JP4957723B2 - 多層セラミック基板およびその製造方法ならびに電子部品 - Google Patents

Description

この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法ならびに多層セラミック基板を備える電子部品に関するもので、特に、多層セラミック基板の強度を向上させ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多層セラミック基板が、たとえば特開平６−２９６６４号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１には、ガラスと残部が結晶質とからなる低温焼成多層セラミック基板であって、その最外層の熱膨張係数を内層の熱膨張係数より小さくし、かつ表裏の最外層の厚みの合計を内層の厚みより小さくしたものが記載されている。このような構成を採用することにより、焼成後の冷却過程において、表裏の最外層に圧縮応力が生じるため、多層セラミック基板の抗折強度が向上するとされている。

しかしながら、上述した特許文献１に記載の多層セラミック基板には、次のような解決されるべき課題がある。

まず、最外層と内層との間での熱膨張係数の差を単に大きくするだけでは、最外層と内層との境界部での応力が大きくなり、境界部において剥がれ（デラミネーション）やボイドなどの欠陥が発生する場合がある。特許文献１では、熱膨張係数の差が０．４ｐｐｍＫ^−１である実施例と０．６ｐｐｍＫ^−１である実施例とが示されている。これら実施例が有する組成と熱膨張係数の差の組み合わせによれば、確かに、特許文献１において主張されている効果が得られる。しかし、特許文献１には、熱膨張係数の差の制約については特に記載されていない。

そのため、この特許文献１に記載の構成を採用しながらも、熱膨張係数の差が大きくなると、確かに、最外層と内層との境界部での応力が大きくなるが、この境界部での接合力が十分でなければ、応力に十分耐えられずに、境界部で剥がれやボイドなどの欠陥が発生する場合がある。

また、多層セラミック基板は、反り量が少ない方が、基板表面への部品実装や、親基板への実装などの工程を、高い信頼性をもって進める上で好ましい。また、基板表面への部品実装や樹脂コーティングなどを施した場合には、はんだまたは接着剤あるいはコーティング樹脂の収縮により引っ張られて多層セラミック基板が反るという問題に遭遇することがある。しかしながら、特許文献１に記載の実施例で示された最外層と内層との間での熱膨張係数の差では、このような差を設けない場合と比較して、反り量に関しては、有意差は見られない。
特開平６−２９６６４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、強度がより高められ、かつ反りが抑制された、多層セラミック基板を提供しようとすることである。

この発明の他の目的は、上述した多層セラミック基板を製造するための好ましい方法を提供しようとすることである。

この発明のさらに他の目的は、上述した多層セラミック基板を備える電子部品を提供しようとすることである。

この発明は、表層部と内層部とからなる積層構造を有する、多層セラミック基板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、表層部の熱膨張係数は、内層部の熱膨張係数より小さく、かつ、内層部の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、表層部を構成する材料と内層部を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上であることを特徴としている。

表層部の熱膨張係数は、内層部の熱膨張係数との差が４．３ｐｐｍＫ^−１以下であることが好ましい。

表層部を構成する材料は、ＳｉＯ_２およびＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）を含むガラスを含み、ＳｉＯ_２：ＭＯ＝２３：７〜１７：１３であり、内層部を構成する材料は、ＳｉＯ_２およびＭＯを含むガラスを含み、ＳｉＯ_２：ＭＯ＝１９：１１〜１１：１９であることが好ましい。

上述の場合、表層部を構成する材料に含まれるガラスに含まれるＳｉＯ_２は３４〜７３重量％であり、内層部を構成する材料に含まれるガラスに含まれるＳｉＯ_２は２２〜６０重量％であることがより好ましい。

また、表層部を構成する材料に含まれるガラスは、３４〜７３重量％のＳｉＯ_２と、１４〜４１重量％のＭＯと、０〜３０重量％のＢ_２Ｏ_３と、０〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含み、内層部を構成する材料に含まれるガラスは、２２〜６０重量％のＳｉＯ_２と、２２〜６０重量％のＭＯと、０〜２０重量％のＢ_２Ｏ_３と、０〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含むことがより好ましい。

