(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる組成からなる複数のセラミック組成物を、所定形状に成形し、それらの成形体を積層した後に、該積層体を同時に焼成する工程を具備するセラミック複合部材の製造方法において、前記複数のセラミック組成物のうちで収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物以外のセラミック組成物を、前記収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物の収縮開始温度よりも低い温度で積層前に熱処理することを特徴とするセラミック複合部材の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理を前記収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物の収縮開始温度よりも１０〜７０℃低い温度で処理することを特徴とする請求項１記載のセラミック複合部材の製造方法。
【請求項３】
前記成形体として、シート状成形体からなり、該シート状成形体の表面にメタライズ層が形成されてなるものを用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミック複合部材の製造方法。
【請求項４】
前記熱処理をセラミック組成物粉末に対して行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載のセラミック複合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組成の異なるセラミック成形体の積層体を同時に焼成してなるセラミック複合部材の製造方法に関し、特に内部にコンデンサ層などの機能を内蔵したセラミック配線基板を製造するのに好適なセラミック複合部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、絶縁基板がセラミックスからなるセラミック配線基板の分野においては、単一組成のセラミック絶縁基板から、絶縁基板の種々の改善のために、異なる組成のセラミック成形体を積層して焼成することが行なわれている。例えば、強度の弱い絶縁層を高強度の絶縁層と積層して補強したり、配線基板の中に容量値の高いキャパシタを内蔵するために、絶縁層と、高誘電率の絶縁層とを積層して焼成した配線基板が知られている（例えば、特開昭５９−１９４４９３号公報参照）。
【０００３】
また、文献２５ｔｈ  ＩＮＴＥＲＮＥＰＣＯＮＪＡＰＡＮ’９６  ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｓｔ’  ９６  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  ＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎＪａｐａｎ  ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ  ＪＺＰＡＮ’９６  ＳＥＭＩＮＡＲ  Ｒ８活発化する高周波部品の動向「移動体通信機器用セラミック多層機能基板」、あるいはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｏｎｔｈｌｙ  １９９６．８  「多層セラミック基板の新しい展開」においても、異なる組成物からなるセラミック異種材料を同時に焼成して一体化した配線基板が示されている。
【０００４】
これらの文献には、比誘電率６．１、５ＧＨｚでのＱ値が３００のＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系組成物からなる第１絶縁層と、比誘電率１５００、誘電損失２．５％の高誘電率のＢａＴｉＯ3系誘電体材料とＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系ガラスからなる第２絶縁層とを同時焼成した配線基板や、比誘電率７、１ＭＨｚでのＱ値が１７００程度のＳｒ系ガラスとＡｌ2Ｏ3からなる第１絶縁層と、比誘電率１００００、誘電損失０．５％のＰｂ系ペロブスカイト型誘電体材料からなる第２絶縁層とを同時焼成した配線基板が開示されている。
【０００５】
そして、これらの文献には、異種材料からなる絶縁層を、反り・クラック無く、また材料の物性を損なわずに同時焼成一体化するための条件として、異種材料同士の焼結収縮挙動の一致と、熱膨張率差がないこと、過度の相互反応がないことが重要であることが記載され、種々の組成の組み合わせが記載されている。
【０００６】
