JP2004207592A - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる無収縮プロセスおよび多数個取りを適用しながら、分割線上に貫通孔を形成することによって、生の多層集合基板の内部に配置されていた導体を露出させ、これを外部電極とする方法を適用して多層セラミック基板を製造しようとするとき、貫通孔の形成によってバリが生じてしまう。
【解決手段】生の複合積層体３８の第１の収縮抑制層３６側から積層方向に打ち抜くことによって、貫通孔３９を設けるに際して、第２の収縮抑制層３７の厚みを３００μｍ以下と薄くして、この第２の収縮抑制層３７に接するセラミックグリーン層２３において垂れ部４２があまり生じないようにし、それによって、バリ４５があまり生じないようする。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層セラミック基板の製造方法に関するもので、特に、複数の多層セラミック基板を取り出すための多層集合基板を製造した後、多層集合基板を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、各工程を備える、多層セラミック基板の製造方法に関するものである。
【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いる。このような多層セラミック基板には、種々の形態の配線導体が設けられている。配線導体としては、たとえば、多層セラミック基板の内部において、セラミック層間の特定の界面に沿って延びる内部導体膜が形成されたり、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体が形成されたり、また、多層セラミック基板の外表面上において延びる外部導体膜が形成されたりしている。
【０００３】
多層セラミック基板は、半導体チップ部品やその他のチップ部品等を搭載し、これらの電子部品を相互に配線するために用いられている。上述した配線導体は、この相互配線のための電気的経路を与えている。
【０００４】
また、多層セラミック基板には、たとえばコンデンサ素子やインダクタ素子のような受動部品が内蔵されることがある。この場合には、上述した配線導体としての内部導体膜やビアホール導体の一部によって、これらの受動部品が与えられる。
【０００５】
多層セラミック基板は、たとえば、移動体通信端末機器の分野において、ＬＣＲ複合化高周波部品として用いられたり、コンピュータの分野において、半導体ＩＣチップのような能動素子とコンデンサやインダクタや抵抗のような受動素子とを複合化した部品として、あるいは単なる半導体ＩＣパッケージとして用いられたりしている。
【０００６】
多層セラミック基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、上述したような配線導体を高密度に配置することが有効である。
【０００７】
しかしながら、多層セラミック基板を得るためには、必ず、焼成工程を経なければならないが、このような焼成工程においては、セラミックの焼結による収縮が生じるが、この収縮は多層セラミック基板全体において均一に生じにくい。そのため、焼結後の多層セラミック基板において、寸法誤差が生じたり、反りが生じたりする。その結果、外部導体膜の位置精度の低下、および内部配線導体において不所望な変形や歪みあるいは断線がもたらされることがある。このような配線導体において生じ得る不具合は、上述のような配線導体の高密度化を阻害してしまう。
【０００８】
そこで、多層セラミック基板を製造するにあたって、焼成工程において多層セラミック基板の主面方向で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することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００９】
無収縮プロセスによる多層セラミック基板の製造方法においては、セラミック絶縁材料として、たとえば１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料粉末が用意されるとともに、上述の低温焼結セラミック材料粉末の焼結温度では焼結しない、収縮抑制用として機能する無機材料粉末が用意される。そして、焼成することによって目的とする多層セラミック基板となる生の積層体を作製するにあたっては、低温焼結セラミック材料を含み、かつ積層された、複数のセラミックグリーン層を挟むように、無機材料粉末を含む収縮抑制層が配置され、また、セラミックグリーン層に関連して、配線導体が設けられる。
【００１０】
上述のようにして得られた生の複合積層体は、次いで、焼成される。この焼成工程において、収縮抑制層に含まれる無機材料粉末は実質的に焼結しないため、収縮抑制層においては、収縮が実質的に生じない。このことから、収縮抑制層がセラミックグリーン層を拘束し、それによって、セラミックグリーン層は、厚み方向にのみ実質的に収縮するが、主面方向での収縮が抑制される。その結果、生の複合積層体を焼成して得られた多層セラミック基板において不均一な変形がもたらされにくくなり、また、反りも軽減され、そのため、配線導体において前述のような不具合がもたらされにくくすることができ、配線導体の高密度化を可能にする。
【００１１】
上述した収縮抑制層は、焼成後において、除去される。
【００１２】
他方、多層セラミック基板を製造するに際して、その製造効率を高めるため、所定の分割線に沿って分割され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ようにされた多層集合基板を作製し、この多層集合基板を上述の分割線に沿って分割することによって、複数の多層セラミック基板を一挙に得ようとする方法、いわゆる多数個取りによる方法が採用されている。
【００１３】
また、上述の多数個取りによる方法を用いながら、ビアホール導体またはスルーホール導体のような導体を備える複数のセラミックグリーンシートを積層することによって構成された生の多層集合基板に、貫通孔を設けることにより、導体を分断し、それによって、貫通孔の内周面上に導体の一部を露出させ、この露出した導体の一部を、多層集合基板を分割して得られた多層セラミック基板の側面上に形成される外部電極として使用しようとすることも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１４】
