专利名称：陶瓷成形体的制造方法
技术领域：
本发明涉及以陶瓷基板为代表的陶瓷成形体的制造方法，详细地说，本发明涉及 经过所谓的约束烧成工序而制成的陶瓷基板等陶瓷成形体的制造方法，所述约束烧成工序 是在被烧成体上设置约束层，在抑制被烧成体的平面方向的收缩的同时进行烧成的工序。
背景技术：
陶瓷电子器件中要求高平面尺寸精度的陶瓷基板等的烧成工序中的平面方向的 烧成收缩和该收缩的偏差等会对产品的品质造成很大影响。于是，作为在抑制上述烧成工序中的收缩的同时对陶瓷成形体进行烧成的方法， 例如提出了如下烧成方法如图5所示，在陶瓷成形体51的两个主面上形成在陶瓷成形体 51的烧成温度下实质上不烧结的以氧化铝等难烧结性材料为主要成分的层(约束层)52a、 52b，以该状态进行烧成(约束烧成)，藉此可在实质上不产生平面方向的烧成收缩的情况 下进行烧成(参照专利文献1)。而且，上述现有的烧成方法中，为提高约束层所发挥的约束力，需要减小难烧结性 材料的粒径。但是，如果减小粒径，则基材层和约束层牢固地接合，因此存在当烧成后通过湿式 喷砂等方法除去约束层时会对基材层表面和电极造成损伤的问题。例如在制造实现了陶瓷 层和电极层的薄层化、多层化的多层陶瓷基板的情况下，在约束层的除去工序中，存在基板 产生裂纹或电极剥离的问题。专利文献1 日本专利特开平4-243978号公报发明的揭示本发明是用于解决上述问题的发明，其目的是提供在烧成工序结束后的约束层的 除去工序中不会对作为烧结体的陶瓷成形体造成损伤、能可靠且高效地制造尺寸精度高的 陶瓷成形体的陶瓷成形体的制造方法。为了解决上述问题，本申请的权利要求1的陶瓷成形体的制造方法的特征在于， 包括制作未烧成层叠体的层叠体制作工序，所述未烧成层叠体包括基材层、第一约束 层和第二约束层，所述基材层含有陶瓷粉末和玻璃材料，在烧成后成为陶瓷成形体，所述第 一约束层配置成与所述基材层的至少一个主面相接，并且以在低氧气氛中烧成时不烧去、 而在氧分压高于所述低氧气氛的气氛中烧成时烧去的烧去材料为主要成分，所述第二约束 层配置于所述第一约束层的与所述基材层相接的面的相反侧的不与所述基材层相接的主 面，并且以在所述基材层的烧结温度下不烧结的陶瓷粉末为主要成分；以及烧成工序，在该烧成工序中，对所述未烧成层叠体进行烧成，使所述基材层烧结；所述烧成工序包括第一烧成工序，在该第一烧成工序中，在所述低氧气氛中在包括所述第一约束层 和第二约束层的状态下进行烧成，使所述基材层烧结；以及
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第二烧成工序，在该第二烧成工序中，在氧分压高于所述第一烧成工序的条件下 进行烧成，使构成所述第一约束层的所述烧去材料烧去。此外，权利要求2的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，在所述烧成工序之后包 括除去所述第二约束层的约束层除去工序。此外，权利要求3的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，所述陶瓷成形体是陶瓷基板。此外，权利要求4的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，在所述第一烧成工序中， 进行烧成以使所述基材层所包含的所述玻璃材料渗透至所述第一约束层。此外，权利要求5的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，所述烧去材料是碳粉末。此外，权利要求6的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，所述基材层包含粘合剂，并且在所述烧成工序中的所述第一烧成工序之前包括除去所述基材层所包含的所述 粘合剂的脱粘合剂工序，所述脱粘合剂工序在含氧气氛中且在所述烧去材料不烧去的温度下实施。此外，权利要求7的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，在所述层叠体制作工序 中，所述第一约束层通过将含有其构成材料的片材配置成与所述基材层的至少一个主面 相接而形成，所述第二约束层通过将含有其构成材料的片材配置在所述第一约束层上而形 成。