(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックグリーンシート（ＧＦ）の製造方法であって、
支持体（ＴＲ）、セラミック素材で構成したスラリー、及び機能材料を準備するステップと、
前記支持体（ＴＲ）上に、前記機能材料で構成される構造部（ＳＴ）を形成するステップと、
前記スラリーで前記支持体（ＴＲ）及び前記構造部（ＳＴ）上にスラリー層（ＳＣＨ）を形成し、前記構造部を前記スラリー層（ＳＣＨ）内に完全に埋め込むステップと、
を含み、
前記スラリー層（ＳＣＨ）の高さが５０μｍ以下となるように、前記構造部（ＳＴ）を前記スラリー層（ＳＣＨ）で覆い、
前記機能材料で構成される前記構造部（ＳＴ）を形成するために、前記スラリーのセラミック素材とは異種のセラミック材料を使用する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記スラリー層（ＳＣＨ）を形成した後、該スラリー層を平坦化する方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、
前記機能材料で構成される前記構造部（ＳＴ）を、所望の構造で前記支持体（ＴＲ）上に印刷する方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法であって、
前記機能材料で構成される層（ＳＴＳ）を前記支持体（ＴＲ）上に全面に亘って形成した後、該層の構造化により前記構造部（ＳＴ）を形成する方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の方法であって、
前記機能材料で構成される前記層（ＳＴＳ）又は前記構造部（ＳＴ）を形成するために、導電性材料又は導電性材料に焼結可能なペーストを使用する方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法であって、
前記構造部が前記スラリー層（ＳＣＨ）の厚さ全体に占める比率が１０％を超えるように、前記構造部（ＳＴ）を前記スラリー層（ＳＣＨ）で覆う方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の方法であって、
前記スラリー層（ＳＣＨ）をテープ成形法で形成する方法。
【請求項８】
請求項２〜７の何れか一項に記載の方法であって、
前記スラリー層（ＳＣＨ）を形成した後、該スラリー層をブレードで均すことにより平坦化する方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の方法で得られたグリーンシート（ＧＦ）を用いて積層構造体を製造する方法であって、
前記スラリー層（ＳＣＨ）を乾燥させてグリーンシート（ＧＦ）とし、前記支持体（ＴＲ）から剥離した後、更なる同種又は異種のグリーンシートと重ねてシート積層体（ＦＳ）を形成して積層構造体を製造する方法。
【請求項１０】
ＬＴＣＣ又はＨＴＣＣを製造するために請求項９に記載のグリーンシート（ＧＦ）を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
セラミック部品は、セラミック材料よりなる単層又は複数層と、その上に配置した平坦な、又は構造化された導体構造部とを備える。通常、導体構造部は金属で構成されている。高度な誘電特性を有するセラミック材料は、導体構造部に対する絶縁機能を有する。セラミック材料で製造した部品は、例えばセラミック回路基板とすることができる。優れた電気特性を有するセラミック材料は、適切に形成した導体構造部と共にコンデンサ、インダクタ及び抵抗素子を製造するために使用可能である。
【０００３】
より複雑なセラミック部品は多層構造とされ、例えばグリーンシートで構成した積層体から製造される。導体構造部は、それぞれグリーンシート上に形成するか、又はグリーンシート内に統合しておく。その後、グリーンシートを積層して焼結する。
【０００４】
導体構造部は、最も簡単な手法として、導電性ペーストをグリーンシート上に印刷することにより形成することができる。しかしながら、その形成に際してグリーンシート表面に起伏が生じ、グリーンシートの積層に問題を生じる。かかる積層体は、加圧下での積層に際してセラミック材料が残留層間スペースに流入する場合に変形を生じる。その結果、焼結時に応力が生じて変形を増大させる。そのため、導体構造部に要求される公差が増大する。これにより、特に導体構造部の配置再現精度が低下する。その結果、かかる部品における電気的特性値が大きなバラツキを示すこととなる。
【０００５】
