JPH11195873A - 多層セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents

多層セラミック基板およびその製造方法

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JPH11195873A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した特性をもって、高精度のコンデンサ
やインダクタのような受動部品を内蔵する高密度の多層
セラミック基板を製造できるようにする。 【解決手段】 受動部品となるべき生のセラミック機能
材料を含む成形体ブロック10g,11gを用意し、セ
ラミック絶縁材料を含む積層された複数のセラミックグ
リーンシート2g〜8gを有し、内部に空間29,34
が予め設けられ、空間29,34に成形体ブロック10
g,11gが嵌め込まれ、空間29,34の内壁面と成
形体ブロック10g,11gとの間に焼成により膨張を
伴う酸化反応を生じる金属を含むペースト50gが付与
されている、生の複合積層体1gを用意し、焼成温度で
は焼結しない生のセラミックからなるシート状支持体4
8,49で複合積層体1gを挟んだ状態として収縮を抑
えながら複合積層体1gを焼成した後、未焼結のシート
状支持体48,49を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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、たとえ
ばコンデンサ、インダクタ等の受動部品を内蔵した多層
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】電子機器の小型化に伴い、電子回路を構
成する各種電子部品を実装した、セラミック絶縁体から
なるセラミック基板が汎用されている。また、近年で
は、実装密度をさらに高め、高周波化に対応するため、
表面にAg、Ag−Pd合金、Cu、Au等の低抵抗導
電材料を含有するペーストで回路パターンを形成した低
誘電率の絶縁体セラミックシートを複数枚積層し、これ
を焼成して一体化した多層セラミック基板が開発されて
いる。
【0003】今後さらなる高密度化のためには、低誘電
率材料を基板において用いながら、これに受動部品を2
次元または3次元的に内蔵した構造を採用するのが有利
である。特に、受動部品の3次元的内蔵構造は、2次元
的内蔵構造に比べ、実装密度が高められ、回路設計の自
由度および電気特性の点で有利である。このような受動
部品の内蔵化のためには、基板材料と、これとは異種材
料である受動部品材料(基板材料とは誘電率の異なるコ
ンデンサ用材料、インダクタ用材料、抵抗用材料、等)
とを組み合わせた、いわゆる異種材料接合基板が必要に
なってくる。
【0004】上述したような受動部品の3次元的内蔵構
造を得るため、従来、次のような方法が採用されてい
る。第1は、いわゆる厚膜法によるもので、基板用グリ
ーンシートに誘電体ペースト等を厚膜形成技術により印
刷した後、各グリーンシートを積層し圧着し、次いで焼
成することにより、多層セラミック基板内部に部分的に
コンデンサ等を内蔵する方法である。しかし、この方法
には、次のような問題がある。 ペーストの膜厚のばらつきや印刷の位置ずれが比較
的大きいため、コンデンサの容量等の特性のばらつきも
比較的大きい。 圧着や焼成工程で、ペーストの変形が起こるため、
このことも容量等の特性のばらつきの原因となる。 印刷および積層を繰り返すに従って、印刷部の平面
性がより悪くなり、積層数を増やすことが困難であるた
め、コンデンサにあっては容量を大きくすることが難し
い。
【0005】第2は、たとえば特開昭61−28849
8号公報に記載されるように、予め焼結されたチップ型
のセラミック受動部品を、基板用の複数のセラミックグ
リーンシートからなる積層体内部に組み込む方法であ
り、この方法によれば、上述の第1の方法における問題
を改善できるが、セラミックグリーンシートのX、Y、
Z方向の収縮挙動を厳しく制御する必要があり、基板用
セラミックグリーンシートとして使用できる材料がかな
り限定される欠点があると同時に、次のような問題があ
る。 基板に設けられた空間内にチップ型受動部品を受け
入れている状態において、空間の、基板の積層方向に延
びる内壁面とチップ型受動部品との間に、隙間が不所望
にも形成されやすく、基板表面が凹状に窪んでしまうこ
とがある。特に、基板にガラスを含有する材料を使用し
たとき、この現象が顕著であり、ひどいときには、基板
表面や基板における受動部品との界面に積層方向に延び
るクラックが入ってしまうことがある。 基板の平坦性が悪くなりやすい。 寸法精度を高くすることが困難である。 微細配線を設けるのが難しい。
【0006】なお、多層回路基板の高密度配線を可能と
する方法として、低温焼成可能な複数の基板用グリーン
シートからなる基板用積層体の上下両面に、この基板用
積層体の焼成温度では収縮しないダミーグリーンシート
を圧着した後、これらを比較的低温で焼成し、後者のダ
ミーグリーンシートに由来する未焼結層を焼成後におい
て剥離除去する方法(たとえば特開平4−243978
号公報参照)や、この方法において焼成時に基板用積層
体の上下方向から加圧することをさらに行なう方法(た
とえば特表平5−503498号公報参照)がある。
【0007】これらの方法では、基板面方向すなわちX
−Y方向には収縮が生じにくいため、得られた基板の寸
法精度を高くできる。そのため、高密度の配線を施して
も断線するという問題が生じにくい利点がある。しか
し、これらの方法は、受動部品を基板内に内蔵させるも
のではない。再び、受動部品を内蔵した多層回路基板を
製造するための第3の方法として、たとえば特開平9−
92983号公報には、上述の基板のX−Y方向の収縮
を生じさせない方法とシートまたは厚膜の形で多層回路
基板内部に部分的にコンデンサを内蔵する方法とを組み
合わせた方法が開示されている。この方法は、受動部品
を内蔵した高密度配線の多層回路基板を製造するのに適
している。
【0008】この第3の方法において、シートで誘電体
部を形成する場合には、基板と同面積の誘電体層を設け
ることになるため、誘電体層が基板端面に露出する状態
になる。このため、誘電体層は、水分が浸透しないよう
