JP3649246B2 - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、半導体デバイスやチップコンデンサ等を実装するためのセラミック多層基板の製造方法に関する。
背景技術
半導体デバイスやチップコンデンサ等を実装するためのセラミック多層基板を製造するには、基板用セラミックグリーンシートを積層して未焼成のセラミック積層体を作製し、これを焼成することが行われている。しかしながら、未焼成のセラミック積層体をそのまま焼成すると、焼成時に未焼成のセラミック積層体が収縮し、寸法誤差が生じてしまう。
そこで、たとえば、特開平４−２４３９７８号公報に記載されているように、未焼成のセラミック積層体の両主面に未焼成のセラミック積層体の焼成温度では焼結しない収縮抑制用セラミックグリーンシートを配置し、未焼成のセラミック積層体の焼結温度より高く、かつ収縮抑制用セラミックグリーンシートの焼結温度より低い温度で焼成した後、収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去することが行われている。
収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する具体的な方法として、ＷＯ９９／５６５１０号公報に記載されている方法が知られている。ここでは、第１の方法として、圧縮空気とともにセラミック粉末を吹き付ける方法、第２の方法として、圧縮空気とともに水を吹き付ける方法、第３の方法として、圧縮空気とともにセラミック粉末および水とを混合したものを吹き付ける方法が挙げられている。
しかしながら、上記の第１、２、３の各方法を個別的に用いると、以下のような問題が生じる。
まず、第１の方法では、セラミック粉末の吹き付けスポットが小さいため、グリーンシートの除去処理能力が低く、また処理範囲に関する位置精度も高くないため、処理むらが発生する可能性がある。その結果、収縮抑制用セラミックグリーンシートを均一に除去することが困難となる。さらに、吹き付けられるセラミック粉末および除去された収縮抑制用セラミックグリーンシートの粉末を集塵するための装置が大型となり、大規模な設備が必要となるためコストが高くなる。
次に、第２の方法を用いると、収縮抑制用セラミックグリーンシートの大半を除去することが可能である。しかし、この方法では、次のような場合に収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去できないことがある。つまり、未焼成のセラミック積層体にガラスが含まれている場合には、焼成により、未焼成のセラミック積層体のガラス成分と収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック成分とが結合し、反応層が生じることがある。圧縮空気とともに水を吹き付けるだけでは、このような反応層は十分に除去できない。
さらに、第３の方法によると、圧縮空気とともにセラミック粉末を吹き付ける方法に比べて、グリーンシートを均一に除去することができる。また、圧縮空気とともに水のみを吹き付ける方法に比べて、その除去能力は高い。しかしながら、この方法においては、吹き付けられるセラミック粉末を再利用するためには、吹き付けられるセラミック粉末として、収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末と平均粒径が近いもの、あるいは同等のものを使用する必要がある。なぜなら、吹き付けられるセラミック粉末の粒径が収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末の粒径より大きいと、収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末をフィルターにて除去することが困難となり、使用時間の経過に従い、吹き付けられるセラミック粉末の平均粒径が変化するからである。この結果、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去状態が変化するため、均一な処理が困難となる。逆に、吹き付けられるセラミック粉末が収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末の粒径より小さい場合、フィルターで収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末を取り除くことはできる。しかし、極端に平均粒径の違うセラミック粉末を使用しないと、吹き付けられるセラミック粉末の一部もフィルターにより除去されることになり、使用時間の経過に従い、吹き付けられるセラミック粉末の平均粒径が変化する。この結果、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去状態が変化するため、均一な処理が困難となる。
本発明は、上述した従来の状況に鑑みてなされたものであり、収縮抑制用セラミックグリーンシートを利用してセラミック多層基板を製造するに際し、収縮抑制用セラミックグリーンシートを均一に除去することができる方法を提供することを目的としている。
発明の開示
すなわち、本発明は、複数の基板用セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体と、前記未焼成のセラミック積層体の少なくとも一方主面に配置され、前記未焼成のセラミック積層体の焼成温度では実質的に焼結しない収縮抑制用セラミックグリーンシートと、からなる複合積層体を準備する工程と、前記複合積層体を、前記未焼成のセラミック積層体が焼結する温度であって、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートが焼結する温度より低い温度で焼成する工程と、焼成後の前記複合積層体から、焼成工程を経た収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程と、を備えるセラミック多層基板の製造方法であって、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程は、前記焼成工程を経た前記複合積層体の主面上の収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物（特に水）および圧縮ガス（特に圧縮空気）を吹き付ける第１除去工程と、前記第１除去工程を経た前記セラミック多層基板の前記主面に、セラミック粉末、液状物（特に水）および圧縮ガス（特に圧縮空気）を吹き付ける第２除去工程と、を備えるセラミック多層基板の製造方法を提供するものである。
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、前記第１除去工程、前記第２除去工程に続く第３除去工程として、前記セラミック多層基板を超音波洗浄する工程をさらに備えるものであることが望ましい。あるいは、前記第１除去工程、前記第２除去工程に続く第３除去工程として、前記セラミック多層基板の主面に、液状物（特に水）および圧縮ガス（特に空気）を吹き付ける工程をさらに備えるものであることが望ましい。
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法によれば、収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第１除去工程によって、主に収縮抑制用セラミックグリーンシートのうちセラミック多層基板のガラス成分と反応していない部分を除去することができ、次いで、セラミック粉末、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第２除去工程によって、第１除去工程で除去しきれなかった残留物の大半を除去することができる。さらに、超音波洗浄を行なう、あるいは、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第３除去工程によって、第２除去工程で除去しきれなかった残留物、および第２除去工程で吹き付けられたセラミック粉末を除去することができる。これによって、収縮抑制用セラミックグリーンシートを均一に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明にかかるセラミック多層基板を示す概略断面図である。
図２は、本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法を示す概略工程図である。
図３は、本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法を示す概略工程図である。
図４は、本発明にかかるセラミック多層基板上のくし歯型電極を示す概略断面図である。
