JP3687484B2 - セラミック基板の製造方法および未焼成セラミック基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板の製造方法に関するものであり、特に、半導体集積回路部品等の能動部品や、コンデンサやインダクタ等の受動部品を表面実装可能なセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路部品（半導体デバイス）をはじめ、チップコンデンサ、チップインダクタ等のチップ状電子部品を搭載するセラミック多層基板においては、高精度の受動部品を内蔵しながら高密度に配線を施し、半導体デバイスやチップ状電子部品を高密度に搭載することが求められている。さらに、実装密度をより一層高めると共に高周波化に対応するため、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ等の低抵抗導体材料からなる導体パターンを形成した比誘電率１５以下の絶縁性セラミックグリーンシートを複数枚積層し、これを１０００℃以下の低温で一括に焼成してなる、低温焼成タイプのセラミック多層基板が開発されている。
【０００３】
ここで、セラミック多層基板の高密度配線化を達成する方法として、特開平５−１６３０７２号公報には、未焼結セラミック体の上下方向から比較的大きな圧力を加えながら焼成処理を実施する方法が開示されている。また、特開平４−２４３９７８号公報には、低温焼成可能な複数のセラミックグリーンシートを積層した未焼結セラミック体の上下両主面に、この未焼結セラミック体の焼成条件では焼結しない拘束用セラミックグリーンシートを積層、圧着した後、これらを未焼結セラミック体の焼結条件で焼成し、その後、拘束用セラミックグリーンシートに由来する未焼結層を剥離・除去するといった方法が開示されている。
【０００４】
これらの方法によれば、未焼成セラミック体の平面方向への焼成収縮、すなわちＸ−Ｙ基板平面方向への焼成収縮を十分に抑制できるので、得られるセラミック多層基板の寸法精度が極めて高くなる。つまり、得られたセラミック多層基板においては、高密度に配線を施してもそれが短絡しにくく、かつ、各種の実装部品を高精度に搭載できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法では、比較的大きな圧力を加えながら焼成する必要があるため、加圧焼成用の特別な設備を必要とし、設備コストや製造効率等の面で問題がある。他方、後者の方法においては、必ずしも焼成時の加圧を必要としないものの、たとえば、未焼結セラミック体の一方主面側と他方主面側とから等しい距離にある中心面に関して上側と下側とで、配線の形成密度や焼成時の収縮挙動が異なる場合、それに起因する反りが生じ易いといった問題がある。
【０００６】
特に、近年、セラミック多層基板においては、その高密度配線化に伴ってマザーボード等に搭載・接続するための入出力（Ｉ／Ｏ）端子数が飛躍的に増加している。また、その多機能化、高性能化に伴って、高精度で数多くの回路要素が必要となっており、コンデンサやインダクタ等の回路素子を高密度に内蔵することが要求されている。このような状況では、未焼結セラミック体の一方主面側と他方主面側ではその収縮度合いに差が発生し易いため、焼成時に加圧を行わない場合、より大きく収縮し得る主面側に凹状の反りが生じることになる。
【０００７】
また、特表平５−５０３４９８号公報、特開平９−９２９８３号公報には、セラミック多層基板の反りを一定範囲内に収めるために、未焼結セラミック体の両主面に拘束用セラミックグリーンシートを密着させ、かつ、焼成時に、その垂直方向（Ｚ方向）から一軸的な荷重を付加的に加える方法が開示されている。この場合、未焼結セラミック体や拘束用セラミックグリーンシートに含まれる有機バインダの揮発を阻害しないように、多孔性の板等によって、あるいはこれを介して荷重を加える必要がある。
【０００８】
しかしながら、この方法では、上述した手法と同様に、荷重を加えながら焼成を行うための特別な装備が必要であり、設備コストや製造効率の面で問題が残る。さらに、未焼結セラミック体を多孔性の板で強制的に押さえつけるため、荷重を受ける部分と荷重を受けない部分とが多孔性板の空隙に応じた細かいピッチで存在することになり、得られたセラミック基板表面には、このピッチの微細な凹凸が生じることがある。
【０００９】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、反り等の基板変形を抑制して、寸法精度の優れたセラミック基板を容易に効率良く製造することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、導体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主面に、主成分として前記未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉末を有機バインダ中に分散してなるセラミックグリーンシートからなる第１拘束層、第２拘束層をそれぞれ圧着し、これを前記未焼結セラミック体の焼結条件で焼成した後、各拘束層を除去する、セラミック基板の製造方法において（以下、無収縮プロセスと称する）、前記第１拘束層、前記第２拘束層を互いに剛性の異なる層とすることを特徴とするセラミック基板の製造方法に係るものである。
【００１１】
本発明のセラミック基板の製造方法によれば、上述の無収縮プロセスにおいて、前記第１拘束層、前記第２拘束層を互いに剛性の異なる層とするので、焼成によるセラミック基板の変形を抑制するように、第１拘束層、第２拘束層の剛性を選択することができ、したがって、基板平面方向への焼成収縮を抑制することができると同時に、反り等の基板変形を抑制して、寸法精度に優れたセラミック基板を容易にかつ効率良く得ることができる。
【００１２】
特に、本発明においては、前記第１拘束層を前記第２拘束層よりも剛性の高い層とし、前記第１拘束層を、前記焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に圧着することが望ましい。
すなわち、剛性の高い第１拘束層を、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に密着させるので、一方主面側と他方主面側との収縮度合いの違いに起因する基板の反りや歪みを十分に抑えることができる。
つまり、基板変形を十分に抑制し、寸法精度の優れたセラミック多層基板を、特別の焼成設備を用いなくても、容易に効率良く製造することができる。
【００１３】
ここで「剛性の高い拘束層」とは、未焼結セラミック体に対する焼成時の変形抵抗が大きな拘束層であることを意味する。また、「焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側」とは、未焼結セラミック体の一方主面側と他方主面側とから等距離にある中心面に関し、導体パターンの形成密度が高い側、セラミック層の収縮開始温度が早い側、セラミック層の収縮率が大きい側等であって、拘束層が無い場合あるいは拘束層の剛性が不十分な場合、焼成後に凹状の反りが発生し得る主面側を意味する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高くするための手法を説明する。まず、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高くするための手法として、第１に、第１拘束層の厚みを第２拘束層の厚みよりも厚く形成する手法（以下、第１の手法と称する。）が挙げられる。つまり、拘束層の厚みを厚く形成するほどその剛性が高くなるので、第２拘束層の厚みよりも第１拘束層の厚みを厚くすることによって、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高くできる。
【００１５】
なお、各拘束層の厚みは、この拘束層がセラミックグリーンシートの場合は、未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉末を有機バインダ中に分散してなる拘束層用組成物をキャスティング法やドクターブレード法等によってシート成形するときに、適当に調整すればよい。あるいは、複数のセラミックグリーンシートを積層してその厚みを調整することもできる。また、ペースト状の拘束層用組成物を未焼結セラミック体の両主面に塗布する場合は、その塗布厚や塗布回数を適当に調整すればよい。
【００１６】
