JP5709732B2 - Manufacturing method of ceramic multilayer substrate - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品搭載用の配線基板やチップ状の電子部品等において用いられるセラミック多層基板を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate used in a wiring board for mounting electronic components, chip-shaped electronic components, and the like.
従来、例えば半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板や、セラミック積層型のチップインダクタ等のチップ状の電子部品を形成する基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる複数の絶縁層が積層されてなるセラミック多層基板が多用されている。セラミック多層基板は、酸化アルミニウム等のセラミック粉末が有機バインダで結合されてなる複数のセラミックグリーンシートが積層され、焼成されることによって製作されている。 Conventionally, ceramic substrates such as aluminum oxide sintered bodies are used as wiring boards used for mounting electronic components such as semiconductor elements, and substrates for forming chip-shaped electronic components such as ceramic multilayer chip inductors. A ceramic multilayer substrate formed by laminating a plurality of insulating layers made of a body is often used. The ceramic multilayer substrate is manufactured by laminating and firing a plurality of ceramic green sheets obtained by bonding ceramic powder such as aluminum oxide with an organic binder.
セラミック多層基板を形成する絶縁層の主面および側面等の表面には、配線導体や容量電極等の導体パターンが設けられている。導体パターンは、タングステン等の金属材料のペーストがセラミックグリーンシートの表面に塗布され、セラミックグリーンシートと同時焼成されて形成されている。 Conductive patterns such as wiring conductors and capacitive electrodes are provided on the main surface and side surfaces of the insulating layer forming the ceramic multilayer substrate. The conductor pattern is formed by applying a paste of a metal material such as tungsten on the surface of the ceramic green sheet and firing it simultaneously with the ceramic green sheet.
すなわち、従来のセラミック多層基板の製造方法は、複数のセラミックグリーンシートを作製する工程と、これらのセラミックグリーンシートの表面に金属ペーストを所定のパターンに塗布する工程と、これらのセラミックグリーンシートを積層して一体焼成する工程とを含んでいる。上記積層の工程においては、上下のセラミックグリーンシート間の密着性を高めるために積層方向に圧力が加えられる。すなわち、加圧工程も含まれる。 That is, the conventional method for manufacturing a ceramic multilayer substrate includes a step of producing a plurality of ceramic green sheets, a step of applying a metal paste in a predetermined pattern on the surface of these ceramic green sheets, and laminating these ceramic green sheets And a step of integrally firing. In the stacking step, pressure is applied in the stacking direction in order to improve the adhesion between the upper and lower ceramic green sheets. That is, a pressurizing process is also included.
この場合、上下のセラミックグリーンシートの間に、ある程度の厚みを有する金属ペーストの層が介在するため、金属ペーストが塗布された部分において上下のセラミックグリーンシートの間で密着性が低くなる可能性がある。これに対して、セラミックグリーンシートにワックスを含んだ低弾性層を設けて、この低弾性層の変形により上記金属ペーストの厚みを吸収して上下のセラミックグリーンシート間の密着性を向上させる技術が提案されている。 In this case, since a metal paste layer having a certain thickness is interposed between the upper and lower ceramic green sheets, there is a possibility that the adhesion between the upper and lower ceramic green sheets may be lowered at the portion where the metal paste is applied. is there. In contrast, there is a technology in which a low elastic layer containing wax is provided on a ceramic green sheet, and the thickness of the metal paste is absorbed by the deformation of the low elastic layer to improve the adhesion between the upper and lower ceramic green sheets. Proposed.
しかしながら、上記ワックスを含んだ低弾性層を設ける従来技術の製造方法においては、複数のセラミックグリーンシートを積層するときに、繰り返し加圧が行なわれるため、この加圧によって低弾性層が平面方向(セラミックグリーンシートの主面に平行な方向)に変形しやすい、すなわち流動しやすいという問題点があった。このような変形が生じると、積層体の外側面に低弾性層の一部、つまり焼成後における絶縁層の一部が押し出される(突出する)場合がある。このような場合には、例えば突出に伴う圧力によって、外側面に形成される導体パターンに断線等の不具合を生じる可能性ある。また、セラミック多層基板としての寸法や外観上の不良を生じる可能性がある。 However, in the conventional manufacturing method in which the low-elastic layer containing the wax is provided, when a plurality of ceramic green sheets are laminated, pressure is repeatedly applied. There is a problem that it is easily deformed, that is, it is easy to flow in a direction parallel to the main surface of the ceramic green sheet. When such deformation occurs, a part of the low elastic layer, that is, a part of the insulating layer after firing may be pushed out (protruded) to the outer surface of the laminate. In such a case, for example, the conductor pattern formed on the outer surface may be broken due to the pressure accompanying the protrusion. Moreover, there is a possibility that defects in dimensions and appearance as a ceramic multilayer substrate may occur.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、上下の絶縁層間の密着性が高く、かつ絶縁層の層間から外側面への絶縁層の一部の突出等の不
具合を抑制することが可能な、セラミック多層基板の製造方法を提供することにある。
The present invention has been completed in view of such conventional problems, and its purpose is to provide high adhesion between the upper and lower insulating layers and a part of the insulating layer from the interlayer of the insulating layer to the outer surface. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate capable of suppressing problems such as protrusions.