上述した製造方法によって得られた多層セラミック基板によれば、その一方主面上での他の電子部品を搭載できる面積を広くとることができるとともに、外部電極の配置ピッチを細かくすることができ、また、外部電極を簡単かつ容易に形成することができ、さらに、製造途中の多層集合基板の段階で個々の多層セラミック基板についての電気的特性の測定が可能である、といった利点を有している。
【００１５】
【特許文献１】
特開平４−２４３９７８号公報
【特許文献２】
特開平８−３７２５１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した多数個取りによる方法では、ここの多層セラミック基板より大きい多層集合基板の状態で焼成工程が実施されるので、焼成工程において生じ得る寸法誤差や反りの問題は一層深刻である。そのため、前述した無収縮プロセスは、このような多数個取りによる方法において適用されると、その効果が一層顕著なものとなる。
【００１７】
しかしながら、無収縮プロセスおよび多数個取りの双方を採用して、特許文献２に記載されるような方法で外部電極を形成すると、次のような問題に遭遇することがある。図９は、この問題を説明するためのものである。
【００１８】
図９（１) には、複数のセラミックグリーン層１を有する生の多層集合基板２が収縮抑制層３によって積層方向に挟まれた状態にある、生の複合積層体４の一部が断面図で示されている。生の多層集合基板２は、焼成後において所定の分割線５に沿って分割され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ようにされている。
【００１９】
図９では、生の多層集合基板２の内部に設けられ、かつ得ようとする多層セラミック基板の外部電極となるべき導体の図示が省略されているが、この導体の一部によって外部電極を形成するため、生の複合積層体４には、積層方向に貫通する貫通孔６が分割線５上に形成される。より具体的には、生の複合積層体４が金型７上に置かれ、矢印８で示すように、上の収縮抑制層３側から積層方向に打ち抜くことによって、貫通孔６が形成される。
【００２０】
上述のように貫通孔６を形成したとき、生の複合積層体４における貫通孔６を規定する壁部において、打ち抜き方向８に流動が生じ、そのため、セラミックグリーン層１および収縮抑制層３において、垂れ部９が形成される。
【００２１】
次に、生の複合積層体４は、セラミックグリーン層１に含まれるセラミック絶縁材料粉末が焼結するが収縮抑制層３に含まれる無機材料粉末が焼結しない条件下で焼成される。これによって、収縮抑制層３によって挟まれた焼結後の多層集合基板２ａが得られる。
【００２２】
次いで、収縮抑制層３が除去され、それによって、図９（２）に示すように、焼結後の多層集合基板２ａが取り出される。この多層集合基板２ａは、次いで、分割線５に沿って分割され、それによって、複数の多層セラミック基板が取り出される。この多層セラミック基板の側面上には、貫通孔６の分断によってもたらされた凹部が形成されている。この凹部の内面上には、図示しないが、前述した導体の一部が外部電極を与えるように露出している。
【００２３】
このような製造方法を実施したとき、図９（２）に示すように、焼結後の多層集合基板２ａにおける貫通孔６の周囲には、バリ１０が形成される。このバリ１０は、前述した貫通孔６を形成する工程において最も下のセラミックグリーン層１に形成された垂れ部９に由来するものである。バリ１０の突出寸法１１は、たとえば５０μｍを超え１００μｍ程度となることがある。このようなバリ１０は、得られた多層セラミック基板の欠け等の損傷をもたらす原因となるので、その突出寸法１１はできるだけ小さい方が好ましい。
【００２４】
バリ１０の突出寸法１１を小さく抑えるには、まず、図９（１）に示した貫通孔６を形成する工程を、少なくとも下の収縮抑制層３のない生の多層集合基板２に対して実施し、貫通孔６を形成した後に、収縮抑制層３を配置するようにすることが考えられる。これによって、生の多層集合基板２の最も下のセラミックグリーン層１を金型７に接触させることができるので、矢印８方向へ打ち抜くことによって貫通孔６を形成しても、最も下のセラミックグリーン層１において垂れ部９を実質的に生じないようにすることができ、その結果、バリ１０も実質的に生じないようにすることができる。
【００２５】
しかしながら、収縮抑制層３のない生の多層集合基板２に対して、図９（１）に示すような貫通孔６を形成するための工程を実施すると、生の多層集合基板２の外表面上、すなわち金型７に接する主面上に導体膜（図示せず。）が形成されている場合、この導体膜が擦れて損傷しやすいという問題に遭遇する。すなわち、収縮抑制層３には、導体膜を保護するという機能もあり、この機能を考慮したとき、上述のような方法を単純には採用することができない。
【００２６】
また、バリ１０の突出寸法１１を抑えるため、次のような方法も考えられる。すなわち、生の多層集合基板２は、セラミックグリーン層１となるべきセラミックグリーンシートを積層することによって作製されるのが通常であるが、貫通孔６となるべき貫通孔を、積層前の段階において、各セラミックグリーンシート毎に形成しておき、貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートを積層して、図９（１）に示すような一連の貫通孔６とする方法が考えられる。
【００２７】
しかしながら、上述の方法では、セラミックグリーンシートの加工が煩雑になるとともに、セラミックグリーンシートの積層工程において、各セラミックグリーンシートに設けられた貫通孔を位置合わせするための作業が煩雑となり、結果として、コストアップを招いてしまう。
【００２８】
また、セラミックグリーンシートを積層する際に、貫通孔の位置合わせが適正でない場合、得られた多層セラミック基板の側面に形成された凹部内に段差が生じてしまう。
【００２９】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解消し得る、多層セラミック基板の製造方法を提供しようとすることである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、いわゆる無収縮プロセスおよび多数個取りによって、多層セラミック基板を製造しようとする方法に向けられるものであって、簡単に言えば、生の複合積層体の一方の収縮抑制層側から積層方向に打ち抜くことによって、貫通孔を設けるに際して、他方の収縮抑制層の厚みを薄くして、この他方の収縮抑制層に接するセラミックグリーン層において垂れ部があまり生じないようにし、それによって、バリがあまり生じないようにすることを特徴としている。
