JP2004214540A

JP2004214540A - 多層セラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JP2004214540A
Application number: JP2003002159A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Kawakami; 弘倫川上; Hideyuki Harada; 英幸原田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: JP4228701B2

Abstract

【課題】いわゆる無収縮プロセスおよび多数個取りによる多層セラミック基板の製造方法において、分割線上に貫通孔を形成し、次いで収縮抑制層を配置した後、プレス工程を実施すると、貫通孔が不所望にも変形したり、潰れたりすることがある。
【解決手段】生の多層集合基板２に貫通孔１９を形成した後、貫通孔１９を有機物２３によって充填した後、収縮抑制層２４を配置した状態でプレス工程を実施する。
【選択図】図２

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】
このような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。
【０００７】
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１参照）。
【０００８】
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。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３７２５１号公報
【００１０】
【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多層セラミック基板の製造方法において作製される生の多層集合基板は、これを焼成する前に、積層方向にプレスされる。この場合において、特許文献１に記載の技術を適用するときには、貫通孔が生の多層集合基板に設けられているので、生の多層集合基板をプレスしたとき、貫通孔が不所望にも変形することがあり、極端な場合には、貫通孔が潰れてしまうことがある。
【００１１】
上述のような貫通孔の変形は、得られた多層集合基板の外観を損なうばかりでなく、貫通孔の内周面上に形成される外部電極をも変形させ、外部電極上に、たとえばめっき膜を所望のごとく形成できなかったり、外部電極の機能が失われてしまうことがある。
【００１２】
なお、このような問題を解決するためには、プレス工程を実施した後に、貫通孔を形成することも考えられる。しかしながら、後で、この発明の実施の形態として詳細に説明するように、貫通孔を形成した後、プレス工程を実施しなければならない状況もある。
【００１３】
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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１５】
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備え、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る、生の多層集合基板が作製される。
【００１６】
次いで、生の多層集合基板を貫通する貫通孔が分割線上に形成される。
【００１７】
次いで、貫通孔に有機物が充填される。
【００１８】
次いで、生の多層集合基板が積層方向にプレスされる。このとき、貫通孔に充填された有機物は、貫通孔が不所望にも変形したり、潰れたりすることを防止する。
【００１９】
次いで、生の多層集合基板が焼成される。これによって、焼結後の多層集合基板が得られる。また、上述の有機物は、この焼成工程において焼失する。
【００２０】
次いで、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。
【００２１】
この発明に従って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採用してもよい。この無収縮プロセスを採用する場合、次のようないくつかの実施態様がある。
【００２２】
第１の実施態様では、生の多層集合基板の少なくとも一方の主面上に、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を配置する工程がさらに実施される。また、貫通孔を形成する工程、有機物を充填する工程、プレスする工程および焼成する工程は、生の多層集合基板の少なくとも一方の主面上に収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体に対して実施される。また、焼成する工程は、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実施される。そして、焼成する工程の後、収縮抑制層を除去する工程がさらに実施される。
【００２３】
第２の実施態様では、生の多層集合基板の一方の主面上に、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の収縮抑制層を配置する工程がさらに実施される。また、貫通孔を形成する工程および有機物を充填する工程は、生の多層集合基板の一方の主面上に第１の収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体に対して実施される。また、貫通孔を形成する工程は、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形成するように実施される。有機物を充填する工程の後、生の多層集合基板の他方の主面上に、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２の収縮抑制層を配置する工程がさらに実施される。プレスする工程は、生の多層集合基板の一方および他方の主面上に第１および第２の収縮抑制層がそれぞれ配置された状態にある生の複合積層体に対して実施される。焼成する工程は、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実施される。そして、焼成する工程の後、第１および第２の収縮抑制層を除去する工程がさらに実施される。
【００２４】
