JP2005203810A - Manufacturing method for ceramic multi-layer substrate, and semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method for ceramic multi-layer substrate, and semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture ceramic multi-layer substrate having cavities with superior dimensional accuracy, without convexly warping the bottom surface of the cavity. <P>SOLUTION: On both surfaces of a previously sintered substrate 12, a plurality of unsintered low temperature sintering ceramic green sheets 13 in each of which an opening 14a for forming cavity is formed are laminated and thermo-compression-bonded to form a laminate. Then constraining green sheets 15 formed of high temperature sintering ceramics which are not sintered at sintering temperatures of the low temperature sintering ceramic green sheets 13 are laminated on both surfaces of the laminate and thermo-compression-bonded. In this state, while pressurizing by the constraining green sheet 15, or without pressurizing, sintering is performed at 800-1,000°C that is the sintering temperature of the low temperature sintering ceramic green sheet 13. After sintering, residues (ceramic fine particle) of the constraining green sheets 15 stuck to both surfaces of a sintered substrate 11 are removed by blasting or buffing, etc. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、予め焼成したセラミック基板の両面に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してセラミック多層基板を製造するセラミック多層基板の製造方法及び半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate and a semiconductor device in which a ceramic multilayer substrate is manufactured by laminating unfired ceramic green sheets on both surfaces of a previously fired ceramic substrate.

一般に、セラミック多層基板は、グリーンシート積層法で製造されることが多い。このグリーンシート積層法は、複数枚のセラミックグリーンシートにビアホールを形成した後、各セラミックグリーンシートのビアホールに導体ペーストを充填してビア導体を形成すると共に、各セラミックグリーンシートに導体ペーストで配線パターンを印刷する。その後、これら複数枚のセラミックグリーンシートを積層・熱圧着して生基板を作製した後、この生基板を焼成してセラミック多層基板を製造する。   In general, a ceramic multilayer substrate is often manufactured by a green sheet lamination method. In this green sheet laminating method, via holes are formed in a plurality of ceramic green sheets, and via conductors are formed by filling the via holes in each ceramic green sheet to form via conductors. To print. Thereafter, the plurality of ceramic green sheets are laminated and thermocompression bonded to produce a green substrate, and then the green substrate is baked to produce a ceramic multilayer substrate.

特開2001−267743号公報JP 2001-267743 A 特表平5−503498号公報Japanese National Patent Publication No. 5-503498 特開平9−92983号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-92983

しかし、生基板を焼成する過程で、15〜30%程度の焼成収縮が発生するため、基板の寸法精度を管理することが難しく、しかも、キャビティ等の凹凸のある多層基板では、基板両面の収縮応力が不均一になるため、焼成基板に反りが発生しやすく、特にキャビティの底面部の反りが大きくなるという欠点もあった。   However, since baking shrinkage of about 15 to 30% occurs in the process of firing the raw substrate, it is difficult to manage the dimensional accuracy of the substrate, and in addition, the shrinkage of both sides of the substrate is difficult in a multilayer substrate with unevenness such as a cavity. Since the stress becomes non-uniform, the fired substrate is likely to be warped, and in particular, the bottom surface of the cavity has a large warp.

また、絶縁性のセラミックグリーンシートと、誘電体、磁性体等の異種材料のセラミックグリーンシートとを積層して複合セラミック多層基板を焼成する場合は、両者の焼結温度を一致させ、且つ、両者の焼成収縮挙動の違いを少なくして層間剥離を防止する必要があるため、材料の選択の幅が非常に狭く、設計の自由度が非常に狭いという欠点がある。   In the case of firing a composite ceramic multilayer substrate by laminating an insulating ceramic green sheet and a ceramic green sheet of a different material such as a dielectric or magnetic body, the sintering temperatures of the two are matched, and both Since it is necessary to reduce the difference in the firing shrinkage behavior of each layer to prevent delamination, there are disadvantages that the range of material selection is very narrow and the degree of design freedom is very narrow.

近年、基板の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる焼成方法として、上記特許文献1に示すように、焼成済みのアルミナ基板上に、予め配線パターンを印刷した未焼成のセラミックグリーンシートを積層して熱圧着し、これを焼成してセラミック多層基板を製造することが提案されている。この焼成方法は、セラミックグリーンシートの焼成収縮を焼成済みのアルミナ基板で抑えることで、基板全体の焼成収縮を小さくしようとするものである。   In recent years, as a firing method for reducing firing shrinkage of a substrate and improving substrate dimensional accuracy, as shown in Patent Document 1, an unfired ceramic green sheet in which a wiring pattern is printed in advance on a fired alumina substrate is used. It has been proposed to produce a ceramic multilayer substrate by laminating and thermocompression bonding and firing the laminate. This firing method is intended to reduce the firing shrinkage of the entire substrate by restraining the firing shrinkage of the ceramic green sheet with the fired alumina substrate.

しかし、後述する本発明者の実験結果から明らかなように、セラミックグリーンシートの焼成収縮力は大きいため、セラミックグリーンシートの焼成収縮をその片面から焼成済みアルミナ基板のみで抑えようとしても十分に抑えることができない。その結果、セラミックグリーンシートの焼成層と焼成済みのアルミナ基板との間に剥がれが発生したり、セラミックグリーンシートの焼成層にクラックが発生したり、基板の反りが発生することがあり、製品の歩留まりが悪いという欠点がある。   However, as is clear from the experimental results of the inventor to be described later, since the firing shrinkage force of the ceramic green sheet is large, even if it is attempted to restrain firing shrinkage of the ceramic green sheet from only one side of the fired alumina substrate, it is sufficiently suppressed. I can't. As a result, peeling may occur between the fired layer of the ceramic green sheet and the fired alumina substrate, cracks may be generated in the fired layer of the ceramic green sheet, and warping of the substrate may occur. There is a disadvantage that the yield is poor.

また、基板の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる効果の大きい焼成方法として、例えば上記特許文献2や上記特許文献3に示すように、加圧焼成法が開発されている。この加圧焼成法は、焼成前の低温焼成セラミック基板(以下「生基板」という)の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度(800〜1000℃)では焼結しない拘束用アルミナグリーンシートを積層し、この状態で、該生基板を加圧しながら、800〜1000℃で焼成した後、焼成基板の両面から拘束用アルミナグリーンシートの残存物をブラスト処理等で取り除いて低温焼成セラミック基板を製造する。   Further, as a firing method having a large effect of improving the substrate dimensional accuracy by reducing the firing shrinkage of the substrate, a pressure firing method has been developed as shown in Patent Document 2 and Patent Document 3, for example. In this pressure firing method, constraining alumina green sheets that are not sintered at the sintering temperature (800 to 1000 ° C.) of the low-temperature fired ceramic are laminated on both sides of the low-temperature fired ceramic substrate (hereinafter referred to as “raw substrate”) before firing. In this state, the green substrate is baked at 800 to 1000 ° C. while pressing the raw substrate, and then the residual alumina green sheet for restraint is removed from both sides of the baked substrate by blasting or the like to produce a low-temperature fired ceramic substrate. .

しかし、キャビティ付きの低温焼成セラミック基板を上述した加圧焼成法で焼成すると、拘束用アルミナグリーンシートを介してキャビティの領域に加わる加圧力がキャビティ周縁に集中的に作用し、キャビティの底面には加圧力が全く作用しないため、キャビティの底面部が凸状に反ってしまい、キャビティの寸法精度を確保できないという欠点がある。   However, when a low-temperature fired ceramic substrate with a cavity is fired by the above-mentioned pressure firing method, the pressure applied to the cavity region via the constraining alumina green sheet acts intensively on the cavity periphery, and on the bottom surface of the cavity Since the applied pressure does not act at all, the bottom surface of the cavity is warped in a convex shape, and there is a drawback that the dimensional accuracy of the cavity cannot be ensured.

本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、第1の目的は、セラミック多層基板の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できるようにすることであり、また、第2の目的は、キャビティ付きのセラミック多層基板を、キャビティの底面部が凸状に反ることがなく、寸法精度良く製造できるようにすることである。   The present invention has been made in consideration of these circumstances, and the first object is to greatly increase the degree of freedom of material selection with respect to the sintering temperature, firing shrinkage characteristics, etc. of the ceramic material forming each layer of the ceramic multilayer substrate. A ceramic multilayer substrate having a configuration that can be enlarged and difficult to manufacture by a conventional manufacturing method is capable of being manufactured with high dimensional accuracy without delamination or warping. This is to make it possible to manufacture a ceramic multilayer substrate with cavities with high dimensional accuracy without causing the bottom surface of the cavity to warp in a convex shape.

上記第1の目的を達成するために、本発明の請求項1のセラミック多層基板の製造方法は、予め焼成したセラミック基板(以下「焼成済み基板」という)の両面に、該焼成済み基板の焼結温度とほぼ同一温度又はそれよりも低い温度で焼結する前記焼成済みの基板とは異種のセラミック材料で形成された1枚又は複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する工程と、前記未焼成の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用グリーンシートを前記積層体の最外層に積層された前記未焼成のセラミックグリーンシートの両面にそれぞれ積層する工程と、前記拘束用グリーンシートを介して前記積層体を外部より加圧しながら又は加圧せずに前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度で拘束焼成して前記積層体を一体化する拘束焼成工程と、前記拘束焼成工程後に前記拘束用グリーンシートの残存物を除去する工程とを含むことを特徴とするものである。   In order to achieve the first object, a method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1 of the present invention is characterized in that the fired substrate is baked on both surfaces of a previously fired ceramic substrate (hereinafter referred to as “fired substrate”). A laminated body is formed by laminating one or a plurality of unfired ceramic green sheets formed of a ceramic material different from the fired substrate sintered at a temperature substantially equal to or lower than the sintering temperature. A step of producing, and a step of laminating a green sheet for restraint that does not sinter at the sintering temperature of the unfired ceramic green sheet on both sides of the unfired ceramic green sheet laminated on the outermost layer of the laminate, , Restraint firing at the sintering temperature of the green ceramic green sheet with or without pressurization of the laminate through the restraining green sheet It is characterized in that comprises to a constraint firing step of integrating the laminate, and removing the constraining green sheet remnants after the constraint firing step.

