JP2005116938A - キャビティ付き多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成収縮が少なく形状および寸法精度の高いキャビティ付き多層セラミック基板およびこれを確実に得るための製造方法を提供する。
【解決手段】複数のセラミック層Ｓ１〜Ｓ３を積層したベースセラミック部分ＢＳと、かかるベースセラミック部分ＢＳの表面３上に形成され且つ内側に表面１と裏面との間を貫通するキャビティＣを有する表層セラミック部分ＨＳとからなり、平面方向の焼成収縮を抑制されて焼結されたキャビティ付きセラミック基板において、上記ベースセラミック部分ＢＳのうち少なくとも上記キャビティＣの底面３を形成するセラミック層Ｓ３とこれに隣接するセラミック層Ｓ２との間に、上記キャビティＣの底面３の面積と同じか、あるいはその底面３の面積よりも広い内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳが形成されている、キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焼成収縮が少なく形状および寸法精度の高いキャビティ付き多層セラミック基板およびその製造方法に関する。

ガラス粉末およびアルミナ粉末を含む複数の第１のシート層と、それらの間に第１のシート層よりも焼結温度が高い第２のシート層とを積層し、上記第１のシート層の焼結温度で焼結することにより、平面方向の寸法精度が高いキャビティ付き複合積層体とその製造方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
しかしながら、上記キャビティ付き複合積層体の製造方法では、複数の第１のシート層間の全てに第２のシート層を配置するため、積層工程が煩雑になり、且つ積層体全体の厚みが変化すると共に、キャビティの底面に露出する未焼結の第２のシート層のみを除去する困難な工程が必要となる、という問題があった。

特開２０００−２５１５７号公報（第１〜１１頁、図１１〜１３）

また、ガラスセラミック・グリーンシートを積層して凹部(キャビティ)を有する積層体を作製し、かかる凹部に拘束用無機組成物を充填し、この積層体の両面に密着剤層を介在して難焼結性無機材料および有機バインダを含む拘束グリーンシートをそれぞれ積層し、得られた積層体を焼成した後、上記拘束用無機組成物と拘束グリーンシートとを除去する、という工程、からなるガラスセラミック基板の製造方法が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
上記拘束用無機組成物は、ペースト状または粉体状のものであり、例えばペースト状の拘束用無機組成物を印刷法により前記凹部に充填した場合、かかる組成物と凹部の内面との間には、密着が不十分で隙間を生じることがある。かかる隙間があると、凹部の底面を形成する前記グリーンシートに対する前記焼成工程での拘束が不十分になるため、当該グリーンシートにクラックを生じる、という問題があった。

特開２００２−１９３６７４号公報（１〜８頁、図１）

一方、キャビティに予め所定形状および寸法に成形した無機成形物を挿入する方法もあるが、当該キャビティに見合った高い寸法精度の無機成形物でないと、そのキャビティが変形することがある。しかも、キャビティの寸法や形状が変更される度に上記無機成形物の成形型を変更する必要があるため、製造上の負担が大きくなる、という問題があった。

本発明は、以上において説明した背景技術の問題点を解決し、焼成収縮が少なく形状および寸法精度の高いキャビティ付き多層セラミック基板およびこれを確実に得るための製造方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するため、キャビティの底面を形成するセラミック層の少なくとも直下に焼成収縮を抑制する内層焼成収縮抑制セラミック層を配置する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のキャビティ付き多層セラミック基板(請求項１)は、複数のセラミック層を積層したベースセラミック部分と、かかるベースセラミック部分の表面上に形成され且つ内側に表面と裏面との間を貫通するキャビティを有する表層セラミック部分とからなり、平面方向の焼成収縮を抑制されて焼結されたキャビティ付きセラミック基板において、上記ベースセラミック部分のうち少なくとも上記キャビティの底面を形成するセラミック層とこれに隣接するセラミック層との間に、上記キャビティの底面の面積と同じか、あるいはその底面の面積よりも広い内層焼成収縮抑制セラミック層が形成されている、ことを特徴とする。

これによれば、上記ベースセラミック部分のうち、キャビティの底面を形成するセラミック層とこれに隣接するセラミック層との間に、当該キャビティの底面の面積と同じの内層焼成収縮抑制セラミック層か、あるいはその底面の面積よりも広い内層焼成収縮抑制セラミック層が形成されている。このため、ベースセラミック部分および表層セラミック部分の焼成時において、キャビティの底面付近における焼成収縮が抑制され且つクラックが生じていないため、高い形状・寸法精度を有するキャビティが確保できる。しかも、比較的少ない内層焼成収縮抑制セラミック層で良いため、製造も容易となり、ベースセラミック部分を含む基板全体の厚み精度も安定する。
尚、上記内層焼成収縮抑制セラミック層は、キャビティの底面を形成するセラミック層とこれに隣接するセラミック層との間のほか、その直下などのセラミック層間にも併設するよう、２層または３層に形成しても良い。また、内層焼成収縮抑制セラミック層の面積は、少なくともキャビティの底面の面積と同じとすることを要するが、かかる面積よりも広い形態にすると、キャビティの形状・寸法精度およびベースセラミック部分全体の厚み精度を確保する上で望ましい。

