(57)【要約】  いわゆる無収縮プロセスを用いて製造される多層セラミック基板において、その主面上に形成される外部導体膜の接合強度を高める。  多層セラミック基板（１）の積層体（４）を第１のセラミック層（２）と収縮抑制用の第２のセラミック層とで構成するとともに、その一方主面に沿って下地層（７）を形成し、その上に外部導体膜（９）を形成する。外部導体膜（９）および下地層（７）の双方に未焼結状態の非焼結性セラミック材料粉末が含まれ、この非焼結性セラミック材料粉末は第１のセラミック層（２）からのガラス成分の浸透により固着される。そして、外部導体膜（９）における、導電性金属粒子の占有比率は、その表面側の表面層（１８）において、最も高くなるような勾配を有し、非焼結性セラミック材料粉末の占有比率は、下地層（７）側の接合バッファ層（２０）において、最も高くなるような勾配を有するようにされる。
2009050936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス成分を含みまたはガラス成分を生成し得る焼結性セラミック材料を含みかつ焼結状態にある、複数の第１のセラミック層と、
前記第１のセラミック層間に位置され、前記焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第１の非焼結性セラミック材料粉末を含みかつ前記第１のセラミック層からの前記ガラス成分の一部が浸透することによって前記第１の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある、第２のセラミック層と
を有する、積層体を備え、
前記積層体は、当該積層体の外方に向く少なくとも一方の主面に沿って形成され、前記焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第２の非焼結性セラミック材料粉末を含みかつ前記第１のセラミック層からの前記ガラス成分の一部が浸透することによって前記第２の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある、下地層をさらに有し、
前記下地層上には、導電性金属粒子と前記焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第３の非焼結性セラミック材料粉末とを含みかつ前記第１のセラミック層からの前記ガラス成分の一部が浸透することによって前記導電性金属粒子および前記第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある、外部導体膜が形成され、
前記積層体の主面に平行な面に沿う切断面上での面積比率について見たとき、前記外部導体膜に含まれる前記導電性金属粒子が占める面積比率は、前記下地層側から当該外部導体膜の表面側に向かって高くなるような勾配を有し、かつ、前記外部導体膜に含まれる前記第３の非焼結性セラミック材料粉末が占める面積比率は、当該外部導体膜の表面側から前記下地層側に向かって高くなるような勾配を有している、
多層セラミック基板。
【請求項２】
前記第１、第２および第３の非焼結性セラミック材料粉末は、互いに同種のセラミック材料からなる、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項３】
前記下地層は、前記積層体の主面全域にわたって形成される、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項４】
前記外部導体膜に接続されかつ少なくとも前記下地層および特定の前記第１のセラミック層を厚み方向に貫通するように設けられるビアホール導体をさらに備え、前記ビアホール導体は、前記導電性金属粒子と前記焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第４の非焼結性セラミック材料粉末とを含む、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項５】
前記第１、第２、第３および第４の非焼結性セラミック材料粉末は、互いに同種のセラミック材料からなる、請求項４に記載の多層セラミック基板。
【請求項６】
前記ビアホール導体は、さらにガラス成分を含む、請求項４に記載の多層セラミック基板。
【請求項７】
前記導電性金属粒子は、Ｃｕ、Ａｇ、ＮｉおよびＰｄの少なくとも１種を含む、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項８】
前記非焼結性セラミック材料粉末は、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、ＮｂおよびＴａの少なくとも１種を含む酸化物からなる、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項９】
前記焼結性セラミック材料は、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ系酸化物セラミック材料である、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項１０】
前記外部導体膜を覆うように形成される金属めっき膜をさらに備える、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の多層セラミック基板を製造する方法であって、
前記第１のセラミック層となるべき前記焼結性セラミック材料を含む第１のセラミックグリーン層と、前記第２のセラミック層となるべき前記第１の非焼結性セラミック材料粉末を含む第２のセラミックグリーン層と、前記下地層となるべき前記第２の非焼結性セラミック材料粉末を含む下地グリーン層とをもって構成されるとともに、前記外部導体膜となるべき前記導電性金属粒子および前記第３の非焼結性セラミック材料粉末を含む導電性グリーン膜が形成された、前記積層体となるべきグリーン積層体を準備する工程と、
