JP2015076481A - セラミック多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成時の収縮抑制可能なセラミック多層基板において、高密度に端子が配置された部品の実装を可能にし、かつ、該部品との接続強度を確保するとともに、その内部に外部からの水分が侵入するのを防止する。
【解決手段】複数の絶縁層２ａ〜２ｄが積層・焼成されて成るセラミック多層基板１は、最表層の絶縁層２ａが、セラミック層３ｂと、該セラミック層３ｂ上に積層された収縮抑制層３ａと、セラミック層３ｂおよび収縮抑制層３ａを貫通し下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成され、セラミック多層基板１の表面を形成する収縮抑制層３ａから露出した端面がセラミック多層基板１の表面に実装される部品の端子に直接接続される表層ビア導体４ａとを備え、収縮抑制層３ａに含有するアルミナの重量比率がセラミック層３ｂよりも高く設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック材料により形成された複数の絶縁層が積層・焼成されて成るセラミック多層基板に関する。

携帯電話等の各種電子機器の回路形成基板として、セラミック多層基板が広く用いられている。このセラミック多層基板の製造方法は、例えば、セラミックグリーンシートにビアホールを形成し、このビアホールに導電材料を充填して層間接続導体としてのビア導体を形成した後、セラミックグリーンシートの主面に配線電極を形成する。そして、同様にして形成された複数のセラミックグリーンシートを積層・焼成することにより、セラミック多層基板が得られる。

この種のセラミックグリーンシートでは、焼成時に収縮することが知られている。また、この収縮量も各セラミックグリーンシート毎にばらつきがあり、特に、セラミックグリーンシートの主面方向（平面方向）の収縮量がばらつくと、各セラミックグリーンシートに形成された配線電極やビア導体に位置ずれが生じ、隣接するセラミックグリーンシートで、接続すべき配線電極とビア導体との正常な接続が得られないおそれがある。近年では、電子機器の小型化に伴って、セラミック多層基板に形成される配線電極の細線化やビア導体の小型化が要求されており、このような課題が顕著化している。

そこで、従来では、焼成時に生じる平面方向の収縮を抑制することができるセラミック多層基板が提案されている（特許文献１参照）。このセラミック多層基板１００は、図５に示すように、第１の絶縁層１０１ａと第２の絶縁層１０１ｂとが交互に積層されたものであり、その内部や表面には各種配線電極１０２やビア導体１０３が形成されている。この場合、第１の絶縁層１０１ａと第２の絶縁層１０１ｂは、セラミック層基板１００の焼成時に、互いに収縮開始温度および収縮終了温度が異なるガラスセラミックで構成されており、第１の絶縁層１０１ａが焼成収縮を終了した後に、第２の絶縁層１０１ｂの焼成収縮が開始されるように、それぞれの絶縁層１０１ａ，１０１ｂの材料選定がなされている。

このようにすると、第１の絶縁層１０１ａの焼成収縮開始時には隣接する第２の絶縁層１０１ｂの焼成収縮が開始していないため、第１の絶縁層１０１ａの主面方向（平面方向）の収縮が抑制される。また、第２の絶縁層１０１ｂの焼成収縮開始時には、隣接する第１の絶縁層１０１ａの焼成収縮が終了しているため、これにより、第２の絶縁層１０１ｂの平面方向の収縮が抑制される。その結果、セラミック多層基板の平面方向の収縮が抑制され、これにより、セラミック多層基板１００の焼成時に生じる各絶縁層１０１ａ，１０１ｂに形成される配線電極１０２やビア導体１０３の位置ずれを防止している。

ところで、このようなセラミック多層基板１００では、平面方向の収縮が抑制される一方、平面方向に垂直な方向（積層方向）の収縮量が大きくなるという性質を有する。また、セラミック多層基板１００の内部に形成されるビア導体１０３は、焼成時に各絶縁層１０１ａ，１０１ｂにほとんど影響されることなく収縮し、その積層方向の収縮量は、各絶縁層１０１ａ，１０１ｂの積層方向の収縮量よりも少ない。そのため、例えば、最表層に形成されたビア導体１０３の直下に他のビア導体１０３が配置されると、セラミック多層基板１００の焼成時に、最表層のビア導体１０３が当該他のビア導体１０３に押し上げられて、最表層のビア導体１０３がセラミック多層基板１００の表面から隆起するという現象が生じ得る。この隆起は、セラミック多層基板１００の表面に実装する部品の実装性を低下させる要因となるため好ましくない。