第３の実施態様では、生の多層集合基板の一方の主面上に、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の収縮抑制層を配置するとともに、生の多層集合基板の他方の主面上に、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みかつ第１の収縮抑制層より薄い第２の収縮抑制層を配置する工程を工程がさらに実施される。また、貫通孔を形成する工程および有機物を充填する工程は、生の多層集合基板の一方および他方の主面上に第１および第２の収縮抑制層がそれぞれ配置された状態にある生の複合積層体に対して実施される。貫通孔を形成する工程は、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形成するように実施される。有機物を充填する工程の後、第２の収縮抑制層上に、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がさらに実施される。プレスする工程は、生の多層集合基板の一方および他方の主面上に第１ならびに第２および第３の収縮抑制層がそれぞれ配置された状態にある生の複合積層体に対して実施される。焼成する工程は、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実施される。そして、焼成する工程の後、第１ならびに第２および第３の収縮抑制層を除去する工程がさらに実施される。
【００２５】
この発明において、有機物を充填する工程の後に、分割線の位置に沿って、生の多層集合基板に切り込み溝を設ける工程がさらに実施されてもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
この発明において、貫通孔に充填される有機物は、樹脂ペーストであることが好ましく、この樹脂ペーストは、８００℃以下の空気中で焼失する有機物粉末とビヒクルとの混合物であることがより好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１ないし図７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７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。
【００３２】
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１は、図３（３）に示され、このような複数の多層セラミック基板１を取り出すことができる多層集合基板２ａが図３（２）に示され、この多層集合基板２ａを得るための焼成前の生の多層集合基板２が図１（１）に示されている。これら多層セラミック基板１、焼結後の多層集合基板２ａおよび生の多層集合基板２は、いずれも、各々の一部のみが図示されている。
【００３３】
多層セラミック基板１は、図３（３）に示すように、複数の積層されたセラミック層３ａを備えている。多層セラミック基板１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４がセラミック層３ａ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５が特定のセラミック層３ａを貫通するように設けられている。
【００３４】
また、多層セラミック基板１の第１の主面６上には、いくつかの外部導体膜７が形成され、第１の主面６と対向する第２の主面８上には、いくつかの外部導体膜９が形成されている。第１の主面６上にある外部導体膜７は、図示しないが、この多層セラミック基板１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８上に形成される外部導体膜９は、この多層セラミック基板１が実装されるマザーボード１０上の導電ランド１１（図８参照）との電気的接続を図るために用いられる。
【００３５】
また、多層セラミック基板１の側面には、凹部１２が設けられ、この凹部１２の内面上には、外部電極１３が形成されている。この外部電極１３の機能については、図８および図９を参照して後述する。
【００３６】
このような多層セラミック基板１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２が作製される。生の多層集合基板２は、図４に平面図でも示されている。生の多層集合基板２は、焼成後において所定の分割線１４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１を取り出すことができるようにされている。分割線１４は、たとえば、格子状に配列されている。
【００３７】
生の多層集合基板２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３ａとなる複数のセラミックグリーン層３を備えている。また、生の多層集合基板２は、多層セラミック基板１において設けられていた内部導体膜４、配線用ビアホール導体５ならびに外部導体膜７および９を備えている。また、生の多層集合基板２は、多層セラミック基板１において設けられていた外部電極１３を与えるための導体１５を備えている。導体１５は、分割線１４上に位置している。また、導体１５は、この実施形態では、生の多層集合基板２を積層方向に貫通するように設けられている。
【００３８】
なお、図４では、図１に示した外部導体膜７の図示が省略されている。
【００３９】
生の多層集合基板２におけるセラミックグリーン層３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。
【００４０】
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。
【００４１】
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４、配線用ビアホール導体５ならびに外部導体膜７および９が形成される。導体膜４、７および９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５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。
【００４２】
また、導体１５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１５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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、生の多層集合基板２を積層方向に挟むように、第１および第２の収縮抑制層１６および１７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１８が作製される。第１および第２の収縮抑制層１６および１７は、前述したセラミックグリーン層３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。
