(57)【要約】【課題】拘束層を容易に除去でき、研磨等の表面加工を施すことなく、基板の収縮率を抑制して寸法精度の高い、セラミック積層基板の製造方法を提供する。【解決手段】導体パターンが形成されたグリーンシートを所望枚数積層したグリーンシート積層体と、そのグリーンシートの焼成温度では焼結しない無機組成物の拘束層とを作成し、グリーンシート積層体の両面に拘束層を宛がって加圧した圧着体を作成し、脱脂後、グリーンシート積層体の焼成温度で焼成する。その後、その焼成温度で焼結しない拘束層を取り除いてセラミック積層基板を製造する方法において、拘束層を、無機組成物粉にバインダーを加えてシート状に成形したもので、無機組成物粉の粒度分布をＤ１０＝０．５〜０．７μｍ、Ｄ５０＝０．７〜２．６μｍ、Ｄ９０＝２．１〜３．７μｍとし、かつバインダーの含有量を３〜５％未満とする。【選択図】  図３
2004253497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体パターンが形成されたグリーンシートを所望枚数積層したグリーンシート積層体と、そのグリーンシートの焼成温度では焼結しない無機組成物の拘束層とを作製し、該拘束層を該グリーンシート積層体の両面に宛がって加圧して圧着体を作製し、脱脂後、該グリーンシート積層体の焼成温度で焼成した後、焼成温度で焼結しない該拘束層を取り除き、セラミック積層基板を製造する方法において、
該拘束層を、無機組成物粉にバインダーを加えてシート状に成形したもので、
該無機組成物粉の粒度分布をＤ１０＝０．５〜０．７μｍ、Ｄ５０＝０．７〜２．６μｍ、Ｄ９０＝２．１〜３．７μｍ（但し、Ｄ１０，Ｄ５０，Ｄ９０はそれぞれ累積粒度分布の微粒側から累積１０％、５０％、９０％の粒径）とし、かつバインダーの含有量を３〜５％未満とすることを特徴とするセラミック積層基板の製造方法。
【請求項２】
前記圧着体は、拘束層を前記グリーンシート積層体の両面に宛がって真空パック用袋に入れ、真空パックをした後、静水圧加圧装置により、高圧容器内で加圧したことを特徴とする請求項１記載のセラミック積層基板の製造方法。
【請求項３】
前記焼成温度を８００℃〜１０００℃の範囲で行なうことを特徴とする請求項１記載のセラミック積層基板の製造方法。
【請求項４】
前記焼成後の拘束層を、水洗、ブラシ洗浄で取り除くことを特徴とする請求項１記載のセラミック積層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板（単層）、セラミック積層基板（含む、内部電極パターン）を製造する方法に関し、詳しくは、セラミックグリーンシートの無収縮焼成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【先行技術文献１】特許第２８０３４２１号公報
【先行技術文献２】特許第２７２９７３１号公報
【０００３】
セラミック積層基板は、複数のセラミック層を積層して構成されており、種々の形態の配線導体が設けられている。配線導体としては、たとえば、セラミック積層基板の内部において、セラミック層間の特定の界面に沿って延びる内部導体膜が形成されたり、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体が形成されたり、また、セラミック積層基板の外表面上において、半導体チップ部品やその他のチップ部品等を搭載し、これらの電子部品を相互に配線するための配線導体を設けたり、外表に延びる外部導体膜が形成されたりしている。
【０００４】
また、セラミック積層基板には、例えば、コンデンサ素子やインダクタ素子や抵抗のような受動素子が内蔵されてＬＣＲ部品としたり、または複合化した部品として用いられたりしている。あるいは単なる半導体ＩＣパッケージとして用いられたりしている。
【０００５】
セラミック積層基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、上述したような配線導体を高密度に配置することが有効である。しかしながら、セラミック積層基板を得るためには、必ず、焼成工程を経なければならないが、このような焼成工程においては、セラミックの焼結による収縮が生じ、この収縮はセラミック積層基板全体において均一に生じにくく、そのため、セラミック層の主面方向に関して±０．５％程度の寸法誤差を生じることがある。
【０００６】
その結果、配線導体における変形や歪みが生じ、より具体的には、セラミック積層基板上に搭載されるチップ部品等の接続のための外部導体膜の位置精度が低下したり、配線導体において断線や短絡が生じたりすることがある。このような配線導体において生じる変形や歪みは、上述のような配線導体の高密度化を阻害してしまう。
