(57)【要約】【課題】本発明は、残留する可能性の高い固体状の下地層を設けることなく、未焼成セラミックス基板に回路パターンを形成可能なセラミックス回路基板の製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】本願発明は、未焼成セラミックスを主体とした基板１１の表面に基板１１の焼成温度未満で消失する第１の溶媒３１を供給し基板１１の少なくとも当該表面を含む第１の溶媒３１の吸収層３０を基板１１の内部に形成する吸収層形成工程と、前記吸収層形成工程の後に、雰囲気温度以上かつ基板の焼成温度未満で消失する第２の溶媒に金属粉末が混合されたインク４０を所定の回路パターンで吸収層３０が形成された基板１１の表面上に供給するインク供給工程と、前記インク供給工程の後に基板１１を焼成する焼成工程と、を有するセラミックス回路基板の製造方法である。【選択図】図１
2009224587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未焼成セラミックスを主体とした基板の表面に基板の焼成温度未満で消失する第１の溶媒を供給し基板の少なくとも当該表面を含む第１の溶媒の吸収層を基板内に形成する吸収層形成工程と、前記吸収層形成工程の後に、雰囲気温度以上かつ基板の焼成温度未満で消失する第２の溶媒に金属粉末が混合されたインクを所定の回路パターンで吸収層が形成された基板の表面上に供給するインク供給工程と、前記インク供給工程の後に基板を焼成する焼成工程と、を有するセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記吸収層は、インクが供給される回路パターンに応じ形成される請求項１に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記吸収層は、厚み方向において基板の全体に形成される請求項１又は２のいずれかに記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記第２の溶媒は、前記第１の溶媒に対する親和性が低い請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の溶媒は油性であり、前記第２の溶媒は水又は有機溶剤である請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記インクはインクジェット方式で供給される請求項１乃至５のいずれかに記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【請求項７】
走査電子顕微鏡−エネルギー分散型蛍光Ｘ線法で測定した場合の前記金属粉末の直径が５０ｎｍ以下である請求項１乃至６のいずれかに記載のセラミックス回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックス回路基板の製造方法に係わり、特に未焼成セラミックスを主体とした薄板状の基板の表面に導電性の回路パターンを形成し、これを多層積層し焼成することで構成される多層セラミックス基板の製造に好適なセラミックス回路基板の製造方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス回路基板は、携帯電話等の移動体通信端末機器の分野などにおいて、アンテナスイッチモジュール、ＰＡモジュール基板、フィルタ、チップアンテナ、各種パッケージ部品等の種々の電子部品を構成するために広く用いられている。
このセラミックス回路基板は、電子部品・半導体集積回路等を高密度に搭載すべく、未焼成セラミックス基板であるグリーンシートにビアホールを開口し、印刷工程においてビアホールには導体を充填するとともにグリーンシート表面には導電性の回路パターンを形成し、グリーンシートを複数枚積層してシート積層体を形成し、シート積層体を焼成することにより製造される。グリーンシートはセラミック粉末と有機バインダ及び可塑剤からなり、セラミック粉末の多くはガラスとアルミナ、ムライト、コージェライト等のセラミックスとの混合物、所謂ガラスセラミックスからなる。シート積層体の焼成温度はグリーンシートを構成する上記セラミック材料の焼結温度に依存する。
