JP2007073728A - Multilayer ceramic substrate, method of manufacturing same, and electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、多層セラミック基板およびその製造方法ならびに多層セラミック基板を備える電子部品に関するもので、特に、多層セラミック基板の強度を向上させるための改良に関するものである。 The present invention relates to a multilayer ceramic substrate, a method of manufacturing the same, and an electronic component including the multilayer ceramic substrate, and more particularly to an improvement for improving the strength of the multilayer ceramic substrate.
この発明にとって興味ある多層セラミック基板が、たとえば特開平6−29664号公報(特許文献1)に記載されている。特許文献1には、ガラスと残部が結晶質とからなる低温焼成多層セラミック基板であって、その最外層の熱膨張率を内層の熱膨張率より小さくし、かつ表裏の最外層の厚みの合計を内層の厚みより小さくしたものが開示されている。このような構成を採用することにより、焼成後の冷却過程において、表裏の最外層に圧縮応力が生じるため、多層セラミック基板の抗折強度が向上するとともに、表裏の応力差による反りを抑制することができるとされている。 A multilayer ceramic substrate that is of interest to the present invention is described, for example, in JP-A-6-29664 (Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a low-temperature fired multilayer ceramic substrate made of glass and the balance being crystalline, the thermal expansion coefficient of the outermost layer being smaller than the thermal expansion coefficient of the inner layer, and the total thickness of the outermost layers on the front and back sides. Is made smaller than the thickness of the inner layer. By adopting such a configuration, in the cooling process after firing, compressive stress is generated in the outermost layers of the front and back, so that the bending strength of the multilayer ceramic substrate is improved and the warpage due to the stress difference between the front and back is suppressed. It is supposed to be possible.
しかしながら、上述した特許文献1に記載の多層セラミック基板には、抗折強度の向上に関して、さらなる改善の余地がある。すなわち、特許文献1に記載の多層セラミック基板にあっては、最外層すなわち表層部と内層部との界面部分において応力が最も大きい部分がもたらされ、界面部分から離れるほど応力が小さくなる。その結果、界面部分に応力が集中し、これが破壊の起点となって、多層セラミック基板が破壊されやすい。
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し、強度がより高められた多層セラミック基板を提供しようとすることである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a multilayer ceramic substrate with higher strength.
この発明の他の目的は、上述した多層セラミック基板を製造するための好ましい方法を提供しようとすることである。 Another object of the present invention is to provide a preferred method for producing the multilayer ceramic substrate described above.
この発明のさらに他の目的は、上述した多層セラミック基板を備える電子部品を提供しようとすることである。 Still another object of the present invention is to provide an electronic component including the multilayer ceramic substrate described above.
この発明は、内層部ならびに内層部を積層方向に挟むように位置する第1および第2の表層部とからなる積層構造を有し、内層部ならびに第1および第2の表層部の各々は、少なくとも1つのセラミック層をもって構成されている、多層セラミック基板にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、表層部の熱膨張係数をα1[ppmK−1]とし、内層部の熱膨張係数をα2[ppmK−1]としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5であり、かつ内層部には、針状結晶が析出していることを特徴としている。 The present invention has a laminated structure composed of an inner layer portion and first and second surface layer portions positioned so as to sandwich the inner layer portion in the laminating direction, and each of the inner layer portion and the first and second surface layer portions is In order to solve the technical problem described above, the thermal expansion coefficient of the surface layer portion is α1 [ppmK −1 ], and the inner layer portion is first directed to a multilayer ceramic substrate that is configured with at least one ceramic layer. When the thermal expansion coefficient is α2 [ppmK −1 ], 0.3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5, and needle crystals are precipitated in the inner layer portion.
この発明に係る多層セラミック基板において、各表層部の厚みは5〜60μmであることが好ましい。 In the multilayer ceramic substrate according to the present invention, the thickness of each surface layer portion is preferably 5 to 60 μm.
また、内層部の厚みは50μm以上であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thickness of an inner layer part is 50 micrometers or more.
また、針状結晶は、ウォラストナイト、シリマナイト、ルチルおよびムライトの少なくとも1種であることが好ましい。 The acicular crystal is preferably at least one of wollastonite, sillimanite, rutile and mullite.
また、内層部はホウケイ酸ガラスを含むことが好ましい。 The inner layer portion preferably contains borosilicate glass.
また、この発明に係る多層セラミック基板の抗折強度は、表層部および内層部のそれぞれの抗折強度より高いことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the bending strength of the multilayer ceramic substrate according to the present invention is higher than the bending strength of each of the surface layer portion and the inner layer portion.
