JP2003258438A - 多層セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ内面の平坦性を保ち、変形、捻れ
及び歪のない多層セラミック基板を製造する方法は実現
されていなかった。また、表面及び裏面の両方にキャビ
ティを有する多層セラミック基板も実現されていなかっ
た。 【解決手段】 開口部４に嵌合された補助プレート９
ａ、９ｂを有するセラミック層１をベースプレート８上
に積層して積層体１０を形成する積層工程ＳＴ１と、前
記積層体１０をプレスして仮成形物１２を形成する仮成
形工程ＳＴ２と、前記仮成形物１２から前記ベースプレ
ート８及び前記補助プレート９を取り除く除去工程ＳＴ
３と、前記仮成形物１２を焼成する焼成工程ＳＴ４とを
含む多層セラミック基板製造方法により上記課題を解決
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層セラミック基
板及びその製造方法に関する。詳しくは、表面又は裏面
に電子部品を搭載するために用いるキャビティを有する
多層セラミックス基板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等の電子機器の小型化、軽量化
及び多機能化等の要請から、電子部品を実装する基板の
小型化、軽量化が必要とされている。そのため、多層化
されたセラミック層の層間での電気配線を用いて、電気
回路の三次元的集積化を行なうことによって、小型化、
軽量化を可能とする多層セラミック基板が広く用いられ
ている。通常、多層セラミック基板は、表面に電子部品
を内臓するためのキャビティと呼ばれる窪みを有してい
る。このキャビティ内には電子部品が実装されるため、
キャビティ内面は高い平坦性を有することが必要とされ
る。

【０００３】図５に、多層セラミック基板を形成するセ
ラミック層１の構成図を示す。セラミック層１は、セラ
ミック、ガラス、有機バインダ及び可塑剤を含有して成
る。セラミック層１上には、電気回路の配線となる導電
体層２が形成されている。また、セラミック層１を積層
した際に、上下のセラミック層１の導電体層２を電気的
に接続するために、ビアホール３と呼ばれる貫通孔が設
けられ、そのビアホール３には導電体が埋め込まれてい
る。さらに、ＩＣチップ、トランジスタ、チップ素子等
を低背化で実装するために、これらの電子部品を格納・
配置するためのキャビティとなる開口部４を有してい
る。

【０００４】特開平１０−１０７４３９号公報に「積層
セラミック基板の製造方法」が開示されている。図６
に、当該発明の製造方法の工程を示す。

【０００５】積層工程ＳＴ１では、キャビティとなる部
分に貫通穴を有するセラミック層１を多層に積層する。
収縮抑制層形成工程ＳＴ２では、続く焼成工程において
セラミック層１の面方向への収縮を防ぐために、セラミ
ック層の積層体の表裏面及びキャビティ内に収縮抑制層
５を形成する。プレス工程ＳＴ３では、プレス板６によ
って収縮抑制層５を有する積層体を挟み込んでプレス
し、セラミック層１の各層を互いに圧着する。焼成工程
ＳＴ４では、プレスされたセラミック層１の積層体を焼
成する。その後、収縮抑制層５を除去し、多層セラミッ
ク基板を形成する。

【０００６】当該発明では、収縮抑制層５を有したまま
のセラミック層１の積層体を焼成するため、焼成工程の
後に収縮抑制層５を除去する。しかしながら、収縮抑制
層５としてセラミック層１より高い焼結温度を有する材
料を用いた場合は、焼成中にセラミック層１から発生す
る有機バインダ等の揮発物の放出が妨害され、セラミッ
ク層１の表面に残留カーボンとなって残るため、多層セ
ラミック基板が変形したり、特性が低下する問題があっ
た。また、収縮抑制層５としてセラミック層１より低い
焼成温度を有する材料を用いた場合、焼成中に蒸発する
ことによって収縮抑制層５が除去されるが、複雑な形状
を有するキャビティ内に形成された収縮抑制層５は除去
され難く、セラミック層１から発生する有機バインダ等
が残留カーボンとなって残る問題は解決されていなかっ
た。

【０００７】特開平５−２８５１９２号公報に「キャビ
ティ構造を有するセラミック多層基板の製造方法」が開
示されている。図７に、当該発明の製造方法の工程を示
す。

【０００８】予備プレス工程ＳＴ１では、同一形状の開
口部を有するセラミック層１を積層した積層体を軟性フ
ィルム７で密閉し、各々を静水圧プレスで圧着成形す
る。本プレス工程ＳＴ２では、各々別圧着された積層体
をさらに積層し、全体を軟性フィルム７で密閉して静水
圧プレスして圧着成形する。焼成工程ＳＴ３では、軟性
フィルム７から取り出した積層体を焼成する。