また、本発明には、前記表層セラミック部分は、複数のセラミック層からなり且つ前記キャビティにはかかる複数のセラミック層間の段部が形成されていると共に、上記複数のセラミック層のうち下層側のセラミック層と表層側のセラミック層との間で且つ前記キャビティ寄りの位置に枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層が更に形成されている、キャビティ付き多層セラミック基板(請求項２)も含まれる。これによれば、表層セラミック部分のうち、キャビティの側面に段部を形成するセラミック層間に平面視で矩形(正方形または長方形)を呈する枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層が形成されている。このため、焼成時における上記段部の下層側を形成するセラミック層の収縮が抑制されているので、側面に形状・寸法精度の高い段部を有するキャビティを確保することができる。

更に、本発明には、前記内層焼成収縮抑制セラミック層および前記枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層は、アルミナのみ、あるいはアルミナとガラスとの混合物を焼成したものである、キャビティ付き多層セラミック基板(請求項３)も含まれる。これによれば、内層焼成収縮抑制セラミック層および枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層は、ベースセラミック部分および表層セラミック部分を形成するセラミック層の焼結温度よりも高く且つガラス含有量が少ないため、焼成時において隣接するセラミック層から軟化したガラス成分が浸透して緻密化している。従って、キャビティの底面や側面の段部を形成するセラミック層の焼成時における焼成収縮を確実に抑制しているため、高い形状および寸法精度を有するキャビティを確保することができる。

加えて、本発明には、前記内層焼成収縮抑制セラミック層および前記枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層の前記ガラス含有量は、前記ベースセラミック部分のセラミック層および前記表層セラミック部分またはかかる表層セラミック基板を構成するセラミック層のガラス含有量よりも少ない、キャビティ付き多層セラミック基板(請求項４)も含まれる。
これによれば、上記内層焼成収縮抑制セラミック層のガラス含有量は、ベースセラミック部分および表層セラミック部分を形成するセラミック層のガラス含有量よりも少ないため、焼成時において隣接するセラミック層から軟化したガラス成分が確実に浸透して緻密化している。従って、キャビティの底面や側面の段部を形成するセラミック層の焼成時における焼成収縮を確実に抑制しているため、高い形状および寸法精度を有するキャビティが確保できる。

尚、上記ガラス含有量が、上記セラミック層のガラス含有量を越えると、隣接するセラミック層から上記内層焼成収縮抑制セラミック層へのガラス成分の浸透量が過少になるため、かかる内層焼成収縮抑制セラミック層の収縮抑制効果が得られにくくなる。このため、上記ガラス含有量としたものである。
また、内層収縮抑制層におけるガラスの含有量は、当該抑制層を構成するセラミック層中のガラスの含有量の５０〜８５wt％であることが望ましい。係るガラスの含有量が８５wt％を越えると、内層収縮抑制層の軟化温度が低くなって、その収縮抑制が少なくなり、一方、上記ガラスの含有量が５０wt％未満になると、セラミック層の組成がずれて、その電気的特性に影響を与え得るためである。
付言すれば、上記内層焼成収縮抑制セラミック層は、本発明のキャビティ付き多層セラミック基板を厚み方向に沿ってスキャニングした際、ガラス成分の含有量が相対的に少ないセラミック層として検出することが可能である。

一方、本発明のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項５)は、表面および裏面を有する複数のグリーンシートと、かかる複数のグリーンシートの表面上方に配置され、且つ表面および裏面を有し、内側にかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔を有する単数または複数の貫通孔付きグリーンシートと、上記複数のグリーンシートのうち少なくとも上記貫通孔の底面に露出するグリーンシートとこれに隣接するグリーンシートとの間で且つ上記貫通孔の底面と同じかこの底面よりも広く焼結温度が上記グリーンシートよりも高い内層焼成収縮抑制層と、を積層する工程を、含む、ことを特徴とする。

これによれば、所要数のグリーンシートおよび最小数の内層焼成収縮抑制層によって、前記キャビティの底面を形成するセラミック層の焼成収縮を抑制し且つかかる底面におけるクラックの発生を防いで、高い形状および寸法精度のキャビティを有する多層セラミック基板を容易に製造することが可能となる。
尚、上記内層焼成収縮抑制層は、焼結温度が上記グリーンシートよりも高いアルミナ、またはアルミナおよびガラスを主成分とするペースト状の無機組成物であるか、あるいは上記主成分のセラミックシートの形態のものが用いられる。

また、本発明には、前記積層工程の後に、前記内層収縮抑制層を含む複数のグリーンシートと貫通孔付きグリーンシートとの積層体の両面に、これらのグリーンシートの焼成温度よりも高い焼結温度の焼成収縮抑制シートを積層する工程と、上記複数のグリーンシート、貫通孔付きグリーンシート、および両面の焼成収縮抑制シートからなる複合積層体を、上記グリーンシートの焼結温度で焼成する工程と、焼成後の上記複合積層体の両面に位置する未焼結の焼成収縮抑制シートを除去する工程と、を有する、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項６)も含まれる。
これによれば、内層収縮抑制層を含む複数のグリーンシートおよび貫通孔付きグリーンシートの積層体を平面方向の焼成収縮を抑制できるため、寸法精度の高いベースセラミック部分および表層セラミック部分を含むキャビティ付き多層セラミック基板を確実に製造することができる。

