JPWO2019167894A1 - 多層セラミック基板及び多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の多層セラミック基板は、セラミック層及び導体パターンを有し、その内部に空洞が設けられた多層セラミック基板であって、上記空洞は、上記多層セラミック基板のいずれかの主面にまで到達して開口部を形成しており、上記開口部が上記多層セラミック基板の主面において封止部材により覆われていることを特徴とする。

Description

本発明は、多層セラミック基板及び多層セラミック基板の製造方法に関する。

多層セラミック基板の内部に空洞を設けることにより、内部配線同士の寄生容量を抑制して多層セラミック基板の特性を改良することが行われている。
特許文献１には、セラミック基板内に三次元的に導体配線が形成されている多層セラミック配線基板であって、内層導体配線の近傍のみに空洞を形成したものが開示されている。

特許文献２には、複数の誘電体基板が積層されてなる積層体の内部に機能素子を内蔵させた多層配線基板であって、機能素子の上面が空洞とされていることを特徴とする多層配線基板が開示されている。

特開平６−５３６５２号公報 特開平１１−１５０３７３号公報

特許文献１には、空洞がセラミック基板内に形成された多層セラミック配線基板が開示されている。特許文献１における空洞は、基板への感光性樹脂によるパターン形成、及び、焼成により形成される。しかし、この工程では焼成時にアウトガスが排出されないため、焼成不良が生じる可能性があった。

特許文献２には、空洞部が通気孔により大気と連通された多層配線基板が開示されている。このように空洞部が通気孔により大気と連通された構造であると、グリーンシートの焼成時に空洞の内部の空気が膨張することによる内圧の増大を防止できるとされている。

しかしながら、空洞部が通気孔により連通されていると、通気孔からの湿気やゴミの混入が生じうるという問題がある。通気孔から基板内に湿気が混入すると基板内部での結露が生じて特性値が変化するといったおそれがあった。
また、多層セラミック基板に電子部品を実装した後、樹脂モールドにより多層セラミック基板を覆うようにすることがあるが、樹脂モールドに使用する樹脂が通気孔から空洞部に流入してしまう可能性があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、多層セラミック基板の内部に空洞を設けることにより寄生容量を抑制することができ、かつ、湿気等の外部環境の影響を受けにくく信頼性の高い多層セラミック基板を提供することを目的とする。
また、このような多層セラミック基板を製造することのできる、多層セラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の多層セラミック基板は、セラミック層及び導体パターンを有し、その内部に空洞が設けられた多層セラミック基板であって、上記空洞が上記多層セラミック基板の主面にまで到達して開口部を形成しており、上記開口部が上記多層セラミック基板の主面において封止部材により覆われていることを特徴とする。

本発明の多層セラミック基板では、上記開口部の周囲にはランドが設けられており、上記ランド上に封止部材としての半田が設けられていることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板においては、上記ランドが上記開口部の全周囲に設けられていることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板においては、上記ランドが上記多層セラミック基板の主面を構成するセラミック層内に設けられたビア導体の表面であり、上記半田が上記ビア導体の内壁にも存在することが好ましい。

本発明の多層セラミック基板においては、上記ランドの外径が、上記開口部の外径よりも５０μｍ以上大きいことが好ましい。

本発明の多層セラミック基板では、上記空洞が、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層と、上記空洞層から多層セラミック基板の主面に到達する方向に伸びる連通孔を備えることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板では、上記空洞が、対向する複数の導体パターンの間に位置していることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板では、上記開口部の外径が２０μｍ以上、２００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板では、上記空洞が到達している上記多層セラミック基板の主面が樹脂モールドで覆われていることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板の製造方法は、未焼結のセラミック材料を含むセラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程と、上記孔に空洞形成用材料を充填する工程と、上記セラミックグリーンシートに導体パターンを設ける工程と、上記空洞形成用材料が厚さ方向に繋がって積層体の主面に上記空洞形成用材料が到達するように上記セラミックグリーンシートを積層して積層体を得る積層工程と、上記積層体を焼成して未焼結のセラミック材料を焼結させるとともに、上記空洞形成用材料を焼失させて多層セラミック基板の主面にまで到達する空洞を設ける焼成工程と、上記空洞が上記多層セラミック基板の主面にまで到達した開口部を封止部材により覆う封止工程と、を行うことを特徴とする。

本発明の多層セラミック基板の製造方法では、上記セラミックグリーンシートに導体パターンを設ける工程において、積層体の主面に配置するためのセラミックグリーンシートには、上記空洞形成用材料を充填した部位の周囲にランドを設け、上記封止工程において、上記封止部材としての半田を上記ランド上に設けることにより空洞を封止部材により覆うことが好ましい。

