JP2002134915A - 厚膜多層基板、その製造方法、及びその厚膜多層基板を用いた電子回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大量生産に適した高生産性を有し、表面の焼結
収縮が抑制された厚膜多層基板の製造方法を提供する。 【解決手段】グリーンシート積層体を圧着して作製する
際に、セラミック敷板をグリーンシート積層体の両面に
載せ、グリーンシート積層体とセラミック敷板を同時に
圧着し、それによりグリーンシート積層体をセラミック
敷板ではさんだ圧着体を作製し、その圧着体をそのまま
焼成し、しかる後グリーンシート焼成体とセラミック敷
板を分離する。圧着により、セラミック敷板の凹凸部が
グリーンシートに食い込む。その食い込みがグリーンシ
ート積層体のＸＹ面内収縮を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は厚膜多層基板の製造
方法に関わり、特に表面の焼結収縮率がゼロに近く、そ
の表面に形成する導体パターン及びその表面に搭載する
部品の位置が高精度に整合する厚膜多層基板の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚膜多層基板は電子部品、半導体
集積回路素子等を高密度に搭載すべく、セラミックグリ
ーンシートに穴を明け、その穴に導体を印刷充填し、シ
ート表面には配線を印刷し、それらのシートを複数枚積
層して接着し、グリーンシート積層・圧着体を形成した
後、それを焼成することにより製造されている。グリー
ンシートはセラミック粉末と有機バインダからなり、セ
ラミック粉末には主にアルミナ、ムライト、ガラス、結
晶化ガラス等あるいはそれらの複合体が用いられる。グ
リーンシート積層・圧着体の焼成温度はグリーンシート
を構成する上記セラミック材料の焼結温度に依存する。
例えば、グリーンシートが主にアルミナ、ムライト等の
高温焼結材料からなる場合、グリーンシート積層・圧着
体は約1600℃の高温で焼成され、グリーンシートが主に
ガラス、結晶化ガラス等の低温焼結材料からなる場合、
グリーンシート積層・圧着体は850〜1050℃の低温で焼
成される。グリーンシートに印刷される導体材料も上記
温度で焼成されるので、その焼成温度以上に融点を有す
る低抵抗の材料が用いられる。例えば導体材料としては
上記高温焼結材料の場合、タングステン、モリブデン等
が、上記低温焼結材料の場合、銅、金、銀、銀−パラジ
ウム等が用いられる。

【０００３】グリーンシート積層・圧着体を焼成するこ
とにより、その体積が減少し、緻密化する。すなわち、
グリーンシート積層・圧着体はその密度とセラミックス
体の理論密度との比、すなわち相対密度が通常45〜65％
であるのに対し、焼成によりその相対密度が約95％以上
になるからである。グリーンシート積層・圧着体は通常
セラミックス敷板に載せて電気炉で焼成される。焼成に
よるグリーンシート積層・圧着体の体積収縮は通常ほぼ
等方的に起き、その線収縮率は10〜25％の範囲にある
が、各方向の収縮率の相違・ばらつきが問題となる場合
がある。すなわちグリーンシート積層・圧着体におい
て、その表面にＸ，Ｙ座標を取り、厚さ方向にＺ座標を
取るとすると、Ｘ，Ｙ方向の収縮率とＺ方向との収縮率
の相違はほとんどの場合、問題にならないが、ＸＹ面内
の収縮率の相違・ばらつきが例えば0.5％あるとする
と、それがないと設計した場合と比べると、基準点から
50ｍｍ離れたところで250μｍの位置ずれを起こしてお
り、その上に形成する配線パターンや搭載する半導体集
積回路素子等の端子位置と整合しないという問題が生じ
る場合がある。