また、表層部を構成する材料は、フィラーとしてのＡｌ_２Ｏ_３を３０〜６０重量％含み、内層部を構成する材料は、フィラーとしてのＡｌ_２Ｏ_３を４０〜７０重量％含むことがより好ましい。

この発明は、また、上述のような多層セラミック基板を製造する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では、まず、表層用セラミックグリーンシート、内層用セラミックグリーンシート、ならびに、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結しない無機材料を含む、拘束用セラミックグリーンシートがそれぞれ用意される。

次いで、少なくとも１つの内層用セラミックグリーンシートを積層方向に挟むように、それぞれ、少なくとも１つの表層用セラミックグリーンシートを配置し、さらに、その外側に少なくとも１つの拘束用セラミックグリーンシートを配置することによって、複合積層体を作製する工程が実施される。

次に、複合積層体は、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートが焼結するが、拘束用セラミックグリーンシートが焼結しない温度で焼成される。これによって、表層用セラミックグリーンシートに由来する表層部の熱膨張係数が、内層用セラミックグリーンシートに由来する内層部の熱膨張係数より小さく、かつ、内層部の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、表層部を構成する材料と内層部を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上である、焼成後の複合積層体が得られる。

次いで、焼成後の複合積層体に備える、拘束用セラミックグリーンシートに由来する部分が複合積層体から除去される。

この発明は、さらに、前述したような多層セラミック基板を備える電子部品にも向けられる。

この発明に係る多層セラミック基板によれば、表層部の熱膨張係数が内層部の熱膨張係数より小さいので、特許文献１の場合と同様、焼成後の冷却過程で表層部に圧縮応力が発生し、その結果、多層セラミック基板の抗折強度を高めることができる。

また、この発明に係る多層セラミック基板によれば、表層部の熱膨張係数と内層部の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であるので、反りを抑制することができる。これは、熱膨張係数の差を１．０ｐｐｍＫ^−１以上と大きくすることにより、多層セラミック基板を反らせるように作用する面内方向の応力が、熱膨張係数の差に起因して表裏面の面内方向に作用する応力に比べて相対的に小さくなる結果、反りが矯正されるためであると推測される。

さらに、この発明に係る多層セラミック基板によれば、表層部を構成する材料と内層部を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上であるので、表層部と内層部との間で十分な接合力を得ることができる。したがって、前述したように、表層部と内層部との熱膨張係数の差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上と大きくなっても、剥がれ（デラミネーション）やボイドなどの欠陥を抑制することができる。

この発明に係る多層セラミック基板において、表層部と内層部との熱膨張係数の差が４．３ｐｐｍＫ^−１以下であると、熱膨張係数の差が起因する剥がれやボイドなどの欠陥をより確実に抑制することができる。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、焼成時において、拘束用セラミックグリーンシートを両主面上に配置した複合積層体を焼成するようにしているので、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートの焼成時における各主面方向での収縮を抑制することができる。そのため、多層セラミック基板の不所望な変形を抑制し、寸法精度を高めることができるばかりでなく、焼成時において、表層部と内層部との間で剥がれをより生じにくくすることができる。

この発明の一実施形態による多層セラミック基板１を備える電子部品２を示す正面図であり、多層セラミック基板１について断面図で示している。 図１に示した多層セラミック基板１の製造の途中で作製される複合積層体２１を示す断面図である。

符号の説明

１ 多層セラミック基板
２ 電子部品
３ 内層部
４ 表層部
６ 内層部セラミック層
７，８ 表層部セラミック層
２１ 複合積層体
２２ 内層用セラミックグリーンシート
２３，２４ 表層用セラミックグリーンシート
２５，２６ 拘束用セラミックグリーンシート

図１は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板１を備える電子部品２を示す正面図であり、多層セラミック基板１については断面図で示している。

多層セラミック基板１は、内層部３ならびに内層部３を積層方向に挟むように位置する第１および第２の表層部４および５とからなる積層構造を有している。内層部３は、少なくとも１つの内層部セラミック層６をもって構成され、第１および第２の表層部４および５は、それぞれ、少なくとも１つの表層部セラミック層７および８をもって構成されている。