図５は、セラミック多層基板上の電極におけるマイグレーションを示す模式図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を望ましい実施形態にしたがって説明する。
（第１の実施形態）
１．複合積層体を作製し、焼成する工程
図１に示すように、複合積層体１は、複数の基板用セラミックグリーンシート２および導体層３を積層してなる未焼成のセラミック積層体４の両主面に、収縮抑制用セラミックグリーンシート５を積層、圧着したものである。また、複合積層体１の内部にはビア導体６が形成され、高さ位置の異なる導体層３を接続している。なお、収縮抑制用セラミックグリーンシート５は、一方主面にのみ設けられていてもよい。
基板用セラミックグリーンシート２は、たとえば、セラミック粉末にバインダー、可塑剤および溶剤を加えて、ボールミルやアトラクターなどで混合してスラリーとし、そのスラリーをドクターブレード法などの方法により２５〜２００μｍ程度のシート状に成形したものを用いることができる。
基板用セラミックグリーンシートに用いられるセラミック粉末としては、いわゆるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-Fired Ceramio）粉末を使用することができる。たとえば、結晶化温度６００〜１０００℃の結晶化ガラス、あるいはその結晶化ガラスにアルミナ、ジルコン、ムライト、コージェライト、アノーサイト、シリカなどのセラミックフィラーを添加したものを用いることができる。また、バインダーとしては、たとえば、ポリビニルブチラール、メタアクリルポリマー、およびアクリルポリマーなどを用いることができる。可塑剤としては、たとえば、フタル酸の誘導体などを用いることができる。溶剤としては、たとえば、アルコール類、ケトン類および塩素系有機溶剤などを用いることができる。
導体層３は、いわゆる表面導体層および内部導体層を含むものであり、たとえば、Ａｇ、Ｃｕなどの金属粉末を含む導体ペーストを、スクリーン印刷により基板用セラミックグリーンシート２上に印刷することにより形成される。また、複合積層体１に備えられるビア導体６は、たとえば、基板用セラミックグリーンシート２に設けられたビアホールに、前記導体ペーストを充填することにより形成される。
収縮抑制用セラミックグリーンシート５は、基板用セラミックグリーンシート２と同様の製造方法により作製される。ただし、その焼結温度は、基板用セラミックグリーンシート２が焼結する温度より高いものである。たとえば、基板用セラミックグリーンシート２としてその焼結温度が１１００℃以下のものを用いる場合には、収縮抑制用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、たとえばアルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化マグネシウム、炭化ケイ素などを用いることができる。これらのセラミック粉末の平均粒径は０．５〜４μｍが好適である。粒径が粗いと、基板用セラミックグリーンシートに対する収縮制御力が弱くなることがあり、また、得られるセラミック多層基板の表面が粗くなることがある。
なお、未焼成のセラミック積層体４の両主面に、収縮抑制用セラミックグリーンシート５を両側から加圧密着させる際、加圧密着させる圧力は１０〜２００ＭＰａ、温度は４０℃〜９０℃であることが好ましい。
次に、複合積層体１を焼成し、両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシート５を備えたセラミック多層基板を作製する。このときの焼成温度は、未焼成のセラミック積層体４、すなわち基板用セラミックグリーンシートが焼結する温度であって、かつ、収縮抑制用セラミックグリーンシート５の焼結温度より低い温度である必要がある。すなわち、収縮抑制用セラミックグリーンシートは焼成時に焼結しない、つまり、収縮抑制用セラミックグリーンシートは焼成収縮しないので、セラミック積層体の平面方向への収縮が抑制される。これは、焼成時にセラミック積層体から染み出てきたガラス成分と収縮抑制用セラミックグリーンシートとが反応し、その界面で反応層が形成されることによるものと考えられる。したがって、セラミック積層体に設けられた導体パターンは、焼成処理を経ても、その位置精度が保持され、また、その断線が生じにくい。
２．第１除去工程
次に、複合積層体を焼成した後、収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物を圧縮ガスとともに吹き付ける。なお、この時点で、収縮抑制用セラミックグリーンシートは、バインダー等の有機成分が焼失しており、ポーラスな状態となっている。ここで、液状物としては、酸性水溶液、アルカリ水溶液、有機溶剤なども使用できるが、耐環境性やコスト効率を考慮すると、特に水が望ましい。また、圧縮ガスとしては、窒素ガスなども使用できるが、コスト効率を考慮すると、特に圧縮空気が望ましい。
液状物を圧縮ガスとともに吹き付ける方法としては、たとえば、図２に示すように、ブラストノズルを用いた方法が挙げられる。すなわち、まず、支持台７に焼成工程を経たセラミック多層基板２４を載置する。次に、セラミック多層基板２４の一方主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシート２５に封入物８（ここでは水）を圧縮ガス９で加速しながら吹き付ける。この際、ブラストノズルの吐き出し口であるノズル１０からは、水８および圧縮ガス９の混合体１１が吐き出される。次に、ノズル１０を図中矢印Ａ方向に順次走査しながら、連続して混合体１１を吹き付ける。
この際、圧縮ガスの圧力は１４７〜５３９ｋＰａが望ましい。１４７ｋＰａ以下で処理すると、吹き付け圧力が低すぎて、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣り、生産性の低下につながる。逆に、５３９ｋＰａ以上で処理すると、圧力によりノズル１０の劣化が早まり、また圧縮ガス９の消費量が多くなり、ランニングコストが高くなるとともに、セラミック多層基板２４を損傷することがある。ここで、圧縮ガスの圧力とは、吹き付け前の配管内での圧力である。
なお、第１除去工程を実施すると、混合体１１の圧力により、収縮抑制用セラミックグリーンシート２５のうち、主に、セラミック多層基板２４のガラス成分と反応していない部分が除去される。この結果、第１除去工程を経た段階においては、セラミック多層基板２４の両主面には、主に、収縮抑制用セラミックグリーンシート２５とセラミック多層基板２４のガラス成分とが反応した反応層が残留物として残る。また、セラミック多層基板２４のガラス成分と反応していない収縮抑制用セラミックグリーンシート２５の未反応部分が、第１除去工程において除去されず、残留物として残ることもある。なお、図２においては、収縮抑制用セラミックグリーンシート２５が除去された状態が誇張されて図示されており、収縮用セラミックグリーンシート２５の残留物は図示されていない。
この第１除去工程にて回収される粉末は、実質的に収縮抑制用セラミックグリーンシートによるセラミック粉末だけなので、これを効率良く回収し、特に収縮抑制用セラミックグリーンシートに用いられるセラミック粉末として、再利用することができる。
３．第２除去工程
次に、第１除去工程を経たセラミック多層基板の両主面に、圧縮ガスとともにセラミック粉末および液状物を吹き付ける。この方法としては、たとえば、第１除去工程の説明箇所で示した方法と同様に、ブラストノズルを用いて吹き付ける方法が挙げられる。図２において、封入物８としてセラミック粉末と水の混合物が注入され、ノズル１０からはセラミック粉末、水および圧縮空気の混合体が吐き出される。ここでも、液状物としては、酸性水溶液、アルカリ水溶液、有機溶剤なども使用できるが、耐環境性やコスト効率を考慮すると、特に水が望ましい。圧縮ガスとしては、窒素ガスなども使用できるが、コスト効率を考慮すると、特に圧縮空気が望ましい。
この際の圧縮ガスの圧力は９８〜３４３ｋＰａが望ましい。９８ｋＰａ以下で処理すると、吹き付け圧力が低すぎて、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣り、生産性の低下につながる。３４３ｋＰａ以上で処理すると、表面導体層とセラミック多層基板との界面にクラックが発生しやすい状況となり、導体層と複合積層体との接着強度の低下を招き、めっき工程において導体層の剥離などの不具合を生じることがある。また、このときの圧力は、第１除去工程時の圧力よりも小さいことが望まれる。すなわち、第２除去工程では、セラミック粉末を砥粒として使用しているため、ここでの圧縮空気の圧力が第１除去工程時の圧力よりも大きいと、セラミック多層基板の表面性、特に、セラミック多層基板の表面導体層の表面性を劣化させることがある。
