JP2009130370A - 積層セラミック基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層セラミック基板の性能に影響を与えることなく行うことが出来る、効率的で簡単な低コストの積層セラミック基板の製造方法が提案される。
【解決手段】本発明にかかる積層セラミック基板の製造方法では、複数のセラミックグリーンシートを積層して形成されるセラミック積層体において、少なくとも一つのセラミックグリーンシート上に有機物ペーストで切断領域を印刷する。そして、積層されたセラミック積層体を焼成し、切断領域に沿って切断して積層セラミック基板を製造する。
【選択図】 図２ｃ
【解決手段】本発明にかかる積層セラミック基板の製造方法では、複数のセラミックグリーンシートを積層して形成されるセラミック積層体において、少なくとも一つのセラミックグリーンシート上に有機物ペーストで切断領域を印刷する。そして、積層されたセラミック積層体を焼成し、切断領域に沿って切断して積層セラミック基板を製造する。
【選択図】 図２ｃ
Description
本発明は積層セラミック基板の製造方法に関するもので、より詳しくは、積層セラミック基板の性能に影響を与えることなく行うことが出来る、効率的で簡単な低コストの積層セラミック基板の製造方法に関する。
最近ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ：低温焼成積層セラミック）の焼成方式は、ｘ、ｙ、ｚ方向のいずれにも収縮がある従来の方式（収縮焼成）から、ｘ−ｙ面内では収縮が殆ど無くｚ方向にのみ収縮がある方式（無収縮焼成方式ともいう）に変わる傾向にある。この傾向は、表面に実装されるＩＣ及び各種の素子が正確な位置に実装されることができるよう積層セラミック基板のｘ、ｙ方向の寸法が非常に精密でなければならないということに起因している。一般に、無収縮焼成方法は従来の収縮焼成方式に比べてｘ、ｙ方向の寸法の精密度に優れる。
無収縮焼成のためには焼成の前の中間製品の大きさが一定以上にならなければならず、できるだけ大きいものが量産性や材料の効率性の面で有利である。一方で、ＬＴＣＣ最終製品の大きさは、ＲＦモジュールの場合、例えば、横と縦がそれぞれ１．５ｃｍ以下程度と小さい。そのため、焼成後に最終製品の大きさに切断しなければならない。しかし、焼成後、ＬＴＣＣ製品は硬度が大きく脆性が大きいセラミックの性質をそのまま有しているため、切断時に切断面以外の部分が破壊したり（以下、チッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）と称する）製品全体が割れてしまったりするなどの問題が生じる。最近は、積層セラミック基板の信頼性を向上させるべく強度の強い素材を使用する傾向にあるため、切断工程での問題の発生はさらに重要な問題として考慮されている。そこで、その問題を解消すべく、レーザカットまたはハーフカット（Ｈａｌｆ ｃｕｔｔｉｎｇ）などの様々な方法が試みられている。
積層セラミック基板の切断方式として大きく２つのものが知られている。一つは、高速回転ブレード（ｂｌａｄｅ）を使用する方式である。図１を参照すると、焼成されたセラミック層１１、１２、１３、１４、１５、１６が積層されたセラミック積層体１０を、回転ブレード２０を用いて切断領域Ｃ1で切断する。
しかし、高速回転ブレードを利用する方式は、元々有機基板である印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）を切断するのに使われる方式である。従って、この方式を積層セラミック基板に適用すると積層セラミック基板の素材であるセラミックの硬度がＰＣＢの内部素材の硬度より非常に大きいため様々な問題が生じる。
その問題の一つは、焼結された積層セラミック基板の硬度が大きいために積層セラミック基板が切断されにくく、その結果、切断速度が遅くなることである。別の問題は、セラミックの脆性のために、工程上の小さな誤差にもチッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ：所望としない部分が割れる現象）が発生することである。さらに別の問題は、積層セラミック基板用セラミック材料の主な構成物の一つであるＡｌ2Ｏ3の硬度が高い（９に近い）ため、ブレードの回転刃の寿命が非常に短くなり、ブレードの維持及び補修コストが高くなることである。
焼結された積層セラミック基板を切断するのに、レーザを利用することができる。レーザの出力が強くて速い速度で加工できるようにしたレーザとしてＣＯ2レーザが提案されたが、ＣＯ2レーザの波長エネルギー（〜１０μｍ）ではセラミック材料内の原子間の結合を切るように切断することは難しいため、出力を高めて切断領域に熱を発生させて溶かす。しかし、このような高出力レーザの熱による切断は切断領域以外の領域に熱による影響を与えてしまうため、セラミック基板全体に損傷を与える可能性が大きい。
またＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：紫外線）やＩＲ（ｉｎｆｒａｒｅｄ： 赤外線）の波長帯のレーザを使用すると製品を切断することはできるが、加工速度が遅すぎるために、大量生産の工程に適用するのは困難である。通常、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）ソースを使用するＵＶ、ＩＲレーザの加工速度は２０ｍｍ／ｓｅｃを超えるのが難しい。
従って、このような従来方法による積層セラミック基板の切断方法に対し、容易に切断工程を行うことができると共にセラミック基板の切断領域以外の領域に影響を与えない切断方法が求められている。
本発明は上述の問題点を解決するためのもので、本発明の目的の一つは、積層セラミック基板の性能に影響を与えることなく行うことが出来る効率的で簡単な低コストの積層セラミック基板の製造方法を提供することである。
以上のような目的を達成すべく、本発明の一側面によ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を積層して形成されるセラミック積層体において、セラミックグリーンシートの少なくとも一つのセラミックグリーンシート上に有機物ペーストで切断領域を印刷する段階と、セラミック積層体を焼成する段階と、焼成されたセラミック積層体の切断領域に沿って切断する段階と、を含む。
切断領域を印刷する段階は、セラミックグリーンシート上に有機物ペーストをスクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）またはインクジェットプリンティング（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のいずれか一つの方法を利用して行われることができる。
セラミック積層体は、セラミックグリーンシート上の切断領域が積層方向に整列されるよう積層されることが好ましい。
切断領域を印刷する有機物ペーストは、難燃性有機物質を含むことが好ましく、特に、有機物ペーストは、重合度が高い高分子物質を含むことができる。また、有機物ペーストは、有機溶媒をさらに含むことができる。
有機物ペーストは、エチルセルロース（Ｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリビニルブチラル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ）、メタクリレート（Ｍｅｔａｃｒｙｌａｔｅ）及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか一つである有機物質を含むことができる。
切断領域の幅は、セラミックグリーンシートの厚さの１倍〜２倍であることができる。
積層セラミック基板の切断段階は、切断領域に圧力または熱を加えて行ってもよく、切断領域にレーザを印加して行ってもよい。
複数のセラミックグリーンシートうちの一部のセラミックグリーンシートに切断領域が印刷された場合には、切断領域が印刷されたセラミックグリーンシートと切断領域が印刷されていないセラミックグリーンシートとは交互に積層されることが好ましい。
本発明の積層セラミック基板の製造方法では、焼結されたセラミック基板内の切断領域に有機物による空隙が形成される。従って、従来技術の高出力レーザや回転ブレードのように高価な装備を利用せずとも、所望の切断領域のみを切断することができ、また、切断工程時にセラミック基板に物理的な力を加えないために製品の信頼性が維持されるという効果がある。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるのではない。本発明の実施形態は当業界において通常の知識を有している者に本発明をより完全に説明すべく提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどは説明をより明確にするために誇張されることがある。
本発明の一実施例によ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を積層して形成されるセラミック積層体において、セラミックグリーンシートの少なくとも一つのセラミックグリーンシート上に有機物ペーストで切断領域を印刷する段階と、セラミック積層体を焼成する段階と、焼成されたセラミック積層体の切断領域に沿って切断する段階と、を含む。本方法ではセラミックグリーンシートのうち切断しようとする領域に有機物ペーストを塗布して焼成し、有機物ペーストが加熱により収縮して生成される空隙に力を加えてセラミック基板を切断する。
