JP2002368422A - 多層セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

多層セラミック基板及びその製造方法

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multilayer ceramic
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充良 西出
Ryoji Nakamura
良二 中村
Norio Sakai
範夫 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性を高くし、不具合を抑えることを実現
できる配線導体を備える多層セラミック基板及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 機能セラミック層２となるべき複数の機
能グリーンシートと機能セラミック層２に含まれるセラ
ミック機能材料の焼結温度では焼結しないセラミック材
料を含む、収縮抑制用支持体３となるべき収縮抑制用グ
リーンシートと、金属箔、金属線、薄膜導体から選ばれ
る金属導体からなる第１の配線導体４と、厚膜導体から
なる第２の配線導体５とを備える、生の複合積層体を用
意し、これを焼成することによって、多層セラミック基
板１を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼成工程において
主面方向の収縮を実質的に生じさせないようにすること
ができる、いわゆる無収縮プロセスを適用して製造され
る多層セラミック基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】無収縮プロセスを適用して製造される多
層セラミック基板は、特開平７−８６７４３号公報で提
案されているように、低温焼成ガラスセラミックからな
る複数のセラミック層と、そのセラミック層の焼成温度
では焼結しない無機組成物からなる複数の拘束層とが積
層された積層体を備える。そして、これらセラミック層
と拘束層との間における特定の界面や積層体の外表面に
は、適宜の配線導体が形成されている.。この場合、配
線導体は、低温焼成ガラスセラミックからなる複数のセ
ラミック層の焼成温度で収縮しない金属箔を、所望のパ
ターンにエッチング処理することによって構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、セラミック層の焼成温度で収縮しない金属導
体で構成される配線導体には、以下のような解決される
べき問題点がある。
【０００４】金属導体は既に緻密な膜であるため、占有
面積が大きいパターン、例えばグランド電極に用いる場
合には、焼成の際にセラミックグリーンシートのバイン
ダ成分の分解ガスが抜ける隙間がない。そのため、金属
導体周辺にボイドや残留カーボンが残りやすく、多層セ
ラミック基板の信頼性が低下することがある。
【０００５】また、薄い金属導体は膜強度が弱いため、
取り扱い上ある程度の厚みが必要となる。これら金属導
体は焼成時に圧縮されることなく、柔らかいセラミック
グリーンシートが押しつぶされ、占有面積が大きいパタ
ーンの所は密度が高く、占有面積が小さいパターン、例
えばインダクタ電極または信号ラインなどの所は粗にな
り、積層体内で密度差ができる。そのため、占有面積が
大きいパターンが多く形成されている回路基板の場合、
内部の応力歪も大きくなり、変形やクラックが発生する
など不具合が発生することがある。
【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、信頼性を高くし、不具合を抑
えることを実現できる配線導体を備える多層セラミック
基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述する問題点を解決す
るため本発明の多層セラミック基板は、セラミック機能
材料を含む複数の機能セラミック層と、前記機能セラミ
ック層の特定のものに接するように配置され、前記セラ
ミック機能材料の焼成温度では焼結しないセラミック材
料を含むシート状の収縮抑制用支持体と、前記機能セラ
ミック層に接するように配置され、かつ金属箔、金属
線、あるいは薄膜導体から選ばれる金属導体からなる第
１の配線導体と、前記機能セラミック層に接するように
配置され、かつ厚膜導体からなる第２の配線導体とを備
えることを特徴とする。
【０００８】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記第１及び第２の配線導体は、前記収縮抑制用支持体に
