JP2006303057A - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミックグリーンシートへの貫通孔形成および貫通孔への導電性ペースト充填の各工程を経ることなく、信頼性の高い三次元的な配線導体を備える、多層セラミック基板を製造できる方法を提供する。
【解決手段】 セラミックグリーンシート１１上に、セラミックグリーンシート１１の焼成温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む拘束層１９を形成し、その上に、導電性ペーストを用いて面内導体１３を形成し、次いで、面内導体１３の拘束層１９上に位置する部分上に乗るように、貫通導体となるべき突起状導体１４を形成する。そして、突起状導体１４とともに、セラミックグリーンシート１１全体を厚み方向にプレスすることによって、突起状導体１４を、拘束層１９および面内導体１３の各一部とともに、セラミックグリーンシート１１の内部に埋め込む。後の焼成時、拘束層１９は貫通導体の形状維持作用を果たす。
【選択図】 図３

Description

この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、特定のセラミック層を厚み方向に貫通するように設けられる貫通導体を備える、多層セラミック基板およびその製造方法に関するものである。

多層セラミック基板は、セラミック層の主面に沿って延びる膜状の面内導体とセラミック層を厚み方向に貫通する貫通導体（ビアホール導体）とによって構成される、三次元的な配線導体をその内部に形成している。貫通導体は、たとえば、ＣＯ₂ レーザ光の照射やパンチング加工によってセラミックグリーンシートに貫通孔を設け、その後、この貫通孔に、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させてなる導電性ペーストを充填する、各工程を経ることによって形成される。

しかしながら、上述した貫通孔を設けるための工程および貫通孔へ導電性ペーストを充填するための工程は、難易度が非常に高く、手間がかかり、そのため、高コストを必要とする工程である。

たとえば、貫通導体のための貫通孔を設けるにあたってＣＯ₂ レーザを使う場合、装置そのものが高価であることに加え、セラミックグリーンシートへのレーザ光の照射時において、照射を受けた部分が飛散し、飛散物が貫通孔の周壁に付着してしまうことがあり、所望形状の貫通孔を形成できないことがある。

他方、貫通孔を設けるためにパンチング加工を使う場合、パンチング加工は機械的加工であるため、一度に多くの貫通孔、特に微小径の貫通孔を形成することが困難である。

さらに、貫通導体は、多層セラミック基板の高密度化に伴って微小化している。そのため、貫通導体のための貫通孔が微小化され、この貫通孔の微小化が進むほど、貫通孔への導電性ペーストの充填工程は難易度がより高くなり、その結果として、充填不良が生じやすく、それが原因となって貫通導体での断線が起こりやすくなっている。

このような状況に鑑みて、貫通導体を設けるための貫通孔形成工程および導電性ペースト充填工程を経ることなく、三次元的な配線導体を有する多層セラミック基板を製造するための方法がいくつか提案されている。

たとえば、特開２００３−３４７７３１号公報（特許文献１）および特開２００１−１３５５４８号公報（特許文献２）には、第１のセラミックグリーンシート上に突起状導体（バンプ部分または導体突起）を形成しておき、これを第２のセラミックグリーンシートに突き刺すことによって、貫通導体を形成し、多層セラミック基板の内部に三次元的な配線導体を形成することが記載されている。

しかしながら、上述の方法によれば、第１および第２のセラミックグリーンシートならびに突起状導体の各々の固さによっては、突起状導体が第２のセラミックグリーンシートにうまく突き刺さらないことがあり、この場合には、第２のセラミックグリーンシートに設けられた面内導体とこの突起状導体によって与えられた貫通導体との間で導通不良を引き起こすことになる。
特開２００３−３４７７３１号公報 特開２００１−１３５５４８号公報

そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決しながら、貫通孔形成工程および導電性ペースト充填工程を経ることなく、接続信頼性の高い貫通導体を安定して形成することができる、多層セラミック基板の製造方法を提供しようとすることである。

この発明の他の目的は、上述したような製造方法によって製造することができる、多層セラミック基板の構造を提供しようとすることである。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、上述した技術的課題を解決するため、第１のセラミックグリーンシート上に、当該第１のセラミックグリーンシートを焼結させるための焼成温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む第１の拘束層を形成する工程と、少なくとも一部が第１の拘束層上に位置する部分上に乗るように、第１の突起状導体を形成する工程と、第１の突起状導体を、第１の拘束層とともに、第１のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第１の埋め込み工程と、第１のセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ複数のセラミックグリーンシートを積層方向にプレスすることによって、グリーンシート積層体を作製する、積層工程と、グリーンシート積層体を焼成する、焼成工程とを備えることを特徴としている。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させてなる導電性ペーストを用いて、第１の面内導体を形成する工程をさらに備え、上述した第１の突起状導体を形成する工程では、少なくとも一部が第１の面内導体の第１の拘束層上に位置する部分上に乗るように、第１の突起状導体が形成され、上述した第１の埋め込み工程では、第１の突起状導体が、第１の拘束層および第１の面内導体の各一部とともに、第１のセラミックグリーンシートの内部に埋め込まれることが好ましい。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、上記第１の埋め込み工程は、第１の突起状導体とともに、第１のセラミックグリーンシート全体をその厚み方向にプレスするように実施されることが好ましい。

