JP2009181987A - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱バインダー性が良好であって、基板表面からのビアホール導体の突出が抑制された、寸法精度の高いセラミック多層基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ビアホール導体用ペースト２２が充填された貫通孔２１を有する最外のセラミックグリーンシート上に、セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しない厚み５μｍ〜７０μｍの未焼結の第１拘束層３１と、セラミックグリーンシート積層体１の脱バインダー後であってセラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了する未焼結の第２拘束層３２をこの順に積層して複合積層体５を作製する工程と、複合積層体５を、第２拘束層３２およびセラミックグリーンシート積層体１が焼結し、かつ第１拘束層３１が焼結しない温度で焼成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、平面方向の焼成収縮を抑制して寸法精度を良好なものとしたセラミック多層基板の製造方法に関する。

従来、移動体通信分野などで使用されるセラミック多層基板において、配線層の材料として導電率の高い金、銀、銅、アルミニウムあるいはそれらの混合物を用い、絶縁層の材料として配線層の材料の融点よりも低い温度で焼成が可能なガラスセラミックスを用いたセラミック多層基板が広く用いられている。

このセラミック多層基板は、複数の配線層間がビアホール導体により電気的に接続されている。製造に際しては、焼成後に絶縁層となるセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、その貫通孔に焼成後にビアホール導体となる導体材料を充填するとともに、貫通孔に導体材料の充填されたセラミックグリーンシートの主面に配線層となる導体材料を塗布する。そのようにして準備したセラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成することにより、配線層間がビアホール導体により接続されたセラミック多層基板が得られる。

ここで、セラミック絶縁層の材料としてガラスセラミックスを用いたセラミック多層基板は、焼結前のセラミックグリーンシート積層体の状態から焼結により体積が４０〜５０％程度収縮する。このとき、セラミック多層基板の主面と平行な方向（平面方向）における収縮率は１方向において平均１５〜２０％程度ばらついており、この収縮率のばらつきが配線層の位置ばらつきにつながり、セラミック多層基板の寸法精度（セラミック多層基板の表面に形成されたパッド間距離の精度）が悪くなっていた。なお、ここでいう収縮率とは、焼結前の寸法から焼結後の寸法を減じた値を焼結前の寸法で除した値で定義されるものである。

そこで、セラミック多層基板の寸法精度を向上させる方法として、セラミックグリーンシート積層体の上下面に該セラミックグリーンシート積層体の焼結温度では焼結しないシート状拘束物を圧着し、これを前記セラミックグリーンシート積層体の焼結温度で焼成した後、前記シート状拘束物を除去してセラミック多層基板を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

一方、セラミックグリーンシート積層体の焼結温度よりも高い融点を持つセラミック粉末を塗布したセラミック敷板をセラミックグリーンシート積層体の上下面に圧着し、セラミックグリーンシート積層体とセラミック敷板とを同時に焼成した後、セラミック敷板を分離する方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
特許第３２２９５４０号公報 特開２０００−２６１６７号公報

特許文献１に記載の方法では、セラミックグリーンシート積層体の平面方向の収縮は当該セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮（焼結）終了温度では焼成収縮（焼結）を開始しないシート状拘束物により抑制される。したがって、このセラミックグリーンシート積層体の垂直方向（積層方向）の収縮が大きくなる。

ところが、ビアホール導体を形成する導体材料が最外のセラミックグリーンシートを貫通する貫通孔に充填されている場合、ビアホール導体を形成する導体材料の垂直方向の収縮量がセラミックグリーンシートの垂直方向の収縮量に比べて小さいことによって、焼結後の基板表面からビアホール導体が大きく突出してしまう。特に、ビアホール導体が複数層に直接接続されるとともに平面方向に近接している部位においては、基板表面が変形して平坦度（コプラナリティ）が悪くなり、結果的に表面実装部品の実装性が低下してしまう。これは、シート状拘束物がセラミックグリーンシート積層体の焼成収縮（焼結）終了後に除去される必要があるため、セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮（焼結）終了後においても完全に焼結させずに生の柔らかい状態を維持させるようになっているからである。

