JP2006135195A - Process for producing ceramic multilayer substrate, and ceramic green sheet for use in that production process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チップ状電子部品を備えたセラミック多層基板の製造方法に関し、更に詳しくは、基板表面の平面性を高めることができるセラミック多層基板の製造方法、並びにこの製造方法に用いられるセラミックグリーンシートに関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate provided with chip-shaped electronic components, and more specifically, a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate capable of improving the planarity of the substrate surface, and a ceramic green sheet used in the manufacturing method. It is about.
従来のこの種の技術としては特許文献1に記載の電子部品内蔵多層セラミック基板や、特許文献2に記載の多層セラミック基板およびその製造方法がある。 Conventional techniques of this type include a multilayer ceramic substrate with built-in electronic components described in Patent Document 1, a multilayer ceramic substrate described in Patent Document 2, and a method for manufacturing the same.
特許文献1に記載された電子部品内蔵多層セラミック基板は、多層セラミック基板と、多層セラミック基板内に凹部または貫通孔から形成される空間内に収容されたチップ型電子部品と、多層セラミック基板の層間または空間内に設けられている上記チップ型電子部品を配線している導体と備えている。このように多層セラミック基板内の空間内にチップ型電子部品を収容するため、平面性を悪化させることなく、所望形状の多層セラミック基板が得られる。 An electronic component built-in multilayer ceramic substrate described in Patent Document 1 includes a multilayer ceramic substrate, a chip-type electronic component housed in a space formed by a recess or a through hole in the multilayer ceramic substrate, and an interlayer between the multilayer ceramic substrates. Or it is provided with the conductor which has wired the above-mentioned chip type electronic component provided in the space. Thus, since the chip-type electronic component is accommodated in the space in the multilayer ceramic substrate, a multilayer ceramic substrate having a desired shape can be obtained without deteriorating the flatness.
特許文献2に記載された多層セラミック基板の製造方法の場合には、セラミック機能素子を予め焼成して得られたプレート状の焼結体プレートをもって、コンデンサ素子、インダクタ素子及び抵抗素子等の機能素子を作製しておき、これらの機能素子を未焼結複合積層体内に内蔵させる。未焼結複合積層体は、基体用グリーン層と、難焼結性材料を含む拘束層と、配線導体とを備えており、これを焼成したとき、拘束層の作用により、基体用グリーン層は主面方向での収縮が抑制される。そのため、機能素子を内蔵した状態で未焼結複合積層体を問題なく焼成することができると共に、機能素子と基体用グリーン層との間で成分の相互拡散が生じず、機能素子の特性が焼成後も維持される。 In the case of the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate described in Patent Document 2, a functional element such as a capacitor element, an inductor element, or a resistance element is obtained by using a plate-like sintered body plate obtained by firing a ceramic functional element in advance. Then, these functional elements are built in the unsintered composite laminate. The unsintered composite laminate includes a base green layer, a constraining layer containing a hardly sinterable material, and a wiring conductor. When fired, the base green layer is formed by the action of the constraining layer. Shrinkage in the main surface direction is suppressed. Therefore, an unsintered composite laminate can be fired without any problem in a state in which the functional element is incorporated, and no mutual diffusion of components occurs between the functional element and the green layer for the substrate, and the characteristic of the functional element is fired. It will be maintained later.
しかしながら、特許文献1に記載の多層セラミック基板の場合には、多層セラミック基板内に予めキャビティを形成し、このキャビティ内にチップ型電子部品を収納するため、多層セラミック基板としての平面性を高めることができるが、キャビティの形成が高コストであること、キャビティの形成によって基板内の配線密度が低下すること、更にチップ型電子部品を収納するためにある程度のマージンがキャビティに必要であり、このマージンに起因する基板内の空隙が基板強度を低下させることなどの問題があった。 However, in the case of the multilayer ceramic substrate described in Patent Document 1, a cavity is formed in advance in the multilayer ceramic substrate, and chip-type electronic components are accommodated in the cavity, so that planarity as the multilayer ceramic substrate is improved. However, the formation of the cavity is expensive, the wiring density in the substrate decreases due to the formation of the cavity, and a certain margin is required for the cavity to accommodate the chip-type electronic components. There are problems such as voids in the substrate caused by the decrease in substrate strength.
また、特許文献2に記載の多層セラミック基板の場合には、焼結体プレートからなる機能素子をセラミックグリーンシート上に載置した状態で圧着するため、基板表面に凹凸が生じ、しかも内部の配線導体やビア導体等が機能素子の影響によって変形するなどの問題があった。 Further, in the case of the multilayer ceramic substrate described in Patent Document 2, since the functional element made of the sintered plate is pressure-bonded in a state of being placed on the ceramic green sheet, the substrate surface is uneven, and the internal wiring There have been problems such as deformation of conductors and via conductors due to the influence of functional elements.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、基板表面の平面性を高めることができると共に内部の導体パターンの変形を抑制することができるセラミック多層基板の製造方法、並びにこの製造方法に用いられるセラミックグリーンシートを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate that can improve the planarity of the substrate surface and can suppress deformation of an internal conductor pattern, and the method for manufacturing the same. It aims at providing the ceramic green sheet used for the.
本発明の請求項1に記載のセラミック多層基板の製造方法は、支持フィルム上に、端子電極を有するチップ状電子部品の少なくとも一部が埋め込まれている第1のセラミックグリーンシートを作製する工程と、上記第1のセラミックグリーンシートを上記支持フィルムから剥離し、これを他のセラミックグリーンシートと共に積層して、未焼成のセラミック積層体を作製する工程と、上記未焼成のセラミック積層体を焼成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。 The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 1 of the present invention includes a step of producing a first ceramic green sheet in which at least a part of a chip-like electronic component having a terminal electrode is embedded on a support film; The first ceramic green sheet is peeled from the support film and laminated together with other ceramic green sheets to produce an unfired ceramic laminate, and the unfired ceramic laminate is fired. And a process.