【００４５】
たとえば、セラミックグリーン層３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１６および１７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１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。
【００４６】
収縮抑制層１６および１７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１６および１７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。
【００４７】
図１（２）には、第１の収縮抑制層１６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１７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１６と第２の収縮抑制層１７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。
【００４８】
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１６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１７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。
【００４９】
ここで、第１の収縮抑制層１６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１７の厚みは、これが接する生の多層集合基板２の主面上に形成された外部導体膜９を損傷等から保護するのに十分なように選ばれる。
【００５０】
生の複合積層体１８は、次いで、積層方向にプレスされることが好ましい。このプレスは、生の複合積層体１８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３相互間、収縮抑制層１６および１７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２と収縮抑制層１６および１７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。
【００５１】
上述したプレスは、グリーンシートを積層する毎に実施されるプレスに置き換えられても、あるいは、グリーンシートを積層する毎にプレスを実施した上で、さらに実施されてもよい。
【００５２】
なお、図１（２）に示した生の複合積層体１８を得るため、上述したように、生の多層集合基板２をまず得た後、これに収縮抑制層１６および１７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１７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３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１６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。
【００５３】
次に、図１（３）に示すように、生の複合積層体１８を積層方向に貫通する貫通孔１９が分割線１４上に形成される。この貫通孔１９を形成した後の生の複合積層体１８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１６の一部は破断され、その下にある生の多層集合基板２の一部が図示されている。
【００５４】
上述した貫通孔１９の形成工程について、図６を参照して説明する。
【００５５】
図６（１）に示すように、生の複合積層体１８は金型２０上に置かれ、第１の収縮抑制層１６側から矢印２１で示すように積層方向に打ち抜くことによって、貫通孔１９が形成される。このとき、貫通孔１９を規定する壁部において、生の複合積層体１８を構成する材料の流動が打ち抜き方向２１に生じ、セラミックグリーン層３ならびに収縮抑制層１６および１７において垂れ部２２が形成される。
【００５６】
しかしながら、金型２０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１７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３にあっては、垂れ部２２はそれほど大きく形成されない。
【００５７】
図６では、導体１５の図示が省略されているが、貫通孔１９は、図１（３）に示すように、導体１５を貫通する位置に設けられる。これによって、導体１５は、その一部が貫通孔１９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１９を設けることによって、導体１５は分断される。
【００５８】
貫通孔１９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１９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１４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１を取り出すための多層集合基板２ａの分割をより円滑に進めることができる。
【００５９】
なお、貫通孔１９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。
【００６０】
次に、図２（１）に示すように、貫通孔１９に有機物２３が充填される。有機物２３としては、樹脂ペーストが好適に用いられ、より好ましくは、８００℃以下の空気中で焼失する有機物粉末とビヒクルとの混合物が用いられる。一例として、有機物２３として、ポリプロピレンの粉末をエチルセルロース系のビヒクルに分散させたものが用いられ、貫通孔１９への充填には、スキージングが適用される。
【００６１】
上述のように、貫通孔１９に有機物２３が充填された状態にある生の複合積層体１８は、図７に平面図でも示されている。
【００６２】
