CN101683011B - 多层陶瓷基板的制造方法及复合片材 - Google Patents

多层陶瓷基板的制造方法及复合片材 Download PDF

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    • H05K3/125Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by ink-jet printing or drawing by dispensing by ink-jet printing

Abstract

本发明欲通过喷墨法以良好的品质形成位于多层陶瓷基板的外表面上的电阻体图案和导体图案。制作由第一陶瓷生坯层(2a)和收缩抑制层(10)构成的复合片材(11),通过喷墨法在该复合片材(11)的第一陶瓷生坯层(2a)上形成电阻体图案(4)和导体图案(5),接着将多个第二陶瓷生坯层(3a)和复合片材(11)层叠,使复合片材(11)的收缩抑制层(10)成为最外层,从而制得具有未烧成的多层陶瓷基板(1a)以及收缩抑制层(10)的复合层叠体(13)。然后,烧成复合层叠体(13),接着除去收缩抑制层(10),从而将烧结的多层陶瓷基板(1)取出。

Description

多层陶瓷基板的制造方法及复合片材
技术领域
本发明涉及多层陶瓷基板的制造方法及复合片材,特别涉及多层陶瓷基板的制造方法以及适用于该多层陶瓷基板的制造的复合片材,所述多层陶瓷基板中,位于多层陶瓷基板的外表面上的电阻体图案和/或导体图案是通过喷墨法形成的图案。
背景技术
作为本发明所感兴趣的多层陶瓷基板的制造方法,有采用所谓无收缩工艺的方法。采用无收缩工艺制造多层陶瓷基板时,制成如下所述的复合层叠体:所述复合层叠体包括多个陶瓷生坯层和收缩抑制层,收缩抑制层配置于由多个陶瓷生坯层构成的未烧成的多层陶瓷基板的至少一个主面上,所述陶瓷生坯层包含低温烧结陶瓷材料,所述收缩抑制层包含在低温烧结陶瓷材料的烧结条件下实质上不烧结的难烧结性陶瓷粉末。
接着,在所述低温烧结材料的烧结条件下烧成复合层叠体。藉此得到由多个陶瓷生坯层烧结而成的多层陶瓷基板。该烧成工序中,因为收缩抑制层所包含的难烧结性陶瓷粉末实质上不烧结,所以收缩抑制层中实质上不产生收缩。因此,收缩抑制层对陶瓷生坯层进行束缚,所以陶瓷生坯层实质上只在厚度方向上收缩,其主面方向上的收缩被抑制。其结果是,所得多层陶瓷基板不易发生不均匀的变形,可提高多层陶瓷基板的形状和尺寸的精度。
接着,除去所述收缩抑制层,藉此将目标多层陶瓷基板取出。
要在所述多层陶瓷基板的外表面上形成电阻体图案和/或导体图案的情况下,在如上所述除去了收缩抑制层后,有时会实施电阻体图案和/或导体图案的形成工序。此外,要形成电阻体图案的情况下,通常会进一步形成由作为保护膜的玻璃构成的覆盖膜(overcoat film)。覆盖膜具有保护电阻体图案不受镀敷处理的影响并确保电阻体图案的可靠性的功能。这些电阻体图案和/或导体图案的形成以及覆盖膜的形成中伴随有烧成工序。其结果是,对作为成品的多层陶瓷基板反复实施多次烧成工序,多层陶瓷基板处于过度烧结的状态,这可能会使多层陶瓷基板所具有的陶瓷层的机械特性和电特性发生改变,或者使陶瓷部分与导体部分的接合强度下降。
因此,设想在所述复合层叠体中位于最外层的陶瓷生坯层上预先形成未烧成的电阻体图案和未烧成的覆盖膜,将收缩抑制层配置成覆盖所述未烧成的电阻体图案和未烧成的覆盖膜的状态,将未烧成的电阻体图案和未烧成的覆盖膜与陶瓷生坯层同时进行烧成。藉此,可避免对陶瓷生坯层反复实施多次烧成工序的问题。
然而,如果只是单纯地采用上述方法,则由于电阻体图案与多层陶瓷基板的接合强度较低,因此在除去收缩抑制层的工序中会遇到不仅是收缩抑制层、连电阻体图案也剥离的问题。为了解决上述问题,在日本专利特开2005-39164号公报(专利文献1)中提出了在软化温度和组成方面对覆盖膜所含的玻璃成分进行改良的技术方案。
另一方面,提出了通过喷墨法来形成位于多层陶瓷基板等的陶瓷基板的外表面上的电阻体图案和导体图案的技术方案。利用喷墨法可高效地进行电阻体图案或导体图案的形成工序,对图案的改变可迅速地作出应对。
