JP2004319960A - 多層セラミックパッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部回路パターンを精度良く形成することができるとともに、生産性を向上させることができる多層セラミックパッケージの製造方法を得る。
【解決手段】セラミックグリーンシート６上に内部回路パターンとなるべきペースト膜を形成した後、セラミックグリーンシート６を積み重ね、その後、セラミックグリーンシート６とペースト膜とを同時焼成する多層セラミックパッケージの製造方法において、表面にペースト膜のパターンと同形状の凹パターンが形成されたセラミックグリーンシート６を成形するシート成形工程と、凹パターン内にペースト７、９を充填するペースト充填工程とを有する。
【発明の効果】成形時の面外方向の収縮による内部電極パターンの変形に起因するパターン精度の低下を低減させることができ、内部回路パターンを精度良く形成することができるとともに、生産性を向上させることができ、さらに目視で位置精度を確認しながら作業することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、低温で焼結するセラミックグリーンシートと導体ペーストを同時焼成して製造する多層セラミックパッケージの製造方法に関するものである。

セラミックグリーンシートと導体ペーストを低温で同時焼成して多層パッケージを作製するＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic）プロセスにおいては、従来、グリーンシートの積層・加圧に伴う内部回路に発生する歪みを防ぐ目的で、グリーンシート裏面に、直下層グリーンシート表面パターンの凹パターンを刻印ローラにて刻印することが提案されている。
すなわち、セラミックグリーンシートの一方の主表面上に内部回路パターンとなるべき導体ペースト膜を形成する前に、この導体ペースト膜を形成する面と反対の表面に、セラミックグリーンシートが積層されたときに対面する他セラミックグリーンシート上に印刷された導体ペースト膜のパターンと同形状で、深さは印刷された導体ペースト膜のパターンにおける導体ペースト膜の乾燥厚さと等しい凹型を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２４５７９号公報（第６頁、第１３図）

このような構成の従来の多層セラミックパッケージの製造方法においては、グリーンシート積層時に積層するグリーンシート裏面部の凹パターンと直下層グリーンシート表面パターンを精度良く位置合せをしないと逆にパターンを崩してしまうという問題点があった。そして、この位置合せ作業は、凹パターンがグリーンシートの裏面に形成されているので、目視で位置精度を確認しながら作業が出来ないという問題点もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内部回路パターンを精度良く形成することができるとともに、生産性を向上させることができ、さらに目視で位置精度を確認しながら作業することができる多層セラミックパッケージの製造方法を得ることを目的とする。

この発明に係る多層セラミックパッケージの製造方法は、セラミックグリーンシート上に内部回路パターンとなるべきペースト膜を形成した後、セラミックグリーンシートを積み重ね、その後、セラミックグリーンシートとペースト膜とを同時焼成する多層セラミックパッケージの製造方法において、表面にペースト膜のパターンと同形状の凹パターンが形成されたセラミックグリーンシートを成形するシート成形工程と、凹パターンにペーストを充填するペースト充填工程とを有する。

この発明に係る多層セラミックパッケージの製造方法によれば、成形時の面外方向の収縮による内部電極パターンの変形に起因するパターン精度の低下を低減させることができ、内部回路パターンを精度良く形成することができるとともに、生産性を向上させることができ、さらに目視で位置精度を確認しながら作業することができる。

実施の形態１．

図１はこの発明の実施の形態１の多層セラミックパッケージの製造方法のシート成形工程に用いられるシート成形装置の概略の側面図である。図２は金属キャリアフィルムの一部の斜視図である。図１及び２において、シート成形工程に用いられるシート成形装置１００は、無端ベルト状を成し５０μｍのステンレス製の金属キャリアフィルム１を有している。この金属キャリアフィルム１の表面には、図２に示されるように、エッチングによって凸パターン１ａが形成されている。この凸パターン１ａは、最終的に多層セラミックパッケージの内部に形成され内部電極の内部回路パターンと同じ形状のパターンとされている。帯状で無端状の金属キャリアフィルム１は、２つの駆動輪２ａ，２ｂに架け渡されて、両駆動輪２ａ，２ｂによってシート成型装置１００内を循環する。

