JP4613878B2

JP4613878B2 - 積層基板及びその製造方法

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Publication number: JP4613878B2
Application number: JP2006142717A
Authority: JP
Inventors: 恒小更; 潔畑中; 晴雄西野; 博幸上松
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: JP2007317711A

Description

本発明は、異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミック積層体が一体化された積層基板及びその製造方法に関するものであり、特に、線膨張係数等の物性の違いにより積層することが困難なセラミック積層体同士を一体化するための新規な技術に関する。

電子機器等の分野においては、従来より電子デバイスを実装するため回路基板として、セラミック材料を焼成することにより形成されるセラミック基板が広く用いられている。近年では、電子機器の小型軽量化や多機能化等の要望に応え、且つ高信頼性を有するセラミック基板として、積層セラミック基板が提案され、実用化されている。積層セラミック基板は、複数のセラミック層を積層することにより構成され、各セラミック層に配線導体や電子素子等を一体に作り込むことで回路基板の高密度化が可能となっている。

さらに、前述の積層セラミック基板においては、多様な用途に対応することを目的として、異種セラミック材料により構成される複数種類のグリーンシートを同時に焼成することも検討されている。異種セラミック材料により形成されるセラミック層は誘電特性等が異なり、これらセラミック層を実装される電子部品や回路構成等に応じてセラミック材料を選択することで、多機能化や高性能化を実現することが可能になる。

ただし、前述の積層セラミック材料により構成されるグリーンシート（セラミック層）は、粉体物性等の違いにより焼結性が異なることから焼成時の収縮挙動が異なり、これらを一体化した積層セラミック基板を作製するに関しては、焼成時における剥がれやクラック等の不具合の発生が考えられる。また、焼成後においても、冷却過程や熱衝撃試験等において温度差が生じた場合、線膨張係数の違いからクラック等の不具合が生ずることが考えられる。これらを解消することは、積層セラミック基板を実用化する上で重要な技術となっている。

このような状況から、セラミック同時焼成による異種材料積層技術が検討されている。具体的には、収縮率や線膨張係数が近くなるように材料設計を行う方法（例えば、特許文献１等を参照）や、中間的な特性を有する材料を介在させる方法（例えば、特許文献２等を参照）等である。

特許文献１には、Ｂａ系ガラスとα石英とを主成分とする磁器組成物が開示されており、Ｂａ系ガラスの含有量やα石英の含有量、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を最適化するとともに、Ｂａ系ガラスの組成を最適化することで、線膨張係数や比誘電率を所定範囲内とした磁器組成物が開示されている。前記磁器組成物は、その焼成温度がＡｇやＣｕを主成分とする合金の融点以下であり、低誘電率でありながら線膨張係数が高いという特徴を有することから、低温焼成可能な他の誘電材料や磁性材料との同時焼成が可能である。

一方、特許文献２には、熱膨張率の異なる異種のセラミック層を積層した積層体を有する積層複合電子部品において、前記積層体の隣接するセラミック層の熱膨張率の差を小さくするように、段階的に熱膨張率の異なる複数のセラミック層からなる中間セラミック層を異種セラミック層の間に配設することが開示されている。特許文献２記載の発明では、前記構成を採用することにより、積層複合電子部品の変形やクラックを生じさせることなく、その積層体を焼成することを可能としている。
特許第３５８７７５３号公報特開平１０−３０３０６９号公報

しかしなながら、例えば特許文献１記載の発明のように、セラミック材料自体の材料設計を行う方法では、前記材料設計の難易度が高く目的に合致したセラミック材料の開発に長時間を要するばかりでなく、要求される多様な特性を全て満足し得るセラミック材料の開発を材料設計のみで行うには限界がある。したがって、前述の制約の中でセラミック材料を選択せざるを得ず、組み合わせの自由度が小さいという問題がある。

