JP2870480B2 - セラミック配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック配線基
板の製造方法に関し、特に焼成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のセラミック配線基板の製
造方法については、例えば刊行物（大塚寛治著、「セラ
ミック多層配線基板」、１９８７年 内田老鶴圃発行、
３ページ、図１．１）等が参照される。

【０００３】従来の一般的なセラミック配線基板の焼成
方法においては、図３に示すように、「セッター」と呼
ぶセラミック製の台３２の上に生セラミック体を載せて
焼成を行う。この際の焼成炉の温度は、図５に示すよう
に制御されている。

【０００４】図５を参照して、初めに２００℃程度での
脱バインダ工程を基板の大きさにより１時間から５時間
程度行い、次に約１６００℃程度で焼結工程を１時間程
度行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のセラミ
ック配線基板の焼成方法の問題点は、焼成の際ほぼ一定
の割合で収縮が起こることである。このため、焼成前の
生セラミック体を予め収縮量を見込んだ大きさに作る
が、基板内および基板間の収縮量のバラツキが発生す
る。

【０００６】このバラツキにより、この後の工程である
基板上の回路パターン形成時にスルーホールの位置ずれ
が起きることが避けられない。

【０００７】従って、本発明は、上記事情に鑑みて為さ
れたものであって、その目的は、セラミック配線基板焼
成時の収縮を無くし、精度の高いセラミック配線基板の
製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るセラミック配線基板の製造方法は、焼
成工程において、生セラミック体に多孔質セラミックで
圧力を加えながらバインダ成分を燃焼させる工程と、上
記セラミックを焼結させる工程と、を含む。

【０００９】上記した本発明に係るセラミック配線基板
の製造方法においては、生セラミック体に多孔質セラミ
ックの表面に微小くぼみを形成したもので圧力を加えな
がらバインダ成分を燃焼させる。

【００１０】本発明による方法によれば、セラミックの
焼成による収縮が起きないため、後工程である配線形成
時にずれの発生が起きない。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るセラミック配線基板の焼成方法を模式的に示し
たものである。また、図３は、本発明の第１の実施の形
態における脱バインダ工程を説明するための図である。

【００１２】本発明の第１の実施の形態においては、図
３に示すように、セラミック配線基板の焼成工程は、生
セラミック体３１に含まれる気化可能なバインダ成分を
燃焼させる脱バインダ工程と、図１に示すように、この
脱バインダ工程を経た生セラミック体１１を厚さ方向に
重し１３で加圧した状態にて焼結させる工程と、を含
む。

【００１３】図２は、本明の第２の実施の形態の焼成方
法を模式的に示したものである。本発明の第２の実施の
形態においては、図２に示すように、セラミック配線基
板の焼成工程は、生セラミック体２１に多孔質セラミッ
ク２３で圧力を加えながらバインダ成分を燃焼させる工
程、及び、セラミックを焼結させる工程を含む。その
際、この多孔質セラミック２３は好ましくは表面に微小
くぼみ２５を備える。

【００１４】本発明の実施例を、図１〜図５を参照して
以下に説明する。なお、図４は、本発明の第１の実施例
による焼成の際の温度プロファイルを示したものであ
る。図５は、一般的な焼成および本発明の第２の実施例
による際の温度プロファイルを示した図である。

【００１５】次に、本発明の実施例として、本発明の実
施例により製造した多層配線セラミック基板の製造プロ
セスを順を追って説明する。

【００１６】始めに、グリーンシートの形成を行う。ま
ずアルミナの粉末と固形化のためのバインダとの混合粉
に分散剤、可塑剤等の有機溶剤を加えて混合し、十分に
攪拌しスラリー化する。

【００１７】バインダとしては、好ましくはセルロース
系（メチルセルロース、エチルセルロース）、ポリビニ
ルアルコール、アクリル系、ポリビニルブチラール等が
主に用いられる。分散剤としては、好ましくは非イオン
系界面活性剤が、可塑剤としては、好ましくはジブチル
フタレート、ジオクチルフタレート、グリセリン等が用
いられる。

