JP6088129B2 - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents
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Description
この無収縮焼成技術とは、グリーンシートを積層したグリーンシート積層体の上下面に、グリーンシート積層体が焼成する温度では焼結しないセラミックシートからなる拘束シート(収縮抑止シート)を積層することで、焼成した際に、収縮抑制シートがグリーンシート積層体の焼成時のXY方向(平面方向)への収縮を抑制し、高い寸法精度を実現する手法である。なお、この無収縮焼成技術では、XY方向への収縮を抑制する代わりに、Z方向へ大きく収縮する。
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、収縮抑制シートを用いて無収縮焼成を行う場合に、グリーンシート積層体と収縮抑制シートとの密着性を高くでき、それにより、収縮率のバラツキを抑制できる多層セラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。
つまり、グリーンシート積層体は焼成の際に収縮するが、多数のグリーンシート積層体を製造する際には、材料や製造条件を一定にしても、その収縮の程度(収縮率)は必ずしも一定ではなく、ある程度のバラツキが発生する。このとき、グリーンシート積層体の焼成時の収縮率が大きいと、バラツキも増幅されて大きくなるが、本第1態様では、グリーンシート積層体の収縮率自体が小さいので、そのバラツキも小さくなる。
そこで、本第1態様では、上述の様に、樹脂と可塑剤との合計量の割合を、25体積%〜36体積%の範囲に設定している。
本第2態様では、収縮抑制シート中にガラス成分を含まないので、焼成時にガラス成分がセラミック積層体に密着することがなく、よって、焼成後に収縮抑制シートの未焼結層を取り除く際に、容易に未焼結層を除去することができる。
[実施形態]
a)まず、本実施形態の多層セラミック基板の製造方法によって製造される多層セラミック基板の具体例を、図2及び図3に基づいて説明する。
図2に示す様に、電子部品検査用基板1は、セラミック層3が板厚方向に複数積層された多層セラミック基板5(例えば縦100mm×横100mm×厚さ5mmの直方体の焼結体)と、該多層セラミック基板5の表面に形成された電極(パッド)7とを有する。
詳しくは、各セラミック層3は、ムライト及びホウケイ酸系ガラスをセラミックの主成分とするガラスセラミックからなり、ホウケイ酸系ガラス中にSiO、Al2O3、B2O3含んでいる。
そして、多層セラミック基板5の表面の電極7と裏面の電極7とを、内部配線層9を介して電気的に接続するように、基板の厚み方向に伸びる層間接続導体部(ビア導体)11が形成されている。
本実施形態では、脱脂工程において、収縮抑制シートの平面方向における収縮率が0.05%以下であり、且つ、収縮抑制シートの平面方向における収縮率がグリーンシート積層体の平面方向における収縮率より大きいものを用いる点に特徴がある。また、収縮抑制シートに用いる樹脂及び可塑剤の割合は、収縮抑制シート全体に対して25体積%〜36体積%の範囲であり、この収縮抑制シートの材料にはガラス成分を含まない点にも特徴がある。以下、詳細に説明する。
図5(a)に示す様に、まず、ガラスセラミックからなるセラミック層3を形成するための原料粉末として、SiO2、Al2O3、B2O3を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末(平均粒径:3μm、比表面積:1.0m2/g)と、ムライト粉末(平均粒径:3μm、比表面積:3.0m2/g)とを用意した。
<収縮抑制シートの製造>
また、前記グリーンシート21を作製する工程とは別に、収縮抑制シート23を作製するために、セラミック原料粉末として、平均粒径:3μm、比表面積:1m2/gのアルミナ粉末を用意した。
そして、前記グリーンシート21と同様に、アルミナ製のポットに、アルミナ粉末を1kgを投入した後、アクリル樹脂を80gと可塑剤(DOP)を40g投入し、更に、必要な量の溶剤(MEK)を投入し、3時間混合してスラリーを得た。
<多層セラミック基板の製造>
・次に、図5(c)に示す様に、前記グリーンシート21に、パンチングにより貫通孔(スルーホール)25を形成した。
この層間接続導体部11用の導電ペーストは、平均粒径3.5μmの銀粉末100重量部に対して、軟化点が800℃のホウケイ酸系ガラス粉末を5重量部添加した粉末原料に、樹脂としてエチルセルロース樹脂を加えるとともに、溶剤としてターピネオールを加え、3本ロールミルにて混練して作製したものである。
