(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の複数枚のセラミック・グリーンシートを積層したセラミックグリーン積層体よりなるセラミック多層基板の製造方法であって、
前記セラミック・グリーンシートを１枚ずつ順次積層する積層ステップと、
前記積層の度に、積層しようとするセラミック・グリーンシートの外周部分とその前に積層されたセラミック・グリーンシートの外周部分とを部分的に圧着固定する部分圧着ステップと、
前記積層ステップと前記部分圧着ステップを前記セラミック・グリーンシートの積層枚数に応じた回数だけ繰り返して、前記セラミックグリーン積層体を形成するステップと、
前記セラミックグリーン積層体全体を圧着する圧着ステップとを備えることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
【請求項２】
前記積層ステップにおいて、前記セラミック・グリーンシートの外周部分の所定位置にあらかじめ配したマークおよび／またはあらかじめ設けた案内ピンに従って前記セラミック・グリーンシートの位置決めを行うことを特徴とする請求項１記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項３】
前記部分圧着ステップにおいて、前記圧着固定する位置を前記積層ごとに変えることを特徴とする請求項１記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項４】
前記外周部分を８０℃以上４００℃以下の温度で部分的に加熱して圧着することを特徴とする請求項３記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項５】
前記外周部分の加熱圧着を前記セラミック・グリーンシートとの接触面積が１００ｍｍ2以下のコテ部材を複数用いて行うことを特徴とする請求項４記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項６】
前記コテ部材の押し付け圧力が１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項５記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項７】
前記圧着ステップにおける前記セラミックグリーン積層体全体の圧着を等方圧プレスにて行うことを特徴とする請求項１記載のセラミック多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯端末の無線通信モジュール等に使用する多層回路基板用のセラミック多層基板の製造方法に関し、特に各層の積層ずれが小さいことが要求される高密度微細配線用のセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯用途等の電子機器の小型化要求により、それに使用する配線基板の小型化、多機能化が求められている。このような用途の基板として、受動部品を内蔵させることが可能で熱膨張係数がシリコンチップに近いセラミック基板が適しており、さらには、抵抗率の小さい銀を配線として用いることが可能な低温焼結型同時焼成セラミックス(LTCC：Low Temperature Co-fired Ceramics)多層回路基板が適している。
【０００３】
このような基板では、多層化が進むとともに配線の細線化、狭ピッチ化が進行し、層間接続ビアの線径も細くなる。多層の高密度配線基板においては、従来許容されていた程度の積層ズレによっても、ビアどうしの接触が不可能になり断線が発生することから、積層精度を向上させることが重要になっている。
【０００４】
配線基板の製造に使用するセラミック・グリーンシートは、セラミックス粉を樹脂で固めたものであり、加熱圧着によって積層するために可塑性を有していることから、積層時の層間のズレは避けられない。このセラミック・グリーンシートの積層圧着方法としては、加熱した金型を用いてシートを重ねるたびに逐次プレスを行う方法や、グリーンシートにあらかじめ位置合わせ用のガイド穴を開けておき、ピンを設けた金型にガイド穴を差し込み、所望の枚数のシートを重ねた後に、温水中で等方圧プレスを行う方法が一般的である。
【０００５】
