JP2008186905A - 低温焼成配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温焼成基板を絶縁基板とする配線基板において、基板が大型化、厚型化した場合においても、十分な寸法精度が得られ、かつ製造コストの増加を最小限に抑制できる配線基板を提供する。
【解決手段】配線シート積層体１１の両主面に、グリーンシート１の焼成温度では緻密化しない難焼結性材料と有機バインダーとを含む拘束シート３を積層した複合積層体１５を焼成する低温焼成配線基板３３の製造方法において、グリーンシート１の熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であり、焼成により、絶縁層２１の熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超える拘束シート３を用いる。
【選択図】図４

Description

本発明は、多層配線基板及び半導体素子収納用パッケージなどに適した低温焼成配線基板の製造方法に関するものである。

近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量化が要求されており、従来のアルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線回路層としてＣｕなどの低抵抗金属を用いることができることから、ガラス、またはガラスとセラミックフィラーとの混合物、あるいはセラミックフィラーと助剤成分との混合物からなり、焼成温度が１０００℃以下のいわゆる低温焼成セラミック材料を絶縁基板とした低温焼成セラミック配線基板が一層注目されている。

このような低温焼成セラミック配線基板、特に低温焼成配線基板において、配線導体層を形成する手法としてはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属を主成分とする導体ペーストを、低温焼成セラミック組成物をシート状に成形したグリーンシートの表面にスクリーン印刷法等によって印刷した後に焼成する方法が行なわれている。

しかし、このような印刷手法を用いた場合、配線幅１００μｍ以下を形成するのが困難であり、今後必要とされる更なる高密度化、小型軽量化の達成を阻む原因となっていた。また、電気抵抗についても金属粉末を主導体とする導体ペーストで配線導体層を形成するために焼成後の配線回路層内に空隙が多く存在する結果、配線導体層の低抵抗化が困難という問題があった。

この問題を解決する手法として、ガラスセラミックグリーンシートにおける配線回路層を、金属箔のエッチングによって形成する手法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、配線回路層を微細化することはできるものの、金属箔とガラスセラミックを同時焼成すると、金属箔自体が実質的に緻密質であってほとんど収縮しないために、基板に反り、クラックが発生するという新たな問題が発生していた。

この問題に対して、ガラスセラミックグリーンシートの積層体の両面に、焼成温度では焼結しない難焼結性のセラミック材料からなるセラミックシート（以下、拘束シートと称す）を積層した後、前記積層体と拘束シートとを積層したまま、焼成することで配線基板における平面方向の収縮を抑制して、金属箔とガラスセラミックスとの同時焼成を可能とする手法が報告されている（例えば、特許文献２を参照。）。

この平面方向の収縮を抑制する焼成方法は、金属箔を使用しない場合においても、焼成収縮による寸法バラツキを抑制することが可能であり、より寸法精度の優れたセラミック配線基板を得ることができる。
特開昭６３−１４４９３号公報 特開平７−８６７４３号公報

しかしながら、拘束シートは、焼成温度では緻密化しないため、絶縁基板としては機能せず、焼成後に超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウエットブラスト等の方法で除去する工程が必要となる。そのため、除去工程における製造コストが増加するという問題があった。

したがって本発明は、除去工程の省力化による製造コストの増加を抑えることのできる低温焼成配線基板の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の低温焼成配線基板の製造方法は、セラミック粉末と有機バインダーとを含有し、焼成により絶縁層となるグリーンシートの表面に、焼成により配線層となる導体パターンを形成して配線シートを作製する工程と、前記配線シートを複数積層して、焼成により低温焼成配線基板となる配線シート積層体を作製する工程と、前記配線シート積層体の両主面に、前記グリーンシートの焼成温度では緻密化しない難焼結性材料と有機バインダーとを含み、前記グリーンシートとの０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であり、焼成により前記絶縁層との０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超える拘束層となる拘束シートを積層して複合積層体を作製する工程と、前記複合積層体から有機成分を除去し、ついで１０００℃以下の温度で焼成して低温焼成配線基板の両主面に拘束層が配置された複合焼結体を作製する工程と、前記複合焼結体から拘束層を除去する工程とを具備することを特徴とする。

