JP2013089942A - 無収縮セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、無収縮セラミック基板及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明による無収縮セラミック基板の製造方法は、セラミック積層体を用意する第１段階と、上記セラミック積層体に保護層を形成する第２段階と、上記保護層に金属パターンを形成する第３段階と、を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無収縮セラミック基板及びその製造方法に関するもので、より詳細には、金属パターンの形成が容易な無収縮セラミック基板及びその製造方法に関する。

電子機器の小型化に伴い、限定した空間で多様な機能を同時に行うことができ、多様な回路パターンを一体に具備することができる積層型基板に対する需要が増加している。

一方、通常の印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、 ＰＣＢ）は、小型化が難しく、高周波領域における信号損失及び高温多湿な環境での信号信頼性が低下する。そのため、積層型基板としては、通常の印刷回路基板ではないセラミック基板が使用されている。

セラミック基板の主成分は、低温同時焼成が可能なガラス（ｇｌａｓｓ）が多量に含まれたセラミック組成物である。ここで、低温同時焼成セラミック（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）基板は、収縮工法及び無収縮工法の２つの工法によって製作されることができる。しかしながら、収縮工法によるセラミック基板は、基板の寸法変形をもたらすため、通常的には無収縮工法によってセラミック基板を製造する。

また、低温同時焼成セラミック基板は、低温焼成のために相当量のガラス成分を含有することから、セラミック基板に金属パターンを形成する過程において強酸または強塩基の化学溶液によって浸食されやすい。

しかしながら、このようなガラス成分の浸食は、セラミック基板の強度及びセラミック基板と金属パターンとの接合力を低下させるため、強酸または強塩基溶液からセラミック基板のガラス成分を保護できる方法を講じる必要がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、強酸または強塩基溶液によってセラミック基板の強度が低下することを防止し、セラミック基板に金属パターンが堅固に接合されるようにする無収縮セラミック基板及びその製造方法を提供することにその目的がある。

上記目的を達成するための本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法は、セラミック積層体を用意する第１段階と、上記セラミック積層体に保護層を形成する第２段階と、上記保護層に金属パターンを形成する第３段階と、を含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記保護層は、耐化学性に優れた成分を含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記保護層は、アルミナ成分を含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記金属パターンは、Ｃｕ、ＮｉまたはＡｕ成分を含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記保護層は、薄膜蒸着またはコーティングによって形成されることができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記第３段階は、上記金属パターンの形成が容易なように上記保護層にシード層を形成する第３−１段階をさらに含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記シード層は、ＴｉまたはＣｕであることができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記シード層は、薄膜蒸着（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、イオン蒸着法またはドライプリンティング法によって形成されることができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記第３段階は、上記シード層にＰＲパターンを形成する第３−２段階をさらに含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記第３段階は、上記ＰＲパターンに金属パターンをめっきする第３−３段階をさらに含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記めっきパターンは、電解めっきまたは無電解めっきによって形成されることができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記第３段階は、上記シード層及びＰＲパターンを除去する第３−４段階をさらに含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法において、上記第１段階は、セラミックグリーンシートを積層する第１−１段階と、上記セラミックグリーンシートにビア電極を形成する第１−２段階と、上記セラミックグリーンシートを焼成する第１−３段階と、を含むことができる。

上記目的を達成するための本発明の一実施例による無収縮セラミック基板は、前述した製造方法によって製造されることができる。

また、上記目的を達成するための本発明の一実施例による無収縮セラミック基板は、セラミック積層体と、上記セラミック積層体に形成される保護層と、上記保護層に形成される金属パターンと、を含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の上記保護層は、アルミナ成分を含むことができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板は、上記保護層にシード層がさらに形成されることができる。

本発明は、セラミック積層体に強酸及び強塩基に強い保護層が形成されるため、セラミック積層体に金属パターンを形成する過程においてセラミック積層体が強酸または強塩基によって浸食されることを効果的に防止できる。

従って、本発明によると、セラミック積層体に金属パターンが安定的に形成されることができる。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法を示す図面である。 図１に示される製造方法によって製作された無収縮セラミック基板の断面図である。