更に、本発明には、前記貫通孔付きグリーンシートは、複数のグリーンシートからなり且つ前記貫通孔にはかかる複数のグリーンシート間の段部が形成されていると共に、上記複数のグリーンシートのうち下層側のグリーンシートと表層側のグリーンシートとの間で且つ上記貫通孔寄りの位置に枠形の内層焼成収縮抑制層が更に配置されている、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項７)も含まれる。これによれば、追って形成される表層セラミック部分のキャビティの側面に段部を形成するセラミック層間に配置される枠形の内層焼成収縮抑制層が、かかるセラミック層の焼成工程における焼成収縮を確実に抑制する。このため、側面に接続配線を配置するための段部を有するキャビティを形状・寸法精度良く形成したキャビティ付き多層セラミック基板を提供することができる。

また、本発明には、前記グリーンシートは、アルミナおよびガラスを含み、前記焼成内層収縮抑制層または枠形の内層焼成収縮抑制層は、アルミナのみ、あるいはアルミナおよびガラスを含み且つかかるガラス含有量は上記グリーンシートのガラス含有量よりも少ない、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項８)も含まれる。
これによれば、上記２つの内層焼成収縮抑制層のガラス含有量は、ベースセラミック部分および表層セラミック部分を形成するグリーンシートのガラス含有量よりも少ないため、前記焼成工程において隣接するグリーンシートから軟化したガラス成分が、内層焼成収縮抑制層に確実に浸透してこれを緻密化する。従って、キャビティの底面や側面の段部を形成するセラミック層の焼成時における焼成収縮を確実に抑制できるため、高い形状および寸法精度を有するキャビティを確実に形成できる。

更に、本発明には、前記焼成内層収縮抑制層または枠形の内層焼成収縮抑制層は、３０μｍ以下の厚みである、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項９)も含まれる。これによれば、何れの焼成内層収縮抑制層も、その内部にまで隣接するクリーンシートのガラス成分が焼成工程にて浸透して緻密化されると共に、前記ベースセラミック部分や前記表層セラミック部分を、平面方向の寸法および厚みの精度良く製造できすることができる。
尚、上記焼成内層収縮抑制層の厚みが３０μｍを越えると、隣接するグリーンシートからのガラス成分の浸透が不足してアルミナ粉末部分が残り、且つ基板全体の厚みも不安定となる。これを防ぐため、上記厚みの範囲としたものである。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明における１形態のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１の断面を示す。かかる基板Ｋ１は、図１に示すように、複数のセラミック層Ｓ１〜Ｓ３を積層したベースセラミック部分ＢＳと、かかるベースセラミック部分ＢＳの表面(３)上に形成され且つ内側に表面１と裏面との間を貫通する平面視で正方形を呈するキャビティＣを有するセラミック層Ｓ４〜Ｓ６を積層した表層セラミック部分ＨＳとからなる。上記セラミック層Ｓ１〜Ｓ６は、重量比でほぼ６０：４０のホウケイ酸系ガラスおよびアルミナを主成分とし、約１５０μｍの厚みである。
図１に示すように、ベースセラミック部分ＢＳのうち、キャビティＣの底面３を形成するセラミック層Ｓ３の裏面４とこれに隣接するセラミック層Ｓ２の表面５との間には、キャビティＣの底面３の面積よりもやや広い面積で厚みが３０μｍ以下の内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳが形成されている。

上記セラミック層ＹＳは、アルミナおよびガラスを含むが、かかるガラスの含有量は、上記セラミック層Ｓ１〜Ｓ６におけるガラスの含有量よりも少ない。従って、かかるセラミック層ＹＳは、キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を厚み方向に沿ってスキャニングした際に、ガラス成分の濃度差で検出できる。
図１に示すように、表層セラミック部分ＨＳの表面１とベースセラミック部分ＢＳの裏面２とには、配線(表層電極)１３，１４が形成され、且つセラミック層Ｓ１〜Ｓ６間には、所定パターンの配線層８〜１２が形成されている。かかる配線層８〜１２や配線１３，１４は、Ａｇなどを主成分とする導体で、約１５μｍの厚みである。上記配線１３、配線層８〜１２、および配線１４間は、セラミック層Ｓ１〜Ｓ６を個別に貫通するビア導体ｖを介して接続されている。かかるビア導体ｖは、直径が約１５０μｍのほぼ円柱体で且つＡｇなどを主成分とする。

表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳを形成するセラミック層Ｓ１〜Ｓ６は、後述するように、それらに対応するグリーンシートを焼成する際に、表面１と裏面２とに隣接して積層した焼成収縮抑制シートにより平面方向における焼成収縮を予め抑制されている。しかも、かかる焼成時に、セラミック層Ｓ２，Ｓ３となるグリーンシート間に前記面積で上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度で且つガラス含有量の少ない内層焼成収縮抑制層が、上記セラミック層Ｓ２，Ｓ３から浸透したガラス成分を受け入れて、内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳとなっている。従って、キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１は、平面方向の寸法精度に優れたセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなる表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳと、高い形状・寸法精度のキャビティＣと、を備えている。このため、ビア導体ｖを介して、配線１３、配線層８〜１２、および配線１４間の導通が確実に取れると共に、キャビティＣに実装される図示しないＩＣチップ(電子部品)と表面１の配線１３との間を、ワイヤなどを介して接続することも容易に行うことが可能である。