特許文献２に記載の方法では、セラミックグリーンシート積層体の平面方向の収縮を抑制するために焼結体である固いセラミック敷板を用いていることから、ビアホール導体の基板表面からの突出や基板表面の変形を抑制することができる。

ところが、セラミックグリーンシート積層体がセラミック敷板に挟持された構造であるため、焼成時にセラミックグリーンシート積層体から有機バインダーを除去する、いわゆる脱バインダーが不十分となり、焼成後のセラミック多層基板にクラックやデラミネーションが発生してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、脱バインダー性が良好であって、基板表面からのビアホール導体の突出が抑制された、寸法精度の高いセラミック多層基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、（１）少なくともガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダーとを含むセラミックグリーンシートを上下に複数積層してなり、上側および下側の少なくともいずれか一方にある最外のセラミックグリーンシートが貫通孔を有するとともに該貫通孔にビアホール導体用ペーストが充填されたセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、（２）前記ビアホール導体用ペーストが充填された貫通孔を有する最外のセラミックグリーンシート上に、前記セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しない厚み５μｍ〜７０μｍの未焼結の第１拘束層と、前記セラミックグリーンシート積層体の脱バインダー後であって前記セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了する未焼結の第２拘束層をこの順に積層して複合積層体を作製する工程と、（３）前記複合積層体を、前記第２拘束層および前記セラミックグリーンシート積層体が焼結し、かつ前記第１拘束層が焼結しない温度で焼成する工程と、（４）焼成された前記複合積層体より前記第１拘束層および前記第２拘束層を除去する工程とを有することを特徴とするセラミック多層基板の製造方法である。

本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、ビアホール導体用ペーストが充填された貫通孔を有する最外のセラミックグリーンシート上に、セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しない厚み５μｍ〜７０μｍの未焼結の第１拘束層と、セラミックグリーンシート積層体の脱バインダー後であってセラミックグリーンシート積層体の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了する未焼結の第２拘束層をこの順に積層して複合積層体を作製し、次いで、第２拘束層およびセラミックグリーンシート積層体が焼結し、かつ第１拘束層が焼結しない温度で焼成するので、クラックやデラミネーションの発生が抑制されるとともに基板表面からのビアホール導体の突出が抑制されたセラミック多層基板を得ることができる。また、本発明のセラミック多層基板の製造方法により得られるセラミック多層基板は、外形寸法精度が高く、結果として基板表面に形成されたパッド間距離の精度が高いものとなる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明のセラミック多層基板の製造方法の一実施形態を示す概略断面図であって、図１はセラミックグリーンシート積層体の上側および下側にそれぞれ第１拘束層および第２拘束層を積層する前の状態を示していて、図２はセラミックグリーンシート積層体の上側および下側にそれぞれ第１拘束層および第２拘束層を積層した後の状態を示している。

第１の工程として、図１に示すように、少なくともガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダーとを含むセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４を上下に複数積層してなり、上側および下側の少なくともいずれか一方にある最外のセラミックグリーンシート１１、１４が貫通孔２１を有するとともに該貫通孔２１にビアホール導体用ペースト２２が充填されたセラミックグリーンシート積層体１を作製する。

具体的には、まず焼成後に絶縁層となる複数のセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４を形成する。セラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４を形成する原料としては、ガラス粉末４０〜９０質量％、セラミック粉末１０〜６０質量％の割合で調合したものを用いることが好ましい。

ガラス粉末としては、少なくともＳｉＯ_２を含み、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）等のホウケイ酸ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。これらのガラスとしては、誘電特性の点では焼成後にディオプサイド、ハーディストナイト、セルシアン、ウィレマイト、フォルステライトが析出するのが望ましく、強度の点では焼成後にディオプサイド、セルシアン、コージェライト、アノーサイトが析出するのが望ましく、さらには誘電特性と強度の点では焼成後にディオプサイド、セルシアンが析出するのが望ましい。焼結後に結晶化せずに残留する残留ガラス量は、１０体積％以下、特に５体積％以下であることが、平面方向の収縮抑制効果や基板の曲げ強度、誘電損失の観点から望ましい。残留ガラス量は、ＸＲＤ回折パターンからリートベルト解析により決定することができる。ガラスの定量については、試料とＺｎＯ（標準試料）を所定の比率で混合し、試料に形成される全ての結晶相とＺｎＯ標準試料を考慮したプログラム解析より求めることができる。