に緻密であることが必要であるが、焼成時に基板の上下
方向から加圧することで、誘電体層は十分緻密化するこ
とを可能にしている。しかし、誘電体層の形状が制約さ
れることから、 誘電体が基板内部に層状に配置されるため、設計の
自由度が低い、 信号のクロストーク等の問題が発生しやすい、 等の問題に遭遇する。
【0009】他方、この第3の方法において、厚膜で誘
電体部を形成する場合、誘電体部を形成する領域に対応
するように、基板用シートに凹部を設けておき、そこに
誘電体ペーストを充填するという工程を採用することも
ある。この場合、前述した第1の方法である厚膜法にお
いて遭遇した問題のうち、厚膜の位置ずれや基板シート
圧着時の誘電体ペーストの変形等により生じ得る特性の
ばらつきの問題は改善されるが、ペーストの膜厚のばら
つきについては、小さくなるものの、依然として残り、
なお不十分である。また、誘電体部を積層構造とするこ
とは難しいため、大容量を得にくいという問題も残る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目
的は、上述した種々の問題を解決しようとすることであ
って、受動部品を内蔵するとともに、多機能化、高密度
化、高精度化が可能な多層セラミック基板の製造方法お
よびこの製造方法によって得られた多層セラミック基板
を提供しようとすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、まず、セラ
ミック絶縁材料からなる積層された複数のセラミック層
および配線導体を有する積層体と、配線導体によって配
線された状態で積層体に内蔵された受動部品とを備え
る、多層セラミック基板に向けられ、上述した技術的課
題を解決するため、上述の受動部品は、積層体の内部に
設けられた空間に嵌め込まれた、当該受動部品となるべ
き生のセラミック機能材料を含む成形体ブロックが、積
層体の焼成と同時に一体焼結されたものであり、また、
上述の空間の、少なくとも積層体の積層方向に延びる内
壁面と受動部品との間に、介在層が形成され、この介在
層は、焼成することによって膨張を伴う酸化反応を生じ
る金属または当該金属と無機化合物とを含む混合物が、
積層体の焼成工程において焼成されて得られたものから
なることを特徴としている。
【0012】また、前記介在層は、前記積層体の積層方
向に対して垂直に延びる内壁面、または当該内壁面およ
びその延長面上にも形成されることが好ましい。この発
明は、また、セラミック絶縁材料からなる積層された複
数のセラミック層および配線導体を有する積層体と、配
線導体によって配線された状態で積層体に内蔵された受
動部品とを備える、多層セラミック基板を製造する方法
にも向けられ、上述した技術的課題を解決するため、受
動部品となるべき生のセラミック機能材料を含む成形体
ブロックを用意する工程と、成形体ブロックに含まれる
セラミック機能材料とは異なるセラミック絶縁材料を含
む積層された複数のセラミックグリーンシートおよび配
線導体を有し、内部に空間が予め設けられ、当該空間に
成形体ブロックが嵌め込まれ、この空間の、少なくとも
積層体の積層方向に延びる内壁面と成形体ブロックとの
間に、焼成することによって膨張を伴う酸化反応を生じ
る金属を含むペーストまたは当該金属と無機化合物とを
含むペーストが付与されている、生の複合積層体を用意
する工程と、この生の複合積層体の積層方向における両
端に位置する各主面上に、生の複合積層体の焼成温度で
は焼結しない生のセラミックからなるシート状支持体を
配置する工程と、これらシート状支持体で挟んだ状態で
生の複合積層体を焼成する工程と、次いで、未焼結のシ
ート状支持体を除去する工程とを備えることを特徴とし
ている。
【0013】また、上述のように用意された生の複合積
層体において、前記空間の、前記積層体の積層方向に対
して垂直に延びる内壁面と前記成形体ブロックとの間、
または当該内壁面およびその延長面上にも、焼成するこ
とによって膨張を伴う酸化反応を生じる金属を含むペー
ストまたは当該金属と無機化合物とを含むペーストが付
与されていることが好ましい。
【0014】上述した生の複合積層体の焼成工程におい
て、シート状支持体を介して、生の複合積層体に対して
積層方向に向く荷重をかけておくことが好ましい。ま
た、この生の複合積層体の焼成工程が、1000℃以下
の温度で実施されることが好ましい。上述のように、複
合積層体が1000℃以下の温度で焼成されるときに
は、シート状支持体は、たとえばアルミナまたはジルコ
ニアを含んで構成すればよい。
【0015】この発明において、介在層を形成するため
に用いられる金属は、Al、Si、Ti、Fe、Cu、
Mo、W、CrおよびZnからなる群から選ばれた少な
くとも1種とすることが好ましい。また、この発明にお
いて、介在層を形成するために用いられる金属と無機化
合物とを含む混合物またはペースト中の無機化合物は、
セラミック、ガラス、またはセラミックとガラスとの混
合物を含むことが好ましい。
【0016】また、上述の金属/無機化合物の重量比
は、100/0ないし5/95の範囲内に選ばれること
が好ましい。また、この発明に係る多層セラミック基板
およびその製造方法において有利に適用される受動部品
は、たとえばコンデンサまたはインダクタである。な
お、この発明において、内蔵される受動部品とは、コン
デンサやインダクタ等の単体に限定されるものではな
く、これら単体の複合体、たとえばコンデンサ、インダ
クタを組み合わせたLC複合部品等を含むものである。
【0017】また、成形体ブロックとしては、多層の内
部導体を形成する積層構造を有するものが有利に適用さ
れる。また、成形体ブロックに含まれるセラミック機能
材料は、結晶化ガラス、またはガラスとセラミックとの
混合物を含むことが好ましい。また、複合積層体に備え
るセラミックグリーンシートに含まれるセラミック絶縁
材料は、ガラス、またはガラスとセラミックとの混合物
を含み、ガラス/セラミックの重量比は、100/0な
いし5/95の範囲内に選ばれることが好ましい。
【0018】また、配線導体または内部導体は、Ag、
Ag−Pt合金、Ag−Pd合金、Au、Ni、Pd、
Pt、W、Mo、およびCuからなる群から選ばれた少
なくとも1種を主成分とすることが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施形態に
