JP2004319706A - 導体ペースト並びに多層基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビア導体と焼結体との間の隙間、及びビア導体の周縁における焼結体のクラックが抑制される導体ペースト、並びに多層基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の導体ペースト（Ａｇ粉末並びにＰｄ粉末及び／又はＰｔ粉末を含有し、更にガラス等の絶縁性成分が含有されていてもよい。）は、低温焼成用セラミックグリーンシート（アルミナ粉末、バインダ等を含有する。）に設けられたビアホールに充填して用いられ、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％である。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の導体ペースト（Ａｇ粉末並びにＰｄ粉末及び／又はＰｔ粉末を含有し、更にガラス等の絶縁性成分が含有されていてもよい。）は、低温焼成用セラミックグリーンシート（アルミナ粉末、バインダ等を含有する。）に設けられたビアホールに充填して用いられ、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体ペースト並びに多層基板及びその製造方法に関する。更に詳しくは、低温焼成用セラミックグリーンシート（以下、「セラミックグリーンシート」ということもある。）に設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストであって、焼成により形成される導電体（以下、「ビア導体」という。）と焼結体との間に隙間が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じること、が抑制される導体ペースト、並びに特定の構成の基板用未焼成セラミックシートを積層し、焼成してなる多層基板、及び収縮抑制用未焼成セラミックシートを用いる多層基板の製造方法に関する。
本発明は、衛星通信、衛星放送等の移動体通信分野などにおいて利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に移動体通信分野などで使用される多層配線基板等に好適な材料として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの抵抗の低い導体と同時焼成が可能な、所謂、低温焼成材料が用いられている。また、移動体通信分野等の用途では、個々の部品が小型化しており、一方、これら個々の部品を一体化したモジュール部品の開発も進んでいる。そして、このモジュール部品に使用されるモジュール用基板として上記の低温焼成基板が多く用いられている。
【０００３】
このモジュール用基板は、その表面に個々の部品がはんだ実装され、最終的なモジュールとして完成される。更に、このはんだ実装工程では、はんだペーストの印刷及びチップの部品実装が行われるが、これらの工程は、通常、個々のモジュール用基板においてなされるのではなく、多数のモジュール用基板が配列された寸法の大きい基板において行われる。この基板の大きさは、従来は１００ｍｍ２程度であったが、実装工程での工数削減のため、近年では２００ｍｍ２程度とより大きいものを用いる傾向にある。そのため、これらの実装工程での位置合わせ精度の観点から、個々のモジュール用基板の配列の寸法精度に対する要求はより厳しくなっている。
【０００４】
この高い寸法精度を達成するための有効な方法として無収縮焼成法が挙げられる。この無収縮焼成法では、実質的に平面方向の収縮をともなわないため、焼成時における寸法のばらつきを極めて小さくすることができるという利点がある。また、無収縮焼成法では通常の焼成法とは異なった技術も必要であり、特に、焼成後、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じないように焼成するため、導体ペーストの組成等を含め多くの検討がなされており、種々の方法が提案されている。例えば、Ａｇを主成分とし、Ｗ又はＳｂ２Ｏ３及びＰｄを配合した導体ペーストを使用したもの（例えば、特許文献１参照。）、及びＡｇとＰｄとを含有する導体ペースト等を用いたもの（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−６９６５１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８５７３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によれば、導体ペーストに高融点金属等を配合することにより、ビア導体と焼結体との間の隙間を解消することができると記載されている。しかし、高融点金属等が導体ペーストの焼成収縮開始温度及び焼成収縮率に及ぼす影響については何ら具体的に言及されておらず、高融点金属等の作用、効果は必ずしも明らかではない。
【０００７】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、セラミックグリーンシートと、導体ペーストとの焼成収縮開始温度及び／又は焼成収縮率の差を特定の範囲とすることにより、焼成後、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じること、が抑制される導体ペースト、並びに特定の構成の基板用未焼成セラミックシートを積層し、焼成してなる多層基板、及び収縮抑制用未焼成セラミックシートを用いる多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のとおりである。
１．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストであって、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、該導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であることを特徴とする導体ペースト。
２．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストにおいて、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、該導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であることを特徴とする導体ペースト。
３．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストにおいて、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、該導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、該導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であることを特徴とする導体ペースト。
４．導電性成分としてＡｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方を含有し、該Ａｇ粉末と該Ｐｄ粉末及び該Ｐｔ粉末のうちの少なくとも一方との合計を１００質量％とした場合に、該Ｐｄ粉末及び該Ｐｔ粉末のうちの少なくとも一方が０．５〜５質量％である上記１．乃至３．のうちのいずれかに記載の導体ペースト。
５．更に絶縁性成分を含有し、上記導電性成分と該絶縁性成分との合計を１００質量％とした場合に、該絶縁性成分は１〜５質量％である上記４．に記載の導体ペースト。
６．上記絶縁性成分がガラスを含有し、上記低温焼成用セラミックグリーンシートにガラスが含有される場合に、該絶縁性成分に含有されるガラスのガラス転移温度と、該低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるガラスのガラス転移温度との差が１００℃以下である上記５．に記載の導体ペースト。
７．低温焼成用セラミックグリーンシート、該低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている上記１．乃至６．のうちのいずれかに記載の導体ペースト、及び該低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える基板用未焼成セラミックシートが積層され、焼成されてなることを特徴とする多層基板。