本発明の多層セラミック基板の製造方法では、セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、積層体の主面に配置するためのセラミックグリーンシートには、多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径よりも大きな径の孔を空け、さらに、上記大きな径の孔にビア導体を充填し、孔に充填したビア導体の中心部に、さらに多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径の孔を空け、その孔に空洞形成用材料を充填し、焼成工程後に、上記大きな径の孔に充填されたビア導体の表面が、多層セラミック基板の主面を構成するセラミック層内に設けられたランドとなり、上記ビア導体に囲まれた空洞が設けられるようにして、上記封止工程において、上記封止部材としての半田を上記ランド上に設けることにより空洞を封止部材により覆うことが好ましい。

本発明の多層セラミック基板の製造方法では、セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、１枚のセラミックグリーンシートに、孔同士が一部重なるように、中心位置を少しずつ動かしながら連続的に孔を空け、空いた孔に空洞形成用材料を充填し、上記焼成工程において、上記空洞形成用材料を焼失させることで、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設けることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板の製造方法では、セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、１枚のセラミックグリーンシートに面方向に広がる孔を設け、面方向に広がる孔に空洞形成用シートを配置し、上記焼成工程において、上記空洞形成用シートを焼失させることで、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設けることが好ましい。

本発明の多層セラミック基板の製造方法では、上記空洞が到達している上記多層セラミック基板の主面を樹脂モールドで覆う工程をさらに行うことが好ましい。

本発明によれば、多層セラミック基板の内部に空洞を設けることにより寄生容量を抑制することができ、かつ、湿気等の外部環境の影響を受けにくく信頼性の高い多層セラミック基板を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。 図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、空洞とランドの位置関係の例を模式的に示す上面図である。 図３は、図１に示す多層セラミック基板の主面が樹脂モールドで覆われた形態を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、空洞層形成用グリーンシートの作製手順の一例を模式的に示す工程図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、連通孔形成用グリーンシートの作製手順の一例を模式的に示す工程図であり、図７（ｄ）は、連通孔形成用グリーンシートのうち積層体の主面に配置するための主面配置用グリーンシートの一例を模式的に示す断面図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、多層セラミック基板の製造方法の積層工程以後の工程の一例を模式的に示す工程図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、空洞層形成用グリーンシートの作製手順の別の一例を模式的に示す工程図である。 図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、及び図１０（ｄ）は、主面配置用グリーンシートの作製手順の別の一例を模式的に示す工程図である。 図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、多層セラミック基板の製造方法の積層工程以後の工程の別の一例を模式的に示す工程図である。

以下、本発明の多層セラミック基板及び多層セラミック基板の製造方法について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す多層セラミック基板１は、セラミック層１０が複数層積層されてなり、電子部品６０が実装される側の面である主面１ａ及び反対側の面である主面１ｂを有する。
多層セラミック基板１は、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層３２と、空洞層３２から主面１ａに到達する方向に伸びる連通孔３１とからなる空洞３０を備えていて、空洞３０の一部である連通孔３１が多層セラミック基板１の主面１ａにまで到達して開口部を形成している。
なお、図１に示す多層セラミック基板１では、空洞層３２に対して連通孔３１が１本伸びていて多層セラミック基板１の主面１ａにまで到達して開口部を形成しているが、本発明の多層セラミック基板では、１つの空洞層に対して連通孔が複数本伸びていてもよい。
また、本発明の多層セラミック基板は空洞を複数箇所に備えていてもよい。

セラミック層１０を構成するセラミックは、低温焼結セラミック材料を含むことが好ましい。
低温焼結セラミック材料とは、セラミック材料のうち、１０００℃以下の焼成温度で焼結可能であり、銅や銀等との同時焼成が可能である材料を意味する。

低温焼結セラミック材料としては、例えば、クオーツやアルミナ、フォルステライト等のセラミック材料にホウ珪酸ガラスを混合してなるガラス複合系低温焼結セラミック材料、ＺｎＯ−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系低温焼結セラミック材料、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系セラミック材料やＡｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３系セラミック材料等を用いた非ガラス系低温焼結セラミック材料等が挙げられる。

多層セラミック基板１には、導体パターン２０が設けられている。
導体パターン２０としては、多層セラミック基板１の内部に設けられる信号ライン２１や、多層セラミック基板１の主面１ｂに設けられるグランド２２が挙げられる。
導体パターンの種類としては、多層セラミック基板に設けることのできる任意のパターンを設けることができ、コイルパターン、信号ライン、グランドパターン等が挙げられる。
導体パターンは、銅、銀、金、パラジウムやこれらの合金からなることが好ましく、セラミック層として好ましい材料である低温焼結セラミック材料との同時焼結が可能な材料からなることが好ましい。

導体パターンと空洞の位置関係として、空洞が、対向する複数の導体パターンの間に位置していることが好ましい。空洞は空気からなりセラミック層を構成する材料よりも比誘電率が低いので対向する複数の導体パターンの間に生じる寄生容量を低減することができる。空洞を設けることにより寄生容量を低減することが有効な導体パターンとして、信号ライン（ストリップライン）やコイルパターンが挙げられる。
図１では、信号ライン２１とグランド２２が対向する導体パターンであることを１点鎖線で示しており、この１点鎖線が空洞層３２を横切っていることから、空洞が対向する複数の導体パターンの間に位置していることを示している。

