JP4167517B2 - 多層回路基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や複合電子部品に用いられる多層回路基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層回路基板は、半導体装置や複合電子部品等に幅広く用いられている。
【０００３】
従来の多層回路基板として、例えば図３に示すように、第１の無機組成物から成る複数個の第１絶縁層３１ａ、３１ｃ、３１ｅと、第２の無機組成物から成る複数個の第２絶縁層３１ｂ、３１ｄとが交互に積層された積層体の内部及び表面に導体層３２を配設してなる構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上述した多層回路基板を製作するにあっては、まず、図４に示すように複数個の第１グリーンシート４１ａ、４１ｃ、４１ｅ及び第２グリーンシート４１ｂ、４１ｄを用意し、次に、それぞれのグリーンシートに導体層４２やビアホール導体４３を設け、第１グリーンシートと第２グリーンシートとが交互になるようにして積層する。そして、得られた積層体を、グリーンシート４１ａ、４１ｃ、４１ｅを焼結させる第１の温度領域と、グリーンシート４１ｂ、４１ｄを焼結させる第２の温度領域とを経て、一体焼成することにより、多層回路基板３０が製作される。
【０００５】
従来の多層回路基板の製造方法によれば、第１の温度領域と、第２の温度領域とが相互に異なるものとしているので、例えば、第１の温度領域が第２の温度領域よりも低く設定してある場合、第１の温度領域においては、第２グリーンシートが未焼結状態で第１グリーンシートに隣接しているので、第１グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向における焼結に伴う収縮が抑制され、厚み方向に大きく収縮して焼結し、第１絶縁層として形成される。一方、第２の温度領域においては、すでに第１グリーンシートの焼結が完了して形成されている第１絶縁層が第２グリーンシートに隣接しているので、第２グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向における収縮が抑制され、厚み方向に大きく収縮して焼結し、第２絶縁層として形成される。
【０００６】
このように、積層体の焼成時に、焼結に伴う収縮を、面方向に抑制するとともに厚み方向に大きくすることにより、多層回路基板の寸法精度を高くなす試みがなされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５８７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例では、第１の温度領域において、第１グリーンシートが焼結に伴って収縮を開始した際、第１グリーンシートの焼結に伴って収縮するときの第２グリーンシートに及ぼす応力が大きい場合や、応力を受ける側の第２グリーンシートの剛性が不足する場合がある。このようなとき、第２グリーンシートが面方向の収縮が大きくなるので、製作された多層回路基板は、寸法精度のばらつきが大きくなりやすい。
【０００９】
また、グリーンシート中に含まれる有機バインダや可塑剤は、焼成時の温度上昇に伴い蒸発及び熱分解されて消失していくが、上述した従来の製造方法によれば、２つの温度領域で積層体を焼結させるため、焼結が比較的低い温度から開始することとなり、有機バインダや可塑剤が無機組成物の焼結の前に充分に消失されず、残存してしまうことがある。このような場合、残存した炭化物により絶縁層の絶縁性が劣化し、更には絶縁層間に集中的に残存することによって層間剥離が発生することもある。
【００１０】
更に、上述した従来の製造方法によれば、積層体の最上層及び最下層は、収縮の抑制が一方面に限られてしまうため、特にその端部において面方向への収縮の応力が集中し、うねりや反り等の変形が発生しやすくなる。このような変形が発生すると、特に積層体の端部付近において電子部品素子の搭載性が劣化することとなる。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、面方向への収縮を充分に抑制するとともに、有機バインダや可塑剤を効率よく消失させ、高い寸法精度と絶縁性を実現し、層間剥離の発生や変形を低減することが可能な多層回路基板の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層回路基板の製造方法は、第１の無機組成物を含む第１グリーンシートの焼成により形成される複数個の第１絶縁層と、該第１絶縁層よりも厚みが厚く、第２の無機組成物を含む第２グリーンシートの焼成によって形成される複数個の第２絶縁層とが交互に積層された積層体の内部及び表面に導体層を配設してなる多層回路基板であって、前記第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されており、かつ、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が下記関係式▲１▼を満たすことを特徴とするものである。
【００１３】
Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２・・・▲１▼
また、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴ない前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
また更に、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
更にまた、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記第１絶縁層が前記積層体の最上層及び最下層を構成していることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の多層回路基板の製造方法によれば、第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されているので、第１グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートの剛性により抑制される。一方、第２グリーンシートが焼結する際、第２グリーンシートは、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第１絶縁層の剛性により抑制される。同時に、第2グリーンシートの厚みを第１グリーンシートよりも厚くしているので、第１グリーンシートは、焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートに及ぼす応力が小さくなり、第２グリーンシートによって面方向への収縮がより効果的に抑制されるので、積層体全体としても面方向への収縮がより強く働き、寸法精度の高い多層回路基板を得られることとなる。
【００１８】
加えて、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が関係式「Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２」を満たすようにしている。
【００１９】
これにより、可塑剤が蒸発して積層体から外部へ導かれて消失した後に、積層体に含まれる第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが熱分解するので、分解した有機バインダは、可塑剤が消失してできた経路を通ることで積層体の外部へ導かれやすくなり、炭化物として積層体内に残存しにくくなり、絶縁性を高くするとともに、層間剥離の発生しにくい多層回路基板を提供することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴い前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されるようにしている。これにより、可塑剤が蒸発して積層体の表面全体から外部へ導かれて消失した後に、厚みの厚い第2グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路を通り、同じく積層体の表面全体から外部へと導かれる。そして次に、第1グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路と、隣接する第2グリーンシートの有機バインダが消失してできた経路とを通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、第1グリーンシートは、第2グリーンシートに比して厚みが薄く、有機バインダの総量も少ない。従って、上述した経路により短時間で外部へと導かれ消失することが可能となるので、炭化物が残存しにくくなり、絶縁層の絶縁性がより高いものとすることができる。
