JP5024064B2

JP5024064B2 - 多層セラミック基板およびその製造方法

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Publication number: JP5024064B2
Application number: JP2008005186A
Authority: JP
Inventors: 達也上田; 聡浅倉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: JP2009170566A

Description

この発明は、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、特に、いわゆる無収縮プロセスを用いて製造される多層セラミック基板の形態についての精度を向上させるための改良に関するものである。

この発明にとって興味ある多層セラミック基板の従来の製造方法として、たとえば特開２００１−２９１９５５号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

特許文献１では、いわゆる無収縮プロセスによる多層セラミック基板の製造方法、特に、多層セラミック基板を得るために焼成される生の積層体において、低温焼結セラミック材料を含む基体用グリーン層と、基体用グリーン層の特定のものの主面に接するように配置されかつ低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含む複数の拘束用グリーン層とが形成され、焼成工程の結果、基体用セラミック層に含まれる材料の一部が拘束用グリーン層に浸透することによって、拘束用グリーン層に含まれていた無機材料粉末が固着された状態となり、そのため、拘束用グリーン層に由来する複数の拘束層が除去されずに残される形式の多層セラミック基板の製造方法が記載されている。

また、特許文献１では、生の積層体において積層される複数の基体用グリーン層の各厚みが互いに異なるとき、焼成工程においては、より厚い基体用グリーン層ほどより大きく収縮しようとする傾向があるため、得られた多層セラミック基板に反り、歪み、うねりのような形態不良が生じ得る、といった課題を解決するための手段が開示されている。すなわち、特許文献１においては、より厚い基体用グリーン層に接する拘束用グリーン層はより厚く、より薄い基体用グリーン層に接する拘束用グリーン層はより薄くすることによって、複数の基体用グリーン層の各々の収縮率を互いに等しくするようにし、それによって、得られた多層セラミック基板の形態不良を生じさせにくくしている。

しかしながら、上述の方法により形態不良を生じさせないようにするためには、複数の基体用グリーン層の各々の厚みに基づいて、個々の拘束用グリーン層の厚みを正確に調整しなければならないことになるが、このような調整は比較的困難である上、厚みの互いに異なる拘束用グリーン層となるべき多種類のグリーンシートを用意しなければならず、工程の煩雑化をもたらすという問題を招くことになる。
特開２００１−２９１９５５号公報

そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る多層セラミック基板の製造方法を提供しようとすることである。

この発明の他の目的は、上述の製造方法によって得られる多層セラミック基板を提供しようとすることである。

この発明は、低温焼結セラミック材料を含みかつ積層された複数の基体用グリーン層と、基体用グリーン層の複数のものの主面にそれぞれ接するように配置されかつ低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を有機バインダ中に分散してなる複数の拘束用グリーン層と、基体用グリーン層および／または拘束用グリーン層に関連して設けられる配線導体とを備える、生の積層体を作製する工程と、低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で、基体用グリーン層に対して収縮抑制のための拘束力を拘束用グリーン層によって及ぼしながら生の積層体を焼成する工程とを備える、多層セラミック基板の製造方法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、生の積層体に備える複数の拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層は、中間位置にある拘束用グリーン層よりも高い拘束力を有するようにされることを特徴としている。

上述した生の積層体が５層以上の拘束用グリーン層を備える場合、拘束力は、積層方向における最外位置により近い拘束用グリーン層のものほど段階的により高くなるようにされることが好ましい。

生の積層体に備える複数の拘束用グリーン層の間で前述したような拘束力の差を生じさせるため、第１の典型的な実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層が、中間位置にある拘束用グリーン層よりも厚くされ、第２の典型的な実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層における有機バインダに対する無機材料粉末の割合が、中間位置にある拘束用グリーン層における有機バインダに対する無機材料粉末の割合よりも高くされ、第３の典型的な実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層におけるガラス成分に対する無機材料粉末の割合が、中間位置にある拘束用グリーン層におけるガラス成分に対する無機材料粉末の割合よりも高くされ、第４の典型的な実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層における無機材料粉末の粒径が、中間位置にある拘束用グリーン層における無機材料粉末の粒径よりも小さくされる。