また、第１の手法においては、第１拘束層の厚みを第２拘束層の厚みの３倍以下とすることが望ましい。第１拘束層の厚みが第２拘束層の厚みの３倍を超えても、拘束層の厚みが異なっていることによる効果が殆ど得られないからである。あるいは、拘束層による拘束力のバランスが崩れ、未焼結セラミック体の平面方向の収縮を十分に抑制できないことがある。また、第１拘束層の厚みは、基板の寸法精度および反り量、並びに、有機バインダの揮発し易さ等を考慮して、第２拘束層の厚みの１．１〜１．６倍とすることがさらに望ましい。
【００１７】
つまり、無収縮プロセスに必要な拘束層の厚みを最小限に抑えることによって、拘束層に要するコストを抑え、かつ、その焼成後の剥離・除去を極めて容易に行うことが可能となり、セラミック基板の製造効率を改善することができる。さらに、未焼結セラミック体中の有機バインダ、拘束層中の有機バインダを円滑に揮発させることができるので、焼成時間を短縮し、焼成ムラが少なく、有機バインダの残渣によるポア等の発生を抑え、高品質のセラミック基板を製造することができる。
【００１８】
但し、第１拘束層の厚み、第２拘束層の厚みは、セラミック層の材質や層数や、導体パターンの材質、形成密度、層数等の種々の要因により変動するものである。すなわち、反りや歪み等の基板変形の程度に応じて、最適な厚みの第１拘束層、第２拘束層を適宜選択すればよい。
【００１９】
第２に、第１拘束層中の無機粉末の平均粒径を、第２拘束層中の無機粉末の平均粒径よりも小さくする手法（以下、第２の手法と称する。）が挙げられる。つまり、拘束層の主構成成分である無機粉末の平均粒径を小さくするほど拘束層の剛性は高くなるので、第１拘束層中の無機粉末を第２拘束層中の無機粉末の平均粒径よりも小さくなるように選択することによって、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高く設定することができる。
【００２０】
具体的には、第１拘束層中の無機粉末の平均粒径を０．２〜０．８μｍとし、第２拘束層中の無機粉末の平均粒径を１．０〜５．０μｍとすることが望ましい。また、そのときの無機粉末の比表面積については、第１拘束層中の無機粉末の比表面積を４．０〜１０．０ｍ³／ｇとし、第２拘束層中の無機粉末の比表面積を１．５〜５．０ｍ³／ｇとすることが望ましい。また、第１拘束層、第２拘束層にそれぞれ種類の異なる無機粉末を使用することによって、第１拘束層の剛性と第２拘束層の剛性とを互いに異ならせることもできる。
【００２１】
第３に、第１拘束層中の有機バインダ量を、第２拘束層中の有機バインダ量よりも少なくする手法（以下、第３の手法と称する。）が挙げられる。つまり、第１拘束層および第２拘束層が、無機粉末を有機バインダ中に分散してなる層である場合、有機バインダ量を少なくするほど拘束層の剛性は高くなるので、第１拘束層中の有機バインダ量を第２拘束層中の有機バインダ量より少なくすることによって、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高くできる。なお、第３の手法においては、たとえば、同量の無機粉末を使用する場合、無機粉末１００重量部に対して第１拘束層中の有機バインダ量を５〜１０重量部とし、第２拘束層中の有機バインダ量を８〜１３重量部とすることが望ましい。
【００２２】
第４に、第１拘束層中にファイバー状の酸化物無機粒子を含有させる手法（以下、第４の手法と称する。）が挙げられる。つまり、拘束層中にファイバー状の酸化物無機粒子が含有されていると拘束層の剛性は高くなるので、第１拘束層中にファイバー状の酸化物無機粒子を含有させることによって、あるいは、第１拘束層中のファイバー状の酸化物無機粒子の含有量を第２拘束層中の含有量よりも多くすることによって、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高く設定することができる。なお、ファイバー状の酸化物無機粒子としては、ジルコニアやアルミナ等のセラミック粒子を使用することができ、その長軸長は３〜５００μｍ程度のものが好適である。
【００２３】
さらに、第５に、第１拘束層中に、未焼結セラミック体の焼結温度では粘性流動を起こさないガラス粉末を含有させる手法（以下、第5の手法と称する。）が挙げられる。つまり、拘束層はガラス粉末を含有することによって剛性が高くなるので、第１拘束層中にガラス粉末を含有させることによって、あるいは、第１拘束層中のガラス粉末含有量をより多くすることによって、第１拘束層の剛性を第２拘束層の剛性よりも高く設定することができる。
【００２４】
但し、ガラス粉末の種類や量によっては、ガラスの粘性流動により、拘束層が大きく収縮することがあるので、拘束層中に含有させるガラス粉末は、未焼結セラミック体の焼結温度では粘性流動を起こさない材料を選択し、さらに、粘性流動を起こさない程度の量（拘束層が有意に収縮しない程度の量）にすることが望ましい。具体的には、未焼結セラミック体の焼結温度が９００〜１０００℃程度の場合、軟化点８００℃以上のガラス粉末（たとえばケイ酸塩系ガラス粉末）を０．５重量％以下含有させることにより、拘束層自身の収縮を抑制したうえで、拘束層の剛性を所望程度に高めることができる。
【００２５】
以上、第１拘束層を第２拘束層よりも剛性の高い拘束層とするための手法を説明したが、本発明においては、第１の手法〜第５の手法を適宜組み合わせて適用することも可能である。たとえば、第１拘束層の厚みを第２拘束層の厚みよりも厚くし、さらに、第１拘束層中の無機粉末の平均粒径を第２拘束層中の無機粉末の平均粒径よりも小さくするというように、種々の組み合わせが可能である。
【００２６】
また、本発明においては、第１拘束層および第２拘束層を、無機粉末を有機バインダ中に分散してなるセラミックグリーンシートとすることが望ましい。具体的には、第１拘束層、第２拘束層として、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、石英、窒化ホウ素等の酸化物無機粉末、あるいは、窒化ホウ素等の非酸化物系無機粉末等を用いることができ、たとえば、酸化物無機粉末を、未焼結セラミック体の焼成時には揮発し得る有機バインダ中に分散せしめ、これを拘束層用組成物としてシート状に成形してなるセラミックグリーンシートを好適に使用できる。
【００２７】
但し、上述したように、本発明において、第１拘束層、第２拘束層はグリーンシートの形態に限定されるものではなく、ペースト状組成物を塗布してなる層であってもよいし、噴霧、浸漬等の方法で形成してなる層であってもよい。また、拘束層用組成物中には、可塑剤、離型剤、分散剤、剥離剤等の種々の添加剤を加えることもできる。
【００２８】
また、本発明において、未焼結セラミック体は、コンデンサ、インダクタおよび抵抗体からなる群より選ばれる少なくとも１種の受動部品を内蔵するものであってよい。すなわち、未焼結セラミック体中に各種の受動部品が内蔵されていると、未焼結セラミック体の一方主面側と他方主面側とで、受動部品を構成するパターンの形成密度が異なって、焼成収縮度合いに差が生じ、基板が変形し易くなる傾向にある。これに対して、第１拘束層を第２拘束層よりも剛性の高い拘束層とし、この第１拘束層を、未焼結セラミック体を焼成する際に、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に密着させることによって、反りや歪みのような基板変形を十分に抑制できる。
【００２９】
なお、未焼結セラミック体には、コンデンサやインダクタをブロック部品として内蔵していてもよい。すなわち、コンデンサやインダクタを未焼結のブロック状に成形して、これを未焼結セラミック体の所定箇所に内蔵する場合、各ブロック部品を形成する誘電体材料や磁性体材料の収縮挙動と、未焼結セラミック体の収縮挙動との違い（特に収縮開始温度や収縮率の違い）から、一方主面側と他方主面側とで収縮度合いに差が生じ、反りや歪みが発生することがある。これに対して、第１拘束層を第２拘束層よりも剛性の高い拘束層とし、この第１拘束層を、未焼結セラミック体を焼成する際に、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に密着させることによって、基板の反りや歪みを十分に抑制できる。なお、本発明において、内蔵される受動部品は、コンデンサやインダクタ等の単体部品に限定されるものではなく、これらの複合体、たとえばコンデンサ、インダクタを組み合わせたＬＣ複合部品等であってもよい。また、ブロック部品は、未焼結のものであることが望ましいが、焼成済みのブロック部品（チップ部品）であっても構わない。
【００３０】
また、本発明においては、未焼結セラミック体を１０００℃以下で焼成することが望ましい。すなわち、未焼結セラミック体は、結晶化ガラス系、ガラス複合系、非ガラス系等の公知の低温焼結セラミック材料で構成することが望ましい。このような場合、電極や配線となる導体パターンとして、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ等の低融点金属材料を用いることができ、信号の高速化、高周波化にも十分に対応可能となる。なお、導体パターン用の材料は、前述したものに限定されるものではなく、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ等の他の金属材料を用いてもよい。
