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JP2002368420A - ガラスセラミック多層基板の製造方法およびガラスセラミック多層基板 - Google Patents

ガラスセラミック多層基板の製造方法およびガラスセラミック多層基板

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Publication number
JP2002368420A
JP2002368420A JP2001169108A JP2001169108A JP2002368420A JP 2002368420 A JP2002368420 A JP 2002368420A JP 2001169108 A JP2001169108 A JP 2001169108A JP 2001169108 A JP2001169108 A JP 2001169108A JP 2002368420 A JP2002368420 A JP 2002368420A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
green sheet
powder
firing
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001169108A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Moriya
要一 守屋
Yasutaka Sugimoto
安隆 杉本
Osamu Chikagawa
修 近川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2001169108A priority Critical patent/JP2002368420A/ja
Priority to CNB021228221A priority patent/CN1183815C/zh
Priority to US10/161,599 priority patent/US6797093B2/en
Publication of JP2002368420A publication Critical patent/JP2002368420A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラスセラミック多層基板を平坦でかつ焼成
収縮率の低い状態で確実に製造できるようにする。 【解決手段】 互いに異なる焼成収縮挙動を示す第１お
よび第２のグリーンシート２および３を積層した生の積
層体６を焼成して、ガラスセラミック多層基板１を製造
するにあたって、焼成工程における、第１および第２の
グリーンシート２および３の収縮開始温度（℃）を、そ
れぞれ、ＴSaおよびＴSbとし、第１および第２のグリー
ンシート２および３の焼結完了時の収縮量の９０％の収
縮量となる温度（℃）を、それぞれ、ＴFaおよびＴFbと
し、かつ、昇温速度をＸ℃／分としたとき、（ＴFa＋３
Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を満たす
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガラスセラミッ
ク多層基板の製造方法およびこれによって得られたガラ
スセラミック多層基板に関するもので、特に、ガラスセ
ラミック多層基板を得るための焼成工程での収縮をより
高い信頼性をもって抑制できるようにするための改良に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】導体膜およびビアホール導体のような配
線導体を備える多層基板を製造する場合、配線導体が、
多層基板を得るための焼成条件下に置かれることにな
る。そのため、Ａｇ、Ｃｕ等の低抵抗導体を配線導体と
して用いる場合、多層基板は比較的低温で焼結可能な材
料をもって構成されなければならず、このような条件を
満足するものとして、ガラスセラミック多層基板が実用
化されている。
【０００３】Ａｇ、Ｃｕ等の低抵抗導体をもって構成さ
れた配線導体を備えるガラスセラミック多層基板は、ガ
ラス粉末とセラミック粉末との混合粉末に樹脂および溶
剤等を混合して得られたスラリーをシート状に成形する
ことによって作製されたグリーンシートに、Ａｇまたは
Ｃｕ等の低抵抗導体を導電成分とする導電性ペーストを
印刷するなどして配線導体を形成し、次いで、複数のグ
リーンシートを積層し、得られた生の積層体を焼成す
る、各工程を経て製造される。
【０００４】しかしながら、上述した焼成工程におい
て、導電性ペーストとグリーンシートとの焼成収縮挙動
の違いや、導電性ペーストに含まれる金属成分がグリー
ンシートに含まれるガラスに拡散することによる、配線
導体まわりのガラスの収縮挙動の変化等により、反りの
ない、すなわち平坦なガラスセラミック多層基板を製造
することが困難である。
【０００５】また、ガラスセラミック多層基板の焼成収
縮量は、原材料の品質ばらつき、グリーンシート作製時
のスラリーの材料配合比のばらつき、生の積層体の作製
時のプレス圧のばらつき等が起因して、必ずしも一定で
はない。このような状況下では、ガラスセラミック多層
基板の外表面上に形成される導体膜の位置ずれが多発
し、たとえばフリップチップ実装のような形態で微細な
電子部品を実装する場合の寸法誤差が許容範囲を超え、
歩留まりを著しく悪化させることがある。
【０００６】そのため、ガラスセラミック多層基板にお
ける平面方向での焼成収縮量が少なく、焼成収縮率
（％）を、｛（焼成前の寸法）−（焼成後の寸法）｝×
１００／（焼成前の寸法）と定義したとき、この焼成収
縮率がたとえば１０％以内であるという条件を満足し得
るガラスセラミック多層基板の製造技術の実現が望まれ
るところである。
【０００７】上述した要望に対応して、特開平４−２４
３９７８号公報には、次のようなガラスセラミック多層
基板の製造方法が提案されている。すなわち、ガラス粉
末およびセラミック粉末を固形分とする複数のグリーン
シートを積層してなる生の積層体の両面または片面に、
当該生の積層体の焼成温度では焼結しないセラミック粉
