JP2007115852A - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成時の収縮を抑制しながら突起電極を形成することができる、セラミック基板の製造方法を提供する。
【解決手段】（１）未焼成セラミック基板の一方主面に、未焼成セラミック基板の焼成温度では実質的に焼結しない基材中に空孔形成材料ならびに未焼成セラミック基板の焼成温度で焼結する金属材料を含んだ未焼成突起電極用パターンを有する拘束層を密着してなる未焼成複合積層体を形成し、（２）拘束層の基材は実質的に焼結せず、空孔形成材料を消失させ、未焼成セラミック基板及び拘束層の未焼成突起電極用パターンに含まれる金属材料を焼結させうる温度で、未焼成複合積層体を焼成し、（３）拘束層の基材を除去して、基板本体１６の一方主面に、未焼成突起電極用パターンが焼成された突起電極１８を有するセラミック基板１５を取り出す。突起電極１８は、空孔形成材料により形成された空孔１８ｘを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、セラミック基板の製造方法に関し、詳しくは、一方主面に突起電極をするセラミック基板の製造方法に関する。

多層セラミック基板をより多機能化、高密度化、高性能化するためには、多層セラミック基板において高密度に配線を形成することが有効である。しかしながら、多層セラミック基板を得るための焼成工程では、多層セラミック基板の収縮を伴う上、収縮のばらつきも避け難い。そのため、収縮、特に平面方向での収縮及びそのばらつきは、多層セラミック基板における配線の高密度化を阻害する要因となっている。このような背景の下、多層セラミック基板を得るための焼成工程において、平面方向での収縮を抑制できる、いわゆる無収縮プロセスが提案されている。

無収縮プロセスでは、セラミック材料を含む複数の基板用セラミックグリーンシートが用意されるとともに、基板用セラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しないセラミックを含む収縮抑制用セラミックグリーンシートが用意される。そして、複数の基板用セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成の基板用積層体を例えば挟むように、収縮抑制用セラミックグリーンシートが配置された、複合積層体が作製され、この複合積層体に対して焼成工程が適用される。

この焼成工程においては、基板用積層体を多層セラミック基板とするように、基板用積層体のみが焼結され、収縮抑制用セラミックグリーンシートは未焼結の状態で収縮抑制用支持体として存在し、これによる基板用積層体の焼成収縮を抑制する力、すなわち拘束力を基板用積層体に作用させることによって、基板用積層体の平面方向での収縮が抑制される。

このように、無収縮プロセスによれば、基板用積層体の平面方向での収縮が生じにくいため、得られた多層セラミック基板の平面方向での寸法精度を高めることができ、したがって、多層セラミック基板における配線を有利に高密度化することが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１１１２２３号公報

このような多層セラミック基板の両主面にコンデンサ、抵抗、ＩＣ等の部品を実装し、それをプリント配線基板に実装すれば、高密度化が容易となる。このとき、多層セラミック基板とプリント配線基板との間に所定の間隔を確保して、多層セラミック基板のプリント配線基板に対向する側の主面に実装した部品がプリント配線基板と干渉しないようにするため、多層セラミック基板のプリント配線基板側の主面に、柱状の突起電極を設けることが考えられる。

例えば、収縮抑制用セラミックグリーンシートの特定のものに穴を設け、該穴にＡｇを主成分とした導電性ペーストを充填する。導体パターン及びビアを有した基板用セラミックグリーンシートを積層して、多層セラミック基板となるべき未焼成の基板用積層体を用意する。この未焼成の基板用積層体の一方の主面上に、穴に導電性ペーストを充填した収縮抑制用セラミックグリーンシートを積層し、さらに他方の主面に、穴のない収縮抑制用セラミックグリーンシートを積層して、複合積層体を作製する。この複合積層体を焼成することで、特定の収縮抑制用セラミックグリーンシートの穴に充填された導電性ペーストを焼結させた突起電極を、多層セラミック基板の一方主面に設けることができる。

セラミック多層基板の一方主面に突起電極を設けるために特定の収縮拘束用セラミックグリーンシートの穴に充填される導電性ペーストは、複合積層体の焼成時に焼結して収縮するため、突起電極には、先端に凹み（ひけ）が生じたり、特定の収縮拘束用セラミックグリーンシートの各層の界面において隙間が形成され、いわゆる口開きが生じたりすることがある。

すなわち、図１２（ａ）に示すように、基板用セラミックグリーンシートを積層した未焼成の基板用積層体１１０の両主面に未焼成の収縮抑制用セラミックグリーンシートの拘束層１２０，１２２を有する複合積層体１００において、一方の拘束層１２２が、穴に導電性ペーストを充填して突起電極となる部分１３０が形成された未焼成の収縮抑制用セラミックグリーンシートと穴のない未焼成の収縮抑制用セラミックグリーンシートとからなる場合、この複合積層体１００を焼成すると、突起電極となる部分１３０は、その側面１３２と先端面１３４とが拘束された状態で焼成収縮するので、焼成後には、図１２（ｂ）に示すように、突起電極となる部分１３０を形成した収縮抑制用セラミックグリーンシートの界面で、いわゆる口開き１３６が生じることがある。