此外，权利要求8的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，在所述层叠体制作工序 中，所述第一约束层通过将含有其构成材料的糊料涂布于所述基材层的至少一个主面而形 成，所述第二约束层通过将含有其构成材料的糊料涂布于所述第一约束层上而形成。此外，权利要求9的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，所述基材层具有多层结 构，该多层结构包括多个含有所述陶瓷粉末和所述玻璃材料的层。此外，权利要求10的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，所述基材层的至少一个 主面具有布线图案。此外，权利要求11的陶瓷成形体的制造方法的特征在于，还包括在所述烧成工序 中经过烧成后的基材层的外表面上安装电子器件的工序。本申请的权利要求1的陶瓷成形体的制造方法中，将以在低氧气氛中烧成时不烧 去、而在氧分压高于该低氧气氛的气氛中烧成时烧去的烧去材料为主要成分的第一约束层 设置成与基材层相接，再在第一约束层上(即，第一约束层的不与基材层相接的那个主面) 设置以在基材层的烧结温度下不烧结的陶瓷粉末为主要成分的第二约束层，从而形成未烧 成层叠体。接着，在第一烧成工序中，在烧去材料不会烧去的低氧气氛下进行约束烧成，在 不会使基材层在平面方向上收缩的情况下使其烧结，然后在第二烧成工序中，在氧分压高 于第一烧成工序的条件下进行烧成。因此，在第一烧成工序中，利用介于第二约束层和基材 层之间的第一约束层来阻止烧成工序中第二约束层和基材层牢固地粘合。此外，在第二烧成工序中，由于构成介于第二约束层和基材层之间的第一约束层 的烧去材料烧去，因此通过第一约束层与基材层接合的第二约束层和基材层的接合被解 除。因此，在烧成工序结束后，即使不设置主动除去约束层的工序，也能取出烧结好的在通过例如湿式喷砂或喷砂等物理方法将约束 层从基材层除去时产生的陶瓷成形体的裂纹或缺陷等，能以高原材料利用率制造尺寸精度 高的陶瓷成形体。S卩，根据本发明，通过适当地调整烧成温度、烧成气氛和第一约束层的厚度等，在 烧成工序之后实际上无需设置用于主动除去约束层的除去工序就可获得与约束层分离的 状态的陶瓷成形体。另外，本发明的陶瓷成形体的制造方法中，在第一烧成工序(约束烧成工序)中， 第一约束层和第二约束层对基材层施加抑制平面方向(与主面平行的方向)的收缩的约束 力。而且，通过该约束力，基材层的平面方向上的烧结收缩得到抑制，被烧成体实质上仅在 厚度方向上烧结收缩，因此能可靠地制造平面方向的尺寸精度高的陶瓷成形体。尤其是本 发明中由于在具有第一约束层和第二约束层的双层结构的约束层的状态下实施第一烧成 工序，因此可获得足够的约束力。另外，本发明的第一烧成工序中的低氧气氛是指氧分压比大气等低得多的气氛， 具体可例举常压下的氧分压在10_2atm(大气压)左右以下(即，气氛中的氧浓度在lvol% (体积％)左右以下)的气氛。作为该低氧气氛的更优选的条件，可例举例如常压下的氧分压为10_3 l(T6atm(氧浓度 0. 1 0. 0001vol% )的条件。此外，第二烧成工序中的氧分压高于第一烧成工序的条件是指可使上述烧去材料 燃烧而烧去的氧分压的气氛，具体可例举常压下的氧分压在lO—ktm以上(即，气氛中的氧 浓度在IOvol %以上)的气氛。此外，如上所述，本发明中，通过在第二烧成工序中将第一约束层烧去，通过第一 约束层与基材层接合的第二约束层和基材层的接合被解除，第二约束层与基材层分离，因 此可以不特别设置除去第二约束层的工序，但如权利要求2的发明所述，通过在烧成工序 之后设置除去第二约束层的约束层除去工序，可获得更切实地除去了约束层的可靠性高的 陶瓷成形体。另外，在第二烧成工序后的阶段，因为第二约束层不与基材层粘合，所以可方 便地除去第二约束层，几乎不会损伤基材层。此外，如权利要求3所述，本发明适用于陶瓷成形体中希望平面方向的尺寸精度 和形状精度高的陶瓷基板(包括多层陶瓷基板)的制造方法，通过采用本发明，可高效地制 造尺寸精度高的陶瓷基板。此外，采用权利要求4的陶瓷成形体的制造方法时，在第一烧成工序中，基材层所 包含的玻璃材料渗透至第一约束层或渗透至第一约束层和第二约束层，从而形成渗透层。 然后，约束层和基材层通过该渗透层牢固地接合，并且利用渗透层来切实地抑制、防止第一 烧成工序中的基材层的平面方向的收缩。另外，为了更切实地获得约束力，较好是基材层的玻璃材料切实地渗透至约束层。 为此，约束层较好是设置成与基材层密合。另外，因为构成第一约束层的烧去材料在第二烧成工序中烧去，所以如上所述，通 过第一约束层与基材层接合的第二约束层和基材层的接合实际上在第二烧成工序中解除。此外，权利要求5的陶瓷成形体的制造方法中，第一烧成工序中在低氧分压气氛 中烧成时，作为第一约束层的烧去材料使用的碳粉末不燃烧并且也不收缩，因此可充分发
