JP4705320B2 - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、寸法精度に優れた多層セラミック基板を効率良く製造できる多層セラミック基板の製造方法に関する。

複数のグリーンシートを積層し、その両面にかかるグリーンシートよりも焼成温度が高い収縮抑制シートをそれぞれ積層した状態で上記グリーンシートの焼成温度で焼成した後、未焼成の収縮抑制シートを除去することにより、平面方向の寸法精度が高い多層セラミック基板を得るための製造方法が提案されている。
例えば、上記収縮抑制シートを除去するため、セラミック粉末、または水とセラミック粉末とを吹き付ける方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
また、上記収縮抑制シートに対して、アルミナ砥粒を分散した水溶液を圧縮空気を介して吹き付ける方法も提案されている(例えば、特許文献２参照)。

ＷＯ９９／５６５１０号公報 (第１〜１２頁、図１) 特開２０００−２７７９１４号公報 (第１〜７頁、図１)

しかし、前記２つの方法のように、例えばセラミック粉末を含む水を空気と共に吹き付けて前記収縮抑制シートを除去すると、この収縮抑制シートの厚みが厚いほど、その除去に要する時間が長くなってしまう。しかも、収縮抑制シートを除去できたか否かは、容易には判別しにくいため、必要以上にセラミック粉末や、これを含む水および空気を吹き付けて、焼成されたセラミック基板の表面やかかる表面に位置する表層電極を損傷することがある、という問題があった。

本発明は、以上において説明した背景技術の問題点を解決し、焼成工程での寸法精度に優れ且つ焼成後に焼成収縮抑制シートを過不足なく且つ効率良く除去して製造できる多層セラミック基板の製造方法を提供する、ことを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、焼成後におけるセラミック層および未焼成の焼成収縮抑制シートからなる複合積層体に対し熱的衝撃を与える、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の多層セラミック基板の製造方法（請求項１）は、複数のグリーンシートと、これらのグリーンシートのうち最上層および最下層のグリーンシートの表面および裏面に形成された配線層と、該配線層上で且つ最上層および最下層のグリーンシートの表面および裏面に配置され、上記グリーンシートの焼成温度よりも高い焼成温度を有する焼成収縮抑制シートと、を積層して複合積層体を形成する積層工程と、上記複合積層体を上記グリーンシートの焼成温度で上記焼成収縮抑制シートにより上記グリーンシートの焼成収縮を抑制しつつ焼成する焼成工程と、焼成後の上記複合積層体における未焼成の上記焼成収縮抑制シートを除去する除去工程と、を含み、かかる除去工程は、焼成後の上記複合積層体を冷却媒体中に投入して浸漬し、該複合積層体に対して熱的変化を与えることにより、上記焼成収縮抑制シートを破砕することで行われる、ことを特徴とする。

尚、前記グリーンシートには、アルミナおよびガラスを主成分としたものが、焼成収縮抑制シートには、少なくともアルミナを含み且つガラス含有量が上記グリーンシートよりも少ないか、あるいはガラスを含まないものが推奨される。
また、前記「浸漬」は、複合積層体を冷却媒体である冷水などの中に投入する形態である。

付言すれば、本発明には、前記冷却媒体の温度は、前記焼成後の複合積層体の温度との差が５℃以上である、多層セラミック基板の製造方法も含まれ得る。尚、上記温度差が５℃未満になると、焼成収縮抑制シートなどに与える熱的変化が過少になり、焼成収縮抑制シートを除去しにくくなる。このため、上記温度差は５℃以上であることが推奨される。
更に、本発明には、前記冷却媒体は、水である、多層セラミック基板の製造方法も含まれ得る。

前記多層セラミック基板の製造方法（請求項１）によれば、焼成工程後の前記複合積層体における焼成されたセラミック層および未焼成の焼成収縮抑制シートに対して、これらが浸漬された冷却媒体による熱的変化を与えると、上記セラミック層と焼成収縮抑制シートとの界面付近に内包されていた残留応力が瞬時に開放される。このため、隣接するセラミック層から焼成収縮抑制シートを、自己粉砕、または自己破砕により、一瞬にして過不足なく除去することができる。従って、除去工程を短時間で効率良く行えると共に、得られる多層セラミック基板の表面および当該表面に位置する表層電極が損傷しなくなるため、寸法精度および接続性などに優れた多層セラミック基板を低コストで提供することが可能となる。