また、図１３（ａ）に示すように、基板用セラミックグリーンシートを積層した未焼成の基板用積層体１１０の両主面に未焼成の収縮抑制用セラミックグリーンシートの拘束層１２０，１２４を有する複合積層体１０２において、一方の拘束層１２４が、穴に導電性ペーストを充填して突起電極となる部分１３０が形成された未焼成の収縮抑制用セラミックグリーンシートのみからなる場合、この複合積層体１０２を焼成すると、突起電極となる部分１３０は、その側面１３２が拘束された状態で焼成収縮するので、焼成後には、図１３（ｂ）に示すように、突起電極となる部分１３０の先端に、いわゆる凹み（ひけ）１３８が生じることがある。

突起電極の先端の凹みや中間位置での口開きは、セラミック多層基板をプリント配線基板に実装する際に、接続不良等の不具合の原因となる。

本発明は、かかる実情に鑑み、焼成時の収縮を抑制しながら突起電極を形成することができる、セラミック基板の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したセラミック基板の製造方法を提供する。

セラミック基板の製造方法は、第１乃至第３の工程を備える。前記第１の工程において、未焼成セラミック基板の一方主面に、前記未焼成セラミック基板の焼成温度では実質的に焼結しない基材中に空孔形成材料ならびに前記未焼成セラミック基板の焼成温度で焼結する金属材料を含んだ未焼成突起電極用パターンを有する拘束層を密着してなる未焼成複合積層体を形成する。前記第２の工程において、前記拘束層の前記基材は実質的に焼結せず、前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれる前記空孔形成材料を消失させ、前記未焼成セラミック基板及び前記拘束層の前記未焼成突起電極用パターンに含まれる前記金属材料を焼結させうる温度で、前記未焼成複合積層体を焼成する。前記第３の工程において、前記拘束層の前記基材を除去して、前記未焼成セラミック基板の焼成により形成された基板本体の一方主面に、前記拘束層の前記突起電極用パターンの焼成により形成された突起電極を有するセラミック基板を取り出す。前記突起電極は、前記第２の工程において前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれていた前記空孔形成材料により形成された空孔を含む。

上記方法によれば、第２の工程の焼成により、拘束層の突起電極用パターンに含まれる空孔形成材料が消失するときに気化し、拘束層の未焼成突起電極用パターン中に空孔が形成される。これによって、焼成時に拘束層の未焼成突起電極用パターンの収縮を抑制しながら、拘束層の未焼成突起電極用パターン中の金属材料を焼結させて、突起電極を形成することができる、

なお、突起電極は、略円柱や略角柱などの柱状であることが好ましいが、頭を切った略円錐や略角錐（略円錐台や略角錐台）、略半球などの形状とすることも可能である。

好ましくは、前記第１の工程において、前記突起電極用パターンは、前記拘束層の前記基材に設けられた貫通孔に、前記空孔形成材料及び前記金属材料を含んだ導電性ペーストを充填することにより形成される。

この場合、導電性ペーストを印刷法によって印刷するなどして、突起電極用パターンを容易に形成することができる。

好ましくは、前記第１の工程において前記空孔形成材料は、前記第３の工程において前記空孔が前記突起電極のうち０．１〜２０体積％を占めるようになる割合で、前記導電性ペースト中に含まれている。

この場合、突起電極に含まれる空孔の割合を適切にすることができる。すなわち、突起電極中の空孔の含有率が０．１体積％未満であると、セラミック基板の基板本体と突起電極との間に亀裂が生じ、空孔の含有率が２０体積％を越えると、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなる傾向にあるので、空孔の含有率は０．１〜２０体積％が好ましい。

好ましくは、前記第１の工程において前記導電性ペースト中に含まれている前記空孔形成材料は、前記第３の工程において前記空孔の径が０．１〜１０μｍφとなるように選ばれている。

この場合、突起電極に含まれる空孔の径の寸法を適切にすることができる。すなわち、空孔の径が０．１μｍφ未満であると、セラミック基板の基板本体と突起電極との間に亀裂が生じ、空孔の径が１０μｍφを越えると、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなる傾向にあるので、空孔の径は０．１〜１０μｍφが好ましい。

好ましくは、前記導電性ペーストはバインダ樹脂及び溶剤を含む。前記空孔形成材料は、前記溶剤に溶解しない樹脂ビーズである。

この場合、突起電極内に空孔を形成することが容易である。

より好ましくは、前記樹脂ビーズはポリプロピレンを主成分とし、該ポリプロピレンは前記導電性ペーストのうち０．０１〜２．０重量％を占めている。

この場合、突起電極に含まれる空孔の割合を適切にすることができる。すなわち、導電性ペースト中のポリプロピレンが０．０１重量％未満であると、突起電極中の空孔の含有率が０．１体積％未満となり、セラミック基板の基板本体と突起電極との間に亀裂が生じることがある。導電性ペースト中のポリプロピレンが２．０重量％を越えると、突起電極中の空孔の含有率が２０体積％を越え、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなることがある。したがって、導電性ペースト中のポリプロピレンは、０．０１〜２．０重量％が好ましい。