本発明の一つの態様のセラミック多層基板の製造方法は、第1の樹脂材料を含む第1のセラミックグリーンシート層を作製する工程と、
該第1のセラミックグリーンシート層の下面に、第1の温度において前記第1の樹脂材料よりも弾性率が小さい第2の樹脂材料と、前記第1の温度よりも高い第2の温度において硬化する第3の樹脂材料とを含む第2のセラミックグリーンシート層を付着させて、前記第1の樹脂材料を含む第1層と前記第2の樹脂材料および前記第3の樹脂材料を含む第2層とからなる2層構造の2層セラミックグリーンシートを複数作製する工程と、
一つの前記2層セラミックグリーンシートの上面に金属ペーストを印刷する工程と、
前記第1の温度において、一つの前記2層セラミックグリーンシートの上面に他の前記2層セラミックグリーンシートを積層して、一つの前記2層セラミックグリーンシートの上面に印刷した前記金属ペーストを、他の前記2層セラミックグリーンシートの前記第2層内に入り込ませる工程と、
一つの前記2層セラミックグリーンシートと他の前記2層セラミックグリーンシートとの積層体を前記第2の温度で加熱して前記第3の樹脂材料を硬化させる工程と
を備えることを特徴とする。
A method for producing a ceramic multilayer substrate according to one aspect of the present invention includes a step of producing a first ceramic green sheet layer containing a first resin material;
A second resin material having a lower elastic modulus than the first resin material at the first temperature and a second temperature higher than the first temperature are cured on the lower surface of the first ceramic green sheet layer. A second ceramic green sheet layer including a third resin material to be adhered is attached to the first layer including the first resin material, the second resin material, and the second resin material including the third resin material. Producing a plurality of two-layer ceramic green sheets having a two-layer structure comprising layers;
Printing a metal paste on the upper surface of one of the two-layer ceramic green sheets;
At the first temperature, the other two-layer ceramic green sheet is laminated on the upper surface of one of the two-layer ceramic green sheets, and the metal paste printed on the upper surface of one of the two-layer ceramic green sheets is Intruding into the second layer of the two-layer ceramic green sheet of
And a step of heating a laminate of one of the two-layer ceramic green sheets and the other two-layer ceramic green sheets at the second temperature to cure the third resin material.
本発明の一つの態様のセラミック多層基板の製造方法によれば、上記各工程を含み、2層セラミックグリーンシートを形成する第2層に上記第1樹脂と第2樹脂とを含有させたことから、上下の絶縁層間の密着性が高く、かつ絶縁層の層間から外側面への絶縁層の一部のはみ出し等の不具合を抑制することが可能な、セラミック多層基板の製造方法を提供することができる。 According to the method for producing a ceramic multilayer substrate of one aspect of the present invention, the first resin and the second resin are contained in the second layer that includes the above steps and forms a two-layer ceramic green sheet. It is possible to provide a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate that has high adhesion between upper and lower insulating layers and can suppress problems such as protrusion of a part of the insulating layer from the insulating layer to the outer surface. it can.
すなわち、2層セラミックグリーンシートが、弾性率が比較的小さい第2層を有していることから、上記第1の温度、言い換えればより低い温度において、金属ペーストが塗布された複数の2層セラミックグリーンシートを積層する時に、下側の2層セラミックグリーンシートの上面に印刷された金属ペーストの厚みおよび形状等に応じて上側の2層セラミックグリーンシートの第2層が変形する。そのため、上下の2層セラミックグリーンシート間の密着性を高めることが容易であり、絶縁層間の密着性が高いセラミック多層基板を製作することができる。 That is, since the two-layer ceramic green sheet has the second layer having a relatively low elastic modulus, a plurality of two-layer ceramics coated with the metal paste at the first temperature, in other words, at a lower temperature. When the green sheets are laminated, the second layer of the upper two-layer ceramic green sheet is deformed according to the thickness and shape of the metal paste printed on the upper surface of the lower two-layer ceramic green sheet. Therefore, it is easy to improve the adhesion between the upper and lower two-layer ceramic green sheets, and a ceramic multilayer substrate having high adhesion between the insulating layers can be manufactured.
また、第2層が、上記第2の温度、言い換えればより高い温度において硬化する第2樹脂を含有していることから、上下の2層セラミックグリーンシートを積層した後に第2樹脂を硬化させて第2層の弾性率を、上記積層時よりも高くすることができる。そのため、積層が繰り返されたとしても第2層の変形は効果的に抑制され、焼成後に、絶縁層の一部がセラミック多層基板の外側面に突出するようなことも抑制できる。 In addition, since the second layer contains the second resin that cures at the second temperature, in other words, at a higher temperature, the second resin is cured after the upper and lower two-layer ceramic green sheets are laminated. The elastic modulus of the second layer can be made higher than that during the lamination. Therefore, even if the lamination is repeated, the deformation of the second layer is effectively suppressed, and it is possible to suppress a part of the insulating layer from projecting to the outer surface of the ceramic multilayer substrate after firing.
