【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパソコンや携帯電話等の各種電子機器に使用されるセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセラミック多層基板の製造方法としては、図３に示す方法がある。
【０００３】
図３は従来のグリーンシート積層法によるセラミック多層基板の断面図である。
【０００４】
図３に示すガラスセラミックグリーンシート層１の上に電極３を印刷して所定枚数を作製し、さらに各ガラスセラミックグリーンシート層１の電極３を接続し、両面を覆うようにアルミナグリーンシート層２を配置して加熱および加圧して積層する。そしてガラスセラミックグリーンシート層１が焼結する温度において、脱バインダーして焼成を行いセラミック多層基板が得られる。
【０００５】
この製造方法において、焼成工程でアルミナグリーンシート層２がガラスセラミックグリーンシート層１の焼成収縮を抑制するため平面方向にほぼ無収縮にすることができ、平面方向の寸法精度が高いセラミック多層基板が得られる。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１２６６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の製造方法では、アルミナグリーンシート層２がガラスセラミックグリーンシート層１の焼成収縮を抑制するために平面方向の焼成収縮の応力による破損や寸法変化等が生じないようにアルミナグリーンシート層２の総厚み（例えば片面の厚み３００μｍの場合、両面で６００μｍ）とガラスセラミックグリーンシート層１の総厚み（例えば１層の厚み２００μｍの場合、３層で６００μｍ）と同程度の厚みが必要となる。アルミナグリーンシート層２が厚い場合は脱バインダーにおいて長い時間が必要となる。また焼成収縮の抑制効果を得るために加熱および加圧条件を高めに設定してアルミナグリーンシート層２とガラスセラミックグリーンシート層１との密着性を高めることが必要である。しかし加熱および加圧条件を高めにするとガラスセラミックグリーンシート層１の焼結体がアルミナグリーンシート層２に強固に付着するため、研磨剤等を含んだ液をノズルから噴射させ除去することが必要であった。
【０００９】
本発明は焼成時間を短縮してアルミナグリーンシート層を簡単に除去できるセラミック多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、以下の構成を有する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、セラミック基板の少なくとも片面にセラミック粉体を主成分とする離型層を形成する工程と、前記セラミック基板に形成した離型層がセラミック基板の耐熱温度以下で焼結するセラミックグリーンシートの両面に接するように配置する工程と、前記セラミックグリーンシートに荷重を負荷して脱バインダーして焼成する工程からなるセラミック多層基板の製造方法であり、厚み方向の焼成収縮効果によって面内方向にはほとんど寸法の変化なくセラミック多層基板が作製できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、セラミック粉体として、セラミックグリーンシートと反応が起こり難く焼結温度以上の耐熱性を有する材料を用いた請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、耐熱性セラミックを用いることにより、焼成してもセラミックグリーンシートの高い離型効果が得られる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、セラミック粉体として、アルミナ、ジルコニア、アルミナとジルコニアの混合体のいずれか１つからなる請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、耐熱性セラミックを用いることにより、焼成してもセラミックグリーンシートの高い離型効果が得られる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、離型層として、セラミック粉体に有機バインダーと有機溶剤を加えてペースト化してスクリーン印刷、スプレーまたはスピンナー装置によりセラミック基板上に形成する請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、容易にセラミック基板上に離型層が形成できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、有機バインダーとして、エチルセルロース樹脂、ブチラール樹脂、アクリル樹脂のいずれか１つを用いた請求項４に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、高い強度の乾燥した皮膜が作製できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、有機溶剤として、α−ターピネオールまたはブチルカルビトールアセテートを用いた請求項４に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、容易に樹脂を溶解できるため作業性の効率が向上する。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、有機バインダーとして、転移点が０℃以下の樹脂を用いた請求項４に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、常温において高い粘着性を有する離型層によりセラミックグリーンシートと離型層との接着性が向上する。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、離型層として、セラミック粉体と有機バインダーと有機溶剤を用いてドクターブレード法によりグリーンシート状にし、セラミック基板に接着して形成した請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、容易にセラミック基板上に離型層が形成できる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、有機溶剤として、トルエンまたはメチルエチルケトンを用いた請求項８に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、容易にセラミック基板上に離型層が形成することができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、有機バインダーとして、転移点が０℃以下の樹脂を用いた請求項８に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、常温において高い粘着性を有する離型層によりセラミックグリーンシートと離型層との接着性が向上する。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、セラミック基板として、気孔率が３０％〜７５％の多孔質セラミック基板を用いた請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法であり、脱バインダー効果が得られると共に焼成収縮による平面方向の応力を抑制することができる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、セラミックグリーンシート上に導体パターンを形成する工程と、前記導体パターンを形成した２枚以上のセラミックグリーンシートを加熱および加圧して一体化した多層セラミックグリーンシートを形成する工程と、セラミック基板の少なくとも片面にセラミック粉体を主成分とする離型層を形成する工程と、前記セラミック基板に形成した離型層がセラミックグリーンシートの両面に接するように配置し、荷重を負荷して脱バインダーして焼成する工程とからなるセラミック多層基板の製造方法であり、厚み方向の焼成収縮効果によって面内方向にはほとんど寸法変化のないセラミック多層基板が作製できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明のセラミック多層基板の製造方法を示す工程図である。
