(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主材となるセラミック材料によって構成される主セラミックグリーンシートと、副材として前記主材とは異なる組成のセラミック材料によって構成される一種類以上の副セラミックグリーンシートを任意の構成で配置して積層体を形成する第一の工程と、これら主材および副材の焼成温度では実質的に焼成しない無機組成材料によって構成される拘束用グリーンシートで、前記積層体を上下から挟んで積み重ねる第二の工程と、この拘束用グリーンシートとともに前記積層体を加圧して一体化することでセラミックグリーン積層体を形成する第三の工程と、このセラミックグリーン積層体を前記主材の焼成温度以上かつ前記無機組成材料の焼成温度未満で焼成することで焼成済み基板を形成する第四の工程と、前記焼成済み基板から拘束用グリーンシートを除去する第五の工程からなり、前記第二の工程において、少なくとも一種類の副セラミックグリーンシートに切り込みを入れることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
【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多層基板の製造方法に関するもので、特に主材のセラミック層の一部に異なる組成によって構成される副材のセラミック層が形成されているセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック多層基板は、インナービアが容易に形成でき、三次元立体回路を小型に形成できるため、回路基板または電子部品として広く使用されている。特に低温焼結のガラスセラミック材料などと導体に銀や銅を用いた多層基板または電子部品は高周波特性が良好で、携帯電話などの無線モジュールとしての需要が急激に伸びている。しかし一方でさらなる小型化、複合化、高機能化に対する要望が強くなってきている。
【０００３】
こういった新たな要望を満足するための一方策として、異なる特性を有するセラミック材料を多層基板内に部分的に形成する方法が考えられている。例えば比較的大きなコンデンサ素子を小型で内蔵するために比誘電率の高い誘電体材料を部分的に形成したり、大きなインダクタンス値のコイル素子を内蔵するために磁性体材料を形成することなどが考えられる。
【０００４】
ところが、異なる種類のセラミック材料を一体積層して焼成した場合、焼成における収縮挙動、収縮率がそれぞれのセラミック材料において異なるため、異種のセラミック材料の界面に剥離が生じたり、セラミック基板全体に反りやうねりが発生するという問題があった。
【０００５】
このような課題に対し、特開平８−３３９９３７号公報および特開平１１−１７０４２３号公報において、図１３に示すような断面構造のセラミック多層基板が提案されている。これらの提案はいずれも、主セラミックグリーンシート２に、主材とは異なる材料からなる副セラミックグリーンシート３を形成し、この副セラミックグリーンシート３を完全に分割する深さまで切り込み溝４が形成されている。このような構成とすることによって、異種材料の焼成における収縮挙動や収縮率の不一致が、形成した切り込み溝４に仕切られた範囲内に限定されるため、焼成体の反り量、剥がれの頻度などが軽減されるといったものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら切り込み溝４で仕切られた範囲内では依然、異種材料の収縮挙動、収縮率の差が存在するため、異種材料の組み合わせや積層構成によっては、実用上問題となるような反りや欠陥がセラミック基板に発生するといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決し、いかなる異種積層構造においても、焼成時における反りが小さく、クラック、剥がれなどがない、精度、信頼性に優れた異種材料積層構造のセラミック多層基板を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、主材となるセラミック材料によって構成される主セラミックグリーンシートと、副材として前記主材とは異なる組成のセラミック材料によって構成される一種類以上の副セラミックグリーンシートを任意の構成で配置して積層体を形成する第一の工程と、これら主材および副材の焼成温度では実質的に焼成しない無機組成材料によって構成される拘束用グリーンシートで、前記積層体を上下から挟んで積み重ねる第二の工程と、この拘束用グリーンシートとともに前記積層体を加圧して一体化することでセラミックグリーン積層体を形成する第三の工程と、このセラミックグリーン積層体を前記主材の焼成温度以上かつ前記無機組成材料の焼成温度未満で焼成することで焼成済み基板を形成する第四の工程と、前記焼成済み基板から拘束用グリーンシートを除去する第五の工程からなり、前記第二の工程において、少なくとも一種類の副セラミックグリーンシートに切り込みを入れることを特徴としており、異種材料の焼成時における収縮挙動や収縮率の不一致に起因する基板の反り量を低減し、異種材料界面のクラック、剥がれ等の欠陥を抑制するとともに、異種材料積層構造のセラミック多層基板の個片分割を簡単に行えるという作用を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミック多層基板の製造方法について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