接するように配置されることを特徴とする。
【０００９】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記第１の配線導体をなす金属導体は、厚みが１００μｍ
以下であることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記機能セラミック層の焼成前の前記第１の配線導体をな
す金属導体は、気孔率が１０％以下であることを特徴と
する。
【００１１】また、本発明の多層セラミック基板は、第
１の前記配線導体をなす金属導体は、体積抵抗率が２．
５Ω・ｃｍ以下、表面粗さが５μｍ以下であることを特
徴とする。
【００１２】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記第１の配線導体をなす金属導体は、前記機能セラミッ
ク層に対する平面方向の面積占有率が９０％以下である
ことを特徴とする。
【００１３】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記第２の配線導体は導電性ペーストからなり、前記機能
セラミック層の焼成後の前記第２の配線導体の厚みが３
０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記第１の配線導体は、少なくともインダクタ電極あるい
は信号ラインとして用いられることを特徴とする。
【００１５】また、本発明の多層セラミック基板は、前
記第２の配線導体は、少なくともグランド電極として用
いられることを特徴とする。
【００１６】また、本発明の多層セラミック基板の製造
方法は、セラミック機能材料を含む複数の機能グリーン
シートと、前記機能グリーンシートの特定のものに接す
るように配置され、かつ前記セラミック機能材料の焼成
温度では焼結しないセラミック材料を含む収縮抑制用グ
リーンシートと、前記機能グリーンシートに接するよう
に配置され、かつ金属箔、金属線、あるいは薄膜導体か
ら選ばれる金属導体からなる第１の配線導体と、前記機
能グリーンシートに接するように配置され、かつ導電性
ペーストからなる第２の配線導体とを備える生の複合積
層体を用意する工程と、前記生の複合積層体を焼成する
工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】本発明の多層セラミック基板及びその製造
方法によれば、機能セラミック層に接するように配置さ
れ、かつ金属箔、金属線、あるいは薄膜導体から選ばれ
る金属導体からなる第１の配線導体と、機能セラミック
層に接するように配置され、かつ厚膜導体からなる第２
の配線導体とを備えているため、占有面積が小さいパタ
ーンには金属箔、金属線、あるいは薄膜導体から選ばれ
る金属導体からなる第１の配線導体、占有面積が大きい
パターンには導電性ペーストからなる第２の配線導体
と、配線導体を構成する素材を使い分けることができ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１は、本発明の多層セラミック基板
の一実施例を示す一部断面図である。多層セラミック基
板１は、セラミック機能材料を含む、複数の機能セラミ
ック層２を備えている。
【００１９】機能セラミック層２に含まれるセラミック
機能材料は、例えば、誘電性、絶縁性あるいは磁性のよ
うな特定の電気的機能を有しているもので、多層セラミ
ック基板１において必要とする電気的機能に応じて、そ
の材料が選ばれる。また、複数の機能セラミック層２
は、互いに同じセラミック機能材料をもって構成されて
いても、互いに異なるセラミック機能材料をもって構成
されていてもよい。
【００２０】さらに、機能セラミック層２に含まれるセ
ラミック機能材料は、低温で焼結可能であることが好ま
しい。そのため、セラミック機能材料は、結晶化ガラ
ス、あるいはガラスとセラミックとの混合物を含むこと
が好ましい。
【００２１】多層セラミック基板１は、シート状の収縮
抑制用支持体３を備えている。収縮抑制用支持体３は、
機能セラミック層２の特定のものに接するように配置さ
れる。この実施例では、機能セラミック層２のすべての
ものにそれぞれ接するように、収縮抑制用支持体３が配
置されている。
【００２２】収縮抑制用支持体３は、機能セラミック層
２に含まれるセラミック機能材料の焼成温度では焼結し
ないセラミック材料を含んでいる。このセラミック材料
としては、例えば、アルミナ、あるいはジルコニアが有
利に用いられる。
【００２３】また、収縮抑制用支持体３には、この多層
セラミック基板１を得るための焼成の結果、機能セラミ
ック層２に含まれる材料、例えばガラスの一部が浸透し
ている。
【００２４】さらに、多層セラミック基板１は、第１及