末を固形分とする拘束用グリーンシートを積層し、この
状態で焼成することによって、積層体の平面方向での収
縮を抑制しながら、厚み方向のみに収縮させて、ガラス
セラミック多層基板を製造しようとするものである。こ
の方法によれば、結果として、平坦なガラスセラミック
多層基板の製造も可能となる。
【０００８】しかしながら、上述の製造方法では、生の
積層体の両面または片面に積層された拘束用グリーンシ
ートは、焼成後に剥離除去されるものであり、製品とし
てのガラスセラミック多層基板には不要なものである。
そのため、この拘束用グリーンシートを作製するための
コスト、およびこれを剥離除去するためのコストが、ガ
ラスセラミック多層基板の製造コストに加算されること
になり、ガラスセラミック多層基板を製造する上でのコ
スト高の原因となる。
【０００９】そこで、近年注目されている技術として、
特開平６−９７６５６号公報または特開平６−１７２０
１７号公報に記載されたガラスセラミック多層基板の製
造方法がある。これらの公報には、焼成工程では焼結す
るが、焼成収縮挙動の互いに異なる第１のグリーンシー
トと第２のグリーンシートとを用い、これらを積層して
得られた生の積層体を焼成することによって、平面方向
への収縮が抑制され、かつ平坦であるガラスセラミック
多層基板の製造を可能とする方法が記載されている。こ
れら公報に記載された技術の基本原理は、次のとおりで
ある。
【００１０】すなわち、第１のグリーンシートの焼結温
度に対応する比較的低い焼成温度で最初に焼成すると、
第１のグリーンシートは焼結収縮しようとするが、この
焼成温度は、第２のグリーンシートの焼結温度よりも低
いため、第２のグリーンシートは未焼結の状態に保持さ
れ、収縮がほとんど起こらない。したがって、第１のグ
リーンシートの平面方向での収縮は、第２のグリーンシ
ートからの拘束作用によって抑制される。
【００１１】次に、第２のグリーンシートの焼結温度に
対応する比較的高い焼成温度で焼成すると、第２のグリ
ーンシートは焼結収縮しようとするが、第１のグリーン
シートをもって得られた焼結層からの拘束作用によっ
て、第２のグリーンシートの平面方向での収縮は抑制さ
れる。
【００１２】このようにして、積層体の焼成収縮は、実
質的に厚み方向にのみ生じ、平面方向にはほとんど生じ
ず、結果として、焼成収縮量が少なくかつ平坦な状態で
ガラスセラミック多層基板を製造することが可能にな
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平６−９７６５６号公報または特開平６−１７２
０１７号公報に記載されたガラスセラミック多層基板の
製造方法では、これら公報において開示された技術を実
施しても、焼成時での平面方向の収縮を十分に抑制でき
ない場合、より特定的には、１０％以内の焼成収縮率を
必ずしも達成できない場合があり、そのため、平坦なガ
ラスセラミック多層基板を確実に製造することが困難で
あるという問題が残されている。
【００１４】この不確実性の問題は、一方のグリーンシ
ートの収縮終了温度と他方のグリーンシートの収縮開始
温度との差および焼成工程での昇温速度に関係してお
り、一方のグリーンシートの収縮終了温度と他方のグリ
ーンシートの収縮開始温度との差が小さいほど、あるい
は昇温速度が大きいほど、この問題が生じやすい。
【００１５】そのため、一方のグリーンシートの収縮終
了温度と他方のグリーンシートの収縮開始温度との中間
温度域で一定温度での焼成帯を設けたり、昇温速度を小
さくしたりすることによって、平面方向での収縮を抑え
ることが可能ではあるが、それでは、焼成工程を長時間
化してしまい、製造コストの観点からも好ましくない。
【００１６】そこで、この発明の目的は、昇温速度を大
きくしても、焼成工程での平面方向の収縮をより高い信
頼性をもって抑制できる、ガラスセラミック多層基板の
製造方法およびこの製造方法によって得られたガラスセ
ラミック多層基板を提供しようとすることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明に係るガラスセ
ラミック多層基板の製造方法は、第１のガラス粉末およ
び第１のセラミック粉末を固形分とする第１のグリーン
シートを作製する、第１の工程と、第２のガラス粉末お
よび第２のセラミック粉末を固形分とし、かつ第１のグ
リーンシートとは異なる焼成収縮挙動を示す第２のグリ
ーンシートを作製する、第２の工程と、第１および第２
のグリーンシートの少なくとも一方に、導体膜およびビ
アホール導体の少なくとも一方を形成する、第３の工程
と、少なくとも１枚の第１のグリーンシートおよび少な
くとも１枚の第２のグリーンシートを積層することによ
って、生の積層体を得る、第４の工程と、生の積層体を
焼成する、第５の工程とを備え、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。
【００１８】まず、この発明では、第５の工程におい
て、生の積層体を、第１および第２のガラス粉末の各々
のガラス転移点のいずれか低い方の温度を超えた後、Ｘ
℃／分（Ｘ＞１）の昇温速度をもって昇温する昇温過程
を経て最高温度に到達させる、焼成プロファイルに従っ
て焼成することが行なわれる。
【００１９】そして、第５の工程における、第１および
第２のグリーンシートの収縮開始温度（℃）を、それぞ
れ、ＴSaおよびＴSbとし、第１および第２のグリーンシ
ートの焼結完了時の収縮量の９０％の収縮量となる温度
（℃）を、それぞれ、ＴFaおよびＴFbとしたとき、（Ｔ
Fa＋３Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を
満たすように条件が設定されることを特徴としている。
【００２０】この発明に係るガラスセラミック多層基板
の製造方法は、上述のように、（Ｔ Fa＋３Ｘ）＜ＴSbま
たは（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を満たすように条件が
設定されることを特徴とするものであるが、このような
条件を満たすようにするため、第１および第２のグリー
ンシートの材料設計からの解決を図っても、昇温速度か
らの解決を図っても、さらには、これら両者からの解決