前記導電性グリーン膜を形成した前記グリーン積層体を、前記焼結性セラミック材料が焼結するが、前記第１、第２および第３の非焼結性セラミック材料粉末が焼結せずかつ前記導電性金属粒子が溶融しない温度で焼成し、それによって、焼結状態にある前記第１のセラミック層を得、さらに、前記第１のセラミックグリーン層からの前記ガラス成分の一部を前記第２のセラミックグリーン層、下地グリーン層および前記導電性グリーン膜に浸透させ、それによって、前記第１および第２の非焼結性セラミック材料粉末がそれぞれ固着された状態にある前記第２のセラミック層および前記下地層を得るとともに、前記導電性金属粒子および前記第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある前記外部導体膜を得る工程と
を備える、多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１２】
前記導電性グリーン膜に含まれる前記導電性金属粒子の少なくとも一部は、その表面に前記第３の非焼結性セラミック材料粉末を付着させた状態にある、請求項１１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１３】
前記導電性グリーン膜は、前記グリーン積層体を焼成する工程の前では、ガラス成分を含まない、請求項１１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】
この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、表面に外部導体膜が形成されかついわゆる無収縮プロセスを適用して製造される多層セラミック基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味ある技術が、たとえば特開２００１−２９１９５９号公報（特許文献１）に記載されている。この特許文献１には、低温焼結セラミック材料を含む基体用グリーンシートと収縮抑制用無機材料を含む収縮抑制用無機材料層とを積層した生の積層体を焼成して多層セラミック基板を製造する方法であって、焼成工程において、収縮抑制用無機材料層による収縮抑制効果が基体用グリーンシートに及ぼされない段階で、生の積層体に形成された配線導体のための導電性ペースト体が収縮を開始し、その結果、得られた多層セラミック基板において、クラックや隆起や隙間が生じることがある、といった課題を解決するための手段が記載されている。特許文献１では、上記の課題を解決するため、Ｃｕ２Ｏを含む銅系導電性ペーストを用いて導電性ペースト体を形成し、焼成工程において、焼成雰囲気における酸素分圧を制御することによって、Ｃｕ２ＯをＣｕに還元する際に生じる収縮挙動を、基体用グリーンシートに含まれる低温焼結セラミック材料の収縮挙動と近似させるようにしている。【０００３】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術には、次のように、さらに解決されるべき課題がある。多層セラミック基板に形成される配線導体として、外部導体膜、内部導体膜およびビアホール導体があるが、外部導体膜となるべき導電性ペースト膜が生の積層体と同時に焼成される場合、生の積層体は、主面方向には実質的に収縮せず、積層方向にのみ収縮する一方、導電性ペースト膜は主面方向を含む等方向に収縮する。そのため、積層体における導電性ペースト膜の周辺部に、導電性ペーストの収縮による引張り応力が作用し、これが原因となって、多層セラミック基板にクラックが生じたり、多層セラミック基板の強度の低下を招いたりすることがある。【０００４】
上述したような不都合な現象は、特に、収縮抑制用無機材料層が生の積層体の外表面に沿って位置されている場合により顕著に生じやすい。しかしながら、積層体単独での強度を考えた場合、収縮抑制用無機材料層を積層体の外表面に沿って位置させることが有効である。なぜなら、収縮抑制用無機材料層を積層体の外表面に沿って位置させることにより、焼成後の積層体の外表面に圧縮応力が作用する状態となるためである。このことから、積層体の外表面に沿って収縮抑制用無機材料層を位置させる構成は捨て難いものとなっている。【０００５】
なお、導電性ペースト膜を形成するため、Ｃｕ２Ｏを含む銅系導電性ペーストを用いることは、上述したクラックや強度低下の問題をある程度軽減する効果があるものの、その効果は必ずしも十分とは言えない。また、特許文献１に記載される導電性ペーストは、ガラス成分を含んでいる。このような導電性ペーストを用いて外部導体膜が形成される場合、外部導体膜の下方に位置する収縮抑制用無機材料層や基体用グリーンシートにガラスが含まれていたり、焼成過程において、積層体の内部から外表面にガラス成分が析出するものであったりすると、焼成後において、外部導体膜の下面側に接合性に乏しい平坦なガラスリッチ層が形成されるため、外部導体膜の接合強度が不十分となることがある。
【特許文献１】特開２００１−２９１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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およびその製造方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る多層セラミック基板はガラス成分を含みまたはガラス成分を生成し得る焼結性セラミック材料を含みかつ焼結状態にある、複数の第１のセラミック層と、第１のセラミック層間に位置され、焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第１の非焼結性セラミック材料粉末を含みかつ第１のセラミック層からのガラス成分の一部が浸透することによって第１の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある、第２のセラミック層とを有する、積層体を備えている。【０００８】
