JP2005183690A - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックシート上に印刷された内部電極となる電極ペーストと、その電極ペーストと接続されるよう設けられたビアホールとなる貫通穴とを有するセラミック積層体を焼成すると、焼成時に電極ペーストが収縮し、貫通穴の壁面からその端面が離れてしまい、貫通穴の壁面に凹みが生じる。このような状態の貫通穴の内側に蒸着物質を照射して薄膜を形成する場合、凹みが生じたことにより露出したセラミック層にまでは蒸着物質が届かない可能性がある。本発明は、この露出部分まで蒸着物質が届き、内部電極とビアホールとが導通するセラミック基板の製造方法を提供する。
【解決手段】焼成後の積層体の貫通穴の穴径をＡ、焼成後の積層体の厚み寸法をＢ、焼成後の積層体の貫通穴の壁面から内部電極の端面までの凹み寸法をＣ、焼成後の積層体の内部電極の厚み寸法をＤとすると、貫通穴形成工程で設ける貫通穴の穴径を、Ａ／Ｂ＞Ｃ／Ｄの関係式が成立するように設定する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、スルーホールをＰＶＤ法を用いて薄膜形成する、セラミック基板の製造方法に関する。

セラミック基板に設けられるスルーホールは、基板の両主面に形成される表層電極間の導通を図るものである。それと同時に、基板の層間に形成される内部電極間との導通を図る時にも用いられる。この場合、スルーホールは、表層電極だけでなく内部電極とも物理的に接している必要がある。

このスルーホールは、例えば、焼成後の積層体に設けられている貫通穴の内側壁面に対し、ＰＶＤ法を用いて蒸着源から導電性の蒸着物質を照射し、薄膜を被膜することにより作製される。このＰＶＤ法には、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法がある。このＰＶＤ法の一つである真空蒸着法を用いて貫通穴壁面に薄膜形成する一例として、特許文献１がある。特許文献１では、貫通穴壁面に蒸着物質がムラなく蒸着するように、基板を回転させたり移動させたりしながら蒸着源に対する角度を変化させ、貫通穴内部まで蒸着物質が届くようにする被膜形成方法が提案されている。
特開平４−２７３１９３号

一般的に、セラミック基板に形成される内部電極となる電極ペーストは、セラミックグリーンシートよりも焼成時の収縮率が高い。このため、焼成前は貫通穴壁面に電極ペーストの端面が露出していたとしても、焼成後は壁面から離れるように内部電極が収縮し、凹みが生じることになる。

このため、特許文献１で提案されている被膜形成方法をセラミック基板に適用したとしても、貫通穴壁面に対しては蒸着できるが、凹みの中までは蒸着物質が届かず、その結果、内部電極とビアホールとが導通不良となる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、上述の課題を解決できるセラミック基板の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決すべく本発明のセラミック基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートを準備するシート準備工程と、前記複数のセラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシートの主面に、焼成後に内部電極となる電極ペーストを印刷する印刷工程と、前記複数のセラミックグリーンシートを所定の順番に積層して焼成前の積層体を作製する積層工程と、前記焼成前の積層体の主面側から貫通穴を設け、前記貫通穴の壁面に前記焼成後に内部電極となる電極ペーストの端面を露出させる貫通穴形成工程と、前記焼成前の積層体を焼成し、焼成後の積層体を作製する焼成工程と、前記焼成後の積層体を回転させながらＰＶＤ法を用いて蒸着源から蒸着物質を照射し、前記貫通穴の内側に露出しているセラミック層に薄膜電極を形成する薄膜形成工程とを備えるセラミック基板の製造方法において、前記焼成後の積層体の貫通穴の穴径をＡ、前記焼成後の積層体の厚み寸法をＢ、焼成時に発生する前記電極ペーストの収縮の結果生じる、前記焼成後の積層体の貫通穴の壁面から前記内部電極の端面までの凹み寸法をＣ、前記焼成後の積層体の内部電極の厚み寸法をＤとすると、前記貫通穴形成工程では、前記焼成前の積層体に設ける貫通穴の穴径をＡ／Ｂ＞Ｃ／Ｄの関係式が成立するように設定することを特徴とする。

本発明のセラミック基板の製造方法を用いれば、焼成時に内部電極が収縮し貫通穴壁面から離れるように凹みが生じた場合でも、凹みの中まで蒸着物質を照射することが可能となる。その結果、内部電極とビアホール間とが蒸着物質を介して接続され、導通不良のないセラミック基板を作製することができる。