この発明は、また、上述のような多層セラミック基板を製造する方法にも向けられる。 The present invention is also directed to a method of manufacturing a multilayer ceramic substrate as described above.
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法では、まず、表層用セラミックグリーンシート、内層用セラミックグリーンシート、ならびに、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結しない無機材料を含む、拘束用セラミックグリーンシートがそれぞれ用意される。 In the method for producing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, first, the surface layer ceramic green sheet, the inner layer ceramic green sheet, and the inorganic material that does not sinter at the temperature at which the surface layer ceramic green sheet and the inner layer ceramic green sheet sinter A constraining ceramic green sheet is prepared.
次いで、少なくとも1つの内層用セラミックグリーンシートを積層方向に挟むように、それぞれ、少なくとも1つの表層用セラミックグリーンシートを配置し、さらに、その外側に少なくとも1つの拘束用セラミックグリーンシートを配置することによって、複合積層体を作製する工程が実施される。 Next, by disposing at least one surface-layer ceramic green sheet so as to sandwich at least one inner-layer ceramic green sheet in the stacking direction, and further disposing at least one constraining ceramic green sheet on the outside thereof A step of producing a composite laminate is performed.
次に、複合積層体は、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートが焼結するが、拘束用セラミックグリーンシートが焼結しない温度で焼成される。これによって、焼成後の複合積層体において、表層用セラミックグリーンシートに由来する表層部の熱膨張係数をα1とし、内層用セラミックグリーンシートに由来する内層部の熱膨張係数をα2としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5であり、かつ、内層部には針状結晶が析出している。 Next, the composite laminate is fired at a temperature at which the ceramic green sheet for the surface layer and the ceramic green sheet for the inner layer are sintered but the ceramic green sheet for restraint is not sintered. Thus, in the composite laminate after firing, when the thermal expansion coefficient of the surface layer portion derived from the ceramic green sheet for surface layer is α1, and the thermal expansion coefficient of the inner layer portion derived from the ceramic green sheet for inner layer is α2, .3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5, and acicular crystals are precipitated in the inner layer portion.
次いで、焼成後の複合積層体に備える、拘束用セラミックグリーンシートに由来する部分が複合積層体から除去される。 Subsequently, the part derived from the ceramic green sheet for constraining provided in the fired composite laminate is removed from the composite laminate.
この発明は、さらに、前述したような多層セラミック基板を備える電子部品にも向けられる。 The present invention is further directed to an electronic component including the multilayer ceramic substrate as described above.
この発明に係る多層セラミック基板は、前述したように、表層部の熱膨張係数をα1とし、内層部の熱膨張係数をα2としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5であるという第1の特徴を有している。この第1の特徴は、簡単に言えば、特許文献1の場合と同様、表層部の熱膨張係数α1が内層部の熱膨張係数α2より小さいことを意味している。したがって、焼成後の冷却過程で表層部に圧縮応力が発生し、その結果、多層セラミック基板の抗折強度を向上させることができるとともに、表裏の応力差による反りを抑制することができる。 In the multilayer ceramic substrate according to the present invention, as described above, when the thermal expansion coefficient of the surface layer portion is α1 and the thermal expansion coefficient of the inner layer portion is α2, 0.3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5. It has the 1st characteristic. This first feature simply means that the thermal expansion coefficient α1 of the surface layer portion is smaller than the thermal expansion coefficient α2 of the inner layer portion, as in the case of Patent Document 1. Therefore, a compressive stress is generated in the surface layer portion in the cooling process after firing, and as a result, the bending strength of the multilayer ceramic substrate can be improved and the warpage due to the stress difference between the front and back surfaces can be suppressed.
この発明においては、表層部の熱膨張係数α1と内層部の熱膨張係数α2との差、すなわちα2−α1が、0.3≦α2−α1≦1.5となるようにされる。ここで、熱膨張係数の差α2−α1が0.3未満では、多層セラミック基板の強度が表層部のみの強度とほぼ同じとなり、高強度化の効果があまり奏されなくなる。他方、熱膨張係数の差α2−α1が1.5を超えると、表層部と内層部との界面での応力が大きくなりすぎ、その結果、界面部分での剥がれが発生しやすくなる。 In the present invention, the difference between the thermal expansion coefficient α1 of the surface layer portion and the thermal expansion coefficient α2 of the inner layer portion, that is, α2−α1 is set such that 0.3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5. Here, when the difference α2-α1 in the thermal expansion coefficient is less than 0.3, the strength of the multilayer ceramic substrate is almost the same as the strength of only the surface layer portion, and the effect of increasing the strength is not so much achieved. On the other hand, when the difference α2-α1 in the thermal expansion coefficient exceeds 1.5, the stress at the interface between the surface layer portion and the inner layer portion becomes too large, and as a result, peeling at the interface portion tends to occur.
