JPH10308584A - セラミック多層基板およびその製造方法 - Google Patents

セラミック多層基板およびその製造方法

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JPH10308584A
JPH10308584A JP11840697A JP11840697A JPH10308584A JP H10308584 A JPH10308584 A JP H10308584A JP 11840697 A JP11840697 A JP 11840697A JP 11840697 A JP11840697 A JP 11840697A JP H10308584 A JPH10308584 A JP H10308584A
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center line
green sheet
green sheets
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multilayer substrate
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Junzo Fukuda
順三 福田
Nozomi Tanifuji
望 谷藤
Koji Shibata
耕次 柴田
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼成中の基板の反り、クラックあるいは歪み
の発生を抑えることができるセラミック多層基板および
その製造方法を提供する。 【解決手段】 グリーンシート積層体1の表面2および
裏面3から等しい距離にある中心線4を中心として、中
心線4より上部に配される上層5と中心線4より下部に
配される下層6とが中心線4に対して対称となるように
焼結終了温度が異なる3種類のグリーンシートA、Bお
よびCを配列してグリーンシート積層体1を作製した。
このため、焼成時のグリーンシート積層体の収縮挙動が
上層と下層とで一致する。したがって、基板の反り、ク
ラックあるいは歪みの発生を抑えることができる。さら
に、基板の内部に導体層を設けた場合、この導体層の配
線の構成にほとんど制約を受けないので、配線の設計の
自由度が高くなる。さらにまた、導体層の配線の構成に
ほとんど制約を受けないので、製造が容易になり、製造
工数を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック多層基
板およびその製造方法に関し、特に複数枚の焼結開始温
度あるいは焼結終了温度が異なる少なくとも2種以上の
グリーンシートを積層し、焼成してなるセラミック多層
基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置において、ICチップやLS
Iチップ等の半導体素子は、基板に設けられた半導体素
子搭載部に収納されて実用に供されている。アルミナ等
のセラミックスは耐熱性、耐久性、熱伝導性等に優れる
ため、この基板の材料として適しており、セラミック製
の半導体基板は現在盛んに使用されている。
【0003】このセラミック製の半導体基板は、基板サ
イズを縮小し、搭載ボードへの搭載密度を向上させ、ま
た電気特性を向上させるため、一般に複数枚のグリーン
シートを積層および焼成してセラミック多層基板が製造
される。このようなセラミック多層基板においては、基
板内部に誘電率や透磁率等が基板材料と異なる絶縁材料
を組入れ、コンデンサやコイルを形成することにより、
高品質なセラミック多層基板とすることが要求されてい
る。
【0004】上記のように、誘電率や透磁率が基板材料
と異なる絶縁材料を基板内部に組入れてセラミック多層
基板を製造する場合、これらの絶縁材料は焼結開始温度
や焼結終了温度が基板材料と異なるため、焼成時のそれ
ぞれの収縮挙動を一致させることが困難である。したが
って、焼成中の基板に反り、クラックあるいは歪みが生
じる恐れがあった。
【0005】焼成中の基板の反りを抑えるセラミック多
層基板の構造として、特開平5−110257号公報に
開示されているように、基板の表裏両面から等しい距離
にある中心面に対して、この中心面より上部の絶縁層と
導体層との構成と、中心面より下部の絶縁層と導体層と
の構成とを対称となるようにしたセラミック多層基板が