図２は、前記基板Ｋ１の応用形態であるキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２の断面を示す。かかる基板Ｋ２は、前記と同じセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなる表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳと、キャビティＣと、配線１３、配線層８〜１２、配線１４、およびビア導体ｖと、を備えている。
図２に示すように、ベースセラミック部分ＢＳのうち、キャビティＣの底面３を形成するセラミック層Ｓ３の裏面４とこれに隣接するセラミック層Ｓ２の表面５との間、およびかかるセラミック層Ｓ２の裏面６とセラミック層Ｓ１の表面７間には、前記と同じで２層の内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳが個別に形成されている。

図３は、前記基板Ｋ１の変形形態であるキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ３の概略断面を示す。この基板Ｋ３も、前記と同じセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなる表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳと、キャビティＣと、図示せぬ配線１３、配線層８〜１２、配線１４、ビア導体ｖと、を備えている。
図３に示すように、ベースセラミック部分ＢＳのうち、キャビティＣの底面３を形成するセラミック層Ｓ３の裏面４とこれに隣接するセラミック層Ｓ２の表面５との間には、前記キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１，Ｋ２のセラミック層ＹＳよりも面積が広い内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳが形成されている。

図４は、異なる形態のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ４の概略断面を示す。かかる基板Ｋ４も、前記と同じセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなる表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳと、キャビティＣと、図示しない配線１３、配線層８〜１２、配線１４、ビア導体ｖと、を備えている。
図４に示すように、ベースセラミック部分ＢＳのうち、キャビティＣの底面３を形成するセラミック層Ｓ３の裏面４とこれに隣接するセラミック層Ｓ２の表面５との間には、これらの全面にわって内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳが形成されている。このため、ベースセラミック部分ＢＳ全体の厚みが均一である。

以上のようなキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２〜Ｋ４も、前記基板Ｋ１と同様に、平面方向の寸法精度に優れたセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなる表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳと、高い形状・寸法精度のキャビティＣとを備えている。このため、ビア導体ｖを介して、配線１３、配線層８〜１２、および配線１４間の導通が確実に取れ、キャビティＣに実装される図示しないＩＣチップと表面１の配線１３とのワイヤを介した接続も容易に行うことが可能である。

ここで、前記キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１の製造方法を説明する。
図５は、表面および裏面を有し且つかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔ｃを有するグリーンシートｓ４〜ｓ６と、表面および裏面を有するグリーンシートｓ１〜ｓ３と、内層焼成収縮抑制層ＹＳとの断面を示す。グリーンシートｓ１〜ｓ６は、重量比がほぼ６０：４０のホウケイ酸系ガラスとアルミナとを主成分とし、これらの粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加して混合し、得られたセラミックスラリをドクターブレード法によりシート化したもので、それぞれ約１５０μｍの厚みを有する。グリーンシートｓ４〜ｓ６の貫通孔ｃは、平面視で正方形(例えば３ｍｍ×３ｍｍ)を呈する。

また、内層焼成収縮抑制層ＹＳは、アルミナ粉末、またはアルミナ粉末およびグリーンシートｓ１〜ｓ６のガラス含有量よりも少ないガラス粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加し、上記同様の方法により３０μｍ以下の厚みにシート化したもので、グリーンシートｓ１〜ｓ６よりも高い焼結温度を有する。かかる内層焼成収縮抑制層ＹＳは、図５に示すように、グリーンシートｓ３の裏面４とグリーンシートｓ２の表面５との間で、且つグリーンシートｓ４〜ｓ６の貫通孔ｃの直下であって当該貫通孔ｃの面積よりもやや広い面積を有する。尚、内層焼成収縮抑制層ＹＳは、同じ成分で上記厚みとなるペーストを用いても良い。

図５に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ６の表面および裏面の少なくとも一方には、配線(表層電極)１３，１４または所定パターンの配線層８〜１２が形成されている。配線・配線層８〜１４は、厚みが約１５μｍのＡｇ粉などを含む導電性ペーストからなる。上記配線・配線層８〜１４には、グリーンシートｓ１〜ｓ６の表面と裏面との間を個別に貫通する直径約１５０μｍのビア導体ｖが接続され、かかるビア導体ｖもＡｇ粉などを含む導電性ペーストからなる。尚、グリーンシートｓ１〜ｓ６は、多数個取り用の大版のグリーンシートとしても良い。
次に、図５に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ６と内層焼成収縮抑制層ＹＳとをそれらの順序で積層して圧着する。

その結果、図６に示すように、積層されたグリーンシートｓ１〜ｓ６からなり、且つ内層焼成収縮抑制層ＹＳがグリーンシートｓ３の裏面４とグリーンシートｓ２の表面５との間で挟持されると共に、表面１に開口するキャビティＣを有するキャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓが形成される。かかるキャビティＣの底面３には、グリーンシートｓ３の表面(３)が露出し、その直下に底面３よりも広い面積の内層焼成収縮抑制層ＹＳが位置する。同時に、前記配線・配線層８〜１４間は、ビア導体ｖを介して接続される。また、上記積層体ｓｓの表面１と裏面２とには、配線１３，１４が位置する。尚、上記キャビティＣは、平面視で一辺３ｍｍの正方形を呈し、その深さは約０．５ｍｍである。

