JP2010056519A - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、多層セラミック基板の製造方法に関する。
【解決手段】多層セラミック基板の製造方法は、複数の低温焼成用グリーンシートが積層された未焼結多層セラミック基板を設ける段階と、上記未焼結多層セラミック基板の上面及び下面のうち少なくとも一面に難焼結性拘束用グリーンシートを配置する段階と、上記難焼結性拘束層が配置された状態で上記未焼結多層セラミック基板を焼成する段階と、上記焼成された多層セラミック基板を酸性溶液に浸漬させる段階と、上記難焼結性拘束層が除去されるように上記難焼結性拘束層と上記酸性溶液の接触を活性化する段階を含む。
【選択図】図１ｄ

Description

本発明は、多層セラミック基板の製造方法に関するもので、特に無収縮工程のための難焼結性拘束層を効果的に除去し基板の品質を向上させることができる多層セラミック基板の製造方法に関するものである。

一般的に、ガラス−セラミックを用いた多層セラミック基板は３次元構造の層間回路の具現が可能であるため、空洞（ｃａｖｉｔｙ）の形成及び多様な機能の素子の内蔵のように高い設計柔軟性を有することができる。

これにより、小型化、高機能化される高周波部品の市場において多層セラミック基板の活用度は次第に高くなっている。初期の多層セラミック基板はセラミックグリーンシートに導電性電極で回路パターン及びビアを形成し、設計に従って所望の厚さで整列積層してから焼成して製造された。この過程においてセラミック基板は約３５〜５０％程度の体積が収縮される。特に、横方向に、即ち横及び縦の長さが夫々約１２〜３０％収縮される。このような横方向の収縮は均一に制御することが困難であるため、製作の次数別ではもちろん、製作次数内でも０．５％程度の寸法の誤差が発生する。

多層セラミック基板の構造が複雑化、精密化されながら内部パターン及びビア構造の設計マージンが次第に減少するため、多層セラミック基板の横方向の収縮を抑制する無収縮焼成工程が求められている。

このために、多層セラミック基板の一面または両面にセラミック基板材料の焼成温度では焼成されないアルミナまたはバリウムチタネートのような難焼結性素材の拘束層を接合して焼成時にｘ−ｙ方向の収縮を抑制する方法が主に用いられている。このような難焼結性素材の拘束層は焼成後にサンドペーパー、 ポリッシング工程のような機械的処理を用いるか、水とアルコールを媒体にする超音波機器を用いて除去される。

しかし、難焼結性素材の拘束層が綺麗に除去されない場合には、後続のパターン工程において問題が発生することができる。

特に、拘束層が除去された後にも拘束層の構成物質と化学的反応により接合面に発生した拘束反応層は通常の方法では簡単に除去されず、メッキ不良を引き起こし、これはＳＭＴ等の工程において固着強度の低下を誘発する等の問題がある。

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は焼成後に無収縮焼成工程に用いる拘束層及び拘束反応層を残留粉塵なく完全に除去し、今後メッキ性及び固着強度の特性等を改善した多層セラミック基板の製造方法を提供することにある。

上記の技術的課題を解決するために本発明は、
複数の低温焼成用グリーンシートが積層された未焼結多層セラミック基板を設ける段階と、上記未焼結多層セラミック基板の上面及び下面のうち少なくとも一面に難焼結性拘束用グリーンシートを配置する段階と、上記難焼結性拘束層が配置された状態で上記未焼結多層セラミック基板を焼成する段階と、上記焼成された多層セラミック基板を酸性溶液に浸漬させる段階と、上記難焼結性拘束層が除去されるように上記難焼結性拘束層と上記酸性溶液の接触を活性化する段階を含む多層セラミック基板の製造方法を提供する。

好ましく、上記難焼結性拘束層は、グラファイト粉末またはグラファイト粉末を主材にしシリコンカーバイド粉末及びＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｔｅ）が添加された混合粉末を含むことができる。より好ましく、ＭｏＳ_２粉末がさらに含まれることができる。

