專利名稱：多層陶瓷基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層陶瓷基板，特別涉及用于提高利用所謂的無收縮工藝制造的多層陶瓷基板的強(qiáng)度的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的專利申請人在日本專利特許第3601671號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中，提出了以下復(fù)合層疊體的制造方法即，將含有第一粉狀體的第一片材層、以及含有在第一粉狀體的燒結(jié)溫度下不會(huì)發(fā)生燒結(jié)的第二粉狀體的第二片材層進(jìn)行交替層疊，在燒成工序中，使第一粉狀體發(fā)生燒結(jié)，并使第一片材層的材料流動(dòng)至第二片材層，從而使第二粉狀體發(fā)生固接。該制造方法作為能在制造多層陶瓷基板時(shí)、抑制沿其主面方向所發(fā)生的收縮的技術(shù)而受到矚目。在應(yīng)用上述制造方法的情況下，作為第二片材層的厚度，必須厚到使得能抑制第一片材層的收縮的力(約束力)充分起作用的程度，同時(shí)，必須薄到能使得通過第一片材層的材料流動(dòng)從而致密化的程度。關(guān)于這一點(diǎn)，本發(fā)明的申請人在日本專利特開2002-94244號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2) 中，提出了以下的技術(shù)即，使約束層(第二片材層)含有軟化流動(dòng)性粉末(例如玻璃)，從而即使在約束層較厚的情況下，也能使約束層致密化。這里，作為軟化流動(dòng)性粉末，可以使用以下材料即，所述材料在基材層(第一片材層)中的陶瓷原料粉末(第一粉末)的收縮開始溫度下實(shí)質(zhì)上不會(huì)發(fā)生軟化流動(dòng)，但在燒結(jié)結(jié)束時(shí)會(huì)發(fā)生軟化流動(dòng)，從而能使約束層致密化。但是，即使在使用專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)的情況下，也與專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)的情況相同，約束層形成得比基材層要薄。然而，作為上述基材層所使用的陶瓷原料粉末，雖然可以使用將氧化鋁粉末和硼硅酸類玻璃粉末進(jìn)行混合后所獲得的玻璃類低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料等的、各種玻璃陶瓷，但由于玻璃粉末的成本較高，因此，在更考慮成本方面的情況下，使用例如在對Ba-Al-Si類氧化物陶瓷等進(jìn)行燒成時(shí)會(huì)產(chǎn)生玻璃成分的非玻璃類低溫?zé)Y(jié)陶瓷。另一方面，在使用Ba-Al-Si類氧化物陶瓷作為基材層的材料的情況下，由于需要滿足上述軟化流動(dòng)性粉末的條件，因此，使用將氧化鋁粉末和Ba-Al-Si類玻璃粉末進(jìn)行混合后所獲得的材料作為約束層材料(例如，參照日本專利特開2009-170566號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3))。此外，在該專利文獻(xiàn)3中，也揭示了約束層形成得比基材層要薄的結(jié)構(gòu)。然而，已知在如專利文獻(xiàn)1 3所記載的、約束層形成得比基材層要薄的多層陶瓷基板中，在使用如專利文獻(xiàn)3所揭示的那樣的材料的情況下，具體而言，在使用Ba-Al-Si類氧化物陶瓷作為基材層、使用氧化鋁粉末和Ba-Al-Si類玻璃粉末作為約束層的情況下，存在無法獲得所希望的基板強(qiáng)度的問題。專利文獻(xiàn)1 日本專利特許第3601671號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開2002-94244號公報(bào)
