JP2001060767A - セラミック基板の製造方法および未焼成セラミック基板 - Google Patents

セラミック基板の製造方法および未焼成セラミック基板

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた寸法精度を有し、反りの少ないセラミ
ック基板を容易に効率良く製造すること。 【解決手段】 (a)セラミック層と導体層とを積層し
てなる未焼結の多層セラミック体1を準備する工程と、
(b)多層セラミック体1の両主面に、多層セラミック
体1の焼結条件では焼結しないセラミック粉末を有機バ
インダ中に分散してなる第1拘束層7a、第2拘束層7b
をそれぞれ密着させ、拘束層付きの多層セラミック体を
形成する工程と、(c)拘束層付きの多層セラミック体
を多層セラミック体1の焼結条件で焼成する工程と、
(d)多層セラミック体1の焼結後、第1拘束層7a、
第2拘束層7bを除去する工程とを有する多層セラミッ
ク基板の製造方法において、第1拘束層7aの厚みT1
を第2拘束層7bの厚みT2よりも厚くし、この第1拘束
層7aを、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面
6a側に設けることを特徴とする、セラミック基板の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基板の
製造方法に関するものであり、特に、半導体集積回路部
品等の能動部品や、コンデンサやインダクタ等の受動部
品を表面実装可能な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】近年、半導体集積回路部品(半導体デバ
イス)をはじめ、チップコンデンサ、チップインダクタ
等のチップ状電子部品を搭載するセラミック多層基板に
おいては、高精度の受動部品を内蔵しながら高密度に配
線を施し、半導体デバイスやチップ状電子部品を高密度
に搭載することが求められている。さらに、実装密度を
より一層高めると共に高周波化に対応するため、Ag、
Ag−Pd、Cu、Au等の低抵抗導体材料からなる導
体パターンを形成した比誘電率15以下の絶縁性セラミ
ックグリーンシートを複数枚積層し、これを1000℃
以下の低温で一括に焼成してなる、低温焼成タイプのセ
ラミック多層基板が開発されている。
【0003】ここで、セラミック多層基板の高密度配線
化を達成する方法として、特開平5−163072号公
報には、未焼結セラミック体の上下方向から比較的大き
な圧力を加えながら焼成処理を実施する方法が開示され
ている。また、特開平4−243978号公報には、低
温焼成可能な複数のセラミックグリーンシートを積層し
た未焼結セラミック体の上下両主面に、この未焼結セラ
ミック体の焼成条件では焼結しない拘束用セラミックグ
リーンシートを積層、圧着した後、これらを未焼結セラ
ミック体の焼結条件で焼成し、その後、拘束用セラミッ
クグリーンシートに由来する未焼結層を剥離・除去する
といった方法が開示されている。
【0004】これらの方法によれば、未焼成セラミック
体の平面方向への焼成収縮、すなわちX−Y基板平面方
向への焼成収縮を十分に抑制できるので、得られるセラ
ミック多層基板の寸法精度が極めて高くなる。つまり、
得られたセラミック多層基板においては、高密度に配線
を施してもそれが短絡しにくく、かつ、各種の実装部品
を高精度に搭載できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、比較的大きな圧力を加えながら焼成する必要
があるため、加圧焼成用の特別な設備を必要とし、設備
コストや製造効率等の面で問題がある。他方、後者の方
法においては、必ずしも焼成時の加圧を必要としないも
のの、たとえば、未焼結セラミック体の一方主面側と他
方主面側とから等しい距離にある中心面に関して上側と
下側とで、配線の形成密度や焼成時の収縮挙動が異なる
場合、それに起因する反りが生じ易いといった問題があ
る。
【0006】特に、近年、セラミック多層基板において
は、その高密度配線化に伴ってマザーボード等に搭載・
接続するための入出力(I/O)端子数が飛躍的に増加
している。また、その多機能化、高性能化に伴って、高
精度で数多くの回路要素が必要となっており、コンデン
サやインダクタ等の回路素子を高密度に内蔵することが
要求されている。このような状況では、未焼結セラミッ
ク体の一方主面側と他方主面側ではその収縮度合いに差
が発生し易いため、焼成時に加圧を行わない場合、より
大きく収縮し得る主面側に凹状の反りが生じることにな
る。
【0007】また、特表平5−503498号公報、特
開平9−92983号公報には、セラミック多層基板の
反りを一定範囲内に収めるために、未焼結セラミック体
の両主面に拘束用セラミックグリーンシートを密着さ
せ、かつ、焼成時に、その垂直方向(Z方向)から一軸
的な荷重を付加的に加える方法が開示されている。この
場合、未焼結セラミック体や拘束用セラミックグリーン
シートに含まれる有機バインダの揮発を阻害しないよう
に、多孔性の板等によって、あるいはこれを介して荷重
を加える必要がある。
【0008】しかしながら、この方法では、上述した手
法と同様に、荷重を加えながら焼成を行うための特別な
装備が必要であり、設備コストや製造効率の面で問題が
残る。さらに、未焼結セラミック体を多孔性の板で強制
的に押さえつけるため、荷重を受ける部分と荷重を受け
ない部分とが多孔性板の空隙に応じた細かいピッチで存
在することになり、得られたセラミック基板表面には、
このピッチの微細な凹凸が生じることがある。
【0009】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、反り等の基板変形を抑制し
て、寸法精度の優れたセラミック基板を容易に効率良く
製造することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、導
体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主面に、前
記未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉
末を主成分とする第1拘束層、第2拘束層をそれぞれ密
着させ、これを前記未焼結セラミック体の焼結条件で焼
成した後、各拘束層を除去する、セラミック基板の製造
方法において(以下、無収縮プロセスと称する)、前記
第1拘束層、前記第2拘束層を互いに剛性の異なる層と
することを特徴とするセラミック基板の製造方法に係る
ものである。
【0011】本発明のセラミック基板の製造方法によれ
ば、上述の無収縮プロセスにおいて、前記第1拘束層、
前記第2拘束層を互いに剛性の異なる層とするので、焼
成によるセラミック基板の変形を抑制するように、第1
拘束層、第2拘束層の剛性を選択することができ、した
がって、基板平面方向への焼成収縮を抑制することがで
きると同時に、反り等の基板変形を抑制して、寸法精度
に優れたセラミック基板を容易にかつ効率良く得ること
ができる。
【0012】特に、本発明においては、前記第1拘束層
を前記第2拘束層よりも剛性の高い層とし、前記第1拘
束層を、前記焼成によってより大きく収縮し得る一方主
面側に密着させることが望ましい。すなわち、剛性の高
い第1拘束層を、焼成によってより大きく収縮し得る一
方主面側に密着させるので、一方主面側と他方主面側と
の収縮度合いの違いに起因する基板の反りや歪みを十分
に抑えることができる。つまり、基板変形を十分に抑制
し、寸法精度の優れたセラミック多層基板を、特別の焼
成設備を用いなくても、容易に効率良く製造することが
できる。
【0013】ここで「剛性の高い拘束層」とは、未焼結
セラミック体に対する焼成時の変形抵抗が大きな拘束層
であることを意味する。また、「焼成によってより大き
く収縮し得る一方主面側」とは、未焼結セラミック体の
一方主面側と他方主面側とから等距離にある中心面に関
し、導体パターンの形成密度が高い側、セラミック層の
収縮開始温度が早い側、セラミック層の収縮率が大きい
側等であって、拘束層が無い場合あるいは拘束層の剛性
が不十分な場合、焼成後に凹状の反りが発生し得る主面
側を意味する。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、第1拘束層の剛性を第2拘
束層の剛性よりも高くするための手法を説明する。ま
ず、第1拘束層の剛性を第2拘束層の剛性よりも高くす
るための手法として、第1に、第1拘束層の厚みを第2
拘束層の厚みよりも厚く形成する手法(以下、第1の手
法と称する。)が挙げられる。つまり、拘束層の厚みを