また、製造方法については特開昭５６−７３６７６号において異種のセラミック材料を予め別々に焼成して粉砕したものを複合セラミックシートにすることで各シートの焼成後の収縮率を等しくすることによって収縮差による弊害を回避することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配線基板に要求される特性を具備しつつ、文献に記載されるような種々の条件をすべて満足するような材料の組み合わせはほとんど皆無である。
【０００８】
また、特開昭５６−７３６７６号に記載される製造方法でも、異種材料同士の収縮率は等しくなるものの、焼結収縮挙動、特に焼結開始温度が一致せずに異種材料界面が剥がれてしまったり、反りを生じる等の問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、異種材料同士の収縮挙動、特に焼結収縮開始温度を一致させて異種材料界面の剥がれや反りが無い配線基板を容易に作製する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、異なる組成からなる複数のセラミック組成物を、所定形状に成形し、それらの成形体を積層した後に、該積層体を同時に焼成する工程を具備するセラミック複合部材の製造方法において、前記複数のセラミック組成物のうちで収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物以外のセラミック組成物を、前記収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物の収縮開始温度よりも低い温度で積層前に熱処理することによって、上記の目的が達成される。
【００１１】
特に、前記熱処理を前記収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物の収縮開始温度よりも１０〜７０℃低い温度で処理することが適当である。なお、このような製造方法は、前記成形体として、シート状成形体からなり、該シート状成形体の表面にメタライズ層が形成されてなるものを用いて、配線基板を製造する際に好適に使用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック複合部材の製造方法は、例えば先ず、異なるセラミック材料粉末を準備する。ここで異なるセラミック材料とは磁性体、誘電体、絶縁体いずれでも良く、組成が異なる材料であればかまわない。
【００１３】
また、配線基板に適用する上では、メタライズ配線層を形成する導体材料と同時焼成可能な組成物が望ましく、特に配線基板においてはメタライズ配線層が低抵抗金属からなることが望ましい。
【００１４】
低抵抗の金属材料としてはＣｕあるいはＡｇが好ましく、即ち、ＣｕやＡｇの融点以下で焼結するセラミック材料が好ましく、なかでも大気中で焼成できるＡｇと同時焼成が可能な、即ち９６０℃以下、望ましくは９２０℃以下の低温で焼成が可能なセラミック材料が良い。
【００１５】
また、上記の低温で焼成可能なセラミック材料とは、ガラス、あるいはガラスと、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ムライトなどの種々のセラミックフィラーとの混合物からなる、いわゆるガラスセラミックス、あるいは複数の金属酸化物による混合物からなる低温焼成酸化物複合組成物系のいずれでも良い。また、これらのセラミック材料を作製する場合に使用するセラミック粉末の粒径は、焼結性の観点から２μｍ以下が良く、シート状成形体を作製する場合の成形性の点から１〜２μｍが望ましい。
【００１６】
上記の組成が異なる２種以上の異種のセラミック材料は、組成の違いによって必然的に焼成収縮挙動も異なるものである。この焼成収縮挙動が異なるままに両者を成形し、積層後、焼成すると、積層界面で剥がれたり、反りが発生するなどの問題がある。
【００１７】
そこで、本発明によれば、準備した異なるセラミック材料粉末のうち、焼結収縮開始温度が最も高温（Ｔ1℃）であるセラミック材料を除くセラミック材料に対してそれ（Ｔ1℃）よりも低い温度で予め熱処理して仮焼成する。
【００１８】
つまり、この熱処理を施すことによって、収縮開始温度の低いセラミック材料の焼成収縮を先に収縮開始温度の高いセラミック材料の収縮開始温度まで進行させておくことによって、同時焼成時の焼成収縮挙動を一致させることが可能となる。
【００１９】
熱処理の温度（Ｔ2℃）は最も高温の収縮開始温度（Ｔ1℃）よりも１０〜７０℃低い温度で処理することが望ましい。熱処理温度がこの範囲を逸脱すると、収縮開始温度が一致せずに同時焼成途中に異種材料間で剥離したり、反る等の不良が発生し易くなったり、異種材料間の接合力が弱く、３点曲げ強度等の破壊源となって強度低下を招く、或いは焼結不良を起こし易くなるからである。
【００２０】
この熱処理は、相対的に収縮開始温度の低いセラミック材料の粉末、成形体単体のいずれに行なってもよいが、成形体に対して行なうと、収縮を伴うために粉末に対して行なうことが望ましいが、その後の他の成形体との積層時の位置合わせ等が可能であれば、成形体に行なってもよい。