【０００３】
例えば、グリーンシートが主にアルミナ、ムライト等の高温焼結材料からなる場合、グリーンシート積層体は約１６００℃の高温で焼成され、グリーンシートが主にガラス、ガラスセラミックス等の低温焼結材料からなる場合、シート積層体は８００℃〜１０５０℃の低温で焼成される。グリーンシートに印刷される導体材料も上記温度で焼成されるので、その温度以上に融点をもつ低抵抗の金属導体材料が用いられる。例えば導体としては上記高温焼結材料の場合にはタングステン、モリブテン等が、上記低温焼結材料の場合には銀、銀−パラジウム、銅、金等が用いられている。
【０００４】
ここで、従来、上記印刷工程において回路パターンを形成する場合には、適宜な形状精度で量産的に回路パターンを形成できるという理由から、上記金属を粉末状とし混合した金属ペーストを用いたスクリーン印刷法が適用されてきた。しかしながら、上記金属ペースト中に含まれる金属粉末のサイズは数μｍ程度と比較的大きく、近年の使用周波数の高周波化や電子部品の小形化・高機能化のために回路パターンを狭幅化するという要求にスクリーン印刷法で対応することは、形状・寸法精度上の問題があり極めて困難となってきている。また、スクリーン印刷法では回路パターンに応じて個々に印刷用スクリーンマスクを準備しなければならず、実際の製品製造までに時間を要し、製造の自由度に欠けるという問題があった。
【０００５】
そこで上記問題を少なからず解消可能な技術として、下記特許文献１には、未焼成セラミックス基板に浸透、吸収され得る有機溶媒に金属粒子を混合したインクをノズルから噴射させて回路パターンを形成する技術が開示されている。この技術によれば、例えば金属粒子としてナノメータサイズの粒子を分散媒と混合したインクを利用することにより極めて狭幅の回路パターンが高い形状・寸法精度で形成される可能性がある。
【０００６】
しかしながら、未焼成セラミックス基板には通常多数の空孔が存在するため、ナノサイズの金属粒子を利用した場合には、図５に示すように、溶媒９３のみならず金属粒子９２までもが基板１１の空孔に浸透するため回路パターンを形成可能な程度の金属粒子が基板１１の表面に残存せず、焼成後の回路パターン９１ａにクラックが生じたり、回路パターン９１ｂのように適切なパターンを形成できないという問題が生じる場合があった。さらに、基板１１の厚みが薄い場合には浸透した金属粒子９２が基板１１の裏面まで到達するため基板１１の表面−裏面間の不要な高周波に影響を受ける電気容量や導通が形成され基板１１として機能しなくなるという問題が生じる場合があった。このような問題を解消する技術として、下記特許文献２〜４には、溶媒は浸透するが金属粒子は浸透しない固体状の下地層を未焼成セラミックス基板の表面に設け、下地層にインクを供給しインクに混合された金属粒子を下地層の表面に残留させることで、未焼成セラミックス基板へ金属粒子が浸透することを防止する技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５８−５０７９５号公報
【特許文献２】ＷＯ２００２／８６９２４号公報
【特許文献３】特開２００５−５７１３９号公報
【特許文献４】特開２００７−８４３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２〜４の技術によれば、未焼成セラミックス基板の表面に上記下地層を形成することにより導電性の回路パターンを形成できる。ここで、上記下地層は未焼成セラミックス基板の焼成時に消失する樹脂等で形成され、又は未焼成セラミックス基板と一体化するアルミナ等で形成されているので、焼成された製品としてのセラミックス基板の信頼性を損なうことを回避することができるとされているが、製造条件や未焼成セラミックス基板の品質のバラツキなど製造過程における不安定要因を考慮すると固体状の下地層の全てが完全に消失又は一体化せず、下地層の一部が残存する可能性は排除できない。そして、回路パターンの狭幅化が求められる電子部品においては、回路パターンに残留する微量な残留物が信号伝達性等の性能を劣化させ、電子部品の信頼性を損なう可能性がある。