JP4507705B2

JP4507705B2 - セラミック基板の製造方法および未焼結複合積層体

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Publication number: JP4507705B2
Application number: JP2004160840A
Authority: JP
Inventors: 禎章坂本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP2005340716A

Description

この発明は、焼成工程において主面方向での収縮を実質的に生じないようにすることができる、いわゆる無収縮プロセスを適用した、セラミック基板の製造方法およびセラミック基板を製造する途中で製造される未焼結複合積層体に関するもので、特に、セラミック基板の面内での歪みによる反りのような変形を抑制するための改良に関するものである。

この発明にとって興味あるセラミック基板として、多層セラミック基板がある。図８には、多層セラミック基板の一例が断面図で示されている。

図８に示すように、多層セラミック基板１は、積層された複数のセラミック層２を備えている。また、多層セラミック基板１は、セラミック層２に設けられる配線導体を備えている。

配線導体としては、その位置または形態に基づいて分類すると、多層セラミック基板１の内部であってセラミック層２間の界面に沿って形成されるいくつかの内部導体膜３、多層セラミック基板１の内部であってセラミック層２を厚み方向に貫通するように設けられるいくつかのビアホール導体４、ならびに多層セラミック基板１の外表面上に形成されるいくつかの外部導体膜５がある。

上述した配線導体３〜５には、その機能に着目すると、単なる電気的接続のための配線を与えるもののほか、たとえばコンデンサ、インダクタまたは抵抗器のような受動素子を構成するものがある。また、特に外部導体膜５にあっては、多層セラミック基板１の外表面上に搭載される他の電子部品との電気的接続に用いられたり、この多層セラミック基板１をマザーボード上に実装する際の電気的接続のために用いられたりするものがある。

多層セラミック基板１によれば、上述のような構造を有していることから、それ自身が小型でありながら、多くの機能を与えることができる。そして、多層セラミック基板１において、より多機能化を図り、また、より小型化を図るためには、配線導体３〜５をより高密度に配置することが有効である。

他方、多層セラミック基板１を製造するためには、焼成工程を必ず経なければならない。焼成工程においては、セラミック層２に含まれるセラミックが焼結したり、配線導体３〜５に含まれる導電材料が焼結したりすることによる収縮が生じるが、このような収縮は多層セラミック基板１全体において均一に生じにくく、そのため、配線導体３〜５において歪みがもたらされることがある。このような配線導体３〜５において生じる歪みは、配線導体３〜５の高密度化を妨げる原因となる。

そこで、多層セラミック基板１を製造するにあたって、焼成工程において多層セラミック基板１の主面方向での収縮を実質的に生じさせないようにすることができる、いわゆる無収縮プロセスを適用することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１では、焼結させることによって多層セラミック基板１となる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温度では実質的に焼結しない無機粉末を主成分とする第１および第２拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する、未焼結複合積層体を作製し、この未焼結複合積層体を、未焼結セラミック体が焼結する条件で焼成し、それによって、第１および第２拘束層に挟まれた状態にある焼結後の多層セラミック基板１を得る工程と、次いで、第１および第２の拘束層を多層セラミック基板１から除去する工程とを備える、多層セラミック基板１の製造方法が記載されている。

上述した方法によれば、焼成工程において、第１および第２の拘束層は実質的に焼結しないため、実質的な収縮が生じない。他方、未焼結セラミック体にあっては、第１および第２拘束層に密着した状態にあるので、焼成工程において生じ得る収縮が抑制される。その結果、得られた多層セラミック基板１において、歪みが生じにくく、寸法精度を高めることができ、配線導体３〜５の高密度化が阻害されることを防止できる。

しかしながら、特許文献１に記載された方法を適用して多層セラミック基板１を製造した場合であっても、不所望にも、反りが生じることがある。この反りの原因は、未焼結セラミック体の一方主面側および他方主面側の各々から等しい距離にある中心面に関して一方側と他方側とで、配線導体３〜５の配置密度や焼成時の収縮挙動が異なるためであると考えられる。

上述のような反りの問題を解決するため、第１拘束層の厚みと第２拘束層の厚みとを互いに異ならせ、この厚みの比率を調整することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。より具体的には、厚みを互いに異ならせることにより、第１拘束層が与える拘束力と第２拘束層が与える拘束力とを互いに異なるものとし、凹状に反る側に拘束力の大きい、すなわちより厚い拘束層を配置することによって、多層セラミック基板１の反りを解消するようにしている。
特開平４−２４３９７８号公報特開２００１−６０７６７号公報

