JP3646587B2 - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、両主面上に配線導体が設けられた多層セラミック基板を製造する方法およびこの製造方法によって得られた多層セラミック基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層セラミック基板は、複数の積層されたセラミック層を備えている。このような多層セラミック基板には、種々の形態の配線導体が設けられている。配線導体としては、たとえば、多層セラミック基板の内部において、セラミック層間の特定の界面に沿うように平面状に延びる内部導体膜が形成されたり、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体が形成されたり、また、多層セラミック基板の外表面上において、平面状に延びる外部導体膜が形成されたりしている。
【０００３】
上述した内部導体膜やビアホール導体の一部は、たとえばコンデンサ素子やインダクタ素子のような受動部品を構成するために利用されることがある。また、外部導体膜は、他のチップ状電子部品を実装するために利用されたり、この多層セラミック基板をマザーボード上に実装するために利用されたりしている。
【０００４】
このような多層セラミック基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、多層セラミック基板において、上述したような配線導体を高密度に配置することが有効である。
【０００５】
しかしながら、多層セラミック基板を得るためには、必ず、焼成工程を経なければならないが、このような焼成工程においては、セラミックの焼結による収縮が生じ、このような収縮は多層セラミック基板全体において均一に生じにくく、そのため、配線導体において不所望な変形や歪みがもたらされることがある。このような配線導体において生じる変形や歪みは、上述のような配線導体の高密度化を阻害してしまう。
【０００６】
そこで、多層セラミック基板を製造するにあたって、焼成工程において多層セラミック基板の主面方向での収縮を実質的に生じさせないようにすることができる、いわゆる無収縮プロセスを適用することが提案されている。
【０００７】
この発明にとって興味ある無収縮プロセスによる多層セラミック基板の製造方法が、たとえば、特許第２７８５５４４号または特公平７−４６５４０号公報に開示されている。
【０００８】
この従来技術では、低温焼結セラミック材料を含む複数の基板用グリーンシートおよびこれら基板用グリーンシートに関連して内部配線導体を形成するように付与された導電性ペーストとを備える積層構造物の上下の主面に、低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しないアルミナ等の高温焼結セラミック材料を含むダミーグリーンシートを配置し、これをプレスした後、比較的低温で焼成し、焼成後において、後者のダミーグリーンシートに由来する未焼結層を除去することが行なわれる。
【０００９】
上述した焼成工程では、高温焼結セラミック材料自身は焼結しないため、ダミーグリーンシートでは収縮が実質的に生じず、このダミーグリーンシートによって及ぼされる拘束力によって、基板用グリーンシートを備える積層構造物の主面方向での収縮が抑制され、積層構造物は、厚み方向にのみ実質的に収縮する。
【００１０】
したがって、焼成後において、積層構造物に不均一な変形がもたらされにくくなり、そのため、内部配線導体において不所望な変形や歪みがもたらされにくくすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような解決されるべき問題がある。
【００１２】
まず、ダミーグリーンシートに含まれる高温焼結セラミック材料は焼成工程において、焼結しないが、ダミーグリーンシートと基板用グリーンシートとの界面において、ダミーグリーンシートに含まれる材料と基板用グリーンシートに含まれる材料との間で相互拡散や反応が多かれ少なかれ生じ、得られた多層セラミック基板において、特性の変化や劣化がもたらされることがある。また、特に反応が生じると、ダミーグリーンシートに由来する未焼結層を除去することが困難になる。
【００１３】
このようなことから、ダミーグリーンシートおよび基板用グリーンシートの各々において使用できる材料に制限がある。
【００１４】
また、ダミーグリーンシートに由来する未焼結層の除去にあたっては、サンドブラスト法や水とともにブラッシングする方法、あるいは研磨法が適用されるため、多層セラミック基板の少なくとも一方の主面上に外部導体膜を形成したい場合には、このような外部導体膜を未焼成の積層構造物の段階で形成しておくことができない。その結果、外部導体膜の形成は、焼成工程を終えて、未焼結層を除去した後の積層構造物に対して行なわなければならないため、外部導体膜を形成するための工程が別に必要となる。
【００１５】
また、上述のように、外部導体膜の形成は、焼成後の積層構造物に対して行なわなければならないので、このような外部導体膜と接続されるべきビアホール導体が存在する場合には、外部導体膜とビアホール導体との間での導通不良が発生する可能性がある。
【００１６】