空洞３０は、多層セラミック基板１の主面１ａにおいて封止部材５０により覆われている。すなわち、空洞３０は、多層セラミック基板１の主面１ａに到達して開口部を形成しており、この開口部が封止部材５０により覆われている。空洞３０は多層セラミック基板の主面１ａにおいて大気と連通していないので、空洞３０内に湿気やゴミが混入することは防止される。また、多層セラミック基板１の主面１ａを樹脂モールドで覆った際に樹脂モールドが空洞３０内に流入することも防止される。

また、本実施形態においては、封止部材によって開口部を覆っているので、開口部をさらに別のセラミック層で全面的に塞ぐ構成と比較して、確実に開口部を塞ぐことができる。また、簡易に製造することができる。

このような構成の多層セラミック基板は、空洞が設けられることによる寄生容量の抑制をすることができ、かつ、湿気等の外部環境の影響を受けにくく信頼性の高い多層セラミック基板となる。

なお、本発明の多層セラミック基板では、空洞は多層セラミック基板のいずれかの主面に到達していて、空洞が到達した主面において封止部材により開口部が覆われていればよい。すなわち、多層セラミック基板において電子部品が実装される側の面とは反対側の主面（図１に示す多層セラミック基板１の主面１ｂ）に空洞が到達して開口部が形成されていても、その開口部が封止部材により覆われていればよい。

封止部材５０は、多層セラミック基板１の主面１ａに到達する空洞３０の周囲に設けられたランド４０の上に設けられている。
封止部材５０としては半田を使用することが好ましい。
ランドの上に封止部材として半田を設けるようにすると、半田をランド上に印刷することができ、ランド上で半田が濡れるため、確実な密閉性を得ることができる。
また、封止部材として、半田の他に、加熱により金属間化合物を形成することのできる接合材料や、樹脂材料を使用することができる。
封止部材として樹脂材料を使用する場合は、ランドを設けなくてもよい。また、封止部材として樹脂材料を使用する場合、軸部が空洞に刺さる形状で、頭部が空洞を覆う形状の断面リベット形状の部材を使用してもよい。

本発明の多層セラミック基板には、電子部品を実装することができる。電子部品の種類は特に限定されるものではないが、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）、ＲＦ−ＩＣ、ＢＢ−ＩＣ、ＳＭＤ受動部品等を実装することができる。

図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、空洞とランドの位置関係の例を模式的に示す上面図である。
図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）には、本発明の多層セラミック基板の主面に設けることのできるランドと空洞の位置関係の例を示している。これらの図面ではランドの上に設けられる封止部材は示していない。
多層セラミック基板に設けられるランドは、空洞の全周囲に設けられることが好ましい。
図２（ａ）には上面視長方形の空洞３０ａの全周囲にランド４０ａが設けられていることを示している。また、図２（ｃ）には上面視円形の空洞３０ｂの全周囲にランド４０ｄが設けられていることを示している。
ランドが空洞の全周囲に設けられていると、封止部材としての半田をランド上に印刷した際に空洞の全周囲で半田が濡れるため、空洞をより確実に密閉することができる。
図２（ｂ）には、ランド４０ｂ、ランド４０ｃが空洞３０ａの全周囲に設けられるのではなく、分割されて設けられている様子を示しているが、このような形態のランドであっても封止部材としての半田をランド上に印刷することで空洞を密閉することができる。
また、空洞の上面視形状及びランドの上面視形状は特に限定されるものではなく、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す長方形状、図２（ｃ）に示す円形状の他、長方形状以外の多角形状、楕円形状等であってもよい。

また、ランドの外径が、開口部の外径よりも５０μｍ以上大きいことが好ましい。
開口部の外径は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）において両矢印Ｗ_１で示す径であり、空洞を上面視した図形の最大径として定める。
また、ランドの外径は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）において両矢印Ｗ_２で示す径であり、開口部を含めてランドを上面視した図形の最大径として定める。
このようにして定めたランドの外径（Ｗ_２）が、開口部の外径（Ｗ_１）よりも５０μｍ以上大きいことが好ましい。ランドの外径と開口部の外径が上記関係を満たすと、封止部材としての半田をランド上に印刷した際に開口部をより確実に密閉することができる。

また、開口部の外径は、２０μｍ以上、２００μｍ以下であることが好ましい。
開口部の外径が２０μｍ未満であると、焼成工程においてアウトガスが空洞から抜けにくくなる。また、開口部の外径が２００μｍを超えると、封止部材による空洞の封止がしにくくなり、封止部材が空洞の内部に大量に入ってしまう可能性がある。

図３は、図１に示す多層セラミック基板の主面が樹脂モールドで覆われた形態を模式的に示す断面図である。
図３では、多層セラミック基板１の主面１ａが樹脂モールド８０で覆われている。
空洞３０は主面１ａにおいて封止部材５０により覆われているので、樹脂モールド８０が空洞３０内に流入することは防止されている。