しかしながら、多層セラミック基板１の主面方向で見たとき、配線導体３〜５は、一様ではなく、特定の分布状態をもって配置されるのが通常である。そのため、焼成時において生じる歪みには、多層セラミック基板１の主面の面内において特定の分布状態を持ち、そのため、面内での歪みによる変形が生じることがある。前述した特許文献２に記載の技術は、このような面内での歪みによる変形の抑制に対しては、十分な効果を発揮し得ない。

なお、上述のような面内での歪みによる変形は、多層セラミック基板１の場合に限らず、たとえば単層構造のセラミック基板においても遭遇し得る。また、面内での歪みによる変形は、配線導体３〜５の分布状態が原因となる場合のほか、未焼結セラミック体内に異種材料が部分的に存在していたり、焼成工程に付される未焼結セラミック体が大面積化され、そのため焼成時の温度を均一にしにくい場合や、未焼結セラミック体にキャビティが存在している場合などにおいても生じやすい。

そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、セラミック基板の製造方法および未焼結複合積層体を提供しようとすることである。

この発明は、焼結させることによってセラミック基板となる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温度では実質的に焼結しない無機粉末を主成分とする第１および第２拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する、未焼結複合積層体を作製する工程と、未焼結複合積層体を、未焼結セラミック体が焼結する条件で焼成し、それによって、第１および第２拘束層に挟まれた状態にある焼結後のセラミック基板を得る、焼成工程と、次いで、第１および第２の拘束層をセラミック基板から除去する工程とを備える、セラミック基板の製造方法にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。

すなわち、第１拘束層は、その面内に、ある大きさの拘束力を備えた第１領域と第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第２領域とを有し、第２拘束層は、第１領域に対向する位置に第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第３領域と、第２領域に対向する位置に、第２領域の拘束力より小さい拘束力を備えた第４領域とを有し、第３領域の拘束力は第４領域の拘束力よりも大きいことを特徴としている。

通常、第１領域を第１拘束層の中央部近傍に位置させ、かつ第２領域を第１拘束層の端縁部近傍に位置させることが好ましい。

上述した「拘束力」とは、焼成時において、未焼結セラミック体が面方向に収縮しようとするのを、抑制あるいは拘束する力であると定義することができるが、このような拘束力の大小は、拘束層の厚みによってコントロールされることが好ましい。したがって、第１拘束層は、第２領域における厚みを、第１領域における厚みより厚くし、それによって、前述したように、第２領域が有する拘束力を第１領域が有する拘束力より大きくすることが好ましい。

また、第２拘束層は、第３領域における厚みが、第１および第４領域の各々における厚みより厚くされることによって、上述したような拘束力を与えるようにされることが好ましい。

この発明は、得ようとするセラミック基板が、多層セラミック基板のような積層構造を有するものであるとき、特に有利に適用される。すなわち、未焼結セラミック体は、積層された複数のセラミックグリーン層およびセラミックグリーン層に設けられる配線導体を備える積層構造を有していることが好ましい。この場合において、セラミックグリーン層は、低温焼結セラミック材料を含み、配線導体は、金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種を導電材料として含むことが好ましい。

また、この発明において、焼成工程は、未焼結複合積層体に荷重をかけずに実施されることが好ましい。

この発明は、また、焼結させることによってセラミック基板となる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温度では実質的に焼結しない無機粉末を主成分とする第１および第２拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する、セラミック基板を製造する途中で製造される未焼結複合積層体にも向けられる。

この発明に係る未焼結複合積層体は、第１拘束層が、その面内に、ある大きさの拘束力を備えた第１領域と第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第２領域とを有し、第２拘束層は、第１領域に対向する位置に、第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第３領域と、第２領域に対向する位置に、第２領域の拘束力より小さい拘束力を備えた第４領域とを有し、第３領域の拘束力は第４領域の拘束力よりも大きいことを特徴としている。

この発明によれば、いわゆる無収縮プロセスが採用され、この無収縮プロセスに寄与する第１および第２拘束層に関して、第１拘束層が、その面内に、第１領域とこの第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第２領域とを有し、第２拘束層が、第１領域に対向する位置に、第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第３領域を有している。

ここで、まず、第１拘束層における第１領域および第２領域の各々の位置および広さは、任意に設定することができる。また、拘束力のより大きい第２領域は、凹状に反るような変形を抑制するのに効果がある。これらのことから、第１拘束層における第１領域および第２領域の各々の位置および広さを適切に選ぶことにより、セラミック基板を得るための焼成時において生じ得る面内での歪みによる変形に良好に対応することが可能になる。

