JP4029207B2 - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め焼成したセラミック基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してセラミック多層基板を製造するセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミック多層基板は、グリーンシート積層法で製造されることが多い。このグリーンシート積層法は、複数枚のセラミックグリーンシートにビアホールを形成した後、各セラミックグリーンシートのビアホールに導体ペーストを充填してビア導体を形成すると共に、各セラミックグリーンシートに導体ペーストで配線パターンを印刷する。その後、これら複数枚のセラミックグリーンシートを積層・熱圧着して生基板を作製した後、この生基板を焼成してセラミック多層基板を製造する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、生基板を焼成する過程で、１５〜３０％程度の焼成収縮が発生するため、基板の寸法精度を管理することが難しく、しかも、キャビティ等の凹凸のある多層基板では、基板両面の収縮応力が不均一になるため、焼成基板に反りが発生しやすく、特にキャビティの底面部の反りが大きくなるという欠点もあった。
【０００４】
また、絶縁性のセラミックグリーンシートと、誘電体、磁性体等の異種材料のセラミックグリーンシートとを積層して複合セラミック多層基板を焼成する場合は、両者の焼結温度を一致させ、且つ、両者の焼成収縮挙動の違いを少なくして層間剥離を防止する必要があるため、材料の選択の幅が非常に狭く、設計の自由度が非常に狭いという欠点がある。
【０００５】
近年、基板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方法として、特開２００１−２６７７４３号公報に示すように、焼成済みのアルミナ基板上に、予め配線パターンを印刷した未焼成のセラミックグリーンシートを積層して熱圧着し、これを焼成してセラミック多層基板を製造することが提案されている。この焼成方法は、セラミックグリーンシートの焼成収縮を焼成済みのアルミナ基板で抑えることで、基板全体の焼成収縮を小さくしようとするものである。
【０００６】
しかし、セラミックグリーンシートの焼成収縮力は大きいため、セラミックグリーンシートの焼成収縮をその片面から焼成済みアルミナ基板のみで抑えようとしても十分に抑えることができない。その結果、セラミックグリーンシートの焼成層と焼成済みのアルミナ基板との間に剥がれが発生したり、セラミックグリーンシートの焼成層にクラックが発生したり、基板の反りが発生することがあり、製品の歩留まりが悪いという欠点がある。
【０００７】
また、基板の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる効果の大きい焼成方法として、例えば特表平５−５０３４９８号公報や特開平９−９２９８３号公報に示すように、加圧焼成法が開発されている。この加圧焼成法は、焼成前の低温焼成セラミック基板（以下「生基板」という）の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度（８００〜１０００℃）では焼結しない拘束用アルミナグリーンシートを積層し、この状態で、該生基板を加圧しながら、８００〜１０００℃で焼成した後、焼成基板の両面から拘束用アルミナグリーンシートの残存物をブラスト処理等で取り除いて低温焼成セラミック基板を製造するものである。
【０００８】
しかし、キャビティ付きの低温焼成セラミック基板を上述した加圧焼成法で焼成すると、拘束用アルミナグリーンシートを介してキャビティの領域に加わる加圧力がキャビティ周縁に集中的に作用し、キャビティの底面には加圧力が全く作用しないため、キャビティの底面部が凸状に反ってしまい、キャビティの寸法精度を確保できないという欠点がある。
【０００９】
これら従来の欠点を解消するために、本出願人は、特願２００１−３５７６９２号（平成１３年１１月２２日出願）の明細書に記載されているように、予め焼成したセラミック基板（以下「焼成済み基板」という）の片面又は両面に、該焼成済み基板の焼結温度とほぼ同一温度又はそれよりも低い温度で焼結する１枚又は複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を作製し、この積層体の両面に、前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを積層して、拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）するという、新たな製造技術を開発中である。
【００１０】
この製造技術の開発中に、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してその積層体を２枚の加圧板間に挟み込んで圧着する工程で、圧着時の加圧力により焼成済み基板が割れることがあり、これが歩留りを低下させる原因となることが判明した。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの積層体を拘束焼成してセラミック多層基板を製造する方法において、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを圧着する工程で焼成済み基板が割れることを防止できて、歩留りを向上させることができるセラミック多層基板の製造方法を提供することである。
【００１２】
【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１，２のセラミック多層基板の製造方法は、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を作製した後、この積層体の両面に拘束用グリーンシートを積層圧着し、或は、未焼成のセラミックグリーンシートの積層圧着と拘束用グリーンシートの積層圧着とを同時に行い、拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）するようにしたところに第１の特徴があり、更に、積層体作製工程で焼成済み基板に圧着する未焼成のセラミックグリーンシートを、その圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量、また、未焼成のセラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートとを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成するところに第２の特徴がある。
【００１３】
本発明の第１の特徴によれば、拘束焼成時に未焼成のセラミックグリーンシートのＸ・Ｙ方向の焼成収縮、反り、変形がその両面側から拘束用グリーンシートと焼成済み基板とによってほぼ均等に抑えられ、寸法精度が良く且つ層間剥離や反り等のないセラミック多層基板を製造することができる。しかも、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。
【００１４】
前述したように、この製造技術の開発中に、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してその積層体を２枚の加圧板間に挟み込んで圧着する工程で、圧着時の加圧力により焼成済み基板が割れることがあることが判明した。本発明者は、この原因を調べるために、圧着時に割れた焼成済み基板を検査したところ、焼成済み基板の表面は完全な平坦面ではなく、焼成時の収縮挙動等によって僅かながら基板面に凹凸（うねり）が生じているのが確認された（図４参照）。このような凹凸のある焼成済み基板は、圧着時に焼成済み基板の凸反り部分が加圧板に密着せず、浮き上がった状態になると共に、圧着時に未焼成のセラミックグリーンシートを介して焼成済み基板に作用する加圧力が基板面全体に一様に作用せず、焼成済み基板の凸反り部分（加圧板から浮き上がった部分）に他の部分よりも大きな加圧力が作用するため、焼成済み基板の凸反り部分がその加圧力に耐えられずに割れてしまうものと考えられる。
【００１５】
そこで、本発明の第２の特徴は、上述した圧着時の焼成済み基板の割れを防止するために、焼成済み基板に圧着する未焼成のセラミックグリーンシートを、その圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成するようにしたものである。このようにすれば、圧着時に焼成済み基板の凹凸に応じて未焼成のセラミックグリーンシートが柔軟に変形して、焼成済み基板の凹凸による最大厚み差を未焼成のセラミックグリーンシートの厚み変化量で吸収することができるため、圧着時の加圧力が焼成済み基板の凸反り部分に集中的に作用することを防止でき、焼成済み基板に作用する加圧力を基板面全体に分散させることができる。これにより、圧着時の加圧力による焼成済み基板の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【００１６】
この場合、請求項３のように、未焼成のセラミックグリーンシートの圧着時の厚み変化量の調整は、セラミックグリーンシートの厚みの調整、セラミックグリーンシートの成形材料の組成・配合比の調整、成形材料中のセラミック粒子の粒径の調整、成形材料の空隙率の調整のうちの少なくとも１つによって行うようにすれば良い。これらの調整法の中から、基板仕様等に応じて適当な調整法を選択すれば良い。
