JPH02289460A - セラミックス基板の製造方法 - 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］ 本発明はセラミック基板の製造方法に関する。

本発明で得られるセラミック基板は電子材料分野におい
て蒸着基板、ＩＣおよびＬＳＩ基板、ＨＩＣ基板、抵抗
基板等の各種に使用される。

〔従来の技術］ セラミック基板の成形法には、セラミック粉末とバイン
ダーの混合物をプレス成形後に焼成する乾式成形法と、
セラミック粉末にバインダー可塑剤、分散剤、溶剤等を
加えてスラリーとしたものを塗工してグリーンシートを
得、これを焼成する湿式成形法とがある。乾式成形法で
は、１ｍｍ以下のセラミック基板を製造することが困難
であり、また表面平滑性を要求される場合には焼成後に
研磨する必要があり、好ましい成形法とは言い難い。こ
れに対して湿式成形法では、表面の平滑なキャリアフィ
ルム上に塗工してグリーンシートを得るので、焼成した
ままの状態で表面平滑な基板が得やすいとされている。

湿式成形法は次の工程からなる。

ａ）スラリー調整工程：セラミック粉末と焼結助剤にバ
インダー、可塑剤、分散剤、溶剤等を加え。

ボールミル等で十分混合・分散させてスラリーを得る工
程。

ｂ）成形工程ニスラリ−を表面の平滑なキャリアフィル
ム（例えばポリエステルフィルム等）の上にドクターブ
レードを用いて塗工し、乾燥してグリーンシートを１−
）る工程。

Ｃ）焼成工程ニゲリーンシート中の有機成分を仮焼成に
よって除去した後、大気中、水素中、窒素中または真空
下で本焼成して焼結体を得る工程。

この方法に於いては成形工程が最も重要であり、歩留ま
りの向上のためには、ひび割れのない嵩密度の安定した
グリーンシートを得ることが、また焼結収縮率を小さく
し基板表面の平滑性を向上させるためには、セラミック
粉末を十分に分散させ、かつグリーンシートの嵩密度を
向上させることが必要になる。

しかしサブミクロンオーダーのセラミック粉末を使用す
る場合、上記を満足することは非常に困難である。例え
ばサブミクロンオーダーのセラミック粉末に少量の有機
バインダーを添加したスラリーを乾燥し、グリーンシー
トとしたものは十分な強度が保てずひび割れが発生する
。また有機バインダーを大川に用いると十分な強度を保
つことはできるが１分散性が悪くなり、かつグリーンシ
ートの嵩密度が低いため焼結性が悪く、得られるセラミ
ック基板の焼結密度１表面粗さは苦しく劣ったものとな
る。さらに少量の有機バインダーで十分な強度を保てる
ように高重合度の有機バインダーを用いればグリーンシ
ートの嵩密度は大きくなるが粉末の分散性が非常に悪く
、セラミック基板の表面平滑性は著しく劣ったものとな
る。

このため、特開昭５０−１５３０１８号公報（引例１）
では、ひび割れのないグリーンシートを得るために低重
合度のポリビニルブチラールと高重合度のポリビニルブ
チラールを混合使用すること、グリーンシートの嵩密度
を大きくするためにバインダーとの混合の前にアルミナ
粉末のみをボールミルで予備混合すること、また特開昭
６０−２３９３５２号公報（引例２）では、ひび割れが
なく嵩密度の大きなグリーンシートを得るためにまず低
重合度の有機バインダーによりセラミック粉末を単一粒
子になるまで分散し、その後高重合度の有機バインダー
を添加して混合すると言った工夫がなされている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし引例１の方法では、ポリビニルブチラールに対す
る可塑剤の量が多いため、バインダーとセラミック粉末
間の結合力が低下し焼結時に割れ易く、かつグリーンシ
ートがべたつき取扱性が劣ると言う問題がある。また引
例１．２の方法は共に、一種類のポリビニルブチラール
を使用する場合に比較してグリーンシートの嵩密度のバ
ラツキが太き（、そのため焼結収縮率が安定せず歩留ま
りが低下すると言う問題があり、時にはポリビニルブチ
ラールのＬＯＴが変わるとグリーンシートの嵩密度が色
部に低下しグリーンシートにひび割れが起こることさえ
ある。尚、平均粒径２〜３μのセラミック粉末を使用し
た場合も、サブミクロンオーダーのセラミック粉末を使
用した場合程ではないが、同様の傾向がみられる。