【００３１】
より詳細には、この発明は、複数の積層されたセラミック層を備える、多層セラミック基板を製造する方法に向けられ、次のような工程を備えることを特徴としている。
【００３２】
まず、セラミック絶縁材料を含みかつ焼成されることによって複数のセラミック層となる複数のセラミックグリーン層を有する生の多層集合基板を備え、生の多層集合基板は、焼成後において所定の分割線に沿ってそれぞれ分割され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ようにされていて、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第１および第２の収縮抑制層が生の多層集合基板を積層方向に挟むように配置され、第２の収縮抑制層は３００μｍ以下の厚みを有する、そのような生の複合積層体が作製される。
【００３３】
次いで、第１の収縮抑制層側から積層方向に打ち抜くことによって、生の複合積層体を貫通する貫通孔が分割線上に形成される。
【００３４】
次いで、上述の生の複合積層体が、セラミック絶縁材料粉末が焼結するが無機材料粉末が焼結しない条件下で焼成される。これによって、第１および第２の収縮抑制層によって挟まれた焼結後の多層集合基板が得られる。
【００３５】
次いで、第１および第２の収縮抑制層が除去される。これによって、焼結後の多層集合基板が取り出される。
【００３６】
次に、焼結後の多層集合基板が分割線に沿って分割される。これによって、分断された貫通孔によって与えられた凹部を側面上に位置させている複数の多層セラミック基板が取り出される。
【００３７】
この発明は、生の複合積層体において、生の多層集合基板の、第１および第２の収縮抑制層の各々に接する主面上に、それぞれ、導体膜が形成されているとき、有利に適用される。
【００３８】
上述した生の複合積層体を作製する工程において、第２の収縮抑制層の厚みは２００μｍ以下とされることが好ましい。
【００３９】
また、収縮抑制層による効果をより完璧に発揮させるため、貫通孔を形成する工程の後であって、生の複合積層体を焼成する工程の前に、生の複合積層体の第２の収縮抑制層上に、セラミックグリーン層に含まれる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第３の収縮抑制層を配置する工程をさらに備えることが好ましい。
【００４０】
上述の場合、第２および第３の収縮抑制層の合計厚みと第１の収縮抑制層の厚みとの差は、２００μｍ以下とされることがより好ましい。
【００４１】
また、前述のように、第３の収縮抑制層を配置する工程の後であって、生の複合積層体を焼成する工程の前に、第３の収縮抑制層が配置された生の複合積層体を積層方向にプレスする工程が実施される場合には、貫通孔を形成する工程の後であって、このプレスする工程の前に、貫通孔に有機物を充填する工程を実施することが好ましい。この場合、有機物を充填する工程は、第３の収縮抑制層を配置する工程の前に実施されることがなお好ましい。
【００４２】
この発明において、貫通孔を利用して外部電極を形成しようとする場合、好ましくは、次のような実施態様が採用される。
【００４３】
すなわち、生の多層集合基板として、得ようとする多層セラミック基板の外部電極となるべき導体を内部に配置したものが用意され、生の複合積層体を作製する工程において、この導体は、その一部が貫通孔の内面上に露出する状態とされる。したがって、多層集合基板を分割することによって得られた複数の多層セラミック基板の側面上であって、分断された貫通孔によって与えられた凹部の内面上には、外部電極を与えるように導体の一部が外部に向かって露出する状態となる。
【００４４】
上述した実施態様に係る生の複合積層体を作製する工程では、貫通孔が、導体を分断するように設けられることが好ましい。
【００４５】
なお、外部電極を形成するため、焼成工程の後、多層集合基板を分割することによって得られた複数の多層セラミック基板の側面上であって、分断された貫通孔によって与えられた凹部の内面上に、導体を設けるようにしてもよい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
図１ないし図６は、この発明の一実施形態を説明するためのものである。ここで、図１ないし図３は、多層セラミック基板の製造方法に含まれる典型的な工程を示す断面図である。図４ないし図６は、図１ないし図３に示した工程のうちの特定のものを説明するにあたって参照されるものである。
【００４７】
図１ないし図３に示した各工程を経て製造される多層セラミック基板２１は、図３（２）に示され、このような複数の多層セラミック基板２１を取り出すことができる多層集合基板２２ａが図３（１）に示され、この多層集合基板２２ａを得るための焼成前の生の多層集合基板２２が図１（１）に示されている。これら多層セラミック基板２１、焼結後の多層集合基板２２ａおよび生の多層集合基板２２は、いずれも、各々の一部のみが図示されている。
【００４８】
多層セラミック基板２１は、図３（２）に示すように、複数の積層されたセラミック層２３ａを備えている。多層セラミック基板２１の内部には、相互配線を与え、また、必要に応じて、コンデンサやインダクタのような素子を構成するため、いくつかの内部導体膜２４がセラミック層２３ａ間の特定の界面に沿って形成され、また、いくつかの配線用ビアホール導体２５が特定のセラミック層２３ａを貫通するように設けられている。
【００４９】
また、多層セラミック基板２１の第１の主面２６上には、いくつかの外部導体膜２７が形成され、第１の主面２６と対向する第２の主面２８上には、いくつかの外部導体膜２９が形成されている。第１の主面２６上にある外部導体膜２７は、図示しないが、この多層セラミック基板２１上に搭載される電子部品との電気的接続を図るために用いられる。第２の主面２８上に形成される外部導体膜２９は、この多層セラミック基板２１が実装されるマザーボード３０上の導電ランド３１（図７参照）との電気的接続を図るために用いられる。
【００５０】
また、多層セラミック基板２１の側面には、凹部３２が設けられ、この凹部３２の内面上には、外部電極３３が形成されている。この外部電極３３の機能については、図７および図８を参照して後述する。
【００５１】
