JP2002208777A

JP2002208777A - ビア充填用導体ペースト組成物ならびにこの組成物を用いた積層セラミック部品とその製造方法

Info

Publication number: JP2002208777A
Application number: JP2001002184A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Saito; 隆一斉藤; Hidenori Katsumura; 英則勝村; Tsunehisa Mita; 倫久三田; Koji Kawakita; 晃司川北
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ビア電極の信頼性を向上することを目的とす
るものである。【解決手段】複数層のガラスセラミック層２の内部配
線パターン３を接続するビア電極１を、平均粒径が１〜
５μｍの導体粉８５〜９５重量％、セルロース系樹脂と
溶剤からなる有機ビヒクル５〜１５重量％からなる組成
物であって、有機ビヒクルを構成するための溶剤として
ブチルカルビトールあるいはブチルカルビトールアセテ
ートから粘度が５００〜２０００Ｐａｓの導体ペースト
により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温焼成セラミッ
クグリーンシートに形成されたビアホールに導体ペース
トを充填し、内層導体を印刷後１０００℃以下の温度で
焼成して得られる低温焼成複合積層セラミック部品にお
いて、ビア電極部分に用いられるビア充填用導体ペース
ト組成物ならびにこの組成物を用いた積層セラミック部
品とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の積層セラミック部品は、セラミッ
クグリーンシートにパンチングやレーザ加工等の工法を
用いてビアホールを形成し、このビアホールにまず印刷
工法等によって導電ペーストを充填し、さらにビア充填
後のグリーンシートに導電ペーストをスクリーン印刷す
ることにより内層導体を形成した後、各層を積層し、切
断、焼成を行うことで積層セラミック部品を得ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミックグ
リーンシート厚みがビアホール径に対して非常に小さい
場合においては、ビア電極充填の際に充填された導体ペ
ースト６が下地にとられ、図２に示すように、充填不良
となり、充填量が不足することによって乾燥後にビア電
極中に空孔８が生じたり、図３に示すように、仮に充填
可能であったとしても、乾燥時の収縮によりビア電極と
グリーンシート界面で内部応力が発生し、図４に示すよ
うに焼成後に場合によってはビア電極の接続信頼性やビ
ア部分の気密性に問題があった。

【０００４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ビア電極の信頼性を向上することを目的とするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、有機ビヒクルを構成するための溶剤として
ブチルカルビトールあるいはブチルカルビトールアセテ
ートからなる導体ペーストの粘度が５００〜２０００Ｐ
ａｓを用いるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、平均粒
径が１〜５μｍの導体粉８５〜９５重量％、セルロース
系樹脂と溶剤からなる有機ビヒクル５〜１５重量％から
なる組成物であって、前記有機ビヒクルを構成するため
の溶剤としてブチルカルビトールあるいはブチルカルビ
トールアセテートからなる導体ペーストの粘度が５００
Ｐａｓ〜２０００Ｐａｓであるもので、ビヒクルの一部
がゲル化することによって、ペースト全体に十分なチク
ソ性が生じ、これによりグリーンシートへの良好なビア
充填性とともにスクリーン印刷等による作業性をも確保
でき、さらには乾燥時の収縮が抑制されることにより、
ビア電極とグリーンシート界面における内部応力の発生
を少なくし、焼成後の界面におけるマイクロクラックや
グリーンシート同士のデラミネーション等を抑制した良
好な接続信頼性および気密性を有するビア電極を得るこ
とが可能となるという作用を有する。

【０００７】請求項２に記載の発明は、導体粉が銀また
はその合金からなる金属粉を主成分とするもので、導体
材料として銀を用いることにより高周波での使用におい
て導体損が非常に小さく、電気特性の良好な複合積層セ
ラミック部品が得られるという作用を有する。

【０００８】請求項３に記載の発明は、各層に内部配線
パターンを接続するビア電極を配置して成る積層セラミ
ック部品であって、前記ビア電極として平均粒径が１〜
５μｍの導体粉８５〜９５重量％、セルロース系樹脂と
溶剤からなる有機ビヒクル５〜１５重量％からなる組成
物であって、前記有機ビヒクルを構成するための溶剤と
してブチルカルビトールあるいはブチルカルビトールア
セテートからなる粘度が５００〜２０００Ｐａｓの導体
ペーストが充填された構造を有し、前記結晶層がＡｌ₂
Ｏ₃、フォルステライト、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂のうち少なく
とも一種類を主成分とするもので、ガラスセラミック材
料を用いることにより、ビア電極とのマッチングがよ
く、十分なビア電極の接続信頼性を有する複合積層セラ
ミック部品を１０００℃以下の温度で安定して得られる
という作用を有する。

