(57)【要約】【課題】  本発明は、連続焼成炉を用いた場合でも、高い寸法精度を満足できる回路基板およびその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】  第１のセラミック絶縁層と該第１のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度が高い第２のセラミック絶縁層と導体層とを積層してなる、主面が長方形状の基板本体の主面の側から見て中部に、各辺が前記基板本体の主面の各辺と平行な長方形状の回路形成部を有するとともに、該回路形成部のそれぞれの辺と該辺に対向する前記基板本体の辺との間の前記基板本体の主面の４つの領域のうちの１つの表面に、前記第２のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度の低いセラミック材料からなるセラミックコート層が形成されていることを特徴とする回路基板。【選択図】図３
2008109052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセラミック絶縁層と該第１のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度が高い第２のセラミック絶縁層と導体層とを積層してなる、主面が長方形状の基板本体の主面の側から見て中部に、各辺が前記基板本体の主面の各辺と平行な長方形状の回路形成部を有するとともに、該回路形成部のそれぞれの辺と該辺に対向する前記基板本体の辺との間の前記基板本体の主面の４つの領域のうちの１つの表面に、前記第２のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度の低いセラミック材料からなるセラミックコート層が形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記セラミックコート層が前記基板本体の辺と平行な方向に沿って帯状に前記領域の一方の端から他方の端までにわたって形成されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
第１の結晶性ガラス粉末と第１の有機バインダとを含む第１のグリーンシートと、第２の結晶性ガラス粉末と第２の有機バインダとを含む、前記第１のグリーンシートよりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートと、前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートと長方形状の回路形成部を形成する導体層とを積層して、前記導体層を中央部に配置して、主面が長方形状の基板本体成形体を作製する工程と、該基板本体成形体の主面各辺と中央部の前記導体層の各辺との間の前記基板成形体の４つの領域のうちの一つに、第３のガラス粉末と第３の有機バインダとを含む、前記第２のグリーンシートより焼成収縮開始温度の低いコート層を形成する工程と、前記基板本体成形体を前記主面を上にしてコート層が形成された側から連続焼成炉に入炉して焼成することを特徴とする回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板およびその製造方法に関するものであり、特に、回路形成部と回路が形成されていない領域とからなる高寸法精度の回路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】
近年においては、部品実装時の高精度化のために、焼成時のセラミック材料、配線材料の収縮挙動の不整合などにより発生する反り、変形を小さくすることが求められている。
【０００３】
この要求を満足するため、回路基板を焼成する際には、回路形成部と領域の収縮挙動の不均一による反り変形を抑制するために、領域にランド電極とビアホール導体を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、焼成収縮開始温度の異なる２種の未焼結セラミック絶縁層を積層して焼成して２種のセラミック絶縁層が焼結することによって、平面方向の焼成収縮による寸法バラツキを抑制することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１０７４３７号公報