上述した問題を回避するため、セラミックグリーンシートに対する導体構造部の厚さ比を最小化して厚さ全体に占める変形量を減少させている。他の方法は、セラミックグリーンシート表面に凹部を設け、その凹部に金属ペーストを充填することである。これにより、表面が平坦な導電構造部を有するセラミックグリーンシートを得られるが、コスト高となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、統合された構造部を備え、かつ表面が平坦なグリーンシートを容易に製造可能とする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、独立請求項１に記載の方法により解決することができる。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載したとおりである。
【０００８】
本発明の方法においては、最初に支持体と、セラミック素材のスラリーと、機能材料とを準備する。次に、機能材料よりなる構造部を支持体上に形成する。その後、支持体及び構造部の上にスラリー層を形成して構造部を完全に覆い、構造部をスラリー層内に完全に埋め込む。
【０００９】
本発明の方法により、厚さのバラツキを大幅に低減させたグリーンシートを製造することが可能である。機能材料よりなる構造部に近い側のグリーンシート表面は完全に平坦であり、通常は平面的な支持体形状を有する。
【００１０】
スラリー層と反対側の表面では、形成方法に応じて、構造部の形状を表わす起伏が残留する場合がある。しかし、その起伏は、構造部をグリーンシート表面に印刷した場合に比べて、表面における残部に対して突出量が大幅に小さい。従って、本発明の方法によれば、既知の印刷法と対比して高度に平坦な表面を得ることができる。
【００１１】
代替案として、スラリー層に平坦な表面を形成する方法を選択することも可能である。そのために、スラリー層の形成後に表面の平坦化が必要となる場合がある。この平坦化は、例えば形成後のフィルムをブレードで均すことにより行うことができる。
【００１２】
セラミック素材は任意の組成とすることができるが、通常は誘電特性を有し、絶縁目的のみならず、後のセラミックの機械的安定化にも資するものである。
【００１３】
これに対して、機能材料は、機能材料よりなる構造部が部品内で電気的機能を有する点でセラミック素材とは異なっている。
【００１４】
素材及び機能材料の単純な組み合わせとして、例えば誘電体及び導体がある。
【００１５】
機能材料又は機能材料よりなる構造部と、セラミック素材とが協働することにより、セラミック素材が電気絶縁性以外の機能を有する電子部品を実現することもできる。
【００１６】
電気的機能材料と、セラミック素材としてのコンデンサセラミックスとにより、コンデンサを製造することができる。
【００１７】
一般的には、機能材料よりなる導体構造部により、キャパシタンス、インダクタンス及び抵抗を有する部品を製造することができる。セラミック素材は、正又は負の温度係数を有するか、或いはバリスタ材料で構成することもできる。即ち、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）素子、ＮＴＣ(negative temperature coefficient)素子、又はバリスタを製造することができる。
【００１８】
素材は磁性を有することもでき、例えばフェライトで構成される。これにより、磁石又は誘導性部品を製造することができる。
【００１９】
何れの場合にも、導電性を有する機能材料よりなる構造部は、セラミック部品の電極層として機能する。
【００２０】
機能材料で構造部を構成する場合、印刷法、例えばスクリーン印刷法又はパッド印刷法を適用することができる。この印刷のため、機能材料は印刷可能な状態、好適には粘性又は粘度を有するペースト状態とし、支持体上に構造部として印刷する。その構造部は、微細構造又は大面積構造とすることができる。
【００２１】
支持体表面上には、機能材料の接着性のみならず、セラミック素材の接着性にも適合する剥離層を形成することができる。剥離層の特性を調整することにより、機能材料よりなる構造部のみならず、スラリー層も剥離層上で十分な接着性を示し、併せて、グリーンシート又はその内部に埋め込んだ構造部を損傷させることなく、グリーンシートを剥離層から、従って支持体から剥離することが可能となる。
【００２２】
ここに「グリーンシート」とは、スラリー層と、埋め込まれた構造部との組み合わせにおいて、構造部及びスラリー層から溶媒を全て除去した状態のものである。換言すれば、セラミック素材及び機能材料で構成した各層を乾燥させた状態を指す。
【００２３】
機能材料よりなる構造部を形成する更なる可能性として、構造化されていない機能材料を支持体上の全面又は大面積に亘って成層し、次にこの層を構造化して構造部を形成することもできる。
【００２４】
焼結可能なグリーンシートは、その前提として、グリーンシートの構成要素が全て焼結可能であるか、又は焼結に耐え得るものでなければならない。これは、特にセラミック素材及び機能材料に関連するものである。
【００２５】
本発明の方法の更なる実施形態においては、異種の機能材料で異種の構造部を形成する。この場合、それぞれの構造部は層厚又は高さを相違させることもできる。
【００２６】
