JPH10135636A

JPH10135636A - セラミック多層基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10135636A
Application number: JP28711296A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kato; 純一加藤; Hiroshi Kagata; 博司加賀田; Tatsuya Inoue; 竜也井上; Hiroshi Sogo; 寛十河; Sei Yuhaku; 祐伯　　聖
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ビアホールの接続が確実で、その電気抵抗が
小さいセラミック多層基板の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックグリーンシート１１が複数積
層され、前記複数のセラミックグリーンシート１１の少
なくとも一のセラミックグリーンシート１１の両面が、
その厚み方向に貫通するビアホールにより電気的に接続
されたセラミック多層基板１９の製造において、厚み方
向に貫通する小孔１３が形成されたセラミックグリーン
シート１１を準備し、前記小孔１３の内径よりわずかに
小さい外径を有する金属粒子１４を前記小孔１３内に配
置し、前記小孔１３内に金属粒子１４を設置したセラミ
ックグリーンシート１１と他のセラミックグリーンシー
ト１１とを積層して積層体１８を形成し、前記積層体１
８を約９００℃で焼成してセラミック多層基板を製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路用のセラ
ミック多層基板およびその製造方法に関するものであ
り、詳しくは、層間を接続する導体部分であるビアホー
ルに特徴があるセラミック多層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】セラミックと導体金属を同時に焼成し、
セラミック内部に導体パターンを形成したセラミック多
層基板は、電子回路の基板やＩＣパッケージとして用い
られており、なかでも各層間に位置する導体相互がビア
ホールで接続された多層基板は、回路の面積を小さくで
きるため、現在では重要なセラミック部品となってい
る。

【０００３】このセラミック多層基板の一般的な作製方
法としては、例えば、特開平７−６６５５５号公報に開
示されている方法があげられる。すなわち、図４（Ａ）
に示すように、キャリアフィルム２上（図では下側の表
面）にセラミックグリーンシート１を形成する。前記セ
ラミックグリーンシート１は、セラミック粉末を有機バ
インダーでシート状に固めて形成されたものである。つ
いで、ビアホールを形成する位置に、キャリアフィルム
２とセラミックグリーンシート１を貫通する小孔３を穿
孔する。そして、同図（Ｂ）に示すように、前記小孔内
に、印刷法などにより導体ペーストを充填してビアホー
ルを４を形成し、また同様に印刷法などにより導体ペー
ストを用いてセラミックグリーンシート１の表面に所定
の導体パターンの導電部５を印刷形成し、その後、キャ
リアフィルム２を剥離する。そして、同図（Ｃ）に示す
ように、ビアホール４および導電部５が形成されたセラ
ミックグリーンシート１と他のグリーンシート１を積層
する工程を必要層数繰り返して積層体を形成し、この積
層体を焼成して同図（Ｄ）に示すようなセラミック多層
基板が作製できる。

【０００４】前記ビアホールを充填する導体ペースト
は、金属粉末、ガラスフリットおよび有機バインダを溶
剤中に分散させたものであり、印刷後、溶剤を乾燥させ
ると体積収縮が起こる。また、焼成により金属粉末が相
互に結合して導電性が得られるが、この焼成によっても
体積収縮が引き起こされる。一方、セラミックグリーン
シートも焼成すると、セラミック粉末の焼結により体積
収縮する。従って、良好な層間接続を得るためには、導
体ペーストの体積収縮と、セラミックグリーンシートの
体積収縮が、整合されている必要があり、整合が不十分
であるときには、ビアホールに空隙が発生したり、層間
接続が不完全になるという問題がある。

