JP2006181737A - Composite ceramic green sheet, method for manufacturing composite ceramic green sheet, and method for manufacturing multilayer ceramic substrate - Google Patents
Composite ceramic green sheet, method for manufacturing composite ceramic green sheet, and method for manufacturing multilayer ceramic substrate Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 2種以上の構成材料の異なる絶縁層が積層され、それら絶縁層の界面における構成材料の混在する領域が少なく材料特性の安定し、かつ、それら絶縁層間に層間剥離の発生しない多層セラミック基板を製造する。
【解決手段】
第1の無機物粉末及び第1の有機バインダから成る第1の絶縁層上に、第2の無機物粉末及び第2の有機バインダを含むスラリーを塗布・乾燥して第2の絶縁層を形成する複合セラミックグリーンシートにおいて、前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層の界面付近に存在する前記第1の無機物粉末と前記第2の無機物粉末が混在する領域、および/又は前記第1の有機バインダと前記第2の有機バインダが混在する領域の厚さが0.3〜8μmとする。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilayer ceramic in which insulating layers of two or more kinds of constituent materials are laminated, there are few regions where constituent materials are mixed at the interface between the insulating layers, the material characteristics are stable, and delamination does not occur between the insulating layers. A substrate is manufactured.
[Solution]
A composite in which a second insulating layer is formed by applying and drying a slurry containing the second inorganic powder and the second organic binder on the first insulating layer made of the first inorganic powder and the first organic binder. In the ceramic green sheet, a region where the first inorganic powder and the second inorganic powder exist in the vicinity of the interface between the first insulating layer and the second insulating layer, and / or the first organic The region where the binder and the second organic binder are mixed has a thickness of 0.3 to 8 μm.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、複合セラミックグリーンシート、及びその製造方法、それを使用した多層セラミック基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a composite ceramic green sheet, a method for producing the same, and a method for producing a multilayer ceramic substrate using the same.
近年、多層セラミック基板にはさまざまな特性が求められており、それを実現するために製造に用いられるセラミックグリーンシートにもさまざまな特性が求められている。そのなかには、セラミックグリーンシート中に2種の材料が層状に形成されている複合セラミックグリーンシートがあり、この複合セラミックグリーンシートは第1の無機物粉末、第1の有機バインダ及び第1の溶剤から成る第1のスラリーを層状に塗布・乾燥して成る第1の絶縁層上に、第2の無機物粉末、第2の有機バインダ及び第2の溶剤から成る第2のスラリーを層状に塗布・乾燥して第2の絶縁層が形成される。(例えば、特許文献1参照)
多層セラミック基板を製造する場合は、複数の上述の複合セラミックグリーンシートを用意し、それぞれの複合セラミックグリーンシートに層間の導通をとるためのビアホール導体と回路を構成する配線導体を形成し、該複合セラミックグリーンシートを複数枚積層し、しかる後、前記積層体が焼成されている。ここで、ビアホール導体の形成はパンチング等の孔空け、導体ペーストの充填・乾燥等で行われ、回路を構成する配線導体の形成は導体ペーストの印刷・乾燥等により行われる。
In the case of manufacturing a multilayer ceramic substrate, a plurality of the above-mentioned composite ceramic green sheets are prepared, via-hole conductors for establishing conduction between layers and wiring conductors constituting a circuit are formed on each composite ceramic green sheet, and the composite ceramic green sheets are formed. A plurality of ceramic green sheets are laminated, and then the laminate is fired. Here, the formation of the via-hole conductor is performed by punching or the like, filling and drying of the conductor paste, and the formation of the wiring conductor constituting the circuit is performed by printing or drying the conductor paste.
しかしながら、上述の複合セラミックグリーンシートにおいては、絶縁層の界面付近ではそれぞれの層に含まれる粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みが大きく、混在する領域の厚さや濃度も不均一であるため、焼成後の材料特性が変動するという問題があった。 However, in the above-described composite ceramic green sheet, in the vicinity of the interface of the insulating layer, the thickness of the region where the powder, organic binder, or other constituent materials included in each layer are mixed is large, and the thickness and concentration of the mixed region are large. However, the material characteristics after firing fluctuated.
図6は従来技術による複合セラミックグリーンシートの2つの絶縁層の界面付近の断面の模式図である。21は第1の無機物粉末、22は第2の無機物粉末、31は第1の有機バインダ、32は第2の有機バインダであり、33は第1の有機バインダと第2の有機バインダが混在している領域である。さらに、51は第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域、52は第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域、53は第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在している領域である。 FIG. 6 is a schematic view of a cross section near the interface between two insulating layers of a composite ceramic green sheet according to the prior art. 21 is a first inorganic powder, 22 is a second inorganic powder, 31 is a first organic binder, 32 is a second organic binder, and 33 is a mixture of the first organic binder and the second organic binder. It is an area. Further, 51 is a region composed only of the first insulating layer component, 52 is a region composed only of the second insulating layer component, and 53 is a first insulating layer component and the second insulating layer. This is a region where the layer components are mixed.
図6に示すように、第2のスラリーを塗布した時に、第2の溶剤は第1の絶縁層に含まれる第1の有機バインダを溶解するため、第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在する領域53が大きくなる。また、この領域53の中は、各成分が不均一であり、複合セラミックグリーシート内での第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域51、第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域52、第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在している領域53の各層の厚みバラツキも大きい。第1の絶縁層の無機物粉末と第2の絶縁層の無機物粉末が混在する領域53が大きくなることにより組成が本来設計された組成と異なることになるので、焼成後の材料特性が変動したり、焼成中の各材料の収縮挙動が変わって変形やクラックが生じたりすることがある。また、複合セラミックグリーンシート内での各層の厚みバラツキが大きいため、多層セラミック基板内の素子の特性が変動したり、セラミック部品内で焼成時の収縮が局所的に異なるので、変形やクラックが生じたりすることがあった。 As shown in FIG. 6, when the second slurry is applied, the second solvent dissolves the first organic binder contained in the first insulating layer. The region 53 where the components of the insulating layer are mixed becomes larger. Further, in this region 53, the respective components are non-uniform, and the region 51 is composed of only the first insulating layer component in the composite ceramic grease sheet, and is composed of only the second insulating layer component. The thickness variation of each layer of the region 53 in which the component of the first insulating layer and the component of the second insulating layer are mixed is large. Since the region 53 where the inorganic powder of the first insulating layer and the inorganic powder of the second insulating layer are mixed is increased, the composition is different from the originally designed composition. The shrinkage behavior of each material during firing may change and cause deformation and cracks. In addition, because the thickness variation of each layer in the composite ceramic green sheet is large, the characteristics of the elements in the multilayer ceramic substrate fluctuate, and the shrinkage during firing locally differs in the ceramic component, so deformation and cracking occur Sometimes happened.
そのため、複合セラミックグリーンシートの作成方法として、第1の絶縁層と第2の絶縁層を別々に成形し、それらを熱圧着や密着液により接合することも考えられる。 Therefore, as a method for producing a composite ceramic green sheet, it is conceivable to form the first insulating layer and the second insulating layer separately, and join them by thermocompression bonding or adhesion liquid.
図7は熱圧着や密着液により接合された複合セラミックグリーンシートの2つの絶縁層の界面付近の断面の模式図である。21は第1の無機物粉末、22は第2の無機物粉末、31は第1の有機バインダ、32は第2の有機バインダである。さらに、61は第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域、62は第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域、63は第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在している領域である。 FIG. 7 is a schematic view of a cross section in the vicinity of the interface between two insulating layers of a composite ceramic green sheet bonded by thermocompression bonding or adhesion liquid. 21 is a first inorganic powder, 22 is a second inorganic powder, 31 is a first organic binder, and 32 is a second organic binder. Further, 61 is a region composed only of the first insulating layer component, 62 is a region composed only of the second insulating layer component, and 63 is the first insulating layer component and the second insulating layer. This is a region where the layer components are mixed.