【０００９】当該発明では、収縮抑制層５を用いていな
いため残留カーボンの発生等は防ぐことができる。しか
しながら、本プレス工程において、セラミック層１の積
層体を密閉して静水圧プレスするため、キャビティ部の
角部に圧力が集中して割れを生じたり、キャビティ内面
の平坦性が損なわれる問題を生じていた。さらに、積層
体の表裏面の両面にキャビティを設けた場合、積層体の
薄い箇所での変形、捻れ及び歪が大きくなっていた。特
に、表面側のキャビティの最大深さと裏面側のキャビテ
ィの最大深さの合計が多層セラミック基板の厚さを上回
る場合は、多層セラミック基板の薄い部分の変形、捻れ
及び歪が大きな問題となっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術の問題
を解決するために、収縮抑制層のない状態でセラミック
層の積層体の焼成を可能とし、さらにプレス工程でのキ
ャビティ内面の平坦性を保ち、積層体の変形、捻れ及び
歪を抑制できる多層セラミック基板の製造方法を提供す
ることを課題とする。

【００１１】さらに、上記製造方法によって、表面及び
裏面の両方にキャビティを有する多層セラミック基板を
提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る多層セ
ラミック基板は、表面及び裏面にキャビティを有する多
層セラミックス基板であって、前記表面のキャビティの
最大深さと前記裏面のキャビティの最大深さの和が前記
多層セラミックス基板の厚さよりも大きい多層セラミッ
クス基板である。

【００１３】第２の発明に係る多層セラミック基板の製
造方法は、表面又は裏面の少なくとも一方にキャビティ
を有して成る多層セラミック基板を製造する方法であっ
て、開口部を有するセラミック層と、前記開口部と嵌合
された補助プレートとをベースプレート上に積層して積
層体を形成する積層工程と、前記積層体をプレスして仮
成形物を形成する仮成形工程と、前記仮成形物から前記
ベースプレート及び前記補助プレートを取り除く除去工
程と、前記仮成形物を焼成する焼成工程とを含む多層セ
ラミック基板製造方法である。

【００１４】第３の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第２の発明において、前記補助プレートの厚さ
は、前記補助プレートと嵌合する開口部を有する前記セ
ラミック層の厚さの５０％以上９５％以下である多層セ
ラミック基板製造方法である。

【００１５】第４の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第２又は３の発明において、前記補助プレート
の表面の少なくとも一部に軟質部を有して成る多層セラ
ミック基板製造方法である。

【００１６】第５の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第２〜４のいずれか１の発明において、前記ベ
ースプレートは前記セラミック層の開口部に嵌合される
凸状の補助部を有する多層セラミック基板製造方法であ
る。

【００１７】第６の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第５の発明において、前記補助部の厚さは、前
記補助部と嵌合する開口部を有する前記セラミック層の
厚さの５０％以上９５％以下である多層セラミック基板
製造方法である。

【００１８】第７の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第５又は６の発明において、前記補助部の表面
の少なくとも一部に軟質部を有して成る多層セラミック
基板製造方法である。

【００１９】第８の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第２〜４のいずれか１の発明において、前記ベ
ースプレートは貫通開口部を有して成り、前記貫通開口
部に補助プレートが配置されている多層セラミック基板
製造方法である。

【００２０】第９の発明に係る多層セラミック基板製造
方法は、第２〜８のいずれか１の発明において、前記仮
成形工程前に、前記積層体を軟性フィルムで密閉する密
閉工程をさらに有し、前記仮成形工程において静水圧プ
レスを用いる多層セラミック基板製造方法である。

【００２１】第１０の発明に係る多層セラミック基板製
造方法は、第９の発明において、前記密閉工程において
真空密閉を用いる多層セラミック基板製造方法である。

【００２２】第１１の発明に係る多層セラミック基板製
造方法は、第２〜１０のいずれか１の発明において、前
記積層工程後に、前記積層体のベースプレートを有さな
い面の少なくとも一部に圧力緩衝層を形成する緩衝層形
成工程をさらに有し、前記除去工程において、さらに前
記圧力緩衝層を除去する多層セラミック基板製造方法で
ある。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１に、本願発明
の実施の形態１の多層セラミック基板製造方法の工程図
を示す。以下、図１を用いて実施の形態１の各工程を説
明する。

【００２４】各工程を行なう前に、セラミック層１の積
層の基礎となるベースプレート８を準備する。ベースプ
レート８はセラミック層１の積層体全体の平坦度を確保
するために用いられ、ステンレス等の金属プレート、セ
ラミックプレート又はプラスチックプレート等を用いる
ことができる。