【０００９】請求項４に記載の発明は、ビアホール径が
３００μｍ以下であるもので、複合積層セラミック部品
を小型化する上で有利であるばかりでなく、半導体、チ
ップ部品等を上部実装する場合においても十分な実装面
積を確保することができるという作用を有する。

【００１０】請求項５に記載の発明は、内部配線パター
ン間のセラミックグリーンシートの厚みとビアホール径
との比が０．２〜２の範囲であるもので、高密度な三次
元配線とともに十分なビア電極の接続信頼性を有する低
温焼成複合積層セラミック部品を得られるという作用を
有する。

【００１１】請求項６に記載の発明は、平均粒径が１〜
５μｍの導体粉８５〜９５重量％、セルロース系樹脂と
溶剤からなる有機ビヒクル５〜１５重量％からなる組成
物であって、前記有機ビヒクルを構成するための溶剤と
してブチルカルビトールあるいはブチルカルビトールア
セテートからなる粘度が５００〜２０００Ｐａｓの導体
ペースト組成物をスクリーン印刷により充填することを
特徴とする低温焼成複合積層セラミック部品の製造方法
であって、これにより量産性にすぐれたビア電極を安定
して得られるという作用を有する。

【００１２】請求項７に記載の発明は、スクリーン印刷
により充填する際に用いる印刷ステージ表面に表面処理
加工するもので、印刷ステージにとられるビア電極の量
が少なくなるため、ビアの充填量不足等が発生しにくい
という作用を有する。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。

【００１４】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における積層セラミック部品の断面図である。

【００１５】図において、複数層のガラスセラミック層
２の内部にビア電極１に電気的に接続する内部配線パタ
ーン３を備えるものである。

【００１６】以上のように構成された積層セラミック部
品について、以下にその製造方法を説明する。

【００１７】フォルステライト粉末とＳｉＯ₂−ＢａＯ
−Ｌａ₂Ｏ₃を主成分としたガラスとを所定の割合で混
合、粉砕したガラスセラミック混合粉末をスラリー化す
るために溶剤、バインダ、可塑剤、分散剤を所定の量だ
け加える。こうしてできたガラスセラミックのスラリー
をドクターブレード法等の方法によりベースフィルム上
にシート成形する。このグリーンシートを所定のサイズ
に切断後、ビアホールをパンチングやレーザ加工等の方
法にて形成する。なお、この時積層用のパイロット穴も
同時に形成する。その後、これらを所定の枚数分だけビ
ア充填と内部配線パターンの印刷をスクリーン印刷によ
り行う。なお、ここでは印刷時にＡｇを主成分とするこ
とにより、良好な導電率を確保することができるため、
Ａｇを用いることが好ましい。

【００１８】印刷後、フィルム面を上にして積層機のピ
ンとフィルムのパイロット穴で位置あわせを行い、８０
℃で熱圧着した後、フィルムを剥離する。この作業を印
刷層数分だけ繰り返すことで積層体ブロックを形成す
る。上記積層体ブロックを所定の大きさに個片切断した
後、トップ温度９００℃で３０ｍｉｎ焼成を行うことで
低温焼成複合積層セラミック部品が得られる。なお、工
程上個片切断と焼成の順番が入れ替わってもよい。

【００１９】また、上記ガラスセラミック材料に限らず
結晶相としてはフォルステライト以外にＡｌ₂Ｏ₃、Ｍｇ
Ｏ、ＳｉＯ₂のうち少なくとも一種類を主成分とするも
のを用いてもよい。

【００２０】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２における積層セラミック部品について説明する。

