JP2006140212A - セラミックグリーンシートの印刷方法およびセラミック多層配線基板の製造方法 - Google Patents

セラミックグリーンシートの印刷方法およびセラミック多層配線基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 導体ペーストの物性の規定を緩和するとともに、配線パターン印刷及びビアホール印刷をメッシュマスクを用いて同時に且つ、確実に行うことが可能なセラミックグリーンシートの印刷方法およびセラミック多層配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 ビアホール17を有するセラミックグリーンシート4´に対してビアホール17へ導体ペーストPを充填するビアホール穴埋め印刷及び当該セラミックグリーンシート4´の表面に導体ペーストPで配線パターンを形成する配線パターン印刷を同時に行う方法であって、配線パターン印刷用孔15とビアホール17よりも大きなビアホール穴埋め印刷用孔16とが設けられたメッシュマスク11を、ビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´の表面への正投影の周縁がセラミックグリーンシート4´のビアホール17を囲繞するようにセラミックグリーンシート4´上に配置し、メッシュマスク11上に導体ペーストPを供給してセラミックグリーンシート4´へのビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同時に行う。
【選択図】 図3

Description

本発明は、セラミックグリーンシートのビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時に行うセラミックグリーンシートの印刷方法およびセラミック多層配線基板の製造方法に関する。
従来、セラミック多層配線基板は、セラミックグリーンシートのビアホールと同一形状の貫通孔を形成されたメタルマスクを用いてセラミックグリーンシートのビアホールへ導体ペーストを充填するビアホール穴埋め印刷を行い、そして、所定のパターンの貫通孔を形成されたメッシュマスクを用いてセラミックグリーンシート表面へ導体ペーストを所定のパターンに塗付する配線パターン印刷を行い、その後、このセラミックグリーンシートを複数枚積層したものを焼成することにより製造されていた。
しかし、上記の製造方法によると、ビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とをそれぞれ異なるマスクを用いて2回の工程で印刷するようにしているために、工程数が多くなってしまい、生産コスト削減の障害となるため、ビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同一のマスクを用いて同時に行うことが望まれていた。
ここで、閉回路のような配線パターンを印刷するためにはメッシュマスクを用いる必要があり、従って、ビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同一のマスクにより行うためにはビアホール穴埋め印刷をメッシュマスクにより行う必要があるが、メッシュの抵抗によりビアホールへの導体ペーストの充填率が低下するという問題があった。
そこで、ビアホールへの導体ペーストの充填率を低下させることなく、ビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同一のメッシュマスクで行うために、導体粉末含有率及び粘度比を所定の範囲に規定するとともにセラミックグリーンシートとの焼成収縮率の差を規定した導体ペーストを用いた印刷方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−324268号公報
ところで、セラミックグリーンシート及び導体ペーストは焼成により収縮するが、焼成後のセラミック多層配線基板の寸法管理の点で、セラミックグリーンシート及び導体ペーストの焼成収縮率が共に低いことが望ましい。
導体ペーストの焼成収縮率を低くするためには、導体ペーストの導体粉末含有率を上げることが有効であるが、導体粉末含有率の上昇に伴い導体ペーストの粘度が上昇し、例えばビアホールへの充填率が低下するなど、印刷性が低下する虞があった。
導体ペーストの粘度の上昇に伴う印刷性の低下に対しては、導体ペーストの粘度比(略静止状態における粘度と所定の剪断速度における粘度との比であり、本明細書中ではB型粘度計で測定したずり速度0.4の時の粘度とずり速度20の時の粘度との比である。尚、ずり速度0.4はB型粘度計の回転速度1rpmに相当し、ずり速度20は回転速度50rpmに相当する。)を上げることにより補うことができるが、導体粉末含有率の上昇により粘度比の上限が制限されるとともに、粘度比が高くなるほど印刷回数による粘度比の低下率が大きくなる傾向があり印刷品質にばらつきが生じる虞があった。
