JP2011061180A - セラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板 - Google Patents

セラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板 Download PDF

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Abstract

【課題】セラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板に関する。
【解決手段】本発明の一実施例によると、本発明は焼成セッターを設けるステップと、前記焼成セッター上に内部拘束層が備えられたセラミック積層体を形成するステップと、前記セラミック積層体の上部面及び前記焼成セッターと接する前記セラミック積層体の下部面のうち少なくとも１つに前記セラミック積層体とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層を提供するステップと、前記セラミック積層体を焼成するステップと、を含むセラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板を提供する。本発明の実施例によると、複雑な工程を経ることなく、基板の反り変形の程度を制御することができるセラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板に関するもので、さらに具体的に、複雑な工程を経ることなく、基板の反り変形の程度を制御することができるセラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板に関するものである。
近年においては、回路基板の低コスト化や部品実装時の高精密化のために、焼成時の収縮挙動の不整合による回路基板の反り変形を低減させることが要求されている。
このような要求を満足させるため、積層体の表面に、該積層体の焼成温度では焼成しない未焼成セラミック層を接着して焼成することによって、積層体の焼成収縮による反り変形を未焼成セラミック層によって拘束し、厚さ方向のみに収縮させた後、未焼成セラミック層を研磨して削り取る方法が使用されている。
しかし、上記方法では、回路基板の長さ方向の収縮は抑制することができるが、焼成終了後に未焼成セラミック層を研磨して削り取る工程が要求されるため、製造工程の複雑化、かつ高コスト化の問題がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、複雑な工程を経ることなく、基板の反り変形の程度を制御することができるセラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、焼成セッターを設けるステップと、上記焼成セッター上に内部拘束層が備えられたセラミック積層体を形成するステップと、上記セラミック積層体の上部面及び上記焼成セッターと接する上記セラミック積層体の下部面のうち少なくとも１つに上記セラミック積層体とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層を提供するステップと、上記セラミック積層体を焼成するステップと、を含むセラミック基板の製造方法を提供する。
ここで、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の上部面に提供され、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することができる。
また、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の下部面に提供され、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有することができる。
また、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の下部面及び上記セラミック積層体の上部面に提供され、上記セラミック積層体の下部面に提供される上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有し、上記セラミック積層体の上部面に提供される上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することができる。
また、上記焼成は、上記セラミック積層体と上記温度補償用セラミック層とが一体化されるよう、同時に完結することができる。
上記の目的を達成するための本発明の他の実施形態は、内部に少なくとも１つの内部拘束層が備えられたセラミック積層体と、上記セラミック積層体の上部面及び上記焼成セッターと接する上記セラミック積層体の下部面のうち少なくとも１つに上記セラミック積層体とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層と、を含むセラミック基板を提供する。
ここで、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の上部面に提供され、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することができる。
