(57)【要約】【課題】めっき工程における表面電極およびビアホール内へのめっき液の浸入を防止し、電気的特性を損なわない多層セラミック基板を提供する。【解決手段】積層体の外層に形成される表面電極およびビアホールに対し、密度が高く緻密な金属箔で覆うことによりめっき液の侵入を防ぐ。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数のセラミック層をもって構成されるセラミック基板と、前記セラミック基板の外表面に導電性ペーストによって形成される表面電極とを有する多層セラミック基板において、
前記表面電極の少なくとも一部が金属箔で覆われ、
前記表面電極と前記金属箔がめっき膜で覆われていることを特徴とする、多層セラミック基板。
【請求項２】
前記セラミック層にはビアホール導体が形成され、
前記ビアホール導体の端部は前記表面電極によって覆われ、
前記表面電極の内、前記ビアホール導体の端部に対応した部分の少なくとも一部が前記金属箔で覆われていることを特徴とする、請求項１に記載の多層セラミック基板。
【請求項３】
前記表面電極の全部が前記金属箔で覆われていることを特徴とする、請求項１または２に記載の多層セラミック基板。
【請求項４】
前記金属箔が銅であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の多層セラミック基板。
【請求項５】
セラミックグリーンシートを準備するセラミックグリーンシート準備工程と、
前記セラミックグリーンシート上に導電性ペーストを用いて電極を形成する電極形成工程と、
所定のセラミックグリーンシート上に形成された表面電極の少なくとも一部を金属箔で覆う金属箔形成工程と、
前記所定のセラミックグリーンシートを外層として複数の前記セラミックシートを積層して積層体を得る積層工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程と、
焼成された積層体の外表面に形成されている前記表面電極と前記金属箔をめっき膜で覆うめっき工程とを備える、多層セラミック基板の製造方法。
【請求項６】
前記セラミックグリーンシート準備工程の後に、前記セラミックグリーンシートに対し厚み方向に貫通孔を形成し、導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成するビアホール導体形成工程をさらに備え、
前記電極形成工程において、所定のセラミックグリーンシート上に形成された前記表面電極が前記ビアホール導体の端部を覆うように形成し、
前記金属箔形成工程において、所定のセラミックグリーンシート上に形成された前記表面電極の内、前記ビアホール導体の端部に対応した部分の少なくとも一部を前記金属箔で覆うことを特徴とする、請求項５に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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、めっき工程における表面電極およびビアホール内へのめっき液の浸入を防止するための改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波化および高密度化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する多層セラミック基板に対して、電気的特性を損なわないよう品質を安定させる要求が高まっている。
【０００３】
多層セラミック基板は、例えば特許文献１に記載されているように、一般に、次のようにして製造されている。
【０００４】
まず、低温焼結セラミック原料粉末と有機バインダと有機溶剤とを混合して得られたスラリーを、ドクターブレード法等のシート成形法によってシート状に成形し、セラミックグリーンシートを作製する。次に、セラミックグリーンシートに、ビアホール導体形成のための貫通孔を打ち抜き加工し、この貫通孔に銅や銀等の金属を含む導電性ペーストを充填し、また、セラミックグリーンシート上に、同様の導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法等によって電極を形成する。次に、複数のセラミックグリーンシートを積層し、かつ積層方向にプレスして得られた生の積層体に対して、脱バインダのための加熱工程を実施し、次いで、焼成工程を実施する。最終的にはＩＣやＬＳＩ等の半導体素子等を搭載するためのハンダづけを可能にするために、焼成した積層体の外表面に形成された表面電極をめっき膜で覆う、めっき工程を実施する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０５−１６７２５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のような多層セラミック基板の製造方法によれば、電極やビアホール導体のような配線導体は、導電性ペーストの焼結体から構成される。すなわち、導電性ペーストは、金属粉末だけでなく、樹脂、溶剤およびその他の添加物を含むものであり、乾燥工程において、溶剤が揮発し、また、焼成工程において、樹脂および添加物が熱分解または昇華し、金属粉末と添加物の一部とが焼結することによって配線導体が形成されるため、配線導体の内部には空隙や粒界が存在することが避けられない。