【００２１】
更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることにより、熱分解した第３の有機バインダは、隣接する第２グリーンシートの第２の有機バインダが消失してできた経路を通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、導電性ペーストは、各グリーンシートに比して厚みが薄く、且つ面積も少ないので、熱分解した第３の有機バインダの総量も少なく、上述した経路から充分に外部へと導かれることが可能である。
【００２２】
また更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることにより、第１絶縁層の面方向への収縮がいっそう抑制されるとともに、第１の有機バインダは、熱分解したときの外部へと導かれる経路が充分なものとなる。
【００２３】
更にまた、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、収縮の抑制が一方の面に限られる前記積層体の最上層及び最下層は、第２絶縁層に比して厚みの薄い前記第１絶縁層で構成していることにより、収縮の抑制が一方面に限られていても、面方向への収縮が充分に発生するので、うねりや反り等の変形が低減され、電子部品素子の搭載性が安定することとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の製造方法によって製作した多層回路基板の断面図であり、図中の１ａ〜１ｆは第１絶縁層、１ｇ〜１ｋは第２絶縁層、２は導体層、３はビアホール導体である。
【００２６】
同図に示す多層回路基板１０は、第１絶縁層１ａ〜１ｆ、第２絶縁層１ｇ〜１ｋを積層した構造を有している。多層回路基板１０の内部及び表層には、導体層２が形成されており、表層の導体層は、主に電子部品素子の搭載部となる接続パッドとして機能し、内部の導体層及びビアホール導体は、主に各回路素子を電気的に接続する配線や、インダクタやキャパシタ等の回路素子として機能する。
【００２７】
第１絶縁層１ａ〜１ｆは第１の無機組成物から、また第２絶縁層１ｇ〜１ｋは第２の無機組成物から成り、これら無機組成物の材料としては、例えば８００℃〜１２００℃の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられる。ガラス−セラミック材料にはガラス粉末及びセラミック粉末が含まれ、ガラス粉末は３０〜１００重量部含まれており、ガラス粉末を除く材料がセラミック粉末となる。
【００２８】
本実施形態においては、例えば、第１絶縁層をガラス粉末が８５重量部、第２絶縁層はガラス粉末を５５重量部の組成から成る材料により製作した。
【００２９】
ガラス粉末の具体的な組成としては、例えば、必須成分として、ＳｉＯ2を２０〜７０重量部、Ａｌ2Ｏ3を０．５〜３０重量部、ＭｇＯを３〜６０重量部、また任意成分として、ＣａＯを０〜３５重量部、ＢａＯを０〜３５重量部、ＳｒＯを０〜３５重量部、Ｂ2Ｏ3を０〜２０重量部、ＺｎＯを０〜３０重量部、ＴｉＯ2を０〜１０重量部、Ｎａ2Ｏを０〜３重量部、Ｌｉ2Ｏを０〜５重量部含むものが挙げられる。
【００３０】
セラミック粉末としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＣａＴｉＯ3、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＢａＴｉ4Ｏ9、ＺｒＴｉＯ4、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＴｉＯ2から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００３１】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、１０００℃以下での低温焼結が可能となるとともに、導体層として、銀（融点９６０℃）、銅（融点１０８３℃）、金（融点１０６３℃）などの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、低損失な回路を作成できる。また、誘電率の制御も可能であり、高誘電率化による回路の小型化、低損失化、あるいは、低誘電率化による高速伝送化に適している。しかも、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。
【００３２】
尚、導体層２やビアホール導体３は銀、銅、金のいずれか一種を含む導電材料からから成り、その厚みは例えば５〜２５μｍに設定される。
【００３３】
また、ビアホール導体３の直径は任意に設定することができ、ビアホール導体３が埋設される絶縁層の厚みが１０〜３００μｍの場合、ビアホール導体３の直径は例えば５０〜３００μｍに設定される。
【００３４】
次に上述した多層配線基板の製造方法について、図を用いて説明する。
【００３５】
（工程１）
図２に示す２１ａ〜２１ｆは、第１の無機組成物、第１の有機バインダ及び可塑剤を含む第１グリーンシートであり、２１ｇ〜２１ｋは、第２の無機組成物、第２の有機バインダを含む第２グリーンシートである。第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダと有機溶剤とを混合してペースト化し、このペーストを用いて、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ上にスクリーン印刷法などによって被着させて形成されるグリーンシート層である。また、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋは、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダと有機溶剤及び可塑剤とを混合してスラリー化し、このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断することによって得られるテープ上のグリーンシートである。このとき、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに比して厚みが薄く形成されており、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆの各々の厚みは、例えば２〜１５０μｍに設定され、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの各々の厚みは、例えば１０〜３００μｍに設定される。
【００３６】
次に、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆと第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋとにより構成されるシートにパンチングなどによって貫通孔を形成し、その貫通孔内に銀粉末、第３の有機バインダ及び有機溶剤とを混合して成る導電性ペーストを充填してビアホール導体２３を形成し、シートの主面には導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって被着させて導体層２２を形成する。
【００３７】
本実施形態においては、例えば、第１の無機組成物はガラス粉末が、ＳｉＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部と、セラミック粉末が、ＭｇＴｉＯ３を１５重量部の組成から成り、また第２の無機組成物はガラス粉末が、ＳｉＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部、セラミック粉末が、Ａｌ２Ｏ３を４５重量部含む材料から成っている。また、第１の有機バインダにエチルセルロース、第２の有機バインダにアクリルバインダ、可塑剤にフタル酸ジ−２エチルヘキシル、第３の有機バインダにエチルセルロースを用いている。尚、有機溶剤として、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆを形成するスラリーには、トルエンを用い、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋを形成するペースト及び導電性ペーストには、第１２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加して成るペーストを用いた。
