(57)【要約】【課題】  焼成積層セラミック基板に対して、溶液を接触させて処理する溶液処理が必然的に行なわれる場合であっても、湿式処理に基づく不良発生の要因を取り除き、基板の信頼性を高めることができる新規な積層セラミック基板の製造方法を提供する。【解決手段】  複数枚のセラミックグリーンシートを準備する工程と、  前記複数枚のセラミックグリーンシートの中の所定のシートの所定の箇所にビアホール導体および／または導体膜を形成する工程と、  前記複数枚のセラミックグリーンシートを積層してシート積層体物を形成する工程と、  前記シート積層体物を焼成する焼成工程と、  前記焼成された焼成積層セラミック体に対して、溶液を接触させて処理する焼成後溶液処理工程と、  前記溶液処理された焼成積層セラミック体を真空乾燥する真空乾燥工程と、  を含んでなるように構成される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のセラミックグリーンシートを準備する工程と、
前記複数枚のセラミックグリーンシートの中の所定のシートの所定の箇所にビアホール導体および／または導体膜を形成する工程と、
前記複数枚のセラミックグリーンシートを積層してシート積層体物を形成する工程と、
前記シート積層体物を焼成する焼成工程と、
前記焼成された焼成積層セラミック体に対して、溶液を接触させて処理する焼成後溶液処理工程と、
前記溶液処理された焼成積層セラミック体を真空乾燥する真空乾燥工程と、
を含んでなる積層セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
前記焼成後溶液処理工程は、焼成積層セラミック体の平面の平滑度を高めるために行なわれる研磨工程である請求項１に記載の積層セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
前記焼成後溶液処理工程は、焼成積層セラミック体の平面に対して行なわれる湿式めっき処理工程である請求項１に記載の積層セラミック基板の製造方法。
【請求項４】
前記真空乾燥工程は、１×１０-5〜１×１０-1Ｐａの真空雰囲気で行なわれる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の積層セラミック基板の製造方法。
【請求項５】
前記真空乾燥工程は、１００〜７００℃に加温されてなる請求項４に記載の積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、積層セラミック基板の製造方法に関し、特に、複数のセラミック基板を積層して焼成した後、この焼成積層セラミック基板に対して、溶液を接触させて処理する溶液処理が必然的に行なわれる場合の積層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化を図るには、電子機器に用いられる電子部品の小型化を図るとともに、電子部品を実装するための回路基板として積層構造を有する基板を用いることが有効である。このため種々の付加的構造を備えた多層セラミック基板の提案がなされている。
【０００３】
一般に、多層セラミック基板は、複数の積層されたセラミックシートから構成される積層一体化物を備え、この積層一体化物の内部には、セラミックシート間に所定の界面に沿って延設された幾つかの内部導体膜や、所定のセラミックシートを厚み方向に貫通するように延設された幾つかのビアホール導体が形成されている。また、積層一体化物の上下の最外平面部には外部導体膜を形成することも行なわれている。
【０００４】
このような内部導体膜やビアホール導体や外部導体膜は、例えば、積層セラミック基板において構成される回路要素を相互に接続するように構成されたり、あるいは、ビアホール導体にあっては、基板を貫通し積層一体化物の上下の平面部間の導通を確保するように構成されたりしている。
【０００５】
このような内部導体膜やビアホール導体を有する積層セラミック基板の製造過程において、ビアホール導体や内部導体膜の導体に微小な空洞が生じる場合がある。微小な空洞の発生原因としては、電極ペーストとセラミックとの収縮率の違いや、電極ペーストの充填量が不足など様々な要因が考えられる。
【０００６】
また、セラミック基板焼成後のさらなる加工工程として、基板表面の平坦化のために研磨（研削）工程が設けられ、ここで研磨液を用いた湿式状態での表面研磨操作が行なわれる場合がある。
【０００７】
このような研磨液を用いた表面研磨操作と同様な湿式状態の後加工として、焼成が完了した積層セラミック基板の上下の平面部に対して湿式めっきを行なうことがある。そして、このような湿式での後工程を行なっている最中に、基板内のわずかな空洞部分に研磨（研削）液やめっき液が浸透してしまうことがある。基板内に浸透したこれらの液体は完全に除去しておかないと、例えば、その後の搭載部品の実装処理中等で、浸透した液体が原因でビアホール導体の一部が隆起したり、基板にクラックが生じるなどの問題が発生することがある。