好ましくは、前記金属材料は、前記導電性ペーストのうち８０〜９８重量％を占めている。

この場合、突起電極に含まれる空孔の径の寸法を適切にすることができる。すなわち、導電性ペースト中の金属材料が８０重量％未満であると、突起電極中の空孔の径が１０μｍφを越え、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなることがある。導電性ペースト中の金属材料が９８重量％を越えると、突起電極中の空孔の径が０．１μｍφ未満となり、セラミック基板の基板本体と突起電極との間に亀裂が生じることがある。したがって、導電性ペースト中の金属材料は、８０〜９８重量％が好ましい。

好ましくは、前記第１の工程において、複数の前記拘束層の前記基材にそれぞれ設けられた前記突起電極用パターンを連接するとともに、前記拘束層ごとに前記突起電極用パターン中の前記空孔形成材料の含有量を異ならせる。前記突起電極は、連接された前記突起電極用パターンの焼成により形成される。

この場合、拘束層によって空孔形成材料の割合を変えることで、突起電極の空孔を所望の分布とすることができる。

好ましい一態様としては、前記第１の工程において複数の前記拘束層の前記突起電極用パターン中に含まれる前記空孔形成材料の前記含有量は、前記基板本体に近い側において前記突起電極中の前記空孔の割合が多くなるように選択する。

この場合、セラミック基板を実装したプリント配線基板のたわみによるせん断応力を、空孔の割合が多い突起電極の基端側（基板本体側）において緩和することができる。

好ましい他の態様としては、前記第１の工程において複数の前記拘束層の前記突起電極用パターン中に含まれる前記空孔形成材料の前記含有量は、前記基板本体とは反対側において前記突起電極中の前記空孔の割合が多くなるように選択する。

この場合、セラミック基板を実装したプリント配線基板のたわみによるせん断応力を、空孔の割合が多い突起電極の先端側（基板本体とは反対側）において緩和することができる。

好ましく、前記第３の工程において、前記突起電極は前記基板本体の前記一方主面の周縁に沿って配置されている。前記基板本体の前記一方主面において前記突起電極に囲まれた領域内に、実装部品を搭載する第４の工程をさらに備える。

この場合、セラミック基板をプリント配線基板に実装したときに、セラミック基板に搭載された実装部品は、セラミック基板とプリント配線基板との間に配置されて保護される。

より好ましくは、前記第４の工程は、前記基板本体の他方主面に他の実装部品を搭載する工程を含む。

この場合、セラミック基板には、より高密度に実装部品を搭載することができる。

好ましくは、前記未焼成セラミック基板は、積層された複数の未焼成セラミック層を含み、前記未焼成セラミック基板の内部に、未焼成の層間接続電極用パターン及び未焼成の面内電極用パターンを有する。

この場合、基板本体の内部に電気回路を形成して、実装密度を高めることができる。

また、本発明は、以下のように構成したセラミック基板を提供する。

セラミック基板は、前記セラミック基板の少なくとも一方主面に、前記セラミック基板と同時焼成によって形成され、内部に空孔を有する突起電極を有する。

上記構成によれば、焼成時の収縮を抑制しながら突起電極を形成することができる上、突起電極の内部の空孔によって、突起電極の強度を高めることができる。

なお、突起電極は、略円柱や略角柱などの柱状であることが好ましいが、頭を切った略円錐や略角錐（略円錐台や略角錐台）、略半球などの形状とすることも可能である。

好ましくは、前記空孔は、前記突起電極のうち、０．１〜２０体積％を占めている。

この場合、突起電極に含まれる空孔の割合を適切にすることができる。すなわち、突起電極中の空孔の含有率が０．１体積％未満であると、セラミック基板の基板本体と突起電極との間に亀裂が生じ、空孔の含有率が２０体積％を越えると、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなることがあるので、空孔の含有率は０．１〜２０体積％が好ましい。

好ましくは、前記空孔の径は、０．１〜１０μｍφである。

この場合、突起電極に含まれる空孔の径の寸法を適切にすることができる。すなわち、空孔の径が０．１μｍφ未満であると、セラミック基板の基板本体と突起電極との間に亀裂が生じ、空孔の径が１０μｍφを越えると、突起電極の導通抵抗が極端に大きくなることがあるので、空孔の径は０．１〜１０μｍφが好ましい。

本発明によれば、焼成時の収縮を抑制しながら突起電極を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

（実施例１） 図１〜図５、図１１を参照しながら、セラミック基板の製造方法について、説明する。

まず、図１に示すように、基材層１０用のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄと、拘束層２０，２２用のセラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｄ；２３ａ〜２３ｄを用意する。

基材層１０用のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄは、セラミック材料を用いて作製する。具体的には、ＣａＯ１０〜５５ｗｔ％、ＳｉＯ_２４５〜７０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜３０ｗｔ％、不純物０〜ｌ０ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３５〜２０ｗｔ％からなる組成のガラス粉末５０〜６４ｗｔ％と、不純物が０〜１０ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３粉末３５〜５０ｗｔ％からなる混合物を、有機溶剤、可塑剤等からなる有機ビヒクル中に分散させ、スラリーを調製する。次いで、得られたスラリーをドクターブレード法やキャスティング法でシート状に成形し、未焼結ガラスセラミックのセラミックグリーンシートを作製する。

