JPH0216795A - セラミック多層基板の製造方法 - 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、計算機、ハイブリッドＩＣ等に使用するた
めの銅導体を内部に配線したセラミック多層配線基板の
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、セラミック多層基板には、多くの場合９２〜９６
％のアルミナ基板が使われてきた。このようなアルミナ
基板は１６００℃のような高温で焼成しなければならず
、このため多層基板とするためには配線用導体としてタ
ングステン、モリブデン等の高融点金属が使われてきた
。しかし最近では配線用導体として、さらに低抵抗の材
料を要求されるようになり、銀または金糸等の導体を配
線材料として使用できるように、低温で焼成できる基板
が開発されるようになってきた。

次に低温焼成基板−の製造方法について説明する。

まず、アルミナ粉末とガラス粉末を配合し、トルエンと
エタノールの共沸点付近の液体に、結合剤としてポリビ
ニールブチラール樹脂、可塑剤としてフタル酸ジブチル
、解膠剤としてブチルグリコレート等を溶解し、その液
で配合粉末をよく混合してスラリーとし、ドクターブレ
ードを通して。

ポリエチレンテレフタレートシートの上に粉末のスラリ
ーを流し出す。しかる後このスラリーをよく乾燥し、セ
ラミック粉末のグリーンシートとポリエチレンテレフタ
レートを分離する。

セラミック粉末のグリーンシートは切断されて、スルー
ホールがあけられ、その中に銅または金糸のペーストが
埋められ、さらに銀または金糸のペーストで配線が印刷
された後多層に積層され、熱圧着された後、大気中で１
０００℃以下で焼成するなどの工程で製造されている（
特開昭６０−２４０９５など）。

〔発明が解決しようとする課題〕

多層配線の基板を銀糸または金糸の導体を配線材料とし
て製造する場合には以上のようにして行われていた。し
かし銀系導体はマイグレーションが問題であり、金糸導
体は高価であるため、銀、金と同様に低抵抗体の銅系導
体を配線材料とすることが望まれていた。この場合の問
題点は銀や金のような貴金属と異なり、大気中で焼成す
ると銅が酸化することである。このため焼成雰囲気は中
性または還元性でなければならず、基板材料がこのよう
な雰囲気で還元されないこととともに、グリーンシート
を製造する場合に使用する溶剤、結合剤、可塑剤、分散
剤がこのような雰囲気で基板の焼結剤に飛散することが
必要である。この場合結合剤としてポリビニールブチラ
ール樹脂を用いると、結合剤が飛散しないで、炭素が残
留するため使えないという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、銅を配線材料として使用できる導体とグリー
ンシートとを同時焼成して厚膜ハイブリッドＩＣが製造
できるとともに、内部配線に銅を使用して同時焼成の多
層配線セラミック基板を製造できるセラミック多層基板
の製造方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るセラミック多層基板の製造方法は、セラ
ミック粉末とそれを８００〜１０００℃で焼結するため
の焼結助剤を配合する工程、トルエンまたはキシレンを
主成分とする溶剤に、結合剤としてメタクリル酸系のコ
ポリマー樹脂および可塑剤を溶解混合し、スラリーを作
成する工程、このスラリーをドクターブレードによって
グリーンシートに成形し、銅導体を印刷配線する工程、
これを多層に積層する工程、および積層体を微量の酸素
を含む湿潤窒素雰囲気中で焼成する工程よりなる方法で
ある。

セラミック粉末としては、アルミナ、コージェライト、
シリカ、ムライト、ジルコンなどの粉末があげられる。

焼結助剤としてはガラスが好ましい。メタクリル酸系の
コポリマーとしては、メタクリル酸メチル（以下ＭＭＡ
と記す）とメタクリル酸イソブチル（以下ｉＢＭＡと記
す）のコポリマーが好ましい。

可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸メチル、
フタル酸エチル、フタル酸ブチル、フタル酸オクチル、
マレイン酸メチル、マレイン酸エチル、マレイン酸ブチ
ル、ポリエチレングリコールの１種以上から選ばれるも
のが使用できる。

