JP2003055054A - Method for manufacturing glass ceramic substrate - Google Patents

Method for manufacturing glass ceramic substrate

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JP2003055054A
JP2003055054A JP2001252524A JP2001252524A JP2003055054A JP 2003055054 A JP2003055054 A JP 2003055054A JP 2001252524 A JP2001252524 A JP 2001252524A JP 2001252524 A JP2001252524 A JP 2001252524A JP 2003055054 A JP2003055054 A JP 2003055054A
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Japan
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ceramic substrate
glass ceramic
organic solvent
glass
coating layer
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JP2001252524A
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Makoto Origuchi
誠 折口
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a glass ceramic substrate by which the firing process to decrease pores remaining in a multilayered glass ceramic substrate can be made efficient and a multilayered glass ceramic substrate having specified mechanical strength can be stably obtained. SOLUTION: Wiring conductors are formed on a plurality of ceramic green sheets manufactured by using glass ceramic powder containing borosilicate glass and alumina, and when these sheets are laminated and pressed, an organic solvent is applied to form an organic solvent coating layer (S1) between adjacent ceramic green sheets. The layers are laminated by pressing and the obtained layered body is fired to obtain the multilayered glass ceramic substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスセラミック
基板の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a glass ceramic substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、配線基板、例えば、LSIやIC
あるいはディスクリート部品などの半導体素子を搭載し
たり、あるいは基板内部に種々の厚膜印刷素子を作りこ
んだ配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層
ガラスセラミック基板が多用されている。この多層ガラ
スセラミック基板において、セラミック成分は強度等の
利点よりアルミナが、ガラス成分は、実装される半導体
集積回路基板を構成するシリコンの熱膨張係数に近いこ
とよりホウケイ酸系ガラスが用いられている。また、最
近、携帯電話をはじめとする無線通信には、電波資源拡
大と伝送容量の高密度化を測るために、マイクロ波帯か
らミリ波帯の高周波帯が積極的に採用されるようにな
り、これに使用される無線通信機器用の部品として、高
周波信号を取り扱うための配線基板に対する需要が爆発
的に増大しつつある。
2. Description of the Related Art Conventionally, wiring boards such as LSIs and ICs
Alternatively, a multilayer glass ceramic substrate capable of relatively high-density wiring is often used as a wiring substrate on which semiconductor elements such as discrete components are mounted or various thick film printing elements are formed inside the substrate. In this multi-layer glass ceramic substrate, alumina is used as the ceramic component due to advantages such as strength, and borosilicate glass is used as the glass component because it is close to the thermal expansion coefficient of silicon constituting the semiconductor integrated circuit substrate to be mounted. . In addition, in recent years, high-frequency bands from the microwave band to the millimeter-wave band have been positively adopted for wireless communication such as mobile phones in order to expand the electric wave resources and increase the transmission density. As a component for a wireless communication device used for this, the demand for a wiring board for handling a high frequency signal is explosively increasing.

【0003】このような多層配線ガラスセラミック基板
は、所定の配線導体パターンが形成された複数のセラミ
ックグリーンシートを、100℃、200kg/cm
程度の高温高圧下で積層圧着させ、それらを焼成するこ
とにより作製されている。しかし、高温高圧下で積層圧
着させるため、セラミックグリーンシートに含有する有
機バインダを焼成段階で燃焼除去しきれずに、気孔とし
てセラミック基板に残留し、その機械強度を抑制する欠
点があった。そこで、焼成雰囲気もしくは焼成時間の調
整、さらに焼成除去され易い解重合型樹脂等より有機バ
インダを構成するなどの方法で、上記気孔の残留を低減
する試みがなされてきた。
In such a multilayer wiring glass-ceramic substrate, a plurality of ceramic green sheets having predetermined wiring conductor patterns are formed at 100 ° C. and 200 kg / cm 2.
It is produced by laminating and press-bonding under a high temperature and high pressure of a certain degree and firing them. However, since the layers are pressure-bonded under high temperature and high pressure, the organic binder contained in the ceramic green sheet cannot be completely burned and removed in the firing step, and remains as pores in the ceramic substrate, which has a drawback of suppressing the mechanical strength. Therefore, attempts have been made to reduce the residual pores by adjusting the firing atmosphere or firing time, and by forming an organic binder from a depolymerizable resin that is easily removed by firing.

【0004】なお、この種の技術に関連するものとし
て、例えば、特開昭60−254697号、特開平06
−268375号等が挙げられる。
Incidentally, as a technique related to this type of technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-254697 and Japanese Patent Laid-Open No. 06-06246.
-268375 etc. are mentioned.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記方法においては、
焼成雰囲気制御において精度および工程数を要し、さら
に焼成時間をも必要する。また、使用する有機バインダ
材料により焼成条件等も変化する。これらのことは、生
産性の観点より問題となる。さらに、セラミック基板に
残留する気孔を低減させ、所定の機械強度を得る焼成温
度域が狭いために、製造されるセラミック基板の歩留ま
りを不安定にさせ、ひいては生産性を抑制する結果とな
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In the above method,
Controlling the firing atmosphere requires precision and the number of steps, and also requires firing time. Further, firing conditions and the like also change depending on the organic binder material used. These are problems from the viewpoint of productivity. Further, since the pores remaining on the ceramic substrate are reduced and the firing temperature range for obtaining a predetermined mechanical strength is narrow, the yield of the manufactured ceramic substrate becomes unstable, and consequently the productivity is suppressed.

