JP2005235943A - Manufacturing method of ceramic multilayered substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、セラミック多層基板の製造方法に関するもので、特に、平面方向の寸法精度に優れたセラミック多層基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate, and more particularly to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate having excellent dimensional accuracy in a planar direction.
セラミック多層基板は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層体と、このセラミック積層体に形成された配線導体パターンとを有するものである。この配線導体パターンとしては、たとえば、複数のセラミック層間の界面に沿って延びる内部ライン導体、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体、また、セラミック多層基板の外表面上において延びる外部電極がある。 The ceramic multilayer substrate has a ceramic laminate formed by laminating a plurality of ceramic layers and a wiring conductor pattern formed on the ceramic laminate. Examples of the wiring conductor pattern include an internal line conductor extending along an interface between a plurality of ceramic layers, a via-hole conductor extending so as to penetrate a specific ceramic layer, and an external electrode extending on the outer surface of the ceramic multilayer substrate. is there.
一般に、このようなセラミック多層基板は、半導体デバイスやチップ積層コンデンサ等の表面実装部品を搭載し、各表面実装部品を相互に配線するものである。また、セラミック多層基板には、たとえばキャパシタやインダクタのような受動素子が内蔵されることがあり、上述した内部導体膜やビアホール導体によって、これらの受動素子が構成される。 In general, such a ceramic multilayer substrate mounts surface mount components such as semiconductor devices and chip multilayer capacitors, and interconnects the respective surface mount components. In addition, passive elements such as capacitors and inductors may be built in the ceramic multilayer substrate, and these passive elements are constituted by the above-described internal conductor film and via-hole conductor.
そこで、セラミック多層基板をより多機能化、高密度化、高性能化するために、上述した配線導体パターンを高密度に形成することが必要となっている。 Therefore, in order to make the ceramic multilayer substrate more multifunctional, high density, and high performance, it is necessary to form the above-described wiring conductor pattern with high density.
ところで、セラミック多層基板を得るためには、セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体を焼成しなければならない。この焼成工程において、セラミックグリーンシートは、セラミック粉末の焼結に伴って収縮するが、この収縮は、特に大面積のセラミック多層基板においては、基板全体にて均一に生じにくく、そのため、セラミック多層基板の平面方向に関して、収縮バラツキによる寸法誤差を生じることがある。 By the way, in order to obtain a ceramic multilayer substrate, an unfired ceramic laminate formed by laminating ceramic green sheets must be fired. In this firing step, the ceramic green sheet shrinks with the sintering of the ceramic powder, but this shrinkage is difficult to occur uniformly over the entire substrate, particularly in a large-area ceramic multilayer substrate. With respect to the plane direction, there may be a dimensional error due to shrinkage variation.
その結果、配線導体パターンに不所望な変形や歪みが生じ、より具体的には、外部電極の位置精度が低下したり、内部ライン導体において断線が生じたりすることがある。このような配線導体パターンに生じる変形や歪みは、配線導体パターンの高密度化を阻害する大きな要因となっている。 As a result, undesired deformation or distortion occurs in the wiring conductor pattern, and more specifically, the positional accuracy of the external electrode may be lowered, or the internal line conductor may be disconnected. Such deformation and distortion in the wiring conductor pattern is a major factor that hinders the high density of the wiring conductor pattern.
そこで、たとえば特許第２５５４４１５号公報（特許文献１）に示されているように、セラミック多層基板を製造するにあたって、セラミック多層基板の平面方向における焼成収縮を実質的に生じさせない手法、いわゆる無収縮プロセス、が提案されている。 Therefore, as shown in, for example, Japanese Patent No. 2554415 (Patent Document 1), in manufacturing a ceramic multilayer substrate, a technique that does not substantially cause firing shrinkage in the plane direction of the ceramic multilayer substrate, a so-called non-shrink process. , Has been proposed.
