JP2001284479A

JP2001284479A - ガラスセラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JP2001284479A
Application number: JP2000089603A
Authority: JP
Inventors: Akihito Sata; 明史佐多
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-12
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP3825224B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラスセラミック・グリーンシートの焼結収
縮を確実に拘束して、寸法精度が極めて高いガラスセラ
ミック基板を得る方法を提供することである。【解決手段】（ｉ）表面に導体パターンが形成された
ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚を積層して
積層体１を作製し、（ii）該積層体１の両面に、難焼結
性無機材料とガラスとを含む拘束グリーンシート２を積
層し、（iii）重し３による荷重をかけた状態で、積層
体から有機成分を除去し、ついで焼成して、拘束シート
を保持したガラスセラミック基板を作製し、（iv）該基
板から拘束シートを除去する工程からなり、（ｖ）拘束
グリーンシート２のガラス含有量が、焼成時にガラスセ
ラミック・グリーンシートと結合しかつ積層面内で実質
的に収縮させない量である。

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ＬＳＩ、チ
ップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層
ガラスセラミック基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ＬＳＩ、チップ部品等は小
型化、軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板
も小型化、軽量化が望まれている。このような要求に対
して、基板内に内部電極等を配した多層セラミック基板
は、要求される高密度配線が可能となり、かつ薄型化が
可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において
重要視されている。

【０００３】多層セラミック基板としては、アルミナ質
焼結体からなり、表面または内部にタングステン、モリ
ブデン等の高融点金属からなる配線層が形成された絶縁
基板が従来より広く用いられている。

【０００４】一方、近年の高度情報化時代を迎え、使用
される周波数帯域はますます高周波帯に移行しつつあ
る。このような高周波の信号の伝送を行なう高周波配線
基板においては、高周波信号を高速で伝送する上で、配
線層を形成する導体の抵抗が小さいことが要求され、絶
縁基板にもより低い誘電率が要求される。

【０００５】しかし、従来のタングステン、モリブデン
等の高融点金属は導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が
遅く、また30ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難
であることから、タングステン、モリブデン等の金属に
代えて銅、銀、金等の低抵抗金属を使用することが必要
である。ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低
いため、800〜1000℃程度の低温で焼成することが必要
であることから、該低抵抗金属からなる配線層は、高温
焼成が必要なアルミナと同時焼成することができなかっ
た。また、アルミナ基板は誘電率が高いため、高周波回
路基板には不適切である。

【０００６】このため、最近では、ガラスとセラミック
ス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガ
ラスセラミックスを絶縁基板として用いることが注目さ
れている。すなわち、ガラスセラミックスは誘電率が低
いため高周波用絶縁基板として好適であり、またガラス
セラミックスは800〜1000℃の低温で焼成することがで
きることから、銅、銀、金等の低抵抗金属を配線層とし
て使用できるという利点がある。

【０００７】多層ガラスセラミック基板は、ガラスとフ
ィラーとの混合物に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を
加えてスラリーとし、ドクターブレード等によりガラス
セラミック・グリーンシートを成形した後、銅、銀、金
等の低抵抗金属の粉末を含有する導体ペーストを印刷す
るなどして前記グリーンシート上に導体パターンを形成
し、ついで複数枚のグリーンシートを積層して800〜100
0℃の温度で焼成して得られる。

【０００８】ところが、多層ガラスセラミック基板は、
焼成過程において焼結に伴う収縮を生じるという問題が
ある。このような収縮の程度は一様ではなく、使用する
基板用無機材料、グリーンシート組成、原料である粉体
粒度のバラツキ、導体パターン、内部電極材料等により
収縮率や収縮方向が異なってくる。このことは、多層ガ
ラスセラミック基板の作製において、いくつかの問題を
ひき起こす。

【０００９】先ず、内部電極印刷用のスクリーン版を作
製する際、基板の収縮率から逆算してスクリーン版の大
きさを決定しなければならないが、上記のように基板の
収縮率や収縮方向は一定でないため、スクリーン版は基
板の製造ロット毎に作り直さなければならず不経済であ
り現実的ではない。さらに、上記のようなグリーンシー
ト積層法によって作製される多層ガラスセラミック基板
では、グリーンシートの造膜方向によって積層面内の縦
方向と横方向の収縮率が異なるため、多層ガラスセラミ
ック基板の作製がより一層困難なものになる。

【００１０】これに対して、収縮誤差を許容するように
必要以上に大きい面積の電極を形成する場合には、高密
度な配線ができなくなる。

【００１１】これらの収縮変化を小さくするためには、
回路設計による基板の収縮率の傾向を調べたり、製造工
程において基板材料およびグリーンシート組成の管理、
粉体粒度のバラツキ、プレス圧や温度等の積層条件を充
分管理する必要がある。しかし、それでも一般に収縮率
の誤差として±0.5％程度はどうしても発生するといわ
れている。