セラミック粉末および焼結助剤の合計重量を１００とし
た場合、ＭＭＡとｉＢＭＡのコポリマーが４〜２５、可
塑剤が１〜１５の重量比の領域にあることが好ましい。

本発明では、スラリーを製造するときに添加される結合
剤としてメタクリル酸系のコポリマー樹脂を使用し、可
塑剤としてフタル酸ジブチルを使用するとともに、焼成
雰囲気を湿潤窒素雰囲気として焼成する。

この発明における結合剤の配合は水分を含む窒素雰囲気
中で、セラミックグリーンシートの焼結が始まる７００
℃以前には完全に分解し、飛散するので、セラミック中
に炭化水素および炭素が残留することがなく、しかも配
線材料の銅が酸化されることなくセラミック多層配線基
板を焼結することができる。

メタクリル酸系の種々のコポリマーのうちＭＭＡとｉＢ
ＭＡのコポリマーを加熱してその減量を調べた結果、第
１図に示すように、このコポリマーはＮ２ガス中で加熱
した場合の飛散性が特に高いことが判った。グリーンシ
ート成形時に使用する溶剤に溶解する樹脂の主なものに
スチレン系、アクリル系、ビニール系等があるが、芳香
族炭化水素を含むものは酸素のない雰囲気で残留カーボ
ンが残りやすいため、バインダーとしては不適当である
。

脂肪族炭化水素のバインダーはアクリル系とビニール系
があるが、ビニール系でセラミックのシート成形に使用
される代表的なものはポリビニールブチラール樹脂（Ｐ
ＶＢ）である。しかしながらこのＰＶＢは第２図に示す
ように、窒素中で加熱した場合５００℃以上で数％残っ
た残留物は８００℃を越えても除去されないため、銅を
導体とする導体との同時焼成セラミック基板には適用で
きない。

一方、可塑剤として使われるフタル酸ジブチル（ＤＢＰ
）およびポリエチレングリコールは第２図に示すように
、ポリマーでないために窒素中３００℃付近で完全に飛
散しており１本発明の目的に使用することができる。

そこでＨＭＡ−ｉＢＭＡコポリマーを結合剤とし、可塑
剤にＤＢＰを用いてセラミック粉末とともにシー１−成
形を行い、シート成形性、窒素中焼成によるバインダー
の飛散性、同じ雰囲気中における配ａ銅導体の酸化によ
る導電性の低下等を調べた結果多層配線基板に適するこ
とがわかった。

スラリー、グリーンシートおよび積層板の形成方法など
は従来と同様である６ 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を、メタクリル酸メチルとメ
タクリル酸イソブチルとのコポリマー（ＭＭＡ５０　：
　ｉＢＭＡ５０）を結合剤とする場合について説明する
。

まず、セラミック粉末としてアルミナ粉末を用い、焼結
助剤としてガラスを用い、重量比で５０＝５０にして１
００ｇ用意した。この混合粉末にメタクリル酸メチルと
メタクリル酸イソブチルのコポリマーの粉末を１６ｇ、
ＤＢＰを７ｇ、トリオレイン１．５ｇを添加したトルエ
ン８５ｃｃを混合してスラリーを作成し、ドクターブレ
ード法によってスラリーをポリエチレンテレフタレート
膜上に流し出し、乾燥してセラミック粉末のグリーンシ
ートを作成した。このシートに直径１００μｍのスルホ
ールをあけ、その中に銅ペーストを埋める。さらに銅ペ
ーストで配線回路を印刷する。このようにして配線回路
を印刷したグリーンシートを多層にして、　５０”Ｃに
加熱したホラ１−プレートの間で２０ｋｇ／　ｃＪ　の
圧力を加えて圧着積層した。これを雰囲気の制御できる
炉の中に入れ、１５０＋＋＋ａ＋ｌ（ｇ水蒸気で飽和し
た１０ｐｐｍの酸素を含む窒素ガスを通し、５０℃／時
間の割合で５００°Ｃで５時間保持した後９００℃まで
加熱し、９００℃で３時間焼結した後冷却した。このよ
うに作成した多層配線セラミック基板は内部まで白色で
あり、残留炭素がなく、内部まで脱バインダー化が完了
していることを示していた。