この無収縮プロセスにおいては、たとえばＡｌ2Ｏ3等のセラミック粉末にホウ珪酸ガラス等のガラス粉末を混合してなるガラスセラミック粉末を主成分とする基体用セラミックグリーンシートが用意されるとともに、Ａｌ2Ｏ3粉末を主成分とする拘束用セラミックグリーンシートが用意される。そして、基体用セラミックグリーンシートに配線導体パターンが形成された後、これを積層して、未焼成のセラミック積層体が作製され、次いで、このセラミック積層体の両主面に、拘束用セラミックグリーンシートを圧着し、複合積層体が作製される。このようにして得られた複合積層体は、次いで、基体用セラミックグリーンシートが焼結する温度、すなわち、ガラスセラミック粉末が焼結する温度で焼成される。すなわち、この焼成工程において、拘束用セラミックグリーンシートを構成するＡｌ2Ｏ3粉末は実質的に焼結しないため、拘束用セラミックグリーンシートは、実質的に収縮しない。このことから、セラミック積層体の平面方向の収縮が実質的に抑制され、セラミック積層体は、実質的に厚み方向にのみ収縮する。そして、焼成工程の後、拘束用セラミックグリーンシートに由来するＡｌ2Ｏ3粉末の多孔質層を除去することによって、焼結したセラミック積層体、すなわちセラミック多層基板が取り出される。 In this non-shrinking process, for example, a ceramic green sheet for a substrate mainly comprising glass ceramic powder obtained by mixing glass powder such as borosilicate glass with ceramic powder such as Al 2 O 3 is prepared, and Al 2 A constraining ceramic green sheet mainly composed of O 3 powder is prepared. Then, after the wiring conductor pattern is formed on the ceramic green sheet for the substrate, this is laminated to produce an unfired ceramic laminated body, and then the constraining ceramic green sheets are formed on both main surfaces of the ceramic laminated body. Are pressed to produce a composite laminate. The composite laminate thus obtained is then fired at a temperature at which the ceramic green sheet for base is sintered, that is, a temperature at which the glass ceramic powder is sintered. That is, in this firing step, since the Al 2 O 3 powder constituting the constraining ceramic green sheet is not substantially sintered, the constraining ceramic green sheet does not substantially shrink. From this, the shrinkage | contraction of the planar direction of a ceramic laminated body is suppressed substantially, and a ceramic laminated body shrink | contracts substantially only to the thickness direction. After the firing step, by removing the porous layer of Al 2 O 3 powder from restraint ceramic green sheet, the ceramic laminate was sintered, that is, the ceramic multilayer substrate is taken out.
上述した無収縮プロセスによれば、平面方向に関して、積層されたセラミックグリーンシートの寸法精度が維持されるため、不均一な変形がもたらされにくく、配線導体パターンの所望な変形や歪みがもたらされにくくなり、高精度に形成された信頼性の高い配線導体パターンを有したセラミック多層基板を得ることができる。
ところで、上述した無収縮プロセスにおいて、未焼成のセラミック積層体に拘束用セラミックグリーンシートを圧着する際には、これらを密接に圧着させるため、複合積層体の積層方向に一定以上の圧力が加えられるが、この圧着時の圧力によって、複合積層体が平面方向に延びてしまうことがある。特に、大面積の複合積層体の場合、複合積層体の平面方向での中央部付近と周縁部付近とでその延び率が異なり、具体的には、周縁部ほど延び率が大きくなる。 By the way, in the non-shrinking process described above, when the constraining ceramic green sheet is pressure-bonded to the unfired ceramic laminated body, a pressure of a certain level or more is applied in the laminating direction of the composite laminated body in order to closely bond them. However, the composite laminate may extend in the planar direction due to the pressure during the pressure bonding. In particular, in the case of a composite laminate having a large area, the extension rate differs between the vicinity of the center portion and the vicinity of the peripheral portion in the planar direction of the composite laminate, and specifically, the extension rate increases toward the peripheral portion.
しかしながら、この延びを考慮したうえであらかじめ配線導体パターンを設計しておくことは実質的に不可能であり、つまり、上述した従来の無収縮プロセスでは、配線導体パターンの寸法精度を高めることに限界があった。 However, it is practically impossible to design a wiring conductor pattern in advance in consideration of this extension. In other words, the conventional non-shrink process described above is limited in increasing the dimensional accuracy of the wiring conductor pattern. was there.
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高密度かつ高精度の配線導体パターンを有したセラミック多層基板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate having a wiring conductor pattern with higher density and higher accuracy.
すなわち、本発明は、第１のセラミック粉末を主成分とする複数の基体用グリーン層を積層してなる未焼成のセラミック積層体の少なくとも一方主面に、前記第１のセラミック粉末の焼結温度では実質的に焼結しない第２のセラミック粉末を主成分とする拘束用グリーン層を積層する、積層工程と、前記未焼成のセラミック積層体と前記拘束用グリーン層とからなる複合積層体を、加熱しながら圧着する、熱圧着工程と、圧着された複合積層体を、前記第１のセラミック粉末の焼結温度で焼成する、焼成工程と、前記拘束用グリーン層を除去する、除去工程と、を備えるセラミック多層基板の製造方法において、前記基体用グリーン層および前記拘束用グリーン層の少なくとも一方に、前記熱圧着時に重合反応によって硬化する樹脂を含有させることを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法に係るものである。 That is, the present invention provides a sintering temperature of the first ceramic powder on at least one main surface of an unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of green layers for a substrate mainly composed of the first ceramic powder. Then, laminating a constraining green layer composed mainly of a second ceramic powder that does not substantially sinter, and a composite laminate comprising the unfired ceramic laminate and the constraining green layer, A thermocompression bonding step for performing pressure bonding while heating, a firing step for firing the pressure-bonded composite laminate at a sintering temperature of the first ceramic powder, and a removal step for removing the constraining green layer; In the method for producing a ceramic multilayer substrate comprising: at least one of the base green layer and the constraining green layer contains a resin that is cured by a polymerization reaction during the thermocompression bonding. Characterized Rukoto, but according to the method for producing a ceramic multilayer substrate.