その結果、焼成工程の後に実施されるめっき工程において、この空隙や粒界に対しめっき液や水などの洗浄液が侵入し、製品として完成後も残留してしまうため、使用中に導通不良となったり、層間のショートが起こるなどの不具合が生じる。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、多層セラミック基板の製造方法およびこの製造方法によって得られた多層セラミック基板を提供しようとすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、積層された複数のセラミック層をもって構成される積層体と、セラミック基板の外表面に導電性ペーストによって形成される表面電極とを有する多層セラミック基板にまず向けられるものであって、前述の技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明に係る多層セラミック基板においては、前記表面電極の少なくとも一部が金属箔で覆われた上で、前記表面電極と前記金属箔がめっき膜で覆われていることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、また、前記セラミック層にビアホール導体が形成された上で、前記ビアホール導体の端部が前記表面電極によって覆われ、前記表面電極の内、前記ビアホール導体の端部に対応した部分の少なくとも一部が前記金属箔で覆われていることを特徴とする、多層セラミック基板にも向けられる。
【００１１】
前述の金属箔は、好ましくは、前記表面電極の全てを覆うとされる。
【００１２】
前述の金属箔は、好ましくは、銅とされる。
【００１３】
本発明に係る多層セラミック基板の製造方法においては、前述の技術的課題を解決するため、次のような工程が実施されることを特徴としている。
【００１４】
まずセラミックグリーンシートを準備する、セラミックグリーンシート準備工程が実施される。
【００１５】
次に、前記セラミックグリーンシート上に導電性ペーストを用いて電極を形成する、電極形成工程が実施される。
【００１６】
次に、所定のセラミックグリーンシート上に形成された表面電極の少なくとも一部を金属箔で覆う、金属箔形成工程が実施される。
【００１７】
次に、前記所定のセラミックグリーンシートを外層として複数の前記セラミックシートを積層して積層体を得る、積層工程が実施される。
【００１８】
次に、前記積層体を焼成する、焼成工程が実施される。
【００１９】
次に、焼成された積層体の外表面に形成されている前記表面電極と前記金属箔をめっき膜で覆う、めっき工程が実施される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の多層セラミック基板１１を示している。多層セラミック基板１１は、積層された複数のセラミック層１２をもって構成される積層体１３と、セラミック層１２上に形成される電極１８と、セラミック層１２の外層に形成される表面電極１４を備えており、表面電極１４を覆うように金属箔１５が形成され、さらに表面電極１４と金属箔１５を覆うようにめっき膜１６が形成される。
【００２１】
なお、図示した多層セラミック基板１１は、図面の煩雑化を避けるため、簡略化して図示している。実際の多層セラミック基板には、より多数のセラミック層が積層されたものや、多数の電極や、多数のビアホールを形成しているものなどがある。
【００２２】
図２は、図１に示す多層セラミック基板１１の製造方法を示す。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート２１が準備される。セラミックグリーンシート２１は、後述する焼成工程において、銅などの金属箔１５との同時焼成を可能とするため、低温焼結セラミック材料を含むものであることが好ましい。
【００２４】
セラミックグリーンシート２１は、たとえば、酸化バリウム、酸化ケイ素、アルミナ、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素の各粉末を混合したものに、ポリビニルブチラールからなるバインダとジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤とトルエンおよびイソプロピレンアルコールからなる溶剤とを混合して得られたペースト（スラリー）を、ドクターブレード法等によりシート状に成形し、これを乾燥させることによって得ることができる。
【００２５】
セラミックグリーンシート２１に含まれる低温焼結セラミック材料としては、焼成時にガラスが生成するもののほか、予め、ガラスや酸化銅や酸化マグネシウム等の焼結助剤を含有させておくことによって、より低温で焼結し得る組成としたものであってもよい。また、セラミックグリーンシート２１に含まれるバインダ、可塑剤および溶剤についても、上記の例以外のものを用いてもよい。
【００２６】
