JP4543598B2 - Low temperature fired ceramic substrate manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面に凸部又は凹部を有する低温焼成セラミック基板を製造する低温焼成セラミック基板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、低温焼成セラミック基板の表面に水晶振動子を搭載する場合は、水晶振動子の振動を阻害しないようにするために、水晶振動子を低温焼成セラミック基板から浮かせた状態にする必要がある。そのために、特許第2913629号公報や特開2000−49562号公報に示すように、基板表面に、水晶振動子を支持する金属製の台座部品を取り付け、この台座部品上に水晶振動子を搭載するようにしたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、水晶振動子を搭載する金属製の台座部品を加工したり、基板に取り付ける作業に手間がかかり、製造コストが高くなるという欠点がある。
【0004】
そこで、最近では、金属製の台座部品の代わりに、基板表面に、導体ペースト又はガラスペーストを印刷して台座部を形成し、この台座部上に水晶振動子を搭載するようにしたものがある。
【0005】
しかし、この印刷法では、1回の印刷で得られる台座部の厚みは、せいぜい、15〜20μm程度であり、必要な厚みが得られないため、複数回重ね印刷する必要があるが、それでも40μm程度が限界である。しかも、重ね印刷すると、印刷のにじみ、だれが発生したり、或は、焼成時に台座部(導体層)にクラックが発生することがあり、総じて、品質が安定しないという欠点がある。
【0006】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、基板表面に30μm以上の凸部又は凹部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる低温焼成セラミック基板の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の低温焼成セラミック基板の製造方法は、低温焼成セラミックの生基板の両面に、該低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して加圧しながら焼成し、焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物を除去して低温焼成セラミック基板を製造する加圧焼成法(拘束焼成法とも呼ばれる)を用い、拘束用グリーンシートのうちの前記生基板に圧着する面に凸状又は凹状の成形部を形成し、該拘束用グリーンシートを該生基板に圧着して加圧しながら焼成することで、基板表面に該拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写するようにしたものである。この場合、加圧焼成法は、基板の面方向の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる焼成法であるから、この加圧焼成法を用いて基板表面に拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写すれば、基板表面に30μm以上の凸部又は凹部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【0008】
この場合、請求項2のように、前記成形部を有する拘束用グリーンシートを、複数枚のグリーンシートを積層して形成しても良く、或は、請求項3のように、前記成形部を有する拘束用グリーンシートをプレス成形により形成するようにしても良い。いずれの方法でも、成形部を有する拘束用グリーンシートを、簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【0009】
本発明の低温焼成セラミック基板の製造方法を用いれば、基板表面に様々な形状の凸部又は凹部を形成することができ、例えば、請求項4のように、基板表面に、水晶振動子等の振動素子を搭載する台座部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしたり、或は、請求項5のように、基板表面に、封止樹脂の流出を防止する凸条部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしても良い。これにより、基板表面に、適度な高さ寸法の台座部や凸条部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
[実施形態(1)]
以下、本発明を水晶振動子搭載用の低温焼成セラミック基板の製造方法に適用した実施形態(1)を図1及び図2に基づいて説明する。
【0011】
まず、図2に基づいて低温焼成セラミック基板10の構造を説明する。低温焼成セラミック基板10は、複数枚の低温焼成セラミックのグリーンシート11a,11b,11cを積層して800〜1000℃で加圧焼成したものである。低温焼成セラミックとしては、例えばCaO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラス:50〜65重量%(好ましくは60重量%)とアルミナ:50〜35重量%(好ましくは40重量%)との混合物を用いれば良い。この他、MgO−SiO2 −Al2 O3 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物、或は、SiO2 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物、PbO−SiO2 −B2 O3 系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の800〜1000℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。
【0012】
