多层陶瓷基板及其制造方法 技术领域 本发明涉及多层陶瓷基板及其制造方法，尤其涉及为了提高具有空腔的多层陶 瓷基板的强度而进行的改进。
背景技术
作 为 本 发 明 所 感 兴 趣 的 多 层 陶 瓷 基 板 的 制 造 方 法， 例 如 有 日 本 专 利 特 开 2003-273513 号公报 ( 专利文献 1) 中记载的方法。 专利文献 1 中，欲采用所谓的无收缩工 艺来制造带空腔的多层陶瓷基板时，在外侧约束层所产生的收缩抑制作用较弱的远离空 腔开口端的位置处会产生较高程度的收缩，空腔可能会发生不期望的变形这样的问题， 为解决该问题，沿着将要成为多层陶瓷基板的生层叠体的位于已形成空腔的部分的陶瓷 生坯层，形成包含收缩抑制用无机材料粉末的层间约束层，并同时在用包含收缩抑制用 无机材料粉末的外侧约束层夹住生层叠体的状态下实施烧成工序。通过上述专利文献 1 中记载的制造方法，在烧成工序中，除了外侧约束层所产 生的收缩抑制作用以外，层间约束层所产生的收缩抑制作用也发挥作用，可使陶瓷生坯 层的朝向主面方向的收缩实质上不产生，并且可获得在空腔处不会发生不期望的变形的 多层陶瓷基板。
然而，在具有空腔的多层陶瓷基板中，存在规定空腔的底面的底壁部容易破损 的问题。
随着使用多层陶瓷基板的电子设备的小型化，要求多层陶瓷基板薄型化。 因 此，特别是对于具有空腔的多层陶瓷基板，空腔中所要收纳的安装元器件的尺寸固定 时，有时必须使底壁部变薄以实现多层陶瓷基板的薄型化。 或者，为了在空腔中收纳各 种尺寸和形状的安装元器件而必须提高规定空腔的周面的周壁部的高度时，需要与周壁 部的高度的提高量相对应地使底壁部进一步变薄。 该状况的结果是底壁部容易破损，该 破损的抑制成为一大问题。
此外，具有空腔的多层陶瓷基板的厚度并不一致，在规定空腔的底面的底壁部 处较薄，在规定空腔的周面的周壁部处较厚，因此本就容易因烧成而产生翘曲等不期望 的变形。 此时，根据底壁部的厚度和周壁部的高度之间的关系，可能会更为显著地产生 翘曲等变形。 因此，若欲抑制翘曲等变形，则可能会限制多层陶瓷基板的设计的自由 度。
专利文献 1 ：日本专利特开 2003-273513 号公报
发明的揭示
因此，本发明的目的在于提供一种在规定空腔的底面的底壁部处不易发生破损 的多层陶瓷基板及其制造方法。
本发明的更为特定的目的在于提供一种不仅能如上所述使空腔的底壁部不易破 损还可抑制翘曲等不期望的变形的多层陶瓷基板及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明首先提供一种多层陶瓷基板，该多层陶瓷基板是
包括由具有空腔形成用通孔的第一陶瓷层构成的周壁部和由不具有空腔形成用通孔的第 二陶瓷层构成的底壁部的、带空腔的多层陶瓷基板，其特征在于，在底壁部配置有包括 热膨胀系数相对较高的高热膨胀系数层和热膨胀系数相对较低的低热膨胀系数层在内的 至少 2 种陶瓷层作为所述第二陶瓷层，且形成高热膨胀系数层的至少一部分被第一低热 膨胀系数层和第二低热膨胀系数层夹住的层叠结构。
在本发明的多层陶瓷基板中，较好是底壁部的朝向外侧的面由第一低热膨胀系 数层形成，底壁部的与周壁部相接的面由第二低热膨胀系数层形成。
上述情况下，更好是在周壁部配置有具有比第二低热膨胀系数层高的热膨胀系 数的高热膨胀系数层，并且在其最外层配置有热膨胀系数相对较低的第三低热膨胀系数 层。
此外，上述实施方式中，较好是底壁部还包括以与第二低热膨胀系数层接触的 状态配置的第一层间约束层作为第二陶瓷层。 这里，第一层间约束层包含在能使低热膨 胀系数层所含的陶瓷材料烧结的烧成条件下实质上不烧结的无机材料粉末，且处于无机 材料粉末因低热膨胀系数层所包含的材料的浸透而固化的状态。 但是，第一层间约束层 并不限于被低热膨胀系数层夹住。
本发明的多层陶瓷基板中，较好是周壁部还包括沿着该周壁部的与底壁部相接 的面配置的第二层间约束层作为第一陶瓷层。 这里，第二层间约束层包含在能使低热膨 胀系数层所含的陶瓷材料烧结的烧成条件下实质上不烧结的无机材料粉末，且处于无机 材料粉末因低热膨胀系数层所包含的材料的浸透而固化的状态。
上述实施方式中，较好是规定第二层间约束层所具有的空腔形成用通孔的内周 缘不位于比周壁部的规定与第二层间约束层相接的第一陶瓷层所具有的空腔形成用通孔 的内周缘更靠外侧的位置，且规定第二层间约束层所具有的空腔形成用通孔的内周缘的 至少一部分位于比周壁部的规定与第二层间约束层相接的第一陶瓷层所具有的空腔形成 用通孔的内周缘更靠内侧的位置。
