(57)【要約】【課題】  いわゆる無収縮焼成方法に特有の問題である多層セラミック基板の反りを抑制可能とする。【解決手段】  積層したグリーンシートの最外層に収縮抑制シート２を積層して積層体４を形成し、積層体４を焼成した後、収縮抑制シート２の焼成物２ａを除去して多層セラミック基板５を製造する方法であって、積層体４を形成する際に積層体４の少なくとも一方の主面の外周縁部４ａを押し潰し、押し潰された側の主面を下方に向けて焼成を行う。複数のグリーンシートと収縮抑制シート２とを含む仮積層体３を形成した後、仮積層体３の一方の主面を平板１１に接触させた状態で真空パックし、静水圧プレスを行うことにより積層体４を形成することが好ましい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層したグリーンシートの最外層に収縮抑制シートを積層して積層体を形成し、前記積層体を焼成した後、前記収縮抑制シートの焼成物を除去して多層セラミック基板を製造する方法であって、
前記積層体を形成する際に積層体の少なくとも一方の主面の外周縁部を押し潰し、押し潰された側の主面を下方に向けて前記焼成を行う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】
複数の前記グリーンシートと前記収縮抑制シートとを含む仮積層体を形成した後、前記仮積層体の一方の主面を平板に接触させた状態で真空パックし、静水圧プレスを行うことにより前記積層体を形成する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。
【請求項３】
前記静水圧プレスが温間静水圧プレスであることを特徴とする請求項２記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項４】
複数の前記グリーンシートと前記収縮抑制シートとを含む仮積層体を形成した後、プレス面の外周縁部に沿って凸部を有する金型を用いてプレス処理を行い、前記積層体を形成する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、積層したグリーンシートの最外層に収縮抑制シートを配した状態で焼成を行う多層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器等の分野においては、電子デバイスを実装するためのセラミック基板が広く用いられ、近年では、電子機器の小型軽量化や多機能化等の要望に応え、且つ高信頼性を有するセラミック基板として多層セラミック基板が提案され、実用化されている。多層セラミック基板は、複数のセラミック層を積層することにより構成されており、各セラミック層に配線導体や電子素子等を一体に作り込むことで回路基板の高密度化が可能となっている。
【０００３】
前記多層セラミック基板は、複数のグリーンシートを積層し、これを脱バインダし、焼成することにより形成される。そして、前記グリーンシートは、この焼成工程等における焼結に伴って必ず収縮し、多層セラミック基板の寸法精度を低下させる大きな要因となっている。具体的には、前記収縮に伴って収縮バラツキが発生し、最終的に得られる多層セラミック基板においては、寸法精度は０．５％程度に留まっている。また、グリーンシートの収縮により、多層セラミック基板の最表面に形成された導体パターンが位置ずれを起こすことも問題となっている。
【０００４】
このような状況から、多層セラミック基板の焼成工程において、グリーンシートの面内方向の収縮を抑制し、厚さ方向にのみ収縮させる、いわゆる無収縮焼成方法が提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１等にも記載されるように、前記焼成温度でも収縮しないシートをグリーンシートの積層体に貼り付け、この状態で焼成を行うと、前記面内方向の収縮が抑制され、厚さ方向にのみ収縮する。この方法によれば、多層セラミック基板の面内方向の寸法精度を例えば０．０５％程度にまで改善することが可能である。また、多層セラミック基板の最表面の導体パターンの位置ずれを防ぐこともできる。
【特許文献１】特許第３４７１５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述の無収縮焼成方法は、次のように行われる。先ず、複数のグリーンシート１０１の両面に収縮抑制シート１０２を配した仮積層体１０３を形成し、これを図６（ａ）に示すように、プレス面が平坦な金型１２１によってプレス処理する。この結果、図６（ｂ）に示すように、各面が互いに直交した積層体１０４が得られる。これを図６（ｃ）に示すように例えばセッター１１１，１１２で上下方向から挟み込んだ状態で焼成し、図６（ｄ）に示すように収縮抑制シート１０２ａの焼成物を除去することで、多層セラミック基板１０５が得られる。
【０００６】