８．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに上記１．乃至６．のうちのいずれかに記載の導体ペーストを充填し、且つ該低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に配線パターンを形成して基板用未焼成セラミックシートを作製し、その後、複数の該基板用未焼成セラミックシートを積層して積層体を形成し、次いで、該積層体の両面に、該積層体の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合し、その後、焼成し、次いで、該収縮抑制用未焼成セラミックシートを剥離することを特徴とする多層基板の製造方法。
【０００９】
【発明の効果】
導体ペーストの焼成収縮開始温度Ｔｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔｖとが、Ｔｃ−１５０℃≦Ｔｖ≦Ｔｃの関係にある本発明の導体ペースト、導体ペーストの焼成収縮率Ｓｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮率Ｓｖとが、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％の関係にある本発明の他の導体ペースト、及び導体ペーストの焼成収縮開始温度Ｔｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔｖとが、Ｔｃ−１５０℃≦Ｔｖ≦Ｔｃの関係にあり、且つ導体ペーストの焼成収縮率Ｓｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮率Ｓｖとが、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％の関係にある本発明の更に他の導体ペーストでは、焼成後、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じることが十分に防止される。
また、導体ペーストが、導電性粉末として特定量のＰｄ粉末及び／又はＰｔ粉末を含有する場合は、隙間の発生がより確実に防止される。
更に、導体ペーストが、更に特定量の絶縁性成分を含有する場合は、絶縁体との密着性がより向上し、ビア導体と焼結体との間の隙間の発生がより確実に防止される。
また、絶縁性成分がガラスを含有し、セラミックグリーンシートにガラスが含有され、これらのガラスのガラス転移温度の差が１００℃以下である場合は、ビア導体と焼結体との間の隙間の発生が十分に抑えられる。
本発明の多層基板では、はんだ実装工程及びチップ部品実装工程等における位置合わせ精度が高く、層間における導通不良などの問題の発生が十分に防止される。
本発明の多層基板の製造方法によれば、はんだ実装工程及びチップ部品実装工程等における位置合わせ精度が高く、層間における導通不良などの問題の発生が十分に防止された多層基板を容易に得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
［１］焼成収縮開始温度及び焼成収縮率
低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１００℃、特に０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦５０℃であることが好ましい。Ｔｃ−Ｔｖが０℃未満であると、セラミックグリーンシートの収縮が開始されても導体ペーストが収縮しないため、焼成後、ビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じる。一方、Ｔｃ−Ｔｖが１５０℃を越えると、導体ペーストの収縮が開始されてもセラミックグリーンシートが収縮しないため、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じる。
【００１１】
また、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であり、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦５％であることが好ましい。セラミックグリーンシートの焼成収縮率が、導体ペーストの焼成収縮率より１０％を越えて大きい場合は、焼成後、ビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じる。一方、導体ペーストの焼成収縮率が、セラミックグリーンシートの焼成収縮率より１０％を越えて大きい場合は、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じる。
【００１２】
更に、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％である導体ペーストとすることができる。また、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦５０℃であり、且つ｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦５％であることが好ましい。０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であれば、ビア導体と基板との間に空隙が生じること、及びビア導体の周縁において基板にクラックが生じること、をより確実に防止、又は少なくとも抑えることができる。
【００１３】
尚、セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度は、図３のように、熱歪測定装置（ＴＭＡ）により焼成収縮開始温度に対する焼成収縮率を測定したチャートにおいて、ベースライン及び収縮開始後の曲線のそれぞれに対する接線の交点の温度の読みとして求めることができる。また、セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮率は、図３のように、熱歪測定装置（ＴＭＡ）により焼成収縮開始温度に対する焼成収縮率を測定したチャートにおいて、ベースラインにおける収縮率を０とし、収縮し終わって安定した時点での収縮率の読みとして求めることができる。
【００１４】
［２］基板用未焼成セラミックシート
基板用未焼成セラミックシートは、低温焼成用セラミックグリーンシート、この低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている導体ペースト、及び低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える。この低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストは、焼成収縮開始温度及び焼成収縮率が上記の特定の範囲内となるものであればよく、特に限定されないが、以下のような低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストを用いることができる。
【００１５】
（１）低温焼成用セラミックグリーンシート
上記「低温焼成用セラミックグリーンシート」の所定位置にはビアホールが設けられ、このビアホールに後記の導体ペーストが充填される。
低温焼成用セラミックグリーンシートは、通常、セラミック成分、バインダ、可塑剤、有機溶媒等を含有し、低温焼成をより容易にするため更にガラス成分が配合されることが多い。この低温焼成用セラミックグリーンシートは、セラミック成分、バインダ、可塑剤、ガラス成分及び有機溶媒等を混合した後、シート状に成形し、乾燥して有機溶媒を除去することにより作製することができる。セラミック成分は特に限定されず、アルミナ、シリカ、ムライト等が挙げられる。また、多層基板に用いる場合は、優れた絶縁性及び強度等を有するアルミナが特に好ましい。セラミック成分の原料としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ等の所定の元素の酸化物、炭酸塩、水酸化物等の粉末、更には所定の元素を含む有機金属化合物等の液状物などが挙げられる。
【００１６】
ガラス成分も特に限定されず、Ｓｉ、Ａｌ並びにＮａ及びＫ等のアルカリ金属元素などを含有するガラスが挙げられる。このガラスにはＭｇ及びＣａ等のアルカリ土類金属元素が含まれていてもよい。更に、Ｂを含むガラス、Ｐｂを含むガラス等であってもよい。ガラスとしては、特に、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌを含有するホウケイ酸ガラスが好ましい。
ガラス成分を含有させる場合、セラミック成分とガラス成分との質量比は特に限定されないが、これらの合計を１００質量％としたときに、セラミック成分が３０〜８０質量％、特に４０〜６０質量％であることが好ましい。