よる多層セラミック基板1を図解的に示す断面図であ
る。図2は、図1に示した多層セラミック基板1が与え
る等価回路図である。図1に示すように、多層セラミッ
ク基板1は、セラミック絶縁材料からなる積層された複
数のセラミック層2、3、4、5、6、7および8を有
する積層体9を備えている。積層体9の内部には、受動
部品としてのコンデンサ10、インダクタ11および抵
抗12が内蔵されている。また、積層体9は、これらコ
ンデンサ10、インダクタ11および抵抗12を配線す
るための配線導体13、14、15、16、17および
18を内部に備え、また、外表面上に外部端子導体19
aおよび19bを備えている。このようにして、多層セ
ラミック基板1は、図2に示すような回路を構成する。
【0020】このような構成の多層セラミック基板1
は、次のように製造される。図3は、図1に示した多層
セラミック基板1の製造方法を説明するための断面図で
ある。図4は、図3に示した要素の一部を得るための方
法を説明するための断面図である。上述したコンデンサ
10となるべき生のセラミック機能材料を含むコンデン
サ用成形体ブロック10gおよびインダクタ11となる
べき生のセラミック機能材料を含むインダクタ用成形体
ブロック11gがそれぞれ用意される。
【0021】コンデンサ用成形体ブロック10gは、セ
ラミック機能材料としてセラミック誘電体を含み、この
ようなセラミック誘電体を含む生の誘電体シート20を
介して多層の内部導体21が形成された積層構造を有し
ている。成形体ブロック10gの対向する端面には、端
子電極22および23がそれぞれ形成されている。内部
導体21は、周知の積層セラミックコンデンサにおける
内部電極と同様、一方の端子電極22に接続されるもの
と他方の端子電極23に接続されるものとが交互に配置
されている。
【0022】インダクタ用成形体ブロック11gは、セ
ラミック機能材料としてセラミック磁性体を含み、この
ようなセラミック磁性体を含む生の磁性体シート24を
介して多層の内部導体25が形成された積層構造を有し
ている。成形体ブロック11gの対向する端面には、端
子電極26および27がそれぞれ形成されている。多層
の内部導体25の各々は、たとえば各磁性体シート24
を貫通する貫通導体28によって接続されながら、全体
としてコイル状に延びる導電経路を構成している。
【0023】これら成形体ブロック10gおよび11g
は、好ましくは、1000℃以下の温度で焼成可能なよ
うに構成される。そのため、まず、誘電体シート20お
よび磁性体シート24にそれぞれ含まれるセラミック機
能材料、すなわちセラミック誘電体およびセラミック磁
性体としては、たとえば、結晶化ガラス、またはガラス
とセラミックとの混合物が有利に用いられる。より具体
的には、誘電体シート20としては、チタン酸バリウム
にホウ珪酸系のガラスを少量混ぜた粉末と有機ビヒクル
とを混合して得られたセラミック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たものを用いること
ができる。他方、磁性体シート24としては、ニッケル
亜鉛フェライトにホウ珪酸系のガラスを少量混ぜた粉末
と有機ビヒクルとを混合して得られたセラミックスラリ
ーをドクターブレード法によってシート状に成形したも
のを用いることができる。
【0024】また、内部導体21、端子電極22および
23、内部導体25、端子電極26および27、ならび
に貫通導体28を形成するための導体としては、たとえ
ば、Ag、Ag−Pt合金、Ag−Pd合金、Au、N
i、Pd、Pt、W、Mo、およびCuからなる群から
選ばれた少なくとも1種を主成分とする導電性ペースト
が有利に用いられる。
【0025】内部導体21および25は、それぞれ、誘
電体シート20および磁性体シート24の各上に上述の
導電性ペーストをスクリーン印刷によって所定のパター
ンをもって付与することによって形成されることができ
る。成形体ブロック10gおよび11gを得るため、上
述したように、内部導体21が形成された所定数の誘電
体シート20および内部導体25が形成された所定数の
磁性体シート24をそれぞれ積層した後、圧着工程に付
されることが好ましく、この圧着工程では、たとえば、
水圧プレスで200kg/cm2 の圧力が付与される。
【0026】他方、前述したセラミック層2〜8の各々
となるべきセラミック絶縁材料を含むセラミックグリー
ンシート2g、3g、4g、5g、6g、7gおよび8
gが用意される。これらセラミックグリーンシート2g
〜8gに含まれるセラミック絶縁材料は、上述した成形
体ブロック10gまたは11gに含まれるセラミック機
能材料とは異なっている。
【0027】これらセラミックグリーンシート2g〜8
gには、それぞれ、上述したコンデンサ用成形体ブロッ
ク10gおよびインダクタ用成形体ブロック11gを設
けるための、また、前述した抵抗12、配線導体13〜
18、ならびに外部端子導体19aおよび19bを設け
るための加工または処置が予め施されている。より詳細
には、コンデンサ用成形体ブロック10gを内蔵させる
ための空間29となるべき一連の貫通孔30、31、3
2および33、ならびにインダクタ用成形体ブロック1
1gを内蔵させるための空間34となるべき一連の貫通
孔35、36、37および38が、それぞれ、セラミッ
クグリーンシート4g、5g、6gおよび7gに予め設
けられている。
【0028】また、配線導体13を設けるための一連の
貫通孔39、40、41、42、43および44が、そ
れぞれ、セラミックグリーンシート2g、3g、4g、
5g、6gおよび7gに予め設けられている。また、配
線導体15を設けるための貫通孔45がセラミックグリ
ーンシート3gに予め設けられている。また、配線導体
18を設けるための一連の貫通孔46および47が、そ
れぞれ、セラミックグリーンシート2gおよび3gに予
め設けられている。そして、これらの貫通孔39〜47
内には、配線導体13、15および18となるべき導電
性ペーストが付与される。
【0029】また、セラミックグリーンシート2gに
は、外部端子導体19aおよび19bとなるべき各導電
性ペーストが、貫通孔39および46内の各導電性ペー
ストにそれぞれ接続されるようにスクリーン印刷等によ
り付与される。また、セラミックグリーンシート3gに
