JP3872285B2 - ガラスセラミック基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩ、チップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層ガラスセラミック基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ＬＳＩ、チップ部品等は小型化、軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も小型化、軽量化が望まれている。このような要求に対して、基板内に内部電極等を配した多層セラミック基板は、要求される高密度配線が可能となり、かつ薄型化が可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において重要視されている。
【０００３】
多層セラミック基板としては、アルミナ質焼結体からなり、表面または内部にタングステン、モリブデン等の高融点金属からなる配線層が形成された絶縁基板が従来より広く用いられている。
【０００４】
一方、近年の高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行しつつある。このような高周波の信号の伝送を行なう高周波配線基板においては、高周波信号を高速で伝送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基板にもより低い誘電率が要求される。
【０００５】
しかし、従来のタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属は導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が遅く、また30ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、タングステン、モリブデン等の金属に代えて銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の低抵抗金属を使用することが必要である。ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低いため、800〜1100℃程度の低温で焼成することが必要であることから、該低抵抗金属からなる配線層は、高温焼成が必要なアルミナと同時焼成することができなかった。また、アルミナ基板は誘電率が高いため、高周波回路基板には不適切である。
【０００６】
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基板として用いることが注目されている。すなわち、ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用絶縁基板として好適であり、またガラスセラミックスは800〜1100℃の低温で焼成することができることから、銅、銀、金等の低抵抗金属を配線層として使用できるという利点がある。
【０００７】
多層ガラスセラミック基板は、ガラスとフィラーとの混合物に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード等によりガラスセラミック・グリーンシートを成形した後、銅、銀、金等の低抵抗金属の粉末を含有する導体ペーストを印刷するなどして前記グリーンシート上に導体パターンを形成し、次いで複数枚のグリーンシートを積層して800〜1100℃の温度で焼成して得られる。
【０００８】
ところが、多層ガラスセラミック基板は、焼成過程において焼結に伴う収縮を生じるという問題がある。このような収縮の程度は一様ではなく、使用する基板用無機材料、グリーンシート組成、原料である粉体粒度のバラツキ、導体パターン、内部電極材料等により収縮率や収縮方向が異なってくる。このことは、多層ガラスセラミック基板の作製において、いくつかの問題をひき起こす。
【０００９】
先ず、内部電極印刷用のスクリーン版を作製する際、基板の収縮率から逆算してスクリーン版の大きさを決定しなければならないが、上記のように基板の収縮率や収縮方向は一定でないため、スクリーン版は基板の製造ロット毎に作り直さなければならず不経済であり現実的ではない。さらに、上記のようなグリーンシート積層法によって作製される多層ガラスセラミック基板では、グリーンシートの造膜方向によって積層面内の縦方向と横方向の収縮率が異なるため、多層ガラスセラミック基板の作製がより一層困難なものになる。
【００１０】
これに対して、収縮誤差を許容するように必要以上に大きい面積の電極を形成する場合には、高密度な配線ができなくなる。
【００１１】
これらの収縮変化を小さくするためには、回路設計による基板の収縮率の傾向を調べたり、製造工程において基板材料およびグリーンシート組成の管理、粉体粒度のバラツキ、プレス圧や温度等の積層条件を充分管理する必要がある。しかし、一般に収縮率の誤差は±0.5％程度は存在するといわれている。
【００１２】
このことは多層ガラスセラミック基板にかかわらずセラミックスやガラスセラミックス等の焼結に伴うものに共通する課題である。このような課題を解決するために、特開平４−243978号公報、特開平５−28867号公報、特開平５−102666号公報では、以下の（１）〜（４）の工程を含む基板の製造方法が提案されている。
【００１３】
（１）ガラスセラミック成分とバインダー、可塑剤等の有機成分とを含むガラスセラミック・グリーンシートに導体パターンを形成したものを所望枚数積層し、
（２）得られたガラスセラミック・グリーンシートの積層体の両面または片面に、前記ガラスセラミック成分の焼成温度では焼結しない無機材料とバインダー、可塑剤等の有機成分とを含む拘束グリーンシートを積層し、
（３）これらガラスセラミック・グリーンシートの積層体と拘束グリーンシーとの積層体を加熱して、まず有機成分を除去し、次いで焼成して、それぞれガラスセラミック基板および拘束シートとなし、
（４）最後に、ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する。
【００１４】
この方法によれば、前記拘束グリーンシートがガラスセラミック・グリーンシートの焼成時の収縮を拘束するため、積層体の厚さ方向のみに収縮が起こり、積層面の縦・横方向には収縮が起こらなくなり、ガラスセラミック基板の寸法精度が向上すると考えられている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法では、ガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートとの結合は、それらのグリーンシート内に含有されているバインダー等の有機成分により行われる。しかし、（３）の焼成工程において、バインダー、可塑剤等の有機成分が分解し揮散した後は、拘束グリーンシート中の粉体とガラスセラミック・グリーンシート中の粉体とが単に密着して接触しているだけであり、それらのシート間にはファンデルワールス力による弱い結合が働いているだけである。
【００１６】
このような弱い結合は、（４）の工程における拘束シートの除去が簡単になるという利点があるものの、（３）の焼成工程でガラスセラミック・グリーンシート積層体から拘束グリーンシートがそれらの熱膨張差等により不用意に剥離するおそれがある。
【００１７】
焼成途中で拘束グリーンシートが剥離すると、ガラスセラミック・グリーンシートの焼結収縮を防止できなくなる。また、拘束グリーンシートの剥離がたとえ一部であっても、当該部分において収縮が起こるためガラスセラミック基板の変形が発生することになる。
【００１８】
また、ガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートとは結合力が小さいため、焼成前のそれらの密着状態や、ガラスセラミック成分の種類によるガラスセラミック・グリーンシート中のガラス成分の拘束グリーンシート内への浸透性によってはそれらの結合力にムラが生じやすい。結合力にムラがあると、ガラスセラミックの焼結収縮を拘束する力にムラができ、収縮ムラが起こり、ガラスセラミック基板の反り、変形等が発生することになる。その結果、寸法精度の高い基板が得られないという問題がある。
【００１９】
また、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の収縮が拘束された場合においても反りが発生する場合がある。通常の拘束しない焼成の場合は焼成中にガラスセラミック基板中のガラスが軟化する際にガラスセラミック基板の自重によって下に敷かれた敷板の表面形状に沿い、その形状を保って焼結する。この時の敷板に反りや凹凸のないものを用いれば、ガラスセラミック基板の反りや凹凸の発生を防止できる。これに対して拘束グリーンシートにより収縮を拘束した場合は、平面方向の収縮は拘束されるが、同時にガラスセラミック基板自重による敷板の表面形状への追従も阻害されるためであると考えられる。
【００２０】
本発明の目的は、ガラスセラミック・グリーンシートの積層面内での焼結収縮を確実に拘束して、寸法精度の高い、また反りや凹凸のないガラスセラミック基板を得る方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、（I）拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートとの間にガラス成分を含有させた密着剤層を介在させておくと、そのガラス成分が焼成過程でガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートとを結合する結合材として作用するため、それらの間の結合力が高まり、拘束グリーンシートが剥離するのを防止できること、（II）密着剤層中のガラス成分の含有量は焼成後に拘束シートとともにガラスセラミック基板から除去される量であること、（III）積層体を反りや凹凸のない拘束板に密着させることにより反りを抑えられること、その結果、(IV)拘束グリーンシートによりガラスセラミック・グリーンシート積層体の収縮が確実に抑えられ、密着された敷板により反りや凹凸が抑えられた寸法精度の高いガラスセラミック基板を得ることができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに到った。
【００２２】