【0006】本発明の目的は、上記問題を解決すること
にあり、多層ガラスセラミック基板を製造する上で、残
留する気孔を低減させるための焼成過程の効率化を図
り、所定の機械強度を有する多層ガラスセラミック基板
を安定的に得ることが可能な製造方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to solve the above problems, and in manufacturing a multilayer glass ceramic substrate, the efficiency of the firing process for reducing the remaining pores is improved, and a predetermined mechanical strength is obtained. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of stably obtaining a multilayer glass ceramic substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するための本発明のガラスセラミック基板の製造
方法は、ホウケイ酸系ガラスと、アルミナとを含有する
ガラスセラミック粉末からなる複数のセラミックグリー
ンシートを、隣接するセラミックグリーンシート間に有
機溶剤塗布層を形成して積層圧着し、得られる積層体を
焼成することにより多層ガラスセラミック基板を得るこ
とを特徴とする。
Means for Solving the Problems and Actions / Effects The method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention for solving the above problems comprises a plurality of ceramics composed of a glass ceramic powder containing borosilicate glass and alumina. A multilayer glass ceramic substrate is obtained by forming an organic solvent coating layer between adjacent ceramic green sheets, laminating and pressing the green sheets, and firing the resulting laminated body.

【0008】上記セラミックグリーンシートは、周知の
ドクターブレード法により、セラミック成分およびガラ
ス成分とからなるガラスセラミック粉末、有機バイン
ダ、溶剤等とを混練したスラリーをシート状に成形する
ことで得ることができる。セラミック成分として、アル
ミナ含有量を98%以上としたアルミナ質セラミック
ス、ムライト質セラミックス、窒化アルミニウムセラミ
ックス、窒化珪素セラミックス、及び炭化珪素セラミッ
クス等が、強度及高周波領域においても誘電損失が小さ
いことより使用される。一方、ガラス成分は、半導体集
積回路基板を構成するシリコンの熱膨張係数に近いこと
から、ホウケイ酸系ガラスが使用されるが、具体的に
は、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸鉛、ホウケイ酸アル
カリ土類等が挙げられる。また、上記材料よりなるガラ
スセラミック粉末は、そのセラミック成分を40〜60
重量%とすることで、配線導体との同時焼結性を良好と
し好ましい。
The above-mentioned ceramic green sheet can be obtained by forming a slurry by kneading a glass ceramic powder consisting of a ceramic component and a glass component, an organic binder, a solvent and the like into a sheet by a well-known doctor blade method. . Alumina ceramics, mullite ceramics, aluminum nitride ceramics, silicon nitride ceramics, and silicon carbide ceramics having an alumina content of 98% or more are used as ceramic components because of their small dielectric loss even in strength and high frequency regions. It On the other hand, as the glass component, borosilicate glass is used because it is close to the thermal expansion coefficient of silicon that constitutes the semiconductor integrated circuit substrate. Specifically, borosilicate glass, lead borosilicate, and alkaline borosilicate earth are used. And the like. Further, the glass-ceramic powder made of the above material has a ceramic component of 40 to 60.
By adjusting the content to be the weight%, the simultaneous sintering property with the wiring conductor is improved, which is preferable.

【0009】上記配線導体は、公知のスクリーン印刷法
により形成されるが、使用される金属の材質は、銀系
(銀単体、銀−金属酸化物(マンガン、バナジウム、ビ
スマス、アルミニウム、ケイ素、銅等の酸化物)、銀−
ガラス添加、銀−パラジウム、銀−白金、銀−ロジウム
等)、金系(金単体、金−金属酸化物、金−パラジウ
ム、金−白金、金−ロジウム等)、銅系(銅単体、銅−
金属酸化物、銅−パラジウム、銅−白金、銅−ロジウム
等)等の低抵抗材料を用いることができる。
The wiring conductor is formed by a known screen printing method, and the metal material used is silver-based (silver simple substance, silver-metal oxide (manganese, vanadium, bismuth, aluminum, silicon, copper). Etc.), silver-
Glass addition, silver-palladium, silver-platinum, silver-rhodium, etc., gold-based (gold simple substance, gold-metal oxide, gold-palladium, gold-platinum, gold-rhodium etc.), copper-based (copper simple substance, copper) −
Low resistance materials such as metal oxides, copper-palladium, copper-platinum, copper-rhodium, etc. can be used.

【0010】さらに上記有機バインダとしては、アクリ
ル系樹脂(例えば、ポリアクリル酸エステル、ポリメチ
ルメタクリレート)、セルロースアセテートブチレー
ト、ポリエチレン、ポリビニルアルコールおよびポリビ
ニルブチラール等より、また溶剤は、アセトン、メチル
エチルケトン、ジアセトン、メチルイソブチルケトン、
ベンゼン、ブロムクロロメタン、エタノール、ブタノー
ル、プロパノール、トルエン、キシレン等より構成する
ことができる。
Further, as the above organic binder, acrylic resin (eg, polyacrylic acid ester, polymethyl methacrylate), cellulose acetate butyrate, polyethylene, polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, etc., and the solvent are acetone, methyl ethyl ketone, diacetone. , Methyl isobutyl ketone,
It can be composed of benzene, bromochloromethane, ethanol, butanol, propanol, toluene, xylene and the like.