また、セラミック粉末としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＴｉＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、ＢａＴｉ_４Ｏ_９、ＺｒＴｉＯ_４、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＴｉＯ_２、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４などを例示できる。これらの中でも、特に誘電特性の点でＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＴｉＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、ＢａＴｉ_４Ｏ_９が望ましく、強度の点でＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４が望ましく、さらには誘電特性と強度の点でＡｌ_２Ｏ_３が望ましい。

例えば、セラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４の形成材料としては、１０〜３０質量％のＳｉＯ_２、１〜９質量％のＡｌ_２Ｏ_３、５〜３０質量％のＭｇＯ、２１〜３５質量％のＢａＯ、１０〜３０質量％のＢ_２Ｏ_３、０〜２０質量％のＹ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２，Ｎａ_２Ｏ，ＳｎＯ_２，Ｐ_２Ｏ_５，ＺｒＯ_２およびＬｉ_２Ｏから選ばれる少なくとも１種からなるガラス４０〜９０質量％と、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＴｉＯ_３，ＣａＺｒＯ_３，ＣａＴｉＯ_３，ＢａＴｉ_４Ｏ_９，ＳｒＴｉＯ_３，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＡｌＮおよびＳｉ_３Ｎ_４から選ばれる少なくとも１種からなるセラミックス１０〜６０質量％とから構成される材料が採用される。このような材料を採用することで、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗導体との同時焼成（１０００℃以下での低温焼成）が可能となる。

上述した原料粉末を所定量秤量し、さらに焼成過程で容易に揮発する有機バインダーおよび有機溶剤、また所望により可塑剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の周知の成形法によりシート状に成形し、所定寸法に切断して厚さ１０〜５００μｍのセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４を作製する。

そして、複数のセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４のうち少なくとも最外層に配置されるセラミックグリーンシート１１、１４に貫通孔２１をレーザー、マイクロドリル、パンチングなどで、直径６０〜２００μｍ程度に形成する。なお、図１および図２に示す形態では、すべてのセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４に貫通孔２１が形成されている。

その後、焼成後にビアホール導体となるビアホール導体用ペースト２２を貫通孔２１に充填する。

ビアホール導体用ペースト２２に用いる金属粉末としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどからなる粉末が低抵抗という点で好ましい。低抵抗導体を用いることで、高速伝送を実現できる。なお、金属粉末の焼結開始温度を調節する目的で、アルミナ、シリカ等の無機酸化物でコーティングされた金属粉末を使用してもよい。さらに、焼結挙動の調整や、セラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４が焼結してなる絶縁層とビアホール導体用ペースト２２が焼結してなるビアホール導体との接着強度の向上、セラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４とビアホール導体用ペースト２２との熱膨張差の低減のために、ガラス粉末が含まれていてもよい。

ガラス粉末としては、ホウケイ酸系ガラス、ホウケイ酸亜鉛系ガラス、およびホウケイ酸鉛系ガラス等を例示できる。特に、８００〜１１００℃での金属粉末との同時焼成性に優れ、接着強度を向上させることができるという点で、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスが好ましい。また、金属粉末、ガラス粉末以外にも、アルミナ、シリカ等のフィラー成分や、樹脂ビーズ等の有機成分を添加することにより、焼結挙動を調整することも可能である。上記の粉末等に有機バインダーや有機溶剤を加えて、３本ロールで混練して、ビアホール導体用ペースト２２を調整する。ビアホール導体用ペースト２２の粘度としては、貫通孔２１への充填性を考慮して、１００〜３５０Ｐａ・ｓであることが好ましい。