を図ってもよい。
【００２１】上述した第１および第２のグリーンシート
の材料設計からの解決を図ろうとする場合、この発明の
他の局面では、このような条件を満たす第１および第２
のグリーンシートを作製するため、次のような準備工程
が実施された上で、この発明に係るガラスセラミック多
層基板の製造方法が実施される。
【００２２】すなわち、この発明に係るガラスセラミッ
ク多層基板の製造方法は、他の局面によれば、第１のガ
ラス粉末および第１のセラミック粉末を固形分とする第
１の試験用グリーンシートを作製するとともに、第２の
ガラス粉末および第２のセラミック粉末を固形分とし、
かつ第１の試験用グリーンシートとは異なる焼成収縮挙
動を示す第２の試験用グリーンシートを作製し、第１お
よび第２の試験用グリーンシートについて、それぞれ、
その収縮量を測定しながら、たとえば１℃／分といった
所定の昇温速度をもって昇温する昇温過程を経て最高温
度に到達させる焼成プロファイルに従って焼成し、その
ときの収縮開始温度ＴSa（℃）およびＴ Sb（℃）を求め
るとともに、焼結完了時の収縮量の９０％の収縮量とな
る温度Ｔ Fa（℃）およびＴFb（℃）を求め、第１および
第２の試験用グリーンシートが、（ＴFa＋３Ｘ）＜ＴSb
または（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を有していることを
確認する、各工程を備える、準備工程をまず備えてい
る。
【００２３】そして、第１の試験用グリーンシートと同
様の第１のグリーンシートを作製する、第１の工程と、
第２の試験用グリーンシートと同様の第２のグリーンシ
ートを作製する、第２の工程と、第１および第２のグリ
ーンシートの少なくとも一方に、導体膜およびビアホー
ル導体の少なくとも一方を形成する、第３の工程と、少
なくとも１枚の第１のグリーンシートおよび少なくとも
１枚の第２のグリーンシートを積層することによって、
生の積層体を得る、第４の工程と、生の積層体を、第１
および第２のガラス粉末の各々のガラス転移点のいずれ
か低い方の温度を超えた後、Ｘ℃／分（Ｘ＞１）の昇温
速度をもって昇温する昇温過程を経て最高温度に到達さ
せる、焼成プロファイルに従って焼成する、第５の工程
とが実施される。
【００２４】この発明において、第１のグリーンシート
と第２のグリーンシートとの熱膨張係数の差は、２０℃
から第１および第２のガラス粉末の各々のガラス転移点
のいずれか低い方の温度までの平均熱膨張係数で、±
０．５×１０-6℃以内であることが好ましい。
【００２５】また、第１のグリーンシートと第２のグリ
ーンシートとが異なる焼成収縮挙動を示すようにするた
めには、次の３つの条件のうちの少なくとも１つを満足
するようにすればよい。すなわち、第１の条件は、第１
のガラス粉末と第２のガラス粉末とが異なる組成である
ことである。第２の条件は、第１のセラミック粉末と第
２のセラミック粉末とが異なる組成であることである。
第３の条件は、第１のグリーンシートにおける第１のガ
ラス粉末と第１のセラミック粉末との配合比率と第２の
グリーンシートにおける第２のガラス粉末と第２のセラ
ミック粉末との配合比率とが異なることである。したが
って、第１および第２のガラス粉末は互いに同じ組成で
あることも、第１および第２のセラミック粉末が互いに
同じ組成であることもある。
【００２６】前述した第４の工程において、好ましく
は、第１および第２のグリーンシートのいずれか一方を
内層に、および第１および第２のグリーンシートのいず
れか他方を外層に、それぞれ１枚以上積層するようにさ
れる。
【００２７】好ましい実施態様では、第１のガラス粉末
は、ＢａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ 2 Ｏ3 系ガラスから
なり、第１のセラミック粉末は、アルミナ、スピネルお
よびジルコニアから選ばれた少なくとも１種からなり、
第１のグリーンシートにおいて、第１のガラス粉末と第
１のセラミック粉末との混合比が、重量比で、４０：６
０〜１００：０とされる。
【００２８】上述の第１のガラス粉末は、添加物とし
て、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 およびＲ
2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属）から選ばれた少なくとも１種
を含んでいてもよい。
【００２９】また、上述した第１のグリーンシートは、
酸化銅を含んでいてもよい。
【００３０】また、好ましい実施態様において、第２の
ガラス粉末は、ＭｇＯ−ＺｎＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系
ガラスからなり、第２のセラミック粉末は、ＢａＯ−Ｒ
ｅ2Ｏ3 −Ｎｄ2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系セラミック（Ｒｅは
希土類元素）からなり、第２のガラス粉末と第２のセラ
ミック粉末との混合比が、重量比で、１０：９０〜４
０：６０とされる。
【００３１】上述した第２のガラス粉末は、添加物とし
て、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＲ2 Ｏ（Ｒはア
ルカリ金属）から選ばれた少なくとも１種を含んでいて
もよい。
【００３２】また、上述した第２のグリーンシートは、
酸化銅を含んでいてもよい。
【００３３】この発明に係るガラスセラミック多層基板
の製造方法において、焼成収縮率（％）を、｛（焼成前
の寸法）−（焼成後の寸法）｝×１００／（焼成前の寸
法）と定義したとき、第５の工程における積層体の焼成
収縮率は、好ましくは、１０％以内である。
【００３４】この発明は、また、上述したような製造方
法によって得られたガラスセラミック多層基板にも向け
られる。
【００３５】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よるガラスセラミック多層基板の製造方法を説明するた
めのものである。この製造方法では、図１（１）および
（２）にそれぞれ示した工程を経て、図１（３）に示す
ようなガラスセラミック多層基板１が製造される。