本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、基体用グリーン層および拘束用グリーン層の少なくとも一方に、熱圧着工程時に重合反応によって硬化する樹脂が含まれているので、その熱圧着時には、この樹脂が重合反応を開始し、樹脂の重合度が上昇して硬化する。したがって、各グリーン層がある一定の硬さを持つようになって、熱あるいは圧力による各グリーン層の塑性変形が抑制され、ひいては、より高密度かつ高精度の配線導体パターンを有したセラミック多層基板を得ることができる。 According to the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention, at least one of the base green layer and the constraining green layer contains a resin that is cured by a polymerization reaction during the thermocompression bonding process. The resin starts a polymerization reaction, and the degree of polymerization of the resin is increased and cured. Accordingly, each green layer has a certain hardness, so that plastic deformation of each green layer due to heat or pressure is suppressed, and consequently, a ceramic multilayer substrate having a wiring conductor pattern with higher density and higher accuracy. Can be obtained.
本発明のセラミック多層基板の製造方法は、
（１）第１のセラミック粉末を主成分とする複数の基体用グリーン層を積層してなる未焼成のセラミック積層体の少なくとも一方主面に、第１のセラミック粉末の焼結温度では実質的に焼結しない第２のセラミック粉末を主成分とする拘束用グリーン層を積層する、積層工程と、
（２）未焼成のセラミック積層体と拘束用グリーン層とからなる複合積層体を、加熱しながら圧着する、熱圧着工程と、
（３）圧着された複合積層体を、第１のセラミック粉末の焼結温度で焼成する、焼成工程と、
（４）拘束用グリーン層を除去する、除去工程と、
からなる、いわゆる無収縮プロセスに基づくセラミック多層基板の製造方法において、基体用グリーン層および拘束用グリーン層の少なくとも一方に、熱圧着時に重合反応によって硬化する樹脂（以下、熱硬化性樹脂と称する）を含有させるものである。
The method for producing the ceramic multilayer substrate of the present invention comprises:
(1) At least one main surface of an unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of base green layers mainly composed of the first ceramic powder is substantially at the sintering temperature of the first ceramic powder. Laminating a constraining green layer mainly composed of a second ceramic powder that is not sintered;
(2) a thermocompression bonding step in which a composite laminate comprising an unfired ceramic laminate and a constraining green layer is crimped while heating;
(3) a firing step of firing the pressure-bonded composite laminate at a sintering temperature of the first ceramic powder;
(4) removing the constraining green layer;
In a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate based on a so-called non-shrinkage process, a resin that cures by a polymerization reaction during thermocompression bonding to at least one of a base green layer and a constraining green layer (hereinafter referred to as a thermosetting resin) Is included.
本発明のセラミック多層基板の製造方法において、熱硬化性樹脂は、基体用グリーン層および拘束用グリーン層の少なくとも一方に含まれていればよい。特に、熱硬化性樹脂が少なくとも拘束用グリーン層に含まれていることが望ましい。拘束用グリーン層には、圧着時の圧力が拘束用グリーン層に直接にかかるので、拘束用グリーン層に熱硬化性樹脂を加えておくことで、拘束層グリーン層さらには基体用グリーン層の不所望な変形を効果的に抑制することができる。 In the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention, the thermosetting resin may be contained in at least one of the base green layer and the constraining green layer. In particular, it is desirable that the thermosetting resin is contained in at least the constraining green layer. Since the pressure during crimping is directly applied to the constraining green layer to the constraining green layer, by adding a thermosetting resin to the constraining green layer, the constraining green layer and the substrate green layer are not affected. Desired deformation can be effectively suppressed.
本発明のセラミック多層基板の製造方法において、熱圧着工程では、あらかじめ複合積層体を予熱しておき、その温度を保持しつつ複合積層体を圧着することが望ましい。熱圧着工程において、複合積層体に対し、圧力と熱を同時に加えることも可能ではあるが、あらかじめ複合積層体を加熱しておき、すなわち、あらかじめ複合積層体に予熱を与えておき、各グリーン層の硬化をある程度進めながら圧着するほうが、各グリーン層の変形を確実に抑制することができるので望ましい。 In the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention, it is desirable that the composite laminate is preheated in advance and the composite laminate is crimped while maintaining the temperature in the thermocompression bonding step. In the thermocompression bonding process, it is possible to simultaneously apply pressure and heat to the composite laminate, but the composite laminate is heated in advance, that is, the composite laminate is preheated in advance, and each green layer It is desirable to press-bond while curing the resin to some extent because deformation of each green layer can be reliably suppressed.
