JP2003095755A - 低温焼成セラミック回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板割れがなく、曲がりや、破損が少ないセ
ラミックセッターを用いて効率よく脱バインダー処理が
行える低温焼成セラミック回路基板の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 低温焼成セラミックグリーンシート１１
〜１４を複数枚重ね合わせた積層体１５の両面に、低温
焼成セラミックの焼成温度では焼結しない拘束用セラミ
ックグリーンシート１６を積層し、その表面にＳｉＣ、
ＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｏＳｉ_２ 、ＴｉＮ、ＺｒＢ
_２ から選ばれた少なくとも１種類のセラミック粒子か
らなり、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率、１０％以上の気
孔率で連通気孔１８を備え、３０ＭＰａ以上の曲げ強度
を有するセラミックセッター１７を載置し、これを介し
て積層体１５及び拘束用セラミックグリーンシート１６
を加圧しながら加熱し、脱バインダー処理を行い、更に
加圧、加熱して焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、加圧しながら焼成
する低温焼成セラミック回路基板の製造方法に係り、よ
り詳細には、脱バインダー性を向上させるセラミックセ
ッターを用いて焼成する低温焼成セラミック回路基板の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、焼成後の基板の寸法精度を向
上させた低温焼成セラミック回路基板は、電子部品を実
装するための多層基板として用いられている。この低温
焼成セラミック回路基板の製造方法は、先ず低温焼成セ
ラミックグリーンシートに酸化焼成が可能で、導体抵抗
の低い低融点金属からなる導体ペーストを用いて、低温
焼成セラミックグリーンシートに穿設したスルーホール
に充填して、層間上下の導通のためのビアを形成してい
る。更に低温焼成セラミックグリーンシートの表面に、
例えばスクリーン印刷で導体配線パターンを形成し、こ
の低温焼成セラミックグリーンシートを複数枚積層し
て、積層体を形成している。この積層体の両面に低温焼
成セラミックグリーンシートの焼結温度では焼結しない
拘束用セラミックグリーンシートを配置し、更にセラミ
ックセッターを両面にあてがい、バッチ炉からなる加圧
式焼成炉を用いて、大気中で加圧しながら焼成して、積
層体の平面内での焼成収縮をできるだけ小さく抑制し、
厚み方向の焼成収縮のみでセラミック体を形成してい
る。

【０００３】この焼成においては、先ず低温焼成セラミ
ックグリーンシート及び拘束用セラミックグリーンシー
トに含まれる樹脂、可塑剤、及び若干の溶剤等の有機物
を分解及び除去（脱バインダー処理）することが必要
で、約５５０℃程度まで多量の空気を供給させながら加
熱を行う。次に約５５０℃から約９００℃で粉体状化し
たセラミックグリーンシートを加熱して、約９００℃の
温度を保持して低温焼成セラミックグリーンシートのみ
を焼結させ、緻密化したセラミックを形成している。な
お、緻密化するための焼結温度は使用する原料で異なる
が、一般的には８００〜１２００℃の間の一定温度を保
持することで焼結される。

