JP2010067944A - セラミック基板及びセラミックチップ部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】セラミック基板の一主面と導体パターンの一主面とを同一平面上に位置させることで、導体パターンへの電子部品の実装が容易にする。
【解決手段】第1セラミック基板10Aは、導体成形体12を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリー14を、導体成形体12を被覆するように供給した後に硬化して得られる第1セラミック成形体16Aと、導体成形体12のない第2セラミック成形体16Bとを積層して第1セラミック積層体18Aを作製し、該第1セラミック積層体18Aを焼成することによって得られる。これにより、セラミック焼成体20の一主面20aは平滑で平坦な面となり、しかも、セラミック焼成体20の一主面20aと導体パターン19の一主面19aとが同一平面上に存在する形態となる。
【選択図】図4

Description

本発明は、内部に導体が埋設されたセラミック基板及びセラミックチップ部品に関し、例えば電子部品が実装される配線基板や多層配線基板に用いて好適なセラミック基板、並びに集中定数回路や分布定数回路を有したり、センサ機能、アクチュエータ機能やアンテナ機能等のための配線を有するセラミックチップ部品に関する。
積層セラミックを用いた電子部品を作製する場合、セラミック粉末と樹脂を含むグリーンシート上に導体パターンを印刷によって形成したものを積層一体化した後に、成形加工した後、焼成するようにしている(例えば特許文献1、2参照)。
この場合、導体パターンがグリーンシート上において凸形状に形成されるため、グリーンシートを積層する際に、導体パターンの周縁近傍に圧力がかからず、積層した後に、剥がれが生じたり、導体パターンの端部がつぶれてしまい、導体パターンの電気的特性を劣化させる。また、これらの問題のために、導体パターンの厚みを厚くできないため、抵抗値を下げるのに限界があり、また、高周波特性の向上にも限界があった。
そこで、従来では、上述の欠点を解決するために、樹脂フィルムのような基体やグリーンシート上に、導体ペーストを印刷形成した後、セラミック粉末と樹脂からなるスラリーを塗布し、その後、カチオン性凝固浴に浸漬して前記スラリーをゲル化したグリーンシートにすることで、導体パターンをグリーンシート内に埋設する方法が提案されている(例えば特許文献3参照)。
また、他の従来例では、導体パターンの変形を抑制するために、導体ペーストに熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化性樹脂を混入させる方法が提案されている(例えば特許文献4参照)。
特公昭40−19975号公報 特開平2−58816号公報 特開2005−1279号公報 特開平8−167537号公報
ところで、特許文献2に記載された提案例において、セラミック粉末と熱可塑性樹脂を含むスラリーと、熱可塑性樹脂を含む導体ペーストとを使用した場合、スラリーが乾燥する際に生ずる大きな収縮により、セラミック成形体のうち、導体近傍に亀裂が発生したりして、セラミック成形体と導体との一体化に問題が生じたり、導体の凸形状の影響でグリーンシートが凹凸形状になったりする。また、導体ペーストに含まれる熱可塑性樹脂は溶剤に溶解し易いため、セラミック成形体とする際に、導体がセラミック中に溶けて導体のパターン形状が崩れるという問題がある。
また、特許文献3では、グリーンシート上への導体パターンの形成、スラリーの塗布、カチオン性凝固浴への浸漬、乾燥を1層ごとに行う必要があり、導体パターンの多層化に伴って工数が増加するという問題がある。
特許文献4では、グリーンシート上に導体パターンを印刷によって形成したものを積層一体化した後に、プレス加工するようにしているため、特許文献1や2と同様に、導体パターンの周縁近傍に圧力がかからず、積層した後に、剥がれが生じるおそれがある。
ところで、例えば特許文献2において、セラミック基板の表面に導体パターンが形成されたセラミックチップ部品を作製した場合、セラミック基板の主面に凹凸が形成されることから、セラミックチップ部品を真空吸着することが困難になるという問題がある。また、各セラミックチップ部品において、形状のばらつきが生じることから、それに応じて電気的特性のばらつきも生じるという問題がある。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、セラミック基板の一主面と導体パターンの一主面とを同一平面上に位置させることで、導体パターンへの電子部品の実装が容易になり、しかも、導体パターンの剥がれや崩れがなく、また、導体パターンの厚みを厚くでき、抵抗値の低減化、高周波特性の向上を容易に図ることができるセラミック基板を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、導体パターンの剥がれや崩れがなく、また、導体パターンの厚みを厚くでき、抵抗値の低減化、高周波特性の向上を容易に図ることができるほか、真空吸着による搬送が可能で、チップ部品間での電気的特性のばらつきを低減することができ、しかも、実装される電子機器や通信機器の小型化を図ることができるセラミックチップ部品を提供することにある。
第1の本発明に係るセラミック基板は、導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック成形体がセラミック焼成体とされたセラミック基板であって、前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とする。
次に、第2の本発明に係るセラミック基板は、導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を複数積層してなるセラミック積層体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック積層体がセラミック焼成体とされたセラミック基板であって、前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とする。
そして、第1及び第2の本発明において、前記導体パターンの一主面に、電子部品が実装されていてもよい。
また、第1及び第2の本発明において、前記セラミック成形体は、前記スラリーを、基体上に成形された前記導体成形体を被覆するように塗布した後に硬化して得られるようにしてもよい。
また、第1及び第2の本発明において、前記スラリーに含まれる前記樹脂は、熱硬化性樹脂前駆体であって、ポリウレタン樹脂前駆体であってもよい。
また、第1及び第2の本発明において、前記導体成形体は、熱硬化性樹脂前駆体と銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)系の金属の少なくとも1種類の粉末を含む導体ペーストをパターン形成し、その後、硬化してなるようにしてもよい。
また、第1及び第2の本発明において、前記導体ペーストに含まれる前記熱硬化性樹脂前駆体は、フェノール樹脂であってもよい。
次に、第3の本発明に係るセラミックチップ部品は、導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック成形体がセラミック焼成体とされたセラミックチップ部品であって、前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とする。
次に、第4の本発明に係るセラミックチップ部品は、導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を複数積層してなるセラミック積層体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック積層体がセラミック焼成体とされたセラミックチップ部品であって、前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とする。
そして、第4の本発明において、少なくとも1つの前記セラミック成形体は、一主面に2以上の導体成形体の一主面が露出し、他主面に1以上の導体成形体の他主面が露出していてもよい。
この場合、一主面が露出した前記導体成形体と他主面が露出した前記導体成形体とが互いに対向しない組み合わせが少なくとも1つ存在してもよいし、一主面が露出した前記導体成形体と他主面が露出した前記導体成形体とが互いに対向する組み合わせが少なくとも1つ存在するようにしてもよい。
また、第4の本発明において、前記セラミック焼成体は、前記セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターンを少なくとも2つ有し、一方の一対の導体パターン間の距離と、他方の一対の導体パターン間の距離とがほぼ同一であってもよい。
