JP3183031B2

JP3183031B2 - セラミックス基板の製造方法

Info

Publication number: JP3183031B2
Application number: JP7455994A
Authority: JP
Inventors: 和則赤穂
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH0779077A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基板の製造
方法に関し、より詳細には半導体素子（ＬＳＩ、ＩＣな
ど）等が搭載されて小型電子部品が構成され、通信機
器、コンピュータなどに使用されるセラミックス基板の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アルミナ粒子を主成分としたセラ
ミックス基板には、半導体素子（ＬＳＩ、ＩＣなど）等
が搭載されて小型電子部品が構成され、通信機器、コン
ピュータなどに使用されており、これらの製品の高速
化、高性能化、小型化、薄型化が急速に進められてきて
いる。また、前記高速化、高性能化、小型化、薄型化に
伴い、得られるセラミックス基板の導体パターンの微細
化及び導体パターンの寸法精度向上が要求されてきてい
る。

【０００３】従来のこの種セラミックス基板の製造方法
の概略を説明する。まず、アルミナ粉末に焼結助剤、ブ
チラール樹脂、可塑剤、有機溶剤（キシレンなど）等の
添加剤を混合してスラリーを形成し、該スラリーを用い
てドクターブレード法により、グリーンシートを作製す
る。前記方法により得られたグリーンシートをそれぞれ
の目的と用途に応じた形態に加工するため、スルーホー
ルの形成や配線用の導体ペースト印刷等の加工を施し、
積層したものを焼成することにより前記セラミックス基
板を製造する。

【０００４】該セラミックス基板の製造工程において作
製されたグリーンシートには、配線用の導体ペースト印
刷時に導体ペーストに含有される有機溶剤が浸透し、前
記ブチラール樹脂が前記有機溶剤に溶かされることによ
り膨潤する。この後、該有機溶剤が乾燥すると前記グリ
ーンシート内のセラミックス粒子の再配列が起こり前記
グリーンシートが収縮する。該収縮は前記グリーンシー
トの密度、厚み及び配線量が均一でないため収縮量のば
らつきを伴うこととなる。前記グリーンシートの収縮の
ばらつきに起因したスルーホール及び導体ペーストパタ
ーンの位置変動が発生すると、前記グリーンシートに形
成されたスルーホール及び導体ペーストパターンの適性
位置の確保が困難となる。また、前記グリーンシートを
積層すると、セラミックス基板中の上部のスルーホール
と下部の導体パターンにずれが起こり、断線あるいはシ
ョートし易いという問題があった。

【０００５】そこで、ドクターブレード法などにより作
製されたグリーンシートに湯の温度３０〜１００℃、浸
漬時間２〜１２０分の条件による湯浴を施し、ブチラー
ル樹脂を構成する分子の分子間距離を近づけて収縮させ
た後、湯浴により含浸させた水分を熱乾燥により除去
し、得られたグリーンシートをそれぞれの目的と用途に
応じた形態に加工し、ラミネートしたものを焼成するこ
とにより前記セラミックス基板を作製する方法（特開平
３−２３７７９８号公報）が提案されている。前記方法
ではグリーンシートに湯浴を施し、予め収縮させること
によりその後の工程によって生じる収縮が低減されるの
で、収縮に起因するスルーホール及び導体ペーストパタ
ーンの位置変動、前記セラミックス基板中の上部のスル
ーホールと下部の導体パターンに生ずるずれが低減でき
るという特徴を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記方法にお
いては、実際には前記焼成時にグリーンシートの面内方
向及び厚さ方向にかなりの収縮が生じており、該収縮に
はグリーンシートの密度、厚み及び配線量の不均一に起
因した収縮量のばらつきが生じ、導体パターンの寸法精
度を確保することができないため、導体パターンの微細
化が困難であるという課題があった。

【０００７】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、導体ペースト印刷時の収縮を確実に低減
することができ、従ってセラミックス基板の導体パター
ンの微細化及び導体パターンの寸法精度の向上を図るこ
とができるセラミックス基板の製造方法を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミックス基板の製造方法は、セラミ
ックスグリーンシートを所定の寸法に成形し、導体ペー
ストを印刷し、積層、焼成するセラミックス基板の製造
方法において、グリーンシートにプレス処理を施し、さ
らに前記グリーンシートの片面あるいは両面に溶剤を塗
布した後乾燥させる工程を少なくとも１回行い、この後
印刷工程を行うことを特徴としている。（１）

