JP2005268692A - 多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波帯域以上で低損失であるとともに、焼成に伴うビア配線の切断を低減し、ビアコンタクトの突出を防止した多層基板の製造方法を提供する。
【解決手段】グリーンシート１の両面に、１０００℃以下では難焼結な材料で所定パターンの厚膜をスクリーン印刷し、拘束層２を形成する。拘束層２のビアコンタクトの形成領域に対応する部分は直径約２５０μｍの円形状に削除されて非印刷領域３１となっている。その後、グリーンシート１にビアホールを形成し、スクリーン印刷によりコンタクトホール３内に導体ペーストを充填してビアコンタクト４を形成する。その後、グリーンシート１の積層体を静水圧プレス装置によりプレスして一体化させて、グリーン体９を得る。次に、グリーン体９を低温焼成して、低温同時焼成セラミック多層基板を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は多層基板の製造方法に関し、特に高周波回路、マイクロ波回路およびミリ波回路の形成に使用されるセラミック接合による多層基板の製造方法に関する。

高度な情報通信を支える技術として、低温焼成セラミック多層基板が実用化されている。低温焼成セラミック多層基板は、低温焼成セラミックのグリーンシートに導体ペーストで回路パターンを形成し、それを多層に積層して一体化した後、焼成して得られる基板であり、回路配線内蔵のセラミック多層基板である。なお、セラミックと導体を同時に焼成することから、低温同時焼成セラミック多層基板（以後、ＬＴＣＣと略記）と呼称される。

低温焼成セラミックの材料は、一般的にガラス成分と結晶性の無機化合物、例えばアルミナとの混合体であり、低温とは、概ね１０００℃以下の温度を指している。

低温焼成セラミックは、ガラスの軟化に伴う速やかな緻密化が焼結過程の主要因であり、回路パターンの形成面内（または積層面内を指し、以下、単に面内と呼称）における焼結体の面積をグリーン体の面積で割って求める面積率として、約７５％におよぶ比較的大きな焼成収縮がガラス軟化点以上で急速に生じる。

グリーンシートと導体ペーストとの焼成収縮挙動の差は基板の反り、回路パターンの変形、ビア配線の導通不良の原因となるので、同時焼成用導体ペーストは、グリーンシートの大きく速やかな焼成収縮を考慮して選択しなければならない。

焼成収縮の調整は、一般的に導体ペーストを構成する金属粒子の粒度調整や、導体ペーストに無機ガラス分を添加するなどの工夫によっているが、それだけでは不十分であり、焼成温度パターンにおいて、グリーンシートの脱バインダー過程が終了する温度からセラミック基板が焼結する温度までを急速に昇温して、高温保持を短時間とすることで焼成中の焼成収縮差を抑える工夫も採られている。

しかし、低温焼成セラミック多層基板に対しては、情報通信機器の小型化、高性能化を目指す市場からさらに高密度実装化が求められており、積層数の増加、ビアコンタクト数の増加やフリップチップ実装用パッドの形状精度の向上が要求されている。

また、用途の周波数帯域がマイクロ波やミリ波である場合、共振器やフィルターを基板内に配設するので、形状精度が高い平面回路パターンを形成することも要求される。

しかし、現状の製造技術では、十分にその要求に応えられないのが実状である。すなわち、焼成温度パターンが急速な昇温過程と短時間の高温保持で構成されるので、積層数が増加すればセラミック組織の緻密化に伴って発生する気泡の脱気が不十分になり、基板の抗折強度や導体の密着強度が低下することになる。またそれを防ごうとすれば、先に述べた焼成収縮や焼成収縮差によって、ビア配線の断裂やパターン歪みを生じやすくなる。

特許文献１には、６００℃〜１０００℃で焼結する第１のグリーンシートと、８００℃〜１５００℃で焼結する第２のグリーンシートの積層体とを、まず、第１のグリーンシートが焼結する第１の温度に一旦保持し、次に、第２のグリーンシートが焼結する第２の温度に保持する２段階の階段状温度パターンで焼成することで、面内の焼成収縮を低減する技術が開示されている。

特許文献２には、グリーンシートと難焼結性の無機材質粒子を含む膜とを積層した積層体を焼成することで、難焼結性の無機材質粒子間の間隙に、グリーンシートに含まれるガラスを浸透させて一体化する方法が示されている。

また、特許文献３には、基材層と、難焼結性材質に予め少量のガラスを含有させた拘束層とを積層し、拘束層のガラスの浸透によるグリーンシート層間の結合を強化する方法が示されている。

以上の３つの特許文献の方法では、グリーンシートの面内収縮を、難焼結性材質の膜により拘束するものである。

特開平６−９７６５６号公報（図１） 特開２０００−２５１５７号公報（図１） 特開２００２−９４２４４号公報（図１）

特許文献１に開示の方法では、第１の温度は第２の温度より低いことが要求されるので、第１のグリーンシートに含有されるガラスは第２の温度未満の軟化点を示すものを選択しなければならない。

