JPH04179194A - セラミックグリーンシート及びその製法 - 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、電子機器用多層セラミック配線基板に係り、
特に電子計算機用多層セラミック配線基板の素材として
好適なセラミックグリーンシートに関する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の小型化、高性能化、多機能化に伴い、
これに用いられる電子回路基板に対しても、高密度化が
強く望まれている。殊に電子計算機用回路基板としては
、高密度微細配線、高速性。

高信頼性などが重要であるため、回路基板素材としては
、印刷配線を施したセラミックスが用いられている。

一般に、多層セラミック回路基板は、絶縁体となるセラ
ミックスと、導体となる金属とから構成されれでおり、
第２図のような方法によって作られている。すなわち、
”’８７先端科学・技術開発年鑑”（１３６〜１３７頁
）によれば、複数の無機原料粉末と有機結合剤、可塑剤
、溶剤とを混合してスラリーを作り、これをドクターブ
レード法により成形してグリーンシートを得る。次に、
このグリーンシートにパンチ等によって多数の小穴をあ
け、さらに、この小穴中に導体ペーストを印刷充填して
多数のスルーホールの形成されたグリーンシートを得る
。続いてこのグリーンシート」−に、回路配線に必要な
パターンを平面印刷した後、複数枚のこのグリーンシー
ト配線板を熱圧着により積層する。この積層体は未だ柔
かい状態にあるので、これを電気炉中で高温加熱して焼
き固めることにより多層セラミック配線基板が得られる
。

以上の従来技術により作製したセラミックグリーンシー
ト配線板は、電子機器の配線基板素材として実用化され
ているが、さらに高密度配線化、および低コスト化する
に当っては、以下のような基本的問題点をもっている。

１）グリーンシートにポンチで穴をあけるとき、シート
が塑性変形するために、穴径及び穴径位置精度が低い。

２）穴のあいたグリーンシートに、導体ペーストを充填
すると、ペースト中の溶剤かシート中に浸透するために
、シートが膨張したり、たるんだりして寸法精度を低下
させる。

３）グリーンシートのスルーホールに充填される導体ペ
ーストは、金属粉末、あるいは金属粉末とガラス粉末の
混合物から成るため、焼結後の導体抵抗か高い。

４）グリーンシート配線板は、グリーンシーＩ・のキャ
ステング、グリーンシートの穴あけ、グリーンシート穴
中への導体充填の３つの工程から成るため、工数が多く
複雑で高コストである。

以上の問題点は、グリーンシートの穴あけ、及びこの穴
の中への導体ペース［・充填という従来工程のもつ基本
的なものである。

［発明が解決しようとする課題１ 上記従来技術は、多層セラミック配線基板の素材となる
グリーンシート配線板の寸法精度、配線電気抵抗４価格
などに対する根本的対策が施されておらず、電子計算機
などに必要とされる高密度配線基板が得られないという
問題があった。

本発明は、従来技術におけるグリーンシートへの穴あけ
、及びこの穴の中への導体ペースト充填の工程を一括し
て行うことにより」−記課題を解決することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

」−記１」的を達成するため、セラミックグリーンシー
］・の厚さ方向に、貫通して多数本の金属細線が埋め込
まれたグリーンシートを素材とすることによって、高寸
法精度でかつ、低コストの高密度配線の多層セラミック
配線基板が得られる。

グリーンシートの厚さ方向に貫通して多数本の金属細線
が埋め込まれたグリーンシートは、次のようにして得ら
れる。すなわち、あらかじめ一定間隔で、一方向に立体
的に張られた多数本の金属細線のブロックを作り、次に
このブロックの金属細線空間内に、所定組成のセラミッ
クスラリ−を密充填する。続いて、この金属線とスラリ
ーの複合体全体を、加圧、脱気、加熱などしてスラリー
の■３分を固めて一体化させる。最後に、この一体化し
た複合体を、金属線に垂直な方向に薄く切断すると、所
望のセラミックグリーンが得られる。

〔作用〕

前記のように、従来法においては、スルーホール導体を
有するグリーン配線板を得るためには、１）セラミック
グリーンの作製、 ２）」１記グリーンシートへのスルーホール用の穴加工 ３）上記穴の中への導体ペーストの充填の３つの工程が
必要である。

本発明において用いられる金属細線は］１記従来方法に
おける導体ペーストに相当し、また金属細線ブロックの
空間内へのセラミックスラリ−の充填は、従来法におけ
るシートへの穴加工とその穴の中への導体ペーストの充
填に対応する。そして、金属線とセラミックの一体化し
た複合体を、金属線と垂直な方向に薄く切断することは
、従来法におけるグリーンシートの作製に相当する。こ
のように本発明は、従来法におけるシート穴あけと導体
ペースト充填を同時に行うような作用をもっている。

さらに本発明においては、純度の高い金属線を用いるこ
とができるので、従来の導体ペースよりも電気抵抗を著
るしく低減させる作用がある。

また、金属細線ブロックの中の各細線は、機械的に固定
されており、かつその状態のままでセラミックスラリ−
の充填、及び一体化のための固化処理を行うので、これ
を切断した後のグリーンシート配線板の寸法精度は極め
て高い。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例について述べる。

