JP4557417B2

JP4557417B2 - Manufacturing method of low-temperature fired ceramic wiring board

Info

Publication number: JP4557417B2
Application number: JP2000396302A
Authority: JP
Inventors: 信也川井; 哲也木村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002198647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層配線基板や半導体素子収納用パッケージなどに適した低温焼成セラミック配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体素子などのチップ部品は小型化、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、基板内に内部配線回路層を形成したセラミック多層配線基板は、高密度配線化が可能であり、且つ薄型化が可能であることから、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】
従来より、半導体素子を収納するパッケージなどに使用されるセラミック多層配線基板としては、アルミナなどのセラミック絶縁基板の表面や内部にＷやＭｏ等の金属からなる配線回路層が形成されたもので、この絶縁基板の一部にキャビティが形成され、このキャビティ内に半導体素子が収納され、蓋体によってキャビティを気密に封止されるものである。
【０００４】
近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量化が要求されており、従来のアルミナ系セラミック材料に比較して低い誘電率が得られ、配線回路層としてＣｕなどの低抵抗金属を用いることができることから、焼成温度が１０００℃以下のいわゆる低温焼成セラミック材料を絶縁基板とした低温焼成セラミック配線基板が一層注目されている。
【０００５】
このような低温焼成セラミック配線基板、特にガラスとセラミックフィラー成分とを含有するガラスセラミック配線基板において、特開平７−８６７４３号では、グリーンシート積層体の両面に、グリーンシートの焼成温度では焼結しない難焼結性のセラミック材料からなるセラミックシート（以下、拘束シートと称す）を積層して焼成することにより、焼成によるグリーンシートの平面方向の収縮を抑制して、金属箔からなる配線回路層と同時焼成する手法が提案されている。
【０００６】
しかし、かかる方法においては、拘束シート中の無機質成分としてアルミナなどの基板シートの焼成温度では焼結しない成分のみを添加し、拘束シートは焼成過程でほとんど液相が生成されることなく多孔質体として存在することから、同時焼成される基板シート中に焼結過程で生じたガラスあるいは液相成分が拘束シート側に拡散してしまう結果、焼成後の基板表面がポーラスになり、基板強度が低下したり、基板表面の配線回路層にメッキを施した場合にメッキ広がりが発生するなどの問題があった。
【０００７】
さらには、上記液相成分の拘束シート側への拡散は、低温焼成セラミックの成分により不均一に拡散するため、拘束シートと低温焼成セラミック間の結合力にムラが生じ、部分的に基板用グリーシートと拘束シートとの間に剥離が発生して基板の寸法精度が低下したり、反りや変形が発生する等の問題があった。
【０００８】
そこで、特願平１１−３６６８７０号では、拘束シート中にガラスを含有させることにより、低温焼成セラミック表面での焼結不足の問題を解決しつつ、より寸法精度の高いガラスセラミック配線基板を得る方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ガラス粉末を添加した拘束シート１層のみにて基板シートを拘束する方法では、拘束シートの拘束力がガラス粉末の存在によって若干低下するために、基板シートが大面積となったり厚みが厚くなったりして大きな拘束力が要求される場合には、基板シートの焼成時の収縮抑制効果が不十分となる恐れがあった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、大面積あるいは厚みの厚い配線基板を作製する場合でも、基板シートの良好な表面性状を維持しつつ、焼成収縮を良好に抑制できる低温焼成セラミック配線基板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に対し、拘束シートの構成について検討した結果、基板シートの両面にガラス粉末を含有する第１の拘束シートを、さらに、その両面に前記第１の拘束シートと密着して、ガラス粉末を含有しない第２の拘束シートを順次積層することによって、基板の表面をポーラスにすることなく良好な表面性状を維持しつつ、拘束シートの拘束力を大きくすることができることを知見した。
【００１２】
すなわち、本発明の低温焼成セラミック配線基板の製造方法は、低温焼成セラミック配線基板を形成するための原料粉末を含有するグリーンシートの両面に、前記低温焼成セラミック配線基板を形成する原料粉末の焼成温度では焼結しないセラミック粉末とガラス粉末を含有する第１の拘束シートを積層した積層体の両面に、前記低温焼成セラミック配線基板を形成する原料粉末の焼成温度では焼結しないセラミック粉末を含有するとともに、ガラス粉末を実質的に含まない第２の拘束シートを積層して複合シート積層体を作製し、該複合シート積層体を焼成した後、前記第１および第２の拘束シートを除去することを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、前記第１の拘束シート中のガラス粉末の含有量を、前記第１の拘束シート中の無機物成分の０．５〜１５体積％とすることが望ましい。
【００１４】
また、前記第１の拘束シートの厚み（ｔ_１）に対する前記第２の拘束シートの厚み（ｔ_２）の比（ｔ_２／ｔ_１）を０．４〜５とすること、前記低温焼成セラミック配線基板を構成するグリーンシートの厚さ（Ｔ）に対する前記第１および第２の拘束シートの片面での総厚み（ｔ_３）の比（ｔ_３／Ｔ）を、０．１以上とすることが望ましい。
【００１５】
さらに、前記第１の拘束シート中のガラス粉末として、軟化点が前記低温焼成セラミック配線基板を形成する原料粉末の焼成温度以下であるとともに、前記グリーンシート中に添加される有機バインダの揮発温度よりも高いものを用いることが望ましい。
【００１６】
また、前記低温焼成セラミック配線基板を形成するグリーンシートの表面に、金属箔からなる配線回路層を形成するとともに、前記金属箔のうち前記第１の拘束シートに接する前記金属の断面形状を前記低温焼成セラミック配線基板の内側の辺が短い台形形状とすることが望ましい。
【００１７】
さらに、製造される前記低温焼成セラミック配線基板が略直方体形状であり、その少なくとも一辺の長さが７０ｍｍ以上であることが望ましい。
【００１８】
また、前記低温焼成セラミック配線基板を形成するグリーンシートの両面に前記第１および第２の拘束シートを順次積層した複合シート積層体を、さらに複数個積層した状態で焼成する場合にも効率よく低温焼成セラミック配線基板を作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の低温焼成セラミック配線基板の製造方法の一例についての工程図を図１に示す。図１によれば、まず、セラミック配線基板を形成するための原料粉末、例えば、セラミック粉末および／またはガラス粉末に対し、所望により焼結助剤をなすセラミック粉末を添加、混合した混合物に有機バインダ、可塑剤、有機溶剤等を加えてスラリーを調製した後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法等の成形法によりシート状に成形して厚さ５０〜５００μｍのセラミック配線基板をなすグリーンシート（以下、基板シートと称す）１を作製する。
【００２０】
なお、前記ガラス粉末としては、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物の群から少なくとも一種を含有するガラスが望ましく、特に上記成分を３種類以上含有する多成分系ガラスであることが、ガラスの軟化点や後述する絶縁基板１２の特性の制御の点で望ましい。
【００２１】
また、前記セラミック粉末としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₂ＴｉＯ₄、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ムライト等が挙げられ、用途に合わせて選択することができる。
【００２２】