また、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の下部面に提供され、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有することができる。
また、上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の下部面及び上記セラミック積層体の上部面に提供され、上記セラミック積層体の下部面に提供される上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有し、上記セラミック積層体の上部面に提供される上記温度補償用セラミック層は、上記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することができる。
本発明によると、複雑な工程を経ることなく、基板の反り変形の程度を制御することができるセラミック基板の製造方法及びこれを用いて製作したセラミック基板を提供することができる。
また、従来のセラミック基板より反り変形の程度が著しく減少するため、セラミック基板の表面を平滑化するための別途の研磨工程が不要である。
さらに、本発明の実施例によって製造されたセラミック基板の温度補償用セラミック層は、セラミック基板の一部になるため、焼成工程後に別途に除去する必要はない。
本発明の第１の実施例によるセラミック基板を形成する工程を概略的に示す断面図である。 本発明の第２の実施例によるセラミック基板を形成する工程を概略的に示す断面図である。 本発明の第３の実施例によるセラミック基板を形成する工程を概略的に示す断面図である。 本発明の第１の実施例によるセラミック基板の反り変形の程度と従来のセラミック基板の反り変形の程度とを比較するためにセラミック基板の位置を分割して示した模式図である。 本発明の第１の実施例によるセラミック基板の反り変形の程度を従来のセラミック基板の反り変形の程度と比べて平面的に示したグラフである。 本発明の第１の実施例によるセラミック基板の反り変形の程度を従来のセラミック基板の反り変形の程度と比べて立体的に示したグラフである。
以下、添付された図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を説明する。
しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態のみに限定されるわけではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における構成要素の形状及びサイズなどは、より明確な説明のために誇張することもあり、図面上において同一の符号で示される構成要素は同一の構成要素である。
以下では、図１から図３を参照し、本発明の実施例によるセラミック基板の形成工程について説明する。
図１は、本発明の第１の実施例によるセラミック基板を形成する工程を概略的に示す断面図であり、図２は、本発明の第２の実施例によるセラミック基板を形成する工程を概略的に示す断面図であり、図３は、本発明の第３の実施例によるセラミック基板を形成する工程を概略的に示す断面図である。
本発明の実施例によるセラミック基板１、２、３は、内部に少なくとも１つの内部拘束層１００ｃ、１００ｅ、２００ｃ、２００ｅ、３００ｃ、３００ｅが備えられたセラミック積層体１００、２００、３００と、セラミック積層体１００、２００、３００の上部面１００Ｂ、２００Ｂ、３００Ｂまたは下部面１００Ａ、２００Ａ、３００Ａに上記セラミック積層体とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層１１０、２３０、３１０、３３０とを含む。
ここで、セラミック積層体１００、２００、３００の上部面１００Ｂ、２００Ｂ、３００Ｂに提供される温度補償用セラミック層２３０、３３０は、上記セラミック積層体１００、２００、３００の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有し、セラミック積層体１００、２００、３００の下部面１００Ａ、２００Ａ、３００Ａに提供される温度補償用セラミック層１１０、３１０は、上記セラミック積層体１００、２００、３００の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有する。
また、セラミック積層体１００、２００、３００と温度補償用セラミック層１１０、２３０、３１０、３３０とが一体化されるよう、焼成が同時に完結する。
以下、本発明の実施例によるセラミック基板の製造方法について詳細に説明する。
図１（ａ）のように、設けられた焼成セッター１０上に、以後形成されるセラミック積層体１００'の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層１１０'を形成する。
次に、図１（ｂ）のように、温度補償用セラミック層１１０'上に、少なくとも１つの内部拘束層１００ｃ'、１００ｅ'が備えられたセラミック積層体１００'を形成した後、温度補償用セラミック層１１０'が下部面１００Ａに形成されたセラミック積層体１００'を一定温度で焼成する。
次に、図１（ｃ）のように、焼成セッター１０を分離して、本発明の第１の実施例によるセラミック基板１を形成する。上記のように設けられたセラミック積層体１００は、表面を滑らかにし、連結端子（図示せず）が表面外部に露出するように研磨されることもできる。