この発明に係る多層セラミック基板は、内層部に針状結晶が析出していることを第2の特徴としている。この発明に係る多層セラミック基板において、表層部と内層部との界面部分との内層部側では引っ張り応力が働き、機械的強度の点で不利な状態がもたらされるが、内層部が針状結晶を含む構造であると、上記引っ張り応力は界面部分から内層部のより内部へと効率的に伝達されるため、応力が分散される。その結果、内層部での最大引っ張り応力が緩和され、破壊する確率が下がり、多層セラミック基板の強度を高めることができる。なお、界面部分の表層部側で発生している圧縮応力については、多層セラミック基板の表面にまで届きやすいため、表層部では針状結晶の存在は特に必要とされるものではない。 The multilayer ceramic substrate according to the present invention is characterized in that needle-like crystals are precipitated in the inner layer portion. In the multilayer ceramic substrate according to the present invention, a tensile stress acts on the inner layer side of the interface portion between the surface layer portion and the inner layer portion, and a disadvantageous state is brought about in terms of mechanical strength. In the structure including the above, the tensile stress is efficiently transmitted from the interface portion to the inside of the inner layer portion, so that the stress is dispersed. As a result, the maximum tensile stress in the inner layer portion is relaxed, the probability of breakage is reduced, and the strength of the multilayer ceramic substrate can be increased. In addition, since the compressive stress generated on the surface layer side of the interface portion easily reaches the surface of the multilayer ceramic substrate, the presence of needle-like crystals is not particularly required in the surface layer portion.
この発明において、各表層部の厚みが5〜60μmであると、高強度化の効果をより確実に得ることができる。多層セラミック基板の破壊の起点となる亀裂は、主に表層部で発生するため、多層セラミック基板の強度は表層部での亀裂の発生確率に依存する。この確率は、圧縮応力が無い場合に比べ、圧縮応力が有る場合の方がより低くなる。内層部に働いている応力は、表層部と内層部との界面部分で最も大きく、界面部分から離れるほど、応力緩和が起こるため、より小さくなる。このため、表層部の厚みが60μmを越えると、表層部には有効な大きさの圧縮応力が働かなくなる結果、高強度化の効果があまり期待できなくなる。他方、表層部の厚みが5μm未満では、応力緩和作用を働かせることが困難となり、界面部分での応力による表層部の単位体積あたりのエネルギーが大きくなりすぎ、その結果、表層部は逆に破壊されやすいものになってしまうことがある。 In the present invention, when the thickness of each surface layer portion is 5 to 60 μm, the effect of increasing the strength can be obtained more reliably. Since cracks that are the starting points of the breakdown of the multilayer ceramic substrate are mainly generated in the surface layer portion, the strength of the multilayer ceramic substrate depends on the probability of occurrence of cracks in the surface layer portion. This probability is lower when there is compressive stress than when there is no compressive stress. The stress acting on the inner layer portion is the largest at the interface portion between the surface layer portion and the inner layer portion, and the further away from the interface portion, the smaller the stress, which is reduced. For this reason, if the thickness of the surface layer portion exceeds 60 μm, a compressive stress having an effective size does not act on the surface layer portion, so that the effect of increasing the strength cannot be expected. On the other hand, if the thickness of the surface layer portion is less than 5 μm, it becomes difficult to exert a stress relaxation action, and the energy per unit volume of the surface layer portion due to the stress at the interface portion becomes too large, and as a result, the surface layer portion is destroyed in reverse. It may become easy.
この発明に係る多層セラミック基板において、内層部の厚みが50μm以上であれば、界面部分で発生している応力をより広く分散できることになり、多層セラミック基板が破壊する確率をより低下させることができる。この点において、内層部の厚みは100μm以上であることがより好ましい。なお、上述した応力分散効果の点からは、内層部の厚みについての上限はない。しかしながら、内層部の厚みの上限は、800μm程度とすることが好ましい。内層部の厚みが800μmを越えると、焼成工程での脱脂が困難となることがあるためである。 In the multilayer ceramic substrate according to the present invention, if the thickness of the inner layer portion is 50 μm or more, the stress generated at the interface portion can be more widely dispersed, and the probability of the multilayer ceramic substrate breaking down can be further reduced. . In this respect, the thickness of the inner layer portion is more preferably 100 μm or more. Note that there is no upper limit on the thickness of the inner layer portion from the viewpoint of the stress dispersion effect described above. However, the upper limit of the thickness of the inner layer portion is preferably about 800 μm. This is because if the thickness of the inner layer portion exceeds 800 μm, degreasing in the firing step may be difficult.
