JP2006351833A - Method of manufacturing multilayer ceramic substrate, and multilayer ceramic substrate - Google Patents

Method of manufacturing multilayer ceramic substrate, and multilayer ceramic substrate Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method related to a multilayer ceramic substrate reducing the transformation region of the end of the substrate, being capable of increasing the number of products manufactured per one substrate and baked at a low temperature. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the multilayer ceramic substrate has a step in which a green sheet composed of ceramics baked at the low temperature is prepared; and the step in which the upper section of a carrier film is coated with ceramic slurry mainly using an inorganic material not baked at the baking temperature of the green sheet, the carrier film is dried, and a constraint sheet is prepared. The method further has the step in which conductor patterns and via conductors are manufactured of conductor paste in a desired green sheet, and the step in which a green-sheet laminate is manufactured by laminating the green sheets with the formed via conductors and/or conductor patterns. The method further has the step in which the green-sheet laminate is baked as the constraint sheets are laminated on both surfaces or one surface of the green-sheet laminate, and the step in which the constraint sheets are removed from the laminate after a baking. In the manufacturing method for the multilayer ceramic substrate, a contact-bonding pressure when the constraint sheets and the green-sheet laminate are compression bonded is set at the compression bonding pressure or higher when the green-sheet laminate is manufactured. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高密度多層配線基板に用いる高精度で高度な平坦性を有する低温同時焼成(LTCC)の多層セラミック基板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a low-temperature co-fired (LTCC) multilayer ceramic substrate having high accuracy and high flatness used for a high-density multilayer wiring substrate and a method for manufacturing the same.

近年、LSI・チップ部品等は小型化・軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も小型化・軽量化が望まれている。このような要求に対して、基板内に内部電極等を配した多層セラミック基板は、要求される高密度配線が可能となり、かつ薄型化が可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において重視されている。   In recent years, LSIs and chip parts have been reduced in size and weight, and a wiring board on which these are mounted is also desired to be reduced in size and weight. In response to such demands, multilayer ceramic substrates with internal electrodes and the like in the substrate are required in today's electronics industry because they enable the required high-density wiring and can be made thinner. .

多層セラミック基板は、セラミック粒子に有機バインダ・可塑剤・溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード法によりグリーンシートを成形した後、銀などの低抵抗金属の粉末を含有する導体ペーストを印刷法によりガラスセラミックグリーンシート上に配線導体のパターンを形成し、次いで複数枚のグリーンシートを積層して、800〜1000℃の温度で同時焼成して得られる。   A multilayer ceramic substrate is made by adding organic binder, plasticizer, solvent, etc. to ceramic particles to form a slurry. After forming a green sheet by the doctor blade method, a conductive paste containing powder of low resistance metal such as silver is printed by the printing method. A wiring conductor pattern is formed on a glass ceramic green sheet, and then a plurality of green sheets are laminated and co-fired at a temperature of 800 to 1000 ° C.

ところが、多層セラミック基板は、焼成工程において焼結に伴う収縮を生じるという問題がある。このような収縮は一様ではなく、使用する基板用の無機材料、グリーンシートの組成、原料である粉体粒度のバラツキ、配線導体のパターン、基板内部に配置される配線導体の材料等により収縮率や収縮方向が異なる。   However, the multilayer ceramic substrate has a problem of causing shrinkage due to sintering in the firing step. Such shrinkage is not uniform, and shrinks due to the inorganic material for the substrate used, the composition of the green sheet, the variation in powder particle size as the raw material, the pattern of the wiring conductor, the material of the wiring conductor arranged inside the board, etc. The rate and shrinkage direction are different.

この収縮率や収縮方向の不均一性を小さくするため、ガラスセラミックグリーンシート積層体の両面または片面に、ガラスセラミックス成分の焼成温度では焼結しないアルミナを材料とする拘束シートを積層して焼成し、その後、拘束シートを超音波洗浄やサンドブラスト等で除去する方法、いわゆる無収縮プロセスが行われている(特許文献1参照)。   In order to reduce this shrinkage rate and non-uniformity in the shrinking direction, a constraining sheet made of alumina that does not sinter at the firing temperature of the glass ceramic component is laminated on both sides or one side of the glass ceramic green sheet laminate and fired. Thereafter, a method of removing the constraining sheet by ultrasonic cleaning, sandblasting, or the like, a so-called non-shrinkage process is performed (see Patent Document 1).

また、無収縮焼成では基板端部の拘束層は剥離し易いため、基板端部に大きな反りや変形が発生する。このため、特許文献2では周縁部から3mm以上内側の領域に配線回路を形成する方法が開示されている。   In addition, since the constraining layer at the end of the substrate is easily peeled in the non-shrink firing, a large warp or deformation occurs at the end of the substrate. For this reason, Patent Document 2 discloses a method of forming a wiring circuit in a region 3 mm or more inside from the peripheral edge.

また、特許文献3では、基板の平坦度を向上させるために、グリーンシート積層体作製工程における第1の圧着圧力を、拘束層を設ける工程における第2の圧着圧力より大きくする方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a method for increasing the first pressure-bonding pressure in the green sheet laminate manufacturing step to be higher than the second pressure-bonding pressure in the step of providing the constraining layer in order to improve the flatness of the substrate. Yes.

国際公開WO99/56510号公報International Publication No. WO99 / 55610 特開2003−249755号公報JP 2003-249755 A 特開平9−249460号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-249460

従来の無収縮プロセスを用いた多層セラミック基板の製造方法では、基板端部が変形し易いという問題があった。また、端部の変形を考慮して、変形領域を避けて製品を作製すると、取れ数が少なくなってしまうという問題があった。   The conventional method for manufacturing a multilayer ceramic substrate using a non-shrink process has a problem that the end portion of the substrate is easily deformed. In addition, if the product is manufactured by avoiding the deformation region in consideration of the deformation of the end portion, there is a problem that the number of removal is reduced.

