JP5184924B2 - 多層セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、表層に後加工によって高精度のパターンを形成可能なセラミック板を有し、内層には低抵抗導体を同時焼成可能な低温焼成基板を組み合わせることが可能な多層セラミック基板及びその製造方法に関するものである。

近年、ＩＣ検査として、Ｓｉウェハー単位で検査を行う要求が多くなっており、特に、Ｓｉウェハーの大型化が進む現在では、φ３００ｍｍ（１２ｉｎｃｈ）のウェハー対応が必要となっている。

また、これらのウェハーを検査するに当たっては、測定治具にＩＣとコンタクトするような接続端子を形成する必要があり、この接続端子は繰り返し接触するために、強度が必要となる。

そこで、セラミック基板でＩＣ検査用基板を構成することが考えられるが、通常のセラミック基板の製造方法では、焼成時の収縮バラツキにより、ＩＣパッドへの接続に必要な寸法精度を得ることが容易ではない。

一方、寸法精度を求めるセラミック基板の製造方法として、無収縮焼成技術が挙げられる。この無収縮焼成技術の中でも、焼成した基板にグリーンシートを積層することで、焼成した基板がグリーンシートの収縮時のＸＹ方向（平面方向）への収縮を抑制し、高い寸法精度を実現する手法が提案されている（特許文献１、２参照）。
特開２００５−２８６３１１号公報 特開２００２−３４４１３８号公報

上述した特許文献１の技術では、アルミナ板にグリーンシートを積層した物を焼成する際の、脱脂、焼成条件についての記載がある。
しかしながら、特許文献１の技術では、積層したグリーンシート厚みが０．４ｍｍ以下とＩＣ検査用基板としては厚みが薄いものしか対応できず、グリーンシート厚みが１ｍｍ以上のものを焼成することは、脱脂性の観点から困難である。つまり、シート厚みが大きくなると、脱脂性に問題があるため、焼成時にグリーンシート部分にクラックが発生してしまう。

一方、特許文献２の技術では、セラミック基板を作製する段階で、グリーンシートに接続用のビア導体を形成した後に、セラミック基板を作製し、そのセラミック基板へグリーンシートを積層することで、高寸法精度を実現している。

しかしながら、特許文献２の技術では、セラミック基板を作製する段階で、すでに積層工程や焼成工程の寸法バラツキがあるので、ＩＣ検査用基板としての必要な寸法精度を確保できないという問題がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高寸法精度を実現できるとともに、厚い基板であっても好適に焼成可能な多層セラミック基板及びその製造方法を提供することである。

（１）請求項１の発明は、第１のセラミック基板と、前記第１のセラミック基板より焼成温度の低い材料からなる第２のセラミック基板とを備え、前記第２のセラミック基板の両面に前記第１のセラミック基板が積層された多層セラミック基板において、前記第１のセラミック基板の少なくとも一方に貫通穴を有するとともに、前記第１のセラミック基板の貫通穴が占める面積は、前記第１のセラミック基板の平面方向の表面積に対して、０．３％以上、３．０％以下であり、且つ、前記第２のセラミック基板に、前記第１のセラミック基板の貫通穴と連通する内部穴を有するとともに、前記第２のセラミック基板の内部穴の内径は、前記第１のセラミック基板の貫通穴の内径に対して、０．０２〜０．１０ｍｍ大きいことを特徴とする。

本発明は、第２のセラミック基板の両面（両主面）に、それぞれ第１のセラミック基板が積層され、その第１のセラミック基板には貫通穴が形成されている構成である。よって、上述した無収縮焼成技術によって、第２のセラミック基板となる焼成温度の低いグリーンシート積層体を焼成する際に、貫通穴を介して、グリーンシート中の樹脂成分を容易に排出（脱脂）することが可能である。そのため、（無収縮焼成技術によって）高い寸法精度を実現できるとともに、グリーンシート積層体が例えば１ｍｍ以上と厚い場合でも、クラックが発生しにくいという効果がある。

これによって、基板厚みを十分に確保できるので、基板強度が高く、ＩＣ検査用の接続端子を取り付けても脱落し難いという利点がある。
また、本発明では、第１のセラミック基板の貫通穴が占める面積は、第１のセラミック基板の平面方向の表面積に対して、０．３％以上、３．０％以下である。