ガラスの軟化点を下げる一般的な手法としては、ガラスの修飾元素であるアルカリ金属、アルカリ土類金属をガラスに添加する方法があるが、この方法で改質した低軟化点のガラスは、当初組成のガラスより大きな誘電正接を示すことが多い。

従って、第１のグリーンシートの高周波損失は第２のグリーンシートに比べて大きくなり、それを使用する多層基板は、第２のグリーンシートだけで構成された場合に比べて高周波損失が大きくなる。

また、特許文献２および特許文献３に開示の方法では、基板各層間の配線用や実装デバイスの冷却用に設けられるビアコンタクトに用いる導体ペーストとして、焼成収縮の差を考慮した材料を選択しなければならい。

なぜなら、特許文献２および特許文献３では、面内収縮を抑制するためにセラミック組織の緻密化はグリーンシート積層方向に限定され、グリーンシートとビアコンタクトに充填される導体ペーストの焼成収縮差はビアコンタクトの突出要因となり、ビアコンタクト近傍の導体パターンに局所的な歪みを生じ、複数層を貫通するビアコンタクトの近傍には亀裂が生ずる可能性もある。

また、低温焼成セラミック多層基板の主要用途は高周波回路用途やマイクロ波回路用途であり、さらに高密度実装化を伴ってミリ波回路用途にも拡大している市場の現状を考えれば、単位面積当たりのビアコンタクト数増加に対応する製造技術や、誘電正接の低い基板材料の開発が望まれている。

以上の観点から、特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示の技術を、高周波回路、マイクロ波回路およびミリ波回路に適用される高密度実装用低温焼成セラミック多層基板に適用しても、既存品以上の工業的価値を生ずることは難しいと判断される。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高周波回路、マイクロ波回路およびミリ波回路に適用される高密度実装用の低温同時焼成セラミック多層基板の製造において、高周波帯域以上で低損失であるとともに、焼成に伴うビア配線の切断を低減し、ビアコンタクトの突出を防止した多層基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る請求項１記載の多層基板の製造方法は、グリーンシートを複数枚準備する工程(ａ)と、前記グリーンシートを積層し、一体化してグリーン体を形成する工程(ｂ)とを備え、前記工程(ａ)は、前記グリーンシートに、焼成収縮を抑制するための拘束層を所定のパターンを有するように印刷法で形成する工程(ａ−１)と、前記拘束層が形成された前記グリーンシートに、ビアホールを形成する工程(ａ−２)と、前記グリーンシート上に所定の回路パターンを導体ペーストで形成するとともに、前記ビアホールに前記導体ペーストを充填してビアコンタクトを形成する工程(ａ−３)と含み、前記工程(ａ−１)は、前記グリーンシートの前記ビアホールが形成されるべき位置に、前記ビアホールの周囲に非印刷領域を有するように前記所定のパターンを形成する工程と、前記グリーン体の最上層および最下層以外の前記グリーンシートにおいては、その両主面に前記拘束層を形成する工程とを有している。

本発明に係る請求項２記載の多層基板の製造方法は、グリーンシートを複数枚準備する工程(ａ)と、前記グリーンシートを積層し、一体化してグリーン体を形成する工程(ｂ)とを備え、前記工程(ａ)は、少なくとも前記グリーン体の最上層および最下層となるべき前記グリーンシートに、焼成収縮を抑制するための拘束層を印刷法で形成する工程(ａ−１)と、前記拘束層が形成された前記グリーンシートに、ビアホールを形成する工程(ａ−２)と、前記グリーンシート上に所定の回路パターンを導体ペーストで形成するとともに、前記ビアホールに前記導体ペーストを充填してビアコンタクトを形成する工程(ａ−３)と含み、前記工程(ａ−１)は、前記グリーン体の最上層および最下層以外の前記グリーンシートにおいては、前記拘束層を有さないものも存在するように前記グリーンシートを準備する工程を含み、前記工程(ｂ)は、前記拘束層を有さない前記グリーンシートを、前記グリーン体の中央部に積層する工程を含む。

本発明に係る請求項１記載の多層基板の製造方法によれば、グリーンシートのビアホールが形成されるべき位置に、ビアホールよりも大きな面積の非印刷領域を有するように拘束層を形成することで、ビアホールに導体を充填して構成されるビアコンタクトの近傍に拘束層が配設されず、ビアコンタクトと、その周辺のグリーンシートで焼成収縮挙動をほぼ一致させて、ビアコンタクトの突出を防止できる。また、グリーン体の最上層および最下層以外のグリーンシートにおいては、その両主面に拘束層を形成することで、グリーンシート上に導体パターンを形成する場合に、当該導体パターンの反りを防止できる。

本発明に係る請求項２記載の多層基板の製造方法によれば、グリーン体の最上層および最下層以外のグリーンシートにおいては、拘束層を有さないものも存在するようにグリーンシートを準備し、当該グリーンシートを、グリーン体の中央部に積層することで、面内収縮に対する抑制効果を低減して、ビアコンタクトの突出を防止できる。