多層セラミック基板１は、配線導体を備えている。配線導体は、たとえばコンデンサまたはインダクタのような受動素子を構成したり、あるいは素子間の電気的接続のような接続配線を行なったりするためのもので、典型的には、図示したように、いくつかの導体膜９〜１１ならびにいくつかのビアホール導体１２をもって構成される。

導体膜９は、多層セラミック基板１の内部に形成される。導体膜１０および１１は、それぞれ、多層セラミック基板１の一方主面上および他方主面上に形成される。ビアホール導体１２は、導体膜９〜１１のいずれかと電気的に接続されかつセラミック層６〜８のいずれか特定のものを厚み方向に貫通するように設けられる。

多層セラミック基板１の一方主面上には、外部導体膜１０に電気的に接続された状態で、チップ部品１３および１４が搭載される。これによって、多層セラミック基板１を備える電子部品２が構成される。多層セラミック基板１の他方主面上に形成された外部導体膜１１は、当該電子部品２を図示しないマザーボード上に実装する際の電気的接続手段として用いられる。

このような電子部品２に備える多層セラミック基板１において、表層部４および５の熱膨張係数は、内層部３の熱膨張係数より小さく、かつ、内層部３の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上である。また、表層部４および５を構成する材料と内層部３を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上である。

このような特徴的構成が採用されることにより、多層セラミック基板１に高い抗折強度を与えることができるとともに、多層セラミック基板１の反りを効果的に抑制でき、さらには、表層部４および５と内層部３との界面において剥がれやボイドなどの欠陥を生じにくくすることができる。

特に、反りについては、この発明に従って、表層部４および５において面内方向の圧縮応力を作用させておく方法を採った場合、表層部４および５の熱膨張係数と内層部３の熱膨張係数との差を１．０ｐｐｍＫ^−１以上とすることにより、多層セラミック基板１の反りを大きく低減できることがわかった。すなわち、反り量と熱膨張係数差との関係は、熱膨張係数差が１．０ｐｐｍＫ^−１未満のところでは、反り量はほぼ一定の値をとり、１．０ｐｐｍＫ^−１付近で、反り量が大きく変化してほぼ零に近くなり、１．０ｐｐｍＫ^−１以上では、ほぼ一定であることがわかった。これは、多層セラミック基板１を反らせるように作用する面内方向の応力が、熱膨張係数差に起因して表裏面の面内方向に作用する応力に比べて相対的に小さくなる結果、反りが矯正されるためであると推測される。

また、多層セラミック基板１の表面に部品実装や樹脂コーティングなどを施した場合には、はんだや接着剤、あるいはコーティング樹脂の収縮により引っ張られて多層セラミック基板１が反るという問題がある。この問題に対しても、表層部４および５において面内方向の圧縮応力を作用させておく方法を採った場合、表層部４および５の熱膨張係数と内層部３の熱膨張係数との差を１．０ｐｐｍＫ^−１以上とすることにより、多層セラミック基板１の反りを大きく低減できることがわかった。すなわち、反り量と熱膨張係数差との関係は、熱膨張係数差が１．０ｐｐｍＫ^−１未満のところでは、反り量は熱膨張係数差の増加とともに減少し、１．０ｐｐｍＫ^−１以上では、ほぼ一定であることがわかった。これについても、多層セラミック基板１を反らせるように作用する面内方向の応力が、熱膨張係数差に起因して表裏面の面内方向に作用する応力に比べて相対的に小さくなる結果、反りが矯正されるためであると推測される。

なお、表層部４および５の熱膨張係数は、内層部３の熱膨張係数との差が４．３ｐｐｍＫ^−１以下とされることが好ましい。これによって、熱膨張係数の差に起因する、表層部４および５と内層部３との境界部でのデラミネーションやボイドなどの欠陥をより確実に生じにくくすることができる。

