(57)【要約】【課題】部分的に機械的な強度を向上させた繊維強化セラミック多層基板を提供する。【解決手段】水中分散させたセラミック繊維１０をナイロンメッシュ１２上にすくい取って乾燥させ、それを、熱剥離シートを使ってグリーンシート上に転写することで、セラミック繊維１０を内部に挟んだグリーンシートを作製する。そして、そのシートを、例えば、セラミック多層基板の上下面、あるいは上中下面等、強度を強くしたい箇所に配置して積層する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のセラミックシートを積層してなる低温焼結セラミック多層基板であって、セラミック繊維を挟んだグリーンシートが任意の積層位置に配置されていることを特徴とする低温焼結セラミック多層基板。
【請求項２】
前記セラミック繊維を挟んだグリーンシートは、セラミック繊維をグリーンシートで挟み込んで仮積層したシートであり、その仮積層したシートを当該セラミック多層基板の強度を向上させたい箇所に対応して配することを特徴とする請求項１記載の低温焼結セラミック多層基板。
【請求項３】
前記仮積層したシートを当該セラミック多層基板の上面および下面、あるいは、上面、中面および下面に配して本積層したことを特徴とする請求項２記載の低温焼結セラミック多層基板。
【請求項４】
グリーンシートの表面にセラミック繊維を埋め込むステップと、
前記グリーンシートを、そのセラミック繊維を挟み込んで仮積層するステップと、
前記仮積層したグリーンシートを任意の積層位置に配置した後、これらのグリーンシートを含む複数枚のグリーンシートを本積層し圧着して積層体を作製するステップと、
前記積層体を焼成するステップとを備えることを特徴とする低温焼結セラミック多層基板の製造方法。
【請求項５】
前記セラミック繊維を、熱剥離シートを使用してグリーンシートの表面に熱転写して埋め込むことを特徴とする請求項４記載の低温焼結セラミック多層基板の製造方法。
【請求項６】
前記仮積層したグリーンシートを、前記セラミック多層基板の強度を向上させたい箇所に対応して配置することを特徴とする請求項４記載の低温焼結セラミック多層基板の製造方法。
【請求項７】
前記仮積層したグリーンシートを前記セラミック多層基板の上面および下面、あるいは、上面、中面および下面に配して積層することを特徴とする請求項６記載の低温焼結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】
本発明は低温焼成セラミック多層基板に関し、特に繊維強化された低温焼成セラミック多層基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に低温焼成セラミック基板は、無機材料としてアルミナとホウケイ酸ガラスを１：１（５０ｗｔ％：５０ｗｔ％）程度の混合比で使用している。そして、これらの無機材料に有機バインダおよび溶剤を加えて均一に混合し、ドクターブレード法でグリーンシートを作製した後、そのグリーンシートにビアホール形成、印刷、積層、焼成を行って低温焼結セラミック多層基板を製造している。
【０００３】
このような低温焼結セラミック多層基板は、低温で焼成するために、高温で焼結させるアルミナ多層基板に比べてガラス成分を多くしなければならず、また、高温で焼結させるアルミナ多層基板に比べ強度が低い。よって、（１）セラミック多層基板にした場合、金具取り付け部分にクラックが発生する、（２）ビアホール周辺にクラックが入りやすい、（３）めっき応力等で割れやすい等の問題がある。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決するための技術として、繊維強化が古くから検討されてきている。例えば、（１）低温焼成基板中に混入させる繊維として、ＳｉＣウィスカーを使用するもの（特許文献１参照）、（２）グリーンシートを製造する過程で、スラリー中に石英を原材料とするガラス布が埋設される構造で、そのガラス布が補強材となるもの（特許文献２参照）がある。また、上記特許文献１の他、特許文献３、特許文献４、特許文献５等に記載のセラミック基板は、繊維を均一にスラリーに分散させ、ドクターブレード法でグリーンシートを作製している。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１７３７４２号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４１３９１号公報
【特許文献３】特開平１−１４０７９２号公報
【特許文献４】特開平２−２３０７８８号公報
【特許文献５】特開平５−３７１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の多層セラミック回路基板の製造技術では、ＳｉＣ中の炭素がガラス中の酸素と反応して炭酸ガス等を発生するという問題があり、特許文献２に記載のセラミック配線基板は、焼成中において石英ガラス繊維は収縮せず、それ以外の成分が収縮するので親和性が悪くなる等の問題がある。
