JP2009239066A

JP2009239066A - セラミック基板およびセラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JP2009239066A
Application number: JP2008083960A
Authority: JP
Inventors: Koji Hayakawa; 浩二早川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP5178277B2

Abstract

【課題】ビア導体のピッチ寸法が高精度で、ビア導体とセラミックスとの間の結合力が強く、ビア導体とセラミックスとの間にセパレーションが発生しにくいセラミック基板を提供すること。
【解決手段】セラミック基板１は、ビア導体２が設けられており、ビア導体２は、セラミック基板１に設けられた穴１ａに、貫通導体２が形成されたセラミック焼結体４が嵌着されて形成されている。焼成後のセラミック基板１にビア導体２が設けられたセラミック焼結体４を嵌着するので、ビア導体２のピッチ寸法を高精度にできる。また、ビア導体２がセラミック焼結体４から脱落し難い。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビア導体を内部に有するセラミック基板およびその製造方法に関する。

ビア導体が内部に形成された一般的なセラミック基板を図６に示す。図６において、１０はセラミック焼結体、１２はセラミック焼結体１０の内部に設けられたビア導体、１３はセラミック焼結体１０の表層に設けられた導体パターンである。ビア導体１２は、焼結前のセラミックグリーンシートに金型打ち抜き、またはレーザ等を用いて穴加工を施し、その後、この穴に導体ペーストを充填した後、セラミックグリーンシートと同時焼成を行なう方法で形成される。または、予め焼成させたセラミック焼結体１０を準備し、レーザ等によって穴加工を施した後、導体ペーストを充填し、その後導体ペーストを焼成してセラミック基板１０を得る方法がある。
特開平０１−２３６６９４号公報

しかしながら、焼結前のセラミックグリーンシートに穴加工を施し、その後穴に導体ペーストを充填してセラミックグリーンシートと同時焼成を行なう方法においては、セラミックグリーンシートの焼成時に生じる収縮によって、穴の径、および穴のピッチ寸法にバラツキが発生するという問題がある。また、予め焼成したセラミック焼結体１０を準備し、レーザ等によって穴加工を施した後に、導体ペーストを充填して導体ペーストを焼成する方法においては、穴径、および穴のピッチ寸法の精度を上げることは可能となるが、導体ペーストとセラミック焼結体１０との密着性が確保できず、導体ペースト焼成後にビア導体１２が抜け落ちたり、ビア導体１２とセラミック焼結体１０との間に生じた間隙にメッキ工程における薬液が浸透し、後工程で不具合が生じたりするという問題があった。

従って、本発明は上記問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ビア導体の間隔における寸法精度が高く、ビア導体とセラミックスとの間の接合力が強く、ビア導体とセラミックスとの間に間隙（セパレーション）が発生しにくいセラミック基板、およびそのようなセラミック基板の製造方法を提供することである。

本発明のセラミック基板は、ビア導体が設けられたセラミック基板であって、前記ビア導体は、前記セラミック基板に設けられた穴に、貫通導体が形成されたセラミック焼結体が嵌着されて形成されていることを特徴とする。

本発明のセラミック基板において、好ましくは、前記セラミック焼結体は太さが異なる形状を有し、前記セラミック基板の穴は、前記セラミック焼結体の外周面と同じ形状に形成されていることを特徴とする。

本発明のセラミック基板において、好ましくは、前記セラミック基板の穴は内寸法が大きい部位と小さい部位とから成ることを特徴とする。

本発明のセラミック基板において、好ましくは、前記セラミック基板の穴の前記セラミック焼結体の外周面と嵌合する内周面は開口に向けて次第に広くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明のセラミック基板において、好ましくは、前記セラミック基板の穴は内周面の中央部において広く形成されていることを特徴とする。

本発明のセラミック基板の製造方法は、セラミック生成形体に貫通孔を加工する工程と、この貫通孔に導体ペーストを注入する工程と、前記セラミック生成形体と前記導体ペーストとを同時焼成して前記セラミック焼結体を得る工程と、このセラミック焼結体を所定の形状に加工する工程と、焼成されたセラミック基板に前記セラミック焼結体を嵌着する所定形状の穴を加工する工程と、この穴に前記セラミック焼結体を嵌着する工程とを有することを特徴とする。