表層部４および５を構成する材料は、ＳｉＯ_２およびＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）を含むガラスを含み、ＳｉＯ_２：ＭＯ＝２３：７〜１７：１３であり、内層部３を構成する材料は、ＳｉＯ_２およびＭＯを含むガラスを含み、ＳｉＯ_２：ＭＯ＝１９：１１〜１１：１９であることが好ましい。

より好ましくは、表層部４および５を構成する材料に含まれるガラスに含まれるＳｉＯ_２は３４〜７３重量％であり、内層部３を構成する材料に含まれるガラスに含まれるＳｉＯ_２は２２〜６０重量％である。

上述したような好ましい組成およびその含有量は、ホウケイ酸ガラス系の材料を用いて、表層部４および５と内層部３との熱膨張係数の差を１．０ｐｐｍＫ^−１以上設け、共通する成分の重量比率を７５重量％以上とするのに適している。

ガラス中に含まれるＳｉＯ_２成分は、熱膨張係数を下げることに寄与し、ＭＯ成分は、熱膨張係数を上げることに寄与する。

また、焼成過程でガラスから適量の結晶が析出する方が、機械強度特性の点で有利となるため、ガラス組成は析出結晶組成に近い方が良い。たとえば、ＳｉＯ_２−ＭＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系のガラスの場合、ＭＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８やＭＳｉＯ_３の結晶が析出しやすいため、この結晶組成に近くなるように、ＳｉＯ_２とＭＯとの比率を調整するのが好ましい。よって、表層部４および５のガラス組成は、熱膨張係数を下げるため、ＳｉＯ_２とＭＯとの比率は２に近い方が良く、内層部３のガラス組成は、熱膨張係数を上げるためＳｉＯ_２とＭＯとの比率は１に近い方が良い。

内層部３のガラス組成は、表層部４および５に比べて、ＭＯ比率が高くなり、焼成後のめっき処理で浸食を受けやすいが、表面部に露出していないため、致命的なダメージは受けにくい構造になっている。

熱膨張係数の差をより大きくするため、表層部４および５において、ガラス中のＳｉＯ_２を多くしすぎると、焼成時のガラス粘度が十分下がらなくなるため、焼結不良が起きる。ＭＯを多くしすぎると、熱膨張係数の差を十分に取れなくなる。

また、熱膨張係数の差をより大きくするため、内層部３においてガラス中のＭＯを多くしすぎると、耐湿性が低下するため、絶縁不良が起きる。ＳｉＯ_２を多くしすぎると、熱膨張係数の差を十分取れなくなる。

以上のようなことから、ガラス中のＳｉＯ_２とＭＯとの比率を、表層部４および５と内層部３とにおいてそれぞれ前述したような範囲に選ぶことが好ましい。

表層部４および５を構成する材料に含まれるガラスは、３４〜７３重量％のＳｉＯ_２と、１４〜４１重量％のＭＯと、０〜３０重量％のＢ_２Ｏ_３と、０〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含み、内層部３を構成する材料に含まれるガラスは、２２〜６０重量％のＳｉＯ_２と、２２〜６０重量％のＭＯと、０〜２０重量％のＢ_２Ｏ_３と、０〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含むことがより好ましい。その理由は次のとおりである。

Ｂ_２Ｏ_３は、焼成時に焼結が円滑に進行するよう、ガラスに適度な粘度を与える。Ｂ_２Ｏ_３が多すぎると、粘度が下がりすぎるため、過焼成となり、表面に気孔が生じて絶縁不良になる。他方、Ｂ_２Ｏ_３が少なすぎると、粘度が高く、焼結不良となる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、表層部４および５の場合、析出結晶を構成する成分となる。このＡｌ_２Ｏ_３が多すぎても、少なすぎても、結晶析出が起こりにくくなる。

また、Ａｌ_２Ｏ_３により、ガラスの化学的安定性が向上するため、ＭＯが相対的に多い内層部３では、めっき耐性および耐湿性が向上する。熱膨張係数に対しては、Ａｌ_２Ｏ_３はＳｉＯ_２とＭＯとの中間的な寄与をするので、これが多すぎると、熱膨張係数の差が取れなくなる。