上述の好ましい実施態様において、第１の局面では、第２のセラミックグリーンシート上に、無機材料粉末を含む第２の拘束層を形成する工程と、第２の突起状導体を第２の拘束層の上に形成する工程とをさらに備え、積層工程は、第１の埋め込み工程の後、第２の突起状導体が形成された側を第１のセラミックグリーンシートに向けて、第１のセラミックグリーンシートの上に第２のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ第１および第２のセラミックグリーンシートを積層方向にプレスし、それによって、第２の突起状導体を、第２の拘束層の一部とともに、第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第２の埋め込み工程を備えている。

他方、第２の局面では、第２のセラミックグリーンシート上に、無機材料粉末を含む第２の拘束層を形成する工程と、第２の突起状導体を第２の拘束層の上に形成する工程と、第２の突起状導体とともに、第２のセラミックグリーンシート全体をその厚み方向にプレスし、それによって、第２の突起状導体を、第２の拘束層の一部とともに、第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第２の埋め込み工程とをさらに備え、積層工程は、第１および第２の埋め込み工程の後、第１および第２のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ積層方向にプレスする工程を備えている。

上述の第１および第２の局面のいずれであっても、少なくとも一部が第２の拘束層上に乗るように、導電性ペーストを用いて、第２の面内導体を形成する工程をさらに備え、第２の突起状導体は、その少なくとも一部が第２の面内導体上に乗るように形成され、第２の埋め込み工程は、第２の突起状導体を、第２の拘束層および第２の面内導体の各一部とともに、第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込むように実施されることが好ましい。

この発明において、好ましくは、突起状導体は、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させてなる導電性ペーストを用いて形成される。

また、この発明において、拘束層は、セラミックグリーンシートの全面にわたって形成されることが好ましい。

この発明は、また、上述したようなこの発明に係る製造方法によって製造された、多層セラミック基板にも向けられる。

また、この発明は、次のような構造上の特徴を有する多層セラミック基板にも向けられる。

すなわち、この発明に係る多層セラミック基板は、積層された複数のセラミック層と、特定のセラミック層の主面に沿って延びるように設けられた面内導体と、特定のセラミック層を厚み方向に貫通するように設けられた貫通導体とを備え、少なくともセラミック層と面内導体との間には、前述した拘束層に由来する、セラミック層の材料の一部が浸透して固着された無機材料粉末を含む介在層が形成され、貫通導体の周側面の少なくとも一部に沿って、介在層および面内導体の各一部が這い上がっていることを特徴としている。

この発明に係る多層セラミック基板において、貫通導体の周側面に沿って這い上がっている面内導体は、当該面内導体を形成するセラミック層と隣り合うセラミック層の主面に沿って形成された面内導体と電気的に直接接続されていることが好ましい。

この発明に係る多層セラミック基板は、表面に搭載された表面実装部品をさらに備えていてもよい。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、セラミック層を厚み方向に貫通する貫通導体を設けるために、突起状導体を、この突起状導体が形成されたセラミックグリーンシート自身の内部に埋め込むようにしているので、セラミックグリーンシートに貫通孔を形成する工程も、その貫通孔に導電性ペーストを充填する工程も実施する必要がない。そのため、多層セラミック基板を製造するために実施されるべき工程数を低減することができるばかりでなく、難易度の高い工程をなくすことができ、その結果、難易度の高い工程で発生しやすい不良を低減し、生産性を向上させることができ、また、信頼性の高い多層セラミック基板の製造が可能となる。

また、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、セラミックグリーンシート上に、当該セラミックグリーンシートを焼結させるための焼成温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む拘束層を形成し、少なくとも一部が拘束層上に位置する部分上に乗るように、突起状導体を形成するようにしているので、突起状導体がセラミックグリーンシートの内部に埋め込まれるとき、拘束層もそれに伴われる。

