JP4383141B2

JP4383141B2 - 積層セラミック部品の製造方法

Info

Publication number: JP4383141B2
Application number: JP2003336274A
Authority: JP
Inventors: 康生松尾; ひろみ野辺
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005108888A

Description

本発明は、各種機器に用いられる複合電子部品等の積層セラミック部品の製造方法に関するものである。

従来から、各種機器に用いられる複合電子部品等として、積層セラミック部品が幅広く用いられており、かかる積層セラミック部品は、複数のセラミック層を積層してなる基板の一主面上に電子部品素子を搭載し、これを封止樹脂で被覆した構造のものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

このような積層セラミック部品は、セラミックから成る積層体に多数個取りの形態で形成し、これを分割処理することにより得られる。

具体的には、例えば、基板領域と捨代領域とに区画されるセラミックグリーンシートを積層することにより形成した積層グリーンシートを焼成し、得られた積層体の各基板領域に電子部品素子を搭載するとともに、積層体の全基板領域に液状樹脂を塗布した後に加熱・重合させて成る封止樹脂によって電子部品素子を被覆させ、最後に、積層体を、封止樹脂とともに基板領域の外周に沿って切断することにより、多数個の積層セラミック部品が製作される。

尚、上述した積層セラミック部品の製造方法における積層体は、複数個の矩形状の基板領域がマトリクス状に配置されており、更に、これら基板領域を囲繞するようにして枠状の捨代領域が配置された構成となっている。

一方、従来の積層セラミック部品の製造方法においては、セラミックグリーンシートを積層する場合に、セラミックグリーンシート間に空気が残留するので、この残留した空気によって、積層体を焼成した後にも絶縁層間に隙間が生じることがある。これを防ぐ為には、積層体の捨代領域の任意の場所に、空気を外部に放出するための貫通孔を設けることが有効である。

しかしながら、搭載した電子部品素子を封止樹脂で被覆する場合においては、電子部品素子を搭載した積層体の一主面に上方から液状樹脂を塗布した際に、液状樹脂の一部が積層体の両主面を貫通する貫通孔を通って他主面に回り込むことがあった。回り込んだ液状樹脂は、他主面上に被着されている電極までも覆うことがあり、このような積層セラミック部品をマザーボード等に実装した場合には、電気的な接続がうまく行われなくなる。

本発明は、上述した問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、電子部品素子を搭載した一主面に封止樹脂を形成したときに、他主面に封止樹脂が回り込まないようにした積層セラミック部品の製造方法を提供することにある。

本発明の積層セラミック部品の製造方法は、マトリクス状に配置された複数個の矩形状の基板領域と、これら基板領域を囲繞する枠状の捨代領域とに区画されたセラミックグリーンシートを準備する工程Ａと、上下に隣接することとなる前記セラミックグリーンシートのうち、一方に各基板領域の四隅部のうち前記基板領域の対角線を挟んで対向する１組の隅部を切り欠くようにして前記セラミックグリーンシートを厚み方向に貫く貫通孔を形成し、他方に各基板領域の四隅部のうち前記１組の隅部とは異なる他の２個の隅部を切り欠くようにして前記セラミックグリーンシートを厚み方向に貫く貫通孔を形成する工程Ｂと、該工程Ｂで得た複数個の一方および他方の前記セラミックグリーンシートを、上下に隣接する前記セラミックグリーンシート間で前記貫通孔同士が連通しないように前記貫通孔の位置をずらして交互に積層することにより積層グリーンシートを形成する工程Ｃと、前記積層グリーンシートを、その積層方向に加圧して、前記セラミックグリーンシート間に残留する空気を前記貫通孔を介して外部へ放出するとともに、前記積層グリーンシートを構成する前記セラミックグリーンシート同士を相互に圧着させて積層体を形成する工程Ｄと、前記積層体を焼成するとともに、前記積層体を前記基板領域の外周に沿って切断することにより、前記基板領域と１対１に対応する複数個の積層セラミック電子部品を得る工程Ｅと、を含むことを特徴とするものである。

