(57)【要約】【課題】電極とセラミックス基板の固着強度を向上させることができるセラミックス基板及びセラミックス基板の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス基板は、セラミックス機材Ａ、セラミックス機材Ａの少なくとも一面上にその内部及び外部に所定の高さに形成された電極パターンＤ、及び電極パターンＤの内部に充填された電極材料を含んでおり、セラミックス基板の製造方法は、セラミックス機材Ａの少なくとも一面上に第１電極材料Ｂを塗布する工程、塗布された第１電極材料Ｂを加圧して表層内蔵電極パターンを形成する工程、表層電極パターンが形成されたセラミックス機材Ａを１次焼成する工程、表層内蔵電極パターン上に第２電極材料Ｃを塗布する工程、及び第２電極材料Ｃが塗布されたセラミックス機材Ａを２次焼成する工程を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス機材と、
前記セラミックス機材の少なくとも一面上でその内部及び外部に所定の高さに形成された電極パターンと、
前記電極パターンの内部に充填された電極材料と、を含むセラミックス基板。
【請求項２】
前記セラミックス機材は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＣＯ3及びアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み、前記電極材料はＡｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項３】
形成された前記電極パターンは、厚さが１μｍ以上４μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項４】
セラミックス機材の少なくとも一面上に第１電極材料を塗布する工程と、
塗布された前記第１電極材料を加圧して表層内蔵電極パターンを形成する工程と、
前記表層内蔵電極パターンが形成されたセラミックス機材を１次焼成する工程と、
前記表層内蔵電極パターン上に第２電極材料を塗布する工程と、
前記第２電極材料が塗布されたセラミックス機材を２次焼成する工程と、を含むセラミックス基板の製造方法。
【請求項５】
前記表層内蔵電極パターン上に第２電極材料を塗布する工程は、
前記表層内蔵電極パターンと前記第２電極材料が塗布されるパターンが一対一に対応するか、または前記第２電極材料が塗布されるパターンが前記表層内蔵電極パターンより大きくなるように行われることを特徴とする請求項４に記載のセラミックス基板の製造方法。
【請求項６】
前記セラミックス機材は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＣＯ3及びアルミニウムのうち少なくとも一つを含み、前記第１または第２電極材料はＡｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４に記載のセラミックス基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１電極材料及び第２電極材料は、互いに同一の物質によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のセラミックス基板の製造方法。
【請求項８】
前記１次焼成する工程の焼成温度は５００度未満であり、前記２次焼成する工程の焼成温度は５００度以上であることを特徴とする請求項４に記載のセラミックス基板の製造方法。
【請求項９】
前記１次焼成する工程または２次焼成する工程で、前記セラミックス機材とそれに接する前記第１電極材料との間、及び前記第１電極材料と第２電極材料との間に化学的結合が生じさせられることを特徴とする請求項４に記載のセラミックス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス基板及びセラミックス基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子部品の領域においては、小型化の要求が強く続いており、それによって電子部品の精密化、微細パターン化及び薄膜化を通じた小型のモジュール及び基板の開発が行われてきている。しかし、通常使われる印刷回路基板(ＰＣＢ:Printed Circuit Board)を小型化された電子部品に利用すると、サイズの小型化のために、高周波領域での信号損失の増大、及び高温高湿時の信頼性低下のような短所が発生するという問題があった。
【０００３】
このような短所を克服するためにセラミックス基板が用いられている。セラミックス基板の主成分は、低温同時焼成が可能なガラス(glass)が多量に含まれたセラミックス組成物である。
【０００４】
多層構造に多く用いられている低温同時焼成セラミックス(ＬＴＣＣ:Low Temperature Co-fired Ceramic)技術は、８００℃〜１０００℃の範囲の比較的低温でセラミックスと金属を同時焼成する方法を利用して基板を形成する技術である。
【０００５】
ＬＴＣＣ基板は、融点が低いガラスとセラミックスを混合して、適当な誘電率を有するグリーンシートを形成し、その上に導電性ペーストを印刷してキャパシタ、レジスタまたはインダクタのような受動素子をパターン印刷した後、それぞれのシートを積層して基板を形成したものである。