6挥抑制基材层的烧成收缩的功能，而在第二烧成工序中在高氧分压条件下进行烧成时，所 述碳粉末燃烧而烧去，因此可充分发挥将通过第一约束层与基材层接合的第二约束层和基 材层的接合解除的接合解除功能。此外，通过适当地选择碳粉末的粒径，可抑制第一约束层的平均比表面积的增大， 可减少所使用的有机粘合剂量。另外，作为碳粉末，优选使用粒径在0. 1 100 μ m的范围内的碳粉末。这是因为如 果粒径超过ΙΟΟμπι，则约束力不足，S卩，粒径在ΙΟΟμπι以下时，可获得较大的约束力，此外， 通过使粒径在0. 1 μ m以上，可防止碳粉末在第一烧成工序中烧去，另一方面也可确保碳粉 末在第二烧成工序中的易烧去性。此外，权利要求6的陶瓷成形体的制造方法中，在第一烧成工序之前，在含氧气氛 中且在烧去材料不烧去的温度下实施脱粘合剂工序，因此可切实地除去基材层所包含的粘 合剂，顺利地实施后续的进行约束烧成的第一烧成工序和使构成约束层的烧去材料烧去的
第二烧成工序。另外，进行脱粘合剂工序时的含氧气氛可例举大气气氛或将大气导入惰性气体而 成的气氛等。通常，在大气气氛这样的高氧分压条件下实施所述脱粘合剂工序可更高效地 完成脱粘合剂。此外，本发明中，作为形成第一约束层和第二约束层的方法，可例举如权利要求7 所述，通过将含有第一约束层的构成材料的片材配置于基材层的至少一个主面而形成第一 约束层，通过将含有第二约束层的构成材料的片材配置在第一约束层上而形成第二约束层 的方法；或如权利要求8所述，通过将含有第一约束层的构成材料的糊料涂布于基材层的 至少一个主面而形成第一约束层，通过将含有第二约束层的构成材料的糊料涂布在第一约 束层上而形成第二约束层的方法等。通过采用这些方法，可高效地设置约束层。此外，如权利要求9的陶瓷成形体的制造方法所述，通过将基材层制成多层结构， 可高效地制造平面形状精度良好的以陶瓷基板为代表的各种陶瓷成形体。此外，权利要求10的陶瓷成形体的制造方法中，由于基材层的至少一个主面形成 有布线图案，因此通过使用由该方法制成的陶瓷成形体，可如权利要求11所述，在烧成工 序中经过烧成后的基材层上安装电子器件，高效地制造具有外表面上装载有电子器件的结 构的以陶瓷基板为代表的陶瓷成形体。附图的简单说明
图1是表示通过本发明的实施例(实施例1)的陶瓷成形体的制造方法制成的多 层陶瓷基板的图。图2是表示图1的陶瓷基板上装载有安装器件的状态的图。图3是表示图1和图2的陶瓷基板的制造工序中制成的包括第一约束层和第二约 束层的未烧成层叠体的图。图4是表示本发明的实施例的一个工序中从包括第一约束层和第二约束层的层 叠体中烧去了第一约束层后的状态的图。图5是表示以往的采用以难烧结性材料为主要成分的约束层来对陶瓷成形体进 行约束烧成的方法的图。符号的说明
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1绝缘性体陶瓷层
Ia基板用陶瓷生坯
2导体部
3a、3b安装电子器件
12贯通孔
21表面导体(外部导体)
21a未烧结的外部导体
22层间导体(内部导体)
22a未烧结的内部导体
23过孔导体
23a未烧结的过孔导体
31第一约束层
32第二约束层
33未烧成层叠体
A多层陶瓷基板
A，基材层(未烧成的多层陶瓷基板)
B装载有安装器件的多层陶瓷基板
实施发明的最佳方式
下面示出本发明的实施方式，对本发明进行更详细的说明。
(1)含氧陶瓷粉末和玻璃材料的基材层的制作
形成构成陶瓷基板的主要部分的基材层时，首先向由陶瓷粉末和玻璃材料混合而
