JP4821855B2 - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

多層セラミック基板およびその製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、いわゆる無収縮プロセスによって製造される多層セラミック基板であって、キャビティを備えるものに関するものである。
多層セラミック基板を製造しようとする場合、多層セラミック基板となるべき生の状態の積層体を焼成することが行なわれるが、このような焼成工程を実施したとき、積層体が収縮することは避けられない。収縮が特に不均一に生じる場合には、多層セラミック基板における配線の高密度化を阻害することになるので、焼成工程の間、積層体が不均一に収縮しないようにすることが重要である。
上述のような不均一な収縮を生じにくくするための方法として、いわゆる無収縮プロセスによる多層セラミック基板の製造方法がある。無収縮プロセスによって多層セラミック基板を製造しようとする場合、多層セラミック基板となるべき生の状態の積層体を積層方向に挟むように拘束層が配置される。拘束層は、焼成温度では焼結しない無機材料粉末を含んでいる。したがって、焼成工程において、拘束層は積層体の収縮を抑制するように作用し、結果として、不均一な収縮が生じにくくするように作用する。なお、拘束層は、焼成工程の後、除去される。
しかしながら、キャビティ付き多層セラミック基板を製造する場合、上述したような無収縮プロセスが適用されたとしても、キャビティ、特にキャビティの底面の周縁部が不所望にも変形し、クラックや断線が生じることがある。なぜなら、拘束層は、生の積層体の表面に配置されるので、拘束層による収縮抑制作用はキャビティの開口部から離れるに従って弱まり、そのため、開口部から最も離れた位置すなわちキャビティの底面での収縮度合いが最も高くなり、応力が集中するからである。キャビティの深さについて言えば、キャビティが深くなるほど、キャビティの底面での収縮度合いが高くなる。
このような問題を解決するため、特開２００３−２７３５１３号公報（特許文献１）では、生の積層体におけるキャビティを規定する壁部を構成する生のセラミックからなる基材層の界面に拘束層すなわち層間拘束層を配置することが提案されている。この層間拘束層は、焼成工程を終えた後に除去されるものではなく、基材層に含まれていた一部の材料の浸透によって固化され、製品としての多層セラミック基板に残される。このような層間拘束層をキャビティの壁部に配置することによって、表面拘束層による収縮抑制効果が弱まるキャビティの底部での変形、クラックおよび断線の発生を抑制することができる。
しかしながら、上記した特許文献１に記載の方法によっても、たとえば深いキャビティを有する多層セラミック基板を製造しようとする場合、キャビティの底面での収縮抑制作用が不十分となり、キャビティの底面の周縁部に収縮応力が集中し、変形、クラックおよび断線が発生するという問題を引き起こすことがある。これらの問題を解決するには、層間拘束層による収縮抑制効果を高める必要がある。
層間拘束層による収縮抑制効果を高めるには、形成される層間拘束層の厚みを厚くすること、あるいは、形成される層間拘束層の層数を増やすことが有効であると考えられる。しかしながら、前者については、層間拘束層に含まれる無機材料粉末が基材層に含まれるガラス等の浸透により緻密化して固化されるものであるため、層間拘束層は、基材層に含まれるガラス等の浸透によって固化されることを可能にする程度の厚みでなければならず、その厚みの増加には限界がある。実際、特許文献１では、層間拘束層の厚みとして１〜２μｍ程度の厚みが開示されている。他方、後者については、特許文献１にも記載されているが、基材層間の各界面すべてに層間拘束層が形成されているような場合、基材層の焼結性の低下を無視することができなくなる。
特開２００３−２７３５１３号公報
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、多層セラミック基板およびその製造方法を提供しようとすることである。