また、吹き付けられるセラミック粉末の平均粒径は９．５〜４０μｍが望ましい。平均粒径が９．５μｍより小さいセラミック粉末を使用すると、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣るため、生産性の低下につながることがある。逆に、平均粒径が４０μｍより大きいセラミック粉末を使用すると、吹き付け時の衝突力が大きく、導体層と複合積層体との界面にクラックが発生しやすい状況となり、接着強度の低下を招き、めっき工程での導体層の剥離などの不具合を生じることがある。さらに、粒径が大きいために、特に配線の間隔が狭い部分の処理が不均一となりやすいなどの問題も発生する。
第２除去工程を実施して、液状物（特に水）、セラミック粉末および圧縮ガス（特に圧縮空気）の物理的作用により、セラミック多層基板の両主面のうち、第１除去工程で除去しきれなかった微量の残留物の大半が除去される。なお、この第２除去工程にて回収される粉末は、実質的に、水とともに吹き付けられたセラミック粉末だけなので、これを効率良く回収し、特に吹き付けるためのセラミック粉末として再利用することができる。
４．第３除去工程
次に、第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板を超音波洗浄する。
この工程では、図３に示すように、洗浄槽１２に洗浄液１３を入れ、洗浄槽１２中に備えられた洗浄カゴ１４に被洗浄物であるセラミック多層基板２４を入れ、超音波発振器１５に接続されている超音波振動子１６を使用して洗浄液１３中に超音波を照射する。なお、洗浄液としては、メチレンクロライド水溶液やトリクロロエチレン水溶液等が挙げられる。
この際、セラミック多層基板２４は洗浄カゴ１４に立てて収納するほうが、両面同時に処理することができるため望ましい。この工程では、第１、第２除去工程で除去しきれなかった残留物、および第２除去工程で吹き付けらて表面に残留したセラミック粉末が除去される。
超音波洗浄を行う際の振動子周波数は４０〜１００ＫＨｚが望ましい。４０ＫＨｚ以下で処理すると、キャビテーション力が強いため、処理中の基板の振れが大きくなり、薄い基板になると基板が割れてしまう場合がある。また、振動子発振部分に近い部分では導体層へのダメージも大きく、導体層が破壊されることもある。さらに、キャビテーション力が強くなると、セラミック層および導体層のポーラスな部分に入り込んでしまったセラミック粉末の除去能力が低下し、これが原因となり、めっきの不均一性や異常析出といった問題が生じることがある。１００ＫＨｚ以上で処理すると、キャビテーション力が極端に弱くなり、セラミック多層基板の表面に残留したセラミック粉末（吹き付けられたセラミック粉末）等の除去効果が弱くなり、生産性の低下につながることがある。
また、超音波振動子の単位面積あたりの出力は０．２〜２．０Ｗ／ｃｍ2であることが望ましい。０．２Ｗ／ｃｍ2以下で処理すると、セラミック多層基板の表面に残留したセラミック粉末（吹き付けられたセラミック粉末）等の除去効果が弱くなり、生産性の低下につながることがある。逆に２．０Ｗ／ｃｍ2以上で処理すると、処理中の基板の振れが大きくなり、薄い基板になると割れてしまう場合がある。また、振動子発振部分に近い部分では導体層へのダメージも大きく、導体層が破壊されてしまう場合もある。さらに、セラミック層および導体層のポーラス部分に入り込んだセラミック粉末の除去能力が低下し、これが原因となり、めっきの不均一性や異常析出といった問題が生じることがある。
超音波洗浄を実施して、キャビテーションの物理的作用と洗浄剤の化学的作用により、セラミック多層基板２４の主面上において、第２除去工程で除去しきれなかった残留物、および第２除去工程で吹き付けられたセラミック粉末が除去される。
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態と同様に、両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシートを備えた複合積層体を作製し、第１、第２除去工程を実施する。
４’．第３除去工程
第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板に、液状物を圧縮ガスとともに吹き付ける。この方法としては、実施形態１の第１除去工程において行われたブラストノズルを用いた方法が挙げられる。ここでも、液状物としては、酸性水溶液、アルカリ水溶液、有機溶剤などを使用できるが、耐環境性やコスト効率を考慮すると、特に水が望ましい。圧縮ガスとしては、窒素ガスなども使用できるが、コスト効率を考慮すると、特に圧縮空気が望ましい。
この際、圧縮ガスの圧力は１４７〜５３９ｋＰａが望ましい。１４７ｋＰａ以下で処理すると、吹き付け圧力が低すぎて、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣り、生産性の低下につながる。逆に、５３９ｋＰａ以上で処理すると、圧力によりノズル１０の劣化が早まり、また圧縮ガス９の消費量が多くなり、ランニングコストが高くなるとともに、セラミック多層基板２４を損傷することがある。また、このときの圧力は、第２除去工程時の圧力よりも大きいとが望まれる。すなわち、ここでの圧縮空気の圧力が第２除去工程時の圧力よりも小さいと、第２除去工程時にセラミック多層基板の表面にめり込んだセラミック粉末（吹き付けられたセラミック粉末）を除去することが難しくなる。
実施例
以下、本発明を具体的な実施例に基づき説明する。
（実施例１）
まず、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＣａＯを含む結晶化ガラス粉末と、アルミナ粉末とを等重量比率で混合した混合粉末１００重量部に、ポリビニルブチラール１５重量部、イソプロピルアルコール４０重量部、およびトロール２０重量部を加え、ボールミルで２４時間混合してスラリーとした。このスラリーをドクターブレード法により、厚さ１２０μｍのセラミックグリーンシートを作製し、基板用セラミックグリーンシートを作製した。
次に、所定の位置にＡｇペーストをスクリーン印刷することにより、前記基板用セラミックグリーンシートに塗布し、くし歯型電極を形成した。図４を示すように、くし歯型電極１７は、第１の端子１８に形成された第１の電極指１８ａと第２の端子１９に形成された第２の電極指１９ａとが基板用セラミックグリーンシート２上で対向するように形成されたものであり、第１の電極指１８ａと第２の電極指１９ａの幅は１００μｍ、第１の電極指１８ａ、第２の電極指１９ａ間の間隔は１００μｍである。
次に、平均粒径１．８μｍのアルミナ粉末１００重量部に、ポリビニルブチラール１５重量部、イソプロピルアルコール４０重量部、およびトロール２０重量部を加え、ボールミルで２４時間混合してスラリーとした。このスラリーをドクターブレード法により、厚さ１２０μｍのセラミックグリーンシートを作製し、収縮抑制用セラミックグリーンシートを作製した。
次に、基板用セラミックグリーンシートを６枚、基板用セラミックグリーンシートの両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシートをそれぞれ１枚づつ積層し、圧力１５０ＭＰａ、温度６０℃で加圧圧着し、複合積層体を作製した。
次に、方向における単位長さあたりの反り量が０．０５％以下の平坦度を有する気孔率７０％のアルミナ基板よりなるトレー上に置き、温度６００℃で３時間加熱した後、温度９００℃で１時間加圧することによって、基板用セラミックグリーンシートを焼結させた。
次に、第１除去工程として、セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートに、水を表１に示した１４７〜５３９ｋＰａの各圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。
次に、第２除去工程として、第１除去工程を経たセラミック多層基板上の残留物に、水および表１に示した平均粒径９．５〜４０μｍの各アルミナ粉末を９８〜３４３ｋＰａの各圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。
次に、第３除去工程として、第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板に、表１に示した超音波振動子周波数４０〜１００ｋＨｚ、超音波振動子の単位あたりの出力０．２〜２．０Ｗ／ｃｍ2で３００秒間超音波洗浄を行った。
以上の工程を経て、試料番号１〜８のセラミック多層基板を作製した。
（比較例１）
実施例１における作製条件と同様の条件で、複合積層体を作製、焼成した後、第２除去工程を経ないで、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。すなわち、第１除去工程として、セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートに、水を５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、超音波振動子周波数４０ＫＨｚ、超音波振動子の単位面積あたりの出力０．２／ｃｍ2で３００秒間超音波洗浄を行った。以上の工程を経て、比較例１のセラミック多層基板を作製した。