これに対して、特許文献２記載の発明のように、熱膨張率の差を緩和するように中間セラミック層を介在させる方法では、各積層体を構成する異種セラミック層の組み合わせの自由度は高いが、本来必要のない中間セラミック層を介在させる必要があり、また、最適な中間セラミック層を実現するためには結局は材料設計が必要になるという問題がある。さらに、異種セラミック層間の熱膨張率の差が大きい場合には、これを確実に解消するために、段階的に熱膨張率の異なるセラミック層を何層も重ねる必要があり、積層のための工程が煩雑なものとなったり、薄型化の妨げになる等の問題が生ずるおそれもある。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、線膨張係数等の特性に違いにより積層することが困難なセラミック積層体同士を焼成時や焼成後に剥がれやクラック等の不具合を発生させることなく積層可能とし、且つ同時に電気的な接続を行うことを可能とすることを目的とする。そして、これにより多様な用途や要求に対応することが可能な多機能な積層基板を提供することを目的とし、さらにはその製造方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明に係る積層基板は、互いに異なる異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミック積層体と柱状導体とが同時に焼成され、前記２種類以上のセラミック積層体が焼結金属により形成された柱状導体によって所定の間隙をもって且つ電気的に接続された状態で一体化されており、前記セラミック積層体間の間隙には樹脂が充填されていることを特徴とする。

また、本発明に係る積層基板の製造方法は、互いに異なる異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミックグリーンシート積層体を導体材料が埋め込み形成された中間層を介して重ね合わせ、これを焼成した後、前記中間層を除去し、形成された間隙に樹脂を充填することを特徴とする。

本発明の積層基板においては、互いに異なる異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミック積層体が、直接接することなく、焼成金属からなる柱状導体によって連結された状態で一体化されている。したがって、セラミック積層体間の線膨張係数の違い等に起因するこれらの界面で剥がれやクラック等が焼成時、あるいは焼成後に発生することがない。また、セラミック積層体間の間隙は樹脂により充填されているので、機械的強度を十分に保った状態で一体化された基板として取り扱うことができ、充填された樹脂は積層基板のセラミック積層体間の熱膨張の差等に起因する応力を緩和する役割も果たす。さらに、各セラミック積層体間が前記柱状導体によって電気的にも接続されているので、回路上も一体化される。

一方、本発明の製造方法では、互いに異なる異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミックグリーンシート積層体の間に中間層を介在させてこれら積層体を同時焼成している。前記中間層は、前記セラミックグリーンシート積層体間の収縮挙動の違いを緩和する役割を果たし、例えばセラミックグリーンシート積層体同士を直接接するようにして同時焼成した場合に発生する剥がれやクラックの問題が解消される。また、焼成後、例えば冷却過程や熱衝撃試験等において温度差が生じたとしても、線膨張係数の違いによるクラック等の不具合が生ずることもない。特に、前記中間層が収縮抑制材料を含んでいれば、無収縮技術を利用してセラミックグリーンシート積層体間での収縮挙動の差を解消することができる。また、本発明の製造方法では、前記中間層を利用することで柱状導体も同時焼成により形成され、一般的な積層セラミック基板の製造工程を大きく変えることなく前記積層基板の製造が可能である。

前述の通り、本発明においては、異種セラミック材料により構成されるセラミック積層体（セラミックグリーンシート積層体）間の収縮挙動の差を考慮する必要がない。したがって、新規な材料設計は不要であり、例えば誘電特性のみを考慮して任意のセラミック材料の組み合わせとすることができる。組み合わせるセラミック材料の選択の自由度も大きい。また、本発明においては、セラミック積層体間に段階的に熱膨張率の異なるセラミック層を何層も重ねる必要はなく、工程を煩雑化したり積層基板の薄型化の妨げになることもない。

本発明によれば、異種セラミック材料の組み合わせにより多機能化を図りながら、セラミック積層体間の剥がれやクラック等の発生のない信頼性の高い積層基板を実現することが可能である。

以下、本発明を適用した積層基板及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明を適用した積層基板の一例を示すものである。この積層基板１は、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３とを一体化することにより構成されているが、ここで特徴的なのは、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３とが間に介在する樹脂層４によって接合されているのではなく、焼結金属により形成された柱状導体５によって機械的及び電気的に連結されて一体化されていることである。前記樹脂層４は、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３の間の空隙を埋めるものであり、これらセラミック積層体２，３間において、緩衝材としての役割を果たすとともに、貼り合わせ層として前記一体化状態を安定化する役割も果たす。