【００３６】まず、図１（１）に示すように、第１のガ
ラス粉末および第１のセラミック粉末を固形分とする第
１のグリーンシート２を作製する、第１の工程と、第２
のガラス粉末および第２のセラミック粉末を固形分とす
る第２のグリーンシート３を作製する、第２の工程とが
実施される。
【００３７】上述した第１のグリーンシート２と第２の
グリーンシート３とは互いに異なる焼成収縮挙動を示す
もので、そのため、第１のガラス粉末と第２のガラス粉
末とが異なる組成のものとされたり、第１のセラミック
粉末と第２のセラミック粉末とが異なる組成のものとさ
れたり、第１のグリーンシート２における第１のガラス
粉末と第１のセラミック粉末との配合比率と第２のグリ
ーンシート３における第２のガラス粉末と第２のセラミ
ック粉末との配合比率とを異ならせたりすることが行な
われる。
【００３８】第１のグリーンシート２に含まれる第１の
ガラス粉末としては、たとえば、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｓｉ
Ｏ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスからなるものが用いられる。
【００３９】また、第１のグリーンシート２に含まれる
第１のセラミック粉末としては、たとえば、アルミナ、
スピネルおよびジルコニアから選ばれた少なくとも１種
からなるものが用いられる。
【００４０】また、第１のグリーンシート２において、
第１のガラス粉末と第１のセラミック粉末との混合比
は、重量比で、たとえば４０：６０〜１００：０となる
ように選ばれる。
【００４１】上述した第１のガラス粉末は、添加物とし
て、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2 およびＲ
2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属）から選ばれた少なくとも１種
を含んでいてもよい。
【００４２】また、第１のグリーンシート２は、酸化銅
を含んでいてもよい。
【００４３】他方、第２のグリーンシート３に含まれる
第２のガラス粉末としては、たとえば、ＭｇＯ−ＺｎＯ
−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスからなるものが用いられ
る。
【００４４】第２のグリーンシート３に含まれる第２の
セラミック粉末としては、たとえば、ＢａＯ−Ｒｅ2 Ｏ
3 −Ｎｄ2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系セラミック（Ｒｅは希土類
元素）からなるものが用いられる。
【００４５】これら第２のガラス粉末と第２のセラミッ
ク粉末との混合比は、重量比で、たとえば１０：９０〜
４０：６０となるようにされる。
【００４６】上述した第２のガラス粉末は、添加物とし
て、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＲ2 Ｏ（Ｒはア
ルカリ金属）から選ばれた少なくとも１種を含んでいて
もよい。
【００４７】また、第２のグリーンシート３は、酸化銅
を含んでいてもよい。
【００４８】第１および第２のグリーンシート２および
３を作製するにあたっては、ガラス粉末およびセラミッ
ク粉末等の固形分を、有機バインダおよび有機溶剤から
なる有機ビヒクル中に分散させてスラリーを作製し、こ
のスラリーを、ドクターブレード法等によってシート状
に成形することが行なわれる。
【００４９】次に、同じく図１（１）に示すように、第
１および第２のグリーンシート２および３の少なくとも
一方に、導体膜４およびビアホール導体５の少なくとも
一方を形成する、第３の工程が実施される。この実施形
態では、第１および第２のグリーンシート２および３の
各々に、導体膜４およびビアホール導体５が形成され
る。
【００５０】これら導体膜４およびビアホール導体５を
形成するため、たとえば銀を導電成分として含む導電性
ペーストが用いられ、たとえば印刷を適用して、グリー
ンシート２および３に付与される。なお、ビアホール導
体５を形成するにあたっては、グリーンシート２および
３には、貫通孔が予め設けられる。
【００５１】次に、図１（２）に示すように、少なくと
も１枚の第１のグリーンシート２および少なくとも１枚
の第２のグリーンシート３を積層することによって、生
の積層体６を得る、第４の工程が実施される。この第４
の工程は、第１および第２のグリーンシート２および３
のいずれか一方を内層に、第１および第２のグリーンシ
ート２および３のいずれか他方を外層に、それぞれ１枚
以上積層するように実施されることが好ましい。特に、
図示の実施形態では、複数枚、たとえば３枚の第２のグ
リーンシート３を内層にしながら、これらを挟むよう
に、各々複数枚、たとえば各々３枚ずつの第１のグリー
ンシート２を外層として積層することが行なわれる。
【００５２】上述した積層の後、生の積層体６は、その
積層方向にプレスされ、グリーンシート２および３間の
密着性が高められる。
【００５３】次に、生の積層体６を焼成する、第５の工
程が実施され、それによって、図１（３）に示すような
ガラスセラミック多層基板１が得られる。
【００５４】上述した第５の工程において、互いに異な
る焼成収縮挙動を示す第１および第２のグリーンシート
２および３を積層した生の積層体６を焼成するので、前
述した特開平６−９７６５６号公報等に記載された技術
と同様の作用に従って、積層体６の平面方向での収縮が
抑制される。
【００５５】すなわち、第５の工程では、適宜の昇温速
度をもって昇温する昇温過程を経て最高温度に到達させ
る焼成プロファイルに従って焼成されるが、第１のグリ
ーンシート２が第２のグリーンシート３に比べてより低
い焼結温度を有しているとすれば、まず、第１のグリー
ンシート２の焼結温度に対応する比較的低い温度の段階
では、第１のグリーンシート２は焼結して第１の焼結層
７となる。この第１のグリーンシート２が第１の焼結層
７となるとき、収縮を伴うが、この段階での温度は、第
２のグリーンシート３の焼結温度よりも低いため、第２
のグリーンシート３は、未焼結の状態に保たれ、実質的
に収縮されない。したがって、第１のグリーンシート２