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法において、熱圧着工程は、複合積層体を仮圧着する前処理工程を含んでいることが望ましい。すなわち、熱硬化性樹脂は、熱圧着工程の際に重合反応によって硬化する樹脂であり、熱を加える前の、すなわち仮圧着時の各グリーン層は、通常のグリーン層（特にセラミックグリーンシート）と同様の可撓性を有しているので、熱圧着の前に仮圧着しておくことによって、各グリーン層を密接に貼り合せることが可能である。 In the method for producing a ceramic multilayer substrate according to the present invention, it is desirable that the thermocompression bonding step includes a pretreatment step of temporarily pressing the composite laminate. That is, the thermosetting resin is a resin that is cured by a polymerization reaction in the thermocompression bonding step, and each green layer before applying heat, that is, at the time of temporary compression bonding, is a normal green layer (particularly a ceramic green sheet). Since each of the green layers has the same flexibility, it is possible to closely bond the green layers by pre-bonding them before thermocompression bonding.
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法においては、熱圧着の際の温度を５０〜１５０℃とし、熱硬化性樹脂を５０〜１５０℃で重合し硬化する樹脂とすることが望ましい。すなわち、基体用グリーン層や拘束用グリーン層に含まれる通常のバインダ樹脂は、おおよそこの温度で軟化し、これによって各グリーン層を密着させるものであるので、この温度で硬化を開始する熱硬化性樹脂を含有しておくことによって、複合積層体の変形をより確実に抑制することができる。なお、このような熱硬化性樹脂としては、フェノール・ホルマリン系樹脂、尿素・ホルマリン系樹脂、メラニン・ホルマリン系樹脂、アニリン系樹脂、フェノール・フルフラール系樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド系樹脂、キシレン・フェノール系樹脂、アセトン・ホルムアルデヒド系樹脂、アルキド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、等が挙げられる。特に、これらの熱硬化性樹脂は、通常のバインダ樹脂に比べて、重合度が小さく、熱圧着時の重合反応によって、その重合度が高まるものである必要がある。 Moreover, in the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate of this invention, it is desirable to make it the resin which superposes | polymerizes and hardens a thermosetting resin at 50-150 degreeC at the temperature in the case of thermocompression bonding. That is, the ordinary binder resin contained in the base green layer and the constraining green layer softens at approximately this temperature, thereby bringing the green layers into close contact with each other. By containing the resin, the deformation of the composite laminate can be more reliably suppressed. Such thermosetting resins include phenol / formalin resin, urea / formalin resin, melanin / formalin resin, aniline resin, phenol / furfural resin, xylene / formaldehyde resin, xylene / phenolic resin. Examples include resins, acetone / formaldehyde resins, alkyd resins, polyester resins, epoxy resins, and the like. In particular, these thermosetting resins need to have a smaller degree of polymerization than ordinary binder resins and have a higher degree of polymerization due to a polymerization reaction during thermocompression bonding.
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法においては、基体用グリーン層における熱硬化性樹脂の添加量を、第１のセラミック粉末１００重量部に対して１〜１５重量部、さらには５〜１５重量部、とすることが望ましい。また、拘束用グリーン層における熱硬化性樹脂の添加量は、第２のセラミック粉末１００重量部に対して、１〜１５重量部、さらには５〜１５重量部、とすることが望ましい。各グリーン層において熱硬化性樹脂が前記の割合で含まれていると、各グリーン層における各セラミック粉末の充填密度を著しく低下させることなく、複合積層体の変形を確実に抑制することができる。 In the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention, the addition amount of the thermosetting resin in the green layer for the substrate is 1 to 15 parts by weight, more preferably 5 to 15 parts per 100 parts by weight of the first ceramic powder. It is desirable to use parts by weight. The amount of the thermosetting resin added to the constraining green layer is preferably 1 to 15 parts by weight, more preferably 5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the second ceramic powder. When the thermosetting resin is contained in each green layer in the above ratio, the deformation of the composite laminate can be reliably suppressed without significantly reducing the packing density of each ceramic powder in each green layer.
なお、各グリーン層においては、その形状を保持しておくためのバインダ樹脂（通常のバインダ樹脂）がセラミック粉末１００重量部に対して８〜１５重量部含まれるが、このバインダ樹脂１００重量部に対する熱硬化性樹脂の配合量は、７〜１３３重量部が望ましい。このような範囲で配合されていると、バインダ樹脂によるグリーン層の形状保持力を阻害することなく、その熱圧着による変形を抑制することができる。なお、この通常のバインダ樹脂は、それ自体が重合反応して硬化するわけではなく、グリーン層に含まれる溶剤の揮発によって固まり、グリーン層の形状を保持しておくための結合剤として機能するものである。 Each green layer contains 8 to 15 parts by weight of binder resin (ordinary binder resin) for maintaining the shape of the green layer with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder. As for the compounding quantity of a thermosetting resin, 7-133 weight part is desirable. When blended in such a range, deformation due to thermocompression bonding can be suppressed without inhibiting the shape retention of the green layer by the binder resin. This ordinary binder resin does not cure by polymerization reaction itself, but hardens due to volatilization of the solvent contained in the green layer and functions as a binder for maintaining the shape of the green layer. It is.
