JP2009147157A - 多層セラミック基板及びその製造方法、電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターンを微細化した場合においても、はんだ付けの不良を少なくし、高い信頼性をもった半導体モジュールを得る。
【解決手段】この多層セラミック基板１０においては、最表面のセラミック層に隣接するセラミック層１１と最表面のセラミック層（表層セラミック層）１２の間に内部配線１３が形成される。ビア配線１４は一端が内部配線１３に接続され、他端が接続用導体部（パッド部）１５と接続される。ここで、この多層セラミック基板１０においては、最表面のセラミック層である表層セラミック層１２が表面に設けられており、接続用導体部１５がこの表層セラミック層１２の中に埋め込まれ、表層セラミック層１５の表面と接続用導体部１５の表面とが略同一平面上にある形態となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のセラミック層が積層されてなる多層セラミック基板の構造及びその製造方法に関する。また、この多層セラミック基板を用いた電子部品に関する。

今日、多層セラミック基板は、例えば携帯電話等の移動体通信端末装置において、アンテナスイッチモジュール、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）モジュール、フィルタモジュール等の各種電子部品において用いられている。

こうした多層セラミック基板においては、複数のセラミック層が積層され、各層の間には配線層が形成され、かつ各配線層はビア配線によって接続される。特にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼結セラミック材料）は低温で配線材料等と一括して焼結できるため、こうした構成におけるセラミック層の材料に適している。

こうした多層セラミックス基板には半導体チップ等の機能素子が搭載され、電子部品となって機能する。特許文献１には多層セラミックス基板の構造の一例が記載されており、その断面図を図７に示す。この多層セラミック基板９０においては、２層のセラミック層９１ａ、９１ｂが積層されており、セラミック層９１ａと９１ｂとの間には内部配線９２が形成されている。なお、これよりも下層にもセラミック層が存在するが、省略している。セラミック層９１ｂの表面には外部配線９３が形成されており、内部配線９２と外部配線９３とはビア配線９４で接続される。なお、図７は断面図であるが、内部配線９２及び外部配線９３は配線となるべく所望の形状で各セラミック層の面方向においてパターニングされている。また、ビア配線９４はセラミック層９１ｂを貫通する略円柱状となっている。

外部配線９３には、半導体チップが直接接合されたり、半導体チップとの電気的接合がとられ、一般にこうした接合には、融点の低いはんだが用いられる。この場合、はんだは外部配線９３におけるパッド部（接続用導体部）９３ａに接合されるが、このパッド部９３ａの外にはんだが流れ出すことがある。この際、隣接する外部配線のパッド部のはんだ同士が接触し、本来接続すべきでない箇所が接続されることがある。また、はんだが流れ出るために所望のパッド部９３ａでの接合ができなくなることもある。このため、セラミック層９１ｂの表面において、はんだ付けを行う箇所であるパッド部９３ａ以外の箇所には、はんだ濡れ性の低い絶縁性のオーバーコート層９５が形成される。オーバーコート層９５は例えばガラスセラミックからなり、印刷によりパターニングされ、焼成されて形成される。この焼成は、セラミック層９１ａ、９１ｂや内部配線９２、外部配線９３，ビア配線９４等と同時に一括して行われる。この焼成後に、外部配線９３の表面にははんだ濡れ性が高い金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）からなる金属めっき層９６がめっきにより形成される。

上記の構造を製造する際には、粉末材料を有機バインダ中に分散させてシート状に成型したグリーンシートをセラミック層９１ａ、９１ｂとなる層とし、内部配線９２、外部配線９３、及びビア配線９４となる金属層を銀ペーストを印刷することによって形成した積層体を形成する。この積層体上に、オーバーコート層９５となるガラスセラミック層材料を印刷によって形成し、この積層体を図７中の上下方向にプレスしてオーバーコート層９５を平坦化させた後で焼結を行う。この焼結によってセラミック層９１ａ、９１ｂ、内部配線９２、外部配線９３、及びビア配線９４が形成され、その後でめっきによって金属めっき層９６が形成される。

この構造を用いて、多層セラミック基板の上に多数の半導体チップを搭載し、はんだを用いて接合して形成した電子部品を製造することができた。

一方、特許文献２には、同時焼成ではなく２段階に分けて焼結を行う多層セラミック基板の製造方法が開示されている。即ち、この製造方法は、内部配線が形成された複数の第１セラミックグリーンシートを積層、焼成してなるセラミック基板の両主面に、表層の外部配線が形成された第２のセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成し、この積層体をさらに焼結するセラミック多層基板の製造方法である。

特開２００６−１５６９４８号公報 特開２００６−１４０５１３号公報

しかしながら、近年、半導体モジュールの高集積化に伴って、内部配線９２や外部配線９３のパターンは益々微細化している。例えば、外部配線９３において半導体チップや半導体チップ配線との電気的接合を行うパッド部９３ａの１辺を３００μｍ以下、パッド部の間隔を２００μｍ以下、より高密度の場合には１辺を２００μｍ以下、パッド部の間隔を１００μｍ以下とすることが必要になる。こうした場合、特にオーバーコート層９５に起因するはんだ付けの不良が発生した。

オーバーコート層９５は印刷で形成され、その際に印刷の下地となる外部配線９３等に対して目合わせして形成される。この目合わせ精度が悪いと、オーバーコート層９５と外部配線９３との重ね合わせ精度が悪くなり、本来オーバーコート層９５でカバーすべき箇所が露出したり、本来はんだ付けを行うべき箇所であるパッド部９３ａがオーバーコート層９５によって覆われ、接合不良を発生することがある。従って、特に微細化されたパターンに対しては、焼成後の状態での重ね合わせ精度が不充分となることがあった。また、特に微細化されたパターンではオーバーコート層９５の印刷時の滲みにより、パッド部９３ａがオーバーコート層によって覆われてしまうこともあった。