各層のセラミック層(グリーンシート11a,11b,11c)には、層間接続用のビアホール12が形成され、各層のビアホール12にビア導体13が充填されている。各層のビア導体13は、例えば、Ag、Ag/Pd、Ag/Pt、Ag/Au等を主に含むAg系導体ペースト、或は、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストを用いて形成されている。
【0013】
また、2層目のセラミック層(グリーンシート11b)には、1層目と2層目のビア導体13を接続するための内層導体パターン14がAg系、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストの印刷により形成されている。また、最下層のセラミック層(グリーンシート11c)の下面には、ビア導体13と導通する位置に裏面端子15がAg系、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストの印刷により形成されている。
【0014】
一方、最上層のセラミック層(グリーンシート11a)の表面には、水晶振動子16を搭載する台座部17が後述する方法で一体に形成されている。この台座部17の高さ寸法は、例えば30〜60μmである。この台座部17の上面にはランド18がAg系、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストの印刷により形成され、このランド18が台座部17を貫通するビア導体13と接続されている。これにより、ランド18がビア導体13と内層導体パターン14を介して裏面端子15と接続されている。このランド18上には、水晶振動子16が導電性接着剤19により接合されている。
【0015】
次に、上記構成の低温焼成セラミック基板10の製造方法を説明する。低温焼成セラミックのグリーンシート11a,11b,11cは、上記の低温焼成セラミック粉末に、バインダー、溶剤及び可塑剤を配合して、十分に撹拌混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等でテープ成形したものである。
【0016】
各層のグリーンシート11a,11b,11cを積層する前に、各層のグリーンシート11a,11bにパンチング加工されたビアホール12に、Ag系、Au系、Cu系等の低融点金属の導体ペーストをスクリーン印刷により充填してビア導体13を形成し、更に、2層目のグリーンシート11bには、同種の低融点金属の導体ペーストを使用して内層導体パターン14をスクリーン印刷する。
【0017】
また、最下層のグリーンシート11cの下面には、裏面端子15をAg系、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストを用いてスクリーン印刷し、更に、最上層のグリーンシート11aには、ランド18をAg系、Au系、Cu系等の低融点金属のペーストを用いてスクリーン印刷する。尚、裏面端子15とランド18については、加圧焼成後に後付けで印刷・焼成するようにしても良い。
印刷工程後に、各層のグリーンシート11a,11b,11cを積層して加熱圧着して一体化して低温焼成セラミック生基板10’を作製する。
【0018】
一方、拘束用グリーンシート20は、低温焼成セラミック生基板10’の焼成温度(800〜1000℃)では焼結しない高温焼結性セラミック粉末(例えばアルミナ粉末)を用いて形成されている。
【0019】
低温焼成セラミック生基板10’の上面に圧着する拘束用グリーンシート20の下面には、基板表面に台座部17を形成するための凹部21(成形部)をプレス成形法又はグリーンシート積層法で形成する。
プレス成形法では、予め、ドクターブレード法等でテープ成形した拘束用グリーンシート20をプレス成形して凹部21を形成する。
【0020】
一方、グリーンシート積層法では、複数枚の高温焼結性セラミックのグリーンシートを積層して拘束用グリーンシート20を作製する際に、予め、下面側に積層する少なくとも1枚のグリーンシートに凹部21を形成するための角孔をパンチング加工等により形成しておき、これを他のグリーンシートに積層して加熱圧着して拘束用グリーンシート20を作製する。
【0021】
この場合、拘束用グリーンシート20の硬さは、配合するバインダー、溶剤、可塑剤のいずれかを適宜調整することで、低温焼成セラミックのグリーンシート11a,11b,11c(生基板10’)よりも適度に硬くするように調整すると良い。
【0022】
この拘束用グリーンシート20を用いて低温焼成セラミック生基板10’を加圧焼成する場合は、まず、図1(b)に示すように、低温焼成セラミック生基板10’の表裏両面に拘束用グリーンシート20を積層して、この積層体を例えば80〜150℃で加熱圧着する。
【0023】
この後、低温焼成セラミック生基板10’と拘束用グリーンシート20との圧着体を、アルミナ等で形成した多孔質セッター板(図示せず)間に挟み込んで、10〜300N/cm2 の圧力で加圧しながら低温焼成セラミック生基板10’の焼結温度である800〜1000℃で焼成する。
【0024】
この焼成中に、低温焼成セラミック生基板10’の表面部のうち、拘束用グリーンシート20の凹部21に対応する部分には圧力が加わらないため、当該部分のセラミックが凹部21内に盛り上がって、凹部21内に基板表面のセラミックが充填された状態となる。これにより、基板表面に水晶振動子16を搭載する台座部17が形成される。この際、凹部21の深さ寸法が例えば30〜60μmであれば、台座部17の高さ寸法が30〜60μmとなる。
【0025】
この場合、低温焼成セラミック生基板10’両面に積層された拘束用グリーンシート20(アルミナ等の高温焼結性セラミック)は、1300℃以上に加熱しないと焼結しないので、800〜1000℃で焼成すれば、拘束用グリーンシート20は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、拘束用グリーンシート20中のバインダー等の有機物が熱分解して飛散してセラミック粉体として残る。
【0026】
焼成後、焼成基板の両面に付着した拘束用グリーンシート20の残存物(セラミック粉体)をブラスト処理、バフ研磨等により除去する。これにより、低温焼成セラミック基板10の製造が完了する。