したがって、この発明に従って製造されたセラミック基板によれば、まず、無収縮プロセスの採用の結果、焼成工程において生じ得る収縮が抑制されることによる寸法精度の向上を図ることができるばかりでなく、面内での歪みによる反りのような変形の抑制に適切に対応することができる。これらのことから、セラミック基板における配線導体の高密度化をより促進することができる。

一般に、セラミック基板の端縁部近傍は、その中央部近傍よりも反りのような変形が生じやすいので、拘束力のより小さい第１領域を第１拘束層の中央部近傍に位置させ、かつ拘束力のより大きい第２領域を第１拘束層の端縁部近傍に位置させるようにすれば、上述した反りのような変形を効果的に抑制することができる。

第２領域における第１拘束層の厚みを、第１領域における第１拘束層の厚みよりも厚くするようにして、拘束力に差を持たせるようにすれば、拘束力のコントロールを容易かつ確実に行なうことができる。

この発明によれば、さらに、第２拘束層において、第２領域に対向する位置に、第２領域の拘束力より小さい拘束力を備えた第４領域を設けているので、第１拘束層における第２領域が有する拘束力をより効果的に発揮させることができる。この場合においても、第３領域における第２拘束層の厚みを、第１領域における第１拘束層および第４領域における第２拘束層の各々の厚みより厚くすれば、拘束力のコントロールをより容易にかつ確実に行なうことができる。

未焼結セラミック体が、積層された複数のセラミックグリーン層およびセラミックグリーン層に設けられる配線導体を備える積層構造を有するものであるとき、焼成工程において、面内での歪みによる変形がより複雑に生じやすいため、この発明による効果がより顕著に発揮される。

上述のように、未焼結セラミック体がセラミックグリーン層および配線導体を備える積層構造を有しているとき、配線導体が、金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種を導電材料として含む場合には、これら金属は、タングステン等に比べて低い融点を有しているが、低抵抗であるため、特に、高周波用途の配線導体の形成に適している。そして、配線導体を構成する導電材料として、上述のような低融点金属が用いられる場合には、セラミックグリーン層は、１０００℃以下の焼成温度で焼結可能な低温焼結セラミック材料を含むようにされると、低融点金属を含む配線導体との同時焼成が可能となる。

また、この発明によれば、焼成時の収縮や変形を抑制するため、未焼結複合積層体に荷重をかける必要がない。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、かつ不所望な変形の少ないセラミック基板を、容易かつ効率良く製造することができる。

図１は、この発明の第１の実施形態によるセラミック基板の製造方法において作製される未焼結複合積層体１１を示す断面図である。

未焼結複合積層体１１は、焼結させることによって目的のセラミック基板となる未焼結セラミック体１２の両主面に、未焼結セラミック体１２の焼結温度では実質的に焼結しない無機粉末を主成分とする第１および第２拘束層１３および１４をそれぞれ密着させた構造を有している。

未焼結セラミック体１２は、図１では詳細な図示を省略しているが、得ようとするセラミック基板がたとえば図８に示した多層セラミック基板１である場合には、この多層セラミック基板１の焼結前の状態の構造物に相当する構造を有している。すなわち、未焼結セラミック体１２は、複数のセラミック層２に相当する、積層された複数のセラミックグリーン層を備えるとともに、セラミックグリーン層に設けられる配線導体としての内部導体膜３、ビアホール導体４および外部導体膜５を備える積層構造を有している。

したがって、未焼結セラミック体１２は、配線導体３〜５によって構成されたコンデンサ、インダクタまたは抵抗器のような受動素子を内蔵することがある。なお、上述のコンデンサやインダクタは、別に用意されたブロック状部品によって与えられてもよい。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１２の所定箇所に内蔵してもよい。さらに、上記ブロック状部品は、焼成済みのセラミック電子部品、たとえばチップ状積層セラミックコンデンサのようなチップ状セラミック電子部品であってもよい。

また、未焼結セラミック体１２に内蔵される上述のような受動素子は、コンデンサやインダクタ等の単機能素子に限定されず、たとえばコンデンサとインダクタとを組み合わせたＬＣ複合素子のような複合素子であってもよい。

