JP4275429B2

JP4275429B2 - 多層セラミック基板およびその製造方法

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Publication number: JP4275429B2
Application number: JP2003061396A
Authority: JP
Inventors: 勉川畑
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004273695A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数枚のセラミックシートを積層してなるセラミック基板に突出部を有する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。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器等に使用されるセラミック多層回路基板（多層セラミック基板）は、必要に応じた複数枚のセラミックグリーンシートを積層した構造を有するが、モジュールの低背化等の要請を受けて、基板の層の一部に孔（キャビティ）を設け、そのキャビティ内にチップ部品等の電子部品を搭載できるようにしたものもある。
【０００３】
多層セラミック基板にキャビティを形成する方法として一般的に知られているものには、例えば、特許文献１に開示された方法がある。この特許文献１に記載の多層セラミック基板では、複数のセラミック層各々に設けられた貫通孔の重なりによってキャビティを形成している。すなわち、あらかじめ各々のグリーンシートに開口部を形成し、それらのグリーンシートを順次、積み重ねることで積層体を作製して、キャビティを形成している。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、特殊な開口形状を有するキャビティを備える多層セラミック基板が開示されている。この特許文献２に記載の多層セラミック基板は、複数のセラミックグリーンシートを積層してキャビティの側壁から突出する凸部を設け、その凸部によってキャビティの開口面積を減少させることのできるセラミック多層回路基板を提供するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２６７４４８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−７６１８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、回路基板の設計上の要請から、キャビティ内にそのキャビティの側壁に接していない突出部、つまり、キャビティ内において独立して起立する突出部が必要となる場合がある。このような突出部は、例えば、その内部に回路を組み込んだり、突出部の上部に部品を搭載する等に利用するものである。
【０００８】
しかし、上記従来の積層方法、および積層技術は、いずれも、あらかじめ特定形状を有する開口部を形成したグリーンシートを積み重ねるものであるため、上述したように、キャビティの側壁から独立した突出部を、キャビティの形成と同時に作り上げることはできないという問題がある。
【０００９】
ここで、キャビティ内に突出部を形成する方法に着目すると、例えば、積層体とは別に形成した積層単体をキャビティ内に配置して、それを熱圧着したり、焼成後の基板のキャビティ内にその積層単体を接着する方法等が考えられる。しかし、積層単体をキャビティ内に配置し、接着する工程は煩雑であり、積層単体と基板とを電気的に接続する必要がある場合には、高い位置精度が要求される。そのため、回路基板の生産性が劣り、それに加えて、積層単体と基板との接続部の信頼性が低いという問題もある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板上にキャビティ、およびキャビティ内において独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板およびその製造方法を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、簡単な工程で基板上に突出部を形成するための多層セラミック基板およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、複数枚のセラミックシートを積層してなり、基板上に独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、上記基板上に上記突出部の平面形状に合わせた開口部を有する金属プレートを重ね、その金属プレート上に、開口部を設けない積層体を形成し加圧することで、上記積層体のうち上記開口部の上部に位置する部分が上記開口部の内部に押し込まれる際に上記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ上記基板に圧着された後、上記金属プレートを除去することで上記突出部を