要するに、本発明は、焼成済み基板の両面に、該焼成済み基板とは異種のセラミック材料で形成された未焼成のセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製し、この積層体に拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成(加圧焼成又は無加圧焼成)するようにしたところに最も大きな特徴がある。このようにすれば、拘束焼成時に未焼成のセラミックグリーンシートのX・Y方向の焼成収縮、反り、変形がその両面側から拘束用グリーンシートと焼成済み基板とによってほぼ均等に抑えられ、寸法精度が良く且つ層間剥離や反り等のないセラミック多層基板を製造することができる。この製造方法では、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。   In short, the present invention produces a laminate by laminating an unfired ceramic green sheet formed of a ceramic material different from the fired substrate on both sides of the fired substrate, and the restraint green is formed on the laminate. The most significant feature is that the sheets are laminated and subjected to restraint firing (pressure firing or pressureless firing). In this way, firing shrinkage, warpage, and deformation in the X and Y directions of the unfired ceramic green sheet during restraint firing can be suppressed almost uniformly by the restraining green sheet and the fired substrate from both sides, and dimensional accuracy And a ceramic multilayer substrate free from delamination or warpage can be manufactured. In this manufacturing method, the difference in sintering temperature between the fired substrate and the unfired ceramic green sheet, the difference in firing shrinkage characteristics, etc. are not a problem, so the ceramic material that forms each layer of the ceramic multilayer substrate is sintered. The degree of freedom of material selection with respect to temperature, firing shrinkage characteristics, etc. can be greatly expanded, and a multilayer ceramic substrate with a structure that has been difficult to manufacture with conventional manufacturing methods can be dimensionally accurate without delamination or warping. Can be manufactured.

しかも、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成しているので、従来の製造方法では製造が困難であった様々な機能材料を内蔵する複合セラミック多層基板を製造することができる。   In addition, since the fired substrate and the unfired ceramic green sheet are formed of different ceramic materials, a composite ceramic multilayer substrate containing various functional materials, which has been difficult to manufacture by conventional manufacturing methods, is manufactured. be able to.

この場合、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層する工程で、両者を単に重ね合わせるだけでも良い。これは、積層時に圧着等により仮止めしなくても、その後の工程で、積層体が加圧・加熱される際にセラミックグリーンシートと焼成済み基板とが熱圧着されるためである。   In this case, in the step of laminating the unfired ceramic green sheet on the fired substrate, both may be simply overlapped. This is because the ceramic green sheet and the fired substrate are thermocompression-bonded when the laminate is pressed and heated in the subsequent steps without being temporarily fixed by crimping or the like during lamination.

但し、一般的には、請求項2のように、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層する工程で、両者を例えば熱圧着又は接着剤により仮止めすることが好ましい。このようにすれば、その後の工程で、積層体を取り扱う際に、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間が位置ずれする心配がなく、積層体の取り扱いが容易であると共に、セラミックグリーンシートと焼成済み基板との密着性を向上できて、両者間の層間剥離や反り等をより確実に防止することができる。   However, in general, as in claim 2, in the step of laminating an unfired ceramic green sheet on a fired substrate, it is preferable to temporarily fix both of them by, for example, thermocompression bonding or an adhesive. In this way, when handling the laminated body in the subsequent process, there is no fear of displacement between the fired substrate and the unfired ceramic green sheet, the handling of the laminated body is easy, and the ceramic Adhesion between the green sheet and the baked substrate can be improved, and delamination or warpage between the two can be more reliably prevented.

また、拘束用グリーンシートを積層体の最外層に積層された未焼成のセラミックグリーンシートに積層する工程で、両者を単に重ね合わせるだけでも良い。これは、積層時に両者を圧着しなくても、その後、加圧焼成すれば、両者が加圧・加熱されて熱圧着されるためである。   Further, in the step of laminating the constraining green sheet on the unfired ceramic green sheet laminated on the outermost layer of the laminate, both may be simply overlapped. This is because even if both are not pressure-bonded at the time of lamination, if they are subsequently fired under pressure, both are pressure-heated and heat-bonded.

但し、一般的には、請求項3のように、拘束用グリーンシートを積層体の最外層に積層された未焼成のセラミックグリーンシートに積層する工程で、両者を仮止めすることが好ましい。このようにすれば、仮に無加圧で焼成する場合でも、拘束用グリーンシートから未焼成のセラミックグリーンシートに対して拘束力を及ぼすことができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。   However, in general, as in claim 3, it is preferable to temporarily fix the constraining green sheet in the step of laminating the green ceramic green sheet laminated on the outermost layer of the laminate. In this way, even when firing without pressure, a restraining force can be exerted on the unfired ceramic green sheet from the restraining green sheet, which is difficult to manufacture with the conventional manufacturing method. The ceramic multilayer substrate can be manufactured with high dimensional accuracy without delamination or warping.

この場合、請求項4のように、未焼成のセラミックグリーンシートは、1000℃以下で焼成する低温焼成セラミック材料により形成したものを用いると良い。このようにすれば、拘束用グリーンシートとして、アルミナグリーンシート等の比較的安価で且つ機械的強度に優れたセラミックを使用することができると共に、未焼成のセラミックグリーンシートに印刷する配線導体として、Ag系、Au系、Cu系等の電気抵抗値の小さい電気的特性に優れた低融点金属を用いることができる。   In this case, as described in claim 4, it is preferable to use an unfired ceramic green sheet formed of a low-temperature fired ceramic material fired at 1000 ° C. or lower. In this way, as a constraining green sheet, it is possible to use a ceramic that is relatively inexpensive and excellent in mechanical strength, such as an alumina green sheet, and as a wiring conductor that is printed on an unfired ceramic green sheet, A low melting point metal such as an Ag-based, Au-based, or Cu-based material having a small electrical resistance value and excellent electrical characteristics can be used.

また、請求項5のように、焼成済み基板及び/又は未焼成のセラミックグリーンシートは、絶縁性、誘電性、磁性、圧電性、抵抗性のいずれかの機能を有するセラミックにより形成すれば良い。ここで、絶縁性のセラミックとは、基板の絶縁層を形成するのに用いるセラミックであり、例えば、低温焼成セラミック、アルミナ等の高温焼結性セラミックが挙げられる。焼成済み基板は、それ単独で焼成するため、あらゆる種類のセラミックを用いることができ、この焼成済み基板の焼結温度以下の温度で焼結するセラミック材料を用いて未焼成のセラミックグリーンシートを形成すれば良い。   In addition, as described in claim 5, the fired substrate and / or the unfired ceramic green sheet may be formed of a ceramic having any one of functions of insulating, dielectric, magnetic, piezoelectric, and resistive. Here, the insulating ceramic is a ceramic used to form the insulating layer of the substrate, and examples thereof include a low-temperature fired ceramic and a high-temperature sinterable ceramic such as alumina. Since the fired substrate is fired by itself, all kinds of ceramics can be used, and an unfired ceramic green sheet is formed using a ceramic material that is sintered at a temperature lower than the sintering temperature of the fired substrate. Just do it.

また、前記第2の目的を達成するために、請求項6のように、キャビティ付きのセラミック多層基板を製造する場合は、焼成済み基板をキャビティとなる部分の底面部に位置させ、該焼成済み基板に積層する未焼成のセラミックグリーンシートには、その積層前又は積層後にキャビティ形成用の開口部を形成するようにすれば良い。ここで、積層前の未焼成のセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成する場合は、パンチング加工等によってキャビティ形成用の開口部をビアホールの加工と同時に形成すれば良く、また、積層後の未焼成のセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成する場合は、例えば感光性樹脂を含有させたセラミックグリーンシートを作製し、このセラミックグリーンシートにフォトエッチングにより所望の開口部を形成する技術等を用いてキャビティ形成用の開口部を形成すれば良い。請求項6のように、焼成済み基板をキャビティの底面部に位置させて、キャビティ付きのセラミック多層基板を拘束焼成すれば、キャビティの底面部が凸状に反ることはなく、しかも、拘束焼成によってキャビティの寸法精度を確保できる。   In order to achieve the second object, as in the case of manufacturing a ceramic multilayer substrate with a cavity as in claim 6, the fired substrate is positioned on the bottom surface portion of the portion to be the cavity, and the fired An unfired ceramic green sheet laminated on the substrate may be formed with an opening for forming a cavity before or after the lamination. Here, when forming an opening for forming a cavity in an unfired ceramic green sheet before lamination, the opening for forming the cavity may be formed simultaneously with the processing of the via hole by punching or the like. When forming an opening for forming a cavity in an unfired ceramic green sheet, for example, a ceramic green sheet containing a photosensitive resin is prepared, and a desired opening is formed in the ceramic green sheet by photoetching. An opening for forming a cavity may be formed using a technique or the like. If the fired substrate is positioned on the bottom surface of the cavity and the ceramic multilayer substrate with the cavity is restrained and fired as in claim 6, the bottom surface of the cavity is not warped in a convex shape, and the restraint firing is performed. Therefore, the dimensional accuracy of the cavity can be ensured.

