JP5921074B2

JP5921074B2 - 積層基板の製造方法

Info

Publication number: JP5921074B2
Application number: JP2011058809A
Authority: JP
Inventors: 喜人大坪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2031-03-17
Also published as: JP2012195471A

Description

本発明は積層基板の製造方法及び該方法で製造された積層基板に関し、詳しくは、絶縁層が積層された積層基板の製造方法及び該方法で製造された積層基板に関する。

従来、集合基板を分割することにより個基板を製造する方法が知られている。例えば図１０（ａ）の平面図及び図１０（ｂ）の断面図に示すように、分割溝３，４が形成された集合基板１を、分割溝３，４に沿って切断する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４７６８４号公報

セラミックの絶縁層が積層された多層基板は、セラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより作製される。集合基板からセラミックの多層基板を作製する場合、セラミックグリーンシートを積層した集合基板を焼成した後に、焼結済みの集合基板から個基板に分割する方法と、未焼成の集合基板から個基板を分割した後、未焼成の個基板を焼成する方法とがある。

前者のように焼結済みの集合基板から個基板を分割すると、後者のように集合基板から分割された未焼成の個基板を焼成するよりも、製造工程が簡単になり、効率がよい。

しかしながら、集合基板の状態で焼成すると、個基板となる領域同士が拘束し合うため、焼成時に内部応力によりクラックが発生しやすい。また、焼結済みの集合基板から個基板を分割するときに、クラックが拡がり、個基板に欠陥が発生しやすい。さらには、焼成後の残留応力によって、積層基板に形成される素子の特性が劣化することがある。

本発明は、かかる実情に鑑み、焼成時の内部応力を緩和でき、分割時のクラックの拡がりを抑制でき、焼成後の残留応力を低減できる積層基板の製造方法及び該方法で製造された積層基板を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した積層基板の製造方法を提供する。

積層基板の製造方法は、（ｉ）１層又は２層以上の未焼成の上部絶縁層と１層又は２層以上の未焼成の下部絶縁層との間に、１層又は２層以上の未焼成の中間絶縁層が挟まれるように積層して、複数個分の個基板になる個基板領域を含む未焼成の集合基板を形成する第１の工程と、（ii）未焼成の前記集合基板を焼成する第２の工程と、（iii）焼成済みの前記集合基板を、前記個基板領域の境界線に沿って切断して、前記集合基板から前記個基板を分割する第３の工程とを備える。前記第１の工程において、前記中間絶縁層は、磁性体セラミック材料を含みコイルが形成されている磁性フェライト層を含み、前記上部絶縁層と前記下部絶縁層と前記中間絶縁層とのうち前記中間絶縁層のみの少なくとも１層に、前記個基板領域の前記境界線の一部を含む貫通孔を予め形成し、該貫通孔によって前記集合基板の内部に空洞を形成する。前記中間絶縁層に形成された前記貫通孔は、前記個基板領域の前記境界線が交差する部分を含み、かつ前記コイルが形成されているすべての前記磁性フェライト層を積層方向に連続して貫通するように形成されている。

上記方法によれば、第２の工程において集合基板を焼成することにより、集合基板には内部応力が発生する。このとき、集合基板は、空洞の周囲の内部応力が緩和されるので、焼成時の内部応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。

第３の工程において集合基板を分割するとき、集合基板の内部には個基板領域の境界線を含む空洞が形成されているので、分割時のクラックの拡がりを抑制することができる。

さらに、中間層に貫通孔を形成することにより、分割後の個基板において、残留応力を低減することができる。

上記方法において、前記中間絶縁層に形成された前記貫通孔は、前記個基板領域の前記境界線が交差する部分を含むように形成されている。

この場合、貫通孔が形成された中間絶縁層は、隣接する個基板領域がそれぞれの四隅から離れた中間部分で互いに接続される。

上記方法において、前記貫通孔が形成された前記中間絶縁層は、磁性体セラミック材料を含みコイルが形成されている磁性フェライト層を含む。

この場合、コイルが形成された中間絶縁層は、貫通孔によって残留応力が緩和され、残留応力により生じる磁歪が緩和される。これにより、コイルにより形成されるインダクタ素子の特性劣化（鉄損によるコイルのインダクタンスの低下）を低減することができる。