これらのうち、逐次プレスによって一枚づつ圧着する方法においては、例えば、図５に示すように、上下の金型１０１ａ，１０１ｂによってグリーンシート１０３を挟み込んで圧着する際、先に積層されたグリーンシート１０３ａほど、より多くの圧着工程を受けることになる。そのため、シートが平面方向（横方向）に押し広げられ、完成後の積層体は、図５に示すように、その断面が台形のように積層下面が広がった形状になってしまう。その結果、シートに微細配線を行った場合には、層間接続が困難になるという問題がある。
【０００６】
このような間題を解決するため、例えば、特許文献１には、層ごとに圧着負荷を変え、より後の圧着工程における圧力時間の負荷を小さくすることによって、横方向のシートの伸びを小さくし、層間ズレを小さくする方法が開示されている。また、パターンのあるグリーンシート内部と外周部とでは厚みが異なるため、積層のための金型プレス時にシート平面内で圧力の不均一が生じ、シートが歪んでズレが生じる間題もある。特許文献２によれば、セラミック・グリーンシートのガイド穴を位置決めピンに通すことに加えて、圧力分布を均一にするために、印刷のない外周部に枠形状のシートを加えてプレスを施す方法が示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６２２４号公報
【特許文献２】特開平６−２１６５３０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、上述したシートごとに積層圧力を変化させる方法では、製品ごとの条件決めが必要になる他、配線パターンによっては一時的に負荷を変化させて対応することができず、複雑な積層プログラムが必要になることがある。また、位置決めピンによる積層方法では、例えば、図６（ｂ）に示すように、位置決めピン２０５ａ，２０５ｂを立てた積層用支持板２０１に、図６（ａ）に示すようなガイド穴２１０ａ〜２１０ｄを開けたセラミック・グリーンシート２０３を差し込む際、これら位置決めピン２０５ａ，２０５ｂによるシートの破損を防ぐため、積層用支持板２０１上に載置したセラミック・グリーンシート２０３のガイド穴２１０ａ〜２１０ｄの径を、位置決めピン２０５ａ，２０５ｂの径よりも大きくする必要がある。そのため、この径の差（クリアランス）がシートのズレの原因になるが、逆にこのクリアランスを小さくすると、金型にシートを差し込む際にシートのガイド穴を破損してしまい、位置合せが困難になる。
【０００９】
一方、面内の圧力を均一にするために外周部、内部のプレス方法や層数を変えて圧力を均一にする方法では、パターン部が最終的に金型の平面に押されることになるので、内部パターンでの圧力不均一の問題を解決することができない。
【００１０】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、積層ズレの小さいセラミック多層基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は、所定形状の複数枚のセラミック・グリーンシートを積層したセラミックグリーン積層体よりなるセラミック多層基板の製造方法であって、上記セラミック・グリーンシートを１枚ずつ順次積層する積層ステップと、上記積層の度に、積層しようとするセラミック・グリーンシートの外周部分とその前に積層されたセラミック・グリーンシートの外周部分とを部分的に圧着固定する部分圧着ステップと、上記積層ステップと上記部分圧着ステップを上記セラミック・グリーンシートの積層枚数に応じた回数だけ繰り返して、上記セラミックグリーン積層体を形成するステップと、上記セラミックグリーン積層体全体を圧着する圧着ステップとを備えることを特徴とする。
【００１２】
例えば、上記の積層ステップにおいて、上記セラミック・グリーンシートの外周部分の所定位置にあらかじめ配したマークおよび／またはあらかじめ設けた案内ピンに従って上記セラミック・グリーンシートの位置決めを行うことを特徴とする。
【００１３】
例えば、上記の部分圧着ステップにおいて、上記圧着固定する位置を上記積層ごとに変えることを特徴とする。また、例えば、上記外周部分を８０℃以上４００℃以下の温度で部分的に加熱して圧着することを特徴とする。
【００１４】
