(57)【要約】  多層セラミック基板の製造方法は、熱膨張層が配置された第１のセラミックグリーンシート、および、熱膨張層が配置されていない少なくとも１つの第２のセラミックグリーンシートを用意する工程（Ａ）と、熱膨張層を挟んで第１および第２のセラミックグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を得る工程（Ｂ）と、グリーンシート積層体のセラミックグリーンシートを互いに圧着させる工程（Ｃ）と、圧着されたグリーンシート積層体において、熱膨張層を加熱により膨張させる工程（Ｄ）と、グリーンシート積層体のうち、熱膨張層の膨張によって変位した部分を抜き取り、グリーンシート積層体にキャビティを形成する工程（Ｅ）と前記キャビティが形成されたグリーンシート積層体を焼結させる工程（Ｆ）とを包含する。
2017061324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張層が配置された第１のセラミックグリーンシート、および、熱膨張層が配置されていない少なくとも１つの第２のセラミックグリーンシートを用意する工程（Ａ）と、
前記熱膨張層を挟んで前記第１および前記第２のセラミックグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を得る工程（Ｂ）と、
前記グリーンシート積層体の前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記少なくとも１つの第２のセラミックグリーンシートを互いに圧着させる工程（Ｃ）と、
前記圧着されたグリーンシート積層体において、前記熱膨張層を加熱により少なくとも厚さ方向に膨張させる工程（Ｄ）と、
前記グリーンシート積層体のうち、前記熱膨張層の膨張によって変位した部分を抜き取り、前記グリーンシート積層体にキャビティを形成する工程（Ｅ）と、
前記キャビティが形成されたグリーンシート積層体を焼結させる工程（Ｆ）と
を包含する、多層セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｄ）において、前記熱膨張層を、前記工程（Ｃ）の圧着時の温度よりも高い温度で保持する請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
前記熱膨張層は、加熱により厚さが２倍以上の割合で増大する熱膨張材を含有する請求項１又は２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項４】
前記熱膨張層は、常温で液体の炭化水素を内包した熱可塑性樹脂製の熱膨張性マイクロカプセルを含むペーストの層である請求項１から３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５】
前記工程（Ｃ）と前記工程（Ｄ）との間に、前記グリーンシート積層体の前記キャビティの深さを有し、前記キャビティの外形を規定する溝を前記グリーンシート積層体に形成する工程をさらに含む請求項１から４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６】
前記工程（Ｅ）において、前記熱膨張層を除去する請求項１から５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７】
前記工程（Ａ）において、
前記第１のセラミックグリーンシートとは異なる他の領域に、他の熱膨張層が配置された第３のセラミックグリーンシートを用意し、
前記工程（Ｂ）において、それぞれの熱膨張層を挟むように、前記第１から前記第３のセラミックグリーンシートを積層し、前記グリーンシート積層体を得て、
前記工程（Ｄ）において、
前記他の熱膨張層を加熱により少なくとも厚さ方向に膨張させ、
前記工程（Ｅ）において、
前記グリーンシート積層体のうち、前記他の熱膨張層の膨張によって変位した部分を抜き取る、請求項１から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】
前記工程（Ｅ）と前記工程（Ｆ）との間に、前記グリーンシート積層体からバインダを除去する工程（Ｇ）をさらに包含する請求項１から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】
前記工程（Ｄ）において、前記熱膨張層を、前記工程（Ｃ）の圧着時の温度よりも高く、前記工程（Ｇ）のバインダ除去の温度よりも低い温度で保持する請求項８に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記第２のセラミックグリーンシートの少なくとも一方は、内部配線、インダクタ、コンデンサ、ストリップライン、内部抵抗となるパターンを含む請求項１から９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１１】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートは、前記熱膨張層と前記第１のセラミックグリーンシートとの間に位置する導電体用パターンを更に備える、請求項１から１０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１２】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記第２のセラミックグリーンシートの少なくとも一方は、ビアホールおよびビアホールに充填された導電ペーストをさらに含む、請求項１から１１のいずれか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】
本発明はキャビティを有する多層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層セラミック基板は、通信機器などの各種電子機器に用いられる配線基板として広く用いられている。多層セラミック基板を用いることによって、キャパシタ、コイル、伝送線路等の受動部品を基板内に組み込んだり、基板の表面に電子部品を実装したりすることが可能となり、小型のモジュールを実現することができる。さらに近年、多層セラミック基板にキャビティを設け、半導体ＩＣをキャビティ内に収納することによって、モジュール全体の低背化（low profile）、機能の高集積化・複合化が図られている。【０００３】
このようなキャビティ付きの多層セラミック基板は、一般的には、キャビティに対応する開口を有するセラミックグリーンシートと、開口を有しないセラミックグリーンシートを積層、圧着した後、焼結することにより作製される。しかし、開口を有するセラミックグリーンシートは、圧着時に変形しやすい。【０００４】
このため、特許文献１は、セラミックグリーンシート積層体を作製する際、キャビティの底となる位置に剥離層を挟み込み、仮焼（脱バインダー処理）の前あるいは後で、積層体の一方主面から剥離層に達する切込みを入れ、グリーンシートのキャビティに相当する部分を取り除き、その後焼結してなるキャビティ付きの多層セラミック基板の製造方法を開示している。【０００５】
また、特許文献２は、セラミックグリーンシート積層体を作製する際、キャビティの底となる位置に焼失材層を挟み込み、積層体の焼成前または後に積層体の一方主面から溝加工を行うことにより、焼成の際に焼失材層が焼失して内部空間が形成され、キャビティ部分を取り除くことができる、キャビティ付きの多層セラミック基板の製造方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５８２４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本願発明者の検討によれば、特許文献１、２の方法ではキャビティの形成が容易ではない場合があることが分かった。本発明は、容易にキャビティを形成することが可能であり、量産性に優れた多層セラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多層セラミック基板の製造方法は、熱膨張層が配置された第１のセラミックグリーンシート、および、熱膨張層が配置されていない少なくとも１つの第２のセラミックグリーンシートを用意する工程（Ａ）と、前記熱膨張層を挟んで前記第１および前記第２のセラミックグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を得る工程（Ｂ）と、前記グリーンシート積層体の前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記少なくとも１つの第２のセラミックグリーンシートを互いに圧着させる工程（Ｃ）と、前記圧着されたグリーンシート積層体において、前記熱膨張層を加熱により少なくとも厚さ方向に膨張させる工程（Ｄ）と、前記グリーンシート積層体のうち、前記熱膨張層の膨張によって変位した部分を抜き取り、前記グリーンシート積層体にキャビティを形成する工程（Ｅ）と、前記キャビティが形成されたグリーンシート積層体を焼結させる工程（Ｆ）とを包含する。【０００９】