また、本発明の請求項2に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項1に記載の発明において、上記支持フィルム上に上記チップ状電子部品を搭載し、この上にセラミックスラリーを塗布することによって、上記第1のセラミックグリーンシートを作製することを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the first aspect, wherein the chip-like electronic component is mounted on the support film and a ceramic slurry is applied thereon. Thus, the first ceramic green sheet is produced.
また、本発明の請求項3に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項2に記載の発明において、上記支持フィルム上に導体パターンを形成し、この導体パターンに上記端子電極が接するように、上記チップ状電子部品を搭載することを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the second aspect of the present invention, a conductor pattern is formed on the support film, and the terminal electrode is in contact with the conductor pattern. The chip-shaped electronic component is mounted.
また、本発明の請求項4に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明において、上記未焼成のセラミック積層体の主面または内層に、上記未焼成のセラミック積層体の焼結温度では実質的に焼結しない収縮抑制層を形成し、上記未焼成のセラミック積層体及び上記収縮抑制層を含む複合積層体を上記未焼成のセラミック積層体の焼結温度で焼成することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of the first to third aspects, wherein the main surface or inner layer of the unfired ceramic laminate is provided. Forming a shrinkage suppression layer that does not substantially sinter at the sintering temperature of the unfired ceramic laminate, and forming the unfired ceramic laminate and the composite laminate including the shrinkage suppression layer into the unfired ceramic laminate. It is characterized by firing at the sintering temperature of the body.
また、本発明の請求項5に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の発明において、上記チップ状電子部品として、セラミック焼結体を素体とするチップ状セラミック電子部品を用いることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of the first to fourth aspects, wherein a ceramic sintered body is used as the chip-shaped electronic component. A chip-shaped ceramic electronic component as a body is used.
また、本発明の請求項6に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の発明において、上記第1のセラミックグリーンシート及び上記他のセラミックグリーンシートとして、低温焼結セラミックを主成分とする低温焼結セラミックグリーンシートを用いることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first ceramic green sheet and the other ceramic green are provided. As the sheet, a low-temperature sintered ceramic green sheet mainly composed of a low-temperature sintered ceramic is used.
また、本発明の請求項7に記載のセラミックグリーンシートは、端子電極を有するチップ状電子部品を含み、その少なくとも一部が埋め込まれていることを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a ceramic green sheet including a chip-like electronic component having a terminal electrode, wherein at least a part thereof is embedded.
本発明の請求項1〜請求項7に記載の発明によれば、基板表面の平面性を高めることができると共に内部の導体パターンの変形を抑制することができるセラミック多層基板の製造方法、並びにこの製造方法に用いられるセラミックグリーンシートを提供することができる。 According to the first to seventh aspects of the present invention, it is possible to improve the flatness of the substrate surface and to suppress the deformation of the internal conductor pattern, and to provide a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate. A ceramic green sheet used in the manufacturing method can be provided.
以下、図1〜図8に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図1の(a)、(b)はそれぞれ本発明のセラミック多層基板の一実施形態を示す図で、(a)はその断面図、(b)は(a)の第1のセラミック層を取り出して示す断面図、図2〜図5はそれぞれ図1に示すセラミック多層基板の製造工程の要部を示す工程図、図6の(a)〜(e)はそれぞれ本発明の他の実施形態のセラミックグリーンシートの製造工程を示す工程図、図7の(a)、(b)はそれぞれ本発明のセラミックグリーンシートの更に他の実施形態を示す断面図、図8の(a)〜(c)は本発明の実施例1のセラミック多層基板と従来のセラミック多層基板を比較して示す断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B are views showing an embodiment of the ceramic multilayer substrate of the present invention, respectively, FIG. 1A is a sectional view thereof, and FIG. 1B is a first ceramic layer of FIG. FIG. 2 to FIG. 5 are process diagrams showing the main part of the manufacturing process of the ceramic multilayer substrate shown in FIG. 1, and FIGS. 6A to 6E are other embodiments of the present invention. FIG. 7A and FIG. 7B are cross-sectional views showing still another embodiment of the ceramic green sheet of the present invention, and FIG. c) is a sectional view showing a comparison between a ceramic multilayer substrate of Example 1 of the present invention and a conventional ceramic multilayer substrate.