本発明の第１の実施例によるセラミック基板１は、セラミック基板１自体の内部に長さ方向の収縮を抑制する内部拘束層１００ｃ、１００ｅが備えられており、厚さ方向のみに少し収縮する。
また、焼成セッター１０とセラミック積層体１００の下部面１００Ａとの間に温度補償用セラミック層１１０を提供することによって、長さ方向の収縮をさらに抑制することができる。
セラミック積層体１００の焼成工程において、高温の空気と接触するセラミック積層体１００の上部面１００Ｂは比較的高温の状態であるのに対し、焼成セッター１０と接触するセラミック積層体１００の下部面１００Ａは焼成セッター１０により高温の空気が遮断されているため、比較的低温の状態である。また、セラミック積層体１００の上部面１００Ｂと下部面１００Ａとの間の中間領域は、上部面１００Ｂと下部面１００Ａの中間程度の温度を有する。
このように、セラミック積層体１００の不均一な温度プロファイルを補正するために、焼成セッター１０とセラミック積層体１００の下部面１００Ａとの間に、セラミック積層体１００の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層１１０を提供することによって、焼成収縮が比較的遅い下部面１００Ａの焼成収縮開始が速くなるように調節することができる。このように、セラミック積層体１００の不均一な温度プロファイルを補正した後に焼成することによって、セラミック積層体１００と温度補償用セラミック層１１０の焼成時にセラミック積層体１００の上下間の焼成時間差が減少して、ほぼ同時に焼成が完結することができ、かつ焼成時間も短縮される効果がある。上記の結果から、セラミック積層体１００の長さ方向の収縮をさらに抑制し、焼成後に形成されるセラミック基板１の反り変形を低減することができる。
一方、図２では本発明の第２の実施例を示しているが、図２（ａ）のように、設けられた焼成セッター２０上に、少なくとも１つの内部拘束層２００ｃ'、２００ｅ'が備えられたセラミック積層体２００'を形成する。
次に、図２（ｂ）のように、セラミック積層体２００'上に、セラミック積層体２００'の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層２３０'を形成した後、温度補償用セラミック層２３０'が上部面２００Ｂに形成されたセラミック積層体２００'を一定温度で焼成する。
次に、図２（ｃ）のように、焼成セッター２０を分離して、本発明の第２の実施例によるセラミック基板２を形成する。上記のように設けられたセラミック積層体２００は、表面を滑らかにし、連結端子（図示せず）が表面外部に露出するように研磨されることもできる。
本発明の第２の実施例によるセラミック基板２は、セラミック基板２自体の内部に長さ方向の収縮を抑制する内部拘束層２００ｃ、２００ｅが備えられており、厚さ方向のみに少し収縮する。
また、セラミック積層体２００の上部面２００Ｂに温度補償用セラミック層２３０を提供することによって、長さ方向の収縮をさらに抑制することができる。
セラミック積層体２００の焼成工程において、高温の空気と接触するセラミック積層体２００の上部面２００Ｂは比較的高温の状態であるのに対し、焼成セッター２０と接触するセラミック積層体２００の下部面２００Ａは焼成セッター２０により高温の空気が遮断されているため、比較的低温の状態である。また、セラミック積層体２００の上部面２００Ｂと下部面２００Ａとの間の中間領域は、上部面２００Ｂと下部面２００Ａの中間程度の温度を有する。
このように、セラミック積層体２００の不均一な温度プロファイルを補正するために、セラミック積層体２００の上部面２００Ｂに、セラミック積層体２００の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層２３０を提供することによって、焼成収縮が比較的速い上部面２００Ｂの焼成収縮開始が遅くなるように調節することができる。このように、セラミック積層体２００の不均一な温度プロファイルを補正した後に焼成することによって、セラミック積層体２００と温度補償用セラミック層２３０の焼成時にセラミック積層体２００の上下間の焼成時間差が減少して、ほぼ同時に焼成が完結することができ、かつ焼成時間も短縮される効果がある。上記の結果から、セラミック積層体２００の長さ方向の収縮をさらに抑制し、焼成後に形成されるセラミック基板２の反り変形を低減することができる。
一方、図３では本発明の第３の実施例を示しているが、図３（ａ）のように、設けられた焼成セッター３０上に、以後形成されるセラミック積層体３００'の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層３１０'を形成する。
次に、図３（ｂ）のように、温度補償用セラミック層３１０'上に、少なくとも１つの内部拘束層３００ｃ'、３００ｅ'が備えられたセラミック積層体３００'を形成する。
次に、図３（ｃ）のように、セラミック積層体３００'上に、セラミック積層体３００'の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層３３０'を形成した後、温度補償用セラミック層３１０'が焼成セッター３０と下部面３００Ａに形成されると共に、他の温度補償用セラミック層３３０'が上部面３００Ｂに形成されたセラミック積層体３００'を一定温度で焼成する。
次に、図３（ｄ）のように、焼成セッター３０を分離して、本発明の第３の実施例によるセラミック基板３を形成する。上記のように設けられたセラミック積層体３００は、表面を滑らかにし、連結端子（図示せず）が表面外部に露出するように研磨されることもできる。
