JP4543598B2

JP4543598B2 - 低温焼成セラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JP4543598B2
Application number: JP2001250973A
Authority: JP
Inventors: 勝彦仲; 公明河口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP2003055055A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面に凸部又は凹部を有する低温焼成セラミック基板を製造する低温焼成セラミック基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、低温焼成セラミック基板の表面に水晶振動子を搭載する場合は、水晶振動子の振動を阻害しないようにするために、水晶振動子を低温焼成セラミック基板から浮かせた状態にする必要がある。そのために、特許第２９１３６２９号公報や特開２０００−４９５６２号公報に示すように、基板表面に、水晶振動子を支持する金属製の台座部品を取り付け、この台座部品上に水晶振動子を搭載するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、水晶振動子を搭載する金属製の台座部品を加工したり、基板に取り付ける作業に手間がかかり、製造コストが高くなるという欠点がある。
【０００４】
そこで、最近では、金属製の台座部品の代わりに、基板表面に、導体ペースト又はガラスペーストを印刷して台座部を形成し、この台座部上に水晶振動子を搭載するようにしたものがある。
【０００５】
しかし、この印刷法では、１回の印刷で得られる台座部の厚みは、せいぜい、１５〜２０μｍ程度であり、必要な厚みが得られないため、複数回重ね印刷する必要があるが、それでも４０μｍ程度が限界である。しかも、重ね印刷すると、印刷のにじみ、だれが発生したり、或は、焼成時に台座部（導体層）にクラックが発生することがあり、総じて、品質が安定しないという欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、基板表面に３０μｍ以上の凸部又は凹部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる低温焼成セラミック基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の低温焼成セラミック基板の製造方法は、低温焼成セラミックの生基板の両面に、該低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して加圧しながら焼成し、焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物を除去して低温焼成セラミック基板を製造する加圧焼成法（拘束焼成法とも呼ばれる）を用い、拘束用グリーンシートのうちの前記生基板に圧着する面に凸状又は凹状の成形部を形成し、該拘束用グリーンシートを該生基板に圧着して加圧しながら焼成することで、基板表面に該拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写するようにしたものである。この場合、加圧焼成法は、基板の面方向の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる焼成法であるから、この加圧焼成法を用いて基板表面に拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写すれば、基板表面に３０μｍ以上の凸部又は凹部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【０００８】
この場合、請求項２のように、前記成形部を有する拘束用グリーンシートを、複数枚のグリーンシートを積層して形成しても良く、或は、請求項３のように、前記成形部を有する拘束用グリーンシートをプレス成形により形成するようにしても良い。いずれの方法でも、成形部を有する拘束用グリーンシートを、簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【０００９】
本発明の低温焼成セラミック基板の製造方法を用いれば、基板表面に様々な形状の凸部又は凹部を形成することができ、例えば、請求項４のように、基板表面に、水晶振動子等の振動素子を搭載する台座部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしたり、或は、請求項５のように、基板表面に、封止樹脂の流出を防止する凸条部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしても良い。これにより、基板表面に、適度な高さ寸法の台座部や凸条部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を水晶振動子搭載用の低温焼成セラミック基板の製造方法に適用した実施形態（１）を図１及び図２に基づいて説明する。
【００１１】
まず、図２に基づいて低温焼成セラミック基板１０の構造を説明する。低温焼成セラミック基板１０は、複数枚の低温焼成セラミックのグリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層して８００〜１０００℃で加圧焼成したものである。低温焼成セラミックとしては、例えばＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス：５０〜６５重量％（好ましくは６０重量％）とアルミナ：５０〜３５重量％（好ましくは４０重量％）との混合物を用いれば良い。この他、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミナとの混合物、或は、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の８００〜１０００℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。
【００１２】
各層のセラミック層（グリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）には、層間接続用のビアホール１２が形成され、各層のビアホール１２にビア導体１３が充填されている。各層のビア導体１３は、例えば、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ａｕ等を主に含むＡｇ系導体ペースト、或は、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストを用いて形成されている。