未焼結セラミック体１２が上述のように積層構造を有していて、未焼結セラミック体１２の一方主面側と他方主面側とで、配線導体３〜５の配置密度が異なっていると、焼成時の収縮度合いに差が生じ、得られたセラミック基板が不所望に変形しやすい傾向にある。また、上述のように、未焼結セラミック体１２が未焼結のブロック状部品を内蔵している場合においても、ブロック状部品を構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１２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、未焼結セラミック体１２の一方主面側と他方主面側とで収縮度合いに差が生じ、得られたセラミック基板が不所望に変形しやすくなる傾向がある。この発明によれば、これらの変形を有利に抑制できるため、この発明は、このような場合において、特に顕著な効果を発揮し得る。

また、未焼結セラミック体１２が積層構造を有している場合、セラミックグリーン層は、低温焼結セラミック材料を含み、配線導体３〜５は、金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種を導電材料として含むことが好ましい。低温焼結セラミック材料は、１０００℃以下の温度の焼成温度で焼結可能であり、上述した銀や銅との同時焼成が可能である。また、金、銀および銅は、低抵抗であるため、特に、配線導体３〜５が高周波用途に向けられる場合に適している。

上述の低温焼結セラミック材料としては、具体的には、アルミナやフォルステライト等のセラミック粉末にホウ珪酸系ガラスを混合してなるガラス複合系低温焼結セラミック材料、ＺｎＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系低温焼結セラミック材料、ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミック粉末やＡｌ₂Ｏ₃−ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃系セラミック粉末等を用いた非ガラス系低温焼結セラミック材料を用いることができる。

未焼結セラミック体１２は、絶縁性、誘電性、磁性等の種々の電気的特性を備えるセラミックとなるセラミックグリーン層を積層したものであってもよい。特に、いずれの場合にも、軟化点８００℃以下のガラス成分を含有することが好ましく、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）１００重量部に対して、５〜１００重量部の範囲内に選ぶことが、拘束層１３および１４の拘束力を十分に発揮させ得る点で有利である。また、未焼結セラミック体１２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℃以下の温度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１００重量部に対して、５〜１００重量部の範囲内に選ぶことが有利である。

なお、未焼結セラミック体１２が、上述したように、積層構造を有している場合、複数のセラミックグリーン層の積層構造は、通常、予めシート状に成形されたセラミックグリーンシートを積層することによって与えられるが、セラミックスラリーを同一場所でシート状に成形することを繰り返すことによって与えられてもよい。

再び図１を参照して、第１および第２拘束層１３および１４は、好ましくは、無機粉末を有機バインダ中に分散して得られたスラリーをシート状に成形したグリーンシートによって与えられる。ここで、無機粉末としては、たとえば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、石英等の酸化物系セラミック粉末、あるいは、窒化ホウ素等の非酸化物系セラミック粉末等を用いることができる。また、拘束層１３および１４を形成するための組成物中には、必要に応じて、可塑剤、離型剤、分散剤、剥離剤等の種々の添加剤が加えられてもよい。

なお、拘束層１３および１４は、予めグリーンシートの形態で別に用意されるのではなく、ペースト状組成物を塗布して形成された層によって与えられてもよい。

第１拘束層１３は、その面内に、ある大きさの拘束力を備えた第１領域１５と第１領域１５の拘束力より大きい拘束力を備えた第２領域１６とを有している。また、第２拘束層１４は、第１領域１５に対向する領域に、第１領域１５の拘束力より大きい拘束力を備えた第３領域１７を有している。さらに、この実施形態では、第２拘束層１４は、第２領域１６に対向する位置に、第２領域１６の拘束力より小さい拘束力を備えた第４領域１８を有している。そして、第３領域１７の拘束力は第４領域１８の拘束力よりも大きい。

上述したような拘束力のコントロールのため、この実施形態では、拘束層１３および１４の各々の厚みがコントロールされる。すなわち、第１拘束層１３は、第２領域１６における厚みが、第１領域１５における厚みより厚くされる。第２拘束層１４は、第３領域１７における厚みが、第１および第４領域１５および１８の各々における厚みより厚くされる。

拘束層１３および１４が、グリーンシートを所定枚数積み重ねることによって形成される場合、上述のような厚みのより厚い領域を得るためには、その領域にのみ、拘束層１３および１４のためのペースト状組成物を塗布したり、部分的にくり抜いたグリーンシートを積み重ねたりすることによって、形成することができる。あるいは、拘束層１３および１４の各々となるべき層を比較的厚くまず形成しておき、部分的にレーザ光等を照射すれば、照射された部分での厚みを薄くすることができるため、この方法によって、拘束層１３および１４の各々における厚みの差を生じさせるようにしてもよい。

