WO2010007878A1 - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　特に無収縮プロセスを適用して製造される多層セラミック基板において、表面にまで届く複数個の表面ビアホール導体が一直線上に並んで互いに近接して設けられているとき、焼成時の収縮に起因して表面ビアホール導体間にクラックが生じやすい。 　複数個の表面ビアホール導体（４２）が一直線上に並んで設けられるとき、これら表面ビアホール導体（４２）に隣接するように、ダミービアホール導体（４６）を積層体（４１）の表面にまで届くように設け、クラックの原因となる応力を緩和する。

Description

多層セラミック基板およびその製造方法

　この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法に関するもので、特に、表面にまで届くビアホール導体が設けられた多層セラミック基板およびその製造方法に関するものである。

　この発明にとって興味ある技術として、たとえば特開２０００‐２５１５７号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１には、多層セラミック基板をいわゆる無収縮プロセスによって製造するための方法が開示されている。図１４には、特許文献１に記載の技術を用いて構成された多層セラミック基板１の一部が拡大されて断面図で示されている。

　多層セラミック基板１は、第１のセラミック層２と第２のセラミック層３とを積層してなる積層体４を備えている。図１４に示した多層セラミック基板１では、比較的厚い第１のセラミック層２と比較的薄い第２のセラミック層３とが交互に積層され、第２のセラミック層３が積層体４の表面に位置している。

　積層体４を得るため、積層体４の生の状態のものが作製され、この生の積層体を焼成することが行なわれるが、生の積層体は、第１のセラミック層２となるべき第１のセラミックグリーン層と第２のセラミック層３となるべき第２のセラミックグリーン層とを備えている。第１のセラミックグリーン層は、セラミック材料を含み、第２のセラミックグリーン層は、上記セラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含んでいる。

　焼成工程は、上記無機材料粉末が実質的に焼結しないが、上記セラミック材料が焼結する温度にて実施される。そして、この焼成工程において、第２のセラミックグリーン層に含まれる無機材料粉末は、第１のセラミックグリーン層からのガラス成分が第２のセラミックグリーン層中に浸透することによって固着される。その結果、焼結後の積層体４において、第１のセラミック層２は、セラミックの焼結体からなり、第２のセラミック層３は、未焼結の無機材料粉末とこれを固着するガラス成分とを含む状態となっている、
　積層体４を上述のようにして製造するため、第２のセラミック層３は、焼成工程において、主面方向に実質的な収縮が生じず、第１のセラミック層２の主面方向への収縮を抑制するように作用する。したがって、焼成時の収縮による不所望な変形が生じず、寸法精度に優れた積層体４が得られる。

　図１４には、セラミック層２および３間の界面に沿って位置する２個の面内導体５および６と、面内導体５および６にそれぞれ接続されながら積層体４の表面にまで届くように設けられる２個の表面ビアホール導体７および８が図示されている。

　前述したいわゆる無収縮プロセスによって多層セラミック基板１を製造しようとする場合、焼成工程において収縮量が比較的多い第１のセラミック層２と収縮量が比較的少ない第２のセラミック層３とが接合された状態で焼成されることになる。そのため、焼結過程において、第１のセラミック層２では、矢印で示すような収縮応力９が作用し、結果として、第２のセラミック層３における表面ビアホール導体７および８の周縁部では、ビアホール導体７および８を引き裂く方向に歪み１０が発生することになる。この歪み１０は、表面ビアホール導体７および８の各々を中心に外へ広がるように作用する。

　上述した歪み１０は、しばしば、表面ビアホール導体７および８間において、図１５に示すようなクラック１１を引き起こす。図１５は、図１４に示した多層セラミック基板１の一部を上方から示した平面図である。

　上述したようなクラックは、たとえば３個以上といった、より多数の表面ビアホール導体が互いにより近接しかつ一直線上に並んでいるとき、より生じやすい。たとえば、図１６には、ベアチップＩＣを実装するためのバンプ接続部を与える表面ビアホール導体１２が設けられた多層セラミック基板１３の一部が平面図で示されている。多層セラミック基板１３の小型化かつ高密度化が進むに従って、たとえば、ビアチップＩＣに備える多数のバンプが高密度で形成されるため、これらバンプを接続する表面ビアホール導体１２についても多数高密度で配置されなければならない。その結果、表面ビアホール導体１２間においてクラックが生じやすくなり、このことが多層セラミック基板１３の小型化かつ高密度化を妨げている。

　上述のような表面ビアホール導体間でのクラック発生の問題は、図１４に示すような第１および第２のセラミック層２および３を備え、第２のセラミック層３が焼成時の収縮抑制用として作用する、多層セラミック基板１の場合に限らず、複数のセラミックグリーン層が積層されてなる生の積層体の少なくとも一方主面上に、セラミックグリーン層に含まれるセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む拘束層が形成され、焼成工程において、拘束層が生の積層体に対して主面方向への収縮を抑制するように作用し、焼成工程の後、拘束層が除去される、そのような多層セラミック基板の場合にも遭遇し得る。

　さらに、これらの無収縮プロセスによって得られる多層セラミック基板に限らず、焼成時の収縮挙動や収縮率、さらには焼成後の熱膨張係数等、熱による収縮量または膨張量が互いに異なる第１のセラミック層と第２のセラミック層とが積層されてなる積層体を備える多層セラミック基板の場合にも、同様の問題に遭遇し得る。

