(57)【要約】【課題】基板厚みを薄く、すなわち絶縁層の厚みが薄くなった時でも寸法精度が高く、かつ安定して高い基板強度を有するガラスセラミック多層回路基板を提供する。【解決手段】  複数の異なる組成の絶縁層を積層して、平面方向の収縮を抑制したガラスセラミック多層回路基板１において、最外絶縁層３を薄くし、最外絶縁層３の内側に接して配置された絶縁層よりも非結晶層の割合を多くすることで、薄くしても強度の劣化が小さいガラスセラミック多層回路基板１を提供できる。【選択図】図１
2008109053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミック材料からなり、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層からなる絶縁基板と、配線とを備えたガラスセラミック多層回路基板であって、前記絶縁基板が、表層の厚み５〜３０μｍの最外絶縁層と、該最外絶縁層に接する第１の絶縁層と、該第１の絶縁層に接する第２の絶縁層とを有し、前記第１の絶縁層の焼成収縮開始温度が前記第２の絶縁層および前記最外絶縁層の焼成収縮開始温度より低く、前記第１の絶縁層における非晶質相の割合が前記最外絶縁層および前記第２の絶縁層における非晶質相の割合より小さく、前記最外絶縁層の厚みが前記第２の絶縁層の厚みより薄いことを特徴とするガラスセラミック多層回路基板。
【請求項２】
前記最外絶縁層の表面に開口したボイドの最大開口径が１０μｍ以下であり、かつ該最大開口径が前記最外絶縁層の厚みの８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミック多層回路基板。
【請求項３】
前記最外絶縁層を構成するガラスセラミック材料と、前記第２の絶縁層を構成するガラスセラミック材料とが同一であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラスセラミック多層回路基板。
【請求項４】
前記第２の絶縁層の厚みが、前記第１の絶縁層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガラスセラミック多層回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミック多層回路基板に関するものであり、特に、焼成における収縮曲線（挙動）が異なる複数のガラスセラミックグリーンシートを積層して焼成することにより、ガラスセラミックグリーンシートの平面方向の焼成収縮を抑制した寸法精度に優れたガラスセラミック多層回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体通信分野などで使用される多層回路基板において、導体材料として導電率の高いＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔあるいはそれらの混合物を用い、絶縁層の材料として上記導体材料の融点より低い温度で焼成が可能なガラスセラミックスを用いたガラスセラミック多層回路基板が広く用いられている。
【０００３】
近年、ガラスセラミック多層回路基板において、基板寸法精度を向上させることが重要な技術の一つとなっている。ガラスセラミック多層回路基板は焼成により体積が４０〜５０％程度収縮する。このときのガラスセラミック多層回路基板の主面と平行な方向（平面方向）における収縮率（１方向において平均１５〜２０％程度）のばらつきが配線層の位置ばらつきとなり、基板寸法精度が悪くなる。
【０００４】
なお、ここでいう収縮率は、焼成前の寸法から焼成後の寸法を減じた値を焼成前の寸法で除した値で定義されるものである。
【０００５】
また、これらガラスセラミック多層回路基板においては高密度化、小型軽量化についても非常に強く要求されており、携帯電話に代表される携帯型の情報通信機器へ搭載されるガラスセラミック多層回路基板においては、その要求が特に強い。小型化の要求の中でも、低背化に対してはセラミック多層回路基板を構成する絶縁層の厚みを薄くすることで対応しなければならないが、基板を薄くすると落下衝撃を与えた際に基板が割れやすくなるという問題が発生する。
【０００６】
そこで、前者の問題に対しては、基板寸法精度を向上させる方法として、焼成収縮開始温度が異なる２種以上のグリーンシートを積層し、焼成することにより、平面方向の収縮を抑制し、主に厚み方向に収縮させることにより平面方向の収縮を少なくする方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