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專利文獻(xiàn)3 日本專利特開2009-170566號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，想要提供一種能解決如上所述的問題的、S卩、進(jìn)一步提高了強(qiáng)度的多層陶瓷基板。為了探尋無法獲得所希望的基板強(qiáng)度的主要原因，本發(fā)明人注意到用于獲得多層陶瓷基板的燒成工序之后所析出的結(jié)晶相。這是因?yàn)?，微?xì)的結(jié)晶相越多，越能提高基板強(qiáng)度。其結(jié)果是，雖然基材層的厚度比約束層要厚，其占整個(gè)基板的厚度的比例較高，但當(dāng)關(guān)注燒成后所存在的結(jié)晶相時(shí)，發(fā)現(xiàn)了作為微細(xì)的結(jié)晶相的鋇長石(BaAl2Si2O8)的存在量少于約束層的情況。與約束層相比，基材層中的鋇長石的存在量較少，可以認(rèn)為，其原因是由于與約束層相比，基材層的Al成分較少。基材層必須單獨(dú)進(jìn)行燒結(jié)，而另一方面，約束層不能單獨(dú)進(jìn)行燒結(jié)，由于存在以上限制，因此，在約束層中氧化鋁粉末較多，而在基材層中氧化鋁粉末較少。因此，可以認(rèn)為，基材層的Al成分比約束層要少，其結(jié)果是，較難析出鋇長石。這里， 若為了多使鋇長石析出而在基材層中增加Al成分，則無法對基材層進(jìn)行燒結(jié)。因此，簡而言之，本發(fā)明旨在想要通過對基材層添加Ti成分，在基材層中使作為除鋇長石以外的微細(xì)的結(jié)晶相的硅鈦鋇石(Ba2TiSi2O8)析出，從而提高基板強(qiáng)度。更詳細(xì)而言，本發(fā)明所關(guān)注的是包含由第一陶瓷層和厚度比第一陶瓷層要薄的第二陶瓷層交替層疊而形成的部分的多層陶瓷基板。在該多層陶瓷基板中，第一陶瓷層和第二陶瓷層都含有鋇長石，第一陶瓷層的鋇長石的存在量比第二陶瓷層的鋇長石的存在量要少。而且，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的特征在于，第一陶瓷層還含有硅鈦鋇石。硅鈦鋇石具有與鋇長石相同的晶粒直徑，是晶粒直徑約為0. 5 μ m的微粒結(jié)晶。因而，根據(jù)本發(fā)明，由于第一陶瓷層含有硅鈦鋇石，因此，第一陶瓷層中的晶界會(huì)增加，因而， 能抑制裂縫的蔓延，其結(jié)果是，能提高多層陶瓷基板的強(qiáng)度。在本發(fā)明中，若在第二陶瓷層中也進(jìn)一步含有硅鈦鋇石，則能進(jìn)一步提高多層陶瓷基板的強(qiáng)度。如上所述，當(dāng)在第二陶瓷層中也進(jìn)一步含有硅鈦鋇石的情況下，若將第二陶瓷層配置于最外層，則對提高多層陶瓷基板的強(qiáng)度、破壞韌性、以及電極剝離強(qiáng)度是有效的。艮口， 與構(gòu)成內(nèi)層的層的強(qiáng)度特性相比，位于最外層的層的強(qiáng)度特性會(huì)對基板強(qiáng)度、破壞韌性、以及電極剝離強(qiáng)度產(chǎn)生更具決定性的影響。另外，由于第二陶瓷層比第一陶瓷層要薄，因此， 即使同樣地使硅鈦鋇石析出，但第二陶瓷層的硅鈦鋇石的存在比例也要高。由此可知，當(dāng)在第二陶瓷層中也含有硅鈦鋇石的情況下，如前所述，若將第二陶瓷層配置于最外層，則對提高強(qiáng)度、破壞韌性、以及電極剝離強(qiáng)度是有效的。此外，在使第一陶瓷層起到作為基材層的功能、使第二陶瓷層起到作為約束層的功能的情況下，由于第二陶瓷層因燒結(jié)性的問題而需要比第一陶瓷層要充分地薄，因此，可以認(rèn)為，第一陶瓷層的強(qiáng)度對作為燒結(jié)體的多層陶瓷基板的強(qiáng)度具有決定性的影響。因而， 當(dāng)只有第二陶瓷層含有硅鈦鋇石時(shí)，也不能對基板強(qiáng)度的提高抱太大希望。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層陶瓷基板1的剖視圖。標(biāo)號說明1多層陶瓷基板2基材層3約束層
