JP2003246681A - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 焼成時に有機物の燃焼もしくは昇華が十分に
行われ、基板反りや基板割れが発生せず、デラミネーシ
ョンの発生が抑制された多層セラミック基板の製造方法
を提供する。 【解決手段】 セラミック絶縁材料粉末を含む生の多層
セラミック基板１３の上下両主面を、前記セラミック絶
縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含
む収縮抑制層１４で挟んだ生の複合積層体１１を作製
し、前記生の複合積層体１１の少なくとも一方の主面
に、前記収縮抑制層１４を貫通せず、前記生の多層セラ
ミック基板１２に届かない深さで、切り込み溝１５を設
け、前記切り込み溝１５が設けられた生の複合積層体１
１を、前記セラミック絶縁材料粉末は焼結するが前記無
機材料粉末は焼結しない条件下で焼成した後、焼結後の
多層セラミック基板１３から、上下に配置された未焼結
の前記収縮抑制層１４を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハイブリッドＩ
Ｃなどに用いる多層セラミック基板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】多層セラミック基板は、複数の積層され
たセラミック層を備えており、種々の形態の配線導体が
設けられている。多層セラミック基板を、より多機能
化、高性能化するためには、高密度に配線を施すことが
有効である。

【０００３】一般に、セラミックグリーンシートを積層
して焼成する際、セラミックの焼結による収縮が長さ
（Ｘ）、幅（Ｙ）、厚み（Ｚ）の３方向に生じ、Ｘ、Ｙ
方向には、各々０．４〜０．６％程度の寸法誤差が生じ
る。この寸法誤差は、多層セラミック基板に形成された
外部導体の位置精度の低下や内部導体の断線という問題
を発生させる。

【０００４】これを解決するため、図４の生の複合積層
体１の断面図に示すように、低温焼成可能な基板用セラ
ミックグリーンシートからなるセラミックグリーン層２
を積層した生の多層セラミック基板３の上下に、前記基
板用セラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しな
い、収縮抑制用セラミックグリーンシートからなる収縮
抑制層４を形成し、圧着し、この生の複合積層体１を比
較的低温で焼成した後、収縮抑制層４の未焼結層を除去
する方法が提案されている。

【０００５】この多層セラミック基板の製造方法によれ
ば、収縮抑制層４がセラミックグリーン層２を拘束する
ので、セラミックグリーン層２のＸ、Ｙ方向での収縮が
生じにくい。その結果、生の多層セラミック基板３を焼
成した多層セラミック基板において、寸法精度を高くで
き、基板の反りも軽減できる。そのため、高密度に配線
を施しても、形成位置の精度の低下や断線などの問題が
生じにくい。

【０００６】なお、図４の生の複合積層体１の断面図
は、厚み方向寸法が誇張されて図示されており、また、
配線導体の図示が省略されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示すよ
うな生の複合積層体１を、そのままの状態で焼成する
と、前記基板用セラミックグリーンシートや前記収縮抑
制用セラミックグリーンシートに含有された有機バイン
ダもしくは有機可塑剤が十分燃焼もしくは昇華せず、焼
成中に多層セラミック基板３と収縮抑制層４との間に剥
離が発生するという問題があった。剥離が発生すると、
収縮挙動のストレスにより基板に反りが生じたり、基板
割れが発生してしまう。さらに、高密度配線基板などで
は、配線間でも有機バインダもしくは有機可塑剤が十分
燃焼もしくは昇華しないために、デラミネーションの発
生が多発するという不具合もあった。

