(57)【要約】【課題】内部導体の厚みの増加や総数の増加を可能にし、その場合においてもデラミネーションの問題が生じ難いセラミック基板の製造方法を提供する。【解決手段】  導体粉末および溶剤を含有する導体ペーストを準備する準備工程と、複数の支持体上に、導体ペーストを塗布する第１塗布工程と、導体ペーストの溶剤が、質量濃度において第１塗布工程の開始時の１５％以上残存している状態で、各支持体上に、導体ペーストを覆うようにセラミックスラリーをそれぞれ塗布する第２塗布工程と、導体ペーストおよびセラミックスラリーを同時に乾燥させてセラミックグリーンシートを形成する乾燥工程と、支持体と前記セラミックグリーンシートとの積層体から支持体を剥離する剥離工程と、支持体が剥離された複数の前記セラミックグリーンシートを積層する積層工程と、積層されたセラミックグリーンシートを焼成する焼成工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体粉末および溶剤を含有する導体ペーストを準備する準備工程と、
複数の支持体上に、前記導体ペーストを塗布する第１塗布工程と、
前記導体ペーストの溶剤が、質量濃度において前記第１塗布工程の開始時の１５％以上残存している状態で、前記各支持体上に、前記導体ペーストを覆うようにセラミックスラリーをそれぞれ塗布する第２塗布工程と、
前記導体ペーストおよび前記セラミックスラリーを同時に乾燥させてセラミックグリーンシートを形成する乾燥工程と、
前記支持体と前記セラミックグリーンシートとの積層体から前記支持体を剥離する剥離工程と、
前記支持体が剥離された複数の前記セラミックグリーンシートを積層する積層工程と、
前記積層されたセラミックグリーンシートを焼成する焼成工程と
を有するセラミック基板の製造方法。
【請求項２】
前記第２塗布工程の開始時に、前記導体ペーストの溶剤が、質量濃度において前記第１塗布工程の開始時の５０％以上残存している請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
【請求項３】
前記セラミックスラリーは、前記導体ペーストよりも、含有する前記溶剤の質量濃度が大きい請求項１又は請求項２に記載の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、積層セラミック配線基板のようなセラミック基板の製造方法に関するものであり、特に、支持体上に導体ペーストおよびセラミックスラリーを順に塗布する工程を備えたセラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に伴い、この電子機器に用いられる積層チップインダクタや積層セラミック配線基板のようなセラミック基板からなる電子部品においても小型化及び高性能化が望まれている。
【０００３】
このような電子部品は、セラミック粉末に有機バインダー、可塑剤および溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード等によりセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を成形した後、金属粉末を含有する導体ペーストを印刷するなどしてグリーンシート上に導体パターン層を形成し、次に複数枚の導体パターン層が形成されたグリーンシートを積層して加圧することにより積層体を得た後、この積層体を焼成することにより得られる。
【０００４】
ところが、電子部品に対する前述の要求に対応して導体パターン層が形成されたグリーンシートの積層数を多くすると、導体パターン層が形成された領域が重なる部分と他の部分ではその厚み差が大きくなる。このため、積層されたグリーンシートを厚み方向に加圧した場合、導体パターン層が形成された領域が重なる部分においては加圧力が十分に加わるものの、そうでない部分において加圧力が十分に加わりにくくなるので、不十分な圧着となりやすい。
【０００５】
そして、そのように不十分な圧着により形成された積層体を焼成すると、圧着が不十分な部分でデラミネーション（層間剥離）が発生する可能性があった。
【０００６】
また、上記積層体において、重要な電気特性である直流抵抗値の低減のためには、導体パターンの厚みを厚くする必要がある。しかしながら、厚みの厚い導体パターン層を形成した場合において上記デラミネーションはいっそう生じ易くなるという問題があった。
【０００７】
これらの問題に対して、特許文献１に記載されているような、導体層が表面に形成された支持体上にセラミックスラリーを塗布し、乾燥後支持体を剥離することにより平坦な導体層付きセラミックグリーンシートを形成する製法が提案されている。
【０００８】
この製法によれば、導体層がグリーンシートに埋没しているので導体層が形成されたグリーンシートの表面が平坦になることから、グリーンシートを積層した場合に導体層が形成された領域とそうでない部分で厚み差がなくなり、グリーンシートを積層する際に不均一な加圧力によりデラミネーションが発生することを抑制することができる。
