(57)【要約】  【課題】  主面部分においてワックス材を含有するセラミックグリーンシートを容易に作製できる製造方法を提供すること。  【解決手段】  セラミック粉末、溶剤およびバインダを含む混合材２と、ワックス材３とを混合してセラミックスラリーを作製する工程と、セラミックスラリーをシート状に成形して予備シートを作製する工程と、予備シートを加熱してワックス材３を融解させる工程と、予備シートから溶剤を除去する工程とを備えており、ワックス３材として、溶剤に対して難溶性または不溶性であり、かつ融解時の密度が前記混合材の密度と異なるものを用いるセラミックグリーンシート１の製造方法。ワックス材３が混合材２と分離してセラミックグリーンシートの主面部分に移動するため、主面部分においてワックス材を含有するセラミックグリーンシート１を容易に作製できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末、バインダおよび溶剤を含む混合材と、ワックス材とを混合してセラミックスラリーを作製する工程と、
前記セラミックスラリーをシート状に成形して予備シートを作製する工程と、
前記予備シートを加熱して前記ワックス材を融解させる工程と、
前記予備シートから前記溶剤を除去する工程とを備えており、
前記ワックス材として、前記溶剤に対して難溶性または不溶性であり、かつ融解時の密度が前記混合材の密度と異なるものを用いることを特徴とするセラミックグリーンシートの製造方法。
【請求項２】
前記ワックス材として、融解時の密度が前記混合材の密度よりも小さいものを用いることを特徴とする請求項１記載のセラミックグリーンシートの製造方法。
【請求項３】
前記ワックス材は、粉体として前記混合材と混合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミックグリーンシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品搭載用等のセラミック多層基板を製造するために用いられるセラミックグリーンシートの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品搭載用等のセラミック多層基板は、一般に、セラミック焼結体等からなる複数の絶縁層が積層されてなる絶縁基板と、複数の絶縁層の層間および露出した表面に設けられた配線導体等の導体層とを含んでいる。このようなセラミック多層基板は、複数のセラミックグリーンシートが積層され、焼成されて製作されている。セラミックグリーンシートは、セラミック粉末が、バインダ等の樹脂材料によって連結されて形成されている。またこの積層前に、セラミックグリーンシートの主面等に、配線導体となる金属ペーストを印刷しておく。
【０００３】
セラミックグリーンシートについては、ベースとなるグリーンシートの主面に、ワックス材を含む接着シートが接着されたものが用いられる場合がある。接着シートは、複数のセラミックグリーンシートを積層する時に、上下のセラミックグリーンシート間の接着性を高めるためのものである。また、接着シートは、セラミックグリーンシートの主面に導体層用の金属ペーストを印刷したときに、金属ペーストの厚みを吸収して上下のセラミックグリーンシート間の密着性を高める機能も有する。
【０００４】
接着シートがベースを有するセラミックグリーンシートは、セラミック粉末を、バインダ等の樹脂材料とともに成形してベースとなるグリーンシートを作製した後、グリーンシートの主面に、ワックス材を含む接着シートを接着することによって作製する。接着シートは、ワックス材に加えて、グリーンシートと同様のセラミック粉末およびバインダを含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2004−296727号公報
【特許文献２】特開2006−13246号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術のセラミックグリーンシートの製造方法においては、作製したセラミックグリーンシートの内部に空隙が生じやすいという問題点があった。これは、ベースとなるグリーンシートと接着シートとの間に隙間を生じさせることなくセラミックグリーンシートを作製することが難しいことに起因する。接着シートが、ベースとなるグリーンシートに比べて薄く機械的な強度が低いため、この接着シートをベースとなるグリーンシートに接着する時に、接着シートにたわみ、しわまたは破れ等の変形が生じやすい。このような変形に起因して、接着シートとベースとなるグリーンシートとの間に空気が残留し、隙間が生じる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、主面部分において従来の接着シートと同様にワックス材を含有しており、かつ内部における空隙の発生が低減されたセラミックグリーンシートを作製することが可能な、セラミックグリーンシート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】
【０００８】