成的混合粉末中分别添加适量的粘合剂、分散剂、增塑剂和有机溶剂等，将它们混合，从而 制成陶瓷浆料。作为陶瓷粉末，可使用各种陶瓷粉末，作为优选材料的一例，可例举氧化铝(Al2O3) 粉末。关于玻璃材料，可以从一开始就以玻璃粉末的形式含有，也可以在烧成工序中析 出玻璃质。此外，上述玻璃材料也可以在烧成工序的至少最终阶段使结晶质析出，藉此进行 结晶化。作为玻璃材料，可优选使用例如可析出镁橄榄石、镁黄长石或透辉石这样的介质损 耗小的结晶质的硼硅酸盐玻璃类的玻璃粉末。接着，通过刮刀涂布法等方法将该陶瓷浆料成形为片状，制成基材层用的生坯 (例如制造多层陶瓷基板时的基板用陶瓷生坯)Ia(图3)。更具体而言，将50 64重量％作为玻璃粉末的含有10 55重量％的Ca0、45 70重量％的Si02、0 30重量％的A1203、0 10重量％的杂质、5 20重量％的B2O3的 组成的玻璃粉末(平均粒径1. 5 μ m)和35 50重量％作为陶瓷粉末的Al2O3粉末(平均 粒径Ι.Ομπι)混合，将该混合物分散于由有机溶剂、增塑剂等构成的有机载体中，调制成浆 料。然后通过刮刀涂布法或浇铸法将该浆料成形为片状，藉此制成基板用陶瓷生坯。另外， 作为陶瓷粉末的Al2O3粉末也可含有0 10重量％的杂质。此外，基板(基材层)通常通过将多块陶瓷生坯层叠而形成，但也可由一块陶瓷生 坯构成。此外，基板用陶瓷生坯优选通过上述片材成形法形成的陶瓷生坯，也可以是通过厚
8膜印刷法形成的未烧结的厚膜印刷层。此外，作为陶瓷粉末，除上述绝缘体材料外，也可使 用铁素体等磁性体材料或钛酸钡等电介质材料。此外，作为基板用陶瓷生坯，优选使用在1050°C以下的温度下烧结的低温烧结陶 瓷生坯。为此，作为上述玻璃粉末，优选使用具有750°C以下的软化点的玻璃粉末。(2)约束层本发明的陶瓷成形体的制造方法中，使用第一约束层和第二约束层，所述第一约 束层以在低氧气氛中烧成时不烧去、而在氧分压高于该低氧气氛的气氛中烧成时烧去的烧 去材料为主要成分，所述第二约束层设置于第一约束层上，以在基材层的烧结温度下不烧 结的陶瓷粉末为主要成分。(a)第一约束层作为设置成与基材层相接的第一约束层，必须具备下述的2个性质(I)到构成基材层的低温烧结陶瓷材料烧结为止，即，在低氧气氛中进行烧成的第 一烧成工序中，起到抑制基材层的收缩的约束层原本的功能；(II)在后续的氧分压高于第一烧成工序的条件下进行烧成的第二烧成工序中烧 去。因此，本发明中，作为第一约束层，使用含有在低氧气氛中烧成时不烧去、而在高 氧气氛中烧成时烧去的烧去材料作为主要成分的约束层。作为第一约束层，可使用例如以碳粉末作为烧去材料的约束层。作为碳粉末等烧去材料，优选使用以其为主要成分的约束层能发挥足够的约束力 的性状的碳粉末，即，能构成在第一烧成工序中不易发生收缩的约束层的碳粉末。此外，为使烧去材料不会在第一烧成工序中烧去，构成第一约束层的烧去材料优 选使用燃烧温度高的材料。此外，通过使用燃烧温度高的材料作为烧去材料，可提高脱粘合 剂工序中的加热温度，切实地进行脱粘合剂，并且可扩大粘合剂的选择范围。另外，作为碳 粉末等烧去材料，优选使用例如燃烧温度在600°C以上的材料。此外，为使第一约束层发挥足够的约束力，较好是基材层所包含的玻璃材料切实 地渗透至第一约束层，形成渗透层。因此，为使基材层的玻璃材料切实地渗透至第一约束 层，较好是将第一约束层设置成与基材层密合。例如，将约束层用片材层叠而形成第一约束 层时，较好是将片材压接于基材层，另外，涂布糊料而形成第一约束层时，较好是在将印刷 夹具按压于基材层并与基材层密合的状态下涂布糊料。此外，作为烧去材料的碳粉末优选粒径在0. 1 100 μ m的范围内的碳粉末。这是 因为粒径在100 μ m以下时，可获得较大的约束力，此外，粒径在0. 1 μ m以上时，在第二烧成
工序中容易烧去。此外，较好是在第一烧成工序后的第二烧成工序中导入大气，在高氧分压气氛中 进行烧成，藉此使第一约束层燃烧而烧去。为了在第二烧成工序中容易烧去，约束层较好是 由碳粉末、粘合剂和溶剂形成，而减少其它添加物。此外，第一约束层的厚度优选100 200 μ m。这是因为通过使第一约束层的厚度 在100 μ m以上，可赋予其足够的约束力，通过使第一约束层的厚度在200 μ m以下，可容易 地进行片材成形。(b)第二约束层
