JPH04280656A - セラミックス基板およびその製造方法 - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、アルミナ焼成多層基板
の表面に配線層を設けるためのセラミックス基板および
その製造方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】電子部品の高密度化が進むにつれて、こ
れまで印刷法等により形成されてきたセラミックス配線
基板は、より配線の微細化と基板の多層化が要求されて
いる。すなわち、従来は例えばアルミナ焼成多層基板か
らなるセラミックス基板上にＡｇ−Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ、
Ｍｏ、Ｗ等の金属粉ペーストをスクリーン印刷法で印刷
し焼成することにより配線を形成してきた。これらの印
刷配線は、通常、アルミナ粉体に３〜１０重量％の焼結
助剤を加えたアルミナグリーンシートと内部配線を交互
に多層設けた後焼成したアルミナ焼成多層基板上に形成
されるが、この方法では安定した歩留りで製造できる線
幅は１００μｍ　程度が限界であった。そのため、近年
微細化に要求される２５〜７０μｍ　程度の微細配線を
達成するために薄膜法が利用されているが、薄膜法によ
りセラミックス焼成多層基板上に微細配線を形成する場
合には基板の表面状態が極めて重要な問題となっていた
。 【０００３】すなわち、図５（ａ）〜（ｄ）に従来のア
ルミナ焼成多層基板の表面上に薄膜法により配線を形成
する場合を例にとって説明すると、以下のようになる。 図５（ａ）は、粒子径が２〜５μｍ　程度のアルミナ１
と３〜２０重量％の焼結助剤２が混合したときの断面状
態を示す。図５（ｂ）は、焼成後の状態を示す。焼結助
剤２はアルミナ１の粒界に存在するが、焼結助剤の効果
でアルミナ１が粒成長することにより粒子径は１０〜５
０μｍ　にまで成長し、表面の凹凸は増加して表面粗さ
は増加する。焼成体表面には、アルミナ１の粒成長に伴
いポア３も形成され、その径および深さは５〜３０μｍ
　に達する。また、セラミックス内部にも内部ポア４が
形成される。図５（ｃ）は、薄膜５を形成したときの断
面状態を示す。このように、図５（ｂ）に示した基板上
に薄膜法により薄膜５を形成すると、ポア３上には薄膜
５が堆積できないため、薄膜層中にもポア６が形成され
、これが配線形成後の断線の原因となる。さらに、図５
（ｄ）に示すように、薄膜形成前に破線７の位置まで研
磨することも考えられるが、この場合でも内部ポア４が
表面に露出し、上述した例と同様に薄膜法で薄膜５を形
成しても配線の断線につながる。 【０００４】以上の説明のように、薄膜法でアルミナ焼
成多層基板の表面上に配線を形成しようとするときは、
基板の表面状態が極めて重要な問題となる。その問題を
解決するために、従来、（１）焼結助剤が１重量％以下
の組成で、焼成することにより、基板表面のポアと表面
粗さをできるだけ低くしたアルミナ基板、（２）３〜２
０重量％焼結助剤を含むアルミナ基板表面をガラスによ
りグレーズド化し、ポアを封孔するとともに表面粗さを
平坦化したアルミナ基板が知られている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（１）の方法のように焼結助剤を１重量％以下の組成
にした基板は、薄膜法に適したアルミナ焼成多層基板の
表面状態を得ることができるが、焼結助剤が少ないため
、焼成時にグリーンシート間の接着がうまく進行しない
ため、多層基板として得ることができず、実用上ほとん
ど不可能であった。また、上述した（２）の方法のよう
にガラスによりポアを封孔した場合は、価格は上述した
方法に比べて廉価な基板を得ることができるが、このよ
うな基板は還元加熱雰囲気で熱処理されるとガラス成分
が還元され、グレーズド層が還元され、グレーズド層の
変色や劣化が起こる問題があった。そのため、このよう
な基板は、薄膜パターン形成後還元加熱雰囲気で行われ