また、段付きキャビティを有するセラミック多層基板を製造する場合は、請求項7のように、焼成済み基板に段付きキャビティの1段分の層数に相当する枚数の未焼成のセラミックグリーンシートを積層する毎に、該未焼成のセラミックグリーンシート上に拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成して1段分のキャビティを有する新たな焼成済み基板を作製し、その後、該拘束用グリーンシートの残存物を除去した後、当該新たな焼成済み基板上に次のキャビティ1段分の層数に相当する枚数の未焼成のセラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成するという作業を繰り返すことで、段付きキャビティを有するセラミック多層基板を製造するようにすると良い。このようにすれば、段付きキャビティの各段部の平坦度が非常に良く、しかも寸法精度良く形成することかできる。この場合も、未焼成のセラミックグリーンシートに形成するキャビティ形成用の開口部は、積層前、積層後のいずれの時期に形成しても良い。   Further, when manufacturing a ceramic multilayer substrate having a stepped cavity, the number of unfired ceramic green sheets corresponding to the number of layers of the stepped cavity is laminated on the fired substrate as in claim 7. Each time, a constrained green sheet is laminated on the unfired ceramic green sheet and constrained and fired to produce a new fired substrate having a single-step cavity, and then the constrained green sheet remains. After removing the object, the process of laminating and firing the number of unfired ceramic green sheets and restraining green sheets corresponding to the number of layers of the next cavity on the newly fired substrate is repeated. Thus, it is preferable to manufacture a ceramic multilayer substrate having a stepped cavity. In this way, the flatness of each step portion of the stepped cavity can be very good and can be formed with high dimensional accuracy. Also in this case, the cavity forming opening formed in the unfired ceramic green sheet may be formed either before or after lamination.

尚、未焼成のセラミックグリーンシートに導体パターンを印刷する時期は、積層後であっても良いが、請求項8のように、未焼成のセラミックグリーンシートに、該セラミックグリーンシートと同時焼成可能な導体パターンを印刷してから、該セラミックグリーンシートを積層するようにすると良い。このようにすれば、焼成済み基板に複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層する場合に、印刷と積層とを能率良く行うことができる。   The timing for printing the conductor pattern on the unfired ceramic green sheet may be after lamination, but as in claim 8, the unfired ceramic green sheet can be fired simultaneously with the ceramic green sheet. The ceramic green sheets may be laminated after printing the conductor pattern. In this way, when a plurality of unfired ceramic green sheets are laminated on the fired substrate, printing and lamination can be performed efficiently.

また、請求項9のように、セラミック多層基板の表面側と裏面側とが非対称となる構造に形成するようにしても良い。本発明の製造方法では、従来の製造方法では、反りや変形等の発生しやすい複雑な構造のセラミック多層基板であっても、反りや変形等が発生せず、寸法精度良く製造できる。   Moreover, you may make it form in the structure where the surface side and back surface side of a ceramic multilayer substrate become asymmetrical like Claim 9. In the manufacturing method of the present invention, even a ceramic multilayer substrate having a complicated structure in which warpage or deformation is likely to occur in the conventional manufacturing method can be manufactured with high dimensional accuracy without warping or deformation.

また、請求項10のように、焼成済み基板に厚膜抵抗体を形成し、この厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整した後、該焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層するようにしても良い。このようにすれば、従来の製造方法では製造が不可能であった、トリミングにより抵抗値が調整された高精度な厚膜抵抗体を内蔵したセラミック多層基板を寸法精度良く製造できる。   Further, as in claim 10, after forming a thick film resistor on the fired substrate, trimming the thick film resistor to adjust the resistance value, and then laminating an unfired ceramic green sheet on the fired substrate You may make it do. In this way, it is possible to manufacture a ceramic multilayer substrate having a built-in high-precision thick film resistor whose resistance value is adjusted by trimming, which cannot be manufactured by the conventional manufacturing method, with high dimensional accuracy.

以上説明した請求項1〜10の製造方法で製造したセラミック多層基板は、種々の用途の多層回路基板として使用でき、例えば、請求項11のように、請求項1〜12の製造方法で製造したセラミック多層基板をモジュール用基板として用いてモジュール化した半導体装置を製造するようにしても良い。このようにして、例えば、通信用モジュール製品、車載用モジュール製品等を製造すれば、信頼性の高いモジュール製品を製造できる。   The ceramic multilayer substrate manufactured by the manufacturing method according to claims 1 to 10 described above can be used as a multilayer circuit substrate for various uses. For example, as described in claim 11, the ceramic multilayer substrate is manufactured by the manufacturing method according to claims 1 to 12. A modular semiconductor device may be manufactured using a ceramic multilayer substrate as a module substrate. Thus, for example, if a communication module product, a vehicle-mounted module product, etc. are manufactured, a highly reliable module product can be manufactured.

以上の説明から明らかなように、本発明の請求項1のセラミック多層基板の製造方法によれば、焼成済み基板の両面に、焼成済み基板とは異種のセラミック材料で形成された未焼成のセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製し、この積層体に拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成(加圧焼成又は無加圧焼成)するようにしたので、拘束焼成時に未焼成のセラミックグリーンシートの焼成収縮、反り、変形をその両面側から拘束用グリーンシートと焼成済み基板とによってほぼ均等に抑えることができて、層間剥離や反り等のないセラミック多層基板を製造することができる。しかも、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。   As is clear from the above description, according to the method for manufacturing a ceramic multilayer substrate of claim 1 of the present invention, an unfired ceramic formed on both surfaces of the fired substrate with a ceramic material different from the fired substrate. Since a green sheet is laminated to produce a laminate, and a constraining green sheet is laminated on this laminate and subjected to restraint firing (pressurization firing or non-pressurization firing). The firing shrinkage, warpage, and deformation of the sheet can be suppressed almost uniformly by the constraining green sheet and the fired substrate from both sides thereof, and a ceramic multilayer substrate free from delamination and warpage can be produced. In addition, the difference in sintering temperature between the fired substrate and the unfired ceramic green sheet and the difference in firing shrinkage properties do not matter, so the sintering temperature and firing of the ceramic material forming each layer of the ceramic multilayer substrate The degree of freedom of material selection with respect to shrinkage characteristics and the like can be greatly expanded, and a ceramic multilayer substrate having a structure that has been difficult to manufacture by conventional manufacturing methods can be manufactured with no dimensional delamination or warpage and with high dimensional accuracy.

さらに、請求項1は、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成しているので、従来の製造方法では製造が困難であった様々な機能材料を内蔵する複合セラミック多層基板を製造することができる。   Further, since the fired substrate and the unfired ceramic green sheet are formed of different kinds of ceramic materials, the first aspect of the present invention is a composite ceramic containing various functional materials that are difficult to manufacture by the conventional manufacturing method. Multilayer substrates can be manufactured.

また、請求項2では、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層する工程で、両者を仮止めするようにしたので、その後の工程で、積層体を取り扱う際に、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間が位置ずれする心配がなく、積層体の取り扱いが容易であると共に、セラミックグリーンシートと焼成済み基板との密着性を向上できて、両者間の層間剥離や反り等をより確実に防止することができる。   Further, in claim 2, since both of the unfired ceramic green sheets are temporarily bonded to the fired substrate, both of the fired substrate and the unfired substrate are handled when the laminate is handled in the subsequent steps. There is no risk of misalignment with the fired ceramic green sheet, the laminate is easy to handle, and the adhesion between the ceramic green sheet and the fired substrate can be improved. Can be prevented more reliably.

また、請求項3では、拘束用グリーンシートを積層体の最外層に積層された未焼成のセラミックグリーンシートに積層する工程で、両者を仮止めするようにしたので、仮に無加圧で焼成する場合でも、拘束用グリーンシートが未焼成のセラミックグリーンシートに対して拘束力を及ぼすことができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を寸法精度良く製造できる。   Further, in the third aspect, in the step of laminating the constraining green sheet on the unfired ceramic green sheet laminated on the outermost layer of the laminate, both are temporarily fixed. Even in this case, the constraining green sheet can exert a restraining force on the unfired ceramic green sheet, and a ceramic multilayer substrate having a configuration that is difficult to manufacture by the conventional manufacturing method can be manufactured with high dimensional accuracy.

前述したように、本発明は、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、請求項4、5のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの材料の組合せを多種多様に変化させても、焼成後のセラミック多層基板の層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。   As described above, the present invention does not cause a problem such as a difference in sintering temperature or a firing shrinkage property between the fired substrate and the unfired ceramic green sheet. Even if the combination of materials of the fired substrate and the unfired ceramic green sheet is changed in various ways, the fired ceramic multilayer substrate can be manufactured with high dimensional accuracy without delamination or warping.

また、請求項6では、キャビティ付きのセラミック多層基板を製造する際に、焼成済み基板をキャビティを形成する部分の底面部に位置させて拘束焼成するようにしたので、キャビティの底面部が凸状に反ることはなく、寸法精度の高いキャビティ付きのセラミック多層基板を製造することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, when the ceramic multilayer substrate with the cavity is manufactured, the fired substrate is placed on the bottom surface portion of the portion forming the cavity and restrained firing is performed, so that the bottom surface portion of the cavity is convex. Therefore, it is possible to manufacture a ceramic multilayer substrate with a cavity having high dimensional accuracy.

また、請求項7では、段付きキャビティを有するセラミック多層基板を製造する際に、焼成済み基板に段付きキャビティの1段分の層数に相当する枚数の未焼成のセラミックグリーンシートを積層する毎に、該未焼成のセラミックグリーンシート上に拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成するようにしたので、段付きキャビティの各段部の形状も変形せずに寸法精度良く形成することができる。   Further, according to the seventh aspect of the invention, when a ceramic multilayer substrate having a stepped cavity is manufactured, each time a number of unfired ceramic green sheets corresponding to the number of layers of the stepped cavity are stacked on the fired substrate. In addition, since the restraining green sheet is laminated on the unfired ceramic green sheet and restrained firing is performed, the shape of each step portion of the stepped cavity can be formed with high dimensional accuracy without deformation.