【００１７】
バインダ、可塑剤、有機溶媒としては、この種の低温焼成用セラミックグリーンシートにおいて一般に使用されるものを特に限定されることなく用いることができる。バインダとしては、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられ、特にアクリル樹脂が好ましい。また、可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジブチルアジペート等が挙げられる。更に、有機溶媒としては、トルエン、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール等が挙げられ、トルエン、メチルエチルケトン等が用いられることが多い。バインダ、可塑剤、有機溶媒はそれぞれ１種のみを使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
（２）導体ペースト
導体ペーストとしては、導電性成分としてＡｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方を含有するものを用いることができる。導体ペーストが上記「Ａｇ粉末」を含有することにより、焼成後、抵抗の低いビア導体を形成することができる。また、上記「Ｐｄ粉末」及び上記「Ｐｔ粉末」のうちの少なくとも一方を含有することにより、導体ペーストの焼成収縮開始温度が高くなり、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度との差が過大とならず、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じることが抑えられる。尚、Ｐｄ粉末とＰｔ粉末のいずれか一方が含有される場合は、導体ペーストの焼成収縮開始温度がより高くなるＰｄ粉末が特に好ましい。
【００１９】
Ａｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方との合計を１００質量％とした場合に、Ｐｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方は、０．５〜５質量％であり、０．８〜４質量％、特に１〜３質量％であることが好ましい。Ｐｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方が０．５質量％未満であると、導体ペーストの焼成収縮開始温度がそれほど高くならず、これにより焼成収縮開始温度の差（Ｔｃ−Ｔｖ）が大きくなることがある。一方、５質量％を越えると、Ａｇ等の抵抗の低い配線導体との接続の信頼性が低下する傾向にある。
【００２０】
導体ペーストには、更に絶縁性成分が含有されていてもよい。この絶縁性成分は特に限定されず、低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるセラミック成分、ガラス成分等が挙げられる。絶縁性成分を含有させることにより、導体ペーストの焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を調整することができ、低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率の差を小さくすることができる。従って、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じることが抑えられる。
【００２１】
絶縁性成分の含有量は特に限定されず、導電性成分と絶縁性成分との合計を１００質量％とした場合に、１〜５質量％であることが好ましく、１〜３質量％であることがより好ましい。絶縁性成分の含有量が１質量％未満であると、低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を十分に調整することができないことがある。また、低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるガラスが導体ペーストに移行し、収縮挙動が安定しない傾向にある。一方、５質量％を越えると、焼成時、導体ペーストの収縮率が、低温焼成用セラミックグリーンシートの収縮率より大きくなり過ぎる場合がある。
【００２２】
この絶縁性成分としては、低温焼成用セラミックグリーンシートと導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率をより容易に調整することができるガラスが好ましい。このガラスは特に限定されないが、ホウケイ酸ガラスが好ましい。更に、このガラスは、低温焼成用セラミックグリーンシートにガラスが含有される場合は、このガラスと類似の組成のものが好ましい。また、これらのガラスのガラス転移点の差が１００℃以下、特に３０℃以下であるものがより好ましい。このようなガラスを含有させれば、低温焼成用セラミックグリーンシートと導体ペーストとの密着性が向上し、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じることをより抑えることができる。
【００２３】
導体ペーストには、更にバインダ及び有機溶剤等が含有されていてもよい。
バインダは特に限定されず、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース類、アクリル樹脂及びブチラール樹脂などが挙げられる。これらのバインダは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
このバインダの含有量は特に限定されず、導電性成分とバインダとの合計を１００質量％とした場合に、１０〜３０質量％、好ましくは５〜２０質量％とすることができる。また、更に絶縁性成分を含有する場合、バインダの含有量は、導電性成分、バインタ及び絶縁性成分の合計を１００質量％した場合に、１０〜３０質量％、好ましくは５〜２０質量％とすることができる。
【００２４】
更に、有機溶剤も特に限定されず、ブチルカルビトール、タ−ピネオール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族溶剤などが挙げられる。これらの有機溶剤は１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
この有機溶剤の含有量は特に限定されず、導電性成分とバインダとの合計を１００質量％した場合に、５〜４０質量％、好ましくは５〜２５質量％とすることができる。また、更に絶縁性成分を含有する場合、有機溶剤の含有量は、導電性成分、バインタ及び絶縁性成分の合計を１００質量％した場合に、５〜４０質量％、好ましくは５〜２５質量％とすることができる。
【００２５】
［３］多層基板及びその製造方法
上記「多層基板」は、低温焼成用セラミックグリーンシート、この低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている導体ペースト、及び低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える基板用未焼成セラミックシートが積層され、焼成されてなるものである。積層数は２層以上であればよく、２〜２０層、特に２〜１０層であることが多い。また、この積層体にはビアホールを有さない低温焼成用セラミックグリーンシートが積層されていてもよい。
焼成温度は、８５０〜１０００℃、好ましくは８５０〜９５０℃、特に好ましくは９００〜９５０℃とすることができる。この範囲の焼成温度であれば、Ａｇ等の抵抗の低い導体と容易に同時焼成することができる。更に、焼成時間は特に限定されず、１０〜６０時間、好ましくは１０〜３０時間とすることができる。
尚、焼成前に、導体ペーストに含有される有機溶剤を除去するため乾燥してもよく、乾燥しなくてもよい。また、特に沸点の低い有機溶剤の場合は、その少なくとも一部が自然乾燥により除去されることもある。
【００２６】
この多層基板は、積層体の焼成時にその両面に平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合し、その後、焼成し、次いで、焼結体から収縮抑制用未焼成セラミックシートを剥離することにより製造することができる。また、通常、所定温度で脱脂した後、焼成されるが、この脱脂の後は降温させずにそのまま焼成温度にまで昇温させ、焼成することが好ましい。このように脱脂と焼成とを連続的に行うことにより、脱脂後に降温させた場合、特に室温（２０〜３５℃）付近にまで降温させた場合の、導体用ペーストと低温焼成用セラミックグリーンシート間の熱膨張の差によって隙間が生じるという問題を解消することができる。