【0011】このような構成要素よりなる複数のセラミ
ックグリーンシートを、それらが含有する有機バインダ
を完全硬化させることにより積層圧着する際、隣接する
セラミックグリーンシート間に、その有機バインダに対
して溶媒として機能する有機溶剤を含む有機溶剤塗布層
を形成すれば、隣接するセラミックグリーンシート間の
積層圧着性を向上させることができる。つまり、有機溶
剤塗布層を有さない従来の場合に比べ、積層圧着の温度
および圧力を低減することが可能となる。また、有機溶
剤塗布層を形成することにより、積層圧着時に、空気が
抜けきらず、得られる積層体内に取り残されるボイド欠
陥の発生を抑制することが可能となる。
When a plurality of ceramic green sheets having such components are laminated and pressure-bonded by completely curing the organic binder contained therein, a space between adjacent ceramic green sheets is used as a solvent for the organic binder. By forming an organic solvent coating layer containing a functional organic solvent, it is possible to improve the lamination pressure-bonding property between adjacent ceramic green sheets. That is, it is possible to reduce the temperature and pressure for lamination pressure bonding, as compared with the conventional case where the organic solvent coating layer is not provided. Further, by forming the organic solvent coating layer, it is possible to prevent the generation of void defects that are left behind in the obtained laminated body because the air is not completely exhausted during the laminated pressure bonding.

【0012】上記方法により得られた積層体を焼成し、
多層ガラスセラミック基板の焼結体を得るが、該焼結体
の機械強度は、その緻密化の程度に依存するので、焼成
段階において、十分に有機バインダを除去することによ
り、得られる焼結体の機械強度を向上させることができ
る。本発明においては、上述のように、有機溶剤塗布層
を形成し、積層体作製の際の圧力および温度を低減する
ことができ、結果、有機バインダを構成する樹脂の重合
(完全硬化)の進行を抑えることができる。よって、焼
成段階で有機バインダを低温で効率的に分解・除去する
ことができ、得られる多層ガラスセラミック基板の機械
強度を高めることが可能となるばかりでなく、所定の機
械強度を有するための焼成温度域を広く確保することが
可能となり生産性を向上させることができる。
The laminate obtained by the above method is fired,
A sintered body of a multilayer glass ceramic substrate is obtained. Since the mechanical strength of the sintered body depends on the degree of densification thereof, the sintered body obtained by sufficiently removing the organic binder in the firing step. The mechanical strength of can be improved. In the present invention, as described above, it is possible to form the organic solvent coating layer and reduce the pressure and temperature during the production of the laminate, and as a result, the polymerization (complete curing) of the resin constituting the organic binder proceeds. Can be suppressed. Therefore, the organic binder can be decomposed and removed efficiently at a low temperature in the firing step, and not only the mechanical strength of the obtained multilayer glass ceramic substrate can be increased, but also firing for having a predetermined mechanical strength. A wide temperature range can be secured and productivity can be improved.

【0013】つぎに、本発明のガラスセラミック製造方
法において、上記した有機溶剤塗布層は、アルコール
類、エーテル類、カルボン酸類、多価アルコール類の少
なくとも1種以上よりなることを特徴とする。有機溶剤
塗布層を形成する有機溶剤は、有機バインダの種類によ
り適宜選択する必要がある。例えば、有機バインダがア
クリル樹脂である場合、エチルメチルケトン(エーテル
類)および酢酸エチル(カルボン酸類)は溶媒として働
くので、これらの内の一種もしくは、酢酸エチルをエチ
ルメチルケトンと混和させて有機溶剤塗布層を形成する
ことができる。また、有機バインダがポリビニルブチラ
ールよりなる場合も同様に、溶媒として機能するブタノ
ール(アルコール類)もしくはエチルメチルケトン(エ
ーテル類)より有機溶剤塗布層を形成する。このように
して、有機バインダの変化に合わせ、有機溶剤塗布層を
形成する有機溶剤を適宜選択することで、有機溶剤塗布
層は、その機能を果たすことができる。
Next, in the glass-ceramic production method of the present invention, the above-mentioned organic solvent coating layer is characterized by comprising at least one of alcohols, ethers, carboxylic acids, and polyhydric alcohols. The organic solvent forming the organic solvent coating layer needs to be appropriately selected depending on the type of the organic binder. For example, when the organic binder is an acrylic resin, ethyl methyl ketone (ethers) and ethyl acetate (carboxylic acids) work as a solvent. Therefore, one of these or ethyl acetate is mixed with ethyl methyl ketone to form an organic solvent. A coating layer can be formed. Similarly, when the organic binder is polyvinyl butyral, the organic solvent coating layer is formed from butanol (alcohols) or ethyl methyl ketone (ethers) that functions as a solvent. In this way, the organic solvent coating layer can fulfill its function by appropriately selecting the organic solvent forming the organic solvent coating layer according to the change of the organic binder.