厚く形成するほどその剛性が高くなるので、第2拘束層
の厚みよりも第1拘束層の厚みを厚くすることによっ
て、第1拘束層の剛性を第2拘束層の剛性よりも高くで
きる。
【0015】なお、各拘束層の厚みは、この拘束層がセ
ラミックグリーンシートの場合は、未焼結セラミック体
の焼結条件では焼結しない無機粉末を有機バインダ中に
分散してなる拘束層用組成物をキャスティング法やドク
ターブレード法等によってシート成形するときに、適当
に調整すればよい。あるいは、複数のセラミックグリー
ンシートを積層してその厚みを調整することもできる。
また、ペースト状の拘束層用組成物を未焼結セラミック
体の両主面に塗布する場合は、その塗布厚や塗布回数を
適当に調整すればよい。
【0016】また、第1の手法においては、第1拘束層
の厚みを第2拘束層の厚みの3倍以下とすることが望ま
しい。第1拘束層の厚みが第2拘束層の厚みの3倍を超
えても、拘束層の厚みが異なっていることによる効果が
殆ど得られないからである。あるいは、拘束層による拘
束力のバランスが崩れ、未焼結セラミック体の平面方向
の収縮を十分に抑制できないことがある。また、第1拘
束層の厚みは、基板の寸法精度および反り量、並びに、
有機バインダの揮発し易さ等を考慮して、第2拘束層の
厚みの1.1〜1.6倍とすることがさらに望ましい。
【0017】つまり、無収縮プロセスに必要な拘束層の
厚みを最小限に抑えることによって、拘束層に要するコ
ストを抑え、かつ、その焼成後の剥離・除去を極めて容
易に行うことが可能となり、セラミック基板の製造効率
を改善することができる。さらに、未焼結セラミック体
中の有機バインダ、拘束層中の有機バインダを円滑に揮
発させることができるので、焼成時間を短縮し、焼成ム
ラが少なく、有機バインダの残渣によるポア等の発生を
抑え、高品質のセラミック基板を製造することができ
る。
【0018】但し、第1拘束層の厚み、第2拘束層の厚
みは、セラミック層の材質や層数や、導体パターンの材
質、形成密度、層数等の種々の要因により変動するもの
である。すなわち、反りや歪み等の基板変形の程度に応
じて、最適な厚みの第1拘束層、第2拘束層を適宜選択
すればよい。
【0019】第2に、第1拘束層中の無機粉末の平均粒
径を、第2拘束層中の無機粉末の平均粒径よりも小さく
する手法(以下、第2の手法と称する。)が挙げられ
る。つまり、拘束層の主構成成分である無機粉末の平均
粒径を小さくするほど拘束層の剛性は高くなるので、第
1拘束層中の無機粉末を第2拘束層中の無機粉末の平均
粒径よりも小さくなるように選択することによって、第
1拘束層の剛性を第2拘束層の剛性よりも高く設定する
ことができる。
【0020】具体的には、第1拘束層中の無機粉末の平
均粒径を0.2〜0.8μmとし、第2拘束層中の無機
粉末の平均粒径を1.0〜5.0μmとすることが望ま
しい。また、そのときの無機粉末の比表面積について
は、第1拘束層中の無機粉末の比表面積を4.0〜1
0.0m3/gとし、第2拘束層中の無機粉末の比表面
積を1.5〜5.0m3/gとすることが望ましい。ま
た、第1拘束層、第2拘束層にそれぞれ種類の異なる無
機粉末を使用することによって、第1拘束層の剛性と第
2拘束層の剛性とを互いに異ならせることもできる。
【0021】第3に、第1拘束層中の有機バインダ量
を、第2拘束層中の有機バインダ量よりも少なくする手
法(以下、第3の手法と称する。)が挙げられる。つま
り、第1拘束層および第2拘束層が、無機粉末を有機バ
インダ中に分散してなる層である場合、有機バインダ量
を少なくするほど拘束層の剛性は高くなるので、第1拘
束層中の有機バインダ量を第2拘束層中の有機バインダ
量より少なくすることによって、第1拘束層の剛性を第
2拘束層の剛性よりも高くできる。なお、第3の手法に
おいては、たとえば、同量の無機粉末を使用する場合、
無機粉末100重量部に対して第1拘束層中の有機バイ
ンダ量を5〜10重量部とし、第2拘束層中の有機バイ
ンダ量を8〜13重量部とすることが望ましい。
【0022】第4に、第1拘束層中にファイバー状の酸
化物無機粒子を含有させる手法(以下、第4の手法と称
する。)が挙げられる。つまり、拘束層中にファイバー
状の酸化物無機粒子が含有されていると拘束層の剛性は
高くなるので、第1拘束層中にファイバー状の酸化物無
機粒子を含有させることによって、あるいは、第1拘束
層中のファイバー状の酸化物無機粒子の含有量を第2拘
束層中の含有量よりも多くすることによって、第1拘束
層の剛性を第2拘束層の剛性よりも高く設定することが
できる。なお、ファイバー状の酸化物無機粒子として
は、ジルコニアやアルミナ等のセラミック粒子を使用す
ることができ、その長軸長は3〜500μm程度のもの
が好適である。
【0023】さらに、第5に、第1拘束層中に、未焼結
セラミック体の焼結温度では粘性流動を起こさないガラ
ス粉末を含有させる手法(以下、第5の手法と称す
る。)が挙げられる。つまり、拘束層はガラス粉末を含
有することによって剛性が高くなるので、第1拘束層中
にガラス粉末を含有させることによって、あるいは、第
1拘束層中のガラス粉末含有量をより多くすることによ
って、第1拘束層の剛性を第2拘束層の剛性よりも高く
設定することができる。
【0024】但し、ガラス粉末の種類や量によっては、
ガラスの粘性流動により、拘束層が大きく収縮すること
があるので、拘束層中に含有させるガラス粉末は、未焼
結セラミック体の焼結温度では粘性流動を起こさない材
料を選択し、さらに、粘性流動を起こさない程度の量
(拘束層が有意に収縮しない程度の量)にすることが望
ましい。具体的には、未焼結セラミック体の焼結温度が
900〜1000℃程度の場合、軟化点800℃以上の
ガラス粉末(たとえばケイ酸塩系ガラス粉末)を0.5
重量%以下含有させることにより、拘束層自身の収縮を
抑制したうえで、拘束層の剛性を所望程度に高めること
ができる。
【0025】以上、第1拘束層を第2拘束層よりも剛性
の高い拘束層とするための手法を説明したが、本発明に
おいては、第1の手法〜第5の手法を適宜組み合わせて
適用することも可能である。たとえば、第1拘束層の厚
みを第2拘束層の厚みよりも厚くし、さらに、第1拘束
層中の無機粉末の平均粒径を第2拘束層中の無機粉末の
平均粒径よりも小さくするというように、種々の組み合
わせが可能である。
【0026】また、本発明においては、第1拘束層およ
び第2拘束層を、無機粉末を有機バインダ中に分散して
なるセラミックグリーンシートとすることが望ましい。
具体的には、第1拘束層、第2拘束層として、アルミ
ナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、石英、窒化ホ
ウ素等の酸化物無機粉末、あるいは、窒化ホウ素等の非
酸化物系無機粉末等を用いることができ、たとえば、酸
化物無機粉末を、未焼結セラミック体の焼成時には揮発
し得る有機バインダ中に分散せしめ、これを拘束層用組
成物としてシート状に成形してなるセラミックグリーン
シートを好適に使用できる。
【0027】但し、上述したように、本発明において、
第1拘束層、第2拘束層はグリーンシートの形態に限定
されるものではなく、ペースト状組成物を塗布してなる
層であってもよいし、噴霧、浸漬等の方法で形成してな
る層であってもよい。また、拘束層用組成物中には、可
塑剤、離型剤、分散剤、剥離剤等の種々の添加剤を加え
ることもできる。
【0028】また、本発明において、未焼結セラミック
体は、コンデンサ、インダクタおよび抵抗体からなる群
より選ばれる少なくとも1種の受動部品を内蔵するもの
であってよい。すなわち、未焼結セラミック体中に各種
の受動部品が内蔵されていると、未焼結セラミック体の
一方主面側と他方主面側とで、受動部品を構成するパタ
ーンの形成密度が異なって、焼成収縮度合いに差が生
じ、基板が変形し易くなる傾向にある。これに対して、
第1拘束層を第2拘束層よりも剛性の高い拘束層とし、
この第1拘束層を、未焼結セラミック体を焼成する際
に、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に密
着させることによって、反りや歪みのような基板変形を
十分に抑制できる。
【0029】なお、未焼結セラミック体には、コンデン
サやインダクタをブロック部品として内蔵していてもよ
い。すなわち、コンデンサやインダクタを未焼結のブロ
ック状に成形して、これを未焼結セラミック体の所定箇
所に内蔵する場合、各ブロック部品を形成する誘電体材
料や磁性体材料の収縮挙動と、未焼結セラミック体の収
縮挙動との違い(特に収縮開始温度や収縮率の違い)か
ら、一方主面側と他方主面側とで収縮度合いに差が生
じ、反りや歪みが発生することがある。これに対して、
