專利名稱：玻璃陶瓷多層基板的制造方法及玻璃陶瓷多層基板的制作方法
技術領域：
本發明涉及玻璃陶瓷多層基板的制造方法及由此獲得的玻璃陶瓷多層基板。特別涉及為了能夠以更高可靠性抑制制造玻璃陶瓷多層基板時燒結步驟中的收縮現象所進行的改良。
背景技術：
在制造具備導體膜及穿孔(via hole)導體等配線導體的陶瓷多層基板時，配線導體必須與制造多層基板時的燒結條件相適應。因此，以Ag、Cu等低電阻導體為配線導體時，陶瓷多層基板必須由能夠在Ag、Cu等的熔點以下的溫度燒結的材料構成，只有滿足這一條件的陶瓷多層基板才可被實際應用。
一般，具備由Ag、Cu等低電阻導體構成的配線導體的玻璃陶瓷多層基板通過以下步驟制得。即，在玻璃粉末和陶瓷粉末的混合粉末中混入樹脂及溶劑等，使所得漿料成形為片狀制得生料片后，在其上涂布含有Ag或Cu等導電成分的導電糊形成配線導體，然后層疊形成了配線導體的多個生料片，對所得的未燒結層疊體進行燒結處理就可獲得玻璃陶瓷多層基板。
但是，上述燒結步驟中，導電糊和生料片間的燒結收縮行為是不同的，導電糊中包含的金屬成分向生料片包含的玻璃中擴散，由于配線導體周圍的玻璃收縮行為的變化等，很難制造無翻轉的、即平坦的玻璃陶瓷多層基板。
此外，玻璃陶瓷多層基板的燒結收縮量因原材料的品質不均、制造生料片時的漿料的材料配比不均、制造未燒結的層疊體時擠壓壓力的不均等因素，未必是一定的。在這種情況下，形成于玻璃陶瓷多層基板外表面上的導體膜的位置經常發生偏移，例如，在基片倒裝時超出實際安裝電子部件時的尺寸誤差允許范圍，使成品合格率顯著下降。
因此，希望找到一種將玻璃陶瓷多層基板平面方向的燒結收縮量減少、使當燒結收縮率(％)定義為{(燒結前的尺寸)-(燒結后的尺寸)}×100/(燒結前的尺寸)時，能滿足上述燒結收縮率在10％以內條件的玻璃陶瓷多層基板的制造技術。
為了實現上述愿望，日本專利公開公報平4-243978號提出了以下玻璃陶瓷多層基板的制造方法。
即，在以玻璃粉末及陶瓷粉末為固形成分的多個生料片層疊而成的未燒結層疊體的兩面或一面，層疊以在該未燒結層疊體的燒結溫度下不燒結的陶瓷粉末為固形成分的約束用生料片，然后在此狀態下進行燒結，這樣能夠抑制層疊體在平面方向上的收縮，使層疊體僅沿厚度方向收縮，制得玻璃陶瓷多層基板。利用該方法能夠制得平坦的玻璃陶瓷多層基板。
但是，上述制造方法必須在燒結后剝離除去層疊于未燒結層疊體的兩面或一面的約束用生料片，因為這是作為最終產品的玻璃陶瓷多層基板所不需要的。因此，如果將制作約束用生料片的成本及剝離除去操作所需要成本計算到玻璃陶瓷多層基板的制造成本中，就出現了玻璃陶瓷多層基板的制造成本過高的問題。
因此，近年來倍受矚目的技術為日本專利公開公報平6-97656號或日本專利公開公報平6-172017號記載的玻璃陶瓷多層基板的制造方法。
這些公報記載了以下方法，即，在燒結步驟中使用了燒結收縮行為互不相同的第1生料片和第2生料片，對由它們層疊而獲得的未燒結層疊體進行燒結，從而抑制平面方向上的收縮，獲得平坦的玻璃陶瓷多層基板的方法。
上述公報記載的技術的基本原理如下所述。
即，在對應于第1生料片的燒結溫度的較低燒結溫度下進行最初的燒結，雖然第1生料片有燒結收縮的傾向，但由于該燒結溫度低于第2生料片的燒結溫度，所以第2生料片保持在未燒結狀態，基本不發生收縮。因此，第1生料片在平面方向上的收縮因受到來自第2生料片的約束作用而被抑制。然后，在對應于第2生料片的燒結溫度的較高燒結溫度下進行燒結，雖然第2生料片有燒結收縮的傾向，但因來自具備第1生料片的燒結層的約束作用，第2生料片在平面方向上的收縮被抑制。
這樣，層疊體的燒結收縮實質上只在厚度方向上發生，平面方向上幾乎不發生，其結果是，能夠制得燒結收縮量減少且平坦的玻璃陶瓷多層基板。