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するため、本願発明者らが鋭意検討して完成されたものであり、上記のように残留する可能性の高い固体状の下地層を設けることなく、未焼成セラミックス基板に回路パターンを形成可能なセラミックス回路基板の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本願請求項１に記載の発明は、図１に示すように、未焼成セラミックスを主体とした基板１１の表面に基板１１の焼成温度未満で消失する第１の溶媒３１を供給し基板１１の少なくとも当該表面を含む第１の溶媒３１の吸収層３０を基板１１の内部に形成する吸収層形成工程と、前記吸収層形成工程の後に、雰囲気温度以上かつ基板の焼成温度未満で消失する第２の溶媒に金属粉末が混合されたインク４０を所定の回路パターンで吸収層３０が形成された基板１１の表面上に供給するインク供給工程と、前記インク供給工程の後に基板１１を焼成する焼成工程と、を有するセラミックス回路基板の製造方法である。
【００１０】
かかる請求項１に記載の発明によれば、吸収層形成工程において、第１の溶媒３１が未焼成セラミックスを主体とした基板１１の表面に供給され、第１の溶媒３１からなる吸収層３０が、基板１１の表面を含むように形成される。そして、インク供給工程において、第２の溶媒に金属粉末が混合されたインク４０は、表面を含むように内部に吸収層３０が形成された基板１１の当該吸収層３０の表面に供給される。ここで、インク４０が供給される基板１１には吸収層３０が存在する、すなわち金属粒子が浸透しやすい基板１１の表面の空孔は第１の溶媒で満たされており、かつ第１の溶媒３１は雰囲気温度以下の温度では消失しないので、インク４０に含まれる第２の溶媒は基板１１の内部へ浸透し難い。そして、第２の溶媒は雰囲気温度で消失するので、第２の溶媒に混合された金属粒子は吸収層３０の表面、すなわち基板１１の表面に所定の回路パターンを形成した状態で残存する。そして、焼成工程において、インク４０が供給された基板１１を所定の温度で焼成することにより金属粒子が溶融・連結し、回路パターンが形成される。ここで、第１の溶媒と第２の溶媒は焼成温度未満で消失するので、基板１１には異物が残留する可能性がなく、電子部品の性能を損なう恐れを極めて少なくすることができる。
【００１１】
なお、回路パターンの形状精度の点から、吸収層は、インクが供給される回路パターンに応じ形成されることが望ましい。
【００１２】
さらに、第２の溶媒の基板への浸透を抑制するためには、吸収層は、厚み方向において基板の全体に形成されることが望ましく、加えて第２の溶媒は、第１の溶媒に対する親和性が低いこと、具体的には第１の溶媒は油性であり、第２の溶媒は水又は有機溶剤であるが望ましい。このように第１の溶媒を油性とし、第２の溶媒を水又は有機溶剤とすることにより、第１の溶媒からなる吸収層は第２の溶媒に対し撥水性を発現することができ、基板への第２の溶媒の浸透を効果的に抑制することができ、また第２の溶媒を水又は有機溶剤とすることでインクの塗布性を向上することができる。
【００１３】
さらに、狭幅で形状精度に優れた回路パターンを工業生産的に効率よく形成するためには、上記インクはインクジェット方式で供給されることが望ましい。
【００１４】
さらに加えて、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、走査電子顕微鏡及びエネルギー分散型蛍光Ｘ線法（ＳＥＭ−ＥＤＸ法）で測定した場合の金属粉末の直径が５０ｎｍ以下、すなわちナノ金属粒子を含むインクを用いた回路パターンを形成するにあたって好適なセラミックス回路基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法によれば、未焼成セラミックス基板の表面に固体状の下地層を設けることなく、未焼成セラミックス基板に回路パターンを形成可能なセラミックス回路基板の製造方法を提供するという本発明の課題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について、その実施態様に基づき図２〜３を参照しつつ説明する。ここで、図２は本実施態様に係る製造方法により製造されたセラミックス積層型回路基板の断面図、図３は本実施態様に係る製造方法の工程を説明する図、図４は本実施態様に係る製造方法を実施する回路パターン形成装置の概略構成図である。なお、以下の実施態様では、セラミックス積層型回路基板を例に本発明を説明するが、本発明は本実施態様に限定されることなく、例えば非焼成セラミックス基板に回路パターンを形成し、これを焼成した単層のセラミックス回路基板にも適用することができる。
