JP4550243B2

JP4550243B2 - Manufacturing method of glass ceramic substrate

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Publication number: JP4550243B2
Application number: JP2000252243A
Authority: JP
Inventors: 明史佐多
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002076622A

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し、特に、分割溝で区切られた多数個の基板領域を有するいわゆる多数個取りの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（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）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帯に移行しつつある。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、モリブデン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、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、高周波回路基板としては不適切である。
【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、つ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】
また、多層ガラスセラミック基板のサイズは多種多様であるが、携帯電話等の小型化、軽量化の進む製品に用いられる配線基板等は基板の一辺が10ｍｍ程度のものがある。このような小さな基板を製造する場合は、多数個の配線基板の導体パターンが縦横に格子状に配列されて形成されたグリーンシートを積層し、その積層体の片面または両面にカッター刃や金型で個々の配線基板に分割できるように格子状の分割溝を形成し、焼成後にその溝に沿って分割することにより所定の大きさ、形状のセラミックス基板を多数個得る、いわゆる多数個取りの手法が採用されている。これは、多数個取りの手法により多数の小型セラミック基板が効率よく得られ、また分割する前の多数個取り基板のままでその上にチップ部品等を実装することにより実装効率もよくなるというメリットがあるためである。
【００１２】
このような多数個取り基板においては、上述したような基板内の不均一な収縮が生じることにより、分割溝間の寸法バラツキつまり個々の配線基板の寸法バラツキの問題と、分割せずに多数個取り基板のままでチップ部品等を実装する際の実装位置ズレの問題をもたらすこととなる。
【００１３】
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、それでも一般に収縮率の誤差として±0.5％程度はどうしても発生するといわれている。
【００１４】
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４−293978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。
【００１５】
（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トとの積層体を加熱して、まず有機成分を除去し、ついで焼成して、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。
【００１６】
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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、寸法精度の高いガラスセラミック基板が得られないという問題がある。
【００２１】
さらに、多数個取り基板の場合は、分割溝の部分で拘束シートの剥離が生じるとその部分が溝の部分以外より更に変形しやすくなるという問題がある。これは溝の部分以外での小さな剥離の場合は、剥離部の全周囲が拘束されるために剥離部も収縮が抑えられるのに対して、溝の部分にかかる剥離の場合は剥離部の周囲のうち溝の部分は拘束されないために収縮が抑えられずに変形し、その変形によりさらに剥離部の周辺も剥離してしまうためであると考えられる。
【００２２】
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、寸法精度の高い多数個の配線基板を効率よく作製できる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。
【００２３】
【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内にガラス成分を含有させておくと、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）焼成時における拘束グリーンシート自体の焼結収縮はガラスの含有量を所定範囲内に設定することにより実質的に回避できること、その結果、（III）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、分割溝の形成された多数個取り基板においても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。
【００２４】
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多数個の基板領域を配列形成するよう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）前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の少なくとも一方の表面に前記多数個の基板領域を個々に分割するための溝を形成する工程と、（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、Ａｌ _２Ｏ _３からなる難焼結性無機材料とガラスと有機バインダーとを含む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から有機成分を除去し、ついで焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、（v）前記ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工程とを含み、（vi）前記拘束グリーンシートのガラス含有量が、前記焼成時に拘束グリーンシートを前記ガラスセラミック・グリーンシートと結合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り、前記拘束グリーンシート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って、これにより前記拘束シートを、焼成後に前記ガラスセラミック基板に剥がれることなく付着させることを特徴とする。
【００２５】
ここで、「実質的に収縮させない」とは、拘束グリーンシートの収縮が１％以下、好ましくは0.8％以下、より好ましくは0.5％以下に抑制されていることを意味する。また、前記「積層面内」とは、三次元座標において厚さ方向をＺ方向としたときのＸ方向およびＹ方向によって規定される面内をいい、具体的にはシートの縦方向および横方向を意味する。
【００２６】
本発明において、前記拘束グリーンシート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。
【００２７】
また、前記拘束グリーンシート中に含有されるガラスの軟化点は、前記有機成分の揮発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揮発温度よりも低い場合には、分解・揮発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。
【００２８】
前記拘束グリーンシート中のガラス含有量は、該拘束グリーンシート中の全無機成分の0.5〜15重量％であるのがよい。この範囲が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となる。
【００２９】
【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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、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。
【００３３】
上記ガラスとフィラーの混合割合は重量比で40：60〜99：１であるのが好ましい。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
導体パターンは、ガラスセラミック・グリーンシート表面の中央部に各基板領域の個々のパターンが格子状に配列形成されるように形成される。このように中央部に導体パターンによって多数個の基板領域が配列形成されることにより、その多数個取り基板の周辺部には捨て代となる部分が形成されることとなる。この時、積層体を作製した時に露出する表裏層パターンの少なくとも一方には、導体パターンに加えて分割位置を示す印が同時に形成されるようにしてもよい。
【００３８】
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ホール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。
【００３９】
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。
【００４０】
次いで、ガラスセラミック・グリーンシート積層体表面の多数個の各基板領域の境界に、これら基板領域を個々に分割するための溝（分割溝）を形成する。また、多数個の基板領域の外周と捨て代との間にも同様の溝を形成する。なお、積層体の両面に溝を形成する場合は両面の溝の位置を合わせることはいうまでもない。これらの溝は、カッター刃等の溝形成手段と各基板領域との位置合わせを行なってから形成される。この位置合わせは導体パターン形成時に同時に形成された分割位置を示す印に合わせることにより容易になる。
【００４１】
ガラスセラミック・グリーンシート積層体の表面に、多数個の基板領域を個々に分割するための溝を形成する方法は、従来から用いられている、一方または両方の表面にカッター刃や金型等の溝形成手段で格子状その他の所望パターンの溝を形成する方法等が採用可能である。溝の深さは、焼成後のガラスセラミック基板の分割のしやすさにより異なるが、通常は一方の表面側で積層体の厚みの５分の1から２分の１程度の深さとなるように形成する。溝の幅は、確実に分割可能となり、分割後にバリやクラックが発生せず寸法精度に影響を与えないような範囲の大きさに適宜設定すればよい。
【００４２】
本発明における拘束グリーンシートは、Ａｌ _２Ｏ _３からなる難焼結性無機材料とガラスと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。
【００４３】
拘束グリーンシートに加えられるガラスについては、特に制限されるものではなく、上記のガラスセラミック・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、拘束グリーンシート中のガラスは、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。
【００４４】
拘束グリーンシート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あり、また、拘束グリーンシート中の有機成分の分解・揮発温度よりも高いのが好ましい。具体的には、拘束グリーンシート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・揮発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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、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。シート間に接着剤層を介在させる場合には、接着剤層に拘束グリーンシートと同じガラス成分を含有させてシート間の結合力を高めるようにしてもよい。