【０００８】
仮に、複数のビアホール導体の一つでも隆起すれば、断線のおそれがある等の不都合が生じ、基板そのものは不良品として処分される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２６７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような実状のもとに創案されたものであって、その目的は、特に、複数のセラミック基板を積層して焼成した後、この焼成積層セラミック基板に対して、溶液を接触させて処理する溶液処理が必然的に行なわれる場合であっても、湿式処理に基づく不良発生の要因を取り除き、基板の信頼性を高めることができる新規な積層セラミック基板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】
【００１１】
このような課題を解決するために、本発明の積層セラミック基板の製造方法は、複数枚のセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記複数枚のセラミックグリーンシートの中の所定のシートの所定の箇所にビアホール導体および／または導体膜を形成する工程と、前記複数枚のセラミックグリーンシートを積層してシート積層体物を形成する工程と、前記シート積層体物を焼成する焼成工程と、前記焼成された焼成積層セラミック体に対して、溶液を接触させて処理する焼成後溶液処理工程と、前記溶液処理された焼成積層セラミック体を真空乾燥する真空乾燥工程と、を有して構成される。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成後溶液処理工程は、焼成積層セラミック体の平面の平滑度を高めるために行なわれる研磨工程として構成される。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成後溶液処理工程は、焼成積層セラミック体の平面に対して行なわれる湿式めっき処理工程として構成される。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様として、前記真空乾燥工程は、１×１０-5〜１×１０-1Ｐａの真空雰囲気で行なわれるように構成される。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様として、前記真空乾燥工程は、１００〜７００℃に加温された状態で行われる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の積層セラミック基板の製造方法は、複数枚のセラミックグリーンシートを準備する工程と、前記複数枚のセラミックグリーンシートの中の所定のシートの所定の箇所にビアホール導体および／または導体膜を形成する工程と、前記複数枚のセラミックグリーンシートを積層してシート積層体物を形成する工程と、前記シート積層体物を焼成する焼成工程と、前記焼成された焼成積層セラミック体に対して、溶液を接触させて処理する焼成後溶液処理工程と、前記溶液処理された焼成積層セラミック体を真空乾燥する真空乾燥工程と、を含んでなるように構成されているので、焼成積層セラミック体に対して、溶液を接触させて処理する溶液処理が必然的に行なわれる場合であっても、湿式処理に基づく不良発生の要因を完全に取り除くことができ、基板の信頼性を格段と高めることができる。
【００１７】
従来、積層セラミック基板や積層型セラミック電子部品を製造する技術分野において、積層セラミック基板の焼成後に湿式による後加工が行なわれることはあまり無く、また、湿式による後加工が行なわれた場合であっても、後の乾燥は特に注目されるものではなく、通常の加熱乾燥で十分であると考えられていた。その理由として、ビアホール導体の一部が隆起したり、基板にクラックが生じるなどの問題は、主としてグリーンシートの組成配合設計に問題があると考えられていたからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の積層セラミック基板の製造方法を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
最良の形態の一例として、最もシンプルな形状で構造が分かりやすく、かつ、本願の問題が生じやすい形態といえるビアホール導体を備える積層セラミック基板の製造方法について説明する。
【００２０】
〔セラミックグリーンシート準備工程〕