この発明は、底部と底部の上方主面を底面とするキャビティを規定する壁部とを備える、多層セラミック基板にまず向けられる。多層セラミック基板は、上述した技術的課題を解決するため、複数の基材層と前記基材層間に配置される層間拘束層とを有し、底部と壁部との境界面を挟んで、底部側には基材層が配置され、他方、壁部側には層間拘束層が配置される。上記基材層はガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の焼結体からなる。他方、上記層間拘束層は、上記ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含むとともに、基材層に含まれていたガラス材料を含む第１の粉体の一部が焼成時にこの層間拘束層へ拡散あるいは流動することによって、第２の粉体が互いに固着した状態にある。そして、境界面を挟んで配置される基材層と層間拘束層との間に、第１の導体膜が配置されている。
この発明に係る多層セラミック基板において、第１の導体膜は、キャビティの全周を沿うように形成されていることが好ましい。
また、第１の導体膜は、その一部がキャビティの底面上にまで延びるように形成されていることが好ましい。この場合、第１の導体膜は、キャビティの底面の全面を覆うように形成されていてもよい。
上述のように第１の導体膜がキャビティの底面の全面を覆うように形成されるという構成が採用されない場合、キャビティの底面上に、第１の導体膜とは別に、第２の導体膜が形成されていてもよい。
キャビティには、壁部の途中に上方に向く上面を形成するように段差が設けられていてもよい。この場合、段差の上面が延びる面を挟んで、下側には基材層が配置され、他方、上側に層間拘束層が配置され、段差の上面を挟んで配置される基材層と層間拘束層との間に、第３の導体膜が配置されていることが好ましい。
層間拘束層は、さらに、底部および／または壁部の積層方向での中間部にも配置されていてもよい。
この発明は、また、底部と底部の上方主面を底面とするキャビティを規定する壁部とを備える、生の状態の積層体を作製する工程と生の状態の積層体を焼成する工程とを備える、多層セラミック基板の製造方法にも向けられる。
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、生の状態の積層体は、複数の基材層と前記基材層間に配置される層間拘束層とを有し、底部と壁部との境界面を挟んで、底部側には基材層が配置され、他方、壁部側には層間拘束層が配置され、境界面を挟んで配置される基材層と層間拘束層との間に、第１の導体膜が配置されている。
また、基材層は、ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス成分および第１のセラミック材料を含む第１の粉体を含んでいる。他方、層間拘束層は、ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含んでいる。
前述した生の状態の積層体を焼成する工程では、第１の粉体の少なくとも一部を焼結させるとともに、ガラス材料を含む第１の粉体の一部を層間拘束層へ拡散あるいは流動させることによって、第２の粉体を、実質的に焼結させずに、互いに固着させるように、生の積層体を所定の温度で焼成することが行なわれる。
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、前述したガラス材料を溶融させ得る温度で焼結しない第３のセラミック材料を含む第３の粉体を含む、生の状態にある表面拘束層を用意する工程をさらに備えていてもよい。この場合、前述した生の状態の積層体は、基材層と層間拘束層とをもって構成される積層構造物の少なくとも一方主面上に上記表面拘束層を積層しかつ圧着した状態にあり、前述した焼成工程の後、この表面拘束層を除去する工程をさらに備える。
この発明によれば、底部とキャビティを規定する壁部との境界面を挟んで配置される基材層と層間拘束層との間に、第１の導体膜が配置されているので、この第１の導体膜が配置されている部分において、基材層と層間拘束層との密着性を高くすることができ、その結果、層間拘束層による収縮抑制効果を高めることができる。したがって、深いキャビティを有する多層セラミック基板を製造しようとする場合においても、キャビティの底面の周縁部における変形、クラックおよび断線等の発生を抑制する効果が高められる。
上述した基材層と層間拘束層との密着性が第１の導体膜によって高められる理由は、次のように推測することができる。
一般に、多層セラミック基板では導体膜が内部に形成されるが、この導体膜中の金属元素は焼成時に基材層へ拡散する。基材層のガラス中に拡散した金属元素は、ガラス中では網目修飾イオンとなり、ガラスの網目を形成している酸素架橋を打開し、ガラスの粘度を低下させる。ガラスの粘度が低くなると、層間拘束層へガラスが浸透しやすくなり、層間拘束層と基材層との密着性が高くなり、層間拘束層による収縮抑制効果が高められる。
