JP4134693B2

JP4134693B2 - Manufacturing method of ceramic laminated substrate

Info

Publication number: JP4134693B2
Application number: JP2002336119A
Authority: JP
Inventors: 和宏日下; 光博東口; 毅福田; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004172342A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は面実装タイプの高周波電子部品の製造方法に関し、特にそのセラミック積層基板の焼成時における変形抑止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からプラスチックやセラミックスなどからなる回路基板の表面に、トランジスタ、ＦＥＴ、ダイオード、ＩＣ等の半導体素子や抵抗素子、コンデンサ素子、インダクタ素子などの電子部品を搭載した回路基板が知られている。この様な回路基板は、半導体素子や電子部品の機械的応力からの保護、電気的特性の向上、熱的な保護が要求される。最近になり、半導体素子の動作時発熱が大きくなって来ているが、この発熱は半導体素子自身及び、他の電子部品の動作に影響を及ぼすことから、前記発熱を効率的に放熱することが重要となっている。上述したような回路基板においては、放熱性、電気的特性、信頼性等をはじめとして総合的に優れたセラミックスが、回路基板材料として多用される。この様なセラミックスとして主にＡｌ₂Ｏ₃が用いられて来た。
一方、携帯電話などの移動体通信分野においては、用いられる回路部品を小型化する要求が強く、コンデンサ素子、インダクタ素子などをＬＴＣＣ（ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏ−ｆｉｒｅａｂｌｅｃｅｒａｍｉｃｓｕｓｅｄ）技術により回路基板に内蔵させたＬＣフィルタ等が広く用いられる様になってきている。
【０００３】
このような回路部品は、例えば１０００℃以下で焼結可能な低温焼結セラミックス材料を用いて、ドクターブレード等によりキャリアフィルムに塗こう形成（キャスティング）してセラミックスグリーンシートとし、所望形状に切断した前記シートに、コンデンサ素子やインダクタンス素子を構成する所望の回路パターン（電極パターン）をＡｇやＣｕなどの導体ペーストで形成し、さらに孔開け装置によりシートの上下を貫通するビアホールを形成し、次いで、各シートに形成したビアホールに前記電極パターンを形成した導体パターンと同じＡｇやＣｕなどの金属を主成分とする導体ペーストを印刷充填し、そして前記セラミックスグリーンシートを必要枚数重ね、積層、圧着し、その後、必要な寸法に切断し、セラミックスグリーンシートと導体ペーストとの同時焼成を行う事によって得られる。
最近、このようなＬＴＣＣ技術を前記回路基板に採用し、コンデンサ素子、インダクタ素子の一部を積層内蔵するとともにキャビティーを形成して、このキャビティーにベアチップ状態の半導体素子を実装する回路基板が提案されている。以下このようなＬＴＣＣ技術を用いて構成した回路基板をセラミック積層基板と呼ぶ。
【０００４】
近年、移動体通信機器の小型化、高性能化に対する要求が高まっており、前記セラミック積層基板も様々な回路機能が盛り込まれるように成ってきた。このような高周波電子部品として、例えば携帯電話の高周波回路部を構成するアンテナスイッチ、フィルタ、方向性結合器、高周波増幅器などを前記セラミック積層基板に複合一体化したものがある。このような高周波電子部品にあっては、アンテナスイッチ、フィルタ、方向性結合器、高周波増幅器などを構成する多数の電極パターンが基板内に構成されることになる。
【０００５】
このようなセラミック積層基板においては、基板内の電極パターンの構成が、基板変形に大きく影響することが知られている。そこで特に回路基板内に形成された電極パターンが積層方向でアンバランスな状態であっても基板に変形を生じさせない様に、積層基板を構成する主たるセラミック層（グリーンシートが焼結してなる層）の収縮率と異なるセラミック層をセラミック積層基板の主面に形成することで変形を抑制することが行われている（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３５４３７６号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多数の電極パターンが複雑にセラミック積層基板に構成される場合には、従来のように積層方向の電極パターンのアンバランスを考慮し、単に主たるセラミック層と異なる収縮率を有するセラミック層をセラミック積層基板に形成するだけでは、変形を抑制するには不十分な場合があった。
そこで本発明では、セラミック多層基板に占める電極パターンが複雑化しても、セラミック多層基板の変形を抑制することが可能なセラミック多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、セラミック粉末とガラスを主成分として可塑剤及び溶剤を添加して作製するグリーンシートに導体ペーストを用いて電極パターンを印刷する工程と、電極パターンが形成されたグリーンシートを複数積層して板状の積層体とする工程と、前記積層体の主面の少なくとも一方に、セラミック粉末、ガラスを主成分とし溶剤、有機ビヒクルを混合してなる絶縁ペーストを印刷して変形抑制処理する工程と、前記絶縁ペーストを印刷した積層体を焼成する工程を有するセラミック積層基板の製造方法であって、
前記変形抑制処理する工程において、予め計測された変形抑制処理が行われていないセラミック積層基板の変形状態に応じて、変形状態が上に凸となる部分（Ａ部）と下に凸となる部分（Ｂ部）とに、それぞれ焼成後の空孔率が異なる絶縁層となる絶縁ペーストを印刷して変形抑制処理し、