は、配線導体16および17となるべき各導電性ペース
トが、貫通孔45および47内の各導電性ペーストにそ
れぞれ接続されるようにスクリーン印刷等により付与さ
れる。また、抵抗12となるべき厚膜抵抗体が、配線導
体16および17となるべき各導電性ペースト間を連結
するように付与される。厚膜抵抗体を形成するための抵
抗体ペーストとしては、たとえば、酸化ルテニウムにホ
ウ珪酸系ガラスを少量混ぜた粉末と有機ビヒクルとを混
合したものが有利に用いられる。
【0030】また、セラミックグリーンシート8gに
は、配線導体14となるべき導電性ペーストが、セラミ
ックグリーンシート2g〜8gが積層されたとき、貫通
孔44内の導電性ペーストに接続され、かつ空間29お
よび34内に向かって露出するように、すなわち成形体
ブロック10gおよび11gの端子電極23および27
に接続されるように、スクリーン印刷等により付与され
る。
【0031】上述した配線導体13〜18ならびに外部
端子導体19aおよび19bを与える導電性ペーストと
しては、Ag、Ag−Pt合金、Ag−Pd合金、A
u、Ni、Pd、Pt、W、Mo、およびCuからなる
群から選ばれた少なくとも1種を主成分とするものが有
利に用いられる。このようなセラミックグリーンシート
2g〜8gに含まれるセラミック絶縁材料としては、好
ましくは、1000℃以下の温度で焼成可能なものが用
いられ、たとえば、ガラス、またはガラスとセラミック
との混合物が用いられる。この場合、ガラス/セラミッ
クの重量比は、100/0ないし5/95の範囲内に選
ばれる。ガラス/セラミックの重量比が5/95より小
さいと、焼成可能な温度が1000℃より高くなるため
である。焼成可能な温度が高くなると、前述した配線導
体13〜18等の材料の選択幅が狭くなるので好ましく
ない。
【0032】より具体的には、セラミックグリーンシー
ト2g〜8gとしては、ホウ珪酸系のガラス粉末とアル
ミナ粉末と有機ビヒクルとを混合して得られたセラミッ
クスラリーをドクターブレード法によってシート状に成
形したものを用いることができる。このような材料系の
セラミックグリーンシート2g〜8gは、800〜10
00℃程度の比較的低温で焼成することができる。
【0033】以上のようにして得られた成形体ブロック
10gおよび11gならびにセラミックグリーンシート
2g〜8gを用いて、焼成されたときに多層セラミック
基板1となる生の複合積層体1gが以下のように製造さ
れる。まず、セラミックグリーンシート4g〜7gが、
図4に示すように、予め積層される。
【0034】他方、焼成することによって膨張を伴う酸
化反応を生じる金属を含むか、あるいは、このような金
属と無機化合物とを含むペースト50gが用意される。
ペースト50gに付与されるペースト状の形態は、上述
した金属の粉末、あるいは、金属および無機化合物の各
粉末を、周知のように、有機ビヒクルによって混練する
ことによって得られる。このペースト50gに含まれる
金属としては、Al、Si、Ti、Fe、Cu、Mo、
W、CrおよびZnからなる群から選ばれた少なくとも
1種が有利に用いられる。また、上述の無機化合物とし
ては、セラミック、ガラス、またはセラミックとガラス
との混合物が有利に用いられる。より具体的には、Bi
2 3 、CuO、SiO2 、TiO2 、CaO、または
BaO等が、無機化合物として用いられ得る。また、こ
れら金属/無機化合物の重量比は、100/0ないし5
/95の範囲内に選ばれることが好ましい。金属/無機
化合物の重量比が5/95未満になると、焼成によって
酸化される金属の膨張による効果をそれほど期待できな
いからである。
【0035】上述のペースト50gは、図4に示すよう
に、積層されたセラミックグリーンシート4g〜7gに
設けられている空間29および34の内壁面上に付与さ
れるとともに、成形体ブロック10gおよび11gの外
表面上であって、空間29および34の内壁面に対向す
る外壁面上に付与される。次いで、図3に示すように、
空間29および34に、それぞれ、成形体ブロック10
gおよび11gが嵌め込まれる。これによって、ペース
ト50gは、空間29および34の各々の、セラミック
グリーンシート4g〜7gの積層方向に延びる内壁面と
成形体ブロック10gおよび11gの各々との間に位置
される。なお、このようなペースト50gの付与状態を
得るため、空間29および34の各内壁面および成形体
ブロック10gおよび11gの各外壁面の双方にペース
ト50gを予め付与しておくのではなく、いずれか一方
にのみ付与しておいてもよい。
【0036】上述のように、空間29および34に成形
体ブロック10gおよび11gが嵌め込まれたとき、端
子電極22、23、26および27は、空間29または
34の各々の開口から露出している。次いで、たとえば
500kg/cm2 の水圧プレスを用いての圧着工程が
実施され、セラミックグリーンシート4g〜7gが圧着
される。これによって、セラミックグリーンシート4g
〜7g間の密着性が高められるとともに、成形体ブロッ
ク10gおよび11gとペースト50gと空間29およ
び34の内壁面との各間の密着性が高められる。
【0037】次いで、上述したセラミックグリーンシー
ト4g〜7gの上下に、セラミックグリーンシート2g
および3gならびに8gがそれぞれ積層され、これによ
って、生の複合積層体1gが得られる。この複合積層体
1gの状態において、貫通孔39〜44内の導電性ペー
ストは、一連の配線導体13を形成するとともに、配線
導体14に接続され、また、貫通孔45内の導電性ペー
ストは、成形体ブロック10gの端子電極22に接続さ
れ、貫通孔46および47内の導電性ペーストは、一連
の配線導体18を形成するとともに、成形体ブロック1
1gの端子電極26に接続される。また、成形体ブロッ
ク10gおよび11gの端子電極23および27は、配
線導体14に接続される。
【0038】なお、上述したように、セラミックグリー
ンシート4g〜7gの上下にセラミックグリーンシート
2gおよび3gならびに8gを積層する前に、ペースト
50gを、成形体ブロック10gおよび11gの、空間
29および34の各々の開口から露出している面上にさ
らに付与しても、あるいは、セラミックグリーンシート
3gおよび4g間ならびにセラミックグリーンシート7
gおよび8g間の界面上にさらに付与してもよい。ただ