【００１８】グリーンシートを作成する方法としてはい
くつかあるが、ここでは薄いシートを形成するのに適し
ているドクターブレード法によっている。この方法は、
上記のスラリーを「ドクターブレード」と呼ばれるナイ
フと連続したフィルムとのギャップによってキャスティ
ングを行い、乾燥させ、フィルム上にグリーンシートを
形成する方法である。この方法では、シート厚は約０．
０３〜１ｍｍ程度の間で形成可能である。

【００１９】本実施例では、シート厚を約０．２ｍｍと
し、キャスティングの幅は約１６０ｍｍとした。この連
続シートを、約１５０ｍｍ□の大きさに切り、方形のグ
リーンシートとする。

【００２０】次に、グリーンシートにスルーホール孔を
予め定められた所定の位置に形成する。この方法は、パ
ソコン等の情報処理装置で制御されたＮＣ機構を有し、
ピンと金型を組み合わせる装置により自動化されてい
る。これにより、いくつもの様々なデジタルデータを入
力することにより、多品種生産に対応できる。なお、孔
径は約０．２５ｍｍとし、孔のピッチは約２ｍｍとす
る。

【００２１】スルーホール孔形成の後、スクリーンによ
るり厚膜印刷法でスルーホール中への導体ペーストの埋
込みを行い、スルーホールを形成する。

【００２２】この後、所定のスルーホール間を結ぶため
のシート表面の配線ライトパターンの形成を行う。パタ
ーン形成は、スルーホール中への埋込み同様にスクリー
ンを用いた厚膜印刷による。

【００２３】これらの配線形成に用いる印刷ペースト材
料には、セラミックの焼成温度を考慮し、融点の高いタ
ングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を用いている。
信号配線の配線幅、膜厚はそれぞれ０．２ｍｍ、０．０
１ｍｍである。

【００２４】上述したシート、スルーホール径及びピッ
チ、配線ラインの幅及び膜厚等の寸法は、従来の方法で
は、焼成時の収縮を考慮して予め一定の拡大率を乗じた
寸法としている。

【００２５】これに対して、本発明に係る焼成方法で
は、収縮が生じないため、これらの焼成前の寸法は、焼
成後の所望の寸法そのものでよい。

【００２６】このように、スルーホールと配線ラインを
形成した複数枚のグリーンシートをずれの無いように所
定の順番に積層を行う。このときの位置合わせは十分な
精度が要求される。

【００２７】この後、熱圧着により複数シートの一体化
形成を行いセラミック生積層体基板を得る。本実施例に
係る基板では、１０枚のシートを積層した。

【００２８】これを、適当な排気機構を有する炉中で水
素等の不活性気体雰囲気にて脱バインダおよび焼成を行
う。焼成炉は、例えば電気ヒータを用いたバッチ炉が用
いられる。

【００２９】初めに、生積層体基板の脱バインダ工程を
行う。この時のセッティングの様子を図３に示す。セラ
ミック製の「セッター」と呼ばれる板３２の上に生積層
体であるセラミック配線基板３１を載せる。

【００３０】このときの代表的な温度プロファイルの一
例を、図４の脱バインダ工程温度プロファイル４１に示
す。

【００３１】図４を参照して、初めの時間間隔ｔ１の間
にバインダを燃焼気化させるに十分であるように、温度
を常温から約２５０度まで制御された速度で上昇させ
る。そして続く時間間隔ｔ２によって燃焼を完全なもの
にする。この後自然冷却する。

【００３２】ｔ１、ｔ２の最適な値は、基板の厚さや大
きさに大きく依存するため一概には決められないが、本
実施例の基板においては、ｔ１＝約１時間、ｔ２＝約１
０分とした。この工程では、有機物であるバインダが燃
焼し、多量のガスが放出される。なお、この工程ではセ
ラミックの収縮は起きない。