充填法としては、ビアホール導体形成位置に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通してビアホール導体用ペースト２２を押し出す方法として、通常のポリウレタン製等の板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法でもよく、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、ビアホール導体用ペースト２２を貫通孔２１に加圧注入する方法でもよい。また、ビアホール導体用ペースト２２の粘度や印刷条件を調整して、充填したビアホール導体用ペースト２２が貫通孔２１上でセラミックグリーンシート積層体１の表面から突出するように過充填し、その後、突出したビアホール導体用ペースト２２をプレスして、貫通孔２１に押し込んでもよい。なお、ビアホール導体用ペースト２２と同じペーストを用いて、ビアホール導体用ペースト２２の貫通孔２１への充填とともに配線導体４も被着形成される。

なお、貫通孔２１の形成およびビアホール導体用ペースト２２の充填は、上側および下側の少なくともいずれか一方にある最外のセラミックグリーンシート１１またはセラミックグリーンシート１４に限定されるものではなく、図に示すように上側おのセラミックグリーンシート１１および下側のセラミックグリーンシート１４に加え、セラミックグリーンシート１２、１３に施されていてもよい。

このようにして得られたセラミックグリーンシートを所定の積層順序にて複数積層し、セラミックグリーンシート積層体１を形成する。セラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４の積層には、積み重ねられたセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４に熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤および溶剤等からなる接着剤をセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。

次に、第２の工程として、図２に示すように、ビアホール導体用ペースト２２が充填された貫通孔２１を有する最外のセラミックグリーンシート１１、１４上に、セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しない厚み５μｍ〜７０μｍの未焼結の第１拘束層３１と、セラミックグリーンシート積層体１の脱バインダー後であってセラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了する未焼結の第２拘束層３２をこの順に積層して複合積層体５を作製する。

第１拘束層３１および第２拘束層３２は、セラミックグリーンシート積層体１の平面方向の収縮を抑制するために積層されるものである。そして、第１拘束層３１および第２拘束層３２を、ビアホール導体用ペースト２２が充填された貫通孔２１を有する最外のセラミックグリーンシート１１、１４上に配置し積層することで、セラミックグリーンシート積層体１の平面方向の収縮を抑制するとともに、後述の基板表面からのビアホール導体の突出を抑制するとともに、表面実装部品の実装性を良好なものとするという効果を発現するものである。なお、拘束の効果を十分に発揮するためには、図に示すように上側および下側に積層するのが好ましい。

第１拘束層３１は、セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しない未焼結のものである。セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮（焼結）終了後に第１拘束層３１および第２拘束層３２が容易に除去できるように、また脱バインダーの障壁とならないように、あえて焼成工程において焼結させないようにしたものである。

このように、第１拘束層３１がセラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しないようにするために、第１拘束層３１がアルミナ、マグネシア、シリカ、ムライト、ジルコニアおよびそれらの複合物からなるセラミック粉末に有機バインダーや有機溶剤等が混合され、あるいはこれを１００質量部としたときにさらに１〜３０質量部、好ましくは５〜２０質量部のガラス粉末または低融点の金属酸化物を含むグリーンシート状またはペースト状のものが採用される。後述する積極的な第１拘束層３１および第２拘束層３２の剥離工程までは剥離しないようにその強度が保持できていれば特に限定はない。

例えば、第１拘束層３１の形成材料としては、２０〜６０質量％のＳｉＯ_２、１０〜２５質量％のＡｌ_２Ｏ_３、８〜３５質量％のＭｇＯ、１０〜２０質量％のＢａＯ、０〜２０質量％のＢ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＳｒＯ，Ｎａ_２Ｏ，ＳｎＯ_２，Ｐ_２Ｏ_５，ＺｒＯ_２およびＬｉ_２Ｏから選ばれる少なくとも１種からなるガラス０〜４０質量％と、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＴｉＯ_３，ＣａＺｒＯ_３，ＣａＴｉＯ_３，ＢａＴｉ_４Ｏ_９，ＳｒＴｉＯ_３，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４から選ばれる少なくとも１種を含むセラミックス６０〜１００質量％とから構成される材料が採用される。