また、第4の本発明において、前記セラミック焼成体は、前記セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターンを少なくとも2つ有し、一方の前記一対の導体パターン間の距離と、他方の前記一対の導体パターン間の距離とが異なり、前記セラミック焼成体において、前記セラミック成形体1枚分に対応する厚みをta、前記導体成形体1枚分に対応する厚みをtbとしたとき、一方の前記一対の導体パターン間の距離はほぼ(ta−tb)であり、他方の前記一対の導体パターン間の距離はほぼ(ta−2tb)であってもよい。
次に、第5の本発明に係るセラミックチップ部品は、導体成形体を有し、且つ、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られる導体埋設セラミック成形体と、前記導体成形体がなく、且つ、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を複数積層してなるセラミック積層体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック積層体がセラミック焼成体とされたセラミックチップ部品であって、前記セラミック焼成体は、前記導体埋設セラミック成形体及び前記セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターンを少なくとも2つ有することを特徴とする。この場合も、一方の一対の導体パターン間の距離と、他方の一対の導体パターン間の距離とがほぼ同一であってもよい。また、一方の前記一対の導体パターン間の距離と、他方の前記一対の導体パターン間の距離とが異なり、前記セラミック焼成体において、前記セラミック成形体1枚分に対応する厚みをta、前記導体成形体1枚分に対応する厚みをtbとしたとき、一方の前記一対の導体パターン間の距離はほぼ(ta−tb)であり、他方の前記一対の導体パターン間の距離はほぼ(ta−2tb)であってもよい。
以上説明したように、本発明に係るセラミック基板によれば、セラミック基板の一主面と導体パターンの一主面とを同一平面上に位置させることで、導体パターンへの電子部品の実装が容易になり、しかも、導体パターンの剥がれや崩れがなく、また、導体パターンの厚みを厚くでき、抵抗値の低減化、高周波特性の向上を容易に図ることができる。
また、本発明に係るセラミックチップ部品によれば、導体パターンの剥がれや崩れがなく、また、導体パターンの厚みを厚くでき、抵抗値の低減化、高周波特性の向上を容易に図ることができるほか、真空吸着による搬送が可能で、チップ部品間での電気的特性のばらつきを低減することができ、しかも、実装される電子機器や通信機器の小型化を図ることができる。
図1Aは第11セラミック基板(参考例)を示す断面図であり、図1Bは第12セラミック基板(参考例)を示す断面図である。 図2Aは基体上に導体ペーストによる導体成形体を形成した状態を示す断面図であり、図2Bは熱可塑性樹脂を含むスラリーを塗布し、該スラリーを硬化して第11セラミック成形体とした状態を示す断面図であり、図2Cは第11セラミック成形体と導体成形体のない第12セラミック成形体を積層して第11セラミック積層体とした状態を示す断面図であり、図2Dは第11セラミック成形体と導体成形体のない第12セラミック成形体を積層して第12セラミック積層体とした状態を示す断面図である。 図3Aは導体パターンが印刷された第12セラミック成形体と導体パターンのない第12セラミック成形体を積層して第13セラミック積層体とした状態を示す断面図であり、図3Bは第13セラミック積層体を焼成して第13セラミック基板(参考例)とした状態を示す断面図である。 図4Aは導体成形体を有する第1セラミック成形体と導体成形体のない第2セラミック成形体を積層して第1セラミック積層体とした状態を示す断面図であり、図4Bは第1セラミック積層体を焼成して第1セラミック基板とした状態を示す断面図である。 図5Aはフィルム上に導体ペーストによる導体成形体を形成した状態を示す断面図であり、図5Bは鋳込み型内にフィルムを設置した後、鋳込み型内にスラリーを注入した状態を示す断面図であり、図5Cは鋳込み型内に注入されたスラリーを硬化して第1セラミック成形体とした状態を示す断面図である。 図6Aは鋳込み型から第1セラミック成形体をフィルムごと離型した状態を示す断面図であり、図6Bはフィルムから第1セラミック成形体を離型した状態を示す断面図である。 図7Aは導体ペーストによる導体成形体が形成されたフィルムを鋳込み型内に設置した後、鋳込み型内にスラリーを注入した状態を示す断面図であり、図7Bは鋳込み型内に注入されたスラリーを硬化して第2セラミック成形体とした状態を示す断面図であり、図7Cは鋳込み型から第2セラミック成形体をフィルムごと離型し、さらに、フィルムから第1セラミック成形体を離型した状態を示す断面図である。 図8Aはフィルム上に導体ペーストによる導体成形体を形成した状態を示す断面図であり、図8Bは鋳込み型内にフィルムを他のフィルム及びスペーサと共に設置した、鋳込み型内にスラリーを注入した状態を示す断面図であり、図8Cは鋳込み型内に注入されたスラリーを硬化して第1セラミック成形体とした状態を示す断面図である。 図9Aは鋳込み型から第1セラミック成形体をフィルム、他のフィルム及びスペーサごと離型した状態を示す断面図であり、図9Bはフィルム、他のフィルム及びスペーサから第1セラミック成形体を離型した状態を示す断面図である。 図10Aは基体上に導体ペーストによる導体成形体を形成した状態を示す断面図であり、図10Bは導体成形体を被覆するように基体上にスラリーを塗布した状態を示す断面図である。 図11Aは基体上にスラリーを塗布する方法の一例を示す斜視図であり、図11Bはその側面図である。 図12Aは基体上に塗布したスラリーを硬化した状態を示す断面図であり、図12Bは基体を剥離して第1セラミック成形体とした状態を示す断面図である。 図13Aは基体上にスラリーを塗布した状態を示す断面図であり、図13Bは基体上に塗布したスラリーを硬化した状態を示す断面図であり、図13Cは基体を剥離して第2セラミック成形体とした状態を示す断面図である。 図14Aは導体成形体を有する第1セラミック成形体を複数積層して第2セラミック積層体とした状態を示す断面図であり、図14Bは第2セラミック積層体を焼成して第2セラミック基板とした状態を示す断面図である。 本実施の形態に係るセラミックチップ部品を示す断面図である。 第1セラミックチップ部品を示す断面図である。 図17Aは第3セラミック成形体を示す透視斜視図であり、図17Bは第4セラミック成形体を示す透視斜視図であり、図17Cは第3セラミック積層体を示す透視斜視図であり、図17Dは図17CにおけるXVIID−XVIID線上の断面図である。 図18Aは導体成形体が形成された第1フィルムと導体成形体が形成されていない第2フィルムとを対向させて鋳込み型内に設置した後、鋳込み型内にスラリーを注入した状態を示す断面図であり、図18Bは鋳込み型内に注入されたスラリーを硬化して第3セラミック成形体とした状態を示す断面図であり、図18Cは鋳込み型から第3セラミック成形体を離型した状態を示す断面図である。 図19Aは導体成形体が形成された第3フィルムと第4フィルムとを対向させて鋳込み型内に設置した後、鋳込み型内にスラリーを注入した状態を示す断面図であり、図19Bは鋳込み型内に注入されたスラリーを硬化して第4セラミック成形体とした状態を示す断面図であり、図19Cは鋳込み型から第4セラミック成形体を離型した状態を示す断面図である。 第2セラミックチップ部品を示す断面図である。 図21A及び図21Bは第5セラミック成形体を示す透視斜視図であり、図21Cは第4セラミック積層体を示す透視斜視図であり、図21Dは図21CにおけるXXD−XXD線上の断面図である。 図22Aは導体成形体が形成された第1フィルムをそれぞれ対向させて鋳込み型内に設置した後、鋳込み型内にスラリーを注入した状態を示す断面図であり、図22Bは鋳込み型内に注入されたスラリーを硬化して第5セラミック成形体とした状態を示す断面図であり、図22Cは鋳込み型から第5セラミック成形体を離型した状態を示す断面図である。 図23Aは第5セラミック積層体を示す断面図であり、図23Bは第3セラミックチップ部品を示す断面図である。 図24Aは第6セラミック積層体を示す断面図であり、図24Bは第4セラミックチップ部品を示す断面図である。
以下、本発明に係るセラミック基板及びセラミックチップ部品の実施の形態例を図1〜図24Bを参照しながら説明する。
最初に、本発明者らは、本発明に係るセラミック基板を得る前に、熱可塑性樹脂を用いた2種類のセラミック基板、すなわち、図1Aに示す第11セラミック基板100Aや図1Bに示す第12セラミック基板100Bと、図3Bに示す第13セラミック基板100Cを作製し、その問題点を抽出した。
先ず、第11セラミック基板100Aや第12セラミック基板100Bは、導体成形体102を有する第11セラミック成形体104A(図2B参照)と、導体成形体102のない第12セラミック成形体104B(図2C参照)を作製し、第11セラミック成形体104Aと第12セラミック成形体104Bを積層して第11セラミック積層体106A(図2C参照)や第12セラミック積層体106B(図2D参照)を作製し、第11セラミック積層体106Aや第12セラミック積層体106Bを焼成して作製した(図1A及び図1B参照)。