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法においては、第１のセラミック粉末は低温焼結セラミック材料であり、未焼成のセラミック積層体は、ＡｇまたはＣｕを主成分とする配線導体パターンを備えることが望ましい。このような低温焼結セラミック材料としては、たとえば、アルミナやフォルステライト等のセラミック粉末にホウ珪酸ガラス等のガラスを混合してなるガラス複合系材料、ＺｎＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系材料、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系セラミック粉末やＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3系セラミック粉末等を用いた非ガラス系材料が挙げられる。これらの低温焼結セラミック材料（ＬＴＣＣ材料）は、比抵抗の小さなＡｇやＣｕと同時焼成可能であって、得られるセラミック多層基板の高周波帯域における電気特性を向上させることができる。
In the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention, the first ceramic powder is a low-temperature sintered ceramic material, and the unfired ceramic laminate has a wiring conductor pattern mainly composed of Ag or Cu. Is desirable. As such a low-temperature sintered ceramic material, for example, a glass composite material obtained by mixing glass such as borosilicate glass with ceramic powder such as alumina or forsterite, ZnO—MgO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystallized glass-based material using crystallized glass, BaO-Al 2 O 3 -SiO 2 ceramic powder and Al 2 O 3 -CaO-SiO 2 -MgO-B 2
次に、本発明のセラミック基板の製造方法について、図１および図２を参照しながら説明する。 Next, a method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１に示すセラミック多層基板１は、複数のセラミック層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび２ｅを積層してなるセラミック積層体２からなる。このセラミック積層体２においては、セラミック層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび２ｅに関連して、内部の配線導体パターンおよび外部の配線導体パターンが形成されている。内部の配線導体パターンとして、各セラミック層の界面に沿って形成される内部ライン導体５、各セラミック層を貫通するように形成されるビアホール導体６があり、外部の配線導体パターンとして、セラミック積層体２の一方主面３に形成される外部電極８および他方主面４に形成される外部電極７がある。
A ceramic multilayer substrate 1 shown in FIG. 1 includes a ceramic laminate 2 in which a plurality of
外部電極７は、セラミック多層基板１を図示しないマザーボードに接続するためのランド電極として用いられる。また、外部電極８は、セラミック積層体２の一方主面３上に搭載されるべき表面実装部品９ａ、９ｂへの接続のために用いられるものである。より具体的に言うと、外部電極８には、たとえばチップ型積層セラミックコンデンサのように面状の端子電極を備える表面実装部品９ａ、たとえば半導体デバイスのようにバンプ電極を備える表面実装部品９ｂが搭載される。
The
これらの配線導体パターンは、ＡｇおよびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とする。ＡｇやＣｕのような低融点金属は、ＷやＭｏ等の高融点金属に比べて比抵抗が小さく、高周波帯域においても優れた電気伝導性を示す。 These wiring conductor patterns are mainly composed of at least one metal selected from the group consisting of Ag and Cu. A low melting point metal such as Ag or Cu has a lower specific resistance than a high melting point metal such as W or Mo, and exhibits excellent electrical conductivity even in a high frequency band.
図１に示したセラミック多層基板１に備えられるセラミック積層体２は、図２に示すような複合積層体１１を焼成することによって得られる。
A ceramic laminate 2 provided in the ceramic multilayer substrate 1 shown in FIG. 1 is obtained by firing a
複合積層体１１は、前述したセラミック層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび２ｅとなるべき積層された複数の基体用グリーン層２ａ’、２ｂ’、２ｃ’、２ｄ’および２ｅ’を積層してなる未焼成のセラミック積層体２’と、その一方主面３および他方主面４に設けられた拘束用グリーン層１２とで構成される。基体用グリーン層２ａ’、２ｂ’、２ｃ’、２ｄ’および２ｅ’は、第１のセラミック粉末を主成分としたセラミックグリーンシートで構成される。また、拘束用グリーン層１２は、上述した第１のセラミック粉末の焼結温度では実質的に焼結しない第２のセラミック粉末を主成分とするものである。この第２のセラミック粉末としては、たとえばアルミナ粉末、ジルコニア粉末等が挙げられる。
The
また、未焼成のセラミック積層体２’は、さらに各基体用グリーン層に関連して種々の配線導体パターンが設けられている。この配線導体パターンとしては、上述した内部ライン導体５となる未焼成の内部ライン導体５’、ビアホール導体６となる未焼成のビアホール導体６’、ならびに、外部電極７および８となる未焼成の外部電極７’および８’がある。
In addition, the unfired ceramic laminate 2 ′ is further provided with various wiring conductor patterns in relation to each base green layer. As the wiring conductor pattern, the unfired
このような未焼成の複合積層体１１を作製するため、たとえば、次のような各工程が実施される。