本发明还提供一种多层陶瓷基板的制造方法，该多层陶瓷基板包括由具有空腔 形成用通孔的第一陶瓷层构成的周壁部和由不具有空腔形成用通孔的第二陶瓷层构成的 底壁部，在底壁部配置有包括热膨胀系数相对较高的高热膨胀系数层和热膨胀系数相对 较低的低热膨胀系数层在内的至少 2 种陶瓷层作为所述第二陶瓷层，且形成高热膨胀系 数层的至少一部分被第一低热膨胀系数层和第二低热膨胀系数层夹住的层叠结构。
本发明的多层陶瓷基板的制造方法的特征在于，包括 ：准备第一陶瓷生坯层的 工序，该第一陶瓷生坯层是将要通过烧成成为所述第一陶瓷层的层，包含低温烧结陶瓷 材料，具有所述空腔形成用通孔 ；作为将要通过烧成成为所述第二陶瓷层的第二陶瓷生 坯层，分别准备包含低温烧结陶瓷材料的将要成为所述高热膨胀系数层的高热膨胀系数 生坯层、包含低温烧结陶瓷材料的将要成为所述第一低热膨胀系数层的第一低热膨胀系 数生坯层、包含低温烧结陶瓷材料的将要成为所述第二低热膨胀系数层的第二低热膨胀 系数生坯层的工序 ；制作复合层叠体的工序，该复合层叠体包括将所述第一陶瓷生坯层 和所述第二陶瓷生坯层层叠而成的生层叠体以及配置在该生层叠体的两个主面上的外侧 约束层，该外侧约束层包含在能使所述低温烧结陶瓷材料烧结的烧成条件下实质上不烧 结的无机材料粉末 ；将该复合层叠体在低温烧结陶瓷材料烧结的烧成条件下烧成的烧成工序 ；以及将外侧约束层从复合层叠体除去的工序。
本发明的制造方法较好是用于制造底壁部的朝向外侧的面由第一低热膨胀系数 层形成、底壁部的与周壁部相接的面由第二低热膨胀系数层形成的多层陶瓷基板。 此 时，较好是生层叠体还包括以与第二低热膨胀系数生坯层接触的状态配置的第一层间约 束层作为第二陶瓷生坯层。 该第一层间约束层包含在能使低温烧结陶瓷材料烧结的烧成 条件下实质上不烧结的无机材料粉末，经烧成工序后处于无机材料粉末因低热膨胀系数 生坯层所包含的材料的浸透而固化的状态。
此外，在本发明的制造方法中，较好是生层叠体还包括沿着多层陶瓷基板的周 壁部的与底壁部相接的面配置的第二层间约束层作为第一陶瓷生坯层。 此时，第二层间 约束层包含在能使低热膨胀系数层所包含的陶瓷材料烧结的烧成条件下实质上不烧结的 无机材料粉末，经烧成工序后处于无机材料粉末因低热膨胀系数层所包含的材料的浸透 而固化的状态。
上述实施方式中，更好是在生层叠体中，第二层间约束层所具有的空腔形成用 通孔比周壁部的与第二层间约束层相接的第一陶瓷生坯层所具有的空腔形成用通孔小。
根据本发明，因为在空腔的底壁部形成了高热膨胀系数层的至少一部分被第一 低热膨胀系数层和第二低热膨胀系数层夹住的层叠结构，所以在烧成后的冷却过程中， 在第一低热膨胀系数层和第二低热膨胀系数层中产生压缩应力。 其结果是，可提高底壁 部处的强度，可使底壁部处不易发生破损。 特别是如果底壁部的朝向外侧的面由第一低热膨胀系数层形成，底壁部的与周 壁部相接的面由第二低热膨胀系数层形成，则第一低热膨胀系数层和第二低热膨胀系数 层中产生的所述压缩应力作用于底壁部的整个厚度方向，能更可靠地提高整个底壁部的 强度。
上述情况下，如果在周壁部配置有高热膨胀系数，且在周壁部的最外层配置有 第三低热膨胀系数层，则可提高整个多层陶瓷基板的强度，并且可抑制由多层陶瓷基板 的正反面的应力差所引起的翘曲。
如果以与形成所述底壁部的与周壁部相接的面的第二低热膨胀系数层接触的状 态配置第一层间约束层，则在烧成时，底壁部和周壁部的界面处的收缩会被抑制，其结 果是，可抑制多层陶瓷基板的翘曲等不期望的变形及开裂。
如上所述，如果多层陶瓷基板的翘曲等不期望的变形被抑制，则可提高具有空 腔的多层陶瓷基板的设计的自由度。
根据本发明的多层陶瓷基板的制造方法，因为所要烧成的复合层叠体包括将要 成为多层陶瓷基板的生层叠体、以及外侧约束层，所以在烧成时，生层叠体的收缩会被 抑制。 其结果是，可提高所得的多层陶瓷基板的尺寸精度，并且可抑制翘曲等不期望的 变形。
本发明的多层陶瓷基板的制造方法中，如果生层叠体包括第一层间约束层，则 底壁部和周壁部的边界处的收缩会被抑制，因此可抑制可能会在该部分产生的不期望的 变形及开裂，可进一步提高尺寸精度。
此外，本发明的多层陶瓷基板的制造方法中，生层叠体还包括沿着多层陶瓷基 板的周壁部的与底壁部相接的面配置的第二层间约束层时，底壁部和周壁部的边界处的
收缩会被抑制，因此能可靠地抑制在该部分产生的变形及开裂。