一方、第２拘束層３２は、セラミックグリーンシート積層体１の脱バインダー後であってセラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了するものである。

第２拘束層３２がセラミックグリーンシート積層体１の脱バインダー後に焼成収縮を終了するのは、焼成時のセラミックグリーンシート積層体１からの脱バインダーが不十分で焼成後のセラミック多層基板にクラックおよびデラミネーションが発生してしまうのを防止するためである。

また、第２拘束層３２がセラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了するのは、セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮終了後の基板表面からビアホール導体が突出するのを抑制するとともに基板表面の変形を抑制するためである。すなわち、セラミックグリーンシート積層体１の積層方向の収縮量とビアホール導体用ペースト２２の積層方向の収縮量とが異なることから、焼成後に基板表面からビアホール導体が突出してしまうことになるが、セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始前に第２拘束層３２が焼成収縮を終了していることで、この第２拘束層３２が硬質層として機能し、焼成後の基板表面からのビアホール導体の突出および基板表面の変形を抑制するものである。

このように、第２拘束層３２がセラミックグリーンシート積層体１の脱バインダー後であってセラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了するために、第２拘束層３２はセラミックグリーンシート１１、１２、１３、１４と同様にガラス粉末およびセラミック粉末を含み、これに有機バインダーや有機溶剤等が混合されていて、第２拘束層３２に含まれるガラス粉末の結晶化温度が、有機バインダーの分解される温度よりも高く、セラミックグリーンシート積層体１に含まれるガラス粉末の軟化温度よりも低くなるように設定されたグリーンシート状のものである。このように設定するための方法としては、セラミックグリーンシート積層体１と第２拘束層３２のガラス組成を異ならせることにより、ガラスの軟化温度を異ならせる方法がもっとも簡便な方法である。その他、ガラスとフィラーの量比を異ならせてもよく、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＳｎＯなどの核形成剤を添加してセラミックグリーンシート積層体１と第２拘束層３２の焼成収縮開始温度を異ならせてもよい。

例えば、第２拘束層３２の形成材料としては、２０〜６０質量％のＳｉＯ_２、１０〜２５質量％のＡｌ_２Ｏ_３、８〜３５質量％のＭｇＯ、１０〜２０質量％のＢａＯ、０〜２０質量％のＢ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＳｒＯ，Ｎａ_２Ｏ，ＳｎＯ_２，Ｐ_２Ｏ_５，ＺｒＯ_２およびＬｉ_２Ｏから選ばれる少なくとも１種からなるガラス３０〜１００質量％と、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＴｉＯ_３，ＣａＺｒＯ_３，ＣａＴｉＯ_３，ＢａＴｉ_４Ｏ_９，ＳｒＴｉＯ_３，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４から選ばれる少なくとも１種を含むセラミックス０〜７０質量％とから構成される材料が採用される。

ここで、第１拘束層３１の厚みは５μｍ〜７０μｍとなっている。５μｍ以上であるのは、セラミックグリーンシート積層体１の焼成収縮開始時に焼成収縮を終了している第２拘束層３２が、セラミックグリーンシート積層体１と接合して後の工程において剥離できなくなってしまうのを防止するためである。また、７０μｍ以下であるのは、第２拘束層３２が焼結して硬質層として機能したとしても、第１拘束層３１が厚すぎてしまうとビアホール導体が第１拘束層３１に食い込むように突出してしまうとともに基板表面の変形を十分に抑制することができなくなってしまうからである。