更に本発明の積層セラミック部品の製造方法は、前記工程Ｅにおいて、前記積層体を焼成した後で、前記積層体の前記各基板領域に電子部品素子を搭載するとともに、前記積層体の全基板領域にわたって液状樹脂を塗布し、該液状樹脂を加熱・重合させることにより、前記積層体の一主面上に搭載されている全ての前記電子部品素子を、前記積層体の最上層を構成する前記セラミックグリーンシートの前記貫通孔内に一部を充填させた単一の封止樹脂で共通に被覆し、該封止樹脂を前記積層体の切断に際して同時に切断することを特徴とするものである。

本発明の積層セラミック部品の製造方法によれば、準備した上下に隣接することとなるセラミックグリーンシートのうち、一方に各基板領域の四隅部のうち基板領域の対角線を挟んで対向する１組の隅部を切り欠くようにしてセラミックグリーンシートを厚み方向に貫く貫通孔を形成し、他方に各基板領域の四隅部のうち前記１組の隅部とは異なる他の２個の隅部を切り欠くようにしてセラミックグリーンシートを厚み方向に貫く貫通孔を形成しており、更に、これら複数個の一方および他方のセラミックグリーンシートを、上下に隣接するセラミックグリーンシート間で貫通孔同士が連通しないように貫通孔の位置をずらして交互に積層することにより積層グリーンシートを形成している。これにより、積層グリーンシートをその積層方向に加圧したときには、セラミックグリーンシート間に残留する空気が貫通孔を介して外部へ放出されるので、絶縁層間に隙間が生じにくくなる。一方、積層グリーンシートを加圧する工程においてセラミックグリーンシート間に残留する空気を外部に放出するために用いた貫通孔は、積層体を基板領域の外周に沿って切断した後には積層セラミック部品の四隅部に配置された切り欠きとなっており、積層セラミック部品に導体パターンを形成することに対する影響を少なくしている。

また本発明の積層セラミック部品の製造方法によれば、一方のセラミックグリーンシートの貫通孔は各基板領域の四隅部のうち基板領域の対角線を挟んで対向する１組の隅部に形成されており、更に積層時にはこの一方のセラミックグリーンシート上に載置される他方のセラミックグリーンシートの貫通孔は前記１組の隅部とは異なる他の２個の隅部上に配置される。これにより、貫通孔を積層体の略全域に形成・配置させることができるので、セラミックグリーンシート間に残存する空気を積層体の略全域から外部に放出させることによって絶縁層間に生じる隙間を大幅に少なくすることが可能となる。

更に本発明の積層セラミック部品の製造方法によれば、積層体の一主面上に搭載されている全ての電子部品素子を、積層体の最上層を構成するセラミックグリーンシートの貫通孔内に一部を充填させた単一の封止樹脂で共通に被覆することから、封止樹脂と基板とは、貫通孔で嵌めあう構造となるので、接合強度が効果的に高められる。また工程Ｃにおいて、上下に隣接するセラミックグリーンシート間で貫通孔同士が連通しないように貫通孔の位置をずらして積層しているので、積層体としては両主面を貫通する貫通孔は存在しなくなり、塗布した液状樹脂は他主面に回り込まず、外部と接続する電極の一部が封止樹脂によって覆われることがなくなる。従って、本発明の製造方法によって得られた積層セラミック部品をマザーボード等に実装したときの電気的な接続の不良が低減される。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る積層セラミック部品の外観斜視図であり、同図に示す積層セラミック部品は、複数個の誘電体層が積層された基板１０としての構造を有している。

基板１０を構成する複数個の誘電体層は、その厚みが、例えば２０μｍ〜３００μｍに設定され、その材質としては、例えば８００℃〜１２００℃の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料等が好適に用いられる。