【００１２】このことは多層ガラスセラミック基板にか
かわらずセラミックスやガラスセラミックス等の焼結に
伴うものに共通する課題である。このような課題を解決
するために、特開平４−293978号公報、特開平５−2886
7号公報、特開平５−102666号公報では、以下の（１）
〜（４）の工程を含む基板の製造方法が提案されてい
る。（１）ガラスセラミック成分とバインダー、可塑剤等の
有機成分とを含むガラスセラミック・グリーンシートに
導体パターンを形成したものを所望枚数積層し、（２）
得られたガラスセラミック・グリーンシートの積層体の
両面または片面に、前記ガラスセラミック成分の焼成温
度では焼結しない無機材料とバインダー、可塑剤等の有
機成分とを含む拘束グリーンシートを積層し、（３）こ
れらガラスセラミック・グリーンシートの積層体と拘束
グリーンシートとの積層体を加熱して、まず有機成分を
除去し、ついで焼成して、それぞれガラスセラミック基
板および拘束シートとなし、（４）最後に、ガラスセラ
ミック基板から拘束シートを除去する。

【００１３】この方法によれば、前記拘束グリーンシー
トがガラスセラミック・グリーンシートの焼成時の収縮
を拘束するため、積層体の厚さ方向のみに収縮が起こ
り、積層面の縦・横方向には収縮が起こらなくなり、ガ
ラスセラミック基板の寸法精度が向上すると考えられて
いる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法では、ガラ
スセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートと
の結合は、それらのグリーンシート内に含有されている
バインダー等の有機成分により行なわれる。しかし、
（３）の焼成工程において、バインダー、可塑剤等の有
機成分が分解し揮散した後は、拘束グリーンシート中の
粉体とガラスセラミック・グリーンシート中の粉体とが
単に密着して接触しているだけであり、それらのシート
間にはファンデルワールス力による弱い結合が働いてい
るだけである。

【００１５】このような弱い結合は、（４）の工程にお
ける拘束シートの除去が簡単になるという利点があるも
のの、（３）の焼成工程でガラスセラミック・グリーン
シート積層体から拘束グリーンシートがそれらの熱膨張
差等により不用意に剥離するおそれがある。

【００１６】焼成途中で拘束グリーンシートが剥離する
と、ガラスセラミック・グリーンシートの焼結収縮を防
止できなくなる。また、拘束グリーンシートの剥離がた
とえ一部であっても、当該部分において収縮が起こるた
めガラスセラミック基板の変形が発生することになる。

【００１７】また、ガラスセラミック・グリーンシート
積層体と拘束グリーンシートとは結合力が小さいため、
焼成前のそれらの密着状態や、ガラスセラミック成分の
種類によるガラスセラミック・グリーンシート中のガラ
ス成分の拘束グリーンシート内への浸透性によってはそ
れらの結合力にムラが生じやすい。結合力にムラがある
と、ガラスセラミックの焼結収縮を拘束する力にムラが
でき、収縮ムラが起こり、ガラスセラミック基板の反
り、変形等が発生することになる。その結果、寸法精度
の高い基板が得られないという問題がある。

【００１８】さらに、ガラスセラミック基板は通常、正
方形や長方形等の四角形の形状で製造されることが多い
が、このような形状のガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体と拘束グリーンシートとの積層体を焼成した時
に、焼結後のガラスセラミック基板のコーナー部が上方
に反ることがある。

【００１９】この原因は、ガラスセラミック基板の積層
面内の収縮はガラスセラミック基板の両面に積層された
拘束シートにより抑制されるが、ガラスセラミック基板
の側面には拘束シートが無く、またガラスセラミック基
板のコーナー部分には焼結時の収縮応力が集中しやすい
ためと考えられる。また、ガラスセラミック基板の上下
面に形成したメタライズ導体パターンの面積の違いや、
焼成時の上下面の温度差・熱量差等により全体的に反る
こともある。

【００２０】このようにガラスセラミック基板のコーナ
ー部分が反ると、この基板上に抵抗体パターン形成のた
めに抵抗体ペーストをスクリーン印刷したり、あるいは
部品実装用の半田ペーストを印刷したりする際に、これ
らの印刷が困難になるという問題点がある。これに対
し、焼成後に基板の反ったコーナー部分を除去する工程
を付加することも考えられるが、工程が煩雑になり、不
経済である。さらに、全体的な反りが大きいものでは基
板全体が使用できなくなるという問題点がある。