従って、例えば導体粉末含有率が高い導体ペーストなど、特許文献1に記載された範囲から外れる物性を有する導体ペーストを用いる場合に、ビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷の同時印刷を安定して且つ、確実に行うためには、さらなる対応が必要であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、導体ペーストの物性の規定を緩和するとともに、ビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷をメッシュマスクを用いて同時に且つ、確実に行うことが可能なセラミックグリーンシートの印刷方法およびセラミック多層配線基板の製造方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法は、ビアホールを有するセラミックグリーンシートに対してビアホールへ導体ペーストを充填するビアホール穴埋め印刷及び当該セラミックグリーンシートの表面に導体ペーストで配線パターンを形成する配線パターン印刷を同時に行う方法であって、配線パターン印刷用孔とビアホールよりも大きなビアホール穴埋め印刷用孔とが設けられたメッシュマスクを、前記ビアホール穴埋め印刷用孔の前記セラミックグリーンシートの表面への正投影の周縁が前記セラミックグリーンシートのビアホールを囲繞するように前記セラミックグリーンシート上に配置し、前記メッシュマスク上に導体ペーストを供給して前記セラミックグリーンシートへのビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同時に行うことを特徴としている。
上記のように構成されたセラミックグリーンシートの印刷方法によれば、ビアホールよりも大きなビアホール穴埋め印刷用孔のセラミックグリーンシートの表面への正投影の周縁がセラミックグリーンシートのビアホールを囲繞するように、メッシュマスクをセラミックグリーンシート上に配置し、メッシュマスク上に導体ペーストを供給してビアホール穴埋め印刷を行うので、印刷時にビアホール穴埋め印刷用孔への導体ペーストの供給量が多くなるとともに、ビアホール穴埋め印刷用孔が漏斗の如く作用して、ビアホールへ導体ペーストを確実に導くことができ、ビアホールにおける導体ペーストの充填率を大幅に高めることができる。
これにより、使用する導体ペーストの物性の規定を緩和することができるとともに、ビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時に且つ、確実に行うことができ、生産性及び品質を高めることができる。
そして、本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法は、ビアホール穴埋め印刷用孔の前記正投影の周縁と前記セラミックシートのビアホールの周縁との間隔が50μm以上であることを特徴としている。
ビアホール穴埋め印刷用孔のセラミックグリーンシートの表面への正投影の周縁とビアホールの周縁との間隔を50μm以上とすることにより、十分な量の導体ペーストをビアホールへ押し込むことができ、ビアホールへの導体ペーストの充填率を確実に高めることができる。
さらに、本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法は、前記メッシュマスクの空間率が60%以上であることを特徴としている。
メッシュマスクの空間率が60%以上であると、メッシュによる抵抗が低減され、これにより、さらに良好にビアホールへ導体ペーストを充填することができる。
さらに、本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法は、前記導体ペーストの導体粉末含有率が85〜90重量%であることを特徴としている。
即ち、上記のように構成されたセラミックグリーンシートの印刷方法においては、導体粉末含有率が85〜90重量%の導体ペーストを用いることができ、これにより、ビアホールへの充填性を維持しつつ、焼成時における収縮をさらに抑えることができ、生産性及び品質を高めることができる。
また、本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法は、前記導体ペーストの粘度比が1.5〜10であることを特徴としている。
即ち、上記のように構成されたセラミックグリーンシートの印刷方法においては、粘度比が1.5〜10の範囲の導体ペーストを用いることができ、これにより、ビアホールへの充填性を維持しつつ、焼成時における収縮をさらに抑えることができ、品質を高めることができる。
また、本発明のセラミック多層配線基板の製造方法は、上記の印刷方法によりビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同時に行ったセラミックグリーンシートを複数枚積層してセラミックグリーンシート積層体とし、当該セラミックグリーンシート積層体を焼成してセラミック多層配線基板を製造することを特徴としている。
上記のように製造されたセラミック多層配線基板においては、ビアホールに充填された導体ペーストの焼成時の収縮を抑制することができ、これにより、セラミック多層配線基板の寸法管理が容易となり、生産性及び品質を高めることができる。