＜発明の技術的思想＞
実施の形態の説明に先立って、本発明の技術的思想について説明する。
一般的なＬＴＣＣ用グリーンシートはガラス−アルミナ系であり、ガラスの軟化に伴う速やかな緻密化が焼結過程の主要因であって、回路パターンの形成面内（または積層面内を指し、以下、単に面内と呼称）における焼結体の面積をグリーン体の面積で割って求める面積率として、約７５％におよぶ比較的大きな焼成収縮がガラス軟化点以上で急速に生じる。従って、同時焼成用導体ペーストは、グリーンシートの大きく速やかな焼成収縮を考慮して選択する。

グリーンシートと導体ペーストの焼成収縮挙動を合わせるためには、導体ペースト中の金属粒子の粒度の調整や、ビヒクルの有機成分とその配合比の調整、またはガラス・フリット成分含有させる等、材料に対する工夫とともに、最適な焼成の温度パターンを実験的に取得して製造条件に反映させている。

発明者等も、導体ペーストの成分調整および焼成の温度パターンを試行したが、思う程の改善は見られず、他の改善方法を探るため、以下の考察を行った。

まず、図１に示すように、それぞれにビアコンタクトＢＣを有する複数のＬＴＣＣ用グリーンシートＧＳを積層したグリーン体ＧＢを想定する。各ビアコンタクトＢＣ内には導体ペーストが充填されて、各ＬＴＣＣ用グリーンシートＧＳの同じ位置に設けられており、ＬＴＣＣ用グリーンシートＧＳを積層すると、ビアコンタクトＢＣが積層方向に繋がってビア配線を構成する。

グリーンシートＧＳの積層面内の収縮を抑制しないとすれば、グリーンシートＧＳと導体ペーストとの焼成収縮挙動を完全に合わせることはできず、グリーンシートＧＳの収縮量の方が幾分大きいとすれば、焼成後のビアコンタクトＢＣは、図２に示すように焼成体ＢＢ（セラミック）の主面から突出してしまう。ここで、焼成体ＢＢの主面からの突出量をＬで表す。

単純化して考えると、ビアコンタクトＢＣから離れた位置の焼成体ＢＢ部分はグリーンシートＧＢの収縮率に応じて収縮しており、一方、ビアコンタクトＢＣが導体ペーストの収縮率に応じて収縮しているのであるから、ビアコンタクトＢＣの突出量ＬはグリーンシートＧＳと導体ペーストとの焼成収縮差を反映していることになる。

例えば、焼成体ＢＢとビアコンタクトＢＣとの境界を除き、グリーン体ＧＢの収縮は概ね等方的であり、焼成によって一方向につき焼成前の８７％まで収縮するものとし、導体ペーストは一方向につき８９％になるとすれば、ビアコンタクトＢＣから離れた位置での焼成体ＢＢの主面に対するビアコンタクトＢＣの突出量は収縮差の１／２となり、基板厚みの約１％となる。

しかし、積層面内についてグリーン体ＧＢの収縮が起きない場合、緻密化に伴う収縮は積層方向に限定される。この時、等方的な場合と焼結体の体積が等しいと仮定すれば、積層方向の収縮は、グリーン体ＧＢで約６６％、導体ペーストでは約７０％になる。

従って、この条件でのビアコンタクトＢＣの突出量Ｌは基板厚みの約２％であり、グリーン体ＧＢが等方的に収縮する場合に比べて約２倍の値に拡大する。

つまり、ビアコンタクトＢＣの突出量に着目すれば、積層面内の収縮を抑制する場合、同時焼成用の導体ペーストは、その焼成収縮挙動を従来以上にグリーンシートと適合させなければならないが、そのような焼成収縮挙動を有する導体ペーストを得ることは極めて難しいことを発明者等は経験的に知得している。

そこで、ビアコンタクトの突出は、積層面内の収縮を抑制した結果として拡大するという上記の考察に基づき、積層面内の収縮の抑制効果を制御することで、ビアコンタクトの突出を抑制するという本発明の技術的思想に到達した。

＜実施の形態＞
＜Ａ．製造方法＞
以下、図３〜図１０を用いて本発明に係る実施の形態の多層基板の製造方法について説明する。

図３は、実施の形態の多層基板の全製造工程を一図に示したものであり、各工程は図３(ａ)〜図３（ｇ）として断面図で示されている。なお、以下においては、図３を中心として、図４〜図１０を参照しつつ説明を行う。

＜Ａ−１．グリーンシートの準備工程＞
まず、図３(ａ)に示すＬＴＣＣ用グリーンシート１を複数枚準備する。ＬＴＣＣ用グリーンシート１の製造手順は以下の通りである。

平均粒径が２μｍ程度となるように粉砕したＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ（ただしＲ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）系のガラス粉末と、平均粒径２μｍ程度のアルミナ粉末とを等重量で混合して母材とし、これにポリビニルブチラール樹脂やアクリル系樹脂などの有機バインダーと、可塑剤および分散剤を添加して、例えばトルエンとエタノールの混合有機溶媒中で混合分散して調整したスラリーを得る。次に当該スラリーからドクターブレード法により、厚み約１００μｍの複数のグリーンシート１（第１のグリーンシート）を得る。なお、各グリーンシート１は１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切り揃えた。