例えば、上記外周部分の加熱圧着を上記セラミック・グリーンシートとの接触面積が１００ｍｍ2以下のコテ部材を複数用いて行うことを特徴とする。また、例えば、上記コテ部材の押し付け圧力が１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、例えば、上記の圧着ステップにおける上記セラミックグリーン積層体全体の圧着を等方圧プレスによって行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、積層するセラミック・グリーンシートの外周を部分的に固定し、これに続く等方圧プレスによって全体を圧着することで、シートの積層の際における圧着ズレを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態例に係るセラミック多層基板を構成するグリーンシートの作製工程を示すフローチャートである。図１のステップＳ１で原料粉体の秤量、ステップＳ２で混合を行う。すなわち、ステップＳ１では、例えば、ホウ珪酸ガラスとアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするガラスセラミックス粉と、樹脂としてポリビニルブチラールを、可塑材としてのフタル酸エステルとともにトルエン中で混合する。ここでは、例えば、ホウ珪酸ガラスとアルミナを１：１（５０ｗｔ％：５０ｗｔ％）の割合で混合する。
【００１８】
ステップＳ２では、結合剤、可塑剤、溶剤等を含む一般的な有機ビヒクルとの混合（ボールミル混合）、および分散を行う。そして、ステップＳ３で攪拌および脱泡を行う。なお、有機ビヒクルに使用する溶剤には、例えば、メチルエチルケトンとトルエンとの混合溶剤を使用する。ボールミルによる混合は、例えば、２４時間行い、分散には、例えば、超音波を使用する。また、攪拌および脱泡により、グリーンシート材の粘度を調製する。
【００１９】
ステップＳ５において、ドクターブレード等の方法により、例えば、厚さ８０μｍのセラミック・グリーンシートを作製する。続くステップＳ６で、このグリーンシートを１５０ｍｍ角の正方形に打ち抜き、ステップＳ７では、シートの中央部分１２０ｍｍ角を製品領域として、層間接続用のビアホールの形成を行う（図３参照）。そして、ステップＳ８で、この製品領域周囲の４つの領域に積層用アライメントマークを形成し、ステップＳ９において、スクリーン印刷による配線形成（回路印刷）を行う。
【００２０】
次に、本実施の形態例に係るセラミック多層基板の製造方法を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。図２のステップＳ２１において、まず、１枚目のセラミック・グリーンシートを多孔質金属板上に乗せ、吸着固定する。そして、ステップＳ２３で、次のグリーンシート（２枚目）を、１枚目のシートと２枚目のシートの積層アライメントマークが重なるように位置決めした後、それらのシートを重ねる。
【００２１】
図３は、積層時におけるセラミック多層基板を上から見たときの様子を示している。図３に示すように、セラミック・グリーンシート１１の中心部は印刷領域１２であり、その周囲の４つの領域（外周部）それぞれのほぼ中心位置に積層アライメントマーク１５ａ〜１５ｄが形成されている。ここでは、積層アライメントマーク１５ａ〜１５ｄとして、“＋”のマークを使用し、これらのマークをもとに位置合せを行って重ねた複数枚のシートに対して、後述する圧着を行う。
【００２２】
上述したシートの「外周部」とは、一般的に用いられる正方形のグリーンシートのうち、製品として用いられることのないエッジを含む枠状の領域を示している。なお、この外周部の幅は、任意に決めることが可能であるが、その幅が狭いとシートそのものの取扱いが困難になり、逆に幅が広いとコスト面で不利になるため、通常はこれらの条件を勘案してその幅を決める。
【００２３】
ステップＳ２４では、例えば、図４に示すように、積層用支持板２０上に載置したグリーンシート１１に対して、２５０℃に加熱した断面が円形（例えば、直径３ｍｍ）の鏝（コテ）２１ａ，２１ｂ等を用いて、図３に示すように、グリーンシート１１の外周部各辺８箇所の圧着箇所１７ａ〜１７ｈについて、例えば、６ＭＰａの圧力で１．５秒間のスポット圧着を行う。そして、ステップＳ２５において、さらに重ねるシート（例えば、３枚目）があるか、すなわち、所定枚数のセラミック・グリーンシートを重ねたかを判定する。
【００２４】