第1拘束層を第2拘束層よりも剛性の高い拘束層とし、
この第1拘束層を、未焼結セラミック体を焼成する際
に、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に密
着させることによって、基板の反りや歪みを十分に抑制
できる。なお、本発明において、内蔵される受動部品
は、コンデンサやインダクタ等の単体部品に限定される
ものではなく、これらの複合体、たとえばコンデンサ、
インダクタを組み合わせたLC複合部品等であってもよ
い。また、ブロック部品は、未焼結のものであることが
望ましいが、焼成済みのブロック部品(チップ部品)で
あっても構わない。
【0030】また、本発明においては、未焼結セラミッ
ク体を1000℃以下で焼成することが望ましい。すな
わち、未焼結セラミック体は、結晶化ガラス系、ガラス
複合系、非ガラス系等の公知の低温焼結セラミック材料
で構成することが望ましい。このような場合、電極や配
線となる導体パターンとして、Ag、Ag−Pd、Ag
−Pt、Cu、Au等の低融点金属材料を用いることが
でき、信号の高速化、高周波化にも十分に対応可能とな
る。なお、導体パターン用の材料は、前述したものに限
定されるものではなく、Ni、Pt、Pd、W、Mo等
の他の金属材料を用いてもよい。
【0031】また、未焼結セラミック体は、絶縁性、誘
電性、磁性等の種々の特性を備えるセラミックであって
よい。特に、いずれの場合も、軟化点800℃以下のガ
ラス成分を含有することが望ましく、このガラス成分の
含有量は、セラミック成分(フィラー成分)に対して5
〜100重量部の範囲内に選ぶことが、拘束層の拘束力
が十分に発揮されることから、有利である。また、未焼
結セラミック体は、たとえば、鉛酸化物、ビスマス酸化
物、炭酸バリウム等の900℃以下で液相を生じる液相
形成物を含有することが望ましく、この液相形成物の含
有量は、セラミック成分に対して5〜100重量部の範
囲内に選ぶことが有利である。
【0032】また、本発明においては、焼成を荷重をか
けることなく実施することが可能である。すなわち、加
圧しながら焼成を施すための特別な設備を必要とするこ
となく、優れた寸法精度を有し、基板変形が少ないセラ
ミック多層基板を、容易にかつ効率良く製造できる。ま
た、得られるセラミック基板の表面に、多孔性の板等に
よる微細な凹凸が生じること無く、表面平滑性に優れた
セラミック多層基板が得られる。
【0033】但し、本発明は、焼成時に荷重をかけない
方法に限定されるものではなく、ある一定の荷重をかけ
ながら焼成を行ってもよい。たとえば、拘束層を設けた
未焼結セラミック体に対して、10kg/cm2以下の
一軸的な荷重を加えながら焼成処理を施すことも可能で
ある。
【0034】次に、本発明のセラミック基板の製造方法
を実施の形態例に基づいて説明する。
【0035】第1の実施の形態 図1〜図5を参照に、第1の実施の形態によるセラミッ
ク多層基板の製造方法を説明する。
【0036】まず、図1に示すように、コンデンサCと
なる未焼結の成形体ブロック、インダクタLとなる未焼
結の成形体ブロックを準備する。ここで、コンデンサC
用の成形体ブロックは、誘電体セラミック粉末を主成分
とする誘電体セラミックグリーンシートを介して内部電
極を積層してなる多層構造を有している。そして、この
成形体ブロックの対向する端面部には、その両端に端子
電極がそれぞれ形成されており、内部電極は、周知の多
層セラミックコンデンサにおける内部電極と同様、一方
の端子電極に接続される電極と他方の端子電極に接続さ
れる電極とが交互に積層されている。
【0037】他方、インダクタL用の成形体ブロック
は、磁性体セラミック粉末を主成分とする磁性体セラミ
ックグリーンシートを介して内部電極が積層された多層
構造を有している。そして、この成形体ブロックの対向
する端面には、その両端に端子電極がそれぞれ形成され
ており、各々内部電極は、磁性体セラミックグリーンシ
ートを貫通するビアホールによって接続され、全体とし
てコイル状に延びる導体パターンを構成している。
【0038】なお、コンデンサC用の成形体ブロック、
インダクタL用の成形体ブロックは、1000℃以下の
温度で焼成可能なように構成する。そのためには、誘電
体セラミックグリーンシートおよび磁性体セラミックグ
リーンシートの主成分であるセラミック機能材料、すな
わち誘電体セラミック粉末および磁性体セラミック粉末
にガラスを添加したもの、あるいは、結晶化ガラス粉末
そのものを用いる。
【0039】具体的には、誘電体セラミックグリーンシ
ートとして、チタン酸バリウムにホウ珪酸系ガラスを少
量混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセ
ラミックスラリーをドクターブレード法等によってシー
ト状に成形したものを用いることができる。また、磁性
体セラミックグリーンシートとして、ニッケル亜鉛フェ
ライトにホウ珪酸系ガラスを少量混合した混合粉末を有
機ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドク
ターブレード法等によってシート状に成形したものを用
いることができる。さらに、コンデンサCを構成する内
部電極および端子電極、並びに、インダクタLを構成す
る内部電極、端子電極およびビアホールは、たとえば、
Ag、Ag−Pt、Ag−Pd、Cu、Au等の金属ま
たは合金を含む導体ペーストによって形成できる。
【0040】また、コンデンサC用の成形体ブロック、
インダクタL用の成形体ブロックは、内部電極が形成さ
れた所定枚数の誘電体セラミックグリーンシート、並び
に、内部電極およびビアホールが形成された所定枚数の
磁性体セラミックグリーンシートをそれぞれ積層した
後、圧着工程に付すことが望ましく、たとえば水圧プレ
スで200kg/cm2程度の圧力が好適に付与され
る。
【0041】他方、図1に示す積層体4を形成するため
に、絶縁性セラミック粉末を主成分とする絶縁性セラミ
ックグリーンシート1c、1d、1eおよび1fを準備
する。絶縁性セラミックグリーンシート1c、1d、1
eおよび1fは、絶縁性セラミックにガラスを混合した
混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセラミックス
ラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形
したものである。また、積層体4は、ビアホール2fお
よび空隙部3a、3bを有するように加工されたセラミ
ックグリーンシート1c、1d、1eおよび1fを順次
積層してなる積層体である。
【0042】そして、図1に示すように、積層体4の空
隙部3a、3bに、コンデンサC用の成形体ブロック、
インダクタL用の成形体ブロックをそれぞれ嵌め込む。
このとき、各成形体ブロックの各端子電極は空隙部3
a、3bの上下の開口面から露出することになる。次い
で、たとえば500kg/cm2程度の水圧プレスによ
って、これらを圧着し、コンデンサC用の成形体ブロッ
ク、インダクタL用の成形体ブロックを内蔵した積層体
4を形成する。このように、コンデンサC用の成形体ブ
ロック、インダクタL用の成形体ブロックを含む積層体
4を圧着工程に付すことによって、セラミックグリーン
シート1c、1d、1eおよび1fの密着性が高められ
ると共に、各成形体ブロックと空隙部の内周面とが密着
する。
【0043】次いで、図2に示すように、コンデンサC
用の成形体ブロック、インダクタL用の成形体ブロック
を内蔵する積層体4の上面側に、絶縁性セラミックグリ
ーンシート1aおよび1bを積層し、下面側に絶縁性セ
ラミックグリーンシート1gを積層、圧着する。これに
よって、図3に示す未焼結の多層セラミック体1を形成
する。
【0044】ここで、絶縁性セラミックグリーンシート
1aには、ビアホール2a、2bが形成されており、他
方、絶縁性セラミックグリーンシート1bには、ビアホ
ール2c、2dおよび2e、内層導体パターン5aおよ
び5b、厚膜抵抗体Rがそれぞれ形成されている。そし
て、ビアホール2aはビアホール2cおよび2fと導通
するように形成されており、ビアホール2bは内部導体
パターン5bと導通するように形成されている。また、
厚膜抵抗体Rの一方端部は、内部導体パターン5aおよ
びビアホール2dを介してコンデンサCの一方端子電極
に導通しており、厚膜抵抗体Rの他方端部は、内部導体
パターン5bおよびビアホール2eを介してインダクタ
Lの一方端子電極に導通している。また、絶縁性セラミ
ックグリーンシート1gには、内部導体パターン5cが
形成されており、内部導体パターン5cは、ビアホール