表層部４および５を構成する材料は、フィラーとしてのＡｌ_２Ｏ_３を３０〜６０重量％含み、内層部３を構成する材料は、フィラーとしてのＡｌ_２Ｏ_３を４０〜７０重量％含むことがより好ましい。その理由は次のとおりである。

Ａｌ_２Ｏ_３フィラーは、機械的強度を向上させるのに寄与する。Ａｌ_２Ｏ_３フィラーが少なすぎると、十分な強度が得られなくなる。特に、引っ張り応力が働く内層部３では、機械的強度が十分にないと、内層部３から破壊するため、圧縮応力により表層部４および５を強化した効果が十分に得られなくなる。このため、内層部３では、表層部４および５より多くＡｌ_２Ｏ_３フィラーを含み、強度を上げておくことで、より大きな熱膨張係数の差にも耐えるようになり、さらに表層部４および５の強化の効果が得られるようになる。

Ａｌ_２Ｏ_３フィラーは、熱膨張係数に対しては、表層部４および５中のガラスと内層部３中のガラスとの中間的な寄与をするので、Ａｌ_２Ｏ_３フィラーが多すぎると、熱膨張係数の差が取れなくなる。

なお、フィラーとして、Ａｌ_２Ｏ_３のほか、たとえばＺｒＯ_２等の他のセラミックを用いてもよい。

多層セラミック基板１において、表層部４および５の各々の厚みは５〜１５０μｍであることが好ましい。その理由は次のとおりである。

表層部４および５と内層部３との界面において熱膨張係数の差による応力が働く。より詳細には、表層部４および５側では圧縮応力が働き、この圧縮応力は、界面からの距離が大きくなるに従い小さくなる。他方、内層部３側には引っ張り応力が働き、この引っ張り応力は、界面からの距離が大きくなるに従い小さくなる。これは、距離に従い、応力が緩和されることによる。この距離が１５０μｍを超えると、表面には圧縮応力がほぼ作用しなくなり、その効果がほとんど見られなくなるため、表層部４および５の各々の厚みは１５０μｍ以下であることが好ましい。

他方、表層部４および５の各々の厚みが５μｍ未満になると、引っ張り応力が働いているために強度低下した内層部３が表面から５μｍ未満の表面近傍領域に存在することになる。このため、表面近傍の内層部３から破壊が起こりやすくなり、表層部４および５に圧縮応力を形成することによって強化した効果が見られなくなり、したがって、表層部４および５の各々の厚みは５μｍ以上であることが好ましい。

上述のような多層セラミック基板１は、好ましくは、次のようにして製造される。

図２は、多層セラミック基板１の製造の途中で作製される複合積層体２１を示す断面図である。複合積層体２１は、多層セラミック基板１における内層部セラミック層６となるべき内層用セラミックグリーンシート２２と、表層部セラミック層７および８とそれぞれなるべき表層用セラミックグリーンシート２３および２４とを備えるとともに、拘束用セラミックグリーンシート２５および２６を備えている。また、内層用セラミックグリーンシート２２ならびに表層用セラミックグリーンシート２３および２４に関連して、多層セラミック基板１に備える配線導体としての導体膜９〜１１ならびにビアホール導体１２が設けられている。

このような複合積層体２１を作製するため、内層用セラミックグリーンシート２２、表層用セラミックグリーンシート２３および２４ならびに拘束用セラミックグリーンシート２５および２６がそれぞれ用意される。表層用セラミックグリーンシート２３および２４の焼結体の熱膨張係数は、内層セラミックグリーンシート２２の焼結体の熱膨張係数より小さく、かつ、内層セラミックグリーンシート２２の焼結体の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上となり、表層用セラミックグリーンシート２３および２４の焼結体を構成する材料と内層セラミックグリーンシート２２の焼結体を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上となるように、これらグリーンシート２２〜２４の各組成が選ばれる。また、拘束用セラミックグリーンシート２５および２６は、表層用セラミックグリーンシート２３および２４ならびに内層用セラミックグリーンシート２２が焼結する温度では焼結しない無機材料を含む組成とされる。