【００２１】本発明の目的は、ガラスセラミック・グリ
ーンシートの積層面内での焼結収縮を確実に拘束して、
さらにこれに重しによる荷重をかけることにより、ガラ
スセラミック基板のコーナー部分の反りがなく、より寸
法精度の高いガラスセラミック基板を得る方法を提供す
ることである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、（Ｉ）拘束グリー
ンシート内にガラス成分を含有させておくと、該ガラス
成分が焼成過程でガラスセラミック・グリーンシートと
拘束グリーンシートとを結合する結合材として作用する
ため、それらの間の結合力が高まり、拘束グリーンシー
トが剥離するのを防止できること、（II）焼成時におけ
る拘束グリーンシート自体の焼結収縮はガラスの含有量
を所定範囲内に設定することにより実質的に回避できる
こと、その結果、（III）拘束グリーンシートによりガ
ラスセラミック・グリーンシート積層体の収縮が確実に
抑えられ、寸法精度の高いガラスセラミック基板を得る
ことができること、さらに（IV）ガラスセラミック・グ
リーンシート積層体と拘束グリーンシートとの積層体に
重しによる荷重をかけることによりコーナー部分におけ
る反りの発生を抑制することができ、より寸法精度の高
いガラスセラミック基板を得ることができるという新た
な事実を見出し、本発明を完成するに到った。

【００２３】すなわち、本発明のガラスセラミック基板
の製造方法は、（ｉ）有機バインダーを含有し表面に導
体パターンが形成されたガラスセラミック・グリーンシ
ートの複数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシ
ート積層体を作製する工程と、（ii）前記ガラスセラミ
ック・グリーンシート積層体の両面に、難焼結性無機材
料とガラスと有機バインダーとを含む拘束グリーンシー
トを積層する工程と、（iii）前記拘束グリーンシート
とガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体
に重しによる荷重をかけた状態で、前記積層体から有機
成分を除去し、ついで焼成して、拘束シートを保持した
ガラスセラミック基板を作製する工程と、（iv）前記ガ
ラスセラミック基板から拘束シートを除去する工程とを
含み、（ｖ）前記拘束グリーンシートのガラス含有量
が、前記焼成時に拘束グリーンシートを前記ガラスセラ
ミック・グリーンシートと結合させかつ拘束グリーンシ
ートをその積層面内で実質的に収縮させない量であるこ
とを特徴とする。

【００２４】ここで、「実質的に収縮させない」とは、
拘束グリーンシートの収縮が１％以下、好ましくは0.8
％以下、より好ましくは0.5％以下に抑制されているこ
とを意味する。また、前記「積層面内」とは、三次元座
標において厚さ方向をＺ方向としたときのＸ方向および
Ｙ方向によって規定される面内をいい、具体的にはシー
トの縦方向および横方向を意味する。

【００２５】本発明において、前記拘束グリーンシート
中に含有されるガラスの軟化点は、前記ガラスセラミッ
ク・グリーンシート積層体の焼成温度以下であるのがよ
い。これにより、焼成工程で拘束グリーンシート中のガ
ラスが軟化し、結合力が高まる。

【００２６】また、前記拘束グリーンシート中に含有さ
れるガラスの軟化点は、前記有機成分の除去温度よりも
高いのがよい。前記ガラスの軟化点が有機成分の除去温
度よりも低い場合には、分解・揮散した有機成分が通過
するための除去経路が軟化したガラスによって閉塞され
てしまうおそれがある。

【００２７】前記拘束グリーンシート中のガラス含有量
は、該拘束グリーンシート中の全無機成分の0.5〜15重
量％であるのがよい。通常は、この範囲が焼成時に前記
ガラスセラミック・グリーンシートと結合しかつ拘束グ
リーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量
となるが、必ずしもこの範囲に制限されるものではな
く、使用するガラスの種類等によってガラス含有量は変
化する。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明におけるガラスセラミック
・グリーンシートは、ガラス粉末、フィラー粉末（セラ
ミック粉末）、さらに有機バインダー、可塑剤、有機溶
剤等を混合したものが用いられる。

【００２９】ガラス成分としては、例えばＳｉＯ₂−Ｂ₂
Ｏ₃系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ
₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、
ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−
Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹およびＭ ²は同一または異なってＣ
ａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ₂−
Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹および
Ｍ²は前記と同じである）、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系
（但し、Ｍ³はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ₂−
Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系（但し、Ｍ³は前記と同じ
である）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられ
る。

【００３０】また、前記フィラーとしては、例えばＡｌ
₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との
複合酸化物、ＴｉＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複
合酸化物、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂から選ばれる少なく
とも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル、ムライ
ト、コージェライト）等が挙げられる。