上記積層体は、当該積層体の外方に向く少なくとも一方の主面に沿って形成され、焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第２の非焼結性セラミック材料粉末を含みかつ第１のセラミック層からのガラス成分の一部が浸透することによって第２の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある、下地層をさらに有している。【０００９】
上記下地層上には、導電性金属粒子と焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第３の非焼結性セラミック材料粉末とを含みかつ第１のセラミック層からのガラス成分の一部が浸透することによって導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある、外部導体膜が形成される。【００１０】
そして、積層体の主面に平行な面に沿う切断面上での面積比率について見たとき、外部導体膜に含まれる導電性金属粒子が占める面積比率は、下地層側から当該外部導体膜の表面側に向かって高くなるような勾配を有し、かつ、外部導体膜に含まれる第３の非焼結性セラミック材料粉末が占める面積比率は、当該外部導体膜の表面側から下地層側に向かって高くなるような勾配を有していることを特徴としている。【００１１】
上述した第１、第２および第３の非焼結性セラミック材料粉末は、互いに同種のセラミック材料からなることが好ましい。【００１２】
この発明に係る多層セラミック基板において、下地層は、外部導体膜が形成された領域にのみ限定されて島状に形成されてもよいが、積層体の主面全域にわたって形成されることが好ましい。【００１３】
この発明に係る多層セラミック基板は、外部導体膜に接続されかつ少なくとも下地層および特定の第１のセラミック層を厚み方向に貫通するように設けられるビアホール導体をさらに備えていてもよい。この場合、ビアホール導体は、導電性金属粒子と焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第４の非焼結性セラミック材料粉末とを含むことが好ましく、さらにガラス成分を含むことがより好ましい。【００１４】
上述の第１、第２、第３および第４の非焼結性セラミック材料粉末は、互いに同種のセラミック材料からなることが好ましい。【００１５】
導電性金属粒子は、好ましくは、Ｃｕ、Ａｇ、ＮｉおよびＰｄの少なくとも１種を含む。【００１６】
非焼結性セラミック材料粉末は、好ましくは、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、ＮｂおよびＴａの少なくとも１種を含む酸化物からなる。【００１７】
焼結性セラミック材料は、好ましくは、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ系酸化物セラミック材料であり、助剤としてホウ素系酸化物を含んでいる。【００１８】
外部導体膜を覆うように、金属めっき膜がさらに形成されてもよい。【００１９】
この発明は、また、上述した多層セラミック基板を製造する方法にも向けられる。【００２０】
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、第１のセラミック層となるべき前述の焼結性セラミック材料を含む第１のセラミックグリーン層と、第２のセラミック層となるべき第１の非焼結性セラミック材料粉末を含む第２のセラミックグリーン層と、下地層となるべき第２の非焼結性セラミック材料粉末を含む下地グリーン層とをもって構成されるとともに、外部導体膜となるべき導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末を含む導電性グリーン膜が形成された、積層体となるべきグリーン積層体を準備する工程と、導電性グリーン膜を形成したグリーン積層体を、焼結性セラミック材料が焼結するが、第１、第２および第３の非焼結性セラミック材料粉末が焼結せずかつ導電性金属粒子が溶融しない温度で焼成し、それによって、焼結状態にある第１のセラミック層を得、さらに、第１のセラミックグリーン層からのガラス成分の一部を第２のセラミックグリーン層、下地グリーン層および導電性グリーン膜に浸透させ、それによって、第１および第２の非焼結性セラミック材料粉末がそれぞれ固着された状態にある第２のセラミック層および下地層を得るとともに、導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある外部導体膜を得る工程とを備えることを特徴としている。【００２１】
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、導電性グリーン膜に含まれる導電性金属粒子の少なくとも一部は、その表面に第３の非焼結性セラミック材料粉末を付着させた状態にあることが好ましい。【００２２】
また、導電性グリーン膜は、グリーン積層体を焼成する工程の前では、ガラス成分を含まないことが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、外部導体膜の、下地層側の部分に、ガラス成分を含みかつ第３の非焼結性セラミック材料粉末を比較的多く含む層が形成され、この層が、同様にガラス成分および第２の非焼結性セラミック材料粉末を含む下地層に対する接合バッファ層として機能する。したがって、外部導体膜の焼成過程における主面方向への収縮が緩和されるとともに、外部導体膜の周辺部に生じる積層体に対する引張り応力が直接積層体に作用しにくくなり、その結果、クラックや強度低下の問題を招きにくくすることができる。この場合、外部導体膜から下地層に至るまで傾斜的に組成が変わるため、外部導体膜の、下地層側の部分に極端に応力が加わる部分が生じない。【００２４】