2f、コンデンサCの他方端子電極、インダクタLの他
方端子電極と導通している。
【0045】なお、絶縁性セラミックグリーンシート1
a、1bおよび1gは、上述したように、絶縁性セラミ
ックにガラスを混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分
散してなるセラミックスラリーをドクターブレード法等
によってシート状に成形したものである。また、内部導
体パターン5a、5bおよび5c、並びに、ビアホール
2a、2b、2c、2dおよび2eは、たとえばAg、
Ag−Pt、Ag−Pd、Cu、Ni、Pt、Pd、
W、Mo、Au等を含む導体ペーストによって形成で
き、それぞれ、スクリーン印刷等によって所望のパター
ンに形成される。また、厚膜抵抗体Rは、抵抗体ペース
トの印刷によって形成でき、たとえば、酸化ルテニウム
にホウ珪酸系ガラスを少量混合した混合粉末を有機ビヒ
クル中に分散してなるペーストを使用できる。
【0046】さらに、絶縁性セラミックグリーンシート
1a、1b、1c、1d、1e、1fおよび1gの主構
成成分である絶縁性セラミック粉末は、1000℃以下
で焼成可能なものを用いる。たとえば、軟化点800℃
以下のガラス粉末、あるいは、900℃以下で液相を生
じる液相形成物を含み、このガラス粉末あるいは液相形
成物の含有量が、セラミック粉末100重量部に対して
5〜100重量部の範囲内に選ばれていると、1000
℃以下の比較的低温で焼結可能な絶縁性セラミック粉末
が得られる。なお、ガラス粉末あるいは液相形成物の含
有量が5重量部未満の場合、焼結温度が1000℃より
高くなる傾向がある。焼結温度が高くなると、前述した
導体材料の選択幅が狭くなるので望ましくない。具体的
には、ホウ珪酸系ガラスとアルミナとの混合粉末を有機
ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドクタ
ーブレード法等によってシート状に成形したセラミック
グリーンシートを用いることができ、このような絶縁性
セラミックグリーンシートは、800〜1000℃程度
の比較的低温で焼結可能である。
【0047】次いで、図3に示すように、絶縁性セラミ
ックグリーンシート1a、絶縁性セラミックグリーンシ
ート1b、積層体4、絶縁性セラミックグリーンシート
1gを順次積層、圧着した多層セラミック体1の一方主
面6a、他方主面6bに、第1拘束層7a、第2拘束層
7bをそれぞれ密着させて、拘束層付きの多層セラミッ
ク体を形成する。そして、この拘束層付きの多層セラミ
ック体をセッター9上に載置し、焼成設備に投入する。
【0048】ここで、第1拘束層7a、第2拘束層7b
は、多層セラミック体1の焼成条件では焼結しない未焼
結のセラミック粉末を有機バインダ中に分散してなるシ
ート状の拘束層である。そして、コンデンサC用の成形
体ブロック、インダクタL用の成形体ブロック、並び
に、絶縁性セラミックグリーンシート1a、1b、1
c、1d、1e、1fおよび1gは全て1000℃以下
で焼成可能であるから、これらを複合化した多層セラミ
ック体1は1000℃以下の温度で焼成可能である。す
なわち、第1拘束層7a、第2拘束層7bを構成するセ
ラミック粉末は1000℃以下では焼結しないものであ
ればよい。
【0049】また、第1拘束層7a、第2拘束層7b
は、多層セラミック体1の積層方向における両端に位置
する各主面、すなわち一方主面6a、他方主面6bにそ
れぞれ密着するように設けられ、その後、多層セラミッ
ク体1と共に圧着する。この圧着には、たとえば100
0kg/cm2程度の圧力の水圧プレスが好適である。
【0050】また、第1拘束層7aは厚みT1を有し、
第2拘束層7bは厚みT2を有するものとする。ここで
は、多層セラミック体1の一方主面6a側の方が他方主
面6b側よりも焼成による収縮が大きいので、すなわ
ち、第1拘束層と第2拘束層とが同じ厚みでその剛性が
不十分な場合、多層セラミック体1は一方主面6a側に
凹状に反るので、第2拘束層7bの厚みT2よりも第1
拘束層7aの厚みT1を厚く形成する。つまり、T1>
T2とすることによって、第2拘束層7bよりも第1拘
束層7aの剛性が高くなる。
【0051】なお、上述したように、第1拘束層7aの
厚みT1は第2拘束層7bの厚みT2の3倍以下とする
ことが望ましい。但し、厚みT1、T2は、セラミック
層の材質や層数、導体パターンの材質、形成密度、層
数、さらには内部に形成する受動部品の配線密度等、多
層セラミック体の構成要件によって変動するので、最適
な厚みを適宜選択すればよい。
【0052】次いで、図3に示した状態で、たとえば、
空気中、無荷重で、900℃程度で焼成すると、コンデ
ンサC用の成形体ブロック、インダクタL用の成形体ブ
ロックが焼結して、焼結状態のコンデンサC、インダク
タLになると共に、絶縁性セラミックグリーンシート1
a、1b、1c、1d、1e、1fおよび1gも焼結し
て、多層セラミック体1の焼結体であるセラミック多層
基板10が得られる。
【0053】そして、これを冷却した後、第1拘束層7
a、第2拘束層7bを除去する。ここで、多層セラミッ
ク体1の焼成後、各拘束層は未焼結のセラミック粉末か
らなる多孔質層として存在しており、湿式ホーニング法
やサンドブラスト法等の種々の手段によって、剥離・除
去する。なお、焼成処理後の各拘束層とセラミック多層
基板との界面(あるいは拘束層と表面導体層との界面)
で反応相が生じることがあるが、この反応相は、上述し
た湿式ホーニング法やサンドブラスト法で除去してもよ
いし、セラミック多層基板10の特性に影響を与えない
ものであれば、そのまま残してもよい。
【0054】このようにして得られたセラミック多層基
板10は、図4に示すように、受動部品としてのコンデ
ンサC、インダクタLおよび厚膜抵抗体Rがそれぞれ内
蔵されている。また、セラミック多層基板10内には、
コンデンサC、インダクタLおよび厚膜抵抗体Rを回路
要素化する内層導体パターン、ビアホールが形成されて
いる。そして、その一方主面側には、外部端子12a、
12bを備えており、したがって、図5に示すような回
路構成を具備するセラミック多層基板10が形成され
る。
【0055】すなわち、本実施の形態によるセラミック
多層基板の製造方法によれば、多層セラミック体1の一
方主面6a、他方主面6bに、多層セラミック体1の焼
結条件では焼結しない第1拘束層7a、第2拘束層7b
をそれぞれ密着させ、第1拘束層7aを第2拘束層7b
よりも剛性の高い拘束層とし、この第1拘束層7aを、
焼成によってより大きく収縮する一方主面側6aに密着
させているので、多層セラミック体1の一方主面6a側
と他方主面6b側での収縮度合いの違いにより発生し得
る基板の反りを最小限に抑えることができる。また、基
板平面方向への焼成収縮を抑制できるので、優れた寸法
精度を有するセラミック多層基板10が得られる。さら
に、焼成処理を荷重をかけること無く実施しているの
で、特別な焼成設備を用いること無く、上記のセラミッ
ク多層基板10が容易にかつ効率良く製造される。
【0056】次に、図1〜図5に示した本実施の形態に
おける第1拘束層7a、第2拘束層7bの最適な厚みを
検討する。
【0057】まず、第1拘束層7aおよび第2拘束層7
bを同じ厚みにした場合、つまり、第1拘束層7aの厚
みT1と第2拘束層の厚みT2との比を1.0にして、
その剛性を等しくした場合について検討する。ここで
は、各拘束層の厚みを0.05mm〜2.0mmの範囲
で変化させた。そして、得られたセラミック多層基板1
0の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定し
た。その測定結果を下記表1に示す。なお、ここでは、
多層セラミック体1の厚みは1mmである。また、表
中、測定値の無いものは、基板の反り量が大きいため測
定不能であったことを意味する(以下、同様)。
【0058】
【表1】
【0059】表1から、第1拘束層7aの厚みT1と第
2拘束層7bの厚みT2とを同じ厚みにした場合、各拘
束層の厚みを1.4mm以上にすると、収縮率や寸法ば
らつきを抑制し、基板の反り量が少なく、かつ、寸法精
度に優れたセラミック多層基板が得られることが分か
る。しかしながら、各拘束層の厚みを薄くするにしたが
って基板の反り量が増加し、また、収縮率や寸法ばらつ
きも増大する傾向にあった。すなわち、セラミック多層
基板の寸法ばらつきを十分低くするためには、未焼結の
多層セラミック体1の厚み1mmに対して各拘束層の厚
みを0.5mm以上とすれば十分であるものの、なおか
つ、基板の反り量を十分低くするためには、各拘束層の
厚みを1.6mm以上にする必要があることが分かる。