続いて、本発明の第２実施形態に係る多層セラミック基板について説明する。
本発明の第２実施形態に係る多層セラミック基板は、空洞の周囲に設けられるランドの形態が第１実施形態に係る多層セラミック基板と異なる。
図４は、本発明の第２実施形態に係る多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。
図４に示す多層セラミック基板２は、電子部品６０が実装される側の面である主面２ａ及び反対側の面である主面２ｂを有する。
多層セラミック基板２では、ランド４１は多層セラミック基板２の主面２ａを構成するセラミック層１１内に設けられたビア導体４５の表面である。
そして、多層セラミック基板２の主面２ａにおいても、封止部材５０が空洞３０を覆っている。そのため、第１実施形態に係る多層セラミック基板１と同様に、封止部材により空洞を覆うことによる効果を発揮することができる。
多層セラミック基板２では、セラミック層１１における空洞３０の内壁は、ビア導体４５の内壁となる。そして、多層セラミック基板２では封止部材５０はビア導体４５の内壁にも存在している。
封止部材５０として半田を用いると、ビア導体４５の内壁に半田が濡れるためビア導体４５の内壁に封止部材５０が留まることができる。このようにすることで、空洞の密閉性を高めることができる。
なお、図４においては、多層セラミック基板２の主面２ａを構成するセラミック層１１と、その他のセラミック層１２を区別して別の参照符号で示している。

続いて、本発明の第３実施形態に係る多層セラミック基板について説明する。
本発明の第３実施形態に係る多層セラミック基板は、空洞の形態が第１実施形態に係る多層セラミック基板と異なる。
図５は、本発明の第３実施形態に係る多層セラミック基板の一例を模式的に示す断面図である。
図５に示す多層セラミック基板３は、電子部品６０が実装される側の面である主面３ａ及び反対側の面である主面３ｂを有する。
多層セラミック基板３は、空洞３０として多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層は備えておらず、多層セラミック基板の主面に到達する方向に伸びる連通孔のみを備えている。
そして、多層セラミック基板３の主面３ａにおいても、封止部材５０が空洞３０を覆っている。そのため、第１実施形態に係る多層セラミック基板１と同様に、封止部材により空洞を覆うことによる効果を発揮することができる。
また、空洞の形態がこのような場合、図５において厚み方向とは垂直方向に対向している複数の導体パターン（ビア）２３の間に空洞３０が位置することにより、導体パターン２３の間に生じる寄生容量を低減することができる。

続いて、本発明の多層セラミック基板の製造方法について説明する。
本発明の多層セラミック基板の製造方法では、多層セラミック基板の主面にまで到達する空洞を設けることと、空洞を封止部材により覆うことが工程上の特徴であるので、これらの工程について主に説明する。
まず、本発明の第１実施形態に係る多層セラミック基板を製造する場合を例にして本発明の多層セラミック基板の製造方法について説明する。

まず、多層セラミック基板に空洞を形成するために使用する各種セラミックグリーンシートを準備する。
多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設けるためには、空洞層形成用グリーンシートを作製する。
空洞層形成用グリーンシートは、１枚のセラミックグリーンシートに、空洞形成用の孔を並べて空け、並んで空いた孔に空洞形成用材料を充填することにより作製することが好ましい。

図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、空洞層形成用グリーンシートの作製手順の一例を模式的に示す工程図である。
図６（ａ）には、セラミックグリーンシート１００を示している。セラミックグリーンシートは未焼結のセラミック材料を含むセラミックグリーンシートである。
セラミックグリーンシートは、セラミック粉末、バインダー、可塑剤を任意の量で混合しスラリーを作製し、スラリーをキャリアフィルム上に塗布してシート成形することによって準備する。
スラリーのフィルムへの塗布にはリップコーター、ドクターブレード等を用いることができる。
セラミックグリーンシートの厚さは限定されるものではなく、例えば５μｍ以上、１００μｍ以下とすることが好ましい。
セラミック粉末としては、上述した低温焼結セラミック材料の粉末を使用することが好ましい。

図示は省略しているが、このセラミックグリーンシートには、厚さ方向に導通するビア穴を設けておき、ビア穴に導電性ペーストを充填して厚さ方向の配線となるビアを形成しておいてもよい。
ビア穴はメカパンチ、ＣＯ_２レーザー、ＵＶレーザー等を用いて設けることができる。ビア穴の径は２０μｍ以上、２００μｍ以下とすることが好ましい。
また、ビア穴に充填する導電性ペーストとしては、導電性粉末、可塑剤及びバインダーを含むペーストを使用することができる。この導電性ペーストには収縮率調整用の共素地(セラミック粉末)を添加してもよい。

