JP2005086017A - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 拘束シートを用いた同時焼成工程によるセラミック基板の製造方法において、表面導体に不必要な凹凸をスタンプ（stamp）したり、異物付着を起こしたり、メッキ性や半田濡れ性の低下といった問題の発生を防ぎつつ、焼成ひずみをより小さくできる方法を提供する。
【解決手段】 未焼成セラミック基板３０の表面導体３２を形成した面に、同時焼成により一体化されるセラミックペースト７０を塗布して、セラミックグリーン被覆層７を形成する。その後、未焼成セラミック基板３０の焼成温度では焼結されない拘束シート９，９を積層して、該拘束シート９，９により未焼成セラミック基板３０をセラミックグリーン被覆層７とともに拘束する。セラミックグリーン被覆層７および未焼成セラミック基板３０を、それらが焼結および一体化され、且つ、拘束シート９，９が焼結されない範囲の温度で焼成してセラミック基板４０を得る。拘束シート９，９と、表面導体３２を被覆するセラミック層７ａとを除去して表面導体層３２を露出させ、メッキ層３１を形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、同時焼成工程（co-fire process）によって、表面導体層を有するセラミック基板を製造する方法に関する。特には、セラミック基板が、分割により複数のセラミック部品となるセラミック部品の集合体である場合において好適なものである。

セラミックグリーンシートと導体層とを積層してなる未焼成セラミック基板を作製し、次いで、セラミック体と導体とを同時焼成（co-fire）することによってセラミック基板を製造する方法は、同時焼成工程（co-fire process）と呼ばれている。焼成済みのセラミック基板上に導体ペーストを印刷し、次いで、導体ペーストをセラミック基板に焼き付ける工程（post-fire process）と比較すると、同時焼成工程は、実装パッドなどの表面導体をセラミック体と一括形成できる大きな利点がある。

しかしながら、同時焼成工程においては、グリーンシートと導体層との焼成収縮のタイミングが異なるため、できあがったセラミック基板に反り等の焼成ひずみが生じやすい。焼成ひずみが実装工程における実装不良等の不具合を招くことはよく知られている。

焼成ひずみの問題を解決するために、種々の方法が検討されている。代表的な方法としては、未焼成セラミック基板を上下から物理的に拘束しながら焼成することで厚さ方向（Ｚ方向）への焼成収縮を優位的に生じさせ、これにより焼成ひずみの小さいセラミック基板を作製する方法が知られている。具体的には、未焼成セラミック基板に上下面から圧力を加えて拘束しながら焼成する方法（下記特許文献１）や、未焼成セラミック基板を焼成過程では収縮しない拘束シートで挟んだ状態で焼成した後、拘束シートを除去する方法（下記特許文献２）がある。

特開昭６２−２６０７７７号公報 特開平４−２４３９７８号公報

未焼成セラミック基板を拘束シートで上下から拘束しながら焼成する方法（上記特許文献２）においては、基板表面に形成された実装パッド等の表面導体に拘束シートが直接接することになる。そのため、表面導体層の表面に不必要な凹凸をスタンプ（stamp）したり、異物付着を起したり、メッキ性や半田濡れ性を低下させる可能性がある。また、未焼成セラミック基板を焼成過程では収縮しない拘束シートで挟んだ状態で焼成した後、拘束シートを除去する方法は、表面導体の密着強度や耐半田くわれ性を良好にするために表面導体層を厚く形成（焼成後の厚みで１５μｍ以上５０μｍ以下）した場合に問題がある。具体的には、厚く形成された表面導体層の凹凸によって拘束シートが部分的に密着し難くなり、拘束が不十分な部分に焼成ひずみが発生しやすい問題がある。

表面導体層をpost-fire processにより形成する方法もあるが、焼成回数が増える問題があるし、ファインパターンの形成にpost-fire processは不向きである。また、表面導体層をメッキで形成することは、セラミック体とメッキ層との密着性の問題や、フォトリソプロセスが必須になり工程が複雑化する問題がある。