【０００６】
セラミックス基板は、セラミックスにバインダー、その他の添加剤を混合してシート形状にしたセラミックスグリーンシートに内部電極及び各層間のパターン連結のためのビアを形成して、これを積層した積体層を形成し、その表面に外部基板や部品との電気的連結のための外部電極を形成して、これを焼成して製造することができる。あるいは、セラミックスグリーンシート上に内部電極及び導電性ビアを形成して、これを焼成した後に外部電極を別に形成して、２次焼成を行ってセラミックス基板を得ることができる。
【０００７】
ＬＴＣＣ基板では、その表面に、外部素子を実装するためにソルダーペーストを印刷した後、高容量のチップキャパシタ、チップインダクタ、チップ抵抗及び表面弾性波(ＳＡＷ:Surface Acoustic Wave)フィルターのような素子を実装して、機能複合化を実現している。
【０００８】
しかし、最近ＬＴＣＣモジュールの小型化の傾向によって、基板の表面に実装することができる素子の個数及び面積が限界に到逹するようになってきている。素子間の間隔の減少によって、素子の表面実装時に接着のためのソルダーペーストが広がることにより、実装される部品の間に望まれない電気的導通が生じるという不良が発生したり、ＬＴＣＣ基板の内部のビアを通じて内蔵素子が外部の湿り気の影響を受けるという問題点が発生したりしている。
【０００９】
図１は、従来のセラミックス基板の製造方法の流れを示す図面である。
【００１０】
図１に示すように、従来のセラミックス基板の製造方法は、焼成されたセラミックス基板を準備する段階１１、焼成されたセラミックス基板の表層部に外部電極を印刷する段階１２、及び外部電極が形成されたセラミックス基板を焼成する段階１３を含んでいる。
【００１１】
すなわち、従来のセラミックス基板の製造方法では、焼成されたセラミックス基板の表層部に電極を印刷した後、電極が形成されたセラミックス基板を再び焼成する工程を経てセラミックス基板の外部電極を形成している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような方法では、８５０℃程度の温度で焼成されたセラミックス基板（１１）上に電極を印刷した後（１２）、再び８００℃程度の温度で２次焼成する工程（１３）を経ることになるが、セラミックス基板と外部電極がそれぞれ異なる温度で焼成されるために固着強度の向上に限界がある。
【００１３】
特に、セラミックス基板の外部電極の固着強度向上は、ＳＭＴ及びパッケージング(packaging)工程の信頼性向上のための必須条件であるので、上記のような従来の方法は、高信頼性が要求されるパッケージング条件の場合に適用するのに困難を生じる。
【００１４】
本発明は、電極とセラミックス基板の固着強度を向上させることができるセラミックス基板及びセラミックス基板の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、セラミックス基板は、セラミックス機材、セラミックス機材の少なくとも一面上でその内部及び外部に所定の高さに形成された電極パターン、及び電極パターン内部に充填された電極材料を含む。
【００１６】
また、本発明によるセラミックス基板のセラミックス機材は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＣＯ3及びアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み、電極材料はＡｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つを含むことが望ましい。
【００１７】
また、本発明によるセラミックス基板の電極パターンは、厚さが１μｍ以上４μｍ未満にすることが望ましい。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、セラミックス基板の製造方法は、セラミックス機材の少なくとも一面上に第１電極材料を塗布する工程、塗布された第１電極材料を加圧して表層内蔵電極パターンを形成する工程、表層内蔵電極パターンが形成されたセラミックス機材を１次焼成する工程、表層内蔵電極パターン上に第２電極材料を塗布する工程、及び第２電極材料が塗布されたセラミックス機材を２次焼成する工程を含む。
【００１９】
また、本発明によるセラミックス基板の製造方法の表層内蔵電極パターン上に第２電極材料を塗布する工程は、表層内蔵電極パターンと第２電極材料が塗布されるパターンが一対一に対応するか、または第２電極材料が塗布されるパターンが表層内蔵電極パターンより大きくなるようにすることが望ましい。
【００２０】
また、本発明によるセラミックス基板の製造方法のセラミックス機材は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＣＯ3及びアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み、第１または第２電極材料は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つを含むことが望ましい。
【００２１】
また、本発明によるセラミックス基板の製造方法の第１電極材料及び第２電極材料は、互いに同一の物質から形成することが望ましい。