本発明の実施の形態におけるセラミック多層配線基板の製造方法にについて、添付の図面を参照して説明する。 A method for manufacturing a ceramic multilayer wiring board according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一つの態様の製造方法で製作したセラミック多層基板の例を示す断面図である。ベース層1aの下面に接着層1bが設けられて絶縁層1が形成され、複数の絶縁層1が積層されて絶縁基板2が形成されている。また、絶縁層1の層間にメタライズ層3が介在してセラミック多層基板10が形成されている。メタライズ層3は、上側に積層された絶縁層1の接着層1b内に入り込んでいる。そのため、メタライズ層3に妨げられることなく上下の絶縁層1同士が良好に密着し合っている。セラミック多層基板10は、例えば容量素子や圧電素子等の電子部品(図示せず)または半導体集積回路素子等の半導体素子(図示せず)を搭載するための配線基板や、セラミック積層型のチップインダクタ等のチップ状の電子部品(図示せず)を形成する基板として用いられる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a ceramic multilayer substrate manufactured by the manufacturing method of one embodiment of the present invention. An
絶縁層1(ベース層1aおよび接着層1b)は、例えば酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体によって形成されている。メタライズ層3は、例えばタングステンや銅,銀等の金属材料によって形成されている。絶縁層1とメタライズ層3とは、同時焼成によって一体化されている。絶縁層1には、絶縁層1を厚み方向に貫通する貫通導体(図示せず)が形成されていてもよい。貫通導体は、例えば上下のメタライズ層3同士を電気的に接続するために形成される。
The insulating layer 1 (base layer 1a and
ベース層1aは、絶縁層1の機械的な強度等を確保する主要な構成材であり、接着層1bは上下の絶縁層1間の密着性を高めるための補助的な構成材である。接着層1b内にメタライズ層3が入り込んでいるため、上下の絶縁層1間の密着性が高められている。
The base layer 1a is a main constituent material that ensures the mechanical strength and the like of the
このようなセラミック多層基板は、まず、絶縁層1となる複数のセラミックグリーンシートを作製し、次に、それぞれのセラミックグリーンシートの上面にメタライズ層3となる金属ペーストを印刷し、次に、金属ペーストを印刷した複数のセラミックグリーンシートを積層して積層体とした後、この積層体を焼成することによって製作することができる。
In such a ceramic multilayer substrate, first, a plurality of ceramic green sheets to be the
図2(a)〜(d)および図3(a),(b)は、それぞれ本発明の実施の形態におけるセラミック多層基板を製造する方法を工程順に示す断面図である。 2 (a) to 2 (d) and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views showing a method of manufacturing a ceramic multilayer substrate in the embodiment of the present invention in the order of steps.
まず、図2(a)に示すように、第1の樹脂材料を含む第1のセラミックグリーンシート層11を作製する。第1のセラミックグリーンシート層11は、例えば酸化アルミニウム等の絶縁層1を形成するセラミック粉末を有機バインダで結合させてシート状に成形することによって作製する。第1の樹脂材料は、例えばセラミック粉末を結合させる有機バインダである。
First, as shown in FIG. 2A, a first ceramic
この、第1の樹脂材料としては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能である。例えばアクリル系(アクリル酸,メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体,具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等),ポリビニルブチラ−ル系,ポリビニルアルコール系,アクリル−スチレン系,ポリプロピレンカーボネート系およびセルロース系等の重合体が挙げられる。重合体は、単独重合体および共重合体のいずれでも構わない。 As the first resin material, those conventionally used for ceramic green sheets can be used. For example, acrylic (a homopolymer or copolymer of acrylic acid, methacrylic acid or esters thereof, specifically acrylic ester copolymer, methacrylic ester copolymer, acrylic ester-methacrylic ester copolymer Etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene carbonate, and cellulose polymers. The polymer may be either a homopolymer or a copolymer.
第1の樹脂材料は、後述する焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系バインダがより好ましい。 The first resin material is more preferably an acrylic binder in consideration of decomposition and volatility in the baking step described later.
セラミック粉末としては、前述した絶縁層1を形成するセラミック材料の粉末およびガラス材料の粉末等を用いることができる。例えば、絶縁層1が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化カルシウム等の粉末をトルエン等の有機溶剤およびアクリルポリマー等のバインダ(第1の樹脂材料)と混練して作製したスラリーをドクターブレード法等によってシート状に成形することによって、第1のセラミックグリーンシート層11を作製することができる。
As the ceramic powder, the above-mentioned ceramic material powder and glass material powder forming the insulating