図２ａ〜２ｆは、本発明の一実施例による積層セラミック基板の製造方法を説明するための図である。以下、本発明の一実施例による積層セラミック基板の製造方法を、図２ａ〜２ｆを参照して説明する。
図２ａにセラミックグリーンシート１１１が図示されている。セラミックグリーンシート１１１は３つの領域に分離されている。セラミックグリーンシート１１１は使用しようとする領域である可用領域Ａ1、Ａ2及び切断工程に使われる領域である切断領域Ｃ2を含む。切断領域Ｃ2には有機物ペースト１２１が印刷により形成される。セラミックグリーンシート１１１は公知の方法によって、セラミック粉末とガラス、有機バインダー及びその他の添加剤などを溶媒に混合してスラリー状にした後、シート状に成形して製造される。
有機物ペースト１２１は、有機物質、溶媒及びその他の添加剤を含む溶液をペースト状にしたものである。有機物質は、セラミックグリーンシート１１１と共に焼成されるが、セラミック焼結時よりも先に燃焼するため、切断領域Ｃ2に空隙が形成される。但し、切断領域Ｃ2に印刷される有機物ペースト１２１は難燃性有機物質を含むことが好ましいが、これは比較的高い温度で焼成されるセラミックグリーンシートを焼成するとき、難燃性有機物質が不完全燃焼して空隙形成がより容易になるためである。難燃性有機物質としては重合度が高い高分子物質を例に挙げることができる。有機物ペースト１２１は有機溶媒に有機物質を添加し、その他の物性を向上させることができる添加剤をさらに含むことができる。
本発明で使用され得る有機物ペーストは、エチルセルロース（Ｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリビニルブチラル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ）、メタクリレート（Ｍｅｔａｃｒｙｌａｔｅ）及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか一つの有機物質を含むことができる。これらは比較的に分子量または重合度が高い物質であって難燃性有機物質である。
切断領域Ｃ2の幅は、セラミックグリーンシート１１１の厚さの１倍〜２倍であることができる。セラミックグリーンシート１１１の厚さが厚いと、セラミックグリーンシート１１１を切断するために上記空隙を大きくする必要があり、セラミックグリーンシート１１１の厚さが薄いと、上記空隙を小さくしても切断が可能である。従って、切断領域Ｃ2の幅は、セラミックグリーンシート１１１の厚さと比例して増減させることができる。切断領域Ｃ2の幅は、セラミックグリーンシート１１１の厚さの２倍が好ましいが、これは、より小さい力を加えて切断工程を行うことが可能なためである。
切断領域Ｃ2に有機物ペースト１２１を印刷する段階は、セラミックグリーンシート１１１上に有機物ペースト１２１をスクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）またはインクジェットプリンティング（ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のような方法を利用して所望の領域に印刷して行うことができる。
図２ｂでは、有機物ペースト１２１、１２２、１２３、１２４が印刷されたセラミックグリーンシート１１１、１１２、１１３、１１４を用意し、切断領域Ｃ2が有機物ペーストで塗布されないセラミックグリーンシート１１５も共に用意する。なお、セラミックグリーンシート１１５はセラミック積層体の最上位層に位置するために有機物ペーストで積層される必要がない。
セラミックグリーンシートを用意した後、切断領域Ｃ2に有機物ペースト１２１、１２２、１２３、１２４が印刷されたセラミックグリーンシート１１１、１１２、１１３、１１４を積層し、最上位層には切断領域Ｃ2が有機物ペーストで塗布されていないセラミックグリーンシート１１５を積層してセラミック積層体１１０を形成する（図２ｃ参照）。図２ｂではセラミック積層体１１０のうち４つのセラミックグリーンシート１１１、１１２、１１３、１１４に有機物ペースト１２１、１２２、１２３、１２４が印刷されているが、これとは異なって有機物ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートを、印刷されたセラミックグリーンシートの間に積層することもできる。これについては、以下、図３及び図４を参照して説明する。
セラミックグリーンシートは積層後、所定の圧力に加圧して接着される。セラミックグリーンシート１１１、１１２、１１３、１１４、１１５は焼成前には軟性を示すため、有機物ペースト１２１、１２２、１２３、１２４はそれぞれセラミックグリーンシート１１５、１１１、１１２、１１３に圧入される。
