JP2007066933A - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャビティを形成した積層体を備える多層セラミック基板において、キャビティの底面上からこの底面に沿って積層体の内部へと延びるように導体膜が形成されていて、焼成工程での収縮を抑制するための拘束層がこの導体膜に接するように形成されているとき、焼成工程の結果，導体膜に断線が生じてしまうことがある。
【解決手段】 キャビティ２７の底面２８から積層体２５の内部へと延びる導体膜２４ａに接するように拘束層２３ａを形成するが、積層体２５の内部では、拘束層２３ａが導体膜２４ａを厚み方向に挟むように形成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、キャビティ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、特に、キャビティの底面上からこの底面に沿って積層体の内部へと延びるように位置される導体膜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。

特開２０００−２５１５７号公報（特許文献１）には、図１５に示すような構造の多層セラミック基板１が開示されている。この多層セラミック基板１は、これを製造するに際して実施される焼成工程での収縮が抑制される、いわゆる無収縮プロセスを適用して製造されるものである。

より詳細には、多層セラミック基板１は、ガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の集合体をもって構成される、積層された複数の基材層２と、その少なくとも一方の主面が基材層２に接するように位置され、かつ上記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体の集合体をもって構成される、拘束層３と、基材層２の主面方向に延びるように形成される、導体膜４とからなる積層構造を有する、積層体５を備えている。なお、導体膜４については、この発明が解決しようとする課題を説明するために必要なもののみを図示し、その他のものについては、図示を省略している。また、図１５では図示しないが、多層セラミック基板１は、通常、特定の導体膜に電気的に接続されかつ特定の基材層２を厚み方向に貫通するように設けられるビアホール導体を備えている。

また、多層セラミック基板１に備える積層体５には、その積層方向での一方端側が開口とされるキャビティ６が設けられている。キャビティ６は、多層セラミック基板１をもって構成される電子部品の小型化かつ低背化の要望に応えるために設けられるものであって、キャビティ６の内部には、図示しないが半導体素子やチップ部品などの他の電子部品が実装される。

多層セラミック基板１において、基材層２に含まれる第１の粉体の少なくとも一部は、焼結状態である。他方、拘束層に含まれる第２の粉体は、未焼結状態にあるが、ガラス材料を含む第１の粉体の一部が拘束層３に拡散あるいは流動することによって、互いに固着されている。

このような多層セラミック基板１を製造するため、積層体５の生の状態のものが作製され、次いで、この生の積層体５が焼成される。この焼成工程において、第１の粉体の少なくとも一部が焼結する。また、この焼成工程において、第１の粉体の一部、典型的には、第１の粉体に含まれるガラス材料の一部が、拘束層３に拡散あるいは流動する。その結果、第２の粉体は、焼結しないが、第１の粉体の一部、特にガラス材料によって互いに固着される。

上述したような製造方法によれば、焼成工程において、第２の粉体を焼結させないので、この第２の粉体を含む拘束層３が基材層２の収縮を抑制するように作用し、焼成による多層セラミック基板１全体としての収縮を抑制することができ、結果として、得られた多層セラミック基板１の寸法のばらつきを低減したり、不所望な変形が生じることを防止したりすることができる。また、得られた多層セラミック基板１において、拘束層３に含まれる第２の粉体は、ガラス材料を含む第１の粉体の一部が拘束層３に拡散あるいは流動することによって、互いに固着されているので、拘束層３を後で除去する必要がない。

図１６には、多層セラミック基板１の側面７の一部が拡大されて示されている。図１６に示すように、多層セラミック基板１の側面７には、凹凸が形成されている。より詳細には、基材層２の端面において凹部が形成されている。これは、焼成工程において、拘束層３から遠ざかるほど、拘束層３による収縮抑制力が低下するためである。なお、側面７での凹凸を図示するのは、この図１６のみに留め、他の図面については、このような凹凸の図示は省略し、側面７を単に平坦な面として図示している。

再び図１５を参照する。図１５に図示された導体膜４は、キャビティ６の底面８上に形成されている。そして、この導体膜４は、キャビティ６の底面８上からキャビティ６の底面８を規定するキャビティ底壁部分９とキャビティ６の側面１０を規定するキャビティ側壁部分１１との境界面に沿って積層体５の内部へと延びるように位置されている。

上述した導体膜４に接する拘束層３は、キャビティ底壁部分９とキャビティ側壁部分１１との境界面上に位置している。キャビティ６が形成された積層体５を焼成するとき、キャビティ底壁部分９とキャビティ側壁部分１１との境界面には収縮応力が集中しやすく、この境界面にクラックが生じることがある。前述した境界面上に位置する拘束層３は、この収縮応力を緩和するようにも作用し、クラックの発生を抑制する。

しかしながら、キャビティ底壁部分９とキャビティ側壁部分１１との境界面上に位置している導体膜４にあっては、キャビティ６の側面１０の近傍で断線しやすい傾向がある。その原因について、図１７を参照して説明する。図１７（ａ）は、導体膜４におけるキャビティ６の底面上に位置する部分である、図１５の部分Ａを拡大して示す図であり、同(ｂ)は、導体膜４における積層体５の内部に位置する部分である、図１５の部分Ｂを拡大して示す図である。