【００２５】
まず、図１に示した材料、各構成要素及び製造工程で使用する装置について説明する。
【００２６】
セラミック基板１１は未焼結セラミック材料を焼成するためのセッターであり、ガラスセラミックグリーンシート１３の焼結温度より高い耐熱性を有するアルミナ系材料やジルコニア系材料等を用いる。
【００２７】
離型層１２はアルミナやジルコニア等の未焼結セラミック基板を焼成する時に使用する敷き粉材料を有機バインダーと有機溶剤で混練したものをペースト状またはグリーンシート状に成形したものである。
【００２８】
ガラスセラミックグリーンシート１３は、ガラスセラミック、フェライト、誘電体材料等の粉体に有機バインダーとしてブチラール樹脂やアクリル樹脂、更に有機溶剤としてメチルエチルケトンやトルエン等を用いて可塑剤等を添加して混練によりスラリー状にしたものをドクターブレード法等によってキャリアフィルム上に塗布したものである。またガラスセラミックグリーンシート１３の厚みの範囲は一般的に０．０５〜１ｍｍであるが、複数枚を用いて加熱および加圧して一体化することが可能で所望の厚みが得られる。
【００２９】
図１を用いて製造工程について説明する。図１（ａ）はセラミック基板１１の上にセラミック粉体を主成分とする離型層１２をペースト状で塗布するか、グリーンシート状のものをアクリル樹脂等で接着させて形成する。図１（ｂ）はセラミック基板１１の上に形成した離型層１２がガラスセラミックグリーンシート１３の両面に接するように配置し、さらに厚み方向に荷重がかかるように荷重焼成用重石１４を配置した状態である。図１（ｃ）は図１（ｂ）に示す状態で脱バインダーおよび焼成工程により、平面方向に無収縮に焼成されたセラミック多層基板１５である。
【００３０】
以下、セラミック多層基板の製造方法について説明する。
【００３１】
図１（ａ）に示すようにセラミック基板１１として、アルミナ純度９６ｗｔ％のもので厚み０．８ｍｍｔのものを使用した。セラミック基板１１の反りは、１００ｍｍ角の基板で０．１ｍｍ以下である。またセラミック基板１１のシート内の厚みばらつきは±１０μｍ以内である。またセラミック基板１１の表面粗さはＲａで０．２〜０．５μｍであった。セラミック基板１１の気孔率は１０％以下のものを使用した。
【００３２】
また、離型層１２の原料粉は、平均粒径２〜３μｍ程度のアルミナをアクリル樹脂と有機溶剤とを用いて三本ロールによりペースト化したものを使用した。アルミナのペーストをスクリーン印刷機を用いてセラミック基板１１の上に１０μｍ〜２００μｍ程度の厚みの離型層１２を形成する。本実施の形態１では離型層１２の厚みを５０〜１００μｍで行った。アルミナ粉の代わりにジルコニア粉、炭化珪素粉や窒化アルミニウム粉を用いても同様の結果が得られた。
【００３３】
次に図１（ｂ）に示すようにガラスセラミックグリーンシート１３として、９００℃で焼結するガラスセラミック材料を用いた。ガラスセラミック基板の材料であるガラスセラミックグリーンシート１３の原料粉として焼成してアノーサイト結晶を有するようにアルミナ粉とガラス粉とを用いて有機バインダーとし、ブチルメタクリレート等のアクリル樹脂に有機溶剤としてメチルエチルケトンやトルエン等を用いて可塑剤等を添加して混練によりスラリー状にしたものをドクターブレード法等によって塗布したガラスセラミックグリーンシート１３を用いる。
【００３４】
また、ガラスセラミックグリーンシート１３は厚みが０．０５〜１ｍｍのものを使用する。本実施の形態１ではガラスセラミックグリーンシート１３の厚み０．６ｍｍのもので、サイズは１００ｍｍ角のものを使用した。
【００３５】
ガラスセラミックグリーンシート１３を所定の厚みになるように１枚または複数枚を用いて、加熱および加圧してシート密度を上げ、ガラスセラミックグリーンシート１３の焼成において、厚み方向の焼成収縮を促進させると共に複数枚を一体化させる。加熱温度は５０〜１００℃、加圧は１５０〜３００ｋｇ／ｃｍ２とする条件で加熱および加圧時間を２〜５分とした。
【００３６】
また、加熱および加圧条件として、ガラスセラミックグリーンシート１３の間の接合を得るために５０℃以上で５０ｋｇ／ｃｍ２以上が必要である。さらに加熱温度の上限が１００℃を超えると、ガラスセラミックグリーンシート１３の成分である可塑剤の蒸発量が大きくなり、ガラスセラミックグリーンシート１３の柔軟性が劣化して、ガラスセラミックグリーンシート１３の間の接合不良やシート膜のクラックが生じるために１００℃以下とした。さらに加圧条件の上限はガラスセラミックグリーンシート１３の間の加圧接合による平面方向の寸法伸びを考慮すると、３００ｋｇ／ｃｍ２以内が望ましい。
【００３７】
次に、セラミック基板１１の上に形成した離型層１２がガラスセラミックグリーンシート１３の両面に接するように配置する。さらにセラミック基板１１の上に荷重焼成ができるような荷重焼成用重石１４を載せる。この荷重焼成用重石１４の荷重により、ガラスセラミックグリーンシート１３に５０ｇ／ｃｍ２以上の加圧が発生するように調整する。荷重焼成での加圧条件は最低接合に必要な加圧量は５０ｇ／ｃｍ２以上であり、焼成したガラスセラミックグリーンシート１３の平面方向の伸び量による寸法精度の点から最大加圧は３００ｇ／ｃｍ２以下にすることが望ましい。
【００３８】
さらに荷重焼成用重石１４を載せた状態で脱バインダーおよび焼成を行う。脱バインダー条件は焼成したガラスセラミックグリーンシート１３の焼結セラミック基板にクラック等の欠損やデラミネーションが起こらないように以下に説明する温度とした。脱バインダーのピーク温度までの昇温速度は５〜１０℃／時間で行い、ピーク温度４００℃〜５００℃で４〜６時間程度保ち引き続き焼成はガラスセラミックグリーンシート１３の焼結温度９００〜９２０℃でピーク時間１０〜２０分間行う。
【００３９】
その結果、セラミック基板１１の上のガラスセラミックグリーンシート１３は、セラミック基板１１による焼成収縮の抑制効果と荷重焼成によるガラスセラミックグリーンシート１３の厚み方向による焼成収縮の促進効果によって、面内方向にはほとんど寸法変化が生じなく焼成され、厚み方向のみに焼成収縮が発生する。その結果図１の（ｃ）に示すように面内方向の寸法精度が非常に良好なセラミック多層基板１５を製造することができる。セラミック多層基板１５の反りは、１００ｍｍ角で０．０５ｍｍ以下の非常に良好な基板が得られる。また平面方向の寸法精度は±０．１％以下の高精度なものが得られた。
【００４０】
これは従来方法におけるガラスセラミックグリーンシート１３の厚みに対してアルミナグリーンシートの焼成収縮の抑制層が片面０．３ｍｍ、両面では０．６ｍｍ必要となることに対して、本実施の形態１では焼成収縮の抑制層として離型層１２の厚みは片面０．１ｍｍ以下、両面では０．２ｍｍ以下の半分以下で同様な効果を得ることができ、ガラスセラミックグリーンシート１３の焼成収縮の抑制層に付着する付着物を容易に除去することができる。
【００４１】
また、ガラスセラミックグリーンシート１３について、セラミック基板１１の耐熱温度以下で焼結可能な誘電体やフェライト材料等でも同様の方法で製造することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図１を用いて説明する。
【００４３】
図１（ａ）に示す離型層の形成方法について説明する。使用する材料はアルミナ粉体、エチルセルロース樹脂、α−テルピネオール等の有機材料と添加剤としてＤＢＰ等の可塑剤である。アルミナ粉体は平均粒径２〜３μｍのものである。
【００４４】
アルミナ粉体を１００部に対し、エチルセルロース樹脂を２〜６部、α−テルピネオールを１０〜２０部の量を混合して三本ロールにてペースト状にする。ペーストの粘度はα−テルピネオールの添加量により調整をする。このアルミナペーストをセラミック基板１１にスクリーン印刷法によって離型層１２を形成する。
【００４５】
離型層１２はバッチ式乾燥機により温度１５０℃で１０〜１５分程度乾燥させる。スクリーンマスクは８０〜３２０メッシュを用いて印刷回数を１回から複数回行い、乾燥により８〜２００μｍ程度の乾燥膜を形成した。