シート成型装置１００の上部には、金属キャリアフィルム１に対向するようにダム４が配設されている。このダム４には、平均粒径で３μｍ以下に微粒化したアルミナ粉（ＡＬ−Ｍ４１−０１）・Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２からなる棚珪酸ガラス粉等の無機粉、結合材（ＰＶＢ）・分散剤（トレオレイン）等の有機成分および溶剤（酢酸イソブチル）からなるスラリー３が、３０００〜５０００ｃｐｓの粘度に調整されて貯留されている。そして、このスラリー３は、ドクターブレード法によりダム４から、循環するキャリアフィルム１上に塗布される。

金属キャリアフィルム１上には、ダム４から循環方向に所定の距離移動した位置の乾燥ゾーンに、乾燥装置５が設けられている。乾燥装置５は、概略箱状の包囲体５ａを有し、この包囲体５ａの内部に熱風が対流している。スラリー３は、この包囲体５ａの内部を通過することにより約８０℃に熱せられて乾燥・固化し、セラミックグリーンシート６となる。

その後、セラミックグリーンシート６は、循環方向にさらに進んだ位置で図示しない剥離装置によって、金属キャリアフィルム１から取り外される。取り外されたセラミックグリーンシート６には凸パターン１ａに対応した形の凹パターン６ａが形成されており、巻き取りリール１３に巻き取られる。セラミックグリーンシート６は、この後、所定の位置で裁断されて１２０ｍｍ角の複数枚のシートとなる。このようにして表面に凹パターン６ａが刻印された多数枚のセラミックグリーンシート６（図３参照）が作製される。

一方、セラミックグリーンシート６が取り外された金属キャリアフィルム１は循環し、そのまま再使用される。従来一般的であったポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド等のプラスチックキャリアフィルムでは、再使用するためには、表面へのパターニングに際しては蒸着またはスパッタリングのような薄膜形成法が必要であり、蒸着工程の設備や工程数の増加、生産性が低いといった欠点がある。

これに対して、本実施の形態では、シート成形工程において、凸パターン１ａが刻印された金属キャリアフィルム１を用いてセラミックグリーンシート６を形成するので、所望の凹パターン６ａが刻印されたセラミックグリーンシート６を効率良く得ることができ、また、金属キャリアフィルム１は、セラミックグリーンシート６を取り外し、循環することによりそのまま再使用が可能である。

このような手順の多層セラミックパッケージの製造方法は、シート成形工程においては、導体ペースト膜のパターンと同形状の凸パターン１ａが刻印された金属キャリアフィルム１を用いて、この金属キャリアフィルム１の凸パターン１ａが転写されることによりセラミックグリーンシート６に凹パターン６ａが形成される。そして、セラミックグリーンシート６が取り外された金属キャリアフィルム１は、そのまま再使用することが可能なので生産性が向上する。

また、シート成形工程においては、金属キャリアフィルム１上に軟化されたスラリー３が塗布され、このスラリー３が固化されてセラミックグリーンシート６が成形されるので、セラミックグリーンシート６の表面に容易に凹パターン６ａを形成することができる。

図３はこの発明の多層セラミックパッケージの製造方法の導体ペースト充填工程を説明する工程図である。また、図４はこの発明の多層セラミックパッケージの製造方法の積層・成形工程を説明する多層セラミックパッケージの断面図である。図３において、導体ペースト充填工程では、セラミックグリーンシート６（１２０ｍｍ角）の凹パターン６ａ内に、導体ペースト７としてのＡｇ−Ｐｄ導体がスクリーン印刷法により充填され、凹パターン６ａと同じ平面形の導体ペースト膜７が形成され、セラミックグリーンシート６の表面と導体ペースト膜７の表面とはほぼ面一にされている。

続く積層・成形工程においては、図４に示されるようにＡｇ−Ｐｄ導体ペースト膜７が充填されたセラミックグリーンシート６が９層積層され（図４では、省略して４層のみを示している）、さらにこれが図示しない静水圧プレスにて８０℃、３００ｋｇ／ｃｍ２の条件で加熱、圧着して積層体を得る。次にこの積層体を図示しない電気炉にて８７０℃にて焼成すると、各層が互いに一体的に焼結されて内部に導体パターン７ａを持つ焼結体、すなわち多層セラミックパッケージ２００が得られる。