【特許文献１】特開平９−２８３３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されているような、導体層が表面に形成された支持体上にセラミックスラリーを塗布する場合においても、導体層が厚くなると、場所によるスラリーの厚みの差が大きくなり、スラリーから溶剤が揮発する際の乾燥収縮の影響が大きくなることから、導体層上のスラリーと導体層が形成されていない領域上のスラリーとの間で乾燥収縮量に差が発生し、平坦な導体層付きセラミックグリーンシートを形成できずに厚み差が残り、上記デラミネーションが発生する問題があった。
【００１０】
また、セラミックスラリーが薄く塗布された場合においては、支持体及び導体層の表面張力により塗布直後から厚み差が残る問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するために完成されたものであり、内部導体層の厚みの増加やグリーンシートの積層数の増加を可能にし、その場合においてもデラミネーションの問題が生じ難いセラミック基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のセラミック基板の製造方法は、導体粉末および溶剤を含有する導体ペーストを準備する準備工程と、複数の支持体上に、前記導体ペーストを塗布する第１塗布工程と、前記導体ペーストよりも全体に対する溶剤の割合が大きいセラミックスラリーを生成する生成工程と、前記導体ペーストの溶剤が、質量濃度において前記第１塗布工程の開始時の１５％以上残存している状態で、前記各支持体上に、前記導体ペーストを覆うように前記セラミックスラリーをそれぞれ塗布する第２塗布工程と、前記導体ペーストおよび前記セラミックスラリーを同時に乾燥させてセラミックグリーンシートを形成する乾燥工程と、前記支持体と前記セラミックグリーンシートとの積層体から前記支持体を剥離する剥離工程と、前記支持体が剥離された複数の前記セラミックグリーンシートを積層する積層工程と、前記積層されたセラミックグリーンシートを焼成する焼成工程とを有するセラミック基板の製造方法であって、前記第２塗布工程の開始時に、前記導体ペーストの溶剤が前記第１塗布工程の開始時の５０％以上残存している。
【００１３】
好ましくは、上記セラミック基板の製造方法において、前記第２塗布工程の開始時に、前記導体ペーストの溶剤が、質量濃度において前記第１塗布工程の開始時の５０％以上残存している。
【００１４】
好ましくは、上記セラミック基板の製造方法において、前記セラミックスラリーは、前記導体ペーストよりも含有する前記溶剤の質量濃度が大きい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のセラミック基板の製造方法によれば、内部導体層の厚みの増加やグリーンシートの積層数の増加を可能にし、その場合においてもデラミネーションの問題が生じ難いセラミック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】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態によるセラミック基板の製造方法の一例を示す図である。図１において、１は支持体、２ａは導体ペースト、２は導体ペースト２ａが乾燥することにより形成される導体層、３ａはセラミックスラリー、３はセラミックスラリー３ａが乾燥することにより形成されるセラミックグリーンシート、４はセラミックグリーンシート３が積層してなるセラミックグリーンシート積層体である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、支持体１上に導体ペースト２ａを塗布し、この導体ペースト２ａ中の溶剤が、質量濃度において塗布開始時の１５％以上残存している状態で、図１（ｂ）に示すように、支持体１上に、導体ペースト２ａを覆うようにセラミックスラリー３ａを塗布する。ここで、導体ペースト２ａ中の溶剤が質量濃度において１５％以上残存していると、その導体ペースト２ａを乾燥させた場合に、導体層２が収縮し、乾燥後の導体層２の厚みが薄くなって、セラミックグリーンシートの段差低減に寄与する。なお、導体ペースト２ａ中の溶剤が質量濃度において５０％以上残存していると、導体ペースト２ａの乾燥前後での導体層２の厚み差が十分大きくなり、セラミックグリーンシートの段差を効果的に低減できる。
【００１９】
支持体１は、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリイミド系、又は塩化ビニル系等の有機樹脂からなるフィルム状のものである。
【００２０】