【００２２】
また、本発明によるセラミックス基板の製造方法の１次焼成する工程の焼成温度は、５００度未満とし、２次焼成する工程の焼成温度は５００度以上とすることが望ましい。
【００２３】
また、本発明によるセラミックス基板の製造方法は、１次焼成する工程または２次焼成する工程で、セラミックス機材と、それと接する第１電極材料との間に化学的結合が生じるようにすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、第２電極材料の塗布、及び２次焼成過程を設けることにより、電極とセラミックス機材との間の物理的、化学的結合を生じさせることによって、従来のセラミックス基板の外部電極の固着強度の限界を克服して、セラミックス基板の表層部の外部電極固着強度を向上させることができるという効果が得られる。
【００２５】
また、セラミックス基板表層部に円形、四角形などの多様な形態のパターンを適用が可能であり、高信頼性が要求されるパッケージング工程に適用しても、十分な信頼性を確保することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のセラミックス基板の製造方法の流れを示す図である。
【図２】本発明の実施例によるセラミックス基板の製造方法の流れを示す図である。
【図３】従来のセラミックス基板と本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極の固着強度の実験データを示す図である。
【図４ａ】従来のセラミックス基板と本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極固着強度の指標となる破壊形状を比べた図である。
【図４ｂ】従来のセラミックス基板と本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極固着強度の指標となる破壊形状を比べた図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施例によって実現することができるが、特定の実施例を図面に示して以下に詳細に説明する。
【００２８】
しかし、これは、本発明を特定の実施例に限定するものではなく、本発明は、本発明の思想及び技術的範囲に含まれる全ての変更、均等物、または代替物を含むものとして理解されるべきである。
【００２９】
本発明の実施例によるセラミックス基板及びセラミックス基板の製造方法について図面を参照して詳細に説明するが、複数の図面において同一であるか、または対応する構成要素には、同一の参照番号を付与して、これについての重複する説明は省略する。
【００３０】
図２は、本発明の実施例によるセラミックス基板の製造方法の流れを示す図である。
【００３１】
図２に示すように、本発明の実施例によるセラミックス基板の製造方法は、セラミックス機材の少なくとも一面上に第１電極材料を塗布する工程２１、塗布された第１電極材料を加圧して表層内蔵電極パターンを形成する工程２２、表層内蔵電極パターンが形成されたセラミックス機材を１次焼成する工程２３、表層内蔵電極パターン上に第２電極材料を塗布する工程２４、及び第２電極材料が塗布されたセラミックス機材を２次焼成する工程２５を含む。
【００３２】
セラミックス機材Ａの少なくとも一面上に第１電極材料Ｂを塗布する工程２１では、セラミックス機材Ａの表層部に第１電極材料Ｂをおおよそ１〜２μｍの厚さのランドパターン(land pattern)に塗布する。
【００３３】
セラミックス機材Ａは、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＣＯ3及びアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み、第１電極材料Ｂは、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つの物質またはこれらの化合物によって形成することができる。
【００３４】
塗布された第１電極材料Ｂを加圧して、セラミックス機材Ａの表層内蔵電極パターンＢを形成する工程２２は、セラミックス機材Ａが焼成されていない状態であるので、プレス(press)機器などを使って物理的に圧力をかけることによって実行することができる。
【００３５】
表層内蔵電極パターンを形成した後、表層内蔵電極パターンＢが形成されたセラミックス機材Ａを１次焼成し（２３）、焼成後、表層内蔵電極パターンＢが形成されたセラミックス機材Ａは一定の形態に固形化される。
【００３６】
１次焼成が終わった後、表層内蔵電極パターンＢ上に第２電極材料Ｃを塗布して（２４）、第２電極材料Ｃが塗布されたセラミックス機材Ａを２次焼成し（２５）、セラミックス基板を製造することができる。
【００３７】
第２電極材料Ｃは、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つの物質またはこれらの化合物を含むことができ、第２電極材料Ｃは第１電極材料Ｂと同一の材料で構成することが望ましい。
【００３８】
表層内蔵電極パターンＢ上に第２電極材料Ｃを塗布する工程（２４）では、表層内蔵電極パターンＢと第２電極材料Ｃを塗布するパターンを一対一に対応させるか、または第２電極材料Ｃを塗布するパターンを表層内蔵電極パターンＢより大きくすることができる。
