(57)【要約】【課題】分割溝にて分割可能な寸法精度の高いセラミック多層基板を提供する。【解決手段】収縮開始温度の異なる、それぞれ焼結した第１絶縁層３と第２絶縁層５とを具備するとともに、最外層１１が前記第１絶縁層３、１１からなり、該第１絶縁層３、１１の内側に隣接して積層された第２絶縁層５、１３を備え、前記第１絶縁層３、１１の途中まで分割溝７が形成されていることから、隣接する基板領域において前記第１絶縁層３、１１が完全には分断されず、セラミック多層基板１全体の面方向への収縮抑制効果を高く維持し、ほぼ均一にすることができ、分割溝７にて容易に分割可能で寸法精度の高いセラミック多層基板１を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収縮開始温度の異なる、それぞれ焼結した第１絶縁層と第２絶縁層との積層体の表面に分割溝が形成され、表面または内部の少なくとも一方に配線回路が配置されたセラミック多層基板であって、該セラミック多層基板の最外層が前記セラミック多層基板の厚みの１０％以下の前記第１絶縁層からなり、前記第２絶縁層が前記第１絶縁層の内側に当接して積層されるとともに、前記最外層の第１絶縁層の途中まで前記分割溝が形成されていることを特徴とするセラミック多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や複合電子部品等に用いられる表面に分割溝を設けたセラミック多層基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体装置や複合電子部品等にセラミック多層基板が幅広く用いられている。一般にセラミック多層基板の製造方法では、図２に示すように効率よく製造するために、予め、複数のセラミック多層基板を集合してなるセラミック多層基板１の片面もしくは両面に分割溝７を形成して、この溝を起点に分割し、複数のセラミック多層基板を得る方法が採用されている。
【０００３】
このようなセラミック多層基板１の分割溝７の深さは、溝を片面に形成する場合にはセラミック多層基板１の厚みの２０％〜６０％程度が必要であるとされており、溝を両面に形成する場合にはその半分の１０％〜３０％程度が必要であるとされている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
ところでセラミック多層基板の寸法精度を改善するために、異なる無機組成物からなり、収縮開始温度が異なる第１絶縁層と第２絶縁層とを積層してセラミック多層基板を構成したものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、第１絶縁層成形体と第１絶縁層成形体よりも高温で収縮を開始する第２絶縁層成形体とで生積層体を形成することにより、収縮開始温度の低い第１絶縁層が収縮を開始した際は、未焼結状態にある第２絶縁層により面方向における収縮が抑制され、収縮開始温度の高い第２絶縁層が収縮を開始した際は、すでに焼結した第１絶縁層により面方向における収縮が抑制されて、焼成工程における面方向への収縮を抑制することでセラミック多層基板の寸法精度を向上させることができる。
【０００５】
このようなセラミック多層基板の最外層には拘束されない面が存在するために、最外層に配置された絶縁層を厚くすると、セラミック多層基板の表面に近い部分では拘束力が弱くなるために、セラミック多層基板の最外層の厚みは、セラミック多層基板の厚みの１０％以下となるように設計されている。
【０００６】
このようなセラミック多層基板においても、表面に分割溝を設けて生産性を向上させることは試みられている。（例えば、特許文献３を参照）。
【０００７】
また、このようなセラミック多層基板の表面に第１絶縁層を貫通する分割溝を形成すると、表面側の拘束力が裏面側の拘束力より弱くなり、凹状の反りが発生しやすくなるため、裏面側の分割溝の深さや数を調整し、凹状の反りを低減する試みがされている。
【特許文献１】特開平１０−２５９０６３号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６７２１号公報
【特許文献３】特願２００２−５４５０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、分割溝を形成する場合には前述したようにセラミック多層基板の厚みに対して２０％〜６０％の深さで形成することが必要なため、図３に示すように、分割溝５５がセラミック多層基板５３の最外層に配置された第１絶縁層を貫通することになる。
【０００９】
そうすると、第１絶縁層が分割されてしまうため、第２絶縁層に対する第１絶縁層による拘束力が低下してしまい、セラミック多層基板の面方向における収縮抑制効果が小さくなり、セラミック多層基板の寸法精度が低下する問題があった。
【００１０】
特許文献３には、セラミック多層基板の凹状の反りを低減するため、裏面側の拘束シート内に留まる分割溝を表面側より多く形成すると記載されているが、表面側の分割溝が拘束シートを貫通することにより低下した表面側の拘束力に、裏面側の拘束力を適合させるため、面方向の収縮抑制効果が低下し、寸法精度は低下する。
【００１１】
すなわち、収縮開始温度が異なる絶縁層を積層して、両者の間に相互に拘束力を発生させて、積極的にセラミック多層基板の面方向における収縮を抑制した形態のセラミック多層基板においては、分割溝の形成による生産性の向上と寸法精度の向上とを高いレベルで両立させることはできなかったのである。