したがって、まず、セラミックグリーンシート内に埋め込まれた突起状導体の周側面の少なくとも一部に沿って、拘束層の一部が這い上がった状態を得ることができる。この状態によれば、焼成工程において、拘束層の収縮が実質的に生じないので、拘束層が突起状導体の積層方向での収縮を抑制するように作用し、突起状導体の積層方向での寸法を良好に維持することができる。その結果、突起状導体に関連して面内導体が形成されている場合には、面内導体と積層方向に関してこれと隣り合う他の面内導体との間での電気的接続の信頼性を高めることができる。特に、突起状導体が、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させてなる導電性ペーストを用いて形成されるとき、焼成工程での収縮の問題を避けられないので、上述の効果がより顕著に発揮される。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、少なくとも一部が面内導体の拘束層上に位置する部分上に乗るように、突起状導体が形成されると、セラミックグリーンシート内に埋め込まれた突起状導体の周側面の少なくとも一部に沿って、面内導体の一部が這い上がった状態を得ることができる。この状態によれば、突起状導体によって形成された貫通導体と面内導体との間での接合信頼性が高く、それゆえ、電気的接続の信頼性をさらに高めることができる。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、突起状導体をセラミックグリーンシートの内部に埋め込むにあたって、突起状導体とともに、セラミックグリーンシート全体をその厚み方向にプレスするようにすれば、複数の突起状導体について、これらを一挙に埋め込んだ状態にすることができるとともに、セラミックグリーンシートの密度を高め、プレス前のものに比べて固くすることができる。このことは、前述した第１の局面による製造方法の実施、すなわち、第１の埋め込み工程の後、第２の突起状導体が形成された側を第１のセラミックグリーンシートに向けて、第１のセラミックグリーンシートの上に第２のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ第１および第２のセラミックグリーンシートを積層方向にプレスし、それによって、第２の突起状導体を第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第２の埋め込み工程の実施を可能にする。

また、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、拘束層がセラミックグリーンシートの全面にわたって形成されると、拘束層を、得られた多層セラミック基板の寸法精度の向上にも寄与させることができる。

この発明に係る多層セラミック基板によれば、貫通導体の周側面の少なくとも一部に沿って、介在層および面内導体の各一部が這い上がっているので、貫通導体の形状が良好に保持されるとともに、貫通導体と面内導体との間において、信頼性の高い電気的接続状態を得ることができる。

この発明に係る多層セラミック基板において、上述の貫通導体の周側面に沿って這い上がっている面内導体が、当該面内導体を形成するセラミック層と隣り合うセラミック層の主面に沿って形成された面内導体と電気的に直接接続されていると、これら２つの面内導体間でも、信頼性の高い電気的接続状態を得ることができる。

図１ないし図３は、この発明の第１の実施形態を説明するためのものである。ここで、図１は、多層セラミック基板１を示す断面図であり、図２は、図１に示した多層セラミック基板１の一部を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、多層セラミック基板１は、積層された複数のセラミック層２と、特定のセラミック層２の主面に沿って膜状に延びるように設けられた複数の面内導体３と、特定のセラミック層２を厚み方向に貫通するように設けられた複数の貫通導体４とを備えている。

多層セラミック基板１は、また、その外表面上にいくつかの外面電極５を備えている。また、多層セラミック基板１は、その表面に搭載されたいくつかの表面実装部品６および７を備えている。表面実装部品６は、半田８によって、特定の外面電極５に電気的に接続され、表面実装部品７は、半田９によって、特定の外面電極５に電気的に接続されている。

このような多層セラミック基板１において、少なくともセラミック層２と面内導体３との間には、介在層１８が形成されている。この実施形態では、介在層１８は、各セラミック層２の全面にわたって形成されている。介在層１８は、焼結状態のセラミック層２を得るための焼成工程では実質的に焼結しない無機材料粉末を含むもので、この無機粉末は、セラミック層２の材料の一部が浸透して固着されている。

また、多層セラミック基板１において、介在層１８および面内導体３の各一部は、貫通導体４の周側面１０の少なくとも一部に沿って這い上がっている状態となっている。

なお、図１において、最下層のセラミック層２における貫通導体４の周側面１０には介在層が存在していないが、この貫通導体４の周側面１０にも介在層および面内導体の各一部が這い上がっていてもよい。特に、多層セラミック基板においては、表面のセラミック層に設けられる面内導体や貫通導体とセラミック層との接続強度が問題となることがあるので、最下層のセラミック層、さらには最上層のセラミック層では、介在層および面内導体の各一部が貫通導体の周側面の少なくとも一部、好ましくは全部に這い上がっている状態になっていることが好ましい。

図２において、図１に示したセラミック層２、面内導体３、貫通導体４および介在層１８の各々の特定のものが図示されている。ここで、図２に図示された４つのセラミック層２、３つの面内導体３、２つの貫通導体４および３つの介在層１８の各々を互いに区別する必要がある場合には、セラミック層２については、２（ａ）、２（ｂ）、２（ｃ）および２（ｄ）の参照符号を付し、面内導体３については、３（ａ）、３（ｂ）および３（ｃ）の参照符号を付し、貫通導体４については、４（ａ）および４（ｂ）の参照符号を付し、介在層１８については、１８（ａ）、１８（ｂ）および１８（ｃ）の参照符号を付すことにする。

