JP2004342683A - Method of manufacturing multilayered ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層セラミック基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯情報端末やコンピューターの普及により、これら電子機器に内蔵されるセラミック製の多層基板は盛んに使用されている。この多層基板は、基板サイズを縮小し、また電気特性を向上させるため、一般に配線回路が搭載されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、作製された積層体を焼成して製造される。しかし、セラミックグリーンシートは焼成時に収縮が起こるため、焼成後にできあがった基板には反りが発生していたり、クラックやゆがみ、うねりが発生する可能性がある。基板の形状に異常があると、基板に搭載されている配線回路が断線したり、衝撃に対して脆くなるため、品質面で問題を残すこととなる。
【0003】
一般的に基板に反りが発生する原因はさまざまあり、例えば、シート上に形成する配線回路層とシートとを同時に焼成した場合、両者の収縮挙動の違いにより反りが発生するなどがある。仮に配線回路層がシートの上面に形成されており、シートよりも収縮しないとした場合、シートが均等に収縮しようとしても配線回路層が形成されている面がその障壁となってしまうため、シートは凸型に反ることになる。
【0004】
またシートの層間に拘束層を設けた無収縮工法を適用した場合で、拘束層の配列が積層体内で厚み方向に関して対称でない場合は、積層体内の拘束力のバランスがとれず、反りが発生することになる。仮に積層体の上部に拘束力が大きい拘束層が設けられていたとした場合、シートが均等に収縮しようとしても、拘束力が大きい拘束層と接している面がその障壁となってしまうため、積層体は凸型に反ることになる。
【0005】
このような問題に対し、特許文献1では、積層体の表面および裏面から等しい距離にある線を中心線とし、中心線から上部にある絶縁層と下部にある絶縁層とが対称となるように配列した上で焼成する基板を用いることが提案されている。これにより、積層後行われる焼成工程において、上部の絶縁層全体で発生する反りは下部の絶縁層全体で発生する反りとで相殺されるため、できあがった基板には反りが発生しないとしている。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−308584号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1では、反りがない基板は作製できるものの、基板の配列は、常に中心から正しく対称とする必要があり、所望する基板の設計に制限が生じるという問題を含んでいる。
【0008】
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解決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。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の多層セラミック基板の製造方法によると、セラミックグリーンシートと、前記セラミックグリーンシートの焼結温度では焼結しない拘束グリーンシートを準備するグリーンシート準備工程と、前記セラミックグリーンシートに導体配線部を形成する導体配線形成工程と、前記セラミックグリーンシートからなる第1のブロックと、前記セラミックグリーンシートからなり、前記第1のブロックが焼成時に発生する反り量と同じ反り量を発生する第2のブロックとを、焼成時の反り方向が反対になるように配置し、前記第1のブロックの主面と前記第2のブロックの主面との間に第1の拘束層となるべき前記拘束グリーンシートを配置して積層体を作製する積層工程と、前記積層体を焼成する焼成工程と、焼成した積層体から前記第1の拘束層を除去する第1拘束層除去工程を実施することを特徴としている。
【0010】
上述の特許文献1は、所望する基板の配列は、常に中心から正しく対称とし、焼成した積層体をそのまま基板として使うということを前提にしているのに対し、本発明によれば、所望する基板の配列はどのような配列でも構わないとしている。所望する基板の配列に制限はなく、所望する基板となるべき第1のブロックが焼成時に発生する反り量が同じである第2のブロックを、拘束グリーンシートを挟んで積層・焼成・分割すればよいとしている。第1のブロックと第2のブロックが同じ配列なら反り量は同じになるのでより好ましい。この場合は所望する基板は少なくとも2つは得られることになる。ただし、必ずしも同じ配列でなくても構わない。例えば、第1のブロックを構成する1つのシートの厚みが100μmであり、第2のブロックのそれにあたるシートが20μmの厚みのものが5枚配列されていても、配列は異なるが反り量は実質的に同じになるので、配列は同じでなくてもよい。
【0011】
また、焼成工程で未焼結となる拘束グリーンシートを挟む理由は、焼成後の除去を容易に行えるようにするためである。焼結してしまった層同士を精度よく正確に分離することは難しいが、焼結層と未焼結層を分離することは、水に浸漬する等の方法により容易に行える。
【0012】