【０００８】本発明の目的は、焼成時に有機物の燃焼も
しくは昇華が十分に行われ、基板反りや基板割れが発生
せず、デラミネーションの発生が抑制された多層セラミ
ック基板の製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この第１の発明にかかる
多層セラミック基板の製造方法は、セラミック絶縁材料
粉末を含む複数のセラミックグリーン層を積層して生の
多層セラミック基板を作製する工程と、前記生の多層セ
ラミック基板の上下両主面を、前記セラミック絶縁材料
粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む収縮
抑制層で積層方向に挟み、積層方向に圧着して、生の複
合積層体を作製する工程と、前記生の複合積層体の少な
くとも一方の主面に、前記収縮抑制層を貫通せず、前記
生の多層セラミック基板に届かない深さで、切り込み溝
を設ける工程と、前記切り込み溝が設けられた生の複合
積層体を、前記セラミック絶縁材料粉末は焼結するが前
記無機材料粉末は焼結しない条件下で焼成し、前記収縮
抑制層に挟まれた焼結後の多層セラミック基板を得る工
程と、前記焼結後の多層セラミック基板から、上下に配
置された未焼結の前記収縮抑制層を除去する工程と、を
備えることを特徴とする。

【００１０】この第２の発明にかかる多層セラミック基
板の製造方法は、前記生の複合積層体の一方の主面に切
り込み溝を設け、該切り込み溝が設けられた一方の主面
を焼成用匣の被焼成物載置面に当接するように配置し
て、前記生の複合積層体を焼成することを特徴とする。

【００１１】この第３の発明にかかる多層セラミック基
板の製造方法は、前記生の複合積層体の両主面に互いに
異なる数の切り込み溝を設け、該切り込み溝の数が多い
ほうの主面を焼成用匣の被焼成物載置面に当接するよう
に配置して、前記生の複合積層体を焼成することを特徴
とする。

【００１２】この第４の発明にかかる多層セラミック基
板の製造方法は、前記切り込み溝が、前記生の複合積層
体の主面に、格子状に形成されることを特徴とする。

【００１３】この第５の発明にかかる多層セラミック基
板の製造方法は、前記セラミックグリーン層が、ガラス
または結晶化ガラスを含むことを特徴とする。

【００１４】これにより、焼成時に切込み溝から有機物
の燃焼もしくは昇華が行われ、基板反りや基板割れが防
止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施形
態を説明するためのものであり、多層セラミック基板を
製造する途中の段階で得られる生の複合積層体１１を示
している。ここで、図１は、生の複合積層体１１の断面
図であり、厚み方向寸法が誇張されて図示されており、
また、配線導体の図示が省略されている。

【００１６】生の複合積層体１１は、セラミック絶縁材
料粉末を含む複数のセラミックグリーン層１２を積層し
た生の多層セラミック基板１３と、前記セラミック絶縁
材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む
収縮抑制層１４ａ、１４ｂと、を備えている。さらに、
収縮抑制層１４ａ、１４ｂには、該収縮抑制層１４ａ、
１４ｂを貫通せず、前記生の多層セラミック基板１３に
届かない深さで、切り込み溝１５ａ、１５ｂがそれぞれ
設けられている。

【００１７】以下、本発明による多層セラミック基板の
製造方法について、図１を参照しつつ説明する。

【００１８】まず、複数のセラミックグリーン層１２
を積層して生の多層セラミック基板１３を作製する。前
記セラミックグリーン層１２は、例えばセラミック絶縁
材料粉末にバインダーや可塑剤および溶剤を加えて、ボ
ールミルやアトラクター等で混合してスラリーとし、そ
のスラリーをドクターブレード法等の通常の方法により
シート状に形成したセラミックグリーンシートを複数層
積層することによって得られる。セラミックグリーンシ
ート相互の密着性を高めるため、例えば５〜３０ＭＰａ
の圧力および６０〜９０℃の温度で積層方向にプレスし
てもよい。

【００１９】セラミックグリーンシートは、所定の大き
さにされ、必要に応じてスクリーン印刷等で配線導体と
なる導電性ペーストを塗布したり、スルーホール、ビア
ホールを設けて、このスルーホール、ビアホールにペー
ストを充填したりする工程が実施される。セラミックグ
リーンシートの厚さは特に制限はないが、２５〜２００
μｍ程度が好ましい。