但是，上述日本專利公開公報平6-97656號或日本專利公開公報平6-172017號記載的玻璃陶瓷多層基板的制造方法中，存在即使實施這些公報所揭示的技術，也不能夠充分抑制燒結時在平面方向上的收縮的情況。更特定的情況是未必能夠達到10％以內的燒結收縮率。因此，留有事實上很難制得平坦的玻璃陶瓷多層基板的問題。
上述不確定因素與一片生料片的收縮結束溫度和另一片生料片的收縮起始溫度間的溫差及燒結步驟中的升溫速度有關。一片生料片的收縮結束溫度和另一片生料片的收縮起始溫度間的溫差越小或升溫速度越快，上述問題越容易產生。
因此，一邊在一片生料片的收縮結束溫度和另一片生料片的收縮起始溫度之間的中間溫度區域設置一定溫度的燒結帶，一邊通過降低升溫速度來抑制平面方向上的收縮，但這樣會使燒結步驟所需時間延長，從制造成本考慮并不理想。

發明內容
本發明的目的是提供即使升溫速度快，也能夠有效抑制燒結步驟中平面方向上的收縮的玻璃陶瓷多層基板的制造方法及由此方法獲得的玻璃陶瓷多層基板。
為了解決上述技術上存在的問題，本發明的玻璃陶瓷多層基板的制造方法具備以下5個步驟，制作以第1玻璃粉末及第1陶瓷粉末為固形成分的第1生料片的步驟(以下稱為步驟1)；制作以第2玻璃粉末及第2陶瓷粉末為固形成分、且顯現出與第1生料片不同的燒結收縮行為的第2生料片的步驟(以下稱為步驟2)；在第1及第2生料片的至少1方上形成導體膜或穿孔導體中的至少1種的步驟(以下稱為步驟3)；層疊至少1片第1生料片及至少1片第2生料片獲得未燒結層疊體的步驟(以下稱為步驟4)；對生料片進行燒結的步驟(以下稱為步驟5)。
首先，本發明的步驟5中，在超過第1及第2玻璃粉末各自玻璃化溫度任何較低方的溫度后，經過以X℃/分鐘(X＞1)的升溫速度升溫的升溫過程達到最高溫度，未燒結的層疊體按照這樣的燒結過程進行燒結。
步驟5的特征是，設定第1及第2生料片的收縮起始溫度(℃)分別為TSa及TSb，收縮量達到第1及第2生料片在燒結結束時的收縮量的90％時的溫度(℃)分別為TFa及TFb時，需滿足(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa關系式的條件。
本發明的玻璃陶瓷多層基板的制造方法的特征是設定了滿足上述(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa關系式的條件。要滿足這些條件可通過第1及第2生料片的材料設計來實現或者通過調節升溫速度來實現，還可以同時從上述兩方面來實現。
要解決上述第1及第2生料片的材料設計問題時，為了制作滿足上述條件的第1及第2生料片，作為本發明的另一玻璃陶瓷多層基板的制造方法，除了上述本發明的玻璃陶瓷多層基板的制造方法之外，還必須實施以下的預備步驟。
即，本發明的另一玻璃陶瓷多層基板的制造方法的預備步驟是制作以第1玻璃粉末及第1陶瓷粉末為固形成分的第1試驗用生料片的同時，制作以第2玻璃粉末及第2陶瓷粉末為固形成分、且與第1試驗用生料片顯現出不同燒結收縮行為的第2試驗用生料片。然后，一邊測定第1及第2試驗用生料片的收縮量，一邊以1℃/分鐘的升溫速度升溫達到最高溫度，按照此燒結過程進行燒結，求得此時的收縮起始溫度TSa(℃)及TSb(℃)的同時，求得收縮量為燒結結束時的收縮量的90％時的溫度TFa(℃)及TFb(℃)，確認第1及第2試驗用生料片具有(TFa+3X)/TSb或(TFb+3X)/TSa的關系。
然后，進行以下步驟。即，制作與第1試驗用生料片相同的第1生料片的步驟和制作與第2試驗用生料片相同的第2生料片的步驟；在第1及第2生料片的至少1方上形成導體膜及穿孔導體的至少1種的步驟；層疊至少1片第1生料片及至少1片第2生料片獲得未燒結層疊體的步驟；超過第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中較低一方的溫度后，以X℃/分鐘(X＞1)的升溫速度升溫達到最高溫度，使未燒結的層疊體在這一過程中進行燒結的步驟。