また、特許文献１には、焼成収縮開始温度が低い方の絶縁層を多層回路基板の最外層に配置し、この最外層の絶縁層の厚みを焼成収縮開始温度の高い絶縁層の厚みに比して５０％以上薄くすることにより、平面方向の収縮をさらに小さくすることができることも記載されている。
【０００８】
また、後者の問題に対しては、絶縁層を構成するガラスセラミック材料における結晶相の割合を高くすることにより基板強度を向上させることが提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２００６７９号公報
【特許文献２】特開２００２−３３８３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、焼成収縮開始温度が低い方の絶縁層を多層回路基板の最外層に配置し、この最外層の絶縁層の厚みを焼成収縮開始温度の高い絶縁層の厚みに比して５０％以上薄くし、さらに最外層の絶縁層の結晶相の割合を高くした場合には、最外層の絶縁層の厚みが３０μｍ以下の範囲において、絶縁層における結晶相の再配列が十分に行われないことがあり、その結果、焼成後に絶縁層を貫通するボイドや、あるいは最大開口径が１５μｍ以上の非常に大きなボイドが発生し、このボイドが破壊源となって結果的に基板強度を低下させたり、強度バラツキを発生させたりしてしまうという問題があった。このような現象は、最外絶縁層においては表面が雰囲気にさらされるため、この表面からガラス成分が蒸発したり、表面から結晶化が進行したりして発生するものである。この現象はガラス成分が少ない場合には顕著に発生する。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みた結果提案するものであり、その目的は、絶縁層の厚みが薄くなったときでも寸法精度が高く、かつ安定して高い基板強度を有するガラスセラミック多層回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のガラスセラミック多層回路基板は、ガラスセラミック材料からなり、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層からなる絶縁基板と、配線とを備えたガラスセラミック多層回路基板であって、前記絶縁基板が、表層の厚み５〜３０μｍの最外絶縁層と、該最外絶縁層に接する第１の絶縁層と、該第１の絶縁層に接する第２の絶縁層とを有し、前記第１の絶縁層の焼成収縮開始温度が前記第２の絶縁層および前記最外絶縁層の焼成収縮開始温度より低く、前記第１の絶縁層における非晶質相の割合が前記最外絶縁層および前記第２の絶縁層における非晶質相の割合より小さく、前記最外絶縁層の厚みが前記第２の絶縁層の厚みより薄いことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記最外絶縁層の表面に開口したボイドの最大開口径が１０μｍ以下であり、かつ該最大開口径が前記最外絶縁層の厚みの８０％以下であることが望ましい。
【００１３】
また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記最外絶縁層を構成するガラスセラミック材料と、前記第２の絶縁層を構成するガラスセラミック材料とが同一であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記第２の絶縁層の厚みが、前記第１の絶縁層の厚みよりも厚いことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガラスセラミック多層回路基板は、ガラスセラミックス材料からなる絶縁層の焼成収縮開始温度に差をもたせることで、第１の絶縁層が焼成収縮を開始する際には、焼成収縮を開始していない第１の絶縁層に接する最外絶縁層および第２の絶縁層により平面方向の収縮が抑制され、第１の絶縁層に接する最外絶縁層および第２の絶縁層が収縮する際には、第１の絶縁層によって、最外絶縁層および第２の絶縁層の平面方向の収縮が抑制されるため、本発明のガラスセラミック多層回路基板は平面方向の収縮が抑制されたものとなる。
【００１６】
さらに、最外絶縁層として、第１の絶縁層よりも非晶質相の割合が多いものを用いることで、表面に大きなボイドや傷が発生することを抑制することができる。
