JPH01282157A - セラミック基板の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、セラミック基板の製造法に関し、各種電子
素子の搭載基板等として使用されるセラミック基板を製
造する方法に関するものである。

〔従来の技術および 発明が解決しようとする課題〕

従来、ハイブリッドＩＣ用の基板としては、アルミナ基
板が用いられており、このような用途に使用されるアル
ミナ基板の標準サイズとしては、１００　Ｘ　１００ｍ
ｍのものが主流を占めている。このように比較的小サイ
ズの基板が製造されているのは、セラミック基板はセラ
ミックグリーンシートの焼成によって製造されるが、焼
成時に反りや割れが発生し易く、大きなサイズのものを
製造するのが難しいためである。

一般の印刷配線板に用いられているガラス繊維強化樹脂
基板等の有機系基板の場合には、１０００　ｘ１０００
ａ＋ｍ程度の大きさのものが標準的サイズとして製造さ
れており、これに比べるとセラミック基板のサイズはは
るかに小さい。そのため、基板への回路パターン印刷工
程等の各製造工程における作業効率が悪く、全体の製造
時間が長くかかり、製造コス］・も高くつく原因になっ
ていた。

また、セラミック基板の用途のひとつであるファクシミ
リやレーザープリンターのサーマルヘッド用基板の場合
、印刷サイズが、従来のＡ４縦からＡ２横へと大型化し
てきているため、サーマルヘッド用基板としても、より
大サイズのものが要求されており、前記した１００　Ｘ
　１００ｍ＋ａ程度の基板サイズでは対応しきれない。

そこで、セラミック基板のより一層の大型化が要望され
るわけであるが、例えば、３００ｍｍ角以上の大型基板
をグリーンシートの焼成法によって製造すると、原料材
質のバラツキや加熱の不均一等の原因によって、グリー
ンシート内のバインダーの抜けが不均一になり、焼成時
にグリーンシートに無理な内部応力が加わって、割れや
反り等の歪みが発生して品質不良を起こすため、製造歩
留まりが、従来の１００　Ｘ　１００ｍｍ程度の小サイ
ズのものに比べて、極端に悪いという問題があった。

この発明の課題は、上記した従来のセラミック基板の製
造法の問題点を解消し、セラミック基板の焼成製造にお
いて、割れや反り等の不良発生がなく、品質良好なセラ
ミック基板を能率良く製造できる方法を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、セラミックグリ
ーンシートを焼成してセラミック基板を製造する際に、
グリーンシートの全体をセラミック材で囲った状態で焼
成するようにしている。

〔作　　　用〕

グリーンシートの全面をセラミック材で囲っておくと、
焼成時に加熱炉内でヒーター等の加熱手段から与えられ
る高熱が、セラミック材を介してグリーンシートに伝わ
ることになるので、従来法のように、加熱手段からの高
熱が直接グリーンシートに加わって脱バインダーが急激
に進行するのを、抑制することができ、加熱手段の配置
や加熱方向による加熱ムラや加熱の不均一を緩和するこ
ともでき、グリーンシートに対する加熱が均一化して、
バインダーの抜けがグリーンシート全体で平均化するこ
とになり、バインダー抜けの不均一による内部応力の発
生を抑えて、割れや反りの発生を確実に防止できる。

〔実　施　例〕

ついで、この発明を、実施例を示す図面を参照しながら
、以下に詳しく説明する。

第５図にはセラミック基板の製造工程のフローチャート
（流れ図）を示しており、このフローチャートにしたが
って、順次説明する。また、セラミック基板としてはア
ルミナ基板を例にして説明するが、同様の方法で、他の
セラミック材料からなるセラミック基板の製造法にも適
用できるものである。

最初にセラミック材料の混合工程■であるが、使用する
セラミック材料の配合は下記のとおりである。なお、配
合割合は全て重量部で示す。

アルミナ （粒径０．４〜４．０μ）・・・９６〜９９部焼結助剤
　　　　　　　・・・１〜ｂ 上記配合のうち、焼結助剤はアルミナの焼結性を促進制
御させるために加え、焼結助剤の具体的材料としては、
タルク、カルシア、イツトリウム等が挙げられる。焼結
助剤の配合量は、アルミナ粉体の粒径によって変わる。

上記配合の材料を、ボールミルや振動ミル等を用いて充
分に攪拌混合する。

つぎに、バインダー混合工程■で、セラミック材料に有
機バインダーと水を加える。有機バインダーとしては、
メチルセルロース、グリセリン。

アクリル、水飴等が挙げられ、これらの有機バインダー
を１種もしくは複数種添加する。有機バインダーの配合
量は下記のとおりである。

アルミナ粉体　　　　・・・　１００部有機バインダー
　　　・・・４〜１０部水　　　　　　　　　　　　・
・・１３〜２２部後工程のシート成形工程における成形
性を良好にするためには、常に一定の流動性を有する坏
土を製造する必要があり、そのために、有機バインダー
の混合工程では以下の事項に留意する。

