JP2010141001A - 多層セラミック基板の製造方法及び該方法を用いて作製された多層セラミック基板。 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック基板に対して十分な接合強度を確保し、かつ緻密性を有するとともに、上下表面及び側壁に金属層を形成することができる多層セラミック基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】
（ａ）、複数のセラミックグリーンシートを積層する積層工程と、
（ｂ）、積層された複数の前記セラミックグリーンシートの片面側又は両面側に、金属層及び支持シートを有する金属転写シートを被覆する金属転写シート被覆工程と、
（ｃ）、等方圧プレスで圧縮成形するとともに、前記金属層を前記セラミックグリーンシートの片面又は両面の少なくとも一部及び側壁に転写する圧縮成形転写工程と、
（ｄ）、金属層が転写された積層セラミックグリーンシートを焼成する焼成工程と、
を含む多層セラミック基板の製造方法とした。
【選択図】図１

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あり、多層のセラミック基板の上下表面及び側壁に金属層を有する多層セラミック基板を製造する方法及び該方法を用いて作製された多層セラミック基板に関する。

チップ部品、半導体を実装して使用される高周波部品等で好適に使用される多層セラミック基板は、近接部品から受けるノイズの影響を防止する必要がある。また逆に近接部品に対してノイズを発信して影響を与えることを極力避けなければならない。

こうしたノイズの影響を防止するために、従来からシルクスクリーン印刷を用いて多層セラミック基板の上下表面に金属層を形成することが行われている。平面にシルク印刷加工を施すことは、従来からある多層セラミック基板の製造工程を使用しても比較的容易に行うことができ、また安定した品質を有する金属層を設けることができる。

しかしながら、最もノイズの影響を受け又は影響を与える部位は、多層セラミック基板の側壁部分である。従って、セラミック積層基板に金属層を設けるにあたっては、側壁にも金属層を設ける必要がある。

ところが、スクリーン印刷を用いて側壁に金属層を付与すると、多数個取りの多層セラミック基板の作製工程では、セラミック基板の積層工程の後、両表面にスクリーン印刷をして、その後、個々の基板に分割してそれぞれの基板の側壁を印刷機器側に９０度向きを変えて、再度スクリーン印刷によって金属層を施さなければならない。このような方法では設備が複雑になり、かつ工程も増えるという問題点があった。

また、側面に外部電極（金属層）を形成する方法として、焼成により内部導体となるべき層を形成したセラミックグリーンシートを含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層した後、得られた積層体を加熱して該積層体中のバインダーを除去する工程と、外部電極形成用のスラリー中へ、前記バインダーを除去した積層体を浸漬して該積層体の端面に前記スラリー中において該スラリーの固形分を着肉させる工程と、前記積層体を前記スラリーから引き上げたのち、前記着肉したスラリー固形分を乾燥させる工程と、前記スラリー固形分を乾燥させた積層体を焼成し、焼成済み積層体に前記内部導体と電気的に接合された外部電極を形成する工程と、を備えたものがある（特許文献１）。

しかしながら、係る方法で付与された側面外部電極（金属層）は、セラミック基板作製工程の一部であるラミネート工程を経ていないため、接合強度が弱く、緻密性にも問題があった。

特開２００５−４４９０３号公報

そこで、本発明はセラミック基板に対して十分な接合強度を有し、かつ緻密性を有する金属層を上下表面及び側壁に単一工程で付与することができる多層セラミック基板の製造方法及び該方法を用いて作製された多層セラミック基板を提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明が採った手段は以下の通りである。

本発明の多層セラミック基板の製造方法は、
（ａ）、複数のセラミックグリーンシートを積層する積層工程と、
（ｂ）、積層された複数の前記セラミックグリーンシートの片表面側又は両表面側に、金属層及び支持シートを有する金属転写シートを被覆する金属転写シート被覆工程と、
（ｃ）、等方圧プレスで圧縮成形するとともに、前記金属層を前記セラミックグリーンシートの片面又は両面の少なくとも一部及び側壁に転写する圧縮成形転写工程と、
（ｄ）、金属層が転写された積層セラミックグリーンシートを焼成する焼成工程と、
を含むことを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、金属層が形成された金属転写シートを用意した後、この金属層をセラミックグリーンシート側となるように積層された複数のセラミックグリーンシート（以下「積層セラミックグリーンシート」ともいう。）に被覆した後、等方圧プレスで圧縮成形して金属層を積層セラミックグリーンシートに転写する、という手段を採用したものである。等方圧プレスで押圧することにより、積層セラミックグリーンシートの表面及び側壁の全てに等しい圧力をかけることができる。よって、金属転写シートは上下表面に押圧されるだけでなく、側壁にも押圧される。この押圧力により、金属転写シートの金属層が積層セラミックグリーンシートの表面及び側壁に転写されるのである。また転写すると同時にセラミックグリーンシートが圧縮成形されるので、金属層の接合強度及び緻密性の向上を図ることができる。