また、請求項8では、未焼成のセラミックグリーンシートに、該セラミックグリーンシートと同時焼成可能な導体パターンを印刷してから、該セラミックグリーンシートを積層するようにしたので、焼成済み基板に複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層する場合に、印刷と積層とを能率良く行うことができる。   According to the eighth aspect of the present invention, since a conductive pattern that can be fired simultaneously with the ceramic green sheet is printed on an unfired ceramic green sheet, the ceramic green sheets are laminated. When the green ceramic green sheets are laminated, printing and lamination can be performed efficiently.

また、本発明では、請求項9のように、セラミック多層基板の表面側と裏面側とが非対称となる構造に形成する場合でも、反りや変形等が発生せず、寸法精度良く製造できる。   Further, according to the present invention, even when the front surface side and the back surface side of the ceramic multilayer substrate are asymmetrical as in the ninth aspect, warpage or deformation does not occur, and manufacturing can be performed with high dimensional accuracy.

更に、請求項10では、焼成済み基板に厚膜抵抗体を形成し、この厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整した後、該焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層するようにしたので、従来の製造方法では製造が不可能であった、トリミングにより抵抗値が調整された高精度な厚膜抵抗体を内蔵したセラミック多層基板を寸法精度良く製造できる。   Further, in claim 10, a thick film resistor is formed on the fired substrate, and the thick film resistor is trimmed to adjust a resistance value, and then an unfired ceramic green sheet is laminated on the fired substrate. Therefore, a ceramic multilayer substrate having a built-in high-precision thick film resistor whose resistance value is adjusted by trimming, which cannot be manufactured by the conventional manufacturing method, can be manufactured with high dimensional accuracy.

また、請求項11は、請求項1〜10の製造方法で製造したセラミック多層基板をモジュール用基板として用いてモジュール化した半導体装置を製造するようにしたので、信頼性の高いモジュール製品を製造できる。   Moreover, since the semiconductor device which modularized using the ceramic multilayer substrate manufactured with the manufacturing method of Claims 1-10 as a module board | substrate is manufactured, Claim 11 can manufacture a highly reliable module product. .

[実施形態(1)]
以下、本発明を片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法に適用した実施形態(1)を図1乃至図3に基づいて説明する。
[Embodiment (1)]
Hereinafter, an embodiment (1) in which the present invention is applied to a method for producing a ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity will be described with reference to FIGS.

本実施形態(1)で製造する片面キャビティ付きセラミック多層基板11は、図1(c)、図3に示すように、予め焼成した焼成済み基板12上に、1枚又は複数枚の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層し、更に、その上に拘束焼成グリーンシート15を積層して、800〜1000℃で拘束焼成(加圧焼成又は無加圧焼成)したものである。この片面キャビティ付きセラミック多層基板11は、キャビティ14の底面部に焼成済み基板12が位置し、図2のような工程を経て製造される。   As shown in FIGS. 1C and 3, the ceramic multilayer substrate 11 with a single-sided cavity manufactured in the present embodiment (1) has one or a plurality of unfired ceramic substrates on a pre-fired substrate 12. A low-temperature fired ceramic green sheet 13 is laminated, and a restraint fired green sheet 15 is further laminated thereon, followed by restraint firing (pressure firing or pressureless firing) at 800 to 1000 ° C. The ceramic multilayer substrate 11 with a single-sided cavity is manufactured through a process as shown in FIG. 2 with the fired substrate 12 positioned on the bottom surface of the cavity 14.

まず、焼成済み基板12を準備する。この焼成済み基板12は、セラミック基板を焼成したものであり、単層基板又は多層基板のいずれであっても良い。また、この焼成済み基板12を形成するセラミック材料は、絶縁性セラミック、誘電体セラミック、磁性体セラミック、圧電性セラミック、抵抗体付きのセラミックのいずれであっても良く、要は、低温焼成セラミックグリーンシート13の焼結温度と同一温度又はそれよりも高い温度で焼結するセラミック材料を用いれば良い。また、焼成済み基板12が多層基板の場合は、各層を同種のセラミックで形成しても良いし、同時焼成可能な異種のセラミックで形成した層が混在する構成としても良い。   First, the baked substrate 12 is prepared. The fired substrate 12 is obtained by firing a ceramic substrate, and may be either a single layer substrate or a multilayer substrate. The ceramic material forming the fired substrate 12 may be any of an insulating ceramic, a dielectric ceramic, a magnetic ceramic, a piezoelectric ceramic, and a ceramic with a resistor. A ceramic material that is sintered at the same temperature as or higher than the sintering temperature of the sheet 13 may be used. Further, when the fired substrate 12 is a multilayer substrate, each layer may be formed of the same type of ceramic, or a structure in which layers formed of different types of ceramics that can be simultaneously fired are mixed.

この場合、絶縁性セラミックとは、基板の絶縁層を形成するのに用いるセラミックであり、例えば、低温焼成セラミック、アルミナ等の高温焼結性セラミックが挙げられる。焼成済み基板12を低温焼成セラミックで形成する場合は、低温焼成セラミックグリーンシート13と同種の低温焼成セラミックを用いても良く、勿論、低温焼成セラミックグリーンシート13の焼結温度と同一温度又はそれよりも高い温度で焼結する他の種類の低温焼成セラミックを用いても良いことは言うまでもない。   In this case, the insulating ceramic is a ceramic used for forming the insulating layer of the substrate, and examples thereof include a low-temperature fired ceramic and a high-temperature sinterable ceramic such as alumina. When the fired substrate 12 is formed of a low-temperature fired ceramic, the same kind of low-temperature fired ceramic as the low-temperature fired ceramic green sheet 13 may be used. It goes without saying that other types of low-temperature fired ceramics that sinter at a high temperature may be used.

また、焼成済み基板12の表面に同時焼成又は後付けで厚膜導体やRuO2 系等の厚膜抵抗体を形成しても良い。更に、焼成済み基板12の表面に厚膜抵抗体を形成する場合は、焼成済み基板12に後述する低温焼成セラミックグリーンシート13を積層する前に、該厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整するようにすると良い。 Further, a thick film conductor or a RuO 2 based thick film resistor may be formed on the surface of the fired substrate 12 by simultaneous firing or retrofitting. Further, when a thick film resistor is formed on the surface of the fired substrate 12, the thick film resistor is trimmed before the low-temperature fired ceramic green sheet 13 to be described later is laminated on the fired substrate 12. It is better to adjust.

更に、低温焼成セラミックグリーンシート13を準備する。このグリーンシート13を形成する低温焼成セラミック材料としては、例えば、CaO−SiO2−Al2 3 −B2 3 系ガラス:50〜65重量%(好ましくは60重量%)とアルミナ:50〜35重量%(好ましくは40重量%)との混合物を用いると良い。この他、MgO−SiO2 −Al2 3 −B2 3 系ガラスとアルミナとの混合物、或は、SiO2 −B2 3 系ガラスとアルミナとの混合物、PbO−SiO2 −B2 3 系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の800〜1000℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。 Furthermore, a low-temperature fired ceramic green sheet 13 is prepared. Examples of the low-temperature fired ceramic material for forming the green sheet 13 include CaO—SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 glass: 50 to 65% by weight (preferably 60% by weight) and alumina: 50 to 50%. A mixture with 35% by weight (preferably 40% by weight) may be used. In addition, a mixture of MgO—SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 glass and alumina, or a mixture of SiO 2 —B 2 O 3 glass and alumina, PbO—SiO 2 —B 2 A low-temperature fired ceramic material that can be fired at 800 to 1000 ° C., such as a mixture of O 3 glass and alumina, or cordierite crystallized glass, may be used.

低温焼成セラミックグリーンシート13は、上記組成の低温焼成セラミック材料にバインダー(例えばポリビニルブチラール、アクリル系等の樹脂)、溶剤(例えばトルエン、キシレン、ブタノール等)及び可塑剤を配合して、十分に撹拌混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等でテープ成形したものである。   The low-temperature fired ceramic green sheet 13 is prepared by blending a low-temperature fired ceramic material having the above composition with a binder (for example, polyvinyl butyral, acrylic resin, etc.), a solvent (for example, toluene, xylene, butanol, etc.) and a plasticizer, and sufficiently stirring. A slurry is prepared by mixing, and this slurry is tape-molded by the doctor blade method or the like.

テープ成形した低温焼成セラミックグリーンシート13を所定サイズに切断した後、該グリーンシート13の所定位置に、キャビティ形成用の開口部14aとビアホール(図示せず)等をパンチング加工等により打ち抜き加工する。   After the tape-formed low-temperature fired ceramic green sheet 13 is cut into a predetermined size, a cavity forming opening 14a and a via hole (not shown) are punched into a predetermined position of the green sheet 13 by punching or the like.

