(57)【要約】【課題】多層セラミック基板を製造するにあたって、内部歪みを解消する多層セラミック基板の製造方法を提供すること。【解決手段】セラミックグリーンシートを複数積層した積層体を焼成して多層セラミック基板を製造する多層セラミック基板の製造方法であって、セラミックグリーンシートを積層して積層体の一部をなす部分積層体を形成し、部分積層体を積層方向に加圧して固定する仮プレス工程と、仮プレス工程で加圧された部分積層体と、仮プレス工程で加圧を施していないセラミックグリーンシートとを積層し、仮プレス工程よりも高圧で積層方向に加圧して積層体として一体化する本プレス工程と、本プレス工程で一体化された積層体を焼成する焼成工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックグリーンシートを複数積層した積層体を焼成して多層セラミック基板を製造する多層セラミック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積層して前記積層体の一部をなす部分積層体を形成し、該部分積層体を積層方向に加圧して固定する仮プレス工程と、
前記仮プレス工程で加圧された前記部分積層体と、前記仮プレス工程で加圧を施していない前記セラミックグリーンシートとを積層し、前記仮プレス工程よりも高圧で積層方向に加圧して前記積層体として一体化する本プレス工程と、
前記本プレス工程で一体化された前記積層体を焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
前記部分積層体の層数は、前記積層体の層数の８０％以下であることを特徴とする請求項１記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
前記仮プレス工程で前記部分積層体に加える圧力は、前記本プレス工程で前記積層体に加える圧力の３０％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項４】
前記本プレス工程において、内部構造の歪み量が前記セラミックグリーンシートの厚さの５０％となるように前記積層体を加圧することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項５】
前記各セラミックグリーンシートは、前記焼成工程によってヴィアと化す導体ペーストが充填されたヴィアホールと、該導体ペーストが予め定められたパターンで表面に配置され、前記焼成工程によって導体パターンと化す導体ペーストパターンとを有し、
前記内部構造は、前記ヴィア及び前記導体パターンによって形成される導波管であることを特徴とする請求項４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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層セラミック基板は、高周波パッケージ基板として広く用いられている。多層セラミック基板は、内層に自在なパターン回路を形成することが可能であるが、マイクロ波・ミリ波帯などの高周波回路基板においては、基板内部に導波管や同軸構造を形成し信号を伝播する方式が採用されている。
【０００３】
多層セラミック基板は、基材内の導体パターン回路や配線が不均一であると、焼成収縮差が生じ基板全体の反りや歪みとなることはもとより、積層プレス工程においても密度差により歪みが生じる。特に導波管構造は、パターン配置が不均一なため、基板内部構造に歪みが生じ、形状歪みは特性に大きく影響することが分かっている。
【０００４】
特許文献１には、特にキャビティ層を形成する多層セラミック基板について、キャビティ底面層の平坦化を目的としキャビティ層の異なる層についてセクションに分け、別々に仮圧着し、最後に一体化する分割積層プレス方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５１４３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の製造方法では、回路導体（パターン、ヴィア）密度差による歪みについて何ら改善するものではない。