（比較例２）
実施例１と条件で複合積層体を作製、焼成して、２０個の試料を準備した。この２０個の試料について、第１除去工程を経ないで、第２および第３除去工程を実施して、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。第２除去工程として、前記セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートの両主面に、水と平均粒径９．５μｍのアルミナ粉を９８ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、２０個の基板を超音波振動子周波数４０ＫＨｚ、超音波振動子の単位面積あたりの出力０．２／ｃｍ2で３００秒間超音波洗浄を行った。２０個の試料について、第２、第３の除去工程を１個目から２０個目まで１個ずつ順番に実施した。以上の工程を経て、比較例２ａ（１個目）のセラミック多層基板、比較例２ｂ（２０個目）のセラミック多層基板を作製した。
実施例１、比較例１、２において作製された各セラミック多層基板の各試料（試料番号１〜８、比較例１、比較例２ａ、２ｂ）の外観について、除去むらのないものを○、除去むらのあるものを×として、表１に示す。
次に、各セラミック多層基板の各試料に、パラジウム触媒を付与し、その後洗浄してくし歯型電極部にパラジウムの触媒核を形成し、その後無電解ニッケルめっき処理を行うことにより、くし歯型電極部にニッケルめっきを施した。くし歯型電極に８５℃・８５％ＲＨの条件下で１０００時間５０Ｖの電圧を印加し、絶縁抵抗の測定を行った。その測定結果を表１に示す。
（実施例２）
前記実施例１と同様に、両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシートを備えたセラミック多層基板を作製し、表２に示した条件で、第１、第２除去工程を実施した。
次に、第３除去工程として、第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板に、表２に示した水を１４７〜５３９ｋＰａの各圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。
以上の工程を経て、表２に示す試料番号９〜１４のセラミック多層基板を作製した。
（比較例３）
前記実施例２の説明箇所で挙げた作製条件と同様の条件に従い、複合積層体を作製、焼成した後、第２除去工程を経ないで、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。すなわち、第１除去工程として、セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートに、水を５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、水を１４７〜５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。以上の工程を経て、比較例３のセラミック多層基板を作製した。
（比較例４）
前記実施例２の説明箇所で挙げた作製条件と同様の条件に従い、複合積層体を作製、焼成して、２０個の試料を準備した。この２０個の試料について、第１除去工程を経ないで、第２、第３除去工程を実施して、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。第２除去工程として、前記セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートの両主面に、水と平均粒径９．５μｍのアルミナ粉を９８ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、２０個の基板に水を１４７〜５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。２０個の試料について、第２、第３の除去工程を１個目から２０個目まで１個ずつ順番に実施した。以上の工程を経て、比較例４ａ（１個目）のセラミック多層基板、比較例４ｂ（２０個目）のセラミック多層基板を作製した。
上記実施例２、比較例３、４において作製された各セラミック多層基板の各試料（試料番号９〜１４、比較例３、比較例４ａ、４ｂ）の外観について、除去むらのないものを○、除去むらのあるものを×として、表２に示す。
次に、各セラミック多層基板の各試料に、パラジウム触媒を付与し、その後洗浄してくし歯型電極部にパラジウムの触媒核を形成し、その後無電解ニッケルめっき処理を行うことにより、くし歯型電極部にニッケルめっきを施した。くし歯型電極に８５℃・８５％ＲＨの条件下で１０００時間５０Ｖの電圧を印加し、絶縁抵抗の測定を行った。その測定結果を表２に示す。
以上のように、本実施例によれば、収縮抑制用セラミックグリーンシートをむらなく除去することができ、かつ、良好な絶縁抵抗値を維持することができた。
一方、比較例１においては、除去むらの外観があり、絶縁抵抗値は、ＬｏｇＩＲが５以下となった。
比較例２においては、１個目のセラミック多層基板については除去むらの外観はなかったが、２０個目のセラミック多層基板については除去むらの外観がみられ、絶縁抵抗値は、１個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが９以上となったが、２０個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが５以下となった。すなわち、第２除去工程を繰り返すことにより、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去能力が低下することが明らかになった。
比較例３においては、除去むらの外観があり、絶縁抵抗値は、ＬｏｇＩＲが５以下となった。
比較例４においては、１個目のセラミック多層基板については除去むらの外観はなかったが、２０個目のセラミック多層基板については除去むらの外観がみられ、絶縁抵抗値は、１個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが９以上となったが、２０個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが５以下となった。すなわち、第２除去工程を繰り返すことにより収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去能力が低下することが明らかになった。
比較例１、３および比較例２、４の２０個目のセラミック多層基板について絶縁抵抗値が低下したのは以下の理由による。図５に示すように、セラミック多層基板３４の表面に収縮抑制用セラミックグリーンシートの残留物２０が存在するため、くし歯型電極の電極１７の端面１７ａに収縮抑制用セラミックグリーンシートの残留物２０に覆われる部分ができる。その結果、くり歯型電極の電極１７の端面１７ａにニッケルめっき２１が施されない部分が生じる。残留物２０はポーラスであるため、めっき２１が施されない部分でＡｇのマイグレーションが矢印方向に発生し、その結果、絶縁抵抗値が低下する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、寸法精度の高いセラミック多層基板を効率良く製造するのに適している。
本発明は、半導体デバイスやチップコンデンサ等を実装するためのセラミック多層基板の製造方法に関する。
背景技術
半導体デバイスやチップコンデンサ等を実装するためのセラミック多層基板を製造するには、基板用セラミックグリーンシートを積層して未焼成のセラミック積層体を作製し、これを焼成することが行われている。しかしながら、未焼成のセラミック積層体をそのまま焼成すると、焼成時に未焼成のセラミック積層体が収縮し、寸法誤差が生じてしまう。
そこで、たとえば、特開平４−２４３９７８号公報に記載されているように、未焼成のセラミック積層体の両主面に未焼成のセラミック積層体の焼成温度では焼結しない収縮抑制用セラミックグリーンシートを配置し、未焼成のセラミック積層体の焼結温度より高く、かつ収縮抑制用セラミックグリーンシートの焼結温度より低い温度で焼成した後、収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去することが行われている。
収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する具体的な方法として、ＷＯ９９／５６５１０号公報に記載されている方法が知られている。ここでは、第１の方法として、圧縮空気とともにセラミック粉末を吹き付ける方法、第２の方法として、圧縮空気とともに水を吹き付ける方法、第３の方法として、圧縮空気とともにセラミック粉末および水とを混合したものを吹き付ける方法が挙げられている。