しかしながら、これらの方法では、図7に示すように第1の有機バインダ21と第2の有機バインダ22は密接に接合させることができず、絶縁層の接合が不充分となる問題があった。
However, in these methods, as shown in FIG. 7, the first
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、2種の絶縁層が層状に形成され、それらの界面における構成材料の混在する領域が少なく複合セラミックグリーンシートの焼成後の材料特性の安定し、かつ、2層の絶縁層間の接合が強固で層間剥離の発生しない複合セラミックグリーンシートと、その製造方法と、その複合セラミックグリーンシートを使用した多層セラミック基板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to form a composite ceramic green sheet in which two types of insulating layers are formed in layers and there are few regions where constituent materials are mixed at the interface between them. A composite ceramic green sheet having stable material properties after firing and having strong bonding between two insulating layers and no delamination, a manufacturing method thereof, and a multilayer ceramic substrate using the composite ceramic green sheet It is to provide a manufacturing method.
本発明の複合セラミックグリーンシートは、第1の無機物粉末及び第1の有機バインダから成る第1の絶縁層上に、第2の無機物粉末及び第2の有機バインダを含むスラリーを塗布・乾燥して第2の絶縁層を形成する複合セラミックグリーンシートにおいて、前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層の界面付近には、前記第1の無機物粉末と前記第2の無機物粉末が混在する領域、および/又は前記第1の有機バインダと前記第2の有機バインダが混在する領域を有するとともに、該混在領域の厚さが0.3〜8μmであることを特徴とする。 The composite ceramic green sheet of the present invention is obtained by applying and drying a slurry containing the second inorganic powder and the second organic binder on the first insulating layer composed of the first inorganic powder and the first organic binder. In the composite ceramic green sheet forming the second insulating layer, a region where the first inorganic powder and the second inorganic powder are mixed in the vicinity of the interface between the first insulating layer and the second insulating layer. And / or a region in which the first organic binder and the second organic binder are mixed, and the thickness of the mixed region is 0.3 to 8 μm.
また、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法は、第1の無機物粉末、第1の有機バインダ及び第1の溶剤から成る第1のスラリーを層状に塗布・乾燥して形成する第1の絶縁層上に、第2の無機物粉末、第2の有機バインダ及び第2の溶剤から成る第2のスラリーを層状に塗布・乾燥して第2の絶縁層を形成する複合セラミックグリーンシートの製造方法において、前記第2の溶剤に対する前記第1の有機バインダの溶解度が2%以下であることを特徴とするものである。 Also, the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention includes a first insulation formed by applying and drying a first slurry comprising a first inorganic powder, a first organic binder, and a first solvent in layers. In a method for producing a composite ceramic green sheet, a second insulating layer is formed by applying and drying a second slurry composed of a second inorganic powder, a second organic binder, and a second solvent on a layer in a layered manner. The solubility of the first organic binder in the second solvent is 2% or less.
更に、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法は、前記第2の溶剤に対する前記第2の有機バインダの溶解度が5%以上であることを特徴とするものである。 Furthermore, the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention is characterized in that the solubility of the second organic binder in the second solvent is 5% or more.
また更に、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法は、前記第2の溶剤の溶解性パラメータ(以下SP値と記す)が11以上であることを特徴とするものである。 Furthermore, the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention is characterized in that the solubility parameter (hereinafter referred to as SP value) of the second solvent is 11 or more.
更にまた、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法は、前記第2の溶剤が水、アルコール、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル類、アミド類、カルボニル類又はそれらの混合溶剤であることを特徴とするものである。 Furthermore, in the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention, the second solvent is water, alcohol, polyhydric alcohol, polyhydric alcohol alkyl ether, amide, carbonyl, or a mixed solvent thereof. It is a feature.
また更に、本発明の多層セラミック基板の製造方法は、複合セラミックグリーンシート上に回路を構成する配線導体を、厚み方向にはシートを貫くビアホール導体をそれぞれ形成し、該複合セラミックグリーンシートを複数枚積層し、しかる後、前記積層体を焼成することを特徴とする。 Furthermore, in the method for producing a multilayer ceramic substrate of the present invention, a wiring conductor constituting a circuit is formed on a composite ceramic green sheet, and a via-hole conductor penetrating the sheet is formed in the thickness direction, and a plurality of the composite ceramic green sheets are formed. It laminates | stacks and, after that, the said laminated body is baked.
本発明の複合セラミックグリーンシートによれば、前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層の界面付近に存在する前記第1の無機物粉末及び前記第2の無機物粉末が混在する領域および/又は前記第1の有機バインダと前記第2の有機バインダが混在する領域の厚さを0.3〜8μmとしている。 According to the composite ceramic green sheet of the present invention, the first inorganic powder and the second inorganic powder existing in the vicinity of the interface between the first insulating layer and the second insulating layer are mixed and / or The thickness of the region where the first organic binder and the second organic binder are mixed is set to 0.3 to 8 μm.
まず、無機物粉末の混在する領域に関して言えば、無機物粉末が混在する領域が8μm以下となることにより、各層の組成が本来設計された組成となるため、焼成後の材料特性が安定すると同時に、焼成中の各材料の収縮挙動が変わり、変形やクラックが生じることはない。また、複合セラミックグリーンシート内で各層の厚みが一定になるため、多層セラミック基板内の素子の特性が変動したり、焼成時の収縮がセラミック部品内で局所的に異なり、変形やクラックが生じたりすることもない。無機物粉末が混在する領域が0.3μm以上となっていることにより、脱バインダが終了した後に前記第1の無機物粉末と前記第2の無機物粉末の層の間に有機バインダによる接着力なくなっても、層間で無機粉末同士が分離することはないため、焼成工程で層間剥離することはない。 First, regarding the region where the inorganic powder is mixed, the region where the inorganic powder is mixed is 8 μm or less, so that the composition of each layer becomes the originally designed composition. The shrinkage behavior of each material inside changes, and no deformation or cracking occurs. In addition, since the thickness of each layer is constant in the composite ceramic green sheet, the characteristics of the elements in the multilayer ceramic substrate may fluctuate, and the shrinkage during firing may vary locally within the ceramic component, causing deformation and cracks. I don't have to. Even if there is no adhesive force due to the organic binder between the first inorganic powder and the second inorganic powder after the binder removal is completed, the region where the inorganic powder is mixed is 0.3 μm or more. In addition, since the inorganic powders are not separated between the layers, the layers are not separated in the firing step.
次に、有機バインダの混在する領域に関して言えば、有機バインダが混在する領域が8μm以下となることにより、複合セラミックグリーンシート内で複合セラミックグリーンシートの強度、変形しやすさ、密度等が一定になり、多層セラミック基板の製造過程における乾燥、積層等の工程において、これらの特性の不均一さから応力が発生し、変形やクラックが生じることはない。加えて、バインダの熱分解特性が異なっても、焼成の脱バインダ時に、脱バインダが均一に行われ、変形やクラックが生じることはない。さらに、有機バインダが混在する領域が0.3μm以上になることにより、前記第1の有機バインダと前記第2の有機バインダは有機バインダが混在する領域を介して密接に接合しているため、複合セラミックグリーンシートの加工による応力や乾燥による熱等のストレスが加わっても、複合セラミックグリーンシート加工工程で層間剥離することはない。 Next, regarding the area where the organic binder is mixed, the area where the organic binder is mixed is 8 μm or less, so that the strength, ease of deformation, density, etc. of the composite ceramic green sheet are constant within the composite ceramic green sheet. Thus, in the process of drying, laminating, etc. in the manufacturing process of the multilayer ceramic substrate, stress is generated due to non-uniformity of these characteristics, and deformation and cracks do not occur. In addition, even if the thermal decomposition characteristics of the binder are different, the binder is uniformly removed at the time of binder removal for firing, and deformation and cracks do not occur. Furthermore, since the region where the organic binder is mixed becomes 0.3 μm or more, the first organic binder and the second organic binder are closely bonded via the region where the organic binder is mixed. Even if a stress such as a stress due to processing of the ceramic green sheet or heat due to drying is applied, delamination does not occur in the composite ceramic green sheet processing step.