この発明に係る多層セラミック基板の製造方法において、生の積層体に備える複数の拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層は、生の積層体の最外層を形成していることが好ましい。

この発明は、また、上述したような製造方法によって得られる多層セラミック基板にも向けられる。

この発明に係る多層セラミック基板は、生の積層体を焼成することによって得られる多層セラミック基板であって、低温焼結セラミック材料を含みかつ積層された、複数の基体用セラミック層と、基体用セラミック層の複数のものの主面にそれぞれ接するように配置され、低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する基体用セラミック層に含まれる材料の一部が浸透することによって無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層と、基体用セラミック層および／または拘束層に関連して設けられる、配線導体とを備え、複数の拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層については、焼成工程において基体用セラミック層となるべき基体用グリーン層に対して収縮抑制のために与え得る拘束力が、中間位置にある拘束層の拘束力よりも高いことを特徴としている。

この発明に係る多層セラミック基板は、５層以上の拘束層を備えるとき、上述の拘束力は、積層方向における最外位置により近い拘束層のものほど段階的により高いことが好ましい。

この発明に係る多層セラミック基板において、複数の拘束層のうち、第１の典型的な実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束層が、中間位置にある拘束層よりも厚く、第２の典型的な実施形態では、積層方向における最外位置にある拘束層となるべき拘束用グリーン層に含まれていた有機バインダに対する無機材料粉末の割合が、中間位置にある拘束層となるべき拘束用グリーン層に含まれていた有機バインダに対する無機材料粉末の割合よりも高く、第３の典型的な実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束層におけるガラス成分に対する無機材料粉末の割合が、中間位置にある拘束層におけるガラス成分に対する無機材料粉末の割合よりも高く、第４の典型的に実施態様では、積層方向における最外位置にある拘束層における無機材料粉末の粒径が、中間位置にある拘束層における無機材料粉末の粒径よりも小さい。

複数の拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層は、多層セラミック基板の最外層を形成していることが好ましい。

この発明によれば、反り、歪み、うねりといった形態不良を生じさせにくく、形態について高い精度を有する多層セラミック基板を製造することができる。その理由は次のとおりである。

積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼし得る拘束力が高くなれば、最外位置にある基体用グリーン層は、中間位置にある基体用グリーン層と比較して主面方向により収縮しにくくなる。したがって、中間位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力と比較して、最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力を高めることにより、中間位置にある基体用グリーン層に比べて、最外位置にある基体用グリーン層がより収縮しなくなるため、最外位置にある基体用グリーン層に引っ張られるようにして中間位置にある基体用グリーン層も収縮しにくくなる。また、多層セラミック基板においては、主面方向に収縮しない方が、セラミックの焼結段階で発生し得る反りや歪み、うねりなどの形態不良を生じさせにくくすることができるため、形態精度を高めることができる。このようなことから、最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力を高めることにより、多層セラミック基板の形態精度を高めることができる。

なお、最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力が逆に弱い場合、中間位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力の方が高くなるため、中間位置にある拘束用グリーン層による拘束力が多層セラミック基板の形態精度を決めてしまう。中間位置にあっては基体用グリーン層の数が多く、また、配線導体の配置も製品によって異なるため、反り量などについても製品によって異なり、安定しない。したがって、最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力が低いと、多層セラミック基板の形態精度が安定しない。これに対して、この発明のように、最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力が高いと、たとえ中間位置にある拘束用グリーン層による拘束力が不安定であり、配線導体の影響があったとしても、多層セラミック基板の形態精度を安定させることができる。

この発明において、生の積層体が５層以上の拘束用グリーン層を備える場合、拘束力が、積層方向における最外位置により近い拘束用グリーン層のものほど段階的により高くなるようにされると、最外位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力に中間位置にある拘束用グリーン層および基体用グリーン層が引っ張られる形が強化されるため、中間位置にある拘束用グリーン層が及ぼす拘束力が不安定であっても、多層セラミック基板の形態精度をより確実に安定させることができる。

