JP2002140933A

JP2002140933A - パターン形成用ペースト及びこれを用いたセラミック多層配線基板の製造方法

Info

Publication number: JP2002140933A
Application number: JP2000340377A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Katsumura; 宣仁勝村; Masahide Okamoto; 正英岡本; Takashi Kuroki; 喬黒木; Shosaku Ishihara; 昌作石原; Kunihiro Yagi; 邦博矢木; Akihiro Yasuda; 明弘安田; Norio Sengoku; 則夫千石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】第一の目的は熱分解性が高く、チクソ性が高く
高アスペクトのパターンが形成できるペーストを、第二
の目的はこのペーストを用いて高密度、高信頼性のセラ
ミック多層配線基板及びその製造法を提供する。【解決手段】枝分かれ構造の有機高分子を含むものをバ
インダとしたパターン形成用ペーストを使用して、導電
体、抵抗体、誘電体、絶縁体を作製し、これをスクリー
ン印刷法によりアスペクト比の高いパターンをグリーン
シート上に形成する。この回路パターン付グリーンシー
トを積層体し、焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミナ等のいわ
ゆるセラミック多層配線基板を形成する際に、グリーン
シート上に、スクリーン印刷法で回路パターンを形成す
る際に用いられる、バインダとして枝分かれ構造の高分
子を含む導電性ペーストに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的にパターン形成用ペースト、例え
ば導電性ペーストは、バインダ樹脂と有機溶剤及び金属
粉末からなる。これに分散剤等の添加剤を添加すること
もある。バインダとしてエチルセルロース等のセルロー
ス誘導体、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド
樹脂、ロジンエステル等が使用され、有機溶剤として
は、エステル系、アルコール系、炭化水素系等の溶剤が
使用されている。バインダと有機溶剤を合わせて溶液と
したものをビヒクルと称す。導電性ペーストは、これに
金属粉末を混合して製造されている。このペーストをス
クリーン枠に張られたスクリーンマスク上に置き、スキ
ージの圧力によりスクリーンマスクを基板に押しつけな
がら、スクリーンマスクの開口部を通してパターンを形
成するスクリーン印刷法でセラミックグリーンシート上
に導体パターンを形成している。導電性ペーストが印刷
されたセラミックグリーンシートは、導電性ペーストに
含まれている有機溶剤が揮散した後、複数枚を積層、圧
着して加熱により脱バインダし、更に加熱を続けること
により焼結され、セラミック基板となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、ペーストの粘度はビヒクル中のバインダと溶剤の組
成比やバインダの分子量及び粉末とビヒクルの組成比か
ら調整される。また、チクソ性は、粉末とビヒクルの組
成比から調整される。一方、チクソ性付与剤の添加によ
りチクソ性の調整も可能ではあるが、一般的にシリカや
ベントナイト等の無機物であり、導電性ペーストであれ
ば、焼結後の比抵抗値等の特性を落とすことになってし
まう。

【０００４】また、例えば、配線パターンにおいて配線
抵抗（配線の断面積）を下げずにXY方向での配線幅の微
細化を図るためには、膜厚を厚くしなければならない。
しかし、上記の方法では、チクソ性が低いために、パタ
ーン膜厚を厚くすることが困難であると同時に、配線の
断面形状を円形若しくは楕円形よりも断面積を広くとる
ことが出来る矩形にすることは困難であり、パターンの
細密化の妨げとなっている。

【０００５】また、酸化性雰囲気での脱バインダに対し
て、特に銅を配線に用いたガラスセラミック基板を製造
する際、非酸化性雰囲気で脱バインダを行わなければな
らない。このとき、セルロース誘導体、フェノール樹
脂、アルキッド樹脂、ロジンエステル等は熱分解性が低
く、脱バインダしきれなかった炭素が成形体の中に残留
したままになってしまい、金属と反応して炭化物を生成
するため、配線などの抵抗値が上昇してしまう等の問題
があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記これら従来
の問題点を解消することにあり、第一の目的は熱分解性
が高く、チクソ性が高く高アスペクトのパターンが形成
できるペーストを、第二の目的はこのペーストを用いて
高密度、高信頼性のセラミック多層配線基板及びその製
造法を、提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、スクリーン印刷法によりグリーンシート上にパ
ターンを形成するに際して、アスペクト比の高い回路パ
ターンをグリーンシート上に形成するために、バインダ
として枝分かれ構造の高分子を含むペーストを用いるこ
とが有効であることを見出し、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明は、導体、抵抗体、誘電
体、または絶縁体パターン等の粉末と、枝分かれ構造の
高分子であるバインダとそれを溶解する溶剤からなるビ
ヒクルと分散剤等の添加剤を混合または混練してペース
トとし、スクリーン印刷法によりグリーンシート上にア
スペクト比の高いパターンを形成することによって上記
目的を達成することが出来る。