すなわち、本発明のガラスセラミック基板の製造方法は、（i）有機バインダーを含有し表面に導体パターンが形成されたガラスセラミック・グリーンシートの複数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、（ii）難焼結性無機材料と有機バインダーとを含む拘束グリーンシートにガラスと溶剤とを含む密着剤を塗布する工程と、（ iii ）前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、前記拘束グリーンシートと前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体との間に前記塗布した密着剤層を設けて、前記密着剤を塗布した拘束グリーンシートを積層する工程と、（iv）前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層する工程と、（v）前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束板との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートおよび拘束板を保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、（vi）前記ガラスセラミック拘束シートを除去する工程とを含み、（vii）前記密着剤中のガラス含有量が、前記密着剤成分のうち５〜 50 重量％であり、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点が、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下であることを特徴とする。
【００２３】
本発明において、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点は、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下であるのがよい。これにより、焼成工程で拘束グリーンシート中のガラスが軟化し、結合力が高まる。
【００２４】
また、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点は、前記有機成分の除去温度よりも高いのがよい。前記ガラスの軟化点が有機成分の除去温度よりも低い場合には、分解・揮散した有機成分が通過するための除去経路が軟化したガラスによって閉塞されてしまうおそれがある。
【００２５】
前記密着剤中のガラス含有量は、密着剤成分のうち５〜50重量％であるのがよい。通常はこの範囲が積層時に前記ガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートの密着性を損なわず、焼成時に前記ガラスセラミック・グリーンシートと結合しかつ焼成後に拘束シートとともにガラスセラミック基板から除去される量となる。５重量％より少ない場合は焼成時に結合剤として働くガラス量が少ないために拘束シートとガラスセラミック・グリーンシートの結合が不十分となる。50重量％より多い場合はガラス量が多いために積層時に拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートが密着する面積が小さくなり焼成前の密着性が悪くなるおそれがある。また、焼成後に拘束シートを除去する際にはガラスセラミック基板上に強固なガラス層が形成されるために拘束シートの除去が困難になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスセラミック基板の製造方法について以下に詳細に説明する。
【００２７】
本発明におけるガラスセラミック・グリーンシートは、ガラス粉末、フィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等を混合したものが用いられる。
【００２８】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ1Ｏ−Ｍ2Ｏ系（但し、Ｍ1およびＭ2は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ1Ｏ−Ｍ2Ｏ系（但し、Ｍ1およびＭ2は前記と同じである）、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｍ3 2Ｏ系（但し、Ｍ3はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ3 2Ｏ系（但し、Ｍ3は前記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２９】
また、前記フィラーとしては、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。
【００３０】
上記ガラスとフィラーの混合割合は通常のガラスセラミック基板材料に用いられる割合であり、重量比で40：60〜99：１であるのが好ましい。
【００３１】
ガラスセラミック・グリーンシートに配合される有機バインダーとしては、従来よりセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）、ポリビニルブチラ−ル系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００３２】
ガラスセラミック・グリーンシートは、上記ガラス粉末、フィラー粉末、有機バインダーに必要に応じて所定量の可塑剤、溶剤（有機溶剤、水等）を加えてスラリーを得、これをドクターブレード、圧延、カレンダーロール、金型プレス等により厚さ約50〜500μｍに成形することによって得られる。
【００３３】
ガラスセラミック・グリーンシート表面に導体パターンを形成するには、例えば導体材料粉末をペースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法が挙げられる。導体材料としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）等の１種または２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合、合金、コーティング等のいずれの形態であってもよい。
【００３４】
なお、表面の導体パターンには、上下の層間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスルーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含まれる。これら貫通導体は、パンチング加工等によりガラスセラミック・グリーンシートに形成した貫通孔に、導体材料粉末をペースト化したもの（導体ペースト）を印刷により埋め込む等の手段によって形成される。
【００３５】
ガラスセラミック・グリーンシートの積層には、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。
【００３６】
本発明における拘束グリーンシートは、難焼結性無機材料からなる無機成分に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えたスラリーを成形して得られる。難焼結性無機材料としては、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００３７】
また、拘束グリーンシート中に密着剤層と同じガラス成分を含有させて拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートの結合力をより高めるようにしてもよい。その場合のガラス成分の量は、焼成時に拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であるのがよい。
【００３８】
ガラスセラミック・グリーンシートの両面に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけでガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対して10％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。また、有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック基板からの拘束シートの除去を考慮すると、拘束グリーンシートの厚さはガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さの約200％以下であるのがよい。また、積層される拘束シートは１枚のものであってもよく、あるいは所定の厚みになるように複数枚を積層したものであってもよい。
【００３９】
拘束グリーンシートは、ガラスセラミック・グリーンシートの作製と同様にして、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダー、可塑剤および溶剤としては、ガラスセラミック・グリーンシートで使用したのと同様な材料が使用可能である。ここで、可塑剤を添加するのは、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、積層時にガラスセラミック・グリーンシートとの密着性を高めるためである。
【００４０】
密着剤層形成用の密着剤は、ガラス粉末、有機溶剤等を混合したものが用いられる。さらに、有機バインダー成分を含有させて焼成前のグリーンシート間の結合力を高めたり、塗布しやすい粘度に調整したりすることもできる。また、分散剤等を添加して密着剤中のガラスの分散性をよくすることもできる。
【００４１】
密着剤中のガラスについても、特に制限されるものではなく、前記したガラスセラミック・グリーンシートに配合されるガラスと同様のものが使用可能である。また、密着剤中のガラスは、ガラスセラミック・グリーンシート中のガラスと同一組成のものであってもよく、異なる組成のものであってもよい。
【００４２】