図２を参照して、たとえば、貫通導体４（ａ）の周側面１０に沿って這い上がっている面内導体３（ａ）は、当該面内導体３（ａ）を形成するセラミック層２（ｂ）と隣り合うセラミック層２（ｃ）の主面に沿って形成された面内導体３（ｂ）と電気的に直接接続されている。また、同様に、貫通導体４（ｂ）の周側面１０に沿って這い上がっている面内導体３（ｂ）は、当該面内導体３（ｂ）を形成するセラミック層２（ｃ）に隣り合うセラミック層２（ｄ）の主面に沿って形成された面内導体３（ｃ）と電気的に直接接続されている。

以上のような構成を有する多層セラミック基板１は、次のようにして製造されることができる。図３は、多層セラミック基板１の製造方法を説明するための断面図であるが、特に、図２に示したセラミック層２（ｂ）および２（ｃ）を備える部分を製造するために実施される工程を順次示している。したがって、多層セラミック基板１を製造するためには、セラミック層２が所望の積層数となるまで、図３に示した工程が繰り返される。

図３（１）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１が用意される。第１のセラミックグリーンシート１１は、図２に示したセラミック層２（ｂ）となるべきものである。多層セラミック基板１を製造するために用意される第１のセラミックグリーンシート１１を含む複数のセラミックグリーンシートは、好ましくは、ガラスセラミック材料、すなわち低温焼結セラミック材料を含む組成とされるが、高温焼結セラミック材料を含むものであってもよい。

低温焼結セラミック材料を含むセラミックグリーンシートは、たとえば、酸化バリウム、酸化ケイ素、アルミナ、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素の各粉末を混合するとともに、この混合物に対して、バインダとしてのポリビニルブチラールと可塑剤としてのジ−ｎ−ブチルフタレートとトルエンおよびイソプロピレンアルコールからなる溶剤とをさらに混合して作製したスラリーを、キャリアフィルム上でドクターブレード法などによってシート状に成形することによって得られる。図３（１）において、第１のセラミックグリーンシート１１は、上述の成形時に用いたキャリアフィルム１２によって裏打ちされた状態となっている。

次に、同じく図３（１）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１上に第１の拘束層１９が形成される。多層セラミック基板を製造するために形成される第１の拘束層１９を含む複数の拘束層は、第１のセラミックグリーンシート１１を含む複数のセラミックグリーンシートを焼結させるための焼成温度では実質的に焼結しない、たとえばアルミナ等の無機材料粉末を含んでいる。

拘束層は、無機材料粉末および有機ビヒクルを混合して作製したペーストを、セラミックグリーンシート上にスクリーン印刷などによって膜状に塗布することによって形成される。この実施形態では、拘束層は、セラミックグリーンシートの全面にわたって形成される。

次に、同じく図３（１）に示すように、導電性ペーストを用いて、少なくとも一部が第１の拘束層１９上に乗るように、第１の面内導体１３が形成される。この実施形態では、第１の面内導体１３のすべての部分が第１の拘束層１９上に乗るように形成される。

上記第１の面内導体１３を含む複数の面内導体は、たとえばスクリーン印刷法のような周知の印刷法によって形成される。また、第１の面内導体１３を含む複数の面内導体を形成するために用いられる導電性ペーストは、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させて得られたものである。

ここで、導電性粉末としては、たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等からなる粉末を用いることができ、有機ビヒクルに含まれるバインダとしては、たとえば、エチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール等を用いることができ、有機ビヒクルに含まれる溶剤としては、たとえば、テレピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、アルコール類等を用いることができる。

また、導電性ペーストにおける導電性粉末の含有率は、５０〜８０重量％に選ばれ、導電性粉末の粒径は０．１〜１０μｍ程度に選ばれる。

次に、同じく図３（１）に示すように、少なくとも一部が第１の面内導体１３の第１の拘束層１９上に位置する部分上に乗るように、第１の突起状導体１４が形成される。第１の面内導体１３と第１の突起状導体１４との位置関係は、得ようとする多層セラミック基板１の設計に応じて決定されるものであるが、この実施形態では、第１の突起状導体１４のすべての部分が第１の面内導体１３上に乗るように形成される。

第１の突起状導体１４を含む複数の突起状導体は、工程管理の煩雑さを避けるためには、上述の面内導体を形成するための導電性ペーストと同じ導電性ペーストを用いることが好ましい。しかしながら、突起状導体は、これを印刷により形成したとき、所定以上の厚みが必要であり、また、後述する工程において、加圧により流動し得る状態でなければならない。これらの点を考慮したときには、突起状導体のための導電性ペーストは、導電性粉末の含有率が７５〜９５重量％であり、粒径は０．５〜３０μｍ程度であることが好ましい。

突起状導体は、所定以上の厚みを得るため、好ましくは、メタルマスクを用いた印刷によって形成される。また、突起状導体をより厚く形成するため、印刷を複数回繰り返す方法が採用されてもよい。なお、突起状導体は、所定の形状を有する金属片または金属焼結体から構成されてもよい。