そこで本発明は、多層セラミック基板の製造方法において、基板端部の変形領域を低減し、1基板当たりの製品取れ数を増加できる低温焼成(LTCC)の多層セラミック基板に係る製造方法を提供し、もって、高精度で高度な平坦性を有する信頼性の高い多層セラミック基板の提供を目的とする。   Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate of low temperature firing (LTCC) that can reduce the deformation region of the substrate end and increase the number of products per substrate in the method of manufacturing a multilayer ceramic substrate, Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable multilayer ceramic substrate having high accuracy and high flatness.

本発明は、低温焼成可能なガラスセラミックよりなるグリーンシートを準備する工程と、前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない無機材料を主とするセラミックスラリーを用いて拘束シートを準備する工程と、前記グリーンシートのうち、所望のグリーンシートに導体ペーストで所望の導体パターンを作製する工程と、前記導体パターンを適宜形成したグリーンシートを積層、圧着してグリーンシート積層体を作製する工程と、前記拘束シートによる拘束層を前記グリーンシート積層体の上下両面または片面に圧着して設ける工程と、前記拘束層を設けた前記グリーンシート積層体を当該グリーンシートが焼結する温度で焼成する工程と、焼成後の前記グリーンシート積層体から前記拘束層を除去する工程とを具備する多層セラミック基板の製造方法であって、前記拘束層を設けるにおける第2の圧着条件を、前記グリーンシート積層体作製工程における第1の圧着条件以上にすることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法である。尚、前記導体パターンを作製する工程で、所望のグリーンシートにビアホールを形成し、これに導体ペーストを充填してビア導体を作製する工程を加えても良い。   The present invention provides a step of preparing a green sheet made of glass ceramic that can be fired at a low temperature, a step of preparing a constraining sheet using a ceramic slurry mainly composed of an inorganic material that is not sintered at the firing temperature of the green sheet, Of the green sheets, a step of producing a desired conductor pattern with a conductor paste on a desired green sheet, a step of laminating and pressing a green sheet appropriately formed with the conductor pattern to produce a green sheet laminate, and the restraint A step of providing a constraining layer made of a sheet by pressure bonding to the upper and lower surfaces or one side of the green sheet laminate, a step of firing the green sheet laminate provided with the constraining layer at a temperature at which the green sheet sinters, and firing Removing the constraining layer from the green sheet laminate later A method for manufacturing a multilayer ceramic substrate, characterized in that the second pressure bonding condition in providing the constraining layer is equal to or higher than the first pressure bonding condition in the green sheet laminate manufacturing step. . In the step of producing the conductor pattern, a step of forming a via conductor by forming a via hole in a desired green sheet and filling it with a conductor paste may be added.

本発明の製造方法における圧着条件は、圧力であって、第2の圧着圧力を第1の圧着圧力以上にすることである。また、前記圧着条件は、温度であって、第2の圧着温度を第1の圧着温度以上にすることである。また、前記圧着条件は、時間であって、第2の圧着時間を第1の圧着時間以上にすることである。   The pressure-bonding condition in the manufacturing method of the present invention is pressure, and the second pressure-bonding pressure is set to be equal to or higher than the first pressure-bonding pressure. The pressure bonding condition is temperature, and the second pressure bonding temperature is set to be equal to or higher than the first pressure bonding temperature. Further, the pressure bonding condition is time, and the second pressure bonding time is set to be equal to or longer than the first pressure bonding time.

本発明は、複数のセラミック層と、該複数のセラミック層の内部および少なくとも1つの主面表面上に形成された導体パターンと、該導体パターン同士を接続するビア導体と、を備えた多層セラミック基板であって、前記多層セラミック基板の製造方法により作製されたことを特徴とする多層セラミック基板である。   The present invention provides a multilayer ceramic substrate comprising a plurality of ceramic layers, a conductor pattern formed on the inside and at least one main surface of the plurality of ceramic layers, and via conductors connecting the conductor patterns to each other. A multilayer ceramic substrate manufactured by the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法によると、基板端部の変形領域の少ない、高精度で高度な平坦性を有する低温焼成(LTCC)の多層セラミック基板を得ることができ、もって、高精度で高度な平坦性を有する信頼性の高い多層セラミック基板を提供できる。   According to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, it is possible to obtain a low-temperature fired (LTCC) multilayer ceramic substrate having a high degree of accuracy and high flatness with a small deformation region at the edge of the substrate. And a highly reliable multilayer ceramic substrate having a high level of flatness.

