JP4291656B2 - キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、焼成収縮が少なく形状および寸法精度の高いキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法に関する。
複数のグリーンシートを積層し、その両面にかかるグリーンシートよりも焼結温度が高い収縮抑制シートをそれぞれ積層した状態で上記グリーンシートの焼結温度にて焼成した後、未焼成の収縮抑制シートを除去することにより、平面方向の寸法精度が高いキャビティ付き多層セラミック基板を得るための製造方法が提案されている。
例えば、ガラスセラミック・グリーンシートを積層して凹部を有する積層体を作製し、かかる凹部に拘束用無機組成物を充填し、この積層体の両面に密着剤層を介在させて、難焼結性無機材料および有機バインダを含む拘束グリーンシートをそれぞれ積層し、得られた積層体を焼成した後、上記拘束用無機組成物と拘束グリーンシートとを除去する、という工程からなるガラスセラミック基板の製造方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
例えば、ガラスセラミック・グリーンシートを積層して凹部を有する積層体を作製し、かかる凹部に拘束用無機組成物を充填し、この積層体の両面に密着剤層を介在させて、難焼結性無機材料および有機バインダを含む拘束グリーンシートをそれぞれ積層し、得られた積層体を焼成した後、上記拘束用無機組成物と拘束グリーンシートとを除去する、という工程からなるガラスセラミック基板の製造方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
前記拘束用無機組成物は、ペースト状または粉体状のものであり、例えばペースト状の拘束用無機組成物を印刷法により前記凹部に充填した場合、かかる組成物と凹部(キャビティ)の内面との間には、密着が不十分で隙間を生じることがある。かかる隙間があると、凹部の底面を形成する前記グリーンシートに対する前記焼成工程での拘束が不十分になるため、当該グリーンシートにクラックを生じる、という問題があった。
一方、前記凹部に予め所定形状および寸法に成形した無機成形物を挿入する方法もあるが、当該凹部に見合った高い寸法精度の無機成形物でないと、その凹部が変形することがあり、しかも、凹部の寸法や形状が変更される度に成形型を変更する必要があるため、製造上の負担が大きい、という問題があった。
一方、前記凹部に予め所定形状および寸法に成形した無機成形物を挿入する方法もあるが、当該凹部に見合った高い寸法精度の無機成形物でないと、その凹部が変形することがあり、しかも、凹部の寸法や形状が変更される度に成形型を変更する必要があるため、製造上の負担が大きい、という問題があった。
本発明は、以上において説明した背景技術の問題点を解決し、焼成収縮が少なく形状および寸法精度の高いキャビティ付き多層セラミック基板を確実に得るための製造方法を提供する、ことを課題とする。
本発明は、上記課題を解決するため、複数のグリーンシートを積層して形成したキャビティ内に無機組成物を充填するに際し、キャビティ内面と充填した無機組成物との間に隙間を生じないように減圧に伴う圧力差により強制的に充填する、ことに着目して成されたものである。
即ち、本発明のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法（請求項１）は、表面および裏面を有するグリーンシートと、表面および裏面を有し且つかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔を有するグリーンシートと、を積層してキャビティ付きグリーンシート積層体を形成する工程と、上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有するペースト状の無機組成物を、減圧状態で上記キャビティの開口部付近に塗布し、該キャビティ外を加圧して該キャビティの内外に設けた差圧により該キャビティ内に充填する工程と、上記無機組成物を含むキャビティ付きグリーンシート積層体の両面に上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有する焼成収縮抑制シートを積層して複合積層体を形成する工程と、かかる複合積層体を上記グリーンシートの焼結温度で焼成する工程と、焼成後の上記複合積層体から未焼結の上記焼成収縮抑制シートおよび未焼結の上記無機組成物を除去する工程と、を含む、ことを特徴とする。
即ち、本発明のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法（請求項１）は、表面および裏面を有するグリーンシートと、表面および裏面を有し且つかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔を有するグリーンシートと、を積層してキャビティ付きグリーンシート積層体を形成する工程と、上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有するペースト状の無機組成物を、減圧状態で上記キャビティの開口部付近に塗布し、該キャビティ外を加圧して該キャビティの内外に設けた差圧により該キャビティ内に充填する工程と、上記無機組成物を含むキャビティ付きグリーンシート積層体の両面に上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有する焼成収縮抑制シートを積層して複合積層体を形成する工程と、かかる複合積層体を上記グリーンシートの焼結温度で焼成する工程と、焼成後の上記複合積層体から未焼結の上記焼成収縮抑制シートおよび未焼結の上記無機組成物を除去する工程と、を含む、ことを特徴とする。