び第２の配線導体４，５を備えている。第１及び第２の
配線導体４，５は、特定の機能セラミック層２に接する
ように配置される。そして、占有面積が小さいパター
ン、例えばインダクタ電極あるいは信号ラインなどに
は、例えば銅、銀、金からなり、薄膜導体、金属箔、ま
たは金属線から選ばれる金属導体で構成された第１の配
線導体４、占有面積が大きいパターン、例えばグランド
電極などには、銅粉末、銀粉末、金粉末のような粉末状
導電成分及び有機ビヒクルを含む導電性ペーストからな
る厚膜導体で構成された第２の配線導体５が使用され
る。
【００２５】図２は、多層セラミック基板１を製造する
ための方法を説明するためのものであり、この製造方法
に含まれるいくつかの代表的な工程を図示している。
【００２６】まず、図２（ａ）に示すように、機能セラ
ミック層２となるべき、セラミック機能材料を含む、機
能グリーンシート６が複数用意される。セラミック機能
材料としては、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系低温焼結
セラミック機能材料が用いられる。なお、図２（ａ）で
は、機能グリーンシート６を１枚のシートとして図示し
ているが、通常、１つの機能セラミック層２は、複数の
機能グリーンシート６の積層体から与えられ、必要とす
る厚みが与えられる。
【００２７】次いで、図２（ｂ）に示すように、機能グ
リーンシート６上に、収縮抑制用支持体３となるべき、
機能セラミック層２に含まれるセラミック機能材料の焼
成温度では焼結しないセラミック材料を含む、収縮抑制
用グリーンシート７が形成され、それによって、機能グ
リーンシート６と収縮抑制用グリーンシート７とを重ね
たグリーンシート複合体８が作製される。機能セラミッ
ク層２に含まれるセラミック機能材料の焼成温度では焼
結しないセラミック材料としては、たとえば、アルミナ
あるいはジルコニアが用いられる。また、収縮抑制用グ
リーンシート７についても、複数のシートからなる積層
体から構成されてもよい。なお、グリーンシート複合体
８は、収縮抑制用グリーンシート７上に、機能グリーン
シート６を形成することによって、作製されてもよい。
【００２８】他方、図２（ｃ）に示すように、基材フィ
ルム９上に、銅、銀あるいは金からなる金属箔である金
属導体１０がめっきなどにより形成される。
【００２９】次いで、図２（ｄ）に示すように金属導体
１０がエッチング処理されることによって、第１の配線
導体４が形成される。なお、エッチング処理としては、
ドライエッチング法、ウェットエッチング法のどちらで
も構わない。
【００３０】次いで、図２（ｅ）に示すように、グリー
ンシート複合体８の収縮抑制用グリーンシート７上に第
１の配線導体４が接するように基材フィルム９が重ねら
れ、その後、図２（ｆ）に示すように、基材フィルム９
を剥がすことによって、第１の配線導体４が基材フィル
ム９からグリーンシート複合体８の主面上へ転写され
る。
【００３１】次いで、図２（ｇ）に示すように、グリー
ンシート複合体８の収縮抑制用グリーンシート７上に、
銅粉末、銀粉末、金粉末のような粉末状導電成分及び有
機ビヒクルを含む導電性ペーストを、所望のパターンを
もって印刷し、乾燥することによって、厚膜導体からな
る第２の配線導体５がグリーンシート複合体８の主面上
に形成される。
【００３２】なお、第２の配線導体５は、グリーンシー
ト複合体８の機能グリーンシート６の主面上へ転写ある
いは印刷されてもよい。
【００３３】次いで、複数のグリーンシート複合体８が
積み重ねられ、それによって、生の複合積層体が作製さ
れる。このとき、グリーンシート複合体７の特定のもの
の主面上には、図２（ｆ）及び図２（ｇ）に示すよう
に、第１及び第２の配線導体４，５が配置されている。
【００３４】次いで、この生の複合積層体は、例えば、
Ｎ2−Ｈ2Ｏ雰囲気中において９５０℃の温度で焼成さ
れ、それによって図１に示すような多層セラミック基板
１が完成される。
【００３５】このような焼成工程において、複数のグリ
ーンシート複合体８が積み重ねられた生の複合積層体を
焼成すると、機能グリーンシート６および第２の配線導
体５は焼結され、収縮抑制用グリーンシート７は、そこ
に含まれる機能グリーンシート６に含まれるセラミック
機能材料の焼成温度では焼結しないセラミック材料を未
焼結状態のまま残し、それ自身が焼結しないため、機能
グリーンシート６の主面方向での収縮を抑制する。この
ことから、第１及び第２の配線導体４，５に対して収縮
による悪影響が及ぼされることなく、第１及び第２の配
線導体４，５として金属導体、導体ペーストを問題なく
用いることができるようになる。
【００３６】上記の製造方法に基づき作製したの多層セ