本發明中，以20℃至第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中任何較低一方的溫度為止的范圍內的平均熱膨脹系數計，第1生料片和第2生料片間的熱膨脹系數之差最好在±0.5×10-6℃以內。
此外，為使第1生料片和第2生料片間顯現出不同的燒結收縮行為，只要滿足以下3個條件中的至少1個即可。即，條件1是(A)第1玻璃粉末和第2玻璃粉末的組成不同。條件2是(B)第1陶瓷粉末和第2陶瓷粉末的組成不同。條件3是(C)第1生料片中的第1玻璃粉末和第1陶瓷粉末的配比與第2生料片中的第2玻璃粉末和第2陶瓷粉末的配比不同。因此，有時第1及第2玻璃粉末的組成相同，有時第1及第2陶瓷粉末的組成相同。
前述步驟4中，最好以第1及第2生料片中的任何1方為內層，另一方為外層，至少分別層疊1片以上。
本發明的較理想的實施方式中，第1玻璃粉末由BaO-MgO-SiO2-B2O3系玻璃組成；第1陶瓷粉末由選自氧化鋁、尖晶石及氧化鋯中的至少1種組成；第1生料片中，第1玻璃粉末和第1陶瓷粉末間的混合比以重量比計為40∶60～100∶0。上述第1玻璃粉末中還可包含至少1種選自Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2及R2O(R為堿金屬)的添加物。此外，上述第1生料片中也可包含氧化銅。
本發明的較理想的實施方式中，第2玻璃粉末由MgO-ZnO-SiO2-B2O3系玻璃組成；第2陶瓷粉末由BaO-Re2O3-Nd2O3-TiO2系陶瓷(Re為稀土元素)組成；第2玻璃粉末和第2陶瓷粉末間的混合比以重量比計為10∶90～40∶60。上述第2玻璃粉末中還可包含至少1種選自BaO、CaO、Al2O3及R2O(R為堿金屬)的添加物。此外，上述第2生料片中也可包含氧化銅。
本發明的玻璃陶瓷多層基板的制造方法中，燒結收縮率(％)以{(燒結前的尺寸)-(燒結后的尺寸)}×100/(燒結前的尺寸)定義時，步驟5中層疊體的燒結收縮率最好在10％以內。
此外，本發明還涉及利用上述制造方法制得的玻璃陶瓷多層基板。


圖1為依次圖解本發明實施方式中的玻璃陶瓷多層基板的制造方法的典型步驟的截面圖。
圖2表示包含玻璃粉末及陶瓷粉末的生料片的燒結收縮行為。
圖3與圖2相同，說明本發明實施方式中所用的第1及第2生料片2和3的燒結收縮行為關系。
圖中，1為玻璃陶瓷多層基板；2為第1生料片；3為第2生料片；4為導體膜；5為穿孔導體；6為未燒結的層疊體；7為第1燒結層；8為第2燒結層。
發明的實施方式圖1對本發明實施方式中的玻璃陶瓷多層基板的制造方法進行了說明。該制造方法分別經過圖1(1)及(2)所示步驟，制得圖1(3)所示的玻璃陶瓷多層基板。
首先，如圖1(1)所示，進行制作以第1玻璃粉末及第1陶瓷粉末為固形成分的第1生料片2的步驟1和制作以第2玻璃粉末及第2陶瓷粉末為固形成分的第2生料片3的步驟2。
上述第1生料片2和第2生料片3顯現出互相不同的燒結收縮行為。具體來講，第1生料片和第2生料片的收縮起始溫度和燒結結束溫度中的至少1種溫度互不相同。
因此，在制作第1和第2生料片時，要使第1玻璃粉末和第2玻璃粉末的組成不同，或者使第1陶瓷粉末和第2陶瓷粉末的組成不同，或者使第1生料片2中的第1玻璃粉末和第1陶瓷粉末的配比與第2生料片中的第2玻璃粉末和第2陶瓷粉末的配比不同。
例如，第1生料片2中的第1玻璃粉末可使用BaO-MgO-SiO2-B2O3系玻璃，第1生料片2中包含的第1陶瓷粉末可使用選自氧化鋁、尖晶石及氧化鋯的至少1種構成的陶瓷粉末。此外，第1生料片2中的第1玻璃粉末和第1陶瓷粉末的混合比以重量比計選擇在40∶60～100∶0的范圍內。上述第1玻璃粉末中還可包含至少1種選自Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2及R2O(R為堿金屬)的添加物。此外，第1生料片2中也可包含氧化銅。