【００１３】
また、２層目のセラミック層（グリーンシート１１ｂ）には、１層目と２層目のビア導体１３を接続するための内層導体パターン１４がＡｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストの印刷により形成されている。また、最下層のセラミック層（グリーンシート１１ｃ）の下面には、ビア導体１３と導通する位置に裏面端子１５がＡｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストの印刷により形成されている。
【００１４】
一方、最上層のセラミック層（グリーンシート１１ａ）の表面には、水晶振動子１６を搭載する台座部１７が後述する方法で一体に形成されている。この台座部１７の高さ寸法は、例えば３０〜６０μｍである。この台座部１７の上面にはランド１８がＡｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストの印刷により形成され、このランド１８が台座部１７を貫通するビア導体１３と接続されている。これにより、ランド１８がビア導体１３と内層導体パターン１４を介して裏面端子１５と接続されている。このランド１８上には、水晶振動子１６が導電性接着剤１９により接合されている。
【００１５】
次に、上記構成の低温焼成セラミック基板１０の製造方法を説明する。低温焼成セラミックのグリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、上記の低温焼成セラミック粉末に、バインダー、溶剤及び可塑剤を配合して、十分に撹拌混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等でテープ成形したものである。
【００１６】
各層のグリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層する前に、各層のグリーンシート１１ａ，１１ｂにパンチング加工されたビアホール１２に、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属の導体ペーストをスクリーン印刷により充填してビア導体１３を形成し、更に、２層目のグリーンシート１１ｂには、同種の低融点金属の導体ペーストを使用して内層導体パターン１４をスクリーン印刷する。
【００１７】
また、最下層のグリーンシート１１ｃの下面には、裏面端子１５をＡｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストを用いてスクリーン印刷し、更に、最上層のグリーンシート１１ａには、ランド１８をＡｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の低融点金属のペーストを用いてスクリーン印刷する。尚、裏面端子１５とランド１８については、加圧焼成後に後付けで印刷・焼成するようにしても良い。
印刷工程後に、各層のグリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層して加熱圧着して一体化して低温焼成セラミック生基板１０’を作製する。
【００１８】
一方、拘束用グリーンシート２０は、低温焼成セラミック生基板１０’の焼成温度（８００〜１０００℃）では焼結しない高温焼結性セラミック粉末（例えばアルミナ粉末）を用いて形成されている。
【００１９】
低温焼成セラミック生基板１０’の上面に圧着する拘束用グリーンシート２０の下面には、基板表面に台座部１７を形成するための凹部２１（成形部）をプレス成形法又はグリーンシート積層法で形成する。
プレス成形法では、予め、ドクターブレード法等でテープ成形した拘束用グリーンシート２０をプレス成形して凹部２１を形成する。
【００２０】
一方、グリーンシート積層法では、複数枚の高温焼結性セラミックのグリーンシートを積層して拘束用グリーンシート２０を作製する際に、予め、下面側に積層する少なくとも１枚のグリーンシートに凹部２１を形成するための角孔をパンチング加工等により形成しておき、これを他のグリーンシートに積層して加熱圧着して拘束用グリーンシート２０を作製する。
【００２１】
この場合、拘束用グリーンシート２０の硬さは、配合するバインダー、溶剤、可塑剤のいずれかを適宜調整することで、低温焼成セラミックのグリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃ（生基板１０’）よりも適度に硬くするように調整すると良い。
【００２２】
この拘束用グリーンシート２０を用いて低温焼成セラミック生基板１０’を加圧焼成する場合は、まず、図１（ｂ）に示すように、低温焼成セラミック生基板１０’の表裏両面に拘束用グリーンシート２０を積層して、この積層体を例えば８０〜１５０℃で加熱圧着する。
【００２３】
この後、低温焼成セラミック生基板１０’と拘束用グリーンシート２０との圧着体を、アルミナ等で形成した多孔質セッター板（図示せず）間に挟み込んで、１０〜３００Ｎ／ｃｍ²の圧力で加圧しながら低温焼成セラミック生基板１０’の焼結温度である８００〜１０００℃で焼成する。
【００２４】
この焼成中に、低温焼成セラミック生基板１０’の表面部のうち、拘束用グリーンシート２０の凹部２１に対応する部分には圧力が加わらないため、当該部分のセラミックが凹部２１内に盛り上がって、凹部２１内に基板表面のセラミックが充填された状態となる。これにより、基板表面に水晶振動子１６を搭載する台座部１７が形成される。この際、凹部２１の深さ寸法が例えば３０〜６０μｍであれば、台座部１７の高さ寸法が３０〜６０μｍとなる。
【００２５】
この場合、低温焼成セラミック生基板１０’両面に積層された拘束用グリーンシート２０（アルミナ等の高温焼結性セラミック）は、１３００℃以上に加熱しないと焼結しないので、８００〜１０００℃で焼成すれば、拘束用グリーンシート２０は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、拘束用グリーンシート２０中のバインダー等の有機物が熱分解して飛散してセラミック粉体として残る。
【００２６】
焼成後、焼成基板の両面に付着した拘束用グリーンシート２０の残存物（セラミック粉体）をブラスト処理、バフ研磨等により除去する。これにより、低温焼成セラミック基板１０の製造が完了する。
【００２７】
以上説明した実施形態（１）は、加圧焼成法を利用して基板表面に水晶振動子１６を搭載する台座部１７を形成するところに特徴があり、加圧焼成法は、基板の面方向の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる焼成法であるから、この加圧焼成法を利用して基板表面に拘束用グリーンシート２０の凹部２１の形状を転写すれば、基板表面に３０〜６０μｍの台座部１７を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる。本発明者の実験結果によれば、拘束用グリーンシート２０の凹部２１の深さ寸法の調整によって±１０％の精度で台座部１７の高さ寸法を調整することができることが確認されている。
