JP2006147729A - Ceramic multilayer board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面にキャビティ等の凹凸を有するセラミック多層基板及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic multilayer substrate having irregularities such as cavities on its surface and a method for manufacturing the same.
多層セラミック基板の表面にキャビティを形成する方法として、例えば図7に示す方法が採られている。即ち、図7の(a)に示すように貫通孔Hを有する第1のセラミックグリーンシート1’Aと、貫通孔を有しない第2のセラミックグリーンシート1’Bとを重ね合わせて第1のセラミックグリーンシート1’Aの貫通孔Hの一端の開口部を閉じてキャビティ部2’を形成し、このキャビティ部2’内に変形自在な弾性体P等を押し込み、これら第1、第2のセラミックグリーンシート1’A、1’Bを圧着して圧着体1’を作製した後、この圧着体1’を所定温度で焼成することによってキャビティ2を有する多層セラミック基板1を形成している。
As a method for forming a cavity on the surface of a multilayer ceramic substrate, for example, the method shown in FIG. 7 is adopted. That is, as shown in FIG. 7A, the first ceramic
また、特許文献1には、収縮抑制シートを用いた収縮抑制工法によって表面にキャビティを有する多層セラミック基板を製造する方法が開示されている。この製造方法では、キャビティが設けられたグリーンシート積層体を作製し、グリーンシート積層体を焼成する工程では焼結しない無機材料粉末を含む収縮抑制シートを用意し、キャビティの開口を閉じかつグリーンシート積層体の積層方向での端面を覆うように、収縮抑制シートを配置し、グリーンシート積層体を、弾性体を介して積層方向にプレスし、これによって、収縮抑制シートを破断し、その一部としての収縮抑制シート片をキャビティの底面上に位置させ、このように収縮抑制シート片がキャビティの底面上に位置した状態で、グリーンシート積層体を焼成するようにしている。
特許文献1に記載の多層セラミック基板の製造方法によれば、キャビティ底面にもグリーンシート積層体の端面と同様に収縮抑制シート片を配置して、グリーンシート積層体を焼成するため、キャビティの底面を他の基板平面と同様に平坦に仕上げることができる。
According to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate described in
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製造方法は、キャビティ内に弾性体を押し込んでキャビティを形成する点では図7の(a)に示す製造方法と実質的に変わらないため、例えば同図に示す場合と同様に、第1、第2のセラミックグリーンシート1’A、1’Bを圧着する時に、キャビティ部2’の底面の角にクラックが入ることがあった。これらいずれの現象もキャビティ部2’底面の角が特異点となって応力が集中することによるものであると考えられる。また、第1、第2のセラミックグリーンシート1’A、1’Bをグリーンシート積層体1’として焼成する時にも、キャビティ部2’の底面の角が特異点となって、同図の(b)に示すように多層セラミック基板1のキャビティ2の底面の角であって、セラミック層1Aとセラミック層1Bの界面付近にクラックCを発生することがあった。
However, the manufacturing method of the multilayer ceramic substrate described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表面に形成されたキャビティ等の凹凸の隅角部にクラックが生じることのないセラミック多層基板及びその製造方法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 an object of the present invention is to provide a ceramic multilayer substrate in which cracks are not generated in the corners of irregularities such as cavities formed on the surface, and a method for manufacturing the same. Yes.
本発明の請求項1に記載のセラミック多層基板は、主面に凹凸が形成されたセラミック積層体を備えたセラミック多層基板であって、上記セラミック積層体は、上記凹凸に倣って起伏する連続したセラミック層を有することを特徴とするものである。
The ceramic multilayer substrate according to
また、本発明の請求項2に記載のセラミック多層基板は、主面に凹凸が形成されたセラミック積層体を備えたセラミック多層基板であって、少なくとも上記凹凸の側壁面下端の隅角部が曲面によって形成されていることを特徴とするものである。
Moreover, the ceramic multilayer substrate according to
また、本発明の請求項3に記載のセラミック多層基板は、請求項1または請求項2に記載の発明において、上記凸部にはチップ型電子部品が埋設されていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the ceramic multilayer substrate according to the first or second aspect, wherein a chip-type electronic component is embedded in the convex portion. is there.
また、本発明の請求項4に記載のセラミック多層基板は、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、上記セラミック積層体の主面の凹部は、キャビティとして形成され、このキャビティ内に表面実装部品が搭載されていることを特徴とするものである。
Moreover, the ceramic multilayer substrate according to claim 4 of the present invention is the invention according to any one of
また、本発明の請求項5に記載のセラミック多層基板は、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、上記セラミック積層体は、低温焼結セラミック材料によって形成され、上記セラミック積層体には、金、銀、パラジウム及び銅の少なくとも一つを主成分とする導体材料からなる導体パターンが形成されていることを特徴とするものである。
The ceramic multilayer substrate according to claim 5 of the present invention is the ceramic multilayer substrate according to any one of
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、複数のセラミックグリーンシートが積層されたグリーンシート積層体の主面に基体を搭載する工程と、上記基体が搭載された上記グリーンシート積層体の主面を第1のセラミックグリーンシートによって覆う工程と、上記第1のセラミックグリーンシートと上記グリーンシート積層体とを圧着して圧着体を作製する工程と、上記圧着体を焼成して上記グリーンシート積層体のセラミック材料を焼結させる工程と、を備えたことを特徴とするものである。 The method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to claim 6 of the present invention includes a step of mounting a base on a main surface of a green sheet laminate in which a plurality of ceramic green sheets are stacked, and the above-mentioned base mounted with the base A step of covering a main surface of the green sheet laminate with a first ceramic green sheet; a step of crimping the first ceramic green sheet and the green sheet laminate; And a step of sintering the ceramic material of the green sheet laminate.