図６（ｂ）には、セラミックグリーンシート１００に空洞形成用の孔１１０を設けた状態を示している。所定の広さの空洞層を形成するために、セラミックグリーンシート１００に空洞形成用の孔１１０よりも小さな孔を、孔同士が一部重なるように、中心位置を少しずつ動かしながら連続的に空けるようにする。
孔の形成は、メカパンチ、ＣＯ_２レーザー、ＵＶレーザー等を用いた穴加工により行うことができる。１つの孔の孔径は２０μｍ以上、２００μｍ以下とすることが好ましい。

図６（ｃ）には、空洞形成用の孔１１０に空洞形成用材料１２０を充填して作製された空洞層形成用グリーンシート１３０を示している。
空洞形成用材料は、その後の焼成工程における焼成温度（８００℃以上、１０００℃以下であることが好ましい）以下の温度で焼失する材料であることが好ましく、具体的には８５０℃以上、９５０℃以下の温度で焼失する材料であることが好ましい。
空洞形成用材料としては、樹脂、可塑剤及びバインダーからなる樹脂ペースト、又は、カーボン、可塑剤及びバインダーからなるカーボンペーストを使用することができる。

さらに、図示していないが、空洞層形成用グリーンシート１３０の表面の必要な場所に導体パターンとなる導体ペーストを印刷する。
導体ペーストとしては、導電性粉末、可塑剤、バインダーからなるペーストを使用することができる。また、導体パターンの印刷は、スクリーン印刷、インクジェット、グラビア印刷等の方法で行うことができる。

別に、多層セラミック基板の主面に到達する方向に伸びる連通孔を設けるために使用する連通孔形成用グリーンシートを作製する。
連通孔形成用グリーンシートは、セラミックグリーンシートに、連通孔の径と同じ径で空洞形成用の孔を空け、孔に空洞形成用材料を充填することにより作製する。
連通孔形成用グリーンシートは複数枚作製し、積層した際に孔の位置が重なるように孔の位置を調整しておくことが好ましい。

図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、連通孔形成用グリーンシートの作製手順の一例を模式的に示す工程図である。また、図７（ｄ）は、連通孔形成用グリーンシートのうち積層体の主面に配置するための主面配置用グリーンシートの一例を模式的に示す断面図である。
図７（ａ）には、セラミックグリーンシート１００を示している。これは図６（ａ）に示すセラミックグリーンシート１００と同様のものを使用することができる。
このセラミックグリーンシート１００には厚さ方向の配線となるビアを形成しておいてもよい。

図７（ｂ）には、セラミックグリーンシート１００に空洞形成用の孔１１０を設けた状態を示している。空洞形成用の孔１１０は形成する予定の連通孔と同じ径で連通孔１つに対して１つ空けるようにすればよい。
空洞形成用の孔の形成は、メカパンチ、ＣＯ_２レーザー、ＵＶレーザー等を用いた穴加工により行うことができる。１つの孔の孔径は２０μｍ以上、２００μｍ以下とすることが好ましい。

図７（ｃ）には、空洞形成用の孔１１０に空洞形成用材料１２０を充填して作製された連通孔形成用グリーンシート１４０を示している。
空洞形成用材料としては、空洞層形成用グリーンシート１３０の作製に使用するものと同じものを使用することができる。
上記工程により、連通孔形成用グリーンシートが得られるが、連通孔形成用グリーンシートのうち、積層体の主面に配置するための主面配置用グリーンシートには、空洞形成用材料を充填した部位の周囲にランドを設ける。
図７（ｄ）には主面配置用グリーンシート１５０を示しており、空洞形成用材料１２０を充填した部位の周囲にランド４０が設けられている。ランド４０は導体ペーストの印刷により形成することができる。
また、ランド４０の形成は、主面配置用グリーンシート１５０の表面に導体パターンを形成するための導体ペーストの印刷と同時に行なってもよい。
また、連通孔形成用グリーンシート１４０の表面の必要な場所に導体パターンとなる導体ペーストを印刷する。

上記工程により得た各種セラミックグリーンシートを積層して積層体を得る積層工程を行う。
積層工程では、空洞形成用材料が厚さ方向に繋がって積層体の主面に空洞形成用材料が到達するようにセラミックグリーンシートを積層する。
積層枚数は製品の設計厚みに合わせて任意に設定することができる。
積層体は金型に入れて圧着する。圧力と温度は任意に設定することができる。

図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、多層セラミック基板の製造方法の積層工程以後の工程の一例を模式的に示す工程図である。
図８（ａ）には積層体２００を示しており、積層体２００は、下から順に、空洞形成用材料が設けられていないセラミックグリーンシート１００が２枚、空洞層形成用グリーンシート１３０が１枚、連通孔形成用グリーンシート１４０が２枚、主面配置用グリーンシート１５０が１枚積層されてなる。
空洞層形成用グリーンシート１３０、連通孔形成用グリーンシート１４０及び主面配置用グリーンシート１５０において空洞形成用材料１２０が充填された位置が厚さ方向に繋がるように積層される。
積層体２００において、空洞形成用材料１２０が到達する主面２００ａにはランド４０が配置されている。