また、上述のような多層セラミック基板を製造する場合、通常、１個の多層セラミック基板毎に取り扱うのではなく、後でカットされることによって複数個の多層セラミック基板となる集合体の状態で取り扱われる。この集合体の寸法は、通常、１０〜２０ｃｍ角というように大きく、全体的に反りやうねりが生じることがある。上述したような外部導体膜をたとえばスクリーン印刷等によって形成する場合、このように反りやうねりが生じていると、外部導体膜のパターンおよび位置に関して高い精度を得ることが困難である。
【００１７】
また、上述した方法は、無収縮プロセスとはいうものの、若干の収縮がもたらされ、そのため、寸法精度に関しては±０．１％程度は許容されなければならない。したがって、配線導体についても、このような許容範囲を考慮しなければならず、このことが、さらなる高密度化を阻害する原因となっている。
【００１８】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、多層セラミック基板の製造方法およびこの製造方法によって得られた多層セラミック基板を提供しようとすることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、上述した技術的課題を解決するため、積層される複数のセラミックグリーンシートと、これらセラミックグリーンシートに関連して内部配線導体を形成するように付与される導電性ペーストと、複数のセラミックグリーンシートからなる生の積層構造物の両主面を覆いかつ生の積層構造物を積層方向に挟むように配置される金属箔とを備える、生の複合積層体を用意する工程と、金属箔によって主面方向での収縮を抑制しながら金属箔を構成する金属の融点より低い温度で生の複合積層体を焼成する工程と、この焼成工程の後、フォトリソグラフィ技術に基づき、金属箔をエッチング処理してパターニングする工程とを備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明において、上述したセラミックグリーンシートは、１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含み、導電性ペーストは、銅または銀を主成分とする導電成分を含み、焼成工程は、１０００℃以下の温度で実施されることが好ましい。
【００２１】
また、この発明において、金属箔として、銅箔が有利に用いられる。
【００２２】
また、この発明において、導電性ペーストによって形成される内部配線導体として、セラミックグリーンシートの特定のものを貫通しかつ金属箔に接するビアホール導体を備えていてもよい。
【００２３】
また、この発明において、金属箔の、生の積層構造物に向く面は、粗面化されることが好ましい。
【００２４】
また、この発明において、金属箔と生の積層構造物との間には、有機バインダおよび／またはガラスペーストが付与されることが好ましい。
【００２５】
この発明は、また、上述したような製造方法によって得られた、多層セラミック基板にも向けられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造方法に含まれるいくつかの工程を順次示す断面図である。図２は、図１に示した工程を経て製造される多層セラミック基板１の外観を示す斜視図である。
【００２７】
まず、図２を参照して、多層セラミック基板１は、複数のセラミック層を積層した構造を有する積層構造物２を備えている。積層構造物２の内部には、図２では図示しないが、内部配線導体が形成されている。内部配線導体としては、セラミック層の間の特定の界面に沿って平面状に延びる内部導体膜があり、また、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体がある。
【００２８】
積層構造物２の図２による上方に向く主面上には、パターニングされた外部導体膜３が形成されている。また、図２では、図示しないが、積層構造物２の下方に向く主面上には、パターニングされた外部導体膜４（図１（７）参照）が形成されている。
【００２９】
このような多層セラミック基板１を製造するため、図２に示すような各工程が順次実施される。
【００３０】
まず、図１（１）に示すように、セラミックグリーンシート５が用意される。セラミックグリーンシート５は、セラミック粉末とバインダと可塑剤と溶剤とを含むスラリーに対して、ドクターブレード法等を適用してシート成形することによって得られるもので、これらを積層するため、複数のセラミックグリーンシート５が用意される。
【００３１】
次に、図１（２）に示すように、特定のセラミックグリーンシート５には、ビアホール導体のための貫通孔６が設けられる。
【００３２】
次に、図１（３）に示すように、導電性ペースト７によって内部配線導体を形成するように、導電性ペーストがスクリーン印刷等によって特定のセラミックグリーンシート５に対して付与され、乾燥される。このように付与された導電性ペースト７は、特定のセラミックグリーンシート５においては内部導体膜８（図１（６）および（７）参照）を形成するものであり、また、特定のセラミックグリーンシート５においては、貫通孔６を充填し、ビアホール導体９（図１（６）および（７）参照）を形成するものであったりする。
【００３３】
上述した導電性ペースト７は、周知のように、導電成分としての導電性金属粉末とバインダと溶剤とを含んでいる。導電成分としては、多層セラミック基板１が用いられる電子機器の高周波化に対応するため、できるだけ低抵抗であることが好ましく、そのため、銀または銅を主成分とする金属が有利に用いられる。