本発明の第３の実施例によるセラミック基板３も、以前の実施例と同様に、セラミック基板３自体の内部に長さ方向の収縮を抑制する内部拘束層３００ｃ、３００ｅが備えられており、厚さ方向のみに少し収縮する。
また、焼成セッター３０とセラミック積層体３００の下部面３００Ａとの間に温度補償用セラミック層３１０を提供し、セラミック積層体３００の上部面３００Ｂに温度補償用セラミック層３３０を提供することによって、長さ方向の収縮をさらに抑制することができる。
セラミック積層体３００の焼成工程において、高温の空気と接触するセラミック積層体３００の上部面３００Ｂは比較的高温の状態であるのに対し、焼成セッター３０と接触するセラミック積層体３００の下部面３００Ａは焼成セッター３０により高温の空気が遮断されているため、比較的低温の状態である。また、セラミック積層体３００の上部面３００Ｂと下部面３００Ａとの間の中間領域は、上部面３００Ｂと下部面３００Ａの中間程度の温度を有する。
このように、セラミック積層体３００の不均一な温度プロファイルを補正するために、焼成セッター３０とセラミック積層体３００の下部面３００Ａとの間にはセラミック積層体３００の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層３１０を形成し、セラミック積層体３００の上部面３００Ｂに、セラミック積層体３００の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層３３０を同時に提供することによって、焼成収縮が比較的遅い下部面３００Ａの焼成収縮開始温度は速くなるように調節すると共に、焼成収縮が比較的速い上部面３００Ｂの焼成収縮開始温度は遅くなるように調節することができる。このように、セラミック積層体３００の不均一な温度プロファイルを補正した後に焼成することによって、セラミック積層体３００と温度補償用セラミック層３１０、３３０の焼成時にセラミック積層体３００の上下間の焼成時間差が減少して、ほぼ同時に焼成が完結することができ、かつ焼成時間も短縮される効果がある。上記の結果から、セラミック積層体３００の長さ方向の収縮をさらに効果的に抑制し、焼成後に形成されるセラミック基板３の反り変形を相当量低減することができる。
以下では、本発明の第１の実施例によって製造されたセラミック基板１の反り変形の程度を従来のセラミック基板の反り変形の程度と比較して説明する。
図４は、本発明の一実施例によるセラミック基板の反り変形の程度と従来のセラミック基板の反り変形の程度とを比較するために、セラミック基板の位置を分割して示した模式図であり、図５は、本発明の実施例によるセラミック基板の反り変形の程度を従来のセラミック基板の反り変形の程度と平面的に比較して示したグラフであり、図６は、本発明の実施例によるセラミック基板の反り変形の程度を従来のセラミック基板の反り変形の程度と立体的に比較して示したグラフである。
図４（ａ）を参照すると、矢印で表示した区間は、地面を基準とした時、地面からセラミック基板１の反り変形の程度を示す。セラミック基板１の反り変形の程度は、地面を基準とした時、セラミック基板１の最も高い部分からセラミック基板１の厚さを引いた値、即ち、矢印で表示した区間となる。
図４（ｂ）は、本発明の第１の実施例のセラミック基板１の上部面１００Ｂの分割された領域別の反り変形の程度を、従来のセラミック基板の反り変形の程度と比較するために、セラミック基板１の上部面１００Ｂを分割して示したものである。
図５（ａ）は、従来のセラミック基板の位置別の反り変形の程度を平面的に示したグラフであり、図５（ｂ）は、本発明の第１の実施例のセラミック基板１の位置別の反り変形の程度を平面的に示したグラフである。
図５（ａ）のＤ領域からＡ領域に行くほど、即ち、セラミック基板の中央領域に行くほど反り変形の程度が大きくなり、上部に向かって凸状を有する（図６（ａ）参照）。ここで、図４の模式図におけるセラミック基板１の位置別の反り変形の程度（ｍｍ）を表１に示す。
Figure 2011061180
図５（ｂ）は、本発明の第１の実施例により、焼成収縮開始温度が７６０℃であるセラミック基板１の下部面１００Ａと焼成セッター１０との間に、焼成収縮開始温度がセラミック積層体１００の焼成収縮開始温度よりも低い６７０℃の温度補償用セラミック層１１０が提供されたセラミック基板１の位置別の反り変形の程度を平面的に示したグラフであるが、図５（ｂ）のＥ領域よりＦ領域、即ち、セラミック基板１の中央領域の反り変形の程度が大きくなり、上部に向かって凹状を有する（図６（ｂ）参照）。ここで、図４の模式図におけるセラミック基板１の位置別の反り変形の程度（ｍｍ）を表２に示す。
Figure 2011061180
上記の結果からわかるように、本発明の第１の実施例によって製造された焼成セッター１０とセラミック積層体１００との間に、セラミック積層体１００の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層１１０を提供した後に焼成して形成されたセラミック基板１は、従来のセラミック基板の場合とは異なって、上部に向かってやや凹状に形成されている。このような形状は従来のセラミック基板の上部に向かって凸状に曲がった形状とは相反する形態である。上記の結果から、本発明の実施例によるセラミック積層体１００、２００、３００とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層１１０、２３０、３１０、３３０を焼成工程時に適用する場合、ユーザの必要に応じてセラミック基板１の反り変形の程度だけでなく、形状も制御することができるということがわかる。また、セラミック基板１の反り変形の程度も従来のセラミック基板より著しく減少した。