そこで、このセラミック多層基板１００では、最表層のビア導体１０３の表面側の横断面積を内層側よりも小さく形成している。このようにすると、最表層のビア導体１０３の周側面を覆う絶縁層１０１ａ，１０１ｂが、直下に配置されたビア導体１０３からの焼成時の押し上げに対する抵抗として機能するため、最表層のビア導体１０３の隆起を防止することができる。

特開２００８−１８６９０９号公報（段落００１５〜００１８、図１等参照）

ところで、上記したセラミック多層基板１００の表面に実装される実装部品の端子を、最表層のビア導体１０３の露出した端面に接続する場合、当該ビア導体１０３上に別途、実装用のランド電極を設け、該ランド電極と部品の端子とを接続させることで、部品の接続強度を確保するものがある。しかしながら、このランド電極は最表層のビア導体１０３のセラミック多層基板の表面から露出した端面の面積よりも大きく形成されるため、端子が高密度に配置されたＩＣ等の部品の実装に対応するのが困難である。

この高密度部品の実装に対応するために、近年では、ランド電極を設けずにビア導体１０３を直接、部品の端子に接続する技術も提案されているが、上記したセラミック多層基板１００にこの技術を適用した場合、最表層のビア導体１０３が、表層側に向かうに連れてその横断面積が小さくなるように形成されているため、実装部品との十分な接続強度が得られない場合がある。

この課題の解決策として、実装部品の端子に直接接続されるセラミック多層基板１００の最表層のビア導体１０３の形状を、その横断面積が表層側に向かうに連れて大きくなるように形成し、実装部品との接続面の面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、上記したセラミック多層基板１００では、焼成時に各絶縁層１０１ａ，１０１ｂの収縮が抑制されるのに対して、ビア導体１０３の収縮は抑制されないため、各絶縁層１０１ａ，１０１ｂとビア導体１０３との間に焼成時の収縮量に差が生じ、ビア導体１０３と各絶縁層１０１ａ，１０１ｂとの間に隙間が生じる。

そして、この隙間からセラミック多層基板１００の内部に水分が侵入することで、セラミック多層基板１００の内部でマイグレーションが生じて各絶縁層１０１ａ，１０１ｂの絶縁抵抗が低下したり、実装部品の実装時の熱などにより、内部に侵入した水分が膨張し、このときの膨張力により各絶縁層１０１ａ，１０１ｂが破損するおそれがある。また、このときの膨張力が、溶融時の部品実装用の半田に作用すると、半田が周囲に飛び散って隣接するビア導体同士が短絡するという半田フラッシュのおそれもある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、焼成時の収縮抑制可能なセラミック多層基板において、高密度に端子が配置された部品の実装を可能にし、かつ、該部品との接続強度を確保するとともに、その内部に外部からの水分が侵入するのを防止することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明のセラミック多層基板は、セラミック材料により形成された複数の絶縁層が積層・焼成されて成るセラミック多層基板において、最表層の前記絶縁層は、第１セラミック層と、該第１セラミック層上に積層された収縮抑制用の第２セラミック層と、前記第１、第２セラミック層を貫通し下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成され、前記第２セラミック層から露出した端面が前記第２セラミック層の表面に実装される部品の端子に直接接続される表層ビア導体とを備え、少なくとも前記第２セラミック層は、前記表層ビア導体の熱収縮を抑制または熱収縮に追従する材質を含むことを特徴としている。

この場合、セラミック多層基板の表面を構成する最表層の絶縁層の第２セラミック層から露出した表層ビア導体の端面が、従来、設けられていたランド電極を介さずにセラミック多層基板の表面に実装される部品の端子に直接接続される。したがって、ランド電極を設けない分、表層ビア導体を狭ピッチで配置することができるため、端子が高密度に配置された部品の実装が可能になる。

また、表層ビア導体は、下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成されているため、上記した従来のセラミック多層基板のように表層ビア導体を表面側の横断面積が内層側よりも小さく形成する場合と比較して、第２セラミック層から露出する端面の面積を大きくすることができる。つまり、上記した従来のセラミック多層基板と比較して、セラミック多層基板の表面に実装される部品との接続面積を大きくすることができるため、部品との接続強度を確保することができる。

また、少なくとも第２セラミック層は、焼成時の表層ビア導体の熱収縮の抑制または熱収縮に追従する材料を含むため、焼成時に、表層ビア導体とセラミック多層基板の表面を形成する第２セラミック層との間に隙間が生じるのを防止することができる。したがって、セラミック多層基板の表面から内部に水分が侵入するのを防止することができ、これにより、内部に水分が侵入することに起因するセラミック多層基板の内部でのマイグレーションや、絶縁層の破損および半田フラッシュを防止することができる。