【００１２】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、分割溝にて分割できる寸法精度が高いセラミック多層基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のセラミック多層基板は、収縮開始温度の異なる、それぞれ焼結した第１絶縁層と第２絶縁層との積層体の表面に分割溝が形成され、表面または内部の少なくとも一方に配線回路が配置されたセラミック多層基板であって、該セラミック多層基板の最外層が前記セラミック多層基板の厚みの１０％以下の前記第１絶縁層からなり、前記第２絶縁層が前記第１絶縁層の内側に当接して積層されるとともに、前記最外層の第１絶縁層の途中まで前記分割溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記第１絶縁層の途中まで分割溝を形成することにより、分割溝によって第１絶縁層が完全には分断されず、セラミック多層基板の面方向への収縮抑制効果を高く維持することができるため、寸法精度の高いセラミック多層基板を提供できる。
【００１５】
また、このようなセラミック多層基板の最外層の表面は拘束されないため、表面に近い部分では拘束力が弱く、面方向へ収縮しようとする。その際、第１絶縁層のみによって分割溝が形成されていると、面方向に収縮しようとする力により、分割溝の幅が広がるとともに、残留応力が発生し、その力は分割溝の最深部に集中することになる。この効果により、基板は、分割溝にて容易に分割できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に示すように、本発明のセラミック多層基板１は、収縮開始温度の異なる、それぞれ焼結した第１絶縁層３と第２絶縁層５との積層体の表面に分割溝７が形成され、表面また内部の少なくとも一方に配線回路（図示せず）が配置されて構成されている。
【００１７】
この積層された第１絶縁層３と第２絶縁層５とは、焼成過程において、互いにセラミック多層基板１の面方向における収縮を抑制し合うように機能して、面方向における収縮を非常に小さくすることができる。この収縮が小さいほど、寸法ばらつきの量を小さくすることができるのである。
【００１８】
また、本発明のセラミック多層基板１は、表面に形成された分割溝３によって、セラミック多層基板１を個片に分割することができる。すなわち、本発明のセラミック多層基板１は、複数の多層基板が集合したものであり、分割溝７に沿って容易に分割できるものである。
【００１９】
そして、本発明のセラミック多層基板１においては、セラミック多層基板１の最外層１１がセラミック多層基板の厚みの１０％以下の第１絶縁層３、１１からなり、第２絶縁層５、１３が第１絶縁層３、１１の内側に当接して積層されるとともに、第１絶縁層３、１１の途中まで分割溝７が形成されていることが重要なのである。
【００２０】
つまり、分割溝７の深さが最外層の第１絶縁層３、１１の厚みよりも浅く形成されているため、最外層の第１絶縁層３、１１が分割溝７によって分断されることがないため、分割溝７を設けた場合であっても、焼成工程における最外層の第１絶縁層３、１１の内側に当接して積層された第２絶縁層５、１３に対する最外層の第１絶縁層３、１１の拘束力の減少を抑制することができ、セラミック多層基板１の面方向における収縮を十分に抑制することができ、セラミック多層基板１の寸法ばらつきの量を小さくすることができるのである。
【００２１】
この分割溝７の深さはセラミック多層基板１の３％以上、さらに５％以上とすることが望ましい。
【００２２】
これは以下に説明する効果によるものである。すなわち、セラミック多層基板１の最外層１１の表面は拘束されないため、表面に近い部分では拘束力が弱く、面方向へ収縮しようとする。その際、第１絶縁層３、１１のみによって分割溝７が形成されていると、面方向に収縮しようとする力により、分割溝７の幅が広がるとともに、残留応力が発生し、その力は分割溝７の最深部に集中することになる。この効果により、分割溝７が従来よりも浅く形成されているとしても、本発明のセラミック多層基板１は、分割溝７にて容易に分割できるのである。
【００２３】
また、第１絶縁層と第２絶縁層の焼成後の熱膨張率をα１とし、α２とするとき、２×１０−６／℃＜（α１−α２）を充足することが望ましい。これにより、焼成の降温過程において、第１絶縁層３の収縮量が第２絶縁層５よりも多くなり、この収縮差により、第１絶縁層３、１１と第２絶縁層５、１３の界面に発生する引張り応力を、第１絶縁層３、１１のみによって形成された分割溝７の最深部に集中させることができる。この効果により、さらに分割溝７での分割が容易となるため、分割溝７をさらに浅く形成でき、寸法精度を向上することができるのである。
【００２４】
また本実施形態において、分割溝７は、最深部が点となるような形状、あるいは深くなるにつれ幅が狭くなるように形成されていることが望ましい。これにより、前記応力が分割溝７の最深部に集中しやすくなり、セラミック多層基板１をより容易に分割することが可能となるのである。
【００２５】
本発明のセラミック多層基板１は、例えば以下に示す製造方法によって作製することができる。
【００２６】