【００４６】
離型層１２の厚みが１０μｍ未満の場合、ガラスセラミックグリーンシート１３の焼成工程でセラミック基板１１とガラスセラミックグリーンシート１３の間で部分的な接合が発生する場合があり、少なくとも離型層の厚みは２０μｍ以上必要である。
【００４７】
以上のような方法によりセラミック基板１１の上に離型層１２を形成することによって、実施の形態１で示したガラスセラミックグリーンシート１３の焼成収縮を抑制する効果が得られる。またエチルセルロースの代わりに、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やブチラール樹脂を使用しても同様の効果が得られる。
【００４８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図１を用いて説明する。
【００４９】
図１（ａ）に示す離型層の形成方法について説明する。使用する材料はアルミナ粉体、アクリル樹脂、メチルエチルケトン等の有機材料と添加剤としてＤＢＰ等の可塑剤である。アルミナ粉体は平均粒径２〜３μｍのものである。
【００５０】
アルミナ粉体を１００部に対し、アクリル樹脂を２〜６部、エチルメチルケトンを１５〜３０部の量を混合して混練機によりスラリー状にし、ドクターブレード法にてＰＥＴフィルム上にシート状に成型する。これによって離型層１２となるアルミナシートができる。
【００５１】
このアルミナシートをセラミック基板１１にアクリル接着剤によって接着させて離型層１２を形成する。離型層１２は４０〜２００μｍ程度のものを使用した。離型層１２の厚みは本実施の形態３のドクターブレード法で使用した装置の薄膜化の限界である４０μｍ以上で行った。
【００５２】
以上のような方法によりセラミック基板１１の上に離型層１２を形成することによって、実施の形態１で示したガラスセラミックグリーンシート１３の焼成収縮を抑制する効果が得られた。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について図１を用いて説明する。図１（ａ）に示す離型層の形成方法について説明する。
【００５４】
使用する材料はアルミナ粉体、アクリル樹脂、α−テルピネオール等の有機材料と添加剤としてＤＢＰ等の可塑剤である。アルミナ粉体は平均粒径２〜３μｍのものである。アルミナ粉体を１００部に対し、アクリル樹脂を２〜６部、α−テルピネオールを１０〜２０部の量を混合して三本ロールにてペースト状にする。ペーストの粘度はα−テルピネオールの添加量により調整をする。
【００５５】
アクリル樹脂は転移点が常温以下のエチルアクリレート系やブチルアクリレート系のもので常温で粘着性を有する材料である。このアルミナペーストをセラミック基板１１にスクリーン印刷法によって離型層１２を形成する。離型層１２はバッチ式乾燥機により温度１５０℃で時間１０〜１５分程度乾燥させる。メタルマスクを用いて乾燥して８〜２００μｍ程度の乾燥膜を形成した。
【００５６】
離型層１２の厚みが１０μｍ未満の場合、ガラスセラミックグリーンシート１３の焼成工程でセラミック基板１１とガラスセラミックグリーンシート１３の間で部分的な接合の不良が発生する場合があり、少なくとも離型層１２の厚みは２０μｍ以上必要である。
【００５７】
以上のような方法で、セラミック基板１１の上に離型層１２を形成することによって、常温で粘性を有する離型層１２をガラスセラミックグリーンシート１３の両面に接合させた場合、非常に接合性が優れているため、エチルセルロース材料でペースト状にしたものに比べ、ガラスセラミックグリーンシート１３と離型層１２との間にゴミが入った場合でも接合性が向上し、部分的な焼成収縮の抑制効果の不良によるガラスセラミックグリーンシート１３のクラック等の欠損が非常に少なくすることができた。
【００５８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について図１を用いて説明する。図１（ａ）に示す離型層の形成方法について説明する。
【００５９】
有機バインダーとして、転移点が常温以下のものを使った場合について説明する。使用する材料はアルミナ粉体、アクリル樹脂、メチルエチルケトン等の有機材料と添加剤としてＤＢＰ等の可塑剤である。アルミナ粉体は平均粒径２〜３μｍのものである。
【００６０】
アルミナ粉体を１００部に対して、アクリル樹脂を２〜６部、エチルメチルケトンを１５〜３０部の量を混合して混練機によりスラリー状にし、ドクターブレード法にてＰＥＴフィルム上にシート状に成型する。これによって離型層１２となるアルミナシートができる。アクリル樹脂は転移点が常温以下のエチルアクリレート系やブチルアクリレート系であり、常温で粘着性を有する材料である。
【００６１】
このアルミナシートをセラミック基板１１にアクリル接着剤によって接着させて離型層１２を形成する。離型層１２は４０〜２００μｍ程度のものを使用した。離型層１２の厚みは本実施の形態５のドクターブレード法で使った装置の薄膜化の限界である４０μｍ以上で行った。
【００６２】
以上のような方法で、セラミック基板１１の上に離型層１２を形成することによって、常温で粘性を有する離型層１２をガラスセラミックグリーンシート１３の両面に接合させた場合、非常に接合性が優れているため、ブチルメタクリレートなどの転移点が常温以上のアクリル材料でシート状にしたものに比べ、ガラスセラミックグリーンシート１３と離型層１２との間にゴミが入った場合でも接合性が向上し、部分的な焼成収縮の抑制効果の不良によるガラスセラミックグリーンシート１３のクラック等の欠損が非常に少なくすることができた。
【００６３】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６について図１を用いて説明する。
【００６４】
図１（ａ）に示すセラミック基板１１として、気孔率３０〜７５％の多孔質セラミック基板を使用した場合について説明する。
【００６５】
多孔質セラミック基板は主成分としてアルミナと酸化珪素でムライトやコージライトの結晶相を有するもので、表面粗さはＲａ１〜１０μｍのものを使用した。
【００６６】
セラミック基板１１は所定の機械強度が必要であり、一般的に気孔率は１０％以下のものが使われるが、本実施の形態６では荷重焼成において、圧力に耐える機械強度が必要であり、気孔率３０〜７５％の多孔質セラミック基板でも十分に耐えられる。
【００６７】
ここで従来の気孔率１０％以下のアルミナ基板を用いた場合、ガラスセラミックグリーンシート１３の脱バインダーにおいて必要な時間は、脱バインダーのピーク温度までの昇温速度は５℃／時間程度、脱バインダー温度４００℃〜５００℃でピーク時間４〜６時間程度が必要であった。そこで気孔率を３０〜７５％の多孔質セラミック基板を用いることで、脱バインダーのピーク温度までの昇温速度は２０℃／時間程度、脱バインダー温度４００℃〜５００℃でピーク時間２〜４時間程度に短縮したが、ガラスセラミックグリーンシート１３の焼成した焼結体にはクラック等の欠損やデラミネーションが発生せず良好なセラミック多層基板１５が得られた。
【００６８】
さらにセラミック多層基板１５の反りは、１００ｍｍ角で０．０５ｍｍ以下の非常に良好な基板が得られた。また平面方向の寸法精度は±０．０６％以下の高精度なものが得られ、実施の形態１の気孔率１０％以下で、表面粗さＲａが０．２〜０．５μｍのアルミナ基板を使用した場合に比べて寸法精度が向上した。
【００６９】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７について図２（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【００７０】
図２（ａ）〜（ｅ）は本発明のセラミック多層基板の製造方法を示す工程図である。
【００７１】
まず、図２に示した材料、各構成要素及び製造工程で使用する装置について説明する。
【００７２】
セラミックグリーンシート１６は、ガラスセラミック、フェライト、誘電体材料等の粉体にブチラール樹脂やアクリル樹脂を有機バインダーとして用いて可塑剤等を添加して混練によりスラリー状にしたものをドクターブレード法等によってキャリアフィルム上に塗布したものである。またガラスセラミックグリーンシート１６の厚みの範囲は一般的に０．０５〜１ｍｍであり、複数枚を用いて加熱および加圧して一体化することにより所望の厚みが得られる。