前記工程（Ｄ）において、前記熱膨張層を、前記工程（Ｃ）の圧着時の温度よりも高い温度で保持してもよい。【００１０】
前記熱膨張層は、加熱により厚さが２倍以上の割合で増大する熱膨張材を含有していてもよい。【００１１】
前記熱膨張層は、常温で液体の炭化水素を内包した熱可塑性樹脂製の熱膨張性マイクロカプセルを含むペーストの層であってもよい。【００１２】
前記工程（Ｃ）と前記工程（Ｄ）との間に、前記グリーンシート積層体の前記キャビティの深さを有し、前記キャビティの外形を規定する溝を前記グリーンシート積層体に形成する工程をさらに含んでいてもよい。【００１３】
前記工程（Ｅ）において、前記熱膨張層を除去してもよい。【００１４】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートとは異なる他の領域に、他の熱膨張層が配置された第３のセラミックグリーンシートを用意し、前記工程（Ｂ）において、それぞれの熱膨張層を挟むように、前記第１から前記第３のセラミックグリーンシートを積層し、前記グリーンシート積層体を得て、前記工程（Ｄ）において、前記他の熱膨張層を加熱により少なくとも厚さ方向に膨張させ、前記工程（Ｅ）において、前記グリーンシート積層体のうち、前記他の熱膨張層の膨張によって変位した部分を抜き取ってもよい。【００１５】
前記工程（Ｅ）と前記工程（Ｆ）との間に、前記グリーンシート積層体からバインダを除去する工程（Ｇ）をさらに包含してもよい。【００１６】
前記工程（Ｄ）において、前記熱膨張層を、前記工程（Ｃ）の圧着時の温度よりも高く、前記工程（Ｇ）のバインダ除去の温度よりも低い温度で保持してもよい。【００１７】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記第２のセラミックグリーンシートの少なくとも一方は、内部配線、インダクタ、コンデンサ、ストリップライン、内部抵抗となるパターンを含んでいてもよい。【００１８】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートは、前記熱膨張層と前記第１のセラミックグリーンシートとの間に位置する導電体用パターンを更に備えていてもよい。【００１９】
前記工程（Ａ）において、前記第１のセラミックグリーンシートおよび前記第２のセラミックグリーンシートの少なくとも一方は、ビアホールおよびビアホールに充填された導電ペーストをさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、キャビティに相当する部分の抜き取りが容易であり、量産性に優れた多層セラミック基板の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の１Ｂ−１Ｂ断面図であり、（ｃ）は、キャビティに半導体ＩＣチップが実装された多層セラミック基板の一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の多層セラミック基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の多層セラミック基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（ａ）から（ｄ）は、本実施形態の多層セラミック基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は熱膨張層の膨張およびキャビティとなる部分の分離を説明するための、熱膨張層の端部近傍を拡大して示す模式図である。
【図６】（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の多層セラミック基板を製造する方法における一工程断面図である。
【図７】（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図８】（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図９】図８に示す多層セラミック基板を製造する方法における一工程断面図である。
【図１０】（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図１１】（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【図１２】表１に示す試料の熱膨張層の温度と膨張率との関係を示す図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の多層セラミック基板の製造方法で作製した試料であって、熱膨張層を膨張させる前および膨張後のグリーンシート積層体の光学顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本願発明者は、特許文献１、２に開示された多層セラミック基板の製造方法を詳細に検討した。特許文献１、２の方法によれば、グリーンシートのキャビティに相当する部分、または、焼結体のキャビティに相当する部分を抜き取るために、剥離層または焼失層に達する切込みや溝を形成する必要がある。この切込みまたは溝が剥離層または焼失層の位置と合致し、且つ、確実に達していないとキャビティに相当する部分を分離することが困難である。特に特許文献２の方法によれば、キャビティに相当する部分が分離可能であるかどうかは焼成後にわかるため、不良品であっても焼成まで製造を進める必要がある。
【００２３】
また、特許文献１の方法によれば、剥離層は、セラミックグリーンシートが容易に剥離可能な材料によって構成されるため、剥離層が介在したグリーンシート積層体は、剥離層とセラミックグリーンシートとの間の密着性が十分ではない。このため、圧着したグリーンシート積層体の形状安定性が十分ではなかったり、切込みを入れる際に、グリーンシートがずれる可能性がある。上述した課題により、多層セラミック基板を安定して製造することが困難な場合があり、特に、量産性の観点で課題がある。このような課題に鑑み本願発明者は新規な多層セラミック基板の製造方法を想到した。以下、本発明の多層セラミック基板および多層セラミック基板の製造方法の一実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明においてグリーンシート積層体とは、第１及び第２のセラミックグリーンシートが積層されたものであり、シートの順序や数量、熱膨張層の位置や数、内部配線や内部に配する素子の有無などによらず、積層してから焼結するまでの間の状態を全てグリーンシート積層体と定義する。
【００２４】
［多層セラミック基板の構造］
図１（ａ）は、本実施形態の多層セラミック基板の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線における断面を示している。
【００２５】
多層セラミック基板１０１は、上面１１０ａおよび下面１１０ｂを有するセラミック焼結体１１０を備えている。上面１１０ａには、半導体ＩＣチップなどの電子部品を収納するためのキャビティ１１１が設けられている。キャビティ１１１は、上面１１０ａに開口を有するリセス形状を有する。上面１１０ａには、１または複数の電極１１２が設けられていてもよい。また、下面１１０ｂには、１または複数の電極１１３が設けられていてもよい。キャビティ１１１の底部１１１ａには、キャビティ１１１に収納される半導体ＩＣの放熱を行うため、放熱用電極１１４が設けられている。図１に示す多層セラミック基板１０１は、キャビティ１１１を１つ備えているが、多層セラミック基板は２つ以上のキャビティを備えていてもよい。この場合、以下において説明するように、２以上のキャビティ１１１において、底部１１１ａのレベルは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００２６】