【0014】さらに、セラミックグリーンシートが含有
する溶剤と混和する有機溶剤、もしくは同種のものを含
む有機溶剤を、上記有機溶剤塗布層に混合させること
で、セラミックグリーンシート積層圧着時の圧着性を一
層向上させることができる。その結果、焼成段階におけ
る有機バインダの燃焼除去をさらに効率よく行なうこと
が可能となる。このような、有機バインダおよび溶剤
と、有機溶剤塗布層との組み合わせの一例を挙げれば、
有機バインダをアクリル樹脂、溶剤をエチルメチルケト
ンおよびブタノールより構成し、それらに対して、有機
バインダの溶媒としてのエチルメチルケトン(エーテル
類)および酢酸エチル(カルボン酸)と、溶剤と混和す
るエチルメチルケトン(エーテル類)、ブタノール(ア
ルコール類)およびブチルカルビトール(多価アルコー
ル類)とを混合させることにより有機溶剤塗布層を形成
することができる。
Further, an organic solvent miscible with the solvent contained in the ceramic green sheet or an organic solvent containing the same kind is mixed in the above organic solvent coating layer to further improve the pressure-bonding property when the ceramic green sheets are laminated and pressure-bonded. Can be improved. As a result, it becomes possible to more efficiently burn and remove the organic binder in the firing step. If an example of such a combination of an organic binder and a solvent, and an organic solvent coating layer is given,
The organic binder is composed of acrylic resin, and the solvent is composed of ethyl methyl ketone and butanol. For these, ethyl methyl ketone (ethers) and ethyl acetate (carboxylic acid) as the solvent of the organic binder, and ethyl methyl mixed with the solvent An organic solvent coating layer can be formed by mixing a ketone (ether), butanol (alcohol) and butyl carbitol (polyhydric alcohol).

【0015】上記のように有機塗布層は、焼成前に種々
の有機バインダおよび溶剤に対して、随時有機溶剤を選
択すればよく、従来のような焼成段階における工程数・
時間もしくはその精度を大幅に改善することができ、生
産性の向上およびエネルギー消費量の低減に寄与する。
As described above, for the organic coating layer, an organic solvent may be optionally selected for various organic binders and solvents before firing, and the number of steps in the conventional firing step
The time or its accuracy can be significantly improved, which contributes to improvement of productivity and reduction of energy consumption.

【0016】次に、本発明のガラスセラミック基板製造
方法において、積層圧着させたセラミックグリーンシー
ト積層体を焼結させ、多層ガラスセラミック基板を得る
ための焼成する温度は、該多層ガラスセラミック基板の
曲げ強度が少なくとも200Mpaとなる温度域である
ことを特徴とする。多層ガラスセラミック基板には、多
くの部品を搭載するため、それらを含めた荷重に充分耐
え得る機械強度を保持しなければならず曲げ強度におい
て200Mpa程度とされる。多層ガラスセラミック基
板の機械強度は、その焼結体の緻密度によるので、残留
する気孔を十分に抑制することが必要となる。また、有
機バインダの分解温度以上でセラミックグリーンシート
が含有するガラス成分の軟化温度以下の温度域で、効果
的に有機バインダを燃焼除去するのがよく、ガラス成分
の軟化温度より高温となると、ガラス粒子の焼結が促進
され、セラミックグリーンシート積層体内部に孤立気孔
が生成され易くなり、より高温での処理が求められる。
結果、上記機械強度を得るための焼成温度域を狭めてし
まう結果となる。しかしながら、本発明では、有機溶剤
塗布層を形成することで、有機バインダの分解温度を低
下させ、効率的にそれらを燃焼除去できるので、所定の
機械強度を得る焼成温度域を従来の製造方法より確保で
き、生産性を向上させることができる。
Next, in the glass ceramic substrate manufacturing method of the present invention, the firing temperature for sintering the laminated and pressure-bonded ceramic green sheet laminate to obtain the multilayer glass ceramic substrate is the bending of the multilayer glass ceramic substrate. It is characterized in that it is in a temperature range where the strength is at least 200 Mpa. Since many components are mounted on the multilayer glass ceramic substrate, it is necessary to maintain mechanical strength sufficient to withstand loads including them, and the bending strength is about 200 MPa. Since the mechanical strength of the multilayer glass ceramic substrate depends on the density of the sintered body, it is necessary to sufficiently suppress the remaining pores. Further, in the temperature range below the softening temperature of the glass component contained in the ceramic green sheet above the decomposition temperature of the organic binder, it is preferable to effectively burn off the organic binder, and when the temperature is higher than the softening temperature of the glass component, the glass Sintering of the particles is promoted, isolated pores are easily generated inside the ceramic green sheet laminate, and higher temperature treatment is required.
As a result, the firing temperature range for obtaining the mechanical strength is narrowed. However, in the present invention, by forming the organic solvent coating layer, it is possible to lower the decomposition temperature of the organic binder and efficiently burn and remove them, so that the firing temperature range for obtaining a predetermined mechanical strength is lower than that in the conventional manufacturing method. It can be secured and productivity can be improved.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図面を用いて説明する。図4は、本発明の一実施例であ
る多層ガラスセラミック基板(以下、単に基板ともい
う)1の外観を示すものであり、表面には基板内部に形
成された配線あるいは回路パターンとの電気的接続を取
るための端子部40が形成されている。図5は、基板1
の内部構造を模式的に示すものであり、ガラスセラミッ
ク層50と、金属配線層30とが交互に積層されるとと
もに、必要に応じてその表面には半導体素子51が実装
される。各金属配線層30は、ガラスセラミック層50
を厚さ方向に貫くビアホール35により互いに電気的に
接続される。該基板1は、例えば高周波用多層セラミッ
ク配線基板として機能させるため、高周波用パッケージ
のように、それ自身が高周波信号処理能力を有した能動
素子機能を備えたものであってもよいし、別途構成され
たアンテナスイッチモジュール等の高周波用素子を搭載
するための電子部品であってもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below.
This will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows an appearance of a multilayer glass ceramic substrate (hereinafter, also simply referred to as a substrate) 1 which is an embodiment of the present invention. The surface of the substrate is electrically connected to wiring or circuit patterns formed inside the substrate. A terminal portion 40 for making a connection is formed. FIG. 5 shows the substrate 1
2 schematically shows an internal structure of the glass ceramic layer 50 and the metal wiring layer 30 are alternately laminated, and a semiconductor element 51 is mounted on the surface thereof as required. Each metal wiring layer 30 is a glass ceramic layer 50.
Are electrically connected to each other by a via hole 35 penetrating in the thickness direction. The substrate 1 may be provided with an active element function having high-frequency signal processing capability itself like a high-frequency package in order to function as a high-frequency multilayer ceramic wiring substrate, or may be separately configured. It may be an electronic component for mounting a high-frequency element such as an antenna switch module.