なお、本実施の形態例では、圧着の際、上下のセラミック・グリーンシートに含まれる樹脂を密着させて融着させる必要がある。この部分圧着時におけるコテ２１ａ，２１ｂの押付けの圧力が小さいと、融着に時間がかかり、圧力が大きいとシートを強く押し付けることになるため積層体に与えるひずみが大きくなる。したがって、コテ２１ａ，２１ｂの押付け圧は、１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の範囲に設定することが望ましい。
【００２５】
グリーンシートをさらに積層する場合（つまり、積層枚数が所定枚数に達していない場合）、ステップＳ２３に戻り、上述した積層アライメントマークをもとに位置合せを行って位置決めし、既に積層されたシートの上に次のシートを重ねる。そして、ステップＳ２４において、上記と同じコテの条件で、上記とは別の場所にスポット圧着を行う。このように、コテ２１ａ，２１ｂによりグリーンシートを部分圧着する場所は、シートの外周部であっても、圧着しようとするシートの直前のシートを圧着した位置からは、ずらした位置で圧着する。このようにするのは、圧力を加える箇所を一点に集中させず、適度に分配するためである。
【００２６】
すなわち、部分圧着によって、コテの当った部分にはシートどうしが押されて窪みが生じる。同じ部分への圧着も可能ではあるが、そのようにすると、さらに窪みが大きくなり、印刷領域にまで歪みが波及する可能性がある。したがって、１枚のセラミック・グリーンシートを重ね合わせ、コテによって部分圧着した後、次のグリーンシートを位置決めして重ね合わせる際、部分圧着する場所は、直前に部分圧着した場所とは異なる場所であることが好ましい。この場合、すべてのシートにおいて圧着場所を変える必要はなく、例えば、重ねるシートの偶数番号、奇数番号で圧着場所を決めることで、直前のシートと圧着場所を変えるようにしてもよい。
【００２７】
上述したシートの位置決め、重ね合わせと、コテ２１ａ，２１ｂによる部分圧着を繰り返すことで、例えば、１０枚のセラミック・グリーンシートを相互に圧着し、仮止めによる積層体を形成する。ステップＳ２７では、例えば、この積層体をゴム袋、次いでプラスチック袋に入れ、９０℃の温水中で等方圧プレスを行う。そして、ステップＳ２９において、このグリーン積層体を切断し、内部パターンにて積層精度の確認を行う。
【００２８】
このように、所望の枚数のセラミック・グリーンシートを部分圧着によって積層方向に仮固定した後、ゴム、プラスチック袋等の可塑性のある容器に積層体を入れて、積層体全体を温水ラミネータ等の等方圧プレス機を用いて圧着する。こうすることで、積層体全体に均等に圧力がかかり、積層ズレを小さくすることができる。なお、基板の平面性を保つため、等方圧プレスの際に適当な金属板に積層体を乗せたままプレスを行ってもよい。
【００２９】
グリーンシートの重ね合せ方法としては、上述した積層アライメントマークを用いた画像認識による位置合せを行うのが好ましいが、粗位置合せとしてガイドピンを併用してもよい。また、最初に金属等の材質からなる平板に置かれるセラミック・グリーンシートは、上述したようにシート全体を多孔質金属等によって吸着固定するか、または、このガイドピンあるいは接着剤等で外周部を固定してもよい。
【００３０】
２枚目以降のシートを重ね合わせた後、グリーンシートの外周部は、直前に積層されたシートの外周部に部分的に圧着されるが、このとき圧着面積が小さいほど、印刷領域に及ぼす影響が少ない。しかし、圧着面積が小さすぎると、シートの保持が困難になる。そこで、１箇所当たりの圧着面積（コテとシートとの接触面積）が１００ｍｍ2以下となるようなコテを用いて、複数箇所においてスポット固定を行うのが好ましい。したがって、断面積が１０ｍｍ2程度のコテで、グリーンシートの外周各辺において２箇所程度の圧着を行えば、十分な強度による固定がなされる。
【００３１】
また、部分圧着時のコテの温度は、セラミック・グリーンシートを構成する樹脂のガラス転移点以上であれば、シートどうしを接着することができるが、それが低温である程、圧着時間が増大する。短時間での圧着を可能にするには、高温である方がよいが、樹脂の燃焼温度以下であることが必要である。よって、圧着用のコテの温度としては、８０℃以上４００℃以下であることが好ましく、さらに、実用的な圧着時間とシートヘの熱影響の点からは、好ましくは１５０℃以上３５０℃以下の温度範囲で設定するとよい。これらに加えて、シートの厚みによって温度設定値を変えてもよい。この場合、薄いシート程、低温での圧着が可能である。