本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法及びセラミック多層配線基板の製造方法によれば、ビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷に使用する導体ペーストの物性の規定を緩和するとともに、ビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時にしかも良好に行うことができ、生産性及び品質を高めることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は本発明のセラミック多層配線基板の製造方法によって製造されるセラミック多層配線基板の断面図、図2は本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法によってビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時印刷されたセラミックグリーンシートの斜視図、図3は本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法に用いるメッシュマスクの平面図、図4はメッシュマスクのビアホール穴埋め印刷用孔とビアホールとを説明するための平面図、図5はメッシュマスクのビアホール穴埋め印刷用孔とビアホールとを説明するための断面図、図6は配線パターン印刷及びビアホール穴埋め印刷を行う印刷装置を説明する装置の側面図、図7はメッシュマスクによる印刷の仕方を説明する断面図である。
図1及び図2に示すように、セラミック多層配線基板1は、複数のグリーンシートを積層し一体化しそれを焼成したものであり、各セラミック基板4の界面に配線2を有し、また、各セラミック基板4を基板厚み方向に貫通して複数の配線2を互いに電気的に接続するビア導体3を有している。
セラミックグリーンシート4´は、低温燒結セラミック材料を用いて形成され、当該材料としては、例えば、CaO−SiO−Al−B系ガラスとアルミナとの混合物、MgO−SiO−Al−B系ガラスとアルミナとの混合物、SiO−B系ガラスとアルミナとの混合物、PbO−SiO−B系ガラスとアルミナとの混合物、あるいはコージェライト系結晶化ガラスなどが使用可能である。
配線2は、各セラミックグリーンシート4´の表面に所定の配線パターンに塗付された導体ペースト2´を焼成することにより形成され、また、ビア導体3は、セラミックグリーンシート4´のビアホール17へ充填された導体ペースト3´を焼成することにより形成されている。
そして、セラミックグリーンシート4´の表面に導体ペーストPを所定の配線パターンに塗付する配線パターン印刷及びセラミックグリーンシート4´のビアホールへ導体ペーストPを充填するビアホール穴埋め印刷は、メッシュマスクを用いて同時に行われる。
次に、ビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷の同時印刷に用いられるメッシュマスクについて説明する。
図3及び図4に示すように、メッシュマスク11は、多数の線材12を格子状に編んだメッシュシート13に乳剤からなる塗膜14を形成し、配線2及びビア導体3の形成位置に対応する部分における塗膜14を溶剤によって除去して形成されている。そして、配線2の形成位置に対応して塗膜14が除去された部分が、配線パターン印刷用孔15とされ、ビア導体3の形成位置に対応して塗膜14が除去された部分がビアホール穴埋め印刷用孔16とされている。
ここで、このメッシュマスク11を構成するメッシュシート13としては、例えば、線材12の線径が20μmでメッシュ粗さが#250とされた、空間率60%以上のものが使用されている。
図5にも示すように、このメッシュマスク11のビアホール穴埋め印刷用孔16は、メッシュマスク11がセラミックグリーンシート4´上の所定位置に配置された際には、当該ビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´の表面への正投影の周縁がセラミックグリーンシート4´のビアホール17を囲繞するように、ビアホール17よりも大きく(典型的には、平面視にてビアホール17よりも面積が大きく且つビアホール17と略相似形に)形成されている。
そして、ビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´の表面への正投影の周縁とビアホール17の周縁との間隔は通常が50μm以上とされている。例えば、本実施形態においては、ビアホール17は平面視円形の貫通孔とされており、ビアホール穴埋め印刷用孔16はビアホール17の半径よりも50μm以上大きい半径を有する平面視円形の貫通孔とされる。
上記メッシュマスク11を使った同時印刷にて用いる導体ペーストPは、例えば、Ag、Ag−Pd、Ag−Pt、Ag−Pd−PtあるいはAg−Au等のAg系の粉末、AuあるいはAu−Pt等のAu系の粉末、Cu系の粉末等のうちのいずれかの低融点金属の粉末を導体粉末として用いたもので、その導体粉末の平均粒径は、1〜10μm程度が好適である。
そして、導体ペーストPは、上記の導体粉末に、例えばエチルセルロース系樹脂あるいはアクリル系樹脂等のバインダ樹脂と、例えばブチルカルビトールアセテート(BCA)、ターペノール、エステルアルコール、BC、TPO等の有機溶剤と、さらに少量の例えばガラス粉末などの無機バインダとを配合して混練することにより得られる。
また、導体ペーストPは通常、導体粉末含有率が85〜90重量%であり、また粘度比が1.5〜10とされている。尚、導体ペーストPの粘度比は、例えば金属石鹸などの増粘剤の添加量、あるいはバインダ樹脂と有機溶剤との混合液からなる有機ビヒクルの組成、配合比を変更することにより調整可能である。
次に、上記メッシュマスク11を用いてビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時に行う場合について説明する。