【0018】本実施形態の基板1では、金属配線層30
は、ノイズ防護用のシールド部として機能する接地導体
56が随伴したものとして構成されている。接地導体5
6は、金属配線層30と同様の方法により、ガラスセラ
ミック層50の片面を略全面に渡って被覆する形で形成
されてなる。さらに、本実施形態の基板1では、金属配
線層30のほかに、コンデンサ54、インダクタ53及
び抵抗器55などの種々の厚膜回路素子が作りこまれて
いるが、厚膜回路素子を特に有さない、金属配線層のみ
を有する基板として構成することも可能である。また、
基板1を高周波用多層セラミック配線基板とした場合、
金属配線層30がガラスセラミック層50間に挟み込ま
れた、いわゆるストリップラインとして構成されるが、
本明細書における高周波信号とは、800MHz以上の
周波数を有した信号を意味する。
In the substrate 1 of this embodiment, the metal wiring layer 30
Is configured as being accompanied by a ground conductor 56 that functions as a shield portion for noise protection. Ground conductor 5
6 is formed by a method similar to that for the metal wiring layer 30 so as to cover one surface of the glass ceramic layer 50 over substantially the entire surface. Further, in the substrate 1 of this embodiment, various thick film circuit elements such as the capacitor 54, the inductor 53, and the resistor 55 are incorporated in addition to the metal wiring layer 30, but the thick film circuit element is particularly included. It is also possible to form a substrate having only a metal wiring layer. Also,
When the board 1 is a high frequency multilayer ceramic wiring board,
Although the metal wiring layer 30 is sandwiched between the glass ceramic layers 50 and is configured as a so-called strip line,
The high frequency signal in this specification means a signal having a frequency of 800 MHz or higher.

【0019】次に、上記した多層ガラスセラミック基板
を作製する際の作業工程について説明する。図1は、そ
の作業工程の概略図である。まず、ガラスセラミック粉
末、有機バインダ、溶剤等を配合して混練し、ドクター
ブレード法等によりシート状に成形しセラミックグリー
ンシートの生成を行なう。次に、得られたセラミックグ
リーンシート上に金属配線層(厚膜回路素子を作りこむ
場合は、その素子のパターンも含む)となるべき金属粉
末パターン131を公知のスクリーン印刷法により形成
し、さらに、S1の工程に従い、金属配線層の無い面に
有機溶剤を全面に渡って被覆する形で塗布することによ
り有機溶剤塗布層160を形成する(図6(a))。こ
のように、金属配線層の無い面に有機溶剤を塗布するこ
とで、ショートの発生に繋がる金属配線層のにじみを防
止することができる。
Next, the working process for producing the above-mentioned multilayer glass ceramic substrate will be described. FIG. 1 is a schematic view of the working process. First, glass-ceramic powder, an organic binder, a solvent, etc. are mixed and kneaded, and formed into a sheet by a doctor blade method or the like to produce a ceramic green sheet. Next, a metal powder pattern 131 to be a metal wiring layer (including a pattern of a thick film circuit element when including the element) is formed on the obtained ceramic green sheet by a known screen printing method. , S1, the organic solvent coating layer 160 is formed by coating the entire surface of the surface without the metal wiring layer with the organic solvent (FIG. 6A). In this way, by coating the surface without the metal wiring layer with the organic solvent, it is possible to prevent bleeding of the metal wiring layer, which leads to the occurrence of a short circuit.

【0020】こうして有機溶剤塗布層160が完成すれ
ば、有機溶剤塗布層160形成された面側を、図6
(b)に示すように、パターン印刷/有機溶剤塗布の工
程がなされた別のセラミックグリーンシート150の上
に重ね、さらにパターン印刷/有機溶剤塗布/セラミッ
クグリーンシート積層の工程を繰り返すことにより、図
6(c)に示す積層体180が得られる。なお、ビアホ
ール35を形成する場合は、セラミックグリーンシート
150のビア形成位置にドリル等を用いて穿孔してお
き、ここに金属ペーストを埋め込むようにする。このよ
うに得られた積層体180を熱圧着させ焼成すれば、図
4に示すような断面構造の多層ガラスセラミック基板1
が得られる。
When the organic solvent coating layer 160 is completed in this way, the surface side on which the organic solvent coating layer 160 is formed is changed to the one shown in FIG.
As shown in (b), the pattern printing / organic solvent coating process is overlaid on another ceramic green sheet 150, and the pattern printing / organic solvent coating / ceramic green sheet laminating process is repeated. The laminated body 180 shown in 6 (c) is obtained. When the via hole 35 is formed, the via hole is formed in the ceramic green sheet 150 with a drill or the like, and the metal paste is embedded therein. When the laminated body 180 thus obtained is thermocompression bonded and fired, the multilayer glass ceramic substrate 1 having a sectional structure as shown in FIG.
Is obtained.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行なっ
た実験結果について説明する。
EXAMPLES The results of experiments conducted to confirm the effects of the present invention will be described below.