此外，如果该第二层间约束层所具有的空腔形成用通孔比周壁部的与第二层间 约束层相接的第一陶瓷生坯层所具有的空腔形成用通孔小，则制作生层叠体时，即使第 二层间约束层和与之相接的第一陶瓷生坯层之间产生空腔形成用通孔的位置偏差，规定 第二层间约束层所具有的空腔形成用通孔的内周缘也不会位于比周壁部的规定与第二层 间约束层相接的第一陶瓷层所具有的空腔形成用通孔的内周缘更靠外侧的位置，可提高 能使规定第二层间约束层所具有的空腔形成用通孔的内周缘的至少一部分位于比周壁部 的规定与第二层间约束层相接的第一陶瓷层所具有的空腔形成用通孔的内周缘更靠内侧 的位置的概率。 因此，可在烧成后更可靠地抑制空腔的底壁部的变形及开裂等。
附图的简单说明
图 1 是表示包括本发明的第一实施方式的多层陶瓷基板 1 的功能模块 31 的剖视 图。
图 2 是简要地表示在制造图 1 所示的多层陶瓷基板 1 的过程中制成的复合层叠体 41 的剖视图。
图 3 是表示包括本发明的第二实施方式的多层陶瓷基板 1a 的功能模块 31 的剖视 图。 图 4 是简要地表示在制造图 3 所示的多层陶瓷基板 1a 的过程中制成的复合层叠 体 41a 的剖视图。
图 5 是简要地表示本发明的第三实施方式的多层陶瓷基板 1b 的剖视图。
图 6 是简要地表示在为确认本发明的效果而实施的实验例中制成的比较例 1 ～ 3 以及实施例 1 和实施例 2 的多层陶瓷基板 61 ～ 65 的剖视图。
实施发明的最佳方式
图 1 是表示由本发明的第一实施方式的多层陶瓷基板 1 构成的功能模块 31 的剖 视图。
多层陶瓷基板 1 形成有空腔 3。 多层陶瓷基板 1 具有规定空腔 3 的底面的底壁部 4 和规定空腔 3 的周面的周壁部 5。
多层陶瓷基板 1 有着由具有空腔形成用通孔的多个第一陶瓷层 2a 与不具有空腔 形成用通孔的多个第二陶瓷层 2b 层叠而成的结构，周壁部 5 由第一陶瓷层 2a 构成，底壁 部 4 由第二陶瓷层 2b 构成。 如果具有空腔形成用通孔的第一陶瓷层 2a 与不具有空腔形 成用通孔的第二陶瓷层 2b 层叠，则在多层陶瓷基板 1 中会形成凹形的空腔 3。 此外，在 底壁部 4 配置有热膨胀系数相对较高的第一高热膨胀系数层 6 和热膨胀系数相对较低的第 一低热膨胀系数层 7 和第二低热膨胀系数层 8 作为第二陶瓷层 2b，且形成第一高热膨胀系 数层 6 的至少一部分被第一低热膨胀系数层 7 和第二低热膨胀系数层 8 夹住的层叠结构。 特别是在本实施方式中，底壁部 4 的朝向外侧的面由第一低热膨胀系数层 7 形成，底壁部 4 的与周壁部 5 相接的面由第二低热膨胀系数层 8 形成。
另一方面，在周壁部 5 配置有具有比所述第二低热膨胀系数层 8 高的热膨胀系数 的第二高热膨胀系数层 9，并且在其最外层配置有热膨胀系数相对较低的第三低热膨胀系 数层 10。
此外，在底壁部 4 还配置有以与第二低热膨胀系数层 8 接触的状态配置的第一层
间约束层 11 作为第二陶瓷层 2b。 本实施方式中，第一层间约束层 11 处于被第二低热膨 胀系数层 8 夹住的状态。 此外，沿着周壁部 5 的与底壁部 4 相接的面配置有第二层间约 束层 12。 另外，第一层间约束层 11 也能以被第二低热膨胀系数层 8 和第一高热膨胀系数 层 6 夹住的状态配置。
多层陶瓷基板 1 具有各种布线导体。 布线导体是用于构成例如电容器或电感器 之类的无源元件或是用于进行元件间的电连接之类的连接布线的导体，典型的是如图 1 所示由若干个导体膜 13 ～ 16 以及若干个通孔导体 17 构成。
导体膜 13 形成在多层陶瓷基板 1 的内部。 导体膜 14 和导体膜 15 分别形成于多 层陶瓷基板 1 的一个主面上和另一个主面上。 导体膜 16 形成在空腔 3 的底面上。 通孔 导体 17 设置成与导体膜 13 ～ 16 中的任意一个电连接并同时在厚度方向上贯穿陶瓷层 2a 和陶瓷层 2b 中的任一指定的陶瓷层。
在多层陶瓷基板 1 的一个主面上以与外部导体膜 14 电连接的状态装载有芯片元 器件 18、19。 图 1 中，示出了用于将芯片元器件 19 与外部导体膜 14 电连接的凸点电极 20。
此外，在空腔 3 内以与空腔底面导体膜 16 电连接的状态装载有芯片元器件 21。 图 1 中，示出了用于将芯片元器件 21 与腔体底面导体膜 16 电连接的凸点电极 22。 由此，通过将芯片元器件 18、19、21 装载于多层陶瓷基板 1，从而构成功能模 块 31。 形成在多层陶瓷基板 1 的另一个主面上的外部导体膜 15 被用作将该功能模块 31 安装到未图示的母板上时的电连接部件。