【０００７】
また、上述した特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載の基板の製造においては、（１）繊維の分散が難しい、（２）繊維が配向する、（３）繊維添加量が多いと成形性が低下する等の問題がある。
【０００８】
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、基板強度を増加させた低温焼成セラミック多層基板およびそ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】
【０００９】
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、複数枚のセラミックシートを積層してなる低温焼結セラミック多層基板であって、セラミック繊維を挟んだグリーンシートが任意の積層位置に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記セラミック繊維を挟んだグリーンシートは、セラミック繊維をグリーンシートで挟み込んで仮積層したシートであり、その仮積層したシートを当該セラミック多層基板の強度を向上させたい箇所に対応して配することを特徴とする。
【００１１】
また、例えば、前記仮積層したシートを当該セラミック多層基板の上面および下面、あるいは、上面、中面および下面に配して本積層したことを特徴ことを特徴とする。
【００１２】
上述した課題を解決する他の手段として、本発明は、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明に係る低温焼結セラミック多層基板の製造方法は、グリーンシートの表面にセラミック繊維を埋め込むステップと、前記グリーンシートを、そのセラミック繊維を挟み込んで仮積層するステップと、前記仮積層したグリーンシートを任意の積層位置に配置した後、これらのグリーンシートを含む複数枚のグリーンシートを本積層し圧着して積層体を作製するステップと、前記積層体を焼成するステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
例えば、上記埋込みステップでは、前記セラミック繊維を、熱剥離シートを使用してグリーンシートの表面に熱転写して埋め込むことを特徴とする。また、例えば、前記積層体の作製ステップでは、前記仮積層したグリーンシートを、前記セラミック多層基板の強度を向上させたい箇所に対応して配置することを特徴とする。
【００１４】
例えば、前記積層体の作製ステップでは、前記仮積層したグリーンシートを前記セラミック多層基板の上面および下面、あるいは、上面、中面および下面に配して積層することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部分的に機械的な強度を向上させた繊維強化セラミック多層基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面および表を参照して、本発明に係る実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態例における低温焼結セラミックス多層基板の製造工程を示すフローチャートである。また、図２〜図５は、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを作製する各工程を説明するための図である。図１のステップＳ１において、図２（ａ）に示すように、セラミック繊維１０を液体中（例えば、水中）に均一に分散する（湿式法）。そして、ステップＳ２で、図２（ｂ）に示すように、水中分散させたセラミック繊維をナイロンメッシュ１２上にすくい取る。なお、セラミック繊維を分散するための液体は、水以外に、例えば有機溶剤であってもよい。
【００１７】
ここでは、容量が５００ｍｌのビーカーに、例えば、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2が４７．１ｗｔ％：５２．３ｗｔ％の割合で混合してなるセラミック繊維（イソライト工業製の「イソウールバルクＬＳ」）を１７６ｍｇ入れ、それに純水４００ｍｌを加えて、２分間程度、超音波で分散した。なお、空気を含んで浮いている繊維束は、上から押し付けるようにして空気を押し出すと容易に分散した。本実施の形態例では、セラミック繊維の量が少ないので、十分、分散した。
【００１８】
また、繊維の分散液を、例えば、２５０×１４０×５０ｍｍの金属製バットに流し込み、目開き３８μｍのナイロンメッシュを張った１３０×１００の金属枠を、片側から静かに繊維の分散液に入れ、例えば、紙をすく要領で繊維をすくい取った。このとき、余り動かしすぎると繊維同士が絡まりあって粗密ができやすくなり、均一性が損なわれる。
【００１９】
ステップＳ３では、ナイロンメッシュ上にすくい取ったセラミック繊維を乾燥させる。ここでは、セラミック繊維をすくい取った後、３０分程度が経過して、液だれがなくなってから、それを熱風乾燥機に入れて乾燥させた（具体的には、温度１０５℃で１時間）。続くステップＳ５において、図２（ｃ）に示すように、乾燥後のセラミック繊維を片面粘着熱剥離シート１５に粘着転写させる。