支持体１の表面には、後に形成される導体層２およびセラミックグリーンシート３（以下、まとめて「導体層付きセラミックグリーンシート」という。）の剥離性を考慮して、離型剤若しくは帯電防止剤などの表面処理層を形成しておくことが好ましい。特に、支持体１からの剥離時に導体層付きセラミックグリーンシートが伸び等の変形をしてしまうことを抑えるためには、支持体１の表面に離型剤の表面処理層が形成されていることがより好ましい。
【００２１】
離型剤の種類としては、大別してシリコーン系、フッ素系、長鎖アルキル基含有系、アルキッド樹脂系、若しくはポリオレフィン樹脂系などを用いることができる。特に、耐熱性、剥離性及びコストの観点から、シリコーン系がより望ましい。
【００２２】
導体ペースト２ａは、金属導体粉末に有機バインダー、有機溶剤、および必要に応じて分散剤、粘度調整剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、若しくはプラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することにより作製される。
【００２３】
導体粉末の導体材料としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ（パラジウム），Ｐｔ（白金）等の１種または２種以上が挙げられ、その導体粉末はアトマイズ法、還元法等により製造されたものであり、必要により酸化防止、凝集防止等の処理をおこなってもよい。導体材料が２種以上の場合は２種類以上の粉末を混合してもよいし、合金、コーティング等により２種以上の材料が一体となった粉末であってもよい。また、分級等により微粉末または粗粉末を除去し粒度分布を調整したものであってもよい。
【００２４】
導体ペースト２ａの有機バインダーは、従来導体ペーストに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，若しくはセルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。有機バインダーの選定に当たっては、焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系、若しくはアルキド系の有機バインダーがより好ましい。
【００２５】
導体ペースト２ａの有機溶剤は、導体粉末と有機バインダーとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、2，２，４−トリメチル―１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート若しくはフタル酸等などが使用可能である。
【００２６】
例えば、導体ペースト２ａは、金属導体粉末原料１００質量部に対して有機バインダーを３〜３２質量部、有機溶剤を１〜３０質量部加えて混練することにより形成される。また、導体ペースト２ａは、表層配線導体を形成した後に滲みが発生しない程度の粘度、具体低には４０００〜２００００ｃｐｓ程度の粘度にすることが望ましい。
【００２７】
支持体１の表面に導体ペースト２ａを印刷する方法は、特に制限されるものではなく、従来周知のスクリーン印刷法若しくはグラビア印刷法等が使用可能である。
【００２８】
次に、セラミックスラリーの粉末としては、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ガラスセラミック粉末（ガラス粉末とフィラー粉末との混合物）等が挙げられる。ガラスセラミック粉末のガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２９】
また、ガラスセラミック粉末のフィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等のセラミック粉末が挙げられる。
【００３０】
セラミックグリーンシートの有機バインダーは、従来より使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，又はセルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。特に、焼成工程での分解、および揮発性を考慮すると、アクリル系バインダーがより好ましい。
【００３１】
セラミックスラリー３ａの有機溶剤は、セラミック粉末及びガラスセラミック粉末と有機バインダーとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、トルエン，ケトン類，若しくはアルコール類の有機溶媒や水等が挙げられる。
【００３２】
これらの中で、トルエン，メチルエチルケトン，およびイソプロピルアルコール等の蒸発係数の高い溶剤はスラリー塗布後の乾燥工程が短時間で実施できるのでより好ましい。
【００３３】