図１〜９は、本発明の一実施例であるセラミック基板の製造方法を段階的に説明するための斜視図または断面図である。以下この図面に沿って製造方法を説明する。
（シート準備工程）
まず第１に、図示は省略するが、セラミックグリーンシート１を６枚準備する。セラミックグリーンシート１は、例えば、チタン酸バリウム系誘電体粒子をアクリル系バインダ中に分散させて作製したスラリーをキャリアフィルム上に塗布し、乾燥させたものである。
（印刷工程）
次に、５枚のセラミックグリーンシート１の一方の主面上に内部電極となる電極ペースト２を印刷し、図１に示すようなシートを作製する。本実施例では単純化のため、電極ペースト２をセラミックグリーンシート１の全面に印刷する。電極ペーストは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属を主成分とする導電粉末に対し有機ビヒクルを所定量加え、攪拌、混練したペーストを用いる。
（積層工程）
次に、電極ペースト２を印刷していないセラミックグリーンシート１を最上層に、電極ペースト２を印刷したセラミックグリーンシート１をその下に積層し、図２に示すような６層のセラミックグリーンシート１と５層の電極ペーストが交互に積層された、焼成前の積層体１０を作製する。
（貫通穴形成工程）
次に、図３に示すように、焼成前の積層体１０に対し、破線で示した後に基板サイズに分割されることになる境界線上に、レーザーを用いて貫通穴３を設ける。この貫通穴３は、基板となった時半分に切断され、その内側に形成された電極が、基板端面に設けられる外部電極となるものである。

図４は、貫通穴形成直後の貫通穴３内部の様子を示したものである。図４は図３に記載したＸ−Ｘ間で焼成前の積層体１０を切断したと仮定した断面図であり、５層ある電極ペースト２の内、真中の３層目に焦点を当てた拡大断面図である。この時点では、焼成前の積層体１０の内部に印刷されている５層の電極ペースト２は、貫通穴３の壁面にその端面が露出している状態である。
（焼成工程）
次に、焼成前の積層体１０を１０００℃程度で焼成し、焼成後の積層体２０を作製する。図５は、その焼成後の積層体２０の貫通穴２１内部の様子を示したものである。図３に記載したＸ−Ｘ間で切断したと仮定した個所に相当する断面図であり、５層ある内部電極２３の内、真中の３層目に焦点を当てた拡大断面図である。電極ペーストはセラミックグリーンシートよりも焼成による収縮率が大きいため、図５に示すように、焼結して内部電極２３となった後の端面は貫通穴２１の壁面から離れ、凹みが生じることになる。
（薄膜形成工程）
次に、図６に示すように、板１１ａと回転軸１２を有する板１１ｂとで焼成後の積層体２０を挟み、ＰＶＤ法の一つである真空蒸着法を行う準備をする。その後、図７に示すように、蒸着源１４から蒸着物質であるＣｕイオン１５を焼成後の積層体２０の主面に向けて照射し、それと共に、回転軸１２を回しながら焼成後の積層体２０に対するＣｕイオン１５の照射角度を変化させ、さらに蒸着源１４自体も矢印１３のように左右に移動させる。その結果、全ての貫通穴２１の内部の凹みにまで、均一にＣｕイオン１５が回り込むことになる。

この時の貫通穴２１内部の様子を示したものが図８であり、図７に記載したＹ−Ｙ間で焼成後の積層体２０を切断したと仮定した断面図である。この図８では、５層ある内部電極の内、真中の３層目の内部電極２３と、その上下に積層されているセラミック層２２と、それらの層を貫通するように設けられた貫通穴２１部分に焦点を当てて拡大した断面図である。上述したように、内部電極２３は焼成時に収縮が発生し、その端面は貫通穴２１の壁面から離れるように凹む。それに伴ない、内部電極２３を挟んでいたセラミック層部分が露出してしまうことになる。この露出部２４と内部電極２３の端面との境界部分にＣｕイオン１５を照射する。焼成後の積層体２０は回転させており、さらに蒸着源１４も左右に移動させているため、最も照射しにくいこの境界部分を照射できれば、残りの露出部２４や貫通穴壁面にも必然的に照射されることになる。この結果、内部電極２３は、露出部２４に被膜された薄膜電極２５を介して、貫通穴壁面に被膜された薄膜電極２５と接続されることになり、全体が導通することになる。