このうち、導体成形体102を有する第11セラミック成形体104Aは、以下のようにして作製した。
図2Aに示すように、基体108上に、導体ペースト110をパターン印刷し、その後、硬化して導体成形体102を形成し、その後、熱可塑性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリー112を、導体成形体102を被覆するように基体108上に塗布した後に乾燥(硬化)して第11セラミック成形体104Aを得た。
しかし、図1に示す第11セラミック基板100Aは、以下のような問題点を有することが判明した。
先ず、第11セラミック成形体104Aを作製する過程において、基体108上にスラリー112を塗布した段階では、図2Aに示すように、スラリー112の上面は平坦となっていたが、その後、乾燥した段階では、図2Bに示すように、スラリー112の乾燥収縮が大きく、特に、導体成形体102の周りの部分の変形が大きい。
従って、第12セラミック成形体104B上に第11セラミック成形体104Aを積層して、第11セラミック積層体106Aとしたとき、導体成形体102の周りの部分の変形が第11セラミック成形体104Aの表面に転写されたかたちとなり、図2Cに示す第11セラミック積層体106Aや図2Dに示す第12セラミック積層体106Bのようにセラミック積層体の平坦性が劣化する。その後、焼成すると、図1Aに示す第11セラミック基板100Aのように、導体成形体102の周りの部分の部分が収縮し、導体成形体102が突出した形状となるものも生じる。また、図1Bに示す第12セラミック基板100Bのように、導体成形体102がセラミック表面から突出しないものも作製されるが、導体成形体102が存在する位置と存在しない位置とで、スラリーの乾燥収縮量に差が生じるため、第12セラミック基板102Bにおいても、導体成形体が露出する面が変形してその平坦性が劣化するという問題がある。
すなわち、第11セラミック基板100A及び第12セラミック基板100Bにおいては、でこぼこした上面に導体パターン114が突出形成された形態となり、導体パターン114上に電子部品を実装した場合に、電子部品が傾斜した状態で実装されたり(実装後の電子部品の姿勢が設計通りにいかない等)、電子部品の一部の端子が導体パターンに接続されない、いわゆる実装不良が生じたり、導体パターンに対する電子部品の位置決めが困難になることから、電子部品を実装した配線基板の歩留まりの低下にもつながるという問題がある。
また、導体成形体102を形成するために、導体ペーストのバインダとして熱可塑性樹脂を用いた場合は、導体成形体102を被覆するようにスラリー112を塗布した際に、導体成形体102の一部がスラリー112に溶解してしまい、導体成形体102の厚み制御、外形寸法制御が困難であるという問題がある。
一方、第13セラミック基板100Cは、図3Aに示すように、導体成形体102のない第12セラミック成形体104Bの表面に導体パターン114を印刷により形成し、この導体パターン114を有する第12セラミック成形体104Bと、導体パターン114のない第12セラミック成形体104Bを積層して第13セラミック積層体106Cを作製し、この第13セラミック積層体106Cを焼成して作製した(図3B参照)。
しかし、この第13セラミック基板100Cにおいても、導体パターン114の厚みばらつきにより、やはり平坦性が悪いという問題がある。これは、同一印刷製版で導体パターン114を印刷形成すると、印刷の特性により、パターン形状や幅の異なる導体パターン114で厚みが異なってくるからである。また、導体パターン114の平面の平坦性も劣るという問題もある。
以下に示す実施の形態に係るセラミック基板は、上述した第11セラミック基板100A〜第13セラミック基板100Cの欠点を解消するために作製された。
先ず、第1の実施の形態に係るセラミック基板(以下、第1セラミック基板10Aと記す)について図4A〜図13Cを参照しながら説明する。
この第1セラミック基板10Aは、図4Aに示すように、導体成形体12を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリー14を、導体成形体12を被覆するように供給した後に硬化して得られる第1セラミック成形体16Aと、導体成形体12のない第2セラミック成形体16Bとを積層して第1セラミック積層体18Aを作製し、該第1セラミック積層体18Aを焼成することによって得られる。
すなわち、図4Bに示すように、第1セラミック積層体18Aを焼成することによって、導体成形体12による導体パターン19と、導体パターン19の一部が埋め込まれたセラミック焼成体20とを有する第1セラミック基板10Aが得られる。
この第1セラミック基板10Aは、セラミック焼成体20の一主面20aに、導体成形体12による導体パターン19の一主面19aが露出し、且つ、セラミック焼成体20の一主面20aと導体パターン19の一主面19aとが同一平面上に存在した形態となる。
従って、導体パターン19上に電子部品を実装した場合に、電子部品の実装姿勢が設計通りにすることができ、また、電子部品の全ての端子を対応する導体パターンに実装することができ、しかも、導体パターンに対する電子部品の位置決めも容易になる。これは、電子部品の実装不良の低減につながり、電子部品を実装した配線基板の歩留まりの向上を図ることができる。図4Bの例では、電子部品として例えば第1集積回路(IC)22Aと第2集積回路(IC)22Bを実装した例を示す。第1IC22Aは、ダイとなる導体パターン19にIC本体を例えば銀ペーストによって固着し、さらに、IC本体と配線となる導体パターン19とをボンディングワイヤ24で電気的に接続した例を示す。第2IC22Bは、IC本体の表面に形成された端子とパッドとなる導体パターン19とを半田26によって電気的に接続した例を示す。
ここで、第1セラミック基板10Aの2つの作製方法(第1作製方法及び第2作製方法)について図5A〜図13Cを参照しながら説明する。
[第1作製方法]
第1作製方法は、先ず、図5Aに示すように、フィルム30上に導体ペースト32を印刷法によってパターン形成した後、硬化してフィルム30上に導体成形体12を形成する。フィルム30は、表面にシリコーン離型剤がコートされたPET(ポリエチレンテレフタレート)である。導体ペースト32の加熱硬化時における収縮、歪を抑制するために、予めフィルム30に温度150℃で10分以上のアニール処理を施すことが好ましい。
その後、図5Bに示すように、フィルム30を鋳込み型34内に設置し、スラリー14を鋳込み型34内に鋳込んだ後に、硬化(室温硬化や乾燥硬化等)する。これによって、図5Cに示すように、第1セラミック成形体16Aが得られる。この場合、図6Aに示すように、フィルム30上に第1セラミック成形体16Aが設置された状態になっているため、第1セラミック成形体16Aをフィルム30から離型することによって、図6Bに示すように、導体成形体12が埋設された第1セラミック成形体16Aが得られる。
この場合、スラリー14に熱硬化性樹脂前駆体を含んでいるため、スラリー14の硬化時における乾燥収縮に伴う導体成形体12周りの部分の変形は小さい。従って、第1セラミック成形体16Aのうち、導体成形体12の周りの部分の変形も小さく、第1セラミック成形体16Aの一主面(導体成形体12の一主面が露出された面)の平滑性も良好となる。
一方、図7Aに示すように、フィルム30を鋳込み型34内に設置し、スラリー14を鋳込み型34内に鋳込んだ後に、図7Bに示すように、スラリー14を硬化(室温硬化や乾燥硬化等)する。その後、フィルム30を離型することによって、図7Cに示すように、第2セラミック成形体16Bが得られる。
第1セラミック成形体16Aの鋳込み型34からの離型性を良好にするために、図8A〜図9Bに示すようにしてもよい。すなわち、図8Aに示すように、フィルム30上に導体ペースト32を印刷法によってパターン形成した後、硬化してフィルム30上に導体成形体12を形成する。
その後、図8Bに示すように、導体成形体12が形成されたフィルム30を鋳込み型34内に設置する際に、フィルム30と他のフィルム36とを導体成形体12が形成された面と他のフィルム36とを対向させ、さらに、フィルム30と他のフィルム36の間にスペーサ38を挟んで設置する。そして、スペーサ38にて形成される空間内にスラリー14を流し込んだ後に硬化して、第1セラミック成形体16Aを得るようにしてもよい(図8C参照)。この場合、図9Aに示すように、第1セラミック成形体16Aがフィルム30、他のフィルム36及びスペーサ38にて囲まれた状態となっているため、第1セラミック成形体16Aが鋳込み型34に不要に付着することなく、簡単に鋳込み型34から離型することができる。