【０００５】また、導体ペーストの体積収縮を調整する
ため、ガラスフリットは不可欠であるが、これは絶縁性
であるため、ビアホールの導体ペーストを最適に選択、
調整した場合においても、その体積抵抗が高くなり、回
路として不適切な抵抗となる場合がある。すなわち、回
路の時定数である静電容量と抵抗値の積が大きい場合、
使用される周波数が高くなると実用に供し得なくなる。
また、半導体の駆動回路の低電圧化に伴い、配線抵抗に
よる電圧低下は回路機能に致命的な障害となる。従っ
て、これらの問題は電子回路の高周波化、低電圧化が進
展するに伴って大きな課題となるものである。

【０００６】また、高い寸法精度の基板を得る技術とし
て、基板の面内方向にはほとんど焼成収縮しないセラミ
ック多層基板に関する技術が特開平５−１６７２６２号
公報に開示されている。この技術は、図５（Ａ）に示す
ように、低温焼成が可能なガラス−セラミック混合粉末
よりなる第１のセラミックグリーンシートの積層体５１
（ビアホール５４および導電部５２が形成されている）
の上下面に、前記ガラス−セラミック材料の焼成温度で
焼結しない材料よりなる第２のグリーンシート５３を積
層し、焼成する技術である。これによれば、第２のセラ
ミックグリーンシート５３が収縮しないため、基板面内
方向の収縮が阻害され基板垂直方向にのみ収縮する。し
かし、このようなセラミック多層基板の場合、焼成後に
は、図５（Ｂ）に示すように、ビアホール５４を構成す
る導電ペーストから形成された導体は体積収縮するのに
対し、第１のセラミックグリーンシートが面内方向に収
縮しないため、ビアホール５４部分の体積が変化せず、
結果として間隙が発生する場合があり、層間の接続が不
完全となる確率が高くなる。なお、図５（Ｂ）におい
て、５５は、焼成後の積層体を示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、ビアホールの接続が確実で、その電気抵抗が小さい
セラミック多層基板およびその製造方法を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のセラミック多層基板は、セラミックグリー
ンシートが複数積層され、前記複数のセラミックグリー
ンシートの少なくとも一つのセラミックグリーンシート
の両面が、その厚み方向に貫通するビアホールにより電
気的に接続されたセラミック多層基板において、前記ビ
アホールが、前記セラミックグリーンシートの厚み方向
に貫通する小孔内に金属粒子が配置されることにより形
成されたものである。

【０００９】このように、層間接続に用いられる導体を
金属粒子とすれば、この金属粒子は積層工程や焼成工程
で収縮することがないので、ビアホールでの空隙発生を
防ぐことができる。また、金属粒子は導体ペーストと異
なり絶縁性のガラス成分による抵抗増加がないので、ビ
アホールの接続抵抗を小さくすることが可能となる。そ
して、本発明のセラミック多層基板は、以下に示す本発
明の第１および第２の製造方法により作製することがで
きる。

【００１０】本発明の第１のセラミック多層基板の製造
方法は、セラミックグリーンシートが複数積層され、前
記複数のセラミックグリーンシートの少なくとも一つの
セラミックグリーンシートの両面が、その厚み方向に貫
通するビアホールにより電気的に接続されたセラミック
多層基板の製造において、厚み方向に貫通する小孔が形
成されたセラミックグリーンシートを準備する工程と、
前記小孔内径よりわずかに小さい外径を有する金属粒子
を前記小孔内に配置する工程と、前記小孔内に金属粒子
を配置したセラミックグリーンシートと他のセラミック
グリーンシートとを積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼成する工程とを備える。

【００１１】本発明の第１のセラミック多層基板の製造
方法において、前記小孔を形成したセラミックグリーン
シートに前記小孔の内径よりわずかに小さい金属粒子を
配置する工程の後、このシートを加圧圧縮して前記金属
粒子を前記小孔中に固定する工程を備えることが好まし
い。これにより、ビアホールの接続がより確実になる。