以下では、本発明の好ましい実施例を添付の例示図面に基づいて詳細に説明する。

以下で本発明を説明するにあたり、本発明の構成要素を称する用語はそれぞれの構成要素の機能を考慮し命名されたものであるため、本発明の技術的構成要素を限定する意味で理解されてはならない。

図１は本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法を示す図面であり、図２は図１に示される製造方法によって製作された無収縮セラミック基板の断面図である。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板の製造方法を説明する。

本実施例による無収縮セラミック基板の製造方法は、セラミック積層体の形成段階と、セラミック積層体の焼成段階と、保護層の形成段階と、シード層の形成段階と、ＰＲパターンの形成段階と、めっきパターンの形成段階と、エッチング段階と、を含むことができる。

セラミック積層体の形成及び焼成段階

本実施例によるセラミック積層体の形成段階は、複数のセラミックグリーンシートを積層する段階と、積層されたセラミックグリーンシートにビア電極を形成する段階と、積層されたセラミックグリーンシートの上部及び下部に拘束用シートを積層する段階と、セラミックグリーンシートを焼成加工する段階と、を含むことができ、このような段階が完了した以後に行われることができる。

セラミックグリーンシートは８００〜１０００℃の焼成温度を有することができ、拘束用シートはそれより高い１５００℃以上の焼成温度を有することができる。

セラミックグリーンシートの焼成加工は、セラミックグリーンシートの焼成温度と同一温度範囲（８００〜１０００℃）で行われるか、またはそれより高い温度範囲で行われることができる。

ビア電極は、セラミックグリーンシートにビアを形成し、ビアに伝導体を充填する方式で形成されることができる。

ここで、ビア電極はＡｇまたはＣｕの単一成分からなることができる。または、ＡｇとＰｂとの混合成分からなることができる。但し、無収縮セラミック基板の焼成温度及び電気的特性効率等を考慮する際、列挙された成分のうちＡｇをビア電極として用いることが好ましい。

一方、添付の図面には６枚のセラミックグリーンシート１２が積層されてセラミック積層体１０を形成するように示されているが、それより少ないまたは多いセラミックグリーンシート１２を積層してセラミック積層体１０を形成することができる。

保護層の形成段階

本段階は、セラミック積層体１０に耐化学性成分を含む保護層５０を形成する段階であることができる。

または、本段階は、セラミック積層体１０のセラミックグリーンシート１２より焼成温度が高いセラミック成分を含む保護層５０を形成する段階であることができる。

保護層５０は、セラミック積層体１０の両面（図１を基準にして上面及び下面）に全部形成されるか、または、セラミック積層体１０の上面または下面のみに形成されることができる。

さらに、保護層５０は、セラミック積層体１０の上面及び下面においてビア電極２０を除外した部分のみに形成されることができる。これは、ビア電極２０とシード層３０との円滑な接合に有利であることができる。

このため、保護層５０の形成作業の際、ビア電極２０には別途の保護膜（図示せず）が形成されることができる。この保護膜は、保護層５０の形成作業が完了した以後に除去されることができる。

または、保護層５０をセラミック積層体１０の一面に形成した後、ビア電極２０に対応する部位のみをエッチングしてビア電極２０が形成された部分を外部に露出させることができる。

保護層５０はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む単一成分からなることができる。

または、保護層５０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と異なる成分を含む混合成分からなることができる。例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とガラスとを含む混合成分からなることができる。

保護層５０は、薄膜蒸着（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）によって形成されることができる。

または、保護層５０は、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の一種であるイオン蒸着法、ドライプリンティング法によって形成されることができる。

または、保護層５０は、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エアロゾル蒸着等によっても形成されることができる。