ここで、Ｒ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇとは、Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇのうち少なくとも１つを使用することを意味する。

なお、ドクターブレード法とは、ドクターブレードと呼称される金属刃の隙間にスラリーを通すことで成形する手法であり、得られたグリーンシートは可塑性を有して軟らかである。

また、各グリーンシート１には、後の工程で導体パターンの形成や、ビアコンタクトの充填を行うが、そのための同時焼成用導体ペーストとしては銀ペーストを使用する。当該銀ペーストは、例えば、平均粒径が１０μｍ以下の銀粉末を母材とし、上述したグリーンシート１のガラス粉末を、重量比で約３％添加し、有機バインダーとしてエチルセルロースを使用し、溶剤と可塑剤および分散剤を添加後、ロール混錬機等を用いて十分に混錬したものを用いる。

＜Ａ−２．拘束材の印刷工程＞
次に、図３(ｂ)に示す工程において、ＬＴＣＣ用グリーンシート１の両面に、１０００℃以下では難焼結な材料（拘束材と呼称）で所定パターンの厚膜をスクリーン印刷し、拘束層２を形成する。

ここで、拘束層２のパターンとしては、２種類を準備した。
すなわち、１つは、図４に示すように、シート中央部に５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形状拘束層印刷領域２１を有するものであり、矩形状拘束層印刷領域２１の周囲は非印刷領域３２となっている。

もう１つのパターンは、図５に示すように、シート中央部に設けた５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形状拘束層印刷領域２１から、ビアコンタクトの形成領域に対応する部分の拘束層２を、直径約２５０μｍの円形状に削除したパターンであり、矩形状拘束層印刷領域２１中に複数の円形状の非印刷領域３１が等間隔でマトリックス状に存在している。図５には非印刷領域３１の拡大図も併せて示す。なお、図３(ｂ)は、ＬＴＣＣ用グリーンシート１の一部を示しており、図５に示すパターンのうち円形状の非印刷領域３１およびその周囲の拘束層２を表している。

実際に印刷した拘束層２の厚みを複数の位置で計測すると、５μｍ〜１５μｍであり平均値は約１０μｍであった。以後、図４に示すパターンで、平均厚みが約１０μｍのものをパターンαと称し、図５に示すパターンで、平均厚みが約１０μｍのものをパターンβと称する。

また、比較のために、図４に示すパターンで、平均厚みが約２０μｍのものと、図５に示すパターンで、平均厚みが約２０μｍのものも準備し、それぞれパターンα’およびパターンβ’と称する。

ここで、拘束層２を形成するための拘束材ペーストは、平均粒径が２μｍ程度の溶融シリカ粉末を母材とし、それに有機バインダーとしてエチルセルロースと、可塑剤および分散剤を添加したものを、銀ペーストと同様に調製した。

＜Ａ−３．ビアホールの形成＞
次に、図３(ｃ)に示す工程において、各ＬＴＣＣ用グリーンシート１に層間の配線などに用いるビアホール３を形成する。

ここで、図６にビアホール３の配設パターンを示す。ビアホール３は、ＬＴＣＣ用グリーンシート１の中央部の５０ｍｍ×５０ｍｍの矩形領域にマトリックス状に複数個配設され、その直径は約１５０μｍである。なお、図３を用いて説明した複数の円形状の非印刷領域３１（直径約２５０μｍ）の中心は、ビアホール３の中心に一致するように設定されるので、ビアホール３の周囲には拘束層２は存在しない構成となる。

また、拘束層２として図４を用いて説明したパターンαを採用する場合、ビアホール３の形成位置に拘束層２が形成されることになるが、その場合は、ビアホール３の形成に際しては、グリーンシート１とともに当該拘束層２も併せて貫通するようにすれば良い。ただし、この場合は、ビアホール３の周囲には拘束層２が存在することになる。

また、ＬＴＣＣ用グリーンシート１の四隅には、直径約３．０ｍｍのガイド穴６が設けられている。ガイド穴６は、後の工程でＬＴＣＣ用グリーンシート１を積層する際に使用するものである。

＜Ａ−４．ビアホールの充填および導体パターンの形成＞
次に、図３(ｄ)に示す工程において、スクリーン印刷により各ＬＴＣＣ用グリーンシート１のコンタクトホール３内に導体ペーストを充填してビアコンタクト４を形成する。ここで使用する導体ペーストは、先に説明した同時焼成用銀ペーストである。