セラミック積層体１１０を形成した後、所定の焼成温度でセラミック積層体１１０を焼成する。セラミック積層体１１０の焼成温度は、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末及びガラス成分によって相違するが、一般にセラミック粉末及びガラスは６００℃〜９００℃の低温で焼結するため、その温度で焼成することが好ましい。図２ｄには焼成されたセラミック積層体１１０’が図示されている。焼成されたセラミックグリーンシート１１１’、１１２’、１１３’、１１４’、１１５’の切断領域Ｃ2に印刷された有機物ペースト１２１、１２２、１２３、１２４の有機物質は焼成温度で不完全燃焼して空隙１３１、１３２、１３３、１３４を形成する。
次に、空隙１３１、１３２、１３３、１３４が形成された焼成されたセラミック積層体１１０’の切断領域Ｃ2に力を加える。このように、切断領域Ｃ2に力を加えることになるため、焼成前にセラミックグリーンシートは空隙が切断領域Ｃ2上に形成されるよう積層されることが好ましい。セラミック積層体は、セラミックグリーンシート上の切断領域Ｃ2が積層方向に整列されるよう積層されることが好ましい。
積層セラミック基板の切断段階は、切断領域に圧力または熱を加えて行われる（図２ｅ参照）。また、それに代えて、レーザを印加して行ってもよい。圧力、熱またはレーザを印加する場合には、既に切断領域Ｃ2に空隙１３１、１３２、１３３、１３４が形成されており、空隙が整列されているため、より小さい圧力や熱を加えて切断することができる。
図２ｆには、図２ｅの焼成されたセラミック積層体１１０’が、空隙１３１、１３２、１３３、１３４の部分に力を受けて切断された２つのセラミック積層体１１０’’、１１０’’’が図示されている。各セラミック積層体１１０’’、１１０’’’は空隙部分が切断されており（Ｃ3）、可用領域Ａ1、Ａ2には影響を与えない。
図３は、本発明の別の実施例によって積層されたセラミック基板の断面図であり、図４は本発明のさらに別の実施例によって積層されたセラミック基板の断面図である。
有機物ペーストを利用して生成される空隙は必ずしもセラミック積層体を構成するセラミックグリーンシートのすべてに形成される必要はない。これは有機物の特性、切断工程に使用される物理的な力、またはセラミックグリーンシートの厚さなどと関連して適切に調節されることができる。例えば、有機物ペーストの有機物が焼成後、空隙の発生が容易で生成された空隙の大きさが大きい場合は、有機物ペーストは一部のセラミックグリーンシートのみに印刷してもよく、空隙の発生が困難であったり空隙が小さく形成されたりする場合に、それより多いシートに印刷してもよい。
複数のセラミックグリーンシートのうち一部のセラミックグリーンシートにのみ有機物ペーストが印刷された場合には、有機物ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートと有機物ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートとは交互に積層されることが好ましい。これは、生成された空隙がセラミック積層体の内部全体に均一に分布するようにして力を加えるとき均一な力を全体に伝達するようにするためである。
図３において、セラミック積層体２１０には有機物ペースト２２１、２２２、２２３、２２４が印刷されたセラミックグリーンシート２１２、２１４、２１６、２１８と、有機物ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシート２１１、２１３、２１５、２１７とが交互に積層されている。切断領域は積層方向に整列しているが、有機物ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートがその間に位置するため、セラミック積層体内の全てのセラミックグリーンシートに有機物ペーストが印刷された場合より印刷工程を省くことができるので、より簡単な工程で有機物ペースト材料の使用を減らすことができる。
図４には、有機物ペーストが印刷されたシート１枚につき、有機物ペーストが印刷されていないシート２枚が交互に積層されたセラミック積層体が図示されている。有機物ペースト３２１、３２２、３２３が印刷されたセラミックグリーンシート３１２、３１５、３１８のそれぞれに対し、未印刷セラミックグリーンシート３１３、３１４、３１６、３１７のうち２つのセラミックグリーンシートが積層されている。最上面には未印刷セラミックグリーンシート３１１が積層されている。図４のセラミック積層体３１０は図３のセラミック積層体２１０のようにセラミックグリーンシート上に有機物ペーストを印刷する工程及び使用する材料を減らすことができるという長所がある。但し、セラミック積層体内の全てのセラミックグリーンシートに有機物ペーストが印刷された場合よりも空隙が少ないため、切断時において切断領域に加える力を増加させるか、または切断領域を増加させる必要がある。