厚みがより厚く、拘束力がより大きな領域、すなわち第２および第３領域１６および１７の各々での厚みは、厚みがより薄く、拘束力がより小さい領域、すなわち第１および第４領域１５および１８の各々での厚みの３倍以下とすることが好ましい。この厚みの比が３倍を超えると、拘束層１３および１４の各々による拘束力のバランスが崩れ、未焼結セラミック体１２の主面方向での収縮を十分に抑制できないことがあるからである。

特に、拘束力がより大きい領域、すなわち第２および第３領域１６および１７での厚みは、得ようとするセラミック基板の寸法精度および反り量ならびに有機バインダの揮発しやすさを考慮して、拘束力がより小さい領域、すなわち第１および第４領域１５および１８での厚みの１．１〜１．６倍とすることがより好ましい。つまり、無収縮プロセスに必要な拘束層の厚みを必要最小限に抑えることによって、焼成後における拘束層の剥離または除去を極めて容易に行なうことが可能となり、セラミック基板の製造効率を向上させることができ、さらに、未焼結セラミック体中の有機バインダや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、焼成むらを少なくし、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。

なお、一般的には、得ようとするセラミック基板の端縁部近傍、すなわち未焼結セラミック体１２の端縁部近傍は、その中央部近傍よりも反りや歪みが生じやすいので、第１拘束層１３全体の拘束力を第２拘束層１４全体の拘束力よりも大きなものとした場合には、図１に示すように、第１拘束層１３の端縁部近傍を拘束力の大きな領域すなわち第２領域１６とし、第１拘束層１３の中央部近傍を拘束力の小さな領域すなわち第１領域１５とすることが望ましい。

次に、未焼結複合積層体１１は、たとえば１０００℃以下の温度で焼成される。これによって、未焼結セラミック体１２が焼結し、目的とする図８に示した多層セラミック基板１８のようなセラミック基板が得られる。

他方、第１および第２拘束層１３および１４にあっては、実質的に焼結しないため、焼成時に実質的な収縮が生じない。そのため、第１および第２拘束層１３および１４の各々が与える拘束力が未焼結セラミック体１４に及ぼされ、未焼結セラミック体１２は、その主面方向での収縮が抑制される。

また、上述した収縮を抑制するように作用する拘束力は、第１拘束層１３にあっては、第２領域１６においてより大きく作用し、第２拘束層１４にあっては、第３領域においてより大きく作用する。これら拘束力のより大きい第２および第３領域１６および１７の各々は、仮に拘束層１３および１４を形成しない場合において、面内での歪みによる変形が凹状に生じる部分に位置するように選ばれる。その結果、このような面内での歪みによる変形を効果的に抑制することができる。

以上のことから、未焼結セラミック体１２を焼結させて得られた多層セラミック基板１のようなセラミック基板は、優れた寸法精度を有し、かつ反りのような変形の少ないものとすることができる。

上述した焼成工程において、この発明では、焼成時の収縮や変形を抑制するため、未焼結複合積層体１１に荷重をかける必要がない。そのため、加圧しながら焼成を施すための特別な設備を必要としない。なお、この発明において、一定の荷重をかけながら焼成を行なうことを妨げるものではない。たとえば、未焼結複合積層体１１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。

次に、第１および第２拘束層１３および１４がセラミック基板から除去され、それによって、目的とするセラミック基板が取り出される。

以下に、図１に示した実施形態に従って、図８に示した多層セラミック基板１を製造するための具体的な製造方法について説明する。

まず、未焼結セラミック体１２を作製するため、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が準備される。ここで、絶縁性セラミックグリーンシートは、絶縁性セラミック粉末にガラス粉末を混合した混合粉末、たとえば、アルミナ粉末とホウ珪酸系ガラス粉末との混合粉末を、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ものである。

次に、絶縁性セラミックグリーンシートには、通常の手法に従って、内部導体膜３、ビアホール導体４および外部導体膜５のような配線導体が形成される。

次に、これら絶縁性セラミックグリーンシートが所定枚数積層され、それによって、未焼結セラミック体１２が得られる。

次に、未焼結セラミック体１２の一方および他方主面に、第１および第２拘束層１３および１４がそれぞれ密着するように形成され、それによって、未焼結複合積層体１１が得られる。ここで、第１および第２拘束層１３および１４は、上述の未焼結セラミック体１２の焼成条件では焼結しない未焼結の無機粉末を有機バインダ中に分散させた組成を有していて、図１に示すような第１ないし第４領域１５ないし１８を有している。

