KR20060110219A - 다층 세라믹 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20060110219A
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히데아키 후지오카
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Abstract

캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 제조함에 있어, 치수 정밀도나 캐비티 바닥면의 평면도가 뛰어난 다층 세라믹 기판을 제조할 수 있게 한다. 캐비티에 대응하여 관통공이 형성된 세라믹 그린 시트를 포함하는 복수의 세라믹 그린 시트를 적층하여 적층체로 하고, 이를 프레스한 후 소성함으로써 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 형성한다. 이 때, 적층체의 최외층의 세라믹 그린 시트의 표면에 수축 억제재 그린 시트를 적층함과 동시에, 캐비티의 바닥부에 노출되는 세라믹 그린 시트 상에 캐비티 형상에 따라 수축 억제재 그린 시트편을 배치한다. 나아가서는, 이 수축 억제재 그린 시트편 상에 소실성 시트를 배치한다. 그리고, 수축 억제재 그린 시트편 혹은 소실성 시트 상에 캐비티를 메우는 형태로 세라믹 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트(절개에 의해 분리된 부분)를 배치한 상태에서 프레스 및 소성을 행하고, 소성 후에 매립용 그린 시트의 소성물을 제거한다.
그린 시트, 소성, 캐비티, 바닥면, 수축 억제, 소실성, 세라믹, 다층, 수축 억제재

Description

다층 세라믹 기판 및 그 제조 방법{MULTILAYER CERAMIC SUBSTRATE AND PRDUCTION METHOD THEREOF}
도 1은 제조 대상인 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 제조 프로세스를 도시한 흐름도이다.
도 3의 (a)는 세라믹 그린 시트의 개략 측면도이고, (b)는 수축 억제재 그린 시트의 개략 측면도이다.
도 4의 (a)는 제1 복합 그린 시트의 개략 평면도이고, (b)는 최상층 복합 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 5는 절개 형성 시트의 개략 평면도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 캐비티 형성 공정, (d)는 수축 억제 시트 제거 공정을 나타낸다.
도 7은 제1 실시 형태에서 제작된 다층 세라믹 기판에 대한 전자 디바이스의 실장 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 8은 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 9는 캐비티 내에 전자 디바이스를 수지 밀봉한 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 10의 (a)는 제2 실시 형태에서 제작되는 제2 복합 그린 시트의 개략 평면도이고, (b)는 제2 절개 형성 시트의 개략 평면도이다.
도 11은 제2 실시 형태의 2단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스 예를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 세라믹 다층 기판을 나타낸다.
도 12는 제2 실시 형태에서 제작된 다층 세라믹 기판에 대한 전자 디바이스의 실장 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 13은 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 14는 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 다른 예를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 15는 다층 세라믹 기판의 캐비티 바닥면부의 변형을 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 16은 제3 실시 형태의 적층체의 구성예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 17은 제3 실시 형태의 적층체의 다른 구성예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 18은 제4 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 매립용 그린 시트의 소성물의 제거 공정, (d)는 완성된 다층 세라믹 기판을 나타낸다.
도 19는 세라믹 그린 시트에 대한 수축 억제재 그린 시트편 및 소실성 시트편의 적용 공정을 도시한 개략 사시도이다.
도 20은 제5 실시 형태의 2단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스 예를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 세라믹 다층 기판을 나타낸다.
도 21의 (a)는 제6 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 개략 평면도이고, (b)는 (a)의 요부 확대 평면도이고, (c)는 (ａ)에서 X-X선에 따른 요부 개략 단면도이고, (d)는 (c)의 요부를 확대한 단면도이다.
도 22는 도 21에 도시한 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상을 상세하게 도시한 도면이다.
도 23은 캐비티 내에 전자 디바이스를 수지 밀봉한 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 24의 (a)는 세라믹 그린 시트의 개략 측면도이고, (b)는 수축 억제재 그린 시트의 개략 측면도이다.
도 25의 (a)는 제1 복합 그린 시트의 개략 평면도이고, (b)는 최상층 복합 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 26은 절개 형성 시트의 개략 평면도이다.
도 27은 바닥면 형성용 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 28은 제6 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 캐비티 형성 공정, (d)는 수축 억제 시트 제거 공정을 나타낸다.
도 29는 수축 억제재 시트편과 매립용 그린 시트를 대략 동일한 형상으로 한 경우의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스의 적층 공정을 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 30은 제6 실시 형태에서 제작된 다층 세라믹 기판에 대한 전자 디바이스의 실장 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 31은 제7 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 개략 평면도이다.
도 32는 제7 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 다른 예를 도시한 개략 평면도이다.
도 33은 제7 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 또 다른 예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 34는 제8 실시 형태의 다층 세라믹 기판으로서, 다단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 35는 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 36은 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 다른 예를 도시한 도이다.
도 37의 (a)는 제8 실시 형태에서 제작되는 제2 복합 그린 시트의 개략 평면 도이고, (b)는 제2 절개 형성 시트의 개략 평면도이다.
도 38은 제2 바닥면 형성용 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 39는 제8 실시 형태에서 2단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스 예를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정을 나타낸다.
도 40은 제8 실시 형태에서 제작된 다층 세라믹 기판에 대한 전자 디바이스의 실장 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 41은 다층 세라믹 기판의 캐비티 바닥면부의 변형을 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 42는 제9 실시 형태의 적층체의 일례를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 43은 제9 실시 형태의 적층체의 다른 구성예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 44는 제10 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 매립용 그린 시트의 소성물의 제거 공정, (d)는 완성된 다층 세라믹 기판을 나타낸다.
도 45는 세라믹 그린 시트에 대한 세라믹 그린 시트편 및 소실성 시트편의 적용 공정을 도시한 개략 사시도이다.
도 46은 제11 실시 형태에서 2단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스 예를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 세라믹 다층 기판을 나타낸다.
도 47의 (a)는 제12 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 개략 평면도이고, (b)는 (a)의 요부 개략 단면도이다.
도 48은 제12 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 적층 공정을 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 49의 (a)는 제13 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 개략 평면도이고, (b)는 (a)의 요부 확대 평면도이고, (c)는 (ａ)에서 X-X선에 따른 요부 개략 단면도이고, (d)는 (c)의 요부를 확대한 단면도이다.
도 50은 도 49에 도시한 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상을 상세하게 도시한 도면이다.
도 51은 캐비티 내에 전자 디바이스를 수지 밀봉한 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 52의 (a)는 세라믹 그린 시트의 개략 측면도이고, (b)는 수축 억제재 그린 시트의 개략 측면도이다.
도 53의 (a)는 제1 복합 그린 시트의 개략 평면도이고, (b)는 최상층 복합 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 54는 절개 형성 시트의 개략 평면도이다.
도 55는 바닥면 형성용 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 56은 제13 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 캐비티 형성 공정, (d)는 수축 억제 시트 제거 공정을 나타낸다.
도 57은 제13 실시 형태에서 제작된 다층 세라믹 기판에 대한 전자 디바이스의 실장 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 58은 제14 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 개략 평면도이다.
도 59는 제14 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 다른 예를 도시한 개략 평면도이다.
도 60은 제14 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 또 다른 예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 61은 제15 실시 형태의 다층 세라믹 기판으로서, 다단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 일례를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 62는 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 63은 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 64의 (a)는 제15 실시 형태에서 제작되는 제2 복합 그린 시트의 개략 평면도이고, (b)는 제2 절개 형성 시트의 개략 평면도이다.
도 65는 제2 바닥면 형성용 그린 시트의 개략 평면도이다.
도 66은 제15 실시 형태에서 2단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스 예를 도시한 요부 개략 단면도이며, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정을 나타낸다.
도 67은 제15 실시 형태에서 제작된 다층 세라믹 기판에 대한 전자 디바이스의 실장 상태를 도시한 개략 단면도이다.
도 68은 다층 세라믹 기판의 캐비티 바닥면부의 변형을 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 69는 제16 실시 형태의 적층체의 일례를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 70은 제16 실시 형태의 적층체의 다른 구성예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도 71은 제17 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 매립용 그린 시트의 소성물의 제거 공정, (d)는 완성된 다층 세라믹 기판을 나타낸다.
도 72는 세라믹 그린 시트에 대한 수축 억제재 그린 시트편 및 소실성 시트편의 적용 공정을 도시한 개략 사시도이다.
도 73은 제18 실시 형태에서 2단 구조의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스 예를 도시한 요부 개략 단면도로서, (a)는 적층 공정, (b)는 소성 공정, (c)는 세라믹 다층 기판을 나타낸다.
도 74는 실시 형태 1에서 제작한 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상을 도시한 도면 대용 사진이다.
도 75는 실시 형태 2에서 제작한 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상을 도시한 도면 대용 사진이다.
본 발명은 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 무수축 소성 방법을 적용하여 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 제조할 때의 제조 방법의 개량 및 상기 제조 방법에 의해 형성되며 특이한 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판에 관한 것이다.
전자 기기 등의 분야에서는 전자 디바이스를 실장하기 위한 기판이 널리 사용되고 있는데, 최근 전자 기기의 소형 경량화나 다기능화 등의 요구에 부응하여, 또한 높은 신뢰성을 갖는 기판으로서 다층 세라믹 기판이 제안되어 실용화되어 있다. 다층 세라믹 기판은 복수의 세라믹층을 적층함으로써 구성되며, 각 세라믹층에 배선 도체나 전자 소자 등을 일체로 만들어 넣음으로써 회로 기판의 고밀도화가 가능해져 있다.
그리고, 상기 다층 세라믹 기판에서는 전자 기기의 더 많은 소형화, 높이 감소화 등을 진전시킬 목적으로, 전자 디바이스를 수납하는 캐비티(오목부)가 형성된 다층 세라믹 기판도 실용화되어 있다. 이러한 캐비티가 있는 다층 세라믹 기판의 경우에는, 캐비티 내에 전자 디바이스를 수용한 상태에서 실장할 수 있으므로, 전술한 요구를 보다 충분히 만족시킬 수 있고, 다층 세라믹 기판 자체의 소형화, 높이 감소화를 실현하는 것도 가능하다.
그런데, 전술한 다층 세라믹 기판은 복수의 그린 시트를 적층하여 적층체를 형성한 후, 이를 소성함으로써 형성된다. 그리고, 상기 그린 시트는 이러한 소성 공정에서의 소결에 따라 반드시 수축하여, 다층 세라믹 기판의 치수 정밀도를 저하시키는 커다란 요인이 되고 있다. 구체적으로는, 상기 수축에 따라 수축 편차가 발생하며, 최종적으로 얻어지는 다층 세라믹 기판에서는 치수 정밀도가 0.5% 정도에 머물러 있다.
이러한 상황을 고려하여, 다층 세라믹 기판의 소성 공정에서 그린 시트의 면내 방향의 수축을 억제하고, 두께 방향으로만 수축시키는 소위 무수축 소성 방법이 제안된 바 있다(예컨대 특허 문헌 1 등 참조). 특허 문헌 1 등에도 기재되는 바와 같이, 상기 소성 온도에서도 수축하지 않는 시트를 그린 시트의 적층체에 접착하고 이 상태에서 소성을 행하면, 상기 면내 방향의 수축이 억제되고 두께 방향으로만 수축한다. 이 방법에 의하면, 다층 세라믹 기판의 면내 방향의 치수 정밀도를 0.05% 정도로까지 개선하는 것이 가능하다.
다만, 상기 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 제작하는 경우에는, 전술한 바와 같은 무수축 소성 방법을 적용하여도 반드시 충분한 치수 정밀도나 평면도 등이 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 이는 통상의 무수축 소성 방법에서는 캐비티의 바닥부에 수축 억제의 구속력이 작용하지 않는 것에 기인한다. 캐비티의 바닥부에 수축 억제의 구속력이 작용하지 않으면, 캐비티의 바닥면의 전자 디바이스 탑재에 충분한 평면도를 확보할 수 없어 전자 디바이스의 실장에 지장을 초래할 우려가 있다.
따라서, 캐비티의 바닥면에도 수축 억제 시트를 배치하여 상기 문제를 해소하는 것이 시도된 바 있다(예컨대 특허 문헌 2 등 참조). 특허 문헌 2에 기재된 발명에서는 수축 억제용 무기 재료를 포함하는 수축 억제용 시트를 캐리어 필름 상에서 형성하고, 수축 억제용 시트에 캐비티의 바닥면의 테두리에 해당하는 형상의 절개를 넣고, 절개의 외측 부분을 제거한 후, 미가공 기판용 적층체를 제작하기 위한 기판용 세라믹 그린 시트의 적층 공정에 있어서, 캐비티의 바닥면을 제공하는 기판용 세라믹 그린 시트 상에 캐리어 필름 상에 유지된 수축 억제용 시트를 전사하고, 캐비티의 바닥면 상에 수축 억제용 시트가 배치된 상태에서 소성 공정을 실시하고 있다. 이에 따라 소성 후의 기판용 적층체의 치수 정밀도를 높게 할 수 있음과 동시에, 캐비티에서 원하지 않은 왜곡을 잘 발생하지 않게 할 수 있어, 배선의 고밀도화를 높은 신뢰성을 가지고 달성할 수 있다고 되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평 10-75060호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 2003-318309호 공보
그러나, 상기 특허 문헌 2에 기재된 발명과 같이 캐비티의 바닥면을 제공하는 기판용 세라믹 그린 시트 상에 수축 억제용 시트를 배치하는 것만으로는 예컨대 캐비티의 변형 등의 문제를 완전히 해소하기가 어렵다. 특히, 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서는 복수의 그린 시트를 적층한 적층체의 프레스가 필요하며, 상기 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서는 프레스 공정에서 캐비티 개구부가 일그러져 변형될 가능성이 높다. 또한 소성 공정에서도 캐비티 개구부 주변이 부풀어오르는 현상이 보여 역시 변형의 원인이 될 우려가 있다.
또한 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 제작하는 다른 방법으로서, 그린 시 트를 적층하여 소성하고, 그 후 소결한 적층체에 구멍 뚫기 가공을 실시하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 소결한 적층체는 단단하고 부서지기 쉬우므로 정밀한 가공이 어렵고, 고가의 설비가 필요해지는 등 제조 비용의 관점에서도 문제가 많다.
본 발명은 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 제조함에 있어 치수 정밀도나 평면도가 뛰어난 세라믹 기판을 간단하면서 저렴한 비용으로 제조하는 것이 가능하고, 아울러 캐비티 주변부의 변형 등의 발생도 해소하는 것이 가능한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다층 세라믹 기판의 제조 방법은, 캐비티에 대응하여 관통공이 형성된 캐비티 형성용 그린 시트를 포함하는 복수의 기판용 그린 시트를 적층하여 적층체로 하고, 이를 프레스한 후 소성함으로써 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 형성하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법으로서, 상기 적층체의 최외층이 되는 기판용 그린 시트의 표면에 각각 수축 억제재 그린 시트를 적층함과 동시에, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트 상에 수축 억제재 그린 시트편을 배치하고, 상기 수축 억제재 그린 시트편 상에 상기 캐비티를 메우는 형태로 상기 각 캐비티 형성용 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트를 더 배치한 상태에서 상기 프레스 및 소성을 행하고, 소성 후에 상기 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조 방법에서는 전술한 바와 같이, 캐비티의 바닥부에 노출되는 기판용 그린 시트 상에도 수축 억제재 그린 시트편을 배치한 상태에서 무수축 소성 방법을 실시하고 있으므로 치수 정밀도가 확보되고, 또한 캐비티 바닥면의 평면도도 충분히 확보된다. 그와 동시에, 캐비티 내에 매립용 그린 시트를 배치한 상태에서 적층체의 프레스를 행하도록 하고 있으므로, 캐비티가 없는 적층체와 마찬가지로 평판의 금형 등에 의해 용이하게 프레스하는 것이 가능하여, 캐비티 개구부의 일그러짐이나 캐비티 개구부 주변의 부풀어오름 등으로 인해 변형이 발생하는 경우도 없다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 매립용 그린 시트는 수축 억제재 그린 시트편 상에 탑재되는 형태가 되는데, 이 때 수축 억제재 그린 시트의 구속력이 상기 매립용 그린 시트에도 미치면, 매립용 그린 시트의 수축에 수반되는 응력이 수축 억제재 그린 시트를 통하여 캐비티 바닥부의 기판용 그린 시트에도 영향을 미칠 가능성이 있다. 전술한 영향이 우려되는 경우에는, 상기 매립용 그린 시트와 수축 억제재 그린 시트편 사이에 구속력이 작용하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트 사이에 소실성 시트를 개재시키는 것을 특징으로 하는 것이다. 이 경우에는, 상기 매립용 그린 시트는 소실성 시트를 통하여 수축 억제재 그린 시트 상에 올려지게 되고, 또한 상기 소실성 시트는 소성에 따라서 신속하게 소실된다. 따라서, 소성시에 상기 매립용 그린 시트에 대하여 수축 억제재 그린 시트의 구속력이 작용하지 않아, 캐비티 바닥면이 매립용 그린 시트의 수축 응력의 영향을 받지 않는다. 또한 소성에 따라서 상기 매립용 그린 시트는 소실되고, 매립용 그린 시트의 소성물도 신속하게 제거된다.
한편, 본 발명에서 캐비티의 바닥면이란, 캐비티의 깊이 방향에서 소위 바닥부를 구성하는 면이 모두 해당하고, 예컨대 캐비티가 다단 형상을 갖는 경우에는 가장 깊은 부분의 바닥면뿐만 아니라, 이보다 얕게 해당 바닥면에 대하여 단차를 갖는 단차면도 바닥면에 해당하는 것으로 본다. 또한 매립용 그린 시트는 캐비티 형성용 그린 시트와 분리되어 있을 것이 필요한데, 이 경우의 분리란 예컨대 절개가 캐비티 형성용 그린 시트의 두께 방향으로 관통해 있는 것뿐만 아니라, 절개가 캐비티 형성용 그린 시트의 두께 방향으로 관통하지 않는 것도 포함한다.
한편, 전술한 제조 방법에 의해 제조되는 다층 세라믹 기판에서는 캐비티의 형상이 종래의 그것과 다른 특이한 형상을 이룬다. 이를 규정한 것이 본 발명의 다층 세라믹 기판이다. 즉, 본 발명의 다층 세라믹 기판은 복수의 세라믹층이 적층됨과 동시에, 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판으로서, 상기 캐비티의 개구부의 개구 면적이 상기 캐비티의 깊이 방향 도중 위치의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다층 세라믹 기판에 있어서, 상기 캐비티 형상은 예컨대 캐비티 내에 전자 디바이스를 수지 밀봉하는 경우에 유리하다. 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판에서는 캐비티 내에 전자 디바이스를 수용하고, 또한 수지 밀봉을 행하는 경우가 많다. 이와 같이 수지 밀봉을 행한 경우, 다층 세라믹 기판을 구성하는 세라믹과 밀봉을 행하는 수지 재료에서 열 팽창율이 다른 것에 기인하여, 밀봉한 수지가 박리되어 탈락한다는 문제가 발생한다. 특히, 장기간에 걸친 온도 변화의 반복으로 인해 상기 문제는 현저해진다. 본 발명의 다층 세라믹 기판에서는 전술한 바와 같이 캐비티의 개구부에서의 개구 면적이 캐비티의 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작으므로, 캐비티 내에 충전하여 경화한 수지는 캐비티의 개구부를 빠져 나갈 수 없어, 캐비티 내에 소위 안긴 형태로 물리적으로 유지된다. 따라서, 밀봉한 수지의 세라믹으로부터의 박리나 탈락이 방지되며, 또한 만일 수지가 박리되어도 캐비티로부터 탈락하지 않는다.
다층 세라믹 기판에서는 캐비티 바닥면이나 다층 세라믹 기판 내부에 도체 패턴이 형성되는 것이 일반적인데, 캐비티의 바닥부에 수축 억제재 그린 시트편을 배치한 상태에서 무수축 소성 방법에 의해 도체 패턴이 캐비티 바닥면의 가장자리부에 걸터 앉은 상태로 형성되어 있는 다층 세라믹 기판의 제조를 시도하면, 해당 도체 패턴이 캐비티 측벽과의 접촉부를 경계로 단선된다는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 단선은 캐비티 측벽의 하단부(바닥면 형성용 그린 시트에 접하는 캐비티 형성용 그린 시트의 내주 가장자리부)에 대한 수축 억제재 그린 시트편 및 수축 억제재 그린 시트의 구속력이 다른 부분에 비하여 약하기 때문에, 예컨대 캐비티 측벽의 하단부를 구성하는 캐비티 형성용 그린 시트가 캐비티 중심으로부터 멀어지는 방향으로 크게 수축하고, 그 때의 응력이 캐비티 측벽의 하단부에 접하는 도체 패턴이나 바닥면 형성용 세라믹층에 집중하는 것에 기인한다.
이러한 문제를 해소하기 위해서는, 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴이 형성되는 부분에서, 수축 억제재 그린 시트편의 단면을 그 바로 위에 적층하는 매립용 그린 시트의 단면보다 외측에 위치시키는 것이 유효하다. 이를 규정한 것이 본 발명의 다층 세라믹 기판의 제2 구성으로서, 캐비티를 가지 며, 해당 캐비티의 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 세라믹층과 해당 캐비티의 개구 형상에 따른 관통공을 갖는 캐비티 형성용 세라믹층을 포함하는 세라믹층이 적층 일체화되는 다층 세라믹 기판으로서, 상기 바닥면 형성용 세라믹층 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성되어 있고, 상기 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴과 포개지는 부분에서 바닥면 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면이 상기 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면보다 외측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 구성의 다층 세라믹 기판을 제조하기 위한 제조 방법은, 앞의 제조 방법의 구성에 추가로, 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴을 형성하는 공정과, 관통공 내에 수축 억제재 그린 시트편이 매립된 제1 캐비티 형성용 그린 시트와, 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층되며, 상기 캐비티를 메우는 형태로 캐비티 형성용 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트를 갖는 제2 캐비티 형성용 그린 시트를 형성하는 공정과, 캐비티의 바닥면과 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트가 포개지도록 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트의 바로 위에 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트를, 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트의 바로 위에 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트를 각각 적층하여 상기 적층체를 얻는 공정과, 상기 소성 후에 상기 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정을 포함하고, 상기 적층체에서 캐비티의 바닥면 의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴과 포개지는 부분의 상기 수축 억제재 그린 시트편의 단면을 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트가 갖는 매립용 그린 시트의 단면보다 외측에 위치시키는 것을 특징으로 한다.
이들 발명에 의해, 캐비티의 바닥면에 배치한 수축 억제재 그린 시트편이 그 바로 위에 적층된 제2 캐비티 형성용 그린 시트의 캐비티 주위를 구성하는 영역과 면 접촉하고, 이 접촉면에서 제2 캐비티 형성용 그린 시트나 그 위에 적층된 캐비티 형성용 그린 시트의 면내 방향으로의 수축을 구속하게 된다. 따라서, 도체 패턴에 가해지는 응력이 분산되기 때문에 캐비티 바닥면의 도체 패턴의 단선이 억제된다.
그리고, 소성 후의 적층체로부터 수축 억제재 그린 시트, 수축 억제재 그린 시트편 및 매립용 그린 시트의 잔사를 제거함으로써 적어도 도체 패턴과 캐비티 바닥면의 가장자리부가 포개지는 부분에서 바닥면 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면이 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면보다 외측에 위치한 다층 세라믹 기판이 얻어진다. 이 다층 세라믹 기판에서는 캐비티의 바닥면에 형성된 도체 패턴의 단선이 방지되고 있다.
한편, 상기 제2 구성의 다층 세라믹 기판에서 캐비티의 바닥면이란, 캐비티의 깊이 방향에서 소위 바닥부를 구성하는 영역이 모두 해당하고, 예컨대 캐비티가 다단 형상을 갖는 경우에는 가장 깊은 부분의 바닥면뿐만 아니라, 이보다 얕게 해당 바닥면에 대하여 단차를 갖는 단차면도 바닥면에 해당한다. 또한 매립용 그린 시트는 캐비티 형성용 그린 시트와 분리되어 있을 것이 필요한데, 이 경우의 분리 란 예컨대 절개가 캐비티 형성용 그린 시트의 두께 방향으로 관통하고 있는 것뿐만 아니라, 절개가 캐비티 형성용 그린 시트의 두께 방향으로 관통하지 않는 것도 포함한다. 또한, 본 발명에서 외측이란 다층 세라믹 기판의 캐비티를 평면에서 보았을 때의 캐비티의 외측을 나타낸다.
전술한 단선의 문제는 캐비티 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 도체 패턴의 표면에 소성시의 소성 온도에서 연화되는 연화층을 형성하는 것도 유효하다. 이를 규정한 것이 본 발명의 다층 세라믹 기판의 제3 구성으로서, 복수의 기판용 그린 시트를 적층한 후 소성함으로써 제조되고, 캐비티를 가지며, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 세라믹층을 포함하는 세라믹층이 적층 일체화되는 다층 세라믹 기판으로서, 상기 바닥면 형성용 세라믹층 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성되어 있고, 상기 바닥면 형성용 세라믹층 상의 상기 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴의 표면에 상기 소성시의 소성 온도에서 연화되는 연화층을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제3 구성의 다층 세라믹 기판을 제조하기 위한 제조 방법은, 앞의 제조 방법의 구성에 추가로, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴을 형성하고, 상기 바닥면 형성용 그린 시트 상의 상기 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴의 표면에 상기 소성시의 소성 온도에서 연화되는 연화층을 형성한 후, 관통공 내에 수축 억제재 그린 시트편이 매립된 캐비티 형성용 그린 시트를 캐비티의 바닥면과 상기 수축 억제재 그린 시트편이 포개지도록 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층함과 동시에, 상기 캐비티를 메우는 형태로 상기 각 캐비티 형성용 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트가 상기 수축 억제재 그린 시트편 상에 배치되도록 캐비티 형성용 그린 시트를 적층한 상태에서 상기 프레스 및 소성을 행하고, 소성 후에 상기 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
제3 구성의 다층 세라믹 기판에 있어서도, 캐비티의 바닥부에 노출되는 기판용 그린 시트 상에도 수축 억제재 그린 시트편을 배치한 상태에서 무수축 소성 방법을 실시하고 있으므로 치수 정밀도가 확보되고, 또한 캐비티 바닥면의 평면도도 충분히 확보된다. 그와 동시에, 캐비티 내에 매립용 그린 시트를 배치한 상태에서 적층체의 프레스를 행하도록 하고 있으므로, 캐비티가 없는 적층체와 마찬가지로 평판의 금형 등에 의해 용이하게 프레스하는 것이 가능하여, 캐비티 개구부의 일그러짐이나 캐비티 개구부 주변의 부풀어오름 등으로 인해 변형이 발생하는 경우도 없다.
또한 도체 패턴과 캐비티의 측벽의 하단부 사이에 연화층이 개재되므로, 소성시에 캐비티의 측벽의 하단부를 구성하는 캐비티 형성용 그린 시트가 캐비티 중심으로부터 멀어지는 방향으로 수축할 때, 캐비티의 측벽의 하단부는 연화된 연화층 표면을 미끄러지도록 이동한다. 따라서, 캐비티 형성용 그린 시트가 면내 방향으로 수축하는 것에 기인하는 도체 패턴에 대한 응력 집중이 연화층에 의해 완화되어 캐비티 바닥면의 도체 패턴의 단선이 억제된다.
그리고, 소성 후의 적층체로부터 수축 억제재 그린 시트, 수축 억제재 그린 시트편 및 매립용 그린 시트의 잔사를 제거함으로써 캐비티의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 도체 패턴의 표면에 연화층을 가지며, 캐비티의 바닥면의 도체 패턴에 단선이 없는 다층 세라믹 기판이 얻어진다.
한편, 이러한 제3 구성의 다층 세라믹 기판에서도, 캐비티의 바닥면이란 캐비티의 깊이 방향에서 소위 바닥부를 구성하는 영역이 모두 해당하고, 예컨대 캐비티가 다단 형상을 갖는 경우에는, 가장 깊은 부분의 바닥면뿐만 아니라, 이보다 얕게 해당 바닥면에 대하여 단차를 갖는 단차면도 바닥면에 해당한다. 또한 매립용 그린 시트는 캐비티 측벽 형성용 그린 시트와 분리되어 있을 것이 필요한데, 이 경우의 분리란 예컨대 절개가 캐비티 측벽 형성용 그린 시트의 두께 방향으로 관통하고 있는 것뿐만 아니라, 절개가 캐비티 측벽 형성용 그린 시트의 두께 방향으로 관통하지 않는 것도 포함한다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명을 적용한 다층 세라믹 기판의 제조 방법, 나아가서는 상기 제조 방법에 의해 제작되며 특이한 캐비티 형상을 갖는 다층 세라믹 기판에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
먼저 본 실시 형태에서, 제조 대상인 다층 세라믹 기판에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서 제조 대상인 다층 세라믹 기판은 전자 디바이스 등을 수용하기 위한 캐비티(오목부)를 갖는 다층 세라믹 기판이다.
도 1은 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판(1)의 가장 단순한 모델 예를 도시한 것으로서, 본 예의 경우, 복수(여기서는 9층)의 세라믹층(2∼10)이 적층 일체화되어 있다. 이들 세라믹층(2∼10) 중 위의 2층(2, 3)은 캐비티 형성을 위한 관통공이 형성되어 있지 않은 평탄한 세라믹층이고, 이들 중에서 상층이 되는 세라믹층(3)의 상면(3a)의 일부가 캐비티의 바닥부에 면하여 캐비티의 바닥면을 구성하게 된다.
