JP2007123677A - 積層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】第２のセラミック層上に絶縁体を形成し、この絶縁体が導体を被覆するように導体を形成する場合、印刷カスレなく導体を形成することを目的とするものである。
【解決手段】第２のセラミック層に絶縁体を形成し、この第２のセラミック層をプレスすることにより絶縁体厚みを制御することができ、導体の印刷性を改善することが出来る。さらに絶縁体を高密度化することが出来るため、導体にめっき処理を行った場合、めっき液進入による導体剥離、絶縁体下の導体へのめっき付着を防止することが出来る。
【選択図】図４

Description

本発明は、チップ部品、半導体等を実装する積層セラミック基板、特に高周波部品に使用する積層セラミック基板の製造方法に関するものである。
従来の積層セラミック基板の製造方法について説明する。
まずガラス成分を含む無機粉末に有機バインダ及び可塑剤などを混合して第１のセラミック層を作製し、この上に導体ペーストを印刷することにより、導体を形成する。
また、無機粉末に有機バインダ及び可塑剤などを混合して第１のセラミック層の焼結温度では焼結しない第２のセラミック層を作製し、この上に導体ペーストを印刷して導体を形成する。
次に、導体付き第１のセラミック層を積層し、表面に導体を有する一方の面には導体を形成していない第２のセラミック層を、導体を有しない他方の面には導体付き第２のセラミック層を重ね合せて加熱及び加圧することにより積層体を作製する。
次いで、この積層体を第１のセラミック層が焼結し、第２のセラミック層が焼結しない温度で焼成する。この時、第２のセラミック層は、焼結せずほとんど収縮しないので、焼結により収縮しようとする第１のセラミック層を拘束することになる。従って、第１のセラミック層の平面方向の収縮を抑制することができる。
その後、焼結していない第２のセラミック層のみを除去することにより、平面精度に優れた積層セラミック基板を得る。このセラミック基板の製造工法は一般に無収縮焼成工法と呼ばれている。
この積層セラミック基板に、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップ抵抗器等のチップ部品あるいはピンダイオードなどの半導体部品を前記端子電極にはんだ付け等により実装することにより、各種セラミックモジュール部品を作製することができる。
さらに、このセラミックモジュール部品はプリント基板などにはんだ付けにより実装することができ、主に携帯電話等の小型の電子機器に使用されている。
しかし近年、特に携帯電話等で使用される高周波モジュールでは、落下試験等セラミック基板に対し、厳しい機械的強度が要望されている。
落下衝撃によってプリント基板との実装に用いる端子電極からクラック、割れが発生しやすい。
そのため端子電極端部を絶縁体で被覆する端子電極構造が提案されている（特許文献１参照）。
また無収縮焼成工法において、端子電極端部を絶縁体で被覆する工法では、第２のセラミック層上に絶縁体を形成し、さらに導体を形成する工程を有し、積層、焼成一体化する工法が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２−１１１１６５号公報 特開２００３−２４３８２７号公報
しかしながら、前記従来の工法では第２のセラミック層上に絶縁体を形成し、導体を形成する工程において、絶縁体を形成した凹部に導体をスクリーン印刷等によって形成するため印刷カスレ等が発生しやすいという問題点を有していた。
また絶縁体も導体同様にスクリーン印刷等により形成するため、この印刷時に用いる絶縁体ペーストは６５〜８０ｗｔ％と固形分率の高いものを用いるが、印刷形成したのみの塗膜の密度が低く、さらに第１のセラミック層と第２のセラミック層とを積層プレスした際、第２のセラミック層がクッション材としてはたらくため、積層プレスしても高密度化せず、そのため焼成後の密度が低く、導体にめっき処理を行った場合、めっき液が導体と第１のセラミック層との界面に進入し、導体剥離等の問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題を解決するため高密度な絶縁体を形成し、さらに容易に導体を形成することが出来る工法を提供することを目的としている。
前記従来の課題を解決するために、本発明は、第２のセラミック層を形成した後、プレスすることにより、絶縁体の厚みを１０μｍ以上、４０μｍ以下にすることにより、スクリーン印刷によって形成する際、印刷カスレを防ぐことが出来るものであり、さらに絶縁体の密度が向上するため焼成後の絶縁体が緻密化し、機械的強度の高い絶縁体を形成することが出来る。
