JP4261949B2

JP4261949B2 - セラミック多層基板

Info

Publication number: JP4261949B2
Application number: JP2003074246A
Authority: JP
Inventors: 裕一蘆田; 聡浩坂ノ上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP2004281924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子装置に用いられるセラミック多層基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種電子装置に様々なセラミック多層基板が用いられている。
【０００３】
一般的なセラミック多層基板は、複数の絶縁層を交互に積層した構造のものが知られており、上面に電子部品を搭載して回路を構成することにより、電子装置として機能するようにしたものである。そして近年では、異なる無機組成物からなる、数種類の絶縁層で構成されるセラミック多層基板についても開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このようなセラミック多層基板は、図３に示すように、第１の無機組成物からなる第１絶縁層３１ａと、前記第１の無機組成物と異なる第２の無機組成物からなる第２絶縁層３１ｂとを組み合わせて積層した構成のものであり、上述した形態のセラミック多層基板３０は、例えば、構成する絶縁層の一部に誘電率の高い無機組成物からなる材料を用いて内部にコンデンサを形成する目的等に用いられる。
【０００５】
また、上述した形態のセラミック多層基板の製作にあっては、従来周知のグリーンシート積層法が採用されるものであり、グリーンシートとした第１絶縁層と第２絶縁層とを組み合わせて積層し、得られた積層体を焼成することにより製作される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３１３４６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のセラミック多層基板は、異なる無機組成物からなる数種類の絶縁層を用いており、焼成する工程において、絶縁層の種類によって収縮量に差が生じ、焼成後の積層体が変形するという問題を抱えており、電子部品の搭載性を低下させたり、電子装置をマザーボードに実装したときに接合不良を発生させることがあった。
【０００８】
また、異なる収縮量からなる絶縁層を積層してなることにより、収縮量がばらつくので、積層体の寸法精度を制御することが困難であり、電子部品を搭載する位置が変動することにより、回路の特性が不安定になることがあった。
【０００９】
一方、上述した従来のセラミック多層基板は、異なる無機組成物からなる数種類の絶縁層を積層してなるので、絶縁層の配置により回路の特性が変化するものであり、それぞれの層がどのように配置されているのかを検査することが必要であった。しかしながら、一般的な内部回路の静電容量を測定するといった方法では、測定時間がかかりすぎるばかりでなく、並列にループ回路が構成される静電容量形成部では測定することが困難であるという問題を抱えていた。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、面方向の収縮を抑制して変形を低減するとともに寸法精度を高精度化し、絶縁層の厚み方向の配置を容易な方法で検査することを可能にしたセラミック多層基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック多層基板は、第１の無機組成物からなる第１絶縁層と、
前記第１の無機組成物と異なる色調を呈し、かつ前記第１の無機組成物よりも高い温度で焼結する第２の無機組成物からなり、前記第１絶縁層の厚みよりも厚みが厚い第２絶縁層と、を交互に積層してなるものである。
【００１３】
更に、本発明のセラミック多層基板は、前記第１の無機組成物と前記第２の無機組成物の色差がＪＩＳ−Z−８７３０で規定されているL＊ａ＊ｂ＊表色系において５以上の色差であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のセラミック多層基板によれば、第１の無機組成物からなる第１絶縁層と、前記第１の無機組成物よりも高い温度で焼結する第２の無機組成物からなる第２絶縁層と、を交互に積層してなるものである。この構成により、焼成温度の低い絶縁層の焼成では、未焼結状態にある高い温度で焼結する絶縁層により面方向における収縮が抑制され、一方、高い温度で焼結する絶縁層が収縮を開始した際は、すでに焼結している低い温度で焼結する絶縁層により面方向における収縮が抑制される。即ち、面方向は、収縮が抑制されているので、結果的として変形を有効的に低減しており、同時に、寸法精度を高精度化したセラミック多層基板を得ることができる。
【００１５】