この貫通穴の面積が０．３％未満であると、脱脂性を確保するための通気性が不十分であり、また、３％を上回ると、表面に接続端子を配列する際のデザイン上の制約が大きくなる。なお、貫通穴の占める面積は、０．５％以上、２％以下が一層好ましい。
特に、本発明は、基板外径が例えば１００ｍｍ角以上の様な大きな場合であっても、クラック等の発生を効果的に抑制でき、極めて有効である。
更に、本発明では、第２のセラミック基板に、第１のセラミック基板の貫通穴と連通する内部穴を有している。
従って、上述した無収縮焼成技術によって、第２のセラミック基板となる焼成温度の低いグリーンシート積層体を焼成する際に、内部穴及び貫通穴を介して、グリーンシート積層体中の樹脂成分を一層好適に脱脂することできる。そのため、高い寸法精度を実現できるとともに、グリーンシート積層体が例えば８．５ｍｍ以上と厚い場合でも、クラックが発生しにくいという効果がある。なお、以下では、貫通穴と内部穴とが連通した穴を開放穴と称する。
しかも、本発明では、第２のセラミック基板の内部穴の内径は、第１のセラミック基板の貫通穴の内径に対して、０．０２〜０．１０ｍｍ大きい。
ここで、「内部穴の直径が貫通穴の直径より０．０２ｍｍ以上」という条件が満たされない場合（特に内部穴の直径と貫通穴の直径が同じ、又は内部穴の直径が貫通穴の直径より小さい場合）には、ガスの流路が小さくなる（又はその可能性がある）ので、脱脂効果が小さくなり好ましくない。また、貫通穴の投影領域から内部穴の外周部の一部が露出することで、基板の変形が生じやすくなる。一方、内部穴の直径が貫通穴の直径より０．１０ｍｍ上回る場合には、第２のセラミック基板における内部穴の占める割合が大きくなり、配線の引き回しにとっては好ましくない。

（２）請求項２の発明では、前記第１のセラミック基板の貫通穴の内径は、０．１ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明は、貫通穴の内径の好ましい範囲を例示したものである。ここで、貫通穴の内径が０．１ｍｍ未満であると、貫通穴の形成時に貫通穴が変形したり潰れるおそれがあり、また、０．８ｍｍを上回ると、穴の下に位置するグリーンシートが焼成時に大きく変形する恐れがある。なお、貫通穴の内径は、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下が一層好ましい。

特に、本発明は、基板外径が例えば１００ｍｍ角以上の様な大きな場合であっても、クラック等の発生を効果的に抑制でき、極めて有効である。
ここで、貫通穴の内径とは、貫通穴が円である場合には直径であり、貫通穴が方形等の円でない場合には、同じ面積の円に換算した場合の直径に相当する値である（以下内径に関しては、内部穴についても同様である）。

（３）請求項３の発明では、前記第１のセラミック基板の貫通穴と前記第２のセラミック基板の内部穴との大きさは、前記積層方向からみて、前記第２のセラミック基板の内部穴の投影領域に、前記第１のセラミック基板の貫通穴の投影領域が完全に含まれるように設定されていることを特徴とする。

この構成により、貫通穴の（第２のセラミック基板側の）開口部分が塞がれることなく、完全に内部穴と連通するので、即ち連通面積が最大となるので、一層好適に脱脂を行うことが可能である。

なお、内部穴や貫通穴の断面形状は、積層方向に同一形状であることが好ましいが、仮に途中で変形している場合には、内部穴と貫通穴の連通部分で前記投影領域の条件が満たされることが必要である。

（４）請求項４の発明は、前記第２のセラミック基板の両側に配置された一対の第１のセラミック基板のうち、一方の第１のセラミック基板のみに貫通穴を有するとともに、該貫通穴に前記第２セラミック基板の内部穴が連通したことを特徴とする。

本発明では、多層セラミック基板の一方の側のみに、貫通穴及び内部穴からなる開放穴が開口しているので、他方の側に配線する際の自由度が高くなるという利点がある。なお、一方の側に貫通穴を設けた場合でも、内部穴の深さを十分に確保することにより、高い脱脂性を得ることができる。

（５）請求項５の発明は、前記第２のセラミック基板とその両側に配置された一対の第１のセラミック基板とを貫くように、前記貫通穴及び内部穴からなる開放穴が形成されたことを特徴とする。

この構成により、一層好適に脱脂を行うことが可能である。
（６）請求項６の発明では、前記第１のセラミック基板には、前記貫通穴以外に、電気的接続に用いられるビアが形成されていることを特徴とする。

本発明では、基板表面には、貫通穴以外にビアが形成されていることを示している。
（７）請求項７の発明では、前記多層セラミック基板の外径寸法は、７５ｍｍ以上であることを特徴とする。

本発明は、外径寸法の大きな多層セラミック基板であるので、大きなウェハーの検査に対応できる。なお、多層セラミック基板の外径とは、多層セラミック基板が長方形の場合には短辺を示し、長方形でない場合は、最大寸法を示している。

（８）請求項８の発明では、前記第２のセラミック基板の厚みが、０．６ｍｍ以上であることを特徴とする。
本発明では、第２のセラミック基板の厚みが、０．６ｍｍ以上と大きく、更に両主面の上にセラミック基板が貼り付けられているので、十分な基板強度を有している。

（９）請求項９の発明では、前記第１のセラミック基板は、アルミナの含有率が９０％以上であることを特徴とする。
本発明は、第１のセラミック基板の組成を例示している。

（１０）請求項１０の発明では、前記貫通穴に、充填材が詰められていることを特徴とする。
本発明では、基板表面が滑らかであるので、表面の電極の形成を好適に行うことができる。