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、表面に突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、セラミックシートを積層して第１の積層部を形成するステップと、開口部を有する金属プレートを上記第１の積層部上に配するステップと、上記金属プレート上に、開口部を設けないセラミックシートを積層して第２の積層部を形成するステップと、上記第１の積層部と、上記金属プレートと、上記第２の積層部とで構成される積層体に対して加圧するステップと、上記開口部に対応した部分以外の上記第２の積層部を、上記金属プレートとともに上記第１の積層部上から除去するステップとを備え、上記第２の積層体のうち上記開口部に対応した部分が上記加圧により上記開口部の内部に押し込まれる際に上記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ上記基板に圧着されることにより、上記開口部の形状に対応した平面形状の上記突出部を形成することを特徴とする。
【００１４】
例えば、上記加圧後、上記積層体の温度が低下してから上記金属プレートを除去することを特徴とする。また、例えば、上記金属プレートは、上記第２の積層部の厚さと同じか、またはこれを超える厚さとしたことを特徴とする。
【００１５】
例えば、上記突出部は、上記第１の積層体上に上記第１の積層体の周縁部より離間した位置に形成されることを特徴とする。また、例えば、さらに、上記金属プレートを除去した後に、上記突出部から所定距離、離間しつつ上記突出部の周囲を取り囲む中空状の積層部を形成するステップを備えることを特徴とする。
【００１６】
上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、多層セラミック基板であって、上述した多層セラミック基板の製造方法によって製造したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態例］
以下、添付図面を参照して、本発明に係る第１の実施の形態例を詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態例に係るセラミック多層回路基板（多層セラミック基板）の外観図である。図１の（ａ）は、基板の外観斜視図であり、（ｂ）は、突出部を介して基板を切断したときの断面図である。なお、この多層セラミック基板は、後述する工程を経て作製される。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態例に係る多層セラミック基板は、基板１の上面に形成された６つの突出部２ａ〜２ｆを有しており、これらの突出部２ａ〜２ｆは、基板１の周縁部４から所定距離、離間した位置に形成されている。つまり、突出部２ａ〜２ｆは、基板１の表面上のいずれの周縁とも接しない状態で、基板上に起立している。
【００１９】
図１の（ｂ）に示すように、突出部２ａ〜２ｆの内部には、内部導体回路として、例えば、ビアホール／回路パターン５ａ，５ｃが形成されている。なお、図示しないが、突出部において、内部にビアホール／回路パターンを形成するとともに、その上端面に外部導体としての電極を形成してもよい。
【００２０】
図２は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の分解斜視図である。同図において、最下部に位置するのは、セラミックシート等の積層作業に使用する、専用のシート積層冶具１１である。シート積層冶具１１上に、基板１を形成するための積層体の形成に用いるセラミックグリーンシート（セラミックシート、またはグリーンシートともいう）を積層してグリーンシート１２（第１の積層部）を形成する。各グリーンシートは、作製する基板の大きさに合わせた矩形の形状を有する。
【００２１】
なお、グリーンシート１２は、基板単位の大きさで作製してもよいし、多数個取りの基板を用いて作製した後、それを分割して個々の基板としてもよい。
【００２２】
グリーンシート１２の上には、後述する基板作製工程において、突出部を形成するためのプレート１３を重ねる。このプレート１３には、基板に形成される突出部の位置と、その平面形状に合わせた複数個の孔（開口部、あるいは打ち抜き部分）２０が空けられている。また、プレート１３の表面、裏面、および開口部の側面には、離型剤がコーティングされている。なお、プレート１３に形成する開口部２０の形状は、角型、円形等、基板仕様に合わせて適宜、選択する。
【００２３】
プレート１３は、積層体の形成時、後述する圧着工程で加えられる熱によって、プレート１３そのものや開口部の変形や破損を回避するため、その材料として、例えば、鉄製のものを用いる。
【００２４】
さらに、プレート１３の上に、所定枚数のグリーンシート１４（第２の積層部）を積層する。ここで積層するグリーンシート１４の枚数は、全体の厚さがほぼ突出部２ａ〜２ｆの高さに相当する枚数である。そして、積層体の最上部には、ゴムシート１５を重ねる。このゴムシート１５は、後述するプレス工程において、プレート１３の開口部２０にグリーンシートからなる積層体（第２の積層部の一部）を円滑に押し込むためのものである。