【００３１】上記ガラスとフィラーの混合割合は重量比
で40：60〜99：１であるのが好ましい。

【００３２】ガラスセラミック・グリーンシートに配合
される有機バインダーとしては、従来からセラミックグ
リーンシートに使用されているものが使用可能であり、
例えばアクリル系（アクリル酸、メタクリル酸またはそ
れらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的に
はアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル
共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル
共重合体等）、ポリビニルブチラ−ル系、ポリビニルア
ルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカ
ーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重
合体が挙げられる。

【００３３】ガラスセラミック・グリーンシートは、上
記ガラス粉末、フィラー粉末、有機バインダーに必要に
応じて所定量の可塑剤、溶剤（有機溶剤、水等）を加え
てスラリーを得て、これをドクターブレード、圧延、カ
レンダーロール、金型ブレス等により厚さ約50〜500μ
ｍに成形することによって得られる。

【００３４】ガラスセラミック・グリーンシート表面に
導体パターンを形成するには、例えば導体材料粉末をペ
ースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法
等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属
箔を転写する等の方法が挙げられる。導体材料として
は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の１種また
は２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合、合金、
コーティング等のいずれの形態であってもよい。

【００３５】なお、表面の導体パターンには、上下の層
間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスル
ーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含ま
れる。これら貫通導体は、パンチング加工等によりガラ
スセラミック・グリーンシートに形成した貫通孔に、導
体材料粉末をペースト化したもの（導体ペースト）を印
刷により埋め込む等の手段によって形成される。

【００３６】ガラスセラミック・グリーンシートの積層
には、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱
圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からな
る接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用
可能である。

【００３７】本発明における拘束グリーンシートは、難
焼結性無機材料とガラスとからなる無機成分に有機バイ
ンダー、可塑剤、溶剤等を加えたスラリーを成形して得
られる。難焼結性無機材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳ
ｉＯ₂から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、こ
れらに制限されるものではない。

【００３８】拘束グリーンシートに加えられるガラスに
ついても、特に制限されるものではなく、前記したガラ
スセラミック・グリーンシートに配合されるガラスと同
様のものが使用可能である。また、拘束グリーンシート
中のガラスは、ガラスセラミック・グリーンシート中の
ガラスと同一組成のものであってもよく、異なる組成の
ものであってもよい。

【００３９】拘束グリーンシート中のガラスの軟化点
は、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温
度以下で、かつ拘束グリーンシート中の有機成分の分解
・揮散温度よりも高いのが好ましい。具体的には、拘束
グリーンシート中のガラスの軟化点は450〜1100℃程度
であるのが好ましい。ガラスの軟化点が450℃未満の場
合には、ガラスセラミック・グリーンシートからの有機
成分の除去時に、軟化したガラスが分解・揮散した有機
成分の除去経路を塞ぐことになり有機成分を完全に除去
できないおそれがある。一方、ガラスの軟化点が1100℃
を超える場合には、通常のガラスセラミック・グリーン
シートの焼成条件では該グリーンシートへの結合材とし
て作用しなくなるおそれがある。

【００４０】拘束グリーンシートは、ガラスセラミック
・グリーンシートの作製と同様にして、有機バインダ
ー、可塑剤、溶剤等を用いて成形することによって得ら
れる。有機バインダー、可塑剤および溶剤としては、ガ
ラスセラミック・グリーンシートで使用したのと同様な
材料が使用可能である。ここで、可塑剤を添加するの
は、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、積層時にガ
ラスセラミック・グリーンシートとの密着性を高めるた
めである。

【００４１】ガラスセラミック・グリーンシートの両面
に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけで
ガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対し
て10％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束
グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。ま
た、有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック基
板からの拘束シートの除去を考慮すると、拘束グリーン
シートの厚さはガラスセラミック・グリーンシート積層
体の厚さの約200％以下であるのがよい。また、積層さ
れる拘束シートは１枚のものであってもよく、あるいは
所定の厚みになるように複数枚を積層したものであって
もよい。

【００４２】成形された拘束グリーンシートをガラスセ
ラミック・グリーンシートの両面に積層するには、積み
重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方
法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤を
シート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能であ
る。シート間に接着剤層を介在させる場合には、該接着
剤層に拘束グリーンシートと同じガラス成分を含有させ
てシート間の結合力を高めるようにしてもよい。

【００４３】拘束グリーンシートを積層後、重しにより
荷重をかけた状態で、この積層体からの有機成分の除去
と焼成を行なう。有機成分の除去は100〜800℃の温度範
囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成分を
分解・揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック
組成により異なるが、通常は約800〜1100℃の範囲内で
ある。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料にＣｕ
を使用する場合には100〜700℃の水蒸気を含む窒素雰囲
気中で有機成分の除去を行ない、ついで窒素雰囲気中で
焼成を行なう。