【０００４】上記した問題点を解決する方法として、特
開平5−283272号公報にはグリーンシート積層体を加圧
しながら焼成することにより、ＸＹ面内の収縮率をゼロ
にすることで、寸法精度の優れた多層セラミック焼結体
を製造する方法が示されている。また、特開平6−10037
7号公報にはガラスセラミックスのグリーンシート積層
体の表面にそのガラスセラミックス材料の焼結温度では
焼結しない無機組成物よりなるグリーンシートをその両
面に積層・圧着して焼成し、その後焼結しない無機組成
物を取り除くことにより焼成時の収縮が平面方向で起こ
らないガラスセラミック基板の製造方法が示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】平面内（ＸＹ面内）の
焼結収縮を起こらないようにする上記製造方法では、大
量にセラミック基板を製造する場合の合理的な生産性に
ついてはあまり考慮されていない。すなわち、前者の加
圧しながら焼成する場合は、同時に焼成できる基板枚数
が限定されるし、後者の製造方法では難焼結性無機組成
物のグリーンシート製造と焼結後のそれらの除去に手数
と時間を要するからである。

【０００６】そこで本発明の目的は、大量生産に適した
高生産性を有し、表面の焼結収縮が抑制された厚膜多層
基板の製造方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は図１に示すよ
うに、グリーンシート積層体を圧着して作製する際に、
セラミック敷板をグリーンシート積層体の両面に載せ、
グリーンシート積層体とセラミック敷板を同時に圧着
し、それによりグリーンシート積層体をセラミック敷板
ではさんだ圧着体を作製し、その圧着体をそのまま焼成
し、しかる後グリーンシート焼成体とセラミック敷板を
分離することによって解決される。すなわち、従来グリ
ーンシート積層体を圧着する際には、圧着機の加圧板と
グリーンシート表面の接着を防ぐために、有機フィルム
をはさむが、その代わりに本発明ではセラミック敷板を
はさむことになる。圧縮後、従来の焼成法ではグリーン
シート積層・圧着体を敷板に置く作業が必要となるが、
本発明ではグリーンシート積層体とセラミック敷板が一
体化されているので、その作業が必要なくなり、そのま
ま焼成炉に投入できるので、生産性が向上する。例え
ば、グリーンシート積層体とセラミック敷板の一体化さ
れた圧着体をベルト式連続炉等に投入する場合には圧着
から焼成を連続してできるので、生産性がよい。焼成後
はグリーンシート焼成体とセラミック敷板を分離する作
業が必要である。

【０００８】セラミック敷板は図２に示すように、圧着
により、その凹凸部がグリーンシートに食い込む。その
食い込みがグリーンシート積層体のＸＹ面内収縮を抑制
する。セラミック敷板の凹凸が小の場合、セラミック敷
板とグリーンシート積層体との接触面積が大となり付着
しやすい。反対にセラミック敷板の凹凸が大の場合、セ
ラミック敷板の凹凸にグリーンシート積層体の表面の変
形が追随し難く、セラミック敷板とグリーンシート積層
体との接触面積が小となり付着し難くなる。焼成体とセ
ラミック敷板の一体化物からセラミック敷板の取り除き
作業が容易になるように、適度な表面粗さを有するセラ
ミック敷板が用いられる。例えば、好ましい表面粗さは
10μｍ以上である。セラミック敷板の表面粗さが10μｍ
より小さいときにはセラミック敷板がグリーンシート焼
成体に付きやすくなるため、セラミック敷板の除去が難
しい。セラミック敷板の表面粗さが大きいときにはセラ
ミック敷板の除去がしやすいが、グリーンシート焼成体
の表面粗さが大きくなる傾向がある。グリーンシート焼
成体の表面粗さが大きい場合には、研磨工程の導入によ
って、その粗さを低減できるので、重要な問題ではな
い。