前記Ｂ部に印刷する絶縁ペーストは前記Ａ部に印刷する絶縁ペーストよりも焼成後の空孔率が大きいことを特徴とするセラミック積層基板の製造方法である。
前記のようにセラミック積層基板の中に多くの回路を構成して複合化する場合には、積層基板内の電極パターン構成も複雑化する。一般的にセラミック層と電極パターンとの収縮特性は異なるものであり、例えば焼結の際に電極パターン部分が早く収縮を開始し、その後セラミック層が収縮するときには、電極部分が先に焼結を完了するので、セラミック層の均一な収縮を阻害し、積層基板内における電極パターンの構成がアンバランスな場合に著しい変形が生じる。そこで、本発明においては、一平面上に形成された電極パターンの占める割合と、積層方向（厚み方向）に占める電極パターンの割合を勘案し、前記積層基板内に占める電極パターンの疎密に対応する実際のセラミック積層基板の変形に応じて、収縮率の異なる複数の絶縁ペーストを印刷し、焼成後の空孔率が異なる絶縁層をセラミック積層基板の主面に構成することで変形量を適宜調整し、もって変形量の小さなセラミック積層基板を得るようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るセラミック積層基板の一例を斜視分解図として図１に示す。
このセラミック積層基板は高周波増幅器に用いられるものであって、キャビティー２０に半導体素子が収容され、前記半導体素子はキャビティー２０の周りに形成された接続端子２５（パッド）とワイヤーボンディグされ電気的に接続し、樹脂で封止される。
このセラミック積層基板１２は、焼成により多層一体化された複数のセラミックス層と、電極パターンを主構成とするものである。キャビティー２０の底面に形成され半導体素子を搭載する電極３６０、チップインダクタやチップコンデンサ、チップ抵抗などの電子部品を実装するための実装電極５５、前記電極３６０とサーマルビア３５０を介して接続する接地電極（図示せず）、セラミック層に形成されたコンデンサ素子やインダクタンス素子を構成する内部導体パターン３２０や、これらを接続する接続線路、ビアホール３４０が設けられている。
そして、セラミック積層基板１２の両主面には、前記端子電極が露出するが他の部分を実質的に全面覆う絶縁層１５が形成されている。この絶縁層１５は、セラミック積層基板１２を主として構成する誘電体粉末を樹脂（エチルセルロース）、可塑剤（ジメチルフタレート）、溶剤（ＢＣＡ、エタノール、ブタノール）とともに所定量混合してペースト化した絶縁ペーストを焼結してなるものである。そしてセラミック積層基板１２の実際の変形に応じて、適宜収縮率を異ならせた（焼結後の空孔率を異ならせた）複数の絶縁ペーストが用いられる。
本発明において、絶縁層１５の空孔率を異ならせる方法として、例えば絶縁ペーストに用いるセラミック粉末を、十分に結晶化した粉末と、通常の結晶化していない仮焼粉と所定の割合で混ぜたセラミック粉末としたり、仮焼温度を変えて結晶化の度合いを変えた粉末と、通常の結晶化していない仮焼粉とを混ぜたセラミック粉末としている。また、この絶縁層１５は色調を異なるものとすることも可能であり、その場合には例えば前記絶縁ペーストに、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属を含有する着色ガラス粉を０．５〜５重量％程度添加すれば良い。
【００１０】
以下セラミック積層基板の製造方法について、詳細に説明する。
まず、低温焼成可能なセラミック材料と適量の有機バインダや有機溶剤とを共に混合し、これをキャリアフィルム上にドクターブレート法によってキャスティングして、グリーンシートを成形した。前記キャリアフィルムは、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレートで出来ており、熱的安定性、機械的強度にすぐれており、柔らかいセラミックグリーンシートを保持するのに適している。セラミックグリーンシートの厚さは、セラミック積層基板内にコンデンサ素子が形成される場合にはセラミック層厚さで２５μｍとし、他の層には１００〜１５０μｍのものを用いた。なお、セラミック層厚さは適宜設定されるものであり、前記厚さに限定されるものではないが、好ましくは１０〜１５０μｍの範囲で選択する。
【００１１】
低温焼成セラミック材料としては、例えば低誘電率（比誘電率５〜１０）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｇｄ−Ｏ系誘電体材料、Ｍｇ_２ＳＯ_４からなる結晶相とＳｉ−Ｂａ−Ｌａ−Ｂ−Ｏ系からなるガラス等からなる誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｏ系誘電体材料、高誘電率（比誘電率５０以上）のＢｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系誘電体材料等様々な材料が開発されている。セラミック積層基板には、これらの低温焼成セラミック材料を単独で使用する場合もあるし、インダクタンス素子、コンデンサ素子を構成するセラミック層に応じて低誘電率の材料、高誘電率の材料を選択的に用いる場合もある。
【００１２】
次に、キャスティングされたグリーンシートをキャリアフィルムごと切断し、その一部のセラミックグリーンシートにビアホールを形成した。ビアホールは、セラミックグリーンシート側からＣＯ_２レーザを照射して、その照射面側の孔径がセラミック層としたときに０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍとなる様に形成される。その断面形状は円筒又は略円錐形状となっている。前記ビアホールは、積層配置される回路素子間の接続とともに、キャビティー底部に形成される電極３６０と接続され、電気的な接続と放熱の為のサーマルビア３５０に用いられる。
【００１３】
次に、グリーンシートに形成されたビアホールに導体ペーストを埋込む。導体ペーストとしては銀，銅等が用いられ、メタルマスク又はメッシュマスクによるスクリーン印刷によってビアホール部に埋込まれる。