In order to produce such an unfired
まず、基体用グリーン層２ａ’、２ｂ’、２ｃ’、２ｄ’および２ｅ’を得るため、上述した第１のセラミック粉末１００重量部に、必要に応じて、ガラス粉末を５０〜１５０重量部加えて得られた混合粉末に、ブチラール系やアクリル系のバインダ樹脂を１０〜５０重量％加え、さらに必要に応じて、フタル酸等の可塑剤、イソプロピルアルコールやジオクチルフタレート等の有機溶剤を各々適量添加し、さらに、熱硬化性樹脂を、第１のセラミック粉末１００重量部に対して、１〜１５重量部加えた後、これらを混合することによって、セラミックスラリーを調製する。
First, in order to obtain the
次いで、このセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形して、基板用グリーン層２ａ’、２ｂ’、２ｃ’、２ｄ’および２ｅ’となる基体用セラミックグリーンシートを得る。次いで、得られた基板用セラミックグリーンシートに、必要に応じて、ビアホール導体６を形成するための貫通孔を設け、この貫通孔に銀系あるいは銅系の導電性ペーストまたは導体粉を充填することによって、未焼成のビアホール導体６’を形成する。また、必要に応じて、基板用セラミックグリーンシート上に、銀系あるいは銅系の導電性ペーストをスクリーン印刷することによって、未焼成の外部電極７’、８’、ならびに、未焼成の内部ライン導体５’を形成する。そして、各々作製された基板用セラミックグリーンシートを所定の順序をもって積層して、未焼成のセラミック積層体２’を作製する。
Next, this ceramic slurry is formed into a sheet shape by a doctor blade method or the like to obtain a ceramic green sheet for a substrate that becomes the substrate
他方、拘束用グリーン層１２となる拘束用セラミックグリーンシートを得るため、アルミナ等からなる第２のセラミック粉末に、上記のようなバインダ、分散剤、可塑剤および有機溶剤を各々適量添加し、さらに、本発明の熱硬化性樹脂を、第２のセラミック粉末１００重量部に対して、１〜１５重量部加えた後、これらを混合することによって、セラミックスラリーを作製する。そして、このセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形して、拘束用セラミックグリーンシートを得る。
On the other hand, in order to obtain a constraining ceramic green sheet that becomes the constraining
次に、未焼成のセラミック積層体２’の上下に、拘束用グリーン層１２となる拘束用セラミックグリーンシートを所定枚数積層し、５〜４０ＭＰａの圧力で仮圧着する。その後、たとえば、５０〜１５０℃の予熱を与えた後、その後、５０〜１５０℃で２０〜１５０ＭＰａの圧力を加えながら熱圧着する。
Next, a predetermined number of constraining ceramic green sheets to be the constraining
これによって、図２に示したように、未焼成のセラミック積層体２’の両主面に拘束用グリーン層１２を密着させた複合積層体１１が得られる。なお、得られた複合積層体１１は、必要に応じて、適当な大きさにカットしてもよい。また、この例では、拘束用グリーン層となる拘束用セラミックグリーンシートを未焼成のセラミック積層体２’の上下両主面に密着させたが、一方主面３、他方主面４のいずれか一方にのみ密着させてもよい。
As a result, as shown in FIG. 2, a
次に、複合積層体１１を、１０００℃以下、特に８００〜１０００℃程度の温度で焼成する。焼成処理は、導体パターンを銀系の材料で形成するときは、大気等の酸化雰囲気で、導体パターンを銅系の材料で形成するときは、Ｎ2等の還元雰囲気で実施する。なお、このとき、複合積層体１１に対し、上下方向から一定の圧力を加えながら焼成してもよいし、圧力を加えず、無加圧の状態で焼成してもよい。
Next, the
この焼成工程において、拘束用グリーン層１２は、それ自身が実質的に焼結しないので、収縮しない。したがって、拘束用グリーン層１２は、セラミック積層体２’に対して、その平面方向の収縮を抑制する拘束力を及ぼし、それによって、セラミック積層体２’は、その平面方向での収縮が抑制されながら、そこに含まれる第１のセラミック粉末が焼結し、実質的に厚み方向にのみ収縮する。その後は、拘束用グリーン層１２（焼成後は、第２のセラミック粉末の多孔質層）を湿式ブラストやブラッシング等により除去することによって、表面平坦性に優れ、平面方向の寸法精度に優れたセラミック多層基板が得られる。
In this firing step, the constraining
その後、必要に応じて、たとえばチップ型積層セラミックコンデンサのような受動部品、たとえば半導体デバイスのような能動部品等の表面実装部品を搭載することによって、図１に示したセラミック多層基板１が作製される。 Thereafter, if necessary, a ceramic multilayer substrate 1 shown in FIG. 1 is manufactured by mounting a passive component such as a chip type multilayer ceramic capacitor, for example, a surface mount component such as an active component such as a semiconductor device. The
すなわち、上述したセラミック多層基板１の製造方法によれば、基体用グリーン層２ａ’、２ｂ’、２ｃ’、２ｄ’および２ｅ’および拘束用グリーン層１２に、熱圧着工程時に重合反応によって硬化する熱硬化性樹脂が含まれているので、その熱圧着時には、この熱硬化性樹脂が重合反応を開始し、熱硬化性樹脂の重合度が上昇して硬化する。したがって、各グリーン層がある一定の硬さを持つようになって、熱あるいは圧力による各グリーン層の塑性変形が抑制され、ひいては、より高密度かつ高精度の配線導体パターンを有したセラミック多層基板を得ることができる。
That is, according to the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate 1 described above, the base
なお、熱硬化性樹脂は、これを単体で熱硬化させた場合、体積収縮が発生するが、グリーン層に添加して使用する場合では、セラミック粉末やガラス粉末等の他のフィラー成分が共存しているので、熱硬化による体積収縮を実質的に無視できる。 The thermosetting resin shrinks in volume when it is cured by itself, but when added to the green layer, other filler components such as ceramic powder and glass powder coexist. Therefore, volume shrinkage due to heat curing can be substantially ignored.
