JPH02267990A - 回路基板の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は回路基板の製造方法に関し、−層詳細には、比
誘導率が６．５未満の結晶化ガラス（例えば、コージー
ライト結晶化ガラス）を素地とし且つこの素地からなる
グリーンシートに導電材料として銅を用いて回路基板を
製造するに際し従来欠点とされていた素地と導電体との
間の収縮不整合を防止する技術に関する。

［従来の技術］ 絶縁材料として結晶化ガラスを使用すると共に導電材料
として銅を使用するセラミック多層回路基板の従来代表
的な製造技術としては特開昭５５−１２８８９９号が挙
げられ、この技術は「銅の融点よりも低い温度で結晶化
するガラス粒子からなるグリーンシートの表面に、導電
層となる銅を含むペーストによるパターンを印刷すると
共に、予めグリーンシートの必要な位置に穿設したスル
ーホールに該銅ペーストを注入して得た複数のシートを
積層して一体化したのち、炭素には酸化性、銅に対して
は非酸化性を呈する湿った水素の雰囲気中で、上記ガラ
スの徐冷温度と軟化温度の間で加熱して上記グリーンシ
ートの積層体に含まれる有機質粘結剤を分解し、ついで
該雰囲気を不活性雰囲気に置き換えて積層体を上記ガラ
スの結晶化温度まで加熱する」 ことを特徴とする。然しながら、この技術においては工
程管理の面（量産性に関係する）や最終生産物の品質面
に難点があった。

この難点を解消すべく特開昭第６２−４８０９７号の方
法が開発され、この方法は 「結晶化可能のガラス粒子からなるグリーンシートを製
作する工程と、銅または酸化銅、若しくは両者の混合物
に、上記結晶化可能のガラス粒子と等質のガラス粒子を
銅を基準として重量比で５：９５〜２５　：　７５の割
合で配合した銅ペーストを製造する工程と、上記グリー
ンシートに、上記銅ペーストによって回路パターンを印
刷する工程と、上記回路パターンを印刷したグＩＪ　−
ンシート上に、該グリーンシートと等質のガラス粒子の
絶縁ペーストを塗布して絶縁層として被覆する工程と、
上記絶縁ペースト上に、上記銅ペーストによる回路パタ
ーンを印刷すると共に、該回路パターンを上記グリーン
シート上の回路パターンに導通する銅ペーストを、予め
絶縁ペース°トに設けた小孔に注入する工程と、前工程
の絶縁ペーストと銅ペーストによる回路パターンまたは
両者の複数層を積層、導通する工程と、酸化性雰囲気中
４００〜８５０℃に加熱する工程と、還元性雰囲気中８
５０〜１０５０℃に加熱する工程」 からなることを特徴とする。然しなから、この方法は最
終の還元性雰囲気における還元処理を８５０〜１０５０
℃の高温度で行なう結果、銅の収縮が急激に起って素地
との間に収縮不整合が生じ、回路パターンに亀裂を発生
したり、スルーホール導体の充填が不充分となったり、
あるいは最終製品に反り（変形）を残してこの製品の使
用を困難にする等の欠点を有した。

さらに、銅ペーストに使用したバインダーを除去する脱
バインダー工程に関し、カーボンの不完全な焼却に起因
する難点を解消すべく、特開昭第６３−２３３０９０号
の方法が開発され、この方法は脱バインダー処理を空気
雰囲気下で行なうことにより脱カーボン処理をより完全
にすることを特徴とする。然しなから、この方法におい
ては脱バインダー処理を酸化雰囲気中で行なう結果、こ
の工程でＣｕがＣｕＯまで酸化して体積膨張を生ぜしめ
、銅と素地との間の収縮不整合は依然として未解決のま
まである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記から明らかなように、従来技術はいずれも焼成工程
における銅と素地との間の収縮不整合の問題を考慮して
おらず、また解決もしていない。

従って、本発明の目的は、導電体として銅を用い且つ素
地として結晶ガラス（例えば、コージーライト）を用い
る回路基板の製造に際し、従来難点とされていた銅と素
地との間の収縮不整合の問題を解消することにより、最
終製品における亀裂や反り（変形）を防止すると共に導
体の充填率が充分なスルーホールを形成することにある
。

［課題を解決するための手段］ 前記の課題を解決するために、本発明はＣｕＯとＣｕと
の重量比が４０　：　６０〜９５：５の範囲内にあるＣ
ｕＯとＣｕからなる銅ペーストを比誘電率が６．５未満
である結晶化ガラスの素地からなるグリーンシートに塗
布し、次に、前記グリーンシートと前記銅ペーストとの
両者が収縮する温度より低い温度の中性雰囲気下におい
て脱バインダーおよび脱カーボン処理を行ない、次いで
前記銅ペーストの中、Ｃｕが焼結および収縮しない温度
の還元雰囲気下においてＣｕＯをＣｕまで還元処理した
後、中性雰囲気下において最終焼成温度９００〜１０５
０℃まで２０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で高速焼成する
工程を含むことを特徴とする。