【００２７】
収縮抑制用未焼成セラミックシートは、積層体が焼結する温度では焼結しないセラミックからなり、そのようなセラミックとしては、アルミナ等の焼結温度が高いセラミックが挙げられる。また、セラミックグリーンシートと収縮抑制用未焼成セラミックシートの各々に含有されるセラミック成分は、同種類、例えば、いずれもアルミナ等であってもよい。この場合、原料として用いるセラミック粉末の粒径を変えたり、焼結助剤の種類、配合量等を変化させることにより、それぞれの焼結温度を調整することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（１）低温焼成用セラミックグリーンシートの作製
アルミナポットに、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸ガラス粉末（平均粒径３．４μｍ、比表面積２．０ｍ２／ｇ）とアルミナ粉末（平均粒径３μｍ、比表面積１ｍ２／ｇ）を質量比で５０：５０、総量で１ｋｇとなるように秤量して投入した。その後、１２０ｇのアクリル樹脂並びに適度な粘度のスラリー及び十分な強度のセラミックグリーンシートとなるような適量の可塑剤（フタル酸ジブチル）と有機溶剤（メチルエチルケトン）とをポットに投入し、５時間混合してセラミックスラリーを調製した。次いで、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ０．１５ｍｍのシートを形成し、その後、乾燥して実質的に有機溶剤の全量を除去し、低温焼成用セラミックグリーンシートを作製した。
【００２９】
（２）導体ペーストの作製
適量のバインダ（アクリル樹脂）及び有機溶剤（メチルエチルケトン）を混合機に投入し、１０時間混合して有機ビヒクルを調製し、その後、更にＡｇ粉末及びＰｔ粉末又はＰｄ粉末からなる導電性粉末並びにガラス粉末を、それぞれの含有量が表１の実験例１〜９の値となるように投入し、１時間混合した。次いで、得られた混合物を３本ロールにより混練し、導体ペーストを調製した。尚、表１のＰｔ粉末又はＰｄ粉末の含有量はＡｇ粉末、Ｐｔ粉末又はＰｄ粉末の合計を１００質量％とした場合の値であり、残部はＡｇ粉末である。また、ガラス粉末としては（１）で用いたものを使用し、その含有量は、導電性粉末及びガラス粉末の合計を１００質量％とした場合の値である。更に、有機ビヒクルと、Ａｇ粉末及びＰｔ粉末又はＰｄ粉末からなる導電性粉末並びにガラス粉末との合計を１００質量％とした場合に、有機ビヒクルは１２質量％とした。
【００３０】
【表１】
【００３１】
（３）収縮抑制用未焼成セラミックシートの作製
アルミナ粉末（平均粒径５μｍ、比表面積０．６ｍ２／ｇ）を用いた他は、（１）の低温焼成用セラミックグリーンシートの作製と同様にして厚さ０．２５ｍｍの収縮抑制用未焼成セラミックシートを作製した。尚、このシートは、用いたアルミナ粉末が低温焼成用セラミックグリーンシートの場合に比べて粗粒であるため、多層基板を製造する際の焼成温度では焼結しないものである。
【００３２】
（４）多層基板の製造
以下のようにして多層基板を製造した。図２にその横断面を示す。
（１）で作製した低温焼成用セラミックグリーンシート１１にビアホール１１１を設け、このビアホール１１１に（２）で作製した導体ペースト２を充填し、その後、低温焼成用セラミックグリーンシート１１の表面に導電性粉末として８５質量％のＡｇを含有する配線用ペーストを用いて配線パターン３を形成し、基板用未焼成セラミックシート１を作製した。次いで、この基板用未焼成セラミックシート１を４枚積層して積層体を形成し、この積層体の両面に図１のように（３）で作製した収縮抑制用未焼成セラミックシート４を積層して貼合し、その後、大気雰囲気下、８５０℃で３０分保持して焼成した。次いで、収縮抑制用未焼成セラミックシート４を剥離し、導体層５２と、導体層５２を電気的に接続するビア導体５１とを有する多層基板５を製造した。
【００３３】
（５）性能評価
▲１▼焼成収縮開始温度及び焼成収縮率の測定
実験例で作製した低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を熱歪測定装置（理学電機株式会社製、型式「ＴＭＡ８３１０」）により測定し、焼成収縮開始温度の差（Ｔｃ−Ｔｖ）及び焼成収縮率の差の絶対値（｜Ｓｃ−Ｓｖ｜）を算出した。これらの結果を表１に併記する。
▲２▼ビア導体と焼結体との密着状況及び焼結体におけるクラックの有無
（４）で製造した多層基板を厚さ方向に切断し、ビア導体と焼結体との密着状況を金属顕微鏡により観察し、確認した。また、ビア導体の周縁における焼結体のクラックの有無を、多層基板の表面より金属顕微鏡で観察し、確認した。結果を表１に併記する。表１の総合評価において、隙間及びクラックのいずれも確認されない場合は○、隙間又はクラックが確認された場合は△、隙間及びクラックの両方が確認された場合は×で表す。
【００３４】
（６）実施例の効果
表１によれば、Ｐｄ粉末の含有量が０．１質量％の実験例５では、Ｔｃ−Ｔｖが１８０℃と大きく、導体ペーストの焼成収縮が低温で開始されるためビア導体と焼結体との間に隙間が生じていた。また、Ｐｄ粉末の含有量が１０質量％の実験例６では、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜は３％と小さいものの、Ｔｃ−Ｔｖが−８０℃であり、導体ペーストの焼成収縮が高温にならないと開始されないため、焼結体にクラックが生じていた。更に、ガラスの含有量が０．５質量％と過少である実験例７及びガラスの含有量が１０質量％と過多である実験例８では、いずれも導体ペーストの焼成収縮率が大きく（Ｓｃ−Ｓｖがそれぞれ−３２％、−２０％である。）、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じていた。また、Ｐｄ、Ｐｔ及びガラスのいずれも含有されていない実験例９では、Ｔｃ−Ｔｖが１８０℃と大きく、一部でビア導体と焼結体との間に隙間が生じており、更にセラミックグリーンシートの焼成収縮率が大きいため（Ｓｃ−Ｓｖが＋３５％である。）、焼結体にクラックが発生している個所もあった。
【００３５】
一方、Ｐｄ粉末又はＰｔ粉末の含有量及びガラス粉末の含有量が適量である実験例１〜４では、Ｔｃ−Ｔｖが３０〜１２０℃であり、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜が３〜８％であって、ビア導体と焼結体とは十分に密着しており、焼結体のクラックもまったくみられなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導体ペーストを用いた低温焼成用セラミックグリーンシートを備える基板用未焼成セラミックシートが積層されてなる積層体の両面に収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の多層基板の断面を模式的に示す説明図である。
【図３】熱歪測定のチャートにおいて焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を読み取る方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１；基板用未焼成セラミックシート、１１；低温焼成用セラミックグリーンシート、１１１：ビアホール、２；導体ペースト、３；配線パターン、４；収縮抑制用未焼成セラミックシート、５；多層基板、５１；ビア導体、５２；導体層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体ペースト並びに多層基板及びその製造方法に関する。更に詳しくは、低温焼成用セラミックグリーンシート（以下、「セラミックグリーンシート」ということもある。）に設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストであって、焼成により形成される導電体（以下、「ビア導体」という。）と焼結体との間に隙間が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じること、が抑制される導体ペースト、並びに特定の構成の基板用未焼成セラミックシートを積層し、焼成してなる多層基板、及び収縮抑制用未焼成セラミックシートを用いる多層基板の製造方法に関する。
本発明は、衛星通信、衛星放送等の移動体通信分野などにおいて利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に移動体通信分野などで使用される多層配線基板等に好適な材料として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの抵抗の低い導体と同時焼成が可能な、所謂、低温焼成材料が用いられている。また、移動体通信分野等の用途では、個々の部品が小型化しており、一方、これら個々の部品を一体化したモジュール部品の開発も進んでいる。そして、このモジュール部品に使用されるモジュール用基板として上記の低温焼成基板が多く用いられている。
