JPH04280875A - セラミック基板の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はゾル−ゲル法によりつく
られた極薄のセラミック基板の製造方法に関する。更に
詳しくは焼成直前の正方形又は長方形のグリーンシート
を加工した、ＬＳＩを実装するに適したセラミック基板
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のセラミック基板はＬＳＩを高密
度に実装できるように機械的強度等を保持した上でその
厚みは小さいものが要求される。一方、薄膜用セラミッ
ク基板に代表されるように、焼成後に素子が搭載される
基板表面には高い平滑性が要求される。従来、この種の
セラミック基板は粉末法により製造される。粉末法は微
粉砕した原料アルミナを有機バインダと可塑剤と有機溶
剤とに混合し、混合したスラリーをキャスティングして
グリーンシートに成形した後、プレスにより正方形又は
長方形に打ち抜いて１枚ずつ、或いは１枚のグリーンシ
ートの上面にアルミナ粉からなる、いわゆる目砂を塗し
、別のグリーンシートを重合せ必要に応じてグリーンシ
ートの上面に荷重をかけて焼成する方法である。

【０００３】一方、新プロセスとしてゾル−ゲル法によ
りセラミック基板を製造する方法が提案されている（尾
野幹也：エレクトロニク・セラミックス，１７，３，８
０　（１９８６）　２１）。このゾル−ゲル法は、アル
ミニウムアルコキシドを加水分解し、その生成物である
ベーマイトを解膠処理して得られるアルミナゾルから原
料スラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード
法により成膜乾燥してグリーンシートを成形し、このグ
リーンシートを正方形又は長方形に切断した後、１２０
０〜１６００℃で焼成する方法である。この方法によれ
ば、ベーマイトが数１０オングストローム〜数１００オ
ングストロームの超微粒子であるため、得られたセラミ
ック基板は前記粉末法に比較して焼結性に優れ、緻密で
抗折強度が高く表面が平滑な特長がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の２つの
方法で厚みが３０〜２００μｍの極薄のセラミック基板
を製造する場合に、焼成時に正方形又は長方形のグリー
ンシートの収縮によりシートに反り、うねりが起こり、
或いは目砂の影響により凹凸が発生する不具合があった
。特に厚みが２００μｍ以下の極薄で軽量のセラミック
基板では自重によるレベリングを期待できず、また絶対
的厚みが小さいため微小な歪みでも大きな変形を起し易
く、反り、うねり、凹凸等の発生が顕著で、基板全体で
みた場合、実質上表面平滑性に優れた極薄のセラミック
ス基板が得られない問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、厚みが３０〜２００μｍ
の極薄であっても、焼成によって反り、うねり、凹凸等
が発生せず、部分的にも全体的にも表面が平滑なセラミ
ック基板を製造する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ゾル−ゲル
法により作製されたグリーンシートは超微粒子で構成さ
れているため、焼結性に優れ、焼成時に発生する張力に
対抗して焼結が進み、焼結密度の低下等が起こらないこ
と、また粒子の比表面積の大きさに比例して大量の有機
バインダを添加しているため、柔軟性に富んでシート端
縁を折返してもひび割れを生じないことに着目し、本発
明に到達した。本発明は、水を分散媒としたセラミック
ゾルに有機バインダを混合してセラミックスラリーを調
製する工程と、このスラリーをドクターブレード法によ
り成膜乾燥してグリーンシートを成形する工程と、この
グリーンシートを正方形又は長方形に切断する工程と、
正方形又は長方形のグリーンシートを１２００〜１６０
０℃で焼成する工程とをこの順に含むセラミック基板の
製造方法の改良である。その特徴ある構成は、図１及び
図２に示すように前記切断工程と前記焼成工程の間に、
切断したグリーンシート１０の四隅を切落す工程と、こ
の切断したグリーンシート１０の四辺に相当する４つの
端縁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをそれぞれの一辺
の長さを１００％とするとき当該辺の３〜１０％だけそ
れぞれ折返す工程と、折返したグリーンシートを２枚の
セッター１１，１２で挟んで台板１３に載せる工程とを
備えたことにある。