【００４４】この有機成分の除去および焼成時には、ガ
ラスセラミック基板の反りを防止するために、積層体上
面に重しを載せて荷重をかける。

【００４５】重しによる荷重は50Ｐａ〜１ＭＰａ程度が
適当である。荷重が50Ｐａ未満である場合は、積層体の
反りを抑制する作用が充分でなくなるおそれがある。他
方、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大
きくなることとなるため、重しが焼成炉に入らなくなっ
たり、また焼成炉に入っても重しが大きいために熱容量
が不足することとなり焼成できなくなったりするなどの
問題をひき起こすおそれがある。

【００４６】また、この重しの大きさは、ガラスセラミ
ック・グリーンシート積層体の各コーナー部に所望の荷
重が加わる様な大きさであることが好ましく、ガラスセ
ラミック・グリーンシート積層体とほぼ同じ大きさかそ
れ以上の大きさの板状のものが好ましいが、各コーナー
部分にそれぞれ荷重をかけられるようにして複数個の重
しを用いてもよい。

【００４７】重しの材質としては、ガラスセラミック基
板の焼成中に変形・溶融等して荷重が不均一になった
り、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがない
ような耐熱性のものが適している。具体的にはセラミッ
クス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられ
る。さらに、このような重しには、少なくとも積層体の
上面に当接する部分が多孔質となっている多孔質体を使
用するのがよい。これは、緻密体の重しを用いると、こ
の重しが当接した積層体の上面に、積層体から分解・揮
散した有機成分が通過するための除去経路が充分確保で
きなくなる場合があり、有機成分特に炭素成分がガラス
セラミック基板中に残存し、基板の色調が黒ずんだり、
ガラスセラミックの特性が劣化したり、ひどい場合には
焼結を阻害してガラスセラミック基板が緻密体とならな
かったりすることもあるからである。重しとして均一な
荷重をかけつつ積層体から揮散した有機成分の除去経路
を充分に確保するには、多孔質体として例えば多数の気
泡を有する軽石状のものや繊維状アルミナ質等の焼結体
からなる通気性多孔質体等の細孔が均一に分布した構造
の空孔率が例えば70〜80％程度のもの、または空孔率が
約30％以上と大きいハニカム構造状、あるいはメッシュ
状のものを用いるとよい。

【００４８】また、分解した有機成分の揮散を妨げない
ように、積層体の上面に多孔質の第１の重しを置き、そ
の上に充分な荷重をかけるように非多孔質の第２の重し
を置くようにしてもよい。

【００４９】なお、積層体に均一に荷重をかけてガラス
セラミック基板のコーナー部分における反りを有効に抑
制するためには、基本的には重しが積層体に当接する面
が平坦であることが必要であるが、重しに多孔質体とし
てハニカム板等を用い、その穴開きの面が当接する場合
では、穴部を除いた部分からなる面が所定の反りより小
さい反りであることが必要である。

【００５０】焼成後、拘束シートを除去する。除去方法
としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束
シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例え
ば超音波洗浄、研磨、ウオータージェット、ケミカルブ
ラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト（砥粒と水
とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。

【００５１】得られた多層ガラスセラミック基板は、焼
成時の収縮が拘束グリーンシートによって厚さ方向だけ
に抑えられているので、その積層面内の収縮をおよそ0.
5％以下にも抑えることが可能となり、しかもガラスセ
ラミック・グリーンシートは重しにより荷重をかけた状
態で拘束グリーンシートによって全面にわたって均一に
かつ確実に結合されているので、拘束グリーンシートの
一部剥離等によって反りや変形が起こるのを防止するこ
とができるとともに、基板のコーナー部分において反り
が発生するのも有効に防止することができる。

【００５２】以上のような本発明のガラスセラミック基
板の製造方法の実施の形態の一例を、図２に断面図で示
す。図２において、１はガラスセラミック・グリーンシ
ート積層体、２はその上下両面に積層された拘束グリー
ンシート、３は拘束グリーンシート２とガラスセラミッ
ク・グリーンシート積層体１との積層体の上面に載置さ
れた重しである。また、４はこれらを載置して焼成炉に
投入するためのセッターである。

【００５３】このように重し３により所定の荷重をかけ
た状態で拘束グリーンシート２とガラスセラミック・グ
リーンシート積層体１との積層体から有機成分を除去
し、焼成した後、ガラスセラミック・グリーンシート積
層体１を焼結して得られたガラスセラミック基板から拘
束グリーンシート２から得られた拘束シートを除去する
ことにより、コーナー部分における反りの発生がない、
極めて寸法精度の高いガラスセラミック基板を得ること
ができる。