から第１の焼結層７に至る段階においては、第２のグリ
ーンシート３からの拘束作用によって、厚み方向には収
縮するが、平面方向への収縮は実質的に生じないように
することができる。
【００５６】次いで、昇温過程において、第２のグリー
ンシート３の焼結温度に達すると、第２のグリーンシー
ト３は焼結して第２の焼結層８となる。この第２のグリ
ーンシート３から第２の焼結層８に至る段階では、収縮
が生じるが、第２のグリーンシート３には、既に焼結さ
れた第１の焼結層７からの拘束作用が及ぼされているた
め、厚み方向の収縮は生じるが、平面方向での収縮は実
質的に生じない。
【００５７】このようなことから、生の積層体６は、平
面方向での収縮が抑制された状態で焼結され、ガラスセ
ラミック多層基板１となる。
【００５８】以上のようなガラスセラミック多層基板１
の製造方法において、この実施形態では、第１および第
２のグリーンシート２および３の各焼成収縮挙動または
昇温速度に対して、次のような条件が付加される。
【００５９】すなわち、前述した第５の工程における、
第１および第２のグリーンシートの収縮開始温度（℃）
を、それぞれ、ＴSaおよびＴSbとし、第１および第２の
グリーンシート２および３の焼結完了時の収縮量の９０
％の収縮量となる温度（℃）を、それぞれ、ＴFaおよび
ＴFbとし、かつ、昇温速度をＸ℃／分としたとき、（Ｔ
Fa＋３Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を
有するように条件が設定される。
【００６０】また、第５の工程では、生の積層体６を、
第１および第２のガラス粉末の各々のガラス転移点のい
ずれか低い方の温度を超えた後、Ｘ℃／分（Ｘ＞１）の
昇温速度をもって昇温する昇温過程を経て最高温度に到
達させる、焼成プロファイルに従って焼成することが行
なわれる。
【００６１】前述したような（ＴFa＋３Ｘ）＜ＴSbまた
は（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaといった条件によれば、１℃／
分を超える昇温速度が採用されても、焼成時における生
の積層体６の平面方向での焼成収縮率を１０％以内に確
実に抑えることが可能になる。その理由を以下に述べ
る。
【００６２】図２には、ある特定のグリーンシートの焼
成収縮挙動が示されていて、そこには、収縮開始温度Ｔ
S 、および焼結完了時の収縮量の９０％の収縮量となる
温度ＴF が表示されている。
【００６３】ＴS およびＴF は、たとえば、理学製Ｄｉ
ｌａｔｏｍｅｔｅｒ５０００を用い、昇温速度１℃／分
で測定して求められたものとする。しかし、ＴS は、昇
温速度の影響を受け、昇温速度が大きくなるほど、矢印
１１で示すように、高温側にずれ、点線で示すような焼
成収縮挙動を示すようになる。他方、ＴS は、ガラスの
物性値である軟化点に相当するため、昇温速度の影響を
受けない。
【００６４】この実施形態における第１のグリーンシー
ト２の収縮開始温度ＴSaおよび９０％の収縮量となる温
度ＴFaならびに第２のグリーンシート３の収縮開始温度
ＴSbおよび９０％の収縮量となる温度ＴFbについて見る
と、理論的には、ＴFa＜ＴSbまたはＴFb＜ＴSaの関係さ
え満たせば、第１および第２のグリーンシート２および
３を積層した生の積層体６の焼成による平面方向での収
縮を最小限に抑えることができる。
【００６５】しかし、ＴFa＜ＴSbであっても、その温度
差が僅差である場合、あるいは、Ｔ Fb＜ＴSaであって
も、その温度差が僅差である場合には、焼成時での昇温
速度がたとえば１℃／分を超えて大きくなると、第１お
よび第２のグリーンシート２および３のいずれか一方が
９０％の収縮量に達する以前に、いずれか他方の収縮が
始まり、そのため、平面方向での収縮をたとえば１０％
以内に抑えることができなくなる場合がある。
【００６６】このことを、図３を参照しながら、より具
体的に説明する。図３には、第１のグリーンシート２の
ＴSaおよびＴSbが、それぞれ、第２のグリーンシート３
のＴ SbおよびＴFbより低い場合が示されている。また、
図３において、実線は昇温速度１℃／分の場合の焼成収
縮挙動を示し、点線は昇温速度が１℃／分を超えた場合
の焼成収縮挙動を示している。
【００６７】図３に示すように、昇温速度が１℃／分の
場合には、ＴFa＜ＴSbであっても、昇温速度が１℃を超
えてより大きくなるに従って、第１のグリーンシート２
の焼成収縮挙動を示すカーブは、矢印１２方向へずれ、
点線で示すような焼成収縮挙動を示すようになり、ＴFa
が上昇する。その結果、ＴFa≧ＴSbとなって、第１のグ
リーンシート２が９０％の収縮量に達する以前に、第２
のグリーンシート３の収縮が始まることがある。
【００６８】このような場合であっても、第１のグリー
ンシート２の収縮量が焼結完了時の収縮量の９０％とな
る温度ＴFa（℃）と第２のグリーンシート３の収縮開始
温度ＴSb（℃）との差が、３Ｘ℃を超えるように、すな
わち、（ＴFa＋３Ｘ）＜ＴSbとなるように余裕をもたせ
て、第１および第２のグリーンシート２および３の材料
設計を行なうと、焼成時における昇温速度に関らず、生
の積層体６の平面方向での焼成収縮率を１０％以内に確
実に抑えることが可能となる。
【００６９】逆に、第１のグリーンシート２のＴSaおよ
びＴSbが、それぞれ、第２のグリーンシート３のＴSbお
よびＴFbより高い場合には、（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関
係を有するように、第１および第２のグリーンシート２
および３の材料設計を行なうと、焼成時における昇温速
度に関わらず、生の積層体６の平面方向での焼成収縮率
を確実に１０％以内に抑えることが可能となる。
【００７０】このようなことから、ガラスセラミック多
層基板１をこの発明に従って製造するにあたっては、そ
の量産体制に入る前に、少なくとも１回、次のような準
備工程を実施することが通常行なわれる。
【００７１】すなわち、第１のガラス粉末および第１の
セラミック粉末を固形分とする第１の試験用グリーンシ
ートを作製するとともに、第２のガラス粉末および第２
のセラミック粉末を固形分とし、かつ第１の試験用グリ
