JP2007302503A - セラミックグリーンシート積層体並びに配線基板の製造方法及び配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】平面方向の寸法精度が高いアルミナ焼結層が得られるセラミックグリーンシート積層体並びにこれを用いた配線基板の製造方法及び配線基板を提供する。
【解決手段】本発明のセラミックグリーンシート積層体１は、未焼成セラミック層１１と、その両面に積層され、且つセラミック焼結層の平面方向における収縮を抑制するための寸法安定化層１２と、を備え、未焼成セラミック層には焼結体用アルミナ粉末と焼結助剤粉末とが含有され、合計を１００モル％とした場合に、焼結体用アルミナ粉末は７５モル％以上であり、寸法安定化層には寸法安定化層用セラミック粉末（焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末及び窒化珪素粉末等）を含むセラミック粉末が含有され、このセラミック粉末を１００モル％とした場合に、寸法安定化層用セラミック粉末は５０〜１００モル％であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックグリーンシート積層体並びに配線基板の製造方法及び配線基板に関する。更に詳しくは、本発明は、平面方向における寸法精度の高い焼結アルミナ層を形成することができるセラミックグリーンシート積層体、並びに寸法精度の高い配線基板が得られる配線基板の製造方法、及びこの方法により製造され、強度が大きく、且つ熱伝導性が高く、優れた耐熱性を有するため高温環境においても使用することができる配線基板に関する。

近年、電子部品分野等では大寸のセラミック基板から多数個取りする効率的な製造方法が主流となっており、配線基板においても多数個取りによる効率的な製造方法に対する要望が高まっている。しかし、通常の焼成方法によって大寸のセラミック基板を製造した場合、その全面に渡って焼成収縮を把握し、制御することは困難であり、セラミック基板の寸法精度及び実装工程での位置合わせ精度等を十分に高くすることは容易ではない。

セラミック基板の寸法精度を高くすることができる焼成方法として、所謂、無収縮焼成法が知られている。例えば、ガラス・セラミック低温焼結基板材料を用いて焼成時の収縮が平面方向で起こらないガラス・セラミック基板の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、寸法精度の高いアルミナ質焼結体及びそれを用いた配線基板等が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平５−１０２６６６号公報 特開２００５−１３６０４９号公報

特許文献１には、ガラス・セラミック基板が焼成時において厚み方向だけ収縮し、平面方向には収縮しない多層基板が得られ、これにより多層基板に使用する基板材料、グリーンシート組成、粉体ロットなどに依存せず常に同一寸法の基板が得られると説明されている。しかし、この多層基板はガラス・セラミックを用いたものであり、高強度及び高熱伝導性等が必要とされる環境下での使用には必ずしも好適ではない。

また、特許文献２には、酸化アルミニウム粉末を主成分とし、特定の助剤成分を含むアルミナ質成形体の両面に、酸化マグネシウムを主成分とする粉末シートを設けることにより、寸法精度の高いアルミナ質焼結体及び配線基板が得られると説明されている。しかし、アルミナの収縮を抑制する材料が酸化マグネシウムと特定の助剤成分に限られており、アルミナ質焼結体の組成等及び焼成条件などの多くの態様に対応するものではない。

本発明は上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、平面方向における寸法精度の高い焼結アルミナ層を形成することができるセラミックグリーンシート積層体、並びに寸法精度の高い配線基板が得られる配線基板の製造方法、及びこの方法により製造され、強度が大きく、且つ熱伝導性が高く、優れた耐熱性を有する配線基板を提供することを目的とする。

本発明は以下のとおりである。
１．未焼成セラミック層と、該未焼成セラミック層の両面に積層され、且つ該未焼成セラミック層が焼成されてなるセラミック焼結層の平面方向における収縮を抑制するための寸法安定化層と、を備え、上記未焼成セラミック層には焼結体用アルミナ粉末と焼結助剤粉末とが含有され、該焼結体用アルミナ粉末と該焼結助剤粉末との合計を１００モル％とした場合に、該焼結体用アルミナ粉末は７５モル％以上であり、上記寸法安定化層には、該焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末並びに窒化珪素粉末、窒化硼素粉末、炭化珪素粉末及び炭化タングステン粉末、のうちの少なくとも１種の寸法安定化層用セラミック粉末を含むセラミック粉末が含有され、該セラミック粉末を１００モル％とした場合に、該寸法安定化層用セラミック粉末は５０〜１００モル％であることを特徴とするセラミックグリーンシート積層体。
２．上記焼結助剤粉末として、二酸化マンガン粉末及びシリカ粉末が含有される上記１．に記載のセラミックグリーンシート積層体。
３．上記焼結体用アルミナ粉末の平均粒径が０．５〜２．０μｍであり、上記寸法安定化層用セラミック粉末が上記焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末であって、該焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末の平均粒径が３．０〜１５．０μｍであり、且つ該焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末の平均粒径が該焼結体用アルミナ粉末の平均粒径の２〜２０倍である上記１．又は２．に記載のセラミックグリーンシート積層体。
４．上記未焼成セラミック層の表面及び／又は内部に設けられた未焼成導体層を更に備える上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載のセラミックグリーンシート積層体。
５．上記未焼成導体層には、銅並びにタングステン及び／又はモリブデンが含有される上記４．に記載のセラミックグリーンシート積層体。
６．上記４．又は５．に記載のセラミックグリーンシート積層体を用いた配線基板の製造方法であって、上記未焼成セラミック層を作製し、その後、該未焼成セラミック層の両面に上記寸法安定化層を積層して未焼成複合積層体とし、次いで、該未焼成複合積層体を１１００〜１５００℃の温度に保持して該未焼成セラミック層を焼成し、次いで、該寸法安定化層を除去することを特徴とする配線基板の製造方法。
７．上記６．に記載の方法により製造され、上記未焼成セラミック層が焼成されてなる焼結アルミナ層と、上記未焼成導体層が焼成されてなり、該焼結アルミナ層の表面及び／又は内部に形成された導体層とを備えることを特徴とする配線基板。