【００２０】なお、前記セラミック絶縁材料粉末として
は、従来の多層セラミック基板に用いられる通常の原料
を使用すればよい。例えばアルミナ硼珪酸ガラス、軟化
点６００〜８００℃の非晶質ガラス、結晶化温度６００
〜１０００℃の結晶化ガラス等が使用できる。また、こ
れらにアルミナ、ジルコン、ムライト、コージェライ
ト、アノーサイト、シリカ等のセラミックスフィラーを
添加したものでもよい。

【００２１】前記バインダーとしては、例えばポリビニ
ルブチラール、メタアクリルポリマー、アクリルポリマ
ー等を用い、前記可塑剤としては、例えばフタル酸の誘
導体等を用いればよい。さらに溶剤としては、例えばア
ルコール類、ケトン類、塩素系有機溶剤等を使用すれば
よい。

【００２２】次に、前記生の多層セラミック基板１３
の上下面に、前記生の多層セラミック基板１３を積層方
向に挟むように収縮抑制層１４ａ、１４ｂを配置し、例
えば、３０〜２００ＭＰａの圧力および４０〜９０℃の
温度でプレスして、切込み溝１５ａ、１５ｂ形成前の生
の複合積層体１１を作製する。

【００２３】前記収縮抑制層１４ａ、１４ｂは、無機材
料粉末を含む無機材料グリーンシートを、前述したセラ
ミックグリーン層１２のためのセラミックグリーンシー
トと同様の要領で作製し、積層することによって得られ
る。前記無機材料グリーンシートの厚さは特に制限はな
いが、２５〜２００μｍ程度が好ましい。

【００２４】なお、収縮抑制層１４ａ、１４ｂは、前記
セラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機
材料粉末を含んでいる。例えばセラミックグリーン層１
２に含まれるセラミック絶縁材料粉末として、その焼結
温度が１１００℃以下のものを用いる場合には、収縮抑
制層１４ａ、１４ｂに含まれる無機材料粉末としては、
例えばアルミナ、酸化ジルコニア、窒化アルミニウム、
窒化ホウ素、ムライト、酸化マグネシウム、炭化ケイ素
等を使用することができる。なお、これらの粉末の粒度
が粗すぎると、得られた多層セラミック基板の表面粗さ
が粗くなるため、平均粒径０．５〜４μｍ程度が好まし
い。

【００２５】さらに、前記生の複合積層体１１の両主
面に、収縮抑制層１４ａ、１４ｂを貫通せず、生の多層
セラミック基板１３に届かない深さで、切り込み溝１５
ａ、１５ｂを形成する。

【００２６】前記切り込み溝１５ａ、１５ｂの形成に
は、カッター刃を収縮抑制層１４ａ、１４ｂの外表面に
押し当てたり、回転刃で切りこむ等、従来からの通常の
方法を用いればよい。

【００２７】前記切り込み溝１５ａ、１５ｂの断面形状
は、Ｖ字状のほか、Ｕ字状、凹部状等任意であり、焼結
後のハンドリング時に不用意に割れが生じない形状であ
ればよい。

【００２８】前記切り込み溝１５ａ、１５ｂの深さは、
収縮抑制層１４ａ、１４ｂを貫通せず、生の多層セラミ
ック基板１３に届かない深さであればよいが、収縮抑制
層１４ａ、１４ｂの厚みの１／１０〜９／１０程度が好
ましい。

【００２９】前記生の多層セラミック基板１３の上下面
における前記切り込み溝１５ａ、１５ｂの形状は、格子
状に形成されることが好ましく、溝数も多いほうが好ま
しい。

【００３０】そして、前記切り込み溝１５ａ、１５ｂ
が設けられた生の複合積層体１１を、焼成用匣の被焼成
物載置面に配置し、前記セラミック絶縁材料粉末は焼結
するが前記無機材料粉末は焼結しない条件下で焼成す
る。