内層部がホウケイ酸ガラスを含んでいると、焼成することにより針状結晶を析出しやすくすることができる。 When the inner layer portion contains borosilicate glass, acicular crystals can be easily precipitated by firing.
この発明において、多層セラミック基板の抗折強度が、表層部および内層部のそれぞれの抗折強度より高くされると、たとえば、表層部において、強度が比較的低いが、その他の特性の点で優れた材料を用いることができるようになり、材料の選択範囲を広くすることができる。 In this invention, when the bending strength of the multilayer ceramic substrate is made higher than the bending strength of each of the surface layer portion and the inner layer portion, for example, the strength is relatively low in the surface layer portion, but the other characteristics are excellent. The material can be used, and the selection range of the material can be widened.
この発明に係る多層セラミック基板の製造方法によれば、焼成時において、拘束用セラミックグリーンシートを両主面上に配置した複合積層体を焼成するようにしているので、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートの焼成時における各主面方向での収縮を抑制することができる。そのため、多層セラミック基板の不所望な変形を抑制し、寸法精度を高めることができるばかりでなく、焼成時において、表層部と内層部との間で剥がれを生じにくくすることができる。 According to the method for producing a multilayer ceramic substrate according to the present invention, since the composite laminate in which the constraining ceramic green sheets are arranged on both main surfaces is fired during firing, the ceramic green sheet for the surface layer and the inner layer Shrinkage in the direction of each main surface during firing of the ceramic green sheet can be suppressed. Therefore, it is possible not only to suppress undesired deformation of the multilayer ceramic substrate and increase the dimensional accuracy, but also to prevent peeling between the surface layer portion and the inner layer portion during firing.
図1は、この発明の一実施形態による多層セラミック基板1を備える電子部品2を示す正面図であり、多層セラミック基板1については断面図で示している。
FIG. 1 is a front view showing an
多層セラミック基板1は、内層部3ならびに内層部3を積層方向に挟むように位置する第1および第2の表層部4および5とからなる積層構造を有している。内層部3は、少なくとも1つの内層部セラミック層6をもって構成され、第1および第2の表層部4および5は、それぞれ、少なくとも1つの表層部セラミック層7および8をもって構成されている。
The multilayer ceramic substrate 1 has a laminated structure including an
多層セラミック基板1は、配線導体を備えている。配線導体は、たとえばコンデンサまたはインダクタのような受動素子を構成したり、あるいは素子間の電気的接続のような接続配線を行なったりするためのもので、典型的には、図示したように、いくつかの導体膜9〜11ならびにいくつかのビアホール導体12をもって構成される。
The multilayer ceramic substrate 1 includes a wiring conductor. The wiring conductor is used to form a passive element such as a capacitor or an inductor, or to perform connection wiring such as an electrical connection between elements. The
導体膜9は、多層セラミック基板1の内部に形成される。導体膜10および11は、それぞれ、多層セラミック基板1の一方主面上および他方主面上に形成される。ビアホール導体12は、導体膜9〜11のいずれかと電気的に接続されかつセラミック層6〜8のいずれか特定のものを厚み方向に貫通するように設けられる。
The
多層セラミック基板1の一方主面上には、外部導体膜10に電気的に接続された状態で、チップ部品13および14が搭載される。これによって、多層セラミック基板1を備える電子部品2が構成される。多層セラミック基板1の他方主面上に形成された外部導体膜11は、当該電子部品2を図示しないマザーボード上に実装する際の電気的接続手段として用いられる。
On one main surface of the multilayer ceramic substrate 1,
このような電子部品2に備える多層セラミック基板1において、この実施形態では、表層部4および5の熱膨張係数をα1[ppmK−1]とし、内層部3の熱膨張係数をα2[ppmK−1]としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5であり、かつ、内層部3には、針状結晶が析出していることを特徴としている。上記のような特徴的構成によれば、前述したように、多層セラミック基板1の強度を高めることができる。
In the multilayer ceramic substrate 1 provided in such an