上述多层陶瓷基板 1 例如如下所述制造。
图 2 是表示在制造多层陶瓷基板 1 的过程中制成的复合层叠体 41 的剖视图。 复 合层叠体 41 包括欲通过烧成来形成多层陶瓷基板 1 的生层叠体 42 以及配置在生层叠体 42 的两个主面上的第一外侧约束层 43 和第二外侧约束层 44。 另外，图 2 中省略了与生层叠 体 42 关联设置的导体膜 13 ～ 16 以及通孔导体 17 的图示。
若参照图 1 和图 2 进行说明，则生层叠体 42 与多层陶瓷基板 1 一样，具有规定 空腔 3 的底面的周壁部 4 和规定空腔 3 的周面的周壁部 5。
在生层叠体 42 的底壁部 4 层叠有所欲成为第一高热膨胀系数层 6 的第一高热膨 胀系数生坯层 46、所欲成为第一低热膨胀系数层 7 的第一低热膨胀系数生坯层 47、所欲 成为第二低热膨胀系数层 8 的第二低热膨胀系数生坯层 48，以作为所欲成为所述第二陶 瓷层 2b 的第二陶瓷生坯层。 在生层叠体 42 的周壁部 5 层叠有所欲成为第二高热膨胀系数 层 9 的第二高热膨胀系数生坯层 49、所欲成为第三低热膨胀系数层 10 的第三低热膨胀系 数生坯层 50，以作为所欲成为所述第一陶瓷层 2a 的第一陶瓷生坯层。 这些生坯层 46 ～ 50 包含低温烧结陶瓷材料。
此外，生层叠体 42 形成有第一层间约束层 11 作为第二陶瓷生坯层，并且形成有 第二层间约束层 12 作为第一陶瓷生坯层。 这些层间约束层 11、12 包含在能使所述低温 烧结陶瓷材料烧结的烧成条件下实质上不烧结的无机材料粉末。
另外，图 1 中示出了多个陶瓷层 2a 和多个陶瓷层 2b，由此可知，所述生坯层 46 ～ 50 通常分别由多个层构成，但图 2 中省略了所述多个层的界面的图示。 此外，外侧 约束层 43、44 有时也分别由多个层构成。
生层叠体 42 通常通过将多个陶瓷生坯层叠而形成，但也可以不采用这种方法， 而是通过反复涂布陶瓷浆料来形成。
通过在生层叠体 42 的两个主面上层叠第一外侧约束层 43 和第二外侧约束层 44 并将它们压接，从而能获得复合层叠体 41。 另外，在位于空腔 3 侧的第二外侧约束层 44 设置有与空腔 3 连通的通孔 51。
接着，在所述低温烧结陶瓷材料烧结的烧成条件下对复合层叠体 41 进行烧成。 在该烧成工序中，因为层间约束层 11、12 以及外侧约束层 43、44 所包含的无机材料粉末 实质上不烧结，所以这些层间约束层 11、12 以及外侧约束层 43、44 不发生实质性收缩。 因此，层间约束层 11、12 以及外侧约束层 43、44 所起到的收缩抑制作用可作用到获得经 烧结后的多层陶瓷基板 1 之前的生层叠体 42 上。 其结果是，所得的多层陶瓷基板 1 不易 产生翘曲等不期望的变形，且能提高尺寸精度。
接着，通过例如超声波清洗或喷砂处理来将外侧约束层 43、44 从烧成后的复合 层叠体 41 除去。 因为烧成后的外侧约束层 43、44 呈多孔状态，所以能容易地将其粉碎 而除去。
另一方面，层间约束层 11、12 经烧成工序后，处于因与层间约束层 11、12 相邻 的低热膨胀系数生坯层 48 和 / 或高热膨胀系数层 49 所包含的材料 ( 玻璃成分等 ) 的浸透 而使无机材料粉末固化的状态。 另外，层间约束层 11、12 的厚度需要是能实现因上述材 料的浸透而导致的固化的厚度。
如上所述，能获得多层陶瓷基板 1。 若着眼于所得的多层陶瓷基板 1 的底壁部 4，则在该处形成了第一高热膨胀系数层 6 的至少一部分被第一低热膨胀系数层 7 和第二 低热膨胀系数层 8 夹住的层叠结构。 因此，在烧成工序后的冷却过程中，在第一低热膨 胀系数层 7 和第二低热膨胀系数层 8 中会产生压缩应力，其结果是，可提高底壁部 4 的机 械强度。
此外，在本实施方式中，包括第三低热膨胀系数层 10，该层在烧成后的冷却过 程中也会产生压缩应力。 因此，能抑制由多层陶瓷基板 1 的正反面的应力差所导致的翘 曲等不期望的变形。
上述实施方式中，低热膨胀系数层 7、8、10 各自的厚度在烧成后较好为 10 ～ 100μm。 其原因如下所述。
