JP2795712B2 - スルーホールを有するセラミックス基板の製造方法 - Google Patents

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多層配線板等において使用され
るスルーホールを有するセラミックス基板の製造方法に
関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 従来、予め開孔されたグリーンシートのスルーホール
形成用孔に対して、タングステン等の導電性粒子にα−
テルピネオール等の分散溶媒及びチキソ剤を所定量加
え、三本ロール混合機等で混練して得られたチキソトロ
ピーなペーストを充填した後、ペースト中の分散溶媒を
乾燥除去して導電性粒子をスルーホール内に定着させて
いた。そして、このようなグリーンシートを適宜積層し
て焼成することにより、セラミックス基板を製造してい
た。

しかし、上記ペーストの粘度は300〜500万cpsと極め
て高く、特にスルーホール径が0.1mm以下という小径に
なると、ペーストをスルーホール内に充填できないとい
う問題があった。これに対し、上記ペーストの充填性を
改善するため分散溶媒の含有率を高めると、ペースト充
填後の分散溶媒の除去に伴いペーストが少なからず収縮
してしまう。仮に、基板表面を研削し、後加工を施して
基板の厚みを減少させても、導電性粒子がスルーホール
内を完全に満たすことができず、スルーホール内導体回
路の電気抵抗を増大させるという不都合を生じた。

そのため、ペーストの乾燥収縮率を極力抑え、かつス
ルーホール内導体回路の電気抵抗を小さくするために、
導電性粒子の平均粒径をコントロールしてペーストを低
粘度高濃度化する試み等がなされているが、スルーホー
ル内への充填生をも含めて満足のゆく方法は得られてい
ない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目
的は、スルーホール形成用孔に対するペーストの充填が
容易であり、かつスルーホール径が小さくてもその内部
を導電性粒子で充分に満たして、電気抵抗を極力小さく
することが可能なスルーホールを有するセラミックス基
板の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］ 上記課題を解決するために本発明は、導電性粒子100
重量部に対して、溶媒を２〜10重量部、溶媒中の導電性
粒子を分散させる分散剤を0.1〜2.0重量部配合し、Ｂ型
粘度計による粘度が150万〜300万cpsとなるように調整
したペーストを、予め開口されたグリーンシートのスル
ーホール形成用孔内に充填せしめて焼成する、スルーホ
ールを有するセラミックス基板の製造方法であって、前
記導電性粒子はタングステン、モリブデン、タンタル、
ニオブから選択されるいずれか少なくとも一種であり、
前記溶媒はα−テルピネオール、ブチラール、グリコー
ルから選択されるいずれか少なくとも一種であり、前記
分散剤はアニオン系分散剤、ノニオン系分散剤から選択
されるいずれか少なくとも一種であるとしている。

上記ペーストはまた、密度が8.5〜9.2g/cm³に調整さ
れている。このため、従来よりも格段に低粘度高濃度化
される。従って、グリーンシートのスルーホール内には
充分に導電性粒子が満たされ、電気抵抗が極力低く抑え
られる。また、上記ペーストは、スルーホールへの充填
性に優れるため、内径が0.1mm以下という小径のスルー
ホールに対しても円滑かつ確実に充填される。

本発明について更に詳細に説明すると、前記導電性粒
子としては、タングステン、モリブデン、タンタル、ニ
オブ等があげられ、これらから選択されるいずれか少な
くとも一種が使用される。この導電性粒子の平均粒径
は、１〜10μｍの範囲が好ましい。平均粒径が１μｍ未
満では単位重量当たりの粒子表面積が増大し、これら微
細粒子をゾル化させるための分散溶媒がより多く必要と
なるため、ペーストの高濃度化が図れない。一方、平均
粒径が10μｍを超えると、スルーホール内への充填性が
悪くなり、また導電性粒子間の接点が少なくなるため、
スルーホール内導体回路の電気抵抗を増大させる虞れが
生ずる。

前記分散溶媒としては、α−テルピネオール、ブチラ
ール、グリコール等があげられ、単独で又は二種以上混
合して使用される。分散溶媒の配合割合は、導電性粒子
100重量部に対し、２〜10重量部の範囲が好適である。
この配合割合が２重量部未満では導電性粒子を均一に分
散してゾル状ペーストを得ることができず、10重量部を
超えるとペースト中における導電性粒子の含有率が低下
し、乾燥後におけるスルーホール内導体回路の電気抵抗
を増大させる。