しかしながら、上記の第１、２、３の各方法を個別的に用いると、以下のような問題が生じる。
まず、第１の方法では、セラミック粉末の吹き付けスポットが小さいため、グリーンシートの除去処理能力が低く、また処理範囲に関する位置精度も高くないため、処理むらが発生する可能性がある。その結果、収縮抑制用セラミックグリーンシートを均一に除去することが困難となる。さらに、吹き付けられるセラミック粉末および除去された収縮抑制用セラミックグリーンシートの粉末を集塵するための装置が大型となり、大規模な設備が必要となるためコストが高くなる。
次に、第２の方法を用いると、収縮抑制用セラミックグリーンシートの大半を除去することが可能である。しかし、この方法では、次のような場合に収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去できないことがある。つまり、未焼成のセラミック積層体にガラスが含まれている場合には、焼成により、未焼成のセラミック積層体のガラス成分と収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック成分とが結合し、反応層が生じることがある。圧縮空気とともに水を吹き付けるだけでは、このような反応層は十分に除去できない。
さらに、第３の方法によると、圧縮空気とともにセラミック粉末を吹き付ける方法に比べて、グリーンシートを均一に除去することができる。また、圧縮空気とともに水のみを吹き付ける方法に比べて、その除去能力は高い。しかしながら、この方法においては、吹き付けられるセラミック粉末を再利用するためには、吹き付けられるセラミック粉末として、収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末と平均粒径が近いもの、あるいは同等のものを使用する必要がある。なぜなら、吹き付けられるセラミック粉末の粒径が収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末の粒径より大きいと、収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末をフィルターにて除去することが困難となり、使用時間の経過に従い、吹き付けられるセラミック粉末の平均粒径が変化するからである。この結果、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去状態が変化するため、均一な処理が困難となる。逆に、吹き付けられるセラミック粉末が収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末の粒径より小さい場合、フィルターで収縮抑制用セラミックグリーンシートのセラミック粉末を取り除くことはできる。しかし、極端に平均粒径の違うセラミック粉末を使用しないと、吹き付けられるセラミック粉末の一部もフィルターにより除去されることになり、使用時間の経過に従い、吹き付けられるセラミック粉末の平均粒径が変化する。この結果、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去状態が変化するため、均一な処理が困難となる。
本発明は、上述した従来の状況に鑑みてなされたものであり、収縮抑制用セラミックグリーンシートを利用してセラミック多層基板を製造するに際し、収縮抑制用セラミックグリーンシートを均一に除去することができる方法を提供することを目的としている。
発明の開示
すなわち、本発明は、複数の基板用セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体と、前記未焼成のセラミック積層体の少なくとも一方主面に配置され、前記未焼成のセラミック積層体の焼成温度では実質的に焼結しない収縮抑制用セラミックグリーンシートと、からなる複合積層体を準備する工程と、前記複合積層体を、前記未焼成のセラミック積層体が焼結する温度であって、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートが焼結する温度より低い温度で焼成する工程と、焼成後の前記複合積層体から、焼成工程を経た収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程と、を備えるセラミック多層基板の製造方法であって、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程は、前記焼成工程を経た前記複合積層体の主面上の収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物（特に水）および圧縮ガス（特に圧縮空気）を吹き付ける第１除去工程と、前記第１除去工程を経た前記セラミック多層基板の前記主面に、セラミック粉末、液状物（特に水）および圧縮ガス（特に圧縮空気）を吹き付ける第２除去工程と、を備えるセラミック多層基板の製造方法を提供するものである。
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、前記第１除去工程、前記第２除去工程に続く第３除去工程として、前記セラミック多層基板を超音波洗浄する工程をさらに備えるものであることが望ましい。あるいは、前記第１除去工程、前記第２除去工程に続く第３除去工程として、前記セラミック多層基板の主面に、液状物（特に水）および圧縮ガス（特に空気）を吹き付ける工程をさらに備えるものであることが望ましい。
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法によれば、収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第１除去工程によって、主に収縮抑制用セラミックグリーンシートのうちセラミック多層基板のガラス成分と反応していない部分を除去することができ、次いで、セラミック粉末、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第２除去工程によって、第１除去工程で除去しきれなかった残留物の大半を除去することができる。さらに、超音波洗浄を行なう、あるいは、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第３除去工程によって、第２除去工程で除去しきれなかった残留物、および第２除去工程で吹き付けられたセラミック粉末を除去することができる。これによって、収縮抑制用セラミックグリーンシートを均一に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明にかかるセラミック多層基板を示す概略断面図である。
図２は、本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法を示す概略工程図である。
図３は、本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法を示す概略工程図である。
図４は、本発明にかかるセラミック多層基板上のくし歯型電極を示す概略断面図である。
図５は、セラミック多層基板上の電極におけるマイグレーションを示す模式図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を望ましい実施形態にしたがって説明する。
（第１の実施形態）
１．複合積層体を作製し、焼成する工程
図１に示すように、複合積層体１は、複数の基板用セラミックグリーンシート２および導体層３を積層してなる未焼成のセラミック積層体４の両主面に、収縮抑制用セラミックグリーンシート５を積層、圧着したものである。また、複合積層体１の内部にはビア導体６が形成され、高さ位置の異なる導体層３を接続している。なお、収縮抑制用セラミックグリーンシート５は、一方主面にのみ設けられていてもよい。
基板用セラミックグリーンシート２は、たとえば、セラミック粉末にバインダー、可塑剤および溶剤を加えて、ボールミルやアトラクターなどで混合してスラリーとし、そのスラリーをドクターブレード法などの方法により２５〜２００μｍ程度のシート状に成形したものを用いることができる。
基板用セラミックグリーンシートに用いられるセラミック粉末としては、いわゆるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-Fired Ceramio）粉末を使用することができる。たとえば、結晶化温度６００〜１０００℃の結晶化ガラス、あるいはその結晶化ガラスにアルミナ、ジルコン、ムライト、コージェライト、アノーサイト、シリカなどのセラミックフィラーを添加したものを用いることができる。また、バインダーとしては、たとえば、ポリビニルブチラール、メタアクリルポリマー、およびアクリルポリマーなどを用いることができる。可塑剤としては、たとえば、フタル酸の誘導体などを用いることができる。溶剤としては、たとえば、アルコール類、ケトン類および塩素系有機溶剤などを用いることができる。