次に、図３（２）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１が、反転された状態で、キャリアフィルム１２を介して上プレス型１５によって保持され、第１の突起状導体１４が下プレス型１６側に向く状態とされる。

次に、図３（３）に示すように、上プレス型１５と下プレス型１６とが互いに近接するように駆動され、第１のセラミックグリーンシート１１全体が、第１の突起状導体１４とともに、その厚み方向にプレスされる。このようにして、第１の突起状導体１４を第１のセラミックグリーンシート１１の内部に埋め込む、第１の埋め込み工程が実施される。この第１の埋め込み工程において、図３（３）に示されるように、第１の拘束層１９の一部および第１の面内導体１３の一部は、第１の突起状導体１４に伴われて第１のセラミックグリーンシート１１内に埋め込まれる。このとき、プレス型、特に上プレス型１５を４０〜１００℃程度に加熱しておくと、セラミックグリーンシート１１、特に、セラミックグリーンシート１１の上プレス型１５側の表面近傍が柔らかくなり、突起状導体１４を埋め込むことが容易になる。

次に、上プレス型１５が第１のセラミックグリーンシート１１から離隔される。このとき、第１のセラミックグリーンシート１１を裏打ちしていたキャリアフィルム１２が第１のセラミックグリーンシート１１から除去される。

次に、図３（４）の上半部に示すように、第２のセラミックグリーンシート２１がキャリアフィルム２２によって裏打ちされた状態で用意される。第２のセラミックグリーンシート２１は、図２に示したセラミック層２（ｃ）となるべきものである。

第２のセラミックグリーンシート２１上には、無機材料粉末を含む第２の拘束層２９が形成され、次いで、少なくとも一部が第２の拘束層２９上に乗るように、導電性ペーストを用いて第２の面内導体２３が形成され、次いで、その少なくとも一部が第２の面内導体２３の第２の拘束層２９上に位置する部分上に乗るように、第２の突起状導体２４が形成される。この実施形態では、第２の突起状導体２４のすべてが第２の面内導体２３上に乗り、第２の面内導体２３のすべてが第２の拘束層２９上に乗るように形成される。

そして、第２のセラミックグリーンシート２１は、キャリアフィルム２２を介して、上プレス型１５によって保持された状態とされる。このとき、第２のセラミックグリーンシート２１は、第２の突起状導体２４が形成された側を第１のセラミックグリーンシート１１に向けている。

次に、図３（５）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１の上に第２のセラミックグリーンシート２１を積み重ねた状態としながら、上プレス型１５と下プレス型１６とが互いに近接するように駆動され、それによって、第１および第２のセラミックグリーンシート１１および２１が積層方向にプレスされる。このプレス工程の結果として、第２の突起状導体２４を第２のセラミックグリーンシート２１の内部に埋め込む、第２の埋め込み工程が完了する。

すなわち、互いにプレスされる第１および第２のセラミックグリーンシート１１および２１のうち、第１のセラミックグリーンシート１１については、図３（３）の工程において、既にプレスされているので、その密度が比較的高く、それゆえ、比較的固い状態となっているのに対し、第２のセラミックグリーンシート２１については、プレス前の比較的柔らかい状態であるので、第２の突起状導体２４は、第２のセラミックグリーンシート２１の内部へと埋め込まれる。このとき、第２の拘束層２９および第２の面内導体２３にあっては、それぞれの一部が第２の突起状導体２４に伴われて、第２のセラミックグリーンシート２１の内部に埋め込まれる。

そして、図３（５）に示した積層工程を終えたとき、第２のセラミックグリーンシート２１についても、第１のセラミックグリーンシート１１の場合と同様、密度が高められ、比較的固い状態となっている。

図３（５）に示した構造において、第１および第２の突起状導体１４および２４は、それぞれ、第１および第２のセラミックグリーンシート１１および２１を厚み方向に貫通した状態となっている。また、第１の面内導体１３は、第２の面内導体２３と接触した状態を実現している。

このようにして、図２に示したセラミック層２（ｂ）および２（ｃ）を備える部分が作製される。そして、多層セラミック基板１のためのグリーンシート積層体を得るため、セラミックグリーンシートが所望の積層数となるまで、図３（４）および（５）を参照して説明した工程が繰り返される。

なお、第１のセラミックグリーンシート１１は、前述したように、図２に示したセラミック層２（ｂ）となるべきものであるので、積層方向での中間部に位置させるべきものである。したがって、実際には、図３（２）に示した工程において、下プレス型１６上には、既にプレス工程を終えたいくつかのセラミックグリーンシートが積層された状態で配置されている。