前記分散剤としては、例えば脂肪族アミン塩、芳香族
アミン塩、複素環アミン塩、アルキルアミン、ポリアル
キレンポリアミン誘導体等のアニオン系分散剤や、エス
テル型、エステルエーテル型、エーテル型、含窒素型等
のノニオン系分散剤があげられ、単独で又は二種以上混
合して使用される。分散剤としては前記導電性粒子との
親和性がよくないカチオン系分散剤は不適当で、このよ
うな分散剤を使用すると、導電性粒子の分散性をかえっ
て悪くする。また、前記分散溶媒に溶解可能なものが使
用される。この分散剤の配合によって、ペーストが全体
として低粘度化される。

また、前記ペーストには必要に応じてチキソ剤が配合
される。チキソ剤としては、油性用として、ひまし油、
ポリカルボン酸アルキルアミン、水性用として、ポリビ
ニルアルコール、ポリエチレンオキシド等があげられ、
このチキソ剤の配合によってペーストにチキソトロピー
性が付与される。この性質により、ローラー等による塗
布時にはペーストはゾル化されてスルーホール内への充
填が容易となり、充填後にはペーストはゲル化されてス
ルーホール内での保持性がよくなる。

上記導電性粒子、分散溶媒、分散剤等は均一に混合さ
れ、三本ロール混合機等によって混練されることによ
り、前述した粘度及び密度の範囲に調製される。

本発明が適用可能なセラミックス基板は、窒化アルミ
ニウム、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック
ス材料によって成形されたグリーンシートを焼成してな
る基板である。

このグリーンシートには一般に、ペーストの充填に先
立ち、前述したような溶媒が予め含浸される。これはス
ルーホール内に前記ペーストを充填する際に、ペースト
中の分散溶媒がスルーホールの内壁面から吸収されてス
ルーホール内におけるペーストの流動性が低下し、均一
な充填が阻害されるのを未然に防止するためである。ス
ルーホール内へのペーストの充填はローラー印刷等の常
法に従ってなされ、グリーンシートの裏側からはみ出し
た過剰のペーストは掻き取り除去される。その後、基板
は乾燥され、基板に予め含浸させた溶媒及びペースト中
の分散溶媒が除去される。この乾燥工程において、時間
短縮のため加熱乾燥を行う場合、導電性粒子の酸化によ
る電気抵抗の増大を防ぐため、不活性ガス雰囲気下にお
いて乾燥することが好ましい。

このようにして、スルーホール内に導電性粒子が定着
されると、グリーンシートは適宜積層され、常法に従っ
て焼成されることにより、スルーホールを有するセラミ
ックス基板が形成される。

［実施例及び比較例］ 以下に、本発明を具体化した実施例及び比較例につい
て図面を参照して説明する。

（実施例） 平均粒径が3.3μｍのタングステン微粒子5000gに、α
−テルピネオールに10重量％のエチルセルロースを配合
した混合溶媒を200g、ひまし油を25.0g、モノエチルア
ミンを9.0g配合した混合物を三本ロール混合機を使用
し、23℃にて１時間混練して充填用のペーストを調製し
た。

一方、スルーホール（内径0.15mm）が多数透設された
窒化アルミニウム製グリーンシート（厚さ2mm）の微細
気孔中にα−テルピネオールを25℃にて１時間かけて真
空含浸し、その後、スピンナーにかけて5600rpmにて15
秒間処理し、スルーホール内に満たされたα−テルピネ
オールを吹き飛ばした。そして、このグリーンシートの
表面にスルーホールとその周辺部のみを露出させるメタ
ルマスクを施し、このメタルマスクの上から前記ペース
トを下記条件にてローラー印刷して、ペーストを充填し
た。

上記ローラー印刷後、グリーンシートの裏面から押し
出された過剰のペーストを掻き取り除去し、グリーンシ
ート１のスルーホール２内にペースト３を充填した［第
１図（ａ）参照］。続いて、このグリーンシート１を50
℃にて１時間窒素を吹き付けて予備乾燥した後、150℃
にて12時間窒素を吹き付けて本乾燥を行ったところ、ペ
ースト３が若干収縮してスルーホール２内にタングステ
ン粒子４が定着された［第１図（ｂ）参照］。そして、
グリーンシート１の表面の厚さｈ（本実施例では200μ
ｍ）だけ研磨、除去することにより、スルーホール２内
がタングステン粒子４によって完全に満たされたグリー
ンシート１を得た［第１図（ｃ）参照］。