【０００９】セラミック敷板としては主成分がアルミ
ナ、ムライト、ジルコニア及びそれらの複合物である緻
密セラミック敷板及び多孔質セラミック敷板が用いられ
る。より好ましくは低融点の添加物が少ない高純度のア
ルミナ、ムライト、ジルコニア及びそれらの複合物であ
る緻密セラミック敷板及び多孔質セラミック敷板が用い
られる。緻密セラミック敷板及び多孔質セラミック敷板
の表面粗さが所望の範囲にない場合は、研削法あるいは
研磨法により、加工される。セラミック敷板として、多
孔質セラミック敷板を用いた場合、それらの孔が焼成の
際の雰囲気ガス、グリーンシートから発生するバインダ
の分解・燃焼ガスの通路となりうる長所がある。セラミ
ック敷板に低融点の添加物を比較的多く含むアルミナ、
ムライト、ジルコニア及びそれらの複合物である緻密セ
ラミック敷板及び多孔質セラミック敷板を用いた場合、
グリーンシート焼成体からセラミック敷板を取り除く作
業が比較的行いにくいが、図３に示すように、それらセ
ラミック敷板にセラミック粉末を付着させることによ
り、グリーンシート焼成体からセラミック敷板を取り除
く作業を容易にすることができる。セラミック敷板にセ
ラミック粉末を付着させる方法としては、セラミック粉
末を溶剤単独あるいは溶剤に高分子樹脂を溶かしたビヒ
クルと混ぜてペーストとし、そのペーストをセラミック
敷板に刷毛塗り、スキージによる印刷、スプレーによる
塗布等の生産性の高い方法が用いられる。セラミック敷
板に付着させるセラミック粉末の平均粒径については、
大きくなるに従い、セラミック敷板を容易に取り除くこ
とができる。セラミック敷板に付着させるセラミック粉
末の平均粒径は好ましくは２〜100μｍといえる。セラ
ミック粉末は主成分がアルミナ、ムライト、ジルコニア
及びそれらの複合物であるものが用いられる。付着させ
るセラミックス粉末の素材はセラミック敷板の素材と同
じである必要はない。価格の安いアルミナがより好まし
い。

【００１０】グリーンシートの素材は基本的には、約10
50℃以下の低温で焼結するガラスセラミック材料が選ば
れる。導体材料はＡｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｕ
あるいはＣｕ系金属が用いられる。焼成雰囲気は用いる
導体材料に依存し、上記導体金属材料の内、Ｃｕ以外は
大気中で焼成される。Ｃｕの場合、Ｃｕの酸化が起こり
難いＮ₂−Ｈ₂Ｏ系雰囲気が選ばれる。

【００１１】上記グリーンシート積層体とセラミック敷
板の一体圧着体はそのまま電気炉に入れて焼成される。
グリーンシート積層体がセラミック敷板で挟まれている
ので、製品となるグリーンシート積層体を傷める恐れが
ないので、その運搬・移動は機械を用いた自動化が容易
であり、高い生産性が得られる。約500℃までの焼成過
程でグリーンシート中の有機バインダの分解と燃焼が起
こり、有機バインダの除去が行われる。最高温度までの
焼成過程でグリーンシート中のガラスセラミック粒子の
焼結・緻密化が行われる。緻密化による体積収縮はグリ
ーンシート積層体表面がセラミック敷板に拘束されてい
るので、グリーンシート積層体表面の焼結収縮率はゼロ
に近く、グリーンシート積層体の厚さ方向が収縮する。
グリーンシート積層体の焼結体、すなわち厚膜多層基板
は表面の収縮率は上記したようにゼロに近いので、その
ばらつきも小さく、その寸法はほぼ焼成前の状態であ
る。従って、設計パターンからの位置ずれが極めて小さ
い多層基板を製造できる。それにより、その上に形成す
る表面パターンとの重ね合わせが高精度にできる。さら
には、その上に搭載するための半導体集積回路等の部品
との接続が高精度にでき、図４に示す高い信頼性が有す
る電子回路基板が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）酸化物に換算し
てＳｉＯ₂を65〜83重量％、Ｂ₂Ｏ₃を10〜30重量％、ア
ルカリ金属酸化物を１〜10重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を０〜５重
量％の組成を有する平均粒径４μｍのホウケイ酸ガラス
粉末50重量％と平均粒径２μｍのアルミナ粉末50重量％
とを混合し、その混合物：100重量部と変性アクリル樹
脂を主成分とする水溶性の有機バインダ：約14重量部と
溶剤としての水：約75重量部とアクリル酸アンモニウム
塩系分散剤：0.3重量部とをボールミルで混合し、スラ
リーを作製した。