続いて、同じ銀ペーストを用いて、スクリーン印刷により各グリーンシート１の上主面に導体パターン４１を形成する。

ここで、導体パターン４１の一例を図７に示す。
図７に示す導体パターン４１は、大小の矩形で表される複数のパッド部４１Ａ、４１Ｂおよび４１Ｃの他に、同心円状に所定の間隔で配設された複数の模擬伝送線路４１Ｄ、また各辺が揃うように所定の間隔で配設された相似形状の複数のＬ字状の模擬伝送線路４１Ｅなどを有している。なお、パターン４１Ａ〜４１Ｅ以外は非印刷領域３２となる。

実際に印刷した導体パターン４１の厚みを複数の位置で計測すると、平均約１５μｍとなって、拘束層２とほぼ等しい厚みとなっている。

なお、導体パターン４１は、図３(ｄ)に示すように拘束層２の形成領域上に形成されるが、比較のため、拘束層を形成せずに、銀ペーストをコンタクトホール３に充填するとともに、導体パターン４１を形成しただけのグリーンシートも準備する。

＜Ａ−５．グリーンシートの積層工程＞
上述した手順で準備した複数枚のＬＴＣＣ用グリーンシート１は、乾燥後、図３(ｅ)に示す工程において積層し、グリーンシートの積層体を得る。

積層に際しては、図８に示すような積層ジグ７を用いる。図８には、積層ジグ７の平面図および側面図を示している。
図８に示すように、積層ジグ７は平坦な矩形状のプレート７１と、プレート７１の上主面（グリーンシートの搭載面）の四隅において、主面から突出するように配設された位置決めピン７２とを有している。

なお、位置決めピン７２は、図８の側面図（一部断面図として表されている）に示されるように、プレート７１の内部にその一方端部が挿入され、他方の端部が主面に垂直に突出するように配設され、各ＬＴＣＣ用グリーンシート１の４隅に設けられたガイド穴６に位置決めピン７２を通すように各グリーンシート１を積層することで、グリーンシート１の位置決めが行われる。なお、図３(ｅ)では積層ジグ７は省略している。

＜Ａ−６．グリーンシートのプレス工程＞
次に、図３(ｆ)に示す工程において、グリーンシート１の積層体を積層ジグ７（図示せず）に搭載した状態で市販のラミネートバッグ（図示せず）に入れて真空パックする。

次に、静水圧プレス装置により８０℃の温水中で、３０ＭＰａ（メガパスカル）の静水圧をかけて３０分間保持し、有機バインダーの結着力で一体化させて、グリーン体９を得る。グリーン体９は積層ジグ７から取り外す。なお、グリーン体９は、先に説明した拘束層２の４パターン、すなわちパターンα、β、α’およびβ’の何れか１つ、または組み合わせを有するもの、拘束層２を有さないものなど、複数種類作製した。

＜Ａ−７．グリーン体の焼成工程＞
最後に、図３(ｇ)に示す工程においてグリーン体９を低温焼成して、焼成体１１、すなわち低温同時焼成セラミック多層基板を得る。ここでの焼成は、温度５００℃程度で１０時間保持する脱バインダー過程と、それに引き続き温度を９００℃まで上げて１時間保持する焼結過程を経て、室温まで炉内で冷却する温度パターンを採用した。

なお、先に説明した複数種類のグリーン体９は全て上記温度パターンで焼成した。
この焼成工程により、グリーン体９を構成するＬＴＣＣ用グリーンシート１は、拘束層２のパターンにより、積層面内で焼成収縮が抑制されつつ焼結されて焼成層１０となり、拘束層２の部分には、グリーンシート１に含有されるガラスが浸透して、各層間が接合され、焼成体１１が得られる。なお、図３(ｇ)には、拘束層２が接合部５となっている状態を模式的に示している。

＜Ｂ．評価＞
下記の表１に、上記の工程を経て形成された試料および比較例の構成を示す。

上記表１においては、本発明の特徴部を有して構成される試料を試料１および２とし、本発明との比較のために形成された試料を比較例１、２、３および４として示す。なお、表１に示した比較例４および５は、特許文献２および３に開示される構成に対応する構成となっている。

なお、比較例１および２はグリーンシート１を６枚積層した６層構造で、他は７層構造であり、表１中で「第１層」とあるのはグリーン体９の最上層を意味しており、以下、第２層、第３層と続いて最下層となる。従って、比較例１は第６層が最下層となる。

また、表１中で「上面α（またはβ、またはα’、またはβ’）」とあるのは、グリーンシート１の上面にパターンα（β、α’、β’）の拘束層２を形成していることを表し、同様に「両面α（またはβ、またはα’、またはβ’）」とあるのは、グリーンシート１の両面にパターンα（β、α’、β’）の拘束層２を形成していることを表し、「下面面α（またはβ、またはα’、またはβ’）」とあるのは、グリーンシート１の下面にパターンα（β、α’、β’）の拘束層２を形成していることを表す。

さらに、表１中で「拘束なし」とあるのは、グリーンシート１に拘束層２を形成していないことを表す。

表１に示す各種試料および比較例について表面を観察した結果、比較例４と比較例５では、１０μｍ程度のビアコンタクトの突出が観察された。さらに比較例２と比較例４は図７に示した矩形の導体パターンが凸状に反っていた。なお、その他の試料および比較例では、これらの現象は観察されなかった。

