JP2003133731A

JP2003133731A - ガラスセラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JP2003133731A
Application number: JP2001330080A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Fujii; 俊一藤井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラスセラミック・グリーンシートの焼結収
縮を確実に拘束して、寸法精度が高く、かつガラスセラ
ミック被覆層の絶縁性の劣化がない高信頼性のガラスセ
ラミック基板を得る。【解決手段】（ｉ）ガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体１を作製するとともに、その表面の導体パター
ン２表面に焼成後の厚みが0.015〜0.1ｍｍとなるように
ガラスセラミック被覆層３を形成し、（ii）積層体１の
両面にガラスと溶剤とを含む密着剤層を介在させて、難
焼結性無機材料とガラスとを含む拘束グリーンシートを
積層し、（iii）積層体１から有機成分を除去し、焼成
して、拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作
製し、（iv）基板から拘束シートを除去する工程からな
り、（ｖ）密着剤層のガラス含有量が、焼成時に拘束グ
リーンシートをガラスセラミック・グリーンシートと結
合させかつ焼成後に拘束シートとともにガラスセラミッ
ク基板から除去される量である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ＬＳＩ、チ
ップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層
ガラスセラミック基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ＬＳＩ、チップ部品等は小
型化、軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板
も小型化、軽量化が望まれている。このような要求に対
して、基板内に内部電極等を配した多層セラミック基板
は、要求される高密度配線が可能となり、かつ薄型化が
可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において
重要視されている。

【０００３】多層セラミック基板としては、アルミナ質
焼結体からなり、表面または内部にタングステン、モリ
ブデン等の高融点金属からなる配線層が形成された絶縁
基板が従来より広く用いられている。

【０００４】一方、近年の高度情報化時代を迎え、使用
される周波数帯域はますます高周波帯に移行しつつあ
る。このような高周波の信号の伝送を行なう高周波配線
基板においては、高周波信号を高速で伝送する上で、配
線層を形成する導体の抵抗が小さいことが要求され、絶
縁基板にもより低い誘電率が要求される。

【０００５】しかし、従来のタングステン、モリブデン
等の高融点金属は導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が
遅く、また30ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難
であることから、タングステン、モリブデン等の金属に
代えて銅、銀、金等の低抵抗金属を使用することが必要
である。ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低
いため、800〜1000℃程度の低温で焼成することが必要
であることから、該低抵抗金属からなる配線層は、高温
焼成が必要なアルミナと同時焼成することができなかっ
た。また、アルミナ基板は誘電率が高いため、高周波回
路基板には不適切である。

【０００６】このため、最近では、ガラスとセラミック
ス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガ
ラスセラミックスを絶縁基板として用いることが注目さ
れている。すなわち、ガラスセラミックスは誘電率が低
いため高周波用絶縁基板として好適であり、またガラス
セラミックスは800〜1000℃の低温で焼成することがで
きることから、銅、銀、金等の低抵抗金属を配線層とし
て使用できるという利点がある。

【０００７】多層ガラスセラミック基板は、ガラスとフ
ィラーとの混合物に有機バインダ、可塑剤、溶剤等を加
えてスラリーとし、ドクターブレード等によりガラスセ
ラミック・グリーンシートを成形した後、銅、銀、金等
の低抵抗金属の粉末を含有する導体ペーストを印刷する
などして前記グリーンシート上に導体パターンを形成
し、ついで複数枚のグリーンシートを積層して800〜100
0℃の温度で焼成して得られる。

【０００８】ところが、多層ガラスセラミック基板は、
焼成過程において焼結に伴う収縮を生じるという問題が
ある。このような収縮の程度は一様ではなく、使用する
基板用無機材料、グリーンシート組成、原料である粉体
粒度のバラツキ、導体パターン、内部電極材料等により
収縮率や収縮方向が異なってくる。このことは、多層ガ
ラスセラミック基板の作製において、いくつかの問題を
ひき起こす。

【０００９】先ず、内部電極印刷用のスクリーン版を作
製する際、基板の収縮率から逆算してスクリーン版の大
きさを決定しなければならないが、上記のように基板の
収縮率や収縮方向は一定でないため、スクリーン版は基
板の製造ロット毎に作り直さなければならず不経済であ
り現実的ではない。さらに、上記のようなグリーンシー
ト積層法によって作製される多層ガラスセラミック基板
では、グリーンシートの造膜方向によって積層面内の縦
方向と横方向の収縮率が異なるため、多層ガラスセラミ
ック基板の作製がより一層困難なものになる。

【００１０】これに対して、収縮誤差を許容するように
必要以上に大きい面積の電極を形成する場合には、高密
度な配線ができなくなる。

【００１１】これらの収縮変化を小さくするためには、
回路設計による基板の収縮率の傾向を調べたり、製造工
程において基板材料およびグリーンシート組成の管理、
粉体粒度のバラツキ、プレス圧や温度等の積層条件を充
分管理する必要がある。しかし、それでも一般に収縮率
の誤差として±0.5％程度はどうしても発生するといわ
れている。