特開２０００－２５１５７号公報

　そこで、この発明の目的は、上述したような課題を解決し得る、多層セラミック基板およびその製造方法を提供しようとすることである。

　この発明は、複数のセラミック層を積層してなる積層体を備え、積層体には、セラミック層間の界面に沿って位置する複数個の面内導体が設けられるとともに、面内導体にそれぞれ接続されながら当該積層体の表面にまで届く複数個の表面ビアホール導体が互いに近接して設けられている、多層セラミック基板にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。

　すなわち、積層体には、熱による収縮または膨張に起因して複数個の表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するため、複数個の表面ビアホール導体に隣接する少なくとも１個のダミービアホール導体が当該積層体の表面にまで届くように設けられていることを特徴としている。なお、本発明において、ダミービアホール導体とは、積層体内部に形成された面内導体等の内部導体と電気的に接続されていない導体を意味する。

　この発明は、積層体が、焼成時の収縮挙動または収縮率が互いに異なる第１のセラミック層と第２のセラミック層とを備えるとき、特に有利に適用される。この場合、ダミービアホール導体は、第１のセラミック層と第２のセラミック層との収縮挙動または収縮率の差が主たる原因となって複数個の表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するためのものである。

　上記の場合、表面ビアホール導体が第１のセラミック層と第２のセラミック層との双方を厚み方向に貫通するように設けられているとき、この発明がより有利に適用される。

　上記の実施態様において、典型的には、第１のセラミック層は、セラミックの焼結体からなり、第２のセラミック層は、セラミックの焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末と、焼成時において第１のセラミック層から浸透して無機材料粉末を固着したガラス成分とを含む。この場合、第２のセラミック層が積層体の表面に位置していることが多い。

　この発明は、特に３個以上の表面ビアホール導体が互いに近接しかつ一直線上に並んでいるとき、有利に適用される。

　好ましい実施態様では、ダミービアホール導体と表面ビアホール導体との間の間隔は、複数個の表面ビアホール導体間の間隔と実質的に等しくされる。

　また、この発明において、ダミービアホール導体の径は、表面ビアホール導体の径と実質的に等しくされても、あるいは、表面ビアホール導体の径より大きくされてもよい。

　複数個の表面ビアホール導体が第１の仮想直線に沿って並ぶように配置されるとき、好ましくは、複数個のダミービアホール導体が、第１の仮想直線の一方側に位置しかつ第１の仮想直線に平行な第２の仮想直線に沿って並ぶように配置され、より好ましくは、さらに、第１の仮想直線の他方側に位置しかつ第１の仮想直線に平行な第３の仮想直線に沿って並ぶように配置される。

　上記の好ましい実施態様において、ダミービアホール導体は、表面ビアホール導体の位置から第１の仮想直線に直交する方向に延びる仮想直交直線上に位置していても、あるいは、隣り合う表面ビアホール導体間の中点の位置から第１の仮想直線に直交する方向に延びる仮想直交直線上に位置していてもよい。

　この発明は、また、上述したような多層セラミック基板を製造する方法、すなわち、複数のセラミック層を積層してなる積層体を備え、積層体には、セラミック層間の界面に沿って位置する複数個の面内導体が設けられるとともに、面内導体にそれぞれ接続されながら当該積層体の表面にまで届く複数個の表面ビアホール導体が互いに近接して設けられている、多層セラミック基板を製造する方法にも向けられる。

　この発明に係る多層セラミック基板の製造方法は、上記セラミック層となるべき複数のセラミックグリーン層ならびに上記面内導体および上記表面ビアホール導体を備え、焼成することによって上記積層体となる生の積層体を作製する、積層体作製工程と、生の積層体を焼成する、焼成工程とを備え、積層体作製工程は、熱による収縮または膨張に起因して複数個の表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するため、複数個の表面ビアホール導体に隣接して少なくとも１個のダミービアホール導体を生の積層体の表面にまで届くように設ける工程を含むことを特徴としている。

　この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、好ましくは、生の積層体は、セラミックグリーン層として、焼成時の収縮挙動または収縮率が互いに異なる第１のセラミックグリーン層と第２のセラミックグリーン層とを備え、ダミービアホール導体は、収縮挙動または収縮率の差が主たる原因となって複数個の表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するように設けられる。

　上記の場合、好ましくは、生の積層体において、第１のセラミックグリーン層は、セラミック材料を含み、第２のセラミックグリーン層は、セラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含み、焼成工程は、無機材料粉末が実質的に焼結しないがセラミック材料が焼結する温度にて実施され、焼成工程において、第２のセラミックグリーン層に含まれる無機材料粉末は、第１のセラミックグリーン層からのガラス成分が第２のセラミックグリーン層中に浸透することによって固着される。

　この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、積層体作製工程は、生の積層体の少なくとも一方主面上に、セラミックグリーン層に含まれるセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む拘束層を形成する工程を含み、焼成工程は、拘束層が形成された生の積層体に対して実施され、焼成工程の後、拘束層を除去する工程がさらに実施されてもよい。

　この発明によれば、複数個の表面ビアホール導体に隣接してダミービアホール導体が積層体の表面にまで届くように設けられているので、表面ビアホール導体を中心に外へ広がるように作用する歪みが、ダミービアホール導体によって生じる歪みとの間で有利に相殺され、そのため、表面ビアホール導体間において生じる応力が緩和される。その結果、表面ビアホール導体間においてクラックを生じさせにくくすることができる。