【特許文献２】特開平１３−１５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回路基板の焼成に用いる焼成炉として、生産性に優れたベルト式のトンネル炉などの連続焼成炉を用いて基板を略一定の速度で搬送して焼成する場合、炉の構造上、進行方向に対して温度勾配が生じることにより、回路基板の寸法精度が良くないという問題があった。
【０００６】
特許文献１の方法では、領域に導体層を設けることで回路形成部との収縮挙動の不均一による反り変形は抑制できるものの、焼成炉の温度勾配の影響を受けるため、寸法精度の要求を満足することができない。
【０００７】
また、特許文献２の方法では、従来の平面方向に収縮する回路基板に比べて、反り変形は大きく改善できるが、やはり、焼成炉の温度勾配の影響を受けるために、近年の高い寸法精度の要求を充分に満足できないという問題があった。
【０００８】
すなわち、連続焼成炉で回路基板を焼成した時には、炉に先に入る回路基板の端が収縮をはじめる際に、まだ温度の上がっていない回路基板の残りの部分が収縮していないため、ベルト炉の進行方向に垂直な方向で基板の主面に平行な方向の収縮が抑制される。このため、ベルト炉の進行方向に垂直な方向で基板の主面に平行な方向の収縮を、基板の炉の進行方向の端と進行方向に対して反対側の端で比較すると、炉の進行方向の端の収縮率が小さくなり、炉の進行方向の端の基板のサイズが大きくなる。
【０００９】
これは、ベルト式焼成炉の構造上の問題からくる温度勾配が原因であり、焼成プロファイルの変更等による対策では改善できない
本発明は、連続焼成炉を用いた場合でも、高い寸法精度を満足できる回路基板およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の回路基板は、第１のセラミック絶縁層と該第１のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度が高い第２のセラミック絶縁層と導体層とを積層してなる、主面が長方形状の基板本体の主面の側から見て中部に、各辺が前記基板本体の主面の各辺と平行な長方形状の回路形成部を有するとともに、該回路形成部のそれぞれの辺と該辺に対向する前記基板本体の辺との間の前記基板本体の主面の４つの領域のうちの１つの表面に、前記第２のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度の低いセラミック材料からなるセラミックコート層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
前記セラミックコート層が前記基板本体の辺と平行な方向に沿って帯状に前記領域の一方の端から他方の端までにわたって形成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の回路基板の製造方法は、第１の結晶性ガラス粉末と第１の有機バインダとを含む第１のグリーンシートと、第２の結晶性ガラス粉末と第２の有機バインダとを含む、前記第１のグリーンシートよりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートと、前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートと長方形状の回路形成部を形成する導体層とを積層して、前記導体層を中央部に配置して、主面が長方形状の基板本体成形体を作製する工程と、該基板本体成形体の主面各辺と中央部の前記導体層の各辺との間の前記基板成形体の４つの領域のうちの一つに、第３のガラス粉末と第３の有機バインダとを含む、前記第２のグリーンシートより焼成収縮開始温度の低いコート層を形成する工程と、前記基板本体成形体を前記主面を上にしてコート層が形成された側から連続焼成炉に入炉して焼成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、回路基板の一辺の収縮率が小さくことにより、回路基板の寸法制度が悪くなるという課題に対して、連続焼成炉で回路基板内で最も先に加熱される側の領域を、他の部分に比べて、より収縮しやすく、構造に変更することで、回路形成部の寸法精度を改善できるとの知見に基づくものである。
【００１４】