【００４８】
積層された拘束グリーンシートはガラスセラミック・グリーンシート積層体の表面に形成された溝に対して入り込んでも、入り込まなくてもよい。拘束グリーンシートが軟らかい場合は入り込みやすくなり、入り込んだ拘束グリーンシートにより溝の保形性が高まるという効果が期待できる。しかし、入り込まない場合でも、本発明の拘束グリーンシートは含有しているガラス成分によりガラスセラミック・グリーンシート積層体の溝の周辺の表面との結合力が高いため、溝の保形性は十分に確保できる。
【００４９】
拘束グリーンシートを積層後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は100〜800℃の温度範囲で積層体を加熱することによって行い、有機成分を分解・揮発させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、約800〜1100℃の範囲内である。焼成は大気中で行うが、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い、ついで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００５０】
また、焼成時には、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（パスカル）〜１ＭＰａ（メガパスカル）程度が適当である。荷重が50Ｐａ未満である場合は、積層体の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。
【００５１】
焼成後、拘束シートを除去する。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。
【００５２】
得られた多層ガラスセラミック基板は、焼成時の収縮が拘束グリーンシートによって厚さ方向だけに抑えられているので、その積層面内の収縮をおよそ0.5％以下にも抑えることが可能となり、しかもガラスセラミック・グリーンシートは拘束グリーンシートによって全面にわたって均一にかつ確実に結合されているので、拘束グリーンシートの一部剥離等によって反りや変形が起こるのを防止することができる。
【００５３】
そして、得られた多数個取りガラスセラミック基板を分割溝に沿って分割することにより、寸法バラツキの小さな個々の配線基板を得ることができる。また、分割前の多数個取り基板は反りや変形のない寸法精度の高い基板であるから、個々の配線基板にチップ部品等を搭載するための半田ペースト等の印刷や部品の搭載も多数個一括で可能となり、また基板寸法に合わせた複数枚の製版を用意する必要もない。このようにしてチップ部品が一括実装されたガラスセラミック基板を分割することにより、効率よく小型モジュール基板を作製することが可能となる。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例、比較例および試験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。
【００５５】
（実施例１）
ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂０₃−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。
【００５６】
ついで、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。導体パターンは15ｍｍ×12ｍｍの配線基板が格子状に５×６個配列されたパターンを用いた。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重量部および上記の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。
【００５７】
一方、無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末95重量％と軟化点720℃のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末５重量％とを用いて、前記ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、ついで成形して厚さ250μｍの拘束グリーンシートを得た。
【００５８】
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た。その積層体の両面に金型により15ｍｍ×12ｍｍの格子状の分割用溝を形成した。溝の深さは片側で積層体の４分の1の深さとした。
【００５９】
分割用溝の形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に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。
【００６０】
得られ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、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ていた。この状態では、軽く叩いても拘束シートが剥がれることはなかった。
【００６１】
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微粉未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。
【００６２】
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、溝部周辺を含めて基板に反りや変形も認められず、個々の配線基板のパターン寸法バラツキも±0.1％以下であった。また、多数個の配線基板に正確かつ容易に分割できた。
【００６３】
（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拘束グリーンシート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。
【００６４】
（比較例１）
ガラスを含有しない拘束グリーンシート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。
【００６５】
（比較例２）
軟化点が920℃のガラスを用いて拘束グリーンシート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。
【００６６】
（比較例３）
軟化点が400℃のガラスを用いて拘束グリーンシート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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、使用した拘束グリーンシート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。
【００６９】
一方、比較例３では、拘束グリーンシート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。
【００７０】
（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。
【００７１】
ついで、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。
【００７２】
一方、無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末と軟化点720℃のＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス粉末とをそれぞれ表１に示す割合で用いて、前記ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、ついで成形して厚さ250μｍの拘束グリーンシートを得た。
【００７３】
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、実施例１と同様に分割用溝を形成したガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に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。
【００７４】
得られた積層体に格子状の分割溝を形成して、これ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。ついで、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。
【００７５】
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ず、多数個の配線基板に正確かつ容易に分割できた。
【００７６】
【表１】

【００７７】
表１から、実施例４〜７の各拘束グリーンシート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が抑制され、高い寸法精度を有していることがわかる。
【００７８】
（試験例１）
（拘束グリーンシートの収縮試験）
無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末と軟化点720℃のＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス粉末とをそれぞれ所定の割合で使用し、さら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、これらをボールミルにて混合しスラリーとした。このスラリーをドクターブレード法により厚さ250μｍの拘束グリーンシートを成形した。
【００７９】
この拘束グリーンシートを単独で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。
【００８０】
得られた拘束シートの平面内での収縮率とガラス添加量との関係を図１に示す。なお、収縮率は拘束シートの厚さ方向を除く幅方向および流れ方向の各収縮率の平均値（ｎ＝５）とバラツキを示しており、収縮率＝（焼成後寸法）×100／（焼成前寸法）にて求めたものである。また、流れ方向はグリーンシートの造膜方向を、幅方向は造膜方向に直交する方向をそれぞれ意味する。
【００８１】
図１に示すように、収縮率を99.5％以上とする、すなわち拘束シートの収縮を0.5％以下に抑えるには、拘束グリーンシート内へのガラス添加量は約15重量％以下とするのが望ましいことがわかる。また、ガラス添加量が15重量％を超えると、収縮率のバラツキも大きくなる傾向にある。ただし、ガラス添加量が少なくなると、拘束グリーンシートによるガラスセラミック・グリーンシートの拘束性が低下するので（比較例１参照）、拘束性が低下しないガラス添加量として、0.5重量％以上とすることがよい。従って、本発明では0.5〜15重量％を好適範囲とする。
【００８２】
（試験例２）
ガラスとしてＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉を用いた以外は試験例１と同様にして、ガラス添加量と収縮率との関係を調べたところ、ガラス添加量が15重量％以下では拘束グリーンシートの収縮率は99.5％以上であり、ガラス添加量が10重量％以下では約99.8％程度を維持していた。この場合も試験例1と同様に0.5〜15重量％がよい。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、多数個取り用の分割溝が形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、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、反りや変形のない寸法精度の高い多数個取りのガラスセラミック基板が得られ、寸法精度の高い多数個の配線基板を効率よく作製できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】拘束グリーンシートへのガラス添加量と収縮率との関係を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a multi-layer glass ceramic substrate for mounting semiconductor LSIs, chip parts, etc., and interconnecting them, and in particular, a so-called multi-cavity having a large number of substrate regions separated by dividing grooves. The present invention relates to a method for manufacturing a glass ceramic substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor LSIs, chip parts, and the like have been reduced in size and weight, and wiring boards on which these are mounted are also desired to be reduced in size and weight. In response to such demands, multilayer ceramic substrates with internal electrodes and the like arranged in the substrate are required in today's electronics industry because they enable the required high-density wiring and can be made thinner. Yes.
[0003]
As a multilayer ceramic substrate, an insulating substrate made of an alumina sintered body and having a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) formed on the surface or inside has been widely used. .
[0004]
On the other hand, with the recent advanced information age, the frequency band used is increasingly shifting to the high frequency band. In a high-frequency wiring board that transmits such a high-frequency signal, the resistance of the conductor forming the wiring layer is required to be small in order to transmit the high-frequency signal at high speed, and the insulating substrate also has a lower dielectric constant. Required.
[0005]
However, conventional refractory metals such as tungsten and molybdenum have high conductor resistance, slow signal propagation speed, and difficult signal propagation in a high frequency region of 30 GHz or higher. It is necessary to use a low resistance metal such as copper (Cu), silver (Ag), or gold (Au). However, since the low resistance metal as described above has a low melting point, it is necessary to fire at a low temperature of about 800 to 1100 ° C. Therefore, the wiring layer made of the low resistance metal is simultaneously with alumina that requires high temperature firing. It could not be fired. In addition, since an alumina substrate has a high dielectric constant, it is not suitable as a high-frequency circuit substrate.
[0006]
For this reason, recently, attention has been focused on using glass ceramics obtained by firing a mixture of glass and ceramics (inorganic filler) as an insulating substrate. That is, glass ceramics are suitable as high-frequency insulating substrates because of their low dielectric constant, and glass ceramics can be fired at a low temperature of 800 to 1100 ° C., so low resistance metals such as copper, silver, and gold are used as wiring layers. As an advantage.
[0007]
Multi-layer glass ceramic substrate is made by adding organic binder, plasticizer, solvent, etc. to a mixture of glass and filler to form a slurry, and after forming glass ceramic green sheet by doctor blade etc., low resistance such as copper, silver, gold etc. A conductive paste containing metal powder is printed to form a conductive pattern on the green sheet, and then a plurality of green sheets are laminated and fired at a temperature of 800 to 1100 ° C.
[0008]
However, the multi-layer glass ceramic substrate has a problem that shrinkage occurs during sintering during sintering. The degree of such shrinkage is not uniform, and the shrinkage rate and shrinkage direction differ depending on the inorganic material for the substrate to be used, the green sheet composition, the variation in powder particle size as the raw material, the conductor pattern, the internal electrode material, and the like. This causes several problems in the production of multilayer glass ceramic substrates.
[0009]
First, when producing a screen plate for printing internal electrodes, the size of the screen plate must be determined by calculating backward from the shrinkage rate of the substrate. However, the shrinkage rate and shrinkage direction of the substrate are not constant as described above. The screen plate must be remade for each production lot of substrates, which is uneconomical and impractical. Furthermore, in the multilayer glass ceramic substrate produced by the green sheet laminating method as described above, the shrinkage rate in the vertical direction and the horizontal direction in the laminated surface differs depending on the film forming direction of the green sheet. It becomes even more difficult.
[0010]
On the other hand, when forming an electrode having an area larger than necessary so as to allow shrinkage error, high-density wiring cannot be made.
[0011]
In addition, although the size of the multilayer glass ceramic substrate is various, a wiring substrate used for a product that is becoming smaller and lighter, such as a cellular phone, has a substrate having a side of about 10 mm. When manufacturing such a small board, green sheets formed by arranging conductor patterns of a large number of wiring boards in a grid pattern are stacked, and cutter blades or molds are formed on one or both sides of the laminate. This is a so-called multi-chip method in which a large number of ceramic substrates of a predetermined size and shape are obtained by forming lattice-shaped dividing grooves so that they can be divided into individual wiring boards and dividing along the grooves after firing. Is adopted. This has the advantage that a large number of small ceramic substrates can be efficiently obtained by the multi-cavity technique, and mounting efficiency is improved by mounting chip parts etc. on the multi-cavity substrate as it is before division. Because there is.