［実施態様］ 以下、本発明に係る回路基板の実施態様について説明す
る。

本発明に用いる銅ペーストとしては、−従来技術と同様
にＣｕＯとＣｕと通常のバインダー、溶剤および分散剤
とからなる銅ペーストを使用するが、本発明においては
ＣｕＯとＣｕとの重量比を４０　：　６０〜９５：５の
範囲にすることが必須である。何故なら、Ｃｕが５重量
％以下では焼成時における銅ペーストの収縮率が大とな
って素地の収縮率との間に整合が得られず、また、Ｃｕ
が６０重量％以上では脱バインダー時にＣｕ粉末同士の
焼結が生じて銅ペーストが収縮する結果、基板に反りが
生ずるからである。なお、銅ペースト中には上記成分の
他に実質的に素地と同じ組成のセラミック粉末を混入す
ることも出来る。

本発明において素地として用いる結晶化ガラスは比誘電
率が６．５未満の結晶化ガラスであって、例えば、次の
組成 Ｍ　ｇｏ　　　　１２重量％ Ａｌ２Ｏ２３３重量％ ＳｉＯ３４８重量％ Ｂ、Ｏ，＋　　　　５重量％ ＴｉＯ２２重量％ を有するコージーライト、方よび次の組成５Ｉ０２　　
　７１．０重量％ Ａ　Ｉｌ　’２０３　　１３．０重量％ＢａＯ２，０重
量％ ＺｎＯ２，５重量％ Ｌｉ＝０　　　８．０重量％ に２０　　　　２．０重量％ Ｐ２Ｏ，１，５重量％ を有するβ−スポジューメン等が包含される。

銅ペーストをグリーンシートに塗布する方法はスクリー
ン印刷を含め全ゆる当業界で知られた任意の手段を採用
し得るが、スクリーン印刷法を用いるのが好適である。

なお、このグＩＪ　−ンシートには必要に応じスルーホ
ールを予め所定位置に適宜穿設することは勿論である。

このように作成された材料を任意の枚数で積層した後、
本発明による焼成処理を行なう。先ず最初に素地と銅ペ
ーストとの両者が収縮する温度より低い温度、すなわち
、第１図から諒解されるように、８００℃以下、好まし
くは４００〜８００℃、特に好ましくは脱バインダーと
脱カーボンとをより迅速に生せしめるべく約８００℃の
温度にて中性雰囲気下、好ましくはＮ２＋Ｈ２０水蒸気
よりなる雰囲気下（特開昭第６３−２３３０９０号の酸
化雰囲気に対比）で脱バインダーおよび脱カーボン処理
を行なう。この工程は素地の急激な焼結・収縮が生ずる
温度よりも低い温度で行なわれるため、銅と素地との間
の収縮不整合が起こらない。

次いで、脱バインダーおよび脱カーボン処理の後、銅ペ
ーストに含有されるＣｕが焼結および収縮しない温度、
すなわち４００〜６００℃（特開昭６２−４８０９８号
の８５０〜１０５０℃に対比）の温度にて還元雰囲気下
（好ましくは、Ｎ２＋Ｈ２）で処理してＣｕＯをＣｕま
で還元する。この工程においても銅と素地との間に収縮
不整合が生じないことは勿論である。

最後に、中性雰囲気（好ましくは、Ｎ２雰囲気）にて銅
と素地との間の収縮不整合を回避すべく高速焼成を行な
い、その条件は昇温速度２０℃／ｍｉｎ以上且つ最終焼
成温度９００〜１０５０℃である。

このような条件を用いることにより、収縮不整合が防止
される結果、最終生産物には亀裂も反り（変形）も出現
せず、さらにスルーホール中への銅の充填も十分となっ
て良品質の最終製品が得られる。

［実施例］ 以下、限定はしないが好適実施例により本発明をさらに
説明する。

実施例１ コージーライト原料粉末をシャモットルツボ内で１５０
０℃にて溶融させ、次いで水中に投入してガラス化させ
た。これをアルミナボールを用いる振動ミルにて平均粒
径３μｍまで粉砕した。

この平均粒径３μｍのコージーライト結晶化ガラス粉末
１００部をアクリル結合剤１０部、トルエン溶剤４０部
および分散剤２部と混合し、この混合物をアルミナポッ
トによりスラリー化した後、ドクターブレード法により
成形して０．４ｍｍ厚みのグリーンシートを作成した。

他方、平均粒径２μｍのＣｕ０９ＨＢと平均粒径１μｍ
のＣｕｌＯ部とアクリル結合剤２部と適量のテルピネオ
ールとをトリロールミルにより混錬ペースト化して銅ペ
ーストを作成した。

上記のように作成したグリーンシートの上に上記の銅ペ
ーストをスクリーン印刷して回路パターンを形成すると
共ににスルホール印刷を施した。その任意の枚数を８０
℃の温度且つ１００　ｋｇ／ｃ［ａ２の圧力にて積層さ
せた。