なお、この時の銅配線抵抗は約３１１１Ω／ｄであり、
導電率は設計値通りで特に問題はなかった。

上記の実施例において重要なことは、結合剤であるＭＭ
Ａ−ｉＢＭＡのコポリマーと、可塑剤であるＤＢＰとの
量比である。もしＤＢＰが入っていないと、シートはひ
び割れを起す。またもしＤＢＰが多いと、シートは柔く
なりすぎて切れやすくなる。この点について詳細に調べ
たところ、第３図の領域Ａに示したように、　粉末１０
０に対して、ＭＭＡ−ｉＢＭＡのコポリマーが６〜２５
の重量比、　　ＤＢＰが１〜１５の重量比の領域にある
場合に良好なグリーンシートが得られることを確認した
。ＭＭＡ−ｉＢＭＡのコポリマーがこの領域より多い場
合もグリーンシートはできるが、焼成収縮が大きく、焼
成基板は変形しやすい。

またＤＢＰがこの領域より多い場合もグリーンシートは
形成できるが、シートが柔くなり、伸び、変形が発生し
やすく、ハンドリング性を悪くする。

また前記実施例ではバインダーＨＭＡ−ｉＢＭＡコポリ
マーの組成比が重量比で５０　：　５０の時について説
明したが、　ＨＭＡの組成比が１０〜９０％の範囲での
コポリマーを適用した場合でも良好な結果が得られ、Ｈ
ＭＡ　１０％のコポリマーを適用したシートでは、積層
性、脱バインダー性に優れた傾向がみられ、ＨＭＡ　９
０％のコポリマーを適用したシートではシートの取扱、
ハンドリング性に優れた傾向がみられた。また前記実施
例においては可塑剤としてＤＢＰを用いたが、フタル酸
エチル、フタル酸メチル、フタル酸ブチル、フタル酸オ
クチル、マレイン贋エチル、マレイン酸メチル、マレイ
ン酸ブチル、ポリエチレングリコールなどを適用しても
同様の効果が得られた。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、セラミック粉末、８
００〜１０００℃で焼成させる焼成助剤、結合剤として
のメタクリル酸系のコポリマー樹脂、および可塑剤を特
定の溶剤を用いてグリーンシートを作成し、銅導体を印
刷して特定のガス雰囲気で焼成するため、グリーンシー
トが還元されることなく、かつ銅導体が酸化されること
なくセラミック多層基板を製造することができる。その
結果低温で焼成でき、かつ低抵抗の導体を得ることがで
き、安価で高性能なセラミック多層基板を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は窒素中でＭＭＡ−ｉＢＭＡのコポリマーを加熱
した場合の温度と減量の関係図、第２図は窒素中でＤＢ
Ｐ、　ＰＶＢ、トリオレインおよびポリエチレングリコ
ールを加熱した場合の温度と減量の関係図、第３図は結
合剤（ＨＭＡ−ｉＢＭＡコポリマー）と可塑剤（ＤＢＰ
）の好ましい配合比を示す関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック粉末とそれを８００〜１０００℃で焼
   結するための焼結助剤を配合する工程、トルエンまたは
   キシレンを主成分とする溶剤に、結合剤としてメタクリ
   ル酸系のコポリマー樹脂および可塑剤を溶解混合し、ス
   ラリーを作成する工程、このスラリーをドクターブレー
   ドによってグリーンシートに成形し、銅導体を印刷配線
   する工程、これを多層に積層する工程、および積層体を
   微量の酸素を含む湿潤窒素雰囲気中で焼成する工程より
   なることを特徴とするセラミック多層基板の製造方法。