また、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法によれば、前記第1の無機物粉末、前記第1の有機バインダ及び前記第1の溶剤から成る第1のスラリーを層状に形成・乾燥して成る前記第1の絶縁層上に、前記第2の無機物粉末、前記第2の有機バインダ及び前記第2の溶剤から成る第2のスラリーを層状に塗布・乾燥して第2の絶縁層を成形する複合セラミックグリーンシート作成方法において、前記第1の有機バインダの前記第2の溶剤に対する溶解度が2%以下としている。これにより、前記第1の絶縁層の上に前記第2のスラリーを塗布した際に、前記第2の溶剤が前記第1の絶縁層の有機バインダを溶かしにくくなる。このため、前記第1の絶縁層の無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料と前記第2のスラリーの無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みは少なくなり、必然的に混在する領域の厚さや濃度の不均一さも少なくなるので、上述のように、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。 Further, according to the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention, the first slurry composed of the first inorganic powder, the first organic binder, and the first solvent is formed and dried in a layered manner. On the first insulating layer, a second slurry composed of the second inorganic powder, the second organic binder, and the second solvent is applied in layers and dried to form a second insulating layer. In the composite ceramic green sheet preparation method, the solubility of the first organic binder in the second solvent is 2% or less. This makes it difficult for the second solvent to dissolve the organic binder of the first insulating layer when the second slurry is applied on the first insulating layer. For this reason, the thickness of the region where the inorganic powder, organic binder, or other constituent material of the first insulating layer and the inorganic powder, organic binder, or other constituent material of the second slurry are mixed decreases. The thickness and concentration non-uniformity of the mixed region is inevitably reduced, so that the material properties after firing are stable as described above, and deformation and cracks do not occur in the manufacturing process.
更に、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法によれば、前記第2の溶剤に対する前記第2の有機バインダの溶解度が5%以上としているため、前記第2のスラリー中で前記第2の有機バインダが均一に分散され、前記第2の絶縁層中で無機物粉末や有機バインダの分布が均一になるため、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。 Furthermore, according to the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention, since the solubility of the second organic binder in the second solvent is 5% or more, the second organic in the second slurry. Since the binder is uniformly dispersed and the distribution of the inorganic powder and the organic binder is uniform in the second insulating layer, the material characteristics after firing are stable, and deformation and cracks do not occur in the manufacturing process.
また更に、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法によれば、前記第2の溶剤としてSP値が11以上の溶剤を使用している。SP値が11以上である溶剤は、前記第1の有機バインダが溶解しにくいため、前記第1の絶縁層の上に前記第2のスラリーを塗布した際に、前記第2の溶剤が前記第1の有機バインダを溶かしにくくなる。このため、前記第1の絶縁層の無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料と第2のスラリーの無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みは少なくなり、必然的に混在する領域の厚さや濃度の不均一さも少なくなるので、上述のように、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。 Furthermore, according to the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention, a solvent having an SP value of 11 or more is used as the second solvent. A solvent having an SP value of 11 or more is difficult to dissolve the first organic binder. Therefore, when the second slurry is applied on the first insulating layer, the second solvent is the first solvent. It becomes difficult to dissolve the organic binder of 1. Therefore, the thickness of the region where the inorganic powder of the first insulating layer, the organic binder, or other constituent materials and the inorganic powder of the second slurry, the organic binder, or other constituent materials are mixed, is reduced. Since the thickness and concentration non-uniformity of the mixed region is inevitably reduced, as described above, the material characteristics after firing are stable, and deformation and cracks do not occur in the manufacturing process.
更にまた、本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法によれば、前記第2の溶剤として水、アルコール、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル類、アミド類、カルボニル類又はそれらの混合溶剤を使用している。これらの溶剤は、前記第1の有機バインダが溶解しにくいため、前記第1の絶縁層の上に前記第2のスラリーを塗布した際に、前記第2の溶剤が前記第1の有機バインダを溶かしにくくなる。このため、前記第1の絶縁層の無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料と第2のスラリーの無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みは少なくなり、必然的に混在する領域の厚さや濃度の不均一さも少なくなるので、上述のように、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。 Furthermore, according to the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention, water, alcohol, polyhydric alcohol, polyhydric alcohol alkyl ether, amide, carbonyl or a mixed solvent thereof is used as the second solvent. is doing. Since these solvents are difficult to dissolve the first organic binder, when the second slurry is applied on the first insulating layer, the second solvent removes the first organic binder. It becomes difficult to melt. Therefore, the thickness of the region where the inorganic powder of the first insulating layer, the organic binder, or other constituent materials and the inorganic powder of the second slurry, the organic binder, or other constituent materials are mixed, is reduced. Since the thickness and concentration non-uniformity of the mixed region is inevitably reduced, as described above, the material characteristics after firing are stable, and deformation and cracks do not occur in the manufacturing process.
また更に、本発明の多層セラミック基板の製造方法によれば、前記複合セラミックグリーンシートに層間の導通をとるためのビアホール導体と該ビアホール導体と合わせて回路を構成する配線導体を形成し、該複合セラミックグリーンシートを複数枚積層し、しかる後、前記積層体を焼成している。本発明の複合セラミックグリーンシートの製造方法では、前記第2の絶縁層はスラリーの状態で前記第1の絶縁層上に塗布されるため、密接に接合して強固な接合が得られる。これにより、前記多層セラミック基板の製造方法におけるビアホール導体や配線導体形成工程等における加工による応力や乾燥による熱等のストレスが加わったり、接合されてから焼成されるまでの時間も長くなったりしても層間剥離をなくすことが出来るようになる。 Still further, according to the method for manufacturing a multilayer ceramic substrate of the present invention, a via hole conductor for establishing electrical conduction between layers is formed on the composite ceramic green sheet, and a wiring conductor constituting a circuit is formed by combining the via hole conductor. A plurality of ceramic green sheets are laminated, and then the laminate is fired. In the method for producing a composite ceramic green sheet of the present invention, since the second insulating layer is applied on the first insulating layer in a slurry state, it can be closely bonded to obtain a strong bond. As a result, stress due to processing in the via hole conductor or wiring conductor formation step in the manufacturing method of the multilayer ceramic substrate, stress such as heat due to drying is applied, and the time from bonding to firing is increased. Even delamination can be eliminated.
