JP6526438B2 - セラミック基板 - Google Patents
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Description
[LTCC基板の構成]
図1は、本発明の一実施形態としてのLTCC基板10の構成を示す概略図である。LTCC基板10は、焼成温度が1000℃以下である低温焼成によって作製されるセラミック基板であり、例えば、コンピューターや通信機器等で用いられる電子部品や、高周波モジュール、ICパッケージ、配線基板などに用いられる。LTCC基板10は、複数のセラミック層が積層された多層構造を有しており、第1セラミック層11aと、第2セラミック層11bと、を含む。
図2,図3を参照して、LTCC基板10の製造工程の一例を説明する。図2は、LTCC基板10の製造工程の手順を示す工程図である。図3は、以下に説明するLTCC基板10の製造工程のうちの工程1〜工程4の内容を示す模式図である。
一般に、多層構造を有するLTCC基板では、焼成の際に、基板面に沿った方向における各セラミック層の間の収縮率の差に起因して、反りや歪みなどの変形を生じる場合がある。焼成によるセラミック層の収縮率は、グリーンシートにおけるフィラーの充填密度に応じて変化することが知られている。
図4〜図7を参照して、本実施形態のLTCC基板10における変形の抑制効果を検証した実験結果を説明する。図4の表には、各サンプルS01〜S15における各セラミック層11a,11bの厚みと、各セラミック層11a,11bにおけるフィラーの平均粒径と、各セラミック層11a,11bの間のフィラーの平均粒径の差と、が示されている。また、図4の表には、各サンプルS01〜S15の作製に用いられたスラリー25a,25bを作製する際の攪拌時間が示されている。加えて、図4の表には、各サンプルS01〜S15における変形の抑制効果についての評価結果として、「反り」と、「歪み」と、「寸法変化」と、それらの評価結果を踏まえた「総合評価結果」と、が示されている。各評価項目の評価方法については後述する。以下では、各サンプルS01〜S15の製造条件と、フィラーの平均粒径の測定方法と、各評価項目の評価方法と、各サンプルS01〜S15の評価結果に対する考察と、をこの順で説明する。
以下に、図3で説明した工程手順に即して、各サンプルS01〜S15の製造条件を説明する。
・ガラス粉末:シリカ(SiO2)、アルミナ(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(体積平均径(MV)5.9μm)
・フィラー:アルミナ粉末(平均粒径:4μm,比表面積:1.2m2/g)
上記のアルミナ粉末を500g秤量し、アクリル系バインダーであるアクリル樹脂120gと、溶剤であるメチルエチルケトン(MEK)と、可塑剤であるフタル酸ジオクチル(DOP)と、ともにアルミナ製のポットに入れて、図4の表中に示された粉砕混合時間だけ粉砕混合した。その後、上記のホウケイ酸系ガラス粉末を500g秤量して追加し、約2時間にわたって混合した。
鏡面研磨し、ガラスエッチングを施したLTCC基板の基板断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって、5000倍の倍率で、所定の範囲の4視野を観察し、各フィラーの水平フェレ径を測定して、その平均値を算出した。「フィラーの水平フェレ径」とは、SEM画像において、フィラーを垂直方向(縦方向)に射影したときの射影像の横幅である。つまり、水平方向(横方向)において最も外側に位置するフィラーの端部同士の間の横方向における距離である。
図5は、図4の表における「反り」の評価方法を説明するための概略図である。図5には、LTCC基板10の基板面が模式的に図示されている。各サンプルS01〜S15について、表面粗さ計によって、基板面の2つの対角線に沿って高低差のプロファイルをとり、高低差の幅が200μm未満のものを「良(○)」とし、200μm以上のものを「不良(×)」とした。
サンプルS01〜S13ではいずれも、第1セラミック層の厚みが85μm以上であり、第2セラミック層の厚みが85μm未満であった。また、第2セラミック層におけるフィラーの平均粒径が第1セラミック層におけるフィラーの平均粒径よりも大きくなっていた。また、サンプルS01〜S13では各セラミック絶縁層におけるフィラーの平均粒径が2.0μm以上であった。サンプルS01〜S13では、「反り」、「歪み」、「寸法変化」の評価項目のうちの少なくとも1つにおいて「良」の結果が得られた。
以上のように、本実施形態のLTCC基板10によれば、厚みの大きい第1セラミック層11aにおけるフィラーの平均粒径より、厚みの小さい第2セラミック層11bにおけるフィラーの平均粒径の方が大きく、焼成収縮に起因する変形の発生が抑制される。従って、LTCC基板10の寸法精度が高められる。