また、本発明の請求項2記載の多層セラミック基板の製造方法によると、前記積層工程は、前記第1のブロックを構成する前記セラミックグリーンシートと、前記拘束グリーンシートと、前記第2のブロックを構成する前記セラミックグリーンシートとを、前記積層体となった時に最下層となるものから順番に積み上げて積層することを特徴としている。
【0013】
請求項1が事前に第1ブロックと第2ブロックを作製しておいてから、第1ブロックと拘束グリーンシートと第2ブロックを圧着して1つの積層体を得る製法であるのに対し、請求項2は、最下層から順番に積み上げ、最終的に圧着して1つの積層体を得る製法を意味している。
【0014】
また、本発明の請求項3記載の多層セラミック基板の製造方法によると、焼成後も除去しない第2の拘束層を、前記第1のブロックおよび前記第2のブロックを構成することとなる特定の前記セラミックグリーンシートの主面に形成する第2拘束層形成工程をさらに備えることを特徴としている。
【0015】
また、本発明の請求項4記載の多層セラミック基板の製造方法によると、前記積層工程は、前記第1のブロックと前記第2のブロックのシート配列が、前記第1の拘束層となるべき拘束グリーンシートを中心に対称になるように配置することを特徴としている。
【0016】
上述したように、第1のブロックと前記第2のブロックのシート配列は同じであると限定するものではないが、同じシート配列のブロック同士であれば、必然的に反り量は等しくなる。
【0017】
さらに、本発明の請求項5記載の多層セラミック基板の製造方法によると、前記積層工程は、前記積層体の主面のサイズよりも小さい前記第1の拘束層となるべき前記拘束グリーンシートを、前記積層体となった時に両端部または外周部が前記セラミックグリーンシートで積層されるように配置することを特徴とし、さらに、前記焼成工程の後に、焼成した積層体から、前記第1の拘束層の両端部または外周部に位置する前記セラミック層を含めた耳部の積層体部分を、焼成した積層体の主面方向から切除する耳部除去工程をさらに備えることを特徴としている。
【0018】
セラミックグリーンシートと材質の異なる拘束グリーンシートを含んだ積層体を焼成するとき、セラミックグリーンシートの焼成時の反り量が大きい場合は、拘束グリーンシートとセラミックグリーンシートとが接する界面より剥離が生じやすくなり、焼成中に分離してしまう可能性がある。積層体の主面の縦横のどちらか一方の辺の長さよりも短い第1の拘束層となるべき拘束グリーンシートを配置して圧着すれば、圧着時に拘束グリーンシートの両端部を埋めるように、第1のブロックと第2のブロックの主面に配置されたセラミックシートが直接圧着されることとなり、焼成中に第1のブロックと第2のブロックが分離することを防ぐことができる。
【0019】
また、上述の方法以外に、拘束グリーンシートの両端部の空き地に対し、補填するための小サイズのセラミックグリーンシートを予め準備しておき、配置する方法を用いても構わない。
【0020】
さらに、両端部だけがセラミックシートで埋められるだけでなく、外周部全体がセラミックシートで埋められるように、縦横どちらの辺の長さも短い拘束グリーンシートを配置すれば、より強力に剥離に対して防御できるので好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の多層セラミック基板製造方法の第1の実施形態を説明するための斜視図である。
(グリーンシート準備工程)
まず、(a)に示すように、セラミックグリーンシート11と、焼成工程での焼成温度では焼結しない拘束グリーンシート12を準備する。拘束グリーンシート12は焼成工程実施後に除去される第1の拘束層14となるものである。
【0022】
セラミックグリーンシート11は、例えば、酸化バリウム、酸化ケイ素、アルミナ、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素の各粉末を混合したものに、有機バインダおよび溶剤からなる有機ビヒクルと可塑剤を添加し、これらを混合してスラリーを得る。このスラリーをキャリアフィルム上にドクターブレード法等により所望の厚みのシート状に成形し、これを乾燥させることによって得ることができる。
【0023】
また、焼成時にガラスが生成するもののほか、予め、ガラスや酸化銅や酸化マグネシウム等の焼結助剤を含有させておくことによって、より低温で焼結し得る組成としたものであってもよい。
【0024】
またセラミックグリーンシート11の焼結促進、収縮挙動制御、強度改善、電気特性制御を目的として無機化合物やガラスを添加したり、基板の絶縁性を損なわない範囲で金属を添加しても構わない。
【0025】
拘束グリーンシート12は、焼成工程での焼成温度では焼結しない材料、例えばアルミナ粉末やジルコニア粉末等を用い、上述のセラミックグリーンシート11と同様に、有機ビヒクルと可塑剤を添加し、これらを混合してスラリーを得て、キャリアフィルム上にドクターブレード法等により所望の厚みのシート状に成形し、これを乾燥させることによって得ることができる。
(第2拘束層形成工程)
次に、図1には省略したが、セラミックグリーンシート11の主面に、焼成工程実施後も除去されない第2の拘束層15を形成する。第2の拘束層15は、上述のグリーンシート準備工程で記載した拘束グリーンシート12の形成で使用したスラリーを、セラミックグリーンシート11の主面に直接印刷し乾燥させて形成する。また、グリーンシート準備工程で記載したスラリーと同一ではなく、焼結助剤としてガラスを含有させたスラリーを用いても構わない。さらに、予めスラリーをシート状に成形しておき、後の積層工程でセラミックグリーンシート11の主面に配置して圧着することで形成しても構わない。