【００３４】
銀を主成分とする金属としては、たとえば、銀単独のもの、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ−Ｐｔ合金等を用いることができ、このような金属を含む場合、後述する焼成工程では、空気中において、８５０〜９５０℃の温度で焼成することが行なわれる。
【００３５】
他方、銅を主成分とする金属としては、たとえば、金属銅、ＣｕＯ、Ｃｕ2 Ｏ等を用いることができ、この場合、後述する焼成工程では、窒素ガス中において９３０〜１０００℃の温度で焼成することが行なわれる。なお、後者の銅を主成分とする金属の場合には、焼成において、還元性雰囲気が適用されるため、導電性ペースト７に含まれる金属としては、銅の酸化物、すなわち、ＣｕＯまたはＣｕ2 Ｏを用いることが多い。
【００３６】
上述した導電性ペースト７における導電成分に関連して、セラミックグリーンシート５に含まれるセラミック粉末としては、１３００〜１５００℃で焼結するＢａＴｉＯ3 やＡｌ2 Ｏ3 のような高温焼結セラミック材料からなるものではなく、たとえば、アルミナとガラスとを５０重量％ずつ混合したガラス−セラミック混合物や、焼成時にガラス成分が生成されて結果的に低温で焼結するセラミック材料からなるものなどのように、１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料からなるものが用いられることが好ましい。
【００３７】
次に、図１（４）に示すように、それぞれ所望の形態をもって導電性ペースト７が付与された複数のセラミックグリーンシート５が所定の順序で積み重ねられるとともに、複数のセラミックグリーンシート５からなる生の積層構造物１０の両主面を覆いかつこの生の積層構造物１０を積層方向に挟むように、金属箔１１および１２がそれぞれ配置され、それによって、生の複合積層体１３が得られる。このとき、生の積層構造物１０の各主面は、それぞれ、金属箔１１および１２によって全面的に覆われるようにすることが好ましい。
【００３８】
金属箔１１および１２を構成する金属は、セラミックグリーンシート５に含まれるセラミックの焼結温度より高い融点を有していて、前述したように、セラミックグリーンシート５が１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含んでいる場合には、金属箔１１および１２として、低抵抗の銅箔が用いられることが好ましい。銅は、また、マイグレーションの問題を引き起こしにくい点でも好ましい。
【００３９】
次に、上述のように、生の積層構造物１０を金属箔１１および１２によって挟んだ構造を有する、生の複合積層体１３は、加熱されながら、積層方向にプレスされ、図１（５）に示すように、セラミックグリーンシート５相互間ならびにセラミックグリーンシート５と金属箔１１および１２の各々との間を密着させることが行なわれる。
【００４０】
この場合、金属箔１１および１２の、生の積層構造物１０に向く面は、粗面化されていることが好ましく、これによって、セラミックグリーンシート５に含まれるバインダおよび可塑剤によるアンカー効果がより大きく発揮されるようになり、互いの接合強度を高めることができる。また、必要に応じて、金属箔１１および１２と生の積層構造物１０との間に、有機バインダおよび／またはガラスペースト等の接合材を塗布してもよい。
【００４１】
次に、生の複合積層体１３が焼成工程に付される。これによって、図１（６）に示すように、金属箔１１および１２によって挟まれた焼結後の積層構造物２が得られる。
【００４２】
より詳細には、上述のような焼成工程を終えたとき、金属箔１１および１２によって挟まれた状態で、生の積層構造物１０は、焼結後の積層構造物２となる。この積層構造物２は、セラミックグリーンシート５に由来する複数のセラミック層を積層した構造を有している。また、積層構造物２の内部においては、導電性ペースト７の焼成によって得られた内部導体膜８およびビアホール導体９が形成されている。ビアホール導体９のいくつかは、金属箔１１または１２に接する状態で形成されている。
【００４３】
また、この焼成工程において、金属箔１１および１２は焼結収縮しないため、これら金属箔１１および１２が、セラミックグリーンシート５ひいては生の積層構造物１０に対して、主面方向での収縮を抑制する拘束力を及ぼすことになる。したがって、焼成工程によって、セラミックグリーンシート５や導電性ペースト７に含まれるバインダや可塑剤のような有機成分は焼失し、セラミックグリーンシート５に含まれるセラミック材料や導電性ペースト７に含まれる金属粉末は焼結するが、この焼結による収縮力は、セラミックグリーンシート５の主面方向には実質的に生じず、厚み方向にのみ実質的に生じる。
【００４４】
また、金属箔１１および１２は、アンカー効果またはセラミックグリーンシート５に含有していたガラス成分、セラミックグリーンシート５から生成されたガラス成分、あるいは生の積層構造物１０との間に塗布されたガラス成分による接着効果によって、焼結後の積層構造物２の各主面に強固に接合した状態となっている。
【００４５】
また、前述したように、導電性ペースト７に含まれる導電成分として銅または銀を主成分とする金属を用い、金属箔１１および１２として銅箔を用いた場合、この焼成工程において、たとえば窒素ガスからなる焼成雰囲気を適用することができる。
【００４６】
