JP2003340818A - セラミックグリーンシートの穴加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック積層デバイスのビア電極に構造欠
陥を有しないレーザー光によるビアホール形成方法を実
現することを目的とする。 【解決手段】 上記課題を解決するために、セラミック
グリーンシート４にレーザー光２を照射する際、レーザ
ー光２を照射する面と反対の面にレーザー光２の照射に
より揮発する成分を含む溶融物除去材６をセラミックグ
リーンシート４に密着させた状態でレーザー光２を照射
することにより、構造欠陥のない高信頼性のセラミック
積層デバイスを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小型電子機器に使用
されるセラミック積層デバイスを製造する場合などに用
いられるセラミックグリーンシートの穴加工方法に関す
るものであり、特にレーザー光によりセラミックグリー
ンシートにビアホールとして機能させるための微小な貫
通穴を形成する際のセラミックグリーンシートの穴加工
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種小型フィルタ、モジュール部品など
に実用化されているセラミック積層デバイスの製造はセ
ラミックグリーンシートを用いた積層工法が一般的に実
用化されている。この工法はセラミックグリーンシート
に所定の内部配線パターンをスクリーン印刷などの方法
を用いて必要層数分作製し、これらのセラミックグリー
ンシートを積層・焼成・個片分割することによりセラミ
ック積層デバイスを製造している。

【０００３】又、積層されたセラミック層を介して配線
された内部電極パターンの電気的層間接続はセラミック
グリーンシートに形成されたビアホール（貫通穴）に導
電性ペーストを充填してビア電極を形成することによっ
て行われている（上記セラミックグリーンシートには低
温焼結化の観点からガラスを添加したガラス・セラミッ
クグリーンシートも含んでおり、本発明においてはこれ
らを総称してセラミックグリーンシートと呼ぶ）。

【０００４】従来、このセラミックグリーンシートにビ
アホールを形成するための方法は金型を用いたパンチン
グ法によりセラミックグリーンシートを打ち抜く加工法
がよく用いられている。

【０００５】しかしながら、近年のセラミック積層デバ
イスの小型化、高機能化、複合モジュール化に伴い、セ
ラミックグリーンシートに形成されるビアホールの径を
小さくすること及び穴数の増大に伴う加工時間の短縮が
要求されるようになってきている。

【０００６】これに対して、上記の金型によるパンチン
グ法はビアホールの径が小さくなるほど金型の部品であ
るピンやダイス金型の寿命が短くなり、特に１００μｍ
φ以下の穴加工には適用が困難であるという問題点があ
る。

【０００７】又、加工速度においても大きな課題があっ
た。

【０００８】一方、最近ではＣＯ₂レーザー、ＹＡＧレ
ーザー、エキシマレーザー等を用いたレーザー加工法が
用いられるようになってきており、この加工法であれば
１００μｍ以下の穴加工も十分可能であり、金型交換等
のメンテナンスも不要であるという特徴を有している。

【０００９】また、装置の構成上、レーザービームのセ
ラミックグリーンシートへの照射をガルバノスキャンミ
ラーの反射角度を電子制御によって変えて、光学的に照
射を繰り返すことによって高速で穴開け加工することも
可能であり、所定の領域においてセラミックグリーンシ
ートを移動させることなく穴加工を行うことができるこ
とから、パンチング法の１００倍以上の加工速度を得る
ことが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ー光の照射による穴加工法を用いてセラミックグリーン
シートを加工する場合、加工時にセラミックグリーンシ
ートが一部溶融状態となり、図４に示したようにビアホ
ール８の周囲にセラミックグリーンシートの溶融物９が
残渣として残るという問題点がある。

【００１１】この溶融物９がビアホール８の周囲に残渣
として付着すると、後工程におけるビアホール８への導
電性ペーストの充填が不十分となったり、前記ビアホー
ル８の周囲が照射された熱によって変質していることに
より、ビア電極１０として充填する導電性ペーストとセ
ラミックグリーンシートとの密着性や濡れ性が低下しや
すくなるなどの問題点を有していた。