しかしながら、保護層５０は、上に列挙された方法以外の方法によっても形成されることができる。

例えば、保護層５０は、アルミナ粉末またはガラス粉末を含む物質をセラミック積層体１０に噴射してコーティングする方式で形成されることができる。

このような方式でセラミック積層体１０に保護層５０が形成されると、焼成工程をさらに進行させることができる。

または、セラミック積層体１０を焼成する前段階において保護層５０を形成し、セラミック積層体１０及び保護層５０を共に焼成することができる。

セラミック積層体１０及び保護層５０の焼成工程は、８００〜１２００℃の温度範囲で行われることができる。即ち、保護層５０は、セラミック積層体１０の焼成温度範囲で加熱されることができる。

ここで、保護層５０の焼成温度は、セラミック積層体１０の焼成温度範囲（８００〜１２００℃）より高い１５００℃以上であるため、セラミック積層体１０の焼成工程において変化しない。

従って、保護層５０の表面は、セラミック積層体１０の表面と異なって均一した状態で維持されることができ、これによって、セラミック積層体１０の表面を保護することができる。

即ち、保護層５０は、セラミック積層体１０の内部に強酸または強塩基のエッチング液が流入されることを遮断してエッチング液によってセラミック積層体１０が腐食されることを防止できる。

シード層の形成段階

本段階は、焼成加工されたセラミック積層体１０の表面にシード層３０を形成する段階であることができる。

焼成加工されたセラミック積層体１０の表面はセラミック材質であるため、金属材質からなるめっきパターン６０が形成されにくいことがある。

従って、セラミック積層体１０にめっきパターン６０を含む他の付加的な層が容易に付着されるようにセラミック積層体１０にシード層３０を形成することができる。

シード層３０はＴｉまたはＣｕの単一成分からなることができる。または、ＴｉまたはＣｕを含む混合成分からなるか、または、Ｔｉ及びＣｕを全部含む混合成分からなることができる。

このような成分を含むシード層３０は、薄膜蒸着（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）によって形成されることができる。

さらに、シード層３０は、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の一種であるイオン蒸着法、ドライプリンティング法によって形成されることができる。または、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エアロゾル蒸着等によっても形成されることができる。

しかしながら、シード層３０は、上に列挙された方法以外の方法によっても形成されることができる。

例えば、シード層３０は、ＴｉまたはＣｕを含む液状物質をセラミック積層体１０に噴射する方式で形成されることができる。

ＰＲ（フォトレジスト）パターンの形成段階

本段階は、シード層３０にＰＲパターン４０を形成する段階であることができ、シード層３０の形成段階以後に行われることができる。ここで、ＰＲパターン４０は、紫外線によって硬化される材質で形成されることができる。例えば、ＰＲパターン４０は樹脂材質で形成されることができる。

ＰＲパターン４０は、プリンティング、噴射、スクリーン印刷等の方法で形成されることができる。しかしながら、ＰＲパターン４０は列挙された方法によっても形成されることができる。

シード層３０にＰＲパターン４０が形成されると、ＰＲパターン４０にマスクを形成し、ＰＲパターン４０の一部分を露光及び現象することができる。即ち、本段階ではビア電極２０が形成された部分のみが露光するようにマスクを形成し、ビア電極２０に形成されたＰＲパターン４０を除去することができる。

ここで、ＰＲパターン４０の除去は、ビア電極２０に対応する部位のみに行われることができる。しかしながら、作業の便宜性を図るため、全部のビア電極２０のＰＲパターン４０が除去されることができる。

めっきパターンの形成段階

本段階は、シード層３０にめっきパターン６０を形成する段階であることができる。

セラミック積層体１０にシード層３０が形成されると、セラミック積層体１０の表面に異なる材質（特に、金属材質）が容易に付着されることができる。従って、本段階においては、このようなシード層３０の特性を用いて欠陥部位にめっきパターン６０を形成することができる。

めっきパターン６０は電解めっきまたは無電解めっきによって形成されることができる。

めっきパターン６０はＮｉの単一成分からなることができる。しかしながら、必要に応じて、Ｎｉを含む混合成分からなることができる。または、ビア電極２０と異なる成分からなることができる。