この後、印刷工程に進み、低温焼成セラミックグリーンシート13のビアホールに、Ag、Ag/Pd、Au、Ag/Pt、Cu等の低融点金属の導体ペーストを充填する。更に、図3に示すように、焼成済み基板12上に複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層する場合は、内層に積層される低温焼成セラミックグリーンシート13に、Ag、Ag/Pd、Au、Ag/Pt、Cu等の低融点金属の導体ペーストを使用して内層導体パターン(図示せず)をスクリーン印刷し、表層(最上層)の低温焼成セラミックグリーンシート13には、表層導体パターン(図示せず)を同種の低融点金属の導体ペーストを使用してスクリーン印刷する。尚、表層導体パターンの印刷は、拘束焼成後に行っても良い。また、ビアホールや内層導体パターンが無い構造のセラミック多層基板を製造する場合は、上記印刷工程を省略すれば良い。   Thereafter, the process proceeds to a printing step, and the via hole of the low-temperature fired ceramic green sheet 13 is filled with a conductive paste of a low melting point metal such as Ag, Ag / Pd, Au, Ag / Pt, or Cu. Further, as shown in FIG. 3, when a plurality of low-temperature fired ceramic green sheets 13 are laminated on the fired substrate 12, Ag, Ag / Pd, Au are added to the low-temperature fired ceramic green sheets 13 laminated on the inner layer. An inner layer conductor pattern (not shown) is screen-printed using a conductor paste of low melting point metal such as Ag / Pt, Cu, etc., and the surface layer conductor pattern ( (Not shown) is screen printed using the same kind of low melting point metal conductor paste. Note that the surface layer conductor pattern may be printed after restraint firing. Further, when manufacturing a ceramic multilayer substrate having a structure without via holes or inner layer conductor patterns, the above printing process may be omitted.

印刷工程後、積層工程に進み、焼成済み基板12上に1枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層して、この積層体を熱圧着して仮止めする(図1(a)、図3参照)。この熱圧着の条件は、好ましくは、加圧力が105 〜107 Pa、加熱温度が60〜150℃である。この積層工程で、焼成済み基板12上に低温焼成セラミックグリーンシート13を重ね合わせるだけで、熱圧着を省略するようにしても良い。 After the printing process, the process proceeds to a laminating process, in which one or a plurality of low-temperature fired ceramic green sheets 13 are laminated on the fired substrate 12, and this laminated body is thermocompression bonded and temporarily fixed (FIG. 1 (a), (See FIG. 3). The conditions for this thermocompression bonding are preferably a pressure of 10 5 to 10 7 Pa and a heating temperature of 60 to 150 ° C. In this laminating step, the thermocompression bonding may be omitted by simply superposing the low-temperature fired ceramic green sheet 13 on the fired substrate 12.

そして、この積層体の両面に拘束用グリーンシート15を積層して、上記と同様の条件で熱圧着して仮止めする(図1(b)参照)。前記積層工程で、低温焼成セラミックグリーンシート13と焼成済み基板12とを熱圧着しなかった場合でも、拘束用グリーンシート15を熱圧着すれば、その過程で、低温焼成セラミックグリーンシート13と焼成済み基板12とを熱圧着することができる。尚、加圧焼成する場合は、拘束用グリーンシート15を熱圧着する作業を省略しても良い。   Then, the constraining green sheets 15 are laminated on both surfaces of the laminate, and are temporarily fixed by thermocompression bonding under the same conditions as described above (see FIG. 1B). Even if the low-temperature fired ceramic green sheet 13 and the fired substrate 12 are not thermocompression bonded in the laminating step, if the constraining green sheet 15 is thermocompression bonded, the low-temperature fired ceramic green sheet 13 and fired in the process. The substrate 12 can be thermocompression bonded. In addition, when baking by pressure, the operation | work which carries out the thermocompression bonding of the restraining green sheet 15 may be abbreviate | omitted.

図1(c)、図3に示すように、焼成済み基板12の片面のみに低温焼成セラミックグリーンシート13を積層する場合は、低温焼成セラミックグリーンシート13が積層されている側のみに拘束用グリーンシート15を積層すれば良く、焼成済み基板12の他面に積層する拘束焼成グリーンシート15は省略しても良い。これは、拘束焼成時に焼成済み基板12が拘束焼成グリーンシート15と同じように低温焼成セラミックグリーンシート13の焼成収縮を抑える役割を果たすためである。   As shown in FIGS. 1C and 3, when the low-temperature fired ceramic green sheet 13 is laminated only on one side of the fired substrate 12, the restraining green is only on the side where the low-temperature fired ceramic green sheet 13 is laminated. The sheet 15 may be laminated, and the constrained fired green sheet 15 laminated on the other surface of the fired substrate 12 may be omitted. This is because the fired substrate 12 serves to suppress firing shrinkage of the low-temperature fired ceramic green sheet 13 in the same manner as the restraint fired green sheet 15 during restraint firing.

この場合、拘束焼成グリーンシート15は、低温焼成セラミックの焼結温度(800〜1000℃)では焼結しない高温焼結性セラミック(例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシア等)を用い、この高温焼結性セラミックの粉末にバインダー(例えばポリビニルブチラール、アクリル系、ニトロセルロース系等の樹脂)、溶剤(例えばトルエン、キシレン、ブタノール等)及び可塑剤を配合して、十分に撹拌混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等でテープ成形して拘束焼成グリーンシート15を作製すれば良い。   In this case, the constrained fired green sheet 15 uses a high temperature sinterable ceramic (for example, alumina, zirconia, magnesia, etc.) that does not sinter at the sintering temperature (800 to 1000 ° C.) of the low temperature fired ceramic. In this powder, a binder (for example, polyvinyl butyral, acrylic, nitrocellulose, etc.), a solvent (for example, toluene, xylene, butanol, etc.) and a plasticizer are blended and mixed thoroughly to prepare a slurry. What is necessary is just to produce the constrained baking green sheet 15 by carrying out tape shaping | molding with a doctor blade method etc. using a slurry.

その後、拘束用グリーンシート15を積層した積層体を、アルミナ、SiC等で形成した多孔質セッター板(図示せず)間に挟み込んで、105 〜107 Paの圧力で加圧しながら、低温焼成セラミックグリーンシート13の焼結温度である800〜1000℃で焼成する。尚、無加圧で焼成しても良く、この場合は、拘束用グリーンシート15の積層工程で、拘束用グリーンシート15を低温焼成セラミックグリーンシート13に熱圧着する必要がある。 Thereafter, the laminated body in which the constraining green sheets 15 are laminated is sandwiched between porous setter plates (not shown) formed of alumina, SiC, or the like, and is pressed at a pressure of 10 5 to 10 7 Pa while being fired at a low temperature. Baking is performed at 800 to 1000 ° C., which is the sintering temperature of the ceramic green sheet 13. In this case, the restraining green sheet 15 needs to be thermocompression bonded to the low-temperature fired ceramic green sheet 13 in the step of laminating the restraining green sheet 15.

この際、拘束用グリーンシート15(アルミナ等の高温焼結性セラミック)は、1300〜1600℃程度に加熱しないと焼結しないので、800〜1000℃で焼成すれば、拘束用グリーンシート15は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、拘束用グリーンシート15中のバインダー等の有機物が熱分解して飛散してセラミック粉体として残る。   At this time, the constraining green sheet 15 (high-temperature sinterable ceramic such as alumina) does not sinter unless heated to about 1300 to 1600 ° C. Therefore, if fired at 800 to 1000 ° C., the constraining green sheet 15 is not yet formed. It remains as sintered. However, in the firing process, organic substances such as a binder in the constraining green sheet 15 are thermally decomposed and scattered to remain as ceramic powder.

焼成後、焼成基板11の両面に付着した拘束用グリーンシート15の残存物(セラミック粉体)をブラスト処理、バフ研磨等により除去する。これにより、片面キャビティ付きのセラミック多層基板11の製造が完了する。   After firing, the residue (ceramic powder) of the constraining green sheet 15 adhering to both surfaces of the fired substrate 11 is removed by blasting, buffing or the like. Thereby, the manufacture of the ceramic multilayer substrate 11 with the single-sided cavity is completed.

以上説明した本実施形態(1)では、焼成済み基板12に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層して積層体を作製し、この積層体に拘束用グリーンシート15を積層して拘束焼成(加圧焼成又は無加圧焼成)するようにしたので、拘束焼成時に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13の焼成収縮、反り、変形がその両面側から拘束用グリーンシート15と焼成済み基板12とによってほぼ均等に抑えられ、層間剥離や反り等のないセラミック多層基板11を製造することができる。   In the present embodiment (1) described above, a laminated body is produced by laminating the unfired low-temperature fired ceramic green sheet 13 on the fired substrate 12, and the restraining green sheet 15 is laminated on the laminated body. (Pressurized firing or non-pressurized firing) Since the firing shrinkage, warpage, and deformation of the unfired low-temperature fired ceramic green sheet 13 during restraint firing, the restraining green sheet 15 and the fired substrate 12 are observed from both sides. Therefore, it is possible to manufacture the ceramic multilayer substrate 11 which is almost uniformly suppressed and free from delamination or warpage.

しかも、本実施形態(1)のように、キャビティ14付きのセラミック多層基板11を製造する場合は、焼成済み基板12をキャビティ14の底面部に位置させて拘束焼成すれば、キャビティ14の底面部が凸状に反ることはなく、しかも、拘束焼成によってキャビティ14の寸法精度を確保でき、品質の優れたキャビティ14付きのセラミック多層基板11を製造することができる。このため、キャビティ14の底面部に半導体のベアチップをフリップチップ実装する場合でも、キャビティ14の底面部に反りがないために、ベアチップとキャビティ14の底面部の導通パッドとの接合を精度良く行うことができ、フリップチップ実装の信頼性を向上することができる。   Moreover, when manufacturing the ceramic multilayer substrate 11 with the cavity 14 as in the present embodiment (1), if the fired substrate 12 is positioned on the bottom surface of the cavity 14 and restrained and fired, the bottom surface of the cavity 14 Does not warp in a convex shape, and the dimensional accuracy of the cavity 14 can be ensured by restraint firing, and the ceramic multilayer substrate 11 with the cavity 14 having excellent quality can be manufactured. Therefore, even when a semiconductor bare chip is flip-chip mounted on the bottom surface of the cavity 14, the bottom surface of the cavity 14 is not warped, and therefore, the bonding between the bare chip and the conductive pad on the bottom surface of the cavity 14 is performed with high accuracy. And the reliability of flip chip mounting can be improved.