【００１２】上記レーザー光の照射による穴加工法を用
いてセラミックグリーンシートにビアホール８を形成し
た後、このビアホール８に導電性ペーストを充填したセ
ラミックグリーンシートを積層・焼成して得られたセラ
ミック焼結体１２は、図５に示すようなビア電極１０の
周辺に空洞からなる構造欠陥１１が生じ、結果としてビ
ア電極１０の接続信頼性やセラミック積層デバイスの耐
湿性が低下し、長期信頼性に問題が生じる。

【００１３】本発明は、レーザー加工によってセラミッ
クグリーンシートに穴開け加工を行うときに生ずる上記
問題点を解決することが可能なセラミックグリーンシー
トの穴加工方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、セラミックグリー
ンシートにレーザー光を照射して穴開け加工を行うにあ
たり、セラミックグリーンシートのレーザー光を照射す
る面と反対の面にレーザー光の照射により揮発する成分
を含む材料を密着させた状態でレーザー光を照射するセ
ラミックグリーンシートの穴加工方法であり、溶融物や
変質層を揮発時の圧力を利用して除去することが可能と
なり、後工程での導電ペーストの充填不良がなく、さら
にセラミックグリーンシートと導電ペーストとの十分な
密着性や濡れ性を得ることも可能となる。

【００１５】請求項２に記載の発明は、セラミックグリ
ーンシートがキャリアフィルムにより支持されており、
このキャリアフィルムがレーザー光の照射により揮発す
る成分を含んでいる請求項１に記載のセラミックグリー
ンシートの穴加工方法であり、生産性に優れるとともに
集光レンズとセラミックグリーンシートとの距離を一定
に保つことができるので寸法精度と位置精度の高い加工
ができる。

【００１６】請求項３に記載の発明は、レーザー光の照
射により揮発する成分がポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン
（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ
フェニルサルファイド（ＰＰＳ）の中で少なくとも一種
類を含有している請求項１に記載のセラミックグリーン
シートの穴加工方法であり、請求項１と同じ作用を有す
る。

【００１７】請求項４に記載の発明は、セラミックグリ
ーンシートのレーザー光を照射する面に保護用フィルム
を密着させてレーザー光を照射加工する請求項１に記載
のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、セラ
ミックグリーンシートの表面に加工残渣が付着すること
を防止することができる。

【００１８】請求項５に記載の発明は、レーザー光の照
射により揮発する成分を含む材料が樹脂フィルムである
請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方
法であり、連続生産性に優れた穴加工方法を提供するこ
とが可能となる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、樹脂フィルムの
厚みが１００μｍ以上である請求項５に記載のセラミッ
クグリーンシートの穴加工方法であり、加工穴周囲の溶
融物を完全に除去することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックグリー
ンシートの穴加工方法について実施の形態及び図面を用
いて説明する。

【００２１】なお、以下に示す実施の形態は本発明を具
体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する
ものではない。

【００２２】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１におけるセラミックグリーンシートへのＣＯ₂レー
ザーを用いた穴加工方法について示したものである。

【００２３】図１において、４はセラミックグリーンシ
ートであり、一般的にはセラミック原料粉末と樹脂バイ
ンダーと可塑剤とを有機溶剤にて分散させてスラリーと
し、ドクターブレード法を用いてキャリアフィルム５上
に塗布しながら連続的に乾燥させてシート化することに
よって作製することができる。本実施の形態１では、前
記セラミックグリーンシート４はＡｌ₂Ｏ₃を主成分とす
るセラミック粉末とアルカリ土類金属酸化物を含む珪酸
ガラスを無機成分とし、有機バインダー、可塑剤、溶剤
を混合してスラリーとし、このスラリーをドクターブレ
ード法でキャリアフィルム５上にシート状に供給してシ
ート状とした後、乾燥工程を連続的に行って形成したも
のを用いた。

【００２４】なお、ここではキャリアフィルム５にはポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを使用し
たが、特にＰＥＴフィルムに限定されるものではない。
上記キャリアフィルム５付きのセラミックグリーンシー
ト４をレーザー加工装置のＸＹテーブル７上に配置す
る。このとき、キャリアフィルム５があるとセラミック
グリーンシート４の取り扱いが容易になるばかりでな
く、セラミックグリーンシート４の変形や歪みの発生を
抑制して集光レンズ１とセラミックグリーンシート４と
の距離を一定に保つことができ、貫通穴であるビアホー
ル８の寸法精度や位置精度を向上させることができる。

