(57)【要約】【課題】無収縮焼成によるセラミック基板の外周に発生する微小クラックを防止でき、基板割れの無い高品質で信頼性が高く安価な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ものである。【解決手段】セラミック基板本体部１０１の表裏両面を拘束層１０２で挟んだ構造を取る。セラミック基板本体部１０１は複数のグリーンシート１０３を積層することにより構成され、外周部には、帯状電極１０８が形成されている。この帯状電極１０８は、セラミック基板本体部１０１の表面側と裏面側のそれぞれに対を成して形成され、上下両主面近傍に配置することにより、高品質で信頼性の高い多層セラミック基板を安価に得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の内部電極やビアホールを有するグリーンシートを適宜積み重ねた積層体の上下両主面を、前記グリーンシートの焼結条件では焼結しない未焼結誘電体層で挟み込み、これらを密着させた状態で前記グリーンシートの焼結条件で焼成した後に、この焼結体から前記未焼結誘電体層を除去する多層セラミック基板の製造方法であって、前記焼成条件にて焼結するグリーンシートを積み重ねた積層体の上下両主面近傍に位置するグリーンシートにおいて、前記グリーンシートの外周部に前記内部電極と同系統の材料で帯状電極を設けることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
前記帯状電極は、上下両主面から前記多層セラミック基板の厚さの１／５以内の層に設けたことを特徴とする請求項１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、主にフィルタ素子やベアチップを基板実装部品に組み立てるために用いる多層セラミック基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷフィルタの様なフィルタ素子は、素子自体はデリケートであり、回路基板への実装部品とするためにはパッケージとして組み立てる必要がある。以前はキャンパッケージに代表される気密キャビティー構造のパッケージに収められていたが、近年のデバイスの小型化・ファインピッチ化の流れの中で、セラミック基板の上に狭ピッチバンプを形成し、フィルタ素子を実装後、分割前にセラミック基板全体を封止、最後に基板分割を行う。そのため、基板上に形成するフィルタ素子実装用のバンプピッチにも高精度が要求される。そこで、しばしばセラミック基板の主面方向の焼成収縮を抑制し、厚み方向のみに焼成収縮させる無収縮セラミック基板が用いられる。
【０００３】
前記無収縮セラミック基板を図４にて説明する。図４（ａ）は無収縮セラミック基板の焼成前（グリーン状態と称す）の積層体断面図である。グリーン状態の無収縮セラミック基板の積層体は、セラミック基板本体部１０１を拘束層１０２で表裏を挟んだサンドイッチ構造を呈する。セラミック基板本体部１０１は複数のグリーンシート１０３の積層体として構成され、内部には必要に応じて内層電極１０４がパターンニングされている。ここで拘束層は、セラミック基板本体部１０１のセラミック材料に適した焼成温度では焼成しない、別のセラミック材料である誘電体グリーンシートで構成されている。
【０００４】
このような、グリーン状態の無収縮セラミック基板の積層体を、セラミック基板本体部のセラミック材料に適した焼成温度で焼成すると、セラミック基板本体部１０１は脱脂過程を経て緻密化する。このとき、前述のように拘束層１０２を形成する別のセラミック材料（誘電体材料）は、この温度では焼結緻密化しないため、焼成前の寸法を保持する。すると、セラミック基板本体部１０１は拘束層１０２に密着した主面方向には殆ど収縮できず、厚み方向にのみ収縮することにより緻密化する。この後、未焼結の拘束層１０２を除去し、焼結体としてのセラミック基板本体を得る。このため、セラミック基板本体の主面方向の寸法精度は高精度に保持されるので、表面にファインピッチのバンプを形成でき、超小型の実装部品にも対応できる多層セラミック基板を生産することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８２０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の様に、無収縮セラミック基板を形成すると拘束層に接している基板本体の最外層部分はほぼ正確に焼成前寸法を保持するが、図４（ｄ）の焼成後の積層体外周部断面図に示すように、基板厚み方向の中央部に近づくほど僅かに主面方向の焼成収縮が発生する。