このようにして得られたグリーンシート積層体は、次いで、焼成される。この焼成工程において、面内導体１３および２３ならびに突起状導体１４および２４に含まれる導電成分がＡｇを含む場合には、たとえば空気中において８５０℃前後の温度が適用され、Ｃｕを含む場合には、たとえば窒素中において９５０℃前後の温度が適用される。

上述した焼成工程を終えたとき、グリーンシート積層体が焼結し、多層セラミック基板１が得られる。この多層セラミック基板１において、図２に示したセラミック層２（ｂ）および２（ｃ）は、それぞれ、図３に示した第１および第２のセラミックグリーンシート１１および２１に由来し、面内導体３（ａ）および３（ｂ）は、それぞれ、第１および第２の面内導体１３および２３に由来し、貫通導体４（ａ）および４（ｂ）は、それぞれ、第１および第２の突起状導体１４および２４に由来し、介在層１８（ａ）および１８（ｂ）は、それぞれ、第１および第２の拘束層１９および２９に由来している。

前述の焼成工程において、拘束層１９および２９の収縮が実質的に生じないので、拘束層１９および２９は突起状導体１４および２４の積層方向での収縮を抑制するように作用し、突起状導体１４および２４の積層方向での寸法は良好に維持される。その結果、図２に示すように、たとえば、面内導体３（ａ）と積層方向に関してこれと隣り合う面内導体３（ｂ）との間での貫通導体４（ａ）による電気的接続の信頼性を高めることができる。

また、拘束層１９および２９は、前述したように、焼成工程では実質的に焼結しない無機材料粉末を含んでいるので、焼成後の介在層１８では、この無機粉末がセラミック層２の材料の一部の浸透によって固着された状態となっている。

前述したように、焼成工程を終えた後、外面電極５が導電性ペーストの塗布および焼き付けにより形成され、表面実装部品６および７が実装され、図１に示した多層セラミック基板１が完成される。なお、外面電極５を形成するための導電性ペーストの塗布は、グリーンシート積層体の段階で行ない、グリーンシート積層体の焼成において、同時に、外面電極５のための導電性ペーストの焼き付けを行なうようにしてもよい。

また、グリーンシート積層体が、複数の多層セラミック基板１を取り出すことができるマザー状態にある場合には、焼成工程の前に、グリーンシート積層体にブレイクラインのための溝を形成しておき、表面実装部品６および７の実装後にブレイクラインに沿う分割工程が実施される。そして、必要に応じて、多層セラミック基板１に金属カバー（図示せず。）を取り付けるための工程が実施される。

図４は、この発明の第２の実施形態を説明するための図３に対応する図である。図４において、図３に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態は、簡単に言えば、積層されるべき複数のセラミックグリーンシートの各々について、積層前の段階において、図３（１）〜（３）に示した工程を予め実施しておくことを特徴としている。

図４（１）の下半部には、図３（３）に示した工程を終えた第１のセラミックグリーンシート１１が図示されている。他方、図４（１）の上半部には、第２のセラミックグリーンシート２１が図示されているが、この第２のセラミックグリーンシート２１についても、図３（１）〜（３）に示した工程を終えている。

したがって、第１のセラミックグリーンシート１１にあっては、第１の突起状導体１４を、第１の拘束層１９の一部および第１の面内導体１３の一部とともに、その内部に埋め込んだ状態にあり、第２のセラミックグリーンシート２１にあっては、第２の突起状導体２４を、第２の拘束層２９の一部および第２の面内導体２３の一部とともに、その内部に埋め込んだ状態にある。

次に、図４（２）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１の上に第２のセラミックグリーンシート２１が積み重ねられ、その状態で、上プレス型１５と下プレス型１６とが互いに近接するように駆動されることによって、第１および第２のセラミックグリーンシート１１および２１が積層方向にプレスされる。

同様の工程が他のセラミックグリーンシートに対しても実施され、多層セラミック基板１のためのグリーンシート積層体が得られる。なお、プレス工程については、第１および第２のセラミックグリーンシート１１および２１を含む複数のセラミックグリーンシートの各々を積み重ねる度にプレスしても、すべてのセラミックグリーンシートの積み重ねを終えた後にプレスしても、各セラミックグリーンシートを積み重ねる度にプレスしながらも、すべてのセラミックグリーンシートの積み重ねを終えた後に再度プレスするようにしてもよい。

図５は、この発明の第３の実施形態を説明するための図３に対応する図である。図５において、図３に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第３の実施形態は、簡単に言えば、拘束層が、セラミックグリーンシート上の突起状導体が形成されるべき領域にのみ形成されることを特徴としている。

図５（１）には、図３（２）に示した工程に対応する工程が示されている。第１の拘束層１９は、第１のセラミックグリーンシート１１の全面にわたって形成されるのではなく、第１の突起状導体１４が形成されるべき領域にのみ形成される。