また、本発明の低温焼成配線基板の製造方法は、前記難焼結性材料として溶融シリカ粉末を用い、焼成によって、前記拘束層を形成する溶融シリカの少なくとも一部を結晶化させることが望ましい。

また、本発明の低温焼成配線基板の製造方法は、アルカリ金属元素を含有する前記拘束シートを用いることが望ましい。

本発明の低温焼成配線基板の製造方法によれば、配線シート積層体の両主面に、配線シート積層体を構成するグリーンシートの焼成温度では緻密化しない難焼結性材料と有機バインダーとを含む拘束シートを積層して複合積層体を作製した後、この複合積層体を加熱して複合積層体から有機成分を除去し、ついで焼成して低温焼成配線基板の両主面に拘束層が配置された複合焼結体を作製し、さらに複合焼結体から拘束層を除去する低温焼成配線基板の製造方法において、グリーンシートと絶縁層および絶縁層と拘束シートとの熱膨張係数差を特定の関係とすることで、平面方向の収縮、反りが抑制された、高寸法精度の低温焼成配線基板を提供することができるとともに、拘束層の除去が格段に容易となる。

なお、前記難焼結性材料として溶融シリカ粉末を用いたときには、焼成によって、前記拘束層を形成する溶融シリカの少なくとも一部を結晶化することにより、容易に、拘束シートの熱膨張率と拘束層の熱膨張率とに差を設けることができる。

なお、溶融シリカ粉末とアルカリ金属元素とを用いたときには、溶融シリカ粉末の結晶への変化を促進することができる。

本発明の低温焼成配線基板の製造方法は、セラミック粉末と有機バインダーとを含有し、焼成により絶縁層となるグリーンシートの表面に、焼成により配線層となる導体パターンを形成して配線シートを作製する工程と、前記配線シートを複数積層して、焼成により低温焼成配線基板となる配線シート積層体を作製する工程と、前記配線シート積層体の両主面に、前記グリーンシートの焼成温度では緻密化しない難焼結性材料と有機バインダーとを含み、前記グリーンシートとの０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であり、焼成により前記絶縁層との０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超える拘束層となる拘束シートを積層して複合積層体を作製する工程と、前記複合積層体から有機成分を除去し、ついで１０００℃以下の温度で焼成して低温焼成配線基板の両主面に拘束層が配置された複合焼結体を作 製する工程と、前記複合焼結体から拘束層を除去する工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、グリーンシートと拘束シートとの熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であることが重要である。これにより、グリーンシートが緻密化する前にグリーンシートから拘束シートが剥離し、収縮量が増大し寸法バラツキが増大することを防止できる。

また、焼成によってグリーンシートは絶縁層となり、拘束シートは拘束層となるが、この焼成によって絶縁層と拘束層との熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超えることが本発明の大きな特徴であり、これによって、焼成前にグリーンシートから拘束シートが剥離することがなく、かつ、焼成後は熱膨張係数差による冷却時に発生する熱応力により拘束層の剥離が起こり、拘束層を容易に除去することが可能となるのである。

以下に本発明の低温焼成配線基板の製造方法に用いるグリーンシートおよび拘束シートについて説明する。

まず、所定の原料粉末を混合してセラミック粉末を調製し、その混合物に有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりシート状に成形して、図１（ａ）に示すような厚さ５０〜５００μｍのグリーンシート１を作製する。

このグリーンシート１に用いるセラミック粉末は、例えば、ガラス粉末単体、ガラス粉末とセラミックフィラーとの混合粉末やセラミックフィラーと助剤成分との混合粉末を用いることができ、このグリーンシート１を１０００℃以下の温度で焼成した際に、相対密度９５％以上に緻密化する組成のものを用いることが好ましい。特に、様々な特性を発現させることができるガラス粉末とセラミックフィラーとの混合粉末からなるセラミック粉末を用いることがより望ましい。これにより、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの低抵抗金属を配線として用いることが可能となる。

ガラス粉末は、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物および希土類酸化物の群から少なくとも一種を含有するガラスが望ましく、特に上記成分を３種類以上含有する多成分系ガラスであることが望ましい。

セラミックフィラーとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＳｉＯ_３、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、Ｚｎ_２ＴｉＯ_４、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＭｇＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６、ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、Ｍｇ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８、Ｚｎ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣおよびムライト等を用いることが望ましく、用途に合わせて選択することができる。

また、助剤成分としては、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｎＯ_２、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物および希土類酸化物等を用いることが望ましく、用途に合わせて選択することができる。

なお、セラミック粉末を構成する成分としては、上述したガラス、セラミックフィラー、助剤成分に限定されるものではない。

有機バインダーとしては、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）、ポリビニルブチラール系、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、セルロール系等の単独重合体および共重合体が挙げられる。

また、本発明の低温焼成配線基板の製造方法において用いる拘束シートは、所定の難焼結性材料粉末を調整し、前記グリーンシート１と同様の方法にて、図１（ｂ）に示すようにシート状に作製することができる。

この拘束シート３に用いる難焼結性材料は、グリーンシート１の焼成温度、特に１０００℃程度、最適には１１００℃程度の温度では実質的に収縮しない材料であり、さらに拘束シート３とグリーンシート１との０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であり、焼成後の拘束層と絶縁層との０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超えることが重要である。

ここで、実質的に収縮しないとは、焼成の前後における拘束シート３の収縮が１％以下であることを指し、特に０．８％以下、最適には０．５％以下であることが望ましい。

このような難焼結性材料の例としては、平均粒径１〜２０μｍ、特に３〜１０μｍのＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種、特にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２が挙げられ、グリーンシート１の焼成温度を考慮して適宜選択して用いればよい。

特に、溶融シリカ粉末を用いることが、拘束シート３およびこの拘束シート３が焼成されることにより形成される拘束層との間で熱膨張係数の変化を発生させやすい点で望ましい。なお、この溶融シリカは、石英ガラスと呼称されることもある。この溶融シリカ粉末は、非晶質のＳｉＯ_２からなるため、仮に成分がグリーンシート１側に拡散したとしても影響が非常に小さいという利点もある。

ただし、高純度の溶融シリカ粉末は非常に高価でありかつ反応性に乏しいため、不純物の含有量の多い低純度の溶融シリカ粉末を用いるか、あるいは単独で用いるよりも、溶融シリカ粉末と他の難焼結材料とを組合せた方が経済的、あるいは焼成により熱膨張係数を変化させるためには有利である。特に、低純度の溶融シリカ粉末と結晶のシリカ粉末との組合せは、拘束シート３に占めるシリカ成分の量を大きくすることができる点で望ましい。また、この組合せでは溶融シリカの少なくとも一部を結晶化させることが容易となる点でも望ましい。

また、拘束シート３中には、ガラス粉末が含まれていてもよく、その場合には後述するグリーンシート１を積層して作製される配線シート積層体の焼成温度以下の軟化点を備えたガラス粉末を用いることが望ましい。また軟化点が拘束シート３中の有機成分の分解揮散温度よりも高いことが望ましい。

具体的には、拘束シート３中のガラスの軟化点は４５０〜９００℃、特に５５０〜８８０℃、最適には６００〜８５０℃程度であることが好ましい。ガラスの軟化点が４５０℃よりも低い場合には配線シート積層体からの有機成分の除去時に軟化したガラスが分解、蒸発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９００℃を超える場合には、通常の配線シート積層体の焼成条件では配線シート積層体と拘束シート３間の結合材として作用しなくなるおそれがある。

ここで、配線シート積層体と接触する拘束シート３におけるガラスの含有量は、配線シート積層体の焼成時に、拘束シート３を前記配線シート積層体と結合させ、かつ拘束シート３をその面内で実質的に収縮させない量であることが望ましい。

また、ガラスの含有量は、拘束シート３中の全無機成分の０．５〜１５体積％、特に１〜１３体積％、最適には２〜１０体積％であることが望ましい。これは、ガラスの含有量が０．５体積％よりも少ないと、拘束シート３によるグリーンシート１の焼成収縮の拘束力が小さくなり、高い寸法精度が得られにくくなるためであり、さらには焼成工程で配線シート積層体からのガラス成分の拡散が顕著となり、焼結後の低温焼成セラミック絶縁基板の表面にボイドが多数発生し焼結不足となり、また、収縮バラツキが大きくなるおそれがあるためである。