例如，第2生料片3中包含的第2玻璃粉末可使用MgO-ZnO-SiO2-B2O3系玻璃，第2生料片3中包含的第2陶瓷粉末可使用BaO-Re2O3-Nd2O3-TiO2系陶瓷(Re為稀土元素)。第2玻璃粉末和第2陶瓷粉末的混合比以重量比計在10∶90～40∶60的范圍內。上述第2玻璃粉末中還可包含至少1種選自BaO、CaO、Al2O3及R2O(R為堿金屬)的添加物。此外，上述第2生料片3中也可包含氧化銅。
制作第1生料片2及第2生料片3時，使玻璃粉末及陶瓷粉末等固形成分分散在有機粘合劑和有機溶劑組成的有機介質中調制成漿料，然后通過刮刀法等使漿料成形為片狀。
以下，同樣如圖1(1)所示，進行在第1及第2生料片2及3中的至少1方上形成導體膜4及穿孔導體5中的至少1種的步驟3。本實施方式中，分別在第1及第2生料片2及3上形成導體膜4和穿孔導體5。
通過絲網印刷法涂布以Ag為導電成分的導電糊，賦予生料片2及3以上述導體膜4及穿孔導體5。形成穿孔導體5時，生料片2及3上預先設置了作為穿孔用孔的貫通孔。
然后，如圖1(2)所示，進行步驟4，即，層疊至少1片第1生料片2及至少1片第2生料片3，獲得未燒結的層疊體6。
步驟4中，最好以第1及第2生料片2及3中的任何1方為內層，以另一方為外層，至少分別層疊1片以上。特別是如圖所示，以3片第2生料片3為內層，再以各3片第1生料片2為外層夾住作為內層的3片第2生料片3以此層疊。
層疊后，從層疊方向對獲得的未燒結層疊體6進行擠壓，提高生料片2及3間的粘合性。
然后進行步驟5，即，對未燒結層疊體6進行燒結，獲得圖1(3)所示的玻璃陶瓷多層基板1。
上述步驟5(燒結步驟)中，由于對顯現出不同燒結收縮行為的第1及第2生料片2及3層疊而成的未燒結層疊體6進行了燒結，所以根據與前述日本專利公開公報平6-97656號等記載的技術相同作用，層疊體6在平面方向上的收縮被抑制。
即，步驟5中，以適當的升溫速度升溫達到最高溫度，按照此燒結過程進行燒結處理，但如果第1生料片2的燒結溫度低于第2生料片3，則首先在對應于第1生料片2的燒結溫度的較低溫度下，第1生料片2燒結后形成第1燒結層7。在第1生料片2形成第1燒結層7時伴隨著收縮，由于此階段的溫度低于第2生料片3的燒結溫度，所以第2生料片3保持在未燒結狀態，實質上未發生收縮。因此，從第1生料片2到第1燒結層7的過程中，由于受到來自第2生料片3的約束作用，第1生料片2雖然沿著厚度方向收縮，但其平面方向上的收縮實質上并未發生。
然后在升溫過程中當達到第2生料片3的燒結溫度時，第2生料片3就被燒結而形成第2燒結層8。在第2生料片3形成第2燒結層8時伴隨著收縮，由于已燒結形成的第1燒結層7對第2生料片3的約束作用，收縮僅發生在厚度方向，平面方向的收縮實質上未發生。
因此，未燒結層疊體6以平面方向的收縮受抑制的狀態被燒結，形成玻璃陶瓷多層基板1。
上述玻璃陶瓷多層基板1的制造方法中，針對第1及第2生料片2及3的各種燒結收縮行為和升溫速度，本發明還附加了以下條件。
即，前述步驟5中，設定第1及第2生料片的收縮起始溫度(℃)分別為TSa及TSb，收縮量為第1及第2生料片2及3的燒結結束時的收縮量的90％時的溫度(℃)分別為TFa及TFb，且升溫速度為X℃/分鐘時，需滿足關系式(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的條件。
步驟5中，在超過第1及第2玻璃粉末各自玻璃化溫度中較低一方的溫度后，以X℃/分鐘(X＞1)的升溫速度逐步升溫到達最高溫度，未燒結的層疊體6按照此燒結過程進行燒結。
如果滿足前述關系式(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的條件，則即使升溫速度超過1℃/分鐘，也能夠將燒結時未燒結體層疊體6在平面方向上的燒結收縮率確切地控制在10％以內，其理由如下所述。