本発明の実施例によって製造されたセラミック基板１、２、３において、温度補償用セラミック層１１０、２３０、３１０、３３０はセラミック基板１、２、３の一部になるため、焼成工程後に別途に除去する必要はない。また、セラミック基板１、２、３の反り変形の程度も従来のセラミック基板より著しく減少するため、セラミック基板１、２、３の表面を平滑化するための別途の研磨工程も省略することができる。
また、基板の面積が大きくなるほど基板の反り変形の程度はさらに激しくなるが、本発明の実施例による温度補償用セラミック層を必要に応じて適切に使用すれば、複雑な工程を経ることなく、基板の反り変形の程度を制御することができるという長所がある。
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって限定される。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形及び変更が可能である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、これも添付された請求範囲に記載された技術的思想に属する。
１、２、３ セラミック基板
１０、２０、３０ 焼成セッター
１００、２００、３００ セラミック積層体
１１０、２３０、３１０、３３０ 温度補償用セラミック層

Claims (9)

  1. 焼成セッターを設けるステップと、
    前記焼成セッター上に少なくとも１つの内部拘束層が備えられたセラミック積層体を形成するステップと、
    前記セラミック積層体の上部面及び前記焼成セッターと接する前記セラミック積層体の下部面のうち少なくとも１つに前記セラミック積層体とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層を提供するステップと、
    前記セラミック積層体を焼成するステップと、
    を含むセラミック基板の製造方法。
  2. 前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の上部面に提供され、前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
  3. 前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の下部面に提供され、前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
  4. 前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の下部面及び前記セラミック積層体の上部面に提供され、前記セラミック積層体の下部面に提供される前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有し、前記セラミック積層体の上部面に提供される前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
  5. 前記焼成は、前記セラミック積層体と前記温度補償用セラミック層とが一体化されるよう、同時に完結することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
  6. 内部に少なくとも１つの内部拘束層が備えられたセラミック積層体と、
    前記セラミック積層体の上部面及び焼成セッターと接する前記セラミック積層体の下部面のうち少なくとも１つに前記セラミック積層体とは異なる焼成収縮開始温度を有する温度補償用セラミック層と、
    を含むセラミック基板。
  7. 前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の上部面に提供され、前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することを特徴とする請求項６に記載のセラミック基板。
  8. 前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の下部面に提供され、前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有することを特徴とする請求項６に記載のセラミック基板。
  9. 前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の下部面及び前記セラミック積層体の上部面に提供され、前記セラミック積層体の下部面に提供される前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも低い焼成収縮開始温度を有し、前記セラミック積層体の上部面に提供される前記温度補償用セラミック層は、前記セラミック積層体の焼成収縮開始温度よりも高い焼成収縮開始温度を有することを特徴とする請求項６に記載のセラミック基板。
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