然而,喷墨法中所用的电阻体油墨或导体油墨含有很多溶剂,粘度低,因此如果将其喷在普通的陶瓷生坯层上,则存在容易洇开的问题。因此,电阻体图案或导体图案的线条精细性不佳。此外,陶瓷生坯层所含的粘接剂可能会被电阻体油墨或导体油墨溶解,在电阻体图案或导体图案的表面产生凹凸。
专利文献1:日本专利特开2005-39164号公报
发明的揭示
因此,本发明的目的是提供能解决上述问题的多层陶瓷基板的制造方法。
本发明的另一个目的是提供适用于所述多层陶瓷基板的制造的、形成有电阻体图案和/或导体图案的复合片材。
本发明的又一个目的是提供适用于所述多层陶瓷基板的制造的、预定了要形成电阻体图案和/或导体图案的复合片材。
为解决上述技术问题,本发明的多层陶瓷基板的制造方法的特征在于,包括:分别准备第一和第二低温烧结陶瓷材料以及在第一和第二低温烧结陶瓷材料的烧结条件下实质上不烧结的难烧结性陶瓷粉末的工序;制作复合片材的工序,该复合片材由包含第一低温烧结陶瓷材料的第一陶瓷生坯层和包含难烧结性陶瓷粉末的收缩抑制层构成;采用电阻体油墨和/或导体油墨,通过喷墨法在复合片材的第一陶瓷生坯层上形成电阻体图案和/或导体图案的工序;将包含第二低温烧结陶瓷材料的多个第二陶瓷生坯层与形成有电阻体图案和/或导体图案的复合片材一起层叠,使复合片材的收缩抑制层成为最外层,从而制得具有未烧成的多层陶瓷基板以及配置于该多层陶瓷基板的至少一个主面上的所述收缩抑制层的复合层叠体的工序;在第一和第二低温烧结陶瓷材料的烧结条件下烧成复合层叠体,从而获得烧结的多层陶瓷基板的工序;以及除去收缩抑制层,将多层陶瓷基板取出的工序。
较好是所述电阻体油墨和/或导体油墨含有溶剂,第一陶瓷生坯层与第二陶瓷生坯层相比能吸收更多的溶剂。
较好是第一陶瓷生坯层的空隙率在30%以上。
较好是第一陶瓷生坯层包含粘接剂,粘接剂在电阻体油墨和/或导体油墨中的溶解度在14g以下。溶解度如果如上所述在14g以下,则在实用上没有问题,更好是4g以下,进一步更好是2g以下。
较好是第一低温烧结陶瓷材料和第二低温烧结陶瓷材料彼此相同。
较好是第一低温烧结陶瓷材料是玻璃类低温烧结陶瓷材料。
较好是第一陶瓷生坯层的颜色和收缩抑制层的颜色彼此不同。
本发明也包括适用于所述多层陶瓷基板的制造方法的形成有图案的复合片材。该形成有图案的复合片材是在实施所述制造方法时在其中途阶段得到的片材,该片材的特征在于,包括:包含低温烧结陶瓷材料的陶瓷生坯层;形成于陶瓷生坯层上,且包含在低温烧结陶瓷材料的烧结条件下实质上不烧结的难烧结性陶瓷粉末的收缩抑制层;以及采用电阻体油墨和/或导体油墨,通过喷墨法在陶瓷生坯层上形成的电阻体图案和/或导体图案。
对于该形成有图案的复合片材,较好的也是陶瓷生坯层的空隙率在30%以上,且陶瓷生坯层所含的粘接剂在电阻体油墨和/或导体油墨中的溶解度在14g以下,且陶瓷生坯层的颜色和收缩抑制层的颜色彼此不同。
本发明还包括适用于所述多层陶瓷基板的制造的、预定了要形成电阻体图案和/或导体图案的复合片材。该复合片材是在实施所述制造方法时在其中途阶段得到的片材,该片材的特征在于,包括:包含低温烧结陶瓷材料的陶瓷生坯层;以及形成于陶瓷生坯层上,且包含在低温烧结陶瓷材料的烧结条件下实质上不烧结的难烧结性陶瓷粉末的收缩抑制层;所述陶瓷生坯层的空隙率高于收缩抑制层的空隙率。
根据本发明,在制作作为多层陶瓷基板的主要部分的包括多个第二陶瓷生坯层的复合层叠体之前,先制作由第一陶瓷生坯层和收缩抑制层构成的复合片材,在该复合片材阶段通过喷墨法形成电阻体图案和/或导体图案。因此,可以先利用第一陶瓷生坯层再利用收缩抑制层来吸收电阻体图案和/或导体图案所含的溶剂的大部分。与第二陶瓷生坯层相比,在第一陶瓷生坯层中能容易地采用可迅速吸收溶剂的组成。
因此,可抑制通过喷墨法形成的电阻体图案和/或导体图案的洇开,可获得电阻体图案和/或导体图案的良好的线条精细性。作为第一陶瓷生坯层所含的粘接剂实质上无限制,可使用难溶于电阻体油墨或导体油墨的粘接剂,因此能抑制形成于第一陶瓷生坯层上的电阻体图案和/或导体图案的表面产生凹凸。