また、前記助剤成分しては、Ｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＭｎＯ₂、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物等が挙げられ、用途に合わせて選択することができる。
【００２３】
さらに、有機バインダとしては、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）、ポリビニルブチラール系、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、セルロール系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００２４】
そして、基板シート１にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより、直径８０〜２００μｍのビアホール（貫通孔）２を形成し、その内部に導体ペーストを充填することにより、ビアホール導体３を形成する。
【００２５】
なお、導体ペーストとしては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＰｔの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする金属粉末に、アクリル樹脂等からなる有機バインダ、およびトルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、テオピネオール等の有機溶剤を混合したものが好適に使用できる。有機バインダは、金属成分１００重量部に対して、０．５〜１５．０重量部、有機溶剤は、固形成分及び有機バインダ１００重量部に対して、５〜１００重量部の割合で混合されることが望ましい。なお、この導体ペースト中には若干のガラス粉末や酸化物粉末等の無機成分を添加してもよい。
【００２６】
続いて、このビアホール導体３を形成した基板シート１の表面に配線パターン４を印刷法および／あるいは転写法により形成し、ビアホール導体３および配線パターン４が形成された基板シート１を作製する（図１（１）参照）。
印刷法による配線パターン４の形成方法としては、スクリーン印刷法や、グラビア印刷法等の公知の印刷手法を用いて導体ペーストを基板シート１の表面に形成する。なお、該導体ペーストは、上記ビアホール導体３用の導体ペーストと同様の手法により作製され、必要に応じて成分や配合比率を変更することにより作製する。なお、上記印刷法により形成した配線パターン４を焼成した配線回路層１３は、金属焼結体からなる。
【００２７】
一方、転写法による配線パターン４の形成方法としては、まず、高分子材料等からなる転写フィルム上に高純度金属導体、特に金属箔を接着した後、この金属導体の表面に鏡像のレジストを回路パターン状に塗布した後、エッチング処理およびレジスト除去を行って鏡像の配線パターン４を形成し、鏡像の配線パターン４を形成した転写フィルムを前記ビアホール導体３が形成された基板シート１の表面に位置合わせして積層圧着した後、転写フィルムを剥がすことにより、ビアホール導体３と接続した配線パターン４を具備する基板シート１を形成することができる。なお、上記転写法により形成した配線パターン４を焼成した配線回路層１３は金属の含有量が９０重量％以上の高純度金属導体からなる。
【００２８】
ここで、本発明によれば、配線回路層１３として、転写法等により金属箔を用いて配線回路層１３を形成することにより、高精度の回路パターンを形成することができることから、配線幅８０μｍ以下、配線ピッチ８０μｍ以下の微細配線化が可能である。
【００２９】
なお、上記印刷法と転写法による配線パターン４は、いずれか一方のみでも、両者が混在していても差し支えない。特に、グランド層などの面積の大きい配線パターンは焼成前の脱脂工程を容易に行うために印刷法で形成することが望ましい。
【００３０】
さらに、上記配線パターン４は、いずれの形成法においても、パターン形成後に導体形成面に対して圧力を印加することにより、基板シート１表面内に埋設すること、特により埋設されるように配線パターン４の形状が逆台形形状であることが望ましい。これは、特に金属箔などの剛性の高い配線パターンの厚み分によって、配線パターン４の端部において第１の拘束シート８と基板シート積層体６表面との間に隙間が発生しやすくなり、このような隙間が生じると、その部分における第１の拘束シート８と基板シート積層体６との接着力が低下し、配線パターン４付近における第１の拘束シート８による拘束力が不均一となってしまう結果、焼成時に配線パターン４の端部が剥がれたり、収縮バラツキが大きくなるおそれがあるためである。なお、上記逆台形形状の配線パターン４は転写フィルム上に形成した金属箔をエッチング処理によってパターンを形成する際に、エッチング条件をコントロールして金属箔の厚み方向にしたがってエッチング速度に差をつけることよって形成することができる。
【００３１】
また、配線パターン４を埋設するには、１０ＭＰａ以上の圧力を印加することが望ましい。この圧力によって配線パターン４を強制的に埋設することができる。なお、上記圧力の印加は、基板シート積層体６上に拘束シート積層体７を積層する際に一括で行うこともできる。
【００３２】
次に、上記工程（１）と同様にして得られた基板シート１を所望により複数層積層して基板シート積層体６を形成する（図１（２）参照）。
【００３３】
（第１の拘束シート）
一方、基板シート１の焼結温度、すなわち前記配線基板を形成する原料粉末の焼成温度では焼結しない難焼結性材料のセラミック粉末に所定量のガラス粉末を添加し、基板シート１と同様の方法に有機物成分を添加、混合した後、シート状に成形してガラス粉末を含有する第１の拘束シート８を作製する。
【００３４】
ここで、第１の拘束シート８中におけるガラスの含有量は、前記基板シート積層体６の焼成時に、第１の拘束シート８と基板シート積層体６との密着力を高め、絶縁基板１２表面のボイドの発生を抑制しつつ、焼成後に配線基板表面から拘束シートを容易に除去することができ、かつ第１の拘束シート８の収縮を極力抑制する点で、第１の拘束シート８中の全無機成分に対して０．５〜１５体積％、特に１〜１３体積％、最適には２〜１０体積％であることが望ましい。
【００３５】
また、前記難焼結性材料の例としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１種、特に第１の拘束シート８と基板シート積層体６との密着性を高める上で、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄を主体とすることが望ましい。
【００３６】
また、前記第１の拘束シート８中に含まれるガラス成分としては、基板シート積層体６内に存在する有機バインダ等の有機物成分を効率よく、かつ完全に脱バインダ処理することができるとともに、拘束シート８の拘束力を高めるために、ガラス粉末の軟化点が基板シート積層体６の焼結温度以下であり、かつ基板シート積層体６中の有機成分の分解揮散温度よりも高いことが望ましい。具体的には、前記第１の拘束シート８中のガラスの軟化点は４５０〜１１００℃、特に５５０〜１０００℃、最適には６５０〜９００℃程度であることが好ましい。
【００３７】
なお、前記第１の拘束シート８中に含まれるガラス成分は、前述した基板シート１中に含まれるガラス成分と異なるものであってもよいが、基板シート１中のガラスの拡散を防止するためには、同一であることが望ましい。
【００３８】
（第２の拘束シート）
他方、基板シート１の焼結温度では焼結しない難焼結性材料のセラミック粉末に、基板シート１と同様の方法に有機物成分を添加、混合した後シート状に成形してガラス粉末を含有しない第２の拘束シート９を作製する。
【００３９】
ここで、前記難焼結性材料の例としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１種、特に、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄を主体とすることが望ましい。さらに、より高い寸法精度を得るため、および量産効果によるコストダウンのためには、第１の拘束シート８中のセラミック材料と同じであることが望ましい。
【００４０】
また、熱膨張挙動の見地からは、焼結後の絶縁基板１２表面に圧縮応力を生ぜしめて絶縁基板１２の機械的強度を高めて絶縁基板１２にクラックが発生するのを抑制するためには、焼成後の第１の拘束シート８と第２の拘束シート９の熱膨張係数が絶縁基板１２の熱膨張係数よりも高いことが望ましい。さらに、絶縁基板１２の熱膨張係数と焼成後の第２の拘束シート９の熱膨張係数に大きな差がある場合、焼成後の第１の拘束シート８の熱膨張係数は両者の間の値であることが望ましい。