（ａ）　　アルミナ粉体の粒径によって、有機バインダ
ーの添加量を変える。例えば、有機バインダーとしてメ
チルセルロースを使用する場合、セラミック粉体の粒径
が細かければメチルセルロースの添加量を増やし、セラ
ミック粉体の粒径が大きければメチルセルロースの添加
量を少な（する。

（ｂ）　　添加した有機バインダーの量を考慮して水の
添加量を加減する。水が多すぎると、グリーンシートの
押出成形の際に、シート表面がベタベタし表面が荒れる
ために、グリーンシートの品質不良が発生する。逆に、
水の添加量が少ないと、製造される坏土が固くなって、
押出成形に大きな力が必要になり、成形困難になり易い
。

上記のような有機バインダー、水をセラミ・７り粉体と
混合するには、例えば、有機バインダーとして固体状の
セラミックセルロースを用いる場合、まず、攪拌器内で
セラミック粉体とメチルセルロースを混合し、つぎに他
の液状有機バインダーと水とを混合したものを加えて、
全体を混合する。混合された材料は、攪拌当初は粒径が
細かいが、徐々に造粒されて粒径が太き（なるので、粒
径が１ｍｍ前後になれば攪拌混合を終了する。

つぎに、混練工程■では、上記工程で混合され、一定の
粒径に造粒された材料に対して、ニーダ−や三本ロール
等を用いて、バインダーがアルミナ粒子の表面をよく濡
らすように、充分に混練して坏土を製造する。

製造された坏土は、シート成形工程■で、真空押出成形
機等を用いてシート成形する。この工程では、坏土の脱
気とシート厚みの均一化を充分に行う。脱気が不充分で
あると、焼成時にグリーンシート内の空気が熱膨張し、
割れが発生する原因になる。また、シートの厚みが不均
一であると、焼成時の内部応力によって反りが発生する
原因になるので、シート厚みの均一化に影響を与える押
出金型の構造は重要である。なお、グリーンシートの厚
みバラツキは、グリーンシート厚み平均に対して±２％
以内に抑えるのが好ましい。

次に、乾燥工程■では、押出成形されたグリーンシート
を、そのまま乾燥機で乾燥させる。乾燥されたグリーン
シートは、打ち抜き工程■で、−定の外形サイズに打ち
抜く。このとき、焼成による収縮率を考慮して、必要と
するセラミック基板の外形寸法よりも大き目に形成され
た打ち抜き金型を用いる。

つぎに、この発明の製造法において重要な焼成工程■を
行う。まず、第１図に示すように、所定のサイズに打ち
抜かれたグリーンシート１を、セッター２の上に複数枚
重ねて置くとともに、グリーンシート１の周囲に、細長
い直方体形状の枠ブロック３を多数並べて囲む。このセ
ッター２および枠ブロック３は、アルミナ系２ムライト
系等のセラミックスにて形成されている。第２図および
第３図に示すように、上記グリーンシート２および枠ブ
ロック３を載せたセッター２を、複数段積み重ねるとと
もに、最上面にもセッター２で蓋をする。したがって、
グリーンシート２は、上下面および側面の全外周面を、
セッター２と枠ブロック３とで囲われることになる。

このようにして、セッター２と枠ブロック３からなるセ
ラミック材で全体が囲まれたグリーンシート１を、適宜
加熱炉に入れ、一定の焼成プログラムにしたがって昇温
加熱する。第４図には焼成プログラムの一例を示してお
り、１００°Ｃ／ｈｒの昇温率で１５７０℃まで昇温さ
せ、１５７０℃で３時間保持した後、降温する。この焼
成プログラムは、バッチ炉焼成の場合の標準的な焼成プ
ログラムであるが、グリーンシート１の材質や大きさ°
によって、焼成プログラムは適宜変更される。

以上のような製造工程を経てセラミック基板が製造され
るが、各工程■〜■の具体的実施条件は、セラミック基
板の材質やサイズ等の条件に応じて、適宜条件に変更す
ることができる。また、上記工程以外にも、通常のセラ
ミック基板の製造法で用いられている、適宜の処理工程
が加わる場合もある。