この発明によれば、焼成時において収縮応力が集中するキャビティの底面の周縁部、すなわち底部と壁部との境界面を挟んで配置される基材層と層間拘束層との間に、第１の導体膜が配置されるので、この部分での層間拘束層の収縮抑制効果が高くなり、たとえ深いキャビティを有する多層セラミック基板においても、キャビティの底面の周縁部での変形、クラックおよび断線等の発生を抑制することができる。
上述したようなクラック等の発生を抑制する効果は、第１の導体膜がキャビティの全周に沿うように形成されているとき、特に顕著なものとなる。
この発明によれば、また、キャビティの底面は基材層によって与えられることになる。したがって、第１の導体膜がキャビティの底面上にまで延びるように形成されたり、第２の導体膜がキャビティの底面上に形成されたりする場合、これら導体膜が層間拘束層ではなく基材層上に形成されることになるので、キャビティの底面に対する導体膜の接合強度をより高くすることができる。
キャビティに段差が設けられていると、段差の上面の周縁部においてもクラック等が発生しやすい状況がもたらされる。したがって、段差の上面が延びる面を挟んで下側には基材層が配置され、上側には層間拘束層が配置され、これら基材層と層間拘束層との間に第３の導体膜が配置されていると、この第３の導体膜に接する層間拘束層による収縮抑制効果を高めることができ、したがって、上述したようなクラック等の発生を抑制することができる。また、段差の上面にまで延びるように第３の導体膜が形成されていると、段差の上面に対する第３の導体膜の接合強度を高めることができる。
層間拘束層が底部および／または壁部の積層方向での中間部にも配置されていると、この層間拘束層が配置された位置での焼成時の平面方向での収縮を抑制することができるので、多層セラミック基板の寸法精度をより高め、かつクラック抑制効果を高めることができる。
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、生の状態の積層体に表面拘束層を積層しかつ圧着した状態で焼成工程を実施すると、焼成時の収縮をより抑制することができ、結果として、多層セラミック基板の寸法精度をより高めることができる。
この発明の第１の実施形態による多層セラミック基板１を示す平面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図２に相当する図であって、多層セラミック基板１のキャビティ４内にチップ部品１１が搭載された状態を示す。 図１および図２に示した多層セラミック基板１の製造方法を説明するためのもので、生の状態の積層体１５を構成する要素を分解して示す断面図である。 図４に示した要素を積層することによって得られた生の状態の積層体１５を示す断面図である。 この発明の第２の実施形態による多層セラミック基板１ａを示す平面図である。 この発明の第３の実施形態による多層セラミック基板２１を示す平面図である。 この発明の第４の実施形態による多層セラミック基板３１を示す平面図である。 図８に示した多層セラミック基板３１の断面図である。 この発明の第５の実施形態による多層セラミック基板３１ａを示す平面図である。 この発明の第６の実施形態による多層セラミック基板４１を示す断面図である。 この発明の第７の実施形態による多層セラミック基板４１ａを示す断面図である。 この発明の第８の実施形態による多層セラミック基板５１を示す断面図である。 実験例において作製した実施例１および２ならびに比較例１および２の各々に係る多層セラミック基板を示す平面図である。
符号の説明
１，１ａ，２１，３１，３１ａ，４１，４１ａ，５１ 多層セラミック基板
２ 底部
３ 底面
４ キャビティ
５ 壁部
６ 基材層
７ 層間拘束層
８ 境界面
９ 第１の導体膜
１０ 第２の導体膜
１５ 生の状態の積層体
１６，１７ 表面拘束層
４３ 段差
４４ 上面
４５ 第３の導体膜
図１ないし図５は、この発明の第１の実施形態を説明するためのものである。ここで、図１は、多層セラミック基板１の平面図であり、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
多層セラミック基板１は、底部２と底部２の上方主面を底面３とするキャビティ４を規定する壁部５とを備えている。また、多層セラミック基板１は、積層された複数の基材層６と基材層６間に位置される層間拘束層７とをもって構成される積層構造を有している。なお、図示された底部２に位置する基材層６、壁部５に位置する基材層６および層間拘束層７は、それぞれ、単層のものとして図示されているが、これは、図面作製上の便宜に過ぎず、実際には、各々において必要な厚みを得るため、複数層積層されることが通常である。
