(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１の最外層に収縮抑制シート２を積層して積層体３を形成し、積層体３をセッター１１の上に載せた状態で焼成した後、収縮抑制シート２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、セッター１１の載置面の面積がグリーンシート１の一主面の面積よりも小とされている。【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、前記積層体をセッターの上に載せた状態で焼成した後、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、
前記セッターの載置面の面積が前記グリーンシートの一主面の面積よりも小とされている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】
前記セッターの載置面の面積が前記グリーンシートの一主面の面積の２／３以上８０％以下であ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た後、これを脱バインダし、焼成することにより形成される。焼成は、焼結用セッターの上に積層体を並べた状態で行われる。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、無収縮焼成方法により得られた多層セラミック基板には、図６に示すように、反りと呼ばれる特有の変形が発生することが知られている。すなわち、焼成後の多層セラミック基板１１１においては、セッター１１２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、多層セラミック基板の一主面において外周縁部と中央部分との高さの差が大きいと、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してしまう。したがって、多層セラミック基板の反り量を極力小さくすることが望まれる。
【０００６】
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】
【０００７】
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、前記積層体をセッターの上に載せた状態で焼成した後、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、前記セッターの載置面の面積が前記グリーンシートの一主面の面積よりも小とされていることを特徴とする。
【０００８】
焼成に際してグリーンシートの一主面の面積より載置面の小さいセッターを積層体の下に配置することにより多層セラミック基板の両面に反りが生じるものの、それぞれの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、従来のセッターを用いた場合に比較して小さくなる。このため、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】
【０００９】
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通常のセッター上での焼成に比較して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】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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を積層して積層体３を形成する。その後、図１（ｃ）に示すように、本積層工程において、例えば金型プレス等により積層体３を加圧する。
【００１６】
次に、積層体３を焼成する（図１（ｄ））。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。
【００１７】
焼成後、収縮抑制シート２の焼成物２ａを剥離除去する（図１（ｅ））ことで、多層セラミック基板４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４が得られる。
【００１８】
前記焼成は、図２に示すように、積層体３の上下にセッター１１、１２を配置した状態で行う。このとき、積層体３の下に配置されるセッター１１として、積層体３が載せられる載置面の面積が積層体３を構成するグリーンシート１の面積より小さいものを用いる。これにより、大面積のセッターを用いる場合に比較して反り量を小さく抑えることができる。なお、図２においては、反り抑制用のセッター１１の下に、反り抑制用のセッター１１を支持するための大面積のセッター１３をさらに配置している。
【００１９】
ここで、従来の製造方法の焼成過程では、下記のような現象が生じていると推測される。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１１２、１１３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の外周縁部の厚みが中央部より大きくなる。外周縁部の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１１２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るが、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反りが発生する。ここで、多層セラミック基板の上面には、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。
【００２０】
これに対し、本発明の製造方法によれば、焼成過程では下記のような現象が生じていると推測される。図４（ａ）に示すように、グリーンシート１の一主面より小さいセッター１１の上に積層体３を載せて焼成すると、図４（ｂ）に示すように、積層体３の両面が凹形状を有するように変形する。このとき、積層体３の下面の外周縁部はセッター１１に接することなくフリーな状態とされているため、積層体３の下面全体がセッターに接している場合に比較して、積層体３の中央部が一時的に持ち上げられる量、ひいては自重により沈み込む量は小さくなると推測される。したがって、図４（ｃ）に示すように、多層セラミック基板の一方の面（上面）における反り量を小さくすることができる。
【００２１】
反り量の抑制効果を確実に得るには、セッター１１の載置面をグリーンシート１の一主面の面積の８０％以下とすることが好ましい。ただし、セッター１１の寸法が小さすぎると積層体３を安定して支持できなくなるので、セッター１１の載置面の面積はグリーンシートの一主面の面積の２／３以上とすることが好ましい。
【００２２】
セッター１１と積層体３との位置関係は、積層体３の外周縁部よりセッター１１の外周縁部が内側に位置していればよいが、積層体３の略中央にセッター１１を位置させることが好ましい。しかし、セッター１１の上にそれより大きな積層体３を載せるといった順序でこれらを設置する場合、通常は不透明な材料からなる積層体３によってセッター１１の全体が覆われるため、これらの位置関係を適切にすることは難しい。そこで、焼成時に積層体３の上に配置されるセッター１２の上に積層体３を載せ、その上に反り抑制用のセッター１１を載せた後、上下を反転させることで、これらの設置作業を容易且つ確実に行うことができる。
【００２３】
なお、以上の説明では、積層体３の上にグリーンシート１の一主面よりも対向面の面積の大きいセッター１２を載せているが、積層体３の上に載せるセッター１２の寸法は、グリーンシート１と同じか又はそれより小さくても構わない。また、積層体３の上下にそれぞれセッター１１、１２を配置した状態に限らず、例えば図５に示すように、積層体３の上にセッターを載せない状態としてもよい。
【実施例】
【００２４】
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。
【００２５】
（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、有機バインダー、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。
【００２６】
（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、有機バインダー、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。
【００２７】
（実施例１）
作製したグリーンシートを１０枚積層し、その両面にそれぞれ収縮抑制シートを配して積層体を形成した。次に、図４に示すように、支持用のセッター上に配置された反り抑制用のセッター（縦５３．６ｍｍ×横６２．９ｍｍ）の上に積層体を載せ、さらにその上にセッターを載せた。このとき、反り抑制用セッターが積層体の中央に位置するように配置した。その後、９００℃で焼成し、多層セラミック基板を得た。
【００２８】
（実施例２）
反り抑制用のセッターとして、縦５０．０ｍｍ×横５９．２ｍｍのセッターを用いた。この他は、実施例１と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００２９】
（比較例１）
反り抑制用のセッターを用いずに焼成を行った。この他は、実施例１と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３０】
（実施例３）
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積層体を形成した。この他は、実施例１と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３１】
（実施例４）
反り抑制用のセッターとして、縦５０．０ｍｍ×横５９．２ｍｍのセッターを用いた。この他は、実施例３と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３２】
（比較例２）
反り抑制用のセッターを用いずに焼成を行った。この他は、実施例３と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３３】
（実施例５）
作製したグリーンシートを２０枚積層し、その両面にそれぞれ収縮抑制シートを配して積層体を形成した。この他は、実施例１と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３４】
（実施例６）
反り抑制用のセッターとして、縦５０．０ｍｍ×横５９．２ｍｍのセッターを用いた。この他は、実施例５と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３５】
（比較例３）
反り抑制用のセッターを用いずに焼成を行った。この他は、実施例５と同様にして多層セラミック基板を得た。
【００３６】
（反り量の測定）
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中央部と外周縁部との高さの差を測定し、これを反り量とした。結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１より、積層体の下に反り抑制用のセッターを配置することで、多層セラミック基板の反りが改善されることがわかる。また、グリーンシートの積層数を増加させると反り量が増加する傾向を示したが、反り抑制用セッターの寸法をより小さくすることで、反り量の増加を抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の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、（ｃ）は本積層工程、（ｄ）は焼成工程、（ｅ）は収縮抑制シート除去工程を示す。
【図２】焼成状態の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】従来の焼成過程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５】焼成状態の他の例を示す断面図である。
【図６】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】
【００４０】
１  グリーンシート、２  収縮抑制シート、３  積層体、４  多層セラミック基板、１１  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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