好ましく、上記酸性溶液は、硝酸、フッ酸またはその混合物を水とアルコールのような中性溶媒に混合してなることができる。

好ましく、上記活性化させる段階は、バブル発生器を用いて行うことができる。この場合、上記酸性溶液は上記バブル発生器が装着された浴槽に収容されることができる。

本発明によると、従来の表面研磨のような機械的処理工程の未拘束層の除去問題と長い工程時間を解決し、短時間で拘束層を効果的に除去することができる。特に、水またはアルコールのみを用いる従来の方式において引き起こされるメッキにじみ及び未メッキのようなメッキ不良問題を解決し微細パターン形成時に優れたメッキ性を保障することができる。このように優れたメッキ性を有するため、固着強度の特性が大きく向上されることができる。

本発明による多層セラミック回路基板の製造方法の一例を説明するための工程別断面図である。 本発明による多層セラミック回路基板の製造方法の一例を説明するための工程別断面図である。 本発明による多層セラミック回路基板の製造方法の一例を説明するための工程別断面図である。 本発明による多層セラミック回路基板の製造方法の一例を説明するための工程別断面図である。 本発明による多層セラミック回路基板の製造方法の一例を説明するための工程別断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施例により製造された多層セラミック回路基板から拘束層が除去された表面を撮影した光学顕微鏡の写真である。（ｂ）及び（ｃ）は、比較例により製造された多層セラミック回路基板から拘束層が除去された表面を撮影した光学顕微鏡の写真である。 （ａ）は、本発明の一実施例により製造された多層セラミック回路基板の外部導体パターンにメッキ層を形成した状態を撮影した光学顕微鏡の写真である。（ｂ）及び（ｃ）は、比較例により製造された多層セラミック回路基板の外部導体パターンにメッキ層を形成した状態を撮影した光学顕微鏡の写真である。

以下、添付の図面を参照して本発明の具体的な実施形態を参照してより詳細に説明する。

図１ａから図１ｅは、本発明による多層セラミック基板の製造方法の一例を説明するための工程別断面図である。

先ず、図１ａのように、複数の低温焼成用セラミックグリーンシート１１ａ−１１ｅが積層された未焼結多層セラミック基板１１'を設ける。

上記低温焼成用セラミックグリーンシート１１ａ−１１ｅは、低温焼成が可能な焼結用ガラス−セラミック粉末と有機バインダーのような有機物を含んで適切な公知の工程を通じ製造されることができる。上記各低温焼成用セラミックグリーンシート１１ａ−１１ｅには層間回路構成に必要な電極パターン１２と導電性ビアホール１４が形成され、複数の低温焼成用セラミックグリーンシート１１ａ−１１ｅを積層して図１ａのような未焼結多層セラミック基板１１'を設けることができる。

次いで、図１ｂのように、上記未焼結多層セラミック基板１１'の上面及び下面に難焼結性拘束層１５を配置する。

一般的に、難焼結性拘束層１５は未焼結多層セラミック基板１１'の上面及び下面のうち一面に限って提供されることができるが、効果的な収縮抑制のために本実施形態のように両面に配置することが好ましい。

上記難焼結性拘束層１５は無機粉末１５ａと有機バインダー１５ｂを含む。上記難焼結性拘束層の無機粉末は、従来に主に用いられたアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはバリウムチタネート（ＢａＴｉＯ_３）を用いず、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）粉末、またはグラファイト粉末を主材にしシリコンカーバイド粉末及びＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｔｅ）が添加された混合粉末を用いることができる。このような難焼結性無機粉末は本発明において提示した除去条件（図１ｄ）において容易に除去が可能でありながらもセラミック基板と密着されて十分な拘束力を保障することができる。より好ましく、ＭｏＳ_２粉末をさらに添加し拘束力の増進と共に焼成開始温度をさらに調節することができる。