【0026】
この第2の拘束層は、当実施例ではセラミックグリーンシート11の主面に直接形成するとしているが、次の導体配線形成工程の後に、つまりセラミックグリーンシート11に導体配線を形成し、さらにその上に第2の拘束層を形成することでも構わない。
(導体配線形成工程)
次に、図1には省略したが、第2の拘束層が形成されたセラミックグリーンシート11に、導体配線層を形成する工程を実施する。導体配線層は、例えば導電性ペーストをスクリーン印刷したり、金属箔を貼りつけることなどの方法により形成するが、後述の焼成工程で同時焼成が可能であればその方法は問わない。また、層に貫通孔を設けて導体ペーストを充填し、層間の電気接続を行うためのビアホールやスルーホールを形成しても構わない。
(積層工程)
次に、(b)に示すように、第2の拘束層15が形成されているセラミックグリーンシート11を所望の配列となるよう第1のブロック21を作製し、第1のブロックが焼成時に発生する反り量と同じ反り量を発生する、第2の拘束層15が形成されているセラミックグリーンシート11からなる第2のブロック22を作製し、焼成時に発生する第1のブロック21と第2のブロック22各々の反り方向が反対になるように配置し、拘束グリーンシート12を間に挟んだ上で積層し、(c)に示すような積層体20を作製する。第2の拘束層15は当実施例では全てのセラミックグリーンシート11の層間および主面に配置させているが、特定のセラミックグリーンシート11の層間または主面に配置させてもよく、また、配置させなくてもよい。
【0027】
積層にあたっては、当実施例では事前に第1のブロック21と第2のブロック22を用意するとしたが、所望する積層体の配列となるよう最下層から積み上げて、最後に全体を積層する手順でも構わない。但し、どのような順番で積層したとしても、結果として作製される積層体20に含まれる第1のブロック21と第2のブロック22は、焼成時に発生する反り量が同等になるよう調整し、かつ拘束グリーンシート12を挟んで、反り方向が反対になるように向かい合わせて配置することが必要である。当実施例では、第1のブロック21と第2のブロック22の反り量を同じにする一例として、同じシート配列の2つのブロックを、拘束グリーンシート12を中心に対称となるよう積層しているケースとしている。(焼成工程)
次に、図1には省略したが、積層体20を焼成する。焼成温度は、セラミックグリーンシート11の焼結温度以上で、拘束グリーンシート12の焼結温度以下で行う。
(第1拘束層除去工程)
次に、(d)に示すように、焼成した積層体から第1の拘束層14を除去し、その結果、セラミック層19と第2の拘束層15からなる基板31と基板32が得られる。第1の拘束層14の除去は、例えば高圧洗浄水や微細なアルミナ紛を含有した洗浄水を用いて行う。
【0028】
次に、図1には省略したが、めっき工程や基板に搭載する部品の実装工程、金属等のケースをかぶせる工程等を経て、多層セラミック基板を完成する。当実施例では所望する基板となるべき2つの同じシート配列のブロックを重ね合わせているので、結果として2つの同じ多層セラミック基板が完成することになる。
【0029】
図2は、本発明の多層セラミック基板製造方法の第2の実施形態を説明するための斜視図であり、積層体の主面サイズよりも小さい拘束グリーンシートを使った時のケースが示されている。図1と同等の工程の説明は省略し、図1に示した要素に相当する要素には、同じ参照符号を付与した。
(グリーンシート準備工程)
まず、(a)に示すように、セラミックグリーンシート11と、焼成工程での焼成温度では焼結しない拘束グリーンシート12を準備する。第1の実施形態と同様に、拘束グリーンシート12は焼成工程実施後に除去される第1の拘束層14となるものである。用いる材料や作製方法については第1の実施形態と同じだが、拘束グリーンシート12のサイズは、積層体の主面サイズよりも小さくする。当実施例では、積層体となった時に拘束グリーンシート12の両端部がセラミックグリーンシート11で積層されるように、一方の辺が短いシートを作製するとしている。
【0030】
次に、図2には省略したが、第1の実施形態と同様に、導体配線形成工程、第2拘束層形成工程を実施する。
(積層工程)
次に、(b)に示すように、第2の拘束層15が形成されているセラミックグリーンシート11と拘束グリーンシート12を、第1の実施形態で記載した積層工程と同様に積層する。但し、当実施形態においては、(c)に示す通り、拘束グリーンシート12は両端部がセラミックグリーンシート11で積層されるように、好ましくは両端部が均等に間隔が空くよう配置する。当実施形態の場合は、(b)の示す通り、拘束グリーンシート12の両端部の空き地部分には何も積層していない。何も積層しなくても、(c)に示す通り、両端部の空き地部分が拘束グリーンシート12の両主面上に配列されるセラミックグリーンシート11が結び着く様に圧着されることになる。但し、拘束グリーンシート12の厚みや空き地部分と積層体主面の面積比率によっては充分に空き地部分が埋められず圧着されない可能性もあるので、拘束グリーンシート12の厚みが大きい場合や、空き地部分の面積比率が小さい場合は、あらかじめ両端部を埋めるための小サイズのセラミックグリーンシートを形成しておき、積層工程においてそれを両端部に配置した上で圧着することが好ましい。
【0031】