【００１７】
本実施態様に係る製造方法で製造されるセラミックス積層型回路基板（以下回路基板と言う。）１０は、図２に示すように、低温焼成セラミックスからなる複数の誘電体層１１ａ〜１５ａ、誘電体層１１ａ〜１５ａの間に設けられた回路パターン４３〜４７、及び回路パターン４３〜４７を導通させるため誘電体層１１ａ〜１５ａに形成された不図示のビアホールやスルーホールから構成されている。ここで、回路基板１０は、誘電体層１１ａ〜１５ａの中間体である未焼成セラミックス基板の表面に回路パターン４３〜４７を形成し、これを積層・焼成して製造されるが、各誘電体層１１ａ〜１５ａ及び回路パターン４３〜４７の製造方法はほぼ同一構成であるので、以下特に能動部品や受動部品が表面に実装されるため狭幅で複雑な回路パターンが形成される表層の誘電体層１１ａ及び回路パターン４３を例として回路基板１０の製造方法を説明する。
【００１８】
まず、低温焼成材料としてアルミナ・酸化チタン等のセラミックス粉末と、ホウケイ酸ガラスなどからなるガラス粉末を用意し、適宜な混合比となるようセラミックス粉末とガラス粉末を秤量し、これらを純水と一緒にボールミルで混合し、混合スラリーを得る（混合工程）。次いで、混合スラリーにＰＶＡを添加し、スプレードライヤーで乾燥して乾燥した顆粒粉を得、この顆粒粉を連続炉で仮焼して目的とする組成である仮焼粉を得る（仮焼粉製造工程）。
【００１９】
上記仮焼粉を、エタノール中に分散させてボールミルで所定の平均粒径になるまで粉砕し、更に、シート成形用のバインダーであるＰＶＢ（ポリビニルブチラール）および可塑剤であるＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレート）を各々所定量だけ添加し、同一のボールミルにて、溶解・分散を行い、シート成形用のスラリーを得る。前記スラリーを減圧下で、脱泡および一部の溶剤の蒸発を行い、所定の粘度になるように調整し、粘度調整後、ドクターブレードにてシート成形し、このシートを乾燥して約８０μｍ厚さの帯状のセラミックグリーンシートとする（シート成形工程）。そして、工程のハンドリングのために帯状のグリーンシートを切断し、図３（ａ）に示すような、縦横所定の大きさの矩形状シート体１１とする（切断工程）。なお、非焼成セラミックス基板であるシート体１１はハンドリングのためペットフィルム２０の上に担持されおり、上記ビアホールやスルーホールは切断工程後にレーザ加工等で必要に応じ形成されている。
【００２０】
上記切断工程後に、シート体１１に銀を主体とした回路パターンを形成する。この回路パターンは、図４に示す回路パターン形成装置で形成される。以下、回路パターン形成装置５０について説明する。
【００２１】
符号５２は、ペットフィルム２０に担持された状態のシート体１１を載置・固定するシート体固定テーブルである。シート体固定テーブル５２は、ベース５１の上部に設けられ、水平面内をＸ軸方向（紙面に水平な方向）及びＹ軸方向（紙面に垂直な方向）に、位置制御されつつ自在に移動可能に構成されている。符号５４は、インクジェット方式で第１の溶媒３１を下方へ吐出する第１の印刷手段である。第１の印刷手段５４は、上記シート体固定テーブル５２が左端部へ移動することにより、シート体固定テーブル５２に固定されたシート体１１を第１の印刷手段５４の下方に臨むことが可能なようにベース５１の左端部に垂設された支柱５３に取り付けられている。また、符号５６は、第２の溶媒４１に銀粒子４２を混合したインク４０をインクジェット方式で下方へ吐出する第２の印刷手段である。第２の印刷手段５６は、上記シート体固定テーブル５２が右端に移動することにより、シート体固定テーブル５２に固定されたシート体１１を第２の印刷手段５６の下方に臨むことが可能なようにベース５１の右端部に垂設された支柱５５に取り付けられている。なお、第１の溶媒３１は、インクジェット方式ではなく例えばスクリーン印刷方式や押出シリンジを用いたディップ法を用いてシート体１１へ塗布してもよい。