第一陶瓷生坯层在所得多层陶瓷基板中能起到作为电阻体图案和/或导体图案的保护膜的覆盖膜的作用。而且,要获得具有这些电阻体图案和/或导体图案以及覆盖膜的多层陶瓷基板时,仅实施一次烧成工序即可。这样,可避免多层陶瓷基板所具有的陶瓷层处于过度烧结的状态、陶瓷层的特性发生不期望的变化、陶瓷部分和导体部分的接合强度下降等问题。
具有上述功能的第一陶瓷生坯层在由收缩抑制层衬里的复合片材的状态下使用。因此,收缩抑制层也能吸收溶剂,在溶剂量较多的情况下,与仅由第一陶瓷生坯层来吸收溶剂的情况相比,可更迅速地吸收更多的溶剂。其结果是,可减少残留于第一陶瓷生坯层的溶剂量,这也有助于改善电阻体图案和/或导体图案的线条精细性以及改善表面状态。特别是被收缩抑制层吸收的溶剂在烧成后和收缩抑制层一起被除去,因此可减少残留于多层陶瓷基板的溶剂量,可进一步减少溶剂对多层陶瓷基板特性造成的影响。
薄层的第一陶瓷生坯层通常很软弱,因此操作性不佳,但通过将其形成于收缩抑制层上,可提高第一陶瓷生坯层的操作性。特别是采用空隙率高的陶瓷生坯作为第一陶瓷生坯层的情况下,第一陶瓷生坯层有变脆的倾向,因此利用收缩抑制层进行的补强变得更有效。
本发明中,如果使第一陶瓷生坯层与第二陶瓷生坯层相比能更好地吸收电阻体图案和/或导体图案所含的溶剂,则可更确实地达到所述效果。此外,特别是仅通过对于第一陶瓷生坯层采用具有良好的溶剂吸收性的组成,即可对于第二陶瓷生坯层在无特别限制的条件下选择其组成,因此可提高设计的自由度。此外,由于在作为多层陶瓷基板的主要部分的第二陶瓷生坯层中能采用可满足多层陶瓷基板的优选特性的组成,因此可获得具有良好的特性的多层陶瓷基板。
如果使第一陶瓷生坯层的空隙率达到30%以上,或者使第一陶瓷生坯层所含的粘接剂在电阻体油墨和/或导体油墨中的溶解度达到14g以下,则可更确实地实现上述的提高电阻体图案和/或导体图案的线条精细性的效果以及使表面状态平滑化的效果。
如果第一低温烧结填充材料和第二低温烧结填充材料彼此相同,则第一陶瓷生坯层和第二陶瓷生坯层的烧成时的收缩匹配性良好,而且在使用异种材料时可能会发生的相互扩散所导致的异相的析出或烧结缺陷变得不易发生,可使所得多层陶瓷基板的特性稳定化,并且可提高可靠性。
如果第一陶瓷生坯层的颜色和收缩抑制层的颜色彼此不同,则在复合片材的状态下,可根据颜色的差异容易地检测出第一陶瓷生坯层中可能会产生的薄点缺陷。
利用本发明的复合片材,由于陶瓷生坯层的空隙率高于收缩抑制层的空隙率,因此可利用毛细现象将油墨的溶剂从陶瓷生坯层向收缩抑制层中吸引,可使溶剂不易残留于陶瓷生坯层中。
附图的简单说明
图1是以剖视图表示本发明的第一实施方式中的多层陶瓷基板的制造方法所包括的代表性工序的图。
图2是以剖视图表示本发明的第二实施方式中的多层陶瓷基板的制造方法所包括的代表性工序的图。
符号说明
1   多层陶瓷基板
1a  未烧成的多层陶瓷基板
2   第一陶瓷层
2a  第一陶瓷生坯层
3   第二陶瓷层
3a  第二陶瓷生坯层
4   电阻体图案
5   导体图案
10  收缩抑制层
11  复合片材
13  复合层叠体
实施发明的最佳方式
图1是用于说明本发明的第一实施方式的图。图1中,以剖视图示出了为了制造(5)中所示的多层陶瓷基板1而实施的代表性工序。
首先,参照图1(5),多层陶瓷基板1具有由起到覆盖膜的作用的第一陶瓷层2和多个第二陶瓷层3构成的层叠结构。
在由多个第二陶瓷层3构成的层叠结构物的层叠方向的一个端面上以被第一陶瓷层2覆盖的状态形成有电阻体图案4和导体图案5。在由多个第二陶瓷层3构成的层叠结构物的层叠方向的另一个端面上形成有外部导体图案6,沿着第二陶瓷层3之间的界面形成有内部导体图案7。以在第二陶瓷层3的厚度方向上贯通的形态形成有通孔导体8。
为制造这样的多层陶瓷基板1,实施下述工序。
首先,准备第一和第二低温烧结陶瓷材料。第一低温烧结陶瓷材料和第二低温烧结陶瓷材料可以是彼此不同的材料,但在本实施方式中是彼此相同的材料。低温烧结陶瓷材料是能在1050℃以下的温度下烧结、能和比电阻小的银或铜同时烧成的陶瓷材料。