この発明の一実施形態による多層セラミック基板２１を示す断面図である。 ダミービアホール導体の配置に関する第１の実施形態を示す平面図である。 ダミービアホール導体の配置に関する第２の実施形態を示す平面図である。 ダミービアホール導体の配置に関する第３の実施形態を示す平面図である。 ダミービアホール導体の配置に関する第４の実施形態を示す平面図である。 ダミービアホール導体の径に関する変形例を示す平面図である。 ダミービアホール導体の形状に関する変形例を示す平面図である。 積層体の断面構造に関する第１の実施形態を示す図である。 図８に示した表面ビアホール導体５４の端面にこれより広い領域を覆う導体層５７が形成された状態を示す図である。 図８に示した表面ビアホール導体５４の端面にこれと同等の寸法および形状を有する導体層５７が形成された状態を示す図である。 図８に示す表面ビアホール導体５４の端面にこれより小さい面積の導体層５７が形成された状態を示す図である。 積層体の断面構造に関する第２の実施形態を示す図である。 積層体の断面構造に関する第３の実施形態を示す図である。 この発明が解決しようとする課題を説明するための多層セラミック基板１の一部を示す断面図である。 この発明が解決しようとする課題を説明するための多層セラミック基板１の一部を示す平面図である。 この発明が解決しようとする課題を説明するための多層セラミック基板１３の平面図である。

　図１は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板２１を示す断面図である。

　多層セラミック基板２１は、複数の第１のセラミック層２２と複数の第２のセラミック層２３とを積層してなる積層体２４を備えている。積層体２４の内部には、第１および第２のセラミック層２２および２３のうちの特定のものの間の界面に沿って位置する複数個の面内導体２５が設けられるとともに、面内導体２５にそれぞれ接続されながら第１および第２のセラミック層２２および２３の特定のものの厚み方向を貫通するように延びる複数のビアホール導体２６および２７が設けられている。これらビアホール導体２６および２７のうちのいくつかが、積層体２４の表面にまで届く表面ビアホール導体２７である。表面ビアホール導体２７の中には、その複数個のものが互いに近接して設けられているものがある。

　積層体２４には、上述した複数個の表面ビアホール導体２７に隣接して、いくつかのダミービアホール導体２８が積層体２４の表面にまで届くように設けられている。なお、ダミービアホール導体２８の配置等の詳細については後述する。

　積層体２４の側面には、いくつかの端子電極３０が設けられている。また、積層体２４の上方主面および下方主面上には、それぞれ、いくつかの導電ランド３１および３２が形成されている。表面ビアホール導体２７のうちのいくつかは、上方主面上に形成される導電ランド３１と電気的に接続されている。図１では図示されないが、下方主面上に形成される導電ランド３２と電気的に接続される表面ビアホール導体もある。また、端子電極３０に接続される導電ランド３２もある。

　多層セラミック基板２１は、積層体２４の上方主面上に実装される搭載部品３３～３５をさらに備えている。搭載部品３３および３５は、導電ランド３１に対してはんだ３６を介して電気的に接続される。搭載部品３４は、表面ビアホール導体２７の端面に対してバンプ３７を介して電気的に接続される。また、搭載部品３４には、アンダーフィル樹脂３８が付与される。

　次に、上述したような多層セラミック基板２１を製造する方法について説明する。

　多層セラミック基板２１を得るため、通常、複数個の多層セラミック基板２１が集合した状態にある集合基板が作製され、この集合基板を所定の分割線に沿って分割することにより、複数個の多層セラミック基板２１を取り出すようにしている。

　まず、焼成することによって積層体２４となる生の積層体は、これが複数個集合している生の集合積層体の状態で作製される。生の集合積層体は、第１および第２のセラミック層２２および２３とそれぞれなるべき第１および第２のセラミックグリーン層を備えるとともに、面内導体２５、ビアホール導体２６および２７、ダミービアホール導体２８、端子電極３６となるべきビアホール導体、ならびに導電ランド３１および３２を備えている。なお、導電ランド３１および３２については、後述する焼成工程の後に形成されてもよい。

　なお、生の集合積層体を作製するにあたっては、通常、予め用意されたセラミックグリーンシートを積層する工程が適用されるが、これに代えて、たとえば、セラミックスラリーを塗布する工程を繰り返すことにより積層構造が形成されるようにしてもよい。

　面内導体２５、ビアホール導体２６～２８、端子電極３０ならびに導電ランド３１および３２は、導電性ペーストを用いて形成される。導電性ペーストに含まれる導電成分としては、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ、ＮｉもしくはＰｄ、それらの酸化物、またはそれらを含む合金が用いられる。

　第１のセラミックグリーン層は、上述した導電性ペーストに含まれるＣｕやＡｇなどの低融点金属と同時焼成できるように、比較的低温、たとえば１０００℃以下の温度で焼成可能な低温焼成セラミック材料を含むことが好ましい。より具体的には、低温焼成セラミック材料として、アルミナとホウケイ酸系ガラスとを混合したガラスセラミックや、焼成中にガラス成分を生成するＢａ‐Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｂ系酸化物からなるセラミックなどを用いることができる。

　他方、第２のセラミックグリーン層に含まれるセラミック材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３やＺｒＯが好適に用いられるが、これら以外に、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５などを用いることもできる。

　第１および第２のセラミックグリーン層がセラミックグリーンシートの状態で用意される場合、前述した面内導体２５、ビアホール導体２６～２８および端子電極３０となるビアホール導体は、セラミックグリーンシートを積層する前の段階で、所定のセラミックグリーンシートに形成される。ここで、面内導体２５は、導電性ペーストの印刷により形成され、ビアホール導体２６～２８および端子電極３０となるビアホール導体は、貫通孔を設け、そこに導電性ペーストを充填することによって形成される。