第二约束层通过第一约束层与基材层接合，是为了更切实地确保约束力而设置的 约束层，使用的是以在基材层的烧成工序中实质上不烧结的陶瓷粉末为主要成分的材料。 作为优选的陶瓷粉末，可例举例如氧化铝粉末。氧化铝粉末容易获得性状和特性稳定的粉末，且在基材层的烧结温度下不烧结， 具备理想的条件。作为构成第二约束层的陶瓷粉末，优选使用平均粒径为0. 1 5. Ομπι的陶瓷粉末。陶瓷粉末的平均粒径如果不足0. 1 μ m，则因为粒径小，所以片材中的粘合剂等有 机成分在烧成工序中难以分解飞散，有时会在基材层中发生脱层叠，不理想。此外，平均粒 径如果超过5. 0 μ m，则烧成收缩的抑制力下降，因此不理想。另外，构成第二约束层的陶瓷粉末是在基材层的烧成工序中实质上不烧结的陶瓷 粉末即可，除氧化铝外，也可使用氧化锆或氧化镁等各种陶瓷粉末。此外，第二约束层的厚度优选100 200 μ m。这是因为通过使第二约束层的厚度 在100 μ m以上，可赋予其足够的约束力，通过使第二约束层的厚度在200 μ m以下，可容易 地进行片材成形。(3)关于形成于基材层的导体及该导体所用的导电材料基材层在未烧成的阶段中形成有作为过孔导体、通孔导体、外部导体和内部导体 的导体图案等，作为其中所用的导电材料，优选使用以低电阻且难氧化性的金属材料(例 如Ag)为主要成分的导电材料。但是，作为导电材料，也可使用其它材料，可使用例如Ag-Pd、Au、Pt等。此外，要求与陶瓷的接合强度时，也可在导电材料中添加1种以上的Al2O3等添加 物。此外，可以相对于上述主要成分(导电材料)以规定的比例添加有机载体，搅拌、 混炼，从而制成导电性糊料，用该导电性糊料形成作为过孔导体、通孔导体、外部导体和内 部导体的导体图案等。但是，构成导电性糊料的主要成分、添加成分、有机载体等的种类的配比无特别限定。此外，有机载体是粘合剂树脂和溶剂混合而成的载体，作为粘合剂树脂，可使用例 如乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛、甲基丙烯酸树脂等。此外，作为溶剂，可使用 例如萜品醇、二羟基萜品醇、二羟基萜品醇乙酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、醇类 等。还可根据需要添加各种分散剂、增塑剂、活性剂等。基材层表面的导体图案还包括用于将上下层间的导体图案相互连接的过孔导体、 通孔导体等贯通导体暴露在表面的部分。这些贯通导体可通过如下方法等形成通过冲压 加工等在玻璃陶瓷生坯上形成贯通孔，通过印刷在该贯通孔中填入上述糊料。(4)脱粘合剂工序在烧成工序之前实施的脱粘合剂工序通常通过在大气中从室温升温至粘合剂分 解或燃烧的温度并保持一定时间来实施。例如可通过在大气中从室温升温至400°C并保持60分钟来进行脱粘合剂。另外，本发明的陶瓷成形体的制造方法中，为获得高效率，脱粘合剂工序较好是在大气中等高氧分压气氛中进行。但是，在氧分压低于大气的条件下也可进行脱粘合剂，根据 情况也可在氧分压比大气低得多的低氧气氛中进行。(5)烧成条件(a)第一烧成工序通过在脱粘合剂工序后导入氮气并将基材层的烧结温度例如从 400°C升温至950°C来进行。本发明中，第一烧成工序中的低氧气氛是指氧分压低于大气的气氛，尤其是氧分 压为10_3 10_6atm时，第一约束层中的碳粉末等烧去材料不烧去，能可靠地约束基材层，因 此较佳。(b)第二烧成工序在氧分压高于第一烧成工序的条件下实施，使构成第一约束层 的例如碳粉末等烧去材料烧去，从而除去第一约束层。例如，在第一烧成工序结束后导入大气，在常压下、氧分压0. 2Iatm,9500C的条件 下保持10分钟，藉此使构成第一约束层的碳烧去。另外，第一烧成工序和第二烧成工序可以如上所述在相同的烧成温度下实施，但 也可以在不同的温度下实施第一烧成工序和第二烧成工序。此外，第一烧成工序和第二烧 成工序可以连续地进行，也可以在进行完第一烧成工序后暂时从炉中取出，然后再次投入 炉中进行第二烧成工序。如上所述，通过在第二烧成工序中将第一约束层烧去，利用第一约束层与基材层 接合的第二约束层和基材层的接合被解除，第二约束层与基材层分离。其结果是，通过适当地调整烧成温度、烧成气氛、约束层的厚度等，即使不设置主 动除去约束层的工序，也能取出烧成后的基材层(陶瓷成形体)。因此，将约束层从基材层除去时的工序中不会对基材层(陶瓷成形体)造成裂纹 或缺陷等损伤，能以高原材料利用率制造尺寸精度高的陶瓷成形体。