JP2000114682A - スル―ホ―ルを有するセラミックス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スルーホール内導体回路の抵抗値を極力小さ
くすることができ、かつその抵抗値のばらつきを少なく
し得るスルーホールを有するセラミックス基板を提供す
る。 【構成】 タングステン、モリブデン、タンタル、ニオ
ブの炭化物から選択される何れか少なくとも一種の導電
性粒子４と、α−テルピネオール、ブチラール、グリコ
ールから選択される何れか少なくとも一種の分散溶媒
と、アニオン系分散剤、ノニオン系分散剤から選択され
る何れか少なくとも一種の分散剤とから充填用ペースト
３を製造する。そのペースト３には、導電性粒子１００
重量部に対して分散溶媒が２重量部〜１０重量部、分散
剤が０．１重量部〜２．０重量部配合される。窒化アル
ミニウム製グリーンシート１には、スルーホール形成用
孔２が予め開孔される。その中にペースト３を充填した
後に、グリーンシート１を焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体搭載用基板、
ヒータ、静電チャック等におけるセラミックス多層配線
板等において使用されるスルーホールを有するセラミッ
クス基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の基板を製造するにあた
り、予め開孔されたグリーンシートのスルーホール形成
用孔に対して、タングステン等の導電性粒子にα−テル
ピネオール等の分散溶媒及びチキソ剤を所定量加え、三
本ロール混合機等で混練して得られたチキソトロピーな
ペーストを充填した後、ペースト中の分散溶媒を乾燥除
去して導電性粒子をスルーホール形成用孔内に定着させ
ていた。このようなグリーンシートを適宜積層して、そ
の積層体をるつぼに入れると共にその周囲をセッターで
包囲した後、ホットプレス焼成を施すことにより、セラ
ミックス基板を製造していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
法にてグリーンシートをホットプレス焼成すると、セッ
ターに添加されたバインダ中またはるつぼ内の雰囲気中
に含まれる炭素化合物（ＣＯ等）との反応によって、前
記ペースト中の単体金属が種々の炭化物（ＸＣ，Ｘ2 Ｃ
等 Ｘ：単体金属）に変化し、この炭化物の生成によ
り、スルーホール内導体回路の抵抗値が増大してしま
う。タングステンペーストを用いた場合では、ホットプ
レス焼成時に一炭化二タングステン（Ｗ2 Ｃ）と一炭化
一タングステン（ＷＣ）とが生成されることが知られて
いるが、特に比抵抗の高いＷ2 Ｃの生成量がＷＣの生成
量に対して極めて多いことが抵抗値増大をもたらす主な
原因となっている。

【０００４】更に、グリーンシート積層体を複数枚同時
に焼成する場合、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）のよ
うに積層体を配置した後セッターで包囲すると、内側に
位置するものと外側に位置するものとの間で、炭化物の
生成割合に差ができてしまう。その結果、スルーホール
内導体回路の抵抗値のばらつきが大きくなるという問題
が生じる。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、その目的は、スルーホール内導体回路の抵抗値を極
力小さくすることができ、かつその抵抗値のばらつきを
少なくし得るスルーホールを有するセラミックス基板を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために本発明は、タングステン、モリブデン、タン
タル、ニオブの炭化物から選択される何れか少なくとも
一種の導電性粒子を充填したスルーホールを有するセラ
ミックス基板である。

【０００７】この発明によれば、スルーホール形成用孔
内に充填されるペースト中の導電性粒子を予め炭化物に
しておくことにより、スルーホール内導体回路の抵抗値
のばらつきを少なくすることができる。また、このペー
ストを用いることにより、ホットプレス焼成における導
電性粒子の炭化反応の進行が防止され、スルーホール内
導体回路の抵抗値の増加が抑制される。

【０００８】本発明について更に詳細に説明すると、前
記導電性粒子としては、タングステン、モリブデン、タ
ンタル、ニオブ等の金属の炭化物があげられ、これらか
ら選択される何れか少なくとも一種が使用される。前記
炭化物としては、例えば、一炭化一タングステン（Ｗ
Ｃ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）
等がある。尚、前記炭化物の比抵抗、及び前記炭化物を
構成する単体金属の比抵抗は、表１に示す通りである。

【０００９】

【表１】 この導電性粒子の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲が好
ましい。平均粒径が１μｍ未満では単位重量当たりの粒
子表面積が増大し、これら微細粒子をゾル化させるため
の分散溶媒がより多く必要となるため、ペーストの高濃
度化が図れない。一方、平均粒径が１０μｍを超える
と、スルーホール内への充填性が悪くなり、また導電性
粒子間の接点が少なくなるため、スルーホール内導体回
路の電気抵抗を増大させる虞れが生ずる。