上述した導体膜４の断線は、導体膜４における、図１７(ａ)に示した部分に影響を及ぼす環境と、図１７(ｂ)に示した部分に影響を及ぼす環境とが大きく異なることが原因である。すなわち、図１７(ａ)に示した部分では、導体膜４の下に拘束層３が位置し、導体膜４の上は開放空間である。他方、図１７(ｂ)に示した部分では、導体膜４の下は同様に拘束層３であるが、導体膜４の上には基材層２が位置している。焼成工程において、拘束層３には、基材層２からのガラス材料が浸透してくるが、もともとガラス成分を含有していない部分にガラス材料が浸透してくるため、ガラス成分が少ない。他方、基材層２には、そこから拘束層３へとガラス材料が浸透することが可能な程度にガラス成分をもともと豊富に含んでいる。なお、当然のことながら、開放空間にはガラス成分は存在しない。

焼成工程では、(１)基材層２中のガラスの軟化、(２)導体膜４へのガラスの浸透、(３)拘束層３へのガラスの浸透、(４)拘束層３から導体膜４へのガラスの浸透、というような順序で積層体５の焼結が進行しているものと考えられる。ここで、上記(２)と(３)とはほぼ同時に起こっている可能性はあるが、明らかに、(２)は(４)よりも前に起こっている。

図１７(ｂ)に示した部分では、導体膜４は、上記(２)によって、比較的早い段階で基材層２に密着しかつ焼結を開始する。他方、上記(４)は最も遅い段階で生じるものであるので、導体膜４における図１７(ａ)に示した部分では、ガラスの浸透が未だ起こっておらず、拘束層３への密着および焼結は未だ起こっていない。そのため、図１７(ａ)に示した部分では、導体膜４は密度が低くかつ剥がれやすい状態にある。このような状態で、導体膜４における図１７(ｂ)に示した部分で焼結が開始すると、その厚み方向だけでなく主面方向にも収縮しようとして、導体膜４における図１７(ａ)に示した部分を引っ張る。ところが、この図１７(ａ)に示した部分では、焼結が開始しておらずかつ拘束層３との密着力も不十分なため、導体膜４は、キャビティ６の側面１０の近傍において引き裂かれてしまい、その結果、断線が生じてしまう。

なお、上述のような導体膜４の断線の問題は、多層セラミック基板１を得るための焼成工程での基材層２の収縮をより抑制するほど、より生じやすい傾向があるが、たとえば、拘束層３が、キャビティ底壁部分９とキャビティ側壁部分１１との境界面に沿ってのみ形成される場合にも、多かれ少なかれ、導体膜４の断線の問題に遭遇する。
特開２０００−２５１５７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得る、多層セラミック基板およびその製造方法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は、ガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の集合体をもって構成される、積層された複数の基材層と、その少なくとも一方の主面が基材層の少なくとも１層に接するように位置され、かつ上記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体の集合体をもって構成される、拘束層と、基材層の主面方向に延びるように形成される、導体膜とからなる積層構造を有する積層体を備えている。

上記第１の粉体の少なくとも一部は、焼結状態である。他方、上記第２の粉体は、未焼結状態にあるが、ガラス材料を含む第１の粉体の一部が拘束層に拡散あるいは流動することによって、互いに固着されている。

また、積層体には、積層方向での一方端側が開口とされるキャビティが設けられている。前述した導体膜は、キャビティの底面上に形成される底面導体膜を含んでいる。この底面導体膜は、キャビティの底面上からキャビティの底面を規定するキャビティ底壁部分とキャビティの側面を規定するキャビティ側壁部分との境界面に沿って積層体の内部へと延びるように位置される。

前述した拘束層は、上記底面導体膜と基材層との間に位置される底面拘束層を含んでいる。この底面拘束層は、積層体の内部では、底面導体膜を厚み方向に挟むように形成されている。

この発明に係る多層セラミック基板において、拘束層は、底面拘束層以外の第２の拘束層を含んでいてもよい。この場合、第２の拘束層は、積層体のキャビティ底壁部分および／またはキャビティ側壁部分の内部に位置されるものを含んでいても、積層体の最外層を形成するように位置されるものを含んでいてもよい。いずれの場合であっても、底面拘束層の厚みは、第２の拘束層の厚みより薄いことが好ましい。

この発明に係る多層セラミック基板において、キャビティは、その積層方向の中間部に段部を形成していて、導体膜は、この段部上に形成される段部導体膜を含み、段部導体膜は、段部上から積層体の内部へと延びていてもよい。この場合には、拘束層は、段部導体膜と基材層との間に位置される段部拘束層を含み、この段部拘束層は、積層体の内部では、段部導体膜を厚み方向に挟むように形成されている。

この発明に係る多層セラミック基板において、拘束層を構成する第２の粉体は、ジルコニアを主成分とするものであることが好ましい。

この発明は、また、多層セラミック基板の製造方法にも向けられる。この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、積層体作製工程と焼成工程とを備えている。