また、本発明の請求項7に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項6記載の発明において、上記基体は、チップ型電子部品を含むことを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to the sixth aspect, the base includes a chip-type electronic component.
また、本発明の請求項8に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項6または請求項7に記載の発明において、上記グリーンシート積層体の主面を第1のセラミックグリーンシートによって覆う工程では、上記第1のセラミックグリーンシートは、その表面に、上記基体を介して表面実装部品を搭載するためのキャビティを形成することを特徴とするものである。 According to claim 8 of the present invention, in the method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to claim 6 or claim 7, the main surface of the green sheet laminate is covered with a first ceramic green sheet. Then, the first ceramic green sheet is characterized in that a cavity for mounting a surface-mounted component is formed on the surface of the first ceramic green sheet.
また、本発明の請求項9に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の発明において、上記グリーンシート積層体及び上記第1のセラミックグリーンシートは、それぞれ低温焼結セラミック材料によって形成され、上記グリーンシート積層体及び/または上記第1のセラミックグリーンシートには、金、銀、パラジウム及び銅の少なくとも一つを主成分とする導体パターン部が形成されていることを特徴とするものである。 A method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 9 of the present invention is the method according to any one of claims 6 to 8, wherein the green sheet laminate and the first ceramic green sheet are used. Are each formed of a low-temperature sintered ceramic material, and the green sheet laminate and / or the first ceramic green sheet has a conductor pattern portion mainly composed of at least one of gold, silver, palladium and copper. It is characterized by being formed.
また、本発明の請求項10に記載のセラミック多層基板の製造方法は、請求項6〜請求項9のいずれか1項に記載の発明において、少なくとも上記第1のセラミックグリーンシートの主面に、上記第1のセラミックグリーンシート及び上記グリーンシート積層体それぞれのセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない収縮抑制シートを付与することを特徴とするものである。
Moreover, the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate according to
本発明の請求項1〜請求項8に記載の発明によれば、表面に形成されたキャビティ等の凹凸の隅角部にクラックが生じることのないセラミック多層基板及びその製造方法を提供することができる。 According to the first to eighth aspects of the present invention, it is possible to provide a ceramic multilayer substrate that does not cause cracks in the corners of irregularities such as cavities formed on the surface, and a method for manufacturing the same. it can.
以下、図1〜図6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)はその斜視図、(b)は(a)の断面図、図2の(a)、(b)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3は本発明のセラミック多層基板の他の実施形態を示す図で、(a)はその斜視図、(b)は(a)の断面図、図4の(a)〜(c)はそれぞれ図3に示すセラミック多層基板の製造工程を示す斜視図、図5の(a)、(b)はそれぞれ本発明のセラミック多層基板の更に他の実施形態を示す斜視図、図6の(a)、(b)はそれぞれ本発明の実施例1に対する比較例1のセラミック多層基板の製造工程の要部を示す断面図である。 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 perspective view thereof, FIG. 1B is a sectional view of FIG. (A), (b) is a process diagram showing the main part of the manufacturing process of the ceramic multilayer substrate shown in FIG. 1, respectively, FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the ceramic multilayer substrate of the present invention, (a) Is a perspective view, (b) is a cross-sectional view of (a), (a) to (c) of FIG. 4 are perspective views showing a manufacturing process of the ceramic multilayer substrate shown in FIG. 3, and (a) of FIG. (B) is a perspective view showing still another embodiment of the ceramic multilayer substrate of the present invention, and (a) and (b) of FIG. 6 are the production of the ceramic multilayer substrate of Comparative Example 1 with respect to Example 1 of the present invention. It is sectional drawing which shows the principal part of a process.