基材層６はガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の焼結体からなる。他方、層間拘束層７は、上記ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含むとともに、基材層６に含まれていたガラス材料を含む第１の粉体の一部が焼成時にこの層間拘束層７へ拡散あるいは流動することによって、第２の粉体が互いに固着した状態にある。
底部２と壁部５との境界面８を挟んで、底部２側には基材層６が配置され、他方、壁部５側には層間拘束層７が配置されている。そして、境界面８を挟んで配置される基材層６と層間拘束層７との間に、第１の導体膜９が配置されている。この実施形態では、第１の導体膜９は、図１からわかるように、キャビティ４の全周に沿うように形成されている。また、第１の導体膜９は、多層セラミック基板１の内部だけでなく、キャビティ４の底面３の一部上にまで延びるように形成されている。
後述する実験例からわかるように、この発明によれば、キャビティ４が比較的深くても、キャビティ４の底面３の周縁部でのクラック発生を効果的に抑制することができるが、アスペクト比としては、０．４〜１の範囲にあることが好ましい。
図３には、多層セラミック基板１のキャビティ４の内部にチップ部品１１が搭載された状態が示されている。キャビティ４の底面３上には、前述した第１の導体膜９とは別に、第２の導体膜１０が形成されている。第２の導体膜１０は、チップ部品１０に備える端子電極１２と電気的に接続される。
図４および図５は、多層セラミック基板１の製造方法を説明するためのものである。
多層セラミック基板１を製造するため、簡単に言えば、図５に示すような生の状態の積層体１５が作製され、この生の状態の積層体１５を焼成することが行なわれる。生の状態の積層体１５は、多層セラミック基板１の生の状態のものに相当する積層構造物を備えている。
より詳細には、生の状態の積層体１５は、底部２と底部２の上方主面を底面３とするキャビティ４を規定する壁部５とを備えている。また、生の状態の積層体１５は、積層された複数の基材層６と基材層６間に位置される層間拘束層７とをもって構成される積層構造を有し、底部２と壁部５との境界面８を挟んで、底部２側には基材層６が配置され、他方、壁部５側には層間拘束層７が配置され、境界面８を挟んで配置される基材層６と層間拘束層７との間に、第１の導体膜９が配置されている。また、キャビティ４の底面３上には、第２の導体膜１０が形成されている。
生の状態の積層体１５は、さらに、上述した多層セラミック基板１の生の状態のものに相当する積層構造物の上方および下方主面上にそれぞれ積層される表面拘束層１６および１７を備えている。
上述した生の状態の積層体１５において、基材層６は、ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス成分および第１のセラミック材料を含む第１の粉体を含んでいる。他方、層間拘束層７は、上記ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含んでいる。層間拘束層７には、拘束力に影響を与えない範囲で、ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス材料を含んでいてもよい。一例として、基材層６に含まれるガラス材料としてホウケイ酸系ガラスが用いられ、第１のセラミック材料としてアルミナが用いられる。また、層間拘束層７に含まれる第２のセラミック材料としては、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタンのいずれかが用いられる。
また、生の状態の積層体１５において、表面拘束層１６および１７は、基材層６に含まれるガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第３のセラミック材料を含む第３の粉体を含んでいる。一例として、表面拘束層１６および１７に含まれる第３のセラミック材料として、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタンのいずれか、すなわち層間拘束層７に含まれる第２のセラミック材料と同様のものが用いられる。