また、オーバーコート層は、ペーストを印刷して形成され、印刷後にプレスしてオーバーコート層を平坦化する。この際、オーバーコート層下部のパターンの有無によって局所的に高い圧力がかかることがあり、ここから焼成後にクラックが発生することがあった。また、オーバーコート層とセラミック層の焼結収縮の差により、オーバーコート層が緻密に焼成できないこともあった。このため、前記のめっきをオーバーコート層９５形成後に行う場合、めっき液がオーバーコート層９５の内部に染み込み、オーバーコート層９５にはんだが乗りにくくするという目的を達成できない場合があった。従って、オーバーコート層を用いた多層セラミック基板においては、配線パターンを微細化した場合に、はんだ付けの不良やめっき液による不良が多発した。

また、外部配線９３のパターンの微細化に伴い、表層におけるビア配線９４の開口部径も従来用いられてきたφ１００μｍ程度の大きさから、さらに微細な径にすることが必要となってきた。ビア配線はビア孔に電極ペースト等の材料が印刷工程によって充填されて形成されるため、セラミック層９１ｂが厚いと、ビア配線が形成されるビア孔を加工し難くなる。また、印刷工程でのビア孔への電極ペースト充填と微細なパターン形成の両立も難しくなってきた。

特許文献２では、高精度の表層導体パターンを得るために２段階に分けて積層体を焼結する製造方法が提案されている。しかしながら、実際のところ、焼結後のセラミック基板に未焼成のグリーンシートを緻密に圧着することは困難である。さらに、これらを剥離欠陥や熱ダメージなく焼成することは実質的には困難なことであった。

従って、オーバーコート層を用いた多層セラミック基板においては、配線パターンを微細化した場合に、はんだ付けの不良が多発した。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、同時焼成（焼成と焼結を厳密には区別していないので焼結と言う場合もある。以下同様。）による多層セラミック基板において外部配線パターンの微細化やビア小径化に伴う、はんだ付け不良の問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１に記載の発明の要旨は、複数のセラミック層が積層され、最表面に接続用導体部を備える多層セラミック基板であって、ビア配線と、表面に金属めっき層を有する前記接続用導体部とが形成された最表面のセラミック層と、前記最表面のセラミック層と、前記最表面のセラミック層と隣接するセラミック層との間に形成され、前記ビア配線によって前記接続用導体部に接続される内部配線とを具備し、前記接続用導体部の表面と、前記最表面のセラミック層のセラミック表面とが略同一平面上にあることを特徴とする多層セラミック基板に存する。なお、上記金属めっき層はニッケル（Ｎｉ）及び／または金（Ａｕ）を主成分とするめっき層であることが望ましい。

かかる構成によれば、最表面のセラミック層は隣接するセラミック層と重ね合わせ精度を保ったまま一体焼成されているので、均一で緻密な一体組織となる。よって、はんだ付け不良やめっき液の染み込み不良が低減される。このとき、内部配線と接続用導体部とがビア配線で直接接続されると共に、接続用導体部の表面とセラミック表面とが略同一平面上にあるように形成されているので、導体を歪ませるような変形が生じない。また、これらの配線全体が良質な絶縁層（最表面のセラミック層）に埋設されて覆われているので、マイグレーション等の絶縁不良が低減される。

請求項２に記載の発明の要旨は、前記最表面のセラミック層の厚さは１５〜９０μｍの範囲であり、前記隣接するセラミック層の厚さは１５μｍを越え、かつ前記最表面のセラミック層と前記隣接するセラミック層の厚さの合計が４０μｍを越えていることを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック基板に存する。

焼結後のセラミック層の厚みは、基本的には焼成前のセラミックグリーンシートの厚みに支配される。前記最表面のセラミック層の厚さが１５μｍ未満の場合、第１のセラミックグリーンシートを積層することが困難となる場合がある。また、前記最表面のセラミック層の厚さが９０μｍを越える場合、第１のセラミックグリーンシートへの小径ビア加工が困難となる。また、前記隣接するセラミック層の厚さが１５μｍ以下であると、焼成前の第２のセラミックグリーンシートを積層することが困難となる場合がある。隣接するセラミック層においても、φ１００μｍ程度のビア径が必要であり、ビア孔加工が可能なシート厚さであることが好ましい。このため、第２のセラミック層の上限厚さは通常１５０μｍ以下とすることが好ましい。また、前記最表面のセラミック層と前記隣接するセラミック層の厚さの合計が４０μｍ以下の場合、第１のセラミックグリーンシートと第２のセラミックグリーンシートの積層時の密着性が悪く、積層することが困難となる場合がある。厚さの合計の上限は、上記したように、表層、第２層ともにビア孔加工可能な厚さである必要があり、２４０μｍ程度が好ましい。

請求項３に記載の発明の要旨は、電気的に独立した前記接続用導体部が最表面において複数個配列され、前記接続用導体部間の最小間隔が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層セラミック基板に存する。