続いて、積層体を焼成して未焼結のセラミック材料を焼結させるとともに、空洞形成用材料を焼失させて、多層セラミック基板の主面にまで到達する空洞を設ける焼成工程を行う。
焼成工程はバッチ炉、ベルト炉等の焼成炉を用いて行うことができる。
導体ペーストとして銅系ペーストを使用する場合は還元性雰囲気での焼成とすることが好ましい。
焼成工程における焼成温度は特に限定されないが、一般的には８００℃以上、１０００℃以下であることが好ましい。
焼成工程において、空洞層形成用グリーンシートの空洞形成用材料を焼失させることで、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設けることができる。また、連通孔形成用グリーンシート及び主面配置用グリーンシートの空洞形成用材料を焼失させることで。空洞層から多層セラミック基板の主面に到達する方向に伸びる連通孔を設けることができる。

図８（ｂ）には、焼成工程後に得られる多層セラミック基板１を示している。
焼成によりセラミック材料が焼結してセラミック層１０が形成される。そして、空洞形成用材料は焼失して空洞層３２及び連通孔３１からなる空洞３０が形成され、空洞３０は多層セラミック基板１の主面１ａにまで到達して開口部を形成する。

必要に応じて、焼成工程の後にメッキを行う。メッキにはＮｉ−Ｓｎメッキ、無電解Ａｕメッキ等を使用することができる。
また、メッキ液が空洞に浸入するのを防止するために、空洞の開口部をマスキングしても良い。

続いて、開口部を封止部材により覆う封止工程を行う。封止工程では、封止部材としての半田をランド上に設けることにより開口部を封止部材により覆うことが好ましい。
封止部材としての半田をランド上に印刷するとともに、部品実装用のランドにも半田を印刷することが好ましい。
半田としては一般的な半田ペーストを使用することができる。
図８（ｃ）には、空洞３０を封止部材５０としての半田で覆うことにより得られた多層セラミック基板１を示している。

その後、電子部品を実装して、リフロー処理を行う。リフロー処理を行うことで封止部材としての半田が溶融・凝固して空洞を密閉することができる。

さらに、必要に応じて、空洞が到達している多層セラミック基板の主面を樹脂モールドで覆う工程を行う。
樹脂モールドは一般的なモールド材料、例えばエポキシ樹脂とシリカフィラーを含む樹脂組成物等を使用して行うことができる。
図８（ｄ）には、多層セラミック基板１の主面１ａを樹脂モールド８０で覆った形態を示している。
上記工程により、本発明の多層セラミック基板の製造を完了する。

上記説明では、空洞層形成用グリーンシートは、１枚のセラミックグリーンシートに、空洞形成用の孔よりも小さな孔を、孔同士が一部重なるように、中心位置を少しずつ動かしながら連続的に空け、空いた孔に空洞形成用材料を充填することにより作製していたが、別の方法により作製することもできるので以下にその方法を説明する。
この方法では、１枚のセラミックグリーンシートに空洞形成用の孔として面方向に広がる孔を設け、面方向に広がる孔に空洞形成用シートを配置することで、空洞層形成用グリーンシートを作製する。

図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、空洞層形成用グリーンシートの作製手順の別の一例を模式的に示す工程図である。
図９（ａ）には、セラミックグリーンシート１００を示している。これは図６（ａ）に示すセラミックグリーンシート１００と同様のものを使用することができる。
このセラミックグリーンシート１００には厚さ方向の配線となるビアを形成しておいてもよい。

図９（ｂ）には、セラミックグリーンシート１００に、面方向に広がる孔１１５を設けた状態を示している。面方向に広がる孔１１５は所定の広さの空洞層を形成するための大きさで設けられる、空洞形成用の孔である。
面方向に広がる孔の形成は、セラミックグリーンシートに対するレーザーによるトレパニング加工（外周部のみ加工）と中心部の除去、又は、メカパンチ等の方法により行うことができる。

この面方向に広がる孔に空洞形成用シートを配置する。
空洞形成用シートは、面方向に広がる孔とほぼ同じ大きさ及び厚みを有するシートであり、空洞形成用材料である。
空洞形成用シートとしてはカーボンシートを好ましく使用することができる。

カーボンシートは、カーボンに有機バインダー、分散剤及び可塑剤を加えて混合粉砕してスラリーを得て、得られたスラリーをドクターブレード法によって基材フィルム上にシート状に成形し、乾燥させることによって得ることができる。
また、市販のカーボンシート(グラファイトシート)を用いることもできる。
図９（ｃ）には、面方向に広がる孔１１５に空洞形成用シート１２５を配置して作製された空洞層形成用グリーンシート１３５を示している。
この方法で得られた空洞層形成用グリーンシート１３５は、先に説明した空洞層形成用グリーンシート１３０と同様に積層工程、焼成工程を行うことにより、空洞形成用シートを焼失させ、空洞層を形成するために使用することができる。
すなわち、この空洞層形成用グリーンシート１３５を使用して、多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設けて、本発明の多層セラミック基板を製造することができる。