これによれば、ペースト状の上記無機組成物は、減圧状態で前記キャビティの開口部付近に塗布され、該キャビティ外を加圧して該キャビティの内外に設けた差圧により該キャビティ内に減圧されつつ充填されるため、キャビティの内面との間に隙間を生じることなく均一に充填される。このため、グリーンシート積層体の焼成時において、かかる無機組成物によるキャビティの底面を形成するグリーンシートの焼成収縮を抑制できるので、形状および寸法精度の高いキャビティを有するキャビティ付き多層セラミック基板を確実に製造することが可能となる。
尚、前記表・裏面を有するグリーンシートや貫通孔を有するグリーンシートは、それぞれ単一のグリーンシートの形態の他、複数のグリーンシートを積層した形態も含まれ、これらの間には所定パターンの配線層が形成されている。
尚、前記表・裏面を有するグリーンシートや貫通孔を有するグリーンシートは、それぞれ単一のグリーンシートの形態の他、複数のグリーンシートを積層した形態も含まれ、これらの間には所定パターンの配線層が形成されている。
また、本発明には、前記グリーンシートは、セラミックとガラス(成分)との混合物からなると共に、前記無機組成物は、前記焼成収縮抑制シートを構成するセラミックのみからなるか、あるいは上記セラミックとガラスとの混合物からなり且つかかるガラスの含有量は２０wt％以下で且つ上記グリーンシートのガラス含有量よりも少ない、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項２)も含まれる。これによれば、焼成工程において、無機組成物中のガラスが軟化した後、グリーンシートの表面に均一に拡散するため、キャビティの底面を形成するグリーンシートの焼成収縮を確実に抑制することができる。
尚、上記セラミックには、アルミナや窒化アルミニウム(ＡｌＮ)などが含まれ、上記ガラスには、アルミナ、ケイ酸、およびＢ２Ｏ３を主成分とするケイ酸ホウケイ酸系ガラスが含まれる。また、無機組成物におけるガラスの含有量が２０wt％を越えると、隣接し且つキャビティの底面を形成するグリーンシートとの間に、軟化および流動化したガラス(成分)が介在して固まるため、焼成後における無機組成物の除去が困難となり、キャビティの形状および寸法精度が低下する。これを防ぐため、上記範囲としたものである。
尚、上記セラミックには、アルミナや窒化アルミニウム(ＡｌＮ)などが含まれ、上記ガラスには、アルミナ、ケイ酸、およびＢ２Ｏ３を主成分とするケイ酸ホウケイ酸系ガラスが含まれる。また、無機組成物におけるガラスの含有量が２０wt％を越えると、隣接し且つキャビティの底面を形成するグリーンシートとの間に、軟化および流動化したガラス(成分)が介在して固まるため、焼成後における無機組成物の除去が困難となり、キャビティの形状および寸法精度が低下する。これを防ぐため、上記範囲としたものである。
更に、本発明には、前記無機組成物に含まれるガラスの軟化点は、前記グリーンシートに含まれるガラスの軟化点と同等またはそれ以下である、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項３)も含まれる。
これによれば、焼成工程において、無機組成物に含まれるガラスは、グリーンシートに含まれるガラスと同時に、あるいはこれよりも早く軟化するが、無機組成物に隣接し且つキャビティの底面を形成するグリーンシートに対して、かかる無機組成物中のガラス(成分)が、両者の界面を経て当該グリーンシート中に浸透(拡散)し易くなる。この結果、かかる無機組成物に隣接するグリーンシートの焼成収縮を確実に抑制できるため、クラックがなく形状および寸法精度の高いキャビティを形成できる。
これによれば、焼成工程において、無機組成物に含まれるガラスは、グリーンシートに含まれるガラスと同時に、あるいはこれよりも早く軟化するが、無機組成物に隣接し且つキャビティの底面を形成するグリーンシートに対して、かかる無機組成物中のガラス(成分)が、両者の界面を経て当該グリーンシート中に浸透(拡散)し易くなる。この結果、かかる無機組成物に隣接するグリーンシートの焼成収縮を確実に抑制できるため、クラックがなく形状および寸法精度の高いキャビティを形成できる。
加えて、本発明には、前記無機組成物は、前記グリーンシートが溶解可能な有機溶媒を含む、キャビティ付き多層セラミック基板の製造方法(請求項４)も含まれる。これによれば、キャビティ内に均一に充填された無機組成物から有機触媒がかかる無機組成物に隣接するグリーンシートを溶解するため、当該無機組成物とグリーンシートとの密着性を更に高められる。このため、焼成工程におけるキャビティ底面を形成するグリーンシートのクラックの発生を防ぎ、且つかかるキャビティの形状および寸法精度を確保することが容易となる。
尚、有機溶媒は、例えば酢酸ブチルが用いられ、１〜５wt％の範囲で無機組成物に添加されるが、望ましい含有量は、１〜３wt％である。
尚、有機溶媒は、例えば酢酸ブチルが用いられ、１〜５wt％の範囲で無機組成物に添加されるが、望ましい含有量は、１〜３wt％である。