【００５４】

【実施例】以下、実施例、比較例および試験例を挙げて
本発明の方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施
例のみに限定されるものではない。＜実施例１＞ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ₂−
Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末60重量
％、ＣａＺｒＯ₃粉末20重量％、ＳｒＴｉＯ₃粉末17重量
％およびＡｌ₂Ｏ₃粉末３重量％を使用した。このガラス
セラミック成分100重量部に有機バインダーとしてアク
リル樹脂12重量部、フタル酸系可塑剤６重量部および溶
剤としてトルエン30重量部を加え、ボールミル法により
混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクター
ブレード法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グ
リーンシートを成形した。

【００５５】ついで、このグリーンシート上に銀−パラ
ジウムペーストを用いて導体パターンをスクリーン印刷
にて形成した。導体ペーストとしては、Ａｇ：Ｐｄが重
量比で85：15である合金粉末（平均粒径1.0μｍ）100重
量部に対してＡｌ₂Ｏ₃粉末２重量部および前記ガラスと
同組成のガラス粉末２重量部、さらにビヒクル成分とし
て所定量のエチルセルロース系樹脂、テルピネオールを
加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し
たものを用いた。

【００５６】一方、無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末95重量
％と軟化点720℃のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃
−ＺｎＯ系ガラス粉末５重量％とを用いて、前記ガラス
セラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作
製し、ついで成形して厚さ250μｍの拘束グリーンシー
トを得た。

【００５７】表面に導体パターンを形成した前記ガラス
セラミック・グリーンシートの所定枚数を積み重ねてガ
ラスセラミック・グリーンシート積層体を得て、さらに
その両面に前記拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度
55℃、圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。

【００５８】得られた積層体をアルミナセッターに載置
し、さらに積層体の上に重しとして空孔率75％のポーラ
スセラミック板を載置することにより積層体に平均的に
100Ｐａの荷重がかかるようにして、大気中500℃で２時
間加熱して有機成分を除去した後、900℃で１時間焼成
した。焼成後は、ガラスセラミック基板の両面に拘束シ
ートが付着していた。この状態では、軽く叩いても拘束
シートが剥がれることはなかった。

【００５９】ガラスセラミック基板の表面に付着した拘
束シートは、擦り取ることにより大部分は除去できた
が、ガラスセラミック基板表面に薄く残留していた。こ
の残留した拘束シートを、球状Ａｌ₂Ｏ₃微粉末と水との
混合物を高圧の空気圧で投射するウェットブラスト法に
より除去した。拘束シートを除去した後のガラスセラミ
ック基板の表面は、表面粗さＲａが１μｍ以下の平滑な
面となり、導体の半田濡れ性も問題なかった。

【００６０】また、得られたガラスセラミック基板の積
層面内での収縮は0.5％以下であり、基板に反りや変形
も認められなかった。＜実施例２および３＞軟化点が600℃および700℃のガラ
スをそれぞれ用いて拘束グリーンシートを作製した以外
は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。＜比較例１＞ガラスを含有しない拘束グリーンシートを
作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック
基板を得た。＜比較例２＞軟化点が920℃のガラスを用いて拘束グリ
ーンシートを作製した以外は実施例１と同様にしてガラ
スセラミック基板を得た。＜比較例３＞軟化点が400℃のガラスを用いて拘束グリ
ーンシートを作製した以外は実施例１と同様にしてガラ
スセラミック基板を得た。

【００６１】その結果、実施例２および３で得たガラス
セラミック基板は、実施例１と同様に積層面内での収縮
が0.5％以下（すなわち、収縮率99.5％以上）であり、
基板に反りや変形は認められなかった。

【００６２】これに対して、比較例１および２で得たガ
ラスセラミック基板は、使用した拘束グリーンシートが
ガラスを含まないか、あるいは焼成温度よりも高い軟化
点を有するガラスを含んでいるために、いずれも焼成後
のガラスセラミック基板から拘束グリーンシートが簡単
に剥がれてしまった。また、ガラスセラミック・グリー
ンシートと拘束グリーンシートとの間の結合力が弱いた
め、ガラスセラミック基板の積層面内での収縮率は85％
程度になるか、基板の一部のみが拘束シートに結合され
ているためにガラスセラミック基板は大きく変形した。