次に、上記難焼結性拘束層が上下面に配置された状態で未焼結多層セラミック基板１１'を焼成して図１ｃのように所望の焼成された多層セラミック基板１１を得ることができる。

焼成された多層セラミック基板１１は厚さ方向に収縮が発生するが、面方向、即ち、水平方向には難焼結性拘束層１５により収縮が抑制されることができる。このように、多層セラミック基板１１の面方向の収縮は難焼結性拘束層１５の難焼結性粉末による多くの接触点において高い結合力が保障され収縮抑制効果を提供することができる。

図１ｄのように、上記焼成された多層セラミック基板１１から上記難焼結性拘束層１５を除去するために、焼成された多層セラミック基板１１を酸性溶液２２に浸漬させる。

本工程は、浴槽２０に上記酸性溶液を収容し、難焼結性拘束層１５が両面に形成された多層セラミック基板１１をその酸性溶液に浸漬させる方式により行われることができる。上記酸性溶液は硝酸、フッ酸またはその混合物を水とアルコールのような中性溶媒に混合して製造されることができる。次いで、上記難焼結性拘束層１５がより容易に除去されるように上記難焼結性拘束層１５と上記酸性溶液２２の接触を活性化させる。ここで、"接触を活性化させる"の意味は静的な状態で自然な接触状態ではなく、拘束層の表面に酸性溶液との摩擦が活発になるように機械的振動を誘発する状態を意味する。

このような振動誘発装置としては、高価の超音波装置を用いることもできるが、本発明においては簡素で安値のバブル発生器２５を好ましく用いることができる。このようなバブル発生器２５は浴槽２０の適正位置に装着されてバブルＢを発生させ、これを通じて上記難焼結性拘束層１５の表面に対する上記酸性溶液２２の接触を活性化させることができる。

結果的に、このような酸性溶液とバブル装置を用いて拘束層を容易に除去することができる。図１ｅのように残留粉塵なく完全に除去された表面状態を有する多層セラミック基板を提供することができる。特に、このような拘束層組成及び拘束層の除去方法は焼成時に拘束層とセラミック基板の界面において発生する拘束反応層まで完全に除去し後続のメッキ工程において優れたメッキ性を確保することができる。

これと関しては下記の実施例を通じてより詳細に説明する。

（実施例）
本発明の条件に該当する拘束層としてグラファイト粉末と共にシリコンカーバイド粉末及びＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｔｅ）が添加された混合粉末を約６５ｗｔ％を有するように設け、アクリル系バインダーを１５ｗｔ％、分散剤を０．５ｗｔ％添加しトルエンとエタノールの混合溶媒を添加してから、ボールミルを用いて分散させた。このようにして得たスラリーをフィルターで濾してから脱泡し、ドクターブレード法を用いて１００μｍ厚さの拘束層を成形した。

未焼結多層セラミック基板を設けて、その上下面に上記拘束層を配置し、適切な圧力を適用し圧着させた。次いで８５０〜８７０℃範囲で３０〜６０分間焼成をし、その焼成されたセラミック基板の両面に形成された拘束層を除去するために、１０ｗｔ％硝酸、４５ｗｔ％フッ酸を中性溶媒である水に混合し拘束層の除去用酸性溶液を設け、Ｏ_３（オゾン）バブル発生器が装着された浴槽に提供し、上記焼成基板を上記浴槽の酸性溶液に浸漬させた状態で摩擦が活発になるようにバブルを発生させながら拘束層を除去した。

（比較例１及び２）
比較実験のために、比較例１及び２は拘束層としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を約６５ｗｔ％を有するように設け、アクリル系バインダーを１５ｗｔ％、分散剤を０．５ｗｔ％添加しトルエンとエタノールの混合溶媒を添加してから、ボールミルを用いて分散させた。このようにして得たスラリーをフィルターで濾してから脱泡し、ドクターブレード法を用いて１００μｍ厚さの拘束層を成形した。