次に、図2(b)に示すように、第1のセラミックグリーンシート層11の下面に、第1の温度において第1の樹脂材料よりも弾性率が低い第2の樹脂材料と、第1の温度よりも高い第2の温度において硬化する第3の樹脂材料とを含む第2のセラミックグリーンシート層12を付着させる。これにより、図2(c)に示すように、第1の樹脂材料を含む第1層11aと第2の樹脂材料および第3の樹脂材料を含む第2層12aとからなる2層構造の2層セラミックグリーンシート21を作製する。2層セラミックグリーンシート(以下、セラミックグリーンシートという)21は、後の工程で焼成されて、セラミック多層基板10の絶縁層1となるものである。また、セラミックグリーンシート21の第1層11aが上記絶縁層1のベース層1aとなるものであり、第2層12aが上記絶縁層1の接着層1bとなるものである。セラミックグリーンシート21は、複数の絶縁層1に対応するように複数枚作製する。
Next, as shown in FIG. 2B, a second resin material having a lower elastic modulus than the first resin material at the first temperature is formed on the lower surface of the first ceramic
第2のセラミックグリーンシート層12を作製するセラミック等の粉末は、上記第1のセラミックグリーンシート層11を作製する際に用いたものと同様のもの(酸化アルミニウムや酸化ケイ素等)を用いることができる。このような粉末を上記と同様の方法でシート状に成形することによって、第2のセラミックグリーンシート層12を作製することができる。
The same powder (aluminum oxide, silicon oxide, etc.) as that used for producing the first ceramic
第2のセラミックグリーンシート層12を作製する際には、第2の樹脂材料および第3の樹脂材料の少なくとも一方をバインダとして用いてもよく、第2の樹脂材料および第3の樹脂材料以外の他の樹脂材料を、別途バインダとして用いるようにしてもよい。他の樹脂材料は、例えば第1の樹脂材料と同様のアクリル樹脂等を用いることができる。
When the second ceramic
第1のセラミックグリーンシート層11と第2のセラミックグリーンシート層12との付着は、例えば、まず第1のセラミックグリーンシート層11となる領域を複数含む帯状のグリーンシート(図示せず)を成形し、その上に、第2のセラミックグリーンシート層12となる領域を複数含む帯状のグリーンシート(図示せず)を成形することによって行なうことができる。その後、この2層構造の帯状のシートを所定の寸法に切断することによって、上記2層構造のセラミックグリーンシート21を複数作製することができる。
The first ceramic
第1の温度は、例えば、後の工程においてセラミックグリーンシート21を上下に積層するときの温度であり、約40〜70℃程度である。第1の温度は、いわゆる常温(25℃)よりも高い温度に設定することが望ましく、また、夏季における気温(例えば約35℃)よりも高いことがより望ましい。これは、例えば作製したセラミックグリーンシート21の保管性、または後述する金属ペーストの印刷等における取扱いやすさや作業性を高くするためである。また、第2の温度は、後の工程において上下に積層した複数のセラミックグリーンシート21の積層体を加熱する温度であり、約80〜120℃程度である。
The first temperature is, for example, a temperature when the ceramic
第2のセラミックグリーンシート層12に含ませる第2の樹脂材料は、第1の温度で流動性を有するワックス等の樹脂材料である。この第2の樹脂材料は、上記積層時の温度において、セラミックグリーンシート21の第2層12aにおける弾性率を小さく抑えるための成分である。
The second resin material included in the second ceramic
第2の樹脂材料としては、上記のようにワックスを用いることができ、例えば、炭化水素,脂肪酸,エステル,脂肪族アルコールおよび多価アルコール等が挙げられる。第2の樹脂材料は、後述する焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、二重結合を含まない脂肪族アルコールおよび多価アルコールがより好ましい。 As the second resin material, wax can be used as described above, and examples thereof include hydrocarbons, fatty acids, esters, aliphatic alcohols and polyhydric alcohols. The second resin material is more preferably an aliphatic alcohol and a polyhydric alcohol that do not contain a double bond, considering decomposition and volatility in a baking step described later.
第2のセラミックグリーンシート層12に含ませる第3の樹脂材料は、第1の温度よりも高い第2の温度で硬化する樹脂材料である。この第2の樹脂材料は、上記積層後にセラミックグリーンシート21の第2層12aにおける弾性率を大きくするための成分である。すなわち、セラミックグリーンシート21の第2層12aは、第1の温度に加熱されて積層されるときには弾性率が小さく柔軟であり、かつ、その後さらに第2の温度に加熱されることによって硬化し、弾性率が大きくなって変形しにくくなる。このような特性を有する第2層12aの構成および効果については、後に詳しく説明する。
The third resin material included in the second ceramic
第3の樹脂材料としては、上記第2の樹脂材料が流動性を示す(示し始める)第1の温度では硬化せず、これよりも高い第2の温度で硬化する、熱硬化性の樹脂材料を用いることができる。具体的には、架橋構造(いわゆる3次元網目構造)を形成する樹脂が適用可能であり、水酸基またはアミノ基含有アクリル樹脂,イソシアネート樹脂,フェノール樹脂,尿素樹脂,メラミン樹脂,不飽和ポリエステル樹脂,エポキシ樹脂およびケイ素樹脂またはこれらの樹脂の混合物等を用いることができる。 As the third resin material, the second resin material is not cured at the first temperature at which the second resin material exhibits fluidity (begins to show), and is cured at the second temperature higher than the first temperature. Can be used. Specifically, a resin that forms a crosslinked structure (so-called three-dimensional network structure) is applicable, and includes hydroxyl group or amino group-containing acrylic resin, isocyanate resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, epoxy. Resins and silicon resins or a mixture of these resins can be used.