上記に説明した製造法において、グリーンシート１を囲
むセラミック材としては、図示したセンター２および枠
ブロック３のように、板状もしくはブロック状の部材を
組み立ててグリーンシート１を囲むようにすれば、個々
のセラミック材の製造が容易で、グリーンシート１のサ
イズ変更等にも対応し易いが、セラミック材の構造とし
ては、図示した形状および構造以外にも適宜変更するこ
とができる。例えば、グリーンシート１を収容する凹部
が形成された皿もしくはトレイ状のセラミック材を順次
積み重ねて使用することもできる。

なお、セラミック材のうち、グリーンシート１の載五面
は、出来るだけ平滑で平面度の良いものが、製造される
セラミック基板の平滑性や平面度を高めるために好まし
い。

セラミック材の材質としては、ヒーター等の加熱手段か
らの熱を、直接グリーンシート１に伝えず、間接的にグ
リーンシート１全体を均一に加熱できるとともに、焼成
時の高熱に耐える耐熱性のあるセラミックスからなるも
のであれば、前記したアルミナ系、その他の通常のセラ
ミックスが使用できる。

なお、この発明にかかるセラミック基板の製造法は、従
来のセラミック基板よりも大サイズのセラミック基板を
製造する場合に最も優れた効果を発揮するが、従来と同
様の比較的小サイズのセラミック基板の製造に通用した
場合にも、割れや反りを発生をより確実に防止して、品
質の良好なセラミック基板を製造できる利点がある。

つぎに、上記した、この発明の製造法を用いてセラミッ
ク基板を製造した具体的実施例について、以下に説明す
る。

一実施例− セラミック材料の配合は、平均粒径２．８μのアルミナ
９６部と、焼結助剤となるタルク４部とをからなり、こ
れらの材料を振動ミルを用いて６０分間混合した。

つぎに、攪拌機であるスーパーミキサー内で、上記セラ
ミック粉体１００部に対して、有機バインダーとして、
メチルセルロース６部、グリセリン３部、セラミゾール
２部、および水１６．５部を加え、３分間攪拌混合した
。その後、３本ロールを３回通過させて、充分に混練し
た。

上記のようにして製造された坏土を用い、押出成形機で
、幅約４００ｍｍ、厚み１．１ｍｍのグリーンシートに
成形した。このときの厚みバラツキは±３０μであった
。成形されたグリーンシートを乾燥した後、約３８０　
Ｘ　３８０ｍｍの大きさに打ち抜き、センターの上に１
０枚重ね、センターおよび枠ブロックで周囲を囲んだ状
態で、前記した第４図の焼成プログラムにしたがって、
バッチ式加熱炉で焼成した。

その結果、製造されたアルミナセラミック基板は、割れ
や反りの発生が全くなく、極めて品質の良好なものが製
造できた。

〔発明の効果〕

以上に説明した、この発明にかかるセラミック基板の製
造法によれば、セラミックグリーンシートの全体をセラ
ミック材で囲んだ状態で焼成することによって、グリー
ンシートに対する加熱を均一化できるので、グリーンシ
ートからのバインダーの燃焼除去、すなわち脱バインダ
ーがグリーンシートの全体で均一化されることになり、
焼成されたセラミック基板に割れや反りが発生するのを
確実に防止できる。すなわち、グリーンシートを直接加
熱する従来法では、加熱手段の加熱ムラ等によって、脱
バインダーの不均一が生じ易いのに対し、この発明では
、セラミック材を介して間接的にグリーンシートを加熱
するために、加熱手段の加熱ムラ等が緩和され、グリー
ンシート全体を平均的に加熱することができる。グリー
ンシートの加熱が均一化されることによって、脱バイン
ダーも均一になり、脱バインダーの不均一による割れや
反りの発生がなくなるのである。

したがって、従来の製造法では、製造不可能であった、
大サイズのセラミック基板を品質良好に製造することが
可能になり、ハイブリッドＩＣ基板等のセラミック回路
板の製造効率を高め、生産性の向上、コストダウンを図
ることができるとともに、従来の小サイズのセラミック
基板では実現困難であった、新しい用途の開発にも貢献
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる製造法に用いるセラミック材
の実施例を示す一部切欠斜視図、第２図はセラミック材
を積み重ねた状態の斜視図、第３図は前回の要部拡大断
面図、第４図は焼成プログラムを示すグラフ図、第５図
は製造工程を示す流れ図である。 １・・・グリーンシート　２・・・セッター　３・・・
枠ブロック 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第１図 第２図 第３図 第４図 時間　（ｈｒ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　セラミックグリーンシートを焼成してセラミック基
   板を製造する方法において、グリーンシート全体をセラ
   ミック材で囲って焼成することを特徴とするセラミック
   基板の製造法。