しかしながら、前述の方法により得られた多層セラミック基板１０５を詳細に観察すると、図７に示すように、反りと呼ばれる特有の変形が発生していることがわかる。すなわち、焼成後の多層セラミック基板１０５においては、セッター１１１と対向していた側の面すなわち下面はほぼ平坦とされているものの、他方の面すなわち上面が凹状に湾曲した形状を有している。その結果、多層セラミック基板１０５の上面においては中央部分に比べて外周縁部の高さが高くなるが、中央部分からの高さ（反り量）が所定範囲を超えた部分については、不要領域として切断、除去しなければならない。すなわち、反り量が大きいと、それに応じて外周縁部の不要領域を広く設定する必要があるため、有効な基板領域が減少するという不都合が生じる。
【０００７】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、いわゆる無収縮焼成方法に特有の問題である多層セラミック基板の反りを抑制することが可能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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、積層したグリーンシートの最外層に収縮抑制シートを積層して積層体を形成し、前記積層体を焼成した後、前記収縮抑制シートの焼成物を除去して多層セラミック基板を製造する方法であって、前記積層体を形成する際に積層体の少なくとも一方の主面の外周縁部を押し潰し、押し潰された側の主面を下方に向けて前記焼成を行うことを特徴とする。
【０００９】
多層セラミック基板の無収縮焼成方法では、グリーンシートの側面が内側に引き込まれるように収縮するため、中央部に比較して外周縁部における厚みが大きくなる。その結果、従来の焼成方法では、厚みが大きくなった外周縁部により積層体が支持されて中央部が持ち上がり、結果として上面側に大きな反りが発生する。本発明では、予め積層体の外周縁部を押し潰しておき、押し潰された側の主面を下方に向けた状態で焼成を行うので、焼成時に外周縁部が積層体を持ち上げることが防止される。このため、多層セラミック基板の一方の面（上面）における反り量すなわち中央部と外周縁部との高さ差は小さくなり、その結果外周縁部における不要領域を狭くすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、いわゆる無収縮焼成方法に特有の問題である反りの発生を抑制することができる。したがって、本発明によれば、基板の寸法精度や導体パターンの位置精度を確保しつつ、多層セラミック基板の外周縁部における除去幅を狭くすることができ、有効な基板領域を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した多層セラミック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。
【００１２】
多層セラミック基板を作製するには、先ず、図１（ａ）に示すように、焼成後に各セラミック層となるグリーンシート１を用意する。グリーンシート１は、セラミック粉末と有機ビヒクルとを混合してスラリー状の誘電体ペーストを作り、これを例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等の支持体上にドクターブレード法等によって成膜することにより形成する。多層セラミック基板として低温焼成可能なガラスセラミック基板を作製する場合には、前記誘電体ペーストにおいて、セラミック粉末とガラス粉末とを併用する。前記セラミック粉末、ガラス粉末、有機ビヒクルとしては、公知のものがいずれも使用可能である。
【００１３】
前記グリーンシート１には、所望の回路に応じて、導体パターン（配線パターンや電極パッド、ビアホール等）を形成しておく。さらには、必要に応じて電子素子（インダクタやキャパシタ等）を作り込んでおいてもよい。
【００１４】
前記導体パターンは、例えば導電ペーストを所定のパターンで印刷することにより形成されるが、使用する導電ペーストは、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種導電性金属や合金からなる導電材料と有機ビヒクルとを混練することにより調製されるものである。有機ビヒクルは、バインダと溶剤を主たる成分とするものであり、前記導電材料との配合比等は任意であるが、通常はバインダ１〜１５質量％、溶剤が１０〜５０質量％となるように導電材料に対して配合される。導電ペーストには、必要に応じて各種分散剤や可塑剤等から選択される添加物が添加されていてもよい。
【００１５】
また、多層セラミック基板の面内方向の収縮を抑制するための、収縮抑制シート２を用意する。収縮抑制シート２は、前記グリーンシート１の焼成温度では収縮しない材料、例えばトリジマイトやクリストバライト、さらには石英、溶融石英、アルミナ、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、炭酸カルシウム等を含む組成物をスラリー状にペースト化し、これをＰＥＴシート等の支持体上にドクターブレード法等によって成膜することにより形成する。
【００１６】
次に、図１（ｂ）に示すように、仮積層工程において、複数のグリーンシート１を積層するとともに、積層したグリーンシート１の最外層に収縮抑制シート２を積層して仮積層体３を形成する。