次に、少なくとも１つの内層用セラミックグリーンシート２２を積層方向に挟むように、それぞれ、表層用セラミックグリーンシート２３および２４を配置し、さらに、その外側に拘束用セラミックグリーンシート２５および２６をそれぞれ配置することによって、図２に示すような複合積層体２１が作製される。

次に、複合積層体２１は、表層用セラミックグリーンシート２３および２４ならびに内層用セラミックグリーンシート２２が焼結するが、拘束用セラミックグリーンシート２５および２６が焼結しない温度で焼成される。その結果、表層用セラミックグリーンシート２３および２４に由来する表層部４および５（図１参照）の熱膨張係数が、内層セラミックグリーンシート２２に由来する内層部３（図１参照）の熱膨張係数より小さく、かつ、内層部３の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、表層部４および５を構成する材料と内層部３を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上である、焼成後の複合積層体２１が得られる。

次に、焼成後の複合積層体２１において、拘束用セラミックグリーンシート２５および２６に由来する部分が除去される。これによって、多層セラミック基板１が得られる。

なお、多層セラミック基板１を製造するにあたり、上述のような拘束用セラミックグリーンシート２５および２６を用いるのではなく、これら拘束用セラミックグリーンシートが無い状態の積層体を焼成するようにしてもよい。

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。

［実験例１］
まず、各試料に係る表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートをそれぞれ作製した。

表１に、表層用セラミックグリーンシートに含まれるフィラーとしてのセラミック粉末（この実験例ではＡｌ_２Ｏ_３粉末を使用）の含有量ならびにガラス粉末の組成および含有量が示され、表２に、内層用セラミックグリーンシートに含まれるフィラーとしてのセラミック粉末（Ａｌ_２Ｏ_３粉末）の含有量ならびにガラス粉末の組成および含有量が示されている。

表１および表２において、セラミック粉末の含有量を示す数値は、セラミック粉末とガラス粉末との合計を１００重量部としたときの重量比を示す。したがって、ガラス粉末の含有量は、セラミック粉末の残部となる。また、ガラス粉末の各成分の含有量を示す数値は「重量％」を単位とするものである。また、「ＳｉＯ_２：ＭＯ」は、ガラス粉末に含まれるＳｉＯ_２とＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種であるが、この実験例では、ＣａＯおよびＭｇＯの少なくとも一方）の比率を示すものであるが、比率を示す数値の合計が３０となるように計算している。

表１に示した試料１〜２０の各々に係る表層用セラミックグリーンシートおよび表２に示した試料１〜２０の各々に係る内層用セラミックグリーンシートを得るために、上述のようなセラミック粉末とガラス粉末と有機溶剤とを混合し、さらに、セラミック粉末およびガラス粉末の合計１００重量部に対して、１０重量部のブチラール系バインダと１重量部の可塑剤とを加えて、所定の条件にて湿式混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを、ドクターブレード法によりシート状に成形し、各々厚み５０μｍの表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートをそれぞれ得た。

他方、アルミナ粉末と有機溶剤とを混合し、さらに、アルミナ粉末１００重量部に対して、１０重量部のブチラール系バインダと１重量部の可塑剤と１重量部の球状セルロースとを加えて、所定の条件にて湿式混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを、ドクターブレード法によりシート状に成形し、厚み５０μｍの拘束用セラミックグリーンシートを得た。

次に、上記の表層用セラミックグリーンシート、内層用セラミックグリーンシートおよび拘束用セラミックグリーンシートの各々を１００ｍｍ角の大きさにカットした後、拘束用セラミックグリーンシート１枚、表層用セラミックグリーンシート１枚、内層用セラミックグリーンシート５枚、表層用セラミックグリーンシート１枚、拘束用セラミックグリーンシート１枚の順で積層して複合積層体を作製し、これをプレス機にてプレスした後、８７０℃の温度で１０分間保持する条件で焼成した。次いで、焼成後の複合積層体の表面に粉状に付着している拘束用セラミックグリーンシートに由来する未焼結部分を、超音波洗浄機を用いて除去し、評価用の積層焼結体を得た。