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、表面および裏面を有し且つかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔ｃを有するグリーンシートｓ１〜ｓ３と、表面および裏面を有するグリーンシートｓ４〜ｓ６との断面を示す。グリーンシートｓ１〜ｓ６は、重量比が１：１のホウケイ酸系ガラスとアルミナとを主成分とし、これらの粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加して混合し、得られたセラミックスラリをドクターブレード法によりシート化したもので、それぞれ約１５０μｍの厚みを有する。また、貫通孔ｃは、平面視で正方形(例えば３ｍｍ×３ｍｍ)または長方形を呈する。
図１は、表面および裏面を有し且つかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔ｃを有するグリーンシートｓ１〜ｓ３と、表面および裏面を有するグリーンシートｓ４〜ｓ６との断面を示す。グリーンシートｓ１〜ｓ６は、重量比が１：１のホウケイ酸系ガラスとアルミナとを主成分とし、これらの粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加して混合し、得られたセラミックスラリをドクターブレード法によりシート化したもので、それぞれ約１５０μｍの厚みを有する。また、貫通孔ｃは、平面視で正方形(例えば３ｍｍ×３ｍｍ)または長方形を呈する。
図１に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ６の表面および裏面の少なくとも一方には、配線(表層電極)４，１０または所定パターンの配線層５〜９が形成されている。配線・配線層４〜１０は、厚みが約１５μｍのＡｇ粉などを含む導電性ペーストからなる。上記配線・配線層４〜１０には、グリーンシートｓ１〜ｓ６の表面と裏面との間を貫通する直径約１５０μｍのビア導体ｖが個別に接続され、かかるビア導体ｖもＡｇ粉などを含む導電性ペーストからなる。尚、グリーンシートｓ１〜ｓ６は、多数個取り用の大版のグリーンシートとしても良い。
次に、図１に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ６をそれらの順序で積層して圧着する。
次に、図１に示すように、グリーンシートｓ１〜ｓ６をそれらの順序で積層して圧着する。
その結果、図２に示すように、積層されたグリーンシートｓ１〜ｓ６からなり、表面１に開口するキャビティＣを有するキャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓが形成され、キャビティＣの底面には、グリーンシートｓ４の表面が露出する。同時に、前記配線・配線層４〜１０間は、ビア導体ｖを介して接続される。また、上記積層体ｓｓの表面１と裏面２とには、配線４，１０が位置する。尚、上記キャビティＣは、平面視が一辺３ｍｍの正方形を呈し、その深さは約０．５ｍｍである。
次いで、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓを図示しない気密チャンバ内に収容し、かかるチャンバ内を約２．５×１０４Ｐａに減圧する。
この減圧状態で、図３に示すように、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓのキャビティＣの開口部付近にペースト状の無機組成物ｚを塗布する。かかる無機組成物ｚは、少なくともアルミナと１〜５wt％の酢酸ブチルとを含み、更にこれらに２０wt％以下のガラスを含んだものである。このガラスの軟化点は、グリーンシートｓ１〜ｓ６に含まれるガラスの軟化点と同じか、それ以下である。
次いで、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓを図示しない気密チャンバ内に収容し、かかるチャンバ内を約２．５×１０４Ｐａに減圧する。
この減圧状態で、図３に示すように、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓのキャビティＣの開口部付近にペースト状の無機組成物ｚを塗布する。かかる無機組成物ｚは、少なくともアルミナと１〜５wt％の酢酸ブチルとを含み、更にこれらに２０wt％以下のガラスを含んだものである。このガラスの軟化点は、グリーンシートｓ１〜ｓ６に含まれるガラスの軟化点と同じか、それ以下である。
次に、前記気密チャンバ内を約５．０×１０４Ｐａに加圧する。この結果、前記積層体ｓｓのキャビティＣ外の圧力ｐ１がキャビティＣ内の圧力ｐ２よりも相対的に高くなって差圧が生じるため、図３中の矢印で示すように、ペースト状の無機組成物ｚは、当該キャビティＣの底面寄りに強制的に吸引される。同時に、当該キャビティＣ中の残留エアは、泡状の気泡となって上記無機組成物ｚを通過し、キャビティＣの外側に放出される。即ち、上記無機組成物ｚは、減圧されつつあるキャビティＣ中に均一に充填される。
その結果、図４に示すように、無機組成物ｚは、キャビティＣ中に隙間なく均一に充填される。尚、キャビティＣの開口部よりも上方の余分な無機組成物ｚは、スキージなどにより掻き出されるため、無機組成物ｚの上面は、キャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓの表面１と面一となる。