かかる多層セラミック基板においては、特に高密度に表面実装部品を搭載することができ、高機能、高性能の電子部品を得ることができる。

請求項４に記載の発明の要旨は、複数のセラミック層が積層され、接続用導体部が最表面に設けられた多層セラミック基板を焼結によって形成する、多層セラミック基板の製造方法であって、焼結後に最表面のセラミック層となる第１のセラミックグリーンシートの表面に、焼結後に前記接続用導体部となる金属層と、前記第１のセラミックグリーンシートの内部に、焼結後に前記接続用導体部と内部配線とを接続するビア配線となる金属層とを形成した表層セラミックグリーンシートを形成する表層セラミックグリーンシート形成工程と、焼結後に前記最表面のセラミック層に隣接するセラミック層となる第２のセラミックグリーンシート上に焼結後に内部配線となる金属層を形成した下層セラミックグリーンシートを形成する下層セラミックグリーンシート形成工程と、前記表層セラミックグリーンシートと下層セラミックグリーンシートとを積層圧着し、前記接続用導体部となる金属層の表面と前記第１のセラミックグリーンシートの表面とが略同一平面状にある上部セラミックシート積層体を形成する上部セラミックシート積層体形成工程と、前記上部セラミックシート積層体とは別途に、前記最表面のセラミック層に隣接するセラミック層と前記最表面のセラミック層とは反対側の面で隣接するセラミック層となる下部セラミックシートを形成する下部セラミックシート形成工程と、前記上部セラミックシート積層体と前記下部セラミックシートからなる未焼結の多層セラミック体を焼成する焼結工程と、 焼結後の前記接続用導体部の表面に、金属めっき層を形成するめっき工程と、を有することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法に存する。

かかる方法によれば、最表面のセラミック層は隣接するセラミック層と重ね合わせ精度を保ったまま一体焼成されるので、均一で緻密な多層セラミック基板を製造できる。

請求項５に記載の発明の要旨は、前記下部セラミックシート形成工程において、前記下部セラミックシートは複数枚のグリーンシートを積層圧着して形成されることを特徴とする請求項４に記載の多層セラミック基板の製造方法に存する。

かかる製造方法によって、多数の層からなる多層セラミック基板を特に容易に製造することができる。

請求項６に記載の発明の要旨は、前記第１のセラミックグリーンシートの厚さは２０〜１２０μｍの範囲であり、前記第２のセラミックグリーンシートの厚さは２０μｍを越え、かつ前記第１のセラミックグリーンシートと前記第２のセラミックグリーンシートの厚さの合計が５６μｍを越えていることを特徴とする請求項４または５に記載の多層セラミック基板の製造方法に存する。

上述したように、第１のセラミックグリーンシートの厚さが２０μｍ未満の場合は積層すること自体が困難となる場合がある。１２０μｍを越える場合はビア加工が困難となる場合がある。第２のセラミックグリーンシートについては、厚さが２０μｍ以下であると積層することが困難となる場合がある。ビア開口が少し大きいものまで設けるため、厚さは２００μｍ程度であることが好ましい。また、密着性良く積層するには両セラミックグリーンシートの厚さの合計で５６μｍを超えることが好ましい。かかる構成では、最表面のセラミック層は薄く、隣接するセラミック層は少なくとも同等厚さ、望ましくはより厚くして厚みに差を持たせることが好ましい。これにより接続用導体部が十分に埋設することができて同一平面上に形成されやすい。また、ビア配線の微細孔の形成が可能で導体の穴埋め印刷が良好に行えており、印刷ずれや滲みの問題が低減できる。

請求項７に記載の発明の要旨は、前記上部セラミックシート積層体形成工程において、少なくとも前記表層セラミックグリーンシートを圧着する際と、当該表層セラミックグリーンシートに前記下層セラミックグリーンシートを積層し圧着する際は、減圧雰囲気中で行うことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法に存する。

かかる方法によれば、接続用導体部を十分に埋設させて同一平面上に形成できる。また、このとき表層セラミックグリーンシートが薄くても皺や隙間の発生を防止でき、目合わせ精度が良く精度の高い多層セラミック基板を得ることができる。

請求項８に記載の発明の要旨は、請求項１から３までのいずれか１項に記載の多層セラミック基板が用いられ、前記金属めっき層に対して、はんだ付けを用いて表面実装部品が搭載されたことを特徴とする電子部品に存する。
請求項９に記載の発明の要旨は、前記表面実装部品には、少なくとも半導体チップ、チップコンデンサ、チップ抵抗器のいずれかが含まれることを特徴とする請求項８に記載の電子部品に存する。

本発明は以上のように構成されているので、配線パターンを微細化した場合においても、はんだ付けの不良を少なくした多層セラミック基板、及びその製造方法となる。また、これらを用いて高い信頼性をもった電子部品を得ることができる。

以下、本発明について具体的な実施形態を示しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板１０の上部の一部の断面図であり、図２はその構造の斜視図である。ここで、多層セラミック基板１０の片面（図１における上側）だけについて記載しているが、他方の面についても同様の構造とすることができる。この多層セラミック基板１０においては、最表面のセラミック層に隣接するセラミック層１１と最表面のセラミック層（表層セラミック層）１２の間に内部配線１３が形成される。ビア配線１４は一端が内部配線１３に接続され、内部配線１３に対して１対のビア配線１４が備わっている。ここで、この多層セラミック基板１０においては、最表面のセラミック層である表層セラミック層１２が表面に設けられており、接続用導体部１５がこの表層セラミック層１２の中に埋め込まれ、表層セラミック層１５の表面と接続用導体部１５の表面とが略同一平面上にある形態となっている。また、露出した接続用導体部１５の表面には、接続用導体部と比べると薄い金属めっき層１６が形成されている。なお、図１、２においてはセラミック層１１と内部配線１３として１層ずつが記載されているが、セラミック層１１と内部配線１３とは任意の回数だけ積層することができ、内部配線１３同士を上記と同様の構造のビア配線により電気的に接合することができる。また、ここで表層セラミック層１２の表面と接続用導体部１５の表面とが略同一平面上にあるとは、これらの間に段差が存在しても、はんだ接合等において問題のない程度、具体的には段差が１０μｍ以下程度であることを示す。前記の金属めっき層１６の厚さはこれよりも薄いため、金属めっき層１６の表面も表層セラミック層１５の表面とは略同一平面上となる。