【００１２】また、本発明の第１のセラミック多層基板
の製造方法において、小孔内に金属粒子が配置されたセ
ラミックグリーンシートの少なくとも一面に、導体ペー
ストの印刷により、前記小孔内の金属粒子と接続するよ
うに導電部を形成する工程を備えることが好ましい。な
お、この他に、ビアホールが形成されたセラミックグリ
ーンシートに導電部を直接形成するのではなく、積層の
際に、このセラミックグリーンシートと直接積層される
他のセラミックグリーンシートの前記積層側の表面に導
電部を形成し、これらを積層することによって導電部を
ビアホールと接続してもよい。

【００１３】つぎに、本発明の第２のセラミック多層基
板の製造方法は、セラミックグリーンシートが複数積層
され、前記複数のセラミックグリーンシートの少なくと
も一つのセラミックグリーンシートの両面が、その厚み
方向に貫通するビアホールにより電気的に接続されたセ
ラミック多層基板の製造において、厚み方向に貫通する
小孔を形成したセラミックグリーンシートを準備する工
程と、前記小孔内径よりわずかに大きい外径を有する金
属粒子を前記小孔上に配置する工程と、加圧により前記
金属粒子を前記小孔内に圧入する工程と、前記小孔内に
金属粒子を圧入したセラミックグリーンシートと他のセ
ラミックグリーンシートとを積層して積層体を形成し、
前記積層体を焼成する工程とを備える。

【００１４】本発明の第２のセラミック多層基板の製造
方法において、小孔内に金属粒子が圧入されたセラミッ
クグリーンシートの少なくとも一面に、導体ペーストの
印刷により、前記小孔内の金属粒子と接続するように導
電部を形成する工程を備えることが好ましい。なお、前
記第１のセラミック多層基板の製造方法と同様に、ビア
ホールが形成されたセラミックグリーンシートに直接導
電部を形成するのではなく、積層の際に、このセラミッ
クグリーンシートと直接積層される他のセラミックグリ
ーンシートの前記積層側の表面に導電部を形成し、これ
らを積層することによって導電部をビアホールと接続し
てもよい。

【００１５】そして、本発明の第１および第２のセラミ
ック多層基板の製造方法において、積層体を焼成するに
先立ち、未焼結状態の前記積層体の上下に、この積層体
の焼成温度では焼結収縮しないセラミックグリーンシー
トをそれぞれ積層し、前記積層体の焼成後、前記積層体
の上下に積層されたセラミックグリーンシートを除去す
ることが好ましい。これによれば、シート面内方向の収
縮が防止されて寸法精度が向上し、さらに層間の接続が
確実となる。

【００１６】また、本発明の第１および第２のセラミッ
ク多層基板の製造方法において、焼成後にセラミック多
層基板を構成するセラミックグリーンシートが少なくと
もアルミナとガラスを含有することが好ましい。アルミ
ナとガラスを含有することにより、さらに寸法精度が高
いセラミック多層基板を作製することが可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図に基づいて説明する。（実施形態１）図１（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の第１の
セラミック多層基板の製造方法の実施形態における一連
の工程を示す断面図である。