るロー付けなどの処理がある場合使用することができな
い問題もあった。 【０００６】本発明の目的は上述した課題を解消して、
表面のポアがなく、さらに表面粗さも良好なアルミナ焼
成多層基板の表面に配線層を設けるためのセラミックス
基板およびその製造方法を提供しようとするものである
。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス基
板は、アルミナ焼成多層基板と、このアルミナ焼成多層
基板の表面に設けられ、このアルミナ焼成多層基板の平
均粒子径よりも小さい平均粒子径を有するアルミナ表面
層との複合構造からなることを特徴とするものである。 【０００８】また、本発明のセラミックス基板の製造方
法は、アルミナ焼成多層基板を準備し、このアルミナ焼
成多層基板の表面に、このアルミナ焼成多層基板の平均
粒子径よりも小さい平均粒子径を有する高純度易焼結性
アルミナのペーストを塗布し、その後焼成することを特
徴とするものである。 【０００９】 【作用】上述した本発明のセラミックス基板の構成にお
いて、セラミックス基板のほとんどの部分を通常のアル
ミナ焼成多層基板から構成するとともに、表面のみを上
記アルミナ焼成多層基板よりも微粒のアルミナ層とした
ため、ポアがなく良好な表面粗さを有する廉価なセラミ
ックス基板を得ることができる。そのため、本発明のセ
ラミックス焼成多層基板を使用して薄膜法により薄膜を
形成すれば、低い表面粗さでポア欠陥の少ない表面状態
の多層基板上に薄膜を形成できるため、パターン形成後
に還元雰囲気で熱処理しても薄膜の密着強度に影響を与
えることはない。 【００１０】また、上述したセラミックス基板の製造方
法の構成において、通常のアルミナ焼成多層基板の表面
上に、このアルミナ焼成多層基板の平均粒子径より小さ
い高純度易焼結性アルミナのペーストを塗布した後焼成
しているため、低温度かつ低焼結助剤量で焼成でき、本
発明の複合構造からなるセラミックス基板を得ることが
できる。ここで高純度易焼結性アルミナとは、好ましい
性質の一例として、純度９９．９９　％以上、アルミナ
の平均粒子径が　０．２μｍ　以下、焼結温度が１３５
０℃以下のアルミナ粉末のことをいう。 【００１１】なお、高純度易焼結性アルミナペーストの
塗布厚は、焼結後の塗布厚が３〜３０μｍ　であると好
ましい。厚みが３μｍ　未満であると、焼成多層基板中
の焼結助剤と高純度易焼結性アルミナが焼成中に溶融し
て良好な表面状態が得られないことがあるとともに、厚
みが３０μｍ　を超えると、高純度易焼結性アルミナの
焼結するときの収縮が著しくなり、焼結後クラックが発
生することがあるためである。さらに好ましい厚さは、
５〜１５μｍ　である。また、焼結助剤を３〜２０重量
％含むアルミナ焼成多層基板を用いると好ましいのは、
焼結助剤が３重量％未満であると、高純度易焼結性アル
ミナペーストと焼成多層基板の表面との密着性が不十分
の場合があるとともに、焼結助剤が２０重量％を超える
と、高純度易焼結性アルミナを焼結させる際に、焼成多
層基板中の焼結助剤が高純度易焼結性アルミナ中に浸透
し粒成長が促進されるため良好な表面粗さとポアのない
表面状態が得られない場合があるためである。さらに好
ましい焼結助剤の量は、５〜１５重量％である。 【００１２】また、高純度易焼結性アルミナの平均粒子
径が０．２　μｍ以下であり、焼成温度が１２００〜１
３００℃の範囲であると、後述する実施例からもわかる
ように、焼成後の基板表面のポアの数をより少なくする
ことができるため好ましい。さらに、アルミナ焼成多層
基板の表面に塗布、焼成する材料としてアルミナを用い
ると好ましいのは、還元雰囲気での加熱処理中でも安定
に存在することのできる材料であるためである。これに
より、従来のグレーズド基板のような還元雰囲気での加
熱処理によるガラスの劣化のような問題を防止すること
ができる。 【００１３】 【実施例】図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のセラ
ミックス基板の一例における基板全体の断面の状態を示