なお、基材層１０は、複数のセラミックグリーンシートを積層する代わりに、１枚のセラミックグリーンシートのみで構成してもよい。

また、基材層１０には、上述したシート成形法により形成した未焼結ガラスセラミックのセラミックグリーンシートを用いることが好ましいが、厚膜印刷法により形成した未焼結の厚膜印刷層を用いてもよい。

また、セラミック粉末は上述した絶縁体材料のほか、フェライト等の磁性体材料、チタン酸バリウム等の誘電体材料を使用することもできるが、基材層１０用のセラミックグリーンシートとしては１０５０℃以下の温度で焼結する低温焼結セラミックグリーンシートが好ましく、このため、上述したガラス粉末は７５０℃以下の軟化点を有するものであることが好ましい。

次いで、未焼結ガラスセラミックのセラミックグリーンシートに、層間接続電極用パターンとなるビアパターン１３ａ〜１３ｄと、表面の導体パターンとなる導体パターン１２ａや、面内電極用パターンとなる導体パターン１２ｂ〜１２ｄを形成する。ビアパターン１３ａ〜１３ｄは、未焼結ガラスセラミックグリーンシートにパンチング加工やレーザー加工等により加工した貫通孔に、導体材料粉末を有機バインダや溶剤とともに混練してペースト化した導電性ペーストを、例えば印刷により埋め込む。導体パターン１２ａ〜１２ｄは、導体材料粉末を有機バインダや溶剤とともに混練してペースト化した導電性ペーストを、例えばスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法で形成する。導電性ペーストについては、後述する。

なお、表面の導体パターンには、上下の層間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスルーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含まれる。

拘束層２０，２２用のセラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｄ；２３ａ〜２３ｄは、基材層１０用のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄの焼成温度では実質的に焼結しないアルミナ等のセラミック粉末を基材に用い、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等からなる有機ビヒクル中に基材を分散させてスラリーを調製し、得られたスラリーをドクターブレード法やキャスティング法等に基づいてシート状に成形することにより作製する。拘束層２０，２２用のセラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｄ；２３ａ〜２３ｄの焼結温度は、例えば１４００〜１６００℃であり、基材層１０用の未焼結ガラスセラミックグリーンシートの焼結温度では実質的に焼結しない。

後述する突起電極１８を形成する目的で、パンチング加工やレーザー加工等により拘束層２２用のセラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、後述する導電性ペーストを印刷等により埋め込むことによって、未焼成の突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃを有する拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ａ〜２３ｃを形成する。

なお、拘束層２０，２２も、１枚のセラミックグリーンシートのみで構成してもよい。

ここで、拘束層２０，２２に用いるセラミック粉末の平均粒径は０．１〜５．０μｍが好ましい。セラミック粉末の平均粒径が０．１μｍ未満であると未焼結ガラスセラミックシートの表層近傍に含有しているガラスと焼成中に激しく反応して、焼成後にセラミック層と拘束層が強固に密着して拘束層の除去が困難になったり、小粒径のために拘束層用セラミックグリーンシートはもちろん、未焼結ガラスセラミックグリーンシート中のバインダ等有機成分が焼成中に分解飛散しにくくなり、基板中にデラミネーションが発生したりすることがある。他方、５．０μｍを超えると焼成収縮の抑制力が小さくなって基板が必要以上に平面方向に収縮したりうねったりする傾向にある。

また、拘束層２０，２２を構成するセラミック粉末は、基材層１０のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄの焼成温度では実質的に焼結しないセラミック粉末であればよく、アルミナのほか、ジルコニアやマグネシア等のセラミック粉末も使用できる。

ただし、拘束層２０，２２の拘束力を基材層１０に十分作用させるためには、基材層１０の表層と拘束層２０，２２との接触している境界で、表層近傍のガラスが拘束層２０，２２に対して好適に濡れる必要がある。そのため、拘束層２０，２２を構成するセラミック粉末は、基材層１０を構成するセラミック粉末と同種のセラミック粉末であることが好ましい。

基材層１０の導体パターン１２ａ〜１２ｄやビアパターン１３ａ〜１３ｄ、拘束層２２の突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃに用いる導電性ペーストは、ペースト中の導体材料としては、低抵抗で難酸化性材料であるＡｇを主成分としたものが好ましい。

拘束層２２の突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃに用いる導電性ペーストは、焼成後に、図６（Ｂ）に示すように突起電極１８中に空孔１８ｘを内在させるための空孔形成材料として、主成分のＡｇ以外に、溶剤に溶解しない樹脂ビーズを含む。空孔形成材料の樹脂ビーズとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエステル等のいずれかを主成分とする少なくとも１種類を添加する。なお、樹脂ビーズは球状に限ったものではなく、扁平状など、様々な形状のものを用いることができる。