さらにこのプレスをロール状のプレス装置を用いる事により、絶縁体を連続的に形成し第２のセラミックシートを短冊状に切断することなくプレスすることが可能になり、生産性に優れた工法を提供することが出来る。
本発明の積層セラミック基板の製造方法によれば、無収縮焼成工法において端子電極に絶縁体を容易に被覆することが出来、さらに絶縁体の密度を高めることが出来るため、衝撃などが加わった場合、端子電極と第１のセラミック層との界面に、クラックなどの構造欠陥を抑制することが出来る機械的強度に優れた積層セラミック基板を製造することが可能となる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１において本発明について図面を参照して説明する。
図１〜図９は、本実施の形態における積層セラミック基板の製造工程を説明するための断面図である。
図において、１１は酸化アルミニウムなどの無機粉末に、ガラス成分を含有する第１のセラミック層、１２は酸化アルミニウムなどの無機粉末を含有する第２のセラミック層、１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ等で、第１のセラミック層１１を焼結する温度で焼結する導体、１５は絶縁体である。
まず、酸化アルミニウムなどの無機粉末に、ガラス成分を、有機バインダ、可塑剤を混合して第１のセラミック層１１を作製する。この第１のセラミック層１１はガラス成分を多く含むため焼結温度が低いものとなる。また、その厚みは、５〜３００μｍ程度である。
次に、この第１のセラミック層１１にメカニカルパンチング、もしくはレーザー等によりビアホールを形成し、導体ペーストを埋め込むことにより導体１３ｃを形成する。さらに所定の第１のセラミック層１１の表面にスクリーン印刷等によりコンデンサ、インダクタ等を形成する導体１３ｂを形成する。
また酸化アルミニウムなどの無機粉末に有機バインダ、可塑剤を混合して第２のセラミック層１２を作製する。この第２のセラミック層１２の焼結温度は、第１のセラミック層１１の焼結温度より高く、第１のセラミック層１１の焼結温度においては、ほとんど収縮しないものである。
次いで図２に示すように第２のセラミック層１２の表面にスクリーン印刷などにより絶縁ペーストを塗布し、絶縁体１５を作製する。このとき絶縁ペーストは６５〜８０ｗｔ％の固形分率、好ましくは７０ｗｔ％以上の固形分率のものを使用すると、絶縁体厚みの制御が容易である。
次に図３に示すようにこの第２のセラミック層をプレスし、絶縁体１５の厚みを薄くする。このとき短冊状の第２セラミック層の場合、平板の定盤を用いてプレスを行うが、より生産性を高めるため、図５に示すようにロール状の第２のセラミック層ロール１６に絶縁体１５を形成し、この第２のセラミック層をプレスロール１７によってプレスすることにより絶縁体１５の厚みを薄くする。
次に図４に示すように、この絶縁体１５の端部を覆うように第２のセラミック層１２の上に導体１３ａを形成する。この絶縁体１５は第１のセラミック層１１を構成する無機材料を用いる。
ここで絶縁体１５の厚みと導体１３ａの印刷カスレの発生について調査した。この結果を（表１）に示す。
Figure 2007123677
この表を見ると分かるように、絶縁体厚みが４０μm以下では印刷カスレが発生しないが、それよりも大きい場合は印刷カスレが発生した。
その後、図１に示すように、絶縁体１５および導体１３ａを形成した第２のセラミック層１２の上に、導体１３ａが第１のセラミック層１１と接するように導体１３ａ，１３ｂを形成した第１のセラミック層１１を積層し、加熱および加圧を行い一体化させる。
次に、導体１３ａ，１３ｂを形成した第１のセラミック層１１を所定の構造となるように積層し、加熱および加圧を行い一体化させ、最上層に導体１３ｂを有するようにする。
次いで最上層の導体１３ｂの端部を被覆するように絶縁ペーストを印刷し、絶縁層１５を形成する。
その後、この上に絶縁体１５および導体１３ａを形成していない第２のセラミック層を積層し、加熱および加圧することにより一体化して、図６に示すような仮積層体ブロックを作製する。
次に、この仮積層体ブロックを先の工程で行った加圧よりもさらに高い圧力で加圧し、図７に示す積層体ブロックを得る。
そしてこの積層体ブロックを第１のセラミック層１１および導体１３ａ，１３ｂ，１３ｃが焼結し、第２のセラミック層１２が焼結せずほとんど収縮しない温度で焼成し、図８に示す焼結体を得る。焼成時、第２のセラミック層１２は、ほとんど収縮しないので、焼結により収縮しようとする第１のセラミック層１１を拘束することになる。従って、第１のセラミック層１１の平面方向の収縮を抑制することができるのである。