【００３１】
また、未焼結セラミック体は、絶縁性、誘電性、磁性等の種々の特性を備えるセラミックであってよい。特に、いずれの場合も、軟化点８００℃以下のガラス成分を含有することが望ましく、このガラス成分の含有量は、セラミック成分（フィラー成分）に対して５〜１００重量部の範囲内に選ぶことが、拘束層の拘束力が十分に発揮されることから、有利である。また、未焼結セラミック体は、たとえば、鉛酸化物、ビスマス酸化物、炭酸バリウム等の９００℃以下で液相を生じる液相形成物を含有することが望ましく、この液相形成物の含有量は、セラミック成分に対して５〜１００重量部の範囲内に選ぶことが有利である。
【００３２】
また、本発明においては、焼成を荷重をかけることなく実施することが可能である。すなわち、加圧しながら焼成を施すための特別な設備を必要とすることなく、優れた寸法精度を有し、基板変形が少ないセラミック多層基板を、容易にかつ効率良く製造できる。また、得られるセラミック基板の表面に、多孔性の板等による微細な凹凸が生じること無く、表面平滑性に優れたセラミック多層基板が得られる。
【００３３】
但し、本発明は、焼成時に荷重をかけない方法に限定されるものではなく、ある一定の荷重をかけながら焼成を行ってもよい。たとえば、拘束層を設けた未焼結セラミック体に対して、１０ｋｇ／ｃｍ²以下の一軸的な荷重を加えながら焼成処理を施すことも可能である。
【００３４】
次に、本発明のセラミック基板の製造方法を実施の形態例に基づいて説明する。
【００３５】
第１の実施の形態
図１〜図５を参照に、第１の実施の形態によるセラミック多層基板の製造方法を説明する。
【００３６】
まず、図１に示すように、コンデンサＣとなる未焼結の成形体ブロック、インダクタＬとなる未焼結の成形体ブロックを準備する。ここで、コンデンサＣ用の成形体ブロックは、誘電体セラミック粉末を主成分とする誘電体セラミックグリーンシートを介して内部電極を積層してなる多層構造を有している。そして、この成形体ブロックの対向する端面部には、その両端に端子電極がそれぞれ形成されており、内部電極は、周知の多層セラミックコンデンサにおける内部電極と同様、一方の端子電極に接続される電極と他方の端子電極に接続される電極とが交互に積層されている。
【００３７】
他方、インダクタＬ用の成形体ブロックは、磁性体セラミック粉末を主成分とする磁性体セラミックグリーンシートを介して内部電極が積層された多層構造を有している。そして、この成形体ブロックの対向する端面には、その両端に端子電極がそれぞれ形成されており、各々内部電極は、磁性体セラミックグリーンシートを貫通するビアホールによって接続され、全体としてコイル状に延びる導体パターンを構成している。
【００３８】
なお、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックは、１０００℃以下の温度で焼成可能なように構成する。そのためには、誘電体セラミックグリーンシートおよび磁性体セラミックグリーンシートの主成分であるセラミック機能材料、すなわち誘電体セラミック粉末および磁性体セラミック粉末にガラスを添加したもの、あるいは、結晶化ガラス粉末そのものを用いる。
【００３９】
具体的には、誘電体セラミックグリーンシートとして、チタン酸バリウムにホウ珪酸系ガラスを少量混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したものを用いることができる。また、磁性体セラミックグリーンシートとして、ニッケル亜鉛フェライトにホウ珪酸系ガラスを少量混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したものを用いることができる。さらに、コンデンサＣを構成する内部電極および端子電極、並びに、インダクタＬを構成する内部電極、端子電極およびビアホールは、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属または合金を含む導体ペーストによって形成できる。
【００４０】
また、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックは、内部電極が形成された所定枚数の誘電体セラミックグリーンシート、並びに、内部電極およびビアホールが形成された所定枚数の磁性体セラミックグリーンシートをそれぞれ積層した後、圧着工程に付すことが望ましく、たとえば水圧プレスで２００ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力が好適に付与される。
【００４１】
他方、図１に示す積層体４を形成するために、絶縁性セラミック粉末を主成分とする絶縁性セラミックグリーンシート１ｃ、１ｄ、１ｅおよび１ｆを準備する。絶縁性セラミックグリーンシート１ｃ、１ｄ、１ｅおよび１ｆは、絶縁性セラミックにガラスを混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したものである。また、積層体４は、ビアホール２ｆおよび空隙部３ａ、３ｂを有するように加工されたセラミックグリーンシート１ｃ、１ｄ、１ｅおよび１ｆを順次積層してなる積層体である。
【００４２】
そして、図１に示すように、積層体４の空隙部３ａ、３ｂに、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックをそれぞれ嵌め込む。このとき、各成形体ブロックの各端子電極は空隙部３ａ、３ｂの上下の開口面から露出することになる。次いで、たとえば５００ｋｇ／ｃｍ²程度の水圧プレスによって、これらを圧着し、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックを内蔵した積層体４を形成する。このように、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックを含む積層体４を圧着工程に付すことによって、セラミックグリーンシート１ｃ、１ｄ、１ｅおよび１ｆの密着性が高められると共に、各成形体ブロックと空隙部の内周面とが密着する。
【００４３】
次いで、図２に示すように、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックを内蔵する積層体４の上面側に、絶縁性セラミックグリーンシート１ａおよび１ｂを積層し、下面側に絶縁性セラミックグリーンシート１ｇを積層、圧着する。これによって、図３に示す未焼結の多層セラミック体１を形成する。
【００４４】
ここで、絶縁性セラミックグリーンシート１ａには、ビアホール２ａ、２ｂが形成されており、他方、絶縁性セラミックグリーンシート１ｂには、ビアホール２ｃ、２ｄおよび２ｅ、内層導体パターン５ａおよび５ｂ、厚膜抵抗体Ｒがそれぞれ形成されている。そして、ビアホール２ａはビアホール２ｃおよび２ｆと導通するように形成されており、ビアホール２ｂは内部導体パターン５ｂと導通するように形成されている。また、厚膜抵抗体Ｒの一方端部は、内部導体パターン５ａおよびビアホール２ｄを介してコンデンサＣの一方端子電極に導通しており、厚膜抵抗体Ｒの他方端部は、内部導体パターン５ｂおよびビアホール２ｅを介してインダクタＬの一方端子電極に導通している。また、絶縁性セラミックグリーンシート１ｇには、内部導体パターン５ｃが形成されており、内部導体パターン５ｃは、ビアホール２ｆ、コンデンサＣの他方端子電極、インダクタＬの他方端子電極と導通している。
【００４５】
なお、絶縁性セラミックグリーンシート１ａ、１ｂおよび１ｇは、上述したように、絶縁性セラミックにガラスを混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したものである。また、内部導体パターン５ａ、５ｂおよび５ｃ、並びに、ビアホール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよび２ｅは、たとえばＡｇ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ等を含む導体ペーストによって形成でき、それぞれ、スクリーン印刷等によって所望のパターンに形成される。また、厚膜抵抗体Ｒは、抵抗体ペーストの印刷によって形成でき、たとえば、酸化ルテニウムにホウ珪酸系ガラスを少量混合した混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるペーストを使用できる。
【００４６】