【００１２】このことは多層ガラスセラミック基板にか
かわらずセラミックスやガラスセラミックス等の焼結を
伴うものに共通する課題である。このような課題を解決
するために、特開平４−243978号公報、特開平５−2886
7号公報、特開平５−102666号公報では、以下の（１）
〜（４）の工程を含む基板の製造方法が提案されてい
る。（１）ガラスセラミック成分とバインダ、可塑剤等の有
機成分とを含むガラスセラミック・グリーンシートに導
体パターンを形成したものを所望枚数積層し、（２）得
られたガラスセラミック・グリーンシートの積層体の両
面または片面に、前記ガラスセラミック成分の焼成温度
では焼結しない無機材料とバインダ、可塑剤等の有機成
分とを含む拘束グリーンシートを積層し、（３）これら
ガラスセラミック・グリーンシートの積層体と拘束グリ
ーンシートとの積層体を加熱して、まず有機成分を除去
し、ついで焼成して、それぞれガラスセラミック基板お
よび拘束シートとなし、（４）最後に、ガラスセラミッ
ク基板から拘束シートを除去する。

【００１３】この方法によれば、前記拘束グリーンシー
トがガラスセラミック・グリーンシートの焼成時の収縮
を拘束するため、積層体の厚さ方向のみに収縮が起こ
り、積層面の縦・横方向には収縮が起こらなくなり、ガ
ラスセラミック基板の寸法精度が向上すると考えられて
いる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法では、ガラ
スセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートと
の結合は、それらのグリーンシート内に含有されている
バインダ等の有機成分により行なわれる。しかし、
（３）の焼成工程において、バインダ、可塑剤等の有機
成分が分解し揮散した後は、拘束グリーンシート中の粉
体とガラスセラミック・グリーンシート中の粉体とが単
に密着して接触しているだけであり、それらのシート間
にはファンデルワールス力による弱い結合が働いている
だけである。

【００１５】このような弱い結合は、（３）の焼成工程
でガラスセラミック・グリーンシート積層体から拘束グ
リーンシートがそれらの熱膨張差等により不用意に剥離
するおそれがある。

【００１６】焼成途中で拘束グリーンシートが剥離する
と、ガラスセラミック・グリーンシートの焼結収縮を防
止できなくなる。また、拘束グリーンシートの剥離がた
とえ一部であっても、当該部分において収縮が起こるた
めガラスセラミック基板の変形が発生することになる。

【００１７】また、ガラスセラミック・グリーンシート
積層体と拘束グリーンシートとは結合力が小さいため、
焼成前のそれらの密着状態や、ガラスセラミック成分の
種類によるガラスセラミック・グリーンシート中のガラ
ス成分の拘束グリーンシート内への浸透性によってはそ
れらの結合力にムラが生じやすい。結合力にムラがある
と、ガラスセラミックスの焼結収縮を拘束する力にムラ
ができ、収縮ムラが起こり、ガラスセラミック基板の反
り、変形等が発生することになる。その結果、寸法精度
の高い基板が得られないという問題がある。

【００１８】さらに、ガラスセラミック基板の表面には
通常、半導体素子等を実装するためのパターンを形成す
るために、導体パターンの表面にガラスセラミック被覆
層が形成されて製造されることが多いが、このようなガ
ラスセラミック被覆層は、拘束シートを除去するとき
に、微小なクラックを生じたり、剥離したりすることが
ある。

【００１９】この原因は、従来のガラスセラミック被覆
層は焼成後の厚みが0.01ｍｍ程度であり、この厚みで
は、拘束シートを除去するときのサンドブラスト、ウエ
ットブラストなどの砥粒粒子がガラスセラミック被覆層
に衝突することで、ガラスセラミック被覆層とメタライ
ズもしくはガラスセラミック基板界面に衝撃力が伝わり
剥離しやすいためと考えられる。

【００２０】このようにガラスセラミック被覆層にクラ
ックが生じたり剥離が生じると、この基板上に抵抗体パ
ターン形成のために抵抗体ペーストをスクリーン印刷し
たり、あるいは部品実装用の半田ペーストを印刷したり
する際に、これらの印刷が困難になるという問題点があ
る。また、半導体素子などを実装して動作させたときの
発熱による熱ストレスにより、クラックが進行し絶縁性
が劣化して信頼性が低下するという問題点がある。