另外，通过在第二烧成工序中将第一约束层烧去，利用第一约束层与基材层接合 的第二约束层和基材层的接合被解除，第二约束层与基材层分离，因此可以不设置主动除 去第二约束层的工序，但在残留有第一约束层的残渣或第二约束层时，也可以设置除去该 残渣和第二约束层的约束层除去工序，此时，可更切实地获得没有残渣等附着的可靠性高 的陶瓷成形体。另外，作为除去约束层的方法，可例举用手等拂拭的方法或用超声波清洗的方法 等。通过这些方法，可容易地除去约束层，不会对基材层和电极造成损伤。此外，本发明中，将第一约束层和第二约束层层叠而形成约束层。如果采用该方 法，则与仅用由烧去材料构成的第一约束层来形成约束层的情况相比，产生如下效果。本发明的方法中，将第一约束层的厚度设为与仅由第一约束层来形成约束层时的 第一约束层的厚度相同时，可增加整个约束层的厚度，因此可增强约束力。此外，将第一约束层和第二约束层层叠而成的约束层的厚度设为与仅由第一约束 层形成的约束层的厚度相同时，前者(本发明)能减小第一约束层相对于整个约束层的厚 度，因此与后者相比，可减少炉内气氛的变化，可减小对陶瓷烧成体的影响。以下，示出本发明的实施例，对本发明的特征点进行更详细的说明。实施例1图1是表示通过本发明的实施例(实施例1)的陶瓷成形体的制造方法制成的多层陶瓷基板(陶瓷成形体)的图，图2是表示图1的多层陶瓷基板上装载有安装器件的状 态的图，图3是表示图1和图2的多层陶瓷基板的制造工序中制成的包括第一约束层和第 二约束层的未烧成层叠体的图，图4是表示从包括第一约束层和第二约束层的层叠体中烧 去了第一约束层后的状态的图。图1所示的多层陶瓷基板A包括对含有陶瓷粉末和玻璃材料的低温烧结陶瓷原料 组合物进行烧成而得的绝缘性陶瓷层1，以及设置于绝缘性陶瓷层1的导体部2。另外，本实 施例1的多层陶瓷基板A是具有由多块绝缘性陶瓷层1层叠而成的多层结构的多层基板。作为构成绝缘性陶瓷层1的低温烧结陶瓷组合物，可使用将氧化铝类的陶瓷粉末 和硼硅酸盐玻璃类的玻璃粉末混合而成的低温烧结陶瓷组合物。此外，导体部2由表面导体(外部导体)21、层间导体(内部导体)22、过孔导体23 构成，所述表面导体21位于多层陶瓷基板A的表面，所述层间导体22设置于相互接合的多 个绝缘性陶瓷层1、1之间，所述过孔导体23将层间导体22彼此连接，或者将表面导体21 和层间导体22连接。表面导体21和层间导体22通过对印刷导电性糊料(例如银类导电性糊料)而形 成的外部导体膜和内部导体膜进行烧成而形成。此外，过孔导体23例如通过向贯通孔内填 充导电性糊料或导体粉末并进行烧成而形成。此外，图2的装载有电子器件的多层陶瓷基板B通过在图1的多层陶瓷基板A上 设置半导体元件或片状电容器等安装电子器件3a、3b而形成。接着，对该多层陶瓷基板A和B的制造方法进行说明。下面参照图1 图4进行说明。(1)首先，向由陶瓷粉末和玻璃材料混合而成的混合粉末中分别添加适量的粘合 剂、分散剂、增塑剂和有机溶剂等，将它们混合，从而制成陶瓷浆料。(2)接着，通过刮刀涂布法等方法将该陶瓷浆料成形为片状，制成基板用陶瓷生坯 Ia (图 3)。另外，在此，将(a) 45重量％作为玻璃粉末的含有43重量％的CaO、41重量％的SiO2、7重量％的 Al203、6重量％的B2O3的组成的玻璃粉末和(b)55重量％作为陶瓷粉末的Al2O3粉末混合，将该混合物分散于由有机溶剂、增塑剂等构成的有机载体中，调制成浆料。然后，通过刮刀涂布法或浇铸法等将该浆料成形为片状，制成烧成后的厚度达到 50 μ m的基板用陶瓷生坯。另外，该基板用陶瓷生坯的烧结温度在1050°C以下。(3)接着，根据需要在所得的基板用陶瓷生坯Ia上形成用于形成过孔导体的贯通 孔12(图3)，通过向该贯通孔12内填充导电性糊料或导体粉末而形成未烧结的过孔导体 23a (图3)(本实施例1中，向贯通孔12内填充以Ag为导电成分的导电性糊料)。(4)此外，根据需要通过例如印刷银类导电性糊料而在基板用陶瓷生坯Ia上形成 未烧结的外部导体21a、内部导体22a(参照图3)。(5)此外，按照以下步骤制作第一约束层。首先，相对于100重量份的平均粒径2 μ m的碳粉末，掺入12重量份的粘合剂、1重 量份的分散剂、4重量份的增塑剂和100重量份的有机溶剂，混合，从而制成约束层用浆料。然后，通过刮刀涂布法将该约束层用浆料成形为片状，制成厚100 μ m的第一约束层。(6)此外，按照以下步骤制作第二约束层。