セラミックグリーンシート21の経時安定性の向上させるため、この第3の樹脂材料を2液硬化反応性のものにすることにより、硬化剤(図2および図3においては図示せず)を付着させなければ硬化反応が始まらないようにすることもできる。具体的には水酸基やアミノ基を付加したアクリル樹脂に、イソシアネート樹脂が反応(ウレタン反応)して架橋構造を生成する、ウレタン結合による架橋構造を形成することが可能な樹脂材料を用いることができる。
In order to improve the aging stability of the ceramic
次に、図2(d)に示すように、複数のセラミックグリーンシート21のうちの一つ(21A)について、その上面に金属ペースト13を印刷する。
Next, as shown in FIG. 2D, a
金属ペースト13は、後の工程で焼成されてメタライズ層3となるものである。金属ペースト13は、上記のようにメタライズ層3を形成するタングステンやモリブデン,銅等の金属材料の粉末を、有機溶剤およびバインダ等の添加剤とともに混練することによって作製する。
The
金属ペースト13のセラミックグリーンシート表面への印刷は、例えばスクリーン印刷法によって行なう。金属ペースト13の印刷厚みは、例えば5〜30μm程度である。また、金属ペースト13の粘度は、印刷するパターンの線幅や印刷厚み等の印刷条件、および作業性や経済性等に応じて適宜設定すればよい。
The
次に、図3(a)に示すように、上記第1の温度(例えば約50℃)において、一つのセラミックグリーンシート21(21A)の上面に他のセラミックグリーンシート21(21B)を積層する。積層に際しては、一つの前記セラミックグリーンシート21(21A)の上面に印刷した金属ペースト13を、他のセラミックグリーンシート21(21B)の第2層12a内に入り込ませる。
Next, as shown in FIG. 3A, another ceramic green sheet 21 (21B) is laminated on the upper surface of one ceramic green sheet 21 (21A) at the first temperature (for example, about 50 ° C.). . In the lamination, the
言い換えれば、2層のセラミックグリーンシート21を上下に積層する際に、下側のセラミックグリーンシート21の上面に印刷した金属ペースト13の厚みを、上側のセラミックグリーンシート21の下面側の第2層12aの変形によって吸収する。すなわち、金属ペースト
13の厚みおよび形状に応じて、弾性率が比較的低い第2層12aが変形する。
In other words, when the two layers of ceramic
In accordance with the thickness and shape of 13, the
これにより、金属ペースト13に妨げられることを抑制して、上下のセラミックグリーンシート21同士の間の密着性を高めることができる。このような効果を得るためには、第1の温度における第2層12aの周波数1Hz以下での動的粘弾性測定における複素弾性率が10MPa以下であることが望ましい。
Thereby, it is possible to suppress the obstruction by the
なお、例えば図3(a)に示すように、上側に積層する他のセラミックグリーンシート21(21B)の上面にも、金属ペースト13を印刷しておいても構わない。
For example, as shown in FIG. 3A, the
二つのセラミックグリーンシート21を上下に積層させる際には、セラミックグリーンシート間の密着性を高めるために、上下方向(積層方向)に加圧を行なう。この加圧によって、一つのセラミックグリーンシート21(21A)の上面に印刷した金属ペースト13を、その上に積層する他のセラミックグリーンシート21(21B)の第2層12a内に入り込ませる、つまり押し込むことができる。
When the two ceramic
前述したように、第2層12aに、第1の温度において第1の樹脂材料よりも弾性率が小さい第2の樹脂材料を添加しているため、第1の温度における第2層12aの弾性率を、第1層11aの弾性率よりも低くすることが可能となっている。
As described above, since the second resin material having a smaller elastic modulus than the first resin material at the first temperature is added to the
第2の樹脂材料の弾性率が第1の温度において低いのは、例えば第2の樹脂材料が第1の温度に融点を持つことで、第2の樹脂材料が第1の温度への加熱によって流動することにより実現される。 The elastic modulus of the second resin material is low at the first temperature because, for example, the second resin material has a melting point at the first temperature, so that the second resin material is heated to the first temperature. Realized by flowing.
次に、一つのセラミックグリーンシート21(21A)と他のセラミックグリーンシート21(21B)との積層体22を第2の温度で加熱して第3の樹脂材料を硬化させる。
Next, the
このように、第2層12aに、第2の温度において硬化する第3の樹脂材料を添加しているため、第2の温度において第3の樹脂材料を硬化させることによって、この硬化前よりも第2層12aの弾性率を高くすることが可能となっている。
As described above, since the third resin material that is cured at the second temperature is added to the
第3の樹脂材料が硬化することによって、第2層12aの弾性率が上記のように(100〜1000MPa程度に)大きくなって、第2層12aの外力による変形が抑制される。
When the third resin material is cured, the elastic modulus of the
このように第2層12aの変形を抑制しておくことによって、例えば、上記セラミックグリーンシート21の積層および加圧を繰り返して、二つのセラミックグリーンシート21(21A,21B)以上の層数でセラミックグリーンシートの積層体を作製するときの、加圧による第2層12aの変形を効果的に抑制することができる。
By suppressing the deformation of the
すなわち、第2層12aは、上下のセラミックグリーンシートを積層するときには柔軟にすることが容易であり、その積層が終わった後には変形しにくいものとすることできるという特性を有する。そのため、上下のセラミックグリーンシート21(21A,21B)同士の密着性を良好に確保しながら、セラミックグリーンシート21(特に第2層12a)の一部が積層体の外側にはみ出るようなことも抑制することができる。
That is, the
第3の樹脂材料の硬化を生じさせる温度は、第2の樹脂材料が溶融等によって低弾性を示す温度である第1の温度よりも、20℃以上高い温度で硬化するものであることが望ましい。つまり、第2の温度は、第1の温度よりも20℃以上高いことが望ましい。 The temperature at which the third resin material is cured is desirably a temperature that is higher by 20 ° C. or more than the first temperature at which the second resin material exhibits low elasticity due to melting or the like. . In other words, the second temperature is desirably 20 ° C. or higher than the first temperature.