圖2所示為某一特定生料片的燒結收縮行為，其中，收縮起始溫度用TS表示，收縮量為燒結結束時的收縮量的90％時的溫度用TF(燒結結束溫度)表示。以1℃/分鐘的升溫速度，采用理學制膨脹計5000測得TS及TF。
燒結起始溫度TS受到升溫速度的影響，升溫速度越快，如箭頭11所示向高溫側偏移，顯現出虛線所示燒結收縮行為。另一方面，由于燒結結束溫度TF與作為玻璃物性值的軟化點相同，所以不受升溫速度的影響。
本實施方式中的第1生料片2的收縮起始溫度TSa及90％收縮量時的溫度TFa與第2生料片3的收縮起始溫度TSb及90％收縮量時的溫度TFb，從理論上來講，只要滿足TFa＜TSb或TFb＜TSa的關系，就可將第1及第2生料片2及3層疊而成的未燒結層疊體6在平面方向的燒結收縮限定在最小范圍內。
但是，即使TFa＜TSb有些溫差或TFb＜TSa有些溫差的情況下，如果燒結時的升溫速度超過1℃/分鐘，則第1及第2生料片2及3的任一方在達到90％的收縮量前，另一方已經開始收縮。因此，往往不能夠將平面方向的收縮控制在10％以內。
參照圖3對此進行具體說明。
圖3表示第1生料片2的TSa或TSb分別低于第2生料片3的TFa或TFb的情況。圖3中，實線表示升溫速度為1℃/分鐘時的燒結收縮行為，虛線表示升溫速度超過1℃/分鐘時的燒結收縮行為。
如圖3所示，升溫速度為1℃/分鐘時，即使是TFa＜TSb，但隨著升溫速度超過1℃/分鐘而變得更大，顯示第1生料片2的燒結收縮行為的曲線向箭頭12方向偏移，顯現出虛線表示的燒結收縮行為，TFa上升。其結果是，TFa≥TSb，在第1生料片2達到90％的收縮量前，第2生料片3往往已開始收縮。
即使是上述情況下，只要第1生料片2的收縮量為燒結結束時的收縮量的90％時的溫度TFa(℃)與第2生料片3的收縮起始溫度TSb(℃)之差超過3X℃，即，滿足(TFa+3X)＜TSb的條件進行第1及第2生料片2及3的材料設計，則不論燒結時的升溫速度如何，都能夠將未燒結層疊體6在平面方向的燒結收縮率確切地控制在10％以內。
反之，在第1生料片2的TSa及TSb分別高于第2生料片3的TFa及TFb的情況下，滿足(TFb+3X)＜TSa的條件進行第1及第2生料片2及3的材料設計，則不論燒結時的升溫速度如何，都能夠將未燒結層疊體6在平面方向的燒結收縮率確切地控制在10％以內。
因此，制造玻璃陶瓷多層基板1時，在投入批量生產前，一般進行至少1次以下的預備步驟。
即，在制作以第1玻璃粉末及第1陶瓷粉末為固形成分的第1試驗用生料片的同時，制作以第2玻璃粉末及第2陶瓷粉末為固形成分、且與第1試驗用生料片顯現出不同燒結收縮行為的第2試驗用生料片。
然后，分別測定第1及第2試驗用生料片的收縮量，同時以1℃/分鐘的固定升溫速度逐步升溫達到最高溫度，按照此燒結過程進行燒結，求得此時的收縮起始溫度TSa(℃)及TSb(℃)，同時求出收縮量為燒結結束時的收縮量的90％時的溫度TFa(℃)及TFb(℃)。
確認第1及第2試驗用生料片具有(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的關系后，制作與第1試驗用生料片相同的第1生料片2，并制作與第2試驗用生料片相同的第2生料片3。在投入批量生產前實施前述各步驟，制得玻璃陶瓷多層基板1。
此外，如果將燒結收縮率控制在10％以內，則玻璃陶瓷多層基板1的導體膜4中，因位于外表面上的導體膜4的位置偏移而造成實際安裝時的原料利用率下降問題就可通過增加導體膜4的面積等比較簡單的工藝或改進結構解決。但更理想的是將燒結收縮率控制在5％以內，最好控制在2％以內。為了使燒結收縮率進一步低于上述值，可在第1及第2生料片2及3的任一方的燒結收縮率達到5％或2％以內前，適當選擇第1及第2生料片2及3中包含的固形成分的種類或配比，使第1及第2生料片2及3的另一方開始收縮。