次に、図１（７）に示すように、金属箔１１および１２に対して、フォトリソグラフィ技術に基づき、レジスト塗布、露光およびエッチングの各工程が実施され、それによって所望のパターニングが施された外部導体膜３および４が与えられる。
【００４７】
このようにして、図２に示したような外観を有する多層セラミック基板１が完成される。
【００４８】
なお、この得られた多層セラミック基板１に対して、必要に応じて、めっき工程、部品搭載工程、封止工程、ケーシング工程および／または端子取り付け工程等を実施してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、焼成工程におけるセラミックグリーンシートの主面方向での収縮を金属箔によって抑制することができるので、多層セラミック基板の内部に形成される内部配線導体の高密度化を進めることが容易になるとともに、上述のような金属箔が複数のセラミックグリーンシートからなる生の積層構造物の両主面を覆いかつこの生の積層構造物を積層方向に挟むように配置されるので、この金属箔を利用して、多層セラミック基板の両主面に沿って形成されるべき外部導体膜を与えることが可能になる。
【００５０】
また、外部導体膜を形成するため、フォトリソグラフィ技術に基づき、金属箔をエッチング処理してパターニングすることが行なわれるので、外部導体膜の微細化および高密度化を進めることが容易であり、また、従来のように、ダミーグリーンシートに由来する未焼結層を焼成後において除去した上で外部導体膜を形成する必要がないので、外部導体膜の形成のための工程数を少なくすることができる。
【００５１】
また、この発明によれば、金属箔から外部導体膜を作製するとき、フォトリソグラフィ技術を用いるので、一括露光ではなく、部分露光によって歪みを補正する方法を採ることができ、この点でも、外部導体膜の微細化および高密度化を進めることがより容易になる。
【００５２】
また、この発明によれば、ダミーグリーンシートによる収縮抑制効果を利用しないので、ダミーグリーンシートと基板用グリーンシートとの間で不所望な相互拡散や反応が生じるという問題に煩わされることがない。したがって、基板用グリーンシートにおけるセラミック材料の選択の幅を広げることができる。
【００５３】
また、この発明によれば、生の複合積層体の段階で、内部配線導体を形成するように導電性ペーストが付与されていて、また、この導電性ペーストは、必要な箇所において、金属箔と接触する状態となっており、この状態を維持したまま、焼成工程が実施されるので、内部配線導体での接続不良や内部配線導体と金属箔との間での接続不良を生じにくくすることができる。
【００５４】
この発明において、セラミックグリーンシートが１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含み、焼成工程が１０００℃以下の温度で実施されると、導電性ペーストに含まれる導電成分として、銅または銀を主成分とするものを問題なく用いることができるようになり、低抵抗の内部配線導体を実現することができ、得られた多層セラミック基板の高周波特性を良好なものとすることができる。
【００５５】
また、この発明において、金属箔として銅箔が用いられると、低抵抗の外部導体膜を形成することができるようになるとともに、銅にはマイグレーションの問題が少ないため、この点においても、外部導体膜において微細化および高密度化を進めることが容易になる。
【００５６】
また、この発明において、金属箔の、生の積層構造物に向く面が粗面化されたり、金属箔と生の積層構造物との間に有機バインダおよび／またはガラスペーストが付与されたりすると、得られた多層セラミック基板において、金属箔すなわち外部導体膜と積層構造物との間での接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による多層セラミック基板１の製造方法に含まれるいくつかの工程を順次示す図解的断面図である。
【図２】図１に示した製造方法によって得られた多層セラミック基板１の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 多層セラミック基板
２ 積層構造物
３，４ 外部導体膜
５ セラミックグリーンシート
７ 導電性ペースト
８ 内部導体膜
９ ビアホール導体
１０ 生の積層構造物
１１，１２ 金属箔
１３ 生の複合積層体
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、両主面上に配線導体が設けられた多層セラミック基板を製造する方法およびこの製造方法によって得られた多層セラミック基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層セラミック基板は、複数の積層されたセラミック層を備えている。このような多層セラミック基板には、種々の形態の配線導体が設けられている。配線導体としては、たとえば、多層セラミック基板の内部において、セラミック層間の特定の界面に沿うように平面状に延びる内部導体膜が形成されたり、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体が形成されたり、また、多層セラミック基板の外表面上において、平面状に延びる外部導体膜が形成されたりしている。
【０００３】