【００１８】まず、同図（Ａ）に示すように、アルミナ
とガラスの混合物をセラミック粉末とし、これを有機バ
インダーでシート状に固めたセラミックグリーンシート
１１に小孔１３をパンチングやドリルにより形成する。
このセラミックグリーンシート１１の適切な焼成温度は
約９００℃である。前記小孔１３の形成は、従来と同様
にキャリアフィルム上にセラミックグリーンシート１１
が形成された状態で行っても良いが、このように、キャ
リアフィルムからセラミックグリーンシート１１を剥離
した状態で行っても良い。そして、小孔１３を形成した
後、同図（Ｂ）に示すように、金属板または有機材料か
らなるバッキング材１７の上に前記セラミックグリーン
シート１１を置き、この状態で、前記小孔１３の内径よ
りわずかに小さい外径の金属粒子１４を前記小孔１３内
に配置する。金属粒子１４の形状は、特に制限するもの
ではないが、小孔１３内に設置することが容易となるの
で、球形であることが望ましい。また、この金属粒子１
４の外径は、前記小孔１３の内径に応じて適宜決定され
るもので、特に制限されないが、前記小孔１３の内径
が、約１００〜３００μｍの範囲である場合、金属粒子
１４の外径は、通常、９５〜２８０μｍの範囲となる。
そして、金属粒子１４の材料は、後述するプレスにより
容易に変形する柔らかい銀、銅、金などの導電性の純金
属が望ましいが、その他合金材料でも、プレス圧の選択
により、変形を引き起こすことができるので実用上は差
し支えない。そして、小孔１３内に金属粒子１４が配置
された状態で、セラミックグリーンシート１１を上下方
向からプレスすることにより、同図（Ｃ）に示すよう
に、金属粒子１４が変形して扁平な形状になると同時
に、セラミックグリーンシート１１も変形するため金属
粒子１４は前記セラミックグリーンシート１１に食い込
んで固定される。つぎに、同図（Ｄ）に示すように、バ
ッキング材１７を剥離除去後、金属粒子１４が固定され
たセラミックグリーンシート１１の上下の両面に、導体
ペーストを用いた印刷法により、所定の回路パターンの
導電部１５を形成する。このとき、金属粒子１４の近傍
は、同図（Ｄ´）の拡大断面図に示すように、小孔１３
と金属粒子１４の間隙に導体ペーストが充填される。さ
らに、同図（Ｅ）に示すように、このシート１１の上下
に、他のセラミックグリーンシート１１を必要枚数積層
し、これを加熱してプレスし、同図（Ｆ）に示すよう
に、一体化して積層体１８を形成する。この積層体１８
を、約４５０℃で加熱して有機バインダーを焼却後、さ
らに約９００℃で１時間焼成することにより、同図
（Ｇ）に示すようなセラミック多層基板１９が得られ
る。

【００１９】この実施形態において、同図（Ｂ´）に示
すように、バッキング材１７に変えて、導体ペーストを
用いた印刷法により導電部１５を形成した他のセラミッ
クグリーンシート１１と、金属粒子１４が小孔１３内に
配置されたセラミックグリーンシート１１とを、前記導
電部１５が前記小孔１３内の金属粒子１４と接続するよ
うにして積層してもよい。この方法によれば、バッキン
グ材１７に保持してプレスする工程を省略することが可
能であり、導体ペーストを後から積層するグリーンシー
ト側に印刷形成して導電部１５を形成しておくことも可
能である。この場合には、積層完了後に積層体全体をプ
レスするとき、導体ペーストが流動して、小孔１３内の
金属粒子１４とセラミックグリーンシート１１との間隙
が充填される。