第1の実施形態
本実施形態のセラミック多層基板10は、図1の(a)、(b)に示すように、複数のセラミック層が積層されたセラミック積層体11を備え、このセラミック積層体11の主面(上面)には例えば矩形状の凹陥部であるキャビティ12が形成されている。このキャビティ12内には例えばシリコン半導体素子、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の表面実装部品(図示せず)を実装することができる。
First embodiment
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
セラミック積層体11は、図1の(b)に示すように第1、第2、第3のセラミック層11A、11B、11Cによって形成されている。第1のセラミック層11Aは、最上層のセラミック層を構成し、第2のセラミック層11Bは、第1、第3のセラミック層11A、11Cの間に位置し且つ貫通孔Hを有し、キャビティ12の周壁面を形成するセラミック層として構成されている。第1のセラミック層11Aは、同図に示すように、一層あるいは複数層の連続したセラミック層であり、第2のセラミック層11Bの全面を被覆している。つまり、第1のセラミック層11Aは、第2のセラミック層11B上面及び貫通孔Hの全周壁面、底面(第3のセラミック層の表面)を含む凹凸に倣って起伏して第2のセラミック層11B及び第3のセラミック層11Cで形成される凹凸全面を被覆している。
The
従って、図1の(b)に示すように、セラミック層積層体11の上面に形成されているキャビティ12において、底面12Aと周壁面12Bとが連続する部分(隅角部)及びこの周壁面12Bの上端とセラミック積層体11の上面とが連続する部分(隅角部)にはそれぞれ曲面R1、R2が形成されている。これらの曲面R1、R2は後述する本発明のセラミック多層基板の製造方法によって形成することができる。
Accordingly, as shown in FIG. 1B, in the
また、セラミック積層体11に形成された導体パターン13は、図1の(b)に示すように、第2、第3のセラミック層11B、11Cの界面及び上下の第3のセラミック層11A、11Aの界面にそれぞれ所定のパターンで形成された面内導体13Aと、各セラミック層11A、11B、11Cをそれぞれ所定のパターンで貫通するように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とから構成され、上下の面内導体13A、13A、あるいは面内導体13Aと表面電極13Cがそれぞれビア導体13Bによって接続されている。キャビティ12内に表面実装部品を実装する場合には、表面実装部品を例えばAu、Al、Cu等のボンディングワイヤーを介してキャビティ12の周囲に形成された表面電極13Cに電気的に接続し、場合によっては表面実装部品を半田や導電性樹脂を介してキャビティ12の底面12Aに形成された表面電極(図示せず)に接続することができる。
In addition, as shown in FIG. 1B, the
而して、セラミック積層体11を形成する材料としては、セラミック材料であれば特に制限されないが、例えば低温焼結セラミック(LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramic)材料が好ましい。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。
Thus, the material for forming the
セラミック積層体11を上述のように低温焼結セラミック材料によって形成することによって、導体パターン13の導体材料として、例えば金、銀、パラジウム及び銅を主成分とする、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。
By forming the
次いで、図2を参照しながら本実施形態の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、セラミック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
本実施形態ではまず、例えば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して含むセラミック材料)を含むスラリーを用いて、セラミックグリーンシートを所定枚数作製する。セラミックグリーンシートは、図2の(a)に示すように第1、第2、第3のセラミックグリーンシート111A、111B、111Cの3つのグループに分けて作製する。第1のセラミックグリーンシート111Aは、最上層に位置するセラミックグリーンシート、第2のセラミックグリーンシート111Bは、第1のセラミックグリーンシート111Aの下に位置し、キャビティを形成するためのセラミックグリーンシート、第3のセラミックグリーンシート111Cは、第2のセラミックグリーンシート111Bを支持し、基板の主体層となるセラミックグリーンシートである。
In the present embodiment, first, a predetermined number of ceramic green sheets are produced using, for example, a slurry containing a low-temperature sintered ceramic material (a ceramic material containing Al 2 O 3 as a filler and borosilicate glass as a sintering aid). The ceramic green sheets are manufactured by being divided into three groups of first, second, and third ceramic
第1、第2、第3のセラミックグリーンシート111A、111B、111Cにはそれぞれ所定のパターンで必要に応じてビアホールを形成する。これらのビアホール内には例えばAgまたはCuを主成分とする導電性ペーストを充填してビア導体部113Bを形成する。そして、第1のセラミックグリーンシート111Aにはスクリーン印刷法を用いてビア導体部113Bと同種の導電性ペーストを所定のパターンで塗布して表面電極部113Cを形成し、表面電極部113Cとビア導体部113Bとを適宜接続する。また、第2、第3のセラミックグリーンシート111B、111C上にはそれぞれ必要に応じてスクリーン印刷法を用いて同種の導電性ペーストを所定のパターンで塗布して、面内導体部113Aを形成し、面内導体部113Aとビア導体部113Bとを適宜接続する。
Via holes are formed in the first, second, and third ceramic
更に、第2のセラミックグリーンシート111Bにはキャビティを形成するための貫通孔Hを空ける。第2のセラミックグリーンシート111Bは、キャビティを形成するための基体としての機能を有し、第1、第3のセラミックグリーンシート111A、111Cとは異なる材料によって形成されたものであっても良い。
Further, a through hole H for forming a cavity is formed in the second ceramic