　なお、第２のセラミックグリーン層となるセラミックグリーンシートについては、これを第１のセラミックグリーン層となるセラミックグリーンシート上に形成した複合シートの状態で取り扱われることもある。

　次いで、セラミックグリーンシートが所定の順序および方向に従って積層され、圧着される。導電ランド３１および３２については、焼成工程の前に形成される場合には、この積層後に形成されても、積層前の段階で形成されてもよい。

　第１のセラミックグリーン層の厚みは、焼成後の第１のセラミック層２２の厚みが８～１００μｍの範囲になるように選ばれることが好ましく、第２のセラミックグリーン層の厚みは、焼成後の第２のセラミック層２３の厚みが１～８μｍとなるように選ばれることが好ましい。図１に示した第１および第２のセラミック層２２および２３の各厚みからわかるように、この実施形態では、複数の第１のセラミックグリーン層の各々の厚みが互いに同じであり、かつ複数の第２のセラミックグリーン層の各々の厚みが互いに同じであるが、これらは必ずしも互いに同じでなくてもよい。

　また、積層順序としては、隣り合う２層の第２のセラミック層２３の間に、第１のセラミック層２２が３層積層されるようにしているが、このような積層順序は任意に変更することができる。たとえば、第１のセラミック層２２と第２のセラミック層２３とを１層ずつ交互に積層してもよい。

　次に、生の集合積層体が、たとえば９５０～１０００℃といったトップ温度をもって焼成され、それによって、焼結した集合積層体が得られる。集合積層体において、面内導体２５、ビアホール導体２６～２８および端子電極３０となるべきビアホール導体は、焼結した状態となっている。また、導電ランド３１および３２が既に形成されている場合には、これら導電ランド３１および３２についても焼結した状態となっている。また、集合積層体は、第１のセラミックグリーン層に由来する第１のセラミック層２２および第２のセラミックグリーン層に由来する第２のセラミック層２３を備えている。

　上述のように例示した９５０～１０００℃といった焼成温度は、第２のセラミックグリーン層に含まれる無機材料粉末が実質的に焼結しないが、第１のセラミックグリーン層に含まれるセラミック材料が焼結する温度である。したがって、第１のセラミック層２２は焼結した状態にあるが、第２のセラミック層２３にあっては、そこに含まれる無機材料自身は焼結せず、第１のセラミックグリーン層に含まれていたセラミック材料の一部としてのガラス成分が浸透し、それによって、第２のセラミックグリーン層に含まれていた無機材料粉末が固着された状態にある。また、第１のセラミックグリーン層に含まれていたセラミック材料の一部としてのガラス成分の第２のセラミックグリーン層への浸透によって、第１のセラミック層２２と第２のセラミック層２３とが互いに強固に接合される。

　このようなことから、第２のセラミックグリーン層は、焼成工程において、第１のセラミックグリーン層の主面方向での収縮を抑制するように作用し、その結果、集合積層体の不所望な変形を抑制し、かつ寸法精度を高めることができる。なお、第２のセラミックグリーン層は、上述したような第１のセラミックグリーン層からのガラス成分の浸透によって無機材料粉末が固着されることを可能にする程度の厚みでなければならない。

　上述のように、第２のセラミックグリーン層は第１のセラミックグリーン層の主面方向での収縮を抑制するように作用するものであるので、第１のセラミックグリーン層と第２のセラミックグリーン層とは焼成時の収縮挙動が互いに異なるということになる。このような収縮抑制を可能とするためには、第１のセラミックグリーン層と第２のセラミックグリーン層とは、その焼結開始温度および焼結完了温度の少なくとも一方が互いに異なっていればよい。したがって、たとえば、第２のセラミックグリーン層は、焼結開始温度が第１のセラミックグリーン層よりも高温側であるが、第１のセラミックグリーン層の焼結完了温度にて焼結完了している、といった実施態様があり得る。あるいは、第２のセラミックグリーン層は、焼結完了温度が第１のセラミックグリーン層より高温側であるが、第１のセラミックグリーン層の焼結開始温度以下にて、その大部分が焼結完了している、といった実施態様もあり得る。

　第１のセラミックグリーン層と第２のセラミックグリーン層との間での焼成時の収縮挙動の差は、焼成後の集合積層体における第１のセラミック層２２に圧縮応力をもたらし、その結果、表面ビアホール導体２７の各々の周縁部には、当該表面ビアホール導体２７を引き裂く方向に歪みが発生し、隣り合う表面ビアホール導体２７間でクラックが生じやすい状態がもたらされる。ダミービアホール導体２８は、このような表面ビアホール導体２７間において生じる応力を緩和するように作用する。その結果、クラックの発生を抑制することができる。

　次に、集合積層体に対して、必要に応じて、表面ビアホール導体２７の露出面へのめっき処理等の表面処理が施される。

　次に、集合積層体の一方主面上に、搭載部品３３～３５が搭載され、それによって、複数個の多層セラミック基板２１が集合した状態にある集合基板が得られる。そして、この集合基板を所定の分割線に沿って分割すれば、個々の多層セラミック基板２１が取り出される。また、この分割により、端子電極３０となるビアホール導体が分断され、側面が露出した端子電極３０が形成される。

　図１では、特定の表面ビアホール導体２７に隣接してダミービアホール導体２８が設けられている状態が概略的に図示されているが、ダミービアホール導体の配置に関する種々の実施形態について以下に説明する。