本発明の課題は、拘束シートを用いた同時焼成工程によるセラミック基板の製造方法において、表面導体に不必要な凹凸をスタンプ（stamp）したり、異物付着を起こしたり、メッキ性や半田濡れ性の低下といった問題の発生を防ぎつつ、焼成ひずみをより小さくできる方法を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明にかかるセラミック基板の製造方法は、セラミックグリーンシートと導体層とを積層してなる積層体の主面上に表面導体が形成された未焼成セラミック基板を作製する基板作製工程と、未焼成セラミック基板の表面導体を形成した面に、同時焼成によりセラミックグリーンシートに一体化されるセラミックペーストを塗布して、表面導体および積層体の主面を被覆する被覆工程と、表面導体が被覆された未焼成セラミック基板の両面に、該未焼成セラミック基板の焼成温度では焼結されない難焼結性無機材料を主体として含む拘束シートを積層して、該拘束シートにより未焼成セラミック基板を拘束する拘束工程と、拘束された未焼成セラミック基板が焼結され、拘束シートが焼結されない範囲の温度で焼成して、拘束シートにより拘束されたセラミック基板を作製する焼成工程と、拘束シートにより拘束されたセラミック基板から拘束シートと、上記被覆工程において塗布したセラミックペーストに基づくセラミック層のうち、表面導体を被覆するセラミック被覆層とを除去し、表面導体を露出させる除去工程と、を備えることを主要な特徴とする。

上記本発明の方法においては、未焼成セラミック基板およびそれに塗布されたセラミックペースト塗布層を拘束シートで挟み込んだ状態で焼成するので、ＸＹ方向（面内方向）への焼成収縮が抑制され、Ｚ方向（厚さ方向）への焼成収縮が優位となり、これにより焼成ひずみ（反り）を小さくできる。表面導体と拘束シートとの間には、セラミックペースト塗布層が介挿され、拘束シートの凹凸が表面導体にスタンプされることがない。また、セラミックペースト塗布層は、未焼成セラミック基板（基板本体ともいう）の主表面における表面導体の非形成領域を埋める作用を有する。これにより、焼成時において、面内に均一な拘束力が働くようになる。すると、面内方向における焼成ひずみの発生バラツキが小さくなり、全体的な焼成ひずみをいっそう小さくできる。また、セラミックペースト塗布層は、同時焼成により基板本体と一体化する。したがって、焼成後においては、拘束シートとともに表面導体を覆うセラミック被覆層が形成され、これを除去する必要性があるが、この際に、表面導体に付着した異物（具体的にはセラミック粒子等）をいっしょに除去することが可能である。このように、本発明の方法に拠れば、拘束シートを用いた同時焼成工程によるセラミック基板の製造方法において、表面導体に不必要な凹凸をスタンプ（stamp）したり、異物付着を起こしたり、メッキ性や半田濡れ性の低下といった問題の発生を防ぎつつ、焼成ひずみをより小さくできる。

上記したセラミックペーストは、未焼成セラミック基板を構成するセラミックグリーンシートと実質的に同一組成の無機材料と、溶媒や結合剤としての有機材料とを調製したものを好適に使用できる。この構成によれば、セラミックペーストが塗布されてなるセラミックペースト塗布層と、未焼成セラミック基板との焼成温度、すなわち焼成タイミングが一致するので、容易かつ確実に両者を一体化できる。なお「実質的に同一」とは、不可避不純物の混入については無視することを意味する。

被覆工程においては、未焼成セラミック基板の表面導体層が形成された面をプレス加工により平坦化したのち、セラミックペーストを厚さ１μｍ以上５０μｍ以下の範囲で塗布することが望ましい。セラミックペーストの塗布厚さが１μｍ未満の場合、拘束力を面内で均一化する作用を十分に得られなくなる。他方、厚さが５０μｍを超えると、焼成後において表面導体上に分厚いセラミック被覆層が形成されることとなり、これを除去することが困難となったり、除去工程に費やされる時間が著しく増大したりする。その結果、生産性が犠牲になる恐れがある。

また、除去工程を経て露出された表面導体上に導電バンプを形成する工程をさらに行なうことができる。除去工程を経て露出された表面導体上にメッキ層を形成するメッキ工程を行なうようにしてもよい。セラミック誘電体層と面一となっている表面導体をメッキで嵩上げすることにより、緻密かつ嵩高い金属端子を形成できるようになる。嵩高い金属端子は、以下のような利点を持つので好適である。たとえば、当該セラミック基板をオーガニックパッケージ等に実装する場合において、熱膨張差を緩和するために両者の間に樹脂材料等からなるアンダーフィル材を充填する場合がある。このとき、セラミック基板が嵩高い金属端子を有していればオーガニックパッケージとの間隙を比較的大きくでき、アンダーフィル材の充填性が良好となる。また、アンダーフィル材の種類の選択幅も拡がる。