한편, 상기 세라믹층(3) 상에 적층되는 나머지 세라믹층(4∼10)은 캐비티에 대응하여 각각 관통공이 형성되어 있고, 이들 관통공이 연속됨으로써 캐비티(11)가 소정의 공간으로서 구성되어 있다. 캐비티(11)의 개구 형상은 예컨대 정사각형이나 이에 한정되지 않으며, 직사각형이나 타원형 등 임의의 형상으로 할 수 있다. 다만, 캐비티(11)의 개구 형상을 정사각형이나 직사각형으로 하는 경우에는, 코너부를 둥그스름하게 하여 원호상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 코너부에서 발생하는 응력을 완화할 수 있고, 코너부에 균열이 발생하는 등의 문제를 해소할 수 있다. 수축 억제 시트를 사용한 무수축 소성법을 채용한 경우, 상기 캐비티(11)에서 측벽이 외측으로 인입되는 형태가 되고, 캐비티(11)의 개구 형상에서의 코너부에 응력이 집중하여 균열이 발생할 우려가 있다. 코너부를 둥그스름하게 하여 원호상으로 함으로써 상기 응력의 집중을 완화할 수 있고, 균열의 발생을 방지할 수 있다. 이러한 경우, 원호의 곡률 반경(R)은 0.05mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 곡률 반경(R)은 수축 억제 시트의 두께에 따라 설정하는 것이 보다 바람직하며, 예컨대 수축 억제 시트의 두께가 75㎛인 경우에는, 상기 곡률 반경 (R)을 0.1mm 이상으로 함으로써 균열이 발생하지 않았다. 수축 억제 시트의 두께를 250㎛로 한 경우에는 상기 곡률 반경(R)을 0.51mm 이상으로 함으로써 균열이 발생하지 않았다. 또한 도시하지는 않았으나, 캐비티(11)의 바닥면에는 전자 디바이스를 탑재하기 위한 도체 패턴을 형성하고 있는 것이 일반적이며, 방열용 비아홀 등이 형성되어 있는 경우도 있다.
전술한 바와 같은 캐비티(11)를 갖는 다층 세라믹 기판(1)은 복수의 그린 시트를 적층하고, 이를 프레스하여 적층체로 한 후 소성함으로써 제작하는데, 치수 정밀도를 확보하기 위하여 소성시의 수축을 억제할 필요가 있다. 또한 그것만으로는 불충분하며, 예컨대 프레스 공정시의 캐비티(11)의 개구부의 일그러짐이나 캐비티(11)의 개구부 주변의 부풀어오름에 의한 변형을 해소할 필요가 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는 무수축 소성 방법을 채용함과 동시에, 캐비티에 해당하는 공간 내에 매립용 그린 시트를 배치한 상태에서 프레스 공정이나 소성 공정을 행하여 프레스 시의 일그러짐 등을 해소하도록 한다. 이하, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 제조 프로세스의 공정 흐름을 도 2에 나타내었다. 본 실시 형태의 제조 프로세스는, 도 2에 도시한 바와 같이, 기본적으로는 적층체 형성 공정(단계 S1)과 소성 공정(단계 S2), 캐비티 형성 공정(단계 S3)을 적어도 갖는 것이다. 이에 추가로 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)을 가지고 있어도 좋다. 적층체 형성 공정(단계 S1)에는 그린 시트 형성 공정(단계 S11), 복합 그린 시트 형성 공정(단계 S12), 절개 형성 공정(단계 S13), 비아홀 형성 공정(단계 S14), 도 체 인쇄 공정(단계 S15), 적층 공정(단계 S16) 및 프레스 공정(단계 S17)이 포함된다.
이하 각 공정에 대하여 설명하면, 전술한 다층 세라믹 기판을 제작하려면 먼저 적층체 형성 공정(단계 S1)에서의 첫 공정인 그린 시트 형성 공정(단계 S11)을 수행한다. 이 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서는 도 3(a)에 도시한 세라믹 그린 시트(기판용 그린 시트에 해당함)(21)와 도 3(b)에 도시한 수축 억제재 그린 시트(22)를 형성한다. 이들 세라믹 그린 시트(21) 및 수축 억제재 그린 시트(22)는 일반적으로 플라스틱 시트와 같은 지지체(23)의 표면에 밀착시켜 형성한다. 지지체(23)로서 사용하는 플라스틱 시트는 표면이 매끄러운 시트이면 어떤 것이어도 좋으나, 예컨대 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 시트 등이 바람직하다. 지지체(23)의 두께는 공정 중에 변형하지 않으면서 취급하기 쉬운 두께인 것이 바람직하며, 일반적으로는 50∼150㎛이다.
상기 세라믹 그린 시트(21)의 제작 방법으로서는 예컨대 세라믹 분말과 유기 비히클을 혼합하여 슬러리(유전체 페이스트)를 조제하고, 이를 닥터 블레이드법과 같은 시트 성형법에 의해 지지체(23)(PET 시트와 같은 수지 시트) 상에 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 제작하는 다층 세라믹 기판을 유리 세라믹 기판으로 하는 경우에는, 세라믹 분말에 추가로 유리 분말을 사용하고, 이들을 유기 비히클과 혼합한 슬러리를 사용하면 좋다.
한편, 유기 비히클이란 바인더를 유기 용제 중에 용해한 것으로서, 주로 테르피네올, 부틸카비톨, 아세톤, 톨루엔, 이소프로필알코올 등의 용매, 에틸셀룰로 오스, 폴리비닐부틸알 등의 바인더, 디-n-부틸프탈레이트 등의 가소제로 구성된다. 유기 비히클의 함유량은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 함유량, 예컨대 바인더는 1∼5 질량％, 용제는 10∼50 질량％로 하면 된다.
유전체 페이스트는 전술한 바와 같이 유기 비히클을 함유하는 유기계 도료로 하여도 좋고, 물에 수용성 바인더, 분산제 등을 용해시킨 수용계 도료로 하여도 좋다. 여기서, 수용계 바인더는 특별히 한정되지 않으며, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 수용성 아크릴 수지, 에멀전 등으로부터 적당히 선택하면 좋다.
또한 전술한 바와 같이, 유전체 페이스트에는 세라믹 분말이 포함되는데, 해당 세라믹 분말을 구성하는 유전체 자기 조성물의 조성 등은 임의이다. 따라서, 세라믹 분말의 제작에서는 유전체 자기 조성물의 조성에 따라 원료(주성분 및 부성분)를 선택하면 된다. 이 경우, 원료인 주성분이나 부성분의 재료 형태는 특별히 한정되지 않는다. 또한 원료인 주성분 및 부성분으로는 산화물이나 소성에 의해 산화물이 되는 화합물을 사용할 수 있다. 한편, 소성에 의해 산화물이 되는 화합물로는 예컨대 탄산염, 질산염, 옥살산염, 유기 금속 화합물 등이 예시된다. 물론, 원료로서 산화물과 소성에 의해 산화물이 되는 화합물을 병용하여도 좋다. 원료 내의 각 성분의 함유량은 소성 후에 상기 유전체 자기 조성물의 조성이 되도록 결정하면 좋다. 또한 상기 세라믹 분말의 제조 방법도 임의이며, 예컨대 액상 합성법 혹은 고상법 중 어느 하나로부터 얻어진 분말이어도 좋다.
LTCC 기판인 유리 세라믹 기판을 제작하는 경우에는, 전술한 바와 같이 세라믹 분말(세라믹 성분)과 유리 분말(유리 성분)을 병용하는데, 이때 이들 유리 성분 과 세라믹 성분은 목적으로 하는 비유전율이나 소성 온도에 기초하여 적당히 선택하면 좋다. 구체적으로는, 1000℃ 이하에서 소성하여 유리 세라믹 기판으로 할 수 있는 알루미나(세라믹 성분 : 결정상)와 산화 규소(유리 성분 : 유리상)의 조합을 예시할 수 있다. 그 외, 세라믹스 성분으로는 마그네시아, 스피넬, 실리카, 뮬라이트, 고토감람석, 스테아타이트, 근청석, 스트론튬 장석, 석영, 규산 아연, 산화 지르코늄, 티타니아 등을 사용할 수 있다. 유리 성분으로는 붕규산 유리, 붕규산 바륨 유리, 붕규산 스트론튬 유리, 붕규산 아연 유리, 붕규산 칼륨 유리 등을 사용할 수 있다. 유리 성분은 60∼80 체적%로 하고, 골재인 세라믹스 성분을 40∼20 체적%로 하는 것이 바람직하다. 유리 성분이 상기 범위를 벗어나면 복합 조성물이 되기 어려워 강도 및 소결성이 저하되기 때문이다.
한편, 수축 억제재 그린 시트(22)의 제작 방법도 상기 세라믹 그린 시트(21)의 제작 방법과 기본적으로는 동일하나, 그린 시트에 포함되는 성분이 다르다. 즉, 수축 억제재 그린 시트(22)는 세라믹 그린 시트(21)가 소결하는 온도에서는 잘 수축되지 않는 수축 억제 재료로 이루어져 자신의 수축이 억제된 그린 시트이다. 수축 억제 재료로서는 석영, 크리스토발라이트 혹은 인규석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 조성물 등이 사용 가능하다. 또는, 알루미나를 포함하는 조성물로 하여도 좋다.
이들 수축 억제 재료는 세라믹 그린 시트(21)에 포함되는 세라믹 성분이나 유리 성분의 소성 온도에서는 소결하지 않거나 혹은 일부만 소결되므로, 세라믹 그린 시트(21)의 소성 온도에서는 수축이 발생하지 않는다. 따라서, 상기 수축 억제 재료로 구성되는 수축 억제재 그린 시트(22)를 세라믹 그린 시트(21)와 밀착하여 적층하면, 세라믹 그린 시트(21)의 소성시의 평면 방향의 수축을 억제하도록 작용한다.
한편, 수축 억제재 그린 시트(22)를 형성함에 있어서는, 상기 수축 억제 재료(석영, 크리스토발라이트 혹은 인규석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 조성물)에 추가로 소결 조제를 함유시켜도 좋으며, 이 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 소결 조제를 함유시킨 경우에는 해당 소결 조제가 세라믹 성분이나 유리 성분의 소성 온도에서 소결하는데, 수축 억제 재료인 석영, 크리스토발라이트 혹은 인규석의 열 팽창 계수가 각각 약 20ppm／℃, 약 50ppm／℃, 약 40ppm／℃로서 세라믹 성분이나 유리 성분에 비하여 크므로, 소결 조제가 소성 후에 수축하여도 소성 전과 소성 후의 치수 변화가 상쇄되어 세라믹 그린 시트(21)의 수축을 억제할 수 있다.
소결 조제를 병용하는 경우, 사용하는 소결 조제로서는 세라믹 성분이나 유리 성분의 소결 개시 온도 이하에서 연화되거나 액상을 생성하는 산화물을 들 수 있다. 전자를 사용한 경우에는, 소결 조제가 연화됨으로써 상기 수축 억제 재료의 입자끼리가 결합하기 때문에 소결하고, 후자를 사용한 경우에는, 수축 조제가 액상을 생성함으로써 상기 수축 억제 재료의 입자 표면이 반응하고, 입자끼리가 결합하기 때문에 소결하게 된다. 소결 조제로서 사용할 수 있는 산화물로서는 특별히 한정되지 않으나, 규산 납 알루미늄 유리, 규산 납 알칼리 유리, 규산 납 알칼리 토류 유리, 붕규산 납 유리, 붕규산 알칼리 유리, 붕산 알루미늄 납 유리, 붕산 납 알칼리 유리, 붕산 납 알칼리 토류 유리, 붕산 납 아연 유리 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용하면 좋다.
또한 소결 조제로서 알칼리 금속 화합물을 사용하는 것도 가능하다. 알칼리금속 화합물에는 SiO2의 소결의 진행을 촉진하는 효과가 있다. 따라서, 석영, 크리스토발라이트 및 인규석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 조성물에 알칼리 금속 화합물을 첨가하면, 세라믹 그린 시트(21)의 소성에 따라 수축 억제재 그린 시트(22)가 약간 소결하게 된다. 여기서, 알칼리 금속 화합물은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 탄산 리튬, 탄산 칼륨, 탄산 나트륨, 산화 리튬, 산화 칼륨 등을 들 수 있다.
또한, 수축 억제재 그린 시트(22)에 사용하는 재료로서, 인규석과 난소결성의 산화물을 포함하는 조성물을 사용하는 것도 가능하다. 인규석은 조성의 선택에 따라 소결 온도를 다양하게 변화시킬 수 있는 재료이다. 다만, 인규석은 열 팽창 계수가 크고, 온도에 따라서는 열 팽창 계수가 40ppm／℃에나 달하게 된다. 따라서, 예컨대 유리 세라믹 재료(약 3∼10ppm／℃）와의 열 팽창 차이가 너무 많아 세라믹 그린 시트(21)가 소결하기 전에 벗겨져 버릴 수 있다. 따라서, 이를 막기 위하여 세라믹 그린 시트(21)의 소성 온도에서 소결하지 않는 산화물을 부가하여 열 팽창 계수를 조절하여, 세라믹 그린 시트(21)가 소결하기 전에 벗겨져 버리는 것을 억지한다. 세라믹 그린 시트(21)의 소성 과정에서 소결하지 않는 산화물로는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 석영, 용융 석영, 알루미나, 뮬라이트, 산화 지르코늄 등을 들 수 있다.
이상과 같이 하여 세라믹 그린 시트(21)나 수축 억제재 그린 시트(22)를 제작하는데, 이들 세라믹 그린 시트(21)나 수축 억제재 그린 시트(22)의 1층당 두께는 후술하는 비어 전극이나 내부 전극의 형성을 고려하여 20㎛∼300㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 그린 시트(21) 및 수축 억제재 그린 시트(22)의 제작 후, 복합 그린 시트 형성 공정(단계 S12)에서 이들을 이용하여 복합 그린 시트(세라믹 그린 시트와 수축 억제재 그린 시트를 조합한 그린 시트)를 제작한다. 여기서 제작하는 복합 그린 시트는 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트(세라믹 그린 시트)의 바로 위에 적층되는 제1 복합 그린 시트와 최상층의 수축 억제재 그린 시트로서 적층되는 최상층 복합 그린 시트이다.
제1 복합 그린 시트(26)를 제작하려면, 도 4(a)에 도시한 바와 같이 먼저 상기 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(21)에 제1 관통공(24)을 형성한다. 제1 관통공(24)은 예컨대 세라믹 그린 시트(21)를 지지체(23)의 표면에 밀착시킨 상태에서 세라믹 그린 시트(21)의 소정의 부분을 펀처의 금형으로 펀칭하여 형성하여도 좋고, 레이저 광, 마이크로 드릴, 펀칭 등에 의해 형성하여도 좋다. 제1 관통공(24)은 캐비티 형상에 대응하여 형성되는 것으로서 그 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 정사각형이어도 좋고 직사각형이나 원형 등이어도 좋다.
이어서, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트 (22)를 지지체(23) 상에서 상기 제1 관통공(24)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제1 삽입 시트(25)(수축 억제재 그린 시트편에 해당함)로 한다. 이를 세라믹 그린 시트(21)의 제1 관통공(24)에 끼워 넣어 제1 복합 그린 시트(26)를 형성한다. 이 때, 제1 복합 그린 시트(26)를 평탄하게 하기 위하여, 세라믹 그린 시트(21)와 제1 삽입 시트(25)의 두께는 동일하게 하는 것이 바람직하다.
최상층 복합 그린 시트(29)의 제작 방법도 앞의 제1 복합 그린 시트(26)의 제작 방법과 동일하나, 최상층 복합 그린 시트(29)에서는 도 4(b)에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(22)에 관통공을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트편을 끼워 맞춘다. 즉, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트(22)에 캐비티의 개구에 따른 제2 관통공(27)을 형성한다. 제2 관통공(27)의 형성 방법은 전술한 제1 관통공(24)과 동일하다. 그리고, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(21)를 지지체(23) 상에서 상기 제2 관통공(27)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제2 삽입 시트(28)로 한다. 수축 억제재 그린 시트(22)의 제2 관통공(27)에 제2 삽입 시트(28)를 끼워 넣고 지지체(23)로부터 박리하여 최상층 복합 그린 시트(29)로 한다. 한편, 이 경우에도 최상층 복합 그린 시트(29)을 평탄하게 하기 위하여 수축 억제재 그린 시트(22)와 제2 삽입 시트(28)의 두께를 동일하게 하는 것이 바람직하다.
절개 형성 공정(단계 S13)에서는 상기 세라믹 그린 시트(21)에 절개를 형성하여 캐비티 형성용 그린 시트로 한다. 즉, 절개 형성 공정(단계 S13)에서는 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(21)에 절개(혹은 비연속 부)(31)를 형성하여 도 5에 도시한 바와 같은 절개 형성 시트(30)로 한다. 절개(31)란 세라믹 그린 시트(21)의 두께 방향으로 관통하고 있는 비연속부이다. 한편, 비연속부에는 시트의 두께 방향으로 관통하지 않는 것도 포함한다. 절개(31)는 절개 형성 시트(30)를 앞서 제작한 제1 복합 그린 시트(26)에 포갰을 때 제1 관통공(24)과 포개지도록 제1 관통공(24)과 동일한 위치, 대략 동일한 형상으로 형성된다. 절개(31)는 세라믹 그린 시트(21)를 지지체(23)의 표면에 밀착시킨 상태에서 세라믹 그린 시트(1)의 소정의 부분에 펀처의 금형을 내리눌러 형성하여도 좋고, 레이저 광, 마이크로 드릴, 펀칭 등에 의해 형성하여도 좋다.
한편, 절개 형성 공정(단계 S13)은 세라믹 그린 시트(21) 한 장마다 절개를 형성하여도 좋고, 2장 이상의 세라믹 그린 시트(21)를 포갠 후에 한꺼번에 절개를 형성하여도 좋다. 어느 경우에도 절개 형성 시트(30)에서는 절개(31)에 의해 분리된 부분(30a)을 그대로 남겨 적층 및 소성 시에 매립용 그린 시트로서 이용한다.
이상과 같은 방법으로 제작한 제1 복합 그린 시트(26)나 절개 형성 시트(30), 나아가서는 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트 등 소성 후에 다층 세라믹 기판의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹 그린 시트(이하, 이들을 총칭하여 "유전체층 시트"라고 함)에는 비아홀이나 비어 전극, 내부 전극 패턴 등을 형성한다.
예컨대 비아홀 형성 공정(단계 S14)에서는 유전체층 시트에 비어 전극을 형성하기 위한 구멍인 비아홀을 형성한다. 비아홀은 레이저 광, 마이크로 드릴, 펀칭 등에 의해 형성한다. 유전체층 시트에 레이저 광을 조사하면, 유전체층 시트의 세라믹 분말이나 바인더 수지를 승화시킴으로써 구멍을 뚫을 수 있다. 사용하는 레이저는 파장이 짧은 UV-YAG 레이저나 엑시머 레이저가 바람직하다. 이와 같이 레이저 광을 사용하여 비아홀을 형성하면, 비아홀의 직경을 용이하게 100μｍ 이하로 할 수 있다. 또한 마이크로 드릴이나 펀칭은 레이저 광에 비하여 비아홀의 지름을 작게 하기는 어렵지만, 저렴한 비용으로 가공할 수 있다는 이점이 있다. 어느 경우에도, 이들 방법에 의해 형성되는 비아홀에 도전체 페이스트를 충전함으로써 미소한 비어 전극을 정밀하게 형성할 수 있다.
도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 비아홀 형성 공정(단계 S14)에서 형성한 비아홀에 도전성 페이스트를 충전하고, 비어 전극을 형성한다. 도전성 페이스트로는 예컨대 구리, 은, 은 팔라듐, 팔라듐, 니켈 등의 금속 분말 또는 합금 분말을 함유하여 소정의 유동성을 갖는 점도로 조정된 비어 전극 페이스트를 사용한다. 또한 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 유전체층 시트의 표면에 내부 전극 패턴을 소정의 패턴으로 인쇄한다. 내부 전극 패턴의 페이스트는 전술한 도전성 페이스트와 마찬가지로 예컨대 구리, 은, 은 팔라듐, 팔라듐, 니켈 등의 금속 분말 또는 합금 분말을 함유하여 소정의 유동성을 갖는 점도로 조정된 내부 전극 페이스트를 사용한다. 내부 전극 페이스트와 비어 전극 페이스트는 서로 다른 재료이어도 좋다.
한편, 유전체층 시트의 구성 재료가 내환원성을 가지고 있으며, 도전 재료에 저렴한 비(卑)금속을 사용할 수도 있으므로, 도전 재료로는 니켈 혹은 니켈 합금을 사용하여도 좋다. 니켈 합금으로는 망간, 크롬, 코발트 및 알루미늄 등으로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 니켈의 합금이 바람직하며, 합금 내의 니켈의 함유량 은 95 질량％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, 비어 전극 및 내부 전극 패턴은 인(P) 등의 각종 미량 성분을 0.1 질량％ 정도 이하 함유하고 있어도 좋다. 내부 전극 패턴의 두께는 용도에 따라 적당히 결정되는데, 예컨대 1㎛∼15㎛ 정도인 것이 바람직하고, 2.5㎛∼10㎛ 정도이면 보다 바람직하다.
비어 전극 페이스트 혹은 내부 전극 페이스트는 유전체 페이스트와 동일한 비히클과 혼련하여 제작된다. 비어 전극 페이스트 혹은 내부 전극 페이스트에서의 비히클의 함유량은 유전체 페이스트와 동일하게 조정한다. 또한 비어 전극 페이스트 혹은 내부 전극 페이스트에는 필요에 따라 분산제, 가소제, 유전체 재료, 절연체 재료 등의 첨가물을 첨가하여도 좋다. 그 첨가량은 총 10 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
계속하여, 비어 전극 페이스트 혹은 내부 전극 페이스트를 유전체층 시트에 인쇄하여 비어 전극 또는 내부 전극 패턴을 형성한다. 비어 전극은 비어 전극 페이스트를 예컨대 구멍 메움 인쇄에 의해 충전하여 고화시킴으로써 형성한다. 내부 전극 패턴은, 예컨대 세라믹 그린 시트(21)에 내부 전극 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 패턴으로 도포함으로써 형성한다.
상기에 의해 각 유전체층 시트에 비어 전극이나 내부 전극 패턴을 형성한 후, 적층 공정(단계 S16)에서 제작한 각 시트를 적층하여 적층체(32)를 형성한다. 이 적층 공정(단계 S16)부터 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)까지의 적층체의 구성을 도 6(a) 내지 도 6(d)에 나타내었다. 한편, 도 6(c)에 나타낸 공정과 도 6(d)에 나타낸 공정은 순서가 뒤바뀌는 경우나 혹은 동시에 수행되는 경우도 있음 을 덧붙여 둔다.
상기 적층 공정(단계 S16)에서는 도 6(a)에 도시한 바와 같이 최하층부터 수축 억제 그린 시트(22), 세라믹 그린 시트(21), 제1 복합 그린 시트(26), 절개 형성 시트(30), 최상층 복합 그린 시트(29)의 순서로 적층한다. 한편, 각 시트는 적어도 한 장 이상 있으면 좋으며, 복수 장이어도 좋다. 본 예의 경우, 세라믹 그린 시트(21)를 2장 적층하고, 그 위에 제1 복합 그린 시트(26) 및 6장의 절개 형성 시트(30)를 적층하였다. 따라서, 이들 9층이 기판용 그린 시트에 해당하게 되고, 제1 복합 그린 시트(26) 및 6장의 절개 형성 시트(30)가 캐비티 형성용 그린 시트에 해당하게 된다. 적층체(32)의 구성은 상하가 바뀌어도 좋고, 수축 억제 그린 시트(22)를 사이에 두고 상하에 동일하게 각 시트가 적층되어도 좋다.
또한 예컨대 전술한 바와 같이 절개 형성 시트(30)를 2장 이상 적층하는 경우, 각 절개 형성 시트(30)의 재질을 동일하게 하여도 좋고, 혹은 각 절개 형성 시트(30)의 재질을 다른 재질로 하여도 좋다. 다만 후자의 경우, 각 절개 형성 시트(30)에서 프레스시의 압축률, 소성시의 수축율, 열 팽창 계수 등이 대략 같아지게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 각 절개 형성 시트(30)의 압축률, 수축율, 열 팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 기판의 휨을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여 적층되는 적층체(32)의 전체 두께는 다층 세라믹 기판의 소형화 및 높이 감소화 등의 요구에 따라 1mm 이하인 것이 바람직하다. 또한 적층체(32) 중 캐비티를 구성하는 부분이 되는 캐비티 형성용 그린 시트(6장의 절개 형성 시트(10) 및 제1 복합 그린 시트(26))의 적층 높이(캐비티의 깊이에 해당함)는 캐 비티에 수용하는 전자 디바이스의 치수에 맞추어 설정한다.
상기 적층 공정(단계 S16) 후 프레스 공정(단계 S17)을 수행하는데, 이 프레스 공정(단계 S17)은 적층 공정(단계 S16)에서 제작한 적층체(32)를 압착하는 공정이다. 압착은 통상의 상하 펀치를 평탄한 금형에 넣어서 수행한다. 압착 조건은 압착의 압력이 30∼80MPa이고 압착 시간은 10분 정도가 바람직하다. 본 실시 형태에서는 적층체(32)의 최상층면, 최하층면이 각각 평탄면으로 되어 있고, 또한 캐비티를 형성하는 부분에 절개(31)에 의해 분리된 부분(31a)을 그대로 남기고, 매립용 그린 시트로서 이를 메우는 형태로 하고 있으므로, 프레스를 수행할 때에 균일하게 압력을 가할 수 있다. 따라서, 종래 기술과 같이 캐비티의 개구부가 부가하는 압력으로 일그러져 변형되거나 손상을 발생하지 않는다.
다음, 소성 공정(단계 S2)을 수행한다. 소성 공정(단계 S2)에서는 프레스 공정(단계 S17)에서 압착한 적층체(32)를 소성한다. 한편, 소성에 있어서는, 통상 제작한 적층체(32)에 대하여 탈 바인더 처리를 수행하는데, 이 경우의 탈 바인더 처리 조건은 통상의 것이면 된다. 탈 바인더 처리를 수행한 후 소성을 행하여 적층 소성체(34)를 형성한다. 소성시의 분위기는 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로, 비어 전극 및 내부 전극 패턴에 니켈 혹은 니켈 합금 등의 비금속을 사용하는 경우에는, 환원성 분위기로 하는 것이 바람직하다. 소성 온도는 800℃∼1000℃로 하는 것이 바람직하다. 도체 재료나 저항 재료를 동시 소성할 수 있으며, 이러한 다층 세라믹 기판은 고주파 중첩 모듈, 안테나 스위치 모듈, 필터 모듈 등의 LTCC 모듈용으로서 사용할 수 있다.
소성 공정(단계 S2)을 실시한 적층 소성체(34)는 도 6(b)에 도시한 바와 같이 절개 형성 시트(30)의 절개(31)의 내측 부분(30a)이 캐비티로부터 돌출된다. 이는 이하의 이유에 따른 것이다. 적층체(32)를 소성하면, 유전체층 시트인 세라믹 그린 시트(21)와 제1 복합 그린 시트(26) 및 절개 형성 시트(30)는 소결되어 수축하려고 한다. 이 때, 세라믹 그린 시트(21)는 하층의 수축 억제 그린 시트(22)에 밀착되어 있다. 수축 억제 그린 시트(22)는 전술한 바와 같이 유전체층 시트의 소성 온도에서는 수축하지 않는다. 따라서 세라믹 그린 시트(21)의 평면 방향의 수축이 억제된다. 또한 절개 형성 시트(30)의 절개(31)의 외측 부분(30b)은 상층의 최상층 복합 그린 시트(29)에 밀착되어 있으므로 마찬가지로 수축이 억제된다. 아울러, 캐비티의 바닥부에서는 세라믹 그린 시트(21)가 제1 복합 그린 시트(26)의 제1 삽입 시트(25)와 밀착되어 있으므로 마찬가지로 수축이 억제된다.
이에 대하여, 절개 형성 시트(30)의 절개(31)의 내측 부분(30a)은 상층 측에 수축 억제의 시트가 없기 때문에 수축이 억제되지 않는다. 따라서, 절개(31)의 내측 부분(30a)은 평면 방향으로 수축하여 절개(31)의 외측 부분(30b)으로부터 분리된다. 이러한 수축은 캐비티 바닥부의 제1 삽입 시트(25)로부터 상층 방향으로 멀어짐에 따라 커지고, 절개(31)의 내측 부분(30a)이 평면 방향으로 수축한 만큼 두께 방향의 수축율은 작아진다. 따라서, 제1 삽입 시트(25)와 제2 삽입 시트(28)와 이들 사이에 개재된 부분(상기 절개(31)의 내측 부분(30a))은 소성 후에는 적층 소성체(34)의 표면으로부터 돌출된 형태가 된다.
전술한 바와 같이, 제1 삽입 시트(25)나 제2 삽입 시트(28), 이들 사이에 개 재된 부분(상기 절개(31)의 내측 부분(30a))은 세라믹 그린 시트(21)나 절개 형성 시트(30)의 절개(31)의 외측 부분(30b) 등과 다른 수축 상태가 되고, 예컨대 절개 형성 시트(30)의 절개(31)의 내측 부분(30a)은 외측 부분(30b)으로부터 완전히 분리된다. 또한 바닥부에서도 상기 제1 삽입 시트(25)가 소성에 의해 취화되어 있어 이 부분에서의 구속력도 약해져 있다. 따라서, 캐비티를 메우고 있던 제1 삽입 시트(25)나 제2 삽입 시트(28), 이들 사이에 개재된 부분(상기 절개(31)의 내측 부분(30a))은 작은 자극으로 탈락시킬 수 있고, 이에 따라 캐비티(35)를 형성할 수 있다. 한편, 캐비티의 형상이 복잡한 경우에도 용이하게 절개(31)의 내측 부분(30a)을 탈락시킬 수 있다. 또한 절개(31)의 내측 부분(30a)을 탈락시키기 위해서는 작은 힘을 가하도록 하여도 좋다.
즉, 도 6(c)에 도시한 바와 같이 상기 제1 삽입 시트(25)나 제2 삽입 시트(28), 이들 사이에 개재된 부분(상기 절개(31)의 내측 부분(30a))을 제거하여 캐비티를 형성함과 동시에, 필요에 따라 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)을 행한다. 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)에서는, 도 6(d)에 도시한 바와 같이 적층 소성체(34)의 최상층의 시트(35)나 최하층의 시트(36)(수축 억제재 그린 시트(22)나 최상층 복합 그린 시트(29)의 소성물)를 제거한다. 이들을 제거하는 방법은, 적층 소성체(34)을 용제 중에서 통상의 초음파 세정을 행하는 것이어도 좋고, 적층 소성체(34)에 습식 블라스트를 실시하는 것이어도 좋다. 습식 블라스트는 물에 연마제를 혼합한 액체를 컴프레서로부터의 압축 공기로 가속시키고 피가공물에 분사하여 세정과 표면 처리를 동시에 행하는 방법이다. 또한 수축 억제재 그린 시트(22)를 인규석-실리카계나 크리스토발라이트-실리카계 등의 재료로 형성한 경우, 소성 후 최상층의 시트(35)와 최하층의 시트(36)의 주요 부분은 자연 박리되므로 약간 남는 부분을 세정하면 된다.