す図である。図１（ａ）に示した例では、アルミナ焼成
多層基板２０の表面をなすアルミナ焼成基板９上に、高
純度易焼結性アルミナペースト１７を塗布した状態を示
している。本例では、内層配線１８より導通ビア１９に
配線が形成され、導通ビア１９が基板表面に露出する部
分には高純度易焼結性アルミナペースト１７を被覆しな
いでセラミックス基板を構成している。また、図１（ｂ
）に示した例では、本発明のセラミックス基板の高純度
易焼結性アルミナ層１０の表面に配線をなす薄膜層５を
形成した状態を示している。 【００１４】図２は本発明のセラミックス基板の表面状
態の一例の構成をさらに詳細に示す断面図である。図２
において、本発明のセラミックス基板の表面の断面は、
アルミナ焼成多層基板２０の表面をなすアルミナ焼成基
板９と、その表面に設けられた高純度易焼結性アルミナ
層１０との複合構造からなっている。すでに焼成されて
いる好ましくは３〜２０重量％の焼結助剤を含むアルミ
ナ基板９は、粒径が１０〜５０μｍ　程度のアルミナ１
とアルミナ１の粒界に存在する焼結助剤２から構成され
、５〜３０μｍ　程度のポア３を有している。また、好
ましくは平均粒子径が０．２　μｍ　以下の高純度易焼
結性アルミナ８は、アルミナ基板９上に塗布、焼成され
、高純度易焼結性アルミナ層１０を形成している。高純
度易焼結性アルミナ８の平均粒子径は好ましくは　０．
２μｍ　以下と小さいため、アルミナ基板９表面のポア
３を封孔することが容易にできる。 【００１５】図３（ａ）〜（ｃ）は本発明のセラミック
ス基板の焼成工程における表面状態の一例を説明するた
めの図である。図３（ａ）は、焼結助剤２を３〜２０重
量％含むアルミナ焼成基板９上に高純度易焼結性アルミ
ナ８からなるペーストを塗布して高純度易焼結性アルミ
ナ層１０を形成した状態を示している。ここで、焼結助
剤２としては通常のＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ２　、Ｔｉ
Ｏ２　、ＺｒＯ２　などが用いられる。また、高純度易
焼結性アルミナ８からなるペーストは、高純度易焼結性
アルミナ粉体と有機バインダー、有機溶媒とを混合して
作製し、塗布法に適した粘度に調整される。塗布方法は
、印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディ
ップ、ナイフコータなど、できるだけ塗布後の平滑性が
良い方法を選択すると好ましい。 【００１６】次に、塗布後の高純度易焼結性アルミナ８
からなるペーストを乾燥する。ペーストを乾燥した後の
表面状態が良好でないと、焼成後も望ましい表面状態に
ならないため、乾燥後、さらにペースト表面の研磨によ
り表面の仕上がり状態を向上させることもできる。次に
、乾燥後のペーストを好ましくは１２００〜１３００℃
の温度で焼成する。 【００１７】図３（ｂ）は焼成時の断面の状態を示して
おり、適正な温度で焼成するとアルミナ基板９中の焼結
助剤２がアルミナ層１０を構成する高純度易焼結性アル
ミナ８間に浸透する。図３（ｂ）に示すような適正な焼
成状態では、焼結助剤２はアルミナ層１０に浸透しただ
けの状態に留まっており、アルミナ層１０とアルミナ焼
成基板９との間の高い密着強度を有する良好な密着状態
を達成することができるとともに、アルミナ層１０表面
の低い表面粗さを有する良好な平滑性を達成することが
できる。なお、焼成温度が適正でなく高くなったような
場合は、図３（ｃ）に示すようにアルミナ層１０中に浸
透した焼結助剤２はアルミナ８と反応し、アルミナ８の
粒成長が促進される。その結果、アルミナ層１０には、
ポアの形成が起こり、表面の凹凸も大きくなり、基板表
面の平滑性も失われる。このように、焼成温度は焼結助
剤２のアルミナ層１０への浸透の程度に影響し、表面状
態を左右することになる。 【００１８】以下、各種条件の好ましい範囲を求めるた
め、高純度易焼結性アルミナの平均粒子径及び焼成温度
とポア個数の関係、焼成温度と表面粗さとの関係、密着