【００７３】
導体パターン１７は貴金属であるＡｇ系、Ａｕ系の材料やＣｕなどのペーストを使用して、スクリーン印刷法や凹版転写法を用いてガラスセラミックグリーンシート１６の上にパターンニングを行う。
【００７４】
セラミック基板１９は未焼結セラミック材料を焼成するためのセッターであり、本発明ではガラスセラミックグリーンシート１６の焼結温度より高い耐熱性を有するアルミナ系材料やジルコニア系材料等を用いる。
【００７５】
離型層２０はアルミナやジルコニア等の未焼結セラミック基板の焼成に使用する敷き粉材料を有機バインダーと有機溶剤で混練したものをペースト状またはグリーンシート状に成形したものである。
【００７６】
荷重焼成用重石２１はガラスセラミックグリーンシート１６の焼成工程に耐えられる耐熱性の金属もしくはセラミックを用いる。
【００７７】
図２を用いて製造工程について説明する。図２（ａ）はガラスセラミックグリーンシート１６の上に導体パターン１７を形成して所定の枚数を配置したものである。図２（ｂ）はガラスセラミックグリーンシート１６を所定の構成になるように加熱および加圧してセラミック多層基板１８として一体化したものである。
【００７８】
図２（ｃ）はセラミック基板１９の上にセラミック粉体を主成分とする離型層２０をペースト状で塗布するか、グリーンシート状のものをアクリル樹脂等で接着させて形成したものである。図２（ｄ）はセラミック基板１９の上に形成した離型層２０がセラミック多層基板１８を両面に接するように配置して厚み方向に荷重がかかるように荷重焼成用重石２１を配置した状態である。図２（ｅ）は図２（ｄ）に示す状態で脱バインダーおよび焼成工程を行うことで、平面方向に無収縮に焼成されることで得られたセラミック多層基板１８である。
【００７９】
以下、セラミック多層基板１８の製造方法について説明する。
【００８０】
図２（ａ）に示すようにガラスセラミックグリーンシート１６の上に導体ペーストを用いてスクリーン印刷により導体パターン１７を形成する。所定の回路に構成するために、ガラスセラミックグリーンシート１６の上に導体パターン１７を形成して所定の枚数を作製する。
【００８１】
ガラスセラミックグリーンシート１６の原料粉として焼成してアノーサイト結晶を有するアルミナ粉とガラス粉とを用いて有機バインダーのアクリル樹脂（ブチルメタクリレート）、可塑剤としてジブチルフタレートを添加して混練によりスラリー状にしたものをドクターブレード法等によって塗布して製造したガラスセラミックグリーンシート１６を用いる。またガラスセラミックグリーンシート１６は厚みが０．０５〜１ｍｍのものを使用する。
【００８２】
また導体ペーストはＡｇペースト、Ａｇ−Ｐｄペースト、Ａｕペースト、Ａｕ−ＰｄペーストなどのＡｇ系やＡｕ系のペーストが使用できるが、本実施の形態７ではＡｇペーストを用いた。使用したＡｇペーストは、平均粒径２〜３μｍのＡｇ粉を１００部に対してエチルセルロースを３〜６部とα−ターピネオール１５〜２５部でジブチルフタレートを可塑剤として添加して三本ロールにて混練によりペースト状にしたものである。
【００８３】
図２（ｂ）は図２（ａ）に示すように導体パターン１７を形成したガラスセラミックグリーンシート１６を一枚または複数枚を加熱および加圧してセラミック多層基板１８として一体化する。加熱温度は５０〜１００℃、加圧は１５０〜３００ｋｇ／ｃｍ２の条件で加熱および加圧時間を２〜５分とした。また加熱および加圧条件としてガラスセラミックグリーンシート１６の間の接合を得るため、５０℃以上で５０ｋｇ／ｃｍ２以上が必要となる。さらに加熱温度の上限が１００℃を超えるとガラスセラミックグリーンシート１６の成分である可塑剤の蒸発量が大きくなるためガラスセラミックグリーンシート１６の柔軟性が劣化してガラスセラミックグリーンシート１６の間の接合不良やシート膜のクラック発生等の問題が生じるため１００℃以下とした。さらに加圧条件の上限はガラスセラミックグリーンシート１６の加圧接合において、平面方向の寸法伸びを考慮すると３００ｋｇ／ｃｍ２以内が望ましい。
【００８４】
次に、図２（ｃ）に示すセラミック基板１９として、アルミナ純度９６ｗｔ％のもので厚み０．８ｍｍｔのものを使用した。また離型層２０として、原料粉はアルミナで平均粒径２〜３μｍ程度、アクリル樹脂とα−テルピネオールと可塑剤としてジブチルフタレートを添加して三本ロールによりペースト化したものを使用した。アルミナ粉１００部に対して、アクリル樹脂を３〜７部、α−テルピネオールを１５〜２５部とした。アルミナのペーストをスクリーン印刷機を用いて、セラミック基板１９の上に厚み８μｍ〜２００μｍ程度の離型層２０を形成する。アルミナ粉の代わりにジルコニア粉に代えても同様の結果が得られた。
【００８５】
次に、図２（ｄ）に示すセラミック基板１９の上に形成した離型層２０がガラスセラミックグリーンシート１６のセラミック多層基板１８と両面に接するように配置する。さらにセラミック基板１９の上に荷重焼成ができるような荷重焼成用重石２１を載せる。この荷重焼成用重石２１の荷重によりガラスセラミックグリーンシート１６のセラミック多層基板１８に５０ｇ／ｃｍ２以上の加圧が発生するように調整する。荷重焼成での加圧条件として、最低接合に必要な加圧量は５０ｇ／ｃｍ２以上であり、焼成してガラスセラミックグリーンシート１６の平面方向における伸び量は寸法精度の点から最大加圧を３００ｇ／ｃｍ２以下に制限する必要がある。さらに荷重焼成用重石２１を載せた状態で脱バインダーおよび焼成を行う。脱バインダーは温度４００℃〜５００℃でピーク時間４〜６時間程度行い、焼成はガラスセラミックグリーンシート１６の焼結温度９００〜９２０℃でピーク時間１０〜２０分間として行う。
【００８６】
図２（ｅ）に示すセラミック基板１９の上のガラスセラミックグリーンシート１６のセラミック多層基板１８は、離型層２０による焼成収縮の抑制効果と荷重焼成により厚み方向の焼成収縮促進効果によって、面内方向にはほとんど寸法の変化がなく焼成され、厚み方向のみに焼成収縮する。その結果セラミック多層基板１８の反りは、１００ｍｍ角で０．０５ｍｍ以下でかつ平面方向の寸法精度は±０．１％以下の高精度なものが得られた。
【００８７】
以上の製造方法により、面内方向の寸法精度が非常に良好なセラミック多層基板１８を製造することができた。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、セラミック基板の少なくとも片面にセラミック粉体を主成分とする離型層を形成する工程と、前記セラミック基板に形成した離型層がセラミック基板の耐熱温度以下で焼結するセラミックグリーンシートの両面に接するように配置する工程と、前記セラミックグリーンシートに荷重を負荷して脱バインダーして焼成する工程からなるセラミック基板の製造方法であり、厚み方向の焼成収縮効果によって面内方向にはほとんど寸法の変化なくセラミック多層基板が作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）本発明のセラミック多層基板の製造方法を示す工程図
【図２】（ａ）〜（ｅ）本発明のセラミック多層基板の製造方法を示す工程図
【図３】従来のグリーンシート積層法によるセラミック多層基板の断面図
【符号の説明】
１１ セラミック基板
１２ 離型層
１３ セラミックグリーンシート
１４ 荷重焼成用重石
１５ セラミック多層基板
１６ セラミックグリーンシート
１７ 導体パターン
１８ セラミック多層基板
１９ セラミック基板
２０ 離型層
２１ 荷重焼成用重石[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate used for various electronic devices such as a personal computer and a mobile phone.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a conventional method for manufacturing a ceramic multilayer substrate.