【０００９】

【作用】上記（１）の方法によれば、グリーンシートに
プレス処理を施すことにより、該グリーンシートの密度
を均一にすることが可能となり、収縮のばらつきが抑制
される。

【００１０】

【００１１】また、上記方法（１）によれば、さらに前
記プレス処理後のグリーンシートの片面あるいは両面に
溶剤を塗布した後乾燥させる工程を少なくとも１回行
い、該グリーンシートを予め収縮させた後に印刷工程を
行うので、印刷工程時に発生する収縮が低減される。

【００１２】これらのことから、上記構成のセラミック
ス基板の製造方法（１）によれば、前記グリーンシート
に配線用の導体ペーストを印刷しても、セラミックス基
板中の上部のスルーホールと下部の導体パターンとの間
にはずれが発生することがなく、適性位置が確保され、
寸法精度を向上させることが可能となる。

【００１３】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るセラミックス
基板の製造方法の実施例及び比較例を説明する。まず、
アルミナを主成分とする参考例のセラミックス基板の製
造方法について説明する。このセラミックス基板は、図
１に示す作製方法により得ることができる。アルミナ粉
末１００重量部に対し、焼結助剤（ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ
等）を１０〜２０重量部添加し、さらに水を加えボール
ミルで２４時間粉砕混合し、乾燥させる。その後解砕
し、ブチラール樹脂５〜２０重量部と、可塑剤（ＤＢ
Ｐ、ＤＯＡ等）を２〜１０重量部と、溶剤（キシレン）
を１５〜４０重量部添加し、ボールミルで混合し、スラ
リーとする。

【００１４】その後、スラリーの脱泡を行い、ドクター
ブレード法を用いてこのスラリーをテープ成形し、この
後、６０〜１２０℃の温度範囲で乾燥させる。その後、
２０〜１００℃の温度で１０〜１２０ｋｇ／ｃｍ² の圧
力を加え、プレスを行う。次に、０〜３０℃の温度範囲
で、５〜６０分間の水浴を行い、４０〜１２０℃の温度
範囲で、５〜６０分間の乾燥を行う工程を１〜５回行
い、グリーンシートを作製する。

【００１５】前記方法により得られたグリーンシートを
カッターあるいは打ち抜き型により所望の形状に加工
し、さらに打ち抜き型等により所望の形状にスルーホー
ルを形成する。次に、配線用の導体ペースト印刷を施
し、所定枚数積層した後、グリーンシートを焼成し、セ
ラミックス基板を作製する。

【００１６】図２は参考例においてグリーンシートに施
すプレス圧力の条件を変化させた場合の収縮率の変化を
示したグラフであり、比較例も併せて示してある。横軸
にプレス圧力（ｋｇ／ｃｍ² ）を、縦軸に収縮率（％）
をとっている。収縮率は１２０ｍｍ×１２０ｍｍの面積
の基板を用い、配線用の導体ペーストの基板面積に対す
る被覆率を約４０％に設定するべく前記基板に７５ｍｍ
×７５ｍｍのベタ印刷を施し、この後収縮量を測定し、
算出した値である。

【００１７】なお、プレス温度はブチラール樹脂に対す
る可塑剤の添加量によって決定する。すなわち図３に示
すように可塑剤を０〜２０％添加した場合にブチラール
樹脂が軟化する温度は１０〜９０℃であり、ブチラール
樹脂が完全に軟化するように安全をみて２０〜１００℃
の温度範囲でプレス温度を設定した。