まず、最初に図１に示されるように複数枚のセラミックグリーンシート２が準備される。セラミックグリーンシート２は、例えば、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｌａ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ5、ＢａＯ、Ｎｄ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ3、ＺｎＯ等のセラミック材料にバインダー（例えば、ポリビニルブチラール、アクリル系の樹脂）、溶剤（例えば、トルエン、キシレン、ブタノール等）及び可塑剤等を配合して、十分に攪拌混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等で例えば、ＰＥＴフィルム等のキャリアフィルムの上にキャスティング（塗布）してテープ形成したものである。通常、このテープ成形物は、所定のサイズに切断される。
【００２１】
このようなセラミックグリーンシート２の厚さは、通常、３０〜２５０μｍとされる。
【００２２】
〔ビアホール導体等を形成する工程〕
次に、図２に示されるごとく複数枚のセラミックグリーンシート２の所定の箇所にビアホール導体を形成するための貫通孔１０が設けられる。貫通孔１０の孔径は、５０〜１５０μｍφ程度とされる。
【００２３】
貫通孔１０は、いわゆる「via」と呼ばれるスルーホールであり、通常、セラミックグリーンシート２に対してレーザー加工により形成される。また、メカニカルパンチを用いても良い。レーザー加工は、例えば、大出力のＣＯ2レーザーを用いることにより、精度良く孔開け加工をすることができる。レーザー加工により形成された貫通孔は、図２に示されるごとく一般に略円錐形状となる。
【００２４】
貫通孔１０は、複数個所定の配列パターンで形成される。すなわち、厚さ方向に完全に貫通孔１０が繋がるように形成したり、所望の部位のみ厚さ方向に貫通孔１０が繋がるように形成したり、その形成パターンは適宜設定することができる。
【００２５】
このように形成された貫通孔１０の中には図３に示されるように導電性ペースト１５ａが充填されてビアホール導体１５が形成される。さらに、図３に示される実施態様では、ビアホール導体１５に加えて、所定のセラミックグリーンシートの所定位置に内部導体膜１５ｂが導電性ペーストをスクリーン印刷することによって形成される。
【００２６】
〔シート積層体物を形成する工程〕
次いで、図４に示されるように、前記複数枚のセラミックグリーンシート２を積層させる。これによって、図４に示される実施形態では、所定箇所においてのビアホール導体１５が積層方向に連接して一つに繋がったスルーホール導体２０が形成される。
【００２７】
スルーホール導体２０の一方端２０ａは、セラミックグリーンシートの上側平面２ａと略面一に位置しており、スルーホール導体の他端２０ｂはセラミックグリーンシートの下側平面２ｂと略面一に位置している。
【００２８】
スルーホール導体２０は、例えば、電源供給端子として用いることができる。
【００２９】
このようなスルーホール導体２０の本数や、配列されるピッチは、設計仕様に応じて適宜選定して定められる。
【００３０】
なお、図４に示される実施形態では、積層後、さらに所定位置に外部導体膜１５ｃが導電性ペーストをスクリーン印刷することによって形成されている。
【００３１】
〔シート積層体物を焼成する焼成工程〕
このようにして積層形成されたシート積層体は、焼成装置を用いて焼成される。焼成温度は、８００〜１０００℃程度とされる。焼成雰囲気は、空気雰囲気、窒素雰囲気、酸化性ガス雰囲気等、用いるペーストの種類等に応じて適宜選定すればよい。
【００３２】
このようにして焼成された焼成積層セラミック体の厚さは、１００〜２０００μｍ程度とされる。
【００３３】
〔焼成積層セラミック体に対して、溶液を接触させて処理する焼成後溶液処理〕
このようにして形成された焼成積層セラミック体に対して、本発明では、溶液を接触させて処理する焼成後溶液処理操作が行なわれる。
【００３４】
焼成後溶液処理操作の具体的な好適例としては、焼成積層セラミック体の平面の平滑度を高めるために行なわれる研磨操作や、焼成積層セラミック体の平面に対して行なわれる湿式めっき処理操作等が挙げられる。その他、例えば、表面洗浄、フォトリソ工程等の処理も対象となる。
【００３５】
なお、研磨操作においては、研磨作用をする砥粒を含む研磨液が用いられ、当該作業により、焼成積層セラミック体は一時的に湿潤状態となる。
【００３６】
〔溶液処理された焼成積層セラミック体を真空乾燥する真空乾燥工程〕
上記のごとく溶液処理された焼成積層セラミック体は真空乾燥処理される。
【００３７】