B1.変形例1:
上記実施形態では、本発明が適用されたLTCC基板10が説明されている。これに対して、本発明は、LTCC基板に限定されることなく、他の多層構造を有するセラミック基板に対しても適用することが可能である。LTCC基板以外の他の多層構造を有するセラミック基板においても、本発明の適用によって、上記実施形態で説明したのと同様な作用効果を奏することができる。
上記実施形態では、工程1において準備された同じガラス粉末21とフィラー22とを用いて、第1セラミック層11a用の第1スラリー25aと、第2セラミック層11b用の第2スラリー25bが作製されている。これに対して、第1スラリー25aおよび第2スラリー25bはそれぞれ、別々に準備された組成などが異なるガラス粉末とフィラーとを用いて作製されても良い。第1スラリー25aおよび第2スラリー25bはそれぞれ、第1セラミック層11aおよび第2セラミック層11bが略同一組成のガラス成分と、略同一組成のフィラーと、を有するように作製されれば良い。
上記実施形態では、各スラリー25a,25bの作製時における粉砕混合時間によって、第1セラミック層11aに含まれるフィラーの平均粒径と、第2セラミック層11bに含まれるフィラーの平均粒径と、が調整されている。これに対して、第1セラミック層11aに含まれるフィラーの平均粒径と、第2セラミック層11bに含まれるフィラーの平均粒径とは、他の方法によって調整されても良い。例えば、第1スラリー25aおよび第2スラリー25bを作製する前に、予め、平均粒径が調整されたフィラーが準備されても良い。また、各スラリー25a,25bの作成時の粉砕混合工程において、粉砕機の回転速度や、粉砕機の種類などによって調整されても良い。
11a,11b…セラミック層
12…配線層
13…内層電極
14…外部電極
15…ビア電極
21…ガラス粉末
22…フィラー
22a,22b…ロット
25a,25b…スラリー
26a,26b…グリーンシート
27…導体ペースト
28…未焼成積層体
Claims (5)
- 第1セラミック層と、第2セラミック層と、が電極層を挟んで積層されているセラミック基板において、
前記第1セラミック層および前記第2セラミック層は、略同一組成のガラス成分と、略同一組成のフィラーと、を有し、
前記第1セラミック層の厚みは85μm以上であり、
前記第2セラミック層の厚みは85μm未満であり、
前記フィラーの平均粒径(D50)は2.0μm以上であり、
前記第2セラミック層に含まれている前記フィラーの平均粒径(D50)は、前記第1セラミック層に含まれている前記フィラーの平均粒径(D50)よりも大きい、セラミック基板。 - 請求項1記載のセラミック基板において、
前記第1セラミック層に含まれている前記フィラーの平均粒径(D50)は、2.0μm以上、かつ、2.5μm以下である、セラミック基板。 - 請求項1または請求項2記載のセラミック基板において、
前記第2セラミック層に含まれている前記フィラーの平均粒径(D50)は、2.8μm以上、かつ、3.2μm以下である、セラミック基板。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のセラミック基板において、
前記第1セラミック層に含まれている前記フィラーの平均粒径(D50)と、前記第2セラミック層に含まれている前記フィラーの平均粒径(D50)と、の差は、0.5以上、かつ、1.0以下である、セラミック基板。 - 85μm以上の厚みを有する第1セラミック層と、85μm未満の厚みを有する第2セラミック層と、が電極層を挟んで積層されているセラミック基板の製造方法であって、
ガラス粉末と、フィラーと、を準備する第1工程と、
前記第1工程で準備された前記フィラーを粉砕することにより作製された2.0μm以上の第1の平均粒径(D50)を有する第1フィラーと、前記第1工程において準備された前記ガラス粉末と、が混合された第1スラリーを準備する第2工程と、
前記第1工程で準備された前記フィラーを粉砕することにより作製され、前記第1の平均粒径(D50)より大きい第2の平均粒径(D50)を有する第2フィラーと、前記第1工程において準備された前記ガラス粉末と、が混合された第2スラリーを準備する第3工程と、
焼成後に前記第1セラミック層を構成する第1グリーンシートを、前記第1スラリーを用いて作製し、前記第1スラリーよりも厚みが小さく、焼成後に前記第2セラミック層を構成する第2グリーンシートを、前記第2スラリーを用いて作製する第4工程と、
を備える、製造方法。
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