【０００４】通常、この低温焼成セラミックグリーンシ
ートの積層体の焼成には、特開平１０−２５１０７１号
公報において開示されている通気性及び熱伝導率のよい
（０．５W／ｍ・K以上）セラミックセッターを用いて焼
成を行い、低温焼成セラミック回路基板を作製してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の低温焼成セラミック回路基板の製造方法
には、未だ解決すべき次のような問題がある。 （１）熱伝導率が５W／ｍ・K未満のセラミックセッター
を用いて焼成すると、低温焼成セラミック回路基板の面
内の温度差が大きくなり、均質な焼結ができない。従っ
て、焼成時の昇温や降温において、基板割れが発生した
りする。また、基板割れ防止のために、焼成時の昇温及
び降温の速度に制限を設けると、焼成作業能率が悪くな
る。更に、低温焼成セラミック回路基板に導体ペースト
とセラミックグリーンシートとの焼成収縮の時間的ずれ
が大きくなって、回路の断線等の不良が発生し、歩留ま
りが低下する。 （２）セラミックセッターを構成する結合の構造が、セ
ラミックファイバー及び／又はウイスカーの繊維間での
絡み合い構造であると、結合の接点が少なく十分な熱伝
率が得られない。また、強度が低くなるので、セラミッ
クセッターが破損しやすい。 （３）セラミックセッターは、気孔率が低く、しかも外
部と気孔が連通する連通気孔を有さないと、有機物を分
解したり、発生した分解ガスを除去する脱バインダー処
理のための空気の供給が行えない。また、その側面部に
空洞を設けていない場合には、脱バインダー処理の効率
が低い。従って、セラミック中にカーボンが残留しやす
くなり、正常なセラミックの焼結が行えない場合があ
る。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、低温焼成セラミック回路基板の基板割
れがなく、曲がりや、破損が起こらないセラミックセッ
ターを用いて、効率よく脱バインダー処理が行える低温
焼成セラミック回路基板の製造方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る低温焼成セラミック回路基板の製造方法は、導体ペ
ーストで電極パターンを形成した少なくとも有機バイン
ダー、可塑剤を含む低温焼成セラミックからなるセラミ
ックグリーンシートを複数枚重ね合わせた積層体の両面
に、低温焼成セラミックの焼成温度では焼結しない拘束
用セラミックグリーンシートを積層する工程と、拘束用
セラミックグリーンシートの表面にＳｉＣ、ＢＮ、Ａｌ
Ｎ、ＢｅＯ、ＭｏＳｉ_２ 、ＴｉＮ、ＺｒＢ_２ から選
ばれた少なくとも１種類のセラミック粒子からなり、熱
伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、気孔率が１０％以上でし
かも気孔が連通する連通気孔を備え、曲げ強度が３０Ｍ
Ｐａ以上有するセラミックセッターを載置する工程と、
セラミックセッターで挟持した積層体及び拘束用セラミ
ックグリーンシートを加圧しながら加熱し、積層体及び
拘束用セラミックグリーンシートの脱バインダー処理を
行う工程と、積層体及び拘束用セラミックグリーンシー
トを加圧しながら更に加熱し、積層体を焼成する工程を
有する。これにより、セラミックセッターは適正な熱伝
導率を有し、積層体の焼成時に時間的な制限がなく焼成
することができるので、積層体に割れを発生させること
なく、効率的に低温焼成セラミック回路基板を作製でき
る。また、セラミックセッターは適正な気孔率を有する
ので、脱バインダー処理のための空気を送り込むのと同
時に脱バインダー処理で発生した分解ガスを排出するこ
とができる。更に、セラミックセッターは適正な曲げ強
度を有するので、曲がりや破損を発生させることが少な
い。

【０００８】ここで、セラミックセッターには側面部に
空洞を備え、空洞を介して脱バインダー処理を行うのが
よい。これにより、更に効率的に脱バインダー処理のた
めの空気を送り込むのと同時に脱バインダー処理で発生
した分解ガスを除去させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る低温焼成セラミック回路基板の製造方法の説明
図である。

【００１０】本発明の一実施の形態に係る低温焼成セラ
ミック回路基板の製造方法で作製された低温焼成セラミ
ック回路基板について説明する。低温焼成セラミック回
路基板に用いられる複数枚の低温焼成セラミックグリー
ンシートは、低温の焼結温度で焼成可能なセラミックか
らなり、各低温焼成セラミックグリーンシートには、ス
ルーホールが穿設され、このスルーホールには、導通抵
抗が低く低融点金属の一例であるＡｇ等からなる金属導
体ペーストが充填されて、ビア導体が形成され、各低温
焼成セラミックグリーンシートの上下面の導通を可能と
している。また、各低温焼成セラミックグリーンシート
の表面には、同じく低融点金属の一例であるＡｇ等から
なる金属導体ペーストを用いて、導体配線パターンが形
成されて、ビア導体と導体配線パターンとで、電極パタ
ーンが形成されている。

【００１１】これらの低温焼成セラミックグリーンシー
トは、重ね合わされて積層体が形成され、電極パターン
と同時焼成し、焼結体とされる。更にその外表面には、
例えば、Ａｕ系、Ａｇ系、Ｃｕ等の金属導体ペーストを
用いた後付けの外層配線パターンが形成されている場合
がある。Ａｕ系の外層配線パターンは、半導体チップの
搭載用のワイヤボンドパッドに用いられたり、Ａｇ系や
Ｃｕ系の外層配線パターンは、ディスクリート部品搭載
のためのパッドに用いられたり、外部との接続用端子、
抵抗体形成のためのパッド等に用いられる。