前記側壁は、外側壁又はキャビティ内側壁のいずれか又は両方であってもよい。すなわち、金属層は、セラミック基板の外周の端壁面に設けてもよいし、キャビティの内側壁に設けてもよい。

前記積層工程は、複数の前記セラミックグリーンシートを階段状に積層してもよい。複数のセラミックグリーンシートを階段状に積層すると、側壁は段差部が形成される。この段差部に金属転写シートを被覆した後等方圧プレスで押圧することにより、階段状の段差部は平坦化され斜面壁となる。従って、その斜面壁の表面に金属層を有する多層セラミック基板を作製することができる。

さらに、等方圧プレスは、水圧又は油圧プレスであってもよい。係るプレスを使用することによって、空圧プレスよりも圧力調整が簡単で、好適な金属層の接合強度を有し、かつ緻密性の高い高品質の多層セラミック基板を作製することができる。

さらに、前記支持シートは、伸長性を有するものを使用してもよい。また、前記支持シートは、ゴム、シリコン又はポリ塩化ビニルシートを用いても良い。伸長性を有する支持シートを使用することによって、等方圧プレスで支持シートを側壁に沿わせ易くすることができ、金属層を正確かつ確実に側壁に転写することができる。

さらに、金属転写シートは、支持シートに導電性ペーストのスクリーン印刷を施したものを用いてもよい。

さらに、前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程の間に、複数のセラミックグリーンシートと金属転写シートを防水性の包袋に真空包装する工程を含んでもよい。水圧又は油圧プレスで圧縮成形を行う場合は、その前に積層したグリーンシートを真空包装する必要がある場合がある。そこで、その工程を追加したものである。

本発明の多層セラミック基板の製造方法によれば、個々のセラミック基板を分割する前に側壁に金属層を設けることができる。

また、金属層の転写は圧縮工程と同時に行われるので、接合強度が高く、緻密性の高い金属層を形成することができる。

本発明の「多層セラミック基板の製造方法」を実施するための最良の形態について説明する。

本発明はセラミック基板の上下表面に加えて、側壁にも金属層を被膜した多層セラミック基板の作製方法に関する。そのために本発明は複数のセラミックグリーンシートを積層して積層セラミックグリーンシートとし、この積層セラミックグリーンシートの片表面又は両表面に金属層をセラミックグリーンシート側となるように金属転写用シートを被覆し、積層セラミックグリーンシートと金属転写用シートの両方を等方圧プレスで圧縮成形させている。これにより、積層セラミックグリーンシートが圧縮成形されるとともに、規則転写シートが側壁まで回り込んで、積層セラミックグリーンシートの表面及び側壁に押圧されるので、金属層はセラミックグリーンシートの表面及び側壁の両方に転写される。そして、この金属層が転写された後に、金属層ごと圧縮成形体を焼成して多層セラミック基板を作製する。

積層セラミックグリーンシートとしては、限定するものではないが、アルミナにガラス系成分を添加し、９００℃以下の低温で焼成できるものを用いるのが好ましい。ＡｇやＣｕ等の低抵抗導体の融点より低い温度で焼結することができるセラミックグリーンシートを採用することにより、焼成と同時に導体パターンを一体化させることができるため、好適である。また、予め導体パターンの印刷やビアホールが加工されたセラミックグリーンシートを積層して層内に内部配線を設けてもよい。導電ペーストとしては、銀粒子、金粒子、プラチナ粒子等に有機溶剤等を加えて混練しペースト化したものが用いられる。勿論これらに限定するものではない。

金属転写シートは、支持シートとこの支持シートに形成された金属層とを備えている。支持シートとしては、後工程の等方圧プレスによって、積層セラミックグリーンシートの側壁に沿い易いように柔軟性を有する平面シートを使用するのが好ましい。例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の樹脂フィルムや、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴムが使用される。より好ましくは、金属層の剥離が容易であり、かつ伸縮性があって側壁へ沿い易く、かつ一旦圧縮工程で伸長しても復元して再使用することができるシリコンゴムがよい。