【０００９】このペーストは、非常にチクソ性が高いた
め、アスペクト比を高くすることが出来、また印刷後の
パターンのダレが少なく、断面形状を矩形にすることが
できる。これは、配線の場合、抵抗（断面積）を維持し
ながら、XY方向での配線幅の微細化をすることが容易で
あることを示す。

【００１０】グリーンシート上のパターン形成において
は、通常、導体パターンを形成する配線パターンが多い
が、グリーンシートの用途によっては抵抗体、誘電体、
または絶縁体のパターンを形成する場合もある。この様
な場合には、用途に応じて、ペーストに混入する成分を
適宜選択すればよい。配線パターンの場合は、導体成分
として金属粉末、炭素粉末等を混入すれば良く、抵抗
体、誘電体、又は絶縁体に対応する成分の粉末をそれぞ
れ混入させておけばよい。

【００１１】パターンを印刷するセラミックグリーンシ
ートには、予め所定箇所にビアホールを形成され、ビア
ホール内には金属ペーストが埋め込まれて構成され、層
間が電気的に接続される。

【００１２】また、上記パターン付グリーンシートの製
造に引き続き、得られたパターン付グリーンシートを複
数枚積層、圧着、積層し、焼結することでセラミック多
層配線基板が製造される。グリーンシートの積層に際し
ては、目的とする多層配線基板の種類に応じて必要なパ
ターンの形成されたグリーンシートを順次積層すればよ
い。例えば、配線パターン形成された複数層のグリーン
シート間に誘電体パターン等の他の種類のパターンが形
成されたグリーンシートを挟み込むこともできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、実施の形態によって本発
明を詳細に説明する。

【００１４】パターンを形成するペーストは、導体、抵
抗体、誘電体、または絶縁体パターン等の粉末と、バイ
ンダとそれを溶解する溶剤からなるビヒクルと分散剤等
の添加剤を混合または混練して製造される。

【００１５】導電体粉末としては、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属又はこれらの一種
類以上の導体を主成分とした合金が用いられる。

【００１６】抵抗体粉末としては、ＲｕＯ２系、ＬａＢ
６系、ＳｎＯ２−Ｔａ系等があるが、これらに３０〜９
０％の割合でガラス粉末を添加しても良い。

【００１７】誘電体粉末としては、ＰｄＴｉＯ3、Ｐｄ
ＺｎＯ3、ＰｄＦｅＯ3、ＰｄＭｇＯ3、ＰｄＮｂＯ3、Ｐ
ｄＮｉＯ3、ＰｄＺｒＯ3等があげられる。

【００１８】絶縁体粉末としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ
2、３Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2、ＰｂＯ、Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ、
Ｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ2、ＺｎＯ、Ｎａ2Ｏ、
Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ等から少なくとも１種以上より選ばれた
ものがある。更に詳しく言えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ
3）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、コージェラ
イト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）のうち少な
くとも一種のセラミック粉末、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｎａ2
Ｏ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−
Ｌｉ2Ｏ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系等の硼珪酸ガラ
スのうち、少なくとも１種以上のガラスセラミック粉末
より選ばれたものがあげられる。

【００１９】本発明にて用いるバインダは、枝分かれ構
造の高分子を用いる。枝分かれ構造としては、星形、櫛
形等の形状の高分子があり、例えば一般式

【００２０】

【化１】

【００２１】で表される（式中、Ａは（メタ）アクリル
酸エステルの誘導体、スチレン誘導体、α−メチルスチ
レン誘導体から選ばれる１種または２種以上の混合物を
示す。Ｂは、（メタ）アクリル酸エステルまたはその誘
導体、スチレンまたはその誘導体、α−メチルスチレン
またはその誘導体、エチレンオキサイド、プロピレンオ
キサイドから選ばれる１種または２種以上の混合物を示
す。Cは、Ａと共重合可能なビニル系化合物を示す）。