作为低温烧结陶瓷材料,具体可例举将氧化铝、氧化锆、氧化镁、镁橄榄石等陶瓷粉末和例如SiO2-B2O3-CaO-Al2O3类玻璃、SiO2-B2O3-CaO-Al2O3-R2O类玻璃(R为碱金属)等硼硅酸盐类玻璃混合而成的玻璃复合类低温烧结陶瓷材料,采用ZnO-MgO-Al2O3-SiO2类玻璃或硼硅酸盐类玻璃的玻璃类低温烧结陶瓷材料,采用BaO-Al2O3-SiO2类陶瓷粉末或Al2O3-CaO-SiO2-MgO-B2O3类陶瓷粉末等的非玻璃类低温烧结陶瓷材料等。
此外,准备在所述低温烧结陶瓷材料的烧结条件下、更具体而言是在烧结温度下实质上不烧结的难烧结性陶瓷粉末。作为难烧结性陶瓷粉末,可优选使用例如氧化铝、氧化锆、氧化镁或镁橄榄石等粉末。
接着,如图1(1A)所示,制作由第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10构成的复合片材11。在此,第一陶瓷生坯层2a是将成为图1(5)所示的第一陶瓷层2的层。
为制作复合片材11,首先制作将成为收缩抑制层10的收缩抑制用陶瓷生坯片。收缩抑制用陶瓷生坯片通过下述方法获得:在所述难烧结性陶瓷粉末中分别添加溶剂、有机粘接剂、分散剂和增塑剂等,然后混合,从而制成陶瓷浆料,利用刮刀涂布法等将该陶瓷浆料在PET膜等载体膜(未图示)上成形为片状。
第一陶瓷生坯层2a通过下述方法形成:在所述低温烧结陶瓷材料粉末中适量地分别添加溶剂、有机粘接剂、分散剂和增塑剂等,然后将它们混合,从而制成陶瓷浆料,利用刮刀涂布法等将该陶瓷浆料在所述收缩抑制用陶瓷生坯片上成形为片状。
第一陶瓷生坯层2a也可通过下述方法形成:以生坯片的形态准备第一陶瓷生坯层2a,将其层叠并压接于收缩抑制用陶瓷生坯片上。第一陶瓷生坯层2a也可通过丝网印刷等方法在收缩抑制用陶瓷生坯片上形成。
第一陶瓷生坯层2a如果包含和后述的第二陶瓷生坯层3a相同的低温烧结陶瓷材料,则第一陶瓷生坯层2a和第二陶瓷生坯层3a的烧成时的收缩匹配性良好,而且在使用异种材料时可能会发生的相互扩散所导致的异相的析出或烧结缺陷变得不易发生,可使所得多层陶瓷基板1的特性稳定化,并且可提高可靠性。
第一低温烧结陶瓷材料如果是玻璃类低温烧结陶瓷材料而不包含陶瓷粉末,则可容易地进行激光微调,可提高微调速度。此时,第二陶瓷生坯层3a所包含的低温烧结陶瓷材料既可以和第一陶瓷生坯层2a所包含的低温烧结陶瓷材料相同,也可以是玻璃复合类低温烧结陶瓷材料或非玻璃类低温烧结陶瓷材料。
接着,如图1(2A)所示,在如上所述获得的复合片材11的第一陶瓷生坯层2a上采用电阻体油墨通过喷墨法形成电阻体图案4。
接着,如图1(3A)所示,在复合片材11的第一陶瓷生坯层2a上采用导体油墨通过喷墨法形成导体图案4。如本实施方式所述,如果在形成导体图案5之前形成电阻体图案4,则能以平坦的状态形成电阻体图案4,可减少电阻不均。此外也可提高电阻体图案4和导体图案5的连接可靠性。
在图1(2A)和(3A)所示的状态下,构成电阻体图案4的电阻体油墨所含的溶剂和构成导体图案5的导体油墨所含的溶剂立刻被第一陶瓷生坯层2a吸收,未被第一陶瓷生坯层2a吸收的溶剂接着被收缩抑制层10吸收。因此,可抑制电阻体图案4和导体图案5发生洇开,可获得良好的平面状态。
为了更确实地达到上述作用效果,较好是第一陶瓷生坯层2a与后述的第二陶瓷生坯层3a相比能吸收更多的溶剂。此外,为了更确实地达到上述作用效果,较好是第一陶瓷生坯层2a的空隙率在30%以上。空隙率的上限较好为60%。为了增大空隙率,需要减少粘接剂的量,但如果粘接剂过少,则油墨中的无机成分进入第一陶瓷生坯层2a中,可能会引起短路缺陷或特性缺陷。空隙率如果在60%以下,则可避免上述问题。
此外,为了更确实地达到上述作用效果,较好是第一陶瓷生坯层2a所含的粘接剂在电阻体油墨和导体油墨中的溶解度均在14g以下。在此,溶解度是以“g”为单位表示100g溶剂中溶解的溶质的量。粘接剂的溶解度也受到油墨的溶剂的影响。例如,采用BCA(丁基卡必醇乙酸酯)作为油墨的溶剂时,如果采用丁缩醛化度在60摩尔%以上且羟基在30摩尔%以上的丁缩醛粘接剂(聚乙烯醇缩丁醛树脂),则可使溶解度达到14g以下,特好为2g以下。
