JP2009111239A - 積層セラミック基板および積層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層されたグリーンシート毎のビアホールの数の差を原因とするグリーンシート毎の収縮率の差を小さくすることにより反りを抑制された積層セラミック基板を供給する。
【解決手段】ビアホール２を設けた複数のセラミックグリーンシート１を積層し、焼成することにより形成される積層セラミックス基板において、複数のセラミックグリーンシート１の各々におけるセラミックグリーンシート１全体に対するビアホール２の体積占有率が、略等しい。ビアホール２の体積占有率はビアホール２の径ｄをセラミックグリーンシート１ごとに変えることで調整されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、積層セラミック基板に関する。更に特定的には、焼成時の反りを抑制することができる積層セラミック基板に関する。また、積層セラミック基板の製造方法に関する。

近年電子機器の小型化要請はますます強くなっている。そのため、セラミック基板内にもコンデンサや、インダクタなどの電子化回路を内蔵した積層セラミック基板が使用されている。この積層セラミック基板は低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics）原料を混成したシート（セラミックグリーンシート）を作成し、ビアホールを設け、表面に銀などの導電原料を使用して必要な配線パターンを印刷した後、乾燥し、複数のセラミックグリーンシートを積層・圧着後、焼成することで作成される。低温同時焼成セラミックスは銀などの導電原料の融点より低い温度で焼成できるため、上記印刷により積層セラミック基板内に形成された回路パターンは損傷されることはない。

しかし、セラミックグリーンシートはセラミック原料で形成されているため、焼成により収縮する。この収縮は印刷された回路パターンや設けられたビアホールの数などに影響されるため、セラミックグリーンシートごとに収縮率が異なる。そのため、セラミックグリーンシートの収縮率の差を原因とする反りが焼成後の積層セラミック基板に生じ問題となっていた。

印刷された導体配線のパターンの違いを原因とする収縮率の差を抑制する技術として、配線を有する面の反対面にダミー配線を設けることで収縮率の差を相殺し、反りの発生を抑制する技術が提示されている（例えば特許文献１）。
特開２００６−１０８５２９号公報

特許文献１の技術によって、導体配線のパターンの違いを原因とする収縮率の差は抑制することができる。しかし、この方法においてもセラミックグリーンシート毎のビアホールの数の差を原因とする収縮率の差を抑制することはできない。従って、積層セラミック基盤の反りを十分に抑制することができず、問題となっている。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたもので、積層されたグリーンシート毎のビアホールの数の差を原因とするグリーンシート毎の収縮率の差を小さくすることにより、反りを抑制された積層セラミック基板を供給することを目的とする。また、反りを抑制された積層セラミック基板の製造方法を供給することを目的とする。

本発明にかかる積層セラミック基板は、ビアホールを設けた複数のセラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される積層セラミックス基板において、前記複数のセラミックグリーンシートの各々におけるセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が、略等しい。

上記構成によると、複数のセラミックグリーンシートの各々におけるセラミックグリーンシート全体の体積、即ちビアホール体積を含めたセラミックグリーンシート体積、に対するビアホールの体積占有率が略等しいため、焼成時の各セラミックグリーンシートの収縮率も略等しい。従って、積層セラミック基板の収縮率の差を原因とする反りが抑制される。

本発明にかかる積層セラミック基板は、前記複数のセラミックグリーンシートの各々における前記体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下であることが好ましい。

上記構成によると、複数のセラミックグリーンシートの各々における上記体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下であるため、積層セラミック基板の反りが所定の基準値以下に抑制される。

本発明にかかる積層セラミック基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートの各々におけるセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が略等しくなるように、各々のセラミックグリーンシートにビアホールを設ける工程と、前記複数のセラミックグリーンシートを積層し、焼成する工程とを備える。

上記構成によると、複数のセラミックグリーンシートの各々におけるセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が略等しくなるように、各々のセラミックグリーンシートにビアホールを設ける工程を備えるため、セラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が略等しい積層セラミック基板を製造することができる。かかる積層セラミック基板は反りが抑制されているため、本発明にかかる製造方法によって反りが抑制された積層セラミック基板を製造することができる。