前記第１のセラミック積層体２は、複数（本例では４層）のセラミック層２１から構成されるものであり、各セラミック層２１には内部配線層２２や層間接続用ビア２３が形成され、いわゆる多層基板として構成されている。同様に、第２のセラミック積層体３も、複数（４層）のセラミック層３１から構成されており、各セラミック層３１に内部配線層３２や層間接続用ビア３３が形成され、多層基板として構成されている。なお、各セラミック積層体２，３の内部には、前記内部配線層２２，３２や層間接続用ビア２３，３３の他、インダクタ、キャパシタ等の電子素子が作り込まれていてもよい。

また、第１のセラミック積層体２の一方の面（第２のセラミック積層体３と対向する面とは反対側の面）及び第２のセラミック積層体３の一方の面（第１のセラミック積層体２と対向する面とは反対側の面）には、それぞれ樹脂層６，７が形成されており、これら樹脂層６，７の表面に形成された導体層８，９が各セラミック積層体２，３の表面に突出形成された柱状導体２４，３４を介して各セラミック積層体２，３に形成された内部配線層２２，３２と電気的に接続されている。

したがって、本実施形態の積層基板１は、前記第１のセラミック積層体２、第２のセラミック積層体３、前記樹脂層４、及び前記樹脂層６，７とにより１０層基板として構成されることになる。なお、図１においては、各セラミック積層体２，３は４層のセラミック層２１，３１により構成されているが、各セラミック積層体２，３を構成するセラミック層２１，３１の層数は任意に設定できることは言うまでもない。

前記第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３は、いずれもセラミック材料により構成されるセラミック層２１，３１を積層してなるものであり、各セラミック層２１，３１を構成するセラミック材料としては、任意のセラミック材料を選択することができる。例えば１０００℃以下にて低温焼成可能なガラスセラミック等とし、低温焼成（ＬＴＣＣ）基板とすることも可能である。

ここで、前記第１のセラミック積層体２のセラミック層２１を構成するセラミック材料と第２のセラミック積層体３のセラミック層３１を構成するセラミック材料としては、互いに異なる異種セラミック材料を選択することができる。第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３が柱状導体５を介して連結されており、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３とが接していないので、線膨張係数等を考慮する必要がなく、例えば誘電特性のみを考慮してそれぞれ最適なセラミック材料を選択すればよい。

柱状導体５は、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３を機械的に連結するのみならず、層間接続ビアとして機能し、前記第１のセラミック積層体２に形成された回路（内部配線層２２や層間接続用ビア２３により構成される回路）と、前記第２のセラミック積層体３に形成された回路（内部配線層３２や層間接続用ビア３３により構成される回路）とを電気的に接続する。したがって、前記第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体２とは物理的にも電気的にも一体化した積層基板として取り扱うことが可能である。

また、前記柱状導体５は、焼結金属により形成されるものであり、前記第１のセラミック積層体２や第２のセラミック積層体３と同時焼成により形成される。柱状導体５を構成する導電材料としては、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属や合金を用いることができ、特にＡｇが好ましい。

前記柱状導体５の高さ（すなわち第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３の間隔）は、任意に設定することが可能であるが、５μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。前記高さ（間隔）が１００μｍを越えると、柱状導体５の強度不足による破損が懸念される。逆に、前記高さ（間隔）が５μｍであると、製造の際に第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３の収縮挙動の差を十分に解消することができなくなるおそれがある。また、柱状導体５は例えば円柱状に形成されるが、その直径は５０μｍ〜２００μｍとすることが好ましい。前記直径が小さすぎると、やはり強度不足が問題になるおそれがある。逆に前記直径が大きすぎると、例えば高密度配線の妨げになるおそれがある。

第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３の間には、前述の通り、樹脂が充填されて樹脂層４が形成されている。樹脂層４は、樹脂材料により構成されるものであり、樹脂材料としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の双方が使用可能である。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルベンジルエーテル化合物樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネートエステル系樹脂、ポリイミド、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンオキサイド、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができ、これらを単独もしくは複数組み合わせて使用することができる。また、樹脂材料としては、アクリルゴム、エチレンアクリルゴム等のゴム材料や、ゴム成分を一部含むような樹脂材料であってもよい。さらには、樹脂材料中にセラミックス等の無機フィラーが含有されたものであってもよい。