【００１７】
しかも、この最外絶縁層の内側に隣接させて、最外絶縁層よりも結晶質相の割合の多い第１の絶縁層を設けることで応力の印可されやすい絶縁基板の表層近傍に強度の高い第１の絶縁層を配置することができるため、表面付近に高強度の絶縁層が配置されるため、表面に大きなボイドや傷が存在しないことと相まって、最外絶縁層の厚みが厚み５〜３０μｍに薄くなった場合であっても強度の高い絶縁基板となる。
【００１８】
本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記最外絶縁層の表面に開口したボイドの最大開口径が１０μｍ以下であり、かつ該最大開口径が前記最外絶縁層の厚みの８０％以下であることが望ましい。これにより、ガラスセラミック多層回路基板の強度の低下やバラツキを防ぐことができ、安定して高強度を有するガラスセラミック多層回路基板となる。
【００１９】
本発明のガラスセラミック多層回路基板は、最外絶縁層を構成するガラスセラミック材料と、第２の絶縁層を構成するガラスセラミック材料とが同一であることが望ましい。最外絶縁層および第２の絶縁層の焼成による平面方向の収縮は、ともに既に焼結を開始している第１の絶縁層により拘束されるものであり、最外絶縁層と第２の絶縁層とを同一材料とすることで第１の絶縁層の両面において同じタイミングで最外絶縁層と第２の絶縁層とが収縮を開始させることでガラスセラミック多層回路基板の反りを小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記第２の絶縁層の厚みが、前記第１の絶縁層の厚みよりも厚いことが望ましい。
【００２１】
第１の絶縁層の焼成による平面方向の収縮の抑制は、剛性の小さい未焼成状態の最外絶縁層および第２の絶縁層によるものであるため、第１の絶縁層の基板における体積分率を第２の絶縁層よりも小さくすることで、第２の絶縁層によって第１の絶縁層の平面方向の収縮をより効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
例えば、図１に示すように、本発明のガラスセラミック多層回路基板１は、ガラスセラミックス材料からなり、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層３、５、７からなる絶縁基板９と、配線１１、１３とを備えたガラスセラミック多層回路基板１であって、絶縁基板９の最外層の最外絶縁層３と、最外絶縁層３の内側に接して配置された第１の絶縁層５と、第１の絶縁層５と接する第２の絶縁層７とを積層してなる絶縁基板９と、絶縁基板９の表面に形成された表面導体１１、絶縁基板９の内部に形成された内部導体１３、ビアホール導体１５とを具備している。
【００２３】
本発明のガラスセラミック多層回路基板１では、第１の絶縁層５の焼成収縮開始温度が最外絶縁層３および第２の絶縁層７の焼成収縮開始温度より低いこと、第１の絶縁層５における非晶質相の割合が最外絶縁層３および第２の絶縁層７における非晶質相の割合より小さいこと、最外絶縁層３の厚みが第１の絶縁層５の厚みより薄く、最外絶縁層３の厚みが５〜３０μｍであることが重要である。
【００２４】
本発明によれば、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層を用いることで、例えば、第１の絶縁層５が焼成収縮を開始する際には、第１の絶縁層５が、焼成収縮を開始していない最外絶縁層３および第２の絶縁層７により拘束され、最外絶縁層３および第２の絶縁層７が焼成収縮を開始する際には、最外絶縁層３および第２の絶縁層７が、すでに焼成収縮を開始している第１の絶縁層５により拘束されるため、結果としてガラスセラミック多層回路基板１の焼成による平面方向の収縮が抑制される。特に、最外絶縁層３および第２の絶縁層７が焼成収縮を開始する際に、第１の絶縁層５の焼成収縮をほとんど完了させた（最終焼成体積収縮量の９８％以上）場合には、焼成による平面方向の収縮を５％以下、更には２％以下、特には１％以下にすることが可能である。
【００２５】
なお、ここでいう焼成収縮開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、最終焼成体積収縮量の２％収縮した温度で定義されるものである。なお、体積収縮は、最外絶縁層３、第１の絶縁層５、第２の絶縁層７を、それぞれ単独でプレス成形し、ＴＭＡ（熱機械分析）により測定されるものである。このとき、それぞれは等方的に収縮するものとし、ＴＭＡの線収縮から体積収縮に換算することで体積収縮を求めることができる。