第1の温度と第2の温度との差が例えば20℃未満と小さい場合には、第2の樹脂材料を
溶融させることにより第2層12aの弾性率を低下させて、金属ペースト13を他の前記セラミックグリーンシート21B(第2層12a)内に入り込ませる途中で、第3の樹脂材料が硬化を開始する可能性がある。この場合には、第2層12aについて所望の弾性率が得ることが難しくなり、積層不良(上下のセラミックグリーンシート21間の密着不良等)が発生する可能性がある。
When the difference between the first temperature and the second temperature is as small as less than 20 ° C., for example, the elastic modulus of the
上記、金属ペースト13を印刷したセラミックグリーンシート21の積層および加圧を、製作しようとするセラミック多層基板10における絶縁層1の層数に応じて行なって、図3(b)に示すように所定の層数の積層体を作製した後、この積層体22を焼成すれば、例えば図1に示すようなセラミック多層基板10を製作することができる。
The above-described lamination and pressurization of the ceramic
なお、図3(b)に示す積層体22において、最下層は第1層11aのみを積層している。最下層の下側には金属ペースト13が存在しないため、第2層12aが積層体積層されている必要はない。
In addition, in the
また、積層体22の最上層には、枠状に成形したセラミックグリーンシート21を積層している。枠状のセラミックグリーンシート21を積層体22の最上層に積層することによって積層体22の上面に凹部を形成することができる。これにより、焼成後の絶縁基板2の上面に電子部品収納用等の凹部(いわゆるキャビティ)を設けることができる。
A ceramic
このような製造方法によれば、上下のセラミックグリーンシート11同士の密着性が良好であることから、焼成後において絶縁層1同士の密着性に優れたセラミック多層基板を製作することができる。また、この製造方法によれば、製作したセラミック多層基板において、絶縁層1の一部が絶縁層1の層間から積層体22の外側面に突出するようなことも効果的に抑制することができる。
According to such a manufacturing method, since the adhesiveness between the upper and lower ceramic
なお、上記の製造方法において、セラミックグリーンシート21の厚みは、絶縁層1の厚み、および焼成時の収縮率等を考慮して適宜設定すればよい。例えば電子部品搭載用の配線基板に用いられる、酸化アルミニウム質焼結体からなる絶縁層1を積層したセラミック多層基板を製作する場合であれば、セラミックグリーンシート21の厚みは約20〜300μm
に設定すればよい。
In the above manufacturing method, the thickness of the ceramic
Should be set.
このセラミックグリーンシート21において、第2層12aの厚みを所望の厚みに設定したとき、セラミックグリーンシート21全体の厚みと第2層12aの厚みとの差を第1層11aの厚みとして設定すればよい。第2層12aの厚みは、金属ペースト13を内側に入り込ませることができる程度の厚みであることが好ましく、例えば約10〜40μm程度である。この場合には、第1層11aの厚みは、約10〜260μm程度に設定すればよい。第2層12aが第1
層11aに比べて多くの樹脂成分比率となる場合は、熱分解性を考慮して積層での接着性を最低限保障できる厚みに設定することが望ましい。
In this ceramic
When the ratio of the resin components is larger than that of the
第1層11aおよび第2層12aの厚みは、それぞれ第1のセラミックグリーンシート層11および第2のセラミックグリーンシート層12の厚みを調整することによって、所定の厚みに制御することができる。第1および第2のセラミックグリーンシート層11,12のそれぞれの厚みは、例えば前述したドクターブレード法による成形の際の成形厚みを調整することによって所定の厚みとすることができる。
The thickness of the
なお、上記第1および第2の温度において、第1層11aは、第1の温度および第2の温度において弾性率が100MPa以上であることが好ましい。これにより、セラミックグリ
ーンシート21の積層時の不要な変形をより効果的に抑制することができる。
At the first and second temperatures, the
上記の製造方法において、第2のセラミックグリーンシート層12に添加する第3の樹脂材料が、未硬化の第3の樹脂材料と硬化剤との2液硬化性の樹脂材料であることが好ましい。2液硬化性の樹脂材料としては、前述したようにウレタン反応によって架橋構造を可能な樹脂材料が挙げられる。具体的には、水酸基およびアミノ基の少なくとも一方を付加したアクリル樹脂と、イソシアネート樹脂とからなるものを用いることができる。この場合、アクリル樹脂の水酸基もしくはアミノ基がイソシアネート樹脂と架橋することでウレタン樹脂となり硬化が発現する。なお、アクリル樹脂が未硬化の第3の樹脂材料であり、イソシアネート樹脂が硬化剤であるとみなすことができる。
In the above manufacturing method, the third resin material added to the second ceramic
第3の樹脂材料を2液硬化反応性のものとした場合には、2液が混合しなければ硬化しにくいため、第3の樹脂材料の不要な硬化をより容易に抑制することができる。そのため、例えば保管等における第2のセラミックグリーンシート12または第2層12aを有するセラミックグリーンシート21の変化(経時変化)をより確実に抑制することができる。
When the third resin material is of a two-component curing reactivity, it is difficult to cure unless the two components are mixed, and therefore unnecessary curing of the third resin material can be more easily suppressed. Therefore, for example, the change (time-dependent change) of the second ceramic
硬化剤の量が、第3の樹脂材料に対して多くなるほど第3の樹脂材料の硬化が進んで、第2層12aの弾性率がより大きくなる。逆に、硬化剤の量が第3の樹脂材料に対して少なくなるほど、第2層12aの硬化が抑えられて弾性率がより小さくなる。
As the amount of the curing agent increases with respect to the third resin material, the curing of the third resin material proceeds, and the elastic modulus of the
また、硬化剤の量が多くなり過ぎると、焼成で熱分解できず残渣が残り磁器特性の劣化が誘発される可能性がある。硬化剤の量(例えばイソシアネート樹脂のアクリル樹脂量に対する割合)は、このような点や経済性等を考慮して、第3の樹脂材料に対して適宜決めればよい。 Further, if the amount of the curing agent is excessively large, it cannot be thermally decomposed by firing, and a residue may remain to induce deterioration of porcelain characteristics. The amount of the curing agent (for example, the ratio of the isocyanate resin to the amount of the acrylic resin) may be appropriately determined for the third resin material in consideration of such points and economy.