上述のような生の状態の積層体１５を得るため、図４を参照して説明するような積層工程が実施される。図４には、生の状態の積層体１５を構成する要素が分解されて示されている。図４に示した基材層６、層間拘束層７ならびに表面拘束層１６および１７は、それぞれ、所定の組成を有するグリーンシートによって与えられ、必要に応じて、所定の厚みを得るため、複数のグリーンシートが用いられる。
まず、上述したようなグリーンシートが用意され、壁部５を構成するグリーンシートの各々には、キャビティ４となるべき貫通孔１９が設けられる。また、表面拘束層１６を構成するグリーンシートが用意され、これらグリーンシートには、キャビティ４の開口部に連通する貫通孔２０が設けられる。
他方、底部２を構成するグリーンシートが用意されるとともに、表面拘束層１７を構成するグリーンシートが用意される。また、底部２を構成するグリーンシートであって、最も上に位置するグリーンシート上には、第１および第２の導体膜９および１０が、たとえば銀を導電成分とする導電性ペーストの印刷によって形成される。
次に、上述した複数のグリーンシートが所定の順序で積層され、次いで圧着されることにより、図５に示すような生の状態の積層体１５が得られる。次いで、生の状態の積層体１５が焼成される。これによって、焼結状態の多層セラミック基板１が得られる。また、表面拘束層１６および１７は、この焼結後において除去される。表面拘束層１６または１７を、そこに接する基材層６に含まれるガラス材料が拡散あるいは流動することによって、第３の粉体を固着した状態にさせ、その表面拘束層を除去することなく、多層セラミック基板１の表面として残してもよい。
上述した焼成工程において、層間拘束層７ならびに表面拘束層１６および１７は、各々に接する基材層６に対して収縮抑制作用を及ぼし、得られた多層セラミック基板１において不所望な変形等が生じることを抑制する。特に、多層セラミック基板１における底部２と壁部５との境界面８を挟んで配置される基材層６と層間拘束層７との間には、第１の導体膜９が位置しているが、この第１の導体膜９は、基材層６と層間拘束層７との密着性を高めるように作用する。その結果、層間拘束層７による収縮抑制効果が高められ、焼成時において収縮応力が集中するキャビティ４の底面３の周縁部において生じやすい変形、クラックおよび断線等の発生を効果的に抑制することができる。
この実施形態によれば、上述した収縮抑制作用が、表面拘束層１６および１７によっても及ぼされるので、多層セラミック基板１の寸法精度をより高めることができる。
上述した製造方法に代えて、次のような製造方法が採用されてもよい。
まず、壁部５を構成する複数のグリーンシートが積層される。次いで、これらグリーンシートの積層体に対して、キャビティ４となるべき貫通孔が一挙に形成される。他方、底部２を構成するグリーンシートが積層される。その後、壁部５となるべきグリーンシートの積層体と底部２となるべきグリーンシートの積層体とを積層し、必要に応じて、表面拘束層を積層し、次いで圧着することにより、生の状態の積層体が作製される。
図６は、この発明の第２の実施形態による多層セラミック基板１ａを示す図２に相当する図である。図６において、図２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。
図６に示した多層セラミック基板１ａでは、底部２と壁部５との境界面の壁部５側だけでなく、底部２の積層方向での中間部にも層間拘束層７が配置されていることを特徴としている。この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の場合に比べて、多層セラミック基板１ａを得るための焼成工程における平面方向での収縮をより広い部分にわたって抑制することができるので、多層セラミック基板１ａの寸法精度をより高めることができ、クラックの発生をより効果的に抑制することができる。特に、底部２の積層方向での中間部に配置される層間拘束層７が、図示したように、キャビティ４の底面３に近接して位置されると、上述したクラック抑制効果を一層高めることができる。
図７は、この発明の第３の実施形態による多層セラミック基板２１を示す図１に相当する図である。図７において、図１に示した要素に相当する部分には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図７に示した多層セラミック基板２１では、第１の導体膜９が、キャビティ４の周囲に沿いながら断続的に形成されていることを特徴としている。第１の導体膜９による焼成時の基材層６と層間拘束層７との密着性を高める効果については、図１に示した第１の導体膜９の場合のように、必ずしも、キャビティ４の全周に沿って連続的に形成されていなくても、十分に得ることができる。