【００２６】
また、本発明によれば、絶縁基板９の表面に第１の絶縁層５よりも非晶質相が多く、厚みが厚み５〜３０μｍの最外絶縁層３を設けて、最外絶縁層３よりも高強度の第１の絶縁層５の表面に、表面がなめらかで大きなボイドや開口孔のない最外絶縁層３を設けることで、あたかも第１の絶縁層５の表面の破壊源となるボイドや開口孔を最外絶縁層３が覆うような構造のガラスセラミック多層回路基板１となる。
【００２７】
そして、これにより、ガラスセラミック多層回路基板１の高強度化を達成することができる。
【００２８】
すなわち、本発明のガラスセラミック多層回路基板１は、低背化に対応した場合であっても、強度を維持することができ、しかも、寸法精度に優れたものとなる。
【００２９】
この最外絶縁層３の厚みが３０μｍを越えてしまうと、最外絶縁層３そのものの強度が支配的となり、絶縁基板９の強度は低下する傾向にある。一方、最外絶縁層３の厚みが５μｍ未満であると第１の絶縁層５の表面を十分に覆うことが困難となり、強度のばらつきが大きくなる傾向にある。この最外絶縁層３の厚みは１０〜１５μｍとすることが望ましい。
【００３０】
また、最外絶縁層３の結晶質相の割合が大きくなると、絶縁基板９の表面をなめらかとすることが困難となり、最外絶縁層３の表面に開口孔が形成されやすくなり、最外絶縁層３を設けた効果が失われてしまう。
【００３１】
例えば、特許文献２に記載された発明のように、最外層に結晶質相の多い絶縁層を配置した場合には、絶縁層を厚くしないと、その効果が十分に発現しないのである。これは、最外層は雰囲気と接触しているため、ガラス成分が結晶化しやすく、薄い場合には緻密化が阻害されることに起因している。
【００３２】
一方、本発明によれば、特許文献１に記載の発明よりも、さらに最外絶縁層３の厚みを薄くすることができ、５〜３０μｍ以下の領域でも強度を維持することができる。
【００３３】
なお、ここでいう非晶質相の割合とは各絶縁層中の（「絶縁層の質量」−「全結晶層の質量の合計」）／「絶縁層の質量」により定義されるものであり、各絶縁層中に含まれる非晶質相の質量の割合を表したものである。絶縁層中の結晶相の質量はリートベルト解析により算出され、ＺｎＯやＳｉ、ＣａＦ等を内部標準試料として使用することにより、測定精度の向上が図れるものであるが、±３質量％程度の誤差を含む。
【００３４】
なお、全結晶相は、フィラーとして原料粉末の段階で存在するもの、ガラスから焼成中に結晶化し析出したもの、ガラスとフィラーとの反応により生成したもの等の全ての結晶相を含んでいる。
【００３５】
なお、本発明における第１の絶縁層５と同じ組成の絶縁層および第２の絶縁層７と同じ組成の絶縁層を複数交互に配置して、ガラスセラミック多層回路基板１の厚みを制御してもよいことはいうまでもない。
【００３６】
また、ガラスセラミック多層回路基板１の表裏面に開口したボイドの最大開口径が１０μｍ以下であり、かつ最大開口径が最外絶縁層３の厚みの８０％以下であることが望ましい。これにより、ガラスセラミック多層回路基板１の強度の低下やバラツキを格段に小さくすることができ、安定して高強度を有するガラスセラミック多層回路基板１となる。更に好ましくは最大開口径は７μｍ以下であり、かつ最大開口径が最外絶縁層３の厚みの７５％以下、特には最大開口径が５μｍ以下であり、かつ最大開口径が最外絶縁層３の厚みの７０％以下であることが望ましい。
【００３７】
また、最外絶縁層３を構成するガラスセラミック材料と第２の絶縁層７を構成するガラスセラミック材料とが同一であることが望ましい。最外絶縁層３および第２の絶縁層７の焼成による平面方向の収縮は、ともに既に焼結を開始している第１の絶縁層５により拘束されるものであるから、最外絶縁層３と第２の絶縁層７とを同一材料とすることで第１の絶縁層５の両面において同じタイミングで最外絶縁層３と第２の絶縁層７の収縮を開始させることでガラスセラミック多層回路基板の反りを小さくすることができる。
【００３８】
また、異なる組成の絶縁層を積層して同時焼成した場合には、両者の間で相互拡散が起こり、複雑な焼結挙動を起こしやすいが、用いる絶縁層の種類を少なくすることで、技術的に検討すべき項目を減らすことができる。
【００３９】