強度について、それぞれ実際に実験した結果について説
明する。 実施例１ 高純度易焼結性アルミナの平均粒子径及び焼成温度とポ
ア個数の関係を調べるため、以下の実験を実施した。ま
ず、通例の方法に従い、アルミナスラリーをドクターブ
レード法によりスリップキャスティングしてグリーンシ
ートを作製し、このグリーンシートをパンチングし、Ｍ
ｏ、Ｗ導体を印刷し、ビアに導体ペーストを充填してグ
リーンシートを積層し、所定の大きさに切断し焼成して
アルミナ焼成多層基板を得た。なお、原料セラミックス
中の焼結助剤の量は１０重量％とした。また、焼成後の
アルミナ焼成多層基板の表面粗さは、中心線平均表面粗
さ（Ｒａと表示）で０．４　μｍ　であった。 【００１９】次いで、得られたアルミナ焼成多層基板の
表面に、スクリーン印刷法で高純度易焼結性アルミナか
らなるペーストを２０μｍ　塗布した。高純度易焼結性
アルミナは、平均粒子径が　０．９μｍ　、０．２　μ
ｍ　の２種類の粒子径のものを用いて比較した。焼成温
度は、１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００
℃、１５００℃の５種類とし、それぞれの温度で焼成を
行ってセラミックス基板を得た。その後、焼成後のセラ
ミックス基板の表面を走査型電子顕微鏡で５００倍の倍
率で観察した。 このとき、見いだされるポア径を測長し、５μｍ　以上
の径のポアの数を計測した。この結果を図４に示す。図
４中、ポア数は１平方ミリメートル当たりに存在するポ
アの数として示した。 【００２０】図４の結果から、０．９　μｍ　、０．２
　μｍ　の２種類の平均粒子径のアルミナのいずれも、
１３００℃近辺でポアの数が最小であることがわかる。 また、平均粒子径が小さくなるに従って、ポアの個数が
減少することがわかる。これにより、ポアの個数を少な
くするには、平均粒子径が０．２　μｍ　以下で、焼成
温度が１２００〜１３００℃が好ましいことがわかる。 【００２１】実施例２ 高純度易焼結性アルミナの焼成温度とポア個数の関係を
調べるため、以下の実験を行った。まず、実施例１と同
様に、アルミナスラリーをドクターブレード法によりス
リップキャスティングしてグリーンシートを作製し内部
配線により多層化後、１６００℃焼成してアルミナ焼成
多層基板を得た。なお、原料セラミックス中の焼結助剤
の量は１０重量％とした。また、焼成後のアルミナ焼成
多層基板の表面粗さは、中心線平均表面粗さ（Ｒａと表
示）で０．７　μｍ　であった。さらに、得られた基板
を表面粗さＲａが０．４　μｍ　になるまで研磨し、比
較のために実施例１と同様にポア数を測定した。 【００２２】次いで、研磨後のアルミナ焼成多層基板の
表面に、スクリーン印刷法で平均粒子径が０．２　μｍ
　の高純度易焼結性アルミナからなるペーストを２０μ
ｍ　塗布した。塗布後、１３００℃、１４００℃、１５
００℃の温度で焼成してセラミックス基板を得た。その
後、得られたセラミックス基板の中心線平均表面粗さＲ
ａを求めるとともに、実施例１と同様の方法で１５μｍ
　以上のポア数を計測、測定した。結果を表１に示す。 【００２３】 　　　　　　【００２４】表１の結果から、高純度易焼
結性アルミナペーストを１３００℃で焼成することによ
り、表面粗さは減少し、１５μｍ　以上のポアも大幅に
減少することが確認された。 【００２５】実施例３ 本発明のセラミックス基板を利用して薄膜を形成した場
合の密着強度を調べるため、以下の実験を行った。まず
、実施例２で作製した高純度易焼結性アルミナペースト
を１３００℃で焼成したセラミックス基板上に、薄膜を
形成してその密着強度を調べた。薄膜としては、Ｔｉ：
５００　　、Ｍｏ：７０００　　、Ｃｕ：４μｍ　を基
板上に形成した。密着強度は、形成した薄膜を１．４ｍ
ｍ　×１．４ｍｍ　の正方形にパターンニングし、０．
８ｍｍ　径のスズめっき付き銅線を半田付けし、半田付
けした銅線を垂直に引っ張り引張強度を求めた。また、
比較のため、薄膜パターンニング後、窒素雰囲気中に水
素を３０％含む還元雰囲気中、７５０℃、１０分間熱処