本実施形態のセラミック多層基板10は、例えば図1の(a)に示すように、複数のセラミック層が積層されてなるセラミック積層体11と、このセラミック積層体11内に複数個設けられたチップ状電子部品12と、これらのチップ状電子部品12と導通自在に接続された導体パターン13と、を備えて構成されている。
A
セラミック積層体11は、二種類の第1、第2のセラミック層11A、11Bが積層して構成されている。第1のセラミック層11A内には図1の(a)、(b)に示すように複数個のチップ状電子部品12が埋設され、第2のセラミック層11B内にはチップ状電子部品12は埋設されていても良いが、本実施形態では埋設されていない。第1のセラミック層11A内に埋設された複数個のチップ状電子部品12は、その底面がいずれも第1のセラミック層11Aと第2のセラミック層11Bの界面に存在している。図1の(a)には複数個のチップ状電子部品12を一つの第1のセラミック層11A内に纏めて配置した例を示したが、必要に応じてチップ状電子部品12を含む第1のセラミック層11Aを複数段に渡って配置することができる。チップ状電子部品12を含む第1のセラミック層11は、後述するように本発明のセラックグリーンシートを用いることによって形成することができる。
The ceramic laminate 11 is formed by laminating two types of first and second
チップ状電子部品12は、その両端に外部端子電極12A、12Aを有し、第1のセラミック層11Aと第2のセラミック層11Bの界面に存在している外部端子電極12A、12Aを介して、同じく界面に存在している導体パターン13に接続されている。この導体パターン13は、図1の(a)に示すように、セラミック積層体11内の上下のセラミック層の界面に所定のパターンで形成された面内導体13Aと、上下の面内導体13A、13Aを接続するように所定のパターンで配置して形成されたビア導体13Bと、セラミック積層体11の上下両面に形成された表面電極13C、13Cとから形成されている。チップ状電子部品12の外部端子電極12A、12Aは、下側の第2のセラミック層11Bに形成された面内導体13A、13Aに接続されている。
The chip-shaped
セラミック積層体11の上面の表面電極13Cには必要に応じて単数または複数の表面実装部品を搭載することができる。表面実装部品としては、半導体素子、ガリウム砒素半導体素子等の能動素子やコンデンサ、インダクタ、抵抗等の受動素子等が半田や導電性樹脂を介して、あるいはAu、Al、Cu等のボンディングワイヤーを介して表面電極13Cに電気的に接続することができる。表面実装部品を実装することによって、セラミック多層基板10を更に多機能化を促進することができる。
One or more surface-mounted components can be mounted on the surface electrode 13C on the upper surface of the ceramic laminate 11 as necessary. As surface mount components, active elements such as semiconductor elements and gallium arsenide semiconductor elements and passive elements such as capacitors, inductors and resistors are connected via solder or conductive resin, or via bonding wires such as Au, Al and Cu. Can be electrically connected to the surface electrode 13C. By mounting the surface mount component, the multi-functionality of the
而して、セラミック積層体11を形成するセラミック材料としては、例えば低温焼結セラミック(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramic)材料を使用することができる。低温焼結セラミック材料とは、1050℃以下の温度で焼結可能であって、比抵抗の小さな銀や銅等と同時焼成が可能なセラミック材料である。低温焼結セラミックとしては、具体的には、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系ガラスを混合してなるガラス複合系LTCC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LTCC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LTCC材料等が挙げられる。セラミック積層体11の材料として低温焼結セラミック材料を用いることによって、導体パターン13として、AgまたはCu等の低抵抗で低融点をもつ低融点金属を用いることができ、セラミック積層体11と導体パターン13とを1050℃以下の低温で同時焼成することができる。
Thus, for example, a low temperature co-fired ceramic (LTCC) material can be used as the ceramic material forming the ceramic laminate 11. The low-temperature sintered ceramic material is a ceramic material that can be sintered at a temperature of 1050 ° C. or less and can be simultaneously fired with silver, copper, or the like having a small specific resistance. Specifically, as the low-temperature sintered ceramic, a glass composite LTCC material obtained by mixing borosilicate glass with ceramic powder such as alumina or forsterite, ZnO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 crystal Non-glass using crystallized glass-based LTCC material using a crystallized glass, BaO—Al 2 O 3 —SiO 2 ceramic powder, Al 2 O 3 —CaO—SiO 2 —MgO—B 2 O 3 ceramic powder, etc. System LTCC materials and the like. By using a low-temperature sintered ceramic material as the material of the ceramic laminate 11, a low melting point metal having a low resistance and a low melting point such as Ag or Cu can be used as the
チップ状電子部品12としては、特に制限されないが、例えばチタン酸バリウムやフェライト等の1200℃以上で焼成されたセラミック焼結体を素体としたもの、例えばコンデンサ、インダクタ、フィルタ、バラン、カップラ等のチップ状電子部品を用いることができ、これらのチップ状電子部品を目的に応じて単数あるいは複数適宜選択して用いることができる。
Although it does not restrict | limit especially as the chip-shaped
次いで、図2〜図5を参照しながらセラミック多層基板10の製造方法について説明する。
本実施形態では無収縮工法を用いてセラミック多層基板10を作製する場合について説明する。無収縮工法とは、多層基板の焼成前後で多層基板の平面方向の寸法が実質的に変化しない工法のことを云う。
Next, a method for manufacturing the
In this embodiment, the case where the
本実施形態では、例えば低温焼結セラミック材料及び有機ビヒクルを含むスラリーを用いてチップ状電子部品を含む第1のセラミックグリーンシートと、チップ状電子部品を含まない第2のセラミックグリーンシートを作製、これらを積層し、焼成することによってセラミック多層基板を作製する。焼成時のチップ状セラミック積層部品については符号「112」を附し、焼成後の降温時以降のチップ状セラミック積層部品については符号「12」を附して説明する。 In the present embodiment, for example, a first ceramic green sheet including a chip-shaped electronic component and a second ceramic green sheet not including the chip-shaped electronic component are manufactured using a slurry including a low-temperature sintered ceramic material and an organic vehicle. These are laminated and fired to produce a ceramic multilayer substrate. The chip-shaped ceramic multilayer component at the time of firing is denoted by reference numeral “112”, and the chip-shaped ceramic multilayer component after the temperature lowering after firing is denoted by reference numeral “12”.