なお、これらの形態精度の向上および安定化の効果は、最外位置にある拘束層が、多層セラミック基板の最外層を形成している場合において、より顕著に現れる。

図１は、この発明の第１の実施形態による多層セラミック基板１を示す断面図である。図２は、図１に示した多層セラミック基板１を得るために作製される生の積層体２を示す断面図である。多層セラミック基板１は、生の積層体２を焼成することによって得られるものである。

図１を参照して、多層セラミック基板１は、低温焼結セラミック材料を含みかつ積層された、複数の基体用セラミック層３〜７を備えている。また、多層セラミック基板１は、基体用セラミック層３〜７の複数のものの主面にそれぞれ接するように配置される、複数の拘束層８〜１３を備えている。拘束層８〜１３は、上述した低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつそれに接する基体用セラミック層３〜７に含まれる材料の一部が浸透することによって無機材料粉末が固着された状態にある。

この実施形態では、多層セラミック基板１の最外層を形成するように拘束層８および１３が配置されるとともに、複数の基体用セラミック層３〜７の各々の間のすべての界面に沿って拘束層９〜１２が配置されているが、拘束層が配置されない基体用セラミック層３〜７間の界面が存在していてもよい。

多層セラミック基板１は、さらに、基体用セラミック層３〜７および／または拘束層８〜１３に関連して設けられる、配線導体１４を備えている。配線導体１４としては、たとえば、多層セラミック基板１の外表面上に設けられる外部導体膜１５、多層セラミック基板１の内部において基板用セラミック層３〜７の主面に沿って延びる内部導体膜１６、ならびに基体用セラミック層３〜７および拘束層８〜１３の厚み方向に貫通するように延びるビアホール導体１７がある。

このような多層セラミック基板１において、基体用セラミック層３〜７の各々の厚みＴ３〜Ｔ７は互いに同じであるが、拘束層８〜１３の各々の厚みＴ８〜Ｔ１３に注目すると、最外位置にある拘束層８および１３の厚みＴ８およびＴ１３は、中間位置にある拘束層９〜１２の厚みＴ９〜Ｔ１２よりも厚くされている。

上述の多層セラミック基板１を得るため、図２に示した生の積層体２が作製される。

生の積層体２は、低温焼結セラミック材料を含みかつ積層された複数の基体用グリーン層２３〜２７を備えている。基体用グリーン層２３〜２７は、焼成後において、前述した基体用セラミック層３〜７となるものである。したがって、基体用グリーン層２３〜２７の各々の厚みＴ２３〜Ｔ２７は互いに同じである。

生の積層体２は、また、基体用グリーン層２３〜２７の複数のものの主面にそれぞれ接するように配置される、複数の拘束用グリーン層２８〜３３を備えている。拘束用グリーン層２８〜３３は、上記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を有機バインダ中に分散させてなる組成を有している。拘束用グリーン層２８〜３３は、焼成後において、前述した拘束層８〜１３となるものである。したがって、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３の厚みＴ２８およびＴ３３は、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２の厚みＴ２９〜Ｔ３２よりも厚くされ、したがって、後述する焼成工程において、収縮抑制のため、より高い拘束力を及ぼすことができる。

また、生の積層体２は、基体用グリーン層２３〜２７および／または拘束用グリーン層２８〜３３に関連して設けられる配線導体１４を備えている。配線導体１４としては、前述したように、外部導体膜１５、内部導体膜１６およびビアホール導体１７があるが、この段階では、未焼結の導電性ペーストから構成されている。

生の積層体２を作製するため、通常、次のような方法が採用される。

まず、基体用グリーン層２３〜２７の各々となる基体用グリーンシートが用意される。基体用グリーンシートは、低温焼結セラミック材料に対して、有機バインダおよび溶剤から有機ビヒクルと可塑剤とを添加し、これらを混合することによって、スラリーを作製し、次いで、このスラリーを、ドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥させることによって得ることができる。