以上、本発明のセラミック多層基板の製造方法を実施形態に基づいて説明したが、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。 As described above, the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention has been described based on the embodiment. However, the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
たとえば、セラミック多層基板は、上述したごとき、その主面に各種の表面実装部品を搭載し、その内部にインダクタやコンデンサ、さらには抵抗を有するような複合機能基板であってもよいし、あるいは、表面実装部品が搭載されていない単機能部品用基板であってもよい。 For example, as described above, the ceramic multilayer substrate may be a composite functional substrate having various surface mount components mounted on the main surface thereof, an inductor or a capacitor, and further having a resistance inside, or It may be a single-function component substrate on which no surface mount component is mounted.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
まず、下記表１に示す割合となうように、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系ガラス粉末（ＳｉＯ2：４０重量％、Ｂ2Ｏ3：１０重量％、ＣａＯ：４０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１０重量％）、アルミナ粉末、ポリビニルブチラールからなるバインダ樹脂、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）からなる溶剤、エチレンジアミンからなる硬化剤を含んだビスフェノール型エポキシからなる熱硬化性樹脂とを加え、これを十分に混合し、ドクターブレード法によって、ガラス粉末およびアルミナ粉末からなる低温焼結セラミック粉末を主成分とする、厚さ５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。次に、このセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷によりＡｇペーストを印刷して、基体用セラミックグリーンシートを作製した。 First, the SiO 2 —B 2 O 3 —CaO—Al 2 O 3 glass powder (SiO 2 : 40 wt%, B 2 O 3 : 10 wt%, CaO: 40 wt%, Al 2 O 3 : 10 wt%), alumina powder, binder resin made of polyvinyl butyral, solvent made of dioctyl phthalate (DOP), thermosetting resin made of bisphenol type epoxy containing a curing agent made of ethylenediamine. Were mixed well, and a ceramic green sheet having a thickness of 50 μm, mainly composed of low-temperature sintered ceramic powder composed of glass powder and alumina powder, was prepared by a doctor blade method. Next, an Ag paste was printed on the ceramic green sheet by screen printing to produce a ceramic green sheet for a substrate.
また、下記表１に示す割合となるように、アルミナ粉末、ポリビニルブチラールからなるバインダ樹脂、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）からなる溶剤、エチレンジアミンからなる硬化剤を含んだビスフェノール型エポキシからなる熱硬化性樹脂とを加え、これを十分に混合し、ドクターブレード法によって、アルミナ粉末を主成分とする、厚さ５０μｍの拘束用セラミックグリーンシートを作製した。 In addition, a thermosetting resin made of bisphenol type epoxy containing a binder resin made of alumina powder, polyvinyl butyral, a solvent made of dioctyl phthalate (DOP), and a curing agent made of ethylenediamine so as to have the ratio shown in Table 1 below. Was mixed well, and a ceramic green sheet for restraint having a thickness of 50 μm and containing alumina powder as a main component was produced by a doctor blade method.
次いで、基体用セラミックグリーンシート、拘束用セラミックグリーンシートを１００ｍｍ×１００ｍｍの方形状にカットし、基体用セラミックグリーンシートを１０枚積層した積層体の両主面に、拘束用セラミックグリーンシートを５枚ずつ積層し、プレス機により、圧力１０ＭＰａで仮圧着した。その後、得られた複合積層体に７０℃の予熱を与えた後、その後、１００℃で２０ＭＰａの圧力を加えながら熱圧着した。 Next, the ceramic green sheet for the substrate and the ceramic green sheet for restraint are cut into a 100 mm × 100 mm square shape, and 5 ceramic green sheets for restraint are formed on both main surfaces of the laminated body in which 10 ceramic green sheets for the substrate are laminated. They were laminated one by one and temporarily pressed with a press at a pressure of 10 MPa. Thereafter, the obtained composite laminate was preheated at 70 ° C., and then thermocompression bonded at 100 ° C. while applying a pressure of 20 MPa.