【００３２】
上述した本実施の形態例に係るセラミック多層基板の製造方法で得られた積層体の積層精度の確認を、内部パターンをもとに行ったところ、層間のズレの最大量は８μｍであった。これは、層間接続を確保するための許容量である１５μｍの範囲内であり、このような基板を使用した場合、ビアも断線することなく層間接続することが可能であった。
【００３３】
＜比較例＞  次に、比較例について説明する。ここでは、上述した実施の形態例と同じセラミック・グリーンシートを用い、それを１５０ｍｍ角の正方形に打ち抜いた後、製品領域である１２０ｍｍ角の領域の外側の４隅に、直径３ｍｍの丸穴を開けた。そして、上述した実施の形態例と同様にビア形成と配線形成を行った。その後、４本のガイドピンを立てた支持板上に、シートの丸穴をそのピンに差し込むようにして計１０枚のセラミック・グリーンシートを積層した。
【００３４】
形成された積層体を、支持ごとゴム袋、次いでプラスチック袋に入れ、９０℃の温水中で等方圧プレスを行った。そして、このグリーン積層体を切断し、内部パターンにて積層精度を確認したところ、層間のズレの最大量は２３μｍであった。このズレ量は、層間接続を確保するための許容量である１５μｍの範囲を超えており、その結果、本比較例に係る積層体では、層間接続部で断線が発生した。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、グリーンシートを積層する際、シートの外周部のみを部分的に圧着してグリーンシートを仮固定した後、等方圧プレスを施してシート全体の圧着を行いブロック積層体とすることで、積層工程におけるシートの変形を防ぐことができる。また、このような部分圧着で構成された積層体を、温水ラミネータ等の等方圧プレスを用いて均等、かつ一括して圧着するので、一層ごとの逐次積層と比べてグリーンシートのズレ量を格段に小さくすることができる。
【００３６】
すなわち、本実施の形態例によれば、従来、グリーンシートのズレの原因となっていた金型プレスによる全面圧着、あるいはガイドピンのみによる固定を行うことなく、セラミック多層基板の製造工程において部分圧着により層間のズレを小さくしているため、確実な層間導通を確保でき、結果として、３次元での高密度微細配線が可能なセラミック多層基板を構成することができる。
【００３７】
さらには、グリーンシートの圧着の際、その外周部に接触面積の小さい、所定温度に加熱したコテを押し付けることによって、シートどうしを部分的に圧着するので、外周部の内側に位置する印刷領域における内部パターンヘの影響を小さくすることができる。
【００３８】
本発明は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、セラミック・グリーンシートの外周部における部分圧着の箇所は、図３に示す位置や数に限定されず、各辺３箇所あるいはそれ以上の箇所で部分圧着を行うようにしてもよい。また、積層用アライメントマークの位置等についても、図３に示す例に限定されず、縦方向と横方向の位置決めができることを条件として、マークの形状、位置、および数は任意に選定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態例に係るセラミック多層基板を構成するグリーンシートの作製工程を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態例に係るセラミック多層基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】積層時におけるセラミック多層基板を上から見たときの様子を示す図である。
【図４】スポット圧着の様子を示す図である。
【図５】従来の逐次プレスによる圧着方法を説明するための図である。
【図６】従来の位置決めピンによる積層方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１    セラミック・グリーンシート
１５ａ〜１５ｄ    積層アライメントマーク
１７ａ〜１７ｈ    圧着箇所
２０    積層用支持板
２１ａ，２１ｂ    鏝（コテ）
【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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