對于(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa中的升溫速度X℃/分，嚴格來講，第1及第2生料片2及3的任一方達到90％的收縮量時的溫度TFa或TFb與另一方的收縮起始溫度TSb或TSa間的升溫速度如果為X℃/分鐘，則都能夠實現本發明的目的。因此，此范圍以外的升溫過程中的升溫速度只要與未燒結層疊體6所具有的特性等相符合即可，可任意設定。
較理想的情況是，以20℃至第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中任何較低一方的溫度為止的范圍內的平均熱膨脹系數計，第1生料片2和第2生料片3間的熱膨脹系數之差在±0.5×10-6℃以內，更好的是在±0.1×10-6℃以內。
第1生料片2和第2生料片3間的熱膨脹系數之差選擇在上述范圍內，能夠提高玻璃陶瓷多層基板1的可靠性。熱膨脹系數之差如果超過±0.5×10-6℃，則在第1生料片2燒結形成的第1燒結層7與第2生料片3燒結形成的第2燒結層8的界面會產生較大的應力，有可能出現微細裂縫。這種微細裂縫會使玻璃陶瓷多層基板1的強度下降。
以下對本發明的實施例進行說明。
在以80∶20的重量比混合的BaO-MgO-SiO2-B2O3系玻璃粉末和氧化鋁粉末的混合粉末中混入丙烯酸系樹脂、二甲苯、丁醇、增塑劑及分散劑，調制成漿料，然后通過刮刀法制得圖1(1)所示第1生料片2。
另外，除了使用以30∶70的重量比混合MgO-ZnO-SiO2-B2O3系玻璃粉末和BaO-Sm2O3-SiO2-TiO2系陶瓷粉末的混合粉末之外，其他操作都與第1生料片2相同，制得圖1(1)所示的第2生料片3。
然后，以1℃/分鐘的升溫速度，采用理學制膨脹計5000測定第1及第2生料片2及3的收縮起始溫度TSa及TSb與收縮量為燒結結束時的收縮量的90％時的溫度TFa及TFb。
其結果是，第1生料片2的TSa為718℃，TFa為771℃。此外，第2生料片3的TSb為816℃，TFb為862℃。因此，第1生料片2的TFa和第2生料片3的TSb之差為45℃。
然后，通過絲網印刷在第1及第2生料片2及3上涂布以銀為導電成分的導電糊，形成圖1(1)所示的導體膜4及穿孔導體5。
接著，如圖1(2)所示，層疊3片第2生料片3，在其兩面分別各層疊3片第1生料片2，獲得未燒結的層疊體6。層疊的生料片2及3各自的平面尺寸都為40mm×40mm。
然后，在100℃的溫度下，以100kgf/cm2的壓力對未燒結層疊體6擠壓30秒鐘后。接著，在大氣中，在表1所示的在2℃/分鐘～20℃/分鐘的范圍內變化的各升溫速度下升溫，達到最高溫度900℃后保持30分鐘，按照此燒結過程進行燒結。
表1

表1表示升溫速度為X℃/分鐘時的3X、燒結收縮率及翻轉的評估結果。
參考表1，首先實施例1～7及比較例1～3都未發生翻轉。
但是，實施例1～7與比較例1～3相比，3X小于第1生料片2的TFa和第2生料片TSb之差的45℃的實施例1～7的燒結收縮率被控制在10％以內，而3X大于45℃的比較例1～3的燒結收縮率超過了10％。
如上所述，本發明中在對層疊燒結收縮行為不同的第1及第2生料片而形成的未燒結層疊體進行燒結時，在溫度超過第1及第2生料片中分別包含的第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中較低一方的溫度后，以超過1℃/分鐘的升溫速度升溫達到最高溫度，在此燒結過程中對未燒結層疊體進行燒結，同時燒結過程中的收縮起始溫度(℃)分別設定為TSa及TSb，將收縮量達到燒結結束時的收縮量的90％時的溫度(℃)分別設定為TFa及TFb，且升溫速度為X℃/分鐘時具有(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的關系。因此，不需要在一方的生料片的收縮結束溫度與另一方的收縮起始溫度的中間溫度區域設定一定溫度的燒結帶，就可將平面方向的燒結收縮率控制在10％以內制得玻璃陶瓷多層基板。