以上述べた第１拘束層３１および第２拘束層３２をセラミックグリーンシート積層体１の上側および下側の少なくとも一方に順に積層して複合積層体５を作製する。なお、ここでいう順に積層とは、セラミックグリーンシート積層体１に第１拘束層３１を積層した後に第２拘束層３２を積層することのみを意味するものではなく、第２拘束層３２にペースト状の第１拘束層３１をスクリーン印刷法などによって被着形成したもの（複合拘束シート）をセラミックグリーンシート積層体１に圧着する方法、第２拘束層３２にグリーンシート状の第１拘束層３１を貼り合わせたもの（複合拘束シート）をセラミックグリーンシート積層体１に圧着する方法なども含むことを意味する。この後、所望の形状に切断および面取りなどがなされる。

なお、ここでいう焼成収縮の開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、０．５％体積収縮するときの温度で定義されるものである。また、ここでいう焼成収縮の終了温度とは、焼成前の状態から焼成終了後の状態までの収縮量に対し９０％以上体積収縮したときの温度をいう。なお、体積収縮はＴＭＡ（熱機械分析）の線収縮から体積収縮に換算して決定される。

次に、第３の工程として、複合積層体５を、第２拘束層３２およびセラミックグリーンシート積層体１が焼結し、かつ第１拘束層３１が焼結しない温度で焼成する。

焼成にあたっては、複合積層体５はそのまま電気炉に入れられる。約５００℃までの焼成過程でセラミックグリーンシート積層体１中の有機バインダーや有機溶剤の分解と燃焼が起こり、脱バインダーが行なわれる。なお、有機バインダーとして分解温度の低いものを採用する場合には分解温度付近で一旦保持するいわゆる多段焼成は必要ないが、分解温度が第２拘束層３２の焼成収縮開始温度に近い場合には、分解温度付近で所望のキープ時間保持するいわゆる多段焼成を行なうのが好ましく、これにより脱バインダー不足が解消される。

焼成中、第２拘束層３２が先に焼成収縮（焼結）を開始するが、この際セラミックグリーンシート積層体１はまだ焼成収縮を開始しておらず、第２拘束層３２は平面方向の収縮が抑制されているため、積層方向にのみ収縮し、第２拘束層３２は焼結を完了する。その後、セラミックグリーンシート積層体１が焼成収縮を開始するが、この際第２拘束層３２が焼結を完了しているため、セラミックグリーンシート積層体１は平面方向の収縮が抑制され、積層方向にのみ焼成収縮し、セラミックグリーンシート積層体１は焼結を完了する。

最後に、第４の工程として、焼成された複合積層体５より第１拘束層３１および第２拘束層３２を除去する。除去には、研磨、剥離と研磨を併用等の方法が用いられる。

なお、この後、必要に応じて基板表面にＡｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ／Ｃｕ、Ｃｕ等の導体ペーストを用いて配線パターンをスクリーン印刷し、これを１０００℃以下で焼成して配線導体を形成してもよい。

セラミックグリーンシートの形成材料として、４３．３質量％のＳｉＯ_２、１２．９質量％のＡｌ_２Ｏ_３、１８．０質量％のＭｇＯ、１４．１質量％のＢａＯ、７．５質量％のＢ_２Ｏ_３、１．０質量％のＹ_２Ｏ_３、１．７質量％のＣａＯ、０．５質量％のＳｒＯ、１．０質量％のＺｒＯ_２からなるガラス６０質量％と、Ａｌ_２Ｏ_３４０質量％とから構成されるガラスセラミック材料を用意した。

また、第２拘束層３２の形成材料として、２３．８質量％のＳｉＯ_２、８．４質量％のＡｌ_２Ｏ_３、１５．４質量％のＭｇＯ、２６．５質量％のＢａＯ、１７．９質量％のＢ_２Ｏ_３、４．９質量％のＣａＯ、０．４質量％のＳｒＯ、１．０質量％のＳｎＯ_２、１．７質量％のＺｒＯ_２からなるガラス６０質量％と、Ａｌ_２Ｏ_３４０質量％とから構成されるガラスセラミック材料を用意した。

これらのガラスセラミック材料に、アクリル有機バインダー、可塑剤、有機溶剤を添加して、スラリーを作製し、ドクターブレード法により薄層化し、セラミックグリーンシート積層体を構成するセラミックグリーンシートと第２拘束層とを作製した。