本発明のセラミックグリーンシート積層体には、未焼成アルミナ層の平面方向における焼成収縮を抑制するための寸法安定化層が積層されており、平面方向における寸法精度の高い焼結アルミナ層を形成することができる。
また、未焼成セラミック層に含有される焼結助剤粉末として、二酸化マンガン粉末及びシリカ粉末が含有される場合は、未焼成セラミック層をより低温で焼結させることができる。
更に、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径が０．５〜２．０μｍであり、寸法安定化層用セラミック粉末が焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末（以下、寸法安定化層用アルミナ粉末という。）であって、寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径が３．０〜１５．０μｍであり、且つ寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径が焼結体用アルミナ粉末の平均粒径の２〜２０倍である場合は、いずれもアルミナ粉末でありながら、粒径の相違により、同時に焼成したときに、寸法安定化層用アルミナ粉末は焼結させずに、焼結体用アルミナ粉末を焼結させることができる。また、寸法安定化層セラミック粉末に焼結助剤粉末が含有されないときも、同様に、寸法安定化層用アルミナ粉末は焼結させずに、焼結体用アルミナ粉末を焼結させることができる。
また、未焼成セラミック層の表面及び／又は内部に設けられた未焼成導体層を更に備える場合は、焼成により、導体層を有する焼結アルミナ層とすることができる。
更に、未焼成導体層に、銅並びにタングステン及び／又はモリブデンが含有される場合は、所要箇所に抵抗の低い銅含有配線を有する焼結アルミナ層とすることができる。
本発明の配線基板の製造方法によれば、寸法精度の高い配線基板を容易に製造することができる。
本発明の配線基板は、強度が大きく、且つ熱伝導性が高く、優れた耐熱性を有するため高温環境、及び発熱し易い使用条件等においても使用することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
［１］セラミックグリーンシート積層体
本発明のセラミックグリーンシート積層体１は、未焼成セラミック層１１と、その両面に積層され、且つ未焼成セラミック層が焼成されてなるセラミック焼結層の平面方向における収縮を抑制するための寸法安定化層１２と、を備え、未焼成セラミック層１１には焼結体用アルミナ粉末と焼結助剤粉末とが含有され、これらの合計を１００モル％とした場合に、焼結体用アルミナ粉末は７５モル％以上であり、寸法安定化層１２には特定の寸法安定化層用セラミック粉末を含むセラミック粉末が含有され、セラミック粉末を１００モル％とした場合に、寸法安定化層用セラミック粉末は５０〜１００モル％である。

上記「未焼成セラミック層１１」には、焼結体用アルミナ粉末と焼結助剤粉末とが含有される。
上記「焼結体用アルミナ粉末」の平均粒径等は特に限定されない。但し、平均粒径が小さいアルミナ粉末であれば、より低温での焼成によって、より緻密な焼結体とすることができるため好ましい。この焼結体用アルミナ粉末の平均粒径は、０．１〜５．０μｍであればよく、０．３〜３．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍであることが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満のアルミナ粉末も用いることができるが、このような微粒は高価であり、且つ取り扱い難く、未焼成セラミック層を形成するときの作業性に劣る。一方、平均粒径が５．０μｍを越えるアルミナ粉末を用いることもできるが、このような粗粒は高温で焼成しないと緻密化することができず、銅等の抵抗の低い導電材料を用いてなる未焼成導体層との同時焼成もできないため好ましくない。