【００２２】上記構造で表される高分子の分子量は、10
⁴から10⁷程度である。また、Ｂが付加して有るＡをＣに
対して5wt％以上とすることが好ましい。5wt％より少な
いとビヒクルとしてのチクソ性が低くなり、本発明の効
果が得られない。Ｂの分子量は、10³以上が好ましい。1
0³よりも小さいとチクソ性が低くなり、本発明の効果が
得られない。また、上記構造の高分子の形状について、
ＡとＣからなる主鎖がＢからなる側鎖よりも長い場合は
星形の形状を示し、主鎖が側鎖よりも長い場合は櫛形の
構造を示す。

【００２３】また、上記構造の高分子は、主鎖構築の後
にＡの反応基からＢの単量体を重合することにより側鎖
を構築する、主鎖構築の後にＡの反応基とＢの高分子末
端を反応することにより側鎖を構築する、Ｂを重合する
ときにＡを高分子末端に付加させてマクロモノマとし、
これを単独重合またはＣと共重合する等の方法で合成さ
れるが、その方法は限定されない。

【００２４】溶剤としては、上記バインダ樹脂を溶解さ
せる有機溶剤であれば良いが、ペースト製造時には乾燥
しないと同時に、スクリーン印刷後には揮発するものが
よい。一つの目安として、沸点２００℃以上４５０℃以
下の単一有機溶剤、又は混合有機溶剤が好ましい。ま
た、印刷後、グリーンシートに変形、割れ等を生じ無い
ものが良い。例えば、添加剤としては、粉末を均一に分
散させるために分散剤を加えても良い。分散剤には、ア
ニオン系、カチオン系、ノニオン系界面活性剤等があ
る。また、粉末として金属を使用する場合には、防錆剤
等を添加しても良い。

【００２５】上記の様に作製されたペーストをスクリー
ン印刷法によりグリーンシートへ印刷する。

【００２６】グリーンシートは常法により成形される。
例えば、平均粒径50μm以下のセラミック粉末100重量
部、溶剤、セラミック成形用有機バインダ2〜30重量
部、及び可塑剤を加え合わせ、ボールミル装置にて混練
し、セラミック前駆体組成物スラリを作製する。これを
減圧で脱泡した後、更に減圧濃縮により粘度を1000〜10
000cPに調整したスラリを、ドクターブレード法等によ
りグリーンシートを作製する。

【００２７】得られたグリーンシートを所定の大きさに
切断し、パンチにより所定位置にスルーホールを打ち抜
く。次に導体ペーストをグリーンシートにあけたスルー
ホールに充填し、ビアとし、穴埋めグリーンシートを作
製する。

【００２８】こうして回路形成されたグリーンシート数
層から数十層を積層し、温度80〜150℃、圧力0.98MPa〜
29.4MPa（10〜300kgf／cm2）で熱プレス圧着する。得ら
れた積層体を所定の形状、大きさになるように切断す
る。これを、上記導体の種類によって焼成温度が異なる
（一般には導体の融点以下で焼成）が、約350〜1800℃
の温度で少なくとも５時間以上空気中或いは非還元性雰
囲気中で焼成することによってセラミック基板が得られ
る。

【００２９】本発明のパターン形成用ペーストは、スク
リーン印刷法によりグリーンシート上にパターンを形成
するに際して、アスペクト比の高い回路パターンをグリ
ーンシート上に形成するために、バインダとして枝分か
れ構造の高分子を含むペーストを用いることが有効であ
ることを見出し、本発明を完成した。また、グリーンシ
ートにアスペクト比の高い回路パターンをグリーンシー
ト上に形成でき、配線の微細化、更には脱バインダにお
いて有利である。また、該グリーンシートを積層、焼成
することにより微細パターンのセラミック多層配線基板
が得られる。