【００１３】ここで、上記バインダ材料は穴明け位置精
度や環境の安全衛生上良好な水溶性有機バインダを用い
た。

【００１４】次に上記スラリーを用い、ドクターブレー
ド法により厚さ：0.4ｍｍ、幅：450ｍｍのグリーシート
を作製した。グリーンシートを150ｍｍ角に切断し、ポ
ンチで直径0.13ｍｍの穴（ビアホール）を0.75ｍｍピッ
チであけた。その穴に、Ａｇ／Ｐｄペーストを印刷法で
埋め込み、さらにはグリーンシート表面にもＡｇ／Ｐｄ
ペーストを印刷して0.2ｍｍ幅の配線パターンを形成し
た。次に図１（ａ）に示すように穴埋めと配線パターン
を形成したグリーンシートを５枚、位置を合わせて積層
し、その上下面には純度９９％のアルミナからなる多孔
質セラミック敷板を置いた。多孔質セラミック敷板の大
きさは１７０ｍｍ角、厚さ：５ｍｍである。その表面粗
さは表１に示すように種々のものを用いた。その後図１
（ｂ）に示すように130℃、20ＭＰａの圧力で10分間プ
レスし、グリーンシート積層体を多孔質セラミック敷板
で挟んだ図１（ｃ）に示すような圧着体を作製した。次
に、上記圧着体を大気雰囲気で焼成する連続焼成用ベル
ト式焼成炉に入れ、昇温：300℃／ｈ、500℃での保持：
１ｈ、950℃での保持：２ｈ、降温：500℃／ｈとなるプ
ロファイルで焼成した。

【００１５】得られた焼成体からグリーンシート積層体
を挟んだ多孔質セラミック敷板を取り除く際の取り除き
易さと、グリーンシート積層体の焼成物であるガラスセ
ラミック焼結体（多層基板）のＸＹ面内収縮率を調べ
た。評価結果を表１に記す。表１に示すように、敷板の
粗さが10μｍ以上の場合、その取り除き易さが良好であ
ること、しかもガラスセラミック焼結体のＸＹ面内の収
縮率が−0.3％とゼロに近く、良好であることがわか
る。ここで、収縮率はグリーンシートにおける穴明け位
置を基準にしている。収縮率が−0.3％であるのは、穴
明け位置間の距離が0.3％膨張していることを示してい
る。この膨張はグリーンシートの圧着工程の際に生じ、
焼成の際の収縮はほとんど抑制されていると考えられ
る。

【００１６】

【表１】

【００１７】（実施の形態２）大きさが170ｍｍ角、厚
さ：５ｍｍでアルミナ純度が90％の多孔質セラミック敷
板に表２に示す各種平均粒径を有するアルミナ粉末を塗
布した。アルミナ粉末はテルピネオール溶液にエチルセ
ルローズを溶解したビヒクルと混ぜてペースト状とし、
スキージによる印刷法で塗布した。それらのアルミナ粉
末を塗布した多孔質セラミック敷板を用い、実施の形態
１で記したと同様な評価を行った。評価結果を表２に示
す。実施の形態１で用いた多孔質セラミック敷板よりも
アルミナ純度の低い多孔質セラミック敷板を用いても、
セラミック粉末を塗布することにより、極めて容易にセ
ラミック敷板を除去することができ、高い生産性が得ら
れた。