さらに、絶縁性セラミックグリーンシート１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび１ｇの主構成成分である絶縁性セラミック粉末は、１０００℃以下で焼成可能なものを用いる。たとえば、軟化点８００℃以下のガラス粉末、あるいは、９００℃以下で液相を生じる液相形成物を含み、このガラス粉末あるいは液相形成物の含有量が、セラミック粉末１００重量部に対して５〜１００重量部の範囲内に選ばれていると、１０００℃以下の比較的低温で焼結可能な絶縁性セラミック粉末が得られる。なお、ガラス粉末あるいは液相形成物の含有量が５重量部未満の場合、焼結温度が１０００℃より高くなる傾向がある。焼結温度が高くなると、前述した導体材料の選択幅が狭くなるので望ましくない。具体的には、ホウ珪酸系ガラスとアルミナとの混合粉末を有機ビヒクル中に分散してなるセラミックスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形したセラミックグリーンシートを用いることができ、このような絶縁性セラミックグリーンシートは、８００〜１０００℃程度の比較的低温で焼結可能である。
【００４７】
次いで、図３に示すように、絶縁性セラミックグリーンシート１ａ、絶縁性セラミックグリーンシート１ｂ、積層体４、絶縁性セラミックグリーンシート１ｇを順次積層、圧着した多層セラミック体１の一方主面６ａ、他方主面６ｂに、第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂをそれぞれ密着させて、拘束層付きの多層セラミック体を形成する。そして、この拘束層付きの多層セラミック体をセッター９上に載置し、焼成設備に投入する。
【００４８】
ここで、第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂは、多層セラミック体１の焼成条件では焼結しない未焼結のセラミック粉末を有機バインダ中に分散してなるシート状の拘束層である。そして、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロック、並びに、絶縁性セラミックグリーンシート１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび１ｇは全て１０００℃以下で焼成可能であるから、これらを複合化した多層セラミック体１は１０００℃以下の温度で焼成可能である。すなわち、第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂを構成するセラミック粉末は１０００℃以下では焼結しないものであればよい。
【００４９】
また、第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂは、多層セラミック体１の積層方向における両端に位置する各主面、すなわち一方主面６ａ、他方主面６ｂにそれぞれ密着するように設けられ、その後、多層セラミック体１と共に圧着する。この圧着には、たとえば１０００ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力の水圧プレスが好適である。
【００５０】
また、第１拘束層７ａは厚みＴ１を有し、第２拘束層７ｂは厚みＴ２を有するものとする。ここでは、多層セラミック体１の一方主面６ａ側の方が他方主面６ｂ側よりも焼成による収縮が大きいので、すなわち、第１拘束層と第２拘束層とが同じ厚みでその剛性が不十分な場合、多層セラミック体１は一方主面６ａ側に凹状に反るので、第２拘束層７ｂの厚みＴ２よりも第１拘束層７ａの厚みＴ１を厚く形成する。つまり、Ｔ１＞Ｔ２とすることによって、第２拘束層７ｂよりも第１拘束層７ａの剛性が高くなる。
【００５１】
なお、上述したように、第１拘束層７ａの厚みＴ１は第２拘束層７ｂの厚みＴ２の３倍以下とすることが望ましい。但し、厚みＴ１、Ｔ２は、セラミック層の材質や層数、導体パターンの材質、形成密度、層数、さらには内部に形成する受動部品の配線密度等、多層セラミック体の構成要件によって変動するので、最適な厚みを適宜選択すればよい。
【００５２】
次いで、図３に示した状態で、たとえば、空気中、無荷重で、９００℃程度で焼成すると、コンデンサＣ用の成形体ブロック、インダクタＬ用の成形体ブロックが焼結して、焼結状態のコンデンサＣ、インダクタＬになると共に、絶縁性セラミックグリーンシート１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび１ｇも焼結して、多層セラミック体１の焼結体であるセラミック多層基板１０が得られる。
【００５３】
そして、これを冷却した後、第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂを除去する。ここで、多層セラミック体１の焼成後、各拘束層は未焼結のセラミック粉末からなる多孔質層として存在しており、湿式ホーニング法やサンドブラスト法等の種々の手段によって、剥離・除去する。なお、焼成処理後の各拘束層とセラミック多層基板との界面（あるいは拘束層と表面導体層との界面）で反応相が生じることがあるが、この反応相は、上述した湿式ホーニング法やサンドブラスト法で除去してもよいし、セラミック多層基板１０の特性に影響を与えないものであれば、そのまま残してもよい。
【００５４】
このようにして得られたセラミック多層基板１０は、図４に示すように、受動部品としてのコンデンサＣ、インダクタＬおよび厚膜抵抗体Ｒがそれぞれ内蔵されている。また、セラミック多層基板１０内には、コンデンサＣ、インダクタＬおよび厚膜抵抗体Ｒを回路要素化する内層導体パターン、ビアホールが形成されている。そして、その一方主面側には、外部端子１２ａ、１２ｂを備えており、したがって、図５に示すような回路構成を具備するセラミック多層基板１０が形成される。
【００５５】
すなわち、本実施の形態によるセラミック多層基板の製造方法によれば、多層セラミック体１の一方主面６ａ、他方主面６ｂに、多層セラミック体１の焼結条件では焼結しない第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂをそれぞれ密着させ、第１拘束層７ａを第２拘束層７ｂよりも剛性の高い拘束層とし、この第１拘束層７ａを、焼成によってより大きく収縮する一方主面側６ａに密着させているので、多層セラミック体１の一方主面６ａ側と他方主面６ｂ側での収縮度合いの違いにより発生し得る基板の反りを最小限に抑えることができる。また、基板平面方向への焼成収縮を抑制できるので、優れた寸法精度を有するセラミック多層基板１０が得られる。さらに、焼成処理を荷重をかけること無く実施しているので、特別な焼成設備を用いること無く、上記のセラミック多層基板１０が容易にかつ効率良く製造される。
【００５６】
次に、図１〜図５に示した本実施の形態における第１拘束層７ａ、第２拘束層７ｂの最適な厚みを検討する。
【００５７】
まず、第１拘束層７ａおよび第２拘束層７ｂを同じ厚みにした場合、つまり、第１拘束層７ａの厚みＴ１と第２拘束層の厚みＴ２との比を１．０にして、その剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、各拘束層の厚みを０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で変化させた。そして、得られたセラミック多層基板１０の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表１に示す。なお、ここでは、多層セラミック体１の厚みは１ｍｍである。また、表中、測定値の無いものは、基板の反り量が大きいため測定不能であったことを意味する（以下、同様）。
【００５８】
【表１】

【００５９】
表１から、第１拘束層７ａの厚みＴ１と第２拘束層７ｂの厚みＴ２とを同じ厚みにした場合、各拘束層の厚みを１．４ｍｍ以上にすると、収縮率や寸法ばらつきを抑制し、基板の反り量が少なく、かつ、寸法精度に優れたセラミック多層基板が得られることが分かる。しかしながら、各拘束層の厚みを薄くするにしたがって基板の反り量が増加し、また、収縮率や寸法ばらつきも増大する傾向にあった。すなわち、セラミック多層基板の寸法ばらつきを十分低くするためには、未焼結の多層セラミック体１の厚み１ｍｍに対して各拘束層の厚みを０．５ｍｍ以上とすれば十分であるものの、なおかつ、基板の反り量を十分低くするためには、各拘束層の厚みを１．６ｍｍ以上にする必要があることが分かる。
【００６０】