［実施例１］ 第１図は、本発明によるセラミックグリーンシート配線
板を得るための金属細線ブロックである。

すなわち、５５Ｘ５５ｍｍ、厚さ５ｆｆｌＩ１１のステ
ンレス製の細線支持板１の間に、０．１５φｍｍのＭｏ
金属線２を、０．５ｍｍ間隔で設定し、この各線の両端
を支持板１に固定して金属細線ブロックを得る。

次に、このブロックの金属線の空間３に、アルミナ系セ
ラミックスのスラリーを充填する。このスラリーは、ア
ルミナ微粉末（平均粒子径３μｍ）９２重量％と、Ｓ　
ｉ　Ｏ，粉末（平均粒子径１．０μｍ）６重量％と、Ｍ
ｇＯ粉末（平均粒子径０．５μｍ）２重量％に、成形助
剤としてポリビニルブチラール樹脂、可塑剤としてフタ
ル酸エステル。

分散溶剤としてトリクロルエチレンを各々適当量加え、
これらをボールミルにて十分混合したものである。次に
、前記金属細線ブロックを、これよりもやや太き目のテ
フロン製容器の中に入れ、続いて前記セラミックスラリ
−を該容器中に流し込む。この際、セラミックスラリ−
が、第１図の金属線空間３に十分に行き渡るように、テ
フロン容器に振動を加えつつ、容器の一端から脱気する
。

この操作によって、金属線空間３はアルミナ系スラリー
によって密に充填され、続いてテフロン容器全体を１０
０〜１２０℃に加熱すると、スラリー中の溶剤が蒸発し
、スラリーが固化して金属線とセラミックスラリ−が一
体化する。

第３図は、この一体化したものをテフロン容器から取り
出した複合体４で、金属細線支持板１を取りはずした状
態を示している。この図において、Ｍｏ細線５は複合体
４の上下両面に露出している。

続いて、複合体４を、厚さ０．２５ｍｎ＋間隔で、複合
体中のＭｏ細線の直角方向にスライスすると、アルミナ
系グリーンシート配線板６が得られる。

この配線板６の断面を見ると、Ｍｏ金属線７が、金属細
線ブロック中のＭｏ線と全く同じピッチで配列している
。

以−１−のように、本発明によれば、電気抵抗の低いＭ
ｏ金属線を、アルミナ系グリーンシート中に高精度で配
置することができる。

これに対し、従来法によってアルミナ系グリーンシート
の作製、グリーンシート中へのポンチ穴（０，１５φｍ
ｍ）あけ、この穴の中へのＭｏ導体ペーストの充填を行
った場合には、得られたグリーンシート配線板における
導体の径は、シート−４−面で０．１４〜Ｏ０］６φ冊
１シートーＦ面で０．１７〜０．１９　ψ胴であり、ま
た導体ピッチのばらつきは、設計値の０．５ｍｍに対し
、±０．２ｍｍにも達していた。従来法によるこのよう
な寸法精度の低下は、穴径のシート上下面における差は
ポンチ穴あけ方式に基因する根本的になものであり、ま
た導体ピッチのばらつきは、グリーンシートと導体ペー
スト中の溶剤との相互作用に基因する本質的なものであ
る。

一方、本発明によるグリーンシート配線板では、金属細
線の径寸法が非常に良いためにシート上下面における導
体径の差は全く無く、また第２図の金属細線ブロック中
の金属線のピッチがそのまま保存されるので、得られる
グリーンシート配線板の導体ピッチのばらつきは、金属
線ブロックの機械加工精度のみ依存し、５μｍ以下と非
常に小さい。

〔実施例２〕 実施例１と同様の金属細線ブロックを用い、これにムラ
イト系セラミックスラリ−を充填した。

このスラリーは、ムライト微粉末（甲均粒子径２μｍ）
７５重量％に、５ｉｎ２（平均粒子径１．４μｍ）９０
重量％、ＡＱ、０３（平均粒子径０．５μｍ）７重量％
、ＭｇＯ（平均粒子径０．３μｍ）３重量％の組成を有
する焼結助剤を２５重量％添加し、さらに成形助剤、可
塑剤、溶剤として、それぞれポリビニルブチラール、フ
タル酸エステル。

トリクロールエチレンを各々適量加え、ボールミルによ
り十分混合したものである。

次に、このムライト系セラミックスラリ−を、実施例１
と同様に、Ｍｏ金属細線ブロックの細線空間に流し込み
、脱気、加熱乾燥をして金属細線とセラミックの複合体
を得、さらにこの複合体を０．２０ｍｍの厚さにスライ
スして、ムライト系セラミックグリーンシート配線板を
得た。このグリーンシート配線板の寸法精度は、導体径
及び導体ピッチのばらつき共に、実施例１の場合と同様
、非常に良好であった。