以下、本発明の一実施形態による複合セラミックグリーンシートを添付図に基づいて説明する。 Hereinafter, a composite ceramic green sheet according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明による複合セラミックグリーンシートの断面図であり、図中の1は第1の絶縁層、2は第2の絶縁層である。第1の絶縁層1は第1の無機物粉末と第1の有機バインダから成り、第2の絶縁層2は第2の無機物粉末と第2の有機バインダから成る。第1の絶縁層1と第2の絶縁層2の厚さは、例えば、5〜300μmに設定される。図1では、第1の絶縁層1の厚みと第2の絶縁層2の厚みが略等しいものを示しているが、それぞれの厚みは、後述の特性を満たす様に別々に設定できる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a composite ceramic green sheet according to the present invention, in which 1 is a first insulating layer and 2 is a second insulating layer. The first insulating
無機物粉末の材料としては、アルミナ、ムライトの様な絶縁体セラミックス、BaTiO3、SrTiO3のような誘電体セラミックス、フェライトの様な磁性体セラミックス、800℃〜1200℃の比較的低い温度で焼成可能なガラス10〜100重量%と前記の様な絶縁体セラミックス、誘電体セラミックス、磁性体セラミックスを90〜0重量%を混合したガラスセラミックス等が使用される。なお、第1の絶縁層1と第2の絶縁層2の組成を異ならせることにより、焼成後の多層基板にさまざまな特徴を持たせたり、多層基板製造中の各層の特性が異なることを利用して製造方法にさまざまな特徴を持たせたりすることが出来る。
Inorganic powder materials include insulator ceramics such as alumina and mullite, dielectric ceramics such as BaTiO 3 and SrTiO 3 , magnetic ceramics such as ferrite, and can be fired at a relatively low temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. For example, glass ceramics in which 10 to 100% by weight of glass and 90 to 0% by weight of the above insulator ceramics, dielectric ceramics, and magnetic ceramics are mixed are used. It should be noted that by making the composition of the first insulating
各層に付与する異なる特性は、以下の様なものが例示できる。誘電特性や磁性特性の異なる絶縁層とすれば、誘電率の高い部位やQの高い部位や高磁性の部位等を作ることができるため、1種類の絶縁層では実現できない特性の素子を内蔵することができる。抗折強度の強い絶縁層と表面に欠陥の少ない絶縁層や耐蝕性の優れた絶縁層にすることにより、(メッキ等の化学的処理後に)クラックの起点がなくなり、多層基板を作成した際の抗折強度や耐落下衝撃性の優れた基板ができる。絶縁層が焼成により収縮する温度を異ならせれば、互いに収縮する挙動を抑制しあうため、焼成時の平面方向における収縮がすくなくなり、寸法精度の良い基板ができる。絶縁層により有機バインダの強度、伸び、流動性を変えれば、変形しにくい絶縁層があるため、寸法精度は保たれると同時に、変形しやすい絶縁層があるため、クラックの発生をなくすことができる。 Examples of the different characteristics imparted to each layer include the following. If insulating layers with different dielectric characteristics and magnetic characteristics are used, a part with a high dielectric constant, a part with a high Q, a part with a high magnetic property, etc. can be made. be able to. By using an insulating layer with strong bending strength, an insulating layer with few defects on the surface and an insulating layer with excellent corrosion resistance, the origin of cracks is eliminated (after chemical treatment such as plating), and a multilayer board is created. A substrate with excellent bending strength and drop impact resistance can be produced. If the temperature at which the insulating layer shrinks by firing is different, the behavior of shrinking each other is suppressed, so that the shrinkage in the planar direction during firing is reduced and a substrate with good dimensional accuracy can be obtained. If the strength, elongation, and fluidity of the organic binder are changed by the insulating layer, there is an insulating layer that is not easily deformed, so that the dimensional accuracy is maintained, and at the same time, there is an insulating layer that is easily deformed, thereby eliminating the occurrence of cracks. it can.
更に、第1及び第2の絶縁層がガラスセラミックスの場合について具体的に説明する。 Further, the case where the first and second insulating layers are glass ceramics will be specifically described.
ガラス粉末の組成としては、例えば、必須成分として、SiO2を10〜70重量%、Al2O3を0.5〜30重量%、MgOを3〜60重量%、また任意成分として、CaOを0〜35重量%、BaOを0〜35重量%、SrOを0〜35重量%、B2O3を0〜20重量%、ZnOを0〜30重量%、TiO2を0〜10重量%、Na2Oを0〜3重量%、Li2Oを0〜5重量%を含むものが例示できる。
As the composition of the glass powder, for example, as an essential component, SiO 2 is 10 to 70% by weight, Al 2 O 3 is 0.5 to 30% by weight, MgO is 3 to 60% by weight, and optional components are CaO. 0 to 35 wt%, a BaO 0-35% by weight, the SrO 0-35% by weight,
セラミック粉末としては、Al2O3、SiO2、MgTiO3、CaZrO3、CaTiO3、Mg2SiO4、BaTi4O9、ZrTiO4、SrTiO3、BaTiO3、TiO2から選ばれる1種以上が挙げられる。Al2O3は強度が強く、特に耐蝕性に優れているので、好ましい材料である。SiO2、Mg2SiO4は比較的誘電率が低いため、誘電率を異ならせることを特徴とする場合の低誘電率層に使用するのに適しており、更に低誘電率化するために内部が中空化された粉末を使用することもできる。CaTiO3、SrTiO3、TiO2は誘電率の温度特性が負であるため、他の温度特性が正である材料と組み合わせて複合セラミックス材料の誘電率の温度特性を±60ppm/℃程度以内として、コンデンサやフィルタの特性が温度により変動しないようにするのに好ましい材料である。MgTiO3、CaTiO3はAl2O3等と比較して焼結しやすく材料であり、少量のガラスで800〜1000℃程度の金、銀、銅といった導体抵抗の少ない金属が融解する温度以下で焼結させることができ、加えてQが高いため、高周波用のインダクタ、キャパシタ、フィルタ等を構成する基板に適した材料である。BaTiO3は誘電率が高く、高容量のキャパシタを内蔵させるのに適した材料である。 As the ceramic powder, at least one selected from Al 2 O 3 , SiO 2 , MgTiO 3 , CaZrO 3 , CaTiO 3 , Mg 2 SiO 4 , BaTi 4 O 9 , ZrTiO 4 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , TiO 2 is used. Can be mentioned. Al 2 O 3 is a preferable material because it has high strength and is particularly excellent in corrosion resistance. Since SiO 2 and Mg 2 SiO 4 have a relatively low dielectric constant, they are suitable for use in a low dielectric constant layer in a case where the dielectric constant is different. It is also possible to use a powder in which is hollowed. Since CaTiO 3 , SrTiO 3 , and TiO 2 have a negative dielectric constant temperature characteristic, the temperature characteristic of the dielectric constant of the composite ceramic material is within about ± 60 ppm / ° C. in combination with other materials having a positive temperature characteristic. This is a preferable material for preventing the characteristics of capacitors and filters from fluctuating with temperature. MgTiO 3 and CaTiO 3 are materials that are easier to sinter than Al 2 O 3 and the like, and are less than the temperature at which a metal with low conductor resistance such as gold, silver, and copper, such as gold, silver, and copper, melts in a small amount of glass. Since it can be sintered and has a high Q, it is a material suitable for a substrate constituting a high-frequency inductor, capacitor, filter or the like. BaTiO 3 has a high dielectric constant and is a material suitable for incorporating a high-capacitance capacitor.
上記組成のガラス粉末10〜100重量%とセラミック粉末90〜0重量%との組合せによれば、1000℃以下での低温焼結が可能となるとともに、導体として、銀(融点960℃)、銅(融点1083℃)、金(融点1063℃)などの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、低損失な回路を作成できる。また、誘電率や誘電率の温度特性の制御も可能であり、高誘電率化による回路の小型化、低損失化、あるいは、低誘電率化による高速伝送化に適している。加えて、上記の範囲で種々組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。 According to the combination of glass powder 10 to 100% by weight and ceramic powder 90 to 0% by weight, low temperature sintering at 1000 ° C. or lower is possible, and silver (melting point 960 ° C.), copper as a conductor It can be formed using a low resistance conductor such as (melting point 1083 ° C.) or gold (melting point 1063 ° C.), and a low-loss circuit can be created. In addition, the dielectric constant and the temperature characteristics of the dielectric constant can be controlled, and the circuit is suitable for downsizing the circuit and reducing the loss by increasing the dielectric constant, or for high-speed transmission by reducing the dielectric constant. In addition, by controlling various compositions within the above range, the firing shrinkage behavior can be easily controlled and changed.