【0022】(実施例1)図1に示す作業工程に従い、
多層ガラスセラミック基板の作製を行なった。セラミッ
クグリーンシートの作製重量%で、ホウケイ酸ガラス粉
末60%、アルミナ粉末40%となるガラスセラミック
粉末100重量部に対して、有機バインダとしてアクリ
ル樹脂を15重量部と、溶剤としてメチルエチルケトン
およびメタノールを合わせて75重量部と、分散剤0.
3重量部とを混和し、ボールミルで混合し、スラリーを
作製した。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0.25mmのセラミックグリーンシー
トを作製し、スルーホール形成後、Ag系の微粉を分散
させたペーストを公知のスクリーン印刷方法により、埋
め込みおよび配線印刷を行なった。この後、図1に示す
S1の工程に従い、得られた複数のセラミックグリーン
間に有機溶剤を塗布し有機溶剤塗布層を形成し積層圧着
を行なった。さらに、得られた積層体を切断するととも
に800〜1000℃まで30℃刻みで連続的に昇温し
ながら焼成を行い、多層ガラスセラミック基板の作製を
行なった。
(Embodiment 1) According to the work process shown in FIG.
A multilayer glass ceramic substrate was manufactured. With respect to 100 parts by weight of glass-ceramic powder, which is 60% by weight of borosilicate glass powder and 40% by weight of alumina powder in the production of ceramic green sheet, 15 parts by weight of an acrylic resin as an organic binder and methyl ethyl ketone and methanol as a solvent are combined. 75 parts by weight and 0.
3 parts by weight were mixed and mixed by a ball mill to prepare a slurry. Next, using the above slurry, a ceramic green sheet having a thickness of 0.25 mm is produced by a doctor blade method, and after forming a through hole, a paste in which Ag-based fine powder is dispersed is embedded and wiring by a known screen printing method. Printing was done. Thereafter, according to the step S1 shown in FIG. 1, an organic solvent was applied between the obtained plurality of ceramic greens to form an organic solvent applied layer, and lamination pressure bonding was performed. Further, the obtained laminated body was cut and fired while continuously raising the temperature from 800 to 1000 ° C. in steps of 30 ° C. to manufacture a multilayer glass ceramic substrate.

【0023】ここで、有機溶剤塗布層を形成する有機溶
剤は、ブタノール(アルコール類)、エチルメチルケト
ン(エーテル類)、酢酸エチル(カルボン酸類)、ブチ
ルカルビトール(多価アルコール類)を4:1:2:3
の重量比率で構成させた。
Here, the organic solvent forming the organic solvent coating layer is butanol (alcohols), ethyl methyl ketone (ethers), ethyl acetate (carboxylic acids), butyl carbitol (polyhydric alcohols) 4: 4. 1: 2: 3
The weight ratio of

【0024】(比較例1)上記実施例1において、有機
溶剤塗布層を形成させず、他は同一条件で多層ガラスセ
ラミック基板の作製を行なった。
Comparative Example 1 A multilayer glass ceramic substrate was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the organic solvent coating layer was not formed.

【0025】実施例1においては、40℃の加熱状態で
30kg/cmの圧力を60秒印加することで積層圧
着することができたが、一方、有機溶剤塗布層がない比
較例1においては、90℃の加熱状態で200kg/c
の圧力を15分印加させる必要があった。この結果
より、有機溶剤塗布層が、積層圧着時の圧力および温度
を低減させる効果をもつことが確かめられた。
In Example 1, lamination pressure bonding could be performed by applying a pressure of 30 kg / cm 2 for 60 seconds while heating at 40 ° C. On the other hand, in Comparative Example 1 in which there was no organic solvent coating layer. , 200kg / c at 90 ℃
It was necessary to apply a pressure of m 2 for 15 minutes. From these results, it was confirmed that the organic solvent coating layer had the effect of reducing the pressure and temperature during lamination pressure bonding.

【0026】次に実施例1および比較例1で各温度で得
られる焼結体に対して、残留する気孔率および曲げ強度
の測定を行なった。気孔率は、焼結体の断面を研磨して
走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:S
EM)等により観察したとき、その研磨断面上での気孔
の面積率より求めた。なお、測定精度と測定時間とのバ
ランスを考慮して、研磨断面上にて観察される寸法(断
面上にて空孔外径線に対し間隔最大となるように外接平
行線を引いたときの、当該平行線間距離として定義す
る)0.5μm以上の気孔の合計面積を、観察視野の全
面積により割った値を気孔率として採用した。
Next, the residual porosity and bending strength of the sintered bodies obtained at each temperature in Example 1 and Comparative Example 1 were measured. The porosity is obtained by polishing the cross section of the sintered body and scanning electron microscope (S).
When observed by EM) or the like, it was determined from the area ratio of pores on the polished cross section. In consideration of the balance between measurement accuracy and measurement time, the dimensions observed on the polished cross section (when the circumscribed parallel lines are drawn so that the interval is maximum with respect to the hole outer diameter line on the cross section) The value obtained by dividing the total area of pores of 0.5 μm or more by the total area of the observation visual field was adopted as the porosity.

