JP6362384B2 - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents
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本発明の一形態は、複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を得る積層工程と、前記グリーンシート積層体を焼成する焼成工程とを備える、空間部が形成された多層セラミック基板の製造方法であって;前記積層工程は;前記グリーンシート積層体を構成するための複数のグリーンシートを用意する第1の工程と;前記第1の工程で用意した前記複数のグリーンシートの一部であって、前記グリーンシート積層体内で連続して配置される2枚以上のグリーンシートを重ね合わせた部分積層体について、厚み方向に第1の圧力にてプレプレスする工程と、前記第1の工程で用意した前記複数のグリーンシートの内の1枚について、厚み方向に前記第1の圧力にてプレプレスする工程と、の少なくとも一方の工程を含み、前記グリーンシート積層体を構成する全てのグリーンシートをプレプレスする第2の工程と;前記第2の工程の後に、前記グリーンシート積層体を構成する全ての前記複数のグリーンシートを積層して、積層方向に第2の圧力にて本プレスを行ない、前記グリーンシート積層体を得る第3の工程と;前記グリーンシートにおいて、該グリーンシートを厚み方向に貫通するビアホールを形成する第4の工程と;前記ビアホールに導電性ペーストを充填する第5の工程と;を備え;前記第2の工程において、前記空間部を形成するための複数のグリーンシートから成る前記部分積層体をプレプレスする場合には、前記空間部を形成するための同じ形状の孔部および溝部の少なくとも一方を有するグリーンシート同士、あるいは、前記空間部を形成するための同じ形状の孔部および溝部の少なくとも一方を形成すべきグリーンシート同士を重ね合わせて、前記部分積層体を形成し;前記第1の圧力は、前記第2の圧力以上の圧力であり;前記第2の工程は、前記第5の工程の前に行なう。
この形態の多層セラミック基板の製造方法によれば、本プレスに先立って、本プレス以上の圧力でプレプレスを行なうため、本プレスに先立って各グリーンシートの密度が高められる。そのため、本プレスの後に、空間部を形成するための孔部および/または溝部と積層方向に重なる領域において、グリーンシートの密度が局所的に低くなることを抑制でき、焼成の際に、上記領域の収縮率が局所的に高まることを抑制できる。その結果、多層セラミック基板において、空間部の近傍でクラックや変形が生じることを抑えることができる。また、ビアホールへの導電性ペーストの充填に先立ってプレプレスを行なうため、プレプレスの際にビアホールの近傍でグリーンシートの密度が局所的に低下して、焼成の際にビアホールの近傍で収縮率が局所的に高まることを抑制できる。その結果、多層セラミック基板において、ビアホールの周囲で微小な空隙が生じる等の変形を抑えることができる。
この形態の多層セラミック基板の製造方法によれば、プレプレスの工程を簡素化することができる。
この形態の多層セラミック基板の製造方法によれば、孔部および/または溝部の形成を、プレプレスの後に行なうため、グリーンシートが孔部および/または溝部を有することに起因してプレプレスの際にグリーンシートが変形することを抑制できる。
この形態の多層セラミック基板の製造方法によれば、孔部および/または溝部の際まで確実に配線層を設けることが可能になると共に、配線層の印刷の際に、孔部および/または溝部に起因して不都合が生じることを抑えられる。
この形態の多層セラミック基板の製造方法によれば、ビアホールへの導電性ペーストの充填に先立ってプレプレスを行なうため、プレプレスの際にビアホールの近傍でグリーンシートの密度が局所的に低下して、焼成の際にビアホールの近傍で収縮率が局所的に高まることを抑制できる。その結果、多層セラミック基板において、ビアホールの周囲で微小な空隙が生じる等の変形を抑えることができる。
図1は、本発明の一実施形態としての多層セラミック基板10の概略構成を示す断面模式図である。多層セラミック基板10は、コンピュータや通信機器等で用いられる高周波モジュールやICパッケージに用いられる回路基板であり、低温焼成セラミックス(Low Temperature Co-fired Ceramics)によって構成されている。多層セラミック基板10は、複数の絶縁層20が積層された多層構造を有している。図1に示す多層セラミック基板10は、一例として8層(絶縁層20a〜20h)の絶縁層20を有しているが、絶縁層20の数は任意に設定可能である。なお、以下の説明では、多層セラミック基板10が備える絶縁層を総称するときには絶縁層20と呼び、個々の絶縁層を示すときには絶縁層20a〜20hとして区別する。