【００４１】
そして、基板シート積層体６の両面に第１の拘束シート８および第２の拘束シート９を順次積層し、熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機ビヒクル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により積層体のシート間を密着させて、基板シート１と拘束シート８、９とが積層された積層体（以下、複合シート積層体と略す。）１１を得る（図１（３）参照）。
【００４２】
なお、積層の方法としては、第１の拘束シート８と第２の拘束シート９とを予め加圧積層したものを基板シート積層体６表面に載置して再度加圧積層してもよいし、先に加圧積層した基板シート積層体６の両面に第１の拘束シート８および第２の拘束シート９を載置した後、加圧積層する方法も適応可能である。
【００４３】
本発明においては、前記のように、基板シート積層体６の両面にガラス粉末を含有する第１の拘束シート８とガラスを含有しない第２の拘束シート９を順次積層することが大きな特徴であり、これによって、焼成後の基板シート積層体６（絶縁基板１２）の表面をポーラスにすることなく良好な表面性状を維持しつつ、拘束シートの拘束力を大きくすることができる。
【００４４】
また、基板シート積層体６に積層される第１の拘束シート８および第２の拘束シート９を合わせた拘束シートの総厚み（ｔ₃、ただし、ｔ₃＝ｔ₁＋ｔ₂）は、複合シート積層体１１の拘束力を高め、複合シート積層体１１中の有機物成分の揮散を容易にするとともに製造コスト低減のために、片面だけで基板シート積層体６の厚さ（Ｔ）に対して０．１以上、特に０．２〜２、最適には０．２５〜１であるのが好ましい。また、有機成分の揮散を容易にし、かつ絶縁基板１２から拘束シート８、９を容易に除去するためには、拘束シートの総厚み（ｔ）は８００μｍ以下、特に６００μｍ以下、最適には４００μｍ以下であることが望ましい。
【００４５】
また、複合シート積層体１１の拘束力を高めるためには、前記第１の拘束シート８の厚み（ｔ₁）に対する第２の拘束シート９の厚み（ｔ₂）の比（ｔ₂／ｔ₁）が０．４〜５、特に０．５〜４、さらに０．７５〜３であることが望ましい。
【００４６】
さらに、本発明によれば、拘束シートとしては、第１の拘束シート８および第２の拘束シート９を複数枚づつ用いることもでき、また、第１の拘束シート８と第２の拘束シート９との間にガラス粉末の添加量が第１の拘束シート８のそれよりも少ない、または第１の拘束シート８と第２の拘束シート９との間の熱膨張係数を有する第３の（他の）拘束シートを用いることも可能である。
【００４７】
（焼成）
続いて、この複合シート積層体１１を２００〜８００℃、特に４００〜７５０℃、さらには７００〜７５０℃で加熱処理して複合シート積層体１１中の有機成分を分解除去した後、８００〜１１００℃、特に８５０〜１０００℃で０．５〜５時間、特に１〜２時間同時焼成する。このとき、配線パターン４およびビアホール導体３中にＣｕ等の焼成によって酸化する金属を主成分とした場合には非酸化性雰囲気中で焼成する必要があり、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔを主成分とした場合には、大気等の酸化性焼成雰囲気中で行うことができる。
【００４８】
かかる焼成による収縮は、Ｘ−Ｙ方向の収縮は１．０％以下、Ｚ方向の収縮は３５〜７５％程度となる。また、本発明によれば、基板シート積層体６は第１の拘束シート８によって全面にわたって均一にかつ確実に結合されることにより、基板シート積層体６表面のガラス成分が第１の拘束シート８側に拡散するのを防止することができるために、絶縁基板１２表面の気孔率を５％以下、特に４％以下、さらに３％以下と低減することができるために、絶縁基板１２表面の配線パターン４をも同時焼成によって形成することが可能である。なお、上記絶縁基板１２の気孔率とは、絶縁基板１２表面のＳＥＭ写真から気孔（ボイド）の面積をルーゼックス画像解析によって求めたボイド面積占有率の意である。
【００４９】
ここで、複合シート積層体１１の各シート間の熱膨張差に基づくシート間の剥離を防止するとともに、基板シート積層体６表面の成分変動を極力抑制するためには、焼成中の昇温速度は１０〜５００℃／時間、特に５０〜４００℃／時間であることが望ましく、絶縁基板１２と配線パターン４との熱膨張差によるクラックが発生を防止するためには、焼成後の冷却速度は、４００℃／ｈｒ以下であることが望ましい。
【００５０】
また、本発明によれば、焼成時には反りを防止し、さらなる拘束力を得るために、複合シート積層体１１上面に重しを載せて荷重をかけてもよいが、複合シート積層体１１の表面がガラス粉末を含有せず、無機質成分として難焼結性材料にて構成される第１の拘束シート８からなるために、複合シート積層体１１と重しとが焼結することなく、焼成後重しを容易にはずすことができる。なお、荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａが適当である。
【００５１】
さらに、本発明によれば、複合シート積層体１１の表面は焼成によっても焼結しない難焼結性セラミック粉末にて構成されているために、特に、複合シート積層体１１をさらに複数個、多段積みして（積層して）焼成する、多段積み焼成を行った場合でも、複合シート積層体１１間が固着することなく、焼成後、各複合シート積層体を容易に１つづつ取り出すことができることができる。
【００５２】
そして、第２の拘束シート９および第１の拘束シート８を除去する（図１（４）参照）。
除去の方法としては、超音波洗浄、研磨、ウオータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウエットブラスト（砥粒と水を噴射させる方法）等が挙げられる。
【００５３】
本発明によれば、大面積や厚みの厚い基板、特に一辺の長さが７０ｍｍ以上、特に１００ｍｍ以上、さらに、１５０ｍｍ以上の矩形形状の表面を有する基板等の大きな拘束力が要求される得られる低温焼成セラミック配線基板について特に有効である。
【００５４】
【実施例】
先ず、表１に示すように、焼結後の非晶質成分の含有量を調整するために、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃系結晶化ガラス、またはＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＢａＯ系の非結晶化ガラスと、セラミックフィラー成分としてＡｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂を秤量し、表１の低温焼成セラミック組成物Ａ〜Ｆを作製した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
表１の低温焼成セラミック組成物１００重量部にアクリル樹脂１２重量部、フタル酸系可塑材６重量部、溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミルで混合してスラリーを調製した。このスラリーをドクターブレード法によって厚さ３００μｍの低温焼成セラミックグリーンシートを成形し、表３の矩形形状にカットした。
【００５７】
次に、平均粒径が５μｍのＣｕ単体それに有機バインダとしてアクリル樹脂を、溶媒としてジブチルフタレートを添加混練し、ペースト状の導体用ペースト試料を作製した。尚、前記導体ペースト試料中の有機バインダ量は、主成分１００重量部に対して２．０重量部であり、有機バインダに対して７５重量部の割合で溶剤を加えた。そして前記グリーンシートの所定個所にビアホールを形成し、そのビアホール内に先の導体ペーストを充填し、ビアホール導体とした。
【００５８】
次に、高分子フィルム表面に純度９９．９％以上のＣｕ箔を接着し、エッチングを行った後、断面が台形形状の配線パターンを形成した。配線幅０．０５ｍｍ、配線ピッチ０．０５ｍｍの非常に微細な配線パターンを形成することができた。
【００５９】
そして、ビアホール導体を形成したグリーンシートにビアホールの位置あわせを行いながら転写シートを積層し、６０℃、１５ＭＰａで熱圧着した。その後、転写シートを剥がすことにより、ビアホール導体を接続した配線回路層を具備する一単位の配線層を形成することができた。また、同様にして５枚の配線層を形成し、これらを積層し基板シート積層体を形成した。
【００６０】
一方、拘束シートとして、純度９９．９９％の表２に示す難焼結性材料、および純度９９．９９％の難焼結材料と前記グリーンシート中のガラス成分と同じガラスを用いて添加して、厚さ１５０μｍの拘束シートを作製した。なお、シート作製時の有機バインダ、可塑材、溶剤などは基板シートと全く同様にした。
【００６１】
【表２】

