JP4275429B2 - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数枚のセラミックシートを積層してなるセラミック基板に突出部を有する多層セラミック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】
小型の電子機器等に使用されるセラミック多層回路基板(多層セラミック基板)は、必要に応じた複数枚のセラミックグリーンシートを積層した構造を有するが、モジュールの低背化等の要請を受けて、基板の層の一部に孔(キャビティ)を設け、そのキャビティ内にチップ部品等の電子部品を搭載できるようにしたものもある。
【0003】
多層セラミック基板にキャビティを形成する方法として一般的に知られているものには、例えば、特許文献1に開示された方法がある。この特許文献1に記載の多層セラミック基板では、複数のセラミック層各々に設けられた貫通孔の重なりによってキャビティを形成している。すなわち、あらかじめ各々のグリーンシートに開口部を形成し、それらのグリーンシートを順次、積み重ねることで積層体を作製して、キャビティを形成している。
【0004】
また、例えば、特許文献2には、特殊な開口形状を有するキャビティを備える多層セラミック基板が開示されている。この特許文献2に記載の多層セラミック基板は、複数のセラミックグリーンシートを積層してキャビティの側壁から突出する凸部を設け、その凸部によってキャビティの開口面積を減少させることのできるセラミック多層回路基板を提供するものである。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−267448号公報
【0006】
【特許文献2】
特開2002−76188号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
一方、回路基板の設計上の要請から、キャビティ内にそのキャビティの側壁に接していない突出部、つまり、キャビティ内において独立して起立する突出部が必要となる場合がある。このような突出部は、例えば、その内部に回路を組み込んだり、突出部の上部に部品を搭載する等に利用するものである。
【0008】
しかし、上記従来の積層方法、および積層技術は、いずれも、あらかじめ特定形状を有する開口部を形成したグリーンシートを積み重ねるものであるため、上述したように、キャビティの側壁から独立した突出部を、キャビティの形成と同時に作り上げることはできないという問題がある。
【0009】
ここで、キャビティ内に突出部を形成する方法に着目すると、例えば、積層体とは別に形成した積層単体をキャビティ内に配置して、それを熱圧着したり、焼成後の基板のキャビティ内にその積層単体を接着する方法等が考えられる。しかし、積層単体をキャビティ内に配置し、接着する工程は煩雑であり、積層単体と基板とを電気的に接続する必要がある場合には、高い位置精度が要求される。そのため、回路基板の生産性が劣り、それに加えて、積層単体と基板との接続部の信頼性が低いという問題もある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板上にキャビティ、およびキャビティ内において独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板およびその製造方法を提供することである。
【0011】
また、本発明の他の目的は、簡単な工程で基板上に突出部を形成するための多層セラミック基板およびその製造方法を提供することである。
【0012】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、複数枚のセラミックシートを積層してなり、基板上に独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、上記基板上に上記突出部の平面形状に合わせた開口部を有する金属プレートを重ね、その金属プレート上に、開口部を設けない積層体を形成し加圧することで、上記積層体のうち上記開口部の上部に位置する部分が上記開口部の内部に押し込まれる際に上記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ上記基板に圧着された後、上記金属プレートを除去することで上記突出部を形成することを特徴とする。
【0013】