【００１７】
この場合、請求項４のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを同種のセラミック材料で形成しても良く、或は、請求項４のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成し、未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度が焼成済み基板の焼結温度以下となるようにセラミック材料を選択するようにしても良い。請求項３のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを同種のセラミック材料で形成すれば、全層の絶縁特性等の電気的特性を均等にした単一のセラミック組成のセラミック多層基板を製造することができる。また、請求項５のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成すれば、従来の製造方法では製造が困難であった様々な機能材料を内蔵する複合セラミック多層基板を製造することができる。
【００１８】
この場合、請求項６のように、未焼成のセラミックグリーンシートは、１０００℃以下で焼成する低温焼成セラミック材料により形成したものを用いると良い。このようにすれば、拘束用グリーンシートとして、アルミナグリーンシート等の比較的安価で且つ機械的強度に優れたセラミックを使用することができると共に、未焼成のセラミックグリーンシートに印刷する配線導体として、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の電気抵抗値の小さい電気的特性に優れた低融点金属を用いることができる。
【００１９】
また、請求項７のように、キャビティ付きのセラミック多層基板を製造する場合は、焼成済み基板をキャビティとなる部分の底面部に位置させ、該焼成済み基板に積層する未焼成のセラミックグリーンシートには、その積層前又は積層後にキャビティ形成用の開口部を形成するようにすれば良い。ここで、積層前の未焼成のセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成する場合は、パンチング加工等によってキャビティ形成用の開口部をビアホールの加工と同時に形成すれば良く、また、積層後の未焼成のセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成する場合は、例えば感光性樹脂を含有させたセラミックグリーンシートを作製し、フォトリソグラフィ技術等を用いて、このセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成すれば良い。請求項７のように、焼成済み基板をキャビティの底面部に位置させて、キャビティ付きのセラミック多層基板を拘束焼成すれば、キャビティの底面部が凸状に反ることはなく、しかも、拘束焼成によってキャビティの寸法精度を確保できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法に適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態（１）で製造する片面キャビティ付きセラミック多層基板１１は、図１（ｃ）、図３に示すように、予め焼成した焼成済み基板１２上に、１枚又は複数枚の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層し、更に、その上に拘束焼成グリーンシート１５を積層して、８００〜１０００℃で拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）したものである。この片面キャビティ付きセラミック多層基板１１は、キャビティ１４の底面部に焼成済み基板１２が位置し、次のような工程を経て製造される。
【００２２】
まず、焼成済み基板１２を準備する。この焼成済み基板１２は、セラミック基板を焼成したものであり、単層基板又は多層基板のいずれであっても良い。また、この焼成済み基板１２を形成するセラミック材料は、絶縁性セラミック、誘電体セラミック、磁性体セラミック、圧電性セラミック、抵抗体付きのセラミックのいずれであっても良く、要は、低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼結温度と同一温度又はそれよりも高い温度で焼結するセラミック材料を用いれば良い。また、焼成済み基板１２が多層基板の場合は、各層を同種のセラミックで形成しても良いし、同時焼成可能な異種のセラミックで形成した層が混在する構成としても良い。
【００２３】
この場合、絶縁性セラミックとは、基板の絶縁層を形成するのに用いるセラミックであり、例えば、低温焼成セラミック、アルミナ等の高温焼結性セラミックが挙げられる。焼成済み基板１２を低温焼成セラミックで形成する場合は、低温焼成セラミックグリーンシート１３と同種の低温焼成セラミックを用いても良く、勿論、低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼結温度と同一温度又はそれよりも高い温度で焼結する他の種類の低温焼成セラミックを用いても良いことは言うまでもない。
【００２４】
また、焼成済み基板１２の表面に同時焼成又は後付けで厚膜導体やＲｕＯ2 系等の厚膜抵抗体を形成しても良い。更に、焼成済み基板１２の表面に厚膜抵抗体を形成する場合は、焼成済み基板１２に後述する低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層する前に、該厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整するようにすると良い。
【００２５】
更に、低温焼成セラミックグリーンシート１３を準備する。このグリーンシート１３を形成する低温焼成セラミック材料としては、例えば、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 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％）との混合物を用いると良い。この他、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、或は、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 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。
【００２６】
低温焼成セラミックグリーンシート１３は、上記組成の低温焼成セラミック材料にバインダー（例えば、アクリル系樹脂、ブチラール樹脂、ＰＶＡ等）、溶剤（例えばトルエン、キシレン、ブタノール等）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。
【００２７】
後述する積層体作製工程で、焼成済み基板１２上に低温焼成セラミックグリーンシート１３を圧着する際に、焼成済み基板１２の割れを防止するために、図４に示すように、低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成する。焼成済み基板１２上に複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を同時に圧着する場合は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３の合計厚み変化量が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成する。ここで、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差は、焼成済み基板１２を加圧板１０上に置いたときの焼成済み基板１２の最大厚み（基板面の最高点）と最小厚み（基板面の最低点）との差である。
【００２８】
低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量を調整する場合は、次の▲１▼〜▲４▼の調整法の中から基板仕様等に応じていずれか１つ又は２つ以上の調整法を選択すれば良い。
【００２９】
▲１▼低温焼成セラミックグリーンシート１３の厚みを調整する。低温焼成セラミックグリーンシート１３が厚くなるほど、圧着時の厚み変化量が大きくなる。
▲２▼低温焼成セラミックグリーンシート１３のセラミック材料の組成又は配合比を調整する。例えば、セラミック材料のバインダー樹脂の種類や配合量、可塑剤や溶剤の種類や配合量、セラミック粉末の種類や配合量を調整する。一般に、可塑剤の配合量が多くなるほど、低温焼成セラミックグリーンシート１３が柔らかくなり、圧着時の厚み変化量が大きくなる。
【００３０】
▲３▼低温焼成セラミックグリーンシート１３のセラミック材料中のセラミック粒子の粒径や凝集粒の砕け易さを調整する。
▲４▼低温焼成セラミックグリーンシート１３のセラミック材料の空隙率（空孔率）を調整する。この空隙率の調整は、セラミック材料（スラリー）中のボイド含有率を調整すれば良い。空隙率が大きくなるほど、圧着時の厚み変化量が大きくなる。
【００３１】