第１絶縁層３は第１の無機組成物を焼結させてなるものであり、第１の無機組成物の材質としては、例えば８００℃〜１２００℃の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられ、その厚みは、例えば１０〜３００μｍに設定される。このガラス−セラミック材料にはガラス粉末及びセラミック粉末が含まれる。
【００２７】
第２絶縁層５は第２の無機組成物を焼結させてなるものであり、第２の無機組成物の材質としては、上記第１の無機組成物と同様にガラス−セラミック材料が好適に用いられ、その厚みは、例えば２〜１５０μｍに設定される。
【００２８】
本実施形態において、第１絶縁層３及び第２絶縁層５はガラス粉末３０〜１００重量％とセラミック粉末０〜７０％重量％からなることが望ましい。
【００２９】
ガラス粉末の具体的な組成としては、例えば、必須成分として、ＳｉＯ２を１０〜７０質量％、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜３０質量％、ＭｇＯを３〜６０質量％、また任意成分として、ＣａＯを０〜３５質量％、ＢａＯを０〜３５質量％、ＳｒＯを０〜３５質量％、Ｂ２Ｏ３を０〜２０質量％、ＺｎＯを０〜３０質量％、ＴｉＯ２を０〜１０質量％、Ｎａ２Ｏを０〜３質量％、Ｌｉ２Ｏを０〜５質量％含有し、セラミック粉末としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、ＺｒＴｉＯ４、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２から選ばれる１種以上であることが望ましい。
【００３０】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、誘電率の制御も可能であり、高誘電率化による回路の小型化、低損失化、あるいは、低誘電率化による高速伝送化に適している。しかも、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。また、１０００℃以下での低温焼結が可能となるとともに、配線導体及びビアホール導体として、銀（融点９６０℃）、銅（融点１０８３℃）、金（融点１０６３℃）などの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、低損失な回路を作成できる。
【００３１】
このように第１絶縁層３及び第２絶縁層５からなる積層体の表層及び内部には、配線導体やビアホール導体など（図示せず）が形成されている。表層の配線導体は、主に電子部品素子の搭載部となる接続パッドとして機能し、絶縁層間に介在する内部の配線導体は、主に各回路素子を電気的に接続する配線や、インダクタ・キャパシタ等の回路素子として機能する。表層の配線導体と内部の配線導体、若しくは異なる絶縁層間に介在する内部の配線導体同士は、ビアホール導体により電気的に接続される。
【００３２】
配線導体及びビアホール導体の材質としては、銀、銅、金等の上記低抵抗導体材料のいずれか一種を含む導電材料からから成る。配線導体は、厚みが例えば５〜２５μｍに設定される。ビアホール導体は、直径を任意に設定可能であり、ビアホール導体が埋設される絶縁層の厚みが１０〜３００μｍの場合、ビアホール導体の直径は例えば５０〜３００μｍに設定される。
【００３３】
先ず、焼成後に第１絶縁層３、第２絶縁層５となるセラミックグリーンシートを作製する。セラミックグリーンシートは、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた第１及び第２の無機組成物の粉末に、有機バインダと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合してスラリー化し、このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断することによって得られる。
【００３４】
次に得られたセラミックグリーンシートに金型による打ち抜き等の方法を用いて貫通孔を形成し、その貫通孔内に導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、セラミックグリーンシートの主面には導体ペーストをスクリーン印刷法などによって被着させて配線導体を形成する。
【００３５】
配線導体とビアホール導体の材料は、例えば、銀粉末に、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て成るペーストを用いた。
【００３６】
上記セラミックグリーンシートを、所定の積層順序に応じて積層して、焼成後にセラミック多層基板１となる積層体を形成する。
【００３７】
次に、得られた積層体の片面もしくは両面に、刃身や金型を押し当てることにより所定の分割線に沿うように分割溝７を形成する。
【００３８】
このとき、分割溝７が焼成後に第１絶縁層３、１１の途中まで形成されるように分割溝７の深さを調整することが必要である。具体的には第１絶縁層３、１１となるセラミックグリーンシートの厚みよりも浅く分割溝７を形成すればよい。この分割溝７によって区画された各基板領域の焼成後に第１絶縁層３、１１となるセラミックグリーンシートは、完全には分断されず互いに連結された構造となることにより、続く焼成工程において、セラミック多層基板１を焼成する際、分割溝７で区画された各基板領域内の収縮抑制効果を高く維持することができ、セラミック多層基板１全体の面方向への収縮抑制効果をほぼ均一にすることができ、また反り等による変形を有効に防止することが可能となる。