【００３８】
このようにして得られた各シートを、所定の積層順序に応じて積層して積層体を形成する。
【００３９】
（工程２）
次に、得られた積層体を、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆを焼結させる第１の温度領域と、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋを焼結させる第２の温度領域とを経て、一体焼成することにより、図１に示すような多層回路基板１０が製作される。
【００４０】
このとき本実施形態では、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆを焼結させる第１の温度領域が、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されているので、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、焼結に伴って収縮する際、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの剛性により抑制される。一方、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋが焼結する際、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋは、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第１絶縁層１ａ〜１ｆの剛性により抑制される。同時に、第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの厚みを第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆよりも厚くしているので、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートに及ぼす応力が小さくなり、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋによって面方向への収縮がより効果的に抑制されるので、積層体全体としても面方向への収縮がより強く働き、寸法精度の高い多層回路基板１０を得られることとなる。
【００４１】
ここで、グリーンシートを焼結させる温度領域とは、グリーンシートの焼結に伴って収縮が開始する温度から、収縮による体積収縮が全収縮量に対し９０％に相当する量が完了する温度までの領域のことをいう。本実施形態においては、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは収縮が開始する温度が６９０℃、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋは収縮が開始する温度が７８３℃となる無機組成物により形成しており、この結果、積層体の焼成収縮が終了した時の面方向の先収縮率が３％と小さく、反りや変形の少ない多層回路基板１０を得ることができた。
【００４２】
また、グリーンシートの焼結に伴う収縮の開始とは、無機組成物の焼結に伴う収縮が開始されることを意味している。グリーンシートに含まれる有機バインダは加熱により分解、除去され、この際、０〜１％程度の収縮が発生することがあるが、これはバインダの除去に伴うものであり、無機組成物の焼結による実質的な収縮とは別のものである。第１の温度領域と第２の温度領域については、その温度の差が１０℃以上であることが望ましく、更に望ましくは２０℃以上である。このような工程を経て積層体は焼成収縮が終了するが、本発明において、この焼成収縮の終了とは、全体積収縮が９９％以上進行した時点を意味する。
【００４３】
加えて、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋ中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が関係式「Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２」を満たすようにしている。
【００４４】
これにより、可塑剤が蒸発して積層体から外部へ導かれて消失した後に、積層体に含まれる第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが熱分解するので、分解した有機バインダは、可塑剤が消失してできた経路を通ることで積層体の外部へ導かれやすくなり、炭化物として積層体内に残存しにくくなり、絶縁性を高くするとともに、層間剥離の発生しにくい多層回路基板を提供することが可能となる。
【００４５】
ここで可塑剤の蒸発温度とは、グリーンシートから実質的に蒸発が始まる温度のことをいい、有機バインダの熱分解温度とは、熱分解が活性化して実質的に消失が始まる温度のことをいう。本実施形態では、可塑剤の蒸発温度が２３０℃、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度が３７０℃、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋ中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度が３００℃となる有機材料をそれぞれ用いており、この結果、絶縁不良や層間剥離のない多層回路基板を得ることができた。
【００４６】
また、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ及び第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの熱処理に伴い可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されるようにしている。これにより、可塑剤が蒸発して積層体の表面全体から外部へ導かれて消失した後に、厚みの厚い第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路を通り、同じく積層体の表面全体から外部へと導かれる。そして次に、第1グリーンシート２１ａ〜２１ｆの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路と、隣接する第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの有機バインダが消失してできた経路とを通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、第1グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに比して厚みが薄く、有機バインダの総量も少ない。従って、上述した経路により短時間で外部へと導かれ消失することが可能となるので、炭化物が残存しにくくなり、絶縁層の絶縁性がより高いものとすることができる。
【００４７】
更に、導体層２が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることにより、熱分解した第３の有機バインダは、隣接する第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの第２の有機バインダが消失してできた経路を通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、導電性ペーストは、各グリーンシートに比して厚みが薄く、且つ面積も少ないので、熱分解した第３の有機バインダの総量も少なく、上述した経路から充分に外部へと導かれることが可能である。
【００４８】
本実施形態では、第３の有機バインダに第２の有機バインダと同じエチルセルロースを用い、更に、その重合度を増やすことにより、熱分解温度を高くしており、有機バインダの消失が効率よく行われるようにしている。
【００４９】
また、第１絶縁層１ａ〜１ｆの厚みが第２絶縁層１ｇ〜１ｋの厚みの５０％以下に設定されていることにより、第１絶縁層１ａ〜１ｆの面方向への収縮がいっそう抑制されるとともに、第１の有機バインダは、熱分解したときの外部へと導かれる経路が充分なものとなる。
【００５０】
更に、収縮の抑制が一方の面に限られる積層体の最上層及び最下層は、第２絶縁層１ｇ〜１ｋに比して厚みの薄い第１絶縁層１ａ〜１ｆで構成していることにより、収縮の抑制が一方面に限られていても、面方向への収縮が充分に発生するので、うねりや反り等の変形が低減され、電子部品素子の搭載性が安定することとなる。
【００５１】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。