〔課題を解決するための手段１ 本発明前は、かかる現状に鑑み鋭意研究を行った結果、
混合使用するポリビニルブチラール間のブチラール基の
モル％（ポリビニルブチラールはポリビニルアセテート
なケン化してポリビニルアルコールとし、それをブチラ
ール化することでつくられる。しかしポリビニルアルコ
ールを完全にブチラール化することは出来ず、またケン
化の際にも少量のアセチル基が残るためポリビニルブチ
ラールの化学構造は下記の通りとなる。

ここでｌ　ｏｏｘ　Ｉ／　（１＋ｍ＋ｎ）をブチラール
基のモル％と言う）の差がグリーンシートの嵩密度とひ
び割れに大きく影響することを見いだし、本発明を完成
するに至った。

即ち本発明は、 （１）セラミック粉末を主成分とし、バインダーとして
重合度の穴なる２種類量−Ｆのポリビニルブチラールを
含む非水系スラリーをシート状に成形後、焼成して基板
を製造する方法において、各々のポリビニルブチラール
間のブチラール基のモル％の差が４％以下であることを
特徴とするセラミック基板の製造方法及び（２）セラミ
ック粉末を主成分とし、バインダーとして重合度の胃な
る２種類以上のポリビニルブチラール及び可塑剤を含む
非水系スラリーをシート状に成形後、焼成して基板を製
造する方法において、各々のポリビニルブチラール間の
ブチラール基のモル％の差が４％以下であり、混合使用
するポリビニルブチラールのブチラール基のモル％の加
重平均値に対する可塑剤とバインダーの割合が第１図の
線分Ａ−Ｂ−以上の高重合度ポリビニルブチラールとを
混合使用する。強い粘結力と柔軟性を有するグリーンシ
ートを得るためには低重合度ポリビニルブチラールと中
重合度及びまたは高重合度ポリビニルブチラールを５：
ｌ〜１：１で配合するのが好ましい。

本発明では、混合使用するポリビニルブチラール間のブ
チラール基のモル％の差を４％以下に抑えることが重要
であり、４％を越えるとグリーンシートの嵩密度が急激
に低下し、グリーンシートにひび割れが入りやすくなる
と共に焼結体の表面平滑性が低下する。

可塑剤はグリーンシートの柔軟性を調整するために使用
されるがバインダーと可塑剤の混合割合もグリーンシー
トのひび割れに８３　ｅを及ぼす。好適な可塑剤とポリ
ビニルブチラールの混合割合はポリビニルブチラールの
ブチラール基のモル％により異なっており、混合使用す
るポリビニルブチラールのブチラール基のモル％の加重
平均値に対して、可塑剤とバインダーの割合をプロット
した点が第１図における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−ＦＣ
−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内にあることを特徴と
する セラミック基板の製造方法を提供するものである。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明に使用されるセラミック粉末としてはアルミナ、
ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等
が、可塑剤としてはトリエチレングリコール、ポリアル
キレングリコール、ＤＯＰ、ＤＢＰ、ＢＢＰ等のフタル
酸エステル等が用いられる。また、有機溶剤としてはト
リクロルエチレン、ｎ−ブタノール、エチルアルコール
、トルエン、メチルアルコール、ＭＥＫ等とこれらの共
沸混合物が用いられる。

バインダーとしてはポリビニルブチラールを使用するが
、その分子量分布がグリーンシートのひび割れ発生に大
きな影響を及ぼすので、広範な分子量分布を有するよう
に重合度が１００以上で５００未満の低重合度ポリビニ
ルブチラールと重合度が５００以上で１０００未満の中
重合度ポリビニルブチラール及びまたは重合度がｔｏｏ
。

−八で囲まれる範囲内にあることが好ましい。面、第１
図において点Ａ−Ｆの横軸（混合使用するポリビニルブ
チラールのブチラール基のモル％の加重平均値）と縦軸
（可塑剤／ポリビニルブチラールの割合）の値は次の通
りである。

点　　　横軸　　　縦軸 Ａ　　　　７５　　　　０．７０ Ｂ　　　　？５　　　　０．１５ Ｃ７１０，２０ Ｄ　　　　６０．５　　　０．５０ Ｅ　　　　６０．５　　　１．０５ Ｆ　　　　７１　　　　０．７５ 可塑剤とバインダーの混合割合を上記範囲に限定した理
由は、上記範囲より可塑剤の割合を減らすとグリーンシ
ートの柔軟性が失われグリーンシートのひび割れを生じ
易（、上記範囲より可塑剤の割合を増やすとグリーンシ
ートのべたつきを生じ取扱性が劣ると共にバインダーと
セラミック粉末間の結合力が低下しグリーンシートの強
度低下を招きグリーンシートがひび割れ易くまた焼結時
に割れ易くなるためである。