この多層セラミック１０の表面では、接続用導体部１５、金属めっき層１６を介して複数の半導体チップや機能素子が電気的に接続される。この際、電流は接続用導体部１５、ビア配線１４を介して内部配線１３中を流れる。また、図１、２においては省略しているが、内部配線１３と同様にして多層セラミック基板１０の内部に抵抗、インダクタ、キャパシタ等を形成することもできる。これらが機能的に接続されることによって、例えば高周波回路を構成し、この多層セラミック基板１０を用いて電子部品を形成することができる。この電子部品としては、例えば、携帯電話等の無線通信装置のフロントエンド部に使用されるパワーアンプや、アンテナスイッチ等のモジュール部品がある。

セラミック層１１はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼結セラミック材料）、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等を含む材料で構成される。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）の酸化物で構成され、これらがそれぞれＡｌ_２Ｏ_３換算で１０〜６０質量％、ＳｉＯ_２換算で２５〜６０質量％、ＳｒＯ換算で１０〜５０質量％、ＴｉＯ_２換算で２０質量％以下からなる材料である。この層はこの材料からなるグリーンシートを９００℃程度の温度で焼結することにより形成される。グリーンシートは、例えば上記の酸化物粉末を例えばポリビニルブチラール樹脂からなる有機バインダ、及びジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤中に分散させたスラリをシート状に成形することによって得られる。その厚さは７０〜１００℃の温度範囲で乾燥後に１０〜１９０μｍ程度とされる。この材料は絶縁性であり、かつ高い機械的強度を有する。

表層セラミック層１２もセラミック層１１と同様の材料で同様に形成されるが、その厚さはセラミック層１１よりも薄く、２０〜１２０μｍ程度である。なお、表層セラミック層１２の材料はセラミック層１１と略同一組成の材料であればよいが、組成が異なる場合でも、同じ温度で焼結でき、セラミック層１１との接合が良好なものであればよい。

内部配線１３は、例えば銀ペーストをセラミック層１１となる前記のグリーンシート上に印刷により形成した後で、前記の焼成を行うことにより形成される。その厚さは例えば５〜３０μｍ程度であり、印刷時に配線となるべくパターニングされる。なお、印刷等によってパターニングが可能な導電体であり、かつセラミック層１１、１２の焼結後に配線として用いることのできる材料であれば、銀ペーストの代わりに例えば銅系ペーストも用いることができる。

ビア配線１４は、接続用導体部１５と内部配線１３とを接続する略円柱形状であり、その材料としては内部配線１３と同様の材料、例えば銀ペーストが用いられる。ビア配線１４は、同形状の穴を、焼結後に表層セラミック層１２等となるグリーンシートに形成し、この穴に銀ペースト等を充填した後で前記の焼成を行うことにより形成される。

接続用導体部１５ははんだ付けを行うためのパッド部を構成し、内部配線１３と同様の材料で同様に形成されるが、特に図２に示されるように、この上にはんだ接合がしやすい形状（矩形、円形等）となっている。

金属めっき層１６ははんだの濡れ性が良好なＡｕやＮｉを主成分として形成される。具体的には、厚さ２〜５μｍ程度のＮｉ下地層を形成し、その上に厚さ０．０２〜０．１μｍ程度のＡｕ層が形成された構造で、例えば無電解めっきで接続用導体部１５上に形成される。金属めっき層１６により、半導体チップの機械的及び電気的接続をはんだを用いて接続用導体部１５上に行うことができる。

この多層セラミック基板１０の製造方法における工程断面図を図３に示す。この製造方法について以下に説明する。

まず、図３（ａ）に示されるように、焼結後に表層セラミック層１２となる第１のセラミックグリーンシート２１中にビア配線１４となる銀ペースト層（金属層）２２を形成し、セラミックグリーンシート２１の表面には、焼結後に接続用導体部１５となる銀ペースト層（金属層）２３を形成した表層セラミックグリーンシート２４を作成する（表層セラミックグリーンシート形成工程）。なお、セラミックグリーンシート２１は、支持フィルム４０上に形成されており、支持フィルム４０としては、化学的に安定でかつ可塑性が高いＰＥＴ（ポリエステル）フィルムが好ましく用いられる。銀ペースト層２２は、セラミックグリーンシート層２１中にビア配線１４に対応する開口部を例えばレーザー加工によって設け、この開口部に銀ペーストを充填することにより形成される。銀ペースト層２３（接続用導体部１５）の微細化に伴い、レーザー加工によって形成する開口穴も微細な径とすることが必要であり、例えば、φ１００μｍ以下、より望ましくはφ６０〜８０μｍ程度とすることが求められる。銀ペースト層２３は、例えば印刷（スクリーン印刷）によって銀ペースト層２２と共に同時に形成される。

次に、図３（ｂ）に示されるように、セラミック層１１となるセラミックグリーンシート２５上に、内部配線１３となる銀ペースト層（金属層）２６を印刷によって形成した下層セラミックグリーンシート２７を上記と別個に形成する（下層セラミックグリーンシート形成工程）。銀ペースト層２６は内部配線１３となるべくパターニングされている。なお、ここでは単純化して記載しているが、セラミック層や内部配線を多層化する場合には、これらに対応するセラミックグリーンシート層や銀ペースト層を同様にして積層して下部セラミックシートを作成する工程（下部セラミックシート形成工程）を別に行う。