次に、図２（２）に示すように、生の複合積層体１８における分割線１４の位置に沿って、切り込み溝２４が設けられる。この切り込み溝２４は、分割線１４の場合と同様、格子状に配列される。切り込み溝２４の形成には、たとえば、カッター刃を生の複合積層体１８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。
【００６３】
切り込み溝２４は、第１および第２の収縮抑制層１６および１７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２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２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（２）に示したように、切り込み溝２４は、第２の収縮抑制層１７側に設けられる。
【００６４】
なお、有機物２３は、このような切り込み溝２４を形成する際にも、貫通孔１９の変形を防止するように作用する。しかしながら、このような利点を特に望まないならば、図２（１）に示した貫通孔１９に有機物２３を充填する工程は、図２（２）に示した切り込み溝２４を形成する工程の後に実施されてもよい。また、貫通孔１９を設ける工程と切り込み溝２４を設ける工程とを逆の順序で実施してもよい。
【００６５】
次に、図２（３）に示すように、生の複合積層体１８の第２の収縮抑制層１７上に、第３の収縮抑制層２５が配置される。第３の収縮抑制層２５は、第１および第２の収縮抑制層１６および１７と同様、セラミックグリーン層３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２５は、第１および第２の収縮抑制層１６および１７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。
【００６６】
第３の収縮抑制層２５は、比較的薄い第２の収縮抑制層１７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２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２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２ａ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２５が配置される場合には、第２および第３の収縮抑制層１７および２５の合計厚みと第１の収縮抑制層１６の厚みとの差は、２００μｍ以下とされることが好ましい。
【００６７】
次に、第３の収縮抑制層２５が追加された生の複合積層体１８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。
【００６８】
このプレス工程は、第３の収縮抑制層２５を積層した後に実施されるものであるので、貫通孔１９を形成した後にプレス工程を実施しなければならない状況の典型的な例の１つである。
【００６９】
上述のプレス工程において、貫通孔１９が有機物２３によって充填されているので、貫通孔１９が不所望にも変形したり、潰れたりすることを防止することができる。
【００７０】
また、プレスされる生の複合積層体１８にあっては、切り込み溝２４が第３の収縮抑制層２５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２４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２４の存在のために生じ得る生の多層集合基板２の反りを抑制するのに効果的である。
【００７１】
次に、生の複合積層体１８は、焼成工程に付される。これによって、図３（１）に示すように、生の多層集合基板２が焼結されて、焼結後の多層集合基板２ａとなる。この焼成工程においては、セラミックグリーン層３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３ａとなるが、収縮抑制層１６、１７および２５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１８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。
【００７２】
焼成工程において、収縮抑制層１６、１７および２５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１６、１７および２５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１６、１７および２５が生の多層集合基板２を拘束し、それによって、生の多層集合基板２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２ａにおいて不均一な変形等がもたらされにくくなる。
【００７３】
また、上述の焼成工程において、貫通孔１９内の有機物２３は焼失する。
【００７４】
次に、収縮抑制層１６、１７および２５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（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。
【００７５】
図３（２）に示した焼結後の多層集合基板２ａにおける貫通孔１９を規定する壁部でのセラミック層３ａの変形状態が図６（２）に示されている。
【００７６】
図６（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１９の周囲には、バリ２６が形成される。このバリ２６は、図６（１）に示すように、前述した貫通孔１９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３に形成された垂れ部２２に由来するものである。前述したように、生の複合積層体１８を金型２０上に置き、矢印２１方向への打ち抜きによって貫通孔１９を形成するとき、最も下のセラミックグリーン層３にあっては、金型２０に対して、比較的薄い第２の収縮抑制層１７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２２が形成されない。したがって、バリ２６の突出寸法２７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１７の厚みが５μｍである場合には、バリ２６の突出寸法２７は５μｍ以下に抑えることができる。
【００７７】