【０００３】
このモジュール用基板は、その表面に個々の部品がはんだ実装され、最終的なモジュールとして完成される。更に、このはんだ実装工程では、はんだペーストの印刷及びチップの部品実装が行われるが、これらの工程は、通常、個々のモジュール用基板においてなされるのではなく、多数のモジュール用基板が配列された寸法の大きい基板において行われる。この基板の大きさは、従来は１００ｍｍ２程度であったが、実装工程での工数削減のため、近年では２００ｍｍ２程度とより大きいものを用いる傾向にある。そのため、これらの実装工程での位置合わせ精度の観点から、個々のモジュール用基板の配列の寸法精度に対する要求はより厳しくなっている。
【０００４】
この高い寸法精度を達成するための有効な方法として無収縮焼成法が挙げられる。この無収縮焼成法では、実質的に平面方向の収縮をともなわないため、焼成時における寸法のばらつきを極めて小さくすることができるという利点がある。また、無収縮焼成法では通常の焼成法とは異なった技術も必要であり、特に、焼成後、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じないように焼成するため、導体ペーストの組成等を含め多くの検討がなされており、種々の方法が提案されている。例えば、Ａｇを主成分とし、Ｗ又はＳｂ２Ｏ３及びＰｄを配合した導体ペーストを使用したもの（例えば、特許文献１参照。）、及びＡｇとＰｄとを含有する導体ペースト等を用いたもの（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−６９６５１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８５７３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によれば、導体ペーストに高融点金属等を配合することにより、ビア導体と焼結体との間の隙間を解消することができると記載されている。しかし、高融点金属等が導体ペーストの焼成収縮開始温度及び焼成収縮率に及ぼす影響については何ら具体的に言及されておらず、高融点金属等の作用、効果は必ずしも明らかではない。
【０００７】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、セラミックグリーンシートと、導体ペーストとの焼成収縮開始温度及び／又は焼成収縮率の差を特定の範囲とすることにより、焼成後、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じること、が抑制される導体ペースト、並びに特定の構成の基板用未焼成セラミックシートを積層し、焼成してなる多層基板、及び収縮抑制用未焼成セラミックシートを用いる多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のとおりである。
１．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストであって、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、該導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であることを特徴とする導体ペースト。
２．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストにおいて、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、該導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であることを特徴とする導体ペースト。
３．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストにおいて、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、該導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、該導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であることを特徴とする導体ペースト。
４．導電性成分としてＡｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方を含有し、該Ａｇ粉末と該Ｐｄ粉末及び該Ｐｔ粉末のうちの少なくとも一方との合計を１００質量％とした場合に、該Ｐｄ粉末及び該Ｐｔ粉末のうちの少なくとも一方が０．５〜５質量％である上記１．乃至３．のうちのいずれかに記載の導体ペースト。
５．更に絶縁性成分を含有し、上記導電性成分と該絶縁性成分との合計を１００質量％とした場合に、該絶縁性成分は１〜５質量％である上記４．に記載の導体ペースト。
６．上記絶縁性成分がガラスを含有し、上記低温焼成用セラミックグリーンシートにガラスが含有される場合に、該絶縁性成分に含有されるガラスのガラス転移温度と、該低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるガラスのガラス転移温度との差が１００℃以下である上記５．に記載の導体ペースト。
７．低温焼成用セラミックグリーンシート、該低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている上記１．乃至６．のうちのいずれかに記載の導体ペースト、及び該低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える基板用未焼成セラミックシートが積層され、焼成されてなることを特徴とする多層基板。
８．低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに上記１．乃至６．のうちのいずれかに記載の導体ペーストを充填し、且つ該低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に配線パターンを形成して基板用未焼成セラミックシートを作製し、その後、複数の該基板用未焼成セラミックシートを積層して積層体を形成し、次いで、該積層体の両面に、該積層体の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合し、その後、焼成し、次いで、該収縮抑制用未焼成セラミックシートを剥離することを特徴とする多層基板の製造方法。
【０００９】
【発明の効果】
導体ペーストの焼成収縮開始温度Ｔｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔｖとが、Ｔｃ−１５０℃≦Ｔｖ≦Ｔｃの関係にある本発明の導体ペースト、導体ペーストの焼成収縮率Ｓｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮率Ｓｖとが、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％の関係にある本発明の他の導体ペースト、及び導体ペーストの焼成収縮開始温度Ｔｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔｖとが、Ｔｃ−１５０℃≦Ｔｖ≦Ｔｃの関係にあり、且つ導体ペーストの焼成収縮率Ｓｃと、セラミックグリーンシートの焼成収縮率Ｓｖとが、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％の関係にある本発明の更に他の導体ペーストでは、焼成後、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じることが十分に防止される。
また、導体ペーストが、導電性粉末として特定量のＰｄ粉末及び／又はＰｔ粉末を含有する場合は、隙間の発生がより確実に防止される。
更に、導体ペーストが、更に特定量の絶縁性成分を含有する場合は、絶縁体との密着性がより向上し、ビア導体と焼結体との間の隙間の発生がより確実に防止される。
また、絶縁性成分がガラスを含有し、セラミックグリーンシートにガラスが含有され、これらのガラスのガラス転移温度の差が１００℃以下である場合は、ビア導体と焼結体との間の隙間の発生が十分に抑えられる。