本発明の一つの態様によるセラミックグリーンシートの製造方法は、セラミック粉末、バインダおよび溶剤を含む混合材と、ワックス材とを混合してセラミックスラリーを作製する工程と、前記セラミックスラリーをシート状に成形して予備シートを作製する工程と、前記予備シートを加熱して前記ワックス材を融解させる工程と、前記予備シートから前記溶剤を除去する工程とを備えており、前記ワックス材として、前記溶剤に対して難溶性または不溶性であり、かつ融解時の密度が前記混合材の密度と異なるものを用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一つの態様のセラミックグリーンシートの製造方法によれば、上記各工程を有することから、融解させたワックス材料を、溶剤に対して難溶性または不溶性である性質と、混合材との間の密度差とを利用して、セラミックグリーンシートの主面部分に移動させることができる。これにより、セラミックグリーンシートの主面部分にワックス材料を移動させて、主面部分において従来の接着シートと同様にワックス材を含有するセラミックグリーンシートを作製することができる。この場合、別々に作製した接着シートとグリーンシートとを互いに接着させるような工程を経ることなく、主面部分においてワックス材を含むセラミックグリーンシートを作製することができる。シート同士の接着の工程が不要であるため、例えば接着シートとグリーンシートとの間における隙間等を発生させることなくセラミックグリーンシートを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のセラミックグリーンシートの製造方法を示す。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態のセラミックグリーンシートの製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２に示す製造方法における要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図４】図２に示す製造方法において、セラミックスラリーをシート状に成形する工程の一例を示す断面図である。
【図５】図２に示す製造方法において、予備シートのワックス材を融解させた状態の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】作製したセラミックグリーンシートを用いてセラミック多層基板を製作する工程の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態におけるセラミックグリーンシートの製造方法について、添付の図面を参照して説明する。図１に本発明のセラミックグリーンシートの製造方法を示す。
【００１２】
なお、以下に示す例においては、酸化アルミニウムを主成分とする酸化アルミニウム質焼結体からなる絶縁層を含むセラミック多層基板の製作に用いられるセラミックグリーンシートを作製する例を挙げている。用いるセラミック粉末は、セラミックグリーンシートの用途等に応じて適宜変更することができる。
【００１３】
セラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーをシート状に成形して予備シートを作製し、予備シートを加熱してワックス材を予備シートの主面部分に移動させ、その後溶剤を除去することによって、セラミックグリーンシートを作製する。
【００１４】
作製した複数のセラミックグリーンシートに対して、切断、導体層となる金属ペーストの印刷、および積層等の所定の加工を施した後に焼成すれば、所定の導体層（図示せず）を有するセラミック多層基板（図示せず）を製作することができる。
【００１５】
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の実施形態におけるセラミックグリーンシートの製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）〜（ｃ）に示す製造方法における要部を拡大して模式的に示す断面図である。また、図４は、図２に示す製造方法において、セラミックスラリーをシート状に成形する工程の一例を示す断面図である。
【００１６】
まず、図２（ａ）に示すように、混合材２と、ワックス材３とを混合してセラミックスラリーを作製する。図３（ａ）に、この工程で作製するセラミックスラリーの一例における要部を拡大して模式的に示す。混合材２は、セラミック粉末２ａ、バインダ２ｂおよび溶剤２ｃを含んでいる。混合材２には、これらのセラミック粉末２ａ、バインダ２ｂおよび溶剤２ｃ以外に、可塑剤、着色剤および分散剤等の添加材料（図示せず）が含まれていてもよい。
【００１７】
セラミック粉末２ａとしては、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等を用いる。用いるセラミック粉末の種類および混合量等は、前述したように、製造するセラミックグリーンシートの用途等に応じて適宜設定することができる。
【００１８】
例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる多層基板を製作するためのセラミックグリーンシートであれば、酸化アルミニウムの粉末の割合を95質量％以上し、これに５質量％程度の酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等を添加したセラミック粉末２ａを用いる。この場合のセラミック粉末は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の上記各成分の粉末が混合されたものになる。