【００２８】
尚、台座部１７に搭載する素子は、水晶振動子１６に限定されず、例えばセラミック共振子等の他の発振素子であっても良いことは言うまでもない。
【００２９】
［実施形態（２）］
次に、本発明の実施形態（２）を図３に基づいて説明する。本実施形態（２）では、低温焼成セラミック基板２２の表面周縁部に封止樹脂の流出を防止する凸条部２３を次のようにして形成する。
【００３０】
まず、低温焼成セラミック生基板の上面に圧着する拘束用グリーンシート２４の下面に、基板表面の周縁部に凸条部２３を形成するための段差部２５（成形部）をプレス成形法又はグリーンシート積層法で形成する。
【００３１】
そして、各層の低温焼成セラミックのグリーンシート１１ａ，１１ｂ，１１ｃを積層して加熱圧着して一体化して低温焼成セラミック生基板を作製し、この生基板の表裏両面に拘束用グリーンシート２４を積層して、この積層体を例えば８０〜１５０℃で加熱圧着する。
【００３２】
この後、低温焼成セラミック生基板と拘束用グリーンシート２４との圧着体を、アルミナ等で形成した多孔質セッター板（図示せず）間に挟み込んで、１０〜３００Ｎ／ｃｍ²の圧力で加圧しながら低温焼成セラミック生基板の焼結温度である８００〜１０００℃で焼成する。これにより、基板表面の周縁部には、拘束用グリーンシート２４の段差部２５によって凸条部２３が形成される。
【００３３】
焼成後、焼成基板の両面に付着した拘束用グリーンシート２０の残存物（セラミック粉体）をブラスト処理、バフ研磨等により除去する。これにより、低温焼成セラミック基板２２の製造が完了する。
【００３４】
以上説明した本実施形態（２）によれば、加圧焼成法を利用して、基板表面に封止樹脂の流出を防止する凸条部２３を拘束用グリーンシート２４の段差部２５により形成するようにしたので、基板表面に、適度な高さ寸法の凸条部２３を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる。
【００３５】
尚、本発明は、基板表面に水晶振動子搭載用の台座部１７や封止樹脂流出防止用の凸条部２３を形成する場合に限定されず、基板表面に様々な形状の凸部又は凹部を形成する場合に適用できる。
【００３６】
また、拘束用グリーンシートは、アルミナグリーンシートに限定されず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の他の高温焼結性セラミックのグリーンシートを用いるようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１の低温焼成セラミック基板の製造方法によれば、加圧焼成法を用い、拘束用グリーンシートのうちの生基板に圧着する面に凸状又は凹状の成形部を形成し、該拘束用グリーンシートを該生基板に圧着して加圧しながら焼成することで、基板表面に該拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写するようにしたので、基板表面に３０μｍ以上の凸部又は凹部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができ、製造コスト低減、品質向上の要求を満たすことができる。
【００３８】
また、請求項２，３では、成形部を有する拘束用グリーンシートを、グリーンシート積層法又はプレス成形法で形成するようにしたので、成形部を有する拘束用グリーンシートを、簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【００３９】
また、請求項４では、基板表面に、水晶振動子等の振動素子を搭載する台座部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしたので、基板表面に、適度な高さ寸法の台座部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【００４０】
また、請求項５では、基板表面に、封止樹脂の流出を防止する凸条部を拘束用グリーンシートの成形部により形成するようにしたので、適度な高さ寸法の凸条部を簡単に且つ寸法精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態（１）の製造工程を説明する図
【図２】水晶振動子を搭載した低温焼成セラミック基板の構造を示す縦断面図
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態（２）の製造工程を説明する図
【符号の説明】
１０…低温焼成セラミック基板、１０’…低温焼成セラミック生基板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…低温焼成セラミックのグリーンシート、１２…ビアホール、１３…ビア導体、１４…内層導体パターン、１５…裏面端子、１６…水晶振動子、１７…台座部、１８…ランド、１９…導電性接着剤、２０…拘束用グリーンシート、２１…凹部（成形部）、２２…低温焼成セラミック基板、２３…凸条部、２４…拘束用グリーンシート、２５…段差部（成形部）。

Claims

低温焼成セラミックの生基板の両面に、該低温焼成セラミックの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを圧着して加圧しながら焼成し、焼成後に該拘束用グリーンシートの残存物を除去して低温焼成セラミック基板を製造する方法であって、
前記拘束用グリーンシートのうちの前記生基板に圧着する面に凸状又は凹状の成形部を形成し、該拘束用グリーンシートを該生基板に圧着して加圧しながら焼成することで、基板表面に該拘束用グリーンシートの成形部の形状を転写することを特徴とする低温焼成セラミック基板の製造方法。
前記成形部を有する拘束用グリーンシートを、複数枚のグリーンシートを積層して形成することを特徴とする請求項１に記載の低温焼成セラミック基板の製造方法。
前記成形部を有する拘束用グリーンシートをプレス成形により形成することを特徴とする請求項１に記載の低温焼成セラミック基板の製造方法。
基板表面に、水晶振動子等の振動素子を搭載する台座部を前記拘束用グリーンシートの成形部により形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の低温焼成セラミック基板の製造方法。
基板表面に、封止樹脂の流出を防止する凸条部を前記拘束用グリーンシートの成形部により形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の低温焼成セラミック基板の製造方法。