JP2009234912A - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多層集合基板を分割して複数の多層セラミック基板を取り出す際に、分割不良が発生せず、かつハンドリング性にも優れた多層セラミック基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 セラミック絶縁材料粉末を含む生の多層集合基板の上下両主面を、セラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む収縮抑制層で挟んで生の複合積層体を作製し、生の複合積層体の一方主面に、一方の収縮抑制層および生の多層集合基板を貫通して他方の収縮抑制層に到達し、かつ生の複合積層体の他方主面に届かない深さで切り込み溝を設け、生の多層集合基板が他方の収縮抑制層により一体化されている生の複合積層体を、セラミック絶縁材料粉末は焼結するが無機材料粉末は焼結しない条件下で焼成した後、収縮抑制層により一体化されている焼結後の多層集合基板から、収縮抑制層を除去することによって切り込み溝に沿って分割された複数の多層セラミック基板を取り出す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ハイブリッドＩＣなどに用いる多層セラミック基板の製造方法に関し、特に、大面積の多層集合基板を分割して得られる複数の多層セラミック基板の製造方法に関する。

多層セラミック基板は、複数の積層されたセラミック層を備えており、種々の形態の配線導体が設けられている。多層セラミック基板を、より多機能化、高性能化するためには、高密度に配線を施すことが有効である。

一般に、セラミックグリーンシートを積層して焼成する際、セラミックの焼結による収縮から寸法誤差が生じる。この寸法誤差は、多層セラミック基板に形成された外部導体の位置精度の低下や内部導体の断線という問題を発生させる。

これを解決するため、低温焼成可能な基板用セラミックグリーンシートからなるセラミックグリーン層を有する生の多層セラミック基板の上下に、前記基板用セラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しない、収縮抑制用セラミックグリーンシートからなる収縮抑制層を形成し、圧着し、この生の複合積層体を比較的低温で焼成した後、収縮抑制層に由来する未焼結層を除去する方法が提案されている。

この多層セラミック基板の製造方法によれば、収縮抑制層がセラミックグリーン層を拘束するので、セラミックグリーン層の長さ（Ｘ）、幅（Ｙ）方向での収縮が生じにくい。その結果、焼成後の多層セラミック基板の寸法精度を高くでき、基板の反りも軽減できる。そのため、高密度に配線を施しても、形成位置の精度の低下や断線などの問題が生じにくい。

他方、多層セラミック基板を製造するに際して、その製造効率を高めるため、所定の分割線に沿って分割することによって複数の多層セラミック基板を取り出すことができる大面積の多層集合基板を作製し、この多層集合基板を前記分割線に沿って分割することによって、複数の多層セラミック基板を一挙に得る、いわゆる多数個取りによる方法が採用されている。

具体的には、大面積の多層集合基板が未焼成の状態にあるときに、多層集合基板の所定の分割線の位置に沿うように、カッター刃または金型などを用いて、切り込み溝を設ける。焼成後、いわゆるチョコレートブレイク態様に基づいて多層集合基板を折り曲げるだけで、大面積の多層集合基板を所定の分割線に沿って分割することができる。

図３は、多層セラミック基板を製造する途中の段階で得られる大面積の生の複合積層体１の一部を断面図で示したものである。なお、配線導体については図示を省略し、厚み方向寸法を誇張して図示している。

生の複合積層体１は、セラミック絶縁材料粉末を含む複数のセラミックグリーン層２を積層した大面積の生の多層集合基板３と、その両主面に形成された前記セラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む収縮抑制層４ａ、４ｂと、を備えている。さらに、生の複合積層体１の一方主面１ａには、所定の分割線５の位置に沿うように、一方の収縮抑制層４ａを貫通して、多層集合基板３の厚みの一部にまで届く深さで、切り込み溝６が設けられている。

しかし、図３に示した生の積層複合体１にあっては、焼成後に収縮抑制層４ａ、４ｂを除去して、焼成後の多層集合基板３を分割しようとすると、切り込み溝６に沿って分割できず、切り込み溝６以外で割れてしまうなど、分割不良が発生することがあった。

本発明の目的は、大面積の多層集合基板を分割して複数の多層セラミック基板を取り出す際に、分割不良が発生せず、かつハンドリング性にも優れた多層セラミック基板の製造方法を提供することである。