上述した内部導体膜やビアホール導体の一部は、たとえばコンデンサ素子やインダクタ素子のような受動部品を構成するために利用されることがある。また、外部導体膜は、他のチップ状電子部品を実装するために利用されたり、この多層セラミック基板をマザーボード上に実装するために利用されたりしている。
【０００４】
このような多層セラミック基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、多層セラミック基板において、上述したような配線導体を高密度に配置することが有効である。
【０００５】
しかしながら、多層セラミック基板を得るためには、必ず、焼成工程を経なければならないが、このような焼成工程においては、セラミックの焼結による収縮が生じ、このような収縮は多層セラミック基板全体において均一に生じにくく、そのため、配線導体において不所望な変形や歪みがもたらされることがある。このような配線導体において生じる変形や歪みは、上述のような配線導体の高密度化を阻害してしまう。
【０００６】
そこで、多層セラミック基板を製造するにあたって、焼成工程において多層セラミック基板の主面方向での収縮を実質的に生じさせないようにすることができる、いわゆる無収縮プロセスを適用することが提案されている。
【０００７】
この発明にとって興味ある無収縮プロセスによる多層セラミック基板の製造方法が、たとえば、特許第２７８５５４４号または特公平７−４６５４０号公報に開示されている。
【０００８】
この従来技術では、低温焼結セラミック材料を含む複数の基板用グリーンシートおよびこれら基板用グリーンシートに関連して内部配線導体を形成するように付与された導電性ペーストとを備える積層構造物の上下の主面に、低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しないアルミナ等の高温焼結セラミック材料を含むダミーグリーンシートを配置し、これをプレスした後、比較的低温で焼成し、焼成後において、後者のダミーグリーンシートに由来する未焼結層を除去することが行なわれる。
【０００９】
上述した焼成工程では、高温焼結セラミック材料自身は焼結しないため、ダミーグリーンシートでは収縮が実質的に生じず、このダミーグリーンシートによって及ぼされる拘束力によって、基板用グリーンシートを備える積層構造物の主面方向での収縮が抑制され、積層構造物は、厚み方向にのみ実質的に収縮する。
【００１０】
したがって、焼成後において、積層構造物に不均一な変形がもたらされにくくなり、そのため、内部配線導体において不所望な変形や歪みがもたらされにくくすることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような解決されるべき問題がある。
【００１２】
まず、ダミーグリーンシートに含まれる高温焼結セラミック材料は焼成工程において、焼結しないが、ダミーグリーンシートと基板用グリーンシートとの界面において、ダミーグリーンシートに含まれる材料と基板用グリーンシートに含まれる材料との間で相互拡散や反応が多かれ少なかれ生じ、得られた多層セラミック基板において、特性の変化や劣化がもたらされることがある。また、特に反応が生じると、ダミーグリーンシートに由来する未焼結層を除去することが困難になる。
【００１３】
このようなことから、ダミーグリーンシートおよび基板用グリーンシートの各々において使用できる材料に制限がある。
【００１４】
また、ダミーグリーンシートに由来する未焼結層の除去にあたっては、サンドブラスト法や水とともにブラッシングする方法、あるいは研磨法が適用されるため、多層セラミック基板の少なくとも一方の主面上に外部導体膜を形成したい場合には、このような外部導体膜を未焼成の積層構造物の段階で形成しておくことができない。その結果、外部導体膜の形成は、焼成工程を終えて、未焼結層を除去した後の積層構造物に対して行なわなければならないため、外部導体膜を形成するための工程が別に必要となる。
【００１５】
また、上述のように、外部導体膜の形成は、焼成後の積層構造物に対して行なわなければならないので、このような外部導体膜と接続されるべきビアホール導体が存在する場合には、外部導体膜とビアホール導体との間での導通不良が発生する可能性がある。
【００１６】
また、上述のような多層セラミック基板を製造する場合、通常、１個の多層セラミック基板毎に取り扱うのではなく、後でカットされることによって複数個の多層セラミック基板となる集合体の状態で取り扱われる。この集合体の寸法は、通常、１０〜２０ｃｍ角というように大きく、全体的に反りやうねりが生じることがある。上述したような外部導体膜をたとえばスクリーン印刷等によって形成する場合、このように反りやうねりが生じていると、外部導体膜のパターンおよび位置に関して高い精度を得ることが困難である。
【００１７】
また、上述した方法は、無収縮プロセスとはいうものの、若干の収縮がもたらされ、そのため、寸法精度に関しては±０．１％程度は許容されなければならない。したがって、配線導体についても、このような許容範囲を考慮しなければならず、このことが、さらなる高密度化を阻害する原因となっている。
