JP3467872B2 - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

多層セラミック基板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多層セラミック基板の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化にともない、電子回路
を構成する各種電子部品を実装するためにセラミック基
板が汎用されている。最近では、実装密度をさらに高め
るために、その表面に導電性材料を含むペーストで回路
パターンを形成したセラミックグリーンシートを複数枚
積層し、この積層物を焼成して一体化した多層セラミッ
ク基板が実用化されている。そして、この多層のセラミ
ック基板間の電気的接続は、一般的には、以下に示す方
式でバイアホールを形成して行なっている。
【０００３】即ち、まずセラミックグリーンシートにド
リルまたはパンチでバイアホールをあけ、その中に導電
ペーストを充填させる。さらに、グリーンシート表面に
同様にスクリーン印刷などにより導電ペーストで回路を
形成する。その後、このグリーンシートを複数枚積層し
圧着させ、適当な基板サイズにカットして焼成する。こ
のとき、グリーンシート上およびバイアホール内の導電
ペーストもグリーンシートと同時に焼結させて、多層セ
ラミック基板内の回路導通を図っている。
【０００４】そして、この導電ペースト中の導電性粉末
としては、比抵抗が小さくマイグレーションが起こりに
くく、しかも安価なＣｕがよく用いられ、そのＣｕ粉末
またはＣｕ合金粉末をエチルセルロース樹脂などを樹脂
分とする有機ビヒクル中に混合分散させてペーストとし
ている。
【０００５】Ｃｕ合金ペーストとしては、例えば、特開
平４−２８１０９号公報には、導電性、耐酸化性、はん
だ付け性および耐マイグレーションに優れた、Ａｇ／Ｃ
ｕ／Ｍ合金粉末（但し、ＭはＰｂ，Ｂｉ，Ｓｎより選ば
れた１種以上）と有機ビヒクルとからなる導電性ペース
トが開示されている。また、特開平６−９７６６７号公
報には、導電性、グリーンシートとの密着性、耐酸化性
および耐マイグレーション性に優れた、表面のＡｇ濃度
を大としたＡｇ／Ｃｕ合金粉末とガラスフリットおよび
有機ビヒクルとからなる低温焼成多層回路基板用ペース
トが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、多層
セラミック基板の製造においては、セラミックグリーン
シートとＣｕペーストまたはＣｕ合金ペーストとが同時
に焼成される。しかしながら、Ｃｕペーストを焼結させ
るためには、その焼成温度をＣｕの融点以下の温度、即
ち１０００℃程度に抑える必要がある。このため、多層
セラミック層間およびバイアホール内部の導体粉末は焼
結しにくく緻密になりにくい。この結果、これらの導電
体内部に空隙（ポア）が残って導通不良を引き起こし、
多層セラミック基板の信頼性を低下させる原因の１つと
なっていた。
【０００７】このことは、Ｃｕ合金ペーストの場合にお
いてもほぼ同様であった。即ち、例えばＡｇなどの低融
点金属とＣｕとの合金の場合、得られた合金の融点はＣ
ｕのそれと比べて低下しているため、その分、焼成温度
の上限を低く抑える必要が生じ、焼成時のＣｕ合金の焼
結を促進させるという点においては、あまり効果を得る
ことができなかった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、多層セラミック
層間およびバイアホール内部において、導通信頼性が高
く緻密な導電体を有する多層セラミック基板の製造方法
を提供することにある。
【０００９】
【００１０】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め、 本発明の多層セラミック基板の製造方法は、セラミ
ック材料粉末を準備する工程と、セラミック材料粉末に
バインダおよび溶剤を加えてスラリーを得る工程と、ス
ラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシー
トを作製する工程と、セラミックグリーンシートにバイ
アホールを開ける工程と、Ｃｕ粉末９９．５〜９０ｗｔ
％と、Ａｇ粉末０．５〜１０ｗｔ％とからなる導電性粉
末に有機ビヒクルを添加して導電ペーストを得る工程
と、セラミックグリーンシートのバイアホールに導電ペ
ーストを充填し、導電ペーストを用いてセラミックグリ
ーンシート上に回路を形成する工程と、セラミックグリ