次に、セラミックグリーンシートの表面にインダクタンス素子やコンデンサ素子を構成する電極パターン３２０、インダクタンス素子やコンデンサ素子等を接続する接続電極を形成する。信号配線、及び電源配線の電極パターンを形成する導体ペースト材はビアホール部と同じものを用いても良いし、異なるものを用いても良い。なお、電極パターンの形成と前記ビアホールへの導体ペーストの充填を同時に行ってもよい。
【００１４】
以上の様にして、キャリアフィルムを付けたままのグリーンシートを作成した。そして、これを積層用金型に配置するが、前記金型の下側金型には吸着孔が形成されており、これにより最下層となるグリーンシートをキャリアフィルムが付いたまま、かつキャリアフィルムを積層治具側として吸着固定する。
そして、キャリアフィルムを付けたままグリーンシートを、グリーンシートが相対向するようにして積層し、熱圧着させ、キャリアフィルムをとり除く。これを数次繰り返し仮圧着体とし、さらにサーマルビア３５０を覆うように電極３６０を印刷形成した。この電極３６０が形成された面の反対面に端子電極を構成する下地層を形成した。この仮圧着体を金型に配置して本圧着して第１の積層圧着体とした。
【００１５】
第１の積層圧着体と同様の製造方法を用いて、表面に半導体素子のランド２５、電子部品の実装電極５５を成形し、次いで、金型で打ち抜いてキャビティー部を形成して第２の積層圧着体を構成した。その後、第１の積層圧着体と第２の積層圧着体を金型に配置して、５０℃、１４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で圧着して一体化し、セラミックグリーンシート積層体を形成した。さらに、セラミックグリーンシートに用いたものとほぼ同じ低温焼成セラミック材料粉末をペースト化した絶縁ペーストを用いて、絶縁層１５を印刷形成するとともに、セラミックグリーンシート積層体の他の主面に焼結後異なる空孔率となる複数の絶縁ペーストを用いて絶縁層を印刷形成した。
【００１６】
この空孔率の異なる絶縁層は以下の様に構成した。
まず、セラミック積層基板の主たるセラミック層を構成するＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｎａ、Ｋ、Ｔｉの酸化物を混合し、８００℃で仮焼し、粉砕したセラミック粉末を準備した。このセラミック粉末は９００℃で焼成可能であり、焼成後アルミナと長石族鉱物結晶の混晶状態となる。また、仮焼後の状態は、アルミナとアルミナ以外の成分がガラス化したものが混在する状態になっている。ここで準備したセラミック粉末を通常仮焼粉と呼ぶことにする。
【００１７】
そして、前記通常仮焼粉と同組成の材料を９００℃で仮焼し、粉砕した仮焼粉（高温仮焼粉と呼ぶこととする）を準備した。この高温仮焼粉は積層化後の焼成温度と同じ温度処理されており、十分に結晶化された材料である。これに前記通常仮焼粉を表１に示すように混合して絶縁ペーストを構成するセラミック粉末とした。これらのセラミック粉末をφ１４の円柱状に圧縮成形した後、９００℃で焼成して試験片を得て、この試験片から材料特性を評価した結果も表１にあわせて示す。表１中の収縮比率とは、通常仮焼粉の焼成収縮率を１００％としたときの焼成収縮率の比率である。表１に示すように、通常仮焼粉と高温仮焼粉の混合比を変えることにより、密度・焼成収縮率、および空孔率を適当な値に設定できる。
【００１８】
【表１】

【００１９】
このセラミックグリーンシート積層体に分割溝を鋼刃で刻設形成した後、セッタ等の焼成治具上に配置して大気中９００℃で焼成した。なお導体ペーストとしてＣｕを用いる場合には、所定のガス雰囲気中（還元雰囲気）で焼成する。そしてＮｉめっき、Ａｕめっきの電界又は無電界めっき処理を行い、セラミック積層基板を複数備えた集合基板１とし（図２）、しかる後、前記分割溝に添って個片に分割して本発明のセラミック積層基板１２とした。
【００２０】
【実施例】
セラミック積層基板の構成する低温焼成セラミック材料として、重量％でＡｌ_２Ｏ_３：４９、ＳｉＯ_２：３４、ＳｒＯ：８．２、ＴｉＯ_２：３、Ｂｉ_２Ｏ_３：２．５、Ｎａ_２Ｏ：２、Ｋ_２Ｏ：０．５、ＣｕＯ：０．３、Ｍｎ_３Ｏ_４：０．５に換算される誘電体材料を使用した。
前記、組成の材料を作製するため、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｍｎ_３Ｏ_４およびＳｒＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３の原料粉を秤量し、純水と一緒に、ボールミルで混合し、混合スラリーを得た。前記スラリーにＰＶＡをスラリー重量に対して１ｗｔ％添加した後、スプレードライヤーにて乾燥し、平均粒径が約０．１ｍｍの顆粒状の乾燥粉を得た。前記顆粒粉を、連続炉にて最高温度８００℃にて仮焼し、目的とする組成である仮焼粉を得た。
次に、仮焼粉を、エタノール中に分散させてボールミルで平均粒径１．２μｍまで粉砕し、更に、シート成形用のバインダーであるＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を仮焼粉重量に対して１２ｗｔ％、および可塑剤であるＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレート）７．５ｗｔ％を添加し、同一のボールミルにて、溶解・分散を行い、シート成形用のスラリーを得た。前期スラリーを減圧下で、脱泡および一部の溶剤の蒸発を行い、約１００００ｍＰａ・ｓの粘度になるように調整した。粘度調整後、ドクターブレードにて、シート成形を行い、乾燥後約１００μｍの厚さのセラミックグリーンシートを得た。後工程のハンドリングのため、所定の大きさに裁断した。
【００２１】
以下の製造工程は、発明の実施の形態の欄に開示した製造工程と実質的に同じとしているので、その説明を省く。そして、焼結後に無電解めっきにてニッケルめっきおよび金めっきを行い、絶縁層を形成しないセラミック積層基板とした。
【００２２】