このような多層セラミック基板２１を製造するため、まず、図１（１）に示すような生の多層集合基板２２が作製される。生の多層集合基板２２は、図４に平面図でも示されている。生の多層集合基板２２は、焼成後において所定の分割線３４に沿ってそれぞれ分割されることによって複数の多層セラミック基板２１を取り出すことができるようにされている。分割線３４は、たとえば、格子状に配列されている。
【００５２】
生の多層集合基板２２は、セラミック絶縁材料を含みかつ焼成されることによって前述したセラミック層２３ａとなる複数のセラミックグリーン層２３を備えている。また、生の多層集合基板２２は、多層セラミック基板２１において設けられていた内部導体膜２４、配線用ビアホール導体２５ならびに外部導体膜２７および２９を備えている。また、生の多層集合基板２２は、多層セラミック基板２１において設けられていた外部電極３３を与えるための導体３５を備えている。導体３５は、分割線３４上に位置している。また、導体３５は、この実施形態では、生の多層集合基板２２を積層方向に貫通するように設けられている。
【００５３】
なお、図４では、図１に示した外部導体膜２７の図示が省略されている。
【００５４】
生の多層集合基板２２におけるセラミックグリーン層２３の積層構造は、通常、セラミックグリーンシートを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は、たとえば、セラミック絶縁材料粉末に、バインダ、可塑剤および溶剤等を加えて、ボールミルまたはアトラクタ等によって混合することによってスラリーとし、このスラリーをドクターブレード法等の方法によってシート状に成形することによって得られる。セラミックグリーンシートの厚みについては、特に制限はないが、たとえば２５〜２００μｍ程度であることが好ましい。
【００５５】
上述の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おいても用いられている通常のセラミック絶縁材料粉末を用いることができる。セラミック絶縁材料粉末としては、たとえば、アルミナ粉末を用いることができ、さらに、軟化点６００〜８００℃の非晶質ガラス、結晶化温度６００〜１０００℃の結晶化ガラス等を含有させることにより、焼結温度を低下させることが好ましい。また、セラミック絶縁材料として、アルミナのほか、ジルコン、ムライト、コージェライト、アノーサイト、シリカ等を用いてもよい。
【００５６】
セラミックグリーンシートには、積層前の段階で、前述した内部導体膜２４、配線用ビアホール導体２５ならびに外部導体膜２７および２９が形成される。導体膜２４、２７および２９の形成にあたっては、たとえば導電性ペーストのスクリーン印刷等が適用される。また、配線用ビアホール導体２５の形成にあたっては、セラミックグリーンシートに貫通孔を設け、この貫通孔に導電性ペーストを充填するようにされる。
【００５７】
また、導体３５についても、好ましくは、導電性ペーストによって与えられる。すなわち、セラミックグリーンシートに、積層前の段階で、貫通孔が設けられ、この貫通孔に導電性ペーストを充填することによって、セラミックグリーンシートを積層したとき、一連の導体３５が形成されるようにされる。なお、セラミックグリーンシートを積層した後、そこに一連の貫通孔を設け、この貫通孔に導電性ペーストを充填するようにしてもよい。
【００５８】
上述した導電性ペーストに含まれる導電成分としては、好ましくは、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｃｕ、ＡｕおよびＮｉから選ばれた少なくとも１種が用いられる。
【００５９】
次に、生の多層集合基板２２を積層方向に挟むように、第１および第２の収縮抑制層３６および３７が配置され、それによって、図１（２）に示すような生の複合積層体３８が作製される。第１および第２の収縮抑制層３６および３７は、前述したセラミックグリーン層２３に含まれる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。
【００６０】
たとえば、セラミックグリーン層２３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３６および３７に含まれる無機材料粉末としては、たとえば、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、炭化珪素等の粉末を用いることができる。なお、これらの無機材料粉末の粒度が粗すぎると、得られた多層セラミック基板２１の表面粗さが粗くなるため、平均粒径０．５〜４μｍ程度であることが好ましい。
【００６１】
収縮抑制層３６および３７は、通常、上述のような無機材料粉末を含む無機材料グリーンシートを積層することによって得られる。無機材料グリーンシートの作製方法は、前述したセラミックグリーンシートの場合と実質的に同様である。無機材料グリーンシートの厚みは、特に制限がないが、１０〜２００μｍ程度とされ、第１および第２の収縮抑制層３６および３７の各々の厚みは、たとえば、積層される無機材料グリーンシートの積層数によって調整される。
【００６２】
図１（２）には、第１の収縮抑制層３６においては、３枚の無機材料グリーンシートが積層され、第２の収縮抑制層３７においては、１枚の無機材料グリーンシートが積層されているように図示されているが、これらは、第１の収縮抑制層３６と第２の収縮抑制層３７との間で厚みの差があることを明確に図示するためのもので、無機材料グリーンシートの積層数については一例にすぎない。
【００６３】
上述した無機材料グリーンシートの積層数を変えることなどによって、第１の収縮抑制層３６の厚みは、たとえば４００μｍ程度と比較的厚くされるのに対し、第２の収縮抑制層３７の厚みは、３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、一例として、５０μｍ程度というように比較的薄くされる。
【００６４】
ここで、第１の収縮抑制層３６の厚みは、後述する焼成工程において、それによる収縮抑制効果が十分に発揮されるように選ばれ、他方、第２の収縮抑制層３７の厚みは、これが接する生の多層集合基板２２の主面上に形成された外部導体膜２９を損傷等から保護するのに十分なように選ばれる。
【００６５】
生の複合積層体３８は、次いで、積層方向にプレスされる。このプレスは、生の複合積層体３８を、以後の工程において取り扱う際、セラミックグリーン層２３相互間、収縮抑制層３６および３７に備える無機材料グリーンシート相互間ならびに生の多層集合基板２２と収縮抑制層３６および３７の各々との間のずれを生じにくくすることを目的とするものであり、たとえば、面圧３０ＭＰａ以下の圧力が適用される。