実施の形態１および図１〜図１２により請求項１〜６の発明について説明する。
【００１７】
図１から図１２は本発明におけるセラミック多層基板の焼成工程前の状態を示した断面図である。図において１２は主材としての主セラミックグリーンシート、１４，１５は副材としての副セラミックグリーンシート、１３は主および副セラミックグリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有する無機組成物から構成される拘束用グリーンシートである。
【００１８】
主セラミックグリーンシート１２、または副セラミックグリーンシート１４，１５を構成する材料としては、アルミナや酸化チタンにガラスを混合したガラスセラミック複合組成物、酸化ビスマスを主成分とする誘電体材料、酸化鉛を主成分とする誘電体材料などがよく用いられるが限定されるものではない。また拘束用グリーンシート１３を構成する材料としては難焼結性無機材料のアルミナ、マグネシア、ジルコニアなどがよく用いられるが、特に限定されるものではない。これらの材料に樹脂バインダ成分、可塑剤、溶剤などを添加し、混合してスラリー化し、ドクターブレード法、ダイコータ法などの方法により任意の厚みのグリーンシートに成形するが、その方法、厚みは特に限定されない。
【００１９】
以上のように準備した主セラミックグリーンシート１２と副セラミックグリーンシート１４，１５を図１から図１２に示したように任意の構成で配置し、拘束用グリーンシート１３を主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５により形成される積層体を上下から挟む構成で積み重ねる。この積み重ねる工程において図４から図１２のように切り込み１６をカッターの刃などを用いて形成してもよい。切り込み１６を形成する場合は、図１２以外の場合のように切り込み１６が副セラミックグリーンシート１４，１５を完全に分断されるようにし、図４から図６のように副セラミックグリーンシート１４，１５の部分のみに形成しても良いし、図７から図９のように主セラミックグリーンシート１２を含んでもなお良く、さらに図１０から図１１のように拘束用グリーンシート１３まで含んでもなお良い。又、図７、図１０〜図１２においては切り込み１６が各シートの途中から入っているものがあるが、この場合は同じ材質のグリーンシートを積層することによって実現することができる。切り込み１６の幅は特に限定しないが、カッターの刃などで形成した場合のように薄くても問題ない。また積層体に複数の種類の副セラミックグリーンシート１４，１５が形成される図５、図６、図９のような場合、切り込み１６は少なくとも一種類の副セラミックグリーンシート１４または１５に形成すればよく、図５、図９のように切り込み１６を形成しない副セラミックグリーンシート１５があっても構わない。
【００２０】
以上のように作製した積層体を加圧することにより一体化し、セラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１が得られる。加圧方法は一軸加圧や静水圧プレスなどが用いられるが特に限定されない。
【００２１】
このセラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１において、主セラミックグリーンシート１２、副セラミックグリーンシート１４，１５が焼結し、拘束用グリーンシート１３は未焼結の状態となるように焼成する。この焼成において、拘束用グリーンシート１３は焼結しないので焼成工程による収縮がほとんどないため、焼結する主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５により構成される異種材料の積層体は、拘束用グリーンシート１３から平面方向に引張力、積層方向に圧縮力を受けながら焼成することになる。この拘束用グリーンシート１３からの作用力により、主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５の焼成時における収縮挙動や収縮率の不一致に起因する基板の反りが抑制され、また異種材料界面のクラック、剥がれ等の欠陥も抑制できる。また副セラミックグリーンシート１４，１５に切り込み１６を形成した場合は、主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５の焼成収縮挙動の差の絶対量を小さくできるため、基板の反りをさらに抑制することができる。
【００２２】
また、この焼成工程において、１００ｇ／ｃｍ2以下の圧力をセラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１に作用させながら焼成すれば、さらにその圧力によって基板の反りをさらに低減することが可能となる。圧力の作用方法は、例えば焼結した多孔質の基板をセラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１の上に載せる方法などがあるが、特に限定されない。ただし、１００ｇ／ｃｍ2を越える圧力を作用させると、焼成中にセラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１に割れを生じさせたり、変形するおそれがあるので好ましくない。