【００３９】
また、第２電極材料Ｃを塗布するパターンの半径は、１００〜１５０μｍとすることができ、形成する電極パターンは、厚さを１μｍ以上４μｍ未満とすることが望ましい。
【００４０】
一般に、１次焼成工程の焼成温度は、５００℃未満とし、２次焼成工程の焼成温度は、５００℃以上とすることによって、第１電極材料Ｂと第２電極材料Ｃを化学的に結合させることができる。
【００４１】
すなわち、第１電極材料を加圧する工程で物理的結合が生じて、１次焼成工程によって第１電極材料Ｂとセラミックス機材Ａの接触面で１次化学的結合が生じ、２次焼成工程によって、第２電極材料Ｃと第１電極材料Ｂとの間及び第１電極材料Ｂとセラミックス機材Ａとの間でそれぞれ２次化学的結合が生じる。
【００４２】
したがって、２次焼成を終えた外部電極パターンＤは、前記の物理的、化学的結合によって固着強度が向上する。
【００４３】
焼成されたセラミックス機材表層に外部電極を形成する従来の方法と比べると、本発明の実施例によるセラミックス基板製造方法では、セラミックス機材と第１電極材料との間及び第１電極材料と第２電極材料との間のそれぞれの化学的結合が強化されるので、固着強度を向上させることができる。
【００４４】
本発明の実施例によるセラミックス基板は、セラミックス機材、セラミックス機材の少なくとも一面上でその内部及び外部に所定の高さに形成された電極パターン、及び電極パターン内部に充填された電極材料を含む。
【００４５】
セラミックス機材は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＣＯ3及びアルミニウムのうち少なくとも一つを含む物質またはこれらの化合物から形成することができ、電極材料はＡｇ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＣｕのうちの少なくとも一つを含む物質またはこれらの化合物から形成することができる。
【００４６】
セラミックス基板及び電極パターン内部に充填された電極材料には、５００℃未満の１次焼成工程と５００℃以上の２次焼成工程を実行する工法が適用される。
【００４７】
電極パターンは、厚さを１μｍ以上４μｍ未満にすることができ、電極パターンの半径を１００〜１５０μｍにすることができ、電極パターンをランドパターン(land pattern)にすることができる。
【００４８】
図３は、従来のセラミックス基板と本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極の固着強度の実験データであり、図４は従来のセラミックス基板と本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極固着強度の指標となる破壊形状を比べた図である。
【００４９】
図３に示すように、固着強度は、外部電極を破壊するのに必要な単位面積当たりの力によって示すことができる。
【００５０】
従来のセラミックス基板における固着強度は、平均２７．３Ｎ／ｍｍ2であり、最小固着強度及び最大固着強度は、それぞれ１２．９Ｎ／ｍｍ2、３８．８Ｎ／ｍｍ2であるのに対して、本発明の実施例によるセラミックス基板における固着強度は、平均５１．７Ｎ／ｍｍ2であり、最高固着強度及び最大固着強度は、それぞれ４１．３Ｎ／ｍｍ2６０．９Ｎ／ｍｍ2である。
【００５１】
本発明の実施例によるセラミックス基板における固着強度は、従来のセラミックス基板における固着強度と比べると、平均固着強度で２倍程度向上しており、最小/最大固着強度でも、それぞれ１．５〜３倍程度向上していることが分かる。
【００５２】
図４に示すように、従来のセラミックス基板と本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極固着強度の指標となる破壊形状を比べると、従来のセラミックス基板の場合、電極パターンの一部だけが破壊（図４ａ）されているのに対して、本発明の実施例によるセラミックス基板の場合、電極パターン全体が破壊(図４ｂ)される形態となっている。
【００５３】
本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極を破壊するためには、従来のセラミックス基板の外部電極を破壊する場合より大きい力が必要であり、これは本発明の実施例によるセラミックス基板の外部電極の固着強度が従来のセラミックス基板の外部電極の固着強度と比べると、１．５倍以上向上しているためである。
【００５４】
以上、本発明の実施例に対して詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に規定する本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００５５】
２１  第１電極材料を塗布する工程
２２  表層内蔵電極パターンを形成する工程
２３  セラミックス機材を１次焼成する工程
２４  第２電極材料を塗布する工程
２５  セラミックス機材を２次焼成する工程
【図１】
2011023691.tif 000003
【図２】
2011023691.tif 000004
【図３】
2011023691.tif 000005
【図４ａ】
2011023691.tif 000006
【図４ｂ】
2011023691.tif 000007