【００２５】積層工程ＳＴ１では、ベースプレート８上
に補助プレート９ａを配置する。次に、開口部４を有し
たセラミック層１ａをベースプレート８上に設置する。
このとき、補助プレート９ａはセラミック層１ａが有す
る開口部４と嵌合的に組み合わされる形状を有するもの
とする。その後、セラミック層１ｂの有する開口部４と
嵌合的に組み合わされる補助プレート９ｂをセラミック
層１ａ上に配置し、セラミック層１ｂを積層する。積層
を繰り返すことにより、セラミック層１の多層体１０を
形成する。また、積層工程において、連続して積層され
る複数のセラミック層１が等しい開口部４の形状を有し
ている場合には、予め補助プレート９ａ、９ｂの厚さを
複数のセラミック層１の厚さに合わせたものとしてお
き、セラミック層１を積層しても良い。さらに、図２に
示すように、ベースプレート８上に予め凸状の補助部１
１を設けておき、その補助部１１とセラミック層１の開
口部４を嵌合的に組み合せて積層しても良い。

【００２６】セラミック層１の層間には電気回路配線と
して導電体層を形成しても良い。また、導電体層間の電
気的接続を得るために、セラミック層１に導電体を埋め
込んだビアホールを設けても良い。

【００２７】形状の加工精度を確保するためにセラミッ
ク層１の厚さは１０μｍから３００μｍとすることが好
適である。セラミック層１には、セラミック材料、ガラ
ス材料、有機バインダ及び有機溶剤又は水を均質に混練
したものを用いることができる。セラミック材料はクリ
ストバライト、石英、コランダム、ムライト、ジルコニ
ア、コージェライト等のいずれか１つ以上を含み、ガラ
ス材料はアルミナ、アルカリ土類酸化物等を含むことが
好適である。さらに、６００℃から１０００℃の低温で
多層セラミック基板を焼成するため、屈伏点が６００℃
から１０００℃に屈伏点を有するガラス材料を用いるこ
とが好適である。また、セラミック材料及びガラス材料
は粉末状の材料であることがより好適である。

【００２８】補助プレート９ａ、９ｂ及び補助部１１に
は金属、セラミック又はプラスチック等を用いることが
できる。このような硬質材料を用いることにより、キャ
ビティの形状精度及び平坦性を高くすることができる。
一方、補助プレート９ａ、９ｂ及び補助部１１にはシリ
コーン樹脂、ラテックス等の軟質材料を用いることもで
きる。この場合、キャビティ部の形状精度又は平坦性は
低下するが、後の仮成形工程ＳＴ２におけるプレス圧力
の集中が緩和され、キャビティの角部での割れ等の発生
を抑制することができる。

【００２９】また、仮成形工程ＳＴ２でのプレスによっ
てセラミック層１の厚さが薄くなるため、補助プレート
９ａ、９ｂ及び補助部１１の厚さをセラミック層１の厚
さの５０％以上９５％以下とすることが好適である。さ
らに、補助プレート９ａ、９ｂ及び補助部１１の厚さを
セラミック層１の厚さの６０％以上８０％以下とするこ
とがより好適である。

【００３０】仮成形工程ＳＴ２では、プレス板６によっ
て多層体１０を挟み込みプレスを行なう。プレスによっ
て多層体１０のセラミック層１の各層が圧着され、仮成
形物１２が形成される。このとき、プレスは１５ＭＰａ
から２００ＭＰａの圧力範囲で行なうことが好適であ
る。

【００３１】除去工程ＳＴ３では、仮成形物１２からベ
ースプレート８及び補助プレート９ａ、９ｂが取り外さ
れる。このとき、ベースプレート８及び補助プレート９
ａ、９ｂは、従来技術における焼成後の収縮抑制層に比
べてセラミック層１に対する密着性が低く、容易に取り
除くことができる。

【００３２】焼成工程ＳＴ４では、仮成形物１２の脱脂
及び焼成が行なわれる。このとき、有機溶剤等の脱脂
は、仮成形物１２の大きさ、厚さ及び形状に応じて、２
００℃から６００℃の温度範囲において１時間から１０
０時間の範囲で行なうことが好ましい。焼成は、セラミ
ック層１が硬化する８００℃から１０００℃の温度範囲
において１０分から２時間の範囲で行なうことが好まし
い。

【００３３】以上により、残留カーボン、多層セラミッ
ク基板の変形、特性の低下を招く収縮抑制層５を用いる
ことなく、多層セラミック基板を製造することができ
る。また、仮成形工程ＳＴ２において、補助プレート９
ａ、９ｂ、補助部１１及びベースプレート８を用いるこ
とにより、キャビティ内の各面の平坦性を保つことがで
きる。