【００１２】低温焼成セラミック回路基板は、低温焼成
セラミックグリーンシートと金属導体ペーストとの同時
焼成において、加圧焼成して作製されるため、厚み方向
の焼成収縮はあっても、低温焼成セラミックグリーンシ
ートの平面内での収縮は抑制されている。従って、寸法
バラツキが少なく、しかもセラミックセッターの平坦性
に追従する反りを有した回路基板が形成され、各種電子
部品を極めて精度よく実装することができる。

【００１３】次いで、図１を参照しながら、本発明の一
実施の形態に係る低温焼成セラミック回路基板の製造方
法について詳細に説明する。実質的に矩形状からなる複
数枚、例えば４枚の低温焼成セラミックグリーンシート
１１〜１４は、８００〜１２００℃の低温の焼結温度で
焼成可能な低温焼成セラミック、例えば、ＣａＯ−Ａｌ
_２ Ｏ_３ −ＳｉＯ_２ −Ｂ_２ Ｏ_３ 系ガラス５０〜
６０重量％（好ましくは、６０重量％）とＡｌ_２ Ｏ
_３ ５０〜３５重量％（好ましくは、４０重量％）から
なるセラミック粉末に有機バインダー、可塑剤及び溶剤
を添加して混合し、ドクターブレード法等で所望の厚み
のシート状にし、所望の大きさに切断して形成する。そ
して、各低温焼成セラミックグリーンシート１１〜１４
には、上下の導通を形成するためのスルーホールをプレ
ス金型やＮＣマシーン等を使用して穿設する。

【００１４】このスルーホールには、低融点金属の一例
であるＡｇ系の金属粉末と樹脂や溶剤等の有機物を混合
して形成した導体ペーストを、スクリーン印刷等で充填
して、各低温焼成セラミックグリーンシート１１〜１４
の上下層の導体配線パターンを接続するためのビア導体
を形成する。また、各低温焼成セラミックグリーンシー
ト１１〜１４の表面には、導体配線パターンを低融点金
属の一例であるＡｇ系の導体ペーストを用いて、スクリ
ーン印刷等で形成する。これらのセラミックグリーンシ
ート１１〜１４は、決められた層位置に重ね合わせて、
温度や圧力によって寸法精度を損なわない程度の低温
度、低圧で加熱圧着して積層し、積層体１５を形成す
る。そして、ビア導体と導体配線パターンとで導通回路
となる電極パターンを形成する。

【００１５】積層体１５の両面（上面及び下面）には、
セラミックグリーンシート１１〜１４の焼結温度である
８００〜１２００℃では焼結しない拘束用セラミックグ
リーンシート１６を重ね合わせる。この拘束用セラミッ
クグリーンシート１６は、例えば、ガラス分を含まない
アルミナ粉末のみに、有機バインダー、可塑剤及び溶剤
を添加して混合し、ドクターブレード法等で所望の厚み
のシート状にし、低温焼成セラミックグリーンシート１
１〜１４の定められた大きさに、実質的に等しい大きさ
に切断して形成されている。

【００１６】次いで、両側の拘束用セラミックグリーン
シート１６の表面に、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率、１
０％以上の気孔率で、しかも気孔が連通する連通気孔１
８を備え、３０ＭＰａ以上の曲げ強度を有し、好ましく
は、側面部に空洞１９を有するセラミックセッター１７
で挟み込む。ここで用いられるセラミックセッター１７
は、ＳｉＣ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｏＳｉ_２ 、Ｔ
ｉＮ、ＺｒＢ_２ から選ばれた少なくとも１種類のセラ
ミック粒子、好ましくは、純度が９５％以上、粒径が１
００μｍ以上からなるセラミック粒子を９０重量％以上
を用いて、嵩密度を２．２〜２．８ｇ／ｃｍ^３ 程度に
してプレスや鋳込み等の方法で成形し、焼成して作製す
る。なお、セラミックセッター１７の連通気孔１８の気
孔径は、２０μｍ以上より大きい気孔のほうが、通気抵
抗を小さくできるので好ましい。また、セラミックセッ
ター１７の側面部に形成された空洞１９は、一側面部か
ら他の側面部に達する貫通する孔、又は途中で閉塞した
穴であってもよい。