し、このようなペースト50gの付与は、言うまでもな
く、前述した電気的接続を阻害しないような態様で行な
われなければならないので、図3に図示したような配線
を実現しなければならない場合には、あまり適当とは言
えないが、配線の態様によっては、十分に適用できる場
合もあり得る。
【0039】他方、生の複合積層体1gの焼成温度では
焼結しない生のセラミックからなるシート状支持体48
および49がさらに用意される。前述したように、成形
体ブロック10gおよび11gならびにセラミックグリ
ーンシート2g〜8gがともに1000℃以下の温度で
焼成可能であるならば、これらを複合した生の複合積層
体1gが1000℃以下の温度で焼成可能であるという
ことであるので、シート状支持体48および49の材料
は、1000℃では焼結しないものであればよい。シー
ト状支持体48および49として、たとえば、アルミナ
またはジルコニア等のセラミック粉末と有機ビヒクルと
を混合して得られたセラミックスラリーをドクターブレ
ード等によってシート状に成形されたものが有利に用い
られる。
【0040】このようなシート状支持体48および49
は、生の複合積層体1gの積層方向における両端に位置
する各主面、すなわち上下の主面上に配置される。そし
て、生の複合積層体1gは、シート状支持体48および
49とともに、圧着される。この圧着には、たとえば1
000kg/cm2 の圧力の水圧プレスが適用される。
【0041】次いで、生の複合積層体1gは、シート状
支持体48および49で挟まれた状態で、たとえば、空
気中、900℃の温度で焼成される。この焼成工程にお
いて、シート状支持体48および49を介して、生の複
合積層体1gに対して積層方向の荷重をかけておくこと
が好ましい。この焼成によって、成形体ブロック10g
および11gが焼成され、それぞれ、焼結状態のコンデ
ンサ10およびインダクタ11となるとともに、セラミ
ックグリーンシート2g〜8gが焼成され、焼結状態の
複数のセラミック層2〜8を有する積層体9となり、ま
た、ペースト50gが焼成され、焼結状態の介在層50
となり、それゆえ、全体として焼結状態にある多層セラ
ミック基板1が得られる。
【0042】このような焼成工程を終えても、シート状
支持体48および49は未焼結であるので、容易に剥離
除去することができ、冷却後において、シート状支持体
48および49が除去され、それによって、所望の多層
セラミック基板1を取り出すことができる。上述のシー
ト状支持体48および49は、焼成工程において、焼結
しないので、実質的な収縮も生じない。したがって、こ
れらシート状支持体48および49に挟まれた複合積層
体1gの焼成時のX−Y方向すなわちセラミックグリー
ンシート2g〜8gの主面方向の収縮は有利に抑制され
ることができる。そのため、多層セラミック基板1の寸
法精度をより高くすることができ、たとえば配線導体1
3〜18をもって微細で高密度な配線を施しても断線す
るなどの問題をより生じにくくすることができる。実験
によれば、コンデンサ10、インダクタ11および抵抗
12は、それぞれ、設計どおりの特性を示すことが確認
されている。
【0043】また、上述のように、X−Y方向の収縮が
抑制されるので、複合積層体1gを焼成して、成形体ブ
ロック10gおよび11gならびにセラミックグリーン
シート2g〜8gを同時焼成するにあたり、これら成形
体ブロック10gおよび11gならびにセラミックグリ
ーンシート2g〜8gの各収縮挙動を互いに一致させる
ことがより容易になり、したがって、成形体ブロック1
0gおよび11gならびにセラミックグリーンシート2
g〜8gのそれぞれの材料の選択の幅をさらに広げるこ
とができる。
【0044】また、ペースト50gが焼成されて介在層
50となるとき、膨張を伴う。より詳細には、ペースト
50gに含まれる金属は、焼成されることによって膨張
を伴う酸化反応を生じる。ペースト50gが無機化合物
を含まない場合には、介在層50は、当該金属の酸化物
を含むとともに、金属とこの金属に接する成形体ブロッ
ク10gまたは11gおよびセラミックグリーンシート
4g〜7gに含まれるセラミック成分との反応による複
合酸化物を含む組成となる。また、ペースト50gが金
属および無機化合物の双方を含む場合には、介在層50
は、上述した金属の酸化物、ならびに、当該金属とこの
金属に接する成形体ブロック10gまたは11gおよび
セラミックグリーンシート4g〜7gに含まれるセラミ
ック成分との反応による複合酸化物を含むとともに、無
機化合物、ならびに、金属と無機化合物との化学反応に
よる複合化合物を含む。なお、この金属と無機化合物と
の化学反応においても膨張現象を生じることがある。
【0045】金属および無機化合物の双方を含む場合に
おいて、金属としてAlが用いられ、無機化合物として
Bi2 3 が用いられたとき、上述の複合化合物として
は、たとえば、Bi2 Al4 9 が生成される。以下、
同様に金属としてAlが用いられる場合において、無機
化合物としてCuOが用いられたとき、複合化合物とし
ては、たとえば、CuAl2 4 が生成され、無機化合
物としてSiO2 が用いられたとき、複合化合物として
は、たとえば、Al2 SiO5 が生成され、無機化合物
としてTiO2 が用いられたとき、複合化合物として
は、たとえば、TiAl2 5 が生成され、無機化合物
としてCaOが用いられたとき、複合化合物としては、
たとえば、CaAl4 7 が生成され、無機化合物とし
てBaOが用いられたとき、複合化合物としては、たと
えば、BaAl129 が生成される。
【0046】このようなペースト50gが焼成されて介
在層50となるときの膨張現象は、空間29および34
と成形体ブロック10gおよび11gとの各間に生じ得
る隙間を埋める方向に作用する。このような隙間に関し
て、成形体ブロック10gおよび11gとセラミックグ
リーンシート3gおよび8gとがそれぞれ対向する部分
では、前述したように、シート状支持体48および49
を介して生の複合積層体1gに対して積層方向に向く荷
重をかけておくことにより、その発生を比較的容易に防
止できるが、空間29および34の、積層方向に延びる
内壁面と成形体ブロック10gおよび11gとがそれぞ
れ対向する部分では、シート状支持体48および49を
介しての拘束力が及ぼされにくいので、隙間が発生しや
すい。