すなわち、第１のセラミック絶縁層と該第１のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度が高い第２のセラミック絶縁層と導体層とを積層してなる、主面が長方形状の基板本体の主面の側から見て中部に、各辺が前記基板本体の主面の各辺と平行な長方形状の回路形成部を有するとともに、該回路形成部のそれぞれの辺と該辺に対向する前記基板本体の辺との間の前記基板本体の主面の４つの領域のうちの１つの表面に、前記第２のセラミック絶縁層より焼成収縮開始温度の低いセラミック材料からなるセラミックコート層が形成されていることにより、先に加熱される領域の構造が、焼成収縮開始温度が低いセラミックの比率が高くなっているため、先に加熱される部分の収縮する力が強くなり、まだ温度が低くいために収縮をはじめない部分に収縮を阻害されても、回路基板の他の部分と同じ量収縮するようにし、隣接する回路形成部の寸法制度を高くすることできる。
【００１５】
また、前記セラミックコート層が前記基板本体の辺と平行な方向に沿って帯状に前記領域の一方の端から他方の端までにわたって形成されていることにより、セラミックコート層となる部分を先に加熱した場合に、セラミックコート層が連続的に形成されている領域の、連続焼成炉中で回路基板の進行方向と垂直な方向の収縮が大きくなり、少ないセラミックコート層の量でも隣接する回路形成部の寸法制度を高くすることできる。
【００１６】
本発明の回路基板の製造方法によれば、第１の結晶性ガラス粉末と第１の有機バインダとを含む第１のグリーンシートと、第２の結晶性ガラス粉末と第２の有機バインダとを含む、前記第１のグリーンシートよりも焼成収縮開始温度の高い第２のグリーンシートと、前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートと長方形状の回路形成部を形成する導体層とを積層して、前記導体層を中央部に配置して、主面が長方形状の基板本体成形体を作製する工程と、該基板本体成形体の主面各辺と中央部の前記導体層の各辺との間の前記基板成形体の４つの領域のうちの一つに、第３のガラス粉末と第３の有機バインダとを含む、前記第２のグリーンシートより焼成収縮開始温度の低いコート層を形成する工程と、前記基板本体成形体を前記主面を上にしてコート層が形成された側から連続焼成炉に入炉して焼成することにより、先に加熱される部分の収縮する力が強くなり、まだ温度が低くいために収縮をはじめない部分に収縮を阻害されても、回路基板の他の部分と同じ量収縮するようにし、隣接する回路形成部の寸法制度を高くすることできる。なお、このときコート層を積層後に形成していることにより、積層時に回路基板にかかる圧力が均一になり回路基板の寸法精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１および図２は、本発明による回路基板の一例の概略図である。回路基板１００には最終製品となる回路形成部１０１と製造時の取り扱いを容易にするためなどに設けられた領域１０２からなっている。領域１０２は、回路形成部１０１のそれぞれの辺と該辺に対向する前記基板本体の辺との間の前記基板本体の主面にある領域１０２ａ〜ｄと、それ以外の領域１０２ｅ〜ｈからなる。なお、図１には回路基板１００では、回路基板形成部１０１には分割溝１１０で分割可能な回路基板個片１０が形成されており、回路基板１００を分割して回路基板個片１０がとり出されるがものが図示してあるが、回路基板形成部１０１全体で１つの回路を形成するものでもかまわない。
【００１８】
図３（ａ）は回路形成部１の縦断面図である。回路基板１０は、セラミック絶縁層１ａ〜１ｇが積層されたセラミック絶縁基板１と、セラミック絶縁基板１の表裏面に形成された表面導体層２、セラミック絶縁基板１の内部に形成された内部導体層３、導体層間を接続するためのビアホール導体４を有する。
【００１９】
セラミック絶縁基板１は、焼成収縮開始温度が異なるセラミック絶縁層を積層してなっている。絶縁層１ａ〜１ｇのうち、絶縁層１ａ、１ｇが、他の絶縁層１ｂ〜１ｆと焼成収縮開始温度が異なるセラミック材料から形成されている。例えば、上記絶縁層１ａ、１ｇの焼成収縮開始温度が絶縁層１ｂ〜１ｆよりも低いものである。
【００２０】
この２つのセラミックスの焼成収縮挙動の概要について、図５の焼成収縮曲線に基づき説明する。図５によれば、焼成収縮開始温度が異なる２つのセラミックＡ、Ｂは、それぞれ焼成収縮開始温度ＳＡ、ＳＢ（ＳＡ＜ＳＢ）、焼成収縮終了温度ＥＡ、ＥＢ（ＥＡ＜ＥＢ）を有する。図１の回路基板に当てはめると、セラミック絶縁層１ａ、１ｇはセラミックスＡ、絶縁層１ｂ〜１ｆはセラミックスＢと当てはめられる。また、焼成収縮挙動が異なる２種のセラミックスＡ−Ｂの積層形態としては、必要に応じて変化させてよく、図１の積層形態に限らない。