【００５２】
例えば上述の実施形態では、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆの形成にペースト状になした第１の無機組成物を用い、これを第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの主面に、印刷等で塗布して直接形成するようにしたが、これに代えて、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆをセラミックグリーンシートとして形成し、これを第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋと貼り合わせて使用するようにしても良い。この場合、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆの厚みが比較的精度良く形成されるようになり、多層回路基板１０の厚み精度を向上させることができる利点もある。このとき、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆに可塑剤を含むようにしても構わない。第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆに含まれる可塑剤の材料としては、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１と同じ温度範囲に入る材料を用いれば構わないものである。尚、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに含まれる可塑剤と同じ材料を用いても構わない。
【００５３】
また、本実施形態においては、有機バインダの消失が熱分解によりおこなわれるとしているが、酸素雰囲気中での燃焼についても、同じ定義とする。
【００５４】
更に、上述の実施形態においては、第１絶縁層１ａ〜１ｆと第２絶縁層１ｇ〜１ｋとを交互に積層して積層体を形成するようにしたが、これに代えて、複数の第１絶縁層や複数の第２絶縁層を厚み方向に連続して積層することにより積層体を形成するようにしても構わない。
【００５５】
また更に、本発明における積層体の最上層及び最下層とは、上述の実施形態では示していないが、積層体の主面側に露出する層のことを意味するものであり、例えば、一方主面に形成したキャビティの底面部に露出する層をも含むものである。
【００５６】
そして、焼成収縮が終了した後、導体層の表面にメッキ処理等の表面処理を行っても良く、本発明においては、低温の焼成でも緻密に焼結した多層回路基板が得られるので、メッキ液等が積層体に浸食することが少なく、表面処理の工程を効率化することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の多層回路基板の製造方法によれば、第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されているので、第１グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートの剛性により抑制される。一方、第２グリーンシートが焼結する際、第２グリーンシートは、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第１絶縁層の剛性により抑制される。同時に、第2グリーンシートの厚みを第１グリーンシートよりも厚くしているので、第１グリーンシートは、焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートに及ぼす応力が小さくなり、第２グリーンシートによって面方向への収縮がより効果的に抑制されるので、積層体全体としても面方向への収縮がより強く働き、寸法精度の高い多層回路基板を得られることとなる。
【００５８】
加えて、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が関係式「Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２」を満たすようにしている。
【００５９】
これにより、可塑剤が蒸発して積層体から外部へ導かれて消失した後に、積層体に含まれる第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが熱分解するので、分解した有機バインダは、可塑剤が消失してできた経路を通ることで積層体の外部へ導かれやすくなり、炭化物として積層体内に残存しにくくなり、絶縁性を高くするとともに、層間剥離の発生しにくい多層回路基板を提供することが可能となる。
【００６０】
また、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴い前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されるようにしている。これにより、可塑剤が蒸発して積層体の表面全体から外部へ導かれて消失した後に、厚みの厚い第2グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路を通り、同じく積層体の表面全体から外部へと導かれる。そして次に、第1グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路と、隣接する第2グリーンシートの有機バインダが消失してできた経路とを通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、第1グリーンシートは、第2グリーンシートに比して厚みが薄く、有機バインダの総量も少ない。従って、上述した経路により短時間で外部へと導かれ消失することが可能となるので、炭化物が残存しにくくなり、絶縁層の絶縁性がより高いものとすることができる。
【００６１】
更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることにより、熱分解した第３の有機バインダは、隣接する第２グリーンシートの第２の有機バインダが消失してできた経路を通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、導電性ペーストは、各グリーンシートに比して厚みが薄く、且つ面積も少ないので、熱分解した第３の有機バインダの総量も少なく、上述した経路から充分に外部へと導かれることが可能である。
【００６２】
また更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることにより、第１絶縁層の面方向への収縮がいっそう抑制されるとともに、第１の有機バインダは、熱分解したときの外部へと導かれる経路が充分なものとなる。
【００６３】
更にまた、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、収縮の抑制が一方の面に限られる前記積層体の最上層及び最下層は、第２絶縁層に比して厚みの薄い前記第１絶縁層で構成していることにより、収縮の抑制が一方面に限られていても、面方向への収縮が充分に発生するので、うねりや反り等の変形が低減され、電子部品素子の搭載性が安定することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作した多層回路基板の断面図である。
【図２】本発明の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】従来の多層回路基板の断面図である。
【図４】従来の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｆ・・・第１絶縁層
１ｇ〜１ｋ・・・第２絶縁層
２・・・導体層
３・・・ビアホール導体
１０・・・多層回路基板
２１ａ〜２１ｆ・・・第１グリーンシート
２１ｇ〜２１ｋ・・・第２グリーンシート
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や複合電子部品に用いられる多層回路基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層回路基板は、半導体装置や複合電子部品等に幅広く用いられている。
【０００３】