【００６２】
得られた拘束シートを、表３に示す種類および枚数の第１の拘束シート、第２の拘束シートの順に、上記基板シート積層体の両面に載置し、６０℃、圧力２０ＭＰａで圧着して複合シート積層体を得た。
【００６３】
次いで、この積層体を、Ａｌ₂Ｏ₃セッター上に載置して、有機バインダ等の有機成分を分解除去するために、窒素雰囲気中、７００℃で脱バインダ処理し、次に窒素雰囲気中、９００℃で１時間焼成を行った。なお、焼成時の昇降温速度はいずれも２００℃／ｈｒとした。その後、拘束シートをブラスト処理で除去し、配線基板を作製した。
【００６４】
得られた配線基板について、絶縁基板の焼成前後の外辺をマイクロメータで測定し、収縮率を算出した。また、配線基板表面状態の走査電子顕微鏡写真による観察を行い、ボイド面積占有率（表ではボイド比率）をルーゼックス画像解析によって求めた。
【００６５】
また、上記試料を２００個作製して配線基板の外観観察を行い、変形／付着の有無を確認し、さらに、外辺をマイクロメーターにて測定し、寸法バラツキを測定し、バラツキが±０．１％以下を良品として良品率を算出し、良品率９５％以上を合格とした。
【００６６】
【表３】