知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−110257号公報に開示されているセラミック多
層基板では、導体層の配線の設計に制約が多いばかりで
なく、導体層のダミー層を基板内部に設けなければなら
ない場合があった。さらに、基板内部に焼結開始温度あ
るいは焼結終了温度が基板材料と異なる絶縁材料を組入
れた場合、それぞれの焼成時の収縮挙動が異なるため、
焼成中の基板の反り、クラックあるいは歪みが抑えられ
ない場合があった。
【0007】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、焼成中の基板の反り、クラック
あるいは歪みの発生を抑えることができるセラミック多
層基板を提供することを目的としている。本発明の他の
目的は、導体層の構成にほとんど制約がなく、導体層の
配線の設計の自由度が高いセラミック多層基板を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
セラミック多層基板によると、複数枚の焼結開始温度あ
るいは焼結終了温度が異なる少なくとも2種以上のグリ
ーンシートを積層し、焼成してなるセラミック多層基板
において、表面および裏面から等しい距離にある線を中
心線とし、この中心線より上部に配され、複数の絶縁層
からなる上層と、中心線より下部に配され、複数の絶縁
層からなる下層とは、中心線に対して対称となるように
各絶縁層が配列される。このため、上層と下層とで絶縁
層の構成が中心線に対して対称となるので、焼成中の基
板の収縮挙動が一致する。したがって、焼成中の基板の
反り、クラックあるいは歪みの発生を抑えることができ
る。さらに、基板の内部に配線を設けた場合、内部配線
の構成にほとんど制約を受けないので、内部配線の設計
の自由度が高くなる。さらにまた、内部配線の構成にほ
とんど制約を受けないので、製造が容易になり、製造工
数を低減することができる。
【0009】本発明の請求項2記載のセラミック多層基
板によると、上層と下層とに配列される各絶縁層の表面
あるいは裏面に形成される導体層と、各絶縁層の内部に
形成され、導体層と電気的に接続されるビアとを備え
る。このため、基板内部に基板材料と誘電率や透磁率等
の異なる絶縁材料を組入れた場合、この絶縁材料の電気
特性を有効に活用することができる。
【0010】本発明の請求項3記載のセラミック多層基
板の製造方法によると、複数枚の焼結開始温度あるいは
焼結終了温度が異なる少なくとも2種以上のグリーンシ
ートを形成する工程と、このグリーンシートの表面およ
び裏面に貫通するビアホールをグリーンシートに形成
し、このビアホールに導体材料を充填する工程と、グリ
ーンシートの表面あるいは裏面に導体材料を塗布する工
程と、表面および裏面から等しい距離にある線を中心線
とし、この中心線より上部に配され、複数のグリーンシ
ートからなる上層と、中心線より下部に配され、複数の
グリーンシートからなる下層とが中心線に対して対称と
なるように各グリーンシートを積層する工程と、積層さ
れたグリーンシート積層体を焼成する工程とを含む。こ
のため、グリーンシート積層体を焼成したとき、グリー
ンシート積層体の反り、クラックあるいは歪みの発生を
抑えることができる。さらに、導体層の構成にほとんど
制約を受けないので、導体層の配線の設計の自由度が高
くなる。さらにまた、導体層の構成にほとんど制約を受
けないので、製造が容易になり、製造工数を低減するこ
とができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。本発明を低温焼成セラミック多層基板
およびその製造方法に適用した一実施例について説明す
る。まず、生基板としてのグリーンシート積層体の作製
方法について述べる。
【0012】表1に示すように、グリーンシートには、
ガラスセラミックスと有機物とからなるグリーンシート
Aと、Pb−ペロブスカイト系誘電体と有機物とからな
るグリーンシートBと、BaTiO3 系誘電体と有機物
とからなるグリーンシートCとを用いた。ここで、ガラ
スセラミックスは、CaO−Al2 3 −SiO2 −B
2 3 系のガラス粉末60wt%とアルミナ粉末40w
t%とを混合した粉体状のセラミックスである。
【0013】
【表1】
【0014】ガラスセラミックス粉体にDOPの可塑
剤と、アクリル樹脂のバインダーと、例えばトルエン、