이상의 공정 이외에, 필요에 따라 절단 공정, 연마 공정 등을 행하여 도 1에 도시한 다층 세라믹 기판(1)을 얻는다. 절단 공정에서는 다이아몬드 스크라이브로 분할하여도 좋고, 적층 소성체(34)가 두꺼운 경우에는 다이싱 방식으로 절단하여도 좋다. 연마 공정은 예컨대 래핑에 의해 수행한다. 래핑은 회전 정반에 연마 가루를 포함하지 않고, 가공액 내에 연마 가루를 포함시켜 가공 대상을 가는 가공법이다. 또한 습식 배럴을 사용하는 방법으로 하여도 좋다.
제조되는 다층 세라믹 기판(1)에는 전자 디바이스(40)이 탑재되는데, 이 전자 디바이스(40)를 탑재한 상태를 도 7에 나타내었다. 도 7에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(40)는 다층 세라믹 기판(1)의 캐비티(11) 내에 수용된다. 전자 디바이스(40)는 본딩 와이어(41)로 다층 세라믹 기판(1)에 형성된 전극(도시는 생략함)에 접속된다. 전극은 다층 세라믹 기판(1)의 표면에 인쇄된 표면 전극, 비어 전극, 나아가서는 다층 세라믹 기판(1)의 내부에 인쇄된 내부 전극 등이다. 이와 같이 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판은 전자 디바이스를 다층 세라믹 기판의 내부에 수용할 수 있어, 소형화 및 높이 감소화의 요구를 만족할 수 있다.
또한, 전술한 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판에서는 캐비티가 특이한 형상을 가지고 있으며, 종래의 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상과 비교하여 수지 밀봉에서 우위성을 가지고 있다. 이하, 제작되는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 제조 방법에 관한 제1 실시 형태에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(1)은 복수(여기서는 9층)의 세라믹층(2∼10)이 소성에 의해 적층 일체화된 것이다. 여기서, 상기 세라믹층(2∼10) 중 아래의 두 층(2, 3)은 캐비티 형성을 위한 관통공이 형성되지 않은 평탄한 세라믹층이며, 이들 중에서 상층이 되는 세라믹층(3)의 상면(3a)의 일부가 캐비티의 바닥부에 면하여 캐비티의 바닥면을 구성한다. 또한 상기 세라믹층(3) 상에 적층되는 나머지 세라믹층(4∼10)은 캐비티에 대응하여 각각 관통공이 형성되어 있고, 이들 관통공이 연속됨으로써 캐비티(11)가 소정의 공간으로서 구성되어 있다.
상기 제조 방법에서 설명한 바와 같이, 상기 다층 세라믹 기판(1)을 제작함에 있어서는 제1 삽입 시트(25)나 최상층 복합 그린 시트(29), 나아가서는 수축 억제 그린 시트(22)에 의해 기판용 그린 시트를 구속하면서 소성을 행하여, 면내 방향에서의 수축을 억제하도록 하고 있다. 이 경우, 소성시에 상기한 바와 같이 적층체의 양면이 수축 억제 그린 시트로 구속되어 있기 때문에, 소성 후 각 기판용 그린 시트는 두께 방향으로만 수축하고, 면 방향으로는 수축하지 않음은 당연하다.
그러나 자세히 관찰해 보면, 수축 억제 그린 시트(제1 삽입 시트(25), 최상층 복합 그린 시트(29), 및 수축 억제 그린 시트(22)) 바로 근방의 기판용 그린 시트는 면 방향으로 거의 수축하지 않지만, 수축 억제 그린 시트로부터 멀어짐에 따라 약간이기는 하지만 면 방향으로 수축하고 있다. 이 면 방향의 수축은 수축 억 제 그린 시트로부터 멀어짐에 따라 점점 커진다. 따라서, 캐비티(11)의 형상을 자세히 관찰해 보면, 도 8에 모식적으로 도시한 바와 같이 수축 억제 그린 시트 바로 근방의 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 소위 북 형태로 되어 있다.
이러한 점에 대하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 캐비티(11)에서는 개구부(11a)의 개구 치수(W1)가 캐비티(11)의 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수(W2)보다 작다. 즉, 캐비티(11)의 개구부(11a)의 개구 면적이 캐비티(11)의 깊이 방향 도중 위치(1lb)의 개구 면적보다 작다. 본 예의 경우, 캐비티(11)의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치(1lb)에 이를 때까지 점점 증가하다가, 이어서 점점 감소하고 있으며, 캐비티(11)의 내벽의 단면 형상은 대략 원호상이다. 따라서, 캐비티(11)의 형상은 깊이 방향 도중부가 원호상으로 볼록하게 돌출하는 형상으로 되어 있으며, 상기 북 형태로 되어 있다.
캐비티(11)가 전술한 바와 같은 형상을 갖는 다층 세라믹 기판(1)에서는, 상기 특이한 캐비티 형상이기 때문에 신뢰성이라는 점에서 커다란 이점을 갖는다. 예컨대 도 9에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(40)를 캐비티(11) 내에 실장하고, 수지(100)에 의해 수지 밀봉한 경우, 전술한 바와 같이 캐비티(11)의 개구부(11a)의 개구 치수가 내부보다 작으므로, 충전한 수지(100)가 탈락하지 않는다. 앞에서 설명한 바와 같이 수지(100)에 의해 수지 밀봉을 수행한 경우, 다층 세라믹 기판(1)을 구성하는 각 세라믹층(2∼10)과 밀봉을 행하는 수지(100)에서 열 팽창율이 다르다. 그리고, 이에 기인하여 밀봉한 수지(100)가 박리되어 캐비티(11)로부터 탈락한다는 문제가 발생한다. 특히, 장기간에 걸친 온도 변화의 반복으로 인해 상 기 문제는 현저해진다. 상기 다층 세라믹 기판(1)에서는 캐비티(11)의 개구부(11a)의 개구 면적이 캐비티(11)의 깊이 방향 도중 위치(1lb)의 개구 면적보다 작으므로, 캐비티(11) 내에 충전하여 경화한 수지(100)는 내부의 부피가 크기 때문에 캐비티(11)의 개구부(11a)를 빠져 나갈 수 없어 캐비티(11) 내에 유지된다.
이상과 같은 특이한 형상의 캐비티(11)를 갖는 다층 세라믹 기판(1)은 지금까지 실현된 적이 없으며, 제1 삽입 시트(25)나 최상층 복합 그린 시트(29), 나아가서는 수축 억제 그린 시트(22)에 의해 기판용 그린 시트를 구속하면서 소성하는 것에 추가로, 소성 전의 적층체를 형성할 때 캐비티를 형성하는 부분에 절개(31)에 의해 분리된 부분(31a)을 그대로 남기고, 매립용 그린 시트로서 이를 메우는 형태로 하고, 프레스를 수행할 때 균일하게 압력이 가해지도록 함으로써 형성할 수 있다. 구체적인 이유는 분명하지 않으나, 단순히 수축 억제 그린 시트로 구속하는 것만으로는 상기 캐비티 형상으로 할 수 없으며, 본 발명의 제조 방법을 적용함으로써 비로소 실현된다는 것이 실험적으로 확인되었다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태와 앞의 제1 실시 형태의 차이점은, 캐비티를 다단 형상의 캐비티(본 예의 경우, 2단 형상의 2단 바닥 캐비티)로 하는 것이다. 따라서, 2단 바닥 캐비티로 하기 위하여 캐비티의 가장 깊은 바닥면에 대응하여 제1 복합 그린 시트를 배치하는 것 이외에, 캐비티의 둘째단의 바닥면(단차면)에 대응하여 제2 복합 그린 시트를 배치하는 것, 관통공의 크기가 다른 절개 형성 시트를 적층하는 것이 공정상의 차이점이다.
본 실시 형태에서는 복합 그린 시트 형성 공정(단계 S12)에서 도 10(a)에 도시한 제2 복합 그린 시트(43)를 형성한다. 제2 복합 그린 시트(43)의 제작에서는 먼저 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(21)에 전술한 제1 관통공(24)과 포개지면서 제1 관통공(24)보다 큰 제3 관통공(44)을 형성한다. 제3 관통공(44)의 형성 방법은 전술한 제1 관통공(24)의 형성 방법과 동일하다.
그리고, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트(22)를 제3 관통공(44)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제3 삽입 시트(45)로서 제3 관통공(44)에 끼워 넣는다. 또한, 이 끼워져 들어간 제3 삽입 시트(45)에 제1 관통공(24)과 동일한 위치, 그리고 대략 동일한 형상인 제4 관통공(46)을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트(21)를 제4 관통공(46)과 대략 동일한 형상으로 절단한 제2 삽입 시트(28)를 끼워 넣는다. 이와 같이 하여 제2 복합 그린 시트(43)를 형성한다. 제2 복합 그린 시트(43)의 제작에서는, 상기 순서와 반대로 먼저 제2 삽입 시트(28)를 제4 관통공(46)에 끼워 넣고, 나중에 제3 삽입 시트(45)를 제3 관통공(44)에 끼워 넣도록 하여도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 절개 형성 공정(단계 S13)에서, 도 10(b)에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태의 절개 형성 시트(30)와 다른 절개 형성 시트(제2 절개 형성 시트(47))를 형성한다. 이 제2 절개 형성 시트(47)와 앞의 절개 형성 시트(30)의 차이점은, 절개(48)의 치수가 절개(31)의 치수보다 크다는 것이다. 구체적으로는, 제2 절개 형성 시트(47)에서는 절개(48)가 제2 복합 그린 시트(43)의 제3 관통공(44)과 동일한 위치로 대략 동일한 형상으로 한다.
본 실시 형태에서 각 시트를 적층한 적층체(49)의 예를 도 11(a)에 나타내었다. 아래부터 순서대로 다음과 같이 적층된다. 즉, 최하층부터 수축 억제 그린 시트(22), 세라믹 그린 시트(21), 제1 복합 그린 시트(26), 절개 형성 시트(30), 제2 복합 그린 시트(43), 제2 절개 형성 시트(47), 최상층 복합 그린 시트(29)의 순서로 적층한다. 또한, 각 시트의 적층 수는 수축 억제 그린 시트(22), 제1 복합 그린 시트(26), 제2 복합 그린 시트(43), 및 최상층 복합 그린 시트(29)의 경우 1장이다. 물론, 이들을 복수 장 포개어서 사용하여도 좋다. 세라믹 그린 시트(21), 절개 형성 시트(30) 및 제2 절개 형성 시트(47)는 다층 세라믹 기판에 요구되는 층간의 전극 패턴 구성이나 내부에 탑재하는 전자 디바이스의 치수에 의존하며, 통상은 2장 이상 사용한다. 본 예의 경우, 세라믹 그린 시트(21)를 2장, 절개 형성 시트(30)를 6장, 제2 절개 형성 시트(47)를 4장 포개었다. 물론 이에 구속되는 것은 아니며, 각 시트의 적층 수는 임의이다. 또한 적층체(49)는 도 11(a)에 도시한 캐비티 이외에, 예컨대 수축 억제 그린 시트(22) 측에 별개의 캐비티를 가지고 있어도 좋다.
상기 적층체(49)를 소성하면, 도 11(b)에 도시한 바와 같이 캐비티를 메우고 있던 부분(49a)이 평면 방향으로 수축하여 캐비티로부터 돌출하는 형태가 된다. 그리고, 앞의 제1 실시 형태와 마찬가지로 이 부분을 제거하고, 필요에 따라 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4) 등을 수행함으로써 도 11(c)에 도시한 바와 같이 2단 바닥 캐비티(51)를 갖는 다층 세라믹 기판(50)을 완성한다.
2단 바닥 캐비티(51)를 갖는 다층 세라믹 기판(50)에 전자 디바이스(40)를 탑재한 예를 도 12에 나타내었다. 도 12에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(40)는하측의 캐비티부(51a) 내에 수용된다. 전자 디바이스(40)는 본딩 와이어(41)로 상측의 캐비티부(5lb)의 바닥부의 전극에 접속된다. 이와 같이 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(50)은, 전자 디바이스(40) 및 본딩 와이어(41)를 다층 세라믹 기판(50)의 내부에 수용할 수 있다. 이에 따라 다층 세라믹 기판의 표면으로부터 본딩 와이어 등이 돌출되지 않아 평탄하게 할 수 있다. 또한 내부에 복수의 유전체층을 갖는 다층 세라믹 기판에서도 전자 디바이스를 고밀도로 실장할 수 있으며, 소형화 및 높이 감소화의 요구를 만족할 수 있다.
한편, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 응용함으로써, 다층 세라믹 기판의 내부에 3단 바닥 이상의 다단 바닥 캐비티를 형성할 수도 있다. 예컨대 상기 적층체 형성 공정에서 상기 제2 관통공과 동일한 위치에서 대략 동일한 형상의 절개 혹은 비연속부가 형성되어 있는 세라믹 그린 시트와 상기 최상층 복합 그린 시트 사이에 아래부터 순서대로 세라믹 그린 시트에 상기 제2 관통공과 포개지면서 이 제2 관통공보다 큰 제4 관통공을 형성하고, 이 제4 관통공과 대략 동일한 형상으로 같은 두께의 수축 억제 그린 시트를 이 제4 관통공에 끼워 넣고, 이 제4 관통공에 끼워 넣은 이 수축 억제 그린 시트에 상기 제2 관통공과 같은 위치 및 대략 동일한 형상인 제5 관통공을 형성하고, 이 제5 관통공과 대략 동일한 형상이고 같은 두께의 세라믹 그린 시트를 이 제5 관통공에 끼워 넣은 제3 복합 그린 시트와, 상기 제4 관통공과 같은 위치이고 대략 동일한 형상의 절개 혹은 비연속부가 형성되어 있는 세라믹 그린 시트를 각각 적어도 한 장이 포개져서 샌드위치된 상태로 한다. 그리고, 적층 방향으로 프레스하여 적층체를 형성한다. 이에 따라 캐비티 형성 공정을 거침으로써 3단 바닥 캐비티를 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이 캐비티를 다단 형상의 캐비티(본 예의 경우, 2단 형상의 2단 바닥 캐비티)로 한 경우에도 각 캐비티가 특이한 형상을 가지고 있어, 종래의 다층 세라믹 기판의 다단 캐비티 형상과 비교하여 수지 밀봉에서 우위성을 가지고 있다. 이하, 제작되는 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상에 대하여 설명한다.
도 13은 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 모식적으로 도시한 도면이다. 이 다층 세라믹 기판(50)은 도 11에 도시한 공정을 거쳐 제작되며, 도 12에 도시한 다층 세라믹 기판과 같이 캐비티부(51a, 5lb)로 이루어지는 2단 바닥 캐비티(51)를 갖는다. 여기서, 각 캐비티부(51a, 5lb)에서는 수축 억제 그린 시트로부터 멀어짐에 따라 면 방향의 수축이 점점 커지고 있으며, 각각 개구부의 개구 치수가 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수보다 작게 되어 있다. 즉, 첫째단(도면에서 상측)의 캐비티부(5lb)는 개구부의 개구 치수를 W3, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W4라 하였을 때 W3<W4이다. 마찬가지로, 둘째단(도면에서 하측)의 캐비티부(51a)도, 개구부의 개구 치수를 W5, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W6이라 하였을 때 W5<W6이다. 또한 각 캐비티부(51a, 5lb)의 측벽의 단면 형상은 원호상이며, 따라서 각 캐비티부(51a, 5lb)의 형상은 소위 도가니 형태를 이루게 된다.
한편, 둘째단 이후의 캐비티부(여기서는 캐비티부(51a))는 반드시 상기 도가니 형태에 한정되지 않으며, 도 14에 도시한 바와 같이 개구 면적이 가장 크고, 깊이 방향에서 점점 개구 면적이 점진적으로 감소하는 형상이어도 좋다. 이 경우에 는 개구부의 개구 치수를 W5, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W6이라 하였을 때 W5>W6이고, 첫째단(상측)의 캐비티부(5lb)가 도가니 형태인 것에 대하여, 둘째단(하측)의 캐비티부(51a)는 소위 사발 형태를 이루게 된다. 둘째단 이후의 캐비티부의 형상을 상기 사발 형태로 함으로써, 해당 캐비티부(51a)에 전자 디바이스를 실장할 때의 와이어 본딩 등이 용이해져 효율적인 디바이스 실장이 가능해진다.
전술한 다층 세라믹 기판(50)에서는, 다단 형상의 캐비티(51)에 있어서, 적어도 첫째단(상측)의 캐비티부(5lb)의 형상이 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 북 형태로 되어 있고, 따라서 각 캐비티부(51a, 5lb)에서 수지 밀봉의 신뢰성을 확보하는 것이 가능하다.
(제3 실시 형태)
예컨대 제1 실시 형태의 제조 방법에서, 다층 세라믹 기판의 층 구조에 따라서는 상하의 수축 억제력이 균형을 이루지 못하여, 극단적으로는 예컨대 도 15에 도시한 바와 같이 캐비티 바닥면부가 변형될 수 있다. 이러한 경우에는, 바닥면을 사이에 끼운 수축 억제재 그린 시트의 두께를 조정하면 된다. 본 실시 형태는 이러한 조정을 행한 예이다.
즉, 도 16에 도시한 바와 같이 캐비티 형성부에 수축 억제재 그린 시트편(제1 삽입 시트(25))을 끼워 맞춘 제1 복합 그린 시트(26)의 두께를 조정한다. 이 경우, 상기 두께의 변화를 보정하기 위해서는 제1 삽입 시트(25)의 두께만 조정하면 되지만, 제1 복합 그린 시트 전체의 두께를 조정하도록 하여도 좋다. 또는, 도 17에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(22)의 캐비티에 대응하는 부분의 두께 를 조정하도록 하여도 좋다. 이 경우, 수축 억제재 그린 시트(22)는 도 17에 도시한 바와 같이 두께가 얇은 수축 억제재 그린 시트(22a)와, 캐비티 형성부에 관통공을 형성하고 여기에 세라믹 그린 시트를 끼워 맞춘 수축 억제재 그린 시트(22b)를 적층함으로써 구성하면 좋다. 이에 따라 적층체 전체의 수축 억제와 캐비티 바닥면부의 수축 억제를 각각 별도로 제어할 수 있다.
또한, 수축 억제재 그린 시트(22b)에 대하여 끼워 맞출 세라믹 그린 시트의 형상(관통공의 형상)은 캐비티의 형상과 동일하지 않아도 되며, 수축 억제력의 밸런스를 고려하여 결정하면 된다. 또한 제1 삽입 시트(25)나 수축 억제재 그린 시트(22a, 22b)의 두께에 대해서도 마찬가지로 수축 억제력의 밸런스를 고려하여 적당히 설정하면 된다.
(제4 실시 형태)
본 실시 형태는 소실성 시트를 사용한 예이다. 도 18은 본 실시 형태의 기본적인 제조 프로세스를 도시한 것이다. 해당 제조 프로세스도 주로 소성 후에 세라믹층이 되는 그린 시트 및 수축 억제재 그린 시트를 적층하여 프레스하는 공정, 이를 소성하는 공정, 소성 후에 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정, 수축 억제재 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정으로 구성된다.
다층 세라믹 기판의 제작에서는, 먼저 도 18(a)에 도시한 바와 같이 다층 세라믹 기판을 구성하는 세라믹층의 수에 따라 복수의 세라믹 그린 시트를 기판용 그린 시트로서 적층한다. 여기서는 9장의 세라믹 그린 시트(61∼69)를 적층한다. 각 세라믹 그린 시트(61∼69)는 예컨대 세라믹 분말과 유기 바인더 및 유기 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리 형태의 유전체 페이스트를 만들고, 이를 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트 등의 지지체 상에 닥터 블레이드법 등에 의해 형성함으로써 형성한다. 상기 세라믹 분말이나 유기 비히클(유기 바인더 및 유기 용제)로는 공지의 것이 모두 사용 가능하다.
여기서, 상기 세라믹 그린 시트(61∼69) 중 하측의 2장의 세라믹 그린 시트 (61, 62)는 캐비티를 형성하기 위한 관통공이 필요하지 않아 통상의 평탄한 그린 시트로서 형성되어 있다. 이들 2장의 세라믹 그린 시트(61, 62) 중 상측의 세라믹 그린 시트(62)가 캐비티의 바닥면을 구성하게 된다.
상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 상기 세라믹 그린 시트(62) 상에는 나머지 7장의 세라믹 그린 시트(63∼69)가 적층되는데, 이들 세라믹 그린 시트(63∼69)에는 상기 캐비티(11)의 개구 형상에 대응하여 소정의 형상의 절개(63a∼69a)가 넣어져 캐비티 공간에 대응하는 부분(63b∼69b)이 분리되어 있다. 따라서, 이들 7장의 세라믹 그린 시트(63∼69)가 캐비티 형성용 그린 시트에 해당하게 된다.
본 실시 형태에서는 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(62)에 접하는 세라믹 그린 시트(63)를 제외하고, 절개(64a∼69a)에 의해 분리된 부분(64b∼69b)을 매립용 그린 시트로서 이용한다. 또한, 상기에 한정되지 않으며, 예컨대 각 세라믹 그린 시트(64∼69)에 캐비티에 대응하는 관통공을 형성하고, 여기에 별도로 형성한 매립용 그린 시트를 끼워 맞추어도 좋지만, 생산성을 고려하면 전술한 바와 같이 절개(64a∼69a)에 의해 분리된 부분(64b∼69b)을 매립용 그린 시트로서 이용하는 것이 유리하다.
한편, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(62)에 접하는 세라믹 그린 시트(63)에 대해서는, 캐비티에 대응하는 관통공(63a)을 형성하고, 이 부분의 세라믹 그린 시트를 제거함과 동시에, 상기 관통공(63a)의 형상에 맞춘 수축 억제재 그린 시트편(70a) 및 소실성 시트편(71a)을 관통공(63a)에 끼워 넣어 이를 메우도록 한다. 이를 상세하게 도시한 것이 도 19이다.
즉, 먼저 도 19(a)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트(63)를 형성하고, 도 19(b)에 도시한 바와 같이 캐비티의 개구 형상에 대응하는 관통공(63a)을 펀칭하여 형성한다. 또한 도 19(c)에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(70)를 형성하고, 도 19(d)에 도시한 바와 같이 이를 상기 관통공(63a)의 형상과 거의 일치하도록 펀칭하여 수축 억제재 그린 시트편(70a)을 형성한다. 마찬가지로, 도 19(e)에 도시한 바와 같이 소실성 시트(71)를 형성하고, 도 19(f)에 도시한 바와 같이 이를 상기 관통공(63a)의 형상과 거의 일치하도록 펀칭하여 소실성 시트편(71a)을 형성한다. 이어서, 도 19(g)에 도시한 바와 같이 상기 세라믹 그린 시트(63)의 관통공(63a)에 상기 수축 억제재 그린 시트편(70a) 및 소실성 시트편(71a)를 이 순서로 끼워 맞추어 상기 관통공(63a)을 메우는 형태로 한다. 따라서, 상기 수축 억제재 그린 시트편(70a)과 소실성 시트편(71a)를 합한 두께는 상기 세라믹 그린 시트(63)의 두께와 거의 일치하도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 수축 억제재 그린 시트(70)(수축 억제재 그린 시트편(70a))에는 상기 세라믹 그린 시트(61∼69)의 소성 온도에서는 수축하지 않는 재료, 예컨대 인규석이나 크리스토발라이트, 나아가서는 석영, 용융 석영, 알루미나, 뮬라이트, 산화 지르코늄, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 마그네슘, 탄화 규소 등을 포함하는 조성물을 사용할 수 있으며, 이들 수축 억제재 그린 시트편(71a)을 세라믹 그린 시트(이 경우에는 세라믹 그린 시트(62))와 접하도록 배치하고 소성을 행함으로써 세라믹 그린 시트(62)의 면내 방향의 수축을 억제할 수 있다.
상기 소실성 시트(71)(소실성 시트편(71a))에는 상기 세라믹 그린 시트(61∼69)의 소성 온도에서 소실하는 재료, 예컨대 수지 재료 등을 사용할 수 있다. 특히, 세라믹 그린 시트(61∼69)에 포함되는 유기 바인더와 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 소실성 시트(71)(소실성 시트편(71a))에 세라믹 그린 시트(61∼69)에 포함되는 유기 바인더와 동일한 재료를 사용하면, 소성시에 확실하게 상기 소실성 시트(71)(소실성 시트편(71a))가 소실한다. 또한, 상기 소실성 시트편(71a)은 전술한 바와 같이 시트화된 것을 펀칭함으로써 형성하여도 좋고, 예컨대 인쇄법 등에 의해 형성하여도 좋다.
이상과 같이 세라믹 그린 시트(61∼69)를 적층하고, 그 양면, 즉 최외층의 세라믹 그린 시트(61, 69)의 표면에 수축 억제재 그린 시트(72, 73)를 포갠다. 수축 억제재 그린 시트(72, 73)의 재질로는 앞의 수축 억제재 그린 시트(70)의 재질과 동일하다. 한편, 캐비티에 대응하여 관통공(절개(69a))이 형성되는 세라믹 그린 시트(69) 측에 배치되는 수축 억제재 그린 시트(73)에 대해서는, 세라믹 그린 시트(69)와 마찬가지로 캐비티 개구 형상에 대응하는 관통공(73a)을 형성하고, 여기에 별도로 펀칭 가공 형성한 매립용 세라믹 그린 시트편(74)을 끼워 넣어 둔다.
이들을 적층한 적층체의 적층 상태는 도 18(a)에 도시한 바와 같은 것으로 서, 복수의 세라믹 그린 시트(61∼69)가 적층된 적층체의 양면에 수축 억제재 그린 시트(72, 73)가 적층되어 적층체 전체의 면내 방향의 수축을 억제하도록 구성되어 있다. 또한 캐비티의 바닥면에 노출되는 세라믹 그린 시트(62) 상에는 상기 세라믹 그린 시트(63)의 관통공(63a) 내에 배치된 수축 억제재 그린 시트편(70a)이 접해 있으며, 이 부분에서도 면내 방향의 수축을 억제하도록 구성되어 있다.
캐비티에 대응하는 공간은 통상은 이 단계에서도 공간(오목부)으로서 형성되는데, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 상기 세라믹 그린 시트(64∼69)의 절개(64a∼69a)에 의해 분리된 부분(64b∼69b), 나아가서는 매립용 세라믹 그린 시트편(74)이 매립용 그린 시트로서 배치되는 형태로 되어 있으며, 적층체의 전체 형상을 보았을 때에는 오목부가 없는 평탄한 적층체로서 형성되게 된다.
상기 세라믹 그린 시트(61∼69)나 수축 억제재 그린 시트(72, 73)를 적층한 적층체는 소성에 앞서 프레스 공정에 의해 프레스할 필요가 있다. 이 때 캐비티에 대응하는 오목부가 형성되어 있으면, 오목부의 일그러짐 등이 발생하여 캐비티의 개구부 등이 변형될 우려가 있다. 본 실시 형태에서는 상기 매립용 그린 시트에 의해 적층 방향에서 두께가 균일한 적층체를 제작하고, 캐비티 부분을 포함시켜 평탄화되어 있으므로, 통상의 평판 금형을 사용하여 프레스할 수 있고, 용이한 수단으로 프레스 공정을 행하는 것이 가능하다. 한편, 적층체의 프레스 공정은 전술한 바와 같이 평판의 금형 사이에 끼워 넣어 가압함으로써 수행하여도 좋고, 예컨대 적층체를 방수성 수지 등으로 피복하여 정수압 프레스를 수행하여도 좋다.
전술한 프레스 공정 후, 도 18(b)에 도시한 바와 같이 소성함으로써 각 세라 믹 그린 시트(61∼69)를 세라믹층(2∼10)으로 하는데, 이 때 수축 억제재 그린 시트(72, 73)가 적층되어 구속되어 있으므로, 상기 세라믹 그린 시트(61∼69)는 두께 방향으로만 수축하고 면내 방향으로는 거의 수축하지 않는다. 캐비티의 바닥부에 노출되는 세라믹 그린 시트(62)에 대해서도 면내 방향의 수축이 억제된다.
또한 캐비티 공간에 대응하여 매립 배치된 매립용 그린 시트(세라믹 그린 시트(64∼69)의 절개(64a∼69a)에 의해 분리된 부분(64b∼69b) 및 매립용 세라믹 그린 시트편(74))와 수축 억제재 그린 시트편(70a) 사이에는 상기 소실성 시트편(71a)이 개재되고, 이것이 세라믹 그린 시트(61∼69)가 소결하기 전에 소실된다. 이에 따라 이들 매립용 그린 시트에 대하여 캐비티의 바닥부에 배치되는 수축 억제재 그린 시트편(70a)의 구속력은 작용하지 않고, 따라서 면내 방향으로 수축하고, 이들 소성물(75)은 도 18(b)에 도시한 바와 같이 두께 방향에서 수축이 적은 만큼 소성 후의 적층체로부터 돌출하는 형태가 된다. 상기 구속력이 작용하지 않으므로, 이들이 수축함으로써 상기 수축 억제재 그린 시트편(70a), 나아가서는 그 아래의 세라믹 그린 시트(62)에 응력이 가해지지 않아, 세라믹 그린 시트(62)가 소성됨으로써 형성되는 세라믹층(3)의 평탄성 등이 손상되지도 않는다.
소성이 종료한 후에는, 도 18(c)에 도시한 바와 같이 상기 매립용 그린 시트의 소성물(75)을 캐비티 공간으로부터 제거한다. 상기 소성물은 소실성 시트편(71a)의 소실에 의해 상기 수축 억제재 그린 시트편(70a)으로부터 분리되고, 예컨대 상하 반전함으로써 용이하게 제거하는 것이 가능하다.
마지막으로, 상기 수축 억제재 그린 시트(72, 73)나 수축 억제재 그린 시트 편(70a)의 소성 후의 잔사(76)를 제거하여, 도 18(d)에 도시한 바와 같은 캐비티(11)를 갖는 다층 세라믹 기판(1)을 완성한다. 수축 억제재 그린 시트(72, 73)나 수축 억제재 그린 시트편(70a)의 소성 후의 잔사(76)는 임의의 세정 공정을 행함으로써 용이하게 제거할 수 있고, 예컨대 초음파 세정 정도의 자극으로 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 세정 공정으로서 용제 중에서의 초음파 세정 공정 등을 수행하면 되는데, 예컨대 알루미나계의 그린 시트를 상기 수축 억제재 그린 시트로서 사용한 경우에는 잔사(76)가 자연 박리되지 않으므로, 습식 블라스트 공정 등에 의해 연마하고 세정함으로써 상기 잔사(76)를 제거할 필요가 있다.