次いで、図７に示すように、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓの表面１および裏面２(両面)に、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を圧着し且つ積層して複合積層体ｆｓ１を形成する。焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２は、アルミナ粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加して得たセラミックスラリをドクターブレード法により、厚さ約２５０μｍにシート化したものである。
尚、図８に示すように、焼成収縮抑制シートｙ１に替えて、前記同様の貫通孔ｃを内側に有する焼成収縮抑制シートｙ３を上記グリーンシート積層体ｓｓの表面１上に積層し、上記貫通孔ｃの底面にキャビティＣの開口部を位置させた複合積層体ｆｓ２を形成しても良い。

更に、複合積層体ｆｓ１，ｆｓ２を図示しない焼成炉に挿入し、グリーンシートｓ１〜ｓ６の焼結温度(８００〜１０００℃)で所要時間にわたり加熱して焼成する。この際、前記配線層８などやビア導体ｖも同時に焼結される。この際、焼成後において、グリーンシートｓ１〜ｓ６が焼結したセラミック層は、未焼結の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に表面１と裏面２で拘束されるため、平面方向の焼成収縮を抑制される。更に、キャビティＣの底面を形成するグリーンシートｓ３が焼結して得られるセラミック層は、そのガラス成分が隣接する内層焼成収縮抑制層ＹＳに浸透してこれを緻密化し、且つこの内層焼成収縮抑制層ＹＳにより拘束されるため、平面方向の焼成収縮およびクラックの発生を抑制される。
尚、内層焼成収縮抑制層ＹＳは、焼成時において隣接していたグリーンシートｓ２，ｓ３からガラス成分が浸透するため、かかるガラス成分により緻密化された内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳとなる。

そして、焼成後の複合積層体ｆｓ１，ｆｓ２の表・裏面１，２から未焼結の焼成収縮抑制シートｙ１(ｙ３)，ｙ２を除去する。この除去工程は、焼成後の複合積層体ｆｓ１，ｆｓ２を例えば２５℃に３０分以上保持した後、１０℃またはこれ以下の冷水(冷却媒体)中に浸漬し、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２中の焼結時の残留応力を瞬時に開放する熱衝撃によって迅速に行うことができる。尚、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２などの除去工程は、水とアルミナなどの硬質粒子との混合物を吹き付ける方法により行っても良い。
その結果、前記図１に示したように、前記グリーンシートｓ１〜ｓ６が焼結したセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなるベースセラミック部分ＢＳおよび表層セラミック部分ＨＳ、前記導電性ペーストが焼結した配線１３，１４や所定パターンの配線層８〜１２、表面１に開口するキャビティＣを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を得ることができる。

以上のような工程を経る製造方法によれば、平面方向の焼成収縮が抑制されたセラミック層Ｓ１〜Ｓ６および底面にクラックがなく且つ形状や寸法精度の高いキャビティＣを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を確実に製造することができる。
尚、前述した多数個取り用の大版のグリーンシートを用いて、前記積層体ｓｓの形成工程、複合積層体ｆｓ１，ｆｓ２の形成工程、焼成工程、および焼成収縮抑制シートｙ１などの除去工程を行っても良い。この場合、上記除去工程の後、大版の多層セラミック基板の集合体を、例えばダイシング加工によって個別のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１に分割する。また、内層焼成収縮抑制層ＹＳの層数を増やしたり、その面積を広げることによって、前記図２〜４に示したキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２〜Ｋ４を製造することもできる。

ここで本発明の具体的な実施例について比較例と併せて説明する。
ケイ酸、アルミナ、およびＢ_２Ｏ_３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを、重量比が６０：４０で且つ総重量１ｋｇに秤量して、アルミナ製のポットに投入した。上記アルミナ粉末は、平均粒径：３μｍ、比表面積：１．０ｍ^２／ｇである。
上記ポット中に、アクリル樹脂系バインダ：１２０ｇと、適当なスラリ粘度およびシート強度を与えるのに必要な量の溶剤(ＭＥＫ：メチルエチルケトン)と可塑剤(ＤＯＰ：ジ・オクチル・フタレート)とを添加した後、５時間にわたり混合することで、セラミックスラリを得た。かかるスラリをドクターブレード法によって、厚みが１５０μｍで且つ縦・横２００ｍｍずつの大版のグリーンシートに形成した。かかるグリーンシートを複数枚用意した。

また、前記と同じアルミナ粉末のみからなる２組のアルミナ粉末と、アルミナ粉末および３０wt％または５０wt％の前記と同じ種類のガラス粉末からなる複数組の混合粉末と、を用意した。上記アルミナ粉末または混合粉末に、前記同様のアクリル樹脂系バインダを個別に添加して、４種類のペーストおよび４種類のシートの焼成収縮抑制層を用意した。このうち、ペーストは印刷法により、所定の面積および厚みとし、シートは所定の面積として、それぞれ所要層数を用意した。
更に、前記と同じアルミナ粉末に、アクリル樹脂系バインダ、溶剤(ＭＥＫ)、および可塑剤(ＤＯＰ)を前記同様に添加し且つ混合してセラミックスラリを得ると共に、かかるスラリをドクターブレード法により、厚みが２５０μｍの焼成収縮抑制シートを複数枚形成した。