低温焼結セラミック材料としては、たとえば、アルミナとホウケイ酸系ガラスとを混合したガラスセラミックや、焼成中にガラス成分を生成するＢａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ系酸化物セラミックなどのように、銀や銅などの低融点金属をもって配線導体１４を形成した場合でも同時焼成できるようにするため、たとえば１０００℃以下の温度で焼成可能なものであって、焼成中にその一部（たとえば、ガラス成分）が拘束用グリーン層２８〜３３へと浸透し得るものが用いられる。

なお、上述のような材料の浸透を容易にするため、基体用グリーン層２３〜２７の各々の厚みＴ２３〜Ｔ２７は、焼成後において、すなわち基体用セラミック層３〜７の状態において、５〜１５０μｍの範囲内に選ばれることが好ましい。

拘束用グリーン層２８〜３３は、上述したような低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含むものであるが、この無機材料粉末としては、たとえば、アルミナ粉末やジルコニア粉末を用いることが好ましい。強度の高いアルミナ粉末やジルコニア粉末を無機材料粉末として用いるとともに、これらの含有量を増やすことによって、焼成後の多層セラミック基板の強度を高めることができる。なお、無機材料粉末として、他に、ＴｉＯ_２粉末、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５粉末、Ｔａ_２Ｏ_５粉末等を用いることもできる。

拘束用グリーン層２８〜３３は、上述の無機材料粉末に対して、有機バインダおよび溶剤からなる有機ビヒクルと可塑剤とを添加し、混合することによって、スラリーを作製し、これを、上述した基体用グリーンシートの表面に塗布し、乾燥させることによって形成することができる。

拘束用グリーン層２８〜３３の厚みＴ２８〜Ｔ３３については、前述した条件を満足することが前提となるが、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３の各々の厚みＴ２８およびＴ３３は、焼成後において、すなわち拘束層８および１３の各々の状態において、１〜１５μｍの範囲内に選ばれることが好ましく、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２の各々の厚みＴ２９〜Ｔ３２は、焼成後において、すなわち拘束層９〜１２の状態において、１〜１０μｍの範囲内に選ばれることが好ましい。

配線導体１４は、導電性ペーストを付与することによって形成される。より具体的には、外部導体膜１５および内部導体膜１６については、たとえばスクリーン印刷によって、導電性ペーストが基体用グリーン層２３〜２７の所定のものまたは拘束用グリーン層２８〜３３の所定のものの上に印刷される。他方、ビアホール導体１７にあっては、基体用グリーン層２３〜２７の所定のものおよび拘束用グリーン層２８〜３３の所定のものに貫通孔を設け、この貫通孔内に導電性ペーストを充填することによって形成される。

導電性ペーストに含まれる導電成分としては、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ、ＮｉもしくはＰｄ、これらの酸化物、またはこれらの金属を含む合金が使用可能であるが、特に、Ｃｕを主成分とすることが好ましい。

なお、外部導体膜１５を形成するための導電性ペーストとしては、Ｃｕを主成分とし、そこに、基体用グリーン層２３〜２７に含まれるセラミック材料および拘束用グリーン層２８〜３３に含まれる無機材料を添加したものを用いることが好ましい。特に、拘束用グリーン層２８〜３３に含まれる無機材料は、Ｃｕ粒子の表面に付着した状態で用いることが好ましい。このような導電性ペーストを外部導体膜１５の形成のために用いると、導電性ペースト単独での焼結収縮を実質的に生じさせなくすることができ、焼成後における配線導体１４の導電性の低下を最小限に抑えることができる。

次に、基体用グリーン層２３〜２７の各々となるべきセラミックグリーンシートが所定の順序および方向に従って積層され、圧着されることによって、図２に示すような生の積層体２が得られる。

次に、生の積層体２は、低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で焼成され、それによって、多層セラミック基板１が得られる。