【００２１】本発明の目的は、ガラスセラミック・グリ
ーンシートの積層面内での焼結収縮を確実に拘束して、
さらに、ガラスセラミック被覆層の剥離やクラックの発
生を抑えることにより、寸法精度の高く高信頼性のガラ
スセラミック基板を得る方法を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、（Ｉ）拘束グリー
ンシートとガラスセラミック被覆層が形成されたガラス
セラミック・グリーンシートとの間にガラス成分を含有
させた密着剤層を介在させておくと、そのガラス成分が
焼成過程でガラスセラミック被覆層およびガラスセラミ
ック・グリーンシートと拘束グリーンシートとを結合す
る結合材として作用するため、それらの間の結合力が高
まり、拘束グリーンシートが剥離するのを防止できるこ
と、（II））密着剤層中のガラス成分の含有量は焼成後
に拘束シートとともにガラスセラミック被覆層およびガ
ラスセラミック基板から除去される量であること、その
結果、（III）拘束グリーンシートによりガラスセラミ
ック・グリーンシート積層体の収縮が確実に抑えられ、
ガラスセラミック被覆層が形成された寸法精度の高いガ
ラスセラミック基板を得ることができること、さらに
（IV）ガラスセラミック被覆層の焼成後の厚みを0.015
〜0.1ｍｍにすることによりガラスセラミック被覆層の
剥離やクラックの発生を抑制することができ、ガラスセ
ラミック被覆層が形成された寸法精度が高くかつ高信頼
性のガラスセラミック基板を得ることができるという新
たな事実を見出し、本発明を完成するに到った。

【００２３】すなわち、本発明のガラスセラミック基板
の製造方法は、（ｉ）有機バインダを含有し表面に導体
パターンが形成されたガラスセラミック・グリーンシー
トの複数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体を作製するとともに、該ガラスセラミック・グ
リーンシート積層体の表面の前記導体パターンの表面に
焼成後の厚みが0.015〜0.1ｍｍとなるようにガラスセラ
ミック被覆層を形成する工程と、（ii）前記ガラスセラ
ミック被覆層が形成されたガラスセラミック・グリーン
シート積層体の両面に、ガラスと溶剤とを含む密着材層
を介在させて、難焼結性無機材料と有機バインダとを含
む拘束グリーンシートを積層する工程と、（iii）前記
拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体との積層体から有機成分を除去し、ついで焼成
して、拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作
製する工程と、（iv）前記ガラスセラミック基板から拘
束シートを除去する工程とを含み、（ｖ）前記密着剤層
のガラス含有量が、前記焼成時に前記拘束グリーンシー
トを前記ガラスセラミック被覆層および前記ガラスセラ
ミック・グリーンシートと結合させかつ焼成後に前記拘
束シートとともに前記ガラスセラミック被覆層および前
記ガラスセラミック基板から除去される量であることを
特徴とするものである。

【００２４】ここで、「実質的に収縮させない」とは、
拘束グリーンシートの収縮が１％以下、好ましくは0.8
％以下、より好ましくは0.5％以下に抑制されているこ
とを意味する。また、前記「積層面内」とは、三次元座
標において厚さ方向をＺ方向としたときのＸ方向および
Ｙ方向によって規定される面内をいい、具体的にはシー
トの縦方向および横方向を意味する。

【００２５】本発明において、前記密着剤層中に含有さ
れるガラスの軟化点は、前記ガラスセラミック・グリー
ンシート積層体の焼成温度以下であるのがよい。これに
より、焼成工程で拘束グリーンシート中のガラスが軟化
し、結合力が高まる。

【００２６】また、前記密着剤層中に含有されるガラス
の軟化点は、前記有機成分の除去温度よりも高いのがよ
い。前記ガラスの軟化点が有機成分の除去温度よりも低
い場合には、分解・揮散した有機成分が通過するための
除去経路が軟化したガラスによって閉塞されてしまうお
それがある。

【００２７】前記密着剤層中のガラス含有量は、密着剤
層成分のうち５〜50重量％であるのがよい。通常はこの
範囲が積層時に前記ガラスセラミック被覆層およびガラ
スセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートの
密着性を損なわず、焼成時に前記ガラスセラミック被覆
層およびガラスセラミック・グリーンシートと結合しか
つ焼成後に拘束シートとともにガラスセラミック被覆層
およびガラスセラミック基板から除去される量となる。
５重量％より少ない場合は焼成時に結合剤として働くガ
ラス量が少ないために拘束シートとガラスセラミック被
覆層およびガラスセラミック・グリーンシートとの結合
が不十分となる。50重量％より多い場合はガラス量が多
いために積層時に拘束グリーンシートとガラスセラミッ
ク被覆層およびガラスセラミック・グリーンシートとが
密着する面積が小さくなり焼成前の密着性が悪くなるお
それがある。また、焼成後に拘束シートを除去する際に
はガラスセラミック被覆層およびガラスセラミック基板
上に強固なガラス層が形成されるために拘束シートの除
去が困難になる。なお、使用するガラスの種類等によっ
てガラス含有量は変化するが、５〜50重量％程度がよ
い。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明におけるガラスセラミック
・グリーンシートは、ガラス粉末、フィラー粉末（セラ
ミック粉末）、さらに有機バインダ、可塑剤、有機溶剤
等を混合したものが用いられる。