收缩抑制层10所含的粘接剂的溶解度和第二陶瓷生坯层3a所含的粘接剂的溶解度均高于第一陶瓷生坯层2a所含的粘接剂的溶解度的最大值14g。
这是因为如果收缩抑制层10的粘接剂的溶解度高,则浸透至收缩抑制层10的油墨的溶剂与粘接剂混合,流动性下降,因此可抑制油墨向第一陶瓷生坯层2a倒流。此外也是因为如果第二陶瓷生坯层3a所含的粘接剂的溶解度高,则形成于第一陶瓷生坯层2a的电阻体图案4或导体图案5中残留的少量的溶剂在层叠时与第二陶瓷生坯层3a的粘接剂混合,因此可提高电阻体图案4或导体图案5与第二陶瓷生坯层3a的密合性。
在比第一陶瓷生坯层2a更厚的收缩抑制层10和第二陶瓷生坯层3a中,为改善脱粘接剂性,较好的也是使粘接剂的溶解度高于14g。这是因为如果降低粘接剂的溶解度,则粘接剂被高分子化,粘接剂的分子间作用力增强,因而脱粘接剂性变差。
第一陶瓷生坯层2a的厚度在烧成前较好是在5~50μm的范围内选择。这是因为,如果在5μm以上,则可充分地吸收油墨的溶剂,另一方面,如果在50μm以下,则可确保在第一陶瓷生坯层2a上的良好的印刷性,并且在需要对电阻体图案4进行激光微调时可在短时间内以良好的精度进行激光微调。在不形成电阻的情况下或者是在即使形成电阻也不需要进行激光微调的情况下,由于第一陶瓷生坯层2a的厚度增厚所导致的缺点少,因此即使厚度超过50μm也没有问题。第一陶瓷生坯层2a的厚度更好为5~35μm。
收缩抑制层10的厚度在烧成前较好是在50~300μm的范围内选择。这是因为,如果在50μm以上,则可充分地吸收由第一陶瓷生坯层2a所吸收的油墨的溶剂,并且可充分地发挥收缩抑制作用。另一方面,如果在300μm以下,则成形容易,且脱粘接剂性良好。油墨的溶剂较少的情况下,收缩抑制层的厚度也可以不到50μm。
收缩抑制层10的空隙率较好是在10~50%的范围内选择。为了对第一陶瓷生坯层2a对于油墨的溶剂的吸收功能起到帮助作用,收缩抑制层10较好是具有10%以上的空隙率。但是,为了发挥足够的收缩抑制作用,其上限较好为50%。
收缩抑制层10的空隙率较好是低于第一陶瓷生坯层2a的空隙率。这是因为第一陶瓷生坯层2a可利用毛细现象将油墨的溶剂从第一陶瓷生坯层2a向收缩抑制层10中吸引,可使溶剂不易残留于第一陶瓷生坯层2a中。
另一方面,如图1(1B)所示,制作用于第二陶瓷生坯层3a的陶瓷生坯片。第二陶瓷生坯层3a是将成为图1(5)所示的第二陶瓷层3的层。用于第二陶瓷生坯层3a的陶瓷生坯片通过下述方法获得:在所述低温烧结陶瓷材料粉末中分别适量地添加溶剂、有机粘接剂、分散剂和增塑剂等,然后混合,从而制成陶瓷浆料,利用刮刀涂布法等将该陶瓷浆料成形为片状。
接着,如图1(1B)所示,在用于第二陶瓷生坯层3a的陶瓷生坯片上形成用于设置通孔导体8的贯通孔12。
接着,如图1(2B)所示,在贯通孔12内填充导电性糊料,藉此形成通孔导体8。
接着,如图1(3B)所示,在用于第二陶瓷生坯层3a的陶瓷生坯片上例如通过丝网印刷来印刷导电性糊料,从而形成内部导体图案7。虽然在图1(3B)中未图示,但也同样地形成外部导体图案6。
作为构成所述通孔导体8、内部导体图案7和外部导体图案6的导电性糊料所含的导电成分,优选以银、铜、金等低熔点金属为主要成分的材料。
接着,如图1(4)所示,将多个用于第二陶瓷生坯层3a的陶瓷生坯片与形成有电阻体图案4和导体图案5的复合片材11一起层叠,使复合片材11的收缩抑制层10成为最外层,从而得到复合层叠体13。复合层叠体13具有未烧成的多层陶瓷基板1a以及配置于该多层陶瓷基板1a的至少一个主面上的收缩抑制层10,但本实施方式中,与来源于复合片材11的收缩抑制层10所在的主面相对的一侧的主面上也配置有收缩抑制层10。
如上所述,以陶瓷生坯片的形态准备了第二陶瓷生坯层3a,但并不限于像陶瓷生坯片那样能单独使用的层,也可以是通过涂布陶瓷浆料而形成的将直接成为第二陶瓷生坯层3a的层。
图1(4)所示的复合片材11和第二陶瓷生坯层3a是分别将图1(1A)~(3A)所示的复合片材11和图1(1B)~(3B)所示的第二陶瓷生坯层3a上下翻转后图示的。