また両端部だけではなく、外周部全体にセラミックグリーンシートが埋められるように、もう一方の辺も短い拘束グリーンシート12を準備して積層すると、より焼成時でのブロックと拘束グリーンシート12間の剥離を防ぐことができるが、この場合においても、外周部の縦横が均等な間隔が空くように拘束グリーンシート12を配置することが好ましい。
(焼成工程)
次に、図2には省略したが、積層体を焼成する焼成工程を実施する。
(耳部除去工程)
次に、(d)に示すように、第1の拘束層14の両端部に埋められたセラミック層を含めて、焼成積層体30の主面側から、二点鎖線で示すように、第1の拘束層14の両端部の延長線にそってダイサー等を用いて切除する。結果、(e)に示すように焼成積層体30から両端に位置する耳部16が切除されることになる。ダイサー等で切除するのではなく手で割る場合は、あらかじめ焼成積層体30の主面の切除予定部分にノッチ17を設けておくとよい。
(第1拘束層除去工程)
この後、第1の実施形態で示した第1拘束層除去工程と同様に、第1の拘束層14を除去し、めっき工程、基板に搭載する部品の実装工程、金属等のケースをかぶせる工程等を経て、多層セラミック基板を完成する。
【0032】
図3は、本発明の多層セラミック基板製造方法の応用例を説明するための斜視図であり、底板の薄いキャビティを有する基板を作製するケースが示されている。図4も、本発明の多層セラミック基板製造方法の応用例を説明するための斜視図であり、集合基板となるべき1つの積層体から多数の子基板を得る場合に、分割しやすいように積層体に溝を入れているケースが示されている。図3、図4共に、(a)は積層時、(b)は積層工程実施後、(c)は第1拘束層除去工程実施後に該当する。
【0033】
これら図3と図4に示す形状の積層体は、積層体の厚みが薄くなる部分が存在することになるため、図1に示した直方体型の形状の積層体に比べ、焼成中に反り、うねりをより発生しやすくなるが、本発明においては、同等の配列のブロックをさらに拘束グリーンシート12を挟んで積層することから、より厚みが増加されて焼成されることになり、反り、うねりの発生が少なくなる。
【0034】
次に、本発明の作用・効果を立証するための実験結果を説明する。
【0035】
まず、上述の第1の実施形態にあたる製法で、反りが抑制できる効果があることを確かめるための実験を行った。図5は、その実験内容を説明するための実験に用いた積層体の断面図と、測定点を示すための基板上側主面の平面図である。
【0036】
(a)は、厚み3μmの第2の拘束層44を主面に印刷した80mm四方の12枚のセラミックグリーンシート(厚み50μm41を10枚、厚み100μm42を1枚、厚み25μm43を1枚)で配列された生の積層体の断面図である。一方、(b)は、(a)と同じシート配列の積層体を2つ用意し、第1の拘束層となるべき厚み100μmの拘束グリーンシート45を挟んで対称に配置した生の積層体の断面図である。この2つの生の積層体を約1000℃で焼成の後、(b)については第1の拘束層を除去した上で、(a)(b)を基に作製される基板の各々の反りを計測した。(c)は測定ポイントを示すための、基板を上から見た時の平面図であり、▲1▼〜▲4▼を記載した基板四隅の測定ポイントと、×を記載した基板中心部との高低差を計測した。結果は次の表1の通り。
【0037】
【表1】
【0038】
この結果から、全測定ポイントにおいて、(a)に比べ(b)の方、すなわち本発明の製造方法で作製した基板の方が反りは少なくなり、また全測定ポイントの平均値も(a)が1.707mmに対し(b)が0.761mmと小さく、明らかに効果があることが確かめられた。
【0039】
次に、上述の第2の実施形態にあたる製法で、反りが抑制できる効果があることを確かめるための実験を行った。図6は、その実験内容を説明するための積層体の断面図と、測定点を示すための基板上側主面の平面図である。
【0040】
(a)は、厚み3μmの第2の拘束層54を主面に印刷した120mm四方の11枚のセラミックグリーンシート(厚み50μm51を10枚、厚み100μm52を1枚)で配列された生の積層体の断面図である。一方、(b)は、(a)と同じシート配列の積層体を2つ用意し、第1の拘束層となるべき100mm×100mmの厚み100μmの拘束グリーンシート55を挟んで対称に配置した生の積層体の断面図である。(b)に示す通り、拘束グリーンシート55の外周部がセラミックグリーンシートで埋められるように積層されているが、この外周部は各々10mmの長さとなるように、拘束グリーンシート55を積層体の中心に配置した。この2つの生の積層体を約1000℃で焼成の後、(b)については基板の主面方向から2点鎖線で示す耳部16をダイサーで切り落とし、さらに第1の拘束層を除去した上で、各々の基板の反りを計測した。(c)は測定ポイントを示すための、基板を上から見た時の平面図であり、▲1▼〜▲4▼を記載した基板四隅の測定ポイントと、×を記載した基板中心部との高低差を計測した。結果は次の表2の通り。
【0041】
【表2】
【0042】
この結果から、全測定ポイントにおいて、(a)に比べ(b)の方、すなわち本発明の製造方法で作製した基板の方が反りは少なくなり、また全測定ポイントの平均値も(a)が0.614mmに対し(b)が0.196mmと小さく、明らかに効果があることが確かめられた。さらに拘束グリーンシート55を挟んだ上下のブロックが、焼成中も分離されないことも確かめられた。
【0043】