ガラス−セラミック材料を構成するセラミック材料の具体的な材質としては、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）、ムライト、コージェライトなどの絶縁セラミック材料、ＢａＴｉＯ₃ 、Ｐｂ₄Ｆｅ₂Ｎｂ₂Ｏ₁₂、ＴｉＯ₂などの誘電体セラミック材料、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト（広義の意味でセラミックという）などの磁性体セラミック材料などが用いられる。なお、その平均粒径１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜４．０μｍに粉砕したものを用いる。また、セラミック材料は２種以上混合して用いられてもよい。特に、コランダムを用いた場合、コスト的に有利となる。

また、ガラス材料の材質としては、焼成処理することによってコージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトや、その置換誘導体の結晶や、スピネル構造の結晶相を析出するものであればよく、例えば、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を含むガラスフリット等が好適に用いられる。この様なガラスフリットは、ガラス化範囲が広くまた屈伏点が６００〜８００℃付近となっている。

尚、基板１０は、図には示していないが、内部及び主面に回路パターンや部品搭載用パッドとなる導体パターンを有する。導体パターンは、その材質としては、誘電体層を形成する誘電体材料との相性を考慮して選定され、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ合金を主成分とする導電材料やＣｕ系、Ｗ系、Ｍｏ系、Ｐｄ系導電材料等によって形成され、その厚みは例えば５〜２５μｍに設定される。

上述した基板１０は、以下に示す製造方法により製作される。

（工程Ａ）
本実施形態においては、先ず、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系のガラス粉末６０ｗｔ％とアルミナ粉末４０ｗｔ％とを混合した粉体に、例えばＤＯＰ等の可塑剤と、例えばアクリル樹脂あるいはブチラール樹脂等のバインダーと、例えばトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤とを加え、十分に混練して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製し、ドクターブレード法によって複数枚の低温焼成用のセラミックグリーンシートを形成する。

また、図２に示す本実施形態で用いるセラミックグリーンシート１ａ、１ｂは、マトリクス状に配置された複数個の基板領域４と、これら基板領域４を囲繞する枠状の捨代領域５とに区画されている。

（工程Ｂ）
次に、打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて、積層時に上下に隣接することとなるセラミックグリーンシート１のうち、一方（１ａ）に各基板領域４の四隅部のうち基板領域４の対角線を挟んで対向する１組の隅部を切り欠くようにしてセラミックグリーンシート１を厚み方向に貫く貫通孔６を打ち抜き形成し、他方（１ｂ）に各基板領域４の四隅部のうち前記１組の隅部とは異なる他の２個の隅部を切り欠くようにしてセラミックグリーンシート１を厚み方向に貫く貫通孔６を打ち抜き形成する。

本実施形態においては、セラミックグリーンシート１ａ及びセラミックグリーンシート１ｂの２種類の配置に貫通孔６を形成した。またこのような貫通孔６は、例えば孔径は０．２ｍｍφに設定されている。尚、図には示さないが、各基板領域４の所定位置には、ビアホールとなる別の貫通孔を同時に形成することもでき、各ビアホールにＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ等の導体ペーストを充填することでビアホール導体が形成される。また、各セラミックグリーンシート１ａ、１ｂには必要に応じて配線用の導体パターンがスクリーン印刷される。

（工程Ｃ）
次に、工程Ｂにより得られた複数個のセラミックグリーンシート１ａ、１ｂを交互に積層することにより、積層グリーンシートが得られる。

このとき、本実施形態において、積層グリーンシートは、セラミックグリーンシート１ａ、１ｂが交互になるように積層されており、結果として、上下に隣接するセラミックグリーンシート間で貫通孔６同士が連通しないように貫通孔６の位置をずらして積層された構造を有している。