好ましくは、前記第１の工程において、前記貫通孔に、前記第２の工程で未焼成の前記積層体を焼成するときに消失する材料が配置された前記集合基板を形成する。

この場合、貫通孔に配置された材料は、第２の工程において未焼成の集合基板を焼成するときに消失する。これにより、集合基板の内部に空洞が形成される。

前記第３の工程により前記集合基板から前記個基板に分割された積層基板は、前記貫通孔が形成された前記中間絶縁層の周端面に、前記貫通孔により、前記上部絶縁層及び前記下部絶縁層の周端面よりも後退した凹部が形成されている。

上記構成の積層基板は、焼成時の内部応力を緩和でき、分割時のクラックの拡がりを抑制でき、焼成後の残留応力を低減できる。

本発明によれば、焼成時の内部応力を緩和でき、分割時のクラックの拡がりを抑制でき、焼成後の残留応力を低減できる。

積層基板の断面図である。（実施例１）集合基板の要部断面図である。（実施例１）積層基板の断面図である。（参考例１）集合基板の要部断面図である。（参考例１）集合基板の要部断面図である。（変形例１）集合基板の要部断面図である。（変形例２）集合基板の要部断面図である。（変形例３）積層基板の断面図である。（比較例）集合基板の要部断面図である。（比較例）セラミック基板の（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。（従来例）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図９を参照しながら説明する。

＜実施例１＞実施例１の積層基板１０ａについて、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、積層基板１０ａの断面図である。図２（ａ）は、図１の線Ａ−Ａに沿って切断した集合基板の要部断面図である。図２（ｂ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿って切断した集合基板の要部断面図である。

図１及び図２に示すように、積層基板１０ａは、積層基板１０ａになる個基板領域１１ａ〜１１ｄを含む集合基板を、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙに沿って切断することにより、作製する。

図１に示すように、積層基板１０ａは、絶縁層が積層された基板本体１２の一方の主面１２ａに、表面実装部品やＩＣチップなどの部品２，４，６を実装するためのランド電極２６が形成されている。基板本体１２の他方の主面１２ｂには、積層基板１０ａを他の回路基板等に実装するための外部電極２８が形成されている。積層基板１０ａに部品２，４，６を実装しない場合、ランド電極２６を無くすことができる。

基板本体１２は、順に、第１の非磁性フェライト層１６ａ、第１の磁性フェライト層１４ａ、中間非磁性フェライト層１６ｃ、第２の磁性フェライト層１４ｂ、第２の非磁性フェライト層１６ｂが積層されている。各層１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、１層又は２層以上の絶縁層を含む。第１の非磁性フェライト層１６ａは、本発明の上部絶縁層である。第２の非磁性フェライト層１６ｂは、本発明の下部絶縁層である。中間非磁性フェライト層１６ｃと第１及び第２の磁性フェライト層１４ａ，１４ｂは、本発明の中間絶縁層である。

第１及び第２の磁性フェライト層１４ａ，１４ｂは、磁性体セラミック材料を含む。例えば、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル及び酸化銅を主成分とする磁性フェライトと、セラミック材料とを含む。第１及び第２の非磁性フェライト層１６ａ，１６ｂと中間非磁性フェライト層１６ｃとは、例えば、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化銅を主成分とする非磁性フェライトと、セラミック材料とを含む。

基板本体１２の内部には、電気回路を構成するように、ビアホール導体２４と、コイル要素２０と、配線導体２２とが形成されている。ビアホール導体２４は、基板本体１２の絶縁層を貫通するように形成されている。コイル要素２０と配線導体２２とは、基板本体１２の隣接する絶縁層の間に形成されている。基板本体１２の内部には、コイル要素２０に隣接して空隙１８が形成されている。