テープ成形した低温焼成セラミックグリーンシート１３を所定サイズに切断した後、該グリーンシート１３の所定位置に、キャビティ形成用の開口部１４ａとビアホール（図示せず）等をパンチング加工等により打ち抜き加工する。尚、焼成済み基板１２上に低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層圧着した後に、フォトリソグラフィ技術を用いて低温焼成セラミックグリーンシート１３にキャビティ形成用の開口部１４ａを形成するようにしても良い。
【００３２】
この後、印刷工程に進み、低温焼成セラミックグリーンシート１３のビアホールに、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等の低融点金属の導体ペーストを充填する。更に、図３に示すように、焼成済み基板１２上に複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層する場合は、内層に積層される低温焼成セラミックグリーンシート１３に、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等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（図示せず）をスクリーン印刷し、表層（最上層）の低温焼成セラミックグリーンシート１３には、表層導体パターン（図示せず）を同種の低融点金属の導体ペーストを使用してスクリーン印刷する。尚、表層導体パターンの印刷は、拘束焼成後に行っても良い。また、ビアホールや内層導体パターンが無い構造のセラミック多層基板を製造する場合は、上記印刷工程を省略すれば良い。
【００３３】
印刷工程後、積層体作製工程に進み、焼成済み基板１２上に１枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層し、更に、この積層体の両面に拘束用グリーンシート１５を積層して、この積層体を図４（ｂ）に示すように２枚の加圧板１０間に挟み込んで圧着する。この圧着の条件は、加圧力が０．１〜数１０ＭＰａ（好ましくは３〜１０ＭＰａ）、加熱温度が６０〜１５０℃（好ましくは８０〜１２０℃）である。
【００３４】
このように、焼成済み基板１２に対して低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束用グリーンシート１５とを同時に積層して圧着すれば、積層・圧着工程が１回で済むという利点があるが、本発明は、焼成済み基板１２に低温焼成セラミックグリーンシート１３のみを積層して圧着した後に、その積層体の両面に拘束用グリーンシート１５を積層して圧着するようにしても良い。
【００３５】
この場合、拘束焼成グリーンシート１５は、低温焼成セラミックの焼結温度（８００〜１０００℃）では焼結しない高温焼結性セラミック（例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシア等）を用い、この高温焼結性セラミックの粉末にバインダー（例えばＰＶＢ、アクリル系、ニトロセルロース系等の樹脂）、溶剤（例えばトルエン、キシレン、ブタノール等）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て拘束焼成グリーンシート１５を作製すれば良い。
【００３６】
その後、拘束用グリーンシート１５を積層した積層体を、アルミナ、ＳｉＣ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、０．１〜数１０ＭＰａ（好ましくは３〜１０ＭＰａ）の圧力で加圧しながら、低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼結温度である８００〜１０００℃で焼成する。尚、無加圧で焼成しても良く、この場合は、拘束用グリーンシート１５の積層工程で、拘束用グリーンシート１５を低温焼成セラミックグリーンシート１３に熱圧着する必要がある。
【００３７】
この際、拘束用グリーンシート１５（アルミナ等の高温焼結性セラミック）は、１３００〜１６００℃程度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１５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１５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。
【００３８】
焼成後、焼成基板１１の両面に付着した拘束用グリーンシート１５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、片面キャビティ付きのセラミック多層基板１１の製造が完了する。
【００３９】
ところで、図４に示すように、焼成済み基板１２の表面は完全な平坦面ではなく、焼成時の収縮挙動等によって僅かながら基板面に凹凸（うねり）が生じている。尚、図４に図示された焼成済み基板１２の凹凸は説明のために誇張して示されており、焼成済み基板１２の最大厚み差は、一般的に、数μｍ〜数１０μｍ程度である。
【００４０】
このような凹凸のある焼成済み基板１２は、圧着時に焼成済み基板１２の凸反り部分が盛り上がった状態になるため、焼成済み基板１２の凸反り部分（加圧板１０から盛り上がった部分）に大きな加圧力が作用すると、焼成済み基板１２の凸反り部分がその加圧力に耐えられずに割れてしまうことがある。
【００４１】
焼成済み基板１２に低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束用グリーンシート１５を同時に圧着する際に、両グリーンシート１３，１５の圧着時の厚み変化量が少ないと、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差を両グリーンシート１３，１５の厚み変化量で吸収できないため、圧着時に低温焼成セラミックグリーンシート１３を介して焼成済み基板１２に作用する加圧力が基板面全体に一様に作用せず、焼成済み基板１２の凸反り部分（盛り上がった部分）に他の部分よりも大きな加圧力が作用するようになる。その結果、焼成済み基板１２の凸反り部分がその加圧力に耐えられずに割れてしまう現象が発生する。
【００４２】
この対策として、本実施形態（１）では、両グリーンシート１３，１５の圧着時の合計厚み変化量（複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束用グリーンシート１５を同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成する。このようにすれば、圧着時に焼成済み基板１２の凹凸に応じて両グリーンシート１３，１５が柔軟に変形して、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差を両グリーンシート１３，１５の厚み変化量で吸収することができるため、圧着時の加圧力が焼成済み基板１２の凸反り部分に集中的に作用することを防止でき、焼成済み基板１２に作用する加圧力を基板面全体に分散させることができる。これにより、圧着時の加圧力による焼成済み基板１２の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【００４３】
尚、前述したように、本発明は、焼成済み基板１２に低温焼成セラミックグリーンシート１３のみを積層して圧着した後に、その積層体の両面に拘束用グリーンシート１５を積層して圧着するようにしても良く、この場合には、低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量（複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成すれば、本実施形態（１）と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態（１）では、焼成済み基板１２と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３との積層体に拘束用グリーンシート１５を積層して拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）するようにしたので、拘束焼成時に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼成収縮、反り、変形がその両面側から拘束用グリーンシート１５と焼成済み基板１２とによってほぼ均等に抑えられ、層間剥離や反り等のないセラミック多層基板１１を製造することができる。
【００４５】
また、本実施形態（１）のように、キャビティ１４付きのセラミック多層基板１１を製造する場合は、焼成済み基板１２をキャビティ１４の底面部に位置させて拘束焼成すれば、キャビティ１４の底面部が凸状に反ることはなく、しかも、拘束焼成によってキャビティ１４の寸法精度を確保でき、品質の優れたキャビティ１４付きのセラミック多層基板１１を製造することができる。このため、キャビティ１４の底面部に半導体のベアチップをフリップチップ実装する場合でも、キャビティ１４の底面部に反りがないために、ベアチップとキャビティ１４の底面部の導通パッドとの接合を精度良く行うことができ、フリップチップ実装の信頼性を向上することができる。
【００４６】