さらに、導体成形体12が形成されるフィルム30の表面に塗布された剥離剤の剥離力と、他のフィルム36の表面に塗布された剥離剤の剥離力とを異なるようにすれば、必ずどちらかのフィルム30(又は36)が剥がれ易くなり、フィルム30(又は36)からの離型も容易になる。図9Bに、フィルム30、他のフィルム36及びスペーサ38から第1セラミック成形体16Aを離型した状態を示す。なお、第2セラミック成形体16Bについても、図8A〜図9Bの作製方法を採用してもよい。
そして、図4Aに示すように、例えば2つの第2セラミック成形体16Bと、1つの第1セラミック成形体16Aを積層して、第1セラミック積層体18Aとする。このとき、第1セラミック成形体16Aの一主面、すなわち、導体パターン19が露出している面が上面となるように積層する。第1セラミック成形体16Aの一主面の平滑性が良好となっていることから、第1セラミック積層体18Aにおける一主面(導体成形体12の一主面が露出された面)の平坦性も良好となる。
その後、図4Bに示すように、第1セラミック積層体18Aを焼成することによって、導体成形体12が埋め込まれたセラミック焼成体20を有する第1セラミック基板10Aが完成する。
この場合、焼成前における第1セラミック積層体18Aの一主面の平滑性が良好となっていることから、焼成後におけるセラミック焼成体20の一主面20aも平滑で平坦な面となり、しかも、セラミック焼成体20の一主面20aと導体パターン19の一主面19aとが同一平面上に存在する形態となる。
ここで、各構成部材の好ましい態様について説明する。
[導体ペースト32:第1作製方法]
導体ペースト32としては、バインダとしてエポキシ、フェノール等の未硬化物を含有するものが好ましいが、とりわけ、レゾール型フェノール樹脂を含有するものが好ましい。また、金属粉末については、Ag、Pd、Au、Pt、Cu、Ni、Rhといった金属の単体又は合金、金属間化合物を用いることができるが、同時焼成されるセラミック部材に要求される特性、すなわち、焼成時の酸素分圧、温度、焼成収縮温度特性を考慮し、適宜選択される。焼成収縮温度特性については金属粉末組成だけではなく、金属粉末の粒径、比表面積、凝集度によっても適宜制御される。導体ペースト32中のバインダ分量については、例えば、Ag粉末の場合、金属粉末重量の1%〜10%の範囲を使用するが、セラミック部材の焼成収縮率、スクリーン印刷時の印刷性を考慮し、3〜6%の範囲が好ましい。
導体ペースト32は、上述したように、印刷後、加熱硬化させるが、硬化条件は、硬化剤の種類により異なり、例えば、第1の実施の形態で使用するレゾール型フェノール樹脂の場合、120℃で10分〜60分硬化させる。
導体ペースト32による導体成形体12が形成されたフィルム30(この場合、PETフィルム)を鋳込み型34に設置するが、PETフィルムを鋳込み型34に設置する際、PETフィルムのうねりを抑制するため、所望の平行度、平坦度を有する型板に真空吸着、糊付け、静電吸着等の手段により吸着させる。
[鋳込み型34(金型):第1作製方法]
型板は、吸着手段に応じた板部材を使用する。例えば真空吸着の場合は、金属、セラミック、樹脂等の材質は関係なく、多孔質板や吸着用孔を多数あけた板を使用し、糊付けの場合は、糊との反応性がなく、後に溶剤等で糊を拭き取る際にも変質を起こさない材質の板を使用し、静電吸着の場合は、PETと静電吸着し易い材料でできた板を使用することが好ましい。
鋳込み型34は、内部にスラリー14が流通する経路を有し、鋳込み硬化後のスラリー14が所望の厚みの板状となるように、型板間に、導体成形体12が形成されたフィルム30、他のフィルム36及びスペーサ38を設置して、フィルム30及び他のフィルム36を平行に対向した形態を有し、且つ、フィルム30と他のフィルム36との間に適当な間隔が設定されるようにすることが好ましい。
フィルム30、他のフィルム36、スペーサ38は、PETフィルム、離型剤をコートした金属板・セラミック板、あるいはテフロン(登録商標)樹脂板等を用いることができる。
そして、この鋳込み型34に、反応硬化する樹脂を含有するスラリー14を流し込み、硬化させる。
[スラリー14:第1作製方法]
スラリー14は、用途に応じ、アルミナ、安定化ジルコニア、各種圧電セラミック材料、各種誘電セラミック材料、といった酸化物セラミックスをはじめ、シリコンナイトライド、アルミナイトライドといった窒化物セラミックス、シリコンカーバイド、タングステンカーバイドといった炭化物セラミックス粉末やバインダとしてのガラス成分を含んだセラミックス粉末を無機成分と、例えば分散剤とゲル化剤もしくはゲル化剤相互の化学反応が誘起される有機化合物とからなる。
このスラリー14は、無機成分粉末の他、有機分散媒、ゲル化剤を含み、粘性や固化反応調整のための分散剤、触媒を含んでもよい。有機分散媒は反応性官能基を有していてよく、あるいは有していなくともよい。しかし、この有機分散媒は、反応性官能基を有することが特に好ましい。
反応性官能基を有する有機分散媒としては、以下を例示することができる。
すなわち、反応性官能基を有する有機分散媒は、ゲル化剤と化学結合し、スラリー18を固化可能な液状物質であること、及び鋳込みが容易な高流動性のスラリー18を形成できる液状物質であることの2つを満足する必要がある。
ゲル化剤と化学結合し、スラリー14を固化するためには、反応性官能基、すなわち、水酸基、カルボキシル基、アミノ基のようなゲル化剤と化学結合を形成し得る官能基を分子内に有していることが必要である。分散媒は少なくとも1の反応性官能基を有するものであれば足りるが、より十分な固化状態を得るためには、2以上の反応性官能基を有する有機分散媒を使用することが好ましい。2以上の反応性官能基を有する液状物質としては、例えば多価アルコール、多塩基酸が考えられる。なお、分子内の反応性官能基は必ずしも同種の官能基である必要はなく、異なる官能基であってもよい。また、反応性官能基はポリグリセリンのように多数あってもよい。
一方、注型が容易な高流動性のスラリー14を形成するためには、可能な限り粘性の低い液状物質を使用することが好ましく、特に、20℃における粘度が20cps以下の物質を使用することが好ましい。既述の多価アルコールや多塩基酸は水素結合の形成により粘性が高い場合があるため、たとえスラリー14を固化することが可能であっても反応性分散媒として好ましくない場合がある。従って、多塩基酸エステル、多価アルコールの酸エステル等の2以上のエステル基を有するエステル類を前記有機分散媒として使用することが好ましい。また、多価アルコールや多塩基酸も、スラリー14を大きく増粘させない程度の量であれば、強度補強のために使用することは有効である。エステル類は比較的安定ではあるものの、反応性が高いゲル化剤とであれば十分反応可能であり、粘性も低いため、上記2条件を満たすからである。特に、全体の炭素数が20以下のエステルは低粘性であるため、反応性分散媒として好適に用いることができる。
スラリー14に含有されていてもよい反応性官能基を有する有機分散媒としては、具体的には、エステル系ノニオン、アルコールエチレンオキサイド、アミン縮合物、ノニオン系特殊アミド化合物、変性ポリエステル系化合物、カルボキシル基含有ポリマー、マレイン系ポリアニオン、ポリカルボン酸エステル、多鎖型高分子非イオン系、リン酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸Na、マレイン酸系化合物を例示できる。また、非反応性分散媒としては、炭化水素、エーテル、トルエン等を例示できる。
[ゲル化剤:第1作製方法]
スラリー14中に含有されるゲル化剤は、分散媒に含まれる反応性官能基と反応して固化反応を引き起こすものであり、以下を例示することができる。
すなわち、ゲル化剤の20℃における粘度が3000cps以下であることが好ましい。具体的には、2以上のエステル基を有する有機分散媒と、イソシアナート基、及び/又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤とを化学結合させることによりスラリー14を固化することが好ましい。
具体的には、この反応性のゲル化剤は、分散媒と化学結合し、スラリー14を固化可能な物質である。従って、ゲル化剤は、分子内に、分散媒と化学反応し得る反応性官能基を有するものであればよく、例えば、モノマー、オリゴマー、架橋剤の添加により三次元的に架橋するプレポリマー(例えば、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等)等のいずれであってもよい。
但し、反応性ゲル化剤は、スラリー14の流動性を確保する観点から、粘性が低いもの、具体的には20℃における粘度が3000cps以下の物質を使用することが好ましい。
一般に、平均分子量が大きなプレポリマー及びポリマーは、粘性が高いため、本実施例では、これらより分子量が小さいもの、具体的には平均分子量(GPC法による)が2000以下のモノマー又はオリゴマーを使用することが好ましい。なお、ここでの「粘度」とは、ゲル化剤自体の粘度(ゲル化剤が100%の時の粘度)を意味し、市販のゲル化剤希釈溶液(例えば、ゲル化剤の水溶液等)の粘度を意味するものではない。