次いで、実施例と類似に、未焼結多層セラミック基板を設け、上記の拘束層を各両面に配置し圧着させた。次いで８５０〜８７０℃範囲で３０〜６０分間焼成をし、その焼成されたセラミック基板の両面に形成された拘束層除去のために超音波装備を用いるが、媒体としては比較例１においては水を用い、比較例２においてはアルコールを用いた。

図２（ａ）から図２（ｃ）は、上記の結果物に対する表面を光学顕微鏡で撮影した結果である。

本発明の実施例による場合には図２（ａ）に示されたように、粉塵がほぼ完全に除去され回路パターンが鮮明に現れた状態を確認することができる反面、比較例１及び２により拘束層が除去された多層セラミック基板の表面は図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示されたように、広い領域にわたって拘束層が除去されず部分的に拘束層の残留物が残っていることを確認することができる。

その後に実施例及び比較例１及び２に対する多層セラミック基板の回路パターンに対するメッキ工程を行った。比較例１及び２のように残留物が残っている場合にはさらにその残留物が除去されるまで長時間にわたって除去工程を適用した後にメッキ工程を適用した。

本発明の実施例による場合には図３（ａ）に示されたように、導体ターンにより鮮明にメッキされた状態を確認することができる。これに反して比較例１及び２による多層セラミック基板のメッキ層は図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示したように、部分的にメッキされた部分が滲むか、メッキされていない状態が観察された。

このように拘束層を除去し、メッキにじみ及び未メッキのようなメッキ不良が引き起こされる理由は拘束反応層が完全に除去されなかったためである。しかし、図３（ａ）のように本発明による条件で拘束層を設け、除去する場合には拘束反応層まで完全に除去され優れたメッキ性を確保することができた。

このようなメッキ状態の差は、ＳＭＴ工程時に固着強度の差により誘発される。下記の表１は実施例と比較例１及び２により製造された夫々１２個のサンプルに対する固着強度の測定結果を示した。

表１に示されたように、本発明による実施例のように酸性溶液を用いて拘束層を除去する場合に、水を用いる場合（比較例１）より２．５倍、アルコールを用いる場合（比較例２）より１．７倍優れた固着強度を有することを確認することができた。このような固着強度の向上は落下信頼性、熱衝撃のような信頼性の面においても向上された効果である上、実際、量産時に量産歩留まりの改善を通じ原価の節減効果も期待することができる。

本発明は、上述の実施形態及び添付の図面による限定されるものではなく、上記の請求の範囲により限定する。従って、請求の範囲に記載の本発明の技術的思想から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であるということは当技術分野において通常の知識を有する者には自明であり、これも上記の請求の範囲に記載の技術的思想に属する。

Claims (6)

1. 複数の低温焼成用グリーンシートが積層された未焼結多層セラミック基板を設ける段階と、
   前記未焼結多層セラミック基板の上面及び下面のうち少なくとも一面に難焼結性拘束層を配置する段階と、
   前記難焼結性拘束層が配置された状態で前記未焼結多層セラミック基板を焼成する段階と、
   前記焼成された多層セラミック基板を酸性溶液に浸漬させる段階と、
   前記難焼結性拘束層が除去されるように前記難焼結性拘束層と前記酸性溶液の接触を活性化する段階を含む多層セラミック基板の製造方法。
2. 前記難焼結性拘束層は、グラファイト粉末を主材にしシリコンカーバイド粉末及びＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｔｅ）が添加されてな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の製造方法。
3. 前記難焼結性拘束層は、ＭｏＳ_２粉末がさらに含まれたことを特徴とする請求項２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
4. 前記酸性溶液は、硝酸、フッ酸またはその混合物を中性溶媒に混合してなることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
5. 前記活性化させる段階は、バブル発生器を用いて行うことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
6. 前記酸性溶液は、前記バブル発生器が装着された浴槽に収容されることを特徴とする請求項５に記載の多層セラミック基板の製造方法。