首先，将在上述基板用陶瓷生坯的烧成温度下实质上不烧结的陶瓷粉末(本实施 例中为氧化铝粉末)分散于由有机粘合剂、有机溶剂、增塑剂等构成的有机载体中，调制成 浆料。然后，将所得浆料成形为片状，制成约束层用陶瓷生坯。另外，本实施例中，作为陶 瓷粉末使用平均粒径1 μ m的氧化铝粉末。另外，本实施例中，将第二约束层的厚度设为300 μ m以确保足够的约束力。(7)接着，如图3所示，将多块基板用陶瓷生坯la、第一约束层31、第二约束层32 按规定顺序层叠，通过静水压加压等方法，例如通过以5 200MPa的压力加压而压接，从而 制成未烧成层叠体33，该未烧成层叠体33具备在将基板用陶瓷生坯Ia层叠而形成的具有 多层结构的基材层(未烧成的多层陶瓷基板)A’的两个主面上配置有第一约束层31、在第 一约束层31上还配置有第二约束层32的结构(参照图3)。本实施例1中，基材层A’的厚度为250 μ m，第一约束层31的厚度为100 μ m，第二 约束层32的厚度为300 μ m。另外，也可根据需要将该未烧成层叠体33切割成合适的大小。此外，本实施例中，将多块基板用陶瓷生坯Ia层叠而制成多层结构的基材层A’， 但也可以将基板用陶瓷生坯Ia的块数设为一块，制作单层结构的基材层，从而制成单板型 的陶瓷基板。此外，本实施例中，在基材层A’的上下两侧设置第一约束层31和第二约束层32， 但也可以构成为仅设置于基材层A’的一个主面。此外，第一约束层31和第二约束层32可以通过将多块约束层用陶瓷生坯层叠而 形成，也可以由一块约束层用陶瓷生坯形成。(8)接着，在大气中于较低的脱脂温度(例如400°C左右的温度)下对该未烧成层 叠体33进行热处理，除去粘合剂等有机物。然后，在基材层A’烧结、而构成第一约束层31的烧去材料不烧去、且构成第二约 束层32的陶瓷粉末也不烧结的条件下，S卩，本实施例中，在氧浓度以下的低氧气氛 (本实施例中为氧分压10_5atm)中升温至850 950°C而进行烧成，使基材层Α’烧结(第 一烧成工序)。此时，构成约束层31的碳粉末未烧去而残留，构成第二约束层32的陶瓷粉末也未 烧结，因此第一约束层31和第二约束层32两者的约束力均得以充分发挥，可切实地抑制基 材层A’的平面方向的收缩。此外，第二约束层32和基材层A’之间存在有第一约束层31，因此可防止第二约束 层32与基材层A’牢固地粘合。(9)然后，在氧分压高于第一烧成工序的条件(本实施例中，氧分压为0. 21atm)下 进行烧成(第二烧成工序)，将作为构成第一约束层31的烧去材料的碳粉末烧去。藉此，如 图4示意地表示，第一约束层31被除去，通过第一约束层31与基材层A’接合的第二约束 层32和基材层A’烧成而得的多层陶瓷基板A(图1)的接合被解除。其结果是，在烧成工序结束后无需设置主动地除去第二约束层32的工序，可取出
13具有图ι所示的结构的作为烧结后的陶瓷成形体的多层陶瓷基板A。S卩，利用本实施例的方法，不会导致在通过例如湿式喷砂或喷砂等物理方法除去 约束层时产生的烧结后的陶瓷成形体(多层陶瓷基板A)的裂纹或缺陷等，能以高原材料利 用率制造尺寸精度高的多层陶瓷基板A。此外，通过在图1的多层陶瓷基板A上装载半导体元件或片状电容器等安装电子 器件3a、3b，可获得具有图2所示的结构的陶瓷成形体B。另外，上述实施例中，以制造作为陶瓷成形体的陶瓷基板(多层陶瓷基板)的情况 为例进行了说明，但本发明不限于陶瓷基板，可用于以陶瓷线圈器件、陶瓷LC复合器件等 陶瓷电子器件为代表的各种陶瓷成形体的制造方法。本发明的其它方面也不限于上述实施例，对于构成基材层的陶瓷粉末和玻璃材料 的具体种类和配比、构成第一约束层的烧去材料和构成第二约束层的陶瓷粉末的具体种 类、第一烧成工序和第二烧成工序中的具体条件、脱粘合剂工序中的处理条件等，可在发明 的范围内加以各种应用和改变。工业上的可利用性如上所述，利用本发明，在烧成工序结束后的约束层的除去工序中不会对作为烧 结体的陶瓷成形体造成损伤、能可靠且高效地制造尺寸精度高的陶瓷成形体。因此，本发明可广泛用于经过烧成工序而制成的陶瓷基板、陶瓷线圈器件、陶瓷LC 复合器件等陶瓷成形体的制造领域。
1权利要求