ゲル化剤の反応性官能基は、反応性分散媒との反応性を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば反応性分散媒として比較的反応性が低いエステル類を用いる場合は、反応性が高いイソシアナート基(−N=C=O)、及び/又はイソチオシアナート基(−N=C=S)を有するゲル化剤を選択することが好ましい。
イソシアナート類は、ジオール類やジアミン類と反応させることが一般的であるが、ジオール類は既述の如く高粘性のものが多く、ジアミン類は反応性が高すぎて注型前にスラリー14が固化してしまう場合がある。
このような観点からも、エステルからなる反応性分散媒と、イソシアナート基及び/又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤との反応によりスラリー14を固化することが好ましく、より充分な固化状態を得るためには、2以上のエステル基を有する反応性分散媒と、イソシアナート基、及び/又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤との反応によりスラリー14を固化することが好ましい。また、ジオール類、ジアミン類も、スラリー14を大きく増粘させない程度の量であれば、強度補強のために使用することは有効である。
イソシアナート基及び/又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤としては、例えば、MDI(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート)系イソシアナート(樹脂)、HDI(ヘキサメチレンジイソシアナート)系イソシアネート(樹脂)、TDI(トリレンジイソシアナート)系イソシアナート(樹脂)、IPDI(イソホロンジイソシアナート)系イソシアナート(樹脂)、イソチオシアナート(樹脂)等を挙げることができる。
また、反応性分散媒との相溶性等の化学的特性を考慮して、前述した基本化学構造中に他の官能基を導入することが好ましい。例えば、エステルからなる反応性分散媒と反応させる場合には、エステルとの相溶性を高めて、混合時の均質性を向上させる点から、親水性の官能基を導入することが好ましい。
なお、ゲル化剤分子内に、イソシアナート基又はイソチオシアナート基以外の反応性官能基を含有させてもよく、イソシアナート基とイソチオシアナート基が混在してもよい。さらには、ポリイソシアナートのように、反応性官能基が多数存在してもよい。
第1セラミック成形体16Aの材料及び接合面に塗布されるスラリー14には、上述した成分以外に、消泡剤、界面活性剤、焼結助剤、触媒、可塑剤、特性向上剤等の各種添加剤を添加してもよい。
上述したスラリー14は、以下のように作製することができる。
(a)分散媒に無機物粉体を分散してスラリー14とした後、ゲル化剤を添加する。
(b)分散媒に無機物粉体及びゲル化剤を同時に添加して分散することによりスラリー14を製造する。
注型時及び塗布時の作業性を考慮すると、20℃におけるスラリー14の粘度は30000cps以下であることが好ましく、20000cps以下であることがより好ましい。スラリー14の粘度は、既述した反応性分散媒やゲル化剤の粘度の他、粉体の種類、分散剤の量、スラリー14の濃度(スラリー14全体の体積に対する粉体体積%)によっても調整することができる。
但し、スラリー14の濃度は、通常は、25〜75体積%のものが好ましく、乾燥収縮によるクラックを少なくすることを考慮すると、35〜75体積%のものがさらに好ましい。有機成分として分散媒、分散剤、反応硬化物、反応触媒を有する。このうち、例えば分散媒とゲル化剤もしくはゲル化剤相互の化学反応により固化する。
[第2作製方法]
次に、第2作製方法について図10A〜図13Cを参照しながら説明する。
先ず、図10Aに示すように、基体64の上面に導体ペースト32を例えば印刷法によってパターン形成し、さらに、このパターン形成された導体ペースト32を加熱硬化して、基体64上に導体成形体12を形成する。なお、基体64は、上述したフィルム30と同様に、表面にシリコーン離型剤がコートされたPET(ポリエチレンテレフタレート)を用いることができる。
その後、図10Bに示すように、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリー14を、導体成形体12を被覆するように基体64上に塗布する。塗布方法としては、ディスペンサー法や、図11A及び図11Bに示す方法やスピンコート法等がある。図11A及び図11Bに示す方法は、一対のガイド板66a及び66bの間に基体64(導体成形体12が形成された基体64)を設置し、その後、スラリー14を、導体成形体12を被覆するように基体64上に塗布した後、ブレード状の治具68を一対のガイド板66a及び66bの上面を滑らせて(摺り切って)、余分なスラリー14を取り除く方法である。一対のガイド板66a及び66bの高さを調整することによって、スラリー14の厚みを容易に調整することができる。
その後、図12Aに示すように、基体64上に塗布されたスラリー14を硬化(室温硬化や乾燥硬化等)させ、さらに、図12Bに示すように、基体64を剥離、除去することによって第1セラミック成形体16Aが完成する。この場合も、第1セラミック成形体16Aの一主面(導体成形体12の一主面が露出された面)の平滑性は良好となる。
一方、図13Aに示すように、導体成形体12が形成されていない基体64上に、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリー14を塗布する。塗布方法は、上述したように、ディスペンサー法や、図11A及び図11Bに示す方法やスピンコート法等を用いることができる。
その後、図13Bに示すように、基体64上に塗布されたスラリー14を硬化(室温硬化や乾燥硬化等)させ、さらに、図13Cに示すように、基体64を剥離、除去することによって第2セラミック成形体16Bが完成する。
そして、図4Aに示すように、例えば2つの第2セラミック成形体16Bと、1つの第1セラミック成形体16Aを積層して、第1セラミック積層体18Aとする。このとき、第1セラミック成形体16Aの一主面、すなわち、導体成形体12による導体パターン19が露出している面が上面となるように積層する。
その後、図4Bに示すように、第1セラミック積層体18Aを焼成することによって、導体成形体12が埋め込まれたセラミック焼成体20を有する第1セラミック基板10Aが完成する。この場合、セラミック焼成体20の一主面20aも平滑で平坦な面となり、セラミック焼成体20の一主面20aと導体パターン19の一主面19aとが同一平面上に存在する形態となる。
ここで、各構成部材の好ましい態様について説明する。
[導体ペースト32:第2作製方法]
第1作製方法と同様であるため、重複する記載を省略するが、第2作製方法における導体ペースト32は、樹脂と銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)系の金属の少なくとも1種類の粉末を含む。導体ペースト32に使用される樹脂は、熱硬化性樹脂前駆体であることが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂前駆体は、自己反応性のレゾール型フェノール樹脂であることが好ましい。
導体ペースト32は、上述したように、印刷後、加熱硬化されるが、硬化条件は、硬化剤の種類により異なり、例えば、第2作製方法で使用するレゾール型フェノール樹脂の場合、温度80〜150℃、時間10分〜60分で硬化させることができる。
[スラリー14:第2作製方法]
第1作製方法と同様であるため、重複する記載を省略するが、第2作製方法におけるスラリー14に含まれるセラミック粉末は、用途に応じて、アルミナ、安定化ジルコニア、各種圧電セラミック材料、各種誘電セラミック材料、といった酸化物セラミックスをはじめ、シリコンナイトライド、アルミナイトライドといった窒化物セラミックス、シリコンカーバイド、タングステンカーバイドといった炭化物セラミックス粉末やバインダとしてのガラス成分を含む。
スラリー14に含まれる熱硬化性樹脂前駆体は、イソシアネート基又はイソチオシアネート基を有するゲル化剤と、水酸基を有する高分子とを有する。
上述した塗布方法のうち、ディスペンサー法や図11A及び図11Bに示す方法にてスラリー14を基体64上に塗布する場合、スラリー14の粘度は比較的高いことが好ましい。スラリー14の粘度は第1作製方法と同様でもよいが、スラリー14が低粘度だと、塗布した後の保形性が低く、流動による厚みバラつきが発生し易い。そのため、スラリー14の粘度は200cps〜2000cpsが好ましい。
そこで、水酸基を有する高分子として分子量の大きい樹脂を用いることで、スラリー14の粘度を高くできる。一例としてブチラール樹脂は分子量が大きいため、スラリー14の粘度を高くするには好適である。もちろん、高分子の分子量でスラリー14の粘度の制御が可能となることから、塗布方法に応じて、高分子として使用する樹脂を適宜選択すればよい。