・次に、図6(a)に示す様に、グリーンシート積層体31の両側に収縮抑制シート23を積層して、グリーン複合積層体33を形成した。
・次に、図6(e)に示す様に、研磨したセラミック積層体35(即ち多層セラミック基板5)の表面の層間接続導体部11に対応する位置に、例えばTi薄膜をスパッタ法により形成した後に、順次、Cuメッキ、Niメッキ、Auメッキを施して、電極7を形成し、電子部品検査用基板1を完成した。
本実施形態では、脱脂工程において、収縮抑制シート23の平面方向における収縮率が0.05%以下と小さいので、脱脂工程及びその後の焼成工程におけるグリーンシート積層体31の収縮率が小さくなる。その結果、収縮バラツキも小さくなる。
<実験例>
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例1は、脱脂工程におけるグリーンシートと収縮抑制シートとの収縮率を調べたものである。
具体的には、各試料において、脱脂後の5枚のシートの穴間ピッチA〜F(図7参照)の平均を求め、脱脂前の値(100mm)に対する収縮率を求めた。その結果を下記表1に記す。
本実験例2は、脱脂工程及び焼成工程におけるグリーンシート積層体の穴間ピッチの収縮率と、焼成後の基板(セラミック積層体)における穴間ピッチのバラツキを調べたものである。
そして、グリーンシートを20枚積層してグリーンシート積層体を形成し、穴間ピッチを測定した。なお、グリーンシート積層体は、各試料に対して5個づつ作製した。
具体的には、各試料において、脱脂・焼成後のセラミック積層体の穴間ピッチA〜F(図7参照)の平均(5個の平均)を求め、脱脂・焼成前のグリーンシート積層体の値に対する収縮率を求めた。その結果を下記表1に記す。
なお、この寸法バラツキは、標準偏差(各セラミック積層体の収縮率の標準偏差(%))である。
この表1から明らかな様に、本発明の範囲の実施例1〜3では、収縮抑制シートの脱脂における収縮率が0.05%以下で、且つ、収縮抑制シートの脱脂における収縮率がグリーンシートの脱脂における収縮率より大であるので、収縮抑制シートとグリーンシートの密着性が大きく、よって、グリーンシート(従ってグリーンシート積層体)の収縮率(従って収縮バラツキ)が小さく、その結果、セラミック積層体(従って多層セラミック基板)における寸法バラツキが小さいことが分かる。
尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(2)また、焼成の際に、加圧を行わなくてもよい。
3…セラミック層
5…多層セラミック基板
7…電極
9…内部配線層
11…層間接続導体部(ビア導体)
21…グリーンシート
23…収縮抑制シート
27…層間接続導体形成部
31…グリーンシート積層体
33…グリーン複合積層体
35…セラミック積層体
Claims (2)
- 複数のセラミック層が積層されるとともに、前記セラミック層の厚み方向に導通する層間接続導体部を備えた多層セラミック基板の製造方法において、
焼成後に前記層間接続導体部となる層間接続導体形成部を有するグリーンシートを複数積層して、グリーンシート積層体を形成する第1工程と、
前記グリーンシート積層体の少なくとも一方の表面に、該グリーンシート積層体が焼結する温度では焼結しない収縮抑制シートを積層して、グリーン複合積層体を形成する第2工程と、
前記グリーン複合積層体を脱脂して、脱脂後グリーン複合積層体を形成する第3工程と、
前記脱脂後グリーン複合積層体を焼成して、セラミック積層体を形成する第4工程と、
前記焼成後に、前記セラミック積層体の表面に残留する前記収縮抑制シートの未焼結層を除去する第5工程と、
を備え、
前記収縮抑制シートは、主成分であるセラミック材料に加えて樹脂と可塑剤とを含むとともに、前記樹脂と前記可塑剤とを前記収縮抑制シート全体に対して25体積%〜36体積%の範囲で含むものであり、
前記第3工程において、前記収縮抑制シートの平面方向における収縮率が0.05%以下であり、且つ、前記収縮抑制シートの平面方向における収縮率が前記グリーンシート積層体の平面方向における収縮率より大きいことを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 前記収縮抑制シートは、ガラス成分を含まないことを特徴とする請求項1に記載の多層セラミック基板の製造方法。
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