一方、前記樹脂層６，７は、必要に応じて形成すればよく、場合によっては無くてもよい。また、各樹脂層６，７の表面には導体層８，９が形成されるが、これら導体層８，９は、例えばＣｕ等の金属薄膜をフォトリソ技術によってパターニングすればよい。金属薄膜は、金属箔を貼り合わせることにより形成してもよいし、めっきや蒸着等の薄膜形成技術によって形成してもよい。このようにして形成される導体層８，９は、配線の微細化に対応することが可能である。なお、これら導体層８，９は、第１のセラミック積層体２や第２のセラミック積層体３の表面に形成された柱状導体２４，３４によって第１のセラミック積層体２や第２のセラミック積層体３に形成された内部回路と導通されている。なお、前記柱状導体２４，３４は、先の柱状導体５と同様、焼結金属により形成されるものであり、前記第１のセラミック積層体２や第２のセラミック積層体３と同時焼成により形成される。

以上のように構成される積層基板１においては、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３を異種セラミック材料で構成することができ、線膨張係数等を考慮することなくそれぞれ最適なセラミック材料を選択することができる。したがって、多様な用途や要求に対応することが可能な多機能な且つ高性能な積層基板を実現することが可能である。また、焼成時や焼成後の冷却過程等において、さらには熱衝撃試験等において温度差が生じた場合にも、剥がれやクラック等が発生することのない、信頼性の高い積層基板を実現することが可能である。なお、本実施形態の積層基板１では、２種類のセラミック積層体（第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３）を一体化しているが、３種類以上のセラミック積層体を一体化することも可能である。

前述の積層基板１は、第１のセラミック積層体２や第２のセラミック積層体３，さらにはこれらを連結する柱状導体５を同時焼成することにより作製される。以下、この積層基板１の製造方法について説明する。

図１に示す構造の積層基板１においては、第１のセラミック積層体２と第２のセラミック積層体３とを柱状導体５を介して連結した形で同時焼成により一括形成する。このとき、各セラミック積層体２，３の面内方向における収縮を抑え寸法精度を確保することが好ましい。そこで、本実施形態の製造方法においては、いわゆる無収縮基板技術を適用して前記同時焼成を行うこととする。

積層基板１を作製するには、先ず、図２に示すように、第１のセラミック積層体２を構成するセラミック層２１に対応するセラミックグリーンシート４１、第２のセラミック積層体３を構成するセラミック層３１に対応するセラミックグリーンシート５１、さらにはこれらセラミックグリーンシート４１，５１間の線膨張係数の差による収縮挙動の差を緩和する中間層グリーンシート６１、無収縮焼成を実現するための収縮抑制グリーンシート７１を用意する。ここでは、図１に示す積層基板１に対応して、前記セラミックグリーンシート４１及びセラミックグリーンシート５１を４層ずつ重ねている。

各セラミックグリーンシート４１，５１は、焼成後にセラミック積層体２，３を構成するセラミック層２１，３１となるものであり、セラミック粉末と有機ビヒクルとを混合して得られるスラリー状の誘電体ペーストを作製し、これを例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート等の支持体上にドクターブレード法等によって成膜することにより形成する。前記セラミック粉末や有機ビヒクルとしては、公知のものがいずれも使用可能であり、特にセラミック粉末については、前述の通り要求される特性に応じて、セラミックグリーンシート４１とセラミックグリーンシート５１とで互いに異なる異種セラミック材料からなるセラミック粉末を使用する。

また、各セラミックグリーンシート４１，５１には、それぞれ内部配線層に対応する表面ペーストパターン４２，５２や、層間接続用ビアに対応する充填ペーストパターン４３，５３等を形成しておく。表面ペーストパターン４２，５２及び充填ペーストパターン４３，５３は、例えば導電ペーストをスクリーン印刷することにより形成する。

表面ペーストパターン４２，５２や充填ペーストパターン４３，５３を構成する導電ペーストは、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種導電性金属や合金からなる導電材料と有機ビヒクルとを混練することにより調製されるものである。有機ビヒクルは、バインダと溶剤とを主たる成分とするものであり、前記導電材料との混合比等は任意であるが、通常はバインダが１〜１５質量％、溶剤が１０〜５０質量％となるように導電材料に対して配合される。導電ペーストには、必要に応じて各種分散剤や可塑剤等から選択される添加物が添加されてもよい。