【0060】次に、第1拘束層7aの厚みT1、第2拘
束層7bの厚みT2を異ならせた場合、つまり、第1拘
束層7aの厚みT1を第2拘束層の厚みT2よりも厚く
して、第1拘束層7aをより高い剛性を有する拘束層と
し、この第1拘束層7aを焼成によってより大きく収縮
し得る一方主面側6aに密着させた場合について検討す
る。得られたセラミック多層基板10の収縮率、寸法ば
らつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下
記表2に示す。なお、多層セラミック体1の厚みは上記
と同様に1mmである。
【0061】
【表2】
【0062】表2から、第1拘束層7aの厚みT1を第
2拘束層7bの厚みT2よりも厚くし、この第1拘束層
7aを焼成による収縮度合いがより大きな一方主面側6
aに密着させた場合、第1拘束層7aの厚みT1と第2
拘束層7bの厚みT2を最適な比率となるように調整す
れば、収縮率や寸法ばらつきを抑制し、かつ、基板の反
り量も抑制できることが分かる。特に、第1拘束層7a
の厚みT1が0.5mm〜0.8mm程度と非常に薄い
場合であっても、第2拘束層7bの厚みT2に対する第
1拘束層7aの厚みT1の比を1.1〜1.6程度に調
節することによって、収縮率や寸法ばらつきを最小限に
抑制し、かつ、基板の反り量も最小限に抑制できること
が分かる。
【0063】また、第1拘束層7aの厚みT1、第2拘
束層7bの厚みT2が、それぞれ0.60mm、0.4
3mmであれば、基板の寸法ばらつきも基板の反り量も
十分低くできる。すなわち、必要な拘束層の量を、各拘
束層の厚みを1.6mm以上にした場合に比べて、1/
3程度に減らすことができる。また、第2拘束層7bの
厚みT2に対する第1拘束層7aの厚みT1が3倍を超
えても、拘束層の厚みを減らす効果は殆ど無いことか
ら、第1拘束層7aの厚みT1は、第2拘束層7bの厚
みT2の3倍以下とすることが望ましいことが分かっ
た。また、仮に、第1拘束層、第2拘束層の厚みの比率
が3倍を超える領域で基板の反り量が最小になるような
場合が存在したとしても、基板の反りに伴って拘束層が
変形してしまい、基板から剥がれてしまうことがある。
【0064】このように、無収縮プロセスを実施するの
に必要な拘束層の厚みを最小限に留めることによって、
拘束層に要するコストを抑え、かつ、その焼成後の剥離
・除去を極めて容易に行うことが可能となり、セラミッ
ク多層基板の製造効率が大幅に向上する。また、各拘束
層の厚みを最小限必要な厚みに収めることによって、焼
成時の多層セラミック体中の有機バインダの揮発、およ
び、拘束層中の有機バインダの揮発を円滑に行わせるこ
とができ、焼成時間を短縮し、かつ、焼成ムラの少ない
高品質のセラミック多層基板を得ることができる。
【0065】また、X−Y平面方向には実質的に収縮し
ないので、各種の成形体ブロックとセラミックグリーン
シートとを同時焼成するに際し、これら成形体ブロッ
ク、セラミックグリーンシートのそれぞれの収縮挙動を
互いに一致させることが容易になる。したがって、成形
体ブロック並びにセラミックグリーンシートの材料選択
の幅をさらに広げることができる。
【0066】また、コンデンサCおよびインダクタLの
ブロック部品は積層体の内部に完全に埋め込まれた状態
になっているので、これら受動部品の耐湿性等の耐環境
性が向上する。また、これらのブロック部品は、セラミ
ック多層基板内において2次元的だけでなく、3次元的
にも配置され得るので、製品の仕様やコストに応じた商
品設計の選択幅を広くできると共に、信号のクロストー
ク等の回避が容易になる。
【0067】また、内蔵される未焼結の成形体ブロック
が、未焼結の多層セラミック体と共に一括して焼成され
るので、予め焼成されたブロック部品を埋め込んだ状態
で焼成する場合と比べて、焼成時の収縮挙動を厳しく管
理する必要がなくなり、セラミックグリーンシートおよ
び成形体ブロックの材料の選択幅を広げることができ
る。
【0068】また、未焼結の多層セラミック体におい
て、受動部品となるべき成形体ブロックを嵌め込むため
の空隙部が予め設けられているので、積層法によって受
動部品を構成する場合に比べて、セラミック多層基板の
平面性を良好に維持できる。したがって、配線導体の変
形や断線が生じにくくなるので、特性のばらつきを排除
しながら、高い寸法精度をもって高密度な配線を行なう
ことが可能となる。また、セラミック多層基板に備える
セラミック層の層数の増減が容易になって、結果とし
て、セラミック多層基板の高性能化を図ることが容易に
なる。
【0069】また、受動部品となる成形体ブロックが多
層構造を有しているので、たとえば、受動部品がコンデ
ンサであるときには、大容量コンデンサを得ることがで
き、インダクタであるときには、高インダクタンスのイ
ンダクタを得ることができる。
【0070】なお、本実施の形態においては、拘束層付
き多層セラミック体の焼成を荷重をかけることなく実施
したが、基板の反り量をより一層低減する目的で、付加
的に荷重を加えることも有効である。たとえば50gc
-2以下の極めて低い荷重で十分な効果が得られる。ま
た、本実施の形態によれば、コンデンサ、インダクタお
よび厚膜抵抗体は、それぞれ、設計通りの特性を示すこ
とが確認された。
【0071】第2の実施の形態 次に、図6〜図8を参照に、第2の実施の形態によるセ
ラミック多層基板の製造方法を説明する。
【0072】まず、図6に示すように、絶縁性セラミッ
クグリーンシート21a、21b、21c、21dおよ
び21eと、誘電体セラミックグリーンシート22aお
よび22bとを図示のように積層してなる多層セラミッ
ク体23を準備する。そして、多層セラミック体23の
一方主面24aに第1拘束層25aを密着させ、かつ、
他方主面24bに第2拘束層25bを密着させてなる拘
束層付きの多層セラミック体を準備し、これをセッター
9上に載置して焼成設備に投入する。
【0073】ここで、多層セラミック体23内には、コ
ンデンサC1、コンデンサC2、および、厚膜抵抗体R
が形成されており、ビアホールおよび内層導体パターン
によって所定の回路が構成されている。また、各コンデ
ンサは、所望の導体パターンが形成されたセラミックグ
リーンシートの積層法によって形成されており、各々の
コンデンサを形成する一方電極と他方電極との間には、
高誘電率の誘電体セラミックグリーンシート22aおよ
び22bが設けられているので、大容量のコンデンサC
1およびC2が形成されている。
【0074】なお、第1拘束層25aは厚みT3を有
し、第2拘束層25bは厚みT4を有する拘束層とす
る。本実施の形態では、多層セラミック体23の一方主
面24a側が他方主面24b側よりも収縮率が大きいの
で、第2拘束層25bの厚みT4よりも第1拘束層25
aの厚みT3を厚く形成する。つまり、T3>T4とす
ることによって、第2拘束層25bよりも第1拘束層2
5aの剛性が高くなる。
【0075】次いで、図6に示した状態で、たとえば、
空気中、無荷重で、900℃程度で焼成した後、第1拘
束層25a、第2拘束層25bを除去する。すると、図
7に示すように、一方主面側に外部端子27a、27b
を備え、コンデンサC1およびC2、厚膜抵抗体Rをそ
れぞれ内蔵したセラミック多層基板26が得られる。こ
のセラミック多層基板26は、図8に示すような回路構
成を具備するものとなる。
【0076】すなわち、本実施の形態によるセラミック
多層基板の製造方法によれば、多層セラミック体23の
一方主面24a、他方主面24bに、多層セラミック体
23の焼結条件では焼結しない酸化物無機粉末を有機バ
インダ中に分散してなる第1拘束層25a、第2拘束層
25bをそれぞれ密着させ、第1拘束層25aを第2拘
束層25bよりも剛性の高い拘束層とし、この第1拘束
層25aを、焼成によってより大きく収縮し得る一方主
面24a側に密着させているので、多層セラミック体2
3の一方主面24a側と他方主面24b側との収縮率の
違いにより発生し得る基板の反りを最小限に抑えること
ができる。また、基板平面方向への焼成収縮を抑制する
ので、優れた寸法精度を有するセラミック多層基板26
が得られる。さらに、荷重をかけること無く焼成するの
で、特別な焼成設備を用いずに、上述のセラミック多層
基板を容易にかつ効率良く製造できる。
【0077】次に、図6〜図8に示した本実施の形態に
おける第1拘束層25a、第2拘束層25bの最適な厚
みを検討する。
【0078】まず、第1拘束層25aおよび第2拘束層
25bを同じ厚みにした場合、つまり、第1拘束層25
aの厚みT3と第2拘束層25bの厚みT4との比を
1.0にして、その剛性を等しくした場合について検討
する。ここでは、各拘束層の厚みを0.05mm〜2.