また、前記第２セラミック層に含有するアルミナの重量比率が第１セラミック層よりも高くなるようにしてもよい。例えば、Ｃｕなどで形成されたビア導体では、セラミック多層基板の焼成時に、第１セラミック層および第２セラミック層に含まれるアルミナと結合反応する。また、表層ビア導体のように、下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成されたビア導体では、その横断面積が大きい表層側の部分の方が下層側の部分よりも焼成時の収縮量が多く、第２セラミック層と表層ビア導体との隙間が第１セラミック層と表層ビア導体との隙間よりも大きくなる。そこで、表層側の第２セラミック層に含有するアルミナの重量比率を、第１セラミック層よりも高くすることで、焼成時の第２セラミック層と表層ビア導体との結合反応が第１セラミック層よりも促進されて、表層ビア導体の表層側の部分が焼成時に熱収縮するのを抑制することができるため、表層ビア導体と第２セラミック層との間で隙間が生じるのを防止することができる。

また、前記第２セラミック層に含有するガラス成分の重量比率が、前記第１セラミック層よりも高くなるようにしてもよい。絶縁層にガラス成分が含まれると、このガラス成分の粘性流動により、セラミック多層基板の焼成時に、絶縁層と表層ビア導体との間に生じる隙間を埋めるように、絶縁層が表層ビア導体の熱収縮に追従する。したがって、第２セラミック層に含有するガラス成分の重量比率を第１セラミック層よりも高くすると、第２セラミック層の表層ビア導体の熱収縮の追従特性が第１セラミック層よりも上がるため、表層ビア導体と第２セラミック層との間で隙間が生じるのを防止することができる。

また、前記第２セラミック層の焼成時の収縮開始温度が、前記第１セラミック層よりも低くなるようにしてもよい。このようにすると、セラミック多層基板の焼成時に、表層の第２セラミック層側が先に収縮することになるため、第２セラミック層の方が表層ビア導体の熱収縮に追従しやすくなり、これにより、第２セラミック層と表層ビア導体との間に隙間が生じるのを防止することができる。

また、前記第１セラミック層と、前記第２セラミック層と、該第１、第２セラミック層を貫通し下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成された内層ビア導体とを備える前記絶縁層が、前記最表層の絶縁層の下方に設けられ、少なくとも前記第２セラミック層は、前記表層ビア導体の熱収縮を抑制または熱収縮に追従する材質を含むようにしてもよい。このようにすると、内層の絶縁層においても、内層ビア導体と第２セラミック層との間に隙間が生じるのを防止することができるため、セラミック多層基板の表面から内部に水分が侵入するのを防止する効果がさらに向上する。

前記表層ビア導体に含有するガラス成分の重量比率が、前記内層ビア導体よりも低くしてもかまわない。ビア導体にガラス成分を含有させると熱収縮を抑えることができるため、焼成時に第１および第２セラミック層との間で隙間が生じるのを抑えることができる。しかしながら、例えば、表層ビア導体の第２セラミック層から露出した端面にＮｉ／Ａｕめっきを施して、部品との接続性を向上しようとした場合、ビア導体に含有するガラス成分の量が多くなるにつれてめっきが付きにくくなる。そこで、表層ビア導体に含有するガラス成分の重量比率を内層ビア導体よりも低くすることで、焼成時の第１および第２セラミック層と、表層および内層ビア導体との隙間が生じるのを防止しつつ、表層ビア導体の第２セラミック層から露出した端面へのめっき形成の容易化を図ることができる。

前記第１セラミック層と、前記第２セラミック層と、該第１、第２セラミック層を貫通し前記表層ビア導体と積層方向で逆向きのテーパ状に形成された内層ビア導体を備える前記絶縁層が、前記最表層の絶縁層の下方に設けられ、前記内層ビア導体が、上面視で前記表層ビア導体に重合して配置されていてもよい。このように内層ビア導体の形状を表層ビア導体と積層方向で逆向きのテーパ状に形成した上で、上面視で表層ビア導体に重合して配置することで、内層ビア導体の下層から表層に向けて押し上げる応力が働いた場合であっても、内層ビア導体の周側面を被覆する第１、第２セラミック層がこの押し上げ応力に対する抵抗として機能するため、表層ビア導体がセラミック多層基板の表面から隆起するのを抑えることができる。

また、前記表層ビア導体の最大横断面積が、前記内層ビア導体の最大横断面積よりも小さく形成されていてもよい。このようにすると、表層ビア導体の狭ピッチ化が容易になる。また、内層ビア導体側の最大横断面積を大きくすることで、例えば、最表層の絶縁層の直下の絶縁層に内層ビア導体を配置して表層ビア導体と直接接続する場合に、両者の接続性が向上する。