また、ガラスの含有量が１５体積％よりも多いと、拘束シート３が焼結しはじめてしまい、配線シート積層体の収縮を拘束することが困難となるとともに、焼成後に拘束シート３を低温焼成配線基板から除去することが困難となるためである。

また、ガラス粉末には、非晶質の溶融シリカの結晶化を促進することができるため、アルカリ金属元素が含まれていることが望ましく、特に、Ｌｉを含有することが望ましい。

なお、本発明におけるグリーンシート１および拘束シート３の０〜１００℃における熱膨張係数は、以下に示す複合材料の熱膨張係数を各成分の熱膨張係数と剛性率、体積分率から予測する式であるターナーの式を用いて算出することができる。

α＝ ΣαｉＫｉＶｉ ／ ΣＫｉＶｉ
（α：熱膨張係数、Ｋ：剛性率、Ｖ：体積分率、ｉ：ｉ番目の成分を指す添字。）
また、絶縁層および拘束層の０〜１００℃における熱膨張係数は、グリーンシート１および拘束シート３をそれぞれ複数枚積層して、５ｍｍ×２ｍｍ×１０ｍｍの成形体を作製し、さらに、これらの成形体を所定の温度で焼成して得られた絶縁層および拘束層を昇温速度１０℃の条件で、大気中で加熱して測定したものである。

なお、拘束層の一部についてはガラス成分や助剤の量が少ないために焼成後に形状を維持できない場合があるので、その場合には、まず焼成して得られた拘束層の粉末と硬化性樹脂とを所定の割合で混合し、さらに硬化させて拘束層の粉末を含有する複合体を作製する。

そして、この複合体の０〜１００℃における熱膨張係数を昇温速度１０℃の条件で、大気中で加熱して測定し、この測定結果と、予め、測定しておいた硬化した硬化性樹脂の剛性および体積分率、０〜１００℃における熱膨張係数とから上述のターナーの式を用いて、拘束層の熱膨張係数を算出することができる。

この複合体の作製にあたっては、拘束層の粉末と硬化性樹脂として熱硬化性樹脂、あるいは主剤と硬化剤とを混合する２液混合硬化性樹脂とを混合した後、真空脱泡器を用いて泡を除去することが望ましい。また、上述の樹脂の体積分率を５０〜９０体積％とすることが望ましい。

なお、用いる熱硬化性樹脂あるいは２液混合硬化性樹脂は、特殊なものである必要は無く、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、スチレン樹脂などが例示できる。例示した樹脂のように剛性が低いものを用いれば、樹脂が容易に変形して、硬化性樹脂に比べ剛性の高い拘束層の粉末が複合体の熱膨張係数を支配するため、１〜２％程度の誤差は生じるものの、複合体の熱膨張係数を拘束層の熱膨張係数として評価しても実質的な問題はない。

本発明の低温焼成配線基板の製造方法においては、以上説明したグリーンシート１および拘束シート３が好適に用いられる。

まず、図２（ａ）に示すように、グリーンシート１にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより、直径３０〜２００μｍの貫通孔４を形成し、図２（ｂ）に示すように、貫通孔４の内部に導体ペーストを充填することにより、導通ビアホール５を形成する。

この導体ペーストは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＰｄおよびＰｔの群から選ばれる少なくとも一種を主成分とする金属粉末以外に、アクリル樹脂などからなる有機バインダーとトルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを均質混合して作製することができる。

用いる有機バインダーは、金属成分１００重量部に対して、０．５〜１５．０重量部、有機溶剤は、固形成分及び有機バインダー１００重量部に対して、５〜１００重量部の割合で混合されることが望ましい。なお、この導体ペースト中には若干のガラス粉末や酸化物粉末等の無機成分を添加してもよい。