その後、焼結していない第２のセラミック層１２のみを除去することにより、図９に示すように平面精度に優れた積層セラミック基板を得る。第２のセラミック層１２は焼結していないので、第１のセラミック層１１および表面の導体１３ａ，１３ｂをほとんど損傷することなく、容易に除去することができる。
この基板の表、裏面の導体１３ａ，１３ｂは、端部を絶縁体１５で被覆しているので、この部分の強度が向上し、衝撃にも強く、クラックなどの構造欠陥の発生を抑制することができる。
また絶縁体１５として、第１のセラミック層１１を構成する無機材料を用いているので、焼成によりこの絶縁体１５と第１のセラミック層１１とが反応し、絶縁体１５が第１のセラミック層１１と強固に結びついているので、接着強度をさらに向上させることができる。
なお、積層セラミック基板の表、裏面の導体１３ｂ，１３ｃは、半田濡れ性を確保するために、Ｎｉ−Ａｕめっき等を施すことが一般的である。
ここでＮｉ−Ａｕめっきを施した時、めっき液の進入による絶縁体下部の導体のめっきの付着、さらに導体下部までめっき液が進入し導体ハガレ等の不良の発生について第２のセラミック層をプレスの効果を調査した。その結果を（表２）に示す。
Figure 2007123677
この表からも分かるように、プレスを行わない場合は不良が発生したが、プレスを行った場合は不良は発生しなかった。なおこのプレスは仮積層体ブロックを作製する際のプレス圧と同等、もしくはそれ以下の圧力で行うことが好ましい。
この積層セラミック基板の表面にＳＡＷフィルタなどのチップ部品や、ダイオードなどの半導体を実装し、裏面の電極を用いて、他の回路基板に実装することにより小型で優れた特性を有する電子機器を得ることができる。
さて、本実施の形態の積層セラミック基板と、従来の積層セラミック基板（表面の導体の端部が絶縁体で被覆されていないもの）について落下試験を行った。
用いた積層セラミック基板は、縦６．７ｍｍ、横５．０ｍｍ、高さ０．７ｍｍである。
落下試験は、積層セラミック基板を複数個、プリント基板に実装し、このプリント基板の外周部を１５０ｇの金属製の枠に嵌めて、この枠を１．８ｍの高さから、各面を下に向けてそれぞれ３回づつ落下させて、クラックの発生数を調査した。この結果を（表３）に示す。
Figure 2007123677
この表を見ると分かるように、本実施の形態の積層セラミック基板は、表面の導体１３ａ，１３ｂの外周部を絶縁体で被覆しているので、落下衝撃に対してクラックの発生を抑制することが可能である。また１０μmよりも厚みが薄い場合、クラックの抑制には不十分である。
また、本実施の形態のように、積層セラミック基板の表面の導体１３ａ，１３ｂを積層体と一体焼成することにより、焼成後焼付けにて形成する方法と比較して、工程数を減らすことが可能であり、生産性を向上させることができる。
本発明にかかる積層セラミック基板は端子電極に絶縁体を容易に形成することができ、落下等の外部からの機械的衝撃に強いという効果を有し、特に高周波領域で使用される各種、フィルタや半導体やＳＡＷフィルタとの複合部品に有用である。
本発明の実施の形態１における積層セラミック基板の製造工程を説明するための断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図 同製造工程の一工程を示す断面図
符号の説明
１１ 第１のセラミック層
１２ 第２のセラミック層
１３ａ 導体
１３ｂ 導体
１３ｃ 導体
１５ 絶縁体
１６ セラミック層ロール
１７ プレスロール

Claims (2)

  1. 第１のセラミック層と導体とを積層したものの上下面に第２のセラミック層を圧着して積層体を作製する第１の工程と、前記第１のセラミック層が焼結しかつ前記第２のセラミック層が焼結しない温度で前記積層体を焼成する第２の工程と、前記積層体から前記第２のセラミック層を除去する第３の工程を有し、少なくとも一方の前記第２のセラミック層の前記第１のセラミック層に接する面に絶縁体を形成し、絶縁体を形成した第２のセラミック層をプレスすることによって絶縁体の厚みを１０μｍ以上、４０μｍ以下にし、前記絶縁体の少なくとも一部を被覆するように導体を形成する積層セラミック基板の製造方法。
  2. 前記絶縁体を形成した第２のセラミック層をロール状のプレス装置によって絶縁体を圧密する工程を備えた請求項１に記載の積層セラミック基板の製造方法。
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