【００１８】図２中の曲線Ａ〜Ｄはそれぞれ（水浴＋乾
燥）回数をパラメータにとっており、曲線Ａは０回、Ｂ
は１回、Ｃは２回、Ｄは５回行った場合をそれぞれ示し
ている。図２から明らかなようにグリーンシートに施す
プレス圧力及び（水浴＋乾燥）回数の収縮率に及ぼす影
響はＥに示した領域で大きく、プレス圧力１０〜１２０
ｋｇ／ｃｍ² の範囲では前記グリーンシートに対して予
め十分な収縮を起こさせることができ、後の工程である
配線用の導体ペースト印刷時には安定して収縮を生じさ
せないということを確認することができた。また、１０
ｋｇ／ｃｍ² 以下の圧力では効果が不安定であり、１２
０ｋｇ／ｃｍ² 以上の圧力を加えてもほとんど効果はそ
れ以上良くならないということを確認することができ
た。また参考例に係る図２における曲線Ｂ〜Ｄと比較例
に係る図２における曲線Ａとを比べた場合、明らかに参
考例のものの方が配線用の導体ペースト印刷前後での収
縮率が小さくなっており配線用の導体ペースト印刷の前
工程において予め確実に収縮していることがわかる。

【００１９】図４は参考例でグリーンシートに施す（水
浴＋乾燥）回数の条件を変化させた場合を示したグラフ
であり、比較例も併せて示してある。横軸に（水浴＋乾
燥）回数を、縦軸に収縮率（％）をとっている。収縮率
は１２０ｍｍ×１２０ｍｍの面積の基板を用い、配線用
の導体ペーストの基板面積に対する被覆率を約４０％に
設定するべく前記基板に７５ｍｍ×７５ｍｍのベタ印刷
を施し、この後収縮量を測定し、算出した値である。

【００２０】図４中の曲線Ａ〜Ｃはそれぞれプレス圧力
（ｋｇ／ｃｍ² ）をパラメータにとっており、曲線Ａは
０ｋｇ／ｃｍ² 、Ｂは６０ｋｇ／ｃｍ² 、Ｃは１２０ｋ
ｇ／ｃｍ² の圧力を加えた場合をそれぞれ示している。
図４から明らかなようにグリーンシートに施す（水浴＋
乾燥）回数の収縮に及ぼす影響は領域Ｆに示したように
（水浴＋乾燥）回数１〜５回の範囲では前記グリーンシ
ートに対して予め十分な収縮を起こさせることができ、
後の工程である配線用の導体ペースト印刷時には安定し
て収縮を生じさせないということを確認することができ
た。また、５回以上ではほとんど効果はそれ以上良くな
らないということを確認することができた。また、参考
例に係る図４における曲線Ｂ及びＣと比較例に係る図４
における曲線Ａとを比べた場合、明らかに参考例のもの
の方が配線用の導体ペースト印刷前後での収縮率が小さ
くなっており、配線用の導体ペースト印刷の前工程にお
いて予め確実に収縮されていることがわかる。

【００２１】このようにドクターブレード法を用いて作
製されたグリーンシートにプレス処理を施して密度を均
一にした後、さらに水につけた後に乾燥を行う工程を１
〜５回行い、予め十分収縮させておくことで導体ペース
ト印刷時に発生する収縮を低減することができる。この
ため、グリーンシートの密度、厚み及び配線量の不均一
に起因した収縮量のばらつきを生じることもなく、ペー
スト印刷時に発生するスルーホール及び導体ペーストパ
ターンの位置変動を確実に低減させることができる。ま
た、グリーンシートを積層した場合でもセラミックス基
板中の上部のスルーホールと下部の導体パターンとのず
れによる断線あるいはショートを低減することができ
る。このことからセラミックス基板の導体パターンの微
細化及び導体パターンの寸法精度向上を図ることができ
る。

【００２２】次に、アルミナを主成分とする上記（１）
記載のセラミックス基板の製造方法について説明する。
このセラミックス基板は図５に示す作製方法により得る
ことができる。

【００２３】最初にアルミナ粉末１００重量部に対し、
焼結助剤（ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ等）を１０〜２０重量部添
加し、さらに水を加えボールミルで２４時間粉砕混合
し、乾燥させる。その後解砕し、アクリル樹脂５〜１０
重量部と、可塑剤（ＤＢＰ、ＤＢＭ等）を５〜１０重量
部と、溶剤（キシレン）を６０〜１００重量部添加し、
ボールミルで混合し、スラリーとする。

【００２４】その後、スラリーの脱泡を行い、ドクター
ブレード法を用いてこのスラリーをテープ成形し、この
後６０〜１２０℃の温度範囲で乾燥させる。その後、２
０〜１００℃の温度で１０〜１２０ｋｇ／ｃｍ² の圧力
を加え、プレスを行う。次に室温で、該グリーンシート
の片面あるいは両面に溶剤（キシレン）を０．０１〜
０．１ｃｃ／ｃｍ² 塗布し、２０℃〜１００℃の温度範
囲で５〜６０分間の乾燥を行う工程を１〜５回行い、グ
リーンシートを作製する。