이상의 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(1)은 치수 정밀도나 캐비티 바닥면의 평면도 등이 뛰어난 것이며, 또한 캐비티 개구부의 일그러짐이나 캐비티 개구부 주변의 부풀어오름 등의 변형이 발생하지도 않는다.
(제5 실시 형태)
본 실시 형태는 소실성 시트를 다단 구조(2단 구조)의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조에 적용한 예이다. 도 20은 2단 구조의 캐비티가 형성되는 다층 세라믹 기판의 제조에 응용한 실시 형태를 나타내는 것이다. 이 경우에는, 도 20(a)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트의 적층체(81)의 양면에 수축 억제재 그린 시트(82, 83)를 적층함과 동시에, 캐비티의 바닥면 및 단차면에 각각 수축 억제재 그린 시트편(84, 85) 및 소실성 시트편(86, 87)을 배치한다. 그리고, 2단 구조의 캐비티 공간을 메우는 형태로 매립용 그린 시트(88)를 배치한 상태에서 프레스 공정 및 소성 공정을 행한다. 본 예의 경우에도 적층체의 평탄성이 유지되고 있어 프레스 공정은 용이하다.
소성 후에는, 도 20(b)에 도시한 바와 같이 매립용 그린 시트의 소성물(89)은 적층체로부터 돌출하는 형태가 되는데, 상기와 같이 예컨대 상하 반전함으로써 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 얻어지는 다층 세라믹 기판(90)은 도 20(c)에 도시한 바와 같은 것으로서, 전체의 치수 정밀도가 우수할 뿐만 아니라, 캐비티(91)의 바닥면(91a)이나 단차면(9lb)의 치수 정밀도나 평면도도 뛰어난 것이다. 한편, 전술한 바와 같은 2단 구조의 캐비티(91)의 경우, 바닥면(91a)에 전자 디바이스가 탑재되고, 단차면에 상기 전자 디바이스와 본딩 와이어로 연결되는 도체 패턴이 형성된다.
(제6 실시 형태)
본 실시 형태는 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴이 형성된 다층 세라믹 기판에 관한 실시 형태이다.
도 21(a)∼(d)는 캐비티(111)를 갖는 다층 세라믹 기판(101)의 가장 단순한 모델 예를 도시한 것으로서, 본 예의 경우, 복수(여기서는 9층)의 세라믹층(102∼110)이 적층 일체화되어 있다. 이들 세라믹층(102∼110) 중 아래의 두 층(102, 103)은 캐비티 형성을 위한 관통공이 형성되지 않은 평탄한 세라믹층이고, 이들 중에서 상층이 되는 세라믹층(103)이 바닥면 형성용 세라믹층에 해당하고, 그 상면의 일부가 캐비티(111)의 바닥부에 면하여 캐비티의 바닥면(111a)을 구성하게 된다.
한편, 상기 세라믹층(103) 상에 적층되는 나머지 세라믹층(104∼110)은 캐비티(111)의 측벽에 대응하여 각각 관통공(104a∼110a)이 형성되어 있으며, 캐비티 형성용 세라믹층에 해당한다. 한편, 이 중 세라믹층(104)이 제1 캐비티 세라믹층에 해당하고, 세라믹층(105)이 제2 캐비티 세라믹층에 해당한다. 세라믹층(103)이 구성하는 바닥면(111a)과 세라믹층(104∼110)의 관통공(104a∼110a)의 벽면이 연속됨에 따른 측벽으로, 캐비티(111)가 소정의 공간으로서 구성되어 있다. 캐비티(111)의 개구 형상은 예컨대 앞의 제1 실시 형태와 동일하다.
세라믹층(103)의 표면에는 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴(112)이 형성되어 있다. 도체 패턴(112)의 일단은 캐비티(111)의 바닥면(111a)에 노출되어, 캐비티(111) 내에 수용되는 전자 디바이스에 접속된다. 또한 도체 패턴(112)의 타단은 세라믹층(103)과 세라믹층(104) 사이에 배치되어, 다층 세라믹 기판(101)의 내부에 형성된 내부 전극이나 배선 등에 접속되어 있다. 도 21에서는 사각 형상의 캐비티(111)에 있어서, 평면에서 보았을 때 서로 대향하는 두 변에 스트립 형태의 도체 패턴(112)이 2개씩 총 4개 형성된 상태를 도시하였으나, 도체 패턴(112)의 형상 및 수는 임의로 설정할 수 있다. 도시는 생략하였으나, 캐비티(111)의 바닥면(111a)에는 방열용 비아홀 등이 형성되어 있는 경우도 있다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(101)에서는, 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부를 구성하는 네 변 중 적어도 도체 패턴(112)과 포개지는 두 변에서 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면이 세라믹층(104)의 바로 위에 적층되는 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면보다 외측에 위치해 있다. 또한 본 실시 형태에서는 세라믹층(104)의 관통공(104a)의 개구 면적이 세라믹층(105)의 관통공(105a)의 개 구 면적보다 크게 되어 있으며, 캐비티(111)의 개구 치수가 바닥면(111a) 근방에서 확대된 형상으로 되어 있다.
세라믹층(104)에 형성된 관통공(104a)은 세라믹층(105)의 관통공(105a)보다 약간 그 벽면이 외측에 위치해 있으면 되며, 예컨대 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면과 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면 사이의 거리(A)를 0.1mm 이상으로 하면 좋다. 다만, 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면을 너무 외측에 위치시키게 되면 캐비티(111)의 바닥부에 형성되는 사공간도 커져 버리므로, 상기 거리(A)는 0.5mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
그런데, 후술하는 바와 같은 각 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판에서도 앞의 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 캐비티가 특이한 형상을 가지고 있다. 구체적으로는, 도 22에 모식적으로 도시한 바와 같이 수축 억제 그린 시트 바로 근방의 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 소위 북 형태로 되어 있다.
상기 캐비티(111)에서는 개구부(11lb)의 개구 치수(W1)가 캐비티(111)의 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수(W2)보다 작다. 즉, 캐비티(111)의 개구부(11lb)의 개구 면적이 캐비티(111)의 깊이 방향 도중 위치(111c)의 개구 면적보다 작다. 본 예의 경우, 캐비티(111)의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치(111c)에 이를 때까지 점점 증가하다가, 이어서 적어도 세라믹층(105)까지 점점 감소하고 있으며, 캐비티(111)의 내벽의 단면 형상은 대략 원호상이다. 따라서, 캐비티(111)의 형상은 깊이 방향 도중부가 원호상으로 팽출하는 형상으로 되어 있으며, 상기 북 형태로 되어 있다.
한편, 본 실시 형태에서 바닥면 형성용 세라믹층(103)의 바로 위에 적층되는 세라믹층(104)의 관통공(104a)에 대응하는 위치는 캐비티(111)의 깊이 방향 도중 위치(111c)로부터 제외하기로 한다.
캐비티(111)가 전술한 바와 같은 형상을 갖는 다층 세라믹 기판(101)에서는 상기 특이한 캐비티 형상이기 때문에, 신뢰성이라는 점에서 커다란 이점을 갖는다. 예컨대 도 23에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(140)를 캐비티(111) 내에 실장하고 수지(J)에 의해 수지 밀봉한 경우, 전술한 바와 같이 캐비티(111)의 개구부(11lb)의 개구 치수가 내부보다 작으므로, 충전한 수지(J)가 탈락하지 않는다. 종래의 형상에서는 수지(J)에 의해 수지 밀봉을 행한 경우, 다층 세라믹 기판(101)을 구성하는 각 세라믹층(102∼110)과 밀봉을 행하는 수지(J)에서 열 팽창율이 다른 것에 기인하여 밀봉한 수지(J)가 박리되어 캐비티(111)로부터 탈락한다는 문제가 발생한다. 특히, 장기간에 걸친 온도 변화의 반복으로 인해 상기 문제는 현저해진다. 상기 다층 세라믹 기판(101)에서는, 캐비티(111)의 개구부(11lb)의 개구 면적이 캐비티(111)의 깊이 방향 도중 위치(111c)의 개구 면적보다 작으므로, 캐비티(111) 내에 충전하여 경화한 수지(J)는 내부의 부피가 크기 때문에 캐비티(111)의 개구부(11lb)를 빠져나갈 수 없어 캐비티(111) 내에 유지된다.
전술한 바와 같은 구성의 다층 세라믹 기판(1)은 이하와 같은 제조 프로세스를 실시함으로써 형성된다. 이하, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서도 무수축 소성 방법을 채용함과 동시에, 캐비티에 해당하 는 공간 내에 매립용 그린 시트를 배치한 상태에서 프레스 공정이나 소성 공정을 행하여 프레스 시의 일그러짐 등을 해소하도록 하는 것은, 앞의 제1 실시 형태와 동일하다. 제조 프로세스에서의 공정 흐름도 도 2에 준거한다.
즉, 도 2의 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서는, 도 24(a)에 도시한 세라믹 그린 시트(기판용 그린 시트에 해당함)(121)와 도 24(b)에 도시한 수축 억제재 그린 시트(122)를 형성한다. 이들 세라믹 그린 시트(121) 및 수축 억제재 그린 시트(122)는 통상 플라스틱 시트 등의 지지체(123)의 표면에 밀착시켜 형성한다.
이상과 같이 하여 세라믹 그린 시트(121)나 수축 억제재 그린 시트(122)를 제작하는데, 이들 세라믹 그린 시트(121)나 수축 억제재 그린 시트(122)의 1층당 두께는 후술하는 비어 전극이나 내부 전극의 형성을 고려하여 20㎛∼300㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 그린 시트(121) 및 수축 억제재 그린 시트(122)의 제작 후 이들을 이용하여 복합 그린 시트(세라믹 그린 시트와 수축 억제재 그린 시트를 조합한 그린 시트)를 제작한다(단계 S12). 여기서 제작하는 복합 그린 시트는 바닥면 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 제1 복합 그린 시트(제1 캐비티 형성용 그린 시트)와 최상층의 수축 억제재 그린 시트로서 적층되는 최상층 복합 그린 시트이다.
제1 복합 그린 시트(126)를 제작하려면, 도 25(a)에 도시한 바와 같이 먼저 상기 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(121)에 제1 관통공(124)을 형성한다. 제1 관통공(124)은 예컨대 세라믹 그린 시트(121)를 지지 체(123)의 표면에 밀착시킨 상태에서, 세라믹 그린 시트(121)의 소정의 부분을 펀처의 금형으로 펀칭하여 형성하여도 좋고, 레이저 광, 마이크로 드릴, 펀칭 등에 의해 형성하여도 좋다. 제1 관통공(124)은 캐비티의 바닥면 형상에 대응하여 형성되는 것이다. 제1 관통공(124)의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 정사각형이어도 좋고, 직사각형이나 원형 등이어도 좋다.
또한 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트를 지지체(123) 상에서 상기 제1 관통공(124)과 대략 같은 형상으로 절단하여 제1 삽입 시트(125)(수축 억제재 그린 시트편에 해당함)로 한다. 이를 세라믹 그린 시트(121)의 제1 관통공(124)에 끼워 넣어 제1 복합 그린 시트(126)를 형성한다. 이 때, 제1 복합 그린 시트(126)를 평탄하게 하기 위하여 세라믹 그린 시트(121)와 제1 삽입 시트(125)의 두께는 동일하게 하는 것이 바람직하다.
최상층 복합 그린 시트(129)의 제작 방법도 앞의 제1 복합 그린 시트(126)의 제작 방법과 동일한데, 최상층 복합 그린 시트(129)에서는 도 25(b)에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(122)에 관통공을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트편을 끼워 맞춘다. 즉, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트(122)에 캐비티의 개구 형상에 따른 제2 관통공(127)을 형성한다. 제2 관통공(127)의 형성 방법은 전술한 제1 관통공(124)과 동일하다. 그리고, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트를 지지체 상에서 상기 제2 관통공(127)과 대략 같은 형상으로 절단하여 제2 삽입 시트(128)로 한다. 수축 억제재 그린 시트(122)의 제2 관통공(127)에 제2 삽입 시트(128)를 끼워 넣고, 지지 체(123)로부터 박리하여 최상층 복합 그린 시트(129)로 한다. 한편, 이 경우에도 최상층 복합 그린 시트(129)를 평탄하게 하기 위하여 수축 억제재 그린 시트(122)와 제2 삽입 시트(128)의 두께는 동일하게 하는 것이 바람직하다.
절개 형성 공정(단계 S13)에서는 상기 세라믹 그린 시트(121)에 절개를 형성하여 캐비티 형성용 그린 시트로 한다. 즉, 절개 형성 공정(단계 S13)에서는 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(121)에 절개(혹은 비연속부)(131)를 형성하여 도 26에 도시한 바와 같은 절개 형성 시트(130)로 한다. 절개(131)란 세라믹 그린 시트(121)의 두께 방향으로 관통하고 있는 비연속부이다. 한편, 비연속부에는 시트의 두께 방향으로 관통하지 않는 것도 포함한다. 여기서, 절개(131)로 에워싸이는 부분(130a)의 단면은, 절개 형성 시트(130)를 도 27에 도시한 바닥면 형성용 그린 시트(132) 및 제1 복합 그린 시트(126)에 포갰을 때, 도 28에 도시한 바와 같이 적어도 캐비티 바닥면 형성용 그린 시트(132)에 형성된 도체 패턴(112)이 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부를 걸터 앉도록 형성되는 부분에 있어서, 제1 복합 그린 시트(126)의 제1 관통공(124)의 개구 벽면보다 내측에 위치하도록 설정한다. 또한 절개(131)는 절개 형성 시트(130) 상에 최상층 복합 그린 시트(129)를 포갰을 때 제2 관통공(127)과 포개지도록 제2 관통공(127)과 동일한 위치, 대략 동일한 형상으로 형성된다.
절개(131)는 세라믹 그린 시트(121)를 지지체(123)의 표면에 밀착시킨 상태에서, 세라믹 그린 시트(121)의 소정의 부분에 펀처의 금형을 내리눌러 형성하여도 좋고, 레이저 광, 마이크로 드릴, 펀칭 등에 의해 형성하여도 좋다.
한편, 절개 형성 공정(단계 S13)은 세라믹 그린 시트(121) 한 장마다 절개를 형성하도록 하여도 좋고, 2장 이상의 세라믹 그린 시트(121)를 포갠 후에 한꺼번에 절개를 형성하도록 하여도 좋다. 어느 경우에도, 절개 형성 시트(130)에서는 절개(131)에 의해 분리된 부분에 해당하는 절개(131)의 내측 부분(130a)을 그대로 남겨, 적층 및 소성시에 매립용 그린 시트로서 이용한다.
이상에 의해 제작한 제1 복합 그린 시트(126)나 절개 형성 시트(130), 나아가서는 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(바닥면 형성용 그린 시트) 등 소성 후에 다층 세라믹 기판의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹 그린 시트(이하, 이들을 총칭하여 "유전체층 시트"라고 함)에 비아홀이나 비어 전극, 내부 전극 패턴 등을 형성한다. 비어 전극은 비어 전극 페이스트를 예컨대 구멍 메움 인쇄에 의해 충전하여 고화시킴으로써 형성한다. 내부 전극 패턴은, 예컨대 세라믹 그린 시트에 내부 전극 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 패턴으로 도포함으로써 형성한다.
구체적으로는, 비아홀 형성 공정(단계 S14)에서는, 유전체층 시트에 비어 전극을 형성하기 위한 구멍인 비아홀을 형성한다. 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 비아홀 형성 공정(단계 S14)에서 형성한 비아홀에 도전성 페이스트를 충전하여 비어 전극을 형성한다. 또한 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 유전체층 시트의 표면에 내부 전극 패턴을 소정의 패턴으로 인쇄한다. 특히 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는, 도 27에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트(121)의 표면에 도체 패턴(112)을 형성하여 바닥면 형성용 그린 시트(132)를 제작한다. 도체 패턴(112)은 소성 후의 다층 세라믹 기판에서 캐비티(111)의 바닥면(111a)을 구성하는 영역의 가장자리부(도 27에서 점선으로 나타냄)를 걸터 앉도록 형성된다.
상기에 의해 각 유전체층 시트에 비어 전극이나 내부 전극 패턴을 형성한 후, 적층 공정(단계 S16)에서 제작한 각 시트를 적층하여 적층체(133)를 형성한다. 이 적층 공정(단계 S16)부터 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)까지의 적층체의 구성을 도 28(a) 내지 도 28(d)에 도시하였다. 한편, 도 28(c)에 도시한 공정과 도 28(d)에 도시한 공정에 대해서는 순서가 뒤바뀌는 경우나 혹은 동시에 행해지는 경우도 있음을 덧붙여 둔다.
상기 적층 공정(단계 S16)에서는 도 28(a)에 도시한 바와 같이 최하층부터 수축 억제 그린 시트(122), 세라믹 그린 시트(121), 바닥면 형성용 그린 시트(132), 제1 복합 그린 시트(126), 절개 형성 시트(130), 최상층 복합 그린 시트(129)의 순서로 적층한다.
본 실시 형태에서는 소성 후의 다층 세라믹 기판의 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부와 도체 패턴(112)이 평면적으로 포개지는 부분에서, 제1 삽입 시트(125)(수축 억제재 시트편)의 단면을 그 위에 적층되는 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 내측 부분(매립용 그린 시트)(130a)의 단면보다 외측에 위치시키도록 설정할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는 도 28(a)에 도시한 바와 같이 제1 삽입 시트(125)(수축 억제재 시트편)의 크기가 그 위에 적층되는 절개 형성 시트(130)의 절개(131)에 의해 분리된 부분(매립용 그린 시트)의 크기보다 커지도록 설정하고 있다.
제1 삽입 시트(125)(수축 억제재 시트편)의 단면은 그 위에 적층되는 절개(131)의 내측 부분(130a)(매립용 그린 시트)의 단면보다 약간 외측에 위치해 있으면 되며, 소성 후의 다층 세라믹 기판에서 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면과 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면간 거리(A)가 0.1mm∼0.5mm가 되도록 제1 삽입 시트(125) 및 최하층의 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 내측 부분(130a)의 형상을 각각 설정하면 좋다.
한편, 각 시트는 적어도 한 장 이상 있으면 되며, 복수 장이어도 좋다. 본 예의 경우, 1장의 세라믹 그린 시트(121)와 1장의 바닥면 형성용 그린 시트(132)를 적층하고, 그 위에 1장의 제1 복합 그린 시트(126) 및 6장의 절개 형성 시트(130)을 더 적층하고 있다. 따라서, 이들 9층이 기판용 그린 시트에 해당하게 되고, 제1 복합 그린 시트(126) 및 6장의 절개 형성 시트(130)가 캐비티 형성용 그린 시트에 해당하게 된다. 한편, 캐비티 형성용 그린 시트 중 제1 복합 그린 시트(126)가 제1 캐비티 형성용 그린 시트에 해당하고, 최하층의 절개 형성 시트(130)가 제2 캐비티 형성용 그린 시트에 해당한다. 적층체(133)의 구성은 상하가 뒤바뀌어도 좋고, 수축 억제 그린 시트(122)를 사이에 두고 상하에 동일하게 각 시트가 적층되어도 좋다.
또한 예컨대 전술한 바와 같이 절개 형성 시트(130)를 2장 이상 적층하는 경우, 각 절개 형성 시트(130)의 재질을 동일하게 하여도 좋고, 혹은 각 절개 형성 시트(130)의 재질을 다른 재질로 하여도 좋다. 다만 후자의 경우, 각 절개 형성 시트(130)에서 프레스 시의 압축률, 소성 시의 수축율, 열 팽창 계수 등이 대략 같 아지도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 각 절개 형성 시트(130)의 압축률, 수축율, 열 팽창 계수의 차이로부터 발생하는 기판의 휨을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여 적층되는 적층체(133)의 전체 두께는, 다층 세라믹 기판의 소형화 및 높이 감소화의 요구로부터 1mm 이하인 것이 바람직하다. 또한 적층체(133) 중 캐비티를 구성하는 부분이 되는 캐비티 형성용 그린 시트(6장의 절개 형성 시트(130) 및 제1 복합 그린 시트(126))의 적층 높이(캐비티의 깊이에 해당함)는 캐비티에 수용하는 전자 디바이스의 치수에 맞추어 설정한다.
상기 적층 공정(단계 S16) 후 프레스 공정(단계 S17)을 행하는데, 이 프레스 공정(단계 S17)은 적층 공정(단계 S16)에서 제작한 적층체(133)를 압착하는 공정이다. 압착은 통상의 상하 펀치를 평탄한 금형에 넣어서 행한다. 압착 조건은 압착의 압력이 30∼80MPa이고 압착 시간은 10분 정도가 바람직하다. 본 실시 형태에서는 적층체(133)의 최상층면, 최하층면이 각각 평탄면으로 되어 있으며, 또한 캐비티를 형성하는 부분에 절개(131)의 내측 부분(130a)을 그대로 남기고, 매립용 그린 시트로서 이를 메우는 형태로 하고 있으므로, 프레스를 행할 때 균일하게 압력을 가할 수 있다. 따라서, 종래 기술과 같이 캐비티의 개구부가 부가하는 압력으로 일그러져 변형되거나 손상을 발생하지 않는다.
다음, 소성 공정(단계 S2)을 행한다. 소성 공정(단계 S2)에서는 프레스 공정(단계 S17)에서 압착한 적층체(133)를 소성한다. 한편, 소성을 함에 있어서는 통상 제작한 적층체(133)에 대하여 탈 바인더 처리를 행하는데, 이 경우의 탈 바인더 처리 조건은 통상의 것이면 된다. 탈 바인더 처리를 행한 후 소성을 행하여 적 층 소성체(134)를 형성한다. 소성시의 분위기는 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로, 비어 전극 및 내부 전극 패턴에 니켈 혹은 니켈 합금 등의 비금속을 사용하는 경우에는, 환원성 분위기로 하는 것이 바람직하다. 소성 온도는 800℃∼1000℃로 하는 것이 바람직하다. 도체 재료나 저항 재료를 동시 소성할 수 있으며, 이러한 다층 세라믹 기판은 고주파 중첩 모듈, 안테나 스위치 모듈, 필터 모듈 등의 LTCC 모듈용으로 사용할 수 있다.
소성 공정(단계 S2)을 실시한 적층 소성체(134)는 도 28(b)에 도시한 바와 같이 절개(131)의 내측 부분(130a)이 캐비티로부터 돌출한다. 이는 이하의 이유에 따른다. 적층체(133)를 소성하면, 유전체층 시트인 세라믹 그린 시트(121), 바닥면 형성용 그린 시트(132), 제1 복합 그린 시트(126), 및 절개 형성 시트(130)는 소결되어 수축하려고 한다. 이 때, 세라믹 그린 시트(121)는 하층의 수축 억제 그린 시트(122)에 밀착되어 있다. 수축 억제 그린 시트(122)는 전술한 바와 같이 유전체층 시트의 소성 온도에서는 수축하지 않는다. 따라서 세라믹 그린 시트(121)의 평면 방향의 수축이 억제된다. 또한 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 외측 부분(130b)은 상층의 최상층 복합 그린 시트(129)에 밀착되어 있으므로, 마찬가지로 수축이 억제된다. 나아가, 캐비티의 바닥부에서는 바닥면 형성용 그린 시트(132)가 제1 복합 그린 시트(126)의 제1 삽입 시트(125)와 밀착되어 있으므로, 마찬가지로 수축이 억제된다.
이에 대하여 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 내측 부분(130a)은 상층 측에 수축 억제의 시트가 없기 때문에 수축이 억제되지 않는다. 따라서, 절개(131) 의 내측 부분(130a)은 평면 방향으로 수축되어 절개(131)의 외측 부분(130b)으로부터 분리된다. 이 수축은 캐비티 바닥부의 제1 삽입 시트(125)로부터 상층 방향으로 멀어짐에 따라 커지고, 절개(131)의 내측 부분(130a)이 평면 방향으로 수축된 만큼 두께 방향의 수축율은 작아진다. 따라서, 제1 삽입 시트(125)와 제2 삽입 시트(128)와 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(131)의 내측 부분(130a))은 소성 후에는 적층 소성체(134)의 표면으로부터 돌출된 형태가 된다.
그런데, 예컨대 도 29에 도시한 바와 같이 제1 삽입 시트(수축 억제재 시트편)(303)와 절개 형성 시트의 절개로 에워싸이는 영역(매립용 그린 시트)(309)을 대략 동일한 형상으로 함과 동시에, 도체 패턴(301)과 포개지는 부분에서 수축 억제재 시트편(303)과 그 위의 매립용 그린 시트(309)로 단면을 동일 평면 상에 위치시킨 경우, 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 배치된 도체 패턴(301)이 단선된다는 문제가 있다. 바닥면 형성용 그린 시트(302) 중 제1 삽입 시트(303)가 배치된 영역(캐비티 바닥면 내)은 제1 삽입 시트(303)의 강한 구속력에 의해 면내 방향으로는 거의 수축하지 않는 데 반해, 캐비티의 측벽 주위의 영역(절개 형성 시트(304), 제1 복합 그린 시트(305), 바닥면 형성용 그린 시트(302))에 대해서는 적층 방향 중앙으로 진행함에 따라 수축 억제재 그린 시트(306) 및 최상층 복합 그린 시트(307)에 의한 구속력이 약해지는 경향이 있기 때문에 구속력이 약한 캐비티의 측벽 하단부(308)는 캐비티로부터 멀어지는 면내 방향으로 크게 수축한다. 이 결과, 캐비티의 바닥면의 가장자리부에 응력이 집중되어, 이 부분에 위치하는 도체 패턴(301)의 단선을 일으킨다.
따라서 본 실시 형태에서는 캐비티 바닥면 가장자리부 중 적어도 도체 패턴(112)과 포개지는 부분에서, 제1 삽입 시트(수축 억제재 시트편)(125)의 단면을 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 내측 부분(매립용 그린 시트)(130a)의 단면보다 외측에 위치시킨다. 이에 따라 제1 삽입 시트(125)의 상면의 일부가 최하층의 절개 형성 시트(130)의 바닥면의 일부에 면 접촉하고, 이 접촉면(125a)에 의해 제1 삽입 시트(125)의 구속력이 그 위에 적층되는 복수의 절개 형성 시트(130)의 캐비티 측벽 근방 영역에 대해서도 미치게 된다. 따라서, 제1 삽입 시트(125)가 절개 형성 시트(130)(캐비티 측벽의 하단부)의 면내 방향으로의 수축을 구속하는 결과, 도체 패턴(112)에 포개지는 응력이 약해져 도체 패턴(112)의 단선을 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 삽입 시트(125)나 제2 삽입 시트(128), 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(131)의 내측 부분(130a))은 세라믹 그린 시트(121)나 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 외측 부분(130b) 등과 다른 수축 상태가 되고, 예컨대 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 내측 부분(130a)은 외측 부분(130b)으로부터 완전히 분리된다. 또한 바닥부에서도 상기 제1 삽입 시트(125)가 소성에 의해 취화되어 있어, 이 부분에서의 구속력도 약해져 있다. 따라서, 도 28(c)에 도시한 바와 같이 캐비티를 메우고 있던 제1 삽입 시트(125)나 제2 삽입 시트(128), 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(131)의 내측 부분(130a))은 작은 자극으로 탈락시킬 수 있다. 한편, 캐비티의 형상이 복잡한 경우에도 용이하게 절개(131)의 내측 부분(130a)을 탈락시킬 수 있다. 또한 절개(131)의 내측 부 분(130a)을 탈락시키기 위해서는 작은 힘을 가하도록 하여도 좋다.
즉, 도 28(c)에 도시한 바와 같이 상기 제1 삽입 시트(125)나 제2 삽입 시트(128), 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(131)의 내측 부분(130a))을 제거하여 캐비티를 형성함과 동시에, 필요에 따라 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)을 행한다. 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)에서는, 도 28(d)에 도시한 바와 같이 적층 소성체(134)의 최상층의 시트(135)나 최하층의 시트(136)(수축 억제재 그린 시트(122)나 최상층 복합 그린 시트(129)의 소성물)를 제거한다. 이들을 제거하는 방법은, 적층 소성체(134)를 용제 중에서 통상의 초음파 세정을 행하여도 좋고, 적층 소성체(134)에 습식 블라스트를 실시하여도 좋다. 습식 블라스트는 물에 연마제를 혼합한 액체를 컴프레서로부터의 압축 공기로 가속시키고 피가공물에 분사하여 세정과 표면 처리를 동시에 행하는 방법이다. 또한 수축 억제재 그린 시트를 인규석-실리카계나 크리스토발라이트-실리카계 등의 재료로 형성한 경우, 소성 후 최상층의 시트(135)와 최하층의 시트(136)의 주요 부분은 자연 박리되므로 약간 남는 부분을 세정하면 된다.
한편, 도 28(c)에 도시한 바와 같이 제1 삽입 시트(125)의 소성물 중 적어도 절개 형성 시트(130)의 외측 부분(130b)과 포개져 있던 부분은 붕괴되었고, 이 붕괴된 부분은 도시는 생략하였으나, 탈락 전의 위치(캐비티(111)의 바닥면 근방의 사공간)에 잔사로서 남아 있다. 따라서, 이 잔사는 습식 블라스트 등에 의해 세정하여 제거하는 것이 바람직하다. 제1 삽입 시트(125)의 잔사의 제거는 적층 소성체(134)의 최상층의 시트(135)나 최하층의 시트(136)(수축 억제재 그린 시트(122) 나 최상층 복합 그린 시트(129)의 소성물)의 세정 제거와 동시에 행하여도 좋고, 또한 별도로 행하여도 좋다.
이상의 공정 이외에, 필요에 따라 절단 공정, 연마 공정 등을 행하여 도 21에 도시한 다층 세라믹 기판(1)을 얻는다. 절단 공정에서는 다이아몬드 스크라이브로 분할하여도 좋고, 적층 소성체(134)가 두꺼운 경우에는 다이싱 방식으로 절단하여도 좋다. 연마 공정은 예컨대 래핑에 의해 행한다. 래핑은 회전 정반에 연마 가루를 포함하지 않고 가공액 내에 연마 가루를 포함시켜, 가공 대상을 가는 가공법이다. 또한 습식 배럴을 사용하는 방법으로 하여도 좋다.