【００３９】
そして、セラミック多層基板１を、第２の無機組成物の収縮開始温度よりも低く、第１の無機組成物の収縮開始温度よりも高い温度で加熱し、第１絶縁層３をその面方向に比べて厚み方向に大きく収縮させ、しかる後、積層体を、第２の無機組成物の収縮開始温度よりも高い温度で加熱し、第２絶縁層５をその面方向に比べて厚み方向に大きく収縮させる。このようにして第１絶縁層３及び第２絶縁層５を焼結させる。
【００４０】
また、焼成工程に続いて、セラミック多層基板１を分割溝７に沿って基板領域ごとに、いわゆるチョコレートブレークして分割することにより、寸法精度の高い配線基板が得られる。
【００４１】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。
【００４２】
例えば上述の実施形態においては、積層体は第１絶縁層３及び第２絶縁層５となるセラミックグリーンシートを積層したものであるが、第１絶縁層３については、第２絶縁層５となるセラミックグリーンシートの主面に、第１絶縁層３の形成にペースト状になした第１の無機組成物を印刷等で塗布して直接形成するようにしても良い。この場合、厚みの薄い第１絶縁層３をペーストの塗布等によって比較的簡単に形成することができる。厚みの薄い第１絶縁層３をセラミックグリーンシート等で構成する場合と比べ、第１絶縁層３を形成する際の作業性が良好となり、生産性を向上させることができる利点もある。
【００４３】
更に上述した実施形態においては、積層体としてセラミック多層基板１を構成しているが、この他にも、積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックレゾネータ、または積層誘電体フィルタ等を構成することも可能である。
【実施例】
【００４４】
表１に示す収縮開始温度の異なる組成物Ａ、Ｂに、それぞれ有機バインダーとしてエチルセルロースと、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てスラリーを調製し、これをドクターブレード法により薄層化し、基板用の種種の厚みのグリーンシートを作製した。
【００４５】
そして、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。
【００４６】
一方、最外層であって最上層、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。
【００４７】
導電性ペーストが充填され、所定形状の導体が形成されたグリーンシートを表２に示す組合せで積層するとともに、最上層及び最下層に、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、積層体を作製した。そして、この積層体の両面に刃身を押し当てる深さを調整し、表２に示すように積層体の表面あるいは表裏面に分割溝の深さが異なる試料を各１０個ずつ作製した。
【００４８】
この後、大気中４００℃で脱バインダー処理し、さらに、９１０℃で焼成し、全てのグリーンシートが焼結された絶縁層となり、種々の深さの分割溝が形成されたようなセラミック多層基板を作製した。尚、第１絶縁層の厚みおよび第２絶縁層の厚みは表２に示す厚みであった。また、セラミック多層基板の大きさは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍで表２に示す厚みであった。
【００４９】
尚、焼成の前後においてグリーンシートの積層体と焼成後のセラミック多層基板に対して、所定のポイント間の長さを測定して、セラミック多層基板の面方向の収縮率を測定した。なお、各試料についてそれぞれ収縮率を測定し、１０個の試料の収縮率の最大値と最小値の差を収縮バラツキとして評価した。またチョコレートブレークして得た個々のセラミック多層基板を目視型顕微鏡にて分割溝に沿って分割されているかどうかを確認して分割性を確認した。
【００５０】
また、組成物Ａと組成物Ｂとについてそれぞれワックスを添加し、９８ＭＰａでプレスすることにより、圧粉体を形成しこの圧粉体に対して空気中でＴＭＡ（熱機械分析）による室温〜１０００℃の温度範囲により組成物Ａ、Ｂの収縮開始温度と収縮終了温度、熱膨張率を評価した。
【表１】
2008109063.tif 000003
【００５１】
【表２】
2008109063.tif 000004
【００５２】
表２に示すように、本発明のセラミック多層基板は分割不良が無く、収縮率が１％と小さく、収縮ばらつきも０．１％と優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミック多層基板の断面図である。
【図２】従来のセラミック多層基板の平面図である。
【図３】従来のセラミック多層基板の断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・セラミック多層基板
３・・・第１絶縁層
５・・・第２絶縁層
７・・・分割溝
１１・・・最外層の第１絶縁層
１３・・・最外層の第１絶縁層の内側に当接して積層された第２絶縁層
【図１】
2008109063.tif 000005
【図２】
2008109063.tif 000006
【図３】
2008109063.tif 000007