図８および図９は、この発明の第４の実施形態を説明するためのもので、図８は図１に相当する図であり、図９は図２に相当する図である。図８および図９において、図１および図２に示す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４の実施形態による多層セラミック基板３１では、第１の導体膜９が、キャビティ４の底面３の全面を覆うように形成されていることを特徴としている。第１の導体膜９による焼成時の基材層６と層間拘束層７との密着性を高める効果については、第１の実施形態による多層セラミック基板１の場合と同等のものを得ることができる。この実施形態において第１の導体膜９は広い面積を有しているので、これをアース電位に導通された導体膜として用いるのに適している。
図１０は、この発明の第５の実施形態による多層セラミック基板３１ａを示す図９に相当する図である。図１０において、図９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。
図１０に示した多層セラミック基板３１ａでは、図６に示した多層セラミック基板１ａの場合と同様、底部２と壁部５との境界面の壁部５側だけでなく、底部２の積層方向での中間部にも層間拘束層７が配置されていることを特徴としている。したがって、第５の実施形態によっても、第４の実施形態の場合に比べて、多層セラミック基板３１ａを得るための焼成工程における平面方向での収縮をより広い部分にわたって抑制することができるので、多層セラミック基板３１ａの寸法精度をより高めることができ、クラックの発生をより効果的に抑制することができる。特に、底部２の積層方向での中間部に配置される層間拘束層７が、図示したように、キャビティ４の底面３に近接して位置されると、上述したクラック抑制効果を一層高めることができる。
図１１は、この発明の第６の実施形態による多層セラミック基板４１を示す断面図である。図１１には、図３の場合と同様、チップ部品４２がキャビティ４内に搭載された状態が示されている。図１１において、図１ないし図３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。
図１１に示した多層セラミック基板４１は、キャビティ４に段差４３が設けられていることを特徴としている。段差４３は、壁部５の途中に上方に向く上面４４を形成している。段差４３の上面４４が延びる面を挟んで、下側には基材層６が配置され、他方、上側には層間拘束層７が配置される。また、段差４３の上面４４を挟んで配置される基材層６と層間拘束層７との間には、第３の導体膜４５が配置される。詳細には図示しないが、第３の導体膜４５は、図１に示した第１の導体膜９のように、キャビティ４の全周に沿って連続的に形成されても、図７に示した第１の導体膜９のように、キャビティ４の周囲に沿うように断続的に形成されてもよい。
多層セラミック基板４１において、第１の導体膜９は、図８に示したものと同様、キャビティ４の底面３の全面を覆うように形成されることが好ましい。
キャビティ４内には、前述したように、チップ部品４２が搭載される。チップ部品４２は、その下面に形成された端子電極４６が第１の導体膜９と電気的に接続され、それによってアース電位に導通されるとともに、機械的に固定される。また、チップ部品４２の上面には、端子電極４７および４８が設けられ、これら端子電極４７および４８は、第３の導体膜４５とボンディングワイヤ４９および５０を介して電気的に接続される。このことからわかるように、段差４３の上面上にまで延びるように形成された第３の導体膜４５は、ワイヤボンディングを実施するのに適した形態を与えている。
図１２は、この発明の第７の実施形態による多層セラミック基板４１ａを示す図１１に相当する図である。図１２において、図１１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。
図１２に示した多層セラミック基板４１ａでは、図６および図１０にそれぞれ示した多層セラミック基板１ａおよび３１ａの場合と同様、底部２と壁部５との境界面の壁部５側だけでなく、底部２の積層方向での中間部にも層間拘束層７が配置されていることを特徴としている。したがって、第７の実施形態によっても、第６の実施形態の場合に比べて、多層セラミック基板３１ａを得るための焼成工程における平面方向での収縮をより広い部分にわたって抑制することができるので、多層セラミック基板３１ａの寸法精度をより高めることができ、クラックの発生をより効果的に抑制することができる。特に、底部２の積層方向での中間部に配置される層間拘束層７が、図示したように、キャビティ４の底面３に近接して位置されると、上述したクラック抑制効果を一層高めることができる。