次に、第１拘束層７ａの厚みＴ１、第２拘束層７ｂの厚みＴ２を異ならせた場合、つまり、第１拘束層７ａの厚みＴ１を第２拘束層の厚みＴ２よりも厚くして、第１拘束層７ａをより高い剛性を有する拘束層とし、この第１拘束層７ａを焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側６ａに密着させた場合について検討する。得られたセラミック多層基板１０の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表２に示す。なお、多層セラミック体１の厚みは上記と同様に１ｍｍである。
【００６１】
【表２】

【００６２】
表２から、第１拘束層７ａの厚みＴ１を第２拘束層７ｂの厚みＴ２よりも厚くし、この第１拘束層７ａを焼成による収縮度合いがより大きな一方主面側６ａに密着させた場合、第１拘束層７ａの厚みＴ１と第２拘束層７ｂの厚みＴ２を最適な比率となるように調整すれば、収縮率や寸法ばらつきを抑制し、かつ、基板の反り量も抑制できることが分かる。特に、第１拘束層７ａの厚みＴ１が０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度と非常に薄い場合であっても、第２拘束層７ｂの厚みＴ２に対する第１拘束層７ａの厚みＴ１の比を１．１〜１．６程度に調節することによって、収縮率や寸法ばらつきを最小限に抑制し、かつ、基板の反り量も最小限に抑制できることが分かる。
【００６３】
また、第１拘束層７ａの厚みＴ１、第２拘束層７ｂの厚みＴ２が、それぞれ０．６０ｍｍ、０．４３ｍｍであれば、基板の寸法ばらつきも基板の反り量も十分低くできる。すなわち、必要な拘束層の量を、各拘束層の厚みを１．６ｍｍ以上にした場合に比べて、１／３程度に減らすことができる。また、第２拘束層７ｂの厚みＴ２に対する第１拘束層７ａの厚みＴ１が３倍を超えても、拘束層の厚みを減らす効果は殆ど無いことから、第１拘束層７ａの厚みＴ１は、第２拘束層７ｂの厚みＴ２の３倍以下とすることが望ましいことが分かった。また、仮に、第１拘束層、第２拘束層の厚みの比率が３倍を超える領域で基板の反り量が最小になるような場合が存在したとしても、基板の反りに伴って拘束層が変形してしまい、基板から剥がれてしまうことがある。
【００６４】
このように、無収縮プロセスを実施するのに必要な拘束層の厚みを最小限に留めることによって、拘束層に要するコストを抑え、かつ、その焼成後の剥離・除去を極めて容易に行うことが可能となり、セラミック多層基板の製造効率が大幅に向上する。また、各拘束層の厚みを最小限必要な厚みに収めることによって、焼成時の多層セラミック体中の有機バインダの揮発、および、拘束層中の有機バインダの揮発を円滑に行わせることができ、焼成時間を短縮し、かつ、焼成ムラの少ない高品質のセラミック多層基板を得ることができる。
【００６５】
また、Ｘ−Ｙ平面方向には実質的に収縮しないので、各種の成形体ブロックとセラミックグリーンシートとを同時焼成するに際し、これら成形体ブロック、セラミックグリーンシートのそれぞれの収縮挙動を互いに一致させることが容易になる。したがって、成形体ブロック並びにセラミックグリーンシートの材料選択の幅をさらに広げることができる。
【００６６】
また、コンデンサＣおよびインダクタＬのブロック部品は積層体の内部に完全に埋め込まれた状態になっているので、これら受動部品の耐湿性等の耐環境性が向上する。また、これらのブロック部品は、セラミック多層基板内において２次元的だけでなく、３次元的にも配置され得るので、製品の仕様やコストに応じた商品設計の選択幅を広くできると共に、信号のクロストーク等の回避が容易になる。
【００６７】
また、内蔵される未焼結の成形体ブロックが、未焼結の多層セラミック体と共に一括して焼成されるので、予め焼成されたブロック部品を埋め込んだ状態で焼成する場合と比べて、焼成時の収縮挙動を厳しく管理する必要がなくなり、セラミックグリーンシートおよび成形体ブロックの材料の選択幅を広げることができる。
【００６８】
また、未焼結の多層セラミック体において、受動部品となるべき成形体ブロックを嵌め込むための空隙部が予め設けられているので、積層法によって受動部品を構成する場合に比べて、セラミック多層基板の平面性を良好に維持できる。したがって、配線導体の変形や断線が生じにくくなるので、特性のばらつきを排除しながら、高い寸法精度をもって高密度な配線を行なうことが可能となる。また、セラミック多層基板に備えるセラミック層の層数の増減が容易になって、結果として、セラミック多層基板の高性能化を図ることが容易になる。
【００６９】
また、受動部品となる成形体ブロックが多層構造を有しているので、たとえば、受動部品がコンデンサであるときには、大容量コンデンサを得ることができ、インダクタであるときには、高インダクタンスのインダクタを得ることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態においては、拘束層付き多層セラミック体の焼成を荷重をかけることなく実施したが、基板の反り量をより一層低減する目的で、付加的に荷重を加えることも有効である。たとえば５０ｇｃｍ^-2以下の極めて低い荷重で十分な効果が得られる。また、本実施の形態によれば、コンデンサ、インダクタおよび厚膜抵抗体は、それぞれ、設計通りの特性を示すことが確認された。
【００７１】
第２の実施の形態
次に、図６〜図８を参照に、第２の実施の形態によるセラミック多層基板の製造方法を説明する。
【００７２】
まず、図６に示すように、絶縁性セラミックグリーンシート２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄおよび２１ｅと、誘電体セラミックグリーンシート２２ａおよび２２ｂとを図示のように積層してなる多層セラミック体２３を準備する。そして、多層セラミック体２３の一方主面２４ａに第１拘束層２５ａを密着させ、かつ、他方主面２４ｂに第２拘束層２５ｂを密着させてなる拘束層付きの多層セラミック体を準備し、これをセッター９上に載置して焼成設備に投入する。
【００７３】
ここで、多層セラミック体２３内には、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、および、厚膜抵抗体Ｒが形成されており、ビアホールおよび内層導体パターンによって所定の回路が構成されている。また、各コンデンサは、所望の導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートの積層法によって形成されており、各々のコンデンサを形成する一方電極と他方電極との間には、高誘電率の誘電体セラミックグリーンシート２２ａおよび２２ｂが設けられているので、大容量のコンデンサＣ１およびＣ２が形成されている。
【００７４】
なお、第１拘束層２５ａは厚みＴ３を有し、第２拘束層２５ｂは厚みＴ４を有する拘束層とする。本実施の形態では、多層セラミック体２３の一方主面２４ａ側が他方主面２４ｂ側よりも収縮率が大きいので、第２拘束層２５ｂの厚みＴ４よりも第１拘束層２５ａの厚みＴ３を厚く形成する。つまり、Ｔ３＞Ｔ４とすることによって、第２拘束層２５ｂよりも第１拘束層２５ａの剛性が高くなる。
【００７５】
次いで、図６に示した状態で、たとえば、空気中、無荷重で、９００℃程度で焼成した後、第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂを除去する。すると、図７に示すように、一方主面側に外部端子２７ａ、２７ｂを備え、コンデンサＣ１およびＣ２、厚膜抵抗体Ｒをそれぞれ内蔵したセラミック多層基板２６が得られる。このセラミック多層基板２６は、図８に示すような回路構成を具備するものとなる。
【００７６】
すなわち、本実施の形態によるセラミック多層基板の製造方法によれば、多層セラミック体２３の一方主面２４ａ、他方主面２４ｂに、多層セラミック体２３の焼結条件では焼結しない酸化物無機粉末を有機バインダ中に分散してなる第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂをそれぞれ密着させ、第１拘束層２５ａを第２拘束層２５ｂよりも剛性の高い拘束層とし、この第１拘束層２５ａを、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面２４ａ側に密着させているので、多層セラミック体２３の一方主面２４ａ側と他方主面２４ｂ側との収縮率の違いにより発生し得る基板の反りを最小限に抑えることができる。また、基板平面方向への焼成収縮を抑制するので、優れた寸法精度を有するセラミック多層基板２６が得られる。さらに、荷重をかけること無く焼成するので、特別な焼成設備を用いずに、上述のセラミック多層基板を容易にかつ効率良く製造できる。
【００７７】
次に、図６〜図８に示した本実施の形態における第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂの最適な厚みを検討する。
【００７８】