（工程Ｄ）
次に、上述の積層グリーンシートを、その積層方向に例えば８０〜１５０℃、５〜２５ＭＰａの条件で加圧して、セラミックグリーンシート１ａ、１ｂ間に残留する空気を、貫通孔６を介して外部へ放出するとともに、積層グリーンシートを構成するセラミックグリーンシート１ａ、１ｂ同士を相互に圧着させて、図３に示すような積層体３を形成する。

（工程Ｅ）
そして、積層体３を、焼成炉を用いて、空気中で９００℃、２０分の保持条件で焼成する。尚、導体ペーストがＮｉ、Ｃｕの場合は還元または中性雰囲気で焼成する。最後に、積層体３を基板領域４の外周に沿ってダイシングブレード等を用いて切断することにより、積層体３の基板領域４と１対１に対応する複数個の基板１０としての積層セラミック部品が得られる。

このような製造方法によって製作された本実施形態の積層セラミック部品においては、積層グリーンシートを、その積層方向に加圧したときには、セラミックグリーンシート１ａ、１ｂ間に残留する空気が、貫通孔６を介して外部へ放出されるので誘電体層間に隙間が生じにくくなっている。

尚、積層グリーンシートを加圧する工程においてセラミックグリーンシート１ａ、１ｂ間に残留する空気を外部に放出するために用いた貫通孔６は、積層セラミック部品（基板１０）の四隅部に配置された切り欠き９となっており、基板１０に導体パターンを形成することに対する影響を少なくしている。

また、本実施形態の積層セラミック部品の製造方法においては、セラミックグリーンシート１ａ、１ｂの貫通孔６は各基板領域４の四隅部のうち基板領域４の対角線を挟んで対向する１組の隅部に形成されており、更に積層時には、セラミックグリーンシート１ａ上に載置されるセラミックグリーンシート１ｂの貫通孔６は上述の１組の隅部とは異なる他の２個の隅部上に配置されている。これにより、貫通孔６を積層グリーンシートの略全域に形成・配置させることができるので、セラミックグリーンシート１ａ、１ｂ間に残存する空気を積層グリーンシートの略全域から外部に放出させる構成となり、誘電体層間に生じる隙間を大幅に少なくすることが可能となる。

次に、このような基板１０上に搭載した電子部品素子が樹脂により封止された構造を有する複合電子部品としての積層セラミック部品について説明する。

図４は本発明の他の実施形態に係る複合電子部品としての積層セラミック部品の外観斜視図であり、図５は図４の複合電子部品の断面図である。同図に示す複合電子部品４０は、上述した工程５において、積層体３を焼成した後で、積層体３の各基板領域４に電子部品素子４７を搭載するとともに、積層体３の全基板領域４にわたって液状樹脂を塗布し、この液状樹脂を加熱・重合させることにより得られる。このとき、工程Ｃにおいて、上下に隣接するセラミックグリーンシート１ａ、１ｂ間で貫通孔６同士が連通しないように貫通孔の位置をずらして積層しているので、積層体３としては両主面を貫通する貫通孔は存在しなくなり、塗布した液状樹脂は他主面に回り込まず、外部と接続する電極の一部が封止樹脂４８によって覆われることがなくなる。従って、本実施形態の複合電子部品４０としての積層セラミック部品をマザーボード等に実装したときの電気的な接続の不良が低減される。

尚、上述した工程Ｃにおいて、上下に隣接するセラミックグリーンシート１ａ、１ｂ間で貫通孔６同士が連通しないようにしているが、この場合、上述したように積層体３としての両主面を貫通する貫通孔の存在を無くすことが重要であり、これが達成されるのであれば、一部で貫通孔６同士が連通していても構わない。

また、図４に示されるような複合電子部品４０としての積層セラミック部品は、積層体の一主面上に搭載されている全ての電子部品素子４７を、積層体３の最上層を構成するセラミックグリーンシート１ａ（１ｂ）の貫通孔６内に一部を充填させた単一の封止樹脂４８で共通に被覆したことから、封止樹脂４８と基板１０とは、切り欠き４９で嵌めあう構造となるので、接合強度が効果的に高められたものとなっている。

