JP5029699B2 - セラミック複合多層基板及びその製造方法並びに電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック複合多層基板及びその製造方法並びに電子部品に関するものである。

セラミック多層基板に関する技術としては、例えば特許文献１〜３に記載の技術が知られている。特許文献１には多層セラミック基板の製造方法について記載され、特許文献２、３にはそれぞれ複合多層基板について記載されている。

特許文献１に記載の多層セラミック基板の製造方法では、ガラス・セラミック低温焼結基板材料に少なくとも有機バインダ、可塑剤を含むグリーンシートを作製し、導体ペースト組成物で電極パターンを形成し、上記生シートと別の電極パターン形成済みグリーンシートとを所望枚数積層する。然る後、上記低温焼結ガラス・セラミックよりなるグリーンシート積層体の両面、若しくは片面に、上記ガラス・セラミック低温焼結基板材料の焼成温度では焼結しない無機組成物よりなるグリーンシートで挟み込むように積層し、上記積層体を焼成する。然る後、焼結しない無機組成物に樹脂を充填させ、最上層配線を形成する。

特許文献２に記載の複合多層基板は、セラミック基板と、樹脂層とを備え、セラミック基板は回路パターンを有すると共に樹脂層は下面に外部端子電極を有し、且つ、セラミック基板の下面と樹脂層の上面とが接合され且つ回路パターンと外部端子電極が電気的に接続されてなり、セラミック基板の熱膨張係数が２０〜３００℃で１０．０〜２０．０ｐｐｍ／℃の範囲にある。このように複合多層基板が構成さているため、セラミック基板と樹脂層との間の層間剥離を防止できる。

特許文献３に記載の複合多層基板は、セラミック多層基板と、第１、第２、第３の樹脂層が積層されてなる樹脂積層体を備え、セラミック多層基板の下面と樹脂積層体の上面とが接合された複合多層基板であって、第１、第２、第３の樹脂層は、それぞれ異なる熱膨張係数を有する。この複合多層基板では、複合樹脂材料層の熱膨張係数をセラミック基板、プリント配線基板のどちらか一方に合わせると、熱膨張係数の差の大きな界面において熱衝撃による層間剥離やクラックが生じる虞があるため、熱膨張係数に傾斜構造を持たせている。

特開平０５−１３６５７２号公報 特開２００５−２１００３５号公報 特開２００５−２２３２２６号公報

特許文献１の技術のような、ガラスセラミック低温焼結体基板材料からなり、所定の電極パターンを有する基材層用セラミックグリーンシートからなる積層体を、ガラスセラミック低温焼結体基板材料の焼成温度では焼結しない無機組成物からなり所定の電極パターンを有する拘束層用セラミックグリーンシートで挟み込み、これを焼成した後、焼結しない無機組成物に樹脂を充填させ、然る後、最表面配線を形成する、といった手法では、多層セラミック基板そのものは焼成収縮しようとするため、焼結しない無機組成物層のうち、特に多層セラミック基板の界面付近の空隙率が小さくなり、そのため、この部分に樹脂を十分に充填できず、空隙が残存してしまうことがあり、また、樹脂の充填状態がばらつきやすくなり、得られた基板の信頼性が劣化してしまうことがある。

特許文献２、３の技術では、複合多層基板をプリント配線基板に実装した時にプリント配線基板とセラミック基板の熱膨張係数差が大きくても、樹脂層あるいは樹脂積層体によってプリント配線基板とセラミック基板との熱膨張係数差によるクラックの発生を防止することができる。しかしながら、例えば樹脂層を形成する前にセラミック基板が反っている場合や樹脂層の形成によってセラミック基板が反った場合には、やはりクラックが発生しやすい。また昨今、セラミック電子デバイスの低背化が強く求められており、セラミック基板の厚みは、益々薄層化が求められている。この薄層化により、セラミック基板の反りや樹脂硬化時のクラックが更に生じやすくなっており、このような場合にはクラックの発生を抑制することが難しい。

特に、特許文献３の技術では、少なくとも二層の樹脂層を形成する必要があり、樹脂層毎に導体配線部を形成する必要があるなど、複数の樹脂層を形成する工数以外の工数が必要となる。更に、樹脂層を複数回に渡って形成するため、樹脂層を積層する間に樹脂層間で位置ズレ等を生じ、積層精度が低下して樹脂層の形態が劣化し、複合多層基板に変形が生じやすくなる。

また、複合多層基板に対しては、上述の低背化に加え、セラミック基板上の凹凸が少ないこと（低うねりの形状）が要求されている。樹脂層を複数回に渡って形成する工法では、基板が完成した後、セラミック基板の厚みを一定にすることが困難であることに加え、基板表面の樹脂層を平滑にすることが難しかった。また、樹脂層を複数回に渡って形成する際に、各樹脂層を形成する毎に配線構造を形成する必要があった。従って、樹脂層を形成する度に同じ工法を繰り返して行うため、製造工程が煩雑になって、配線構造を形成する時に構造欠陥を生じやすくなるなどの問題もあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、製造工程を簡素化して平坦性に優れた空隙の残存が少ない基板を低コストで製造することができ、しかも層間剥離やマザーボードからの剥離を防止することができるなど、信頼性の高いセラミック複合多層基板及びその製造方法並びに電子部品を提供することを目的としている。

本発明のセラミック複合多層基板は、第１のセラミック層と、上記第１のセラミック層に接するように配置され、上記第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミック層と、からなる積層体と、上記積層体の少なくとも一方の主面に積層して形成された多孔質セラミック層中に樹脂が含浸された樹脂・セラミック複合層と、少なくとも上記樹脂・セラミック複合層の主面に一部が埋め込まれて形成された表面電極と、を備え、且つ、上記多孔質セラミック層が第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得るセラミック材料からなり、上記表面電極が焼結金属からなることを特徴とするものである。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、上記第２のセラミック層が複数の上記第１のセラミック層の層間に配置されていることが好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、上記第２のセラミック層が上記第１のセラミック層と上記樹脂・セラミック複合層との層間に配置されていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、上記第１のセラミック層と上記第２のセラミック層とからなる積層体の両方の主面それぞれに、上記樹脂・セラミック複合層が設けられていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、上記第１のセラミック層と上記第２のセラミック層とからなる積層体の一方の主面にのみ、上記樹脂・セラミック複合層が配置されていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、上記樹脂・セラミック複合層の表面に、樹脂を主成分とする樹脂層が形成されていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、上記樹脂・セラミック複合層と上記樹脂層との界面には表面電極が形成され、上記表面電極の一方の主面が外部に露出していることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板は、上記表面電極の縁部分のうち少なくとも一部が上記樹脂層で覆われていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板は、上記表面電極の縁部分の少なくとも一部を覆っている上記樹脂層は、上記樹脂・セラミック複合層に含まれる上記樹脂と同一材料からなる樹脂によって形成されていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板では、少なくとも一方の主面にキャビティが形成されている場合、上記第１のセラミック層、上記第２のセラミック層及び上記樹脂・セラミック複合層のうち、少なくとも上記第２のセラミック層または上記樹脂・セラミック複合層が、上記キャビティの側壁面または底面に露出していることが更に好ましい。