[0012]
In such a multi-chip board, the uneven shrinkage in the board as described above occurs, which causes the problem of dimensional variation between the dividing grooves, that is, the dimensional variation of individual wiring boards. This results in a problem of misalignment of the mounting position when mounting the chip component or the like with the substrate as it is.
[0013]
In order to reduce these shrinkage changes, the trend of the shrinkage rate of the substrate by circuit design is investigated, the substrate material and green sheet composition management in the manufacturing process, powder particle size variation, lamination conditions such as press pressure and temperature, etc. Need to be well managed. However, it is generally said that an error of about ± 0.5% is generally generated as an error in contraction rate.
[0014]
This is a problem common to those associated with sintering of ceramics and glass ceramics regardless of the multilayer glass ceramic substrate. In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-293978, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-28867, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-102666 describe a substrate including the following steps (1) to (4). Manufacturing methods have been proposed.
[0015]
(1) Laminate a desired number of glass ceramic green sheets containing a glass ceramic component and organic components such as a binder and a plasticizer in which a conductor pattern is formed,
(2) A constrained green sheet containing an inorganic material that does not sinter at the firing temperature of the glass ceramic component and an organic component such as a binder and a plasticizer is laminated on both sides or one side of the obtained glass ceramic green sheet laminate. And
(3) The laminated body of the glass ceramic green sheet laminate and the constrained green sheet is heated to remove the organic components first, and then fired to form a glass ceramic substrate and a constrained sheet, respectively.
(4) Finally, the restraint sheet is removed from the glass ceramic substrate.
[0016]
According to this method, the constraining green sheet restrains the shrinkage during firing of the glass ceramic green sheet, so that the shrinkage occurs only in the thickness direction of the laminated body, and the shrinkage occurs in the vertical and horizontal directions of the laminated surface. This is considered to improve the dimensional accuracy of the glass ceramic substrate.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the above method, the glass ceramic green sheet and the constrained green sheet are bonded by an organic component such as a binder contained in the green sheet. However, in the firing step (3), after organic components such as binders and plasticizers decompose and volatilize, the powder in the constrained green sheet and the powder in the glass ceramic green sheet are simply in close contact with each other. Only weak bonds due to van der Waals forces are working between the sheets.
[0018]
Although such a weak bond has an advantage that the removal of the constraining sheet in the step (4) is simplified, the constraining green sheet is thermally expanded from the glass ceramic / green sheet laminate in the firing step (3). There is a risk of inadvertent peeling due to differences.
[0019]
If the constrained green sheet peels during firing, sintering shrinkage of the glass ceramic green sheet cannot be prevented. Further, even if the constrained green sheet is partially peeled, the glass ceramic substrate is deformed due to contraction in the part.
[0020]
Also, since the glass ceramic / green sheet laminate and the constrained green sheet have a low bonding force, the glass component in the constrained green sheet in the glass ceramic / green sheet depends on the state of adhesion before firing and the type of glass ceramic component. Depending on the penetrability, the bond strength tends to be uneven. If the bonding force is uneven, the force that restrains the sintering shrinkage of the glass ceramic can be uneven, causing shrinkage unevenness, and warping, deformation, etc. of the glass ceramic substrate. As a result, there is a problem that a glass ceramic substrate with high dimensional accuracy cannot be obtained.
[0021]
Further, in the case of a multi-chip substrate, there is a problem that when the constraining sheet is peeled off at the part of the dividing groove, the part is more easily deformed than the part other than the part of the groove. This is because in the case of small peeling other than the groove part, the entire periphery of the peeling part is constrained, so that the peeling part is also prevented from shrinking, whereas in the case of peeling over the groove part, the periphery of the peeling part This is probably because the groove portion is not constrained and deforms without being restrained from contraction, and the deformation further peels the periphery of the peeled portion.
[0022]
An object of the present invention is to provide a method for obtaining a glass ceramic substrate capable of efficiently producing a large number of wiring substrates with high dimensional accuracy by reliably restraining sintering shrinkage in a laminated surface of glass ceramic green sheets. That is.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have (I) a glass component contained in the constrained green sheet, the glass component being constrained with the glass ceramic green sheet during the firing process. Since it acts as a binder to bond the green sheet, the bond strength between them can be increased, and the constrained green sheet can be prevented from peeling off. (II) Sintering shrinkage of the constrained green sheet itself during firing It can be substantially avoided by setting the content within a predetermined range. As a result, (III) the constrained green sheet reliably suppresses the shrinkage of the glass ceramic / green sheet laminate, and a large number of divided grooves are formed. A new fact that a glass ceramic substrate with high dimensional accuracy can be obtained even for a take-off substrate is found and the present invention is completed. Led was.
[0024]
That is, the method for producing a glass ceramic substrate of the present invention comprises: (i) laminating a plurality of glass ceramic green sheets containing an organic binder and having a conductor pattern formed so as to array a large number of substrate regions on the surface. And (ii) forming a groove for individually dividing the plurality of substrate regions on at least one surface of the glass ceramic / green sheet laminate. And (iii) laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material composed of Al ₂ O ₃ , glass and an organic binder on both surfaces of the glass ceramic green sheet laminate, and (iv) the above Organic components are removed from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic / green sheet laminate, and then fired to restrain the restraint And (v) removing the constraining sheet from the glass ceramic substrate, and (vi) a glass content of the constraining green sheet is constrained green sheet during the firing. the amount der which do not substantially shrink in the glass ceramic green sheet and is bonded and in that the stacking plane constraint green sheet is, the softening point of the glass contained in said constraining green sheet, wherein the glass ceramic green a less sintering temperature of the sheet stack, thereby the binding sheet, characterized Rukoto adhere without peeling on the glass ceramic substrate after firing.