理した基板の密着強度も測定した。結果を表２に示す。 【００２６】 　　　　　　【００２７】表２の結果から、本発明のセ
ラミックス基板は還元雰囲気での熱処理を行っても基板
表面の劣化は起こらず、強い密着強度が得られることが
わかった。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したところから明らかなように
、本発明によれば、通常のアルミナ焼成多層基板上に、
このアルミナ焼成多層基板の平均粒子径より小さい高純
度易焼結性アルミナのペーストを塗布した後焼成して、
セラミックス基板のほとんどの部分を通常のアルミナ焼
成多層基板から構成するとともに、表面のみを上記アル
ミナ焼成多層基板よりも微粒のアルミナ層としたため、
ポアがなく良好な表面粗さを有する廉価なセラミックス
基板を得ることができる。そのため、本発明のセラミッ
クス基板を使用して薄膜法により薄膜を形成すれば、低
い表面粗さでポア欠陥の少ない表面状態の多層基板上に
薄膜を形成できるため、パターン形成後に還元雰囲気で
熱処理しても薄膜の密着強度に影響を与えることはない
。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のセラミックス基板の基板全体
の断面の状態を示す図、 （ｂ）は本発明のセラミックス基板の表面に配線をなす
薄膜層を形成した状態を示す図である。

【図２】本発明のセラミックス基板の一例の表面の断面
構成を示す図である。

【図３】（ａ）は本発明においてアルミナ焼成多層基板
の表面上に高純度易焼結性アルミナ層を形成した場合の
一例の断面構成を示す図、（ｂ）は本発明におけて適正
温度で焼成したときの断面の状態を示す図、（ｃ）は本
発明において適正温度よりも高い温度で焼成したときの
断面の状態を示す図である。

【図４】本発明における高純度易焼結性アルミナの平均
粒子径及び焼成温度とポア個数の関係を示すグラフであ
る。

【図５】（ａ）は従来の製造工程においてアルミナと焼
結助剤とが混合した断面状態を示す図、（ｂ）は従来の
製造工程において焼成後の断面状態を示す図、（ｃ）は
従来の製造工程において薄膜を形成した時の断面状態を
示す図、（ｄ）は従来の製造工程において薄膜形成面を
研磨したときの断面状態を示す図である。

【符号の説明】

８　　高純度易焼結性アルミナ ９　　アルミナ焼成基板 １０　　高純度易焼結性アルミナ層 ２０　　アルミナ焼成多層基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミナ焼成多層基板と、このアルミ
   ナ焼成多層基板の表面に設けられ、このアルミナ焼成多
   層基板の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有するア
   ルミナ表面層との複合構造からなることを特徴とするセ
   ラミックス基板。
2. 【請求項２】　　アルミナ焼成多層基板を準備し、この
   アルミナ焼成多層基板の表面に、このアルミナ焼成多層
   基板の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する高純
   度易焼結性アルミナのペーストを塗布し、その後焼成す
   ることを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記アルミナペースト層の厚さが３〜
   ３０μｍ　である請求項１記載のセラミックス基板の製
   造方法。
4. 【請求項４】　　前記アルミナ焼成多層基板が、焼結助
   剤を３〜２０重量％含む請求項２または３記載のセラミ
   ックス基板の製造方法。
5. 【請求項５】　　前記高純度易焼結性アルミナの平均粒
   子径が　０．２μｍ以下である請求項２〜４のいずれか
   に記載のセラミックス基板の製造方法。
6. 【請求項６】　　前記焼成時の温度が１２００〜１３０
   ０℃である請求項２〜５のいずれかに記載のセラミック
   ス基板の製造方法。