【００６７】
表３より明らかなように、本発明に従い、ガラス粉末を含有する第１の拘束シートとガラス粉末を含有しない第２の拘束シートとを順次積層して焼成した試料Ｎｏ．１〜１８では、収縮率１％以下、絶縁基板表面のボイド比率５％以下、良品率９５％以上と、非常に寸法精度の良い配線基板を歩留まり良く製造することができ、さらには、基板が大型化しても高い寸法精度を維持することができた。
【００６８】
これに対して、拘束シートとしてガラス粉末を含有する（第１の）拘束シートのみを用いた試料Ｎｏ．２０、２２では、絶縁基板の収縮率が１％を越え、逆に、ガラス粉末を含有しない（第２の）拘束シートのみを用いた試料Ｎｏ．１９、２１では、基板シート積層体と拘束シートとの間に部分的な剥離が生じて絶縁基板の収縮率が１％を超え、さらにボイド比率も５％を超えるものとなった。さらに、拘束シートを一切用いない試料Ｎｏ．２３では、絶縁基板の収縮率が１６．０％となり、絶縁基板の収縮率が１％を越えた試料では、いずれも一部の配線回路層およびビアホール導体、またはその間に断線がみられた。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、大面積あるいは厚みの厚い低温焼成セラミック配線基板を作製する場合でも、低温焼成セラミック配線基板を形成するための原料粉末を含有するグリーンシートの両面に、前記低温焼成セラミック配線基板を形成する原料粉末の焼成温度では焼結しないセラミック粉末とガラス粉末とを含有する第１の拘束シートを積層した積層体の両面に、前記低温焼成セラミック配線基板を形成する原料粉末の焼成温度では焼結しないセラミック粉末を含有するとともに、ガラス粉末を実質的に含まない第２の拘束シートを積層して複合シート積層体を作製し、該複合シート積層体を焼成した後、前記第１および第２の拘束シートを除去することにより、低温焼成セラミック配線基板の表面性状を良好に維持しつつ、焼成収縮を良好に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低温焼成セラミック配線基板の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１低温焼成セラミックグリーンシート（基板シート）
２ビアホール
３ビアホール導体
４配線パターン
６低温焼成セラミックグリーンシート積層体（基板シート積層体）
８第１の拘束シート
９第２の拘束シート
１１低温焼成セラミックグリーンシートと第１、第２の拘束シートの積層体（複合シート積層体）
１２絶縁基板
１３配線回路層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a low-temperature fired ceramic wiring board suitable for a multilayer wiring board, a package for housing semiconductor elements, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, chip components such as semiconductor elements have been reduced in size and weight, and a wiring board on which these components are mounted is also desired to be reduced in size and weight. In response to such demands, ceramic multilayer wiring boards with internal wiring circuit layers formed in the board can be made high-density wiring and can be thinned. Has been.
[0003]
Conventionally, as a ceramic multilayer wiring board used for a package or the like for housing a semiconductor element, a wiring circuit layer made of a metal such as W or Mo is formed on the surface or inside of a ceramic insulating substrate such as alumina, A cavity is formed in a part of the insulating substrate, a semiconductor element is accommodated in the cavity, and the cavity is hermetically sealed by a lid.
[0004]
In recent years, in a wiring board applied to a package for housing a semiconductor element in which semiconductor elements such as IC and LSI, which have been highly integrated, are mounted, and a hybrid integrated circuit device in which various electronic components are mounted, the density and There is a demand for resistance and reduction in size and weight, and a low dielectric constant can be obtained as compared with conventional alumina-based ceramic materials, and a low-resistance metal such as Cu can be used as a wiring circuit layer. A low-temperature fired ceramic wiring board using a so-called low-temperature fired ceramic material at a temperature of 0 ° C. or lower as an insulating substrate has attracted more attention.
[0005]
In such a low-temperature fired ceramic wiring board, particularly a glass ceramic wiring board containing glass and a ceramic filler component, JP-A-7-86743 does not sinter at both sides of the green sheet laminate at the firing temperature of the green sheet. By laminating and firing ceramic sheets (hereinafter referred to as constraining sheets) made of a hardly sinterable ceramic material, the shrinkage in the planar direction of the green sheet due to firing is suppressed, and a wiring circuit layer made of metal foil and A method of simultaneous firing has been proposed.
[0006]
However, in such a method, only a component that does not sinter at the firing temperature of the substrate sheet such as alumina is added as an inorganic component in the restraint sheet, and the restraint sheet is a porous body with almost no liquid phase generated during the firing process. As a result, the glass or liquid phase components generated during the sintering process diffuse into the constraining sheet in the co-fired substrate sheet, resulting in a porous substrate surface and reduced substrate strength. Or when the wiring circuit layer on the substrate surface is plated, the plating spreads.
[0007]
Furthermore, the diffusion of the liquid phase component to the restraint sheet side is unevenly diffused by the components of the low-temperature fired ceramic, resulting in uneven bonding force between the restraint sheet and the low-temperature fired ceramic. There is a problem that peeling occurs between the sheet and the constraining sheet to reduce the dimensional accuracy of the substrate, and warping or deformation occurs.
[0008]
Therefore, in Japanese Patent Application No. 11-366870, a method of obtaining a glass ceramic wiring board with higher dimensional accuracy while solving the problem of insufficient sintering on the surface of the low-temperature fired ceramic by including glass in the restraint sheet. Has been proposed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of restraining the substrate sheet with only one layer of the restraint sheet to which the glass powder is added, the restraint force of the restraint sheet is slightly reduced due to the presence of the glass powder. In the case where a large restraint force is required due to an increase in thickness, the shrinkage suppressing effect during firing of the substrate sheet may be insufficient.
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to achieve good firing shrinkage while maintaining good surface properties of a substrate sheet even when a large-area or thick wiring board is produced. An object of the present invention is to provide a low-temperature fired ceramic wiring board that can be suppressed to a low level.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the configuration of the restraint sheet, the present inventors have in close contact with the first restraint sheet containing glass powder on both sides of the substrate sheet, and further on the both sides of the first restraint sheet. Then, by sequentially laminating the second constraining sheet not containing glass powder, it is possible to increase the restraining force of the constraining sheet while maintaining good surface properties without making the surface of the substrate porous. I found out.
[0012]
That is, the present invention Low temperature firing The manufacturing method of the ceramic wiring board is Low temperature firing On both sides of the green sheet containing the raw material powder for forming the ceramic wiring substrate, Low temperature firing On both sides of the laminate in which the first constraining sheet containing ceramic powder and glass powder that are not sintered at the firing temperature of the raw material powder forming the ceramic wiring board is laminated, Low temperature firing A composite sheet laminate is produced by laminating a second constraining sheet containing ceramic powder that does not sinter at the firing temperature of the raw material powder forming the ceramic wiring board and substantially not containing glass powder, The first and second constraining sheets are removed after the laminate is fired.
[0013]
Here, the content of the glass powder in the first constraining sheet The , 0.5 to 15% by volume of the inorganic component in the first constraining sheet Toss It is desirable.
[0014]
In addition, the thickness (t ₁ ) Of the second constraining sheet (t) ₂ ) Ratio (t ₂ / T ₁ ) To be 0.4-5, Low temperature firing Total thickness (t) on one side of the first and second constraining sheets with respect to the thickness (T) of the green sheet constituting the ceramic wiring board ₃ ) Ratio (t ₃ / T) is preferably 0.1 or more.
[0015]
Further, as the glass powder in the first restraining sheet, the softening point is the above Low temperature firing It is desirable to use a material having a temperature lower than the firing temperature of the raw material powder forming the ceramic wiring substrate and higher than the volatilization temperature of the organic binder added to the green sheet.
[0016]
In addition, Low temperature firing A wiring circuit layer made of metal foil is formed on the surface of the green sheet forming the ceramic wiring board, and the cross-sectional shape of the metal in contact with the first restraining sheet of the metal foil is Low temperature firing It is desirable that the ceramic wiring board has a trapezoidal shape with a short inner side.
[0017]
Furthermore, the manufactured Low temperature firing It is desirable that the ceramic wiring board has a substantially rectangular parallelepiped shape and the length of at least one side thereof is 70 mm or more.
[0018]
In addition, Low temperature firing Efficient even when a plurality of composite sheet laminates in which the first and second constraining sheets are sequentially laminated on both sides of a green sheet forming a ceramic wiring substrate are fired in a state where a plurality of laminates are laminated. Low temperature firing A ceramic wiring board can be produced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Of the present invention Low temperature firing FIG. 1 shows a process chart of an example of a method for manufacturing a ceramic wiring board. According to FIG. 1, first, an organic binder is added to a mixture obtained by adding a ceramic powder as a sintering aid to a raw material powder for forming a ceramic wiring substrate, for example, a ceramic powder and / or a glass powder, if desired. A green sheet (a ceramic wiring board having a thickness of 50 to 500 μm is formed by preparing a slurry by adding a plasticizer, an organic solvent, etc., and then forming the slurry by a forming method such as a doctor blade method, a rolling method, or a pressing method. (Hereinafter referred to as a substrate sheet) 1 is produced.
[0020]
As the glass powder, SiO ₂ , B ₂ O _Three , Al ₂ O _Three ZnO, PbO, Bi ₂ O _Three , ZrO ₂ TiO ₂ Glasses containing at least one of the group consisting of alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides and rare earth oxides are desirable, and in particular, the glass softening point is a multicomponent glass containing three or more of the above components. It is desirable in terms of controlling the characteristics of the insulating substrate 12 described later.
[0021]
In addition, as the ceramic powder, SiO ₂ , Al ₂ O _Three , ZrO ₂ TiO ₂ , ZnO, MgO, MgAl ₂ O _Four ZnAl ₂ O _Four MgSiO _Three , Mg ₂ SiO _Four , Zn ₂ SiO _Four , Zn ₂ TiO _Four , SrTiO _Three , CaTiO _Three , MgTiO _Three , BaTiO _Three , CaMgSi ₂ O ₆ , SrAl ₂ Si ₂ O ₈ , BaAl ₂ Si ₂ O ₈ , CaAl ₂ Si ₂ O ₈ , Mg ₂ Al _Four Si _Five O ₁₈ , Zn ₂ Al _Four Si _Five O ₁₈ , AlN, Si _Three N _Four , SiC, mullite and the like, and can be selected according to the application.