また、焼成済み基板１２と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３との間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板１１の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板１１を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。
【００４７】
【実施例】
本発明者は、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差と低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量を調整したサンプルＮｏ．１〜９を作製して、圧着時の焼成済み基板１２の割れの有無を検査する試験を行ったので、その試験結果を次の表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
この試験に用いた焼成済み基板と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートは、共に、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラス：６０重量％と、アルミナ：４０重量％との混合物からなる低温焼成セラミックである。低温焼成セラミックグリーンシートの圧着時の厚み変化量の調整は、可塑剤の配合量の調整やシート厚みの調整等によって行った。
【００５０】
この試験では、９個のサンプルＮｏ．１〜９について、圧着条件を加圧力：５ＭＰａ、加熱温度：１００℃に設定して、焼成済み基板上に１枚の低温焼成セラミックグリーンシートと拘束用グリーンシート（アルミナグリーンシート）とを同時に積層圧着して、焼成済み基板の割れの有無を検査した。
【００５１】
尚、焼成済み基板の最大厚み差の測定方法は、焼成済み基板を平板上に置いて焼成済み基板の最大厚み（基板面の最高点）と最小厚み（基板面の最低点）を測定し、その最大厚みと最小厚みとの差を最大厚み差として求めた。また、低温焼成セラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量の測定方法は、低温焼成セラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートとの積層体を加圧板間に挟み込んで、試験時の圧着条件と同じ条件で加熱しながら加圧して両グリーンシートの合計厚み変化量を測定した。
【００５２】
表１の試験結果によれば、両グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量が焼成済み基板の最大厚み差よりも小さいサンプルＮｏ．３、６、９は、圧着時の加圧力で焼成済み基板の割れが発生した。
【００５３】
これに対して、両グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量が焼成済み基板の最大厚み差よりも大きいサンプルＮｏ．１、２、４、５、７、８は、圧着後の検査でも、焼成済み基板に割れが無かった。
【００５４】
この試験結果から、両グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量が焼成済み基板の最大厚み差以上であれば、圧着時の加圧力による焼成済み基板の割れを防止できることが確認できた。
【００５５】
［実施形態（２）］
前記実施形態（１）では、焼成済み基板１２の片面のみに低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層したが、図５に示す本発明の実施形態（２）のように、焼成済み基板１２の両面に、それぞれ１枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層するようにしても良い。この場合は、焼成済み基板１２の両面に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層し、更にその積層体に両面に拘束焼成グリーンシート１５を積層した上で、これらを２枚の加圧板１０間に挟み込んで同時に圧着すれば良い。その他の事項は、前記実施形態（１）と同じで良い。
【００５６】
本実施形態（２）のように、焼成済み基板１２の両面に同時に低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束焼成グリーンシート１５を圧着する場合は、基板両面の両グリーンシート１３，１５の合計厚み変化量が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成すれば良い。このようにすれば、圧着時に焼成済み基板１２の凹凸に応じて基板両面の両グリーンシート１３，１５が柔軟に変形して、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差を基板両面の両グリーンシート１３，１５の厚み変化量で吸収することができるため、圧着時の加圧力が焼成済み基板１２の凸反り部分に集中的に作用することを防止でき、圧着時の加圧力による焼成済み基板１２の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【００５７】
しかも、本実施形態（２）のように、両面キャビティ付きのセラミック多層基板１１を製造する場合でも、焼成済み基板１２をキャビティ１４の底面部に位置させて拘束焼成することで、キャビティ１４の底面部が凸状に反ることはなく、寸法精度の良い両面キャビティ付きのセラミック多層基板１１を製造することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、焼成済み基板に圧着する未焼成のセラミックグリーンシートを、その圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量、また、未焼成のセラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートとを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成するようにしたので、焼成済み基板の凹凸による最大厚み差を未焼成のセラミックグリーンシートの厚み変化量で吸収することができて、圧着時の加圧力による焼成済み基板の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）の片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する工程図
【図２】本発明の実施形態（１）の製造工程の流れを説明する工程フローチャート
【図３】キャビティの深さが２層の場合の片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する図
【図４】焼成済み基板上に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートを圧着する工程を説明する工程図
【図５】本発明の実施形態（２）の両面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する図
【符号の説明】
１０…加圧板、１１…セラミック多層基板、１２…焼成済み基板、１３…低温焼成セラミックグリーンシート（未焼成のセラミックグリーンシート）、１４…キャビティ、１４ａ…キャビティ用の開口部、１５…拘束焼成用グリーンシート
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め焼成したセラミック基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してセラミック多層基板を製造するセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミック多層基板は、グリーンシート積層法で製造されることが多い。このグリーンシート積層法は、複数枚のセラミックグリーンシートにビアホールを形成した後、各セラミックグリーンシートのビアホールに導体ペーストを充填してビア導体を形成すると共に、各セラミックグリーンシートに導体ペーストで配線パターンを印刷する。その後、これら複数枚のセラミックグリーンシートを積層・熱圧着して生基板を作製した後、この生基板を焼成してセラミック多層基板を製造する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、生基板を焼成する過程で、１５〜３０％程度の焼成収縮が発生するため、基板の寸法精度を管理することが難しく、しかも、キャビティ等の凹凸のある多層基板では、基板両面の収縮応力が不均一になるため、焼成基板に反りが発生しやすく、特にキャビティの底面部の反りが大きくなるという欠点もあった。
【０００４】
また、絶縁性のセラミックグリーンシートと、誘電体、磁性体等の異種材料のセラミックグリーンシートとを積層して複合セラミック多層基板を焼成する場合は、両者の焼結温度を一致させ、且つ、両者の焼成収縮挙動の違いを少なくして層間剥離を防止する必要があるため、材料の選択の幅が非常に狭く、設計の自由度が非常に狭いという欠点がある。
【０００５】