第1のセラミックグリーンシート111Aは、第3のセラミックグリーンシート111C上で第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hによって形成されるキャビティの全周壁面及び底面を被覆し、貫通孔Hの全周壁面と第3のセラミックグリーンシート111Cの交差部(隅角部)でのクラックの発生を防止するために設けられるもので、最小限一枚あれば良い。また、第2のセラミックグリーンシート111Bはキャビティの深さに応じて必要枚数作製し、第3のセラミックグリーンシート111Cは、導体パターン部113の配線密度に応じて必要枚数作製する。
The first ceramic
図2の(a)に示すように無収縮工法に用いられる収縮抑制シート100A、100Bを2枚作製する。一枚の収縮抑制シート100Aの上面にはスクリーン印刷法によって導電性ペーストを所定のパターンで印刷して表面電極部113Cを形成する。収縮抑制シート100A、100Bとしては、第1、第2、第3のセラミックグリーンシート111A、111B、111C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)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ペースト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。
As shown in FIG. 2A, two sheets of
然る後、図2の(a)に示すように、収縮抑制シート100A上に複数の第3のセラミックグリーンシート111Cを積層し、この上面に貫通孔Hを有する第2のセラミックグリーンシート111Bを複数積層する。第2、第3のセラミックグリーンシート111B、111Cの積層体の上面に少なくとも一枚の第1のセラミックグリーンシート111Aを積層する。更に、第1、第2、第3のセラミックグリーンシート111A、111B、111Cの積層体の上面に収縮抑制シート100Bを積層する。これによって、第1、第3のセラミックグリーンシート111A、111Cよって挟まれた第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hが空洞になる。
Thereafter, as shown in FIG. 2A, a plurality of third ceramic green sheets 111C are stacked on the
次いで、弾性体を用いて、第1、第2、第3のセラミックグリーンシート111A、111B、111Cの積層体を上下の収縮抑制シート100A、100Bを介して所定の温度で圧着すると、弾性体が収縮抑制シート100Bを介して第1のセラミックグリーンシート111Aを空洞内に押し込み、図2の(b)に示すように第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hの全周壁面及び底面を第1のセラミックグリーンシート111Aで連続して被覆すると共に第1の収縮抑制シート100Bの上面にキャビティ部112が形成された複合圧着体110が得られる。複合圧着体110の上下の収縮抑制シート100A、100Bの間にはグリーンシート積層体111が形成される。第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hで形成されるキャビティの底面及び全周壁面が第1のセラミックグリーンシート111Aで被覆されているため、第2のセラミックグリーンシート111Bが柔らかくても貫通孔Hによって形成されるキャビティの底面の隅角部にクラックを生じさせることがない。また、第1のセラミックグリーンシート111Aは、グリーンシート積層体111のキャビティの全周壁面の上下の隅角部で丸く変形して曲面を形成する。尚、圧着には、真空ラミネータ等の弾性体フィルムを用いた静水圧プレス等の等方圧プレスが好ましい。
Next, when the laminated body of the first, second, and third ceramic
然る後、複合圧着体110を空気雰囲気中、所定温度(例えば870℃)で焼成すると、グリーンシート積層体111のセラミック材料が焼結して、上面にキャビティ12が形成されたセラミック積層体11が上下の収縮抑制シート100A、100B間で得られる。焼成時には、第1のセラミックグリーンシート111Aが第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hの全周壁面と第3のセラミックグリーンシート111Cとで形成される隅角部でセラミック材料が相互拡散してこれら三者111A、111B、111Cが一体化して焼結する結果、図1の(b)に示すようにキャビティ12の全周壁面12Bの上下の隅角部が滑らかな曲面R1、R2として形成され、貫通孔Hに起因するクラックがキャビティ12の底面の隅角部で生じることがない。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800〜1050℃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、1050℃を超えると導体パターン13の金属粒子が溶融してセラミック層へ拡散する虞がある。
Thereafter, when the composite
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シート100A、100Bを除去すると、図1の(a)、(b)に示すようにキャビティ12の全周壁面12Bの上下の隅角部にクラックのない曲面R1、R2を有するキャビティ12が形成されたセラミック多層基板10を得ることができる。
After firing, when the upper and lower
以上説明したように本実施形態によれば、複数積層された第3のセラミックグリーンシート111C上面に貫通孔Hを有する第2のセラミックグリーンシート111Bを基体として積層し、その上面を第1のセラミックグリーンシート111Aによって覆って第2のセラミックグリーンシート111Bを第1、第3のセラミックグリーンシート111A、111C間に配置した後、等方圧プレスによって第1のセラミックグリーンシート111Aと第2、第3のセラミックグリーンシート111B、111Cを圧着して複合圧着体110を作製し、この複合圧着体110を焼成してグリーンシート積層体111のセラミック材料を焼結させるため、以下の作用効果が奏し得られる。
As described above, according to the present embodiment, the second ceramic
即ち、複合圧着体110の作製段階では、弾性体が収縮抑制シート100Bを介して第1のセラミックグリーンシート111Aを第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hに押し込んで、第3のセラミックグリーンシート111C上で第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hで形成されるキャビティの全周壁面及び底面を第1のセラミックグリーンシート111Aによって被覆するため、弾性体が第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hと第3のセラミックグリーンシート111Cの交差部(隅角部)から接合面に侵入する余地はなく、キャビティ底面の隅角部でクラックを生じさせることがない。