まず、第１拘束層２５ａおよび第２拘束層２５ｂを同じ厚みにした場合、つまり、第１拘束層２５ａの厚みＴ３と第２拘束層２５ｂの厚みＴ４との比を１．０にして、その剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、各拘束層の厚みを０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で変化させた。そして、上述した製造方法によって得られたセラミック多層基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表３に示す。なお、ここでは、多層セラミック体２３の厚みは１ｍｍである。
【００７９】
【表３】

【００８０】
表３から、第１拘束層２５ａの厚みＴ３と第２拘束層２５ｂの厚みＴ４とを同じ厚みにした場合、各拘束層の厚みを１．２ｍｍ以上にすると、収縮率や寸法ばらつきを抑制し、基板の反り量が少なく、かつ、寸法精度に優れたセラミック多層基板が得られることが分かる。しかしながら、各拘束層の厚みを小さくするにしたがって基板の反り量が増加し、また、収縮率や寸法ばらつきも増大する傾向にあった。また、セラミック多層基板の寸法ばらつきを十分低くするためには、未焼結の多層セラミック体２３の厚み１ｍｍに対して各拘束層の厚みを０．５ｍｍ以上とすればよいが、なおかつ、基板の反り量を十分低くするためには、各拘束層の厚みを１．４ｍｍ以上とすることが必要である。
【００８１】
次いで、第１拘束層２５ａの厚みＴ３、第２拘束層２５ｂの厚みＴ４をそれぞれ異ならせた場合、つまり、第１拘束層２５ａの厚みＴ３を第２拘束層２５ｂの厚みＴ４よりも厚くして、第１拘束層２５ａをより高い剛性を有する拘束層とし、この第１拘束層２５ａを焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側２４ａに密着させた場合について検討する。得られたセラミック多層基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表４に示す。
【００８２】
【表４】

【００８３】
表４から、第１拘束層２５ａの厚みＴ３を第２拘束層２５ｂの厚みＴ４よりも厚くし、この第１拘束層２５ａを焼成による収縮率がより大きな一方主面側２４ａに密着させた場合、第１拘束層２５ａの厚みＴ３と第２拘束層２５ｂの厚みＴ４を最適な比率となるように調整すれば、収縮率や寸法ばらつきを抑制し、かつ、基板の反り量も抑制できることが分かる。特に、第１拘束層２５ａの厚みＴ３が０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度と非常に薄い場合であっても、第２拘束層２５ｂの厚みＴ４に対する第１拘束層２５ａの厚みＴ３の比を１．１〜１．６程度に調節することによって、収縮率や寸法ばらつきを最小限に抑制し、かつ、基板の反り量も最小限に抑制できることが分かる。
【００８４】
また、第１拘束層２５ａの厚みＴ３、第２拘束層２５ｂの厚みＴ４が、それぞれ０．６０ｍｍ、０．４３ｍｍであれば、基板の寸法ばらつきも基板の反り量も十分低くでき、必要とする拘束層の量を、各拘束層の厚みを１．４ｍｍ以上にする場合に比べて、約１／３程度に減らすことができる。
【００８５】
このように、拘束層の厚みを最小限に留めることによって、拘束層に要するコストを抑え、かつ、その焼成後の剥離・除去を極めて容易に行うことが可能となり、セラミック多層基板の製造効率が大幅に向上する。また、各拘束層の厚みを最小限必要な厚みに収めることによって、焼成時の多層セラミック体中の有機バインダの揮発、および、拘束層中の有機バインダの揮発を円滑に行わせることができ、焼成時間を短縮して、焼成ムラの少ない高品質のセラミック多層基板を得ることができる。
【００８６】
第３の実施の形態
次に、第１拘束層、第２拘束層中の酸化物無機粉末の最適な平均粒径を検討する。
【００８７】
まず、図６〜図７における第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂ中の酸化物無機粉末の平均粒径を同じにした場合、つまり、第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂの剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、酸化物無機粉末としてアルミナ粉末を用い、各拘束層中のアルミナ粉末の平均粒径（Ｄ５０）を０．５〜２．０μｍの範囲で、また、各拘束層の厚みを０．５〜１．８ｍｍの範囲で変化させた。そして、上述した第２の実施の形態に示した方法と同様の方法によって作製したセラミック多層基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表５に示す。なお、ここでは、多層セラミック体２３の厚みは１ｍｍである。
【００８８】
【表５】

【００８９】
表５の例５５〜例６６から、各拘束層の厚みが１．４ｍｍ以上では、アルミナ粉末の平均粒径によらず、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に小さくできることが分かる。これに対して、各拘束層の厚みが１．４ｍｍよりも薄い場合は、基板の反り量が増大する傾向にあった。また、アルミナ粉末の平均粒径が小さくなると収縮率が増加し、収縮率のばらつきも増加する傾向にあるが、基板の反り量は減少する傾向が見られた。これは、拘束層に用いるアルミナ粉末の平均粒径が小さくなると、拘束層自体がわずかに収縮を起こすようになる一方で、拘束層の剛性が増加し、反りなどが生じにくくなるためである。
【００９０】
次いで、各拘束層の厚みが０．５ｍｍのとき、各拘束層中のアルミナ粉末の平均粒径を検討する。表５の例６７〜例６９に示すように、第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂのアルミナ粉末の平均粒径をそれぞれ異ならせ、かつ、第１拘束層中のアルミナ粉末の平均粒径をより小さくした場合、基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減可能であることが分かる。さらに、これによって、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減するために必要な拘束層の厚みを、例５５〜例６０の場合に比べて、約１／３程度に減らすことができることが分かった。
【００９１】
第４の実施の形態
次に、第１拘束層、第２拘束層中の有機バインダ量の最適な範囲を検討する。
【００９２】
まず、図６〜図７における第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂ中の有機バインダ量を同じにした場合、つまり、第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂの剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、有機バインダとしてブチラール系有機バインダを用い、各拘束層中の有機バインダ量をアルミナ粒子１００重量部に対して３〜１５重量部の範囲で、また、各拘束層の厚みを０．５〜１．８ｍｍの範囲で変化させた。そして、上述した第２の実施の形態に示した方法と同様の方法によって作製されたセラミック多層基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表６に示す。なお、ここでは、多層セラミック体２３の厚みは１ｍｍである。
【００９３】
【表６】

【００９４】
表６の例７０〜例８９から、各拘束層の厚みが１．４ｍｍ以上であれば、有機バインダ量によらず、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減可能であることが分かる。しかしながら、各拘束層の厚みが１．４ｍｍよりも小さい場合では、基板の反り量が増大する傾向にあった。また、有機バインダ量が多くなると、収縮率、寸法ばらつき、基板の反り量が増加する傾向であった。これは、有機バインダ量が増加すると、拘束層自体がわずかに収縮を起こすようになり、また、拘束層の剛性が減少して、反りなどが生じやすくなるためである。
【００９５】
次いで、各拘束層の厚みが０．５ｍｍのとき、各拘束層の有機バインダ量を検討する。表６の例９０〜例９２から、第１拘束層２５ａの有機バインダ量をより少なくした場合は、収縮率、寸法ばらつき、反りを十分に低減可能であることがわかる。そして、これにより、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減するために必要な拘束層の厚みを、例７０〜例７９の場合に比べて、約１／３程度に減らせることが分かった。
【００９６】
第５の実施の形態