本実施例において調製したペーストの密度、粘度、ロ
ーラー印刷開始時、終了時の経時粘度変化、及びスルー
ホール内導体回路の電気抵抗の測定結果、並びに複数ス
ルーホール間の電気抵抗値の標準偏差の計算結果を表−
１に示す。

（比較例） 平均粒径が3.3μｍのタングステン微粒子5000gに、α
−テルピネオールに10重量％のエチルセルロースを配合
した混合溶媒を270g、ひまし油を20.0g配合した混合物
を三本ロール混合機を使用し、23℃にて１時間混練して
充填用のペーストを調製した。

このペースト８を使用して、前記実施例と同じ窒化ア
ルミニウム製グリーンシート６に対し、前記と同様にし
てローラー印刷を施してスルーホール７内にペースト８
を充填した［第２図（ａ）参照］。そして、前記同様の
乾燥を施し、スルーホール７内にタングステン粒子９を
定着させ［第２図（ｂ）参照］、前記同様グリーンシー
ト６の表面を厚さｈだけ研磨、除去することにより、ス
ルーホール７内に導体回路を形成した［第２図（ｃ）参
照］。尚、本比較例では、ペーストの乾燥収縮量が大き
いため、第２図（ｃ）に示すように、スルーホール７内
の一部にタングステン粒子９が充填されていない欠損部
位10が観察された。

本比較例において調製したペーストの物性等の結果
を、前記実施例同様に表−１に示す。

表−１からわかるように、実施例のペーストは比較例
のペーストに比して粘度が非常に低いにもかかわらず密
度が高く仕上がっている。また、比較例のペーストは一
日経過時点において経時増粘するのに対し、実施例のペ
ーストは全く経時増粘しておらず、経時安定性にも優れ
ている。このように、分散剤をペースト中に配合するこ
とにより、低粘度高濃度型でしかも経時安定性に優れた
理想的なペーストを調製することができる。

また、実施例は比較例に比べて、スルーホール内に形
成された導体回路の電気抵抗が全般に低くなっている。
更に、実施例と比較例との標準偏差の値から、実施例の
基板の各スルーホール間の電気抵抗のバラ付きは比較例
に比べて小さくなっている。これは実施例において低粘
度でしかも高濃度なペーストを使用した結果、スルーホ
ール内には比較例よりも高密度でタングステン粒子が定
着されるためと考えられる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、Ｂ型粘度計によ
る粘度が150万〜300万cpsのペーストを使用できるロー
ラー印刷等を使ったセラミックス基板の製造技術におい
て、スルーホール形成用孔に対するペーストの充填が容
易であり、かつスルーホール径が小さくてもその内部を
導電性粒子で充分に満たして、電気抵抗を極力小さくす
ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明を具体化した一実施例に
おけるスルーホール内導体回路の形成手段を示す一連の
説明図、第２図（ａ）〜（ｃ）は比較例におけるスルー
ホール内導体回路の形成手段を示す一連の説明図であ
る。 １……グリーンシート、２……スルーホール、３……ペ
ースト、４……導電性粒子としてのタングステン粒子。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性粒子（４）100重量部に対して、溶
   媒を２〜10重量部、溶媒中の導電性粒子（４）を分散さ
   せる分散剤を0.1〜2.0重量部配合し、Ｂ型粘度計による
   粘度が150万〜300万cpsとなるように調整したペースト
   （３）を、予め開口されたグリーンシート（１）のスル
   ーホール形成用孔（２）内に充填せしめて焼成する、ス
   ルーホールを有するセラミックス基板の製造方法であっ
   て、前記導電性粒子（４）はタングステン、モリブデ
   ン、タンタル、ニオブから選択されるいずれか少なくと
   も一種であり、前記溶媒はα−テルピネオール、ブチラ
   ール、グリコールから選択されるいずれか少なくとも一
   種であり、前記分散剤はアニオン系分散剤、ノニオン系
   分散剤から選択されるいずれか少なくとも一種であるこ
   とを特徴とするスルーホールを有するセラミックス基板
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記グリーンシート（１）は、窒化アルミ
   ニウムによって成形されている請求項１又は２に記載の
   スルーホールを有するセラミックス基板の製造方法。