なお、充填材には、樹脂成分以外に、セラミックや金属成分等を含んでいてもよいが、高温での焼成が不要で、また、絶縁性を有することが好ましい。
（１１）請求項１１の発明は、第１のグリーンシートを用いて、貫通穴を有する第１のセラミック基板を作製する工程と、前記第１のグリーンシートより焼成温度の低い第２のグリーンシートを複数用いてグリーンシート積層体を作製する工程と、前記グリーンシート積層体の両主面に、前記第１のセラミック基板を積層して複合積層体を作製する工程と、前記複合積層体を脱脂焼成する工程と、前記焼成された複合積層焼結体の表面を研磨する工程と、前記研磨された複合積層焼結体上に電極を形成する工程と、を有するとともに、前記脱脂焼成する工程の後に、前記貫通穴に充填材を詰めることを特徴とする。

本発明では、（第１のグリーンシートより焼成温度の低い）グリーンシート積層体の両主面には、焼成済み基板である第１のセラミック基板が配置してあるので、グリーンシート積層体を低温（第１のセラミック基板の焼成温度より低温）で焼成する際に、グリーンシート積層体のＸＹ方向（平面方向）への収縮を防止でき、よって、高い寸法精度を実現できる。

また、本発明では、グリーンシート積層体の両主面に、第１のセラミック基板を積層して複合積層体とし、その複合積層体を脱脂焼成するが、第１のセラミック基板には貫通穴が形成してあるので、グリーンシート積層体が厚い場合でも、貫通穴を介して好適に脱脂を行うことができる。よって、脱脂不足によるクラックの発生を防止できる。その結果、基板厚みを十分に確保できるので、基板強度が高く、ＩＣ検査用の接続端子を取り付けても脱落し難いという利点がある。

更に、本発明では、脱脂焼成する工程の後に、貫通穴に充填材を詰めることにより、基板表面の凹凸をなくすことができる。
（１２）請求項１２の発明では、前記第１のグリーンシートに（前記貫通穴となる）貫通穴用の穴を空けたものを、単層で用い又は２層以上積層し、その後焼成することを特徴とする。

本発明では、第１のグリーンシートに貫通穴用の穴を空けたものを用いて、貫通穴を有する第１のセラミック基板を作製する。
（１３）請求項１３の発明では、前記第１のグリーンシートに貫通用の穴を空けないものを、単層で用い又は２層以上積層し、その後焼成して前記第１のセラミック基板を作製し、この第１のセラミック基板に貫通穴を空けることを特徴とする。

本発明では、まず、第１のグリーンシートを焼成して第１のセラミック基板を形成し、その後、レーザー加工、サンドブラス、機械加工等によって、第１のセラミック基板に貫通穴を空ける。

（１４）請求項１４の発明では、前記貫通穴を加工する際に、電気的接続に用いられるビア用の穴も同時に加工することを特徴とする。
貫通穴を空ける際にビア用の穴（ビアホール）を空けることにより、作業能率が向上する。

（１５）請求項１５の発明では、前記貫通穴を有する第１のセラミック基板に、電気的接続に用いられるビア用の穴を後加工することを特徴とする。
本発明では、前の工程で貫通穴の形成した後に、後の工程でビアホールを形成する。

（１６）請求項１６の発明では、前記第２のグリーンシートに内部穴用の穴を空けたものを、単層又は２層以上用いて、前記グリーンシート積層体を作成し、その後焼成することを特徴とする。

これにより、第２のセラミック基体の内部穴を形成することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
ａ）まず、本実施形態の多層セラミック基板を、図１〜図３に基づいて説明する。

図１に示す様に、本実施形態の多層セラミック基板１は、一対の第１のセラミック基板３、５と、第１のセラミック基板３、５より焼成温度の低い材料からなる第２のセラミック基板７とを備えるとともに、第２のセラミック基板７の両面（両主面）に第１のセラミック基板３、５が積層されたものである。

第１のセラミック基板３、５は、アルミナからなる焼結体であり、厚さ０．３ｍｍ×縦７５ｍｍ×横７５ｍｍの直方体の基板である。特に、この第１のセラミック基板３、５には、基板を厚み方向に貫く貫通穴９が複数形成されている。

一方、第２のセラミック基板７は、複数のガラスセラミック層１１からなる焼結体であり、厚さ４．４ｍｍ×縦７５ｍｍ×横７５ｍｍの直方体の基板である。各ガラスセラミック層１１（従って第２のセラミック基板７）は、例えばガラス成分とセラミック成分との混合物を、例えば８００〜１０５０℃程度の低温にて焼成した低温焼成のガラスセラミックから形成されている。

また、多層セラミック基板１の表面には、導電性の電極１３が形成され、多層セラミック基板１の内部（詳しくは各ガラスセラミック層１１の境界部分）には、内部配線層１５が形成されている。更に、多層セラミック基板１の表面の電極１３と裏面の電極１３とを、内部配線層１５を介して電気的に接続するように、基板の厚み方向に伸びるビア１７が形成されている。

従って、図２に示す様に、多層セラミック基板１の表面には、複数の貫通穴９が開口するとともに、多数の電極１３が露出している。なお、一対の第１のセラミック基板３、５では、貫通穴９や電極１３の配置は異なっている。