本発明のセラミック複合多層基板の製造方法は、第１のセラミックグリーン層の少なくとも一方の主面に、上記第１のセラミックグリーン層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミックグリーン層を配置してなる未焼成積層体の少なくとも一方の主面に、表面に厚膜導体からなる表面電極部が形成され、上記第１のセラミックグリーン層の平面方向の焼成収縮を抑制し且つ焼成後に多孔質セラミック層となる第３のセラミックグリーン層を配置して、積層、圧着することにより、上記表面電極部の少なくとも一部が上記第３のセラミックグリーン層に埋め込まれて形成された未焼成複合積層体を作製する工程と、上記未焼成複合積層体を、少なくとも上記第１のセラミックグリーン層及び上記表面電極部が焼結する条件下で焼成する工程と、上記多孔質セラミック層中に樹脂を含浸して表面に焼結金属からなる表面電極を有する樹脂・セラミック複合層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記第２のセラミックグリーン層を、複数の第１のセラミックグリーン層の層間に配置することが好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記第２のセラミックグリーン層を、上記第１のセラミックグリーン層と上記第３のセラミックグリーン層との層間に配置することが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記第１のセラミックグリーン層と上記第２のセラミックグリーン層とからなる未焼成積層体の両方の主面に、上記第３のセラミックグリーン層が設けられていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記第１のセラミックグリーン層と上記第２のセラミックグリーン層とからなる未焼成積層体の一方の主面にのみ、上記第３のセラミックグリーン層が設けられていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記多孔質セラミック層に上記樹脂を含浸して樹脂・セラミック複合層を形成すると同時に、上記樹脂・セラミック複合層の表面に上記樹脂を主成分とする樹脂層を形成することが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記樹脂・セラミック層と上記樹脂層との界面に表面電極が形成されており、上記樹脂層を形成する際に、上記表面電極が上記樹脂層に覆われている場合には、上記表面電極の一方の主面が外部に露出するよう、上記樹脂層を除去することが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記表面電極の縁部分のうち少なくとも一部が上記樹脂層で覆われるよう、上記樹脂層を除去することが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記未焼成複合積層体には、上記第１のセラミックグリーン層、上記第２のセラミックグリーン層及び上記第３のセラミックグリーン層の少なくとも上記第２のセラミックグリーン層及び上記第３のセラミックグリーン層が、側壁面または底面に露出するようにキャビティが形成されていることが更に好ましい。

また、本発明のセラミック複合多層基板の製造方法では、上記表面電極を上記未焼成複合積層体と一体的に焼成することが更に好ましい。

また、本発明の電子部品は、第１のセラミック層と、上記第１のセラミック層に接するように配置され、上記第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミック層と、からなる積層体と、上記積層体の少なくとも一方の主面に積層して形成された多孔質セラミック層中に樹脂が含浸された樹脂・セラミック複合層と、少なくとも上記樹脂・セラミック複合層の主面に一部が埋め込まれて形成された表面電極と、を有するセラミック複合多層基板を備え、且つ、上記多孔質セラミック層が第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得るセラミック材料からなり、上記表面電極が焼結金属からなり、上記表面電極に、実装部品が搭載されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、製造工程を簡素化して平坦性に優れた空隙の残存が少ない基板を低コストで製造することができ、また、基板での表面電極の位置を高精度に制御すると共に基板への表面電極の接合力を強化することができ、しかも層間剥離やマザーボードからの剥離を防止することができるなど、信頼性の高いセラミック複合多層基板及びその製造方法並びに電子部品を提供することができる。

本発明のセラミック複合多層基板の一実施形態を模式的に示す断面図である。 図１に示すセラミック複合多層基板の製造工程を模式的に示す断面図である。 図１に示すセラミック複合多層基板の製造工程のうち図２に示す製造工程に続く工程を模式的に示す断面図である。 図１に示すセラミック複合多層基板の製造工程のうち図３に示す製造工程に続く工程を模式的に示す断面図である。 本発明のセラミック複合多層基板の他の実施形態のうち図４に示す製造工程に続く工程を示す図１に相当する断面図である。 本発明のセラミック複合多層基板の他の実施形態のうち図５に示す製造工程に続く工程を示す図１に相当する断面図である。 本発明のセラミック複合多層基板の他の実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のセラミック複合多層基板の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のセラミック複合多層基板の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。 図1に示すセラミック複合多層基板と比較するためのセラミック複合多層基板を模式的に示す断面図である。 図1に示すセラミック複合多層基板と比較するためのセラミック複合多層基板を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ セラミック複合多層基板
１１ 第１のセラミック層
１２ 第２のセラミック層
１３ 樹脂・セラミック複合層
１３Ａ 多孔質セラミック層
１４ 樹脂層
１５ 表面電極
１９ キャビティ
１１１’ 第１のセラミックグリーン層
１１２’ 第２のセラミックグリーン層
１１３’ 第３のセラミックグリーン層

以下、図１〜図９に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明のセラミック複合多層基板の一実施形態を模式的に示す断面図、図２〜図６はそれぞれ図１に示すセラミック複合多層基板の製造工程を模式的に示す断面図、図７〜図９はそれぞれ本発明のセラミック複合多層基板の他の実施形態を模式的に示す断面図、図１０及び図１１はそれぞれセラミック複合多層基板の他の形態を模式的に示す断面図である。

第１の実施形態
本実施形態のセラミック複合多層基板１０は、例えば図１に示すように、第１のセラミック層１１と、第１のセラミック層の一方の主面（上面）に接するように積層され且つ内部拘束層として機能する第２のセラミック層１２と、第２のセラミック層１２の主面（上面）に接するように積層され且つ樹脂が含浸された樹脂・セラミック複合層１３と、を備えている。また、第１のセラミック層１１の他方の主面（下面）には下方に向けて第２のセラミック層１２、第１のセラミック層１１、第２のセラミック層１２及び樹脂・セラミック複合層１３がこの順序で積層されている。ここで、第１、第２のセラミック層１１、１２及び樹脂・セラミック複合層１３を一つの複合積層体と考えると、セラミック複合多層基板１０は複合積層体の下面に第２のセラミック層１２を挟んでもう一つの複合積層体が積層されて一体化している。従って、セラミック複合多層基板１０は、積層方向中央の第２のセラミック層１２を中心として２つの複合積層体が略上下対称に配置された積層構造として形成されている。

更に、下方の樹脂・セラミック複合層１３の下面には、この樹脂・セラミック複合層１３に含浸された樹脂と同一材料で形成された樹脂を主成分とする樹脂層１４が形成されている。

更に詳述すると、図１に示すように、上下両方の複合積層体の第２のセラミック層１２と樹脂・セラミック複合層１３との層間、及び積層方向中央の第２のセラミック層１２の下面と第１のセラミック層１１との層間にはそれぞれ内層面内導体（内部導体）１５が形成されている。セラミック複合多層基板１０の上下両面には、表層面内導体（表面電極）１６がそれぞれ形成され、第１のセラミック層１１及び／または第２のセラミック層１２を貫通するようにして層間接続導体（ビアホール導体）１７が形成され、異なる層に配置されている内部導体１５及び表面電極１６が必要に応じてビアホール導体１７を介して互いに電気的に接続されている。

また、セラミック複合多層基板１０の一方の主面（上面）には、表面電極１６を介して半導体ベアチップや半導体パッケージ等の能動電子部品１８Ａ及び積層セラミックコンデンサ等の受動電子部品１８Ｂからなる表面実装部品１８が搭載されている。本実施形態では、能動電子部品１８Ａは、複合積層体を貫通するビアホール導体１７の樹脂・セラミック複合層１３の上面に露出する上端面に電気的に接続されている。また、受動電子部品１８Ｂは、セラミック複合多層基板１０の上面に形成された表面電極１６に電気的に接続されている。尚、能動電子部品１８Ａは、表面電極１６に接続しても良く、また、受動電子部品１８Ｂはビアホール導体１７の上端面に接続しても良い。

セラミック複合多層基板１０の他方の主面（下面）にも表面電極１６が形成されている。この表面電極１６は、樹脂・セラミック複合層１３の表面に形成されている。表面電極１６は、その縁部分（外周縁部）のうち少なくとも一部が樹脂層１６によって覆われておれば良く、外周縁部全周が樹脂層１４によって覆われていることが好ましい。表面電極１６が樹脂層１４によって覆われることで、表面電極１６が樹脂・セラミック複合層１３の表面に剥離することなく固定される。表面電極１６の外周縁部の内側中央付近は外部に露出しており、この露出面がプリント配線基板等のマザーボード（図示せず）への接続用端子電極となっている。