この第１の発明にかかる多層セラミック基板の製造方法は、セラミック絶縁材料粉末を含む複数のセラミックグリーン層を積層して生の多層集合基板を作製する工程と、前記生の多層集合基板の上下両主面を、前記セラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む収縮抑制層で挟み、積層方向に圧着して、生の複合積層体を作製する工程と、前記生の複合積層体の一方主面に、一方の収縮抑制層および生の多層集合基板を貫通して他方の収縮抑制層に到達し、かつ前記生の複合積層体の他方主面に届かない深さで、切り込み溝を設ける工程と、前記切り込み溝が設けられ、かつ前記生の多層集合基板が他方の収縮抑制層により一体化されている生の複合積層体を、その状態を保持しつつ前記セラミック絶縁材料粉末は焼結するが前記無機材料粉末は焼結しない条件下で焼成し、前記収縮抑制層に挟まれた焼結後の多層集合基板を得る工程と、前記収縮抑制層により一体化されている前記焼結後の多層集合基板から、上下に配置された未焼結の前記収縮抑制層を除去する工程と、前記収縮抑制層を除去することによって、前記焼結後の多層集合基板から、前記切り込み溝に沿って分割された複数の多層セラミック基板を取り出す工程と、を備えることを特徴とする。

この第２の発明にかかる多層セラミック基板の製造方法は、前記切り込み溝が、互いにほぼ直交するように縦方向と横方向に配列されていることを特徴とする。

この第３の発明にかかる多層セラミック基板の製造方法は、前記セラミックグリーン層が、ガラスまたは結晶化ガラスを含むことを特徴とする。

この多層セラミック基板の製造方法によれば、作業時のハンドリング性に優れ、焼成後の分割不良の発生も防止できる。

本発明による多層セラミック基板の製造方法によれば、大面積の生の多層集合基板を収縮抑制層で挟んだ大面積の生の複合積層体の一方主面に、一方の収縮抑制層および生の多層集合基板を貫通して、他方の収縮抑制層に到達する深さ（複合積層体の他方主面には到達しないこととする）の切り込み溝を設けることにより、複合積層体は集合状態で取り扱えるので作業性に優れ、焼成後は複数に分割されやすいので分割時の不良が発生しない。

本発明の一つの実施形態を説明するためのものであり、多層セラミック基板を製造する途中の段階で得られる大面積の複合積層体の一部を示す断面図である。 図１ HYPERLINK "JavaScript:void(0)" の大面積の複合積層体における分割線の配列を示す平面図である。 一つの従来例を説明するためのものであり、多層セラミック基板を製造する途中の段階で得られる大面積の複合積層体の一部を示す断面図である。

図１は、この発明の実施形態を説明するためのものであり、多層セラミック基板を製造する途中の段階で得られる大面積の生の複合積層体１１を示している。ここで、図１は、生の複合積層体１１の一部を示す断面図であり、厚み方向寸法が誇張されて図示されており、また、配線導体の図示が省略されている。

生の複合積層体１１は、セラミック絶縁材料粉末を含む複数のセラミックグリーン層１２を積層した大面積の生の多層集合基板１３と、その両主面に形成された前記セラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む収縮抑制層１４ａ、１４ｂと、を備えている。さらに、生の複合積層体１１の一方主面１１ａには、所定の分割線１５の位置に沿うように、一方の収縮抑制層１４ａおよび生の多層集合基板１３を貫通して、他方の収縮抑制層１４ｂの厚みの一部にまで届く深さで、切り込み溝１６が設けられている。

以下、本発明による多層セラミック基板の製造方法について、図１、図２を参照しつつ説明する。

まず、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃を混合したガラス粉末と、アルミナ粉末を等重量比率で混合したセラミック絶縁材料粉末に、有機バインダおよび溶媒のトルエンを加え、ボールミルで混合し、減圧下で脱泡処理してスラリーとする。

なお、セラミック絶縁材料粉末としては、多層セラミック基板に用いられる通常の原料を使用すればよいが、ガラスまたは結晶化ガラスを含むとき、比較的低温での焼結が可能となり、収縮抑制層１４ａ、１４ｂに含まれる無機材料粉末の選択の幅が広がる。また、有機バインダ、溶媒、可塑剤などの有機ビヒクル類についても、通常用いられるものでよく、特別の限定を要しない。

次に、前記スラリーを、ドクターブレードを用いたキャスティング法によりキャリアフィルム上でシート状に成形し、厚み０．１ｍｍのセラミックグリーンシートを作製する。前記セラミックグリーンシートを乾燥させた後、キャリアフィルムから剥がし、打ち抜いて、平面寸法が１００ｍｍ□のセラミックグリーンシートとする。なお、前記セラミックグリーンシートに含まれるセラミック絶縁材料粉末の焼結温度は８５０℃であった。

セラミックグリーンシートには、必要に応じて、配線導体となるＡｇ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄなどの導電性ペーストをスクリーン印刷等で塗布したり、スルーホールを設けて、このスルーホールに導電性ペーストを充填したりする工程が実施される。