【００２０】
本実施の形態例では、熱剥離シート（例えば、剥離時の加熱温度９０℃）を、ナイロンメッシュを張った金属枠内に入れ、押し付けるようにして熱剥離シートの粘着面にナイロンメッシュ上のセラミック繊維を付けた。
【００２１】
ステップＳ７において、グリーンシートを準備し、図２（ｄ）に示すように、上述したセラミック繊維の付いた側をグリーンシート１７で挟み、グリーンシートが柔らかくなる温度まで上げるとともに、熱剥離シート１５の粘着力がなくなる温度まで上げ、グリーンシート１７の面にセラミック繊維を担持させる。このとき、加圧を行うとグリーンシート面にセラミック繊維が良好に埋め込まれるので、好都合である。
【００２２】
セラミック繊維をグリーンシートに熱転写させた後、ステップＳ１０で、熱剥離シートを除去し、図２（ｅ）に示すように、セラミック繊維が片面に付いたグリーンシート１７に、繊維が付いていない通常のグリーンシート１９を合わせて仮積層（熱圧着）する。こうすることで、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを作製できる。本実施の形態例では、セラミック繊維を挟むようにもう一枚のグリーンシート１９を添えて仮積層することで、セラミック繊維が挟まれた厚さ約１００μｍのグリーンシートが作製された。この仮積層における温度は７０〜９０℃、圧力は１０Ｍｐａ程度で十分である。
【００２３】
なお、グリーンシートの面上にセラミック繊維を担持させる方法は、上述した湿式法に限定されず、例えば、乾式法であってもよい。すなわち、乾式法によって、空気中に分散浮遊させた繊維を重力により落下させ、接着剤を薄く塗布したグリーンシート上に直接、付けることもできる。
【００２４】
本実施の形態例における多層基板の製造工程において使用するグリーンシートの作製は、公知の技術を用いて行うことができる。例えば、原料粉体としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉とホウケイ酸ガラス等のガラス粉の組成比を５０／５０〜６５／３５ｗｔ％とし、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）、粉砕、脱泡の後、ドクターブレード等の方法により所定厚（例えば、５０〜５１μｍ）のセラミック・グリーンシートを作製した。そして、そのシートに５０ｍｍ角の外周打ち抜き加工を施した。上記の有機ビヒクルに使用する溶剤として、例えば、メチルエチルケトンとアセトンとの混合溶剤を使用し、樹脂としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂を用いる。
【００２５】
ここでは、セラミック繊維をアルミナと置換するように考えて使用するのが良い。すなわち、グリーンシートにアルミナの４ｗｔ％のガラス繊維を担持させる場合は、あらかじめ、アルミナ４８重量部、ガラス５０重量部でグリーンシートを作製しておくと、ガラス成分が満たされるため良好である。
【００２６】
本実施の形態例では、上述した工程によって作製したグリーンシートを仮積層した後、必要に応じて、ビアホールの形成（図１のステップＳ１２）、回路印刷（図１のステップＳ１４）等を施す。これらビア形成、印刷等は、低温焼結セラミック多層基板の一般的な公知の技術を使って行うことができる。図３は、グリーンシートにビアホールの形成、印刷、仮積層した未焼成のセラミック多層基板を側面から見たときの様子を示している。
【００２７】
その後、図１のステップＳ１６において、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを、必要に応じて上下面、あるいは上下面と内部にセットして本積層する。ここでは、例えば、９０℃の温度のもと、３０Ｍｐａの圧力で積層する。図４は、セラミック多層基板の上下面に、セラミック繊維を挟んだグリーンシート４１，４３をそれぞれ本積層したときの低温焼結セラミック多層基板を側面から見たときの様子を示しており、図５は、セラミック多層基板の上下面と内部において、セラミック繊維を挟んだグリーンシート５１，５３，５５をそれぞれ本積層した低温焼結セラミック多層基板の側面図である。
【００２８】
このように、セラミック多層基板のうち、その機械的な強度を向上させたい箇所（層）に、セラミック繊維を挟んで仮積層したグリーンシートを配置することで、高い強度を有する低温焼結セラミック多層基板を得ることができる。そのため、本発明に係る低温焼結セラミック多層基板は、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを、強度を強くしたい箇所（例えば、上下面、あるいは上中下面）に配置し、積層された構造をとる。
【００２９】