支持シートに金属層を設けるには、先述した導電性ペーストをスクリーン印刷で印刷するとよい。本発明では、金属転写シートを側壁に折り曲げて転写するので、スクリーン印刷以外の金属被膜では転写前の金属の厚さが厚すぎたり、薄すぎたりすると金属転写シートの湾曲により破断してしまう可能性がある。しかし、導電性ペーストによるスクリーン印刷であれば、転写後の焼成工程で金属の粒子間融着がおきるので、そのような問題はなくなる。また、スクリーン印刷にすれば、金属層の厚さを比較的容易に調整でき、転写する金属層を最適な厚さにすることができる。金属層の厚みは、１〜５０μｍが適当であり、好ましくは５〜３０μｍ、さらに好ましくは、１０〜２０μｍである。勿論、金属層を設けるにあたって、スクリーン印刷に限定するものではなく、押圧によってグリーンシートに転写可能に支持シートに形成できる方法であれば、いかなる方法を用いても良い。

圧縮成形転写工程は、機械式プレス、水圧プレス（例えば、静水圧プレス）、空圧プレス等種々のプレス装置を用いることができ、特に限定するものではない。転写シートの側壁への追従性等を考慮すれば、均一に圧力がかかる静水圧プレスが好ましい。水圧プレスで圧縮成形を行う場合は、その前に積層したグリーンシートを真空包装する必要がある。係る工程により、セラミックグリーンシートは圧縮成形されるとともに、金属転写シートがセラミックグリーンシートの上下表面及び側壁に沿って押圧され、金属層がセラミックグリーンシートの表面及び側壁に転写される。金属層はセラミックグリーンシートの表面の全面に転写される必要はなく、例えば、外部電極と接続する電極部分を露出させたり、側壁とその近傍の上下表面のみに金属層を設けたりといったように、表面の一部に金属層を設けてもよい。また、上下表面に相当する場所をパターン印刷しておき、表面には導電パターンを形成できるようにしても構わない。尚、側壁には、セラミックグリーンシートの外側壁又はキャビティの内側壁の両方を含む。また、側壁は必ずしも垂直壁である必要もない。例えば、側壁を揃えて積層した垂直側壁であってもよいし、階段状にずらして積層して形成された斜側壁であってもよい。また、転写シートが側壁に確実に押圧されるように、適当な硬度と厚みを有する弾性材料、例えばシリコンシートを、圧縮成形転写する際に金属転写シートの外側に配置してもよい。

本発明によれば、金属層はセラミックグリーンシートを圧縮成形する圧力と同等の圧力で表面及び側壁に転写される。よって、本工程で転写された金属層は、緻密性に優れ、かつ接合強度も高いものとなる。また、表面と側壁が同時に転写されるので、側壁にスクリーン印刷を施すための装置や、向きを変えて配置する工程も装置も必要としない。

焼結工程は、限定するものではなく、従来使用されている種々の焼結方法を用いることができる。

以下、多層セラミック基板の製造方法の最適な実施例について、図面に沿って詳細に説明する。尚、以下に説明する実施例及び図面は、本発明の実施例の最適な形態を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。

図１は、セラミック基板１０の側壁に金属層４２が形成された多層セラミック基板１００を示す。図２から図８は、本発明に係る実施例１の多層セラミック基板１００の製造方法の工程を示す概略断面図である。

初めに、最終的に作製される多層セラミック基板１００の構成について説明する。図１に示されるように、実施例１に係る多層セラミック基板１００は、セラミック基板１０、金属層４１を備えている。セラミック基板１０は、アルミナにガラス成分を添加した低温同時焼成セラミックで形成されている。セラミック基板１０の中層には、それぞれ回路パターンやビアホール導体等３０が形成されている。金属層４１は両表面と側壁に被覆されていて、一部回路パターンの露出電極と接続されている。

次に、上述した多層セラミック基板１００の製造方法について図２〜図７に基づいて説明する。まず、セラミックグリーンシート１１に、導電ペーストを用いて所望の導体パターン３０を印刷し、必要に応じて導体パターン３０を印刷した後又はその前に、各層間接続部を形成するためにレーザ等によってビアホール３１を形成するとともに導電ペーストを充填したセラミックグリーンシート１１を作製する。こうして作製されたセラミックグリーンシート１１を複数積層する。