【００１８】

【表２】

【００１９】

【発明の効果】上記したように、表面粗さが10μｍ以上
のセラミック敷板、多孔質セラミック敷板でグリーンシ
ート積層体を挟むことにより、それを焼成して得られる
ガラスセラミック焼結体のＸＹ面内収縮率がゼロに近く
なり、その表面に形成する表面導体パターンやその表面
に搭載する部品と位置が整合する効果がある。セラミッ
ク敷板、多孔質セラミック敷板にセラミック粉末を付着
させることにより、ガラスセラミック焼結体からセラミ
ック敷板を除去することが容易にできる効果が得られ
る。その方法により、セラミック敷板、多孔質セラミッ
ク敷板でグリーンシート積層体を挟んだ圧着体をそのま
ま焼成炉に投入できるので連続焼成が可能であるととも
に高生産性が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】多層基板製造工程図。

【図２】セラミック敷板とグリーンシート界面のモデル
図。

【図３】セラミック粉末を塗布したセラミック敷板とグ
リーンシート界面のモデル図。

【図４】電子回路基板を示す図。

【符号の説明】

１…グリーンシート、２…セラミック敷板、３…グリー
ンシート積層・圧着体、４…プレス装置の加圧・加熱
板、５…プレス装置の油圧シリンダ、６…ベルト式焼成
炉、７…多層基板焼結体、８…セラミック粉末、９…表
面導体、１０…半導体集積回路、１１…コンデンサ等の
電子部品。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グリーンシートを積層し、圧着する際
   に、セラミック敷板をグリーンシート積層体の両表面
   （上下面）に置き、すなわちグリーンシートをセラミッ
   ク敷板で挟み、それ全体をグリーンシート同士が接着す
   る条件で圧着する工程と、圧着後、セラミック敷板で挟
   まれたグリーンシート積層体をそのまま焼成する工程か
   らなることを特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
2. 【請求項２】 セラミック敷板の片面に難焼結性セラミ
   ック粉末を塗布する工程と、その後、セラミック敷板に
   難焼結性セラミック粉末を塗布した面をグリーンシート
   に接触させてグリーンシート積層体を挟み、その全体を
   グリーンシート同士が接着する条件で圧着する工程と、
   圧着後、セラミック敷板で挟まれたグリーンシート積層
   体をそのまま焼成する工程からなることを特徴とする厚
   膜多層基板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、セラミック敷板の表
   面粗さが10μｍ以上である焼結セラミック敷板あるいは
   多孔質セラミック敷板であることを特徴とする厚膜多層
   基板の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２において、難焼結性セラミック
   粉末がアルミナ、ジルコニア、ムライトのうち１種以上
   からなることを特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項２において、難焼結性セラミック
   粉末をセラミック敷板の片面に塗布する方法が、難焼結
   性セラミック粉末を有機溶剤単独あるいは高分子樹脂を
   有機溶剤に溶解させたビヒクルと混練してペーストを作
   製し、そのペーストをセラミック敷板の片面に印刷して
   塗布することを特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１及び請求項２において、グリー
   ンシートを構成する無機材料が1050℃以下の低温で焼結
   するセラミック材料であり、グリーンシートに印刷形成
   する配線材料がＡｇあるいはＡｇ／ＰｂあるいはＡｇ／
   Ｐｔ、あるいはＡｕ、あるいはＣｕ系金属であることを
   特徴とする厚膜多層基板の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項７に記載された方法
   で製造されたことを特徴とする厚膜多層基板。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７に記載された方法
   で製造された厚膜多層基板上にＡｇ／ＰｂあるいはＡｇ
   ／Ｐｔ、あるいはＡｕ、あるいはＣｕ系金属からなる表
   面パターンを形成したことを特徴とする厚膜多層基板。
9. 【請求項９】 請求項７及び請求項８に記載された厚膜
   多層基板上にＬＳＩ、チップコンデンサ等の電子部品を
   搭載したことを特徴とする電子回路基板。