That is, in the production stage of the composite pressure-
また、複合圧着体110の焼成段階では、第3のセラミックグリーンシート111C上で第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hの全周壁面によって形成される隅角部が第1のセラミックグリーンシート111Aによって曲面を形成して被覆されているため、隅角部において第2、第3のセラミックグリーンシート111B、111Cと第1のセラミックグリーンシート111Aとの間でクラックを生じさせることなくセラミック材料の相互拡散により一体化して焼結し、曲面R1を形成する。
Further, in the firing stage of the composite pressure-bonded
また、本実施形態によれば、グリーンシート積層体111の上下両面にそのセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない収縮抑制シート100A、100Bを配置し、グリーンシート積層体111のセラミック材料の焼結温度で焼成するため、グリーンシート積層体111の面方向の収縮を抑制し、第1、第2、第3のセラミック層11A、11B、11Cと内部導体パターン13、特に面内導体13Aとの間の膨張係数の差に基づくクラックを抑制することができると共にセラミック多層基板10の反りを抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、グリーンシート積層体111が低温焼結セラミック材料によって形成され、また、グリーンシート積層体111に金、銀、パラジウム及び銅の少なくとも一つを主成分とする導体パターン部113が形成されているため、1050℃以下の低温で焼成することができ、しかも金、銀、パラジウム及び銅の少なくとも一つを主成分とする低抵抗の導体パターン13を形成することができる。
Further, according to the present embodiment, the
第2の実施形態
本実施形態のセラミック多層基板20は、図3の(a)、(b)に示すように、複数のセラミック層が積層されたセラミック積層体21を備え、このセラミック積層体21の上面には所定幅を有する矩形状の隆起部24が形成されている。セラミック積層体21自体は、上記実施形態と同様に低温焼結セラミック材料によって形成されていることが好ましい。
Second embodiment
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
セラミック積層体21には、図3の(a)、(b)に示すように、上記実施形態と同様に面内導体23A、ビア導体23B及び表面電極23Cからなる導体パターン23が形成されている。隆起部24の内側には例えばシリコン半導体素子、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、抵抗等の受動素子を表面実装部品25として実装するためのキャビティ22が形成されている。表面実装部品25はキャビティ22の周囲、即ち隆起部24の上面に沿って形成された複数の表面電極23Cに対してボンディングワイヤー25Aを介して電気的に接続されている。この隆起部24は、後述のようにセラミック多層基板20を製造する際にセラミック積層体21内に基体を介在させることによって形成することができる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
即ち、セラミック積層体21は、図3の(b)に示すように、第1のセラミック層21Aと、複数の第2のセラミック層21Bと、を含み、第1のセラミック層21Aが複数の第2のセラミック層21Bからなる主体層21Cの被覆層として形成されている。第1のセラミック層21Aと主体層21Cの間には、図4の(a)を参照すれば明らかなように、プレート状の基体(以下、「基体プレート」と称す。)26が介在し、この基体プレート26は主体層21C上で第1のセラミック層21Aによって被覆されて、全体が矩形枠状の隆起部24を形成している。第1のセラミック層21Aは、主体層21C上で基体プレート26によって形成された隆起部24の凹凸に倣って起伏し、図3の(b)に示すように隆起部24の内外壁面の上下の隅角部において曲面R1、R2を形成している。
That is, as shown in FIG. 3B, the
基体プレート26は、上述のように矩形枠状の隆起部24を形成しているが、基体プレート26は、単一のプレートから形成されたものであっても、複数の矩形プレート状のものが組み合わされて矩形枠状に形成されたものであっても良い。基体プレート26の材質は、特に制限されるものではないが、例えばセラミック焼結体によって形成されたプレートを用いることが好ましい。本実施形態では、基体プレート26は、図3の(b)及び図4の(a)に示すように、長さの異なる細長形状の第1、第2の焼結体プレート26A、26Bと、2個のチップ型電子部品26Cとから形成されている。第1、第2の焼結体プレート26A、26Bと、2個のチップ型電子部品26Cは、図4の(a)に示すように矩形枠状に配列されている。チップ型電子部品26Cは、セラミック焼結体を素体とし、その両端部に外部端子電極26Dを有している。例えば図3の(b)に示すように、キャビティ22内に表面実装部品25として集積回路素子(IC)を配置し、隆起部24内にチップ型電子部品26Cとしてバイパスコンデンサを配置した場合には、両者間のインピーダンスを可能な限り低くすることができ、ノイズの影響を低減することができる。
The
次いで、図4の(a)、(b)を参照しながら本実施形態のセラミック多層基板20の製造方法について説明する。尚、図4の(a)、(b)では、便宜上、上下の収縮抑制シートを省略し、これらの間に形成されるグリーンシート積層体のみを図示してある。
Next, a method for manufacturing the
本実施形態では、第1の実施形態の第2のセラミックグリーンシート111Bに代えて基体プレート26を配置する以外は、第1の実施形態に準じてセラミック多層基板20を作製することができる。
In the present embodiment, the
セラミック多層基板20を作製する場合にはまず、上記実施形態と同一要領で第1、第2のセラミック層21A、21Bとなる第1、第2のセラミックグリーンシートを作製し、これらのセラミックグリーンシートに面内導体部、ビア導体部及び表面電極部をそれぞれ必要箇所に所定のパターンで形成する。その後、図4の(a)に示すように、収縮抑制シート(図示せず)上に第2のセラミックグリーンシートを複数積層して主体層121Cを形成した後、スプレー等を用いて主体層121Cの上面に有機系接着剤を塗布または噴霧して有機系接着剤層(図示せず)を形成する。次いで、この主体層121C上の所定位置に矩形状の基体プレート26を配置し、この基体プレート26を、有機接着剤層を介して主体層121C上に接合、固定する。尚、有機接着剤としては、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、有機接着剤層の厚みは、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。
When producing the
