JP2676221B2

JP2676221B2 - グレーズ処理セラミック基板およびその製造方法

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Publication number: JP2676221B2
Application number: JP12140088A
Authority: JP
Inventors: 博露木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1988-05-18
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH01290280A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、半導体集積回路等の素子を実装するための
セラミック基板およびその製造方法に関し、さらに詳し
くは、ガラスを含有するグレーズ層を表面に有するグレ
ーズ処理セラミック基板およびその製造方法に関する。

＜従来の技術＞半導体集積回路の素子を実装するための基板として、
アルミナ等から形成されるセラミック基板が用いられて
いる。

セラミック基板上に回路を形成する方法としては、導
体を含有するペーストを基板に塗布して回路パターンを
形成し焼成する厚膜法、あるいは、スパッタ、イオンプ
レーティング、蒸着等の気相成長法により回路パターン
を基板上に形成する薄膜法が挙げられる。

微細な回路パターンを形成する場合、通常、薄膜法を
用いる。しかし、セラミック基板は表面粗度が0.4μｍ
以上と粗いため、セラミック基板上に直接微細なパター
ンを形成することは困難である。このため、薄膜法を用
いる場合には、表面にグレーズ層を設けたグレーズ処理
セラミック基板が用いられている。

グレーズ層は、グレーズ用ペースト（ガラス粉末を含
有するペースト）をセラミック基板に塗布・焼成して得
られるものであり、焼成によりガラス粉末が軟化・流動
するため、焼成後のグレーズ層の表面粗度は0.1μｍ程
度となり、薄膜法による回路パターンの形成が可能とな
る。

＜発明が解決しようとする課題＞しかし、例えば96％焼結アルミナからなるセラミック
基板を用いる場合、セラミック基板の焼成温度が約1600
℃であるのに対し、グレーズ層はガラスを含有するため
その焼成温度は約1200℃であり、グレーズ処理セラミッ
ク基板を得るためには焼成が２回必要である。

このため工程数が増加し、生産性がきわめて低い。

また、上記アルミナ基板を用いる場合、基板の焼成温
度が高いためグレーズ層を基板と同時に焼成することが
できず、内部導体パターンや内部抵抗も基板と同時に焼
成することができない。

そこで、低温焼成基板を用いてグレーズ層と基板とを
同時焼成することが考えられるが、この場合、グレーズ
用ペーストが含有するガラスの軟化・流動温度を厳しく
管理する必要がある。すなわち、基板の焼成温度がガラ
スの軟化点に比べ低すぎると、グレーズ層の流動性が低
くなり表面が平滑なグレーズ層が得られない。また、基
板の焼成温度がガラスの軟化点に比べ高過ぎると、グレ
ーズ層の流動性が高くなり過ぎグレーズ処理が不要な部
分までガラスが流動してしまう。これは、特に基板を部
分的にグレーズ処理する場合に問題となる。

本発明は、これらの課題を解決するためになされたも
のであり、生産性が高く、部分グレーズ処理が容易で、
グレーズ層の表面粗度が低いグレーズ処理セラミック基
板およびそ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＞このような目的は、下記の本発明によって達成され
る。

すなわち、本発明は、低温焼成セラミック基板上に、
表面粗度（Ra）が0.2μｍ以下であるグレーズ層を有
し、前記セラミック基板の焼成温度およびグレーズ層に
含有されるガラスの軟化点が1100℃以下であることを特
徴とするグレーズ処理セラミック基板である。

この場合、前記セラミック基板の焼成温度と前記ガラ
スの軟化点との差が、100℃以下であることが好まし
い。

また、本発明は上記グレーズ処理セラミック基板の製
造方法であって、グレーズ用ペースト層を表面に有する
グリーンシートを熱プレスした後、焼成し、グレーズ層
を表面に有するセラミック基板を得ることを特徴とする
グレーズ処理セラミック基板の製造方法である。

以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明において、グリーンシートとは未焼成のセラミ
ック基板を意味し、これは、アルミナ等のセラミックの
骨材、あるいはこれにガラス粉末等を加えたものと、樹
脂等のバインダ、溶剤、可塑剤等とを混合し、これらを
混練してペーストとし、例えばドクターブレード法によ
り0.1〜0.3mm程度の厚さのシート状に成形したものであ
る。本発明では、グリーンシートをグレーズ用ペースト
と同時焼成する。

グレーズ用ペーストはガラス粉末を含有するため、そ
の焼成温度が比較的低い。そのため、本発明ではガラス
粉末を含有する低温焼成用のグリーンシートを用いるこ
とが好ましい。