【００３１】前記焼成用匣としては、例えば通常のアル
ミナ板からなるものを用いればよい。通気性の良好な気
孔率の高いアルミナ板を用いてもよい。

【００３２】なお、図２（ａ）に示すように、生の複合
積層体２１の一方の主面２１ｂにのみ切り込み溝２５ｂ
が形成されている場合は、生の複合積層体２１を焼成用
匣２６の被焼成物載置面２６ａに配置する際、切込み溝
２５ｂが設けられている一方主面２１ｂを焼成用匣２６
に接するように配置することが好ましい。

【００３３】また、図２（ｂ）に示すように、生の複合
積層体３１の両主面３１ａ、３１ｂに異なる数の切り込
み溝３５ａ、３５ｂが形成されている場合は、生の複合
積層体３１を焼成用匣２６の被焼成物載置面２６ａに配
置する際、切り込み溝３５ｂの数が多いほうの主面３１
ｂを焼成用匣２６に接するように配置することが好まし
い。

【００３４】これは、焼成用匣２６に接する面２１ｂ、
３１ｂの切込み溝２５ｂ、３５ｂからは有機物の燃焼も
しくは昇華が十分に行われにくいため、少しでも有機物
の燃焼もしくは昇華を促進するためである。

【００３５】そして、未焼結の収縮抑制層１４ａ、１
４ｂに挟まれた焼結後の多層セラミック基板１３を得た
後、該焼結後の多層セラミック基板１３から、上下に配
置された未焼結の前記収縮抑制層１４ａ、１４ｂをブラ
シなどで除去することにより、焼結後の多層セラミック
基板１３が取り出される。

【００３６】この焼結後の多層セラミック基板１３は、
大面積の多層セラミック基板であり、分割することによ
って複数の多層セラミック基板を取り出すことができ
る。

【００３７】

【実施例】〔実施例１〕ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、
およびＣａＯを混合した結晶化ガラス粉末と、アルミナ
粉末を等重量比率で混合した。該混合粉末１００重量部
に対して、ポリビニルブチラール１５重量部、イソプロ
ピルアルコール４０重量部、およびトロール２０重量部
をそれぞれ加え、ボールミルで２４時間混合してスラリ
ーとした。

【００３８】このスラリーをドクターブレード法により
延ばして厚さ１２０μｍのセラミックグリーンシートを
作製し、寸法１３５ｍｍ角にカットし、セラミックグリ
ーンシートを得た。なお該セラミックグリーンシートに
含まれるセラミック絶縁材料粉末の焼結温度は８５０℃
であった。

【００３９】他方、酸化ジルコニウム粉末１００重量部
に対して、ポリビニルブチラール１５重量部、イソプロ
ピルアルコール４０重量部、およびトロール２０重量部
を加え、ボールミルで２４時間混合してスラリーとし
た。

【００４０】このスラリーをドクターブレード法により
延ばして厚さ１２０μｍのセラミックスグリーンシート
を作製し、寸法１３５ｍｍ角にカットし、無機材料グリ
ーンシートを得た。なお該無機材料グリーンシートに含
まれる無機材料粉末の焼結温度は１６００℃であった。

【００４１】次に、前記セラミックグリーンシートを６
枚積層して生の多層セラミック基板とし、該多層セラミ
ック基板の上下面に、収縮抑制層として前記無機材料グ
リーンシートを２枚ずつ積層し、生の複合積層体を得、
圧力２０Mpa、温度６０℃で加圧密着させた。

【００４２】さらに、前記生の複合積層体の一方主面に
カッター刃を押し当て、収縮抑制層を貫通せず、生の多
層セラミック基板に届かないように、深さ１００μｍの
断面Ｖ字状の切り込み溝を、図３（ａ）に示すように、
一方向のみに縞状に配列しながら、主面全域にわたって
形成した。なお、隣り合う切り込み溝４５ａ、４５ａ間
の間隔は２０ｍｍとした。