このとき、セラミックグリーンシートの厚みは、焼成後に５０μｍとなるように作製した。また、第２拘束層３２の厚みは焼成後に１００μｍ、２００μｍ、３００μｍとなるように作製した。

次に、第１拘束層３１の形成材料として、４３．３質量％のＳｉＯ_２、１２．９質量％のＡｌ_２Ｏ_３、１８．０質量％のＭｇＯ、１４．１質量％のＢａＯ、７．５質量％のＢ_２Ｏ_３、１．０質量％のＹ_２Ｏ_３、１．７質量％のＣａＯ、０．５質量％のＳｒＯ、１．０質量％のＺｒＯ_２からなるガラス１０質量％と、Ａｌ_２Ｏ_３９０質量％とから構成される無機粉末に、有機ビヒクルを添加して攪拌した後、無機粉末及び有機バインダーの凝集体がなくなるまで３本ロールミルで混合してペースト化し、第１拘束層となるセラミックペーストを作製した。

そして、グリーンシート状の第２拘束層に、ペースト状の第１拘束層をスクリーン印刷法により塗布形成し、複合拘束シートを作製した。第１拘束層の厚みは、３μｍ、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍとなるように形成した。厚みの変更は印刷回数とスクリーン製版の厚みによりコントロールした。

次に、銀粉末に、β石英、バリウムホウ珪酸ガラス及び有機ビヒクルを添加し、これらを攪拌した後、銀粉末及び有機バインダーの凝集体がなくなるまで３本ロールミルで混合してペースト化し、ビアホール導体用ペーストを作製した。有機ビヒクルは、有機バインダーとして、エチルセルロースを５質量部、有機溶剤としてα−テルピネオールを９５質量部とから構成し、この有機ビヒクルを、銀粉末１００質量部に対して１５質量部添加した。

次に、上記のセラミックグリーンシートにビアホール導体を形成すべく、レーザーによって貫通孔を形成し、ビアホール導体用ペーストをこの貫通孔に充填した。ビアホール導体用ペーストの充填には、ペースト押出式のヘッドを備えたオンコンタクト印刷機を用いた。その後、表面配線及び内部配線となる配線パターンをスクリーン印刷により形成し、これらのセラミックグリーンシートを位置合わせした後、１４層積層して焼成後の厚みが０．７ｍｍとなるようなセラミックグリーンシート積層体を作製した。

その後、このセラミックグリーンシート積層体の両面（上面および下面）に、先ほど作製した複合拘束シートを第１拘束層がセラミックグリーンシート積層体と接する側となるように積層（圧着）して、複合積層体を作製した。

この後、所望の形状に切断した後、これを大気中４００℃で脱バインダー処理し、さらに大気中９００℃で焼成して、焼成後、基板表面に付着した第１拘束層と第２拘束層により形成された拘束複合シートを研磨等により除去し、セラミック多層基板を作製した。

このように作製されたセラミック多層基板において、基板表面の凹凸を３次元レーザー変位計で測定した。測定領域は、セラミック多層基板表面のうち、基板端部の稜線を含む５ｍｍ×５ｍｍとした。このとき、得られた測定データのうち、基板端部の稜線以外の基板表面における最低点と最高点との差をコプラナリティ（変形量）と定義して測定した。その結果を表１に示す。なお、表１には５つの基板を測定した結果におけるコプラナリティ（変形量）の最高値を記した。

表１は第１拘束層と第２拘束層（焼成後）の厚みを変化させた際、焼成後の複合拘束シート除去後の基板表面のコプラナリティ、表面実装部品の実装性、寸法精度がどのようになるか、複合拘束シートが容易に除去できるかについて検討した結果である。

試料Ｎｏ．１〜２８は、第１拘束層と第２拘束層（焼成後）の厚みを変化させたものであり、試料Ｎｏ．２９〜３１は第１拘束層のみを積層したものである。

まず、第２拘束層の厚みを２００μｍに固定して、第１拘束層の厚みを変化させた試料Ｎｏ．２〜１１においてコプラナリティの最大値が２５μｍと、例えば第２拘束層のみを厚み２００μｍで積層した本発明範囲外の試料Ｎｏ．３０のコプラナリティの最大値３８μｍに比べ、良好な値を示すことを確認した。