次に、焼結後の多層集合基板２ａ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１９の内面に露出する導体１５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１５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。
【００７８】
次に、焼結後の多層集合基板２ａが、切り込み溝２４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（３）に示すように、複数の多層セラミック基板１が取り出される。
【００７９】
この多層セラミック基板１の側面には、貫通孔１９の分断によって与えられた凹部１２が形成され、この凹部１２の内面上には、導体１５の一部が露出し、外部電極１３を与えている。
【００８０】
次に、この発明による貫通孔１９への有機物２３の充填の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。
【００８１】
この実験例では、貫通孔１９を、０．２ｍｍ×１．０ｍｍの断面寸法を有する長方形とし、ここに有機物２３を充填した場合と充填しない場合とにおいて、得られた焼結後の多層集合基板２ａでの貫通孔の形状変化を評価するとともに、導体１５へのめっき付与性を評価した。貫通孔１９の形状変化については、貫通孔１９の開口面積を、その上面と下面とで測定し、また、貫通孔１９の変形率を、その上面と下面とで求めた。
【００８２】
以上の結果が表１に示されている。
【００８３】
【表１】

【００８４】
表１からわかるように、「有機物充填あり」によれば、「有機物充填なし」に比べて、貫通孔１９の開口面積が十分に維持され、また、変形率も低く抑えられている。その結果、「めっき付与性」については、「有機物充填なし」ではめっき膜の「付着なし」であったのに対し、「有機物充填あり」ではめっき膜の「付着あり」であり、良好なめっき付与性を与え得ることがわかる。
【００８５】
次に、多層セラミック基板１において貫通孔１９を分断することによって形成された凹部１２およびその内面上に形成された外部電極１３の使用方法について説明する。
【００８６】
図８は、多層セラミック基板１がマザーボード１０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１３は、マザーボード１０上に設けられた導電ランド２８に半田２９を介して電気的に接続される。すなわち、図８に示した使用方法では、外部電極１３は、多層セラミック基板１の第２の主面８上に形成された外部導体膜９と同様、マザーボード１０に対する電気的接続を図るために用いられる。
【００８７】
図９は、多層セラミック基板１にキャップ３０が装着された状態を示している。キャップ３０は、脚部３１を備え、この脚部３１が凹部１２内に位置されることによって、キャップ３０が多層セラミック基板１に対して位置合わせされる。そして、脚部３１が、たとえば半田３２によって、外部電極１３に接合されることにより、キャップ３０が多層セラミック基板１に対して機械的に固定される。この場合、キャップ３０が導電性金属から構成されるとき、外部電極１３とキャップ３０とは電気的に接続された状態となる。
【００８８】
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。
【００８９】
たとえば、図示の実施形態では、導体１５は、生の多層集合基板２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２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１の側面に形成された凹部１２内において、外部電極１３が、多層セラミック基板１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１を、図８に示すように、マザーボード１０上に実装するとき、消費される半田２９の量を低減することができるばかりでなく、半田２９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１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。
【００９０】
また、生の多層集合基板２の内部に、導体１５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１９の存在は、焼結後の多層集合基板２ａの分割線１４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１９によって与えられた凹部１２は、たとえば図９に示すようにキャップ３０が装着される場合の脚部３１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。
【００９１】
上述の場合において、凹部１２内に外部電極１３を設ける必要があるならば、凹部１２の内面上に、外部電極１３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。
【００９２】
また、図示の実施形態では、切り込み溝２４は、焼成前の生の複合積層体１８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２ａ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２ａ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１６、１７および２５を除去した後の多層集合基板２ａ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１６、１７および２５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。
【００９３】
また、図示の実施形態では、生の複合積層体１８を作製するにあたって、セラミックグリーン層３となるセラミックグリーンシートならびに収縮抑制層１６、１７および２５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３となるべきセラミックスラリーや収縮抑制層１６、１７および２５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１８のための積層構造を得るようにしてもよい。
【００９４】