次に、第1及び第2無機物粉末の平均粒径は0.1〜5.0μmであり、より好ましくは0.3〜3.0μmである。5.0μm以上では粉末が大きすぎるため、粉末が均一に分散したスラリーを得ることが難しく、したがって、欠陥のない絶縁層を得ることができない。加えて、平均粒径が大きいと焼結性が劣る。これらのことから、平均粒径は5.0μm以下、さらには3.0μm以下が好ましい。また、逆に、平均粒径が小さいと粉末がファンデルワールス力による凝集を起こりやすく、その凝集をほぐす事も難しくなる。このことにより、粉末が均一に分散したスラリーを得ることが難しく、したがって、欠陥のない絶縁層を得ることができない。加えて、粉末と溶剤が接する面積が増えるため粉末の成分の一部が溶剤に溶出し、焼成後のセラミックスの特性が変動したり、溶出した成分によりスラリーがゲル化等の粘度特性異常を起こして工程続行が不能になったりする。これらのことから、平均粒径は0.1μm以上、さらには0.3μm以上が好ましい。一般的に平均粒径が小さいほど焼結性は良くなるが、粉末のスラリー化等の取扱いが難しくなる。加えて、粉末が祖原料を粉砕することにより作成される場合には、平均粒径を小さくすると粉砕の際のコンタミネーションが増える、粉砕時間が増えるためにコストが高くなる等の問題があるため、必要な焼結性を得られる平均粒径のなかで比較的大きな平均粒径のものが使用される。特に、絶縁体セラミックス、誘電体セラミックスにおいて、金、銀、銅といった導体抵抗の少ない金属が融解する温度以下で焼結させるために1.0μm以下のものが使用される。 Next, the average particle size of the first and second inorganic powders is 0.1 to 5.0 μm, and more preferably 0.3 to 3.0 μm. If the particle size is 5.0 μm or more, the powder is too large, and it is difficult to obtain a slurry in which the powder is uniformly dispersed. Therefore, an insulating layer having no defect cannot be obtained. In addition, if the average particle size is large, the sinterability is poor. For these reasons, the average particle size is preferably 5.0 μm or less, more preferably 3.0 μm or less. Conversely, if the average particle size is small, the powder tends to agglomerate due to van der Waals force, and it becomes difficult to loosen the agglomeration. As a result, it is difficult to obtain a slurry in which the powder is uniformly dispersed, and therefore, an insulating layer having no defect cannot be obtained. In addition, since the area where the powder and the solvent are in contact with each other increases, some of the components of the powder are eluted into the solvent, and the properties of the ceramic after firing fluctuate, and the eluted components cause viscosity characteristics abnormalities such as gelation of the slurry. This makes it impossible to continue the process. For these reasons, the average particle size is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more. In general, the smaller the average particle size, the better the sinterability, but the handling such as slurrying of the powder becomes difficult. In addition, if the powder is made by crushing the raw material, if the average particle size is reduced, there will be problems such as increased contamination during pulverization and increased cost due to increased pulverization time. Among the average particle diameters that can obtain the required sinterability, those having a relatively large average particle diameter are used. In particular, in insulating ceramics and dielectric ceramics, those having a thickness of 1.0 μm or less are used in order to sinter at a temperature below that at which a metal with low conductor resistance such as gold, silver and copper melts.
有機バインダとしては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニルアセタール樹脂等が例示できる。アクリル樹脂、メタクリル樹脂は熱分解性が良好であるため好ましい材料であり、この中でもメタクリル酸樹脂は特に熱分解性が良好であるため特に好ましい材料である。ビニルアセタール樹脂は靱性が高いため、複合セラミックグリーンシートの強度と伸びを大きくでき、焼成前の加工工程でのクラックの発生を効果的に防止でき、加工後の精度が良いため好ましい材料である。 Examples of the organic binder include acrylic resin, methacrylic resin, urethane resin, and vinyl acetal resin. Acrylic resins and methacrylic resins are preferable materials because of their good thermal decomposability, and among these, methacrylic acid resins are particularly preferable materials because of their particularly good thermal decomposability. Vinyl acetal resin is a preferable material because it has high toughness, can increase the strength and elongation of the composite ceramic green sheet, can effectively prevent the occurrence of cracks in the processing step before firing, and has high accuracy after processing.
続いて、本発明の実施形態である複合セラミックグリーンシートの製造法について説明する。 Then, the manufacturing method of the composite ceramic green sheet which is embodiment of this invention is demonstrated.
図2(a)、(b)は複合セラミックグリーンシートの製造工程の断面図である。図中の6は第1のスラリー、7は第2のスラリー、8は支持フィルム、9はドクターブレードである。 2A and 2B are cross-sectional views of the manufacturing process of the composite ceramic green sheet. In the figure, 6 is a first slurry, 7 is a second slurry, 8 is a support film, and 9 is a doctor blade.
まず、第1の無機粉末として、組成がSiO2を33重量%、Al2O3を3.4重量%、MgOを13重量%、CaOを15重量%、BaOを0.3重量%、SrOを35重量%、B2O3を0.2重量%、Li2Oを0.1重量%とから成る平均粒径1.5μmのガラス粉末55重量%とAl2O3から成る平均粒径1.6μmのセラミックス粉末45重量%を混ぜたものを準備する。この第1の無機粉末に第1の有機バインダとしてとしてアクリル樹脂にカルボキシル基を付加し酸価0.5KOHmg/gとしたもの、第1の溶剤としてトルエン、可塑剤としてDOP、分散剤としてポリオキシアルキレンアクリルエーテルをボールミルに入れ、40時間混合・粉砕し、第1のスラリーを得る。図2(a)は第1のスラリー6が支持フィルム8上に塗布される工程の断面図である。図中のドクターブレード9は固定されており、その下の支持フィルム8が図の左から右方向に搬送されることにより、ドクターブレード9と支持フィルム8の間で厚みが一定となった第1のスラリー6が支持フィルム8の上に薄く層状に塗布される。塗布された第1のスラリーは熱や赤外線等により第1の溶剤が乾燥され、第1の絶縁層1が成形される。なお、第1の溶剤としてはトルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、あるいはそれらを混合したもの等が例示できる。
First, as a first inorganic powder, the composition is SiO 2 33 wt%, Al 2 O 3 3.4 wt%, MgO 13 wt%,
次に、第2の無機粉末として、組成がSiO2を40重量%、Al2O3を2重量%、MgOを15重量%、CaOを1重量%、BaOを15重量%、B2O3を20重量%、ZnOを1重量%、TiO2を0.5重量%、Na2Oを0.5重量%、Li2Oを5重量%とから成る平均粒径0.8μmガラス粉末80重量%とAl2O3から成る平均粒径0.8μmのセラミックス粉末20重量%を混ぜたものを準備する。この第2の無機粉末に第2の有機バインダとしてアクリル樹脂にカルボキシル基を付加し酸価20KOHmg/gとしたもの、第2の溶剤として水、可塑剤としてポリエチレングリコール、分散剤として酸価100KOHmg/gの高酸価のメタクリル酸樹脂をボールミルに入れ、40時間混合・粉砕し、第2のスラリーを得る。図2(b)は第2のスラリー7が支持フィルム8上に形成された第1の絶縁体層1の上に塗布される工程の断面図である。図中のドクターブレード9は固定されており、その下の第1の絶縁層1が形成された支持フィルム8が図の左から右方向に搬送されることにより、ドクターブレード9と第1の絶縁層の間で厚みが一定となった第2のスラリー7が支持フィルム8上に形成された第1の絶縁層1の上に薄く層状に塗布される。塗布された第2のスラリーは熱や赤外線等により第2の溶剤が乾燥され第2の絶縁層になり、第1と絶縁層1と第2の絶縁層2から成る複合グリーンシート3を得ることが出来る。なお、成形方法はドクターブレード以外に、リップコータ、ダイコータ、ロールコータ等によるものが例示でき、支持フィルム8の材質としてPET、PEN等が例示できる。また、第1スラリーと第2のスラリーにはそれぞれ、顔料、消泡剤、pH調整剤等のその他の添加物を入れてもよく、それら添加物は第1スラリーと第2のスラリーで同じものであっても、異なったものであってもかまわない。更に、可塑剤としては第1の有機バインダに対する可塑効果が高いものが好適に用いられ、DOP、DBP、DOA等が例示できる。DOP、DBPは可塑効果が高いため好ましい材料である。DOPは沸点が高く、室温〜100℃程度の蒸気圧が低いため、グリーンシート作成工程中や、多層基板作成工程中に乾燥等の熱によりグリーンシートからの蒸発する量が少ないため、特に好ましい材料である。また更に、分散剤は、それぞれの無機材料に対する親
和性、それぞれの溶剤に対する溶解度等から選定され、ポリオキシアルキレンアクリルエーテル類、燐酸エステル類、高酸価のアクリル樹脂、高酸価のメタクリル樹脂等が例示できる。
Next, as the second inorganic powder, the composition is SiO 2 40 wt%, Al 2 O 3 2 wt%,
図5は本発明による複合セラミックグリーンシートの2つの絶縁層の界面付近の断面の模式図である。21は第1の無機物粉末、22は第2の無機物粉末、31は第1の有機バインダ、32は第2の有機バインダであり、33は第1の有機バインダと第2の有機バインダが混在している領域である。さらに、41は第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域、42は第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域、43は第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在している領域である。 FIG. 5 is a schematic view of a cross section near the interface between two insulating layers of the composite ceramic green sheet according to the present invention. 21 is a first inorganic powder, 22 is a second inorganic powder, 31 is a first organic binder, 32 is a second organic binder, and 33 is a mixture of the first organic binder and the second organic binder. It is an area. Further, 41 is a region composed only of the first insulating layer component, 42 is a region composed only of the second insulating layer component, and 43 is the first insulating layer component and the second insulating layer. This is a region where the layer components are mixed.