近年、基板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方法として、特開２００１−２６７７４３号公報に示すように、焼成済みのアルミナ基板上に、予め配線パターンを印刷した未焼成のセラミックグリーンシートを積層して熱圧着し、これを焼成してセラミック多層基板を製造することが提案されている。この焼成方法は、セラミックグリーンシートの焼成収縮を焼成済みのアルミナ基板で抑えることで、基板全体の焼成収縮を小さくしようとするものである。
【０００６】
しかし、セラミックグリーンシートの焼成収縮力は大きいため、セラミックグリーンシートの焼成収縮をその片面から焼成済みアルミナ基板のみで抑えようとしても十分に抑えることができない。その結果、セラミックグリーンシートの焼成層と焼成済みのアルミナ基板との間に剥がれが発生したり、セラミックグリーンシートの焼成層にクラックが発生したり、基板の反りが発生することがあり、製品の歩留まりが悪いという欠点がある。
【０００７】
また、基板の焼成収縮を小さくして基板寸法精度を向上させる効果の大きい焼成方法として、例えば特表平５−５０３４９８号公報や特開平９−９２９８３号公報に示すように、加圧焼成法が開発されている。この加圧焼成法は、焼成前の低温焼成セラミック基板（以下「生基板」という）の両面に、低温焼成セラミックの焼結温度（８００〜１０００℃）では焼結しない拘束用アルミナグリーンシートを積層し、この状態で、該生基板を加圧しながら、８００〜１０００℃で焼成した後、焼成基板の両面から拘束用アルミナグリーンシートの残存物をブラスト処理等で取り除いて低温焼成セラミック基板を製造するものである。
【０００８】
しかし、キャビティ付きの低温焼成セラミック基板を上述した加圧焼成法で焼成すると、拘束用アルミナグリーンシートを介してキャビティの領域に加わる加圧力がキャビティ周縁に集中的に作用し、キャビティの底面には加圧力が全く作用しないため、キャビティの底面部が凸状に反ってしまい、キャビティの寸法精度を確保できないという欠点がある。
【０００９】
これら従来の欠点を解消するために、本出願人は、特願２００１−３５７６９２号（平成１３年１１月２２日出願）の明細書に記載されているように、予め焼成したセラミック基板（以下「焼成済み基板」という）の片面又は両面に、該焼成済み基板の焼結温度とほぼ同一温度又はそれよりも低い温度で焼結する１枚又は複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を作製し、この積層体の両面に、前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを積層して、拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）するという、新たな製造技術を開発中である。
【００１０】
この製造技術の開発中に、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してその積層体を２枚の加圧板間に挟み込んで圧着する工程で、圧着時の加圧力により焼成済み基板が割れることがあり、これが歩留りを低下させる原因となることが判明した。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの積層体を拘束焼成してセラミック多層基板を製造する方法において、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを圧着する工程で焼成済み基板が割れることを防止できて、歩留りを向上させることができるセラミック多層基板の製造方法を提供することである。
【００１２】
【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１，２のセラミック多層基板の製造方法は、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を作製した後、この積層体の両面に拘束用グリーンシートを積層圧着し、或は、未焼成のセラミックグリーンシートの積層圧着と拘束用グリーンシートの積層圧着とを同時に行い、拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）するようにしたところに第１の特徴があり、更に、積層体作製工程で焼成済み基板に圧着する未焼成のセラミックグリーンシートを、その圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量、また、未焼成のセラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートとを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成するところに第２の特徴がある。
【００１３】
本発明の第１の特徴によれば、拘束焼成時に未焼成のセラミックグリーンシートのＸ・Ｙ方向の焼成収縮、反り、変形がその両面側から拘束用グリーンシートと焼成済み基板とによってほぼ均等に抑えられ、寸法精度が良く且つ層間剥離や反り等のないセラミック多層基板を製造することができる。しかも、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとの間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。
【００１４】
前述したように、この製造技術の開発中に、焼成済み基板に未焼成のセラミックグリーンシートを積層してその積層体を２枚の加圧板間に挟み込んで圧着する工程で、圧着時の加圧力により焼成済み基板が割れることがあることが判明した。本発明者は、この原因を調べるために、圧着時に割れた焼成済み基板を検査したところ、焼成済み基板の表面は完全な平坦面ではなく、焼成時の収縮挙動等によって僅かながら基板面に凹凸（うねり）が生じているのが確認された（図４参照）。このような凹凸のある焼成済み基板は、圧着時に焼成済み基板の凸反り部分が加圧板に密着せず、浮き上がった状態になると共に、圧着時に未焼成のセラミックグリーンシートを介して焼成済み基板に作用する加圧力が基板面全体に一様に作用せず、焼成済み基板の凸反り部分（加圧板から浮き上がった部分）に他の部分よりも大きな加圧力が作用するため、焼成済み基板の凸反り部分がその加圧力に耐えられずに割れてしまうものと考えられる。
【００１５】
そこで、本発明の第２の特徴は、上述した圧着時の焼成済み基板の割れを防止するために、焼成済み基板に圧着する未焼成のセラミックグリーンシートを、その圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成するようにしたものである。このようにすれば、圧着時に焼成済み基板の凹凸に応じて未焼成のセラミックグリーンシートが柔軟に変形して、焼成済み基板の凹凸による最大厚み差を未焼成のセラミックグリーンシートの厚み変化量で吸収することができるため、圧着時の加圧力が焼成済み基板の凸反り部分に集中的に作用することを防止でき、焼成済み基板に作用する加圧力を基板面全体に分散させることができる。これにより、圧着時の加圧力による焼成済み基板の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【００１６】
この場合、請求項３のように、未焼成のセラミックグリーンシートの圧着時の厚み変化量の調整は、セラミックグリーンシートの厚みの調整、セラミックグリーンシートの成形材料の組成・配合比の調整、成形材料中のセラミック粒子の粒径の調整、成形材料の空隙率の調整のうちの少なくとも１つによって行うようにすれば良い。これらの調整法の中から、基板仕様等に応じて適当な調整法を選択すれば良い。
【００１７】
この場合、請求項４のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを同種のセラミック材料で形成しても良く、或は、請求項４のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成し、未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度が焼成済み基板の焼結温度以下となるようにセラミック材料を選択するようにしても良い。請求項３のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを同種のセラミック材料で形成すれば、全層の絶縁特性等の電気的特性を均等にした単一のセラミック組成のセラミック多層基板を製造することができる。また、請求項５のように、焼成済み基板と未焼成のセラミックグリーンシートとを異種のセラミック材料で形成すれば、従来の製造方法では製造が困難であった様々な機能材料を内蔵する複合セラミック多層基板を製造することができる。
【００１８】
この場合、請求項６のように、未焼成のセラミックグリーンシートは、１０００℃以下で焼成する低温焼成セラミック材料により形成したものを用いると良い。このようにすれば、拘束用グリーンシートとして、アルミナグリーンシート等の比較的安価で且つ機械的強度に優れたセラミックを使用することができると共に、未焼成のセラミックグリーンシートに印刷する配線導体として、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系等の電気抵抗値の小さい電気的特性に優れた低融点金属を用いることができる。
【００１９】