また、図示の実施形態では、貫通孔１９は、導体１５を分断するように設けられたが、必ずしも導体１５を分断する必要はなく、たとえば、貫通孔１９が導体１５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１９の内面上に導体１５の一部が露出するように設けられてもよい。
【００９５】
また、図示の実施形態では、生の複合積層体１８を焼成する前に、比較的薄い第２の収縮抑制層１７の厚みを補うため、第２の収縮抑制層１７上に第３の収縮抑制層２５を配置するようにしたが、第２の収縮抑制層１７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２５が配置されない状態で焼成工程が実施されてもよい。
【００９６】
また、図示の実施形態では、生の多層集合基板２の一方の主面上に第１の収縮抑制層１６を配置し、他方の主面上に第２の収縮抑制層１７を配置した状態にある、生の複合積層体１８に対し、貫通孔１９を形成する工程を実施したが、たとえば第１の収縮抑制層１６のみが配置された生の多層集合基板２に対して、貫通孔１９を形成し、その後、第２および／または第３の収縮抑制層１７および／または２５を配置するようにしてもよい。
【００９７】
また、図示の実施形態では、焼成される生の複合積層体１８が、生の多層集合基板２の一方および他方の主面上に第１ならびに第２および第３の収縮抑制層１６ならびに１７および２５が配置された状態を有していたが、たとえば、焼成時の反りの問題を無視することができるならば、第１の収縮抑制層１６のみというように、生の多層集合基板２の一方の主面上にのみ収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体を焼成するようにしてもよい。
【００９８】
さらに、この発明は、いわゆる無収縮プロセスではない方法、すなわち、収縮抑制層を備えない生の多層集合基板を焼成する場合にも、適用することができる。
【００９９】
上述の場合、および、前述のように、貫通孔が形成される段階で、生の多層集合基板２の少なくとも一方の主面上に収縮抑制層が配置されない場合には、貫通孔１９を打ち抜きによって形成したとしても、得られた多層セラミック基板１において、バリ２６が生じるという問題に遭遇することはない。
【０１００】
また、図面では、多層セラミック基板１において、別のチップ部品を収容するためのキャビティが図示されなかったが、多層セラミック基板１は、このようなキャビティを備えていてもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、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、分割線上に形成された貫通孔に有機物を充填した状態で、生の多層集合基板を積層方向にプレスするようにしているので、このプレス工程において、貫通孔が不所望にも変形したり、潰れたりすることを防止することができる。したがって、生の多層集合基板に貫通孔を形成した後に、生の多層集合基板をプレスする、といった工程順を問題なく採用することができる。
【０１０２】
このようなことから、たとえば図示した実施形態のように、貫通孔１９を形成した後に第３の収縮抑制層２５を配置したり、あるいは、生の多層集合基板の少なくとも一方の主面上には収縮抑制層を配置しない段階で貫通孔を形成し、その後に収縮抑制層を配置したりする場合には、後で配置された収縮抑制層と貫通孔が形成された収縮抑制層または生の多層集合基板との間での密着性を高めるため、プレス工程を実施しなければならないが、このプレス工程において、貫通孔が不所望にも変形したり、潰れたりすることを有利に防止することができる。
【０１０３】
また、上述のように、貫通孔が潰れてしまうことを防止できるので、貫通孔の形成によって、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る場合には、この露出した導体に対するめっき処理を適正に行なうことができる。
【０１０４】
また、貫通孔に有機物が充填された状態でプレス工程が実施されるので、貫通孔の内周面が有機物によってより平滑化されるという効果も期待することができる。
【０１０５】
この発明において、いわゆる無収縮プロセスを適用して、貫通孔を形成する工程および有機物を充填する工程を、生の多層集合基板の一方の主面上に第１の収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体に対して実施し、貫通孔を、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形成し、有機物を充填した後、生の多層集合基板の他方の主面上に、第２の収縮抑制層を配置するようにすれば、収縮抑制層の存在にも関らず、貫通孔の形成によってバリが生じることを防止することができる。
【０１０６】
また、この発明において、無収縮プロセスを適用して、貫通孔を形成する工程および有機物を充填する工程を、生の多層集合基板の一方の主面上に第１の収縮抑制層が配置されかつ第２の主面上に第１の収縮抑制層より薄い第２の収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体に対して実施し、貫通孔を第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形成し、有機物を充填した後、第２の収縮抑制層上に第３の収縮抑制層を配置するようにすれば、貫通孔を形成する際には比較的薄い第２の収縮抑制層しかバリの形成に寄与しないため、このようなバリの突出度合いを小さくすることができる。
【０１０７】
上述の実施形態の場合、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ても、この導体膜を第１および第２の収縮抑制層によって覆っ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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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１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２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１８を示す平面図である。
【図６】（１）は、図１（３）に示した貫通孔１９を形成する工程において生じ得る生の複合積層体１８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１８から得られた焼結後の多層集合基板２ａを図解的に示す断面図である。