本実施形態においては、図5に示すように、第1の絶縁層1と第2の絶縁層2の界面に第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在している領域43があり、これを介して第1の絶縁層1と第2の絶縁層2が接合している。この第1の絶縁層1と第2の絶縁層2の界面に第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在している領域43が、第1の無機物粉末及び前記第2の無機物粉末が混在する領域および/又は前記第1の有機バインダと前記第2の有機バインダが混在する領域であり、その厚さは0.3〜8μmである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a region where the components of the first insulating layer and the second insulating layer are mixed at the interface between the first insulating
まず、無機物粉末の混在する領域については、無機物粉末が混在する領域43が8μm以下となることにより、各層の組成が本来設計された組成となるため、焼成後の材料特性が安定すると同時に、焼成中の各材料の収縮挙動が変わり、変形やクラックが生じることはない。また、複合セラミックグリーンシート内で各材料の厚みが一定になるため、多層セラミック基板内の素子の特性が変動したり、焼成時の収縮がセラミック部品内で局所的に異なり、変形やクラックが生じたりすることもない。無機物粉末が混在する領域43が0.3μm以上となっていることにより、脱バインダが終了した後に第1の無機物粉末21と第2の無機物粉末22の層の間に有機バインダによる接着力なくなっても、層間で無機粉末同士が分離することはないため、焼成工程で層間剥離することはない。
First, in the region where the inorganic powder is mixed, since the region 43 where the inorganic powder is mixed is 8 μm or less, the composition of each layer becomes the originally designed composition, and at the same time, the material properties after the baking are stabilized and the baking is performed. The shrinkage behavior of each material inside changes, and no deformation or cracking occurs. In addition, since the thickness of each material is constant in the composite ceramic green sheet, the characteristics of the elements in the multilayer ceramic substrate fluctuate, and the shrinkage during firing differs locally in the ceramic part, causing deformation and cracks. There's nothing to do. Since the region 43 where the inorganic powder is mixed is 0.3 μm or more, the adhesive force due to the organic binder is lost between the first
次に、有機バインダの混在する領域について言えば、有機バインダが混在する領域43が8μm以下となることにより、複合セラミックグリーンシート内で複合セラミックグリーンシートの強度、変形しやすさ、密度等が一定になり、多層セラミック基板の製造過程における乾燥、積層等の工程において、これらの特性の不均一さから応力が発生し、変形やクラックが生じることはない。加えて、バインダの熱分解特性が異なっても、焼成の脱バインダ時に、脱バインダが均一に行われ、変形やクラックが生じることはない。さらに、有機バインダが混在する領域43が0.3μm以上になることにより、第1の有機バインダ21と第2の有機バインダ22は有機バインダが混在する領域43を介して密接に接合しているため、グリーンシートの加工による応力や乾燥による熱等のストレスが加わっても、グリーンシート加工工程で層間剥離することはない。
Next, regarding the area where the organic binder is mixed, the area 43 where the organic binder is mixed is 8 μm or less, so that the strength, ease of deformation, density, etc. of the composite ceramic green sheet are constant within the composite ceramic green sheet. Thus, in the process of drying, laminating, etc. in the manufacturing process of the multilayer ceramic substrate, stress is generated due to non-uniformity of these characteristics, and deformation and cracks do not occur. In addition, even if the thermal decomposition characteristics of the binder are different, the binder is uniformly removed at the time of binder removal for firing, and deformation and cracks do not occur. Furthermore, since the region 43 where the organic binder is mixed becomes 0.3 μm or more, the first
また、本実施形態においては、第2の溶剤の溶剤として、第1の有機バインダの溶解度が2%以下である溶剤を用いている。具体的には水、イソプロピルアルコール、エタンジオール、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジメチルホルムアミド、ブチルカルビトール等が例示できる。このため、第1の絶縁層1の上に第2のスラリーを塗布した際に、第2の溶剤が第1の有機バインダを溶かしにくい。これにより、第1の絶縁層1の上に第2のスラリーを塗布した際に、前記第2の溶剤が前記第1の絶縁層の有機バインダを溶かしにくくなる。このため、前記第1の絶縁層の無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料と前記第2のスラリーの無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みは少なくなり、必然的に混在する領域の厚さや濃度の不均一さも少なくなるので、上述のように、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。
Moreover, in this embodiment, the solvent whose solubility of a 1st organic binder is 2% or less is used as a solvent of a 2nd solvent. Specific examples include water, isopropyl alcohol, ethanediol, propylene glycol monoethyl ether, dimethylformamide, butyl carbitol and the like. For this reason, when the second slurry is applied on the first insulating
更に、本実施形態においては、第2の溶剤の溶剤として、SP値が11以上の溶剤を使用している。SP値とは(体積あたりの凝集エネルギー)の平方根であり、その物質の凝集し易さを表している。化学反応を起こさない物質AとBを混合する場合、AのSP値>>BのSP値であると、AとBが均一に混じり合った状態よりも、Aが凝集した状態、つまり溶解していない状態の方が全体のエネルギーが低くなるためAとBは溶解し合わない。つまり、SP値の差が少ない物質同士は溶解し合い、差が大きい物質同士は溶解し合わないことになるので、有機バインダが溶剤に溶解するかどうかは、それぞれの物質のSP値によりある程度の判定ができる。このため、第1の絶縁層1の上に第2のスラリーを塗布した際に、第2の溶剤が第1の有機バインダを溶かさない。これにより、第1の絶縁層1の上に第2のスラリーを塗布した際に、前記第2の溶剤が前記第1の絶縁層の有機バインダを溶かさなくなる。このため、前記第1の絶縁層の無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料と前記第2のスラリーの無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みは少なくなり、必然的に混在する領域の厚さや濃度の不均一さも少なくなるので、上述のように、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。
Further, in this embodiment, a solvent having an SP value of 11 or more is used as the second solvent. The SP value is the square root of (aggregation energy per volume) and represents the ease with which the substance aggregates. When mixing substances A and B that do not cause a chemical reaction, if the SP value of A >> SP value of B, A is agglomerated, that is, dissolved rather than a state where A and B are uniformly mixed. Since the energy in the state where it is not is lower, A and B are not dissolved together. That is, substances having a small difference in SP value dissolve each other, and substances having a large difference do not dissolve each other. Therefore, whether or not the organic binder is dissolved in a solvent depends on the SP value of each substance. Judgment is possible. For this reason, when the second slurry is applied on the first insulating
また更に、本実施形態においては、第2の溶剤の溶剤として、水、アルコール、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル類、アミド類、カルボニル類を使用している。一般的に、分子内の極性の分布に差が大きいとSP値が高くなる。つまり、アルキル基のみで構成された飽和化合物の溶剤のSP値が低く7程度と低いのに対し、水は23.4と通常溶剤として使用する物質の中では最も高いSP値を持つ。各種溶剤は、それぞれの極性の分布によりこの7程度から23.4の間の値を持ち、そのSP値の関係はおおよそ、飽和化合物<ケトン類<アルコール類<多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類、アミド類、カルボニル類<水となっている。このため、第1の絶縁層1の上に第2のスラリーを塗布した際に、第2の溶剤が第1の有機バインダを溶かさない。これにより、第1の絶縁層1の上に第2のスラリーを塗布した際に、前記第2の溶剤が前記第1の絶縁層の有機バインダを溶かさなくなる。このため、第2の溶剤の溶剤として、水、アルコール、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル類、アミド類、カルボニル類を使用することで、前記第1の絶縁層の無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料と前記第2のスラリーの無機物粉末、有機バインダ、あるいは、その他の構成材料が混在する領域の厚みは少なくなり、必然的に混在する領域の厚さや濃度の不均一さも少なくなるので、上述のように、焼成後の材料特性は安定し、製造過程で変形やクラックが生じることはない。