次に、各試料および比較例の断面観察を行い、各焼成層１０における各ビアコンタクトの位置を測定した。ここで、図９に観察断面でのビアコンタクト４の配列の一例を示す。

図９に示すように、各ビアコンタクト４は部分的に見れば上下関係にある層で、中心軸の軸ずれを起こしていないものもあるが、軸ずれを起こしているものもあり、全体としては軸ずれを起こしている。そこで、各ビアコンタクト４ごとに中心軸の位置を測定し、その位置をビア位置ＢＰとして記録する。こうして得られた各ビア位置ＢＰに基づいて平均値を算出し、それをビア平均位置ＢＰＡとする。

得られた各ビア位置ＢＰとビア平均位置ＢＰＡから、偏差（σｉ）を計算し、ビア配線の断線が生じる頻度の見積もりを行った。

ここで、ビア位置の偏差（σｉ）は、縦に並ぶビアコンタクト４の配列のビア平均位置ＢＰＡから、各ビア位置ＢＰまでの距離として定義した。

実際の評価では１００個程度のビアコンタクト４を観察し、ビア位置の標準偏差（σ）を、σ＝｛１／ｎ（σ₁ ²＋σ₂ ²＋σ₃ ²…＋σ_n-1 ²＋σ_n ²）｝^1/2の数式で求めた。

そして、焼結後に得られるセラミック多層基板１１の面積をグリーン体の面積で割って求めた面積率（ｓ）、各試料および比較例について断面観察で測定した標準偏差（σ）の他に、観察事項に関する知見を備考として下記の表２にまとめた。

上記表２においては、表１に示した試料１、２、比較例１〜４の他に、未焼成のグリーン体９の状態でのデータも示している。なお、グリーン体９の状態では焼成収縮していないので、面積率（ｓ）は１００％であり、ビア配線の断線もない。

表２において、比較例１では面積率（ｓ）が約７９％で標準偏差（σ）は約６０μｍであり、比較例３では面積率（ｓ）が約７５％で標準偏差（σ）は約８０μｍであり、これらでは観察した幾つかのビア配線で上下の接続が切れていた。

しかし、比較例１および３以外の試料および比較例では、標準偏差（σ）は何れも５０μｍ以下であり、観察した範囲で接続が切れていたビア配線は見られなかった。

ここで、表２に示される面積率（ｓ）に対する標準偏差（σ）の値を図１０にグラフとして示す。

図１０においては、横軸に面積率（ｓ）を、縦軸に標準偏差（σ）を示しており、標準偏差（σ）が面積率（ｓ）に相関しており、その相関係数が負であることが判る。

ビア位置の偏差（σｉ）がどのように分布するかは不明であるが、以上の結果とガウス分布を仮定した統計学の一般的な数式から、標準偏差（σ）の３倍がビアコンタクト４の直径以下なら、焼成収縮によるビア配線の断線はほとんど発生しないものと結論した。

なお、ここで使用するビアコンタクト４の直径は、先に説明したように約１５０μｍであり、図１０で示される特性と上述したビア配線に断線を生じない標準偏差（σ）の条件とを合わせると、面積率（ｓ）が８５％以上であれば、ビア配線に断線を生じないと結論できる。

これについては、表２から、それぞれ面積率（ｓ）が約９９％以上の試料１、比較例４および５ではビア配線の断線がないことからも明らかである。

しかし、比較例４および５ではビアコンタクトの突出がある。一方、試料１ではビアコンタクトの突出は見られない。これは、拘束層のパターン形状を全てのグリーンシートで共通とせずに、平板なパターンであるパターンαと、ビアコンタクトおよびその周囲に対面する部分が非印刷部となったパターンβとを組み合わせる工夫を行ったので、ビアコンタクトと、その周辺のグリーンシートで焼成収縮挙動をほぼ一致させることができたものと考えられる。

また、面積率（ｓ）が８６％である試料２は、厚み１００μｍのグリーンシート１が７層に、平均厚みが１０μｍである４層の拘束層２を有しており、グリーン体の厚みに対する拘束層２の厚みの総和との比率から、必要十分な焼成収縮が得られた厚みの比率を求めると４／７０となる。これを厚み３００μｍのグリーンシートに適用すれば、厚み約１７μｍの拘束層を形成すれば必要十分な焼成収縮が得られるということが判る。

また表２から、面積率（ｓ）が約９６％以下では、ビアコンタクトの突出防止のための工夫は特に必要ないことが判る。すなわち、試料２、比較例２および３では、拘束層を有さないか、また有していても１種類のパターンしか使用しておらず、何もせずともビアコンタクトの突出は起きていないことが判る。

ただし、グリーンシートの片面のみに拘束層を施した構成、すなわち比較例２および４に共通して、矩形の導体パターンが凸状に反っており、この問題は焼成収縮を抑制することだけでは解決できないことが判る。一方、グリーンシートの両面に拘束層を有する試料１および比較例５では、導体パターンの反りは観察されていないことから、グリーンシートの両面に拘束層を配設することで、導体パターンの反りを防止できることが判る。