【００１７】
次に、本積層工程において仮積層体３を加圧処理し、所定形状の積層体４を作製する。本実施形態では、本積層工程は、袋詰め工程（図２（ａ））、真空パック工程（図２（ｂ））、及び静水圧プレス工程（図２（ｃ））により構成される。
【００１８】
前記袋詰め工程では、図２（ａ）に示すように、仮積層体３を平板１１の上に置くことにより仮積層体３の一主面を平板１１に接した状態とし、これらを袋１２に入れる。袋１２は可撓性を有するフィルムにより形成されている。
【００１９】
真空パック工程では、図２（ｂ）に示すように、袋１２の内部を真空引きして密封する。
【００２０】
静水圧プレス工程では、図２（ｃ）に示すように、真空パックされた仮積層体３を静水圧プレス装置１３で加圧処理する。静水圧プレス装置１３は、７０℃〜８０℃の液体を圧力媒体として用いる温間静水圧プレス（ＷＩＰ）装置であることが好ましい。温間静水圧プレス装置を用いることで、冷間静水圧プレス装置に比較して積層体４におけるシート間の密着性を向上させることができる。
【００２１】
次に、積層体取り出し工程において、本積層工程後の積層体４を袋１２から取り出す（図２（ｄ））。取り出した積層体４を詳細に観察すると、静水圧プレス処理によって平板１１に接していない側の主面の外周縁部４ａが押し潰され、曲面状とされている。
【００２２】
次に、焼成工程において積層体４を焼成する（図２（ｅ））。焼成工程においては、押し潰された外周縁部４ａ側の主面が下方を向くように、セッター２１に載せた状態で積層体４の焼成を行う。なお、図２（ｅ）では積層体４の上にもセッター２２を配して焼成を行っている。前記焼成に際しては、焼成温度は任意であるが、例えばグリーンシート１にＡｇを導電材料とする導体パターンを形成した場合には、Ａｇの融点（約９６０℃）以下の温度で焼成を行うことが好ましい。この場合の好ましい焼成温度は、８５０℃〜９５０℃である。
【００２３】
焼成後、図２（ｆ）に示すように、収縮抑制シート２の焼成物２ａを除去することで多層セラミック基板５が得られる。積層したグリーンシート１の両側に配した収縮抑制シート２の働きにより、グリーンシート１は面内方向への収縮が抑制され厚み方向のみに収縮するので、基板寸法精度や最表面に形成された導体パターンの位置精度に優れた多層セラミック基板５が得られる。
【００２４】
ここで、従来のように、プレス面が平坦な金型を用いて積層体を形成し、これを焼成すると、下記のようにして多層セラミック基板に反りが発生すると推測される。すなわち、図３（ａ）に示すようにグリーンシート１０１を複数積層するとともに収縮抑制シート１０２を最外層に配した積層体１０３を用意し、上下にセッター１１１、１１２を配置した状態で焼成を行うと、図３（ｂ）に示すように、積層体１０３の両面は凹状に湾曲し、積層体１０３の外周縁部における厚みが中央部より大きくなる。外周縁部における厚みが大きくなる理由は、収縮抑制シート１０２が配されていないグリーンシート１０１の側面が積層体１０３の内側に引き込まれるように収縮することによる。このため、積層体１０３の中央部は下側のセッター１１１に接する外周縁部により支持されて一時的に持ち上げられ、セッター１１１との間に隙間が形成されるが、積層体１０３の中央部は時間経過に伴って自重により沈み込む。その結果、図３（ｃ）に示すように、上面側が凹形状を有するような変形が発生する。ここで、多層セラミック基板１０４の上面には、上面における本来の変形だけでなく、セッター１１１と対向する面における一時的な変形も反映されている。したがって、多層セラミック基板１０４の最終的な反り量、すなわち中央部と外周縁部との高さ差が必然的に大きくなるものと推測される。
【００２５】
これに対し、本発明では、図２（ｄ）に示すように積層体４の少なくとも一方の主面の外周縁部４ａを押し潰し、図２（ｅ）に示すように押し潰した外周縁部４ａを有する主面を下に向けて焼成を行う。このとき、グリーンシート１の側面が内側に引き込まれるように収縮するので外周縁部における厚みが大きくなるものの、図４に示すように、押し潰された側の外周縁部４ａを下方に向けているため、外周縁部４ａにより積層体４が持ち上げられることがない。このため、積層体３の下に隙間を生じないので、従来の積層体を焼成する場合に比較して、多層セラミック基板の一方の面（上面）における反り量を従来に比較して小さくすることができる。
【００２６】
なお、前述の説明では、積層体４の外周縁部４ａを押し潰す方法として、平板１１に接触させた仮積層体３を真空パックした後に静水圧プレスする方法を例に挙げたが、積層体の少なくとも一方の主面側の外周縁部を押し潰すことができるのであれば、前述の方法に限らず種種の方法を用いることができる。
【００２７】
例えば、図５（ａ）に示すように、金型１４を用いてプレス処理することにより、積層体４の一方の主面側の外周縁部４ａを押し潰してもよい。この金型１４の上型のプレス面には外周縁部に沿って凸部１５が設けられ、図５（ｂ）に示すように積層体４の一方の主面側の外周縁部を押し潰し、平坦な傾斜面を形成するようになっている。以上のように、金型１４によるプレス処理により積層体の少なくとも一方の外周縁部を押し潰した場合も、焼成し（図５（ｃ））、収縮抑制シート２の焼成物２ａを除去する（図５（ｄ））ことで、静水圧プレスを用いた場合と同様に、反り量の小さい多層セラミック基板５を得ることができる。