さらに、セラミックグリーンシート２１の上に低温焼結セラミックと組成が異なる無機物、例えばアルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、ガラスセラミック、ジルコニア、アノーサイト、フォルステライト、コージライトを主成分に軟化点７８０℃：粒径１．５μｍのホウ珪酸ガラス粉末を１５〜６０ｖｏｌ％になるように添加、混合したペースト（スラリー）を塗布しても構わない。無機物に添加するガラスは焼成温度以下で粘度が１０６．７Ｐａ・ｓ−１以下に低下し、前記無機物粉末の隙間をうめ緻密化するものであればよく、高軟化点の非晶質ガラスや緻密化した後、粘度上昇する結晶化ガラス、焼成終了間際に液相が生成する酸化物混合物でもよい。さらにはセラミックグリーンシート２１が収縮している温度域である８５０〜９５０℃で、無機物層の焼結助材として働いたり、また、該無機物層から流れだしたりするまで粘度が低下し過ぎないものであればよい。
【００２７】
また、無機物を低温焼結セラミックグリーンシート上に形成するとしたが、無機物をシート状にしてから低温焼結セラミックグリーンシートを形成しても構わない。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート２１に、スクリーン印刷法等により電極１８を形成する。また、後述する積層工程において積層体の外層となるべき所定のセラミックグリーンシート２２についても、同様に表面電極１４を形成する。この際導電性ペーストとしてＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ等の金属を主成分とする導電粉末に対し有機ビヒクルを所定量加え、ライカイ機、３本ロールで攪拌、混練したペーストを用いる。導電粉末の中心粒径、粒子形状は特に限定されないが、中心粒径０．１〜１０μｍで粗大粉や極端な凝集粉が無いものが望ましい。また、有機ビヒクルはバインダ樹脂と溶剤を混合したもので、特に限定されないがバインダ樹脂としてエチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂等が使われる、また、溶剤としてはテレピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテイト、アルコール類等が使われる。また、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、活性剤を添加してもよい。さらに、セラミックとの収縮マッチングを計るためガラスフリットやＣｕ２Ｏ等の金属酸化物やセラミック粉末や樹脂粉末を０〜７０％添加してもよい。また、ペースト粘度は印刷性を考慮し５０〜７００Ｐａ・ｓ−１であればよい。
【００２９】
次に、後述する積層工程において積層体の外層となるべき所定のセラミックグリーンシート２２について、表面電極１４を覆うように金属箔を形成する。例えば、基材フィルム上に導電率１．０×１０５Ω−１・ｃｍ−１以上の銅箔、感光性フィルムを順に貼り付け、これに所定の回路パターンの形成されたガラス原板でマスクし、露光現像の後、ペルオキソ２硫酸アンモニウムや塩化第２鉄等でエッチングし、続けてレジスト剥離を行い金属箔１５を形成する。この金属箔１５に銅を用いることで本発明の効果をより向上させることができるが、その他、銀、ニッケル、パラジウム、タングステン、金または白金等を主成分とするものであってもよい。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、金属箔１５を所定のセラミックグリーンシート２２に形成されている表面電極１４に転写し、表面配線導体１７を形成する。この時金属箔１５と表面電極１４との接着性を高めるために、金属箔１５の表面電極１４に転写される面を、高周波特性で問題とならない程度に荒らしておくと良い。さらに、好ましくは金属箔１５と後述するめっき工程において形成されるめっき膜１６との接着性を高めるためにも、金属箔１５の両面を高周波特性で問題とならない程度に荒らしておくと良い。また、転写するときは１００ｋｇ／ｃｍ２程度圧力を加え圧接すると良い。また、焼成で焼失する樹脂接着剤を金属箔１５にあらかじめ塗布しておくと転写時の表面電極１４との密着がより強く得られる。また、転写は、後述する積層体を形成してから行ってもよい。
【００３１】
転写する金属箔１５は少なくとも所定のセラミックグリーンシート２２上に存在する表面電極１４に接触するように転写する。さらに、金属箔１５は表面電極１４を全て覆うように転写すると、本発明の効果をより良く向上することができる。
【００３２】
次に、図２（ｄ）に示すように、電極１８を形成したセラミックグリーンシート２１を内層に、また外層には表面配線導体１７を形成した所定のセラミックグリーンシート２２を配置させ、必要に応じて内層のセラミックグリーンシート２１を複数枚積層し、温度８０℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ２の条件で熱圧着し、生の積層体１９を形成する。この生の積層体１９を還元雰囲気中で温度９００℃、１時間の条件で焼成して所望の多層セラミック基板を得る。なお、電極１８を形成したセラミックグリーンシート２１を内層、外層に配置して積層、焼成した後、金属箔１５を形成しても構わない。ただし、この場合、金属箔１５を形成した後、金属箔１５と表面電極１４とが電気的に接続されるよう、再度金属箔１５の融点以下の温度で焼成する必要がある。