Furthermore, in this embodiment, water, alcohol, polyhydric alcohol, polyhydric alcohol alkyl ethers, amides, and carbonyls are used as the solvent of the second solvent. In general, the SP value increases when the difference in the distribution of polarities in the molecule is large. That is, the SP value of a solvent of a saturated compound composed only of an alkyl group is as low as about 7 whereas water is 23.4, which is the highest SP value among substances normally used as a solvent. Each solvent has a value between about 7 and 23.4 depending on the distribution of its polarity, and the relationship of SP values is roughly saturated compounds <ketones <alcohols <polyhydric alcohols, polyhydric alcohol alkyls. Ethers, amides, carbonyls <water. For this reason, when the second slurry is applied on the first insulating
更にまた、本実施形態においては、前記第2の溶剤に対する前記第2の有機バインダの溶解度が5%以上としている。具体的にはアクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニルアセタール樹脂、ビニルアルコール樹脂等が使用される。ビニルアルコール樹脂は高SP値の第2の溶剤に溶解するが、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニルアセタール樹脂等の有機バインダは、通常そのままでは第2の溶剤に溶解しないため、第2の溶剤に溶解するように変性される。変性は、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニルアセタール樹脂に、カルボキシル基、水酸基、アミン基等の極性官能基を付加することにより行われ、樹脂中に極性基の割合が増えるため第2の溶剤に溶解するようになる。また、ビニルアセタール樹脂はビニルアルコール樹脂とアルデヒド類との縮合、あるいは、ビニルアルコール樹脂のエステルのけん化等により作成されるが、これらの反応を途中で止めてビニルアセタール樹脂の中の一部にビニルアルコール樹脂の構造が残った状態にすることにより、第2の溶剤に溶解するように変性させることができる。ここで、アクリル樹脂、メタクリル樹脂は熱分解性が良好であるため好ましい材料であり、この中でもメタクリル酸樹脂は特に熱分解性が良好であるため特に好ましい材料である。また、極性官能基の付加は有機バインダの熱分解性を悪くするため、極性官能基の付加は少なくする方が好ましい。 Furthermore, in this embodiment, the solubility of the second organic binder in the second solvent is 5% or more. Specifically, acrylic resin, methacrylic resin, urethane resin, vinyl acetal resin, vinyl alcohol resin and the like are used. Vinyl alcohol resin is dissolved in the second solvent having a high SP value, but organic binders such as acrylic resin, methacrylic resin, urethane resin, and vinyl acetal resin are usually not dissolved in the second solvent as they are. Modified to dissolve in solvent. Modification is performed, for example, by adding a polar functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, or an amine group to an acrylic resin, a methacrylic resin, a urethane resin, or a vinyl acetal resin, and the ratio of polar groups increases in the resin. It becomes soluble in the second solvent. Vinyl acetal resins are produced by condensation of vinyl alcohol resins and aldehydes, or saponification of esters of vinyl alcohol resins. These reactions are stopped halfway, and vinyl acetal resins are partially added to the vinyl acetal resins. By making the structure of the alcohol resin remain, it can be modified so as to be dissolved in the second solvent. Here, acrylic resin and methacrylic resin are preferable materials because they have good thermal decomposability, and among these, methacrylic acid resins are particularly preferable materials because they have particularly good thermal decomposability. Moreover, since addition of a polar functional group deteriorates the thermal decomposability of an organic binder, it is preferable to reduce the addition of a polar functional group.
続いて、本発明一実施形態による複合セラミックグリーンシートを使用した多層基板の製造法を添付図に基づいて説明する。 Next, a method for manufacturing a multilayer substrate using a composite ceramic green sheet according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図3は積層前の多層セラミック基板の断面図であり、図中の3a〜3cは複合セラミックグリーンシート、1a〜1cは第1の絶縁層、2a〜2cは第2の絶縁層、4はビアホール導体、5は配線導体である。
3 is a cross-sectional view of the multilayer ceramic substrate before lamination, in which 3a to 3c are composite ceramic green sheets, 1a to 1c are first insulating layers, 2a to 2c are second insulating layers, and 4 is a via hole.
図4は焼成後の多層セラミック基板の断面図であり、図中の11a〜11cは第1の絶縁層、12a〜12cは第2の絶縁層、14はビアホール導体、15は配線導体である。最外層の配線導体の一部は電子部品の搭載部となる接続パッドや多層セラミック基板を別のプリント基板等に実装する端子として機能する。配線導体及びビアホール導体は、各回路素子を電気的に接続する。また、配線導体及びビアホール導体の一部はインダクタ、キャパシタ、フィルタ等の回路素子として機能するようにしてもよい。 4 is a cross-sectional view of the fired multilayer ceramic substrate, in which 11a to 11c are first insulating layers, 12a to 12c are second insulating layers, 14 are via-hole conductors, and 15 is a wiring conductor. A part of the outermost wiring conductor functions as a terminal for mounting a connection pad or a multilayer ceramic substrate as a mounting portion of an electronic component on another printed circuit board or the like. The wiring conductor and the via hole conductor electrically connect each circuit element. Further, some of the wiring conductors and via-hole conductors may function as circuit elements such as inductors, capacitors, filters, and the like.
第1の実施例に基づき作成した複合セラミックグリーンシート3にパンチング、レーザー等によって貫通孔を形成し、その貫通孔内に導体ペーストを充填・乾燥してビアホール導体4を形成し、複合セラミックグリーンシートの主面には導体ペーストをスクリーン印刷法などによって被着・乾燥して配線導体5を形成する。
A composite ceramic
配線導体4とビアホール導体5の材料としては、例えば、銀粉末に、有機バインダとしてエチルセルロース、溶剤として2−2−4−トリメチル−3−3−ペンタジオールモノイソブチレートを添加して成るペーストが用いられる。基板の焼成温度が800〜1000℃程度の場合、金、銀、銅等の導体は導体抵抗が低いため、好ましい導体材料である。基板の焼成温度が1300℃程度以下の場合、銀パラジウム、ニッケル等の導体が用いられ、焼成温度が1500℃程度以下の場合、モリブデン、タングステン等の導体が用いられる。ビアホール導体4の直径は、任意に設定できるが、複合セラミックグリーンシート3の厚みが10〜600μmの場合、25〜300μmに設定される。配線導体5の厚みは、例えば、5〜30μmに設定される。なお、必要に応じてキャビティや端面スルーホールとなる孔がパンチング、レーザー等により形成される。
Examples of the material for the
次に、複合セラミックシート3a〜cを、所定の積層順序で積層して積層体を形成する。この積層体には、必要に応じて、配線導体や端子用の端面電極、保護ガラス等がスクリーン印刷法などによって被着・乾燥して形成される。さらに、積層体には、必要に応じて、スナップラインが形成され、所定の寸法に切断される。 Next, the composite ceramic sheets 3a to 3c are stacked in a predetermined stacking order to form a stacked body. The laminated body is formed by applying and drying wiring conductors, terminal end electrodes for terminals, protective glass, and the like, if necessary, by screen printing or the like. Furthermore, a snap line is formed in the laminate as necessary, and the laminate is cut into a predetermined dimension.