【００２９】ガラス成分としては、例えばＳｉＯ₂−Ｂ₂
Ｏ₃系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ
₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、
ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−
Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹およびＭ ²は同一または異なってＣ
ａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ₂−
Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹および
Ｍ²は前記と同じである）、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系
（但し、Ｍ³はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ₂−
Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系（但し、Ｍ³は前記と同じ
である）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられ
る。

【００３０】また、前記フィラーとしては、例えばＡｌ
₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との
複合酸化物、ＴｉＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複
合酸化物、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂から選ばれる少なく
とも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル、ムライ
ト、コージェライト）等が挙げられる。

【００３１】上記ガラスとフィラーの混合割合は重量比
で40：60〜99：１であるのが好ましい。

【００３２】ガラスセラミック・グリーンシートに配合
される有機バインダとしては、従来からセラミックグリ
ーンシートに使用されているものが使用可能であり、例
えばアクリル系（アクリル酸、メタクリル酸またはそれ
らのエステルの単独重合体または共重合体、具体的には
アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共
重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共
重合体等）、ポリビニルブチラ−ル系、ポリビニルアル
コール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカー
ボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合
体が挙げられる。

【００３３】ガラスセラミック・グリーンシートは、上
記ガラス粉末、フィラー粉末、有機バインダに必要に応
じて所定量の可塑剤、溶剤（有機溶剤、水等）を加えて
スラリーを得て、これをドクターブレード、圧延、カレ
ンダーロール、金型ブレス等により厚さ約50〜500μｍ
に成形することによって得られる。

【００３４】ガラスセラミック・グリーンシート表面に
導体パターンを形成するには、例えば導体材料粉末をペ
ースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法
等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属
箔を転写する等の方法が挙げられる。導体材料として
は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の１種また
は２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合、合金、
コーティング等のいずれの形態であってもよい。

【００３５】なお、表面の導体パターンには、上下の層
間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスル
ーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含ま
れる。これら貫通導体は、パンチング加工等によりガラ
スセラミック・グリーンシートに形成した貫通孔に、導
体材料粉末をペースト化したもの（導体ペースト）を印
刷により埋め込む等の手段によって形成される。

【００３６】ガラスセラミック・グリーンシートの積層
には、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱
圧着する方法、有機バインダ、可塑剤、溶剤等からなる
接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可
能である。

【００３７】次に、得られたガラスセラミック・グリー
ンシート積層体の表面には、半導体素子等を実装するた
めのパターンを形成するために、積層体表面の導体パタ
ーンの表面にその一部を露出させる約２〜５ｍｍ□の略
四角形の開口部を有するガラスセラミック被覆層が形成
される。

【００３８】このガラスセラミック被覆層は、焼成後の
厚みが0.015〜0.1ｍｍになるようにすることが、拘束シ
ートを除去するときのクラックの発生を抑制する点で好
ましい。焼成後の厚みが0.015ｍｍ未満では、ウォータ
ージェット、サンドブラスト、ウェットブラスト等によ
り拘束シートを除去する場合に、砥粒粒子の衝撃力が界
面まで伝播し、ガラスセラミック被覆層とメタライズ導
体パターンもしくはガラスセラミック基板との界面から
の剥離や部分的クラックが発生しやすくなる傾向があ
る。他方、焼成後の厚みが0.1ｍｍを超えると、スクリ
ーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷する際、コー
ティングペーストの乾燥時にガラスセラミック被覆層中
にボイドが取り込まれ、ウォータージェット、サンドブ
ラスト、ウェットブラスト等により拘束シートを除去す
る場合に、衝撃力により部分的クラックが発生しやすく
なる傾向がある。

【００３９】なお、ガラスセラミック被覆層は、その開
口部の形状として、コーナー部が非直角形状である略四
角形としておくことが、このガラスセラミック被覆層を
覆って積層されている拘束シートを除去するときの、開
口部を起点とするガラスセラミック被覆層における部分
的クラックの発生を抑制する点で好ましい。

【００４０】さらに、略四角形の開口部のコーナー部は
半径が0.02〜１ｍｍの弧状であることが、拘束シートを
除去するときのガラスセラミック被覆層の部分的クラッ
クの発生を抑制する点で好ましい。弧状のコーナー部の
半径が0.02ｍｍ未満では拘束シートを除去するときの圧
力がコーナー部に集中しやすくなる傾向があり、コーナ
ー部から発生する部分的クラックや剥離が発生しやすく
なる傾向がある。他方、弧状のコーナー部の半径が１ｍ
ｍを超えると、通常は約２〜５ｍｍ□の大きさに形成さ
れる開口部の形状が円形状に近くなり、四角形状の半導
体素子を実装搭載しにくくなりやすい傾向がある。

【００４１】ガラスセラミック・グリーンシート表面に
ガラスセラミック被覆層を形成するには、導体パターン
を形成したガラスセラミック・グリーンシート表面に、
例えばガラス粉末、アルミナ粉末等の原料粉末に適当な
有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加混合してペースト化
したもの（コーティングペースト）を、スクリーン印刷
法やグラビア印刷法等により印刷する等の方法が挙げら
れる。