【００２１】本実施の形態において、ビア充填時にＡｇ
を主成分とした平均粒径が１〜５μｍの導体粉を用いる
ものである。導体粉の粒子径が５μｍより大きくなる
と、ビア電極部の収縮量が小さくなるために、焼成後に
ビア電極部分のみが盛り上がったような形状となった
り、導体粒子径が１μｍよりも小さくなると、ビア電極
部の収縮量が大きくなるために、焼成後にビア電極部分
がビアホールから外れてしまい、ビアの形状が保持でき
ないため導体粉の平均粒径は上記範囲のものが好まし
い。

【００２２】また、上記導体粉８５〜９５重量％、セル
ロース系樹脂と溶剤からなる有機ビヒクル５〜１５％か
らなる組成物の有機ビヒクルを構成するための溶剤中に
少なくともブチルカルビトールあるいはブチルカルビト
ールアセテートを含んだビア充填用導体ペースト組成物
を用いることにより、グリーンシートへの良好なビア充
填性を得ることが可能となる。

【００２３】これは、上記溶剤を用いることでビヒクル
が一部ゲル化し、ペースト全体としてのチクソ性が高ま
ることにより、ビアホールに充填された導体ペースト自
身の保持力が高くなるためである。さらに、ビヒクル添
加量を上記範囲とすることで、乾燥時や焼成後の体積収
縮率をできるだけ抑制するとともに、ペーストとしての
印刷性を失わない。また、同時に乾燥時の収縮率が抑制
されることで、ビア電極とグリーンシート界面における
内部応力の発生を少なくし、焼成後の界面におけるマイ
クロクラックやグリーンシート同士のデラミネーション
等を抑制することで良好なビア電極接続信頼性および気
密性を有する低温焼成複合積層セラミック部品を得るこ
とが可能となる。以上の実施例を溶剤にα・テルピネオ
ールを用いた場合と比較して（表１）、（表２）に示し
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記ペースト粘度は、好ましくは２５℃、
ずり速度１の時に５００〜２０００Ｐａｓであるものと
する。これは粘度がこれより低いと充填したペーストが
抜けやすく、また逆に粘度が高いと印刷時に印刷そのも
のやペーストをかきとるのが非常に困難となるためであ
る。

【００２６】

【表２】

【００２７】表中の○は十分実用可能、△は実用可能、
×は実用不可であることをそれぞれ示している。

【００２８】以上のことより、上記ビア充填用導体ペー
ストを用いることで、接続信頼性、気密性の高いビア電
極を有する低温焼成複合積層セラミック部品が得られ
る。

【００２９】（実施の形態３）上記実施の形態１の製造
方法において、セラミックグリーンシートの厚みとビア
ホール径を変えたものについて、導体ペーストをスクリ
ーン印刷することにより、ビア充填を行うことを試み
た。結果は（表３）に示した通りである。

【００３０】

【表３】

【００３１】１層あたりのグリーンシート厚みがビアホ
ール径に対してある一定の値以上になると、ビア充填性
が悪く、グリーンシートの裏面にまで導電ペーストが到
達していない。これは、１層あたりのグリーンシートの
厚みが厚い場合においてはビアホールに導電ペーストを
充填する際の抵抗が大きくなり、印刷時のスキージング
では十分な量の導電ペーストをビアホール中完全に充填
することができなくなるからである。

【００３２】また、ここで導電ペーストを充填しようと
するあまり印圧を上げたり、スキージ接触角を小さくし
たりすると、にじみが生じるという好ましくない現象が
おこる。

【００３３】また、反対にグリーンシート厚みがビアホ
ール径に対してある一定の値以下になると、ビア導体ペ
ーストとグリーンシートの接触面積が少なくなり、ま
た、ペーストが下地に若干量取られてもビアが空洞にな
りやすくなる。よって、グリーンシート厚みとビアホー
ル径の比が０．２〜２の範囲であるとするのが望まし
い。

【００３４】なお、ビアホール径については設計の自由
度という観点から考えると、小さい方が望ましい。ビア
ホール径が大きいとそれだけ内部導体、実装部品等の面
積が制限される。特にチップ部品では３００μｍより大
きいものは現実的ではない。しかし、ビアホール径が小
さすぎると、グリーンシートの厚みとのアスペクト比が
大きくなることで、導体ペーストを充填する際に抵抗が
大きくなり、ビア充填が困難になる。また、あまりにビ
ア径が小さくなるとビア電極自身の電気抵抗が高くなる
ので望ましくない。