続いて、図２（ｃ）に示すように、この導通ビアホール５を形成したグリーンシート１の表面に導体パターン７を印刷法や転写法により形成する。

印刷法による導体パターン７の形成方法としては、スクリーン印刷法や、グラビア印刷法等の公知の印刷手法を用いて導体ペーストをグリーンシート１の表面に形成する。なお、導体ペーストは、導通ビアホール５用の導体ペーストと同様の手法により作製され、必要に応じて成分や配合比率を変更することにより作製する。

なお、上記印刷法により形成した導体パターン７は、焼成後、金属焼結体からなる配線となる。

一方、転写法による導体パターン７の形成方法としては、まず、高分子材料等からなる転写フィルム上に高純度金属導体、特に金属箔を接着した後、この金属導体の表面に鏡像のレジストを回路パターン状に塗布した後、エッチング処理およびレジスト除去を行って鏡像の配線回路層を形成し、鏡像の配線回路層を形成した転写フィルムを前記導通ビアホール５が形成されたグリーンシート１の表面に位置合わせして積層圧着した後、転写フィルムを剥がすことにより、導通ビアホール５と接続した導体パターン７を具備する配線シートとしてのグリーンシート１を形成することができる。

なお、上記転写法により形成した導体パターン７は、焼成後、金属箔からなる配線となる。

なお、上記印刷法と転写法による導体パターンは、いずれか一方のみでも、両者が混在していても差し支えない。特に、グランド層などの面積の大きい導体パターンは焼成前の脱脂工程を容易に行うために印刷法で形成することが望ましい。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）に示した工程で同様にして得られた、導通ビアホール５や導体パターン７を備えた複数のグリーンシート１を、図３（ａ）に示すように、加圧積層して配線シート積層体１１を作製する。このグリーンシート１の積層には、積み重ねられたグリーンシート１に熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤および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。

さらに、上記導体パターン７は、いずれの形成法においても、パターン形成後に導体形成面に対して圧力を印加することにより、グリーンシート１表面内に埋設することが望ましい。これは、特に金属箔などの剛性の高い導体パターンの厚み分によって、導体パターン７の端部において拘束シート３と配線シート積層体１１表面との間に隙間が発生しやすくなり、このような隙間が生じると、その部分における拘束シート３と配線シート積層体１１との接着力が低下し、導体パターン７付近における拘束シート３による拘束力が不均一となってしまう結果、焼成時に導体パターン７の端部が剥がれたり、収縮バラツキが大きくなるおそれがあるためである。

導体パターン７を埋設するには、１０ＭＰａ以上の圧力を印加することが望ましい。この圧力によって導体パターン７を強制的に埋設することができる。なお、上記圧力の印加は、配線シート積層体１１上に拘束シート３を積層する際に一括で行うこともできる。

次に、平面方向の収縮を抑制するため、図３（ｂ）に示すように、拘束シート３を配線シート積層体１１の両面に配線シート積層体１１の積層方法と同様の手法にて加圧積層して複合積層体１５を作製する。

また、配線シート積層体１１に積層される拘束シート３の厚さは片面だけで配線シート積層体１１の厚さに対して１０％以上、特に２０％以上、最適には２５％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束シート３の拘束力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低温焼成絶縁基板１７からの拘束シート３の除去性を考慮すれば、拘束シート３の厚さは８００μｍ以下、特に６００μｍ以下、最適には４００μｍ以下であることが望ましい。

続いて、この複合積層体１５を１００〜８００℃、特に４００〜７５０℃で加熱処理して複合積層体１５中の有機成分を分解除去した後、８００〜１０００℃で同時焼成する。このとき、導体パターンおよびビアホール導体がＣｕを主成分とするものである場合には窒素雰囲気中で焼成する必要があり、Ａｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＰｔを主成分とした場合には、焼成雰囲気は大気中でおこなうことができる。

このとき、通常のセラミック材料では焼成後のＸ−Ｙ−Ｚ方向の収縮は、７０〜９０％程度であるのに対して、本発明によれば平面方向の収縮が抑制され、厚さ方向のみ収縮するため、平面方向の収縮は１．０％以下、厚さ方向の収縮は３５〜７５％程度となる。

