JP4443257B2 - セラミックスの製法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックスの製法に関し、特に、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体を、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含む焼成冶具を用いて焼成するセラミックスの製法に関するものである。

近年、アルミナに端を発して、アルミナやシリカを含むガラスセラミックスなどのニューセラミックスが開発され、このようなガラスセラミックスは、例えば、銅などの低抵抗金属との同時焼成が可能であり、これにより高い伝送特性が得られるという理由から、半導体素子収納用パッケージなどの多層配線基板として好適に利用されている。

そして、このような多層配線基板は、予め、セラミック粉末とガラス粉末と有機バインダとからなるグリーンシートの表面に、例えば、銅などの低抵抗金属を用いて所望の導体パターンを形成し、次いで、上記の導体パターンを形成したグリーンシートを複数積層して積層体を形成した後、セラミックスや金属材料により構成されている焼成冶具上に載置し、銅が酸化しない程度の還元性または中性の雰囲気中にて焼成して製造されている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−３３５７６５

しかしながら、上記した積層体の焼成方法においては、焼成時に収縮しないセラミックスや金属材料などの焼成冶具を用いているために、その上側に直接載置したセラミック成形体である積層体２０は、焼成収縮する際に焼成冶具との間の摩擦のために導体パターンを含む積層体の表面にキズ２２がつきやすく、また脱脂不良のために焼結体表面に膨れが発生しやすいという問題があった（図３）。

従って、本発明は、セラミック成形体を焼成する際に焼成冶具との間で摩擦によるキズ等の欠陥の発生を防止し、外観不良を抑制するためのセラミックスの製法を提供することを目的とする。

本発明のセラミックスの製法は、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含むガラスセラミック成形体を、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含むテープセッタ上にて焼成するセラミックスの製法であって、前記セラミック成形体に含まれる前記ガラス粉末の軟化点をＴａ（℃）、前記テープセッタに含まれる前記ガラス粉末の軟化点をＴｂ（℃）としたときに、Ｔｂ−Ｔａ≧５０℃であることを特徴とする。

また上記セラミックスの製法では、セラミック成形体が複数のグリーンシートを積層して形成された積層体であること、セラミック成形体が、その表面に導体パターンを有していること、導体パターンがＣｕを主成分とすること、焼成が還元雰囲気中または中性雰囲気中で行われること、ガラス粉末が酸化ホウ素を含有していることが望ましい。

本発明によれば、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体を焼成する際に、テープセッタとして、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含み、前記セラミック成形体と同じように焼成収縮するものを用いているために、被焼成体であるセラミック成形体をテープセッタの上側に直接載置してもセラミック成形体と焼成冶具との間の摩擦による表面のキズ等の欠陥を防止でき外観不良を抑制できる。また、本発明のテープセッタを用いれば、有機バインダの分解をスムースにできセラミック製品の表面に発生する膨れをも防止できる。

さらに、セラミック成形体に含まれるガラス粉末の軟化点をＴａ（℃）、テープセッタに含まれるガラス粉末の軟化点をＴｂ（℃）としたときに、Ｔｂ−Ｔａ≧５０℃であることから、セラミック成形体中のガラス粉末に比して軟化点の高いガラス粉末を含むテープセッタを用いることにより、テープセッタ中のガラス成分が軟化する前にセラミック成形体中のガラス成分が軟化し焼結し始めるために、テープセッタは通気性に優れることから、これによりセラミック成形体の脱バインダ処理をスムースに行わせることができ、上記したキズの発生のみならずセラミック製品に発生する膨れをも防止でき、これにより焼結体の誘電損失を低くできる。

また本発明の製法では、セラミック成形体が複数のグリーンシートを積層して形成された積層体のように、嵩的にまたは重量的に焼成冶具との間で摩擦が発生しやすいようなものであっても、セラミック成形体の表面に発生するキズなどの欠陥を抑制できる。

さらに、こうした本発明の製法は、セラミック成形体の表面に導体パターンを有する場合であっても、その導体パターン表面に発生するキズ等の欠陥をも防止できる。

なかでも、その導体パターンがＣｕを主成分とするような柔らかい金属であっても好適に用いることができ、この場合、Ｃｕの酸化を防止し導体抵抗の増加を抑制するという点で、焼成雰囲気としては還元雰囲気中または中性雰囲気中で行われることが望ましい。

また本発明によれば、テープセッタを構成するガラス粉末中に酸化ホウ素を含ませると、この酸化ホウ素成分が焼成中にテープセッタ側からセラミック成形体側へ拡散し、これにより焼結体に対する導体層の接着強度を高めることができる。

本発明のセラミックスの製法について、図１の模式図に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明のセラミックスの製法にかかる焼成冶具の配置を示す模式図である。本発明のセラミックスの製法は、図１に示すように、台板１０上に載置したセラミック粉末とガラス粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体１を、これもセラミック粉末とガラス粉末と有機バインダとを含むテープセッタ３を用いて脱脂後、焼成することを特徴とするものである。

この場合、セラミック成形体１に含まれるガラス粉末の軟化点をＴａ（℃）、テープセッタ３に含まれるガラス粉末の軟化点をＴｂ（℃）としたときに、Ｔｂ−Ｔａ≧５０℃である。この場合、ガラス粉末としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯを含み、中でもＢ_２Ｏ_３を含むことが、メタライズ強度を高めるという理由からより好ましい。

また、本発明のセラミックスの製法に供するセラミック成形体１としては、上記のようにガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含有する押出成形体やプレス成形体のようなセラミック成形体１が代表的であるが、この他に、本発明の製法に適用できるセラミック成形体１としては、セラミック成形体１が複数のグリーンシート７を積層して形成された積層体であることが望ましく、また、その表面に導体パターンを有する場合（図２（ａ））にも好適に用いることができ、特に、図２（ｂ）に示すようにグリーンシート７の積層体９の内部に導体パターン５を具備する場合においても好適である。