第1のセラミックグリーンシートを作製するにはまず、PETフィルムなどのキャリアフィルム上に有機系接着剤を塗布または噴霧し、有機系接着剤層を形成した後、マウンターを用いて、図2、図3ぞれぞれの(a)に示すように予め用意されたチップ状電子部品112を所定のパターン、つまり、後述するように第2のセラミックグリーンシート上に形成された面内導体部のパターンに合わせて複数個配置し、キャリアフィルム100上に固定する(図3の(b)参照)。尚、有機系接着剤としては、合成ゴムや合成樹脂と可塑剤を加えた混合物などを使用することができる。また、有機系接着剤の厚みは、塗布の場合には3μm以下、噴霧の場合には1μm以下が好ましい。
In order to produce the first ceramic green sheet, first, an organic adhesive is applied or sprayed on a carrier film such as a PET film to form an organic adhesive layer, and then, using a mounter, FIG. As shown in each of the three (a), the chip-shaped
次いで、例えば図2の(b)に示すようにドクターブレード200を用いて、このキャリアフィルム100上にスラリーSを塗布し、複数個のチップ状電子部品112をスラリーS内に埋設し、スラリーSを乾燥させて、キャリアフィルム100上に、図3の(c)に示す複数個のチップ状電子部品112を含む第1のセラミックグリーンシート111Aを形成する。このセラミックグリーンシート111Aからキャリアフィルム100を剥がすと、図3の(d)に示す第1のセラミックグリーンシート111Aが得られる。第2のセラミックグリーンシート111B(図4参照)は、キャリアフィルム上に直接スラリーを塗布することによって形成することができる。
Next, for example, as shown in FIG. 2B, using a
上述のようにして得られた第1、第2のセラミックグリーンシート111A、111Bそれぞれには所定のパターンでパンチング、レーザー加工などの方法によってビアホールを適宜形成する。これらのビアホール内に例えばAg、CuあるいはAu等を主成分とする導電性ペーストを充填してビア導体部112Bを形成する。更に、スクリーン印刷法を用いて同種の導電性ペーストを第1、第2のセラミックグリーンシート111A、111B上に所定のパターンで塗布して、面内導体部113Aを形成する。
Via holes are appropriately formed in each of the first and second ceramic
次いで、図4に示すように、収縮抑制層115を配置し、この収縮抑制層115上に第1、第2のセラミックグリーンシート111A、111Bを所定の順番で積層し、グリーンシート積層体111(図5参照)を作製する。更に、グリーンシート積層体111の上面に収縮抑制層115を配置し、グリーンシート積層体111を上下の収縮抑制層115で挟む。そして、上下の収縮抑制層115、115を介してグリーンシート積層体111を所定の温度及び圧力で圧着して、図5に示す複合積層体110を得る。収縮抑制層115としては、グリーンシート積層体111の焼結温度では焼結しない難焼結性粉末(例えばAl2O3等のように焼結温度の高いセラミック粉末)、具体的にはAl2O3を主成分として含むと共に、有機バインダを副成分として含むスラリーから同図に示すようにシート状に形成されたものを用いる。
Next, as shown in FIG. 4, the
複数個のチップ状電子部品112は、上述のように予め第1のセラミックグリーンシート111Aに内蔵されているため、第1のセラミックグリーンシート111Bと一緒に積層しても第1、第2のセラミックグリーンシート111A、111Bは、いずれも平坦性が殆ど乱れることなく整然と積層され、表面が平坦なグリーンシート積層体111を得ることができるため、圧着時に所定の圧力が付与されてもグリーンシート積層体111内の導体パターン13は殆ど変形することがない。
Since the plurality of chip-like
然る後、複合積層体110を例えば空気雰囲気中870℃で焼成すると、図1の(a)に示すセラミック多層基板10が上下の収縮抑制層115間で得られる。本実施形態では収縮抑制層115を用いた無収縮工法で焼成するため、グリーンシート積層体111は、面方向の収縮が抑制される分、面方向とは垂直な方向(上下方向)に大きく収縮する。この収縮で、チップ状電子部品112を含む部分と、それ以外の部分では収縮量が異なる。即ち、第1のセラミックグリーンシート111Aではチップ状電子部品112が収縮しないため、その厚みに相当するセラミックグリーンシートの収縮量が、他の部分よりも小さく、他の部分より膨出する。しかし、このチップ状電子部品112の厚みはグリーンシート積層体111全体の厚みと比較すれば格段に薄いため、その影響は軽微であり、しかも、セラミック多層基板10の表面はチップ状電子部品112に起因する凹凸がセラミックグリーンシートのガラス成分の粘性流動によって緩和され、従来と比較して凹凸が格段に抑制され、平面性に優れたものになる。
Thereafter, when the
焼成温度としては、低温焼結セラミック材料が焼結する温度、例えば800〜1000℃の範囲が好ましい。焼成温度が800℃未満ではグリーンシート積層体111のセラミック成分が十分に焼結しない虞があり、1000℃を超えると導体パターン部113の金属粒子が溶融して第1、第2のセラミックグリーンシート111A、111Bへ拡散する虞がある。焼成後には、ブラスト処理や超音波洗浄処理によって上下の収縮抑制層115を除去して、セラミック多層基板10を得ることができる。
The firing temperature is preferably a temperature at which the low-temperature sintered ceramic material is sintered, for example, in the range of 800 to 1000 ° C. If the firing temperature is less than 800 ° C., the ceramic component of the
本実施形態では、チップ状電子部品112を含む第1のセラミックグリーンシート111Aを用いてセラミック多層基板10を作製するため、セラミック多層基板10の上下両面が極めて平坦で、導体パターン13の変形が格段に抑制された接続信頼性の高いセラミック多層基板10を得ることができる。尚、本実施形態ではチップ状電子部品12となるセラミック焼結体112の外部端子電極112Aは、導電性ペーストを塗布して焼き付けたものであっても、導電性ペーストを塗布して乾燥させて焼き付ける前のものであっても良い。
In the present embodiment, since the
以上説明したように本実施形態によれば、キャリアフィルム100上に、外部端子電極112Aを有するチップ状電子部品112が埋め込まれている第1のセラミックグリーンシート111Aを作製し、第1のセラミックグリーンシート111Aをキャリアフィルム100から剥離し、この第1のセラミックグリーンシート111Aと、チップ状電子部品112を含まない第2のセラミックグリーンシート111Bとを所定の順序で積層して、グリーンシート積層体111を作製した後、このグリーンシート積層体111を焼成するため、チップ状電子部品112が内蔵されている部分と内蔵されていない部分とで、グリーンシート積層体111の厚みの差が極めて小さく、上下両面の凹凸を格段に抑制することができ、延いては導体パターン部113の変形を格段に抑制することができ、接続信頼性の高いセラミック多層基板10を得ることができる。また、このセラミック多層基板10は、表面が平坦で凹凸が格段に抑制されているため、表面実装部品の実装性に優れている。
As described above, according to the present embodiment, the first ceramic