セラミック焼結体１１０の内部には、受動部品パターン１１８および導電性ビア１２０および配線パターン１１９を設けても良い。受動部品パターン１１８は、例えば、導電性あるいは所定の抵抗値を有し、内部配線、インダクタ、コンデンサ、ストリップライン、内部抵抗等を構成しても良い。
【００２７】
配線パターン１１９は、上面１１０ａおよび下面１１０ｂと概ね平行な導電性薄層パターンによって構成されている。また、導電性ビア１２０は、上面１１０ａと下面１１０ｂとを結ぶ方向に伸びるビアホールおよびビアホール内に充填された柱状の導電体によって構成されている。配線パターン１１９および導電性ビア１２０は、受動部品パターン１１８、配線パターン１１９、電極１１２、電極１１３、電極１１４等と接続され、所定の回路を構成している。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、放熱用電極１１４に接続される導電性ビア１２０は、放熱体として、下面１１０ｂに達していてもよい。また、更に下面１１０ｂにおいて、放熱用電極１１４に接続されている導電性ビア１２０と接続された放熱用電極１１５が設けられていてもよい。
【００２９】
多層セラミック基板１０１は、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ、Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよいし、高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ、Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板であってもよい。セラミック焼結体１１０および受動部品パターン１１８、配線パターン１１９、電極１１２、電極１１３、電極１１４には、焼成温度、用途等に応じたセラミック材料および導電性材料が用いられる。多層セラミック基板１０１が低温焼成多層セラミック基板である場合、８００℃から１０００℃程度の温度範囲で焼結することができるセラミック材料および導電性材料を用いる。例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｃａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋを副成分とするセラミック材料、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含むセラミック材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含むセラミック材料が用いられる。また、ＡｇまたはＣｕを含む導電性材料が用いられる。セラミック材料の誘電率は３〜１５程度である。多層セラミック基板１０１が高温焼成多層セラミック基板である場合、Ａｌを主成分とするセラミック材料および、Ｗ（タングステン）またはＭｏ（モリブデン）を含む導電性材料を用いることができる。
【００３０】
多層セラミック基板１０１のサイズに特に制限はなく、用途、内部に含まれる受動部品の数、回路規模、キャビティ１１１の大きさや数などに応じたサイズで多層セラミック基板１０１を作製することができる。
【００３１】
図１（ｃ）は、多層セラミック基板１０１に半導体ＩＣチップおよびキャパシタが実装された状態を示している。図１（ｃ）に示すように、キャビティ１１１内に半導体ＩＣチップ１５１が配置される。例えば、はんだ、熱伝導性の接着剤等によって半導体ＩＣチップ１５１がフェイスアップの状態で固定されている。半導体ＩＣチップ１５１の電極１５１ａと多層セラミック基板１０１の電極１１２とはボンディングワイヤ１５３によって接続される。電極１１２には、例えばキャパシタ１５２等表面実装可能な受動部品や能動部品がはんだによって接続されていてもよい。また、図示しないが、キャビティ１１１内に半導体ＩＣチップ１５１がフェイスダウンで実装されていてもよい。この場合には、キャビティ１１１の底面に、半導体ＩＣチップ１５１の電極に対応する電極が設けられ、はんだリフロー等によってキャビティ１１１の底面の電極と半導体ＩＣチップ１５１の電極とが接続される。
【００３２】
［多層セラミック基板の製造方法］
多層セラミック基板の製造方法を説明する。図２は多層セラミック基板の製造方法を示すフローチャートである。図３、図４は多層セラミック基板の製造方法を示す工程断面図である。図２、図３および図４を参照しながら、本実施形態の多層セラミック基板の製造方法を説明する。以下の説明では、セラミックグリーンシートを積層し、１つの多層セラミック基板を構成する形態を例に挙げるが、２以上の多層セラミック基板を構成してもよい。
【００３３】
１．  第１および第２のセラミックグリーンシートを用意する工程
（１）  セラミックグリーンシートの用意
まずセラミック材料を用意する。上述した元素を含むセラミック材料を用意し、必要に応じて、例えば７００℃〜８５０℃で仮焼し、粉砕することにより造粒する。セラミック材料にガラス成分の粉末、有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加し、これらの混合物のスラリーを得る。また、上述した導電性材料の粉末を有機バインダおよび溶剤等と混合し、導電ペーストを得る。
【００３４】
ドクターブレード法、圧延（押し出し）法、印刷法、インクジェット式塗布法、転写法等を用いて、スラリーから所定の厚さの層をキャリアフィルム２５０上に形成し、乾燥させる。乾燥後のスラリーの層の厚さは、例えば、２０μｍ〜２００μｍである。スラリーの層を切断することによって、図３（ａ）に示すように、複数のセラミックグリーンシート２００を得る（Ｓ１１）。
【００３５】
（２）ビアパターン、配線パターン、受動部品パターンの形成
図３（ｂ）に示すように多層セラミック基板内で構成する回路に従い、レーザ、メカ式パンチャ（メカパンチャ）等を用いて複数のセラミックグリーンシート２００にビアホール２０１を形成し（Ｓ１２）、スクリーン印刷法を用いて各ビアホール２０１に導電ペースト２０２を充填する（Ｓ１３）。また、スクリーン印刷等によって、導電ペーストをセラミックグリーンシートに印刷し、配線パターン２０３および受動部品パターン２０４をセラミックグリーンシート２００上に形成する（Ｓ１３）。ビアホール２０１の直径は例えば、６０μｍ〜１００μｍであり、配線パターン２０３および受動部品パターン２０４の厚さは、例えば、５μｍ〜３５μｍである。各グリーンシートに形成するビアパターン、配線パターン、受動部品パターンは、積層するセラミックグリーンシート２００の積層位置（レベル）によって異なり得る。複数のセラミックグリーンシート２００は、第１のセラミックグリーンシート２７０と第２のセラミックグリーンシート２６０とに分類される。第１のセラミックグリーンシート２７０は、キャビティの底面となる主面２７０ａを有し、キャビティの底面となる領域２０６が主面２７０ａに位置している。領域２０６に放熱用電極の電極パターン２０５が形成されていてもよい。第２のセラミックグリーンシート２６０には熱膨張層が形成されない。
【００３６】
（３）熱膨張層の調製
加熱により厚さが増大する熱膨張層を用意する。熱膨張層はシート形状を有しており、切断することによって所望の形状に加工してもよいし、熱膨張層用ペーストを用意し、スクリーン印刷等による印刷により、熱膨張層を形成してもよい。熱膨張層用ペーストを用いる場合、スクリーン印刷を用いることができるため、形成するパターンの位置合わせが容易である。この場合、熱膨張層の形状を任意にかつ容易に設定できる、厚さを調整しやすい等の利点がある。
【００３７】
熱膨張層は加熱により膨張する熱膨張材を含む。熱膨張材が膨張することによって、熱膨張層の厚さが増大し、セラミックグリーンシートの熱膨張層上に位置している部分が変位する。熱膨張層は、加熱により厚さが増大することが好ましく、２倍以上の割合で厚さが増大することが好ましい。つまり、膨張率が２倍以上であることが好ましい。より好ましくは熱膨張層の厚さは、加熱により例えば２倍以上１２倍以下の割合で増大する。