このセラミック積層基板のキャビティー側主面の変形量をレーザ式の３次元測定器で測定した。その結果を図３に示すが、変形状態は下に凸となり変形量が約１９０μｍと著しく大きなものであった。
次に、キャビティー側の主面に絶縁層を形成した以外は前記セラミック積層基板と実質的に同一な絶縁層つきのセラミック積層基板を準備した。前記絶縁層は、前記したセラミック粉Ｂ、Ｃに溶剤、有機ビヒクル等を混合してペースト状にしたものを用いている。
図４は一面上にセラミック粉Ｃを用いた絶縁ペーストで絶縁層１５ｃを形成したセラミック積層基板の変形状態である。この場合においては、絶縁層１５ｃを設けないセラミック積層基板と逆の上に凸となる変形状態を示し、その変形量も約２３０μｍと著しく大きなものであった。また図５は一面上にセラミック粉Ｂを用いた絶縁ペーストで絶縁層１５ｂを形成したセラミック積層基板の変形状態である。この場合においては、変形量は約１００μｍと改善されているものの実用的な変形量ではない。そして、その変形状態は波状であった。
【００２３】
本発明者等は、セラミック粉Ｂを用いた絶縁ペーストで絶縁層を形成したセラミック積層基板の変形状態をもとに、変形状態が上に凸となる部分（Ａ部）には空孔率がより小さいセラミック粉Ａを絶縁ペーストで絶縁層１５ａを形成し、変形状態が下に凸となる部分（Ｂ部）には空孔率がより大きなセラミック粉Ｃを絶縁ペーストで絶縁層１５ｃを形成してセラミック積層基板とした。その結果、セラミック積層基板の変形量は約３０μｍとなり著しく改善され、変形状態も平坦化することが出来た。
【００２４】
本実施例においては、セラミック積層基板の一主面上にのみ絶縁層を形成したが、変形に応じてもう一方の主面に絶縁層を形成しても良い。また絶縁ペーストの選定は、実際の変形に応じて適宜なされるものであり、本実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミック多層基板に占める電極パターンが複雑化しても、セラミック多層基板の変形を抑制することが可能なセラミック多層基板の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るセラミック積層基板の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係るセラミック積層基板を備え集合基板の斜視図である。
【図３】従来の製造方法によるセラミック積層基板の変形状態及び変形量を示す図である。
【図４】従来の製造方法による他のセラミック積層基板の変形状態及び変形量を示す図である。
【図５】従来の製造方法による他のセラミック積層基板の変形状態及び変形量を示す図である。
【図６】本発明に係る製造方法によるセラミック積層基板の変形状態及び変形量を示す図である。
【符号の説明】
１２セラミック積層基板
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ絶縁層
２０キャビティー
２５接続端子（パッド）
５５実装電極
３２０内部導体パターン
３４０ビアホール
３５０サーマルビア
３６０電極[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for manufacturing a surface-mounting type high-frequency electronic component, and more particularly to suppression of deformation during firing of the ceramic laminated substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a circuit board is known in which electronic components such as semiconductor elements such as transistors, FETs, diodes, and ICs, resistance elements, capacitor elements, and inductor elements are mounted on the surface of a circuit board made of plastic, ceramics, or the like. Such a circuit board is required to protect semiconductor elements and electronic components from mechanical stress, to improve electrical characteristics, and to be thermally protected. Recently, the heat generation during operation of the semiconductor element has increased, but since this heat generation affects the operation of the semiconductor element itself and other electronic components, the heat generation can be efficiently radiated. It is important. In the circuit board as described above, ceramics that are comprehensively excellent in terms of heat dissipation, electrical characteristics, reliability, and the like are often used as circuit board materials. Al ₂ O ₃ has been mainly used as such a ceramic.