上記積層体作製工程では、ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス成分および第１のセラミック材料を含む第１の粉体を含む、生の状態にある基材層と、その少なくとも一方の主面が基材層の少なくとも１層に接するように位置され、上記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含む、生の状態にある拘束層と、基材層の主面方向に延びるように形成される、導体膜とからなる積層構造を有する、積層体であって、その積層方向での一方端側が開口とされるキャビティが設けられ、導体膜は、キャビティの底面上に形成される底面導体膜を含み、この底面導体膜は、キャビティの底面上からキャビティの底面を規定するキャビティ底壁部分とキャビティの側面を規定するキャビティ側壁部分との境界面に沿って積層体の内部へと延びるように位置され、拘束層は、底面導体膜と基材層との間に位置される底面拘束層を含み、底面拘束層は、積層体の内部では、底面導体膜を厚み方向に挟むように形成されている、そのような生の積層体が作製される。

次いで、上記焼成工程では、第１の粉体の少なくとも一部を焼結させるとともに、上記ガラス材料を含む第１の粉体の一部を拘束層に拡散あるいは流動させることによって、第２の粉体を、焼結させずに、互いに固着させるように、生の積層体を所定の温度で焼成することが行なわれる。

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、生の積層体は、その少なくとも一方の主面上に形成されかつ拘束層と実質的に同じ組成を有する表面収縮抑制層を備えていてもよい。この場合、焼成工程の後、未焼結の表面収縮抑制層を除去する工程がさらに実施される。

この発明によれば、キャビティの底面上から積層体の内部へと延びるように位置されている底面導体膜は、これと基材層との間に位置される底面拘束層に接した状態にあるが、積層体の内部では、底面拘束層によって厚み方向に挟まれた状態となっているので、基材層から導体膜へのガラス材料の浸透の経路については、底面導体膜における、キャビティの底面上に位置する部分および積層体の内部に位置する部分のいずれにあっても、基材層から底面拘束層を経て底面導体膜へと至ることになる。したがって、底面導体膜へのガラス材料の浸透のタイミングは、キャビティの底面上に位置する部分と積層体の内部に位置する部分とで実質的に同じとすることができ、それゆえ、焼結のタイミングについても、キャビティの底面上に位置する部分と積層体の内部に位置する部分とで実質的に同じとすることができる。その結果、底面導体膜において断線を生じさせにくくすることができる。

多層セラミック基板が、拘束層として、たとえば、積層体のキャビティ底壁部分および／またはキャビティ側壁部分の内部に位置されるものであったり、積層体の最外層を形成するように位置されるものであったりする、底面拘束層以外の第２の拘束層を備える場合には、何らの対策をも講じない場合には、底面導体膜の断線がより生じやすくなるため、この発明による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において、拘束層を構成する第２の粉体がジルコニアを主成分とするものであるとき、焼成工程の後での底面導体膜の、キャビティの側面近傍での細りを低減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おいて、キャビティが段部を形成していて、この段部上から積層体の内部へと延びる段部導体膜が形成されている場合、段部導体膜と基材層との間に位置される段部拘束層が、積層体の内部では、段部導体膜を厚み方向に挟むように形成されていると、前述した底面導体膜の場合と同様の原理により、この段部導体膜での断線についても、これを生じさせにくくすることができる。

底面拘束層の厚みが、第２の拘束層の厚みより薄くされると、底面拘束層が底面導体膜を厚み方向に挟むように形成されたとき、底面導体膜の周囲で底面拘束層が二重に形成されても、底面拘束層が、この二重部分において、それほど厚くならないようにすることができる。したがって、この二重部分へもガラス材料を十分に浸透させることができ、底面拘束層を全体として緻密に形成することが容易である。

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、生の積層体が、焼成工程の後に除去される表面収縮抑制層を備えていると、この表面収縮抑制層による収縮抑制効果を十分に期待できるので、前述した第２の拘束層であって、キャビティ底壁部分の内部やキャビティ側壁部分の内部に位置されるもののいくつかを省略することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態による多層セラミック基板２１を図解的に示す断面図である。図２は、図１の部分Ｃの拡大図である。

多層セラミック基板２１は、積層された複数の基材層２２と、その少なくとも一方の主面が基材層２２に接するように位置される、拘束層２３ａと、基材層２２の主面方向に延びるように形成される、導体膜２４および２４ａとからなる積層構造を有する、積層体２５を備えている。また、積層体２５の内部には、導体膜２４および２４ａの特定のものに電気的に接続されながら、特定の基材層２２を厚み方向に貫通するように、いくつかのビアホール導体２６が設けられている。

基材層２２は、ガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の集合体をもって構成される。上述のガラス材料としては、たとえばホウケイ酸系ガラスが用いられ、第１のセラミック材料としては、たとえばアルミナが用いられる。

拘束層２３ａは、上記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体の集合体をもって構成される。この第２のセラミック材料としては、たとえば、ジルコニアまたはアルミナが用いられ、特にジルコニアが有利に用いられる。