次に、第１拘束層、第２拘束層に添加するファイバー状酸化物無機粒子の添加量を検討する。
【００９７】
まず、図６〜図７における第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂへのファイバー状酸化物無機粒子の添加量を同じにした場合、つまり、各拘束層の剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、ファイバー状酸化物無機粉末として長軸長５０μｍのファイバー状アルミナ粒子を用い、各拘束層中のファイバー状酸化物無機粒子の添加量を全拘束層成分に対して０〜２０重量％の範囲、また、各拘束層の厚みを０．５〜１．８ｍｍの範囲でそれぞれ変化させた。そして、上述した第２の実施の形態に示した方法と同様の方法によって、セラミック多層基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表７に示す。なお、ここでは、多層セラミック体２３の厚みは１ｍｍである。
【００９８】
【表７】

【００９９】
表７の例９３〜例１１２から、各拘束層の厚みが１．４ｍｍ以上では、ファイバー状酸化物無機粒子の添加量によらず、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減可能であることが分かる。また、ファイバー状酸化物無機粒子を５重量％以上添加すれば、各拘束層の厚みを１．０ｍｍとした場合であっても、収縮率、寸法ばらつき、反り量をある程度低減できることが分かる。各拘束層の厚みが０．５ｍｍでは、ファイバー状酸化物無機粒子の添加量が多くなるほど基板の反り量が減少する傾向であった。これは、ファイバー状酸化物無機粒子の添加量が増加すると、反りが生じにくくなるためである。
【０１００】
次いで、各拘束層の厚みが０．５ｍｍのところでのファイバー状酸化物無機粒子の最適な添加量を検討する。表７の例１１３〜例１１６から、第１拘束層へのファイバー状酸化物無機粒子の添加量を多くした場合、あるいは、第１拘束層のみにファイバー状酸化物無機粒子を添加した場合、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減できることが分かる。そして、これによって、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減するために必要な拘束層の厚みを、例９３〜例１０７に比べて、約１／２程度に減らせることが分かった。
【０１０１】
第６の実施の形態
次に、第１拘束層、第２拘束層に添加するガラス粉末の添加量を検討する。
【０１０２】
まず、各拘束層へのガラス粉末の添加量を同じにした場合、つまり、第１拘束層２５ａ、第２拘束層２５ｂの剛性を等しくした場合について検討する。ここでは、ガラス粉末としてホウ珪酸ガラス粉末を用い、各拘束層中のガラス添加量を拘束層全成分に対して０〜０．７重量％の範囲、また、各拘束層の厚みを０．５〜１．８ｍｍの範囲でそれぞれ変化させた。そして、上述した第２の実施の形態に示した方法と同様の方法によって得られたセラミック多層基板２６の収縮率、寸法ばらつき、反り量をそれぞれ測定した。その測定結果を下記表８に示す。なお、ここでは、多層セラミック体２３の厚みは１ｍｍである。
【０１０３】
【表８】

【０１０４】
表８の例１１７〜例１３６から、各拘束層の厚みが１．４ｍｍ以上であって、ガラス粉末の添加量が０．５％以下の場合、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に低減できることが分かった。また、各拘束層の厚みが１．０ｍｍ以下では、ガラス粉末を添加すると基板の反り量は減少したが、ガラス粉末の添加量を０．５重量％以上とすると、基板の反り量、収縮率が増加する傾向があった。これは、拘束層にガラス粉末を添加すると拘束層の剛性が増加するが、ある一定量以上を添加すると、拘束層自体がわずかながら収縮してしまうためである。
【０１０５】
次いで、各拘束層の厚みが０．５ｍｍのところで、各拘束層へのガラス粉末の添加量を検討する。表８の例１３７〜例１３９から、第１拘束層２５ａのみへガラス粉末を添加した場合、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に抑制可能であることが分かる。また、これによって、収縮率、寸法ばらつき、反り量を十分に抑制するために必要な拘束層の厚みを、例１１７〜例１２６に比べて、約１／３程度に減らすことができることが分かった。
【０１０６】
このように、上述した実施の形態によれば、より剛性の大きな第１拘束層を、焼成時の収縮率がより大きい一方主面側に形成することによって、未焼結セラミック体の焼成時のＸ−Ｙ方向、すなわち基板平面方向の収縮を十分に抑制することができる。また、拘束層の厚みを最低限必要な厚みに抑えたうえで、焼成後の基板の反り量も十分に低減できる。そのため、セラミック基板の寸法精度をより高くすることができ、基板の反り量も小さいため、微細で高密度な配線を施しても断線等の問題を十分に抑制することができる。
【０１０７】
以上、本発明を第１の実施の形態〜第６の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その他、種々の変形が可能である。
【０１０８】
たとえば、図５および図８に示した等価回路は、本発明のより容易な理解を可能とする典型例にすぎず、本発明のセラミック基板の製造方法は、その他、種々の回路設計を有するセラミック多層基板においても等しく適用できる。また、得られたセラミック基板には、積層セラミックコンデンサや半導体デバイスなど、種々の表面実装部品を搭載することもできる。また、未焼結セラミック体中に内蔵する成形体ブロックは、コンデンサやインダクタの単体に限定されず、たとえばＬＣ複合部品の成形体ブロックであってもよい。
【０１０９】
また、本発明のセラミック基板の製造方法は、ＩＣパッケージ基板、ハイブリッドＩＣ基板等の種々のモジュール基板の他、多層ＬＣフィルタや多層チップアンテナ、多層セラミックコンデンサ等の積層型チップ部品の製造方法にも適用可能である。
【０１１０】
また、本発明のセラミック基板の製造方法は、セラミック基板の前駆体である未焼結セラミック体が、
導体パターンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなるグリーンシート積層体（多層セラミック体）であって、
（１）グリーンシート積層体の両主面から等距離にある中心面に関して上側と下側とで、導体パターンの形成密度が互いに異なっているもの。
（２）互いに異なる組成を有した２種以上のセラミックグリーンシートを積層したもの。
（３）互いに厚みの異なる２種以上のセラミックグリーンシートを積層したもの。
に適用することが上述したように特に好適である。未焼結セラミック体がこのような構成であると、未焼結セラミック体の上側と下側とで、焼成収縮度合いの違いに起因する反りや歪みが生じ易いからである。
【０１１１】
より具体的には、グリーンシート積層体が、グリーンシート積層体の両主面から等距離にある中心面に関して上側と下側とで、導体パターンの形成密度が互いに異なっている場合、一般には導体パターンの形成密度の高い側へ凹状に反り易いので、この側に剛性の高い拘束層を適用すればよい。また、グリーンシート積層体が、互いに異なる組成を有した２種以上のセラミックグリーンシートを積層したもの（成分組成、セラミック粒径等が互いに異なるセラミックグリーンシート）である場合、グリーンシート積層体の両主面から等距離にある中心面に関して、その焼成時により大きく収縮し得る側に剛性の高い拘束層を適用すればよい。さらに、グリーンシート積層体が、互いに厚みの異なる２種以上のセラミックグリーンシートを積層したものである場合は、厚いセラミックグリーンシートが大きく収縮し得るので、この側に剛性の高い拘束層を適用すればよい。
【０１１２】
また、本発明において、各拘束層の剛性は、試行錯誤を繰り返しながら適当に選択してもよいが、たとえば、導体パターン形成密度と基板反り量との関係、セラミックグリーンシート組成と基板反り量との関係、セラミックグリーンシート厚みと基板反り量との関係を予め算出しておき、また、基板反り量と拘束層の剛性との関係を予め算出しておき、これらの関係から、反りを最小限に抑えるような剛性の最適なものを選択し、設計することが望ましい。
【０１１３】