次に、上述の応用例にあたる形状の基板においても、反りが抑制できる効果があることを確かめるための実験を行った。図7は、その実験内容を説明するための積層体の断面図である。
【0044】
(a)は、厚み3μmの第2の拘束層64を主面に印刷した100mm四方の6枚の厚み50μmのセラミックグリーンシート61で配列し、メカパンチでキャビティ形成用の貫通孔を開け、シートを除去してキャビティ17(幅3.5mm)を形成した生の積層体の断面図である。一方、(b)は、(a)と同じシート配列の積層体を2つ用意し、第1の拘束層となるべき100mm四方の厚み100μmの拘束グリーンシート65を挟んで対称に配置した生の積層体の断面図である。この2つの生の積層体を約1000℃で焼成の後、(b)については第1の拘束層を除去した上で、各々の基板のキャビティ底面部の高低差を計測した。
【0045】
結果、(a)にあたる基板は0.10mmに対し、(b)にあたる基板は0.01mmであった。これにより、キャビティを有する基板を本発明の製法で作製すれば、反りの抑えられた基板が作製できることが確かめられ、キャビティ底面部への高密度な要素部品などの実装が可能となると確認できた。
【0046】
次に、(c)は、厚み3μmの第2の拘束層74を主面に印刷した100mm四方の10枚の厚み50μmのセラミックグリーンシート71で配列し、3ヶ所の溝18(幅200μm、深さ424μm)をダイサーで形成した生の積層体の断面図である。一方、(d)は、(c)と同じシート配列の積層体を2つ用意し、第1の拘束層となるべき100mm四方の厚み100μmの拘束グリーンシート75を挟んで対称に配置した生の積層体の断面図である。この2つの生の積層体を約1000℃で焼成の後、(d)については第1の拘束層を除去した上で、各々の基板の溝の状態を調べた。
【0047】
結果、(c)にあたる基板の溝には、基板の反りが原因として発生している割れが生じており、集合基板としての形態を維持できなかった。一方、(d)にあたる基板の溝には割れが生じておらず、集合基板としての形態を維持していた。これにより、反りの抑えられる本発明の製法で作製すれば、集合基板のような深い溝を形成する場合においても溝割れしないことが確かめられた。
【0048】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、焼成時に発生する反り量が同じブロックを、拘束層を挟んだ上で、反り方向が反対になるように向かい合わせて積層・焼成・拘束層除去をすることにより、反りうねりの小さい多層セラミック基板を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多層セラミック基板製造方法の第1の実施形態を説明するための斜視図である。
【図2】本発明の多層セラミック基板製造方法の第2の実施形態を説明するための斜視図である。
【図3】本発明の多層セラミック基板製造方法の応用例を説明するための斜視図である。
【図4】本発明の多層セラミック基板製造方法の応用例を説明するための斜視図である。
【図5】本発明の第1の実施形態による実験内容を説明するための断面図と平面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態による実験内容を説明するための断面図と平面図である。
【図7】本発明の応用例に示す形状の基板による実験内容を説明するための断面図である。
【符号の説明】
11…セラミックグリーンシート
12…(第1の拘束層となる)拘束グリーンシート
14…第1の拘束層
15…第2の拘束層
16…耳部
17…キャビティ
18…溝
19…セラミック層
20…積層体
21…第1のブロック
22…第2のブロック
30…焼成積層体
31…多層セラミック基板
32…多層セラミック基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of portable information terminals and computers, ceramic multilayer substrates incorporated in these electronic devices have been actively used. This multilayer substrate is generally manufactured by laminating a plurality of ceramic green sheets on which wiring circuits are mounted and firing the produced laminate in order to reduce the size of the substrate and improve the electrical characteristics. However, since the ceramic green sheet shrinks during firing, the substrate formed after firing may be warped, cracked, warped, or undulated. If there is an abnormality in the shape of the substrate, the wiring circuit mounted on the substrate is broken or becomes brittle against impact, leaving a problem in quality.