제조되는 다층 세라믹 기판(101)에는 전자 디바이스(140)가 탑재되는데, 이 전자 디바이스(140)를 탑재한 상태를 도 30에 나타내었다. 도 30에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(140)는 다층 세라믹 기판(101)의 캐비티(111) 내에 수용된다. 전자 디바이스(140)의 뒷면은 캐비티(111)의 바닥면(111a)에 노출된 도체 패턴(112)에 접속된다. 또한, 전자 디바이스(140)는 본딩 와이어(141)로 다층 세라믹 기판(101)에 형성된 전극(도시 생략)에 접속된다. 전극은 다층 세라믹 기판(101)의 표면에 인쇄된 표면 전극, 비어 전극, 나아가서는 다층 세라믹 기판(101)의 내부에 인쇄된 내부 전극 등이다. 이와 같이 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판은 전자 디바이스를 다층 세라믹 기판의 내부에 수용할 수 있어 소형화 및 높이 감소화의 요구를 만족할 수 있다.
(제7 실시 형태)
제7 실시 형태는 캐비티의 바닥면의 가장자리부 전체에 걸쳐 제1 캐비티 형 성용 세라믹층의 관통공 벽면을 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면보다 외측에 위치시킨 예이다. 이하, 제6 실시 형태와 포개지는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
상기 제6 실시 형태에서 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부 중 도체 패턴(112)이 존재하지 않는 변에서는 해당 도체 패턴(112)이 단선될 우려가 없기 때문에 수축 억제재 그린 시트편에 해당하는 제1 삽입 시트(125)와 매립용 그린 시트(130a)로 단면을 동일 평면 상에 위치시키고 있다. 따라서, 이 부분에 대응하는 절개 형성 시트(130)는 제1 삽입 시트(125)의 구속력을 받지 않고 면내 방향으로 크게 수축하는데, 예컨대 캐비티(111)의 측벽의 하방의 세라믹층의 층간에 내부 전극 패턴이 형성되어 있는 경우에는 해당 내부 전극 패턴이 단선될 우려가 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부 전체에 걸쳐 제1 삽입 시트(125)의 단면을 매립용 그린 시트(130a)의 단면보다 외측에 위치시킴으로써 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면을 세라믹층(105)의 관통공(105a)의 벽면보다 외측에 위치시키고 있다. 즉, 도 31에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(145)에서는, 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 도체 패턴(112)이 형성되지 않은 가장자리부에서도 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면을 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면보다 외측에 위치시키고 있다.
도 31에 도시한 바와 같은 다층 세라믹 기판(145)을 얻기 위해서는, 제1 복합 시트(126)와 절개 형성 시트(131)를 적층하였을 때, 제1 삽입 시트(125)의 단면전체가 절개 형성 시트(130)의 절개(131)의 내측 부분(매립용 그린 시트)(130a)의 외측에 위치하도록 설정하면 좋다. 이에 따라 제1 삽입 시트(125)가 절개 형성 시트(130)의 내주 가장자리부 근방의 전체를 구속하기 때문에, 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부 전체에서 절개 형성 시트(130)의 면내 방향으로의 수축이 억제된다. 그 결과, 도체 패턴(112)뿐만 아니라 캐비티 측벽의 하방에 형성된 내부 전극 패턴의 단선도 억제할 수 있다.
도 32는 사각 형상의 개구를 갖는 캐비티(111)의 가장자리부의 모든 변에 도체 패턴(112)이 형성되어 있는 예를 도시한 도면이다. 도 32에 도시한 다층 세라믹 기판(101)에서는 캐비티(111)의 바닥면(111a)의 가장자리부 전체에서 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면이 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면보다 외측에 위치해 있어, 캐비티 바닥면에 노출되는 도체 패턴(112)이나 내부 전극 패턴의 단선을 확실히 억제할 수 있다.
또한 예컨대 도 33에 도시한 바와 같이 도체 패턴(112)이 캐비티(111)의 바닥면(111a) 전체에 형성되어 있어도 좋다. 이 경우에도 얻어지는 다층 세라믹 기판(101)에 있어서, 적어도 도체 패턴(112)과 포개지는 부분의 세라믹층(104)의 관통공(104a) 벽면이 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면보다 외측에 위치해 있어, 도체 패턴(112)이나 내부 전극 패턴의 단선을 확실하게 억제할 수 있다.
(제8 실시 형태)
이하, 제8 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태와 앞의 제6 실시 형태의 차이점은 캐비티가 다단 형상의 캐비티(본 예의 경우, 2단 형상의 2단 바닥 캐비티)라는 것이다.
이하, 2단 바닥 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판에 대하여 도 34를 참조하면서 설명한다. 도 34에 도시한 다층 세라믹 기판(150)은 2단 바닥 캐비티(151)를 가지며, 복수(여기서는 14층)의 세라믹층이 적층 일체화되어 있다. 세라믹층(103)이 바닥면 형성용 세라믹층에 해당하고, 그 상면의 일부가 캐비티의 바닥부에 면하여 2단 바닥 캐비티(151) 중 가장 깊은 바닥면(151a)을 구성한다. 다층 세라믹 기판(150)을 구성하는 세라믹층 중 세라믹층(102∼109)까지의 구성은 제6 실시 형태와 대략 동일하다. 세라믹층(110)의 일부는 2단 바닥 캐비티(151)의 첫째단의 바닥면 (15lb)을 구성하고 있다. 따라서, 세라믹층(110)은 바닥면 형성용 세라믹층에 해당한다. 또한 세라믹층(110)의 표면에는 도체 패턴(152)이 형성되어 있다.
세라믹층(110) 상에 적층되는 세라믹층(153∼157)은 각각 관통공(153a∼157a)을 가지며, 캐비티 형성용 세라믹층에 해당한다. 세라믹층(153∼157)의 관통공(153a∼157a)이 연속됨으로써 2단 바닥 캐비티(151) 중 얕은 쪽의 공간을 규정하는 측벽이 구성된다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(150)에서는 첫째단의 바닥면(15lb)에서 도체 패턴(152)이 바닥면(15lb)의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 형성되어 있는 부분에서, 세라믹층(110)에 접하는 세라믹층(153)의 관통공(153a) 벽면이 세라믹층( 154)의 관통공(154a) 벽면의 외측에 위치해 있다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판을 제작함에 있어서는, 후술하는 바와 같이 캐비티의 가장 깊은 바닥면에 대응하여 제1 복합 그린 시트를 배치하는 것 이외에, 캐비티의 첫째단의 바닥면(단차면)에 대응하여 제2 복합 그린 시트를 배치하고, 각단계의 캐비티부의 치수에 맞추어 크기가 다른 절개 형성 시트를 더 적층한다.
도 35는 도 34에 도시한 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상을 상세하게 도시한 도면이다. 여기서, 각 캐비티부(151c, 151d)에서는 수축 억제 그린 시트로부터 멀어짐에 따라 면 방향의 수축이 점점 커지며, 각각 개구부의 개구 치수가 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수보다 작아져 있다. 본 예의 경우, 표면에 가장 가까운 첫째단의 캐비티부(151c)의 형상은 깊이 방향 도중부가 볼록하게 돌출되는 형상으로 되어 있으며, 해당 캐비티부(151c)의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점점 증가하다가, 이어서 적어도 첫째단의 캐비티부(151c) 바닥면부터 세었을 때 2층째의 캐비티 형성용 세라믹층까지 점차적으로 감소하고 있다. 즉, 캐비티부(151c)에 대해서는 개구부의 개구 치수를 W3, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W4라고 하였을 때, W3 <W4이다. 마찬가지로, 캐비티부(151d)에 대해서도 개구부의 개구 치수를 W5, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W6라 하였을 때, W5 <W6이다. 또한 각 캐비티부(151c, 151d)의 측벽의 단면 형상은 원호상이며, 따라서 각 캐비티부(151c, 151d)의 형상은 소위 도가니 형태를 이루게 된다.
한편, 둘째단 이후의 캐비티부(여기서는 캐비티부(151d))에 대해서는 반드시 상기 도가니 형태에 한정되지 않으며, 도 36에 도시한 바와 같이 개구 면적이 가장 크고 깊이 방향에서 점점 개구 면적이 점진적으로 감소하는 형상이어도 좋다. 이 경우에는, 개구부의 개구 치수를 W5, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W6라 하였을 때 W5>W6이며, 첫째단의 캐비티부(151c)가 도가니 형태인 데 반해, 둘째단의 캐비티부(151d)는 소위 사발 형태를 이루게 된다. 둘째단 이후의 캐비티부의 형상 을 상기 사발 형태로 함으로써, 해당 캐비티부(151d)에 전자 디바이스를 실장할 때의 와이어 본딩 등이 용이해져 효율적인 디바이스 실장이 가능해진다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(150)에서는, 전술한 바와 같이 다단 형상의 캐비티(151)에서 적어도 캐비티부(151c)의 형상이 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 북 형태로 되어 있으며, 따라서 각 캐비티부(151c, 151d)에서 수지 밀봉의 신뢰성을 확보하는 것이 가능하다.
이하, 전술한 바와 같은 구성의 다층 세라믹 기판(150)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태와 앞의 제6 실시 형태의 차이점은 캐비티를 다단 형상의 캐비티(본 예의 경우, 2단 형상의 2단 바닥 캐비티)로 한다는 것이다. 따라서, 2단 바닥 캐비티로 하기 위하여 캐비티의 가장 깊은 바닥면에 대응하여 제1 복합 그린 시트를 배치하는 것 이외에, 캐비티의 첫째단의 바닥면(단차면)에 대응하여 제2 복합 그린 시트를 배치하는 것, 관통공의 크기가 다른 절개 형성 시트를 적층하는 것이 공정상의 차이점이다.
본 실시 형태에서는, 복합 그린 시트 형성 공정(단계 S12)에서 도 37(a)에 도시한 제2 복합 그린 시트(143)를 형성한다. 제2 복합 그린 시트(143)를 제작함에 있어서는, 먼저 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(121)에 전술한 제1 관통공(124)과 포개지면서 제1 관통공(124)보다 큰 제3 관통공(144)을 형성한다. 제3 관통공(144)의 형성 방법은 전술한 제1 관통공(124)의 형성 방법과 동일하다.
그리고, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트 (122)를 제3 관통공(144)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제3 삽입 시트(145)로서 제3 관통공(144)에 끼워 넣는다. 또한, 이 끼워 넣어진 제3 삽입 시트(145)에 절개(131)와 동일한 위치이면서 대략 동일한 형상인 제4 관통공(146)을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트(121)를 제4 관통공(146)과 대략 동일한 형상으로 절단한 제2 삽입 시트(128)를 끼워 넣는다. 이와 같이 하여 제2 복합 그린 시트(143)를 형성한다. 제2 복합 그린 시트(143)를 제작함에 있어서는, 상기 순서와 반대로 먼저 제2 삽입 시트(128)를 제4 관통공(146)에 끼워 넣고, 나중에 제3 삽입 시트(145)를 제3 관통공(144)에 끼워 넣도록 하여도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 절개 형성 공정(단계 S13)에서 도 37(b)에 도시한 바와 같이 제6 실시 형태의 절개 형성 시트(130)와 다른 절개 형성 시트(제2 절개 형성 시트(147))를 형성한다. 이 제2 절개 형성 시트(147)와 앞의 절개 형성 시트(130)의 차이점은, 절개(148)의 치수가 절개(131)의 치수보다 크다는 것이다. 구체적으로는, 제2 절개 형성 시트(147)에서는 절개(148)가 제2 복합 그린 시트(143)의 제3 관통공(144)과 포개지면서 제3 관통공(144)의 크기보다 작은 형상으로 한다. 절개 형성 시트(130)와 마찬가지로, 제2 절개 형성 시트(147)에서도 절개(148)에 의해 분리된 부분(147a)을 그대로 남겨 적층 및 소성 시에 매립용 그린 시트로서 이용한다.
또한 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서 도 38에 도시한 바와 같이 최상층의 절개 형성 시트(130)의 표면에 캐비티 바닥면(15lb)의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴(152)을 형성하고, 제2 바닥면 형성용 그린 시트(158)를 제작한다. 또한 제6 실시 형태와 동일한 방법으로 그린 시트(121)의 표면에 도체 패턴(112)을 형성하여 바닥면 형성용 그린 시트(132)를 제작한다.
본 실시 형태에서는 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제2 복합 시트(143)에 끼워져 들어가는 제3 삽입 시트(145)(제3 관통공(144))의 크기에, 그리고 절개 형성 공정(단계 S13)에서는 제2 절개 형성 시트(147)에 형성하는 절개(148)가 만드는 영역의 크기에 각각 주의할 필요가 있다. 구체적으로는, 제2 바닥면 형성용 그린 시트(158) 상에 제2 복합 시트(143)와 제2 절개 형성 시트(147)를 적층하였을 때, 적어도 첫째단의 바닥면(15lb)의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴(152)이 형성되는 부분에서 제2 복합 시트(143)의 제3 삽입 시트(145)(제3 관통공(144))의 단면을 제2 절개 형성 시트(147)의 절개(148)에 의해 분리된 부분(147a)의 단면보다 외측에 위치시키도록 설정한다. 한편, 제3 삽입 시트(145)와 같이 단면으로서 외주 단면과 내주 단면이 존재하는 경우, 캐비티 측벽과 대향하는 면인 외주 단면을 절개(148)에 의해 분리된 부분(147a)의 단면보다 외측에 위치시키면 좋다.
본 실시 형태에서 각 시트를 적층한 적층체(154)의 예를 도 39(a)에 나타내었다. 적층체(154)를 구성하는 각 층은 밑에서부터 순서대로 아래와 같이 적층된다. 즉, 최하층부터 수축 억제 그린 시트(122), 세라믹 그린 시트(121), 바닥면 형성용 그린 시트(132), 제1 복합 그린 시트(126), 절개 형성 시트(130), 제2 바닥면 형성용 그린 시트(158), 제2 복합 그린 시트(143), 제2 절개 형성 시트(147), 최상층 복합 그린 시트(129)의 순서로 적층한다. 한편, 각 시트의 적층 수는 수축 억제 그린 시트(122), 바닥면 형성용 그린 시트(132), 제1 복합 그린 시트(126), 제2 바닥면 형성용 그린 시트(158), 제2 복합 그린 시트(143), 및 최상층 복합 그린 시트(129)에 대해서는 한 장이다. 물론, 이들을 복수 장 포개어 사용하도록 하여도 좋다. 세라믹 그린 시트(121), 절개 형성 시트(130), 및 제2 절개 형성 시트(147)에 대해서는 다층 세라믹 기판에 요구되는 층간의 전극 패턴 구성이나 내부에 탑재하는 전자 디바이스의 치수에 의존하여 통상은 2장 이상 사용한다. 본 예의 경우, 세라믹 그린 시트(121)를 한 장, 절개 형성 시트(130)를 5장, 제2 절개 형성 시트(147)를 4장 포개고 있다. 물론 이에 구속되는 것은 아니며, 각 시트의 적층 수는 임의이다. 또한 적층체(154)는 도 39(a)에 도시한 캐비티 이외에, 예컨대 수축 억제 그린 시트(122) 측에 별도의 캐비티를 가지고 있어도 좋다.
상기 적층체(154)를 소성하면, 도 39(b)에 도시한 바와 같이 적층 소성체(155)가 얻어진다. 적층 소성체(155)에서는 캐비티를 메우고 있던 부분(156a)이 평면 방향으로 수축하여 캐비티로부터 돌출되는 형태가 된다. 그리고, 앞의 제6 실시 형태와 같이 이 부분을 제거하고, 필요에 따라 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4) 등을 행함으로써 도 34에 도시한 바와 같이 2단 바닥 캐비티(151)를 갖는 다층 세라믹 기판(150)을 완성한다.
2단 바닥 캐비티(151)를 갖는 다층 세라믹 기판(150)에 전자 디바이스(140)를 탑재한 예를 도 40에 나타내었다. 도 40에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(140)는 하측의 캐비티부 내에 수용된다. 전자 디바이스(140)는 본딩 와이어(141)로 상측의 캐비티부의 바닥면(15lb)에 노출된 도체 패턴(152)에 접속된다. 이와 같이 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(150)은 전자 디 바이스(140) 및 본딩 와이어(141)를 다층 세라믹 기판(150)의 내부에 수용할 수 있다. 이에 따라, 다층 세라믹 기판의 표면으로부터 본딩 와이어 등이 돌출되지 않아 평탄하게 할 수 있다. 또한 내부에 복수의 유전체층을 갖는 다층 세라믹 기판에서도 전자 디바이스를 고밀도로 실장할 수 있어, 소형화 및 높이 감소화의 요구를 만족할 수 있다.
또한 제3 삽입 시트(145)의 단면을 제2 절개 형성 시트(147)의 절개(148)에 의해 분리된 부분(147a)의 단면보다 외측에 위치시키므로, 제3 삽입 시트(145)의 구속력이 그 위에 적층되는 복수의 제2 절개 형성 시트(147)에도 미치게 된다. 이 결과, 제2 절개 형성 시트(147)의 캐비티로부터 멀어지는 방향으로의 수축이 억제된다. 이에 따라, 첫째단의 바닥면(15lb) 표면의 도체 패턴(152)에 가해지는 응력이 약해져, 결과적으로 도체 패턴(152)의 단선을 억제할 수 있다.
한편, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 응용함으로써, 다층 세라믹 기판의 내부에 3단 바닥 이상의 다단 바닥 캐비티를 형성할 수도 있다. 예컨대 상기 적층체 형성 공정에서 상기 제3 관통공과 동일한 위치에서 대략 동일한 형상의 절개 혹은 비연속부가 형성되어 있는 세라믹 그린 시트와 상기 최상층 복합 그린 시트 사이에 밑에서부터 순서대로 세라믹 그린 시트에 상기 제3 관통공과 포개지면서 이 제3 관통공보다 큰 제5 관통공을 형성하고, 이 제5 관통공과 대략 동일한 형상으로 동일한 두께의 수축 억제 그린 시트를 이 제5 관통공에 끼워 넣고, 이 제5 관통공에 끼워 넣은 이 수축 억제 그린 시트에 상기 절개(148)와 동일한 위치이면서 대략 동일한 형상인 제6 관통공을 형성하고, 이 제6 관통공과 대략 동일 한 형상으로 동일한 두께의 세라믹 그린 시트를 이 제6 관통공에 끼워 넣은 제3 복합 그린 시트와, 상기 제5 관통공과 동일한 위치에서 대략 동일한 형상의 절개 혹은 비연속부가 형성되어 있는 세라믹 그린 시트를 각각 적어도 한 장이 포개져서 개재된 상태로 한다. 그리고, 적층 방향으로 프레스하여 적층체를 형성한다. 이에 따라 캐비티 형성 공정을 거침으로써 3단 바닥 캐비티를 형성할 수 있다.
그리고, 최상단의 바닥면에 해당 바닥면과 측벽간의 경계부에 걸터 앉도록 도체 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 2단 바닥 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스와 마찬가지로 제3 복합 그린 시트에 끼워져 들어가는 삽입 시트(수축 억제재 그린 시트편)의 단면을 그 위에 적층되는 세라믹 그린 시트의 절개 혹은 비연속부(매립용 그린 시트)의 단면보다 외측에 위치시킨다. 이에 따라 최상단의 바닥면에 형성된 도체 패턴의 단선을 억제할 수 있다.
(제9 실시 형태)
예컨대 제6 실시 형태의 제조 방법에 있어서, 다층 세라믹 기판의 층 구조에 따라서는 상하의 수축 억제력의 밸런스가 맞지 않아, 극단적으로는 예컨대 도 41에 도시한 바와 같이 캐비티 바닥면부가 변형될 수 있다. 이러한 경우에는, 바닥면을 사이에 끼운 수축 억제재 그린 시트의 두께를 조정하면 좋다. 본 실시 형태는 이러한 조정을 행한 예이다.
즉, 도 42에 도시한 바와 같이 캐비티 형성부에 수축 억제재 그린 시트편(제1 삽입 시트(125))을 끼워 맞춘 제1 복합 그린 시트(126)의 두께를 조정한다. 이 경우, 상기 두께의 변화를 보정하기 위해서는 제1 삽입 시트(125)의 두께만 조정하 면 되는데, 제1 복합 그린 시트 전체의 두께를 조정하도록 하여도 좋다. 혹은, 도 43에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(122)의 캐비티에 대응하는 부분의 두께를 조정하도록 하여도 좋다. 이 경우, 수축 억제재 그린 시트(122)는 도 43에 도시한 바와 같이 두께가 얇은 수축 억제재 그린 시트(122a)와, 캐비티 형성부에 관통공을 형성하고 여기에 세라믹 그린 시트를 끼워 맞춘 수축 억제재 그린 시트(122b)를 적층함으로써 구성하면 된다. 이에 따라 적층체 전체의 수축 억제와 캐비티 바닥면부의 수축 억제를 각각 별도로 제어할 수 있다.
한편, 수축 억제재 그린 시트(122b)에 대하여 끼워 맞출 세라믹 그린 시트의 형상(관통공의 형상)은 캐비티의 형상과 동일한 것에 한정되지 않으며, 수축 억제력의 밸런스를 고려하여 결정하면 된다. 또한 제1 삽입 시트(125)나 수축 억제재 그린 시트(122a, 122b)의 두께에 대해서도 마찬가지로 수축 억제력의 밸런스를 고려하여 적당히 설정하면 좋다. 또한 수축 억제재 그린 시트(122b)의 관통공에는 세라믹 그린 시트 대신 소실성 시트를 끼워 넣어 두어도 좋다. 끼워 맞출 세라믹 그린 시트 또는 소실성 시트의 두께를 수축 억제재 그린 시트(122b)의 두께와 동일하게 함으로써 프레스를 행할 때 균일하게 압력을 가할 수 있다.
(제10 실시 형태)
본 실시 형태는 도 21에 도시한 다층 세라믹 기판(101)을 제조할 때 소실성 시트를 사용한 예이다. 도 44는 본 실시 형태의 기본적인 제조 프로세스를 도시한 것이다. 해당 제조 프로세스는 주로 소성 후에 세라믹층이 되는 그린 시트 및 수축 억제재 그린 시트를 적층하여 프레스하는 공정, 이를 소성하는 공정, 소성 후에 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정, 수축 억제재 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정으로 구성된다.
다층 세라믹 기판을 제작함에 있어서는, 먼저 도 44(a)에 도시한 바와 같이 다층 세라믹 기판을 구성하는 세라믹층의 수에 따라 복수의 세라믹 그린 시트를 기판용 그린 시트로서 적층한다. 여기서는, 9장의 세라믹 그린 시트(161∼169)를 적층한다. 각 세라믹 그린 시트(161∼169)는 예컨대 세라믹 분말과 유기 바인더 및 유기 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리 형태의 유전체 페이스트를 만들고, 이를 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트 등의 지지체 상에 닥터 블레이드법 등에 의해 형성함으로써 형성한다. 상기 세라믹 분말이나 유기 비히클(유기 바인더 및 유기 용제)로는 공지의 것이 모두 사용 가능하다.
여기서, 상기 세라믹 그린 시트(161∼169) 중 하측의 2장의 세라믹 그린 시트(161, 162)에 대해서는 캐비티를 형성하기 위한 관통공이 필요하지 않아 통상의 평탄한 그린 시트로서 형성되어 있다. 이들 2장의 세라믹 그린 시트(161, 162) 중 상측의 세라믹 그린 시트(162)가 캐비티의 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 그린 시트에 해당하게 된다.
상기 세라믹 그린 시트(162) 상에는 나머지 7장의 세라믹 그린 시트(163∼169)가 적층되는데, 이들 세라믹 그린 시트(163∼169)에는 상기 캐비티(111)의 개구 형상에 대응하여 소정의 형상의 관통공(163a, 164a) 및 절개(165a∼169a)가 넣어져 캐비티 공간에 대응하는 부분(163b∼169b)이 분리되어 있다. 따라서, 이들 7장의 세라믹 그린 시트(163∼169)가 캐비티 형성용 그린 시트에 해당하게 된다.
본 실시 형태에서는, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(162) 와 접하는 세라믹 그린 시트(163) 및 그 위의 세라믹 그린 시트(164)를 제외하고, 절개(165a∼169a)에 의해 분리된 부분(165b∼169b)을 매립용 그린 시트로서 이용한다. 한편, 세라믹 그린 시트(165∼169)에 대해서는 상기에 한정되지 않으며, 예컨대 각 세라믹 그린 시트(165∼169)에 캐비티에 대응하는 관통공을 형성하고, 여기에 별도로 형성한 매립용 그린 시트를 끼워 넣도록 하여도 좋으나, 생산성을 고려하면, 전술한 바와 같이 절개(165a∼169a)에 의해 분리된 부분(165b∼169b)을 매립용 그린 시트로서 이용하는 것이 유리하다.
한편, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(162)와 접하는 세라믹 그린 시트(163)에 대해서는 관통공(163a)을 형성하고, 이 부분의 세라믹 그린 시트를 제거함과 동시에, 상기 관통공(163a)의 형상에 맞춘 수축 억제재 그린 시트편(170a)을 관통공(163a)에 끼워 넣어 이를 메우도록 한다.
수축 억제재 그린 시트편(170a)은 수축 억제재 그린 시트를 상기 관통공(163a)의 형상에 맞추어 펀칭함으로써 얻어진다. 수축 억제재 그린 시트의 펀칭 가공은 예컨대 제6 실시 형태와 동일하게 할 수 있다. 상기 수축 억제재 그린 시트에는 상기 세라믹 그린 시트(161∼169)의 소성 온도에서는 수축하지 않는 재료, 예컨대 인규석이나 크리스토발라이트, 나아가서는 석영, 용융 석영, 알루미나, 뮬라이트, 산화 지르코늄, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 산화 마그네슘, 탄화 규소 등을 포함하는 조성물을 사용할 수 있으며, 이들 수축 억제재 그린 시트편(170a)을 세라믹 그린 시트(이 경우에는, 세라믹 그린 시트(162))와 접하도록 배치하고, 소 성을 행함으로써 세라믹 그린 시트(162)의 면내 방향의 수축이 억제된다.
또한 상기 세라믹 그린 시트(163)에 접하는 세라믹 그린 시트(164)에 대해서는 캐비티에 대응하는 관통공(164a)을 형성하고, 이 부분의 세라믹 그린 시트를 제거함과 동시에, 상기 관통공(164a)의 형상에 맞춘 소실성 시트편(171a) 및 세라믹 그린 시트편(172a)을 관통공(164a)에 끼워 넣어 이를 메우도록 한다. 이를 상세하게 나타낸 것이 도 45이다.
즉, 먼저 도 45(a)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트(164)를 형성하고, 도 45(b)에 도시한 바와 같이 캐비티의 개구 형상에 대응하는 관통공(164a)을 펀칭 형성한다. 또한 도 45(c)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트(172)를 형성하고, 도 45(d)에 도시한 바와 같이 이를 상기 관통공(164a)의 형상과 대략 일치하도록 펀칭하여 세라믹 그린 시트편(172a)을 형성한다. 마찬가지로, 도 45(e)에 도시한 바와 같이 소실성 시트(171)를 형성하고, 도 45(f)에 도시한 바와 같이 이를 상기 관통공(164a)의 형상과 거의 일치하도록 펀칭하여 소실성 시트편(171a)을 형성한다. 이어서, 도 45(g)에 도시한 바와 같이 상기 세라믹 그린 시트(164)의 관통공(164a)에 상기 소실성 시트편(171a), 세라믹 그린 시트편(172a)을 이 순서로 끼워 넣어 상기 관통공(164a)을 메우는 형태로 한다. 따라서, 상기 소실성 시트편(171a)과 세라믹 그린 시트편(172a)를 합한 두께는 상기 세라믹 그린 시트(164)의 두께와 거의 일치하도록 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 관통공(163a), 수축 억제재 그린 시트편(170a), 관통공(164a) 및 절개(165a∼169a)의 크기에 주의할 필요가 있다. 즉, 캐비티의 바닥면 을 구성하는 세라믹 그린 시트(162) 상에 세라믹 그린 시트(163∼169)를 적층하였을 때, 적어도 도체 패턴(112)과 포개지는 부분에서 수축 억제재 그린 시트편(170a)의 단면(세라믹 그린 시트(163)의 관통공(163a) 벽면)이 세라믹 그린 시트편(172a) 및 절개(165a∼169a)에 의해 분리된 부분(165b∼169b)의 단면보다 외측에 위치하도록 각각의 세라믹 그린 시트에 형성하는 관통공이나 절개의 형상을 제어한다.
상기 소실성 시트(171)(소실성 시트편(171a))에는 상기 세라믹 그린 시트(161∼169)의 소성 온도에서 소실되는 재료, 예컨대 수지 재료 등을 사용할 수 있다. 특히, 세라믹 그린 시트(161∼169)에 포함되는 유기 바인더와 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 소실성 시트(171)(소실성 시트편(171a))에 세라믹 그린 시트(161∼169)에 포함되는 유기 바인더와 동일한 재료를 사용하면, 소성 시에 확실하게 상기 소실성 시트(171)(소실성 시트편(171a))이 소실된다. 한편, 상기 소실성 시트편(171a)은 전술한 바와 같이 시트화한 것을 펀칭함으로써 형성하여도 좋고, 예컨대 인쇄법 등에 의해 형성하여도 좋다.
이상과 같이 세라믹 그린 시트(161∼169)를 적층하고, 그 양면 즉 최외층의 세라믹 그린 시트(161, 169)의 표면에 수축 억제재 그린 시트(173, 174)를 포갠다. 수축 억제재 그린 시트(173, 174)의 재질은 앞의 수축 억제재 그린 시트의 재질과 동일하다. 한편, 캐비티에 대응하여 관통공(절개(169a))이 형성되는 세라믹 그린 시트(169) 측에 배치되는 수축 억제재 그린 시트(174)에 대해서는 세라믹 그린 시트(169)와 마찬가지로 캐비티 개구 형상에 대응한 관통공(174a)을 형성하고, 여기 에 별도로 펀칭 형성한 매립용 세라믹 그린 시트편(175)을 끼워 넣어 둔다.
이들을 적층한 적층체의 적층 상태는 도 44(a)에 도시한 바와 같은 것으로서, 복수의 세라믹 그린 시트(161∼169)가 적층된 적층체의 양면에 수축 억제재 그린 시트(173, 174)가 적층되어, 적층체 전체의 면내 방향의 수축을 억제하도록 구성되어 있다. 세라믹 그린 시트(162)의 표면에는 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴(112)이 형성되어 있다. 또한 세라믹 그린 시트(162)의 캐비티 바닥면을 구성하는 영역에는 상기 세라믹 그린 시트(163)의 관통공(163a) 내에 배치된 수축 억제재 그린 시트편(170a)가 접해 있으며, 이 부분에서도 면내 방향의 수축을 억제하도록 구성되어 있다.