上述の焼成工程において、拘束用グリーン層２８〜３３は、それ自身、実質的に収縮しない。そのため、拘束用グリーン層２８〜３３は、基体用グリーン層２３〜２７に対して、その主面方向での収縮を抑制する拘束力を及ぼす。このようなことから、基体用グリーン層２３〜２７は、その主面方向での収縮が抑制されながら、そこに含まれる低温焼結セラミック材料が焼結し、実質的に厚み方向にのみ収縮し、得られた多層セラミック基板１における基体用セラミック層３〜７を形成する。他方、拘束用グリーン層２８〜３３においては、基体用グリーン層２３〜２７に含まれていたガラス成分等の材料の一部が浸透し、それによって、無機材料粉末が固着された状態にある拘束層８〜１３が形成される。

このようにして得られた多層セラミック基板１は、主面方向に関して高い寸法精度を有している。また、そればかりでなく、多層セラミック基板１は、反り、歪み、うねりといった形態不良が生じにくく、形態についても高い精度を有している。その理由は、以下のとおりである。

最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３の厚みＴ２８およびＴ３３が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２の厚みＴ２９〜Ｔ３２より厚く、それゆえ、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が及ぼす拘束力が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２が及ぼす拘束力よりも高い。そのため、中間位置にある基体用グリーン層２４〜２６に比べて、最外位置にある基体用グリーン層２３および２７がより収縮しなくなり、最外位置にある基体用グリーン層２３および２７に引っ張られるようにして中間位置にある基体用グリーン層２４〜２６も収縮しにくくなる。このようなことから、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が及ぼす拘束力を高めることにより、多層セラミック基板１の形態精度を高めることができる。

上述のようにして得られた多層セラミック基板１には、必要に応じて、たとえば外部導体膜１５へのＮｉおよび／またはＡｕ無電解めっきのような表面処理が施され、次いで、所望の電子部品（図示せず。）が、外部導体膜１５と電気的に接続されるように、多層セラミック基板１上に実装される。このように実装される電子部品としては、たとえば、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどの能動素子や、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップサーミスタ、チップインダクタなどの受動素子がある。

図３は、この発明の第２の実施形態による多層セラミック基板１ａを示す断面図である、図４は図３に示した多層セラミック基板１ａを得るために作製される生の積層体２ａを示す断面図である。図３および図４は、それぞれ、図１および図２に対応する図であって、図３および図４において、図１および図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態では、基体用セラミック層３〜７の各々の厚みＴ３〜Ｔ７が互いに同じではなく、それゆえ、基体用グリーン層２３〜２７の各々の厚みＴ２３〜Ｔ２７が互いに同じではないことを特徴としている。より具体的には、基体用セラミック層３〜７の間では、基体用セラミック層４の厚みＴ４が最も厚く、基体用セラミック層６の厚みＴ６が２番目に厚く、基体用セラミック層３および７の厚みＴ３およびＴ７が３番目に厚く、基体用セラミック層５の厚みＴ５が最も薄い。基体用グリーン層２３〜２７の各々の厚みＴ２３〜Ｔ２７の関係は、基体用セラミック層３〜７の各々の厚みＴ３〜Ｔ７の関係と同様である。

上述のような厚みの関係を有していると、焼成工程において、最も厚い基体用グリーン層２４が、本来的に、最も高い収縮能力を有し、以下、基体用グリーン層２６、基体用グリーン層２３および２７、基体用グリーン層２５の順である。したがって、何らの対策をも講じない場合には、焼成工程の結果、多層セラミック基板１ａに反り等の形態不良がもたらされることがある。

この形態不良を抑制するため、前述した特許文献１に記載の技術では、基体用グリーン層２３〜２７の各々の厚みＴ２３〜Ｔ２７に応じて、拘束用グリーン層２８〜３３の各々の厚みＴ２８〜Ｔ３３を異ならせ、拘束用グリーン層２８〜３３が基体用グリーン層２３〜２７に対して収縮抑制のために及ぼす各拘束力を互いに異ならせるといった対策が講じられる。