【００４２】本発明における拘束グリーンシートは、難
焼結性無機材料からなる無機成分に有機バインダ、可塑
剤、溶剤等を加えたスラリーを成形して得られる。難焼
結性無機材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂から選
ばれる少なくとも１種が挙げられるが、これらに制限さ
れるものではない。

【００４３】拘束グリーンシートは、ガラスセラミック
・グリーンシートの作製と同様にして、難焼結性無機材
料と有機バインダ、可塑剤、溶剤等を用いて成形するこ
とによって得られる。有機バインダ、可塑剤および溶剤
としては、ガラスセラミック・グリーンシートで使用し
たのと同様な材料が使用可能である。ここで、可塑剤を
添加するのは、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、
積層時にガラスセラミック・グリーンシートとの密着性
を高めるためである。

【００４４】密着剤層形成用の密着剤は、ガラス粉末、
有機溶剤等を混合したものが用いられる。さらに、有機
バインダ成分を含有させて焼成前のグリーンシート間の
結合力を高めたり、塗布しやすい粘度に調整したりする
こともできる。また、分散剤等を添加して密着剤中のガ
ラスの分散性をよくすることもできる。

【００４５】密着剤中のガラスについても、特に制限さ
れるものではなく、前記したガラスセラミック・グリー
ンシートおよびガラスセラミック被覆層に配合されるガ
ラスと同様のものが使用可能である。また、密着剤中の
ガラスは、ガラスセラミック・グリーンシート中および
ガラスセラミック被覆層のガラスと同一組成のものであ
ってもよく、異なる組成のものであってもよい。

【００４６】密着剤中のガラスの軟化点は、ガラスセラ
ミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下で、かつ
グリーンシート中の有機成分の分解・揮散温度よりも高
いのが好ましい。具体的には、密着剤中のガラスの軟化
点は450〜1100℃程度であるのが好ましい。ガラスの軟
化点が450℃未満の場合には、ガラスセラミック・グリ
ーンシートからの有機成分の除去時に、軟化したガラス
が分解・揮散した有機成分の除去経路を塞ぐことになり
有機成分を完全に除去できないおそれがある。一方、ガ
ラスの軟化点が1100℃を超える場合には、通常のガラス
セラミック・グリーンシートの焼成条件では該グリーン
シートへの結合材として作用しなくなるおそれがある。

【００４７】密着剤中のガラスの粒径は10μｍ以下であ
ることが望ましい。これより大きいと、グリーンシート
積層時にガラス粒子がガラスセラミック・グリーンシー
ト上の導体パターンに食い込むことがあり、それにより
焼成後の導体の表面粗さが大きくなったり、導体中に欠
陥が発生したりするおそれがあるからである。なお、拘
束グリーンシートが導体パターンより軟らかく、ガラス
が拘束グリーンシートの方に食い込む場合はこのような
制限を受けるものではない。

【００４８】密着剤中の溶剤はガラスを均一に分散さ
せ、グリーンシート間の結合性を阻害しないものであれ
ば特に制限されるものではない。また、複数の溶剤を混
合して用いることもできる。グリーンシートに可撓性を
付与したり、グリーンシート表面を膨潤させたり、溶解
させたりしてグリーンシート間の結合力を高めるような
ものを用いるとよいが、具体的にはジエチレングリコー
ルモノブチルエーテルアセテート（ＢＣＡ）、フタル酸
ジ−ｎ−ブチル（dibutyl phthalate：ＤＢＰ）、フタ
ル酸ジ−２−エチルヘキシル（di-sec-octyl phthalat
e：ＤＯＰ）、テルピネオール、トルエン、酢酸ブチ
ル、酢酸エチル等が挙げられるが、グリーンシートによ
り適当な溶剤として異なるものを使用してもよい。

【００４９】ガラスセラミック・グリーンシートの両面
に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけで
ガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対し
て10％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束
グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。ま
た、有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック基
板からの拘束シートの除去を考慮すると、拘束グリーン
シートの厚さはガラスセラミック・グリーンシート積層
体の厚さの約200％以下であるのがよい。また、積層さ
れる拘束シートは１枚のものであってもよく、あるいは
所定の厚みになるように複数枚を積層したものであって
もよい。

【００５０】成形された拘束グリーンシートをガラスセ
ラミック被覆層が形成されたガラスセラミック・グリー
ンシート積層体の両面に積層するには、密着剤層をシー
ト間に形成して例えば圧着する方法を採用する。例え
ば、密着剤をスクリーン印刷で拘束グリーンシートに塗
布し、ガラスセラミック被覆層が形成されたガラスセラ
ミック・グリーンシート積層体に積層して熱圧着する方
法である。