【００３８】
熱膨張層用ペーストは、例えば、熱膨張材として常温で液体の炭化水素を内包した熱可塑性樹脂製の熱膨張性マイクロカプセルを含み、樹脂、溶剤等の有機材料を含む。熱膨張性マイクロカプセルは、例えば５μｍ〜５０μｍの平均粒子径を有し、熱可塑性樹脂製の外殻と、外殻内に充填された常温で液体の低沸点炭化水素を含む。例えば、７０℃〜２６０℃程度の範囲内の温度による加熱で、低沸点炭化水素が気化し、同時に外殻が軟化することにより、中空状の独立した気泡を形成する。つまり、マイクロカプセルが膨張する。例えば、種々の平均粒径、熱膨張開始温度、最大膨張温度の膨張性マイクロカプセルが市販されており、これらを用いることができる。好ましくは、以下で説明する本圧着時の加熱温度よりも高く、脱バインダ時の加熱温度よりも低い温度で熱膨張層の厚さが最大となるように、熱膨張性マイクロカプセルを選択する。例えば、本圧着時の加熱温度として８０℃を、脱バインダ時の加熱温度として３５０℃をそれぞれ選択した場合に、バインダなどの熱分解は約２００℃を越えてから始まる。このため、熱膨張層に用いる熱膨張性カプセルは、熱膨張層が８０℃以上２００℃以下の温度で膨張し、好ましくは１００℃から１５０℃程度で最大体積となるように設計されるものを選択する。これにより、本圧着時におけるセラミックグリーンシートの圧着を阻害せず、かつ、グリーンシート積層体にバインダが含まれた状態で熱膨張層を膨張させることがきる。よって、キャビティを形成する際にバインダが除去されていることにより、グリーンシート積層体が脆くなり、取扱いが困難になることが避けられる。
【００３９】
熱膨張性マイクロカプセルの平均粒子径は、キャビティ１１１の底部１１１ａの平坦性に影響を与える場合がある。より平滑な底部１１１ａが求められる場合には、上述した範囲から、できるだけ小さい、例えば１０μｍなどの平均粒子径の熱膨張性マイクロカプセルを用いることで、キャビティ１１１の底部にできる凹凸も小さくなり、平滑になるため好ましい。さらに、形成したキャビティの底面の凹凸を小さくするために、熱膨張材より小さく、間隙が充填されるような寸法の凹凸改善材などを、熱膨張層用ペーストに添加しても良い。凹凸改善材としては、例えばアクリルビーズなどを用いることができる。
【００４０】
（４）熱膨張層の形成
第１のセラミックグリーンシート２７０に熱膨張層を配置する。図３（ｃ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート２７０の主面２７０ａにおいてキャビティの底面となる領域２０６に熱膨張層２０７を形成する（Ｓ１４）。熱膨張層２０７は、上述したように、シート状の熱膨張層２０７を配置してもよいし、ペーストのスクリーン印刷等によって形成してもよい。第２のセラミックグリーンシート２６０には熱膨張層は配置されない。これにより、熱膨張層が配置された第１のセラミックグリーンシート２７０、および、熱膨張層が配置されていない少なくとも１つの第２のセラミックグリーンシート２６０が用意される（Ｓ１５）。熱膨張層２０７の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。熱膨張性マイクロカプセルより熱膨張層が薄いとセラミックグリーンシートに熱膨張性マイクロカプセルが埋没しセラミックグリーンシートが変形するためである。また熱膨張層が厚すぎるとセラミックグリーンシート同士の圧着が阻害されるためである。また、熱膨張層２０７の厚さは、用いる熱膨張性マイクロカプセルの平均粒子径以上であることが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、多層セラミック基板１０１が１つのキャビティ１１１を備えているため、図３（ｃ）では、第１のセラミックグリーンシート２７０に１つの熱膨張層２０７が配置されている。多層セラミック基板１０１に底面のレベルが等しい２以上の独立したキャビティ１１１が設けられている場合には、２以上の独立したキャビティ１１１の底面となる領域にそれぞれ熱膨張層２０７が設けられる。
【００４２】
２．グリーンシート積層体を得る工程
第１および第２のセラミックグリーンシート２７０、２６０を、仮圧着を行いながら順次積層し、グリーンシート積層体を形成する（Ｓ１６）。上述した第２のセラミックグリーンシート２６０および第１のセラミックグリーンシート２７０を、設計された回路を構成するように、仮圧着を行いながら順次積層する。グリーンシート積層体２８０における第１および第２のセラミックグリーンシート２７０、２６０の総積層数は、例えば、４〜２０である。仮圧着および積層の手順は一般的な多層セラミック基板の製造方法に従う。第１および第２のセラミックグリーンシート２７０、２６０の積層は、シート間の気泡を取り除きやすくするため、減圧下で行ってもよい。
【００４３】
キャビティ１１１の空間を形成するために、第１のセラミックグリーンシート２７０の上には、熱膨張層を挟んで１つ以上の第２のセラミックグリーンシート２６０を積層する。キャビティ１１１の底の強度を確保し、上述した回路を配置するため、第１のセラミックグリーンシート２７０の下にも第２のセラミックグリーンシート２６０を配置してもよい。
【００４４】
これにより、図４（ａ）に示すように、グリーンシート積層体２８０が得られる。このとき、キャビティの底部となるレベル、つまり、グリーンシート積層体の積層方向における高さ位置に第１のセラミックグリーンシート２７０の主面２７０ａが位置するように第１のセラミックグリーンシート２７０を配置する。
【００４５】
本実施形態では、多層セラミック基板１０１は１つのキャビティ１１１を備えているが、２以上のキャビティを備えていてもよい。多層セラミック基板が底面レベルの異なる２以上のキャビティ１１１を備えている場合には、それぞれのキャビティの底部となるレベル、つまり、グリーンシート積層体の積層方向における高さ位置に２以上の第１のセラミックグリーンシート２７０の主面２７０ａがそれぞれ位置するように第１のセラミックグリーンシート２７０を配置する。
【００４６】
熱膨張層２０７はキャビティとなる部分２０８の底部となる領域に位置している。キャビティとなる部分２０８は、溝２１２や熱膨張層２０７などによって分離されるまでは、第２及び／または第１のセラミックグリーンシートの一部である。
【００４７】
必要に応じて、グリーンシート積層体２８０の上面２８０ａおよび下面２８０ｂに、電極パターン２０９および電極パターン２１０をそれぞれ形成する（Ｓ１７）。電極パターン２０９および電極パターン２１０の周囲にオーバコート材をさらに配置してもよい。
【００４８】
３．本圧着工程
次に、グリーンシート積層体２８０を構成している第１および第２のセラミックグリーンシート２７０、２６０を互いに圧着させる（Ｓ１８）。例えば、グリーンシート積層体２８０を枠体内に装填し、冷間等方加圧（ＣＩＰ）装置などを用いて本圧着を行う。第１および第２のセラミックグリーンシート２７０、２６０中の樹脂および導電ペースト中の粘着剤が軟化し、互いに接着するように、本圧着中、グリーンシート積層体２８０の全体を加熱してもよい。加熱を行う場合、熱膨張層２０７が膨張しない温度を用いることが好ましい。熱膨張層２０７が膨張し始める温度は、主として熱膨張層２０７に含まれる熱膨張性マイクロカプセルの特性によって決まる。例えば、グリーンシート積層体２８０の全体を６０℃から９０℃の温度範囲で加熱する。
【００４９】
４．  溝の形成工程
キャビティとなる部分２０８の抜き取りのための溝２１２をグリーンシート積層体２８０に形成する（Ｓ１９）。具体的には、図４（ｂ）のようにキャビティとなる部分２０８の外形に沿って、上面２８０ａから、グリーンシート積層体２８０の積層方向に沿った深さを有する溝２１２を形成する。溝２１２は、ＹＡＧ等のレーザ加工またはナイフカッター等の刃型をパンチングすることによって形成することができる。溝２１２の幅は、例えば、１０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。溝２１２の幅が１０μｍよりも小さい場合、溝２１２の形成後、何らかの外力によって、溝２１２を規定する対向する２つの側面が変形し、接触する可能性が高くなる。側面が接触すると、キャビティとなる部分２０８の抜き取りが困難になる場合がある。
【００５０】