而して、第１のセラミック層１１は、第１のセラミック材料を含む第１のセラミックグリーン層（図２参照）が焼結されたセラミック層であり、セラミック複合多層基板１０の基板特性を実質的に支配する機能を有している。第１のセラミック層１１の厚みは、例えば８〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。この第１のセラミック層１１の厚みは、必ずしも上記範囲内に限定されるものではなく、内部拘束層である第２のセラミック層１２によって拘束され得る最大厚み以下に抑えることが好ましい。また、第１のセラミック層１１の厚みは、これを複数層含む場合には、各層が必ずしも同じである必要はない。第１のセラミック材料としては、焼成中にその一部（例えば、ガラス成分）が第２のセラミック層１２や樹脂・セラミック複合層１３に浸透するセラミック材料が好ましく用いられる。第１のセラミック材料としては、ＡｇやＣｕ等の低融点金属からなる導体と同時焼成できる、比較的低温（例えば１０００℃以下）で焼成できるＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic）材料を用いることができる。具体的には、アルミナとホウ珪酸系ガラスとを混合したガラスセラミックや、焼成中にガラス成分を生成するＢａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ系酸化物からなるセラミック等を用いることができる。

第２のセラミック層１２は、第２のセラミック材料を含む第２のセラミックグリーン層によって形成されたセラミック層である。第２のセラミック層は、その焼成時に第１のセラミック材料の一部が浸透するなどして固着され、固化すると共に、第１のセラミック層１１の平面方向の収縮を抑制することができる。第２のセラミック材料としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯのような高温焼成セラミック材料が好ましく、その他、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５を用いることができる。つまり、第２のセラミック層１２は、第１のセラミック材料よりも高い焼結温度を有するセラミック材料を実質的に未焼結のまま含有している。そのため、第２のセラミック層１２は、第１のセラミック層１１に対して焼成過程での平面方向の収縮を抑制する機能を発揮する。また、上述のように、第２のセラミック材料は、第１のセラミック材料の一部が浸透することによって固着、接合されるため、厳密には第１、第２のセラミック層１１、１２の状態や所望の拘束力、焼成条件にも依存するが、第２のセラミック層１２の厚みは、概ね焼成後に１〜８μｍの範囲にあることが好ましい。尚、第２のセラミック材料には、予め若干量のガラス成分を予め添加しておいても良い。第２のセラミック材料にガラス成分を適量添加するにより、第２のセラミック層１２の密度を高め、機械的強度を向上させながら、拘束力を維持することができる。例えば、第２のセラミック材料は、主原料としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子を用い、副原料として軟化点が６００〜７８０℃のＳｉ−Ｂ−Ｂａ系のガラス成分を用いることができる。この場合、アルミナ粒子とガラス成分の配合比は、例えばアルミナ：ガラス＝５０：５０〜７０：３０（容量％）の範囲のものが好ましい。

樹脂・セラミック複合層１３は、第３のセラミック材料を含む第３のセラミックグリーン層を焼成した後のポーラスなセラミック層（多孔質セラミック層）１３Ａ（図４参照）中に樹脂が含浸された複合構造を有しており、特にセラミック粉末が樹脂に固着された構造になっている。樹脂・セラミック複合層１３は、第１のセラミック材料よりも高い焼結温度を有する第３のセラミック材料を実質的に未焼結のまま含有する。そのため、この樹脂・セラミック複合層も第２のセラミック層１２と同様、第１のセラミック層１１に対して焼成過程での平面方向の収縮を抑制する機能を発揮する。この樹脂・セラミック複合層１３を構成する第３のセラミック材料も、第２のセラミック材料と同様のセラミック材料であることが好ましい。

樹脂・セラミック複合層１３は、セラミック複合多層基板１０の上下両面に露出した状態で配置されるため、焼成時の基板変形を抑制したり、安定した樹脂含浸層を実現するなどの目的から、上述した第２のセラミック層１２の厚みよりも概ね２０μｍ以上厚くすることが好ましく、４０μｍ以上の厚みを有することがより好ましい。但し、樹脂・セラミック複合層１３を過剰に厚くすると基板の低背化が難しくなり、また、樹脂の含浸が難しくなることがあるため、その上限が１００μｍ程度の厚みに抑えられていることが好ましい。この樹脂・セラミック複合層１３は、焼成過程において第１のセラミック層１１の収縮挙動を規制する役割と、後述する樹脂含浸媒体としての役割を有する。従って、これらの役割を阻害しない範囲において、第３のセラミック材料には、予め若干量のガラス成分を予め添加しておいても良い。第３のセラミック材料にガラス成分を適量添加するにより、樹脂含浸が可能な程度にポーラスな状態にしながら、基板形状を容易に維持することができる程度に機械的強度を向上させることができる。

多孔質セラミック層１３Ａは上述したように樹脂含浸媒体としての機能を有している。多孔質セラミック層１３Ａは、樹脂含浸媒体として樹脂を含浸して硬化した後の熱膨張係数、即ち、樹脂・セラミック複合層１３としての熱膨張係数の調整がセラミック複合多層基板１０の平坦化にとって重要である。樹脂・セラミック複合層１３の熱膨張係数を調整する方法としては、主に多孔質セラミック層１３Ａに用いられる上述したアルミナを始めとする高温焼結セラミック材料の粒径や粒度分布を調整して焼結後の多孔質セラミック層１３Ａの空隙率を制御することによって、樹脂・セラミック複合層１３の熱膨張係数を適宜変更することができる。また、第３のセラミック材料に予め樹脂ビーズ等の空隙を形成する材料を添加することによって、多孔質セラミック層１３Ａの空隙率を制御することもできる。更に、樹脂ビーズと第３のセラミック材料の比率の調整に代えて、含浸する樹脂自体の熱膨張係数を変更したり、第３のセラミック材料として異なる複数種類の高温焼結セラミック材料を混合して用いることによって熱膨張係数の調整を行っても良い。

尚、第２のセラミック層１２は、第１のセラミック層１１の焼成収縮を実質的に抑制することができれば良く。第２のセラミック層１２としては、上述したような形態の他、第１のセラミック層１１との密着性が確保できれば、例えば第１のセラミック層１１と焼成収縮挙動の異なるセラミック材料で構成されていても良く、この場合には第２のセラミック層１２も実質的に焼結しても良い。

また、セラミック複合多層基板１０の下面に形成されている樹脂層１４は、樹脂・セラミック複合層１３に含浸されている樹脂と同一樹脂であることが、樹脂・セラミック複合層１３と樹脂層１４の接合強度や生産性の点で好ましいが、他の材質の樹脂であっても良い。

内部導体１５及び表面電極１６は、第１のセラミック層１１と同時焼成が可能な導電性成分を主成分とするものであれば、公知の導電性成分を広く使用することができる。導電性成分としては、例えばＣｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ及びこれらの酸化物、合金成分を使用することができる。ビアホール導体１７としては、予めセラミック複合多層基板１０との収縮挙動差が少なくするため、Ｃｕ成分に加え、樹脂ビーズ及びガラス成分を添加したものを使用することが好ましい。ガラス成分としては、第１のセラミック層１１から第２のセラミック層１２に向かって拡散し、第２のセラミック層１２を固着する拡散成分であるガラスと略同一組成であるＳｉ−Ｂ−Ｂａ系のガラス成分を用いることが好ましい。

次いで、図２〜図６を参照しながら本発明のセラミック複合多層基板の製造方法の一実施形態について説明する。

まず、第１のセラミック材料として、例えばＢａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ系酸化物セラミック材料を用意する。また、第２のセラミック材料及び第３のセラミック材料として、主原料としてのアルミナ粒子と副原料としての軟化点が６００〜７８０℃のＳｉ−Ｂ−Ｂａ系のガラス成分とをアルミナ：ガラス＝５０：５０〜７０：３０（容量％）となるように混合した高温焼結セラミック材料を用意する。次いで、第１のセラミック材料にバインダ、溶剤、分散剤等を加えて第１のスラリーを調製し、第１のスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形して、第１のセラミックグリーン層１１１’となる第１のセラミックグリーンシート１１１を得る。同様に、高温焼結セラミック材料にバインダ、溶剤、分散剤等を加えて第２、第３のスラリーを調製し、第２、第３のスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形して、第２、第３のセラミックグリーン層１１２’、１１３’となる第２、第３のセラミックグリーンシート１１２、１１３を得る。