本発明の多層基板では、はんだ実装工程及びチップ部品実装工程等における位置合わせ精度が高く、層間における導通不良などの問題の発生が十分に防止される。
本発明の多層基板の製造方法によれば、はんだ実装工程及びチップ部品実装工程等における位置合わせ精度が高く、層間における導通不良などの問題の発生が十分に防止された多層基板を容易に得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
［１］焼成収縮開始温度及び焼成収縮率
低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１００℃、特に０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦５０℃であることが好ましい。Ｔｃ−Ｔｖが０℃未満であると、セラミックグリーンシートの収縮が開始されても導体ペーストが収縮しないため、焼成後、ビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じる。一方、Ｔｃ−Ｔｖが１５０℃を越えると、導体ペーストの収縮が開始されてもセラミックグリーンシートが収縮しないため、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じる。
【００１１】
また、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であり、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦５％であることが好ましい。セラミックグリーンシートの焼成収縮率が、導体ペーストの焼成収縮率より１０％を越えて大きい場合は、焼成後、ビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じる。一方、導体ペーストの焼成収縮率が、セラミックグリーンシートの焼成収縮率より１０％を越えて大きい場合は、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じる。
【００１２】
更に、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％である導体ペーストとすることができる。また、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦５０℃であり、且つ｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦５％であることが好ましい。０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であれば、ビア導体と基板との間に空隙が生じること、及びビア導体の周縁において基板にクラックが生じること、をより確実に防止、又は少なくとも抑えることができる。
【００１３】
尚、セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度は、図３のように、熱歪測定装置（ＴＭＡ）により焼成収縮開始温度に対する焼成収縮率を測定したチャートにおいて、ベースライン及び収縮開始後の曲線のそれぞれに対する接線の交点の温度の読みとして求めることができる。また、セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮率は、図３のように、熱歪測定装置（ＴＭＡ）により焼成収縮開始温度に対する焼成収縮率を測定したチャートにおいて、ベースラインにおける収縮率を０とし、収縮し終わって安定した時点での収縮率の読みとして求めることができる。
【００１４】
［２］基板用未焼成セラミックシート
基板用未焼成セラミックシートは、低温焼成用セラミックグリーンシート、この低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている導体ペースト、及び低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える。この低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストは、焼成収縮開始温度及び焼成収縮率が上記の特定の範囲内となるものであればよく、特に限定されないが、以下のような低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストを用いることができる。
【００１５】
（１）低温焼成用セラミックグリーンシート
上記「低温焼成用セラミックグリーンシート」の所定位置にはビアホールが設けられ、このビアホールに後記の導体ペーストが充填される。
低温焼成用セラミックグリーンシートは、通常、セラミック成分、バインダ、可塑剤、有機溶媒等を含有し、低温焼成をより容易にするため更にガラス成分が配合されることが多い。この低温焼成用セラミックグリーンシートは、セラミック成分、バインダ、可塑剤、ガラス成分及び有機溶媒等を混合した後、シート状に成形し、乾燥して有機溶媒を除去することにより作製することができる。セラミック成分は特に限定されず、アルミナ、シリカ、ムライト等が挙げられる。また、多層基板に用いる場合は、優れた絶縁性及び強度等を有するアルミナが特に好ましい。セラミック成分の原料としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ等の所定の元素の酸化物、炭酸塩、水酸化物等の粉末、更には所定の元素を含む有機金属化合物等の液状物などが挙げられる。
【００１６】
ガラス成分も特に限定されず、Ｓｉ、Ａｌ並びにＮａ及びＫ等のアルカリ金属元素などを含有するガラスが挙げられる。このガラスにはＭｇ及びＣａ等のアルカリ土類金属元素が含まれていてもよい。更に、Ｂを含むガラス、Ｐｂを含むガラス等であってもよい。ガラスとしては、特に、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌを含有するホウケイ酸ガラスが好ましい。
ガラス成分を含有させる場合、セラミック成分とガラス成分との質量比は特に限定されないが、これらの合計を１００質量％としたときに、セラミック成分が３０〜８０質量％、特に４０〜６０質量％であることが好ましい。
【００１７】
バインダ、可塑剤、有機溶媒としては、この種の低温焼成用セラミックグリーンシートにおいて一般に使用されるものを特に限定されることなく用いることができる。バインダとしては、アクリル樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられ、特にアクリル樹脂が好ましい。また、可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジブチルアジペート等が挙げられる。更に、有機溶媒としては、トルエン、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール等が挙げられ、トルエン、メチルエチルケトン等が用いられることが多い。バインダ、可塑剤、有機溶媒はそれぞれ１種のみを使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
（２）導体ペースト
導体ペーストとしては、導電性成分としてＡｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方を含有するものを用いることができる。導体ペーストが上記「Ａｇ粉末」を含有することにより、焼成後、抵抗の低いビア導体を形成することができる。また、上記「Ｐｄ粉末」及び上記「Ｐｔ粉末」のうちの少なくとも一方を含有することにより、導体ペーストの焼成収縮開始温度が高くなり、低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度との差が過大とならず、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じることが抑えられる。尚、Ｐｄ粉末とＰｔ粉末のいずれか一方が含有される場合は、導体ペーストの焼成収縮開始温度がより高くなるＰｄ粉末が特に好ましい。
【００１９】
Ａｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方との合計を１００質量％とした場合に、Ｐｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方は、０．５〜５質量％であり、０．８〜４質量％、特に１〜３質量％であることが好ましい。Ｐｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方が０．５質量％未満であると、導体ペーストの焼成収縮開始温度がそれほど高くならず、これにより焼成収縮開始温度の差（Ｔｃ−Ｔｖ）が大きくなることがある。一方、５質量％を越えると、Ａｇ等の抵抗の低い配線導体との接続の信頼性が低下する傾向にある。