【００１７】セラミックセッター１７に挟み込まれた積
層体１５及び拘束用セラミックグリーンシート１６は、
１又は複数段に重ねられ、バッチ炉形式の加圧式焼成炉
の内部に設けられた挟み込み装置を用いて、下部と上部
から挟み込み、加圧しながら約６００℃まで加熱して脱
バインダー処理をする。積層体１５及び拘束用セラミッ
クグリーンシート１６を加圧、加熱する際に、加圧式焼
成炉内に送り込まれる焼成用空気は、低温焼成セラミッ
クグリーンシート１１〜１４、拘束用セラミックグリー
ンシート１６、及び導体ペーストに含有する有機物を分
解する脱バインダー処理に消費されたり、発生した分解
ガスを排気するのに用いられる。この時、セラミックセ
ッター１７の連通気孔１８が、焼成用空気を供給させる
と同時に、発生した分解ガスを排出させるのに用いられ
る。また、空洞１９がある場合には、空洞１９が更に効
率よく焼成用空気を供給させると同時に、発生した分解
ガスを排出させるのに用いられる。

【００１８】積層体１５は、脱バインダー処理で発生し
た分解ガスの排気が行われた後、焼成処理を行う。積層
体１５は、この焼成処理の加熱の段階で、徐々に焼結が
開始され、所定の温度で所定の時間焼成することで焼結
を完了させ、低温焼成セラミック回路基板を作製する。
なお、低温焼成セラミック回路基板は、積層体１５を焼
結した後、有機物が除去されて粉体状となった拘束用セ
ラミックグリーンシート１６のセラミック粉を除去して
形成されている。

【００１９】なお、上記の焼成に用いられたセラミック
セッター１７は、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ未満である
と、低温焼成セラミック回路基板の面内に、温度差が大
きくなって均質な焼成ができなくなる。また、気孔率が
１０％未満で、しかも連通気孔１８を有していないと、
脱バインダー処理能力（脱バインダー性）を阻害して、
低温焼成セラミック回路基板の基板割れや変色を発生さ
せる。また、曲げ強度が３０ＭＰａ未満であると、繰り
返しの使用に耐えることができない。また、本実施の形
態では、低温焼成セラミック回路基板を４層の低温焼成
セラミックグリーンシート１１〜１４で形成したが、こ
の層数は限定されるものではなく、２層、３層又は５層
以上であってもよい。また、低温焼成セラミック回路基
板には、更に、酸化焼成雰囲気又は還元焼成雰囲気で焼
成を行う低融点金属を用いて、後付けの外層配線パター
ンを形成する場合がある。また、低温焼成セラミックグ
リーンシートの材料として、ＣａＯ−Ａｌ_２ Ｏ _３ −
ＳｉＯ_２ −Ｂ_２ Ｏ_３ 系ガラスとＡｌ_２ Ｏ_３ と
の混合物を用いる以外に、ＭｇＯ−Ａｌ_２ Ｏ_３ −Ｓ
ｉＯ_２ −Ｂ_２ Ｏ_３ 系ガラスとＡｌ_２ Ｏ_３ との混
合物、ＳｉＯ_２ −Ｂ_２ Ｏ_３ 系ガラスとＡｌ_２ Ｏ
_３ との混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ_２ −Ｂ_２ Ｏ_３ 系
ガラスとＡｌ_２ Ｏ_３ との混合物、コージェライト系
結晶化ガラス等のセラミック材料を用いてもよい。