【図７】図２（１）に示した段階にある生の複合積層体１８を示す平面図である。
【図８】図３（３）に示した多層セラミック基板１がマザーボード１０上に実装された状態を示す断面図である。
【図９】図３（３）に示した多層セラミック基板１にキャップ３０を装着した状態を一部断面で示す正面図である。
【符号の説明】
１多層セラミック基板
２生の多層集合基板
２ａ焼結後の多層集合基板
３セラミックグリーン層
３ａセラミック層
７，９外部導体膜
１２凹部
１３外部電極
１４分割線
１５導体
１６第１の収縮抑制層
１７第２の収縮抑制層
１８生の複合積層体
１９貫通孔
２１打ち抜き方向を示す矢印
２２垂れ部
２３有機物
２４切り込み溝
２５第３の収縮抑制層

Claims

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備え、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る、生の多層集合基板を作製する工程と、
生の前記多層集合基板を貫通する貫通孔を前記分割線上に形成する工程と、
前記貫通孔に有機物を充填する工程と、
次いで、生の前記多層集合基板を積層方向にプレスする工程と、
次いで、生の前記多層集合基板を焼成し、焼結後の前記多層集合基板を得る工程と、
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。
生の前記多層集合基板の少なくとも一方の主面上に、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収縮抑制層を配置する工程をさらに備え、
前記貫通孔を形成する工程、前記有機物を充填する工程、前記プレスする工程および前記焼成する工程は、生の前記多層集合基板の少なくとも一方の主面上に前記収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体に対して実施され、
前記焼成する工程は、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実施され、
前記焼成する工程の後、前記収縮抑制層を除去する工程をさらに備える、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
生の前記多層集合基板の一方の主面上に、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１の収縮抑制層を配置する工程をさらに備え、
前記貫通孔を形成する工程および前記有機物を充填する工程は、生の前記多層集合基板の一方の主面上に前記第１の収縮抑制層が配置された状態にある生の複合積層体に対して実施され、
前記貫通孔を形成する工程は、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前記貫通孔を形成するように実施され、
前記有機物を充填する工程の後、生の前記多層集合基板の他方の主面上に、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２の収縮抑制層を配置する工程をさらに備え、
前記プレスする工程は、生の前記多層集合基板の一方および他方の主面上に前記第１および第２の収縮抑制層がそれぞれ配置された状態にある生の複合積層体に対して実施され、
前記焼成する工程は、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実施され、
前記焼成する工程の後、前記第１および第２の収縮抑制層を除去する工程をさらに備える、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
生の前記多層集合基板の一方の主面上に、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１の収縮抑制層を配置するとともに、生の前記多層集合基板の他方の主面上に、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みかつ前記第１の収縮抑制層より薄い第２の収縮抑制層を配置する工程を工程をさらに備え、
前記貫通孔を形成する工程および前記有機物を充填する工程は、生の前記多層集合基板の一方および他方の主面上に前記第１および第２の収縮抑制層がそれぞれ配置された状態にある生の複合積層体に対して実施され、
前記貫通孔を形成する工程は、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前記貫通孔を形成するように実施され、
前記有機物を充填する工程の後、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、
前記プレスする工程は、生の前記多層集合基板の一方および他方の主面上に前記第１ならびに第２および第３の収縮抑制層がそれぞれ配置された状態にある生の複合積層体に対して実施され、
前記焼成する工程は、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実施され、
前記焼成する工程の後、前記第１ならびに第２および第３の収縮抑制層を除去する工程をさらに備える、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記有機物を充填する工程の後に、前記分割線の位置に沿って、生の前記多層集合基板に切り込み溝を設ける工程をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
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５のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
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６に記載の多層セラミック基板の製造方法。
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５のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記有機物は、樹脂ペーストである、請求項１ないし８のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記樹脂ペーストは、８００℃以下の空気中で焼失する有機物粉末とビヒクルとの混合物である、請求項９に記載の多層セラミック基板の製造方法。