【００２３】
主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５が焼結した異種材料積層構造のセラミック多層基板の上下表面には未焼結の拘束用グリーンシート１３が残存している（この状態を焼成済み基板と呼ぶ）。この焼成済み基板をブラッシング、研磨、サンドブラスト、ウエットブラスト、高圧水噴射、あるいは超音波照射などにより除去するが、その方法は特に限定されない。
【００２４】
以上の工程により、異種材料の焼成時における収縮挙動や収縮率の不一致に起因する積層体の反りが抑制され、異種材料界面のクラック、剥がれ等の欠陥も抑制された異種材料積層構造のセラミック多層基板を実現できる。
【００２５】
また、図８から図１１のように、切り込み１６を主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５の積層体の少なくとも一方の表面を含むように形成した場合は、焼成後の基板の表面にも切り込み１６が形成されているため、この切り込み１６に沿って力を加えれば、セラミック多層基板を容易に個片分割することができる。
【００２６】
なお、主および副セラミックグリーンシート１２，１４，１５の積層体に、銀や銅を主成分とする導体ペーストによって配線層を形成した場合においても同様の効果が得られることを確認している。
【００２７】
（実施例）
上述した実施の形態の異種材料積層構造のセラミック多層基板を以下のように実際に作製し、従来の方法と比較して本発明の有効性を確認した。
【００２８】
主セラミックグリーンシート１２を構成する材料には、アルミナとホウケイ酸カルシウム系ガラスを５０：５０の重量比率で混合したガラスセラミック複合酸化物を用いた。また副セラミックグリーンシート１４を構成する材料にはＢｉ2Ｏ3，ＣａＯ，Ｎｂ2Ｏ5を主成分とする誘電体材料、また別種類の副セラミックグリーンシート１５には酸化チタンとホウケイ酸バリウム系ガラスを４０：６０の重量比率で混合したガラスセラミック複合酸化物を用いた。さらに拘束用グリーンシート１３を構成する材料には純度９９％のアルミナ粉末を用いた。
【００２９】
これら無機材料粉末に樹脂バインダとしてポリビニルブチラール樹脂、可塑剤としてジブチルフタレートを添加し、溶剤として酢酸ブチルを加えボールミルで混合し、ドクターブレード法により５０μｍの厚みのグリーンシートに成形した。
【００３０】
これらのグリーンシートを７０ｍｍ×７０ｍｍの大きさに切断し、（表１）の構成となるよう４０℃−１００ｋｇ／ｃｍ2の条件で加圧しながら積層した。
【００３１】
【表１】
0004120270.tif 000002
【００３２】
試料番号５〜１３のように切り込み１６を形成する場合には、切り込み１６が形成される層までそれぞれのグリーンシートを積層し、カッターの刃を用いて深さを調整しながら、１０ｍｍ×１０ｍｍの格子状となるよう切り込み１６を形成した後、残りの層のそれぞれのグリーンシートをさらにその上に積層した（それぞれの試料に対する切り込み１６の深さについては、対応図面を参照）。また従来例となる試料番号１の切り込み溝４は、厚み２００μｍのダイシングブレードを用い、ダイシングマシンを用いて１０ｍｍ×１０ｍｍの格子状となるよう溝を形成した。
【００３３】
このようにして作製した積層体を、８０℃−５００ｋｇ／ｃｍ2の条件で加圧し一体化してセラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１とした後、６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさとなるように端部を切断した。
【００３４】
このセラミックグリーン積層体１１，２１，３１，４１を５００℃で５時間熱処理することにより樹脂バインダ、可塑剤などの有機成分を分解除去した後、９００℃、３０分間熱処理の条件で焼成した。焼成済み基板の表面に残存した拘束用グリーンシート１３は、ブラシを用いて機械的に除去した。
【００３５】
焼成後のセラミック多層基板の反り量は、基板中央部分５ｃｍ角の表面をレーザー式表面粗さ計により測定し、最大値と最小値の差により求めた。その結果を（表１）に示した。
【００３６】
試料番号０，１のように拘束用グリーンシート１３を積層しない場合、切り込み１６を形成する、しないにかかわらず、基板の反り量は２００μｍ以上と大きく、また部分的に異種材料の界面で剥離している部分が見られた。
【００３７】
一方、試料番号２〜１３のように拘束用グリーンシート１３を積層体の上下に積層した場合は、副セラミックグリーンシート１４，１５の配置構成にかかわらず、反り量はいずれも１００μｍ以下と小さくなり、また異種材料の界面における剥離やクラックなどの欠陥も全く観察されなかった。
【００３８】
また、特に試料番号５〜１２のように副セラミックグリーンシート１４，１５に切り込み１６を形成すると、基板の反り量はいずれも７０μｍ以下とさらに小さくなった。切り込み１６の形成深さは、試料番号５〜７のように副セラミックグリーンシート１４，１５のみ形成する場合よりも、試料番号８〜１０のように主セラミックグリーンシート１２を含んで形成する場合、試料番号１１，１２のように拘束用グリーンシート１３を含んで形成する場合の順で反り量が小さくなる傾向が見られた。また切り込み１６の部分を観察したが、剥離、クラックなどの欠陥は観察されなかった。