また、前記表層ビア導体は、前記第１セラミック層に形成される部分と前記第２セラミック層に形成される部分とで拡開の度合が異なる２つのテーパ形状の連続体を成し、前記第２セラミック層側の前記テーパ形状の拡開の度合が、前記第１セラミック層側の前記テーパ形状よりも大きくてもかまわない。このようにすると、第２セラミック層から露出する表層ビア導体の端面の面積を容易に大きくすることができるため、部品との接続強度が向上する。

本発明によれば、セラミック多層基板の表面を構成する最表層の絶縁層の第２セラミック層から露出した表層ビア導体の端面が、従来、設けられていたランド電極を介さずにセラミック多層基板の表面に実装される部品の端子に直接接続される。したがって、ランド電極を設けない分、表層ビア導体を狭ピッチで配置することができるため、端子が高密度に配置された部品の実装が可能になる。

また、表層ビア導体は、下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成されているため、従来のセラミック多層基板のように表層ビア導体を表面側の横断面積が内層側よりも小さく形成する場合と比較して、第２セラミック層から露出する端面の面積を大きくすることができる。つまり、従来のセラミック多層基板と比較して、セラミック多層基板の表面に実装される部品との接続面積を大きくすることができるため、部品との接続強度を確保することができる。

また、少なくとも第２セラミック層は、焼成時の表層ビア導体の熱収縮の抑制または熱収縮に追従する材料を含むため、焼成時に表層ビア導体とセラミック多層基板の表面を形成する第２セラミック層との間に隙間が生じるのを防止することができる。したがって、セラミック多層基板の表面から内部に水分が侵入するのを防止することができ、これにより、内部に水分が侵入することに起因するセラミック多層基板の内部でのマイグレーションや、絶縁層の破損および半田フラッシュを防止することができる。

本発明の第１〜第３実施形態にかかるセラミック多層基板の断面図である。 本発明の第４実施形態にかかるセラミック多層基板の断面図である。 本発明の第５実施形態にかかるセラミック多層基板の断面図である。 表層ビア導体の変形例を説明するための図である。 従来のセラミック多層基板の断面図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態にかかるセラミック多層基板１について、図１を参照して説明する。なお、図１はセラミック多層基１の断面図である。

この実施形態にかかるセラミック多層基板１は、図１に示すように、それぞれセラミック層３ｂ（本発明の「第１セラミック層」に相当）と、該セラミック層３ｂの焼成時の収縮を抑制する収縮抑制層３ａ（本発明の「第２セラミック層」に相当）とを有する複数の絶縁層２ａ〜２ｄを備え、各絶縁層２ａ〜２ｄが所定の順序で積層・圧着された後、この積層体を焼成して形成される。このとき、最表層の絶縁層２ａとその下方に配置された内層の絶縁層２ｂ，２ｃそれぞれは、セラミック層３ｂ上に収縮抑制層３ａが積層された配置構成となっているのに対して、最下層の絶縁層２ｄは、この上下の位置関係が逆になっている。これは、セラミック多層基板１の最表層や最下層にセラミック層３ｂを配置すると、セラミック多層基板１の割れが発生するおそれがあるためであり、最下層の絶縁層２ｄのセラミック層３ｂと収縮抑制層３ａの上下の位置関係を逆にすることで、セラミック多層基板１の最表層と最下層に収縮抑制層３ａが配置されるように構成されている。なお、セラミック多層基板１を形成する絶縁層の総数は、適宜、変更可能である。

各セラミック層３ｂは、それぞれアルミナやガラス成分などを含有するセラミック材料で形成されており、セラミック多層基板１の焼成時にその一部（例えば、ガラス成分）が収縮抑制層３ａに浸透して、隣接するセラミック層３ｂと収縮抑制層３ａとが接合される。なお、この実施形態では、各セラミック層３ｂの厚みが、３〜５０μｍの範囲で形成されている。

各収縮抑制層３ａは、それぞれ各セラミック層３ｂを形成するセラミック原料粉末の焼結温度では焼結しない難燃性粉末であるアルミナを主成分とし、その他の材料として、ガラス成分を含有する。したがって、セラミック多層基板１の焼成時に収縮抑制層３ａが収縮しにくいため、各収縮抑制層３ａは、隣接して接合しているセラミック層３ｂの収縮、特に、セラミック層３ｂの主面方向（平面方向）の収縮を抑制する。また、この実施形態では、各収縮抑制層３ａに含有するアルミナの重量比率が、各セラミック層３ｂに含有するアルミナの重量比率よりも高くなるように各収縮抑制層３ａの構成材料の配分設定がなされている。なお、この実施形態では、各収縮抑制層３ａの厚みが、１〜８μｍの範囲で形成されている。