【００１９】
バインダ２ｂは、セラミック粉末２ａを互いに結合させるためのものである。個々のセラミック粉末２ａ同士をバインダ２ｂで互いに結合させることによって、セラミック粉末２ａを、シート状等の形状に成形することを可能としている。
【００２０】
バインダ２ｂとしては、セラミックグリーンシートの作製用に従来使用されていたものと同様のものが使用可能である。バインダ２ｂは、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）、ポリビニルブチラ−ル系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系およびセルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。後述する焼成工程での分解性および揮発性を考慮すると、バインダ２ｂとしてはアクリル系バインダが好ましい。
【００２１】
溶剤２ｃは、セラミック粉末２ａをバインダ２ｂとともにシート状に成形することを容易とするためのものである。溶剤２ｃ中にセラミック粉末２ａを分散させるとともに、溶剤２ｃ中に溶解させたバインダ２ｂをセラミック粉末２ａと結合させることによって、セラミック粉末２ａおよびバインダ２ｂを容易にシート状に成形することができる。
【００２２】
溶剤２ｃは、例えば上記のセラミック粉末２ａとバインダ２ｂとを良好に分散させて混合できるようなものであればよい。このような溶剤２ｃとしては、トルエン、ケトン類およびアルコール類の有機溶媒、および水等が挙げられる。これらの例の中で、トルエンおよびメチルエチルケトン等の蒸発係数の高い溶剤２ｃは、後述するようにセラミックスラリーをシート状に塗布した後の乾燥工程が短時間で実施できる。そのため、セラミックグリーンシート１としての生産性および乾燥性等を考慮すれば、上記トルエンおよびメチルエチルケトン等の蒸発係数が高いものを溶剤２ｃとして用いることが好ましい。
【００２３】
また、溶剤２ｃは、バインダ２ｂの溶解性が良好なものが好ましい。溶剤２ｃに対するバインダ２ｂの溶解性が良好である場合には、バインダ２ｂが溶剤２ｃ中に偏りなく分散（溶解）するため、セラミック粉末２ａ同士をバインダ２ｂで、効果的に、偏りなく結合させることができる。例えば、溶剤２ｃとしてトルエンまたはメチルエチルケトンを用いる場合には、バインダ２ｂとしてはアクリル系バインダを用いることが好ましい。
【００２４】
ワックス材３としては、例えば、ステアリルアルコール、セチルアルコール等の高級アルコール、炭化水素、脂肪酸、エステルおよび脂肪アルコールを用いることができる。ワックス材は、後述するように、製造するセラミックグリーンシート１の主面部分における粘着性および柔軟性を高めるためのものである。
【００２５】
ワックス材３としては、上記溶剤２ｃに対して不溶性または難溶性のものを用いる。不溶性とは、溶剤２ｃに対するワックス材３の溶解度が約１質量％（25℃）以下であることを意味する。また、難溶性とは、溶剤２ｃに対するワックス材３の溶解度が約20質量％（25℃）以下であることを意味する。
【００２６】
さらに、ワックス材３は、上記のものの中でも、その融点が35〜100℃であるものが好
ましい。これは、この範囲の融点のものを用いると、常温（25℃）程度ではセラミックグリーンシート１が軟化して変形することはないためである。ワックス材３の融点が常温に対して低過ぎる場合（例えば約10℃以下等）であれば、常温でワックス材３が軟化しているため、セラミックグリーンシート１の取り扱いが難しくなる。言い換えれば、セラミックグリーンシート１に対する上記金属ペーストの印刷および積層等の加工は常温程度で行なうため、これらの加工工程におけるハンドリングが容易となる。
【００２７】
また、常温程度では、セラミックグリーンシート１の積層体を作製する工程における加熱時にセラミックグリーンシート１中のバインダ２ｂや可塑剤等の有機成分が分解することがない。そのため、これらの有機成分の分解ガスによる、複数のセラミックグリーンシート１間の密着不良（デラミネーション）の発生を抑制することができる。
【００２８】
例えば、溶剤２ｃとしてトルエンを用いる場合であれば、ワックス材３としては、ステアリルアルコールを用いることが好ましい。25℃におけるステアリルアルコールのトルエンに対する溶解度は、10質量％程度である。
【００２９】
混合材２と混合するワックス材３は、粉体として混合することが好ましい。ワックス材３を粉体として混合すると、例えばワックス材３をブロック状等の形態で混合する場合に比べて、混合材２とワックス材３との混合を容易に行なうことができる。また、混合材２の一部にワックス材３が偏在するようなことも抑制できる。そのため、セラミックスラリーの作製を効率よく、容易に行なうことができる。
【００３０】
