JP2623730B2

JP2623730B2 - セラミックス基板用グリーンシートの製造方法

Info

Publication number: JP2623730B2
Application number: JP63184628A
Authority: JP
Inventors: 毅橋本; 峰雄中山; 圭一川上
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1988-07-26
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH0235790A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、セラミックス基板用グリーンシートの製造
方法に関するものである。

［従来の技術］多層セラミックス基板製造工程について解説する。多
層セラミックス基板の製造工程は大きく分けて、グリー
ンシートを製造する工程と、その後の回路作成、焼成工
程に分けられる。

グリーンシートを製造する工程では、まずセラミック
ス原料粉末に、結合剤，可塑剤，分散剤，有機溶剤を配
合してスラリー化し、このスラリーをドクターブレード
法を用いてシート化し、有機溶剤を乾燥させてグリーン
シートができ上がる。

その後該グリーンシートを所定の大きさに切断し、貫
通穴の作成，導体印刷，積層，焼成工程を経て多層セラ
ミックス基板が完成する。

グリーンシート製造用の結合剤としては、一般に有機
高分子材料が使用されるが、結合剤の種類，含有量が不
適当な場合には、シート成形時のキレツ発生、ハンドリ
ング時の強度不足、焼成時の脱バインダー不良によるフ
クレの発生、焼成密度不足等の問題を発生する。

従来、結合剤としてブチラール樹脂（PVB）の使用が
知られており、アルミナ基板用としては確立された技術
であるが、アルミナ粉末とガラス粉末の混合系ではPVB
は焼成時の脱バインダー性が悪いため基板内にフクレを
発生したり、焼成密度が上がらないなどの欠点があっ
た。

また、アクリル樹脂の使用についても知られている
が、未だ確立された技術ではない。アクリル樹脂とは、
アクリル酸エステル重合体，メタクリル酸エステル重合
体，アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの共重
合体などの総称であり、エステル化するアルコールの種
類によっても例えば、メチル，エチル,n−プロピル,n−
ブチル,i−ブチル,sec−ブチル,n−オクチルなど、その
種類は非常に多い。しかし、これらの中のどの種類のポ
リマーがグリーンシート用の結合剤として適しているか
については報告が無い。

分散剤としては、非イオン系界面活性剤，陰イオン系
界面活性剤などが知られているが、どれを使っても良好
なグリーンシートが得られるわけではなく、分散剤が不
適当な場合には、シート成形時のキレツ発生、焼成時の
脱バインダー不良等の問題が発生する。分散剤の選定に
あたってはセラミックス原料粉末の特性、結合剤との相
互作用を考慮して最適のものを選定する必要があるが、
これらの特性を結びつけて検討した前例は無い。

グリーンシートに要求される特性をまとめると、
（１）ハンドリング、導体印刷、穴あけに耐える強度、
柔軟性，（２）積層圧着性，（３）焼成時の脱バインダ
ー性等が挙げられるが、そのためには、適した分散剤，
結合剤を見つけ出さなければならない。しかし、アルミ
ナ粉末とガラス粉末の混合系では、従来そのようなシー
ト化技術は確立されておらず、前記特性を合せもったグ
リーンシートの製造方法の確立が必要であった。以上述
べた問題点等は、多層セラミック基板に限定されず単層
のセラミック基板についても同様の問題点を有してい
た。また、セラミックスの材料が上記アルミナとガラス
の混合系以外のものであっても同様の問題点を有してい
た。

［発明の解決しようとする課題］本発明の目的は、上記した問題の解消にあり、アルミ
ナ粉末とガラス粉末の混合粉末等からなるセラミックス
の原材料をグリーンシート化するにあたり、シート形成
時のキレツ発生が無く、ハンドリング，印刷に耐えるシ
ート強度，柔軟性を有し、積層圧着性，脱バインダー性
の良好なセラミックス基板用グリーンシートの製造方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたもので
あり、分散剤としてソルビタン脂肪酸エステル型の界面
活性剤を用い、結合剤として平均分子量200,000以上の
メタクリル酸メチルポリマーを30重量％以上含有するア
クリル樹脂を用いて、セラミックスの原料粉末と有機溶
剤を混合してスラリー化した後、シート化することを特
徴とするセラミックス基板用グリーンシートの製造方法
を提供するものである。