前記大版のグリーンシートのうち、一部について縦・横：３ｍｍ×３ｍｍの貫通孔を縦方向と横方向とにそれぞれ６個ずつ合計３６個穿孔した。かかる貫通孔付きのグリーンシート３枚と、貫通孔のないグリーンシート４枚とを積層して、９組の多数個取り用のキャビティ付きグリーンシート積層体を形成した。この際、キャビティの底面を形成するグリーンシートとこれに隣接するグリーンシートとの間あるいはその下方のグリーンシート間にペーストまたはシートの焼成収縮抑制層を所要層数で挟持した。

各組の内層焼成収縮抑制層の広さ、層数、形態、ガラス含有量、および厚みによって、表１に示すように、実施例１〜５および比較例１〜４に区分した。尚、表１中で、「内層の全面」とは、グリーンシートの面積と同じものである。
各例の３ｍｍ×３ｍｍのキャビティ付きグリーンシート積層体の両面に、焼成収縮抑制シートをそれぞれ圧着して積層し、各例ごとに複合積層体を得た。
各例の複合積層体を図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートの焼結温度(約９００℃)で焼成した。焼成後の各例の複合積層体を２５℃に３０分以上保持した後、１０℃の冷水中に浸漬して、未焼成の焼成収縮抑制シートを除去し、各例ごとにキャビティ付き多層セラミック基板(大版)を得た。

各例の上記多層セラミック基板について、３６個のキャビティ全てを目視で観察した上、それらの底面にクラックが１箇所も発見されなかったものを「○なし」とし、１箇所でもクラックが発見されたものを「×有」として、表１に示した。
また、各例の上記多層セラミック基板を厚み方向に沿って切断し、内層焼成収縮抑制層がガラスの浸透を受けて内層焼成収縮抑制セラミック層となっていたものを「○良好」とし、内層焼成収縮抑制層中にアルミナ粉末が残っていたものを「×不良」として、表１に示した。

表１によれば、実施例１〜５のキャビティ付き多層セラミック基板は、キャビティの底面にクラックがなく、内層焼成収縮抑制層がガラスの浸透を受けて内層焼成収縮抑制セラミック層となっていた。これは、内層焼成収縮抑制層の面積がキャビティの底面とおなじか、これにより広く、厚みが全て３０μｍ以下であったため、全てのキャビティでクラックが発生しなかった。また、実施例１〜５の内層焼成収縮抑制層は、ガラスを含まないか、グリーンシート中のガラス含有量よりも少なかったため、隣接するグリーンシートのガラスの一部が浸透し緻密化して、内層焼成収縮抑制セラミック層となった。この結果、形状および寸法精度が高いキャビティ付き多層セラミック基板を得ることができた。

一方、表１によれば、比較例１のキャビティ付き多層セラミック基板は、内層焼成収縮抑制層がなかったため、キャビティの底面にクラックが発生していた。
また、表１に示すように、比較例４のキャビティ付き多層セラミック基板は、内層焼成収縮抑制層の面積がキャビティの底面よりも狭かったため、キャビティの底面の内隅に沿ってにクラックが発生していた。
更に、表１に示すように、比較例２，３のキャビティ付き多層セラミック基板は、内層焼成収縮抑制層の厚みが１００μｍまたは５０μｍと厚肉であったため、焼成後の内層焼成収縮抑制層中のアルミナ粉末が残留していた。
以上のような実施例１〜５の結果により、本発明のキャビティ付き多層セラミック基板およびその製造方法における作用および効果が容易に理解されよう。

図９は、更に異なる形態のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ５の断面を示す。かかる基板Ｋ５は、図９に示すように、前記同様のセラミック層Ｓ１〜Ｓ３を積層したベースセラミック部分ＢＳと、セラミック層Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８を積層し、それらの内側で且つ各側面に段部ｄ１，ｄ２が階段状に位置するキャビティＣ′を有する表層セラミック部分ＨＳと、を備えている。
上記ベースセラミック部分ＢＳのうち、セラミック層Ｓ３の裏面２４とセラミック層Ｓ２の表面２５との間には、キャビティＣ′の底面２３の面積よりも広いく且つ厚みが３０μｍ以下の焼成収縮抑制セラミック層ＹＳが挟持されている。

また、図９に示すように、上記表層セラミック部分ＨＳのうち、中層のセラミック層Ｓ７と下層のセラミック層Ｓ４との間で且つキャビティＣ′寄りの位置には、平面視で正方形または長方形を呈する枠形の焼成収縮抑制セラミック層ＹＳ′が挟持されている。更に、表層セラミック部分ＨＳのセラミック層Ｓ４とベースセラミック部分ＢＳのセラミック層３との間で且つキャビティＣ′寄りの位置にも、上記同様の枠形の焼成収縮抑制セラミック層ＹＳ′が挟持されている。かかる焼成収縮抑制セラミック層ＹＳ′の面積は、段部ｄ１，ｄ２を形成するセラミック層Ｓ４，Ｓ７間やセラミック層Ｓ７，Ｓ８間における水平方向の長さの差よりも長い幅寸法に基づいて設定されている。

図９に示すように、表層セラミック部分ＨＳの表面２１とベースセラミック部分ＢＳの裏面２２とには、前記同様の配線(表層電極)２８，３６が形成され、セラミック層Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８間には、所定パターンの配線層２９，３１，３３〜３５が形成されている。配線２８、配線層２９，３１，３３〜３５、および配線３６間は、セラミック層Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８を個別に貫通する前記同様のビア導体ｖを介して接続されている。尚、配線層２９，３１からは、段部ｄ２，ｄ１の上面に沿って配線(接続配線)３０，３２が延びている。