【００３３】
次に、図２（ｅ）に示すように、表面電極１４と金属箔１５を覆うように、ＮｉおよびＡｕめっき膜１６を形成する。係るＮｉめっきは、無電解めっき液として、例えば、ＮｉＳＯ４、硫酸銅、酒石酸、水酸化ナトリウム、ホルムアルデヒド等を含む水溶液等を用いて、５０℃〜１００℃の温度で約０．５〜１０μｍ析出させるため、ｐＨ４〜５のめっき浴液に約５〜１５０分浸漬させる。析出させた後、水洗浄を行う。続けてＡｕめっきにおいては、ＡｕＣＮを主成分とした水溶液等を用いて約０．０１〜５．０μｍ析出させるため、ｐＨ７〜８のめっき浴液に約５〜１５０分浸漬させる。析出させた後、水洗浄を行う。
【００３４】
このとき外層に形成された表面配線導体１７は、密度が高く緻密な金属箔１５で覆われているため、焼結体でできた表面電極１４の内部にめっき液や水が侵入しにくくなり、製品化後の使用中に導通が不良となったり、層間のショートが起こりにくくなる。
【００３５】
図３は、図２に示す製造方法に加え、ビアホール導体形成工程を実施する製造方法を示す。図３において、図２に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３６】
この製造方法では、まず図２（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート２１が準備される。
【００３７】
次に、図３（ａ）に示すように、穿孔機によりセラミックグリーンシート２１を貫通するように孔を形成し、孔にスクリーン印刷法により、導電性ペーストを充填し、ビアホール導体３１を形成する。この際導電性ペーストとしてＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ等の金属を主成分とするの導電粉末に対し有機ビヒクルを所定量と加え、ライカイ機、３本ロールで攪拌、混練したペーストを用いる。導電粉末の中心粒径、粒子形状は特に限定されないが、中心粒径０．１〜１０μｍで粗大粉や極端な凝集粉が無いものが望ましい。また、有機ビヒクルはバインダ樹脂と溶剤を混合したもので、特に限定されないがバインダ樹脂としてエチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂等が使われる。また、溶剤としてはテレピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテイト、アルコール類等が使われる。また、必要に応じて各種分散剤、可塑剤、活性剤を添加してもよい。さらに、セラミックとの収縮マッチングを計るためガラスフリットやＣｕ２Ｏ等の金属酸化物やセラミック粉末や樹脂粉末を０〜７０％添加してもよい。また、ペースト粘度は印刷性を考慮し５０〜７００Ｐａ・ｓ−１であればよい。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート２１に形成されたビアホール導体３１の端部を覆うように、セラミックグリーンシート２１上にスクリーン印刷法等により電極１８を形成する。また、後述する積層工程において積層体の外層となるべき所定のセラミックグリーンシート２２についても、ビアホール導体３１の端部を覆うように、同様に表面電極１４を形成する。形成方法や使用材料などは図２の製造方法と同様である。
【００３９】
次に、図３（ｃ）に示すように、後述する積層工程において積層体の外層となるべき所定のセラミックグリーンシート２２について、表面電極１４を覆うように金属箔１５を形成し、表面配線導体１７を形成する。形成方法や使用材料などは図２の製造方法と同様である。この時金属箔１５は、表面電極１４の内、ビアホール導体３１の端部に対応した部分の少なくとも一部を覆うことで本発明の効果が得られるが、表面電極１４を全て覆うように転写すると、本発明の効果をより良く向上することができる。
【００４０】
次に、図３（ｄ）に示すように、電極１８を形成したセラミックグリーンシート２１を内層に、また外層には表面配線導体１７を形成した所定のセラミックグリーンシート２２を配置させ、必要に応じて内層のセラミックグリーンシート２１を複数枚積層し、熱圧着し、生の積層体１９を形成する。この生の積層体１９を還元雰囲気中で温度９００℃、１時間の条件で焼成して所望のセラミック多層基板を得る。積層方法や焼成方法などは図２の製造方法と同様である。
【００４１】
次に、図３（ｅ）に示すように、表面電極１４と金属箔１５を覆うように、ＮｉおよびＡｕめっき膜１６を形成する。めっき方法や使用材料などは図２の製造方法と同様である。
【００４２】
このとき外層に形成された表面配線導体１７においては、密度が高く緻密な金属箔１５で覆われているため、焼結体でできた表面電極１４の内部やビアホール導体３１の内部にめっき液や水が侵入しにくくなり、製品化後の使用中に導通が不良となったり、層間のショートが起こりにくくなる。
【００４３】