在各低热膨胀系数层 7、8、10 和各高热膨胀系数层 6、9 的界面上作用有因热膨 胀系数的差而产生的应力。 更详细地说，在低热膨胀系数层 7、8、10 侧作用有压缩应 力，该压缩应力随着与界面的距离的增大而减小。 另一方面，高热膨胀系数层 6、9 作用 有拉伸应力，该拉伸应力随着与界面的距离的增大而减小。 这是因为随着与界面的距离 的增大，应力发生松弛。 如果距界面的距离超过 100μm，则压缩应力几乎不起作用，几 乎观察不到其效果，因此低热膨胀系数层 7、8、10 各自的厚度较好是在 100μm 以下。
另一方面，如果低热膨胀系数层 7、8、10 各自的厚度不足 10μm，则因拉伸应 力的作用而导致强度降低的高热膨胀系数层 6、9 会存在于距各低热膨胀系数层 7、8、10 的外表面不足 10μm 的外表面附近区域内。 因此，容易从各高热膨胀系数层 6、9 的外表 面附近部分起出现破损，无法观察到通过使低热膨胀系数层 7、8、10 中产生压缩应力而 进行强化的效果，因此，低热膨胀系数层 7、8、10 各自的厚度较好是在 10μm 以上。高热膨胀系数层 6、9 各自的厚度可根据多层陶瓷基板 1 的整体厚度以及各低热 膨胀系数层 7、8、10 的厚度而适当确定，但较好是在烧成后为 10 ～ 100μm。
此外，由于夹住第一高热膨胀系数层 6 的第一低热膨胀系数层 7 和第二低热膨胀 系数层 8 各自的厚度比第一高热膨胀系数层 6 的厚度薄时能更有效地利用压缩应力，因此 较为理想。 同样地，较好是夹住第二高热膨胀系数层 9 的第二低热膨胀系数层 8 和第三 低热膨胀系数层 10 各自的厚度比第二高热膨胀系数层 9 的厚度薄。 此外，在图 1 中，示 出了第一低热膨胀系数层 7、第二低热膨胀系数层 8 和第三低热膨胀系数层 10 各自的厚度 彼此相同的情形，但也可以与底壁部 4 和周壁部 5 的平衡、空腔 3 的直径的大小等多层陶 瓷基板 1 的设计相匹配而使它们的厚度彼此不同。
另外，在图 1 中示出了低热膨胀系数层 7 由三层陶瓷层 2b 构成的情形，但所述 低热膨胀系数层 7 的厚度不是陶瓷层 2b 的单层的厚度，而是三层陶瓷层 2b 的总厚度。 其 它的低热膨胀系数层 8、10 各自的厚度以及高热膨胀系数层 6、9 各自的厚度也是如此。
低热膨胀系数层 7、8、10 与高热膨胀系数层 6、9 之间的热膨胀系数之差较好是 在 1.0ppmK-1 以上且在 4.3ppmK-1 以下。
已知通过使热膨胀系数之差在 1.0ppmK-1 以上，可大幅减少底壁部 4 的翘曲。 即，翘曲量与热膨胀系数差的关系是 ：在热膨胀系数差小于 1.0ppmK-1 的范围内，翘曲量 随着热膨胀系数差的增加而减少 ；热膨胀系数差在 1.0ppmK-1 以上时，翘曲量基本恒定。 推测这是因为会作用成使多层陶瓷基板 1 翘曲的朝面内方向的应力与因热膨胀系数差而 朝正反面的面内方向作用的应力相比相对较小，，因而能使翘曲得到矫正。
另一方面，通过使热膨胀系数差在 4.3ppmK-1 以下，能更可靠地使由热膨胀 系数差引起的在低热膨胀系数层 7、8、10 和高热膨胀系数层 6、9 的边界部处的脱层 (delamination) 或空穴等缺陷不易产生。
构成低热膨胀系数层 7、8、10 的材料较好是包括含 SiO2 和 MO( 这里，MO 是选 自 CaO、MgO、SrO 和 BaO 的至少 1 种 ) 的玻璃，且 SiO2 ∶ MO ＝ 23 ∶ 7 ～ 17 ∶ 13 ； 构成高热膨胀系数层 6、9 的材料较好是包括含 SiO2 和 MO 的玻璃，且 SiO2 ∶ MO ＝ 19 ∶ 11 ～ 11 ∶ 19。
更好是构成低热膨胀系数层 7、8、10 的材料所包括的玻璃中所含的 SiO2 为 34 ～ 73 重量％，构成高热膨胀系数层 6、9 的材料所包括的玻璃中所含的 SiO2 为 22 ～ 60 重 量％。
上述优选组成及其含量适合于采用硼硅酸盐玻璃类材料将低热膨胀系数层 7、 8、10 与高热膨胀系数层 6、9 之间的热膨胀系数之差设置在 1.0ppmK-1 以上并将共通的成 分的重量比例设置在 75 重量％以上。 通过使共通的成分的重量比例在 75 重量％以上， 可在各低热膨胀系数层 7、8、10 与各高热膨胀系数层 6、9 之间获得足够的接合力。
玻璃中所含的 SiO2 成分有助于降低热膨胀系数， MO 成分有助于提高热膨胀系 数。