上記「焼結助剤粉末」としては、アルミナ粉末の焼成に一般に使用される焼結助剤粉末を特に限定されることなく用いることができる。この焼結助剤粉末としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ等の希土類元素、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ及びＢａ等の周期表における２族元素の各々の酸化物、炭酸塩、水酸化物などの粉末を用いることができる。これらのうち、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ等の希土類元素などは、酸化物粉末として用いられることが多い。また、周期表における２族元素は、酸化物粉末及び炭酸塩粉末などとして用いられることが多い。これらの焼結助剤粉末は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上を併用することにより、より低温で緻密化させることもできる。また、焼結助剤粉末としては、二酸化マンガン粉末及びシリカ粉末が含有されることが特に好ましく、これらの焼結助剤粉末が含有されておれば、より低温で緻密化させることができる。

焼結体用アルミナ粉末と焼結助剤粉末との含有割合は、これらの合計を１００モル％とした場合に、焼結体用アルミナ粉末が７５モル％以上である。即ち、焼結助剤粉末の含有割合は２５モル％未満である。この範囲の含有割合であれば、焼成により十分に緻密化され、且つアルミナ焼結体が本来有する優れた強度、熱伝導性及び耐熱性等が損なわれることがない。また、焼結体用アルミナ粉末は８０〜９５モル％、特に８５〜９５モル％であることがより好ましい。この範囲の含有割合であれば、十分に緻密化され、且つより優れた強度、熱伝導性及び耐熱性等を有する焼結アルミナ層を形成することができる。

焼結助剤粉末として二酸化マンガン粉末及びシリカ粉末が含有される場合、これらの粉末の焼結助剤粉末の全量に対する含有割合は特に限定されない。焼結助剤粉末の全量を１００モル％とした場合に、二酸化マンガン粉末は５〜３５モル％、特に１０〜２５モル％、更に１５〜２０モル％とすることができ、シリカ粉末は２５〜６５モル％、特に３０〜６０モル％、更に３５〜５５モル％とすることができる。二酸化マンガン粉末とシリカ粉末の各々の含有割合がそれぞれ上記の範囲であれば、より低温で焼成しても、十分に緻密化された焼結体とすることができる。

未焼成セラミック層１１の両面には寸法安定化層１２が積層されている。この寸法安定化層により、未焼成セラミック層が焼成されてなるセラミック焼結層の平面方向における収縮が抑制され、平面方向における寸法精度が高いセラミック焼結層とすることができる。

上記「寸法安定化層１２」には、寸法安定化層用セラミック粉末を含むセラミック粉末が含有されている。上記「寸法安定化層用セラミック粉末」は特に限定されず、各種の酸化物セラミック粉末、窒化物セラミック粉末及び炭化物セラミック粉末等を用いることができる。

寸法安定化層用セラミック粉末は、寸法安定化層用アルミナ粉末（焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末）、窒化珪素粉末、窒化硼素粉末、炭化珪素粉末及び炭化タングステン粉末、のうちの少なくとも１種であることが好ましい。寸法安定化層用セラミック粉末は、上記「セラミック粉末」を１００モル％とした場合に、５０〜１００モル％含有される。この範囲の含有量であれば、寸法安定化層により未焼成セラミック層の焼成収縮が抑制され、セラミック焼結層の寸法精度を向上させることができる。
尚、アルミナ粉末はＡｌ_２Ｏ_３粉末、窒化珪素粉末はＳｉ_３Ｎ_４粉末、窒化硼素粉末はＢＮ粉末、炭化珪素粉末はＳｉＣ粉末及び炭化タングステン粉末はＷＣ粉末として、各々の含有量を算出する。

セラミック粉末における寸法安定化層用セラミック粉末の含有量は、７０モル％以上、特に８０モル％以上、更に９０モル％以上であることが好ましい。また、寸法安定化層用セラミック粉末は焼結させなくてもよいため、焼結助剤粉末等を配合する必要はなく、寸法安定化層に含有されるセラミック粉末の全量が寸法安定化層用セラミック粉末であればより好ましい。また、セラミック粉末に寸法安定化層用セラミック粉末を除く他の粉末が含まれるときは、この粉末は寸法安定化層用セラミック粉末と反応し難い粉末であることが好ましい。これにより未焼成セラミック層の焼成収縮が抑制され、寸法精度の高いセラミック焼結層とすることができる。

寸法安定化層に含有されるセラミック粉末のうち５０モル％以上は寸法安定化層用セラミック粉末であり、このセラミック粉末には寸法安定化層用セラミック粉末を除く他のセラミック粉末が５０モル％未満含まれていてもよい。この他のセラミック粉末は寸法安定化層を焼結させることのない、又は少なくとも寸法安定化層の収縮率が５％以下、特に３％以下、更に２％以下（いずれも下記の式により算出される値である。）に抑えられるセラミック粉末が挙げられる。言い換えれば、寸法安定化層用セラミック粉末に含有される他のセラミック粉末は焼結助剤として作用しないセラミック粉末であることが好ましい。