内層部3を構成する内層部セラミック層6ならびに表層部4および5を構成する表層部セラミック層7および8の各材料として、セラミックとガラスとの混合物を用いるようにすれば、セラミックとガラスとの比率、あるいはセラミックの種類および/またはガラスの種類を変えることによって、表層部4および5の熱膨張係数α1ならびに内層部3の熱膨張係数α2をそれぞれ調整することができ、これら熱膨張係数の差、すなわちα2−α1を所望の値とすることが容易である。
If a mixture of ceramic and glass is used as each material of the inner layer
内層部3に析出している針状結晶としては、たとえばウォラストナイト、シリマナイト、ルチル、ムライトなどがある。このような針状結晶をより容易に析出させるためには、内層部3すなわち内層部セラミック層6はホウケイ酸ガラスを含むことが好ましい。
Examples of the acicular crystals precipitated in the
また、内層部3における針状結晶の析出量は、ガラス量の60重量%以下であって、ガラス量とセラミック量との合計の5重量%以上であることが好ましい。針状結晶の析出量が、ガラス量の60重量%を超えると、ガラス中のB2O3成分比率が高まり、ガラスの耐湿性が低下するため好ましくない。また、針状結晶の析出量が、ガラス量とセラミック量との合計の5重量%未満であると、多層セラミック基板1の強度を十分に高めることができず、好ましくない。
In addition, the amount of acicular crystals deposited in the
表層部4および5の各々の厚みは、5〜60μmであることが好ましい。これによって、前述したように、多層セラミック基板1の高強度化の効果をより確実に得ることができる。
The thickness of each of the
また、内層部3の厚みは、50μm以上であることが好ましい。これによって、前述したように、内層部3の、表層部4および5の各々との界面部分で発生している応力をより広く分散できるようになり、多層セラミック基板1が破壊する確率をより低下させることができる。
Moreover, it is preferable that the thickness of the
また、この多層セラミック基板1の抗折強度は、表層部4および5ならびに内層部3のそれぞれ抗折強度より高いことが好ましい。これによって、前述したように、表層部4および5において、強度が比較的低いが、その他の特性の点で優れた材料を用いることができるようになり、材料の選択範囲を広くすることができる。
Further, the bending strength of the multilayer ceramic substrate 1 is preferably higher than the bending strength of the
上述のような多層セラミック基板1は、好ましくは、次のようにして製造される。 The multilayer ceramic substrate 1 as described above is preferably manufactured as follows.
図2は、多層セラミック基板1の製造の途中で作製される複合積層体21を示す断面図である。複合積層体21は、多層セラミック基板1における内層部セラミック層6となるべき内層用セラミックグリーンシート22と、表層部セラミック層7および8とそれぞれなるべき表層用セラミックグリーンシート23および24とを備えるとともに、拘束用セラミックグリーンシート25および26を備えている。また、内層用セラミックグリーンシート22ならびに表層用セラミックグリーンシート23および24に関連して、多層セラミック基板1に備える配線導体としての導体膜9〜11ならびにビアホール導体12が設けられている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a
このような複合積層体21を作製するため、内層用セラミックグリーンシート22、表層用セラミックグリーンシート23および24ならびに拘束用セラミックグリーンシート25および26がそれぞれ用意される。表層用セラミックグリーンシート23および24の焼結体の熱膨張係数をα1とし、内層セラミックグリーンシート22の焼結体の熱膨張係数をα2としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5となり、かつ、内層セラミックグリーンシート22の焼結体に針状結晶が析出するように、これらグリーンシート22〜24の各組成が選ばれる。また、拘束用セラミックグリーンシート25および26は、表層用セラミックグリーンシート23および24ならびに内層用セラミックグリーンシート22が焼結する温度では焼結しない無機材料を含む組成とされる。
In order to produce such a
次に、少なくとも1つの内層用セラミックグリーンシート22を積層方向に挟むように、それぞれ、表層用セラミックグリーンシート23および24を配置し、さらに、その外側に拘束用セラミックグリーンシート25および26をそれぞれ配置することによって、図2に示すような複合積層体21が作製される。
Next, surface ceramic
次に、複合積層体21は、表層用セラミックグリーンシート23および24ならびに内層用セラミックグリーンシート22が焼結するが、拘束用セラミックグリーンシート25および26が焼結しない温度で焼成される。その結果、表層用セラミックグリーンシート23および24に由来する表層部4および5(図1参照)の熱膨張係数をα1とし、内層セラミックグリーンシート22に由来する内層部3(図1参照)の熱膨張係数をα2としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5となり、かつ、内層部3には、針状結晶が析出した状態となる。
Next, the
次に、焼成後の複合積層体21において、拘束用セラミックグリーンシート25および26に由来する部分が除去される。これによって、多層セラミック基板1が得られる。
Next, in the
なお、多層セラミック基板1を製造するにあたり、上述のような拘束用セラミックグリーンシート25および26を用いるのではなく、これら拘束用セラミックグリーンシートが無い状態の積層体を焼成するようにしてもよい。
In manufacturing the multilayer ceramic substrate 1, instead of using the constraining ceramic
次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。 Next, experimental examples carried out to confirm the effects of the present invention will be described.