密着剤中のガラスの軟化点は、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下で、かつグリーンシート中の有機成分の分解・揮散温度よりも高いのが好ましい。具体的には、密着剤中のガラスの軟化点は450〜1100℃程度であるのが好ましい。ガラスの軟化点が450℃未満の場合には、ガラスセラミック・グリーンシートからの有機成分の除去時に、軟化したガラスが分解・揮散した有機成分の除去経路を塞ぐことになり有機成分を完全に除去できないおそれがある。一方、ガラスの軟化点が1100℃を超える場合には、通常のガラスセラミック・グリーンシートの焼成条件では該グリーンシートへの結合材として作用しなくなるおそれがある。
【００４３】
密着剤中のガラスの粒径は10μｍ以下であることが望ましい。これより大きいと、グリーンシート積層時にガラス粒子がガラスセラミック・グリーンシート上の導体パターンに食い込むことがあり、それにより焼成後の導体の表面粗さが大きくなったり、導体中に欠陥が発生したりするおそれがあるからである。なお、拘束グリーンシートが導体パターンより軟らかく、ガラスが拘束グリーンシートの方に食い込む場合はこのような制限を受けるものではない。
【００４４】
密着剤中の溶剤はガラスを均一に分散させ、グリーンシート間の結合性を阻害しないものであれば特に制限されるものではない。また、複数の溶剤を混合して用いることもできる。グリーンシートに可撓性を付与したり、グリーンシート表面を膨潤させたり、溶解させたりしてグリーンシート間の結合力を高めるようなものを用いるとよいが、具体的にはジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＢＣＡ）、フタル酸ジ−ｎ−ブチル（dibutyl phthalate：ＤＢＰ）、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（di-sec-octyl phthalate：ＤＯＰ）、テルピネオール、トルエン、酢酸ブチル、酢酸エチル等が挙げられるが、グリーンシートにより適当な溶剤として異なるものを使用してもよい。
【００４５】
成形された拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートの両面に積層するには、密着剤層をシート間に形成して例えば圧着する方法を採用する。例えば、密着剤をスクリーン印刷で拘束グリーンシートに塗布し、ガラスセラミック・グリーンシート積層体に積層して熱圧着する方法である。
【００４６】
拘束板は、拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体に積層させる側の表面の反りおよび凹凸が、ガラスセラミック基板に要求される反りおよび凹凸の大きさ以下であることが好ましい。具体的には拘束板の反りは拘束板長さ寸法の0.3％以下であるものがよい。拘束板の大きさはガラスセラミック・グリーンシート積層体に積層された拘束グリーンシートの全面が密着されるような大きさであることが好ましく、拘束グリーンシートとほぼ同じ大きさかそれ以上の大きさの板状のものが好ましい。拘束板の厚みはその材質等によるが、焼成時に変形して反りが大きくならないような厚みを選択すればよい。
【００４７】
拘束板の材質としては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形・溶融等して反り、凹凸が大きくなったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性のものが適している。具体的にはセラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。
拘束板は分解した有機成分の揮散を妨げることがないようにする観点からは積層体の下面に積層させるとよいが、積層体の上面または両面に積層することにより、拘束板に重しの働きをさせて反りの抑制をより効果的に行なうこともできる。
【００４８】
拘束板を積層体の上面または両面に密着させる場合は、少なくとも積層体の表面に当接する部分が多孔質となっている多孔質体を使用するのがよい。これは、緻密体のものを用いると、この拘束板が当接した積層体の上面に、積層体から分解・揮発した有機成分が通過するための除去経路が充分確保できなくなる場合があるからである。また、このような場合、有機成分特に炭素成分がガラスセラミック基板中に残存し、基板の色調が黒ずんだり、ガラスセラミックの特性が劣化したり、ひどい場合には焼結を阻害してガラスセラミック基板が緻密体とならないこともあるからである。また、拘束板を積層体の下面に積層する場合においても多孔質体を使用することが有効であることは言うまでもない。
【００４９】
拘束板に使用する多孔質体としては、例えば多数の気泡を有する軽石状のものや繊維状アルミナ質等の焼結体からなる通気性多孔質体などの細孔が均一に分布した構造のもの、また空孔率が約30％〜80％のハニカム構造状、メッシュ状のものを用いるとよい。ハニカム構造状、メッシュ状のものの空孔率は、30％未満では積層体から分解・揮発した有機成分が通過するための除去経路が充分確保できない恐れがあり、80％を超えると積層体が密着する面積が小さくなるため拘束板が剥がれて反りの抑制ができなくなる可能性がある。
【００５０】
なお、拘束板に多孔質体としてハニカム板等を用い、その穴開きの面が当接する場合では、穴部を除いた部分からなる面が所定の反りより小さい反りであることが必要である。
【００５１】
ガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートとの積層体に拘束板を積層する方法としては、まず、拘束板または積層体表面に拘束グリーンシート作製のために用いたスラリーをスクリーン印刷法によって印刷し、接合層を形成しておき、この接合層中の有機溶剤分を完全に乾燥させない状態で、積層体を密着し、熱圧着により積層するとよい。この際、接合層には、拘束グリーンシートと同様に結合力を高める目的でガラスが添加されたスラリーを用いてもよい。また、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤を積層体表面に塗布して、拘束板と熱圧着することもできる。さらに積層体と拘束板とを直接熱圧着することにより十分な接合強度が得られる場合は、そのようにしてもよいのは言うまでもない。
【００５２】
その後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は100〜800℃の温度範囲でこの積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解・揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約800〜1100℃の範囲内である。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料にＣｕを使用する場合には100〜700℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次いで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００５３】
また、焼成時には、積層体のコーナー部分における反りを防止するために、積層体上面に重しを載せる等して荷重をかけてもよい。荷重は50Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が50Ｐａ未満である場合は、積層体のコーナー部分に対する反り抑制作用が充分でないおそれがある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大きくなるため焼成炉に入らなかったり、また焼成炉に入っても熱容量不足になり焼成できないなどの問題をひき起こすおそれがある。重しとしては、分解した有機成分の揮散を妨げないように、例えば多孔質のセラミックスや金属等を使用するのが好ましい。積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。
【００５４】
焼成後、拘束板および拘束シートを除去する。拘束板は焼結しない接合層により接合されているので容易に取り外すことができる。拘束板をはずした後、拘束シートの除去方法としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト（砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。
【００５５】
以上のような本発明の製造方法に係るガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートと拘束板との積層体の実施の形態の一例を、図１に断面図で示す。図１において、１はガラスセラミック・グリーンシート積層体、２はその上下両面に図示しない密着材層を介して積層された拘束グリーンシート、３は拘束グリーンシート２とガラスセラミック・グリーンシート積層体１との積層体の下面に接合層４を介して積層された拘束板である。
【００５６】
このように拘束板４に密着させた状態で拘束グリーンシート２とガラスセラミック・グリーンシート積層体１との積層体から有機成分を除去し、焼成した後、ガラスセラミック・グリーンシート積層体１を焼結して得られたガラスセラミック基板から拘束グリーンシート２から得られた拘束シートを除去することにより、反りの発生がない、極めて寸法精度の高いガラスセラミック基板を得ることができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例、比較例を挙げて本発明の方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系ガラス粉末60重量％、ＣａＺｒＯ3粉末20重量％、ＳｒＴｉＯ3粉末17重量％およびＡｌ2Ｏ3粉末３重量％を使用した。このガラスセラミック成分100重量部に有機バインダーとしてアクリル樹脂12重量部、フタル酸系可塑剤６重量部および溶剤としてトルエン30重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００５９】
次いで、このグリーンシート上に銀−パラジウムペーストを用いて導体パターンをスクリーン印刷にて形成した。導体ペーストとしては、Ａｇ：Ｐｄが重量比で85：15である合金粉末（平均粒径1.0μｍ）100重量部に対してＡｌ2Ｏ3粉末２重量部および前記ガラスと同組成のガラス粉末２重量部、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂、テルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。