次に、未焼結複合積層体１１は、適宜のセッター上に載置された状態で、焼成設備に投入され、焼成される。この焼成では、たとえば１０００℃以下の焼成温度が適用される。焼成の結果、未焼結セラミック体１２を構成する絶縁性セラミックグリーンシートは焼結するが、第１および第２拘束層１３を構成する無機粉末は実質的に焼結せず、これによって、主面方向での収縮が抑制された寸法精度の高い多層セラミック基板１が得られる。

次に、冷却後、第１および第２拘束層１３および１４を除去することによって、多層セラミック基板１が取り出される。ここで、拘束層１３および１４は、未焼結の無機粉末からなる多孔質層として存在しているため、たとえば湿式ホーニング法やサンドブラスト法等の種々の方法によって、これを容易に剥離・除去することができる。

なお、図１に示した未焼結セラミック体１２は、１個の多層セラミック基板１のような１個のセラミック基板となるべきものであるが、後で分割されることが予定された複数のセラミック基板を与える集合基板が得られるように、未焼結セラミック体を用意し、上述した焼成工程の後、分割工程を実施して、複数のセラミック基板を得るようにしてもよい。

図２は、この発明の第２の実施形態によるセラミック基板の製造方法において作製される未焼結複合積層体２１を示す断面図である。図２において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態は、図２に示すように、第１および第２拘束層１３および１４の各々において、第１ないし第４領域１５ないし１８がより多数分布するように形成されてもよいことを明示する意義がある。

上述のような第１ないし第４領域１５ないし１８の分布状態は、仮に拘束層１３および１４を形成しない場合において、面内での歪みによる変形が生じる状態に応じて選ばれることになる。

図３は、この発明の参考例としての未焼結複合積層体２６を示す断面図である。図３において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

この参考例は、第１拘束層１３の第２領域１６に対向する位置にある、第２拘束層１４の第４領域１８が、第２領域１６の拘束力より小さい拘束力を備えていない点でこの発明の範囲外のものであるが、第１領域１５が、第１拘束層１３の中央部ではなく、一方側に片寄った位置にあってもよいことを明らかにする意義がある。

図３に示した参考例では、第２拘束層１４の第４領域１８は、第３領域１７より、さらには第１拘束層１３の第２領域１６より厚く形成されている。

図４は、この発明の第３の実施形態によるセラミック基板の製造方法において作製される未焼結複合積層体３１を示す断面図である。図４において、図１に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第３の実施形態は、第１および第２拘束層１３および１４の各々が与える拘束力が、拘束層１３および１４の厚みによってコントロールされない場合もあり得ることを明示する意義がある。

図４に示した実施形態では、第１拘束層１３の第１領域１５上に導電性ペースト膜３２が形成され、第２拘束層１４の第４領域１８上に導電性ペースト膜３３が形成されている。導電性ペースト膜３２および３３は、たとえば銀または銅を主成分とする導電性ペーストを塗布することによって形成される。

このように、導電性ペースト膜３２および３３が形成された第１および第４領域１５および１８では、焼成時において、これら導電性ペースト膜３２および３３がより大きく収縮しようとするので、第１および第２拘束層１３および１４の各々による拘束力が小さくなる。その結果、第１拘束層１３においては、第２領域１６の拘束力を第１領域１５の拘束力より大きくし、第２拘束層１４においては、第３領域１７の拘束力を第４領域１８の拘束力より大きくすることができる。

なお、導電性ペースト膜３２および３３に代えて、たとえば、焼成温度以下の軟化点を有するガラスを主成分とするガラスペーストからなる膜が用いられてもよい。すなわち、焼成温度において収縮するものであれば、どのような材料を含むペーストを用いてもよい。

さらに、図示しないが、拘束力をコントロールするため、次のような方法を採用することもできる。

すなわち、第１に、第１および第２拘束層１３および１４に含まれる無機粉末の平均粒径を、第２および第３領域１６および１７において小さくし、それによって拘束力を大きくし、他方、無機粉末の平均粒径を、第１および第４領域１５および１８において大きくし、それによって拘束力を小さくする手法を採用することができる。

第２に、第１および第２拘束層１３および１４中の有機バインダ量を、第２および第３領域１６および１７において少なくし、それによって拘束力を大きくし、他方、有機バインダ量を、第１および第４領域１５および１８において多くし、それによって拘束力を小さくする手法を採用することができる。