主体層121C上に基体プレート26を形成する場合には、図4の(a)に示すように、第1、第2の焼結体プレート26A、26Bと、セラミック焼結体を素体とするチップ型電子部品26Cを矩形状に配列する。この際、同図に示すように第1、第2の焼結体プレート26A、26Bを矩形状に配列し、短い第2の焼結体プレート26Bの空白部分にチップ型電子部品26Cを搭載して空白部分を補完し、全体として矩形状の基体プレート26を形成する。
When the
次いで、図4の(a)に示すように、主体層121Cの上方に第1のセラミックグリーンシート121Aを積層し、更にその上方に収縮抑制シート(図示せず)を積層した後、収縮抑制シートを介して第1のセラミックグリーンシート121Aを主体層121C上に所定の温度及び圧力で等方圧プレスをかけて圧着すると、第1のセラミックグリーンシート121Aが基体プレート26の凹凸に倣って変形して複合圧着体を得ることができる。この複合圧着体の上下の収縮抑制シートの間には、同図の(b)に示すように、隆起部124が形成されたグリーンシート積層体121が形成されている。この際、基体プレート26が硬くても基体プレート26の内外周壁面と主体層121C上面との交差部(隅角部)は第1のセラミックグリーンシート121Aによって完全に被覆されているため、圧着時に弾性体は第1のセラミックグリーンシート121Aに妨げられて基体プレート26の主体層121Cの隅角部に直接作用することはなく、クラックを生じさせることはない。
Next, as shown in FIG. 4A, a first ceramic
圧着後、複合圧着体を空気雰囲気中、870℃で焼成すると、上下の収縮抑制シート間で第1のセラミックグリーンシート121Aと主体層121Cとが焼結して一体化し、図4の(c)に示すようにセラミック積層体21が形成されると共に、その上面に隆起部24が形成される。焼成時には、第1のセラミックグリーンシート121Aがそのままの形態で第1のセラミック層21Aとして焼結し、隆起部24の内外周壁面の全ての隅角部にクラックを生じさせることなく曲面R1、R2(図3の(b)参照)が形成され、上面に隆起部24を有するセラミック多層基板20が得られる。セラミック多層基板20の隆起部24の内側には図4の(c)に示すように表面実装部品25を実装し、この表面実装部品25と表面電極23Cを図3の(b)に示すようにボンディングワイヤー25Aで接続する。
When the composite pressure-bonded body is fired at 870 ° C. in an air atmosphere after the pressure bonding, the first ceramic
以上説明したように本実施形態によれば、矩形状の基体シート26を第1のセラミックグリーンシート121Aによって被覆することにより、上面に矩形状の隆起部24を有するセラミック多層基板20を作製することができる。また、隆起部24の内側のキャビティ22内に表面実装部品25を実装することによりセラミック多層基板20を多機能化することができ、しかも基体シート26の一部としてチップ型電子部品26Cを設けることにより、セラミック多層基板20を高機能化することができる。その他、本実施形態においても第1の実施形態と同様の作用効果を期することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法では、上記各実施形態の他、必要に応じて基体を適宜変更することによってセラミック多層基板の表面に種々の形態の凹凸を形成することができる。例えば、図5の(a)に示すように目的に応じてセラミック多層基板30の上面に帯状の溝32を凹凸として設けても良く、また、同図の(b)に示すように目的に応じてセラミック多層基板40の上面に矩形状のメサ型の隆起部42を設けても良い。そして、これらの溝32や隆起部42は、いずれも必要に応じてセラミック多層基板30、40の上面の複数個所に分散させて配置することができる。これらの溝32の側壁面及び隆起部42の全周壁面はいずれも上下の隅角部に曲面が形成されている。
In the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention, in addition to the above-described embodiments, various forms of irregularities can be formed on the surface of the ceramic multilayer substrate by appropriately changing the substrate as necessary. For example, as shown in FIG. 5 (a), a strip-
本実施例では、上記各実施形態のセラミック多層基板について更に具体的に説明する。実施例1は第1の実施形態に対応し、実施例2は第2の実施形態に対応する。 In this example, the ceramic multilayer substrate of each of the above embodiments will be described more specifically. Example 1 corresponds to the first embodiment, and Example 2 corresponds to the second embodiment.
実施例1
まず、Al2O3をフィラーとし、セラミック材料としてホウ珪酸ガラスを焼結助材とする低温焼結セラミック材料を用いてスラリーを調製し、このスラリーをキャリアフィルム上に塗布して10枚のセラミックグリーンシートを作製した。そして、各セラミックグリーンシートに対してレーザー加工により所定のパターンでビアホールをそれぞれ形成した後、Ag粉末を主成分とする導電性ペーストを、メタルマスクを用いて各セラミックグリーンシートのビアホール内に押し込むことによってビア導体部を形成した。これらのセラミックグリーンシートはいずれも焼成後の厚みが50μmになる厚みに形成されている。
Example 1
First, a slurry is prepared using a low-temperature sintered ceramic material using Al 2 O 3 as a filler and borosilicate glass as a ceramic material as a sintering aid, and this slurry is applied on a carrier film to form 10 ceramics. A green sheet was produced. After each via hole is formed in a predetermined pattern by laser processing for each ceramic green sheet, a conductive paste mainly composed of Ag powder is pushed into the via hole of each ceramic green sheet using a metal mask. Via conductors were formed by All of these ceramic green sheets are formed to a thickness of 50 μm after firing.