【００１８】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、多層セラミック基板の製造方法およびこの製造方法によって得られた多層セラミック基板を提供しようとすることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、上述した技術的課題を解決するため、積層される複数のセラミックグリーンシートと、これらセラミックグリーンシートに関連して内部配線導体を形成するように付与される導電性ペーストと、複数のセラミックグリーンシートからなる生の積層構造物の両主面を覆いかつ生の積層構造物を積層方向に挟むように配置される金属箔とを備える、生の複合積層体を用意する工程と、金属箔によって主面方向での収縮を抑制しながら金属箔を構成する金属の融点より低い温度で生の複合積層体を焼成する工程と、この焼成工程の後、フォトリソグラフィ技術に基づき、金属箔をエッチング処理してパターニングする工程とを備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明において、上述したセラミックグリーンシートは、１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含み、導電性ペーストは、銅または銀を主成分とする導電成分を含み、焼成工程は、１０００℃以下の温度で実施されることが好ましい。
【００２１】
また、この発明において、金属箔として、銅箔が有利に用いられる。
【００２２】
また、この発明において、導電性ペーストによって形成される内部配線導体として、セラミックグリーンシートの特定のものを貫通しかつ金属箔に接するビアホール導体を備えていてもよい。
【００２３】
また、この発明において、金属箔の、生の積層構造物に向く面は、粗面化されることが好ましい。
【００２４】
また、この発明において、金属箔と生の積層構造物との間には、有機バインダおよび／またはガラスペーストが付与されることが好ましい。
【００２５】
この発明は、また、上述したような製造方法によって得られた、多層セラミック基板にも向けられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板の製造方法に含まれるいくつかの工程を順次示す断面図である。図２は、図１に示した工程を経て製造される多層セラミック基板１の外観を示す斜視図である。
【００２７】
まず、図２を参照して、多層セラミック基板１は、複数のセラミック層を積層した構造を有する積層構造物２を備えている。積層構造物２の内部には、図２では図示しないが、内部配線導体が形成されている。内部配線導体としては、セラミック層の間の特定の界面に沿って平面状に延びる内部導体膜があり、また、特定のセラミック層を貫通するように延びるビアホール導体がある。
【００２８】
積層構造物２の図２による上方に向く主面上には、パターニングされた外部導体膜３が形成されている。また、図２では、図示しないが、積層構造物２の下方に向く主面上には、パターニングされた外部導体膜４（図１（７）参照）が形成されている。
【００２９】
このような多層セラミック基板１を製造するため、図２に示すような各工程が順次実施される。
【００３０】
まず、図１（１）に示すように、セラミックグリーンシート５が用意される。セラミックグリーンシート５は、セラミック粉末とバインダと可塑剤と溶剤とを含むスラリーに対して、ドクターブレード法等を適用してシート成形することによって得られるもので、これらを積層するため、複数のセラミックグリーンシート５が用意される。
【００３１】
次に、図１（２）に示すように、特定のセラミックグリーンシート５には、ビアホール導体のための貫通孔６が設けられる。
【００３２】
次に、図１（３）に示すように、導電性ペースト７によって内部配線導体を形成するように、導電性ペーストがスクリーン印刷等によって特定のセラミックグリーンシート５に対して付与され、乾燥される。このように付与された導電性ペースト７は、特定のセラミックグリーンシート５においては内部導体膜８（図１（６）および（７）参照）を形成するものであり、また、特定のセラミックグリーンシート５においては、貫通孔６を充填し、ビアホール導体９（図１（６）および（７）参照）を形成するものであったりする。
【００３３】
上述した導電性ペースト７は、周知のように、導電成分としての導電性金属粉末とバインダと溶剤とを含んでいる。導電成分としては、多層セラミック基板１が用いられる電子機器の高周波化に対応するため、できるだけ低抵抗であることが好ましく、そのため、銀または銅を主成分とする金属が有利に用いられる。
【００３４】
銀を主成分とする金属としては、たとえば、銀単独のもの、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ−Ｐｔ合金等を用いることができ、このような金属を含む場合、後述する焼成工程では、空気中において、８５０〜９５０℃の温度で焼成することが行なわれる。
【００３５】
他方、銅を主成分とする金属としては、たとえば、金属銅、ＣｕＯ、Ｃｕ2 Ｏ等を用いることができ、この場合、後述する焼成工程では、窒素ガス中において９３０〜１０００℃の温度で焼成することが行なわれる。なお、後者の銅を主成分とする金属の場合には、焼成において、還元性雰囲気が適用されるため、導電性ペースト７に含まれる金属としては、銅の酸化物、すなわち、ＣｕＯまたはＣｕ2 Ｏを用いることが多い。
【００３６】