(作用効果)
本願発明者は、多層セラミック基板の製造方法における基板端部の変形について精査した結果、拘束層とグリーンシート積層体の密着性が支配的な因子であることを見出し、更に拘束層とグリーンシート積層体を圧着する際の圧着条件、すなわち圧力、温度、時間を増加させると、基板端部の変形領域が減少することを知見した。そのメカニズムは次のように推測される。拘束層は、グリーンシート積層体との圧着によって、グリーンシート積層体に食い込み、拘束力を発揮する。焼成中、積層体は収縮しようとする力が働くため、拘束層と積層体の界面では平面方向の力が働くことになる。この際、基板端部では拘束層が剥離し易いため、拘束層の剥離が起こる。拘束層が剥離した領域では、平面方向の収縮が抑制されないため変形が生じる。グリーンシート積層体に対する拘束層の食い込みが弱いと、前記の焼成時における平面方向の力によって拘束層が剥離し易いため、広い領域において拘束層の剥離が起こり、その結果、変形領域が大きくなる。拘束層とグリーンシート積層体を圧着する際の圧着圧力(第2の圧着)を、グリーンシート積層体の作製時の圧着圧力(第1の圧着)より大きくすることにより、グリーンシート積層体に対して拘束層を強力に食い込ませることができ、前記の収縮時の平面方向の収縮しようとする力に対して、拘束層の剥離が起こりにくくなるため、変形領域が低減されると考えている。こうした圧力要件が主たる条件であると考えているが、温度や時間の条件も変形領域が減少することに影響する。即ち、圧着時間に関しては、圧着時間を長くすることにより圧力を高くした際と同様の効果が得られ、その際と同様の理由により変形領域が低減される。また、温度に関しては温度が高いほどグリーンシート積層体中のバインダー、可塑剤が軟化するため、変形しやすくなる。グリーンシート積層体と拘束層との間の密着性は、積層体や拘束層の微視的な変形しやすさに依存していると考えられるため、第2の圧着時における温度を高くすることにより、グリーンシート積層体と拘束層との間の密着性は向上し、焼成時の剥離が起こりにくくなる。その結果、変形領域が減少する。
以上により、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法を用いると、基板端部の変形領域を低減した、製品取れ数の多い基板が作製可能となる。
(Function and effect)
The inventor of the present application has scrutinized the deformation of the substrate edge in the method for producing a multilayer ceramic substrate, and found that the adhesion between the constraining layer and the green sheet laminate is a dominant factor. It has been found that the deformation region at the edge of the substrate decreases when the pressure-bonding conditions for pressure-bonding the body, that is, pressure, temperature, and time are increased. The mechanism is presumed as follows. The constraining layer bites into the green sheet laminate by pressure bonding with the green sheet laminate and exerts a restraining force. During firing, the laminate is subjected to a force that tends to shrink, so that a planar force acts at the interface between the constraining layer and the laminate. At this time, since the constraining layer easily peels off at the substrate end, the constraining layer peels off. In the region where the constraining layer is peeled off, deformation occurs because the shrinkage in the planar direction is not suppressed. If the biting of the constraining layer with respect to the green sheet laminate is weak, the constraining layer peels easily due to the force in the planar direction during the firing, and thus the constraining layer peels over a wide area, resulting in a large deformation region. By making the crimping pressure (second crimping) when crimping the constraining layer and the green sheet laminate higher than the crimping pressure (first crimping) when producing the green sheet laminate, Thus, the constraining layer can be strongly entrapped, and the constraining layer is less likely to be peeled off against the force to contract in the planar direction at the time of contraction, so that the deformation region is considered to be reduced. We believe that these pressure requirements are the main conditions, but temperature and time conditions also affect the reduction of deformation area. That is, with respect to the pressure bonding time, the same effect as that obtained when the pressure is increased by increasing the pressure bonding time is obtained, and the deformation region is reduced for the same reason as that. Further, regarding the temperature, the higher the temperature, the softer the binder and plasticizer in the green sheet laminate, and thus the easier the deformation. Since the adhesion between the green sheet laminate and the constraining layer is thought to depend on the microscopic deformation of the laminate or constraining layer, the temperature during the second press bonding should be increased. As a result, the adhesion between the green sheet laminate and the constraining layer is improved, and peeling during firing hardly occurs. As a result, the deformation area is reduced.
As described above, when the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention is used, it is possible to manufacture a substrate with a large number of products that can be obtained by reducing the deformation region of the end portion of the substrate.

以下、図面を参照して本発明を説明する。
図1は、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法を示す工程図である。ここで、下記の工程順序は一例を示しただけで、必ずしも下記の工程順である制約は無く、また複数の工程を同時に実施してもよく、場合によっては、不要となる工程は実施しない場合もある。
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention. Here, the following process order is just an example, there is no restriction that the order of the following process is not necessarily, and a plurality of processes may be performed at the same time. In some cases, unnecessary processes are not performed. There is also.

さて、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法のうち、低温焼成可能なセラミックでなる複数のグリーンシート10a、10b、10cを準備する工程は、図1(A)、(B)で例示したキャリアフィルム5上へのドクターブレード法による作製によることができる。尚、低温焼成可能なセラミックでなる複数のグリーンシート10a、10b、10cの作製はドクターブレード法に限定されず、例えば印刷法によって作製することもできる。以下、製造工程を順を追って説明する。   Now, in the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, the step of preparing a plurality of green sheets 10a, 10b, 10c made of ceramic that can be fired at low temperature is the carrier illustrated in FIGS. 1 (A) and 1 (B). It can be produced by a doctor blade method on the film 5. The production of the plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c made of ceramic that can be fired at a low temperature is not limited to the doctor blade method, and may be produced by, for example, a printing method. Hereinafter, the manufacturing process will be described in order.

図1(A)は、前記複数のグリーンシート10a、10b、10cの焼成温度では焼結しない無機材料(例えばアルミナ)を主とするセラミックスラリー1をドクターブレード法でキャリアフィルム5上に所定厚みで塗布して拘束シート60a、60bを形成する工程を模式的に示す。セラミックスラリー1は、セラミック粒子をバインダと溶剤で泥しょう(スラリー)化したものである。   FIG. 1A shows a ceramic slurry 1 mainly composed of an inorganic material (for example, alumina) that does not sinter at the firing temperature of the plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c on a carrier film 5 with a predetermined thickness by a doctor blade method. The process of apply | coating and forming the restraint sheets 60a and 60b is shown typically. The ceramic slurry 1 is obtained by forming ceramic particles into a slurry (slurry) with a binder and a solvent.