[0003]
In general, there are various causes of warpage of a substrate. For example, when a wiring circuit layer formed on a sheet and a sheet are simultaneously fired, warpage occurs due to a difference in shrinkage behavior between the two. If the wiring circuit layer is formed on the upper surface of the sheet and does not shrink more than the sheet, even if the sheet tries to shrink evenly, the surface on which the wiring circuit layer is formed becomes a barrier. Will be convex.
[0004]
When the non-shrinkage method in which the constraining layer is provided between the layers of the sheets is applied, and the arrangement of the constraining layers is not symmetrical in the thickness direction in the laminate, the restraining force in the laminate is not balanced and warpage occurs. Will be. If it is assumed that a constraining layer with a high constraining force is provided on the upper part of the laminate, even if the sheet tries to shrink evenly, the surface in contact with the constraining layer with a high constraining force becomes a barrier, so The body will bend into a convex shape.
[0005]
In order to solve such a problem, in
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-308584
[Problems to be solved by the invention]
However, in
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate that can solve the above-described problems.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to
[0010]
Although the above-mentioned
[0011]
The reason for sandwiching the unsintered constrained green sheets in the firing step is to facilitate removal after firing. Although it is difficult to accurately separate the sintered layers from each other, it is easy to separate the sintered layer and the unsintered layer by a method such as immersion in water.
[0012]
Further, according to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to
[0013]
[0014]
Further, according to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the third aspect of the present invention, the second constraining layer which is not removed even after sintering constitutes the first block and the second block. The method may further include a second constraining layer forming step of forming on the main surface of the ceramic green sheet.
[0015]
According to a method of manufacturing a multilayer ceramic substrate according to a fourth aspect of the present invention, in the laminating step, the sheet arrangement of the first block and the second block is a constraint in which the first block and the second block are to be the first constraint layer. It is characterized by being arranged symmetrically with respect to the green sheet.
[0016]
As described above, the sheet arrangement of the first block and the second block is not limited to the same sheet arrangement. However, if the blocks have the same sheet arrangement, the warp amounts are necessarily equal.
[0017]
Furthermore, according to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to claim 5 of the present invention, in the laminating step, the constrained green sheet to be the first constrained layer smaller than the size of the main surface of the laminated body, The ceramic green sheets are arranged so that both end portions or outer peripheral portions are laminated with the ceramic green sheets when the laminated body is formed. Further, after the calcining step, the first constrained layer is formed from the calcined laminated body. The method further comprises the step of removing the ear portion including the ceramic layer located at both ends or the outer peripheral portion of the ear portion from the main surface direction of the fired laminate.
[0018]
When firing a laminate including a constrained green sheet of a different material from the ceramic green sheet, if the amount of warpage during firing of the ceramic green sheet is large, peeling is likely to occur from the interface where the constrained green sheet and the ceramic green sheet are in contact with each other. And may be separated during firing. If a constraining green sheet to be a first constraining layer shorter than the length of one of the vertical and horizontal sides of the main surface of the laminate is arranged and crimped, so that both ends of the constraining green sheet are filled during crimping, The ceramic sheets disposed on the main surfaces of the first block and the second block are directly pressed, so that the first block and the second block can be prevented from separating during firing.
[0019]
In addition to the above-described method, a method of preparing and arranging a small-sized ceramic green sheet to supplement the empty space at both ends of the restricted green sheet in advance may be used.