【００２５】前記方法により得られたグリーンシートを
カッターあるいは打ち抜き型により所望の形状に加工
し、さらに打ち抜き型等により所望の形状にスルーホー
ルを形成する。次に、配線用の導体ペースト印刷を施
し、所定枚数積層した後、グリーンシートを焼成し、セ
ラミックス基板を作製する。

【００２６】図６はセラミックス基板の製造工程におけ
るドクターブレード法を示す模式図である。該ドクター
ブレード法によれば、脱泡を行ったスラリー６１をスラ
リータンクからキャリアフィルム６２上に流し、キャリ
アフィルム６２とドクターブレード６３の対面間距離を
変化させることにより該スラリー厚が制御される。本実
施例においては、ドクターブレード６３に面するグリー
ンシート面６４に前記溶剤（キシレン）を塗布した。

【００２７】図７は実施例で溶剤（キシレン）の塗布回
数を変化させた場合のプレス後の溶剤塗布前後にグリー
ンシートの収縮率を示したグラフである。横軸に溶剤塗
布回数（回）を、縦軸に収縮率（％）をとっている。な
お、溶剤の塗布は片面（図６、６４）に行い、プレス温
度は図１に示した参考例の場合と同様の方法で設定し、
収縮率はプレス処理を施した２００ｍｍ×２００ｍｍの
面積のグリーンシートを用い、これらグリーンシートに
溶剤を塗布し、乾燥を行う工程を０〜６回行い、この後
における収縮量を測定し、算出した値である。

【００２８】図７中の折れ線Ａ〜Ｃはそれぞれプレス圧
力（ｋｇ／ｃｍ² ）をパラメータにとっており、折れ線
Ａは１０ｋｇ／ｃｍ² 、Ｂは５０ｋｇ／ｃｍ² 、Ｃは１
２０ｋｇ／ｃｍ² の圧力を加えた場合をそれぞれ示して
いる。図７から明らかなようにグリーンシートに施す溶
剤塗布回数の該グリーンシートの収縮率に及ぼす影響を
みると、溶剤塗布回数０〜５回の範囲では回数を増すほ
ど収縮率も増し、その増加率はほぼ一定であり、図７に
おける折れ線Ａ、Ｂ及びＣを比較した場合、前記グリー
ンシートに施すプレス圧力（ｋｇ／ｃｍ² ）が大きいほ
ど予め収縮されている量も大きいので、後の工程である
溶剤塗布による収縮率は小さい。

【００２９】また、溶剤塗布回数５回以上では収縮率の
増加率が減少し、前の工程であるプレス時の圧力差に対
する収縮率の差も減少する。

【００３０】図８は溶剤塗布によるグリーンシートの収
縮率とその後の工程である導体ペースト印刷時における
収縮との関係を示したグラフである。横軸に溶剤塗布に
よる該グリーンシートの収縮率（％）を、縦軸にその後
の工程である導体ペースト印刷時における収縮率（％）
をとっている。

【００３１】前記導体ペースト印刷時における収縮率は
溶剤塗布後における面積が１２０ｍｍ×１２０ｍｍの基
板を用い、配線用の導体ペーストの基板面積に対する被
覆率を約４０％にすべく前記基板に７５ｍｍ×７５ｍｍ
のベタ印刷を施し、この後収縮量を測定し、算出した値
である。

【００３２】図８中の折れ線Ａ〜Ｃはそれぞれプレス圧
力（ｋｇ／ｃｍ² ）をパラメータにとっており、折れ線
Ａは１０ｋｇ／ｃｍ² 、Ｂは５０ｋｇ／ｃｍ² 、Ｃは１
２０ｋｇ／ｃｍ² の圧力を加えた場合をそれぞれ示して
いる。図８から明らかなように溶剤塗布による収縮率
０．６％以上の範囲では該グリーンシートに対して予め
十分な収縮を起こさせることができ、後の工程である配
線用の導体ペースト印刷時には安定して収縮を生じさせ
ないということを確認することができた。溶剤塗布によ
る収縮率０．６％未満では効果が不安定であり、また逆
に溶剤塗布による収縮率を１％以上生じさせても、ほと
んど効果はそれ以上良くならないということを確認する
ことができた。