これに対して、この実施形態では、単に、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３の厚みＴ２８およびＴ３３を中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２の厚みＴ２９〜Ｔ３２より厚くするだけで反り等の形態不良を抑制するようにしている。すなわち、基本的に、基体用グリーン層２３〜２７の各々の厚みＴ２３〜Ｔ２７とは無関係に拘束用グリーン層２８〜３３の各々の厚みＴ２８〜Ｔ３３を決定することができる。

図５は、この発明の第３の実施形態による多層セラミック基板１ｂを示す断面図である。図６は、図５に示した多層セラミック基板１ｂを得るために作製される生の積層体２ｂを示す断面図である。図５および図６において、図１および図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第３の実施形態では、５層以上の拘束層８〜１３あるいは５層以上拘束用グリーン層２８〜３３を備え、積層方向における最外位置により近い拘束層あるいは拘束用グリーン層の厚みほど段階的により厚くされていることを特徴としている。すなわち、厚みＴ８＝厚みＴ１３＞厚みＴ９＝厚みＴ１２＞厚みＴ１０＝厚みＴ１１の関係を有している。したがって、拘束力は、積層方向における最外位置により近い拘束層あるいは拘束用グリーン層のものほど段階的により高い。すなわち、厚みＴ２８＝厚みＴ３３＞厚みＴ２９＝厚みＴ３２＞厚みＴ３０＝厚みＴ３１の関係を有している。

この実施形態によれば、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が及ぼす拘束力に中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２ならびに基体用グリーン層２３〜２７が引っ張られる形が強化されるため、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２が及ぼす拘束力が不安定であっても、多層セラミック基板１ｂの形態精度をより確実に安定させることができる。

図７は、この発明の第４の実施形態による多層セラミック基板１ｃを示す断面図である。図８は、図７に示した多層セラミック基板１ｃを得るために作製される生の積層体２ｃを示す断面図である。図７および図８において、図１および図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第４の実施形態では、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３と中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２との間で拘束力の差を与えるため、拘束用グリーン層２８〜３３の厚みＴ２８〜Ｔ３３によるのではなく、拘束用グリーン層２８〜３３の組成によることを特徴としている。すなわち、第４の実施形態では、拘束層８〜１３の各々の厚みＴ８〜Ｔ１３が互いに同じであり、拘束用グリーン層２８〜３３の各々の厚みＴ２８〜Ｔ３３が互いに同じであるが、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３における有機バインダに対する無機材料粉末の割合が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２における有機バインダに対する無機材料粉末の割合よりも高くされ、それによって、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２よりも高い拘束力を与え得るようにされる。

図７および図８は、この発明の第５および第６の実施形態を説明するためにも参照される。

第５の実施形態では、拘束用グリーン層２８〜３３がガラス成分を含む場合、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３におけるガラス成分に対する無機材料粉末の割合が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２におけるガラス成分に対する無機材料粉末よりも高くされ、それによって、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２よりも高い拘束力を与え得るようにされる。

第６の実施形態では、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３における無機材料粉末の粒径が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２における無機材料粉末の粒径よりも小さくされ、それによって、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２よりも高い拘束力を与え得るようにされる。

図９は、この発明の第７の実施形態による多層セラミック基板１ｄを示す断面図である。図１０は、図９示した多層セラミック基板１ｄを得るために作製される生の積層体２ｄを示す断面図である。図９および図１０において、図１および図２に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

第７の実施形態では、積層方向における最外位置にある拘束層８および１３が、多層セラミック基板１ｄの最外層を形成しておらず、同様に、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が、生の積層体２ｄの最外層を形成していないことを特徴としている。

この発明による多層セラミック基板の形態精度の向上および安定化ならびに強度向上の効果は、第１ないし第６の実施形態のように、最外位置にある拘束層が多層セラミック基板の最外層を形成している場合、あるいは最外位置にある拘束用グリーン層が生の積層体の最外層を形成している場合において、より顕著に現れるものである。図９および図１０に示した第７の実施形態は、最外位置にある拘束層８および１３が多層セラミック基板１ｄの最外層を形成していなくても、あるいは、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が生の積層体２ｄの最外層を形成していなくても、この発明の範囲内にあることを明示する意義がある。