導体層３は、いわゆる表面導体層および内部導体層を含むものであり、たとえば、Ａｇ、Ｃｕなどの金属粉末を含む導体ペーストを、スクリーン印刷により基板用セラミックグリーンシート２上に印刷することにより形成される。また、複合積層体１に備えられるビア導体６は、たとえば、基板用セラミックグリーンシート２に設けられたビアホールに、前記導体ペーストを充填することにより形成される。
収縮抑制用セラミックグリーンシート５は、基板用セラミックグリーンシート２と同様の製造方法により作製される。ただし、その焼結温度は、基板用セラミックグリーンシート２が焼結する温度より高いものである。たとえば、基板用セラミックグリーンシート２としてその焼結温度が１１００℃以下のものを用いる場合には、収縮抑制用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、たとえばアルミナ、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化マグネシウム、炭化ケイ素などを用いることができる。これらのセラミック粉末の平均粒径は０．５〜４μｍが好適である。粒径が粗いと、基板用セラミックグリーンシートに対する収縮制御力が弱くなることがあり、また、得られるセラミック多層基板の表面が粗くなることがある。
なお、未焼成のセラミック積層体４の両主面に、収縮抑制用セラミックグリーンシート５を両側から加圧密着させる際、加圧密着させる圧力は１０〜２００ＭＰａ、温度は４０℃〜９０℃であることが好ましい。
次に、複合積層体１を焼成し、両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシート５を備えたセラミック多層基板を作製する。このときの焼成温度は、未焼成のセラミック積層体４、すなわち基板用セラミックグリーンシートが焼結する温度であって、かつ、収縮抑制用セラミックグリーンシート５の焼結温度より低い温度である必要がある。すなわち、収縮抑制用セラミックグリーンシートは焼成時に焼結しない、つまり、収縮抑制用セラミックグリーンシートは焼成収縮しないので、セラミック積層体の平面方向への収縮が抑制される。これは、焼成時にセラミック積層体から染み出てきたガラス成分と収縮抑制用セラミックグリーンシートとが反応し、その界面で反応層が形成されることによるものと考えられる。したがって、セラミック積層体に設けられた導体パターンは、焼成処理を経ても、その位置精度が保持され、また、その断線が生じにくい。
２．第１除去工程
次に、複合積層体を焼成した後、収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物を圧縮ガスとともに吹き付ける。なお、この時点で、収縮抑制用セラミックグリーンシートは、バインダー等の有機成分が焼失しており、ポーラスな状態となっている。ここで、液状物としては、酸性水溶液、アルカリ水溶液、有機溶剤なども使用できるが、耐環境性やコスト効率を考慮すると、特に水が望ましい。また、圧縮ガスとしては、窒素ガスなども使用できるが、コスト効率を考慮すると、特に圧縮空気が望ましい。
液状物を圧縮ガスとともに吹き付ける方法としては、たとえば、図２に示すように、ブラストノズルを用いた方法が挙げられる。すなわち、まず、支持台７に焼成工程を経たセラミック多層基板２４を載置する。次に、セラミック多層基板２４の一方主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシート２５に封入物８（ここでは水）を圧縮ガス９で加速しながら吹き付ける。この際、ブラストノズルの吐き出し口であるノズル１０からは、水８および圧縮ガス９の混合体１１が吐き出される。次に、ノズル１０を図中矢印Ａ方向に順次走査しながら、連続して混合体１１を吹き付ける。
この際、圧縮ガスの圧力は１４７〜５３９ｋＰａが望ましい。１４７ｋＰａ以下で処理すると、吹き付け圧力が低すぎて、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣り、生産性の低下につながる。逆に、５３９ｋＰａ以上で処理すると、圧力によりノズル１０の劣化が早まり、また圧縮ガス９の消費量が多くなり、ランニングコストが高くなるとともに、セラミック多層基板２４を損傷することがある。ここで、圧縮ガスの圧力とは、吹き付け前の配管内での圧力である。
なお、第１除去工程を実施すると、混合体１１の圧力により、収縮抑制用セラミックグリーンシート２５のうち、主に、セラミック多層基板２４のガラス成分と反応していない部分が除去される。この結果、第１除去工程を経た段階においては、セラミック多層基板２４の両主面には、主に、収縮抑制用セラミックグリーンシート２５とセラミック多層基板２４のガラス成分とが反応した反応層が残留物として残る。また、セラミック多層基板２４のガラス成分と反応していない収縮抑制用セラミックグリーンシート２５の未反応部分が、第１除去工程において除去されず、残留物として残ることもある。なお、図２においては、収縮抑制用セラミックグリーンシート２５が除去された状態が誇張されて図示されており、収縮用セラミックグリーンシート２５の残留物は図示されていない。
この第１除去工程にて回収される粉末は、実質的に収縮抑制用セラミックグリーンシートによるセラミック粉末だけなので、これを効率良く回収し、特に収縮抑制用セラミックグリーンシートに用いられるセラミック粉末として、再利用することができる。
３．第２除去工程
次に、第１除去工程を経たセラミック多層基板の両主面に、圧縮ガスとともにセラミック粉末および液状物を吹き付ける。この方法としては、たとえば、第１除去工程の説明箇所で示した方法と同様に、ブラストノズルを用いて吹き付ける方法が挙げられる。図２において、封入物８としてセラミック粉末と水の混合物が注入され、ノズル１０からはセラミック粉末、水および圧縮空気の混合体が吐き出される。ここでも、液状物としては、酸性水溶液、アルカリ水溶液、有機溶剤なども使用できるが、耐環境性やコスト効率を考慮すると、特に水が望ましい。圧縮ガスとしては、窒素ガスなども使用できるが、コスト効率を考慮すると、特に圧縮空気が望ましい。
この際の圧縮ガスの圧力は９８〜３４３ｋＰａが望ましい。９８ｋＰａ以下で処理すると、吹き付け圧力が低すぎて、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣り、生産性の低下につながる。３４３ｋＰａ以上で処理すると、表面導体層とセラミック多層基板との界面にクラックが発生しやすい状況となり、導体層と複合積層体との接着強度の低下を招き、めっき工程において導体層の剥離などの不具合を生じることがある。また、このときの圧力は、第１除去工程時の圧力よりも小さいことが望まれる。すなわち、第２除去工程では、セラミック粉末を砥粒として使用しているため、ここでの圧縮空気の圧力が第１除去工程時の圧力よりも大きいと、セラミック多層基板の表面性、特に、セラミック多層基板の表面導体層の表面性を劣化させることがある。
また、吹き付けられるセラミック粉末の平均粒径は９．５〜４０μｍが望ましい。平均粒径が９．５μｍより小さいセラミック粉末を使用すると、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣るため、生産性の低下につながることがある。逆に、平均粒径が４０μｍより大きいセラミック粉末を使用すると、吹き付け時の衝突力が大きく、導体層と複合積層体との界面にクラックが発生しやすい状況となり、接着強度の低下を招き、めっき工程での導体層の剥離などの不具合を生じることがある。さらに、粒径が大きいために、特に配線の間隔が狭い部分の処理が不均一となりやすいなどの問題も発生する。
第２除去工程を実施して、液状物（特に水）、セラミック粉末および圧縮ガス（特に圧縮空気）の物理的作用により、セラミック多層基板の両主面のうち、第１除去工程で除去しきれなかった微量の残留物の大半が除去される。なお、この第２除去工程にて回収される粉末は、実質的に、水とともに吹き付けられたセラミック粉末だけなので、これを効率良く回収し、特に吹き付けるためのセラミック粉末として再利用することができる。
４．第３除去工程
次に、第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板を超音波洗浄する。
この工程では、図３に示すように、洗浄槽１２に洗浄液１３を入れ、洗浄槽１２中に備えられた洗浄カゴ１４に被洗浄物であるセラミック多層基板２４を入れ、超音波発振器１５に接続されている超音波振動子１６を使用して洗浄液１３中に超音波を照射する。なお、洗浄液としては、メチレンクロライド水溶液やトリクロロエチレン水溶液等が挙げられる。