また、本発明のセラミック基板の製造方法は、セラミック生成形体に貫通孔を加工する工程と、この貫通孔に導体ペーストを注入する工程と、前記セラミック生成形体と前記導体ペーストとを同時焼成して前記セラミック焼結体を得る工程と、このセラミック焼結体の外周中央部を太く加工する工程と、焼成された複数のセラミック基板に前記セラミック焼結体の外周面と嵌合する穴を加工する工程と、前記セラミック焼結体の中央部を前記複数のセラミック基板で挟んで前記セラミック基板同士を接着剤で固定する工程とを有することを特徴とする。

本発明のセラミック基板によれば、焼成後のセラミック基板に設けられた穴に、貫通導体が形成されたセラミック焼結体が嵌着されて形成されていることから、ビア導体間の寸法精度を向上できる。且つビア導体とセラミック焼結体との間の接合力が強いセラミック基板を実現できる。

本発明のセラミック基板の製造方法によれば、セラミック生成形体と導体ペーストとを同時焼成したセラミック焼結体を予め準備し、その後焼成されたセラミック基板に穴加工を行なって、予め準備しておいたセラミック焼結体を嵌着することから、セラミック焼結体とビア導体との結合が強固で、ビア導体が抜け落ちたり、ビア導体とセラミックス間に間隙が発生したりすることを避けることができる。また、ビア導体部の寸法精度が良いセラミック基板を製造することができる。

また、本発明のセラミック基板の製造方法によれば、ビア導体が形成されたセラミック焼結体の太く加工した中央部を複数のセラミック基板で挟んでセラミック基板同士を固定することから、ビア導体とセラミック焼結体との結合力が強固で、また、セラミック基板のどちらの面に力が加わっても、太く加工された中央部を挟んで固定されたセラミック焼結体が脱落することを防止することができる。また、ビア導体部の寸法精度が良いセラミック基板を製造することができる。

次に本発明のセラミック基板を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明のセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１はセラミック基板、２はビア導体、３はセラミック基板１の表層に設けられた導体パターン、４はビア導体２が形成されたセラミック焼結体、５は接着剤を示す。

セラミック基板１の材質は、一般的にはアルミナセラミックス、ムライトセラミックス、窒化珪素セラミックスが使用されるが、用途に合ったセラミック材料であれば特に限定はない。

セラミック基板１には、予めビア導体２が形成されたセラミック焼結体４を嵌合する穴１ａが加工されている。この穴１ａの加工方法としては、レーザ穿孔加工、切削加工等がある。この穴１ａは別に準備されるビア導体２が形成されたセラミック焼結体４が嵌合できるような形状に加工される。穴１ａの開口寸法は、セラミック焼結体４の位置合せがしやすいように、セラミック焼結体４よりも若干大きくしておくほうがよい。なお、図１において穴１ａは貫通孔として示したが、有底の穴でもよい。この場合は、ビア導体２はセラミック基板１において貫通ビア導体２としてではなく、ブラインドビア導体２として用いられる。焼成されたセラミック基板１に穴１ａ加工を行なうので、セラミック基板１の焼成時に生じる収縮誤差を回避することができ、穴１ａの間隔を高精度なものにできる。

ビア導体２が形成されたセラミック焼結体４は、セラミック生成型体に貫通孔を加工したものに、導体ペーストを充填し、セラミック生成形体と導体ペーストとを同時焼成して作製する。焼成後のビア導体２とセラミック焼結体４とは同時焼成によって接合されるので、ビア導体２とセラミック焼結体４との接合強度は大きく、ビア導体２がセラミック焼結体４から脱落する虞は少ない。

セラミック生成型体に貫通孔を加工する方法としては、金型による打ち抜き加工、またはレーザによる穿孔加工等が一般的であるが、所望の孔加工が可能であれば方法は特に問わない。導体ペーストの充填方法としては、印刷法や圧入法があるが方法は特に問わない。また、セラミックグリーンシートに孔加工を施し、この孔に導体ペーストを充填したものを所定の厚みになるように積層する方法、または、セラミック生成型体を予め所定の厚みになるようプレス成型した後に、孔加工を施し、この孔に導体ペーストを充填する方法のいずれでもよい。

その後、孔に導体ペーストが注入されたセラミック生成型体を焼成する。そして、焼成されたものを個片に切削加工、切断加工等によって分割し、外周面を研磨加工してセラミック焼結体４を得る。なお、加工されたセラミック焼結体４に含まれるビア導体２は、１個でも構わないし、複数個まとめて設けられていても構わない。ただし、加工されたセラミック焼結体４の外周に対するビア導体２の位置精度は確保しておく必要がある。