表３には、評価用の積層焼結体における表層部を構成する材料と内層部を構成する材料との間で、共通する成分の重量比率が、表１および表２に示した各成分の含有量から算出されて示されている。

次に、上記の評価用の積層焼結体について、表３に示すように、「熱膨張係数」、「デラミネーション」、「抗折強度」および「反り」の各項目について評価した。

「熱膨張係数」には、「表層部（α１）」および「内層部（α２）」の各々についての測定結果が示されているとともに、「α２−α１」の算出結果も示されている。

「デラミネーション」は、評価用の積層焼結体の断面の顕微鏡観察にて評価したもので、１００個の試料について、デラミネーションが１個以上の試料で認められれば「×」と表示し、デラミネーションが認められた試料が０個の場合には「○」と表示した。

「抗折強度」は、３点曲げ法によって測定したもので、「表層部」および「内層部」の各々について測定した結果とともに、積層焼結体全体の抗折強度については、−５５℃〜１２５℃の温度変化を１００回及ぼすヒートサイクルの前後それぞれにおいて抗折強度を測定し、ヒートサイクル前のものを「基板（ＨＣ前）」の欄に示し、ヒートサイクル後のものを「基板（ＨＣ後）」の欄に示した。

「反り」については、得られた積層焼結体の反りをそのまま測定し、これを「Ａ」の欄に示した。また、積層焼結体の一方主面上に、チップ部品の表面実装に用いる接着用樹脂を塗布し、これを加熱硬化させた後に反りを測定し、これを「Ｂ」の欄に示した。

表３に示した試料１〜２０のうち、試料７〜１８および２０が、この発明の範囲内のもので、表層部の熱膨張係数（α１）が、内層部の熱膨張係数（α２）より小さく、かつ、内層部の熱膨張係数との差（α２−α１）が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、表層部と内層部とで共通成分の重量比率が７５重量％以上であるという条件を満たしている。これら試料７〜１８および２０によれば、デラミネーションがなく、抗折強度が高く、反りの少ない多層セラミック基板を得ることができる。

試料１〜４では、α２−α１が１．０ｐｐｍＫ^−１未満であるため、多層セラミック基板に反りが生じた。

試料５では、表層部と内層部とで共通成分が重量比率の７５重量％未満であり、共通成分が著しく少ないため、多層セラミック基板にデラミネーションが発生した。

試料６および１９では、表層部と内層部とで共通成分が重量比率の７５重量％未満であるため、表層部と内層部との境界部の接合力が不十分となり、ヒートサイクル後の抗折強度が低下した。

［実験例２］
まず、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートをそれぞれ作製した。

表４に、表層用セラミックグリーンシートに含まれるセラミック原料粉末の組成および含有量が示され、表５に、内層用セラミックグリーンシートに含まれるセラミック原料粉末の組成および含有量が示されている。

試料２１〜３１の各々に係る表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートを得るため、上述のようなセラミック原料粉末と水とを十分混合し、乾燥後、９００℃の温度で６０分間熱処理し、熱処理後、有機溶剤を加え、さらに、セラミック原料粉末１００重量部に対して、１０重量部のブチラール系バインダと１重量部の可塑剤とを加えて、所定の条件にて湿式混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形し、各々厚み５０μｍの表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートをそれぞれ得た。

次に、上記の表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートの各々を１００ｍｍ角の大きさにカットした後、表層用セラミックグリーンシート１枚、内層用セラミックグリーンシート５枚、表層用セラミックグリーンシート１枚の順で積層して複合積層体を作製し、これをプレス機にてプレスした後、９８０℃の温度で６０分間保持する条件で焼成し、評価用の積層焼結体を得た。

上記の評価用の積層焼結体について、実験例１の場合と同様の評価を行なった。その結果が表６に示されている。

表６において、試料２１〜３１のうち、試料２７〜３１がこの発明の範囲内のもので、表層部の熱膨張係数（α１）が、内層部の熱膨張係数（α２）より小さく、かつ、内層部の熱膨張係数との差（α２−α１）が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、表層部と内層部とで共通成分の重量比率が７５重量％以上であるという条件を満たしている。これら試料２７〜３１によれば、デラミネーションがなく、抗折強度が高く、反りの少ない多層セラミック基板を得ることができる。