この際、セラミック多層基板２４は洗浄カゴ１４に立てて収納するほうが、両面同時に処理することができるため望ましい。この工程では、第１、第２除去工程で除去しきれなかった残留物、および第２除去工程で吹き付けらて表面に残留したセラミック粉末が除去される。
超音波洗浄を行う際の振動子周波数は４０〜１００ＫＨｚが望ましい。４０ＫＨｚ以下で処理すると、キャビテーション力が強いため、処理中の基板の振れが大きくなり、薄い基板になると基板が割れてしまう場合がある。また、振動子発振部分に近い部分では導体層へのダメージも大きく、導体層が破壊されることもある。さらに、キャビテーション力が強くなると、セラミック層および導体層のポーラスな部分に入り込んでしまったセラミック粉末の除去能力が低下し、これが原因となり、めっきの不均一性や異常析出といった問題が生じることがある。１００ＫＨｚ以上で処理すると、キャビテーション力が極端に弱くなり、セラミック多層基板の表面に残留したセラミック粉末（吹き付けられたセラミック粉末）等の除去効果が弱くなり、生産性の低下につながることがある。
また、超音波振動子の単位面積あたりの出力は０．２〜２．０Ｗ／ｃｍ2であることが望ましい。０．２Ｗ／ｃｍ2以下で処理すると、セラミック多層基板の表面に残留したセラミック粉末（吹き付けられたセラミック粉末）等の除去効果が弱くなり、生産性の低下につながることがある。逆に２．０Ｗ／ｃｍ2以上で処理すると、処理中の基板の振れが大きくなり、薄い基板になると割れてしまう場合がある。また、振動子発振部分に近い部分では導体層へのダメージも大きく、導体層が破壊されてしまう場合もある。さらに、セラミック層および導体層のポーラス部分に入り込んだセラミック粉末の除去能力が低下し、これが原因となり、めっきの不均一性や異常析出といった問題が生じることがある。
超音波洗浄を実施して、キャビテーションの物理的作用と洗浄剤の化学的作用により、セラミック多層基板２４の主面上において、第２除去工程で除去しきれなかった残留物、および第２除去工程で吹き付けられたセラミック粉末が除去される。
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態と同様に、両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシートを備えた複合積層体を作製し、第１、第２除去工程を実施する。
４’．第３除去工程
第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板に、液状物を圧縮ガスとともに吹き付ける。この方法としては、実施形態１の第１除去工程において行われたブラストノズルを用いた方法が挙げられる。ここでも、液状物としては、酸性水溶液、アルカリ水溶液、有機溶剤などを使用できるが、耐環境性やコスト効率を考慮すると、特に水が望ましい。圧縮ガスとしては、窒素ガスなども使用できるが、コスト効率を考慮すると、特に圧縮空気が望ましい。
この際、圧縮ガスの圧力は１４７〜５３９ｋＰａが望ましい。１４７ｋＰａ以下で処理すると、吹き付け圧力が低すぎて、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去処理能力が劣り、生産性の低下につながる。逆に、５３９ｋＰａ以上で処理すると、圧力によりノズル１０の劣化が早まり、また圧縮ガス９の消費量が多くなり、ランニングコストが高くなるとともに、セラミック多層基板２４を損傷することがある。また、このときの圧力は、第２除去工程時の圧力よりも大きいとが望まれる。すなわち、ここでの圧縮空気の圧力が第２除去工程時の圧力よりも小さいと、第２除去工程時にセラミック多層基板の表面にめり込んだセラミック粉末（吹き付けられたセラミック粉末）を除去することが難しくなる。
実施例
以下、本発明を具体的な実施例に基づき説明する。
（実施例１）
まず、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＣａＯを含む結晶化ガラス粉末と、アルミナ粉末とを等重量比率で混合した混合粉末１００重量部に、ポリビニルブチラール１５重量部、イソプロピルアルコール４０重量部、およびトロール２０重量部を加え、ボールミルで２４時間混合してスラリーとした。このスラリーをドクターブレード法により、厚さ１２０μｍのセラミックグリーンシートを作製し、基板用セラミックグリーンシートを作製した。
次に、所定の位置にＡｇペーストをスクリーン印刷することにより、前記基板用セラミックグリーンシートに塗布し、くし歯型電極を形成した。図４を示すように、くし歯型電極１７は、第１の端子１８に形成された第１の電極指１８ａと第２の端子１９に形成された第２の電極指１９ａとが基板用セラミックグリーンシート２上で対向するように形成されたものであり、第１の電極指１８ａと第２の電極指１９ａの幅は１００μｍ、第１の電極指１８ａ、第２の電極指１９ａ間の間隔は１００μｍである。
次に、平均粒径１．８μｍのアルミナ粉末１００重量部に、ポリビニルブチラール１５重量部、イソプロピルアルコール４０重量部、およびトロール２０重量部を加え、ボールミルで２４時間混合してスラリーとした。このスラリーをドクターブレード法により、厚さ１２０μｍのセラミックグリーンシートを作製し、収縮抑制用セラミックグリーンシートを作製した。
次に、基板用セラミックグリーンシートを６枚、基板用セラミックグリーンシートの両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシートをそれぞれ１枚づつ積層し、圧力１５０ＭＰａ、温度６０℃で加圧圧着し、複合積層体を作製した。
次に、方向における単位長さあたりの反り量が０．０５％以下の平坦度を有する気孔率７０％のアルミナ基板よりなるトレー上に置き、温度６００℃で３時間加熱した後、温度９００℃で１時間加圧することによって、基板用セラミックグリーンシートを焼結させた。
次に、第１除去工程として、セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートに、水を表１に示した１４７〜５３９ｋＰａの各圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。
次に、第２除去工程として、第１除去工程を経たセラミック多層基板上の残留物に、水および表１に示した平均粒径９．５〜４０μｍの各アルミナ粉末を９８〜３４３ｋＰａの各圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。
次に、第３除去工程として、第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板に、表１に示した超音波振動子周波数４０〜１００ｋＨｚ、超音波振動子の単位あたりの出力０．２〜２．０Ｗ／ｃｍ2で３００秒間超音波洗浄を行った。
以上の工程を経て、試料番号１〜８のセラミック多層基板を作製した。
（比較例１）
実施例１における作製条件と同様の条件で、複合積層体を作製、焼成した後、第２除去工程を経ないで、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。すなわち、第１除去工程として、セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートに、水を５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、超音波振動子周波数４０ＫＨｚ、超音波振動子の単位面積あたりの出力０．２／ｃｍ2で３００秒間超音波洗浄を行った。以上の工程を経て、比較例１のセラミック多層基板を作製した。
（比較例２）
実施例１と条件で複合積層体を作製、焼成して、２０個の試料を準備した。この２０個の試料について、第１除去工程を経ないで、第２および第３除去工程を実施して、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。第２除去工程として、前記セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートの両主面に、水と平均粒径９．５μｍのアルミナ粉を９８ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、２０個の基板を超音波振動子周波数４０ＫＨｚ、超音波振動子の単位面積あたりの出力０．２／ｃｍ2で３００秒間超音波洗浄を行った。２０個の試料について、第２、第３の除去工程を１個目から２０個目まで１個ずつ順番に実施した。以上の工程を経て、比較例２ａ（１個目）のセラミック多層基板、比較例２ｂ（２０個目）のセラミック多層基板を作製した。
実施例１、比較例１、２において作製された各セラミック多層基板の各試料（試料番号１〜８、比較例１、比較例２ａ、２ｂ）の外観について、除去むらのないものを○、除去むらのあるものを×として、表１に示す。