導体膜２４および２４ａならびにビアホール導体膜２６は、導電性ペーストを焼結させて得られるもので、この導電性ペーストに含まれる導電成分としては、たとえばＡｇが用いられる。

基材層２２に含まれる第１の粉体の少なくとも一部は、焼結状態である。他方、拘束層２３ａに含まれる第２の粉体は、未焼結状態にあるが、ガラス材料を含む第１の粉体の一部が拘束層２３ａに拡散あるいは流動することによって、互いに固着されている。

また、多層セラミック基板２１に備える積層体２５には、その積層方向での一方端側が開口とされるキャビティ２７が設けられている。キャビティ２７の内部には、想像線で示すように、半導体素子やチップ部品などの電子部品２０が収容されかつ実装される。

前述した導体膜２４および２４ａのうち、導体膜２４ａは、キャビティ２７の底面２８上に形成されている。したがって、この導体膜２４ａについては、他の導体膜２４と区別するため、「底面導体膜」と呼ぶことにする。底面導体膜２４ａは、キャビティ２７の底面２８上からキャビティ２７の底面２８を規定するキャビティ底壁部分２９とキャビティ２７の側面３０を規定するキャビティ側壁部分３１との境界面に沿って積層体２５の内部へと延びるように位置されている。

図示した拘束層２３ａは、キャビティ２７の底面を形成しかつ底面導体膜２４ａと基材層２２との間に位置されている。この実施形態では、図示した拘束層２３ａ以外の拘束層を備えていないが、拘束層２３ａ以外の拘束層が設けられる実施形態（後述する、たとえば図５に示した実施形態）のことを考慮して、上記のような拘束層２３ａについては、他の拘束層と区別し得るように、「底面拘束層」と呼ぶことにする。

底面拘束層２３ａは、図２によく示されているように、積層体２５の内部では、底面導体膜２４ａを厚み方向に挟むように形成されていることを特徴としている。したがって、底面導体膜２４ａが、直接、基材層２２に接する部分はなく、基材層２２に対しては、必ず、底面拘束層２３ａを介在させた状態となっている。

このような構成によれば、焼成時における基材層２２から底面導体膜２４ａへのガラス材料の浸透の経路については、底面導体膜２４ａにおける、キャビティ２７の底面２８上に位置する部分および積層体２５の内部に位置する部分のいずれにあっても、基材層２２から底面拘束層２３ａを経て底面導体膜２４ａへと至ることになる。したがって、底面導体膜２４ａへのガラス材料の浸透のタイミングは、キャビティ２７の底面２８上に位置する部分と積層体２５の内部に位置する部分とで実質的に同じとすることができる。そのため、焼結のタイミングについても、キャビティ２７の底面２８に位置する部分と積層体２５の内部に位置する部分とで実質的に同じとすることができる。その結果、底面導体膜２４ａにおいて断線を生じさせにくくすることができる。

多層セラミック基板２１は、次のように製造される。

まず、図１に示した積層体２５の生の状態のものが用意される。この生の状態の積層体２５は、生の状態にある基材層２２と、生の状態にある底面拘束層２３ａと、生の状態にある導体膜２４および２４ａならびに生の状態にあるビアホール導体２６とを備えている。

生の状態にある基材層２２は、ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス成分および第１のセラミック材料を含む第１の粉体を含んでいる。一例として、生の状態にある基材層２２は、ガラス材料としてのホウケイ酸系ガラス粉末と、第１のセラミック材料としてのアルミナ粉末と、分散媒としての水と、バインダとしてのポリビニルアルコールと、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤とを含んでいる。

生の状態にある底面拘束層２３ａは、上記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含んでいる。一例として、生の状態にある底面拘束層２３ａは、第２のセラミック材料としてのジルコニア粉末と、分散媒としての水と、バインダとしてのポリビニルアルコールと、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤とを含んでいる。

生の状態にある導体膜２４および２４ａならびにビアホール導体２６は、導電性ペーストから構成される。この導電性ペーストは、一例として、Ａｇ粉末と、バインダとしてのエチルセルロースと、溶剤としてのテルペン類とを含んでいる。

生の積層体２５には、また、その積層方向での一方端側が開口とされるキャビティ２７が設けられている。底面導体膜２４ａは、キャビティ２７の底面上からキャビティ底壁部分２９とキャビティ側壁部分３１との境界面に沿って積層体２５の内部へと延びるように位置されている。また、底面拘束層２３ａは、底面導体膜２４ａと基材層２２との間に位置されながら、積層体２５の内部では、底面導体膜２４ａを厚み方向に挟むように形成されている。

次に、上述のような構造の生の積層体２５を焼成する工程が実施される。この焼成工程において付与される温度等の条件は、焼成工程の後、次のような状態が得られるように選ばれる。

すなわち、焼成工程の結果、基材層２２に含まれる第１の粉体の少なくとも一部は焼結する。また、基材層２２に含まれるガラス材料を含む第１の粉体の一部は、底面拘束層２３ａに拡散または流動する。これによって、底面拘束層２３ａに含まれる第２の粉体は、焼結せずに、互いに固着される。