【００２１】
セラミック粉末に対して熱処理を施すことによって粉末同士が凝集した場合は、ボールミル等によって凝集粉末を解砕することが望ましい。その時の粒径は先に述べたように焼結性の観点から２μｍ以下が良く、シート状成形体の成形性の点から平均粒径が１〜２μｍであることが望ましい。
【００２２】
次に、上記の方法によって、配線基板を作製する方法について具体的に説明する。先ず、複数の絶縁層成形体を積層した積層成形体を作製する。積層成形体は、ドクターブレード法等により作製されたグリーンシートを積層することにより作製したり、また、セラミックペーストを順次塗布することにより作製したり、さらに、スリップ材を塗布、光硬化、現像等を繰り返す、いわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて作製したりすることができる。
【００２３】
具体的には、先ず、例えば、第１の絶縁層、第２の絶縁層となるグリーンシートを作製する。グリーンシートは、所定のセラミック組成物粉末と、あるいは本発明の製造方法で作製した予め熱処理を施したセラミック組成物粉末と、有機バインダーと、有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断しグリーンシートを作製する。
【００２４】
次に、異なる層の配線回路層間を接続するビアホール導体を形成するために、グリーンシートの所定の位置にパンチング等によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に導電性ペーストを充填する。そして、そのグリーンシート上に所定形状の配線回路層を形成する。配線回路層の形成にあたっては、グリーンシートの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって印刷したり、金属箔を接着してパターン化したり、パターン化された金属箔を転写形成することによって形成することができる。
【００２５】
用いる配線回路層を形成する導体材料としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌの群から選ばれる少なくとも１種の中からセラミック材料の焼成温度によって適宜選択される。
【００２６】
次に、導電性ペーストを用いて配線回路層が形成された各シート状成形体を積層順序に応じて積層して積層体を形成した後、これを同時に焼成することによって異なるセラミック材料の積層体からなる配線基板を製造することができる。
【００２７】
導電性ペースト中の導体がＡｇを主成分とする場合は大気中で、Ｃｕを主成分とする場合は窒素水素混合雰囲気中で８００℃〜１０５０℃の温度範囲で焼結一体化される。
【００２８】
また、支持基板上に、絶縁層材料および光硬化性樹脂を含有するスリップ材を塗布乾燥し、露光して硬化させた絶縁層成形体に、前記スリップ材を塗布、乾燥、露光する工程を繰り返して積層成形体を作成しても良い。この場合に、必要に応じて現像して絶縁層成形体に形成された貫通孔内に導電性ペーストを充填し、また必要に応じて絶縁層成形体に内部配線パターンを形成しても良い。
【００２９】
図１は、本発明によって作製される配線基板の一例を示すもので、図１において、配線基板は、絶縁基板１と、この絶縁基板１表面および内部に形成された接地導体２と、絶縁基板１内部に形成された共振回路等の容量形成導体３と、インピーダンス整合回路のインダクタンス形成導体４と、ビアホール導体５と、チップ部品７等を実装する表面導体６とを具備して構成されている。
【００３０】
絶縁基板１は、絶縁層１ａ〜１ｇからなり、絶縁層１ａと絶縁層１ｅ〜１ｇは第１絶縁層、絶縁層１ｂ〜１ｄは第２絶縁層とされている。ここで、第１絶縁層と第２絶縁層は異なる材料からなり、接合の歪みを無くす為に両材料の熱膨張率差は２×１０-6／℃以下が望ましい。
【００３１】
以上のように構成され、作製された、例えば図１の配線基板では、異種材料同士の収縮挙動、特に焼結時の収縮開始温度を一致することができるため、異種材料間の接合界面の剥がれや、基板の反りが無い配線基板を容易に作製することができる。
【００３２】
【実施例】
以下の方法により、図１の構造の配線基板を作製した。第１絶縁層、第２絶縁層となる異種材料の組成と予め焼成する温度を表１に示す。
先ず、Ｎｏ.１については純度９９％以上のＭｇＴｉＯ3粉末と、ＣａＴｉＯ3粉末とを、表１の組成を満足するように秤量し、さらにＢ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、ＭｎＯ2粉末、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＢａＣＯ3粉末を、表１に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ2ボールを用いたボールミルにて平均粒径が約１μｍとなるように混合・粉砕した。