캐비티에 대응하는 공간은 통상은 이 단계에서도 공간(오목부)으로서 형성되는데, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 상기 세라믹 그린 시트(164) 내에 매립된 세라믹 그린 시트편(172a), 상기 세라믹 그린 시트(165∼169)의 절개(165a∼169a)에 의해 분리된 부분(165b∼169b), 나아가서는 매립용 세라믹 그린 시트편(175)이 매립용 그린 시트로서 배치되는 형태로 되어 있으며, 적층체의 전체 형상을 보았을 때에는 오목부가 없는 평탄한 적층체로서 형성되게 된다.
상기 세라믹 그린 시트(161∼169)나 수축 억제재 그린 시트(173, 174)를 적층한 적층체는 소성에 앞서 프레스 공정에 의해 프레스할 필요가 있다. 이 때, 캐비티에 대응하는 오목부가 형성되어 있으면 오목부의 일그러짐 등이 발생하여 캐비티의 개구부 등이 변형될 우려가 있다. 본 실시 형태에서는 상기 매립용 그린 시트에 의해 적층 방향에서 두께가 균일한 적층체를 제작하고, 캐비티 부분을 포함시 켜 평탄화되어 있으므로, 통상의 평판 금형을 사용하여 프레스할 수 있어, 용이한 수단으로 프레스 공정을 행하는 것이 가능하다. 한편, 적층체의 프레스 공정은 전술한 바와 같이 평판의 금형 사이에 끼워 넣고 가압함으로써 행하여도 좋고, 예컨대 적층체를 방수성 수지 등으로 피복하여 정수압 프레스를 행하여도 좋다.
전술한 프레스 공정 후 도 44(b)에 도시한 바와 같이 소성함으로써 각 세라믹 그린 시트(161∼169)를 세라믹층(102∼110)으로 하는데, 이 때 수축 억제재 그린 시트(173, 174)가 적층되어 구속되어 있으므로, 상기 세라믹 그린 시트(161∼169)는 두께 방향으로만 수축하고, 면내 방향으로는 거의 수축하지 않는다. 캐비티의 바닥부에 노출되는 세라믹 그린 시트(162)에 대해서도 면내 방향의 수축이 억제된다.
또한, 캐비티 공간에 대응하여 매립 배치된 매립용 그린 시트(세라믹 그린 시트편(172a), 세라믹 그린 시트(164∼169)의 절개(164a∼169a)에 의해 분리된 부분 (164b∼169b) 및 매립용 세라믹 그린 시트편(175))와 수축 억제재 그린 시트편(170a) 사이에는 상기 소실성 시트편(171a)가 개재되고, 이것이 세라믹 그린 시트(161∼169)가 소결되기 전에 소실된다. 이에 따라 이들 매립용 그린 시트에 대하여 캐비티의 바닥부에 배치되는 수축 억제재 그린 시트편(170a)의 구속력은 작용하지 않고, 따라서 면내 방향으로 수축하고, 이들 소성물(176)은 도 44(b)에 도시한 바와 같이 두께 방향에서의 수축이 적은 만큼 소성 후의 적층체로부터 돌출되는 형태가 된다. 상기 구속력이 작용하지 않으므로, 이들이 수축함으로써 상기 수축 억제재 그린 시트편(170a), 나아가서는 그 아래의 세라믹 그린 시트(162)에 응력이 가해지지 않고, 세라믹 그린 시트(162)가 소성됨으로써 형성되는 세라믹층(103)의 평탄성 등이 손상되지도 않는다.
소성이 종료된 후에는, 도 44(c)에 도시한 바와 같이 상기 매립용 그린 시트의 소성물(176)을 캐비티 공간으로부터 제거한다. 상기 소성물은 소실성 시트편(171a)의 소실에 의해 상기 수축 억제재 그린 시트편(170a)으로부터 분리되고, 예컨대 상하 반전됨으로써 용이하게 제거하는 것이 가능하다.
마지막으로, 상기 수축 억제재 그린 시트(173, 174)나 수축 억제재 그린 시트편(170a)의 소성 후의 잔사(177)를 제거하고, 도 44(d)에 도시한 바와 같은 캐비티(111)를 갖는 다층 세라믹 기판(101)을 완성한다. 수축 억제재 그린 시트(173, 174)나 수축 억제재 그린 시트편(170a)의 소성 후의 잔사(177)는 임의의 세정 공정을 행함으로써 용이하게 제거할 수 있고, 예컨대 초음파 세정 정도의 자극으로 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 세정 공정으로서 용제 중에서의 초음파 세정 공정 등을 행하면 좋은데, 예컨대 알루미나계의 그린 시트를 상기 수축 억제재 그린 시트로서 사용한 경우에는 잔사(176)가 자연 박리되지 않으므로, 습식 블라스트 공정 등에 의해 연마하여 세정함으로써 상기 잔사(176)를 제거할 필요가 있다.
이상에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(101)은 치수 정밀도나 캐비티 바닥면의 평면도 등이 뛰어난 것이며, 또한 캐비티 개구부의 변형이나 캐비티 개구부 주변의 부풀어오름 등의 변형이 발생하지도 않는다. 또한, 캐비티(111)의 측벽의 하단부의 캐비티로부터 멀어지는 방향으로의 수축이 억제되어, 상기 수축에 따른 도체 패턴(112)의 단선을 억제할 수 있다.
(제11 실시 형태)
본 실시 형태는 소실성 시트를 다단 구조(2단 구조)의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조에 적용한 예이다. 도 46은 2단 구조의 캐비티가 형성되는 다층 세라믹 기판의 제조에 응용한 실시 형태를 도시한 것이다. 이 경우에는, 도 46(a)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트의 적층체(181)의 양면에 수축 억제재 그린 시트(182, 183)를 적층함과 동시에, 캐비티의 바닥면 및 단차면에 각각 수축 억제재 그린 시트편(184, 185) 및 소실성 시트편(186, 187)을 배치한다. 그리고, 2단 구조의 캐비티 공간을 메우는 형태로 매립용 그린 시트(188)를 배치한 상태에서 프레스 공정 및 소성 공정을 행한다. 본 예의 경우에도 적층체의 평탄성이 유지되고 있어 프레스 공정은 용이하다. 한편, 본 예에서는 소실성 시트(187)가 배치되는 층에 대응하는 매립용 그린 시트(188)의 두께를 얇게 하는 보정은 행하지 않았다.
소성 후에는, 도 46(b)에 도시한 바와 같이 매립용 그린 시트의 소성물(189)은 적층체로부터 돌출되는 형태가 되는데, 상기와 같이 예컨대 상하 반전함으로써 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 얻어지는 다층 세라믹 기판(190)은 도 46(c)에 도시한 바와 같은 것으로서 전체적인 치수 정밀도가 뛰어날 뿐만 아니라, 캐비티(191)의 바닥면(191a)이나 단차면(19lb)의 치수 정밀도나 평면도도 뛰어나게 된다. 또한 캐비티 주위의 영역의 면내 방향으로의 수축에 따른 도체 패턴(112) 및 도체 패턴(152)의 단선을 억제할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같은 2단 구조의 캐비티 (191)의 경우, 바닥면(191a)에 전자 디바이스가 탑재되고, 단차면에 상기 전자 디바이스와 본딩 와이어로 연결되는 도체 패턴이 형성된다.
(제12 실시 형태)
본 실시 형태는 제1 캐비티 형성용 세라믹층과 제2 캐비티 형성용 세라믹층이 동일 형상의 관통공을 가지고, 상기 관통공을 서로 일부 중복하도록 어긋나게 배치한 예이다. 전술한 제6∼ 제11 실시 형태에서는 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공의 개구 면적이 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공의 개구 면적보다 크게 되어 있는 경우를 나타내었으나, 캐비티 바닥면의 가장자리부 중 적어도 도체 패턴과 포개지는 부분에서 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면이 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공의 벽면보다 외측에 위치하면, 이들 관통공의 면적의 크기 관계나 형상 등은 임의로 할 수 있다.
이하, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판에 대하여 도 47에 도시한 사각 형상의 캐비티(111)의 바닥면(111a) 가장자리부의 한 변에만 걸터 앉도록 도체 패턴(112)이 형성되어 있는 다층 세라믹 기판(201)을 예로 들어 설명한다.
다층 세라믹 기판(201)을 제조할 때에는 도 48에 도시한 바와 같이 복합 그린 시트 형성 공정(S12)에서 제1 삽입 시트(212)(수축 억제재 시트편)의 형상이 그 위에 적층되는 절개 형성 시트(130)의 절개의 내측 부분(매립용 그린 시트)(130a)의 형상과 같아지도록 제1 복합 그린 시트(211)(제1 캐비티 형성용 그린 시트)를 형성한다.
그리고, 적층 공정(S16)에서 최하층부터 수축 억제 그린 시트(122), 세라믹 그린 시트(121), 바닥면 형성용 그린 시트(132), 제1 복합 그린 시트(211), 복수 장의 절개 형성 시트(130), 최상층 복합 그린 시트(129)를 이 순서로 적층하여 적층체를 얻는다. 이 때, 적어도 도체 패턴(112)과 포개지는 부분에서 제1 삽입 시트(212)(수축 억제재 그린 시트편)의 단면이 그 바로 위에 적층되는 절개 형성용 그린 시트(130)의 절개의 내측 부분(매립용 그린 시트)(130a)의 단면보다 외측에 위치하도록 제1 삽입 시트(212)와 그 바로 위에 배치되는 매립용 그린 시트(130a)를, 서로 일부 중복되어 어긋난 상태가 되도록 제1 복합 그린 시트(211)와 절개 형성용 그린 시트(130)를 적층한다.
그런 다음, 앞의 제6 실시 형태와 같이 소성 공정(S2), 캐비티 형성 공정(S3 ) 및 수축 억제 시트 제거 공정(S4)을 행한다. 얻어지는 다층 세라믹 기판(201)에서는 세라믹층(202)의 관통공(202a)과 세라믹층(105)의 관통공(105a)이 동일한 형상이 됨과 동시에, 관통공(202a, 105a)이 서로 일부 중복하도록 어긋나게 배치되어 있다. 이에 따라, 도체 패턴(112)에 대응하는 부분의 세라믹층(202)의 관통공(202a) 벽면이 세라믹층(105)의 관통공(105a) 벽면보다 외측에 위치한 상태가 실현된다.
(제13 실시 형태)
본 실시 형태는 캐비티 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 도체 패턴의 표면에 소성시의 소성 온도에서 연화되는 연화층을 형성한 다층 세라믹 기판의 실시 형태이다.
도 49(a)∼(d)는 캐비티(411)를 갖는 다층 세라믹 기판(401)의 가장 단순한 모델 예를 나타낸 것으로서, 본 예의 경우, 복수(여기서는 9층)의 세라믹층(402∼410)이 적층 일체화되어 있다. 이들 세라믹층(402∼410) 중 아래의 2층(402, 403)에 대해서는 캐비티 형성을 위한 관통공이 형성되지 않은 평탄한 세라믹층으로서, 이들 중에서 상층이 되는 세라믹층(403)이 바닥면 형성용 세라믹층에 해당하고, 그 상면의 일부가 캐비티(411)의 바닥부에 면하여 캐비티의 바닥면(411a)을 구성하게 된다.
한편, 상기 세라믹층(403) 상에 적층되는 나머지 세라믹층(404∼410)은 캐비티(411)의 측벽에 대응하여 각각 관통공(404a∼410a)이 형성되어 있으며, 캐비티 형성용 세라믹층에 해당한다. 세라믹층(403)이 구성하는 바닥면(411a)과 세라믹층(404∼410)의 관통공(404a∼410a)이 연속됨에 따른 측벽으로 캐비티(411)가 소정의 공간으로서 구성되어 있다. 캐비티(411)의 개구 형상은 앞의 제1 실시 형태들과 동일하다.
세라믹층(403)의 표면에는 캐비티(411)의 바닥면(411a)의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴(412)이 형성되어 있다. 도체 패턴(412)의 일단은 캐비티(411)의 바닥면(411a)에 노출되어 캐비티(411) 내에 수용되는 전자 디바이스에 접속된다. 또한 도체 패턴(412)의 타단은 세라믹층(403)과 세라믹층(404) 사이에 배치되어, 다층 세라믹 기판(411)의 내부에 형성된 내부 전극이나 배선 등에 접속되어 있다. 도 49에서는 사각 형상의 캐비티(411)에 있어서, 평면에서 보았을 때 대향하는 두 변에 스트립 형태의 도체 패턴(412)이 2개씩 총 4개 형성된 상태를 도시하였으나, 도체 패턴(412)의 형상 및 수는 임의로 설정할 수 있다. 도시는 생략하 였으나, 캐비티(411)의 바닥면(411a)에는 방열용 비아홀 등이 형성되어 있을 수도 있다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(401)에서는 캐비티(411)의 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 도체 패턴(412)의 표면에 연화층(413)이 배치되어 있다. 도 49에 도시한 연화층(413)은 캐비티(411)의 바닥면(411a)의 가장자리부 중 도체 패턴(412)이 형성된 두 변을 두르는 띠 형태로 형성되어 있다.
연화층(413)은 각종 그린 시트를 적층한 후 프레스하고 소성하여 다층 세라믹 기판(1)을 얻을 때의 소성 온도에서 연화되는 재료에 의해 구성된다. 소성 시 캐비티 형성용 세라믹층(404∼410)이 되는 캐비티 형성용 그린 시트와 바닥면 형성용 그린 시트 및 도체 패턴(412) 사이에 연화된 연화층(413)이 개재됨으로써 캐비티 형성용 그린 시트의 수축에 의해 세라믹층(403)이나 도체 패턴(412)에 가해지는 응력이 완화되어 도체 패턴(412)의 단선을 억제할 수 있다.
연화층(413)을 구성하는 재료로는 다층 세라믹 기판(401)을 얻기 위한 소성시의 소성 온도에서 연화될 것이 요구되며, 또한 세라믹층 등과 반응하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 재료로서는 예컨대 유리를 사용할 수 있고, 특히 세라믹층(402∼410)에 포함되는 유리와 동일 종류의 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 붕규산 유리, 붕규산 바륨 유리, 붕규산 스트론튬 유리, 붕규산 아연 유리, 붕규산 칼륨 유리 등을 사용할 수 있다.
연화층(413)의 캐비티(411)의 외측의 폭은 도체 패턴(412)의 단선을 억제할 수 있는 정도로 확보되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 캐비티(411)의 바 닥면(411a)의 가장자리부와 연화층(413)의 외측의 가장자리간 거리(A1)를 0.1mm∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다.
또한 연화층(413)의 캐비티(411)의 내측의 폭은, 상세하게는 후술하겠지만, 세라믹층(403)의 캐비티(411)의 바닥면(411a)의 평탄성 등을 확보한다는 관점에서 최대한 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 캐비티(411)의 바닥면(411a)의 가장자리부와 연화층(413)의 내주 가장자리부간 거리(A2)를 예컨대 0.5mm 이하(단, 0은 포함하지 않음)로 할 수 있다. 또한 도체 패턴(412)의 단선을 확실하게 방지하기 위해서는, 거리(A2)를 0.05mm∼0.5mm로 하는 것이 바람직하며, 0.1mm∼0.5mm로 하는 것이 보다 바람직하다.
나아가, 연화층(413)의 두께는 너무 작으면 도체 패턴(412)의 단선을 억제하는 효과가 불충분해질 우려가 있고, 반대로 너무 크면 기판용 그린 시트의 적층시에 지장을 초래할 우려가 있다. 이들을 감안하면, 연화층(413)의 두께는 0.005mm∼0.02mm로 하는 것이 바람직하다.
그런데, 후술하는 것 바와 같은 각 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판에서는 역시 캐비티가 특이한 형상을 가지고 있으며, 도 50에 모식적으로 도시한 바와 같이 수축 억제 그린 시트 바로 근방의 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 소위 북 형태로 되어 있다.
이 점에 대하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 캐비티(411)에서는 개구부 (41lb)의 개구 치수(W1)가 캐비티(411)의 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수(W2)보다 작다. 즉, 캐비티(411)의 개구부(41lb)의 개구 면적이 캐비티(411)의 깊이 방 향 도중 위치(411c)의 개구 면적보다 작다. 본 예의 경우, 캐비티(411)의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치(411c)에 이를 때까지 점점 증가하다가, 이어서 점차적으로 감소하고 있으며, 캐비티(411)의 내벽의 단면 형상은 대략 원호상이다. 따라서, 캐비티(411)의 형상은 깊이 방향 도중부가 원호상으로 볼록하게 돌출되는 형상으로 되어 있으며, 상기 북 형태로 되어 있다.
캐비티(411)가 전술한 바와 같은 형상을 갖는 다층 세라믹 기판(401)에서는 상기 특이한 캐비티 형상이기 때문에, 신뢰성이라는 점에서 커다란 이점을 갖는다. 예컨대 도 51에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(440)를 캐비티(411) 내에 실장하고, 수지(J)에 의해 수지 밀봉한 경우, 전술한 바와 같이 캐비티(411)의 개구부(41lb)의 개구 치수가 내부보다 작으므로, 충전한 수지(J)가 탈락하지 않는다. 종래의 형상에서는 수지(J)에 의해 수지 밀봉을 행한 경우, 다층 세라믹 기판(401)을 구성하는 각 세라믹층(402∼410)과 밀봉을 행하는 수지(J)에서 열 팽창율이 다른 것에 기인하여, 밀봉한 수지(J)가 박리되어 캐비티(411)로부터 탈락하는 문제가 발생한다. 특히, 장기간에 걸친 온도 변화의 반복으로 인해 상기 문제는 현저해진다. 상기 다층 세라믹 기판(401)에서는 캐비티(411)의 개구부(41lb)의 개구 면적이 캐비티(411)의 깊이 방향 도중 위치(411c)의 개구 면적보다 작으므로, 캐비티(411) 내에 충전하여 경화한 수지(J)는 내부의 부피가 크기 때문에 캐비티(411)의 개구부(41lb)를 빠져 나갈 수 없어 캐비티(411) 내에 유지된다.
전술한 바와 같은 구성의 다층 세라믹 기판(401)은 이하와 같은 제조 프로세스를 실시함으로써 형성된다. 이하, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 프 로세스에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서도 무수축 소성 방법을 채용함과 동시에, 캐비티에 해당하는 공간 내에 매립용 그린 시트를 배치한 상태에서 프레스 공정이나 소성 공정을 행하여 프레스 시의 일그러짐 등을 해소하도록 하는 것은 앞의 제1 실시 형태와 같다. 제조 프로세스에서의 공정 흐름도 도 2에 준거한다.
즉, 도 2의 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서는, 도 52(a)에 도시한 세라믹 그린 시트(기판용 그린 시트에 해당한다)(421)와 도 52(b)에 도시한 수축 억제재 그린 시트(422)를 형성한다. 이들 세라믹 그린 시트(421) 및 수축 억제재 그린 시트(422)는 통상 플라스틱 시트 등의 지지체(423)의 표면에 밀착시켜 형성한다. 상기 세라믹 그린 시트(421)나 수축 억제재 그린 시트(422)의 제작 방법은 앞의 제1 실시 형태 등과 같다.
상기 세라믹 그린 시트(421) 및 수축 억제재 그린 시트(422)의 제작 후, 복합 그린 시트 형성 공정(단계 S12)에서 이들을 이용하여 복합 그린 시트(세라믹 그린 시트와 수축 억제재 그린 시트를 조합한 그린 시트)를 제작한다. 여기서 제작하는 복합 그린 시트는, 바닥면 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 제1 복합 그린 시트와 최상층의 수축 억제재 그린 시트로서 적층되는 최상층 복합 그린 시트이다. 제1 복합 그린 시트(426)를 제작하려면, 도 53(a)에 도시한 바와 같이 먼저 상기 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(421)에 제1 관통공(424)을 형성한다.
이어서, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트 (422)를 지지체(423) 상에서 상기 제1 관통공(424)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제1 삽입 시트(425)(수축 억제재 그린 시트편에 해당한다)로 한다. 이를 세라믹 그린 시트(421)의 제1 관통공(424)에 끼워 넣어 제1 복합 그린 시트(426)를 형성한다. 이 때, 제1 복합 그린 시트(426)를 평탄하게 하기 위하여, 세라믹 그린 시트(421)와 제1 삽입 시트(425)의 두께는 동일하게 하는 것이 바람직하다.
최상층 복합 그린 시트(429)의 제작 방법도 앞의 제1 복합 그린 시트(426)의 제작 방법과 동일한데, 최상층 복합 그린 시트(429)에서는, 도 53(b)에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(422)에 관통공을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트편을 끼워 맞춘다. 즉, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트(422)에 캐비티의 개구에 따른 제2 관통공(427)을 형성한다. 제2 관통공(427)의 형성 방법은 전술한 제1 관통공(424)과 같다. 그리고, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(421)를 지지체(423) 상에서 상기 제2 관통공(427)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제2 삽입 시트(428)로 한다. 수축 억제재 그린 시트(422)의 제2 관통공(427)에 제2 삽입 시트(428)를 끼워 넣고, 지지체(423)로부터 박리하여 최상층 복합 그린 시트(429)로 한다. 한편, 이 경우에도 최상층 복합 그린 시트(429)를 평탄하게 하기 위하여 수축 억제재 그린 시트(422)와 제2 삽입 시트(428)의 두께는 동일하게 하는 것이 바람직하다.
절개 형성 공정(단계 S13)에서는 상기 세라믹 그린 시트(421)에 절개를 형성하여 캐비티 형성용 그린 시트로 한다. 즉, 절개 형성 공정(단계 S13)에서는 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(421)에 절개(혹은 비연속 부)(431)를 형성하여 도 54에 도시한 바와 같은 절개 형성 시트(430)로 한다. 절개(431)란 세라믹 그린 시트(421)의 두께 방향으로 관통하고 있는 비연속부이다. 한편, 비연속부에는 시트의 두께 방향으로 관통하지 않는 것도 포함된다. 절개(431)는 절개 형성 시트(430)를 앞서 제작한 제1 복합 그린 시트(426)에 포갰을 때 제1 관통공(424)과 포개지도록 제1 관통공(424)과 동일한 위치, 대략 동일한 형상으로 형성된다. 절개(431)는 세라믹 그린 시트(421)를 지지체(423)의 표면에 밀착시킨 상태에서, 세라믹 그린 시트(421)의 소정의 부분에 펀처의 금형을 내리눌러 형성하여도 좋고, 레이저 광, 마이크로 드릴, 펀칭 등에 의해 형성하여도 좋다.
한편, 절개 형성 공정(단계 S13)은 세라믹 그린 시트(421)의 한 장마다 절개를 형성하여도 좋고, 2장 이상의 세라믹 그린 시트(421)를 포갠 후에 한꺼번에 절개를 형성하여도 좋다. 어느 경우에도 절개 형성 시트(430)에서는 절개(431)에 의해 분리된 부분(430a)을 그대로 남기고, 적층 및 소성 시에 매립용 그린 시트로서 이용한다.
이상에 의해 제작한 제1 복합 그린 시트(426)나 절개 형성 시트(430)(캐비티 형성용 그린 시트), 나아가서는 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(바닥면 형성용 그린 시트) 등 소성 후에 다층 세라믹 기판의 각 세라믹층을 구성하는 세라믹 그린 시트(이하, 이들을 총칭하여 "유전체층 시트"라고 함)에 비아홀이나 비어 전극, 내부 전극 패턴 등을 형성한다. 비어 전극은 비어 전극 페이스트를 예컨대 구멍 메움 인쇄에 의해 충전하여 고화시킴으로써 형성한다. 내부 전극 패턴은 예컨대 세라믹 그린 시트에 내부 전극 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 소정의 패턴으로 도포함으로써 형성한다.
구체적으로는, 비아홀 형성 공정(단계 S14)에서는 유전체층 시트에 비어 전극을 형성하기 위한 구멍인 비아홀을 형성한다. 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 비아홀 형성 공정(단계 S14)에서 형성한 비아홀에 도전성 페이스트를 충전하여 비어 전극을 형성한다. 또한 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 유전체층 시트의 표면에 내부 전극 패턴을 소정의 패턴으로 인쇄한다. 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서는 기판용 그린 시트의 표면에 내부 전극 패턴(도체 패턴)을 형성한다. 예컨대 도 55에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트(421)의 표면에 캐비티(411)의 바닥면(411a)이 되는 영역의 가장자리부(도면에서 점선으로 표시)를 걸터 앉도록 도체 패턴(412)을 형성한다.
연화층 형성 공정(단계 S16)에서는 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서 도체 패턴(412)을 형성한 기판용 그린 시트 중 일부에 연화층(413)을 형성하여, 도 55에 도시한 바와 같은 바닥면 형성용 그린 시트(432)를 얻는다. 연화층(413)은 소성 후의 다층 세라믹 기판(401)에서 캐비티(411)의 바닥면(411a)이 되는 영역의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 도체 패턴(412)과 포개지는 부분에 형성하면 좋다. 도 55에서는 소성 후에 캐비티(411)의 바닥면이 되는 영역의 가장자리부(도면에서 점선으로 나타냄) 중 도체 패턴(412)이 형성된 두 변을 둘러 연화층(413)을 형성하였다.
연화층(413)을 구성하는 재료로는, 후술하는 소성 공정(단계 S2)을 실시할 때의 소성 온도에서 연화되는 재료를 모두 사용할 수 있다. 또한 연화층(413)을 구성하는 재료에는 도체 패턴(412)이나 기판용 그린 시트 등에 악영향을 끼치지 않는 재료인 것도 중요하다. 이러한 재료로서는 유리가 바람직하며, 특히 기판용 그린 시트에 사용되는 유리와 동일한 유리를 연화층(413)으로서 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기에 의해 각 유전체층 시트에 비어 전극이나 내부 전극 패턴을 형성하고, 연화층(413)을 더 형성한 후, 적층 공정(단계 S17)에서 제작한 각 시트를 적층하여 적층체(433)를 형성한다. 이 적층 공정(단계 S17)부터 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)까지의 적층체의 구성을 도 56(a) 내지 도 56(d)에 나타내었다. 한편, 도 56(c)에 도시한 공정과 도 56(d)에 도시한 공정에 대해서는 순서가 뒤바뀌는 경우나 혹은 동시에 행해지는 경우도 있음을 덧붙여 둔다.
상기 적층 공정(단계 S17)에서는 도 56(a)에 도시한 바와 같이 최하층부터 수축 억제 그린 시트(422), 세라믹 그린 시트(421), 바닥면 형성용 그린 시트(432), 제1 복합 그린 시트(426), 절개 형성 시트(430), 최상층 복합 그린 시트(429)의 순서로 적층한다.
상기 적층 공정(단계 S17) 후, 프레스 공정(단계 S18)을 행하는데, 이 프레스 공정(단계 S18)은 적층 공정(단계 S17)에서 제작한 적층체(433)를 압착하는 공정이다. 압착은 통상의 상하 펀치가 평탄한 금형에 넣어 행한다. 압착의 조건은 압착의 압력이 30∼80MPa이고 압착 시간은 10분 정도가 바람직하다. 본 실시 형태에서는 적층체(433)의 최상층면, 최하층면이 각각 평탄면으로 되어 있으며, 또한 캐비티를 형성하는 부분에 절개(431)에 의해 분리된 부분(430a)을 그대로 남기고, 매립용 그린 시트로서 이를 메우는 형태로 되어 있으므로, 프레스를 행할 때 균일하게 압력을 가할 수 있다. 따라서, 종래 기술과 같이 캐비티의 개구부가 부가하는 압력으로 일그러져 변형되거나 손상을 발생하지 않는다.
다음, 소성 공정(단계 S2)을 행한다. 소성 공정(단계 S2)에서는 프레스 공정(단계 S18)에서 압착한 적층체(433)를 소성한다. 한편, 소성함에 있어서는 통상 제작한 적층체(433)에 대하여 탈 바인더 처리를 행하는데, 이 경우의 탈 바인더 처리 조건은 통상의 것이면 된다. 탈 바인더 처리를 행한 후 소성을 행하여 적층 소성체(434)를 형성한다. 소성 시의 분위기는 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로 비어 전극 및 내부 전극 패턴에 니켈 혹은 니켈 합금 등의 비금속을 사용하는 경우에는 환원성 분위기로 하는 것이 바람직하다. 소성 온도는 800℃∼1000℃로 하는 것이 바람직하다. 도체 재료나 저항 재료를 동시 소성할 수 있고, 이러한 다층 세라믹 기판은 고주파 중첩 모듈, 안테나 스위치 모듈, 필터 모듈 등의 LTCC 모듈용으로 사용할 수 있다.
소성 공정(단계 S2)을 실시한 적층 소성체(434)는 도 56(b)에 도시한 바와 같이 절개 형성 시트(430)의 절개(431)의 내측 부분(430a)이 캐비티로부터 돌출된다. 이는 이하의 이유에 따른다. 적층체(433)를 소성하면, 유전체층 시트인 세라믹 그린 시트(421), 바닥면 형성용 그린 시트(432), 제1 복합 그린 시트(426) 및 절개 형성 시트(430)가 소결되어 수축하려고 한다. 이 때, 세라믹 그린 시트(421)는 하층의 수축 억제 그린 시트(422)에 밀착되어 있다. 수축 억제 그린 시트(422)는 전술한 바와 같이 유전체층 시트의 소성 온도에서는 수축하지 않는다. 따라서 세라믹 그린 시트(421)의 평면 방향의 수축이 억제된다. 또한 절개 형성 시트(430)의 절개(431)의 외측 부분(430b)은 상층의 최상층 복합 그린 시트(429)에 밀착되어 있으므로, 마찬가지로 수축이 억제된다. 나아가, 캐비티의 바닥부에서는 바닥면 형성용 그린 시트(432)가 제1 복합 그린 시트(426)의 제1 삽입 시트(425)와 밀착되어 있으므로, 마찬가지로 수축이 억제된다.