一方、中間層グリーンシート６１は、前述の通りセラミックグリーンシート４１，５１間の線膨張係数の差による収縮挙動の差を緩和する目的で介在させるものであり、したがって、例えば収縮抑制効果を有する材料により形成する。中間層グリーンシート６１を収縮抑制効果を有する材料により形成すれば、これと接するセラミックグリーンシート４１，５１の収縮が抑えられ、その結果、セラミックグリーンシート４１，５１間における収縮挙動の差が抑えられる。

したがって、前記中間層グリーンシート６１としては、セラミックグリーンシート４１，５１の焼成過程において収縮しない収縮抑制効果を有する材料を含む収縮抑制グリーンシートを用いることができ、例えば石英、クリストバライト及びトリジマイトから選ばれる少なくとも１種を含む収縮抑制グリーンシートや、セラミックグリーンシート４１，５１の焼成過程において焼結しない酸化物（石英、溶融石英、アルミナ、ムライト、ジルコニア等）を含む収縮抑制グリーンシート、炭酸カルシウムを含む収縮抑制グリーンシート等を用いることができ、その他、公知の収縮抑制グリーンシートのいずれもが使用可能である。ただし、前記中間層グリーンシート６１は、焼成後に速やかに除去する必要があるため、焼成により強固に焼結しない材料により構成されていることが好ましく、例えば炭酸カルシウムにより構成される収縮抑制グリーンシートや、セラミックグリーンシート４１，５１の焼成温度では焼結しない収縮抑制グリーンシートを用いることが好ましい。セラミックグリーンシート４１，５１の焼成温度では焼結しない収縮抑制グリーンシートは、前記セラミックグリーンシート４１，５１の焼成過程において焼結しない酸化物を含む収縮抑制グリーンシートであり、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やＢｅＯ、ＭｇＯ、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、ＴｉＯ_２、ＢＮ等を収縮抑制効果を有する材料として含む収縮抑制グリーンシートを使用することが可能である。

前記中間層グリーンシート６１には、前記積層基板１における柱状導体５に対応して貫通孔を形成し、ここに導電ペーストを埋め込んで柱状導体前駆体６２を形成しておく必要がある。前記柱状導体前駆体６２を形成しておくことで、セラミック積層体２，３と柱状導体５とが同時焼成により形成される。

中間層グリーンシート６１に貫通孔を設ける際の加工方法については特に制限されるものではなく、例えば金型によるプレス、パンチング加工や、レーザー加工等が挙げられる。また、柱状導体前駆体６２を構成する導電ペーストは、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種導電性金属や合金からなる導電材料と有機ビヒクルとを混練することにより調製されるものであり、先の表面ペーストパターン４２，５２や充填ペーストパターン４３，５３を構成する導電ペーストと同じものを用いることができる。

なお、本実施形態においては、前記柱状導体前駆体６２の他、中間層グリーンシート６１にセラミック材料６３を埋め込み形成することにより焼成後の強度を確保するようにしている。勿論、強度的に問題のない場合には、前記セラミック材料６３の埋め込みは不要である。

前記セラミック材料６３は、焼成後、最終製品のサイズに合わせて切断する際に除去される位置（領域）に対応して形成されており、最終製品である積層基板１には残存しない。前記セラミック材料６３には任意のセラミック材料を用いることができ、例えばセラミックグリーンシート４１を構成するセラミック材料とセラミックグリーンシート５１を構成するセラミック材料の中間的な線膨張係数を有するセラミック材料を用いればよい。あるいは、セラミックグリーンシート４１あるいはセラミックグリーンシート５１と同様のグリーンシート片を埋め込むことで形成してもよい。

無収縮焼成を実現するための収縮抑制グリーンシート７１は、前記中間層グリーンシート６１と同様、セラミックグリーンシート４１，５１の焼成時の収縮を外側から抑えるものであり、中間層グリーンシート６１と同様、あらゆる種類の収縮抑制グリーンシートを用いることができる。なお、この収縮抑制グリーンシート７１は、最外部に配置されるものであるので、中間層グリーンシート６１に比べてその除去が容易であり、中間層グリーンシート６１よりも多様な材料を選択することが可能である。