【００５１】拘束グリーンシートを積層後、有機成分の
除去と焼成を行なう。有機成分の除去は100〜800℃の温
度範囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成
分を分解・揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミ
ック組成により異なるが、通常は約800〜1100℃の範囲
内である。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料に
Ｃｕを使用する場合には100〜700℃の水蒸気を含む窒素
雰囲気中で有機成分の除去を行ない、ついで窒素雰囲気
中で焼成を行なう。

【００５２】また、焼成時には、反りを防止するため
に、積層体の上面に重しを載せる等して荷重をかけても
よい。荷重は50Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重
が50Ｐａ未満である場合は、積層体の反り抑制作用が充
分でないおそれがある。また、荷重が１ＭＰａを超える
場合は、使用する重しが大きくなるため焼成炉に入らな
かったり、また焼成炉に入っても熱容量不足になり焼成
できないなどの問題をひき起こすおそれがある。重しと
しては、分解した有機成分の揮散を妨げないように、例
えば多孔質のセラミックスや金属等を使用するのが好ま
しい。積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非
多孔質の重しを置いてもよい。

【００５３】焼成後、拘束シートを除去する。除去方法
としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束
シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例え
ば超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、サンドブラ
スト、ウェットブラスト（砥粒と水とを空気圧により噴
射させる方法）等が挙げられる。

【００５４】得られた多層ガラスセラミック基板は、焼
成時の収縮が拘束グリーンシートによって厚さ方向だけ
に抑えられているので、その積層面内の収縮をおよそ0.
5％以下にも抑えることが可能となり、しかもガラスセ
ラミック被覆層の焼成後の厚みを0.015から0.10ｍｍと
しているので、拘束シートを除去するときの超音波ある
いは砥粒粒子による衝撃力をガラスセラミック被覆層が
吸収することができ、ガラスセラミック被覆層の剥離や
クラックの発生を抑制することができる。

【００５５】

【実施例】以下、実施例および比較例を挙げて本発明の
方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに
限定されるものではない。

【００５６】図１は、本発明の製造方法により得られる
ガラスセラミック・グリーンシート積層体の例を示す断
面図であり、１はガラスセラミック・グリーンシート積
層体、２はガラスセラミック・グリーンシート積層体１
の表面の導体パターン、３は導体パターン２の表面に形
成されたガラスセラミック被覆層、３ａはその開口部で
ある。＜実施例１＞ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ₂−
Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末60重量
％、ＣａＺｒＯ₃粉末20重量％、ＳｒＴｉＯ₃粉末17重量
％およびＡｌ₂Ｏ₃粉末３重量％を使用した。このガラス
セラミック成分100重量部に有機バインダとしてアクリ
ル樹脂12重量部、フタル酸系可塑剤６重量部および溶剤
としてトルエン30重量部を加え、ボールミル法により混
合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブ
レード法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリ
ーンシートを成形した。

【００５７】ついで、このグリーンシート上に銀−パラ
ジウムペーストを用いて導体パターン２をスクリーン印
刷にて形成した。導体ペーストとしては、Ａｇ：Ｐｄが
重量比で85：15である合金粉末（平均粒径1.0μｍ）100
重量部に対してＡｌ₂Ｏ₃粉末２重量部および前記ガラス
と同組成のガラス粉末２重量部、さらにビヒクル成分と
して所定量のエチルセルロース系樹脂、テルピネオール
を加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合
したものを用いた。

【００５８】次に、ガラスセラミック被覆層３を、導体
パターン２の表面に、焼成後の厚みが0.030ｍｍとなる
ように焼成過程において焼結に伴う収縮率を考慮した厚
みで、また導体パターン２の一部を露出させる、コーナ
ー部の半径が0.5ｍｍの弧状である３ｍｍ□の開口部３
ａを設けて、ガラスセラミックペーストを用いてスクリ
ーン印刷にて形成した。

【００５９】ガラスセラミックペーストとしては、ガラ
スセラミック成分として、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ
−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末60重量％、ＣａＺｒＯ₃
粉末20重量％、ＳｒＴｉＯ₃粉末17重量％およびＡｌ₂Ｏ
₃粉末３重量％を使用した。このガラスセラミック粉末1
00重量部に有機バインダとしてアクリル樹脂12重量部、
フタル酸系可塑剤２重量部および溶剤としてテルピネオ
ールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように
混合したものを用いた。

【００６０】一方、無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末を用い
て、ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてス
ラリーを作製し、ついで成形して厚さ250μｍの拘束グ
リーンシートを得た。

【００６１】密着剤は、軟化点720℃のＳｉＯ₂−Ａｌ₂
Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末２５重量％
とＤＢＰ39重量％、ＢＣＡ31.2重量％、アクリル系バイ
ンダ4.8重量％を混合したものを用いた。

【００６２】表面に導体パターン２とガラスセラミック
被覆層３を形成した表層用ガラスセラミック・グリーン
シートと、内層用ガラスセラミック・グリーンシートの
所定枚数を積み重ねてガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体１を得て、さらにその両面に密着剤を塗布した
拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃、圧力20Ｍ
Ｐａで圧着して積層体を得た。