【００３４】さらに、ベースプレート８を用いることに
より、仮成形工程ＳＴ２における多層体１０の変形、捻
れ及び歪等を防ぐことができるため、表裏面の両面にキ
ャビティを有する多層セラミック基板を製造することが
できる。特に、表面側のキャビティの最大深さと裏面側
のキャビティの最大深さの合計が多層セラミック基板の
厚さを上回る場合においても、変形、捻れ及び歪を完全
に防止することができる。

【００３５】実施の形態２．図３に、本願発明の実施の
形態２の多層セラミック基板製造方法の工程を示す。以
下に、図３を用いて実施の形態２の各工程を説明する。

【００３６】積層工程ＳＴ１では、上記実施の形態１と
同様に、ベースプレート８上に補助プレート９を配置
し、補助プレート９と嵌合的に開口部４を組み合せるよ
うにセラミック層１を積層し、セラミック層１の多層体
１０を形成する。

【００３７】緩衝層形成工程ＳＴ２では、多層体１０の
表面に圧力緩衝層１３を形成する。圧力緩衝層１３は、
仮成形工程ＳＴ４におけるプレスの際に、多層体１０の
キャビティの角部に圧力が集中することを防ぎ、圧力を
多層体１０に均一に印加するために用いられる。圧力緩
衝層１３にはゴム、シリコーン等の軟質材を用いること
が好適である。

【００３８】密閉工程ＳＴ３では、圧力緩衝層１３を有
する多層体１０を密閉材１４により密閉する。密閉材１
４にはプラスチックやゴムを含んで成る軟性フィルムを
用いることが好適である。多層体１０を密閉することに
より、仮成形工程ＳＴ４の静水圧プレスに用いる媒体が
多層体１０と接触することを防ぐことができる。

【００３９】また、密閉工程ＳＴ３では、真空密閉を用
いることが好適である。密閉材１４内を真空に吸引して
真空密閉することにより、仮成形工程ＳＴ４におけるプ
レス時にセラミック層１から気泡などが押し出され、多
層体１０の形状が崩れることを防ぐことができる。さら
に、焼成工程ＳＴ６においても、セラミック層１に含ま
れる気泡が高温により破裂することによる多層体１０の
破損を防ぐことができる。

【００４０】仮成形工程ＳＴ４では、圧力緩衝層１３と
共に密閉された多層体１０を静水圧プレスして仮成形物
１２に形成する。静水圧プレスにおいて、プレスの媒体
としては油、水等の液体又は空気、窒素等の気体を用い
ることができる。静水圧プレスは、５０℃から１２０℃
の温度範囲において、１５ＭＰａから２００ＭＰａの圧
力範囲で行なうことが好適である。静水圧プレスを用い
ることにより、多層体１０の外周全体から均一の圧力が
加わり、精度の良い形状で仮成形物１２を得ることがで
きる。

【００４１】除去工程ＳＴ５では、実施の形態１と同様
に、仮成形物１２からベースプレート８、補助プレート
９及び圧力緩衝層１３を除去する。このとき、従来技術
の焼成後の収縮抑制層５と比べて、ベースプレート８、
補助プレート９及び圧力緩衝層１３はセラミック層１に
対する密着性が低いため容易に取り除くことができる。

【００４２】焼成工程ＳＴ６では、実施の形態１と同様
に、仮成形物１２の脱脂及び焼成が行なわれる。

【００４３】以上により、実施の形態１と同様に、収縮
抑制層５を用いることなく、多層セラミック基板を製造
することができる。また、仮成形工程ＳＴ４において静
水圧プレスを用いることによって、仮成形物１２を均一
にプレスすることができるため、キャビティ内の各面の
平坦性をより高く保つことができる。さらに、多層セラ
ミック基板の変形、捻れ及び歪等を防ぐことができる。
従って、表裏面の両面にキャビティを有する多層セラミ
ック基板を製造することができる。

【００４４】また、仮成形工程ＳＴ４又は焼成工程ＳＴ
５でセラミック層１から放出される気泡を密閉工程ＳＴ
３において予め除去しておくことにより、より高い形状
精度の多層セラミック基板を得ることができる。