また、製造工程が複雑である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多層セラミック基板を製造するにあたって、内部歪みを解消する多層セラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、セラミックグリーンシートを複数積層した積層体を焼成して多層セラミック基板を製造する多層セラミック基板の製造方法であって、セラミックグリーンシートを積層して積層体の一部をなす部分積層体を形成し、部分積層体を積層方向に加圧して固定する仮プレス工程と、仮プレス工程で加圧された部分積層体と、仮プレス工程で加圧を施していないセラミックグリーンシートとを積層し、仮プレス工程よりも高圧で積層方向に加圧して積層体として一体化する本プレス工程と、本プレス工程で一体化された積層体を焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パターン密度差のある回路構成においても、内部歪みのない、要求機能を満たす多層セラミック基板が簡単に製造でき、品質向上に寄与するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１−１は、本発明にかかる多層セラミック基板の実施の形態の断面模式図である。
【図１−２】。図１−２は、実施の形態にかかる多層セラミック基板の導波管部を拡大した断面模式図である。
【図２−１】図２−１は、セラミック層の平面図である。
【図２−２】図２−２は、セラミック層の平面図である。
【図２−３】図２−３は、セラミック層の平面図である。
【図３】図３は、導波管部の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、従来の手法によって積層プレスされた多層セラミック基板の導波管部の断面模式図である。
【図５−１】図５−１は、１次積層・仮プレス工程を示す図である。
【図５−２】図５―２は、２次積層・仮プレス工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる多層セラミック基板の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態．
図１−１は、本発明にかかる多層セラミック基板の実施の形態の断面模式図である。図１−２は、実施の形態にかかる多層セラミック基板１０の導波管構造が設けられた部分（導波管部）１を拡大した断面模式図である。導波管部１は、セラミック層１ａ〜１ｆを含んで構成されており、各セラミック層１ａ〜１ｆには、ヴィア導体３及び導体パターン４が所定の位置に形成されている。電波伝播のための導波管構造を設けるための各セラミック層１ａ〜１ｆの導体パターン４は接地用導体であり、矩形状のヌキ２が設けられている。ヌキ２の大きさは伝播しようとする電波の波長と、セラミック層の誘電率などとを勘案した寸法となっている。さらに、ヌキ２の周辺を取り巻く形でヴィア導体３が配置されている。ヴィア導体３は、上下セラミック層の接地導体間の接続のために加え、導波管構造の壁の役割を果たすように、電波の波長とセラミック層の誘電率とを勘案した寸法で配置されている。このように、ヌキ２を設けた接地用の導体パターン４とヴィア導体３とを所定の位置に配置したセラミック層１ａ〜１ｆを重ねることにより、導波管構造を得る。
【００１３】
導波管部１は、サイズの異なる二つの導波管構造を有する。第１の導波管１１は、セラミック層１ａ、１ｂ及び１ｃによって構成されており、第２の導波管１２は、セラミック層１ｄ、１ｅ及び１ｆによって構成されている。上記のように、第１の導波管１１及び第２の導波管１２は、ヌキ２を設けた接地用の導体パターン４とヴィア導体３とを配置したセラミック層１ａ〜１ｆを重ね合わせることにより構成されている。
【００１４】
図２は、セラミック層１ａ〜１ｆの一例を示す平面図である。図２−１は、セラミック層１ａ、１ｂ及び１ｃの平面図である。図２−２は、セラミック層１ｄの平面図である。図２−３は、セラミック層１ｅ及び１ｆの平面図である。接地用の導体パターン４のヌキ２は、いずれも平面視が矩形長方形の形状であるが、第１の導波管１１と第２の導波管１２とではサイズが異なっている。また、図示するように、接地用の導体パターン４のヌキ２の周囲にヴィア導体３が密集して配置されている。なお、簡略化のために図２−１〜図２―３においては導体パターン４はベタで図示しているが、実際には導体パターン４は所定の回路パターンで形成されている。
【００１５】