【0047】上述したペースト50gの膨張現象は、こ
のような空間29および34の、積層方向に延びる内壁
面と成形体ブロック10gおよび11gとがそれぞれ対
向する部分に生じ得る隙間を埋めるのに特に効果的であ
る。なお、ペースト50gを付与しない場合、あるい
は、ペーストを付与するが、このペースト中に上述した
ような金属を含有させない場合には、空間29および3
4の、積層方向に延びる内壁面と成形体ブロック10g
および11gとがそれぞれ対向する部分に隙間が生じる
ことがあり、これが原因となって、得られた多層セラミ
ック基板の表面が凹状に窪んでしまうことがあり、ひど
いときには、多層セラミック基板の表面や多層セラミッ
ク基板における受動部品との界面に積層方向に延びるク
ラックが入ってしまうことが、実験により確認されてい
る。
【0048】以上、この発明を図示した実施形態に関連
して説明したが、この発明の範囲内において、その他、
種々の変形が可能である。たとえば、図示した多層セラ
ミック基板1において採用された回路設計は、この発明
のより容易な理解を可能とする一典型例にすぎず、この
発明は、その他、種々の回路設計を有する多層セラミッ
ク基板においても等しく適用することができる。
【0049】また、成形体ブロックとしても、コンデン
サやインダクタの単体に限定されず、たとえばLC複合
部品の成形体ブロックとすることもできる。また、上述
した実施形態では、成形体ブロック10gおよび11g
を嵌め込むための空間29および34は、セラミックグ
リーンシート4g〜7gにそれぞれ設けられた貫通孔3
0〜33および35〜38によって形成されたが、成形
体ブロックの大きさや形状によっては、特定のセラミッ
クグリーンシートに設けられた凹部によって成形体ブロ
ックを嵌め込むための空間が形成されてもよい。
【0050】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る多層セラ
ミック基板およびその製造方法によれば、多層セラミッ
ク基板に備える複数のセラミック層および配線導体を有
する積層体に内蔵された受動部品は、積層体内に埋め込
まれた生のセラミック機能材料を含む成形体ブロックが
積層体の焼成と同時に一体焼結されたものによって構成
されるので、受動部品自身が有する特性は、成形体ブロ
ックを得た段階で実質的に決定され、また、成形体ブロ
ックに潜在している特性は、焼結後においても実質的に
維持されることになる。したがって、成形体ブロックを
適正に製造しさえすれば、多層セラミック基板に内蔵さ
れる受動部品の特性が設計どおりのものとなり、そのた
め、多層セラミック基板全体としても、それを安定した
品質をもって供給することができるようになる。このこ
とから、多機能化、高密度化、高精度化、高性能化され
た多層セラミック基板を容易に実現することができる。
【0051】また、この発明によれば、受動部品は、積
層体の内部に完全に埋め込まれた状態となるので、耐湿
性等の耐環境性の高い多層セラミック基板を得ることが
できる。また、この発明によれば、受動部品が多層セラ
ミック基板内において3次元的に配置され得るので、設
計の自由度が高められるとともに、信号のクロストーク
等の問題を有利に回避することができる。
【0052】また、この発明に係る多層セラミック基板
によれば、受動部品となるべき生のセラミック機能材料
を含む成形体ブロックを嵌め込むための空間の、少なく
とも積層体の積層方向に延びる内壁面と受動部品との間
に、介在層が形成される。そして、この発明に係る多層
セラミック基板の製造方法によれば、この介在層は、焼
成することによって膨張を伴う酸化反応を生じる金属を
含むペーストまたは当該金属と無機化合物とを含むペー
ストが、積層体の焼成工程において焼成されることによ
って得られるので、空間と成形体ブロックとの間に生じ
得る隙間を有利に埋めることになり、このような隙間が
原因となる、多層セラミック基板の表面の窪みや、クラ
ックの発生を防止して、信頼性の高い多層セラミック基
板を得ることができる。
【0053】また、この発明に係る多層セラミック基板
の製造方法によれば、内蔵される受動部品となるべき生
のセラミック機能材料を含む成形体ブロックが用意さ
れ、この生の成形体ブロックを埋め込んだ生の複合積層
体が焼成されるので、予め焼成された受動部品を埋め込
んだ状態で焼成する場合に比べて、焼成時の収縮挙動を
厳しく管理する必要がなくなり、積層体となるべきセラ
ミックグリーンシートにおいて使用できる材料の選択の
幅を広げることができる。
【0054】また、この発明に係る多層セラミック基板
の製造方法によれば、生の複合積層体において、受動部
品となるべき成形体ブロックを嵌め込むための空間が予
め設けられているので、得られた多層セラミック基板の
平面性を良好に維持することができる。したがって、配
線導体の不所望な変形や断線を生じにくくすることがで
きるので、特性のばらつきを生じさせないようにしなが
ら、高い寸法精度をもって高密度な配線を行なうことが
可能となり、また、多層セラミック基板に備えるセラミ
ック層の積層数を問題なく増やすことができ、結果とし
て、多層セラミック基板の高性能化を図ることが容易に
なる。
【0055】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、生の複合積層体の積層方向における両端
に位置する各主面上に、生の複合積層体の焼成温度では
焼結しない生のセラミックからなるシート状支持体を配
置しながら、生の複合積層体を焼成すれば、シート状支
持体は、焼成工程において、焼結しないので、実質的な
収縮も生じず、そのため、これらシート状支持体に挟ま
れた複合積層体の焼成時のX−Y方向の収縮が抑制され
る。したがって、多層セラミック基板の寸法精度をより
高くすることができ、微細で高密度な配線を施しても断
線するなどの問題をさらに生じにくくすることができ
る。また、上述のように、X−Y方向の収縮が抑制され
るので、複合積層体を焼成して、成形体ブロックとセラ
ミックグリーンシートとを同時焼成するにあたり、これ
ら成形体とセラミックグリーンシートとの各収縮挙動を
互いに一致させることがより容易になり、したがって、
成形体とセラミックグリーンシートとのそれぞれの材料
の選択の幅をさらに広げることができる。
【0056】また、上述したシート状支持体を介して生