また、絶縁基板９において、第１の絶縁層５の厚みが、第２の絶縁層７の厚みより薄いことが望ましい。第１の絶縁層５の焼成による平面方向の収縮の抑制は、剛性の小さい未焼成状態の最外絶縁層３および最外第２の絶縁層７によるものであるため、第１の絶縁層５の基板における体積分率を小さくする、すなわち第１の絶縁層５の厚みを薄くし、収縮の絶対量をより小さくすることで、最外絶縁層３の平面方向の収縮をより効果的に抑制することができる。具体的には、第１の絶縁層５の厚みが第２の絶縁層７の厚みの６０％以下、特には５０％以下とすることで上記効果を得ることが容易となる。
【００４０】
なお、最外絶縁層３、第１の絶縁層および第２の絶縁層７はガラス相と結晶相とを含有するガラスセラミック材料から構成されていることが望ましく、本発明の範囲内であれば、その構成成分やガラス相と結晶相との種類、組み合わせおよび組成比等は任意に選択できるものであり、それにより、最外絶縁層３、第１の絶縁層５および第２の絶縁層７の機械的特性、電気的特性、熱的特性等の特性を制御することが可能となる。
【００４１】
上記ガラスセラミック材料について以下に詳細を説明する。
【００４２】
ガラス相としては、少なくともＳｉＯ２を含有し、更にＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２といった４価金属酸化物や、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３といった３価金属酸化物や、アルカリ土類酸化物（以下ＭＯ）、ＺｎＯ、ＰｂＯなどの２価金属酸化物、アルカリ金属酸化物（以下Ｍ２Ｏ）等の１価金属酸化物、更には遷移金属酸化物、等のうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００４３】
絶縁層の非晶質相の割合を低下させるためには、ガラス粉末を結晶化しやすい組成に制御し、あるいはガラス粉末とセラミック粉末との反応により結晶層が生成しやすい組み合わせを選択する必要がある。例えば、ガラス中の成分を析出結晶相の化学量論組成に近しい組成とすることや、ＺｒＯ２やＴｉＯ２等の核形成剤を含有させることや、ガラスと反応しやすいセラミック粉末を選択すること、等により達成できる。
【００４４】
用いるガラスの例としては、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系ガラス等のほう珪酸系ガラスやＢｉ系ガラス等を例示できる。これらのガラス相は、ガラスセラミック材料中のガラスが、未焼成粉末状態時から焼成の際の結晶化に伴ってその組成が変化した、いわゆる残留ガラス相であってもよい。
【００４５】
最外絶縁層３、第１の絶縁層５あるいは第２の絶縁層７に含まれる結晶相としては、アルミナ、ジルコニア、クオーツ、クリストバライト、コーディエライト、ムライト、スピネル、ガーナイト、エンスタタイト、フォルステライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ディオプサイド、モンティセライト、アケルマナイト、ウイレマイト、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化ホウ素やその固溶体、置換誘導体などを例示できる。
【００４６】
これら結晶相のうち、抗折強度を向上させるという点で、アルミナやジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンを採用するのが好ましく、特に、アルミナ、ジルコニア、セルジアンが好ましい。また、耐酸性を向上させるという点では、アルミナやジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、コーディエライトが好ましく、特に、アルミナ、ジルコニアが好ましい。
【００４７】
さらには、誘電率を低下させ高周波信号の伝送損失を低減させるためには、フォルステライト、エンスタタイト、クオーツ、クリストバライト、コーディエライトが好ましい。また、熱伝導率を向上させるためには、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素が好ましく、特に、窒化アルミニウムが好ましい。
【００４８】
また、ガラスセラミック材料を上記組成とすることで、１０００℃以下での低温焼結が可能となると共に、表面導体１１、絶縁基板９の内部に形成された内部導体１３、ビアホール導体１５として、Ｃｕ、Ａｇなどの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、信号の高速伝送化が可能となる。
