JP3985233B2 - 多層セラミック基板の製造方法および多層セラミック基板 - Google Patents
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Description
また、圧縮空気とともに水を吹き付けるか、セラミック粉を吹き付けるか、または水とセラミック粉末を混合したものを吹き付ける際に、多層セラミック基板や、その表面に形成された導体パターンを傷つける。無理に除去しようと吹き付けの圧力を過剰にすると導体パターンが剥がれるという問題もあった。
本発明者は、多層セラミック基板の製造方法における拘束シートの除去性について精査した結果、拘束シートの表面が支配的な因子であることを見出し、更に拘束シートの前記グリーンシート積層体に対向する面として、前記キャリアフィルムとの接触面側を用いると、拘束シートの除去が極めて容易になることを知見した。そのメカニズムは次のように推測される。キャリアフィルムとの接触面側はバインダが濃縮し易いために、バインダ量が多く、バインダで粒子同士が平面方向に繋がった形態をとることができる。従って、このキャリアフィルムとの接触面側を使うと、拘束シートを構成する無機材料(例えばアルミナ)の固着を和らげるクッション作用が働き、その為に、拘束するけれども、固着が少ないという特有の作用効果を呈すると考えられる。
従って、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法を用いると、拘束力は十分に保持しつつ、アルミナなどの固着は少ないので拘束シートの除去が極めて容易になる。
図2(A)は、例えばアルミナを主とするセラミックスラリーをドクターブレード法でキャリアフィルム5上に所定厚みで塗布形成した状態を示すSEM(走査型電子顕微鏡)写真の図である。図2(B)は、同じくキャリアフィルム5の自由面側を示すSEM(走査型電子顕微鏡)写真の図である。
図1(C)は、複数のグリーンシート10a、10b、10cを準備する工程を示している。但し、ここでは3層としているが、積層数は特定できず、回路構成によって異なり10層以上積層する場合もある。
図1(D)は複数のグリーンシート10a、10b、10c(この例では全てのグリーンシートとした)にビアホール20a、20bを作製する工程を示す。
図1(E)は、前記複数のグリーンシート10a、10b、10cのうち、所望のグリーンシート10a、10b、10cのビアホール20a、20bに導体ペーストでビア導体30a、30bを作製する工程と、所望のグリーンシート10a、10b、10cの表面に導体ペーストで導体パターン40a、40bを作製する工程とを示す。
ここで、所望のグリーンシートとは、多層セラミック基板の回路設計の必要に応じてビア導体30a、30bや導体パターン40a、40bを形成するグリーンシートをいう。図1(E)の例では、全てのグリーンシートにビア導体30a、30bや導体パターン40a、40bを形成した。
グリーンシート積層体50を作製する工程を、更に詳しく説明する。
先ず、多層セラミック基板の表層となるグリーンシート10aを、固定用フィルム上にセットし、上側の金型で所定の圧力、温度、時間プレスし圧着する。上下の金型はヒーターを内蔵した単純な平板形状でよい。
プレスによる圧着が終わると、キャリアフィルム5を剥離する。この時、グリーンシートは固定用フィルムに強固に固定されており、キャリアフィルム5の剥離に際して一緒に剥離されることはない。
次に、第2層目のグリーンシート10bを積層する。グリーンシートには、内層に所定パターンの内部回路を構成する導体パターン40c、40dが印刷されている。グリーンシートを、主面が第1層のグリーンシート10aに当接するようにセットし、第1層のグリーンシート10aの場合と同様に、プレスし圧着する。この時、プレス温度を印刷ペースト内の粘着剤が軟化固着する温度とすれば、加圧力により印刷部が相手側のグリーンシートと接合する。従って、グリーンシート同士は、印刷ペーストを介して結合される。また、電極が無くセラミック層同士が直接接触するところも、電極を介する場合と同様に軟化して固着し、結合する。プレス温度は粘着剤の種類にもよるが、通常40〜90℃程度の低温でよく、接合強度は加圧力を変えることにより調整できる。
圧着後、キャリアフィルムを剥離する。第3層の10c以降は、第2層目の10bの積層で述べたと同様な一連の作業を繰り返す。
