JP5356434B2 - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック基板の製造方法に関し、特に、セラミックシート及び内部電極を同時に焼成する工程を含むセラミック基板の製造方法に関する。

一般に、ＨＴＣＣ、ＬＴＣＣのような多層セラミック（ＭｕｌｔｉＬａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ：ＭＬＣ）基板は、半導体ＩＣチップのような能動素子と、キャパシ夕、インダクタ及び抵抗のような受動素子とを複合化した部品として用いられたり、または単純な半導体ＩＣパッケージとして用いられている。より詳しくは、多層セラミック基板はＰＡモジュール基板、ＲＦダイオードスイッチ、フィルタ、チップアンテナ、各種パッケージ部品、複合デバイスなど多様な電子部品を構成するために広く用いられている。

このようなセラミック基板は、最外層に形成された外部電極を介して外部ＩＣチップと電気的に接続される。該外部電極は、セラミック基板の全面にシード層を形成し、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）を塗布してパターニングした後、エッチングして完成するリソグラフィ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程、またはスクリーン印刷後に焼成する方法などにより形成される。

韓国公開特許第１０−２０１０−００２６４５６号公報

しかし、外部電極をスクリーン印刷後に焼成する方法によって形成する場合、セラミックシートを焼成した後、外部電極の接合のために再焼成する過程を経るようになる。再焼成時の温度を、セラミックシートを焼成する温度と類似または高くすると、該セラミックシートで変形が発生する問題が生じることがある。そのため、再焼成時の温度はセラミックシートを焼成する温度より低く設定しなければならなく、低い焼成温度の影響によってセラミックシートと外部電極との間の固着強度が低くなるという問題が発生する。

また、外部電極をリソグラフィ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程で形成する場合にも、スクリーン印刷方法に比べて費用がたくさんかかるという短所があり、セラミックシートと外部電極との間の固着強度もスクリーン印刷方法に比べて確かに良くない。
そのため、外部電極の固着強度を強化させるために、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｒｉｎｇ）、電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）などの薄膜工程、または既に焼成された基板を再熱処理する方法などを用いているが、依然として固着強度の問題がある。

一方、外部電極をセラミックシートと同時に焼成する場合、該セラミックシートと外部電極との間の固着強度は高くなるが、表面平坦度を合せるための工程を行うことができないという短所がある。即ち、セラミックシートを構成する材料の特性上、焼成工程で該セラミックシートが収縮したり反るという現象が発生する。そのため、セラミック基板の表面を研磨する工程が必須であるが、従来のセラミック基板の製造方法によって外部電極をセラミックシートと同時に焼成した後に研磨工程を行うと、研磨工程の途中で外部電極が破損されて研磨工程を施すことができなくなる。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、セラミックシートと内部電極とを同時に焼成し、外部電極を形成することによって、セラミックシートと外部電極との間の固着強度を向上すると共に、平坦工程を行うことができるセラミック基板の製造方法を提供することに、その目的がある。

上記目的を解決するために、本発明の好適な実施形態によるセラミック基板の製造方法は、（ａ）複数のセラミックシートを準備する工程と、（ｂ）各々のセラミックシート上に内部電極及び各層の内部電極を互いに接続するビアを形成し、最外層のセラミックシート上に開口を形成する工程と、（ｃ）前記複数のセラミックシートを一括して積層する工程と、（ｄ）前記一括して積層された積層体を焼成する工程と、（ｅ）積層体の上下面を研磨して平坦化する工程と、（ｆ）前記工程（ｃ）で形成された開口に外部電極を形成する工程とを含む。

また、前記工程（ｂ）で形成される開口の幅は、内部電極の幅より小さく、且つ、１００μｍ〜５ｍｍの範囲にあり、その深さは１０μｍ〜５ｍｍの範囲にある。

また、前記工程（ｃ）は、７００℃〜１０００℃の範囲内の温度で焼成する。

また、前記工程（ｅ）は、ドライエッチパック（ｄｒｙ ｅｔｃｈ ｂａｃｋ）または化学機械的研磨法によって行われる。

また、前記外部電極は、スクリーン印刷後焼成するか、または電解メッキまたは無電解メッキ方式によって形成される。

また、前記焼成温度は、前記工程（ｄ）にて行われる焼成温度と同一または該焼成温度よりも低い。

また、前記工程（ｆ）の後、積層体の上面を研磨して平坦化する工程をさらに含む。

本発明のセラミック基板の製造方法によれば、セラミックシートと内部電極とを同時に焼成し、該焼成後に外部電極を形成することによって、セラミックシートと外部電極との間の固着強度を向上させることができる。