図５（２）には、図３（３）に示した工程に対応する工程が示されている。上プレス型１５と下プレス型１６とが互いに近接するように駆動され、第１のセラミックグリーンシート１１全体が、第１の突起状導体１４とともに、その厚み方向にプレスされたとき、第１の拘束層１９は、第１の面内導体１３の一部と同様、第１の突起状導体１４に伴われて第１のセラミックグリーンシート１１内に埋め込まれ、第１の突起状導体１４の周側面に沿って延びる状態となる。

その他の点については、第１の実施形態の場合と実質的に同様である。

この第３の実施形態によれば、焼成工程での拘束層による多層セラミック基板の寸法精度向上の効果についてはあまり期待できない。しかしながら、突起状導体に由来する貫通導体の形状維持のためには、この実施形態のように、部分的な拘束層で十分である。

なお、上述した多層セラミック基板の寸法精度の向上を図ろうとする場合、以下のような実施形態を採用してもよい。

すなわち、多層セラミック基板となるべき焼成前のグリーンシート積層体の上方および下方主面の少なくとも一方上に、焼成工程での焼成温度では実質的に焼結しないアルミナのような焼結温度の比較的高い無機材料粉末を含む収縮抑制用グリーンシートを積み重ね、それによって、グリーンシート積層体と収縮抑制用グリーンシートとからなる複合積層体を作製する。そして、焼成工程を、複合積層体に対して実施する。収縮抑制用グリーンシートの焼成後のものは、多層セラミック基板から除去される。

上述の焼成工程において、収縮抑制用グリーンシートは実質的に焼結しないため、ほとんど収縮せず、これが接するグリーンシート積層体に対して、主面方向への収縮を抑制するように作用する。その結果、得られた多層セラミック基板１の寸法精度を高めることができる。

なお、上述のような収縮抑制用グリーンシートを積み重ねた状態で、グリーンシート積層体を焼成することは、たとえば、前述した第１および第２の実施形態においても適用することができる。

図６は、この発明の第４の実施形態を説明するためのもので、多層セラミック基板４１の一部を拡大して示す断面図である。図６には、第１ないし第３のセラミック層４２〜４４と、第２および第３のセラミック層４３および４４の各主面に沿ってそれぞれ形成された面内導体４５および４６ならびに介在層４９および５０と、第２のセラミック層４３を厚み方向に貫通するように設けられた貫通導体４７とが図示されている。

第４の実施形態では、面内導体４５の一部および介在層４９の一部が、貫通導体４７の周側面４８に沿って這い上がっているが、その這い上がりは周側面４８の途中までであり、もう１つの面内導体４６へは達していない。このような構造は、面内導体４８を形成するための導電性ペーストの粘度および／または介在層４９を形成するための無機材料粉末含有ペーストの粘度が比較的高いときに生じやすい。

図７は、この発明の第５の実施形態を説明するためのもので、多層セラミック基板５１の一部を拡大して示す断面図である。図７には、第１ないし第３のセラミック層５２〜５４と、第２および第３のセラミック層５３および５４の各主面に沿ってそれぞれ形成された面内導体５５および５６ならびに介在層６０および６１と、第２のセラミック層５３を厚み方向に貫通するように設けられた貫通導体５７とが図示されている。

第５の実施形態では、面内導体５５の一部が、貫通導体５７の周側面５８に沿って這い上がっているばかりでなく、貫通導体５７の上面５９上であって、貫通導体５７と面内導体５６との間にまで延びるように形成されている。このような構造は、面内導体５５を形成するための導電性ペーストの粘度が比較的低いときに生じやすい。

また、第５の実施形態では、面内導体５５は、貫通導体５７の周側面５８の全周にわたって這い上がっているのではなく、周方向の一部においてのみ這い上がっている。これは、面内導体５５および貫通導体５７に対する設計の結果もたらされたものであり、セラミック層５３がセラミックグリーンシートの段階にあるとき、面内導体５５上に一部のみが乗るように、貫通導体５７となるべき突起状導体が形成されたためである。

この発明の第１の実施形態を説明するためのもので、多層セラミック基板１を示す断面図である。 図１に示した多層セラミック基板１の一部を拡大して示す断面図である。 図１に示した多層セラミック基板１、特に図２に示したセラミック層２（ｂ）および２（ｃ）を備える部分を製造するために実施される工程を順次示す断面図である。 この発明の第２の実施形態を説明するための図３に対応する図である。 この発明の第３の実施形態を説明するための図３に対応する図である。 この発明の第４の実施形態を説明するためのもので、多層セラミック基板４１の一部を拡大して示す断面図である。 この発明の第５の実施形態を説明するためのもので、多層セラミック基板５１の一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１，４１，５１ 多層セラミック基板
２，４２〜４４，５２〜５４ セラミック層
３，１３，２３，４５，４６，５５，５６ 面内導体
４，４７，５７ 貫通導体
６，７ 表面実装部品
１０，４８，５８ 周側面
１１，２１ セラミックグリーンシート
１４，２４ 突起状導体
１５ 上プレス型
１６ 下プレス型
１８，４９，５０，６０，６１ 介在層
１９，２９ 拘束層