上述した導電性ペースト７における導電成分に関連して、セラミックグリーンシート５に含まれるセラミック粉末としては、１３００〜１５００℃で焼結するＢａＴｉＯ3 やＡｌ2 Ｏ3 のような高温焼結セラミック材料からなるものではなく、たとえば、アルミナとガラスとを５０重量％ずつ混合したガラス−セラミック混合物や、焼成時にガラス成分が生成されて結果的に低温で焼結するセラミック材料からなるものなどのように、１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料からなるものが用いられることが好ましい。
【００３７】
次に、図１（４）に示すように、それぞれ所望の形態をもって導電性ペースト７が付与された複数のセラミックグリーンシート５が所定の順序で積み重ねられるとともに、複数のセラミックグリーンシート５からなる生の積層構造物１０の両主面を覆いかつこの生の積層構造物１０を積層方向に挟むように、金属箔１１および１２がそれぞれ配置され、それによって、生の複合積層体１３が得られる。このとき、生の積層構造物１０の各主面は、それぞれ、金属箔１１および１２によって全面的に覆われるようにすることが好ましい。
【００３８】
金属箔１１および１２を構成する金属は、セラミックグリーンシート５に含まれるセラミックの焼結温度より高い融点を有していて、前述したように、セラミックグリーンシート５が１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含んでいる場合には、金属箔１１および１２として、低抵抗の銅箔が用いられることが好ましい。銅は、また、マイグレーションの問題を引き起こしにくい点でも好ましい。
【００３９】
次に、上述のように、生の積層構造物１０を金属箔１１および１２によって挟んだ構造を有する、生の複合積層体１３は、加熱されながら、積層方向にプレスされ、図１（５）に示すように、セラミックグリーンシート５相互間ならびにセラミックグリーンシート５と金属箔１１および１２の各々との間を密着させることが行なわれる。
【００４０】
この場合、金属箔１１および１２の、生の積層構造物１０に向く面は、粗面化されていることが好ましく、これによって、セラミックグリーンシート５に含まれるバインダおよび可塑剤によるアンカー効果がより大きく発揮されるようになり、互いの接合強度を高めることができる。また、必要に応じて、金属箔１１および１２と生の積層構造物１０との間に、有機バインダおよび／またはガラスペースト等の接合材を塗布してもよい。
【００４１】
次に、生の複合積層体１３が焼成工程に付される。これによって、図１（６）に示すように、金属箔１１および１２によって挟まれた焼結後の積層構造物２が得られる。
【００４２】
より詳細には、上述のような焼成工程を終えたとき、金属箔１１および１２によって挟まれた状態で、生の積層構造物１０は、焼結後の積層構造物２となる。この積層構造物２は、セラミックグリーンシート５に由来する複数のセラミック層を積層した構造を有している。また、積層構造物２の内部においては、導電性ペースト７の焼成によって得られた内部導体膜８およびビアホール導体９が形成されている。ビアホール導体９のいくつかは、金属箔１１または１２に接する状態で形成されている。
【００４３】
また、この焼成工程において、金属箔１１および１２は焼結収縮しないため、これら金属箔１１および１２が、セラミックグリーンシート５ひいては生の積層構造物１０に対して、主面方向での収縮を抑制する拘束力を及ぼすことになる。したがって、焼成工程によって、セラミックグリーンシート５や導電性ペースト７に含まれるバインダや可塑剤のような有機成分は焼失し、セラミックグリーンシート５に含まれるセラミック材料や導電性ペースト７に含まれる金属粉末は焼結するが、この焼結による収縮力は、セラミックグリーンシート５の主面方向には実質的に生じず、厚み方向にのみ実質的に生じる。
【００４４】
また、金属箔１１および１２は、アンカー効果またはセラミックグリーンシート５に含有していたガラス成分、セラミックグリーンシート５から生成されたガラス成分、あるいは生の積層構造物１０との間に塗布されたガラス成分による接着効果によって、焼結後の積層構造物２の各主面に強固に接合した状態となっている。
【００４５】
また、前述したように、導電性ペースト７に含まれる導電成分として銅または銀を主成分とする金属を用い、金属箔１１および１２として銅箔を用いた場合、この焼成工程において、たとえば窒素ガスからなる焼成雰囲気を適用することができる。
【００４６】
次に、図１（７）に示すように、金属箔１１および１２に対して、フォトリソグラフィ技術に基づき、レジスト塗布、露光およびエッチングの各工程が実施され、それによって所望のパターニングが施された外部導体膜３および４が与えられる。
【００４７】
このようにして、図２に示したような外観を有する多層セラミック基板１が完成される。
【００４８】
なお、この得られた多層セラミック基板１に対して、必要に応じて、めっき工程、部品搭載工程、封止工程、ケーシング工程および／または端子取り付け工程等を実施してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、焼成工程におけるセラミックグリーンシートの主面方向での収縮を金属箔によって抑制することができるので、多層セラミック基板の内部に形成される内部配線導体の高密度化を進めることが容易になるとともに、上述のような金属箔が複数のセラミックグリーンシートからなる生の積層構造物の両主面を覆いかつこの生の積層構造物を積層方向に挟むように配置されるので、この金属箔を利用して、多層セラミック基板の両主面に沿って形成されるべき外部導体膜を与えることが可能になる。
【００５０】