このため、拘束層１０２を除去すると、図４（ｃ）の拘束層除去後の焼成積層体外周部断面図に示すとおり、セラミック基板本体部１０１の外周部の断面形状は鼓型を呈し、最外層部の周囲厚みが非常に薄くなり、基板割れの起点になる微小クラックが発生する問題があった。本発明はこの課題を解決するもので、基板割れの少ない多層セラミック基板を生産することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、所定の内層電極やビアホールを有するグリーンシートを適宜積み重ねた積層体の上下両主面を、グリーンシートの焼結条件では焼結しない未焼結誘電体層で挟み込み、これらを密着させた状態でグリーンシートの焼結条件で焼成した後に、この焼結体から未焼結誘電体層を除去する多層セラミック基板の製造方法であって、焼成条件にて焼結するグリーンシートを積み重ねた積層体の上下両主面近傍に位置するグリーンシートにおいて、グリーンシートの外周部に内層電極と同じ材料で帯状電極を設けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明の多層セラミック基板は、基板上下面の最外層付近外周部に帯状電極を形成することにより、多層セラミック基板端面に発生するクラックを抑制し、量産性を向上させるという作用効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるセラミック基板の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるセラミック基板の構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態におけるセラミック基板の構成図
【図４】従来の例におけるセラミック基板の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態におけるセラミック基板の構成および製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１〜図３は、本発明の一実施の形態におけるセラミック基板の構成図である。このうち、特に、図１〜図３の（ａ）は本発明の一実施の形態におけるセラミック基板のグリーン積層体断面図であり、図１〜図３の（ｂ）は本発明の一実施の形態におけるセラミック基板のグリーン積層体分解斜視図を示す。また、図１〜図３の（ｃ）は本発明の一実施の形態におけるセラミック基板外周部の焼成後断面図である。
【００１２】
第１の実施の形態におけるセラミック基板について説明する。図１（ａ）において、グリーン積層体はセラミック基板本体部１０１の表裏主両面をアルミナに代表されるような高温焼結セラミック（ＨＴＣＣと称す）からなる拘束層１０２で挟んだ構造をとる。セラミック基板本体部１０１はガラスセラミック等の低温同時焼結セラミック（ＬＴＣＣと称す）からなるグリーンシート１０３を約１０枚積層することにより構成され、グリーンシート１０３間には必要に応じて銀系電極ペーストからなる内層電極１０４がパターンニングされている。また、セラミック基板本体部１０１の裏面には焼成分割後、回路基板（図示せず）上に実装するための裏面電極１０５が、表面にはベアチップ部品（図示せず）を実装するための表層パッド１０６がそれぞれ構成されている。裏面電極１０５、表層パッド１０６、内層電極１０４は、それぞれ必要に応じて銀系電極ペーストからなるビア電極１０７によって接続されている。更に、セラミック基板本体部１０１の外周部全体には、帯状電極１０８が形成されている。この帯状電極１０８は、セラミック基板本体部１０１の表面側と裏面側のそれぞれに対を成して形成され、しかも表面および裏面からグリーンシート１層内側に位置し、内層電極１０４と同じ材料の銀系電極ペーストを用いている。
【００１３】
図１（ｂ）の分解斜視図は表面側を上として示されており、セラミック基板本体部１０１は拘束層１０２で表裏を挟まれた構造で、セラミック基板本体部１０１の表裏主面側に各々帯状電極１０８が形成されている。帯状電極１０８は表面側では表面から２層目のグリーンシート上側に、スクリーン印刷にて外周部にロの字状に形成され、裏面側では裏面から１枚目のグリーンシート上側に表面側と同様のパターンが形成される。この位置に帯状電極１０８を形成することにより、セラミック基板本体部１０１を積層構成したとき、帯状電極１０８は表裏面からそれぞれグリーンシート１枚分内側に形成される。