【００６３】一方、比較例３では、拘束グリーンシート
に含まれるガラスの軟化点が低いため、有機成分が完全
に除去されず、このためガラスセラミック基板の積層面
内での収縮は0.5％以下と良好であったが、ガラスセラ
ミック基板の色調が灰色になった。＜実施例４〜７＞ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ
₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス粉末70重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃粉末30重量％を使用した。このガラスセラミッ
ク成分100重量部に有機バインダーとしてアクリル樹脂
9.0重量部、フタル酸系可塑剤4.5重量部および溶剤とし
てトルエン30重量部を加え、ボールミル法により混合し
スラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレー
ド法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリーン
シートを成形した。

【００６４】ついで、このグリーンシート上に実施例１
と同じ銀−パラジウムペーストを用いて導体パターンを
スクリーン印刷にて形成した。

【００６５】一方、無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末と軟化
点720℃のＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス
粉末とをそれぞれ表１に示す割合で用いて、前記ガラス
セラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作
製し、ついで成形して厚さ250μｍの拘束グリーンシー
トを得た。

【００６６】表面に導体パターンを形成した前記ガラス
セラミック・グリーンシートの所定枚数を積み重ねてガ
ラスセラミック・グリーンシート積層体を得て、さらに
その両面に前記拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度
55℃、圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。この積層
体は、サイズが150ｍｍ×120ｍｍの長方形であった。

【００６７】得られた積層体をアルミナセッターに載置
し、さらに積層体の上に空孔率50％のポーラスセラミッ
ク板を載置することにより積層体に平均的に50Ｐａの荷
重がかかるようにして、大気中500℃で２時間加熱して
有機成分を除去した後、850℃で１時間焼成した。つい
で、ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シート
を除去した。得られたガラスセラミック基板の表面は、
表面粗さＲａが１μｍ以下の平滑な面となり、導体の半
田濡れ性も問題なかった。

【００６８】また、得られたガラスセラミック基板の積
層面内での収縮率を表１に併せて示す。なお、ガラスセ
ラミック基板に反りや変形は認められなかった。

【００６９】

【表１】

【００７０】表１から、実施例４〜７の各拘束グリーン
シートを使用して得られたガラスセラミック基板は、焼
成時の収縮および反りが抑制され、高い寸法精度を有し
ていることがわかる。なお、表１に示す結果中、反りは
レーザ光学式非接触３次元形状測定装置を用いて反り高
さを測定したものである。＜比較例４＞ガラスを含有しない拘束グリーンシートを
用いて荷重をかけずに作製した以外は実施例４と同様に
してガラスセラミック基板を得た。＜比較例５＞ガラスを含有しない拘束グリーンシートを
用いて30Ｐａの荷重をかけて作製した以外は実施例４と
同様にしてガラスセラミック基板を得た。

【００７１】この結果、焼成後のガラスセラミック基板
には、コーナー部分が反り上がり、拘束シートが剥がれ
ているものが見られた。反り量は比較例４で約800μ
ｍ、比較例５で約600μｍとやや大きいものであった。
また、基板の中央部は平坦であり、拘束シートは基板表
面に形成したメタライズ部には固着していたが、それ以
外のガラスセラミック磁器部では軽く叩くことにより大
部分が剥がれ、ウェットブラストにより全面除去でき
た。この例で用いたガラスセラミック材料では、ガラス
を含有しない拘束グリーンシートを用いた場合でもある
程度収縮を抑えることができるが、応力の集中しやすい
コーナー部分では拘束シートの剥離が起こりやすく、反
りが発生することとなった。＜実施例８＞導体ペーストにＡｇＰｄ合金粉末の代わり
にＣｕ粉末を用いて、100〜700℃の水蒸気を含む窒素雰
囲気中で有機成分の除去を行ない、ついで窒素雰囲気中
で焼成を行なった以外は実施例４と同様にしてガラスセ
ラミック基板を得た。実施例４と同様に積層面内での収
縮が0.5％以下（すなわち、収縮率99.5％以上）であ
り、基板に反りや変形は認められなかった。＜比較例６＞重しに緻密なセラミック体を用いて積層体
に密着するように当接させて載置した以外は実施例８と
同様にしてガラスセラミック基板を得た。得られたガラ
スセラミック基板の積層面内での収縮は0.5％以下と良
好で反りも充分小さい値であったが、ガラスセラミック
基板の色調が実用上問題ない程度でやや灰色がかったも
のになった。これは積層体の上に緻密体が存在するため
に、積層体中の有機成分を分解揮散させるために必要な
酸素成分が積層体に充分に当たらず、また分解されても
揮散するための通路が塞がれているので若干の炭素成分
が残存したからと見られる。＜試験例１＞（拘束グリーンシートの収縮試験）無機成分としてＡｌ
₂Ｏ₃粉末と軟化点720℃のＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａ
ｌ ₂Ｏ₃系ガラス粉末とをそれぞれ所定の割合で使用し、
さらに有機バインダーとしてアクリル樹脂9.0重量部、
フタル酸系可塑剤4.5重量部および溶剤としてトルエン3
0重量部を加え、これらをボールミルにて混合しスラリ
ーとした。このスラリーをドクターブレード法により厚
さ250μｍの拘束グリーンシートを成形した。