On the other hand, in the field of mobile communication such as mobile phones, there is a strong demand for miniaturization of circuit components used, and capacitor elements, inductor elements, etc. are incorporated in circuit boards by LTCC (low temperature co-fireable ceramics used) technology. LC filters and the like have come to be widely used.
[0003]
Such a circuit component is made of a low-temperature sintered ceramic material that can be sintered at, for example, 1000 ° C. or less, and is applied to a carrier film with a doctor blade (casting) to form a ceramic green sheet, which is cut into a desired shape. In the sheet, a desired circuit pattern (electrode pattern) constituting a capacitor element or an inductance element is formed with a conductive paste such as Ag or Cu, and a via hole penetrating the sheet is formed by a punching device, Printed and filled with a conductor paste mainly composed of a metal such as Ag or Cu as the conductor pattern in which the electrode pattern is formed in the via hole formed in each sheet, and the necessary number of the ceramic green sheets are stacked, laminated, and pressure-bonded, After that, cut it to the required dimensions, and It is obtained by simultaneous firing of the bets and the conductor paste.
Recently, such a LTCC technology has been adopted in the circuit board, and a circuit board in which a capacitor element and an inductor element are partially built in and a cavity is formed, and a semiconductor element in a bare chip state is mounted in the cavity. Proposed. Hereinafter, a circuit board configured using such LTCC technology is referred to as a ceramic laminated board.
[0004]
In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization and high performance of mobile communication devices, and the ceramic multilayer substrate has been incorporated with various circuit functions. As such a high-frequency electronic component, for example, there is one in which an antenna switch, a filter, a directional coupler, a high-frequency amplifier, and the like constituting a high-frequency circuit unit of a mobile phone are combined and integrated with the ceramic multilayer substrate. In such a high-frequency electronic component, a large number of electrode patterns constituting an antenna switch, a filter, a directional coupler, a high-frequency amplifier, and the like are formed in the substrate.
[0005]
In such a ceramic multilayer substrate, it is known that the configuration of the electrode pattern in the substrate greatly affects the deformation of the substrate. Therefore, in order to prevent deformation of the substrate even when the electrode pattern formed in the circuit substrate is unbalanced in the stacking direction, the main ceramic layer (layer formed by sintering the green sheet) constituting the stacked substrate ) Is suppressed by forming a ceramic layer having a different shrinkage ratio on the main surface of the ceramic laminated substrate (Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-354376 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a large number of electrode patterns are configured on a ceramic laminated substrate in a complicated manner, a ceramic layer having a contraction rate different from that of the main ceramic layer is simply considered in consideration of an unbalance of electrode patterns in the lamination direction as in the past. In some cases, it is not sufficient to suppress the deformation only by forming the laminated substrate.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate capable of suppressing deformation of the ceramic multilayer substrate even if the electrode pattern occupying the ceramic multilayer substrate is complicated.
[0008]
[Means for solving the problems]
The present invention includes a step of printing an electrode pattern using a conductive paste on a green sheet made of ceramic powder and glass as main components and adding a plasticizer and a solvent, and a plurality of green sheets on which the electrode pattern is formed. A plate-like laminate, and a step of suppressing deformation by printing an insulating paste formed by mixing a ceramic powder, glass as a main component, a solvent, and an organic vehicle on at least one of the main surfaces of the laminate. And a method for producing a ceramic laminated substrate comprising a step of firing a laminate on which the insulating paste is printed,
In the step of performing the deformation suppression process, a portion where the deformation state is convex upward (A portion) and a portion where the deformation state is convex depending on the deformation state of the ceramic laminated substrate that has not been subjected to the deformation suppression processing measured in advance. (Part B) and an insulating paste that becomes an insulating layer having different porosities after firing are subjected to deformation suppression treatment,
The insulating paste printed on the B part has a higher porosity after firing than the insulating paste printed on the A part .
As described above, when a large number of circuits are configured and combined in a ceramic multilayer substrate, the electrode pattern configuration in the multilayer substrate is also complicated. Generally, the shrinkage characteristics of the ceramic layer and the electrode pattern are different. For example, when the electrode pattern portion starts to shrink quickly during sintering, and then the ceramic layer shrinks, the electrode portion is sintered first. As it is completed, uniform shrinkage of the ceramic layer is hindered, and significant deformation occurs when the configuration of the electrode pattern in the laminated substrate is unbalanced. Therefore, in the present invention, taking account of the ratio of the electrode pattern formed on one plane and the ratio of the electrode pattern in the stacking direction (thickness direction), it corresponds to the density of the electrode pattern in the stacked substrate. Depending on the actual deformation of the ceramic multilayer substrate, multiple insulating pastes with different shrinkage ratios are printed, and an insulating layer with different porosity after firing is configured on the main surface of the ceramic multilayer substrate, so that the amount of deformation is adjusted appropriately Thus, a ceramic laminated substrate with a small deformation amount is obtained.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of a ceramic laminated substrate according to the present invention is shown in FIG. 1 as a perspective exploded view.