次いで、図２に模式的に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１１、第２のセラミックグリーンシート１１２及び第３のセラミックグリーンシート１１３それぞれに対して、面内導体部１１５、ビアホール導体部１１７及び表面電極部１１６を適宜の位置に配置する。ここで、第２のセラミックグリーンシート１１２が図２に示すように極めて薄い場合には、ハンドリング性が低下しやすいため、同図に示すように第１のセラミックグリーンシート１１１上に、第２のスラリーを印刷して第２のセラミックグリーン層１１２’が積層された複合セラミックシートを用いることが好ましい。

上述のようにして得られたセラミックグリーンシートを図２に示す順序と方向に従って積層し、圧着して、図３に示すように第１のセラミック層１１となる第１のセラミックグリーン層１１１’、第２のセラミック層１２となる第２のセラミックグリーン層１１２’を積層してなる未焼成積層体の主面に樹脂・セラミック複合層（多孔質セラミック層）となる第３のセラミックグリーン層１１３’が積層されてなる未焼成複合積層体を得る。本実施形態では、一対の未焼成複合積層体は、同図に示すように、積層方向中心の第２のセラミックグリーン層１１２’に対して、上下方向で略対称となるように第１のセラミックグリーン層１１１’、第２のセラミックグリーン層１１２’及び第３のセラミックグリーン層１１３’が配置され、且つ、第３のセラミックグリーン層１１３’が未焼成複合積層体の上下両面を形成するように配置されている。

その後、未焼成複合積層体を所定の温度と雰囲気に制御された条件下、例えば還元性雰囲気の下、９５０〜１０００℃のＴＯＰ温度条件で焼成し、図４に示すように未焼成複合積層体の焼結体を得る。この際の焼成雰囲気は、第１のセラミック材料の種類や内部導体１５、表面電極１６及びビアホール導体１７となる導電性ペーストに含まれる導電性粉末それぞれの種類に応じて、適宜調整される。ここでは、未焼成複合積層体は、第１のセラミックグリーン層１１１’が焼結し、且つ、第２のセラミックグリーン層１１２’及び第３のセラミックグリーン層１１３’が焼結しない温度で焼成される。これにより、第１のセラミックグリーン層１１１’が焼成時に収縮しようとする際に、第２のセラミックグリーン層１１２’と第３のセラミックグリーン層１１３’は第１のセラミックグリーン層１１１’の収縮を抑制する。また、第１のセラミックグリーン層１１１’は焼結して第１のセラミック層１１となり、第２のセラミックグリーン層１１２’は第１のセラミックグリーン層１１１’が焼結する際に第２のセラミックグリーン層１１２’に向けて拡散するガラス成分により、第１のセラミックグリーン層１１１’の間に配置された第２のセラミックグリーン層１１２’を構成する第２のセラミック材料が固着された状態で固化された第２のセラミック層１２となると共に、第１のセラミックグリーン層１１１’と第３のセラミックグリーン層１１３’との間に配置された第２のセラミックグリーン層１１２’も固着される。また、第３のセラミックグリーン層１１３’は、焼成されて多孔質セラミック層１３Ａとなる。この焼成では未焼成複合積層体は第２、第３のセラミックグリーン層１１２’、１１３’によって平面方向の焼成収縮が抑制されているため、平面方向に寸法精度の高い複合セラミック積層体１０を得ることができる。しかも、基材層となる第１のセラミックグリーン層１１１’は、第２のセラミックグリーン層１１２’でその焼成収縮が抑制されているため、多孔質セラミック層１１３Ａ中のセラミック粉末は、全体で略均一に分布しており、密度も全体で均一になっている。

次に、図５に示すように、得られた複合セラミック積層体に対して、その多孔質セラミック層１３Ａに樹脂成分を含浸させた後、樹脂成分を硬化させる。特に、本実施形態では、第３のセラミックグリーン層１１３’に由来する多孔質セラミック層１３Ａは、密度が全体で略均一であるため、つまり、空隙率（空孔）の割合が全体で略均一であるため、全体に効率よく、しかも残存する空隙の割合が最小限に抑えられるように、樹脂が充填される。樹脂成分としては、従来から周知の樹脂成分を用いることができる。本実施形態では樹脂成分の代表的なものとして、例えばエポキシ系熱硬化性樹脂を用いる。樹脂成分の含浸は、樹脂の含浸を促進させる減圧条件下や加熱条件下において行われることが好ましい。特に、多孔質セラミック層１３Ａの厚みに比して、表面電極が大きい場合には表面電極１６の内面側へ樹脂が回り込み難く、その部分に樹脂が十分に含浸されない虞があるため、上述した条件を併用することが好適である。また、含浸させる樹脂としては、浸透性を高めるためにはフィラー成分をなるべく含まないものが好ましい。しかし、硬化後の熱膨張係数を調整するためには、フィラー成分を含有したものが好ましく、含浸性を損なわない範囲においてフィラー成分やフィラー量を広い範囲で調整することができる。この場合でもフィラーの含有量は、通常のフィラーを含有する樹脂より少なくしておくことが好ましく、所定量の樹脂成分が多孔質セラミック層１３Ａに拡散して含浸された後の組成比率を考慮して調製することが必要である。多孔質セラミック層１３Ａの空隙サイズとフィラー径にもよるがフィラー成分入りの樹脂を用い、樹脂成分のみを多孔質セラミック層１３Ａに含浸させても熱膨張係数を十分に調整することができる。また、この時、多孔質セラミック層１３Ａに含浸させる樹脂を多めにすることで、樹脂・セラミック複合層１３の表面に３〜３０μｍ程度の厚みで樹脂層を形成することができる。

次に、図６に示すように、上述の樹脂成分の含浸により樹脂硬化後の樹脂層１４が表面電極１６となる部分に必要以上に被覆された場合には、その樹脂層１４を除去し、表面電極１６を露出させる。これによって、表面電極１６の縁部分（少なくともその一部、好ましくは全周）が樹脂で覆われ、結果として樹脂・セラミック複合層１３と表面電極１６との接合強度が向上する。表面電極１６の露出方法としては、研磨を始めとする従来周知の切削方法を用いることができる。特に、樹脂層１４を高精度に除去するためには、レーザーを用いることが好ましい。その際、樹脂層１４を必要以上の深さまで除去しないためにも、表面電極１６の金属密度は高い方が好ましく、上述した焼結金属の厚膜導体の他、銅箔のような導体箔が好ましい。表面電極１６に銅箔を用いた場合には、銅に対する吸収係数が低いＣＯ_２レーザーによる加工が好ましい。ここでは、含浸樹脂の硬化後に、所望の部分の樹脂を除去する方法を用いたが、樹脂含浸前に予め所望の部分にマスキング剤を施しておき、含浸樹脂の硬化後にマスキング剤を除去することによっても樹脂層１４の開口部を形成することができる。

セラミック複合多層基板１０に高精度な平坦度が要求されている場合には、表面電極１６の露出操作に前後して、研磨による平坦化処理を行うこともでき、必要に応じて表層の樹脂層１４を表面電極１６が除去されない程度に全面を削り取っても良い。その後、必要に応じて表面電極にＮｉ、Ａｕの無電解めっき等を施して表面処理を行った後、種々の実装部品を搭載し、セラミック複合多層基板１０に各種の表面実装部品１８を搭載してなる電子部品（モジュール品）を得ることができる（図１参照）。より具体的には、多数のセラミック複合多層基板１０が配列された集合基板で上述の各処理を行った後、はんだ材等を用いて表面実装部品１８を実装し、所定の位置でこの集合基板を分割することによって、個々のセラミック複合多層基板１０、更に複合電子部品を得ることができる。表面実装部品１８の実装方法や個々の基板への分割方法としては、従来周知の方法を用いることができる。例えば、ダイサーによって集合基板を分割することで個々のセラミック複合多層基板１０を得ることができる。その他、ダイサーによる分割溝やレーザー加工による溝形成を併用し、チョコレートブレイク法の使用等によっても分割することができ、集合基板への分割溝の形成する場合も表面実装部品１８を実装した後に限らず、実装前にも形成することができる。得られた個々の電子部品は、プリント配線基板等のマザーボードに実装される。