セラミックグリーンシート３を作製するためのスラリーは、セラミック及びガラスセラミック組成粉末１００質量部に対して有機バインダーを５〜２０質量部、有機溶剤を１５〜５０質量部加え、ボールミル等の混合手段により混合することにより３〜１００ｃｐｓの粘度となるように調製される。ここで、セラミックスラリー３ａ中の溶剤の質量濃度は、導体スラリー２ａ中の溶剤の質量濃度よりも大きい。
【００３４】
セラミックスラリーの塗布工法としては、ドクターブレード法，リップコーター法，若しくはダイコーター法等において塗布される。特にダイコーター法やスロットコーター法、若しくはカーテンコーター法等の押し出し式の方法を用いると、これらは非接触式の塗布方法であるため、導体ペースト２ａを物理的な力で混合させてしまうことなく導体層付きセラミックグリーンシートを形成することができるのでより好ましい。
【００３５】
その後、導体ペースと２ａとセラミックスラリー３ａとを同時に乾燥させることにより、図１（ｃ）に示すように、導体層付きセラミックグリーンシート３を形成する。
【００３６】
支持体１上に塗布したセラミックスラリー３ａの乾燥は、従来用いられている温風乾燥機や遠赤外線乾燥機等のような輻射熱や伝熱を利用するものの他、溶剤の蒸気圧を低下させ揮発させる真空乾燥機等の乾燥機を用いることにより行なわれてもよい。
【００３７】
なお、セラミックグリーンシート３には、必要に応じて上下の層間の導体層２同士を接続するためのビアホール導体やスルーホール導体等の貫通導体を形成してもよい。これら貫通導体は、金型によるパンチング加工やレーザ加工等により導体層付きセラミックグリーンシートに貫通孔を形成した後に、貫通導体用導体ペーストを印刷やプレス充填等の埋め込み手段によって形成してよい。
【００３８】
導体層付きセラミックグリーンシートに貫通穴を加工する際、導体層付きセラミックグリーンシートを支持体１から剥がして行なってもよいが、支持体１上に保持したまま行なうと導体層付きセラミックグリーンシートの変形を防止できるのでより好ましい。
【００３９】
また、貫通導体用導体ペーストは、導体ペースト２ａと同様にして作製され、溶剤や有機バインダーの量により１５０００ｃｐｓ乃至４００００ｃｐｓ程度に調整される。
【００４０】
なお、貫通導体用導体ペーストの焼結挙動の調整のために、金属導体粉末にガラスやセラミックスの粉末を加えた無機成分としてもよい。無機成分１００質量部に対して有機バインダーの量は３〜１５質量部の範囲が好ましい。３重量部以上では、ペースト状に調整することが容易となり、１５質量部未満では、ペースト中の有機成分の量が適度であるため、焼結後の導体が多孔性となるか過剰に収縮することにより貫通導体内部や貫通導体と貫通孔内壁の間に空隙が生じることを効果的に抑制することができる。
【００４１】
次に、図１（ｄ）に示すように、導体層付きセラミックグリーンシート同士を位置合わせして積み重ね、圧着することによりセラミックグリーンシート積層体４を作製する。
【００４２】
積層する方法は、積み重ねた導体層付きセラミックグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダー，可塑剤，溶剤等からなる密着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。
【００４３】
積層の際の加熱加圧の条件は用いる有機バインダー等の種類や量により異なるが、概ね３０〜１００℃、２〜２０ＭＰａである。
【００４４】
この積層体１４を大気中または加湿窒素雰囲気中にて、４００〜６００℃の温度で脱バインダーした後、８００〜１０００℃の温度で焼成することにより配線基板が得られる。
【００４５】
なお、半導体チップやチップ部品を搭載するための搭載用電極やコイル内蔵基板を外部配線基板に接続するための電極パッドのような、導体層２を焼成してなる表層配線導体には、半田等による半導体チップやチップ部品との接合を強固なものにするために、その表面にニッケル層および金層をメッキ法等により順次被着するとよい。
【００４６】
本実施の形態によるセラミック基板の製造方法においては、導体ペースト中の溶剤が、質量濃度において塗布開始時の１５％以上残存している状態で、導体ペースト２ａを覆うようにセラミックスラリー３ａを塗布し、これを同時に乾燥させることから、導体ペースト２ａおよびセラミックスラリー３ａの表面がともに乾燥収縮するため、支持体１上のセラミックグリーンシート３の表面における段差を軽減することができる。
【００４７】