また、外部導体膜を形成するため、フォトリソグラフィ技術に基づき、金属箔をエッチング処理してパターニングすることが行なわれるので、外部導体膜の微細化および高密度化を進めることが容易であり、また、従来のように、ダミーグリーンシートに由来する未焼結層を焼成後において除去した上で外部導体膜を形成する必要がないので、外部導体膜の形成のための工程数を少なくすることができる。
【００５１】
また、この発明によれば、金属箔から外部導体膜を作製するとき、フォトリソグラフィ技術を用いるので、一括露光ではなく、部分露光によって歪みを補正する方法を採ることができ、この点でも、外部導体膜の微細化および高密度化を進めることがより容易になる。
【００５２】
また、この発明によれば、ダミーグリーンシートによる収縮抑制効果を利用しないので、ダミーグリーンシートと基板用グリーンシートとの間で不所望な相互拡散や反応が生じるという問題に煩わされることがない。したがって、基板用グリーンシートにおけるセラミック材料の選択の幅を広げることができる。
【００５３】
また、この発明によれば、生の複合積層体の段階で、内部配線導体を形成するように導電性ペーストが付与されていて、また、この導電性ペーストは、必要な箇所において、金属箔と接触する状態となっており、この状態を維持したまま、焼成工程が実施されるので、内部配線導体での接続不良や内部配線導体と金属箔との間での接続不良を生じにくくすることができる。
【００５４】
この発明において、セラミックグリーンシートが１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含み、焼成工程が１０００℃以下の温度で実施されると、導電性ペーストに含まれる導電成分として、銅または銀を主成分とするものを問題なく用いることができるようになり、低抵抗の内部配線導体を実現することができ、得られた多層セラミック基板の高周波特性を良好なものとすることができる。
【００５５】
また、この発明において、金属箔として銅箔が用いられると、低抵抗の外部導体膜を形成することができるようになるとともに、銅にはマイグレーションの問題が少ないため、この点においても、外部導体膜において微細化および高密度化を進めることが容易になる。
【００５６】
また、この発明において、金属箔の、生の積層構造物に向く面が粗面化されたり、金属箔と生の積層構造物との間に有機バインダおよび／またはガラスペーストが付与されたりすると、得られた多層セラミック基板において、金属箔すなわち外部導体膜と積層構造物との間での接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による多層セラミック基板１の製造方法に含まれるいくつかの工程を順次示す図解的断面図である。
【図２】図１に示した製造方法によって得られた多層セラミック基板１の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 多層セラミック基板
２ 積層構造物
３，４ 外部導体膜
５ セラミックグリーンシート
７ 導電性ペースト
８ 内部導体膜
９ ビアホール導体
１０ 生の積層構造物
１１，１２ 金属箔
１３ 生の複合積層体
Claims (7)
- 積層される複数のセラミックグリーンシートと、前記セラミックグリーンシートに関連して内部配線導体を形成するように付与される導電性ペーストと、複数の前記セラミックグリーンシートからなる生の積層構造物の両主面を覆いかつ前記生の積層構造物を積層方向に挟むように配置される金属箔とを備える、生の複合積層体を用意する工程と、
前記金属箔によって主面方向での収縮を抑制しながら前記金属箔を構成する金属の融点より低い温度で前記生の複合積層体を焼成する工程と、
前記焼成工程の後、フォトリソグラフィ技術に基づき、前記金属箔をエッチング処理してパターニングする工程と
を備える、多層セラミック基板の製造方法。 - 前記セラミックグリーンシートは、１０００℃以下の温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含み、前記導電性ペーストは、銅または銀を主成分とする導電成分を含み、前記焼成工程は、１０００℃以下の温度で実施される、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 前記金属箔は、銅箔である、請求項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 前記導電性ペーストによって形成される前記内部配線導体は、前記セラミックグリーンシートの特定のものを貫通しかつ前記金属箔に接するビアホール導体を備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 前記金属箔の、前記生の積層構造物に向く面は、粗面化される、請求項１ないし４のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 前記金属箔と前記生の積層構造物との間には、有機バインダおよび／またはガラスペーストが付与される、請求項１ないし５のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の製造方法によって得られた、多層セラミック基板。
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