此外，在烧成过程中有适量的结晶从玻璃中析出对机械强度特性而言是有利 的，因此玻璃组成越接近析出结晶的组成越好。 例如，对于 SiO2-MO-Al2O3-B2O3 系的玻 璃，容易析出 MAl2Si2O8 或 MSiO3 结晶，因此较好是调整 SiO2 和 MO 的比例以使玻璃组 成接近该结晶组成。 因此，为降低热膨胀系数，低热膨胀系数层 7、8、10 的玻璃组成中的 SiO2 和 MO 的比例越接近 2 越好，为提高热膨胀系数，高热膨胀系数层 6、9 的玻璃组 成中的 SiO2 和 MO 的比例越接近 1 越好。
高热膨胀系数层 6、9 的玻璃组成与低热膨胀系数层 7、8、10 相比，MO 比例更 高，容易在烧成后的镀敷处理中受到侵蚀，但因为不暴露在表面部，所以成为不易受到 致命损伤的结构。
如果为了进一步增大热膨胀系数的差而使低热膨胀系数层 7、8、10 中的玻璃中 的 SiO2 过多，则烧成时的玻璃粘度不会充分地下降，因而引起烧结不良。 如果使 MO 过 多，则无法获得足够的热膨胀系数的差。
此外，如果为了进一步增大热膨胀系数的差而使高热膨胀系数层 6、9 中的玻璃 中的 MO 过多，则耐湿性下降，因而引起绝缘不良。 如果使 SiO2 过多，则无法获得足够 的热膨胀系数的差。
如上所述，较好是分别从上述范围内选择低热膨胀系数层 7、8、10 和高热膨胀 系数层 6、9 中的玻璃中的 SiO2 和 MO 的比例。
更好是构成低热膨胀系数层 7、8、10 的材料所包括的玻璃包含 34 ～ 73 重量％ 的 SiO2、14 ～ 41 重量％的 MO、0 ～ 30 重量％的 B2O3、0 ～ 30 重量％的 Al2O3，构成高 高热膨胀系数层 6、9 的材料所包括的玻璃包含 22 ～ 60 重量％的 SiO2、22 ～ 60 重量％ 的 MO、0 ～ 20 重量％的 B2O3、0 ～ 30 重量％的 Al2O3。 理由如下。
B2O3 赋予玻璃适度的粘度，以使烧成时烧结能顺畅地进行。 如果 B2O3 过多，则 粘度过低，因此发生过烧成，表面产生气孔而导致绝缘不良。 相反，如果 B2O3 过少，则 粘度高，发生烧结不良。
Al2O3 对低热膨胀系数层 7、8、10 而言是构成析出结晶的成分。 不论该 Al2O3 是 过多还是过少，都不易发生结晶析出。
此外，因为 Al2O3 的关系，玻璃的化学稳定性提高，因此在 MO 相对较多的高热 膨胀系数层 6、9 中，耐镀敷性和耐湿性提高。 对于热膨胀系数， Al2O3 的贡献度在 SiO2 和 MO 之间，所以如果 Al2O3 过多，则无法获得热膨胀系数的差。
更好是构成低热膨胀系数层 7、8、10 的材料包含 30 ～ 60 重量％的 Al2O3 作为 填料，构成高热膨胀系数层 6、9 的材料包含 40 ～ 70 重量％的 Al2O3 作为填料。 理由如 下。
Al2O3 填料有助于提高机械强度。 如果 Al2O3 填料过少，则无法获得足够的强 度。 特别是在拉伸应力所作用的高热膨胀系数层 6、9 中，如果机械强度不足，则从高热 膨胀系数层 6、9 起出现破损，因此无法获得足够的通过压缩应力来强化低热膨胀系数层 7、8、10 的效果。 因此，使高热膨胀系数层 6、9 中包含比低热膨胀系数层 7、8、10 更 多的 Al2O3 填料来提高强度，藉此，可耐受更大的热膨胀系数的差，还可获得强化低热膨 胀系数层 7、8、10 的效果。
对于热膨胀系数，Al2O3 填料的贡献度在低热膨胀系数层 7、8、10 中的玻璃与高 热膨胀系数层 6、9 中的玻璃之间，所以如果 Al2O3 填料过多，则无法获得热膨胀系数的 差。
另外，作为填料，除 Al2O3 外，也可使用例如 ZrO2 等其它陶瓷。
另外，第一低热膨胀系数层 7、第二低热膨胀系数层 8 和第三低热膨胀系数层 10无需是彼此相同的组成，无需具有彼此相同的热膨胀系数，此外，对于第一高热膨胀系 数层 6 和第二高热膨胀系数层 10，也无需是彼此相同的组成，无需具有彼此相同的热膨 胀系数。
即，只要第一低热膨胀系数层 7 和第二低热膨胀系数层 8 各自的热膨胀系数小于 第一高热膨胀系数层 6 的热膨胀系数，则第一低热膨胀系数层 7 的热膨胀系数和第二低 热膨胀系数层 8 的热膨胀系数也可以彼此不同。 此外，只要第二低热膨胀系数层 8 和第 三低热膨胀系数层 10 各自的热膨胀系数小于第二高热膨胀系数层 9 的热膨胀系数，则第 二低热膨胀系数层 8 的热膨胀系数和第三低热膨胀系数层 10 的热膨胀系数也可以彼此不 同。 因此，只要满足上述条件，就能自由设定各层的热膨胀系数，其结果是，可提高空 腔 3 的设计的自由度。