本発明における真空乾燥処理は、１×１０-5〜１×１０-1Ｐａ、好ましくは１×１０-4〜１×１０-2Ｐａの真空雰囲気（真空度）で行なわれ、また温度は、１００〜７００℃、好ましくは１２０〜２００℃の範囲に加温される。乾燥時間は、通常、１〜７時間に設定される。
【００３８】
一般には、真空乾燥装置内の圧力を所定の設定圧力まで低下させた後、その真空状態を維持したままで、真空乾燥を所定時間行なうようにすればよい。
【００３９】
真空度が１×１０-1Ｐａを超えて数値が大きくなり過ぎると、溶液処理後の乾燥が不十分となり、基板の信頼性が十分でなくなるという不都合が生じる。また真空度を１×１０-5Ｐａ未満としてもよいが、経済的な観点から考察するに、コストと時間をかける割りにはそれに見合うだけのメリットがない。
【００４０】
温度が７００℃を超えると、材料内に含有されるガラス成分が軟化してしまうという不都合が生じる。また、温度が１００℃未満となると、内部に浸透した溶液を十分に取り除くことができないという不都合が生じる。
【００４１】
従来、積層セラミック基板や積層型セラミック電子部品を製造する技術分野において、積層セラミック基板の焼成後に湿式による後加工が行なわれることはあまり無く、また、湿式による後加工が行なわれた場合であっても、後の乾燥は特に注目されるものではなく、通常の恒温室における加熱乾燥で十分であると考えられていた。ビアホール導体の一部が隆起したり、基板にクラックが生じるなどの問題は、主としてグリーンシートの組成配合設計に問題があると考えられていたからである。
【００４２】
本発明においては、積層セラミック基板の製造分野で従来行なわれていなかった真空乾燥を取り入れることによって、予想し得ない格段と優れた効果が発現することがわかってきた。
【実施例】
【００４３】
以下、具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４４】
（実施例１）
図１〜図４に示される工程順を経て、スルーホール導体２０を有する積層セラミック基板を以下の要領で作製した。
【００４５】
セラミックグリーンシート準備工程
まず、最初に下記の配合材料からなるセラミックグリーンシートを準備した。
【００４６】
材料組成
ＳｉＯ2を主成分とするガラス材にＡｌ2Ｏ3を混合したセラミック材料にバインダー（アクリル系樹脂）、溶剤（トルエン、アルコール）及び可塑剤（ブチルフタリルブチルグリコラート）を配合して、十分に攪拌混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法でＰＥＴフィルムからなるキャリアフィルムの上にキャスティング（塗布）してテープ形成した（テープ成形物の作製）。テープ成形物をキャリアフィルムごと６５×５６ｍｍの大きさに切断して実験に使用するセラミックグリーンシートとした（厚さは、約１２５μｍ）。
【００４７】
このようにして、合計１１枚のセラミックグリーンシートを準備した。
【００４８】
ビアホール導体の形成
次に、各セラミックグリーンシートの所定の箇所にビアホール導体を形成した。すなわち、セラミックグリーンシート側からＣＯ2レーザを照射してビアホール導体を形成するための貫通孔を２０００個（８０〜１２０μｍφの略円錐形状の貫通孔であり、孔ピッチは４００μｍとして配置）設け、これらの貫通孔の中にそれぞれ、Ａｇからなる導電性ペーストを充填して、ビアホール導体を形成した。
【００４９】
各セラミックグリーンシート全てに、同じパターンのビアホール導体を形成した。
【００５０】
シート積層体物の形成
次いで、ビアホール導体が積層方向に連接して一つに繋がったスルーホール導体を形成するように各セラミックグリーンシートを積層させて、シート積層体物を形成した。
【００５１】
シート積層体物の焼成
このようにして積層形成されたシート積層体をセッター装置で厚さ方向に加圧し、この加圧状態で焼成した。加圧力は、１０７Ｐａとした。焼成温度は、９５０℃とした。焼成雰囲気は、空気雰囲気とした。
【００５２】
このようにして焼成された焼成積層セラミック体の厚さは、約９２０μｍとなった。
【００５３】
焼成積層セラミック体に対する表面研磨処理
このようにして形成された焼成積層セラミック体の表面側（図１の２ａ側）および裏面側（図１の２ｂ側）をそれぞれ表面研磨した。
【００５４】
すなわち、表面研磨装置として、品名Lapping Machine（寿機工（株）社製）を用い、研磨液として♯１０００の砥粒を含む研磨液を用い、焼成積層セラミック体の表面側および裏面側を研磨仕上げした。
【００５５】
このようにして研磨が終了した焼成積層セラミック体に対して、洗浄を行なった後、下記に示すような乾燥実験を行なった。
【００５６】