ーンシートとは異なる焼成収縮挙動を示す第２の試験用
グリーンシートを作製する。
【００７２】次に、第１および第２の試験用グリーンシ
ートの各々について、それぞれ、その収縮量を測定しな
がら、たとえば１℃／分といった所定の昇温速度をもっ
て昇温する昇温過程を経て最高温度に到達させる焼成プ
ロファイルに従って焼成し、そのときの収縮開始温度Ｔ
Sa（℃）およびＴSb（℃）を求めるとともに、焼結完了
時の収縮量の９０％の収縮量となる温度ＴFa（℃）およ
びＴFb（℃）を求める。
【００７３】そして、第１および第２の試験用グリーン
シートが、（ＴFa＋３Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb＋３Ｘ）
＜ＴSaの関係を有していることが確認された後、第１の
グリーンシート２を、第１の試験用グリーンシートと同
様に作製し、また、第２のグリーンシート３を、第２の
試験用グリーンシートと同様に作製して、量産体制に入
り、前述したような各工程を実施して、ガラスセラミッ
ク多層基板１を製造することが行なわれる。
【００７４】なお、ガラスセラミック多層基板１の導体
膜４のうち、外表面上に位置する導体膜４の位置ずれに
よる実装歩留まりの低下の問題は、焼成収縮率が１０％
以内であれば、導体膜４の面積を大きくするなどの比較
的簡便な工程または構造の改善により解消されることが
可能であるが、好ましくは、焼成収縮率が５％以内、よ
り好ましくは、２％以内に抑制される。このようなより
低い焼成収縮率を達成するためには、第１および第２の
グリーンシート２および３の一方が５％または２％以内
の焼成収縮率に達する前に、第１および第２のグリーン
シート２および３の他方の収縮が開始されるように、第
１および第２のグリーンシート２および３に含まれる固
形分の種類または配合比率を選択すればよい。
【００７５】また、（ＴFa＋３Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb
＋３Ｘ）＜ＴSaにおける昇温速度Ｘ℃／分については、
厳密に言えば、第１および第２のグリーンシート２およ
び３のいずれか一方の９０％の収縮量となる温度ＴFaま
たはＴFbと、いずれか他方の収縮開始温度ＴSbまたはＴ
Saとの間での昇温速度がＸ℃／分であれば、この発明の
目的は達成される。したがって、それ以外の昇温過程で
の昇温速度は、生の積層体６が有する特性等に合わせて
任意に設定すればよい。
【００７６】好ましくは、第１のグリーンシート２と第
２のグリーンシート３との熱膨張係数の差は、２０℃か
ら第１および第２のガラス粉末の各々のガラス転移点の
いずれか低い方の温度までの平均熱膨張係数で、±０．
５×１０-6／℃以内であり、より好ましくは、±０．１
×１０-6／℃以内である。
【００７７】第１のグリーンシート２と第２のグリーン
シート３との熱膨張係数の差を上述のように選ぶことに
より、ガラスセラミック多層基板１の信頼性を向上させ
ることができる。熱膨張係数の差が±０．５×１０-6／
℃を超えると、第１のグリーンシート２を焼結させた第
１の焼結層７と第２のグリーンシート３を焼結させた第
２の焼結層８との界面で比較的大きな応力が発生し、微
細なクラックが生じる場合がある。そして、このような
微細なクラックは、ガラスセラミック多層基板１の強度
を著しく低下させる。
【００７８】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。
【００７９】
【実験例】ＢａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラ
ス粉末とアルミナ粉末とを重量比で８０：２０で混合し
た混合粉末に、アクリル系樹脂、キシレン、ブタノー
ル、可塑剤および分散剤を混合してスラリーとし、ドク
ターブレード法によって、図１（１）に示すような第１
のグリーンシート２を作製した。
【００８０】他方、ＭｇＯ−ＺｎＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ
3 系ガラス粉末とＢａＯ−Ｓｍ2 Ｏ 3 −ＳｉＯ2 −Ｔｉ
Ｏ2 系セラミック粉末とを重量比で３０：７０の割合で
混合した混合粉末を用いたことを除いて、第１のグリー
ンシート２の場合と同様に、図１（１）に示すような第
２のグリーンシート３を作製した。
【００８１】これら第１および第２のグリーンシート２
および３について、収縮開始温度Ｔ SaおよびＴSbならび
に焼結完了時の収縮量の９０％の収縮量となる温度ＴFa
およびＴFbを、理学製Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ５０００
を用いて、昇温速度１℃／分で測定した。その結果、第
１のグリーンシート２のＴSaは７１８℃であり、ＴFaは
７７１℃であった。また、第２のグリーンシート３のＴ
Sbは８１６℃であり、ＴFbは８６２℃であった。したが
って、第１のグリーンシート２のＴFaと第２のグリーン
シート３のＴSbとの差は、４５℃であった。
【００８２】次に、第１および第２のグリーンシート２
および３に、銀を導電成分として含む導電性ペーストの
印刷により、図１（１）に示すような導体膜４およびビ
アホール導体５を形成した。
【００８３】次に、図１（２）に示すように、第２のグ
リーンシート３を３枚積層し、その両面に、それぞれ、
第１のグリーンシート２を３枚ずつ積層することによっ
て、生の積層体６を得た。ここで、積層されたグリーン
シート２および３の各々の平面寸法は、４０ｍｍ×４０
ｍｍであった。
【００８４】次に、生の積層体６を、１００℃の温度に
おいて、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で３０秒間プレス
した後、大気中において、表１に示すような２℃／分〜
２０℃／分の間で変更された各昇温速度をもって昇温す
る昇温過程を経て、最高温度９００℃で３０分間保持す
るといった焼成プロファイルに従って焼成した。
【００８５】
【表１】
【００８６】表１には、昇温速度をＸ℃／分としたとき
の３Ｘ、焼成収縮率および反りの評価結果が示されてい
る。
【００８７】表１を参照して、まず、反りについては、