また、本実施形態によれば、キャリアフィルム100上にチップ状電子部品112を搭載し、この上にスラリーSを塗布することによって、第1のセラミックグリーンシート111Aを作製するため、複数のチップ状電子部品112を含む第1のセラミックグリーンシート111Aを極めて簡単に作製することができる。
Further, according to the present embodiment, a plurality of chip-shaped
また、本実施形態によれば、グリーンシート積層体111の上下両面に、グリーンシート積層体111の焼結温度では実質的に焼結しない収縮抑制層115、115を形成して複合積層体110を作製した後、複合積層体110をグリーンシート積層体111の焼結温度で焼成するため、焼成時にグリーンシート積層体111内の第1、第2セラミックグリーンシート111A、111Bそれぞれの平面方向の収縮を格段に抑制することができ、第1、第2のセラミック層11A、11Bとチップ状電子部品12の間の熱膨張係数差による層間剥離やチップ状電子部品12近傍でのクラックを防止することができる。
In addition, according to the present embodiment, the shrinkage suppression layers 115 and 115 that are not substantially sintered at the sintering temperature of the
また、本実施形態によれば、チップ状電子部品112として、セラミック焼結体を素体とするチップ状セラミック電子部品を用いるため、チップ状電子部品12を内蔵させたセラミック多層基板10を焼成によって作製することができる。
Further, according to the present embodiment, since the chip-shaped ceramic electronic component having a ceramic sintered body as a base is used as the chip-shaped
上記本実施形態では、チップ状電子部品112を含む第1のセラミックグリーンシート111Aを作製したが、例えば図6に示すように予め面内導体部が接続されたチップ状電子部品を含む第1のセラミックグリーンシートを作製することもできる。即ち、図6の(a)に示すキャリアフィルム100上に、同図の(b)に示すように予め面内導体部113Aを所定のパターンで形成し、このキャリアフィルム100上に有機系接着剤を形成した後、同図の(c)に示すように面内導体部113Aにチップ状電子部品112を接合、固定する。そして、同図の(d)に示すようにキャリアフィルム100上にスラリーを塗布、乾燥して、面内導体部113Aが接続されたチップ状電子部品112を含む第1のセラミックグリーンシート111Aを形成する。その後、キャリアフィルム100から剥離して同図の(e)に示す第1のセラミックグリーンシート111Aを得る。この第1のセラミックグリーンシート111Aを用いることによって、上記実施形態と同様にセラミック多層基板10を作製することができる。但し、この場合には、第1のセラミックグリーンシート111Aの下側には面内導体部のない第2のセラミックグリーンシートを用いることができる。
In the present embodiment, the first ceramic
また、上記各実施形態では、チップ状電子部品112全体が第1のセラミックグリーンシート111A内に埋設されている場合を例に挙げて説明したが、図7の(a)、(b)に示すように、第1のセラミックグリーンシート111Aとしては、チップ状電子部品112の一部(上部)が露出したものであっても良い。この場合には、第1のセラミックグリーンシート111A内のチップ状電子部品112の配置状態を目視によって簡単に確認することができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the entire chip-shaped
また、上記各実施形態では、収縮抑制層115をグリーンシート積層体111の上下両面に配置してセラミック多層基板10を作製する場合について説明したが、収縮抑制層はグリーンシート積層体の内部に第1、第2のセラミックグリーンシートの間に適宜介在させても良い。この場合には収縮抑制層はセラミック多層基板内に残るが、その作製過程で第1、第2のセラミックグリーンシートが焼結する際に、それぞれのガラス成分が収縮抑制層内に混入し、収縮抑制層は未焼結のセラミック材料がガラス成分によって結合、固化されたセラミック層として残る。
In each of the above embodiments, the case where the
実施例1
本実施例では、予めチップ状電子部品が埋め込まれた第1のセラミックグリーンシートを作製し、この第1のセラミックグリーンシートを用いてセラミック多層基板を作製し、その基板表面の凹凸状態を調べた。
Example 1
In this example, a first ceramic green sheet in which chip-shaped electronic components were embedded in advance was produced, a ceramic multilayer substrate was produced using the first ceramic green sheet, and the uneven state of the substrate surface was examined. .
(1)第1のセラミックグリーンシートの作製
まず、スプレーを用いてキャリアフィルム上に有機系接着剤を塗布して有機系接着剤層を形成した後、マウンターを用いて所定の位置にチップ状電子部品として積層セラミックコンデンサを搭載し、キャリアフィルム上に接合、固定した。積層セラミックコンデンサは、1300℃で焼成されたセラミック焼結体(サイズ:0.6mm×0.3mm×0.15mm、内部電極:Pd、容量規格:80pF)からなり、その両端にAgを主成分とする導電性ペーストを塗布し、焼付けて外部端子電極が形成されている。外部端子電極にはメッキ処理が施されていない。尚、積層セラミックコンデンサは、BaTiOを主成分とし、副成分としてSr、W、Ca、Kを添加してなる誘電体セラミック材料をセラミック原料として用いたものである。
(1) Production of first ceramic green sheet First, an organic adhesive is applied on a carrier film using a spray to form an organic adhesive layer, and then a chip-like electron is formed at a predetermined position using a mounter. A multilayer ceramic capacitor was mounted as a component, and was bonded and fixed on a carrier film. The multilayer ceramic capacitor consists of a ceramic sintered body (size: 0.6 mm x 0.3 mm x 0.15 mm, internal electrode: Pd, capacity standard: 80 pF) fired at 1300 ° C, and Ag is the main component at both ends. The external terminal electrode is formed by applying and baking a conductive paste. The external terminal electrode is not plated. The multilayer ceramic capacitor uses a dielectric ceramic material made of BaTiO as a main component and Sr, W, Ca, and K as subcomponents as a ceramic raw material.