ラミック基板の諸特性を測定し、その結果を表１に示
す。
【００３７】
【表１】
【００３８】表１の結果から以下のことがわかった。 （１）金属導体の気孔率は１０％より多くなると、機能
セラミック層の焼成後の金属導体中にクラックが発生す
る。 （２）金属導体の機能セラミック層に対する平面方向の
面積占有率は９０％よりも多くなると、機能セラミック
層の焼成後に基板の割れが発生する。 （３）厚膜導体をなす導電性ペーストの焼成後の厚みは
３０μｍよりも厚くなると、積層一体化時に密度差が生
じ、デラミネーションが発生する。好ましくは、０．５
〜２０μｍの厚みである。
【００３９】以上から、表１で示す試料番号３〜６、１
０〜１２のものが金属導体中のクラック発生、基板割
れ、厚膜導体のデラミネーションのいずれも発生せず好
ましいことがわかる。
【００４０】なお、金属導体の厚みは１００μｍよりも
厚くなると、積層一体化時に隙間やクラックが発生する
ため、好ましくは、５〜３５μｍの厚みがよい。
【００４１】また、金属導体の体積抵抗値は２．５Ω・
ｃｍよりも高くなると導体損失が増え、表面粗さは５μ
ｍよりも高くなると高周波の表皮伝播において損失が増
えてしまう。
【００４２】以上、本発明を図示した実施例に関連して
説明したが、本発明の範囲において、その他、いくつか
の変形例が可能である。
【００４３】例えば、図１に示した多層セラミック基板
１において、機能セラミック層２と収縮抑制用支持体３
との積層順序は、適宜変更することができる。２つ以上
の機能セラミック層２を互いに接するように積層しても
よく、また、図１に示した多層セラミック基板１におい
て、最も下の機能セラミック層２の下面に接するように
収縮抑制用支持体３がさらに積層されてもよい。
【００４４】また、上述のように、機能セラミック層２
と収縮抑制用支持体３との積層順序は、適宜変更するこ
とができるため、第１及び第２の配線導体４，５を配置
する位置も任意に変更することができる。図１では、第
１及び第２の配線導体４，５が機能セラミック層２と収
縮抑制用支持体３との間に挟まれるように配置された
が、例えば、２つ以上の機能セラミック層２が互いに接
するように積層される場合、これら機能セラミック層２
間の界面に沿って第１及び第２の配線導体４，５が配置
されてもよい。また、多層セラミック基板１の外表面上
に第１及び第２の配線導体４，５が配置されてもよい。
【００４５】また、上述のように、第１の配線導体４
は、金属箔をエッチング処理により所望の回路パターン
を与えるようにパターニングして得られた金属導体だけ
でなく、金属箔をレーザーやパンチングなどの手段によ
り打ち抜いて形成された金属導体によって構成されても
よい。
【００４６】また、第１の配線導体４は、金属線を所望
の回路パターンになるように折曲げ加工することにより
得られた金属導体によって構成されてもよい。さらに、
第１の配線導体４は、アディティブめっき法、蒸着など
で形成された薄膜導体である金属導体によって構成され
てもよい。
【００４７】また、多層セラミック基板の製造方法に関
して、複数の機能グリーンシートを用意した後、これと
収縮抑制用グリーンシートとを重ねる前に、機能グリー
ンシートの特定のものの一方の主面上に第１及び第２の
配線導体を配置するようにしてもよい。この場合、第１
及び第２の配線導体を配置した後、機能グリーンシート
と収縮抑制用グリーンシートとを重ねたグリーンシート
複合体が作製されるが、この工程において、収縮抑制用
グリーンシートは、機能グリーンシートの第１及び第２
の配線導体が配置された側の主面上に重ねられても、第
１及び第２の配線導体が配置されない側の主面上に重ね
られてもよい。そして、この変形例においても、生の複
合積層体を得るため、最終的には、複数のグリーンシー
ト複合体が積み重ねられる。
【００４８】また、生の複合積層体において、収縮抑制
用グリーンシートが、その積層方向における両端部にの
み配置し、焼成工程の後、これら収縮抑制用グリーンシ
ートからなる収縮抑制用支持体を除去するようにしても
よい。
【００４９】
【発明の効果】本発明の多層セラミック基板及びその製
造方法によれば、機能セラミック層に接するように配置
され、かつ金属導体からなる第１の配線導体と、機能セ
ラミック層に接するように配置され、かつ導電性ペース
トからなる第２の配線導体とを備えているため、占有面
積が小さいパターンには金属導体からなる第１の配線導
体、占有面積が大きいパターンには導電性ペーストから
なる第２の配線導体と、配線導体を構成する素材を使い
分けることができる。
【００５０】したがって、信頼性を高くし、不具合を抑
えることを実現できる配線導体を備える多層セラミック