図2の(a)に示すように、一枚のセラミックグリーンシートにビア導体部と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表面電極部113Cを形成してビア導体部113Bに接続し、第1のセラミックグリーンシート111Aを作製した。また、他のセラミックグリーンシートには面内導体部を形成した。即ち、他の二枚のセラミックグリーンシートには、キャビティを形成するための矩形状の貫通孔Hを空けて第2のセラミックグリーンシート111Bを作製し、更に、他の7枚のセラミックグリーンシートを第3のセラミックグリーンシート111Cとして作製した。
As shown in FIG. 2 (a), the same conductive paste as the via conductor is screen printed on a single ceramic green sheet to form a surface electrode portion 113C with a predetermined pattern and connected to the via
然る後、図2の(a)に示すように、収縮抑制シート100A上に、第3のセラミックグリーンシート111Cを7枚配置し、その上に貫通孔Hを有する第2のセラミックグリーンシート111Bを2枚配置し、更にその上に第1のセラミックグリーンシート111Aを一枚配置し、これら10枚のセラミックグリーンシートを収縮抑制シート100A上に積層した。この段階では第3のセラミックグリーンシート111Cと第1のセラミックグリーンシート111Aの間には第2のセラミックグリーンシート111Bの貫通孔Hで空洞が形成されている。
Thereafter, as shown in FIG. 2A, seven third ceramic green sheets 111C are arranged on the
そして、第1のセラミックグリーンシート111Aの上に収縮抑制シート100Bを積層し、仮圧着した後、弾性体を用いて所定の圧力で等方圧プレスをかけて本圧着して、図2の(b)に示す複合圧着体110を作製した。次いで、空気雰囲気中、870℃で複合圧着体110の焼成を行った後、上下の収縮抑制シート100A、100Bを除去し、図1に示すセラミック多層基板10を得た。セラミック多層基板10は、0.5mm厚で、その上面には100μm深さのキャビティ12が形成された。キャビティ12の底面の隅角部は滑らかな曲面が形成されていて、隅角部にクラックは認められなかった。
Then, after the
また、比較例1として、図6の(a)、(b)に示すように、8枚の第3のセラミックグリーンシート111’C及び2枚の貫通孔Hを有する第2のセラミックグリーンシート111’Bをこの順序で収縮抑制シート(図示せず)上に積層し、更にその上に収縮抑制シート(図示せず)を積層し、実施例1と同一要領で圧着して複合圧着体を作製した後、この複合圧着体を焼成することによって、上面にキャビティ12’が形成されたセラミック多層基板10’を作製した。このセラミック多層基板10’の場合にはキャビティ12’の底面の隅角部が特異点になってクラックCが認められた。クラックの発生時期について調べたところ、第2のセラミックグリーンシート111’Bと第3のセラミックグリーンシート111Cを積層した後、これら両者111’B、111’Cを圧着する時にキャビティ12’の底面の隅角部にクラックを形成することが判った。また、圧着時にクラックが認められなくても、グリーンシート積層体111’を焼成する時にキャビティ12’の底面の隅角部にクラックを形成することが判った。
As Comparative Example 1, as shown in FIGS. 6A and 6B, the second ceramic
実施例2
本実施例では、実施例1の第2のセラミックグリーンシートに代えて基体シートを用いた以外は、実施例1に準じて図4に示すセラミック多層基板20を作製した。
Example 2
In this example, a
即ち、図4の(a)に示すように、実施例1と同一要領で作製した第2のセラミックグリーンシート8枚を収縮抑制シート(図示せず)上に積層して主体層121Cを形成した。次いで、スプレーを用いて主体層121C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第1、第2の焼結体プレート26A、26B及びチップ型電子部品26Cを搭載し、同図の(a)に示すように主体層121C上に矩形状の基体シート26として接合、固定した。この際、チップ型電子部品26Cとして積層セラミックコンデンサを用い、その外部端子電極を主体層121Cの面内導体部と接続した。この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×0.3mm、内部電極:Ni、容量規格:1μF)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、焼き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、図4では、セラミックグリーンシートの厚みを誇張してある
That is, as shown in FIG. 4A, the main layer 121C was formed by laminating eight second ceramic green sheets produced in the same manner as in Example 1 on a shrinkage suppression sheet (not shown). . Next, an organic adhesive is applied on the main layer 121C using a spray to form an organic adhesive layer, and then the first and second
次いで、主体層121C上に第1のセラミックグリーンシート121Aを積層し、この上に収縮抑制シート(図示せず)を積層し、所定の温度で熱圧着して図4の(b)に示すグリーンシート積層体121を含む複合圧着体を作製した。この複合圧着体を、空気雰囲気中、870℃で焼成した後、上下の収縮抑制シートを除去し、セラミック多層基板20を得た。セラミック多層基板20の上面には隅角部が滑らかな曲面からなる隆起部24が形成されていて、クラックは認められなかった。
Next, a first ceramic
次いで、隆起部24の内側のキャビティ22に表面実装部品25として集積回路(IC)を実装し、隆起部24の表面に形成された表面電極23CとICとをAuからなるボンディングワイヤー25Aで接続した。キャビティ12の底面の隅角部は滑らかな曲面が形成されていて、隅角部にクラックは認められなかった。本実施例では、積層セラミックコンデンサがIC近傍の隆起部24に埋設されているため、積層セラミックコンデンサとICとの配線長を短くすることができる。
Next, an integrated circuit (IC) was mounted as a
実施例3
本実施例では、低温焼結セラミック材料に用いられる焼結助材の添加量を変化させて収縮抑制シートに添加することによって、セラミックグリーンシートの積層体に対する収縮抑制シートの密着力を変化させ、表1に示すように積層体の平面方向の収縮量を制御した以外は実施例2と同一要領でセラミック多層基板を作製した。
Example 3
In this example, by changing the addition amount of the sintering aid used in the low-temperature sintered ceramic material and adding to the shrinkage suppression sheet, the adhesion force of the shrinkage suppression sheet to the laminate of ceramic green sheets is changed, As shown in Table 1, a ceramic multilayer substrate was produced in the same manner as in Example 2 except that the amount of contraction in the planar direction of the laminate was controlled.