続いて、本実施形態において、積層体は900℃で焼成される。加熱の初期において、可塑剤の揮発、脱バインダが行われる。続いて、無機物粉末の焼結が起きる。本実施形態では、第1の絶縁層1a〜1cと第2a〜2cの絶縁層2の無機物粉末の収縮を開始する温度は80℃異なっており、互いに収縮する挙動を抑制しあいながら焼結し、焼成時の平面方向における収縮がすくなくなる。
Subsequently, in the present embodiment, the laminate is fired at 900 ° C. At the initial stage of heating, the plasticizer is volatilized and debindered. Subsequently, sintering of the inorganic powder occurs. In this embodiment, the temperature at which the inorganic powders of the first insulating layers 1a to 1c and the insulating
以上の多層セラミック基板の製造工程中で、複合セラミックグリーンシート3a〜3cには加工による応力や乾燥による熱等のストレスが加わるが、第1の絶縁層1a〜1cと第2の絶縁層2a〜2cは密接に接し、強固な接合が得られているため、工程中で剥離することはない。また、有機バインダの混在している領域は小さく、均一になっている。このことにより、複合セラミックグリーンシートの強度、変形しやすさ、密度等が局所的にバラツク事はなくなり、これらの特性のバラツキから複合セラミックグリーンシート3a〜3cに発生する応力や不均一な脱バイにより、変形やクラックが生じることもない。さらに、収縮を開始する温度が20℃以上異なる絶縁層、あるいは、熱膨張係数が0.5×10−6以上異なる絶縁層を接合して、焼結する場合には、絶縁層間に大きな応力が発生して、剥離が発生することがある。本実施形態においては、各絶縁層の無機粉末が密接に接していることにより、剥離が発生することはない。 During the manufacturing process of the multilayer ceramic substrate described above, the composite ceramic green sheets 3a to 3c are subjected to stress such as processing stress and heat due to drying. However, the first insulating layers 1a to 1c and the second insulating layers 2a to 2c are applied. Since 2c is in close contact and a strong bond is obtained, it does not peel off during the process. Further, the area where the organic binder is mixed is small and uniform. As a result, there is no local variation in the strength, ease of deformation, density, etc. of the composite ceramic green sheet, and stresses generated in the composite ceramic green sheets 3a to 3c and uneven debonding due to variations in these characteristics. Therefore, no deformation or cracking occurs. Furthermore, when an insulating layer having a temperature at which shrinkage starts is different by 20 ° C. or more, or an insulating layer having a thermal expansion coefficient different by 0.5 × 10 −6 or more is joined and sintered, a large stress is generated between the insulating layers. Occurs and peeling may occur. In this embodiment, peeling does not occur because the inorganic powder of each insulating layer is in close contact.
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、複合セラミックグリーンシート3の上に、第3の無機物粉末、第3の有機バインダ及び第3の溶剤から成る第3のスラリーを塗布・乾燥して第3の絶縁層を形成して、3層の絶縁層からなる複合セラミックグリーンシートを作成してもよい。このとき第3の溶剤に対する第2の有機バインダの溶解度は2%以下にされ、第2の絶縁層と前記第3の絶縁層の界面付近に存在する前記第2の無機物粉末と前記第3の無機物粉末が混在する領域、および/又は、前記第2の有機バインダと前記第3の有機バインダが混在する領域の厚さが0.3〜8μmである複合セラミックグリーンシートとなる。
For example, on the composite ceramic
また、各有機バインダと溶剤を適切に設計することにより、第1の有機バインダと第3の有機バインダ及び第1の溶剤と第3の溶剤は同じものにすること出来る。これら材料を同じものすることは、各層の成形の製造条件を共通化出来たり、焼成時の脱バインダ条件に対する制約が少なくなったりするため好ましい。 Further, by appropriately designing each organic binder and the solvent, the first organic binder and the third organic binder, and the first solvent and the third solvent can be made the same. It is preferable to use the same material because the manufacturing conditions for forming each layer can be made common and restrictions on the binder removal conditions during firing are reduced.
更に、第1の無機物粉末と第3の無機物粉末は同じものであってもかまわない。この構成では、焼成前に接合される部分が同一の無機物粉末となるため、材料が異なることによる焼成時の応力が界面で発生しないため好ましい。また、この構成では、導体と接合する無機物粉末が1種類になるため、導体との接合が難しい無機物粉末を第2の無機物粉末として使用できるため好ましい。 Furthermore, the first inorganic powder and the third inorganic powder may be the same. This configuration is preferable because a portion to be joined before firing becomes the same inorganic powder, and stress during firing due to different materials does not occur at the interface. Further, in this configuration, since the inorganic powder to be bonded to the conductor is one type, an inorganic powder that is difficult to bond to the conductor can be used as the second inorganic powder, which is preferable.
また更に、上述の本実施形態では、全てのグリーンシートが同一の層構造を持つ複合セラミックグリーンシートを使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単一の絶縁層から成る単層のグリーンシートや前述の3層構造の複合セラミックグリーンシートを組み合わせて積層してもかまわない。この様に別種の層構造のグリーンシートを使用することにより、積層体を厚み方向に対称な層構造にすることが出来る。厚み方向に対称な層構造にすることにより、各層の収縮挙動や熱膨張率が異なっても基板に反りをなくすことが出来る。 Furthermore, in the above-described embodiment, a composite ceramic green sheet in which all the green sheets have the same layer structure is used, but the present invention is not limited to this. For example, a single-layer green sheet made of a single insulating layer or a composite ceramic green sheet having the three-layer structure described above may be combined and laminated. In this way, by using a green sheet having a different type of layer structure, the laminated body can have a layer structure symmetrical in the thickness direction. By using a symmetric layer structure in the thickness direction, it is possible to eliminate warping of the substrate even if the shrinkage behavior and thermal expansion coefficient of each layer are different.
更にまた、絶縁層1の上に配線導体を形成し、その上に第2のスラリーを塗布・乾燥して、配線導体を含んだ複合セラミックグリーンシートを作成してもよい。この構成によれば、配線のある部分とない部分の厚み差による剥離が発生しなく出来る。
Furthermore, a wiring conductor may be formed on the insulating
1・・・第1の絶縁層
1a〜c・・・第1の絶縁層
2・・・第2の絶縁層
2a〜c・・・第2の絶縁層
3・・・複合セラミックグリーンシート
3a〜c・・・複合セラミックグリーンシート
4・・・ビアホール導体
5・・・配線導体
6・・・第1のスラリー
7・・・第2のスラリー
8・・・支持フィルム
9・・・ドクターブレード
10・・・多層セラミック基板
11a〜c・・・第1の絶縁層
12a〜c・・・第2の絶縁層
14・・・ビアホール導体
15・・・配線導体
21・・・第1の無機物粉末
22・・・第2の無機物粉末
31・・・第1の有機バインダ
32・・・第2の有機バインダ
33・・・第1の有機バインダと第2の有機バインダの混在するバインダ
41・・・第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域
42・・・第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域
43・・・第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在する領域
51・・・第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域
52・・・第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域
53・・・第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在する領域
51・・・第1の絶縁層の成分のみで構成されている領域
62・・・第2の絶縁層の成分のみで構成されている領域
63・・・第1の絶縁層の成分と第2の絶縁層の成分が混在する領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層の界面付近には、前記第1の無機物粉末と前記第2の無機物粉末が混在する領域、および/又は前記第1の有機バインダと前記第2の有機バインダが混在する領域を有するとともに、該混在領域の厚さが0.3〜8μmであることを特徴とする複合セラミックグリーンシート。 A composite in which a second insulating layer is formed by applying and drying a slurry containing the second inorganic powder and the second organic binder on the first insulating layer made of the first inorganic powder and the first organic binder. In ceramic green sheet,
In the vicinity of the interface between the first insulating layer and the second insulating layer, a region where the first inorganic powder and the second inorganic powder are mixed, and / or the first organic binder and the second A composite ceramic green sheet having a region in which organic binders are mixed and having a thickness of the mixed region of 0.3 to 8 μm.
前記第2の溶剤に対する前記第1の有機バインダの溶解度が2%以下であることを特徴とする複合セラミックグリーンシートの製造方法。 The first inorganic powder, the second organic powder, the second organic powder, and the second organic powder are formed on the first insulating layer formed by applying and drying the first slurry composed of the first inorganic powder, the first organic binder, and the first solvent in layers. In a method for producing a composite ceramic green sheet, a second slurry comprising a binder and a second solvent is applied in layers and dried to form a second insulating layer.
The method for producing a composite ceramic green sheet, wherein the solubility of the first organic binder in the second solvent is 2% or less.
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