図6に示すように、印刷を行う印刷装置21は、スキージ22及びスクレーパ23を備えている。これらスキージ22及びスクレーパ23は、それぞれ装置本体24に支持された昇降機構25にそれぞれ接続されており、各昇降機構25によって独立に垂直方向に昇降可能とされている。また、装置本体24は、図示しない移動機構により水平方向へ平行移動可能とされている。
そして、この印刷装置21によって印刷を行うには、まず、メッシュマスク11を、ビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´の表面への正投影の周縁がビアホール17を囲繞するように、セラミックグリーンシート4´上に所定のクリアランスをおいて配置する。次いで、メッシュマスク11上の一端側に導体ペーストPを供給し、スキージ22を下降させ、メッシュマスク11をセラミックグリーンシート4´へ所定の圧力で線接触させる。
この状態にて、装置本体24を水平方向に所定の速度で移動させてスキージ22をメッシュマスク11の他端側へ移動させる。このようにすると、図7に示すように、スキージ22によって流動させられて粘度が低下した導体ペーストPが、配線パターン印刷用孔15及びビアホール穴埋め印刷用孔16を介して、セラミックグリーンシート4側に押し出される。これにより、セラミックグリーンシート4´は、その表面に導体ペーストPが所定の配線パターンに塗付され、また、ビアホール17内に導体ペーストPが充填される。尚、スキージ22による印刷速度としては30mm/sec程度が好適であり、また、印刷圧力としては150kPa程度が好適である。
ここで、メッシュマスク11は、ビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´の表面への正投影の周縁がビアホール17を囲繞するようにセラミックグリーンシート4´上に配置され、そして、ビアホール穴埋め印刷用孔16は、当該ビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´表面への正投影の周縁とビアホール17の周縁との間隔が50μm以上となるように形成されているので、ビアホール穴埋め印刷用孔16への導体ペーストPの供給量が多くなるとともに、ビアホール穴埋め印刷用孔16が漏斗の如く作用し、導体ペーストPがビアホール17へ確実に導かれる。
スキージ22がメッシュマスク11の他端側まで移動したら、印刷されたセラミックグリーンシート4´を取り出し、スキージ22を上昇させるとともにスクレーパ23を下降させてメッシュマスク11へ接触させ、メッシュマスク11の一端側へ移動させる。これにより、スキージ22によりメッシュマスク11の他端側に移動された導体ペーストPは、スクレーパ23によってメッシュマスク11の一端側へ戻され、次のセラミックグリーンシート4´の印刷に供される。
上記のようにしてビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時に行われた複数のセラミックグリーンシート4´を積層し、このセラミックグリーンシート4´の積層体を、例えば60〜150℃、0.1〜30MPaの条件下で加熱圧着して一体化する。その後、一体化されたセラミックグリーンシート4´の積層体を約800〜1000℃にて20分程度焼成する。
これにより、セラミックグリーンシート4´とともに、各セラミックグリーンシート4´の表面に所定の配線パターンに塗付された導体ペースト2´、および、セラミックグリーンシート4´のビアホール17へ充填された導体ペースト3´が同時に焼成され、セラミック多層配線基板1が形成される。
以上、説明したように、本実施形態に係るセラミックグリーンシートの印刷方法によれば、ビアホール17よりも大きなビアホール穴埋め印刷用孔16のセラミックグリーンシート4´の表面への正投影の周縁がセラミックグリーンシート4´のビアホール17を囲繞するように、メッシュマスク11をセラミックグリーンシート4´上に配置し、メッシュマスク11上に導体ペーストPを供給してビアホール穴埋め印刷を行うので、印刷時にビアホール穴埋め印刷用孔16への導体ペーストPの供給量が多くなるとともに、ビアホール穴埋め印刷用孔16が漏斗の如く作用して、ビアホール17へ導体ペーストPを確実に導くことができ、ビアホール17における導体ペーストPの充填率を大幅に高めることができる。これにより、使用する導体ペーストPの物性の規定を緩和することができるとともに、ビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同時に且つ確実に行うことができ、生産性及び品質を高めることができる。
そして、メッシュマスク11の空間率を60%以上としており、メッシュマスク11の線材12による抵抗が低減し、これにより、さらに良好にビアホール17へ導体ペーストPを充填することができる。さらに、導体粉末の含有率が85〜90重量%で、粘度比が1.5〜10の範囲の導体ペーストPを用いることができ、これにより、ビアホール17への導体ペーストPの充填性を維持しつつ、焼成時における収縮を抑えることができる。これにより、ビア導体3による複数の配線2の電気的接続(導通性)を確実なものとすることができ、品質を高めることができる。
そして、セラミック多層配線基板の寸法管理が容易となり、生産性及び品質を高めることができる。
なお、上記実施形態では、ビアホール17及びビアホール穴埋め印刷用孔16が平面視円形の場合を例にとって説明したが、本発明は円形以外の平面形状のビアホールを有するセラミックグリーンシートの場合にも適用することができるのは勿論である。