This ceramic multilayer substrate is used for a high-frequency amplifier, and a semiconductor element is accommodated in a cavity 20. The semiconductor element is wire bonded to a connection terminal 25 (pad) formed around the cavity 20 to be electrically connected. Connected and sealed with resin.
This ceramic laminated substrate 12 is mainly composed of a plurality of ceramic layers integrated by firing and an electrode pattern. An electrode 360 formed on the bottom surface of the cavity 20 for mounting a semiconductor element, a mounting electrode 55 for mounting electronic components such as a chip inductor, a chip capacitor, and a chip resistor, and a ground connected to the electrode 360 via a thermal via 350 An electrode (not shown), an internal conductor pattern 320 constituting a capacitor element and an inductance element formed in a ceramic layer, a connection line connecting these, and a via hole 340 are provided.
An insulating layer 15 is formed on both main surfaces of the ceramic laminated substrate 12 so that the terminal electrodes are exposed but the other portions are substantially entirely covered. This insulating layer 15 is made of an insulating paste obtained by mixing a predetermined amount of a dielectric powder mainly constituting the ceramic laminated substrate 12 together with a resin (ethyl cellulose), a plasticizer (dimethyl phthalate), and a solvent (BCA, ethanol, butanol) into a paste. Sintered. A plurality of insulating pastes having different shrinkage ratios (different porosity ratios after sintering) are used according to actual deformation of the ceramic laminated substrate 12.
In the present invention, as a method of varying the porosity of the insulating layer 15, for example, ceramic powder used for the insulating paste is mixed with a sufficiently crystallized powder and a normal non-crystallized calcined powder at a predetermined ratio. A ceramic powder is obtained, or a powder obtained by changing the calcination temperature to change the degree of crystallization and a normal non-crystallized calcination powder. In addition, the insulating layer 15 may have a different color tone. In this case, for example, the insulating paste is made of colored glass powder containing a metal such as Fe, Cu, Co, Ni, Cr, etc. What is necessary is just to add about 5 to 5 weight%.
[0010]
Hereinafter, the manufacturing method of a ceramic laminated substrate is demonstrated in detail.
First, a ceramic material that can be fired at low temperature and an appropriate amount of an organic binder or an organic solvent were mixed together, and this was cast on a carrier film by a doctor blade method to form a green sheet. The carrier film is made of, for example, polyester or polyethylene terephthalate, has excellent thermal stability and mechanical strength, and is suitable for holding a soft ceramic green sheet. When the capacitor element is formed in the ceramic multilayer substrate, the ceramic green sheet has a ceramic layer thickness of 25 μm, and the other layers have a thickness of 100 to 150 μm. The thickness of the ceramic layer is appropriately set and is not limited to the above thickness, but is preferably selected in the range of 10 to 150 μm.
[0011]
Examples of the low-temperature fired ceramic material include an Al—Mg—Si—Gd—O-based dielectric material having a low dielectric constant (relative dielectric constant 5 to 10), a crystal phase composed of Mg ₂ SO _4, and Si—Ba—La—B. -O-based dielectric material made of glass or the like, Al-Si-Sr-O-based dielectric material, Al-Si-Ba-O-based dielectric material, Bi- with a high dielectric constant (relative dielectric constant of 50 or more) Various materials such as Ca—Nb—O based dielectric materials have been developed. In some cases, these low-temperature fired ceramic materials may be used alone for the ceramic multilayer substrate, and low dielectric constant materials and high dielectric constant materials are selectively used according to the ceramic layers constituting the inductance element and capacitor element. Sometimes used.
[0012]
Next, the cast green sheet was cut together with the carrier film, and a via hole was formed in a part of the ceramic green sheet. The via hole is formed so as to be 0.05 mm to 0.3 mm when a CO ₂ laser is irradiated from the ceramic green sheet side and the hole diameter on the irradiated surface side is a ceramic layer. The cross-sectional shape is a cylinder or a substantially conical shape. The via hole is connected to the electrode 360 formed at the bottom of the cavity together with the connection between the circuit elements arranged in a stacked manner, and is used as a thermal via 350 for electrical connection and heat dissipation.
[0013]
Next, a conductor paste is embedded in the via hole formed in the green sheet. Silver, copper, or the like is used as the conductive paste, and is buried in the via hole portion by screen printing using a metal mask or a mesh mask.