すなわち、（Ａ）乾燥実験タイプ１として真空乾燥器を用いた乾燥、（Ｂ）乾燥実験のタイプ２として恒温槽を用いた乾燥を行なった。
【００５７】
（Ａ）乾燥実験タイプ１として真空乾燥器を用いた乾燥
（実施例１）
真空乾燥室に焼成積層セラミック体を投入し、真空乾燥させた。操作圧力４×１０-2Ｐａ、温度１２０℃、乾燥時間５時間とした。
【００５８】
（実施例２）
真空乾燥室に焼成積層セラミック体を投入し、真空乾燥させた。操作圧力４×１０-2Ｐａ、温度２００℃、乾燥時間５時間とした。
【００５９】
（実施例３）
真空乾燥室に焼成積層セラミック体を投入し、真空乾燥させた。操作圧力１×１０-2Ｐａ、温度６５０℃、乾燥時間１時間とした。
【００６０】
（実施例４）
真空乾燥室に焼成積層セラミック体を投入し、真空乾燥させた。操作圧力１×１０-5Ｐａ、温度６００℃、乾燥時間１時間とした。
【００６１】
（Ｂ）乾燥実験のタイプ２として恒温槽を用いた乾燥
（比較例１）
恒温槽に焼成積層セラミック体を投入し、常圧で乾燥させた。温度１５０℃、乾燥時間６時間とした。
【００６２】
（比較例２）
恒温槽に焼成積層セラミック体を投入し、常圧で乾燥させた。温度１５０℃、乾燥時間２４時間とした。
【００６３】
（比較例３）
恒温槽に焼成積層セラミック体を投入し、常圧で乾燥させた。温度１２０℃、乾燥時間８時間とした。
【００６４】
このように種々の乾燥条件で焼成積層セラミック体を乾燥させた後、乾燥させた各焼成積層セラミック体（積層セラミック基板）について、下記の要領でスルーホール導体の表面部における隆起の有無の確認テストを行なった。
【００６５】
スルーホール導体の表面部における隆起の有無の確認テスト
焼成積層セラミック体（積層セラミック基板）を８５０℃で１０分アニ−ル処理した。その後、基板の表面にそれぞれ２０００個存在するスルーホール導体の端面２０ａ（略円形状）の隆起状態（浮き上がり状態）の有無をすべてのスルーホール導体について確認した。
【００６６】
具体的な確認方法は、レーザ顕微鏡を用い、顕微鏡の焦点を平面上に合せておき、その焦点のままの状態でレーザスポットを平面上のＸ−Ｙ方向に走査させて行なった。
【００６７】
隆起状態（浮き上がり状態）のものが存在すれば、そのものの焦点がぼやけて見えるのでその判別は容易である。焦点深度２μｍまで隆起なしとして許容した。
【００６８】
確認テストの結果、実施例１〜実施例４の真空乾燥処理を行なったものすべてについては、２０００個のスルーホール導体の端面の隆起は１つも確認されなかった。すなわち、本願実施例の隆起発生率は零であった。
【００６９】
この一方で、比較例１の処理を行なったものについては、２０００個のうち１割り程度の隆起（約２００個）が確認された。
【００７０】
比較例２の処理を行なったものについては、５個／２０００個の割合で隆起が確認された。
【００７１】
比較例３の処理を行なったものについては、約６５０個／２０００個の割合で隆起が確認された。
【００７２】
上記の実験結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明では溶液処理された後の焼成積層セラミック体を真空乾燥処理するようにしているので、湿式処理に基づく不良発生の要因を完全に取り除くことができ、基板の信頼性を格段と高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の積層セラミック基板の製造方法は、特に、複数のセラミック基板を積層して焼成した後、この焼成積層セラミック基板に対して、溶液を接触させて処理する溶液処理が必然的に行なわれる場合に有効に利用でき、セラミック電子部品の産業に広く応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の積層セラミック基板の製造過程を経時的に示した模式的断面図である。
【図２】本発明の積層セラミック基板の製造過程を経時的に示した模式的断面図である。
【図３】本発明の積層セラミック基板の製造過程を経時的に示した模式的断面図である。
【図４】本発明の積層セラミック基板の製造過程を経時的に示した模式的断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
２…セラミックグリーンシート
１０…貫通孔
１５…ビアホール導体
１５ａ…導電性ペースト
２０…スルーホール導体
【図１】
2006261277.tif 000002
【図２】
2006261277.tif 000003
【図３】
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【図４】
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