【００６６】
なお、図１（２）に示した生の複合積層体３８を得るため、上述したように、生の多層集合基板２２をまず得た後、これに収縮抑制層３６および３７を積層する方法を採用するのではなく、たとえば、第２の収縮抑制層３７となるべき無機材料グリーンシートの上に、セラミックグリーン層２３となるべき複数のセラミックグリーンシートを順次積層し、次いで、第１の収縮抑制層３６となるべき無機材料グリーンシートを積層するようにしてもよい。
【００６７】
次に、図１（３）に示すように、生の複合積層体３８を積層方向に貫通する貫通孔３９が分割線３４上に形成される。この貫通孔３９を形成した後の生の複合積層体３８が、図５に平面図でも示されている。なお、図５において、第１の収縮抑制層３６の一部は破断され、その下にある生の多層集合基板２２の一部が図示されている。
【００６８】
上述した貫通孔３９の形成工程について、図６を参照して説明する。図６は、前述した図９に対応する図である。
【００６９】
図６（１）に示すように、生の複合積層体３８は金型４０上に置かれ、第１の収縮抑制層３６側から矢印４１で示すように積層方向に打ち抜くことによって、貫通孔３９が形成される。このとき、貫通孔３９を規定する壁部において、生の複合積層体３８を構成する材料の流動が打ち抜き方向４１に生じ、セラミックグリーン層２３ならびに収縮抑制層３６および３７において垂れ部４２が形成される。
【００７０】
しかしながら、金型４０に対して、たとえば５０μｍ程度の厚みしか有していない第２の収縮抑制層３７を介在させて配置されている最も下のセラミックグリーン層２３にあっては、垂れ部４２はそれほど大きく形成されない。
【００７１】
図６では、導体３５の図示が省略されているが、貫通孔３９は、図１（３）に示すように、導体３５を貫通する位置に設けられる。これによって、導体３５は、その一部が貫通孔３９の内面上に露出する状態とされる。また、この実施形態では、貫通孔３９を設けることによって、導体３５は分断される。
【００７２】
貫通孔３９の平面形状すなわち断面形状については、図５に示されている。この実施形態では、貫通孔３９は、長方形の断面形状を有していて、この断面形状の長手方向は、分割線３４の延びる方向に向けられている。このようにすることによって、後述する分割工程において、複数の多層セラミック基板２１を取り出すための多層集合基板２２ａの分割をより円滑に進めることができる。
【００７３】
なお、貫通孔３９の断面形状は、たとえば、正方形、円形、楕円形等の他の形状に変更されてもよい。
【００７４】
次に、図２（１）に示すように、生の複合積層体３８における分割線３４の位置に沿って、切り込み溝４３が設けられる。この切り込み溝４３は、分割線３４の場合と同様、格子状に配列される。切り込み溝４３の形成には、たとえば、カッター刃を生の複合積層体３８の表面に押し当てたり、回転刃で切り込む方法等を採用することができる。
【００７５】
切り込み溝４３は、第１および第２の収縮抑制層３６および３７のいずれか一方を厚み方向に貫通しかつ生の多層集合基板２２の厚みの一部にまで届く深さをもって設けられる。この深さは、たとえば、生の多層集合基板２２の厚みの１／１０〜４／１０程度まで届くようにされる。また、好ましくは、図２（１）に示したように、切り込み溝４３は、第２の収縮抑制層３７側に設けられる。
【００７６】
次に、図２（２）に示すように、生の複合積層体３８の第２の収縮抑制層３７上に、第３の収縮抑制層４４が配置される。第３の収縮抑制層４４は、第１および第２の収縮抑制層３６および３７と同様、セラミックグリーン層２３に含まれる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ものである。この実施形態では、第３の収縮抑制層４４は、第１および第２の収縮抑制層３６および３７と同様の材料から構成され、かつ無機材料粉末を含む無機材料グリーンシートを積層することによって形成される。
【００７７】
第３の収縮抑制層４４は、比較的薄い第２の収縮抑制層３７による焼成工程における収縮抑制効果の不足を補うためのものである。焼成工程において、生の多層集合基板２２に及ぼされる収縮抑制効果については、生の多層集合基板２２の一方主面側と他方主面側とで均等であることが、焼結後の多層集合基板２２ａの反りを防止するためには好ましい。そのため、上述のように、第３の収縮抑制層４４が配置される場合には、第２および第３の収縮抑制層３７および４４の合計厚みと第１の収縮抑制層３６の厚みとの差は、２００μｍ以下とされることが好ましい。
【００７８】
次に、第３の収縮抑制層４４が追加された生の複合積層体３８が積層方向にプレスされる。このプレスに際しては、たとえば面圧５０ＭＰａ以上といった比較的高い圧力が適用される。また、このプレス工程において、４０〜９０℃の温度が付与されることが好ましい。
【００７９】
上述のプレス工程において、貫通孔３９が埋まらないようにするための対策を施すことが好ましい。たとえば、焼成時に焼失する樹脂等の有機物を貫通孔３９に充填した状態でプレス工程を実施したり、あるいは、貫通孔３９内に入り込む弾性体をプレス工程において用いたりするなどの対策が講じられる。前者のように、樹脂等の有機物を貫通孔３９に充填する場合、この充填工程は、図１（３）または図２（１）に示した段階、すなわち貫通孔３９を形成した後であって、第３の収縮抑制層４４を配置する前に実施することが好ましい。
【００８０】
また、プレスされる生の複合積層体３８にあっては、切り込み溝４３が第３の収縮抑制層４４によって覆われた状態となっている。この状態は、切り込み溝４３の形状を維持するのに効果的であるとともに、焼成工程において、切り込み溝４３の存在のために生じ得る生の多層集合基板２２の反りを抑制するのに効果的である。
【００８１】
次に、生の複合積層体３８は、焼成工程に付される。これによって、図２（３）に示すように、生の多層集合基板２２が焼結されて、焼結後の多層集合基板２２ａとなる。この焼成工程においては、セラミックグリーン層２３に含まれるセラミック絶縁材料粉末が焼結し、セラミック層２３ａとなるが、収縮抑制層３６、３７および４４に含まれる無機材料粉末が焼結しない条件が適用される。また、この焼成工程においては、生の複合積層体３８をトレーに載せて焼成することが行なわれるが、トレーとしては、たとえば、通常のアルミナ板からなるものを用いることができる。また、トレーとして、通気性の良好な気孔率の高いアルミナ板からなるものを使用してもよい。