また、外部導体膜において、ガラス成分が第３の非焼結性セラミック材料粉末等を含有しながら下地層側からその内部にまで深く入り込んでいるため、第３の非焼結性セラミック材料粉末等によってガラス成分が分布する領域での強度が向上するとともに、接合性に優れたアンカー構造が形成されることにより、外部導体膜の接合強度を高めることができる。【００２５】
この発明に係る多層セラミック基板において、下地層に含まれる第２の非焼結性セラミック材料粉末と外部導体膜に含まれる第３の非焼結性セラミック材料粉末とが互いに同種のセラミック材料からなるとき、上述した外部導体膜の接合強度を高める効果がより確実に奏され、さらに第２のセラミック層に含まれる第１の非焼結性セラミック材料粉末とも同種のセラミック材料からなるとき、第１のセラミック層、第２のセラミック層および下地層の焼成過程での挙動差や、互いのセラミック材料同士の不要な副反応を懸念する必要がないため、多層セラミック基板の構造設計および工程管理の簡素化を図ることができる。【００２６】
この発明に係る多層セラミック基板において、下地層が積層体の主面全域にわたって形成されると、この下地層は、第２のセラミック層と同様の機能を果たすことが可能になる。したがって、焼成工程において、積層体の収縮がより抑制されるとともに、焼成後において、積層体の表面全体に圧縮応力が作用する状態とすることができ、多層セラミック基板の強度を高めることができる。【００２７】
この発明に係る多層セラミック基板において、外部導体膜に接続されかつ少なくとも下地層および特定の第１のセラミック層を厚み方向に貫通するように、ビアホール導体が設けられるとき、このビアホール導体が導電性金属粒子と第４の非焼結性セラミック材料粉末とを含んでいると、焼成過程におけるビアホール導体の収縮を抑制することができ、この収縮による応力の発生を抑制することができる。また、ビアホール導体と外部導体膜および下地層との接合強度を高めることができる。また、ビアホール導体は、下地層を貫通して外部導体膜に接続されるように設けられるため、焼成過程の特に前半において、外部導体膜によってビアホール導体の径方向への収縮力を緩和することができる。【００２８】
上述の第１、第２、第３および第４の非焼結性セラミック材料粉末が互いに同種のセラミック材料からなるとき、各部における焼成過程での挙動差や、互いのセラミック材料の不要な副反応を懸念する必要がないため、構造設計および工程管理の簡素化を図ることができる。【００２９】
上述したビアホール導体がさらにガラス成分を含んでいると、ビアホール導体上においても、外部導体膜の場合と同様の接合バッファ層が形成されることができ、ビアホール導体とその周囲の第１のセラミック層との間での接合強度を高めることができる。【００３０】
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、焼成工程において、第１のセラミックグリーン層に含まれていたガラス成分の一部を、下地グリーン層を通して、導電性グリーン膜に浸透させ、それによって、導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある外部導体膜を得るようにしている。したがって、導電性グリーン膜から外部導体膜が形成される焼成過程において、外部導体膜において主面方向への収縮が生じにくい。また、外部導体膜は、上述のように、第１のセラミックグリーン層に含まれていたガラス成分によって焼結挙動を発現するため、外部導体膜の単独収縮によってもたらされる積層体表面での破断の起点となる引張り応力の作用点が発生しにくい。また、外部導体膜には、積層体側の第１のセラミックグリーン層からガラス成分が浸透してくるため、前述したアンカー構造が容易に形成されることができる。【００３１】
上述したアンカー構造の形成に寄与するガラス成分の外部導体膜への浸透は、導電性グリーン膜が、焼成工程の前では、ガラス成分を含まないようにされると、より促進される。【００３２】
導電性グリーン膜に含まれる導電性金属粒子として、その表面に第３の非焼結性セラミック材料粉末を付着させた状態のものを用いると、第３の非焼結性セラミック材料粉末による収縮抑制作用を最大限に発揮させることができる。そのため、第３の非焼結性セラミック材料粉末の添加量を少なく抑えることができ、その結果、焼成後の外部導体膜の導電性の低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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の一部であって、外部導体膜９が形成された部分を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示した多層セラミック基板１を製造するために作製されるグリーン積層体２４を分解して示す断面図である。
【図４】図３に示した導電性グリーン膜２９および３０に含まれる導電性金属粒子３３および第３の非焼結性セラミック材料粉末３４の状態を図解的に示す拡大図である。
【図５】この発明による効果を確認するために実施した実験例において評価した破断モードの基準を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  多層セラミック基板
２  第１のセラミック層
３  第２のセラミック層
４  積層体
５，６  主面
７，８  下地層
９，１０  外部導体膜
１１  ビアホール導体
１８  表面層
１９  中間層
２０  接合バッファ層
２１  金属めっき膜
２２  第１のセラミックグリーン層
２３  第２のセラミックグリーン層
２４  グリーン積層体
２７，２８  下地グリーン層
２９，３０  導電性グリーン膜
３２  導電性グリーン導体
３３  導電性金属粒子
３４  第３の非焼結性セラミック材料粉末
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。【００３６】