図1(B)は、乾燥した後、キャリアフィルム5を剥離して拘束シート60a、60bを準備する工程を示す。
図1(C)は、複数のグリーンシート10a、10b、10cを準備する工程を示している。但し、ここでは3層としているが、積層数は特定できず、回路構成によって異なり10層以上積層する場合もある。
図1(D)は複数のグリーンシート10a、10b、10c(この例では全てのグリーンシートとした)にビアホール20a、20bを作製する工程を示す。
図1(E)は、前記複数のグリーンシート10a、10b、10cのうち、所望のグリーンシート10a、10b、10cのビアホール20a、20bに導体ペーストでビア導体30a、30bを作製する工程と、所望のグリーンシート10a、10b、10cの表面に導体ペーストで導体パターン40a、40bを作製する工程とを示す。
ここで、所望のグリーンシートとは、多層セラミック基板の回路設計の必要に応じてビア導体30a、30bや導体パターン40a、40bを形成するグリーンシートをいう。図1(E)の例では、全てのグリーンシートにビア導体30a、30bや導体パターン40a、40bを形成した。
FIG. 1B shows a step of preparing the restraining sheets 60a and 60b by peeling the carrier film 5 after drying.
FIG. 1C shows a step of preparing a plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c. However, although the number of layers is three here, the number of layers cannot be specified, and depending on the circuit configuration, ten or more layers may be stacked.
FIG. 1D shows a process of forming via holes 20a and 20b in a plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c (all green sheets in this example).
FIG. 1E shows a step of forming via conductors 30a and 30b with a conductive paste in via holes 20a and 20b of desired green sheets 10a, 10b, and 10c among the plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c. The process of producing the conductor patterns 40a and 40b with the conductor paste on the surface of the green sheets 10a, 10b, and 10c is shown.
Here, the desired green sheet refers to a green sheet on which the via conductors 30a and 30b and the conductor patterns 40a and 40b are formed as necessary for circuit design of the multilayer ceramic substrate. In the example of FIG. 1E, via conductors 30a and 30b and conductor patterns 40a and 40b are formed on all the green sheets.

図1(F)は、プレスによる圧着、キャリアフィルムの剥離工程を繰り返して、前記ビア導体30a及び/または導体パターン40aを形成した複数のグリーンシート10a、10b、10cを積層してグリーンシート積層体50を作製する第1の圧着工程を示す。
グリーンシート積層体50を作製する工程を、更に詳しく説明する。
先ず、多層セラミック基板の表層となるグリーンシート10aを、固定用フィルム上にセットし、上側の金型で所定の圧力、温度、時間プレスし圧着する。上下の金型はヒーターを内蔵した単純な平板形状でよい。
プレスによる圧着が終わると、キャリアフィルム5を剥離する。この時、グリーンシートは固定用フィルムに強固に固定されており、キャリアフィルム5の剥離に際して一緒に剥離されることはない。
FIG. 1 (F) shows a green sheet laminate in which a plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c formed with the via conductors 30a and / or conductor patterns 40a are laminated by repeating the press bonding and carrier film peeling steps. The 1st crimping | compression-bonding process which produces 50 is shown.
The process for producing the green sheet laminate 50 will be described in more detail.
First, the green sheet 10a as the surface layer of the multilayer ceramic substrate is set on the fixing film, and is pressed and pressed with a predetermined pressure, temperature and time with an upper mold. The upper and lower molds may have a simple flat plate shape with a built-in heater.
When the press bonding by the press is finished, the carrier film 5 is peeled off. At this time, the green sheet is firmly fixed to the fixing film and is not peeled together when the carrier film 5 is peeled off.

次に、第2層目のグリーンシート10bを積層する。グリーンシートには、内層に所定パターンの内部回路を構成する導体パターン40c、40dが印刷されている。グリーンシートを、主面が第1層のグリーンシート10aに当接するようにセットし、第1層のグリーンシート10aの場合と同様に、プレスし圧着する。この時、プレス温度を印刷ペースト内の粘着剤が軟化固着する温度とすれば、加圧力により印刷部が相手側のグリーンシートと接合する。従って、グリーンシート同士は、印刷ペーストを介して結合される。また、電極が無くセラミック層同士が直接接触するところも、電極を介する場合と同様に軟化して固着し、結合する。プレス温度は粘着剤の種類にもよるが、通常40〜90℃程度の低温でよく、接合強度は加圧力を変えることにより調整できる。
圧着後、キャリアフィルムを剥離する。第3層の10c以降は、第2層目の10bの積層で述べたと同様な一連の作業を繰り返す。また、積層体を強力に一体化させるために、さらに圧着工程を行ってもよい。
Next, the second green sheet 10b is laminated. On the green sheet, conductor patterns 40c and 40d constituting an internal circuit of a predetermined pattern are printed on the inner layer. The green sheet is set so that the main surface is in contact with the first-layer green sheet 10a, and is pressed and pressure-bonded as in the case of the first-layer green sheet 10a. At this time, if the press temperature is set to a temperature at which the adhesive in the printing paste is softened and fixed, the printing part is bonded to the counterpart green sheet by the applied pressure. Accordingly, the green sheets are joined together via the printing paste. In addition, where there is no electrode and the ceramic layers are in direct contact with each other, they are softened, fixed, and bonded in the same manner as when the electrodes are interposed. Although the pressing temperature depends on the type of pressure-sensitive adhesive, it may be a low temperature of about 40 to 90 ° C., and the bonding strength can be adjusted by changing the pressing force.
After pressure bonding, the carrier film is peeled off. After the third layer 10c, a series of operations similar to those described for the second layer 10b is repeated. Moreover, in order to integrate a laminated body strongly, you may perform a crimping | compression-bonding process further.

尚、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、前述のグリーンシート積層体50の作製方法に限定されるものではない。すなわち、積層工程では、キャリアフィルムを用いないで、ステンレスなどの剛性の高い枠にグリーンシートを軽い張力を維持した状態で張り、剛性の高い枠ごと取り扱って印刷と積層を行う方法や、シート状のセラミックのみならず液状ペーストのセラミック材料の塗布/乾燥を繰り返す方法を採ることも可能であり、いずれの積層体作製方法を用いても本発明は有効に適用可能である。
また、図1(F)には図示してないが、グリーンシート積層体50を作製した後に、焼成後の最終分割を容易にするための分割溝を入れることも、しばしば有効である。
In addition, the manufacturing method of the multilayer ceramic substrate which concerns on this invention is not limited to the preparation methods of the above-mentioned green sheet laminated body 50. FIG. That is, in the laminating process, without using a carrier film, a green sheet is stretched on a rigid frame such as stainless steel with light tension maintained, and the rigid frame is handled and printed and laminated. It is also possible to adopt a method of repeatedly applying / drying the ceramic material of the liquid paste as well as the ceramic of any of the above, and the present invention can be applied effectively by using any laminate manufacturing method.
Although not shown in FIG. 1 (F), it is often effective to provide a dividing groove for facilitating the final division after firing after the green sheet laminate 50 is produced.