その後、セラミック基板１に施された穴１ａ部に、所定の形状に加工されたビア導体２を含むセラミック焼結体４をはめ込んで、接着剤５にて固定すればよい。接着剤５としては、樹脂系接着剤，金属ロウ材またはセラミック系接着剤等を用いればよい。金属ロウ材の場合は、セラミック基板１およびセラミック焼結体４にメタライズ層を形成したり、活性化金属ロウ材を用いたりする。セラミック系接着剤は、セラミック粉末をベースに固化剤を含ませたもので、耐熱性の大きい接着剤である。
セラミック基板１とビア導体２とを含むセラミック焼結体４の位置合せの精度を高めるために、セラミック焼結体４が所定の位置に配置できる組立治具６を準備するのがよい。図５にセラミック基板１の組立治具６による組立方法を説明する断面図を示す。

図５に示すように、組立治具６は、平板面に、ビア導体２の間隔に合わせてセラミック焼結体４の一端を嵌める穴６ａが設けられている。この穴６ａにセラミック焼結体４を保持することによって、セラミック焼結体４の位置決めができるようになっている。

セラミック基板１の組み立て時に加熱処理が必要な場合、セラミック基板１、ビア導体２を含むセラミック焼結体４、および組立治具６は熱膨張によって伸びが生じるため、セラミック焼結体４を配置する場所はこの伸びを考慮したものであることが必要である。好ましくは、熱膨張による伸びの寸法変動を極力抑えるため、組立治具６の材質としてセラミック基板１やセラミック焼結体４と同じ材質を使用するのがよい。

セラミック基板１とセラミック焼結体４との接合には接着剤５を使用する。接着剤５の材質は特に問うものではないが、セラミック基板の使用方法において、例えば熱処理、薬液処理等が施される場合、これらの条件で支障が無い接着剤５を選ぶ必要がある。接着剤５はセラミック基板１の組み立て前に、セラミック基板１の穴１ａの内周、もしくはセラミック焼結体４の外周に塗布される。この際、セラミック基板１の穴１ａの下方、すなわちセラミック基板１が組立治具６に接する側には接着剤５が極力付かないようにしたほうがよい。多く付いてしまうとセラミック基板１の穴１ａ部から接着剤５が組み立て治具６側にはみ出してしまい、セラミック基板１と組み立て治具６が接着されてしまう虞がある。

なお、はみ出した接着剤５によるセラミック基板１の接合を防止するために、組立治具６のセラミック焼結体４がはめ込まれる穴６ａの開口周囲にＣ面加工を施しておくのがよい。また、組立治具６側に接着剤５がはみ出ないように接着剤５の量を少なくした場合、セラミック基板１の厚みに対して十分な接合距離を得られないことも考えられる。このような場合、組み立て終了後、組立治具６から取り外したセラミック基板１を裏返し、再度セラミック焼結体４とセラミック基板１の穴１ａとの間の隙間に同じ接着剤５を流し込む。この際、接着剤５の硬化に加熱処理が必要な場合は、先に使用した接着剤５よりも低温で硬化する接着剤５を流し込めば十分に接合することが可能となる。

また、組立治具６とセラミック基板１との位置決めは、例えばセラミック基板１に設けられた位置決め用穴（図示せず）と組立治具６に設けられたピン（図示せず）によって行われる。組立治具６に接着剤５を塗布したセラミック焼結体４をセットした後、この組立治具６に設けられたピンをセラミック基板１の位置決め用穴に挿通し、位置決めが行なわれる。そして、所定の条件にて接着剤５を硬化させた後に、セラミック基板１およびセラミック焼結体４を組立治具６から取り外しセラミック基板１を得る。

組み立てが終了したセラミック基板１は、表面に接着剤５がはみ出ていたり、ビア導体２を含むセラミック焼結体４が飛び出していたりするため、表面研磨によってこれらを除去して平滑な面を得る。

その後、必要な場合はセラミック基板１の表面に所定の導体パターン３を形成する。導体パターン３の形成方法としては、導体ペーストを印刷して焼成する方法や、スパッタ等で薄膜を形成する方法、メッキする方法などがある。