　図２は、ダミービアホール導体の配置に関する第１の実施形態を示している。図２では、多層セラミック基板に備える積層体４１の一部が平面図で示されている。

　図２に示した積層体４１には、たとえば５個の表面ビアホール導体４２が互いに近接しかつ第１の仮想直線４３に沿って一直線上に並ぶように配置されている。他方、たとえば５個のダミービアホール導体４６は、第１の仮想直線４３の一方側および他方側の各々に位置しかつ第１の仮想直線４３に平行な第２および第３の仮想直線４４および４５にそれぞれ沿って並ぶように配置されている。ここで、ダミービアホール導体４６の各々は、表面ビアホール導体４２各々の位置から第１の仮想直線４３に直交する方向に延びる仮想直交直線４７上に位置している。

　ダミービアホール導体４６と表面ビアホール導体４２との間の間隔Ｓ１は、表面ビアホール導体４２の隣り合うもの間の間隔Ｓ２と実質的に等しくされる。また、ダミービアホール導体４６の径は、表面ビアホール導体４２の径と実質的に等しくされる。本構造により、表面ビアホール導体４２間にダミービアホール導体４６からの応力が作用するため、表面ビアホール導体４２間に働く応力が緩和され、クラック発生が抑制される。また、Ｓ１＜Ｓ２である場合には、表面ビアホール導体４２間に代わり、ダミービアホール導体４６と表面ビアホール導体４２との間にクラックが生じやすくなるため、概ねＳ１＝Ｓ２であることが好ましい。

　図３、図４および図５は、それぞれ、ダミービアホール導体の配置に関する第２、第３および第４の実施形態を示す、図２に対応する図である。図３ないし図５において、図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

　図３に示した積層体４１では、第２の仮想直線４４上に並んで配置されるダミービアホール導体４６の数および第３の仮想直線４５上に並んで配置されるダミービアホール導体４６の数が、ともに、第１の仮想直線４３上に並んで配置される表面ビアホール導体４２の数より１個少なくされるとともに、ダミービアホール導体４６は、隣り合う表面ビアホール導体４２間の中点の位置から第１の仮想直線４３に直交する方向に延びる仮想直交直線４８上に位置している。

　また、ダミービアホール導体４６と表面ビアホール導体４２との間の間隔Ｓ１は、複数個の表面ビアホール導体４２間の間隔Ｓ２と実質的に等しくされる。その結果、１個のダミービアホール導体４６とその近傍の２個の表面ビアホール導体４２とは、正三角形の頂点の位置にあり、同様に、１個の表面ビアホール導体４２とその近傍の２個のダミービアホール導体４６とは、正三角形の頂点の位置にある。本構造により、少ないダミービアホール導体４６によってクラックの抑制が可能となり、ダミービアホール導体４６の配置エリアを小さくできる。

　図４に示した積層体４１では、図２に示したものに比べて、第２の仮想直線４４上に並んで配置されるダミービアホール導体４６および第３の仮想直線４５上に並んで配置されるダミービアホール導体４６の各々について、両端に位置するものが省略されている点で異なっている。表面ビアホール導体４２間のクラックは、直線上に並んでいる表面ビアホール導体４２のうち、両端部の表面ビアホール導体を含まないビアホール導体間で生じやすい。そのため、両端のダミービアホール導体を省略しても有利にクラック発生を抑制できる。

　図５に示した積層体４１では、図３に示したものに比べて、第２の仮想直線４４上に並んで配置されるダミービアホール導体４６のうち、図による左から２番目および４番目のものが省略され、また、第３の仮想直線４５上に並んで配置されるダミービアホール導体４６のうち、図による左から１番目および３番目のものが省略されている点で異なっている。本構造では、２つの表面ビアホール導体４２と１つのダミービアホール導体４６とにより、概略正三角形が形成され、ダミービアホール導体４６により、表面ビアホール導体４２間のクラックが抑制される。少ないダミービアホール導体４６の配置によって、有利にクラックの発生を抑制できる。

　以上、図２ないし図５にそれぞれ示した各実施形態において、第２の仮想直線４４上に並んで配置されるダミービアホール導体４６および第３の仮想直線４５上に並んで配置されるダミービアホール導体４６のいずれかを省略してもよい。

　図２ないし図５を参照して説明した実施形態では、ダミービアホール導体４６は、表面ビアホール導体４２と実質的に等しい径を有し、また、表面ビアホール導体４２と同じ円形であったが、これら径および形状について、以下のように変更されてもよい。

　図６は、ダミービアホール導体の径に関する変形例を示している。図６において、図２ないし図５に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

　図６に示した積層体４１では、ダミービアホール導体４６の径が、表面ビアホール導体４２の径より大きくされる。このように、ダミービアホール導体４６の径が大きくされると、ダミービアホール導体４６による表面ビアホール導体４２間への作用応力の影響を高めることが可能であるため、前述したクラック防止のための応力緩和の効果が高められる。ダミービアホール導体４６の方が小径であっても、図３または図５のように、表面ビアホール導体４２間にダミービアホール導体４６の応力が作用する形態においては有効である。

　図７は、ダミービアホール導体の形状に関する変形例を示している。図７において、図１ないし図５に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