表層セラミック部分ＨＳとベースセラミック部分ＢＳを形成するセラミック層Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８は、次述するように、それらに対応するグリーンシートを焼成する際に、表面２１と裏面２２とに隣接して積層した焼成収縮抑制シートにより平面方向における焼成収縮を予め抑制されている。また、上記焼成時に、セラミック層Ｓ２，Ｓ３となるグリーンシート間に前記面積で上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度でガラス含有量の少ない内層焼成収縮抑制層ＹＳが、上記セラミック層Ｓ２，Ｓ３から浸透したガラス成分を受け入れて、上記内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳとなる。更に、セラミック層Ｓ７，Ｓ４，Ｓ３となるグリーンシート間に上記と同様で枠形の内層焼成収縮抑制層ＹＳ′が、ガラス成分を受け入れ、２つの内層焼成収縮抑制セラミック層ＹＳ′となる。

このため、平面方向の寸法精度に優れたセラミック層Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８からなる表層セラミック部分ＨＳおよびベースセラミック部分ＢＳと、高い形状・寸法精度のキャビティＣ′とを備えたキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ５となっている。従って、配線２８、配線層２９，３１，３３〜３５、および配線３６間の導通がビア導体ｖを介して確実に取れると共に、キャビティＣ′に実装する図示しないＩＣチップと表面２１の配線２８、段部ｄ１，ｄ２上の配線３０，３２との間も、ワイヤなどを介して容易に接続可能となる。

図１０は、前記キャビティＣ′を有するキャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓおよび複合積層体ｆｓを得るための概略断面を示す。この積層体ｓｓは、大きな貫通孔ｃ１を有するグリーンシートｓ４、これよりもやや小さな貫通孔ｃ２を有するグリーンシートｓ７、および最も小さな貫通孔ｃ３を有するグリーンシートｓ８を、前記と同じグリーンシートｓ１〜ｓ３の表面(２３)上に積層するものである。尚、グリーンシートｓ７，ｓ８も前記同様の材料および厚みを有する。
図１０に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ４，ｓ７，ｓ８の表面および裏面の少なくとも一方には、前記同様の導電性ペーストからなる配線層２９，３１，３３〜３５が所定パターンで形成され、且つ追って形成される上記積層体ｓｓの表面２１と裏面２２とには、導電性ペーストからなる配線２８，３６が前記同様に配置されると共に、これらには導電性ペーストからなるビア導体ｖが接続されている。また、配線層２９，３１から追って段部ｄ１，ｄ２となるグリーンシートｓ４，ｓ７の表面上に接続端子となる複数の配線３０，３２が延びている。

また、図１０に示すように、グリーンシートｓ２の表面２５とグリーンシートｓ３の裏面２４との間には、グリーンシートｓ４の貫通孔ｃ１、即ち前記キャビティＣ′の底面２３よりも広い面積で且つ厚みが３０μｍ以下のシート状の焼成収縮抑制層ＹＳが配置される。更に、グリーンシートｓ４の表面２７とグリーンシートｓ７の裏面２６との間で且つ後者の貫通孔ｃ２寄りの位置、およびグリーンシートｓ３の表面２３とグリーンシートｓ４の裏面との間で且つ前者の貫通孔ｃ１寄りの位置には、前記幅寸法を有し且つ厚みが３０μｍ以下であるシート状の枠形の焼成収縮抑制層ＹＳ′がそれぞれ配置される。尚、焼成収縮抑制層ＹＳ，ＹＳ′は、ペーストでも良く、グリーンシートｓ２，ｓ４の表面２５，２７上の所定位置に印刷法で形成しても良い。
更に、グリーンシートｓ１〜ｓ４，ｓ７，ｓ８および焼成収縮抑制層ＹＳ，ＹＳ′を、図１０に示す順序で積層して、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓを形成し、その表面２１および裏面２２(両面)に図１０に示す焼成収縮抑制層ｙ１，ｙ２を積層して、前記図７に示したと同様な複合積層体ｆｓを形成する。

そして、得られた複合積層体ｆｓを前記同様に焼成した後、その表面２１と裏面２２とに位置する未焼結の焼成収縮抑制層ｙ１，ｙ２を前記同様にして除去する。その結果、前記図９に示したキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ５を得ることができる。
尚、前述した多数個取り用の大版のグリーンシートを用いて、前記積層体ｓｓの形成工程、複合積層体ｆｓなどの形成工程、焼成工程、および焼成収縮抑制シートｙ１などの除去工程を行っても良い。この場合、上記除去工程の後、大版の多層セラミック基板の集合体を、例えばダイシング加工によって個別のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ５に分割する。また、内層焼成収縮抑制層ＹＳ，ＹＳ′の層数を増やしたり、その面積を広げることもできる。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記配線層８などやビア導体ｖは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕなどの金属、またはＡｇ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔなどの合金としても良く、前記各製造方法では、これらの金属粉末または合金粉末を含む導電性ペーストを用いる。
また、キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１〜Ｋ５の裏面２，２２に位置する表層電極の配線１４，３６には、ＮｉメッキおよびＡｕメッキした表面に、ハンダボールまたは導体ピンなどをハンダ付けしても良い。
更に、前記キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１〜Ｋ５には、複数のキャビティＣ，Ｃ′を形成しても良く、この場合、前記グリーンシートｓ４〜ｓ６またはグリーンシートｓ４，ｓ７，ｓ８に複数の貫通孔ｃなどを予め開設しておく。