また、請求項７のように、キャビティ付きのセラミック多層基板を製造する場合は、焼成済み基板をキャビティとなる部分の底面部に位置させ、該焼成済み基板に積層する未焼成のセラミックグリーンシートには、その積層前又は積層後にキャビティ形成用の開口部を形成するようにすれば良い。ここで、積層前の未焼成のセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成する場合は、パンチング加工等によってキャビティ形成用の開口部をビアホールの加工と同時に形成すれば良く、また、積層後の未焼成のセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成する場合は、例えば感光性樹脂を含有させたセラミックグリーンシートを作製し、フォトリソグラフィ技術等を用いて、このセラミックグリーンシートにキャビティ形成用の開口部を形成すれば良い。請求項７のように、焼成済み基板をキャビティの底面部に位置させて、キャビティ付きのセラミック多層基板を拘束焼成すれば、キャビティの底面部が凸状に反ることはなく、しかも、拘束焼成によってキャビティの寸法精度を確保できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法に適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態（１）で製造する片面キャビティ付きセラミック多層基板１１は、図１（ｃ）、図３に示すように、予め焼成した焼成済み基板１２上に、１枚又は複数枚の未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層し、更に、その上に拘束焼成グリーンシート１５を積層して、８００〜１０００℃で拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）したものである。この片面キャビティ付きセラミック多層基板１１は、キャビティ１４の底面部に焼成済み基板１２が位置し、次のような工程を経て製造される。
【００２２】
まず、焼成済み基板１２を準備する。この焼成済み基板１２は、セラミック基板を焼成したものであり、単層基板又は多層基板のいずれであっても良い。また、この焼成済み基板１２を形成するセラミック材料は、絶縁性セラミック、誘電体セラミック、磁性体セラミック、圧電性セラミック、抵抗体付きのセラミックのいずれであっても良く、要は、低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼結温度と同一温度又はそれよりも高い温度で焼結するセラミック材料を用いれば良い。また、焼成済み基板１２が多層基板の場合は、各層を同種のセラミックで形成しても良いし、同時焼成可能な異種のセラミックで形成した層が混在する構成としても良い。
【００２３】
この場合、絶縁性セラミックとは、基板の絶縁層を形成するのに用いるセラミックであり、例えば、低温焼成セラミック、アルミナ等の高温焼結性セラミックが挙げられる。焼成済み基板１２を低温焼成セラミックで形成する場合は、低温焼成セラミックグリーンシート１３と同種の低温焼成セラミックを用いても良く、勿論、低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼結温度と同一温度又はそれよりも高い温度で焼結する他の種類の低温焼成セラミックを用いても良いことは言うまでもない。
【００２４】
また、焼成済み基板１２の表面に同時焼成又は後付けで厚膜導体やＲｕＯ2 系等の厚膜抵抗体を形成しても良い。更に、焼成済み基板１２の表面に厚膜抵抗体を形成する場合は、焼成済み基板１２に後述する低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層する前に、該厚膜抵抗体をトリミングして抵抗値を調整するようにすると良い。
【００２５】
更に、低温焼成セラミックグリーンシート１３を準備する。このグリーンシート１３を形成する低温焼成セラミック材料としては、例えば、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 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％）との混合物を用いると良い。この他、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、或は、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 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。
【００２６】
低温焼成セラミックグリーンシート１３は、上記組成の低温焼成セラミック材料にバインダー（例えば、アクリル系樹脂、ブチラール樹脂、ＰＶＡ等）、溶剤（例えばトルエン、キシレン、ブタノール等）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。
【００２７】
後述する積層体作製工程で、焼成済み基板１２上に低温焼成セラミックグリーンシート１３を圧着する際に、焼成済み基板１２の割れを防止するために、図４に示すように、低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成する。焼成済み基板１２上に複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を同時に圧着する場合は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３の合計厚み変化量が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成する。ここで、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差は、焼成済み基板１２を加圧板１０上に置いたときの焼成済み基板１２の最大厚み（基板面の最高点）と最小厚み（基板面の最低点）との差である。
【００２８】
低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量を調整する場合は、次の▲１▼〜▲４▼の調整法の中から基板仕様等に応じていずれか１つ又は２つ以上の調整法を選択すれば良い。
【００２９】
▲１▼低温焼成セラミックグリーンシート１３の厚みを調整する。低温焼成セラミックグリーンシート１３が厚くなるほど、圧着時の厚み変化量が大きくなる。
▲２▼低温焼成セラミックグリーンシート１３のセラミック材料の組成又は配合比を調整する。例えば、セラミック材料のバインダー樹脂の種類や配合量、可塑剤や溶剤の種類や配合量、セラミック粉末の種類や配合量を調整する。一般に、可塑剤の配合量が多くなるほど、低温焼成セラミックグリーンシート１３が柔らかくなり、圧着時の厚み変化量が大きくなる。
【００３０】
▲３▼低温焼成セラミックグリーンシート１３のセラミック材料中のセラミック粒子の粒径や凝集粒の砕け易さを調整する。
▲４▼低温焼成セラミックグリーンシート１３のセラミック材料の空隙率（空孔率）を調整する。この空隙率の調整は、セラミック材料（スラリー）中のボイド含有率を調整すれば良い。空隙率が大きくなるほど、圧着時の厚み変化量が大きくなる。
【００３１】
テープ成形した低温焼成セラミックグリーンシート１３を所定サイズに切断した後、該グリーンシート１３の所定位置に、キャビティ形成用の開口部１４ａとビアホール（図示せず）等をパンチング加工等により打ち抜き加工する。尚、焼成済み基板１２上に低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層圧着した後に、フォトリソグラフィ技術を用いて低温焼成セラミックグリーンシート１３にキャビティ形成用の開口部１４ａを形成するようにしても良い。
【００３２】
この後、印刷工程に進み、低温焼成セラミックグリーンシート１３のビアホールに、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等の低融点金属の導体ペーストを充填する。更に、図３に示すように、焼成済み基板１２上に複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層する場合は、内層に積層される低温焼成セラミックグリーンシート１３に、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等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（図示せず）をスクリーン印刷し、表層（最上層）の低温焼成セラミックグリーンシート１３には、表層導体パターン（図示せず）を同種の低融点金属の導体ペーストを使用してスクリーン印刷する。尚、表層導体パターンの印刷は、拘束焼成後に行っても良い。また、ビアホールや内層導体パターンが無い構造のセラミック多層基板を製造する場合は、上記印刷工程を省略すれば良い。
【００３３】
印刷工程後、積層体作製工程に進み、焼成済み基板１２上に１枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層し、更に、この積層体の両面に拘束用グリーンシート１５を積層して、この積層体を図４（ｂ）に示すように２枚の加圧板１０間に挟み込んで圧着する。この圧着の条件は、加圧力が０．１〜数１０ＭＰａ（好ましくは３〜１０ＭＰａ）、加熱温度が６０〜１５０℃（好ましくは８０〜１２０℃）である。
【００３４】