上述したブチラール樹脂は、一般に、ポリビニルアセタール樹脂であるが、その中には原料のポリビニルアルコール樹脂に由来するOH基が残るので、このOH基がゲル化剤のイソシアネート基又はイソチオシアネート基と反応するものと考えられる。
特に、イソシアネート基又はイソチオシアネート基と反応に必要な量を超えてブチラール樹脂を添加すると、反応後に残ったブチラール樹脂は熱可塑性樹脂として作用するので、熱硬化性樹脂の欠点である、硬化後の接着性が悪くなるという特性を改善することができる。その結果、例えば図14Aに示すように、第1セラミック成形体16Aを複数積層して第2セラミック積層体18Bを構成する場合に、各第1セラミック成形体16Aの接着性が良好となることから、製造過程において第1セラミック成形体16Aが剥離するという不都合を回避でき、複数の第1セラミック成形体16Aの第2セラミック積層体18Bによるセラミック基板の歩留まりを向上させることができる。
水酸基を有する高分子としては、その他、エチルセルロース系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂、あるいはポリエーテル系樹脂を好ましく用いることができる。
次に、第2の実施の形態に係るセラミック基板(以下、第2セラミック基板10Bと記す)について図14A及び図14Bを参照しながら説明する。
この第2セラミック基板10Bは、図14A及び図14Bに示すように、上述した第1セラミック基板10Aとほぼ同様の構成を有するが、第1セラミック成形体16Aを2つ以上積層している点で異なる。
すなわち、図14Aに示すように、複数の第1セラミック成形体16Aと少なくとも1つの第2セラミック成形体16Bを積層して第2セラミック積層体18Bとし、その後、焼成することによって、図14Bに示すように、1つのセラミック焼成体20に複数の導体成形体12が三次元構造に埋設された第2セラミック基板10Bが作製される。
そして、セラミック焼成体20の一主面20aから露出する導体パターン19上に電子部品が実装される。
この第2セラミック基板10Bにおいて、複数の第1セラミック成形体16Aは、スラリー14に含まれる溶剤の一部が残存していてもよい。この場合、硬化後の第1セラミック成形体16Aは柔軟性を有する。従って、一般に硬くて脆い熱硬化性樹脂前駆体をバインダに使用しても、柔軟性のあるテープ成形体として工程間を搬送させることができ、複数の第1セラミック成形体16Aを積層しても、積層間に空隙が生じる等の不具合は生じない(積層性の向上)。なお、積層の際の圧力、温度は、デラミネーションや積層体の変形、積層ずれを勘案して適宜設定される。
次に、スラリーに含まれる樹脂として、熱可塑性樹脂前駆体を用いた従来のセラミック基板の問題点と、第1セラミック基板10A及び第2セラミック基板10B(以下、まとめて本実施の形態とも記す)による問題解決について説明する。
従来においては、熱可塑性樹脂を含むスラリーの乾燥収縮時に導体成形体との界面で隙間やクラックが発生したり、グリーンシートが凹凸形状になったりする。
一方、本実施の形態では、スラリー14に熱硬化性樹脂前駆体を含ませて、乾燥時に熱硬化性樹脂前駆体を硬化させて三次元網目構造を生成させ、収縮を小さくすることで前記問題は解決される。
この場合、スラリー14に使用する溶剤に、熱硬化性樹脂前駆体が硬化する温度での蒸気圧が小さいものを選定し、熱硬化時の溶剤乾燥による収縮を小さくすることが望ましい。室温で硬化する樹脂を用いた場合は、特に作業や装置が簡単になる。
ポリウレタン樹脂は、硬化後の弾性を制御し易く、柔軟な成形体も可能となる等の利点を有する。後工程での取り扱いを考えると、あまり硬い成形体は適さない場合があり、熱硬化性樹脂は三次元網目構造をとるので一般に硬いが、ポリウレタン樹脂は、柔軟性のある成形体も可能で、特にテープ状の成形体は、柔軟性が要求される場合が多いため望ましい。また、スラリー性状の制御のため、熱可塑性樹脂を含ませてもよい。
従来においては、熱可塑性樹脂を含む導体ペーストが、スラリーを塗布する際に、スラリーの溶剤に溶解して、パターン形状が崩れる。
一方、本実施の形態においては、導体ペースト32に熱硬化性樹脂前駆体を含ませているため、耐溶剤性が向上し、パターン形状の崩れは生じない。
熱硬化性樹脂前駆体は、硬化後は三次元の網目構造となり、元に戻らないため、硬化後は、溶剤への再溶解性がなくなり、一般に、熱可塑性樹脂よりも耐溶剤性が高い。
熱硬化性樹脂前駆体の中では、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂が硬化前プレポリマーの分子量の制御ができ、ペースト性状のコントロールが可能なため、好適である。なお、熱可塑性樹脂をペースト性状の制御のために、熱硬化性樹脂と一緒に含めるようにしてもよい。
特に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂は、硬化剤が必要なく、加熱するだけで硬化するタイプがあり、導体ペースト32の効率的な使用に適する。つまり、硬化剤の添加が必要な他の熱硬化性樹脂前駆体は、導体ペースト32を印刷する前に、硬化剤を混合する必要があるが、混合すると保存がきかない。従って、印刷後に残った導体ペースト32を回収して保存する必要のある印刷法によって導体ペースト32を印刷する場合は、硬化剤を混合する必要がない熱硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型フェノール樹脂が好適である。
従来において、熱可塑性樹脂をバインダとするセラミック成形体は、該セラミック成形体の密度ばらつきが発生し易く、そのために、焼成後のセラミック焼成体の寸法ばらつきが大きく、埋設された導体成形体の焼成寸法のばらつきも大きくなる。
一方、本実施の形態においては、熱硬化性樹脂前駆体をバインダに使用して導体成形体12を埋設した第1セラミック成形体16Aを得ることにより、焼成ばらつきを小さくすることができる。
例えば第1セラミック成形体16Aの焼成後の寸法は、第1セラミック成形体16Aのうち、導体成形体12を除く部分の生密度により主に決まる。これは第1セラミック基板10Aのセラミック焼成体20の構造は空隙が非常に少ないのに対し、第1セラミック成形体16Aの上記部分は空隙が多いため、その空隙量の多少が、焼成中の収縮量を決めるからである。
従来の熱可塑性樹脂をバインダとして含むスラリーは、溶媒を乾燥してセラミック成形体を得るが、乾燥する際の塗工比(スラリー体積と成形後の成形体体積の比)が大きく、この大きな塗工比が成形体密度のばらつきの原因となる。
しかし、本実施の形態のように、熱硬化性樹脂前駆体をスラリー14のバインダとして使用した場合は、溶剤を含んだままでも硬化するため、塗工比を小さくすることができ、生密度のばらつきを小さくすることができる。その結果、焼成後の寸法ばらつきが小さくなり、埋設した導体成形体12の寸法ばらつきも小さくすることができる。
次に、本実施の形態に係るセラミックチップ部品70について図15を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るセラミックチップ部品70は、図15に示すように、例えば第1セラミック積層体18A(図4A参照)を焼成することによって構成され、導体成形体12による導体パターン19と、導体パターン19の一部が埋め込まれたセラミック焼成体20とを有する。
この場合、セラミックチップ部品70は、セラミック焼成体20の一主面20aに、導体成形体12による導体パターン19の一主面19aが露出し、且つ、セラミック焼成体20の一主面20aと導体パターン19の一主面19aとが同一平面上に存在した形態となる。
つまり、セラミックチップ部品70は、導体パターン19が形成された一主面70aに、凹凸がないことから、セラミックチップ部品70を真空吸着によって保持・搬送することが可能、容易になる。
しかも、セラミックチップ部品70は、図1Aに示す第11セラミック基板100Aや図1Bに示す第12セラミック基板100B、図3Bに示す第13セラミック基板100C等と異なり、形状のばらつきが減ることから、電気的特性のばらつきも減少する。
さらに、セラミックチップ部品70の導体パターン19を高周波伝送線路として用いる場合、導体パターン19の側面が高誘電率のセラミック焼成体20と接するため、伝送線路を伝搬する信号波長が短くなり、該セラミックチップ部品70を実装した電子機器や通信機器の小型化を促進させることができる。従って、セラミックチップ部品70は、例えば通信機器のアンテナ等に用いて好適となる。
上述の例では、例えば図4Aに示す第1セラミック積層体18Aを焼成することによって、セラミックチップ部品70を構成した場合を示したが、その他、図14Aに示す第2セラミック積層体18Bを焼成することによって構成するようにしてもよい。この場合も、セラミック焼成体20の一主面20aに、導体成形体12による導体パターン19の一主面19aが露出し、且つ、セラミック焼成体20の一主面20aと導体パターン19の一主面19aとが同一平面上に存在した形態となる。
次に、セラミックチップ部品70の変形例について図16〜図24Bを参照しながら説明する。