また、図1(F)には図示してないが、グリーンシート積層体50を作製した後に、焼成後の最終分割を容易にするための分割溝を入れることも、しばしば有効である。
これにより、本発明の誘電体磁器組成物は、銀や銅、金といった高い導電率を有する金属材料を内部電極として用いて、一体焼結を行うことができる。よって、本発明によると、誘電体材料の有する高いQ値を用い、しかも電気抵抗による損失を抑えた内部電極を用い、極めて損失の小さい電子部品を構成することができる。これにより、優れた電気特性および低損失な多層セラミック基板を実現することができる。
グリーンシート10a、10b、10cは多層セラミック基板100の誘電体層を形成する、拘束シート60a,60bは焼成の間だけX−Y方向の収縮を拘束して焼成後は除去される、という機能の差があり材料組成も異なるものの、共にグリーンシートの製造という観点からは共通している。
拘束グリーンシート60a,60bは、セラミックのグリーンシート10a,10b,10cの作製と同様にして、有機バインダ,可塑剤,溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダ、可塑剤、溶剤としては、セラミックのグリーンシート10a,10b,10cで使用したのと同様な材料が使用可能である。
セラミックスラリーには、グリーンシートを形成するに必要なだけのバインダ量を含有させている。最適なバインダ量は、誘電体の粒子サイズや成分などによって異なるため、一義的ではなく、ケースバイケースで決定する。
そして必要に応じて、乾燥後のグリーンシートをキャリアフィルム5が付いたまま所定の寸法に裁断する。
次に、グリーンシートを所定の順序に積層・圧着し積層ブロックを形成する。その後、積層ブロックの底面に底面側電極を印刷し、更に必要に応じて、上面またもしくは下面に溝入れ加工を施した後、拘束シート60a、60bを圧着する。しかる後焼成炉において脱脂・焼成して、多層セラミック基板を完成させる。
表層の導体パターン40a、40b、40g、40hの一部、周縁にオーバーコートを被覆して電極被覆領域を形成することにより、表層の導体パターン40a、40b、40g、40hの機械的保護と共に、多層セラミック基板を使用する際に、表層の導体パターン40a、40b、40g、40hの上に設けた半田が流れ出して意図しない導電部と短絡することを防止することができる。その場合には、表層の導体パターン40a、40b、40g、40hのみならず、オーバーコートへの拘束層のアルミナ粒子の残留を極力低減する必要がある。
図1に例示した製造方法を用い、拘束シート60a,60bを構成する無機材料の粒子としてアルミナを用いた。アルミナ粒子の平均粒子径と形状が異なる4種類の試料を用いた。尚、平板状のアルミナ粒子の平均粒子径は、角度45度を成す線分で切断した時の長さを測定して4個の測定値の平均値とした。
拘束シート60a,60bのグリーンシート積層体50に対向する面を、PET(ポリエチレンテレフタレート)のキャリアフィルム5との接触面15Aとした場合を本発明の実施例(PET面と記載)、自由面15Bとした場合を比較例(自由面と記載)として、拘束シートを作製し、グリーンシート積層体50の上下に積層してから焼成した。その後、拘束シートを除去した後、反りと収縮率及び収縮ばらつきを測定し表1に示した。また、実施例と比較例の場合を対比したアルミナ残留量(wt%)を測定して表1に示した。尚、表1において、記号「Ag導体上」はAgでなる導体パターン上におけるアルミナ残留量を、記号「OC上」はオーバーコート(OC)上におけるアルミナ残留量を、記号「LTCC上」はLTCCセラミックでなる製品としての多層セラミック基板上(「Ag導体上」でも「OC上」でもない部分)におけるアルミナ残留量を示す。
更に、反り量とめっき性(めっき付け性)及び半田濡れ性(はんだ付け性)について比較評価した。その結果を表1に併記する。