めっきパターン６０は、Ｎｉ、Ｎｉ／Ｃｕ、Ｃｕのうちいずれかの一つを主成分とする材質で形成されることができる。

エッチング段階

本段階はシード層３０及びＰＲパターン４０を除去する段階であることができる。

無収縮セラミック基板１００においてＰＲパターン４０は不要な部分であるため、エッチング液によって除去されることができる。

さらに、ビア電極２０と金属パターン６０との間に配置されたシード層３０は、ビア電極２０と金属パターン６０との接着力を増進させる役割をするが、残りの部分に形成されたシード層３０は、無収縮セラミック基板１００において不要な部分であることができる。

従って、本段階においては、これらの部分に形成されたシード層３０も除去されることができる。

また、シード層３０を除去するためのエッチング液は、シード３０の種類に応じて異なることができる。

例えば、シード層３０がＴｉの場合には強酸溶液を、シード層３０がＣｕの場合には強塩基溶液をエッチング液として用いることができる。

以下では、本発明による無収縮セラミック基板を説明する。

本発明の一実施例による無収縮セラミック基板を図２を参照して説明する。

本実施例による無収縮セラミック基板１００は、セラミック積層体１０と、ビア電極２０と、保護層５０と、シード層３０と、ＰＲパターン４０と、めっきパターン６０と、を含むことができる。

セラミック積層体１０は、複数のセラミックグリーンシート１２を含むことができる。さらに、セラミック積層体１０は、複数のセラミックグリーンシート１２を上下方向（図２を基準とした方向である）に積層して形成されることができる。

また、添付の図面には６枚のセラミックグリーンシート１２が積層されてセラミック積層体１０を形成するように示されているが、それより少ないまたは多いセラミックグリーンシート１２を積層してセラミック積層体１０を形成することができる。

ビア電極２０はセラミック積層体１０に形成されることができる。ビア電極２０は、セラミックグリーンシート１２にビアを形成し、ビアに伝導体を充填する方式で形成されることができる。

ここで、ビア電極２０は、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌの単一成分からなるか、または、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌを含む混合成分からなることができる。または、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうち少なくとも二つ以上の成分を含む混合成分からなることができる。

但し、無収縮セラミック基板の焼成温度及び無収縮セラミック基板の電気的特性効率等を考慮する際、列挙された成分のうちＡｇをビア電極２０として用いることが好ましい。

シード層３０はＴｉまたはＣｕの単一成分からなるか、または、ＴｉまたはＣｕを含む混合成分からなることができ、Ｔｉ及びＣｕを全部含む混合成分からなることができる。このように形成されたシード層３０は、研磨段階で除去されることができる。

ＰＲパターン４０はシード層３０に形成されることができる。ＰＲパターン４０は紫外線によって硬化される材質で形成されることができ、研磨段階で除去されることができる。

ＰＲパターン４０は、プリンティング、噴射、スクリーン印刷等の方法で形成されることができる。しかしながら、列挙された方法によっても形成されることができる。

保護層５０はセラミック積層体１０の一面に形成されるか、または、セラミック積層体１０の両面（図１を基準として上面及び下面）に全部形成されることができる。または、保護層５０はセラミック積層体１０の上面または下面のみに形成されることができる。

保護層５０は、セラミック積層体１０の上面及び下面においてビア電極２０を除外した部分のみに形成されることができる。これは、ビア電極２０とシード層３０との円滑な接合に有利であることができる。

保護層５０はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む単一成分からなることができる。または、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と異なる成分を含む混合成分からなることができる。例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とガラスとを含む混合成分からなることができる。

保護層５０は、薄膜蒸着（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）によって形成されるか、または、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の一種であるイオン蒸着法、ドライプリンティング法によって形成されることができる。または、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エアロゾル蒸着等によっても形成されることができる。

しかしながら、保護層５０は、上に列挙された方法以外の方法によっても形成されることができる。例えば、アルミナ粉末またはガラス粉末を含む物質をセラミック積層体１０に噴射してコーティングする方式で形成されることができる。