寸法安定化層にはセラミック粉末を除く他の物質が含有されていてもよいが、寸法安定化層に含有されるセラミック粉末は、寸法安定化層を１００質量％とした場合に、７５質量％以上であり、８０質量％以上、特に８５質量％以上、更に１００質量％であることが好ましい。寸法安定化層に含有されるセラミック粉末を除く他の物質としては、寸法安定化層を焼結させることのない、又は少なくとも寸法安定化層の収縮率が５％以下、特に３％以下、更に２％以下（いずれも下記の式により算出される値である。）に抑えられる有機バインダ及び可塑剤等が挙げられる。

寸法安定化層１２はまったく収縮しないことが好ましいが、焼成により形成される焼結アルミナ層２１を用いた配線基板２の用途等により、５％以下の収縮率であれば許容される。この寸法安定化層の収縮率は３％以下、特に２％以下であることが好ましく、このような僅かな収縮であれば、未焼成セラミック層の焼成収縮が抑制され、寸法精度の高いセラミック焼結層とすることができ、特に電子部品素子等を実装する配線基板及び集積回路用検査装置などに用いられる配線基板であれば、実用上、まったく問題がない。
尚、上記の収縮率は焼成前の寸法安定化層の寸法（Ｌｂ）から焼成後の寸法安定化層の寸法（Ｌａ）を減じて、これを焼成前の寸法安定化層の寸法（Ｌｂ）で除して１００倍した値である。
収縮率（％）＝［（Ｌｂ−Ｌａ）／Ｌｂ］×１００

セラミック粉末は、通常、平均粒径が小さいと、より低温で緻密化させることができ、平均粒径が大きくなるとともに、緻密化のためには、より高温で焼成する必要がある。従って、焼結体用アルミナ粉末を十分に焼結させ、且つ寸法安定化層用セラミック粉末を焼結させない、又は僅かな焼結に抑え、上記の収縮率（５％以下）とするためには、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径、寸法安定化層用セラミック粉末の種類及び平均粒径並びに焼成温度を勘案し、各々を設定する必要がある。

例えば、寸法安定化層用アルミナ粉末の場合、焼結体用アルミナ粉末と寸法安定化層用アルミナ粉末の各々の平均粒径を以下のように設定することにより、未焼成セラミック層の焼成収縮を抑制し、寸法精度の高いセラミック焼結層とすることができる。即ち、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径が０．５〜２．０μｍであり、寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径が３．０〜１５．０μｍであって、且つ寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径が焼結体用アルミナ粉末の平均粒径の２〜２０倍である各々の粉末を組み合わせて用いることが好ましい。

また、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径は０．５〜１．８μｍであり、寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径は３．０〜１２．０μｍであって、且つ寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径が焼結体用アルミナ粉末の平均粒径の３〜１８倍であることがより好ましい。更に、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径は０．５〜１．５μｍであり、寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径は５．０〜１０．０μｍであって、且つ寸法安定化層用アルミナ粉末の平均粒径が焼結体用アルミナ粉末の平均粒径の５〜１５倍であることが特に好ましい。このような粉末を組み合わせて用いることで、より寸法精度の高いセラミック焼結層とすることができる。

セラミックグリーンシート積層体１は、未焼成セラミック層１１の表面及び／又は内部に設けられた未焼成導体層１３を更に備えていてもよい。また、複数の未焼成導体層が設けられている場合は、所要箇所に各々の未焼成導体層１３を接続する未焼成ビア導体１４を備えていてもよい。未焼成導体層に含有される導電材料は特に限定されず、銀、銅、ニッケル等の融点の低い金属及びタングステン、モリブデン等の融点の高い金属などを用いることができる。但し、アルミナ粉末では低温焼成といっても限度があるため、銀のように特に融点の低い金属は、通常、同時焼成には用いることができない。これらの導電材料は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、融点の低い金属と融点の高い金属とを混合して用いてもよい。

導電材料の選択は焼成温度にもよる。即ち、１５００℃を越える焼成温度では、上記の融点の高い導電材料が用いられる。また、平均粒径の小さいアルミナ粉末を使用し、より低温で焼成するとき、並びに焼結助剤粉末として二酸化マンガン粉末及びシリカ粉末を使用し、より低温で焼成するとき、は上記の融点の低い金属を用いることもできる。この場合、低温で焼成するといっても、アルミナ粉末では限度があるため、通常、融点の低い金属のみを用いることはできず、融点の低い金属と融点の高い金属とが併用される。低融点金属と高融点金属との組み合わせは特に限定されないが、銅とタングステン及び／又はモリブデンとを組み合わせて用いることがより好ましい。

低融点金属と高融点金属とを組み合わせて用いる場合、各々の質量割合は、金属の種類、焼成温度及び配線基板の用途等により設定することができ特に限定されない。また、銅等の抵抗の低い低融点金属を併用すれば、十分な寸法精度を有し、且つ抵抗の低い導体層とすることができる。