前記収縮抑制グリーンシート７１には、セラミックグリーンシート４１，５１と重ね合わせた状態で焼成したときの平面方向の収縮抑制効果の高いシートを使用することが好ましく、このような目的を考えた場合、例えば石英、クリストバライト及びトリジマイトから選ばれる少なくとも１種と、焼結助剤とを含む収縮抑制用シートが好適である。前記収縮抑制用シートは、焼結助剤を含むことでシート状に焼結し、焼成物をシート状態のまま剥離することができ、最外層に配した場合、焼結後の焼成物の除去も容易である。また、焼結助剤を含まない場合、前記石英等の成分は、焼成工程において焼結せず粉体の状態で存在するが、粉体の状態のままであると冷却中に粒子が動けるため、相変態点においてセラミックグリーンシート４１，５１との間に応力がかかったとしてもこの応力が緩和されることがあり、収縮抑制効果が低下することがあるのに対して、焼結助剤を加えることで前記問題を回避でき、十分な収縮抑制効果を発揮する。

焼結助剤は、セラミックグリーンシート４１，５１の焼結開始温度以下で軟化するか、液相を生成する酸化物、及びアルカリ金属化合物から選ばれる少なくとも１種である。セラミックグリーンシート４１，５１の焼結開始温度以下で軟化する酸化物を用いた場合には、酸化物が軟化することによって前記石英やクリストバライト、トリジマイト等の粒子同士が結合し焼結する。セラミックグリーンシート４１，５１の焼結開始温度以下で液相を生成する酸化物を用いた場合には、酸化物が液相を生成することによって前記石英やクリストバライト、トリジマイト等の粒子表面が反応し、粒子同士が結合して焼結する。使用可能な酸化物としては特に限定されるものではないが、珪酸鉛アルミガラス、珪酸鉛アルカリガラス、珪酸鉛アルカリ土類ガラス、ホウ珪酸鉛ガラス、ホウ珪酸アルカリガラス、ホウ酸アルミ鉛ガラス、ホウ酸鉛アルカリガラス、ホウ酸鉛アルカリ土類ガラス、ホウ酸鉛亜鉛ガラス等から選ばれる少なくとも１種が好ましい。同様に、アルカリ金属化合物もＳｉＯ_２の焼結の進行を促す効果がある。したがって、焼結助剤としてアルカリ金属化合物を添加することも可能である。この場合、アルカリ金属化合物としては特に限定されないが、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、酸化リチウム、酸化カリウム等が好ましい。

前記収縮抑制グリーンシート７１には、各セラミック積層体２，３における柱状導体２４，３４に対応して貫通孔を形成し、ここに導電ペーストを埋め込んで柱状導体前駆体７２を形成しておく。前記柱状導体前駆体７２を形成しておくことで、セラミック積層体２，３の表面に柱状導体２４，３４が同時焼成により形成される。

中間層グリーンシート６１の場合と同様、収縮抑制グリーンシート７１に貫通孔を設ける際の加工方法については特に制限されるものではなく、例えば金型によるプレス、パンチング加工や、レーザー加工等が挙げられる。また、柱状導体前駆体７２を構成する導電ペーストもＡｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の各種導電性金属や合金からなる導電材料と有機ビヒクルとを混練することにより調製されるものであり、先の表面ペーストパターン４２，５２や充填ペーストパターン４３，５３を構成する導電ペーストと同じものを用いることができる。

次に、図３に示すように前述の各シートを重ね合わせ、プレスを行って積層したシートを圧着させる。その後、脱脂及び焼成を行う。焼成に際しては、中間層グリーンシート６１を介在させているので、セラミックグリーンシート４１とセラミックグリーシート５１間の線膨張係数、収縮挙動の差が問題になることはなく、焼成時や焼成後の冷却過程等において剥がれやクラック等が発生することはない。また、最外層として収縮抑制グリーンシート７１を配しているので、セラミックグリーンシート４１，５１の面内方向における収縮が抑制され、寸法精度が確保される。

焼成することにより、図４に示すように、前記セラミックグリーンシート４１，５１がセラミック層８１，９１となり、これらセラミックグリーンシート４１，５１に形成された表面ペーストパターン４２，５２や充填ペーストパターン４３，５３が、内部配線層８２，９２や層間接続用ビア８３，９３となる。また、中間層グリーンシート６１や収縮抑制グリーンシート７１は、中間層焼成物１０１や最外層焼成物１１１となり、中間層グリーンシート６１や収縮抑制グリーンシート７１に埋め込み形成された柱状導体前駆体６２，７２が焼結金属からなる柱状導体８４，９４，１０２となる。さらに、中間層グリーンシート６１に埋め込み形成されたセラミック材料６３も焼成され、セラミック支柱１０３となる。