保護層５０は、耐化学性特性を有することができ、セラミック積層体１０の焼成温度（８００〜１２００℃）より高い焼成温度（１５００℃以上）を有することができる。

このような特性を有する保護層５０は、セラミック積層体１０の焼成過程においても変形されず、耐食性に優れるため、セラミック積層体１０の表面がエッチング液によって腐食されることを効果的に遮断できる。

めっきパターン６０はビア電極２０に形成されることができる。または、一部のビア電極２０または全部のビア電極２０に形成されることができる。このようなめっきパターン６０は、電解めっきまたは無電解めっきによって形成されることができる。

めっきパターン６０はＴｉ、ＮｉまたはＣｒの単一成分からなることができる。しかしながら、必要に応じて、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｒを含む混合成分からなることができる。または、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒのうち少なくとも二つ以上を含む混合成分からなることができる。

または、めっきパターン６０は、ビア電極２０と異なる成分からなることができる。

例えば、ビア電極２０がＡｇを主成分とする材質で形成された場合、めっきパターン６０は、Ｎｉ、Ｎｉ／Ｃｕ、Ｃｕのうちいずれか一つを主成分とする材質で形成されることができる。

このように形成された無収縮セラミック基板１００は、セラミック積層体１０の表面に保護層５０が形成されるため、焼成過程で発生したセラミック積層体１０の欠陥が外部に露出すること及びエッチング液がセラミック積層体１０の表面を腐食させることを効果的に遮断できる。

本発明は以上で説明した実施例のみに限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、以下の特許請求の範囲に記載の技術的思想の要旨から外れない範囲内において、多様に変形して実施することができる。

１００ 無収縮セラミック基板
１０ セラミック積層体
１２ （セラミック）グリーンシート
２０ ビア電極
３０ シード層
４０ ＰＲパターン
５０ 保護層
６０ めっきパターン

Claims (17)

1. セラミック積層体を用意する第１段階と、
   前記セラミック積層体に保護層を形成する第２段階と、
   前記保護層に金属パターンを形成する第３段階と
   を含む、無収縮セラミック基板の製造方法。
2. 前記保護層は、耐化学性に優れた成分を含む、請求項１に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
3. 前記保護層は、アルミナ成分を含む、請求項２に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
4. 前記金属パターンは、Ｃｕ、ＮｉまたはＡｕ成分を含む、請求項１から３の何れか１項に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
5. 前記保護層は、薄膜蒸着またはコーティングによって形成される、請求項１から４の何れか１項に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
6. 前記第３段階は、前記金属パターンの形成が容易なように前記保護層にシード層を形成する第３−１段階をさらに含む、請求項１から５の何れか１項に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
7. 前記シード層は、ＴｉまたはＣｕである、請求項６に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
8. 前記シード層は、薄膜蒸着（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、イオン蒸着法またはドライプリンティング法によって形成される、請求項６または７に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
9. 前記第３段階は、前記シード層にＰＲパターンを形成する第３−２段階をさらに含む、請求項６から８の何れか１項に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
10. 前記第３段階は、前記ＰＲパターンに金属パターンをめっきする第３−３段階をさらに含む、請求項９に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
11. 前記めっきパターンは、電解めっきまたは無電解めっきによって形成される、請求項１０に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
12. 前記第３段階は、前記シード層及びＰＲパターンを除去する第３−４段階をさらに含む、請求項９から１１の何れか１項に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
13. 前記第１段階は、
    セラミックグリーンシートを積層する第１−１段階と、
    前記セラミックグリーンシートにビア電極を形成する第１−２段階と、
    前記セラミックグリーンシートを焼成する第１−３段階と
    を含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載の無収縮セラミック基板の製造方法。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の製造方法によって製造される、無収縮セラミック基板。
15. セラミック積層体と、
    前記セラミック積層体に形成される保護層と、
    前記保護層に形成される金属パターンと
    を含む、無収縮セラミック基板。
16. 前記保護層は、アルミナ成分を含む、請求項１５に記載の無収縮セラミック基板。
17. 前記保護層にはシード層がさらに形成される、請求項１５または１６に記載の無収縮セラミック基板。

Images