図2は、多層セラミック基板10の製造方法を示す工程図である。多層セラミック基板10を製造する際には、まず、絶縁層20を形成するための複数のグリーンシートを用意する(ステップS100)。このステップS100が、課題を解決するための手段に記載した第1の工程に相当する。
以下に、各工程の順序が図2とは異なる他の実施形態を示す。
・変形例1:
上記各実施形態では、多層セラミック基板10は、LTCC多層基板、すなわち、セラミック材料の体積の半分以上がガラスである多層基板としているが、HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)多層基板において本発明を適用してもよい。具体的には、セラミック材料中のガラスの含有率がより少ない多層セラミック基板、あるいは、セラミック材料中にガラス成分を実質的に含まない多層セラミック基板において、本発明を適用してもよい。
上記各実施形態では、本プレスの際に、また、プレプレスに先立って孔部および/または溝部が形成されている場合にはプレプレスの際にも、孔部および/または溝部が空間として存在する状態でプレスを行なった。これに対して、プレプレスあるいは本プレスに先立って、孔部および/または溝部内に空間充填材料を配置することとしてもよい。このような構成とすることで、プレス時のグリーンシートの変形を抑え、面圧を均一化する効果を高めることができる。なお、本プレス以上の圧力でプレプレスを行なうため、上記した空間充填材料を充填する場合であっても、空間充填材料の剛性を特に高めることなく、面圧が不均一になることに起因する不都合を十分に抑える効果を得ることが可能になる。そのため、空間充填材料に混合するカーボンの含有率を抑えること、あるいは、カーボンを混合しない空間充填材料を用いることが可能になり、焼成後の空間内におけるカーボンの残留に起因する不都合を抑制することができる。
(1)ガラス粉末:酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ホウ素(B2O3)を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末
(2)無機フィラー:アルミナ粉末(平均粒径3μm,比表面積1.8m2/g)
(3)バインダ成分:アクリル樹脂
(4)可塑剤:DOP
(5)溶剤:メチルエチルケトン(MEK)
(1)ホウケイ酸系ガラス粉末と、アルミナ粉末と、を体積比60:40となるように秤量して(総量1kg)、アルミナ製ポットに投入した。
(2)アルミナ製ポットに、さらに、アクリル樹脂(120g)と、MEKおよびDOP(所望のスラリー粘度とシート強度とを確保できる量)と、を投入した。
(3)アルミナ製ポットに投入された上記の材料を5時間混合してセラミックスラリーを得た。
(4)上記セラミックスラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚み0.15mmのグリーンシートを作製した。
(1)銅粉末(平均粒径1.0μm)
(2)ホウケイ酸系ガラス(屈伏点700℃)
(3)エチルセルロース樹脂
(4)溶剤:ターピネオール
銅粉末100重量部に対してホウケイ酸系ガラス粉末5重量部を添加し、さらに、エチルセルロース樹脂とターピネオールとを加えて、3本ロールミルによって混練して作製した。
(1)銅粉末(平均粒径2.0μm)
(2)ホウケイ酸系ガラス(屈伏点700℃)
(3)エチルセルロース樹脂
(4)溶剤:ターピネオール
銅粉末100重量部に対してホウケイ酸系ガラス5重量部を添加し、さらに、エチルセルロース樹脂とターピネオールとを加えて、3本ロールミルによって混練して作製した。
図4の製造方法に従い、6層の絶縁層20を有する多層セラミック基板であるサンプル1〜サンプル11の基板を作製した。ステップS210におけるプレプレスの圧力は、サンプル1は4.9MPa、サンプル2は9.8MPa、サンプル3は29.4MPa、サンプル4は49.0MPa、サンプル5は98.1MPa、サンプル6は117.7MPa、サンプル7は49.0PMa、サンプル8は98.1MPa、サンプル11は9.8MPaとした。また、プレプレス時の温度は、上記いずれのサンプルにおいても40℃とした。サンプル9および10は、プレプレスを行なわなかった。
各サンプルについて、積層方向(厚み方向)に平行な断面が露出するように研磨を行なった。この研磨は、各サンプルに形成した空間部が露出するまで続行し、露出した空間部を観察した。
ビア導体についても同様に、各サンプルについて積層方向(厚み方向)に平行な断面が露出するように研磨を行ない、ビア導体を露出させた。