樹脂ビーズにポリプロピレンを用いる場合、ポリプロピレンの添加量は、０．０１ｗｔ％〜２．０ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満の場合、突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃの焼成により形成された突起電極１８の単位体積に対して空孔１８ｘの含有率が０．１ｖｏｌ％未満となり、この場合、焼成後の冷却時に突起電極１８に印加される熱応力を十分に緩和することができないことがある。また、ポリプロピレンの添加量が２．０ｗｔ％より多くなると、突起電極１８の単位体積に対して空孔１８ｘの含有率が２０．０ｖｏｌ％より多くなり、導電抵抗が大きくなるので、突起電極１８に通電した際、この部分で失われる電力が極めて大となる不都合を生じることがある。

導電性ペーストは、上記の主成分粉末に対して、所定の割合で有機バインダ、溶剤等の有機ビヒクルを所定量加え、攪拌、混練することにより作製することができる。ただし、主成分粉末、樹脂ビーズ、有機ビヒクルなどの配合の順序には特に制約はない。

導電性ペースト中に含まれるＡｇの含有量は８０ｗｔ％〜９８ｗｔ％が好ましい。

８０ｗｔ％未満の場合、拘束層２２用のセラミックグリーンシートに形成した貫通孔へのＡｇの充填量が少なくなるため、拘束層２２用のセラミックグリーンシートによる拘束力の影響により、突起電極１８の内部に１０μｍφより大きな空孔１８ｘが生成してしまい、突起電極１８は、導通抵抗が極端に大きくなるばかりか、せん断応力に対して弱くなり、最悪、突起電極１８が折れてしまうことがある。

一方、９８ｗｔ％より多くなると、拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ａ〜２３ｃの突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃ中のＡｇ含有量が多くなるため、Ａｇとセラミックグリーンシートの基材（セラミック）との熱膨張差の影響を受け易く、突起電極形成後の冷却に伴う基材層１０と突起電極１８との収縮量の相違に起因して、突起電極１８に大きな熱応力が印加されるとともに、この熱応力によって、基材層１０の表面と突起電極１８との間に大きな亀裂が生じ、その結果、突起電極１８と基材層１０の導体パターンやビアとを良好に接続させておくことが不可となる。

よって、導電性ペースト中に含まれるＡｇの含有量は８０ｗｔ％〜９８ｗｔ％が好ましく、望ましくは８５ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲にあるのがより好ましい。

なお、主成分粉末であるＡｇ粉末は、粗大粉末や極端な凝集粉末がなく、導電性ペーストとした後の最大粗粒の粒径が５０μｍ以下になるようにすることが望ましい。

また、有機ビヒクルはバインダ樹脂と溶剤を混合したものであり、バインダ樹脂としては、例えばエチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂などを使用することが可能である。

また、溶剤としては、例えばターピネオール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピネオールアセテート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、アルコール類などを使用することが可能である。

また、必要に応じて、各種の分散剤、可塑剤、活性剤などを添加してもよい。

また、導電性ペーストの粘度は、充填性や印刷性を考慮して、５０〜７００Ｐａ・ｓとすることが望ましい。

基材層１０の導体パターン１２ａ〜１２ｄやビアパターン１３ａ〜１３ｄには、ポリプロピレン等の樹脂ビーズが添加されている突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃに用いる導電性ペーストと同じものを使用することができるが、通常、樹脂ビーズが添加されていないものを用いる。

次いで、図２に示すように、セラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄを有する基材層１０の一方主面に、拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ａ〜２３ｄを重ね合わせ、また他方主面においては、突起電極用パターンのない拘束層２０用のセラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｄを重ね合わせ、例えば５〜２００ＭＰａの圧力下にて、静水圧プレス等に基づき、圧着する。これによって、基材層１０の両主面に拘束層２０，２２を密着してなる複合積層体１４を作製する。

なお、基材層１０の一方主面に、突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃを有する拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ａ〜２３ｃのみを重ね合わせ、突起電極用パターンのない拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ｄをなくしてもよい。逆に、基材層１０の一方主面に、突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃを有する拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ａ〜２３ｃを重ね合わせ、さらに２枚以上の突起電極用パターンのない拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ｄを重ね合わせてもよい。

拘束層２０，２２の厚みは、それぞれ、２５〜１０００μｍが好ましい。拘束層２０，２２の厚みが２５μｍ未満であると、焼成収縮の抑制力が小さくなって基材層１０が必要以上に平面方向に収縮したりうねったりすることがあり、他方、１０００μｍを超えると、基材層１０のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄ中のバインダ等の有機成分が焼成中に分解飛散しにくく、基材層１０中にデラミネーションが発生する傾向にある。

次いで、図３に示すように、複合積層体１４を、周知のベルト炉やバッチ炉で、基材層１０のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄの焼成温度、例えば８００〜１０５０℃で焼成して、基材層１０のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄを焼結させる。焼成雰囲気は、大気もしくは必要に応じて窒素、水素及び水等を焼成中に導入しても構わない。

次いで、焼成後の複合積層体１４から拘束層２０，２２の基材を除去することによって、図４に示すように、焼成済みの基材層１０すなわち基板本体１６の一方主面に、突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃの焼成により形成された突起電極１８が設けられたセラミック基板１５を取り出す。