【００１４】
以上のように多層セラミック基板は、基板上下面の最外層近傍の外周部に帯状電極１０８を形成し、セラミック基板本体部１０１を拘束層１０２でサンドイッチ構造にして焼成する。この時、焼成温度プロファイルはセラミック基板本体部１０１のセラミック材の焼成に適した温度に設定している。これは先ず、室温から６００℃まで１℃／分で昇温し、その後５℃／分で９００℃まで昇温し、９００℃で３０分キープの後、徐冷する。室温から６００℃の期間はセラミック基板本体部１０１（内層電極含む）および拘束層１０２の脱脂が進行する。
【００１５】
その後、７００℃付近より銀系電極ペーストからなる内層電極１０４等の焼結が進行し、８５０℃までには焼結は完了する。この期間はセラミック基板本体のグリーンシート１０３、および拘束層１０２は焼結収縮しないため、内層電極１０４の主面方向の寸法は保持される。内層電極１０４は周囲のセラミックに主面方向の収縮を規制されるため、厚み方向に収縮することで焼結する。続いて９００℃付近でセラミック基板本体のグリーンシート１０３の焼結収縮が生じる。しかし、この温度では拘束層１０２は焼結収縮せず、内層電極１０４の焼結は終了しているため、セラミック基板本体のグリーンシート１０３は拘束層１０２と内層電極１０４に主面方向の焼成収縮を規制され、厚み方向に収縮し焼結する。
【００１６】
次に、この際のセラミック基板のグリーンシート１０３の焼結挙動を詳細に説明する。グリーンシート１０３上に内層電極１０４をパターンニングし、積層圧縮すると、内層電極１０４はグリーンシート１０３が有する圧縮性により、グリーンシート１０３にめり込むため、積層体厚みは内層電極１０４の有る部分と無い部分で変化しない。このグリーンシート１０３の圧縮性は、シート成形の乾燥工程で溶剤が蒸発した後に空隙が残り、この空隙が潰れることにより発現する。従って、積層時に内層電極１０４が埋まっている近傍のグリーンシートでは、内層電極１０４に押されてグリーンシート１０３内部の空隙が潰れ、圧縮方向（主に厚み方向）にセラミック粒子が移動するため、セラミック粉体間の距離が内層電極の無いところに比べて接近している。セラミックのグリーン積層体を焼成する際に発生する収縮とは、セラミック粒子界面が熱による相互拡散により接合し、セラミック粒子間に空気が外部に押し出されることによって発現する。この時、セラミック粒子の熱拡散は固体での拡散であるため、流動を起こす様な挙動はせず、近傍のセラミック粒子と接合する。従って、焼結後のセラミックの寸法は接合できるセラミック粒子の数で決まり、緻密に焼結する場合に於いてはグリーン時のセラミック粒子間の距離には依存しない。本発明のセラミック基板では、セラミック基板焼結時に拘束層や内層電極から主面方向のセラミック粒子の移動が規制されるため、厚み方向の粒子の移動により粒子間の密着が進み焼結する。従って、グリーンシートの焼結後の厚みは、厚み方向に含まれるセラミック粒子量で決まり、粒子間の距離には依存しない。
【００１７】
ここで、図１（ｃ）について前述の無収縮焼成の挙動を考えると、セラミック基板の帯状電極１０８以外の部分（セラミック部のみ）の厚み合計は、帯状電極１０８の有無で殆ど変化しない。このため、帯状電極１０８の存在する部分は、帯状電極１０８の厚みだけ基板厚みが増加する。ここで得られるセラミック基板の外周部は、その断面形状を図１（ｃ）に示すように、帯状電極１０８の厚み分だけ、基板外周部が厚くなるとともに、セラミック基板本体部１０１の表裏面の外周部エッジが丸くなる。このため、セラミック基板本体部１０１の表裏面の外周部エッジを起点とする微小クラックが発生し難くすることができる。
【００１８】
また、セラミック基板の最外層近傍外周部に帯状電極１０８を設けるため、脆性材料である基板外周のセラミック部にクラックが発生したとしても、金属質（延性材料）である帯状電極１０８部分でクラックの進行は止まるため、基板割れが発生せず、工程内での不良発生は低減でき、歩留を向上させることができる。
【００１９】