【００２８】
また、前述の説明では、積層体の一方の主面側の外周縁部のみを押し潰しているが、両主面側の外周縁部を押し潰した場合も、本発明の効果を得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
（グリーンシートの作製）
セラミック材料としてアルミナ−ガラス系誘電体材料を準備し、有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤と混合して誘電体ペーストを調製した後、ドクターブレード法によりシート化して、縦５６ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ１２５μｍのグリーンシートを作製した。
【００３０】
（収縮抑制シートの作製）
収縮抑制材料としてトリジマイト及び石英を準備し、有機バインダ、可塑剤、分散剤及び有機溶剤と混合して収縮抑制材料ペーストを調製した後、ドクターブレード法によりシート化して、縦５６ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ１２５μｍの収縮抑制シートを作製した。
【００３１】
（実施例）
作製したグリーンシートを１５枚積層し、その両面にそれぞれ収縮抑制シートを配して仮積層体を形成した。次に、仮積層体を平板の上に載せ、これらを可撓性を有するフィルムからなる袋に入れ、真空パックした。次に、温度７０℃にて温間静水圧プレス装置により加圧処理した。加圧処理後、積層体を袋から取り出し、詳細に観察したところ、平板と反対側の面における外周縁部が押し潰され、曲面とされていた。次に、得られた積層体を上下からセッターで挟み込み、９００℃で焼成した。このとき、外周縁部が押し潰された側の主面が下方を向くように積層体を配置した。焼成後、収縮抑制シートの焼成物を除去し、多層セラミック基板を得た。
【００３２】
（比較例）
前記実施例と同様に仮積層体を形成し、その後、プレス面が平坦な金型を用いて仮積層体をプレスすることにより、積層体を得た。得られた積層体を前記実施例と同様の条件で焼成し、多層セラミック基板を得た。
【００３３】
（評価）
実施例及び比較例の多層セラミック基板の反り量を調べ、これに基づいて外周縁部に沿って設けられる切り代（不要領域）の幅を設定した。具体的には先ず、得られた多層セラミック基板を焼成時の上下方向を維持したまま平坦な台上に置き、多層セラミック基板の表面を対角線に沿って探針で走査することにより、高さを調べた。そして、基板中央部を基準（０μｍ）とし、これに比較した高さ、すなわち反り量が２０μｍを超えた位置より外側を切り代として設定した。その結果、実施例においては、多層セラミック基板の切り代の幅を７ｍｍに設定する必要があった。すなわち、実施例において、切り代の内側に形成される有効領域は縦４２ｍｍ、横５１ｍｍであった。一方、比較例の多層セラミック基板においては、切り代の幅を９ｍｍに設定する必要があった。すなわち、比較例の基板の有効領域は、縦３８ｍｍ、横４７ｍｍであった。以上の検討結果より、本発明の方法によって基板の外周縁部における反りが改善され、基板の有効領域を拡大できることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】多層セラミック基板の製造方法の概要を示す断面図であり、（ａ）はシート準備工程、（ｂ）は仮積層工程を示す。
【図２】本発明の本積層工程及び焼成工程の一例を説明する図であり、（ａ）は袋詰め工程、（ｂ）は真空パック工程、（ｃ）は静水圧プレス工程、（ｄ）は取り出し工程、（ｅ）は焼成工程、（ｆ）は収縮抑制シート除去工程を示す。
【図３】従来の焼成過程における積層体の変形メカニズムを説明する断面図であり、（ａ）は焼成前、（ｂ）は焼成中、（ｃ）は焼成後を示す。
【図４】本発明の焼成過程における積層体の変形メカニズムを説明するための要部拡大断面図である。
【図５】本発明の本積層工程及び焼成工程の他の例を説明する図であり、（ａ）は金型プレス装置による本積層工程、（ｂ）は積層体、（ｃ）は焼成工程、（ｄ）は収縮抑制シート除去工程を示す。
【図６】従来の多層セラミック基板の製造方法を示す断面図であり、（ａ）は金型プレス装置による本積層工程、（ｂ）は積層体、（ｃ）は焼成工程、（ｄ）は収縮抑制シート除去工程を示す。
【図７】従来の製造方法により製造された多層セラミック基板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  グリーンシート、２  収縮抑制シート、３  仮積層体、４  積層体、５  多層セラミック基板、１１  平板、１２  袋、１３  静水圧プレス装置、１４  金型、１５  凸部、２１，２２  セッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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