また、製造されるセラミック基板が、分割により複数のセラミック部品となるセラミック部品の集合体（多数個取りセラミック基板）である場合には、基板の反り問題がいっそう深刻となるので、本発明の製造方法を適用することが特に有効である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明のセラミック基板の一実施形態である表面実装型積層セラミックコンデンサ４０（以下、単にコンデンサ４０ともいう）の断面構造を示すものである。コンデンサ４０は、セラミック誘電体層５と配線パターン層６とが交互に積層されるとともに、セラミック誘電体層５を隔てて対向する配線パターン層６が、セラミック誘電体層５を貫くビア電極８，８’により電気的に接続された構造を有する。配線パターン層６は、セラミック誘電体層５を介して対向する第１および第２のコンデンサ電極６ａ，６ｂを含み、ビア電極８，８’が、第１のコンデンサ電極６ａと電気的に導通し第２のコンデンサ電極６ｂとは導通しない第１のビア電極８と、第２のコンデンサ電極６ｂと電気的に導通し第１のコンデンサ電極６ａとは導通しない第２のビア電極８’とを含む。そして、第１のビア電極８と第２のビア電極８’とには、それぞれ選択的に導通するフリップチップ接続用の金属端子３３が、コンデンサ４０の片面に形成されている。

図１に示すように、金属端子３３はビア電極８，８’よりも径大に形成されるとともに、それらビア電極８，８’に同心状に配置されて内層の導体パターン層６に導通する表面導体３２と、該表面導体３２上に設けられたメッキ層３１とから構成されている。表面導体３２は、コンデンサ４０の主表面ＣＰを構成するセラミック誘電体層７ｂに埋設される形となっている。また、表面導体３２とメッキ層３１との境界は、セラミック誘電体層７ｂの主表面ＣＰに略一致し、これによりメッキ層３１が主表面ＣＰより突出している。メッキ層３１は、表面導体３２と同種金属（たとえばＣｕ、Ａｇ）によるメッキ層と、該メッキ層上に形成されるＮｉ／Ａｕメッキ層とにより構成されるものであり、セラミック誘電体層７ｂの主表面ＣＰからの高さが、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下に調整される。一方、表面導体３２は、メッキ層３１の下地となるものであり、配線パターン層６やビア導体８，８’と同種の金属により構成されている。メッキ層３１上にはＳｎ−Ｐｂ共晶半田や、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田、Ｓｎ−Ａｇ半田などＰｂを含有しない半田による半田バンプを形成してもよい（図示省略）。また、表面導体３２上にメッキ等により直接半田バンプを形成するようにしてもよい。

以下、上記コンデンサ４０の製造工程について説明する。
コンデンサ４０はセラミックグリーンシートを用いて製造される。該セラミックグリーンシートは、以下のようなドクターブレード法により製造することができる。まず、誘電体セラミックからなる原料セラミック粉末（たとえば、ガラスセラミック粉末の場合、ホウケイ酸ガラス粉末とＢａＴｉＯ_３等のセラミックフィラー粉末との混合粉末：平均粒径は０．３〜１μｍ程度）に溶剤（アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、ブロムクロロメタン、エタノール、ブタノール、プロパノール、トルエン、キシレンなど）、結合剤（アクリル系樹脂（たとえば、ポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリレート）、セルロースアセテートブチレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなど）、可塑剤（ブチルベンジルフタレート、ジブチルフタレート、ジメチルフタレート、フタル酸エステル、ポリエチレングリコール誘導体、トリクレゾールホスフェートなど）、解膠剤（脂肪酸（グリセリントリオレートなど）、界面活性剤（ベンゼンスルホン酸など）、湿潤剤（アルキルアリルポリエーテルアルコール、ポチエチレングリコールエチルエーテル、ニチルフェニルグリコール、ポリオキシエチレンエステルなど）などの添加剤を配合して混練し、スラリーを作る。