また、各絶縁層２ａ〜２ｄには、セラミック層３ｂおよび収縮抑制層３ａを貫通し下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成された複数のビア導体４ａ〜４ｄが設けられている。これらのビア導体４ａ〜４ｄは、ＣｕやＡｌ、Ａｇなどの金属で形成されている。また、所定の絶縁層２ａ〜２ｄの主面には各種配線電極５が設けられるとともに、セラミック多層基板１の最下面となる、最下層の絶縁層２ｄの収縮抑制層３ａのセラミック層３ｂとの対向面の反対面には、外部接続用の外部電極６が形成される。このとき、最表層の絶縁層２ａに形成されたビア導体４ａのうち、配線電極５と接続されていないビア導体４ａは、最表層となる収縮抑制層３ａから露出した端面が、セラミック多層基板１の表面に実装されるＩＣなどの部品の端子に実装用電極を介さずに直接接続される。

また、内層の絶縁層２ｂ，２ｃそれぞれに形成されたビア導体４ｂ，４ｃは、最表層の絶縁層４ａに形成された各ビア導体４ａのうちの配線電極５と接続されていないビア導体４ａに上面視で重合する位置に配置され、隣接するビア導体４ａ〜４ｃ同士が、配線電極５を介さずに直接接続されている。なお、上記した部品の端子に直接接続されるビア導体４ａが本発明における「表層ビア導体」（以下、表層ビア導体４ａという場合もある。）に相当し、最表層の絶縁層２ａよりも下層の絶縁層２ｂ〜２ｄに形成されるビア導体４ｂ〜４ｄが本発明の「内層ビア導体」（以下、内層ビア導体４ｂ〜４ｄという場合もある。）に相当する。

また、各ビア導体４ａ〜４ｂにガラス成分を添加してもかまわない。このようにすると、セラミック多層基板１の焼成時に、各ビア導体４ａ〜４ｂが収縮するのを抑えることができる。また、セラミック多層基板１の表面に実装される部品との接続性を向上させるために、表層ビア導体４ａのセラミック多層基板１の表面から露出した端面にＮｉ／Ａｕめっきを施す場合は、表層ビア導体４ａに含有するガラス成分の重量比率が、内層ビア導体４ｂ〜４ｄよりも低くするのが好ましい。このようにすると、表層ビア導体４ａへのめっき形成が容易になる。なお、表層ビア導体４ａへのめっき形成の容易化を図る他の例として、表層ビア導体４ａの収縮抑制層３ａに形成される部分に含有するガラス成分の重量比率を、セラミック層３ｂに形成される部分、および、内層ビア導体４ｂ〜４ｄよりも低くする構成であってもかまわない。

（セラミック多層基板１の製造方法）
次に、このセラミック多層基板１の製造方法について説明する。なお、この製造方法は、以下に説明する他の実施形態でも同様に適用することができる。

まず、セラミック多層基板１を構成する各絶縁層２ａ〜２ｄを用意する。例えば、最表層の絶縁層２ａを例として説明すると、セラミック層３ｂを形成するセラミックグリーンシート上に難燃性粉末であるアルミナを主成分とするペースト状の収縮抑制層３ａを印刷技術などを用いて積層して乾燥させる。

次に、絶縁層２ａのビア導体４ａを形成する箇所については、その箇所にレーザを用いて貫通孔を形成する。このとき、絶縁層２ａの上面側（収縮抑制層３ａ側）からレーザ光を照射することで、貫通孔の形状が、下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成される。そして、この貫通孔に、例えば、Ｃｕなどの金属を含有する導体ペーストを充填してビア導体４ａを形成する。

次に、収縮抑制層３ａの上面に、Ｃｕなどの導体ペーストを用いた印刷技術などにより
配線電極５を形成して絶縁層２ａを用意する。そして、他の絶縁層２ｂ〜２ｄも同様にして形成し、用意された各絶縁層２ａ〜２ｄを所定の順序で積層し、圧着・焼成してセラミック多層基板１を製造する。

したがって、上記した実施形態によれば、セラミック多層基板１の表面を構成する最表層の絶縁層２ａの収縮抑制層３ａから露出した表層ビア導体４ａの端面が、従来、設けられていたランド電極を介さずにセラミック多層基板１の表面に実装される部品の端子に直接接続される。したがって、ランド電極を設けない分、表層ビア導体４ａを狭ピッチで配置することができるため、端子が高密度に配置された部品の実装が可能になる。

また、表層ビア導体４ａは、下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成されているため、従来のセラミック多層基板１００のように表層ビア導体４ａを表面側の横断面積が内層側よりも小さく形成する場合と比較して、収縮抑制層３ａから露出する端面の面積を大きくすることができる。つまり、従来のセラミック多層基板１００と比較して、セラミック多層基板１の表面に実装される部品との接続面積を大きくすることができるため、部品との接続強度を確保することができる。