【0027】また、曲げ強度は、3×4×35mmに調
整された焼結体の長手方向に対して垂直に、万能試験機
を用いて25℃、速度0.5mm/minにて曲げ応力
を加え、応力−歪曲線を測定するとともに、その最大応
力値を曲げ強度として読み取った。
The bending strength was perpendicular to the longitudinal direction of the sintered body adjusted to 3 × 4 × 35 mm, and the bending stress was applied at 25 ° C. at a speed of 0.5 mm / min using a universal testing machine. In addition, the stress-strain curve was measured, and the maximum stress value was read as the bending strength.

【0028】図2に、得られた焼成温度と気孔率との関
係を示す。横軸は焼成温度、縦軸は気孔率を示す。図よ
り明らかなように、実施例1においては、セラミックグ
リーンシートを形成するガラス成分の軟化温度(800
℃程度)以上において気孔率は略0%であるのに対し
て、比較例1では、920〜1000℃の範囲にて略0
%となる。この結果は、実施例1では、有機溶剤塗布層
の機能より、比較例1より有機バインダの分解温度を低
減させ、効率的にその除去が可能であることを示してい
る。次に、曲げ強度と焼成温度との関係を図3に示す。
横軸は焼成温度、縦軸は曲げ強度を示す。図2の気孔率
の結果から推測できるように、実施例1においては、8
00℃以上の焼成温度域で、曲げ強度は200Mpa以
上となり、その強度は安定化される。一方、比較例1で
は、920〜1000℃という狭い焼成温度領域でのみ
安定化される。
FIG. 2 shows the relationship between the obtained firing temperature and the porosity. The horizontal axis represents the firing temperature, and the vertical axis represents the porosity. As is clear from the figure, in Example 1, the softening temperature of the glass component forming the ceramic green sheet (800
In the comparative example 1, the porosity is about 0%, while in Comparative Example 1, the porosity is about 0%.
%. This result shows that in Example 1, the decomposition temperature of the organic binder can be reduced and the removal thereof can be efficiently performed as compared with Comparative Example 1 due to the function of the organic solvent coating layer. Next, the relationship between bending strength and firing temperature is shown in FIG.
The horizontal axis represents firing temperature, and the vertical axis represents bending strength. As can be estimated from the porosity result of FIG.
In the firing temperature range of 00 ° C. or higher, the bending strength becomes 200 MPa or more, and the strength is stabilized. On the other hand, Comparative Example 1 is stabilized only in a narrow firing temperature range of 920 to 1000 ° C.

【0029】図2および図3の結果より、有機溶剤塗布
層を形成することで、有機バインダを、セラミックグリ
ーンシート積層体が焼結を始めるガラス成分の軟化温度
以下で有効に燃焼除去することができ、その機械強度
(曲げ強度)を向上させ、所定の機械強度を得るための
焼成温度域を広く確保できることが確認できた。
From the results shown in FIGS. 2 and 3, by forming the organic solvent coating layer, it is possible to effectively burn and remove the organic binder below the softening temperature of the glass component at which the ceramic green sheet laminate begins to sinter. It was confirmed that it was possible to improve the mechanical strength (bending strength) and to secure a wide firing temperature range for obtaining a predetermined mechanical strength.

【0030】(実施例2)実施例1の有機バインダをな
すアクリル樹脂を15重量部から10重量部へ減らし、
有機溶剤塗布層を形成する有機バインダに溶媒として機
能するエチルメチルケトン(エーテル類)および酢酸エ
チル(カルボン酸類)の重量比率を上げ、ブタノール
(アルコール類)、エチルメチルケトン(エーテル
類)、酢酸エチル(カルボン酸類)、ブチルカルビトー
ル(多価アルコール類)を1:1:1:1の重量比率で
有機溶剤塗布層を形成した。上記以外は、実施例1と同
様の条件で多層ガラスセラミック基板の作製を行なっ
た。
Example 2 Acrylic resin forming the organic binder of Example 1 was reduced from 15 parts by weight to 10 parts by weight,
By increasing the weight ratio of ethyl methyl ketone (ethers) and ethyl acetate (carboxylic acids) that function as a solvent to the organic binder forming the organic solvent coating layer, butanol (alcohols), ethyl methyl ketone (ethers), ethyl acetate (Carboxylic acids) and butyl carbitol (polyhydric alcohols) were formed in an organic solvent coating layer at a weight ratio of 1: 1: 1: 1. A multilayer glass ceramic substrate was manufactured under the same conditions as in Example 1 except for the above.