以上の結果から、面積率（ｓ）、ビア位置の標準偏差（σ）、ビアコンタクトの突出状態、導体パターンの反りの状態およびビア配線の接続状態の全てについて良好な結果を得られたのは、試料１および２であることが判る。

この他、試料１に対応する拘束層の組み合わせを有する多層基板において、ビアコンタクトを省略して作製したものと、比較例３に対応する拘束層を全く有さない多層基板において、ビアコンタクトを省略して作製したものとを作製して、それぞれ試験片を切り出して抗折強度を評価したが、特に拘束層の有無に起因する強度低下は見られなかった。

また、拘束層の厚みを平均２０μｍとしても、試験片の強度低下は見られなかったが、２回重ねて印刷し厚みを平均３０μｍとした場合には、試験片加工の際、積層体に剥離が生じた。このことは、拘束層２の厚みが３０μｍ以上となるような厚膜である場合は、多層基板の積層面で剥離する可能性があるが、拘束層２の厚みが１０μｍ〜３０μｍ、より望ましくは１０μｍ〜２０μｍであれば、グリーンシートからのガラスの浸透により、実用に十分な強度の接合が得られることを意味している。

＜Ｃ．結論および効果＞
試料１に対する試験結果から、ビアコンタクト１およびその周囲に対面する部分が非印刷領域となったパターンβを併せて用いることで、ビアコンタクトの近傍に拘束層２を配設しない構成とし、ビアコンタクトと、その周辺のグリーンシートで焼成収縮挙動をほぼ一致させて、ビアコンタクトの突出を防止できることが判った。

また、試料２に対する試験結果から、拘束層２をグリーン体を構成するグリーンシート１の一部には設けない構成、すなわち、例えばグリーン体９の最上層および最下層と、それらに対面する層に対応するグリーンシート１に拘束層２を設け、残りのグリーンシート１には拘束層２を設けない構成とすることで、面内収縮に対する抑制効果を低減して、ビアコンタクトの突出を防止できることが判った。

なお、本実施の形態では、ビアコンタクト１の直径を約１５０μｍとし、パターンβ（図５）における非印刷領域３１の直径を約２５０μｍとしており、ビアコンタクト１の直径に対して１．７倍の直径を有するように拘束層２の非印刷領域３１を設ければ、ビアコンタクトの突出を防止できると言えるが、実用的には、ビアコンタクト１の直径に対して非印刷領域３１の直径を１．５倍〜２倍程度の範囲に設定すればビアコンタクトの突出を防止できる。

また、上記では非印刷領域３１の形状は円形状として説明したが、円形状に限定されるものではなく、ビアコンタクトの周囲に拘束層２が設けられない形状であれば良い。

例えば、ビアコンタクトが密集している場合、非印刷領域３１どうしが重なり合った結果、円形状とはならない場合もあるが、その場合でもビアコンタクトの突出を防止できる。また、ビアコンタクトが密集しているような部分では、非印刷領域を円形状とするのではなく、密集したビアコンタクトを全て包含するような大きさや形状の非印刷領域を形成しても良い。

また、グリーンシート１の厚みが１００μｍ〜３００μｍである場合、焼成前の拘束層２の厚みを１０μｍ〜２０μｍの範囲とすれば、十分な接合強度と面内収縮の抑制効果が得られることが判った。

また、拘束層２の母材として、平均粒径が２μｍ程度の溶融シリカ粉末を使用することで、グリーンシートの面内収縮を抑制することができた。

＜Ｄ．変形例１＞
以上説明した実施の形態１においては、拘束層２を形成するための拘束材ペーストとして、溶融シリカ粉末を母材とするものを使用する例について説明したが、体積比で溶融シリカ９０％に対して、グリーンシート１の形成に使用する平均粒径が２μｍ程度となるように粉砕したＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ（ただしＲ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）系のガラス粉末を１０％混合した溶融シリカ−ガラスペーストを拘束材に用いるようにしても良い。

すなわち、拘束材ペーストにグリーンシート１の焼成温度で軟化するガラス材を添加することで、面内収縮の抑制効果が弱くなり、この方法でも面内収縮の抑制効果を調整することができる。

具体的には、上述した溶融シリカ−ガラスペーストを拘束材に用いることで、表１に示す試料１と同じ構成における面積率（ｓ）は約９０％となり、拘束材による面内収縮の抑制効果が低減したことが判る。

なお、体積比で、溶融シリカが７０％以上、ガラス粉末が３０％以下程度であれば、面内収縮の抑制効果を低減させることは可能である。

＜Ｅ．変形例２＞
以上説明した実施の形態１においては、拘束層２を形成するための拘束材ペーストとして、溶融シリカ粉末を母材とするものを使用する例について説明したが、当該溶融シリカ粉末ペーストの代わりに、平均粒径が２μｍ程度のアルミナ粉末を母材とするアルミナペーストを用いるようにしても、グリーンシートの面内収縮の抑制効果を得ることができる。