このようにして得られた多層セラミックパッケージ２００の最上層の導体パターン７ａを顕微鏡観察したところパターン切れ、かすれ、にじみがなくパターンエッジが非常にシャープな高精細の寸法精度（パターン幅１００μｍに対し、パターンエッジ精度≦±５μｍ）が得られていることがわかった。

また、多層セラミックパッケージ２００の断面を観察したところ導体パターン７ａの断面形状は、金属キャリアフィルム１の凸パターン１ａの矩形断面形状と同等なものであった。そして、一般的なプロセスによる焼結後のパターン断面に見られるような断面両端部が細くなって形成される楕円形状は見られなかった。このことは、焼結後のパターン端部でのデラミネーションやサーマルクラックの発生といったトラブルの発生要因と目されているパターン端縁近傍の残留ストレスが低減されていることを示唆している。

導体パターン７ａの材料としては、セラミック積層電子部品の内部導体を構成するための耐酸化性のある導電性良好な金属であれば特に限定されるものではないが、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属もしくはこれらの合金等を用いることができる。

このような手順の多層セラミックパッケージの製造方法においては、表面に導体ペースト膜７のパターンと同形状の凹パターン６ａが形成されたセラミックグリーンシート６を成形するシート成形工程と、この凹パターン６ａに導体ペースト７を充填する導体ペースト充填工程とを有するので、成形時の面外方向の収縮による内部回路パターンの変形に起因するパターン精度の低下を低減させることができ、内部回路パターンを精度良く形成することができるとともに、目視で位置精度を確認しながら作業することができ、作業性が向上する。

実施の形態２．

図５はこの発明の実施の形態２の多層セラミックパッケージの製造方法の積層・成形工程を説明する多層セラミックパッケージの断面図である。図５において、上述のシート成形工程によって得られたグリーンシート１０（１２０ｍｍ角）の凹パターン１０ａ内に、抵抗体ペースト９としての酸化ルテニウムペーストをスクリーン印刷法にて充填する。そして、このグリーンシート１０を、導体ペースト７が印刷された他のセラミックグリーンシート６とともに９層積層したのち（図５では、省略して３層のみを示している）、静水圧プレスにて８０℃、３００ｋｇ／ｃｍ２の条件で加熱、圧着して積層体を得る。そしてさらにこの積層体を電気炉にて８７０℃にて焼成し、内部に内蔵電子部品としてのパターン導体７ａおよび抵抗体９ａを持つ焼結体としての多層セラミックパッケージ２０１が作製される。

このようにして得られた多層セラミックパッケージ２０１の内部に形成された抵抗体の抵抗値を測定したところ値のバラツキが±８％であった。従来技術においては、内蔵抵抗は抵抗値のバラツキが一般に±２０％と大きなものであり、これは主に焼結後の内蔵抵抗の寸法のバラツキに起因するものである。

本実施の形態により寸法精度が各段に改善され安定した抵抗体９ａが得られることがわかった。尚、本実施の形態の内蔵化技術はコンデンサ、コイル、フィルタ等他の部品内蔵パッケージの製造にも適用可能である。すなわち、導体ペースト７に代わって本実施の形態のように抵抗体ペースト９或いは誘電体ペーストを凹パターン６ａに充填することにより、抵抗体９ａの他にコンデンサ、コイル、フィルタ等他の内蔵電子部品を内蔵するパッケージを製造することが可能である。このようにグリーンシート１０の凹パターン部１０ａに抵抗体ペースト９や誘電体ペーストを充填し、積層、成形することにより成形時の面外方向の収縮による変形に起因する抵抗値や静電容量の精度の低下を低減させた部品内蔵パッケージを得ることができる。