なお、上述のように、セラミックスラリー３ａに含まれる溶剤の割合が導体スラリー２ａに含まれる溶剤の割合よりも大きい場合には、図１（ｃ）に示されるように、導体層２上のセラミックグリーンシート３の表面の高さが、導体層２が形成されていない支持体１上のセラミックグリーンシート３の表面の高さよりも高くなる傾向がある。しかし、本実施の形態によるセラミック基板の製造方法では、図１（ｃ）に示されたセラミックグリーンシート３の表面の高低差は、従来の製造方法において生じる高低差と比較して十分小さいことから、デラミネーションの問題は生じ難い。もし、高低差があった場合でも、図３（ｄ）において、導体層付きセラミックグリーンシート同士を位置合わせして積み重ね、圧着することにより補償可能である。また、セラミックスラリー３ａに含まれる溶剤の割合が導体スラリー２ａに含まれる溶剤の割合よりも小さく、導体層２上のセラミックグリーンシート３の表面の高さが、導体層２が形成されていない支持体１上のセラミックグリーンシート３の表面の高さよりも低い場合であっても、その高低差は、従来の製造方法において生じる高低差と比較して十分小さいことから、デラミネーションの問題を生じ難く、本発明の効果を十分に達成できる。
【００４８】
以上のような方法で作製されたセラミック基板は、その内部にデラミネーションを有さず従来品に比べ多層でかつ導体層の厚みを厚く形成できるため、電子部品として要求される電気特性の高いものが得られる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を挙げて本発明の配線基板の製造方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００５０】
まず、図１（ａ）に表されるＰＥＴより成るフィルム状の支持体１上に、内部配線導体用ペースト２ａをスクリーン印刷法によって５乃至２０μm厚みに塗布した。配線導体用ペーストとしては、Ｃｕ粉末１００質量部に、アクリル樹脂６質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール１４質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールにて十分に混練したものを用いた。
【００５１】
次に、図１（ａ）に表される導体ペースト２ａが形成された支持体１上に、セラミックスラリー３をダイコーター法により塗布し、図１（ｂ）に表される導体ペースト付セラミックスラリーを得た。セラミックスラリーとしては、無機粉末１００質量部と、アクリル樹脂２０質量部と、有機溶剤としてトルエンを７０質量部としてボールミルにより混合し調製したものを用いた。
【００５２】
この図１（ｂ）に表される導体ペースト付セラミックスラリーを５０℃で３０分乾燥して、図１（ｃ）に表される導体層付セラミックグリーンシートを形成した。
【００５３】
こうして得られた図１（ｃ）に表される導体層付セラミックグリーンシートにおいては、導体層２の厚みおよび導体層２上のセラミックグリーンシート３の厚みの和と、導体層２が形成されていない領域上のセラミックグリーンシート３の厚みとの差は、２μｍ以下であった。
【００５４】
次に、比較例として、図２に示す製造方法を用いてセラミック基板を形成した。ここで、図１に示したセラミック配線基板を構成する各構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付している。
【００５５】
まず、図２（ａ）に表されるＰＥＴより成るフィルム状の支持体１上に、内部配線導体用ペースト２をスクリーン印刷法によって５乃至２０μm厚みに塗布し、５０℃で３０分乾燥した。配線導体用ペーストとしては、図１を用いて説明した導体ペースト２ａと同一の材料からなる導体ペーストを用いた。
【００５６】
次に、図２（ｂ）に表される導体層２が形成された支持体１上に、セラミックスラリー３をダイコーター法により塗布し、図２（ｂ）に表される導体層付セラミックスラリーを得た。セラミックスラリーとしては、図１を用いて説明したセラミックスラリー３ａと同一の材料からなるセラミックスラリーを用いた。
【００５７】
さらに、この図２（ｂ）に表される導体ペースト付セラミックスラリーを５０℃で３０分乾燥して、図２（ｃ）に表される導体層付セラミックグリーンシートを形成した。
【００５８】
こうして得られた図２（ｃ）に表される導体層付セラミックグリーンシートにおいて、導体層２の厚みおよび導体層２上のセラミックグリーンシート３の厚みの和と、導体層２が形成されていない領域上のセラミックグリーンシート３の厚みとの差は、５〜１５μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態によるセラミック基板の製造方法の一例を示す図である。
【図２】乾燥させた導体層上にセラミックスラリーを塗布する比較用のセラミック基板の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・支持体
２・・・導体層
２ａ・・導体ペースト
３・・・セラミックグリーンシート
３ａ・・セラミックスラリー
４・・・セラミックグリーンシート積層体
【図１】
2009130319.tif 000003
【図２】
2009130319.tif 000004