更に、キャビティＣに無機組成物ｚが充填されたキャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓを前記チャンバから取り出し、図５に示すように、その表面１および裏面２(両面)に、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を圧着し且つ積層して複合積層体ｆｓを形成する。かかる焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２は、アルミナ粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加して得たセラミックスラリをドクターブレード法によって、厚さ約２５０μｍにシート化したものである。
尚、図６に示すように、焼成収縮抑制シートｙ１に替えて、前記同様の形状および大きさの貫通孔ｃを内側に有する焼成収縮抑制シートｙ３をグリーンシート積層体ｓｓの表面１上に積層し、上記貫通孔ｃの底面に無機組成物ｚの上面を位置させた複合積層体ｆｓを形成しても良い。
更に、キャビティＣに無機組成物ｚが充填されたキャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓを前記チャンバから取り出し、図５に示すように、その表面１および裏面２(両面)に、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を圧着し且つ積層して複合積層体ｆｓを形成する。かかる焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２は、アルミナ粉末に有機バインダおよび可塑剤成分を添加して得たセラミックスラリをドクターブレード法によって、厚さ約２５０μｍにシート化したものである。
尚、図６に示すように、焼成収縮抑制シートｙ１に替えて、前記同様の形状および大きさの貫通孔ｃを内側に有する焼成収縮抑制シートｙ３をグリーンシート積層体ｓｓの表面１上に積層し、上記貫通孔ｃの底面に無機組成物ｚの上面を位置させた複合積層体ｆｓを形成しても良い。
次に、複合積層体ｆｓを図示しない焼成炉に挿入し、グリーンシートｓ１〜ｓ６の焼結温度(８００〜１０００℃)で所要時間にわたり加熱して焼成する。この際、前記配線層５などやビア導体ｖも同時に焼結される。また、焼成後において、グリーンシートｓ１〜ｓ６が焼結したセラミック層は、未焼結の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に表面１および裏面２で拘束されるため、平面方向の焼成収縮を抑制される。しかも、キャビティＣの底面を形成するグリーンシートｓ４が焼結して得られるセラミック層も、隣接する未焼結の無機組成物ｚにより拘束されるため、平面方向の焼成収縮を抑制される。
更に、焼成された複合積層体ｆｓから未焼結の焼成収縮抑制シートｙ１(ｙ３)，ｙ２およびキャビティＣ内の無機組成物ｚを除去する。かかる除去工程は、焼成後の複合積層体ｆｓを例えば２５℃において３０分以上保持した後、１０℃の冷水(冷却媒体)中に投入して浸漬し、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２および無機組成物ｚ中の焼結時の残留応力を瞬時に開放する熱衝撃によって迅速に行える。
その結果、図７に示すように、前記グリーンシートｓ１〜ｓ６が焼結したセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなるセラミック基板ＳＫ、前記導電性ペーストが焼結した配線４，１０や所定パターンの配線層５〜９、ビア導体ｖ、および表面１に開口するキャビティＣを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を得ることができる。
尚、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２および無機組成物ｚの除去は、水とアルミナなどの硬質粒子との混合物を吹き付ける方法により行っても良い。
その結果、図７に示すように、前記グリーンシートｓ１〜ｓ６が焼結したセラミック層Ｓ１〜Ｓ６からなるセラミック基板ＳＫ、前記導電性ペーストが焼結した配線４，１０や所定パターンの配線層５〜９、ビア導体ｖ、および表面１に開口するキャビティＣを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を得ることができる。
尚、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２および無機組成物ｚの除去は、水とアルミナなどの硬質粒子との混合物を吹き付ける方法により行っても良い。
尚、図７に示すように、キャビティＣ内に実装したＩＣチップ１２は、その上面に位置する図示しない接続端子が表面１の配線(表層電極)４との間でロウ付けされるワイヤｗを介して接続される。また、基板Ｋ１の裏面２の配線(表層電極)１０は、その表面にＡｕメッキおよびＮｉメッキが被覆され、図示しないマザーボードとの接続端子として活用される。