図4は、図2および図3に示す製造方法の一つの工程における変形例を示す断面図である。図4において図2および図3と同様の部位には同様の符号を付している。図4に示す例においては、硬化剤14を第2層12aの下面に層状に付着させている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification in one step of the manufacturing method shown in FIGS. 4, parts similar to those in FIGS. 2 and 3 are given the same reference numerals. In the example shown in FIG. 4, the curing
このように硬化剤14を層状に付着させておけば、積層時には第2層12aに硬化剤14が含まれていないので、第2層12aの弾性率をより確実に小さく抑えておくことができる。また、続いて第2の温度に加熱することによって、層状の硬化剤14が第2層12aの平面視におけるほぼ全面においてより均一に第2層12a内に拡散して、第2層12a中の第3の樹脂材料をより均一かつ効果的に硬化させることができる。そのため、積層後の加圧における第2層12aの変形(圧縮)をより確実に防ぐことができる。
If the curing
また、硬化剤14を層状に塗布するだけで、第2層12aにおける硬化をより効果的に生じさせることができるため、生産性や経済性においても優れた、セラミック多層基板の製造方法を提供することができる。
In addition, since the curing of the
硬化剤14を層状に付着させる方法は、例えば以下の通りである。すなわち、上記イソシアネート樹脂等の硬化剤14を酢酸ブチル等の溶解性のある溶剤もしくは可塑剤で希釈した溶液を作成し、スクリーン印刷等の方法で、第2層12aの下面に塗布すればよい。
The method for attaching the curing
上記の製造方法においては、金属ペースト13にも、第3樹脂材料の硬化剤(図示せず)を含有させるようにしてもよい。この場合には、特に金属ペースト13の周囲の部分において第3の樹脂材料の硬化(架橋反応)をより効率よく推進させることができ、この部分における第2層12aの弾性率をさらに高くすることができる。
In the above manufacturing method, the
そのため、特に第2層12aの変形が生じやすい金属ペースト13の周囲、すなわち、絶縁層1の層間におけるメタライズ層3が介在している部分における第2層12aの変形をより効果的に抑制することができる。
Therefore, in particular, the deformation of the
金属ペースト13に添加する硬化剤は、例えば前述した第2層12aの下面に層状に付着させる硬化剤14と同様のものを用いることができる。
As the curing agent to be added to the
金属ペースト13に対する硬化剤の添加量は、必要とされる流動量を満足させるための条件を金属ペースト13の印刷厚みや面積、粘度、第1の温度における弾性率等の条件に応じて、適宜設定すればよい。
The amount of the curing agent added to the
実施例の製造方法として、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを添加してなるセラミック粉末をバインダで結合して複数のセラミックグリーンシートを作製し、そのセラミックグリーンシートを積層した後に焼成してセラミック多層基板を製作した。 As a manufacturing method of the examples, a plurality of ceramic green sheets are produced by bonding ceramic powders containing aluminum oxide as a main component and adding silicon oxide, calcium oxide and magnesium oxide with a binder, and laminating the ceramic green sheets. And then firing to produce a ceramic multilayer substrate.
上記実施例において、第1の樹脂材料はメタクリル酸メチル−アクリル酸エチル共重合、第2の樹脂材料はヘキサデカノール、第3の樹脂材料はメタクリル酸メチル−アクリル酸エチル-アクリル酸ヒドロキシエチル共重合を用いた。第3の樹脂材料は2液硬化性と
して、硬化剤にはヘキサメチレンジイソシアネートを用いた。また、第1の温度は50℃、第2の温度は100℃とした。第1の温度における第2の樹脂材料の弾性率は約2MPaで
あった。
In the above embodiment, the first resin material is methyl methacrylate-ethyl acrylate copolymer, the second resin material is hexadecanol, and the third resin material is methyl methacrylate-ethyl acrylate-hydroxyethyl acrylate copolymer. Polymerization was used. The third resin material was two-component curable, and hexamethylene diisocyanate was used as the curing agent. The first temperature was 50 ° C. and the second temperature was 100 ° C. The elastic modulus of the second resin material at the first temperature was about 2 MPa.
実施例の製造方法において作製したセラミックグリーンシートは、1辺の長さが約200
mmの正方形状であり、厚みが約120μmであった。また、第1層の厚みは約20μmであ
り、第2層の厚みは約100μmであった。
The ceramic green sheet produced by the manufacturing method of the example has a side length of about 200.
It was a square shape of mm, and the thickness was about 120 μm. The thickness of the first layer was about 20 μm, and the thickness of the second layer was about 100 μm.
このセラミックグリーンシートの上面に、線幅75μmの折れ線状パターンで、厚みを約15μmとして金属ペーストを印刷した後、セラミックグリーンシートを4層、上下に積層
して積層体を作製し、これを焼成してセラミック多層基板を作製した。金属ペーストは、タングステンの粉末を用いて作製した。
A metal paste is printed on the top surface of this ceramic green sheet in a polygonal line pattern with a line width of 75μm and a thickness of about 15μm. Then, four layers of ceramic green sheets are stacked on top and bottom to produce a laminate, which is fired Thus, a ceramic multilayer substrate was produced. The metal paste was prepared using tungsten powder.