以下、本発明にかかる製造方法を実施例に従って工程
順に説明する。

本発明にかかるセラミックスの原料粉末は、通常アル
ミナ粉末とガラス粉末の混合粉末が使用され、アルミナ
粉末としては平均粒径が１〜10μｍの範囲の低ソーダア
ルミナ粉末を使用する。ガラス粉末としては700〜900℃
の範囲に軟化点を持つホウケイ酸ガラス，ホウケイ酸鉛
結晶化ガラスなどが使用される。ガラス粉末の平均粒径
は１〜６μｍが好ましい。アルミナ粉末とガラス粉末の
混合比率はアルミナ30〜70重量％に対してガラス70〜30
重量％が好ましく、必要に応じて１〜10重量％の焼結助
剤を添加することもある。また、本発明にかかるセラミ
ックス原料粉末は上記アルミナ粉末、ガラス粉末の混合
粉末に限定されず、アルミナ粉末単独、ガラス粉末単独
又はその他のものでも使用できる。

分散剤は原料粉末の有機溶剤に対する濡れ性，分散性
を向上し、スラリー粘度の低下、成形時のグリーンシー
トのキレツ発生防止などの効果を有する。原料粉末の種
類、表面状態および同時に使用する結合剤の種類に応じ
て分散剤の効果は異なり、アルミナ粉末とガラス粉末の
混合粉末等にアルカリ樹脂を結合剤として使用する場合
には、ソルビタン脂肪酸エステル型の界面活性剤が最も
効果がある。陰イオン性界面活性剤および陽イオン性界
面活性剤は効果がなく、非イオン性界面活性剤の中でも
ポリオキシエチレン型およびグリセリン脂肪酸エステル
型などの界面活性剤では良好なグリーンシートが得られ
ない。ソルビタン脂肪酸エステル型の界面活性剤として
は、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレエ
ート、ソルビタントリオレエートなどが挙げられる。分
散剤の添加量はセラミックス基板の原料粉末100gに対し
て0.5〜5gが使用できる。0.5g以下ではスラリーの粘性
が高くなり成形性が悪くなる。5g以上であると分散剤が
焼成後に残留する。望ましい範囲は１〜3gである。

結合剤としては、平均分子量200,000以上のメタクリ
ル酸メチルポリマーを30重量％以上含有するアクリル樹
脂を使用する。結合剤を構成するメタクリル酸メチルポ
リマー以外のものは、アクリル樹脂なら何でも使用でき
る。ブチラール樹脂は脱バインダー性が悪いため使用で
きない。アクリル樹脂の中ではメタクリル酸メチルポリ
マーが最も強靭で硬く、また平均分子量が大きくなるに
つれてシート強度が大きくなる傾向にある。メタクルリ
酸メチルポリマー以外のアクリル樹脂では、平均分子量
を大きくしても十分な特性を得ることはできなかった。
また、メタクリル酸メチルポリマーでは、平均分子量20
0,000以上の場合に、グリーンシート強度、積層圧着
性、脱バインダー性とともに良好なグリーンシートを得
ることができた。アクリル樹脂中のメタクリル酸メチル
ポリマーの含有量は30％未満であると効果が少なく、50
％以上であることが望ましく、80％以上が特に望まし
い。結合剤の添加量としては、原料粉末100gに対して８
〜16gが使用できる。8g以下であるとグリーンシートの
強度が低下しハンドリングが悪くなり、16g以上だと脱
バインダー性が悪くなる。10〜12gが望ましい範囲であ
る。また、グリーンシートの柔軟性を調整するため若干
のフタル酸ジオクチル，フタル酸ｎブチル等の可塑剤を
添加する。

スラリー化するときの有機溶剤としては、トリクロロ
エチレンとエタノールの混合有機溶剤を使用した。尚本
発明は、多層セラミックス基板に限定されず、単層のセ
ラミック基板にも適用される。また、回路基板に限定さ
れず、単にセラミックスパッケージ等の基板にも適用さ
れるものとする。