具體實(shí)施例方式參照圖1，對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多層陶瓷基板1進(jìn)行說明。多層陶瓷基板1具有多個(gè)作為第一陶瓷層的基材層2和多個(gè)作為第二陶瓷層的約束層3交替層疊的結(jié)構(gòu)。約束層3的厚度比基材層2要薄。另外，在本實(shí)施方式中，將約束層3配置于最外層。此外，在圖1所示的多層陶瓷基板1中，雖然具有多個(gè)基材層2和多個(gè)約束層3在遍及整個(gè)層疊方向的區(qū)域交替層疊的結(jié)構(gòu)，但在層疊方向的一部分中，也可以存在不具有這樣的交替層疊的結(jié)構(gòu)的部分。在多層陶瓷基板1中，設(shè)置有各種與基材層2和約束層3的特定層相關(guān)的導(dǎo)體圖案。作為導(dǎo)體圖案，具有形成于多層陶瓷基板1的上表面上的多個(gè)外部導(dǎo)體膜4 ；同樣地形成于下表面上的多個(gè)外部導(dǎo)體膜5 ；沿基材層2或約束層3和與它們相鄰的層的界面所形成的多個(gè)內(nèi)部導(dǎo)體膜6 ；以及穿過基材層2和/或約束層3的特定層而形成的、起到作為層間連接導(dǎo)體的功能的通孔導(dǎo)體7。另外，形成有幾個(gè)端子導(dǎo)體8，使得所述端子導(dǎo)體8與形成于下表面上的外部導(dǎo)體膜5相連接，并露出于側(cè)面。端子導(dǎo)體8是使通孔導(dǎo)體的側(cè)面露出而形成的。形成于上表面上的外部導(dǎo)體膜4用于與應(yīng)該裝載于上表面上的電子元器件9和10 相連接。在圖1中，圖示有例如像半導(dǎo)體器件這樣的、具有凸點(diǎn)電極11的電子元器件9 ； 以及例如像貼片電容器這樣的、具有平坦的端子電極12的電子元器件10。另外，形成于下表面上的外部導(dǎo)體膜5用于與安裝該多層陶瓷基板1的母板(未圖示)相連接。通過將半成品的層疊體進(jìn)行燒成來獲得這樣的多層陶瓷基板1。半成品的層疊體包括用來形成基材層2的基材生片層；用來形成約束層3的約束生片層；以及由導(dǎo)電性糊料所形成的內(nèi)部導(dǎo)體膜6、通孔導(dǎo)體7和端子導(dǎo)體8，根據(jù)不同情況，還包括由導(dǎo)電性糊料所形成的外部導(dǎo)體膜4和5。利用刮刀法在例如包含像聚對苯二甲酸乙二醇酯這樣的有機(jī)樹脂的底膜上將陶瓷漿料進(jìn)行成形，從而獲得基材層用生片，利用該所獲得的基材層用生片來提供上述半成品的層疊體所包括的基材生片層。關(guān)于約束生片層，也利用將陶瓷漿料進(jìn)行成形而獲得的約束層用生片來提供，但可以在獨(dú)立將約束層用生片進(jìn)行成形之后，對其與基材層用生片一起實(shí)施層疊工序，也可以將其在基材層用生片上進(jìn)行成形，并在基材層用生片與約束層用生片相貼合而形成的復(fù)合片的狀態(tài)下，實(shí)施層疊工序。優(yōu)選為向低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料中添加像聚乙烯醇縮丁醛這樣的有機(jī)粘合劑、像甲苯和異丙醇這樣的溶劑、以及像鄰苯二甲酸二正丁酯這樣的增塑劑，另外，根據(jù)需要，添加分散劑等添加物，并進(jìn)行漿料化，從而能獲得用于將基材層用生片進(jìn)行成形的陶瓷漿料。作為基材層用生片所含有的上述低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料，可以有效地使用包括主成分陶瓷材料和副成分陶瓷材料的低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料，所述主成分陶瓷材料含有將Ba換算成 BaO為20 40重量％、將Al換算成Al2O3為5 20重量％、以及將Si換算成SW2為48 75重量％的材料，所述副成分陶瓷材料相對于主成分陶瓷材料100重量份，含有將Mn換算成MnO為2 4重量份、以及將Ti換算成TiO2為0. 1 10重量份的材料。這里，如上所述，在基材層用生片所含有的低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料中，添加有Ti成分， 這一點(diǎn)很重要。