一种陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，包括制作未烧成层叠体的层叠体制作工序，所述未烧成层叠体包括基材层、第一约束层和第二约束层，所述基材层含有陶瓷粉末和玻璃材料，在烧成后成为陶瓷成形体，所述第一约束层配置成与所述基材层的至少一个主面相接，并且以在低氧气氛中烧成时不烧去、而在氧分压高于所述低氧气氛的气氛中烧成时烧去的烧去材料为主要成分，所述第二约束层配置于所述第一约束层的与所述基材层相接的面的相反侧的不与所述基材层相接的主面，并且以在所述基材层的烧结温度下不烧结的陶瓷粉末为主要成分；以及烧成工序，在该烧成工序中，对所述未烧成层叠体进行烧成，使所述基材层烧结；所述烧成工序包括第一烧成工序，在该第一烧成工序中，在所述低氧气氛中在包括所述第一约束层和第二约束层的状态下进行烧成，使所述基材层烧结；以及第二烧成工序，在该第二烧成工序中，在氧分压高于所述第一烧成工序的条件下进行烧成，使构成所述第一约束层的所述烧去材料烧去。
2.如权利要求1所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，在所述烧成工序之后包 括除去所述第二约束层的约束层除去工序。
3.如权利要求1或2所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，所述陶瓷成形体是陶 瓷基板。
4.如权利要求1 3中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，在所述第 一烧成工序中进行烧成以使所述基材层所包含的所述玻璃材料渗透至所述第一约束层。
5.如权利要求1 4中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，所述烧去 材料是碳粉末。
6.如权利要求1 5中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，所述基材层包含粘合剂，并且在所述烧成工序中的所述第一烧成工序之前包括除去所述基材层所包含的所述粘合 剂的脱粘合剂工序，所述脱粘合剂工序在含氧气氛中且在所述烧去材料不烧去的温度下实施。
7.如权利要求1 6中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，在所述层 叠体制作工序中，所述第一约束层通过将含有其构成材料的片材配置成与所述基材层的至 少一个主面相接而形成，所述第二约束层通过将含有其构成材料的片材配置在所述第一约 束层上而形成。
8.如权利要求1 6中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，在所述层 叠体制作工序中，所述第一约束层通过将含有其构成材料的糊料涂布于所述基材层的至少 一个主面而形成，所述第二约束层通过将含有其构成材料的糊料涂布于所述第一约束层上 而形成。
9.如权利要求1 8中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，所述基材 层具有多层结构，该多层结构包括多个含有所述陶瓷粉末和所述玻璃材料的层。
10.如权利要求1 9中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，所述基 材层的至少一个主面具有布线图案。
11.如权利要求1 10中的任一项所述的陶瓷成形体的制造方法，其特征在于，还包括在所述烧成工序中经过烧成后的基材层的外表面上安装电子器件的工序。
全文摘要
在烧成工序结束后的约束层的除去工序中不会对陶瓷成形体造成损伤，能可靠且高效地制造尺寸精度高的陶瓷成形体。将以在低氧气氛中烧成时不烧去、而在氧分压高于该低氧气氛的气氛中烧成时烧去的烧去材料为主要成分的第一约束层(31)设置成与基材层(A’)相接，在第一约束层上设置以在基材层的烧结温度下不烧结的陶瓷粉末为主要成分的第二约束层(32)，从而形成未烧成层叠体(33)，在第一烧成工序中，在烧去材料不会烧去的低氧气氛下进行约束烧成，在不会使基材层在平面方向上收缩的情况下使基材层烧结，然后在第二烧成工序中，在氧分压高于第一烧成工序的条件下进行烧成，使第一约束层烧去。
文档编号B28B11/00GK101909837SQ20088012461
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年1月11日
发明者冈田佳子, 村田崇基, 近川修 申请人:株式会社村田制作所