以上のような工程を経る製造方法によれば、平面方向の焼成収縮が抑制されたセラミック層Ｓ１〜Ｓ６および底面にクラックがなく且つ形状や寸法精度の高いキャビティＣを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を確実に提供することができる。尚、前述した多数個取り用の大版のグリーンシートを用いて、前記積層体ｓｓの形成工程、無機組成物ｚのキャビティＣへの充填工程、複合積層体ｆｓの形成工程、焼成工程、および無機組成物ｚなどの除去工程を行っても良い。この場合、上記除去工程の後、大版の多層セラミック基板の集合体を、例えばダイシング加工で個別のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１に分割する。
以上のような工程を経る製造方法によれば、平面方向の焼成収縮が抑制されたセラミック層Ｓ１〜Ｓ６および底面にクラックがなく且つ形状や寸法精度の高いキャビティＣを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１を確実に提供することができる。尚、前述した多数個取り用の大版のグリーンシートを用いて、前記積層体ｓｓの形成工程、無機組成物ｚのキャビティＣへの充填工程、複合積層体ｆｓの形成工程、焼成工程、および無機組成物ｚなどの除去工程を行っても良い。この場合、上記除去工程の後、大版の多層セラミック基板の集合体を、例えばダイシング加工で個別のキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１に分割する。
ここで本発明の具体的な実施例について、比較例と併せて説明する。
ケイ酸、アルミナ、およびＢ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを、重量比が１：１で且つ総重量１ｋｇに秤量して、アルミナ製のポットに投入した。上記アルミナ粉末は、平均粒径：３μｍ、比表面積：１．０ｍ２／ｇである。また、上記ガラス粉末とアルミナ粉末との重量比１：１は、一般的な低温焼成基板に比べて、ガラス成分が過剰である。
上記ポット中に、アクリル樹脂系バインダ：１２０ｇと、適当なスラリ粘度およびシート強度を与えるのに必要な量の溶剤(ＭＥＫ：メチルエチルケトン)と可塑剤(ＤＯＰ：ジオクチルフタレート)とを添加した後、５時間にわたり混合することで、セラミックスラリを得た。かかるスラリをドクターブレード法によって、厚みが１５０μｍで且つ縦・横２００ｍｍずつの大版のグリーンシートに形成した。かかるグリーンシートを複数枚用意した。
ケイ酸、アルミナ、およびＢ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを、重量比が１：１で且つ総重量１ｋｇに秤量して、アルミナ製のポットに投入した。上記アルミナ粉末は、平均粒径：３μｍ、比表面積：１．０ｍ２／ｇである。また、上記ガラス粉末とアルミナ粉末との重量比１：１は、一般的な低温焼成基板に比べて、ガラス成分が過剰である。
上記ポット中に、アクリル樹脂系バインダ：１２０ｇと、適当なスラリ粘度およびシート強度を与えるのに必要な量の溶剤(ＭＥＫ：メチルエチルケトン)と可塑剤(ＤＯＰ：ジオクチルフタレート)とを添加した後、５時間にわたり混合することで、セラミックスラリを得た。かかるスラリをドクターブレード法によって、厚みが１５０μｍで且つ縦・横２００ｍｍずつの大版のグリーンシートに形成した。かかるグリーンシートを複数枚用意した。
また、前記と同じアルミナ粉末のみからなる１組のアルミナ粉末と、アルミナ粉末および５〜２０wt％の前記と同じ種類のガラス粉末からなる複数組の混合粉末を用意した。尚、上記ガラス(成分)の軟化点は、前記グリーンシートに含まれるガラスの軟化点とほぼ同じである。
上記アルミナ粉末または混合粉末に、前記同様のアクリル樹脂系バインダを個別に添加し、更に１組の混合粉末を除き、１，３，５wt％の酢酸ブチル(有機溶媒)を添加して、合計９種類のペースト状の無機組成物を用意した。
更に、前記と同じアルミナ粉末に、アクリル樹脂系バインダ、溶剤(ＭＥＫ)、および可塑剤(ＤＯＰ)を前記同様に添加し且つ混合してセラミックスラリを得ると共に、かかるスラリをドクターブレード法により、厚みが２５０μｍの焼成収縮抑制シートを複数枚形成した。
上記アルミナ粉末または混合粉末に、前記同様のアクリル樹脂系バインダを個別に添加し、更に１組の混合粉末を除き、１，３，５wt％の酢酸ブチル(有機溶媒)を添加して、合計９種類のペースト状の無機組成物を用意した。
更に、前記と同じアルミナ粉末に、アクリル樹脂系バインダ、溶剤(ＭＥＫ)、および可塑剤(ＤＯＰ)を前記同様に添加し且つ混合してセラミックスラリを得ると共に、かかるスラリをドクターブレード法により、厚みが２５０μｍの焼成収縮抑制シートを複数枚形成した。
前記大版のグリーンシートのうち、一部について縦・横：３ｍｍ×３ｍｍの貫通孔を縦×横方向にそれぞれ６個ずつ合計３６個穿孔した。かかる貫通孔付きのグリーンシート３枚と、貫通孔のないグリーンシート３枚とを積層して、９組の多数個取り用のキャビティ付きグリーンシート積層体を形成した。
各組の上記グリーンシート積層体における３６個のキャビティに対し、表１に示すように、先に減圧された気密チャンバ中に移し、各キャビティの開口部に無機組成物を塗布してから更にキャビティの内外に差圧を設けて減圧しつつ充填するか、予めキャビティにペースト状の無機組成物を物理的に充填した後に気密チャンバ中に移して減圧するか、あるいは、何れの減圧充填も行わずにメタルマスクとスキージとを用いて物理的に無機組成物を充填した。