所以，能夠使燒結過程更短，在降低制造成本同時可賦予玻璃陶瓷多層基板上設置的導體膜及穿孔導體以較高的尺寸精度。
本發明中，以20℃至第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中較低一方的溫度為止的范圍內的平均熱膨脹系數計，第1生料片和第2生料片間的熱膨脹系數之差在±0.5×10-6℃以內，這樣的熱膨脹系數之差可防止微細裂縫的產生，能夠提高玻璃陶瓷多層基板的強度。
此外，本發明在制作未燒結層疊體時，以第1及第2生料片中的任何1方種為內層，另一方為外層，且至少分別層疊1片以上，這樣就可防止燒結過程中出現翻轉，能夠更容易地獲得平坦的玻璃陶瓷多層基板。
權利要求
1.玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征在于，具備以下5個步驟，即制作以第1玻璃粉末及第1陶瓷粉末為固形成分的第1生料片的步驟；制作以第2玻璃粉末及第2陶瓷粉末為固形成分、且顯現出與前述第1生料片不同的燒結收縮行為的第2生料片的步驟；在前述第1及第2生料片的至少1方上形成導體膜及穿孔導體中的至少1種的步驟；通過將前述第1生料片及前述第2生料片層疊獲得未燒結層疊體的步驟；在溫度超過前述第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中較低一方的溫度后，以X℃/分鐘(X＞1)的升溫速度升溫達到最高溫度，在此過程中對前述生料片進行燒結的步驟；前述燒結過程中，將前述第1及第2生料片的收縮起始溫度(℃)分別設定為TSa及TSb，將收縮量達到前述第1及第2生料片在燒結結束時的收縮量的90％時的溫度(℃)分別設定為TFa及TFb時，具有(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的關系。
2.玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征在于，具備以下預備步驟，即制作以第1玻璃粉末及第1陶瓷粉末為固形成分的第1試驗用生料片，并制作以第2玻璃粉末及第2陶瓷粉末為固形成分、且與前述第1試驗用生料片顯現出不同燒結收縮行為的第2試驗用生料片，然后，一邊測定前述第1及第2試驗用生料片的收縮量，一邊以規定的升溫速度升溫達到最高溫度，在此燒結過程中進行燒結，求出此時的收縮起始溫度TSa(℃)及TSb(℃)，并求出收縮量為燒結結束時的收縮量的90％時的溫度TFa(℃)及TFb(℃)，確認前述第1及第2試驗用生料片具有(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的關系；除前述預備步驟外，還具備以下5個步驟，即制作與前述第1試驗用生料片相同的第1生料片的步驟；制作與前述第2試驗用生料片相同的第2生料片的步驟；在前述第1及第2生料片的至少1方上形成導體膜及穿孔導體的至少1種的步驟；層疊至少1片前述第1生料片及至少1片前述第2生料片獲得未燒結層疊體的步驟；在溫度超過前述第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中較低一方的溫度后，以X℃/分鐘(X＞1)的升溫速度升溫達到最高溫度，在此過程中對前述未燒結的層疊體進行燒結的步驟。
3.如權利要求1或2所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，以20℃至前述第1及第2玻璃粉末的玻璃化溫度中任何較低一方的溫度為止的范圍內的平均熱膨脹系數計，前述第1生料片和前述第2生料片間的熱膨脹系數之差在±0.5×10-6℃以內。