次に、ビア電極形成用のメタライズペースト（以下、ビア電極用ペーストという）を調製する。使用する金属粉末は、たとえばＡｇ、ＡｇＰｔ、ＡｇＰｄ、Ａｕ、ＮｉおよびＣｕのいずれかにより構成され、平均粒径が２〜２０μｍの範囲で調整されたものである。この金属粉末に、ブチルカルビトール等の有機溶剤を、適度な粘度が得られるように配合・調製することによりビア電極用ペーストが得られる。他方、配線パターン層形成用のメタライズペースト（以下、配線パターン層用ペーストという）を調製する。使用する金属粉末は、ビア電極用ペーストで用いたものと同種類、かつ平均粒径が０．１〜３μｍと小さく調整されたものが好適である。この金属粉末に、平均粒径５００ｎｍ以下（望ましくは１００ｎｍ以下、さらに望ましくは５０ｎｍ以下）の無機化合物粉末を０．５〜３０重量％の範囲にて配合し、さらに、エチルセルロース等の有機バインダと、ブチルカルビトール等の有機溶剤を、適度な粘度が得られるように配合・調製することにより配線パターン層形成用のメタライズペーストが得られる。なお、上記の無機化合物粉末には、セラミックグリーンシートの原料セラミック粉末を使用してもよいし、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）および酸化チタン（ＴｉＯ_２）の少なくとも１種からなる無機化合物粉末（平均粒径１００ｎｍ以下、望ましくは５０ｎｍ以下）を配合して使用してもよい。

上記のようにして作製したセラミックグリーンシートおよびメタライズペーストを用い、以下のようにして未焼成セラミック基板を作製する。なお、以下の説明においては理解を容易にするため、焼成前の各部の符号および名称を、焼成後のコンデンサ４０の各部の符号ないし名称にて代用する。まず図３（ａ）に示すように、第２のベース部用セラミックグリーンシート２１を用意する一方、それよりも薄い積層用セラミックグリーンシート５を別途用意し、それぞれ複数のビアホール４を同じ位置に形成するとともに、各ビアホール４内にビア電極用ペーストを充填してビア電極８を形成しておく。また、セラミックグリーンシート５の片面には、各ビア電極８に導通する形で、配線パターン層６としての第１および第２のコンデンサ電極６ａ，６ｂを、配線パターン層用ペーストを用いて印刷形成しておく。

次に、図３（ｂ）に示すように、これら積層用セラミックグリーンシート５を第２のベース部用セラミックグリーンシート２１上に順次積層する。図３（ｃ）に示すように、同様の手順にてビアホール４内にビア電極８を形成した第１のベース部用セラミックグリーンシート１を重ね合わせて圧着し、最終的に必要とする所定数Ｎのセラミックグリーンシート５（これにベース部用のセラミックグリーンシート１および２１が加わる）と所定数の配線パターン層とを交互に積層することにより、積層体３０’を作製する。この積層体３０’の主面３０ｐ上に、メタライズペーストを印刷により形成して未焼成セラミック基板３０を得る（図３（ｄ）参照）。

次に、図４に示すように、未焼成セラミック基板３０の表面導体３２を形成した面に、当該未焼成セラミック基板３０（表面導体３２とセラミックグリーンシート１との両者）と同時焼成により一体化するセラミックグリーン被覆層７を設ける（図４：被覆工程）。セラミックグリーン被覆層７との密着性を高めるために、表面導体３２を形成した面を予めプレス加工により平坦化するようにしてもよい。セラミックグリーン被覆層７を形成する方法としては、いくつか示すことができる。

まず、図５に示すように、未焼成セラミック基板３０とは別に予め成形した第２のセラミックグリーンシート７を積層および圧着させる方法である。シート積層による方法は、手順としても比較的簡単なので好適である。第２のセラミックグリーンシート７は、未焼成セラミック基板３０を構成するセラミックグリーンシート１，５，２１と実質的に同一組成、すなわち同一のスラリーを用いて成形することができ、そのようにした場合に最も低コストを期待できる。ただし、焼成タイミングがほぼ一致する範囲内であれば、セラミックグリーンシート１，５，２１と第２のセラミックグリーンシート７とは、使用する無機材料については同一のまま組成を異ならせて作製してもよい。さらには、別材料を用いて作製してもよい。たとえば、第２のセラミックグリーンシート７に基づくセラミック誘電体層７ｂを、回路素子として機能させる場合には、積極的な誘電率調整等が必要となる場合も考え得るからである。