次に、本発明のセラミック基板１の他の実施の形態例を説明する。

図２，図３，図４は、これら他の実施の形態の例を説明する断面図であり、図１と対応する部分には同じ符合を付している。

図２は、セラミック焼結体４の外周太さが上端に向けて次第に太くなる形状に加工されており、セラミック基板１の穴１ａの内周面が、セラミック焼結体４の外周形状に合わせて、穴１ａの上面開口に向けて次第に広くなるように形成されている例を示す。

図３は、セラミック焼結体４の外周が、太い部位４ａと細い部位４ｂとを有する形状に加工されており、太い部位４ａと細い部位４ｂとの間に段部が形成されている。そして、セラミック基板１の穴１ａの内周面もこのセラミック焼結体４の外周形状に合わせて加工されており、これによって、セラミック焼結体４とセラミック基板１とが嵌合するように形成されている例を示す。

図４は、セラミック焼結体４の外周が、上下方向の中央部において太くなり、上下両端で細くなる形状に加工されている。一方、セラミック基板１は上下２枚に分割したセラミック基板１ｂおよび１ｃが組み合わされて形成されている。セラミック基板１ｂは、セラミック焼結体４の上半分の形状に対応させて、穴１ａの下開口に向けて次第に広くなるように穴１ａが形成され、セラミック基板１ｃは、セラミック焼結体４の下半分の形状に対応させて、穴１ａの上開口に向けて次第に広くなるように穴１ａが形成されている。そして、２枚のセラミック基板１ｂ，１ｃでセラミック焼結体４の太い中央部を挟んで、組み合わされ、接着剤で固定されている。

図２，図３および図４に示されるような、セラミック焼結体４の外形寸法において太さが異なるようにセラミック焼結体４が形成され、外寸が大きい部位と小さい部位とを有する形状であれば、ビア導体２を含むセラミック焼結体４が簡単に抜け落ちる心配は無く、組み立てた後にセラミック基板１の一方向から表面に力が加わっても、ビア導体２を含むセラミック焼結体４が抜ける心配が無い。さらには、図４に示されるように中央部において太く形成されている形状であれば、セラミック基板１のどちらの面から力が掛かってもビア導体２を含むセラミック焼結体４が抜ける心配は無い。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、セラミック焼結体４の平面視形状は、円形，矩形，多角形のいずれでもよく、この場合、セラミック基板１の穴１ａをこれに対応する形状にすればよい。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

本発明のセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明のセラミック基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明のセラミック基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明のセラミック基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明のセラミック基板の組立方法の例を示す断面図である。従来のセラミック基板の例を示す断面図である。

符号の説明

１：セラミック焼結体
２：ビア導体
３：導体パターン
４：セラミック焼結体
５：接着剤
６：組み立て治具

Claims

ビア導体が設けられたセラミック基板であって、前記ビア導体は、前記セラミック基板に設けられた穴に、貫通導体が形成されたセラミック焼結体が嵌着されて形成されていることを特徴とするセラミック基板。
前記セラミック焼結体は太さが異なる形状を有し、前記セラミック基板の穴は、前記セラミック焼結体の外周面と同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック基板。
前記セラミック基板の穴は内寸法が大きい部位と小さい部位とから成ることを特徴とする請求項２記載のセラミック基板。
前記セラミック基板の穴の前記セラミック焼結体の外周面と嵌合する内周面は開口に向けて次第に広くなるように形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のセラミック基板。
前記セラミック基板の穴は内周面の中央部において広く形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のセラミック基板。
セラミック生成形体に貫通孔を加工する工程と、
該貫通孔に導体ペーストを注入する工程と、
前記セラミック生成形体と前記導体ペーストとを同時焼成して前記セラミック焼結体を得る工程と、
該セラミック焼結体を所定の形状に加工する工程と、
焼成されたセラミック基板に前記セラミック焼結体を嵌着する所定形状の穴を加工する工程と、
該穴に前記セラミック焼結体を嵌着する工程とを
有するセラミック基板の製造方法。
セラミック生成形体に貫通孔を加工する工程と、
該貫通孔に導体ペーストを注入する工程と、
前記セラミック生成形体と前記導体ペーストとを同時焼成して前記セラミック焼結体を得る工程と、
該セラミック焼結体の外周中央部を太く加工する工程と
焼成された複数のセラミック基板に前記セラミック焼結体の外周面と嵌合する穴を加工する工程と、
前記セラミック焼結体の中央部を前記複数のセラミック基板で挟んで前記セラミック基板同士を接着剤で固定する工程とを
有するセラミック基板の製造方法。