図1(G)は、前記複数のグリーンシート10a、10b、10cの焼成温度では焼結しない無機材料として、アルミナ粒子をバインダで結合した拘束シート60a、60bを前記グリーンシート積層体50の両面に積層した状態を示す図であり、このまま一体に焼成する。この際、重要なことは、拘束シート60a、60bをグリーンシート積層体50に圧着する第2の圧着工程の際に、グリーンシート積層体50の作製における第1の圧着工程の圧着条件以上に強力な圧着条件を適用することである。   FIG. 1 (G) shows constraining sheets 60a and 60b in which alumina particles are bonded with a binder as inorganic materials that are not sintered at the firing temperature of the plurality of green sheets 10a, 10b, and 10c on both sides of the green sheet laminate 50. It is a figure which shows the state laminated | stacked, and it bakes integrally as it is. At this time, what is important is that, in the second pressure-bonding process in which the restraining sheets 60a and 60b are pressure-bonded to the green sheet laminate 50, it is stronger than the pressure-bonding conditions in the first pressure-bonding process in the production of the green sheet laminate 50. Applying proper crimping conditions.

図1(H)は、焼成後のグリーンシート積層体50から焼結しない拘束シート60a、60bを除去する工程を示す。焼成によって積層方向に収縮しているが、面内ではほとんど収縮していない。このようにして、所望層同士の配線パターンが接続され、三次元回路を形成することができる。   FIG. 1H shows a step of removing the unsintered restraint sheets 60a and 60b from the fired green sheet laminate 50. Although it shrinks in the stacking direction by firing, it hardly shrinks in the plane. In this way, the wiring patterns of the desired layers are connected, and a three-dimensional circuit can be formed.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法においてグリーンシート10a、10b、10cに用いるセラミックの材料組成は、銀などの導体ペーストと同時焼成できる低温焼結セラミックス材料、所謂LTCCセラミックなら何でも使用できる。より好ましくは、主成分であるAl,Si,Sr,TiをそれぞれAl、SiO、SrO、TiOに換算したとき、Al換算で10〜60質量%、SiO換算で25〜60質量%、SrO換算で7.5〜50質量%、TiO換算で20質量%以下(0を含む)であり、その主成分100質量%に対して、副成分として、Bi、Na、K、Coの群のうちの少なくとも1種をBi換算で0.1〜10質量%、NaO換算で0.1〜5質量%、KO換算で0.1〜5質量%、CoO換算で0.1〜5質量%含有し、更に、Cu、Mn、Agの群のうちの少なくとも1種をCuO換算で0.01〜5質量%、MnO換算で0.01〜5質量%、Agを0.01〜5質量%含有し、その他不可避不純物を含有している混合物を700℃〜850℃で仮焼し、これを粉砕して平均粒径0.6〜2μmの微粉砕粒子からなる誘電体磁器組成物である。
これにより、本発明の誘電体磁器組成物は、銀や銅、金といった高い導電率を有する金属材料を内部電極として用いて、一体焼結を行うことができる。よって、本発明によると、誘電体材料の有する高いQ値を用い、しかも電気抵抗による損失を抑えた内部電極を用い、極めて損失の小さい電子部品を構成することができる。これにより、優れた電気特性および低損失な多層セラミック基板を実現することができる。
As the material composition of the ceramic used for the green sheets 10a, 10b, and 10c in the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, any low-temperature sintered ceramic material that can be co-fired with a conductor paste such as silver, so-called LTCC ceramic, can be used. More preferably, when Al, Si, Sr, and Ti, which are main components, are converted into Al 2 O 3 , SiO 2 , SrO, and TiO 2 , respectively, 10 to 60% by mass in terms of Al 2 O 3 and in terms of SiO 2 25 to 60% by mass, 7.5 to 50% by mass in terms of SrO, 20% by mass or less (including 0) in terms of TiO 2 , Bi, Na as subcomponents with respect to 100% by mass of the main component , K, and Co, 0.1 to 10% by mass in terms of Bi 2 O 3 , 0.1 to 5% by mass in terms of Na 2 O, and 0.1 to 5 in terms of K 2 O It is contained in an amount of 0.1 to 5% by mass in terms of CoO, and at least one of the group of Cu, Mn, and Ag is 0.01 to 5% by mass in terms of CuO and 0.01 in terms of MnO 2. -5% by mass, 0.01 to 5% by mass of Ag, and other inevitable impurities Calcined at 700 ° C. to 850 ° C. The mixture containing a dielectric ceramic composition comprising finely divided particles having an average particle diameter of 0.6~2μm by pulverizing it.
Thereby, the dielectric ceramic composition of the present invention can be integrally sintered using a metal material having a high conductivity such as silver, copper, or gold as an internal electrode. Therefore, according to the present invention, it is possible to configure an electronic component with extremely small loss by using the internal electrode that uses the high Q value of the dielectric material and suppresses the loss due to electric resistance. As a result, a multilayer ceramic substrate with excellent electrical characteristics and low loss can be realized.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、拘束シート60a、60bに用いるセラミックの材料組成は、グリーンシート10a、10b、10cに用いるLTCCセラミックの焼成温度(800〜1000℃程度)では焼成しないものであれば使用できるが、様々な種類のアルミナが安価に入手できるのでアルミナを用いることが一般的である。   In the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, the material composition of the ceramic used for the constraining sheets 60a, 60b is not fired at the firing temperature (about 800-1000 ° C.) of the LTCC ceramic used for the green sheets 10a, 10b, 10c. However, since various types of alumina can be obtained at low cost, it is common to use alumina.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法におけるグリーンシート10a、10b、10c、拘束シート60a、60bの作製および拘束シートの形成手順について説明する。
グリーンシート10a、10b、10cは多層セラミック基板100の誘電体層を形成する、拘束シート60a、60bは焼成の間だけX−Y方向の収縮を拘束して焼成後は除去される、という機能の差があり材料組成も異なるものの、共にグリーンシートの製造という観点からは共通している。
The production of the green sheets 10a, 10b, 10c, the restraining sheets 60a, 60b and the forming procedure of the restraining sheets in the method for producing a multilayer ceramic substrate according to the present invention will be described.
The green sheets 10a, 10b, and 10c form a dielectric layer of the multilayer ceramic substrate 100. The restraint sheets 60a and 60b restrain the shrinkage in the XY direction only during firing and are removed after firing. Although there are differences and material compositions are different, both are common from the viewpoint of manufacturing green sheets.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、グリーンシート積層体50や拘束シート60a、60bに用いるグリーンシートの製造方法には、従来からのドクターブレード法などが適用できる。すなわち、ドクターブレード法などにより、誘電体、バインダ、及び可塑剤よりなるセラミックスラリーを、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのようなキャリアフィルム上に均一な厚さで塗布し、数十μmから数百μmのグリーンシート10a、10b、10cを形成する。
拘束グリーンシート60a、60bは、セラミックのグリーンシート10a、10b、10cの作製と同様にして、有機バインダ,可塑剤,溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダ、可塑剤、溶剤としては、セラミックのグリーンシート10a、10b、10cで使用したものと同様な材料が使用可能である。
In the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, a conventional doctor blade method or the like can be applied to a method for manufacturing a green sheet used for the green sheet laminate 50 and the constraining sheets 60a and 60b. That is, a ceramic slurry made of a dielectric, a binder, and a plasticizer is applied with a uniform thickness on a carrier film such as a polyethylene terephthalate (PET) film by a doctor blade method or the like, and several tens to several hundreds of μm. Green sheets 10a, 10b, and 10c are formed.
The constraining green sheets 60a and 60b are obtained by molding using an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like in the same manner as the production of the ceramic green sheets 10a, 10b, and 10c. As the organic binder, plasticizer, and solvent, the same materials as those used in the ceramic green sheets 10a, 10b, and 10c can be used.