また、比較例として、第1の樹脂材料をバインダとして用いたセラミックグリーンシートを作製し、これ以外は上記実施例と同様にしてセラミック多層基板を作製した。 In addition, as a comparative example, a ceramic green sheet using the first resin material as a binder was manufactured, and a ceramic multilayer substrate was manufactured in the same manner as in the above example except for this.
実施例の製造方法および比較例の製造方法のいずれにおいても、作製したセラミック多層基板の個数は100個であった。これらのセラミック多層基板において、絶縁層の層間の
密着性を焼成後磁器の断面観察にて、外側面への絶縁層の突出の有無等を積層体の表面の観察を実体顕微鏡にて行なった。
In both the manufacturing method of the example and the manufacturing method of the comparative example, the number of produced ceramic multilayer substrates was 100. In these ceramic multilayer substrates, the adhesion between the insulating layers was observed with a cross-section of the porcelain after firing, and the surface of the laminate was observed with a stereomicroscope to determine whether the insulating layer protruded from the outer surface.
その結果、実施例の製造方法で作製したセラミック多層基板については、層間の密着性が低い部分、および絶縁層の突出のいずれも確認されなかった。 As a result, in the ceramic multilayer substrate produced by the production method of the example, neither a portion having low adhesion between layers nor a protrusion of the insulating layer was confirmed.
これに対して、比較例の製造方法で作製したセラミック多層基板については、100%の基板において密着不良が確認され、100%の基板の層間において絶縁層の一部が絶縁基板の
外側面に突出していることが確認された。
On the other hand, with respect to the ceramic multilayer substrate manufactured by the manufacturing method of the comparative example, adhesion failure was confirmed in 100% of the substrates, and part of the insulating layer protruded from the outer surface of the insulating substrate between 100% of the substrates. It was confirmed that
以上により、本発明の実施例の製造方法における、セラミックグリーンシート(絶縁層)同士の密着性を高める効果、およびセラミックグリーンシート(絶縁層)の一部の積層体(絶縁基板)外側面への突出を抑制する効果を確認することができた。 By the above, in the manufacturing method of the Example of this invention, the effect which improves the adhesiveness of ceramic green sheets (insulating layer), and a part of laminated body (insulating substrate) outer surface of a ceramic green sheet (insulating layer) The effect which suppresses protrusion was able to be confirmed.
1・・・・絶縁層
1a・・・ベース層
1b・・・接着層
2・・・・絶縁基板
3・・・・メタライズ層
11・・・・第1のセラミックグリーンシート層
11a・・・第1層
12・・・・第2のセラミックグリーンシート層
12a・・・第2層
13・・・・金属ペースト
14・・・・硬化剤
21・・・・2層セラミックグリーンシート(セラミックグリーンシート)
21A・・・一つのセラミックグリーンシート
21B・・・他のセラミックグリーンシート
22・・・・積層体
DESCRIPTION OF
11 ··· First ceramic green sheet layer
11a ... 1st layer
12 ... Second ceramic green sheet layer
12a ... 2nd layer
13 ... Metal paste
14 ... Hardener
21 ... 2 layer ceramic green sheet (ceramic green sheet)
21A: One ceramic green sheet
21B ... Other ceramic green sheets
22 ... Laminate
Claims (3)
該第1のセラミックグリーンシート層の下面に、第1の温度において前記第1の樹脂材料よりも弾性率が小さい第2の樹脂材料と、前記第1の温度よりも高い第2の温度において硬化する第3の樹脂材料とを含む第2のセラミックグリーンシート層を付着させて、前記第1の樹脂材料を含む第1層と前記第2の樹脂材料および前記第3の樹脂材料を含む第2層とからなる2層構造の2層セラミックグリーンシートを複数作製する工程と、
一つの前記2層セラミックグリーンシートの上面に金属ペーストを印刷する工程と、
前記第1の温度において、一つの前記2層セラミックグリーンシートの上面に他の前記2層セラミックグリーンシートを積層して、一つの前記2層セラミックグリーンシートの上面に印刷した前記金属ペーストを、他の前記2層セラミックグリーンシートの前記第2層内に入り込ませる工程と、
一つの前記2層セラミックグリーンシートと他の前記2層セラミックグリーンシートとの積層体を前記第2の温度で加熱して前記第3の樹脂材料を硬化させる工程と
を備えることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。 Producing a first ceramic green sheet layer containing a first resin material;
A second resin material having a lower elastic modulus than the first resin material at the first temperature and a second temperature higher than the first temperature are cured on the lower surface of the first ceramic green sheet layer. A second ceramic green sheet layer including a third resin material to be adhered is attached to the first layer including the first resin material, the second resin material, and the second resin material including the third resin material. Producing a plurality of two-layer ceramic green sheets having a two-layer structure comprising layers;
Printing a metal paste on the upper surface of one of the two-layer ceramic green sheets;
At the first temperature, the other two-layer ceramic green sheet is laminated on the upper surface of one of the two-layer ceramic green sheets, and the metal paste printed on the upper surface of one of the two-layer ceramic green sheets is Intruding into the second layer of the two-layer ceramic green sheet of
And a step of heating a laminate of one of the two-layer ceramic green sheets and another of the two-layer ceramic green sheets at the second temperature to cure the third resin material. A method for producing a multilayer substrate.
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