［実施例］実施例１〜４および比較例１〜3:表１に該実施例と比
較例を示す。まず、ホウケイ酸ガラス粉末50重量部（平
均粒径2.5μｍ）とアルミナ粉末50重量部（平均粒径2.5
μｍ）を混合し原料粉末を準備する。そして、この原料
粉末100重量部に対して表１に記載された各分散剤を２
重量部、表１に記載された各結合剤を10重量部、可塑剤
としてフタル酸ジオクチルを４重量部、および有機溶剤
としてトリクロロエチレンを51重量部、エタノールを28
重量部を配合し、ボールミル中でアルミナボールと一緒
に24時間混合し、スラリーを準備する。

その後、ボールミルからスラリーを取り出し真空脱合
装置を使用して脱泡，粘度調整を行い、粘度を10000〜2
0000cpsに調整する。

次いで、このスラリーをドクターブレード成形機を使
用してポリエステルフィルム上に厚さ0.20mmになるよう
に塗工した。ポリエステルフィルム上に塗工されたスラ
リーは乾燥炉内に移され、乾燥炉内に温風を流すことに
よって有機溶剤を蒸発させグリーンシートとなる。そし
て、このグリーンシートをポリエステルフィルムからは
がし、60mm角の正方形にカットし、各層に回路を印刷し
た後、これを６枚重ねてホットプレスを使用して90℃で
３分間加熱圧着し、６層の積層体を得た。

その後、この積層体を連続式厚膜焼成炉を使用して、
900℃で３時間焼成し多層セラミックス基板を得て、そ
れについて脱バインダー性、焼結性を調べた。

以上の条件での成形、評価結果を表１にまとめた。キ
レツの評価については、成形，乾燥途中でグリーンシー
トにキレツが発生しない場合を「○」とし、キレツが発
生した場合を「×」とした。ハンドリング法について
は、グリーンシートがポリエステルフィルムからの引き
剥しやその後の切断，印刷に耐える強度を有している場
合を「○」とし、強度が不足の場合を「×」とした。圧
着性については90℃,3分間の圧着条件で積層体が完全に
一体化したものを「○」，そうでないものを「×」とし
た。脱バインダー性については、グリーンシート積層体
を焼成した後、焼結体にフクレ、はくりが発生せず、十
分に緻密化したものを「○」とし、それ以外のものを
「×」とした。

実施例１〜４はいずれもキレツは発生せず、ハンドリ
ング性，圧着性も良好で、また、脱バインダー性も良
く、フクレ、はく離なく緻密な焼成体が得られた。

それに対して、比較例１では平均分子量95,000のメタ
クリル酸メチルポリマーを結合剤として使用したが、こ
の場合はハンドリング性が不十分であり、ポリエステル
フィルムからのはく離時、および移動時にヤブレ等の欠
陥が発生した。

比較例２では、平均分子量210,000のメタクリル酸エ
チルポリマーを結合剤として使用したが、この場合はハ
ンドリング性が不十分であるとともに、脱バインダー時
にフクレが発生した。

比較例３では、ブチラール樹脂（PVB）を結合剤とし
て使用した。この場合、ハンドリング性は十分である
が、圧着性，脱バインダー性が悪くフクレが発生した。

比較例４では、ステアリン酸を分散剤として使用した
ところ、成形、乾燥時にキレツが発生し、ポリエステル
フィルムからのはく離が不可能だった。

［発明の効果］本発明によって分散性、成形性に優れたスラリーを得
ることが可能であり、このスラリーから成形したグリー
ンシートは、ハンドリング性，圧着性，脱バインダー性
ともに良好であり、このグリーンシートを使用すること
により、緻密でフクレ等の欠陥の無いセラミックス基板
が得られる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】分散剤としてソルビタン脂肪酸エステル型
の界面活性剤を用い、結合剤として平均分子量200,000
以上のメタクリル酸メチルポリマーを30重量％以上含有
するアクリル樹脂を用いて、セラミックスの原料粉末と
有機溶剤を混合してスラリー化した後、シート化するこ
とを特徴とするセラミックス基板用グリーンシートの製
造方法。