[0022]
The auxiliary component is B ₂ O _Three , ZnO, MnO ₂ , Alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, rare earth metal oxides, and the like, and can be selected according to the application.
[0023]
Further, as the organic binder, those conventionally used for ceramic green sheets can be used, for example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or their homopolymers or copolymers, specifically, Acrylic ester copolymer, methacrylic ester copolymer, acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene carbonate, cellulose, etc. A polymer or a copolymer is mentioned.
[0024]
Then, via holes (through holes) 2 having a diameter of 80 to 200 μm are formed in the substrate sheet 1 by laser, micro drilling, punching or the like, and a via paste is filled therein to form via hole conductors 3.
[0025]
As the conductive paste, a metal powder mainly composed of at least one selected from the group consisting of Au, Cu, Ag, Pd and Pt, an organic binder made of acrylic resin, etc., and toluene, isopropyl alcohol, acetone, and theopineol. What mixed organic solvents, such as, can use it conveniently. The organic binder is mixed at 0.5 to 15.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal component, and the organic solvent is mixed at a ratio of 5 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid component and the organic binder. It is desirable. In addition, you may add some inorganic components, such as glass powder and oxide powder, in this conductor paste.
[0026]
Subsequently, a wiring pattern 4 is formed on the surface of the substrate sheet 1 on which the via-hole conductor 3 is formed by a printing method and / or a transfer method, thereby producing the substrate sheet 1 on which the via-hole conductor 3 and the wiring pattern 4 are formed (FIG. 1 (1)).
As a method for forming the wiring pattern 4 by the printing method, a conductive paste is formed on the surface of the substrate sheet 1 by using a known printing method such as a screen printing method or a gravure printing method. In addition, this conductor paste is produced by the method similar to the conductor paste for the said via-hole conductors 3, and is produced by changing a component and a mixture ratio as needed. In addition, the wiring circuit layer 13 which fired the wiring pattern 4 formed by the said printing method consists of a metal sintered compact.
[0027]
On the other hand, as a method of forming the wiring pattern 4 by the transfer method, first, a high-purity metal conductor, particularly a metal foil, is bonded on a transfer film made of a polymer material or the like, and then a mirror image resist is formed on the surface of the metal conductor. After coating in a pattern, etching treatment and resist removal are performed to form a mirror image wiring pattern 4, and the transfer film on which the mirror image wiring pattern 4 is formed is positioned on the surface of the substrate sheet 1 on which the via-hole conductor 3 is formed. The substrate sheet 1 having the wiring pattern 4 connected to the via-hole conductor 3 can be formed by peeling the transfer film after laminating and pressure bonding together. The wiring circuit layer 13 obtained by firing the wiring pattern 4 formed by the transfer method is made of a high-purity metal conductor having a metal content of 90% by weight or more.
[0028]
Here, according to the present invention, since the wiring circuit layer 13 is formed by using a metal foil as a wiring circuit layer 13 by a transfer method or the like, a highly accurate circuit pattern can be formed, so that the wiring width is 80 μm. In the following, a fine wiring with a wiring pitch of 80 μm or less is possible.
[0029]
Note that the wiring pattern 4 formed by the printing method and the transfer method may be either one or both. In particular, a wiring pattern having a large area such as a ground layer is preferably formed by a printing method in order to easily perform a degreasing process before firing.
[0030]
Further, in any of the forming methods, the wiring pattern 4 is embedded in the surface of the substrate sheet 1 by applying a pressure to the conductor forming surface after the pattern is formed, in particular, the wiring pattern so as to be embedded more. It is desirable that the shape of 4 is an inverted trapezoidal shape. This is because a gap between the first constraining sheet 8 and the surface of the substrate sheet laminate 6 tends to be generated at the end of the wiring pattern 4 due to the thickness of the wiring pattern 4 having a particularly high rigidity such as a metal foil. When such a gap occurs, the adhesive force between the first restraining sheet 8 and the substrate sheet laminate 6 in that portion is reduced, and the restraining force by the first restraining sheet 8 in the vicinity of the wiring pattern 4 becomes non-uniform. As a result, the end of the wiring pattern 4 may be peeled off during firing, or the shrinkage variation may increase. The inverted trapezoidal wiring pattern 4 has a difference in etching rate according to the thickness direction of the metal foil by controlling the etching conditions when forming the pattern by etching the metal foil formed on the transfer film. Therefore, it can be formed.
[0031]
In order to embed the wiring pattern 4, it is desirable to apply a pressure of 10 MPa or more. The wiring pattern 4 can be forcibly embedded by this pressure. The application of the pressure can also be performed in a lump when the constraining sheet laminate 7 is laminated on the substrate sheet laminate 6.
[0032]
Next, the substrate sheet 1 obtained in the same manner as in the above step (1) is laminated as desired to form a substrate sheet laminate 6 (see FIG. 1 (2)).
[0033]
(First restraint sheet)
On the other hand, a predetermined amount of glass powder is added to the ceramic powder of a hardly sinterable material that does not sinter at the sintering temperature of the substrate sheet 1, that is, the firing temperature of the raw material powder forming the wiring substrate, and is the same as the substrate sheet 1. After adding and mixing organic components to the method, a first constraining sheet 8 containing glass powder is produced by forming into a sheet shape.
[0034]
Here, the glass content in the first constraining sheet 8 increases the adhesion between the first constraining sheet 8 and the substrate sheet laminate 6 when the substrate sheet laminate 6 is fired, and the surface of the insulating substrate 12. The restraint sheet can be easily removed from the surface of the wiring board after firing and the shrinkage of the first restraint sheet 8 is suppressed as much as possible while suppressing the generation of voids in the first restraint sheet 8. It is desirable that the content is 0.5 to 15% by volume, particularly 1 to 13% by volume, and optimally 2 to 10% by volume with respect to all inorganic components.
[0035]
Examples of the hardly sinterable material include Al. ₂ O _Three , SiO ₂ , MgO, ZrO ₂ TiO ₂ , MgAl ₂ O _Four ZnAl ₂ O _Four , Mg ₂ SiO _Four In order to improve the adhesion between at least one selected from the group of, in particular, the first constraining sheet 8 and the substrate sheet laminate 6, Al ₂ O _Three , SiO ₂ , MgO, ZrO ₂ , Mg ₂ SiO _Four It is desirable that
[0036]
Moreover, as a glass component contained in the said 1st restraint sheet 8, while being able to carry out the binder removal process efficiently and completely, organic substance components, such as an organic binder which exists in the substrate sheet laminated body 6, restraint In order to increase the binding force of the sheet 8, it is desirable that the softening point of the glass powder is equal to or lower than the sintering temperature of the substrate sheet laminate 6 and higher than the decomposition and volatilization temperature of the organic components in the substrate sheet laminate 6. Specifically, the softening point of the glass in the first constraining sheet 8 is preferably 450 to 1100 ° C, particularly 550 to 1000 ° C, and most preferably about 650 to 900 ° C.
[0037]
In addition, although the glass component contained in the said 1st restraint sheet | seat 8 may differ from the glass component contained in the board | substrate sheet | seat 1 mentioned above, in order to prevent the spreading | diffusion of the glass in the board | substrate sheet | seat 1. FIG. Are preferably the same.
[0038]
(Second restraint sheet)
On the other hand, an organic component is added to the ceramic powder of a hardly sinterable material that does not sinter at the sintering temperature of the substrate sheet 1 and mixed in the same manner as the substrate sheet 1, and then molded into a sheet shape and does not contain glass powder. A second restraint sheet 9 is produced.
[0039]
Here, as an example of the hardly sinterable material, Al ₂ O _Three , SiO ₂ , MgO, ZrO ₂ TiO ₂ , MgAl ₂ O _Four ZnAl ₂ O _Four , Mg ₂ SiO _Four At least one selected from the group of, in particular, Al ₂ O _Three , SiO ₂ , MgO, ZrO ₂ , Mg ₂ SiO _Four It is desirable that Furthermore, in order to obtain higher dimensional accuracy and to reduce the cost due to the mass production effect, it is desirable that the ceramic material is the same as that in the first constraining sheet 8.
[0040]
From the viewpoint of thermal expansion behavior, in order to suppress the occurrence of cracks in the insulating substrate 12 by generating a compressive stress on the surface of the insulating substrate 12 after sintering and increasing the mechanical strength of the insulating substrate 12, It is desirable that the thermal expansion coefficients of the first constraining sheet 8 and the second constraining sheet 9 after firing are higher than the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 12. Furthermore, when there is a large difference between the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 12 and the thermal expansion coefficient of the second constraining sheet 9 after firing, the thermal expansion coefficient of the first constraining sheet 8 after firing is a value between the two. It is desirable to be.
[0041]
And the 1st restraint sheet 8 and the 2nd restraint sheet 9 are laminated | stacked on both surfaces of the board | substrate sheet laminated body 6 one by one, the method of applying heat and pressure, and thermocompression bonding, or the adhesive which consists of organic vehicles etc. between sheets A laminate (hereinafter abbreviated as a composite sheet laminate) 11 in which the substrate sheet 1 and the constraining