多層セラミック基板１は、複数の第１のセラミック層２と、第１のセラミック層２間に位置する第２のセラミック層３とを有する、積層体４を備えている。積層体４は、当該積層体４の外方に向く上方主面５および下方主面６に沿ってそれぞれ形成される下地層７および８をさらに備えている。下地層７および８は、この実施形態では、積層体４の主面５および６の各全域にわたって形成されている。【００３７】
多層セラミック基板１には、種々の配線導体が形成されている。配線導体としては、下地層７および８上にそれぞれ形成される外部導体膜９および１０と、積層体４の内部に形成される内部導体膜１１と、少なくとも第１のセラミック層２を厚み方向に貫通するように設けられるビアホール導体１２とがある。ビアホール導体１２は、内部導体膜１１に接続されるものであるが、その中には、外部導体膜９または１０に接続されかつ少なくとも下地層７または８および特定の第１のセラミック層２を厚み方向に貫通するように設けられるものがある。【００３８】
多層セラミック基板１は、さらに、積層体４の上方主面５上に搭載されるいくつかの表面実装部品１３〜１５を備えている。表面実装部品１３および１５は、たとえばチップコンデンサ、チップ抵抗、チップサーミスタ、チップインダクタのような受動素子であり、積層体４の上方主面５上に形成された外部導体膜９にはんだ１６を介して電気的に接続される。表面実装部品１４は、たとえばトランジスタ、ＩＣチップ、ＬＳＩチップのような能動素子であり、積層体４の上方主面５に露出するビアホール導体１２の端面にバンプ１７を介して電気的に接続される。表面実装部品１４と積層体４との間の隙間は、アンダーフィル樹脂１７ａで埋められる。【００３９】
積層体４の下方主面６上に形成された外部導体膜１０は、この多層セラミック基板１をマザーボードとしてのプリント配線基板（図示せず。）上に実装するとき、多層セラミック基板１をプリント配線基板に電気的に接続しかつ機械的に固定するために用いられる。【００４０】
第１のセラミック層２は、ガラス成分を含みまたはガラス成分を生成し得る焼結性セラミック材料を含みかつ焼結状態にあるもので、積層体４の特性を支配する。第１のセラミック層２の厚みは、８〜１００μｍであることが好ましい。第１のセラミック層２の厚みは、上記範囲に限定されるものではないが、後述する焼成工程において、第２のセラミック層３によって主面方向の収縮が十分に抑制され得る厚み以下に抑えることが好ましい。なお、複数の第１のセラミック層２の各厚みは、必ずしも互いに同じである必要はない。【００４１】
上記焼結性セラミック材料としては、その一部であるガラス成分または焼成中に生成したガラス成分が第２のセラミック層３へと浸透し得るものが用いられる。また、焼結性セラミック材料としては、外部導体膜９および１０、内部導体膜１１およびビアホール導体１２の各々において導電成分として用いられるＡｇやＣｕなどの低融点金属と同時焼成できるように、比較的低温、たとえば１０００℃以下で焼成可能な低温焼成セラミック材料を用いることが好ましい。より具体的には、焼成中にガラスを生成するＢａ−Ａｌ−Ｓｉ系酸化物セラミック材料に応じてホウ素系酸化物などの助剤を加えたもの、あるいは、アルミナとホウケイ酸系ガラスとを混合したガラスセラミック材料を用いることができる。【００４２】
第２のセラミック層３は、焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第１の非焼結性セラミック材料粉末を含みかつ第１のセラミック層２からのガラス成分の一部が浸透することによって第１の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある。第１の非焼結性セラミック材料粉末としては、Ａｌ２Ｏ３またはＺｒＯからなるものを用いることが好ましいが、これら以外に、たとえばＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などからなるものも用いることができる。【００４３】
第２のセラミック層３は、上述のように、焼結性セラミック材料より高い焼結温度を有する第１の非焼結性セラミック材料粉末を未焼結のまま含有するため、第２のセラミック層３は、第１のセラミック層２に対して、焼成過程での主面方向の収縮を抑制するように作用する。また、第１の非焼結性セラミック材料粉末は、第１のセラミック層２からのガラス成分の一部が浸透することによって固着される。そのため、第２のセラミック層３は、上述のことを可能にする程度の厚みでなければならず、第２のセラミック３の状態や所望の拘束力、焼成条件にも依存するが、その厚みは、概ね、焼成後において１〜８μｍであることが好ましい。【００４４】
下地層７および８は、上記焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第２の非焼結性セラミック材料粉末を含みかつ第１のセラミック層２からのガラス成分の一部が浸透することによって第２の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある。第２の非焼結性セラミック材料粉末としては、前述の第１の非焼結性セラミック材料粉末と同種のものを用いることが好ましい。ここで、同種とは、同一成分を含むことを意味し、必ずしも同一の組成比でなくてもよい。また、下地層７および８の厚み等については、第２のセラミック層３の場合と実質的に同様のことが言える。【００４５】
配線導体としての外部導体膜９および１０、内部導体膜１１およびビアホール導体１２は、導電性ペーストを積層体４と同時に焼成して得られるものである。【００４６】
これら配線導体のうち、外部導体膜９および１０は、導電性金属粒子と上記焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第３の非焼結性セラミック材料粉末とを含みかつ第１のセラミック層２からのガラス成分の一部が浸透することによって導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある。第３の非焼結性セラミック材料粉末としては、前述の第１および第２の非焼結性セラミック材料粉末と同種のものを用いることが好ましい。【００４７】
