JPH029745A - セラミックグリーンシートの製造方法 - 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〕 この発明はセラミックグリーンシートの製造方法、特に
銅導体を配線材料として、不活性雰囲気で同時焼成する
セラミック基板材料に適用するセラミックグリーンシー
トの製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、計算機、ハイブリットＩＣ等に使用するセラミン
ク基板には、多くの場合、９２〜９６％のアルミナグリ
ーンシートが使われて来た。このようなアルミナグリー
ンシートを用いた基板材料は１６００℃のような高温で
焼成しなければならず、このため配線用導体としてタン
グステン、モリブデンなどの高融点金属が使用されて来
た。しかし最近では配線用導体として、さらに低抵抗の
材料が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グリ
ーンシートの開発がなされるようになって来た。

さらに銀糸についてはマイグレーション、金糸について
は高価であるため、銀、金と同様に低抵抗の銅導体を適
用するグリーンシートの開発も進められている。

次にグリーンシート法によるセラミック低温焼成基板の
製造方法について説明する６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附近の液
体に結合剤としてポリビニールブチラール樹脂（以下Ｐ
ＶＢと記す）、可塑剤としてジブチルフタレート（以下
ＤＢＰと記す）、解膠剤としてブチルグリコレート等を
溶解し、その液を配合粉末に加え、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（以下ＰＥＴと記す）の上に粉末のスラリー
を流し出す。しかるのち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１−とＰＥＴを分離する。

乾燥されたグリーンシートは適当な寸法に切断、スルー
ホールを形成、その中に銀または金糸ペーストが埋めら
れ、さらに銀または金糸ペーストで配線が印刷された後
、多層に積層して熱圧着された後、大気中１０００℃以
下で焼成されセラミック基板を得る。

さらに配線材料に網ペーストを適用したグリーンシート
の焼成時には銅導体の酸化を防止する必要があり、他方
グリーンシートに含まれる結合剤、可塑剤などは焼成中
に完全に飛散し、基板中に炭素質を残さないことが必要
となる。このため銅導体を適用したグリーンシートでは
、焼成を中性または還元性など非酸化性雰囲気で実施す
る、あるいは不活性雰囲気中で熱分解し易いアクリル系
樹脂などを結合剤として適用するなどの工夫がなされて
来た（特開昭５９−１８２２６６号など）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら銅導体を適用するグリーンシートの結合剤
としては単に不活性雰囲気中での熱分解特性のみならず
、シートの成形性、印刷性、積層性など取扱が容易か否
かも問題となる。例えば結合剤にメタクリル酸イソブチ
ル（以下ｉＢＭＡと記す）ポリマーを適用した場合は焼
成時の熱分解は容易であるが、シートの取扱に難点があ
る。またメタクリル酸メチル（以下ＨＭＡと記す）ポリ
マーは取扱は容易であるが、シートを多層化して焼成し
た場合、内部に炭素質残渣が残るなどの問題がある。

また従来からアルミナ基板に適用されて来たＰＶＢ樹脂
は窒素雰囲気中８００℃でも完全に分解せず、炭素質が
基板内に残留するなどの問題点があった。

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、配線材料である銅導体とグリーンシートとを
同時焼成する厚膜ハイブリットＩＣが製造できるととも
に、内部配線に銅を使用できる同時焼成の多層配線セラ
ミック基板が製造できるセラミックグリーンシートの製
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グリーンシートの製造方法は
、セラミックの粉末を主楕成材料とし。

これに焼結助剤、結合剤、分散剤、可塑剤および溶剤を
加え、これを混練して作成したスラリーを。

セラミックグリーンシートに成形する製造方法において
、結合剤としてメタクリル酸メチルとメタクリル酸イソ
ブチルの共重合体を用いる方法である。

ＨＭＡとｉＢＭＡの共重合体のＨＭＡ　：　ｉＢＭＡの
比率は８０：２０〜１０　：　９０の範囲とするのが好
ましい、セラミック粉末としてはアルミナ粉末など従来
から使用されているものがあげられる。焼結助剤として
は８００〜１０’００℃で焼結させるものが好ましく、
ガラス粉末など従来より使用されていたものが使用でき
る。可塑剤としてはＤＢＰ、分散剤としてはトリオレイ
ンが好ましいが、他のものでもよい。これらを混練して
スラリーを作成する際、セラミック微粉末および焼結助
剤の合計重量を１００とした場合、ＨＭＡとｉＢＭＡの
共重合体が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。

こうして得られたスラリーからドクターブレード法等に
よりセラミックグリーンシートを成形する。得られたグ
リーンシートの焼成を行う場合、焼成雰囲気と湿潤窒素
雰囲気とするのが好ましい。

〔作　用〕

この発明においては、結合剤は窒素雰囲気中でも、セラ
ミックグリーンシートの焼結が始まる７００℃以前には
完全に分解して飛散するので、焼結されたセラミックス
中には炭化水素および炭素が残留することがなく２しか
も配線材料の銅が酸化されることなく、多層配線セラミ
ック基板を焼結することができる。

第１図はＨＭＡとｉＢＭＡの共重合、Ｍｌ’ｌＡポリマ
ーおよびｉＢＭＡポリマーの窒素中での熱分解特性の測
定結果を示した。第１図から判るように、これらの結合
剤はいずれもＮ２ガス中で加熱した場合の飛散性が特に
高いことが判る。