以上説明したように本実施形態によれば、第１のセラミックグリーン層１１１’の上面に、第１のセラミックグリーン層１１１’の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミックグリーン層１１２’と第３のセラミックグリーン層１１３’が配置されているため、焼成に伴う基板の変形が抑制され、焼成後においては第３のセラミックグリーン層１１３’から形成され、その全域に略均一に空隙を有する多孔質セラミック層１３Ａによって平坦なセラミック複合多層基板１０を得ることができる。このセラミック複合多層基板１０は、焼成時に第２のセラミックグリーン層１１２’及び第３のセラミックグリーン層１１３’によって基板の変形が抑制されて平坦化した状態であるため、例えば焼成後に第３のセラミックグリーン層１１３’に由来する多孔質セラミック層１３Ａを除去してしまうと、再び基板変形が発生する。そこで、本実施形態では、焼成後に、セラミック粉末の集合体となっている多孔質セラミック層１３Ａを除去することなく、この多孔質セラミック層１３Ａに樹脂成分を含浸させた後、樹脂成分を硬化させることにより、第１のセラミック層１１を平坦な状態に維持したセラミック複合多層基板１０を得ることができる。また、本実施形態では、樹脂の充填を安定化させることができるため、反りやうねりの少ない、しかも空隙の残存の少ない、信頼性に優れたセラミック複合多層基板１０を得ることができる。

また、樹脂形成後の基板の平坦化に関しても、表面電極１６が焼成前に形成されている場合には焼成後に樹脂の含浸を行うため、基板とその表面電極１６の平坦性を確保することができ、また、基板表面が平坦であるため、樹脂成分を硬化させた後で樹脂の表面を精度良く平坦に研磨することによって更に基板の平坦性を向上させることができる。樹脂を形成した後で表面電極１６を形成する場合には樹脂層１４を形成した後の樹脂表面の平滑性は樹脂層１４の平坦性に大きく依存し、樹脂層１４の表面状態によっては表面を研磨する際に表面電極１６が除去されてしまう虞があるため、上述のように未焼成複合積層体に予め必要な未焼成の表面電極１６を所定のパターンで形成しておくことが好ましい。

更に、本実施形態によれば、多孔質セラミック層１３Ａが第１のセラミック層１１と第２のセラミック層１２とからなる積層体の少なくとも一方の主面に形成されており、この多孔質セラミック層１３Ａの空隙に樹脂成分が含浸されて硬化することにより樹脂・セラミック複合層１３として形成されているため、樹脂・セラミック複合層１３としての機械的強度が高くなってセラミック複合積層体１０の変形を防止し、平坦な基板形状を維持することができる。これに対して、例えば特許文献３の複合多層基板ではセラミック基板の厚みが薄い場合、基板の片面に複数回に渡って樹脂層を形成する工程が必要になる。この樹脂形成工程においては、樹脂層の逐次硬化することになり、各樹脂層の硬化状態によってはその硬化収縮挙動がセラミック基板の変形要因になり、場合によっては各樹脂層を平坦に積層することができず、形成不良や基板割れ等を生じる虞がある。

また、本実施形態によれば、少なくとも一方の主面側に樹脂成分が含浸された多孔質セラミック層１３Ａの表面に表面電極１６を有し、且つ、樹脂・セラミック複合層１３の表面のうち、表面電極１６を除く部分に樹脂成分からなる樹脂層１４が形成されているため、通常のセラミック多層基板の製造工程に主として樹脂含浸、硬化工程を付加するだけでセラミック複合多層基板１０を得ることができ、その工数は特許文献１に記載の技術とそれほど変わらない。また、本実施形態によれば、セラミック複合多層基板１０の表面電極１６を介して公知のプリント配線基板に実装する際に、セラミック複合多層基板１０が、第１のセラミック層１１、ガラス成分を含有する第２のセラミック層１２、樹脂成分を含む第３のセラミック層（樹脂・セラミック複合層）１３及び樹脂層１４からなる４層構造であるため、特許文献２に記載の複合多層基板と同様に、熱膨張係数が基板の積層方向の中心部からプリント配線基板に向けて次第に樹脂成分からなるプリント配線基板に近づくような傾斜構造を得ることができる。

また、本実施形態によれば、樹脂成分が未焼結の多孔質セラミック層１３Ａ内に含浸されることによって樹脂層１４が同時に形成されるため、樹脂成分は第１のセラミック層１１から拡散するガラスによって固着された第２のセラミック層１２にまで含浸されるため、接合界面においてアンカー効果が得られ、層間剥離を抑制することができる。これに対して、特許文献２、３に記載の樹脂層１４は、焼成後のセラミック多層基板上に改めて配置されるものであるため、潜在的に樹脂層１４が形成された後でも剥離不良の問題が避けられない。

更に、本実施形態によれば、セラミック複合多層基板１０の多孔質セラミック層１３Ａにおける内部導体１５、表面電極１６及びビアホール導体１７からなる配線導体部は、第１、第２、第３のセラミック層１１、１２、１３が焼成される前に形成されているものであれば、焼成後の樹脂含浸前後には直接配線導体を形成する必要がない。そのため、樹脂含浸層である樹脂・セラミック複合層１３の配線導体に関しては、第１、第２のセラミック層１１を形成する時の精度に準じて高精度な配線導体を形成することができる。また、特にセラミック複合多層基板１０の表層部には焼成過程において焼結収縮しない多孔質セラミック層１３Ａが配置されているため、焼成による位置変動が生じないことからも、表面電極の位置を高精度に制御することができる。これに対して、特許文献１においてすらそうであるが、特に特許文献３においては、複数の樹脂層１４間を電気的に接続する配線構造を、樹脂層１４の形成後に各層毎に行う必要があり、工数が大幅に増加すると共に形成精度の低下を招くこととなり、高密度配線基板を形成には不都合である。

第２の実施形態
本実施形態のセラミック複合多層基板１０Ａは、図７に示すように、第１の実施形態のセラミック複合多層基板１０のうち、上面側の第１のセラミック層１１と樹脂・セラミック複合層１３の間に配置された第２のセラミック層１２及び下面側の樹脂・セラミック複合層１３がないこと以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。従って、本実施形態においても第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して図示してある。

焼成後の平坦な基板を得るためには、樹脂含浸層として作用する多孔質セラミック層１３Ａは、セラミック基板の両面に同じ厚みで配置されていることが好ましいが、セラミック複合多層基板の構造によってはこの限りではない。例えば、セラミック複合多層基板の構造が、本実施形態のように一方の主面側（下面側）に第２のセラミック層１２が偏って配置されている場合には、この基板は単独では第２のセラミック層１２が偏った側（第２のセラミック層の相対量が多い主面側）が凸になる傾向にある。この場合、片側のみに、即ち、他方の主面側（上面側）のみに多孔質セラミック層１３Ａを配置することによってセラミック複合多層基板１０Ａの平坦性を達成することができる。即ち、本実施形態では、セラミック複合多層基板１０Ａの層構成を調整することにより、片側のみに樹脂含浸層を配置することできる。本実施形態においても第１の実施形態と同様の作用効果を期することができる。尚、セラミック複合多層基板１０Ａにおける第２のセラミック層１２が偏った側の主面に配置する多孔質セラミック層１３Ａの厚みを他方の主面側に配置される多孔質セラミック層１３Ａの厚みよりも薄くすることによって、焼成後のセラミック基板の反りを平坦化することもできる。

第３の実施形態
本実施形態のセラミック複合多層基板１０Ｂは、図８に示すように、第１の実施形態のセラミック複合多層基板１０のうち、上下に配置された第１のセラミック層１１と樹脂・セラミック複合層１３の間にそれぞれ配置された第２のセラミック層１２を省略したこと以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。従って、本実施形態においても第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して図示してある。