【００３３】また、図７、図８により、プレス圧力１０
〜１２０ｋｇ／ｃｍ² の範囲では、溶剤塗布回数２〜３
回で溶剤塗布による収縮率が約１％に達し、後の工程で
ある配線用の導体ペースト印刷時には安定して高い精度
で収縮を生じさせないということを確認することができ
た。

【００３４】また、本実施例においては、片面にのみ溶
剤を塗布しており、両面に溶剤を塗布した場合、上記効
果がより一層確実なものとなる。

【００３５】このようにドクターブレード法を用いて作
製されたグリーンシートにプレス処理を施して密度を均
一にした後、さらに前記グリーンシートの片面あるいは
両面に溶剤を塗布した後乾燥させる工程を少なくとも１
回行い、予め十分グリーンシートを収縮させておくこと
で導体ペースト印刷時に発生する収縮を高い精度で効果
的に低減することができる。このため、グリーンシート
の密度、厚み及び配線量の不均一に起因した収縮量のば
らつきを生じることもなく、ペースト印刷時に発生する
スルーホール及び導体ペーストパターンの位置変動を確
実に低減させることができる。また、グリーンシートを
積層した場合でも、セラミックス基板中の上部のスルー
ホールと下部の導体パターンとのずれによる断線あるい
はショートを低減することができる。このことからセラ
ミックス基板の導体パターンの微細化及び導体パターン
の寸法精度向上を図ることができる。

【００３６】

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
１記載のセラミックス基板の製造方法にあっては、セラ
ミックスグリーンシートを所定の寸法に成形し、導体ペ
ーストを印刷し、積層、焼成するセラミックス基板の製
造方法において、グリーンシートにプレス処理を施し、
さらに前記グリーンシートの片面あるいは両面に溶剤を
塗布した後に乾燥を行う工程を少なくとも１回行い、予
め収縮させるのでペースト印刷時に発生する収縮を低減
させることができる。

【００３８】以上より、本発明に係るセラミックス基板
の製造方法によれば、グリーンシートの密度、厚み及び
配線量の不均一に起因した収縮量のばらつきを生じるこ
ともなく、ペースト印刷時に発生するスルーホール及び
導体ペーストパターンの位置変動を確実に低減させるこ
とができる。また、前記グリーンシートを積層した場合
でもセラミックス基板中の上部のスルーホールと下部の
導体パターンとのずれによる断線あるいはショートを低
減することができる。このことからセラミックス基板の
導体パターンの微細化及び導体パターンの寸法精度向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】参考例に係るセラミックス基板の製造方法を示
した図である。

【図２】参考例でグリーンシートに施すプレス圧力の条
件を変化させた場合を示したグラフである。

【図３】セラミックス基板の作製方法での可塑剤添加量
と軟化温度との関係を示すグラフである。

【図４】参考例でグリーンシートに施す（水浴＋乾燥）
回数の条件を変化させた場合の収縮率の変化を示したグ
ラフである。

【図５】本発明に係るセラミックス基板の製造方法の実
施例を示した図である。

【図６】セラミックス基板の製造工程におけるドクター
ブレード法を示す模式的斜視図である。

【図７】実施例でプレス後のグリーンシートの片面に塗
布する溶剤の塗布回数を変化させた場合の収縮率の変化
を示したグラフである。

【図８】実施例で溶剤塗布による収縮率とその後の工程
である導体ペースト印刷による収縮率との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

６１脱泡処理後のスラリー６２キャリアフィルム６３ドクターブレード６４ドクターブレードに面するグリーンシート面６５キャリアフィルムに面するグリーンシート面

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスグリーンシートを所定の寸
法に成形し、導体ペーストを印刷し、積層、焼成するセ
ラミックス基板の製造方法において、グリーンシートに
プレス処理を施し、さらに前記グリーンシートの片面あ
るいは両面に溶剤を塗布した後乾燥させる工程を少なく
とも１回行い、この後印刷工程を行うことを特徴とする
セラミックス基板の製造方法。