【0031】セラミックグリーンシート積層体を積層圧
着させる条件は、実施例1と同じ条件で行うことができ
た。このことは、有機バインダの樹脂成分を減じた場合
においても、それに溶媒として働く有機溶剤を増やし有
機溶剤塗布層を形成することで、積層圧着性を実施例1
と同程度にできることを示している。次に、実施例2で
各温度で得られる焼結体に対して、実施例1と同様の条
件で、気孔率および曲げ強度の測定を行なった。測定結
果を表1に実施例1の結果とともに示す。
The conditions for laminating and pressing the ceramic green sheet laminate were the same as in Example 1. This means that even when the resin component of the organic binder is reduced, the organic solvent coating layer is formed by increasing the amount of the organic solvent that acts as a solvent to increase the lamination pressure-sensitive adhesive property in Example 1.
It shows that you can do the same as. Next, the porosity and bending strength of the sintered body obtained at each temperature in Example 2 were measured under the same conditions as in Example 1. The measurement results are shown in Table 1 together with the results of Example 1.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】実施例2においては、実施例1に比べ80
0℃における気孔率は低減されており、その曲げ強度は
向上していることが分かる。このことは、実施例1と実
施例2とは、同条件で積層圧着されるので、有機バイン
ダの重量比率が少ない実施例2の方が、効率的に有機バ
インダが除去されたことを示している。また、有機バイ
ンダを除去するために、実施例1および実施例2ともに
焼成温度800〜1000℃まで30℃刻みで連続的に
昇温すればよいので、従来の製造方法のように保持時間
(例えば600℃で2時間程度(特開平06−2683
75))を必要とせず短時間で多層ガラスセラミック基
板が製造可能であることが確認できた。
In the second embodiment, as compared with the first embodiment, 80
It can be seen that the porosity at 0 ° C. is reduced and the bending strength thereof is improved. This indicates that Example 1 and Example 2 were laminated and pressure-bonded under the same conditions, and thus Example 2 in which the weight ratio of the organic binder was small removed the organic binder more efficiently. There is. Further, in order to remove the organic binder, in both Example 1 and Example 2, it is sufficient to continuously raise the firing temperature to 800 to 1000 ° C. in steps of 30 ° C., so that the holding time (for example, the conventional manufacturing method) may be increased. About 2 hours at 600 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 06-2683)
It was confirmed that the multilayer glass ceramic substrate can be produced in a short time without requiring 75)).

【0034】以上実施例および比較例より、本発明の製
造方法により所期の目的を達成することができた。すな
わち、有機溶剤塗布層を形成することで、有機バインダ
を効率的に除去でき、所定の機械強度を有する多層ガラ
スセラミック基板の生産性を向上することが可能となる
ことが確かめられた。
From the above examples and comparative examples, the intended purpose could be achieved by the production method of the present invention. That is, it was confirmed that by forming the organic solvent coating layer, the organic binder can be efficiently removed, and the productivity of the multilayer glass ceramic substrate having a predetermined mechanical strength can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明における工程を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing steps in the present invention.

【図2】 焼成温度と気孔率との関係図。FIG. 2 is a graph showing the relationship between firing temperature and porosity.

【図3】 焼成温度と曲げ強度との関係図。FIG. 3 is a graph showing the relationship between firing temperature and bending strength.

【図4】 多層ガラスセラミック基板の一実施形態を示
す概略図。
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment of a multilayer glass ceramic substrate.

【図5】 図4に続く概略図。FIG. 5 is a schematic diagram following FIG. 4.

【図6】 有機溶剤塗布層の形成過程を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram showing a process of forming an organic solvent coating layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多層ガラスセラミック基板 150 セラミックグリーンシート 160 有機溶剤塗布層 180 積層体 1 Multi-layer glass ceramic substrate 150 ceramic green sheets 160 Organic solvent coating layer 180 laminate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G030 AA03 AA04 AA07 AA08 AA35 AA36 AA37 BA12 CA08 GA03 GA04 GA14 GA17 GA19 GA20 GA27 5E346 AA12 AA15 AA38 BB01 CC18 CC32 CC38 CC39 CC51 DD02 DD34 EE24 EE26 GG07 GG09 HH11 HH33    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4G030 AA03 AA04 AA07 AA08 AA35                       AA36 AA37 BA12 CA08 GA03                       GA04 GA14 GA17 GA19 GA20                       GA27                 5E346 AA12 AA15 AA38 BB01 CC18                       CC32 CC38 CC39 CC51 DD02                       DD34 EE24 EE26 GG07 GG09                       HH11 HH33

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラスセラミック基板の製造方法であっ
て、ホウケイ酸系ガラスと、アルミナとを含有するガラ
スセラミック粉末からなる複数のセラミックグリーンシ
ートを、隣接するセラミックグリーンシート間に有機溶
剤塗布層を形成して積層圧着し、得られる積層体を焼成
することにより多層ガラスセラミック基板を得ることを
特徴とするガラスセラミック基板の製造方法。
1. A method of manufacturing a glass ceramic substrate, comprising: a plurality of ceramic green sheets made of glass ceramic powder containing borosilicate glass and alumina; and an organic solvent coating layer between adjacent ceramic green sheets. A method for producing a glass-ceramic substrate, comprising: forming and laminating-bonding, and firing the obtained laminated body to obtain a multilayer glass-ceramic substrate.
【請求項2】 前記有機溶剤塗布層は、アルコール類、
エーテル類、カルボン酸類、多価アルコール類の少なく
とも1種以上よりな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。
2. The organic solvent coating layer comprises alcohols,
The method for producing a glass ceramic substrate according to claim 1, wherein the method comprises at least one of ethers, carboxylic acids, and polyhydric alcohols.
【請求項3】 前記焼成する温度は、前記多層ガラスセ
ラミック基板の曲げ強度が少なくとも200Mpaとな
る温度域であることを特徴とする請求項1または2に記
載のガラスセラミック基板の製造方法。
3. The method for manufacturing a glass ceramic substrate according to claim 1, wherein the firing temperature is in a temperature range in which the bending strength of the multilayer glass ceramic substrate is at least 200 MPa.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020198382A (en) * 2019-06-04 2020-12-10 Tdk株式会社 Manufacturing method of r-t-b system permanent magnet
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