その後、温度は室温近傍まで徐冷され、焼成炉から取り出される。ここで、セラミック基板本体部１０１は焼結しているため十分な強度を有しているが、拘束層１０２はセラミック粉体同士がその表面の極一部で接触している状態にあるため、非常にもろい状態にある。焼成炉から取り出された積層体は、表裏面の拘束層１０２を取り除くため、ウエットブラスト処理が施される。これは、アルミナ粉を水中に分散させ懸濁水をノズルから高速でワーク表面に噴射し、ワーク表面の付着物を除去する処理である。この噴流を表裏に拘束層１０２が付いた積層体表面に噴射すると、もろくなった拘束層１０２は極短時間で除去される。しかし、セラミック基板本体は焼結が完了しているため、その表面の電極も含め、短時間の噴射では殆ど影響を受けない。
【００２０】
その後、拘束層１０２を除去したセラミック基板本体部１０１には、その表裏面の電極部にＡｕ／Ｎｉメッキが施される。このＡｕ／Ｎｉメッキの際、帯状電極１０８は表面から１層基板内側に形成されるため、基板表面近傍に存在するにも関わらず、その表面にはメッキが付着しない。特に、Ａｕメッキの場合、Ａｕが非常に高価であるため、メッキ不要な部分にメッキが付着すると、製品のコストアップに直結する。従って、基板周囲エッジ補強のための帯状電極を表面から１層基板内側に形成することにより、基板割れの発生し難い高品質なセラミック基板をより安価に提供することができる。
【００２１】
その後、必要に応じて基板上にチップ部品を実装し、最後にダイシングにより個片分割する。ダイシングの際は素子領域３０１のみではなく、その外周部も同時に切断し、必要部（素子領域３０１）のみから個片を取り出し、テーピング等に梱包する。
【００２２】
なお、本実施の形態では表面から１層内側に帯状電極を形成したが、各表面から焼結後のセラミック基板本体部の厚さの１／５以内に帯状電極を形成することで同様の効果を得ることができる。
【００２３】
また、もし表層にクラックが発生しても帯状電極でクラックの進行を止めるためには、帯状電極の幅が、帯状電極から表面までの厚さの５倍程度以上あればその効果が発揮でき、あまり大きくなってもスペースの無駄になるだけであるため、帯状電極の幅を帯状電極から表面までの厚さの５倍以上１００倍以下とすることが望ましい。
【００２４】
次に本発明の第２の実施の形態におけるセラミック基板について説明する。図２（ａ）は図１（ａ）と同様グリーン積層体の断面を示し、セラミック基板本体部１０１の表裏両面を拘束層１０２で挟んだ構造をとる。セラミック基板本体部１０１は複数のグリーンシート１０３を積層することにより構成され、グリーンシート１０３間には必要に応じて内層電極１０４がパターンニングされている。セラミック基板本体部１０１の表面には表層パッド１０６が、裏面には裏面電極１０５が形成され、裏面電極１０５、表層パッド１０６、内層電極１０４は、それぞれ必要に応じてビア電極１０７によって接続されていることも、図１（ａ）と同様である。図２（ａ）が図１（ａ）と異なる点は、帯状電極１０８の配置にある。図２（ａ）では、セラミック基板本体部１０１の表面および裏面からグリーンシート１層内側の位置にそれぞれ帯状電極１０８を設けるに加え、セラミック基板本体部１０１の厚みの中央部分付近にも帯状電極１０８を設ける。
【００２５】
次に、上記のセラミック基板本体部１０１の厚みの中央部分付近に設けた帯状電極１０８の効果と、効果発揮に至るメカニズムを説明する。第１の実施の形態の説明における焼成プロファイルの部分でも述べたように、先ず１℃／分程度の昇温速度で約６００℃まで昇温し、グリーン状態のセラミック基板本体部１０１、およびこれに密着する拘束層１０２の脱脂が行われる。その後、５℃／分程度の昇温速度で９００℃まで加熱され、３０分程度温度キープされる。この間、まず電極ペーストの焼結が始まり、続いてグリーンシート１０３のセラミック部が焼結する。このため、電極ペーストはセラミック部分が収縮する前に、主に厚み方向にのみ収縮し焼結する。その後に、未焼結のセラミック部分が焼結するが、セラミック部分が収縮する時点では帯状電極１０８は収縮しきっているため、それ以上収縮せず、セラミック部分の主面方向の収縮を阻害する。従って、図２（ｃ）のセラミック基板周辺断面図に示すとおり、図１（ｃ）の断面図に見られる基板厚み中央部の収縮は発生しない。このため、セラミック基板外周の表裏面エッジの主面と側面のなす角をほぼ９０°に保持でき、更に微小クラックの発生確率を低減できるため、セラミック基板の割れ不良率を低減できる。また、本発明の第２の実施の形態におけるセラミック基板で追加した帯状電極１０８も、拘束層１０２除去後のセラミック基板の外面に露出していないため、Ａｕメッキ時に不要にメッキ付着が無く、図１の場合よりも、更に高品質のセラミック基板を安価に提供できる。