0mmの範囲で変化させた。そして、上述した製造方法
によって得られたセラミック多層基板26の収縮率、寸
法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果
を下記表3に示す。なお、ここでは、多層セラミック体
23の厚みは1mmである。
【0079】
【表3】
【0080】表3から、第1拘束層25aの厚みT3と
第2拘束層25bの厚みT4とを同じ厚みにした場合、
各拘束層の厚みを1.2mm以上にすると、収縮率や寸
法ばらつきを抑制し、基板の反り量が少なく、かつ、寸
法精度に優れたセラミック多層基板が得られることが分
かる。しかしながら、各拘束層の厚みを小さくするにし
たがって基板の反り量が増加し、また、収縮率や寸法ば
らつきも増大する傾向にあった。また、セラミック多層
基板の寸法ばらつきを十分低くするためには、未焼結の
多層セラミック体23の厚み1mmに対して各拘束層の
厚みを0.5mm以上とすればよいが、なおかつ、基板
の反り量を十分低くするためには、各拘束層の厚みを
1.4mm以上とすることが必要である。
【0081】次いで、第1拘束層25aの厚みT3、第
2拘束層25bの厚みT4をそれぞれ異ならせた場合、
つまり、第1拘束層25aの厚みT3を第2拘束層25
bの厚みT4よりも厚くして、第1拘束層25aをより
高い剛性を有する拘束層とし、この第1拘束層25aを
焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側24aに
密着させた場合について検討する。得られたセラミック
多層基板26の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞ
れ測定した。その測定結果を下記表4に示す。
【0082】
【表4】
【0083】表4から、第1拘束層25aの厚みT3を
第2拘束層25bの厚みT4よりも厚くし、この第1拘
束層25aを焼成による収縮率がより大きな一方主面側
24aに密着させた場合、第1拘束層25aの厚みT3
と第2拘束層25bの厚みT4を最適な比率となるよう
に調整すれば、収縮率や寸法ばらつきを抑制し、かつ、
基板の反り量も抑制できることが分かる。特に、第1拘
束層25aの厚みT3が0.5mm〜0.8mm程度と
非常に薄い場合であっても、第2拘束層25bの厚みT
4に対する第1拘束層25aの厚みT3の比を1.1〜
1.6程度に調節することによって、収縮率や寸法ばら
つきを最小限に抑制し、かつ、基板の反り量も最小限に
抑制できることが分かる。
【0084】また、第1拘束層25aの厚みT3、第2
拘束層25bの厚みT4が、それぞれ0.60mm、
0.43mmであれば、基板の寸法ばらつきも基板の反
り量も十分低くでき、必要とする拘束層の量を、各拘束
層の厚みを1.4mm以上にする場合に比べて、約1/
3程度に減らすことができる。
【0085】このように、拘束層の厚みを最小限に留め
ることによって、拘束層に要するコストを抑え、かつ、
その焼成後の剥離・除去を極めて容易に行うことが可能
となり、セラミック多層基板の製造効率が大幅に向上す
る。また、各拘束層の厚みを最小限必要な厚みに収める
ことによって、焼成時の多層セラミック体中の有機バイ
ンダの揮発、および、拘束層中の有機バインダの揮発を
円滑に行わせることができ、焼成時間を短縮して、焼成
ムラの少ない高品質のセラミック多層基板を得ることが
できる。
【0086】第3の実施の形態 次に、第1拘束層、第2拘束層中の酸化物無機粉末の最
適な平均粒径を検討する。
【0087】まず、図6〜図7における第1拘束層25
a、第2拘束層25b中の酸化物無機粉末の平均粒径を
同じにした場合、つまり、第1拘束層25a、第2拘束
層25bの剛性を等しくした場合について検討する。こ
こでは、酸化物無機粉末としてアルミナ粉末を用い、各
拘束層中のアルミナ粉末の平均粒径(D50)を0.5
〜2.0μmの範囲で、また、各拘束層の厚みを0.5
〜1.8mmの範囲で変化させた。そして、上述した第
2の実施の形態に示した方法と同様の方法によって作製
したセラミック多層基板26の収縮率、寸法ばらつき、
反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表5に
示す。なお、ここでは、多層セラミック体23の厚みは
1mmである。
【0088】
【表5】
【0089】表5の例55〜例66から、各拘束層の厚
みが1.4mm以上では、アルミナ粉末の平均粒径によ
らず、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に小さくで
きることが分かる。これに対して、各拘束層の厚みが
1.4mmよりも薄い場合は、基板の反り量が増大する
傾向にあった。また、アルミナ粉末の平均粒径が小さく
なると収縮率が増加し、収縮率のばらつきも増加する傾
向にあるが、基板の反り量は減少する傾向が見られた。
これは、拘束層に用いるアルミナ粉末の平均粒径が小さ
くなると、拘束層自体がわずかに収縮を起こすようにな
る一方で、拘束層の剛性が増加し、反りなどが生じにく
くなるためである。
【0090】次いで、各拘束層の厚みが0.5mmのと
き、各拘束層中のアルミナ粉末の平均粒径を検討する。
表5の例67〜例69に示すように、第1拘束層25
a、第2拘束層25bのアルミナ粉末の平均粒径をそれ
ぞれ異ならせ、かつ、第1拘束層中のアルミナ粉末の平
均粒径をより小さくした場合、基板26の収縮率、寸法
ばらつき、反り量を十分に低減可能であることが分か
る。さらに、これによって、収縮率、寸法ばらつき、反
り量を十分に低減するために必要な拘束層の厚みを、例
55〜例60の場合に比べて、約1/3程度に減らすこ
とができることが分かった。
【0091】第4の実施の形態 次に、第1拘束層、第2拘束層中の有機バインダ量の最
適な範囲を検討する。
【0092】まず、図6〜図7における第1拘束層25
a、第2拘束層25b中の有機バインダ量を同じにした
場合、つまり、第1拘束層25a、第2拘束層25bの
剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、有
機バインダとしてブチラール系有機バインダを用い、各
拘束層中の有機バインダ量をアルミナ粒子100重量部
に対して3〜15重量部の範囲で、また、各拘束層の厚
みを0.5〜1.8mmの範囲で変化させた。そして、
上述した第2の実施の形態に示した方法と同様の方法に
よって作製されたセラミック多層基板26の収縮率、寸
法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果
を下記表6に示す。なお、ここでは、多層セラミック体
23の厚みは1mmである。
【0093】
【表6】
【0094】表6の例70〜例89から、各拘束層の厚
みが1.4mm以上であれば、有機バインダ量によら
ず、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減可能で
あることが分かる。しかしながら、各拘束層の厚みが
1.4mmよりも小さい場合では、基板の反り量が増大
する傾向にあった。また、有機バインダ量が多くなる
と、収縮率、寸法ばらつき、基板の反り量が増加する傾
向であった。これは、有機バインダ量が増加すると、拘
束層自体がわずかに収縮を起こすようになり、また、拘
束層の剛性が減少して、反りなどが生じやすくなるため
である。
【0095】次いで、各拘束層の厚みが0.5mmのと
き、各拘束層の有機バインダ量を検討する。表6の例9
0〜例92から、第1拘束層25aの有機バインダ量を
より少なくした場合は、収縮率、寸法ばらつき、反りを
十分に低減可能であることがわかる。そして、これによ
り、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減するた
めに必要な拘束層の厚みを、例70〜例79の場合に比
べて、約1/3程度に減らせることが分かった。
【0096】第5の実施の形態 次に、第1拘束層、第2拘束層に添加するファイバー状
酸化物無機粒子の添加量を検討する。
【0097】まず、図6〜図7における第1拘束層25
a、第2拘束層25bへのファイバー状酸化物無機粒子
の添加量を同じにした場合、つまり、各拘束層の剛性を
等しくした場合について検討する。ここでは、ファイバ
ー状酸化物無機粉末として長軸長50μmのファイバー
状アルミナ粒子を用い、各拘束層中のファイバー状酸化
物無機粒子の添加量を全拘束層成分に対して0〜20重
量%の範囲、また、各拘束層の厚みを0.5〜1.8m
mの範囲でそれぞれ変化させた。そして、上述した第2
の実施の形態に示した方法と同様の方法によって、セラ
ミック多層基板26の収縮率、寸法ばらつき、反り量を
それぞれ測定した。その測定結果を下記表7に示す。な
お、ここでは、多層セラミック体23の厚みは1mmで
ある。
【0098】
【表7】
【0099】表7の例93〜例112から、各拘束層の