また、焼成済み基板12と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13との間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板11の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板11を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。   In addition, the difference in sintering temperature between the fired substrate 12 and the unfired low-temperature fired ceramic green sheet 13, the difference in firing shrinkage characteristics, and the like are not problematic, and therefore, the ceramic material forming each layer of the ceramic multilayer substrate 11 The degree of freedom of material selection with respect to the sintering temperature, firing shrinkage characteristics, etc. can be greatly expanded, and the ceramic multilayer substrate 11 having a configuration that was difficult to manufacture by conventional manufacturing methods has no delamination or warpage, Can be manufactured with good dimensional accuracy.

尚、本実施形態(1)では、積層前の低温焼成セラミックグリーンシート13にパンチング加工等によってキャビティ形成用の開口部14aを形成するようにしたが、積層後の低温焼成セラミックグリーンシート13に、フォトリソグラフィ技術を用いてキャビティ形成用の開口部14aを形成するようにしても良い。   In this embodiment (1), the opening 14a for forming a cavity is formed in the low-temperature fired ceramic green sheet 13 before lamination by punching or the like. You may make it form the opening part 14a for cavity formation using a photolithographic technique.

[実施形態(2)]
前記実施形態(1)では、焼成済み基板12の片面のみに低温焼成セラミックグリーンシート13を積層したが、図4に示す本発明の実施形態(2)のように、焼成済み基板12の両面に、それぞれ1枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層するようにしても良い。この場合は、焼成済み基板12の両面に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層した後、その積層体の両面に拘束焼成グリーンシート15を積層すれば良い。その他の事項は、前記実施形態(1)と同じで良い。
[Embodiment (2)]
In the embodiment (1), the low-temperature fired ceramic green sheets 13 are laminated only on one side of the fired substrate 12. However, as in the embodiment (2) of the present invention shown in FIG. Alternatively, one or a plurality of low-temperature fired ceramic green sheets 13 may be laminated. In this case, after laminating the unfired low-temperature fired ceramic green sheets 13 on both sides of the fired substrate 12, the constrained fired green sheets 15 may be laminated on both sides of the laminate. Other matters may be the same as those in the embodiment (1).

本実施形態(2)のように、両面キャビティ付きのセラミック多層基板11を製造する場合でも、焼成済み基板12をキャビティ14の底面部に位置させて拘束焼成することで、キャビティ14の底面部が凸状に反ることはなく、寸法精度の良い両面キャビティ付きのセラミック多層基板11を製造することができる。   Even in the case of manufacturing the ceramic multilayer substrate 11 with the double-sided cavities as in this embodiment (2), the bottom portion of the cavities 14 is formed by restraining firing by positioning the fired substrate 12 on the bottom portion of the cavities 14. The ceramic multilayer substrate 11 with a double-sided cavity with good dimensional accuracy can be manufactured without warping in a convex shape.

[実施形態(3)]
前記実施形態(1)、(2)は、いずれもセラミック多層基板11にキャビティ14を形成するが、いずれのキャビティ14も、段差のない単純な形状のキャビティである。この場合は、図3に示すように、焼成済み基板12に複数枚の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13を同時に積層して熱圧着しても、キャビティ14の変形の問題は生じない。
[Embodiment (3)]
In the embodiments (1) and (2), the cavity 14 is formed in the ceramic multilayer substrate 11, but both cavities 14 are simple cavities without steps. In this case, as shown in FIG. 3, even if a plurality of unfired low-temperature fired ceramic green sheets 13 are simultaneously laminated on the fired substrate 12 and thermocompression bonded, the problem of deformation of the cavity 14 does not occur.

これに対し、図5(d)に示すように、段付きキャビティ16を形成する場合は、大きさの異なるキャビティ形成用の開口部16aを有する複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート13を同時に積層して熱圧着すると、その加圧力によって段付きキャビティ16の各段部の形状が変形してしまう不具合が発生する。   On the other hand, as shown in FIG. 5D, when the stepped cavity 16 is formed, a plurality of low-temperature fired ceramic green sheets 13 having cavities forming openings 16a having different sizes are laminated at the same time. When thermocompression bonding is performed, a problem occurs that the shape of each step portion of the stepped cavity 16 is deformed by the applied pressure.

そこで、本発明の実施形態(3)では、段付きキャビティ16を有するセラミック多層基板17を製造する際に、まず、図5(a)に示すように、焼成済み基板12に段付きキャビティ16の1段分の層数に相当する枚数(例えば1枚)の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層した後、該未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13上に拘束用グリーンシート15を積層して拘束焼成して1段分のキャビティを有する新たな焼成済み基板17aを作製する。その後、該拘束用グリーンシート15の残存物をブラスト処理等で除去した後、図5(b)に示すように、当該新たな焼成済み基板17a上に次のキャビティ1段分の層数に相当する枚数(例えば1枚)の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13と拘束用グリーンシート15を積層して拘束焼成する。以後、残りの段数分だけ上述した作業を繰り返すことで、段付きキャビティ16を有するセラミック多層基板17を製造する。   Therefore, in the embodiment (3) of the present invention, when the ceramic multilayer substrate 17 having the stepped cavity 16 is manufactured, first, as shown in FIG. After stacking the number of unfired low-temperature fired ceramic green sheets 13 corresponding to the number of layers for one stage (for example, 1 sheet), a constraining green sheet 15 is stacked on the unfired low-temperature fired ceramic green sheets 13. Then, a new fired substrate 17a having a cavity for one stage is produced by restraint firing. After that, the residual material of the constraining green sheet 15 is removed by blasting or the like, and then, as shown in FIG. 5B, the number of layers corresponding to one step of the next cavity is formed on the new baked substrate 17a. The number of the fired low-temperature fired ceramic green sheets 13 and the restraining green sheets 15 are stacked and fired in a restrained manner. Thereafter, the above-described operation is repeated for the remaining number of steps to manufacture the ceramic multilayer substrate 17 having the stepped cavities 16.

このような方法で、段付きキャビティ16を有するセラミック多層基板17を製造すれば、段付きキャビティ16の各段部の形状も変形せずに寸法精度良く形成することかできる。この場合も、未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート13に形成するキャビティ形成用の開口部16aは、積層前、積層後のいずれの時期に形成しても良い。   If the ceramic multilayer substrate 17 having the stepped cavity 16 is manufactured by such a method, the shape of each step portion of the stepped cavity 16 can be formed with high dimensional accuracy without being deformed. Also in this case, the opening 16a for forming a cavity formed in the unfired low-temperature fired ceramic green sheet 13 may be formed at any time before or after lamination.

[実施形態(4)]
図6に示す本発明の実施形態(4)は、焼成済み基板18を、絶縁性セラミック以外の機能材料(例えば誘電体セラミック、磁性体セラミック、圧電性セラミック、抵抗体セラミック)により形成したところに特徴がある。図6の例では、焼成済み基板18を複数枚としているが、1枚でも良いことは言うまでもない。焼成済み基板18が複数枚の場合は、各焼成済み基板18間に1枚又は複数枚の未焼成セラミックグリーンシート13を挟み込んだ状態にする必要がある。そして、焼成済み基板18と未焼成セラミックグリーンシート13とを積層して熱圧着した後、その積層体の両面に拘束焼成グリーンシート15を積層して拘束焼成して、複合セラミック多層基板19を製造する。
[Embodiment (4)]
In the embodiment (4) of the present invention shown in FIG. 6, the fired substrate 18 is formed of a functional material other than the insulating ceramic (for example, dielectric ceramic, magnetic ceramic, piezoelectric ceramic, resistor ceramic). There are features. In the example of FIG. 6, a plurality of baked substrates 18 are used, but it goes without saying that a single substrate may be used. When there are a plurality of baked substrates 18, one or a plurality of unfired ceramic green sheets 13 must be sandwiched between the baked substrates 18. Then, the fired substrate 18 and the unfired ceramic green sheet 13 are laminated and thermocompression bonded, and then the restraint fired green sheet 15 is laminated on both surfaces of the laminate and restraint firing to produce a composite ceramic multilayer substrate 19. To do.

この製造方法では、焼成済み基板18と未焼成セラミックグリーンシート13との間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、複合セラミック多層基板19の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった様々な機能材料を内蔵する複合セラミック多層基板19を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。   In this manufacturing method, a difference in sintering temperature, a difference in firing shrinkage characteristics, and the like between the fired substrate 18 and the unfired ceramic green sheet 13 do not cause a problem. Therefore, the ceramic material for forming each layer of the composite ceramic multilayer substrate 19 It is possible to greatly expand the degree of freedom of material selection with respect to the sintering temperature, firing shrinkage characteristics, and the like. It can be manufactured with good dimensional accuracy without peeling or warping.

[実施形態(5)]
図7に示す本発明の実施形態(5)は、キャビティ14付きの複合セラミック多層基板20を製造する場合の一例である。この場合は、前記実施形態(4)と同様の方法で製造した複合セラミック多層基板を焼成済み基板19として用い、この焼成済み基板19の両面にそれぞれ1枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート13を積層する。各低温焼成セラミックグリーンシート13には、積層前又は積層後にキャビティ形成用の開口部14aを形成する。そして、焼成済み基板19の両面に低温焼成セラミックグリーンシート13を積層して熱圧着した後、その積層体の両面に拘束焼成グリーンシート15を積層して拘束焼成して、キャビティ14付きの複合セラミック多層基板20を製造する。
[Embodiment (5)]
The embodiment (5) of the present invention shown in FIG. 7 is an example in the case of producing a composite ceramic multilayer substrate 20 with a cavity 14. In this case, a composite ceramic multilayer substrate manufactured by the same method as in the embodiment (4) is used as the fired substrate 19, and one or a plurality of low-temperature fired ceramic green sheets 13 are provided on both sides of the fired substrate 19, respectively. Are laminated. Each low-temperature fired ceramic green sheet 13 is formed with an opening 14a for forming a cavity before or after lamination. Then, after the low-temperature fired ceramic green sheets 13 are laminated on both sides of the fired substrate 19 and thermocompression bonded, the restraint fired green sheets 15 are laminated on both sides of the laminate and restraint fired to form the composite ceramic with the cavity 14. The multilayer substrate 20 is manufactured.