ここで、焼成後の冷却速度が早すぎると、絶縁層と配線層との熱膨張差によるクラックが発生するために、冷却速度は、４００℃／時間以下であることが望ましい。

また、焼成時には反りを防止するために複合積層体１５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が適当である。

そして、この焼成により、図４（ａ）に示すように、グリーンシート１が焼結した絶縁層２１と、この絶縁層２１を貫通して設けられた貫通導体２３と、絶縁層２１の表面に形成された配線層２５からなるガラスセラミック基板２７の主面に拘束層２９が配置された複合焼結体３１を作製する。

次に、ガラスセラミック基板２７の主面から拘束層２９を除去することで、図４（ｂ）に示す低温焼成配線基板３３を得る。本発明によれば、焼成後の絶縁層２１と拘束層２９との熱膨張係数の差が２×１０^−６／℃を超えることを大きな特徴とする。これより、冷却時の熱応力により拘束層２９が絶縁層２１から自然に剥離し、除去工程の省力化を図ることができる。除去の方法としては、手でも十分に剥離することができる。

さらに、得られる低温焼成配線基板３３は、焼成時の収縮が拘束シート３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１．０％以下に抑えることが可能となる。

これより、基板が大型化、厚型化した場合においても、十分な寸法精度が得られ、かつ製造コストの増加を最小限に抑制できる低温焼成配線基板３３を提供することができる。

先ず、平均粒径が２μｍの表１に示す組成の結晶化ガラスと、表２に示す平均粒径が２μｍのセラミック粉末とを表２に示す割合で秤量し、これにバインダーとしてアクリル樹脂、可塑剤としてＤＢＰ（ジブチルフタレート）、溶媒としてトルエンとイソプロピルアルコールを加えて調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ５００μｍのグリーンシートを作製した。表２に、このグリーンシートの焼成前の熱膨張係数と、９００℃で１時間焼成して得られた絶縁層の０〜１００℃の熱膨張係数を示す。

次に、平均粒径が５μｍのＣｕ粉末に有機バインダーとしてアクリル樹脂を、溶媒としてジブチルフタレートを添加混練し、ペースト状の導体用ペーストを作製した。尚、導体ペースト中の有機バインダー量は、Ｃｕ粉末１００重量部に対して５重量部であり、Ｃｕ粉末に対して１５重量部の割合で溶剤を加えた。そしてグリーンシートの所定個所にビアホールを形成し、そのビアホール内に先の導体ペーストを充填し、ビアホール導体とした。

次に、高分子フィルム表面に厚みが１８μｍの純度９９．９％以上のＣｕ箔を接着し、エッチングを行って、配線パターンを形成し、転写シートを作製した。配線幅は５０μｍとしたが、エッチングによる形成のため従来のスクリーン印刷法と比較して、非常に微細な配線パターンを形成することができた。

そして、ビアホール導体を形成したグリーンシートに位置あわせを行いながら転写シートの配線パターンが形成された側の面を向かい合わせて積層し、６０℃、１５ＭＰａで熱圧着した。その後、転写シートの高分子フィルムを剥がすことにより、ビアホール導体を接続した配線回路層を具備する一単位の配線層を形成することができた。

また、同様にしてグリーンシートの表面に配線層を形成した５枚の配線シートを作製し、さらに、これらを積層し、配線シート積層体を作製した。

次に、表１に示すガラス粉末と、表３に示す平均粒径２μｍの難焼結性材料とを表３に示す割合で含有する厚さ１５０μｍの拘束シートをドクターブレード法により作製した。なお、拘束シート作製時の有機バインダー、可塑材、溶剤などはグリーンシートと同様とした。

表３に、この拘束シートの焼成前の熱膨張係数と、９００℃で１時間焼成した後に得られた拘束層の０〜１００℃の熱膨張係数を示す。

なお、グリーンシートおよび拘束シートの焼成前の熱膨張係数、拘束層の熱膨張係数は前述のように各成分の熱膨張係数と剛性率、体積分率から予測する式であるターナーの式α＝ ΣαｉＫｉＶｉ ／ ΣＫｉＶｉ（α：熱膨張係数、Ｋ：剛性率、Ｖ：体積分率、ｉ：添字・・・ｉ番目の成分を指す。）を用いて算出したものである。