なお、セラミックスラリーの組成の一例を以下にしめす。この例において、セラミック粉末２ａは、酸化アルミニウム粉末を約95質量％以上含有し、これに、酸化ケイ素粉末、酸化カルシウム粉末および酸化マグネシウム粉末を含有している。バインダ２ｂはアクリル系バインダであり、溶剤２ｃはトルエンである。また、ワックス材３は、ステアリルアルコールである。セラミックスラリーにおける混合材２の含有量は80〜95質量％程度であり、ワックス材３の含有量は５〜20質量％程度である。
【００３１】
ワックス材３の含有量が多くなり過ぎると、作製するセラミックグリーンシート１におけるワックス材３の含有量が多くなり過ぎ、セラミックグリーンシート１としての剛性の低下等を招く可能性がある。ワックス材３の含有量が少なくなり過ぎると、作製するセラミックグリーンシート１において主面部分に十分なワックス材３が含まれにくくなる。そ
のため、セラミックグリーンシート１の主面部分の粘着性や接着性を効果的に高めることが難しくなる可能性がある。
【００３２】
また、セラミックスラリーにおける溶剤２ｃの含有量が上記程度の範囲であれば、セラミックスラリーをシート状に成形する作業、および後述する乾燥を容易に行なうことができる。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、セラミックスラリーをシート状に成形して予備シートを作製する。
【００３４】
セラミックスラリーは、例えば、図４に示すようにドクターブレード法によってシート状に成形する。この例において、ホッパー中に一定量のセラミックスラリーが保持されている。ホッパーの下端に接してキャリアが配置され、キャリアは回転ドラム等の搬送機によって矢印の方向に一定の速度で移動している。ホッパーの下端からキャリアシート上に塗工されたセラミックスラリーは、ホッパーからのキャリアシートの出口部分に配置されたドクターブレードによって所定の厚みに調整される。これにより、セラミックスラリーをシート状に成形することができる。
【００３５】
図３（ｂ）に、予備シートの一例における要部を拡大して模式的に示す。セラミック粉末２ａがバインダ２ｂによって互いに結合されている。また、セラミック粉末２ａおよびバインダ２ｂの周囲に溶剤２ｃが存在している。また、これらのセラミック粉末２ａ、バインダ２ｂおよび溶剤２ｃを含む混合材２とともに、粉末状等のワックス材３が含まれている。
【００３６】
次に、図２（ｃ）に示すように、予備シートを加熱してワックス材３を融解させる。溶解したワックス材３は、溶剤２ｃに対して不溶性または難溶性であるため、溶剤２ｃと分離する。溶剤２ｃと分離したワックス材３は、混合材２との密度差に応じて、予備シートの主面（上面または下面）に向かって移動する。その結果、予備シートから次の工程で溶剤２ｃを除去することによって、主面部分（上面部分）においてワックス材３を含むセラミックグリーンシート１を作製することができる。
【００３７】
予備シートを加熱する時の温度は、例えば、ワックス材３が溶解する温度（ワックス材の融点）に対して約５〜20℃程度高い温度に設定すればよい。この加熱温度が高過ぎると、例えば、後の工程においてワックス材３の移動量が大きくなって、作製するセラミックグリーンシート１の主面にワックス材３のみの層が生じる等の不具合を誘発する可能性がある。ワックス材３のみの層が生じると、ワックス材３が融解したときに、セラミックグリーンシート１が変形してしまう可能性がある。
【００３８】
なお、図２に示す例においては、ワックス材３の密度が混合材２の密度よりも小さい場合の例を示している。密度がより小さいワックス材３が上方向に移動している。そのため、予備シートの上面部分にワックス材３が含まれる。
【００３９】
ワックス材３が含まれていない、または主面部分に比べてワックス材３の含有量が小さい部分は、セラミックグリーンシート１のベース部分として機能する。ベース部分により、セラミックグリーンシート１として一定の剛性が確保される。ベース部分は、上記のようにワックス材３を含まないか、または含んでいる量が少ないため、例えばワックス材３が融解する程度の温度でも、一定の剛性を有している。そのため、セラミック粉末２ａおよびバインダ２ｂを一定のシート状の形状として維持することができる。言い換えれば、セラミックグリーンシート１全体が変形しやすくなり過ぎることを防ぐことができる。
【００４０】
セラミックグリーンシート１における主面部分とベース部分とは、明確に２層に分離している必要はない。例えば、ワックス材の含有量が次第に大きくなる遷移層のような部分（図示せず）が、主面部分とベース部分との間に存在していてもよい。
【００４１】
図３（ｃ）に、ワックス材３を溶解させた時の予備シートにおける要部を拡大して模式的に示す。溶解した（流体としての）ワックス材３は、セラミック粉末２ａがバインダ２ｂによって互いに結合されている。また、セラミック粉末２ａおよびバインダ２ｂの周囲に溶剤２ｃが存在している。また、これらのセラミック粉末２ａ、バインダ２ｂおよび溶剤２ｃとともにワックス材３が含まれている。
【００４２】
なお、図３（ｃ）では、便宜上、融解したワックス材３が一定の形状を維持している状態で示している。融解したワックス材３は、実際には、このような形状を維持せず、流体として挙動すると考えられる。また、この例では、上記のように融解したワックス材３の密度が混合材の密度よりも小さい。そのため、融解したワックス材３は、上方向（矢印の方向）に移動する。