また、上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、表面に突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、セラミックシートを積層して第1の積層部を形成するステップと、開口部を有する金属プレートを上記第1の積層部上に配するステップと、上記金属プレート上に、開口部を設けないセラミックシートを積層して第2の積層部を形成するステップと、上記第1の積層部と、上記金属プレートと、上記第2の積層部とで構成される積層体に対して加圧するステップと、上記開口部に対応した部分以外の上記第2の積層部を、上記金属プレートとともに上記第1の積層部上から除去するステップとを備え、上記第2の積層体のうち上記開口部に対応した部分が上記加圧により上記開口部の内部に押し込まれる際に上記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ上記基板に圧着されることにより、上記開口部の形状に対応した平面形状の上記突出部を形成することを特徴とする。
【0014】
例えば、上記加圧後、上記積層体の温度が低下してから上記金属プレートを除去することを特徴とする。また、例えば、上記金属プレートは、上記第2の積層部の厚さと同じか、またはこれを超える厚さとしたことを特徴とする。
【0015】
例えば、上記突出部は、上記第1の積層体上に上記第1の積層体の周縁部より離間した位置に形成されることを特徴とする。また、例えば、さらに、上記金属プレートを除去した後に、上記突出部から所定距離、離間しつつ上記突出部の周囲を取り囲む中空状の積層部を形成するステップを備えることを特徴とする。
【0016】
上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、多層セラミック基板であって、上述した多層セラミック基板の製造方法によって製造したことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態例]
以下、添付図面を参照して、本発明に係る第1の実施の形態例を詳細に説明する。図1は、第1の実施の形態例に係るセラミック多層回路基板(多層セラミック基板)の外観図である。図1の(a)は、基板の外観斜視図であり、(b)は、突出部を介して基板を切断したときの断面図である。なお、この多層セラミック基板は、後述する工程を経て作製される。
【0018】
図1に示すように、本実施の形態例に係る多層セラミック基板は、基板1の上面に形成された6つの突出部2a〜2fを有しており、これらの突出部2a〜2fは、基板1の周縁部4から所定距離、離間した位置に形成されている。つまり、突出部2a〜2fは、基板1の表面上のいずれの周縁とも接しない状態で、基板上に起立している。
【0019】
図1の(b)に示すように、突出部2a〜2fの内部には、内部導体回路として、例えば、ビアホール/回路パターン5a,5cが形成されている。なお、図示しないが、突出部において、内部にビアホール/回路パターンを形成するとともに、その上端面に外部導体としての電極を形成してもよい。
【0020】
図2は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の分解斜視図である。同図において、最下部に位置するのは、セラミックシート等の積層作業に使用する、専用のシート積層冶具11である。シート積層冶具11上に、基板1を形成するための積層体の形成に用いるセラミックグリーンシート(セラミックシート、またはグリーンシートともいう)を積層してグリーンシート12(第1の積層部)を形成する。各グリーンシートは、作製する基板の大きさに合わせた矩形の形状を有する。
【0021】
なお、グリーンシート12は、基板単位の大きさで作製してもよいし、多数個取りの基板を用いて作製した後、それを分割して個々の基板としてもよい。
【0022】
グリーンシート12の上には、後述する基板作製工程において、突出部を形成するためのプレート13を重ねる。このプレート13には、基板に形成される突出部の位置と、その平面形状に合わせた複数個の孔(開口部、あるいは打ち抜き部分)20が空けられている。また、プレート13の表面、裏面、および開口部の側面には、離型剤がコーティングされている。なお、プレート13に形成する開口部20の形状は、角型、円形等、基板仕様に合わせて適宜、選択する。
【0023】
プレート13は、積層体の形成時、後述する圧着工程で加えられる熱によって、プレート13そのものや開口部の変形や破損を回避するため、その材料として、例えば、鉄製のものを用いる。
【0024】
さらに、プレート13の上に、所定枚数のグリーンシート14(第2の積層部)を積層する。ここで積層するグリーンシート14の枚数は、全体の厚さがほぼ突出部2a〜2fの高さに相当する枚数である。そして、積層体の最上部には、ゴムシート15を重ねる。このゴムシート15は、後述するプレス工程において、プレート13の開口部20にグリーンシートからなる積層体(第2の積層部の一部)を円滑に押し込むためのものである。
【0025】
図3は、図2に示すグリーンシート等の積層体を積層したときの様子を示している。すなわち、図3は、積層体を圧着する前の積層体の斜視図であり、シート積層冶具11の上に、グリーンシート12、プレート13、グリーンシート14、ゴムシート15が順に積層されている。
【0026】