このように、導波管構造を有する導波管部１のセラミック層１ａ〜１ｆは、セラミックのみのヌキ２の周囲に接地された導体パターン４及びヴィア導体３が密集して配置されている。
【００１６】
次に、多層セラミック基板１０の製造方法について説明する。図３は、導波管部１の製造方法を示すフローチャートである。まず、ヴィア導体３を形成するためにヴィアホールを形成する工程（穴あけ工程）を実行する。穴あけ工程は、セラミックグリーンシート（以下「グリーンシート」と表記する）に対して、パンチングなどの方法で穴を形成する工程である。使用するグリーンシートは、例えば厚さ１００μｍ、形成する穴は例えば１５０μｍである。
【００１７】
穴あけ工程が完了した後、穴あけ工程で形成したヴィアホールに導体ペーストを充填する工程（ヴィア充填工程）を行う。ヴィア充填工程では、例えばスクリーン印刷法を用いて導体ペーストが充填される。
【００１８】
ヴィア充填工程が完了した後、配線などの導体パターンをグリーンシートに印刷する工程（パターン印刷工程）を行う。導体パターンを印刷するにあたっては、例えばスクリーン印刷法を用いる。図２に示したように、セラミック層１ａ〜１ｆは接地用の導体パターン４の中に矩形状のヌキ２が形成されており、ヌキ２の周囲を取り巻くようにヴィア導体３が形成されている。したがって、グリーンシートにも同様の配置でヴィア導体３や導体パターン４を設ける。なお、グリーンシートへ印刷する導体パターンは、これに限定されるものではなく、任意の形状の導体パターンを印刷できる。
【００１９】
パターン印刷工程が完了した後、積層・プレス工程を行う。積層・プレス工程は、ヴィア導体及び導体パターンが形成されたグリーンシートを積層させてプレスする工程である。グリーンシートを積層する際は、例えば、平面上の同一箇所に加工された穴を合わせることによってグリーンシート同士の相対位置を合わせた上で積層する。以下、図３における“ｎ”は３である場合を例として説明する。
【００２０】
また、プレス加工の方法は、例えば液体を媒体とした等方水圧プレス法を用いることができる。プレス方法はこれに限定されることはなく、グリーンシート同士を密着させることができればどのようなプレス方法でも適用可能である。
【００２１】
図４は、従来の手法によって積層プレスされた多層セラミック基板の導波管部１’の断面模式図である。図１と比較すると、第２の導波管１２’が第１の導波管１１’によって歪められており、歪み量はほぼセラミック層の厚さに相当する。これは第１の導波管１１’を構成するヴィア導体３’が第２の導波管１２’のヌキ部２’の上に位置しており、プレスによる圧力に対して両者の変形しやすさの違いによるものである。つまり、第２の導波管１２’のヌキ２’の部分の導体パターン４’は、第１の導波管１１’のヴィア導体３’よりも変形しやすく、ヴィア導体３’が変形する前にヌキ２’の部分の導体パターン４’が変形してしまった結果であると考えられる。
【００２２】
図５は、本実施の形態に係る多層セラミック基板の製造方法における積層・プレス工程を示す図である。図５−１は、１次積層・仮プレス工程を示す図である。多層セラミック基板の完成後には第２の導波管１２を構成するセラミック層１ｄ、１ｅ及び１ｆとなるグリーンシート５ｄ、５ｅ及び５ｆを積層し、これらをプレス加工することによって１次積層体１２Ｂを得る。
【００２３】
図５―２は、２次積層・仮プレス工程を示す図である。１次積層体１２Ｂの上に多層セラミック基板の完成後にはセラミック層１ａ、１ｂ及び１ｃとなるグリーンシート５ａ、５ｂ及び５ｃを、グリーンシート５ｃ、グリーンシート５ｂ、グリーンシート５ａの順で積層する。これを仮プレスし２次積層体１Ｂを得る。仮プレス工程での圧力は、例えば５〜１０ＭＰａの圧力を等方水圧プレス機で加圧する。
【００２４】
１次積層体１２Ｂを仮プレスする圧力と、２次積層体１Ｂを仮プレスする圧力とは、同じであっても良い。
【００２５】
さらに、多層セラミック基板１０の導波管部１以外の部分を構成する不図示のグリーンシートを２次積層体１Ｂの上に積層して、本プレスする。本プレス圧力は、例えば３０〜４５ＭＰａの圧力を等方水圧プレス機で加圧した。
【００２６】
このようにして得られた多層セラミック基板１０の導波管部１では、第２の導波管１２の歪みはグリーンシート５ａ〜５ｆの厚さに対し５０％以下（プレスによってグリーンシート５ａ〜５ｆは圧縮固化するため、実測値としては４０μｍ以下）に抑えることができた。