图 3 和图 4 是用于说明本发明的第二实施方式的图，分别对应于图 1 和图 2。 在 图 3 和图 4 中，对与图 1 和图 2 所示的要素相当的要素标以相同的参照符号，省略重复说 明。
如图 3 所示，在第二实施方式的多层陶瓷基板 1a 中，其特征在于，规定第二层 间约束层 12a 所具有的空腔形成用通孔的内周缘位于比周壁部 5 的规定与第二层间约束层 12a 相接的第一陶瓷层 2a 所具有的空腔形成用通孔的内周缘更靠内侧的位置。 另外，规定第二层间约束层 12a 所具有的空腔形成用通孔 ( 下面称作 “第一空腔 形成用通孔”) 的内周缘未必一定要全都位于比规定与第二层间约束层 12a 相接的第一陶 瓷层 2a 所具有的空腔形成用通孔 ( 下面称作 “第二空腔形成用通孔” ) 的内周缘更靠内 侧的位置。 即，只要规定第一空腔形成用通孔的内周缘的至少一部分位于比规定第二空 腔形成用通孔的内周缘更靠内侧的位置即可。
上述情况下，重要的是规定第一空腔形成用通孔的内周缘不位于比规定第二空 腔形成用通孔的内周缘更靠外侧的位置。 例如，对于规定第一空腔形成用通孔的内周缘 的一部分来说，即使不位于比规定第二空腔形成用通孔的内周缘更靠内侧的位置，至少 也必须位于与规定所述第二空腔形成用通孔的内周缘相同的位置。
若要更具体地说明，则第一空腔形成用通孔和第二空腔形成用通孔为四边形 时，即使只在四边形的 2 条边上使规定第一空腔形成用通孔的内周缘位于比规定第二空 腔形成用通孔的内周缘更靠内侧的位置，在四边形的另 2 条边上，规定第一空腔形成用 通孔的内周缘也不应位于比规定第二空腔形成用通孔的内周缘更靠外侧的位置，至少必 须位于相同位置。
当欲制造第二实施方式的多层陶瓷基板 1a 时，如图 4 所示，在复合层叠体 41a 所 具有的生层叠体 42 中，使第一空腔形成用通孔比第二空腔形成用通孔小，藉此使规定第 一空腔形成用通孔的内周缘的至少一部分位于比规定第二空腔形成用通孔的内周缘更靠 内侧的位置。
根据该第二实施方式，在制作生层叠体 42 时，大多实施生坯的层叠工序，在该 层叠工序中，即使很不理想地在第二层间约束层 12a 和与之相接的第一陶瓷生坯层之间产 生空腔形成用通孔的位置偏差，规定第一空腔形成用通孔的内周缘也不会位于比第二空 腔形成用通孔的内周缘更靠外侧的位置，可提高能使规定第一空腔形成用通孔的内周缘 的至少一部分位于比规定第二空腔形成用通孔的内周缘更靠内侧的位置的概率。 因此，
可在烧成后更可靠地抑制空腔 3 的底壁部 4 的变形及开裂等。
图 5 是表示本发明的第三实施方式的多层陶瓷基板 1a 的剖视图。 在图 5 中，与 图 1 相比简要地示出了多层陶瓷基板 1b，对与图 1 所示的要素相当的要素标以相同的参照 符号，省略重复说明。
图 5 所示的多层陶瓷基板 1b 的特征在于，不包括层间约束层。 应理解，其余构 成与图 1 所示的多层陶瓷基板 1 或图 3 所示的多层陶瓷基板 1a 相同。
作为本发明的又一实施方式，多层陶瓷基板 1、1a、1b 中可以不包括第三低热膨 胀系数层 10。
接着，对为了确认本发明的效果而实施的实验例进行说明。 本实验例中，制作 了图 6 中以剖视图表示的各比较例 1 ～ 3 以及实施例 1 和实施例 2 的多层陶瓷基板 61 ～ 65。 另外，图 6 中，对与图 1 所示的要素相当的要素标以相同的参照符号，省略重复说 明。
实施例 2 的多层陶瓷基板 65 具备图 1 所示的多层陶瓷基板 1 所具有的构成。
下面通过与该实施例 2 的多层陶瓷基板 65 的比较来进行说明，比较例 1 的多层 陶瓷基板 61 的特征在于，构成底壁部 4 的陶瓷层全部由低热膨胀系数层 7 形成，构成周 壁部 5 的陶瓷层全部由低热膨胀系数层 10 构成。
比较例 2 的多层陶瓷基板 62 的特征在于，构成周壁部 4 的陶瓷层全部由高热膨 胀系数层 6 形成，构成周壁部 5 的陶瓷层全部由高热膨胀系数层 9 形成。
比较例 3 的多层陶瓷基板 63 的特征在于，底壁部 4 不包括第二低热膨胀系数层 8，到该部分为止形成有高热膨胀系数层 6。
实施例 1 的多层陶瓷基板 64 的特征在于，不包括第三低热膨胀系数层 10，到该 部分为止形成有高热膨胀系数层 9。
本实验例中，将低热膨胀系数层 7、8、10 的热膨胀系数设为 5.3ppmK-1。此外， 为了形成低热膨胀系数层 7、8、10，制作厚 50μm 的生坯，将该生坯如下所述适当层叠 数层而达到所要的厚度。