厚みが1.4mm以上では、ファイバー状酸化物無機粒
子の添加量によらず、収縮率、寸法ばらつき、反り量を
十分に低減可能であることが分かる。また、ファイバー
状酸化物無機粒子を5重量%以上添加すれば、各拘束層
の厚みを1.0mmとした場合であっても、収縮率、寸
法ばらつき、反り量をある程度低減できることが分か
る。各拘束層の厚みが0.5mmでは、ファイバー状酸
化物無機粒子の添加量が多くなるほど基板の反り量が減
少する傾向であった。これは、ファイバー状酸化物無機
粒子の添加量が増加すると、反りが生じにくくなるため
である。
【0100】次いで、各拘束層の厚みが0.5mmのと
ころでのファイバー状酸化物無機粒子の最適な添加量を
検討する。表7の例113〜例116から、第1拘束層
へのファイバー状酸化物無機粒子の添加量を多くした場
合、あるいは、第1拘束層のみにファイバー状酸化物無
機粒子を添加した場合、収縮率、寸法ばらつき、反り量
を十分に低減できることが分かる。そして、これによっ
て、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減するた
めに必要な拘束層の厚みを、例93〜例107に比べ
て、約1/2程度に減らせることが分かった。
【0101】第6の実施の形態 次に、第1拘束層、第2拘束層に添加するガラス粉末の
添加量を検討する。
【0102】まず、各拘束層へのガラス粉末の添加量を
同じにした場合、つまり、第1拘束層25a、第2拘束
層25bの剛性を等しくした場合について検討する。こ
こでは、ガラス粉末としてホウ珪酸ガラス粉末を用い、
各拘束層中のガラス添加量を拘束層全成分に対して0〜
0.7重量%の範囲、また、各拘束層の厚みを0.5〜
1.8mmの範囲でそれぞれ変化させた。そして、上述
した第2の実施の形態に示した方法と同様の方法によっ
て得られたセラミック多層基板26の収縮率、寸法ばら
つき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記
表8に示す。なお、ここでは、多層セラミック体23の
厚みは1mmである。
【0103】
【表8】
【0104】表8の例117〜例136から、各拘束層
の厚みが1.4mm以上であって、ガラス粉末の添加量
が0.5%以下の場合、収縮率、寸法ばらつき、反り量
を十分に低減できることが分かった。また、各拘束層の
厚みが1.0mm以下では、ガラス粉末を添加すると基
板の反り量は減少したが、ガラス粉末の添加量を0.5
重量%以上とすると、基板の反り量、収縮率が増加する
傾向があった。これは、拘束層にガラス粉末を添加する
と拘束層の剛性が増加するが、ある一定量以上を添加す
ると、拘束層自体がわずかながら収縮してしまうためで
ある。
【0105】次いで、各拘束層の厚みが0.5mmのと
ころで、各拘束層へのガラス粉末の添加量を検討する。
表8の例137〜例139から、第1拘束層25aのみ
へガラス粉末を添加した場合、収縮率、寸法ばらつき、
反り量を十分に抑制可能であることが分かる。また、こ
れによって、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に抑
制するために必要な拘束層の厚みを、例117〜例12
6に比べて、約1/3程度に減らすことができることが
分かった。
【0106】このように、上述した実施の形態によれ
ば、より剛性の大きな第1拘束層を、焼成時の収縮率が
より大きい一方主面側に形成することによって、未焼結
セラミック体の焼成時のX−Y方向、すなわち基板平面
方向の収縮を十分に抑制することができる。また、拘束
層の厚みを最低限必要な厚みに抑えたうえで、焼成後の
基板の反り量も十分に低減できる。そのため、セラミッ
ク基板の寸法精度をより高くすることができ、基板の反
り量も小さいため、微細で高密度な配線を施しても断線
等の問題を十分に抑制することができる。
【0107】以上、本発明を第1の実施の形態〜第6の
実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上述した
実施の形態に限定されるものではなく、その他、種々の
変形が可能である。
【0108】たとえば、図5および図8に示した等価回
路は、本発明のより容易な理解を可能とする典型例にす
ぎず、本発明のセラミック基板の製造方法は、その他、
種々の回路設計を有するセラミック多層基板においても
等しく適用できる。また、得られたセラミック基板に
は、積層セラミックコンデンサや半導体デバイスなど、
種々の表面実装部品を搭載することもできる。また、未
焼結セラミック体中に内蔵する成形体ブロックは、コン
デンサやインダクタの単体に限定されず、たとえばLC
複合部品の成形体ブロックであってもよい。
【0109】また、本発明のセラミック基板の製造方法
は、ICパッケージ基板、ハイブリッドIC基板等の種
々のモジュール基板の他、多層LCフィルタや多層チッ
プアンテナ、多層セラミックコンデンサ等の積層型チッ
プ部品の製造方法にも適用可能である。
【0110】また、本発明のセラミック基板の製造方法
は、セラミック基板の前駆体である未焼結セラミック体
が、導体パターンを備えたセラミックグリーンシートを
積層してなるグリーンシート積層体(多層セラミック
体)であって、 (1)グリーンシート積層体の両主面から等距離にある
中心面に関して上側と下側とで、導体パターンの形成密
度が互いに異なっているもの。 (2)互いに異なる組成を有した2種以上のセラミック
グリーンシートを積層したもの。 (3)互いに厚みの異なる2種以上のセラミックグリー
ンシートを積層したもの。 に適用することが上述したように特に好適である。未焼
結セラミック体がこのような構成であると、未焼結セラ
ミック体の上側と下側とで、焼成収縮度合いの違いに起
因する反りや歪みが生じ易いからである。
【0111】より具体的には、グリーンシート積層体
が、グリーンシート積層体の両主面から等距離にある中
心面に関して上側と下側とで、導体パターンの形成密度
が互いに異なっている場合、一般には導体パターンの形
成密度の高い側へ凹状に反り易いので、この側に剛性の
高い拘束層を適用すればよい。また、グリーンシート積
層体が、互いに異なる組成を有した2種以上のセラミッ
クグリーンシートを積層したもの(成分組成、セラミッ
ク粒径等が互いに異なるセラミックグリーンシート)で
ある場合、グリーンシート積層体の両主面から等距離に
ある中心面に関して、その焼成時により大きく収縮し得
る側に剛性の高い拘束層を適用すればよい。さらに、グ
リーンシート積層体が、互いに厚みの異なる2種以上の
セラミックグリーンシートを積層したものである場合
は、厚いセラミックグリーンシートが大きく収縮し得る
ので、この側に剛性の高い拘束層を適用すればよい。
【0112】また、本発明において、各拘束層の剛性
は、試行錯誤を繰り返しながら適当に選択してもよい
が、たとえば、導体パターン形成密度と基板反り量との
関係、セラミックグリーンシート組成と基板反り量との
関係、セラミックグリーンシート厚みと基板反り量との
関係を予め算出しておき、また、基板反り量と拘束層の
剛性との関係を予め算出しておき、これらの関係から、
反りを最小限に抑えるような剛性の最適なものを選択
し、設計することが望ましい。
【0113】さらに、本発明は、導体パターンを備えた
未焼結セラミック体の両主面に、未焼結セラミック体の
焼結条件では焼結しない無機粉末を主成分とし、互いに
異なる剛性を有した第1拘束層、第2拘束層をそれぞれ
密着してなることを特徴とする未焼成セラミック基板に
も係るものであり、ここで、第1拘束層、第2拘束層
は、上述した第1の手法〜第5の手法に基づいて、適
宜、その剛性を選択することができる。
【0114】
【発明の効果】本発明のセラミック基板の製造方法によ
れば、導体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主
面に、前記未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しな
い無機粉末を主成分とする第1拘束層、第2拘束層をそ
れぞれ密着させ、これを前記未焼結セラミック体の焼結
条件で焼成した後、各拘束層を除去する、セラミック基
板の製造方法において、第1拘束層、第2拘束層を互い
に剛性の異なる層とするので、焼成によるセラミック基
板の変形を抑制するように、第1拘束層、第2拘束層の
剛性を適宜選択することができ、したがって、基板平面
方向への焼成収縮を抑制すると同時に、反り等の基板変
形を抑制して、寸法精度に優れたセラミック基板を容易
に効率良く製造することができる。
【0115】特に、第1拘束層を第2拘束層よりも剛性
の高い層とし、この第1拘束層を、焼成によってより大
きく収縮し得る一方主面側に密着させることによって、
未焼結セラミック体の一方主面側と他方主面側との収縮
度合いの違いに起因する基板の反りや歪みを十分に抑え
ることができ、基板変形を十分に抑制して、寸法精度の
優れたセラミック基板を、特別の焼成設備を用いなくて