図２に、外部端子電極９の拡大断面図が示されている。外部導体膜９は、典型的には、その表面側から下地層７側に向かって、表面層１８と中間層１９と接合バッファ層２０とに分類される。なお、これら表面層１８、中間層１９および接合バッファ層２０の互いの間の境界は、図２に示したようには明確に現われるものではない。【００４８】
外部導体膜９の組成に関して、積層体４の主面に平行な面に沿う切断面上での面積比率について見たとき、外部導体膜９に含まれる導電性金属粒子が占める面積比率は、下地層７側から外部導体膜９の表面側に向かって高くなるような勾配を有し、かつ、外部導体膜９に含まれる第３の非焼結性セラミック材料粉末が占める面積比率は、外部導体膜９の表面側から下地層７側に向かって高くなるような勾配を有している。そのため、表面層１８は、導電性金属粒子を主成分とし、中間層１９は、導電性金属粒子とガラス成分とを主成分とし、接合バッファ層２０は、導電金属粒子とガラス成分と非焼結性セラミック材料粉末とを主成分としている。【００４９】
特に、接合バッファ層２０は、焼成過程における外部導体膜９の主面方向への収縮を緩和し、かつ外部導体膜９の周辺部に生じる積層体４に対する引張り応力が直接積層体４に及ぼされないように作用し、その結果、積層体４におけるクラックや強度低下の問題を低減する。また、第１のセラミック層２からのガラス成分は、外部導体膜９における接合バッファ層２０および中間層１９の各々の主成分の一部となるように、外部導体膜９の内部にまで深く入り込んでいるため、良好な接合性を示すアンカー構造が形成され、その結果、外部導体膜９の接合強度を高めることができる。【００５０】
外部導体膜９に含まれる導電性金属粒子としては、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ、ＮｉおよびＰｄの少なくとも１種を含むものが用いられる。【００５１】
また、図２において破線で示すように、外部導体膜９を覆うように、金属めっき膜２１が形成されてもよい。金属めっき膜２１は、たとえば、Ｎｉ無電解めっき膜およびその上に形成されるＡｕ無電解めっき膜から構成される。【００５２】
上述の図２を参照しての説明は、外部導体膜９についてのみ行なったが、外部導体膜１０についても、外部導体膜９の場合と同様の説明が当てはまる。【００５３】
ビアホール導体１２は、外部導体膜９および１０に含まれていたものと同様の導電性金属粒子に加えて、前述の焼結性セラミック材料が焼結する温度では焼結しない第４の非焼結性セラミック材料粉末を含んでいる。このように、ビアホール導体１２が非焼結性セラミック材料粉末を含むことにより、ビアホール導体１２の焼成過程での収縮を抑制でき、応じて、ビアホール導体に接続される外部導体膜９および１０での応力の発生を抑制でき、ビアホール導体１２と外部導体膜９および１０の各々との接合の信頼性を高めることができる。第４の非焼結性セラミック材料粉末としては、前述の第１、第２および第３の非焼結性セラミック材料粉末と同種のものを用いることが好ましい。【００５４】
ビアホール導体１２は、さらにガラス成分を含むことが好ましい。このガラス成分は、第１のセラミック層２から周辺の各部に拡散するガラス成分と実質的に同種のものであることが好ましい。ビアホール導体１２がガラス成分を含んでいると、ビアホール導体１２と外部導体膜９との接合界面においても、接合バッファ層２０と同様の接合バッファ層を形成することができ、ビアホール導体１２とその周囲の第１および第２のセラミック層２および３との接合強度を向上させることができる。【００５５】
次に、多層セラミック基板１の製造方法の一例について説明する。図３には、多層セラミック基板１に備える積層体４となるべきグリーン積層体２４が分解されて示されている。【００５６】
グリーン積層体２４は、第１のセラミック層２となるべき焼結性セラミック材料を含む第１のセラミックグリーン層２２と、第２のセラミック層３となるべき第１の非焼結性セラミック材料粉末を含む第２のセラミックグリーン層２３と、下地層７および８となるべき第２の非焼結性セラミック材料粉末を含む下地グリーン層２７および２８とをもって構成される。また、グリーン積層体２４には、外部導体膜９および１０となるべき導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末を含む導電性グリーン膜２９および３０が形成される。【００５７】
上述の導電性グリーン膜２９および３０に含まれる導電性金属粒子３３の少なくとも一部は、図４に示すように、その表面に第３の非焼結性セラミック材料粉末３４を付着させた状態にあることが好ましい。一例として、導電性グリーン膜２９および３０を構成する導電性ペースト中に含まれるすべての第３の非焼結性セラミック材料粉末３４のうちの２０重量％に相当するものが予め導電性金属粒子３３の表面上にほぼ均一に付着させたものが好適に用いられる。導電性金属粒子３３の表面に第３の非焼結性セラミック材料粉末３４を均一に付着させることを可能とするため、第３の非焼結性セラミック材料粉末３４は小径であることが好ましく、たとえば、平均粒径３０ｎｍ程度のものが最も好ましいが、平均粒径１μｍ程度のものであっても、第３の非焼結性セラミック材料粉末３４による効果を損ねるものではない。また、前記導電性ペースト中に含まれるすべての第３の非焼結性セラミック材料粉末３４のうち、導電性金属粒子３３の表面上に付着させたものと、残りの付着させていないものとの平均粒径が異なっていてもかまわない。上述のように、第３の非焼結性セラミック材料粉末３４が、導電性金属粒子３３の表面に付着した状態で導電性グリーン膜２９および３０に含有されていると、第３の非焼結性セラミック材料粉末３４による収縮抑制効果を最大限に発揮させることができ、第３の非焼結性セラミック材料粉末３４がたとえ少量であっても、十分な効果を奏することができ、形成された外部導体膜９および１０の導電性が阻害されることはない。【００５８】