基板及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層セラミック基板の一実施例を示す
要部断面図である。
【図２】図１に示した多層セラミック基板を製造するた
めの方法に含まれるいくつかの典型的な工程を説明する
ための断面図である。
【符号の説明】
１ 多層セラミック基板 ２ 機能セラミック層 ３ 収縮抑制用支持体 ４ 第１の配線導体 ５ 第２の配線導体 ６ 機能グリーンシート ７ 収縮抑制用グリーンシート ８ グリーンシート複合体 ９ 基材フィルム １０ 金属導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G055 AA08 AC09 BA14 5E346 AA24 AA38 BB01 CC18 CC32 CC38 CC39 DD02 DD12 DD32 DD34 EE24 GG03 GG06 HH07 HH33

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック機能材料を含む複数の機能セ
    ラミック層と、 前記機能セラミック層の特定のものに接するように配置
    され、前記セラミック機能材料の焼成温度では焼結しな
    いセラミック材料を含むシート状の収縮抑制用支持体
    と、 前記機能セラミック層に接するように配置され、かつ金
    属箔、金属線、あるいは薄膜導体から選ばれる金属導体
    からなる第１の配線導体と、 前記機能セラミック層に接するように配置され、かつ厚
    膜導体からなる第２の配線導体とを備えることを特徴と
    する多層セラミック基板。
  2. 【請求項２】 前記第１及び第２の配線導体は、前記収
    縮抑制用支持体に接するように配置されることを特徴と
    する請求項１に記載の多層セラミック基板。
  3. 【請求項３】 前記第１の配線導体をなす金属導体は、
    厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１
    または請求項２に記載の多層セラミック基板。
  4. 【請求項４】 前記機能セラミック層の焼成前の前記第
    １の配線導体をなす金属導体は、気孔率が１０％以下で
    あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
    に記載の多層セラミック基板。
  5. 【請求項５】 第１の前記配線導体をなす金属導体は、
    体積抵抗率が２．５Ω・ｃｍ以下、表面粗さが５μｍ以
    下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
    れかに記載の多層セラミック基板。
  6. 【請求項６】 前記第１の配線導体をなす金属導体は、
    前記機能セラミック層に対する平面方向の面積占有率が
    ９０％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項
    ５のいずれかに記載の多層セラミック基板。
  7. 【請求項７】 前記第２の配線導体は導電性ペーストか
    らなり、前記機能セラミック層の焼成後の前記第２の配
    線導体の厚みが３０μｍ以下であることを特徴とする請
    求項１乃至請求項６のいずれかに記載の多層セラミック
    基板。
  8. 【請求項８】 前記第１の配線導体は、少なくともイン
    ダクタ電極あるいは信号ラインとして用いられる請求項
    １乃至請求項７のいずれかに記載の多層セラミック基
    板。
  9. 【請求項９】 前記第２の配線導体は、少なくともグラ
    ンド電極として用いられる請求項１乃至請求項８のいず
    れかに記載の多層セラミック基板。
  10. 【請求項１０】 セラミック機能材料を含む複数の機能
    グリーンシートと、前記機能グリーンシートの特定のも
    のに接するように配置され、かつ前記セラミック機能材
    料の焼成温度では焼結しないセラミック材料を含む収縮
    抑制用グリーンシートと、前記機能グリーンシートに接
    するように配置され、かつ金属箔、金属線、あるいは薄
    膜導体から選ばれる金属導体からなる第１の配線導体
    と、前記機能グリーンシートに接するように配置され、
    かつ導電性ペーストからなる第２の配線導体とを備える
    生の複合積層体を用意する工程と、 前記生の複合積層体を焼成する工程とを備えることを特
    徴とする多層セラミック基板の製造方法。
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