【００６０】
一方、無機成分としてＡｌ2Ｏ3粉末を用いて、ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、次いで成形して厚さ250μｍの拘束グリーンシートを得た。
【００６１】
密着剤は、軟化点720℃のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系ガラス粉末25重量％とＤＢＰ39重量％、ＢＣＡ31.2重量％、アクリル系バインダー4.8重量％を混合したものを用いた。
【００６２】
表面に導体パターン形成したガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を積み重ねてガラスセラミック・グリーンシート積層体を得、さらにその両面に密着剤を塗布した拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃、圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００６３】
得られた積層体にスクリーン印刷により拘束グリーンシート作製に用いたスラリーを塗布し、あらかじめ研磨することにより反り（主面の最大高低差）を150μｍにした拘束板としてのアルミナ多孔質板上に積層して温度55℃、圧力10ＭＰａで圧着した。
【００６４】
このガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートと拘束板との積層体を大気中500℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、900℃で１時間焼成した。焼成後は、ガラスセラミック基板の両面に拘束シートが付着し、拘束板も付いていた。この状態では、軽く叩くと拘束板は取れたが、拘束シートはガラスセラミック基板から剥がれることはなかった。
【００６５】
ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シートは、擦り取ることにより大部分は除去できたが、ガラスセラミック基板表面に薄く残留していた。この残留した拘束シートを、球状Ａｌ2Ｏ3微粉末と水との混合物を高圧の空気圧で投射するウェットブラスト法により除去した。拘束シートを除去した後のガラスセラミック基板の表面は、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが１μｍ以下の平滑な面となり、導体の半田濡れ性も問題なかった。
【００６６】
また、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮は0.5％以下であり、基板に反りや変形も認められなかった。
【００６７】
（実施例２および実施例３）
軟化点が600℃および700℃のガラスをそれぞれ用いて密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００６８】
（比較例１）
ガラスを含有しない密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００６９】
（比較例２）
軟化点が920℃のガラスを用いて密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００７０】
（比較例３）
軟化点が400℃のガラスを用いて密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００７１】
その結果、実施例２および実施例３で得たガラスセラミック基板は、実施例１と同様に積層面内での収縮が0.5％以下（すなわち、収縮率99.5％以上）であり、基板に反りや変形は認められなかった。
【００７２】
これに対して、比較例１および比較例２で得たガラスセラミック基板は、使用した密着剤層がガラスを含まないか、あるいは焼成温度よりも高い軟化点を有するガラスを含んでいるために、いずれも焼成後のガラスセラミック基板から拘束グリーンシートが簡単に剥がれてしまった。また、ガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートとの間の結合力が弱いため、ガラスセラミック基板の積層面内での収縮率は85％程度になるか、基板の一部のみが拘束シートに結合されているためにガラスセラミック基板は大きく変形した。
【００７３】
一方、比較例３では、密着剤層に含まれるガラスの軟化点が低いため、有機成分が完全に除去されず、このためガラスセラミック基板の積層面内での収縮は0.5％以下と良好であったが、ガラスセラミック基板の色調が灰色になった。
【００７４】
（実施例４〜７）
ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系ガラス粉末70重量％、Ａｌ2Ｏ3粉末30重量％を使用した。このガラスセラミック成分100重量部に有機バインダーとしてアクリル樹脂9.0重量部、フタル酸系可塑剤4.5重量部および溶剤としてトルエン30重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００７５】
次いで、このグリーンシート上に実施例１と同じ銀−パラジウムペーストを用いて導体パターンをスクリーン印刷にて形成した。
【００７６】
拘束グリーンシートは実施例1と同じ物を準備した。
【００７７】
一方、密着剤は軟化点720℃のＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系ガラス粉末とＤＢＰ、ＢＣＡ、アクリル系バインダーをそれぞれ表１に示す割合で混合したものを用いて作製した。
【００７８】
表面に導体パターンを形成したガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を積み重ねてガラスセラミック・グリーンシート積層体を得、さらにその両面に、積層体との被着面にスクリーン印刷により塗布して密着剤層を形成した拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃、圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００７９】
これに実施例１と同様にして拘束板を積層した積層体をアルミナセッターに載置し、大気中500℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、850℃で１時間焼成した。次いで、ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シートを除去した。得られたガラスセラミック基板の表面は、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが１μｍ以下の平滑な面となり、導体の半田濡れ性も問題なかった。
【００８０】
また、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮率および反りを表１に併せて示す。なお、ガラスセラミック基板に反りや変形は認められなかった。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１から、実施例４〜７の各密着剤および拘束板を使用して得られたガラスセラミック基板は焼成時の収縮および反りが抑制され、高い寸法精度を有していることがわかる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層して焼成し、その際に、拘束グリーンシートのガラス含有量が、焼成時に拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートと結合させるとともに拘束板と密着させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることから、ガラスセラミック・グリーンシート基板の積層面内の収縮を確実に抑えることができるとともに、反りや凹凸のないより寸法精度の高いガラスセラミック基板が得られるという効果がある。
【００８４】
本発明によれば、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、焼成時に結合剤として働くガラスを含む密着剤層を介してこの積層体と結合し、かつ焼成時に実質的に収縮しない拘束グリーンシートを積層し、さらにこのガラスセラミック積層体と拘束グリーンシートの積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層して焼成するので、ガラスセラミック・グリーンシート基板の積層面内の収縮を確実に抑えることができ、また密着剤層は拘束シートとともに除去されることから、反りや変形のないより寸法精度の高いガラスセラミック基板が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に係るガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートと拘束板との積層体の断面図である。
【符号の説明】
１：ガラスセラミック・グリーンシート積層体
２：拘束グリーンシート
３：拘束板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩ、チップ部品等を搭載し、それらを相互配線するための多層ガラスセラミック基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体ＬＳＩ、チップ部品等は小型化、軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も小型化、軽量化が望まれている。このような要求に対して、基板内に内部電極等を配した多層セラミック基板は、要求される高密度配線が可能となり、かつ薄型化が可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において重要視されている。
【０００３】
多層セラミック基板としては、アルミナ質焼結体からなり、表面または内部にタングステン、モリブデン等の高融点金属からなる配線層が形成された絶縁基板が従来より広く用いられている。
【０００４】