も、容易に効率良く製造することができる。
【0116】さらに、拘束層の膜厚を必要以上に厚くす
る必要がなく、拘束層に要するコストを抑え、かつ、そ
の焼成後の剥離・除去を極めて容易に行うことが可能と
なり、セラミック基板の製造効率を改善することがで
き、さらに、拘束層および未焼結セラミック体における
有機バインダを円滑に揮発させることができるので、焼
成時間を短縮し、焼成ムラが少なく、有機バインダの残
渣によるポア等の発生を抑えて、高品質のセラミック基
板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態によるセラミック多層基板の
製造工程において、積層体中にブロック部品を嵌め込む
きの概略断面図である。
【図2】同上のセラミック多層基板の製造工程におい
て、積層体の上下にセラミックグリーンシートを積層し
て、多層セラミック体を構成する際の概略断面図であ
る。
【図3】同上のセラミック多層基板の製造工程におい
て、多層セラミック体の上下両主面に拘束層を密着させ
た拘束層付き多層セラミック体の概略断面図である。
【図4】同上のセラミック多層基板の製造工程におい
て、拘束層を剥離・除去した後のセラミック多層基板の
概略断面図である。
【図5】同上のセラミック多層基板の等価回路図であ
る。
【図6】第2の実施の形態によるセラミック多層基板の
製造工程において、多層セラミック体の上下両主面に拘
束層を密着させた拘束層付き多層セラミック体の概略断
面図である。
【図7】同上のセラミック多層基板の製造工程におい
て、拘束層を剥離・除去した後のセラミック多層基板の
概略断面図である。
【図8】同上のセラミック多層基板の等価回路図であ
る。
【符号の説明】
1…多層セラミック体(未焼結) 1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g…セラミッ
ク層(セラミックグリーンシート) 2a、2b、2c、2d、2e、2f…ビアホール 3a、3b…空隙部 4…積層体 5a、5b、5c…内層導体パターン 6a…一方主面 6b…他方主面 7a…第1拘束層 7b…第2拘束層 10…セラミック多層基板 12a、12b…外部端子 C…コンデンサ L…インダクタ R…抵抗体

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導体パターンを備えた未焼結セラミック
    体の両主面に、前記未焼結セラミック体の焼結条件では
    焼結しない無機粉末を主成分とする第1拘束層、第2拘
    束層をそれぞれ密着させ、これを前記未焼結セラミック
    体の焼結条件で焼成した後、各拘束層を除去する、セラ
    ミック基板の製造方法において、 前記第1拘束層、前記第2拘束層を互いに剛性の異なる
    層とすることを特徴とする、セラミック基板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記第1拘束層を前記第2拘束層よりも
    剛性の高い層とし、この第1拘束層を、前記焼成によっ
    てより大きく収縮し得る一方主面側に密着させることを
    特徴とする、請求項1に記載のセラミック基板の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記第1拘束層の厚みを前記第2拘束層
    の厚みよりも厚く形成することを特徴とする、請求項1
    または2に記載のセラミック基板の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1拘束層の厚みを前記第2拘束層
    の厚みの3倍以下とすることを特徴とする、請求項3に
    記載のセラミック基板の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1拘束層中の無機粉末の平均粒径
    を、前記第2拘束層中の無機粉末の平均粒径よりも小さ
    くすることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに
    記載のセラミック基板の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1拘束層および前記第2拘束層
    は、前記無機粉末を有機バインダ中に分散してなる層で
    あり、前記第1拘束層中の有機バインダ量を、前記第2
    拘束層中の有機バインダ量よりも少なくすることを特徴
    とする、請求項1乃至5のいずれかに記載のセラミック
    基板の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第1拘束層中にファイバー状の酸化
    物無機粒子を含有させることを特徴とする、請求項1乃
    至6のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記第1拘束層中に、前記未焼結セラミ
    ック体の焼結条件では粘性流動を起こさないガラス粉末
    を含有させることを特徴とする、請求項1乃至7のいず
    れかに記載のセラミック基板の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第1拘束層および前記第2拘束層
    を、前記無機粉末を有機バインダ中に分散してなるセラ
    ミックグリーンシートとすることを特徴とする、請求項
    1乃至8のいずれかに記載のセラミック基板の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 前記未焼結セラミック体は、導体パタ
    ーンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなる
    グリーンシート積層体であって、前記グリーンシート積
    層体の両主面から等距離にある中心面に関して上側と下
    側とで、前記導体パターンの形成密度が互いに異なって
    いることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記
    載のセラミック基板の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記未焼結セラミック体は、導体パタ
    ーンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなる
    グリーンシート積層体であって、互いに異なる組成を有
    した2種以上のセラミックグリーンシートを積層したも
    のであることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれ
    かに記載のセラミック基板の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記未焼結セラミック体は、導体パタ
    ーンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなる
    グリーンシート積層体であって、互いに厚みの異なる2
    種以上のセラミックグリーンシートを積層したものであ
    ることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれかに記
    載のセラミック基板の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記未焼結セラミック体は、コンデン
    サ、インダクタおよび抵抗体からなる群より選ばれる少
    なくとも1種の受動部品を内蔵することを特徴とする、
    請求項1乃至12のいずれかに記載のセラミック基板の
    製造方法。
  14. 【請求項14】 前記未焼結セラミック体は、前記コン
    デンサまたは前記インダクタをブロック部品として内蔵
    することを特徴とする、請求項13に記載のセラミック
    基板の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記未焼結セラミック体を1000℃
    以下の焼成温度で焼結させることを特徴とする、請求項
    1乃至14のいずれかに記載のセラミック基板の製造方
    法。
  16. 【請求項16】 前記焼成を荷重をかけずに実施するこ
    とを特徴とする、請求項1乃至15のいずれかに記載の
    セラミック基板の製造方法。
  17. 【請求項17】 導体パターンを備えた未焼結セラミッ
    ク体の両主面に、前記未焼結セラミック体の焼結条件で
    は焼結しない無機粉末を主成分とし、互いに異なる剛性
    を有した第1拘束層、第2拘束層をそれぞれ密着してな
    ることを特徴とする、未焼成セラミック基板。
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