【００２５】次に、セラミックグリーンシート４のレー
ザー光２を照射する面と反対の面にはレーザー光２の照
射により揮発する成分を含む材料（以下溶融物除去材と
よぶ）６を密着させた状態でレーザー光の照射により穴
加工を行う。この溶融物除去材６がレーザー光２の熱エ
ネルギーにより揮発する際の圧力を利用して、穴加工の
際にビアホール８の周囲に付着した溶融物９や変質層が
生じた場合においてもこれらを除去することが可能とな
る。

【００２６】この溶融物除去材６についてはアクリル板
等の板状樹脂でも可能であるが、前記板状樹脂を多数回
使用することにより、板状樹脂に貫通穴が開いてしま
い、上記溶融物９の除去効果が期待できなくなり、その
都度交換する必要がある。

【００２７】従って、これをＰＥＴフィルム等の樹脂フ
ィルムにして用いることにより、ロール状態で連続供給
することが可能となり、レーザー光の照射による穴加工
後の上記樹脂フィルムとセラミックグリーンシート４と
を別々に巻き取ることで生産性を高めることができる。

【００２８】また、上記溶融物除去材６に樹脂フィルム
を使用する場合のフィルム厚みが薄いとレーザー光の照
射による穴加工の際に発生する揮発成分の量も少なく、
さらに樹脂フィルムに貫通穴が開いてしまうことで揮発
成分のはねかえりの効果がより少なくなる。この結果、
薄い樹脂フィルムを使用した場合にはビアホール８の周
囲の溶融物９の除去効果は少なくなってしまい、場合に
よっては殆どなくなってしまう。以上のことから、上記
樹脂フィルムの厚みは１００μｍ以上であることが好ま
しい。

【００２９】なお、本実施の形態１においては上記溶融
物除去材６に樹脂フィルムを使用する場合にＰＥＴフィ
ルムを例に説明したが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプ
ロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥ
Ｔ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）等レーザー
光の照射により揮発する成分を含む樹脂フィルムである
ならば特に限定されるものではない。

【００３０】又、本実施の形態１ではＣＯ₂レーザーを
用いているが、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー等も
用いることが可能である。

【００３１】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２におけるセラミックグリーンシート４へのＣＯ₂レ
ーザーを用いた穴加工方法について示したものである。

【００３２】レーザー加工条件や穴数などによっては、
レーザー光２の照射により揮発する成分を含んだ溶融物
除去材６とセラミックグリーンシート４とが直接接触す
る場合には、両者の界面において加工時に融着が生じ、
剥離時にセラミックグリーンシート４の剥がれや破れ等
の破損が生じる場合がある。これを回避するために溶融
物除去材６の上に直接セラミックグリーンシート４を載
せるのではなく、図２のようにキャリアフィルム５を下
にして溶融物除去材６に密着させ、セラミックグリーン
シート４側からレーザー光２を照射する方が好ましい。
このときのキャリアフィルム５がレーザー光２を透過さ
せる材料であればよい。

【００３３】さらにセラミックグリーンシート４側から
レーザー光２を照射する場合、セラミックグリーンシー
ト４に直接レーザー光２を照射するため加工時にセラミ
ックグリーンシート４の表面が加工残渣により汚れが生
じるということが問題となる。このため、図２に示すよ
うにレーザー光２の照射面に発生する加工残渣から表面
を保護するためのフィルム、具体的には粘着剤を塗布し
たＰＥＴフィルム等の保護用フィルム３を密着させるこ
とが好ましい。このときの保護用フィルム３は前記キャ
リアフィルム５と同じようにレーザー光２を透過させる
材料であればよい。

【００３４】なお、上記保護用フィルム３に関しては樹
脂フィルムをセラミックグリーンシート４に密着させる
ことが可能であるならば、特に粘着層を有しないもので
あっても十分利用可能である。

【００３５】また、上記保護用フィルム３をセラミック
グリーンシート４に密着させ、且つ保護用フィルム３が
レーザー光２の照射により揮発する成分を含んでいる場
合にはレーザー光２の照射方向は特に限定する必要性は
なくなる。つまり、保護用フィルム３をセラミックグリ
ーンシート４に密着させた状態で図１のようにキャリア
フィルム５側よりレーザー光２を照射してもよい。