次に、図３（ａ）（ｂ）のセラミックグリーンシート２４、２７を積層圧着して、図３（ｃ）に示すように焼結前の上部セラミックシート積層体２８を作成する（上部セラミックシート積層体形成工程）。この作業においては、図３中で上下方向に圧着されれば、図３（ｃ）に示されるように、セラミックグリーンシート２１、２５は変形し、銀ペースト層２６がセラミックグリーンシート２１、２５中に埋め込まれ、銀ペースト層２３がセラミックグリーンシート２１中に埋め込まれた形態となった上部セラミックシート積層体２８となる。この上部セラミックシート積層体２８においては、セラミックグリーンシート２１の表面と、接続用導体部１５となる銀ペースト層２３の表面とは略同一平面上にある。なお、前記の通りに複数枚の下層グリーンシートが用いられる場合には、ここではこれらを積層して圧着する。この上部セラミックシート積層体形成工程の詳細については後述する。また、セラミックグリーンシート２１の表面と、接続用導体部１５となる銀ペースト層２３の表面との位置関係は、前記の表層セラミック層１２の表面と接続用導体部１５の表面と同様である。

その後、別途形成したセラミックグリーンシート層を適宜積層圧着して形成された（下部セラミックシート積層体形成工程）下部セラミックシート積層体を必要に応じて上部セラミックシート積層体２８に適宜積層圧着し、焼結前の多層セラミック体を焼結する（焼結工程）。この条件は、例えば非酸化性雰囲気でもよいが、大気焼成雰囲気中で９００℃、２時間程度とする。これにより、図３（ｄ）に示されるように、セラミックグリーンシート２５はセラミック層１１に、銀ペースト層２６は内部配線１３に、セラミックグリーンシート２１は表層セラミック層１２に、銀ペースト層２２はビア配線１４に、銀ペースト層２３は接続用導体部１５となり、一体となった焼結体が得られる。

最後に、図３（ｅ）に示されるように、無電解めっきによって、金属めっき層１６を接続用導体部１５上に形成する（めっき工程）。

なお、図示していないが、その後この多層セラミック基板１０は半導体チップ、チップコンデンサ、チップ抵抗器等の表面実装部品が搭載された後で適宜分割破断あるいはダイシングされ、電子部品となる。

以上の製造方法により、図１に示す多層セラミック基板１０が製造できる。この多層セラミック基板１０の表面においては、従来の多層セラミック基板におけるオーバーコート層の代わりに、厚みの薄い表層セラミック層１２が形成されている。従って、下記の理由により、この上にはんだ付けを行なう際には、はんだ層は濡れ性のよい金属めっき層１６の上にのみ形成されるため、接続用導体部１５上で適切にはんだ付けを行うことができる。

まず、極めて小径の開口部（ビア配線）であるにも関わらず厚さが薄いため、銀ペーストの充填量が適切となる。そのため銀ペースト層２２の上に銀ペースト層２３を印刷ずれすることなく形成することができる。また、銀ペースト層２２と２３を同時に印刷形成することができるため、滲み現象が無く、微細な接続用導体部１５の形成が可能となる。

また、表層セラミック層１２をセラミック層１１と同様に緻密な構造とすることができるため、金属めっき層１６を形成する際（図３（ｅ））にめっき液が内部に染み込むことはない。従って、金属めっき層１６は接続用導体部１５の表面にのみ形成され、その後のはんだ付けによる接合における不良を発生しにくい。

また、一般に、電流密度が大きくなる電流通路となる導体が絶縁層によって被覆されている場合、この絶縁層の膜質が不良であると、長時間電流を流した場合に絶縁層における絶縁不良が発生する、いわゆるマイグレーションが発生することがある。図７に示したオーバーコート層を用いた従来の構造の多層セラミック基板の表面付近においては、外部配線が最も電流密度の高い通路となる。この電流の通路の下面は緻密なセラミック層となるが、上面は緻密でないオーバーコート層で覆われる。従って、この電流通路の被覆は不充分となり、マイグレーションが発生することがある。これに対して、この多層セラミック基板１０の表面付近においては、最も電流密度が高い通路となるのは内部配線１３であり、その下面は緻密なセラミック層１１に、上面も同様に緻密な表層セラミック層１２で覆われている。従って、マイグレーションが発生しにくく、信頼性の高い多層セラミック基板が得られる。

従って、内部配線１３や接続用導体部１５等の配線パターンを微細化した場合においても、はんだ付けの不良を少なくし、高い信頼性をもった電子部品を得ることができる。例えば、複数の接続用導体部１５が配列され、その最小間隔が２００μｍ以下であっても、はんだ付けの不良を低減させることができる。

この製造方法においては、図３（ｃ）に示した上部セラミックシート積層体形成工程において、薄い表層セラミックグリーンシート２４と下層セラミックグリーンシート２７を積層して圧着する必要がある。この際に、表層セラミックグリーンシート２４と下層セラミックグリーンシート２７との間に皺や空瞭（空気溜まり）ができたり、表層セラミックグリーンシート２４が部分的に浮き上がり、密着不良となる箇所ができることがある。圧着の際の圧力を高くすればこうした箇所をなくすことはできるが、その場合には薄い表層セラミックグリーンシート２４が破れることがある。従って、この多層セラミック基板１０を製造する際には、この上部セラミックシート積層体形成工程の最適化が特に重要である。

そこで、この製造方法においては、真空積層圧着法で図３（ｃ）に示す上部セラミックシート積層体形成工程を行う。この真空積層圧着法を詳細に示す工程断面図が図４である。

まず、図４（ａ）において、真空プレス機下部５２上に、積層されるセラミックグリーンシートを仮固定するための粘着シート４１を設置する。この粘着シート４１は、積層完了後に積層体から容易に剥離することができるものである。次に、図３（ａ）に示されたように、銀ペースト層２３、２２が形成された第１のセラミックグリーンシート２１（表層セラミックグリーンシート２４）を前記粘着シート４１上に、銀ペースト層（金属層）２３側を下にした状態で設置する。