また、この実施形態では、セラミック多層基板１の最表層の絶縁層２ａにおいて、セラミック多層基板１の表面を形成する収縮抑制層３ａに含有するアルミナの重量比率がセラミック層３ｂよりも高くなるように、収縮抑制層３ａの構成材料の配分設定がなされている。Ｃｕなどで形成された各ビア導体４ａ〜４ｄでは、セラミック多層基板１の焼成時に、セラミック層３ｂおよび収縮抑制層３ａに含まれるアルミナと結合反応する。また、下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成された各ビア導体４ａ〜４ｄでは、その横断面積が大きい表層側の部分の方が下層側の部分よりも焼成時の収縮量が多く、例えば、最表層の絶縁層２ａの収縮抑制層３ａと表層ビア導体４ａとの隙間が、本来、セラミック層３ｂと表層ビア導体４ａとの隙間よりも大きくなる。

そこで、表層側の収縮抑制層３ａに含有するアルミナの重量比率を、セラミック層３ｂよりも高くすることで、焼成時の収縮抑制層３ａと表層ビア導体４ａとの結合反応がセラミック層３ｂよりも促進されて、表層ビア導体４ａの表層側の部分が焼成時に熱収縮するのを抑制することができるため、本来、隙間が大きくなる方の、表層ビア導体４ａと収縮抑制層３ａとの間で隙間が生じるのを防止することができる。したがって、セラミック多層基板１の表面から内部に水分が侵入するのを防止することができ、これにより、内部に水分が侵入することに起因するセラミック多層基板１の内部でのマイグレーションや、各絶縁層２ａ〜２ｄの破損および半田フラッシュを防止することができる。

また、内層の絶縁層２ｂ，２ｃも最表層の絶縁層２ａと同様の構成であり、セラミック層３ｂ上に収縮抑制層３ａが積層され、収縮抑制層３ａに含有するアルミナの重量比率がセラミック層３ｂよりも高くなるように、各収縮抑制層３ａの構成材料の配分設定がなされているため、セラミック多層基板１の表面から内部に水分が侵入するのを防止する効果がさらに向上する。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態にかかるセラミック多層基板１ａについて、上記した第１実施形態にかかるセラミック多層基板１を示す図１を参照して説明する。

この実施形態にかかるセラミック多層基板１ａが、第１実施形態のセラミック多層基板１と異なるところは、各絶縁層２ａ〜２ｄそれぞれにおいて、収縮抑制層３ａに含有するガラス成分の重量比率がセラミック層３ｂよりも高いことである。その他の構成は第１実施形態のセラミック多層基板１と同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

一般的に、各絶縁層２ａ〜２ｄにガラス成分が含まれると、このガラス成分の粘性流動により、セラミック多層基板１ａの焼成時に、例えば、最表層の絶縁層２ａと表層ビア導体４ａとの間に生じる隙間を埋めるように、絶縁層２ａが表層ビア導体４ａの熱収縮に追従する。したがって、セラミック多層基板１ａの表面を形成する収縮抑制層３ａに含有するガラス成分の重量比率を、セラミック層３ｂよりも高くすると、収縮抑制層３ａの表層ビア導体４ａへの熱収縮の追従特性がセラミック層３ｂよりも上がるため、本来、隙間が大きくなる方の、表層ビア導体４ａと収縮抑制層３ａとの間で隙間が生じるのを防止することができ、これにより、第１実施形態のセラミック多層基板１と同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態にかかるセラミック多層基板１ｂについて、上記した第１実施形態にかかるセラミック多層基板１を示す図１を参照して説明する。

この実施形態にかかるセラミック多層基板１ｂが、第１実施形態のセラミック多層基板１と異なるところは、各セラミック層３ｂと各収縮抑制層３ａとで、焼成時の収縮開始温度が異なることである。その他の構成は、第１実施形態のセラミック多層基板１と同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

この場合、各セラミック層３ｂおよび各収縮抑制層３ａは、セラミック多層基板１ｂの焼成時に、互いに収縮開始温度および収縮終了温度が異なるガラスセラミックで構成されており、各収縮抑制層３ａの収縮開始温度が各セラミック層３ｂよりも低く、各収縮抑制層３ａが焼成収縮を終了した後に、各セラミック層３ｂの焼成収縮が開始されるように、各収縮抑制層３ａおよび各セラミック層３ｂそれぞれの材料選定がなされている。