また、第２のセラミックグリーンシート７は、１μｍ以上５０μｍ以下の厚さに成形されていることが望ましい。第２のセラミックグリーンシート７の厚さが１μｍ未満の場合、拘束力を面内で均一化する作用を十分に得られなくなる。他方、厚さが５０μｍを超えると、焼成後において表面導体３２上に分厚いセラミック被覆層７ａが形成されることとなり、これを除去することが困難となったり、除去工程に費やされる時間が著しく増大したりして、生産性が大きく犠牲になる恐れがある。第２のセラミックグリーンシート７は、公知のドクターブレード法により成形することができる。

別の方法としては、図６に示すようにスクリーン印刷法等の印刷法により、セラミックペースト７０を表面導体３２がうっすら被覆される程度の厚さに印刷する方法である。金属端子３３として複数の表面導体３２が配列形成されている場合にこの方法を採用すると、隣り合う表面導体層３２，３２間にセラミックペースト７０が容易に行きわたり、表面凹凸の小さいセラミックグリーン被覆層７を形成できる。すると、後述する拘束シート９の拘束力が面内で均一に作用するようになるので、焼成ひずみの低減効果を十分期待できる。なお、セラミックペースト７０は、図５で示した第２のセラミックグリーンシート７と同一組成の無機材料と、溶媒、結合剤等の有機材料とを調製したものを好適に使用できる。有機溶媒等の種類や、有機材料と無機材料との配合比率については、印刷容易性を高めるためにグリーンシート成形用スラリーとは異ならせることができる。なお、セラミックペースト７０の印刷工程が終了したら、セラミックペースト７０に含有される有機溶媒等を適度に除去するために、未焼成セラミック基板３０を乾燥炉で乾燥させるとよい。

さらに別の方法としては、図７に示すように、上記したセラミックペースト７０を薄く印刷したのちに、別途準備した第２のセラミックグリーンシート７ｐを積層・圧着させる方法、すなわち図５と図６の方法を併用する方法である。図６に示したペースト印刷による方法は、セラミックペースト７０に含有される有機溶媒等が表面導体３２に染み込んで、表面導体３２が膨潤し、形状鈍りを招く可能性がある。一方、予め成形されたグリーンシートを積層させる方法では、表面導体３２の膨潤の問題は生じないが、密着性という観点ではペースト印刷による方法に分がある。

そこで、図７に示すように、まず表面導体３２の高さを超えない厚さでセラミックペースト７０の印刷を行なってペースト塗布層７ｑを形成し、その後、予め成形した第２のセラミックグリーンシート７ｐを積層・圧着させてセラミックグリーン被覆層７を形成する。このときのセラミックペースト７０の印刷は、未焼成セラミック基板３０の表面全体に行なってもよいし、表面導体３２の非形成面にのみ選択的にセラミックペーストが載るようにパターン印刷を行なってもよい。以上のような方法によれば、流動性を有するセラミックペースト７０の塗布量を比較的少量で済ませつつ、第２のセラミックグリーンシート７ｐを積層することから、有機溶媒の染み込みによる表面導体３２の膨潤が起こりにくくなる。なお、２つの工程（ペースト印刷、シート貼）の間に、乾燥工程を挟んでもよい。

次に、図４に戻り、未焼成セラミック基板３０の両面に、該未焼成セラミック基板３０の焼成温度では焼結されない難焼結性無機材料を主体として含む拘束シート９，９を積層する。拘束シート９，９は、未焼成セラミック基板３０をセラミックグリーン被覆層７とともに拘束することとなる（図４：拘束工程）。本実施形態のように、セラミック基板を低温焼成セラミック（ガラスセラミック）で構成する場合には、拘束シート９，９は、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＢＮから選択される１種以上の難焼結性無機材料を主体とするセラミックグリーンシート９，９により構成することができる。すなわち、この拘束シート９，９は、未焼成セラミック基板３０の焼成温度では焼結されない組成のものであればよい。なお、「主体とする」若しくは「主体として含む」とは、質量％で最も多く含有することを意味する。