低温焼成用のグリーンシートの原料ペーストは、公知
の組成を用いればよく、例えば、骨材としては、アルミ
ナ等の酸化物、ガラスとしては、ホウケイ酸ガラス、鉛
ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸バリウムガラス、ホウケ
イ酸カルシウムガラス、ホウケイ酸ストロンチウムガラ
ス、ホウケイ酸マグネシウムガラス等のアルカリ土類金
属含有ホウケイ酸ガラスであり、ガラスの軟化点は900
℃以下、好ましくは650〜750℃であることが好ましい。
骨材の粒径は0.5〜３μｍ程度、ガラス粉末の粒径は0.5
〜３μｍ程度であることが好ましい。また、ペースト中
の骨材とガラスとの合計含有率は、50〜70wt％程度、骨
材とガラスとの合計に対するガラスの含有率は、50〜80
wt％程度とすることが好ましい。また、バインダとして
は、エチルセルロース、ニトロセルロース、アクリル系
樹脂等を用いればよく、溶剤としては、テルピネオー
ル、ブチルカルビトール等を用いればよい。この他、分
散剤、可塑剤等が、目的に応じ適宜添加されてもよい。

本発明では、このようなグリーンシートの焼成温度は
1100℃以下とされる。

本発明では、このようなグリーンシートの表面にグレ
ーズ用ペースト層を設層する。グレーズ用ペーストは、
ガラス粉末と、バインダ、溶剤等を混練したものであ
る。

本発明では1100℃以下の軟化点を有するガラスを用い
る。また、ガラスの軟化点と前記グリーンシートの焼成
温度との差は100℃以下であることが好ましい。このよ
うなガラスとしては、前記のグリーンシートの説明にお
いて挙げたガラスを用いることが好ましく、特に、グリ
ーンシートに用いるガラスと同種のガラス、すなわち、
軟化点が同程度のガラスを用いることが好ましい。ガラ
ス粉末の粒径は0.5〜３μｍ程度であることが好まし
い。また、ペースト中のガラス粉末の含有量は、60〜80
wt％程度であることが好ましい。バインダおよび溶剤
は、前記のグリーンシートの説明において挙げたものを
用いればよい。また、ペースト中には、分散剤、可塑剤
等が含有されていてもよい。

グレーズ用ペースト層の厚さは５〜50μｍ程度である
ことが好ましい。上記範囲未満であると平滑な表面が得
にくく、上記範囲を超えると焼成後そりが発生し易いか
らである。グレーズ用ペースト層は、スクリーン印刷、
ドクターブレード法等により形成すればよく、あるい
は、グレーズ用ペーストをドクターブレード法等により
シート化し、これを前記グリーンシート表面に熱圧着し
てグレーズ用ペースト層としてもよい。

本発明では、このようなグレーズ用ペースト層を表面
に有するグリーンシートを熱プレスする。この場合、熱
プレスとは、加熱しながら加圧することである。この熱
プレス時の加熱によりグレーズ用ペーストが軟化してペ
ースト中のガラス粉末が移動し易くなるため、加圧によ
るガラス粉末の緻密化が容易に行なえる。

熱プレスの条件は、温度40〜80℃、加圧圧力150〜100
0kgf/cm²²程度とすることが好ましい。

このような熱プレスの後、グレーズ用ペースト層を表
面に有するグリーンシートは焼成されて、グレーズ層を
表面に有するグレーズ処理セラミック基板となる。すな
わち、本発明では、セラミック基板とグレーズ層とは同
時焼成により得られる。焼成温度は上記したように1100
℃以下であり、また、グリーンシートおよびグレーズ用
ペーストに含有されるガラスの軟化点以上である。例え
ば上記したガラスを用いる場合、800℃以上、好ましく
は850℃〜900℃程度である。また、焼成時間（最高温度
保持時間）は５〜30分程度であることが好ましい。

本発明においてグレーズ用ペースト層は上記の熱プレ
スによりガラス粉末が緻密に充填されるため、これを焼
成して得られるグレーズ層は0.2μｍ以下の表面粗度（R
a）となる。また、0.02〜0.05μｍのRaも容易に得られ
る。さらに、グレーズ層中の空孔も激減する。なお、Ra
の定義は、中心線平均粗さRaとしてJIS B 0601に記載さ
れている。