本発明の１形態のキャビティ付き多層セラミック基板を示す断面図。 上記多層セラミック基板の応用形態を示す断面図。 図１の多層セラミック基板の変形形態を示す概略断面図。 異なる形態のキャビティ付き多層セラミック基板を示す概略断面図。 図１の多層セラミック基板を得るための製造工程を示す概略図。 図５に続く製造工程を示す概略図。 図６に続く製造工程を示す概略図。 図７の複合積層体とは異なる形態の複合積層体を示す概略図。 更に異なる形態のキャビティ付き多層セラミック基板を示す断面図。 上記多層セラミック基板を得るための概略工程を示す断面図。

符号の説明

１，２１…………………表面
２，２２…………………裏面
３，２３…………………キャビティの底面／ベースセラミック部分の表面
ｓ１〜ｓ８………………グリーンシート
ｃ，ｃ１〜ｃ３…………貫通孔
ｓｓ………………………キャビティ付きグリーンシート積層体(積層体)
Ｃ，Ｃ′…………………キャビティ
ＢＳ………………………ベースセラミック部分
ＨＳ………………………表層セラミック部分
ＹＳ，ＹＳ′……………内層焼成収縮抑制セラミック層／内層焼成収縮抑制層
ｄ１，ｄ２………………段部
ｙ１〜ｙ３………………焼成収縮抑制シート
ｆｓ１，ｆｓ２，ｆｓ…複合積層体
Ｋ１〜Ｋ５………………キャビティ付き多層セラミック基板

Claims (9)

1. 複数のセラミック層を積層したベースセラミック部分と、かかるベースセラミック部分の表面上に形成され且つ内側に表面と裏面との間を貫通するキャビティを有する表層セラミック部分とからなり、平面方向の焼成収縮を抑制されて焼結されたキャビティ付きセラミック基板において、
   上記ベースセラミック部分のうち少なくとも上記キャビティの底面を形成するセラミック層とこれに隣接するセラミック層との間に、上記キャビティの底面の面積と同じか、あるいはその底面の面積よりも広い内層焼成収縮抑制セラミック層が形成されている、ことを特徴とするキャビティ付き多層セラミック基板。
2. 前記表層セラミック部分は、複数のセラミック層からなり且つ前記キャビティにはかかる複数のセラミック層間の段部が形成されていると共に、
   上記複数のセラミック層のうち下層側のセラミック層と表層側のセラミック層との間で且つ前記キャビティ寄りの位置に枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層が更に形成されている、請求項１に記載のキャビティ付き多層セラミック基板。
3. 前記内層焼成収縮抑制セラミック層および前記枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層は、アルミナとガラスとの混合物が緻密化したものである、
   請求項１または２に記載のキャビティ付き多層セラミック基板。
4. 前記内層焼成収縮抑制セラミック層および前記枠形の内層焼成収縮抑制セラミック層の前記ガラス含有量は、前記ベースセラミック部分のセラミック層および前記表層セラミック部分またはかかる表層セラミック基板を構成するセラミック層のガラス含有量よりも少ない、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のキャビティ付き多層セラミック基板。
5. 表面および裏面を有する複数のグリーンシートと、かかる複数のグリーンシートの表面上方に配置され、且つ表面および裏面を有し、内側にかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔を有する単数または複数の貫通孔付きグリーンシートと、上記複数のグリーンシートのうち少なくとも上記貫通孔の底面に露出するグリーンシートとこれに隣接するグリーンシートとの間で且つ上記貫通孔の底面と同じかこの底面よりも広く焼結温度が上記グリーンシートよりも高い内層焼成収縮抑制層と、を積層する工程を、含む、
   ことを特徴とするキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
6. 前記積層工程の後に、
   前記内層収縮抑制層を含む複数のグリーンシートと貫通孔付きグリーンシートとの積層体の両面に、これらのグリーンシートの焼成温度よりも高い焼結温度の焼成収縮抑制シートを積層する工程と、
   上記複数のグリーンシート、貫通孔付きグリーンシート、および両面の焼成収縮抑制シートからなる複合積層体を、上記グリーンシートの焼結温度で焼成する工程と、
   焼成後の上記複合積層体の両面に位置する未焼結の焼成収縮抑制シートを除去する工程と、を有する、
   請求項５に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
7. 前記貫通孔付きグリーンシートは、複数のグリーンシートからなり且つ前記貫通孔にはかかる複数のグリーンシート間の段部が形成されていると共に、上記複数のグリーンシートのうち下層側のグリーンシートと表層側のグリーンシートとの間で且つ上記貫通孔寄りの位置に枠形の内層焼成収縮抑制層が更に配置されている、
   請求項５または６に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
8. 前記グリーンシートは、アルミナおよびガラスを含み、前記焼成内層収縮抑制層または枠形の内層焼成収縮抑制層は、アルミナのみ、あるいはアルミナおよびガラスを含み且つかかるガラス含有量は上記グリーンシートのガラス含有量よりも少ない、
   請求項５乃至７の何れか一項に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
9. 前記焼成内層収縮抑制層または枠形の内層焼成収縮抑制層は、３０μｍ以下の厚みである、
   請求項５乃至８の何れか一項に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
   

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