接着,将图1(4)所示的未烧成的复合层叠体13在所述低温烧结陶瓷材料的烧结条件、例如在800~1000℃左右的温度下烧成。该烧成工序中,由于收缩抑制层10本身实质上不收缩,因此对未烧成的多层陶瓷基板1a施加用于抑制其主面方向上的收缩的束缚力。因此,在未烧成的多层陶瓷基板1a中,在第一陶瓷生坯层2a和第二陶瓷生坯层3a各自的主面方向上的收缩被抑制的同时,其中包含的低温烧结陶瓷材料烧结,从而在实质上仅在厚度方向上收缩的同时形成烧结多层陶瓷基板1中的第一陶瓷层2和第二陶瓷层3。
所述烧成工序中,电阻体图案4、导体图案5、外部导体图案6、内部导体图案7和通孔导体8均处于烧结状态。
接着,通过超声波清洗等除去收缩抑制层10。所述烧成工序中,收缩抑制层10未烧结,处于多孔质状态,因此可容易地将其除去。
由此获得图1(5)所示的多层陶瓷基板1。
较好是所述第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10各自的颜色彼此不同到可识别的程度。藉此,在复合片材11的状态下,可根据所述颜色的差异容易地检测出第一陶瓷生坯层2a中可能会产生的薄点缺陷(包括气孔)。
即,如上所述,第一陶瓷生坯层2a的厚度为5~50μm,特好是薄至5~35μm,因此不易无缺陷地均匀地形成第一陶瓷生坯层2a。例如,如果对第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10中的任一层进行着色等,使得第一陶瓷生坯层2a的颜色和收缩抑制层10的颜色彼此不同,则可容易地检测出伴随着第一陶瓷生坯层2a的薄层化而产生的缺陷。
更详细地说,第一陶瓷生坯层2a最终在烧成而得的多层陶瓷基板1中成为第一陶瓷层2,保护位于多层陶瓷基板1表层的电阻体图案4不受镀敷处理的影响,并且起到用于确保电阻体图案4的可靠性的覆盖膜的作用。在该覆盖膜存在薄点缺陷的情况下,无法获得耐镀敷性,无法确保电阻体图案4的可靠性。
在上述例举的组成中,第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10均为白色,即使第一陶瓷生坯层2a有薄点,也难以从外观上判别,但如果使第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10各自的颜色彼此不同,则在第一陶瓷生坯层2a有薄点的位置上可容易地看见基底的收缩抑制层10的颜色。因此,如果对第一陶瓷生坯层2a或收缩抑制层10实施着色处理,则薄点部分的颜色和周围的颜色之间产生明显的对比,薄点的检测变得容易。
此外,通过使第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10各自的颜色彼此不同,在观察层叠方向的截面时,第一陶瓷生坯层2a和收缩抑制层10的边界明确,可容易地测定作为覆盖膜的第一陶瓷生坯层2a的厚度。这就意味着关于厚度的反馈变得容易,其可控性提高。
作为如上所述使颜色不同的方法,有添加无机类着色剂的方法、添加有机类着色剂的方法等。作为无机类着色剂,可使用市售的无机颜料,例如有铬、钴、铜、镍、铁、钛等的氧化物粉末。另一方面,作为有机类着色剂,可使用市售的有机颜料,例如有偶氮类、喹吖啶酮类等颜料(染料)。
无机类着色剂在烧成后也会残存下来,而有机类着色剂与粘接剂成分一起在烧成时消失。因此,如果使用无机类着色剂,则在烧成后的多层陶瓷基板1中也能容易地区分第一陶瓷层2和收缩抑制层10。另一方面,如果使用有机类着色剂,则在烧成后的多层陶瓷基板1中,第一陶瓷层2和收缩抑制层10之间在颜色上没有实质性差异。
基于以上原因,特优选使用无机类着色剂,此外,较好是在第一陶瓷生坯层2a中预先含有所述着色剂。但是,无机类的着色剂可能会对第一陶瓷生坯层2a、甚至于对构成未烧成的复合层叠体13的其它层的烧结性等造成不良影响,因此在使用无机类着色剂的情况下,相对于第一陶瓷生坯层2a所包含的低温烧结陶瓷材料100重量份,其添加量较好为3重量份以下。另一方面,在使用有机类着色剂的情况下,虽然无上述限制,但相对于第一陶瓷生坯层2a所包含的低温烧结陶瓷材料100重量份,其添加量较好为0.1~1.5重量份。