上述した焼成工程において、基材層２２に含まれるガラス材料の一部は、底面拘束層２３ａの全域に拡散あるいは流動し、これによって、第２の粉体のすべてが互いに固着されることが好ましい。

焼成工程において、底面拘束層２３ａに含まれる第２の粉体は焼結しないため、底面拘束層２３ａには実質的な収縮が生じない。したがって、底面拘束層２３ａは、基材層２２に対して、収縮抑制作用を及ぼし、基材層２２の主面方向での収縮を抑制する。このことから、得られた多層セラミック基板２１に不所望な変形が生じにくくなり、寸法精度を高めることができる。特に、底面拘束層２３ａは、キャビティ底壁部分２９とキャビティ側壁部分３１との境界面に沿って位置している。生の積層体２５を焼成するとき、キャビティ底壁部分２９とキャビティ側壁部分３１との境界面には収縮応力が集中しやすく、この境界面にクラックが生じやすい。上述した底面拘束層２３ａは、この収縮応力を緩和するようにも作用し、クラックの発生を抑制する。

図３および図４は、それぞれ、この発明の第２および第３の実施形態を説明するための図２に相当する図である。図３および図４において、図２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。

底面導体膜２４ａの周囲での底面拘束層２３ａの重なり状態に注目すると、図２に示した第１の実施形態では、下の底面拘束層２３ａが平坦であり、上の底面拘束層２３ａが底面導体膜２４ａの厚み分だけ屈曲している。これに対して、図３に示した第２の実施形態では、上下の底面拘束層２３ａは、それぞれ、底面導体膜２４ａの厚み分のほぼ半分ずつ屈曲している。これら図２に示した状態が得られるか、あるいは図３に示した状態が得られるかについては、積層体２５の生の状態のものを作製する際に実施される圧着工程での圧着条件に依存する。

図４に示した第３の実施形態では、積層体２５の内部において、底面導体膜２４ａを厚み方向に挟むように形成される底面拘束層２３ａが、底面導体膜２４ａの周囲で重ならないように形成されている。すなわち、底面導体膜２４ａの上に位置する底面拘束層２３ａは、底面導体膜２４ａとほぼ同一のパターンをもって形成されている。図２および図３に示した底面拘束層２３ａは、これを形成するためのグリーンシートを積層することによって形成されるが、図４に示した底面拘束層２３ａの少なくとも底面導体膜２４ａの上に位置されるものについては、印刷によって形成される。

図５は、この発明の第４の実施形態を説明するための図１に相当する図である。図５において、図１に示すよう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。

図５に示した多層セラミック基板２１ａは、拘束層として、底面拘束層２３ａ以外の第２の拘束層２３を備えていることを特徴としている。第２の拘束層２３としては、キャビティ底壁部分２９の内部に位置されるもの、キャビティ側壁部分３１の内部に位置されるもの、ならびに積層体２５の最外層を形成するように位置されるものがある。

図５に示した多層セラミック基板２１ａによれば、図１に示した多層セラミック基板２１に比べて、第２の拘束層２３を新たに備えているため、これを製造するに際して実施される焼成工程での収縮抑制効果が高められ、多層セラミック基板２１ａの寸法のばらつきや不所望な変形をより生じさせにくくすることができる。

なお、第２の拘束層２３については、基材層２２間のすべての界面に沿って設けられるのではなく、いくつかの界面において拘束層を省略することもできる。

図６は、この発明の第５の実施形態を説明するための図２に相当する図である。第５の実施形態は、上述した第４の実施形態の変形例である。図６において、図５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。

図６に示した第５の実施形態は、底面拘束層２３ａの厚みが、第２の拘束層２３の厚みより薄くされていることを特徴としている。図５に示した第４の実施形態では、底面拘束層２３ａと第２の拘束層２３とは、互いに同じ厚みとされている。そのため、底面拘束層２３ａが底面導体膜２４ａを厚み方向に挟むように形成され、かつ底面導体膜２４ａの周囲で底面拘束層２３ａが二重に形成されたとき、この二重部分においては、底面拘束層２３ａの１層分の厚みに比べて２倍の厚みとなる。そのため、底面拘束層２３ａの二重部分には、焼成工程において、基材層２２からのガラス材料を十分に浸透させることができず、緻密な構造が得られないことがある。これに対して、図６に示した第５の実施形態では、底面拘束層２３ａの厚みが第２の拘束層２３の厚みより薄くされ、たとえば約半分の厚みとされているので、底面導体膜２４ａの周囲における二重部分においても、底面拘束層２３ａは、それほど厚くならず、第２の拘束層２３とほぼ同等の厚みとすることができる。したがって、この二重部分へもガラス材料を十分に浸透させることができ、底面拘束層２３ａを全体として緻密に形成することが容易となる。

図７は、この発明の第６の実施形態を説明するための図１に相当する図である。図７において、図１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。

図７に示した第６の実施形態による多層セラミック基板２１ｂでは、キャビティ２７が、その積層方向の中間部に段部３４を形成している。そして、導体膜として、段部３４上に形成される段部導体膜２４ｂを備えている。段部導体膜２４ｂは、段部３４上から積層体２５の内部へと延びている。