導電材料として銅とタングステン及び／又はモリブデンとを組み合わせて用いる場合、各々の体積割合は特に限定されないが、銅とタングステン及び／又はモリブデンとの合計を１００体積％とした場合に、銅は３０〜７０体積％とすることができ、３５〜６５体積％、特に４０〜６０体積％とすることが好ましい。銅の体積割合が３０〜７０体積％、特に４０〜６０体積％であれば、十分な寸法精度を有し、且つ抵抗の低い導体層とすることができる。また、導電材料の全量に対する銅とタングステン及び／又はモリブデンの体積割合も特に限定されないが、導電材料の全量を１００体積％とした場合に、銅とタングステン及び／又はモリブデンとの合計量は８０〜１００体積％、特に９０〜１００体積％とすることが好ましく、１００体積％とすることもできる。この合計量が８０〜１００体積％、特に９０〜１００体積％であれば、十分な寸法精度を有し、且つ抵抗の低い導体層とすることができる。

［２］配線基板の製造方法
本発明の配線基板２の製造方法は、表面及び／又は内部に未焼成導体層１３が設けられた未焼成セラミック層１１を作製し、その後、その両面に寸法安定化層１２を積層して未焼成複合積層体とし、次いで、この未焼成複合積層体を１１００〜１５００℃の温度に保持して未焼成セラミック層１１を焼成し、次いで、寸法安定化層１２を除去することを特徴とする。
未焼成導体層、未焼成セラミック層及び寸法安定化層については、［１］セラミックグリーンシート積層体における前記の記載をそのまま適用することができる。
また、未焼成複合積層体が多数個取りするための複数組の未焼成導体層を有している場合は、未焼成複合積層体から各々の未焼成配線基板を切り出し、その後、それぞれの未焼成配線基板を上記のようにして焼成し、次いで、寸法安定化層を除去して配線基板を製造する。

セラミックグリーンシート積層体１は、セラミックグリーンシート（未焼成セラミック層１１）と、このセラミックグリーンシートの表面に設けられた未焼成導体層１３とを有する。セラミックグリーンシートの厚さは特に限定されないが、通常、０．１〜２ｍｍ、特に０．３〜１．５ｍｍである。また、未焼成セラミック層は、１枚のセラミックグリーンシートを有するものでもよく、積層された２枚以上のセラミックグリーンシートを有するものでもよい。セラミックグリーンシートが積層される場合、積層枚数は配線基板２の種類、用途等により設定され、特に限定されないが、２〜２０層、特に２〜１０層であることが多い。厚さ方向に複数の未焼成導体層１３が設けられた場合、未焼成セラミック層１１は、必要に応じて、各々の未焼成導体層１３を接続するための未焼成ビア導体１４を有していてもよい。

セラミックグリーンシートは、所定量の焼結体用アルミナ粉末、焼結助剤粉末及び有機溶剤等を配合し、その後、ボールミル等により湿式混合し、次いで、有機バインダ、可塑剤及び有機溶媒等を配合し、その後、更に湿式混合して調製したセラミックスラリーを用いて作製することができる。また、焼結体用アルミナ粉末、焼結助剤粉末、有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤等を配合し、その後、ボールミル等により湿式混合して調製したセラミックスラリーを用いて作製することができる。セラミックグリーンシートは、これらのセラミックスラリーを用いて、例えば、ドクターブレード法及びスリップキャスティング法等によりシートを成形し、その後、このシートを乾燥させ、有機溶剤を除去することにより作製することができる。

有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤としては、アルミナ粉末を主成分とする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。有機バインダとしては、ブチラール樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。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。有機溶剤としては、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。有機バインダ、可塑剤、有機溶剤は各々１種のみ用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

未焼成導体層は、導電材料を含有する導体用ペーストを用いて、スクリーン印刷等により、セラミックグリーンシートの表面に設けることができる。この導体用ペーストには、更に有機バインダ及び有機溶剤等が含有されていてもよい。有機バインダ及び有機溶剤としては、配線基板の導体層の形成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。

有機バインダとしては、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。これらの有機バインダは１種のみ用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。有機溶剤としては、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種のみ用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

寸法安定化層は、寸法安定化層用アルミナ粉末、窒化珪素粉末、窒化硼素粉末、炭化珪素粉末及び炭化タングステン粉末、のうちの少なくとも１種の寸法安定化層用セラミック粉末を含むセラミック粉末を含有する安定化層用スラリーを用いて作製することができる。この安定化層用スラリーは、前記のセラミックスラリーと同様にして、寸法安定化層用セラミック粉末等のセラミック粉末と、有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤等とを配合して調製することができる。また、寸法安定化層は、この安定化層用スラリーを用いて前記のセラミックグリーンシートの場合と同様にして作製することができる。

寸法安定化層１２の厚さは特に限定されず、未焼成セラミック層１１及び寸法安定化層１２の各々の組成、並びに未焼成セラミック層１１の厚さ等により設定することができる。この寸法安定化層１２の厚さは、通常、０．１〜２．０ｍｍ、特に０．３〜２．０ｍｍとすることができる。また、未焼成セラミック層１１の厚さ（Ｌｃ）と寸法安定化層１２の厚さ（Ｌｓ）との比（Ｌｃ／Ｌｓ）は特に限定されない。この比は、未焼成セラミック層及び寸法安定化層のそれぞれの組成、並びに焼成温度等によるが、０．２以上、特に０．５以上（通常、１０以下）とすることが好ましい。

