る焼結後の積層体について、その反り量を測定した。この反り量の測定結果が表１および表２に示されている。
【０１４７】
以下、試料１〜９の各々について考察する。
【０１４８】
（１）試料１
試料１では、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの各厚みが同一ではないにも関わらず、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍについては、同じ厚みで、かつ同じ粒径の同じ無機材料粉末を含んでいる。
【０１４９】
この試料１によれば、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの主面方向での収縮は抑制されるが、基体用グリーン層ＢおよびＤより基体用グリーン層ＦおよびＨの方が厚く、さらに、基体用グリーン層ＦおよびＨより基体用グリーン層ＪおよびＬの方が厚いため、これら基体用グリーン層Ｂ〜Ｌのより厚い側では、収縮しようとする力がより大きく働くので、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの間で収縮能力が異なり、結果として、焼結後の積層体に大きな反りが生じている。
【０１５０】
（２）試料２
試料２においては、試料１と同様、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの厚みが同一ではなく、また、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍについては、同じ厚みであり、かつ同じ粒径で同じ材質の無機材料粉末を含んでいるが、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍの厚みは８μｍと試料１の場合に比べて厚い。
【０１５１】
そのため、収縮を抑制するための拘束力が大きくなり、結果として、厚みの異なる基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの間での収縮能力の差を縮めることができ、試料１の場合に比べて焼結後の積層体の反りを小さくすることができるものの、この反りを十分に抑制するには至っていない。
【０１５２】
なお、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍを厚くすると、焼結後に生成された拘束層がもろくなり、得られた積層体の強度が低下するという問題に遭遇する。
【０１５３】
（３）試料３
試料３においては、試料１および２と同様、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの厚みが同一ではないが、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの各々の厚みの大小に合わせて、各々に隣接する拘束用グリーン層Ａ〜Ｍの各々の厚みを設定している。
【０１５４】
すなわち、比較的薄い５０μｍの厚みを有する基体用グリーン層ＢおよびＤに隣接する拘束用グリーン層Ａ、ＣおよびＥについては、各厚みを４μｍというように比較的薄くし、１５０μｍといった中間的な厚みを有する基体用グリーン層ＦおよびＨに隣接する拘束用グリーン層ＧおよびＩについては、６μｍといった中間的な厚みに設定し、比較的大きい３００μｍといった厚みを有する基体用グリーン層ＪおよびＬに隣接する拘束層ＫおよびＭについては、各厚みを８μｍというように比較的厚くしている。
【０１５５】
その結果、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの焼成時の収縮率をほぼ近似させることが可能となり、焼結後の積層体の反り量を大幅に減少させることができる。
【０１５６】
（４）試料４
試料４は、試料３において、生の積層体の積層方向の両端部に位置する拘束用グリーン層ＡおよびＭを省略したものに相当するもので、基体用グリーン層ＢおよびＬが露出した構造を有している。
【０１５７】
この試料４によれば、拘束用グリーン層ＡおよびＭの省略によって、特に、基体用グリーン層ＢおよびＬの収縮率が大きくなるものの、試料３の場合と同様の配慮が払われているので、得られた焼結後の積層体において、反り量がそれほど大きくならない。
【０１５８】
（５）試料５
試料５は、試料３において、生の積層体の中央に位置する拘束用グリーン層Ｇを省略したものに相当する。
【０１５９】
試料５のように、中央の拘束用グリーン層Ｇを省略しても、生の積層体全体としての拘束用グリーン層Ａ〜ＥおよびＩ〜Ｍの配置は、積層方向の中心面に関して対称となっていることから、反り量のそれほどの増大は招かない。
【０１６０】
（６）試料６