以上、この発明を図示した実施形態について説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。

たとえば、図示した多層セラミック基板１および生の積層体２等が有する構造は一例にすぎず、積層数や配線導体の配置等について種々に変更することができる。

また、この発明では、生の積層体２等に備える複数の拘束用グリーン層２８〜３３のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３が、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２よりも高い拘束力を有することが必須の条件であるが、この条件さえ満たせば、たとえば、最外位置にある拘束用グリーン層２８および３３の間で拘束力に差がもたらされても、中間位置にある拘束用グリーン層２９〜３２の間で拘束力に差がもたらされてもよい。

また、生の積層体に備える複数の拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層が生の積層体の最外層を形成している実施形態において、最外層の拘束用グリーン層の線膨張係数を中間位置にある拘束用グリーン層および基体用グリーン層の線膨張係数よりも小さくしてもよい。この場合には、焼成後の多層セラミック基板の強度が向上するという効果を得ることができる。

また、第１ないし第３および第７の実施形態の各々に対して、第４ないし第６の実施形態の少なくとも１つが組み合わされて実施されてもよい。

次に、この発明による効果を確認するための実施した実験例について説明する。

試料として、１０層の基体用セラミック層を備える多層セラミック基板を作製した。この多層セラミック基板においては、拘束層を、基体用セラミック層の各々の間の界面に沿うとともに最外層を形成するように配置した。基体用セラミック層をＢａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｂ系酸化物セラミックから構成し、各々の厚みを焼成後において２０μｍとした。他方、拘束層は、無機材料粉末としてＡｌ_２Ｏ_３粉末を含み、さらに、このＡｌ_２Ｏ_３６０重量部に対して、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とするガラス成分を４０重量部含む組成とした。そして、最外位置にある拘束層の厚みおよび中間位置にある拘束層の厚みを、表１に示すように設定した。また、各試料に係る多層セラミック基板の平面寸法を、４インチ（約１０ｃｍ）角とした。

各試料に係る多層セラミック基板について、反り量と曲げ強度とを測定した。曲げ強度については、「ＪＩＳＲ１６０１」による３点曲げ強さ試験方法に基づき求めた。これらの結果が表１に示されている。

表１を参照すれば、最外位置にある拘束層の厚みを中間位置にある拘束層の厚みよりも厚くした試料２および３によれば、最外位置にある拘束層の厚みと中間位置にある拘束層の厚みとが等しい試料１に比べて、反り量が少なく、かつ曲げ強度が高められていることがわかる。

この発明の第１の実施形態による多層セラミック基板１を示す断面図である。図１に示した多層セラミック基板１を得るために作製される生の積層体２を示す断面図である。この発明の第２の実施形態による多層セラミック基板１ａを示す断面図である。図３に示した多層セラミック基板１ａを得るために作製される生の積層体２ａを示す断面図である。この発明の第３の実施形態による多層セラミック基板１ｂを示す断面図である。図５に示した多層セラミック基板１ｂを得るために作製される生の積層体２ｂを示す断面図である。この発明の第４、第５または第６の実施形態による多層セラミック基板１ｃを示す断面図である。図７に示した多層セラミック基板１ｃを得るために作製される生の積層体２ｃを示す断面図である。この発明の第７の実施形態による多層セラミック基板１ｄを示す断面図である。図９に示した多層セラミック基板１ｄを得るために作製される生の積層体２ｄを示す断面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ多層セラミック基板
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ生の積層体
３〜７基体用セラミック層
８〜１３拘束層
１４配線導体
２３〜２７基体用グリーン層
２８〜３３拘束用グリーン層
Ｔ３〜Ｔ７基体用セラミック層の厚み
Ｔ８〜Ｔ１３拘束層の厚み
Ｔ２３〜Ｔ２７基体用グリーン層の厚み
Ｔ２８〜Ｔ３３拘束用グリーン層の厚み