本発明にかかる積層セラミック基板の製造方法においては、前記複数のセラミックグリーンシートの各々における前記体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下となるように、各々のセラミックグリーンシートにビアホールを設ける工程を備える。

上記構成によると、複数のセラミックグリーンシートの各々における体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下となるように、各々のセラミックグリーンシートにビアホールを設ける工程を備えるため、反りが所定の基準値以下に抑制された積層セラミック基板を製造することができる。

以下、本発明を具体化した積層セラミック基板の製造方法および積層セラミック基板の一実施形態を図を用いて説明する。

まず、誘電体セラミックスと焼結助剤より成る原料粉末、有機バインダー、可塑剤と溶剤を混合し、スラリー状の混合物を作り、ドクターブレード成形機によって厚さ１３０μｍ程度のシート状に形成後、所定のサイズに打ち抜いて、セラミックグリーンシートを作成する。次いで、回路を上下に接続するためのビアホール（貫通孔）を必要数作成する。このときグリーンシートに作成されるビアホールの総体積はいずれのグリーンシートにおいても略等しくなるようにする。次に、スクリーン印刷法により導体を含んだ導電ペーストを、セラミックグリーンシート表面に印刷することにより回路パターン形成するとともにビアホール内にも導電ペーストが充填される。印刷する導電体としては導電率の大きい銀が最適である。また、導電体である銀の融点以下で焼結する必要があるため、焼結助剤としてはＳｉＯ_２やＭｇＯなどガラス原料を用いる。

こうして作成されたセラミックグリーンシートを複数積層した後圧着し、グリーンシート積層体を形成する。このグリーンシート積層体を所望の大きさに切り出し、焼成して積層セラミック基板を作成する。こうして作成された積層セラミック基板はセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が、積層された複数のセラミックグリーンシートのいずれについても略等しいので、複数のセラミックグリーンシートのいずれについても略等しい収縮率で収縮する。従って、ビアホールを原因とする積層セラミック基板の反りは抑制されている。

ここで、ビアホール体積と収縮率について説明する。図１に示すように、セラミックグリーンシートの収縮率は他の要件が同じであれば、ビアホールの体積占有率に対して負の相関関係を有している。即ち、収縮率に影響するのはビアホールの数ではなく、体積であるといえる。そのため、セラミックグリーンシートに設けられているビアホールの数が異なっていても、セラミックグリーンシートに設けられているビアホールの総体積を等しくすれば、セラミックグリーンシートの収縮率も等しくすることができる。なお、セラミックグリーンシートの収縮率は図２に示すような２５ｍｍ四方の矩形のセラミックグリーンシート１に、格子形状の各頂点に位置するように９つビアホール２を１０ｍｍ間隔に設け、このビアホール２間の距離を焼成前と焼成後に測定し、その比率を計算することにより算出した。

また、図３（ａ）に示すように、ビアホール２を設けたセラミックグリーンシート１（図中のＡ層）とビアホールを設けないセラミックグリーンシート１（図中のＢ層）を積層したグリーンシート積層体を焼成した積層セラミック基板を用いて、Ａ層のビアホール体積占有率と積層セラミック基板反り量と関係を測定し、図３（ｂ）に示した。このグラフより判るように、Ａ層のビアホール体積占有率と積層セラミック基板の反り量とは正の相関関係を有しており、Ａ層のビアホール体積占有率が０、即ちＡ層にビアホールがない場合には、積層セラミック基板の反りもほとんど生じないことが確認できる。なお、積層セラミック基板の反り量は以下のように測定した。図４に示すように、製造した積層セラミック基板１０を水平な台４上に凹面を下向きに載せ、中央部の高さをハイトゲージ５で測定した。この測定値より、図５に示すようにマイクロメータ６で測定した積層セラミック基板１０の膜厚の測定値を引いて積層セラミック基板１０の反り量を算出した。また、焼成前のグリーンシート積層体は８０ｍｍ角の正方形であり、各セラミックグリーンシートの厚みは１３０μｍであった。焼成後は各セラミックグリーンシートの厚みが約１００μｍに収縮するとともに、積層セラミック基板の厚みは２００μｍ程度、全体形状は約７０ｍｍ角の正方形となった。