まず、表1に示すような種々の組成を有するホウケイ酸ガラス粉末を用意した。 First, borosilicate glass powders having various compositions as shown in Table 1 were prepared.
次に、表2に示す各試料が得られるように、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートをそれぞれ作製した。 Next, a ceramic green sheet for the surface layer and a ceramic green sheet for the inner layer were prepared so that each sample shown in Table 2 was obtained.
表層用セラミックグリーンシートについては、そこに含まれるセラミック粉末の組成および重量部ならびにガラス粉末の組成および重量部が、表2の「表層用シート組成/重量部」における「セラミック」および「ガラス」の各欄にそれぞれ示されている。内層用セラミックグリーンシートについては、そこに含まれるセラミック粉末の組成および重量部ならびにガラス粉末の組成および重量部が、表2の「内層用シート組成/重量部」における「セラミック」および「ガラス」の各欄にそれぞれ示されている。なお、上記「ガラス」の欄に示された「G1」〜「G9」の記号は、表1の「ガラス記号」に対応するものである。 For the ceramic green sheet for the surface layer, the composition and parts by weight of the ceramic powder and the composition and parts by weight of the glass powder contained therein are those of “ceramic” and “glass” in “Sheet composition / part by weight” of Table 2. Each column is shown separately. Regarding the ceramic green sheet for the inner layer, the composition and parts by weight of the ceramic powder and the composition and parts by weight of the glass powder contained therein are those of “ceramic” and “glass” in “Sheet composition / part by weight” in Table 2. Each column is shown separately. The symbols “G1” to “G9” shown in the column “Glass” correspond to the “glass symbols” in Table 1.
表2に示した各試料を得るため、上述のようなセラミック粉末とガラス粉末と有機溶剤とを混合し、さらに、10重量部のブチラール系バインダと1重量部の可塑剤とを加えて、所定の条件にて湿式混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーをドクターブレード法により6〜200μmの範囲の種々の厚みのシート状に成形し、表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートをそれぞれ得た。 In order to obtain each sample shown in Table 2, ceramic powder, glass powder and organic solvent as described above are mixed, and further 10 parts by weight of butyral binder and 1 part by weight of plasticizer are added, The mixture was wet-mixed under the conditions described above to obtain a slurry. Subsequently, the obtained slurry was formed into sheets having various thicknesses in the range of 6 to 200 μm by a doctor blade method, thereby obtaining a ceramic green sheet for surface layer and a ceramic green sheet for inner layer, respectively.
他方、100重量部のアルミナ粉末と有機溶剤とを混合し、さらに、10重量部のブチラール系バインダと1重量部の可塑剤と球状セルロースとを加えて、所定の条件にて湿式混合してスラリーを得た。次いで、得られたスラリーをドクターブレード法により厚み50μmのシート状に成形し、拘束用セラミックグリーンシートを得た。 On the other hand, 100 parts by weight of alumina powder and an organic solvent are mixed, and 10 parts by weight of a butyral binder, 1 part by weight of a plasticizer and spherical cellulose are added and wet-mixed under predetermined conditions to obtain a slurry. Got. Next, the obtained slurry was formed into a sheet having a thickness of 50 μm by a doctor blade method to obtain a constraining ceramic green sheet.
次に、上記の表層用グリーンシート、内層用グリーンシートおよび拘束用グリーンシートの各々を100mm角の大きさにカットした後、拘束用セラミックグリーンシート1枚、表層用セラミックグリーンシート1枚、内層用セラミックグリーンシート5枚、表層用セラミックグリーンシート1枚、拘束用セラミックグリーンシート1枚の順で積層して複合積層体を作製し、これをプレス機にてプレスした後、870℃の温度で10分間保持する条件で焼成した。次いで、焼成後の複合積層体の表面に粉状に付着している拘束用セラミックグリーンシートに由来する未焼結部分を、超音波洗浄機を用いて除去し、評価用の積層焼結体を得た。
Next, after cutting each of the surface layer green sheet, the inner layer green sheet, and the constraining green sheet into a size of 100 mm square, one constraining ceramic green sheet, one surface ceramic green sheet, and
なお、上記の積層工程では、表2に示した「表層部厚み」および「内層部厚み」が焼成後においてそれぞれ得られるように、用いる表層用セラミックグリーンシートおよび内層用セラミックグリーンシートの各厚みを調整した。 In the laminating step, the thickness of the ceramic green sheet for the surface layer and the ceramic green sheet for the inner layer to be used is set so that the “surface layer thickness” and “inner layer thickness” shown in Table 2 are obtained after firing, respectively. It was adjusted.