このとき、本発明のセラミック多層基板においては、上述の構成にするとともに、前記第１の無機組成物と、前記第２の無機組成物とは異なる色調を呈した構成としている。これにより、セラミック多層基板の端面において、各絶縁層間の境界が明確になり、絶縁層の厚み方向の配置を、色調の観察という方法により容易に検査することが可能となる。
【００１６】
また、本発明のセラミック多層基板によれば、前記第２絶縁層の厚みが、該第２絶縁層に隣接する第１絶縁層の厚みよりも厚くなしてあることにより、低い温度で焼結する第１絶縁層は、その収縮による応力が小さい。従って、第２絶縁層が未焼結で、剛性が低い状態のときに第１絶縁層の焼成を行なっても、第１絶縁層が面方向へ収縮しようとするのを効果的に抑制することができるので、高精度なセラミック多層基板を得ることができる。
【００１７】
更に、本発明のセラミック多層基板によれば、前記第１の無機組成物と前記第２の無機組成物の色差がＪＩＳ−Z−８７３０で規定されているL＊ａ＊ｂ＊表色系において５以上の色差であることにより、厚み方向の層厚や層数の色調を観察する場合において、目視での判別が可能となる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係るセラミック多層基板の外観斜視図、図２は図１のセラミック多層基板の断面図であり、図中の１は積層体、４は導体層、３はビアホール導体である。
【００２０】
積層体１は、組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１絶縁層１ａ〜１ｆ及び第２絶縁層１ｇ〜１ｌを交互に積層した構造を有している。積層体１の表層には、導体層４が形成されており、主に電子部品の搭載部となる接続パッドとして機能し、内部に形成された内部電極層２及びビアホール導体３は、主に各回路素子を電気的に接続する配線や、コンデンサやインダクタ等の回路素子として機能する。
【００２１】
第１絶縁層１ａ〜１ｆ及び第２絶縁層１ｇ〜１ｌを構成する第１の無機組成物及び第２の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。
【００２２】
本実施形態においては、例えば、第１絶縁層１ａ〜１ｆを構成する第１の無機組成物をガラス粉末が８５重量部、第２絶縁層１ｇ〜１ｌを構成する第２の無機組成物をガラス粉末が５５重量部の材料により製作する。
【００２３】
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重量部含むものが用いられる。
【００２４】
また、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種以上の無機質材料が用いられる。
【００２５】
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になるとともに、導体層、内部電極層及びビアホール導体として、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、低損失な回路を製作することができる。またこの場合、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も適している。しかも、上記の範囲で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。
【００２６】
尚、内部電極層２やビアホール導体３は、その厚みが例えば５〜２５μｍに設定され、また、その直径は任意に設定することができ、ビアホール導体３が埋設される無機組成物層の厚みが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。
【００２７】
そして、上述したセラミック多層基板は以下の工程を経て製作される。
【００２８】
（工程Ａ）
焼成前の第１絶縁層及び第２絶縁層は、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第１の無機組成物及び第２の無機組成物に、有機バインダーと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合して泥奬状のスラリーとし、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って得られるセラミックグリーンシートである。このとき、第１絶縁層は、第２絶縁層に比して厚みが薄く形成されており、第１絶縁層の各々の厚みは、例えば２μｍ〜１５０μｍに設定され、第２絶縁層の各々の厚みは、例えば１０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２９】
（工程Ｂ）
次に、セラミックグリーンシートにパンチングなどによって貫通孔を形成し、その貫通孔内に導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、セラミックグリーンシートの上面には導体ペーストをスクリーン印刷法などによって被着させてパターンを形成する。
【００３０】