【００３０】以下に本発明の実施例を示すが、本発明は
これに限定されるものではない。

【００３１】（実施例１）（パターン形成用ペーストの作製）導体ペースト用粉末
として、平均粒径が3μｍの銅粉末を使用した。また、
ポリスチレン末端がメタクリロイル基となっているマク
ロモノマＡＳ−６（商品名：東亞合成（株）製）を溶剤
である2−(2−ブトキシエトキシ)エチルアセテートに10
wt％濃度になるように溶解し、常法により重合すること
によりバインダとした。バインダの分子量は300×10³で
あった。また、得られた溶液をそのままビヒクルとし
た。これら銅粉末90wt％とビヒクル10wt％とを混合、
混練することにより銅ペーストを作製した。

【００３２】（ガラスセラミック多層配線基板の作製）
図１に示すように、ガラス粉末とセラッミク粉末を主成
分として、セラミック粉末１００重量部、セラミック成
形用有機バインダ８重量部を加え合わせ、(a)に示すよ
うにボールミル混合1によりセラミック前駆体組成物2.
を得た。これを(b)に示すように、ドクターブレード型
キャスト装置3を用い、ポリエステルフィルム上に塗布
して１２０℃で乾燥し、グリーンシートを作製した。こ
のセラミックグリーンシート4を(c)に示すように、パン
チ金型を用いて、200mm×200mm角に切断し、ガイド用穴
6を施した。その後、このガイド用穴6を利用してグリー
ンシート4を固定し、パンチ5により所定位置にスルーホ
ール51を打ち抜いた。次に(d)に示すように、上記パタ
ーン形成用ペースト8をスキージ7を用いてグリーンシー
ト4にあけたスルーホール51に充填し、ビア52とし、次
にスクリーン印刷法により上記パターン形成用ペースト
を用いて所定回路パターン53をグリーンシート表面に印
刷した。穴埋めグリーンシートを作製した。

【００３３】このように回路形成されたグリーンシート
を(e)に示すように、ガイド用穴6にガイドピン61を通し
て位置を合わせ、40枚を積層し、130℃、120kgf／cm2の
圧力にて熱プレス圧着を行なった。得られた積層体41を
必要な形状に切断し、150mm×150mm角のグリーンシート
積層板とし、窒素−水素−水蒸気の混合雰囲気焼成炉9
内にて850℃、12時間の脱バインダを行い、続けて950〜
1000℃で2時間焼成した。これにより120mm×120mm角、
厚さ7mmのセラミック多層配線基板42を作製した。

【００３４】（評価）焼結後の基板について残留炭素、
配線について膜厚、比抵抗を測定した。残留炭素は、ペ
ーストをセラミック基板と同条件の脱バインダを行い、
これを粉砕し、酸化雰囲気で燃焼し、生成した二酸化炭
素を赤外線スペクトルにて定量した。膜厚は、基板断面
から測定した。比抵抗は4端子法にて測定した。また、
断線発生率を導通の有無で評価した。結果を表1に示
す。

【００３５】（実施例２）（パターン形成用ペーストの作製）マクロモノマを表１
に示すごとく替えた他は実施例１と同様に実験を行な
い、銅ペーストを作製した。

【００３６】（評価）ガラスセラミック多層配線基板を
実施例１と同様に作製し、評価した結果を表１〜２に示
す。

【００３７】（比較例１）実施例で作製したガラスセラ
ミックグリーンシートをパンチ金型を用いて、200mm×2
00mm角に切断し、ガイド用の穴を施した。その後、この
ガイド用の穴を利用してグリーンシートを固定し、パン
チ法により所定位置にスルーホールを打ち抜いた。粒径
5μm以下の銅粉末：エチルセルロース：2,2,4−トリメ
チルペンタンジμールモノイソブチレート＝100：2：10
（重量比）の導体ペーストをグリーンシートにあけたス
ルーホールに充填した。次に、グリーンシート表面に導
体ペーストを用いてスクリーン印刷法により回路パター
ンを形成した。このように回路形成されたグリーンシー
トをガイド用の穴の位置を合わせて40枚を積層し、130
℃、120kgf／cm2の圧力にて熱プレス圧着を行なった。
得られた積層体を必要な形状に切断し、150mm×150mm角
のグリーンシート積層板とし、窒素−水素−水蒸気の混
合雰囲気焼成炉内にて850℃、12時間の脱バインダを行
い、続けて950〜1000℃で2時間焼成した。これにより12
0mm×120mm角、厚さ7mmのセラミック多層配線基板を作
製した。実施例と同じ評価を行った結果を表２に示す。

