JPH0239595A - スルーホールを有するセラミック配線基板の製造方法 - 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、主として大型コンピュータ本体の主要部を構
成するために使用されるセラミック配線基板の製造方法
に関し、特にメタライズ化されたスルーホールを有する
セラミック配線基板の製造方法に関するものである。

（従来の技術） セラミラフを材料とする配線基板は、高い強度、耐熱性
、耐ｆｉｆ蝕性等を有することから、近年大いに使用さ
れてきているものである。そして、このセラミック配線
基板に形成されるべき導体パターン等についても、搭載
されるべき電子部品の高密度化に伴った高密度化か要求
されてきている。この要求を満たすために１、セラミッ
ク配線基板にメタライズ化されたスルーホールを形成す
ることが行なわれている。

従来のセラミック配線基板におけるスルーホールは、第
５図〜第８図に示すようにして形成されていた。すなわ
ち、このスルーホールは、第５図に示したように、仮焼
成または本焼成されたシート（ｌＯ）の貫通孔（１１）
内に導体となるメタライズインク（以下導体ペーストと
いう）をスキージあるいはローラ（１４）によって充填
し、これを本焼成することによって形成されていたので
あるが、次のような問題があったのである。

■導体ペーストは、導体を構成するための金属粉と、所
定のバインダーとを所定の溶剤によりて混線したもので
あって、所定の流動性を有するようにしたものである。

ところが、この導体ペースト中の溶剤は、第６図の矢印
にて示すように、仮焼成シート（１０）の貫通孔（１１
）内に充填される間に貫通孔（１１）内の先端部におい
て所定の流動性がなくなってしまうのである。このため
、仮焼成シート（１０）の貫通孔（１１）内に導体ペー
ストを完全に充填できなくなるという現象が生じる。こ
の現象は、高密度化を達成するために各貫通孔（［１）
の径かどんどん小さくなる現状においては、Ｗ４著に現
われるようになってきたものである。

■この導体ペーストを十分に充填する方法として、第８
図に示したように、直通孔（１１）の両側から導体ペー
ストを充填する方法が考えられる。しかしながら、この
方法によっても、上記■で述べた現象が完全になくなる
ものではなく、特にシート厚みか厚い場合には顕著であ
る。また２両導体ペースト間に空気溜りができることを
防止することは非常に困難であり、結果として、導体ペ
ーストは＠７図に示したような中途半端な状態でしか充
填できないことになる。第７図のように充填された導体
ペーストを焼成すると、第８図にて示したように、各導
体ペースト間の空間内にセラミックがせりだしてきて結
合してしまい、上下の導体ペーストによって形成される
べき導体の導通が取れなくなってしまうのである。

そこて、発明者は、と述したような問題を解決するため
にはどうしたら良いかを鋭意研究した結果、要するに仮
焼成シート（１０）の貫通孔（１１）内に導体ペースト
が充填される際に、この導体ペースト中の溶剤が仮焼成
シート（１０）側に吸収されてしまうことに原因がある
ことに気付き、本発明を完成したのである。

（発明か解決しようとする課題） 本発明は以上のような経緯に基づいてなされたもので、
その解決しようとする課題は、セラミック配線基板のス
ルーホールの形成の困、雌性である。

そして、本発明の目的とするところは、基板上の導体と
の電気的接続が完全となることは勿論、基板内でのスル
ーホールとしての役目を確実に行なうことのできるスル
ーホールを有するセラミック配線基板を確実かつ容易に
製造することができ、しかもスルーホールが小さくなっ
てもこのスルーホール内の導通確保を確実に行なうこと
の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及び作用）以−ヒの課題を
解決するために、本発明の採った手段は実施例に対応す
る図面を参照して説明すると、 ［セラミックからなるグリーンシートを仮焼成したもの
（ｌＯ）の所定位置に、このセラミックの焼成温度と同
等またはより高い融点を有する導体金属（１２）を挿入
して焼成することを特徴とするスルーホールを有するセ
ラミック配線基板の装造方法」 である。

すなわち、本発明においては、まず、セラミックからな
る仮焼成シート（ｌＯ）の所定位置に、セラミックの焼
成温度と同等またはより高い融点を有する導体金属（１
２）を挿入することが必要である。

その理由は、仮焼成シート（１０）の所定位置に挿入し
た導体金属（１２）を、配線基板の表面に形成されるべ
き導体パターン（ｔｇと電気的に接続されたスルーホー
ルとするためである。従って、導体金属（１２）として
は、所定の電気的導通性を有し、仮焼成シート（１０）
の本焼成によってはセラミック内に拡散せず、しかも本
焼成によって散逸しないものである必要があり、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｍｎ、Ｎ　ｉ、Ｐｄ、Ｔｉ等のセラミックの焼成温
度と同等またはより高い融点を有する金属を使用するこ
とが好ましい。