キシレン、アルコール類等の溶剤とを加え、十分に混練
して粘度2000〜40000cpsのスラリーを作製
し、ドクターブレード法によって0.3mm厚の2枚の
グリーンシートAを形成する。 Pb−ペロブスカイト系誘電体粉体にDOPの可塑剤
と、ブチラール樹脂のバインダーと、例えばトルエン、
キシレン、アルコール類等の溶剤とを加え、十分に混練
して粘度2000〜40000cpsのスラリーを作製
し、ドクターブレード法によって0.12mm厚の2枚
のグリーンシートBを形成する。
【0015】BaTiO3 系誘電体粉体にDOPの可
塑剤と、ブチラール樹脂のバインダーと、例えばトルエ
ン、キシレン、アルコール類等の溶剤とを加え、十分に
混練して粘度2000〜40000cpsのスラリーを
作製し、ドクターブレード法によって0.12mm厚の
1枚のグリーンシートCを形成する。ここで、表1に示
すように、グリーンシートAの焼結終了温度は900℃
であり、グリーンシートBの焼結終了温度は930℃で
あり、グリーンシートCの焼結終了温度は950℃であ
る。また、 図2に示すように、A、Bおよびグリーン
シートCの焼成中の収縮挙動はそれぞれ異なっている。
【0016】打ち抜き型やパンチングマシーン等を用
いて、A、BおよびグリーンシートCの複数の所定位置
に例えば0.3mmφのビアホールを打ち抜き形成し、
各ビアホールにAg系導体材料を充填する。また、A、
BおよびグリーンシートCの表面あるいは裏面に内部配
線用のAg、Ag−Pd、Ag−Pt、Ag−Pd−P
t、Cu等の導体ペーストをスクリーン印刷する。ここ
で、導体ペーストは特許請求の範囲に記載された導体材
料に相当する。
【0017】図3に示すように、グリーンシートCを
中心として、グリーンシートCの上下にグリーンシート
Bが配列されるようにグリーンシートBを積層し、次
に、グリーンシートCを挟んだグリーンシートBの上下
にグリーンシートAが配列されるようにグリーンシート
Aを積層する。こうして得られたグリーンシート積層体
を110℃、100kg/cm2 の条件で熱圧着して一
体化する。
【0018】図1に示すように、熱圧着されたグリーン
シート積層体1は、表面2および裏面3から等しい距離
にある中心線4を中心として、中心線4より上部に配さ
れる上層5と中心線4より下部に配される下層6とが中
心線4に対して対称となるように各グリーンシートA、
BおよびCが配列されている。 グリーンシート積層体1を電気式連続ベルト炉を使用
して、空気中で900℃、20分の保持条件で焼成し、
セラミック多層基板を作製する。なお、導体ペーストが
Cuの場合は還元または中性雰囲気で焼成する。
【0019】上記の〜で作製したセラミック多層基
板10は、図4に示すように、基板内部にコンデンサ4
0および50と電極20とが形成されている。電極20
は、ビア30によりセラミック多層基板10の表面ある
いは裏面の導体パターン11に電気的に接続されてい
る。ここで、絶縁層としてのA’は焼成後のグリーンシ
ートAを示し、絶縁層としてのB’は焼成後のグリーン
シートBを示し、絶縁層としてのC’は焼成後のグリー
ンシートCを示す。また、電極20と導体パターン11
は、特許請求の範囲に記載された導体層に相当する。
【0020】セラミック多層基板10の特性について以
下に説明する。セラミック多層基板10のX方向の収縮
率は18%であった。また、セラミックス基板10の反
り量は20μm/50mm□と極めて小さく、クラック
および歪みの発生はなかった。さらに、コンデンサ40
および60の比誘電率は1000であり、コンデンサ5
0の比誘電率は400であった。したがって、コンデン
サ40、50および60はコンデンサとして優秀なもの
であるといえる。
【0021】次に比較例として、図5に示すように、中
心線140より上部に配される上層150と中心線14
0より下部に配される下層160とが中心線140に対
して非対称となるように、グリーンシートAと、グリー
ンシートAと焼結終了温度が異なるグリーンシートCと
が配列されたグリーンシート積層体100について説明
する。
【0022】グリーンシート積層体100は、本実施例
と同様の方法で作製されたグリーンシートA3枚と、や
はり本実施例と同様の方法で作製されたグリーンシート
C1枚とを熱圧着して積層し、作製された。その後、グ
リーンシート積層体100を焼成し、図6に示すよう
に、セラミック多層基板200が作製された。セラミッ