[0003]
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional ceramic multilayer substrate formed by a green sheet laminating method.
[0004]
Electrodes 3 are printed on the glass ceramic green sheet layer 1 shown in FIG. 3 to prepare a predetermined number of sheets, and the electrodes 3 of each glass ceramic green sheet layer 1 are connected, and the alumina green sheet layer 2 is covered so as to cover both surfaces. Are arranged and laminated by heating and pressing. Then, at a temperature at which the glass ceramic green sheet layer 1 is sintered, the binder is removed and firing is performed to obtain a ceramic multilayer substrate.
[0005]
In this manufacturing method, in the firing step, the alumina green sheet layer 2 can be made almost non-shrinkage in the plane direction in order to suppress the firing shrinkage of the glass ceramic green sheet layer 1, and a ceramic multilayer substrate having high dimensional accuracy in the plane direction can be obtained. can get.
[0006]
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-5-12666
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional manufacturing method, the alumina green sheet layer 2 is formed so that the glass ceramic green sheet layer 1 is prevented from being damaged by shrinkage due to firing shrinkage in the plane direction and dimensional change is not caused. The total thickness (for example, when the thickness of one side is 300 μm, 600 μm for both sides) and the thickness of the glass ceramic green sheet layer 1 (for example, when the thickness of one layer is 200 μm, the thickness of three layers is 600 μm) are required. When the alumina green sheet layer 2 is thick, it takes a long time to remove the binder. Further, in order to obtain the effect of suppressing the firing shrinkage, it is necessary to increase the adhesion between the alumina green sheet layer 2 and the glass ceramic green sheet layer 1 by setting the heating and pressing conditions higher. However, when the heating and pressurizing conditions are increased, the sintered body of the glass ceramic green sheet layer 1 adheres firmly to the alumina green sheet layer 2, so that it is necessary to eject a liquid containing an abrasive or the like from a nozzle to remove it. Met.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate in which an alumina green sheet layer can be easily removed by shortening a firing time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the following configuration is provided.
[0011]
The invention according to claim 1 of the present invention includes a step of forming a release layer mainly composed of a ceramic powder on at least one surface of a ceramic substrate, and a step of forming a release layer formed on the ceramic substrate at a heat resistant temperature of the ceramic substrate. A method for manufacturing a ceramic multilayer substrate comprising a step of arranging a ceramic green sheet to be in contact with both surfaces thereof, and a step of applying a load to the ceramic green sheet, removing a binder, and firing the ceramic green sheet. Due to the firing shrinkage effect, a ceramic multilayer substrate can be manufactured with almost no dimensional change in the in-plane direction.
[0012]
The invention according to claim 2 is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein a material that does not easily react with the ceramic green sheet and has heat resistance higher than a sintering temperature is used as the ceramic powder. By using the heat-resistant ceramic, a high release effect of the ceramic green sheet can be obtained even when firing.
[0013]
The invention according to claim 3 is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein the ceramic powder is any one of alumina, zirconia, and a mixture of alumina and zirconia. By using this, a high release effect of the ceramic green sheet can be obtained even when firing.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, as the release layer, the ceramic powder is formed by adding an organic binder and an organic solvent to a ceramic powder to form a paste, and the paste is formed on the ceramic substrate by screen printing, spraying, or a spinner device. This is a method for manufacturing a multilayer substrate, in which a release layer can be easily formed on a ceramic substrate.
[0015]
The invention according to claim 5 is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 4, wherein any one of an ethyl cellulose resin, a butyral resin, and an acrylic resin is used as the organic binder. Can be produced.
[0016]
The invention according to claim 6 is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 4, wherein α-terpineol or butyl carbitol acetate is used as the organic solvent. Is improved.
[0017]
The invention according to claim 7 is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 4, wherein a resin having a transition point of 0 ° C. or less is used as the organic binder. The adhesiveness between the ceramic green sheet and the release layer is improved.
[0018]
The invention according to claim 8 is characterized in that the release layer is formed into a green sheet by a doctor blade method using a ceramic powder, an organic binder and an organic solvent, and is formed by bonding to a ceramic substrate. This is a method for manufacturing a multilayer substrate, in which a release layer can be easily formed on a ceramic substrate.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the eighth aspect, wherein toluene or methyl ethyl ketone is used as the organic solvent, and a release layer can be easily formed on the ceramic substrate.
[0020]
The invention according to claim 10 is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 8, wherein a resin having a transition point of 0 ° C. or less is used as the organic binder. The adhesiveness between the ceramic green sheet and the release layer is improved.
[0021]
An eleventh aspect of the present invention is the method for producing a ceramic multilayer substrate according to the first aspect, wherein a porous ceramic substrate having a porosity of 30% to 75% is used as the ceramic substrate. At the same time, the stress in the plane direction due to shrinkage during firing can be suppressed.
[0022]
The invention according to claim 12 is a step of forming a conductor pattern on a ceramic green sheet, and forming a multilayer ceramic green sheet by integrally heating and pressing two or more ceramic green sheets on which the conductor pattern is formed. And a step of forming a release layer mainly composed of ceramic powder on at least one surface of the ceramic substrate, and disposing the release layer formed on the ceramic substrate in contact with both surfaces of the ceramic green sheet, and applying a load. And a process of removing the binder and firing the resultant. A ceramic multilayer substrate having almost no dimensional change in the in-plane direction due to the firing shrinkage effect in the thickness direction can be manufactured.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
(Embodiment 1)
1A to 1C are process diagrams showing a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the present invention.
[0025]
First, a description will be given of the materials, components, and devices used in the manufacturing process shown in FIG.
[0026]
The ceramic substrate 11 is a setter for firing the unsintered ceramic material, and uses an alumina-based material, a zirconia-based material, or the like having a heat resistance higher than the sintering temperature of the glass ceramic green sheet 13.
[0027]
The release layer 12 is a paste or green sheet formed by kneading a spreading powder material used for firing a non-sintered ceramic substrate such as alumina or zirconia with an organic binder and an organic solvent.
[0028]
The glass ceramic green sheet 13 is prepared by adding butyral resin or acrylic resin as an organic binder to a powder of glass ceramic, ferrite, dielectric material, or the like, further adding a plasticizer or the like using methyl ethyl ketone or toluene as an organic solvent, and kneading the slurry. This is applied on a carrier film by a doctor blade method or the like. The thickness of the glass ceramic green sheet 13 is generally in the range of 0.05 to 1 mm. However, a desired thickness can be obtained by integrating a plurality of sheets by heating and pressing.