　図７に示した積層体４１では、ダミービアホール導体４６が長手の形状とされ、たとえば２個の表面ビアホール導体４２の双方をカバーするようにされる。本構造においても、長手形状のダミービアホール導体４６が、表面ビアホール導体４２間に近接して配置されることにより、効率的にダミービアホール導体４６による応力作用を及ぼすことが可能となり、クラックを効率的に抑制可能である。また、表面ビアホール導体４２が円形でなくてもよいことは言うまでもない。

　図２ないし図７では、積層体４１の断面構造が明らかではないが、以下に、図８ないし図１３を参照して、積層体の断面構造に関するいくつかの実施形態について説明する。

　図８は、積層体の断面構造に関する第１の実施形態を示している。

　図８に示した積層体５１は、図１に示した積層体２４の場合と同様、第１および第２のセラミック層５２および５３を備えている。第１のセラミック層５２は、セラミックの焼結体からなるもので、他方、第２のセラミック層５３は、上記セラミックの焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末と、焼成時において第１のセラミック層５２から浸透して無機材料粉末を固着したガラス成分とを含んでいる。また、積層体５１の表面には、第２のセラミック層５３が位置している。

　このような積層体５１において、表面ビアホール導体５４およびそれに隣接してダミービアホール導体５５がともに表面にまで届くように設けられている。表面ビアホール導体５４は、面内導体５６に接続されるが、それが形成される深さは、接続されるべき面内導体５６の位置による。他方、ダミービアホール導体５５は、図８に示した実施形態では、表面から２層目の第１のセラミック層５２までを厚み方向に貫通するように設けられている。ダミービアホール導体５５は、図８に示すように、少なくとも第１のセラミック層５２と第２のセラミック層５３との双方を厚み方向に貫通するように設けられていることが好ましい。また、ダミービアホール導体５５の端面は、図８に示すように、積層体５１の内層に形成された第２のセラミック層５３に接していることが好ましい。

　この発明による効果は、図８に示すように、表面ビアホール導体５４の端面が積層体５１の表面に露出している場合に、特に顕著な効果が得られる。しかしながら、図９ないし図１１にそれぞれ示すように、表面ビアホール導体５４の端面に、印刷電極等の別の導体層５７をさらに形成する場合においても、ダミービアホール導体５５の形成は有効に働く。

　図９では、表面ビアホール導体５４の端面を超えて導体層５７が形成され、図１０では、表面ビアホール導体５４の端面と同じ形状および寸法をもって導体層５７が形成され、図１１では、表面ビアホール導体５４の端面より狭い領域で導体層５７が形成されている。

　図９に示すように、導体層５７が、表面ビアホール導体５４の端面の範囲を超えて形成されている場合には、この導体層５７によるクラック削減効果をある程度期待できる。一方、図１０および図１１に示すように、導体層５７が表面ビアホール導体５４の端面を超えない範囲で形成されている場合、導体層５７によるクラック削減効果が少ない分、ダミービアホール導体を配置する意義は大きい。

　図１２は、積層体の断面構造に関する第２の実施形態を示す、図８に対応する図である。図１２において、図８に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

　図１２に示す積層体６１では、第１のセラミック層５２が積層体６１の表面に位置している。第１のセラミック層５２が積層体６１の表面に位置している場合にも、第１のセラミックグリーン層と第２のセラミックグリーン層との間での焼成時の収縮挙動の差によって、隣り合う表面ビアホール導体５４間にクラックが生じやすい状態がもたらされる。ダミービアホール導体５５を配置することによって、このクラックを効果的に防止することができる。また、ダミービアホール導体５５は、図１２に示すように、表面から２層目の第２のセラミック層５３を厚み方向に貫通するように形成されていてもよい。

　図１３は、積層体の断面構造に関する第３の実施形態を示す、図８に対応する図である。

　図１３に示した積層体７１は、図８に示した積層体５１と製造方法が異なっている。すなわち、図１３に示した積層体７１は、１種類のセラミック層７２を積層してなるもので、面内導体７３に接続された表面ビアホール導体７４およびそれに隣接して設けられるダミービアホール導体７５を備えている。このような積層体７１を製造するため、積層体７１となるべき生の積層体の少なくとも一方主面上に、セラミック層７２となるべきセラミックグリーン層に含まれるセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む拘束層７６が形成され、焼成工程は、拘束層７６が形成された状態で実施され、焼成工程の後、拘束層７６は除去される。

　拘束層７６は、焼成工程における生の積層体の主面方向での収縮を抑制し、それによって、得られた積層体７１の不所望な変形を抑制する。このような実施形態においても、複数個の表面ビアホール導体７４が直列状態で設けられる場合、表面ビアホール導体７４間でクラックを生じさせ得る歪みがもたらされるので、ダミービアホール導体７５の形成が有効となる。

　なお、以上の実施形態においては、主に焼成時の収縮挙動が互いに異なる第１のセラミックグリーン層および第２のセラミックグリーン層とを積層してなる積層体について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、焼成時の収縮率が互いに異なる第１のセラミックグリーン層および第２のセラミックグリーン層を積層してなる積層体に対しても有効であり、また、その他の熱による収縮や膨張に起因して応力が発生し得る様々な積層体に適用できる。

　次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。
［実験例１］
　実験例１では、共通条件として、図２に示すような表面ビアホール導体４２およびダミービアホール導体４６の配置を採用した。より詳細には、表面ビアホール導体４２の径とダミービアホール導体４６の径とを互いに等しくし、ダミービアホール導体４６と表面ビアホール導体４２との間の間隔Ｓ１を表面ビアホール導体４２の隣り合うもの間の間隔Ｓ２と等しくし、仮想直線４３上で並ぶ表面ビアホール導体４２の個数と仮想直線４４および４５の各々上で並ぶダミービアホール導体４６の個数とを等しくして、表１に示すように、試料１～３６の各々に係る多層セラミック基板を作製した。