Claims (12)

1. 第１のセラミックグリーンシート上に、当該第１のセラミックグリーンシートを焼結させるための焼成温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む第１の拘束層を形成する工程と、
   少なくとも一部が前記第１の拘束層上に位置する部分上に乗るように、第１の突起状導体を形成する工程と、
   前記第１の突起状導体を、前記第１の拘束層とともに、前記第１のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第１の埋め込み工程と、
   前記第１のセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ前記複数のセラミックグリーンシートを積層方向にプレスすることによって、グリーンシート積層体を作製する、積層工程と、
   前記グリーンシート積層体を焼成する、焼成工程と
   を備える、多層セラミック基板の製造方法。
2. 少なくとも一部が前記第１の拘束層上に乗るように、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させてなる導電性ペーストを用いて、第１の面内導体を形成する工程をさらに備え、
   前記第１の突起状導体を形成する工程は、少なくとも一部が前記第１の面内導体の前記第１の拘束層上に位置する部分上に乗るように、前記第１の突起状導体を形成する工程を備え、
   前記第１の埋め込み工程は、前記第１の突起状導体を、前記第１の拘束層および前記第１の面内導体の各一部とともに、前記第１のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む工程を備える、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
3. 前記第１の埋め込み工程は、前記第１の突起状導体とともに、前記第１のセラミックグリーンシート全体をその厚み方向にプレスする工程を備える、請求項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
4. 第２のセラミックグリーンシート上に、前記無機材料粉末を含む第２の拘束層を形成する工程と、
   第２の突起状導体を第２の拘束層の上に形成する工程と
   をさらに備え、
   前記積層工程は、前記第１の埋め込み工程の後、前記第２の突起状導体が形成された側を前記第１のセラミックグリーンシートに向けて、前記第１のセラミックグリーンシートの上に前記第２のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ前記第１および第２のセラミックグリーンシートを積層方向にプレスし、それによって、前記第２の突起状導体を、前記第２の拘束層の一部とともに、前記第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第２の埋め込み工程を備える、
   請求項３に記載の多層セラミック基板の製造方法。
5. 第２のセラミックグリーンシート上に、前記無機材料粉末を含む第２の拘束層を形成する工程と、
   第２の突起状導体を第２の拘束層の上に形成する工程と、
   前記第２の突起状導体とともに、前記第２のセラミックグリーンシート全体をその厚み方向にプレスし、それによって、前記第２の突起状導体を、前記第２の拘束層の一部とともに、前記第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込む、第２の埋め込み工程と
   をさらに備え、
   前記積層工程は、前記第１および第２の埋め込み工程の後、前記第１および第２のセラミックグリーンシートを積み重ね、かつ積層方向にプレスする工程を備える、
   請求項３に記載の多層セラミック基板の製造方法。
6. 少なくとも一部が前記第２の拘束層上に乗るように、前記導電性ペーストを用いて、第２の面内導体を形成する工程をさらに備え、前記第２の突起状導体は、その少なくとも一部が前記第２の面内導体上に乗るように形成され、前記第２の埋め込み工程は、前記第２の突起状導体を、前記第２の拘束層および前記第２の面内導体の各一部とともに、前記第２のセラミックグリーンシートの内部に埋め込むように実施される、請求項４または５に記載の多層セラミック基板の製造方法。
7. 前記突起状導体は、導電性粉末を有機ビヒクル中に分散させてなる導電性ペーストを用いて形成される、請求項１ないし６のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
8. 前記拘束層は、前記セラミックグリーンシートの全面にわたって形成される、請求項１ないし７のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の製造方法によって製造された、多層セラミック基板。
10. 積層された複数のセラミック層と、特定の前記セラミック層の主面に沿って延びるように設けられた面内導体と、特定の前記セラミック層を厚み方向に貫通するように設けられた貫通導体とを備える、多層セラミック基板であって、
    少なくとも前記セラミック層と前記面内導体との間には、前記セラミック層の材料の一部が浸透して固着された無機材料粉末を含む介在層が形成され、
    前記貫通導体の周側面の少なくとも一部に沿って、前記介在層および前記面内導体の各一部が這い上がっていることを特徴とする、多層セラミック基板。
11. 前記貫通導体の周側面に沿って這い上がっている前記面内導体は、当該面内導体を形成する前記セラミック層と隣り合うセラミック層の主面に沿って形成された面内導体と電気的に直接接続されている、請求項１０に記載の多層セラミック基板。
12. 表面に搭載された表面実装部品をさらに備える、請求項１０または１１に記載の多層セラミック基板。

Images