次に、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を詳細に説明する。図4は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を工程順に時系列で示している。なお、ここでは、突出部の形成工程を中心に説明し、その他の工程、例えば、基板等の積層工程を省略する。また、以降の説明で参照する各工程図では、基板内部、および突出部内部のビアホールや回路パターンの図示を省略する。
【0027】
図4の(a)は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程のうち、グリーンシート12、プレート13、グリーンシート14、ゴムシート15を積層したときの状態を示す一部断面図である。なお、シートの積層枚数は、適宜調整できる。ここでは、上記のシート積層冶具11を使用して、厚さ100μm、175mm×175mmのグリーンシートを10枚積層した。
【0028】
また、プレート13は、厚さが0.2mm、175mm×175mmの大きさを持つ金属(鉄)プレートであり、2mm角の複数の角形開口部が設けられている。図4の(a)において、その中央部に位置する、積層体12,14で囲まれたプレート13の領域が、これらの開口部20である。
【0029】
プレート13の上には、2枚のグリーンシート14が積層されている。これらのグリーンシートも、上記のグリーンシート12と同様、厚さが100μm、175mm×175mmの大きさを有している。これらのグリーンシート14の積層後の厚さは、焼成による収縮はあるものの、基板上に形成しようとする突出部の高さにほぼ等しい。また、これらのグリーンシート14全体(第2の積層部)の厚さは、プレート13の厚みとほぼ同じか、それ以下とする。
【0030】
図4の(b)は、プレス工程に対応しており、プレス時の圧力を加えた状態の一部断面図である。すなわち、図4(a)に示すグリーンシートの積層体に対して、例えば、図の上の方向から等方圧プレス法を使用して、グリーンシートの全面に外力を付加する。その結果、プレート13に形成した開口部20の上部に位置するグリーンシートの一部分41が、ゴムシート15とともに変形し、そのグリーンシート部分が開口部20の内部に押し込まれる。
【0031】
なお、グリーンシート14に被せたゴムシート15は、厚さが100〜300μmである。また、ここでは、上述したシートの積層で得られた積層体を、積層冶具とともにプラスチック製の袋に入れ、真空パックした。そして、それを等方圧プレス装置に入れ、約90℃に加熱して約350Kgf/cm2の圧力でプレスし、その状態を約5分間、保持した。
【0032】
本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製において、積層に使用するどのグリーンシート12,14にも、突出部形成のための開口部を設けていない。そのため、積層圧着の際、層間におけるシートの積み重ねの“ずれ”は生じない。結果として、良好な積層状態の積層体を得ることができる。
【0033】
図4の(c)は、上述したプレス圧の付加を完了したときの状態を示す一部断面図である。同図に示すように、グリーンシート14は、プレス圧によりプレート13の開口部20に押し込まれるとき、プレート13の開口部20の端部に接する箇所でせん断され、その開口部20の大きさに対応するグリーンシート14の一部43が、グリーンシート12に圧着される。
【0034】
そして、グリーンシート14の一部がグリーンシート12に圧着された後の工程では、積層体よりプレート13を剥がす作業を行う。図4の(d)は、積層体よりプレート13を剥がした状態の一部断面図である。プレート13を取り外すことで、開口部20に対応した形状を残してグリーンシート14が除去されるため、グリーンシート12上には、開口部20に対応した形状の突出部45が形成される。
【0035】
なお、ここでは、プレス後、圧着体(プレスされた積層体)の温度が低下するのを待つ。これは、プレス時に圧着体が加熱されるが、プレート13を剥がす場合には、温度低下により圧着体が、ある程度硬化するまで待つことを意味する。高温状態の圧着体は、やわらかい状態であるため、プレート13を剥がすと突出部が変形したり、歪みが生じて、内部導体回路の構成に悪影響があるからである。プレート13を剥がす際の圧着体の温度は、例えば、30℃以下であることが望ましい。
【0036】
本実施の形態例では、その後、脱脂工程を経てから、突出部が形成された基板1全体を焼成する。具体的には、500℃で5時間の脱脂を行った後、860℃で10分間、焼成することにより多層セラミック基板を形成した。
【0037】
図5は、本実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製手順を示すフローチャートである。最初に、多層セラミック基板のベース部を形成するため、図5のステップS11において、所定枚数のグリーンシートを積層する。次のステップS12で、積層したグリーンシート上に、突出部を形成する位置、大きさに対応した開口部が形成されたプレートを重ねる。