[0029]
The manufacturing process will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, a release layer 12 mainly composed of ceramic powder is applied on a ceramic substrate 11 in the form of a paste, or a green sheet is adhered with an acrylic resin or the like. In FIG. 1B, a release layer 12 formed on a ceramic substrate 11 is disposed so as to be in contact with both surfaces of a glass ceramic green sheet 13, and a load baking weight 14 is disposed so that a load is applied in a thickness direction. State. FIG. 1C shows a ceramic multi-layer substrate 15 which is fired in the state shown in FIG.
[0030]
Hereinafter, a method for manufacturing the ceramic multilayer substrate will be described.
[0031]
As shown in FIG. 1A, a ceramic substrate 11 having an alumina purity of 96 wt% and a thickness of 0.8 mmt was used. The warpage of the ceramic substrate 11 is 0.1 mm or less for a 100 mm square substrate. The thickness variation in the sheet of the ceramic substrate 11 is within ± 10 μm. The surface roughness of the ceramic substrate 11 was 0.2 to 0.5 μm in Ra. The porosity of the ceramic substrate 11 was 10% or less.
[0032]
The raw material powder of the release layer 12 was obtained by converting alumina having an average particle size of about 2 to 3 μm into a paste by using an acrylic resin and an organic solvent with a three-roll mill. A release layer 12 having a thickness of about 10 μm to 200 μm is formed on the ceramic substrate 11 using a paste of alumina by using a screen printing machine. In the first embodiment, the thickness of the release layer 12 is set to 50 to 100 μm. Similar results were obtained by using zirconia powder, silicon carbide powder or aluminum nitride powder instead of alumina powder.
[0033]
Next, as shown in FIG. 1B, as the glass ceramic green sheet 13, a glass ceramic material sintered at 900 ° C. was used. Alumina powder and glass powder are used as an organic binder so as to have anorthite crystals by firing as raw material powder of the glass ceramic green sheet 13 which is a material of the glass ceramic substrate, and methyl ethyl ketone is used as an organic solvent in an acrylic resin such as butyl methacrylate. A glass-ceramic green sheet 13 is prepared by adding a plasticizer or the like using kneader or toluene and kneading the mixture to form a slurry, and applying the slurry by a doctor blade method or the like.
[0034]
The glass ceramic green sheet 13 has a thickness of 0.05 to 1 mm. In the first embodiment, the glass ceramic green sheet 13 has a thickness of 0.6 mm and a size of 100 mm square.
[0035]
Using one or a plurality of glass ceramic green sheets 13 so as to have a predetermined thickness, the sheet density is increased by heating and pressurizing, and in firing the glass ceramic green sheets 13, firing shrinkage in the thickness direction is promoted. Multiple sheets are integrated. Heating temperature is 50 ~ 100 ℃, pressurization is 150 ~ 300kg / cm 2 The heating and pressurizing time was 2 to 5 minutes.
[0036]
The heating and pressing conditions are 50 kg / cm or more at 50 ° C. or more in order to obtain the bonding between the glass ceramic green sheets 13. 2 The above is necessary. When the upper limit of the heating temperature exceeds 100 ° C., the amount of evaporation of the plasticizer as a component of the glass ceramic green sheet 13 increases, and the flexibility of the glass ceramic green sheet 13 deteriorates. The temperature was set to 100 ° C. or lower because of poor bonding of the sheet and cracks in the sheet film. Further, the upper limit of the pressing condition is 300 kg / cm in consideration of the dimensional elongation in the planar direction due to the pressure bonding between the glass ceramic green sheets 13. 2 Within.
[0037]
Next, the release layer 12 formed on the ceramic substrate 11 is disposed so as to be in contact with both surfaces of the glass ceramic green sheet 13. Further, a load firing weight 14 is placed on the ceramic substrate 11 so that the load firing can be performed. Due to the load of the weight 14 for firing, 50 g / cm 2 Adjust so that the above pressure is generated. The pressing condition under load firing is that the minimum amount of pressing required for bonding is 50 g / cm. 2 As described above, the maximum pressure is 300 g / cm from the point of dimensional accuracy due to the amount of elongation of the fired glass ceramic green sheet 13 in the plane direction. 2 It is desirable to make the following.
[0038]
Further, debinding and firing are performed with the load firing weight 14 placed thereon. The binder removal conditions were the temperatures described below so that cracks and other defects and delamination would not occur on the sintered ceramic substrate of the fired glass ceramic green sheet 13. The rate of temperature rise up to the peak temperature of the binder removal is 5 to 10 ° C./hour, and the peak temperature is maintained at 400 to 500 ° C. for about 4 to 6 hours. For a peak time of 10 to 20 minutes.
[0039]
As a result, the glass ceramic green sheet 13 on the ceramic substrate 11 has an in-plane direction due to the effect of suppressing firing shrinkage by the ceramic substrate 11 and the effect of promoting firing shrinkage in the thickness direction of the glass ceramic green sheet 13 due to load firing. It is fired with almost no dimensional change, and firing shrinkage occurs only in the thickness direction. As a result, as shown in FIG. 1C, it is possible to manufacture the ceramic multilayer substrate 15 having very good dimensional accuracy in the in-plane direction. A very good substrate having a warpage of the ceramic multilayer substrate 15 of 0.05 mm or less in a 100 mm square is obtained. The dimensional accuracy in the plane direction was as high as ± 0.1% or less.
[0040]
This is because the thickness of the glass ceramic green sheet 13 in the conventional method requires a layer for suppressing the firing shrinkage of the alumina green sheet 0.3 mm on one side and 0.6 mm on both sides. The same effect can be obtained when the release layer 12 has a thickness of 0.1 mm or less on one side and a half or less of 0.2 mm or less on both sides as a shrinkage suppression layer, and adheres to the baking shrinkage suppression layer of the glass ceramic green sheet 13. Adhering substances can be easily removed.
[0041]
Further, the glass ceramic green sheet 13 can be manufactured by a similar method using a dielectric or ferrite material that can be sintered at a temperature lower than the heat resistance temperature of the ceramic substrate 11.
[0042]
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
A method for forming the release layer shown in FIG. 1A will be described. The materials used are organic materials such as alumina powder, ethylcellulose resin and α-terpineol, and plasticizers such as DBP as additives. The alumina powder has an average particle diameter of 2 to 3 μm.
[0044]
100 parts of the alumina powder, 2 to 6 parts of the ethylcellulose resin and 10 to 20 parts of α-terpineol are mixed into a paste with a three-roll mill. The viscosity of the paste is adjusted by the amount of α-terpineol added. This alumina paste is used to form a release layer 12 on a ceramic substrate 11 by screen printing.
[0045]
The release layer 12 is dried by a batch dryer at a temperature of 150 ° C. for about 10 to 15 minutes. Using a screen mask of 80 to 320 mesh, printing was performed once to several times, and a dried film having a thickness of about 8 to 200 μm was formed by drying.
[0046]
If the thickness of the release layer 12 is less than 10 μm, partial bonding may occur between the ceramic substrate 11 and the glass ceramic green sheet 13 in the firing step of the glass ceramic green sheet 13, and at least the thickness of the release layer Needs to be 20 μm or more.
[0047]
By forming the release layer 12 on the ceramic substrate 11 by the method described above, the effect of suppressing the firing shrinkage of the glass ceramic green sheet 13 described in the first embodiment can be obtained. The same effect can be obtained by using an acrylic resin, an epoxy resin or a butyral resin instead of ethyl cellulose.