以上のようにして製造されるグレーズ処理セラミック
基板の表面（グレーズ層の表面）には、通常、薄膜法に
より回路パターンが形成される。

本発明では、セラミック基板表面の全面にグレーズ層
を形成してもよく、一部に形成する部分グレーズ処理基
板としてもよい。部分グレーズ処理基板とする場合、基
板表面のグレーズ層が設層されていない部分に厚膜法に
より回路パターンを形成することもできる。この場合、
Ag、AgPd、Cu、Ni等の導体を含有する低温焼成導体ペー
ストをグリーンシート上に塗布し、グリーンシートおよ
びグレーズ用ペースト層と同時焼成することができる。
また、この場合において、薄膜法による回路と厚膜法に
よる回路とを導通させる必要があるときは、両回路の接
続を容易にするために、基板表面とグレーズ層表面との
段差を解消することが好ましい。このためには、例え
ば、グリーンシートを金型等によりプレスし、グリーン
シート表面のグレーズ用ペースト層が設層される部分に
凹部を設ければよい。

なお、本発明において、基板とは、上記グリーンシー
トを焼成して得られる単層の基板に限らず、グリーンシ
ート上に導体・抵抗等のパターンを印刷した後、さらに
グリーンシート・導体パターン等を積層した多層配線基
板も包含される。

＜実施例＞以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに
詳細に説明する。

［実施例１］下記のグリーンシート用ペーストおよびグレーズ用ペ
ーストを用い、ドクターブレード法によりグレーズ用ペ
ースト層を表面に有するグリーンシートを作製した。グ
リーンシートの厚さは1.0mm、グレーズ用ペースト層の
厚さは50μｍとした。また、グリーンシートの寸法は50
mm×60mmとした。

（グリーンシート用ペースト）骨材（α−アルミナ） 40重量部アルカリ土類金属含有ホウケイ酸アルミナガラス 60重量部バインダ（アクリルエステル系） 15重量部溶剤（トルエンおよびアルコール） 40重量部可塑剤（フタル酸系エステル）５重量部（グレーズ用ペースト）アルカリ土類金属含有ホウケイ酸アルミナガラス 100 重量部バインダ（アクリルエステル系） 10 重量部溶剤（α−テルピネオール） 30 重量部可塑剤（フタル酸系エステル） 3.3重量部次いで、このグリーンシートを熱プレスし、900℃に
て10分間温度保持して焼成し、グレーズ層を表面に有す
るグレーズ処理セラミック基板（サンプルNo.1）を得
た。熱プレス時の加熱温度および加圧圧力を表１に示
す。

このサンプルのグレーズ層の表面粗度（Ra）を測定し
た。なお、Raの測定は、小坂研究所製表面粗さ測定器SE
−3AKで行なった。

結果を表１に示す。

［比較例１］熱プレスを行なわない他は実施例１のサンプルNo.1と
同様にしてグレーズ処理セラミック基板サンプルを得た
（サンプルNo.2）。

このサンプルについてサンプルNo.1と同様にRaの測定
を行なった。結果を表１に示す。

表１に示される結果から、本発明の効果が明らかであ
る。

＜発明の作用効果＞本発明ではセラミック基板の焼成温度およびグレーズ
層に含有されるガラスの軟化点が1100℃以下であるた
め、基板とグレーズ層とを同時焼成することができる。
このため、グレーズ処理のための独立した焼成工程が不
要であり、生産性が高い。また、低温焼成基板を用いる
ため、グリーンシート上に厚膜法により抵抗体、コンデ
ンサ等の回路配線を形成し、これらをグレーズ層および
基板と同時焼成することができる。

また、本発明のグレーズ処理セラミック基板は0.2μ
ｍ以下の表面粗度を有するため、薄膜法により形成され
る極めて微細な回路パターンであっても、断線等が生じ
ず、きわめて良好に形成できる。そして、本発明では、
グリーンシート上にグレーズ用ペースト層を形成した
後、熱プレスを行なうため、このような表面粗度を有す
るグレーズ層を、容易に得ることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低温焼成セラミック基板上に、表面粗度
（Ra）が0.2μｍ以下であるグレーズ層を有し、前記セ
ラミック基板の焼成温度およびグレーズ層に含有される
ガラスの軟化点が1100℃以下であることを特徴とするグ
レーズ処理セラミック基板。
【請求項２】前記セラミック基板の焼成温度と前記ガラ
スの軟化点との差が、100℃以下である請求項１に記載
のグレーズ処理セラミック基板。
【請求項３】請求項１または２に記載のグレーズ処理セ
ラミック基板の製造方法であって、グレーズ用ペースト
層を表面に有するグリーンシートを熱プレスした後、焼
成し、グレーズ層を表面に有するセラミック基板を得る
ことを特徴とするグレーズ処理セラミック基板の製造方
法。