溝２１２は熱膨張層２０７に達しておらず、グリーンシート積層体２８０の積層方向にマージンＭ１を有する深さを備えていてもよい。つまり、溝２１２の底部と熱膨張層２０７とは積層方向にマージンＭ１だけ隔てていてもよい。溝２１２が熱膨張層２０７を貫通し、熱膨張層２０７より下に位置するセラミックグリーンシートに達している場合、キャビティとなる部分２０８の抜き取りおよび熱膨張層２０７の除去後であっても、熱膨張層２０７よりも下方に位置する溝２１２は、グリーンシート積層体２８０の焼結後も残る。このような溝は焼結によって得られた多層セラミック基板の強度を低下させることになる。マージンＭ１を設けることによって、溝２１２を形成する装置の精度が十分高くなかったり、溝２１２の形成におけるばらつき等により、溝２１２が熱膨張層２０７を貫通してしまうのを抑制することができる。同様に、溝２１２、熱膨張層２０７の端部から、水平方向（グリーンシート積層体２８０の積層方向に垂直な方向）にマージンＭ２を有していてもよい。
【００５１】
なお、本実施形態では、キャビティとなる部分２０８の抜き取りのための溝２１２をグリーンシート積層体２８０に設けているが、形成するキャビティの深さが５０μｍ以下など小さい場合には、溝２１２を設けなくてもよい。
【００５２】
また、上述したように、グリーンシート積層体が、複数個の多層セラミック基板１０１が集合した大型基板を構成する場合、焼結後に個片の基板に分割するための分割用の溝を、この段階でナイフカッター等を用いて同様に形成しておいても良い。
【００５３】
５．  熱膨張層の膨張工程
加熱によって、熱膨張層２０７を膨張させる（Ｓ２０）。具体的には、グリーンシート積層体２８０を熱膨張層２０７が厚さを増大させる温度に保持する。この温度は、本圧着時の加熱温度よりも高く、脱バインダ時の加熱温度よりも低い。例えば、グリーンシート積層体２８０を、１１０℃以上２００℃未満の範囲の温度で、１分以上３０分以下の時間、保持する。好ましくは、保持温度は１５０℃以下である。ここでは、熱膨張層を膨張させた後に、バインダを除去するため、熱膨張層２０７を膨張させる温度の上限を、バインダが除去され始める温度よりも低い温度に設定している。しかし、熱膨張層は脱バインダ工程後、あるいは、脱バインダ工程中に膨張させてもよい。この場合には、より高い温度で熱膨張層を膨張させてもよい。
【００５４】
図５（ａ）および（ｂ）は、熱膨張層２０７の膨張およびキャビティとなる部分２０８の分離を説明するための、熱膨張層２０７の端部近傍を拡大して示す模式図である。図５において、各部位の拡大倍率は説明のためそれぞれ変えており、実際の状態とは異なっている。本圧着工程後であって、熱膨張層２０７が膨張する前までは、熱膨張層２０７は、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍと、有機材料２０７ｖとが混合された状態で存在している。前述したように、熱膨張層２０７の端部２０７ｅは、キャビティの底部から続くクラックを避けるために、キャビティとなる部分２０８の両端より内側に位置しており、水平方向にマージンＭ２が設けられていてもよい。また、グリーンシート積層体２８０の積層方向には、溝２１２と熱膨張層２０７との間にマージンＭ１が設けられていてもよい。熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍは有機材料２０７ｖによって、キャビティとなる部分２０８、及び、第１のセラミックグリーンシート２７０と接着している。
【００５５】
この接着された状態から温度を上げていく過程において、有機材料２０７ｖやセラミックグリーンシートのバインダなどが軟らかくなると同時に、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍが膨張し、接着性を失う。そのため、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍとキャビティとなる部分２０８との間、及び、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍと第１のセラミックグリーンシート２７０との間で剥離が生じる。さらに、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍが膨張することによって、その周囲の第１及び第２のセラミックグリーンシートの接着も押し分けられて剥離する。その結果、熱膨張層２０７を介して接着していた、キャビティとなる部分２０８と第１のセラミックグリーンシート２７０とが、熱膨張層２０７から剥離して、分離する。
【００５６】
これにより、図４（ｃ）に示すように、熱膨張層２０７の厚さが増大する。この時、図５（ｂ）に示すように、熱膨張層２０７の端部２０７ｅと溝２１２の底部２１２ｅとの間に、マージンＭ１およびマージンＭ２の少なくとも一方が設けられている場合、マージンＭ１およびマージンＭ２が設けられた部分２１１において、セラミックグリーンシートのキャビティとなる部分２０８はその他の部分とつながったままである。しかし、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍの膨張に伴い、キャビティとなる部分２０８の変位、および、熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍの膨張による応力が発生し、部分２１１にせん断応力が加わる。
【００５７】
その結果、マージンＭ１およびマージンＭ２が設けられた部分２１１に溝２１２の底部２１２ｅを起点とし、第１のセラミックグリーンシート２７０と第２のセラミックグリーンシート２６０との界面、または、熱膨張層２０７（熱膨張層用マイクロカプセル２０７ｍ）に達する亀裂２１３が生じる。これによって、キャビティとなる部分２０８の外周全体が、グリーンシート積層体２８０から分離される。その結果、熱膨張層２０７を挟む２つのセラミックグリーンシート間に間隙が形成され、キャビティとなる部分２０８が熱膨張層２０７によって持ち上げられ、変位する。このとき図５（ｂ）に示すように、亀裂２１３の延びる方向がグリーンシートの積層面に垂直でなければ、キャビティとなる部分２０８の一部がバリ２０８ｂとして残る。
【００５８】
６．  キャビティの形成工程
図４（ｃ）に示すように、熱膨張層２０７の膨張によって変位したキャビティとなる部分２０８を抜き取ることによってグリーンシート積層体２８０にキャビティ１１１を形成する（Ｓ２１）。キャビティとなる部分２０８の側面は、グリーンシート積層体２８０から完全に分離している。また、熱膨張層２０７が膨張することにより接着力が弱まり、熱膨張層２０７とキャビティとなる部分２０８との間および熱膨張層２０７とグリーンシート積層体２８０との間にも隙間が生じている。このため、上面２８０ａを下にしてグリーンシート積層体２８０を保持することにより、キャビティとなる部分２０８が自重でグリーンシート積層体２８０から脱落し、上面２８０ａに開口を有するキャビティ１１１が設けられたグリーンシート積層体２９０が得られる。溝幅が狭いことにより、自重で脱落しにくい場合には、テープや吸着ヘッドなどでキャビティとなる部分２０８を除去しても良い。
【００５９】
この際、熱膨張層２０７の一部または全部は、キャビティとなる部分２０８と一緒に脱離したり、あるいは、熱膨張層２０７の全部がキャビティ１１１の底に張り付いている場合がある。つまり、キャビティとなる部分２０８と一緒に熱膨張層２０７の一部または全部を除去してもよい。熱膨張層２０７の一部または全部がグリーンシート積層体２８０に残存している場合には、以下の脱バインダ工程において、ほとんど消失する。脱バインダ工程において消失しなかった熱膨張層２０７は焼結工程において消失させることができる。焼結工程後に残存する部分が存在する場合には、焼結工程後に酸やアルカリ、フッ化物に浸漬し、必要に応じてさらに超音波などを用いて洗浄を行ってもよい。また、このように熱膨張層が、焼結工程後に残存する部分を含んでいる場合には、例えば、熱膨張材を含む熱膨張層用ペーストを用いて熱膨張層を形成する場合に、熱膨張材の洗浄を行うなどの前処理を行ってもよい。
【００６０】
前述したように、マージンＭ１およびマージンＭ２の長さによって亀裂２１３がセラミックグリーンシートの積層方向に対して斜めに生じ、バリ２０８ｂがキャビティ１１１の底部１１１ａに生じる。バリ２０８ｂが生じた場合、図４（ｄ）のようにキャビティ１１１の開口ｏｐ１の長さよりも平坦な底部１１１ｂの長さｏｐ２は短くなる。