このように、焼成済み基板１２に対して低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束用グリーンシート１５とを同時に積層して圧着すれば、積層・圧着工程が１回で済むという利点があるが、本発明は、焼成済み基板１２に低温焼成セラミックグリーンシート１３のみを積層して圧着した後に、その積層体の両面に拘束用グリーンシート１５を積層して圧着するようにしても良い。
【００３５】
この場合、拘束焼成グリーンシート１５は、低温焼成セラミックの焼結温度（８００〜１０００℃）では焼結しない高温焼結性セラミック（例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシア等）を用い、この高温焼結性セラミックの粉末にバインダー（例えばＰＶＢ、アクリル系、ニトロセルロース系等の樹脂）、溶剤（例えばトルエン、キシレン、ブタノール等）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て拘束焼成グリーンシート１５を作製すれば良い。
【００３６】
その後、拘束用グリーンシート１５を積層した積層体を、アルミナ、ＳｉＣ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、０．１〜数１０ＭＰａ（好ましくは３〜１０ＭＰａ）の圧力で加圧しながら、低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼結温度である８００〜１０００℃で焼成する。尚、無加圧で焼成しても良く、この場合は、拘束用グリーンシート１５の積層工程で、拘束用グリーンシート１５を低温焼成セラミックグリーンシート１３に熱圧着する必要がある。
【００３７】
この際、拘束用グリーンシート１５（アルミナ等の高温焼結性セラミック）は、１３００〜１６００℃程度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１５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１５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。
【００３８】
焼成後、焼成基板１１の両面に付着した拘束用グリーンシート１５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、片面キャビティ付きのセラミック多層基板１１の製造が完了する。
【００３９】
ところで、図４に示すように、焼成済み基板１２の表面は完全な平坦面ではなく、焼成時の収縮挙動等によって僅かながら基板面に凹凸（うねり）が生じている。尚、図４に図示された焼成済み基板１２の凹凸は説明のために誇張して示されており、焼成済み基板１２の最大厚み差は、一般的に、数μｍ〜数１０μｍ程度である。
【００４０】
このような凹凸のある焼成済み基板１２は、圧着時に焼成済み基板１２の凸反り部分が盛り上がった状態になるため、焼成済み基板１２の凸反り部分（加圧板１０から盛り上がった部分）に大きな加圧力が作用すると、焼成済み基板１２の凸反り部分がその加圧力に耐えられずに割れてしまうことがある。
【００４１】
焼成済み基板１２に低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束用グリーンシート１５を同時に圧着する際に、両グリーンシート１３，１５の圧着時の厚み変化量が少ないと、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差を両グリーンシート１３，１５の厚み変化量で吸収できないため、圧着時に低温焼成セラミックグリーンシート１３を介して焼成済み基板１２に作用する加圧力が基板面全体に一様に作用せず、焼成済み基板１２の凸反り部分（盛り上がった部分）に他の部分よりも大きな加圧力が作用するようになる。その結果、焼成済み基板１２の凸反り部分がその加圧力に耐えられずに割れてしまう現象が発生する。
【００４２】
この対策として、本実施形態（１）では、両グリーンシート１３，１５の圧着時の合計厚み変化量（複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束用グリーンシート１５を同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成する。このようにすれば、圧着時に焼成済み基板１２の凹凸に応じて両グリーンシート１３，１５が柔軟に変形して、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差を両グリーンシート１３，１５の厚み変化量で吸収することができるため、圧着時の加圧力が焼成済み基板１２の凸反り部分に集中的に作用することを防止でき、焼成済み基板１２に作用する加圧力を基板面全体に分散させることができる。これにより、圧着時の加圧力による焼成済み基板１２の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【００４３】
尚、前述したように、本発明は、焼成済み基板１２に低温焼成セラミックグリーンシート１３のみを積層して圧着した後に、その積層体の両面に拘束用グリーンシート１５を積層して圧着するようにしても良く、この場合には、低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量（複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成すれば、本実施形態（１）と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態（１）では、焼成済み基板１２と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３との積層体に拘束用グリーンシート１５を積層して拘束焼成（加圧焼成又は無加圧焼成）するようにしたので、拘束焼成時に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３の焼成収縮、反り、変形がその両面側から拘束用グリーンシート１５と焼成済み基板１２とによってほぼ均等に抑えられ、層間剥離や反り等のないセラミック多層基板１１を製造することができる。
【００４５】
また、本実施形態（１）のように、キャビティ１４付きのセラミック多層基板１１を製造する場合は、焼成済み基板１２をキャビティ１４の底面部に位置させて拘束焼成すれば、キャビティ１４の底面部が凸状に反ることはなく、しかも、拘束焼成によってキャビティ１４の寸法精度を確保でき、品質の優れたキャビティ１４付きのセラミック多層基板１１を製造することができる。このため、キャビティ１４の底面部に半導体のベアチップをフリップチップ実装する場合でも、キャビティ１４の底面部に反りがないために、ベアチップとキャビティ１４の底面部の導通パッドとの接合を精度良く行うことができ、フリップチップ実装の信頼性を向上することができる。
【００４６】
また、焼成済み基板１２と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３との間の焼結温度の相違や焼成収縮特性の相違等は問題とならないため、セラミック多層基板１１の各層を形成するセラミック材料の焼結温度、焼成収縮特性等に対する材料選択の自由度を大幅に拡大することができ、従来の製造方法では製造が困難であった構成のセラミック多層基板１１を、層間剥離や反り等がなく、寸法精度良く製造できる。
【００４７】
【実施例】
本発明者は、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差と低温焼成セラミックグリーンシート１３の圧着時の厚み変化量を調整したサンプルＮｏ．１〜９を作製して、圧着時の焼成済み基板１２の割れの有無を検査する試験を行ったので、その試験結果を次の表１に示す。
【００４８】
【表１】
この試験に用いた焼成済み基板と未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートは、共に、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラス：６０重量％と、アルミナ：４０重量％との混合物からなる低温焼成セラミックである。低温焼成セラミックグリーンシートの圧着時の厚み変化量の調整は、可塑剤の配合量の調整やシート厚みの調整等によって行った。
【００５０】
この試験では、９個のサンプルＮｏ．１〜９について、圧着条件を加圧力：５ＭＰａ、加熱温度：１００℃に設定して、焼成済み基板上に１枚の低温焼成セラミックグリーンシートと拘束用グリーンシート（アルミナグリーンシート）とを同時に積層圧着して、焼成済み基板の割れの有無を検査した。
【００５１】
尚、焼成済み基板の最大厚み差の測定方法は、焼成済み基板を平板上に置いて焼成済み基板の最大厚み（基板面の最高点）と最小厚み（基板面の最低点）を測定し、その最大厚みと最小厚みとの差を最大厚み差として求めた。また、低温焼成セラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量の測定方法は、低温焼成セラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートとの積層体を加圧板間に挟み込んで、試験時の圧着条件と同じ条件で加熱しながら加圧して両グリーンシートの合計厚み変化量を測定した。
【００５２】