ここでは、貫通穴９は平面形状が円形（従って円柱の穴）であり、その内径（直径）は、０．１〜０．８ｍｍであるが、図３に示す様に、各種の形状の貫通穴９を採用できる。この貫通穴９が円形でない場合の大きさ（内径）としては、貫通穴９の平面形状を同じ面積の円に換算した直径（前記０．１〜０．８ｍｍ）を採用できる。

なお、内部配線層１５やビア１７を構成する導体としては、ガラスセラミックの焼成の際に低温で同時焼成可能な、銀、銀−パラジウム、銀−白金、金、銅などの導体が使用できる。

また、図４に示す様に、上述した構成の多層セラミック基板１の電極１３には、導電性のプローブ１９が接続されてＩＣ検査用基板２１が構成される。
このＩＣ検査用基板２１は、例えばφ３００ｍｍ（１２ｉｎｃｈ）のＳｉウェハー２３に対応したものであり、（各ＩＣを切り出す前の）Ｓｉウェハー２３におけるＩＣの端子２５にプローブ１９が接触することにより、一度に多数のＩＣの検査を行うことが可能である。

ｂ）次に、本実施形態の多層セラミック基板１の製造方法を、図５に基づいて詳細に説明する。尚、前記図５では、基板形状を簡略化してあるので、図１とはビアや貫通穴の配置など多少異なる。

(1)まず、セラミック原料粉末として、平均粒径：３μｍ、比表面積：１．０ｍ²／ｇのアルミナ粉末を用意した。更に、シート形成時のバインダー成分としてアクリル系バインダー、可塑剤成分としてＤＯＰ（ジオクチルフタレート）、溶剤としてＭＥＫ（メチルエチルケトン）を用意した。

そして、アルミナ製のポットに、アルミナ粉末を１０００ｇ、アクリル樹脂を１２０ｇ投入し、更に、スラリー粘度とシート強度を持たせるために、必要な量の溶剤（ＭＥＫ）と可塑剤（ＤＯＰ）を投入し、５時間混合してスラリーを得た。

このスラリーを用いて、ドクターブレード法により、図５（ａ）に示す様に、厚み０．３０ｍｍの（第１のセラミック基板用の）第１のグリーンシート２７を作製した。
(2)次に、図５（ｂ）に示す様に、この第１のグリーンシート２７に、パンチによって、直径０．１２〜１．０ｍｍの範囲（例えば０．５ｍｍ）のグリーンシート貫通穴用穴２９を形成した。このグリーンシート貫通穴用穴２９は焼成後に収縮して、直径０．１〜０．８ｍｍ（例えば０．４ｍｍ）の貫通穴９となる。

(3)次に、第１のグリーンシート２７を２層積層した後に（１層でも良い）、１４００℃にて１０時間焼成し、図５（ｃ）に示す様に、貫通穴９を有する第１のセラミック基板３、５を得た。

(4)次に、図５（ｄ）に示す様に、例えばレーザー、ブラスト加工、機械加工などにより、第１のセラミック基板３、５に、直径０．１ｍｍのビアホール３１を複数形成した。
(5)次に、図５（ｅ）に示す様に、ビアホール３１に例えばＡｇ系ペーストを充填し、その後焼成することによって、ビア１７を形成した。

(6)また、上述した第１のセラミック基板３、５の製造工程とは別に、セラミック原料粉末として、平均粒径：３μｍ、比表面積：１．０ｍ²／ｇのアルミナ粉末を用意するとともに、平均粒径：３μｍ、比表面積：１．０ｍ²／ｇのＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末を用意した。なお、前記と同様に、アクリル系バインダー、ＤＯＰ、ＭＥＫも用意した。

そして、アルミナ製のポットに、ホウケイ酸ガラス粉末とアルミナ粉末とを、質量比で５０：５０、総量１０００ｇ投入するとともに、アクリル樹脂を１２０ｇ投入した。更に、必要な量のＭＥＫとＤＯＰを投入し、５時間混合してスラリーを得た。

このスラリーを用いて、ドクターブレード法により、図５（ｆ）に示す様に、厚み０．１５ｍｍの第２のセラミック基板用の（詳しくは各ガラスセラミック層１１を形成するための）第２のグリーンシート３３を作製した。

(7)次に、図５（ｇ）に示す様に、この第２のグリーンシート３３に、パンチによって、直径０．１２ｍｍのビアホール３５を形成した。
(8)次に、図５（ｈ）に示す様に、ビアホール３５に、例えばＡｇ系ペーストを充填した。なお、第２のグリーンシート３３の表面には、Ａｇ系ペーストを用いて、印刷によって（内部配線層１５となる）導電パターン（図示せず）を形成した。

(9)次に、図５（ｉ）に示す様に、上述した様にして製造した各第２のグリーンシート３３を、順次積層してグリーンシート積層体３７を形成した。
(10)次に、図５（ｊ）に示す様に、グリーンシート積層体３７の両側に第１のセラミック基板３、５を密着させて、複合積層体３９を形成した。

(11)次に、図５（ｋ）に示す様に、複合積層体３９を、９００℃にて１時間焼成（脱脂焼成）し、複合積層焼結体４１を得た。
(12)次に、図５（ｌ）に示す様に、複合積層焼結体４１の両主面（即ち第１のセラミック基板３、５の外側表面）を研磨し、その後、その表面のビア１７に対応する位置に、例えば銀メッキにより、電極１３を形成し、多層セラミック基板１を完成した。