【００３５】よって、上記のことからビアホール径は５
０〜３００μｍが好ましい。なかでも、素子サイズが小
さく、配線パターンが非常にファインである製品を実現
するためには５０〜２００μｍの範囲が望ましい。

【００３６】（実施の形態４）上記実施の形態３におい
て、特にグリーンシート厚みがビアホール径に対して小
さい場合には、ビア導体ペーストとグリーンシートの接
触面積が少なくなるため、ビアホールに充填されたペー
ストの保持力よりもペーストが下地にとられる力の方が
大きくなりやすい。また、ビア導体ペーストが若干量取
られてもビア全体の体積が小さいため、ビアが空洞にな
りやすくなる。そこで、スクリーン印刷によるビア充填
時に、印刷ステージにたとえばテフロン等の表面処理加
工を施したものを使用することにより、通常の印刷ステ
ージと比較すると、ペースト中の溶剤とステージとの接
触角に、明らかな差異が生じた。実際、印刷ステージに
表面処理を施すことにより、（表４）に示すようにグリ
ーンシート中に充填したペーストがステージ上にとられ
にくくなりビア充填不良を減らすことが可能となった。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、積層セラミック
部品としてのビア電極部分の信頼性が向上するという効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における積層セラミック
部品の断面図

【図２】従来の積層セラミック部品の断面図

【図３】同断面図

【図４】同断面図

【符号の説明】

１ビア電極２ガラスセラミック層３内部配線パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三田倫久京都府京田辺市大住浜55−12 松下日東電器株式会社内 (72)発明者川北晃司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5E346 AA35 AA43 CC18 CC39 DD13 DD34 DD45 EE24 EE27 FF01 FF18 GG04 GG05 GG06 GG08 GG09 HH07 HH33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径が１〜５μｍの導体粉８５〜９
５重量％、セルロース系樹脂と溶剤からなる有機ビヒク
ル５〜１５重量％からなる組成物であって、前記有機ビ
ヒクルを構成するための溶剤としてブチルカルビトール
あるいはブチルカルビトールアセテートからなる導体ペ
ーストの粘度が５００〜２０００Ｐａｓであることを特
徴とするビア充填用導体ペースト組成物。
【請求項２】導体粉がＡｇまたはその合金からなる金
属粉を主成分とする請求項１記載のビア充填用導体ペー
スト組成物。
【請求項３】結晶相と非晶質相とからなる複数のセラ
ミックグリーンシートを積層して成る積層体内の各層間
に、内部配線パターンを配置するとともに、各層に内部
配線パターンを接続するビア電極を配置して成る積層セ
ラミック部品であって、前記ビア電極として平均粒径が
１〜５μｍの導体粉８５〜９５重量％、セルロース系樹
脂と溶剤からなる有機ビヒクル５〜５０重量％からなる
組成物であって、前記有機ビヒクルを構成するための溶
剤としてブチルカルビトールあるいはブチルカルビトー
ルアセテートからなる粘度が５００〜２０００Ｐａｓの
導体ペーストが充填された構造を有し、前記結晶層がＡ
ｌ₂Ｏ₃、フォルステライト、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂のうち少
なくとも一種類を主成分とすることを特徴とする積層セ
ラミック部品。
【請求項４】ビアホール径が３００μｍ以下である請
求項３記載の積層セラミック部品。
【請求項５】内部配線パターン間のセラミックグリー
ンシートの厚みとビアホール径との比が０．２〜２の範
囲である請求項３記載の積層セラミック部品。
【請求項６】平均粒径が１〜５μｍの導体粉８５〜９
５重量％、セルロース系樹脂と溶剤からなる有機ビヒク
ル５〜５０重量％からなる組成物であって、前記有機ビ
ヒクルを構成するための溶剤としてブチルカルビトール
あるいはブチルカルビトールアセテートからなる粘度が
５００〜２０００Ｐａｓの導体ペースト組成物をスクリ
ーン印刷法により充填することを特徴とする積層セラミ
ック部品の製造方法。
【請求項７】導体ペースト組成物をスクリーン印刷に
より充填する際に用いる印刷ステージ表面に表面処理加
工することを特徴とする積層セラミック部品の製造方
法。