【0027】
以上説明した実施形態(1)は、加圧焼成法を利用して基板表面に水晶振動子16を搭載する台座部17を形成するところに特徴があり、加圧焼成法は、基板の面方向の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる焼成法であるから、この加圧焼成法を利用して基板表面に拘束用グリーンシート20の凹部21の形状を転写すれば、基板表面に30〜60μmの台座部17を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる。本発明者の実験結果によれば、拘束用グリーンシート20の凹部21の深さ寸法の調整によって±10%の精度で台座部17の高さ寸法を調整することができることが確認されている。
【0028】
尚、台座部17に搭載する素子は、水晶振動子16に限定されず、例えばセラミック共振子等の他の発振素子であっても良いことは言うまでもない。
【0029】
[実施形態(2)]
次に、本発明の実施形態(2)を図3に基づいて説明する。本実施形態(2)では、低温焼成セラミック基板22の表面周縁部に封止樹脂の流出を防止する凸条部23を次のようにして形成する。
【0030】
まず、低温焼成セラミック生基板の上面に圧着する拘束用グリーンシート24の下面に、基板表面の周縁部に凸条部23を形成するための段差部25(成形部)をプレス成形法又はグリーンシート積層法で形成する。
【0031】
そして、各層の低温焼成セラミックのグリーンシート11a,11b,11cを積層して加熱圧着して一体化して低温焼成セラミック生基板を作製し、この生基板の表裏両面に拘束用グリーンシート24を積層して、この積層体を例えば80〜150℃で加熱圧着する。
【0032】
この後、低温焼成セラミック生基板と拘束用グリーンシート24との圧着体を、アルミナ等で形成した多孔質セッター板(図示せず)間に挟み込んで、10〜300N/cm2 の圧力で加圧しながら低温焼成セラミック生基板の焼結温度である800〜1000℃で焼成する。これにより、基板表面の周縁部には、拘束用グリーンシート24の段差部25によって凸条部23が形成される。
【0033】
焼成後、焼成基板の両面に付着した拘束用グリーンシート20の残存物(セラミック粉体)をブラスト処理、バフ研磨等により除去する。これにより、低温焼成セラミック基板22の製造が完了する。
【0034】
以上説明した本実施形態(2)によれば、加圧焼成法を利用して、基板表面に封止樹脂の流出を防止する凸条部23を拘束用グリーンシート24の段差部25により形成するようにしたので、基板表面に、適度な高さ寸法の凸条部23を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる。
【0035】
尚、本発明は、基板表面に水晶振動子搭載用の台座部17や封止樹脂流出防止用の凸条部23を形成する場合に限定されず、基板表面に様々な形状の凸部又は凹部を形成する場合に適用できる。
【0036】
また、拘束用グリーンシートは、アルミナグリーンシートに限定されず、窒化アルミニウム(AlN)等の他の高温焼結性セラミックのグリーンシートを用いるようにしても良い。
【0037】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項1の低温焼成セラミック基板の製造方法によれば、加圧焼成法を用い、拘束用グリーンシートのうちの生基板に圧着する面に凸状又は凹状の成形部を形成し、該拘束用グリーンシートを該生基板に圧着して加圧しながら焼成することで、基板表面に該拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写するようにしたので、基板表面に30μm以上の凸部又は凹部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる。
【0038】
また、請求項2,3では、成形部を有する拘束用グリーンシートを、グリーンシート積層法又はプレス成形法で形成するようにしたので、成形部を有する拘束用グリーンシートを、簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【0039】
また、請求項4では、基板表面に、水晶振動子等の振動素子を搭載する台座部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしたので、基板表面に、適度な高さ寸法の台座部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【0040】
また、請求項5では、基板表面に、封止樹脂の流出を防止する凸条部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしたので、適度な高さ寸法の凸条部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は本発明の実施形態(1)の製造工程を説明する図
【図2】水晶振動子を搭載した低温焼成セラミック基板の構造を示す縦断面図
【図3】(a)、(b)は本発明の実施形態(2)の製造工程を説明する図
【符号の説明】
10…低温焼成セラミック基板、10’…低温焼成セラミック生基板、11a,11b,11c…低温焼成セラミックのグリーンシート、12…ビアホール、13…ビア導体、14…内層導体パターン、15…裏面端子、16…水晶振動子、17…台座部、18…ランド、19…導電性接着剤、20…拘束用グリーンシート、21…凹部(成形部)、22…低温焼成セラミック基板、23…凸条部、24…拘束用グリーンシート、25…段差部(成形部)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a low-temperature fired ceramic substrate for producing a low-temperature fired ceramic substrate having convex portions or concave portions on a substrate surface.