各組の上記グリーンシート積層体における３６個のキャビティに対し、表１に示すように、先に減圧された気密チャンバ中に移し、各キャビティの開口部に無機組成物を塗布してから更にキャビティの内外に差圧を設けて減圧しつつ充填するか、予めキャビティにペースト状の無機組成物を物理的に充填した後に気密チャンバ中に移して減圧するか、あるいは、何れの減圧充填も行わずにメタルマスクとスキージとを用いて物理的に無機組成物を充填した。
各組のキャビティへの無機組成物の充填方法、各組の無機組成物のガラス含有量、およびグリーンシートが溶解可能な有機溶媒成分(酢酸ブチル：有機溶媒)量によって、表１に示すように、実施例１〜５、参考例、および比較例１〜３に区分した。
各例のキャビティに無機組成物を充填したグリーンシート積層体の両面に、焼成収縮抑制シートをそれぞれ圧着して積層し、各組ごとに複合積層体を得た。
各例の複合積層体を図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートの焼結温度(約９００℃)で焼成した。焼成後の各例の複合積層体を２５℃に３０分以上保持した後、１０℃の冷水中に浸漬して、未焼成の焼成収縮抑制シートと無機組成物とを除去し、各例ごとにキャビティ付き多層セラミック基板(大版)を得た。
各例のキャビティに無機組成物を充填したグリーンシート積層体の両面に、焼成収縮抑制シートをそれぞれ圧着して積層し、各組ごとに複合積層体を得た。
各例の複合積層体を図示しない焼成炉に入れ、前記グリーンシートの焼結温度(約９００℃)で焼成した。焼成後の各例の複合積層体を２５℃に３０分以上保持した後、１０℃の冷水中に浸漬して、未焼成の焼成収縮抑制シートと無機組成物とを除去し、各例ごとにキャビティ付き多層セラミック基板(大版)を得た。
各例の上記多層セラミック基板について、３６個のキャビティ全てを目視で観察した上、それらの底面にクラックが１箇所も発見されなかったものを「○無」とし、１箇所でもクラックが発見されたものを「×有」として、表１に示した。
また、前記除去工程で、各例のキャビティの全てから無機組成物が容易に除去できたものを「○容易」とし、１箇所のキャビティでも無機組成物の除去が困難であったものを「×困難」として、表１に示した。
また、前記除去工程で、各例のキャビティの全てから無機組成物が容易に除去できたものを「○容易」とし、１箇所のキャビティでも無機組成物の除去が困難であったものを「×困難」として、表１に示した。
表１によれば、実施例１〜５のキャビティ付き多層セラミック基板は、充填時にキャビティ内外に差圧を設ける減圧充填方法で無機組成物がキャビティに均一に充填され、且つ用いた無機組成物のガラス含有量が無いか２０wt％以下であり、しかも、グリーンシートが溶解可能な成分の酢酸ブチル(有機溶媒)が１，３，５wt％の何れかであったため、全てのキャビティでクラックが発生しなかった。また、グリーンシートに含まれるガラスの一部が無機組成物に浸透したが、無機組成物のガラス含有量が無いか若しくは少ないため、キャビティの底面に溶出せず、焼成後での無機組成物の除去が容易に行え、且つ形状および寸法精度が高く清浄な底面のキャビティを得ることができた。尚、参考例は、予め前記組成物を充填した後に気密チャンバ内で減圧したが、上記実施例１〜５と同様になった。
一方、表１によれば、比較例１のキャビティ付き多層セラミック基板は、無機組成物を物理的に充填したため、図８に示すように、キャビティＣの底面の内隅に沿って隙間ｑが形成されていた。かかる隙間ｑが残った状態で、焼成したため、隙間ｑの直下におけるセラミック層Ｓ４には、クラックｋが発生していた。
一方、表１によれば、比較例１のキャビティ付き多層セラミック基板は、無機組成物を物理的に充填したため、図８に示すように、キャビティＣの底面の内隅に沿って隙間ｑが形成されていた。かかる隙間ｑが残った状態で、焼成したため、隙間ｑの直下におけるセラミック層Ｓ４には、クラックｋが発生していた。
また、表１に示すように、比較例２のキャビティ付き多層セラミック基板は、無機組成物をキャビティに充填と同時に減圧して均一に充填したが、かかる無機組成物にはグリーンシート溶解可能な成分の酢酸ブチル(有機溶媒)に含まれていなかった。このため、キャビティの底面や側面のグリーンシートに対する拘束力が小さくなり、クラックキャビティの底面にクラックが発生した。
更に、表１に示すように、比較例３のキャビティ付き多層セラミック基板も、無機組成物をキャビティに充填と同時に減圧して均一に充填したが、かかる無機組成物のガラス含有量が３０wt％と過多であったため、隣接するグリーンシートへ浸透すべきガラス(成分)がキャビティ底面において溶出した。この結果、前記除去工程で、キャビティの底面やこれに近接する側面に固着したガラス(成分)が残ったため、無機組成物の除去が困難となった。
以上のような実施例１〜５の結果によって、本発明の製造方法における作用および効果が容易に理解されよう。
更に、表１に示すように、比較例３のキャビティ付き多層セラミック基板も、無機組成物をキャビティに充填と同時に減圧して均一に充填したが、かかる無機組成物のガラス含有量が３０wt％と過多であったため、隣接するグリーンシートへ浸透すべきガラス(成分)がキャビティ底面において溶出した。この結果、前記除去工程で、キャビティの底面やこれに近接する側面に固着したガラス(成分)が残ったため、無機組成物の除去が困難となった。