そして、前記セラミックグリーンシートを１０枚積層して、セラミックグリーン層１２を有する生の多層集合基板１３を作製する。

次に、無機材料粉末であるアルミナ粉末に、有機バインダおよび溶媒のトルエンを加え、ボールミルで混合し、減圧下で脱泡処理してスラリーとする。

なお、無機材料粉末は、前述したセラミックグリーン層１２のためのセラミックグリーンシートに含まれるセラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しないものを用いる。また、有機バインダ、溶媒、可塑剤などの有機ビヒクル類については、通常用いられるものでよく、特別の限定を要しない。

次に、前記スラリーから、前述したセラミックグリーン層１２のためのセラミックグリーンシートと同様の要領で、無機材料グリーンシートを作製する。なお、前記無機材料グリーンシートに含まれる無機材料粉末の焼結温度は１６００℃であった。

そして、生の多層集合基板１３の上下両主面に、前記無機材料グリーンシートをそれぞれ５枚ずつ積層して、プレス成形して、切込み溝１５形成前の、１００ｍｍ□の大面積の生の複合積層体１１を得る。

さらに、前記生の複合積層体１１の一方主面１１ａに、複数の多層セラミック基板を取り出すための分割線１５の位置に沿って、切り込み溝１６を設ける。

切り込み溝１６は、図２に示すように、分割線１５の位置に沿って、互いにほぼ直交するように縦方向と横方向に格子状に配列される。なお、あらかじめ短冊状の複合積層体１１であれば、切り込み溝１６は、長さ方向と直交する方向にのみ設ければよい。

切り込み溝１６の深さは、一方の収縮抑制層１４ａおよび生の多層集合基板１３を貫通して他方の収縮抑制層１４ｂに到達し、かつ前記生の複合積層体１１の他方主面１１ｂに届かない深さとする。好ましくは、一方の収縮抑制層１４ａおよび生の多層集合基板１３を貫通し、他方の収縮抑制層１４ｂの厚みの１／１０〜４／１０程度まで届くように形成する。そして、前記切り込み溝１６が設けられた生の複合積層体１１を、焼成用匣に配置し、前記セラミック絶縁材料粉末は焼結するが前記無機材料粉末は焼結しない条件下で焼成する。具体的には、４００℃まで１．５℃／分、４００〜９００℃まで５℃／分〜６０℃／分の速度で昇温し、９００℃を５〜６０分キープして焼成し、複合積層体１１における多層集合基板１３の部分のみを焼結させた。

そして、焼結後の多層集合基板１３から、上下に配置された未焼結の収縮抑制層１４ａ、１４ｂをブラシなどで除去して、焼結後の多層集合基板１３を取り出す。

この焼結後の多層集合基板１３は、大面積の多層集合基板１３であるが、切り込み溝１６を多層集合基板１３を貫通するように設けたので、焼成後は、複数の多層セラミック基板に分割されている。

さらに、比較例として、前記生の複合積層体１１に設ける切り込み溝１６の深さを変化させて、多層セラミック基板を製造し、作業性と焼成後の分割性を調べた。

図３に示すように、一方の収縮抑制層４ａを貫通して、多層集合基板３の厚みの４０％の深さまで切り込み溝６を形成した生の複合積層体１を焼成したところ、焼成後の分割時に、約１０％の分割不良が発生した。

１１ 複合積層体
１１ａ 一方主面
１１ｂ 他方主面
１２ セラミックグリーン層
１３ 多層集合基板
１４ａ、１４ｂ 収縮抑制層
１５ 分割線
１６ 切り込み溝

Claims (3)

1. セラミック絶縁材料粉末を含む複数のセラミックグリーン層を積層して生の多層集合基板を作製する工程と、
   前記生の多層集合基板の上下両主面を、前記セラミック絶縁材料粉末の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む収縮抑制層で挟み、積層方向に圧着して、生の複合積層体を作製する工程と、
   前記生の複合積層体の一方主面に、一方の収縮抑制層および生の多層集合基板を貫通して他方の収縮抑制層に到達し、かつ前記生の複合積層体の他方主面に届かない深さで、切り込み溝を設ける工程と、
   前記切り込み溝が設けられ、かつ前記生の多層集合基板が他方の収縮抑制層により一体化されている生の複合積層体を、その状態を保持しつつ前記セラミック絶縁材料粉末は焼結するが前記無機材料粉末は焼結しない条件下で焼成し、前記収縮抑制層に挟まれた焼結後の多層集合基板を得る工程と、
   前記収縮抑制層により一体化されている前記焼結後の多層集合基板から、上下に配置された未焼結の前記収縮抑制層を除去する工程と、
   前記収縮抑制層を除去することによって、前記焼結後の多層集合基板から、前記切り込み溝に沿って分割された複数の多層セラミック基板を取り出す工程と、を備えることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
2. 前記切り込み溝は、互いにほぼ直交するように縦方向と横方向に配列されていることを特徴とする請求項１記載の多層セラミック基板の製造方法。
3. 前記セラミックグリーン層は、ガラスまたは結晶化ガラスを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層セラミック基板の製造方法。