ここで、本発明に係るグリーンシート７は、例えば、少なくともＳｉＯ_２を主成分として含むほう珪酸ガラスやほう珪酸亜鉛ガラスなど、酸化ホウ素を含むガラス粉末と、アルミナやシリカなどのフィラーとを含み、焼成後に、通称、ガラスセラミックスと呼ばれる材料となるものであることが好ましく、また、このようなガラスセラミックスを絶縁材料に用いた場合に、同時焼成可能な導体材料としては、Ｃｕを主成分とすることが望ましく、この場合、焼成時の酸化を抑制するために還元雰囲気中または中性雰囲気中で行うことが望ましい。

即ち、本発明のセラミックスの製法は、導体パターン５としてＣｕを用い還元雰囲気中または中性雰囲気中で焼成するような多層配線基板を製造する場合に、焼成冶具であるテープセッタ３上に載置されたセラミック成形体１である積層体９が焼成時に収縮しても、その焼結体の表面のキズを防止できること、さらにはセラミック成形体１である積層体９中に含まれる有機バインダがカーボン化しやすく揮発時に膨れを生じるような場合に、その膨れの防止策として好適である。

なお、本発明に係る焼成条件としては、まず、積層体９を４００〜８００℃の窒素雰囲気中で加熱処理し、次いで、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中で同時焼成することにより多層配線基板を作製することができる。

本発明のセラミックスの製法について多層配線基板を実施例として評価した。まず、絶縁基板用のグリーンシートとして、軟化点が５００〜８００℃のガラスとフィラー成分としてＳｉＯ_２を混合したものを用いた。なお焼成温度を９００℃と固定するためガラスの軟化点に応じてガラスとフィラーの混合比率を表１に示すように変化させている。これらに分子量３０万のアクリル系バインダーと可塑剤、分散剤、溶剤を加え混合し、かかる泥しょうをドクターブレード法により厚さ平均２００μｍのグリーンシートに成形した。

一方、導体パターンとなる導体ペーストは平均粒径が５μｍの銅粉末を用いて、これに所定量の有機ビヒクルを添加してペースト組成物を調製した。このペーストをビア導体形成用としてグリーンシートに形成した貫通孔に充填し、さらに、グリーンシートの表面に導体ペーストを印刷して導体層を形成した。

次に、ビア導体および導体パターンが形成された複数のグリーンシートを相互に位置合わせを行って積層し、圧力５ＭＰａ、５０℃で加圧加熱して積層成形体を形成した。

焼成冶具は、固形分として前記のガラス粉末を１〜３０質量％、アルミナ粉末およびシリカ粉末を７０〜９９質量％含み酸化ホウ素を含む厚み１００μｍのグリーンシート体であるテープセッタを作製した。

その後、この積層体を図１のごとく上記テープセッタ上に載置し、水蒸気を含んだ窒素雰囲気中で７７０℃で１時間の熱処理を行った後、９００℃で１時間の焼成を行い多層配線基板を得た。評価は４０倍の実体顕微鏡にて基板表面の膨れの有無を評価した。また誘電損失については１０ＧＨｚでの値を空洞共振機法にて求め、０．００５以上を不可と判断した。

表１から明らかなように、焼成冶具としてテープセッタを用いたものは試料表面にキズが無く、セラミック成形体に含まれるガラス粉末の軟化点Ｔａ（℃）と、テープセッタ中に含まれるガラス粉末の軟化点Ｔｂ（℃）との関係において、Ｔｂ−Ｔａ≧５０℃としたものでは、上記したキズや膨れの抑制とともに試料の誘電損失を低くできた。これに対して、焼成冶具としてセラミックセッタを用いたものでは、焼成後の試料表面にキズがありまた膨れも見られ誘電損失も大きかった。

本発明のセラミックスの製法にかかるセラミック成形体に対する焼成冶具の配置を示す模式図である。 本発明のセラミックスの製法にかかるセラミック成形体を示す模式図であり、（ａ）は、その表面に導体層を具備するセラミック成形体、（ｂ）は複数のセラミックグリーンシートを積層して形成された積層体の表面および内部に導体層を具備してなる積層体である。 焼成後に多層配線基板となるセラミック成形体を焼成したときに発生するキズや膨れを示す模式図である。

符号の説明

１ セラミック成形体
３ テープセッタ
５ 導体パターン
７ グリーンシート
９ 積層体

Claims (6)

1. ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体を、ガラス粉末とセラミック粉末と有機バインダとを含むテープセッタ上にて焼成するセラミックスの製法であって、前記セラミック成形体に含まれる前記ガラス粉末の軟化点をＴａ（℃）、前記テープセッタに含まれる前記ガラス粉末の軟化点をＴｂ（℃）としたときに、Ｔｂ−Ｔａ≧５０℃であることを特徴とするセラミックスの製法。
2. 前記セラミック成形体が複数のグリーンシートを積層して形成された積層体である請求項１記載のセラミックスの製法。
3. 前記セラミック成形体が、その表面に導体パターンを有している請求項１または２記載のセラミックスの製法。
4. 前記導体パターンがＣｕを主成分とする請求項３記載のセラミックスの製法。
5. 焼成が還元雰囲気中または中性雰囲気中で行われる請求項１乃至４のうちいずれか記載のセラミックスの製法。
6. 前記ガラス粉末が酸化ホウ素を含有している請求項１乃至５のうちいずれか記載のセラミックスの製法。

Images