一方、図３に示すようにシリコンゴムからなる支持シート４０の一方表面にスクリーン印刷を用いて導電ペーストを印刷し、帯状の金属層４１を備えた金属転写シート２５を作製する。金属層の厚さは、平均膜厚が１５μｍとしてある。

そして、図４に示すように、金属層４１がセラミックグリーンシート１１側となるように、積層セラミックグリーンシート１１の両表面を金属転写シート２５で覆う。そして、図５に示すように、セラミックグリーンシート１１及び金属転写シート２５を、プラスチック、ゴム等からなる袋６０内に挿入し、真空包装する。そして、この袋６０ごと静水圧プレス装置の水槽内に入れ、圧縮成型する。加圧条件としては、例えば、７０〜９０℃の温度で、１５〜５０ＭＰａの圧力条件下で、１０〜６０分程度加圧するのが好ましい。これにより、図６（視認性容易のため、袋６０は省略してある。）に示すように、積層状態のグリーンシート１１は圧着され、金属転写シート２５は水圧によって両表面および側壁に押しつけられ、それぞれの面に金属層４１が転写される。こうして積層セラミックグリーンシートの上下表面及び側壁に金属層４１が形成される。

次に、圧縮成形された積層体を袋から取り出し、図７に示すように、支持シート４０を剥がして金属層４１が形成された多層セラミックグリーンシート１１を取り出す。そして、それぞれの配線基板に分割した後、約６００℃から９００℃で、３００分間焼成して、多層セラミック基板１００を完成させる（図８）。なお、焼成した後に、それぞれの配線基板を分割してもよい。

本実施例による多層セラミック基板の作製方法によれば、セラミックグリーンシート１１を圧縮成形する圧力と同等の圧力で上下表面及び側壁に転写されることになる。よって、本工程で転写された金属層は、緻密性に優れ、かつ接合強度も高いものとなる。

また、本実施例による多層セラミック基板の作製方法によれば、圧縮成形転写工程でセラミック基板内にある側壁電極に相当の圧力で押圧されているため確実に側壁の金属層を側壁電極に接触させることができる。これは、金属層の成形に使用する素材の多くはセラミックスより収縮挙動が大きいので、焼成後にメタライズを付与する場合にバレル研磨等を用いて電極を露出する工程を必要とするのであるが、本発明は焼成前に圧縮成形工程で側壁を押圧しているのでこのような電極を露出する工程が不要となる点で有効である。

尚、本実施例１では、図面の便宜上、図示上では３つのセラミック基板を用いて説明しているが、実際には、図９のように多数個取りの状態で実施される。

図１０には、上述の実施例１における変形例が図示されている。図１０ａは、上述の実施例に対して、等圧プレスを上表面のみにかけた場合の変形例が示されている。この変形例１によれば、上表面側の金属転写シートが下表面まで到達して金属層４１を転写するため、側壁中位に金属層の重ね合わせ部（図１の４２の部分）がなくなり、側壁部中位に突出部が設けられることない。また、電極の接続部位を露出させるために下面に金属層のない部分を設けることもできる。

図１０ｂは、下表面に金属転写シートを設けることなく、上表面にのみ金属転写シートを設けて等圧プレスを上表面側からのみかけた場合の変形例である。このように作製することで、上表面と側壁のみに金属層４１が形成された多層セラミック基板を作製することができる。

図１０ｃは、側壁部とその近傍のみに金属層４１を設けた多層セラミック基板である。金属転写シートに予め該当部位のみに導電ペーストを印刷しておくことで、必要な部位にのみ金属層４１を形成することができる。

次に、実施例２の多層セラミック基板１００の製造方法について図１１〜図１５に基づいて説明する。この実施例２は、側壁が斜面をなしている多層セラミック基板を製造するものである。

導体パターン３０を形成したセラミックグリーンシート１１を作製する方法は、実施例１と同様である。本実施例２では、図１１に示すように、このセラミックグリーンシート１１を積層するときに、セラミックグリーンシート１１の側壁が階段状になるように積層する点が異なる。