グリーン積層体２４には、また、内部導体膜１１となるべき導電性グリーン膜３１が形成される。この導電性グリーン膜３１は、上述した導電性グリーン膜２９および３０と同じ組成であっても、あるいは非焼結性セラミック材料粉末を含んでいなくてもよい。【００５９】
グリーン積層体２４には、さらに、ビアホール導体１２となるべき導電性グリーン導体３２が形成される。導電性グリーン導体３２は、前述したように、導電性金属粒子および第４の非焼結性セラミック材料粉末を含み、好ましくは、さらに、ガラス成分を含む。【００６０】
グリーン積層体２４を得るため、通常、第１および第２のセラミックグリーン層２２および２３ならびに下地グリーン層２７および２８をそれぞれ与えるセラミックグリーンシートを用意し、あるいは、第１のセラミックグリーン層２２を与えるセラミックグリーンシート上に第２のセラミックグリーン層２３を成形したり、下地グリーン層２７および２８を成形したりして作製された複合セラミックグリーンシートを用意し、次いで、セラミックグリーンシートの特定のものに導電性グリーン膜２９〜３１ならびに導電性グリーン導体３２を形成し、次いで、これらセラミックグリーンシートを所定の順序および方向に従って積層し、圧着する、といった各工程が実施される。【００６１】
次に、グリーン積層体２４は、焼結性セラミック材料が焼結するが、第１、第２、第３および第４の非焼結性セラミック材料粉末が焼結せずかつ導電性金属粒子が溶融しない温度で焼成され、それによって、積層体４が得られる。この焼成工程において適用される雰囲気は、焼結性セラミック材料の種類や導電性金属粉末の種類に応じて適宜調整される。【００６２】
上述した焼成工程によって、第１のセラミックグリーン層２２が焼結し、焼結状態にある第１のセラミック層２が得られる。また、第１のセラミックグリーン層２２からのガラス成分の一部は、第２のセラミックグリーン層２３、下地グリーン層２７および２８ならびに導電性グリーン膜２９および３０へと浸透する。もちろん、場合により、導電性グリーン膜３１および導電性グリーン導体３２へもガラス成分の一部が浸透する。【００６３】
第２のセラミックグリーン層２３ならびに下地グリーン層２７および２８に浸透したガラス成分は、第１および第２の非焼結性セラミック材料粉末を固着し、それによって、第１および第２の非焼結性セラミック材料粉末がそれぞれ固着された状態にある第２のセラミック層３ならびに下地層７および８が得られる。【００６４】
上述の下地グリーン層２７および２８に浸透したガラス成分は、粘度が低く、流動性が高いため、さらに、導電性グリーン膜２９および３０へと浸透する。このガラス成分は、導電性グリーン膜２９および３０に含まれる第３の非焼結性セラミック材料粉末を取り込むように移動し、導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末が固着された状態にある外部導体膜９および１０が得られる。他方、上述したガラス成分の移動の結果、導電性グリーン膜２９および３０中の第３の非焼結性セラミック材料粉末は下地グリーン層２７および２８側へと移動する。【００６５】
その結果、得られた外部導体膜９および１０において、図２に示したように、表面層１８、中間層１９および接合バッファ層２０の各々を形成するような導電性金属粒子および第３の非焼結性セラミック材料粉末の各々についての濃度勾配が与えられる。上述のような導電性グリーン膜２９および３０におけるガラス成分の挙動がより円滑に得られるようにするためには、導電性グリーン膜２９および３０は、焼成工程の前において、ガラス成分を含まないこと、すなわち、導電性グリーン膜２９および３０を形成するために用いられる導電性ペーストは、ガラス成分を含まないことが好ましい。【００６６】
次に、焼成後の積層体４の外表面上に形成された外部導体膜９および１０に対して、必要に応じて、金属めっき膜２１を形成するための工程が実施され、その後、積層体４の上方主面５上に、表面実装部品１３〜１５が実装され、多層セラミック基板１が完成される。【００６７】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。【００６８】
この実験例では、後で詳述する実施例１〜３ならびに比較例１〜３の各々に係る外部導体膜用の導電性ペーストおよびビアホール導体用の導電性ペーストを用いて、試料となる多層セラミック基板を作製した。【００６９】
各試料に係る多層セラミック基板に共通して、第１のセラミック層に含まれる焼結性セラミック材料として、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ系酸化物セラミック材料を含むものであり、助剤としてホウ素系酸化物を含むものを用い、第２のセラミック層に含まれる第１の非焼結性セラミック材料粉末としてアルミナ粉末を用い、導電性金属粒子としてＣｕ粒子を用い、第１のセラミック層の焼成後の厚みを２０μｍとし、第２のセラミック層および下地層の各々の焼成後の厚みを３μｍとした。そして、各試料に係る多層セラミック基板を次のように評価した。【００７０】
厚み１．０ｍｍのプリント配線基板上に、はんだペーストを用いて、各試料に係る多層セラミック基板をリフロー実装し、実装された多層セラミック基板が下面側になるように、上記プリント配線基板を、概略直方体形状である樹脂製筐体に取り付けた。筐体の重量は、多層セラミック基板、プリント配線基板および筐体の総重量が１００ｇとなるように調整した。【００７１】
次に、その上面が地面と平行になるように静置したコンクリートブロックの上方の所定高さに、上述の筐体を下面側が地面と平行になるように保持し、次いで、筐体下面部とコンクリートブロック上面部とが平行に衝突するように、筐体を上記所定高さから１０回落下させることによって、各試料に係る多層セラミック基板に破断を生じさせ、その破断状況を評価した。【００７２】
落下高さは０．５ｍより０．１ｍずつ高くしていき、破断が発生した落下高さを「破断発生高さ」とした。また、破断モードを、図５に示した基準に従って分類した。【００７３】