4.如權利要求1或2所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第1及第2生料片滿足以下3個條件中的至少1個，即，(A)前述第1玻璃粉末和前述第2玻璃粉末的組成不同；(B)前述第1陶瓷粉末和前述第2陶瓷粉末的組成不同；(C)前述第1生料片中的前述第1玻璃粉末和前述第1陶瓷粉末間的配比與前述第2生料片中的前述第2玻璃粉末和前述第2陶瓷粉末間的配比不同。
5.如權利要求1或2所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述獲得未燒結層疊體的步驟中，以前述第1及第2生料片中的任何1方為內層，另一方為外層，且至少分別層疊1片以上。
6.如權利要求1或2所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第1玻璃粉末由BaO-MgO-SiO2-B2O3系玻璃組成，前述第1陶瓷粉末由選自氧化鋁、尖晶石及氧化鋯中的至少1種組成，前述第1生料片中，前述第1玻璃粉末和前述第1陶瓷粉末間的混合比以重量比計為40∶60～100∶0。
7.如權利要求6所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第1玻璃粉末中包含至少1種選自Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2及R2O(R為堿金屬)的添加物。
8.如權利要求6所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第1生料片中還包含氧化銅。
9.如權利要求1或2所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第2玻璃粉末由MgO-ZnO-SiO2-B2O3系玻璃組成，前述第2陶瓷粉末由BaO-Re2O3-Nd2O3-TiO2系陶瓷(Re為稀土元素)組成，前述第2玻璃粉末和第2陶瓷粉末間的混合比以重量比計為10∶90～40∶60。
10.如權利要求9所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第2玻璃粉末中包含至少1種選自BaO、CaO、Al2O3及R2O(R為堿金屬)的添加物。
11.如權利要求9所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，前述第2生料片中還包含氧化銅。
12.如權利要求1或2所述的玻璃陶瓷多層基板的制造方法，其特征還在于，燒結收縮率(％)以{(燒結前的尺寸)-(燒結后的尺寸)}×100/(燒結前的尺寸)定義時，前述燒結過程中的前述層疊體的燒結收縮率在10％以內。
13.玻璃陶瓷多層基板，其特征在于，由權利要求1或2所述的制造方法制得。
全文摘要
本發明提供了以平坦且燒結收縮率低的狀態制造玻璃陶瓷多層基板的方法。該制造方法是將由顯現不同燒結收縮行為的第1及第2生料片2及3層疊而成的未燒結層疊體6進行燒結，從而制得玻璃陶瓷多層基板1。燒結過程中，將第1及第2生料片2及3的收縮起始溫度(℃)分別設定為TSa及TSb，將收縮量達到第1及第2生料片2及3在燒結結束時的收縮量的90％時的溫度(℃)分別設定為TFa及TFb，且當升溫速度為X℃/分鐘時，使其滿足(TFa+3X)＜TSb或(TFb+3X)＜TSa的關系。
文檔編號H05K3/46GK1394113SQ0212282
公開日2003年1月29日 申請日期2002年6月5日 優先權日2001年6月5日
發明者守屋要一, 杉本安隆, 近川修 申請人:株式會社村田制作所