【００４９】
次に、本発明のガラスセラミック多層回路基板１を製造する方法について説明する。
【００５０】
まず、原料粉末として、最外絶縁層３を構成するためのガラス粉末Ａ、第１の絶縁層５を構成するためのガラス粉末Ｂ、および第２の絶縁層７を構成するためのガラス粉末Ｃと、所望によりセラミック粉末とを準備する。
【００５１】
ガラス粉末Ａ、ＢおよびＣとしては、少なくともＳｉＯ２を含有し、更にＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２といった４価金属酸化物や、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３といった３価金属酸化物や、アルカリ土類酸化物、ＺｎＯ、ＰｂＯなどの２価金属酸化物、アルカリ金属酸化物等の１価金属酸化物、更には遷移金属酸化物、等のうち少なくとも１種を含むものが好適に用いられる。このとき、第１の絶縁層５の焼成収縮開始温度が最外絶縁層３および第２の絶縁層７の焼成収縮開始温度より低く、かつ第１の絶縁層５における非晶質相の割合が最外絶縁層３および第２の絶縁層７における非晶質相の割合より小さくなるように、各絶縁層を構成するためのガラスセラミック材料を調整する必要がある。
【００５２】
最外絶縁層３、第１の絶縁層５および第２の絶縁層７の焼成収縮開始温度を調整する方法としては、最外絶縁層３、第１の絶縁層５および第２の絶縁層７を形成するためのガラスセラミック材料Ａ、Ｂ、Ｃに含まれるガラス粉末の粒径およびガラス転移点を変化させることが有効である。一般に、ガラス粉末の粒径は小さい方が、ガラス転移点は低い方が焼成収縮開始温度が低下する。特に、ガラス転移点を変化させることが焼成収縮開始温度への影響が大きい。
【００５３】
ガラスセラミックグリーンシートの作製にあたり、まず、最外絶縁層３、第１の絶縁層５および第２の絶縁層７に用いるガラス粉末、セラミック粉末、有機バインダ、有機溶剤および必要に応じて可塑剤を混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などにより薄層に成形し、所定寸法に切断しガラスセラミックグリーンシートＡ、Ｂ、Ｃを作製する。このとき、ガラスセラミックグリーンシートＡの厚みは、焼成後の最外絶縁層３の厚みを第１の絶縁層５の厚みより薄くするために、ガラスセラミックグリーンシートＢの厚みより薄く成形することが重要である。
【００５４】
なお、場合によっては、第１の絶縁層５および第２の絶縁層７を形成するガラスセラミックグリーンシートを圧着して、あるいはガラスセラミックグリーンシートＢを成形した後その表面に直接ガラスセラミックグリーンシートＣを成形して（ＢとＣの順序は入れ替わっても良い）ガラスセラミックグリーンシート複合体とし、この複合体を層単位として以後の工程に投入することも可能である。なお、最外絶縁層３を形成するためのグリーンシートは、上記複合体中のガラスセラミックグリーンシートＢ側にガラスセラミックグリーンシートＡを圧着して、あるいは複合体中のガラスセラミックグリーンシートＢ側の表面に直接ガラスセラミックグリーンシートＡを成形して、最外層用ガラスセラミックグリーンシート複合体としても良い。
【００５５】
次にこのガラスセラミックグリーンシートにパンチングなどによって貫通孔を形成する。その貫通孔内にビアホール導体となる導体ペーストを充填する。導体ペーストとして、Ａｇ粉末、Ｃｕ粉末のいずれかに対して、有機バインダ、有機溶剤、必要に応じて添加剤を加えて、３本ロール等で混練したものを用いる。充填には、貫通導体形成位置に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。さらに、表面導体層や内部導体層を導体ペーストを用いてスクリーン印刷法などによって被着形成する。
【００５６】
内部導体および表層導体については、主成分となる金属粉末はビアホール導体の主成分とおなじものを用いることができる。両導体とも、導体用ペーストとして金属粉末に添加する有機ビヒクル、有機溶剤、ガラス粉末等その添加の有無および量について特に限定されず、適宜調整して添加することができる。
【００５７】
このようにして得られた各ガラスセラミックグリーンシートまたはガラスセラミックグリーンシート複合体を所定の積層順序に応じて積層して積層成形体を形成した後、焼成する。