[0002]
[Prior art]
For example, when a crystal resonator is mounted on the surface of a low-temperature fired ceramic substrate, the crystal resonator needs to be floated from the low-temperature fired ceramic substrate so as not to inhibit the vibration of the crystal resonator. Therefore, as shown in Japanese Patent No. 2913629 and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-49562, a metal pedestal component that supports the crystal resonator is attached to the substrate surface, and the crystal resonator is mounted on the pedestal component. There is something like that.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described configuration has a drawback in that it takes time and labor to process a metal pedestal component on which a crystal resonator is mounted or to attach it to a substrate, resulting in high manufacturing costs.
[0004]
Therefore, recently, instead of a metal pedestal component, there is a type in which a conductive paste or glass paste is printed on a substrate surface to form a pedestal portion, and a crystal resonator is mounted on the pedestal portion. .
[0005]
However, in this printing method, the thickness of the pedestal portion obtained by one printing is at most about 15 to 20 μm, and a necessary thickness cannot be obtained. The degree is the limit. In addition, when overprinting is performed, printing bleeds, drooling may occur, or cracks may occur in the pedestal portion (conductor layer) during firing, and there is a drawback that the quality is not stable as a whole.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such circumstances. Therefore, the object of the present invention is to easily form convex portions or concave portions of 30 μm or more on the substrate surface with high dimensional accuracy, and to reduce the manufacturing cost and quality. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a low-temperature fired ceramic substrate that can satisfy the demand for improvement.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for producing a low-temperature fired ceramic substrate according to claim 1 of the present invention is a constraining green sheet that does not sinter on both sides of a raw substrate of the low-temperature fired ceramic at the sintering temperature of the low-temperature fired ceramic. And then firing while pressing, using a pressure firing method (also referred to as restraint firing method) to remove the residual green sheet for restraint after firing and producing a low-temperature fired ceramic substrate, The convex green sheet is formed on the surface of the substrate by forming a convex or concave molded part on the surface to be crimped to the green substrate, and pressing the green sheet for constraining to the green substrate and firing it while applying pressure. The shape of the molding part is transferred. In this case, the pressure firing method is a firing method that reduces firing shrinkage in the surface direction of the substrate and improves the substrate dimensional accuracy. Therefore, using this pressure firing method, a green sheet for constraining green sheets is formed on the substrate surface. If the shape is transferred, it is possible to easily form convex portions or concave portions of 30 μm or more on the substrate surface with high dimensional accuracy.
[0008]
In this case, as in claim 2, the constraining green sheet having the forming portion may be formed by laminating a plurality of green sheets, or as in claim 3, the forming portion is The constraining green sheet may be formed by press molding. In any method, a constraining green sheet having a forming portion can be easily formed with high dimensional accuracy.
[0009]
By using the method for producing a low-temperature fired ceramic substrate of the present invention, convex portions or concave portions having various shapes can be formed on the substrate surface. For example, a crystal resonator or the like is formed on the substrate surface as in claim 4. The pedestal portion on which the vibration element is mounted is formed by a constraining green sheet molding portion, or a convex strip portion for preventing the sealing resin from flowing out is restrained on the substrate surface as in claim 5. You may make it form by the formation part of a green sheet. Thereby, it is possible to easily form a pedestal portion and a protruding strip portion having an appropriate height dimension on the substrate surface with high dimensional accuracy.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment (1)]
Hereinafter, an embodiment (1) in which the present invention is applied to a method of manufacturing a low-temperature fired ceramic substrate for mounting a crystal resonator will be described with reference to FIGS.