しかも、冷却媒体のみを用いるため、除去工程の設備も簡素で且つ取り扱いも容易となる。従って、焼成収縮抑制シートを過不足無く、瞬時に除去することが安定して行える。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明により製造する多層セラミック基板を得るためのグリーンシートｓ１〜ｓ３の断面を示す。グリーンシートｓ１〜ｓ３は、重量比で約１：１のアルミナとガラスとを主成分とし、これらに有機バインダおよび可塑剤を所要量添加して得たセラミックスラリを、ドクターブレード法により、約０．２ｍｍの厚みのシートに成形したものである。
図１に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ３には、追ってビア導体ｖとなる複数の導電性ペーストの円柱体ｖがそれらの表面と裏面との間を貫通している。また、グリーンシートｓ１〜ｓ３の表面と裏面の少なくとも一方には、追って配線層４〜１０となる所定パターンの導電性ペースト４〜１０が印刷法などにより形成されている。尚、上記導電性ペーストは、例えばＡｇ粉末を含んでいる。

次に、図２に示すように、上記グリーンシートｓ１〜ｓ３を積層し圧着して積層体ｓｓを形成する。この際、配線層４〜１０となる所定パターンの導電性ペースト４〜１０は、追ってビア導体ｖとなる導電性ペーストの円柱体ｖを介して接続される。かかる積層体ｓｓの表面１と裏面２とに位置する導電性ペースト４，１０は、追って表層電極である配線層４，１０となる。

次いで、図３に示すように、積層体ｓｓの表面１と裏面２とに焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を積層して圧着し、複合積層体ｆｓを形成する(積層工程)。
かかる焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２は、アルミナを含み且つガラスを含まないか、ガラスの含有量が前記グリーンシートｓ１〜ｓ３よりも５０wt％以上少なく、且つグリーンシートｓ１〜ｓ３よりも高い焼成温度である。尚、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２も、前記同様の方法で厚み約０．３ｍｍのシートに成形したものである。

更に、図３に示す状態で、前記複合積層体ｆｓを図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートｓ１〜ｓ３の焼成温度(約９００℃)で焼成する(焼成工程)。
この結果、グリーンシートｓ１〜ｓ３は、焼成されてセラミック層Ｓ１〜Ｓ３となり、これらが一体となったセラミック積層体ＳＳとなる。同時に、前記導電性ペースト４〜１０や円柱体ｖは、燒結して配線層４〜１０およびビア導体ｖとなる。
次に、焼成後の複合積層体ｆｓを２５℃において３０分以上保持した後、１０℃の冷水(冷却媒体)中に投入して浸漬(接触)する(温度変化を与える除去工程)。

すると、前記焼成工程で焼成された最上層のセラミック層Ｓ１および最下層のＳ３と、これらの焼成収縮を抑制していた焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２と、の界面に内在していた残留応力は、図４中の斜めのハッチングで示すように、瞬時に開放される。
この結果、図５に示すように、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２は、細かく破砕された多数の破片ｙｈとなって、セラミック積層体ＳＳの表面１および裏面２から自動的に剥離される。即ち、焼成時にセラミック層Ｓ１，Ｓ３寄りの焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に内包された残留応力が、熱的変化による熱衝撃を受けて瞬時に開放されるため、かかる部位の急激な体積膨張により、割れ、破砕、粉砕などを誘発するものと推定される。
この際、セラミック層Ｓ１，Ｓ３の表・裏面１，２と、かかる表面１および裏面２に位置する配線層(表層電極)４，１０とは、上記焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２が多数の破片ｙｈとなって自ずから剥離するため、損傷を受けない。

その結果、図６に示すように、セラミック層Ｓ１〜Ｓ３からなるセラミック積層体ＳＳ、配線層４〜１０、およびビア導体ｖを備える多層セラミック基板Ｋを得ることができる。
以上のような製造方法によれば、除去工程を短時間で効率良く行えると共に、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を自動的に剥離できるため、多層セラミック基板Ｋの表面１および裏面２や、これらに位置する配線層(表層電極)４，１０の損傷を防止できる。従って、寸法精度に優れ且つ表面１および裏面２などが損傷してない多層セラミック基板Ｋを低コストで確実に製造することが可能となる。

図７は、前記積層体ｓｓと同じ積層体ｓｓ１の表面１上に、内側に平面視で矩形の貫通孔Ｃを有する前記同様のグリーンシートｓ４，ｓ５を含む積層体ｓｓ２を積層した応用形態の積層体ｓｓ３を示す。
図７に示すように、グリーンシートｓ４，ｓ５間および表面１１には、追って配線層１２，１４となる所定パターンの導電性ペースト１２，１４が印刷法などで形成されている。また、配線層１２，１４間などは、追ってビア導体ｖとなる導電性ペーストの円柱体ｖを介して接続される。更に、積層体ｓｓ１の表面１側に位置し且つ貫通孔Ｃの底面に露出する導電性ペースト４上には、例えばＡｇ粉末を含むハンダバンプ５用の導電性ペースト５が設けられる。

次に、図８に示すように、積層体ｓｓ３の表面１１および裏面２に、前記同様の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を積層して圧着することで、複合積層体ｆｓを形成する(積層工程)。この際、積層体ｓｓ２の貫通孔Ｃ内には、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２と同じ材料の粉末ｐを予め充填しておく。
次いで、前記複合積層体ｆｓを図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートｓ１〜ｓ５の焼成温度(約９００℃)で焼成する(焼成工程)。