[0020]
Furthermore, if not only the both ends are filled with the ceramic sheet, but also the restraining green sheet with a shorter length in both the vertical and horizontal sides so that the entire outer peripheral part is filled with the ceramic sheet, more powerful against peeling It is preferable because it can protect.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view for explaining a first embodiment of a multilayer ceramic substrate manufacturing method of the present invention.
(Green sheet preparation process)
First, as shown in (a), a ceramic
[0022]
For example, the ceramic
[0023]
Further, in addition to a material that produces glass at the time of firing, a composition that can be sintered at a lower temperature by previously containing a sintering aid such as glass or copper oxide or magnesium oxide may be used. .
[0024]
In addition, an inorganic compound or glass may be added for the purpose of promoting sintering, controlling shrinkage behavior, improving strength, and controlling electric characteristics of the ceramic
[0025]
The constrained
(Second constraining layer forming step)
Next, although omitted in FIG. 1, a second constraining
[0026]
In this embodiment, the second constraining layer is formed directly on the main surface of the ceramic
(Conductor wiring formation step)
Next, although omitted in FIG. 1, a step of forming a conductor wiring layer on the ceramic
(Lamination process)
Next, as shown in (b), a
[0027]
In stacking, in this embodiment, the
Next, although not shown in FIG. 1, the laminate 20 is fired. The firing temperature is higher than the sintering temperature of the ceramic
(First constraining layer removing step)
Next, as shown in (d), the first constraining
[0028]
Next, although omitted in FIG. 1, a multilayer ceramic substrate is completed through a plating process, a process of mounting components to be mounted on the substrate, a process of covering a case of metal or the like, and the like. In this embodiment, since two blocks having the same sheet arrangement to be a desired substrate are overlapped, two identical multilayer ceramic substrates are completed as a result.
[0029]
FIG. 2 is a perspective view for explaining a second embodiment of the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate of the present invention, and shows a case where a restrained green sheet smaller than the main surface size of the laminate is used. I have. The description of steps equivalent to those in FIG. 1 is omitted, and elements corresponding to the elements shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.
(Green sheet preparation process)
First, as shown in (a), a ceramic
[0030]
Next, although omitted in FIG. 2, similarly to the first embodiment, a conductor wiring forming step and a second constraining layer forming step are performed.
(Lamination process)
Next, as shown in (b), the ceramic
[0031]
Also, by preparing and laminating a constrained
(Baking process)
Next, although omitted in FIG. 2, a firing step of firing the laminate is performed.
(Ear removal process)
Next, as shown in (d), from the main surface side of the fired
(First constraining layer removing step)
Thereafter, similar to the first constraining layer removing step shown in the first embodiment, the first constraining
[0032]
FIG. 3 is a perspective view for explaining an application example of the multilayer ceramic substrate manufacturing method of the present invention, and shows a case of manufacturing a substrate having a cavity having a thin bottom plate. FIG. 4 is also a perspective view for explaining an application example of the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention. In a case where a large number of child substrates are obtained from one laminated body to be an aggregate substrate, the laminated body is easily divided. Is shown with a groove. 3 and 4, (a) corresponds to the time of lamination, (b) corresponds to after the lamination step, and (c) corresponds to the state after the first constraining layer removing step.
[0033]
Since the laminated body having the shape shown in FIGS. 3 and 4 has a portion where the thickness of the laminated body becomes thinner, the laminated body warps during firing as compared with the rectangular parallelepiped-shaped laminated body shown in FIG. Although undulation is more likely to occur, in the present invention, since blocks of the same arrangement are further laminated with the constrained
[0034]
Next, experimental results for verifying the operation and effect of the present invention will be described.
[0035]
First, an experiment was performed to confirm that the manufacturing method according to the first embodiment described above had an effect of suppressing warpage. FIG. 5 is a cross-sectional view of the laminated body used in the experiment for explaining the contents of the experiment, and a plan view of the upper main surface of the substrate for indicating measurement points.
[0036]
(A) is an array of 12 80 mm square ceramic green sheets (10 sheets of 50
[0037]
[Table 1]
[0038]
From this result, at all the measurement points, the warpage is smaller in (b), that is, the substrate manufactured by the manufacturing method of the present invention than in (a), and the average value of all the measurement points is (a). As compared with 1.707 mm, (b) was as small as 0.761 mm, and it was confirmed that there was a clear effect.
[0039]
Next, an experiment was performed to confirm that the manufacturing method according to the second embodiment described above had an effect of suppressing warpage. FIG. 6 is a cross-sectional view of the laminate for explaining the contents of the experiment, and a plan view of the upper main surface of the substrate for indicating measurement points.