次いで、キャリアフィルム上に低温焼結セラミック材料(Al2O3をフィラーとし、ホウ珪酸ガラスを焼結助材とする)を含むスラリーを塗布、乾燥した後、キャリアフィルムを除去し、0.2mm厚の第1のセラミックグリーンシートを得た。第1のセラミックグリーンシートに対してパンチング加工によりビアホールを形成し、このビアホール内にAg粉末を主成分とする導電性ペーストを充填してビア導体部を形成した。この第1のセラミックグリーンシートに同一の導電性ペーストをスクリーン印刷して所定のパターンで面内導体部に形成した。 Next, a slurry containing a low-temperature sintered ceramic material (Al 2 O 3 as a filler and borosilicate glass as a sintering aid) is applied and dried on the carrier film, and then the carrier film is removed and 0.2 mm A thick first ceramic green sheet was obtained. A via hole was formed by punching the first ceramic green sheet, and a conductive paste mainly composed of Ag powder was filled in the via hole to form a via conductor portion. The same conductive paste was screen-printed on the first ceramic green sheet to form an in-plane conductor portion with a predetermined pattern.
(2)第2のセラミックグリーンシートの作製
第1のセラミックグリーンシートと同様にスラリーをキャリアフィルム上に塗布、乾燥し、0.2mm厚の第2のセラミックグリーンシートを所定枚数作製し、これらの第2のセラミックグリーンシートに対してビア導体部及び面内導体部を所定のパターンでそれぞれ形成した。
(2) Production of second ceramic green sheet A slurry is applied on a carrier film and dried in the same manner as the first ceramic green sheet, and a predetermined number of 0.2 mm thick second ceramic green sheets are produced. Via conductor portions and in-plane conductor portions were respectively formed in a predetermined pattern on the second ceramic green sheet.
(3)セラミック多層基板の作製
次に、収縮抑制層上に第2のセラミックグリーンシートを3層積層し、その上に第1のセラミックグリーンシートを積層し、更にその上に第2のセラミックグリーンシートを配置してセラミックグリーンシートを5層積層し、上面から0.2mm下(2層目)に第1のセラミックグリーンシートを配置した。そして、最上層に収縮抑制層を配置した後、収縮抑制層上から所定の圧力を印加して、第1、第2のセラミックグリーンシートを仮圧着して収縮抑制層間にグリーンシート積層体を形成した。仮圧着時の圧力は20MPa以上が好ましい。この圧力が20MPa未満では上下のセラミックグリーンシート間の圧着が不十分で層間剥離を生じる虞がある。
(3) Production of Ceramic Multilayer Substrate Next, three layers of the second ceramic green sheet are laminated on the shrinkage suppression layer, the first ceramic green sheet is laminated thereon, and the second ceramic green is further laminated thereon. 5 layers of ceramic green sheets were laminated and the first ceramic green sheet was placed 0.2 mm below the top surface (second layer). And after arrange | positioning the shrinkage | contraction suppression layer in the uppermost layer, a predetermined pressure is applied from the shrinkage | contraction suppression layer, the 1st, 2nd ceramic green sheet is temporarily press-bonded, and a green sheet laminated body is formed between shrinkage | contraction suppression layers did. The pressure during temporary pressure bonding is preferably 20 MPa or more. If this pressure is less than 20 MPa, the pressure bonding between the upper and lower ceramic green sheets is insufficient and there is a risk of delamination.
更に、グリーンシート積層体に所定の圧力を印加して本圧着を行って複合積層体を作製した。本圧着時の圧力は20MPa以上、250MPa以下が好ましい。本圧着時の圧力が20MPa未満では圧着が不十分となり、焼成時に層剥離を生じる虞があり、また、250MPaを超えると積層セラミックコンデンサの破損や導体パターン部に断線を生じる虞がある。次いで、870℃の空気雰囲気中で複合積層体の焼成を行った後、収縮抑制層を除去して図8の(a)に示すセラミック多層基板を得た。このセラミック多層基板10Aは、積層セラミックコンデンサ12を含む第1のセラミック層11Aと、第2のセラミック層11Bとを有するセラミック積層体11とを有し、その厚さは0.5mmであった。
Further, a predetermined pressure was applied to the green sheet laminate to perform main pressure bonding to produce a composite laminate. The pressure during the main pressure bonding is preferably 20 MPa or more and 250 MPa or less. If the pressure during the main pressure bonding is less than 20 MPa, the pressure bonding is insufficient, and there is a risk of delamination during firing, and if it exceeds 250 MPa, the multilayer ceramic capacitor may be damaged or the conductor pattern may be broken. Next, after firing the composite laminate in an air atmosphere at 870 ° C., the shrinkage suppression layer was removed to obtain a ceramic multilayer substrate shown in FIG. This ceramic
この場合、積層セラミックコンデンサを含む第1のセラミックグリーンシートを用いて作製されているため、焼成前のグリーンシート積層体全体の厚み1.0mmのうち、積層セラミックコンデンサの内蔵部分では0.15mmが積層セラミックコンデンサの厚みによって占められ、残りの0.85mmがセラミックグリーンシートの厚みである。焼成後のセラミック多層基板は0.5mm厚であることから、グリーンシート積層体の厚み方向の収縮率が約50%であった。従って、焼成後の積層セラミックコンデンサの内蔵部分の厚みは、同図の(a)に示すように、理論上はセラミック積層体11の厚みが0.575mm(=0.85mm×50%+0.15mm)となり、セラミック多層基板10Aの厚み0.5mmに対して75μmだけ厚く、この部分と他の部分との間に、同図の(a)に示すように僅かな凸部が現れるが、実際には基板中のガラス分の粘性流動によって凸部が緩和される。この凸部を測定した結果、表1に示す結果が得られた。