由此，能在基材層2中使作為除鋇長石以外的微細(xì)的結(jié)晶相的硅鈦鋇石析出ο另一方面，向在上述低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料的燒結(jié)溫度下實(shí)質(zhì)上不會(huì)發(fā)生燒結(jié)的陶瓷材料添加有機(jī)粘合劑、溶劑和增塑劑，并進(jìn)行漿料化，從而能獲得用于將約束層用生片進(jìn)行成形的陶瓷漿料。作為約束層用生片所含有的陶瓷材料，可以有效地使用包括40 75重量％的 Al2O3和25 60重量％的玻璃的陶瓷材料，所述玻璃含有將Ba換算成BaO為10 30重量％、將Al換算成Al2O3為2 10重量％、將Si換算成SW2為40 65重量％、將B換算成化03為2 15重量％、將Ca換算成CaO為0 15重量％、將Mg換算成MgO為0 10 重量％、以及將Ti換算成TW2為0 10重量％的材料。如上所述，約束層用生片中的Ca、Mg、以及Ti的含量有時(shí)也有可能為0重量％，但若添加有Ti成分，則也能在約束層3中使作為除鋇長石以外的微細(xì)的結(jié)晶相的硅鈦鋇石析
出ο將內(nèi)部導(dǎo)體膜6、通孔導(dǎo)體7、以及端子導(dǎo)體8設(shè)置于層疊前的基材層用陶瓷生片、 約束層用生片、或復(fù)合片上。根據(jù)需要，將外部導(dǎo)體膜4和5也設(shè)置于層疊前的基材層用陶瓷生片、約束層用生片、或復(fù)合片上。在形成內(nèi)部導(dǎo)體膜6、以及外部導(dǎo)體膜4和5時(shí)，應(yīng)用導(dǎo)電性糊料的絲網(wǎng)印刷。在形成通孔導(dǎo)體7時(shí)，實(shí)施形成貫通孔和向貫通孔填充導(dǎo)電性糊料的各個(gè)工序。在形成端子導(dǎo)體8時(shí)，實(shí)施形成貫通孔、向貫通孔填充導(dǎo)電性糊料、以及切斷填充至貫通孔的導(dǎo)電性糊料的各個(gè)工序。作為上述導(dǎo)電性糊料，可以使用含有例如金、銀、或銅這樣的低融點(diǎn)金屬材料作為導(dǎo)電成分的主要成分的材料。從同時(shí)燒結(jié)性的觀點(diǎn)來看，在金、銀、或銅的低熔點(diǎn)金屬材料之中，特別優(yōu)選使用以銅為主要成分的導(dǎo)電性糊料。按規(guī)定的順序?qū)⒒膶佑蒙图s束層用生片進(jìn)行層疊，沿層疊方向施加例如 1000 1500kgf/cm2的壓力以進(jìn)行壓接，從而獲得半成品的層疊體。雖未圖示，但也可以在該半成品的層疊體上，設(shè)置用于容納其他電子元器件的空腔、以及用于對覆蓋電子元器件8 和9等的罩蓋進(jìn)行固定的接合部分。在能對陶瓷生片層所含有的陶瓷材料進(jìn)行燒結(jié)的溫度以上(例如850°C以上)、導(dǎo)體圖案所含有的金屬的熔點(diǎn)以下(例如若為銅，則為1050°C以下)的溫度范圍內(nèi)，對半成品的層疊體進(jìn)行燒成。由此，在對陶瓷生片層進(jìn)行燒結(jié)的同時(shí)，也對導(dǎo)電性糊料進(jìn)行燒結(jié)，從而能獲得具有燒結(jié)好的導(dǎo)體圖案的多層陶瓷基板1。之后，安裝電子元器件9和10。在上述的燒成工序中，由于在約束層用生片中未發(fā)生實(shí)質(zhì)上的燒結(jié)，因而未因燒結(jié)而產(chǎn)生收縮，因此，能起到抑制基材層用生片向主面方向收縮的作用。這樣，能提高所獲得的多層陶瓷基板1的尺寸精度。另外，在燒成后的多層陶瓷基板1中，基材層2的材料的一部分向約束層3流動(dòng)，由此，形成為將約束層3所含有的陶瓷粉末進(jìn)行了固接的狀態(tài)，從而能使約束層3致密化。在所獲得的多層陶瓷基板1中，作為結(jié)晶相，基材層2和約束層3都具有鋇長石。 但是，基材層2的鋇長石的存在量比約束層3要少?？梢酝茰y這是由于基材層2的Al成分比約束層3要少。另外，由于在基材層2中添加有Ti成分，因此，作為結(jié)晶相，基材層2還含有硅鈦鋇石。作為結(jié)晶相，基材層2除了含有上述鋇長石和硅鈦鋇石以外，還含有氧化鋁(Al2O3) 和石英(SiO2),剩余部分是作為非晶態(tài)成分的玻璃。如上所述，基材層用生片作為初始成分不含有玻璃，但在燒成工序中生成了作為非晶態(tài)成分的玻璃，從而燒成后的基材層2中含有玻璃。作為結(jié)晶相，約束層3除了含有上述鋇長石以外，還含有氧化鋁，剩余部分是非晶態(tài)成分。