【００４３】そして、切り込み溝４５ａが設けられた生
の複合積層体４１を、切り込み溝４５ａが形成されてい
る一方主面を、気孔率７０％のアルミナ板よりなる焼成
用匣の被焼成物載置面に当接するように配置して、温度
６００℃で３時間加熱したのち温度９００℃で１時間加
熱し、複合積層体４１における多層セラミック基板の部
分のみを焼結させた。

【００４４】さらに、焼成後の複合積層体４１の両主面
をナイロン製のブラシで擦って、未焼結の収縮抑制層を
除去し、焼結後の多層セラミック基板を取り出した。

【００４５】この多層セラミック基板には、基板割れ、
デラミネーションの発生はなく、単位長さあたりの最大
反り量を測定したところ、０．１５％であった。

【００４６】〔実施例２〕上記実施例１の切り込み溝の
配列を図３（ｂ）に示すように変化させ、その他は実施
例１と同様に多層セラミック基板を作製した。すなわ
ち、生の複合積層体５１の一方主面に、収縮抑制層を貫
通せず、生の多層セラミック基板に届かないように、深
さ１００μｍの断面Ｖ字状の切り込み溝５５ａ、５５ａ
を格子状に配列しながら、主面全域にわたって形成し
た。なお、隣り合う切り込み溝５５ａ、５５ａ間の間隔
は２０ｍｍとした。

【００４７】この多層セラミック基板には、基板割れ、
デラミネーションの発生はなく、単位長さあたりの最大
反り量を測定したところ、０．１３％であった。

【００４８】〔実施例３〕上記実施例１において、切り
込み溝を他方主面にも形成し、その他は実施例１と同様
に多層セラミック基板を作製した。すなわち、図３
（ｃ）に示すように、生の複合積層体６１の一方主面の
切り込み溝６５ａ（一方向に縞状に配列され、間隔は２
０ｍｍである）に加えて、他方主面に、収縮抑制層を貫
通せず、生の多層セラミック基板に届かないように、深
さ１００μｍの断面Ｖ字状の切り込み溝６５ｂを、一方
向に縞状に配列しながら、主面全域にわたって形成し
た。なお、隣り合う切り込み溝６５ｂ、６５ｂ間の間隔
は１５ｍｍとした。

【００４９】そして、切り込み溝６５ｂ、６５ｂが多く
形成されている他方主面を焼成用匣の被焼成物載置面に
当接するように配置して、実施例１と同様に焼成した。

【００５０】この多層セラミック基板には、基板割れ、
デラミネーションの発生はなく、単位長さあたりの最大
反り量を測定したところ、０．１０％であった。

【００５１】〔比較例１〕上記実施例１において、生の
複合積層体の主面に切り込み溝を形成せず、その他は実
施例１と同様に多層セラミック基板を作製した。

【００５２】この多層セラミック基板には、基板割れ、
デラミネーションが発生し、そのため、反り量の測定は
不可能であった。

【００５３】上記実施例１〜３および比較例１から明ら
かなように、収縮抑制層に切り込み溝を形成することに
より、焼成中の有機バインダー及び有機可塑剤の燃焼も
しくは昇華が促進され、基板われの発生及びデラミネー
ションの発生がなく、また反り量の小さい多層セラミッ
ク基板を作製できた。

【００５４】また、前記切込み溝は、有機バインダー及
び有機可塑剤の燃焼もしくは昇華を促進するのに溝数が
多いほうが効果的であり、縞状よりも格子状が好まし
く、隣り合う溝間隔も短い方が好ましい。さらに、一方
主面だけでなく、両主面に形成されていることが好まし
い。

【００５５】さらに、生の積層複合体の両主面に異なる
数の切り込み溝が形成されている場合には、有機物の燃
焼もしくは昇華を少しでも促進するため、切り込み溝が
多く形されているほうの面を焼成用匣の被焼成物載置面
に当接するように配置することが好ましい。