이에 대하여 절개 형성 시트(430)의 절개(431)의 내측 부분(430a)은 상층 측에 수축 억제의 시트가 없기 때문에 수축이 억제되지 않는다. 따라서, 절개(431)의 내측 부분(340a)은 평면 방향으로 수축하여 절개(431)의 외측 부분(430b)으로부터 분리된다. 이러한 수축은 캐비티 바닥부의 제1 삽입 시트(425)로부터 상층 방향으로 멀어짐에 따라 커지고, 절개(431)의 내측 부분(430a)이 평면 방향으로 수축한만큼 두께 방향의 수축율은 작아진다. 따라서, 제1 삽입 시트(425)와 제2 삽입 시트(428)와 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(431)의 내측 부분(430a))은 소성 후에는 적층 소성체(434)의 표면으로부터 돌출된 형태가 된다.
본 실시 형태에서는 소성 공정(단계 S2)을 실시할 때의 소성 온도에서 연화된 연화층(413)이 캐비티(411a)의 측벽 하단부를 구성하는 캐비티 형성용 그린 시트(제1 복합 시트(426)를 구성하는 세라믹 그린 시트(421))와 도체 패턴(412) 사이에 개재된다. 따라서, 캐비티 형성용 그린 시트가 캐비티 중심으로부터 멀어지는 방향으로 수축할 때 연화된 연화층(413) 표면을 미끄러지도록 이동하기 때문에, 도체 패턴(412)에 가해지는 응력이 완화된다. 따라서, 도체 패턴(412)의 단선을 억제할 수 있다.
한편, 캐비티 바닥면의 가장자리부 중 도체 패턴(412)이 존재하지 않는 두 변에 대해서는 연화층(413)이 형성되어 있지 않기 때문에 해당 영역은 면내 방향으로 크게 수축하나, 캐비티 바닥면에 노출되는 도체 패턴(412)에 나쁜 영향을 미치지 않는다.
전술한 바와 같이 제1 삽입 시트(425)나 제2 삽입 시트(428), 이들 사이 개재되어 있던 부분(상기 절개(431)의 내측 부분(430a))은 세라믹 그린 시트(421)나 절개 형성 시트(430)의 절개(431)의 외측 부분(430b) 등과 다른 수축 상태가 되고, 예컨대 절개 형성 시트(430)의 절개(431)의 내측 부분(430a)은 외측 부분(430b)과 완전히 분리된다. 또한 바닥부에서도 상기 제1 삽입 시트(425)가 소성에 의해 취화되어 있어, 이 부분에서의 구속력도 약해져 있다. 따라서, 도 56(c)에 도시한 바와 같이 캐비티를 메우고 있던 제1 삽입 시트(425)나 제2 삽입 시트(428), 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(431)의 내측 부분(430a))은 작은 자극으로 탈락시킬 수 있다. 한편, 캐비티의 형상이 복잡한 경우에도 용이하게 절개(431)의 내측 부분(430a)을 탈락시킬 수 있다. 또한 절개(431)의 내측 부분(430a)을 탈락시키기 위해서는 작은 힘을 가하도록 하여도 좋다.
즉, 도 56(c)에 도시한 바와 같이 상기 제1 삽입 시트(425)나 제2 삽입 시트(428), 이들 사이에 개재되어 있던 부분(상기 절개(431)의 내측 부분(430a))을 제거하여 캐비티를 형성함과 동시에, 필요에 따라 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)을 행한다. 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4)에서는, 도 56(d)에 도시한 바와 같이 적층 소성체(434)의 최상층의 시트(435)나 최하층의 시트(436)(수축 억제 재 그린 시트(422)나 최상층 복합 그린 시트(429)의 소성물)를 제거한다. 이들을 제거하는 방법은, 적층 소성체(434)를 용제 중에서 통상의 초음파 세정을 행함으로써 하여도 좋고, 적층 소성체(434)에 습식 블라스트를 실시함으로써 하여도 좋다. 또한 수축 억제재 그린 시트(422)를 인규석-실리카계나 크리스토발라이트-실리카계 등의 재료로 형성한 경우, 소성 후 최상층의 시트(435)와 최하층의 시트(436)의 주요 부분은 자연 박리되므로, 약간 남는 부분을 세정하면 된다.
이상의 공정 이외에, 필요에 따라 절단 공정, 연마 공정 등을 행하여 도 49에 도시한 다층 세라믹 기판(401)을 얻는다. 절단 공정에서는 다이아몬드 스크라이브로 분할하여도 좋고, 적층 소성체(434)가 두꺼운 경우에는 다이싱 방식으로 절단하여도 좋다. 연마 공정은, 예컨대 래핑에 의해 행한다. 래핑은 회전 정반에 연마 가루를 포함하지 않고 가공액 내에 연마 가루를 포함시켜 가공 대상을 가는 가공법이다. 또한 습식 배럴을 사용하는 방법으로 하여도 좋다.
제조되는 다층 세라믹 기판(401)에는 전자 디바이스(440)가 탑재되는데, 이 전자 디바이스(440)를 탑재한 상태를 도 57에 나타내었다. 도 57에 도시한 바와 같이 전자 디바이스(440)는 다층 세라믹 기판(401)의 캐비티(411) 내에 수용된다. 전자 디바이스(440)의 뒷면은 캐비티(411)의 표면에 노출된 도체 패턴(412)에 접속된다. 또한, 전자 디바이스(440)는 본딩 와이어(441)로 다층 세라믹 기판(401)에 형성된 전극(도시를 생략함)에 접속된다. 전극은 다층 세라믹 기판(401)의 표면에 인쇄된 표면 전극, 비어 전극, 나아가서는 다층 세라믹 기판(401)의 내부에 인쇄된 내부 전극 등이다. 이와 같이 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세 라믹 기판은 전자 디바이스를 다층 세라믹 기판의 내부에 수용할 수 있어, 소형화 및 높이 감소화의 요구를 만족시킬 수 있다.
(제14 실시 형태)
제14 실시 형태는 캐비티의 바닥면의 가장자리부 전체를 두르도록 연화층을 형성한 예이다.
상기 제13 실시 형태에서 캐비티(411)의 바닥면(411a)의 가장자리부에 도체 패턴(412)이 존재하지 않는 변에서는 해당 도체 패턴(412)이 단선될 우려가 없기 때문에 연화층을 존재시키지 않았다. 따라서, 이 부분에 대응하는 캐비티(411)의 바닥면(411a)이 제1 삽입 시트(425)의 구속력을 강하게 받는 결과, 캐비티(411)의 바닥면(411a)과 그 외측 사이의 경계부에 커다란 응력이 발생한다. 예컨대 캐비티(411)의 측벽의 하방의 세라믹층의 층간에 내부 전극 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 해당 내부 전극 패턴이 단선될 우려가 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 연화층(413)의 형상을 캐비티(411)의 바닥면의 가장자리부 전체를 두르는 예컨대 틀 형태로 한다. 도 58에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(445)에서는 캐비티(411)의 도체 패턴(412)이 형성되지 않은 부분에서도 캐비티(411)의 바닥면의 가장자리 전체, 즉 캐비티(411)의 측벽의 하단부를 따라 연화층(413)이 배치된다. 연화층(413)은 세라믹층(403)과 세라믹층(404) 사이에 배치된다.
도 58에 도시한 바와 같은 다층 세라믹 기판(445)을 얻기 위해서는, 연화층 형성 공정(단계 S16)에서 소성 후에 캐비티(411)의 바닥면이 되는 영역의 가장자리 전체를 두르도록 연화층(413)을 형성하여 바닥면 형성용 그린 시트(432)를 형성하면 된다.
이상과 같은 다층 세라믹 기판(445)에서는 캐비티(411)의 바닥면(411)의 가장자리부 중 도체 패턴(412)이 형성되지 않은 부분에도 연화층(413)이 배치된다. 따라서, 캐비티(411)의 바닥면(411)의 가장자리부 중 도체 패턴(412)이 형성되지 않은 부분에서도 연화층(413)에 의해 바닥면 형성용 그린 시트에 가해지는 응력이 완화되고, 그 결과 캐비티의 측벽의 하방에 배치된 내부 전극 패턴의 단선을 억제할 수 있다.
도 59는 사각 형상의 개구를 갖는 캐비티(411)의 가장자리부의 모든 변에 도체 패턴(412)이 형성되어 있는 예를 도시한 도면이다. 이 경우에도 캐비티(411)의 바닥면(411a)의 가장자리부 전체를 두르도록 연화층(413)을 형성한다. 또한 다층 세라믹 기판에서는 예컨대 도 60에 도시한 바와 같이 도체 패턴(412)이 캐비티 바닥면의 전체에 형성되어 있어도 좋다. 어느 경우에도 캐비티 바닥면에 노출되는 도체 패턴(412)이나 내부 전극 패턴의 단선을 확실하게 억제할 수 있다.
(제15 실시 형태)
이하, 제15 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태와 앞의 제13 실시 형태의 차이점은, 캐비티가 다단 형상의 캐비티(본 예의 경우, 2단 형상의 2단 바닥 캐비티)라는 것이다.
이하, 2단 바닥 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판에 대하여 도 61을 참조하면서 설명한다. 도 61에 도시한 다층 세라믹 기판(450)은 2단 바닥 캐비티(451)를 가지며, 복수(여기서는 14층)의 세라믹층이 적층 일체화되어 있다. 세라믹층(403)이 바닥면 형성용 세라믹층에 해당하고, 그 상면의 일부가 캐비티의 바닥부에 면하여 2단 바닥 캐비티(451)의 가장 깊은 바닥면(451a)을 구성한다. 다층 세라믹 기판(450)을 구성하는 세라믹층 중 세라믹층(402∼409)까지의 구성은 제13 실시 형태와 대략 동일하다. 세라믹층(410)의 일부는 2단 바닥 캐비티(451)의 둘째단의 바닥면(45lb)을 구성하고 있다. 따라서, 세라믹층(410)은 바닥면 형성용 세라믹층에 해당한다. 또한 세라믹층(410)의 표면에는 도체 패턴(452)이 형성되어 있다.
세라믹층(410) 상에 적층되는 세라믹층(453∼457)은 각각 관통공(453a∼457a)을 가지며, 캐비티 형성용 세라믹층에 해당한다. 세라믹층(453∼457)의 관통공(453a∼457a)이 연속됨으로써 2단 바닥 캐비티(451) 중 얕은 쪽의 공간을 규정하는 측벽이 구성된다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(450)에서는, 둘째단의 바닥면(45lb)에서 도체 패턴(452)이 바닥면(45lb)의 가장자리부를 걸터 앉도록 형성되어 있는 경우, 가장자리부 중 적어도 도체 패턴(452) 표면에 제2 연화층(458)을 배치한다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판을 제작함에 있어서, 후술하는 바와 같이 캐비티의 가장 깊은 바닥면에 대응하여 제1 복합 그린 시트를 배치하는 것 이외에, 캐비티의 둘째단의 바닥면(단차면)에 대응하여 제2 복합 그린 시트를 배치하고, 각 단계의 캐비티부의 치수에 맞추어 크기가 다른 절개 형성 시트를 더 적층한다.
도 62는 도 61에 도시한 다층 세라믹 기판의 캐비티 형상을 상세하게 도시한 도면이다. 여기서, 각 캐비티부(451c, 451d)의 측벽에서는 수축 억제 그린 시트로 부터 멀어짐에 따라 면 방향의 수축이 점점 커지고 있으며, 각각 개구부의 개구 치수가 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수보다 작아지고 있다. 즉, 캐비티부(451c)에 대해서는, 개구부의 개구 치수를 W3, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W4라 하였을 때 W3<W4이다. 마찬가지로, 캐비티부(451d)에 대해서도 개구부의 개구 치수를 W5, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W6라고 하였을 때 W5<W6이다. 또한 각 캐비티부(451c, 451d)의 측벽의 단면 형상은 원호상이며, 따라서 각 캐비티부(451c, 451d)의 형상은 소위 도가니 형태를 이루게 된다.
한편, 둘째단 이후의 캐비티부(여기서는 캐비티부(451d))에 대해서는 반드시 상기 도가니 형태에 한정되지 않으며, 도 63에 도시한 바와 같이 개구 면적이 가장 크고 깊이 방향에서 점점 개구 면적이 점진적으로 감소하는 형상이어도 좋다. 이러한 경우에는, 개구부의 개구 치수를 W5, 깊이 방향 도중 위치의 개구 치수를 W6라 하였을 때 W5>W6이며, 첫째단의 캐비티부(451c)가 도가니 형태인 것에 대하여 둘째단의 캐비티부(451d)는 소위 사발 형태를 이루게 된다. 둘째단 이후의 캐비티부의 형상을 상기 사발 형태로 함으로써, 해당 캐비티부(451d)에 전자 디바이스를 실장할 때의 와이어 본딩 등이 용이해져 효율적인 디바이스 실장이 가능해진다.
본 실시 형태의 다층 세라믹 기판(450)에서는 전술한 바와 같이 다단 형상의 캐비티(451)에 있어서, 적어도 캐비티부(451c)의 형상이 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 북 형태로 되어 있고, 따라서 각 캐비티부(451c, 451d)에서 수지 밀봉의 신뢰성을 확보하는 것이 가능하다.
이하, 전술한 바와 같은 구성의 다층 세라믹 기판(450)의 제조 방법에 대하 여 설명한다. 본 실시 형태와 앞의 제13의 실시 형태의 차이점은, 캐비티를 다단 형상의 캐비티(본 예의 경우, 2단 형상의 2단 바닥 캐비티)로 한다는 것이다. 따라서, 2단 바닥 캐비티로 하기 위하여 캐비티의 가장 깊은 바닥면에 대응하여 제1 복합 그린 시트를 배치하는 것 이외에, 캐비티의 둘째단의 바닥면(단차면)에 대응하여 제2 복합 그린 시트를 배치하는 것, 관통공의 크기가 다른 절개 형성 시트를 적층하는 것이 공정 상의 차이점이다.
본 실시 형태에서는, 복합 그린 시트 형성 공정(단계 S12)에서 도 64(a)에 도시한 제2 복합 그린 시트(443)를 형성한다. 제2 복합 그린 시트(443)를 제작함에 있어서는, 먼저 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 세라믹 그린 시트(421)에 전술한 제1 관통공(424)과 포개지면서 제1 관통공(424)보다 큰 제3 관통공(444)을 형성한다. 제3 관통공(444)의 형성 방법은 전술한 제1 관통공(424)의 형성 방법과 동일하다.
그리고, 그린 시트 형성 공정(단계 S11)에서 제작한 수축 억제재 그린 시트(422)를 제3 관통공(444)과 대략 동일한 형상으로 절단하여 제3 삽입 시트(445)로서 제3 관통공(444)에 끼워 넣는다. 또한, 이 끼워져 들어간 제3 삽입 시트(445)에 제1 관통공(424)과 동일한 위치이면서 대략 동일한 형상인 제4 관통공(446)을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트(421)를 제4 관통공(446)과 대략 동일한 형상으로 절단한 제2 삽입 시트(428)를 끼워 넣는다. 이와 같이 하여 제2 복합 그린 시트(443)를 형성한다. 제2 복합 그린 시트(443)를 제작함에 있어서는 상기 순서와 반대로, 먼저 제2 삽입 시트(428)을 제4 관통공(44)6에 끼워 넣고, 나중에 제3 삽 입 시트(445)를 제3 관통공(444)에 끼워 넣도록 하여도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 절개 형성 공정(단계 S13)에서 도 64(b)에 도시한 바와 같이 제13 실시 형태의 절개 형성 시트(430)와 다른 절개 형성 시트(제2 절개 형성 시트(447))를 형성한다. 이 제2 절개 형성 시트(447)와 앞의 절개 형성 시트(430)의 차이점은, 절개(448)의 치수가 절개(431)의 치수보다 크다는 것이다. 구체적으로는, 제2 절개 형성 시트(447)에서는 절개(448)를 제2 복합 그린 시트(443)의 제3 관통공(444)과 동일한 위치, 대략 동일한 형상으로 한다.
또한 도체 인쇄 공정(단계 S15)에서 도 65에 도시한 바와 같이 최상층의 절개 형성 시트(430)의 표면에 캐비티 바닥면(45lb)의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴(452)을 형성하여 제2 바닥면 형성용 그린 시트(453)를 제작한다. 또한 제13 실시 형태와 같은 방법으로 그린 시트(421)의 표면에 도체 패턴(412)을 형성하여 바닥면 형성용 그린 시트(432)를 제작한다.
나아가, 연화층 형성 공정(단계 S16)에서 도 65에 도시한 바와 같이 소성 후에 캐비티(411)의 둘째단의 바닥면(45lb)이 되는 영역의 가장자리부(도면에서 점선으로 표시) 중 적어도 도체 패턴(452)이 형성된 두 변을 두르도록 제2 연화층(458)을 형성한다.
본 실시 형태에서 각 시트를 적층한 적층체(454)의 예를 도 66(a)에 나타내었다. 적층체(454)를 구성하는 각 층은 밑에서부터 순서대로 다음과 같이 적층된다. 즉, 최하층부터 수축 억제 그린 시트(422), 세라믹 그린 시트(421), 바닥면 형성용 그린 시트(432), 제1 복합 그린 시트(426), 절개 형성 시트(430), 제2 바닥 면 형성용 그린 시트(45)3, 제2 복합 그린 시트(443), 제2 절개 형성 시트(447), 최상층 복합 그린 시트(429)의 순서로 적층한다. 한편, 각 시트의 적층 수는 수축 억제 그린 시트(422), 바닥면 형성용 그린 시트(432), 제1 복합 그린 시트(426), 제2 바닥면 형성용 그린 시트(45)3, 제2 복합 그린 시트(443), 및 최상층 복합 그린 시트(429)에 대해서는 한 장이다. 물론, 이들을 복수 장 포개어 사용하도록 하여도 좋다. 세라믹 그린 시트(421), 절개 형성 시트(430) 및 제2 절개 형성 시트(447)에 대해서는 다층 세라믹 기판에 요구되는 층간의 전극 패턴 구성이나 내부에 탑재하는 전자 디바이스의 치수에 의존하며, 통상은 2장 이상 사용한다. 본 예의 경우, 세라믹 그린 시트(421)를 한 장, 절개 형성 시트(430)를 5장, 제2 절개 형성 시트(447)를 4장 포개었다. 물론 이에 구속되는 것은 아니며, 각 시트의 적층 수는 임의이다. 또한 적층체(454)는 도 66(a)에 도시한 캐비티 이외에, 예컨대 수축 억제 그린 시트(422) 측에 별개의 캐비티를 가지고 있어도 좋다.
상기 적층체(454)를 소성하면, 도 66(b)에 도시한 바와 같이 적층 소성체(455)가 얻어진다. 적층 소성체(455)에서는 캐비티를 메우고 있던 부분(456a)이 평면 방향으로 수축하여 캐비티로부터 돌출되는 형태가 된다. 그리고, 앞의 제13 실시 형태와 같이 이 부분을 제거하고, 필요에 따라 수축 억제 시트 제거 공정(단계 S4) 등을 행함으로써 도 61(도 62)에 도시한 바와 같이 2단 바닥 캐비티(451)를 갖는 다층 세라믹 기판(450)을 완성한다.
2단 바닥 캐비티(451)를 갖는 다층 세라믹 기판(450)에 전자 디바이스(440)를 탑재한 예를 도 67에 나타내었다. 도 67에 도시한 바와 같이 전자 디바이스 (440)는 하측의 캐비티부 내에 수용되며, 가장 깊은 바닥면(411a)에 노출된 도체 패턴(412)에 접속된다. 전자 디바이스(440)는 본딩 와이어(441)로 상측의 캐비티부의 바닥면(45lb)에 노출된 도체 패턴(452)에 접속된다. 이와 같이 본 실시 형태의 제조 방법에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(450)은 전자 디바이스(440) 및 본딩 와이어(441)를 다층 세라믹 기판(450)의 내부에 수용할 수 있다. 이에 따라 다층 세라믹 기판의 표면으로부터 본딩 와이어 등이 돌출되지 않아 평탄하게 할 수 있다. 또한 내부에 복수의 유전체층을 갖는 다층 세라믹 기판에서도 전자 디바이스를 고밀도로 실장할 수 있어, 소형화 및 높이 감소화의 요구를 만족시킬 수 있다.
또한 2단 바닥 캐비티(451)의 둘째단의 바닥면(45lb)의 가장자리부 중 도체 패턴(452) 표면에 제2 연화층(458)을 배치하므로, 세라믹층(453∼457)의 측벽 하단부가 면내 방향으로 수축할 때의 도체 패턴(452)에 대한 응력 집중이 완화되어, 도체 패턴(452)의 단선을 억제할 수 있다.
한편, 본 실시 형태의 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 응용함으로써, 다층 세라믹 기판의 내부에 3단 바닥 이상의 다단 바닥 캐비티를 형성할 수도 있다. 이 경우, 예컨대 셋째단의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉도록 도체 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 2단 바닥 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 프로세스와 마찬가지로 소정의 위치에 연화층을 배치한다. 이에 따라 셋째단의 바닥면에 형성된 도체 패턴의 단선을 억제할 수 있다.
(제16 실시 형태)
예컨대 제13 실시 형태의 제조 방법에 있어서, 다층 세라믹 기판의 층 구조에 따라서는 상하의 수축 억제력의 밸런스가 맞지 않아, 극단적으로는 예컨대 도 68에 도시한 바와 같이 캐비티 바닥면부가 변형될 수 있다. 이러한 경우에는, 바닥면을 사이에 끼운 수축 억제재 그린 시트의 두께를 조정하면 된다. 본 실시 형태는 이러한 조정을 행한 예이다.
즉, 도 69에 도시한 바와 같이 캐비티 형성부에 수축 억제재 그린 시트편(제1 삽입 시트(425))을 끼워 맞춘 제1 복합 그린 시트(426)의 두께를 조정한다. 이 경우, 상기 두께의 변화를 보정하기 위해서는 제1 삽입 시트(425)의 두께만 조정하면 되지만, 제1 복합 그린 시트 전체의 두께를 조정하도록 하여도 좋다. 혹은, 도 70에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(422)의 캐비티에 대응하는 부분의 두께를 조정하도록 하여도 좋다. 이 경우, 수축 억제재 그린 시트(422)는 도 70에 도시한 바와 같이 두께가 얇은 수축 억제재 그린 시트(422a)와 캐비티 형성부에 관통공을 형성하고, 여기에 세라믹 그린 시트를 끼워 맞춘 수축 억제재 그린 시트(422b)를 적층함으로써 구성하면 좋다. 이에 따라 적층체 전체의 수축 억제와 캐비티 바닥면부의 수축 억제를 각각 별도로 제어할 수 있다.
한편, 수축 억제재 그린 시트(422b)에 대하여 끼워 맞출 세라믹 그린 시트의 형상(관통공의 형상)은 캐비티의 형상과 동일한 것에 한정되지 않으며, 수축 억제력의 밸런스를 고려하여 결정하면 된다. 또한 제1 삽입 시트(425)나 수축 억제재 그린 시트(422a, 422b)의 두께에 대해서도 마찬가지로 수축 억제력의 밸런스를 고려하여 적당히 설정하면 된다. 또한 수축 억제재 그린 시트(422b)의 관통공에는 세라믹 그린 시트 대신 소실성 시트를 끼워 넣어 두어도 좋으며, 이 경우에도 프레스를 행할 때 균일하게 압력을 가할 수 있다.
(제17 실시 형태)
본 실시 형태는 도 49에 도시한 다층 세라믹 기판(401)을 제조할 때 소실성 시트를 사용한 예이다. 도 71은 본 실시 형태의 기본적인 제조 프로세스를 도시한 것이다. 해당 제조 프로세스는 주로 소성 후에 세라믹층이 되는 그린 시트 및 수축 억제재 그린 시트를 적층하고 프레스하는 공정, 이를 소성하는 공정, 소성 후에 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정, 수축 억제재 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정으로 구성된다.
다층 세라믹 기판을 제작함에 있어서는 먼저 도 71(a)에 도시한 바와 같이 다층 세라믹 기판을 구성하는 세라믹층의 수에 따라 복수의 세라믹 그린 시트를 기판용 그린 시트로서 적층한다. 여기서는 9장의 세라믹 그린 시트(461∼469)를 적층한다. 각 세라믹 그린 시트(461∼469)는 예컨대 세라믹 분말과 유기 바인더 및 유기 용제를 혼합하여 얻어지는 슬러리 형태의 유전체 페이스트를 만들고, 이를 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 시트 등의 지지체 상에 닥터 블레이드법 등에 의해 형성함으로써 형성한다. 상기 세라믹 분말이나 유기 비히클(유기 바인더 및 유기 용제)로는 공지의 것이 모두 사용 가능하다.
여기서, 상기 세라믹 그린 시트(461∼469) 중 하측의 2장의 세라믹 그린 시트(461, 462)에 대해서는 캐비티를 형성하기 위한 관통공은 필요하지 않으며, 통상의 평탄한 그린 시트로서 형성되어 있다. 이들 2장의 세라믹 그린 시트(461, 462) 중 상측의 세라믹 그린 시트(462)가 캐비티의 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 그린 시트에 해당하게 된다.
상기 세라믹 그린 시트(462) 상에는 나머지 7장의 세라믹 그린 시트(463∼469)가 적층되는데, 이들 세라믹 그린 시트(463∼469)에는 상기 캐비티(411)의 개구 형상에 대응하여 소정의 형상의 관통공(463a) 및 절개(464a∼469a)가 넣어져, 캐비티 공간에 대응하는 부분(463b∼469b)이 분리되어 있다. 따라서, 이들 7장의 세라믹 그린 시트(463∼469)가 캐비티 측벽 형성용 그린 시트에 해당하게 된다.
본 실시 형태에서는 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(462)와 접하는 세라믹 그린 시트(463)를 제외하고, 절개(464a∼469a)에 의해 분리된 부분(464b∼469b)을 매립용 그린 시트로서 이용한다. 한편, 상기에 한정되지 않으며, 예컨대 각 세라믹 그린 시트(464∼469)에 캐비티에 대응하는 관통공을 형성하고, 여기에 별도로 형성한 매립용 그린 시트를 끼워 넣도록 하여도 좋으나, 생산성을 고려하면 전술한 바와 같이 절개(464a∼469a)에 의해 분리된 부분(464b∼469b)을 매립용 그린 시트로서 이용하는 것이 유리하다.
한편, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 세라믹 그린 시트(462)와 접하는 세라믹 그린 시트(463)에 대해서는 캐비티에 대응하는 관통공(463a)을 형성하고, 이 부분의 세라믹 그린 시트를 제거함과 동시에, 상기 관통공(463a)의 형상에 맞춘 수축 억제재 그린 시트편(470a) 및 소실성 시트편(471a)을 관통공(463a)에 끼워 넣어 이를 메우도록 한다. 이를 상세하게 나타낸 것이 도 72이다.
즉, 먼저 도 72(a)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트(463)를 형성하고, 도 72(b)에 도시한 바와 같이 캐비티의 개구 형상에 대응하는 관통공(463a)을 펀칭 형성한다. 또한 도 72(c)에 도시한 바와 같이 수축 억제재 그린 시트(470)를 형성하고, 도 72(d)에 도시한 바와 같이 이를 상기 관통공(463a)의 형상과 거의 일치하도록 펀칭하여 수축 억제재 그린 시트편(470a)을 형성한다. 마찬가지로, 도 72(e)에 도시한 바와 같이 소실성 시트(471)를 형성하고, 도 72(f)에 도시한 바와 같이 이를 상기 관통공(463a)의 형상과 거의 일치하도록 펀칭하여 소실성 시트편(471a)을 형성한다. 이어서, 도 72(g)에 도시한 바와 같이 상기 세라믹 그린 시트(463)의 관통공(463a)에 상기 수축 억제재 그린 시트편(470a) 및 소실성 시트편(471a)을 이 순서대로 끼워 맞추어 상기 관통공(463a)을 메우는 형태로 한다. 따라서, 상기 수축 억제재 그린 시트편(470a)과 소실성 시트편(471a)을 합한 두께는 상기 세라믹 그린 시트(463)의 두께와 거의 일치하도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 수축 억제재 그린 시트(470)(수축 억제재 그린 시트편(470a))에는 상기 세라믹 그린 시트(461∼469)의 소성 온도에서는 수축하지 않는 재료, 예컨대 인규석 등이 사용되고, 상기 소실성 시트(47)1(소실성 시트편(471a))에는 상기 세라믹 그린 시트(461∼469)의 소성 온도에서 소실하는 재료, 예컨대 수지 재료 등이 사용된다.
이상과 같이 세라믹 그린 시트(461∼469)를 적층하고, 그 양면, 즉 최외층의 세라믹 그린 시트(461, 469)의 표면에 수축 억제재 그린 시트(473, 474)를 포갠다. 수축 억제재 그린 시트(473, 474)의 재질로는 앞의 수축 억제재 그린 시트(470)의 재질과 동일하다. 한편, 캐비티에 대응하여 관통공(절개(469a))이 형성되는 세라 믹 그린 시트(469) 측에 배치되는 수축 억제재 그린 시트(474)에 대해서는 세라믹 그린 시트(469)와 마찬가지로 캐비티 개구 형상에 대응한 관통공(474a)을 형성하고, 여기에 별도로 펀칭 형성한 매립용 세라믹 그린 시트편(475)을 끼워 넣어 둔다.
이들을 적층한 적층체의 적층 상태는 도 71(a)에 도시한 바와 같은 것으로서, 복수의 세라믹 그린 시트(461∼469)가 적층된 적층체의 양면에 수축 억제재 그린 시트(473, 474)가 적층되어 적층체 전체의 면내 방향의 수축을 억제하도록 구성되어 있다. 세라믹 그린 시트(462)의 표면에는 캐비티의 바닥면 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴(412)이 형성되어 있다. 또한 세라믹 그린 시트(462)의 캐비티 바닥면을 구성하는 영역에는 상기 세라믹 그린 시트(463)의 관통공(463a) 내에 배치된 수축 억제재 그린 시트편(470a)이 접해 있으며, 이 부분에서도 면내 방향의 수축을 억제하도록 구성되어 있다.
캐비티에 대응하는 공간은 통상은 이 단계에서도 공간(오목부)으로서 형성되는데, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 상기 세라믹 그린 시트(464∼469)의 절개 (464a∼469a)에 의해 분리된 부분(464b∼469b), 나아가서는 매립용 세라믹 그린 시트편(475)이 매립용 그린 시트로서 배치되는 형태로 되어 있으며, 적층체의 전체 형상을 보았을 때에는 오목부가 없는 평탄한 적층체로서 형성되게 된다.