【００４５】実施の形態３．図４に、本願発明の実施の
形態３の多層セラミック基板製造方法に用いられるベー
スプレートの構造を示す。

【００４６】図４（ａ）に示すように、実施の形態３で
用いられるベースプレート８には、補助プレート９が配
置される部分の少なくとも一部に貫通開口部１５が設け
られている。貫通開口部１５には、嵌合的に組み合せら
れる補助プレート１６が配置されている。このようなベ
ースプレート８を用いることにより、図４（ｂ）に示す
ように、実施の形態１又は実施の形態２で説明した仮成
形工程のプレス時に補助プレート１５を介して補助プレ
ート９が直接的に加圧されるため、キャビティ内に均一
に圧力を印加することができ、キャビティの内面をより
平坦に形成することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によって、収縮抑制層を用いるこ
となく、多層セラミック基板を製造することができる。
また、キャビティ内の各面の平坦性をより高く保つこと
ができる。さらに、多層セラミック基板の変形、捻れ及
び歪等を防ぐことができる。

【００４８】さらに、表裏面の両面にキャビティを有す
る多層セラミック基板を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の多層セラミック基板
製造方法の工程を示す図である。

【図２】 本発明で用いられるベースプレートの別の構
造を示す図である。

【図３】 本発明の実施の形態２の多層セラミック基板
製造方法の工程を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態３のベースプレートの構
造を示す図である。

【図５】 セラミック層の構造を示す図である。

【図６】 従来技術の多層セラミック基板製造方法の工
程を示す図である。

【図７】 別の従来技術の多層セラミック基板製造方法
の工程を示す図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ セラミック層、２ 導電体層、３ ビ
アホール、４ 開口部、５ 収縮抑制層、６ プレス
板、７ 軟性フィルム、８ ベースプレート、９、９
ａ、９ｂ 補助プレート、１０ 多層体、１１ 補助
部、１２ 仮成形物、１３ 圧力緩衝層、１４ 密閉
材、１５ 貫通開口部、１６ 補助プレート。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面及び裏面にキャビティを有する多層
   セラミックス基板であって、 前記表面のキャビティの最大深さと前記裏面のキャビテ
   ィの最大深さの和が前記多層セラミックス基板の厚さよ
   りも大きいことを特徴とする多層セラミックス基板。
2. 【請求項２】 表面又は裏面の少なくとも一方にキャビ
   ティを有して成る多層セラミック基板を製造する方法で
   あって、 開口部を有するセラミック層と、前記開口部と嵌合的に
   組み合わされる補助プレートとをベースプレート上に積
   層して積層体を形成する積層工程と、 前記積層体をプレスして仮成形物を形成する仮成形工程
   と、 前記仮成形物から前記ベースプレート及び前記補助プレ
   ートを取り除く除去工程と、 前記仮成形物を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴
   とする多層セラミック基板製造方法。
3. 【請求項３】 前記補助プレートの厚さは、前記補助プ
   レートと嵌合する開口部を有する前記セラミック層の厚
   さの５０％以上９５％以下であることを特徴とする請求
   項２に記載の多層セラミック基板製造方法。
4. 【請求項４】 前記補助プレートの表面の少なくとも一
   部に軟質部を有して成ることを特徴とする請求項２又は
   ３に記載の多層セラミック基板製造方法。
5. 【請求項５】 前記ベースプレートは前記セラミック層
   の開口部に嵌合される凸状の補助部を有することを特徴
   とする請求項２〜４のいずれか１に記載の多層セラミッ
   ク基板製造方法。
6. 【請求項６】 前記補助部の厚さは、前記補助部と嵌合
   する開口部を有する前記セラミック層の厚さの５０％以
   上９５％以下であることを特徴とする請求項５に記載の
   多層セラミック基板製造方法。
7. 【請求項７】 前記補助部の表面の少なくとも一部が軟
   質部を有して成ることを特徴とする請求項５又は６に記
   載の多層セラミック基板製造方法。
8. 【請求項８】 前記ベースプレートは貫通開口部を有し
   て成り、 前記貫通開口部に補助プレートが配置されていることを
   特徴とする請求項２〜４のいずれか１に記載の多層セラ
   ミック基板製造方法。
9. 【請求項９】 前記仮成形工程前に、前記積層体を軟性
   フィルムで密閉する密閉工程をさらに有し、 前記仮成形工程において静水圧プレスを用いることを特
   徴とする請求項２〜８のいずれか１に記載の多層セラミ
   ック基板製造方法。
10. 【請求項１０】 前記密閉工程において真空密閉を用い
    ることを特徴とする請求項９に記載の多層セラミック基
    板製造方法。
11. 【請求項１１】 前記積層工程後に、前記積層体のベー
    スプレートを有さない面の少なくとも一部に圧力緩衝層
    を形成する緩衝層形成工程をさらに有し、 前記除去工程において、さらに前記圧力緩衝層を除去す
    ることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１に記載
    の多層セラミック基板製造方法。