【００２６】
次に本発明の第３の実施の形態におけるセラミック基板について説明する。図３（ａ）は図１（ａ）、図２（ａ）と同様グリーン積層体の断面を示し、セラミック基板本体部１０１の表裏主両面を拘束層１０２で挟んだ構造をとる。図３（ａ）が図１（ａ）、図２（ａ）と異なる点は、帯状電極１０８の配置にある。図３（ａ）では、セラミック基板本体部１０１の表面および裏面からグリーンシート１層内側の位置に、セラミック基板本体部１０１の外周にほぼ沿う様に幅ｗの帯状電極１０８を設ける。更に表裏とも基板厚み方向にグリーンシート１層内側の層に、セラミック基板本体部１０１の外周から幅ｉだけ内に入った位置に幅ｗの帯状電極１０８を構成する。更に、基板厚み方向にグリーンシート１層内側の層に、セラミック基板本体部１０１の外周から幅ｉｉだけ内に入った位置に幅ｗの帯状電極１０８を構成する。図３（ｂ）はグリーン状態のセラミック基板本体部１０１の分解斜視図である。ここで、帯状電極の位置ｉ、ｉｉや幅ｗは、セラミック基板のＸ軸方向の寸法関係で、前述のｉ、ｉｉ、ｗの間にはｗ＜ｉ、ｗ＋ｉ＜ｉｉの関係が成り立つ。また、セラミック基板のＹ軸方向では、ｉをｉ'、ｉｉをｉｉ'、ｗをｗ'と読み替えると、ｉ'、ｉｉ'、ｗ'の間には、Ｘ軸方向と同様にｗ'＜ｉ'、ｗ'＋ｉ'＜ｉｉ'の関係が成り立つ。ここで、ｉ'、ｉｉ'、ｗ'はそれぞれｉ、ｉｉ、ｗと等しくても良いし、異なっていても良い。ただし、帯状電極の配置は、厚み方向で中心に対し表裏側で対称であることが望ましい。対称の配置から大きく異なると、焼結時に反りの発生原因となる。また、帯状電極１０８の最も内側部分はセラミック基板上に形成される素子領域３０１よりも基板外側に無くてはならない。すなわちＬ＞ｉｉ＋ｗ、Ｌ'＞ｉｉ'＋ｗ'  が必要である。
【００２７】
次に、上記のセラミック基板本体部１０１の厚み方向に斜めに配置した帯状電極１０８の効果を説明する。セラミック基板の製造はグリーンシート１０３をアライメントマーク（図示せず）を目印に、各層の位置を合わせて積層する。そして基板焼成後、必要に応じて基板上にチップ部品を実装し、最後にダイシングにより個片分割する。ダイシングの際は素子領域３０１のみではなく、その外周部も同時に切断し、必要部（素子領域３０１）のみから個片を取り出し、テーピング等に梱包する。しかし、上記のグリーンシートを積層する工程において、希にアライメントマークの掠れやグリーンシートの延び、アライメントマークの認識不良等の原因で積層ズレが発生することがある。この場合、基板の特性不良が発生する。積層ズレが大きい場合は、ビア電極部での断線など基板由来の不良であることが明確になるが、比較的積層ズレが小さい場合は、セラミック基板内に作り込まれたキャパシタやインダクタなどの受動素子の特性ズレが発生する。この様な場合は原因の切り分けが難しく、原因究明が困難になる。その様な場合、上記で説明した本発明の第３の実施の形態におけるセラミック基板の様な帯状電極の配置をとることにより、図３（ｃ）に示すとおり、ダイシング後の基板外周部分のｉ、ｉｉ、ｗ、Ｌの位置関係を確認することによりＹ方向の積層ズレの確認ができ、ｉ'、ｉｉ'、ｗ'、Ｌ'の位置関係を確認することによりＹ方向の積層ズレの確認ができる。すなわち、図３（ｃ）の帯状電極の配置により、ダイシング後の基板を解析に用いることにより、容易に積層ズレの不良解析ができるという効果を有する。また、帯状電極は、幅ｗ以上に隣り合う帯状電極と位置をずらしているため重ならず、セラミック基板の厚みが帯状部分だけが電極の重なりにより厚くなるということも発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、基板周辺部起点による基板割れが極めて発生し難く、しかもＡｕメッキが基板表裏面周辺補強用に設けた電極に付着することがないため、割れの無い高品質な多層セラミック基板を安価に提供できるため、産業上有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  セラミック基板本体部
１０２  拘束層
１０３  グリーンシート
１０４  内層電極
１０５  裏面電極
１０６  表層パッド
１０７  ビア電極
１０８  帯状電極
３０１  素子領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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