上記「未焼成複合積層体」は、未焼成セラミック層１１と、その両面に積層された寸法安定化層１２とを備える。これらの積層方法は特に限定されない。未焼成セラミック層１１が１枚のセラミックグリーンシートを有する場合は、その両面に寸法安定化層１２を重ね合わせ、必要に応じて加圧、加熱して積層することができる。また、未焼成セラミック層１１が２枚以上のセラミックグリーンシートを有する場合は、セラミックグリーンシートを重ね合わせ、その後、この積層体の両面に寸法安定化層１２を重ね合わせ、必要に応じて加圧、加熱して積層することができる。更に、セラミックグリーンシートを重ね合わせ、必要に応じて加圧、加熱して積層し、その後、この積層体の両面に更に寸法安定化層１２を重ね合わせ、必要に応じて加圧、加熱して積層することができる。

上記「焼成」は、未焼成複合積層体を１１００〜１５００℃の温度に保持してなされる。この焼成温度は、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径及び焼結助剤粉末の種類及び配合量等により設定することができる。抵抗の低い導体層とするためには、銅等の抵抗の低い金属が多量に含有される導電材料を用いることが好ましいが、未焼成セラミック層と未焼成導体層とを同時焼成する場合、銅等は融点が低いため、より低い焼成温度とすることが好ましい。この場合は、焼成温度は１１００〜１４００℃、特に１２００〜１３５０℃、更に１２５０〜１３００℃とすることが好ましい。また、焼成温度を保持する時間は特に限定されず、０．１〜１０時間、特に０．５〜２時間とすることができる。
尚、焼成温度は、寸法安定化層が焼結する温度よりも２００℃以上低いことが好ましい。

焼成は、通常、未焼成複合積層体を焼成温度より低い所定温度で加熱し、有機バインダを除去する、所謂、脱脂をした後になされる。この場合、脱脂した後、そのまま降温させることなく、焼成温度まで昇温させて焼成してもよいし、脱脂の後、一旦降温させ、例えば、室温（２５〜３５℃）にまで降温させ、その後、焼成してもよい。

焼成雰囲気は特に限定されず、大気雰囲気等の酸化雰囲気、窒素ガス雰囲気及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気などの不活性雰囲気、並びに水素ガスを含有する還元雰囲気のいずれであってもよい。また、乾燥雰囲気であってもよく、加湿雰囲気であってもよい。焼成雰囲気は、加湿された還元雰囲気であることが好ましく、この焼成雰囲気であれば、有機バインダの分解に有利で、より低温で緻密化させることができる。更に、アルミナ焼結体は、大気雰囲気において焼成することができ、大気雰囲気であれば、製造コスト等の点において有利である。

焼成は無加圧で実施することができる。この無加圧とは、焼成雰囲気を加圧せず、且つ上面側の寸法安定化層の質量を除いてセラミックグリーンシート積層体に加重しないことを意味する。即ち、配線基板となるセラミックグリーンシート積層体は、寸法安定化層の質量を除く他の圧力を受けることなく焼成されることになる。また、焼成収縮をより抑制するために加圧して焼成してもよい。

寸法安定化層１２の上記「除去」の方法は特に限定されない。例えば、水流を吹き付ける方法、ウェットブラスト、熱衝撃等による方法及び道具を用いて掻き取る方法などが挙げられる。ウェットブラスト法は、セラミック粒子等の研磨粒子が分散している水等の液体を吹き付けて寸法安定化層を除去する方法である。また、熱衝撃を用いる方法としては、焼成後、積層体を２５〜１００℃の温度範囲に保持し、次いで、保持温度より１０℃以上、特に２０℃以上低温の水等の冷却媒体に接触させ、この温度差による熱衝撃を利用して焼結時の残留応力を開放することにより寸法安定化層を除去する方法等が挙げられる。一方、道具を用いて掻き取る方法としては、硬質のへら及び刷毛等を用いて掻き取る方法が挙げられる。

焼成により生成した焼結アルミナ層２１は、強度が大きく、熱伝導性に優れ、十分に緻密化されている。この焼結アルミナ層のＪＩＳ Ｒ １６０１により測定した３点曲げ強さは４００ＭＰａ以上、特に４５０ＭＰａ以上とすることができ、ＪＩＳ Ｒ ２６１６により測定した熱伝導率は１０Ｗ／ｍｋ以上、特に１２Ｗ／ｍｋ以上とすることができる。