[0011]
First, the structure of the low-temperature fired
[0012]
In each ceramic layer (
[0013]
The second ceramic layer (
[0014]
On the other hand, on the surface of the uppermost ceramic layer (
[0015]
Next, a method for manufacturing the low-temperature fired
[0016]
Before laminating the
[0017]
Further, on the lower surface of the lowermost
After the printing process, the
[0018]
On the other hand, the constraining
[0019]
On the lower surface of the constraining
In the press molding method, the constraining
[0020]
On the other hand, in the green sheet laminating method, when the constraining
[0021]
In this case, the hardness of the constraining
[0022]
When the low-temperature fired ceramic
[0023]
Thereafter, the pressure-bonded body of the low-temperature fired ceramic raw substrate 10 'and the constraining
[0024]
During this firing, no pressure is applied to the portion of the surface portion of the low-temperature fired ceramic
[0025]
In this case, the constraining green sheet 20 (high temperature sinterable ceramic such as alumina) laminated on both surfaces of the low-temperature fired ceramic
[0026]
After firing, the residue (ceramic powder) of the constraining
[0027]
The embodiment (1) described above is characterized in that the
[0028]
Needless to say, the element mounted on the
[0029]
[Embodiment (2)]
Next, Embodiment (2) of this invention is demonstrated based on FIG. In the present embodiment (2), the ridge portion 23 for preventing the sealing resin from flowing out is formed on the surface peripheral portion of the low-temperature fired
[0030]
First, a step 25 (molded portion) for forming the ridges 23 on the peripheral edge of the substrate surface is formed on the lower surface of the restraining
[0031]
Then, the low-temperature fired ceramic
[0032]
After that, the pressure-bonded body of the low-temperature fired ceramic raw substrate and the constraining
[0033]
After firing, the residue (ceramic powder) of the constraining
[0034]
According to the present embodiment (2) described above, the protruding ridge portion 23 that prevents the sealing resin from flowing out is formed on the substrate surface by the
[0035]
Note that the present invention is not limited to the case where the crystal
[0036]
The constraining green sheet is not limited to an alumina green sheet, and other high-temperature sinterable ceramic green sheets such as aluminum nitride (AlN) may be used.
[0037]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the method for manufacturing a low-temperature fired ceramic substrate of claim 1 of the present invention, a pressure firing method is used, and the convex green surface of the restraining green sheet is pressed onto the raw substrate. Alternatively, the shape of the molding part of the constraining green sheet is transferred to the substrate surface by forming a concave molding part and firing the constraining green sheet against the green substrate and pressurizing it. Further, it is possible to easily form convex portions or concave portions of 30 μm or more on the substrate surface with high dimensional accuracy, and to satisfy the demands for manufacturing cost reduction and quality improvement.
[0038]
Further, in Claims 2 and 3, since the constraining green sheet having the forming part is formed by the green sheet laminating method or the press forming method, the constraining green sheet having the forming part can be easily and dimensionally accurate. It can be formed well.
[0039]
According to the fourth aspect of the present invention, since the pedestal portion on which the vibration element such as a crystal resonator is mounted is formed on the substrate surface by the forming portion of the restraining green sheet, the pedestal having an appropriate height dimension is formed on the substrate surface. The portion can be formed easily and with high dimensional accuracy.
[0040]
According to the fifth aspect of the present invention, since the protruding strip portion for preventing the sealing resin from flowing out is formed on the substrate surface by the forming portion of the restraining green sheet, the protruding strip portion having an appropriate height can be easily formed. In addition, it can be formed with high dimensional accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are views for explaining a manufacturing process of an embodiment (1) of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a structure of a low-temperature fired ceramic substrate on which a crystal resonator is mounted. 3 (a) and (b) are diagrams for explaining the manufacturing process of the embodiment (2) of the present invention.
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記拘束用グリーンシートのうちの前記生基板に圧着する面に凸状又は凹状の成形部を形成し、該拘束用グリーンシートを該生基板に圧着して加圧しながら焼成することで、基板表面に該拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写することを特徴とする低温焼成セラミック基板の製造方法。A constraining green sheet that does not sinter at the sintering temperature of the low-temperature fired ceramic is pressed onto both sides of the raw substrate of the low-temperature fired ceramic and fired while pressing, and after firing, the residual green sheet for restraint is removed. A method for producing a low-temperature fired ceramic substrate, comprising:
A convex or concave shaped part is formed on the surface of the restraining green sheet to be crimped to the raw substrate, and the restraint green sheet is fired while being pressed against the raw substrate and being pressed. A method for producing a low-temperature fired ceramic substrate, wherein the shape of the forming portion of the constraining green sheet is transferred to the substrate.
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