さらに、本発明は、導体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主面に、未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉末を主成分とし、互いに異なる剛性を有した第１拘束層、第２拘束層をそれぞれ密着してなることを特徴とする未焼成セラミック基板にも係るものであり、ここで、第１拘束層、第２拘束層は、上述した第１の手法〜第５の手法に基づいて、適宜、その剛性を選択することができる。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明のセラミック基板の製造方法によれば、導体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主面に、前記未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉末を主成分とする第１拘束層、第２拘束層をそれぞれ密着させ、これを前記未焼結セラミック体の焼結条件で焼成した後、各拘束層を除去する、セラミック基板の製造方法において、第１拘束層、第２拘束層を互いに剛性の異なる層とするので、焼成によるセラミック基板の変形を抑制するように、第１拘束層、第２拘束層の剛性を適宜選択することができ、したがって、基板平面方向への焼成収縮を抑制すると同時に、反り等の基板変形を抑制して、寸法精度に優れたセラミック基板を容易に効率良く製造することができる。
【０１１５】
特に、第１拘束層を第２拘束層よりも剛性の高い層とし、この第１拘束層を、焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に密着させることによって、未焼結セラミック体の一方主面側と他方主面側との収縮度合いの違いに起因する基板の反りや歪みを十分に抑えることができ、基板変形を十分に抑制して、寸法精度の優れたセラミック基板を、特別の焼成設備を用いなくても、容易に効率良く製造することができる。
【０１１６】
さらに、拘束層の膜厚を必要以上に厚くする必要がなく、拘束層に要するコストを抑え、かつ、その焼成後の剥離・除去を極めて容易に行うことが可能となり、セラミック基板の製造効率を改善することができ、さらに、拘束層および未焼結セラミック体における有機バインダを円滑に揮発させることができるので、焼成時間を短縮し、焼成ムラが少なく、有機バインダの残渣によるポア等の発生を抑えて、高品質のセラミック基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるセラミック多層基板の製造工程において、積層体中にブロック部品を嵌め込むきの概略断面図である。
【図２】同上のセラミック多層基板の製造工程において、積層体の上下にセラミックグリーンシートを積層して、多層セラミック体を構成する際の概略断面図である。
【図３】同上のセラミック多層基板の製造工程において、多層セラミック体の上下両主面に拘束層を密着させた拘束層付き多層セラミック体の概略断面図である。
【図４】同上のセラミック多層基板の製造工程において、拘束層を剥離・除去した後のセラミック多層基板の概略断面図である。
【図５】同上のセラミック多層基板の等価回路図である。
【図６】第２の実施の形態によるセラミック多層基板の製造工程において、多層セラミック体の上下両主面に拘束層を密着させた拘束層付き多層セラミック体の概略断面図である。
【図７】同上のセラミック多層基板の製造工程において、拘束層を剥離・除去した後のセラミック多層基板の概略断面図である。
【図８】同上のセラミック多層基板の等価回路図である。
【符号の説明】
１…多層セラミック体（未焼結）
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ…セラミック層（セラミックグリーンシート）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ…ビアホール
３ａ、３ｂ…空隙部
４…積層体
５ａ、５ｂ、５ｃ…内層導体パターン
６ａ…一方主面
６ｂ…他方主面
７ａ…第１拘束層
７ｂ…第２拘束層
１０…セラミック多層基板
１２ａ、１２ｂ…外部端子
Ｃ…コンデンサ
Ｌ…インダクタ
Ｒ…抵抗体

Claims (16)

1. 導体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主面に、主成分として前記未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉末を有機バインダ中に分散してなるセラミックグリーンシートからなる第１拘束層、第２拘束層をそれぞれ圧着し、これを前記未焼結セラミック体の焼結条件で焼成した後、各拘束層を除去する、セラミック基板の製造方法において、
   前記第１拘束層、前記第２拘束層を互いに剛性の異なる層とすることを特徴とする、セラミック基板の製造方法。
2. 前記第１拘束層を前記第２拘束層よりも剛性の高い層とし、この第１拘束層を、前記焼成によってより大きく収縮し得る一方主面側に圧着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. 前記第１拘束層の厚みを前記第２拘束層の厚みよりも厚く形成することを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック基板の製造方法。
4. 前記第１拘束層の厚みを前記第２拘束層の厚みの３倍以下とすることを特徴とする、請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。
5. 前記第１拘束層中の無機粉末の平均粒径を、前記第２拘束層中の無機粉末の平均粒径よりも小さくすることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
6. 前記第１拘束層および前記第２拘束層は、前記無機粉末を有機バインダ中に分散してなる層であり、前記第１拘束層中の有機バインダ量を、前記第２拘束層中の有機バインダ量よりも少なくすることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
7. 前記第１拘束層中にファイバー状の酸化物無機粒子を含有させることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
8. 前記第１拘束層中に、前記未焼結セラミック体の焼結条件では粘性流動を起こさないガラス粉末を含有させることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
9. 前記未焼結セラミック体は、導体パターンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなるグリーンシート積層体であって、前記グリーンシート積層体の両主面から等距離にある中心面に関して上側と下側とで、前記導体パターンの形成密度が互いに異なっていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
10. 前記未焼結セラミック体は、導体パターンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなるグリーンシート積層体であって、互いに異なる組成を有した２種以上のセラミックグリーンシートを積層したものであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
11. 前記未焼結セラミック体は、導体パターンを備えたセラミックグリーンシートを積層してなるグリーンシート積層体であって、互いに厚みの異なる２種以上のセラミックグリーンシートを積層したものであることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
12. 前記未焼結セラミック体は、コンデンサ、インダクタおよび抵抗体からなる群より選ばれる少なくとも１種の受動部品を内蔵することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
13. 前記未焼結セラミック体は、前記コンデンサまたは前記インダクタをブロック部品として内蔵することを特徴とする、請求項１２に記載のセラミック基板の製造方法。
14. 前記未焼結セラミック体を１０００℃以下の焼成温度で焼結させることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
15. 前記焼成を荷重をかけずに実施することを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
16. 導体パターンを備えた未焼結セラミック体の両主面に、主成分として前記未焼結セラミック体の焼結条件では焼結しない無機粉末を有機バインダ中に分散してなるセラミックグリーンシートからなり、互いに異なる剛性を有した第１拘束層、第２拘束層をそれぞれ圧着してなることを特徴とする、未焼成セラミック基板。

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