次に、拘束された未焼成セラミック基板３０を、それらが焼結および一体化され、且つ、拘束シート９，９が焼結されない範囲の温度で焼成して、拘束されたセラミック基板４０を作製する（図４：焼成工程）。セラミック基板４０は、セラミックグリーン被覆層７に由来するセラミック層７を有する。セラミック層７は、表面導体３２を被覆するセラミック被覆層７ａと、隣り合う表面導体間を占有するセラミック誘電体層７ｂとで構成される。なお、上記の焼成温度は、低温焼成セラミックで一般的な８００℃以上１０００℃以下（たとえば９５０℃）とすることができる。また、大気圧よりも加圧した雰囲気で焼成したり、拘束シート９，９をさらに機械的に加圧しながら焼成したりしてもよい。また、セラミック基板４０をアルミナ主体で構成し、拘束シート９をＢＮなどで構成する場合、上記焼成温度は、たとえば１２００℃以上１９００℃以下とすることができる。

次に、セラミック基板４０から拘束シート９，９と、表面導体３２を被覆するセラミック被覆層７ａとを湿式サンドブラストや研磨により除去し、表面導体３２を露出させる（図４：除去工程）。拘束シート９，９とセラミック被覆層７ａの両者の除去容易性は互いに異なるので、それらの除去手法を互いに異ならせてもよい。具体的には、拘束シート９，９を湿式サンドブラストにより除去し、セラミック被覆層７ａについては機械研磨や化学エッチング若しくはそれらの組み合わせにより除去するといった手順を示せる。また、表面導体３２の上に位置するセラミック被覆層７ａと、表面導体３２と同じ高さ（厚さ）となるように形成されているセラミック誘電体層７ｂは、ともにセラミックグリーン被覆層７が焼成されたものである。表面導体３２とセラミック被覆層７ａとは一体化しているものの、セラミック被覆層７ａの厚さｄが十分に小さければ（たとえば５０μｍ以下）、その除去は比較的容易であり、異物もほとんど残留しない。

表面導体３２を被覆するセラミック被覆層７ａを除去したのち、露出した表面導体３２上にメッキ層３１を形成する（図４：メッキ工程）。具体的には、通電用の下地メッキ層を無電解メッキで形成したのちにレジストを塗布し、表面導体３２に沿う形でレジストをパターニングする。次いで電解メッキにより、表面導体３２上にメッキ層３１を形成する。レジストと下地メッキ層とを除去して、メッキ層３１を有する面実装型コンデンサとしてのセラミック基板４０を得る。このメッキ工程は、表面導体３２と同種金属を用いたメッキ（たとえばＣｕメッキ）工程とすることができる。また、メッキ層３１の高さを十分に増したのち、無電解Ｎｉ／Ａｕメッキ層を形成するとよい。このようにすれば、極めて嵩高い端子を形成することができるようになり、当該セラミック基板４０（コンデンサ４０）をオーガニックパッケージ等に搭載する場合において、両者の間隙を大きくすることができるため、アンダーフィル材の充填がしやすくなる。

また、表面導体３２をメッキ層３１で嵩上げしたのち、Ｎｉ／Ａｕメッキ層を形成する場合には、ピット等の少ないメッキ金属層上にＮｉ／Ａｕメッキ層を形成することになる。この手順によれば、より緻密なＮｉ／Ａｕメッキ層を形成できることになり、金属端子３３の半田ぬれ性の向上に寄与する。ただし、表面導体３２上に無電解Ｎｉ／Ａｕメッキを直接行なってもよい。その場合には、レジストのパターニング等の工程を省けるので生産コストの観点からは有利である。また、表面導体３２の上に半田バンプを直接形成することも可能である。

なお、本実施形態で示したコンデンサ４０のようなセラミック電子回路部品は、一般には図２に示すように、多数個取りセラミック基板８５の形で製造される。個々の部品４０（コンデンサ）は、分割溝１１２に沿って折り取りされる。製造されるセラミック基板が、分割により複数の部品となる多数個取りセラミック基板８５である場合には、反り問題がいっそう深刻となるので、本発明の製造方法を適用することが特に有効である。

また、本実施形態においては一方の主面にのみ金属端子が形成されたセラミック基板の例を示したが、たとえばＩＣパッケージのように基板の両面に金属端子等の表面導体が形成されるものであっても、本発明が適用できることはもちろんである。また、本実施形態においては、表面導体３２が金属端子である例を示しているが、本発明の方法は、表面導体で回路パターンを構成する場合にも、極めて好適である。