この図で示されるように、図2(A)のPETフィルムとの接触面側は平坦な平面が連続的に形成されていることが分かる。この理由は、フィルム接触面側は自由面側から溶剤が先に蒸発し、フィルム面側に濃縮したバインダが集まるようにして乾燥工程が進むことによりバインダが濃縮し易いために、バインダ量が多くなり、バインダで粒子同士が平面方向に繋がって広がる為であると考えている。それに対して、図2(B)で示す自由面側はバインダ量が少ないため、大小そのままの粒子が多く表面に露出していることが分かる。従って、キャリアフィルム5との接触面15A(PET面)側を基体と接触するように使うと、拘束シート60a,60bを構成する無機材料(例えばアルミナ)の固着を和らげるクッション作用が働き、その為に、拘束するけれども、固着が少ないという特有の作用効果を呈するものと考えている。
よって、本発明に係る多層セラミック基板の製造方法によると、拘束シートの除去性が十分であり、多層セラミック基板や、その表面に形成された導体パターンの損傷、剥離の無い、高精度で高度な平坦性を有する低温焼成(LTCC)の多層セラミック基板の製造方法を提供できるものである。その結果、高精度で高度な平坦性を有する信頼性の高い多層セラミック基板を得られた。
収縮率と収縮ばらつきの評価方法について、まず収縮率は、試料としての多層セラミック基板上のパターンの位置座標を16個の基準点で測定し、それらの位置座標間の距離と設計値の距離を求め、その差を設計値で割った百分率(%)で示し、そのばらつきを最小二乗法により統計処理したものを収縮ばらつきとした。
その結果、キャリアフィルム面(PET面)側を用いた場合と、自由面側を用いた場合と共に収縮率とその収縮ばらつきは良好な結果が得られた。
その結果、キャリアフィルム面(PET面)側を用いた場合と、自由面側を用いた場合と共に良好な結果が得られた。
その結果は上述の通り、キャリアフィルム面(PET面)側を用いることによって、Ag導体上、OC上、LTCC上と共にアルミナ残留量が格段に減少することが確認された。
その結果、本発明に係る多層セラミック基板のめっき性とはんだ付け性は、従来の多層セラミック基板のめっき性に比べて格段に改善されていることが確認できた。これは、上述の通り本発明に係る多層セラミック基板における残留アルミナ粒子量が格段に低減されたことと関連する。
その結果、本発明に係る多層セラミック基板の半田濡れ性は、従来の多層セラミック基板の半田濡れ性に比べて格段に改善されていることが確認できた。これは、上述の通り本発明に係る多層セラミック基板における残留アルミナ粒子量が格段に低減されたことと関連する。
5:キャリアフィルム
10a、10b、10c:グリーンシート
15A:グリーンシートのキャリアフィルムとの接触面
15B:グリーンシートの自由面
20a・・・:ビアホール
30a・・・:ビア導体(焼成前)
40a・・・:導体パターン(焼成前)
50:グリーンシート積層体
60a,60b:拘束シート
70a、70b、70c:セラミック層
80a・・・:ビア導体(焼成後)
90a・・・:導体パターン(焼成後)
100:多層セラミック基板
Claims (2)
- 低温焼成可能なセラミックでなる複数のグリーンシートを準備する工程と、
前記複数のグリーンシートの焼成温度では焼結しない無機材料を主とするセラミックスラリーをキャリアフィルム上に所定厚みで形成した後、乾燥して拘束シートを準備する工程と、
前記複数のグリーンシートのうち、所望のグリーンシートに導体ペーストで導体パターンを作製する工程と、
前記複数のグリーンシートのうち、所望のグリーンシートにビアホールを形成し、導体ペーストでビア導体を作製する工程と、
前記ビア導体及び/または導体パターンを形成した複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を作製する工程と、
前記拘束シートを前記グリーンシート積層体の両面または片面に積層したまま焼成する工程と、
焼成後の前記グリーンシート積層体から前記拘束シートを除去する工程と、
を具備する多層セラミック基板の製造方法であって、
前記拘束シートの前記グリーンシート積層体に対向する面を、前記キャリアフィルムとの接触面側とすることを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 複数のセラミック層と、
該複数のセラミック層の内部および少なくとも1つの主面表面上に形成された導体パターンと、
該導体パターン同士を接続するビア導体と、を備えた多層セラミック基板であって、
請求項1記載の多層セラミック基板の製造方法により作製されたことを特徴とする多層セラミック基板。
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