sheets

8 and 9 are laminated is obtained by bringing the laminate sheets into close contact with each other by a method of applying to the substrate and thermocompression bonding. (See FIG. 1 (3)).
[0042]
As a lamination method, the first constraining sheet 8 and the second constraining sheet 9 that have been pressure-laminated in advance may be placed on the surface of the substrate sheet laminate 6 and pressure-laminated again. A method of applying pressure lamination after placing the first constraining sheet 8 and the second constraining sheet 9 on both surfaces of the substrate sheet laminate 6 previously laminated under pressure is also applicable.
[0043]
In the present invention, as described above, it is a great feature that the first constraining sheet 8 containing glass powder and the second constraining sheet 9 not containing glass are sequentially laminated on both surfaces of the substrate sheet laminate 6. As a result, the restraint force of the restraint sheet can be increased while maintaining good surface properties without making the surface of the fired substrate sheet laminate 6 (insulating substrate 12) porous.
[0044]
Further, the total thickness (t of the restraint sheets including the first restraint sheet 8 and the second restraint sheet 9 laminated on the substrate sheet laminate 6 (t _Three , But t _Three = T ₁ + T ₂ ) Increases the binding force of the composite sheet laminate 11, facilitates the volatilization of organic components in the composite sheet laminate 11, and reduces the manufacturing cost, and the thickness (T) of the substrate sheet laminate 6 only on one side. ) To 0.1 or more, particularly preferably 0.2 to 2, and most preferably 0.25 to 1. Further, in order to facilitate the volatilization of organic components and to easily remove the

restraining sheets

8 and 9 from the insulating substrate 12, the total thickness (t) of the restraining sheet is 800 μm or less, particularly 600 μm or less, and optimally 400 μm or less. It is desirable that
[0045]
In order to increase the restraining force of the composite sheet laminate 11, the thickness (t ₁ ) Of the second restraint sheet 9 relative to ₂ ) Ratio (t ₂ / T ₁ ) Is preferably 0.4 to 5, particularly 0.5 to 4, more preferably 0.75 to 3.
[0046]
Furthermore, according to the present invention, as the restraint sheet, a plurality of first restraint sheets 8 and second restraint sheets 9 can be used one by one, and the first restraint sheet 8 and the second restraint sheet 9 can be used. Between the first constraining sheet 8 and the third (others) having a thermal expansion coefficient between the first constraining sheet 8 and the second constraining sheet 9. It is also possible to use a restraining sheet.
[0047]
(Baking)
Subsequently, the composite sheet laminate 11 is heat-treated at 200 to 800 ° C., particularly 400 to 750 ° C., more preferably 700 to 750 ° C. to decompose and remove organic components in the composite sheet laminate 11, and then 800 to 1100. C., particularly baked at 850 to 1000 ° C. for 0.5 to 5 hours, particularly 1 to 2 hours. At this time, when the wiring pattern 4 and the via-hole conductor 3 are mainly composed of a metal that is oxidized by firing, such as Cu, it is necessary to perform firing in a non-oxidizing atmosphere, and Au, Ag, Pd, and Pt are the main components. In this case, it can be carried out in an oxidizing firing atmosphere such as air.
[0048]
The shrinkage due to firing is 1.0% or less in the XY direction and about 35 to 75% in the Z direction. In addition, according to the present invention, the substrate sheet laminate 6 is uniformly and reliably bonded to the entire surface by the first restraint sheet 8, so that the glass component on the surface of the substrate sheet laminate 6 is the first restraint sheet 8. Since the porosity on the surface of the insulating substrate 12 can be reduced to 5% or less, particularly 4% or less, and further 3% or less, the wiring on the surface of the insulating substrate 12 can be prevented. The pattern 4 can also be formed by simultaneous firing. The porosity of the insulating substrate 12 means the void area occupancy obtained by analyzing the area of the pores from the SEM photograph of the surface of the insulating substrate 12 by Luzex image analysis.
[0049]
Here, in order to prevent the separation between the sheets based on the difference in thermal expansion between the sheets of the composite sheet laminate 11, and to suppress the component fluctuations on the surface of the substrate sheet laminate 6 as much as possible, the heating rate during firing Is preferably 10 to 500 ° C./hour, particularly 50 to 400 ° C./hour. In order to prevent the occurrence of cracks due to the difference in thermal expansion between the insulating substrate 12 and the wiring pattern 4, the cooling rate after firing is , 400 ° C./hr or less is desirable.
[0050]
In addition, according to the present invention, in order to prevent warping during firing and obtain further restraining force, a load may be applied by placing a weight on the upper surface of the composite sheet laminate 11, but the surface of the composite sheet laminate 11 Since it does not contain glass powder and consists of the 1st restraint sheet 8 comprised with a non-sinterable material as an inorganic component, after baking, without sintering a composite sheet laminated body 11 and a weight The weight can be easily removed. The load is suitably 50 Pa to 1 MPa.
[0051]
Furthermore, according to the present invention, the surface of the composite sheet laminate 11 is composed of a hardly sinterable ceramic powder that does not sinter even when fired. Even when multi-layered firing is performed by stacking (stacking) and firing, each composite sheet laminate can be easily taken out one by one after firing without sticking between the composite sheet laminates 11. Can do.
[0052]
Then, the second restraint sheet 9 and the first restraint sheet 8 are removed (see FIG. 1 (4)).
Examples of the removal method include ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting (a method of spraying abrasive grains and water), and the like.
[0053]
According to the present invention, a large binding force is required for a large area or thick substrate, particularly a substrate having a rectangular surface with a side length of 70 mm or more, particularly 100 mm or more, and 150 mm or more. This is particularly effective for a low-temperature fired ceramic wiring board.
[0054]
【Example】
First, as shown in Table 1, in order to adjust the content of the amorphous component after sintering, SiO 2 ₂ -B ₂ O _Three -Al ₂ O _Three Crystallized glass or SiO ₂ -B ₂ O _Three -BaO-based non-crystallized glass and Al as a ceramic filler component ₂ O _Three , ZrO ₂ , SiO ₂ Were weighed to prepare low-temperature fired ceramic compositions A to F shown in Table 1.
[0055]
[Table 1]

[0056]
A slurry was prepared by adding 12 parts by weight of an acrylic resin, 6 parts by weight of a phthalic acid plasticizer, and 30 parts by weight of toluene as a solvent to 100 parts by weight of the low-temperature fired ceramic composition shown in Table 1, and mixing them with a ball mill. The slurry was formed into a low-temperature fired ceramic green sheet having a thickness of 300 μm by the doctor blade method and cut into a rectangular shape shown in Table 3.
[0057]
Next, Cu alone having an average particle size of 5 μm, acrylic resin as an organic binder, and dibutyl phthalate as a solvent were added and kneaded to prepare a paste conductor paste sample. The amount of the organic binder in the conductor paste sample was 2.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the main component, and the solvent was added at a ratio of 75 parts by weight with respect to the organic binder. A via hole was formed in a predetermined portion of the green sheet, and the via paste was filled in the via hole to obtain a via hole conductor.
[0058]
Next, a Cu foil having a purity of 99.9% or more was adhered to the surface of the polymer film, and after etching, a wiring pattern having a trapezoidal cross section was formed. A very fine wiring pattern having a wiring width of 0.05 mm and a wiring pitch of 0.05 mm could be formed.
[0059]
Then, the transfer sheet was laminated on the green sheet on which the via hole conductor was formed while aligning the via hole, and thermocompression bonded at 60 ° C. and 15 MPa. Thereafter, the transfer sheet was peeled off to form a unit wiring layer including a wiring circuit layer to which via-hole conductors were connected. Similarly, five wiring layers were formed and laminated to form a substrate sheet laminate.
[0060]
On the other hand, as the constraining sheet, the hardly sinterable material shown in Table 2 with a purity of 99.99%, and the hardly sinterable material with a purity of 99.99% and the same glass as the glass component in the green sheet were added. A constraining sheet having a thickness of 150 μm was prepared. Note that the organic binder, plasticizer, solvent, and the like at the time of sheet preparation were the same as those for the substrate sheet.
[0061]
[Table 2]