【００３３】その後、一旦、焼成炉は停止して常温まで
冷やし、図１のようなセッティングにて、焼成工程を行
う。図１を参照して、本実施例では、図３に示したセッ
ティング状態に加えて、重し１３を基板１１上に載せ、
重し１３が焼成途中で落ちないように枠１４を嵌めてい
る。重し１３と枠１４の材料は、セッター１２の材料同
様にセラミックとされている。

【００３４】このときの代表的な温度プロファイルの一
例を、図４に、焼成工程温度プロファイル４２として示
す。

【００３５】図４を参照して、初めの時間間隔ｔ３の間
にセラミックおよび配線金属を焼結させるため制御され
た速度で約１６００度まで上昇させる。さらに、焼結に
必要な時間間隔ｔ４の後自然冷却する。ｔ１、ｔ２と同
様、ｔ３、ｔ４の値も基板の厚さや大きさに大きく依存
する。本実施例の基板では、ｔ３＝約１０時間、ｔ４＝
約１時間とした。

【００３６】重し１３を載せない一般の焼成方法では、
この工程で１０％から２０％程度の収縮が起きるが、本
実施例に係る焼成工程では、収縮は厚さ方向にのみ起こ
り、縦横方向の収縮は生じない。その際、重し１３の重
量として、セラミック配線基板１１の１平方ｃｍ当たり
好ましくは０．１ｋｇから０．５ｋｇ程度以上とした。
重し１３がこれよりも軽いと、基板破壊が起き易い。

【００３７】なお、脱バインダ工程では、有機物が燃焼
する際に多量のガスが放出され、これを排気するため、
重しを載せることはできない。

【００３８】このようにして、焼成時収縮の起きないセ
ラミック配線基板を得る。

【００３９】次に、本発明の第２の実施例の焼成方法に
ついて説明する。

【００４０】上記した第１の実施例の焼成方法において
は、脱バインダ工程と、焼成工程と、の２段階の工程と
され、炉を途中で一旦停止する必要があったが、本発明
の第２の実施例では、これを一度に行い、リードタイム
を短縮するようにしたものである。

【００４１】すなわち、本実施例では、図２に示すよう
に、セッター２２および重し２３を多孔質セラミック材
料で作成する。このような重しを用いたことにより、有
機物の燃焼ガスの排気を十分に行うことができ、脱バイ
ンダ工程と焼成工程とを分ける必要がなく、一度に行う
ことができる。

【００４２】そして、図２に示すように、セッター２２
および重し２３の表面に、微小くぼみ２５を形成する
と、排気がさらに十分になる。

【００４３】図５に、この際の温度プロファイルの代表
的な例を示す。本実施例においては、図４に示した第１
の実施例のように、工程が分離しておらず、セラミック
基板の脱バインダ焼成としてごく一般的なものとなる。
なお、図５におけるｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、図４に
示したものと同様である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による方法
は、セラミック基板の焼成による収縮が起きないため、
後工程である配線形成時にずれの発生がなく、信頼性の
高い配線形成ができるという効果を有する。また、請求
項２記載の発明によれば、途中で炉を停止する必要がな
いため、一般的なセラミックの焼成方法と変わらない焼
成時間で行うことができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における焼成工程を示す
図である。

【図２】本発明の第２の実施例の製造方法を示す図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施例における脱バインダ工程
を説明する図であり、且つ従来技術を説明するために用
いた図である。

【図４】本発明の第１の実施例の温度プロファイルを示
した図である。

【図５】本発明の第２の実施例（及び従来技術）におけ
る温度プロファイルを示した図である。

【符号の説明】

１１ セラミック配線基板 １２ セッター １３ 重し １４ 枠 ２１ セラミック配線基板 ２２ 多孔質セッター ２３ 多孔質重し ２４ 枠 ３１ セラミック配線基板 ３２ セッター ４１ 脱バインダ工程温度プロファイル ４２ 焼成工程温度プロファイル

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/46,3/12 C04B 35/645

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック配線基板の焼成工程において、 生セラミック体に多孔質セラミックの表面に微小くぼみ
   を形成したもので圧力を加えながらバインダ成分を燃焼
   させる工程と、セラミックを焼結させる工程と、を含む
   ことを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。