ｃ）この様に、本実施形態の多層セラミック基板１及びその製造方法では、第２のグリーンシート３３からなるグリーンシート積層体３７を第１のセラミック基板３、５で挟んで、低温にて焼成するので、多層セラミック基板１のＸＹ方向における寸法精度が高いという効果がある。

また、多層セラミック基板１には、貫通穴９が複数形成してあるので、（第２のセラミック基板７となる）グリーンシート積層体３７が１ｍｍ以上と厚い場合でも、焼成の際の脱脂を効率良く行うことができる。これにより、第２のセラミック基板７内にクラックが発生することを防止できる。

特に、本実施形態は、基板外径が例えば１００ｍｍ角以上の様な大きな場合であっても、クラック等の発生を効果的に抑制でき、極めて有効である。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

本実施形態は、その構造に特徴があるので、基板構造について説明する。
図６に示す様に、本実施形態の多層セラミック基板５１では、第１のセラミック基板５３、５５に空けられた貫通穴５７に、充填材５９が詰められている。

この充填材５９としては、樹脂成分を含むもの（例えば樹脂成分を主成分とするもの）が挙げられるが、樹脂成分以外に、セラミック成分や金属成分が含まれていてもよい。
本実施形態の多層セラミック基板５１を製造する場合には、上述した脱脂焼成の後に、第１のセラミック基板５３、５５の貫通穴５７に充填材５９を詰めて硬化させ、その後研磨する。

これにより、基板表面全体が凹凸がなく滑らかになるので、基板表面に電極６１を好適に形成することができる。また、貫通穴５７には充填材５９が詰められて塞がれているので、ゴミ等が貫通穴５７に嵌り込むことがない。

なお、貫通穴５７は、ビア６３とは異なり、内部配線層６５や内部のビア６７に接続する必要はない。特に貫通穴に導電性のある材料を充填する場合には、内部配線層６５や内部のビア６７に接続することは好ましくない。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

本実施形態は、その製造方法に特徴があるので、製造方法について説明する。
(1)まず、図７（ａ）に示す様に、第１実施形態と同様にして、第１のグリーンシート７１を作製した。

(2)次に、第１のグリーンシート７１を焼成して、図７（ｂ）に示す様に、第１のセラミック基板７３、７５を得た。
(3)次に、図７（ｃ）に示す様に、レーザー等により、貫通穴７７とビアホール７９とを同時に形成した。

(4)次に、図７（ｄ）に示す様に、ビアホール７９に例えばＡｇ系ペーストを充填し、その後焼成することによって、ビア８１を形成した。
(5)また、図７（ｅ）に示す様に、上述した第１のセラミック基板７３、７５の製造工程とは別に、第１実施形態と同様にして、第２のグリーンシート８３を作製した。

(6)次に、図７（ｆ）に示す様に、この第２のグリーンシート８３に、ビアホール８５を形成した。
(7)次に、図７（ｇ）に示す様に、ビアホール８５に、例えばＡｇ系ペーストを充填した。なお、シート表面に導電パターン（図示せず）も形成した。

(8)次に、図７（ｈ）に示す様に、上述した様にして製造した各第２のグリーンシート８５を、順次積層してグリーンシート積層体８７を形成した。
(9)次に、図７（ｉ）に示す様に、グリーンシート積層体８７の両側に第１のセラミック基板７３、７５を密着させて、複合積層体８９を形成した。

(10)次に、図７（ｊ）に示す様に、複合積層体８９を焼成して、複合積層焼結体９１を得た。
(11)次に、図７（ｋ）に示す様に、複合積層焼結体９１の両主面を研磨し、その後、例えば銀メッキにより、電極９３を形成し、多層セラミック基板９５を完成した。

本実施形態の多層セラミック基板９５の製造方法においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。

本実施形態は、その構造に特徴があるので、基板構造について説明する。
図８に示す様に、本実施形態の多層セラミック基板１０１では、第１のセラミック基板１０３、１０５にそれぞれ貫通穴１０７、１０９が空けられるとともに、その貫通穴１０７、１０９に連通するように、第２のセラミック基板１１１に内部穴１１３、１１５が形成されている。

つまり、多層セラミック基板１０１には、その両側から第２のセラミック基板１１１の内部に到るよう空けられた穴、即ち、貫通穴１０７、１０９と内部穴１１３、１１５が、同図の垂直方向に連通して一体となった開放穴１１７、１１９が、複数形成されている。

詳しくは、図９（ａ）に拡大して示す様に、例えば内部穴１１３は、貫通穴１０７と同軸となるように、多層セラミック基板１０１の積層方向に伸びるように空けられた（軸と垂直の断面が円形の）丸穴であり、その直径は、貫通穴１０７の直径より大きく（例えば０．０２〜０．１ｍｍ大きく）設定されている。なお、内部穴１１３の深さ（厚み）は、ここでは、最外層（同図上側）の１枚分のガラスセラミック層１２１の厚みに設定されている。