［実施例］ 以下本発明を実施例と共に具体的に説明するが。

本発明の趣旨を外れない限り、本発明の技術的範囲は、
これに限定されるものではない。

実施例１ 平均粒径０４μのアルミナ粉末（昭和電工製ＵΔ−５０
５５）１００部に焼結助剤として酸化マグ参シウム（Ｍ
　ｇ　Ｏ）を０．２５部、粉砕助剤としてエチレングリ
コールを０．３部添加しポリエチレン製のポット中で４
０時間、乾式で粉砕した。

そこに、バインダーとして低重合度ポリビニルブチラー
ルと中重合度及びまたは高重合度ポリビニルブチラール
（（Ｉｌし３々のポリビニルブチラール間のブチラール
基のモル％の差は４％以下）を合計で１１部、可塑剤と
してジブチルフタレート７部、有機溶剤としてメチルエ
チルケトン・メタノール・ブタノールの混合溶剤４２部
、分散剤としてツルとタントリオレエート１部を加えて
７２時間混合してスラリーとし、脱泡し、スラリー粘度
を２００ボイスに調整した後ドクターブレード装置にて
ポリエステルフィルム上に塗工し、乾燥して厚さ１ｍｍ
のグリーンシートを（また。

その後上記のグリーンシートを５０Ｘ５０ｍｍの寸法に
金型にて打ち扱き、それを電気炉で大気雰囲気下、１６
００℃で２時間焼成してアルミナセラミック基板を得た
。ポリビニルブチラールの混合内容、グリーンシートの
状態、嵩密度、引張り強度、及び得られたアルミナセラ
ミック基板の焼結密度、表面粗さを合わせて第１表（試
料ＮＯ１〜３）に示す。

比較例１ バインダーとして低重合度ポリビニルブチラールと中重
合度及びまたは高重合度ポリビニルブチラール（但し各
々のポリビニルブチラール間のブチラール基のモル％の
差は４％を越す）を合計で１１部使用した以外は実施例
１と同様の工程を経てアルミナセラミック基板を得た。

ポリビニルブチラールの混合内容、グリーンシートの状
態、嵩密度、引張り強度、及び得られたアルミナセラミ
ック基板の焼結密度、表面粗さを合わせて第１表（試料
Ｎ０９４〜５）に示す。

（以下余白） 第１表より本発明よりなるアルミナセラミック基鈑は比
較例のアルミナセラミック基鈑に比較し、グリーンシー
トの状態・嵩密度・引張り強度、及び焼結密度、表面粗
さが優れていることがわかる。

実施例２ 平均粒径０．５μのＡＬＮ粉末（徳山曹達製Ｆグレード
）１００部に焼結助剤として酸化イツトリウム（Ｙ、Ｏ
ｌ）を３部、粉砕助剤としてエチレングリコールを０．
３部添加しポリエチレン製のポット中で１時間、乾式で
混合した。

そこにバインダーとして低重合度ポリビニルブチラール
と中重合度及びまたは高重合度ポリビニルブチラール（
但し各々のポリビニルブチラール間のブチラール基のモ
ル％の差は４％以下）を合計で９部、可塑剤としてジブ
チルフタレート６部、有ＰＡＰ剤としてメチルエチルケ
トン・メタノール・ブタノールの混合溶剤６０部、分散
剤としてソルビタントリオレエート１部を加えて４０時
間混合してスラリーとし、脱泡し、スラリー粘度を２０
０ボイスに調整した後ドクターブレード装置にてポリエ
ステルフィルム上に塗工し、乾燥して厚さ１ｍｍのグリ
ーンシートを得た。

その後上記のグリーンシートを５０Ｘ５０ｍｍの寸法に
金型にて打ち抜き、それを非酸化性雰囲気下、１８００
℃で４時間焼成してＡ　Ｉ−Ｎ基鈑を得た。ポリビニル
ブチラールの混合内容、グリーンシートの状態、嵩密度
、引張り強度、及び（ワられたＡＬＮ基扱基鈑結密度を
合わせて第２表（試料ＮＯ，６〜７）に示す。

比較例２ バインダーとして低重合度ポリビニルブチラルと中重合
度及びまたは高重合度ポリビニルブチラール（但し各々
のポリビニルブチラール間のブチラール基のモル％の差
は４％を越す）を合計で９部使用した以外は実施例２と
同様の工程を経てＡＬＮ基板を得た。ポリビニルブチラ
ールの混合内容、グリーンシートの状態、嵩密度、引張
り強度、及び得られたＡＬＮ基板の焼結密度を合わせて
第２表（試料Ｎ００８〜９）に示す。