　表１において、「ビアホール導体の径」は、表面ビアホール導体４２およびダミービアホール導体４６の各々の径であり、「ビアホール導体間の間隔」は、図２における間隔Ｓ１（＝Ｓ２）である。「ビアホール導体の直列個数」は、仮想直線４３～４５の各々上で並ぶ表面ビアホール導体４２の個数（＝ダミービアホール導体４６の個数）である。

　表面ビアホール導体およびダミービアホール導体を形成するための導電性ペーストとして、Ｃｕ成分を主成分とし、セラミック部分との収縮挙動差を少なくし、かつセラミック壁面との接合性を向上させるため、さらに、樹脂ビーズおよびＳｉ‐Ｂ‐Ｂａ系ガラス成分が添加されたものを用いた。

　また、試料１～３６に共通して、図８に示すような断面構造を有する積層体５１が得られるように、積層体５１の焼成後の厚みは約５００μｍとなるようにした。また、第１のセラミック層５２の焼成後の厚みは２０μｍとなるようにし、第２のセラミック層５３の焼成後の厚みは３μｍとなるようにした。

　表１の「条件」の欄にある「Ａ１」、「Ｂ１」、「Ａ２」および「Ｂ２」は、それぞれ、次のとおりである。
（１）「Ａ１」
　第１のセラミック層となるべき第１のセラミックグリーン層に含まれるセラミック材料として、Ｂａ‐Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｂ系酸化物セラミック材料を用い、第２のセラミックグリーン層となるべき第２のセラミックグリーン層に含まれる無機材料粉末として、アルミナを用いた。
（２）「Ｂ１」
　上記「Ａ１」の比較例となるもので、ダミービアホール導体を設けなかった。
（３）「Ａ２」
　第１のセラミック層となるべき第１のセラミックグリーン層に含まれるセラミック材料として、上記「Ａ１」の場合と同様、Ｂａ‐Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｂ系酸化物セラミック材料を用いながら、第２のセラミック層となるべき第２のセラミックグリーン層に含まれる無機材料としてアルミナを用いるとともに、さらに、第１のセラミックグリーン層からの拡散成分であるガラスと概略同組成であるＳｉ‐Ｂ‐Ｂａ系ガラス成分を添加したものを用いた。そして、第１のセラミックグリーン層の焼結開始温度において第２のセラミックグリーン層の焼結が既に開始されるように調整した。
（４）「Ｂ２」
　上記「Ａ２」の比較例となるもので、ダミービアホール導体を設けなかった。

　表１の「クラック発生率」は、表面ビアホール導体の周辺でのクラックをカウントし、その発生率を求めたものである。

　表１において、比較例である「Ｂ１」または「Ｂ２」の条件が適用された試料間で比較すると、「ビアホール導体間の間隔」が狭くなるほど、また、「ビアホール導体の直列個数」が多くなるほど、「クラック発生率」が高くなる傾向がある。

　他方、「Ａ１」または「Ａ２」の条件が適用された試料では、いずれも、クラックが発生していない。
［実験例２］
　実験例２では、実験例１の場合と同様、図２に示すような表面ビアホール導体４２およびダミービアホール導体４６の配置を採用しながら、図１３に示すような断面構造を有する積層体７１を作製することによって、表２に示すように、試料４１～４６の各々に係る多層セラミック基板を作製した。表２の「ビアホール導体の径」、「ビアホール導体間の間隔」および「ビアホール導体の直列個数」は、表１に示した対応のものと同じである。

　表２の「条件」における「Ａ３」および「Ｂ３」は、それぞれ、次のとおりである。
（１）「Ａ３」
　セラミック層となるべきセラミックグリーン層に含まれるセラミック材料として、アルミナにガラス成分としてのＳｉ‐Ｂ‐Ｂａ系ガラスを添加したものを用い、９８０℃にて焼結可能とした。セラミック層の厚みは、焼成後において２０μｍとなるようにした。

　他方、拘束層に含まれる無機材料粉末としてアルミナ粉末を用い、１０００℃以下の温度では焼結しないようにした。そして、焼成後の厚みが１００μｍとなる拘束層用シートを作製し、積層体の生の状態のものの両主面上にそれぞれ３００μｍの厚みとなるように拘束層用シートを積層した。焼成後において、拘束層を洗浄除去した。

　その他の条件については、実験例１の場合と同様である。
（２）「Ｂ３」
　上記「Ａ３」の比較例となるもので、ダミービアホール導体を設けなかった。

　表２からわかるように、「Ｂ３」の条件を適用したものについては、クラックが発生したが、「Ａ３」の条件を適用したものについては、クラックが発生しなかった。

　２１　多層セラミック基板
　２２，５２　第１のセラミック層
　２３，５３　第２のセラミック層
　２４，４１，５１，６１，７１　積層体
　２５，５６，７３　面内導体
　２７，４２，５４，７４　表面ビアホール導体
　２８，４６，５５，７５　ダミービアホール導体
　４３　第１の仮想直線
　４４　第２の仮想直線
　４５　第３の仮想直線
　４７，４８　仮想直交直線
　７２　セラミック層
　７６　拘束層

Claims (17)