第３に、ファイバー状の酸化物無機粒子を含有させる手法を採用することができる。すなわち、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、拘束力が大きくなる。したがって、第２および第３領域１６および１７においてのみファイバー状の酸化物無機粒子を含有させたり、あるいは、第２および第３領域１６および１７中のファイバー状の酸化物無機粒子の含有量を第１および第４領域１５および１８中の含有量よりも多くすることによって、第２および第３領域１６および１７の拘束力を、第１および第４領域１５および１８の拘束力より大きくすることができる。

第４に、未焼結セラミック体１２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を採用することができる。すなわち、拘束層は、上述のようなガラス粉末を含有することによって大きい拘束力を与えるようになる。したがって、第２および第３領域１６および１７にのみ上述のようなガラス粉末を含有させたり、あるいは、第２および第３領域１６および１７中のガラス粉末含有量を、第１および第４領域１５および１８中の含有量より多くすることによって、第２および第３領域１６および１７の拘束力を、第１および第４領域１５および１８の拘束力より大きくすることができる。

なお、以上のような拘束力をコントロールする手法については、その少なくとも２つのものを適宜組み合わせて採用することもできる。

次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

図５は、この発明の範囲外の比較例となる未焼結複合積層体４１を示す断面図である。図６は、この発明の範囲内の実施例となる未焼結複合積層体５１を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。図７は、焼結後のセラミック基板の反り状態を図解的に示すもので、（ａ）は比較例１を示し、（ｂ）は比較例２を示し、（ｃ）は実施例を示している。

また、以下の表１には、上述した比較例１および２ならびに実施例の各々についての第１および第２拘束層の各厚みならびに焼結後のセラミック基板の反り量が示されている。

この実験例では、比較例１および２ならびに実施例に共通して、未焼結セラミック体４２としては、焼結後のセラミック基板の寸法で１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．５ｍｍとなるものを用い、かつ、比較例１および２ならびに実施例において、互いに同じ組成および構造のものを用いた。

また、第１および第２拘束層については、比較例１および２ならびに実施例において、互いに同じ組成のものを用いたが、その厚みに関しては、次のように設定した。

図５を参照して、比較例１および２では、ともに、第１および第２拘束層４３および４４の各々について厚みを一様なものとしながら、表１に示すように、比較例１では、第１拘束層４３の厚みを０．３０ｍｍとし、第２拘束層の厚みを０．４０ｍｍとし、他方、比較例２では、第１拘束層の厚みを０．３０ｍｍとし、第２拘束層の厚みを０．４５ｍｍとした。

これらに対して、実施例では、図６および表１に示すように、０．３ｍｍの厚みで形成された第１拘束層５３において、内径（φ１）５３ｍｍおよび外径（φ２）８４ｍｍのリング状の凸部５５を形成することによって、この凸部５５の部分での厚みを０．３５ｍｍとした。他方、０．４ｍｍの厚みで形成された第２拘束層５４において、直径（φ３）３６ｍｍの円形の凸部５６を形成することによって、この凸部５６での厚みを０．４５ｍｍとした。

このようにして、実施例では、第１拘束層５３における凸部５５が形成された部分以外の部分が第１領域５７となり、凸部５５が形成された部分が拘束力のより大きい第２領域５８となる。また、第２拘束層５４については、凸部５６が形成された部分が、第１領域５７より拘束力の大きい第３領域５９となり、凸部５６が形成された部分以外の部分が、第２領域５８より拘束力の小さい第４領域６０となる。そして、第１領域５７と第３領域５９とが対向するように位置し、第２領域５８と第４領域６０とが対向するように位置している。

この実験例を進めるにあたっては、まず、比較例１について、試料の作製および焼成を行ない、得られた焼結後のセラミック基板について、反り状態および反り量の各々の評価を行なった。その結果、図７（ａ）に示すような反り状態となっていて、反り量６１は、表１に示すように、０．１５ｍｍであった。

次に、上記比較例１の反り量をより低減すべく、第２拘束層４４を０．４０ｍｍから０．４５ｍｍへとより厚くした比較例２について、試料の作製および焼成を実施して、焼結後のセラミック基板について、反り状態および反り量の各々を評価した。その結果、図７（ｂ）に示すように、セラミック基板の中央部近傍における反り量は、比較例１に比べて低減したが、全体としての反り量６１はかえって増大し、反り量６１は、表１に示すように、０．２５ｍｍとなった。

このことから、反りの問題を解決するには、第１拘束層４３の厚みと第２拘束層４４の厚みとの比率を調整するだけでは、限界があることがわかる。

次に、実施例について、試料の作製および焼成を行ない、得られた焼結後のセラミック基板について反り状態および反り量の各々を評価した。その結果、図７（ｃ）に示すように、比較例１および２の各々の場合とほぼ同じ傾向の反り状態となったが、反り量６１については、表１に示すように、０．１０ｍｍと低減された。