一方、近年の高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行しつつある。このような高周波の信号の伝送を行なう高周波配線基板においては、高周波信号を高速で伝送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基板にもより低い誘電率が要求される。
【０００５】
しかし、従来のタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属は導体抵抗が大きく、信号の伝播速度が遅く、また30ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、タングステン、モリブデン等の金属に代えて銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の低抵抗金属を使用することが必要である。ところが、上記のような低抵抗金属は融点が低いため、800〜1100℃程度の低温で焼成することが必要であることから、該低抵抗金属からなる配線層は、高温焼成が必要なアルミナと同時焼成することができなかった。また、アルミナ基板は誘電率が高いため、高周波回路基板には不適切である。
【０００６】
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基板として用いることが注目されている。すなわち、ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用絶縁基板として好適であり、またガラスセラミックスは800〜1100℃の低温で焼成することができることから、銅、銀、金等の低抵抗金属を配線層として使用できるという利点がある。
【０００７】
多層ガラスセラミック基板は、ガラスとフィラーとの混合物に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えてスラリーとし、ドクターブレード等によりガラスセラミック・グリーンシートを成形した後、銅、銀、金等の低抵抗金属の粉末を含有する導体ペーストを印刷するなどして前記グリーンシート上に導体パターンを形成し、次いで複数枚のグリーンシートを積層して800〜1100℃の温度で焼成して得られる。
【０００８】
ところが、多層ガラスセラミック基板は、焼成過程において焼結に伴う収縮を生じるという問題がある。このような収縮の程度は一様ではなく、使用する基板用無機材料、グリーンシート組成、原料である粉体粒度のバラツキ、導体パターン、内部電極材料等により収縮率や収縮方向が異なってくる。このことは、多層ガラスセラミック基板の作製において、いくつかの問題をひき起こす。
【０００９】
先ず、内部電極印刷用のスクリーン版を作製する際、基板の収縮率から逆算してスクリーン版の大きさを決定しなければならないが、上記のように基板の収縮率や収縮方向は一定でないため、スクリーン版は基板の製造ロット毎に作り直さなければならず不経済であり現実的ではない。さらに、上記のようなグリーンシート積層法によって作製される多層ガラスセラミック基板では、グリーンシートの造膜方向によって積層面内の縦方向と横方向の収縮率が異なるため、多層ガラスセラミック基板の作製がより一層困難なものになる。
【００１０】
これに対して、収縮誤差を許容するように必要以上に大きい面積の電極を形成する場合には、高密度な配線ができなくなる。
【００１１】
これらの収縮変化を小さくするためには、回路設計による基板の収縮率の傾向を調べたり、製造工程において基板材料およびグリーンシート組成の管理、粉体粒度のバラツキ、プレス圧や温度等の積層条件を充分管理する必要がある。しかし、一般に収縮率の誤差は±0.5％程度は存在するといわれている。
【００１２】
このことは多層ガラスセラミック基板にかかわらずセラミックスやガラスセラミックス等の焼結に伴うものに共通する課題である。このような課題を解決するために、特開平４−243978号公報、特開平５−28867号公報、特開平５−102666号公報では、以下の（１）〜（４）の工程を含む基板の製造方法が提案されている。
【００１３】
（１）ガラスセラミック成分とバインダー、可塑剤等の有機成分とを含むガラスセラミック・グリーンシートに導体パターンを形成したものを所望枚数積層し、
（２）得られたガラスセラミック・グリーンシートの積層体の両面または片面に、前記ガラスセラミック成分の焼成温度では焼結しない無機材料とバインダー、可塑剤等の有機成分とを含む拘束グリーンシートを積層し、
（３）これらガラスセラミック・グリーンシートの積層体と拘束グリーンシーとの積層体を加熱して、まず有機成分を除去し、次いで焼成して、それぞれガラスセラミック基板および拘束シートとなし、
（４）最後に、ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する。
【００１４】
この方法によれば、前記拘束グリーンシートがガラスセラミック・グリーンシートの焼成時の収縮を拘束するため、積層体の厚さ方向のみに収縮が起こり、積層面の縦・横方向には収縮が起こらなくなり、ガラスセラミック基板の寸法精度が向上すると考えられている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法では、ガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートとの結合は、それらのグリーンシート内に含有されているバインダー等の有機成分により行われる。しかし、（３）の焼成工程において、バインダー、可塑剤等の有機成分が分解し揮散した後は、拘束グリーンシート中の粉体とガラスセラミック・グリーンシート中の粉体とが単に密着して接触しているだけであり、それらのシート間にはファンデルワールス力による弱い結合が働いているだけである。
【００１６】
このような弱い結合は、（４）の工程における拘束シートの除去が簡単になるという利点があるものの、（３）の焼成工程でガラスセラミック・グリーンシート積層体から拘束グリーンシートがそれらの熱膨張差等により不用意に剥離するおそれがある。
【００１７】
焼成途中で拘束グリーンシートが剥離すると、ガラスセラミック・グリーンシートの焼結収縮を防止できなくなる。また、拘束グリーンシートの剥離がたとえ一部であっても、当該部分において収縮が起こるためガラスセラミック基板の変形が発生することになる。
【００１８】
また、ガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートとは結合力が小さいため、焼成前のそれらの密着状態や、ガラスセラミック成分の種類によるガラスセラミック・グリーンシート中のガラス成分の拘束グリーンシート内への浸透性によってはそれらの結合力にムラが生じやすい。結合力にムラがあると、ガラスセラミックの焼結収縮を拘束する力にムラができ、収縮ムラが起こり、ガラスセラミック基板の反り、変形等が発生することになる。その結果、寸法精度の高い基板が得られないという問題がある。
【００１９】
また、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の収縮が拘束された場合においても反りが発生する場合がある。通常の拘束しない焼成の場合は焼成中にガラスセラミック基板中のガラスが軟化する際にガラスセラミック基板の自重によって下に敷かれた敷板の表面形状に沿い、その形状を保って焼結する。この時の敷板に反りや凹凸のないものを用いれば、ガラスセラミック基板の反りや凹凸の発生を防止できる。これに対して拘束グリーンシートにより収縮を拘束した場合は、平面方向の収縮は拘束されるが、同時にガラスセラミック基板自重による敷板の表面形状への追従も阻害されるためであると考えられる。
【００２０】
本発明の目的は、ガラスセラミック・グリーンシートの積層面内での焼結収縮を確実に拘束して、寸法精度の高い、また反りや凹凸のないガラスセラミック基板を得る方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、（I）拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートとの間にガラス成分を含有させた密着剤層を介在させておくと、そのガラス成分が焼成過程でガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートとを結合する結合材として作用するため、それらの間の結合力が高まり、拘束グリーンシートが剥離するのを防止できること、（II）密着剤層中のガラス成分の含有量は焼成後に拘束シートとともにガラスセラミック基板から除去される量であること、（III）積層体を反りや凹凸のない拘束板に密着させることにより反りを抑えられること、その結果、(IV)拘束グリーンシートによりガラスセラミック・グリーンシート積層体の収縮が確実に抑えられ、密着された敷板により反りや凹凸が抑えられた寸法精度の高いガラスセラミック基板を得ることができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに到った。
【００２２】
すなわち、本発明のガラスセラミック基板の製造方法は、（i）有機バインダーを含有し表面に導体パターンが形成されたガラスセラミック・グリーンシートの複数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、（ii）難焼結性無機材料と有機バインダーとを含む拘束グリーンシートにガラスと溶剤とを含む密着剤を塗布する工程と、（ iii ）前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、前記拘束グリーンシートと前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体との間に前記塗布した密着剤層を設けて、前記密着剤を塗布した拘束グリーンシートを積層する工程と、（iv）前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層する工程と、（v）前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束板との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートおよび拘束板を保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、（vi）前記ガラスセラミック拘束シートを除去する工程とを含み、（vii）前記密着剤中のガラス含有量が、前記密着剤成分のうち５〜 50 重量％であり、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点が、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下であることを特徴とする。