图2是用于说明本发明的第二实施方式的与图1相对应的图。图2中,对与图1所示的要素相当的要素标以同样的参考符号,省略重复说明。
第二实施方式的特征在于,如图2(2A)和(3A)所示,在复合片材11的第一陶瓷生坯层2a上首先通过喷墨法形成导体图案5,然后通过喷墨法形成电阻体图案4。其余构成与所述第一实施方式相同。
以上,结合图示的实施方式对本发明进行了说明,但在本发明的范围内可以有其它各种变形例。
例如,在图示的实施方式中,形成有电阻体图案4和导体图案5的复合片材11仅被配置在复合层叠体13的一个主面侧,但也可以同时配置在一个主面侧和另一个主面侧。
此外,作为覆盖膜的第一陶瓷层2形成为覆盖多层陶瓷基板1的整个主面的形态,但例如也可以形成为使导体图案5的一部分露出的形态。如上所述将第一陶瓷层2形成为使导体图案5的一部分露出的形态的情况下,既能以预先具有用于使导体图案5的一部分露出的开口部的状态形成第一陶瓷生坯层2a,或者也可以预先在整个主面上形成第一陶瓷生坯层2a,烧成后对第一陶瓷层2进行激光照射等而形成开口部。
此外,在图示的实施方式中,同时形成了电阻体图案4和导体图案5,但在仅形成其中任一种图案的情况下,也可采用本发明。
此外,在图示的实施方式中,收缩抑制层10沿着未烧成的多层陶瓷基板1a的两个主面配置,但也可以仅沿着一个主面配置。
接着,对为了确认本发明的效果而实施的实施例进行说明。该实施例中,按照所述图1所示的工序制作了多层陶瓷基板1。
在此,用于收缩抑制层10的陶瓷生坯片通过下述方法获得:制作陶瓷浆料并将该浆料成形为厚200μm的片状,所述浆料包含Al2O3粉末,并且相对于100重量份的Al2O3粉末混合有7重量份的丁缩醛树脂、2重量份的邻苯二甲酸类增塑剂、20重量份的乙醇以及33重量份的甲苯。
第一陶瓷生坯层2a通过下述方法获得:将分别包含55重量%的SiO2-CaO-Al2O3-B2O3类玻璃粉末和45重量%的Al2O3粉末的低温烧结陶瓷材料与设定好的树脂混合,使得粘接剂在油墨溶剂中的溶解度达到表1所示的溶解度,并且按照使第一陶瓷生坯层2a的空隙率达到表1所示的空隙率的比率混入所述树脂、甲苯及乙醇,制成陶瓷浆料,将该陶瓷浆料在所述用于收缩抑制层10的陶瓷生坯片上成形为厚30μm的片状。
作为用于形成电阻体图案4的喷墨用电阻体油墨,采用将20重量%的二氧化钌粉末和80重量%的玻璃粉末混合、然后加入作为载色剂成分的规定量的乙基纤维素类树脂和丁基卡必醇乙酸酯并混合而成的油墨。
作为用于形成导体图案5的喷墨用导体油墨,采用包含银粉末、然后加入作为载色剂成分的规定量的乙基纤维素类树脂和丁基卡必醇乙酸酯并混合而成的油墨。
用于第二陶瓷生坯层3a的陶瓷生坯片通过下述方法获得:在包含55重量%的SiO2-CaO-Al2O3-B2O3类玻璃粉末和45重量%的Al2O3粉末的低温烧结陶瓷材料中加入丙烯酸树脂、甲苯及乙醇并混合,制成陶瓷浆料,将该陶瓷浆料成形为厚200μm的片状。
作为用于形成外部导体图案6、内部导体图案7及通孔导体8的导电性糊料,采用以100∶1的重量比包含银粉末和Al2O3粉末、然后加入作为载色剂成分的规定量的乙基纤维素类树脂和萜品醇并混合而成的糊料。
表1的试样11和12为比较例,是不使用收缩抑制层10、而是在单独的第一陶瓷生坯层2a的片材上形成有电阻体图案4和导体图案5的试样。此外,试样10虽然在本发明的范围内,但第一陶瓷生坯层2a所含的粘接剂的溶解度处于优选范围外,超过14g。
对于由此获得的各试样的多层陶瓷基板的表面的电阻体图案4和导体图案5,用显微镜观察其表面状态和线条精细性,从而进行评价。它们的评价结果示于表1。
[表1]
  试样编号  粘接剂的溶解度(g)   空隙率(%)   表面状态   线条精细性
  1   0.16   44   ○   108
  2   0.71   44   ○   108
  3   2   44   ○   110
  4   0.71   30   ○   111
  5   3.77   42   △   113
  6   0.16   25   ○   128
  7   3.77   25   △   131