Ｃｕイオン１５は、蒸着源１４から貫通穴２１の開口部を通り、直線的に照射されることになるため、内部電極２３の凹みが大き過ぎれば、セラミック層の露出部２４と内部電極２３の端面との境界部分まで届かない。このため、図８に示すように、焼成後の積層体２０の貫通穴の穴径をＡ、焼成後の積層体２０全体の厚み寸法をＢ、貫通穴２１の壁面から内部電極２３の端面までの凹み寸法をＣ、内部電極２３の厚み寸法をＤとすると、各寸法は、Ａ／Ｂ＞Ｃ／Ｄの関係式が成立している必要がある。この式の意味するところは、凹み寸法が大きければ、貫通穴２３の穴径を大きくして開口部を広げるか、内部電極２３を厚くするか、積層体自体の厚みを減らすかが必要となる、ということである。

基板サイズの肥大化を抑えることを重視した場合、貫通穴２３の穴径を内部電極２３の凹みの大きさによって設定することが最も効果がある。この貫通穴２３は、焼成前の積層体１０の段階で設けられるものなので、セラミックグリーンシート１や電極ペースト２の収縮量、焼成後に生じる内部電極２３の凹み寸法等を勘案して、穴径を設定する必要がある。

最後に、焼成後の積層体２０に形成された貫通穴２１の中心線に沿って、ダイサーを用いて基板サイズに分割する。その結果、図９に示すような、セラミック層２２と、その端面にＣｕイオンの薄膜が形成された外部電極３１を有するセラミック基板３０が作製される。

本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である印刷工程後のセラミックグリーンシート１の状態を示す斜視図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である積層工程後の焼成前の積層体１０の状態を示す斜視図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である貫通穴形成工程後の焼成前の積層体１０の状態を示す斜視図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である貫通穴形成工程後の基板内部の状態を示す断面図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である焼成工程後の基板内部の状態を示す断面図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である薄膜形成工程の準備段階の状態を示す斜視図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である薄膜形成工程における照射中の状態を示す斜視図である。 本発明のセラミック基板の製造方法の一工程である薄膜形成工程後の基板内部の状態を示す断面図である。 本発明のセラミック基板の製造方法を用いて作製したセラミック基板の斜視図である。

符号の説明

１ セラミックグリーンシート
２ 電極ペースト
３ （焼成前の積層体の）貫通穴
１０ 焼成前の積層体
１１ａ、１１ｂ 板
１２ 回転軸
１３ 蒸着源の移動方向
１４ 蒸着源
１５ Ｃｕイオン
２０ 焼成後の積層体
２１ （焼成後の積層体の）貫通穴
２２ セラミック層
２３ 内部電極
２４ 露出部
２５ 薄膜
３０ セラミック基板
３１ 外部電極

Claims (1)

1. 複数のセラミックグリーンシートを準備するシート準備工程と、
   前記複数のセラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシートの主面に、焼成後に内部電極となる電極ペーストを印刷する印刷工程と、
   前記複数のセラミックグリーンシートを所定の順番に積層して焼成前の積層体を作製する積層工程と、
   前記焼成前の積層体の主面側から貫通穴を設け、前記貫通穴の壁面に前記焼成後に内部電極となる電極ペーストの端面を露出させる貫通穴形成工程と、
   前記焼成前の積層体を焼成し、焼成後の積層体を作製する焼成工程と、
   前記焼成後の積層体を回転させながらＰＶＤ法を用いて蒸着源から蒸着物質を照射し、前記貫通穴の内側に露出しているセラミック層に薄膜電極を形成する薄膜形成工程とを備えるセラミック基板の製造方法において、
   前記焼成後の積層体の貫通穴の穴径をＡ、前記焼成後の積層体の厚み寸法をＢ、焼成時に発生する前記電極ペーストの収縮の結果生じる、前記焼成後の積層体の貫通穴の壁面から前記内部電極の端面までの凹み寸法をＣ、前記焼成後の積層体の内部電極の厚み寸法をＤとすると、
   前記貫通穴形成工程では、前記焼成前の積層体に設ける貫通穴の穴径をＡ／Ｂ＞Ｃ／Ｄの関係式が成立するように設定することを特徴とするセラミック基板の製造方法。

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