また、開口が形成された最外層のセラミックシートを積層した後に焼成する工程を行って、該開口に外部電極を形成するため、該外部電極が破損することなく研磨工程を行って、セラミック基板の平坦度を向上させることができるという効果が奏する。

本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。 本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。 本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。 本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。 本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。 本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。

図１ａ〜図１ｆは各々、本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面図である。まず、図１ａに示すように、複数のセラミックシート１０を準備する。

該セラミックシート１０は、セラミック原料粉末及び焼成調剤に、アルコール類やトルエンなどの有機溶媒、適当な有機バインダ、及びグリセリン化合物などの可塑剤、分散剤などを添加混合してスラリ（ｓｌｕｒｒｙ）状態にすると共に、これをドクターブレード法などのシート成形技術により、適当に必要な厚さのシート形状にすることにより形成されることができる。各成分の配合比率や成形法は様々に知られており、これに限定するものではない。

前記セラミックシート１０が複数形成されると、図１ｂに示すように、各々のセラミックシート１０上に内部電極１１及び各層の内部電極１１を互いに接続するビア１２を形成し、最外層のセラミックシート１０上に開口１３を形成する。

前記内部電極１１は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉのうちの少なくともいずれか一つの導電体を用いて、スクリーン印刷法などの公知の方法によって形成することができる。前記ビア１２は、ＣＮＣドリル、ＣＯ_２レーザードリル、またはＹＡＧレーザードリルのうちのいずれか一つを用いるパンチング方法によってビアホールを形成した後、該導電体を充填（ｆｉｌｌｉｎｇ）して形成されることができる。

最外層のセラミックシート１０上に形成される開口１３は、外部電極１４が形成される領域であって、該開口１３はメカニカルパンチング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｕｎｃｈｉｎｇ）工程、機械的ドリリング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）またはレーザドリリング（ｌａｓｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）によって形成されてもよく、その形状は円形、四角形など多様な形状であってもよい。

一方、開口１３の幅は、外部電極１４と内部電極１１との間の接合が円滑に行われるように、内部電極１１の幅より小さく、且つ、１００μｍ〜５ｍｍの範囲で形成することが望ましく、その深さは後の研磨工程で内部電極１１の保存のために１０μｍ〜５ｍｍの範囲で形成することが望ましい。

続いて、図１ｃに示すように、被数のセラミックシート１０を一括して積層する工程を行う。

上記複数のセラミックシート１０を一括して積層する方法としては、熱圧着によるプレス処理（例えば、２５〜９０℃の温度で２５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を加えて接合）などが挙げられ、これに限定するものではない。

セラミックシート１０を積層した後、図１ｄに示すように、前記一括して積層された積層体を焼成する工程を行う。

該焼成は、７００℃〜１０００℃の範囲で行われることができる。

焼結されたセラミックシート上に外部電極を形成する場合には、該セラミックシートの界面での汚染物質によって影響を受けるが、本発明によるセラミック基板製造方法のように、内部電極１１とセラミックシート１０とを同時に焼成する場合、内部電極１１とセラミックシート１０との間に存在し得る汚染物質が焼結の途中で全て蒸発するため、該汚染物質による固着強度の低下は発生しなくなる。

また、焼成工程は、内部電極を構成する導電体の融点よりやや低い温度で行われるため、本発明によるセラミック基板の製造方法のように、内部電極１１と外部電極１４とを同時に焼成する場合、焼結の途中で内部電極１１を構成する導電体の一部がセラミックシート１０の方へ拡散して該セラミックシート１０と内部電極１１との間に強い化学的結合が行われる。

そのため、内部電極１１と外部電極１４とを同時に焼成すると、該内部電極１１と外部電極１４との間の固着強度を高めることができる。また、内部電極１１と外部電極１４とを導電体材料で構成すると、内部電極１１と外部電極１４との間の固着強度は保障されるため、結果として外部電極とセラミック基板との間の固着強度を向上させることができる。