なお、焼成後の複合積層体１４において、拘束層２０，２２は、突起電極１８を除き、実質的に焼結しておらず、また、焼成前に含まれていた有機成分が飛散し、多孔質の状態になっているため、サンドブラスト法、ウェットブラスト法、超音波振動法等により容易に除去することができる。

次いで、図５に示すように、セラミック基板１５の基板本体１６の両主面の表面電極１７ａ，１７ｂに、積層セラミックコンデンサ等の受動部品３０をはんだ３１で実装し、バンプ電極を有するＩＣ３２をはんだボール３３を介してフリップチップボンディングし、ボンディングワイヤー３５によりＩＣ３４をワイヤーボンディングしたりして、複合セラミック基板４０を形成する。

なお、ＩＣ３４は、図１１に示すように、セラミック基板１５の基板本体１６の一方主面において、周縁に沿って形成されている突起電極１８で囲まれた領域１９内に搭載する。ＩＣ３４は、必要に応じて、樹脂で封止してもよい。この際、突起電極１８の表面は樹脂ビーズの消失により、多少あれており、そのため、封止樹脂との接合力が高く、封止樹脂の抜け落ちが抑制される。

複合セラミック基板４０は、図６（Ａ）に示すように、プリント配線基板５０のパッド電極５２に、突起電極１８の先端１８ｓ側をはんだ５４で接続する。

図６（Ｂ）の拡大図に模式的に示したように、突起電極１８の内部には、金属の焼結体の中に空孔１８ｘ（気孔、ポア）が所定の割合で分散している。

突起電極１８に空孔１８ｘが内在することで、焼成後の冷却時に拘束層２０，２２の基材と突起電極用パターン２５ａ〜２５ｃとの収縮量の相違に起因して突起電極１８中に大きな亀裂（いわゆる口開き、あるいは凹み）が発生するのを抑制し、その結果、突起電極１８の強度向上、耐めっき性向上、導通抵抗低減が可能となる。

また、特に、空孔１８ｘが突起電極１８の基端１８ｔ側（基板本体１６側）に分布していると、セラミック基板１５がプリント配線基板５０に実装された構造において、プリント配線基板５０が外力によってたわんだ状態になったとき、セラミック基板１５の基板本体１６と突起電極１８との間で発生するせん断応力を緩和して、基板本体１６と突起電極１８との間で剥がれが発生しにくくなる。なお、上記のような突起電極は、突起電極１８が設けられた主面とは反対側の主面に設けられていてもよい。

（変形例） 図７〜図１０を参照しながら、突起電極中に含まれる空孔の割合（空孔率）に傾斜を持たせる変形例について説明する。

ポリプロピレン等の樹脂ビーズの混合量が異なる導電性ペーストを貫通孔に充填した突起電極用パターンを有する未焼成の拘束層用セラミックグリーンシートを複数枚用意し、適宜に組み合わせて、未焼成の基材層１０の一方主面に重ね合わせることにより、突起電極の空孔を、所望の分布とすることができる。

例えば図７に示す突起電極１８ａのように、基端１８ｔ側において空孔１８ｘが多くなるようにする。この場合、基板本体１６と突起電極１８ａとの間の剥がれが発生しにくくなるほか、拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ａと２３ｂとの界面で突起電極１８ａ中の口開きを抑制することができる。

図８に示す突起電極１８ｂのように、先端１８ｓ側において空孔１８ｘが多くなるようにしてもよい。この場合、拘束層２２用のセラミックグリーンシート２３ｂと２３ｃとの界面での突起電極１８ｂ中の口開きを抑制することができる。

また、図９及び図１０の突起電極１８ｃ，１８ｄのように、空孔１８ｘが間欠的に分布するようにしてもよい。この場合、拘束層の各シートの突起電極用パターンに、樹脂ビーズを含有する導電性ペーストと、樹脂ビーズを含有しない導電性ペーストとを交互に用いる。

樹脂ビーズを含有する導電性ペーストには、全ての突起電極用パターンを同じ導電性ペーストを用いて形成する場合よりも、樹脂ビーズの含有量を多くして、樹脂ビーズを含有しない導電性ペーストを用いた突起電極用パターンの焼成時の収縮を補うようにすることが好ましい。

また、樹脂ビーズを含有しない導電性ペーストは、基材層１０のセラミックグリーンシート１１ａ〜１１ｄの導体パターン１２ａ〜１２ｄやビアパターン１３ａ〜１３ｄに用いるものと同じとすることができる。すなわち、突起電極において口開きが生じやすいところ、言い換えると、突起電極の焼成収縮力が拘束層の拘束力との差に起因する応力が集中しやすいところに空孔を多く形成することが望ましい。

（具体例） 次に、セラミック基板を作製した具体例について説明する。

まず、４０重量部のアルミナ粉末と、６０重量部のＳｉＯ_２（６０重量％）−Ｂ_２Ｏ_３（８重量％）−Ａｌ_２Ｏ_３（６重量％）−ＣａＯ（２６重量％）系ガラス粉末（軟化点：７００℃）とを、アクリルからなる有機バインダ、トルエン及びイソプロピレンアルコールからなる有機溶剤及びジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤を含んだ有機ビヒクル中に分散させ、スラリーを調製した。次いで、このスラリーをドクターブレード法でシート成形し、未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートを作製した。