【００２７】
ここで、第２の導波管１２となるグリーンシート５ｄ、５ｅ及び５ｆのみを仮プレスした１次積層体１２Ｂは、プレス圧力によって圧縮固化し、仮プレス前よりも変形しにくい。一方、第１の導波管１１を構成するセラミック層１ａ、１ｂ及び１ｃとなるグリーンシート５ａ、５ｂ及び５ｃは、プレスされていない状態であり、１次積層体１２Ｂに比べ変形しやすい。そのため、１次積層体１２Ｂの上に第１の導波管１１を構成するセラミック層１ａ、１ｂ及び１ｃとなるグリーンシート５ａ、５ｂ及び５ｃを積層してプレスしても、第２の導波管１２の歪みは抑制される。
【００２８】
本プレスの圧力は仮プレス工程の圧力よりも高いため、全体を一体化することが可能である。１次積層体１２Ｂの仮プレス圧力と２次積層体１Ｂの仮プレス圧力は本プレスする圧力に近いほど内部歪みを抑制する効果は大きくなるが、逆に、１次積層体１２Ｂと２次積層で積層するグリーンシート５ｃとの間、及び２次積層体１Ｂとその上に積層する不図示のグリーンシート間の密着性が低下し、焼成後に層間剥離を起こす可能性があるため、仮プレス工程の圧力は本プレス工程で施される圧力の３０％以下とすることが望ましい。
【００２９】
仮プレスで分割積層するグリーンシートは、導波管単位に限らず所望の層数、例えば１層単位の任意の数で分割積層して仮プレス可能であり、本プレス工程前の仮プレス工程をさらに増やしても良い。また、２次積層体を本プレスして多層セラミック基板を形成しても良い。すなわち、上記の説明ではｎ＝３の場合を例としたが、ｎは２以上の整数であれば良い。ｎを３よりも大きくする場合は、（ｎ−１）次積層・仮プレス工程までは、２次積層・仮プレス工程と同様に、多層セラミック基板１０の導波管部１以外の部分を構成する不図示のグリーンシートを（ｎ−２）次積層体に積層して仮プレスを行い、（ｎ−１）次積層体を得る。例えば、第３の回路を構成する不図示のグリーンシートを積層し、３次積層体を作成した後に本プレスを行うこともできる。なお、印刷された導体パターンが大きく異なるグリーンシート同士は、仮プレスを施してから積層することが好ましい。
【００３０】
ただし、工程を増やすことは製造工程を複雑にすることになる。また、本プレス工程と同じ積層体を仮プレスすることは製造工程を複雑にするだけである。仮プレスは、全積層数の８０％までとすることが望ましい。例えば、層数が１０の多層セラミック基板の場合には、仮プレスで形成する（ｎ−１）次積層体は８層までとし、少なくとも９層目及び１０層目のグリーンシートは本プレスで（ｎ−１）次積層体と一体化することが好ましい。
【００３１】
積層・プレス工程が完了したら、積層体を焼成する（焼成工程）。焼成後、表面に露出している導体にめっきを施す（めっき工程）。その後、積層体を切断して個々の多層セラミック基板に分離する。このような工程によって、多層セラミック基板を製造できる。
【００３２】
以上、本実施の形態では、仮プレスされた積層体の上に仮プレスしていないグリーンシートを直接積層するので、仮プレスされた積層体同士に重ねてプレスするよりも密着性が向上する。また、積層・プレス工程で使用する治具を複数用意する必要がなく、作業工程が簡便である。したがって、本実施の形態では、多層セラミック基板を製造するにあたって、製造工程数を低減できる。
【００３３】
以上のように、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、導波管などの基材内の導体パターンや回路の配置が不均一であっても多層セラミック基板に歪みが生じることはない。これにより多層セラミック基板の歩留まりが向上する。
【００３４】
上記実施の形態には、当業者が容易に想到できるものや実質的に同一のものが含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１  導波管部
１１  第１の導波管
１２  第２の導波管
１ａ〜１ｆ  セラミック層
１２Ｂ  １次積層体
１Ｂ  ２次積層体
２  ヌキ
３  ヴィア導体
４  導体パターン
５ａ〜５ｆ  グリーンシート
１０  多層セラミック基板
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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