【００２２】
以下、上記回路パターン形成装置５０による回路パターンの形成方法について説明する。まず、シート体固定テーブル５２が左端部に移動する。そして、形成すべき回路パターンに対応した経路で同テーブル５２が移動するとともに第１の印刷手段５４が第１の溶媒３１を吐出し、シート体１１に第１の溶媒３１を供給する。その結果、図３（ｂ）に示すように、シート体１１には第１の溶媒３１を吸収したシート体１１の表面を含む吸収層３０が形成される（吸収層形成工程）。なお、吸収層３０は、回路パターンを形成すべきシート体１１の全面に形成してもよいが、その後に供給されるインク４０の形状精度の観点からは回路パターンに応じた形状で形成することが望ましい。さらに、吸収層３０は、シート体１１の厚み方向の一部に形成してもよいが、厚み方向全体に形成すればインク４０の銀粒子がシート体１１により浸透しがたくなるので望ましい。なお、第１の印刷手段５４と第２の印刷手段５６とを一体とした印刷手段で第１の溶媒３１とインク４０を供給してもよい。この場合には、２系統のインクジェットノズルを第１の印刷手段５４と第２の印刷手段５６として用い第１の溶媒３１とインク４０の塗布タイミングは該当回路パターンに対応したＮＣ制御によって実行すればよい。すなわちテーブル５２の水平移動に対応して第１の溶媒３１とインク４０が所定の回路位置に供給する方式でもよい。
【００２３】
吸収層３０を形成する第１の溶媒３１としては、シート体１１の焼成温度未満で消失する特性を有しシート体１１に浸透しうる液体、本態様のように低温焼成セラミックス基板を工業上生産する場合には９００℃未満の温度で消失する液体であれば特に制限はなく、水の他にアルコール類・炭化水素系化合物・エーテル化合物などの有機溶剤、油類などの液体、又はこれらの２種以上を混合した液体を使用することができる。なお、シート体１１への浸透性を高めるため、シート体１１の焼成温度未満で消失する添加材を第１の溶媒３１に添加することが好ましい。
【００２４】
次いで、シート体固定テーブル５２が右端部に移動する。そして、回路パターンに対応した経路で同テーブル５２が移動するとともに第２の印刷手段５６が第２の溶媒４１に銀粒子４２を所定割合混合したインク４０を吐出し、上記吸収層形成工程で形成された吸収層３０の表面にインク４０を供給する。その結果、図３（ｃ）に示すように、吸収層３０の表面、すなわちシート体１１の表面には回路パターンに応じた形状でインク４０が供給される。ここで、インク４０は第１の溶媒３１が浸透している吸収層３０の表面に供給されるので、インク４０の第２の溶媒４１はシート体１１に浸透できる余地がない。そして、第２の溶媒４１は雰囲気温度以上で消失するので、図３（ｄ）に示すように吸収層３０の表面にはインク４０に含まれる銀粒子４２のみが残存する。そして、回路パターンに応じインク４０を供給することにより、図３（ｅ）に示すように、シート体１１に回路パターンに応じ連続して銀粒子４２を配置することができる。
【００２５】
上記インク４０における銀粒子の分散媒である第２の溶媒４１としては、雰囲気温度以上かつシート体１１の焼成温度未満で消失する特性を有する液体、本態様のように低温焼成セラミックス基板を工業上生産する場合には３０℃以上かつ９００℃未満の温度で消失する液体であれば特に制限はなく、水の他にアルコール類・炭化水素系化合物・エーテル化合物などの有機溶剤、油類などの液体、又はこれらの２種以上を混合した液体を使用することができる。なお、銀粒子４２を吸収層３０に浸透せしめないためには、第２の溶媒４１と第１の溶媒３１との親和性が低いことが望ましく、具体的には第１の溶媒３１を油性とし、第２の溶媒４１を水又は有機溶剤とすることが望ましい。
【００２６】
なお、本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、特に走査電子顕微鏡−エネルギー分散型蛍光Ｘ線法で測定した場合の前記金属粉末の平均粒径が５０ｎｍ以下のナノサイズの金属粒子を含むインクで回路パターンを形成するのに好適な方法である。