【００２３】
本発明において、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点は、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下であるのがよい。これにより、焼成工程で拘束グリーンシート中のガラスが軟化し、結合力が高まる。
【００２４】
また、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点は、前記有機成分の除去温度よりも高いのがよい。前記ガラスの軟化点が有機成分の除去温度よりも低い場合には、分解・揮散した有機成分が通過するための除去経路が軟化したガラスによって閉塞されてしまうおそれがある。
【００２５】
前記密着剤中のガラス含有量は、密着剤成分のうち５〜50重量％であるのがよい。通常はこの範囲が積層時に前記ガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートの密着性を損なわず、焼成時に前記ガラスセラミック・グリーンシートと結合しかつ焼成後に拘束シートとともにガラスセラミック基板から除去される量となる。５重量％より少ない場合は焼成時に結合剤として働くガラス量が少ないために拘束シートとガラスセラミック・グリーンシートの結合が不十分となる。50重量％より多い場合はガラス量が多いために積層時に拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートが密着する面積が小さくなり焼成前の密着性が悪くなるおそれがある。また、焼成後に拘束シートを除去する際にはガラスセラミック基板上に強固なガラス層が形成されるために拘束シートの除去が困難になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスセラミック基板の製造方法について以下に詳細に説明する。
【００２７】
本発明におけるガラスセラミック・グリーンシートは、ガラス粉末、フィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等を混合したものが用いられる。
【００２８】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ1Ｏ−Ｍ2Ｏ系（但し、Ｍ1およびＭ2は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ1Ｏ−Ｍ2Ｏ系（但し、Ｍ1およびＭ2は前記と同じである）、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｍ3 2Ｏ系（但し、Ｍ3はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−Ｍ3 2Ｏ系（但し、Ｍ3は前記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２９】
また、前記フィラーとしては、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。
【００３０】
上記ガラスとフィラーの混合割合は通常のガラスセラミック基板材料に用いられる割合であり、重量比で40：60〜99：１であるのが好ましい。
【００３１】
ガラスセラミック・グリーンシートに配合される有機バインダーとしては、従来よりセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）、ポリビニルブチラ−ル系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００３２】
ガラスセラミック・グリーンシートは、上記ガラス粉末、フィラー粉末、有機バインダーに必要に応じて所定量の可塑剤、溶剤（有機溶剤、水等）を加えてスラリーを得、これをドクターブレード、圧延、カレンダーロール、金型プレス等により厚さ約50〜500μｍに成形することによって得られる。
【００３３】
ガラスセラミック・グリーンシート表面に導体パターンを形成するには、例えば導体材料粉末をペースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法が挙げられる。導体材料としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）等の１種または２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合、合金、コーティング等のいずれの形態であってもよい。
【００３４】
なお、表面の導体パターンには、上下の層間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスルーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含まれる。これら貫通導体は、パンチング加工等によりガラスセラミック・グリーンシートに形成した貫通孔に、導体材料粉末をペースト化したもの（導体ペースト）を印刷により埋め込む等の手段によって形成される。
【００３５】
ガラスセラミック・グリーンシートの積層には、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。
【００３６】
本発明における拘束グリーンシートは、難焼結性無機材料からなる無機成分に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を加えたスラリーを成形して得られる。難焼結性無機材料としては、Ａｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００３７】
また、拘束グリーンシート中に密着剤層と同じガラス成分を含有させて拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートの結合力をより高めるようにしてもよい。その場合のガラス成分の量は、焼成時に拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であるのがよい。
【００３８】
ガラスセラミック・グリーンシートの両面に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけでガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対して10％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。また、有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック基板からの拘束シートの除去を考慮すると、拘束グリーンシートの厚さはガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さの約200％以下であるのがよい。また、積層される拘束シートは１枚のものであってもよく、あるいは所定の厚みになるように複数枚を積層したものであってもよい。
【００３９】
拘束グリーンシートは、ガラスセラミック・グリーンシートの作製と同様にして、有機バインダー、可塑剤、溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダー、可塑剤および溶剤としては、ガラスセラミック・グリーンシートで使用したのと同様な材料が使用可能である。ここで、可塑剤を添加するのは、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、積層時にガラスセラミック・グリーンシートとの密着性を高めるためである。
【００４０】
密着剤層形成用の密着剤は、ガラス粉末、有機溶剤等を混合したものが用いられる。さらに、有機バインダー成分を含有させて焼成前のグリーンシート間の結合力を高めたり、塗布しやすい粘度に調整したりすることもできる。また、分散剤等を添加して密着剤中のガラスの分散性をよくすることもできる。
【００４１】
密着剤中のガラスについても、特に制限されるものではなく、前記したガラスセラミック・グリーンシートに配合されるガラスと同様のものが使用可能である。また、密着剤中のガラスは、ガラスセラミック・グリーンシート中のガラスと同一組成のものであってもよく、異なる組成のものであってもよい。
【００４２】
密着剤中のガラスの軟化点は、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下で、かつグリーンシート中の有機成分の分解・揮散温度よりも高いのが好ましい。具体的には、密着剤中のガラスの軟化点は450〜1100℃程度であるのが好ましい。ガラスの軟化点が450℃未満の場合には、ガラスセラミック・グリーンシートからの有機成分の除去時に、軟化したガラスが分解・揮散した有機成分の除去経路を塞ぐことになり有機成分を完全に除去できないおそれがある。一方、ガラスの軟化点が1100℃を超える場合には、通常のガラスセラミック・グリーンシートの焼成条件では該グリーンシートへの結合材として作用しなくなるおそれがある。
【００４３】
密着剤中のガラスの粒径は10μｍ以下であることが望ましい。これより大きいと、グリーンシート積層時にガラス粒子がガラスセラミック・グリーンシート上の導体パターンに食い込むことがあり、それにより焼成後の導体の表面粗さが大きくなったり、導体中に欠陥が発生したりするおそれがあるからである。なお、拘束グリーンシートが導体パターンより軟らかく、ガラスが拘束グリーンシートの方に食い込む場合はこのような制限を受けるものではない。
【００４４】