前記焼成後、収縮抑制グリーンシート７１の残渣（最外層焼成物１１１）を除去する。収縮抑制グリーンシート７１としてトリジマイト等を含む収縮抑制用グリーンシートや炭酸カルシウムを含むシートを用いた場合には、セラミック層８１，９１との熱膨張差によりセラミック層８１，９１から自然剥離しているか、あるいは剥離し易い状態となっている。したがって、超音波洗浄等の簡単な操作によって容易に除去することが可能である。最外層焼成物１１１の除去後には、各セラミック層８１，９１上に柱状導体８４，９４が残存する。

さらに、本実施形態においては、図５に示すように、中間層グリーンシート６１の残渣（中間層焼成物１０１）についても、これを除去する。中間層焼成物１０１については、そのまま残すことも可能であるが、中間層焼成物１０１が脆く信頼性の点で不安が残ること、中間層焼成物１０１と各セラミック層８１，９１の線膨張係数の差等が原因となって例えば使用環境における熱履歴等により応力が加わるおそれがあること等から、中間層焼成物１０１は除去することが好ましい。

中間層焼成物１０１の除去は、先の最外層焼成物１１１の除去と同様、超音波洗浄等の手法により行うことができる。この時、中間層焼成物１０１を完全に除去するようにしてもよいし、セラミック層８１，９１や柱状導体１０２に強固に結合したものをそのまま残存するようにしてもよい。セラミック層８１，９１や柱状導体１０２に強固に結合した残渣（中間層焼成物１０１）を残すことで、これがいわゆるアンカー効果を発揮し、後述の樹脂の充填の際に、充填された樹脂を強固に結合する機能を発揮する。

以上により、セラミック層８１（第１のセラミック積層体２に相当する。）とセラミック層９１（第２のセラミック積層体３に相当する。）とが柱状導体１０２によって連結され一体化物が形成される。この一体化物は前記の通り一括焼成により形成されるものであるが、前記中間層グリーンシート６１の働きにより、セラミック層８１とセラミック層９１の間に加わる応力によるクラック等の発生はない。また、セラミック層８１とセラミック層９１とは柱状導体１０２を介して所定の間隙をもって形成されており、いわば中空状態となっているが、セラミック層８１とセラミック層９１の回路間は前記柱状導体１０２によって電気的にも結合されている。なお、前記中空状態の一体化物において、セラミック層８１とセラミック層９１の間は柱状導体１０２によって支持されているが、本実施形態の場合、セラミック材料６３の焼成物であるセラミック支柱１０３も前記セラミック層８１とセラミック層９１の間を支持する形になっており、十分な強度が確保されている。

最外層焼成物１１１及び中間層焼成物１０１の除去の後、図６に示すように、セラミック層８１及びセラミック層９１の表面（互いに対向していない最外表面）に樹脂層１２１を形成する。この樹脂層１２１は、前記柱状導体８４，９４を完全に埋めるに足る厚さで形成する。

次に、図７に示すように、前記中間層焼成物１０１を除去した空隙に樹脂１３１を充填する。樹脂１３１の充填は、例えば真空含浸や、オートクレーブを用いた加圧含浸等により行えばよい。樹脂１３１を充填することで、セラミック層８１とセラミック層９１の貼り合わせ強度が向上し、前記一体化物の機械的強度が増して安定性が増す。なお、前記樹脂１３１の充填に際しては、予めセラミック層８１，９１の表面をシランカップリング剤により表面処理しておくことも有効である。シランカップリング剤は無機物と有機物の界面での結合を強固にする働きを有し、前記処理を行うことでセラミック層８１，９１と樹脂１３１との間の結合をより強固にすることができる。

前記樹脂１３１の充填に際しては、最外層である樹脂層１２１上にもさらに樹脂層１３２が形成されることになるが、当該樹脂層１３２に関しては、次の工程により自ずと除去されるので問題はない。