Next, an electrode pattern 320 constituting an inductance element and a capacitor element, and a connection electrode for connecting the inductance element and the capacitor element are formed on the surface of the ceramic green sheet. The conductive paste material for forming the electrode pattern of the signal wiring and the power supply wiring may be the same as the via hole portion or may be different. The formation of the electrode pattern and the filling of the conductor paste into the via hole may be performed simultaneously.
[0014]
As described above, a green sheet with a carrier film attached thereto was prepared. And this is arrange | positioned to the metal mold | die for lamination | stacking, The suction hole is formed in the lower metal mold | die of the said metal mold | die, Thereby, the carrier film is attached to the green sheet used as the lowest layer. Is adsorbed and fixed as the stacking jig side.
Then, with the carrier film attached, the green sheets are laminated so that the green sheets face each other, thermocompression-bonded, and the carrier film is removed. This was repeated several times as a temporary pressure-bonded body, and an electrode 360 was formed by printing so as to cover the thermal via 350. A base layer constituting the terminal electrode was formed on the surface opposite to the surface on which the electrode 360 was formed. This temporary pressure-bonded body was placed in a mold and subjected to main pressure bonding to form a first laminated pressure-bonded body.
[0015]
Using a manufacturing method similar to that of the first laminated pressure-bonded body, the lands 25 of the semiconductor element and the mounting electrodes 55 of the electronic component are formed on the surface, and then punched out with a mold to form a cavity portion. A laminated crimped body was constructed. Thereafter, the first laminated pressure-bonded body and the second laminated pressure-bonded body were placed in a mold and integrated by pressure bonding at 50 ° C. and a pressure of 140 kg / cm ² to form a ceramic green sheet laminated body. Furthermore, the insulating layer 15 is printed and formed using an insulating paste obtained by pasting the same low-temperature fired ceramic material powder as that used for the ceramic green sheet, and then sintered on the other main surface of the ceramic green sheet laminate. An insulating layer was printed by using a plurality of insulating pastes having different porosity.
[0016]
The insulating layers having different porosities were configured as follows.
First, oxides of Al, Si, Sr, Na, K, and Ti constituting the main ceramic layer of the ceramic multilayer substrate were mixed, calcined at 800 ° C., and pulverized ceramic powder was prepared. This ceramic powder can be fired at 900 ° C. and becomes a mixed crystal state of alumina and feldspar group mineral crystals after firing. In addition, the state after calcination is a state in which alumina and components other than alumina vitrified are mixed. The ceramic powder prepared here is usually called calcined powder.
[0017]
And the material of the same composition as the said normal calcined powder was calcined at 900 degreeC, and the calcined calcined powder (it shall call high temperature calcined powder) was prepared. This high-temperature calcined powder has been subjected to the same temperature treatment as the firing temperature after lamination, and is a sufficiently crystallized material. The above-mentioned normal calcined powder was mixed as shown in Table 1 to obtain a ceramic powder constituting an insulating paste. These ceramic powders are compression-molded into a cylindrical shape of φ14 and then fired at 900 ° C. to obtain test pieces. The results of evaluating material properties from the test pieces are also shown in Table 1. The shrinkage ratio in Table 1 is the ratio of the firing shrinkage when the firing shrinkage of the calcined powder is normally 100%. As shown in Table 1, the density, firing shrinkage rate, and porosity can be set to appropriate values by changing the mixing ratio of the normal calcined powder and the high-temperature calcined powder.
[0018]
[Table 1]

[0019]
After dividing and forming a dividing groove with a steel blade in this ceramic green sheet laminate, it was placed on a firing jig such as a setter and fired at 900 ° C. in the atmosphere. In addition, when using Cu as a conductor paste, it bakes in a predetermined gas atmosphere (reducing atmosphere). Then, Ni plating, Au plating electric field or electroless plating treatment is performed to form an aggregate substrate 1 having a plurality of ceramic laminated substrates (FIG. 2), and then divided into individual pieces along the dividing grooves. A ceramic laminated substrate 12 was obtained.
[0020]
【Example】
As a low-temperature fired ceramic material constituting the multilayer ceramic substrate, Al ₂ O ₃ : 49, SiO ₂ : 34, SrO: 8.2, TiO ₂ : 3, Bi ₂ O ₃ : 2.5, Na ₂ O by weight%. _{: 2, K 2 O: 0.5} , CuO: 0.3, Mn 3 O 4: using dielectric materials to be converted into 0.5.
In order to produce the material having the above composition, raw material powders of Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , TiO ₂ , Bi ₂ O ₃ , CuO, Mn ₃ O ₄ and SrCO ₃ , Na ₂ CO ₃ , K ₂ CO ₃ are weighed. And mixed with a pure water with a ball mill to obtain a mixed slurry. After adding 1 wt% of PVA to the slurry with respect to the weight of the slurry, the slurry was dried with a spray dryer to obtain a granular dry powder having an average particle size of about 0.1 mm. The granulated powder was calcined at a maximum temperature of 800 ° C. in a continuous furnace to obtain a calcined powder having a target composition.