（以下余白） 第２表より本発明よりなるＡＬＮ基板は比較例のＡＬＮ
基板に比較し、グリーンシートの状態・嵩密度・引張り
強度、及び焼結密度が優れていることがわかる。

実施例３及び比較例３ 可塑剤であるジブチルフタレートの添加量を変化させた
以外は実施例１と同様の工程を経て、アルミナセラミッ
ク基板を得た。可塑剤の添加量、グリーンシートの状態
、嵩密度、引張り強度、及びｉ′）られたアルミナセラ
ミック基板のひび割れ・クラックの発生状況、焼結密度
、そして混合使用するポリビニルブチラールのブチラー
ル基のモル％の加ＦＩＬ平均値を合わせて第３表（試料
ＮＯ，ｌ　０〜１ｇ）に示す。

（以下余白） 第３表より本発明によるアルミナセラミック基板は比較
例のアルミナセラミック基板に比較し、グリーンシート
の状態、引張り強度、及び基板の収率が優れていること
がわかる。

実施例４ ｆ均拉径３０μのアルミナ粉末（昭和電工製Ａ［、−４
５１ｉ＞１００部に焼結助剤としてカオリン３部、タル
ク２部、炭酸カルシウム１部を加えアルミナポット中で
１時間、乾式で混合した。

そこに、バインダーとして低重合度ポリビニルブチラー
ルと中重合度及びまたは高重合度ポリビニルブチラール
（（ｌし各々のポリビニルブチラール間のブチラール基
のモル％の差は４％以下）を合計で６部、可塑剤として
ジブチルフタレート４部、有機溶剤としてメチルエチル
ケトン・メタノール・ブタノールの混合溶剤３５部、分
散剤としてソルビタントリオレエート１部を加えて２４
時間混合してスラリーとし、脱泡し、スラリー粘度を２
００ボイスに調整した後ドクターブレード装置にてポリ
エステルフィルム上に塗工し、乾燥して厚さ１ｍｍのグ
リーンシートを得た。

その後上記のグリーンシートを５０Ｘ５０ｍｍの寸法に
金型にて打ち抜き、それを電気炉で大気雰囲気下、１６
００℃で２時間焼成してアルミナセラミック基板を得た
。ポリビニルブチラールの混合内容、グリーンシートの
状態、嵩密度、引張り強度、及び得られたアルミナセラ
ミック基板の焼結密度、表面粗さを合わせて第４表（試
料ＮＯ１９〜２０）に示す。

比較例４ バインダーとして低重合度ポリビニルブチラールと中重
合度及びまたは高重合度ポリビニルブチラール（但し各
々のポリビニルブチラール間のブチラール基のモル％の
差は４％を越す）を合計で６部使用した以外は実施例４
と同様の工程を経てアルミナセラミック基板を得た。ポ
リビニルブチラールの混合内容、グリーンシートの状態
、嵩密度、引張り強度、及び得られたアルミナセラミッ
ク基板の焼結密度１表面粗さを合わせて第４表（試料Ｎ
Ｏ，２１〜２２）に示す。

第４表より本発明よりなるアルミナセラミック基機は比
較例のアルミナセラミック基板に比較し、グリーンシー
トの状態・嵩密度・引張り強度、及び焼結密度、表面粗
さが優れていることがわかる。

〔発明の効果］ 上述の実施例から明かなように本発明により表面モ滑性
の優れた。緻密なセラミック基板を歩留まりよ（安定的
に製造できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、混合使用するポリビニルブチラールのブチラ
ール基のモル％の加重平均値に対する可塑剤／ポリビニ
ルブチラールの割合の間の好適な範囲を示すグラフであ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミック粉末を主成分とし、バインダーとして重
   合度の異なる２種類以上のポリビニルブチラールを含む
   非水系スラリーをシート状に成形後、焼成して基板を製
   造する方法において、各々のポリビニルブチラール間の
   ブチラール基のモル％の差が４％以下であることを特徴
   とするセラミック基板の製造方法。
2. ２．セラミック粉末を主成分とし、バインダーとして重
   合度の異なる２種類以上のポリビニルブチラール及び可
   塑剤を含む非水系スラリーをシート状に成形後、焼成し
   て基板を製造する方法において、各々のポリビニルブチ
   ラール間のブチラール基のモル％の差が４％以下であり
   、混合使用するポリビニルブチラールのブチラール基の
   モル％の加重平均値に対する可塑剤とバインダーの割合
   が第１図の線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる
   範囲内にあることを特徴とするセラミック基板の製造方
   法。