前記樹脂１３１の充填の後、図８に示すように、樹脂層１２１を研磨してその表面に柱状導体８４，９４の頂部を露出させ、さらに樹脂層１２１表面に導体層１２２を形成する。導体層１２２は、例えば銅箔等の金属箔を樹脂層１２１上に貼り合わせたり、めっきや蒸着等の薄膜形成技術で樹脂層１２１上に金属薄膜を形成した後、これをフォトリソ技術を利用してパターニングすることで形成する。形成された導体層１２２は、前記柱状導体８４，９４と電気的に接続され、したがって内部のセラミック層８１，９１の回路（内部配線層８２，９２や層間接続用ビア８３，９３により構成される回路）と接続される。

最後に、図９に示すように、各製品に応じてＸ−Ｘ線で切断し、積層基板を得る。前記切断によりセラミック支柱１０３が形成された部分が除去され、製品（積層基板）にセラミック支柱１０３が残存することはない。

以上のように作製される積層基板は、前述の通り、多様な用途や要求に対応することが可能であり、多機能且つ高性能である。また、焼成時や焼成後に剥がれやクラック等が発生することがなく、信頼性も高い。

本発明を適用した積層基板の一例を示す概略断面図である。積層基板の製造工程を示すものであり、各シートの積層工程を示す概略断面図である。各シートの貼り合わせ状態を示す概略断面図である。焼成後、最外層焼成物の除去工程を示す概略断面図である。中間層焼成物の除去工程を示す概略断面図である。樹脂層形成工程を示す概略断面図である。樹脂の充填工程を示す概略断面図である。樹脂層研磨及び導体層形成工程を示す概略断面図である。各製品（積層基板）への切断工程を示す概略断面図である。

符号の説明

１積層基板、２第１のセラミック積層体、３第２のセラミック積層体、４樹脂層、５柱状導体、６，７樹脂層、８，９導体層、２１，３１セラミック層、２２，３２内部配線層、２３，３３層間接続用ビア、２４，３４柱状導体、４１，５１セラミックグリーンシート、４２，５２表面ペーストパターン、４３，５３充填ペーストパターン、６１中間層グリーンシート、６２柱状導体前駆体、６３セラミック材料、７１収縮抑制グリーンシート、７２柱状導体前駆体、８１，９１セラミック層、１０１中間層焼成物、１０２柱状導体、１０３セラミック支柱、１２１樹脂層、１２２導体層、１３１樹脂

Claims

互いに異なる異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミック積層体と柱状導体とが同時に焼成され、前記２種類以上のセラミック積層体が焼結金属により形成された柱状導体によって所定の間隙をもって且つ電気的に接続された状態で一体化されており、
前記セラミック積層体間の間隙には樹脂が充填されていることを特徴とする積層基板。
少なくとも一方の表面に樹脂層が形成され、当該樹脂層表面に導体層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層基板。
前記樹脂層を厚み方向に貫通する柱状導体が形成され、前記柱状導体が焼結金属からなることを特徴とする請求項２記載の積層基板。
互いに異なる異種セラミック材料により構成される２種類以上のセラミックグリーンシート積層体を導体材料が埋め込み形成された中間層を介して重ね合わせ、これを焼成した後、前記中間層を除去し、形成された間隙に樹脂を充填することを特徴とする積層基板の製造方法。
前記中間層は、前記焼成により焼結することのない収縮抑制材料を含むことを特徴とする請求項４記載の積層基板の製造方法。
前記焼成により焼結することのない収縮抑制材料が炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項５記載の積層基板の製造方法。
最外部に拘束層を配し、前記焼成を行うことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載の積層基板の製造方法。
前記樹脂の充填は、真空含浸または加圧含浸により行うことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項記載の積層基板の製造方法。
少なくとも一方の表面に樹脂層を形成した後、前記樹脂の充填を行うことを特徴とする請求項４から８のいずれか１項記載の積層基板の製造方法。
前記樹脂の充填の前にシランカップリング剤によるシランカップリング処理を行うことを特徴とする請求項４から９のいずれか１項記載の積層基板の製造方法。
最終製品のサイズに合わせて切断する工程を有し、前記切断により除去される位置に対応して前記中間層にセラミック材料を埋め込み形成することを特徴とする請求項４から１０のいずれか１項記載の積層基板の製造方法。