[0025]
Here, “does not substantially shrink” means that the shrinkage of the constrained green sheet is suppressed to 1% or less, preferably 0.8% or less, more preferably 0.5% or less. Further, the “in-stacking plane” means an in-plane defined by the X direction and the Y direction when the thickness direction is the Z direction in three-dimensional coordinates, specifically, the longitudinal direction and the lateral direction of the sheet. Means.
[0026]
In the present invention, the softening point of the glass contained in the constrained green sheet may be equal to or lower than the firing temperature of the glass ceramic / green sheet laminate.
As a result, the glass in the constrained green sheet is softened in the firing step, and the bonding strength is increased.
[0027]
Further, the softening point of the glass contained in the constrained green sheet is preferably higher than the volatilization temperature of the organic component. When the softening point of the glass is lower than the volatilization temperature of the organic component, the removal path through which the decomposed and volatilized organic component passes may be blocked by the softened glass.
[0028]
The glass content in the constrained green sheet is preferably 0.5 to 15% by weight of the total inorganic components in the constrained green sheet. This range is an amount that binds to the glass ceramic green sheet during firing and does not substantially shrink the constrained green sheet within its laminated surface.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The manufacturing method of the glass ceramic substrate of the present invention will be described in detail below.
[0030]
As the glass ceramic green sheet in the present invention, a glass powder, a filler powder (ceramic powder), an organic binder, a plasticizer, an organic solvent and the like are used.
[0031]
Examples of the glass component include SiO ₂ —B ₂ O ₃ , SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ , SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —MO (where M is Ca , Sr, Mg, Ba or Zn), SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O (wherein M ¹ and M ² are the same or different, Ca, Sr, Mg, Ba or Zn) SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (where M ¹ and M ² are the same as above), SiO ₂ —B ₂ O ₃ —M ³ ₂ O system (where M ³ represents Li, Na or K), SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —M ³ ₂ O system (where M ³ is the same as above), Pb type glass, Bi type glass, etc. are mentioned.
[0032]
Examples of the filler include Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , a composite oxide of ZrO ₂ and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO ₂ and an alkaline earth metal oxide, Al ₂ O ₃ and A composite oxide containing at least one selected from SiO ₂ (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like can be mentioned.
[0033]
The mixing ratio of the glass and filler is preferably 40:60 to 99: 1 by weight.
[0034]
As the organic binder blended in the glass ceramic green sheet, those conventionally used in ceramic green sheets can be used, for example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or homopolymers of esters thereof or Copolymer, specifically acrylic ester copolymer, methacrylic ester copolymer, acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene , Polypropylene carbonate-based, cellulose-based homopolymers or copolymers.
[0035]
The glass ceramic green sheet is obtained by adding a predetermined amount of plasticizer and solvent (organic solvent, water, etc.) to the glass powder, filler powder, and organic binder as necessary to obtain a slurry, which is then used as a doctor blade, rolled, calendered. It can be obtained by molding to a thickness of about 50 to 500 μm with a roll, a die press or the like.
[0036]
In order to form a conductor pattern on the surface of a glass ceramic green sheet, for example, a paste of a conductor material powder is printed by a screen printing method or a gravure printing method, or a metal foil having a predetermined pattern shape is transferred. A method is mentioned. Examples of the conductor material include one or more of Au, Ag, Cu, Pd (palladium), Pt (platinum), and the like, and in the case of two or more, any form such as mixing, alloy, coating, etc. There may be.
[0037]
The conductor pattern is formed so that the individual patterns of the substrate regions are arranged in a lattice pattern at the center of the glass ceramic green sheet surface. In this way, a large number of substrate regions are arranged and formed in the central portion by the conductor pattern, so that a portion to be discarded is formed in the peripheral portion of the multi-cavity substrate. At this time, in addition to the conductor pattern, a mark indicating a division position may be simultaneously formed on at least one of the front and back layer patterns exposed when the laminate is manufactured.
[0038]
Note that the conductor pattern on the surface includes a portion where a through conductor such as a via-hole conductor or a through-hole conductor for connecting conductor patterns between upper and lower layers is exposed on the surface. These through conductors are formed by means such as embedding by printing a paste of conductive material powder (conductor paste) in a through hole formed in a glass ceramic green sheet by punching or the like.
[0039]
For the lamination of glass ceramic green sheets, heat and pressure are applied to the stacked green sheets by heat and pressure, and an adhesive composed of an organic binder, plasticizer, solvent, etc. is applied between the sheets and heat pressed. Can be adopted.
[0040]
Next, grooves (divided grooves) for dividing the substrate regions individually are formed at the boundaries of a large number of substrate regions on the surface of the glass ceramic green sheet laminate. A similar groove is formed between the outer periphery of a large number of substrate regions and the allowance. In addition, when forming a groove | channel on both surfaces of a laminated body, it cannot be overemphasized that the position of the groove | channel on both surfaces is matched. These grooves are formed after aligning groove forming means such as a cutter blade and each substrate region. This alignment is facilitated by matching the marks indicating the division positions formed simultaneously with the formation of the conductor pattern.
[0041]
A method of forming grooves for individually dividing a large number of substrate regions on the surface of a glass ceramic / green sheet laminate is conventionally used, such as a cutter blade or a mold on one or both surfaces. A method of forming a lattice pattern or other desired pattern grooves by the groove forming means may be employed. The depth of the groove varies depending on the easiness of dividing the glass-ceramic substrate after firing, but usually the depth is about 1/5 to 1/2 of the thickness of the laminate on one surface side. Form. The width of the groove may be appropriately set within a range that can be reliably divided and does not cause burrs or cracks after the division and does not affect the dimensional accuracy.