【０００７】
そこで、セラミック積層基板を製造するにあたっては、焼成工程においてセラミック積層基板の主面方向での収縮を実質的に生じさせないようにすることができる、いわゆる無収縮焼成法を適用することが提案されている。
【０００８】
無収縮焼成法によるセラミック積層基板の製造方法においては、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粉末が用意されるとともに、上述の低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない、収縮抑制用として機能する難焼結性粉末が用意される。そして、焼成することによって目的とするセラミック積層基板となるセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートと言う）を作製するにあたっては、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数のグリーンシートの特定のものの主面に接するように、難焼結性粉末を含む拘束層が配置される。
【０００９】
上述のようにして得られたグリーンシート積層体は、焼成工程において、拘束層に含まれる難焼結性粉末は実質的に焼結しないため、拘束層においては収縮が実質的に生じない。このようなことから、拘束層がグリーンシートの積層体を拘束し、それによって、セラミック積層体は、厚み方向にのみ実質的に収縮するが、主面方向での収縮が抑制される。その結果、グリーンシート積層体を焼成して得られたセラミック積層体において不均一な変形がもたらされにくくなり、そのため、配線導体における変形や歪みがもたらされにくくすることができ、配線導体の高密度化を可能にする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような無収縮焼成法において適用されるグリ−ンシート積層体は、グリ−ンシートの積層体に加えて、拘束層を備えている。この拘束層は、基本的には、脱脂・焼成工程において必要とされるものであり、得られたセラミック積層基板において特別な機能を果たすものではない。特に、拘束層が、グリ−ンシートの積層体の両端面に位置するように配置される場合には、焼成工程の後、この拘束層を除去してしまうのが通常である。
【００１１】
このようなことから、たとえば配線導体の設計に関して同じセラミック積層基板を得ようとする場合、拘束層を備えないグリ−ンシート積層体に比べて、拘束層を備えるグリ−ンシート積層体の方が、不均一な変形がもたらされにくくなり、そのため、配線導体における変形や歪みがもたらされにくくすることができ、配線導体の高密度化を可能にすることができる。
しかし、脱脂・焼成工程後において拘束層の除去が必要となる。そのため、拘束層が簡単に除去できればよいが、従来の方法では、拘束層の剥離が不十分となり、基板表面の除去残渣あるいは表面の平坦性を持たせるためには、表面を研磨する等の工程が必要となる。
【００１２】
従って、その目的は、拘束層を容易に除去でき、研磨等の表面加工を施すことなく、基板の収縮率を抑制して寸法精度の高い、セラミック積層基板の製造方法を提供することにある。
そして、この製造方法によって得られたセラミック積層基板、ならびに、セラミック積層基板を備える電子装置を提供しようとすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明のセラミック積層基板の製造方法は、導体パターンが形成されたグリーンシートを所望枚数積層したグリーンシート積層体と、そのグリーンシートの焼成温度では焼結しない無機組成物の拘束層とを作製し、拘束層をグリーンシート積層体の両面に宛がって加圧して圧着体を作製し、脱脂後、グリーンシート積層体の焼成温度で焼成した後、焼成温度で焼結しない拘束層を取り除き、セラミック積層基板を製造する方法において、拘束層を、無機組成物粉にバインダーを加えてシート状に成形したもので、無機組成物粉の粒度分布をＤ１０＝０．５〜０．７μｍ、Ｄ５０＝０．７〜２．６μｍ、Ｄ９０＝２．１〜３．７μｍ（但し、Ｄ１０，Ｄ５０，Ｄ９０はそれぞれ累積粒度分布の微粒側から累積１０％、５０％、９０％の粒径）とし、かつバインダーの含有量を３〜５％未満とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック積層基板の製造方法は、焼成したグリーンシート積層体の拘束層を容易に除去でき、研磨等の表面加工を施すことなく、基板の収縮率を抑制して寸法精度を上げるために、