以上のような実施例１〜５の結果によって、本発明の製造方法における作用および効果が容易に理解されよう。
図９は、異なる形態のキャビティＣ１を有するキャビティ付きグリーンシート積層体ｓｓの断面を示す。この積層体ｓｓは、大きな貫通孔を有するグリーンシートｓ７とこれよりもやや小さな貫通孔を有するグリーンシートｓ８とを、前記と同じグリーンシートｓ３〜ｓ６の上方に積層したものであり、キャビティＣ１側のグリーンシートｓ７，ｓ８，ｓ３の間には段部ｄ１，ｄ２が階段状に位置している。尚、グリーンシートｓ７，ｓ８も前記同様の材料および厚みを有する。
図９に示すように、グリーンシートｓ７〜ｓ６間には、前記同様の導電性ペーストからなる配線層５〜９が所定パターンで形成され、且つ上記積層体ｓｓの表面１および裏面２には、表層電極の配線４，１０が前記同様に配置されると共に、これらの間はビア導体ｖを介して接続されている。また、配線層５，６から段部ｄ１，ｄ２上に接続端子である複数の配線５ａ，６ａが個別に延びている。
図９に示すように、グリーンシートｓ７〜ｓ６間には、前記同様の導電性ペーストからなる配線層５〜９が所定パターンで形成され、且つ上記積層体ｓｓの表面１および裏面２には、表層電極の配線４，１０が前記同様に配置されると共に、これらの間はビア導体ｖを介して接続されている。また、配線層５，６から段部ｄ１，ｄ２上に接続端子である複数の配線５ａ，６ａが個別に延びている。
次に、グリーンシート積層体ｓｓを減圧した気密チャンバに挿入・減圧し、キャビティＣ１の開口部付近に無機組成物ｚを塗布した後、当該チャンバ内を加圧して、キャビティＣ１内との差圧により、上記無機組成物ｚを強制的に充填する。その結果、図１０に示すように、無機組成物ｚは、側面が階段状のキャビティＣ１中に隙間なく均一になるよう強制的に充填される。
次いで、図１１に示すように、グリーンシート積層体ｓｓの表面１および裏面２（両面）に、前記同様の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を圧着し且つ積層して複合積層体ｆｓを形成する。
次いで、図１１に示すように、グリーンシート積層体ｓｓの表面１および裏面２（両面）に、前記同様の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２を圧着し且つ積層して複合積層体ｆｓを形成する。
更に、複合積層体ｆｓを図示しない焼成炉に挿入し、グリーンシートｓ３〜ｓ８の焼結温度(８００〜１０００℃)で所要時間にわたり加熱して焼成する。この際、前記配線層５などやビア導体ｖも同時に焼結される。また、焼成後において、グリーンシートｓ３〜ｓ８が焼結したセラミック層は、未焼結の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２に表面１および裏面２で拘束されているため、平面方向の焼成収縮を抑制される。しかも、キャビティＣ１の底面を形成するグリーンシートｓ４やキャビティＣ１の段部ｄ１，ｄ２を形成するグリーンシートｓ３，ｓ８が焼結して得られるセラミック層も、隣接する未焼結の無機組成物ｚに拘束されるため、平面方向の焼成収縮を抑制される。
次に、焼成された複合積層体ｆｓから未焼結の焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２およびキャビティＣ１内の無機組成物ｚを除去する。かかる除去工程も、焼成後の複合積層体ｆｓを例えば２５℃において３０分以上保持した後、１０℃の冷水中に浸漬し、焼成収縮抑制シートｙ１，ｙ２および無機組成物ｚ中の焼結時における残留応力を瞬時に開放する熱衝撃によって迅速に行われる。
その結果、図１２に示すように、前記グリーンシートｓ３〜ｓ８が焼結したセラミック層Ｓ３〜Ｓ８からなるセラミック基板ＳＫ、前記導電性ペーストが焼結した配線４，１０や所定パターンの配線層５〜９、ビア導体ｖ、および表面１に開口するキャビティＣ１を有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２を得られる。
その結果、図１２に示すように、前記グリーンシートｓ３〜ｓ８が焼結したセラミック層Ｓ３〜Ｓ８からなるセラミック基板ＳＫ、前記導電性ペーストが焼結した配線４，１０や所定パターンの配線層５〜９、ビア導体ｖ、および表面１に開口するキャビティＣ１を有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２を得られる。
尚、図１２に示すように、キャビティＣ１内に実装したＩＣチップ１２は、その上面に位置する図示しない接続端子が表面１の配線４や段部ｄ１，ｄ２の配線５ａ，６ａとの間でロウ付けされるワイヤｗを介して接続される。
以上のような工程を経る製造方法によれば、平面方向の焼成収縮が抑制されたセラミックＳ３〜Ｓ８と底面などにクラックがなく且つ形状や寸法精度の高いキャビティＣ１とを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２を確実に提供できる。尚、前述した多数個取り用の大版のグリーンシートを用いて、前記積層体ｓｓの形成工程、無機組成物ｚのキャビティＣ１への充填工程、複合積層体ｆｓの形成工程、焼成工程、および無機組成物ｚなどの除去工程を行っても良い。