【００２５】
図３は、図２に示すグリーンシート等の積層体を積層したときの様子を示している。すなわち、図３は、積層体を圧着する前の積層体の斜視図であり、シート積層冶具１１の上に、グリーンシート１２、プレート１３、グリーンシート１４、ゴムシート１５が順に積層されている。
【００２６】
次に、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を詳細に説明する。図４は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を工程順に時系列で示している。なお、ここでは、突出部の形成工程を中心に説明し、その他の工程、例えば、基板等の積層工程を省略する。また、以降の説明で参照する各工程図では、基板内部、および突出部内部のビアホールや回路パターンの図示を省略する。
【００２７】
図４の（ａ）は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程のうち、グリーンシート１２、プレート１３、グリーンシート１４、ゴムシート１５を積層したときの状態を示す一部断面図である。なお、シートの積層枚数は、適宜調整できる。ここでは、上記のシート積層冶具１１を使用して、厚さ１００μｍ、１７５ｍｍ×１７５ｍｍのグリーンシートを１０枚積層した。
【００２８】
また、プレート１３は、厚さが０．２ｍｍ、１７５ｍｍ×１７５ｍｍの大きさを持つ金属（鉄）プレートであり、２ｍｍ角の複数の角形開口部が設けられている。図４の（ａ）において、その中央部に位置する、積層体１２，１４で囲まれたプレート１３の領域が、これらの開口部２０である。
【００２９】
プレート１３の上には、２枚のグリーンシート１４が積層されている。これらのグリーンシートも、上記のグリーンシート１２と同様、厚さが１００μｍ、１７５ｍｍ×１７５ｍｍの大きさを有している。これらのグリーンシート１４の積層後の厚さは、焼成による収縮はあるものの、基板上に形成しようとする突出部の高さにほぼ等しい。また、これらのグリーンシート１４全体（第２の積層部）の厚さは、プレート１３の厚みとほぼ同じか、それ以下とする。
【００３０】
図４の（ｂ）は、プレス工程に対応しており、プレス時の圧力を加えた状態の一部断面図である。すなわち、図４（ａ）に示すグリーンシートの積層体に対して、例えば、図の上の方向から等方圧プレス法を使用して、グリーンシートの全面に外力を付加する。その結果、プレート１３に形成した開口部２０の上部に位置するグリーンシートの一部分４１が、ゴムシート１５とともに変形し、そのグリーンシート部分が開口部２０の内部に押し込まれる。
【００３１】
なお、グリーンシート１４に被せたゴムシート１５は、厚さが１００〜３００μｍである。また、ここでは、上述したシートの積層で得られた積層体を、積層冶具とともにプラスチック製の袋に入れ、真空パックした。そして、それを等方圧プレス装置に入れ、約９０℃に加熱して約３５０Ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力でプレスし、その状態を約５分間、保持した。
【００３２】
本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製において、積層に使用するどのグリーンシート１２，１４にも、突出部形成のための開口部を設けていない。そのため、積層圧着の際、層間におけるシートの積み重ねの“ずれ”は生じない。結果として、良好な積層状態の積層体を得ることができる。
【００３３】
図４の（ｃ）は、上述したプレス圧の付加を完了したときの状態を示す一部断面図である。同図に示すように、グリーンシート１４は、プレス圧によりプレート１３の開口部２０に押し込まれるとき、プレート１３の開口部２０の端部に接する箇所でせん断され、その開口部２０の大きさに対応するグリーンシート１４の一部４３が、グリーンシート１２に圧着される。
【００３４】
そして、グリーンシート１４の一部がグリーンシート１２に圧着された後の工程では、積層体よりプレート１３を剥がす作業を行う。図４の（ｄ）は、積層体よりプレート１３を剥がした状態の一部断面図である。プレート１３を取り外すことで、開口部２０に対応した形状を残してグリーンシート１４が除去されるため、グリーンシート１２上には、開口部２０に対応した形状の突出部４５が形成される。
【００３５】
なお、ここでは、プレス後、圧着体（プレスされた積層体）の温度が低下するのを待つ。これは、プレス時に圧着体が加熱されるが、プレート１３を剥がす場合には、温度低下により圧着体が、ある程度硬化するまで待つことを意味する。高温状態の圧着体は、やわらかい状態であるため、プレート１３を剥がすと突出部が変形したり、歪みが生じて、内部導体回路の構成に悪影響があるからである。プレート１３を剥がす際の圧着体の温度は、例えば、３０℃以下であることが望ましい。
【００３６】
本実施の形態例では、その後、脱脂工程を経てから、突出部が形成された基板１全体を焼成する。具体的には、５００℃で５時間の脱脂を行った後、８６０℃で１０分間、焼成することにより多層セラミック基板を形成した。