상기 세라믹 그린 시트(461∼469)나 수축 억제재 그린 시트(473, 474)를 적층한 적층체는 소성에 앞서 프레스 공정에 의해 프레스할 필요가 있다. 이 때, 캐비티에 대응하는 오목부가 형성되어 있으면 오목부의 일그러짐 등이 발생하여 캐비 티의 개구부 등이 변형될 우려가 있다. 본 실시 형태에서는 상기 매립용 그린 시트에 의해 적층 방향에서 두께가 균일한 적층체를 제작하고, 캐비티 부분을 포함시켜 평탄화되어 있으므로, 통상의 평판 금형을 사용하여 프레스할 수 있고, 용이한 수단으로 프레스 공정을 행하는 것이 가능하다. 한편, 적층체의 프레스 공정은 전술한 바와 같이 평판의 금형 사이에 끼워 넣고 가압함으로써 행하여도 좋고, 예컨대 적층체를 방수성 수지 등으로 피복하고, 정수압 프레스를 행하여도 좋다.
전술한 프레스 공정 후, 도 71(b)에 도시한 바와 같이 소성함으로써 각 세라믹 그린 시트(461∼469)를 세라믹층(402∼410)으로 하는데, 이 때 수축 억제재 그린 시트(473, 474)가 적층되어 구속되어 있으므로, 상기 세라믹 그린 시트(461∼469)는 두께 방향으로만 수축하고 면내 방향으로는 거의 수축하지 않는다. 캐비티의 바닥부에 노출되는 세라믹 그린 시트(462)에 대해서도 면내 방향의 수축이 억제된다.
또한 캐비티 공간에 대응하여 매립 배치된 매립용 그린 시트(세라믹 그린 시트(464∼469)의 절개(464a∼469a)에 의해 분리된 부분(464b∼469b) 및 매립용 세라믹 그린 시트편(475))와 수축 억제재 그린 시트편(470a) 사이에는 상기 소실성 시트편(471a)이 개재되고, 이것이 세라믹 그린 시트(461∼469)가 소결되기 전에 소실된다. 이에 따라 이들 매립용 그린 시트에 대하여 캐비티의 바닥부에 배치되는 수축 억제재 그린 시트편(470a)의 구속력은 작용하지 않고, 따라서 면내 방향으로 수축하고, 이들 소성물(476)은 도 71(b)에 도시한 바와 같이 두께 방향에서의 수축이 적은만큼 소성 후의 적층체로부터 돌출되는 형태가 된다. 상기 구속력이 작용하지 않으므로, 이들이 수축함으로써 상기 수축 억제재 그린 시트편(470a), 나아가서는 그 아래의 세라믹 그린 시트(462)에 응력이 가해지지 않아, 세라믹 그린 시트(462)가 소성됨에 따라 형성되는 세라믹층(403)의 평탄성 등이 손상되지도 않는다.
소성이 종료된 후에는, 도 71(c)에 도시한 바와 같이 상기 매립용 그린 시트의 소성물(476)을 캐비티 공간으로부터 제거한다. 상기 소성물은 소실성 시트편 (471a)의 소실에 의해 상기 수축 억제재 그린 시트편(470a)으로부터 분리되고, 예컨대 상하 반전함으로써 용이하게 제거하는 것이 가능하다.
마지막으로, 상기 수축 억제재 그린 시트(473, 474)나 수축 억제재 그린 시트편(470a)의 소성 후의 잔사(477)를 제거하여, 도 71(d)에 도시한 바와 같은 캐비티(411)를 갖는 다층 세라믹 기판(401)을 완성한다. 수축 억제재 그린 시트(473, 474)나 수축 억제재 그린 시트편(470a)의 소성 후의 잔사(477)는 임의의 세정 공정을 행함으로써 용이하게 제거할 수 있으며, 예컨대 초음파 세정 정도의 자극으로 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 세정 공정으로서 용제 중에서의 초음파 세정 공정 등을 행하면 되는데, 예컨대 알루미나계의 그린 시트를 상기 수축 억제재 그린 시트로서 사용한 경우에는 잔사(476)가 자연 박리되지 않으므로, 습식 블라스트 공정 등에 의해 연마하고 세정함으로써 상기 잔사(476)를 제거할 필요가 있다.
이상에 의해 제작되는 다층 세라믹 기판(401)은 치수 정밀도나 캐비티 바닥면의 평면도 등이 뛰어난 것이며, 또한 캐비티 개구부의 일그러짐이나 캐비티 개구부 주변의 부풀어오름 등의 변형이 발생하지도 않는다. 나아가, 다층 세라믹 기판 (401)에서는 연화층(413)을 형성함으로써 도체 패턴(412)의 단선이 억제되고 있다.
(제18 실시 형태)
본 실시 형태는 소실성 시트를 다단 구조(2단 구조)의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조에 적용한 예이다. 도 73은 2단 구조의 캐비티가 형성되는 다층 세라믹 기판의 제조에 응용한 실시 형태를 도시한 것이다. 이 경우에는 도 73(a)에 도시한 바와 같이 세라믹 그린 시트의 적층체(481)의 양면에 수축 억제재 그린 시트(482, 483)를 적층함과 동시에, 캐비티의 바닥면 및 단차면에 각각 수축 억제재 그린 시트편(484, 485) 및 소실성 시트편(486, 487)을 배치한다. 그리고, 2단 구조의 캐비티 공간을 메우는 형태로 매립용 그린 시트(488)를 배치한 상태에서 프레스 공정 및 소성 공정을 행한다. 본 예의 경우에도 적층체의 평탄성이 유지되고 있어 프레스 공정은 용이하다.
소성 후에는, 도 73(b)에 도시한 바와 같이 매립용 그린 시트의 소성물(489)은 적층체로부터 돌출되는 형태가 되는데, 상기와 같이 예컨대 상하 반전함으로써 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 얻어지는 다층 세라믹 기판(490)은 도 73(c)에 도시한 바와 같은 것으로서, 전체적인 치수 정밀도가 우수할 뿐만 아니라, 캐비티(491)의 바닥면(491a)이나 단차면(49lb)의 치수 정밀도나 평면도도 뛰어난 것이 된다. 또한 각 바닥면에 연화층(413) 및 제2 연화층(458)을 각각 배치함으로써 캐비티 주위의 영역의 면내 방향으로의 수축에 따른 도체 패턴(412) 및 도체 패턴(452)의 단선을 억제할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같은 2단 구조의 캐비티(491)의 경우, 바닥면 (491a)에 전자 디바이스가 탑재되고, 단차면에 상기 전자 디바이스와 본딩 와이어로 연결되는 도체 패턴이 형성된다.
(실시예)
이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시예에 대하여 실험 결과에 기초하여 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 세라믹 그린 시트의 재료로서, 알루미나-유리계 유전체 재료를 준비하였다. 바인더와 유기 용제를 혼합하고, 닥터 블레이드법에 의해 두께 125㎛의 세라믹 그린 시트를 제작하였다. 한편, 수축 억제 재료로서 인규석-실리카계 재료를 준비하였다. 세라믹 그린 시트 재료와 같이 바인더, 유기 용제를 혼합하고, 닥터 블레이드법에 의해 두께 125㎛의 수축 억제 그린 시트를 제작하였다.
세라믹 그린 시트에 금형으로 4mm 사방의 제1 관통공을 형성하였다. 한편, 수축 억제 그린 시트로부터 동일하게 금형으로 4mm 사방을 펀칭하여, 제1 삽입 시트를 형성하였다. 제1 삽입 시트를 제1 관통공에 끼워 넣어 제1 복합 그린 시트를 제작하였다. 제1 복합 그린 시트의 두께는 125㎛이었다. 다음으로, 세라믹 그린 시트에 금형으로 2mm 사방을 금형으로 일단 펀칭하고, 펀칭한 부분을 다시 원래의 캐비티부에 끼워 넣어 절개 형성 시트를 제작하였다. 이 절개 형성 시트를 6장 준비하였다. 또한, 수축 억제 그린 시트에 금형으로 4mm 사방의 제6 관통공을 형성하였다. 세라믹 그린 시트로부터 마찬가지로 금형으로 4mm 사방을 펀칭하여 제2 삽입 시트를 형성하였다. 제2 삽입 시트를 제6 관통공에 끼워 넣어 최상층 복합 그린 시트를 제작하였다. 절개 형성 시트의 두께는 125㎛로 하였다.
이들을 최하층부터 수축 억제 그린 시트 한 장, 세라믹 그린 시트 5장, 제1 복합 그린 시트 한 장, 절개 형성 시트 4장, 최상층 복합 그린 시트 한 장의 순서로 적층하여 적층체로 하였다. 적층체를 통상의 상하 펀치가 평탄한 금형에 넣고 70MPa로 7분 동안 가압한 후, 900℃에서 소성하였다.
소성 후, 캐비티부의 내측의 시트는 적층 소성체의 표면으로부터 돌출되어 있었다. 이를 자연 박리하였더니, 캐비티부의 귀퉁이 부분에 잔사가 부착되어 있었으나, 유기 용제 중에서 초음파 세정함으로써 탈락시킬 수 있었다. 또한 수축 억제 그린 시트와 최상층 복합 그린 시트도 탈락시킬 수 있었다.
이와 같이 하여 얻은 다층 세라믹 기판 두께는 0.59mm이었고, 캐비티부의 치수는 캐비티 개구부의 한 변이 4mm, 깊이는 0.30mm이었다. 얻어진 다층 세라믹 기판의 단면 사진을 도 74에 나타내었다. 이 도 74로부터 알 수 있는 바와 같이, 캐비티부는 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 북 형태로 되어 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 다단 형상의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 제작하였다. 제조 방법은 제조 방법에 관한 제2 실시 형태에 도시한 바와 같으며, 세라믹 그린 시트나 수축 억제 그린 시트 등은 실시예 1에 준하여 형성하였다.
얻어진 다층 세라믹 기판에서 제1 캐비티부의 개구부의 치수는 5mm, 깊이는 0.24mm, 제2 캐비티부의 개구부의 치수는 2mm, 깊이는 0.18mm이었다. 얻어진 다층 세라믹 기판의 단면 사진을 도 75에 나타내었다. 이 도 75로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 캐비티부는 개구부보다 내부 쪽이 개구 면적이 큰 북 형태로 되어 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 기판용 세라믹 재료로서 알루미나-유리계 유전체 재료를 준비하였다. 그리고, 이를 유기 바인더 및 유기 용제와 혼합하고, 닥터 블레이드법에 의해 두께 125㎛의 세라믹 그린 시트를 제작하였다.
한편, 수축 억제용 재료로서 인규석-실리카계 재료를 준비하였다. 이를 세라믹 재료와 같이 유기 바인더 및 유기 용제와 혼합하고, 닥터 블레이드법에 의해 두께 110㎛ 및 125㎛의 수축 억제재 그린 시트를 작성하였다. 또한 소실성 재료로서 전술한 기판용 세라믹 재료, 수축 억제 재료를 시트화하였을 때 사용한 수지를 준비하고, 이를 유기 용제에 녹여 닥터 블레이드법에 의해 두께 15㎛의 소실성 시트를 제작하였다.
세라믹 그린 시트의 캐비티를 형성하는 부분을 2mm 사방의 정사각형으로 금형으로 펀칭하였다. 한편, 두께 110㎛의 수축 억제재 그린 시트 및 소실성 시트로부터 동일하게 2mm 사방의 시트를 펀칭하고, 이들을 상기 세라믹 그린 시트의 캐비티부에 적응하였다. 이를 캐비티 바닥면용 복합 그린 시트로 하였다.
다음으로, 다른 세라믹 그린 시트의 캐비티를 형성하는 부분을 2mm 사방의 금형으로 일단 펀칭하고, 펀칭한 부분을 다시 원래의 캐비티부에 적응하였다. 이를 캐비티 형성용 세라믹 그린 시트로서 6장 준비하였다.
나아가, 두께 125㎛의 수축 억제재 그린 시트의 캐비티를 형성하는 부분을 2mm 사방의 금형으로 펀칭하고, 여기에는 세라믹 그린 시트를 적응하였다. 이를 최상층 복합 그린 시트로 하였다.
캐비티의 바닥면부를 형성하는 아무 가공도 하지 않은 세라믹 그린 시트를 2장 적층한 것 위에 상기 캐비티 바닥면용 복합 그린 시트를 적층하고, 그 위에 상기 6장의 캐비티 형성용 세라믹 그린 시트를 더 적층하였다. 아울러, 그 위에 최상층 복합 그린 시트를, 반대면에는 아무 가공도 하지 않은 수축 억제재 그린 시트(두께 125㎛)를 적층하였다. 캐비티부의 적층체의 단면은 도 18(a)에 도시한 바와 같다.
이와 같이 하여 얻어진 적층체를 통상의 상하 펀치가 평탄한 금형에 넣고 압력 700kg/cm2로 7분 동안 가압한 후 900℃에서 소성하였다. 소성 후의 세라믹 기판은 면내 방향으로는 수축하지 않았고, 두께 방향만 크게 수축되어 있었다. 캐비티 부분의 적층체는 면내 방향으로도 수축하므로 두께 방향의 수축은 작았고, 상부는 기판 평면으로부터 돌출되어 있었다.
인규석-실리카계의 수축 억제재는 소성 후에 세라믹 기판으로부터 자연스럽게 박리되었으나, 캐비티 내부의 귀퉁이 부분 등에는 잔사가 부착되어 있었으므로, 유기 용제 중에서 초음파로 세정하였다. 이와 같이 하여 전체의 두께가 0.55mm, 캐비티 개구부의 한 변이 2mm, 캐비티 깊이가 0.42mm인 세라믹 다층 기판을 얻었다. 이 다층 세라믹 기판의 캐비티에서는 전자 디바이스를 실장할 바닥면이 충분히 평탄하였다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조에 있어서, 치수 정밀도나 평면도가 뛰어난 다층 세라믹 기판을 제조하는 것이 가능하며, 아울러 캐비티 개구부의 일그러짐이나 캐비티 개구부 주변의 부풀어오름 등의 변형이 없는 다층 세라믹 기판을 제조하는 것이 가능하다. 또한 본 발명의 제조 방법에서는 소결 후의 구멍 뚫기 가공이 불필요하므로, 구멍 뚫기를 위한 특별한 설비도 불필요하여 간단하면서도 저렴하게 상기 다층 세라믹 기판을 제조하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 다층 세라믹 기판에 의하면, 예컨대 캐비티 내에 전자 디바이스를 수용하여 수지 밀봉을 행한 경우, 오랜 기간에 걸쳐 다수 회의 열 스트레스를 받아도 수지가 박리되거나 탈락되지 않는다. 따라서, 높은 신뢰성을 가진 다층 세라믹 기판을 실현하는 것이 가능하다.
나아가, 제2, 제3 구성의 다층 세라믹 기판 및 그 제조 방법에 따르면, 전술한 효과에 추가로, 캐비티 주위의 영역이 면내 방향으로 수축함에 따른 도체 패턴의 단선이 없는 다층 세라믹 기판을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (88)

  1. 복수의 세라믹층이 적층됨과 동시에, 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판으로서,
    상기 캐비티의 개구부에서의 개구 면적이 상기 캐비티의 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티의 형상은 깊이 방향 도중부가 팽출되는 형상으로 되어 있고, 캐비티의 개구 면적은 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점차 증가하다가, 이어서 점차 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 캐비티의 내벽의 단면 형상이 대략 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티는 평균 개구 면적이 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며, 적어도 첫째단의 캐비티부에 있어서, 개구부에서의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 첫째단의 캐비티부의 형상은 깊이 방향 도중부가 팽 출하는 형상으로 되어 있으며, 해당 캐비티부의 개구 면적은 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점차 증가하다가, 이어서 점차 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 둘째단 이후의 캐비티부에 있어서, 개구부에서의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  7. 제 4 항에 있어서, 둘째단 이후의 캐비티부는 깊이에 따라 개구 면적이 점진적으로 감소하는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 각 캐비티부의 내벽의 단면 형상이 대략 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티 내에 전자 디바이스가 실장되어 수지 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  10. 캐비티를 가지며, 해당 캐비티의 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 세라믹층과, 해당 캐비티의 개구 형상에 따른 관통공을 갖는 캐비티 형성용 세라믹층을 포함하는 세라믹층이 적층 일체화되는 다층 세라믹 기판으로서,
    상기 바닥면 형성용 세라믹층 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성되어 있고,
    상기 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴과 포개지는 부분에서 바닥면 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면이 상기 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면보다 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공의 개구 면적이 상기 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공의 개구 면적보다 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부 전체에 걸쳐, 상기 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면이 상기 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면보다 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 캐비티 형성용 세라믹층과 상기 제2 캐비티 형성용 세라믹층이 동일 형상의 관통공을 가지며, 상기 관통공이 서로 일부 포개지도록 어긋난 상태에서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면과 상기 제2 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면간의 거리가 0.1mm～0.5mm인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 캐비티의 개구부에서의 개구 면적이 상기 캐비티의 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 캐비티의 형상은 깊이 방향 도중부가 팽출하는 형상으로 되어 있고, 캐비티의 개구 면적은 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점차 증가하다가, 이어서 적어도 상기 제2 캐비티 형성용 세라믹층까지 점차 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 캐비티의 내벽의 단면 형상이 대략 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 캐비티는 개구 치수가 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며,
    단차를 갖는 각 바닥면 중 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성되어 있는 바닥면에서, 바닥면 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면이 해당 캐비티 형성용 세라믹층의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 세라믹층의 관통공 벽면보다 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  19. 제 18 항에 있어서, 적어도 표면과 가장 가까운 캐비티부에 있어서, 개구부에서의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 표면과 가장 가까운 캐비티부의 형상은 깊이 방향 도중부가 팽출하는 형상으로 되어 있고, 해당 캐비티부의 개구 면적은 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점차 증가하다가, 이어서 해당 캐비티부 바닥면부터 세었을 때 2번째 층의 캐비티 형성용 세라믹층까지 점차 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  21. 제 19 항에 있어서, 둘째단 이후의 캐비티부에 있어서, 개구부에서의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  22. 제 19 항에 있어서, 둘째단 이후의 캐비티부는 적어도 해당 캐비티부 바닥면부터 세었을 때 두 번째 층의 캐비티 형성용 세라믹층까지 깊이에 따라 개구 면적 이 점진적으로 감소하는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 각 캐비티부의 내벽의 단면 형상이 대략 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  24. 제 10 항에 있어서, 상기 캐비티 내에 전자 디바이스가 실장되어 수지 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  25. 복수의 기판용 그린 시트를 적층한 후 소성함으로써 제조되고, 캐비티를 가지며, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 세라믹층을 포함하는 세라믹층이 적층 일체화되어 있는 다층 세라믹 기판으로서,
    상기 바닥면 형성용 세라믹층 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성되어 있고,
    상기 바닥면 형성용 세라믹층 상의 상기 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴의 표면에, 상기 소성시의 소성 온도에서 연화되는 연화층을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 가장자리부 전체에 상기 연화층이 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 바닥면의 가장자리부와 상기 연화층의 외주 가장자리부간 거리가 0.1mm～0.5mm인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 바닥면의 가장자리부와 상기 연화층의 내주 가장자리부간 거리가 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 연화층이 유리에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 유리는 상기 세라믹층에 포함되는 유리와 동일한 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 캐비티의 개구부에서의 개구 면적이 상기 캐비티의 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 캐비티의 형상은 깊이 방향 도중부가 팽출하는 형상으로 되어 있고, 캐비티의 개구 면적은 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점차 증가하다가, 이어서 점차 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 캐비티의 내벽의 단면 형상이 대략 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  34. 제 25 항에 있어서, 상기 캐비티는 개구 치수가 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며,
    단차를 갖는 각 바닥면 중 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성되어 있는 바닥면에 있어서, 해당 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 세라믹층 상의 상기 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴의 표면에 상기 연화층을 갖는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  35. 제 34 항에 있어서, 적어도 첫째단의 캐비티부에 있어서, 개구부에서의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 첫째단의 캐비티부의 형상은 깊이 방향 도중부가 팽출하는 형상으로 되어 있고, 해당 캐비티부의 개구 면적은 깊이 방향 도중 위치에 이를 때까지 점차 증가하다가, 이어서 점차 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  37. 제 35 항에 있어서, 둘째단 이후의 캐비티부에 있어서, 개구부에서의 개구 면적이 깊이 방향 도중 위치에서의 개구 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  38. 제 35 항에 있어서, 둘째단 이후의 캐비티부는 깊이에 따라 개구 면적이 점진적으로 감소하는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  39. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 각 캐비티부의 내벽의 단면 형상이 대략 원호 형상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  40. 제 25 항에 있어서, 상기 캐비티 내에 전자 디바이스가 실장되어 수지 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판.
  41. 캐비티에 대응하여 관통공이 형성된 캐비티 형성용 그린 시트를 포함하는 복수의 기판용 그린 시트를 적층하여 적층체로 하고, 이를 프레스한 다음 소성함으로써 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판을 형성하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법으로서,
    상기 적층체의 최외층인 기판용 그린 시트의 표면에 각각 수축 억제재 그린 시트를 적층함과 동시에,
    상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트 상에 수축 억제재 그린 시트편을 배치하고,
    상기 수축 억제재 그린 시트편 상에 상기 캐비티를 메우는 형태로 상기 각 캐비티 형성용 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트를 더 배치한 상태에서 상기 프레스 및 소성을 수행하고,
    소성 후에 상기 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 따라 관통공을 형성함과 동시에, 이 관통공 내에 상기 수축 억제재 그린 시트편을 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 두께가 상기 기판용 그린 시트의 두께와 대략 일치하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  44. 제 41 항에 있어서, 상기 캐비티는 개구 치수가 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며, 단차를 갖는 각 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트 상에 각각 수축 억제재 그린 시트편을 배치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  45. 제 41 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트 사이에 소실성 시트를 개재시키는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 따라 관통공을 형성함과 동시에, 이 관통공 내에 상기 수축 억제재 그린 시트편 및 소실성 시트를 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 소실성 시트를 합한 두께가 상기 기판용 그린 시트의 두께와 대략 일치하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  48. 제 45 항에 있어서, 상기 캐비티는 개구 치수가 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며, 단차를 갖는 각 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트 상에 각각 수축 억제재 그린 시트편 및 소실성 시트를 배치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  49. 제 45 항에 있어서, 상기 소실성 시트는 수지 재료에 의해 형성되어 있는 것 을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  50. 제 49 항에 있어서, 상기 수지 재료는 캐비티 형성용 그린 시트에 포함되는 수지 재료와 동일한 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  51. 제 41 항에 있어서, 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 대응한 절개를 넣어, 이에 따라 분리된 부분을 상기 매립용 그린 시트로 하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  52. 제 41 항에 있어서, 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 대응한 관통공을 형성하고, 이 관통공에 별도로 펀칭 형성한 매립용 그린 시트를 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  53. 제 41 항에 있어서, 상기 캐비티의 개구측의 최외층의 기판용 그린 시트 표면에 배치되는 수축 억제재 그린 시트에 캐비티의 개구 형상에 따른 관통공을 형성하고, 여기에 매립용 그린 시트를 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  54. 제 41 항에 있어서, 캐비티 부분의 수축 억제재 그린 시트편의 두께를 보정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  55. 제 54 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 그린 시트의 두께를 다른 캐비티 형성용 그린 시트의 두께와 다르게 하여, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 두께를 수축 억제용 시트의 두께와 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  56. 제 54 항에 있어서, 상기 캐비티의 개구측과 반대측의 최외층의 기판용 그린 시트 표면에 배치되는 수축 억제재 그린 시트는, 상기 캐비티에 대향하는 부분과 다른 부분에서 두께가 달라지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  57. 제 56 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트는, 소정의 두께를 갖는 제1 수축 억제재 그린 시트와, 상기 캐비티에 대향하는 부분에 관통공이 형성된 제2 수축 억제재 그린 시트를 적층함으로써 구성하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  58. 제 41 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴을 형성하는 공정과,
    관통공 내에 수축 억제재 그린 시트편이 매립되는 제1 캐비티 형성용 그린 시트와, 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층되며, 상기 캐비티를 메우는 형태로 캐비티 형성용 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트를 갖는 제2 캐비티 형성용 그린 시트를 형성하는 공정과,
    캐비티의 바닥면과 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트가 포개지도록, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트의 바로 위에 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트를, 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트의 바로 위에 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트를 각각 적층하여 상기 적층체를 얻는 공정과,
    상기 소성 후에 상기 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 공정을 포함하고,
    상기 적층체에 있어서, 캐비티의 바닥면의 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴과 포개지는 부분의 상기 수축 억제재 그린 시트편의 단면을 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트가 갖는 매립용 그린 시트의 단면보다 외측에 위치시키는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  59. 제 58 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 크기가 상기 매립용 그린 시트의 크기보다 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  60. 제 59 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부 전체에 걸쳐, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 단면을 상기 매립용 그린 시트의 단면보다 외측에 위치시키는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  61. 제 58 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트를 동일 형상으로 하고, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트가 서로 일부 포개져서 어긋난 상태가 되도록, 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트와 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트를 적층하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  62. 제 58 항에 있어서, 적어도 상기 도체 패턴과 캐비티의 바닥면의 가장자리부가 포개지는 부분의 상기 수축 억제재 그린 시트편의 단면과 상기 매립용 그린 시트의 단면간 거리를 0.1mm～0.5mm로 하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  63. 제 58 항에 있어서, 상기 제1 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 따라 관통공을 형성함과 동시에, 이 관통공 내에 상기 수축 억제재 그린 시트편을 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  64. 제 63 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 두께가 상기 제1 캐비 티 형성용 그린 시트의 두께와 대략 일치하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  65. 제 58 항에 있어서, 상기 캐비티는 개구 치수가 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며, 단차를 갖는 각 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트 상에 각각 수축 억제재 그린 시트편을 배치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  66. 제 65 항에 있어서, 상기 단차를 갖는 각 바닥면에 수축 억제재 그린 시트편을 배치함에 있어, 적어도 상기 도체 패턴과 캐비티의 바닥면의 가장자리부가 포개지는 부분에서, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 단면을 해당 수축 억제재 그린 시트편의 바로 위에 적층되는 매립용 그린 시트의 단면보다 외측에 위치시키는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  67. 제 58 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트 사이에 소실성 시트를 개재시키는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  68. 제 67 항에 있어서, 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트에 상기 매립용 그린 시트 형상에 따라 관통공을 형성함과 동시에, 이 관통공 내에 기판용 그린 시트 및 소실성 시트를 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  69. 제 68 항에 있어서, 상기 기판용 그린 시트와 소실성 시트를 합한 두께가 상기 제2 캐비티 형성용 그린 시트의 두께와 대략 일치하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  70. 제 41 항에 있어서, 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트 상에 상기 캐비티의 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴을 형성하고, 상기 바닥면 형성용 그린 시트 상의 상기 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴의 표면에 상기 소성시의 소성 온도에서 연화되는 연화층을 형성한 후,
    관통공 내에 수축 억제재 그린 시트편이 매립된 캐비티 형성용 그린 시트를 캐비티의 바닥면과 상기 수축 억제재 그린 시트편이 포개지도록 상기 캐비티의 바닥면을 구성하는 기판 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층함과 동시에, 상기 캐비티를 메우는 형태로 상기 각 캐비티 형성용 그린 시트와 분리된 매립용 그린 시트가 상기 수축 억제재 그린 시트편 상에 배치되도록 캐비티 형성용 그린 시트를 적층한 상태에서 상기 프레스 및 소성을 수행하고,
    소성 후에 상기 매립용 그린 시트의 소성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  71. 제 70 항에 있어서, 상기 바닥면의 가장자리부 전체에 상기 연화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  72. 제 70 항에 있어서, 상기 바닥면의 가장자리부와 상기 연화층의 외주 가장자리부간 거리가 0.1mm～0.5mm가 되도록 상기 연화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  73. 제 70 항에 있어서, 상기 바닥면의 가장자리부와 상기 연화층의 내주 가장자리부간 거리가 0.5mm 이하가 되도록 상기 연화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  74. 제 70 항에 있어서, 상기 연화층에 유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  75. 제 74 항에 있어서, 상기 유리는 상기 기판용 그린 시트에 포함되는 유리와 동일한 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  76. 제 70 항에 있어서, 상기 바닥면 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 따라 관통공을 형성함과 동시에, 이 관통공 내에 상기 수축 억제재 그린 시트편을 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세 라믹 기판의 제조 방법.
  77. 제 76 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편의 두께가 상기 기판용 그린 시트의 두께와 대략 일치하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  78. 제 70 항에 있어서, 상기 캐비티는 개구 치수가 깊이 방향에서 단계적으로 작아지는 다단 형상을 가지며, 단차를 갖는 각 바닥면을 구성하는 기판용 그린 시트 상에 각각 수축 억제재 그린 시트편을 배치하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  79. 제 78 항에 있어서, 상기 단차를 갖는 각 바닥면에 수축 억제재 그린 시트편을 배치함에 있어, 단차를 갖는 각 바닥면 중 바닥면의 가장자리부를 걸터 앉은 상태에서 도체 패턴이 형성된 바닥면에 있어서, 해당 바닥면을 구성하는 바닥면 형성용 그린 시트 상의 상기 가장자리부에 대응하는 부분 중 적어도 상기 도체 패턴의 표면에 상기 연화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  80. 제 70 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 상기 매립용 그린 시트 사이에 소실성 시트를 개재시키는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방 법.
  81. 제 80 항에 있어서, 상기 바닥면 형성용 그린 시트의 바로 위에 적층되는 캐비티 형성용 그린 시트에 캐비티 형상에 따라 관통공을 형성함과 동시에, 이 관통공 내에 상기 수축 억제재 그린 시트편 및 소실성 시트를 끼워맞추는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  82. 제 81 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트편과 소실성 시트를 합한 두께가 상기 캐비티 형성용 그린 시트의 두께와 대략 일치하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  83. 제 41 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트 및 수축 억제재 그린 시트편은 수축 억제 재료로서 석영, 크리스토발라이트, 인규석으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  84. 제 83 항에 있어서, 상기 수축 억제재 그린 시트 및 수축 억제재 그린 시트편은 인규석과 난결합성의 산화물을 포함하는 조성물에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  85. 제 41 항에 있어서, 상기 소성시의 소성 온도를 1000℃ 이하로 하는 것을 특 징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  86. 제 41 항에 있어서, 상기 소성 후 잔사를 세정하는 세정 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  87. 제 86 항에 있어서, 상기 세정 공정은 용제 중에서의 초음파 세정에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  88. 제 86 항에 있어서, 상기 세정 공정은 습식 블라스트에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
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