実験例

（１）ガラス粉末の調製
表１に示す割合で、ＳｉＯ_２粉末、Ｂ_２Ｏ_３粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＣａＯ粉末、ＺｎＯ粉末、Ｎａ_２ＣＯ_３粉末、Ｋ_２ＣＯ_３粉末等の他、ＭｇＯ粉末、ＢａＯ粉末、ＳｒＯ粉末およびＺｒＯ粉末を混合して原料粉末を調合した。得られた原料粉末を加熱溶融させた後、水に投入して急冷すると共に水砕させてガラスフリットを得た。このガラスフリットをボールミルにて更に粉砕して、平均粒径３μｍのガラス粉末７種（ガラスＮｏ１〜７）を得た。

（２）セラミックグリーンシートの製造
得られたガラス粉末７種の各々と、無機フィラー粉末であるアルミナ粉末とを、表１に示すように各々５０質量％の割合となるように秤量し、ボールミルにて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末に、バインダ（アクリル樹脂）、可塑剤｛ジブチルフタレート（ＤＢＰ）｝および溶剤（トルエン）を添加し、混練してスラリー７種を調合した。得られた各スラリーをドクターブレード法により、焼成後の厚さが１００μｍになるようにシート状に成形して７種類のセラミックグリーンシートを得た。また、厚さが１〜５０μｍの薄いセラミックグリーンシートは、別途市販のロールコーターを用いてＰＥＴ樹脂製テープの上に印刷塗布して形成した。

（３）セラミックペーストの製造
上記（２）と同様に、ガラス粉末７種の各々と、無機フィラー粉末であるアルミナ粉末とを、表１に示すように各々５０質量％の割合となるように秤量し、ボールミルにて混合して混合粉末を得た。得られた混合粉末に、バインダ（エチルセルロース樹脂）、可塑剤｛ジブチルフタレート（ＤＢＰ）｝および溶剤（ブチルカルビトールアセテート）を添加し、混練してセラミックペースト７種を得た。

（４）拘束用セラミックグリーンシートの製造
未焼成セラミック基板を焼成する温度では焼結されない難焼結性無機材料として、アルミナ（平均粒径３μｍ）粉末を用い、上記したセラミックグリーンシートと同様の方法で厚さ５００μｍのシート状に成形した。

（５）熱膨張係数測定用誘電体磁器の製造および熱膨張係数の測定
拘束用シートを用いることなく、従来方法によって誘電体磁器（１００ｍｍ×１００ｍｍ）を製造した。上記７種のグリーンシートを所定形状に打ち抜いたシート片を２０枚づつ熱圧着により積層し、次いで、９００℃において１５分間焼成して磁器を得た。得られた磁器を縦３ｍｍ、横３ｍｍ、高さ１．６ｍｍの柱状に研磨加工して、第２測定用磁器７種を得た。この第２測定用磁器を用い、２５℃から４００℃まで昇温させた時の熱膨張係数を示差膨張式熱機械分析装置（株式会社リガク社製、型式「ＴＭＡ８１４０Ｃ」）を用いて測定した。その結果を表２に併記する。

（６）同時焼結性測定用誘電体磁器の製造および同時焼結性の評価
次いで、拘束用シートを用いて誘電体磁器を製造した。上記した７種のグリーンシートの所定位置にＡｇペーストをスクリーン印刷法により１５μｍの厚さで印刷した。これらのセラミックグリーンシートを順次熱圧着により積層した。同様な作業を繰り返してグリーンシート５枚が積層され、各層間にＡｇペーストが所定のパターン形状で印刷された未焼成セラミック基板を得た。そして、未焼成セラミック基板の表裏面の所定の位置にＡｇペーストをスクリーン印刷法により２０μｍの厚さで印刷した。ただし、表３に示すように、一部のものについては表層の配線層に対して予めプレス工程を加えて平坦化した。この未焼成セラミック基板の表裏面に、表３に示す厚さで、同じ誘電体材料を含むセラミックペーストを公知のスクリーン印刷法により塗布して、表面導体層が被覆された未焼成セラミック基板を得た。なお、１回の印刷で所定の厚さに塗布できなかった場合は、所定の厚さになるように乾燥後繰り返し印刷を行った。この未焼成セラミック基板の所定の位置にＡｇペーストをスクリーン印刷法により、直径１００μｍの円状のマークを３ｃｍ間隔で格子状に印刷形成して、焼成前後の面方向（水平方向）における焼成収縮率を測定するための目印とした。この表面導体層が被覆された未焼成セラミック基板の両面に、上記（４）で作成済みのアルミナ拘束シートを積層して、拘束された未焼成セラミック基板を得た。次に、この拘束された未焼成セラミック基板を９００℃に設定したメッシュベルト炉を通して焼成し、拘束されたセラミック基板を得た。湿式サンドブラストにより、拘束シートと、表面導体を被覆するセラミック被覆層とを除去して表面導体を露出させて、目的とするセラミック基板を得た。