その結果、図９に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ５は、焼成されてセラミック層Ｓ１〜Ｓ５が一体となり且つ内側にキャビティＣを有するセラミック積層体ＳＳとなる。同時に、前記導電性ペースト４〜１４や円柱体ｖは、燒結して配線層４〜１４およびビア導体ｖとなる。
更に、焼成後の複合積層体ｆｓを２５℃において３０分以上保持した後、１０℃の冷水(冷却媒体)中に投入して浸漬(接触)する(温度変化を与える除去工程)。

この結果、前記焼成工程で焼成されたセラミック層Ｓ１〜Ｓ５と、これらの焼成収縮を抑制していた焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２および粉末ｐとの界面に内在していた残留応力は、図９中の斜めのハッチングで示すように、瞬時に開放される。これにより、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２や粉末ｐは、前記同様に細かく破砕された多数の破片ｙｈとなって、セラミック積層体ＳＳの表・裏面１１，２から自動的に剥離される。この際、セラミック層Ｓ４の表面１１およびセラミック層Ｓ３の裏面２と、これらに位置する配線層(表層電極)１２，１０とは、上記焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２が多数の破片ｙｈとなって自ずから剥離するため、損傷を受けない。また、キャビティＣの底面に位置するハンダバンプ５も、粉末ｐが同様にして剥離するため、損傷を受けない。

その結果、セラミック層Ｓ１〜Ｓ５からなり且つ表面１１側に開口するキャビティＣを有するセラミック積層体ＳＳ、配線層４〜１４、およびビア導体ｖを備えるキャビティ付き多層セラミック基板を得ることができる。
以上のような製造方法によっても、除去工程を短時間で効率良く行えると共に、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を容易且つ自動的に除去できると共に、キャビティ付き多層セラミック基板の表面１１および裏面２や、これらに位置する配線層(表層電極)１２，１０などの損傷を防止することができる。従って、寸法精度に優れ且つ表面１１および裏面２などが損傷してないキャビティ付き多層セラミック基板を低コストで確実に製造することが可能となる。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記配線層４などやビア導体ｖは、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕなどの金属、またはＡｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｗなどの合金としても良く、前記各製造方法では、これらの金属粉末または合金粉末を含む導電性ペーストを用いて良い。

更に、前記図８における積層体ｓｓ３の貫通孔Ｃには、かかる貫通孔Ｃと同じ形状の焼成収縮抑制シート、または焼成収縮抑制シートｙ１と一体の凸部を挿入しても良い。
また、多層セラミック基板Ｋなどの裏面２に位置する表層電極の配線層１０には、ＮｉメッキおよびＡｕメッキした表面１０に、ハンダボールまたは導体ピンなどをハンダ付けしても良い。
加えて、前記キャビティＣ付き多層セラミック基板には、複数のキャビティＣを形成しても良く、この場合、前記グリーンシートｓ４，ｓ５に複数の貫通孔ｃを予め開設しておけば良い。

本発明の製造方法に用いる複数のグリーンシートを示す断面図。 上記複数のグリーンシートを積層した積層体を示す断面図。 上記積層体を含む複合積層体を形成する積層工程を示す断面図。 上記複合積層体に施す除去工程の前段を示す断面図。 上記除去工程の後段を示す断面図。 本発明の製造方法により得られる多層セラミック基板の断面図。 応用形態の積層体を示す断面図。 上記積層体を含む複合積層体を形成する積層工程を示す断面図。 上記複合積層体に施す除去工程の前段を示す断面図。

符号の説明

１，１１………表面
２………………裏面
４，６〜１４…配線層
ｓ１〜ｓ５……グリーンシート
ｙ１，ｙ２……焼成収縮抑制シート
Ｓ１〜Ｓ５……セラミック層
Ｋ………………多層セラミック基板

Claims (1)

1. 複数のグリーンシートと、これらのグリーンシートのうち最上層および最下層のグリーンシートの表面および裏面に形成された配線層と、該配線層上で且つ最上層および最下層のグリーンシートの表面および裏面に配置され、上記グリーンシートの焼成温度よりも高い焼成温度を有する焼成収縮抑制シートと、を積層して複合積層体を形成する積層工程と、
   上記複合積層体を上記グリーンシートの焼成温度で上記焼成収縮抑制シートにより上記グリーンシートの焼成収縮を抑制しつつ焼成する焼成工程と、
   焼成後の上記複合積層体における未焼成の上記焼成収縮抑制シートを除去する除去工程と、を含み、
   上記除去工程は、焼成後の上記複合積層体を冷却媒体中に投入して浸漬し、該複合積層体に対して熱的変化を与えることにより、上記焼成収縮抑制シートを破砕することで行われる、
   ことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。

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