【００２１】
このような回路基板は、生産性を考慮して、図３に示す回路基板で作製される。回路基板１００は、領域１０２（−ａ、ｂ、ｃ、ｄ）と回路形成部１０１とからなっている。また、必要に応じて複数の回路基板１０を分割するための分割溝１１０が形成されている。なお、回路基板１０の分離方法を切断などでおこなう場合には、分割溝は形成しなくてもよい。
【００２２】
図３（ｂ）には領域１０２ａの縦断面図を示す。領域の内層には、回路形成部との収縮不整合を抑制するために導体配線層を設置している。１０２ａの領域の表面にはセラミックコート層があるが、１０２ｂ〜ｄには、セラミックコート層は設けられていない。  本発明によれば、領域に形成されるセラミックコート層は、基板の表面に形成することが重要である。これは、セラミックコート層は内層に設置することも可能だが、工数が増えて製造コストが高くなるためである。また、２種類の未焼成のセラミック絶縁層が焼結して平面方向の焼成収縮が抑制される回路基板であり、大幅な収縮率の低減が図られているために、セラミックコート層を表面のみに形成することで、回路基板の寸法を調整することができる。この際、セラミックコート層は、セラミック絶縁層中の高温で焼成収縮開始するセラミック材料よりも低い温度で収縮するセラミック材料用いることが重要である。
【００２３】
これは、焼成収縮開始温度の異なる２種類の未焼成のセラミック絶縁層が焼結して平面方向の焼成収縮が抑制される回路基板において、焼成後の基板の寸法は、基板内の低温で焼成収縮開始するセラミック材料と、高温で焼成収縮開始するセラミック材料の体積比率に影響を受けており、低音で焼成収縮開始するセラミック材料の比率が大きくなると、低温で収縮する力が大きくなるからである。
【００２４】
これを活用して、低温で焼成収縮開始するセラミック材料をセラミックコート層に用いることで、領域１０２ａの収縮する力を大きくできて、まだ収縮していない回路形成部１０１の収縮が阻害されても他の領域１０２ｂ〜ｃと同じ収縮量にすることができる。
【００２５】
本発明の回路基板の製造方法は、セラミックコート層の体積比率が大きい１辺の領域を、焼成炉の進行方向に垂直な方向にセットして、その部分が回路基板内で最も先に加熱されて焼成されることが重要である。
【００２６】
これは、焼成炉の温度勾配によって生じる回路基板内の寸法差異（焼成炉の進行方向にに対して逆台形に変形）を低減するためである。つまり、回路基板内で寸法が大きくなる部分の領域の収縮を大きくすることで、隣接する回路基板部の寸法を小さくすることが可能になり、最終的には、回路基板の寸法精度を改善することが可能になる。
【実施例】
【００２７】
以下の方法により、図１、図３の構造の回路基板を作製した。まず、焼成収縮開始温度の低い材料として表１に示す平均粒径が約１．６μｍのガラス粉末と平均粒径が約１μｍのセラミックフィラーからなるセラミック材料Ａと、平均粒径が約１．６μｍのガラス粉末と平均粒径が約１μｍのセラミックフィラーからなるセラミック材料Ｂを準備した。このセラミック材料Ａ、Ｂに対して各々バインダ、それぞれの材料に適した分散剤を添加して混練したスラリーを、ドクターブレード法で基板用のグリーンシートを作製した。
【００２８】
また、表１に示すような、焼成収縮開始温度が異なるセラミックス組成物Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを準備して、セラミックコート層形成用のペーストを作製した。なお、いずれも平均粒径が約１．６μｍのガラス粉末と平均粒径が約１μｍのセラミックフィラーを用いた。
【表１】
2008109052.tif 000003
【００２９】
上記グリーンシートの所定の位置にパンチング等により貫通孔を形成し、この貫通孔にＡｇ粉末を含む導電性ペーストを充填し、またこの導電性ペーストをスクリーン印刷して所定の内層導体層を印刷形成し、乾燥させた。
【００３０】
一方、最上層、最下層となるグリーンシートに、表面導体層のパターンで上記の導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させた。
【００３１】
導電性ペーストが充填され、所定形状の導体層が形成されたグリーンシートを積層するとともに、最上層および最下層に、表層導体となる導体膜形成したグリーンシートを積層し、積層成形体を作製した。