本実施形態においては、例えば、第１絶縁層を構成する第１の無機組成物を、ガラス粉末としてＳｉＯ_２を４０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ_３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ_２を０．５重量部、Ｎａ_２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ_２Ｏを５重量部、セラミック粉末としてＭｇＴｉＯ_３を１５重量部含む組成から成り、また第２絶縁層を構成する第２の無機組成物は、ガラス粉末としてＳｉＯ_２を４０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ_３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ_２を０．５重量部、Ｎａ_２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ_２Ｏを５重量部、セラミック粉末としてＡｌ_２Ｏ_３を４５重量部含む材料から成っている。これらの無機組成物に、有機バインダーとしてアクリルバインダ、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調整し、それぞれ第１絶縁層、第２絶縁層となるセラミックグリーンシートを形成した。そして、導体ペーストの材料は、例えば、銀粉末に、有機バインダーとしてエチルセルロース、有機溶剤として２−２−４−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なるペーストを用いる。
【００３１】
（工程Ｃ）
このようにして得られたセラミックグリーンシートを、厚み方向に交互に積層することにより、積層体を形成する。ここで、内部電極層２はビアホール導体３を介して前記積層体の外表面に被着される導体層４に電気的に接続させる。
【００３２】
（工程Ｄ）
次に、得られた積層体を、連続焼成炉を用いて、常温付近より焼成ピーク温度まで段階的に昇温させながら焼成し、セラミック多層基板１０を得る。このとき、第１絶縁層１ａ〜１ｆ及び第２絶縁層１ｇ〜１ｌを構成する第１の無機組成物及び第２の無機組成物のそれぞれの焼結する温度は異なっており、焼結する温度の差は２０度以上に設定されている。また、導体ペーストについても、上述の無機組成物とは焼結する温度が異なっている。そして、端面８において第１絶縁層と第２絶縁層の色差がＪＩＳ−Z−８７３０で規定されているL＊ａ＊ｂ＊表色系において５．５の色差となった。
【００３３】
このように本実施形態のセラミック多層基板は、第１の無機組成物からなる第１絶縁層と、前記第１の無機組成物よりも高い温度で焼結する第２の無機組成物からなり、前記第１絶縁層の厚みよりも厚みが厚い第２絶縁層と、を交互に積層してなるものである。この構成により、焼成温度の低い第１絶縁層の焼成では、未焼結状態にある高い温度で焼結する第２絶縁層により面方向における収縮が抑制され、一方、高い温度で焼結する第２絶縁層が収縮を開始した際は、すでに焼結している低い温度で焼結する第１絶縁層により面方向における収縮が抑制される。即ち、面方向は、収縮が抑制されているので、結果として変形を有効に低減しており、同時に、寸法精度を高精度化したセラミック多層基板とすることができる。
【００３４】
ここで「焼結する温度」とは、「収縮開始温度」のことを意味する。
【００３５】
本実施形態においては、第１絶縁層は収縮開始温度が６９０℃、第２絶縁層は収縮開始温度が７８３℃となる無機組成物により形成しており、この結果、前記積層体の焼成収縮が終了した時の面方向の線収縮率が３％と小さく、反りや変形の少ないセラミック多層基板を得ることができた。
【００３６】
また、焼成における体積収縮については、工程Ｄにおいて第２絶縁層が収縮を開始するまでの間に、第１絶縁層は、その全収縮量に対し９０％に相当する体積収縮が完了していることが望ましく、更に望ましくは９５％以上完了させるようにする。
【００３７】
さらに詳しく説明すると、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。無機組成物に含まれる有機バインダーは加熱により分解、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。脱バインダ温度は使用するバインダにより異なるが、アクリルあるいはメタクリルバインダでは５００℃、ブチラールバインダでは６００℃程度までに終了する。焼成における収縮開始温度については、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Ｄを経て積層体は、焼成収縮については終了するが、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。
【００３８】
一方、本発明のセラミック多層基板においては、上述の構成にするとともに、前記第１の無機組成物と、前記第２の無機組成物とは異なる色調を呈した構成としている。これにより、セラミック多層基板の端面において、各絶縁層間の境界が明確になり、絶縁層の厚み方向の配置を、色調の観察という方法により容易に検査することを可能にした。
【００３９】