上記の評価用の積層焼結体について、表3に示すように、「熱膨張係数」、「析出結晶」、「抗折強度」および「デラミネーション有無」の各項目について評価した。 As shown in Table 3, the laminated sintered body for evaluation was evaluated for each item of “thermal expansion coefficient”, “precipitated crystal”, “bending strength”, and “presence / absence of delamination”.
「熱膨張係数」は、「表層部(α1)」および「内層部(α2)」の各々について測定した。表3には、さらに、「α2−α1」についても示されている。 The “thermal expansion coefficient” was measured for each of the “surface layer portion (α1)” and “inner layer portion (α2)”. Table 3 also shows “α2-α1”.
「析出結晶」の欄に示した「A」〜「F」は、以下の表4に示した「結晶記号」に対応している。 “A” to “F” shown in the column of “Precipitated crystals” correspond to “Crystal symbols” shown in Table 4 below.
「抗折強度」は、3点曲げ法によって測定したもので、「表層部」、「内層部」および「基板」(積層焼結体全体)の各々について測定した結果が示されている。 “Folding strength” is measured by a three-point bending method, and shows the results of measurement for each of “surface layer part”, “inner layer part” and “substrate” (the entire laminated sintered body).
「デラミネーション有無」は、評価用の積層焼結体断面を顕微鏡観察することによって評価したもので、各々100個の試料についてデラミネーションの有無を評価し、デラミネーションがたとえ1個の試料において認められた場合であっても、デラミネーションが「有」と評価した。 “Delamination presence / absence” was evaluated by observing a cross section of the laminated sintered body for evaluation under a microscope. Each of the 100 samples was evaluated for the presence or absence of delamination, and delamination was recognized even in one sample. Even if it was, the delamination was evaluated as “Yes”.
なお、前の表2に示した「表層部厚み」および「内層部厚み」は、評価用の積層焼結体の断面上での厚みを実測することによって求めたものである。 The “surface layer thickness” and “inner layer thickness” shown in Table 2 above are obtained by actually measuring the thickness of the laminated sintered body for evaluation on the cross section.
表3を参照して、「熱膨張係数」における「α2−α1」の数値に関して、試料1および2は、0.3未満となっている。その結果、表層部に圧縮応力がほとんど働かず、「基板」の「抗折強度」が「表層部」の「抗折強度」と同等となり、また、「基板」の「抗折強度」が他の試料に比べて相対的に低くなっている。
Referring to Table 3,
他方、試料8では、「α2−α1」が1.5を超えている。その結果、デラミネーションが発生し、また、「基板」の抗折強度の測定が不可能となっている。
On the other hand, in
また、表3において、試料23は、「析出結晶」が「E」(エンスタタイト)であり、試料24は、「析出結晶」が「F」(ウレマイト)であり、いずれも、析出結晶が針状結晶ではない。そのため、引っ張り応力を内層部で十分に分散させることができない。また、試料25では、結晶が析出しなかったため、この場合も、引っ張り応力を内層部で十分に分散させることができない。これらのことから、試料23〜25では、応力を十分に緩和することができず、「抗折強度」に関して、「基板」は、「表層部」および「内層部」のいずれか高い方の値を超えるような値を示すことはない。
In Table 3,
これらに対して、0.3≦α2−α1≦1.5の条件を満足し、かつ「析出結晶」が「A」(ウォラストナイト)、「B」(シリマナイト)、「C」(ルチル)または「D」(ムライト)のような針状結晶である、試料3〜7および9〜22によれば、高い抗折強度が得られ、また、デラミネーションが発生していない。
On the other hand, the condition of 0.3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5 is satisfied, and the “precipitated crystal” is “A” (wollastonite), “B” (sillimanite), “C” (rutile). Alternatively, according to the
上述した試料3〜7および9〜22の間で比較すると、試料15については、表2に示すように、「表層部厚み」が5〜60μmの範囲を外れ、5μm未満の3μmである。そのため、表層部と内層部との界面部分で大きく働く応力を表層部で十分に緩和することができず、その結果、「抗折強度」に関して、「基板」は「内層部」よりわずかに高い値を示すにとどまっている。
When comparing between the
他方、試料21については、表2に示すように「表層部厚み」が5〜60μmの範囲を外れ、60μmを超える65μmである。そのため、表層部には有効な大きさの圧縮応力が十分に働かなくなり、「抗折強度」に関して、「基板」は、「内層部」よりわずかに高い値を示すにとどまっている。
On the other hand, as shown in Table 2, the “surface layer thickness” of the
また、試料16では、表2に示すように、「内層部厚み」が50μm未満の40μmである。そのため、表層部と内層部との界面部分で発生している応力をそれほど分散できず、「抗折強度」に関して、「基板」は、「内層部」よりわずかに高い値を示すにとどまっている。 In Sample 16, as shown in Table 2, the “inner layer thickness” is 40 μm, which is less than 50 μm. For this reason, the stress generated at the interface between the surface layer portion and the inner layer portion cannot be dispersed so much, and the “substrate” shows a slightly higher value than the “inner layer portion” with respect to “bending strength”. .