另外，當(dāng)約束層3含有Ti成分的情況下，在約束層3中也含有硅鈦鋇石。上述硅鈦鋇石具有與鋇長石相同的晶粒直徑，是晶粒直徑約為0. 5μπι的微粒結(jié)晶。因此，在基材層2中，因硅鈦鋇石的存在會(huì)導(dǎo)致晶界增加，因而，能抑制裂縫的蔓延，其結(jié)果是，能提高多層陶瓷基板1的強(qiáng)度。另外，若在約束層3中也含有硅鈦鋇石，則能進(jìn)一步提高多層陶瓷基板1的強(qiáng)度。另外，在約束層3中也含有硅鈦鋇石的情況下，像該實(shí)施方式那樣，若將約束層3 配置于最外層，則對提高多層陶瓷基板1的強(qiáng)度、破壞韌性、以及電極剝離強(qiáng)度是有效的。此外，關(guān)于導(dǎo)體圖案所含有的主要成分金屬，在該金屬是銅的情況下，在像氮?dú)鈿夥者@樣的非氧化性氣氛中進(jìn)行燒成，在例如900°C以下的溫度下結(jié)束脫粘合劑，另外，在降溫時(shí)，降低氧氣分壓，從而實(shí)質(zhì)上不使銅在燒成結(jié)束時(shí)進(jìn)行氧化。此外，若燒成溫度例如為980°C以上，作為導(dǎo)體圖案所含有的金屬，較難使用銀，但若為例如鈀為20重量％以上的 Ag-Pd類合金，則能夠使用。在這種情況下，能在空氣中實(shí)施燒成。若燒成溫度例如為950°C 以下，則可以使用銀作為導(dǎo)體圖案所含有的金屬。[實(shí)驗(yàn)例]接著，對為了確認(rèn)本發(fā)明產(chǎn)生的效果而實(shí)施的實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說明。(1)基材層用生片的制作作為初始原料，準(zhǔn)備粒徑都為2. 0 μ m以下的Si02、BaCO3> A1203、ZrO2, CaCO3> B203、 MnC03、Ti02、&&Mg(0H)2的各種粉末。接著，稱量這些初始原料粉末，使得成為表1所示的組分比，在進(jìn)行濕法混合粉碎之后，進(jìn)行干燥，將所獲得的混合物在750 1000°C下預(yù)燒制 1 3小時(shí)，從而獲得用于基材層的原料粉末。上述BaCO3在燒成后成為BaO，上述CaCO3在燒成后成為CaO，上述MnCO3在燒成后成為MnO，上述Mg (OH) 2在燒成后成為MgO。此外，在表1中，各初始原料粉末以重量％為單位來表示。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種多層陶瓷基板，所述多層陶瓷基板包含由第一陶瓷層和厚度比所述第一陶瓷層要薄的第二陶瓷層交替層疊而形成的部分，其特征在于，所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層都含有鋇長石(BaAl2Si2O8)，所述第一陶瓷層的鋇長石的存在量比所述第二陶瓷層要少，所述第一陶瓷層還含有硅鈦鋇石(Ba2TiSi2O8)。
2.如權(quán)利要求1所述的多層陶瓷基板，其特征在于， 所述第二陶瓷層還含有硅鈦鋇石。
3.如權(quán)利要求2所述的多層陶瓷基板，其特征在于， 將所述第二陶瓷層配置于最外層。
全文摘要
本發(fā)明為了提高利用以下方法所獲得的多層陶瓷基板的強(qiáng)度，所述方法如下為了能進(jìn)行無收縮燒成，將基材層和不會(huì)在基材層的燒結(jié)溫度下發(fā)生燒結(jié)的約束層進(jìn)行交替層疊，在燒成工序中，一邊使基材層燒結(jié)，一邊使基材層的材料流動(dòng)至約束層，從而使約束層致密化?；膶雍图s束層都含有鋇長石(BaAl2Si2O8)，但基材層的鋇長石的存在量比約束層要少。為了提高基材層的強(qiáng)度，通過添加Ti成分而不增加阻礙基材層燒結(jié)的Al成分的含量，在基材層中使硅鈦鋇石(Ba2TiSi2O8)析出。若基材層中存在硅鈦鋇石，則基材層中的晶界會(huì)增加，因此，能抑制裂縫的蔓延，其結(jié)果是，能提高多層陶瓷基板的強(qiáng)度。
文檔編號H05K1/03GK102316671SQ20111019977
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者元家真知子, 鷲見高弘 申請人:株式會(huì)社村田制作所