1. 　複数のセラミック層を積層してなる積層体を備え、前記積層体には、前記セラミック層間の界面に沿って位置する複数個の面内導体が設けられるとともに、前記面内導体にそれぞれ接続されながら当該積層体の表面にまで届く複数個の表面ビアホール導体が互いに近接して設けられている、多層セラミック基板であって、
   　前記積層体には、熱による収縮または膨張に起因して複数個の前記表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するため、複数個の前記表面ビアホール導体に隣接する少なくとも１個のダミービアホール導体が当該積層体の表面にまで届くように設けられている、多層セラミック基板。
2. 　前記積層体は、焼成時の収縮挙動または収縮率が互いに異なる第１のセラミック層と第２のセラミック層とを備え、前記ダミービアホール導体は、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層との前記収縮挙動または収縮率の差が主たる原因となって複数個の前記表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するためのものである、請求項１に記載の多層セラミック基板。
3. 　前記表面ビアホール導体は、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層との双方を厚み方向に貫通するように設けられている、請求項２に記載の多層セラミック基板。
4. 　前記第１のセラミック層は、セラミックの焼結体からなり、前記第２のセラミック層は、前記セラミックの焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末と、焼成時において前記第１のセラミック層から浸透して前記無機材料粉末を固着したガラス成分とを含む、請求項２または３に記載の多層セラミック基板。
5. 　前記第２のセラミック層が前記積層体の表面に位置している、請求項４に記載の多層セラミック基板。
6. 　３個以上の前記表面ビアホール導体が互いに近接しかつ一直線上に並んでいる、請求項１ないし５のいずれかに記載の多層セラミック基板。
7. 　前記ダミービアホール導体と前記表面ビアホール導体との間の間隔は、複数個の前記表面ビアホール導体間の間隔と実質的に等しくされる、請求項１ないし６のいずれかに記載の多層セラミック基板。
8. 　前記ダミービアホール導体の径は、前記表面ビアホール導体の径と実質的に等しくされる、請求項１ないし７のいずれかに記載の多層セラミック基板。
9. 　前記ダミービアホール導体の径は、前記表面ビアホール導体の径より大きくされる、請求項１ないし７のいずれかに記載の多層セラミック基板。
10. 　複数個の前記表面ビアホール導体は、第１の仮想直線に沿って並ぶように配置されるとともに、複数個の前記ダミービアホール導体が、前記第１の仮想直線の一方側に位置しかつ前記第１の仮想直線に平行な第２の仮想直線に沿って並ぶように配置される、請求項１ないし９のいずれかに記載の多層セラミック基板。
11. 　複数個の前記ダミービアホール導体が、さらに、前記第１の仮想直線の他方側に位置しかつ前記第１の仮想直線に平行な第３の仮想直線に沿って並ぶように配置される、請求項１０に記載の多層セラミック基板。
12. 　前記ダミービアホール導体は、前記表面ビアホール導体の位置から前記第１の仮想直線に直交する方向に延びる仮想直交直線上に位置している、請求項１０または１１に記載の多層セラミック基板。
13. 　前記ダミービアホール導体は、隣り合う前記表面ビアホール導体間の中点の位置から前記第１の仮想直線に直交する方向に延びる仮想直交直線上に位置している、請求項１０または１１に記載の多層セラミック基板。
14. 　複数のセラミック層を積層してなる積層体を備え、前記積層体には、前記セラミック層間の界面に沿って位置する複数個の面内導体が設けられるとともに、前記面内導体にそれぞれ接続されながら当該積層体の表面にまで届く複数個の表面ビアホール導体が互いに近接して設けられている、多層セラミック基板を製造する方法であって、
    　前記セラミック層となるべき複数のセラミックグリーン層ならびに前記面内導体および前記表面ビアホール導体を備え、焼成することによって前記積層体となる生の積層体を作製する、積層体作製工程と、
    　前記生の積層体を焼成する、焼成工程と
    を備え、
    　前記積層体作製工程は、熱による収縮または膨張に起因して複数個の前記表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するため、複数個の前記表面ビアホール導体に隣接して少なくとも１個のダミービアホール導体を前記生の積層体の表面にまで届くように設ける工程を含む、
    多層セラミック基板の製造方法。
15. 　前記生の積層体は、前記セラミックグリーン層として、焼成時の収縮挙動または収縮率が互いに異なる第１のセラミックグリーン層と第２のセラミックグリーン層とを備え、前記ダミービアホール導体は、前記収縮挙動または収縮率の差が主たる原因となって複数個の前記表面ビアホール導体間において生じる応力を緩和するように設けられる、請求項１４に記載の多層セラミック基板の製造方法。
16. 　前記生の積層体において、前記第１のセラミックグリーン層は、セラミック材料を含み、前記第２のセラミックグリーン層は、前記セラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含み、前記焼成工程は、前記無機材料粉末が実質的に焼結しないが前記セラミック材料が焼結する温度にて実施され、前記焼成工程において、前記第２のセラミックグリーン層に含まれる前記無機材料粉末は、前記第１のセラミックグリーン層からのガラス成分が前記第２のセラミックグリーン層中に浸透することによって固着される、請求項１５に記載の多層セラミック基板の製造方法。
17. 　前記積層体作製工程は、前記生の積層体の少なくとも一方主面上に、前記セラミックグリーン層に含まれるセラミック材料の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料粉末を含む拘束層を形成する工程を含み、前記焼成工程は、前記拘束層が形成された前記生の積層体に対して実施され、前記焼成工程の後、前記拘束層を除去する工程をさらに備える、請求項１５または１６に記載の多層セラミック基板の製造方法。

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