次に、各セラミックグリーンシートに作成されるビアホールの総体積を積層されるいずれのセラミックグリーンシートにおいても略等しくなるようにビアホールを作成する方法を説明する。

ビアホールはセラミックグリーンシート間に形成された回路同士を接続するために形成されるものであるから、その数は回路接続の必要に応じて決定される。例えば図６に示す従来例のように、図６（ａ）に示したセラミックグリーンシート１に設けられたビアホール２数が、図６（ｂ）に示したセラミックグリーンシート１や図６（ｃ）に示したセラミックグリーンシート１に設けられたビアホール２数より多い場合であっても、図６（ｂ）に示したセラミックグリーンシート１や図６（ｃ）に示したセラミックグリーンシート１に設けられたビアホール２を増やすことは困難である。

一方、接続配線としての機能を損なわなければ、ビアホール１つあたりの体積を変化させることは可能である。即ち、図７に示す例のように、図７（ａ）に示したセラミックグリーンシート１に設けられたビアホール２の面積と同面積となるように図７（ｂ）に示したセラミックグリーンシート１や図７（ｃ）に示したセラミックグリーンシート１に設けられたビアホール２の径ｄを大きくすることでシート面上のビアホール面積は変化させることができる。従って、ビアホール２の径ｄを変化させることで、片面表面全体に対するビアホール面積占有率を、セラミックグリーンシート１毎に等しくすることができる。また、セラミックグリーンシート１の厚みが同じであれば、ビアホール２の占める体積は面積に比例するため、セラミックグリーンシートの片面表面全体に対するビアホール面積占有率を、セラミックグリーンシート毎に一定にすれば、セラミックグリーンシート全体に対するビアホール体積占有率をセラミックグリーンシート毎に一定にすることができる。なお、ビアホール２の径ｄを大きくすることは層間配線を太くすることに相当するため、接続配線としての機能を損なうことはない。

図８（ａ）に示すように、通常のビアホール２を設けたセラミックグリーンシート１（図中のＡ層）とＡ層に設けたビアホール２の径ｄより大きな径ｄのビアホール２を設けたセラミックグリーンシート１（図中のＢ層）を積層したグリーンシート積層体を焼成した積層セラミック基板を用いて、Ａ層のビアホール体積占有率とＢ層のビアホール体積占有率との比を横軸とし、積層セラミック基板反り量を縦軸としたグラフを図８（ｂ）に示した。図８（ｂ）より判るように、Ａ層のビアホール体積占有率とＢ層ビアホール体積占有率との比は、積層セラミック基板の反り量と負の相関関係を有しており、Ａ層およびＢ層のビアホール体積占有率の比が１、即ちＡ層およびＢ層のビアホール体積占有率が等しい場合には、基板反り量が０となり反りが生じないことが確認できる。ここで、基板の反り量が１００μｍ以下であれば事実上問題がないので、Ａ層およびＢ層のビアホール体積占有率の比は０．８５以上１．００以下であることが好ましい。なお、本実施例では特に考慮していないが、Ａ層のビアホール体積占有率がＢ層のビアホール体積占有率より大きい場合を考慮すると、Ａ層およびＢ層のビアホール体積占有率の比は０．８５以上１．１８（＝１／０．８５）以下であることが好ましい。また、積層セラミック基板の反り量の測定方法は上述した「Ａ層のビアホール体積占有率と積層セラミック基板の反り量」の説明の際に述べた方法と同様であるので、その説明を省略する。

上記実施形態の積層セラミック基板の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態の積層セラミック基板によれば、複数のセラミックグリーンシート１の各々におけるセラミックグリーンシート１全体に対するビアホール２の体積占有率が略等しいため、焼成時の各セラミックグリーンシート１の収縮率も略等しい。従って、積層セラミック基板の収縮率の差を原因とする反りが抑制される。

（２）上記実施形態の積層セラミック基板によれば、複数のセラミックグリーンシート１の各々における上記体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下であるため、積層セラミック基板の反り量が事実状問題のない範囲に抑制される。