試料６においては、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの各厚みは、上述した試料１〜５と同様であるが、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍの各々の厚みが同一でありながら、アルミナ粉末の粒径が異ならされている。
【０１６１】
このアルミナ粉末の粒径が小さいほど、より大きな拘束力を及ぼすことが可能であり、したがって、試料６においては、比較的薄い５０μｍの厚みを有する基体用グリーン層ＢおよびＤに隣接する拘束用グリーン層Ａ、ＣおよびＥにおいては、アルミナ粉末の粒径が１．２μｍとされ、１５０μｍといった中間的な厚みを有する基体用グリーン層ＦおよびＨに隣接する拘束用グリーン層ＧおよびＩにおいては、アルミナ粉末の粒径が１μｍとされ、比較的大きい３００μｍの厚みを有する基体用グリーン層ＪおよびＬに隣接する拘束用グリーン層ＫおよびＭにおいては、アルミナ粉末の粒径が０．５μｍとされている。
【０１６２】
その結果、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの各々の焼成時の収縮率を近似させることが可能となり、焼結後の積層体における反り量を比較的小さく抑えることができる。
【０１６３】
（７）試料７
試料７においては、基体用グリーン層Ｂ〜Ｌの各々の厚みは、試料１〜６と同様であるが、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍについては、その厚みが互いに同じでかつそこに含まれる無機材料粉末の粒径が互いに同じでありながら、無機材料粉末の材質が異ならされている。
【０１６４】
すなわち、より強い拘束力を必要とする拘束用グリーン層Ｉ、ＫおよびＭにおいては、無機材料粉末としてアルミナ粉末が用いられ、中間的な拘束力で十分な拘束用グリーン層Ｇにおいては、窒化アルミニウム粉末が用いられ、より弱い拘束力である方が好ましい拘束用グリーン層Ａ、ＣおよびＥにおいては、チタニア粉末が用いられている。
【０１６５】
このように、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍに含まれる無機材料粉末の材質を変えることによっても、得られた積層体における反り量を小さく抑えることが可能になる。
【０１６６】
（８）試料８
試料８においては、互いに同じ厚みを有しながらも、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系セラミック粉末を含む基体用グリーン層Ｆ、Ｈ、ＪおよびＬとＮｄ−Ｔｉ−Ｓｒ−Ｏ系セラミック粉末を含む基体用グリーン層ＢおよびＤとを積層したものである。
【０１６７】
試料８のように、これらセラミック粉末が互いに同じ粒径であれば、Ｎｄ−Ｔｉ−Ｓｒ−Ｏ系セラミックを含む基体用グリーン層ＢおよびＤの焼成時の収縮能力は、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系セラミックを含む基体用グリーン層Ｆ、Ｈ、ＪおよびＬの焼成時の収縮能力より低い。
【０１６８】
したがって、この試料８のように、同じ厚みであり、かつ同じ粒径および材質の無機材料粉末を含有した拘束用グリーン層Ａ〜Ｍを形成した場合には、上述のように、基体用グリーン層ＢおよびＤと基体用グリーン層Ｆ〜Ｌとの焼成時の収縮能力が異なるので、得られた焼結後の積層体に大きな反りが発生することになる。
【０１６９】
（９）試料９
試料９は、上述の試料８に係る生の積層体において、拘束用グリーン層Ａ〜Ｍの厚みを異ならせたものに相当している。
【０１７０】
すなわち、収縮能力の比較的低いＮｄ−Ｔｉ−Ｓｒ−Ｏ系セラミックを含む基体用グリーン層ＢおよびＤに隣接する拘束用グリーン層Ａ、ＣおよびＥについては、各厚みが２μｍと比較的薄くされ、収縮能力の比較的高いＢａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系セラミックを含む基体用グリーン層Ｆ、Ｈ、ＪおよびＬに隣接する拘束用グリーン層Ｇ、Ｉ、ＫおよびＭについては、各厚みが４μｍと比較的厚くされている。
【０１７１】
その結果、焼結後の積層体における反り量を小さく抑えることができる。
【０１７２】
【発明の効果】
以上のように、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、生の積層体に備える複数の基体用グリーン層が、焼成工程において本来的に有している収縮能力が互いに異なっていても、複数の拘束用グリーン層が基体用グリーン層に対して収縮抑制のためにそれぞれ与え得る各拘束力を互いに異ならせ、上述したような収縮能力の差によって積層体に反りが生じることを抑制するようにしているので、得られた多層セラミック基板において反りがもたらされることを抑制することができる。
【０１７３】