密着剤中の溶剤はガラスを均一に分散させ、グリーンシート間の結合性を阻害しないものであれば特に制限されるものではない。また、複数の溶剤を混合して用いることもできる。グリーンシートに可撓性を付与したり、グリーンシート表面を膨潤させたり、溶解させたりしてグリーンシート間の結合力を高めるようなものを用いるとよいが、具体的にはジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＢＣＡ）、フタル酸ジ−ｎ−ブチル（dibutyl phthalate：ＤＢＰ）、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（di-sec-octyl phthalate：ＤＯＰ）、テルピネオール、トルエン、酢酸ブチル、酢酸エチル等が挙げられるが、グリーンシートにより適当な溶剤として異なるものを使用してもよい。
【００４５】
成形された拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートの両面に積層するには、密着剤層をシート間に形成して例えば圧着する方法を採用する。例えば、密着剤をスクリーン印刷で拘束グリーンシートに塗布し、ガラスセラミック・グリーンシート積層体に積層して熱圧着する方法である。
【００４６】
拘束板は、拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体に積層させる側の表面の反りおよび凹凸が、ガラスセラミック基板に要求される反りおよび凹凸の大きさ以下であることが好ましい。具体的には拘束板の反りは拘束板長さ寸法の0.3％以下であるものがよい。拘束板の大きさはガラスセラミック・グリーンシート積層体に積層された拘束グリーンシートの全面が密着されるような大きさであることが好ましく、拘束グリーンシートとほぼ同じ大きさかそれ以上の大きさの板状のものが好ましい。拘束板の厚みはその材質等によるが、焼成時に変形して反りが大きくならないような厚みを選択すればよい。
【００４７】
拘束板の材質としては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形・溶融等して反り、凹凸が大きくなったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性のものが適している。具体的にはセラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。
拘束板は分解した有機成分の揮散を妨げることがないようにする観点からは積層体の下面に積層させるとよいが、積層体の上面または両面に積層することにより、拘束板に重しの働きをさせて反りの抑制をより効果的に行なうこともできる。
【００４８】
拘束板を積層体の上面または両面に密着させる場合は、少なくとも積層体の表面に当接する部分が多孔質となっている多孔質体を使用するのがよい。これは、緻密体のものを用いると、この拘束板が当接した積層体の上面に、積層体から分解・揮発した有機成分が通過するための除去経路が充分確保できなくなる場合があるからである。また、このような場合、有機成分特に炭素成分がガラスセラミック基板中に残存し、基板の色調が黒ずんだり、ガラスセラミックの特性が劣化したり、ひどい場合には焼結を阻害してガラスセラミック基板が緻密体とならないこともあるからである。また、拘束板を積層体の下面に積層する場合においても多孔質体を使用することが有効であることは言うまでもない。
【００４９】
拘束板に使用する多孔質体としては、例えば多数の気泡を有する軽石状のものや繊維状アルミナ質等の焼結体からなる通気性多孔質体などの細孔が均一に分布した構造のもの、また空孔率が約30％〜80％のハニカム構造状、メッシュ状のものを用いるとよい。ハニカム構造状、メッシュ状のものの空孔率は、30％未満では積層体から分解・揮発した有機成分が通過するための除去経路が充分確保できない恐れがあり、80％を超えると積層体が密着する面積が小さくなるため拘束板が剥がれて反りの抑制ができなくなる可能性がある。
【００５０】
なお、拘束板に多孔質体としてハニカム板等を用い、その穴開きの面が当接する場合では、穴部を除いた部分からなる面が所定の反りより小さい反りであることが必要である。
【００５１】
ガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートとの積層体に拘束板を積層する方法としては、まず、拘束板または積層体表面に拘束グリーンシート作製のために用いたスラリーをスクリーン印刷法によって印刷し、接合層を形成しておき、この接合層中の有機溶剤分を完全に乾燥させない状態で、積層体を密着し、熱圧着により積層するとよい。この際、接合層には、拘束グリーンシートと同様に結合力を高める目的でガラスが添加されたスラリーを用いてもよい。また、有機バインダー、可塑剤、溶剤等からなる接着剤を積層体表面に塗布して、拘束板と熱圧着することもできる。さらに積層体と拘束板とを直接熱圧着することにより十分な接合強度が得られる場合は、そのようにしてもよいのは言うまでもない。
【００５２】
その後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は100〜800℃の温度範囲でこの積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解・揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約800〜1100℃の範囲内である。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料にＣｕを使用する場合には100〜700℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次いで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００５３】
また、焼成時には、積層体のコーナー部分における反りを防止するために、積層体上面に重しを載せる等して荷重をかけてもよい。荷重は50Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が50Ｐａ未満である場合は、積層体のコーナー部分に対する反り抑制作用が充分でないおそれがある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大きくなるため焼成炉に入らなかったり、また焼成炉に入っても熱容量不足になり焼成できないなどの問題をひき起こすおそれがある。重しとしては、分解した有機成分の揮散を妨げないように、例えば多孔質のセラミックスや金属等を使用するのが好ましい。積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。
【００５４】
焼成後、拘束板および拘束シートを除去する。拘束板は焼結しない接合層により接合されているので容易に取り外すことができる。拘束板をはずした後、拘束シートの除去方法としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト（砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。
【００５５】
以上のような本発明の製造方法に係るガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートと拘束板との積層体の実施の形態の一例を、図１に断面図で示す。図１において、１はガラスセラミック・グリーンシート積層体、２はその上下両面に図示しない密着材層を介して積層された拘束グリーンシート、３は拘束グリーンシート２とガラスセラミック・グリーンシート積層体１との積層体の下面に接合層４を介して積層された拘束板である。
【００５６】
このように拘束板４に密着させた状態で拘束グリーンシート２とガラスセラミック・グリーンシート積層体１との積層体から有機成分を除去し、焼成した後、ガラスセラミック・グリーンシート積層体１を焼結して得られたガラスセラミック基板から拘束グリーンシート２から得られた拘束シートを除去することにより、反りの発生がない、極めて寸法精度の高いガラスセラミック基板を得ることができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例、比較例を挙げて本発明の方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系ガラス粉末60重量％、ＣａＺｒＯ3粉末20重量％、ＳｒＴｉＯ3粉末17重量％およびＡｌ2Ｏ3粉末３重量％を使用した。このガラスセラミック成分100重量部に有機バインダーとしてアクリル樹脂12重量部、フタル酸系可塑剤６重量部および溶剤としてトルエン30重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００５９】
次いで、このグリーンシート上に銀−パラジウムペーストを用いて導体パターンをスクリーン印刷にて形成した。導体ペーストとしては、Ａｇ：Ｐｄが重量比で85：15である合金粉末（平均粒径1.0μｍ）100重量部に対してＡｌ2Ｏ3粉末２重量部および前記ガラスと同組成のガラス粉末２重量部、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂、テルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。
【００６０】
一方、無機成分としてＡｌ2Ｏ3粉末を用いて、ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、次いで成形して厚さ250μｍの拘束グリーンシートを得た。
【００６１】
密着剤は、軟化点720℃のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系ガラス粉末25重量％とＤＢＰ39重量％、ＢＣＡ31.2重量％、アクリル系バインダー4.8重量％を混合したものを用いた。
【００６２】
表面に導体パターン形成したガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を積み重ねてガラスセラミック・グリーンシート積層体を得、さらにその両面に密着剤を塗布した拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃、圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００６３】