実施の形態３．

図６はこの発明の実施の形態３の多層セラミックパッケージの製造方法の凹パターン印刷・導体印刷・積層工程を説明する工程図である。図６において、例えば平坦な金属キャリアベルト（図示してない）上にスラリー３を供給するなどの適当なシート成形工程によって形成し、切断して、平坦な表面を持つグリーンシート２０（１２０ｍｍ角）を用意する。このグリーンシート２０上に導体ペースト膜７のパターンと同形状の凹部である凹パターン２０ａを形成するために、凹パターン２０ａの陰画（ネガ）状のパターン層２１をスラリー３を用いてスクリーン印刷法にて印刷する。このようにして凹パターン２０ａが形成されたグリーンシート２０には、先に説明したのと同様に凹部である凹パターン２０ａ内に導体ペースト７あるいは抵抗体ペースト９等を印刷により充填する。こうしてできたペースト７あるいは９が凹パターン２０ａ内に充填されたグリーンシート２０は、先に説明したのと同様に積層し、焼結して図７に示すように焼結体としての多層セラミックパッケージ２０２を作製する。

このようにして得られた多層セラミックパッケージ２０２の最上層の導体パターンを顕微鏡観察したところパターン切れ、かすれ、にじみがなくパターンエッジが非常にシャープな高精細の寸法精度（パターン幅１００μｍに対し、パターンエッジ精度≦±５μｍ）が得られていることがわかった。

この実施の形態によれば、金属キャリアフィルム１に凸パターン１ａに形成するためにエッチング等の複雑な処理をする必要が無く、平坦な表面を持つキャリアを使用できる。また、平坦なグリーンシート２０上に凹部パターン２０ａを形成するためのパターン層２１の形成が印刷により行われるので、その後の導体ペースト７等の印刷工程と同等の一連の印刷工程として処理することもできる。

この発明の実施の形態１の多層セラミックパッケージの製造方法のシート成形工程に用いられるシート成形装置の概略の側面図である。 金属キャリアフィルムの一部の斜視図である。 この発明の実施の形態２の多層セラミックパッケージの製造方法の導体ペースト充填工程を説明する工程図である。 この発明の実施の形態２の多層セラミックパッケージの製造方法の積層・成形工程を説明する多層セラミックパッケージの断面図である。 この発明の実施の形態３の多層セラミックパッケージの製造方法の積層・成形工程を説明する多層セラミックパッケージの断面図である。 この発明の実施の形態４の多層セラミックパッケージの製造方法の凹パターン印刷・導体印刷・積層工程を説明する工程図である。 この発明の実施の形態４の多層セラミックパッケージの製造方法の積層・成形工程を説明する多層セラミックパッケージの断面図である。

符号の説明

１ 金属キャリアフィルム、１ａ 凸パターン、３ スラリー、６ セラミックグリーンシート、６ａ、２０ａ 凹パターン、７ 導体ペースト（ペースト膜）、７ａ 導体パターン、９ 抵抗体ペースト、１０、２２ グリーンシート、２１ パターン層、１００ シート成形装置、２００，２０１,２０２ 多層セラミックパッケージ。

Claims (5)

1. セラミックグリーンシート上に内部回路パターンとなるべきペースト膜を形成した後、前記セラミックグリーンシートを積み重ね、その後、前記セラミックグリーンシートと前記ペースト膜とを同時焼成して製造する多層セラミックパッケージの製造方法において、表面に前記ペースト膜のパターンと同形状の凹パターンが形成された前記セラミックグリーンシートを成形するシート成形工程と、前記凹パターンにペーストを充填するペースト充填工程とを有することを特徴とする多層セラミックパッケージの製造方法。
2. 前記シート成形工程においては、前記金属キャリアフィルム上に軟化されたスラリーを塗布し、該スラリーを固化して前記セラミックグリーンシートを成形することを特徴とする請求項１に記載の多層セラミックパッケージの製造方法。
3. 前記シート成形工程においては、前記ペースト膜のパターンと同形状の凸パターンが形成された金属キャリアフィルムを用いて、該金属キャリアフィルムの該凸パターンを転写することにより前記セラミックグリーンシートに前記凹パターンを形成することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の多層セラミックパッケージの製造方法。
4. 前記シート成形工程においては、前記ペースト膜のパターンと同形状の凹パターンを印刷することにより前記セラミックグリーンシートに前記凹パターンを形成することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の多層セラミックパッケージの製造方法。
5. 前記凹パターンは、内蔵電子部品となるべき電子部品用凹パターンを含み、前記ペースト充填工程においては、前記電子部品用凹パターンに、前記ペーストとして、抵抗体ペースト及び誘電体ペーストのいずれかを充填することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の多層セラミックパッケージの製造方法。

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