従来の多層回路基板として、例えば図３に示すように、第１の無機組成物から成る複数個の第１絶縁層３１ａ、３１ｃ、３１ｅと、第２の無機組成物から成る複数個の第２絶縁層３１ｂ、３１ｄとが交互に積層された積層体の内部及び表面に導体層３２を配設してなる構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上述した多層回路基板を製作するにあっては、まず、図４に示すように複数個の第１グリーンシート４１ａ、４１ｃ、４１ｅ及び第２グリーンシート４１ｂ、４１ｄを用意し、次に、それぞれのグリーンシートに導体層４２やビアホール導体４３を設け、第１グリーンシートと第２グリーンシートとが交互になるようにして積層する。そして、得られた積層体を、グリーンシート４１ａ、４１ｃ、４１ｅを焼結させる第１の温度領域と、グリーンシート４１ｂ、４１ｄを焼結させる第２の温度領域とを経て、一体焼成することにより、多層回路基板３０が製作される。
【０００５】
従来の多層回路基板の製造方法によれば、第１の温度領域と、第２の温度領域とが相互に異なるものとしているので、例えば、第１の温度領域が第２の温度領域よりも低く設定してある場合、第１の温度領域においては、第２グリーンシートが未焼結状態で第１グリーンシートに隣接しているので、第１グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向における焼結に伴う収縮が抑制され、厚み方向に大きく収縮して焼結し、第１絶縁層として形成される。一方、第２の温度領域においては、すでに第１グリーンシートの焼結が完了して形成されている第１絶縁層が第２グリーンシートに隣接しているので、第２グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向における収縮が抑制され、厚み方向に大きく収縮して焼結し、第２絶縁層として形成される。
【０００６】
このように、積層体の焼成時に、焼結に伴う収縮を、面方向に抑制するとともに厚み方向に大きくすることにより、多層回路基板の寸法精度を高くなす試みがなされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５８７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例では、第１の温度領域において、第１グリーンシートが焼結に伴って収縮を開始した際、第１グリーンシートの焼結に伴って収縮するときの第２グリーンシートに及ぼす応力が大きい場合や、応力を受ける側の第２グリーンシートの剛性が不足する場合がある。このようなとき、第２グリーンシートが面方向の収縮が大きくなるので、製作された多層回路基板は、寸法精度のばらつきが大きくなりやすい。
【０００９】
また、グリーンシート中に含まれる有機バインダや可塑剤は、焼成時の温度上昇に伴い蒸発及び熱分解されて消失していくが、上述した従来の製造方法によれば、２つの温度領域で積層体を焼結させるため、焼結が比較的低い温度から開始することとなり、有機バインダや可塑剤が無機組成物の焼結の前に充分に消失されず、残存してしまうことがある。このような場合、残存した炭化物により絶縁層の絶縁性が劣化し、更には絶縁層間に集中的に残存することによって層間剥離が発生することもある。
【００１０】
更に、上述した従来の製造方法によれば、積層体の最上層及び最下層は、収縮の抑制が一方面に限られてしまうため、特にその端部において面方向への収縮の応力が集中し、うねりや反り等の変形が発生しやすくなる。このような変形が発生すると、特に積層体の端部付近において電子部品素子の搭載性が劣化することとなる。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、面方向への収縮を充分に抑制するとともに、有機バインダや可塑剤を効率よく消失させ、高い寸法精度と絶縁性を実現し、層間剥離の発生や変形を低減することが可能な多層回路基板の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層回路基板の製造方法は、第１の無機組成物を含む第１グリーンシートの焼成により形成される複数個の第１絶縁層と、該第１絶縁層よりも厚みが厚く、第２の無機組成物を含む第２グリーンシートの焼成によって形成される複数個の第２絶縁層とが交互に積層された積層体の内部及び表面に導体層を配設してなる多層回路基板であって、前記第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されており、かつ、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が下記関係式▲１▼を満たすことを特徴とするものである。
【００１３】
Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２・・・▲１▼
また、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴ない前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
また更に、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
更にまた、本発明の多層回路基板の製造方法は、前記第１絶縁層が前記積層体の最上層及び最下層を構成していることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の多層回路基板の製造方法によれば、第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されているので、第１グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートの剛性により抑制される。一方、第２グリーンシートが焼結する際、第２グリーンシートは、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第１絶縁層の剛性により抑制される。同時に、第2グリーンシートの厚みを第１グリーンシートよりも厚くしているので、第１グリーンシートは、焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートに及ぼす応力が小さくなり、第２グリーンシートによって面方向への収縮がより効果的に抑制されるので、積層体全体としても面方向への収縮がより強く働き、寸法精度の高い多層回路基板を得られることとなる。
【００１８】
加えて、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が関係式「Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２」を満たすようにしている。
【００１９】
これにより、可塑剤が蒸発して積層体から外部へ導かれて消失した後に、積層体に含まれる第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが熱分解するので、分解した有機バインダは、可塑剤が消失してできた経路を通ることで積層体の外部へ導かれやすくなり、炭化物として積層体内に残存しにくくなり、絶縁性を高くするとともに、層間剥離の発生しにくい多層回路基板を提供することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴い前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されるようにしている。これにより、可塑剤が蒸発して積層体の表面全体から外部へ導かれて消失した後に、厚みの厚い第2グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路を通り、同じく積層体の表面全体から外部へと導かれる。そして次に、第1グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路と、隣接する第2グリーンシートの有機バインダが消失してできた経路とを通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、第1グリーンシートは、第2グリーンシートに比して厚みが薄く、有機バインダの総量も少ない。従って、上述した経路により短時間で外部へと導かれ消失することが可能となるので、炭化物が残存しにくくなり、絶縁層の絶縁性がより高いものとすることができる。
【００２１】
更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることにより、熱分解した第３の有機バインダは、隣接する第２グリーンシートの第２の有機バインダが消失してできた経路を通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、導電性ペーストは、各グリーンシートに比して厚みが薄く、且つ面積も少ないので、熱分解した第３の有機バインダの総量も少なく、上述した経路から充分に外部へと導かれることが可能である。
【００２２】