1 多層セラミック基板
2 電子部品
3 内層部
4 表層部
6 内層部セラミック層
7,8 表層部セラミック層
21 複合積層体
22 内層用セラミックグリーンシート
23,24 表層用セラミックグリーンシート
25,26 拘束用セラミックグリーンシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multilayer
Claims (8)
前記表層部の熱膨張係数をα1[ppmK−1]とし、前記内層部の熱膨張係数をα2[ppmK−1]としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5であり、かつ、前記内層部には、針状結晶が析出している、多層セラミック基板。 Each of the inner layer portion and the first and second surface layer portions has at least a laminated structure including an inner layer portion and first and second surface layer portions positioned so as to sandwich the inner layer portion in the lamination direction. A multilayer ceramic substrate composed of one ceramic layer,
When the thermal expansion coefficient of the surface layer portion is α1 [ppmK −1 ] and the thermal expansion coefficient of the inner layer portion is α2 [ppmK −1 ], 0.3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5, and A multilayer ceramic substrate in which needle-like crystals are deposited on the inner layer portion.
内層用セラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記表層用セラミックグリーンシートおよび前記内層用セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結しない無機材料を含む、拘束用セラミックグリーンシートを用意する工程と、
少なくとも1つの前記内層用セラミックグリーンシートを積層方向に挟むように、それぞれ、少なくとも1つの前記表層用セラミックグリーンシートを配置し、さらに、その外側に少なくとも1つの前記拘束用セラミックグリーンシートを配置することによって、複合積層体を作製する工程と、
前記複合積層体を、前記表層用セラミックグリーンシートおよび前記内層用セラミックグリーンシートが焼結するが、前記拘束用セラミックグリーンシートが焼結しない温度で焼成し、それによって、前記表層用セラミックグリーンシートに由来する表層部の熱膨張係数をα1とし、前記内層用セラミックグリーンシートに由来する内層部の熱膨張係数をα2としたとき、0.3≦α2−α1≦1.5であり、かつ、前記内層部には、針状結晶が析出している、焼成後の前記複合積層体を得る工程と、
次いで、焼成後の前記複合積層体に備える、前記拘束用セラミックグリーンシートに由来する部分を前記複合積層体から除去する工程と
を備える、多層セラミック基板の製造方法。 Preparing a ceramic green sheet for the surface layer;
Preparing a ceramic green sheet for the inner layer;
Preparing a constraining ceramic green sheet comprising an inorganic material that does not sinter at a temperature at which the ceramic green sheet for surface layer and the ceramic green sheet for inner layer sinter;
Disposing at least one ceramic green sheet for surface layer so as to sandwich at least one ceramic green sheet for inner layer in the stacking direction, and disposing at least one ceramic green sheet for restraint on the outside thereof; A step of producing a composite laminate,
The composite laminate is fired at a temperature at which the ceramic green sheet for surface layer and the ceramic green sheet for inner layer are sintered but the ceramic green sheet for restraint is not sintered, thereby forming the ceramic green sheet for surface layer. When the thermal expansion coefficient of the derived surface layer part is α1, and the thermal expansion coefficient of the inner layer part derived from the inner ceramic green sheet is α2, 0.3 ≦ α2−α1 ≦ 1.5, and In the inner layer portion, acicular crystals are precipitated, and the step of obtaining the composite laminate after firing,
Next, a step of removing a portion derived from the constraining ceramic green sheet provided in the composite laminate after firing from the composite laminate, and a method for producing a multilayer ceramic substrate.
An electronic component comprising the multilayer ceramic substrate according to claim 1.
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