【００３７】
図５は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製手順を示すフローチャートである。最初に、多層セラミック基板のベース部を形成するため、図５のステップＳ１１において、所定枚数のグリーンシートを積層する。次のステップＳ１２で、積層したグリーンシート上に、突出部を形成する位置、大きさに対応した開口部が形成されたプレートを重ねる。
【００３８】
ステップＳ１３では、上記のステップで積層したグリーンシートとプレートの上にさらに、突出部形成用の所定枚数のグリーンシートを積層する。これらの突出部形成用のシートは、上述したように、突出部の高さに相当する枚数のシートが積層される。そして、続くステップＳ１４において、これらのグリーンシート上にゴムシートを重ねる。
【００３９】
ステップＳ１５において、上記のグリーンシート等の積層体に対して、例えば、等方圧プレス法によって外力を付加し、プレート上のグリーンシートの一部分をゴムシートとともに変形させ、その変形したグリーンシート部分を、あらかじめプレートに形成した開口部の内部に押し込む。
【００４０】
ステップＳ２１では、上記のステップでプレス圧を加えて得られた圧着体を放置し、ステップＳ２２で、その圧着体が所定温度以下になったか否かを判断する。圧着体が所定温度以下になったならば、ステップＳ２５で、プレートを除去する。そして、最終ステップであるステップＳ２７では、上述のようにプレートが除去されて、突出部が形成された基板を脱脂し、焼成する。
【００４１】
［第２の実施の形態例］
次に、本発明に係る第２の実施の形態例を詳細に説明する。図６は、第２の実施の形態例に係る多層セラミック基板の外観斜視図である。図６の（ａ）は、第２の実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を示している。また、同図の（ｂ）は、第２の実施の形態例に係る方法で作製された、キャビティを有する多層セラミック基板の外観斜視図である。
【００４２】
図６の（ａ）において、突出部５２ａ〜５２ｃを有する焼成前の圧着体６１は、上述した第１の実施の形態例に係る方法で作製したものである。第２の実施の形態例では、このようにして形成された圧着体６１の上にキャビティを形成する方法について説明する。
【００４３】
すなわち、第２の実施の形態例に係る多層セラミック基板は、図６の（ａ）に示すように、各々にキャビティに相当する開口部８１（キャビティを形成するための開口部）が空けられた複数枚のグリーンシート８２を重ね合わせ、それらを圧着体６１に位置合わせして積層してから、再度、プレス圧を付加し、脱脂を行った後、焼成するという工程を経て作製される。その結果、図６（ｂ）に示すように、キャビティ８０と、その側壁５７を有する多層セラミック基板が得られる。
【００４４】
開口部８１は、第２の実施の形態例では矩形としており、突出部５２ａ〜５２ｃから所定距離、離間しつつ、その周囲を取り囲むように形成されている。これらのグリーンシート８２により、中空状の積層部が構成されている。また、突出部５２ａ〜５２ｃの内部に、不図示のビアや回路パターンを形成してもよく、突出部５２ａ〜５２ｃの上端面や側面に電極を形成してもよい。
【００４５】
なお、側壁５７の高さは、突出部５２ａ〜５２ｃと同じ高さであってもよいし、側壁５７が突出部５２ａ〜５２ｃよりも高くなるようにしてもよい。いずれの場合でも、側壁５７の高さは、図６（ａ）に示すグリーンシート８２の積層枚数で調整できる。また、側壁５７は、図６に示すように、圧着体６１の周縁部に沿った外形としても、あるいは圧着体６１の周縁部から離間するように形成してもよい。
【００４６】
さらに、側壁５７は、図６に示すように、突出部５２ａ〜５２ｃのすべてを取り囲んでも、いずれかを取り囲んでも、あるいは、いずれの突出部をも取り囲まない形態で形成してもよい。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、多層セラミック基板のベース部のグリーンシート上に、突出部や側壁を形成する位置、大きさに対応した開口穴を設けた、例えば、金属製のプレートを重ね、そのプレートの上にさらに、突出部に相当する厚さのグリーンシートを積層して、それらにプレス圧を加える。そして、プレート上のグリーンシートの一部を、プレートに形成した開口部の内部に押し込んだ後、そのプレートを剥がすことで、ベースとなる基板上に、その基板周縁と離間した位置に独立した突出部を形成することができる。
【００４８】
また、突出部については、基板と一体的に形成することができるため、従来のように基板上に別途、突出部（キャビティ）形成用の積層単体を接着したり、それを圧縮するという方法に比べて、回路基板の生産性が格段に向上し、突出部の内部に容易にビアホールや回路パターンを形成できる。その結果、突出部の強度が向上し、突出部と基板の接続位置精度や、突出部と基板との接続部の信頼性が高くなる。
【００４９】