【００４３】
図５は、図２に示す製造方法において、予備シートのワックス材３を融解させた状態の一例を模式的に示す断面図である。この例において、溶剤２ｃとしてトルエンを用い、ワックス材３としてステアリルアルコールを用いている。溶剤２ｃに対してバインダ２ｂ（この例ではアクリル酸メチルのポリマー）の溶解性が高く、バインダ２ｂが溶剤２ｃ中に良好に分散している、このバインダ２ｂにより互いに結合されたアルミナ等のセラミック粉末２ａも、溶剤２ｃ中に良好に分散している。また、融解したワックス材３は、溶剤２ｃと分離して上方向（予備シートの上面部分）に移動している。
【００４４】
なお、予備シート（セラミックスラリー）におけるワックス材３の含有量、ワックス材３を融解させる温度、およびワックス材３と混合材２との密度の差等の条件を適宜調整することによって、予備シートの主面部分におけるワックス材３の含有量を、予備シートの内部から主面（表面）に向かって漸次多くするようにしてもよい。
【００４５】
次に、予備シートから溶剤２ｃを除去する。溶剤２ｃの除去は、例えば、予備シートを加熱することや、キャリアシート上において予備シートを一定の速度で移動させながら、送風乾燥を行なうこと等によって行なう。この場合、加熱の温度や送風方法を適宜調整することによって、溶剤の除去（乾燥）にともなうセラミックグリーンシート１の表面における凹凸の発生等の不具合を抑制することが望ましい。
【００４６】
なお、溶剤２ｃを除去するための加熱は、ワックス材３を融解させるための加熱と併用してもよい。つまり、ワックス材３を融解させながら、溶剤２ｃの除去を行なうようにしてもよい。
【００４７】
以上の工程により、セラミック粉末２ａ同士が互いにバインダ２ｂで結合されたセラミックグリーンシート１を作製することができる。セラミックグリーンシート１となる予備シートは、上記のように主面部分にワックス材３を含んでいる。これにより、主面部分にワックス材３を含むセラミックグリーンシート１を作製することができる。
【００４８】
セラミックグリーンシート１の主面部分は、ワックス材３を含んでいるため、加熱することによって主面部分における柔軟性および粘着性を高めることができる。このようなセラミックグリーンシート１を、図６に示すように、加熱しながら積層すれば、上下のセラミックグリーンシート１間の粘着性が高い、セラミックグリーンシート１の積層体11を作製することができる。なお、図６は、作製したセラミックグリーンシート１を用いてセラミック多層基板を製作する工程の一例を示す断面図である。
【００４９】
この積層体11を焼成することによってセラミック多層基板を製作することができる。このとき、上下のセラミックグリーンシート１間の粘着性が高いため、層間の密着性が高いセラミック多層基板（図示せず）を容易に製作することができる。
【００５０】
また、セラミックグリーンシート１の主面に金属ペーストを印刷する場合には、印刷した金属ペーストの厚みに応じてセラミックグリーンシート１の主面部分が容易に変形できる、そのため、セラミックグリーンシート１の主面に金属ペースト４を印刷する場合であっても、金属ペースト４の厚みの分、積層される側（図６の例では下側）のセラミックグリーンシート１の主面部分が変形する。これにより、金属ペースト４の厚みが吸収され、上下のセラミックグリーンシート１間に隙間が生じるような可能性が低減できる。そのため、焼成後に、絶縁層間の密着性不良（いわゆるデラミネーション）等の不具合が生じる可能性を低減することができる。
【００５１】
金属ペースト４を印刷しておいたセラミックグリーンシートの積層体11を焼成すれば、表面および内部に導体を有するセラミック多層基板を製作することができる。導体は、例えば、セラミック多層基板に搭載される電子部品（図示せず）と電気的に接続される配線導体である。
【００５２】
なお、セラミックグリーンシート１におけるワックス材３を含む主面部分の厚みは、例えば、セラミックグリーンシート１の主面部分における粘着性および柔軟性を確保する上で、セラミック金属ペースト４の厚みと同等以上かつ、セラミックグリーンシート１全体厚みの半分以下になるようにすればよい。この場合、セラミックグリーンシート１の剛性を確保しながら、複数のセラミックグリーンシート１を積層するときの層間の密着性を良好に確保する上で有利である。
【００５３】
セラミックグリーンシート１におけるワックス材３を含む主面部分の厚みは、例えば、セラミックスラリーにおけるワックス材３の添加量や、添加するワックス材３の種類、溶剤２ｃの種類およびワックス材３を融解させる温度等の条件を調整することによって、所定の値に調整する。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・セラミックグリーンシート
２・・・混合材
２ａ・・セラミック粉末
２ｂ・・バインダ
２ｃ・・溶剤
３・・・ワックス材
４・・・金属ペースト
11・・・セラミックグリーンシートの積層体
【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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