次に、図４（ｂ）に示すように、プレス機上部５１により、プレス機下部５２との間に粘着シート４１及び表層セラミックグリーンシート２４を挟み、周囲が弾性体５３で支持された状態で、粘着シート４１及び表層セラミックグリーンシート２４が設置された空間を真空引きすることにより減圧する。

その後、図４（ｃ）のように、この表層セラミックグリーンシート２４に図４中における上下方向に圧力を加える。この工程では、例えば温度３０〜９０℃において、０．９８〜９．８ＭＰａの圧力を印加し、５〜１００秒間圧着する。

その後、図４（ｄ）に示されるように、真空プレス機の中を大気開放し、支持フィルム４０を表層セラミックグリーンシート２４から剥離する。

以上の工程により、銀ペースト層２３は、表層セラミックグリーンシート２４の中に埋め込まれる。また、表層セラミックグリーンシート２４が設置された空間を減圧することにより、表層セラミックグリーンシート２４が薄い場合、例えば８０μｍ以下の厚さである場合でも、粘着シート４１との間の空瞭をなくし、密着性を高めることができる。すなわち、減圧することによって、低い加圧力で密着性を高めることができるため、表層セラミックグリーンシート２４が薄い場合でも、破れ等を発生させることがない。

次に、図４（ｅ）に示されるように、積層された表層セラミックグリーンシート２４の上に、前記図３（ｂ）に示された第２のセラミックグリーンシート２５に銀ペースト層２６が形成された下層セラミックグリーンシート２７を位置合わせして設置する。

次に、図４（ｆ）に示されるように、プレス機上部５１により、プレス機下部５２との間に表層セラミックグリーンシート２４と下層セラミックグリーンシート２７を挟み、周囲が弾性体５３で支持された状態で、粘着シート４１及び表層セラミックグリーンシート２４が設置された空間を真空引きすることにより減圧する。

その後、図４（ｇ）のように、この表層セラミックグリーンシート２４と下層セラミックグリーンシート２７に図４中における上下方向に圧力を加える。この工程では、例えば温度３０〜９０℃において、０．９８〜９．８ＭＰａの圧力を印加し、５〜１００秒間圧着する。

これによって上部セラミックシート積層体２８が形成される。その後、図４（ｈ）に示されるように、真空プレス機の中を大気開放し、支持フィルム４０を下層セラミックグリーンシート２７から剥離する。

以上の工程により、銀ペースト層２６は表層セラミックグリーンシート２４と下層セラミックグリーンシート２７との間に埋め込まれる。このとき表層セラミックグリーンシート２４が薄くとも、下層セラミックグリーンシート２７は比較的厚いために埋め込みは充分に行われる。また、表層セラミックグリーンシート２４等が設置された空間を減圧することにより、表層セラミックグリーンシート２４が薄い場合でも、下層セラミックグリーンシート２７は厚いため、表層セラミックグリーンシート２４の変形を受容し、両者の間の空瞭をなくし、密着性を高めることができる。すなわち、減圧することによって、低い加圧力で密着性を高めることができる。

以降、所定の枚数のセラミックグリーンシート（下部セラミックシート）を同様の工程で積層圧着し、最後に粘着シート４１を剥離する。あるいは、別途積層圧着して下部セラミックシート積層体２９を形成（下部セラミックシート形成工程）し、これを以上と同様にして積層圧着して、最終的に図４（ｉ）に示されるような、焼結前の多層セラミック体３０が形成される。図４（ｉ）は上下を図４（ａ）〜（ｈ）とは逆にして記載している。

なお、ここでは単純化して記載したが、下部セラミックシート積層体２９には高周波回路を構成する内部配線となる金属層が適宜設けられており、上記と同等に、銀ペースト層を備えたグリーンシートを適宜積層圧着して形成される。なお、上から３層目以降のセラミックグリーンシートの積層圧着においては、減圧せずに圧着する事も可能である。これは、第２のセラミックグリーンシートの厚みが十分であるため、３層以降の金属層はセラミックグリーンシート層に埋め込まれやすく、セラミックグリーンシート層間の密着性が高くなるためである。

以降は、図３（ｄ）以降の工程を行うことにより、多層セラミック基板１０が得られる。

なお、以上の製造方法によって多層セラミック基板１０が製造できるが、これに限られるものではなく、同様の構造を製造できる製造方法であれば、これを使用することができる。

また、上記の例においては、多層セラミック基板の表面付近の構造について言及したが、多層セラミック基板内部の構造や、反対側表面の構造については、前記の焼結工程によって一括して焼結できる構造であれば、任意である。

上記の多層セラミック基板を前記の製造方法によって製造した。セラミックグリーンシート材料は、上記のＬＴＣＣ材料を用い、ＬＴＣＣ材料１００重量部に対し、ポリビニルブチラール樹脂１５重量部、ジ−ｎ−ブチルフタレート１０．５重量部を加えてスラリーを作製し、ドクターブレードによりシート成形した。内部のセラミック層となる第２のセラミックグリーンシートの厚さは２０〜１９０μｍの範囲、表層セラミックシートとなる第１のセラミックグリーンシートの厚さは１４〜１２０μｍの範囲とした。レーザー加工によってφ６０μｍの開口部を形成し、この際の開口部の形成可否を評価した。その後、スクリーン印刷によって所望のパターン及びビア配線を形成した。そして、前記の真空積層圧着法を用いて、第１のセラミックグリーンシート（表層セラミックグリーンシート）と第２のセラミックグリーンシート（下層セラミックグリーンシート）との積層を、これらの厚さを変えて多層セラミック基板を製造した。この際、真空積層圧着法における雰囲気の減圧条件は大気圧よりも８０ｋＰａ減圧とし、積層体には温度７０℃において６．１ＭＰａの圧力を６０秒間印加した。その後に、セラミックグリーンシートにおける破れや剥離の有無を確認した。