【００３３】
同様に、Ｎｏ．２については純度９９％以上のＣａＺｒＯ3粉末とＢ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＧｅＯ2粉末とを平均粒径が約１μｍとなるように表１の比率で混合・粉砕した。
【００３４】
Ｎｏ．３〜１０については主成分ガラス粉末とＳｉＯ2粉末、ＭｎＯ2粉末とを、Ｎｏ．１１〜１４については主成分ガラス粉末とＡｌ2Ｏ3粉末、ＭｎＯ2粉末とを、各々平均粒径が約１μｍとなるように混合・粉砕した。次にこれらＮｏ．１、２、３、１１は乾燥して混合粉を得た。
【００３５】
次に、予め焼成するものについては表１に示す温度にて処理し、ボールミルにて粒径１．０〜１．３μｍに粉砕した後乾燥した。Ｎｏ．１〜１４の粉末の一部はバインダーを混合した後１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でプレスし、ＴＭＡによって焼結収縮開始温度を測定した。結果は表１に示す。
【００３６】
次いで、Ｎｏ．１〜１４の粉末は各々バインダー等を混練したスラリーをドクターブレード法にてグリーンシートに加工した。表２に示す第１絶縁層と第２絶縁層の組み合わせで、これらのグリーンシートにビアホールを形成し、そのビアホール中に、Ａｇを主成分とする導体ペーストを充填、グリーンシートの表面に導体ペーストをキャパシタ、インダクタ、アース導体等のパターン状に印刷塗布した。これらのグリーンシートを位置合わせした後、積層して、大気中にて９００〜９３０℃で焼結一体化した。
【００３７】
ここで絶縁層１ａ〜１ｇの厚みは各々０．１０ｍｍとした。この配線基板（１００ｍｍ角）について表面粗さ計で基板表面の表面粗さを測定し、最大最小の差を反りとして評価した。評価は、反り１００μｍ未満を優、１００〜１５０μｍを良、１５０〜２００μｍを可とした。
【００３８】
配線基板の側面、表面、あるいは研磨して研磨面を金属顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって、絶縁層界面の剥離の有無、絶縁層中のクラックの有無を調べた。
【００３９】
また、配線回路層を形成しない基板を作製して、焼上げ後の基板と、−５５℃の液と＋１２５℃の液に交互に浸して熱衝撃を１５サイクル与えた後の基板について３点曲げ試験を行い、強度を比較した。そして、その時の破壊モードを調べた。破壊モードは、３点曲げ試験後の試料の破断面において、異種材料同士の接合界面に生じる段差の幅に応じてランク分けし、段差が発生しなかったものをＡ、段差が１０μｍ未満をＢ、段差が１０〜５０μｍ未満をＣ、段差が５０μｍ以上をＤとした。また、同様の基板をアルキメデス法にて吸水率を調べた。これらの結果を表２に示す。
【００４０】
【表１】
0004475786.tif 000002
【００４１】
【表２】
0004475786.tif 000003
【００４２】
これらの表から、本発明の製造方法は、この製造方法に基づいて作製した配線基板に、剥離、クラックがなく、反り（平坦性）や強度に問題がなく、異種材料を同時に焼成して緻密に一体化できることがわかる。一方、本発明に基づく熱処理を施すことなく作製したＮｏ．１、７〜９、１４、１５、１７、１９、２２の配線基板は異種材料間で剥離する、反りが大きい、強度が弱く、あるいは緻密でないといった不良が発生することが判る。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のセラミック複合部材の製造方法によれば、異なる組成からなる複数のセラミック組成物を、所定形状に成形し、それらの成形体を積層した後に、該積層体を同時に焼成する工程を具備するセラミック複合部材の製造方法において、前記複数のセラミック組成物のうちで焼成時に焼結収縮を開始する収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物以外のセラミック組成物を、前記収縮開始温度が最も高温であるセラミック組成物の収縮開始温度よりも低い温度で積層前に熱処理することによって、収縮開始温度を近似できるために、異なる材料を剥離や反り無く、高強度で緻密に同時焼成一体化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって作製した配線基板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基板
１ａ、１ｅ、１ｆ、１ｇ・・・第１絶縁層
１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・第２絶縁層
２・・・接地導体
３・・・容量形成導体
４・・・インダクタンス形成導体
５・・・ビアホール導体
６・・・表面導体
【図１】
0004475786.tif 000004