このようにすると、収縮抑制層３ａの焼成収縮開始時には、隣接するセラミック層３ｂの焼成収縮が開始されていないため、収縮抑制層３ａの主面方向（平面方向）の収縮が抑制される。また、セラミック層３ｂの焼成収縮開始時には、隣接する収縮抑制層３ａの焼成収縮が終了しているため、セラミック層３ｂの平面方向の収縮が抑制され、その結果、セラミック多層基板１ｂの平面方向の収縮が抑制される。

また、例えば、セラミック多層基板１ｂの焼成時に、セラミック多層基板１ｂの表面を形成する収縮抑制層３ａ側が先に収縮することになるため、該収縮抑制層３ａの方が表層ビア導体４ａの熱収縮に追従しやすくなり、これにより、本来、隙間が大きくなる方の収縮抑制層３ａと表層ビア導体４ａとの間に隙間が生じるのを防止することができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態にかかるセラミック多層基板１ｃについて、図２を参照して説明する。なお、図２はセラミック多層基板１ｃの断面図である。

この実施形態にかかるセラミック多層基板１ｃが、図１を参照して説明した第１実施形態のセラミック多層基板１と異なるところは、図２に示すように、最表層の絶縁層２ａの下方に設けられた絶縁層２ｂに形成された内層ビア導体４ｂが、表層ビア導体４ａと積層方向で逆向きのテーパ状に形成されていることである。その他の構成は、第１実施形態と同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

この場合、表層ビア導体４ａに、上面視で重合して配置される各ビア導体４ｂ，４ｃのうち、最表層の絶縁層２ａの直下に隣接する絶縁層２ｂに形成された内層ビア導体４ｂが、表層ビア導体４ａと積層方向で逆向きのテーパ状、つまり、表層側に向かうに連れて先細りのテーパ状に形成される。

ところで、収縮抑制層３ａが設けられるセラミック多層基板１ｃでは、上記したように、平面方向の収縮が抑制される一方、平面方向に垂直な方向（積層方向）の収縮量が大きくなるという性質を有する。また、セラミック多層基板１ｃの内部に形成される各ビア導体４ａ〜４ｄは、焼成時に各絶縁層２ａ〜２ｄにほとんど影響されることなく収縮し、その積層方向の収縮量は、各絶縁層２ａ〜２ｄの積層方向の収縮量よりも少ない。そのため、表層ビア導体４ａと上面視で重合する位置に内層ビア導体４ｂ，４ｃが配置されると、セラミック多層基板１ｃの焼成時に、表層ビア導体４ａが当該内層ビア導体４ｂ，４ｃに押し上げられて、表層ビア導体４ａがセラミック多層基板１ｃの表面から隆起するという現象が生じる。この隆起は、セラミック多層基板１ｃの表面に実装する部品の実装性を低下させる要因となるため好ましくない。

そこで、この実施形態では、表層ビア導体４ａに上面視で重合する内層ビア導体４ｂを、表層ビア導体４ａと積層方向で逆向きのテーパ状に形成し、内層ビア導体４ｂの表面側の横断面積を下層側よりも小さく形成している。このようにすると、内層ビア導体４ｂの周側面を覆う絶縁層２ｂが、表層ビア導体４ａに上面視で重合する内層ビア導体４ｂ，４ｃからの焼成時の押し上げに対する抵抗として機能するため、表層ビア導体４ａの隆起を防止することができる。

なお、上記構成は、一例であり、例えば、表層から３番目の絶縁層２ｃに形成された内層ビア導体４ｃを、表層ビア導体４ａと逆向きのテーパ状に形成してもよく、また、表層ビア導体４ａに重合する内層ビア導体４ｂ，４ｂの両方を、表層ビア導体４ａと逆向きのテーパ状に形成してもよい。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態にかかるセラミック多層基板１ｄについて、図３を参照して説明する。なお、図３はセラミック多層基板１ｄの断面図である。

この実施形態にかかるセラミック多層基板１ｄが、図１を参照して説明した第１実施形態のセラミック多層基板１と異なるところは、図３に示すように、表層ビア導体４ａの最大横断面積が、内層ビア導体４ｂ〜４ｄの最大横断面積よりも小さく形成されていることである。その他の構成は、第１実施形態と同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

この場合、表層ビア導体４ａの横断面の最大径ｗが、内層ビア導体４ｂ〜４ｄの横断面の最大径Ｗよりも小さく形成される（Ｗ＞ｗ）。換言すれば、表層ビア導体４ａの最大横断面積が、内層ビア導体４ｂ〜４ｄよりも小さく形成される。このようにすると、表層ビア導体４ａの狭ピッチ化が容易になる。また、内層ビア導体４ｂ〜４ｄ側の最大横断面積を大きくすることで、例えば、表層ビア導体４ａと内層ビア導体４ｂとを接続する場合に、両者の接続性が向上する。