導体パターンが形成されたグリーンシートを所望枚数積層したグリーンシート積層体と、そのグリーンシートの焼成温度では焼結しない無機組成物の拘束層とを作製し、拘束層をグリーンシート積層体の両面に宛がって加圧して圧着体を作製し、脱脂後、グリーンシート積層体の焼成温度で焼成した後、焼成温度で焼結しない拘束層を取り除き、セラミック積層基板を製造する方法において、
拘束層を、無機組成物粉にバインダーを加えてシート状に成形したもので、
無機組成物粉の粒度分布をＤ１０＝０．５〜０．７μｍ、Ｄ５０＝０．７〜２．６μｍ、Ｄ９０＝２．１〜３．７μｍ（但し、Ｄ１０，Ｄ５０，Ｄ９０はそれぞれ累積粒度分布の微粒側から累積１０％、５０％、９０％の粒径）とし、かつバインダーの含有量を３〜５％未満とする。
【００１５】
圧着体は、拘束層をグリーンシート積層体の両面に宛がって金枠に嵌め込み、真空パック用袋に入れ、真空パックをした後、静水圧加圧装置により、高圧容器内で加圧する。また、圧着体の焼成温度は８００℃〜１０００℃の範囲で行なう。さらに、拘束層の除去は、水洗、ブラシ洗浄で取り除いたものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例であるセラミック積層基板の製造方法について、図１、図２を用いて説明する。
図１は圧着体を作製する説明図である。図２は焼成後の仕上げ状態を示す図である。
まず、本発明のセラミック積層基板を製造するプロセスに従って工程の説明をする。
【００１７】
（１）グリーンシートおよび積層体の作製
８００〜１０００℃の焼成温度を有する誘電体シートを一般的なシート積層工法にて、内電層を有する積層体を作製する。
▲１▼  誘電体シートは、アルミナ粉（平均粒径０．４μｍ）５０重量部、粉末ガラス５０重量部、分散剤０．６重量部、水４５重量部を配合し、ボールミルで１６〜２０時間粉砕し、混合する。
そして、混合したものに、バインダー２５重量部、抑泡剤０．２重量部を添加して１〜２時間混合する（但し、混合する場合、樹脂製のポット、安定化した酸化ジルコニュウム（５ｍｍφのボール）を粉砕して混合メディアとして使用する）。混合した泥しょう液を容器に移し替え、真空脱泡機で脱泡し、ドクターブレード法で、例えば、幅２００ｍｍ、厚さ７５μｍのシートを作製する。この時、バインダーはアクリル系を使用する。
▲２▼  誘電体シートを所定の寸法（例えば、１５０×１５０ｍｍの大きさ）に打抜く。
▲３▼  構成する電極構造に応じて、ビアホールを作製し、銀ペーストを用いてビアホールに充填する。
▲４▼  必要に応じて、内部電極および所定の回路パターンを銀ペーストを用いてスクリーン印刷する。
▲５▼  ▲２▼〜▲４▼について、所望枚数作製する。実施例では、２５枚（内１０枚に内部パターンを設けた）。
▲６▼  図１（ａ）に示すように、所定の順序に従って、グリーンシート１を所定の枚数積層し、仮圧着して積層体３を作製する。仮圧着条件は、８０ｋｇ／ｃｍ２・１０ｓｅｃ。なお、図１は内部導体パターンおよびビアホールを省略してあります。
▲７▼  必要に応じて、仮圧着した積層体の表面および裏面に電極パッド、配線パターンを、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ等のペーストを用いて作製する（図示せず）。
▲８▼  必要に応じて、仮圧着した積層体の表面および裏面に、分割用のハーフカットを行なってもよい（図示せず）。
▲９▼  仮圧着した積層体の外周部を切断して、焼成形状の所望の大きさ（例えば、１３５×１３５ｍｍ）に整える。
【００１８】
（２）拘束層の作製
グリーンシートの焼成温度では焼結しない無機組成物をシート状に成形して拘束層を作製する。
無機組成物には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いる。
所定の粒度分布にしたアルミナ粉を１００重量部に対して、分散剤１重量部、純水２０重量部を配合し、ボールミルでおよそ２〜４時間混合する。その後、有機バインダを所定の重量部（例えば、４．５重量部）、抑泡剤０．１５重量部を添加し、およそ１〜２時間混合する。この時、粒度分布に影響を与えないようにするため、樹脂製のポット、鉄球を樹脂コーティングしたボールを用いる。そして、この混合した泥しょう液を容器に移し替え、真空脱泡機で脱泡し、ドクターブレード法にて、シート（例えば、幅２００ｍｍ、厚み１００μｍ）を作製する。バインダーはアクリル系を使用する。
拘束層のシートを焼成形状の所望の大きさ（例えば、１３５×１３５ｍｍ）に打抜く。