また、上記の未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートの焼成温度では実質的に焼結しないアルミナ粉末（平均粒径：０．４μｍ）をポリビニルブチラールからなる有機バインダ、トルエン及びイソプロピレンアルコールからなる有機溶剤及びジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤を含んだ有機ビヒクル中に分散させ、スラリーを調製した。次いで、このスラリーをドクターブレード法でシート成形し、厚み１００μｍの拘束層用セラミックグリーンシートを作製した。なお、この拘束層用セラミックグリーンシートの焼結温度は１６００℃である。

また導電性ペーストとして、Ａｇを主成分として用い、ポリプロピレンのペースト中の含有量が後掲の表１に示すような量に調整して、それぞれエチルセルロース樹脂１ｗｔ％とターピネオールを混合して粘度が約２００Ｐａ・ｓになるように作製した。

次いで、未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートにパンチングによって２００μｍφのビア、拘束層用のセラミックグリーンシートには６００μｍ×６００μｍのビアを形成し、上記導電性ペーストを印刷によって充填した。

次いで、導体パターンが形成された未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートの一方主面に充填済み貫通孔ありの拘束層用のセラミックグリーンシート４枚、貫通孔なしの拘束層用セラミックグリーンシート１枚を重ね合わせ、また他方主面においては貫通孔無しの拘束層用のセラミックグリーンシート５枚を重ね合わせ、ｌ００ＭＰａの圧力にて圧着することにより、未焼結ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートの両主面に拘束層用セラミックグリーンシートを有した突起電極評価用ガラスセラミックグリーンシート複合積層体を作製した。

次いで、得られた複合積層体を、７５０℃まで大気中（酸素濃度１００００ｐｐｍ以上）で、７５０℃〜９００℃〜７５０℃まで窒素を導入し、８５０℃〜９００℃の範囲の酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下になるようにして未焼結ガラスセラミック層を焼結した。その後、ウェットブラスト法により、焼成後の複合積層体から多孔質状態にある拘束層を除去して、ガラスセラミック基板を取り出した。

得られた突起電極評価用ガラスセラミック基板について、前記ガラスセラミック基板の断面を研磨して鏡面にした後、ＳＥＭにより突起電極の単位面積当りの空孔の量を測定した。その測定結果を下記表１に示す。

また、得られた突起電極評価用ガラスセラミック基板について、１００ｍｍ×４０ｍｍ×１．６ｍｍのプリント基板にはんだ実装を行い、該セラミック基板の実装面とは反対面側からのプリント基板面を２ｍｍ／ｓの一定の変位量になるように荷重をかけてプリント基板を変形させ、前記突起電極評価用セラミック基板が破壊するときのプリント基板の変位量をたわみ強度として求めた。求めたたわみ強度のうち２ｍｍ未満のものを不良として判定した。

また、得られた突起電極評価用ガラスセラミック基板について、０．６ｍｍ×０．６ｍｍ×０．５ｍｍ突起電極の導通抵抗を２端子法にて測定して求めた。求めた導通抵抗のうち１Ω以上を不良として判定した。

以上をまとめると、次の表１のようになる。

表１から、たわみ強度２ｍｍ以上、導通抵抗１Ω未満の範囲を有するガラスセラミック基板を得るためには、突起電極中の空孔含有率が０．１〜２０．０ｖｏｌ％が必要であって、そのためには導電性ペースト中のポリプロピレン含有量が０．０１〜２．０ｗｔ％が必要であることが分かる。

これに対して、導電性ペースト中のポリプロピレン含有量が０．０１ｗｔ％未満になると突起電極中の空孔含有量が０．１ｖｏｌ％未満になり、セラミック表面と突起電極の間に大きな亀裂が生じてしまった。これは突起電極形成後の冷却に伴う誘電体と突起導体との収縮量の相違に起因して突起電極に大きな熱応力が印加されるとともに該応力によってセラミック表面と突起電極の間に大きな亀裂が生じ、その結果、突起導体とビアを良好に接続させておくことが不可となる。また、導電性ペースト中のポリプロピレンの含有量が２．０ｗｔ％より多くなると、突起電極中の空孔含有量が２０．０ｖｏｌ％より多くなり、極端に導通抵抗が極端に大きくなってしまった。

（まとめ） 以上に説明したように、突起電極を形成するための導電性ペースト中に樹脂ビーズを含有させることにより、焼成時の収縮を抑制しながら突起電極を形成することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。

例えば、空孔形成材料には、樹脂ビーズ以外を用いてもよい。また、突起電極は、略円柱や略角柱などの柱状以外に、頭を切った略円錐や略角錐（略円錐台や略角錐台）、略半球などの形状とすることも可能である。