図9は、各サンプルにおけるプレプレスおよび本プレスの圧力と、空間部およびビア導体に係る評価結果を示す図である。図9に示すように、本プレス以上の圧力でプレプレスを行なったサンプル1〜8では、空間部においてクラックおよび変形が認められず、また、ビア導体の周囲において側面ボイドも観察されなかった。これに対して、プレプレスを行なうことなく4.9MPaで本プレスを行なったサンプル9では、空間部において変形が認められ、ビア導体の周囲に側面ボイドが観察された。また、プレプレスを行なうことなく49.0MPaで本プレスを行なったサンプル10と、本プレスよりも低い圧力でプレプレスを行なったサンプル11では、空間部においてクラックおよび変形が認められ、ビア導体の周囲に側面ボイドが観察された。以上より、本プレス以上の圧力でプレプレスを行なうことにより、空間部およびビア導体における欠陥の発生が抑制できることが確認された。
20,20a〜20h…絶縁層
20a〜20h…グリーンシート
22…配線層
24…ビアホール
26…ビア導体
30…キャビティ
34,36…中空部
40…側面ボイド
134…孔部
136,138…溝部
Claims (4)
- 複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を得る積層工程と、前記グリーンシート積層体を焼成する焼成工程とを備える、空間部が形成された多層セラミック基板の製造方法であって、
前記積層工程は、
前記グリーンシート積層体を構成するための複数のグリーンシートを用意する第1の工程と、
前記第1の工程で用意した前記複数のグリーンシートの一部であって、前記グリーンシート積層体内で連続して配置される2枚以上のグリーンシートを重ね合わせた部分積層体について、厚み方向に第1の圧力にてプレプレスする工程と、前記第1の工程で用意した前記複数のグリーンシートの内の1枚について、厚み方向に前記第1の圧力にてプレプレスする工程と、の少なくとも一方の工程を含み、前記グリーンシート積層体を構成する全てのグリーンシートをプレプレスする第2の工程と、
前記第2の工程の後に、前記グリーンシート積層体を構成する全ての前記複数のグリーンシートを積層して、積層方向に第2の圧力にて本プレスを行ない、前記グリーンシート積層体を得る第3の工程と、
前記グリーンシートにおいて、該グリーンシートを厚み方向に貫通するビアホールを形成する第4の工程と、
前記ビアホールに導電性ペーストを充填する第5の工程と、
を備え、
前記第2の工程において、前記空間部を形成するための複数のグリーンシートから成る前記部分積層体をプレプレスする場合には、前記空間部を形成するための同じ形状の孔部および溝部の少なくとも一方を有するグリーンシート同士、あるいは、前記空間部を形成するための同じ形状の孔部および溝部の少なくとも一方を形成すべきグリーンシート同士を重ね合わせて、前記部分積層体を形成し、
前記第1の圧力は、前記第2の圧力以上の圧力であり、
前記第2の工程は、前記第5の工程の前に行なうことを特徴とする
多層セラミック基板の製造方法。 - 請求項1に記載の多層セラミック基板の製造方法であって、
前記第2の工程は、前記グリーンシート積層体内で連続して配置されると共に前記空間部を形成するための同じ形状の孔部および溝部の少なくとも一方を有することになるグリーンシートが同じグループとなるように、前記グリーンシート積層体を構成する全てのグリーンシートをグループ分けして、同じグループに分けられた複数のグリーンシートごとに前記部分積層体を形成し、該部分積層体ごとにプレプレスする工程を含むことを特徴とする
多層セラミック基板の製造方法。 - 請求項1または2に記載の多層セラミック基板の製造方法であって、
前記積層工程は、さらに、
前記複数のグリーンシートの内、前記空間部を形成するための前記グリーンシートにおいて、前記空間部を形成するための孔部および溝部の少なくとも一方を形成する第6の工程を備え、
前記第6の工程は、前記第2の工程の後に、少なくとも1枚の前記グリーンシートを厚み方向に貫通する貫通孔および貫通溝の少なくとも一方を形成することにより実行することを特徴とする
多層セラミック基板の製造方法。 - 請求項1または2に記載の多層セラミック基板の製造方法であって、
前記積層工程は、さらに、
前記複数のグリーンシートの内、前記空間部を形成するための前記グリーンシートにおいて、前記空間部を形成するための孔部および溝部の少なくとも一方を形成する第6の工程と、
前記空間部を形成するための前記グリーンシートに対して配線層を印刷する第7の工程と、
を備え、
前記第6の工程は、前記第7の工程の後に、前記空間部を形成するための前記グリーンシートに対して、前記配線層が形成された領域の一部を含む領域を打ち抜いて前記孔部および溝部の少なくとも一方を形成することを特徴とする
多層セラミック基板の製造方法。
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