【００１９】
（３）グリーンシート積層体と拘束層の圧着
図１（ａ）に示すように、金枠５（例えば、内寸１３５．０５×１３５．０５ｍｍ）に拘束層２（下層）、グリーンシート積層体３、拘束層２（上層）の順に嵌め込み、下側面を金属の定板６を宛てる。なお、定板６と拘束層２の間に離型のためＰＥＴシートを入れる。（図示せず）そして、図１（ｂ）に示すように、金枠５ごと真空パック用袋７に入れ、真空パックする。この真空パック体を静水圧加圧装置（図示せず）に入れ、高圧容器内を加圧し、拘束層２とグリーンシート積層体３を加圧接合して、圧着体４を形成する。静水圧加圧装置の加圧条件は、例えば、温度を７０℃、圧力を５００ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間５分で行なう。
【００２０】
（４）脱脂・焼成
以上のようにして作製された圧着体４を、強制熱風循環式オーブンで脱脂して、一般的な電気式連続ベルト炉を用い、基板焼結温度である８００〜１０００℃で焼成する。この時、内層の導体パターンとしてＣｕを用いた場合には、酸化防止のため還元雰囲気中で焼成する必要があるが、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ／Ｐｔを用いた場合には、酸化雰囲気（空気）中で焼成することが可能である。
この場合、基板両面に圧着された拘束層２は１５５０〜１６００℃まで加熱しないと焼結しないので、８００〜１０００℃で焼成すれば、拘束層２は未焼結のまま残される。
焼成時は、圧着体を加圧しないが、圧着時に得られた基板表面の平坦性は確保できる。また、基板面方向の焼成収縮も拘束層２によって抑制され、基板寸法精度も確保できる。
【００２１】
（５）拘束層の除去、仕上げ
図２（ａ）に示すように、焼成後、焼成基板１０の両面に付着した未焼結の拘束層２をブラシ洗浄９、水洗８により、拘束層２を除去し、図２（ｂ）に示すセラミック積層基板１０を得る。
なお、本発明の製造方法においては、基板表面の研磨を省略した。
【００２２】
上記製造方法に基づき、本発明の効果を確認するため、特定的な実施形態に関連して実施した実験例について説明する。
実験例において、
条件１）図３に示す、アルミナ粉の粒度分布を示す拘束層を用いた。
図３は、縦軸に累積粒度分布、横軸に粒径（μｍ）を示す。
実験例では、拘束層の累積粒度分布で表した、アルミナＡ、Ｃ、Ｄ、Ｅを用いて行なった。
本発明の実施例であるアルミナ粉の累積粒度分布はアルミナＡ、Ｃ（累積粒度分布をＤ１０＝０．５〜０．７μｍ、Ｄ５０＝０．７〜２．６μｍ、Ｄ９０＝２．１〜３．７μｍの範囲）を用い、比較例としてアルミナＤ、Ｅを用いた。
条件２）次に、拘束層として用いたアルミナシートのアルミナ粉におけるバインダー含有量を３％、４．５％、１０％とし、条件１）に示した拘束層のアルミナＡ、Ｃ、Ｄ、Ｅを用いて行なった。
上記条件１．（アルミナ粉の粒径）と条件２．（バインダー含有量）を組み合わせて、表−１に示す拘束層の条件を代表データとして、実施例１、２、３および比較例１、２、３として行なった。
【００２３】
【表−１】
2004253497.tif 000003
【００２４】
実験結果を、表−２に示す。
【表−２】
2004253497.tif 000004
【００２５】
表−２の実験結果において、セラミック積層基板は２５層のグリーンシートを積層したものである。
表−２は、実施例１，２，３と比較例１，２，３について、セラミック積層基板の、▲１▼焼成前のグリーンシートを積層した時の表面状態と、▲２▼拘束層を取除いた後の表面の状態、▲３▼焼成後の基板形状性能である表面の粗さＲａ（μｍ）及び１０ｍｍ当たりのそり（μｍ）を測定した結果を表にした。
なお、セラミック積層基板となるグリーンシートはアルミナ粉の平均粒径を０．４μｍ、含有バインダーを２５重量部のものを用いている。
（詳細は、「（１）グリーンシートおよび積層体の作製」の項参照）
【００２６】
表−２の実験結果より
【００２７】
１）拘束層におけるアルミナ粉の粒径の効果
実施例１、２、３に示すように、図３の累積粒度分布に示す、アルミナＡ、アルミナＣに挟まれた領域（累積粒度分布をＤ１０＝０．５〜０．７μｍ、Ｄ５０＝０．７〜２．６μｍ、Ｄ９０＝２．１〜３．７μｍ）のアルミナ粉を拘束層に使用することで、３〜５％未満の含有バインダー量であれば、シート同士の接着性に何ら問題なく、且つ、平滑な面を有するアルミナシートを作製する事ができる。このようなアルミナシートを拘束層に使用することにより、被接着層（基板）の平滑性に悪影響を与えることなく、基板となるグリーンシートの積層体が有していた平滑性を損なうことなく焼成後も表面粗さＲａ＝０．０９〜０．１１を維持することができ、研磨することなく平滑な面を有する基板を提供できる。