また、仮焼成シート（１０）の所定位置に挿入されるべ
き導体金属（１２）としては、第２図に示すように、上
記金属を予じめピン状のものとして形成しておくのか有
利である。その理由は、もしこの導体金属（１２）が上
記金属を主成分とする導体ペーストとして構成されてい
れば、上記（従来の技！Ｉ）の項で述べたような問題が
生じてしまうからである。またビン状としておいた方が
、仮焼成シート（Ｉ０）に対する挿入を容易に行なえる
からである。

このことは、導体金属（１２）をビン状のものにするこ
とにより、そのピン径を仮焼成シート（１０）の貫通孔
（１１）の径より小さくしておいても１本焼成において
仮焼成シート（１０）の収縮により確実に固定され、導
通を確保できるからである。すなわち、所望するスルー
ホールと同径のピンを使用し、所望するスルーホール径
より大きい径の貫通孔（１１）を仮焼成シー）（Ｉｎ）
に予め形成しておけばよく、クリアランスがあるために
後述のピン挿入の操作も容易となるのである。

なお、前記仮焼成シート（１０）における貫通孔（【ｌ
）の径は、本焼成による仮焼成シート（１０）の収縮お
よび使用する導体金属（１２）の形状を考慮して決定す
ることはいうまでもない。

このように、導体金属（１２）をビン状のものとしてお
くことにより、各導体金属（１２）の仮焼成シート（ｌ
Ｏ）に対する挿入は次の方法で行なうことが可能である
。すなわち、第１図に示したように、仮焼成シート（１
０）に所定の位置・間隔で貫通孔（１１）を形成してお
き、この貫通孔（１１）内に所定の寸法に切断したビン
状の導体金！（１２）を差し込むのである。この貫通孔
（１１）は、ポンチによる仮焼成シート（１０）の打ち
抜きか、あるいは多軸ドリルによる仮焼成シート（１０
）の穴加工によって形成される。このように、予め仮焼
成シート（１０）に貫通孔（１１）を形成しておいてか
ら、この貫通孔Ｈｔ）内にビン状の導体金属（１２）を
挿入するようにすれば。

仮焼成シート（１０）自体にヒズミな残留させることか
なく、各導体金属（１２）の挿入を良好に行なえるので
ある。

また、各導体金属（Ｉ２）を仮焼成シート（１０）の所
定個所い挿入する他の方法としては、各導体金属（１２
）を焼成装置の所定位置に予め用意した治具を利用する
方法である。すなわち、治具に、必要なスルーホールに
対応する所定の配列で多数の穴を形成しておき、この治
具の各穴内に導体金属（１２）を立設しておく、そして
、この治具の各穴内の導体金属（Ｉ２）が貫通孔（１１
）内に入るように位置決めしてから、この仮焼成シート
（１０）に挿入するのである。

このように、ビン状の導体金属（１２）を貫通孔（１１
）に埋設した仮焼成シート（ｌＯ）は上下のスペーサー
にて保持固定され、本焼成されるのである。

そして、この本焼成シートＬに２導体ペーストを使用し
て導体パターン（１３）を形成するのである（第２図の
仮想線参照）。勿論、この場合、各導体金ＩＩ（１２）
はそのものがスルーホールとなるものであるから、各導
体パターンを構成するための導体ペーストはその必要部
分か各導体金属（１２）に重なるように一般的な方法に
よって印刷する。

なお、導体パターン（１３）となるべきものを導体ペー
ストによって構成して、印刷等によって本焼成シートの
表面に形成したとしても、これは本焼成シートの表面で
あるから、前述したスルーホール内への充填とは全く異
って１問題は発生しない。

なお、前記導体パターン（１３）を形成するのは前述の
如く本焼成した後形成してもよくまた、仮焼成シート（
１０）に導体パターン（１３）を形成した後、本焼成し
ても差し支えない、このことは、導体パターン（１３）
を形成する導体ペーストによって決定すればよい。

すなわち、導体パターン（１３）を形成する導体ペース
トか導体金属（１２）を構成している金属を主成分とす
る高融点金属の場合には仮焼成シート（ｌＯ）に形成し
てもよく、本焼成温度より低融点金属の導体ペーストの
場合にはいうまでもなく本焼成後に導体パターン（１３
）を形成することとなるからである。

これにより、導体金属（１２）からなるスルーホールと
、これに電気的に接続された導体パターン（１３）を有
するセラミック配線基板が完成されるのである。

なお、ここでは、導体パターン（■３）の形成方法とし
て導体ペーストを使用する方法を例示したが、この導体
パターン（１３）の形成方法はこれに限定されることは
なく、スパッタリング、メツキ等の方法が適用できるこ
とは言うまでもない。