第１の実施形態のセラミック複合多層基板１０のように、面内方向の焼成収縮を抑制した高精度なセラミック複合多層基板１０を得るためには、少なくとも４０μｍの厚み毎に必要な厚みの第２のセラミック層１２を積層方向に配置して平面方向の焼成収縮を積層方向で満遍なく抑制することが好ましい。しかし、セラミック複合多層基板の面内方向にそれほどの精度を必要としない場合やセラミック複合多層基板の厚みが薄い場合、特に第１のセラミック層１１の厚みが薄い場合等には、本実施形態のように第１のセラミック層１１と樹脂・セラミック複合層１３との間の第２のセラミック層を省略してもセラミック複合多層基板１０Ｂとしての平坦性を維持することができ、第１の実施形態と実質的に同一の作用効果を期することができる

第４の実施形態
本実施形態のセラミック複合多層基板１０Ｃは、図９に示すように、樹脂・セラミック複合層１３の上面中央部から積層方向中央の第２のセラミック層１２の上面に達するキャビティ１９を設けたこと以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。従って、本実施形態においても第１の実施形態と同一または相当部分には同一符号を付して図示してある。

即ち、本実施形態では、第１のセラミック層１１、第２のセラミック層１２及び樹脂・セラミック複合層１３が、キャビティ１９の側壁面に露出して形成されている。このような構造のセラミック複合多層基板１０Ｃであっても第１のセラミック層１１は、第２のセラミック層１２によって平面方向の焼成収縮を抑制することができ、セラミック複合多層基板１０Ｃとしての変形量が少なく、高精度な平坦性を維持したキャビティ付きセラミック複合多層基板１０Ｃを得ることができる。つまり、キャビティ１９の側壁面または底面に第２のセラミック層１２及び樹脂・セラミック複合層１３が露出しているため、これらの層によってキャビティ１９の形状が焼成中も維持され所望の形状のキャビティ１９を形成することができる。

以下、具体的なセラミック複合多層基板に基づく試験結果について説明する。

実施例１
本実施例では図１に示すセラミック複合多層基板を下記の要領で作製した。このセラミック複合多層基板を用いて平坦性について評価し、その結果を表１に示した。

本実施例ではセラミック複合多層基板を作製するに当たり、第１のセラミック材料として、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ系酸化物セラミック材料を用い、第２、第３のセラミック材料としては平均粒径１．５μｍのアルミナ粒子を用いた。また、第１のセラミックグリーン層の厚みが焼成後に２０μｍとなるように、第２のセラミックグリーン層の厚みが焼成後に３μｍとなるように、また、第３のセラミックグリーン層の厚みが焼成後に４０μｍになるように設定した。尚、第２、第３のセラミック材料である平均粒径１．５μｍのアルミナ粒子を用い、これを単独で焼成し、得られた焼成材の熱膨張係数を測定したところ、約８ｐｐｍ／℃であった。また、内部導体、表面電極及びビアホール導体に関しては、Ｃｕ成分を主成分とする導体部を形成した。但し、ビアホール導体としては、予め未焼成複合積層体との収縮挙動差を少なくするために、Ｃｕ成分に樹脂ビーズ及びガラス成分を添加したものを使用した。このガラス成分としては、第１のセラミック層から第２のセラミック層に向かって拡散し、第２のセラミック層を固着する拡散成分であるガラスと略同一組成であるＳｉ−Ｂ−Ｂａ系のガラス成分を用いた。また、第３のセラミック材料からなる多孔質セラミック層に含浸させる樹脂としては、平均粒径２．０μｍ、熱膨張係数８ｐｐｍ／℃のＳｉＯを主成分とするフィラーとエポキシ樹脂成分とが、フィラー：樹脂＝５０：５０重量％となり、硬化後の樹脂層の熱膨張係数が１４ｐｐｍ／℃となるように調整した樹脂成分を使用した。

上記の各セラミックグリーンシートを用いて第１の実施形態に従って図１に示すセラミック複合多層基板を作製し、基板サイズが最終的に１３５ｍｍ□となるように調整した。このセラミック複合多層基板の四隅と中央との高低差を測定し、その結果を表１に示した。４点の平均値を基板の反り量とした。また、基板内の個々の基板に相当する部分の平坦性を測定した。尚、比較例１として、第３のセラミックグリーン層を用いない、つまり、樹脂・セラミック複合層を形成しない状態で同様の基板を作製した。更に、比較例２として、実施例１において反り量を測定した後に多孔質セラミック層を研磨により除去した後の基板の反り量を測定した。比較例２において多孔質セラミック層を除去する前の反り両は、いずれも１００μｍであった。尚、表１において、複合層は、樹脂・セラミック複合層を指し、セラミック層はセラミック複合多層基板を指している。

表１に示す結果によれば、樹脂・セラミック複合層を形成しない比較例１の場合には、基板の反りが大きかった。特に基板の厚みが薄いと反りが大きく出やすいことが判った。実施例１のように樹脂・セラミック複合層を形成することにより、反り量を低減することができることが判った。特に樹脂・セラミック複合層を両主面に配置することが反りの低減にとって好ましかった。また、比較例２のように焼成後に多孔質セラミック層を除去すると反りが再発するため、その除去は好ましくなかった。これらのことから第３のセラミックグリーン層が焼成時には基板の変形を抑制するため、平坦な基板が得られることが判った。

また、表１に示す結果によれば、個々の基板におけるうねりに関しても、樹脂・セラミック複合層は、内部電極等の段差が基板表面に現れるのを緩和吸収するため、平坦な基板表面を得ることができた。

実施例２
本実施例では下記の要領でセラミック複合多層基板を作製し、このセラミック複合多層基板の熱膨張係数差、剥離性及び寸法精度について評価し、その結果を表２に示した。また、実施例１のセラミック複合多層基板についても同様の評価を行い、その結果を表２に示した。

本実施例ではセラミック複合多層基板を作製するに当たり、第１のセラミック材料として、アルミナ粒子と軟化点６００℃のホウ珪酸ガラスとが、アルミナ：ガラス＝６０：４０（重量）なるように形成したセラミック材料を用い、第２のセラミック材料としては、平均粒径１．５μｍのアルミナ粒子とＳｉ−Ｂ−Ｂａ系のガラス成分であり、軟化点７３０℃であるガラスとを、アルミナ：ガラス＝６０：４０（容量％）なるように添加、混合したものを用いた。また、第１のセラミックグリーン層の厚みを焼成後に２０μｍとなるように、第２のセラミックグリーン層の厚みを焼成後に３μｍとなるように選定した。尚、第３のセラミックグリーン層に関しては、第３のセラミック材料として平均粒径１．５μｍのアルミナ粒子と平均粒径０．５μｍのアルミナ粒子とを、平均粒径１．５μｍのアルミナ：平均粒径０．５μｍ＝１：３（重量％）となるように、調合した混合アルミナを用い、焼成後の厚みが４０μｍとなるように選定した。また、多孔質セラミック層に含浸させると共に樹脂層を形成する樹脂成分には、平均粒径２．０μｍ、熱膨張係数８ｐｐｍ／℃のＳｉＯ_２を主成分とするフィラーとエポキシ樹脂成分とが、フィラー：樹脂＝３０：７０（重量％）となり、樹脂層のみでの熱膨張係数が１２ｐｐｍ／℃となるように調整したものを用いた。それ以外は実施例１と同様にしてセラミック複合多層基板を作製した。次いで、実施例１、２で得られたセラミック複合多層基板における各層の熱膨張係数を測定し、その結果を表２に示した。

表２に示す結果によれば、実施例１、２では得られたセラミック複合多層基板の各層の熱膨張係数は、少ない工数で得られたプリント配線基板の熱膨張係数に徐々に近づく傾斜構造層を有することが判った。特に、本実施例で作製された基板に関しては、使用するアルミナ粒子の粒径を調整することによって多孔質セラミック層の空隙率を制御することによって、樹脂・セラミック複合層（表２では複合層）の熱膨張係数を調整することができ、プリント配線基板とは大きく異なる熱膨張係数を有するセラミック層を基材層として用いた場合でも、段階的にプリント配線基板の熱膨張係数に近づく基板構造を形成することができた。