但し、比較例１，２であるアルミナＤ、アルミナＥを用いた場合、拘束層となるアルミナシートの表面粗さはＲａ＝０．１８、０．２８と悪化し、これで拘束され、焼成された基板の表面粗さＲａはさらに悪化することが分かる。
【００２８】
２）拘束層における低含有バインダーの効果
比較例３に示すように、拘束層に１０ｗｔ％のバインダーを含有するアルミナＡを用いたとき、圧着体の圧着条件が７０℃、５００ｋｇ／ｃｍ２、時間５分の場合、焼成後の表面状態が異常な変形（拘束層が部分的に剥離したことからくる基板のめくれ上がり、丸まった状態となる）を示した。
しかし、圧着体の圧着条件を７０℃、５００ｋｇ／ｃｍ２とし、時間を長く、２倍の１０分間行なうと、異常なく脱脂、焼成ができた。
また、含有バインダー量を４．５％のアルミナＡ、Ｃ，Ｄ，Ｅの拘束層（実施例１，２，比較例１，２）を使用した場合は、同じ圧着体の圧着条件７０℃、５００ｋｇ／ｃｍ２、時間５分であっても、脱脂、焼成で問題は発生しない。正常な拘束焼成が可能である。
【００２９】
このように、拘束層の低含有バインダーの効果は、バインダーが高含有量であるグリーンシート積層体を拘束焼成するときに顕著に表れる。つまり、含有バインダー量が２５ｗｔ％と比較的高い含有量のグリーンシート積層体を低含有バインダーのアルミナシートを拘束層に使用することにより、拘束層の圧着条件の影響を小さくでき、拘束焼成法の安定化を図ることができる。
このことは、低含有バインダーのアルミナシートを用いることにより、脱脂時に拘束層と被拘束層間において分解、燃焼ガスがスムースに流動し、部分剥離を促す要因が小さくなるため、安定的に脱脂、焼成できるものと考えられる。
圧着条件の圧着時間を短くすることは、生産性の向上に寄与し、そのメリットは大きい。
【００３０】
セラミック粉のシートを作製するに当たり含有バインダー量を低減させるためには、使用する粉体の粒度を粗粒化することは常識的な内容である。粗粒化することにより作製されたシートの表面の粗さが悪化する。それを拘束層として使用した場合、積層基板のような被接着層側の焼成後の表面の粗さが悪化し、微細な表面電極の作製等が困難になる。そのため、焼成後、表面研磨等の加工が必要となる。
しかし、上記実験例のように、本発明のセラミック積層基板の製造方法においては、セラミック粉の粒径を比較的小さい粒度分布（アルミナＡとアルミナＣの範囲内）とし、含有バインダーを３〜５％未満としたアルミナシートの拘束層を用いて、グリーンシート積層体を挟み込み、静水加圧法で積層体を作製し、脱脂、焼成することにより、焼成温度で焼結しない拘束層を水流、ブラシ洗浄等で簡単に取除くことができ、表面研磨等の加工を行わなくとも、基板表面の粗さＲａを低く抑え、収縮率を抑制して寸法精度の高い低収縮のセラミック積層基板を作製できる。
本製造方法は、セラミック積層基板だけでなく積層セラミックコンデンサのように、収縮率の安定性が要求されるセラミック製品にも応用できることは云うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のセラミック積層基板の製造方法は、導体パターンが形成されたグリーンシートを所望枚数積層したグリーンシート積層体に、そのグリーンシートの焼成温度では焼結しない無機組成物にバインダーの含有量を３〜５％未満とし、セラミック粉の粒径を比較的小さい粒度分布（アルミナＡとアルミナＣの範囲内）とする拘束層を両面に宛がって加圧した圧着体を作製する。その後、圧着体を脱脂・グリーンシート積層体の焼成温度で焼結した後、焼成温度で焼結しない拘束層を水流、ブラシ洗浄等で簡単に取除くことができる。そのため、表面研磨等の加工を行わなくとも、セラミック基板表面の粗さＲａを低く抑え、収縮率を抑制して寸法精度の高い低収縮のセラミック積層基板を作製することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である圧着体を作製する説明図。
【図２】本発明の実施例である拘束層を除去する説明図。
【図３】本発明の実施例である拘束層の累積粒度分布。
【符号の説明】
１  グリーンシート
２  拘束層
３  グリーンシート積層体
４  圧着体
１０  セラミック積層基板
【図１】
2004253497.tif 000005
【図２】
2004253497.tif 000006
【図３】
2004253497.tif 000007