セラミックスラリーには、グリーンシートを形成するに必要なだけのバインダ量を含有させている。最適なバインダ量は、誘電体の粒子サイズや成分などによって異なるため、一義的ではなく、ケースバイケースで決定する。
そして必要に応じて、乾燥後のグリーンシートをキャリアフィルム5が付いたまま所定の寸法に裁断する。
The ceramic slurry contains a binder amount necessary for forming the green sheet. The optimum binder amount varies depending on the particle size and composition of the dielectric, and is not unambiguous and is determined on a case-by-case basis.
If necessary, the dried green sheet is cut into a predetermined size with the carrier film 5 attached.

次にスクリーン印刷により、キャリアフィルム5の反対面である主面の製品となる所定箇所に、所定パターンの内部回路を印刷する。印刷用ペーストは、導体として作用するAg粉と、これを印刷面に定着するための粘着剤を有している。
次に、グリーンシートを所定の順序に積層、圧着しグリーンシート積層体を形成する。その後、積層体の底面に底面側電極を印刷し、必要に応じて積層体50をより強力に一体化させるための圧着工程を行った後、更に必要に応じて、上面またもしくは下面に溝入れ加工を施した後、積層体50の作製に適用された圧着条件以上に強力な圧着条件で拘束シート60a、60bを圧着する。しかる後焼成炉において脱脂・焼成して、多層セラミック基板を完成させる。
Next, an internal circuit having a predetermined pattern is printed by screen printing at a predetermined portion that is a product on the main surface that is the opposite surface of the carrier film 5. The printing paste has an Ag powder that acts as a conductor and an adhesive for fixing the Ag powder on the printing surface.
Next, the green sheets are laminated and pressure-bonded in a predetermined order to form a green sheet laminate. Thereafter, a bottom electrode is printed on the bottom surface of the laminate, and a crimping step for more strongly integrating the laminate 50 is performed as necessary, and then further grooved on the upper surface or the lower surface as necessary. After the processing, the constraining sheets 60a and 60b are pressure bonded under pressure bonding conditions stronger than the pressure bonding conditions applied to the production of the laminate 50. Thereafter, the multilayer ceramic substrate is completed by degreasing and firing in a firing furnace.

なお、図1において、多層セラミック基板の第1層、すなわち表層10aのAg電極の導体パターン40a、40bの一部に、また更に底面側の40g、40hの一部にも、図示しないオーバーコートを設けることも多い。オーバーコートの材質としては、例えばアルミナ−ガラス系低温焼成セラミック材料に例えばオーバーコート自身の視認性を向上するような機能を付与するための添加成分を加えた絶縁層が挙げられる。なお、焼結収縮特性や熱膨張特性がLTCCセラミック基板の素材と近似していることが望ましい。
表層の導体パターン40a、40b、40g、40hの一部、周縁にオーバーコートを被覆して電極被覆領域を形成することにより、表層の導体パターン40a、40b、40g、40hの機械的保護と共に、多層セラミック基板を使用する際に、表層の導体パターン40a、40b、40g、40hの上に設けた半田が流れ出して意図しない導電部と短絡することを防止することができる。その場合には、表層の導体パターン40a、40b、40g、40hのみならず、オーバーコートへの拘束層のアルミナ粒子の残留を極力低減する必要がある。
In FIG. 1, an overcoat (not shown) is formed on the first layer of the multilayer ceramic substrate, that is, on a part of the conductor patterns 40a and 40b of the Ag electrode on the surface layer 10a, and further on a part of the bottom side 40g and 40h. Often provided. Examples of the material for the overcoat include an insulating layer in which an additive component for imparting a function that improves the visibility of the overcoat itself, for example, is added to an alumina-glass low-temperature fired ceramic material. In addition, it is desirable that the sintering shrinkage characteristic and the thermal expansion characteristic approximate to the material of the LTCC ceramic substrate.
By forming an electrode coating region by coating an overcoat on the periphery and a part of the surface conductor patterns 40a, 40b, 40g, and 40h, a multi-layer is provided along with mechanical protection of the surface conductor patterns 40a, 40b, 40g, and 40h. When the ceramic substrate is used, it is possible to prevent the solder provided on the conductive patterns 40a, 40b, 40g, and 40h on the surface layer from flowing out and short-circuiting with an unintended conductive portion. In that case, it is necessary to reduce as much as possible the residual alumina particles of the constraining layer on the overcoat as well as the surface conductive patterns 40a, 40b, 40g, and 40h.