ク多層基板200には、電極120、ビア130および
導体パターン111が形成されている。セラミック多層
基板200は、図7に示すように、大きく反りが発生し
た。セラミック多層基板200において、反りの量Lは
L=2mm/50mm□であった。
【0023】本実施例では、グリーンシート積層体1の
表面2および裏面3から等しい距離にある中心線4を中
心として、中心線4より上部に配される上層5と中心線
4より下部に配される下層6とが中心線4に対して対称
となるように焼結終了温度が異なる3種類のグリーンシ
ートA、BおよびCを配列してグリーンシート積層体1
を作製した。このため、上層5と下層6とでグリーンシ
ートA、BおよびCの構成が中心線4に対して対称とな
るので、焼成中のグリーンシート積層体の収縮挙動が一
致する。したがって、焼成時の基板の反り、クラックあ
るいは歪みの発生を抑えることができる。さらに、基板
内部の導体層の構成にほとんど制約を受けないので、導
体層の配線の設計の自由度が高くなる。さらにまた、基
板内部の導体層の構成にほとんど制約を受けないので、
製造が容易になり、製造工数を低減することができる。
【0024】本発明では、低温焼成セラミック多層基板
に限らず、アルミナ多層基板、窒化アルミ多層基板、ム
ライト多層基板等どのようなセラミック多層基板に適用
してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を低温焼成セラミック多層基板およびそ
の製造方法に適用した一実施例を示す模式的正面図であ
る。
【図2】本発明の一実施例を説明するための図であっ
て、A、BおよびグリーンシートCの焼成温度と収縮率
との関係を示すデータ図である。
【図3】本発明を低温焼成セラミック多層基板およびそ
の製造方法に適用した一実施例を示す模式的斜視図であ
る。
【図4】本発明を低温焼成セラミック多層基板およびそ
の製造方法に適用した一実施例を示す模式的断面図であ
る。
【図5】比較例を示す模式的正面図である。
【図6】比較例を示す模式的断面図である。
【図7】比較例の反りを説明するための模式的正面図で
ある。
【符号の説明】
1 グリーンシート積層体 2 表面 3 裏面 4 中心線 5 上層 6 下層 10 セラミック多層基板 11 導体パターン(導体層) 20 電極(導体層) 30 ビア 40、50、60 コンデンサ A、B、C グリーンシート A’、B’、C’ 絶縁層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数枚の焼結開始温度あるいは焼結終了
    温度が異なる少なくとも2種以上のグリーンシートを積
    層し、焼成してなるセラミック多層基板において、 表面および裏面から等しい距離にある線を中心線とし、
    前記中心線より上部に配され、複数の絶縁層からなる上
    層と、前記中心線より下部に配され、複数の絶縁層から
    なる下層とは、前記中心線に対して対称となるように各
    絶縁層が配列されたことを特徴とするセラミック多層基
    板。
  2. 【請求項2】 前記各絶縁層の表面あるいは裏面に形成
    される導体層と、 前記各絶縁層の内部に形成され、前記導体層と電気的に
    接続されるビアとを備えたことを特徴とする請求項1記
    載のセラミック多層基板。
  3. 【請求項3】 複数枚の焼結開始温度あるいは焼結終了
    温度が異なる少なくとも2種以上のグリーンシートを形
    成する工程と、 前記グリーンシートの表面および裏面に貫通するビアホ
    ールを前記グリーンシートに形成し、前記ビアホールに
    導体材料を充填する工程と、 前記グリーンシートの表面あるいは裏面に導体材料を塗
    布する工程と、 表面および裏面から等しい距離にある線を中心線とし、
    前記中心線より上部に配され、複数のグリーンシートか
    らなる上層と、前記中心線より下部に配され、複数のグ
    リーンシートからなる下層とが前記中心線に対して対称
    となるように各グリーンシートを積層する工程と、 積層されたグリーンシート積層体を焼成する工程とを含
    むことを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
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