また、多層セラミック基板２１ｂは、拘束層として、段部導体膜２４ｂと基材層２２との間に位置される段部拘束層２３ｂを備えている。段部拘束層２３ｂは、積層体２５の内部では、段部導体膜２４ｂを厚み方向に挟むように形成されている。このように、段部導体膜２４ｂは、これを取り囲む構成が、底面導体膜２４ａの場合と実質的に同様であるので、底面導体膜２４ａの場合と同様の原理により、その断線を生じさせにくくすることができる。

図８は、この発明の第７の実施形態を説明するための図１または図５に相当する図である。図８において、図１または図５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。

図８には、多層セラミック基板を製造するために作製される生の積層体２５ａが示されている。生の積層体２５ａは、拘束層２３および２３ａと実質的に同じ組成を有する表面収縮抑制層３７を備えている。この実施形態では、表面収縮抑制層３７は、生の積層体２５ａの両主面上に形成される。表面収縮抑制層３７の厚みは、拘束層２３および２３ａの各厚みより厚くされる。なお、図５に示した積層体２５と比較すれば、図５に示した積層体２５の最外層を形成するように位置された第２の拘束層２３については、図８に示した積層体２５ａには形成されず、代わりに表面収縮抑制層２７が形成されることになる。

表面収縮抑制層３７は、生の積層体２５ａを焼成する工程を終えた後、除去される。表面収縮抑制層３７は、未焼結状態にあり、しかも、その厚みが比較的厚いため、基材層２２に含まれるガラス材料の浸透により緻密化されることがないので、これを容易に除去することができる。

生の積層体２５ａが、表面収縮抑制層３７を備えていると、この表面収縮抑制層３７による焼成時における収縮抑制効果を十分に期待できるので、キャビティ底壁部分２９の内部やキャビティ側壁部分３１の内部に位置される第２の拘束層２３のいくつかを省略することも可能である。したがって、表面収縮抑制層３７は、前述の図１に示した多層セラミック基板２１のような第２の拘束層を備えない実施形態において適用されたとき、特に顕著な効果が発揮される。

次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

１.試料の作製
この実験例において作製した試料となる多層セラミック基板を得るために用意された生の積層体の積層構造が図９ないし図１２に示されている。図９ないし図１２にそれぞれ示した生の積層体４１ａから４１ｄにおいて、４２は基材層を示し、４３ａは底面拘束層を示し、４３はそれ以外の第２の拘束層を示し、４４ａは底面導体膜を示し、４５はキャビティを示し、４６は表面収縮抑制層を示している。

基材層４２となるべきグリーンシートについては、次のようにして作製した。すなわち、平均粒径約４μｍのホウケイ酸系ガラス粉末６０重量部と、平均粒径０．３５μｍのアルミナ粉末４０重量部と、分散媒としての水５０重量部と、バインダとしてのポリビニルアルコール２０重量部と、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤１重量部とを混合してスラリーとし、このスラリーから気泡を除去した後、ドクターブレード法によってスラリーをシート状に成形し、乾燥することによって、基材層４２となるべき厚み１００μｍのグリーンシートを得た。

底面拘束層４３ａおよび第２の拘束層４３の各々となるべきグリーンシートについては、ジルコニア粉末を含むものとアルミナ粉末を含むものとの２種類を次のようにして作製した。

すなわち、ジルコニア粉末を含むものについては、平均粒径０．４μｍのジルコニア粉末１００重量部と、分散媒としての水５０重量部と、バインダとしてのポリビニルアルコール２０重量部と、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤１重量部とを混合してスラリーとし、このスラリーから気泡を除去した後、ドクターブレード法によってスラリーをシート状に成形し、乾燥することによって、厚み５μｍの拘束層４３ａおよび４３の各々となるべきグリーンシートを得た。

また、アルミナ粉末を含むものについては、上記ジルコニア粉末に代えて、アルミナ粉末を用いたことを除いて、同様の方法によって、厚み５μｍの拘束層４３ａおよび４３の各々となるべきグリーンシートを得た。

底面導体膜４４ａを形成するための導電性ペーストとして、平均粒径２μｍのＡｇ粉末４８重量部、バインダとしてのエチルセルロースを３重量部、ならびに溶剤としてのテルペン類を４９重量部含むものを用意した。

表面収縮抑制層４６となるべきグリーンシートについては、次のようにして作製した。すなわち、平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末１００重量部と、分散媒としての水５０重量部と、バインダとしてのポリビニルアルコール２０重量部と、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤１重量部とを混合してスラリーとし、このスラリーから気泡を除去した後、ドクターブレード法によってスラリーをシート状に成形し、乾燥することによって、厚み２００μｍの表面収縮抑制層４６となるべきグリーンシートを得た。

これらグリーンシート等を用いて、以下のような試料を作製した。

（１）試料１
試料１は、この発明の範囲内にある実施例に該当するもので、図９に示すような積層構造を有する生の積層体４１ａを作製し、これを８５０℃の温度で２時間焼成し、次いで、表面収縮抑制層４６を除去して得られたものである。なお、試料１では、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとしては、ジルコニア粉末を含むものを用いた。