【００２０】
導体ペーストには、更に絶縁性成分が含有されていてもよい。この絶縁性成分は特に限定されず、低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるセラミック成分、ガラス成分等が挙げられる。絶縁性成分を含有させることにより、導体ペーストの焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を調整することができ、低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率の差を小さくすることができる。従って、焼成後、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じること、及びビア導体の周縁において焼結体にクラックが生じることが抑えられる。
【００２１】
絶縁性成分の含有量は特に限定されず、導電性成分と絶縁性成分との合計を１００質量％とした場合に、１〜５質量％であることが好ましく、１〜３質量％であることがより好ましい。絶縁性成分の含有量が１質量％未満であると、低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を十分に調整することができないことがある。また、低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるガラスが導体ペーストに移行し、収縮挙動が安定しない傾向にある。一方、５質量％を越えると、焼成時、導体ペーストの収縮率が、低温焼成用セラミックグリーンシートの収縮率より大きくなり過ぎる場合がある。
【００２２】
この絶縁性成分としては、低温焼成用セラミックグリーンシートと導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率をより容易に調整することができるガラスが好ましい。このガラスは特に限定されないが、ホウケイ酸ガラスが好ましい。更に、このガラスは、低温焼成用セラミックグリーンシートにガラスが含有される場合は、このガラスと類似の組成のものが好ましい。また、これらのガラスのガラス転移点の差が１００℃以下、特に３０℃以下であるものがより好ましい。このようなガラスを含有させれば、低温焼成用セラミックグリーンシートと導体ペーストとの密着性が向上し、ビア導体と焼結体との間に空隙が生じることをより抑えることができる。
【００２３】
導体ペーストには、更にバインダ及び有機溶剤等が含有されていてもよい。
バインダは特に限定されず、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース類、アクリル樹脂及びブチラール樹脂などが挙げられる。これらのバインダは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
このバインダの含有量は特に限定されず、導電性成分とバインダとの合計を１００質量％とした場合に、１０〜３０質量％、好ましくは５〜２０質量％とすることができる。また、更に絶縁性成分を含有する場合、バインダの含有量は、導電性成分、バインタ及び絶縁性成分の合計を１００質量％した場合に、１０〜３０質量％、好ましくは５〜２０質量％とすることができる。
【００２４】
更に、有機溶剤も特に限定されず、ブチルカルビトール、タ−ピネオール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族溶剤などが挙げられる。これらの有機溶剤は１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
この有機溶剤の含有量は特に限定されず、導電性成分とバインダとの合計を１００質量％した場合に、５〜４０質量％、好ましくは５〜２５質量％とすることができる。また、更に絶縁性成分を含有する場合、有機溶剤の含有量は、導電性成分、バインタ及び絶縁性成分の合計を１００質量％した場合に、５〜４０質量％、好ましくは５〜２５質量％とすることができる。
【００２５】
［３］多層基板及びその製造方法
上記「多層基板」は、低温焼成用セラミックグリーンシート、この低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている導体ペースト、及び低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える基板用未焼成セラミックシートが積層され、焼成されてなるものである。積層数は２層以上であればよく、２〜２０層、特に２〜１０層であることが多い。また、この積層体にはビアホールを有さない低温焼成用セラミックグリーンシートが積層されていてもよい。
焼成温度は、８５０〜１０００℃、好ましくは８５０〜９５０℃、特に好ましくは９００〜９５０℃とすることができる。この範囲の焼成温度であれば、Ａｇ等の抵抗の低い導体と容易に同時焼成することができる。更に、焼成時間は特に限定されず、１０〜６０時間、好ましくは１０〜３０時間とすることができる。
尚、焼成前に、導体ペーストに含有される有機溶剤を除去するため乾燥してもよく、乾燥しなくてもよい。また、特に沸点の低い有機溶剤の場合は、その少なくとも一部が自然乾燥により除去されることもある。
【００２６】
この多層基板は、積層体の焼成時にその両面に平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合し、その後、焼成し、次いで、焼結体から収縮抑制用未焼成セラミックシートを剥離することにより製造することができる。また、通常、所定温度で脱脂した後、焼成されるが、この脱脂の後は降温させずにそのまま焼成温度にまで昇温させ、焼成することが好ましい。このように脱脂と焼成とを連続的に行うことにより、脱脂後に降温させた場合、特に室温（２０〜３５℃）付近にまで降温させた場合の、導体用ペーストと低温焼成用セラミックグリーンシート間の熱膨張の差によって隙間が生じるという問題を解消することができる。
【００２７】
収縮抑制用未焼成セラミックシートは、積層体が焼結する温度では焼結しないセラミックからなり、そのようなセラミックとしては、アルミナ等の焼結温度が高いセラミックが挙げられる。また、セラミックグリーンシートと収縮抑制用未焼成セラミックシートの各々に含有されるセラミック成分は、同種類、例えば、いずれもアルミナ等であってもよい。この場合、原料として用いるセラミック粉末の粒径を変えたり、焼結助剤の種類、配合量等を変化させることにより、それぞれの焼結温度を調整することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（１）低温焼成用セラミックグリーンシートの作製
アルミナポットに、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸ガラス粉末（平均粒径３．４μｍ、比表面積２．０ｍ２／ｇ）とアルミナ粉末（平均粒径３μｍ、比表面積１ｍ２／ｇ）を質量比で５０：５０、総量で１ｋｇとなるように秤量して投入した。その後、１２０ｇのアクリル樹脂並びに適度な粘度のスラリー及び十分な強度のセラミックグリーンシートとなるような適量の可塑剤（フタル酸ジブチル）と有機溶剤（メチルエチルケトン）とをポットに投入し、５時間混合してセラミックスラリーを調製した。次いで、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ０．１５ｍｍのシートを形成し、その後、乾燥して実質的に有機溶剤の全量を除去し、低温焼成用セラミックグリーンシートを作製した。
【００２９】
（２）導体ペーストの作製
適量のバインダ（アクリル樹脂）及び有機溶剤（メチルエチルケトン）を混合機に投入し、１０時間混合して有機ビヒクルを調製し、その後、更にＡｇ粉末及びＰｔ粉末又はＰｄ粉末からなる導電性粉末並びにガラス粉末を、それぞれの含有量が表１の実験例１〜９の値となるように投入し、１時間混合した。次いで、得られた混合物を３本ロールにより混練し、導体ペーストを調製した。尚、表１のＰｔ粉末又はＰｄ粉末の含有量はＡｇ粉末、Ｐｔ粉末又はＰｄ粉末の合計を１００質量％とした場合の値であり、残部はＡｇ粉末である。また、ガラス粉末としては（１）で用いたものを使用し、その含有量は、導電性粉末及びガラス粉末の合計を１００質量％とした場合の値である。更に、有機ビヒクルと、Ａｇ粉末及びＰｔ粉末又はＰｄ粉末からなる導電性粉末並びにガラス粉末との合計を１００質量％とした場合に、有機ビヒクルは１２質量％とした。