本発明の方法は、グリーンシートの層厚全体に対して構造部の高さが１０％を超えるグリーンシートの製造に有利に適用することができる。また、本発明の方法は、厚さが５０μｍ未満のグリーンシートの製造にも有利に適用することができる。特に、このような薄いグリーンシートにおいて、全体の厚さに対する構造部の厚さが１０％を超えるとグリーンシートの安定性が失われ、積層又は焼結に際して損傷する恐れがある。
【００２７】
構造部を埋め込んだ本発明に係るグリーンシートにより、多層セラミックを製造するためのシート積層体の積層のみならず、シート積層体の焼結に際しても、生ずる応力が比較的小さく、従って損傷した製品や使用不能な製品の発生が減少する。
【００２８】
多層部品の製造においては、統合した構造部を備え、又は備えない複数枚のグリーンシートを製造し、これらを互いに積層して焼結した後、セラミック多層構造体及び部品に加工する。外側構造部、例えばセラミック多層構造体の上面、下面又は側面に形成すべきメタライズ層は、焼結後に形成することもできる。
【００２９】
機能材料よりなる構造部は、セラミック多層部品において通常はシート毎に異なるため、これらの構造部により多層構造体内で三次元構造（例えば、誘導性部品の場合には複数のシート面を貫通するコイル巻線）を形成することができる。
【００３０】
このようなシート積層体又は多層構造体は、埋め込み型の構造部を備えるシートと、かかる構造部を備えないシートとを交互に配置することも可能である。
【００３１】
互いに積層した異なるシート間で導電構造部を接続又は導電結合するため、グリーンシートには積層前にビアを設けておくことができる。この場合、ビアは先ず孔として機械的に形成し、例えば打ち抜き加工を行った後、導電性ペーストで充填することができる。
【００３２】
本発明の方法は、特にＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics;低温共焼成セラミック）又はＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics;高温共焼成セラミックス）の製造に適している。かかるセラミック多層基板は、それ自体が多層部品であるか、又は少なくとも一部の電気的機能を発揮するものであり、特に機能材料よりなる金属構造部を含んでいる。この金属構造部を構成する金属は、ＬＴＣＣの場合には銀、パラジウム又はプラチナから選択することができる。ＨＴＣＣは、もっぱら焼結温度がより高い点でＬＴＣＣとは異なっており、その製造にはより高い焼結温度に適合する異種の電極材料が必要である。ＨＴＣＣは、例えば銅又はタングステンで構成した導電構造部を含む。
【００３３】
以下、本発明を図示の実施形態について更に詳述する。図面は概要図であり、原寸を反映するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、構造部を埋め込んだ本発明に係るグリーンシートを支持体上に配置した状態で示す説明図である。
【図２】図２ａ〜２ｄは、本発明の製造方法における異なるステップを示す説明図である。
【図３】図３ａ，３ｂは、本発明に係るグリーンシートで構成される多層部品の製造方法における２つのステップを示す説明図である。
【図４】図４ａ，４ｂは、既知の態様で導電構造部を印刷してセラミック多層構造体を製造する場合の２つのステップを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明に従って支持体ＴＲ上に形成したグリーンシートＧＦを示している。支持体の直上には構造部ＳＴが配置され、この構造部ＳＴはセラミックペースト又は導電構造部に焼結可能な金属粒子で構成されている。
【００３６】
構造部ＳＴ上にはスラリー層ＳＣＨが形成されており、このスラリー層は構造部ＳＴを完全に覆っている。好適には、スラリー層ＳＣＨは表面が平坦化されており、そのためにグリーンシートＧＦは全面に亘って一定の厚さを有する。
【００３７】
図２ａ〜２ｄは、本発明に係るグリーンシートの製造における２つの異なるステップを示している。支持体ＴＲは、任意の剛性材料で構成することができるが、好適には可撓性材料、例えばプラスチックフィルムで構成する。支持体ＴＲ上には、事前に剥離層を形成しておく。この剥離層は、その上に形成する構造部及びスラリー層を剥離可能に付着させる機能を有する。剥離層は、グリーンシートを構成する材料に応じて選択し、これにより適切な接着性及び剥離性を示すものである。
【００３８】
次に、機能材料で構成した全面層ＳＣＳを剥離層（図示せず）上に、例えばスラリー状又はペースト状として設ける。これにより、機能材料を塗布し、又はテープ成形法で形成することができる。この場合、フィルム延伸法も適切な形成方法である。図２ａは、このように形成した機能材料層ＳＣＳを示している。
【００３９】
次のステップでは、全面層ＳＣＳを所望の構造部ＳＴに構造化する。図２ｂは、このステップにおける構造部の配置を示すものである。
【００４０】
なお、図２ｂに示すステップは、例えば構造部を印刷により直接形成することでも達成可能である。