【００５８】
焼成にあたっては、昇温して、第１の絶縁層５の収縮開始温度に到達後、徐々に昇温するか、または収縮開始温度、あるいは収縮開始温度以上かつ最外絶縁層３および第２の絶縁層７の収縮開始温度よりも低い温度で、一次的に炉内温度を保持して第１の絶縁層５が最終焼成体積収縮量の９８％以上焼成収縮が進行するまで保持する。この時、第１の絶縁層５は、その温度で焼成収縮しない最外絶縁層３および第２の絶縁層７によって平面方向への収縮が抑制され厚み方向に焼成収縮する。その後、第１の絶縁層５が最終焼成体積収縮量の９０％以上収縮した後、最外絶縁層３および第２の絶縁層７の収縮開始温度以上に昇温して焼成する。この焼成によって、最外絶縁層３および第２の絶縁層７は、焼結がほぼ完了した第１の絶縁層５によって平面方向への焼成収縮が抑制され厚み方向に焼成収縮する。その結果、最外絶縁層３、第１の絶縁層５および第２の絶縁層７ともに平面方向への焼成収縮が抑制され厚み方向に焼成収縮した、寸法精度の高い基板を作製することができる。
【００５９】
このようにして作製したガラスセラミック多層回路基板１は、焼成における収縮曲線（挙動）が異なる絶縁層同士を一体して焼成することにより、互いの平面方向の焼成収縮を抑制した寸法精度に優れたガラスセラミック多層回路基板１であると共に、最外層に形成した絶縁層の焼成中のガラス流動性を高く保つことができるため、基板厚みを薄く、すなわち絶縁層の厚みを薄くした時でも基板表面に特異的なボイドが発生しない高い基板強度を安定して発揮するガラスセラミック多層回路基板１を製造することができる。
【実施例】
【００６０】
まず、表１に示す組成を有する平均粒径２．０μｍのガラス粉末を準備し、表２に従い粒径２．０μｍのセラミック粉末と秤量、混合し、この混合物にアクリル系樹脂からなる有機バインダ、可塑剤、有機溶剤を添加してスラリーを調整した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により最外絶縁層、第１の絶縁層、第２の絶縁層を一体焼成した時の焼成後の厚みが表２の通りになるようにシート状に成形し、焼成後に最外絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートＡと、焼成後に第１の絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートＢ、焼成後に第２の絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートＣを作製した。
【００６１】
なお、ガラスセラミックグリーンシートＢ、Ｃについては、第１の絶縁層とはならない配置、第２の絶縁層とはならない配置の絶縁層にも用いた。
【００６２】
次に、ガラスセラミックグリーンシートＢ１枚とガラスセラミックグリーンシートＣ１枚とを加熱圧着して複合グリーンシートＤ２〜Ｄ６を作製した。また、ガラスセラミックグリーンシートＡ１枚とガラスセラミックグリーンシートＢ１枚とガラスセラミックグリーンシートＣ１枚と、を積層状態がＡＢＣとなるように加熱圧着し、複合グリーンシートＤ１を作製した。またガラスセラミックグリーンシートＡ１枚とガラスセラミックグリーンシートＢ２枚とガラスセラミックグリーンシートＣ１枚と、を積層状態がＢＣＢＡとなるように加熱圧着し、複合グリーンシートＤ７を作製した。
【００６３】
次に、Ａｇ粉末に、β石英、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加し、これらを攪拌した後、Ａｇ粉末および有機バインダの凝集体がなくなるまで３本ロールミルで混合し、ペースト化し、ビアホール導体用導体ペーストおよび配線パターン用導体ペーストを作製した。
【００６４】
次に、上記のガラスセラミックグリーンシート複合体Ｄ１〜Ｄ７に、ビアホールとなる貫通孔をレーザーによって形成し、上記の導体ペーストをこの貫通孔に充填した。更に、ガラスセラミックグリーンシート複合体Ｄ１〜Ｄ６の一方の主面に、さらにＤ７の両主面に配線パターンとなる導体ペーストをスクリーン印刷法により被着させて形成した。
【００６５】
その後、積層形態がＡＢＣＢＣＢＣＢＣＢＣＢＣＢＣＢＡとなるように、ガラスセラミックグリーンシート複合体Ｄ１〜Ｄ７を位置合わせした後、積層して積層体１（図示せず）を作製した。
【００６６】
これを、大気中４００℃で脱バインダ処理し、さらに、大気中９１０℃で焼成してガラスセラミック多層回路基板を作製した。