第１拘束層の厚みが薄くなると、コプラナリティの最大値が低下する傾向が見られるが、第１拘束層の厚みを３μｍと薄くした本発明範囲外の試料Ｎｏ．１においては、焼成後の複合拘束シートの除去が容易にできなくなった。

また、第１拘束層の厚みが８０μｍ以上の試料Ｎｏ．１２〜１４では、例えば第２拘束層のみを厚み２００μｍで積層した本発明範囲外の試料Ｎｏ．３０のコプラナリティの最大値３８μｍに比べ、改善は見られるものの、表面実装部品の実装性が悪化していることがわかる。

また、第２拘束層の厚みを１００μｍ、３００μｍと変化させて、さらに第１拘束層の厚みを変化させた試料Ｎｏ．１５〜２６においてコプラナリティの最大値が２５μｍと第２拘束層のみを施した本発明範囲外の試料Ｎｏ．２９〜３１のコプラナリティの最大値４０μｍに比べ、良好な値となることを確認した。

以上のことから、第２拘束層の厚みでは、コプラナリティの最大値は大きく変化しないことを確認した。

これまでの結果より、第１拘束層の厚みを薄くするとコプラナリティの値は確実に良好な値となることがわかる。しかしながら、第１拘束層の厚みを３μｍと薄くした際に、焼成後の複合拘束シートの除去が容易にできなくなった。したがって、コプラナリティの改善効果に加え、この焼成後の複合拘束シートの除去の観点からも、第１拘束層の厚みは５μｍ〜７０μｍの範囲とすることが重要であることがわかる。

なお、焼成前のセラミックグリーンシート積層体と焼成後のセラミック多層基板に対して、所定のポイント間の長さを測定して、面方向の収縮率を測定した。なお、各試料についてそれぞれ収縮率を測定し、収縮率の最大値と最小値の差を収縮バラツキとして評価したところ、本発明の試料はいずれも、０．２％以下の優れた収縮バラツキを示すものであり、寸法精度が良好であることがわかった。

本発明のセラミック多層基板の製造方法の一実施形態を示す概略断面図であって、セラミックグリーンシート積層体の上側および下側にそれぞれ第１拘束層および第２拘束層を積層する前の状態を示している。 本発明のセラミック多層基板の製造方法の一実施形態を示す概略断面図であって、セラミックグリーンシート積層体の上側および下側にそれぞれ第１拘束層および第２拘束層を積層した後の状態を示している。

符号の説明

１・・・セラミックグリーンシート積層体
１１、１２、１３、１４・・・セラミックグリーンシート
２１・・・貫通孔
２２・・・ビアホール導体用ペースト
３１・・・第１拘束層
３２・・・第２拘束層
４・・・配線導体
５・・・複合積層体

Claims (1)

1. （１）少なくともガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダーとを含むセラミックグリーンシートを上下に複数積層してなり、上側および下側の少なくともいずれか一方にある最外のセラミックグリーンシートが貫通孔を有するとともに該貫通孔にビアホール導体用ペーストが充填されたセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、（２）前記ビアホール導体用ペーストが充填された貫通孔を有する最外のセラミックグリーンシート上に、前記セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮終了温度では焼成収縮を開始しない厚み５μｍ〜７０μｍの未焼結の第１拘束層と、前記セラミックグリーンシート積層体の脱バインダー後であって前記セラミックグリーンシート積層体の焼成収縮開始前に焼成収縮を終了する未焼結の第２拘束層をこの順に積層して複合積層体を作製する工程と、（３）前記複合積層体を、前記第２拘束層および前記セラミックグリーンシート積層体が焼結し、かつ前記第１拘束層が焼結しない温度で焼成する工程と、（４）焼成された前記複合積層体より前記第１拘束層および前記第２拘束層を除去する工程とを有することを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。

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