上述の実施例による反り量の低減効果は、第１および第２拘束層５３および５４にそれぞれ凸部５５および５６を形成したことによるものである。すなわち、図６と図７とをともに参照すればわかるように、図６に示した第１拘束層５３の凸部５５は、図７に示したセラミック基板の上方に向く面の凹状に反る部分に位置し、他方、第２拘束層５４の凸部５６は、セラミック基板の下方に向く面の凹状に反る部分に位置している。そして、これら凸部５５が形成された第２領域５８および凸部５６が形成された第３領域５９において、より大きな拘束力が働くため、反り量６１が低減されたのである。

この発明の第１の実施形態によるセラミック基板の製造方法において作製される未焼結複合積層体１１を示す断面図である。この発明の第２の実施形態によるセラミック基板の製造方法において作製される未焼結複合積層体２１を示す断面図である。この発明の参考例としての未焼結複合積層体２６を示す断面図である。この発明の第３の実施形態によるセラミック基板の製造方法において作製される未焼結複合積層体３１を示す断面図である。この発明による効果を確認するために実施した実験例において、この発明の範囲外の比較例となる未焼結複合積層体４１を示す断面図である。上記実験例において、この発明の範囲内の実施例となる未焼結複合積層体５１を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図である。上記実験例において得られた焼結後のセラミック基板の反り状態を図解的に示すもので、（ａ）は比較例１を示し、（ｂ）は比較例２を示し、（ｃ）は実施例を示している。この発明にとって興味あるセラミック基板の一例としての多層セラミック基板１を示す断面図である。

符号の説明

１１，２１，２６，３１，５１未焼結複合積層体
１２，４２未焼結セラミック体
１３，５３第１拘束層
１４，５４第２拘束層
１５，５７第１領域
１６，５８第２領域
１７，５９第３領域
１８，６０第４領域
３２，３３導電性ペースト膜

Claims

焼結させることによってセラミック基板となる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温度では実質的に焼結しない無機粉末を主成分とする第１および第２拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する、未焼結複合積層体を作製する工程と、
前記未焼結複合積層体を、前記未焼結セラミック体が焼結する条件で焼成し、それによって、前記第１および第２拘束層に挟まれた状態にある焼結後のセラミック基板を得る、焼成工程と、
次いで、前記第１および第２の拘束層を前記セラミック基板から除去する工程と
を備え、
前記第１拘束層は、その面内に、ある大きさの拘束力を備えた第１領域と前記第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第２領域とを有し、前記第２拘束層は、前記第１領域に対向する位置に、前記第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第３領域と、前記第２領域に対向する位置に、前記第２領域の拘束力より小さい拘束力を備えた第４領域とを有し、前記第３領域の拘束力は前記第４領域の拘束力よりも大きいことを特徴とする、
セラミック基板の製造方法。
前記第１領域を前記第１拘束層の中央部近傍に位置させ、かつ前記第２領域を前記第１拘束層の端縁部近傍に位置させる、請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
前記第１拘束層は、前記第２領域における厚みが、前記第１領域における厚みより厚くされる、請求項１または２に記載のセラミック基板の製造方法。
前記第２拘束層は、前記第３領域における厚みが、前記第４領域における厚みより厚くされる、請求項１ないし３のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
前記未焼結セラミック体は、積層された複数のセラミックグリーン層および前記セラミックグリーン層に設けられる配線導体を備える積層構造を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
前記セラミックグリーン層は、低温焼結セラミック材料を含み、前記配線導体は、金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種を導電材料として含む、請求項５に記載のセラミック基板の製造方法。
前記焼成工程は、前記未焼結複合積層体に荷重をかけずに実施される、請求項１ないし６のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
焼結させることによってセラミック基板となる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温度では実質的に焼結しない無機粉末を主成分とする第１および第２拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する、セラミック基板を製造する途中で製造される未焼結複合積層体であって、
前記第１拘束層は、その面内に、ある大きさの拘束力を備えた第１領域と前記第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第２領域とを有し、前記第２拘束層は、前記第１領域に対向する位置に、前記第１領域の拘束力より大きい拘束力を備えた第３領域と、前記第２領域に対向する位置に、前記第２領域の拘束力より小さい拘束力を備えた第４領域とを有し、前記第３領域の拘束力は前記第４領域の拘束力よりも大きいことを特徴とする、未焼結複合積層体。