Claims

低温焼結セラミック材料を含みかつ積層された複数の基体用グリーン層と、前記基体用グリーン層の複数のものの主面にそれぞれ接するように配置されかつ前記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を有機バインダ中に分散させてなる複数の拘束用グリーン層と、前記基体用グリーン層および／または前記拘束用グリーン層に関連して設けられる配線導体とを備える、生の積層体を作製する工程と、
前記低温焼結セラミック材料が焼結する条件下で、前記基体用グリーン層に対して収縮抑制のための拘束力を前記拘束用グリーン層によって及ぼしながら前記生の積層体を焼成する工程と
を備える、多層セラミック基板の製造方法であって、
前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層は、中間位置にある拘束用グリーン層よりも高い前記拘束力を有する、多層セラミック基板の製造方法。
前記生の積層体は５層以上の前記拘束用グリーン層を備え、前記拘束力は、積層方向における最外位置により近い前記拘束用グリーン層のものほど段階的により高くなるようにされる、請求項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層は、中間位置にある拘束用グリーン層よりも厚い、請求項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層における前記有機バインダに対する前記無機材料粉末の割合は、中間位置にある拘束用グリーン層における前記有機バインダに対する前記無機材料粉末の割合よりも高い、請求項１ないし３のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記拘束用グリーン層はガラス成分を含み、前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層における前記ガラス成分に対する前記無機材料粉末の割合は、中間位置にある拘束用グリーン層における前記ガラス成分に対する前記無機材料粉末の割合よりも高い、請求項１ないし４のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層における前記無機材料粉末の粒径は、中間位置にある拘束用グリーン層における前記無機材料粉末の粒径よりも小さい、請求項１ないし５のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
前記生の積層体に備える複数の前記拘束用グリーン層のうち、積層方向における最外位置にある拘束用グリーン層は、前記生の積層体の最外層を形成している、請求項１ないし６のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
生の積層体を焼成することによって得られる多層セラミック基板であって、
低温焼結セラミック材料を含みかつ積層された、複数の基体用セラミック層と、
前記基体用セラミック層の複数のものの主面にそれぞれ接するように配置され、前記低温焼結セラミック材料の焼結温度では焼結しない無機材料粉末を含み、かつこれに接する前記基体用セラミック層に含まれる材料の一部が浸透することによって前記無機材料粉末が固着されている、複数の拘束層と、
前記基体用セラミック層および／または前記拘束層に関連して設けられる、配線導体と
を備え、
複数の前記拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層については、焼成工程において前記基体用セラミック層となるべき基体用グリーン層に対して収縮抑制のために与え得る拘束力が、中間位置にある拘束層の拘束力よりも高い、多層セラミック基板。
５層以上の前記拘束層を備え、前記拘束力は、積層方向における最外位置により近い前記拘束層のものほど段階的により高い、請求項８に記載の多層セラミック基板。
複数の前記拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層は、中間位置にある拘束層よりも厚い、請求項８または９に記載の多層セラミック基板。
複数の前記拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層となるべき拘束用グリーン層に含まれていた有機バインダに対する前記無機材料粉末の割合は、中間位置にある拘束層となるべき拘束用グリーン層に含まれていた有機バインダに対する前記無機材料粉末の割合よりも高い、請求項８ないし１０のいずれかに記載の多層セラミック基板。
前記拘束層はガラス成分を含み、複数の前記拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層における前記ガラス成分に対する前記無機材料粉末の割合は、中間位置にある拘束層における前記ガラス成分に対する前記無機材料粉末の割合よりも高い、請求項８ないし１１のいずれかに記載の多層セラミック基板。
複数の前記拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層における前記無機材料粉末の粒径は、中間位置にある拘束層における前記無機材料粉末の粒径よりも小さい、請求項８ないし１２のいずれかに記載の多層セラミック基板。
複数の前記拘束層のうち、積層方向における最外位置にある拘束層は、当該多層セラミック基板の最外層を形成している、請求項８ないし１３のいずれかに記載の多層セラミック基板。