【００２０】

【実施例】本発明者は、本発明に係る低温焼成セラミッ
ク回路基板の製造方法と、比較例の低温焼成セラミック
回路基板の製造方法について、セラミックセッターの気
孔率及び熱伝導率による脱バインダー性及び低温焼成セ
ラミック回路基板の品質の比較を行った。なお、セラミ
ックセッターの材料は純度９９％のＳｉＣを用い、嵩密
度を１．８０〜２．８９ｇ／ｃｍ^３ の間で成形した。
また、焼成は、６００℃までゆっくりと昇温し、６００
℃から９００℃まで２０分（１５℃／分）で昇温し９０
０℃で５分間保温した。結果を表１に示す。その結果、
気孔率１０％以上、熱伝導率５Ｗ／ｍＫ以上において、
基板割れや変色（カーボンの残留により発生）の発生の
ない良好な品質の低温焼成セラミック回路基板の作製が
確認できた。また、セラミックセッターの曲げ強度は、
３０ＭＰａ以上あれば繰り返しの使用に耐えられること
が確認できた。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】請求項１及び２記載の低温焼成セラミッ
ク回路基板の製造方法は、導体ペーストで電極パターン
を形成した少なくとも有機バインダー、可塑剤を含む低
温焼成セラミックからなるセラミックグリーンシートを
複数枚重ね合わせた積層体の両面に、低温焼成セラミッ
クの焼成温度では焼結しない拘束用セラミックグリーン
シートを積層する工程と、拘束用セラミックグリーンシ
ートの表面にＳｉＣ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｏＳｉ
_２ 、ＴｉＮ、ＺｒＢ_２ から選ばれた少なくとも１種
類のセラミック粒子からなり、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ
以上で、気孔率が１０％以上でしかも気孔が連通する連
通気孔を備え、曲げ強度が３０ＭＰａ以上有するセラミ
ックセッターを載置する工程と、セラミックセッターで
挟持した積層体及び拘束用セラミックグリーンシートを
加圧しながら加熱し、積層体及び拘束用セラミックグリ
ーンシートの脱バインダー処理を行う工程と、積層体及
び拘束用セラミックグリーンシートを加圧しながら、更
に加熱し積層体を焼成する工程を有するので、セラミッ
クセッターは適正な熱伝導率を有し、焼成時に時間的な
制限がなく焼成することができ、積層体に割れを発生す
ることなく、効率的に低温焼成セラミック回路基板を作
製できる。また、セラミックセッターは適正な気孔率を
有し、脱バインダー処理のための空気を送り込むのと同
時に発生した分解ガスを排出することができる。更に、
セラミックセッターは適正な曲げ強度を有し、繰り返し
使用しても曲がりや破損の発生は少ない。

【００２３】特に請求項２記載の低温焼成セラミック回
路基板の製造方法は、セラミックセッターには側面部に
空洞を備え、空洞を介して前記脱バインダー処理を行う
ので、更に効率的に脱バインダー処理のための空気を送
り込むのと同時に発生した分解ガスを排出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る低温焼成セラミッ
ク回路基板の製造方法の説明図である。

【符号の説明】

１１〜１４：セラミックグリーンシート、１５：積層
体、１６：拘束用セラミックグリーンシート、１７：セ
ラミックセッター、１８：連通気孔、１９：空洞

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E346 AA02 AA12 AA15 AA22 AA32 AA51 CC16 CC31 DD02 DD13 DD34 DD45 EE21 EE24 EE25 EE26 EE27 EE29 GG08 GG09 GG40 HH11 HH31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体ペーストで電極パターンを形成した
   少なくとも有機バインダー、可塑剤を含む低温焼成セラ
   ミックからなるセラミックグリーンシートを複数枚重ね
   合わせた積層体の両面に、前記低温焼成セラミックの焼
   成温度では焼結しない拘束用セラミックグリーンシート
   を積層する工程と、 前記拘束用セラミックグリーンシートの表面にＳｉＣ、
   ＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｏＳｉ_２ 、ＴｉＮ、ＺｒＢ
   _２ から選ばれた少なくとも１種類のセラミック粒子か
   らなり、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、気孔率が１０
   ％以上でしかも気孔が連通する連通気孔を備え、曲げ強
   度が３０ＭＰａ以上有するセラミックセッターを載置す
   る工程と、 前記セラミックセッターで挟持した前記積層体及び拘束
   用セラミックグリーンシートを加圧しながら加熱し、前
   記積層体及び拘束用セラミックグリーンシートの脱バイ
   ンダー処理を行う工程と、 前記積層体及び拘束用セラミックグリーンシートを加圧
   しながら更に加熱し、該積層体を焼成する工程を有する
   ことを特徴とする低温焼成セラミック回路基板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の低温焼成セラミック回路
   基板の製造方法において、前記セラミックセッターには
   側面部に空洞を備え、該空洞を介して前記脱バインダー
   処理を行うことを特徴とする低温焼成セラミック回路基
   板の製造方法。