また、実施例１において用いた基板と比較例１の基板の両面に改めて硬化後に４０μｍとなる樹脂層を形成した基板と比較するため、両基板を−４０〜＋８５℃の熱衝撃試験に１２０サイクル投入した後、超音波探傷試験によって剥離部を検出したところ、比較例１の基板では特に基板表面の段差がある部分にφ２０μｍ程度の剥離が散見された。これに対し、実施例１の基板では剥離部は発生しなかった。尚、実施例１において含浸する樹脂としてフィラーを含まない樹脂を用い、比較例１の両面に塗布した樹脂としてフィラーを含まない樹脂を用いたところ、より大きな剥離が発生することが判った。

実施例１、２では、セラミック複合多層基板において互いに隣接する層、つまり、第２のセラミック層と樹脂・セラミック複合層との層間の熱膨張係数差及び樹脂・セラミック複合層と樹脂層間との層間の熱膨張係数の差が少なくとも±３ｐｐｍ／℃以内の熱膨張係数差であれば層間剥離は生じないことを確認した。しかし、硬化後の樹脂層上に改めて樹脂層を形成する従来の工法と比して、本発明では予め樹脂含浸層である樹脂・セラミック複合層を形成しておき、その表面に樹脂層を形成すると同時に樹脂を含浸させることで連続的な界面を形成することにあるため、各層間の熱膨張係数差は上記範囲に限られるものではない。

ところで、比較工法において、樹脂層を単独で形成する場合でも、フィラー成分を多量に増量すれば、熱膨張係数を調整することができるが、そのような硬化前の樹脂は流動性が悪く、濡れ残りのない均一な樹脂層を形成することが難しかった。特に、表面実装部品近傍での樹脂濡れが悪いことと、樹脂層自体の樹脂強度も大きく低下したため、セラミック電子部品としての信頼性を損ねる要因となり好ましくなかった。

また、比較例１の両面に改めて樹脂層を形成する場合には、樹脂層を片面ずつ形成し、硬化させる必要がある。この際、片面側の樹脂を硬化させる際に、樹脂の硬化収縮挙動によって基板に反りが発生し、基板の薄い２００μｍの基板では、一部に割れが生じた。この反りは残る片面に樹脂層を形成し、硬化させることにより緩和されるが、反りが大きくなった基板に対して均一な樹脂層を形成する必要が出てくるため、樹脂層を形成する工程の難易度が高くなってしまう。

これに対して、実施例２においては、基板の変形自体は、第２のセラミック層及び多孔質セラミック層の両層によって保持されていることや、樹脂の硬化は、多孔質セラミック層内の空隙部で生じるため、片面ずつに樹脂を含浸させ、硬化しても樹脂が硬化する過程の前後で基板に反りが生じることがなく、作業性に優れていた。

また、比較例１の基板に対して樹脂層を形成した後で、内部導体と表面電極を接続する場合、セラミック基板との接続性を確保するために大きな設計マージンが必要であった。上記の各実施例の場合には直列配置されたビアホール導体のみで表面電極に接続することができるが、比較例１の場合には樹脂の配置やビアホール導体の配置による位置ズレを吸収するために、例えば図１０に示すように新たにパッド電極Ｐが必要となり、このパッド電極Ｐが上下に直列に配置されたビアホール導体間の狭ギャップ化を阻害することになる。尚、図１０において、第１の実施形態に対応する部分には対応する番号に「Ａ」を付してある。

尚、勿論、基板の配線精度が要求されない場合においては、上述の工法に代えて、多孔質セラミック層に対する樹脂の含浸と樹脂層の形成を同時に行い、樹脂の硬化を行った後、改めて表面電極を配置しても良い。この際、例えば図１１に示すように樹脂・セラミック複合層１３Ｂの表面には、樹脂層１４Ｂにビアホール導体１８Ｂを形成する際の精度を考慮して、予めパッド電極Ｐ’形成しておくことが好ましい。表面電極１６Ｂとしては、銅箔のような金属箔が好ましく、表面電極１６Ｂの配置に際しては、樹脂層１４Ｂを一旦半硬化状態まで進めた後、表面電極１６Ｂを配置し、改めて樹脂層１４Ｂを本硬化させることが好適である。この工法においては、上述したように基板の配線精度は低下することとなるが、単一の樹脂含浸操作で樹脂・セラミック複合層１３Ｂと樹脂層１４Ｂとが形成され、同時に硬化されるため、それらの界面での剥離が生じ難いことに加え、基材となる第１のセラミック層１１Ｂ間にガラスと高温焼結セラミック粒子からなる第２のセラミック層１２Ｂが配置されているため、セラミック層とガラスを含む高温焼結セラミック粒子層との間（第１のセラミック層１１Ｂと第２のセラミック層１２Ｂとの間）はもとより、ガラスを含む高温焼結セラミック粒子層と樹脂層を含む高温焼結セラミック粒子層との間（第２のセラミック層１２Ｂと樹脂・セラミック複合層１３Ｂとの間）、樹脂を含む高温焼結セラミック粒子層と樹脂層との間（樹脂・セラミック複合層１３Ｂと樹脂層１４Ｂとの間）の、全ての層間での剥離が生じ難いという利点も損なわれない。尚、図１１において、第１の実施形態に対応する部分には対応する番号に「Ｂ」を付してある。

以上説明したように本発明によれば、第１のセラミックグリーン層の少なくとも一方の主面に、第１のセラミックグリーン層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミックグリーン層と第３のセラミックグリーン層が配置されていることにより、焼成に伴う変形が抑制され、焼成後においては、第３のセラミックグリーン層による多孔質セラミック層によってより平坦なセラミック複合多層基板を得ることができる。このセラミック複合多層基板は、第２のセラミックグリーン層及び第３のセラミックグリーン層によって変形が抑制されていることによって平坦化されている状態であるため、例えば焼成後に第３のセラミックグリーン層に由来する多孔質セラミック層を除去してしまうと、再び基板変形が発生する。そこで、本発明においては、焼成後、セラミック粉末の集合体となっている多孔質セラミック層を除去することなく、この多孔質セラミック層に樹脂成分を含浸し、硬化させることにより、平坦化を維持した状態でのセラミック複合多層基板を得ることができる。特に、第２のセラミックグリーン層で第１のセラミックグリーン層の焼成収縮を実質的に抑制しているため、第３のセラミックグリーン層、特にその界面付近に加わる応力が最小限に止められ、従って、空隙率や密度がそれぞれ全域で略均一な状態になり、樹脂の含浸を均等且つ円滑に行うことができる。

また、樹脂形成後の基板の平坦化に関しても、表面電極が焼成前に形成されている場合、焼成後に樹脂含浸を行うため、基板とその表面電極の平坦化が確保でき、基板表面が平坦であるため、樹脂硬化後に樹脂表面を平坦に研磨することによって更に平坦性を向上させることができる。樹脂形成後に表面電極を形成する場合、形成後の表面の平滑性は樹脂層の平坦性に大きく依存し、表面電極を除去してしまう虞があるため、上述のように未焼成複合積層体に予め必要な導体パターンを形成しておくことが好ましい。

更に、セラミック基板の厚みが薄い場合、特に特許文献３においては、基板の片面に複数回に渡る樹脂形成工程が必要になる。この樹脂形成工程においては、逐次樹脂層の硬化が行われることになるが、樹脂層の硬化によってはその硬化収縮挙動により、セラミック基板に変形要因を与えていまい、樹脂層の形成不良や基板割れを生じてしまう。本発明においては、多孔質セラミック層という高強度な変形抑制層が第１のセラミック層と第２のセラミック層とからなる積層体の少なくとも一方の主面に形成されている状態であり、樹脂含浸硬化もその含浸層内での樹脂硬化となるため、セラミック複合積層体の変形が生じず、平坦な基板形状を維持することができる。