図５は本発明によって有機物ペーストが印刷された積層セラミック基板を焼成した後、切断した切断面を表した観察図である。図５において、積層セラミック基板はその切断面が比較的に滑らかな状態をみせ、切断面以外の部分での基板の破損やチッピングなどの損傷部分が見えないことが確認できる。
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されるのではなく、添付の請求範囲により解釈されるべきである。また、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能ということは当該技術分野の通常の知識を有している者であれば自明である。
１１０ セラミック積層体
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ セラミックグリーンシート
Ａ1、Ａ2 可用領域
Ｃ2 切断領域
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５ セラミックグリーンシート
Ａ1、Ａ2 可用領域
Ｃ2 切断領域
Claims (11)
- 複数のセラミックグリーンシートを積層して形成されるセラミック積層体において、前記セラミックグリーンシートの少なくとも一つのセラミックグリーンシート上に有機物ペーストで切断領域を印刷する段階と、
前記セラミック積層体を焼成する段階と、
前記焼成されたセラミック積層体の切断領域に沿って切断する段階と、を含む積層セラミック基板の製造方法。 - 前記切断領域を印刷する段階は、
前記セラミックグリーンシート上に前記有機物ペーストをスクリーンプリンティングまたはインクジェットプリンティングのいずれか一つの方法を利用して行われ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の製造方法。 - 前記セラミック積層体は、前記セラミックグリーンシート上の前記切断領域が積層方向に整列されるよう積層され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の製造方法。
- 前記有機物ペーストは、難燃性有機物質を含む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の製造方法。
- 前記有機物ペーストは、重合度が高い高分子物質を含む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の製造方法。
- 前記有機物ペーストは、有機溶媒をさらに含む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の製造方法。
- 前記有機物ペーストは、エチルセルロース（Ｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリビニルブチラル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ）、メタクリレート（Ｍｅｔａｃｒｙｌａｔｅ）及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか一つである有機物質を含む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の製造方法。
- 前記切断領域の幅は、前記セラミックグリーンシートの厚さの１倍〜２倍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の製造方法。
- 前記切断段階は、前記切断領域に圧力または熱を加えて行われ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の製造方法。
- 前記切断段階は、前記切断領域にレーザを印加して行われ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の製造方法。
- 前記複数のセラミックグリーンシートのうちの一部のセラミックグリーンシートに切断領域が印刷され、
前記切断領域が印刷されたセラミックグリーンシートと切断領域が印刷されていないセラミックグリーンシートとは交互に積層され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の製造方法。
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