［３］配線基板
本発明の配線基板２は、未焼成セラミック層１１が焼成されてなる焼結アルミナ層２１と、未焼成導体層１３が焼成されてなり、焼結アルミナ層２１の表面及び／又は内部に形成された導体層２２とを備える。
未焼成セラミック層及び未焼成導体層については、［１］セラミックグリーンシート積層体、［２］配線基板の製造方法、の各々における前記の記載をそのまま適用することができる。

上記「焼結アルミナ層２１」は、未焼成セラミック層１１が焼成されてなる。上記［２］において記載したような優れた強度及び熱伝導性等を有する焼結アルミナ層２１とするためには、十分に緻密化されていることが好ましい。相対密度を緻密化の指標とした場合、この相対密度は８５％以上、特に９０％以上、更に９５％以上であることが好ましい。この相対密度は、焼結体用アルミナ粉末の平均粒径、焼結助剤粉末の種類及びその配合量、並びに焼成温度等によって、上記の好ましい範囲に調整することができる。
尚、相対密度は、純水を溶媒にしてアルキメデス法により測定した嵩密度を、理論密度で除して算出することができる。

上記「導体層２２」は、未焼成導体層１３が焼成されてなる。この導体層２２は常温における抵抗が８μΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、この抵抗は、導電材料として銅等の抵抗の低い金属を用いることにより低下させることができる。導体層２２の平面形状及び厚さ等は特に限定されない。この導体層としては、配線パターン及び異なる配線パターン間を接続するビア導体２３等が挙げられる。配線パターンとしては、例えば、通常の導通用配線、抵抗用配線、インダクタンス用配線及びボンディングパッド等が挙げられる。

配線基板２は焼結アルミナ層２１及び導体層２２を除く他の部材等を更に備えていてもよい。この他の部材等としては、電子部品が挙げられる。この電子部品の種類は特に限定されず、配線基板には種々の能動部品及び受動部品等を配設することができる。これらの電子部品が配設される位置も特に限定されず、例えば、配線基板の内部に設けられたスルーホール内に配設されていてもよく、配線基板に形成されたキャビティ内に配設されていてもよく、配線基板の表面に配設されていてもよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（１）セラミックグリーンシートの作製
Ａｌ_２Ｏ_３粉末（平均粒径０．６μｍ）９０モル％、ＳｉＯ_２粉末４．５モル％、ＭｇＯ粉末０．８モル％、ＢａＣＯ_３粉末０．８モル％、ＭｎＯ_２粉末１．７モル％、ＴｉＯ_２粉末１．７モル％及びＺｒＯ_２粉末０．５モル％［合計で１００モル％である。］と、分散剤と、有機溶剤とをボールミルに投入し、湿式混合した。その後、有機溶剤に溶解させた有機バインダ（ブチラール樹脂）１０質量部［固形分の質量であり、上記の各々のセラミック粉末の合計を１００質量部とした場合の値である。］を更に投入し、湿式混合を継続し、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シートを成形し、このシートを乾燥させて厚さ２００μｍのセラミックグリーンシートを作製した。

（２）導体用ペーストの調製
所定量の有機バインダ（アクリル樹脂）と有機溶剤とを混合機に投入し、１０時間混合して有機ビヒクルを調製し、その後、Ｗ粉末５０体積％とＣｕ粉末５０体積％（合計で１００体積％である。）とを投入し、更に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、導体用ペーストを調製した。

（３）未焼成導体層及び未焼成ビア導体の作製
上記（１）で作製したセラミックグリーンシートの所定箇所にマイコンパンチを用いて貫通孔を形成し、この貫通孔に上記（２）で作製した導体用スラリーを充填した。また、セラミックグリーンシートの表面にスクリーンマスクを用いて所定パターンの未焼成導体層を形成した。

（４）寸法安定化層用シートの作製
セラミック粉末として平均粒径が７．０μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末のみを用いた他は上記（１）と同様にして安定化層用スラリーを調製した。その後、この安定化層用スラリーを用いて上記（１）と同様にしてドクターブレード法によりシートを成形し、このシートを乾燥させて有機溶剤を除去し、厚さ２００μｍの寸法安定化層用シートを作製した。

（５）セラミックグリーンシート積層体の作製
上記（３）において未焼成導体層と未焼成ビア導体が形成されたセラミックグリーンシートを積層し、加圧、加熱して、各々のセラミックグリーンシートを密着させて未焼成セラミック層を形成した。その後、この未焼成セラミック層の両面に、上記（４）で作製した寸法安定化層用シートから切り出した、上記（３）においてセラミックグリーンシートから切り出されたシートと同寸のシートを積層し、加圧、加熱して、未焼成セラミック層と寸法安定化層とを密着せてセラミックグリーンシート積層体を作製した。

（６）脱脂及び焼成
上記（５）までの工程において得られた未焼成配線基板を、焼成炉に収容し、無加圧で３００℃まで昇温させ、窒素ガス雰囲気下、５時間保持して脱脂した。その後、更に１２５０〜１３００℃まで昇温させ、加湿した窒素／水素混合ガス雰囲気下、２時間保持して未焼成セラミック層を焼結させた。