[0062]
The obtained restraint sheets were placed on both sides of the substrate sheet laminate in the order of the kind and number of the first restraint sheets and the second restraint sheets shown in Table 3, and pressure-bonded at 60 ° C. and a pressure of 20 MPa. A composite sheet laminate was obtained.
[0063]
Next, this laminate was made of Al. ₂ O _Three In order to disassemble and remove organic components such as an organic binder by placing on a setter, a binder removal treatment was performed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere, followed by baking at 900 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. In addition, all the temperature rising / falling speeds at the time of firing were 200 ° C./hr. Thereafter, the restraining sheet was removed by blasting to produce a wiring board.
[0064]
About the obtained wiring board, the outer side before and behind baking of the insulated substrate was measured with the micrometer, and the shrinkage rate was computed. Further, the surface state of the wiring board was observed with a scanning electron micrograph, and the void area occupation ratio (void ratio in the table) was determined by Luzex image analysis.
[0065]
In addition, 200 samples were prepared and the appearance of the wiring board was observed to confirm the presence / absence of deformation / adhesion. Further, the outer side was measured with a micrometer, the dimensional variation was measured, and the variation was ± 0. A non-defective product rate was calculated with 1% or less as a non-defective product, and a non-defective product rate of 95% or more was regarded as acceptable.
[0066]
[Table 3]

[0067]
As is apparent from Table 3, in accordance with the present invention, sample No. 1 was obtained by sequentially laminating and firing the first constraining sheet containing glass powder and the second constraining sheet not containing glass powder. 1 to 18, a shrinkage rate of 1% or less, a void ratio of an insulating substrate surface of 5% or less, and a non-defective product rate of 95% or more can be manufactured with a high dimensional accuracy and a good yield. High dimensional accuracy could be maintained even when the size was increased.
[0068]
On the other hand, Sample No. using only the (first) restraint sheet containing glass powder as the restraint sheet. In Nos. 20 and 22, the shrinkage rate of the insulating substrate exceeded 1%, and conversely, Sample No. using only the (second) restraining sheet containing no glass powder. In Nos. 19 and 21, partial peeling occurred between the substrate sheet laminate and the constraining sheet, and the shrinkage rate of the insulating substrate exceeded 1%, and the void ratio exceeded 5%. Furthermore, sample no. No. 23, the shrinkage rate of the insulating substrate was 16.0%, and in all the samples in which the shrinkage rate of the insulating substrate exceeded 1%, some of the wiring circuit layers and via-hole conductors, or breaks between them were observed.
[0069]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the large area or the thickness is large. Low temperature firing Even when making a ceramic wiring board, Low temperature firing On both sides of the green sheet containing the raw material powder for forming the ceramic wiring substrate, Low temperature firing On both sides of the laminate in which the first constraining sheet containing ceramic powder and glass powder not sintered at the firing temperature of the raw material powder forming the ceramic wiring substrate is laminated, Low temperature firing A composite sheet laminate is produced by laminating a second constraining sheet containing ceramic powder that does not sinter at the firing temperature of the raw material powder forming the ceramic wiring board and substantially not containing glass powder, After firing the laminate, removing the first and second restraint sheets, Low temperature firing While maintaining the surface properties of the ceramic wiring board in good condition, firing shrinkage can be suppressed well.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present invention Low temperature firing It is process drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of a ceramic wiring board.
[Explanation of symbols]
1 Low-temperature fired ceramic green sheet (substrate sheet)
2 Beer hall
3 Via-hole conductor
4 Wiring pattern
6 Low-temperature fired ceramic green sheet laminate (substrate sheet laminate)
8 First restraint sheet
9 Second restraint sheet
11 Laminated body of low-temperature fired ceramic green sheet and first and second restraint sheets (composite sheet laminated body)
12 Insulating substrate
13 Wiring circuit layer

Claims

A first powder containing ceramic powder and glass powder that are not sintered at the firing temperature of the raw material powder forming the low-temperature fired ceramic wiring substrate on both sides of the green sheet containing the raw material powder for forming the low-temperature fired ceramic wiring substrate. A second constraining sheet that contains ceramic powder that does not sinter at the firing temperature of the raw material powder that forms the low-temperature fired ceramic wiring substrate on both sides of the laminate in which the constraining sheet is laminated and that does not substantially contain glass powder A method for producing a low-temperature fired ceramic wiring board, comprising: producing a composite sheet laminate by firing the composite sheet, firing the composite sheet laminate, and then removing the first and second constraining sheets.

The low-temperature fired ceramic wiring board according to claim 1, wherein the content of the glass powder in the first constraining sheet is 0.5 to 15% by volume of the inorganic component in the first constraining sheet. Manufacturing method.

The ratio (t2 / t1) of the thickness (t2) of the second constraining sheet to the thickness (t1) of the first constraining sheet is set to 0.4-5. A method for producing a low-temperature fired ceramic wiring board.

The ratio (t3 / T) of the total thickness (t3) on one side of the first and second constraining sheets to the thickness (T) of the green sheet constituting the low-temperature fired ceramic wiring board is 0.1 or more The method for producing a low-temperature fired ceramic wiring board according to any one of claims 1 to 3, wherein:

As the glass powder in the first constraining sheet, the softening point is equal to or lower than the firing temperature of the raw material powder forming the low-temperature fired ceramic wiring board and higher than the volatilization temperature of the organic binder added to the green sheet. The method for producing a low-temperature fired ceramic wiring board according to any one of claims 1 to 4, wherein a material is used.

A wiring circuit layer made of a metal foil is formed on a surface of a green sheet forming the low-temperature fired ceramic wiring board, and a cross-sectional shape of the metal in contact with the first constraining sheet in the metal foil is changed to the low-temperature fired ceramic. 6. The method for manufacturing a low-temperature fired ceramic wiring board according to claim 1, wherein the inner side of the wiring board has a trapezoidal shape with a short side.

Is said low-temperature co-fired ceramic wiring board substantially rectangular parallelepiped shape to be manufactured, the manufacturing method of the low-temperature fired ceramic circuit board according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the length of at least one side is 70mm or more .

2. The composite sheet laminate in which the first and second constraining sheets are sequentially laminated on both sides of a green sheet forming the low-temperature fired ceramic wiring substrate is fired in a state where a plurality of laminates are further laminated. The manufacturing method of the low-temperature baking ceramic wiring board in any one of thru | or 7.