低温焼成セラミックのグリーンシートは、ドクターブレード法に限定されるものではなく、低温焼成セラミックを主とするペーストを作製し、印刷手段により塗布して印刷層として形成することも出来る。このペーストの場合は、ドクターブレード法でグリーンシートを形成する場合に比べて、有機バインダの選定条件が緩やかとなり、少なくとも流動性を付与するものであれば良く、添加量も少なくてすむ。   The green sheet of the low-temperature fired ceramic is not limited to the doctor blade method, and a paste mainly composed of the low-temperature fired ceramic can be produced and applied by a printing means to form a printed layer. In the case of this paste, as compared with the case where the green sheet is formed by the doctor blade method, the selection condition of the organic binder becomes mild, and at least the fluidity can be imparted, and the addition amount can be reduced.

以下、具体例を通して、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法を説明する。
図1に例示した製造方法を用い、厚さ1.1mmのグリーンシート積層体を作製した。拘束シート60a,60bを構成する無機材料の粒子としてアルミナを用い、厚さ0.2mmのアルミナシートを作製した。
拘束シート60a、60bのグリーンシート積層体50に対向する面を、PET(ポリエチレンテレフタレート)のキャリアフィルム5との接触面15Aとしてグリーンシート積層体50の上下に積層してから焼成した。その後、超音波洗浄で拘束シートを除去した。
Hereinafter, the manufacturing method of the multilayer ceramic substrate according to the present invention will be described through specific examples.
Using the manufacturing method illustrated in FIG. 1, a green sheet laminate having a thickness of 1.1 mm was produced. Alumina was used as the inorganic material particles constituting the constraining sheets 60a and 60b, and an alumina sheet having a thickness of 0.2 mm was produced.
The surfaces of the constraining sheets 60a and 60b facing the green sheet laminate 50 were laminated on the top and bottom of the green sheet laminate 50 as a contact surface 15A with the PET (polyethylene terephthalate) carrier film 5, and then fired. Thereafter, the restraining sheet was removed by ultrasonic cleaning.

次に、変形領域の評価方法を説明する。
十分に収縮が抑制され平坦になっている面に対し、該平坦部の外側の、変形が起こっている領域を変形領域として定義した。変形領域の大きさは、図2に示したように、基板の外周と接する長方形の頂点を通り、長方形の1辺と45°の角度をなす直線と、前記変形領域と前記平坦部の境界との交点を求め、交点と前記長方形の1辺との距離を変形領域の大きさとした。前記の方法で求めた変形領域の大きさを表1に示した。No.に*印をつけたものは、比較例である。基板の良否の判定は、変形領域の大きさ2.5mm以下を基準とした。
Next, the deformation area evaluation method will be described.
A region where deformation occurs outside the flat portion is defined as a deformation region with respect to a flat surface in which the shrinkage is sufficiently suppressed. As shown in FIG. 2, the size of the deformation area includes a straight line passing through the vertex of a rectangle in contact with the outer periphery of the substrate and forming an angle of 45 ° with one side of the rectangle, and the boundary between the deformation area and the flat portion. And the distance between the intersection and one side of the rectangle is the size of the deformation region. Table 1 shows the size of the deformation region obtained by the above method. The ones marked with an asterisk (*) are comparative examples. The quality of the substrate was judged based on a deformation area size of 2.5 mm or less.

Figure 2006351833
Figure 2006351833

第1の圧着工程の圧着圧力は小さいほど、第2の圧着工程の圧着圧力は大きいほど、基板端部の変形領域が低減する結果となった。また、第1の圧着工程の圧着時間は短いほど、第2の圧着工程の圧着時間は長いほど、基板端部の変形領域は小さく、第1の圧着工程の圧着温度は低いほど、第2の圧着工程の圧着温度は高いほど、基板端部の変形領域は小さくなった。圧着圧力に関しては、第2の圧着圧力を第1の圧着圧力以上とすることで、グリーンシート積層体と拘束層の密着性が向上し、圧着時間に関しては、第2の圧着時間を第1の圧着時間以上に長くすることで、前記の密着性が向上したためと考えられる。圧着温度に関しては、第2の圧着温度を第1の圧着温度以上に高くすることにより、グリーンシート積層体中のバインダー、可塑剤が軟化して変形しやすくなり、その結果、グリーンシート積層体と拘束層の密着性が向上したものと考えられる。上記表1の結果より、実施例による変形領域は比較例より低減でき、基板の使用可能な面積を増加させることが分かった。
よって、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法によると、変形領域が低減されて、使用可能な面積が大きく、製品の取れ数の多い、高精度で高度な平坦性を有する低温焼成(LTCC)の多層セラミック基板の製造方法を提供できるものである。その結果、面積が大きく、製品の取れ数の多い、高精度で高度な平坦性を有する信頼性の高い多層セラミック基板を得られた。
As a result, the smaller the pressure-bonding pressure in the first pressure-bonding step and the larger the pressure-bonding pressure in the second pressure-bonding step, the smaller the deformation region of the substrate end. Further, the shorter the crimping time in the first crimping step, the longer the crimping time in the second crimping step, the smaller the deformation region of the substrate end, and the lower the crimping temperature in the first crimping step, the second The higher the pressure-bonding temperature in the pressure-bonding process, the smaller the deformation area at the edge of the substrate. Regarding the pressure bonding pressure, by making the second pressure bonding pressure equal to or higher than the first pressure bonding pressure, the adhesion between the green sheet laminate and the constraining layer is improved, and with respect to the pressure bonding time, the second pressure bonding time is set to the first pressure bonding time. This is considered to be because the adhesion was improved by making it longer than the pressure bonding time. Regarding the pressure bonding temperature, by increasing the second pressure bonding temperature to be higher than the first pressure bonding temperature, the binder and plasticizer in the green sheet laminate are softened and easily deformed. It is considered that the adhesion of the constraining layer has been improved. From the results of Table 1 above, it was found that the deformation region according to the example can be reduced as compared with the comparative example, and the usable area of the substrate is increased.
Therefore, according to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, the deformation region is reduced, the usable area is large, the number of products is large, and the low temperature firing (LTCC) with high precision and high flatness is achieved. A method for producing a multilayer ceramic substrate can be provided. As a result, a highly reliable multilayer ceramic substrate having a large area, a large number of products, a high accuracy and high flatness was obtained.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法および多層セラミック基板によると、高性能で信頼性の高い電子機器、例えば携帯電話が実現できる。   According to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate and the multilayer ceramic substrate according to the present invention, a high-performance and highly reliable electronic device such as a mobile phone can be realized.