これに対し、従来法によって作製したグリーンシート配
線板の寸法精度は、導体径のばらつきは実施例１と同様
であったか、導体ピッチのばらつきは実施例１よりもや
や大きく、±０．２５ｍｍであった。これは、本実施例
で用いたセラミックスラリ−の原料粉の平均粒子径が、
実施例Ｉの場合よりもやや小さかったためである。

〔実施例３］ 第２図の金属線ｌとして、０．１０φ世のＣｕ線を用い
た金属細線ブロックを準備し、これにカラスセラミック
スラリ−を充填した。

このスラリーは、アルミナ微粉末（平均粒子径５μｍ）
５５重量％に、はうけい酸ガラス微粉末（平均粒子径２
μｍ）４５重量％を加え、さらにこれに対して実施例１
と同様の有機結合剤、可塑剤、溶剤を加えて十分混合し
たものである。

次にこのスラリーを、実施例１と同様にＣＬＪ細線ブロ
ックの空間に流し込み、脱気、加熱して、金属細線とセ
ラミックの複合体を作り、さらにこの複合体を厚さＯ，
１７ｍｍにスライスして、ガラスセラミック系グリーン
シート配線板を得た。この配線板の寸法精度は実施例１
と同様に良好であった。

一方、従来法によるグリーンシート配線板の導体の寸法
精度は、実施例１の従来法の場合と同程度であった。

Ｃ実施例４〕 実施例１において金属細線ブロックの中の金属を０６１
３φ柵のＷに変え、これに実施例２で用いたムライト系
セラミックスラリ−を充填した。

続いて、実施例２と同様の方法でＷ線とセラミックスの
複合体を作り、これを０．２２Ｍの厚さにスライスして
、Ｗを導体とするムライト系セラミックグリーンシート
配線板を得た。

この配線板の導体・」゛法精度は、実施例２と全く同じ
であった。これに対して従来法によるグリーンシート配
線板の導体＼ゴ″法精度は実施例２の従来法と同程度で
あり、本発明の有用性が確認された。

〔実施例５〕 実施例４の方法で作製したＷ導体を持っムライｊ・系セ
ラミックグリーンシート配線Ｆｉｌｏ枚を重ね合せ、こ
れを１２０’ｃ、ｌ’ｏ分、ｌｏｏｋｇ／ａｎｔの条件
で処理して積層した。次にこの積層体を、１６４０℃、
１．５時間、　Ｉ−＋、　Ｏ−Ｈ，−Ｎ、の混合カス中
で加熱し、焼結ムライト配線基板を得た。

この焼結基板のＷ導体の電気抵抗を測定した結果、２０
μΩ・ｃｍの値が得られた。一方、実施例４の従来法で
作製したグリーンシート配線板を用い、上記と同様の方
法、手順で積層、焼結した基板の電気抵抗は、５．５μ
Ω・ｃｍであった。

このように本発明によるグリーンシー］・配線板を用い
た場合の焼結基板の電気抵抗と、従来法によるものを用
いた場合との間に大きな差を生ずるのは、従来法を用い
て作製した焼結基板の導体が、導体ペーストを出発材料
としているために、導体内に多量のガラス相や気孔を含
むためである。これに対し、本発明の場合には金属線を
出発材料としているため、その電気抵抗は、はぼ理想値
を示しているからである。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果をもっている。

１）配線導体と□して金属線を用いているため、導体の
電気抵抗が従来品よりも大幅に低い。

２）セラミックスとしてアルミナ系、ムライト系。

ガラスセラミックス系、導体金属として、Ｗ。

（■４） Ｍｏ、Ｃｕを使用しているので、高密度配線。

高性能、高信頼が要求される電子計算機用配線基板に好
適である。

３）金属細線を導体として用いるので、グリーン配線板
中の導体径の寸法精度が非常に良い。

４、　）固定された金属細線の空間内にセラミックスを
充填する方式であるため、得られたグリーンシート配線
板における導体間ピッチのばらつきが極めて小さい。

Ｓ）製造法が単純であるため、従来法に比して大幅な低
コスト化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金属細線ブロック図、第２図は、
従来法によるプロセスの説明図、第３図は、本発明によ
るセラミックスと導体の複合体である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．シート積層法による多層セラミック配線基板用セラ
   ミックグリーンシートとして、シートの厚さ方向に貫通
   して多数の金属細線が埋め込まれていることを特徴とす
   るセラミックグリーンシート。
2. ２．請求項１において、セラミックとしてアルミナ系，
   ムライト系，ガラスセラミックス系、及び金属線として
   Ｗ，ＭｏＣｕであることを特徴とするセラミックグリー
   ンシート。３．一定間隔で、一方向に立体的に張られた
   多数本の金属細線の空間にセラミックスラリーを充填す
   る工程と、該金属線とスラリーとの複合体を加圧、若し
   くは脱気、若しくは加熱して、金属線とスラリーの複合
   体を一体化する工程と、この一体化した複合体を所定の
   厚さのシートに切断する工程とから成ることを特徴とす
   るセラミックグリーンシートの製法。