【００８２】
焼成工程において、収縮抑制層３６、３７および４４に含まれる無機材料粉末は実質的に焼結しないため、収縮抑制層３６、３７および４４においては、収縮が実質的に生じない。そのため、収縮抑制層３６、３７および４４が生の多層集合基板２２を拘束し、それによって、生の多層集合基板２２は、厚み方向にのみ実質的に収縮するが、主面方向での収縮が抑制される。その結果、焼結後の多層集合基板２２ａにおいて不均一な変形等がもたらされにくくなる。
【００８３】
次に、収縮抑制層３６、３７および４４が、たとえばブラシ等を用いて除去され、それによって、図３（１）に示すように、焼結後の多層集合基板２２ａが取り出される。
【００８４】
図３（１）に示した焼結後の多層集合基板２２ａにおける貫通孔３９を規定する壁部でのセラミック層２３ａの変形状態が図６（２）に示されている。
【００８５】
図６（２）に示すように、焼結後の多層集合基板２２ａにおける貫通孔３９の周囲には、バリ４５が形成される。このバリ４５は、図６（１）に示すように、前述した貫通孔３９を形成する工程において最も下のセラミックグリーン層２３に形成された垂れ部４２に由来するものである。前述したように、生の複合積層体３８を金型４０上に置き、矢印４１方向への打ち抜きによって貫通孔３９を形成するとき、最も下のセラミックグリーン層２３にあっては、金型４０に対して、比較的薄い第２の収縮抑制層３７を介在させた状態で位置しているので、それほど大きな垂れ部４２が形成されない。したがって、バリ４５の突出寸法４６は、小さく抑えられることができる。たとえば、第２の収縮抑制層３７の厚みが５０μｍである場合には、後述する実験例からわかるように、バリ４５の突出寸法４６は５μｍ以下に抑えることができる。
【００８６】
次に、焼結後の多層集合基板２２ａに対して、必要に応じて、無電解めっきのような湿式めっきが施され、それによって、貫通孔３９の内面に露出する導体３５の表面にめっき膜を析出させる工程が実施される。より具体的には、無電解めっきによって、導体３５の表面に、たとえば、ニッケルめっきが膜が形成され、その上に、金めっき膜が形成される。
【００８７】
次に、焼結後の多層集合基板２２ａが、切り込み溝４３に沿ってチョコレートブレイク態様で分割され、それによって、図３（２）に示すように、複数の多層セラミック基板２１が取り出される。
【００８８】
この多層セラミック基板２１の側面には、貫通孔３９の分断によって与えられた凹部３２が形成され、この凹部３２の内面上には、導体３５の一部が露出し、外部電極３３を与えている。
【００８９】
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。この実験例では、図２（２）に示した状態において、第１の収縮抑制層３６の厚みを４００μｍと一定にしながら、第２の収縮抑制層３７の厚みおよび第３の収縮抑制層４４の厚みを種々の変更した試料について、図６（２）に示したバリ４５の突出寸法４６および図３（１）に示した焼結後の多層集合基板２２ａの反りを評価した。なお、反りについては、焼結後において１００ｍｍ角の多層集合基板を平坦面上に置き、多層集合基板の平面方向での中心部が平坦面に接する状態として、この状態において、多層集合基板の端縁部と平坦面との間の間隔を測定したものである。
【００９０】
【表１】

【００９１】
表１において、「第２の収縮抑制層の厚み（Ａ）」と「バリの突出寸法」とを対比すれば、「第２の収縮抑制層の厚み（Ａ）」が小さくなるほど、「バリの突出寸法」が小さくなることがわかる。特に、「第２の収縮抑制層の厚み（Ａ）」が３００μｍ以下の試料では、「バリの突出寸法」を５０μｍ以下に抑えることができ、さらに、「第２の収縮抑制層の厚み（Ａ）」が２００μｍ以下とされると、「バリの突出寸法」を１５μｍ以下とすることができる。
【００９２】
また、「（Ａ＋Ｂ）と第１の収縮抑制層の厚みの差」が小さいほど、「反り」がより小さくなっている。特に、「（Ａ＋Ｂ）と第１の収縮抑制層の厚みの差」が２００μｍ以下とされたとき、「反り」を３００μｍ以下とすることができる。
【００９３】
次に、多層セラミック基板２１において貫通孔３９を分断することによって形成された凹部３２およびその内面上に形成された外部電極３３の使用方法について説明する。
【００９４】
図７は、多層セラミック基板２１がマザーボード３０上に実装された状態を示している。この実装状態において、外部電極３３は、マザーボード３０上に設けられた導電ランド４７に半田４８を介して電気的に接続される。すなわち、図７に示した使用方法では、外部電極３３は、多層セラミック基板２１の第２の主面２８上に形成された外部導体膜２９と同様、マザーボード３０に対する電気的接続を図るために用いられる。
【００９５】
図８は、多層セラミック基板２１にキャップ４９が装着された状態を示している。キャップ４９は、脚部５０を備え、この脚部５０が凹部３２内に位置されることによって、キャップ４９が多層セラミック基板２１に対して位置合わせされる。そして、脚部５０が、たとえば半田５１によって、外部電極３３に接合されることにより、キャップ４９が多層セラミック基板２１に対して機械的に固定される。この場合、キャップ４９が導電性金属から構成されるとき、外部電極３３とキャップ４９とは電気的に接続された状態となる。
【００９６】
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他、種々の変形例が可能である。
【００９７】
たとえば、図示の実施形態では、導体３５は、生の多層集合基板２２の積層方向に貫通するように配置されていたが、これに代えて、生の多層集合基板２２の積層方向の一部においてのみ延びるように配置されていてもよい。この場合には、得られた多層セラミック基板２１の側面に形成された凹部３２内において、外部電極３３が、多層セラミック基板２１の厚み方向寸法の一部においてのみ延びることになる。この構成によれば、多層セラミック基板２１を、図７に示すように、マザーボード３０上に実装するとき、消費される半田４８の量を低減することができるばかりでなく、半田４８によって形成される半田フィレットの高さをより低くすることができ、かつ、一定にすることが容易である。したがって、多層セラミック基板２１が高周波用途に向けられるとき、半田フィレットによって与えられるインダクタンス成分のばらつきを低減することができる。
【００９８】