低热膨胀系数层 7、8、10 所用的生坯以重量比 60 ∶ 40 的比例包含硼硅酸盐 玻璃粉末和陶瓷粉末，通过如下方法获得 ：相对于共计 100 重量份的玻璃粉末和陶瓷粉 末，添加 50 重量份有机溶剂、10 重量份丁缩醛类粘合剂和 1 重量份增塑剂，混合而制成 浆料，从该浆料中除去气泡后，通过刮刀涂布法将浆料成形为片状，干燥。 作为所述硼 硅酸盐玻璃粉末，使用含 46 重量％的 SiO2、30 重量％的 B2O3、14 重量％的 CaO、5 重 量％的 Al2O3 和 5 重量％的 TiO2 的玻璃粉末，作为陶瓷粉末，使用 Al2O3 粉末。
将高热膨胀系数层 6、9 的热膨胀系数设为 7.7ppmK-1。 此外，为了形成高热膨 胀系数层 6、9，制作厚 50μm 的生坯，将该生坯如下所述适当层叠数层而达到所要的厚 度。
高热膨胀系数层 6、9 高热膨胀系数层 6、9 所用的生坯以重量比 70 ∶ 30 的比例 包含硼硅酸盐玻璃粉末和陶瓷粉末，通过如下方法获得 ：相对于共计 100 重量份的玻璃 粉末和陶瓷粉末，以与上述低热膨胀系数层相同的比例添加有机溶剂、丁缩醛类粘合剂 和增塑剂，经相同的操作而得。 作为所述硼硅酸盐玻璃粉末，使用含 40 重量％的 SiO2、 5 重量％的 B2O3、40 重量％的 CaO、5 重量％的 MgO 和 10 重量％的 Al2O3 的玻璃粉末，作为陶瓷粉末，使用 Al2O3 粉末。
为了形成层间约束层 11 和 12，制作厚 10μm 的生坯，为了形成图 6 中未图示的 外侧约束层，制作厚 100μm 的生坯。 这些层间约束层 11、12 以及外侧约束层所用的生 坯包含 100 重量份的氧化铝粉末、10 重量份的丁缩醛类粘合剂和 1 重量份的增塑剂，经与 低热膨胀系数层等相同的操作而得。
作为图 6 中未图示的导体膜和通孔导体所用的导电性糊料，采用包含 48 重量份 的银粉末、3 重量份的乙基纤维素粘合剂和 49 重量份的有机溶剂萜烯类的糊料，为了形 成图 1 所示的导体膜 13 ～ 16 以及通孔导体 17，将该导电性糊料赋予所述生坯中的特定的 生坯。
接着，将各种生坯按照下表 1 的 “所用的生坯层数” 所示的层数层叠，制成将 要成为各多层陶瓷基板 61 ～ 65 的生层叠体，并且在其上下形成外侧约束层，从而制成复 合层叠体。 这里，外侧约束层通过在生层叠体的上下分别各层叠 4 层所述外侧约束层所 用的厚 100μm 的生坯而形成。
[ 表 1]
接着，将复合层叠体在 870℃的温度下保持 10 分钟的条件下烧成。 接着，用超 声波清洗机除去以多孔状态附着于烧成后的复合层叠体表面的外侧约束层，得到比较例 1 ～ 3 以及实施例 1 和实施例 2 的多层陶瓷基板 61 ～ 65。
接着，为了比较各多层陶瓷基板 61 ～ 65 对下落冲击的机械强度，进行了以下试 验。
将各多层陶瓷基板 61 ～ 65 用焊锡安装在安装基板上，将安装基板安装在立方体 的框体的内部，使其向混凝土块落下。 此时，使框体的 6 个面分别依次向下方落下来作 为 1 个循环，进行最多不超过 10 个循环的上述试验。 对于各多层陶瓷基板 61 ～ 64 的底 壁部 4 在第几个循环中发生破损或开裂进行评价。 其结果示于表 2。
[ 表 2]
15CN 102027813 A CN 102027828 A说明书底壁部状况 发生破损 发生破损 发生开裂 无异常 无异常13/13 页实施循环数 比较例 1 比较例 2 比较例 3 实施例 1 实施例 2
4 4 7 10 10由表 2 可知，比较例 1 和比较例 2 中，多层陶瓷基板 61 和 62 的底壁部 4 在第 4 个循环中损坏。 此外，比较例 3 中，虽可完全抑制破损，但在第 7 个循环中底壁部 4 发 生开裂。
与之相对，实施例 1 和实施例 2 中，到 10 个循环为止未发生破损或开裂。
符号的说明
1、1a、1b 多层陶瓷基板
2a、2b 陶瓷层
3 空腔
4 底壁部
5 周壁部
6 第一高热膨胀系数层
7 第一低热膨胀系数层
8 第二低热膨胀系数层
9 第二高热膨胀系数层
10 第三低热膨胀系数层
11 第一层间约束层
12、12a 第二层间约束层
41、41a 复合层叠体
42 生层叠体
43、44 外侧约束层
46 第一高热膨胀系数生坯层
47 第一低热膨胀系数生坯层
48 第二低热膨胀系数生坯层
49 第二高热膨胀系数生坯层
50 第三低热膨胀系数生坯层