（３）上記実施形態の積層セラミック基板の製造方法によると、複数のセラミックグリーンシート１の各々におけるセラミックグリーンシート１全体に対するビアホール２の体積占有率が略等しくなるように、各々のセラミックグリーンシート１にビアホール２を設ける工程を備えるため、セラミックグリーンシート１全体に対するビアホール２の体積占有率が略等しい積層セラミック基板を製造することができる。かかる積層セラミック基板は反りが抑制されているため、本発明にかかる製造方法によって反りが抑制された積層セラミック基板を製造することができる。

（４）上記実施形態の積層セラミック基板の製造方法によると、複数のセラミックグリーンシート１の各々における体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下となるように、各々のセラミックグリーンシート１にビアホール２を設ける工程を備えるため、反り量が事実上問題がない範囲以下に抑制された積層セラミック基板を製造することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態にかかる積層セラミック基板においては、効果の確認するため２枚のセラミックグリーンシート１を積層したが、セラミックグリーンシート１は３枚以上積層しても良い。この場合においても、セラミックグリーンシート１全体に対するビアホール２の体積占有率が積層されるすべてのセラミックグリーンシート１において略等しければ積層セラミック基板の反りは抑制される。

・また、セラミックグリーンシート１は３枚以上積層についてもセラミックグリーンシート１全体に対するビアホール２の体積占有率が０.８５以上１．１８以下とすることが好ましい。セラミックグリーンシート１は３枚以上積層されている場合においても、積層されている任意の２枚の体積占有率の比が０.８５以上１．１８以下とすることにより、基準以下の反り量とすることができる。

・上記実施形態にかかる積層セラミック基板においては、ビアホール２の径ｄを変えることによりビアホール１個あたりの体積を調整したが、他の構成であっても良い。例えばビアホール２の形状を長方形・長円形等に変えてビアホールの体積を調整しても良い。

本発明にかかる積層セラミック基板は、焼成時の反りが抑制されているため産業上広く利用することが可能である。

セラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率と収縮率との関係を示すグラフである。 セラミックグリーンシートの収縮率の測定方法を説明するための平面図である。 セラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率と積層セラミック基板の反り量との関係を説明する図であって、（ａ）はグリーンシートの積層状態を示す断面模式図であり（ｂ）はセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率と積層セラミック基板の反り量との関係を示すグラフである。 積層セラミック基板の反り量の測定方法を説明するための模式図である。 積層セラミック基板の厚みの測定方法を説明するための模式図である。 従来のビアホールを有するセラミックグリーンシートの平面模式図であって、（ａ）はビアホールの数が多いセラミックグリーンシートの模式図であり、（ｂ）はビアホールの数が中程度のセラミックグリーンシートの模式図であり、（ｃ）はビアホールの少ないセラミックグリーンシートの模式図である。 本発明にかかる積層セラミック基板を構成する、ビアホールを有するセラミックグリーンシートの平面模式図であって、（ａ）はビアホールの数が多いセラミックグリーンシートの模式図であり、（ｂ）はビアホールの数が中程度のセラミックグリーンシートの模式図であり、（ｃ）はビアホールの少ないセラミックグリーンシートの模式図である。 セラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が異なるセラミックグリーンシートを積層した積層セラミック基板における、体積占有率の比と反り量との関係を説明する図であって、（ａ）はグリーンシートの積層状態を示す断面模式図であり（ｂ）は体積占有率の比と反り量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１・・・セラミックグリーンシート、２・・・ビアホール、４・・・台、5・・・ハイトゲージ、６・・・マイクロメータ、１０・・・積層セラミック基板。

Claims (4)

1. ビアホールを設けた複数のセラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される積層セラミックス基板において、
   前記複数のセラミックグリーンシートの各々におけるセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が、略等しいことを特徴とする積層セラミック基板。
2. 前記複数のセラミックグリーンシートの各々における前記体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層セラミック基板。
3. 複数のセラミックグリーンシートの各々におけるセラミックグリーンシート全体に対するビアホールの体積占有率が略等しくなるように、各々のセラミックグリーンシートにビアホールを設ける工程と、
   前記複数のセラミックグリーンシートを積層し、焼成する工程とを備える積層セラミック基板の製造方法。
4. 前記複数のセラミックグリーンシートの各々における前記体積占有率の比が、０.８５以上１．１８以下となるように、各々のセラミックグリーンシートにビアホールを設ける工程を備える請求項３に記載の積層セラミック基板。

Images