[0042]
The constrained green sheet in the present invention is obtained by molding a slurry in which an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like are added to an inorganic component composed of a hardly sinterable inorganic material composed of Al ₂ O ₃ and glass .
[0043]
The glass to be added to the constraining green sheet is not particularly limited, those similar to the glass to be incorporated in the glass ceramic green sheets can be used. Further, the glass in the constrained green sheet may have the same composition as the glass in the glass ceramic green sheet or may have a different composition.
[0044]
Softening point of the glass in the constraining green sheet is not more than the firing temperature of the glass ceramic green sheet laminate, also higher is preferable than decomposition and volatilization temperature of the organic components in the captive green sheet. Specifically, the softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably about 450 to 1100 ° C. If the softening point of the glass is less than 450 ° C, the organic component is completely removed because the softened glass blocks the removal path of the decomposed and volatilized organic component when removing the organic component from the glass ceramic green sheet. It may not be possible. On the other hand, when the softening point of the glass exceeds 1100 ° C., there is a possibility that it does not act as a binder to the green sheet under normal firing conditions of the glass ceramic green sheet.
[0045]
The constrained green sheet is obtained by molding using an organic binder, a plasticizer, a solvent and the like in the same manner as the production of the glass ceramic green sheet. As the organic binder, the plasticizer and the solvent, the same materials as those used for the glass ceramic green sheet can be used. Here, the plasticizer is added in order to impart flexibility to the constraining green sheet and to enhance the adhesion with the glass ceramic green sheet during lamination.
[0046]
The thickness of the constrained green sheet laminated on both sides of the glass ceramic green sheet is preferably 10% or more with respect to the thickness of the glass ceramic / green sheet laminate on one side only. There is a possibility that the restraint property of the green sheet is lowered. Further, in consideration of facilitating the volatilization of organic components and considering the removal of the restraint sheet from the glass ceramic substrate, the thickness of the restraint green sheet should be about 200% or less of the thickness of the glass ceramic / green sheet laminate. . Further, the constraining sheets to be laminated may be one sheet or may be a plurality of sheets laminated to have a predetermined thickness.
[0047]
In order to laminate the formed constrained green sheets on both sides of the glass ceramic green sheet, heat and pressure are applied to the stacked green sheets, and an adhesive composed of an organic binder, plasticizer, solvent, etc. is applied to the sheet. It is possible to adopt a method of applying in between and thermocompression bonding. When an adhesive layer is interposed between the sheets, the adhesive layer may contain the same glass component as that of the constraining green sheet to increase the bonding force between the sheets.
[0048]
The laminated constrained green sheet may or may not enter the groove formed on the surface of the glass ceramic / green sheet laminate. When the constraining green sheet is soft, it becomes easy to enter, and the effect of increasing the shape retention of the groove can be expected by the constraining green sheet. However, even when it does not enter, since the binding green sheet of the present invention has a high bonding force with the peripheral surface of the groove of the glass ceramic green sheet laminate due to the glass component contained, the shape retention of the groove is sufficient It can be secured.
[0049]
After laminating the constrained green sheets, the organic components are removed and fired. The organic component is removed by heating the laminate in a temperature range of 100 to 800 ° C. to decompose and volatilize the organic component. The firing temperature varies depending on the glass ceramic composition, but is in the range of about 800 to 1100 ° C. Firing is performed in the air. When Cu is used as the conductor material, organic components are removed in a nitrogen atmosphere containing water vapor at 100 to 700 ° C., and then the firing is performed in a nitrogen atmosphere.
[0050]
Further, at the time of firing, a load may be applied by placing a weight on the upper surface of the laminate in order to prevent warping. The load is suitably about 50 Pa (pascal) to 1 MPa (megapascal). When the load is less than 50 Pa, there is a possibility that the warping suppressing action of the laminate is not sufficient. On the other hand, when the load exceeds 1 MPa, the weight to be used increases, so that there is a possibility that it will not enter the firing furnace, or even if it enters the firing furnace, it may cause problems such as insufficient heat capacity and inability to fire. As the weight, it is preferable to use, for example, porous ceramics or metal so as not to prevent volatilization of the decomposed organic component. A porous weight may be placed on the top surface of the laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.
[0051]
After firing, the constraining sheet is removed. The removal method is not particularly limited as long as it can remove the constraining sheet bonded to the surface of the glass ceramic substrate. For example, ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting (with abrasive grains and water) And the like).
[0052]
In the obtained multilayer glass ceramic substrate, shrinkage during firing is restrained only in the thickness direction by the constraining green sheet, so that shrinkage in the laminated surface can be suppressed to about 0.5% or less, and glass Since the ceramic green sheet is uniformly and reliably bonded to the entire surface by the constraining green sheet, it is possible to prevent warping and deformation from occurring due to partial peeling of the constraining green sheet.
[0053]
Then, by dividing the obtained multi-piece glass ceramic substrate along the dividing groove, it is possible to obtain individual wiring boards with small dimensional variations. In addition, since the multi-piece board before division is a board with high dimensional accuracy without warping or deformation, printing of solder paste etc. and mounting of parts for mounting chip parts etc. on individual wiring boards are collectively performed. In addition, it is not necessary to prepare a plurality of plates according to the substrate dimensions. By dividing the glass ceramic substrate on which the chip parts are collectively mounted in this manner, a small module substrate can be efficiently manufactured.
[0054]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although the method of this invention is demonstrated in detail, giving an Example, a comparative example, and a test example, this invention is not limited only to a following example.