一方、従来よりグリーンシート成形時に添加されるＰＶ
Ｂは、第２図に窒素中で加熱した場合の重量減少率を示
すように、５００℃以上で数％残った残留物は８００℃
を越えても除去されない、したがってＰＶＢは本発明の
目的には適用できない、−六回塑剤として使われるＤＢ
Ｐおよび分散剤として使用されるトリオレインは第２図
に示すように窒素中３００℃近辺で完全に飛散し問題は
ない。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例として前記第１図に示した３種
の樹脂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
剤としてガラス粉末を重量比にして５０　：　５０にな
るように３００ｇ混合したものを１００ｇづつ３分割し
た。この分割した粉末にそれぞれＨＭＡ−ｉＢＭＡの共
重合体（比率５０　：　５０）の粉末、　ｉＢＭＡポリ
マーの粉末。

ＭＭＡポリマーの粉末を各１５ｇづつ添加した混合粉３
種を用意した。各混合粉にそれぞれＤＢＰ８ｇおよびト
リオレイン１．５ｇを添加したトルエン８０ｃｃ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ＰＥＴ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１０
０μ　のスルーホールをあけ、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
うに配線回路を印刷したグリーンシートを多層に積層し
て、３５℃に加熱したホットプレートの間で、５０ｋｇ
／ｃＪの圧力で加圧積層した。こ九を１５０ｍｍＨｇの
水蒸気で飽和した１０ｐｐｍの酸素を含む窒素ガス雰囲
気中で、５００℃で５時間保持した後、５０℃／時間の
割合で９００℃まで加熱し、９００℃で３時間焼結した
後冷却した。

このようにして作成した多層配線セラミック基板を切断
して内部の脱バインダー状態を調査した結果を第１表に
示す。

第１表 第２表 第１表に示すように、結合剤としてＨＭＡ　を適用した
多層基板は断面中心部の脱バインダーが完全ではないが
、他の２種の結合剤を用いた多層基板は内部まで白色で
、はぼ完全に脱バインダーが可能であることを確認した
。また銅導体の抵抗値は約３１１ＩΩ／ｄであり、特に
問題はない。

次に上述の３種のグリーンシートの取扱の難易について
検討した結果を第２表に示す。

第２表の引張強度の測定試料はセラミック粉末。

ガラス粉末とも同一粒度のものを使用して、上記実施例
に基づきシート成形後、風乾１０時間、５０℃加熱乾燥
１時間の条件で乾燥した０　、　６ｍｍ厚のグリーンシ
ートである。また柔軟性の評価は引張試験と同一試料を
５＋ｎｍΦの丸棒に巻きつけた時のシート表面の状態で
判定した。

以上の実施例に示したように、結合剤としてＨＭＡを用
いたシートを取扱性にはすぐれているが、柔軟性が不足
しかつ脱バインダー特性が満足されず、　ｉＢＭＡを用
いた試料は過度の柔軟性を示し、引張強度が不足する傾
向がみられるのに対して、ＨＭＡ−ｉＢＭＡの共重合体
を結合剤として用いたシートが、満足すべき特性を備え
ていることが判る。

上記実施例において重要な点は結合剤であるＭＮＡ−ｉ
ＢＭＡの共重合体と可塑剤であるＤＢＰの量比である。

もしＤＢＰの添加がなければシートは微細な割損を発生
し、ＤＢＰの添加量が多いとシートが柔軟になり、取扱
時に切れ易くなる。この点について詳細に調べた結果第
３図に示すように、粉末１００ｇに対して、共重合体が
４〜２５、ＤＢＰが１〜１５の重量比の場合、すなわち
第３図の（Ａ）で示す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。結合剤がこの領域よ
り多い場合はシート成形は可能であるが、焼成収縮が大
きく。

基板は変形し易い。

また上記実施例では共重合体の重合比がＭＭＡ５０　：
ｉＢＭＡ５０の樹脂を結合剤として使用した場合につい
て説明したが、ＭＭＡとｉＢＭＡの比率が８０　：　２
０〜１０：９０の範囲の共重合体でも同様の効果がみら
れる。

第４図は比率の異なる共重合体の熱分解特性の例を示す
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、結合剤としてメタク
リル酸系のＨＭＡ−ｉＢＭＡ共重合体を用いてグリーン
シート成形するため、窒素中で焼成しても分解可能で、
取扱の容易なグリーンシートを得ることができる。この
ため銅導体を印刷して窒素ガス雰囲気で焼成することに
より、銅導体が酸化されることなく基板の焼成が可能で
あり、その結果低温で焼成可能な、安価で高性能のセラ
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図はメタクリル酸メチル−メタクリル酸イソブチル
共重合体、メタクリル酸メチルポリマーおよびメタクリ
ル酸イソブチルポリマーを窒素中で加熱した場合の加熱
温度と減量の関係図、第２図はポリビニールブチラール
、トリオレインおよびジブチルフタレートを窒素中で加
熱した場合の加熱温度と減量の関係図、第３図は可塑剤
と結合剤の範囲を示す関係図、第４図は比率の異なるＨ
ＭＡ−ｉＢＭＡ共重合体を窒素中で加熱した場合の加熱
温度と減量の関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックの粉末を主構成材料とし、これに焼結
   助剤、結合剤、分散剤、可塑剤および溶剤を加え、これ
   を混練して作成したスラリーを、セラミックグリーンシ
   ートに成形する製造方法において、結合剤としてメタク
   リル酸メチルとメタクリル酸イソブチルの共重合体を用
   いることを特徴とするセラミックグリーンシートの製造
   方法。