【００６３】得られた積層体をアルミナセッターに載置
し、さらに積層体の上に重しとして空孔率75％のポーラ
スセラミック板を載置することにより積層体に平均的に
100Ｐａの荷重がかかるようにして、大気中500℃で２時
間加熱して有機成分を除去した後、900℃で１時間焼成
した。焼成後は、ガラスセラミック基板の両面に拘束シ
ートが付着していた。この状態では、軽く叩いても拘束
シートが剥がれることはなかった。

【００６４】ガラスセラミック基板の表面に付着した拘
束シートを、球状Ａｌ₂Ｏ₃微粉末と水との混合物を高圧
の空気圧で投射するウェットブラスト法により除去し
た。拘束シートを除去した後のガラスセラミック基板の
表面は、表面粗さＲａが１μｍ以下の平滑な面となり、
導体の半田濡れ性も問題なかった。また、ガラスセラミ
ック被覆層３に剥離やクラックは発生していなかった。

【００６５】また、得られたガラスセラミック基板の積
層面内での収縮は0.5％以下であり、基板に反りや変形
も認められなかった。＜実施例２および３＞軟化点が600℃および700℃のガラ
スをそれぞれ用いて密着剤を作製した以外は実施例１と
同様にしてガラスセラミック基板を得た。＜比較例１＞ガラスを含有しない密着剤を作製した以外
は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。＜比較例２＞軟化点が920℃のガラスを用いて密着剤を
作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック
基板を得た。＜比較例３＞軟化点が400℃のガラスを用いて密着剤を
作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック
基板を得た。

【００６６】その結果、実施例２および３で得たガラス
セラミック基板は、実施例１と同様に積層面内での収縮
が0.5％以下（すなわち、収縮率99.5％以上）であり、
基板に反りや変形は認められなかった。また、ガラスセ
ラミック被覆層３に剥離やクラックは発生していなかっ
た。

【００６７】これに対して、比較例１および２で得たガ
ラスセラミック基板は、使用した密着剤がガラスを含ま
ないか、あるいは焼成温度よりも高い軟化点を有するガ
ラスを含んでいるために、いずれも焼成後のガラスセラ
ミック基板から拘束グリーンシートが簡単に剥がれてし
まった。また、ガラスセラミック・グリーンシートと拘
束グリーンシートとの間の結合力が弱いため、ガラスセ
ラミック基板の積層面内での収縮率は85％程度になる
か、基板の一部のみが拘束シートに結合されているため
にガラスセラミック基板は大きく変形した。

【００６８】一方、比較例３では、密着剤に含まれるガ
ラスの軟化点が低いため、有機成分が完全に除去され
ず、このためガラスセラミック基板の積層面内での収縮
は0.5％以下と良好であったが、ガラスセラミック基板
の色調が灰色になった。＜実施例４〜７＞ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ
₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス粉末70重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃粉末30重量％を使用した。このガラスセラミッ
ク成分100重量部に有機バインダとしてアクリル樹脂9.0
重量部、フタル酸系可塑剤4.5重量部および溶剤として
トルエン30重量部を加え、ボールミル法により混合しス
ラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード
法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリーンシ
ートを成形した。

【００６９】ついで、このグリーンシート上に実施例１
と同じ銀−パラジウムペーストを用いて導体パターン２
をスクリーン印刷にて形成した。

【００７０】次に、実施例１と同じガラスセラミックペ
ーストを用いて、同じ厚みでガラスセラミック被覆層３
をスクリーン印刷にて形成した。

【００７１】一方、密着剤は軟化点720℃のＳｉＯ₂−Ｍ
ｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス粉末とＤＢＰ、ＢＣ
Ａ、アクリル系バインダをそれぞれ表１に示す割合で混
合したものを用いて作製した。

【００７２】表面に導体パターン２とガラスセラミック
被覆層３を形成した表層用ガラスセラミック・グリーン
シートと、内層用ガラスセラミック・グリーンシートの
所定枚数を積み重ねてガラスセラミック・グリーンシー
ト積層体１を得て、さらにその両面に、積層体との被着
面にスクリーン印刷により塗布して密着剤層を形成した
拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃、圧力20Ｍ
Ｐａで圧着して積層体を得た。この積層体は、サイズが
150ｍｍ×120ｍｍの長方形であった。

【００７３】得られた積層体をアルミナセッターに載置
し、さらに積層体の上に空孔率50％のポーラスセラミッ
ク板を載置することにより積層体に平均的に50Ｐａの荷
重がかかるようにして、大気中500℃で２時間加熱して
有機成分を除去した後、850℃で１時間焼成した。つい
で、ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シート
を除去した。得られたガラスセラミック基板の表面は、
表面粗さＲａが１μｍ以下の平滑な面となり、導体の半
田濡れ性も問題なかった。そして、拘束シートを除去す
るときに、ガラスセラミック被覆層３の剥離やクラック
の発生はなかった。