尚、本発明の製造方法を適用できるセラミック多層基板の構造は、各実施形態(1)〜(5)の構造に限定されず、焼成済み基板の枚数、積層位置、低温焼成セラミックグリーンシートの枚数、キャビティの形状、焼成済み基板の各層のセラミック材料の種類等を適宜変更しても良いことは言うまでもない。   The structure of the ceramic multilayer substrate to which the manufacturing method of the present invention can be applied is not limited to the structure of each of the embodiments (1) to (5), but the number of fired substrates, the position of lamination, the number of low-temperature fired ceramic green sheets. Needless to say, the shape of the cavity, the type of ceramic material of each layer of the fired substrate, and the like may be changed as appropriate.

以上説明した各実施形態(1)〜(5)の製造方法で製造したセラミック多層基板は、種々の用途の多層回路基板として使用でき、例えば、各実施形態(1)〜(5)の製造方法で製造したセラミック多層基板をモジュール用基板として用いてモジュール化した半導体装置を製造するようにしても良い。このようにして、例えば、通信用モジュール製品、車載用モジュール製品等を製造すれば、信頼性の高いモジュール製品を製造できる。   The ceramic multilayer substrate manufactured by the manufacturing method of each of the embodiments (1) to (5) described above can be used as a multilayer circuit substrate for various applications. For example, the manufacturing method of each of the embodiments (1) to (5) A modular semiconductor device may be manufactured by using the ceramic multilayer substrate manufactured in the above as a module substrate. Thus, for example, if a communication module product, a vehicle-mounted module product, etc. are manufactured, a highly reliable module product can be manufactured.

本発明者は、上記各実施形態の製造方法を用いて、様々な条件でセラミック多層基板を製造して、キャビティの底面部の反り量を測定したので、その測定結果を次の表1、表2に示す。

Figure 2005203810
Figure 2005203810
表1、表2において、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートの材料名の(注1)は、CaO−SiO2 −Al2 3 −B2 3 系ガラス:60重量%とアルミナ:40重量%との混合物からなる低温焼成セラミックである。また、(注2)は、(注1)のセラミックにより形成した焼成済み基板上に酸化ルテニウム系(RuO2 系)の厚膜抵抗体を形成し、且つ該厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整したものであり、(注3)はPbO−SiO2 −B2 3 系ガラスとアルミナとの混合物からなる低温焼成セラミックである。また、キャビティの構造の「片面」は、図1(c)に示す片面キャビティ付きのセラミック多層基板を意味し、「両面」は、図4に示す両面キャビティ付きのセラミック多層基板を意味している。 The present inventor manufactured the ceramic multilayer substrate under various conditions using the manufacturing method of each of the above embodiments, and measured the amount of warpage of the bottom surface of the cavity. It is shown in 2.
Figure 2005203810
Figure 2005203810
In Tables 1 and 2, (Note 1) of the material names of the fired substrate and the unfired ceramic green sheet are CaO—SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 glass: 60% by weight and alumina: 40 A low-temperature fired ceramic composed of a mixture with weight percent. In (Note 2), a ruthenium oxide (RuO 2 ) thick film resistor is formed on a fired substrate made of the ceramic of (Note 1), and the thick film resistor is trimmed to provide resistance. (Note 3) is a low-temperature fired ceramic made of a mixture of PbO—SiO 2 —B 2 O 3 glass and alumina. In addition, “single side” of the cavity structure means the ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity shown in FIG. 1C, and “double-sided” means the ceramic multilayer substrate with a double-sided cavity shown in FIG. .

表1、表2に示す全てのサンプルNo.1〜28について、拘束焼成したセラミック多層基板を外観検査したところ、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートの焼結層との間に剥がれが発生せず、焼結性が良好であった。   All sample Nos. Shown in Tables 1 and 2 were used. When the ceramic multilayer substrate subjected to restraint firing was visually inspected for 1 to 28, peeling did not occur between the fired substrate and the sintered layer of the unfired ceramic green sheet, and the sinterability was good.

前記実施形態(1)の製造方法で製造した片面キャビティ付きのセラミック多層基板のサンプルNo.1〜16は、いずれも、キャビティ底面部の反り量が5μm以下となり、寸法精度の良い片面キャビティ付きのセラミック多層基板が得られた。   Sample No. of a ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity manufactured by the manufacturing method of the embodiment (1). In all of Nos. 1 to 16, the cavity bottom portion warpage amount was 5 μm or less, and a ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity with good dimensional accuracy was obtained.

尚、サンプルNo.10は、片面キャビティ付きのセラミック多層基板を無加圧で拘束焼成したものであるが、この場合も、拘束用グリーンシートの積層工程で、拘束用グリーンシートを低温焼成セラミックグリーンシートに熱圧着することで、加圧焼成の場合とほぼ同様の品質の片面キャビティ付きのセラミック多層基板が得られた。   Sample No. 10 is a ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity that is restrained and fired without pressure. In this case as well, the restraining green sheet is thermocompression bonded to the low-temperature fired ceramic green sheet in the constraining green sheet laminating process. As a result, a ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity having substantially the same quality as in the case of pressure firing was obtained.

また、前記実施形態(2)の製造方法で製造した両面キャビティ付きのセラミック多層基板のサンプルNo.17〜19についても、いずれも、キャビティ底面部の反り量が5μm以下となり、寸法精度の良い両面キャビティ付きのセラミック多層基板が得られた。   In addition, sample No. 2 of the ceramic multilayer substrate with double-sided cavities manufactured by the manufacturing method of the embodiment (2). In all of Nos. 17 to 19, the warp amount of the bottom surface of the cavity was 5 μm or less, and a ceramic multilayer substrate with a double-sided cavity with good dimensional accuracy was obtained.

サンプルNo.1〜19は、焼成済み基板とそれに積層する未焼成セラミックグリーンシートの両方を(注1)の低温焼成セラミックで形成したものであるが、サンプルNo.20〜26は、焼成済み基板を未焼成セラミックグリーンシートの形成材料である(注1)の低温焼成セラミックとは異なるセラミック材料で形成し、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成している。例えば、サンプルNo.20は、焼成済み基板が絶縁性セラミックであるアルミナ、サンプルNo.21は、焼成済み基板がフェライト系の磁性体セラミック、サンプルNo.22、25、26は、焼成済み基板がリラクサ系の誘電体セラミックで形成されている。また、サンプルNo.23は、(注1)のセラミックにより形成した焼成済み基板の表面に酸化ルテニウム系(RuO2 系)の厚膜抵抗体が形成され且つ該厚膜抵抗体がトリミングされ、未焼成セラミックグリーンシートがPbO−SiO2 −B2 3 系ガラスとアルミナとの混合物からなる低温焼成セラミックにより形成されている。また、サンプルNo.24は、焼成済み基板がチタン酸バリウム系の誘電体セラミックで形成されている。 Sample No. Nos. 1 to 19 are formed by forming both the fired substrate and the unfired ceramic green sheet laminated thereon with the low-temperature fired ceramic of (Note 1). In Nos. 20 to 26, the fired substrate is formed of a ceramic material different from the low-temperature fired ceramic of Note 1 which is a material for forming the unfired ceramic green sheet, and the fired substrate and the unfired ceramic green sheet are made of different ceramics. It is made of material. For example, sample no. No. 20 is alumina in which the fired substrate is an insulating ceramic; No. 21 is a sintered magnetic ceramic with a sintered substrate, Sample No. In 22, 25, and 26, the fired substrate is formed of a relaxor dielectric ceramic. Sample No. 23, a ruthenium oxide (RuO 2 ) thick film resistor is formed on the surface of a fired substrate formed of the ceramic of (Note 1), and the thick film resistor is trimmed to obtain an unfired ceramic green sheet. It is formed of a low-temperature fired ceramic made of a mixture of PbO—SiO 2 —B 2 O 3 glass and alumina. Sample No. In 24, the fired substrate is formed of a barium titanate dielectric ceramic.

また、サンプルNo.27は、焼成済み基板が(注1)の低温焼成セラミックで形成され、未焼成セラミックグリーンシートが(注3)の低温焼成セラミックで形成され、また、サンプルNo.28は、焼成済み基板とそれに積層する未焼成セラミックグリーンシートの両方が(注3)の低温焼成セラミックで形成されている。   Sample No. 27, the fired substrate is formed of the low-temperature fired ceramic of (Note 1), the unfired ceramic green sheet is formed of the low-temperature fired ceramic of (Note 3). In 28, both the fired substrate and the unfired ceramic green sheet laminated thereon are formed of the low-temperature fired ceramic of (Note 3).

焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートとを異種材料で形成したサンプルNo.20〜27についても、加圧焼成したセラミック多層基板を外観検査したところ、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートの焼結層との間に剥がれが発生せず、焼結性が良好であると共に、キャビティ付きのセラミック多層基板を製造する場合でも、キャビティの底面部の反り量が5μm以下となり、寸法精度の良いキャビティ付きのセラミック多層基板が得られた。   Sample No. in which a fired substrate and an unfired ceramic green sheet are formed of different materials. As for 20 to 27, when the appearance of the ceramic multilayer substrate fired under pressure was inspected, no peeling occurred between the fired substrate and the sintered layer of the green ceramic green sheet, and the sinterability was good. Even when a ceramic multilayer substrate with cavities was manufactured, the amount of warpage of the bottom surface of the cavity was 5 μm or less, and a ceramic multilayer substrate with cavities with good dimensional accuracy was obtained.