[0055]
Example 1
As glass ceramic components, SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —MgO—B ₂ O ₃ —ZnO-based glass powder 60% by weight, CaZrO ₃ powder 20% by weight, SrTiO ₃ powder 17% by weight, and Al ₂ O ₃ powder 3% by weight It was used. To 100 parts by weight of this glass ceramic component, 12 parts by weight of an acrylic resin as an organic binder, 6 parts by weight of a phthalic acid plasticizer and 30 parts by weight of toluene as a solvent were added and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
[0056]
Next, a conductor pattern was formed on the green sheet by screen printing using a silver-palladium paste. As the conductor pattern, a pattern in which 5 × 6 wiring boards of 15 mm × 12 mm were arranged in a lattice shape was used. As the conductor paste, ₂ parts by weight of Al ₂ O ₃ powder and glass powder having the same composition as the above glass with respect to 100 parts by weight of alloy powder (average particle size 1.0 μm) in which Ag: Pd is 85:15 by weight. 2 parts by weight, and a predetermined amount of ethylcellulose-based resin and terpineol were added as vehicle components and mixed so as to have an appropriate viscosity with three rolls.
[0057]
On the other hand, 95% by weight of Al ₂ O ₃ powder and 5% by weight of SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —MgO—B ₂ O ₃ —ZnO-based glass powder having a softening point of 720 ° C. are used as the inorganic components. A slurry was prepared in the same manner as the green sheet, and then molded to obtain a constrained green sheet having a thickness of 250 μm.
[0058]
A predetermined number of glass ceramic / green sheets each having a conductor pattern formed thereon were stacked to obtain a glass ceramic / green sheet laminate. 15 mm × 12 mm grid-like dividing grooves were formed on both surfaces of the laminate by a mold. The depth of the groove was one-fourth of the stack on one side.
[0059]
A constrained green sheet was superposed on both surfaces of the glass ceramic / green sheet laminate having the dividing grooves formed, and pressure-bonded at a temperature of 55 ° C. and a pressure of 20 MPa to obtain a laminate.
[0060]
The obtained laminate was placed on an alumina setter, heated at 500 ° C. in air for 2 hours to remove organic components, and then fired at 900 ° C. for 1 hour. After firing, constraining sheets were attached to both surfaces of the glass ceramic substrate. In this state, the restraint sheet did not peel off even when tapped lightly.
[0061]
Most of the constraining sheet adhering to the surface of the glass ceramic substrate could be removed by rubbing, but it remained thin on the surface of the glass ceramic substrate. The remaining constraining sheet was removed by a wet blasting method in which a mixture of spherical Al ₂ O ₃ fine powder and water was projected with high-pressure air pressure. The surface of the glass ceramic substrate after removing the restraint sheet was a smooth surface with a surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of 1 μm or less, and there was no problem with the solder wettability of the conductor.
[0062]
The shrinkage in the laminated surface of the obtained glass ceramic substrate was 0.5% or less, and no warpage or deformation was observed in the substrate including the periphery of the groove, and the pattern size variation of each wiring substrate was ± 0.1% or less. It was. Moreover, it could be accurately and easily divided into a large number of wiring boards.
[0063]
(Example 2 and Example 3)
A glass ceramic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that constrained green sheets were prepared using glasses having softening points of 600 ° C. and 700 ° C., respectively.
[0064]
(Comparative Example 1)
A glass ceramic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that a constrained green sheet containing no glass was produced.
[0065]
(Comparative Example 2)
A glass ceramic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that a constrained green sheet was produced using glass having a softening point of 920 ° C.
[0066]
(Comparative Example 3)
A glass ceramic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that a constrained green sheet was produced using glass having a softening point of 400 ° C.
[0067]
As a result, the glass ceramic substrates obtained in Example 2 and Example 3 had a shrinkage within the laminated surface of 0.5% or less (that is, a shrinkage rate of 99.5% or more), as in Example 1, and warped the substrate. No deformation was observed.
[0068]
On the other hand, the glass ceramic substrates obtained in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 do not contain glass or contain glass having a softening point higher than the firing temperature. In either case, the constrained green sheet was easily peeled off from the fired glass ceramic substrate. Also, since the bonding force between the glass ceramic green sheet and the constraining green sheet is weak, the shrinkage rate within the laminated surface of the glass ceramic substrate is about 85%, or only part of the substrate is bonded to the constraining sheet. As a result, the glass ceramic substrate was greatly deformed.
[0069]
On the other hand, in Comparative Example 3, since the softening point of the glass contained in the constrained green sheet is low, the organic component is not completely removed. Therefore, the shrinkage within the laminated surface of the glass ceramic substrate is as good as 0.5% or less. However, the color tone of the glass ceramic substrate turned gray.
[0070]
(Examples 4 to 7)
As glass ceramic components, SiO ₂ —MgO—CaO—Al ₂ O ₃ glass powder 70% by weight and Al ₂ O ₃ powder 30% by weight were used. To 100 parts by weight of the glass ceramic component, 9.0 parts by weight of an acrylic resin as an organic binder, 4.5 parts by weight of a phthalic plasticizer, and 30 parts by weight of toluene as a solvent were added and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
[0071]
Next, a conductor pattern was formed on the green sheet by screen printing using the same silver-palladium paste as in Example 1.
[0072]
On the other hand, using the Al ₂ O ₃ powder and the SiO ₂ —MgO—CaO—Al ₂ O ₃ glass powder having a softening point of 720 ° C. as the inorganic components in the proportions shown in Table 1, respectively, similar to the above glass ceramic green sheet A slurry was prepared and then molded to obtain a constrained green sheet having a thickness of 250 μm.