そのため、小型化かつ配線の高密度化が図られた多層セラミック基板を、高い信頼性をもって製造することができる。
【０１７４】
また、この発明によれば、生の積層体における基体用グリーン層の厚みを互いに異ならせたり、基体用グリーン層の組成を互いに異ならせたり、配線導体の分布状態または分布密度を変更したりしても、前述のように、反りを抑制することができるので、得ようとする多層セラミック基板において、基体用セラミック層の厚みおよび組成ならびに配線導体の設計に対する自由度を高めることができ、多様な多層セラミック基板を問題なく提供することが可能になる。
【０１７５】
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、拘束用グリーン層が与え得る拘束力は、拘束用グリーン層の厚み、拘束用グリーン層に含まれる無機材料粉末の粒径、材質、形状、粒度分布および含有量、ならびに拘束用グリーン層の表面状態から選ばれた少なくとも１つの因子によって容易に制御されることができる。
【０１７６】
この発明に係る多層セラミック基板の設計方法によれば、焼成工程での収縮能力が互いに異なる複数種類の第１の試験用グリーン層と焼成工程での拘束力が互いに異なる複数種類の第２の試験用グリーン層との組合せの各々について、第１の試験用グリーン層の焼成時の収縮率を予め求めておき、得ようとする多層セラミック基板に必要な複数の基体用グリーン層の各々の性状と同等の性状を有する複数種類の第１の試験用グリーン層を選び出し、この選び出された複数種類の第１の試験用グリーン層の各々の収縮率が互いに近似する第１の試験用グリーン層と第２の試験用グリーン層との組合せを選び出し、次いで、この選び出された組合せに係る第２の試験用グリーン層と同等の性状を与えるように拘束用グリーン層の性状を決定するようにしているので、反りが生じにくくされた多層セラミック基板の設計を容易にすることができるようになるとともに、多層セラミック基板の設計変更に対して迅速に対応することが可能になる。
【０１７７】
このように、この発明に係る多層セラミック基板が、マザーボード上に実装されて電子装置を構成するように用いられると、多層セラミック基板に関して小型化かつ配線の高密度化が図られ、また、反りの発生が抑制されているので、このような電子装置の小型化かつ多機能化を有利に図ることができるとともに、電子装置における多層セラミック基板とマザーボードとの接続等に関する信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による多層セラミック基板１を図解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を得るために作製される生の積層体２を図解的に示す断面図である。
【図３】この発明に係る多層セラミック基板の設計方法を説明するためのもので、厚みが異ならされた複数種類の第１の試験用グリーン層と厚みが異ならされた複数種類の第２の試験用グリーン層との各組合せについての焼成工程における第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を求めた結果を示す図である。
【図４】この発明に係る多層セラミック基板の設計方法を説明するためのもので、厚みが異ならされた複数種類の第１の試験用グリーン層と含有される無機材料粉末の中心粒径が異ならされた複数種類の第２の試験用グリーン層との各組合せについての焼成工程における第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を求めた結果を示す図である。
【図５】この発明に係る多層セラミック基板の設計方法を説明するためのもので、厚みが異ならされた複数種類の第１の試験用グリーン層と含有される無機材料粉末の材質が異ならされた複数種類の第２の試験用グリーン層との各組合せについての焼成工程における第１の試験用グリーン層の主面方向での収縮率を求めた結果を示す図である。
【図６】この発明の効果を確認するために実施された実験例において作製された生の積層体の積層構造を図解的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  多層セラミック基板
２  生の積層体
３  基体用セラミック層
４  拘束層
５  配線導体
６，７  導体膜
８，９  ビアホール導体
１０  マザーボード
１１  基体用グリーン層
１２  拘束用グリーン層
１３  導電性ペースト体
【図１】
0003633435.tif 000004
【図２】
0003633435.tif 000005
【図３】
0003633435.tif 000006
【図４】
0003633435.tif 000007
【図５】
0003633435.tif 000008
【図６】
0003633435.tif 000009