実施例１〜７および比較例１〜３のいずれについても発
生していなかった。
【００８８】しかしながら、実施例１〜７と比較例１〜
３とを比較すれば、第１のグリーンシート２のＴFaと第
２のグリーンシー３のＴSbとの差である４５℃に比べて
３Ｘの方が小さい実施例１〜７によれば、焼成収縮率を
１０％以内に抑えることができるが、４５℃に比べて３
Ｘの方が大きい比較例１〜３によれば、焼成収縮率が１
０％を超えることがわかる。
【００８９】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、焼成
収縮挙動が互いに異なる第１および第２のグリーンシー
トを積層した生の積層体を焼成するにあたって、第１お
よび第２のグリーンシートにそれぞれ含まれる第１およ
び第２のガラス粉末の各々のガラス転移点のいずれか低
い方の温度を超えた後、１℃／分を超える昇温速度をも
って昇温する昇温過程を経て最高温度に到達させる、焼
成プロファイルを採用しながら、焼成工程における、収
縮開始温度（℃）を、それぞれ、ＴSaおよびＴSbとし、
焼結完了時の収縮量の９０％の収縮量となる温度（℃）
を、それぞれ、Ｔ FaおよびＴFbとし、かつ、昇温速度を
Ｘ℃／分としたとき、（ＴFa＋３Ｘ）＜Ｔ Sbまたは（Ｔ
Fb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を有するように条件を設定して
いるので、たとえば、一方のグリーンシートの収縮終了
温度と他方のグリーンシートの収縮開始温度との中間温
度域で一定温度での焼成帯を設けたりすることなく、平
面方向での焼成収縮率を１０％以内に確実に抑えてガラ
スセラミック多層基板を製造することができる。
【００９０】したがって、焼成工程をより短時間化する
ことができ、製造コストを低減することができるととも
に、ガラスセラミック多層基板に設けられる導体膜やビ
アホール導体に対して、高い寸法精度を与えることがで
きる。
【００９１】この発明において、第１のグリーンシート
と第２のグリーンシートとの熱膨張係数の差が、２０℃
から第１および第２のガラス粉末の各々のガラス転移点
のいずれか低い方の温度までの平均熱膨張係数で、±
０．５×１０-6℃以内とされると、熱膨張係数の差によ
る微細なクラックを生じにくくすることができ、ガラス
セラミック多層基板の強度に対する信頼性をより高める
ことができる。
【００９２】また、この発明において、生の積層体を得
るにあたって、第１および第２のグリーンシートのいず
れか一方を内層に、第１および第２のグリーンシートの
いずれか他方を外層に、それぞれ１枚以上積層するよう
にすれば、焼成工程において反りをより生じにくくする
ことができ、したがって、平坦なガラスセラミック多層
基板を得ることがより容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるガラスセラミック
多層基板の製造方法に含まれる典型的な工程を順次図解
的に示す断面図である。
【図２】ガラス粉末およびセラミック粉末を含むグリー
ンシートの焼成収縮挙動を示す図である。
【図３】図２に相当する図であって、この発明の実施形
態において用いられた第１および第２のグリーンシート
２および３の各々の焼成収縮挙動関係を説明するための
図である。
【符号の説明】
１ ガラスセラミック多層基板 ２ 第１のグリーンシート ３ 第２のグリーンシート ４ 導体膜 ５ ビアホール導体 ６ 生の積層体 ７ 第１の焼結層 ８ 第２の焼結層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近川 修 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5E346 AA24 AA43 CC18 CC39 DD13 EE24 EE27 EE29 FF18

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のガラス粉末および第１のセラミッ
    ク粉末を固形分とする第１のグリーンシートを作製す
    る、第１の工程と、 第２のガラス粉末および第２のセラミック粉末を固形分
    とし、かつ前記第１のグリーンシートとは異なる焼成収
    縮挙動を示す第２のグリーンシートを作製する、第２の
    工程と、 前記第１および第２のグリーンシートの少なくとも一方
    に、導体膜およびビアホール導体の少なくとも一方を形
    成する、第３の工程と、 少なくとも１枚の前記第１のグリーンシートおよび少な
    くとも１枚の前記第２のグリーンシートを積層すること
    によって、生の積層体を得る、第４の工程と、 前記生の積層体を、前記第１および第２のガラス粉末の
    各々のガラス転移点のいずれか低い方の温度を超えた
    後、Ｘ℃／分（Ｘ＞１）の昇温速度をもって昇温する昇
    温過程を経て最高温度に到達させる、焼成プロファイル
    に従って焼成する、第５の工程とを備え、 前記第５の工程における、前記第１および第２のグリー
    ンシートの収縮開始温度（℃）を、それぞれ、ＴSaおよ
    びＴSbとし、前記第１および第２のグリーンシートの焼
    結完了時の収縮量の９０％の収縮量となる温度（℃）
    を、それぞれ、Ｔ FaおよびＴFbとしたとき、（ＴFa＋３
    Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を有して
    いることを特徴とする、ガラスセラミック多層基板の製
    造方法。
  2. 【請求項２】 第１のガラス粉末および第１のセラミッ
    ク粉末を固形分とする第１の試験用グリーンシートを作
    製するとともに、第２のガラス粉末および第２のセラミ
    ック粉末を固形分とし、かつ前記第１の試験用グリーン
    シートとは異なる焼成収縮挙動を示す第２の試験用グリ
    ーンシートを作製し、 前記第１および第２の試験用グリーンシートについて、
    それぞれ、その収縮量を測定しながら、所定の昇温速度
    をもって昇温する昇温過程を経て最高温度に到達させる
    焼成プロファイルに従って焼成し、そのときの収縮開始
    温度ＴSa（℃）およびＴSb（℃）を求めるとともに、焼