また更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることにより、第１絶縁層の面方向への収縮がいっそう抑制されるとともに、第１の有機バインダは、熱分解したときの外部へと導かれる経路が充分なものとなる。
【００２３】
更にまた、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、収縮の抑制が一方の面に限られる前記積層体の最上層及び最下層は、第２絶縁層に比して厚みの薄い前記第１絶縁層で構成していることにより、収縮の抑制が一方面に限られていても、面方向への収縮が充分に発生するので、うねりや反り等の変形が低減され、電子部品素子の搭載性が安定することとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の製造方法によって製作した多層回路基板の断面図であり、図中の１ａ〜１ｆは第１絶縁層、１ｇ〜１ｋは第２絶縁層、２は導体層、３はビアホール導体である。
【００２６】
同図に示す多層回路基板１０は、第１絶縁層１ａ〜１ｆ、第２絶縁層１ｇ〜１ｋを積層した構造を有している。多層回路基板１０の内部及び表層には、導体層２が形成されており、表層の導体層は、主に電子部品素子の搭載部となる接続パッドとして機能し、内部の導体層及びビアホール導体は、主に各回路素子を電気的に接続する配線や、インダクタやキャパシタ等の回路素子として機能する。
【００２７】
第１絶縁層１ａ〜１ｆは第１の無機組成物から、また第２絶縁層１ｇ〜１ｋは第２の無機組成物から成り、これら無機組成物の材料としては、例えば８００℃〜１２００℃の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられる。ガラス−セラミック材料にはガラス粉末及びセラミック粉末が含まれ、ガラス粉末は３０〜１００重量部含まれており、ガラス粉末を除く材料がセラミック粉末となる。
【００２８】
本実施形態においては、例えば、第１絶縁層をガラス粉末が８５重量部、第２絶縁層はガラス粉末を５５重量部の組成から成る材料により製作した。
【００２９】
ガラス粉末の具体的な組成としては、例えば、必須成分として、ＳｉＯ2を２０〜７０重量部、Ａｌ2Ｏ3を０．５〜３０重量部、ＭｇＯを３〜６０重量部、また任意成分として、ＣａＯを０〜３５重量部、ＢａＯを０〜３５重量部、ＳｒＯを０〜３５重量部、Ｂ2Ｏ3を０〜２０重量部、ＺｎＯを０〜３０重量部、ＴｉＯ2を０〜１０重量部、Ｎａ2Ｏを０〜３重量部、Ｌｉ2Ｏを０〜５重量部含むものが挙げられる。
【００３０】
セラミック粉末としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＣａＴｉＯ3、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＢａＴｉ4Ｏ9、ＺｒＴｉＯ4、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＴｉＯ2から選ばれる１種以上が挙げられる。
【００３１】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、１０００℃以下での低温焼結が可能となるとともに、導体層として、銀（融点９６０℃）、銅（融点１０８３℃）、金（融点１０６３℃）などの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、低損失な回路を作成できる。また、誘電率の制御も可能であり、高誘電率化による回路の小型化、低損失化、あるいは、低誘電率化による高速伝送化に適している。しかも、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。
【００３２】
尚、導体層２やビアホール導体３は銀、銅、金のいずれか一種を含む導電材料からから成り、その厚みは例えば５〜２５μｍに設定される。
【００３３】
また、ビアホール導体３の直径は任意に設定することができ、ビアホール導体３が埋設される絶縁層の厚みが１０〜３００μｍの場合、ビアホール導体３の直径は例えば５０〜３００μｍに設定される。
【００３４】
次に上述した多層配線基板の製造方法について、図を用いて説明する。
【００３５】
（工程１）
図２に示す２１ａ〜２１ｆは、第１の無機組成物、第１の有機バインダ及び可塑剤を含む第１グリーンシートであり、２１ｇ〜２１ｋは、第２の無機組成物、第２の有機バインダを含む第２グリーンシートである。第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダと有機溶剤とを混合してペースト化し、このペーストを用いて、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ上にスクリーン印刷法などによって被着させて形成されるグリーンシート層である。また、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋは、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダと有機溶剤及び可塑剤とを混合してスラリー化し、このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断することによって得られるテープ上のグリーンシートである。このとき、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに比して厚みが薄く形成されており、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆの各々の厚みは、例えば２〜１５０μｍに設定され、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの各々の厚みは、例えば１０〜３００μｍに設定される。
【００３６】
次に、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆと第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋとにより構成されるシートにパンチングなどによって貫通孔を形成し、その貫通孔内に銀粉末、第３の有機バインダ及び有機溶剤とを混合して成る導電性ペーストを充填してビアホール導体２３を形成し、シートの主面には導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって被着させて導体層２２を形成する。
【００３７】
本実施形態においては、例えば、第１の無機組成物はガラス粉末が、ＳｉＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部と、セラミック粉末が、ＭｇＴｉＯ３を１５重量部の組成から成り、また第２の無機組成物はガラス粉末が、ＳｉＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部、セラミック粉末が、Ａｌ２Ｏ３を４５重量部含む材料から成っている。また、第１の有機バインダにエチルセルロース、第２の有機バインダにアクリルバインダ、可塑剤にフタル酸ジ−２エチルヘキシル、第３の有機バインダにエチルセルロースを用いている。尚、有機溶剤として、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆを形成するスラリーには、トルエンを用い、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋを形成するペースト及び導電性ペーストには、第１２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加して成るペーストを用いた。
【００３８】
このようにして得られた各シートを、所定の積層順序に応じて積層して積層体を形成する。
【００３９】
（工程２）
次に、得られた積層体を、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆを焼結させる第１の温度領域と、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋを焼結させる第２の温度領域とを経て、一体焼成することにより、図１に示すような多層回路基板１０が製作される。
【００４０】