【００４１】
次のステップでは、セラミック素材のスラリーよりなるスラリー層ＳＣＨを、例えばテープ成形法又はフィルム延伸法により形成する。その形成方法やスラリーの粘度に応じて、スラリー層ＳＣＨ表面に僅かな隆起が生じ、構造部ＳＴの輪郭が浮かび出ることがある。この場合、例えばブレードで均すことにより構造部を後発的に平坦化することが可能である。図２ｄは、表面が平坦化されたスラリー層ＳＣＨを示すものである。
【００４２】
なお、スラリー層ＳＣＨは、適切な方法により表面が平坦な状態で直接形成することもできる。
【００４３】
このように成形され、又は延伸したグリーンシートは、まず、溶媒（通常は水）が完全に除去されるまで乾燥させる。その後、グリーンシートＧＦを支持体ＴＲから剥離することができる。図３ａは、この状態のグリーンシートを示している。図３ａから明らかなように、この場合のグリーンシートはほぼ平坦で互いに平行な２つの表面を有する。この平面平行性により、グリーンシートの層厚全体に対して機能材料よりなる構造部の高さ比を２０％以上まで増加させることが可能であり、その際にグリーンシートの安定性が損なわれたり、グリーンシートで製造した多層部品が積層及び焼結に際して過度に高い欠陥率を示すことはない。
【００４４】
これにより、金属の機能材料よりなる構造部ＳＴの層厚を約１０μｍとした場合、例えば層厚５０μｍ以下のグリーンシートが製造可能であり、かかるグリーンシートは、特にＬＴＣＣで構成した高集積基板の製造に必要とされるものである。
【００４５】
図３ｂは、５枚のグリーンシートＧＦ１〜ＧＦ５を積層したシート積層体ＦＳを示している。このシート積層体ＦＳは平面平行な表裏面を備えることにより、中間スペースが形成されず、従って実質的に無応力の積層体とすることができる。仮に応力が生じる場合でも、シート積層体において積層に由来する構造部ＳＴの歪みや、個々のグリーンシート内への構造部の変位が生じることはない。かかる歪みや変位は、シート積層体における構造上の精度を損ない得るものである。
【００４６】
これに対して、図４ａ及び４ｂは、グリーンシートで構成したシート積層体における既知の製造方法を示している。この場合、シート積層体における構造部ＳＴは、セラミックグリーンシートへの印刷により形成されている。図４ａから明らかなように、構造部ＳＴにおける全層厚は、支持体ＴＲ上に形成したグリーンシートの表面を越えて突出し、起伏を形成している。この種の起伏は、図４ｂに示すように、複数枚のグリーンシートを互いに積層する際に均一化を必要とする中間スペースを形成するものである。これにより、構造部が相対的に変位し、従って所定位置からずれる可能性がある。その結果、引張荷重によって構造部に応力が生じ、事後の焼結に際して構造部を損傷させ、又はセラミック多層構造体内にクラックを生成する可能性がある。
【００４７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。即ち、同種材料のみならず、異種材料で製造したグリーンシートをシート積層体に加工し、更には多層セラミック部品に加工することが可能である。
【００４８】
シート積層体内には、異なるシートを交互に配置することもできる。構造部ＳＴが埋め込まれていないグリーンシートを含む構成としてもよい。
【００４９】
図示しないが、導電構造部を複数層に亘ってビアにより互いに導電接続可能とすることができる。
【００５０】
本発明に係る方法により、複雑な構造部や微細な構造部、即ち断面積の小さい構造部を、損傷の恐れを伴わずに形成することができる。かかる構造部をセラミック素材で構成された層に埋め込むことにより、積層に際して構造部が実質的に保護され、付加的応力に晒されることがなくなる。
【００５１】
図示しないが、セラミック多層部品の製造には他の加工ステップ、特にシート積層体の上面及び下面における導電構造部の形成に関連する加工ステップも必要となる場合がある。この種の構造部は、焼結前又は焼結後に形成することが可能であり、他の厚膜形成法、例えば蒸着法、スパッタリング法、無電解又は電解のめっき法又は成膜法で形成することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
ＴＲ    支持体
ＳＴ    構造部
ＳＣＨ  スラリー層
ＧＦ    グリーンシート
ＳＴＳ  機能材料層
ｈｓ    構造部の高さ
ｈｆ    グリーンシートの厚さ
ＦＳ    シート積層体
【図１】
0005859540.tif 000002
【図２ａ】
0005859540.tif 000003
【図２ｂ】
0005859540.tif 000004
【図２ｃ】
0005859540.tif 000005
【図２ｄ】
0005859540.tif 000006
【図３ａ】
0005859540.tif 000007
【図３ｂ】
0005859540.tif 000008
【図４ａ】
0005859540.tif 000009
【図４ｂ】
0005859540.tif 000010