    結完了時の収縮量の９０％の収縮量となる温度Ｔ
    Fa（℃）およびＴFb（℃）を求め、 前記第１および第２の試験用グリーンシートが、（ＴFa
    ＋３Ｘ）＜ＴSbまたは（ＴFb＋３Ｘ）＜ＴSaの関係を有
    していることを確認する、各工程を備える、準備工程を
    備え、さらに、 前記第１の試験用グリーンシートと同様の第１のグリー
    ンシートを作製する、第１の工程と、 前記第２の試験用グリーンシートと同様の第２のグリー
    ンシートを作製する、第２の工程と、 前記第１および第２のグリーンシートの少なくとも一方
    に、導体膜およびビアホール導体の少なくとも一方を形
    成する、第３の工程と、 少なくとも１枚の前記第１のグリーンシートおよび少な
    くとも１枚の前記第２のグリーンシートを積層すること
    によって、生の積層体を得る、第４の工程と、 前記生の積層体を、前記第１および第２のガラス粉末の
    各々のガラス転移点のいずれか低い方の温度を超えた
    後、Ｘ℃／分（Ｘ＞１）の昇温速度をもって昇温する昇
    温過程を経て最高温度に到達させる、焼成プロファイル
    に従って焼成する、第５の工程とを備える、ガラスセラ
    ミック多層基板の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第１のグリーンシートと前記第２の
    グリーンシートとの熱膨張係数の差は、２０℃から前記
    第１および第２のガラス粉末の各々のガラス転移点のい
    ずれか低い方の温度までの平均熱膨張係数で、±０．５
    ×１０-6／℃以内である、請求項１または２に記載のガ
    ラスセラミック多層基板の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２のグリーンシート
    は、前記第１のガラス粉末と前記第２のガラス粉末とが
    異なる組成であること、前記第１のセラミック粉末と前
    記第２のセラミック粉末とが異なる組成であること、お
    よび前記第１のグリーンシートにおける前記第１のガラ
    ス粉末と前記第１のセラミック粉末との配合比率と前記
    第２のグリーンシートにおける前記第２のガラス粉末と
    前記第２のセラミック粉末との配合比率とが異なること
    の３つの条件のうちの少なくとも１つを満足する、請求
    項１ないし３のいずれかに記載のガラスセラミック多層
    基板の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記第４の工程は、前記第１および第２
    のグリーンシートのいずれか一方を内層に、前記第１お
    よび第２のグリーンシートのいずれか他方を外層に、そ
    れぞれ１枚以上積層する工程を備える、請求項１ないし
    ４のいずれかに記載のガラスセラミック多層基板の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 前記第１のガラス粉末は、ＢａＯ−Ｍｇ
    Ｏ−ＳｉＯ2 −Ｂ2Ｏ3 系ガラスからなり、前記第１の
    セラミック粉末は、アルミナ、スピネルおよびジルコニ
    アから選ばれた少なくとも１種からなり、前記第１のグ
    リーンシートにおいて、前記第１のガラス粉末と前記第
    １のセラミック粉末との混合比が、重量比で、４０：６
    ０〜１００：０である、請求項１ないし５のいずれかに
    記載のガラスセラミック多層基板の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第１のガラス粉末は、添加物とし
    て、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 およびＲ
    2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属）から選ばれた少なくと１種を
    含む、請求項６に記載のガラスセラミック多層基板の製
    造方法。
  8. 【請求項８】 前記第１のグリーンシートは、酸化銅を
    含む、請求項６または７に記載のガラスセラミック多層
    基板の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記第２のガラス粉末は、ＭｇＯ−Ｚｎ
    Ｏ−ＳｉＯ2 −Ｂ2Ｏ3 系ガラスからなり、前記第２の
    セラミック粉末は、ＢａＯ−Ｒｅ2 Ｏ3 −Ｎｄ2 Ｏ3 −
    ＴｉＯ2 系セラミック（Ｒｅは希土類元素）からなり、
    前記第２のガラス粉末と前記第２のセラミック粉末との
    混合比が、重量比で、１０：９０〜４０：６０である、
    請求項１ないし８のいずれかに記載のガラスセラミック
    多層基板の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記第２のガラス粉末は、添加物とし
    て、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＲ2 Ｏ（Ｒはア
    ルカリ金属）から選ばれた少なくとも１種を含む、請求
    項９に記載のガラスセラミック多層基板の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記第２のグリーンシートは、酸化銅
    を含む、請求項９または１０に記載のガラスセラミック
    多層基板の製造方法。
  12. 【請求項１２】 焼成収縮率（％）を、｛（焼成前の寸
    法）−（焼成後の寸法）｝×１００／（焼成前の寸法）
    と定義したとき、前記第５の工程における前記積層体の
    焼成収縮率は、１０％以内である、請求項１ないし１１
    のいずれかに記載のガラスセラミック多層基板の製造方
    法。
  13. 【請求項１３】 請求項１ないし１２のいずれかに記載
    の製造方法によって得られた、ガラスセラミック多層基
    板。
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