先ず、第1の変形例に係るセラミックチップ部品(以下、第1セラミックチップ部品70Aと記す)は、図16に示すように、一主面に2以上の導体成形体12の一主面が露出した第3セラミック成形体16C(図17A参照)と、一主面に2以上の導体成形体12の一主面が露出し、且つ、他主面に1以上の導体成形体12の他主面が露出した第4セラミック成形体16D(図17B参照)とを積層して第3セラミック積層体18C(図17C及び図17D参照)を作製し、該第3セラミック積層体18Cを焼成することによって得られる。特に、第4セラミック成形体16Dは、図17Bに示すように、一主面が露出した導体成形体12と他主面が露出した導体成形体12とが互いに対向する組み合わせが少なくとも1つ存在する。図17Bの例では、前記組み合わせが2つ存在した例を示す。
第3セラミック成形体16Cは、図18Aに示すように、表面に導体成形体12が形成された第1フィルム30aと、表面に導体成形体12が形成されていない第2フィルム30bとを対向させて鋳込み型34に設置し、スラリー14を鋳込み型34内に鋳込んだ後に、図18Bに示すように、スラリー14を硬化(室温硬化や乾燥硬化等)し、その後、図18Cに示すように、鋳込み型34から離型することによって得られる。
第4セラミック成形体16Dは、図18Aに示すように、表面のうち、上述した第1フィルム30aに形成された導体成形体12と同様の位置とそれ以外の位置にそれぞれ導体成形体12が形成された第3フィルム30cと、表面のうち、第1フィルム30aに形成された導体成形体12とは異なる位置に導体成形体12が形成された第4フィルム30dとを対向させて鋳込み型34に設置し、スラリー14を鋳込み型34内に鋳込んだ後に、図19Bに示すように、硬化(室温硬化や乾燥硬化等)し、その後、図19Cに示すように、鋳込み型34から離型することによって得られる。
第3セラミック成形体16Cと第4セラミック成形体16Dとを積層する場合は、図17A〜図17Cに示すように、第3セラミック成形体16Cの四隅に形成された位置決め孔40と、第4セラミック成形体16Dの四隅に形成された位置決め孔40とが合致するようにして積層される。これにより、図17Dに示すように、第3セラミック成形体16Cの一主面から露出する導体成形体12と第4セラミック成形体16Dの一主面から露出する一部の導体成形体12とが対向し、第4セラミック成形体16Dの一主面から露出する他の導体成形体12と第4セラミック成形体16Dの他主面から露出する導体成形体12とが対向することとなる。
従って、上述のような第3セラミック成形体16Cと第4セラミック成形体16Dとを積層して焼成して第1セラミックチップ部品70Aとしたとき、図16に示すように、セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターン19を少なくとも2つ有することとなる。図17Cに示す第3セラミック積層体18Cを焼成した場合は、4つ存在することとなる。具体的には、図16に示すように、第3セラミック成形体16Cの焼成体20cを間に挟んで対向する一対の導体パターン(以下、第1導体パターン対42aと記す)と、第4セラミック成形体16Dの焼成体20dを間に挟んで対向する一対の導体パターン(以下、第2導体パターン対42bと記す)とが形成されることになる。
そして、この第1セラミックチップ部品70Aでは、第1導体パターン対42aにおける導体パターン19間の距離d1と、第2導体パターン対42bにおける導体パターン19間の距離d2とが異なることとなる。特に、セラミック成形体1枚分(第3セラミック成形体16C又は第4セラミック成形体16D)の焼成体(20c又は20d)の厚みをta、1つの導体パターン19の厚みをtbとしたとき、第1導体パターン対42aにおける導体パターン19間の距離d1はほぼ(ta−tb)となり、第2導体パターン対42bにおける導体パターン19間の距離d2はほぼ(ta−2tb)となる。つまり、1つの導体パターン19の厚み分の違いを持たせることができる。
通常、セラミック成形体を積層し焼成して構成される電子部品等においては、複数の結合度を1つのセラミック焼成体20に包含させる場合、各結合度の調整として、積層方向に相互作用する電極間の厚みにて調整することになるが、その場合、セラミック成形体の枚数によって調整するしかなかった。しかし、この第1セラミックチップ部品70Aでは、上述したように、1つの導体パターン19の厚み分の違いを持たせることができるため、各結合度を細かく調整することができ、微妙な容量制御が必要とされる高精度なコンデンサ等に好適となる。これにより、第1セラミックチップ部品70Aは、積層方向で相互作用する電極を有する電子部品(積層コンデンサ、ストリップラインカプラ等)において、特に精度を求められるものを作製する場合に好適に用いることができる。
次に、第2の変形例に係るセラミックチップ部品(以下、第2セラミックチップ部品70Bと記す)について図20〜図22Cを参照しながら説明する。
第2セラミックチップ部品70Bは、上述した第1セラミックチップ部品70Aとほぼ同様の構成を有するが、図20に示すように、一主面に2以上の導体成形体12の一主面が露出し、且つ、他主面に1以上の導体成形体12の他主面が露出した2つの第5セラミック成形体16E(図21A及び図21B参照)を積層して第4セラミック積層体18D(図21C及び図21D参照)を作製し、該第4セラミック積層体18Dを焼成することによって得られる。
第5セラミック成形体16Eは、一主面が露出した導体成形体12と他主面が露出した導体成形体12とが互いに対向しない組み合わせが少なくとも1つ存在する。図21A及び図21Bの例では、前記組み合わせが2つ存在した例を示す。この第5セラミック成形体16Eは、図22Aに示すように、表面に導体成形体12が形成された第1フィルム30aと、表面のうち、第1フィルム30aに形成された導体成形体12とは異なる位置に導体成形体12が形成された第4フィルム30dとを対向させて鋳込み型34に設置し、スラリー14を鋳込み型34内に鋳込んだ後に、図22Bに示すように、スラリー14を硬化(室温硬化や乾燥硬化等)し、その後、図22Cに示すように、鋳込み型34から離型することによって得られる。
第5セラミック成形体16Eを積層する場合は、図21A〜図21Cに示すように、第5セラミック成形体16Eの四隅に形成された位置決め孔40とが合致するようにして積層される。これにより、図21Dに示すように、上層の第5セラミック成形体16Eの一主面から露出する導体成形体12と下層の第5セラミック成形体16Eの一主面から露出する一部の導体成形体12とが対向し、上層の第5セラミック成形体16Eの他主面から露出する導体成形体12と下層の第5セラミック成形体16Eの他主面から露出する導体成形体12とが対向することとなる。
従って、この場合も、2つの第5セラミック成形体16Eを積層して焼成して第2セラミックチップ部品70Bとしたとき、図20に示すように、セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターン19を少なくとも2つ有することとなる。図21Cに示す第4セラミック積層体18Dを焼成した場合は、4つ存在することとなる。具体的には、図20に示すように、上層の第5セラミック成形体16Eの焼成体20eを間に挟んで対向する一対の導体パターン19(以下、第3導体パターン対42cと記す)と、下層の第5セラミック成形体16Eの焼成体20eを間に挟んで対向する一対の導体パターン19(以下、第4導体パターン対42dと記す)とが形成されることになる。
そして、この第2セラミックチップ部品70Bでは、第3導体パターン対42cにおける導体パターン19間の距離d3と、第4導体パターン対42dにおける導体パターン19間の距離d4とがほぼ同じになる。特に、セラミック成形体1枚分(第5セラミック成形体16E)の焼成体20eの厚みをta、1つの導体パターンの厚みをtbとしたとき、第3導体パターン対42c及び第4導体パターン対42dにおける導体パターン19間の距離d3及びd4は、それぞれほぼ(ta−tb)となる。つまり、積層方向の各導体パターン19間の厚み精度が高くなる。これにより、第2セラミックチップ部品70Bは、積層方向で相互作用する電極を有する電子部品(積層コンデンサ、ストリップラインカプラ等)において、特に精度を求められるものを作製する場合に好適に用いることができる。
次に、第3の変形例に係るセラミックチップ部品(以下、第3セラミックチップ部品70Cと記す)について図23A及び図23Bを参照しながら説明する。
第3セラミックチップ部品70Cは、上述した第1セラミックチップ部品70Aとほぼ同様の構成を有するが、図23A及び図23Bに示すように、第3セラミック積層体18C(図17D参照)の上部と下部にそれぞれ例えば第2セラミック成形体16B(導体成形体12のないセラミック成形体)が積層され、さらに、各第2セラミック成形体16Bの一主面に必要に応じてそれぞれグランド電極層44が形成された第5セラミック積層体18E(図23A参照)を作製し、該第5セラミック積層体18Eを焼成することによって得られる。なお、グランド電極層44は、第3セラミックチップ部品70Cをストリップラインカプラ等の高周波分布定数回路部品として使用する場合において、外界の電磁界の影響を抑制するために形成される。