更に、図９（ｂ）に示す様に、内部穴１１３と貫通穴１０７との大きさは、積層方向から見た場合、内部穴１１３の投影領域に貫通穴１０７の投影領域が完全に含まれるように設定されている。

また、本実施形態の多層セラミック基板１０１の製造方法は、基本的には前記第１実施形態と同様であるが、最外層のガラスセラミック層１２１となる第２のグリーンシートに、第１のセラミック基板１０３、１０５の貫通穴１０７、１０９と同じ位置となるように、内部穴１１３、１１５となる穴をパンチ等によって形成すればよい。

従って、本実施形態では、第２のセラミック基板１１１となるグリーンシート積層体の厚みが８.５ｍｍ以上の厚い場合でも、焼成の際の脱脂を一層効率良く行うことができる。これにより、第２のセラミック基板１１１内にクラックが発生することを好適に防止できる。

なお、本実施形態では、内部穴１１３、１１５の直径は貫通穴１０７、１０９の直径よりも大きく、（積層方向から見た場合）貫通穴１０７、１０９は内部穴１１３、１１５に完全に含まれるが、図９（ｃ）に示す様に、例えば貫通穴１２３と内部穴１２５とが同軸ではなく、多少ずれていてもある程度の効果は得られる。

また、例えば図１０に示す様に、内部穴１３１（従って開放穴１３３）の深さについては、複数の（例えば３枚の）ガラスセラミック層１３５、１３７、１３９を貫くように設定してもよい。この場合は、開放穴１３３の深さが深くなるので、焼成の際の脱脂を一層効率良く行うことができる。なお、複数の開放穴１３３の深さは、各開放穴１３３でそれぞれ異なっていてもよい。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明するが、前記第４実施形態と同様な内容の説明は省略する。

本実施形態は、その構造に特徴があるので、基板構造について説明する。
図１１に示す様に、本実施形態の多層セラミック基板１４１では、一方（同図上方）の第１のセラミック基板１４３のみに貫通穴１４５が明けられるとともに、その貫通穴１４５に連通するように、第２のセラミック基板１４７に内部穴１４９が形成されている。つまり、多層セラミック基板１４１の一方の側のみに開口する開放穴１５１が複数形成されている。

また、この開放穴１５１は、第２のセラミック基板１４７を貫いて、他方の第１のセラミック基板１５３の内側表面に到るまで、深く形成されている。
これによって、前記第４実施形態と同様な効果を奏するとともに、他方の表面には開放穴１５１が形成されていないので、基板表面における配線の自由度が増加するという利点がある。また、内部穴１４９は十分に深く設定されているので、高い脱脂性を得ることもできる。
［第６実施形態］
次に、第６実施形態について説明するが、前記第４実施形態と同様な内容の説明は省略する。

本実施形態は、その構造に特徴があるので、基板構造について説明する。
図１２に示す様に、本実施形態の多層セラミック基板１６１では、第２のセラミック基板１６３とその両側の第１のセラミック基板１６５、１６７を貫くように、即ち多層セラミック基板１６１を貫くように、貫通穴１６９、１７１及び内部穴１７３からなる開放穴１７５が明けられている。

これによって、一層高い脱脂性が得られる。
＜実験例１＞
次に、本発明の効果を確認するために、下記実施例４及び比較例１の試料を用いて行った実験例１について説明する。

本実験例では、前記第１実施形態の製造方法によって、下記表１に示す様に、基板外径が１００ｍｍ（正方形の１辺）、基板全体の厚みが５ｍｍ（第２のセラミック基板の厚みが４．４ｍｍ）で、第１のセラミック基板に貫通穴（円形）を設けた多層セラミック基板の試料（実施例４）と、貫通孔を設けていない多層セラミック基板の試料（比較例１）を、それぞれ１０個製造し、クラックの有無（発生率）を観察した。

その結果、貫通穴を設けた実施例４には、全ての試料にクラックの発生は見られなかったが、貫通穴を設けていない比較例１には全ての試料にクラックが見られた。

つまり、この比較例１は本発明の範囲外であり、この表１から明かな様に、第１のセラミック基板に貫通孔が形成されていないので、クラックが非常に高い割合で発生することがわかる。

＜実験例２＞
更に、本発明の効果を確認するために、下記実施例１〜３、５〜１３の試料を用いて行った実験例２について説明する。

本実験例では、前記第１実施形態の製造方法によって、下記表２に示す様に、第1のセラミック基板の貫通穴（円形）の占有面積や貫通穴の直径を変更し、正方形の基板外径（１辺）が７５ｍｍ以上、基板全体の厚みが１ｍｍ以上（第２のセラミック基板の厚みが０．６ｍｍ以上）の多層セラミック基板の試料を、それぞれ１０個製造し、クラックの有無（発生率）を観察した。なお、本実験例では、第２のセラミック基板には内部穴は形成されておらず、両側の第１セラミック基板に貫通穴を形成した。

その結果を下記表２に示すが、貫通穴の占有面積が０．３〜３．０％及び貫通穴の直径が０．１〜０．８ｍｍの範囲内であれば、脱脂性が良好で、クラックが発生しないことが分かる。