図５において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付している。図５を参照して、「試験前」のものと比較すればわかるように、破断モードＡでは、外部導体膜９が積層体４を大きくえぐった状態で、破断している。破断モードＢでは、外部導体膜９がビアホール導体１２の一部および積層体４の一部を伴って破断した状態となっている。破断モードＣでは、外部導体膜９が、積層体４の一部を伴いながらも、ビアホール導体１２を残して破断した状態となっている。破断モードＤでは、外部導体膜９が、積層体４およびビアホール導体１２から剥がれるように破断した状態となっている。なお、この場合、剥がれた外部導体膜９には、下地層７の一部が薄っすらと付着することがある。【００７４】
外部導体膜９の積層体４およびビアホール導体１２への接合強度について見たとき、破断モードＡが最も高く、破断モードＢ、Ｃ、Ｄという順序で低くなっていると評価できる。【００７５】
（実施例１）
実施例１では、外部導体膜用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と表１に示す非焼結性セラミック材料粉末とを含むものを用い、ビアホール導体用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と収縮調整剤となるものでペースト溶剤に溶解しない樹脂ビーズとを含むものを用いた。【００７６】
（比較例１）
比較例１では、外部導体膜用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子を含むが、非焼結性セラミック材料粉末を含まないものを用い、ビアホール導体用の導電性ペーストとして、上記実施例１の場合と同様のものを用いた。【００７７】
（実施例２）
実施例２では、外部導体膜用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と表１に示す非焼結性セラミック材料粉末とを含むものを用い、ビアホール導体用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と実施例１の場合と同様の樹脂ビーズと表１に示す非焼結性セラミック材料粉末とを含むものを用いた。【００７８】
（比較例２）
比較例２では、外部導体膜用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子を含むが、非焼結性セラミック材料粉末を含まないものを用い、ビアホール導体用の導電性ペーストとして、実施例２の場合と同様のものを用いた。【００７９】
（実施例３）
実施例３では、外部導体膜用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と表１に示す非焼結性セラミック材料粉末とを含むものを用い、ビアホール導体用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と実施例１の場合と同様の樹脂ビーズと表１に示す非焼結性セラミック材料粉末とＳｉ−Ｂ−Ｂａ系ガラスとを含むものを用いた。【００８０】
（比較例３）
比較例３では、外部導体膜用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子を含むが、非焼結性セラミック材料粉末を含まないものを用い、ビアホール導体用の導電性ペーストとして、Ｃｕ粒子と実施例１の場合と同様の樹脂ビーズと表１に示す非焼結性セラミック材料粉末とＳｉ−Ｂ−Ｂａ系ガラスとを含むものを用いた。【００８１】
これら実施例１〜３ならびに比較例１〜３の各々に係る導電性ペーストを用いて作製された多層セラミック基板について、前述のように「破断発生高さ」および「破断モード」を評価した結果が表１に示されている。【００８２】
なお、実施例１から実施例３においては、第２および第３の非焼結性セラミック材料粉末を同じ材料としたが、第２の非焼結性セラミック材料をアルミナ、第３の非焼結性セラミック材料をＺｒＯとしても、落下高さ２．０ｍで破断モードＡの結果が得られている。【００８３】
【表１】
2009050936.tif 000003
【００８４】
表１からわかるように、実施例１〜３は、比較例１〜３に比べて、外部導体膜の接合強度が向上している。すなわち、実施例１〜３では、１．０ｍｍ以上の破断発生高さが得られ、また、破断モードについては、Ａ〜Ｃといった評価が得られている。これに対して、比較例１〜３では、１．０ｍ未満の破断発生高さであり、破断モードについても、Ｄの評価となっている。これは、実施例１〜３では、外部導体膜用の導電性ペーストが非焼結性セラミック材料粉末を含んでいたのに対し、比較例１〜３では、これを含んでいなかったためである。【００８５】
実施例１〜３の間で比較すると、破断発生高さおよび破断モードの双方において、実施例３が最も優れ、次いで、実施例２、実施例１の順となっている。これは、実施例３では、ビアホール導体用の導電性ペーストが非焼結性セラミック材料粉末およびガラスの双方を含み、実施例２では、ガラスを含まず、実施例１では、さらに非焼結性セラミック材料粉末を含まなかったためである。【００８６】
また、実施例１における試料１〜６の間で比較すると、試料１および２において他の試料３〜６に比べてより高い破断発生高さが得られていることから、非焼結性セラミック材料粉末として、Ａｌ２Ｏ３またはＺｒＯからなるものを用いることが好ましいことがわかる。
【図１】
2009050936.tif 000004
【図２】
2009050936.tif 000005
【図３】
2009050936.tif 000006
【図４】
2009050936.tif 000007
【図５】
2009050936.tif 000008
【国際調査報告】
2009050936.tif 000009
2009050936.tif 000010