【００２７】
インク供給工程の後に、複数枚のシート体１１の位置を合わせて積層圧着することで積層体が形成される。その積層体をチップサイズに切断し、大気雰囲気下において焼成温度９００℃、焼成時間１．５時間で焼成することで、図３（ｆ）に示す回路基板１０が形成される（焼成工程）。この焼成工程において、未焼成セラミックス基板であるシート体１１は焼結され焼結体である誘電体層１１ａとなり、シート体１１に供給された銀粒子４２は溶融・連結し誘電体層１１ａに密着した回路パターン４３を形成する。一方で、第１の溶媒３１及び第２の溶媒４１は消失するので、回路基板１０に残渣が残存し当該基板の特性を劣化させることが少ない。
【００２８】
（実施例）
ＳｒＯ−ＳｉＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３を主成分とする材料を用い、上記で説明した製造方法で、図１に示すようにペットフィルム２０に担持された未焼成セラミックス基板である厚みが８０μｍのシート体１１を形成した。次に、第１の溶媒３１としてテトラデカン溶剤を、図１に示すような直線状のパターンでシート体１１の表面にインクジェット方式で供給し、長さが６０ｍｍで幅が３００μｍの複数本の吸収層３０を形成した。その後、走査電子顕微鏡−エネルギー分散型蛍光Ｘ線法で測定した場合の前記金属粉末の平均粒径が２０〜３０ｎｍの範囲の銀粒子４２を第２の溶媒４１である水とアルコールの混合溶液に２０重量％分散混合したインク４０を、上記吸収層３０のパターンと同様に吸収層３０の表面にインクジェット方式で供給し、長さが５０ｍｍ、幅が２４０μｍ、厚みが４〜６μｍの銀粒子からなる直線状のパターンを形成した。なお、本実施例における回路パターン形成装置５０の第１の印刷手段５４及び第２の印刷手段５６はインクジェットノズルの内径が３０μｍのものを使用し、それらから吐出される第１の溶媒３１及びインク４０の平均液滴量は８ｎｇとした。
【００２９】
上記と同様にして複数枚のシート体１２〜１５に銀粒子を印刷し、各々のペットフィルムを剥離した後に、上記シート体１１が最表面の誘電体層１１ａとなるようこれらを積層し圧着し、常温からピーク温度９００℃で一定時間キープ後温度降下させ全体温度プロファイルの時間は１２時間で焼成し、図２に示す回路基板を形成した。焼成した後には溶融し連結した銀粒子により回路パターン４３が形成されていた。回路パターン４３にはクラック等は発生しておらず、回路パターン４３の両端間の電気的導通は良好であった。また、第１の溶媒３１及び第２の溶媒４１は焼成により完全に消失しおり、回路パターン４３に対してテープ引剥し試験（ＪＪＳ  Ｃ５０１２）を行っても回路パターン４３の引き剥がれは発生せず、回路パターン４３が誘電体層１１ａに強固に密着していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施態様に係わるインクが供給されたシート体の状態を説明する図である。
【図２】本実施態様に係る製造方法により製造されたセラミックス積層型回路基板の断面図である。
【図３】本実施態様に係る製造方法の工程を説明する図である
【図４】本実施態様に係る製造方法を実施する回路パターン形成装置の概略構成図である。
【図５】従来技術の問題点について説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０            セラミックス積層型回路基板
１１            シート体
１１ａ〜１５ａ  誘電体層
２０            ペットフィルム
３０            第１の溶媒
３１            吸収層
４０            インク
４１            第２の溶媒
４２            銀粒子
４３〜４７      回路パターン
５０            回路パターン形成装置
【図１】
2009224587.tif 000003
【図２】
2009224587.tif 000004
【図３】
2009224587.tif 000005
【図４】
2009224587.tif 000006
【図５】
2009224587.tif 000007