図１３は、この発明の第８の実施形態による多層セラミック基板５１を示す図２に相当する図である。図１３において、図２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。
図１３に示した多層セラミック基板５１では、底部２と壁部５との境界面の壁部５側だけでなく、底部２の積層方向での中間部にも層間拘束層７が配置され、さらに、壁部５の積層方向での中間部にも層間拘束層７が配置されていることを特徴としている。この実施形態によれば、たとえば第２の実施形態の場合に比べても、多層セラミック基板５１を得るための焼成工程における平面方向での収縮をより広い部分にわたって抑制することができるので、多層セラミック基板５１の寸法精度をより高め、かつクラックの発生をより効果的に抑制することができる。
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。
この実験例では、図１４に平面図で示すような実施例１および２ならびに比較例１および２に係る多層セラミック基板を作製した。図１４において、前述した図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付している。
各試料の構成について説明すると、（１）実施例１に係る多層セラミック基板は、図８および図９を参照して説明した第４の実施形態による多層セラミック基板３１と実質的に同様の構造を有している。（２）実施例２に係る多層セラミック基板は、図１および図２を参照して説明した第１の実施形態による多層セラミック基板１と比較して、第２の導体膜１０を形成しなかったことを除いて実質的に同様の構造を有している。（３）比較例１に係る多層セラミック基板では、第１および第２の導体膜のいずれをも形成していない。（４）比較例２に係る多層セラミック基板では、第１の導体膜９が形成されず、第２の導体膜１０のみがキャビティ４に相似する形状をもって形成されている。
このような実施例１および２ならびに比較例１および２の各々に係る多層セラミック基板を製造するための製造方法としては、図４および図５を参照して説明した製造方法と実質的に同様の製造方法を採用した。
この製造方法において、基材層のためのグリーンシートは、次のようにして作製した。平均粒径約４μｍのホウケイ酸系ガラス粉末６０重量部と、平均粒径０．３５μｍのアルミナ粉末４０重量部と、分散媒としての水５０重量部と、バインダとしてのポリビニルアルコール２０重量部と、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤１重量部とを混合してスラリーとし、このスラリーから気泡を除去した後、ドクターブレード法によってスラリーをシート状に成形し、乾燥することによって、厚み１００μｍ（焼成後の厚み５０μｍ）のグリーンシートを得た。
また、拘束層のためのグリーンシートは、次のようにして作製した。平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末１００重量部と、分散媒としての水５０重量部と、バインダとしてのポリビニルアルコール２０重量部と、分散剤としてのポリカルボン酸系分散剤１重量部とを混合してスラリーとし、このスラリーから気泡を除去した後、ドクターブレード法によってスラリーをシート状に成形し、乾燥することによって、厚み５μｍの層間拘束層のためのグリーンシートおよび厚み３００μｍの表面拘束層のためのグリーンシートをそれぞれ得た。
また、導体膜のための導電性ペーストとして、平均粒径２μｍの銀粉末４８重量部と、バインダとしてのエチルセルロース３重量部と、溶剤としてのテルペン類４９重量部とを含むものを用意し、この導電性ペーストを用いて、図１４に示すような導体膜９および１０を形成した。
上述したグリーンシートの積層にあたっては、実施例１および２ならびに比較例１および２の各々について、底部を構成するため、６枚の基材層用グリーンシートを積層しながら、壁部を構成する基材層用グリーンシートについては、１２枚積層してキャビティの焼成後の深さを０．６ｍｍとするもの、１６枚積層してキャビティの焼成後の深さを０．８ｍｍとするもの、および２０枚積層してキャビティの焼成後の深さを１ｍｍとするものの３種類作製した。