本発明に係る多層セラミック基板の製造方法の一実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows one Example of the manufacturing method of the multilayer ceramic substrate which concerns on this invention. 基板の変形領域の大きさの定義方法を示した図である。It is the figure which showed the definition method of the magnitude | size of the deformation | transformation area | region of a board | substrate.

符号の説明Explanation of symbols

1:セラミックスラリー
5:キャリアフィルム
10a、10b、10c:グリーンシート
15A:グリーンシートのキャリアフィルムとの接触面
15B:グリーンシートの自由面
20a・・・:ビアホール
30a・・・:ビア導体(焼成前)
40a・・・:導体パターン(焼成前)
50:グリーンシート積層体
60a、60b:拘束シート
70a、70b、70c:セラミック層
80a・・・:ビア導体(焼成後)
90a・・・:導体パターン(焼成後)
100:多層セラミック基板
1: Ceramic slurry 5: Carrier films 10a, 10b, 10c: Green sheet 15A: Contact surface 15B of green sheet with carrier film 15: Free surface 20a of green sheet ...: Via hole 30a ...: Via conductor (before firing) )
40a ...: Conductor pattern (before firing)
50: Green sheet laminate 60a, 60b: Restraint sheets 70a, 70b, 70c: Ceramic layer 80a ...: Via conductor (after firing)
90a ...: Conductor pattern (after firing)
100: Multilayer ceramic substrate

Claims (5)

低温焼成可能なガラスセラミックよりなるグリーンシートを準備する工程と、
前記グリーンシートの焼成温度では焼結しない無機材料を主とするセラミックスラリーを用いて拘束シートを準備する工程と、
前記グリーンシートのうち、所望のグリーンシートに導体ペーストで所望の導体パターンを形成する工程と、
前記導体パターンを適宜形成したグリーンシートを積層、圧着してグリーンシート積層体を作製する工程と、
前記拘束シートによる拘束層を前記グリーンシート積層体の上下両面または片面に圧着して設ける工程と、
前記拘束層を設けた前記グリーンシート積層体を当該グリーンシート積層体が焼結する温度で焼成する工程と、
焼成後の前記グリーンシート積層体から前記拘束層を除去する工程と、
を具備する多層セラミック基板の製造方法であって、
前記拘束層を設ける工程における第2の圧着条件を、前記グリーンシート積層体作製工程における第1の圧着条件以上にすることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
Preparing a green sheet made of glass ceramic that can be fired at a low temperature;
Preparing a constraining sheet using a ceramic slurry mainly composed of an inorganic material that is not sintered at the firing temperature of the green sheet;
Of the green sheets, forming a desired conductor pattern with a conductor paste on a desired green sheet;
Laminating a green sheet appropriately formed with the conductor pattern, and a step of producing a green sheet laminate by pressure bonding;
A step of providing a constraining layer of the constraining sheet by pressure bonding to the upper and lower surfaces or one surface of the green sheet laminate;
Firing the green sheet laminate provided with the constraining layer at a temperature at which the green sheet laminate is sintered;
Removing the constraining layer from the green sheet laminate after firing;
A method for producing a multilayer ceramic substrate comprising:
A method for producing a multilayer ceramic substrate, wherein a second pressure bonding condition in the step of providing the constraining layer is equal to or higher than a first pressure bonding condition in the green sheet laminate manufacturing step.
前記圧着条件は、圧力であって、第2の圧着圧力を第1の圧着圧力以上にすることを特徴とする請求項1記載の多層セラミック基板の製造方法。 2. The method of manufacturing a multilayer ceramic substrate according to claim 1, wherein the pressure bonding condition is a pressure, and the second pressure bonding pressure is set to be equal to or higher than the first pressure bonding pressure. 前記圧着条件は、温度であって、第2の圧着温度を第1の圧着温度以上にすることを特徴とする請求項1または2記載の多層セラミック基板の製造方法。 3. The method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to claim 1, wherein the pressure bonding condition is temperature, and the second pressure bonding temperature is equal to or higher than the first pressure bonding temperature. 前記圧着条件は、時間であって、第2の圧着時間を第1の圧着時間以上にすることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の多層セラミック基板の製造方法。 4. The method of manufacturing a multilayer ceramic substrate according to claim 1, wherein the pressure bonding condition is time, and the second pressure bonding time is set to be equal to or longer than the first pressure bonding time. 複数のセラミック層と、
該複数のセラミック層の内部および少なくとも1つの主面表面上に形成された導体パターンと、
該導体パターン同士を接続するビア導体と、
を備えた多層セラミック基板であって、
請求項1乃至4の何れかに記載の多層セラミック基板の製造方法により作製されたことを特徴とする多層セラミック基板。
Multiple ceramic layers;
A conductor pattern formed within the plurality of ceramic layers and on at least one major surface;
Via conductors connecting the conductor patterns;
A multilayer ceramic substrate comprising:
A multilayer ceramic substrate produced by the method for producing a multilayer ceramic substrate according to claim 1.
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