（２）試料２
試料２は、この発明の範囲内にある実施例に該当するもので、図１０に示すような積層構造を有する生の積層体４１ｂを作製し、これを８５０℃の温度で２時間焼成し、次いで、表面収縮抑制層４６を除去して得られたものである。なお、試料２では、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとしては、ジルコニア粉末を含むものを用いた。

（３）試料３
試料３は、この発明の範囲内にある実施例に該当するもので、同じく図１０に示すような積層構造を有する生の積層体４１ｂを作製し、これを８５０℃の温度で２時間焼成し、次いで、表面収縮抑制層４６を除去して得られたものである。なお、試料３では、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとしては、アルミナ粉末を含むものを用いた。

（４）試料４
試料４は、この発明に範囲内にある実施例に該当するもので、図１１に示すような積層構造を有する生の積層体４１ｃを作製し、これを８５０℃の温度で２時間焼成して得られたものである。なお、試料４では、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとしては、ジルコニア粉末を含むものを用いた。

（５）試料５
試料５は、この発明の範囲外にある比較例に該当するもので、図１２に示すような積層構造を有する生の積層体４１ｄを作製し、これを８５０℃の温度で２時間焼成し、次いで、表面収縮抑制層４６を除去して得られたものである。なお、試料５では、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとしては、ジルコニア粉末を含むものを用いた。

（６）試料６
試料６は、この発明の範囲外にある比較例に該当するもので、同じく図１２に示すような積層構造を有する生の積層体４１ｄを積層し、これを８５０℃の温度で２時間焼成し、次いで、表面収縮抑制層４６を除去して得られたものである。なお、試料６では、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとしては、アルミナ粉末を含むものを用いた。

２．評価
以上のようにして得られた試料１〜６の各々に係る多層セラミック基板は、共通して、図１３に示すような外観を有している。図１３は、多層セラミック基板４０を、キャビティ４５の開口側から示した図である。図１３において、図９ないし図１２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ている。図１３に示すように、キャビティ４５の底面４７上に形成された底面導体膜４４ａは、４０箇所において、キャビティ４５の側面４８と交差している。

試料１〜６の各々について、表１に示すように、断線率、細り率および収縮率をそれぞれ評価した。

断線率は、底面導体膜４４ａの、キャビティ４５の側面４８との４０箇所の交差部分のうち、１箇所でも断線していれば、その多層セラミック基板４０が断線しているとし、試料１〜６の各々について、１５個の多層セラミック基板４０について、断線した多層セラミック基板４０の個数すなわち断線基板個数を求め、（断線基板個数／１５）×１００［％］の式に基づいて、断線率を求めたものである。

細り率については、多層セラミック基板４０を、キャビティ４５の開口側から観察し、図１４に示すように、キャビティ４５の底面４７の中央部での底面導体膜４４ａの幅をｘとし、キャビティ４５の側面４８との交差部分の近傍での最も細い部分での幅をｙとし、｛(ｘ−ｙ)／ｘ｝×１００［％］の式に基づいて求めたものである。表１に示した細り率は、１５個の多層セラミック基板４０の各々について、底面導体膜４４ａの、キャビティ４５の側面４８との４０箇所の交差部分の近傍での測定結果を平均したものである。

収縮率は、１５個の多層セラミック基板４０について、焼成時の収縮率を測定し、それを平均したものである。

表１に示すように、収縮率については、この発明の範囲内にある試料１〜４とこの発明の範囲外にある試料５および６との間で有意な差は認められないものの、断線率および細り率については、この発明の範囲内にある試料１〜４によれば、この発明の範囲外にある試料５および６に比べて、格段に優れた結果が得られている。

また、この発明の範囲内にある試料１〜４の間で比較すると、細り率については、試料１、２および４は、試料３に比べて良好な結果を示している。これは、試料１、２および４において、底面拘束層４３ａとなるべきグリーンシートとして、ジルコニア粉末を含むものを用いたためであると考えられる。

この発明の第１の実施形態による多層セラミック基板２１を図解的に示す断面図である。 図１の部分Ｃの拡大図である。 この発明の第２の実施形態を説明するための図２に相当する図である。 この発明の第３の実施形態を説明するための図２に相当する図である。 この発明の第４の実施形態を説明するための図１に相当する図である。 この発明の第５の実施形態を説明するための図２に相当する図である。 この発明の第６の実施形態を説明するための図１に相当する図である。 この発明の第７の実施形態を説明するためのもので、生の積層体２５ａを図解的に示す断面図である。 この発明による効果を確認するために実施した実験例において、試料１を作製するために用意された生の積層体４１ａが有する積層構造を示す断面図である。 上記実験例において試料２および３の各々を作製するために用意された生の積層体４１ｂが有する積層構造を示す断面図である。 上記実験例において試料４を作製するために用意された生の積層体４１ｃが有する積層構造を示す断面図である。 上記実験例において試料５および６の各々を作製するために用意された生の積層体４１ｄが有する積層構造を示す断面図である。 上記実験例において作製された試料１〜６の各々に係る多層セラミック基板４１の外観を示す平面図である。 上記実験例において評価された細り率の測定方法を説明するための底面導体膜４４ａの拡大平面図である。 この発明にとって興味ある従来の多層セラミック基板１を図解的に示す断面図である。 図１５に示した多層セラミック基板１の側面７の一部を拡大して示す図である。 （ａ）は、図１５の部分Ａを拡大して示す図であり、（ｂ）は、図１５に部分Ｂ拡大して示す図である。