【００３９】
なお、試料番号１３のように副セラミックグリーンシート１４又は１５を分断しない切り込み１６を形成した場合は、同じ積層構造で切り込み１６を形成していない試料番号２の場合と反り量に本質的な差がなく、切り込み１６を形成することによる効果はみられなかった。切り込み１６の形成は副セラミックグリーンシート１４又は１５を分断するように形成するのが好ましい。
【００４０】
次に焼成工程におけるセラミックグリーン積層体１１に対する圧力の作用による効果を試料番号２（図２）を用いて検討した。その結果を（表２）に示す。
【００４１】
【表２】
0004120270.tif 000003
【００４２】
試料番号１４〜１８はセラミックグリーン積層体１１の上にアルミナ製の種々の重量の多孔質板を載せることによって圧力を作用させながら焼成した場合の結果である。
【００４３】
１００ｇ／ｃｍ2以下の圧力を作用させながら焼成した場合、圧力を作用させなかった場合と比較して、明らかに反り量は小さくなっており、その効果を確認できた。しかし試料番号１８のように１５０ｇ／ｃｍ2と１００ｇ／ｃｍ2を越える大きな圧力を作用させた場合には、セラミック多層基板の角に割れが発生しており、作用させる圧力は１００ｇ／ｃｍ2以下が好ましいことがわかった。
【００４４】
また、主あるいは副セラミックグリーンシート１２，１４，１５の表面を含んで切り込み１６を形成した試料番号９〜１２について、焼成後この切り込み１６に沿って力を加え、セラミック多層基板を分割し、その分割面を観察したが、実用上問題となるような大きなチッピングなどの欠陥は見られず、この切り込み１６によってセラミック多層基板の個片分割が可能であることを確認した。
【００４５】
【発明の効果】
以上本発明によれば、焼成時における反りが小さく、クラック、剥がれなどがない精度、信頼性に優れた異種材料積層構造のセラミック多層基板を得ることができるため、超小型で複合化、高機能化されたセラミック多層基板、セラミック電子部品の製造が可能となる。
【００４６】
また、上記目的を達成するための好ましい例として形成した切り込みを利用すれば、異種材料積層構造のセラミック多層基板を簡単に個片分割することが可能であり、ダイシングマシン等で切断する工法と比べて、短時間で容易に処理でき、製造コストを低減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図２】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図３】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図４】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図５】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図６】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図７】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図８】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図９】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図１０】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図１１】本発明の他の例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図１２】  本発明の他の例ではあるが請求項１の発明には属さない例を示すセラミックグリーン積層体の断面図
【図１３】従来技術の一例を示したセラミックグリーン積層体の断面図
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１  焼成工程前のセラミックグリーン積層体
１２  主セラミックグリーンシート
１３  拘束用グリーンシート
１４，１５  副セラミックグリーンシート
１６  切り込み
【図１】
0004120270.tif 000004
【図２】
0004120270.tif 000005
【図３】
0004120270.tif 000006
【図４】
0004120270.tif 000007
【図５】
0004120270.tif 000008
【図６】
0004120270.tif 000009
【図７】
0004120270.tif 000010
【図８】
0004120270.tif 000011
【図９】
0004120270.tif 000012
【図１０】
0004120270.tif 000013
【図１１】
0004120270.tif 000014
【図１２】
0004120270.tif 000015
【図１３】
0004120270.tif 000016