この複合積層体について、熱圧着後の寸法差を評価した。その評価結果を、併せて、下記表１に示す。 About this composite laminated body, the dimensional difference after thermocompression bonding was evaluated. The evaluation results are also shown in Table 1 below.
なお、「寸法差」は、最表層となる拘束用セラミックグリーンシートの表面中央部と表面周縁部にマーク（マーク間距離：１０ｍｍ）をあらかじめ印刷しておき、熱圧着後、各部分のマーク間距離を測定することによって、熱圧着後における複合積層体の変形度合い（すなわち、表面中央部と表面周縁部のマーク間距離の差）を表したものである。 “Dimensional difference” means that the mark (distance between marks: 10 mm) is printed in advance on the center and peripheral edge of the ceramic green sheet for restraint, which is the outermost layer, and after thermocompression bonding, By measuring the distance, the degree of deformation of the composite laminate after thermocompression bonding (that is, the difference in the distance between the marks at the center of the surface and the peripheral edge of the surface) is expressed.
表１から分かるように、サンプルＮｏ．２〜１１の複合積層体は、基体用セラミックグリーンシートおよび拘束用セラミックグリーンシートの少なくとも一方に、熱圧着時に重合反応によって硬化する熱硬化性樹脂を含有しているので、大面積の複合積層体であっても、その表面中央部と表面周縁部とにおいて、寸法差がほとんど無く、寸法精度をさらに向上させることができた。 As can be seen from Table 1, sample no. Since the composite laminate of 2 to 11 contains a thermosetting resin that is cured by a polymerization reaction during thermocompression bonding in at least one of the ceramic green sheet for base and the ceramic green sheet for restraint, the composite laminate of large area Even so, there was almost no dimensional difference between the center of the surface and the peripheral edge of the surface, and the dimensional accuracy could be further improved.
また、基体用セラミックグリーンシートにおける熱硬化性樹脂の含有量が、低温焼結性セラミック粉末１００重量部に対して２０重量部以上の場合、熱硬化による体積収縮が無視できなくなり、熱圧着後の複合積層体にデラミネーションの発生が見られた。同様に、拘束用セラミックグリーンシートにおける熱硬化性樹脂の含有量が、アルミナ粉末１００重量部に対して２０重量部以上の場合でも、熱圧着後の複合積層体にデラミネーションの発生が見られた。すなわち、基体用セラミックグリーンシートにおける熱硬化性樹脂の含有量が、低温焼結性セラミック粉末１００重量部に対して１〜１５重量部、拘束用セラミックグリーンシートにおける熱硬化性樹脂の含有量が、アルミナ粉末１００重量部に対して１〜１５重量部が望ましいことが分かった。 Moreover, when the content of the thermosetting resin in the ceramic green sheet for the substrate is 20 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the low-temperature sinterable ceramic powder, volume shrinkage due to thermosetting cannot be ignored, and after thermocompression bonding Generation of delamination was observed in the composite laminate. Similarly, even when the content of the thermosetting resin in the constraining ceramic green sheet was 20 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the alumina powder, generation of delamination was observed in the composite laminate after thermocompression bonding. . That is, the content of the thermosetting resin in the ceramic green sheet for the substrate is 1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the low-temperature sinterable ceramic powder, and the content of the thermosetting resin in the ceramic green sheet for restraint is It turned out that 1-15 weight part is desirable with respect to 100 weight part of alumina powder.
１…セラミック多層基板
２…セラミック積層体
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ…セラミック層
５…内部ライン導体
６…ビアホール導体
７、８…外部電極
９ａ、９ｂ…表面実装部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic multilayer substrate 2 ... Ceramic
Claims (7)
前記未焼成のセラミック積層体と前記拘束用グリーン層とからなる複合積層体を、熱を加えながら圧着する、熱圧着工程と、
圧着された複合積層体を、前記第１のセラミック粉末の焼結温度で焼成する、焼成工程と、
前記拘束用グリーン層を除去する、除去工程と、
を備えるセラミック多層基板の製造方法において、
前記基体用グリーン層および前記拘束用グリーン層の少なくとも一方に、前記熱圧着時に重合反応によって硬化する樹脂を含有させる、
ことを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法。 At least one main surface of an unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of green layers for a substrate mainly composed of the first ceramic powder is substantially sintered at the sintering temperature of the first ceramic powder. Laminating a constraining green layer composed mainly of a second ceramic powder that does not,
A thermocompression bonding step in which a composite laminate comprising the unfired ceramic laminate and the constraining green layer is crimped while applying heat;
Firing the pressure-bonded composite laminate at the sintering temperature of the first ceramic powder; and
Removing the constraining green layer; and
In a method for producing a ceramic multilayer substrate comprising:
At least one of the base green layer and the constraining green layer contains a resin that is cured by a polymerization reaction during the thermocompression bonding.
A method for producing a ceramic multilayer substrate.
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|---|---|---|---|---|
| JP2013115184A (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Kyocera Corp | Manufacturing method of ceramic multilayer substrate |
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