【００７４】また、得られたガラスセラミック基板の積
層面内での収縮率を表１に併せて示す。なお、ガラスセ
ラミック基板に反りや変形は認められなかった。

【００７５】

【表１】

【００７６】表１から、実施例４〜７の各密着剤を使用
して得られたガラスセラミック基板は、焼成時の収縮お
よび反りが抑制され、高い寸法精度を有していることが
わかる。なお、表１に示す結果中、反りはレーザ光学式
非接触３次元形状測定装置を用いて反り高さを測定した
ものである。＜比較例４＞ガラスセラミック被覆層３の焼成後の厚み
が0.01ｍｍとなるようにした以外は、実施例１と同様に
作製した結果、ウォータージェット、サンドブラスト、
ウェットブラスト等により拘束シートを除去する場合
に、衝撃力が界面まで伝播しガラスセラミック被覆層３
と導体パターン２もしくはガラスセラミック基板との界
面での剥離や部分的クラックが発生した。＜比較例５＞ガラスセラミック被覆層３の焼成後の厚み
が0.20ｍｍとなるようにした以外は、実施例１と同様に
作製した結果、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等に
より印刷した際、ガラスセラミックペーストの乾燥時に
ガラスセラミック被覆層３中にボイドが取り込まれ、ウ
ォータージェット、サンドブラスト、ウェットブラスト
等により拘束シートを除去する場合に、衝撃力によりガ
ラスセラミック被覆層３に部分的クラックが発生した。＜実施例８＞導体ペーストにＡｇＰｄ合金粉末の代わり
にＣｕ粉末を用いて、100〜700℃の水蒸気を含む窒素雰
囲気中で有機成分の除去を行ない、ついで窒素雰囲気中
で焼成を行なった以外は実施例４と同様にしてガラスセ
ラミック基板を得た。実施例４と同様に積層面内での収
縮が0.5％以下（すなわち、収縮率99.5％以上）であ
り、基板に反りや変形は認められなかった。また、拘束
シートを除去するときに、ガラスセラミック被覆層３の
剥離やクラックの発生はなかった。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、ガラスセラミック被覆
層が形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層
体の両面に、ガラスと溶剤とを含む密着剤層を介在させ
て、難焼結性無機材料と有機バインダとを含み、焼成時
に実質的に収縮しない拘束グリーンシートを積層して焼
成するので、ガラスセラミック・グリーンシート基板の
積層面内の収縮を確実に抑えることができ、しかも、ガ
ラスセラミック・グリーンシート積層体の表面の導体パ
ターンを覆って形成されたガラスセラミック被覆層を焼
成後の厚みが0.015〜0.1ｍｍとなるようにしているの
で、ガラスセラミック被覆層の剥離やクラックの発生を
抑制することができ、反りや変形がない寸法精度の高
い、かつガラスセラミック被覆層の絶縁性の劣化がない
高信頼性のガラスセラミック基板が得られるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガラスセラミック基板の製造方法によ
り得られるガラスセラミック・グリーンシート積層体の
一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・ガラスセラミック・グリーンシート積層体２・・・導体パターン３・・・ガラスセラミック被覆層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機バインダを含有し表面に導体パターン
が形成されたガラスセラミック・グリーンシートの複数
枚を積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体
を作製するとともに、該ガラスセラミック・グリーンシ
ート積層体の表面の前記導体パターンの表面に焼成後の
厚みが０．０１５〜０．１ｍｍとなるようにガラスセラ
ミック被覆層を形成する工程と、前記ガラスセラミック被覆層が形成されたガラスセラミ
ック・グリーンシート積層体の両面に、ガラスと溶剤と
を含む密着剤層を介在させて、難焼結性無機材料と有機
バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程
と、前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーン
シート積層体との積層体から有機成分を除去し、ついで
焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を
作製する工程と、前記ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工
程とを含み、前記密着剤層のガラス含有量が、前記焼成時に前記拘束
グリーンシートを前記ガラスセラミック被覆層および前
記ガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ焼
成後に前記拘束シートとともに前記ガラスセラミック被
覆層および前記ガラスセラミック基板から除去される量
であることを特徴とするガラスセラミック基板の製造方
法。
【請求項２】前記密着剤層中に含有されるガラスの軟化
点が、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の
焼成温度以下であ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。
【請求項３】前記密着剤層中に含有されるガラスの軟化
点が、前記有機成分の揮発温度よりも高い請求項１また
は請求項２記載のガラスセラミック基板の製造方法。
【請求項４】前記密着剤層中のガラス含有量が、前記密
着剤層成分のうち５〜５０重量％である請求項１記載の
ガラスセラミック基板の製造方法。
【請求項５】前記拘束グリーンシートの厚さが片面で前
記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対
して１０％以上である請求項１記載のガラスセラミック
基板の製造方法。