また、このような空洞層形成用グリーンシートは、空洞を形成する予定の場所に、空洞形成用材料である樹脂ペーストやカーボンペーストをスクリーン印刷やインクジェットといった公知の印刷方法により印刷することによっても得ることができる。

続いて、本発明の第２実施形態に係る多層セラミック基板を製造する場合を例にして本発明の多層セラミック基板の製造方法の別の形態について説明する。
本発明の第２実施形態に係る多層セラミック基板は、空洞の周囲に設けられるランドの形態が第１実施形態に係る多層セラミック基板と異なる。この違いは、主面配置用グリーンシートの形態及び製造方法の違いに起因するので、主面配置用グリーンシートの製造方法について説明する。

この実施形態では、主面配置用グリーンシートは、セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径よりも大きな径の孔を空け、さらに、大きな径の孔にビア導体を充填し、孔に充填したビア導体の中心部に、さらに多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径の孔を空け、その孔に空洞形成用材料を充填することにより作製する。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、及び図１０（ｄ）は、主面配置用グリーンシートの作製手順の別の一例を模式的に示す工程図である。
図１０（ａ）には、セラミックグリーンシート１００を示している。これは図６（ａ）に示すセラミックグリーンシート１００と同様のものを使用することができる。
このセラミックグリーンシート１００には厚さ方向の配線となるビアを形成しておいてもよい。

図１０（ｂ）には、セラミックグリーンシート１００に多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径よりも大きな径の孔を空け、さらに、大きな径の孔にビア導体４５を充填した状態を示している。
上記大きな径の孔の形成は、メカパンチ、ＣＯ_２レーザー、ＵＶレーザー等を用いた穴加工により行うことができる。上記大きな径の孔の孔径は２５０μｍ以上、４００μｍ以下とすることが好ましい。
ビア導体の充填は、導体パターンの印刷に使用することのできる導体ペーストを使用して行うことができる。

図１０（ｃ）には、孔に充填したビア導体４５の中心部に、多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径の孔１１０を空けた状態を示している。この孔１１０は空洞形成用の孔であるといえる。
孔の形成は、メカパンチ、ＣＯ_２レーザー、ＵＶレーザー等を用いた穴加工により行うことができる。孔径は２０μｍ以上、２００μｍ以下とすることが好ましい。

図１０（ｄ）には、空洞形成用の孔１１０に空洞形成用材料１２０を充填して作製された主面配置用グリーンシート１５５を示している。
空洞形成用材料としては、空洞層形成用グリーンシート１３０の作製に使用するものと同じものを使用することができる。
このようにして得られた主面配置用グリーンシート１５５では、主面配置用グリーンシート１５５内において、空洞形成用材料１２０の周囲にビア導体４５が設けられていることになる。

上記工程により得た主面配置用グリーンシートを、他の各種セラミックグリーンシートと合わせて積層して積層体を得る積層工程及び焼成工程を行う。積層工程及び焼成工程の手順は、主面配置用グリーンシートとして異なるものを使用する以外は、本発明の第１実施形態に係る多層セラミック基板を製造する場合と同様である。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、多層セラミック基板の製造方法の積層工程以後の工程の別の一例を模式的に示す工程図である。
図１１（ａ）には積層体２０５を示しており、積層体２０５は、下から順に、空洞形成用材料が設けられていないセラミックグリーンシート１００が２枚、空洞層形成用グリーンシート１３０が１枚、連通孔形成用グリーンシート１４０が２枚、主面配置用グリーンシート１５５が１枚積層されてなる。
空洞層形成用グリーンシート１３０、連通孔形成用グリーンシート１４０及び主面配置用グリーンシート１５５において空洞形成用材料１２０が充填された位置が厚さ方向に繋がるように積層される。

図１１（ｂ）には、焼成工程後に得られる多層セラミック基板２を示している。
焼成によりセラミック材料が焼結してセラミック層１１及びセラミック層１２が形成される。そして、空洞形成用材料は焼失して空洞層３２及び連通孔３１からなる空洞３０が形成され、空洞３０は多層セラミック基板２の主面２ａにまで到達する。
多層セラミック基板２の主面２ａにおいて、ビア導体４５の表面はランド４１となり、ビア導体４５の内壁は空洞３０の内壁ともなる。

図１１（ｃ）には、封止部材５０としての半田をランド４１上(ビア導体４５の表面上）に設け、封止部材により空洞３０を覆うことにより得られた多層セラミック基板２を示している。多層セラミック基板２では封止部材５０はビア導体４５の内壁にも存在している。
このような製造方法であっても、本発明の多層セラミック基板を製造することができる。