コイル要素２０は、第１の磁性フェライト層１４ａ、中間非磁性フェライト層１６ｃ、第２の磁性フェライト層１４ｂに、それぞれ形成され、それらが、ビアホール導体２２ａ，２２ｂ（図２（ａ）参照）を介して積層方向に螺旋状に接続され、コイルを形成する。

図示していないが、基板本体１２の内部に、互いに対向する配線導体によってコンデンサを形成してもよい。この場合、ＬＣフィルタを形成したり、ＬＣ共振回路を含むモジュール部品を形成したりすることができる。

図１に示すように、基板本体１２の側面１２ｃには、凹部４０が形成されている。詳しくは、基板本体１２の第１及び第２の磁性フェライト層１４ａ，１４ｂと中間非磁性フェライト層１６ｃの周端面に、基板本体１２の第１及び第２の非磁性フェライト層１６ａ，１６ｂの周端面１６ｓ，１６ｔよりも後退した凹部４０が形成されている。

凹部４０は、集合基板の第１及び第２の磁性フェライト層１４ａ，１４ｂと中間非磁性フェライト層１６ｃに予め形成された貫通孔３０の一部により形成される。すなわち、図２（ａ）に示すように個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙの交差部分を含ように十字形状に貫通孔３０が予め形成された第１及び第２の磁性フェライト層１４ａ，１４ｂと中間非磁性フェライト層１６ｃの両側に、図２（ｂ）に示すように貫通孔３０が形成されていない第１及び第２の非磁性フェライト層１６ａ，１６ｂを積層することにより、集合基板の内部に空洞を形成する。この集合基板を、境界線１１ｘ，１１ｙに沿って切断することにより、凹部４０が形成される。

図２（ａ）に示すように、貫通孔３０が形成された第１及び第２の磁性フェライト層１４ａ，１４ｂと中間非磁性フェライト層１６ｃとは、隣接する個基板領域１１ａ〜１１ｄがそれぞれの四隅から離れた中間部分で互いに接続される。

次に、積層基板１０ａの製造工程について説明する。

（１）まず、未焼成の第１及び第２の非磁性フェライト層の間に、第１及び第２の磁性フェライト層及び中間非磁性フェライト層が挟まれるように積層して、複数個分の個基板になる個基板領域を含む未焼成の集合基板を形成する。このとき、第１及び第２の磁性フェライト層及び中間非磁性フェライト層には、個基板領域の境界線の交差部分と交差部分に連続する部分を含む貫通孔を予め形成しておき、貫通孔によって集合基板の内部に空洞を形成する。

詳しくは、未焼成の第１及び第２の磁性フェライト層として、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケル及び酸化銅を主成分とする磁性フェライトを含むセラミックグリーンシートを用いる。第１及び第２の非磁性フェライト層と中間非磁性フェライト層には、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化銅を主成分とするセラミックグリーンシートを用いる。

セラミックグリーンシートには、適宜位置にレーザー加工やパンチング加工等により貫通孔を形成し、この貫通孔に導体ペーストを印刷等により埋め込むことによって、焼成後にビアホール導体となる部分を配置する。また、セラミックグリーンシートの一方の主面に導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等によって、コイル要素、配線導体、ランド電極、外部電極を形成するための導体パターンを形成する。

コイル要素を形成するための導体パターンの上もしくは下には、焼成時に消失するカーボンペーストを、印刷等によって塗布しておく。

さらに、第１及び第２の非磁性フェライト層と中間非磁性フェライト層用のセラミックグリーンシートには、個基板領域の境界線の交差部分を含むように、レーザー加工やパンチング加工等により個基板分割用の貫通孔を形成する。

セラミックグリーンシートを所定の順序で積層、圧着することにより、未焼成の集合基板を形成する。集合基板の内部には、個基板領域の境界線の交差部分を含む空洞が形成される。