このとき本実施形態では、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆを焼結させる第１の温度領域が、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されているので、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、焼結に伴って収縮する際、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの剛性により抑制される。一方、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋが焼結する際、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋは、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第１絶縁層１ａ〜１ｆの剛性により抑制される。同時に、第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの厚みを第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆよりも厚くしているので、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートに及ぼす応力が小さくなり、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋによって面方向への収縮がより効果的に抑制されるので、積層体全体としても面方向への収縮がより強く働き、寸法精度の高い多層回路基板１０を得られることとなる。
【００４１】
ここで、グリーンシートを焼結させる温度領域とは、グリーンシートの焼結に伴って収縮が開始する温度から、収縮による体積収縮が全収縮量に対し９０％に相当する量が完了する温度までの領域のことをいう。本実施形態においては、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆは収縮が開始する温度が６９０℃、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋは収縮が開始する温度が７８３℃となる無機組成物により形成しており、この結果、積層体の焼成収縮が終了した時の面方向の先収縮率が３％と小さく、反りや変形の少ない多層回路基板１０を得ることができた。
【００４２】
また、グリーンシートの焼結に伴う収縮の開始とは、無機組成物の焼結に伴う収縮が開始されることを意味している。グリーンシートに含まれる有機バインダは加熱により分解、除去され、この際、０〜１％程度の収縮が発生することがあるが、これはバインダの除去に伴うものであり、無機組成物の焼結による実質的な収縮とは別のものである。第１の温度領域と第２の温度領域については、その温度の差が１０℃以上であることが望ましく、更に望ましくは２０℃以上である。このような工程を経て積層体は焼成収縮が終了するが、本発明において、この焼成収縮の終了とは、全体積収縮が９９％以上進行した時点を意味する。
【００４３】
加えて、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋ中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が関係式「Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２」を満たすようにしている。
【００４４】
これにより、可塑剤が蒸発して積層体から外部へ導かれて消失した後に、積層体に含まれる第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが熱分解するので、分解した有機バインダは、可塑剤が消失してできた経路を通ることで積層体の外部へ導かれやすくなり、炭化物として積層体内に残存しにくくなり、絶縁性を高くするとともに、層間剥離の発生しにくい多層回路基板を提供することが可能となる。
【００４５】
ここで可塑剤の蒸発温度とは、グリーンシートから実質的に蒸発が始まる温度のことをいい、有機バインダの熱分解温度とは、熱分解が活性化して実質的に消失が始まる温度のことをいう。本実施形態では、可塑剤の蒸発温度が２３０℃、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度が３７０℃、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋ中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度が３００℃となる有機材料をそれぞれ用いており、この結果、絶縁不良や層間剥離のない多層回路基板を得ることができた。
【００４６】
また、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆ及び第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの熱処理に伴い可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されるようにしている。これにより、可塑剤が蒸発して積層体の表面全体から外部へ導かれて消失した後に、厚みの厚い第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路を通り、同じく積層体の表面全体から外部へと導かれる。そして次に、第1グリーンシート２１ａ〜２１ｆの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路と、隣接する第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの有機バインダが消失してできた経路とを通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、第1グリーンシート２１ａ〜２１ｆは、第2グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに比して厚みが薄く、有機バインダの総量も少ない。従って、上述した経路により短時間で外部へと導かれ消失することが可能となるので、炭化物が残存しにくくなり、絶縁層の絶縁性がより高いものとすることができる。
【００４７】
更に、導体層２が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることにより、熱分解した第３の有機バインダは、隣接する第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの第２の有機バインダが消失してできた経路を通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、導電性ペーストは、各グリーンシートに比して厚みが薄く、且つ面積も少ないので、熱分解した第３の有機バインダの総量も少なく、上述した経路から充分に外部へと導かれることが可能である。
【００４８】
本実施形態では、第３の有機バインダに第２の有機バインダと同じエチルセルロースを用い、更に、その重合度を増やすことにより、熱分解温度を高くしており、有機バインダの消失が効率よく行われるようにしている。
【００４９】
また、第１絶縁層１ａ〜１ｆの厚みが第２絶縁層１ｇ〜１ｋの厚みの５０％以下に設定されていることにより、第１絶縁層１ａ〜１ｆの面方向への収縮がいっそう抑制されるとともに、第１の有機バインダは、熱分解したときの外部へと導かれる経路が充分なものとなる。
【００５０】
更に、収縮の抑制が一方の面に限られる積層体の最上層及び最下層は、第２絶縁層１ｇ〜１ｋに比して厚みの薄い第１絶縁層１ａ〜１ｆで構成していることにより、収縮の抑制が一方面に限られていても、面方向への収縮が充分に発生するので、うねりや反り等の変形が低減され、電子部品素子の搭載性が安定することとなる。
【００５１】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。
【００５２】
例えば上述の実施形態では、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆの形成にペースト状になした第１の無機組成物を用い、これを第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋの主面に、印刷等で塗布して直接形成するようにしたが、これに代えて、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆをセラミックグリーンシートとして形成し、これを第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋと貼り合わせて使用するようにしても良い。この場合、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆの厚みが比較的精度良く形成されるようになり、多層回路基板１０の厚み精度を向上させることができる利点もある。このとき、第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆに可塑剤を含むようにしても構わない。第１グリーンシート２１ａ〜２１ｆに含まれる可塑剤の材料としては、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１と同じ温度範囲に入る材料を用いれば構わないものである。尚、第２グリーンシート２１ｇ〜２１ｋに含まれる可塑剤と同じ材料を用いても構わない。