【００１０】前記分散溶媒としては、α−テルピネオー
ル、ブチラール、グリコール等があげられ、単独でまた
は二種以上混合して使用される。分散溶媒の配合割合
は、導電性粒子１００重量部に対し、２〜１０重量部の
範囲が好適である。この配合割合が２重量部未満では導
電性粒子を均一に分散してゾル状ペーストを得ることが
できず、１０重量部を超えるとペースト中における導電
性粒子の含有率が低下し、乾燥後におけるスルーホール
内導体回路の電気抵抗を増大させる。

【００１１】前記分散剤としては、例えば脂肪族アミン
塩、芳香族アミン塩、複素環アミン塩、アルキルアミ
ン、ポリアルキレンポリアミン誘導体等のアニオン系分
散剤や、エステル型、エステルエーテル型、エーテル
型、含窒素型等のノニオン系分散剤があげられ、単独で
または二種以上混合して使用される。分散剤としては前
記導電性粒子との親和性がよくないカチオン系分散剤は
不適当で、このような分散剤を使用すると、導電性粒子
の分散性をかえって悪くする。また、前記分散溶媒に溶
解可能なものが使用される。この分散剤の配合によっ
て、ペーストが全体として低粘度化される。

【００１２】上記導電性粒子、分散溶媒、分散剤等は均
一に混合され、三本ロール混合機等によって混練される
ことにより、所定の粘度及び密度の範囲に調製される。
本発明が適用可能なセラミックス基板は、窒化アルミニ
ウム、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミックス
材料によって成形されたグリーンシートを焼成してなる
基板である。とりわけ、配線板に必要な物性を備える窒
化アルミニウム基板を選択することが好ましい。

【００１３】このグリーンシートには一般に、ペースト
の充填に先立ち、前述したような溶媒が予め含浸され
る。これはスルーホール内に前記ペーストを充填する際
に、ペースト中の分散溶媒がスルーホールの内壁面から
吸収されてスルーホール内におけるペーストの流動性が
低下し、均一な充填が阻害されるのを未然に防止するた
めである。スルーホール内へのペーストの充填はローラ
ー印刷等の常法に従ってなされ、グリーンシートの裏側
からはみ出した過剰のペーストは掻き取り除去される。
その後、基板は乾燥され、基板に予め含浸させた溶媒及
びペースト中の分散溶媒が除去される。この乾燥工程に
おいて、時間短縮のため加熱乾燥を行う場合、導電性粒
子の酸化による電気抵抗の増大を防ぐため、不活性ガス
雰囲気下において乾燥することが好ましい。

【００１４】このようにして、スルーホール内に導電性
粒子が定着されると、グリーンシートは適宜積層され、
その積層体をるつぼに入れると共にその周囲をセッター
で包囲した後、常法に従ってホットプレス焼成されるこ
とにより、スルーホールを有するセラミックス基板が形
成される。

【００１５】

【発明の実施形態】以下に、本発明を窒化アルミニウム
製の多層配線板に具体化した実施例及び比較例について
図面を参照しながら詳細に説明する。 〔実施例〕平均粒径が３．３μｍかつ比抵抗が５３×１
０-6Ωｃｍの一炭化一タングステン（ＷＣ）微粒子５０
００ｇに、ジエチレングリコールに５０重量％のアクリ
ルバインダを配合した混合溶媒を２００ｇ、分散剤を
５．０ｇ配合した混合物を三本ロール混合機を使用し、
２３℃にて１時間混練して、粘度が１０００００cps〜
１５００００cps の充填用ペーストを調製した。

【００１６】一方、スルーホール形成用孔（内径0.15m
m）が多数透設された窒化アルミニウム製グリーンシー
トの微細気孔中にα−テルピネオールを２５℃にて１時
間かけて真空含浸し、その後、スピンナーにかけて５６
００rpm にて１５秒間処理し、スルーホール形成用孔内
に満たされたα−テルピネオールを吹き飛ばした。そし
て、このグリーンシートの表面にスルーホール形成用孔
とその周辺部のみを露出させるメタルマスクを施し、こ
のメタルマスクの上から前記ペーストを表２に示す条件
でローラー印刷を行い、ペーストを充填した。

【００１７】

【表２】 上記ローラー印刷後、グリーンシート１の裏面から押し
出された過剰のペーストを掻き取り除去し、グリーンシ
ート１のスルーホール形成用孔２内にペースト３を充填
した（図１(a) 参照）。続いて、このグリーンシート１
を５０℃にて１時間窒素を吹き付けて予備乾燥した後、
１５０℃にて１２時間窒素を吹き付けて本乾燥を行った
ところ、ペースト３が若干収縮してスルーホール形成用
孔２内にＷＣ粒子４が定着された（図１(b) 参照）。そ
して、グリーンシート１の表面を厚さｈ（本実施例では
200μｍ）だけ研磨、除去することにより、スルーホー
ル内がＷＣ粒子４によって完全に満たされたグリーンシ
ート１を得た（図１(c) 参照）。