【００３０】
【表１】
（３）収縮抑制用未焼成セラミックシートの作製
アルミナ粉末（平均粒径５μｍ、比表面積０．６ｍ２／ｇ）を用いた他は、（１）の低温焼成用セラミックグリーンシートの作製と同様にして厚さ０．２５ｍｍの収縮抑制用未焼成セラミックシートを作製した。尚、このシートは、用いたアルミナ粉末が低温焼成用セラミックグリーンシートの場合に比べて粗粒であるため、多層基板を製造する際の焼成温度では焼結しないものである。
【００３２】
（４）多層基板の製造
以下のようにして多層基板を製造した。図２にその横断面を示す。
（１）で作製した低温焼成用セラミックグリーンシート１１にビアホール１１１を設け、このビアホール１１１に（２）で作製した導体ペースト２を充填し、その後、低温焼成用セラミックグリーンシート１１の表面に導電性粉末として８５質量％のＡｇを含有する配線用ペーストを用いて配線パターン３を形成し、基板用未焼成セラミックシート１を作製した。次いで、この基板用未焼成セラミックシート１を４枚積層して積層体を形成し、この積層体の両面に図１のように（３）で作製した収縮抑制用未焼成セラミックシート４を積層して貼合し、その後、大気雰囲気下、８５０℃で３０分保持して焼成した。次いで、収縮抑制用未焼成セラミックシート４を剥離し、導体層５２と、導体層５２を電気的に接続するビア導体５１とを有する多層基板５を製造した。
【００３３】
（５）性能評価
▲１▼焼成収縮開始温度及び焼成収縮率の測定
実験例で作製した低温焼成用セラミックグリーンシート及び導体ペーストの各々の焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を熱歪測定装置（理学電機株式会社製、型式「ＴＭＡ８３１０」）により測定し、焼成収縮開始温度の差（Ｔｃ−Ｔｖ）及び焼成収縮率の差の絶対値（｜Ｓｃ−Ｓｖ｜）を算出した。これらの結果を表１に併記する。
▲２▼ビア導体と焼結体との密着状況及び焼結体におけるクラックの有無
（４）で製造した多層基板を厚さ方向に切断し、ビア導体と焼結体との密着状況を金属顕微鏡により観察し、確認した。また、ビア導体の周縁における焼結体のクラックの有無を、多層基板の表面より金属顕微鏡で観察し、確認した。結果を表１に併記する。表１の総合評価において、隙間及びクラックのいずれも確認されない場合は○、隙間又はクラックが確認された場合は△、隙間及びクラックの両方が確認された場合は×で表す。
【００３４】
（６）実施例の効果
表１によれば、Ｐｄ粉末の含有量が０．１質量％の実験例５では、Ｔｃ−Ｔｖが１８０℃と大きく、導体ペーストの焼成収縮が低温で開始されるためビア導体と焼結体との間に隙間が生じていた。また、Ｐｄ粉末の含有量が１０質量％の実験例６では、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜は３％と小さいものの、Ｔｃ−Ｔｖが−８０℃であり、導体ペーストの焼成収縮が高温にならないと開始されないため、焼結体にクラックが生じていた。更に、ガラスの含有量が０．５質量％と過少である実験例７及びガラスの含有量が１０質量％と過多である実験例８では、いずれも導体ペーストの焼成収縮率が大きく（Ｓｃ−Ｓｖがそれぞれ−３２％、−２０％である。）、ビア導体と焼結体との間に隙間が生じていた。また、Ｐｄ、Ｐｔ及びガラスのいずれも含有されていない実験例９では、Ｔｃ−Ｔｖが１８０℃と大きく、一部でビア導体と焼結体との間に隙間が生じており、更にセラミックグリーンシートの焼成収縮率が大きいため（Ｓｃ−Ｓｖが＋３５％である。）、焼結体にクラックが発生している個所もあった。
【００３５】
一方、Ｐｄ粉末又はＰｔ粉末の含有量及びガラス粉末の含有量が適量である実験例１〜４では、Ｔｃ−Ｔｖが３０〜１２０℃であり、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜が３〜８％であって、ビア導体と焼結体とは十分に密着しており、焼結体のクラックもまったくみられなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導体ペーストを用いた低温焼成用セラミックグリーンシートを備える基板用未焼成セラミックシートが積層されてなる積層体の両面に収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の多層基板の断面を模式的に示す説明図である。
【図３】熱歪測定のチャートにおいて焼成収縮開始温度及び焼成収縮率を読み取る方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１；基板用未焼成セラミックシート、１１；低温焼成用セラミックグリーンシート、１１１：ビアホール、２；導体ペースト、３；配線パターン、４；収縮抑制用未焼成セラミックシート、５；多層基板、５１；ビア導体、５２；導体層。
Claims (8)
- 低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストであって、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、該導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であることを特徴とする導体ペースト。
- 低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストにおいて、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、該導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であることを特徴とする導体ペースト。
- 低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填して用いられる導体ペーストにおいて、該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮開始温度をＴｃとし、該導体ペーストの焼成収縮開始温度をＴｖとした場合に、０℃≦Ｔｃ−Ｔｖ≦１５０℃であり、且つ該低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成収縮率をＳｃとし、該導体ペーストの焼成収縮率をＳｖとした場合に、｜Ｓｃ−Ｓｖ｜≦１０％であることを特徴とする導体ペースト。
- 導電性成分としてＡｇ粉末並びにＰｄ粉末及びＰｔ粉末のうちの少なくとも一方を含有し、該Ａｇ粉末と該Ｐｄ粉末及び該Ｐｔ粉末のうちの少なくとも一方との合計を１００質量％とした場合に、該Ｐｄ粉末及び該Ｐｔ粉末のうちの少なくとも一方が０．５〜５質量％である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の導体ペースト。
- 更に絶縁性成分を含有し、上記導電性成分と該絶縁性成分との合計を１００質量％とした場合に、該絶縁性成分は１〜５質量％である請求項４に記載の導体ペースト。
- 上記絶縁性成分がガラスを含有し、上記低温焼成用セラミックグリーンシートにガラスが含有される場合に、該絶縁性成分に含有されるガラスのガラス転移温度と、該低温焼成用セラミックグリーンシートに含有されるガラスのガラス転移温度との差が１００℃以下である請求項５に記載の導体ペースト。
- 低温焼成用セラミックグリーンシート、該低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに充填されている請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の導体ペースト、及び該低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に形成された配線パターン、を備える基板用未焼成セラミックシートが積層され、焼成されてなることを特徴とする多層基板。
- 低温焼成用セラミックグリーンシートに設けられたビアホールに請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の導体ペーストを充填し、且つ該低温焼成用セラミックグリーンシートの表面に配線パターンを形成して基板用未焼成セラミックシートを作製し、その後、複数の該基板用未焼成セラミックシートを積層して積層体を形成し、次いで、該積層体の両面に、該積層体の平面方向の収縮を抑制するための収縮抑制用未焼成セラミックシートを貼合し、その後、焼成し、次いで、該収縮抑制用未焼成セラミックシートを剥離することを特徴とする多層基板の製造方法。
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