符号の説明

２１，２１ａ，２１ｂ 多層セラミック基板
２２ 基材層
２３ａ 底面拘束層
２３ｂ 段部拘束層
２３ 第２の拘束層
２４ａ 底面導体膜
２４ｂ 段部導体膜
２４ 導体膜
２５，２５ａ 積層体
２７ キャビティ
２８ 底面
２９ キャビティ底壁部分
３１ キャビティ側壁部分
３４ 段部
３７ 表面収縮抑制層

Claims (9)

1. ガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の集合体をもって構成される、積層された複数の基材層と、
   その少なくとも一方の主面が前記基材層の少なくとも１層に接するように位置され、かつ前記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体の集合体をもって構成される、拘束層と、
   前記基材層の主面方向に延びるように形成される、導体膜と
   からなる積層構造を有する、積層体を備え、
   前記第１の粉体の少なくとも一部は、焼結状態であり、
   前記第２の粉体は、未焼結状態にあるが、前記ガラス材料を含む前記第１の粉体の一部が前記拘束層に拡散あるいは流動することによって、互いに固着されていて、
   前記積層体には、その積層方向での一方端側が開口とされるキャビティが設けられ、
   前記導体膜は、前記キャビティの底面上に形成される底面導体膜を含み、前記底面導体膜は、前記キャビティの底面上から前記キャビティの底面を規定するキャビティ底壁部分と前記キャビティの側面を規定するキャビティ側壁部分との境界面に沿って前記積層体の内部へと延びるように位置され、
   前記拘束層は、前記底面導体膜と前記基材層との間に位置される底面拘束層を含み、前記底面拘束層は、前記積層体の内部では、前記底面導体膜を厚み方向に挟むように形成されている、
   多層セラミック基板。
2. 前記拘束層は、前記底面拘束層以外の第２の拘束層を含む、請求項１に記載の多層セラミック基板。
3. 前記第２の拘束層は、前記積層体の前記キャビティ底壁部分および／または前記キャビティ側壁部分の内部に位置されるものを含む、請求項２に記載の多層セラミック基板。
4. 前記第２の拘束層は、前記積層体の最外層を形成するように位置されるものを含む、請求項２または３に記載の多層セラミック基板。
5. 前記底面拘束層の厚みは、前記第２の拘束層の厚みより薄い、請求項２ないし４のいずれかに記載の多層セラミック基板。
6. 前記キャビティは、その積層方向の中間部に段部を形成していて、前記導体膜は、前記段部上に形成される段部導体膜を含み、前記段部導体膜は、前記段部上から前記積層体の内部へと延びていて、
   前記拘束層は、前記段部導体膜と前記基材層との間に位置される段部拘束層を含み、前記段部拘束層は、前記積層体の内部では、前記段部導体膜を厚み方向に挟むように形成されている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の多層セラミック基板。
7. 前記第２の粉体は、ジルコニアを主成分とするものである、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。
8. ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス成分および第１のセラミック材料を含む第１の粉体を含む、生の状態にある基材層と、その少なくとも一方の主面が前記基材層の少なくとも１層に接するように位置され、前記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含む、生の状態にある拘束層と、前記基材層の主面方向に延びるように形成される、導体膜とからなる積層構造を有する、積層体であって、その積層方向での一方端側が開口とされるキャビティが設けられ、前記導体膜は、前記キャビティの底面上に形成される底面導体膜を含み、前記底面導体膜は、前記キャビティの底面上から前記キャビティの底面を規定するキャビティ底壁部分と前記キャビティの側面を規定するキャビティ側壁部分との境界面に沿って前記積層体の内部へと延びるように位置され、前記拘束層は、前記底面導体膜と前記基材層との間に位置される底面拘束層を含み、前記底面拘束層は、前記積層体の内部では、前記底面導体膜を厚み方向に挟むように形成されている、そのような生の積層体を作製する、積層体作製工程と、
   前記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させるとともに、前記ガラス材料を含む前記第１の粉体の一部を前記拘束層に拡散あるいは流動させることによって、前記第２の粉体を、焼結させずに、互いに固着させるように、前記生の積層体を所定の温度で焼成する、焼成工程と
   を備える、多層セラミック基板の製造方法。
9. 前記生の積層体は、その少なくとも一方の主面上に形成されかつ前記拘束層と実質的に同じ組成を有する表面収縮抑制層を備え、前記焼成工程の後、未焼結の前記表面収縮抑制層を除去する工程をさらに備える、請求項８に記載の多層セラミック基板の製造方法。

Images