セラミック基板の製造工程の説明図である。（実施例） セラミック基板の製造工程の説明図である。（実施例） セラミック基板の製造工程の説明図である。（実施例） セラミック基板の製造工程の説明図である。（実施例） 複合セラミック基板の説明図である。（実施例） 複合セラミック基板の（Ａ）実装状態の説明図、（Ｂ）突起電極の拡大断面図である。 突起電極の拡大断面図である。（変形例１） 突起電極の拡大断面図である。（変形例２） 突起電極の拡大断面図である。（変形例３） 突起電極の拡大断面図である。（変形例４） セラミック基板の斜視図である。（実施例） 口開きの説明図である。 凹みの説明図である。

符号の説明

１０ 基材層
１１ａ〜１１ｄ セラミックグリーンシート
１４ 複合積層体
１５ セラミック基板
１６ 基板本体
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 突起電極
１８ｓ 先端
１８ｔ 基端
１８ｘ 空孔
１９ 領域
２０ 拘束層
２１ａ〜２１ｄ セラミックグリーンシート
２２ 拘束層
２３ａ〜２３ｄ セラミックグリーンシート
２５ａ〜２５ｃ 突起導体
４０ 複合セラミック基板
５０ プリント配線基板

Claims (16)

1. 未焼成セラミック基板の一方主面に、前記未焼成セラミック基板の焼成温度では実質的に焼結しない基材中に空孔形成材料ならびに前記未焼成セラミック基板の焼成温度で焼結する金属材料を含んだ未焼成突起電極用パターンを有する拘束層を密着してなる未焼成複合積層体を形成する第１の工程と、
   前記拘束層の前記基材は実質的に焼結せず、前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれる前記空孔形成材料を消失させ、前記未焼成セラミック基板及び前記拘束層の前記未焼成突起電極用パターンに含まれる前記金属材料を焼結させうる温度で、前記未焼成複合積層体を焼成する第２の工程と、
   前記拘束層の前記基材を除去して、前記未焼成セラミック基板の焼成により形成された基板本体の一方主面に、前記拘束層の前記突起電極用パターンの焼成により形成された突起電極を有するセラミック基板を取り出す第３の工程とを備え、
   前記突起電極は、前記第２の工程において前記拘束層の前記突起電極用パターンに含まれていた前記空孔形成材料により形成された空孔を含むことを特徴とする、セラミック基板の製造方法。
2. 前記第１の工程において、前記突起電極用パターンは、前記拘束層の前記基材に設けられた貫通孔に、前記空孔形成材料及び前記金属材料を含んだ導電性ペーストを充填することにより形成されることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第１の工程において前記空孔形成材料は、前記第３の工程において前記空孔が前記突起電極のうち０．１〜２０体積％を占めるようになる割合で、前記導電性ペースト中に含まれていることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記第１の工程において前記導電性ペースト中に含まれている前記空孔形成材料は、前記第３の工程において前記空孔の径が０．１〜１０μｍφとなるように選ばれていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の製造方法。
5. 前記導電性ペーストはバインダ樹脂及び溶剤を含み、
   前記空孔形成材料は、前記溶剤に溶解しない樹脂ビーズであることを特徴とする、請求項２、３又は４に記載の製造方法。
6. 前記樹脂ビーズはポリプロピレンを主成分とし、該ポリプロピレンは前記導電性ペーストのうち０．０１〜２．０重量％を占めていることを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記金属材料は、前記導電性ペーストのうち８０〜９８重量％を占めていることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれか一つに記載の製造方法。
8. 前記第１の工程において、複数の前記拘束層の前記基材にそれぞれ設けられた前記突起電極用パターンを連接するとともに、前記拘束層ごとに前記突起電極用パターン中の前記空孔形成材料の含有量を異ならせ、
   前記突起電極は、連接された前記突起電極用パターンの焼成により形成されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の製造方法。
9. 前記第１の工程において複数の前記拘束層の前記突起電極用パターン中に含まれる前記空孔形成材料の前記含有量は、前記基板本体に近い側において前記突起電極中の前記空孔の割合が多くなるように選択することを特徴とする、請求項８の製造方法。
10. 前記第１の工程において複数の前記拘束層の前記突起電極用パターン中に含まれる前記空孔形成材料の前記含有量は、前記基板本体とは反対側において前記突起電極中の前記空孔の割合が多くなるように選択することを特徴とする、請求項８の製造方法。
11. 前記第３の工程において、前記突起電極は前記基板本体の前記一方主面の周縁に沿って配置されており、
    前記基板本体の前記一方主面において前記突起電極に囲まれた領域内に、実装部品を搭載する第４の工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の製造方法。
12. 前記第４の工程は、前記基板本体の他方主面に他の実装部品を搭載する工程を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記未焼成セラミック基板は、積層された複数の未焼成セラミック層を含み、
    前記未焼成セラミック基板の内部に、未焼成の層間接続電極用パターン及び未焼成の面内電極用パターンを有することを特徴とする、請求項１〜９の製造方法。
14. セラミック基板の少なくとも一方主面に、前記セラミック基板と同時焼成によって形成され、内部に空孔を有する突起電極を有することを特徴とする、セラミック基板。
15. 前記空孔は、前記突起電極のうち、０．１〜２０体積％を占めていることを特徴とする、請求項１４に記載のセラミック基板。
16. 前記空孔の径が０．１〜１０μｍφであることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載のセラミック基板。

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