また、本発明のセラミック複合多層基板は、より好ましくは、少なくとも一方の主側に樹脂成分が含浸された多孔質セラミック層の表面に表面電極を有し、且つ、樹脂・セラミック複合層の表面のうち、表面電極を除く部分に樹脂成分からなる樹脂層が形成されている。この構造の基板は、通常のセラミック多層基板の製造工程に、主に樹脂含浸、硬化工程を加えることによって得ることができ、工数面では特許文献１とそれほど変わらないことが判る。しかしながら、本発明における上記構造基板によっては、表面電極を用いて公知のプリント配線基板に実装する際に、セラミック複合多層基板側から見た基板構成が、「第１のセラミック層」、「セラミック＋ガラスの第２のセラミック層」、「セラミック＋樹脂層の第３のセラミック層」及び「樹脂層」となる４層構造を得ることができ、特許文献２に示されえるような熱膨張係数が次第に樹脂成分からなる公知のプリント配線基板に近づくような傾斜構造が、特許文献１と同様の工程によって得ることができる。

特許文献２、３に見られる樹脂層は、焼成後のセラミック多層基板上に改めて配置されるものであるため、潜在的に形成後の剥離不良の問題が避けられない。これに対して、本発明においては、好ましくは、樹脂成分は未焼結の多孔質セラミック層内に含浸されることによって樹脂層が形成されるものである。多孔質セラミック層の樹脂含浸側からみた場合、セラミック層からの拡散ガラスによって固着された高温焼結セラミックグリーン層が形成さており、含浸樹脂はガラス成分によって固着されているセラミック層にまで含浸されるため、接合界面は同種のセラミック成分を含むアンカー構造が形成されることになり、剥離不良を抑制することができる。

特許文献１においてすらそうであるが、特に特許文献３においては、複数の樹脂層間を電気的に接続する配線構造を、樹脂層の形成後に各層毎に行う必要があり、工数の大幅に増加すると共に、形成精度の低下を招く可能性があり、高密度基板の形成には課題が残る。本発明におけるセラミック複合多層基板の多孔質セラミック層における配線導体は、セラミック層の焼成前に形成されているものであれば、焼成後の樹脂含浸前後では直接配線導体を形成する工程を必要としない。そのため、樹脂含浸層の配線導体の形成に関しては、セラミック層の形成精度に準じた高精度な配線導体を形成することができる。また、特に表層面においては、焼成過程において焼結収縮しない層を配置しているため、焼成による位置変動が生じない面からも、表面電極位置の高精度化を促進することができる。

尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではない。必要に応じて本発明の各構成要素を適宜設計変更することができる。

本発明は、移動体通信機器等の種々の電子機器に好適に利用することができる。

Claims (21)

1. 第１のセラミック層と、上記第１のセラミック層に接するように配置され、上記第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミック層と、からなる積層体と、上記積層体の少なくとも一方の主面に積層して形成された多孔質セラミック層中に樹脂が含浸された樹脂・セラミック複合層と、少なくとも上記樹脂・セラミック複合層の主面に一部が埋め込まれて形成された表面電極と、を備え、且つ、上記多孔質セラミック層が第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得るセラミック材料からなり、上記表面電極が焼結金属からなることを特徴とするセラミック複合多層基板。
2. 上記第２のセラミック層は、複数の上記第１のセラミック層の層間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック複合多層基板。
3. 上記第２のセラミック層は、上記第１のセラミック層と上記樹脂・セラミック複合層との層間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミック複合多層基板。
4. 上記第１のセラミック層と上記第２のセラミック層とからなる積層体の両方の主面それぞれに、上記樹脂・セラミック複合層が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板。
5. 上記第１のセラミック層と上記第２のセラミック層とからなる積層体の一方の主面にのみ、上記樹脂・セラミック複合層が配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板。
6. 上記樹脂・セラミック複合層の表面に、樹脂を主成分とする樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板。
7. 上記樹脂・セラミック複合層と上記樹脂層との界面には表面電極が形成され、上記表面電極の一方の主面が外部に露出していることを特徴とする請求項６に記載のセラミック複合多層基板。
8. 上記表面電極の縁部分のうち少なくとも一部が上記樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項７に記載のセラミック複合多層基板。
9. 上記表面電極の縁部分の少なくとも一部を覆っている上記樹脂層は、上記樹脂・セラミック複合層に含まれる上記樹脂と同一材料からなる樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項８に記載のセラミック複合多層基板。
10. 少なくとも一方の主面にキャビティが形成されており、上記第１のセラミック層、上記第２のセラミック層及び上記樹脂・セラミック複合層のうち、少なくとも上記第２のセラミック層または上記樹脂・セラミック複合層が、上記キャビティの底面または側壁面に露出していることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板。
11. 第１のセラミックグリーン層の少なくとも一方の主面に、上記第１のセラミックグリーン層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミックグリーン層を配置してなる未焼成積層体の少なくとも一方の主面に、表面に厚膜導体からなる表面電極部が形成され、上記第１のセラミックグリーン層の平面方向の焼成収縮を抑制し且つ焼成後に多孔質セラミック層となる第３のセラミックグリーン層を配置して、積層、圧着することにより、上記表面電極部の少なくとも一部が上記第３のセラミックグリーン層に埋め込まれて形成された未焼成複合積層体を作製する工程と、
    上記未焼成複合積層体を、少なくとも上記第１のセラミックグリーン層及び上記表面電極部が焼結する条件下で焼成する工程と、
    上記多孔質セラミック層中に樹脂を含浸して表面に焼結金属からなる表面電極を有する樹脂・セラミック複合層を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とするセラミック複合多層基板の製造方法。
12. 上記第２のセラミックグリーン層を、複数の第１のセラミックグリーン層の層間に配置することを特徴とする請求項１１に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
13. 上記第２のセラミックグリーン層を、上記第１のセラミックグリーン層と上記第３のセラミックグリーン層との層間に配置することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
14. 上記第１のセラミックグリーン層と上記第２のセラミックグリーン層とからなる未焼成積層体の両方の主面に、上記第３のセラミックグリーン層が設けられていることを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
15. 上記第１のセラミックグリーン層と上記第２のセラミックグリーン層とからなる未焼成積層体の一方の主面にのみ、上記第３のセラミックグリーン層が設けられていることを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
16. 上記多孔質セラミック層に上記樹脂を含浸して樹脂・セラミック複合層を形成すると同時に、上記樹脂・セラミック複合層の表面に上記樹脂を主成分とする樹脂層を形成することを特徴とする請求項１１〜請求項１５のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
17. 上記樹脂・セラミック層と上記樹脂層との界面に表面電極が形成されており、上記樹脂層を形成する際に、上記表面電極が上記樹脂層に覆われている場合には、上記表面電極の一方の主面が外部に露出するよう、上記樹脂層を除去することを特徴とする請求項１６記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
18. 上記表面電極の縁部分のうち少なくとも一部が上記樹脂層で覆われるよう、上記樹脂層を除去することを特徴とする請求項１７に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
19. 上記未焼成複合積層体には、上記第１のセラミックグリーン層、上記第２のセラミックグリーン層及び上記第３のセラミックグリーン層の少なくとも上記第２のセラミックグリーン層及び上記第３のセラミックグリーン層が、底面または側壁面に露出するようにキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１１〜請求項１８のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
20. 上記表面電極を上記未焼成複合積層体と一体的に焼成することを特徴とする請求項１７〜請求項１９のいずれか１項に記載のセラミック複合多層基板の製造方法。
21. 第１のセラミック層と、上記第１のセラミック層に接するように配置され、上記第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得る第２のセラミック層と、からなる積層体と、上記積層体の少なくとも一方の主面に積層して形成された多孔質セラミック層中に樹脂が含浸された樹脂・セラミック複合層と、少なくとも上記樹脂・セラミック複合層の主面に一部が埋め込まれて形成された表面電極と、を有するセラミック複合多層基板を備え、且つ、上記多孔質セラミック層が第１のセラミック層の平面方向の焼成収縮を抑制し得るセラミック材料からなり、上記表面電極が焼結金属からなり、上記表面電極に、実装部品が搭載されていることを特徴とする電子部品。

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