次いで、積層体を水蒸気分圧０．３ａｔｍの湿潤窒素雰
囲気中に入れて２００℃／ｈｒの速度で８００℃まで昇
温し、この温度に２時間保持して脱バインダーおよび脱
カーボン処理を行なった。

続いて、Ｎ２　：Ｈ，の比を１：３とした還元雰囲気に
て５５０℃で３０分間保持し、ＣｕＯをＣｕまで還元し
た。

最後に、メツシュベルト炉にて窒素雰囲気下に２５℃／
ｍｉｎの昇温速度で１０００℃まで昇温し、この温度に
１時間保持して多層回路基板を得た。

このように作成した多層回路基板は比誘電率５．８　（
ａｔ　Ｉ　ＭＨｚ）でありシート抵抗値が３ｍΩ／口（
厚さ２０ｍｍ換算）である特性が得られた。

比較例１ 実施例１における最＃焼成工程を昇温速度１０℃／ｍｉ
ｎで行なった以外は、実施例１の手順を反復した。得ら
れた多層基板には、うねりが発生したため実用品として
供し得なかった。

実施例２ コージーライトの代わりにβ−スポジューメンを用いた
以外は実施例１と同じ手順によりグリーンシートを作成
した。

他方、平均粒径２μｍのＣｕＯ５５部、平均粒径１ｕｍ
のＣｕ４０ｇｒ！３、素地と同じ組成と３μｍの平均粒
径とを有するβ−スポジューメン結晶化ガラス５部、ア
クリル結合剤２部および適量のテルピネオールを用いて
トリロールミルで混錬ペースト化することにより銅ペー
ストを作成した。

上記で得られた銅ペーストとグリーンシートとを用いて
実施例１におけると同様に回路パターンの形成および積
層化を行なって積層体を得た。

この積層体を、２００℃の昇温速度で６００℃まで昇温
し且つこの温度に１０時間保持することにより水素分圧
ＯＪａｔｍの湿潤窒素雰囲気下で脱バインダーおよび脱
カーボン処理を行なった。

その後の工程は、最終の高速焼成におけるピーク温度を
９５０℃とした以外は実施例１と同様に還元処理と最終
の高速焼成を行なって多層回路基板を得た。

このように作成した多層回路基板は比誘電率６．３　（
ａｔ　Ｉ　ＭＨｚ）およびシート抵抗値３．５ｍΩ／口
（厚さ２０μｍ換算）という特性が得られた。

なお、以上の実施例においては、積層体としての多層基
板について説明しているが、本発明方法は多層回路基板
に限定されるものではなく、−層の回路基板に適用出来
ることは謂うまでもない。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、銅ペーストとして特定
比率でＣｕＯとＣｕとを含有するペーストを使用し且つ
特定の比誘電率を有する素地を使用すると共に、脱バイ
ンダーおよび脱カーボン処理を素地と銅ペーストとの両
者が収縮する以前の温度で行ない、さらに還元処理を６
００℃以下という比較的低温度で行なった後、素地と銅
との間の収縮不整合を生ぜしめないような高速焼成（２
０℃／ｍｉｎ以上）により処理するので、素地と銅との
間に収縮不整合が起こらず、得られる最終製品には亀裂
も反り（変形）も発生せず、しかも導体の充填率が充分
なスルーホールを形成することが出来る。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、
例えば、素地や銅ペーストの組成あるいは焼成処理条件
等本発明の範囲内において種々改変をなし得ること等、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＣｕＯとＣｕとの重量比が４０：６０〜９５：５
   の範囲内にあるＣｕＯとＣｕからなる銅ペーストを比誘
   電率が６．５未満である結晶化ガラスの素地からなるグ
   リーンシートに塗布し、次に、前記グリーンシートと前
   記銅ペーストとの両者が収縮する温度より低い温度の中
   性雰囲気下において脱バインダーおよび脱カーボン処理
   を行ない、次いで前記銅ペーストの中、Ｃｕが焼結およ
   び収縮しない温度の還元雰囲気下においてＣｕＯをＣｕ
   まで還元処理した後、中性雰囲気下において最終焼成温
   度９００〜１０５０℃まで２０℃／ｍｉｎ以上の昇温速
   度で高速焼成する工程を含むことを特徴とする回路基板
   の製造方法。
2. （２）請求項１記載の製造方法において、脱バインダー
   および脱カーボン処理する条件はその温度が４００〜８
   ００℃であり、好ましくは約８００℃の温度であり且つ
   その雰囲気が窒素と水蒸気とからなる中性雰囲気であり
   、ＣｕＯをＣｕまで還元処理する条件はその温度が４０
   ０〜６００℃の温度であり且つその雰囲気が窒素と水素
   とからなる還元雰囲気であり、さらに最終工程における
   高速焼成の条件においてその雰囲気が窒素雰囲気である
   ことを特徴とする回路基板の製造方法。
3. （３）請求項１または２記載の製造方法において、回路
   基板は複数枚積層した多層回路基板であることを特徴と
   する回路基板の製造方法。