得られた積層体にスクリーン印刷により拘束グリーンシート作製に用いたスラリーを塗布し、あらかじめ研磨することにより反り（主面の最大高低差）を150μｍにした拘束板としてのアルミナ多孔質板上に積層して温度55℃、圧力10ＭＰａで圧着した。
【００６４】
このガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートと拘束板との積層体を大気中500℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、900℃で１時間焼成した。焼成後は、ガラスセラミック基板の両面に拘束シートが付着し、拘束板も付いていた。この状態では、軽く叩くと拘束板は取れたが、拘束シートはガラスセラミック基板から剥がれることはなかった。
【００６５】
ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シートは、擦り取ることにより大部分は除去できたが、ガラスセラミック基板表面に薄く残留していた。この残留した拘束シートを、球状Ａｌ2Ｏ3微粉末と水との混合物を高圧の空気圧で投射するウェットブラスト法により除去した。拘束シートを除去した後のガラスセラミック基板の表面は、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが１μｍ以下の平滑な面となり、導体の半田濡れ性も問題なかった。
【００６６】
また、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮は0.5％以下であり、基板に反りや変形も認められなかった。
【００６７】
（実施例２および実施例３）
軟化点が600℃および700℃のガラスをそれぞれ用いて密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００６８】
（比較例１）
ガラスを含有しない密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００６９】
（比較例２）
軟化点が920℃のガラスを用いて密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００７０】
（比較例３）
軟化点が400℃のガラスを用いて密着剤を作製した以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック基板を得た。
【００７１】
その結果、実施例２および実施例３で得たガラスセラミック基板は、実施例１と同様に積層面内での収縮が0.5％以下（すなわち、収縮率99.5％以上）であり、基板に反りや変形は認められなかった。
【００７２】
これに対して、比較例１および比較例２で得たガラスセラミック基板は、使用した密着剤層がガラスを含まないか、あるいは焼成温度よりも高い軟化点を有するガラスを含んでいるために、いずれも焼成後のガラスセラミック基板から拘束グリーンシートが簡単に剥がれてしまった。また、ガラスセラミック・グリーンシートと拘束グリーンシートとの間の結合力が弱いため、ガラスセラミック基板の積層面内での収縮率は85％程度になるか、基板の一部のみが拘束シートに結合されているためにガラスセラミック基板は大きく変形した。
【００７３】
一方、比較例３では、密着剤層に含まれるガラスの軟化点が低いため、有機成分が完全に除去されず、このためガラスセラミック基板の積層面内での収縮は0.5％以下と良好であったが、ガラスセラミック基板の色調が灰色になった。
【００７４】
（実施例４〜７）
ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系ガラス粉末70重量％、Ａｌ2Ｏ3粉末30重量％を使用した。このガラスセラミック成分100重量部に有機バインダーとしてアクリル樹脂9.0重量部、フタル酸系可塑剤4.5重量部および溶剤としてトルエン30重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ300μｍのガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００７５】
次いで、このグリーンシート上に実施例１と同じ銀−パラジウムペーストを用いて導体パターンをスクリーン印刷にて形成した。
【００７６】
拘束グリーンシートは実施例1と同じ物を準備した。
【００７７】
一方、密着剤は軟化点720℃のＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系ガラス粉末とＤＢＰ、ＢＣＡ、アクリル系バインダーをそれぞれ表１に示す割合で混合したものを用いて作製した。
【００７８】
表面に導体パターンを形成したガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を積み重ねてガラスセラミック・グリーンシート積層体を得、さらにその両面に、積層体との被着面にスクリーン印刷により塗布して密着剤層を形成した拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃、圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００７９】
これに実施例１と同様にして拘束板を積層した積層体をアルミナセッターに載置し、大気中500℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、850℃で１時間焼成した。次いで、ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シートを除去した。得られたガラスセラミック基板の表面は、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが１μｍ以下の平滑な面となり、導体の半田濡れ性も問題なかった。
【００８０】
また、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮率および反りを表１に併せて示す。なお、ガラスセラミック基板に反りや変形は認められなかった。
【００８１】
【表１】
表１から、実施例４〜７の各密着剤および拘束板を使用して得られたガラスセラミック基板は焼成時の収縮および反りが抑制され、高い寸法精度を有していることがわかる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層して焼成し、その際に、拘束グリーンシートのガラス含有量が、焼成時に拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートと結合させるとともに拘束板と密着させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることから、ガラスセラミック・グリーンシート基板の積層面内の収縮を確実に抑えることができるとともに、反りや凹凸のないより寸法精度の高いガラスセラミック基板が得られるという効果がある。
【００８４】
本発明によれば、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、焼成時に結合剤として働くガラスを含む密着剤層を介してこの積層体と結合し、かつ焼成時に実質的に収縮しない拘束グリーンシートを積層し、さらにこのガラスセラミック積層体と拘束グリーンシートの積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層して焼成するので、ガラスセラミック・グリーンシート基板の積層面内の収縮を確実に抑えることができ、また密着剤層は拘束シートとともに除去されることから、反りや変形のないより寸法精度の高いガラスセラミック基板が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に係るガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束グリーンシートと拘束板との積層体の断面図である。
【符号の説明】
１：ガラスセラミック・グリーンシート積層体
２：拘束グリーンシート
３：拘束板
Claims (3)
- 有機バインダーを含有し表面に導体パターンが形成されたガラスセラミック・グリーンシートの複数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、
難焼結性無機材料と有機バインダーとを含む拘束グリーンシートにガラスと溶剤とを含む密着剤を塗布する工程と、
前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、前記拘束グリーンシートと前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体との間に前記塗布した密着剤層を設けて、前記密着剤を塗布した拘束グリーンシートを積層する工程と、
前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体の少なくとも一方の面に無機材料を焼結してなる拘束板を積層する工程と、
前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体と拘束板との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートおよび拘束板を保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、
前記ガラスセラミック基板から拘束板および拘束シートを除去する工程とを含み、
前記密着剤中のガラス含有量が、前記密着剤成分のうち５〜５０重量％であり、前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点が、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下であることを特徴とするガラスセラミック基板の製造方法。 - 前記密着剤中に含有されるガラスの軟化点が、前記有機成分の揮発温度よりも高い請求項１記載のガラスセラミック基板の製造方法。
- 前記拘束グリーンシートの厚さが片面で前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対して１０％以上である請求項１記載のガラスセラミック基板の製造方法。
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