また本実施形態においては、前記第２絶縁層の厚みが、該第２絶縁層に隣接する第１絶縁層の厚みよりも厚くなしてあることにより、低い温度で焼結する第１絶縁層は、その収縮による応力が小さい。従って、第２絶縁層が未焼結で、剛性が低い状態のときに第１絶縁層の焼成を行なっても、第１絶縁層が面方向へ収縮しようとするのを効果的に抑制することができるので、高精度なセラミック多層基板とすることができる。
【００４０】
更に、前記第１の無機組成物と前記第２の無機組成物の色差がＪＩＳ−Z−８７３０で規定されているL＊ａ＊ｂ＊表色系において５以上の色差であることにより、厚み方向の層厚や層数の色調を観察する場合において、目視での判別を可能とすることができる。尚、色差は７以上あることが好ましく、この場合においては、製造設備のカメラ画像を通した観察においても、目視での判別が可能となり、生産効率をより高めることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば上述の実施形態では、誘電体層の形成にセラミックグリーンシートを用いるようにしたが、これに代えて、厚みの薄い第１絶縁層の形成に、第１の無機組成物からなるペーストを用いて、第２絶縁層上に印刷等で塗布して直接形成するようにしても良い。この場合、厚みの薄い第１絶縁層がペーストの塗布等によって比較的簡単に形成されるようになり、厚みの薄い第１絶縁層をセラミックグリーンシート等で構成する場合に比し第１絶縁層を形成する際の作業性が良好となり、多層回路基板の生産性を向上させることができる利点もある。
【００４３】
また、上述の実施形態においては、第１絶縁層と第２絶縁層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。
【００４４】
更に、本発明の実施形態では、第１絶縁層と第２絶縁層とを異なる色調に発色させるのに組成比を異ならせることによって行っているが、これに代えて、焼成後に所定の発色を呈する材料をどちらか一方に添加するようにしても良く、これにより、セラミック粉末やガラス粉末の組成選択において、設定の自由度が向上する。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のセラミック多層基板によれば、第１の無機組成物からなる第１絶縁層と、前記第１の無機組成物よりも高い温度で焼結する第２の無機組成物からなり、前記第１絶縁層の厚みよりも厚みが厚い第２絶縁層と、を交互に積層してなるものである。この構成により、焼成温度の低い第１絶縁層の焼成では、未焼結状態にある高い温度で焼結する第２絶縁層により面方向における収縮が抑制され、一方、高い温度で焼結する第２絶縁層が収縮を開始した際は、すでに焼結している低い温度で焼結する第１絶縁層により面方向における収縮が抑制される。即ち、面方向は、収縮が抑制されているので、結果として変形を有効に低減しており、同時に、寸法精度を高精度化したセラミック多層基板を得ることができる。
【００４６】
このとき、本発明のセラミック多層基板においては、上述の構成にするとともに、前記第１の無機組成物と、前記第２の無機組成物とは異なる色調を呈した構成としている。これにより、セラミック多層基板の端面において、各絶縁層間の境界が明確になり、絶縁層の厚み方向の配置を、色調の観察という方法により容易に検査することが可能となる。
【００４７】
また、本発明のセラミック多層基板によれば、前記第２絶縁層の厚みが、該第２絶縁層に隣接する第１絶縁層の厚みよりも厚くなしてあることにより、低い温度で焼結する第１絶縁層は、その収縮による応力が小さい。従って、第２絶縁層が未焼結で、剛性が低い状態のときに第１絶縁層の焼成を行なっても、第１絶縁層が面方向へ収縮しようとするのを効果的に抑制することができるので、高精度なセラミック多層基板を得ることができる。
【００４８】
更に、本発明のセラミック多層基板によれば、前記第１の無機組成物と前記第２の無機組成物の色差がＪＩＳ−Z−８７３０で規定されているL＊ａ＊ｂ＊表色系において５以上の色差であることにより、厚み方向の層厚や層数の色調を観察する場合において、目視での判別が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミック多層基板の外観斜視図である。
【図２】図１のセラミック多層基板の断面図である。
【図３】従来のセラミック多層基板の断面図である。
【符号の説明】
１・・・積層体
１ａ〜１ｆ・・・第１絶縁層
１ｇ〜１ｌ・・・第２絶縁層
２・・・内部電極層
３・・・ビアホール導体
４・・・導体層
８・・・端面
１０・・・セラミック多層基板

Claims

第１の無機組成物からなる第１絶縁層と、
前記第１の無機組成物と異なる色調を呈し、かつ前記第１の無機組成物よりも高い温度で焼結する第２の無機組成物からなり、前記第１絶縁層の厚みよりも厚みが厚い第２絶縁層と、を交互に積層してなるセラミック多層基板。
前記第１の無機組成物と前記第２の無機組成物の色差がＪＩＳ−Ｚ−８７３０で規定されているＬ＊ａ＊ｂ＊表色系において５以上の色差であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック多層基板。