[0040]
(A) is a raw laminate in which eleven 120 mm square ceramic green sheets (10 sheets having a thickness of 50 μm 51 and one sheet having a thickness of 100 μm 52) having a second constraining
[0041]
[Table 2]
[0042]
From this result, at all the measurement points, the warpage is smaller in (b), that is, the substrate manufactured by the manufacturing method of the present invention than in (a), and the average value of all the measurement points is (a). (B) was as small as 0.196 mm compared to 0.614 mm, and it was confirmed that there was a clear effect. Further, it was confirmed that the upper and lower blocks sandwiching the restrained
[0043]
Next, an experiment was conducted to confirm that the substrate having the shape corresponding to the application example described above has an effect of suppressing the warpage. FIG. 7 is a cross-sectional view of the laminate for explaining the contents of the experiment.
[0044]
(A), a 3 mm thick second constraining
[0045]
As a result, the substrate corresponding to (a) was 0.10 mm, and the substrate corresponding to (b) was 0.01 mm. Thus, it was confirmed that if a substrate having a cavity was produced by the method of the present invention, a substrate with reduced warpage could be produced, and it was confirmed that high-density element parts and the like could be mounted on the bottom surface of the cavity. .
[0046]
Next, (c) shows the arrangement of ten 50 mm thick ceramic
[0047]
As a result, in the groove of the substrate corresponding to (c), cracks occurred due to the warpage of the substrate, and the form as the aggregate substrate could not be maintained. On the other hand, no crack was generated in the groove of the substrate corresponding to (d), and the form as the collective substrate was maintained. Thus, it was confirmed that the groove was not cracked even when a deep groove such as a collective substrate was formed, when manufactured by the manufacturing method of the present invention in which warpage was suppressed.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the blocks having the same amount of warpage generated during firing are stacked, fired, and constrained layer removed by sandwiching the constraining layer and facing each other so that the warping directions are opposite. As a result, a multilayer ceramic substrate having a small warpage can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view for explaining a first embodiment of a multilayer ceramic substrate manufacturing method of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a second embodiment of the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view for explaining an application example of the multilayer ceramic substrate manufacturing method of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view for explaining an application example of the multilayer ceramic substrate manufacturing method of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are a cross-sectional view and a plan view for explaining the contents of an experiment according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are a cross-sectional view and a plan view for explaining the contents of an experiment according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the contents of an experiment using a substrate having a shape shown in an application example of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 ceramic
Claims (5)
前記セラミックグリーンシートに導体配線部を形成する導体配線形成工程と、
前記セラミックグリーンシートからなる第1のブロックと、前記セラミックグリーンシートからなり、前記第1のブロックが焼成時に発生する反り量と同じ反り量を発生する第2のブロックとを、焼成時の反り方向が反対になるように配置し、前記第1のブロックの主面と前記第2のブロックの主面との間に第1の拘束層となるべき前記拘束グリーンシートを配置して積層体を作製する積層工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程と、
焼成した積層体から前記第1の拘束層を除去する第1拘束層除去工程を実施することを特徴とする、多層セラミック基板の製造方法。A ceramic green sheet, a green sheet preparing step of preparing a constrained green sheet that does not sinter at the sintering temperature of the ceramic green sheet,
A conductor wiring forming step of forming a conductor wiring portion on the ceramic green sheet,
A first block formed of the ceramic green sheet and a second block formed of the ceramic green sheet and generating the same amount of warpage as the first block generates during firing are defined by a warping direction during firing. Are arranged in opposite directions, and the constrained green sheet to be the first constraining layer is arranged between the main surface of the first block and the main surface of the second block to produce a laminate. Laminating process,
A firing step of firing the laminate,
A method for manufacturing a multilayer ceramic substrate, comprising performing a first constraining layer removing step of removing the first constraining layer from a fired laminate.
さらに、前記焼成工程の後に、焼成した積層体から、前記第1の拘束層の両端部または外周部に位置する前記セラミック層を含めた耳部の積層体部分を、焼成した積層体の主面方向から切除する耳部除去工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。In the laminating step, the constrained green sheets to be the first constrained layers smaller than the size of the main surface of the laminate are laminated with the ceramic green sheets at both ends or the outer periphery when the laminate is formed. It is characterized by being arranged so that
Further, after the firing step, from the fired laminate, the laminated portion of the ear portion including the ceramic layer located at both ends or the outer peripheral portion of the first constraining layer is subjected to the main surface of the fired laminate. The method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to any one of claims 1 to 4, further comprising an ear removing step of cutting away from the direction.
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