以上のような工程を経る製造方法によれば、平面方向の焼成収縮が抑制されたセラミックＳ３〜Ｓ８と底面などにクラックがなく且つ形状や寸法精度の高いキャビティＣ１とを有するキャビティ付き多層セラミック基板Ｋ２を確実に提供できる。尚、前述した多数個取り用の大版のグリーンシートを用いて、前記積層体ｓｓの形成工程、無機組成物ｚのキャビティＣ１への充填工程、複合積層体ｆｓの形成工程、焼成工程、および無機組成物ｚなどの除去工程を行っても良い。
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記配線層４などやビア導体ｖは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕなどの金属、またはＡｇ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔなどの合金としても良く、前記各製造方法の準備工程では、これらの金属粉末または合金粉末を含む導電性ペーストを用いて良い。
また、キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１，Ｋ２の裏面２に位置する表層電極の配線１０には、ＮｉメッキおよびＡｕメッキした表面１０ｂに、ハンダボールまたは導体ピンなどをハンダ付けしても良い。
更に、前記キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１，Ｋ２には、複数のキャビティＣ，Ｃ１を形成しても良く、この場合、前記グリーンシートｓ１〜ｓ３またはグリーンシートｓ３，ｓ７，ｓ８に複数の貫通孔ｃを予め開設しておく。
例えば、前記配線層４などやビア導体ｖは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕなどの金属、またはＡｇ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔなどの合金としても良く、前記各製造方法の準備工程では、これらの金属粉末または合金粉末を含む導電性ペーストを用いて良い。
また、キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１，Ｋ２の裏面２に位置する表層電極の配線１０には、ＮｉメッキおよびＡｕメッキした表面１０ｂに、ハンダボールまたは導体ピンなどをハンダ付けしても良い。
更に、前記キャビティ付き多層セラミック基板Ｋ１，Ｋ２には、複数のキャビティＣ，Ｃ１を形成しても良く、この場合、前記グリーンシートｓ１〜ｓ３またはグリーンシートｓ３，ｓ７，ｓ８に複数の貫通孔ｃを予め開設しておく。
１………………表面
２………………裏面
ｓ１〜ｓ８……グリーンシート
ｃ………………貫通孔
ｓｓ……………グリーンシート積層体
Ｃ，Ｃ１………キャビティ
ｚ………………無機組成物
ｙ１〜ｙ３……焼成収縮抑制シート
ｆｓ……………複合積層体
Ｋ１，Ｋ２……キャビティ付き多層セラミック基板
２………………裏面
ｓ１〜ｓ８……グリーンシート
ｃ………………貫通孔
ｓｓ……………グリーンシート積層体
Ｃ，Ｃ１………キャビティ
ｚ………………無機組成物
ｙ１〜ｙ３……焼成収縮抑制シート
ｆｓ……………複合積層体
Ｋ１，Ｋ２……キャビティ付き多層セラミック基板
Claims (4)
- 表面および裏面を有するグリーンシートと、表面および裏面を有し且つかかる表面と裏面との間を貫通する貫通孔を有するグリーンシートと、を積層してキャビティ付きグリーンシート積層体を形成する工程と、
上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有するペースト状の無機組成物を、減圧状態で上記キャビティの開口部付近に塗布し、該キャビティ外を加圧して該キャビティの内外に設けた差圧により該キャビティ内に充填する工程と、
上記無機組成物を含むキャビティ付きグリーンシート積層体の両面に上記グリーンシートの焼結温度よりも高い焼結温度を有する焼成収縮抑制シートを積層して複合積層体を形成する工程と、
上記複合積層体を上記グリーンシートの焼結温度で焼成する工程と、
焼成後の上記複合積層体から未焼結の上記焼成収縮抑制シートおよび未焼結の上記無機組成物を除去する工程と、を含む、
ことを特徴とするキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。 - 前記グリーンシートは、セラミックとガラスとの混合物からなると共に、前記無機組成物は、前記焼成収縮抑制シートを構成するセラミックのみからなるか、あるいは上記セラミックとガラスとの混合物からなり且つかかるガラスの含有量は２０wt％以下で且つ上記グリーンシートのガラス含有量よりも少ない、請求項１に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
- 前記無機組成物に含まれるガラスの軟化点は、前記グリーンシートに含まれるガラスの軟化点と同等またはそれ以下である、
請求項１または２に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。 - 前記無機組成物は、前記グリーンシートが溶解可能な有機溶媒を含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載のキャビティ付き多層セラミック基板の製造方法。
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