【００２０】（実施形態２）図２（Ａ）〜（Ｇ）は、本
発明の第２のセラミック多層基板の製造方法の実施形態
における一連の工程を説明するための断面図である。

【００２１】同図（Ａ）は、小孔２３を形成したセラミ
ックグリーンシート２１を示す。そして、同図（Ｂ）に
示すように、前記セラミックグリーンシート２１をバッ
キング材２７上に置き、この状態で、前記小孔２３の内
径よりわずかに大きい金属粒子２４を小孔２３の上に配
置する。この金属粒子２４の外径は、前記小孔２３の内
径に応じ適宜決定されるもので特に制限されないが、前
記小孔２３の内径が、約１００〜３００μｍの範囲であ
る場合、金属粒子２４の外径は、通常、１０５〜３１０
μｍの範囲となる。また、金属粒子２４の形状および材
料は、前述と同様である。そして、同図（Ｃ）に示すよ
うに、セラミックグリーンシート２１を上下方向からプ
レスすると、金属粒子２４が小孔２３内に圧入されると
同時に扁平形状に変形する。なお、バッキング材２７を
用いず、小孔２３の上に金属粒子２４を配置したセラミ
ックグリーンシート２１を直接プレスの定盤間に設置し
て加圧することも可能である。この後、同図（Ｄ）に示
すようにバッキング材２７を取り去り、同図（Ｅ）に示
すように、小孔２３内に金属粒子２４が圧入されたセラ
ミックグリーンシート２１と他のセラミックグリーンシ
ート２１とを積層する。なお、この積層に先立ち、導電
部２５を形成するが、この形成は、同図（Ｅ）に示すよ
うに、導体ペーストを用いた印刷法により他のセラミッ
クグリーンシート２１に形成し、このシート２１と小孔
２３内に金属粒子２４が圧入されたセラミックグリーン
シートとを、小孔２３内の金属粒子２４と導電部２５と
が接続するようにして積層してもよい。積層後、加熱プ
レスにより、同図（Ｆ）に示しすように、それぞれのシ
ートを一体化して積層体２８を形成する。金属粒子２４
近傍の拡大断面図である同図（Ｆ´）の示すように、こ
のプレスにより、導電部２５を形成する導体ペーストは
流動して、金属粒子２４とセラミックグリーンシート２
１の間隙を埋める。つぎに、一体化した積層体２８を、
前述と同様の温度で加熱してバインダーを焼却後、さら
に約９００℃で一時間焼成することにより、同図（Ｇ）
に示すようなセラミック多層基板２９が得られる。

【００２２】（実施形態３）図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本
発明の第１および第２のセラミック多層基板の製造方法
において、寸法精度を向上させる手段を施した実施形態
における一連の工程を示す断面図である。

【００２３】同図（Ａ）に示すように、未焼成の積層体
３１を準備し、この上下に、前記積層体３１の焼成温度
では焼成しない、第２のセラミックグリーンシート３２
をそれぞれ積層する。前記未焼成状態の積層体３１は、
前述の実施形態１または実施形態２に示した方法で作製
できる。なお、図３において、１４は金属粒子を示し、
１５は導電部を示す。また、前記第２のセラミックグリ
ーンシート３２としては、アルミナ粉末を有機バインダ
ーでシート状に固めたものがあげられ、このセラミック
グリーンシートの焼結温度は１４００℃以上であり、前
記積層体３１の焼成に適した９００℃では焼結せず、収
縮しない。そして、同図（Ｂ）に示すように、未焼成の
積層体３１および第２のセラミックグリーンシート３２
を約８０℃で加熱しながらプレスして一体化させる。つ
いで、この一体物を前述の温度で加熱してバインダーを
焼却後、さらに約９００℃で１時間加熱する。この加熱
過程で、積層体３１は焼成するが、上下に積層された第
２のセラミックグリーンシート３２は収縮しないため、
焼成後の積層体３４は水平方向には収縮せず、同図
（Ｃ）に示すように垂直方向にのみ収縮する。このと
き、小孔内を充填する導体が導体ペーストであれば、小
孔内で収縮し前述したような接続不良の原因となるが、
この実施形態では小孔内が金属粒子１４で充填されてお
り、前記金属粒子１４は収縮しないので接続不良を引き
起こすことがない。そして、焼成が終了した積層体３４
の上下にある第２のセラミックグリーンシート部を除去
し、同図（Ｄ）に示すようなセラミック多層基板３５を
得る。なお、前記第２のセラミックグリーンシートにお
いて、アルミナは焼結しておらず、かつ、バインダーが
焼却されているので、これを容易に除去することができ
る。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明のセラミック多層
基板は、層間を接続するビアホールの接続が確実なもの
であり、基板としての信頼性が向上するとともに、接続
抵抗が大幅に低下し、回路の高周波化や低電圧駆動で用
いる基板として良好な特性をもつ。また、このセラミッ
ク多層基板は、本発明の製造方法により、容易に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図（Ａ）〜（Ｇ）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における一連の工程を示す
断面図である。

【図２】図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明のセラミック多層
基板の製造方法の他の実施形態における一連の工程を説
明するための断面図である。