【0038】
ステップS13では、上記のステップで積層したグリーンシートとプレートの上にさらに、突出部形成用の所定枚数のグリーンシートを積層する。これらの突出部形成用のシートは、上述したように、突出部の高さに相当する枚数のシートが積層される。そして、続くステップS14において、これらのグリーンシート上にゴムシートを重ねる。
【0039】
ステップS15において、上記のグリーンシート等の積層体に対して、例えば、等方圧プレス法によって外力を付加し、プレート上のグリーンシートの一部分をゴムシートとともに変形させ、その変形したグリーンシート部分を、あらかじめプレートに形成した開口部の内部に押し込む。
【0040】
ステップS21では、上記のステップでプレス圧を加えて得られた圧着体を放置し、ステップS22で、その圧着体が所定温度以下になったか否かを判断する。圧着体が所定温度以下になったならば、ステップS25で、プレートを除去する。そして、最終ステップであるステップS27では、上述のようにプレートが除去されて、突出部が形成された基板を脱脂し、焼成する。
【0041】
[第2の実施の形態例]
次に、本発明に係る第2の実施の形態例を詳細に説明する。図6は、第2の実施の形態例に係る多層セラミック基板の外観斜視図である。図6の(a)は、第2の実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を示している。また、同図の(b)は、第2の実施の形態例に係る方法で作製された、キャビティを有する多層セラミック基板の外観斜視図である。
【0042】
図6の(a)において、突出部52a〜52cを有する焼成前の圧着体61は、上述した第1の実施の形態例に係る方法で作製したものである。第2の実施の形態例では、このようにして形成された圧着体61の上にキャビティを形成する方法について説明する。
【0043】
すなわち、第2の実施の形態例に係る多層セラミック基板は、図6の(a)に示すように、各々にキャビティに相当する開口部81(キャビティを形成するための開口部)が空けられた複数枚のグリーンシート82を重ね合わせ、それらを圧着体61に位置合わせして積層してから、再度、プレス圧を付加し、脱脂を行った後、焼成するという工程を経て作製される。その結果、図6(b)に示すように、キャビティ80と、その側壁57を有する多層セラミック基板が得られる。
【0044】
開口部81は、第2の実施の形態例では矩形としており、突出部52a〜52cから所定距離、離間しつつ、その周囲を取り囲むように形成されている。これらのグリーンシート82により、中空状の積層部が構成されている。また、突出部52a〜52cの内部に、不図示のビアや回路パターンを形成してもよく、突出部52a〜52cの上端面や側面に電極を形成してもよい。
【0045】
なお、側壁57の高さは、突出部52a〜52cと同じ高さであってもよいし、側壁57が突出部52a〜52cよりも高くなるようにしてもよい。いずれの場合でも、側壁57の高さは、図6(a)に示すグリーンシート82の積層枚数で調整できる。また、側壁57は、図6に示すように、圧着体61の周縁部に沿った外形としても、あるいは圧着体61の周縁部から離間するように形成してもよい。
【0046】
さらに、側壁57は、図6に示すように、突出部52a〜52cのすべてを取り囲んでも、いずれかを取り囲んでも、あるいは、いずれの突出部をも取り囲まない形態で形成してもよい。
【0047】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、多層セラミック基板のベース部のグリーンシート上に、突出部や側壁を形成する位置、大きさに対応した開口穴を設けた、例えば、金属製のプレートを重ね、そのプレートの上にさらに、突出部に相当する厚さのグリーンシートを積層して、それらにプレス圧を加える。そして、プレート上のグリーンシートの一部を、プレートに形成した開口部の内部に押し込んだ後、そのプレートを剥がすことで、ベースとなる基板上に、その基板周縁と離間した位置に独立した突出部を形成することができる。
【0048】
また、突出部については、基板と一体的に形成することができるため、従来のように基板上に別途、突出部(キャビティ)形成用の積層単体を接着したり、それを圧縮するという方法に比べて、回路基板の生産性が格段に向上し、突出部の内部に容易にビアホールや回路パターンを形成できる。その結果、突出部の強度が向上し、突出部と基板の接続位置精度や、突出部と基板との接続部の信頼性が高くなる。
【0049】
さらに、積層するグリーンシートの枚数を適宜、変えることによって、突出部や側壁の高さ、および形状を自由に設定でき、顧客から要求される多様な多層セラミック基板に柔軟に対応できる。
【0050】