（７）焼成による反りの評価
得られた磁器を平面上に静置し、平面からの最高位置と最低位置（平面との接触位置）との差を計測した。結果を表３に示す。

表３に示すように、拘束シートを使用しない場合（表２参照）に比べて、磁器の反りが全体的に小さくなっていることが分かる。また、セラミックペーストを厚く塗布しすぎると、図４に示した除去工程に費やされる時間が激増して、生産性の観点より好ましくないことが判明した。

積層セラミックコンデンサの断面模式図。 多数個取りセラミック基板の模式図。 未焼成セラミック基板の作製工程の工程説明図。 拘束シートを用いた焼成手順を示す工程説明図。 セラミックグリーン被覆層の形成手順を示す工程説明図。 セラミックグリーン被覆層の形成手順の別例を示す工程説明図。 同じくセラミックグリーン被覆層の形成手順の別例を示す工程説明図。

符号の説明

１，５，２１ セラミック誘電体層（第１のセラミックグリーンシート）
６ 導体パターン層（導体層）
７ セラミックグリーン被覆層
７ａ セラミック被覆層
７ｂ セラミック誘電体層
８，８’ ビア電極（ビア導体）
３０’ 積層体
３０ 未焼成セラミック基板
３１ メッキ層
３２ 表面導体（下地金属層）
３３ 金属端子
４０ コンデンサ（セラミック基板）
７０ セラミックペースト
８５ 多数個取りセラミック基板

Claims (6)

1. セラミックグリーンシートと導体層とを積層してなる積層体の主面上に表面導体が形成された未焼成セラミック基板を作製する基板作製工程と、
   前記未焼成セラミック基板の前記表面導体を形成した面に、同時焼成により前記セラミックグリーンシートに一体化されるセラミックペーストを塗布して、前記表面導体および前記積層体の主面を被覆する被覆工程と、
   前記表面導体が被覆された前記未焼成セラミック基板の両面に、該未焼成セラミック基板の焼成温度では焼結されない難焼結性無機材料を主体として含む拘束シートを積層して、該拘束シートにより前記未焼成セラミック基板を拘束する拘束工程と、
   拘束された前記未焼成セラミック基板が焼結され、前記拘束シートが焼結されない範囲の温度で焼成して、前記拘束シートにより拘束されたセラミック基板を作製する焼成工程と、
   前記拘束シートにより拘束された前記セラミック基板から前記拘束シートと、前記被覆工程において塗布した前記セラミックペーストに基づくセラミック層のうち、前記表面導体を被覆するセラミック被覆層とを除去し、前記表面導体を露出させる除去工程と、
   を備えることを特徴とするセラミック基板の製造方法。
2. 前記セラミックペーストは、前記セラミックグリーンシートと実質的に同一組成の無機材料と、溶媒や結合剤としての有機材料とを調製したものであることを特徴とする請求項１記載のセラミック基板の製造方法。
3. 前記被覆工程においては、前記未焼成セラミック基板の前記表面導体層が形成された面をプレス加工により平坦化したのち、前記セラミックペーストを厚さ１μｍ以上５０μｍ以下の範囲で塗布することを特徴とする請求項１または２記載のセラミック基板の製造方法。
4. 前記除去工程を経て露出された前記表面導体上に導電バンプを形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法。
5. 前記除去工程を経て露出された前記表面導体上にメッキ層を形成するメッキ工程をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法。
6. 前記セラミック基板が、分割により複数のセラミック部品となるセラミック部品の集合体であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセラミック基板の製造方法。

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