In this case, since the first ceramic green sheet including the multilayer ceramic capacitor is used, the thickness of the entire green sheet multilayer body before firing is 1.0 mm, and the built-in portion of the multilayer ceramic capacitor has a thickness of 0.15 mm. It is occupied by the thickness of the multilayer ceramic capacitor, and the remaining 0.85 mm is the thickness of the ceramic green sheet. Since the ceramic multilayer substrate after firing was 0.5 mm thick, the shrinkage ratio in the thickness direction of the green sheet laminate was about 50%. Therefore, the thickness of the built-in portion of the laminated ceramic capacitor after firing is theoretically 0.575 mm (= 0.85 mm × 50% + 0.15 mm) as shown in FIG. The thickness of the
比較例1
本比較例では、収縮抑制層上にセラミックグリーンシートを5層積層し、中間(上下から3層目)のセラミックグリーンシート上に積層セラミックコンデンサを搭載してグリーンシート積層体内に積層セラミックコンデンサを内蔵させた以外は、実施例1と同様にして図8の(b)に示すセラミック多層基板10Bを作製した。
Comparative Example 1
In this comparative example, five ceramic green sheets are laminated on the shrinkage suppression layer, a multilayer ceramic capacitor is mounted on the middle (third layer from the top and bottom), and a multilayer ceramic capacitor is built in the green sheet laminate. A ceramic multilayer substrate 10B shown in FIG. 8B was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
この場合、図8の(b)に示すように、焼成前の複合積層体におけるグリーンシート積層体の厚みは、1.0mmであるが、積層セラミックコンデンサを含む部分は、その厚み0.15mmが加算されるため、積層セラミックコンデンサを含む部分の厚みは1.15mmとなる。従って、焼成後の積層セラミックコンデンサの内蔵部分の厚みは、同図の(b)に示すように、理論上は0.65mm(=1.0mm×50%+0.15mm)となり、この部分が他の部分より150μm厚く、この部分と他の部分との間に、同図の(b)に示すように大きな凸部として現れるが、実際には実施例1と同様にガラス分の粘性流動によって凸部が緩和される。この凸部を測定した結果、表1に示す結果が得られた。 In this case, as shown in FIG. 8B, the thickness of the green sheet laminate in the composite laminate before firing is 1.0 mm, but the portion including the multilayer ceramic capacitor has a thickness of 0.15 mm. Therefore, the thickness of the portion including the multilayer ceramic capacitor is 1.15 mm. Accordingly, the thickness of the built-in portion of the multilayer ceramic capacitor after firing is theoretically 0.65 mm (= 1.0 mm × 50% + 0.15 mm) as shown in FIG. It is 150 μm thicker than this part, and appears as a large convex part between this part and the other part as shown in FIG. Department is relaxed. As a result of measuring this convex part, the result shown in Table 1 was obtained.
比較例2
本比較例では、上から2層目のセラミックグリーンシートにキャビティを形成し、そのキャビティ内に積層セラミックコンデンサを嵌め込むように搭載したこと以外は実施例1と同様にして図8の(c)に示すセラミック多層基板10Cを作製した。この際、キャビティの開口部は、マージンを確保するために、積層セラミックコンデンサより四方を0.03mm大きく形成した。
Comparative Example 2
In this comparative example, a cavity is formed in the second ceramic green sheet from the top, and a multilayer ceramic capacitor is mounted so as to fit in the cavity. A multilayer ceramic substrate 10C shown in FIG. At this time, the opening of the cavity was formed 0.03 mm larger on all sides than the multilayer ceramic capacitor in order to ensure a margin.
この場合、図8の(c)に示すように、セラミックグリーンシートに設けられたキャビティ内に積層セラミックコンデンサを嵌め込んでいるため、積層セラミックコンデンサを含む部分においてはセラミックグリーンシートの厚みとしては4層分の0.8mmであり、積層セラミックコンデンサの厚み0.15mmを加えた0.95mmとなっている。
従って、焼成後の積層セラミックコンデンサの内蔵部分の厚みは、同図の(c)に示すように、理論上は0.55mm(=0.8mm×50%+0.15mm)となり、他の部分より50μmだけ厚く、この部分と他の部分との間に、同図の(c)に示すように凸部が現れる。また、この場合にはキャビティの側壁と積層セラミックコンデンサ間に隙間があるため、焼成時にガラス成分が粘性流動して隙間に入り込んで表面に凹みが形成され、表面全体に凹凸が現れる。また、この場合にはキャビティ内の隙間に起因するクラックが発生していた。実際には実施例1と同様にガラス分の粘性流動によって凹凸が緩和される。この凹凸を測定した結果、表1に示す結果が得られた。
In this case, as shown in FIG. 8C, since the multilayer ceramic capacitor is fitted in the cavity provided in the ceramic green sheet, the thickness of the ceramic green sheet is 4 in the portion including the multilayer ceramic capacitor. The thickness is 0.8 mm, which is 0.95 mm including the thickness of the multilayer ceramic capacitor of 0.15 mm.
Therefore, the thickness of the built-in portion of the multilayer ceramic capacitor after firing is theoretically 0.55 mm (= 0.8 mm × 50% + 0.15 mm), as shown in FIG. As shown in FIG. 5C, a convex portion appears between this portion and another portion. In this case, since there is a gap between the side wall of the cavity and the multilayer ceramic capacitor, the glass component viscously flows during firing and enters the gap to form a dent on the surface, and irregularities appear on the entire surface. Further, in this case, a crack caused by a gap in the cavity has occurred. Actually, as in Example 1, the unevenness is alleviated by the viscous flow of the glass component. As a result of measuring the irregularities, the results shown in Table 1 were obtained.