【００７２】この拘束グリーンシートを単独でアルミナ
セッターに載置し、大気中500℃で２時間加熱して有機
成分を除去した後、850℃で１時間焼成した。

【００７３】得られた拘束シートの平面内での収縮率と
ガラス添加量との関係を図１に示す。なお、収縮率は拘
束シートの厚さ方向を除く幅方向および流れ方向の各収
縮率の平均値（ｎ＝５）とバラツキを示しており、式：
（焼成後寸法）×100／（焼成前寸法）にて求めたもの
である。また、流れ方向はグリーンシートの造膜方向
を、幅方向は造膜方向に直交する方向をそれぞれ意味す
る。

【００７４】図１に示すように、収縮率を99.5％以上と
する、すなわち拘束シートの収縮を0.5％以下に抑える
には、拘束グリーンシート内へのガラス添加量は約15重
量％以下とするのが望ましいことがわかる。また、ガラ
ス添加量が15重量％を超えると、収縮率のバラツキも大
きくなる傾向にある。ただし、ガラス添加量が少なくな
ると、拘束グリーンシートによるガラスセラミック・グ
リーンシートの拘束性が低下するので（前記の比較例１
を参照）、拘束性が低下しないガラス添加量を決定する
必要があり、本発明では0.5〜15重量％を好適範囲とし
ている。＜試験例２＞ガラスとしてＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ
−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉を用いた以外は試験例１と
同様にして、ガラス添加量と収縮率との関係を調べたと
ころ、ガラス添加量が15重量％以下では拘束グリーンシ
ートの収縮率は99.5％以上であり、ガラス添加量が10重
量％以下では約99.8％程度を維持していた。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、ガラスセラミック・グ
リーンシート積層体の両面に、該積層体と結合しかつ焼
成時に実質的に収縮しない拘束グリーンシートを積層し
て焼成するので、ガラスセラミック・グリーンシート基
板の積層面内の収縮を確実に抑えることができ、しかも
積層体からの有機成分の除去と焼成時には重しを載せて
荷重をかけた状態としているので、コーナー部分の反り
上がりを防止することができるため、反りや変形をさら
に抑えた、より寸法精度の高いガラスセラミック基板が
得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】拘束グリーンシートへのガラス添加量と収縮率
との関係を示すグラフである。

【図２】本発明のガラスセラミック基板の製造方法の実
施の形態の一例を示す断面図である。

【符号の説明】１・・・ガラスセラミック・グリーンシート積層体２・・・拘束シート３・・・重し

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機バインダーを含有し表面に導体パター
ンが形成されたガラスセラミック・グリーンシートの複
数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシート積層
体を作製する工程と、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面
に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダーとを含
む拘束グリーンシートを積層する工程と、前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーン
シート積層体との積層体に重しによる荷重をかけた状態
で、前記積層体から有機成分を除去し、ついで焼成して
拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製する
工程と、前記ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工
程とを含み、前記拘束グリーンシートのガラス含有量が、前記焼成時
に拘束グリーンシートを前記ガラスセラミック・グリー
ンシートと結合させかつ拘束グリーンシートをその積層
面内で実質的に収縮させない量であることを特徴とする
ガラスセラミック基板の製造方法。
【請求項２】前記拘束グリーンシート中に含有されるガ
ラスの軟化点が、前記ガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体の焼成温度以下であることを特徴とする請求項
１記載のガラスセラミック基板の製造方法。
【請求項３】前記拘束グリーンシート中に含有されるガ
ラスの軟化点が、前記有機成分の揮発温度よりも高い請
求項１または請求項２記載のガラスセラミック基板の製
造方法。
【請求項４】前記拘束グリーンシート中のガラス含有量
が、該拘束グリーンシート中の全無機成分の０．５〜１
５重量％である請求項１記載のガラスセラミック基板の
製造方法。
【請求項５】前記拘束グリーンシートの厚さが片面で前
記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対
して１０％以上である請求項１記載のガラスセラミック
基板の製造方法。
【請求項６】前記重しによる荷重が５０Ｐａ〜１ＭＰａ
である請求項１記載のガラスセラミック基板の製造方
法。
【請求項７】前記重しが多孔質体である請求項１記載の
ガラスセラミック基板の製造方法。