階段状に積層したセラミックグリーンシート１１の両側から、金属層２１がセラミックグリーンシート側となるように金属転写シート２５で覆う（図１２）。これ以降の工程は実施例１と同様である。このように側壁が階段状に形成されたセラミックグリーンシート１１を圧縮成形転写すると、積層状態のグリーンシート１１は、圧着され、セラミックグリーンシート１１のうちの階段状部を覆う部分は、水圧によって金属転写シート２５とともに階段状部に押しつけられ、階段状の凹凸は平坦化されると共に、その表面を金属層４１で覆われて、平坦な平面を有する傾斜面が形成される（図１３）。こうして側壁が傾斜面でかつ金属層４１を有する多層セラミック基板１００を形成することができる（図１４、１５）。

次に、実施例３の多層セラミック基板１００の製造方法について図１６〜図２１に基づいて説明する。この実施例３は、キャビティの側面に金属層が形成された多層セラミック基板を製造するものである。導体パターン３０を形成したセラミックグリーンシート１１を作製する方法は、実施例１と同様である。本実施例３では、図１６に示すように、キャビティを形成するために、下層に基板全体の大きさのセラミックグリーンシート１１を積層し、中層から上層にかけてキャビティ部に孔が形成されたセラミックグリーンシート１１を積層してある。そして、積層したセラミックグリーンシート１１の下表面には全体に金属層４１が形成された金属転写シート２５を被覆し、上表面にはキャビティ部中央を避けて金属層４１が形成されている金属転写シート２５を被覆する（図１７）。

その後は、実施例１と同様に、水圧によって圧縮成形され、金属転写シート２５がキャビティの内壁面にも押しつけられ、両表面に加え内側壁に金属層４１が転写される（図１８）。こうして、キャビティ中央底面に金属層４１が形成されることなく、キャビティ内壁面、上下表面及び外側壁面に金属層４１が形成された多層セラミック基板が作製される。そして、この金属層４１が形成されていないキャビティ中央底面に半導体等を実装しされる（図１９）。

本発明に係る実施例１の製造方法によって作製される多層セラミック基板を示す斜視図及び断面図である。 本発明に係る実施例１の多層セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例１の製造工程に使用される金属転写シートを示す断面図である。 本発明に係る実施例１の多層セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例１の多層セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例１の多層セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例１の多層セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例１の多層セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 実施例１の製造方法を多数個取りに応用した場合の状態を示す斜視図である。 本発明に係る実施例１の製造方法によって作製される多層セラミック基板の変形例を示す断面図である。 本発明に係る実施例２の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例２の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例２の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例２の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例２の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例３の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例３の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例３の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。 本発明に係る実施例３の多数セラミック基板の製造工程の一部を示す断面図である。

符号の説明

１００ 多層セラミック基板
１０ セラミック基板
１１ セラミックグリーンシート
２５ 金属転写シート
４１ 金属層

Claims (9)

1. （ａ）、複数のセラミックグリーンシートを積層する積層工程と、
   （ｂ）、積層された複数の前記セラミックグリーンシートの片表面側又は両表面側に、金属層及び支持シートを有する金属転写シートを被覆する金属転写シート被覆工程と、
   （ｃ）、等方圧プレスで圧縮成形するとともに、前記金属層を前記セラミックグリーンシートの片面又は両面の少なくとも一部及び側壁に転写する圧縮成形転写工程と、
   （ｄ）、金属層が転写された積層セラミックグリーンシートを焼成する焼成工程と、
   を含む多層セラミック基板の製造方法。
2. 前記側壁は、外側壁又はキャビティ内側壁であ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. 前記積層工程は、複数の前記セラミックグリーンシートを階段状に積層してなることを特徴とする請求項１又は２記載の多層セラミック基板の製造方法。
4. 前記等方圧プレスは、水圧又は油圧プレスであることを特徴とする請求項１から３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。
5. 前記支持シートは、伸長性を有することを特徴とする請求項１から４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。
6. 前記支持シートは、ゴム、シリコン又はポリ塩化ビニルシートであることを特徴とする１から５のいずれか１項記載の多層セラミック基板の製造方法。
7. 前記金属転写シートは、支持シートに導電性ペーストのスクリーン印刷で金属薄膜を形成したものであることを特徴とする請求項１から６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. 前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程の間に、複数の前記セラミックグリーンシートと前記金属転写シートを防水性の包袋に真空包装する工程を含むことを特徴とする請求項１から７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。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載された多層セラミック基板の製造方法を用いて作製された多層セラミック基板。

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