【００３６】なお、上記実施の形態２においてはＡｌ₂
Ｏ₃を主成分とするセラミック粉末とアルカリ土類金属
酸化物を含有する珪酸ガラスからなる無機成分を用いて
いるが、上記組み合わせに限定されるものではない。

【００３７】特に焼成温度が１０００℃以下で焼成可能
である低温焼成材料においてはレーザー加工により溶融
物９が生じやすいため、本発明の穴加工法が有効であ
る。

【００３８】又、本実施の形態２ではＣＯ₂レーザーを
用いているが、本発明においてはＹＡＧレーザー、エキ
シマレーザー等の他のレーザーを用いることも十分可能
である。

【００３９】さらに上記セラミックグリーンシート４に
穴加工を行った後、ビアホール８へ導電性ペーストの充
填を行うことで層間接続用のビア電極を形成し、さらに
内層配線パターンをスクリーン印刷などによって形成す
る。

【００４０】このようにして形成された所定枚数のセラ
ミックグリーンシート４を位置合わせし、熱圧着によっ
て積層することでセラミックグリーンシート４の積層体
ブロックを形成する。この積層体ブロックを３５０〜６
００℃で脱脂後、８５０〜９５０℃で焼成を行うことに
より構造欠陥のないビア電極１０をもった多層構造のセ
ラミック焼結体１２（図３参照）が得られる。さらに、
必要に応じてＩＣ，ＳＡＷフィルタ、チップ部品等を実
装した後、所定のサイズにダイシングやブレイクにより
個片分割を行うことで所望のセラミック積層デバイスを
得ることが可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明のレーザー光による
セラミックグリーンシートへの穴加工方法は、従来のレ
ーザー加工によりセラミックグリーンシートのビアホー
ルに生じていた溶融物と変質層の除去が可能となり、そ
の結果焼成後に生じていたビア電極の構造欠陥が無くな
ることにより高信頼性のセラミック積層デバイスの製造
方法を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるセラミックグリ
ーンシートの穴加工方法を示す原理図

【図２】本発明の実施の形態２におけるセラミックグリ
ーンシートの穴加工方法を示す原理図

【図３】本発明のセラミックグリーンシートの穴加工方
法による焼成後のビア電極近傍の断面図

【図４】従来のレーザー穴加工後のビアホール周辺図

【図５】従来の焼成後のビア電極近傍断面図

【符号の説明】

１ 集光レンズ ２ レーザー光 ３ 保護用フィルム ４ セラミックグリーンシート ５ キャリアフィルム ６ 溶融物除去材 ７ ＸＹテーブル ８ ビアホール ９ 溶融物 １０ ビア電極 １１ ビア電極周辺の構造欠陥 １２ ガラスセラミック焼結体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三田 倫久 京都府京田辺市大住浜55−12 松下日東電 器株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AF01 DB12 4G055 AA08 BA74 BA83

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックグリーンシートにレーザー光
   を照射して穴開け加工を行うにあたり、セラミックグリ
   ーンシートのレーザー光を照射する面と反対の面にレー
   ザー光の照射により揮発する成分を含む材料を密着させ
   た状態でレーザー光を照射するセラミックグリーンシー
   トの穴加工方法。
2. 【請求項２】 セラミックグリーンシートがキャリアフ
   ィルムにより支持されており、このキャリアフィルムが
   レーザー光の照射により揮発する成分を含んでいる請求
   項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
3. 【請求項３】 レーザー光の照射により揮発する成分が
   ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン
   （ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフ
   タレート（ＰＥＮ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰ
   Ｓ）の中で少なくとも一種類を含有している請求項１に
   記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
4. 【請求項４】 セラミックグリーンシートのレーザー光
   を照射する面に保護用フィルムを密着させてレーザー光
   を照射する請求項１に記載のセラミックグリーンシート
   の穴加工方法。
5. 【請求項５】 レーザー光の照射により揮発する成分を
   含む材料が樹脂フィルムである請求項１に記載のセラミ
   ックグリーンシートの穴加工方法。
6. 【請求項６】 樹脂フィルムの厚みが１００μｍ以上で
   ある請求項５に記載のセラミックグリーンシートの穴加
   工方法。