（２）次いで、未焼成の集合基板を焼成し、セラミックグリーンシートと導体ペーストを焼結させる。このとき、カーボンペーストが燃焼し消失して、コイル要素に隣接する空隙が形成される。

（３）次いで、焼結済みの集合基板を、ダイシングにより個基板領域の境界線に沿って切断して、集合基板から個基板を分割する。集合基板をブレイキングにより分割してもよい。この場合には、未焼成の集合基板に、分割用のブレイキング溝を形成しておく。

ランド電極に部品を実装する場合には、集合基板に部品を実装した後、集合基板を分割すると、製造工程が簡単になり、効率が良い。

以上の（１）〜（３）の工程により、集合基板から個基板に分割された積層基板を得ることができる。

以上の工程により積層基板を製造すると、（２）の工程において集合基板を焼成するときに、コイル要素とセラミックグリーンシートとの線膨張係数や焼成挙動の差によって内部応力が発生しても、集合基板は、空洞の周囲の内部応力が緩和される。これにより、焼成時の内部応力を緩和し、クラックの発生を抑制することができる。

また、（３）の工程において集合基板を分割するとき、集合基板の内部には個基板領域の境界線を含む空洞が形成されているので、分割時のクラックの拡がりを抑制することができる。

さらに、第１及び第２の非磁性フェライト層と中間非磁性フェライト層用のセラミックグリーンシートに個基板領域の境界線の交差部分を含む貫通孔を形成することにより、分割後の個基板において、残留応力を低減することができる。

残留応力の低減によって、コイルの効率が向上する。すなわち、磁性フェライト層に残留応力により磁歪が生じると、鉄損によるコイルの効率低下（インダクタンスの低下）が見られるが、磁性フェライト層に貫通孔を形成して磁性フェライト層の残留応力を緩和することにより、コイルの効率が向上する。

なお、空隙１８によって空隙１８の周囲では内部応力が緩和されるが、個基板領域の境界線付近において応力緩和効果はほとんど及ばない。個基板領域の境界線の一部を含む空洞を集合基板に形成しておくと、個基板領域の境界線付近において十分に内部応力を緩和することができる。

なお、（１）の工程において、セラミックグリーンシートの個基板分割用の貫通孔に、焼成時に消失するカーボンペーストを、印刷等により充填しておいてもよい。この場合、セラミックグリーンシートを積層、圧着した未焼成の集合基板を（２）の工程において焼成すると、貫通孔に充填されたカーボンペーストが消失し、集合基板の内部に、個基板領域の境界線の交差部分を含む空洞が形成される。

＜参考例１＞参考例１の積層基板１０ｂについて、図３及び図４を参照しながら説明する。

図３は、積層基板１０ｂの断面図である。図４は、図３の線Ａ−Ａに沿って切断した集合基板の要部断面図である。

図３及び図４に示すように、参考例１の積層基板１０ｂは、実施例１の積層基板１０ａと略同様に構成されている。以下では、実施例１と同様の構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。

図３に示すように、積層基板１０ｂは、コイル要素２０が形成されている絶縁層にのみ、凹部４２が形成されている。

凹部４２は、図４に示すように、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙの交差部分の間の中間部分のみを含む貫通孔３２により形成される。隣接する個基板領域１１ａ〜１１ｄは、それぞれの四隅で互いに接続されている。

＜変形例１＞図５は、変形例１の集合基板の要部断面図である。図５に示すように、集合基板に空洞を形成するための貫通孔３４は、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙの交差部分を含み、個基板領域１１ａ〜１１ｄの角を無くすように矩形に形成する。

＜変形例２＞図６は、変形例２の集合基板の要部断面図である。図６に示すように、集合基板に空洞を形成するため、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙの交差部分を含む貫通孔３４ａと、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙの交差部分の間の中間部分のみを含む貫通孔３２ａとを形成する。

＜変形例３＞図７は、変形例３の集合基板の要部断面図である。図７に示すように、集合基板に空洞を形成するため、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙの隣接する交差部分の間の中間部分に、間隔を設けて複数の貫通孔３２ｂを形成する。