また、焼成後の絶縁層の熱膨張係数は、大気中で熱機械分析（ＴＭＡ）にて昇温速度１０℃／分の条件で測定したものである。

このようにして得られた拘束シートを、表４に示す組合せで、先に作製した配線シート積層体の両面に載置し、６０℃、圧力２０ＭＰａで圧着して複合積層体を得た。

次いで、この複合積層体を、Ａｌ_２Ｏ_３セッターに載置して、有機バインダー等の有機成分を分解除去するために、水蒸気含有窒素雰囲気中、７００℃で焼成し、さらに窒素雰囲気中、９００℃で１時間、焼成して複合焼結体を作製した。なお、焼成後の冷却速度は３００℃／時間とした。

その後、拘束シートを手で除去し、低温焼成配線基板を作製した。その際、拘束シートが自然にあるいは容易に剥離したものを剥離有り、剥離しないものを剥離無しとして表４に示し、剥離有りを合格とした。

この低温焼成配線基板の収縮率を絶縁基板の未焼成時の外辺をマイクロメーターで測定し、焼成後の外辺を同様にマイクロメーターで測定して算出した。なお、収縮率１％以下を合格とした。

上記試料を２００個作製し、外辺をマイクロメーターにて測定し、寸法バラツキを測定して、バラツキが±０．１％以下を合格とした。

以上の評価結果を表４に示す。

表４に示すように、グリーンシートと拘束シートの熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超えた試料Ｎｏ．１〜５、７〜９、１１〜１３、１５〜１９、２１〜２３では、拘束力が弱いため、絶縁基板の収縮率が大きくなった。

また、焼成前のグリーンシートと拘束シートの熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であって、絶縁層と拘束層の熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下である試料Ｎｏ．６、１４では、拘束力は発生しているものの、絶縁層と拘束層との間で剥離が十分に起こらず、拘束層を除去する手間を削減するには至らなかった。

一方、本発明の試料Ｎｏ．１０、２０、２４〜２６では、十分に拘束力が発現し、平面方向の収縮率ならびに寸法バラツキが小さくなり、いずれもガラスセラミック基板の収縮率が１．０％以下、収縮バラツキが±０．１％以下となり、焼成後に拘束層が絶縁層から剥離することにより、拘束層を容易に除去することができた。

本発明の低温焼成配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の低温焼成配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の低温焼成配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の低温焼成配線基板の製造方法を説明する断面図である。

符号の説明

１・・・グリーンシート
３・・・拘束シート
７・・・導体パターン
１１・・配線シート積層体
１５・・複合積層体
２１・・・絶縁層
２５・・・配線層
２７・・・低温焼成配線基板
２９・・・拘束層
３１・・・複合焼結体

Claims (3)

1. セラミック粉末と有機バインダーとを含有し、焼成により絶縁層となるグリーンシートの表面に、焼成により配線層となる導体パターンを形成して配線シートを作製する工程と、前記配線シートを複数積層して、焼成により低温焼成配線基板となる配線シート積層体を作製する工程と、前記配線シート積層体の両主面に、前記グリーンシートの焼成温度では緻密化しない難焼結性材料と有機バインダーとを含み、前記グリーンシートとの０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃以下であり、焼成により前記絶縁層との０〜１００℃における熱膨張係数差が２×１０^−６／℃を超える拘束層となる拘束シートを積層して複合積層体を作製する工程と、前記複合積層体から有機成分を除去し、ついで１０００℃以下の温度で焼成して低温焼成配線基板の両主面に拘束層が配置された複合焼結体を作製する工程と、前記複合焼結体から拘束層を除去する工程とを具備することを特徴とする低温焼成配線基板の製造方法。
2. 前記難焼結性材料として溶融シリカ粉末を用い、焼成によって、前記拘束層を形成する溶融シリカの少なくとも一部を結晶化させることを特徴とする請求項１に記載の低温焼成配線基板の製造方法。
3. アルカリ金属元素を含有する前記拘束シートを用いることを特徴とする請求項２に記載の低温焼成配線基板の製造方法。

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