また、下記表２に示すような実施例１０〜１３の試料を、前記実施例の製造条件と同様な条件にて、それぞれ１０個製造し、クラックの発生率を調べた。
（実施例１０）
この実施例１０は、前記実施例１〜９に比べ貫通穴の直径を小さく設定したものである。

下記表２から明らかなように、貫通穴の直径をかなり小さくした場合には、アルミナ製の第１のセラミック基板の穴形状が変形し、脱脂が不十分となったときには、図１３に示す様な基板クラックが発生することがある。
（実施例１１）
この実施例１１は、前記実施例１〜９に比べ貫通穴の占有面積を少なく設定したものである２
下記表２から明らかなように、貫通穴の占有面積がかなり少ない場合には、脱脂が不十分となって、基板クラックが発生することがある。
（実施例１２）
この実施例１２は、前記実施例１〜９に比べ貫通穴の直径を大きく設定したものである。

下記表２から明らかなように、貫通穴の直径がかなり大きい場合には、貫通穴の下で基板が変形して、クラックが発生することがある。
（実施例１３）
この実施例１３、基板外径のみを実施例１２より小さく設定したものである。

下記表２から明らかなように、基板外径が小さい場合には、クラックの発生率が少ないことが分かる。即ち、本発明は、基板外径が大きな場合に極めて有効であることがわかる。

＜実験例３＞
次に、第２のセラミック基板に到る開放穴が形成された実施形態による効果を確認するために、下記の実施例１４〜２１及び前記実施例３の試料を用いて行った実験例３について説明する。

この実験では、下記表３に示す様に、第１のセラミック基板の穴径である貫通穴（円形）の直径、第２のセラミック基板の穴径である内部穴（円形）の直径、第２のセラミック基板の穴深さである内部穴の深さ等を変更した試料（実施例１４〜２１、３）を、それぞれ１０個製造した。

なお、各試料では、多層セラミック基板の第１のセラミック基板のセラミック材料をアルミナとし、下記の寸法に設定した。
基板の正方形の外径（１辺）：７５ｍｍ、
基板全体の厚み ：５ｍｍ、
第２のセラミック基板の厚み（第１のセラミック基板の穴深さ） ：４．４ｍｍ
第１のセラミック基板の１枚の厚み（第１のセラミック基板の穴深さ）：０．３ｍｍ
そして、各試料のクラックの有無を観察した。その結果を、下記表３に記す。
（実施例１４、１５）
これらの試料は、第４実施形態の多層セラミック基板であり、第２のセラミック基板には、第２のセラミック基板を貫通しない深さの内部穴が形成されている。従って、第１実施形態よりも高い脱脂性を有する。

また、実施例１４、１５では、内部穴の深さ違えているが、内部穴の深いものほど高い脱脂性を有する。
（実施例１６）
この試料は、第５実施形態の多層セラミック基板であり、第２のセラミック基板には、第２のセラミック基板を貫通するように内部穴が形成され、その内部穴は一方の第１のセラミック基板の貫通穴のみに連通している。従って、第４実施形態よりも高い脱脂性を有する。
（実施例１７）
この試料は、第６実施形態の多層セラミック基板であり、多層セラミック基板全体を貫くように、貫通穴及び内部穴からなる開放穴が形成されている。従って、一層高い脱脂性を有する。
（実施例１８、１９）
これらの試料は、第５実施形態の多層セラミック基板であり、第２のセラミック基板には、第２のセラミック基板を貫通するように内部穴が形成され、その内部穴は一方の第１のセラミック基板の貫通穴のみに連通している。

なお、実施例１８では、実施例１９より内部穴の直径が大きいので、より高い脱脂性を有する。
（実施例２０）
この試料は、前記実施例１９と対比するものであり、基本的に実施例１９と同様な寸法を有するが、第１のセラミック基板の貫通穴の直径と第２のセラミック基板の内部穴の直径が同一である点が異なっている。

この場合、貫通穴と内部穴との位置ずれが生じると、貫通穴内にて露出する第２のセラミック基板の表面に変形やクラックが発生し易くなるが、本実験でも、実際に内部穴の周辺に変形やクラックが１０％発生した。なお、貫通穴が無い前記表１の比較例１よりは、クラックは発生し難い。
（実施例２１）
この試料は、前記実施例１９と対比するものであり、基本的に実施例１９と同様な寸法を有するが、第１のセラミック基板の貫通穴の直径より第２のセラミック基板の内部穴の直径が小さい点が異なっている。

この場合、貫通穴内にて第２のセラミック基板の表面が露出するので、その露出部分で変形やクラックが発生し易くなるが、本実験でも、実際に内部穴の周辺に変形やクラックが１０％発生した。なお、貫通穴が無い前記表１の比較例１よりは、クラックは発生し難い。
（実施例３）
この試料は、前記実施例１９と対比するものであり、基本的に実施例１９と同様な寸法を有するが、第２のセラミック基板には内部穴が無い点が異なっている。