＜比較例＞比較例の積層基板１０ｘについて、図８及び図９を参照しながら説明する。

図８は、積層基板１０ｘの断面図である。図９は、図８の線Ａ−Ａに沿って切断した集合基板の要部断面図である。図８及び図９に示すように、積層基板１０ｘの基板本体１２ｘの側面１２ｙには、凹部が形成されていない。この場合、集合基板の状態で焼成したときに、隣接する個基板領域１１ａ〜１１ｄが拘束し合うため、個基板領域１１ａ〜１１ｄの境界線１１ｘ，１１ｙ付近において、応力集中によってクラックが発生しやすい。

これに対して、実施例１、２及び変形例１〜３のように中間絶縁層の貫通孔により個基板領域の境界線を含む空洞が内部に形成された集合基板を焼成すると、空洞の周囲において焼成時の内部応力を緩和することができ、クラック発生を抑制することができる。

＜まとめ＞以上に説明したように、個基板領域の境界線を含む空洞が内部に形成された集合基板を焼成した後、個基板領域の境界線に沿って分割すると、焼成時の内部応力を緩和でき、分割時のクラックの拡がりを抑制でき、焼成後の残留応力を低減できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

２，４，６部品
１０ａ，１０ｂ，１０ｘ積層基板
１１ａ〜１１ｄ個基板領域
１１ｘ，１１ｙ境界線
１２基板本体
１２ａ，１２ｂ主面
１２ｃ側面
１２ｘ基板本体
１２ｙ側面
１４ａ第１の磁性フェライト層（中間絶縁層）
１４ｂ第２の磁性フェライト層（中間絶縁層）
１６ａ第１の非磁性フェライト層（上部絶縁層）
１６ｂ第２の非磁性フェライト層（下部絶縁層）
１６ｃ中間非磁性フェライト層（中間絶縁層）
１６ｓ，１６ｔ周端面
１８空隙
２０コイル要素
２２配線導体
２２ａ，２２ｂビアホール導体
２４ビアホール導体
２６ランド電極
２８外部電極
３０貫通孔
３２，３２ａ，３２ｂ貫通孔
３４，３４ａ貫通孔
４０，４２凹部

Claims

１層又は２層以上の未焼成の上部絶縁層と１層又は２層以上の未焼成の下部絶縁層との間に、１層又は２層以上の未焼成の中間絶縁層が挟まれるように積層して、複数個分の個基板になる個基板領域を含む未焼成の集合基板を形成する第１の工程と、
未焼成の前記集合基板を焼成する第２の工程と、
焼成済みの前記集合基板を、前記個基板領域の境界線に沿って切断して、前記集合基板から前記個基板を分割する第３の工程と、
を備え、
前記第１の工程において、前記中間絶縁層は、磁性体セラミック材料を含みコイルが形成されている磁性フェライト層を含み、前記上部絶縁層と前記下部絶縁層と前記中間絶縁層とのうち前記中間絶縁層のみの少なくとも１層に、前記個基板領域の前記境界線の一部を含む貫通孔を予め形成し、該貫通孔によって前記集合基板の内部に空洞を形成し、前記中間絶縁層に形成された前記貫通孔は、前記個基板領域の前記境界線が交差する部分を含み、かつ前記コイルが形成されているすべての前記磁性フェライト層を積層方向に連続して貫通するように形成されていることを特徴とする、積層基板の製造方法。
前記第１の工程において、前記貫通孔に、前記第２の工程で未焼成の前記積層体を焼成するときに消失する材料が配置された前記集合基板を形成することを特徴とする、請求項１に記載の積層基板の製造方法。
前記第３の工程により前記集合基板から前記個基板に分割された積層基板は、
前記貫通孔が形成された前記中間絶縁層の周端面に、前記貫通孔により、前記上部絶縁層及び前記下部絶縁層の周端面よりも後退した凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の積層基板の製造方法。