（７）寸法安定化層の除去
上記（６）における焼成後の積層体の両面にノズルから水流を吹き付け、寸法安定化層を除去した。また、焼結セラミック層（焼結アルミナ層）の表面の付着物をウェットブラストにより除去し、配線基板を製造した。配線基板の平面方向の寸法を測定し、未焼成配線基板の寸法と比較したところ、収縮率は２％であって収縮は極く僅かであった。

（８）焼結体の評価
上記（１）と同様にして作製したセラミックグリーンシートを、上記（６）と同様にして脱脂及び焼成して得られた焼結アルミナシートを用いて焼結体の強度、熱伝導率及び相対密度を測定した。その結果、前記の方法により測定した３点曲げ強さは５５０ＭＰａであり、熱伝導率は１５Ｗ／ｍｋであって、優れた強度と熱伝導性とを併せて有していた。また、前記の方法により算出した相対密度は９５％であり、十分に緻密化していた。
これらの結果から得られた配線基板は強度が大きく、熱伝導性に優れ、焼結アルミナ層は十分に緻密化されていることが推察される。

本発明は、配線基板の技術分野において利用することができる。特に、高強度及び高熱伝導性等が必要とされる用途に用いられる配線基板において利用することができる。また、寸法精度の高い配線基板とすることができるため、平面方向の寸法が５０ｍｍ角以上の大寸の配線基板において有用である。このような配線基板としては、高熱伝導性及び高寸法精度等を要求される自動車用電子制御ユニット基板、及び高強度、高寸法精度等が要求される集積回路用検査基板などが挙げられる。

本発明のセラミックグリーンシート積層体の一例の断面を模式的に示す説明図である。 図１のセラミックグリーンシート積層体が焼成され、未焼成セラミック層が焼結し、厚さ方向に収縮してなる焼結セラミック層が形成された様子を模式的に示す説明図である。 図２の焼成後の積層体から寸法安定化層が除去されてなる本発明の配線基板の一例の断面を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１；セラミックグリーンシート積層体、１１；未焼成セラミック層、１２；寸法安定化層、１３：未焼成導体層、１４；未焼成ビア導体、２；配線基板、２１；焼結アルミナ層、２２；導体層（配線パターン）、２３；ビア導体。

Claims (7)

1. 未焼成セラミック層と、
   該未焼成セラミック層の両面に積層され、且つ該未焼成セラミック層が焼成されてなるセラミック焼結層の平面方向における収縮を抑制するための寸法安定化層と、を備え、
   上記未焼成セラミック層には焼結体用アルミナ粉末と焼結助剤粉末とが含有され、該焼結体用アルミナ粉末と該焼結助剤粉末との合計を１００モル％とした場合に、該焼結体用アルミナ粉末は７５モル％以上であり、
   上記寸法安定化層には、該焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末並びに窒化珪素粉末、窒化硼素粉末、炭化珪素粉末及び炭化タングステン粉末、のうちの少なくとも１種の寸法安定化層用セラミック粉末を含むセラミック粉末が含有され、該セラミック粉末を１００モル％とした場合に、該寸法安定化層用セラミック粉末は５０〜１００モル％であることを特徴とするセラミックグリーンシート積層体。
2. 上記焼結助剤粉末として、二酸化マンガン粉末及びシリカ粉末が含有される請求項１に記載のセラミックグリーンシート積層体。
3. 上記焼結体用アルミナ粉末の平均粒径が０．５〜２．０μｍであり、上記寸法安定化層用セラミック粉末が上記焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末であって、該焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末の平均粒径が３．０〜１５．０μｍであり、且つ該焼結体用アルミナ粉末より平均粒径の大きいアルミナ粉末の平均粒径が該焼結体用アルミナ粉末の平均粒径の２〜２０倍である請求項１又は２に記載のセラミックグリーンシート積層体。
4. 上記未焼成セラミック層の表面及び／又は内部に設けられた未焼成導体層を更に備える請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のセラミックグリーンシート積層体。
5. 上記未焼成導体層には、銅並びにタングステン及び／又はモリブデンが含有される請求項４に記載のセラミックグリーンシート積層体。
6. 請求項４又は５に記載のセラミックグリーンシート積層体を用いた配線基板の製造方法であって、
   上記未焼成セラミック層を作製し、その後、該未焼成セラミック層の両面に上記寸法安定化層を積層して未焼成複合積層体とし、次いで、該未焼成複合積層体を１１００〜１５００℃の温度に保持して該未焼成セラミック層を焼成し、次いで、該寸法安定化層を除去することを特徴とする配線基板の製造方法。
7. 請求項６に記載の方法により製造され、上記未焼成セラミック層が焼成されてなる焼結アルミナ層と、上記未焼成導体層が焼成されてなり、該焼結アルミナ層の表面及び／又は内部に形成された導体層とを備えることを特徴とする配線基板。

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