次に、焼結前多層セラミック体を焼成し、金属めっき層を形成して多層セラミック基板を作製した。この基板に対して、めっき性評価、導通試験評価、絶縁試験による「マイグレーション耐性評価を行った。また、従来のオーバーコート層を用いた多層セラミック基板を製造し（試料Ｎｏ．２４）、本発明の実施例の多層セラミック基板と比較した。ここで、試料Ｎｏ．２４のオーバーコート層は厚さ１２μｍのセラミック材とした。このセラミック層は、多層セラミック基板におけるセラミック材にＣｏを添加して着色したものを用いた。オーバーコート層に隣接したセラミック層の厚さを焼成後で５０μｍ、その下のセラミック層の厚さを焼成後で２５μｍとした。

以上の評価結果を表１に示す。なお、ここでの評価基準は以下の通りである。

（めっき性）
焼成後の各試料に対して、市販の無電解Ｎｉめっき液及びＡｕめっき液を用い、平均膜厚５μｍのＮｉめっき及び平均膜厚０．４μｍのＡｕめっきを施した。めっき後の接続用導体部を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、接続用導体部に付着しためっきの面積率より、接続用導体部表面の状態を下記の基準で評価し、「良」以上を○とした。
めっきの面積率が１００％：優
めっきの面積率が１００％未満かつ９５％以上：良
めっきの面積率が９５％未満：不良

（導通試験）
めっき後の多層セラミック基板に対して、所望のパターンが接続されているかどうか、全経路について、導通確認を行った。下記の基準で評価し、「良」以上を○とした。
導通試験合格率が１００％：優
導通試験合格率が１００％未満かつ９５％以上：良
導通試験合格率が９５％未満：不良

（絶縁試験）
めっき後の多層セラミック基板に対して、表層電極と接続されている端子間に４Ｖを印加し、８５℃、８５％相対湿度の高温高湿層に１０００時間入れて、表層電極間のリーク電流を測定することで、マイグレーション耐性を評価した。正常電流値が０．０１μＡ以下のところ、この電流値が０．０１μＡを越えた場合をリーク電流が発生したと認識し、下記の基準で評価し、「良」以上を○とした。
絶縁試験合格率が１００％：優
絶縁試験合格率が１００％未満かつ９５％以上：良
絶縁試験合格率が９５％未満：不良

表１の結果より、ビア穴形成では、本発明の実施例においては、レーザーによる開口孔径φ６０μｍのビア穴を形成できた。しかし、表層セラミックグリーンシートが１４８μｍと厚いＮｏ．２１では、これを形成することができなかった。

上部セラミックシート積層体形成工程では、本発明の実施例である、表層（第１）のグリーンシートの厚さが２０〜１２０μｍ、第２のグリーンシートの厚さが２０μｍを越えており、かつ第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの厚みの合計が５６μｍを超えている場合において、破れや剥がれがなく、その後の焼結工程を経て多層セラミック基板を製造することができた。一方、この合計厚さが小さいＮｏ．１、第１のグリーンシートが薄いＮｏ．２２では、圧着後の支持フィルム剥離において、シートが破れて積層ができなかった。また、合計厚さが小さいＮｏ．２、Ｎｏ．７、第１のグリーンシートが薄いＮｏ．２３では、圧着後の支持フィルム剥離時に、粘着シートと第１のグリーンシート間、あるいは第１のグリーンシートと第２のグリーンシート間に密着不良と思われる空気溜まりが発生した。なお、上記の破れや剥がれがない第１及び第２のグリーンシートの厚さ、及びこれらの合計の厚さの範囲に対応する最表面のセラミック層の厚さ、隣接するセラミック層の厚さ、及びこれらの合計厚さはそれぞれ焼成後の厚さで１５〜９０μｍの範囲、１５μｍを越え、４０μｍを越えている。

めっき性評価においては、従来のオーバーコート層を用いたＮｏ．２４（比較例）の基板において、めっき不良が多発した。これは、本来露出しているべき電極（接続用導体部）の表面にオーバーコート層がかぶっており、めっきされない部分が発生したためである。一方、オーバーコート層を用いない本発明の実施例においては、積層ができなかったＮｏ．１、Ｎｏ．２２を除いて電極（接続用導体部）の表面と、表層（第１）のグリーンシートのセラミック表面とが略同一平面上にあると判定でき良好なめっき性が確認できた。

また、導通試験評価では、本発明の実施例は良好であることが確認された。一方、Ｎｏ．２１は、表層におけるφ６０μｍのビアを形成することができず、導通不良となった。また、Ｎｏ．２、Ｎｏ．７、Ｎｏ．２３では、一部に導通不良が確認された。これは、グリーンシート積層時の密着不良に起因して、焼成後の組織にデラミネーションやクラック等の欠陥が発生したためと思われる。

図５に、これらの構造の断面ＳＥＭ写真（（ａ）Ｎｏ．２４：従来の多層セラミック基板、（ｂ）Ｎｏ．４：実施例の多層セラミック基板）を示す。従来の多層セラミック基板（ａ）においては、電流通路となる外部配線９３の下部のセラミック層９１ｂは緻密な構造となっているが、上部のオーバーコート層９５は緻密でない多孔質となっている。これに対して、実施例（ｂ）では内部配線１３は緻密なセラミック層１１、１２に挟まれた形態となっている。