次いで、X線探傷法を用いてセラミック多層基板について基板及び積層セラミックコンデンサにクラックが発生しているか否かを観察した。この結果、表1に示すように、セラミック積層体の収縮量が-5%を超えて小さくなると、内蔵積層セラミックコンデンサにクラックが検出され、その収縮量が+5%を越えて大きくなると内蔵積層セラミックコンデンサ及びセラミック積層体自体にもクラックが検出された Next, the X-ray flaw detection method was used to observe whether or not the ceramic multilayer substrate had cracks in the substrate and the multilayer ceramic capacitor. As a result, as shown in Table 1, when the shrinkage amount of the ceramic laminated body becomes smaller than −5%, a crack is detected in the built-in laminated ceramic capacitor, and when the shrinkage amount becomes larger than + 5%, the built-in laminated ceramic film Cracks were detected in the capacitor and ceramic laminate itself
表1に示す結果によれば、セラミック層の収縮量が±5%を超えると隆起部の隅角部に曲面を形成しても、積層セラミックコンデンサ及び/またはセラミック積層体にクラックが発生することが判った。従って、収縮抑制シートへの焼結助材の添加量は、±5%の範囲内の収縮量を示す、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、収縮量のコントロールは、収縮抑制シートへの焼結助材の添加量の他、収縮抑制シート中の無機粉末の粒径や収縮抑制シートの厚み等、各種の手法でコントロールすることができる。 According to the results shown in Table 1, if the shrinkage amount of the ceramic layer exceeds ± 5%, even if a curved surface is formed at the corner of the raised portion, cracks are generated in the multilayer ceramic capacitor and / or ceramic multilayer body. I understood. Therefore, it has been found that the amount of the sintering aid added to the shrinkage suppression sheet is preferably set to 0.1 to 1.6% by weight, which indicates a shrinkage amount within a range of ± 5%. The amount of shrinkage can be controlled by various methods such as the addition amount of the sintering aid to the shrinkage suppression sheet, the particle size of the inorganic powder in the shrinkage suppression sheet, the thickness of the shrinkage suppression sheet, and the like. .
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セラミック多層基板及びその製造方法に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a ceramic multilayer substrate used for electronic devices and the manufacturing method thereof.
10、20、30、40 セラミック多層基板
11、21 セラミック積層体
11A、21A 第1のセラミック層
12、22 キャビティ(凹凸)
12B 側壁面
13 導体パターン
32 溝(凹凸)
42
R1、R2 曲面
24、42 隆起部
26 基体シート(基体)
26C チップ型電子部品(基体)
100A、100B 収縮抑制シート
110 複合圧着体(圧着体)
111A、121A 第1のセラミックグリーンシート
113 導体パターン部
121C 主体層(グリーンシート積層体)
10, 20, 30, 40
12B
42
R 1 , R 2 curved
26C Chip-type electronic component (base)
100A, 100B
111A, 121A First ceramic
Claims (10)
上記基体が搭載された上記グリーンシート積層体の主面を第1のセラミックグリーンシートによって覆う工程と、
上記第1のセラミックグリーンシートと上記グリーンシート積層体とを圧着して圧着体を作製する工程と、
上記圧着体を焼成して上記グリーンシート積層体のセラミック材料を焼結させる工程と、
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。 A step of mounting a substrate on a main surface of a green sheet laminate in which a plurality of ceramic green sheets are laminated;
Covering the main surface of the green sheet laminate on which the substrate is mounted with a first ceramic green sheet;
A step of pressure-bonding the first ceramic green sheet and the green sheet laminate to produce a pressure-bonded body;
Firing the pressure-bonded body and sintering the ceramic material of the green sheet laminate;
A method for producing a ceramic multilayer substrate, comprising:
少なくとも上記第1のセラミックグリーンシートの主面に、上記第1のセラミックグリーンシート及び上記グリーンシート積層体それぞれのセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない収縮抑制シートを付与することを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか1項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
A shrinkage suppression sheet that is not substantially sintered at the sintering temperature of the ceramic material of each of the first ceramic green sheet and the green sheet laminate is provided on at least the main surface of the first ceramic green sheet. The method for producing a ceramic multilayer substrate according to any one of claims 6 to 9.
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