さらに、積層するグリーンシートの枚数を適宜、変えることによって、突出部や側壁の高さ、および形状を自由に設定でき、顧客から要求される多様な多層セラミック基板に柔軟に対応できる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の実施の形態例に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、基板上に導体パターンを形成し、そのパターン上に電子部品を搭載できる構造にしてもよい。さらに、電子部品を搭載した後、例えば、図６に示すような側壁５７を利用してキャビティ８０の全面に蓋を被せるようにしてもよい。こうすることで、キャビティ内において、電子部品を密封状態にすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な工程によって、基板上にキャビティ、およびキャビティ内において独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板を製造することができる。
【００５２】
また、本発明によれば、基板上の突出部の強度が向上し、突出部と基板の接続位置精度や接続部の信頼性を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係る多層セラミック基板の外観を示す図である。
【図２】第１の実施の形態例に係る多層セラミック基板の分解斜視図である。
【図３】第１の実施の形態例に係る、圧着前の積層体の斜視図である。
【図４】第１の実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を時系列で示す図である。
【図５】第１の実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態例に係る多層セラミック基板の外観を示す図である。
【符号の説明】
１基板
２ａ〜２ｆ，５２ａ〜５２ｃ突出部
４周縁部
５ａ〜５ｃビアホール／回路パターン
１１シート積層冶具
１２，１４，８２グリーンシート
１３プレート
１５ゴムシート
２０，８１開口部
５７側壁
６１圧着体
８０キャビティ

Claims

複数枚のセラミックシートを積層してなり、基板上に独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、
前記基板上に前記突出部の平面形状に合わせた開口部を有する金属プレートを重ね、その金属プレート上に、開口部を設けない積層体を形成し加圧することで、前記積層体のうち前記開口部の上部に位置する部分が前記開口部の内部に押し込まれる際に前記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ前記基板に圧着された後、前記金属プレートを除去することで前記突出部を形成することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
表面に突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、
セラミックシートを積層して第１の積層部を形成するステップと、
開口部を有する金属プレートを前記第１の積層部上に配するステップと、
前記金属プレート上に、開口部を設けないセラミックシートを積層して第２の積層部を形成するステップと、
前記第１の積層部と、前記金属プレートと、前記第２の積層部とで構成される積層体に対して加圧するステップと、
前記開口部に対応した部分以外の前記第２の積層部を、前記金属プレートとともに前記第１の積層部上から除去するステップとを備え、
前記第２の積層体のうち前記開口部に対応した部分が前記加圧により前記開口部の内部に押し込まれる際に前記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ前記基板に圧着されることにより、前記開口部の形状に対応した平面形状の前記突出部を形成することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。
前記加圧後、前記積層体の温度が低下してから前記金属プレートを除去することを特徴とする請求項２記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記金属プレートは、前記第２の積層部の厚さと同じか、またはこれを超える厚さとしたことを特徴とする請求項３記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記突出部は、前記第１の積層部上に前記第１の積層部の周縁部より離間した位置に形成されることを特徴とする請求項２記載の多層セラミック基板の製造方法。
さらに、前記金属プレートを除去した後に、前記突出部から所定距離、離間しつつ前記突出部の周囲を取り囲む中空状の積層部を形成するステップを備えることを特徴とする請求項５記載の多層セラミック基板の製造方法。
請求項１乃至６のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法によって製造したことを特徴とする多層セラミック基板。