  8   8.80   42   △   114
  9   13.51   25   △   133
  10   15.42   40   ×   115
  11(比较例)   0.16   44   ×   137
  12(比较例)   2   30   ×   140
表1的“表面状态栏”中,电阻体图案和导体图案的表面处于没有凹凸的良好的表面状态时以“○”表示,表面产生微小的凹凸、但不会对电特性造成影响时以“△”表示,表面产生了气孔或裂纹时以“×”表示。
表1的“线条精细性”中以指数示出了将预定印刷宽度设为100时的实际平均印刷宽度。在此,“线条精细性”在115以下时可评价为良好,超过115但在135以下时可评价为基本良好,如果超过135,则会出现导体图案洇开而发生短路、电阻体图案洇开而导致大幅偏离目标电阻值之类的问题。
表1中,试样1~10是本发明的范围内的试样。这些试样1~10中,特别是试样1~4同时满足“粘接剂的溶解度”在2g以下的条件和“空隙率”在30%以上的条件,在“表面状态”和“线条精细性”方面均获得了良好的结果。
与此相对,试样5、7、8、9中,“粘接剂的溶解度”超过2g,但在14g以下,仍然较低,因此“表面状态”为“△”,但在实用上没有问题。此外,试样6、7、8、9中,试样6、7、9的“空隙率”不到30%,因此与“空隙率”在30%以上的试样8相比,“线条精细性”略微变差。
此外,试样10中,由于“粘接剂的溶解度”超过了14g,因此“表面状态”为“×”,但由于“空隙率”在30%以上,因此在“线条精细性”方面获得了良好的结果。
作为比较例的试样11和12中,由于没有收缩抑制层10,因此仅由厚30μm的第一陶瓷生坯层2a来吸收油墨的溶剂,无法充分地吸收油墨的溶剂。因此,即使“粘接剂的溶解度”和“空隙率”在优选范围内,仍然导致了“表面状态”为“×”且“线条精细性”差的结果。
另外,虽然在表1中未示出,但在仅有第二陶瓷生坯层3a的片材上和仅有收缩抑制层10的片材上形成电阻体图案4和导体图案5时,由于粘接剂的溶解度均在14g以上,且空隙率低于30%,因此无法获得良好的结果。

Claims (5)

1.一种多层陶瓷基板的制造方法,其特征在于,包括:
分别准备第一和第二低温烧结陶瓷材料以及在第一和第二低温烧结陶瓷材料的烧结条件下实质上不烧结的难烧结性陶瓷粉末的工序;
制作复合片材的工序,该复合片材由包含所述第一低温烧结陶瓷材料的第一陶瓷生坯层和包含所述难烧结性陶瓷粉末的收缩抑制层构成;
采用电阻体油墨和/或导体油墨,通过喷墨法在所述复合片材的所述第一陶瓷生坯层上形成电阻体图案和/或导体图案的工序;
将包含所述第二低温烧结陶瓷材料的多个第二陶瓷生坯层与形成有所述电阻体图案和/或导体图案的所述复合片材一起层叠,使所述复合片材的所述收缩抑制层成为最外层,从而制得具有未烧成的多层陶瓷基板以及配置于该多层陶瓷基板的至少一个主面上的所述收缩抑制层的复合层叠体的工序;
在所述第一和第二低温烧结陶瓷材料的烧结条件下烧成所述复合层叠体,从而获得烧结的所述多层陶瓷基板的工序;以及
除去所述收缩抑制层,将所述多层陶瓷基板取出的工序;
所述第一陶瓷生坯层的空隙率在30%以上且60%以下;
所述收缩抑制层的空隙率在10~50%,所述收缩抑制层的空隙率低于所述第一陶瓷生坯层的空隙率。
2.如权利要求1所述的多层陶瓷基板的制造方法,其特征在于,所述第一陶瓷生坯层所含的粘接剂在所述电阻体油墨和/或导体油墨中的溶解度在14g以下;
所述收缩抑制层所含的粘接剂在所述电阻体油墨和/或导体油墨中的溶解度高于所述第一陶瓷生坯层所含的粘接剂的溶解度。
3.如权利要求1所述的多层陶瓷基板的制造方法,其特征在于,所述第一低温烧结陶瓷材料和所述第二低温烧结陶瓷材料彼此相同。
4.如权利要求1所述的多层陶瓷基板的制造方法,其特征在于,所述第一低温烧结陶瓷材料是玻璃类低温烧结陶瓷材料。
5.如权利要求1所述的多层陶瓷基板的制造方法,其特征在于,所述第一陶瓷生坯层的颜色和所述收缩抑制层的颜色彼此不同。
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