【００５６】

【発明の効果＊】本発明による多層セラミック基板の製
造方法によれば、生の多層セラミック基板を収縮抑制層
で挟んだ生の複合積層体の主面に、前記収縮抑制層を貫
通せず、前記生の多層セラミック基板に届かないように
切り込み溝を形成することにより、焼成時に、セラミッ
クグリーンシートに含有された有機物の燃焼もしくは昇
華が十分に行われ、基板割れ、デラミネーションの発生
を防ぎ、また、反りの小さい多層セラミックス基板を作
製できる。したがって、歩留が向上するとともに、大面
積化をはかることが可能となり、生産効率を大幅に増大
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施形態を説明するためのもの
であり、多層セラミック基板を製造する途中の段階で得
られる複合積層体を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施形態を説明するためのもので
あり、（ａ）は、一方の主面にのみ切り込み溝が形成さ
れた複合積層体を焼成用匣に配置した状態を示し、
（ｂ）は、両主面の切り込み溝の数が異なる複合積層体
を焼成用匣に配置した状態を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例の切り込み溝の配列を示してお
り、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は実
施例３の複合積層体の平面図および底面図である。

【図４】従来例を説明するためのものであり、多層セラ
ミック基板を製造する途中の段階で得られる複合積層体
を示す断面図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１、５１、６１ 複
合積層体 １２ セ
ラミックグリーン層 １３、２３、３３ 多
層セラミック基板 １４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ 収
縮抑制層 １５ａ、１５ｂ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ、５
５ａ、６５ａ、６５ｂ 切り込み溝 ２６ 焼
成用匣

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｄ Ｆターム(参考） 4G055 AA08 AC09 BA14 BA22 BA33 BA41 5E346 AA02 AA12 AA15 AA22 AA32 AA43 AA51 CC18 EE21 EE27 EE32 GG04 GG08 GG09 HH11 HH31

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック絶縁材料粉末を含む複数のセ
   ラミックグリーン層を積層して生の多層セラミック基板
   を作製する工程と、 前記生の多層セラミック基板の上下両主面を、前記セラ
   ミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料
   粉末を含む収縮抑制層で積層方向に挟み、積層方向に圧
   着して、生の複合積層体を作製する工程と、 前記生の複合積層体の少なくとも一方の主面に、前記収
   縮抑制層を貫通せず、前記生の多層セラミック基板に届
   かない深さで、切り込み溝を設ける工程と、 前記切り込み溝が設けられた生の複合積層体を、前記セ
   ラミック絶縁材料粉末は焼結するが前記無機材料粉末は
   焼結しない条件下で焼成し、前記収縮抑制層に挟まれた
   焼結後の多層セラミック基板を得る工程と、 前記焼結後の多層セラミック基板から、上下に配置され
   た未焼結の前記収縮抑制層を除去する工程と、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。
2. 【請求項２】 前記生の複合積層体の一方の主面に切り
   込み溝を設け、該切り込み溝が設けられた一方の主面を
   焼成用匣の被焼成物載置面に当接するように配置して、
   前記生の複合積層体を焼成することを特徴とする請求項
   １記載の多層セラミック基板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記生の複合積層体の両主面に互いに異
   なる数の切り込み溝を設け、該切り込み溝の数が多いほ
   うの主面を焼成用匣の被焼成物載置面に当接するように
   配置して、前記生の複合積層体を焼成することを特徴と
   する請求項１記載の多層セラミック基板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記切り込み溝は、前記生の複合積層体
   の主面に、格子状に形成されることを特徴とする請求項
   １〜請求項３のいずれかに記載の多層セラミック基板の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記セラミックグリーン層は、ガラスま
   たは結晶化ガラスを含むことを特徴とする請求項１〜請
   求項４のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方
   法。