図４は、外側拘束層３２を用いた無収縮プロセスを適用した場合の、図２および図３の製造方法における積層工程の変形例を説明するためのものである。図４において、図２および図３に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図４を参照して説明すると、生の積層体１９を積層方向に挟むように外側拘束層３２を配置した状態で、焼成工程が実施される。外側拘束層３２は、セラミックグリーンシート２１に含まれるセラミック材料粉末の焼結温度では焼結しない収縮抑制用無機材料粉末に適当なバインダおよび溶剤を添加し、混合して得られたスラリーをシート状に成形することによって得られるものである。
【００４５】
前述したように、セラミックグリーンシート２１に含まれるセラミック材料粉末が、たとえば１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料粉末である場合には、外側拘束層３２に含まれる収縮抑制用無機材料粉末として、たとえば、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、ジルコニア、アノーサイト、フォルステライトおよびコージライトの各粉末の少なくとも１種が有利に用いられる。
【００４６】
外側拘束層３２に含まれる収縮抑制用無機材料粉末は、焼成工程において、実質的に焼結しないため、外側拘束層３２においては実質的な収縮が生じない。したがって、外側拘束層３２による収縮抑制作用が生の積層体１９に及ぼされることになり、生の積層体１９にあっては、厚み方向には収縮するが、セラミックグリーンシート２１の主面方向には収縮が生じにくくなる。
【００４７】
その結果、図２（ｄ）および図３（ｄ）に示した焼結後の積層体の寸法精度を高くすることができ、表面電極１４およびビアホール導体３１によって与えられる配線の高密度化を高い信頼性をもって達成することができる。
【００４８】
焼成工程の後、外側拘束層３２は、たとえばサンドブラスト等によって除去される。
【００４９】
さらに、図２および図３の製造方法におけるセラミックグリーンシート準備工程の変形例として、生の積層体１９の外側のセラミックグリーンシートだけでなく、内側のセラミックグリーンシート各層にも拘束層を設ける無収縮プロセスを適用しても構わない。
【００５０】
次に、本発明の作用・効果を、前述の図３の製造方法における実験結果に基づいて説明する。
【００５１】
まず、図３（ｅ）のめっき工程後に得られる多層セラミック基板の表面配線導体１７に対し、デジタルマルチメータにより５Ｖの電圧印加を行い、定常状態のまま１００時間放置した。
【００５２】
次に１００時間経過したサンプルについて絶縁抵抗をデジタルマルチメータによって測定し、１×１０９Ω以下の抵抗値を示したものを不良として、各条件１０００個測定を行い不良率を求め、不良率が１％以上を不合格にした。
【００５３】
この実験による評価結果をまとめたものを表１に示す。
【００５４】
【表１】
2004241432.tif 000003
【００５５】
表中試料番号に＊印を付したものは、本発明の範囲外である。例えば、表面電極に金属箔が覆っていないものは、層間でショートしているものが、１２％発生したため不合格である。
それに対し、本発明の範囲内のものは銅箔、銀箔いずれも層間ショートが発生しないか発生しても１０００個中１個であり、所望の特性を充分満足するものであった。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、積層体の外層に形成された表面配線導体は密度が高く緻密な金属箔で覆われているので、焼結体でできた表面電極内部やビアホール導体内部にめっき液や水が侵入しにくくなり、製品化後の使用中に導通が不良となったり、層間のショートが起こりにくくなる。
【００５７】
したがって、これを用いて製品化される多層セラミック基板は電気的特性が損なわれず、またその製造方法は品質の安定を要求される高周波回路の形成に適したものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で得られる多層セラミック基板の断面図である。
【図２】本発明で得られる多層セラミック基板の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明で得られる多層セラミック基板の製造方法を示し、図２（ａ）の後に実施される製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明で得られる多層セラミック基板の製造方法を示し、図２（ｄ）および図３（ｄ）で示す製造方法の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…多層セラミック基板
１２…セラミック層
１３…積層体
１４…表面電極
１５…金属箔（回路パターン）
１６…めっき膜
１７…表面配線導体
１８…電極
１９…生の積層体
２１…セラミックグリーンシート
２２…積層体の外層に位置する所定のセラミックグリーンシート
３１…ビアホール導体
３２…外側拘束層
【図１】
2004241432.tif 000004
【図２】
2004241432.tif 000005
【図３】
2004241432.tif 000006
【図４】
2004241432.tif 000007