表１の試験結果によれば、両グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量が焼成済み基板の最大厚み差よりも小さいサンプルＮｏ．３、６、９は、圧着時の加圧力で焼成済み基板の割れが発生した。
【００５３】
これに対して、両グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量が焼成済み基板の最大厚み差よりも大きいサンプルＮｏ．１、２、４、５、７、８は、圧着後の検査でも、焼成済み基板に割れが無かった。
【００５４】
この試験結果から、両グリーンシートの圧着時の合計厚み変化量が焼成済み基板の最大厚み差以上であれば、圧着時の加圧力による焼成済み基板の割れを防止できることが確認できた。
【００５５】
［実施形態（２）］
前記実施形態（１）では、焼成済み基板１２の片面のみに低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層したが、図５に示す本発明の実施形態（２）のように、焼成済み基板１２の両面に、それぞれ１枚又は複数枚の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層するようにしても良い。この場合は、焼成済み基板１２の両面に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシート１３を積層し、更にその積層体に両面に拘束焼成グリーンシート１５を積層した上で、これらを２枚の加圧板１０間に挟み込んで同時に圧着すれば良い。その他の事項は、前記実施形態（１）と同じで良い。
【００５６】
本実施形態（２）のように、焼成済み基板１２の両面に同時に低温焼成セラミックグリーンシート１３と拘束焼成グリーンシート１５を圧着する場合は、基板両面の両グリーンシート１３，１５の合計厚み変化量が焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差以上となるように形成すれば良い。このようにすれば、圧着時に焼成済み基板１２の凹凸に応じて基板両面の両グリーンシート１３，１５が柔軟に変形して、焼成済み基板１２の凹凸による最大厚み差を基板両面の両グリーンシート１３，１５の厚み変化量で吸収することができるため、圧着時の加圧力が焼成済み基板１２の凸反り部分に集中的に作用することを防止でき、圧着時の加圧力による焼成済み基板１２の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【００５７】
しかも、本実施形態（２）のように、両面キャビティ付きのセラミック多層基板１１を製造する場合でも、焼成済み基板１２をキャビティ１４の底面部に位置させて拘束焼成することで、キャビティ１４の底面部が凸状に反ることはなく、寸法精度の良い両面キャビティ付きのセラミック多層基板１１を製造することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、焼成済み基板に圧着する未焼成のセラミックグリーンシートを、その圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量、また、未焼成のセラミックグリーンシートと拘束用グリーンシートとを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成するようにしたので、焼成済み基板の凹凸による最大厚み差を未焼成のセラミックグリーンシートの厚み変化量で吸収することができて、圧着時の加圧力による焼成済み基板の割れを防止できて、歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）の片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する工程図
【図２】本発明の実施形態（１）の製造工程の流れを説明する工程フローチャート
【図３】キャビティの深さが２層の場合の片面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する図
【図４】焼成済み基板上に未焼成の低温焼成セラミックグリーンシートを圧着する工程を説明する工程図
【図５】本発明の実施形態（２）の両面キャビティ付きのセラミック多層基板の製造方法を説明する図
【符号の説明】
１０…加圧板、１１…セラミック多層基板、１２…焼成済み基板、１３…低温焼成セラミックグリーンシート（未焼成のセラミックグリーンシート）、１４…キャビティ、１４ａ…キャビティ用の開口部、１５…拘束焼成用グリーンシート
Claims (8)
- 予め焼成したセラミック基板（以下「焼成済み基板」という）の片面又は両面に、該焼成済み基板の焼結温度とほぼ同一温度又はそれよりも低い温度で焼結する１枚又は複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を作製する積層体作製工程と、前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを前記積層体の両面に積層する工程と、前記拘束用グリーンシートを介して前記積層体を加圧しながら又は加圧せずに前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度で拘束焼成して前記積層体を一体化する拘束焼成工程と、前記拘束焼成工程後に前記拘束用グリーンシートの残存物を除去する工程とを有するセラミック多層基板の製造方法であって、前記積層体作製工程で前記焼成済み基板に圧着する前記未焼成のセラミックグリーンシートは、圧着時の厚み変化量（複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が前記焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成されていることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
- 予め焼成したセラミック基板（以下「焼成済み基板」という）の片面又は両面に、該焼成済み基板の焼結温度とほぼ同一温度又はそれよりも低い温度で焼結する１枚又は複数枚の未焼成のセラミックグリーンシートを積層すると共に、その積層体の両面に、前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度では焼結しない拘束用グリーンシートを積層した状態で、前記焼成済み基板と前記未焼成のセラミックグリーンシートと前記拘束用グリーンシートとを同時に圧着して積層体を作製する積層体作製工程と、前記拘束用グリーンシートを介して前記積層体を加圧しながら又は加圧せずに前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度で拘束焼成して前記積層体を一体化する拘束焼成工程と、前記拘束焼成工程後に前記拘束用グリーンシートの残存物を除去する工程とを有するセラミック多層基板の製造方法であって、前記積層体作製工程で前記焼成済み基板に圧着する前記未焼成のセラミックグリーンシートは、圧着時の厚み変化量（前記未焼成のセラミックグリーンシートと前記拘束用グリーンシートとを同時に圧着する場合はそれらの合計厚み変化量）が前記焼成済み基板の凹凸による最大厚み差以上となるように形成されていることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。
- 前記積層体作製工程において作製される前記積層体の時点で、前記未焼成のセラミックグリーンシートが変形して前記焼成済み基板の凹凸による最大厚み差を吸収している、請求項１または２に記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記未焼成のセラミックグリーンシートの圧着時の厚み変化量の調整は、該セラミックグリーンシートの厚みの調整、該セラミックグリーンシートの成形材料の組成・配合比の調整、該成形材料中のセラミック粒子の粒径の調整、該成形材料の空隙率の調整のうちの少なくとも１つによって行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記焼成済み基板と前記未焼成のセラミックグリーンシートとは同種のセラミック材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記焼成済み基板と前記未焼成のセラミックグリーンシートとは異種のセラミック材料で形成され、前記未焼成のセラミックグリーンシートの焼結温度が前記焼成済み基板の焼結温度以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
- 前記未焼成のセラミックグリーンシートは、１０００℃以下で焼成する低温焼成セラミック材料により形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
- キャビティを有するセラミック多層基板を製造する方法であって、前記焼成済み基板を前記キャビティを形成する部分の底面部に位置させ、該焼成済み基板に積層する前記未焼成のセラミックグリーンシートには、その積層前又は積層後に前記キャビティ形成用の開口部を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のセラミック多層基板の製造方法。
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