また、生の多層集合基板２２の内部に、導体３５が配置されていなくてもよい。この場合であっても、貫通孔３９の存在は、焼結後の多層集合基板２２ａの分割線３４に沿う分割を円滑に行なえるという効果を発揮させることができる。また、分割後において、分断された貫通孔３９によって与えられた凹部３２は、たとえば図８に示すようにキャップ４９が装着される場合の脚部５０の位置決めを可能にし、あるいは、マザーボード等に対する位置合わせのために用いられることができる。
【００９９】
上述の場合において、凹部３２内に外部電極３３を設ける必要があるならば、凹部３２の内面上に、外部電極３３となる導電性ペーストのような導体を付与すればよい。このように導電性ペーストが付与される場合には、その後、導電性ペーストを焼き付けるための工程および必要なめっき工程が実施されることになる。
【０１００】
また、図示の実施形態では、図１（３）に示すように、貫通孔３９をまず設け、その後に、図２（１）に示すように、切り込み溝４３を設けるようにしたが、貫通孔３９を設ける工程と切り込み溝４３を設ける工程とを逆の順序で実施してもよい。後者のように、逆の順序で実施される場合、切り込み溝４３を設ける工程の前に実施されるプレス工程は、比較低い圧力での仮プレスとし、その後、切り込み溝４３を設けた後、貫通孔３９を設ける工程の前に、比較的高い圧力で本プレスすることが好ましい。
【０１０１】
また、図示の実施形態では、切り込み溝４３は、焼成前の生の複合積層体３８に対してこれを設けるようにしたが、焼結後の多層集合基板２２ａに切り込み溝を設け、この切り込み溝に沿って多層集合基板２２ａを分割するようにしてもよい。この場合、通常は、収縮抑制層３６、３７および４４を除去した後の多層集合基板２２ａに切り込み溝が設けられることになるが、焼成後であって、収縮抑制層３６、３７および４４が除去される前の段階で切り込み溝を設ける工程を実施してもよい。
【０１０２】
また、図示の実施形態では、生の複合積層体３８を作製するにあたって、セラミックグリーン層２３となるセラミックグリーンシートならびに収縮抑制層３６、３７および４４となる無機材料グリーンシートをそれぞれ用意し、これらを積層する工程を採用したが、セラミックグリーンシートや無機材料グリーンシートを予め用意することなく、セラミックグリーン層２３となるべきセラミックスラリーや収縮抑制層３６、３７および４４となるべき無機材料スラリーを、印刷等の方法によって付与することを繰り返して、生の複合積層体３８のための積層構造を得るようにしてもよい。
【０１０３】
また、図示の実施形態では、貫通孔３９は、導体３５を分断するように設けられたが、必ずしも導体３５を分断する必要はなく、たとえば、貫通孔３９が導体３５の中心からずれた位置に設けられるなどして、単に、貫通孔３９の内面上に導体３５の一部が露出するように設けられてもよい。
【０１０４】
また、図示の実施形態では、生の複合積層体３８を焼成する前に、比較的薄い第２の収縮抑制層３７の厚みを補うため、第２の収縮抑制層３７上に第３の収縮抑制層４４を配置するようにしたが、第２の収縮抑制層３７のみで必要とする収縮抑制効果が得られる場合には、第３の収縮抑制層４４が配置されない状態で焼成工程が実施されてもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、いわゆる無収縮プロセスおよび多数個取りによって、多層セラミック基板を製造しようとする方法において、生の複合積層体の第１の収縮抑制層側から積層方向に打ち抜くことによって、貫通孔を設けるに際して、第２の収縮抑制層の厚みを３００μｍ以下というように薄くしているので、この第２の収縮抑制層に接するセラミックグリーンシートにおいて垂れ部があまり生じないようにすることができる。その結果、焼成後の多層セラミック基板において、バリがあまり生じないようにすることができ、そのため、バリが原因となる多層セラミック基板の欠け等の損傷を生じさせにくくすることができる。
【０１０６】
生の複合積層体において、生の多層集合基板の、第１および第２の収縮抑制層の各々に接する主面上に、それぞれ、導体膜が形成される場合、この導体膜が第１および第２の収縮抑制層によって覆われた状態とすることができるので、貫通孔を形成する工程において、導体膜が擦れて損傷するという不都合には遭遇しない。
【０１０７】
この発明において、第２の収縮抑制層の厚みが２００μｍ以下とされると、前述したバリの突出寸法をより小さくすることができる。
【０１０８】
貫通孔を形成した後、生の複合積層体を焼成する前に、生の複合積層体の第２の収縮抑制層上に、第３の収縮抑制層を配置すれば、この第３の収縮抑制層によって、比較的薄い第２の収縮抑制層による収縮抑制効果の不足を有利に補うことができる。
【０１０９】
上述の場合、第２および第３の収縮抑制層の合計厚みと第１の収縮抑制層の厚みとの差が２００μｍ以下とされると、焼成後の多層集合基板において生じ得る反りを低減することができる。
【０１１０】
また、前述のように、第３の収縮抑制層を配置する工程の後であって、生の複合積層体を焼成する工程の前に、第３の収縮抑制層が配置された生の複合積層体を積層方向にプレスする工程が実施される場合には、貫通孔を形成する工程の後であって、このプレスする工程の前に、貫通孔に焼成工程において焼失する有機物を充填するようにすれば、プレス工程において、貫通孔が不所望にも埋まらないようにすることができる。また、有機物を充填する工程を、第３の収縮抑制層を配置する工程の前に実施するようにすれば、有機物の充填を容易に行なうことができる。
【０１１１】
生の多層集合基板が、得ようとする多層セラミック基板の外部電極となるべき導体を内部に配置しており、貫通孔を形成する工程において、この導体の一部が貫通孔の内面上に露出する状態とされ、多層集合基板を分割することによって得られた複数の多層セラミック基板の側面上であって、分断された貫通孔によって与えられた凹部の内面上に、外部電極を与えるように導体の一部が外部に向かって露出するようにされると、外部電極を形成するための特別な工程が不要となるとともに、外部電極が凹部の内面上に位置されるので、その位置および幅に関して高い精度を得ることができ、多層セラミック基板の小型化および配線の高密度化に有利に対応することができる。また、外部電極に対してめっきを施す場合、めっき膜の異常析出が生じても、隣り合う外部電極間で電気的短絡がもたらされにくくなる。
【０１１２】
上述の場合において、貫通孔が、導体を分断するように設けられると、１つの貫通孔の形成によって、２つの外部電極、すなわち２つの多層セラミック基板のための外部電極を形成することができる。
【０１１３】