試料２１〜２４では、α２−α１が１．０ｐｐｍＫ^−１未満であるため、多層セラミック基板に反りが生じた。

試料２５では、表層部と内層部とで共通成分が重量比率の７５重量％未満であり、共通成分が著しく少ないため、多層セラミック基板にデラミネーションが発生した。

試料２６では、表層部と内層部とで共通成分の重量比率が７５重量％未満であるため、ヒートサイクル後の抗折強度が低下した。

Claims (8)

1. 表層部と内層部とからなる積層構造を有する、多層セラミック基板であって、
   前記表層部の熱膨張係数は、前記内層部の熱膨張係数より小さく、かつ、前記内層部の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、
   前記表層部を構成する材料と前記内層部を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上である、
   多層セラミック基板。
2. 前記表層部の熱膨張係数は、前記内層部の熱膨張係数との差が４．３ｐｐｍＫ^−１以下である、請求項１に記載の多層セラミック基板。
3. 前記表層部を構成する材料は、ＳｉＯ_２およびＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）を含むガラスを含み、ＳｉＯ_２：ＭＯ＝２３：７〜１７：１３であり、
   前記内層部を構成する材料は、ＳｉＯ_２およびＭＯを含むガラスを含み、ＳｉＯ_２：ＭＯ＝１９：１１〜１１：１９である、
   請求項１に記載の多層セラミック基板。
4. 前記表層部を構成する材料に含まれるガラスに含まれるＳｉＯ_２は３４〜７３重量％であり、
   前記内層部を構成する材料に含まれるガラスに含まれるＳｉＯ_２は２２〜６０重量％である、
   請求項３に記載の多層セラミック基板。
5. 前記表層部を構成する材料に含まれるガラスは、３４〜７３重量％のＳｉＯ_２と、１４〜４１重量％のＭＯと、０〜３０重量％のＢ_２Ｏ_３と、０〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含み、
   前記内層部を構成する材料に含まれるガラスは、２２〜６０重量％のＳｉＯ_２と、２２〜６０重量％のＭＯと、０〜２０重量％のＢ_２Ｏ_３と、０〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含む、
   請求項３に記載の多層セラミック基板。
6. 前記表層部を構成する材料は、フィラーとしてのＡｌ_２Ｏ_３を３０〜６０重量％含み、
   前記内層部を構成する材料は、フィラーとしてのＡｌ_２Ｏ_３を４０〜７０重量％含む、
   請求項３に記載の多層セラミック基板。
7. 表層用セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   内層用セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   前記表層用セラミックグリーンシートおよび前記内層用セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結しない無機材料を含む、拘束用セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   少なくとも１つの前記内層用セラミックグリーンシートを積層方向に挟むように、それぞれ、少なくとも１つの前記表層用セラミックグリーンシートを配置し、さらに、その外側に少なくとも１つの前記拘束用セラミックグリーンシートを配置することによって、複合積層体を作製する工程と、
   前記複合積層体を、前記表層用セラミックグリーンシートおよび前記内層用セラミックグリーンシートが焼結するが、前記拘束用セラミックグリーンシートが焼結しない温度で焼成し、それによって、前記表層用セラミックグリーンシートに由来する表層部の熱膨張係数が、前記内層用セラミックグリーンシートに由来する内層部の熱膨張係数より小さく、かつ、前記内層部の熱膨張係数との差が１．０ｐｐｍＫ^−１以上であり、前記表層部を構成する材料と前記内層部を構成する材料との間で共通する成分の重量比率が７５重量％以上である、焼成後の前記複合積層体を得る工程と、
   次いで、焼成後の前記複合積層体に備える、前記拘束用セラミックグリーンシートに由来する部分を前記複合積層体から除去する工程と
   を備える、多層セラミック基板の製造方法。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載の多層セラミック基板を備える、電子部品。

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