本実施の形態例に係る低温焼結セラミック多層基板の製造工程では、その後、ステップＳ１８において脱バインダ処理を行い、続くステップＳ２０で焼成することで、セラミック繊維強化低温焼結セラミック多層基板を得ることができる。なお、この焼成は、例えば、８７０℃で３０分間行う。また、この焼成工程において、担持させるセラミック繊維量が少ない場合（例えば、２〜７ｗｔ％）、特に問題はないが、それが１０〜１５ｗｔ％程度と多くなると剥離することがある。
【００３０】
しかし、このような剥離の問題は、例えば、積層体の上に耐火物等による加重をかけて焼成することで、回避できる。具体的には、本実施の形態例では、積層体上に軽量セッターを載せて焼成することで、剥離を回避できた。
【００３１】
ステップＳ２２では、後工程としての後加工を行う。具体的には、めっき、部品積載、その他の後工程を行うが、これらは、一般的な公知の技術を使って行うことができるため、ここではそれらの説明を省略する。
【００３２】
次に、本実施の形態例に係るセラミック多層基板の実験結果について、得られたデータ等を参照して詳細に説明する。表１は、本実施の形態例に係るセラミック多層基板の実施例について得られた結果を示している。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
本実施の形態例において、曲げ強さを測定するための試料は、セラミック繊維を挟んだグリーンシートのみを数十枚、本積層し、それを上述のように脱バインダ、焼成、加工して作製した。また、曲げ強さは、ＪＩＳ Ｒ１６０１に基づき測定した。その結果、セラミック繊維強化していないものに比べ、曲げ強さが約１５〜２０％増加した。
【００３５】
なお、これらの試料における破壊靭性は測定していないが、セラミック多層基板のクラック発生状況、つまり、セラミック繊維強化したものでは、クラック発生がないことから、曲げ強さだけでなく、破壊靭性も向上したと考えることができる。その結果、低温焼結セラミック多層基板のめっき工程を含む後工程で、ビアホール周辺、キャビティー周辺、端子取り付け部分におけるクラック発生を防止することができた。
【００３６】
表１の試料番号４のように、アルミナの２０ｗｔ％をセラミック繊維で置換し、粉体混合時にセラミック繊維を入れたものは、ドクターブレード法で作製したグリーンシート面に凹凸が現れ、表面が平滑なグリーンシートを得ることが困難であった。また、この試料番号４は、曲げ強さ測定用の試料は作製できたが、セラミック積層基板は外観不良で、クラック発生状況の評価ができなかった。さらに、試料番号４は、その曲げ強さがほとんど向上しないのは、試料作製そのものに不具合があったものと考えることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、水中分散させたセラミック繊維をナイロンメッシュ上にすくい取って乾燥させ、それを、熱剥離シートを使ってグリーンシート上に転写して、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを作製し、それを積層してセラミック多層基板を構成することで、部分的に強度を向上させた繊維強化セラミック多層基板を製造することができ、同時に、基板の加工の際においてもビア周辺におけるクラックの発生をなくすことができる。
【００３８】
また、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを、例えば、上下面、上中下面に配置し積層することによってセラミック多層基板を作製するので、機械的な強度を強くしたい任意の箇所へそのグリーンシートを挿入でき、しかも、グリーンシート面が平滑で印刷精度が良くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態例に係る低温焼結セラミックス多層基板の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】セラミック繊維を挟んだグリーンシートを作製する工程を説明するための図である。
【図３】仮積層した未焼成のセラミック多層基板の側面図である。
【図４】仮積層したセラミック多層基板の上下面に、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを積層してなるセラミック多層基板を側面図である。
【図５】仮積層したセラミック多層基板の上下面と内部に、セラミック繊維を挟んだグリーンシートを積層したセラミック多層基板の側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    セラミック繊維
１２    ナイロンメッシュ
１５    熱剥離シート
１７    セラミック繊維が付いたグリーンシート
１９    通常のグリーンシート
４１，４３，５１，５３，５５    セラミック繊維を挟んだグリーンシート
【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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