[0073]
A predetermined number of glass ceramic / green sheets having a conductor pattern formed thereon are stacked to obtain a glass ceramic / green sheet laminate, and on both surfaces of the glass ceramic / green sheet laminate having dividing grooves as in Example 1. The constrained green sheets were superposed and pressure-bonded at a temperature of 55 ° C. and a pressure of 20 MPa to obtain a laminate.
[0074]
A lattice-shaped dividing groove was formed on the obtained laminate, and this was placed on an alumina setter, heated in the atmosphere at 500 ° C. for 2 hours to remove organic components, and then fired at 850 ° C. for 1 hour. Subsequently, the restraint sheet adhering to the surface of the glass ceramic substrate was removed. The surface of the obtained glass ceramic substrate was a smooth surface with a surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of 1 μm or less, and there was no problem with the solder wettability of the conductor.
[0075]
In addition, Table 1 shows the shrinkage ratio in the laminated surface of the obtained glass ceramic substrate. The glass ceramic substrate was not warped or deformed and could be accurately and easily divided into a large number of wiring substrates.
[0076]
[Table 1]

[0077]
From Table 1, it can be seen that the glass ceramic substrates obtained by using the constrained green sheets of Examples 4 to 7 have high dimensional accuracy because the shrinkage during firing is suppressed.
[0078]
(Test Example 1)
(Restriction green sheet shrinkage test)
Al ₂ O ₃ powder and SiO ₂ —MgO—CaO—Al ₂ O ₃ glass powder having a softening point of 720 ° C. are used in a predetermined ratio as inorganic components, and 9.0 parts by weight of acrylic resin as an organic binder, phthalic acid 4.5 parts by weight of a plasticizer and 30 parts by weight of toluene as a solvent were added and mixed with a ball mill to form a slurry. A constrained green sheet having a thickness of 250 μm was formed from this slurry by a doctor blade method.
[0079]
This constrained green sheet was placed alone on an alumina setter, heated in air at 500 ° C. for 2 hours to remove organic components, and then fired at 850 ° C. for 1 hour.
[0080]
The relationship between the shrinkage rate in the plane of the obtained constraining sheet and the amount of glass added is shown in FIG. In addition, the shrinkage rate shows the average value (n = 5) of each shrinkage rate in the width direction and the flow direction excluding the thickness direction of the constraining sheet and variation, and shrinkage rate = (size after firing) × 100 / (fired) (Previous dimensions). Moreover, the flow direction means the film forming direction of the green sheet, and the width direction means a direction perpendicular to the film forming direction.
[0081]
As shown in FIG. 1, in order to reduce the shrinkage rate to 99.5% or more, that is, to suppress the shrinkage of the restraint sheet to 0.5% or less, it is desirable that the amount of glass added to the restraint green sheet is about 15% by weight or less. I understand that. Further, when the glass addition amount exceeds 15% by weight, the shrinkage variation tends to increase. However, if the glass addition amount decreases, the restraint property of the glass ceramic green sheet by the constraining green sheet decreases (see Comparative Example 1), so the glass addition amount that does not decrease the constraining property may be 0.5% by weight or more. Good. Therefore, in this invention, 0.5 to 15 weight% is made a suitable range.
[0082]
(Test Example 2)
The relationship between the glass addition amount and the shrinkage rate was examined in the same manner as in Test Example 1 except that SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —MgO—B ₂ O ₃ —ZnO-based glass powder was used as the glass. When the amount was 15% by weight or less, the shrinkage rate of the constrained green sheet was 99.5% or more, and when the amount of glass added was 10% by weight or less, about 99.8% was maintained. Also in this case, 0.5 to 15% by weight is preferable as in Test Example 1.
[0083]
【The invention's effect】
According to the present invention, constrained green sheets that are bonded to the laminate and do not substantially shrink during firing are laminated on both sides of a glass ceramic green sheet laminate formed with a multi-part dividing groove. Therefore, shrinkage in the laminated surface of the glass ceramic green sheet substrate can be reliably suppressed, and a multi-piece glass ceramic substrate with high dimensional accuracy without warping or deformation can be obtained. There exists an effect that a wiring board can be produced efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of glass added to a constrained green sheet and the shrinkage rate.

Claims

Laminating a plurality of glass ceramic green sheets having a conductive pattern so as to form an array of a plurality of substrate regions on the surface containing an organic binder, and producing a glass ceramic green sheet laminate,
Forming grooves for individually dividing the plurality of substrate regions on at least one surface of the glass ceramic green sheet laminate;
On both surfaces of the glass ceramic green sheet laminate, and laminating a constraining green sheet containing a sintering-resistant inorganic material and glass and organic binder of Al ₂ O _3,
Removing the organic component from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then firing to produce a glass ceramic substrate holding the restraint sheet;
Removing the restraining sheet from the glass ceramic substrate,
The glass content of the constraining green sheet, Ri amount der which do not substantially shrink the constraining green and constraining green sheet sheet is combined with the glass-ceramic green sheets in the laminate plane during the firing, the constraining green sheet softening point of the glass contained in the said glass-ceramic green there is sheet firing temperature of the stack below, wherein Rukoto Thus the binding sheet, adhere without peeling on the glass ceramic substrate after firing A method for producing a glass ceramic substrate.

The constraint softening point of the glass contained in the green sheet, the manufacturing method of a glass ceramic substrate of high claim 1 Symbol placement than volatilization temperature of the organic component.

The method for producing a glass ceramic substrate according to claim 1, wherein the glass content in the constrained green sheet is 0.5 to 15% by weight of the total inorganic components in the constrained green sheet.

The method for producing a glass ceramic substrate according to claim 1, wherein the thickness of the constraining green sheet is 10% or more with respect to the thickness of the glass ceramic / green sheet laminate on one side.