焼成工程を行った後、図１ｅに示すように、前記積層体の上下面を研磨して平坦化する工程を行う。

セラミックシート１０は、該セラミックシート１０を構成する材料の特性の上、前記焼成工程によって必ず収縮するか反るという現象が発生することになる。収縮率や収縮方向は基板の材料、セラミックシート１０の造成、製造ロット、ひいては製造条件などによって変わる。このようなセラミックシート１０の収縮や反り現象によってセラミック基板の寸法精度や平坦度は大きく低下して、最後に得られるセラミック基板においては、例えば、寸法精度は０．５％位にとどまっている。

したがって、焼成工程の後には、必ず前記積層体の上下面を研磨して平坦化する工程を進行しなければならない。本発明では、ドライエッチパックまたは化学機械的研磨法によって研磨工程を行うが、これに限定するものではない。

本発明によるセラミック基板の製造方法によれば、開口１３が形成された最外層のセラミックシート１０を積層した後焼成する工程を行って、その後、該開口１３に外部電極１４を形成するため、焼成後、研磨工程を行っても前記内部電極１１が飛んでしまう現象を防止することができる。

研磨工程後、図１ｆに示すように、前記開口１３に外部電極１４を形成する工程を行う。

外部電極１４は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉのうちのいずれか一つの導電体を用いてもよく、開口１３に導電体をスクリーン印刷後再焼成する方法によって形成されることができる。

再焼成する過程において、外部電極１４と内部電極１１との間の高い固着強度のために、できるだけ高い温度で焼結することが好ましいが、内部電極１１とセラミックシート１０とを焼成する温度より高い温度で焼結する場合、セラミック基板に変形が起こるため、再焼成の温度は内部電極１１とセラミックシート１０とを焼成する温度と同一または低く設定することが好ましい。

これ以外にも、外部電極１４は、電解メッキ及び無電解メッキなど公知の技術によって形成してもよく、これに限定するものではない。

一方、外部電極１４を形成した後、該外部電極１４の形成によって発生したセラミック基板の表面の段差を除去するために、セラミック基板の上面を研磨して平坦化する工程を追加で行うことができる。

本発明のセラミック基板の製造方法によれば、セラミックシート１０と内部電極１１とを同時に焼成し、該焼成後に外部電極１４を形成することによって、セラミックシート１０と外部電極１４との間の回着強度を向上させることができる。

また、開口１３が形成された最外層のセラミックシート１０を積層した後に焼成する工程を行った後、該開口１３に外部電極１４を形成するため、該外部電極１４が破損することなく、研磨工程を行ってセラミック基板の平坦度を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ セラミックシート
１１ 内部電極
１２ ビア
１３ 開口
１４ 外部電極

Claims (7)

1. （ａ）複数のセラミックシートを準備する工程と、
   （ｂ）各々のセラミックシート上に内部電極及び各層の内部電極を互いに接続するビアを形成し、最外層のセラミックシート上に開口を形成する工程と、
   （ｃ）前記複数のセラミックシートを一括して積層する工程と、
   （ｄ）前記一括して積層された積層体を焼成する工程と、
   （ｅ）積層体の上下面を研磨して平坦化する工程と、
   （ｆ）前記工程（ｃ）で形成された開口に外部電極を形成する工程
   とを含むセラミック基板の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）で形成される開口の幅は、前記内部電極の幅より小さく、且つ、１００μｍ〜５ｍｍの範囲にあり、その深さは１０μｍ〜５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
3. 前記工程（ｄ）は、７００℃〜１０００℃の範囲の温度で行われる請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
4. 前記工程（ｅ）は、ドライエッチパックまたは化学機械的研磨法によって行われる請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
5. 前記外部電極は、スクリーン印刷後に焼成によって形成されるか、電解メッキまたは無電解メッキ方式によって形成される請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
6. 前記焼成温度は、前記工程（ｄ）で行われる焼成の温度と同一または該焼成の温度より低い請求項５に記載のセラミック基板の製造方法。
7. 前記工程（ｆ）の後に、積層体の上面を研磨して平坦化する工程を更に含む請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。

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