【００１８】このグリーンシート１を適宜積層した後
（本実施例では４枚）、その積層体１ａを１６枚並べる
と共に、その上下両面及び周縁にそれぞれ窒化アルミニ
ウム生成形体製の板状セッターＳ1 及び棒状セッターＳ
2 を配置した（図２(a) 参照）。そして、各セッターＳ
1 ，Ｓ2 に包囲された状態の積層体１ａを黒鉛製のるつ
ぼＭ内に収容し、窒素雰囲気下、１００kg/cm2〜３００
kg/cm2の加圧条件にてホットプレス焼成を施した（図２
(b) 参照）。尚、前記ホットプレス焼成では、１０℃／
分〜２０℃／分の割合で１７００℃〜１９００℃まで昇
温し、その焼成温度にて１時間〜５時間保持した。

【００１９】焼成後、るつぼＭから積層体１ａを取り出
して平面研削及び表面のラップ加工を施し、積層体１ａ
の厚みを０．７５mm，表面粗度Ｒａを０．２μｍにし
た。そして、積層体１ａの表面に化学メッキを施して、
所望のスルーホールを有する窒化アルミニウム製の多層
配線板を得た。

【００２０】以下、この配線板の特性評価を行うため、
スルーホール内導体回路の抵抗値（平均値、標準偏差、
最大値及び最小値）を測定すると共に、スルーホール内
導体回路の組成についても調査を行った。尚、図２
（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、るつぼＭ内におい
て両方のセッターＳ1 ，Ｓ2 と密接する外側積層体群Ａ
と、外側積層体群Ａの内側に配置されると共に板状セッ
ターＳ1 のみと密接する内側積層体群Ｂとについて別々
に前記測定及び調査を行った。これらの結果を表３に示
す。 〔比較例〕平均粒径が３．３μｍのタングステン（Ｗ）
微粒子５０００ｇに、ジエチレングリコールに５０重量
％のアクリルバインダを配合した混合溶媒を２００ｇ、
分散剤を５．０ｇ配合した混合物を三本ロール混合機を
使用し、２３℃にて１時間混練して充填用のペーストを
調製した。

【００２１】このペーストを使用して、前記実施例と同
様に、窒化アルミニウム製グリーンシートにローラー印
刷を施してスルーホール形成用孔内にペーストを充填し
た。以下、実施例の手順に従って、スルーホールを有す
る窒化アルミニウム製の多層配線板を作成した。この比
較例の配線板についても前記測定及び調査を行った。そ
の結果を同様に表３に示す。

【００２２】

【表３】 表３から明らかなように、実施例では比較例に比べてス
ルーホール内導体回路の平均抵抗値が全般的に低くなる
ことが判明した。また、実施例では抵抗値の標準偏差の
幅、最大抵抗値及び最小抵抗値も比較例に比べて小さか
った。更に、実施例では外側積層体群Ａの各測定値と内
側積層体群Ｂの各測定値との差は、比較例に比して小さ
くなる傾向が認められた。以上の測定結果を総合する
と、スルーホール内導体回路の抵抗値が小さい点及び抵
抗値のばらつきが少ない点において、実施例の配線板が
比較例の配線板より優れることが判った。

【００２３】また、実施例のスルーホール内導体回路の
組成を調査した結果、外側積層体群Ａ及び内側積層体群
ＢともにＷＣのみからなるスルーホール内導体回路が形
成され、積層体１ａの配置位置による抵抗値の変動は極
めて僅かであった。一方、比較例においては外側積層体
群ＡのＷ2 Ｃ生成割合は高く、特に内側積層体群Ｂでは
Ｗ2 Ｃの生成割合が高かった。尚、上述したように、Ｗ
2 Ｃの比抵抗値は８１×１０-6Ωｃｍと、ＷＣの比抵抗
値に比して大きいものである。

【００２４】この調査結果からも明白なように、比抵抗
の比較的小さいＷＣを予めペーストに配合した実施例の
製造方法によれば、比較例とは異なり、スルーホール内
導体回路の抵抗値増大の原因となるＷ2 Ｃが生成される
ことがない。従って、上述のように好適な結果がもたら
される。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスルーホ
ールを有するセラミックス基板によれば、スルーホール
内導体回路の抵抗値を極力小さくすることができ、かつ
その抵抗値のばらつきを少なくすることができるという
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明を具体化した一実施例
におけるスルーホール内導体回路の形成手順を示す一連
の説明図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）はるつぼ内におけるグリーン
シート積層体の配置を示す概略図である。

【符号の説明】

２…スルーホール形成用孔、４…導電性粒子としての一
炭化一タングステン粒子（ＷＣ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タングステン、モリブデン、タンタル、ニ
   オブの炭化物から選択される何れか少なくとも一種の導
   電性粒子を充填したスルーホールを有するセラミックス
   基板。