すなわち、面内収縮の抑制効果を得るための拘束材としては、主成分がグリーンシートの焼成温度に対して難焼結性であれば良く、平均粒径が２μｍ程度のアルミナ粉末はこれに適合する。

一方、本発明の実施によって得られる多層基板を、高周波回路用途、マイクロ波回路用途およびミリ波回路用途とするのであれば、誘電正接が小さい溶融シリカやアルミナを主成分とする拘束材を用いることで、面内収縮の抑制効果を得るとともに、基板における電力損失を抑制するという効果も得ることができる。

グリーン体中に形成されるビア配線を説明する断面図である。 ビアコンタクトの突出現象を説明する断面図である。 本発明に係る実施の形態の多層基板の製造工程を説明する断面図である。 拘束層のパターンの一例を説明する平面図である。 拘束層のパターンの一例を説明する平面図である。 グリーンシートの平面構成を説明する平面図である。 導体パターンの一例を説明する平面図である。 積層ジグの構成を説明する図である。 グリーン体中のビア配線の軸ずれを説明する断面図である。 面積率とビア配線の軸ずれの標準偏差との関係を表す図である。

符号の説明

１ ＬＴＣＣ用グリーンシート、２ 拘束層、３ ビアホール、９ グリーン体、３１ 非印刷領域。

Claims (7)

1. (ａ)グリーンシートを複数枚準備する工程と、
   (ｂ)前記グリーンシートを積層し、一体化してグリーン体を形成する工程と、を備え、
   前記工程(ａ)は、
   (ａ−１)前記グリーンシートに、焼成収縮を抑制するための拘束層を所定のパターンを有するように印刷法で形成する工程と、
   (ａ−２)前記拘束層が形成された前記グリーンシートに、ビアホールを形成する工程と、
   (ａ−３)前記グリーンシート上に所定の回路パターンを導体ペーストで形成するとともに、前記ビアホールに前記導体ペーストを充填してビアコンタクトを形成する工程と含み、
   前記工程(ａ−１)は、
   前記グリーンシートの前記ビアホールが形成されるべき位置に、前記ビアホールの周囲に非印刷領域を有するように前記所定のパターンを形成する工程と、
   前記グリーン体の最上層および最下層以外の前記グリーンシートにおいては、その両主面に前記拘束層を形成する工程とを有する、多層基板の製造方法。
2. (ａ)グリーンシートを複数枚準備する工程と、
   (ｂ)前記グリーンシートを積層し、一体化してグリーン体を形成する工程と、を備え、
   前記工程(ａ)は、
   (ａ−１)少なくとも前記グリーン体の最上層および最下層となるべき前記グリーンシートに、焼成収縮を抑制するための拘束層を印刷法で形成する工程と、
   (ａ−２)前記拘束層が形成された前記グリーンシートに、ビアホールを形成する工程と、
   (ａ−３)前記グリーンシート上に所定の回路パターンを導体ペーストで形成するとともに、前記ビアホールに前記導体ペーストを充填してビアコンタクトを形成する工程と含み、
   前記工程(ａ−１)は、
   前記グリーン体の最上層および最下層以外の前記グリーンシートにおいては、前記拘束層を有さないものも存在するように前記グリーンシートを準備する工程を含み、
   前記工程(ｂ)は、
   前記拘束層を有さない前記グリーンシートを、前記グリーン体の中央部に積層する工程を含む、多層基板の製造方法。
3. 前記工程(ａ−１)は、
   前記非印刷領域を円形状とし、その直径を、前記ビアホールの直径の１．５倍〜２倍に設定する工程を含む、請求項１記載の多層基板の製造方法。
4. 前記工程(ａ)は、
   焼成温度が１０００℃以下で、厚みが１００μｍ以上、３００μｍ以下となるように前記グリーンシートを準備する工程を含み、
   前記工程(ａ−１)は、
   １０００℃以下では難焼結の材料を選択し、厚みが１０μｍ以上、２０μｍ以下となるように前記拘束層を形成する工程を含む、請求項１または請求項２記載の多層基板の製造方法。
5. 前記工程(ａ−１)は、
   前記拘束層の母材として、平均粒径２μｍの溶融シリカ粉末を選択する工程を含む、請求項１または請求項２記載の多層基板の製造方法。
6. （変形例２）
   前記工程(ａ−１)は、
   前記拘束層の母材として、平均粒径が２μｍのアルミナ粉末を選択する工程を含む、請求項１または請求項２記載の多層基板の製造方法。
7. （変形例１）
   前記工程(ａ−１)は、
   前記拘束層の母材として、体積比で、平均粒径２μｍの溶融シリカ粉末９０％に対して、平均粒径２μｍのＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＲＯ（Ｒ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）系のガラス粉末を１０％混合した溶融シリカ−ガラスを選択する工程を含む、請求項１または請求項２記載の多層基板の製造方法。
   

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