【００３８】（比較例２）バインダを表２に示すごとく
替えた他は比較例１と同様に実験を行ない評価した。結
果を表２に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】本発明により、所期の目的を達成するこ
とができた。即ち、本発明によれば、グリーンシート上
に高精細且つ高アスペクト比のパターンを容易に形成す
ることが出来る。更に具体的には、枝分かれ構造の有機
高分子を含むビヒクルを用いて作製されたパターン形成
用ペーストで、簡便なスクリーン印刷法によりグリーン
シート上に微細な導体、抵抗体、誘電体、絶縁体のパタ
ーンを高アスペクトにて形成でき、脱バインダ時間を長
く必要とすることもなく形成出来る。また、積層された
グリーンシートを焼結したセラミック多層配線基板は、
焼結後においてもグリーンシート上に転写されたパター
ン形状を保持して、断面が矩形で低抵抗の表層及び内装
導体パターンが得られるようになった。その結果、パタ
ーンの高密度化、信号伝搬の高速化、基板の小型化、省
スペース化等に対応するセラミック多層配線基板の実現
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のセラミック多層配線基板の製造プロセ
スを示す図である。

【符号の説明】

1…ボールミル装置、2…スラリ、3…キャスティングマ
シン、4…グリーンシート、5…パンチ、6…ガイド用
穴、7…スキージ、8…パターン形成用ペースト、９…焼
成炉、４１…積層体、42…セラミック多層配線基板、51
…スルーホール、52…ビアホール、53…回路パターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/46 ＨＮ (72)発明者黒木喬神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者石原昌作神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者矢木邦博神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者安田明弘神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所エンタープライズサーバー事業部内 (72)発明者千石則夫神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所エンタープライズサーバー事業部内Ｆターム(参考） 5E317 AA24 BB11 BB25 CC25 CC51 CD21 CD27 GG17 5E346 AA05 AA12 AA15 AA22 AA32 AA51 CC16 CC21 CC25 CC32 CC35 CC36 CC37 CC38 CC39 DD02 DD13 DD34 EE21 EE24 EE25 EE29 FF18 GG04 GG06 GG08 HH26 5G301 DA06 DA23 DA42 DD01 DD09 5G303 AA05 AB20 BA12 CA01 CA03 CA09 CB01 CB02 CB03 CB06 CB13 CB14 CB16 CB17 CB20 CB21 CB23 CB25 CB30 CB35 CB38 CB39 CB43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターン形成用ペーストに含まれるバイ
ンダが、枝分かれ構造の有機高分子を含むものであるこ
とを特徴とするパターン形成用ペースト。
【請求項２】請求項１記載のパターン形成用ペースト
に含まれるバインダが、櫛形または星形構造の有機高分
子を含むものであることを特徴とするパターン形成用ペ
ースト。
【請求項３】請求項１記載のパターン形成用ペースト
に含まれるバインダが、マクロモノマの単独重合または
他のモノマとの共重合により得られるものであることを
特徴とするパターン形成用ペースト。
【請求項４】導電ペースト、抵抗体ペースト、誘電ペ
ースト、若しくは絶縁ペーストの何れかで構成して成る
請求項１記載のパターン形成用ペースト。
【請求項５】請求項１記載のパターン形成用ペースト
を塗布したパターン付きグリーンシート。
【請求項６】請求項１記載のパターン形成用ペースト
を塗布したパターン付きグリーンシートの製造方法。
【請求項７】グリーンシートにビアホールが形成さ
れ、ビアホール内には金属ペーストが埋め込まれて構成
された請求項５記載のパターン付グリーンシート。
【請求項８】請求項５乃至７の何れか一項に記載のパ
ターン付グリーンシートを複数枚積層し、圧着、焼結す
る工程を有して成るセラミック多層配線基板。
【請求項９】請求項８記載のセラミック多層配線基板
の製造方法。