ーンシートを複数枚積層して圧着した後焼成する工程
と、を備えることを特徴とする。
【００１１】上記導電ペースト中のＣｕ粉末の平均粒径
は０．５〜３０μｍであり、Ａｇ粉末の平均粒径は０．
５〜５μｍであることが好ましい。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【作用】本発明の多層セラミック基板の製造方法におけ
る導電ペーストを用いれば、Ｃｕに添加されたＡｇの溶
融にともなって、Ｃｕの焼結開始温度が低温側にずれ
る。このため、焼成時のＣｕの焼結が促進され、層間導
電体およびバイアホール内部は緻密化される。
【００１８】また、導電ペースト中の導電性粉末の粒径
を本発明の範囲内とすることによって、導電性粉末の充
填および反応が均一となり、層間導電体およびバイアホ
ール内部は空隙の発生がさらに抑えられてより緻密とな
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の多層セラミック基板の製造方
法について、その実施例を説明する。まず、セラミック
材料としてＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系からなるガラ
ス複合材料を準備し、その粉末にポリビニールブチラー
ルなどの有機バインダおよびトルエンなどの有機溶剤を
加え混練してスラリーを得た。得られたスラリーをドク
ターブレード法によりシート状に成形して、セラミック
グリーンシートを作製した。このセラミックグリーンシ
ートにバイアホールをパンチであけた。
【００２０】一方、導電ペーストを以下の通り作製し
た。即ち、導電性粉末として、平均粒径０．５μｍ、３
μｍ、１０μｍおよび３０μｍのＣｕ粉末と、平均粒径
０．５μｍ、１μｍ、５μｍおよび１０μｍのＡｇ粉末
またはＢｉ粉末を準備し、これら導電性粉末に、エチル
セルロース系樹脂およびアルキッド樹脂からなる有機バ
インダとテルピネオール系などの溶剤からなる有機ビヒ
クルを添加し、三本ロールで混練して表１に示す導電性
粉末を有する導電ペーストを得た。なお、この場合、導
電性粉末（Ｃｕ、ＡｇおよびＢｉ）１００重量部に対し
て、有機ビヒクル１０〜１００重量部を添加した。
【００２１】次に、スクリーン印刷にてセラミックグリ
ーンシート中のバイアホールにこの導電ペーストを充填
し乾燥させた後、同じペーストを用いてセラミックグリ
ーンシート上にスクリーン印刷により回路を形成した。
そして、これらセラミックグリーンシートを複数枚積層
して圧着した後、所定寸法に切断した。その後、Ｎ２雰
囲気中、９００〜１０００℃で１〜２時間焼成して、バ
イアホールおよび層間に導電体を有する多層セラミック
基板を得た。
【００２２】得られた多層セラミック基板のバイアホー
ル部分および層間導電体部分の空隙（ポア）の有無につ
いて、その切断面を光学顕微鏡で観察した。その結果を
表１に示す。なお、表１において、試料番号５および試
料番号１２の「（溶融球状化、断線）」とは、バイアホ
ール内および層間導電体の導電性成分が溶融して表面張
力のために球状となっており、導電体内部には空隙は見
られなかったが、この球状化によって断線不良が発生し
ていたものである。また、表１において、＊印を付した
ものは本発明の範囲外のものである。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１より明らかな通り、Ｃｕ粉末を９９．
５〜９０ｗｔ％と、Ａｇ粉末を０．５〜１０ｗｔ％含む
導電ペーストをセラミック多層基板の導電性材料として
用いることにより、緻密なバイアホールや層間導電体が
得られた。
【００２５】なお、Ｃｕ粉末の含有量が９０ｗｔ％未
満、即ちＡｇ粉末含有量が１０ｗｔ％を超える場合に
は、試料番号５に示すように、導電性成分が溶融した状
態になって断線不良が発生する。一方、Ｃｕ粉末の含有
量が９９．５ｗｔ％を超える、即ちＡｇ粉末含有量が
０．５ｗｔ％未満の場合には、Ａｇ粉末添加によるＣｕ
粉末の焼結温度を低下させる効果が得られない。
【００２６】さらに、Ｃｕ粉末の平均粒径を０．５〜３
０μｍ、Ａｇ粉末の平均粒径を０．５〜５μｍとするこ
とによって、空隙の発生をさらに抑えたより緻密なバイ
アホールや層間導電体を得ることができた。即ち、Ｃｕ
粉末またはＡｇ粉末の平均粒径が０．５μｍ未満の場合
には、導電ペーストのチクソトロピック性が増大し流動
性が低下して、バイアホール内への導電ペーストの充填
性がよくない。一方、Ｃｕ粉末の平均粒径が３０μｍを
超える場合は、粗粒のためスクリーン印刷性がよくな