の複合積層体に対して積層方向の荷重を加えながら、焼
成工程を実施すると、積層体の積層方向での密着性がよ
り高められるので、前述した金属を含むペーストまたは
金属および無機化合物を含むペーストが焼成されるとき
の膨張現象と相まって、空間と成形体ブロックとの間に
不所望な隙間が生じることをより確実に防止することが
できる。
【0057】この発明において、介在層を形成するため
に用いられる金属として、Al、Si、Ti、Fe、C
u、Mo、W、CrおよびZnからなる群から選ばれる
少なくとも1種を用いると、焼成工程において膨張を伴
う酸化反応を効果的に生じさせることができる。また、
この発明において、介在層を形成するために用いられる
金属と無機化合物とを含む混合物またはペースト中の無
機化合物として、セラミック、ガラス、またはセラミッ
クとガラスとの混合物を用いると、この場合において
も、焼成工程において膨張を伴う酸化反応を効果的に生
じさせることができる。
【0058】また、介在層となるペースト中の金属/無
機化合物の重量比が、100/0ないし5/95の範囲
内に選ばれると、金属の酸化反応による膨張現象をより
効果的に生じさせることができる。この発明において、
受動部品となるべき成形体ブロックが多層の内部導体を
形成する積層構造を有していると、たとえば、受動部品
がコンデンサであるときには、高容量を得ることがで
き、受動部品がインダクタであるときには、高インダク
タンスを得ることができる。
【0059】この発明において、成形体ブロックに含ま
れるセラミック機能材料が、結晶化ガラス、またはガラ
スとセラミックとの混合物を含んでいたり、複合積層体
に備えるセラミックグリーンシートに含まれるセラミッ
ク絶縁材料が、ガラス、またはガラスとセラミックとの
混合物を含むとともに、このガラス/セラミックの重量
比が、100/0ないし5/95の範囲内に選ばれてい
たりすると、たとえば1000℃といった比較的低温
で、複合積層体を焼成することが可能になる。そのた
め、配線導体として、Ag、Ag−Pt合金、Ag−P
d合金、Au、Ni、Pd、Pt、W、Mo、およびC
uからなる群から選ばれた少なくとも1種を主成分とす
るものが問題なく使用できるようになる。また、前述し
たシート状支持体としては、比較的入手が容易で化学的
に安定なアルミナまたはジルコニアを含むものを用いる
ことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による多層セラミック基
板1を図解的に示す断面図である。
【図2】図1に示した多層セラミック基板1が与える等
価回路図である。
【図3】図1に示した多層セラミック基板1の製造方法
を説明するためのもので、多層セラミック基板1を製造
するために用意されるセラミックグリーンシート2g〜
8g、成形体ブロック10gおよび11g、ならびにシ
ート状支持体48および49を示す断面図である。
【図4】図3に示したセラミックグリーンシート4g〜
7gと成形体ブロック10gおよび11gとを互いに分
離して示す断面図である。
【符号の説明】
1 多層セラミック基板 2〜8 セラミック層 9 積層体 10 コンデンサ 11 インダクタ 12 抵抗 13〜18 配線導体 19a,19b 外部端子導体 20 誘電体シート 21,25 内部導体 22,23,26,27 端子電極 24 磁性体シート 29,34 空間 30〜33,35〜47 貫通孔 1g 生の複合積層体 2g〜8g セラミックグリーンシート 10g コンデンサ用成形体ブロック 11g インダクタ用成形体ブロック 48,49 シート状支持体 50 介在層 50g ペースト

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック絶縁材料からなる積層された
    複数のセラミック層および配線導体を有する積層体と、
    前記配線導体によって配線された状態で前記積層体に内
    蔵された受動部品とを備える、多層セラミック基板であ
    って、 前記受動部品は、前記積層体の内部に設けられた空間に
    嵌め込まれた、当該受動部品となるべき生のセラミック
    機能材料を含む成形体ブロックが、前記積層体の焼成と
    同時に一体焼結されたものであり、 前記空間の、少なくとも前記積層体の積層方向に延びる
    内壁面と前記受動部品との間に、介在層が形成され、 前記介在層は、焼成することによって膨張を伴う酸化反
    応を生じる金属または当該金属と無機化合物とを含む混
    合物が、前記積層体の焼成工程において焼成されて得ら
    れたものからなることを特徴とする、多層セラミック基
    板。
  2. 【請求項2】 前記介在層が、前記積層体の積層方向に
    対して垂直に延びる内壁面、または当該内壁面およびそ
    の延長面上に形成されている、請求項1に記載の多層セ
    ラミック基板。
  3. 【請求項3】 前記金属は、Al、Si、Ti、Fe、
    Cu、Mo、W、CrおよびZnからなる群から選ばれ
    た少なくとも1種である、請求項1または2に記載の多
    層セラミック基板。
  4. 【請求項4】 前記無機化合物は、セラミック、ガラ
    ス、またはセラミックとガラスとの混合物を含む、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。
  5. 【請求項5】 前記金属/前記無機化合物の重量比は、
    100/0ないし5/95の範囲内に選ばれる、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。
  6. 【請求項6】 前記受動部品は、コンデンサまたはイン
    ダクタを含む、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。
  7. 【請求項7】 前記成形体ブロックは、多層の内部導体
    を形成する積層構造を有する、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。
  8. 【請求項8】 前記成形体ブロックに含まれる前記セラ
    ミック機能材料は、結晶化ガラス、またはガラスとセラ
    ミックとの混合物を含む、請求項1ないし7のいずれか
    に記載の多層セラミック基板。