また、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートの両方を(注3)の低温焼成セラミックで形成したサンプルNo.28についても、キャビティの底面部の反り量が5μm以下となり、寸法精度の良いキャビティ付きのセラミック多層基板が得られた。   Sample No. 2 in which both the fired substrate and the unfired ceramic green sheet were formed of the low-temperature fired ceramic of (Note 3). For No. 28, the amount of warpage of the bottom surface of the cavity was 5 μm or less, and a ceramic multilayer substrate with a cavity with good dimensional accuracy was obtained.

一方、次の表3は、片面キャビティ付きのセラミック多層基板を、拘束焼成グリーンシートを使用しない従来の焼成方法で焼成した場合について、焼結性を評価した試験結果を示している。

Figure 2005203810
この表3のサンプルNo.29、30は、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートとを熱圧着して、拘束焼成グリーンシートを使用しない従来の焼成方法(非拘束焼成)で焼成したものであるが、焼成後のセラミック多層基板を外観検査したところ、焼成済み基板と未焼成セラミックグリーンシートの焼結層との間に剥がれが発生し、焼結不良となった。この試験結果から、拘束焼成グリーンシートを使用しない従来の焼成方法(非拘束焼成)では、焼結不良が発生する可能性が高いことが確認された。 On the other hand, the following Table 3 shows the test results for evaluating the sinterability in the case where the ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity is fired by a conventional firing method that does not use a restrained fired green sheet.
Figure 2005203810
Sample No. in Table 3 Nos. 29 and 30 are obtained by thermocompression bonding of a fired substrate and an unfired ceramic green sheet and firing by a conventional firing method that does not use a restrained fired green sheet (unconstrained firing). When the appearance of the substrate was inspected, peeling occurred between the fired substrate and the sintered layer of the unfired ceramic green sheet, resulting in poor sintering. From this test result, it was confirmed that in the conventional firing method (non-constrained firing) that does not use the restrained firing green sheet, there is a high possibility that defective sintering occurs.

本発明の実施形態(1)の片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate with the single-sided cavity of Embodiment (1) of this invention. 本発明の実施形態(1)の製造工程の流れを説明する工程フローチャートである。It is a process flowchart explaining the flow of the manufacturing process of Embodiment (1) of this invention. キャビティの深さが2層の場合の片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate with a single-sided cavity in case the depth of a cavity is two layers. 本発明の実施形態(2)の両面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate with a double-sided cavity of Embodiment (2) of this invention. 本発明の実施形態(3)の段付きキャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate with a stepped cavity of embodiment (3) of this invention. 本発明の実施形態(4)の複合セラミック多層基板の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the composite ceramic multilayer substrate of Embodiment (4) of this invention. 本発明の実施形態(5)の両面キャビティ付きの複合セラミック多層基板の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the composite ceramic multilayer substrate with a double-sided cavity of Embodiment (5) of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 セラミック多層基板
12 焼成済み基板
13 低温焼成セラミックグリーンシート
14 キャビティ
14a キャビティ用の開口部
15 拘束焼成用グリーンシート
16 段付きキャビティ
16a…キャビティ用の開口部
17 セラミック多層基板
17a,18 焼成済み基板
19 複合セラミック多層基板
20複合セラミック多層基板
11 Ceramic multilayer substrate 12 Baked substrate 13 Low-temperature fired ceramic green sheet 14 Cavity 14a Opening 15 for cavity 15 Green sheet for restraint firing
16 Stepped cavity 16a... Cavity opening 17 Ceramic multilayer substrate 17a, 18 Firing substrate 19 Composite ceramic multilayer substrate 20 Composite ceramic multilayer substrate

Claims (11)

予め焼成したセラミック基板(以下「焼成済み基板」という)の両面に、該焼成済み基板の焼結温度とほぼ同一温度又はそれよりも低い温度で焼結する前記焼成済み基板とは異種のセラミック材料で形成された1枚又は複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する工程と、
前記未焼成の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用グリーンシートを前記積層体の最外層に積層された前記未焼成のセラミックグリーンシートの両面にそれぞれ積層する工程と、
前記拘束用グリーンシートを介して前記積層体を加圧しながら又は加圧せずに前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度で拘束焼成して前記積層体を一体化する拘束焼成工程と、
前記拘束焼成工程後に前記拘束用グリーンシートの残存物を除去する工程とを含むことを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
A ceramic material different from the fired substrate that is sintered on both sides of a pre-fired ceramic substrate (hereinafter referred to as “fired substrate”) at a temperature substantially equal to or lower than the sintering temperature of the fired substrate. Laminating one or a plurality of unfired ceramic green sheets formed by
Laminating a green sheet for restraint that does not sinter at the sintering temperature of the unfired ceramic green sheet on each side of the unfired ceramic green sheet laminated on the outermost layer of the laminate;
A constrained firing step of consolidating the laminate by restraint firing at the sintering temperature of the unfired ceramic green sheet while or without pressurizing the laminate through the restraining green sheet;
And a step of removing a residue of the constraining green sheet after the constraining firing step.
前記焼成済み基板に前記未焼成のセラミックグリーンシートを積層する工程で、両者を仮止めすることを特徴とする請求項1に記載のセラミック多層基板の製造方法。   2. The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein in the step of laminating the unfired ceramic green sheet on the fired substrate, both are temporarily fixed. 前記拘束用グリーンシートを前記積層体の最外層に積層された前記未焼成のセラミックグリーンシートに積層する工程で、両者を仮止めすることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミック多層基板の製造方法。   3. The ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein the constraining green sheet is temporarily fixed in the step of laminating the green ceramic green sheet laminated on the outermost layer of the laminate. Manufacturing method. 前記未焼成のセラミックグリーンシートは、1000℃以下で焼成する低温焼成セラミック材料により形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。   4. The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein the green ceramic green sheet is formed of a low-temperature fired ceramic material fired at 1000 [deg.] C. or less. 前記焼成済み基板及び/又は前記未焼成のセラミックグリーンシートは、絶縁性、誘電性、磁性、圧電性、抵抗性のいずれかの機能を有するセラミックにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。   2. The fired substrate and / or the unfired ceramic green sheet is formed of a ceramic having any of insulating, dielectric, magnetic, piezoelectric, and resistive functions. A method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of claims 1 to 4. キャビティを有するセラミック多層基板を製造する方法であって、
前記焼成済み基板を前記キャビティを形成する部分の底面部に位置させ、該焼成済み基板に積層する前記未焼成のセラミックグリーンシートには、その積層前又は積層後に前記キャビティ形成用の開口部を形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
A method of manufacturing a ceramic multilayer substrate having a cavity, comprising:
An opening for forming the cavity is formed in the unfired ceramic green sheet, which is laminated on the fired substrate, after the fired substrate is positioned on the bottom surface of the portion where the cavity is formed. A method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein:
段付きキャビティを有するセラミック多層基板を製造する方法であって、
前記焼成済み基板に前記段付きキャビティの1段分の層数に相当する枚数の未焼成のセラミックグリーンシートを積層する毎に、該未焼成のセラミックグリーンシート上に前記拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成して1段分のキャビティを有する新たな焼成済み基板を作製し、その後、該拘束用グリーンシートの残存物を除去した後、当該新たな焼成済み基板上に次のキャビティ1段分の層数に相当する枚数の未焼成のセラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートを積層して拘束焼成するという作業を繰り返すことで、段付きキャビティを有するセラミック多層基板を製造することを特徴とする請求項6記載のセラミック多層基板の製造方法。
A method of manufacturing a ceramic multilayer substrate having a stepped cavity, comprising:
Each time the unfired ceramic green sheets corresponding to the number of layers of the stepped cavities are laminated on the fired substrate, the restraining green sheets are laminated on the unfired ceramic green sheets. Then, a new fired substrate having a cavity for one stage is produced by restraint firing, and then the remaining green sheet for restraint is removed, and then the next cavity for one stage is formed on the new fired substrate. A ceramic multilayer substrate having a stepped cavity is manufactured by repeating the operation of laminating and firing a ceramic green sheet and a constraining green sheet corresponding to the number of layers. Item 7. A method for producing a ceramic multilayer substrate according to Item 6.
前記未焼成のセラミックグリーンシートに、該セラミックグリーンシートと同時焼成可能な導体パターンを印刷してから、該セラミックグリーンシートを積層することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。   The ceramic green sheet according to any one of claims 1 to 7, wherein a conductive pattern that can be fired simultaneously with the ceramic green sheet is printed on the green ceramic green sheet, and then the ceramic green sheet is laminated. A method for producing a multilayer substrate. セラミック多層基板の表面側と裏面側とが非対称となる構造に形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。   9. The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein the ceramic multilayer substrate is formed in a structure in which the front surface side and the back surface side are asymmetric. 前記焼成済み基板に厚膜抵抗体を形成し、この厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整した後、該焼成済み基板に前記未焼成のセラミックグリーンシートを積層することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。   A thick film resistor is formed on the fired substrate, the thick film resistor is trimmed to adjust a resistance value, and then the green ceramic green sheet is laminated on the fired substrate. Item 10. A method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of Items 1 to 9. 請求項1乃至10のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法で製造したセラミック多層基板をモジュール用基板として用いてモジュール化した半導体装置。   A semiconductor device formed into a module by using the ceramic multilayer substrate produced by the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1 as a module substrate.
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