なお、本発明は、上述の実施の形態例に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、基板上に導体パターンを形成し、そのパターン上に電子部品を搭載できる構造にしてもよい。さらに、電子部品を搭載した後、例えば、図6に示すような側壁57を利用してキャビティ80の全面に蓋を被せるようにしてもよい。こうすることで、キャビティ内において、電子部品を密封状態にすることができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な工程によって、基板上にキャビティ、およびキャビティ内において独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板を製造することができる。
【0052】
また、本発明によれば、基板上の突出部の強度が向上し、突出部と基板の接続位置精度や接続部の信頼性を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態例に係る多層セラミック基板の外観を示す図である。
【図2】第1の実施の形態例に係る多層セラミック基板の分解斜視図である。
【図3】第1の実施の形態例に係る、圧着前の積層体の斜視図である。
【図4】第1の実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製工程を時系列で示す図である。
【図5】第1の実施の形態例に係る多層セラミック基板の作製手順を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第2の実施の形態例に係る多層セラミック基板の外観を示す図である。
【符号の説明】
1 基板
2a〜2f,52a〜52c 突出部
4 周縁部
5a〜5c ビアホール/回路パターン
11 シート積層冶具
12,14,82 グリーンシート
13 プレート
15 ゴムシート
20,81 開口部
57 側壁
61 圧着体
80 キャビティ
Claims (7)
- 複数枚のセラミックシートを積層してなり、基板上に独立して起立する突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、
前記基板上に前記突出部の平面形状に合わせた開口部を有する金属プレートを重ね、その金属プレート上に、開口部を設けない積層体を形成し加圧することで、前記積層体のうち前記開口部の上部に位置する部分が前記開口部の内部に押し込まれる際に前記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ前記基板に圧着された後、前記金属プレートを除去することで前記突出部を形成することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 表面に突出部を有する多層セラミック基板の製造方法であって、
セラミックシートを積層して第1の積層部を形成するステップと、
開口部を有する金属プレートを前記第1の積層部上に配するステップと、
前記金属プレート上に、開口部を設けないセラミックシートを積層して第2の積層部を形成するステップと、
前記第1の積層部と、前記金属プレートと、前記第2の積層部とで構成される積層体に対して加圧するステップと、
前記開口部に対応した部分以外の前記第2の積層部を、前記金属プレートとともに前記第1の積層部上から除去するステップとを備え、
前記第2の積層体のうち前記開口部に対応した部分が前記加圧により前記開口部の内部に押し込まれる際に前記開口部の端部に接する箇所でせん断され、かつ前記基板に圧着されることにより、前記開口部の形状に対応した平面形状の前記突出部を形成することを特徴とする多層セラミック基板の製造方法。 - 前記加圧後、前記積層体の温度が低下してから前記金属プレートを除去することを特徴とする請求項2記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 前記金属プレートは、前記第2の積層部の厚さと同じか、またはこれを超える厚さとしたことを特徴とする請求項3記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 前記突出部は、前記第1の積層部上に前記第1の積層部の周縁部より離間した位置に形成されることを特徴とする請求項2記載の多層セラミック基板の製造方法。
- さらに、前記金属プレートを除去した後に、前記突出部から所定距離、離間しつつ前記突出部の周囲を取り囲む中空状の積層部を形成するステップを備えることを特徴とする請求項5記載の多層セラミック基板の製造方法。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法によって製造したことを特徴とする多層セラミック基板。
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