【００６７】
同様のガラスセラミック多層回路基板を試料あたり１０００個作製した。
【００６８】
また、各試料について、層構成、各絶縁層を構成するガラスセラミック材料が全く同様で、配線パターンおよびビアホールを具備しない絶縁基板を作製した。
【００６９】
ガラスセラミック多層回路基板において、１０００基板全てについて、焼成前と焼成後に所定のポイント間の長さを測定し、焼成前のポイント間の距離を焼成後のポイント間の距離で除すことにより、平面方向のセラミック多層回路基板の収縮率を算出した。１０００個の基板の収縮率の最大収縮率と最小収縮率の差を収縮バラツキとして評価した。
【００７０】
また、別の５基板を無作為に選択し、絶縁層部表裏面に開口したボイドをＳＥＭにより観察し、画像解析装置を用いて画素濃度があらかじめ定めた閾値以上のものをボイドによる画素と定義し、最大開口径を算出した。ＳＥＭの観察領域は１基板１表面あたり３ｍｍ×３ｍｍとし、これを表裏面および５基板について繰り返し、この中で最大のものを最大開口径として評価した。結果を表３に示す。
【００７１】
また、ガラスセラミック材料Ａ、ガラスセラミック材料Ｂおよびガラスセラミック材料Ｃについてそれぞれワックスを添加し、１×１０３ＭＰａでプレスすることにより直径１０ｍｍ、高さ８ｍｍの円柱状圧粉体を形成した。この圧粉体に対して室温〜１０００℃の温度範囲でＴＭＡ（熱機械分析）により各材料の収縮開始温度を評価した。このとき、雰囲気をＡｉｒ中、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとした。結果を表２に示す。
【００７２】
また、ガラスセラミックグリーンシートシートＡ、ＢおよびＣを焼成後の厚みが、配線パターンおよびビアホールを具備しない絶縁基板と同じになるように複数枚積層し、大気中４００℃で脱バインダ処理し、さらに、大気中９１０℃で焼成して単一材料絶縁基板を作製した。
【００７３】
次に、配線パターンおよびビアホールを具備しない絶縁基板と、単一材料の絶縁基板を、厚み方向は加工せずに幅４．０ｍｍ×長さ３０ｍｍの形状に３０本ずつ切り出した。切り出したサンプルについて、ロードセル下降速度５ｍｍ／ｍｉｎ．、スパン２０ｍｍの条件で３点曲げ抗折強度を測定した。得られた抗折強度データより、ワイブル係数を算出した。結果を表３に示す。
【表１】
2008109053.tif 000003
【００７４】
【表２】
2008109053.tif 000004
【００７５】
【表３】
2008109053.tif 000005
【００７６】
表３に示すように、本発明のガラスセラミック多層回路基板である試料Ｎｏ．１〜５、９、１０、１９、２０においては、収縮率が１．３８％以下と小さく、収縮バラツキが０．１％以下であり、端部突起高さが３μｍ以下であった。また、絶縁基板の抗折強度と、第１の絶縁層単体の抗折強度にほとんど差がなく、ワイブル係数も１３以上であった。以上より、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、寸法精度が高く、かつ安定して高い基板強度を有することが分かった。
【００７７】
一方、最外絶縁層の厚みが５〜３０μｍの範囲にない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．６、７、８および最外絶縁層の非晶質の割合が第１の絶縁層よりも小さい本発明の範囲外の試料Ｎｏ．６〜８、１１〜１８は、絶縁基板の抗折強度が第１の絶縁層よりも大きく低下するか、あるいは平面方向の収縮率、収縮ばらつきが大きくなった。
【００７８】
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１５、１８は、絶縁基板の抗折強度の低下は小さいが、最外絶縁層の厚みが厚く、低背化には難がある。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のガラスセラミック多層回路基板を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・ガラスセラミック多層回路基板
３・・・最外絶縁層
５・・・第１の絶縁層
７・・・第２の絶縁層
９・・・絶縁基板
１１、１３・・・配線層
【図１】
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