このようにして得られた各試料に係る多層セラミック基板について断面観察し、キャビティ底面周縁部でのクラックの発生の有無を評価した。各試料１０個について、クラックの発生した試料の個数を求め、試料数１０個中でのクラック発生個数の比率、すなわちクラック発生率を求めたものが表１に示されている。
Figure 0004821855
表１からわかるように、比較例１および２では、キャビティ深さのいずれにおいてもクラックが発生し、キャビティが深くなるほど、クラック発生率が高くなっている。
これに対して、実施例１および２では、キャビティが１ｍｍにまで深くなってもクラックが発生していない。

Claims (9)

  1. 底部と前記底部の上方主面を底面とするキャビティを規定する壁部とを備える、多層セラミック基板であって、
    複数の基材層と前記基材層間に配置される層間拘束層とを有し、
    前記底部と前記壁部との境界面を挟んで、前記底部側には前記基材層が配置され、他方、前記壁部側には前記層間拘束層が配置され、
    前記基材層はガラス材料および第１のセラミック材料を含む第１の粉体の焼結体からなり、
    前記層間拘束層は、前記ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含むとともに、前記基材層に含まれていた前記ガラス材料を含む第１の粉体の一部が焼成時に当該層間拘束層へ拡散あるいは流動することによって、前記第２の粉体が互いに固着した状態にあり、
    前記境界面を挟んで配置される前記基材層と前記層間拘束層との間に、第１の導体膜が配置されている、
    多層セラミック基板。
  2. 前記第１の導体膜は、前記キャビティの全周に沿うように形成されている、請求項１に記載の多層セラミック基板。
  3. 前記第１の導体膜は、その一部が前記キャビティの底面上にまで延びるように形成されている、請求項１に記載の多層セラミック基板。
  4. 前記第１の導体膜は、前記キャビティの底面の全面を覆うように形成されている、請求項３に記載の多層セラミック基板。
  5. 前記キャビティの底面上に、前記第１の導体膜とは別に、第２の導体膜が形成されている、請求項１に記載の多層セラミック基板。
  6. 前記キャビティには、前記壁部の途中に上方に向く上面を形成するように段差が設けられ、前記段差の上面が延びる面を挟んで、下側には前記基材層が配置され、他方、上側には前記層間拘束層が配置され、前記段差の上面を挟んで配置される前記基材層と前記層間拘束層との間に、第３の導体膜が配置されている、請求項１に記載の多層セラミック基板。
  7. 前記層間拘束層は、前記底部および／または前記壁部の積層方向での中間部にも配置されている、請求項１に記載の多層セラミック基板。
  8. 底部と前記底部の上方主面を底面とするキャビティを規定する壁部とを備える、生の状態の積層体を作製する工程と、
    前記生の状態の積層体を焼成する工程と
    を備え、
    前記生の状態の積層体は、複数の基材層と前記基材層間に配置される層間拘束層とを有し、前記底部と前記壁部との境界面を挟んで、前記底部側には前記基材層が配置され、他方、前記壁部側には前記層間拘束層が配置され、前記境界面を挟んで配置される前記基材層と前記層間拘束層との間に、第１の導体膜が配置されていて、
    前記基材層は、ガラス材料または焼成によって溶融してガラス化されることによりガラス材料となり得るガラス成分および第１のセラミック材料を含む第１の粉体を含み、
    前記層間拘束層は、前記ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第２のセラミック材料を含む第２の粉体を含み、
    前記生の状態の積層体を焼成する工程では、前記第１の粉体の少なくとも一部を焼結させるとともに、前記ガラス材料を含む第１の粉体の一部を前記層間拘束層へ拡散あるいは流動させることによって、前記第２の粉体を、実質的に焼結させずに、互いに固着させるように、前記生の積層体を所定の温度で焼成する、
    多層セラミック基板の製造方法。
  9. 前記ガラス材料を溶融させ得る温度では焼結しない第３のセラミック材料を含む第３の粉体を含む、生の状態にある表面拘束層を用意する工程をさらに備え、
    前記生の状態の積層体は、前記基材層と前記層間拘束層とをもって構成される積層構造物の少なくとも一方主面上に前記表面拘束層を積層しかつ圧着した状態にあり、
    前記焼成工程の後、前記表面拘束層を除去する工程をさらに備える、
    請求項８に記載の多層セラミック基板の製造方法。
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