【００６１】
７．  脱バインダ工程
キャビティ１１１を有するグリーンシート積層体２９０からバインダを除去する（Ｓ２２）。具体的には、グリーンシート積層体２９０に含まれる樹脂、溶媒などの有機成分を加熱し、除去する。例えば、２００℃以上６００℃以下の範囲の温度で、１２０分以上６００分以下の時間保持する。保持温度は一定であってもよいし、変化してもよい。例えば、５００℃になるまでグリーンシート積層体２９０を加熱し、その後、徐々に冷却する、あるいは、保持温度を徐々に低下させてもよい。この工程により、グリーンシート積層体２９０に含まれる樹脂、溶媒、および熱膨張層２０７が消失（蒸発）する。例えば、熱膨張層２０７は、約３５０℃〜６００℃の範囲の温度で消失する。この温度範囲が、脱バインダの温度範囲と同じであれば、前述した通り、脱バインダ工程時に熱膨張層を膨張させ、さらに、キャビティ形成後、脱バインダ時に残存した熱膨張層をほとんど消失させることができることが分かった。さらに、形成したキャビティの底面に熱膨張材に起因する痕跡が残る場合には、この温度範囲で消失する材料を凹凸改善材として熱膨張材の間隙に充填しても良い。凹凸改善材としてはアクリルビーズなどを用いることができる。
【００６２】
この脱バインダ工程は、熱膨張層を膨張させる工程のあとに連続して行い、脱バインダ工程後にキャビティの形成をおこなってもよい。２つの工程を連続して行うことにより、製造工程を短縮することができる。
【００６３】
脱バインダ工程において、バインダが除去されグリーンシート積層体が脆くなるため、脱バインダ工程の後で熱膨張層を膨張させ、キャビティとなる部分を除去してキャビティを形成しても良い。この場合には、脱バインダ工程では熱膨張層が膨張しない温度でグリーンシート積層体を保持することが好ましい。
【００６４】
８．  焼結工程
脱バインダ後のグリーンシート積層体２９０を焼結させる（Ｓ２３）。具体的には、セラミックグリーンシートに含まれるセラミックの焼結温度で、グリーンシート積層体２９０を保持し、セラミックの焼結を行う。例えば、８５０℃以上９４０℃以下の範囲の温度で、１００分以上１８０分以下の時間、保持する。これにより、図１（ｂ）に示す多層セラミック基板を得ることができる。
【００６５】
この焼結工程は、脱バインダ工程の後に連続して行ってもよい。例えば、キャビティを形成したグリーンシート積層体を、連続炉を用いて、２００℃以上６００℃以下の範囲の温度で、１２０分以上６００分以下の時間保持した後に、８５０℃以上９４０℃以下の範囲の温度で、１００分以上１８０分以下の時間、保持する。さらに、保持温度は一定であってもよいし、変化してもよい。例えば、２００℃になるまでグリーンシート積層体２９０を加熱し、緩やかに６００℃まで加熱し、その後、８５０℃以上９４０℃以下の範囲の温度に加熱しても良い。２つの工程を連続して行うことにより、製造工程を短縮することができる。
【００６６】
グリーンシート積層体が、複数個の多層セラミック基板１０１が集合した大型基板を構成する場合、焼結によって得られた大型基板を分割用溝で切断することによって、複数の多層セラミック基板を得ることができる。
【００６７】
本実施形態の多層セラミック基板の製造方法によれば、熱膨張層は、加熱の際、厚さが増大することによって、グリーンシート積層体のキャビティとなる部分を変位させる。加熱前の状態では厚さが薄く、セラミックグリーンシート間に介在しても、２つのセラミックグリーンシートの密着性を阻害しないため、セラミックグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を形成する場合やキャビティの外形に沿って溝を形成する場合に、セラミックグリーンシートのずれが生じるのを抑制することができる。また、グリーンシート積層体における、セラミックグリーンシート間の密着性を高め、良好なキャビティ底面の平坦性を確保することができるなど、グリーンシート積層体における高い成形性を維持することができる。
【００６８】
また、熱膨張層の厚さが大きく増加することによって、グリーンシート積層体のキャビティとなる部分を変位させるため、キャビティの外形に沿った溝が、完全に熱膨張層とつながっていなくても、変位によるせん断応力によって、セラミックグリーンシートに亀裂が生じ、キャビティとなる部分がグリーンシート積層体から分離する。このせん断応力は目的以外の部分に亀裂が入りにくいため、位置合わせ誤差を見込んでも、高い歩留まりで、確実にキャビティとなる部分をグリーンシート積層体から分離することができる。さらに、焼結前にキャビティが適切に形成されているかどうかが確認できるため、焼結前に不良品を除外できる。このため、量産性にすぐれ、また、良品率の高い多層セラミック基板の製造方法が提供される。
【００６９】
また、熱膨張層は、脱バインダ工程や焼結工程における温度で消失する材料を選択することにより、それらの工程においてほとんど消失するため、キャビティの底面に不純物が残存することによる、キャビティ底面の平坦性の低下や、清浄性の低下を抑制することができる。よって、清浄な電極面やサーマルビアを得ることができる。焼結後の多層セラミック基板においてもキャビティは維持されるので、残渣物洗浄などをすることなく半導体デバイス等を収納することが可能である。半導体デバイスがキャビティに収納されることにより、多層セラミック基板における集積化や低背化が可能となる。
【００７０】
［他の実施形態］
上記実施形態では、キャビティが１つの平坦な底面を有する多層セラミック基板を説明したが、多層セラミック基板は同じ深さを有する複数のキャビティ、または、深さが異なる複数のキャビティを有していてもよい。また、多層セラミック基板は、高さの異なる複数の底面を有するキャビティを有していてもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、多層セラミック基板１０２は、高さの異なる第１の底部１１１ａと第２の底部１１１ａ’を有するキャビティ１１１’を備えていてもよい。本実施形態では、キャビティ１１１’において、第２の底部１１１ａ’は第１の底部１１１ａよりも深くに位置しているが、第２の底部１１１ａ’は第１の底部１１１ａよりも浅くに位置していてもよい。
【００７１】
図６（ｂ）に示すように、まず、第１の底部１１１ａとなる領域２０６に熱膨張層２０７が配置された第１のセラミックグリーンシート２７０と、第２の底部１１１ａ’となる領域２０６’に熱膨張層２０７’が配置された第３のセラミックグリーンシート２７０’とを用意する。その後、グリーンシート積層体を形成する際に、第１のセラミックグリーンシート２７０の主面２７０ａおよび第３のセラミックグリーンシート２７０’の主面２７０ａ’が、第１の底部１１１ａおよび第２の底部１１１ａ’のレベルとなるように、第１のセラミックグリーンシート２７０および第３のセラミックグリーンシート２７０’を配置する。また、キャビティ１１１’の側面となる位置に溝２１２’および溝２１２を形成する。さらに、領域２０６と領域２０６’との境界に、第３のセラミックグリーンシート２７０’の主面２７０ａ’の近傍に達する溝２１２’を設けることが好ましい。他の条件は、上述した方法と同じにして、多層セラミック基板１０２を製造することができる。この場合、熱膨張層２０７と熱膨張層２０７’を膨張させたときの厚さは異なっていてもよい。
【００７２】
また、図６では、キャビティ１１１’は、１つの第１の底部１１１ａおよび１つの第２の底部１１１ａ’を備えているが、多層セラミック基板は、３つ以上の底部のレベルが異なるキャビティを備えていてもよい。この場合には、熱膨張層の位置が異なる３つの第１のセラミックグリーンシート２７０を用意し、互いに異なるレベルになるように、グリーンシート積層体中にこれら３つの第１のセラミックグリーンシート２７０が配置される。
【００７３】
さらに、図７（ａ）に示すように、多層セラミック基板１０３において、キャビティ１１１’は、１つの第２の底部１１１ａ’と、第２の底部１１１ａ’を挟んで位置する２つの第１の底部１１１ａを備えていてもよい。この場合、図７（ｂ）に示すように、２つの第１の底部１１１ａに対応する位置に配置される２つの熱膨張層２０７が配置された第１のセラミックグリーンシート２７０と、第２の底部１１１ａ’に対応する位置に配置される熱膨張層２０７’が配置された第３のセラミックグリーンシート２７０’とを用意し、第１のセラミックグリーンシート２７０および第３のセラミックグリーンシート２７０’が異なるレベルになるように積層される。