本実験では、変形やクラックは発生しなかった。

尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

第１実施形態の多層セラミック基板を示す断面図である。 第１実施形態の多層セラミック基板の基板表面の一部を示す平面図である。 各種の貫通穴の平面形状を例示する説明図である。 ＩＣ検査用基板の使用方法を示す説明図である。 第１実施形態の多層セラミック基板の製造方法を示す説明図である。 第２実施形態の多層セラミック基板を示す断面図である。 第３実施形態の多層セラミック基板の製造方法を示す説明図である。 第４実施形態の多層セラミック基板を示す断面図である。 （ａ）開放穴を拡大して示す断面図、（ｂ）開放穴を開口側からみた平面図、（ｃ）開放穴の他の例を示す平面図である。 その他の多層セラミック基板を示す断面図である。 第５実施形態の多層セラミック基板を示す断面図である。 第６実施形態の多層セラミック基板を示す断面図である。 クラックの状態を示す断面図である。

符号の説明

１、５１、９５、１０１、１４１、１６１…多層セラミック基板
３、５、５３、５５、１０３、１０５、１４３、１５３、１６５、１６７…第１のセラミック基板
７、１１１、１４７、１７３…第２のセラミック基板
９、５７、１０７、１０９、１４５、１７３…貫通穴
１１…ガラスセラミック層
１３、６１…電極
１７、６３…ビア
２７、７１…第１のグリーンシート
３３、８３…第２のグリーンシート
３７、８７…グリーンシート積層体
３９、８９…複合積層体
４１、９１…複合積層焼結体
５９…充填材
１１３、１１５、１３１、１４９、１７３…内部穴
１１７、１１９、１３３、１５１、１７５…開放穴

Claims (16)

1. 第１のセラミック基板と、前記第１のセラミック基板より焼成温度の低い材料からなる第２のセラミック基板とを備え、前記第２のセラミック基板の両面に前記第１のセラミック基板が積層された多層セラミック基板において、
   前記第１のセラミック基板の少なくとも一方に貫通穴を有するとともに、
   前記第１のセラミック基板の貫通穴が占める面積は、前記第１のセラミック基板の平面方向の表面積に対して、０．３％以上、３．０％以下であり、
   且つ、前記第２のセラミック基板に、前記第１のセラミック基板の貫通穴と連通する内部穴を有するとともに、
   前記第２のセラミック基板の内部穴の内径は、前記第１のセラミック基板の貫通穴の内径に対して、０．０２〜０．１０ｍｍ大きいことを特徴とする多層セラミック基板。
2. 前記第１のセラミック基板の貫通穴の内径は、０．１ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック基板。
3. 前記第１のセラミック基板の貫通穴と前記第２のセラミック基板の内部穴との大きさは、前記積層方向からみて、前記第２のセラミック基板の内部穴の投影領域に、前記第１のセラミック基板の貫通穴の投影領域が完全に含まれるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層セラミック基板。
4. 前記第２のセラミック基板の両側に配置された一対の第１のセラミック基板のうち、一方の第１のセラミック基板のみに貫通穴を有するとともに、該貫通穴に前記第２セラミック基板の内部穴が連通したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
5. 前記第２のセラミック基板とその両側に配置された一対の第１のセラミック基板とを貫くように、前記貫通穴及び内部穴からなる開放穴が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
6. 前記第１のセラミック基板には、前記貫通穴以外に、電気的接続に用いられるビアが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
7. 前記多層セラミック基板の外径寸法は、７５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
8. 前記第２のセラミック基板の厚みが、０．６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
9. 前記第１のセラミック基板は、アルミナの含有率が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
10. 前記貫通穴に、充填材が詰められていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の多層セラミック基板。
11. 第１のグリーンシートを用いて、貫通穴を有する第１のセラミック基板を作製する工程と、
    前記第１のグリーンシートより焼成温度の低い第２のグリーンシートを複数用いてグリーンシート積層体を作製する工程と、
    前記グリーンシート積層体の両主面に、前記第１のセラミック基板を積層して複合積層体を作製する工程と、
    前記複合積層体を脱脂焼成する工程と、
    前記焼成された複合積層焼結体の表面を研磨する工程と、
    前記研磨された複合積層焼結体上に電極を形成する工程と、
    を有するとともに、
    前記脱脂焼成する工程の後に、前記貫通穴に充填材を詰めることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
12. 前記第１のグリーンシートに前記貫通穴用の穴を空けたものを、単層で用い又は２層以上積層し、その後焼成することを特徴とする請求項１１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
13. 前記第１のグリーンシートに前記貫通穴用の穴を空けないものを、単層で用い又は２層以上積層し、その後焼成して前記第１のセラミック基板を作製し、この第１のセラミック基板に貫通穴を空けることを特徴とする請求項１１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
14. 前記貫通穴を加工する際に、電気的接続に用いられるビア用の穴も同時に加工することを特徴とする請求項１３に記載の多層セラミック基板の製造方法。
15. 前記貫通穴を有する第１のセラミック基板に、電気的接続に用いられるビア用の穴を後加工することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。
16. 前記第２のグリーンシートに内部穴用の穴を空けたものを、単層又は２層以上用いて、前記グリーンシート積層体を作成し、その後焼成することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の多層セラミック基板の製造方法。

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