１、２、３ 多層セラミック基板
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ 多層セラミック基板の主面
１０、１１、１２ セラミック層
２０ 導体パターン
２１ 信号ライン
２２ グランド
２３ 導体パターン（ビア）
３０、３０ａ、３０ｂ 空洞
３１ 連通孔
３２ 空洞層
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４１ ランド
４５ ビア導体
５０ 封止部材
６０ 電子部品
８０ 樹脂モールド
１００ セラミックグリーンシート
１１０ 空洞形成用の孔
１１５ 面方向に広がる孔
１２０ 空洞形成用材料
１２５ 空洞形成用シート
１３０、１３５ 空洞層形成用グリーンシート
１４０ 連通孔形成用グリーンシート
１５０、１５５ 主面配置用グリーンシート
２００、２０５ 積層体
２００ａ 積層体の主面

Claims (15)

1. セラミック層及び導体パターンを有し、その内部に空洞が設けられた多層セラミック基板であって、
   前記空洞が前記多層セラミック基板の主面にまで到達して開口部を形成しており、
   前記開口部が前記多層セラミック基板の主面において封止部材により覆われていることを特徴とする多層セラミック基板。
2. 前記開口部の周囲にはランドが設けられており、前記ランド上に封止部材としての半田が設けられている請求項１に記載の多層セラミック基板。
3. 前記ランドが前記開口部の全周囲に設けられている請求項２に記載の多層セラミック基板。
4. 前記ランドが前記多層セラミック基板の主面を構成するセラミック層内に設けられたビア導体の表面であり、前記半田が前記ビア導体の内壁にも存在する請求項２又は３に記載の多層セラミック基板。
5. 前記ランドの外径が、前記開口部の外径よりも５０μｍ以上大きい請求項２〜４のいずれかに記載の多層セラミック基板。
6. 前記空洞が、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層と、前記空洞層から多層セラミック基板の主面に到達する方向に伸びる連通孔を備える請求項１〜５のいずれかに記載の多層セラミック基板。
7. 前記空洞が、対向する複数の導体パターンの間に位置している請求項１〜６のいずれかに記載の多層セラミック基板。
8. 前記開口部の外径が２０μｍ以上、２００μｍ以下である請求項１〜７のいずれかに記載の多層セラミック基板。
9. 前記空洞が到達している前記多層セラミック基板の主面が樹脂モールドで覆われている請求項１〜８のいずれかに記載の多層セラミック基板。
10. 未焼結のセラミック材料を含むセラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程と、
    前記孔に空洞形成用材料を充填する工程と、
    前記セラミックグリーンシートに導体パターンを設ける工程と、
    前記空洞形成用材料が厚さ方向に繋がって積層体の主面に前記空洞形成用材料が到達するように前記セラミックグリーンシートを積層して積層体を得る積層工程と、
    前記積層体を焼成して未焼結のセラミック材料を焼結させるとともに、前記空洞形成用材料を焼失させて多層セラミック基板の主面にまで到達する空洞を設ける焼成工程と、
    前記空洞が前記多層セラミック基板の主面にまで到達した開口部を封止部材により覆う封止工程と、を行うことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
11. 前記セラミックグリーンシートに導体パターンを設ける工程において、積層体の主面に配置するためのセラミックグリーンシートには、前記空洞形成用材料を充填した部位の周囲にランドを設け、
    前記封止工程において、前記封止部材としての半田を前記ランド上に設けることにより空洞を封止部材により覆う請求項１０に記載の多層セラミック基板の製造方法。
12. セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、積層体の主面に配置するためのセラミックグリーンシートには、多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径よりも大きな径の孔を空け、
    さらに、前記大きな径の孔にビア導体を充填し、孔に充填したビア導体の中心部に、さらに多層セラミック基板において設ける予定の空洞の径の孔を空け、その孔に空洞形成用材料を充填し、
    焼成工程後に、前記大きな径の孔に充填されたビア導体の表面が、多層セラミック基板の主面を構成するセラミック層内に設けられたランドとなり、前記ビア導体に囲まれた空洞が設けられるようにして、
    前記封止工程において、前記封止部材としての半田を前記ランド上に設けることにより空洞を封止部材により覆う請求項１０に記載の多層セラミック基板の製造方法。
13. セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、１枚のセラミックグリーンシートに、孔同士が一部重なるように、中心位置を少しずつ動かしながら連続的に孔を空け、空いた孔に空洞形成用材料を充填し、
    前記焼成工程において、前記空洞形成用材料を焼失させることで、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設ける請求項１０〜１２のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
14. セラミックグリーンシートに空洞形成用の孔を空ける工程において、１枚のセラミックグリーンシートに面方向に広がる孔を設け、面方向に広がる孔に空洞形成用シートを配置し、
    前記焼成工程において、前記空洞形成用シートを焼失させることで、多層セラミック基板内において多層セラミック基板の主面に平行な方向に広がる空洞層を設ける請求項１０〜１２のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
15. 前記空洞が到達している前記多層セラミック基板の主面を樹脂モールドで覆う工程をさらに行う請求項１０〜１４のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。

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