次に、各セラミック多層基板の各試料に、パラジウム触媒を付与し、その後洗浄してくし歯型電極部にパラジウムの触媒核を形成し、その後無電解ニッケルめっき処理を行うことにより、くし歯型電極部にニッケルめっきを施した。くし歯型電極に８５℃・８５％ＲＨの条件下で１０００時間５０Ｖの電圧を印加し、絶縁抵抗の測定を行った。その測定結果を表１に示す。
前記実施例１と同様に、両主面に収縮抑制用セラミックグリーンシートを備えたセラミック多層基板を作製し、表２に示した条件で、第１、第２除去工程を実施した。
次に、第３除去工程として、第１、第２除去工程を経たセラミック多層基板に、表２に示した水を１４７〜５３９ｋＰａの各圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。
以上の工程を経て、表２に示す試料番号９〜１４のセラミック多層基板を作製した。
（比較例３）
前記実施例２の説明箇所で挙げた作製条件と同様の条件に従い、複合積層体を作製、焼成した後、第２除去工程を経ないで、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。すなわち、第１除去工程として、セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートに、水を５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、水を１４７〜５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。以上の工程を経て、比較例３のセラミック多層基板を作製した。
（比較例４）
前記実施例２の説明箇所で挙げた作製条件と同様の条件に従い、複合積層体を作製、焼成して、２０個の試料を準備した。この２０個の試料について、第１除去工程を経ないで、第２、第３除去工程を実施して、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去を行なった。第２除去工程として、前記セラミック多層基板の両主面に備えられた収縮抑制用セラミックグリーンシートの両主面に、水と平均粒径９．５μｍのアルミナ粉を９８ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った後、第３除去工程として、２０個の基板に水を１４７〜５３９ｋＰａの圧縮空気とともに１２０秒間吹き付けを行った。２０個の試料について、第２、第３の除去工程を１個目から２０個目まで１個ずつ順番に実施した。以上の工程を経て、比較例４ａ（１個目）のセラミック多層基板、比較例４ｂ（２０個目）のセラミック多層基板を作製した。
上記実施例２、比較例３、４において作製された各セラミック多層基板の各試料（試料番号９〜１４、比較例３、比較例４ａ、４ｂ）の外観について、除去むらのないものを○、除去むらのあるものを×として、表２に示す。
次に、各セラミック多層基板の各試料に、パラジウム触媒を付与し、その後洗浄してくし歯型電極部にパラジウムの触媒核を形成し、その後無電解ニッケルめっき処理を行うことにより、くし歯型電極部にニッケルめっきを施した。くし歯型電極に８５℃・８５％ＲＨの条件下で１０００時間５０Ｖの電圧を印加し、絶縁抵抗の測定を行った。その測定結果を表２に示す。
一方、比較例１においては、除去むらの外観があり、絶縁抵抗値は、ＬｏｇＩＲが５以下となった。
比較例２においては、１個目のセラミック多層基板については除去むらの外観はなかったが、２０個目のセラミック多層基板については除去むらの外観がみられ、絶縁抵抗値は、１個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが９以上となったが、２０個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが５以下となった。すなわち、第２除去工程を繰り返すことにより、収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去能力が低下することが明らかになった。
比較例３においては、除去むらの外観があり、絶縁抵抗値は、ＬｏｇＩＲが５以下となった。
比較例４においては、１個目のセラミック多層基板については除去むらの外観はなかったが、２０個目のセラミック多層基板については除去むらの外観がみられ、絶縁抵抗値は、１個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが９以上となったが、２０個目のセラミック多層基板ではＬｏｇＩＲが５以下となった。すなわち、第２除去工程を繰り返すことにより収縮抑制用セラミックグリーンシートの除去能力が低下することが明らかになった。
比較例１、３および比較例２、４の２０個目のセラミック多層基板について絶縁抵抗値が低下したのは以下の理由による。図５に示すように、セラミック多層基板３４の表面に収縮抑制用セラミックグリーンシートの残留物２０が存在するため、くし歯型電極の電極１７の端面１７ａに収縮抑制用セラミックグリーンシートの残留物２０に覆われる部分ができる。その結果、くり歯型電極の電極１７の端面１７ａにニッケルめっき２１が施されない部分が生じる。残留物２０はポーラスであるため、めっき２１が施されない部分でＡｇのマイグレーションが矢印方向に発生し、その結果、絶縁抵抗値が低下する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明のセラミック多層基板の製造方法は、寸法精度の高いセラミック多層基板を効率良く製造するのに適している。
Claims (7)
- 複数の基板用セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体と、前記未焼成のセラミック積層体の少なくとも一方主面に配置され、前記未焼成のセラミック積層体の焼成温度では実質的に焼結しない収縮抑制用セラミックグリーンシートと、からなる複合積層体を準備する工程と、
前記複合積層体を、前記未焼成のセラミック積層体が焼結する温度であって、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートが焼結する温度より低い温度で焼成する工程と、
焼成後の前記複合積層体から、焼成工程を経た収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程と、
を備えるセラミック多層基板の製造方法であって、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程は、
前記焼成工程を経た前記複合積層体の主面上の収縮抑制用セラミックグリーンシートに、液状物および圧縮ガスを吹き付けて、前記収縮抑制用セラミックグリーンシートのうち、前記セラミック積層体から染み出してきたガラス成分と反応していない部分を除去する、第１除去工程と、
前記第１除去工程を経た前記セラミック多層基板の前記主面に、セラミック粉末、液状物および圧縮ガスを前記第１除去工程時の圧力よりも低い圧力で吹き付けて、前記第１除去工程で除去しきれなかった残留物を除去する、第２除去工程と、
を備えることを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法。 - 前記収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程は、前記第１、第２除去工程を経た前記セラミック多層基板を超音波洗浄する第３除去工程をさらに備える、請求の範囲第１項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記収縮抑制用セラミックグリーンシートを除去する工程は、前記第１、第２除去工程を経た前記セラミック多層基板の主面に、液状物および圧縮ガスを吹き付ける第３除去工程をさらに備える、請求の範囲第１項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記第１除去工程における圧縮ガスの圧力を１４７〜５３９ｋＰａとし、前記第２除去工程における圧縮ガスの圧力を９８〜３４３ｋＰａとする、請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記第２除去工程における前記セラミック粉末の平均粒径を９．５〜４０μｍとする、請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記第３除去工程において、前記セラミック多層基板を、周波数：４０〜１００ＫＨｚ、出力：０．２〜２．０Ｗ／ｃｍ2の条件下で超音波洗浄する、請求の範囲第２項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記第３除去工程における圧縮空気のガスを１４７〜５３９ｋＰａとする、請求の範囲第３項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
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