[0048]
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0049]
A method for forming the release layer shown in FIG. 1A will be described. The materials used are organic materials such as alumina powder, acrylic resin and methyl ethyl ketone, and plasticizers such as DBP as additives. The alumina powder has an average particle diameter of 2 to 3 μm.
[0050]
100 parts of alumina powder, 2 to 6 parts of acrylic resin and 15 to 30 parts of ethyl methyl ketone are mixed and slurried by a kneader, and sheeted on a PET film by a doctor blade method. Mold. As a result, an alumina sheet serving as the release layer 12 is formed.
[0051]
The release sheet 12 is formed by bonding the alumina sheet to the ceramic substrate 11 with an acrylic adhesive. The release layer 12 having a thickness of about 40 to 200 μm was used. The thickness of the release layer 12 was set to 40 μm or more, which is the limit of thinning the apparatus used in the doctor blade method of the third embodiment.
[0052]
By forming the release layer 12 on the ceramic substrate 11 by the method described above, the effect of suppressing the firing shrinkage of the glass ceramic green sheet 13 shown in the first embodiment was obtained.
[0053]
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. A method for forming the release layer shown in FIG. 1A will be described.
[0054]
The materials used are organic materials such as alumina powder, acrylic resin and α-terpineol, and plasticizers such as DBP as additives. The alumina powder has an average particle diameter of 2 to 3 μm. Acrylic resin is mixed in an amount of 2 to 6 parts and α-terpineol in an amount of 10 to 20 parts with respect to 100 parts of the alumina powder, and the mixture is made into a paste with a three roll. The viscosity of the paste is adjusted by the amount of α-terpineol added.
[0055]
The acrylic resin is an ethyl acrylate or butyl acrylate resin having a transition point of room temperature or lower and is a material having adhesiveness at room temperature. This alumina paste is used to form a release layer 12 on a ceramic substrate 11 by screen printing. The release layer 12 is dried at a temperature of 150 ° C. for about 10 to 15 minutes by a batch dryer. Drying was performed using a metal mask to form a dry film of about 8 to 200 μm.
[0056]
If the thickness of the release layer 12 is less than 10 μm, partial bonding failure may occur between the ceramic substrate 11 and the glass ceramic green sheet 13 in the firing step of the glass ceramic green sheet 13, and at least the release layer The thickness of 12 needs to be 20 μm or more.
[0057]
By forming the release layer 12 on the ceramic substrate 11 by the method as described above, when the release layer 12 having viscosity at room temperature is bonded to both surfaces of the glass ceramic green sheet 13, the bonding property is very high. As compared with a paste made of an ethylcellulose material, even when dust enters between the glass ceramic green sheet 13 and the release layer 12, the bonding property is improved, and the partial firing shrinkage is suppressed. Defects such as cracks in the glass-ceramic green sheet 13 due to poor effect could be extremely reduced.
[0058]
(Embodiment 5)
Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. A method for forming the release layer shown in FIG. 1A will be described.
[0059]
The case where a binder having a transition point of room temperature or lower is used as the organic binder will be described. The materials used are organic materials such as alumina powder, acrylic resin and methyl ethyl ketone, and plasticizers such as DBP as additives. The alumina powder has an average particle diameter of 2 to 3 μm.
[0060]
100 parts of alumina powder, 2 to 6 parts of acrylic resin and 15 to 30 parts of ethyl methyl ketone are mixed and slurried by a kneader, and sheeted on a PET film by a doctor blade method. Mold into As a result, an alumina sheet serving as the release layer 12 is formed. The acrylic resin is an ethyl acrylate or butyl acrylate based material having a transition point of room temperature or lower, and is a material having adhesiveness at room temperature.
[0061]
The release sheet 12 is formed by bonding the alumina sheet to the ceramic substrate 11 with an acrylic adhesive. The release layer 12 having a thickness of about 40 to 200 μm was used. The thickness of the release layer 12 was set to 40 μm or more, which is the limit of thinning the apparatus used in the doctor blade method of the fifth embodiment.
[0062]
By forming the release layer 12 on the ceramic substrate 11 by the method as described above, when the release layer 12 having viscosity at room temperature is bonded to both surfaces of the glass ceramic green sheet 13, the bonding property is very high. Is superior to that of a sheet made of an acrylic material having a transition point of butyl methacrylate or the like at room temperature or higher. Thus, cracks and other defects in the glass ceramic green sheet 13 due to the poor effect of the partial suppression of firing shrinkage could be significantly reduced.
[0063]
(Embodiment 6)
Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0064]
A case where a porous ceramic substrate having a porosity of 30 to 75% is used as the ceramic substrate 11 shown in FIG.
[0065]
The porous ceramic substrate was composed of alumina and silicon oxide as main components and had a mullite or cordierite crystal phase, and had a surface roughness of Ra1 to 10 μm.
[0066]
The ceramic substrate 11 needs to have a predetermined mechanical strength and generally has a porosity of 10% or less. In the sixth embodiment, however, the mechanical strength that can withstand the pressure is required in firing under load. Even a porous ceramic substrate having a ratio of 30 to 75% can sufficiently withstand.
[0067]
In the case where a conventional alumina substrate having a porosity of 10% or less is used, the time required for debinding of the glass ceramic green sheet 13 is as follows. It required a peak time of about 4 to 6 hours at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. Therefore, by using a porous ceramic substrate having a porosity of 30 to 75%, the rate of temperature rise up to the peak temperature of the binder removal is about 20 ° C./hour, and the peak time is 2 to 4 hours at the binder removal temperature of 400 to 500 ° C. Although it was shortened to a degree, the sintered ceramic body of the glass ceramic green sheet 13 did not cause cracks or other defects or delamination, and a good ceramic multilayer substrate 15 was obtained.
[0068]
Further, a very good substrate having a warpage of the ceramic multilayer substrate 15 of not more than 0.05 mm in a 100 mm square was obtained. In addition, a high-precision dimensional accuracy of ± 0.06% or less in the planar direction is obtained, and an alumina substrate having a porosity of 10% or less and a surface roughness Ra of 0.2 to 0.5 μm according to the first embodiment is used. The dimensional accuracy has improved compared to when used.
[0069]
(Embodiment 7)
Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0070]
2A to 2E are process diagrams showing a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the present invention.
[0071]
First, a description will be given of the materials, components, and devices used in the manufacturing process shown in FIG.
[0072]
The ceramic green sheet 16 is obtained by adding a plasticizer or the like using butyral resin or acrylic resin as an organic binder to powder such as glass ceramic, ferrite, or a dielectric material and kneading the slurry to form a slurry by a doctor blade method or the like. It is applied on a carrier film. The range of the thickness of the glass ceramic green sheet 16 is generally 0.05 to 1 mm, and a desired thickness can be obtained by integrating the plurality of sheets by heating and pressing.
[0073]
The conductor pattern 17 is patterned on the glass ceramic green sheet 16 by using a noble metal such as an Ag-based or Au-based material or a paste of Cu or the like by using a screen printing method or an intaglio transfer method.