【００７４】
また、上記実施形態では、キャビティ１１１の底部１１１ａに位置する電極１１４は底部１１１ａよりも小さい。しかし、電極１１４は底部１１１ａよりも大きくてもよい。図８（ａ）および図８（ｂ）は、多層セラミック基板１０４の断面図および平面図である。多層セラミック基板１０４は、キャビティ１１１の底部１１１ａよりも大きい電極１１４’を有している。図１等に示す実施形態と同様、電極１１４’には、導電性ビア１２０が接続され、導電性ビア１２０は、例えば、セラミック焼結体１１０の下面１１０ｂに設けられた放熱用電極１１５に接続されている。電極１１４’は、例えば、キャビティ１１１内に配置される電子部品の放熱用電極または接地用電極として用いられる。
【００７５】
図８（ａ）では、電極１１４’のうち、キャビティ１１１の底部１１１ａとして露出している部分とセラミック焼結体１１０内に埋設されている部分とが同一の平面を構成しているように示している。しかし、以下の図９に示すように、多層セラミック基板１０４の製造時に、電極１１４’となる電極パターン２０５のうち、キャビティ１１１となる部分にのみ熱膨張層２０７が配置される。このため、グリーシート積層体を形成する際に、熱膨張層２０７に押されて、電極パターン２０５のうち、キャビティ１１１となる部分が凹むことも考えられる。この場合、多層セラミック基板１０４の電極１１４'は、キャビティ１１１の底部１１１ａとして露出している部分に凹部を有していてもよい。
【００７６】
多層セラミック基板１０４によれば、図９に示すように、製造時において、キャビティ１１１を形成するための溝２１２は、電極パターン２０５上に位置する。
【００７７】
このため、熱膨張層２０７の端部２０７ｅと溝２１２の底部２１２ｅとの間に、マージンＭ１およびマージンＭ２の少なくとも一方が設けられている場合、熱膨張層２０７の膨張によって、部分２１１にせん断応力が加わり、溝２１２の底部２１２ｅから生じる亀裂は、まっすぐ伸びやすい。材料の異なる電極パターン２０５上側の面とセラミックグリーンシートとの境界が剥離して応力を開放しやすいからである。よって、多層セラミック基板１０４によれば、キャビティ１１１の底部１１１ａにバリ２０８ｂが生じにくく、また、バリ２０８ｂが生成するとしても小さくなる。
【００７８】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、多層セラミック基板１０５の断面図および平面図を示す。多層セラミック基板１０５は、キャビティ１１１の底部１１１ａに複数のパッド電極１１６を有している。パッド電極１１６には、導電性ビア１２０が接続され、導電性ビア１２０は、配線パターン１１９、受動部品パターン１１８等に接続されている。
【００７９】
多層セラミック基板１０５によればキャビティ１１１内に、集積回路等の電子部品をフリップチップボンディングで接続することが可能である。このため、図１等に示すようにキャビティ１１１に収納した能動部品にボンディングワイヤを接続する必要がなく、電子部品を搭載した多層セラミック基板１０５の高さを小さくすることができる。また、他の電子部品、多層セラミック基板等を多層セラミック基板１０５上に配置することも可能となる。
【００８０】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、多層セラミック基板１０６の断面図および平面図を示す。多層セラミック基板１０６は、キャビティ１１１の側面の下方に位置し、底部１１１ａの周囲を囲む電極１１７をさらに備えている点で図１０に示す多層セラミック基板１０４と異なる。図９を参照して説明したように、多層セラミック基板１０６を製造する際、キャビティ１１１を形成するための溝２１２は、電極１１７のパターン上に位置する。このため、多層セラミック基板１０６によれば、キャビティ１１１の底部１１１ａにバリ２０８ｂが生じにくく、また、バリ２０８ｂが生成するとしても小さくなる。
【００８１】
なお、上記実施形態では、キャビティの形成工程は熱膨張層の膨張工程の後に行っているが、キャビティの形成工程は、熱膨張層の膨張工程中、あるいは、脱バインダ工程中に行ってもよい。ここで、膨張工程中、あるいは、脱バインダ工程中とは、膨張工程または脱バインダ工程の条件でグリーンシート積層体を保持している状態でキャビティの形成を行うことを言う。
【００８２】
（実施例）
以下、本実施形態による多層セラミック基板の製造方法について実験を行った結果を説明する。
【００８３】
［実施例１］熱膨張層の特性
熱膨張層用ペーストを調製し、熱膨張層が所望の温度で、キャビティの形成に十分な厚さ変化を示すことを確認した。セラミックグリーンシートは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分とするセラミック材料を用いて、シート上に成形し、作製した。
【００８４】
熱膨張材として、表１に示す平均粒子径および膨張開始温度を有する熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂工業製Ｆ、ＦＮシリーズ）を用意した。また、ビヒクルにＴＭＣ−１０８（田中貴金属製）を用い、熱膨張性マイクロカプセルとビヒクルとを１：９の重量比で混合しペーストを作製した。得られたペーストをペットフィルム上に乾燥後の厚みが０．１ｍｍ程度となるように塗布し、乾燥させることによって熱膨張層の試料を得た。試料１〜３の熱膨張材を用いて、試料をそれぞれ複数作製した。作製した試料を７０℃〜１３０℃の温度で加熱し、試料の厚さの変化をマイクロメータを用いて測定し、試料の厚さ変化を算出した。具体的には加熱前の厚さをｔ1、加熱後の厚さをｔ2として、以下の式により算出した数値を、加熱前の厚さを基準とする厚さ変化（膨張率）αとした。
α＝t2／ｔ1
【００８５】
【表１】
2017061324.tif 000003
【００８６】
結果を図１２に示す。横軸は、加熱した温度を示し、縦軸は加熱前の厚さを基準とする厚さ変化（膨張率）を示す。
【００８７】
いずれの試料も、１００℃〜１１０℃程度で膨張し、１３０℃において、２〜５倍程度で厚さが増大することが分かった。この温度範囲は、多層セラミック基板の製造工程における本圧着の温度と脱バインダの温度との間の温度である。
【００８８】
［実施例２］キャビティの形成
溝を形成せずにキャビティを形成するために必要な熱膨張層の厚さ変化量を調べた。厚さ１１０μｍのセラミックグリーンシートを用意し、６層を重ね、セラミックグリーンシート積層体を形成した。キャビティのサイズは、縦：２５ｍｍ、横：２５ｍｍ、深さ：０．１ｍｍである。熱膨張層には、上述した試料１の熱膨張層用ペーストを用い、スクリーン印刷法を用いてセラミックグリーンシート上に塗布した。熱膨張層の厚さは作製したシート積層体の断面をマイクロスコープで観察することにより測定したところ、０．０１ｍｍであった。厚さ変化量を異ならせるために、図１２に従って、熱膨張層を膨張させる際の加熱温度を調整した。複数の試料を作製し、キャビティに相当する部分が正しく抜き取れた割合を評価した。表２に結果を示す。ここで、正しく抜き取れた割合とは、熱膨張層の厚さ変化に伴いキャビティに相当する部分が正しく抜き取れた割合という意味である。すなわち以下の結果では、グリーンシート積層体に、キャビティの深さを有し、キャビティの外形を規定する溝をグリーンシート積層体に形成せずに、キャビティを形成するために好ましい範囲として、熱膨張層の加熱前後の厚さの変化量がどの程度必要であるのかを調べた。
【００８９】
【表２】
2017061324.tif 000004
【００９０】
表２より、厚さ変化量が２．２程度であれば、１／３程度の歩留まりで、熱膨張層の厚さ変化によりキャビティを形成できることが分かる。また、厚さ変化量が３．７倍であれば、確実にキャビティを形成できることが分かる。これらの結果から、熱膨張層は加熱によって、２倍以上４倍以下の割合で厚さが増大することが好ましいことが分かる。
【００９１】