  9. 【請求項9】 前記セラミック層を構成する前記セラミ
    ック絶縁材料は、ガラス、またはガラスとセラミックと
    の混合物を含み、ガラス/セラミックの重量比は、10
    0/0ないし5/95の範囲内に選ばれる、請求項1な
    いし8のいずれかに記載の多層セラミック基板。
  10. 【請求項10】 前記配線導体または前記内部導体は、
    Ag、Ag−Pt合金、Ag−Pd合金、Au、Ni、
    Pd、Pt、W、Mo、およびCuからなる群から選ば
    れた少なくとも1種を主成分とする、請求項1ないし9
    のいずれかに記載の多層セラミック基板。
  11. 【請求項11】 セラミック絶縁材料からなる積層され
    た複数のセラミック層および配線導体を有する積層体
    と、前記配線導体によって配線された状態で前記積層体
    に内蔵された受動部品とを備える、多層セラミック基板
    を製造する方法であって、 前記受動部品となるべき生のセラミック機能材料を含む
    成形体ブロックを用意し、 前記セラミック機能材料とは異なるセラミック絶縁材料
    を含む積層された複数のセラミックグリーンシートおよ
    び前記配線導体を有し、内部に空間が予め設けられ、当
    該空間に前記成形体ブロックが嵌め込まれ、前記空間
    の、少なくとも前記積層体の積層方向に延びる内壁面と
    前記成形体ブロックとの間に、焼成することによって膨
    張を伴う酸化反応を生じる金属を含むペーストまたは当
    該金属と無機化合物とを含むペーストが付与されてい
    る、生の複合積層体を用意し、 前記生の複合積層体の積層方向における両端に位置する
    各主面上に、前記生の複合積層体の焼成温度では焼結し
    ない生のセラミックからなるシート状支持体を配置し、 前記シート状支持体で挟んだ状態で前記生の複合積層体
    を焼成し、 次いで、未焼結の前記シート状支持体を除去する、各工
    程を備える、多層セラミック基板の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記生の複合積層体を用意する工程に
    おいて、前記空間の、前記積層体の積層方向に対して垂
    直に延びる内壁面と前記成形体ブロックとの間、または
    当該内壁面およびその延長面上に、焼成することによっ
    て膨張を伴う酸化反応を生じる金属を含むペーストまた
    は当該金属と無機化合物とを含むペーストが付与されて
    いる、生の複合積層体が用意される、請求項11に記載
    の多層セラミック基板の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記生の複合積層体の焼成工程におい
    て、前記シート状支持体を介して、前記生の複合積層体
    に対して積層方向に向く荷重をかける、請求項11また
    は12に記載の多層セラミック基板の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記生の複合積層体の焼成工程におい
    て、1000℃以下の温度が付与される、請求項11な
    いし13のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造
    方法。
  15. 【請求項15】 前記シート状支持体は、アルミナまた
    はジルコニアを含む、請求項14に記載の多層セラミッ
    ク基板の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記金属は、Al、Si、Ti、F
    e、Cu、Mo、W、CrおよびZnからなる群から選
    ばれた少なくとも1種である、請求項11ないし15の
    いずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記無機化合物は、セラミック、ガラ
    ス、またはセラミックとガラスとの混合物を含む、請求
    項11ないし16のいずれかに記載の多層セラミック基
    板の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記金属/前記無機化合物の重量比
    は、100/0ないし5/95の範囲内に選ばれる、請
    求項11ないし17のいずれかに記載の多層セラミック
    基板の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記成形体ブロックとして、焼結され
    たとき、コンデンサまたはインダクタとなるものが用意
    される、請求項11ないし18のいずれかに記載の多層
    セラミック基板の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記成形体ブロックは、多層の内部導
    体を形成する積層構造を有する、請求項11ないし19
    のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
  21. 【請求項21】 前記成形体ブロックに含まれる前記セ
    ラミック機能材料は、結晶化ガラス、またはガラスとセ
    ラミックとの混合物を含む、請求項11ないし20のい
    ずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記複合積層体に備えるセラミックグ
    リーンシートに含まれる前記セラミック絶縁材料は、ガ
    ラス、またはガラスとセラミックとの混合物を含み、ガ
    ラス/セラミックの重量比は、100/0ないし5/9
    5の範囲内に選ばれる、請求項11ないし21のいずれ
    かに記載の多層セラミック基板の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記配線導体または前記内部導体は、
    Ag、Ag−Pt合金、Ag−Pd合金、Au、Ni、
    Pd、Pt、W、MoおよびCuからなる群から選ばれ
    た少なくとも1種を主成分とする、請求項11ないし2
    2のいずれかに記載の多層セラミック基板の製造方法。
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