この第3セラミックチップ部品70Cにおいては、上下のグランド電極層44にて挟まれ、且つ、セラミック焼成体の内部に積層方向で相互作用する電極を有する電子部品(積層コンデンサ、ストリップラインカプラ等)において、特に精度を求められるものを作製する場合に好適に用いることができる。
次に、第4の変形例に係るセラミックチップ部品(以下、第4セラミックチップ部品70Dと記す)について図24A及び図24Bを参照しながら説明する。
第4セラミックチップ部品70Dは、上述した第2セラミックチップ部品70Bとほぼ同様の構成を有するが、図24A及び図24Bに示すように、第4セラミック積層体18D(図21D参照)の上部と下部にそれぞれ例えば第2セラミック成形体16B(導体成形体12のないセラミック成形体)が積層され、さらに、各第2セラミック成形体16Bの一主面にそれぞれ必要に応じてグランド電極層44が形成された第6セラミック積層体18F(図24A参照)を作製し、該第6セラミック積層体18Fを焼成することによって得られる。なお、グランド電極層44は、第4セラミックチップ部品70Dをストリップラインカプラ等の高周波分布定数回路部品として使用する場合において、外界の電磁界の影響を抑制するために形成される。
この第4セラミックチップ部品70Dにおいても、第3セラミックチップ部品70Cと同様に、上下のグランド電極層44にて挟まれ、且つ、セラミック焼成体の内部に積層方向で相互作用する電極を有する電子部品(積層コンデンサ、ストリップラインカプラ等)において、特に精度を求められるものを作製する場合に好適に用いることができる。
なお、本発明に係るセラミック基板及びセラミックチップ部品は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10A…第1セラミック基板 10B…第2セラミック基板
12…導体成形体 14…スラリー
16A…第1セラミック成形体 16B…第2セラミック成形体
16C…第3セラミック成形体 16D…第4セラミック成形体
16E…第5セラミック成形体 18A…第1セラミック積層体
18B…第2セラミック積層体 18C…第3セラミック積層体
18D…第4セラミック積層体 18E…第5セラミック積層体
18F…第6セラミック積層体 20…セラミック焼成体
30…フィルム 30a…第1フィルム
30b…第2フィルム 30c…第3フィルム
30d…第4フィルム 32…導体ペースト
34…鋳込み型 36…他のフィルム
38…スペーサ 64…基体
70…セラミックチップ部品 70A…第1セラミックチップ部品
70B…第2セラミックチップ部品 70C…第3セラミックチップ部品
70D…第4セラミックチップ部品

Claims (15)

  1. 導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック成形体がセラミック焼成体とされたセラミック基板であって、
    前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とするセラミック基板。
  2. 導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を複数積層してなるセラミック積層体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック積層体がセラミック焼成体とされたセラミック基板であって、
    前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とするセラミック基板。
  3. 請求項1又は2記載のセラミック基板において、
    前記導体パターンの一主面に、電子部品が実装されることを特徴とするセラミック基板。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミック基板において、
    前記セラミック成形体は、前記スラリーを、基体上に成形された前記導体成形体を被覆するように塗布した後に硬化して得られることを特徴とするセラミック基板。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミック基板において、
    前記スラリーに含まれる前記樹脂は、熱硬化性樹脂前駆体であって、ポリウレタン樹脂前駆体であることを特徴とするセラミック基板。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のセラミック基板において、
    前記導体成形体は、熱硬化性樹脂前駆体と銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)系の金属の少なくとも1種類の粉末を含む導体ペーストをパターン形成し、その後、硬化してなることを特徴とするセラミック基板。
  7. 請求項6記載のセラミック基板において、
    前記導体ペーストに含まれる前記熱硬化性樹脂前駆体は、フェノール樹脂であることを特徴とするセラミック基板。
  8. 導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック成形体がセラミック焼成体とされたセラミックチップ部品であって、
    前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とするセラミックチップ部品。
  9. 導体成形体を有し、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を複数積層してなるセラミック積層体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック積層体がセラミック焼成体とされたセラミックチップ部品であって、
    前記セラミック焼成体の一主面に前記導体パターンの一主面が露出し、且つ、前記セラミック焼成体の一主面と前記導体パターンの一主面とが同一平面上に存在することを特徴とするセラミックチップ部品。
  10. 請求項9記載のセラミックチップ部品において、
    少なくとも1つの前記セラミック成形体は、一主面に1以上の導体成形体の一主面が露出し、他主面に1以上の導体成形体の他主面が露出していることを特徴とするセラミックチップ部品。
  11. 請求項10記載のセラミックチップ部品において、
    一主面が露出した前記導体成形体と他主面が露出した前記導体成形体とが互いに対向しない組み合わせが少なくとも1つ存在することを特徴とするセラミックチップ部品。
  12. 請求項10記載のセラミックチップ部品において、
    一主面が露出した前記導体成形体と他主面が露出した前記導体成形体とが互いに対向する組み合わせが少なくとも1つ存在することを特徴とするセラミックチップ部品。
  13. 請求項9記載のセラミックチップ部品において、
    前記セラミック焼成体は、前記セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターンを少なくとも2つ有し、一方の一対の導体パターン間の距離と、他方の一対の導体パターン間の距離とがほぼ同一であることを特徴とするセラミックチップ部品。
  14. 請求項9記載のセラミックチップ部品において、
    前記セラミック焼成体は、前記セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターンを少なくとも2つ有し、一方の前記一対の導体パターン間の距離と、他方の前記一対の導体パターン間の距離とが異なり、
    前記セラミック焼成体において、前記セラミック成形体1枚分に対応する厚みをta、前記導体成形体1枚分に対応する厚みをtbとしたとき、一方の前記一対の導体パターン間の距離はほぼ(ta−tb)であり、他方の前記一対の導体パターン間の距離はほぼ(ta−2tb)であることを特徴とするセラミックチップ部品。
  15. 導体成形体を有し、且つ、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを、前記導体成形体を被覆するように供給した後に硬化して得られる導体埋設セラミック成形体と、前記導体成形体がなく、且つ、熱硬化性樹脂前駆体とセラミック粉末と溶剤とが混合されたスラリーを供給した後に硬化して得られるセラミック成形体を複数積層してなるセラミック積層体を焼成することにより、導体成形体が導体パターンとなり、セラミック積層体がセラミック焼成体とされたセラミックチップ部品であって、
    前記セラミック焼成体は、前記導体埋設セラミック成形体及び前記セラミック成形体の積層方向に互いに対向する一対の導体パターンを少なくとも2つ有することを特徴とするセラミックチップ部品。
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