図１３（ａ）および（ｂ）は、厚さ１１０μｍのセラミックグリーンシートを用意し、６層を重ね、圧着し、キャビティの深さを０．２ｍｍとし、厚さ変化量が６倍である試料の熱膨張層を加熱する前および加熱後の光学顕微鏡像をそれぞれ示す。図１３（ａ）より加熱前の熱膨張層の厚さは約１０μｍであるが、図１３（ｂ）より加熱後には、熱膨張層の厚さが約５０μｍになっていることが分かる。
【００９２】
［実施例３］多層セラミック基板の製造
以下の条件でキャビティを形成した多層セラミック基板を製造した。
【００９３】
まず、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋを副成分として、それらの元素を含むセラミック材料を用意した。用意したセラミック材料を用いて、上述の説明の通り、複数のセラミックグリーンシートを得た。
【００９４】
次に、得られたセラミックグリーンシートにレーザーパンチャーを用いてビアホールを形成し、スクリーン印刷を用いてビアホールに導電ペーストを充填すると共に配線パターンを形成した。導電ペーストには導電性材料としてＡｇを含む材料を用いた。さらに第１のセラミックグリーンシートのキャビティの底面となる領域に熱膨張層を形成した。熱膨張層は、熱膨張層用ペーストを用いたスクリーン印刷法により乾燥後の厚さが１０μｍとなるように形成した。熱膨張層用ペーストには、熱膨張材として、熱膨張製マイクロカプセル（松本油脂工業製Ｆ，ＦＮシリーズ）をフッ化アンモニウムで洗浄して用い、同時にキャビティ底面の凹凸改善材としてアクリルビーズ（積水化成品工業製）を添加した。
【００９５】
得られた第１及び第２のセラミックグリーンシートのいずれかを重ねて仮圧着し、キャリアフィルムを剥離する作業を繰り返して順次積層し、セラミックグリーンシートが４〜２０層、具体的には厚さ８０μｍのセラミックグリーンシートを７層積層したグリーンシート積層体を得た。続いてグリーンシート積層体を、８５℃に加熱しながら、１７ＭＰａで本圧着を行った。
【００９６】
本圧着したグリーンシート積層体に、彫刻刃型を用いて、キャビティとなる部分の外形に沿って、深さ１８０μｍの溝を形成した。
【００９７】
次に、溝形成したグリーンシート積層体の熱膨張層を１３０℃に加熱し、１５分保持した。これにより熱膨張層の厚さが増大し、キャビティとなる部分が変位した。変位したキャビティとなる部分をテープを用いて容易に抜き取りキャビティを形成した。さらにこの後焼結後に分割するための溝を形成した。
【００９８】
キャビティを形成し、分割用の溝を形成したグリーンシート積層体を連続炉を用いて、脱バインダ工程及び焼結工程を上述の条件の範囲で行った。このようにしてキャビティを有する多層セラミック基板を得た。グリーンシート積層体にキャビティを形成した時に、膨張した熱膨張層の一部がキャビティの底部に残っていたが、焼結工程後に殆ど消失したことを確認した。さらに、焼結後のキャビティの底面に熱膨張層用マイクロカプセルの痕跡も残っていなかった。以上の工程により得られた多層セラミック基板は既存の多層セラミック基板とほぼ同等の工程でキャビティを形成でき、量産性に優れている。
【００９９】
［実施例４］微小キャビティの形成
焼成後の多層セラミック基板の厚さおよびキャビティの深さを異ならせ、微小なキャビティを作成することが可能であるか否かを確認した。実施例３と同様の作製方法を用い、焼成後に３２５μｍ、６５０μｍ、１３００μｍの厚さとなる多層セラミック基板を作製した。キャビティのサイズは、１．３ｍｍ×１．３ｍｍ、２．３ｍｍ×２．３ｍｍであり。キャビティの深さを、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍに設定し、キャビティが形成可能であるかどうかを確認した。結果を表３に示す。
【０１００】
【表３】
2017061324.tif 000005
【０１０１】
表３において、「○」は、良好な形状のキャビティが形成できたことを示す。また、「△」は、キャビティの抜き取りが容易ではなく、形成したキャビティの形状が十分な仕上がりではなかったことを示す。また、「×」は、キャビティの底部にクラックが生じたことを示す。
【０１０２】
表３に示す結果から、平面形状が１．３ｍｍ×１．３ｍｍおよび２．３ｍｍ×２．３ｍｍという微小なサイズのキャビティでも形成が可能であることが分かった。また、キャビティの深さが多層セラミック基板の厚さの１／２以下であれば、底部にクラックが生じずに、キャビティを形成することが可能であることが分かった。
【０１０３】
［実施例５］マージンとバリの大きさの検討
多層セラミック基板を製造する場合において、図４（ｂ）に示すように、溝２１２の端部と熱膨張層２０７の端部との垂直方向のマージンＭ１および水平方向のマージンＭ２を種々の値に設定し、多層セラミック基板を作製した場合において、キャビティ１１１の底部１１１ａに生じるバリ２０８ｂの水平方向の大きさを調べた。
【０１０４】
１辺が２．３ｍｍの矩形開口を有するキャビティを備え、図８に示すように、キャビティの底部に電極を有する多層セラミック基板（以下、電極付き多層セラミック基板）およびキャビティの底部に電極を有しない多層セラミック基板（以下、電極なし多層セラミック基板）を作製した。キャビティの深さは２００μｍおよび３００μｍある。結果を表４、５に示す。垂直方向のマージンＭ１および水平方向のマージンＭ２は表４、５に示す通りである。バリ２０８ｂの大きさは幅方向および長さ方向のそれぞれにおいて、両側のバリ２０８ｂの長さの合計の値であり、表４、５では、幅方向および長さ方向のバリ２０８ｂの平均値を示す。マージンＭ１が−５０とは、オーバーカット、つまり、熱膨張層より５０μｍ深い溝を形成したことを示している。電極付きの多層セラミック基板では、電極を切断することになるため、試料を作製しなかった。
【０１０５】
【表４】
2017061324.tif 000006
【０１０６】
【表５】
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【０１０７】
表４および表５の結果から、電極付き多層セラミック基板のほうが、概ねバリ２０８ｂを小さくできることが分かる。また、キャビティが深いほうが（表５）バリ２０８ｂは長くなる傾向にある。これらの結果から、マージンＭ１、Ｍ２を変えることにより、バリ２０８ｂの長さを調節できることが分かる。具体的には、マージンＭ１、Ｍ２を調整することによって、バリの長さを、２５０μｍ以下にすることが可能であり、電極付き多層セラミック基板では、適切なマージンＭ１、Ｍ２を設定することにより、バリ２０８ｂの長さを１００μｍ程度以下にすることが可能であることが分かった。また、電極なし多層セラミック基板では、適切なマージンＭ１、Ｍ２を設定することにより、バリ２０８ｂの長さを１５０μｍ程度以下にすることが可能であることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本開示の多層セラミック基板の製造方法は種々の用途に適したキャビティを有する多層セラミック基板に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１    多層セラミック基板
１１０    セラミック焼結体
１１０ａ  上面
１１０ｂ  下面
１１１    キャビティ
１１１ａ  底部
１１２、１１３、１１４、１１５、１１７    電極
１１８    受動部品パターン
１１９    配線パターン
１２０    導電性ビア
１５１    半導体ＩＣチップ
１５２    キャパシタ
１５３    ボンディングワイヤ
２００    セラミックグリーンシート
２０１    ビアホール
２０２    導電ペースト
２０３    配線パターン
２０４    受動部品パターン
２０６    領域
２０７    熱膨張層
２０８    キャビティとなる部分
２０８ｂ  バリ
２０５、２０９、２１０    電極パターン
２１２    溝
２５０    キャリアフィルム
２６０    第２のセラミックグリーンシート
２７０    第１のセラミックグリーンシート
【図１】
2017061324.tif 000008
【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】
2017061324.tif 000013
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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