【００３２】
この後に、積層成形体の領域には、上記に示すセラミックコート層形成用のペーストをスクリーン印刷して所定のコート層を印刷形成し、乾燥させた。
【００３３】
その後に焼成になるが、焼成炉には連続焼成炉であるベルト式焼成炉を用いて、積層成形を主面を上にしてコート層が形成された側から連続焼成炉に入炉した。大気中４００℃で脱バインダ処理した後に、セラミック材料が焼結収縮する温度域の６５０〜９００℃の温度域は、実施例に示す昇温速度で焼成した。
【００３４】
図１に示すような領域を有するシート形状の回路基板を作製した。シート外辺寸法は、縦７５ｍｍ、横７５ｍｍ、回路形成部の外辺寸法は縦７０ｍｍ、横７０ｍｍで、厚みは０．７０ｍｍであった。
【００３５】
なお、絶縁層１ａと１ｇの厚みは０．１０ｍｍであり、回路基板個片の大きさは、縦７ｍｍ、横７ｍｍであった。
【００３６】
図２示すように、領域の名称を示した。焼成入炉方向に対して、最も早く焼成させる領域を領域Ａ、最も遅く焼成される領域を領域Ｂ、両サイドの領域を領域Ｃとした。
【００３７】
図４（ａ）〜（ｃ）に、領域に形成するセラミックコート層のパターン１、２、３を示す。
【００３８】
また、図２には寸法測定箇所も示した。収縮率は、グリーンシート積層体と焼成後の回路基板の所定のポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４間の長さを測定して収縮率を算出した。具体的には所定のポイントに導体の充填されていないビアホール導体を形成してＸ−Ｙテーブル付の工業顕微鏡で測定した。表３には、Ｐ１−Ｐ２間の収縮率をＸ１（％）、後側のＰ３−Ｐ４の収縮率をＸ２（％）として、Ｘ１−Ｘ２の差異を求めた結果を示した。これにより、回路基板形成部の形状が焼成入炉方向に対してどの程度変形しているのか、その比線形度合いを評価した。また、表２には、上記のＸ１（％）、Ｘ２（％）と同時に、Ｐ１−Ｐ３間の収縮率Ｙ１（％）、Ｐ２−Ｐ４間の収縮率Ｙ２（％）を求めた。  計１０試料の収縮率を求めて、収縮率の規格値（中央値±０．１（％））に対する工程能力（Ｃｐｋ）を算出した。
【００３９】
さらに回路基板１００から領域１０２ａ部分を切断して、連続焼成炉に進行方向に対して長辺が垂直になるように焼成した。
【表２】
2008109052.tif 000004
【００４０】
【表３】
2008109052.tif 000005
【００４１】
表２に示すようにパターン１の形成された領域１０２ａの収縮率は０．０２％と差は少ないが、焼成収縮温開始温度の高いセラミック絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低温での領域１０２ａの収縮する力が大きくなるため、表３の試料Ｎｏ．３に示されるように寸法精度が改善される。
【００４２】
表２に示すようにパターン２の形成された領域１０２ａの収縮率はセラミックコート層が長辺方向に連続し形成され、短辺方向に２つに分割して形成されているため、表３の試料Ｎｏ．１０に示されるように領域１０２ａの長辺方向の収縮率が大きくなり、回路基板の寸法精度が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の回路基板の概略図である。
【図２】本発明の回路基板の概略図である。
【図３】（ａ）本発明の回路基板の回路形成部の縦断面図である。（ｂ）本発明の回路基板の回路非形成部（領域１０２ａ部分）の縦断面図である。
【図４】本発明の回路基板の領域の概略図である。
【図５】本発明における焼成収縮挙動が異なる２つのセラミックスＡ、Ｂの焼成収縮曲線を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・セラミック絶縁基板
１ａ〜１ｇ・・・絶縁層
２・・・表面導体層
３・・・内部導体層
３ａ・・・内部導体層（回路非形成部のダミー導体）
４・・・ビアホール導体
６・・・セラミックコート層
１０・・・回路基板個片
１００・・・回路基板
１０１・・・回路形成部
１０２・・・領域
１０２ａ〜ｈ・・・領域Ａ〜Ｈ
１１０・・・分割溝
【図１】
2008109052.tif 000006
【図２】
2008109052.tif 000007
【図３】
2008109052.tif 000008
【図４】
2008109052.tif 000009
【図５】
2008109052.tif 000010