（表層ビア導体の変形例）
次に、表層ビア導体４ａの変形例について、図４を参照して説明する。なお、図４は、表層ビア導体４ａの変形例を説明するための図であり、表層ビア導体４ａ近傍の拡大断面図である。

図４に示すように、表層ビア導体４ａが、収縮抑制層３ａに形成される部分４ａ１とセラミック層３ｂに形成される部分４ａ２とで拡開の度合が異なる２つのテーパ形状の連続体を成すように形成されていてもよい。このとき、収縮抑制層３ａ側のテーパ形状の拡開度合を、セラミック層３ｂよりも大きく形成する。このようにすると、セラミック多層基板１，１ａ〜１ｄの表面から露出する表層ビア導体４ａの端面の面積を容易に大きくすることができるため、表面実装される部品との接続強度が向上する。

なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、上記した表層ビア導体４ａの変形例では、表層ビア導体４ａを、テーパ状の拡開度合が異なる２つのテーパ形状の連続体として形成して、部品との接続面積を大きくする場合について説明したが、例えば、表層ビア導体４ａと内層ビア導体４ｂとの間でテーパ形状の拡開度合が異なるように形成する構成であってもよい。この場合、表層ビア導体４ａ側のテーパ形状の拡開度合を大きくすることで、容易に部品との接続面積を大きくすることができる。

また、第１、第２実施形態のセラミック多層基板１，１ａの構成を組合わせてもかまわない。つまり、収縮抑制層３ａのアルミナおよびガラス成分それぞれの重量比率を、セラミック層３ｂよりも高くするようにしてもよい。このようにすると、焼成時に表層ビア導体４ａと収縮抑制層３ａとの間に隙間が生じるのを防止する効果がさらに向上する。

また、本発明は、セラミック材料により形成された複数の絶縁層が積層・焼成されて成る種々のセラミック多層基板に適用することができる。

１，１ａ〜１ｄ セラミック多層基板
２ａ〜２ｄ 絶縁層
３ａ 収縮抑制層（第２セラミック層）
３ｂ セラミック層（第１セラミック層）
４ａ 表層ビア導体
４ｂ〜４ｄ 内層ビア導体

Claims (9)

1. セラミック材料により形成された複数の絶縁層が積層・焼成されて成るセラミック多層基板において、
   最表層の前記絶縁層は、第１セラミック層と、該第１セラミック層上に積層された収縮抑制用の第２セラミック層と、前記第１、第２セラミック層を貫通し下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成され、前記第２セラミック層から露出した端面が前記第２セラミック層の表面に実装される部品の端子に直接接続される表層ビア導体とを備え、
   少なくとも前記第２セラミック層は、前記表層ビア導体の熱収縮を抑制または熱収縮に追従する材質を含むことを特徴とするセラミック多層基板。
2. 前記第２セラミック層に含有するアルミナの重量比率が第１セラミック層よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のセラミック多層基板。
3. 前記第２セラミック層に含有するガラス成分の重量比率が、前記第１セラミック層よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のセラミック多層基板。
4. 前記第２セラミック層の焼成時の収縮開始温度が、前記第１セラミック層よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のセラミック多層基板。
5. 前記第１セラミック層と、前記第２セラミック層と、該第１、第２セラミック層を貫通し下層側に向かうに連れて先細りしたテーパ状に形成された内層ビア導体とを備える前記絶縁層が、前記最表層の絶縁層の下方に設けられ、
   少なくとも前記第２セラミック層は、前記表層ビア導体の熱収縮を抑制または熱収縮に追従する材質を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセラミック多層基板。
6. 前記表層ビア導体に含有するガラス成分の重量比率が、前記内層ビア導体よりも低いことを特徴とする請求項５に記載のセラミック多層基板。
7. 前記第１セラミック層と、前記第２セラミック層と、該第１、第２セラミック層を貫通し前記表層ビア導体と積層方向で逆向きのテーパ状に形成された内層ビア導体を備える前記絶縁層が、前記最表層の絶縁層の下方に設けられ、
   前記内層ビア導体が、上面視で前記表層ビア導体に重合して配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のセラミック多層基板。
8. 前記表層ビア導体の最大横断面積が、前記内層ビア導体の最大横断面積よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のセラミック多層基板。
9. 前記表層ビア導体は、前記第１セラミック層に形成される部分と前記第２セラミック層に形成される部分とで拡開の度合が異なる２つのテーパ形状の連続体を成し、
   前記第２セラミック層側の前記テーパ形状の拡開の度合が、前記第１セラミック層側の前記テーパ形状よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のセラミック多層基板。

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