（実施例） 次に、本発明を、実施例に従って詳細に説明する。

ドクターブレード法で作成した厚さ１ｍｍの窒化アルミ
ニウム賀のグリーンシートを４５　ｍｍＸ　４５■の角
板に切断して、これを窒素雰囲気中で脱脂した後、１５
００℃で１時間保持して仮焼成を行なった０次に、多軸
トリル（数値制御）加工によって、この仮焼成シート（
１０）に直径０．２１−の貫通孔（１１）を０．９１ピ
ツチの間隔で１ｏｏｏ個設けて、第１図に示すような仮
焼成シート（１０）を形成した。

次いで、Ｗを主材とする線材を仮焼成シート（！０）の
厚さ以トの長さに切断して導体金属（１２）とし、第２
図に示すように、このピン状の導体金属（＋２）を各貫
通孔（１１）内に挿入した。使用したピンは、直径０．
１５ｍｍ、長さ１ｍｍの円柱状のものであった。この各
導体金Ｊｉ！（１２）の挿入は治具を用いて行なった。

次に、Ｗ粉とアクリル系バインダーとを配合してペース
ト状にした組成物を、メタルマスクを用いて仮焼成シー
ト（１０）の両面にローラ印刷した。このように、導体
パターン（１３）となるべき導体ペーストを印刷した仮
焼成シート（１０）を、黒鉛袈のルツボあるいは焼成波
！（２０）内に挿入し、真空状態で導体ペースト中のバ
インダーを分解させて脱脂した後、加圧焼成等の方法に
よって本焼成した。この場合の焼成は、常温〜１５００
℃までの間は３５°Ｃ／分で昇温した後、さらにｌＯ℃
／分の割合で昇温し、最高温度１９１０℃で１時間保持
した。常温〜１５００℃までの間は減圧状態で昇温し、
１５００℃で１〜１０−’Ｔｏｒｎまで到達させた。１
５００℃より高温域では、大気圧の窒素気流中とした。

成形圧力は常温〜１５００℃までは無加圧、１５００℃
よりも高い温度域では３００　Ｋｇ／ｃ口２の圧力を付
与した。

得られた焼結体における各貫通孔（１１）の穴径は０．
１５ｍ１となり、ピンは貫通孔（！ｌ）に確実に密着し
ていた。これによる各導体金属（１２）に対する断線等
の悪影響は全くみられず、また各貫通孔（［ｌ）のピッ
チ間隔は焼成前と殆んど変わらなかった。さらに、この
ようにして得られた焼結体の密度は３．０３ｇ／ｃｍ″
′、室温における電気抵抗率及び熱伝導率は、３Ｘ１０
”Ω・ａｍ、　０　、３７　ｃａｌ／Ｃ■・ｓ　ｅ　ｃ
　’Ｃであった。そして、各導体金属（１２）を介して
の表裏の導体パターン（１３）の導通状態を調べたとこ
ろ、全て完全に導通状態となっていた。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明においては、上記実施例にて
例示した如く、 「セラミックからなるグリーンシートを仮焼成したもの
（ｌ［ｌ）の所定位置に、このセラミックの焼成温度と
同等またはより高い融点を有する導体金属（１２）を挿
入して焼成すること」にその特徴があり、これにより、
基板上の導体との電気的接続か完全となることは勿論、
基板内でのスルーホールとしての役目を確実に行なうこ
とのできるスルーホールを有するセラミック配線基板を
確実かつ容易に製造することができ、しかもスルーホー
ルが小さくなってもこのスルーホール内の導通確保を確
実に行なうことのできる方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は仮焼成して多数の貫通孔を形成した仮焼成シー
トの斜視図、第２図は貫通孔内に導体金属を挿入する状
態を示した仮焼成シートの部分拡大断面図、第３図及び
第４図のそれぞれは導体金属を挿入した仮焼成シートを
示す各部分断面図。 第５図は従来の導体ペーストの充填方法を示す部分断面
図、ｔ５６図及び第７図のそれぞれは従来の方法によっ
て導体ペーストを充填する際の現象を示す部分拡大断面
図、ｔＪＳａ図は従来の方法によって導体ペーストを充
填して焼成したシートの部分拡大断面図である。 符　　号 １０・・・仮焼成シート、 １２−−・導体金属。 の　　　説 １１・・・貫通孔、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　セラミックからなるグリーンシートを仮焼成したもの
   の所定位置に、このセラミックの焼成温度と同等または
   より高い融点を有する導体金属を挿入して本焼成するこ
   とを特徴とするスルーホールを有するセラミック配線基
   板の製造方法。