空間率64%のメッシュマスクを用い、直径150μmのビアホールに対してビアホールの周縁とメッシュマスクのビアホール穴埋め印刷用孔のセラミックグリーンシートの表面への正投影の周縁との間隔を夫々異ならせて配線パターン印刷及びビアホール穴埋め印刷の同時印刷を行い、それぞれの場合におけるビアホールへの導体ペーストの充填率を調べた。
なお、印刷速度は30mm/s、印刷圧力は150kPaとした。
また、導体ペーストとしては、大研化学工業社製の下記の三種類のものを用いた。
1)In27N
・ IN−D
・ DMJ−2
それぞれの導体ペーストの導体粉末含有率は、In27Nが85重量%、IN−Dが85重量%、DMJ−2が86重量%であり、また、粘度比は、In27Nが2.3、IN−Dが3.7、DMJ−2が7.5である。
結果を表1及び図8に示す。
Figure 2006140212
表1及び図8から、各導体ペーストは、いずれも導体粉末を高い割合で含有し且つ粘度比が夫々異なるにもかかわらず、ビアホールの周縁とビアホール穴埋め印刷用孔の周縁との間隔が大きくなるにしたがって、ビアホールへの導体ペーストの充填率が高くなることが判かった。そして、ビアホールの周縁とビアホール穴埋め印刷用孔の周縁との間隔が50μmの場合は、いずれも96%以上の高い充填率が得られた。また、焼成後におけるビア導体の導通性も良好であり、配線パターン(ライン幅100μm)の直線性及び厚みも良好であり、印刷性に優れることが判った。
以上の結果より、ビアホールへの導体ペーストの十分な充填率を得るためには、メッシュマスクのセラミックグリーンシート表面への正投影において、ビアホール穴埋め印刷用孔の周縁がビアホールを囲繞するように、ビアホール穴埋め印刷用孔をビアホールよりも大きく形成することが必要であることが判った。
本発明のセラミック多層配線基板の製造方法によって製造されるセラミック多層配線基板の断面図である。 本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法によってビアホール穴埋め印刷及び配線パターン印刷を同時印刷されたセラミックグリーンシートの斜視図である。 本発明のセラミックグリーンシートの印刷方法に用いるメッシュマスクの平面図である。 メッシュマスクのビアホール穴埋め印刷用孔とビアホールとを説明するための平面図である。 メッシュマスクのビアホール穴埋め印刷用孔とビアホールとを説明するための断面図である。 配線パターン印刷及びビアホール穴埋め印刷を行う印刷装置を説明する装置の側面図である。 メッシュマスクによる印刷の仕方を説明する断面図である。 ビアホール穴埋め印刷用孔の周縁とビアホールの周縁との間隔に対するビアホールへの導体ペーストの充填率を示すグラフである。
符号の説明
1 セラミック多層配線基板
2 配線
3 ビア導体
4 セラミック基板
4´ セラミックグリーンシート
11 メッシュマスク
15 配線パターン印刷用孔
16 ビアホール穴埋め印刷用孔
17 ビアホール
P 導体ペースト

Claims (6)

  1. ビアホールを有するセラミックグリーンシートに対してビアホールへ導体ペーストを充填するビアホール穴埋め印刷及び当該セラミックグリーンシートの表面に導体ペーストで配線パターンを形成する配線パターン印刷を同時に行う方法であって、
    配線パターン印刷用孔とビアホールよりも大きなビアホール穴埋め印刷用孔とが設けられたメッシュマスクを、
    前記ビアホール穴埋め印刷用孔の前記セラミックグリーンシートの表面への正投影の周縁が前記セラミックグリーンシートのビアホールを囲繞するように前記セラミックグリーンシート上に配置し、
    前記メッシュマスク上に導体ペーストを供給して前記セラミックグリーンシートへのビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同時に行うことを特徴とするセラミックグリーンシートの印刷方法。
  2. ビアホール穴埋め印刷用孔の前記正投影の周縁と前記セラミックシートのビアホールの周縁との間隔が50μm以上であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックグリーンシートの印刷方法。
  3. 前記メッシュマスクの空間率が60%以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックグリーンシートの印刷方法。
  4. 前記導体ペーストの導体粉末含有率が85〜90重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミックグリーンシートの印刷方法。
  5. 前記導体ペーストの粘度比が1.5〜10であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミックグリーンシートの印刷方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の印刷方法によりビアホール穴埋め印刷と配線パターン印刷とを同時に行ったセラミックグリーンシートを複数枚積層してセラミックグリーンシート積層体とし、
    当該セラミックグリーンシート積層体を焼成してセラミック多層配線基板を製造することを特徴とするセラミック多層配線基板の製造方法。
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