【図３】図（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明のセラミック多層
基板の製造方法のさらに別個の実施形態における一連の
工程を説明するための断面図である。

【図４】図（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のセラミック多層基
板の製造方法における一連の工程を説明するための断面
図である。

【図５】図（Ａ）、（Ｂ）は、従来のセラミック多層基
板のその他の製造方法における一連の工程を説明するた
めの断面図である。

【符号の説明】

１１セラミックグリーンシート１３小孔１４金属粒子１５導電部１８積層体１９セラミック多層基板

フロントページの続き (72)発明者十河寛大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者祐伯聖大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックグリーンシートが複数積層さ
れ、前記複数のセラミックグリーンシートの少なくとも
一つのセラミックグリーンシートの両面が、その厚み方
向に貫通するビアホールにより電気的に接続されたセラ
ミック多層基板において、前記ビアホールが、前記セラ
ミックグリーンシートの厚み方向に貫通する小孔内に金
属粒子が配置されることにより形成されたセラミック多
層基板。
【請求項２】セラミックグリーンシートが複数積層さ
れ、前記複数のセラミックグリーンシートの少なくとも
一つのセラミックグリーンシートの両面が、その厚み方
向に貫通するビアホールにより電気的に接続されたセラ
ミック多層基板の製造において、厚み方向に貫通する小
孔が形成されたセラミックグリーンシートを準備する工
程と、前記小孔内径よりわずかに小さい外径を有する金
属粒子を前記小孔内に配置する工程と、前記小孔内に金
属粒子を配置したセラミックグリーンシートと他のセラ
ミックグリーンシートとを積層して積層体を形成する工
程と、前記積層体を焼成する工程とを備えるセラミック
多層基板の製造方法。
【請求項３】小孔を形成したセラミックグリーンシー
トに前記小孔の内径よりわずかに小さい金属粒子を配置
する工程の後、このシートを加圧圧縮して前記金属粒子
を前記小孔中に固定する工程を備える請求項２記載のセ
ラミック多層基板の製造方法。
【請求項４】小孔内に金属粒子が配置されたセラミッ
クグリーンシートの少なくとも一面に、導体ペーストの
印刷により、前記小孔内の金属粒子と接続するように導
電部を形成する工程を備える請求項２または３記載のセ
ラミック多層基板の製造方法。
【請求項５】セラミックグリーンシートが複数積層さ
れ、前記複数のセラミックグリーンシートの少なくとも
一つのセラミックグリーンシートの両面が、その厚み方
向に貫通するビアホールにより電気的に接続されたセラ
ミック多層基板の製造において、厚み方向に貫通する小
孔を形成したセラミックグリーンシートを準備する工程
と、前記小孔内径よりわずかに大きい外径を有する金属
粒子を前記小孔上に配置する工程と、加圧により前記金
属粒子を前記小孔内に圧入する工程と、前記小孔内に金
属粒子を圧入したセラミックグリーンシートと他のセラ
ミックグリーンシートとを積層して積層体を形成する工
程と、前記積層体を焼成する工程とを備えるセラミック
多層基板の製造方法。
【請求項６】小孔内に金属粒子が圧入されたセラミッ
クグリーンシートの少なくとも一面に、導体ペーストの
印刷により、前記小孔内の金属粒子と接続するように導
電部を形成する工程を備える請求項５記載のセラミック
多層基板の製造方法。
【請求項７】積層体を焼成するに先立ち、未焼結状態
の前記積層体の上下に、この積層体の焼成温度では焼結
収縮しないセラミックグリーンシートをそれぞれ積層
し、前記積層体の焼成後、前記積層体の上下に積層され
たセラミックグリーンシート部を除去する請求項２〜６
のいずれか一項に記載のセラミック多層基板の製造方
法。
【請求項８】焼成後にセラミック多層基板を構成する
グリーンシートが少なくともアルミナとガラスを含有す
る請求項２〜７のいずれか一項に記載のセラミック多層
基板の製造方法。