表1に示す結果によれば、実施例1のセラミック多層基板10Aは、基板表面の凹凸が比較例1のセラミック多層基板10B、比較例2のセラミック多層基板10Cと比べて小さく、クラックも認められなかった。これに対し、比較例1では凹凸の起伏が大きく、また比較例2では基板表面の凹凸が大きく、しかもクラックも認められた。
According to the results shown in Table 1, the
これらの結果から、実施例1の場合には表面の凹凸が極めて抑制され、平面性に優れているため、内部の導体パターンも変形が少なく、信頼性の高い導体パターンが得られると考えられる。これに対して比較例1の場合には表面の凹凸が大きく、これに伴って内部の導体パターンの変形も大きいと考えられる。また、比較例2の場合にはキャビティに起因するクラックが発生し、基板強度の弱いことが判った。 From these results, in the case of Example 1, since the surface unevenness is extremely suppressed and the flatness is excellent, it is considered that the conductor pattern inside is less deformed and a highly reliable conductor pattern can be obtained. On the other hand, in the case of the comparative example 1, the surface unevenness is large, and it is considered that the deformation of the internal conductor pattern is large accordingly. Moreover, in the case of the comparative example 2, it turned out that the crack resulting from a cavity generate | occur | produces and a board | substrate intensity | strength is weak.
実施例2
本実施例では、収縮抑制層に添加する低温焼結セラミック材料の焼結助材の添加量を変化させ、セラミック層の収縮量を変化させた以外は、実施例1と同一要領でセラミック多層基板を作製した。
Example 2
In this embodiment, the ceramic multilayer substrate is the same as that of Embodiment 1, except that the amount of low-temperature sintered ceramic material added to the shrinkage suppression layer is changed and the amount of shrinkage of the ceramic layer is changed. Was made.
本実施例ではX線探傷法でセラミック多層基板の評価を行い、その結果を表2に示した。尚、表2において、基板とはセラミック多層基板であり、部品とは積層セラミックコンデンサである。 In this example, the ceramic multilayer substrate was evaluated by the X-ray flaw detection method, and the results are shown in Table 2. In Table 2, the substrate is a ceramic multilayer substrate, and the component is a multilayer ceramic capacitor.
表2に示す結果によれば、セラミック層の収縮量が−5%を超えてマイナス側大きくなると積層セラミックコンデンサにクラックが発生し、+5%を超えて大きくなる基板及び積層セラミックコンデンサの双方にクラックが発生することが判った。換言すれば、低温焼結セラミック材料の収縮量を±5%以内に抑える必要があることが判った。従って、収縮抑制層に添加する低温焼結セラミック材料の焼結助材の添加量は、±5%の範囲内の収縮量を示す範囲(0.1〜1.6重量%)に設定することが好ましいことが判った。尚、収縮量は、上述した収縮抑制層の焼結助材(ホウ珪酸ガラス)の添加量の他、収縮抑制層におけるAl2O3の粒径を変える方法、収縮抑制層の厚みを変える方法など様々な方法でコントロールすることができる。 According to the results shown in Table 2, when the shrinkage of the ceramic layer exceeds −5% and becomes larger on the negative side, cracks occur in the multilayer ceramic capacitor, and cracks occur in both the substrate and the multilayer ceramic capacitor that exceed + 5%. Was found to occur. In other words, it has been found that the shrinkage amount of the low-temperature sintered ceramic material needs to be suppressed within ± 5%. Therefore, the addition amount of the sintering aid of the low-temperature sintered ceramic material added to the shrinkage suppression layer should be set to a range (0.1 to 1.6% by weight) showing a shrinkage amount within a range of ± 5%. Was found to be preferable. In addition, the amount of shrinkage is a method of changing the particle size of Al 2 O 3 in the shrinkage suppression layer, a method of changing the thickness of the shrinkage suppression layer, in addition to the amount of the sintering aid (borosilicate glass) added to the shrinkage suppression layer. It can be controlled in various ways.
尚、本発明は、上記各実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り、本発明に含まれる。 In addition, this invention is not restrict | limited at all to each said embodiment, Unless it is contrary to the meaning of this invention, it is contained in this invention.
本発明は、電子機器などに使用されるチップ状電子部品を内蔵するセラミック多層基板を製造する場合に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used when manufacturing a ceramic multilayer substrate that incorporates chip-shaped electronic components used in electronic devices and the like.
100 キャリアフィルム(支持体フィルム)
111 グリーンシート積層体(未焼成のセラミック積層体)
111A 第1のセラミックグリーンシート
111B 第2のセラミックグリーンシート(他のセラミックグリーンシート)
112 チップ状電子部品
112A 外部端子電極(端子電極)
113 導体パターン部(導体パターン)
113A 面内導体部(導体パターン)
100 Carrier film (support film)
111 Green sheet laminate (unfired ceramic laminate)
111A First ceramic
112 Chip-shaped
113 Conductor pattern (conductor pattern)
113A In-plane conductor (conductor pattern)
Claims (7)
上記第1のセラミックグリーンシートを上記支持フィルムから剥離し、これを他のセラミックグリーンシートと共に積層して、未焼成のセラミック積層体を作製する工程と、
上記未焼成のセラミック積層体を焼成する工程と、
を備えたことを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。 Producing a first ceramic green sheet in which at least a part of a chip-like electronic component having a terminal electrode is embedded on a support film;
Peeling the first ceramic green sheet from the support film and laminating it with other ceramic green sheets to produce an unfired ceramic laminate;
Firing the unfired ceramic laminate;
A method for producing a ceramic multilayer substrate, comprising:
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