JP5184924B2 - 多層セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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)。
(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。
(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。
本発明は、第1のセラミック基板の組成を例示している。
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。
(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。
(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。
(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。
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。
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。
[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。
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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
[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。
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。
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。
[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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
[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。
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。
[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。
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。
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。
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。
<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。
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。
(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。
(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。
(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。
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。
(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。
(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。
(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。
(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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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