[0074]
The ceramic substrate 19 is a setter for firing the unsintered ceramic material. In the present invention, an alumina-based material, a zirconia-based material, or the like having a heat resistance higher than the sintering temperature of the glass ceramic green sheet 16 is used.
[0075]
The release layer 20 is formed by kneading a litter powder material used for firing an unsintered ceramic substrate such as alumina or zirconia with an organic binder and an organic solvent into a paste or green sheet.
[0076]
The weight 21 for load firing uses a heat-resistant metal or ceramic that can withstand the firing process of the glass ceramic green sheet 16.
[0077]
The manufacturing process will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a case where a predetermined number of conductive patterns 17 are formed on a glass ceramic green sheet 16 and arranged. FIG. 2 (b) shows an example in which the glass ceramic green sheet 16 is heated and pressed so as to have a predetermined configuration and integrated as a ceramic multilayer substrate 18.
[0078]
FIG. 2C shows a case where a release layer 20 containing ceramic powder as a main component is applied on a ceramic substrate 19 in a paste form, or a green sheet form is adhered with an acrylic resin or the like. . FIG. 2 (d) shows a state in which the load firing stone 21 is arranged so that the release layer 20 formed on the ceramic substrate 19 is in contact with the ceramic multilayer substrate 18 on both sides and a load is applied in the thickness direction. is there. FIG. 2E shows a ceramic multilayer substrate 18 obtained by performing a binder removal and firing process in the state shown in FIG.
[0079]
Hereinafter, a method for manufacturing the ceramic multilayer substrate 18 will be described.
[0080]
As shown in FIG. 2A, a conductor pattern 17 is formed on a glass ceramic green sheet 16 by screen printing using a conductor paste. In order to form a predetermined circuit, a conductor pattern 17 is formed on a glass ceramic green sheet 16 to produce a predetermined number.
[0081]
Alumina powder having anorthite crystals is fired as a raw material powder of the glass ceramic green sheet 16, and an acrylic resin (butyl methacrylate) as an organic binder and dibutyl phthalate as a plasticizer are added by using alumina powder and glass powder to form a slurry by kneading. A glass ceramic green sheet 16 manufactured by applying the resulting material by a doctor blade method or the like is used. The glass ceramic green sheet 16 has a thickness of 0.05 to 1 mm.
[0082]
As the conductor paste, an Ag paste or an Au paste such as an Ag paste, an Ag-Pd paste, an Au paste, or an Au-Pd paste can be used. In the seventh embodiment, the Ag paste is used. The Ag paste used was 100 parts of an Ag powder having an average particle size of 2 to 3 μm, 3 to 6 parts of ethyl cellulose and 15 to 25 parts of α-terpineol, and dibutyl phthalate as a plasticizer. It is made into a paste by kneading.
[0083]
In FIG. 2B, as shown in FIG. 2A, one or a plurality of glass ceramic green sheets 16 on which a conductor pattern 17 is formed are heated and pressed to be integrated as a ceramic multilayer substrate 18. Heating temperature is 50 ~ 100 ℃, pressurization is 150 ~ 300kg / cm 2 The heating and pressurizing time was set to 2 to 5 minutes under the conditions described above. In addition, in order to obtain bonding between the glass ceramic green sheets 16 under heating and pressing conditions, 50 kg / cm 2 The above is required. Further, when the upper limit of the heating temperature exceeds 100 ° C., the amount of the plasticizer which is a component of the glass ceramic green sheet 16 evaporates, so that the flexibility of the glass ceramic green sheet 16 is deteriorated and the bonding between the glass ceramic green sheets 16 is performed. The temperature was set to 100 ° C. or less because of problems such as defects and cracks in the sheet film. Further, the upper limit of the pressing condition is 300 kg / cm in consideration of the dimensional elongation in the plane direction in the pressure bonding of the glass ceramic green sheet 16. 2 Within.
[0084]
Next, as the ceramic substrate 19 shown in FIG. 2C, a substrate having an alumina purity of 96 wt% and a thickness of 0.8 mmt was used. The release layer 20 used was a raw material powder obtained by adding alumina as an average particle diameter of about 2 to 3 μm, adding an acrylic resin, α-terpineol, and dibutyl phthalate as a plasticizer, and forming a paste using a three-roll mill. The acrylic resin was used in an amount of 3 to 7 parts and the α-terpineol was used in an amount of 15 to 25 parts based on 100 parts of the alumina powder. A release layer 20 having a thickness of about 8 μm to 200 μm is formed on the ceramic substrate 19 using a paste of alumina by using a screen printing machine. Similar results were obtained when zirconia powder was used instead of alumina powder.
[0085]
Next, the release layer 20 formed on the ceramic substrate 19 shown in FIG. 2D is disposed so as to be in contact with both surfaces of the ceramic multilayer substrate 18 of the glass ceramic green sheet 16. Further, a weight 21 for load firing is placed on the ceramic substrate 19 so that load firing can be performed. Due to the load of the weight 21 for firing, 50 g / cm is applied to the ceramic multilayer substrate 18 of the glass ceramic green sheet 16. 2 Adjust so that the above pressure is generated. As a pressing condition in the load firing, a pressing amount necessary for the minimum bonding is 50 g / cm. 2 The amount of elongation of the glass ceramic green sheet 16 in the plane direction after firing is 300 g / cm from the viewpoint of dimensional accuracy. 2 It is necessary to limit to the following. Further, debinding and firing are performed with the load firing weight 21 placed thereon. The binder removal is performed at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. for a peak time of about 4 to 6 hours, and the firing is performed at a sintering temperature of the glass ceramic green sheet 16 of 900 to 920 ° C. for a peak time of 10 to 20 minutes.
[0086]
The ceramic multilayer substrate 18 of the glass ceramic green sheet 16 on the ceramic substrate 19 shown in FIG. 2E has an in-plane due to the effect of suppressing the firing shrinkage by the release layer 20 and the effect of promoting the firing shrinkage in the thickness direction by the load firing. It is fired with almost no change in dimension in the direction, and shrinks in the thickness direction only. As a result, a high-precision ceramic multilayer substrate 18 having a warpage of 0.05 mm or less in a 100 mm square and a dimensional accuracy in a plane direction of ± 0.1% or less was obtained.
[0087]
According to the above manufacturing method, the ceramic multilayer substrate 18 with extremely good dimensional accuracy in the in-plane direction could be manufactured.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, the present invention comprises a step of forming a release layer mainly composed of ceramic powder on at least one surface of a ceramic substrate, and a step of sintering the release layer formed on the ceramic substrate at a temperature lower than the heat resistance temperature of the ceramic substrate. And a step of applying a load to the ceramic green sheet to remove the binder and firing the ceramic green sheet, wherein the surface is formed by a firing shrinkage effect in a thickness direction. A ceramic multilayer substrate can be manufactured with almost no dimensional change in the inward direction.
[Brief description of the drawings]
1A to 1C are process diagrams showing a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the present invention.
FIGS. 2A to 2E are process diagrams showing a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a ceramic multilayer substrate formed by a conventional green sheet laminating method.
[Explanation of symbols]
11 Ceramic substrate
12 Release layer
13 ceramic green sheet
14 Weight for firing
15 Ceramic multilayer substrate
16 ceramic green sheet
17 Conductor pattern
18. Ceramic multilayer substrate
19 ceramic substrate
20 Release layer
21 Weight for firing