また、多層セラミック基板の側面上であって、分断された貫通孔によって与えられた凹部の内面上に、外部電極を形成するための導体を設けるようにしても、外部電極に対して、その位置および幅に関して高い精度を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による多層セラミック基板２１の製造方法に含まれるいくつかの典型的な工程を順次示す断面図である。
【図２】図１に示した工程に続いて実施されるいくつかの典型的な工程を順次示す断面図である。
【図３】図２に示した工程に続いて実施されるいくつかの典型的な工程を順次示す断面図である。
【図４】図１（１）に示した段階にある生の多層集合基板２２を示す平面図である。
【図５】図１（３）に示した段階にある生の複合積層体３８を示す平面図である。
【図６】（１）は、図１（３）に示した貫通孔３９を形成する工程において生じ得る生の複合積層体３８の挙動を図解的に示す断面図であり、（２）は、（１）に示した生の複合積層体３８から得られた焼結後の多層集合基板２２ａを図解的に示す断面図である。
【図７】図３（２）に示した多層セラミック基板２１がマザーボード３０上に実装された状態を示す断面図である。
【図８】図３（２）に示した多層セラミック基板２１にキャップ４９を装着した状態を一部断面で示す正面図である。
【図９】図６に対応する図であって、この発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【符号の説明】
２１ 多層セラミック基板
２２ 生の多層集合基板
２２ａ 焼結後の多層集合基板
２３ セラミックグリーン層
２３ａ セラミック層
２７，２９ 外部導体膜
３２ 凹部
３３ 外部電極
３４ 分割線
３５ 導体
３６ 第１の収縮抑制層
３７ 第２の収縮抑制層
３８ 生の複合積層体
３９ 貫通孔
４１ 打ち抜き方向を示す矢印
４２ 垂れ部
４４ 第３の収縮抑制層
４５ バリ

Claims (10)

1. 複数の積層されたセラミック層を備える、多層セラミック基板を製造する方法であって、
   セラミック絶縁材料粉末を含みかつ焼成されることによって複数の前記セラミック層となる複数のセラミックグリーン層を有する生の多層集合基板を備え、生の前記多層集合基板は、焼成後において所定の分割線に沿ってそれぞれ分割されることによって複数の前記多層セラミック基板を取り出すことができるようにされていて、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第１および第２の収縮抑制層が生の前記多層集合基板を積層方向に挟むように配置され、前記第２の収縮抑制層は３００μｍ以下の厚みを有する、生の複合積層体を作製する工程と、
   前記第１の収縮抑制層側から積層方向に打ち抜くことによって、生の前記複合積層体を貫通する貫通孔を前記分割線上に形成する工程と、
   前記生の複合積層体を、前記セラミック絶縁材料粉末が焼結するが前記無機材料粉末が焼結しない条件下で焼成し、それによって、前記第１および第２の収縮抑制層によって挟まれた焼結後の前記多層集合基板を得る工程と、
   前記第１および第２の収縮抑制層を除去し、それによって、焼結後の前記多層集合基板を取り出す工程と、
   焼結後の前記多層集合基板を前記分割線に沿って分割し、それによって、分断された前記貫通孔によって与えられた凹部を側面上に位置させている複数の前記多層セラミック基板を取り出す工程と
   を備える、多層セラミック基板の製造方法。
2. 前記生の複合積層体において、生の前記多層集合基板の、前記第１および第２の収縮抑制層の各々に接する主面上には、それぞれ、導体膜が形成されている、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
3. 前記生の複合積層体を作製する工程において、前記第２の収縮抑制層の厚みは２００μｍ以下とされる、請求項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
4. 前記貫通孔を形成する工程の後であって、前記生の複合積層体を焼成する工程の前に、前記生の複合積層体の前記第２の収縮抑制層上に、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第３の収縮抑制層を配置する工程をさらに備える、請求項１ないし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. 前記第２および第３の収縮抑制層の合計厚みと前記第１の収縮抑制層の厚みとの差は、２００μｍ以下とされる、請求項４に記載の多層セラミック基板の製造方法。
6. 前記第３の収縮抑制層を配置する工程の後であって、前記生の複合積層体を焼成する工程の前に、前記第３の収縮抑制層が配置された前記生の複合積層体を積層方向にプレスする工程をさらに備えるとともに、前記貫通孔を形成する工程の後であって、前記プレスする工程の前に、前記貫通孔に有機物を充填する工程をさらに備える、請求項４または５に記載の多層セラミック基板の製造方法。
7. 前記有機物を充填する工程は、前記第３の収縮抑制層を配置する工程の前に実施される、請求項６に記載の多層セラミック基板の製造方法。
8. 前記生の多層集合基板は、得ようとする前記多層セラミック基板の外部電極となるべき導体を内部に配置しており、前記貫通孔を形成する工程において、前記導体は、その一部が前記貫通孔の内面上に露出する状態とされ、前記多層集合基板を分割する工程によって得られた複数の前記多層セラミック基板の側面上であって、分断された前記貫通孔によって与えられた前記凹部の内面上には、前記外部電極を与えるように前記導体の一部が外部に向かって露出するようにされる、請求項１ないし７のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
9. 前記貫通孔を形成する工程において、前記貫通孔は、前記導体を分断するように設けられる、請求項８に記載の多層セラミック基板の製造方法。
10. 前記多層集合基板を分割する工程によって得られた複数の前記多層セラミック基板の側面上であって、分断された前記貫通孔によって与えられた前記凹部の内面上に、外部電極を形成するための導体を設ける工程をさらに備える、請求項１ないし７のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。

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