い。またＡｇ粉末の平均粒径が５μｍを超える場合は、
試料番号８に示すように、バイアホールおよび層間導電
体に、不均一な反応のためと思われる空隙が少し発生す
る。
【００２７】また、表１より明らかな通り、Ｃｕ粉末を
９９．９〜９５ｗｔ％と、Ｂｉ粉末を０．１〜５ｗｔ％
含む導電ペーストをセラミック多層基板の導電性材料と
して用いることにより、緻密なバイアホールや層間導電
体が得られた。
【００２８】なお、Ｃｕ粉末の含有量が９５ｗｔ％未
満、即ちＢｉ粉末含有量が５ｗｔ％を超える場合には、
試料番号１２に示すように、導電性成分が溶融した状態
になって断線不良が発生する。一方、Ｃｕ粉末の含有量
が９９．９ｗｔ％を超える、即ちＢｉ粉末含有量が０．
１ｗｔ％未満の場合には、Ｂｉ粉末添加によるＣｕ粉末
の焼結温度を低下させる効果が得られない。
【００２９】さらに、Ｃｕ粉末の平均粒径を０．５〜３
０μｍ、Ｂｉ粉末の平均粒径を０．５〜５μｍとするこ
とによって、空隙の発生をさらに抑えたより緻密なバイ
アホールや層間導電体を得ることができた。即ち、Ｃｕ
粉末またはＢｉ粉末の平均粒径が０．５μｍ未満の場合
には、導電ペーストのチクソトロピック性が増大し流動
性が低下して、バイアホール内への導電ペーストの充填
性がよくない。一方、Ｃｕ粉末の平均粒径が３０μｍを
超える場合は、粗粒のためスクリーン印刷性がよくな
い。またＢｉ粉末の平均粒径が５μｍを超える場合は、
試料番号１５に示すように、バイアホールおよび層間導
電体に、不均一な反応のためと思われる空隙が少し発生
する。
【００３０】なお、上記実施例においては、導電ペース
トの有機ビヒクルとして、エチルセルロース系樹脂およ
びアルキッド樹脂からなる有機バインダとテルピネオー
ル系などの溶剤からなるものを用いているが、本発明は
これのみに限定されるものではない。即ち、通常厚膜ペ
ーストに用いられている有機ビヒクルの中から、セラミ
ックグリーンシートのバインダとの組み合わせで選定し
て用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
多層セラミック基板の製造方法における導電ペースト
は、ＣｕペーストにＡｇを添加して、Ｃｕの焼結開始温
度を低温側にずらしたものである。このため、Ｃｕの焼
結が促進されて、層間導電体およびバイアホール内部が
緻密化し、層間導電体およびバイアホールの導通信頼性
が高くなる。
【００３２】また、導電性成分の粒径を本発明の範囲内
とした導電ペーストを用いることによって、層間導電体
およびバイアホール内部をより緻密化することができ
る。
【００３３】
【００３４】さらに、本発明によれば、個々の金属粉末
と有機ビヒクルとを混合したものであり、予め合金化し
た金属粉末を用いることがないので、容易に安価な多層
セラミック基板を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 1/22 H05K 1/09 H05K 3/46

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック材料粉末を準備する工程と、 前記セラミック材料粉末にバインダおよび溶剤を加えて
    スラリーを得る工程と、 前記スラリーをシート状に成形して、セラミックグリー
    ンシートを作製する工程と、 前記セラミックグリーンシートにバイアホールを開ける
    工程と、 Ｃｕ粉末９９．５〜９０ｗｔ％と、Ａｇ粉末０．５〜１
    ０ｗｔ％とからなる導電性粉末に有機ビヒクルを添加し
    て導電ペーストを得る工程と、 前記セラミックグリーンシートの前記バイアホールに前
    記導電ペーストを充填し、前記導電ペーストを用いてセ
    ラミックグリーンシート上に回路を形成する工程と、 前記セラミックグリーンシートを複数枚積層して圧着し
    た後焼成する工程と、 を備えることを特徴とする多層セラミック基板の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記導電ペースト中のＣｕ粉末の平均粒
    径は０．５〜３０μｍであり、Ａｇ粉末の平均粒径は
    ０．５〜５μｍであることを特徴とする、請求項１に記
    載の多層セラミック基板の製造方法。
JP29975694A 1994-12-02 1994-12-02 多層セラミック基板の製造方法 Expired - Fee Related JP3467872B2 (ja)

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