【００５３】
また、本実施形態においては、有機バインダの消失が熱分解によりおこなわれるとしているが、酸素雰囲気中での燃焼についても、同じ定義とする。
【００５４】
更に、上述の実施形態においては、第１絶縁層１ａ〜１ｆと第２絶縁層１ｇ〜１ｋとを交互に積層して積層体を形成するようにしたが、これに代えて、複数の第１絶縁層や複数の第２絶縁層を厚み方向に連続して積層することにより積層体を形成するようにしても構わない。
【００５５】
また更に、本発明における積層体の最上層及び最下層とは、上述の実施形態では示していないが、積層体の主面側に露出する層のことを意味するものであり、例えば、一方主面に形成したキャビティの底面部に露出する層をも含むものである。
【００５６】
そして、焼成収縮が終了した後、導体層の表面にメッキ処理等の表面処理を行っても良く、本発明においては、低温の焼成でも緻密に焼結した多層回路基板が得られるので、メッキ液等が積層体に浸食することが少なく、表面処理の工程を効率化することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の多層回路基板の製造方法によれば、第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されているので、第１グリーンシートは、焼結に伴って収縮する際、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートの剛性により抑制される。一方、第２グリーンシートが焼結する際、第２グリーンシートは、面方向への焼結に伴う収縮が隣接する第１絶縁層の剛性により抑制される。同時に、第2グリーンシートの厚みを第１グリーンシートよりも厚くしているので、第１グリーンシートは、焼結に伴う収縮が隣接する第２グリーンシートに及ぼす応力が小さくなり、第２グリーンシートによって面方向への収縮がより効果的に抑制されるので、積層体全体としても面方向への収縮がより強く働き、寸法精度の高い多層回路基板を得られることとなる。
【００５８】
加えて、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が関係式「Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２」を満たすようにしている。
【００５９】
これにより、可塑剤が蒸発して積層体から外部へ導かれて消失した後に、積層体に含まれる第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが熱分解するので、分解した有機バインダは、可塑剤が消失してできた経路を通ることで積層体の外部へ導かれやすくなり、炭化物として積層体内に残存しにくくなり、絶縁性を高くするとともに、層間剥離の発生しにくい多層回路基板を提供することが可能となる。
【００６０】
また、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴い前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されるようにしている。これにより、可塑剤が蒸発して積層体の表面全体から外部へ導かれて消失した後に、厚みの厚い第2グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路を通り、同じく積層体の表面全体から外部へと導かれる。そして次に、第1グリーンシートの有機バインダが熱分解して、可塑剤が消失してできた経路と、隣接する第2グリーンシートの有機バインダが消失してできた経路とを通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、第1グリーンシートは、第2グリーンシートに比して厚みが薄く、有機バインダの総量も少ない。従って、上述した経路により短時間で外部へと導かれ消失することが可能となるので、炭化物が残存しにくくなり、絶縁層の絶縁性がより高いものとすることができる。
【００６１】
更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることにより、熱分解した第３の有機バインダは、隣接する第２グリーンシートの第２の有機バインダが消失してできた経路を通り、積層体の端面から外部へと導かれる。このとき、導電性ペーストは、各グリーンシートに比して厚みが薄く、且つ面積も少ないので、熱分解した第３の有機バインダの総量も少なく、上述した経路から充分に外部へと導かれることが可能である。
【００６２】
また更に、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることにより、第１絶縁層の面方向への収縮がいっそう抑制されるとともに、第１の有機バインダは、熱分解したときの外部へと導かれる経路が充分なものとなる。
【００６３】
更にまた、本発明の多層回路基板の製造方法によれば、収縮の抑制が一方の面に限られる前記積層体の最上層及び最下層は、第２絶縁層に比して厚みの薄い前記第１絶縁層で構成していることにより、収縮の抑制が一方面に限られていても、面方向への収縮が充分に発生するので、うねりや反り等の変形が低減され、電子部品素子の搭載性が安定することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製作した多層回路基板の断面図である。
【図２】本発明の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】従来の多層回路基板の断面図である。
【図４】従来の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｆ・・・第１絶縁層
１ｇ〜１ｋ・・・第２絶縁層
２・・・導体層
３・・・ビアホール導体
１０・・・多層回路基板
２１ａ〜２１ｆ・・・第１グリーンシート
２１ｇ〜２１ｋ・・・第２グリーンシート
Claims (5)
- 第１の無機組成物を含む第１グリーンシートの焼成により形成される複数個の第１絶縁層と、該第１絶縁層よりも厚みが厚く、第２の無機組成物を含む第２グリーンシートの焼成によって形成される複数個の第２絶縁層とが交互に積層された積層体の内部及び表面に導体層を配設してなる多層回路基板であって、
前記第１グリーンシートを焼結させる第１の温度領域が、前記第２グリーンシートを焼結させる第２の温度領域よりも低く設定されており、かつ、前記第１グリーンシート中に含まれる可塑剤の蒸発温度Ｔ１、前記第１グリーンシート中に含まれる第１の有機バインダの熱分解温度Ｔ２、前記第２グリーンシート中に含まれる第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３が下記関係式▲１▼を満たすことを特徴とする多層回路基板の製造方法。
Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２・・・▲１▼ - 前記第１グリーンシート及び第２グリーンシートの熱処理に伴ない前記可塑剤、第１の有機バインダ及び第２の有機バインダが段階的温度上昇に伴って順次消失されることを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板の製造方法。
- 前記導体層が導電材料と第３の有機バインダを含む導電性ペーストの焼成によって形成され、かつ前記第３の有機バインダの熱分解温度Ｔ４が前記第２の有機バインダの熱分解温度Ｔ３以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層回路基板の製造方法。
- 前記第１絶縁層の厚みが前記第２絶縁層の厚みの５０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多層回路基板の製造方法。
- 前記第１絶縁層が前記積層体の最上層及び最下層を構成していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の多層回路基板の製造方法。
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