尚、本発明は上述した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において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上述した実施形態では、積層グリーンシートを構成するセラミックグリーンシート同士を相互に圧着させる工程を、複数個のセラミックグリーンシートを積層した後に行っているが、各セラミックグリーンシートを順次積層・圧着することにより積層グリーンシートを形成してもよく、この方法によっても、セラミックグリーンシート間に残留する空気を、貫通孔を介して外部へ放出することとなり、本実施形態と同様の効果が得られる。

また上述した実施形態においては、積層体３をそれぞれの基板領域４に切断する手段として、ダイシングブレードを用いているが、予め積層体３の表面に分割溝を形成し、その分割溝を支点にしてブレイク処理することにより複数個の積層セラミック部品を得るようにしても構わない。

更に上述した実施形態においては、積層セラミック部品の四隅部に切り欠き９が形成された構造となっているが、幅が貫通孔６よりも広いダイシングブレードを用いた場合には、積層体３を切断したときに、切り欠き９が消失するので、より寸法精度の高い積層セラミック部品とすることができる。

本発明の一実施形態に係る積層セラミック部品の外観斜視図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態に係る積層セラミック部品の製造に用いるセラミックグリーンシートの平面図である。本発明の一実施形態に係る積層セラミック部品の製造に用いる積層体の外観斜視図である。本発明の他の実施形態に係る積層セラミック部品の外観斜視図である。図４の積層セラミック部品の断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ・・・セラミックグリーンシート
３・・・積層体
４・・・基板領域
５・・・捨代領域
６・・・貫通孔
９、４９・・・切り欠き
１０・・・基板
４０・・・複合電子部品
４７・・・電子部品素子
４８・・・封止樹脂

Claims

マトリクス状に配置された複数個の矩形状の基板領域と、これら基板領域を囲繞する枠状の捨代領域とに区画されたセラミックグリーンシートを準備する工程Ａと、
上下に隣接することとなる前記セラミックグリーンシートのうち、一方に各基板領域の四隅部のうち前記基板領域の対角線を挟んで対向する１組の隅部を切り欠くようにして前記セラミックグリーンシートを厚み方向に貫く貫通孔を形成し、他方に各基板領域の四隅部のうち前記１組の隅部とは異なる他の２個の隅部を切り欠くようにして前記セラミックグリーンシートを厚み方向に貫く貫通孔を形成する工程Ｂと、
該工程Ｂで得た複数個の一方および他方の前記セラミックグリーンシートを、上下に隣接する前記セラミックグリーンシート間で前記貫通孔同士が連通しないように前記貫通孔の位置をずらして交互に積層することにより積層グリーンシートを形成する工程Ｃと、
前記積層グリーンシートを、その積層方向に加圧して、前記セラミックグリーンシート間に残留する空気を前記貫通孔を介して外部へ放出するとともに、前記積層グリーンシートを構成する前記セラミックグリーンシート同士を相互に圧着させて積層体を形成する工程Ｄと、
前記積層体を焼成するとともに、前記積層体を前記基板領域の外周に沿って切断することにより、前記基板領域と１対１に対応する複数個の積層セラミック電子部品を得る工程Ｅと、
を含むことを特徴とする積層セラミック部品の製造方法。
前記工程Ｅにおいて、前記積層体を焼成した後で、前記積層体の前記各基板領域に電子部品素子を搭載するとともに、前記積層体の全基板領域にわたって液状樹脂を塗布し、該液状樹脂を加熱・重合させることにより、前記積層体の一主面上に搭載されている全ての前記電子部品素子を、前記積層体の最上層を構成する前記セラミックグリーンシートの前記貫通孔内に一部を充填させた単一の封止樹脂で共通に被覆し、該封止樹脂を前記積層体の切断に際して同時に切断することを特徴とする請求項１に記載の積層セラミック部品の製造方法。