これらの多層セラミック基板についてマイグレーション特性を測定した結果を図６（ａ：Ｎｏ．２４、ｂ：Ｎｏ．４）に示す。ここで、マイグレーションの判定については上記の絶縁試験における絶縁試験不合格率をマイグレーション発生率としてその通電時間依存性を調べた。図６の結果より、比較例の多層セラミック基板においては４００時間以上でマイグレーションが発生したのに対し、実施例の多層セラミック基板においては、１０００時間においてもマイグレーションは見られなかった。従って、実施例の多層セラミック基板は高い信頼性を有していることが確認された。これは、最表面にある電流経路の周囲を緻密な構造をもったセラミック層で覆ったことに起因する。

本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板の一部の断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板の構造を示す一部の透視斜視図である。 本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板の製造方法を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層セラミック基板の製造方法において用いられる真空積層圧着法の工程を示す図である。 比較例（ａ）と実施例（ｂ）における接続用導体部付近の断面ＴＥＭ写真である。 比較例（ａ）と実施例（ｂ）におけるマイグレーション発生率を調べた測定結果である。 従来の多層セラミック基板の一例の断面図である。

符号の説明

１０、９０ 多層セラミック基板
１１、９１ａ、９１ｂ セラミック層
１２ 表層セラミック層
１３、９２ 内部配線
１４、９４ ビア配線
１５ 接続用導体部
１６、９６ 金属めっき層
２１、２５ セラミックグリーンシート層
２２、２３、２６ 金属層
２４ 表層セラミックグリーンシート
２７ 下層セラミックグリーンシート
２８ 上部セラミックシート積層体
２９ 下部セラミックシート積層体
３０ 多層セラミック体
４０ 支持フィルム
４１ 粘着シート
５１ プレス機上部
５２ プレス機下部
５３ 弾性体
９３ 外部配線
９３ａ パッド部

Claims (9)

1. 複数のセラミック層が積層され、最表面に接続用導体部を備える多層セラミック基板であって、
   ビア配線と、表面に金属めっき層を有する前記接続用導体部とが形成された最表面のセラミック層と、
   前記最表面のセラミック層と、前記最表面のセラミック層と隣接するセラミック層との間に形成され、前記ビア配線によって前記接続用導体部に接続される内部配線とを具備し、
   前記接続用導体部の表面と、前記最表面のセラミック層のセラミック表面とが略同一平面上にあることを特徴とする多層セラミック基板。
2. 前記最表面のセラミック層の厚さは１５〜９０μｍの範囲であり、前記隣接するセラミック層の厚さは１５μｍを越え、かつ前記最表面のセラミック層と前記隣接するセラミック層の厚さの合計が４０μｍを越えていることを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック基板。
3. 電気的に独立した前記接続用導体部が最表面において複数個配列され、前記接続用導体部間の最小間隔が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層セラミック基板。
4. 複数のセラミック層が積層され、接続用導体部が最表面に設けられた多層セラミック基板を焼結によって形成する、多層セラミック基板の製造方法であって、
   焼結後に最表面のセラミック層となる第１のセラミックグリーンシートの表面に、焼結後に前記接続用導体部となる金属層と、前記第１のセラミックグリーンシートの内部に、焼結後に前記接続用導体部と内部配線とを接続するビア配線となる金属層とを形成した表層セラミックグリーンシートを形成する表層セラミックグリーンシート形成工程と、
   焼結後に前記最表面のセラミック層に隣接するセラミック層となる第２のセラミックグリーンシート上に焼結後に内部配線となる金属層を形成した下層セラミックグリーンシートを形成する下層セラミックグリーンシート形成工程と、
   前記表層セラミックグリーンシートと下層セラミックグリーンシートとを積層圧着し、前記接続用導体部となる金属層の表面と前記第１のセラミックグリーンシートの表面とが略同一平面状にある上部セラミックシート積層体を形成する上部セラミックシート積層体形成工程と、
   前記上部セラミックシート積層体とは別途に、前記最表面のセラミック層に隣接するセラミック層と前記最表面のセラミック層とは反対側の面で隣接するセラミック層となる下部セラミックシートを形成する下部セラミックシート形成工程と、
   前記上部セラミックシート積層体と前記下部セラミックシートからなる未焼結の多層セラミック体を焼成する焼結工程と、
   焼結後の前記接続用導体部の表面に、金属めっき層を形成するめっき工程と、
   を有することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
5. 前記下部セラミックシート形成工程において、
   前記下部セラミックシートは複数枚のグリーンシートを積層圧着して形成されることを特徴とする請求項４に記載の多層セラミック基板の製造方法。
6. 前記第１のセラミックグリーンシートの厚さは２０〜１２０μｍの範囲であり、前記第２のセラミックグリーンシートの厚さは２０μｍを越え、かつ前記第１のセラミックグリーンシートと前記第２のセラミックグリーンシートの厚さの合計が５６μｍを越えていることを特徴とする請求項４または５に記載の多層セラミック基板の製造方法。
7. 前記上部セラミックシート積層体形成工程において、
   少なくとも前記表層セラミックグリーンシートを圧着する際と、当該表層セラミックグリーンシートに前記下層セラミックグリーンシートを積層し圧着する際は、減圧雰囲気中で行うことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。
8. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の多層セラミック基板が用いられ、前記金属めっき層に対して、はんだ付けを用いて表面実装部品が搭載されたことを特徴とする電子部品。
9. 前記表面実装部品には、少なくとも半導体チップ、チップコンデンサ、チップ抵抗器のいずれかが含まれることを特徴とする請求項８に記載の電子部品。