Next, the calcined powder is dispersed in ethanol and pulverized with a ball mill to an average particle size of 1.2 μm. Further, PVB (polyvinyl butyral), which is a binder for sheet molding, is 12 wt% based on the weight of the calcined powder. , And 7.5 wt% of BPBG (butylphthalyl butyl glycolate) as a plasticizer were added, and dissolution and dispersion were performed in the same ball mill to obtain a sheet forming slurry. The slurry was adjusted to a viscosity of about 10,000 mPa · s by degassing and evaporating a part of the solvent under reduced pressure. After adjusting the viscosity, a sheet was formed with a doctor blade, and after drying, a ceramic green sheet having a thickness of about 100 μm was obtained. It cut | judged to the predetermined | prescribed magnitude | size for the handling of a post process.
[0021]
The following manufacturing process is substantially the same as the manufacturing process disclosed in the section of the embodiment of the invention, and thus the description thereof is omitted. Then, after sintering, nickel plating and gold plating were performed by electroless plating to form a ceramic laminated substrate on which no insulating layer was formed.
[0022]
The amount of deformation of the cavity-side main surface of this ceramic laminated substrate was measured with a laser-type three-dimensional measuring device. The result is shown in FIG. 3, and the deformation state was convex downward, and the deformation amount was about 190 μm, which was extremely large.
Next, a ceramic laminated substrate with an insulating layer substantially the same as the ceramic laminated substrate except that an insulating layer was formed on the main surface on the cavity side was prepared. The insulating layer uses a paste formed by mixing the above-described ceramic powders B and C with a solvent, an organic vehicle, or the like.
FIG. 4 shows a deformed state of a ceramic laminated substrate in which an insulating layer 15c is formed on one surface with an insulating paste using ceramic powder C. In this case, a deformed state that protrudes upward opposite to the ceramic laminated substrate not provided with the insulating layer 15c is shown, and the amount of deformation is remarkably as large as about 230 μm. FIG. 5 shows a deformed state of the ceramic laminated substrate in which the insulating layer 15b is formed on the one surface with the insulating paste using the ceramic powder B. In this case, although the deformation amount is improved to about 100 μm, it is not a practical deformation amount. The deformation state was wavy.
[0023]
Based on the deformed state of the ceramic laminated substrate in which the insulating layer is formed of the insulating paste using the ceramic powder B, the present inventors have a porosity in the portion where the deformed state is convex upward (part A). An insulating layer 15a is formed with a smaller ceramic powder A with an insulating paste, and an insulating layer 15c is formed with an insulating paste with a ceramic powder C having a higher porosity at a portion where the deformed state protrudes downward (B portion). Thus, a ceramic laminated substrate was obtained. As a result, the deformation amount of the ceramic laminated substrate was about 30 μm, which was remarkably improved and the deformation state could be flattened.
[0024]
In this embodiment, the insulating layer is formed only on one main surface of the ceramic laminated substrate, but an insulating layer may be formed on the other main surface according to deformation. Needless to say, the selection of the insulating paste is appropriately made according to the actual deformation and is not limited to this embodiment.
[0025]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the electrode pattern which occupies for a ceramic multilayer substrate becomes complicated, the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate which can suppress a deformation | transformation of a ceramic multilayer substrate can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a ceramic laminated substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a collective substrate including a ceramic multilayer substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a deformation state and a deformation amount of a ceramic laminated substrate according to a conventional manufacturing method.
FIG. 4 is a diagram showing a deformation state and deformation amount of another ceramic laminated substrate according to a conventional manufacturing method.
FIG. 5 is a diagram showing a deformation state and deformation amount of another ceramic laminated substrate according to a conventional manufacturing method.
FIG. 6 is a diagram showing a deformation state and a deformation amount of a ceramic laminated substrate by the manufacturing method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
12 Ceramic

laminated substrates

15, 15a, 15b, 15c Insulating layer 20 Cavity 25 Connection terminal (pad)
55 Mounting Electrode 320 Internal Conductor Pattern 340 Via Hole 350 Thermal Via 360 Electrode

Claims

A step of printing an electrode pattern using a conductive paste on a green sheet prepared by adding a plasticizer and a solvent with ceramic powder and glass as main components, and a plurality of green sheets on which the electrode pattern is formed are laminated to form a plate A step of forming a laminated body, a step of printing an insulating paste formed by mixing ceramic powder, glass as a main component, a solvent, and an organic vehicle on at least one of the main surfaces of the laminated body, and a deformation suppressing process; A method for producing a ceramic laminated substrate comprising a step of firing a laminate on which a paste is printed,
In the step of performing the deformation suppression process, a portion where the deformation state is convex upward (A portion) and a portion where the deformation state is convex depending on the deformation state of the ceramic laminated substrate that has not been subjected to the deformation suppression processing measured in advance. (Part B) and an insulating paste that becomes an insulating layer having different porosities after firing are subjected to deformation suppression treatment,
The method for producing a ceramic laminated substrate according to claim 1, wherein the insulating paste printed on part B has a higher porosity after firing than the insulating paste printed on part A.