【０００７】以下、本発明を詳述する。先ず、水を分散
媒としたセラミックゾルに有機バインダ、必要に応じて
焼結助剤、可塑剤を混合してセラミックスラリーを調製
する。このセラミックゾルは市販の微粒のセラミック粉
を水に入れ超音波等で均一に分散して調製されるゾルを
用いることもできるが、より高純度でより高密度のセラ
ミック基板をつくる観点にたつと、セラミックゾルを加
水分解し解膠処理して得られるコロイド粒子が微細なセ
ラミックゾルが好ましい。ゾルに分散するセラミックス
粒子には、特に制限はなく、公知のセラミック基板の原
料となるアルミナ、ムライト、ステアタイト、フォルス
テライト、ベリリア等が挙げられる。有機バインダとし
てはポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポ
リ酢酸ビニル、メチルセルロース、ポリアクリル酸、ポ
リメタクリル酸等が挙げられ、焼結助剤としては酸化マ
グネシウム、二酸化けい素等が挙げられる。また可塑剤
は有機バインダによって選択されるが、例えばグリセリ
ン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、ジ
オクチルフタレート、アジピン酸ジオクチル等が挙げら
れる。有機バインダ及び可塑剤の各添加量は、成形する
するグリーンシートの厚みに応じて変化するが、グリー
ンシートの成形性、加工性を考慮し、特に後述する折返
し時にグリーンシートの端縁にひび割れを生じないよう
に、ともに１０〜６０重量％の範囲内が好ましい。セラ
ミックゾルに有機バインダ等を混合した混合液の分散媒
を脱離して混合液を濃縮しスラリーにする。このスラリ
ーをドクターブレード法により成膜し、乾燥して所望の
厚みのグリーンシートを成形する。このグリーンシート
はプレスにより正方形又は長方形に打抜かれて切断され
る。

【０００８】図１に示すように、切断したグリーンシー
ト１０はその四隅が破線Ａで切落され、このグリーンシ
ート１０の四辺に相当する４つの端縁１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ，１０ｄをそれぞれの一辺の長さを１００％とす
るとき当該辺の３〜１０％だけ破線Ｂに沿って折返され
る。上記範囲外では本発明の作用効果が十分に発揮され
ず、特に１０％を越えると有用な面積が減少し、それぞ
れ好ましくない。図２に示すように、折返したグリーン
シート１０はこのグリーンシートを焼成時に汚染しない
セラミックスからなる２枚のセッター１１，１２で挟ん
で台板１３に載せられる。セッター１１，１２は折返し
たグリーンシート１０のサイズよりひと回り大きいもの
が選ばれる。上記グリーンシートの切断は、次に述べる
焼成時の収縮量を考慮して、折返した部分より内側の部
分が所要の基板サイズになるように行われる。

【０００９】台板１３に載せられたグリーンシート１０
は、２００〜５００℃の温度で仮焼して分散媒を完全に
除去した後、大気圧下、セラミック粒子が完全に焼結す
る１２００〜１６００℃の温度で焼成される。焼成後適
当な冷却装置で室温まで冷却した後、レーザ光輻射によ
るレーザ加工により焼結シートの折返し部分が切断され
、セラミック基板が得られる。

【００１０】

【作用】ゾル−ゲル法により作製されたグリーンシート
は超微粒子で構成されているため、焼結性に優れ、焼成
時に発生する張力に対抗して焼結が進み、焼結密度の低
下等が起こらない。また粒子の比表面積の大きさに比例
して大量の有機バインダを添加しているため、柔軟性に
富み、シートの四辺を折返してもひび割れを生じない。

【００１１】またグリーンシートの四辺を折返すことに
より、次の作用を生じる。第一に、折返し部分の存在に
より、通常の板金加工と同様にシートの端縁の強度が増
大し、シートの変形量を小さくする。第二に、グリーン
シートの折返し部分は内側の部分より厚くなるため、変
形防止のために載せているセッターの荷重がすべて折返
し部分に加わり、内側部分はセッターによる応力を受け
ることがない。これにより焼成時において基板とセッタ
ー表面の反応やセッター表面の凹凸の影響を受けにくく
なる。第三に、グリーンシートは焼結とともに収縮して
セラミック基板となるが、折返し部分にはセッターの荷
重が加わっているため、シートが上下２枚のセッターと
の摩擦力により焼成収縮に抵抗しようとする。これに対
して内側部分は、自由に焼成収縮しようとする。これに
よりシートの内側部分は四方から引張られ張力のかかっ
た状態になり、自ら変形を防止しようとする。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように、従来の粉末法では焼
成時の脱バインダに伴う品質上の欠陥を防止するために
、原料セラミック粉に混合する有機バインダの添加量を
極力少なくしている。このため粉末法でつくられたグリ
ーンシートは柔軟性に乏しく折返すとひび割れし易い。 また粉末法は焼結性がそれ程高くなく、焼成時に焼結密
度が低下する傾向にあるのに対して、ゾル−ゲル法によ
る本発明によれば、グリーンシートは比表面積の大きい
超微粒子で構成されるため、有機バインダが粉末法より
多めに添加されているのでグリーンシートは柔軟性に富
み、折返しによりひび割れを生じない。また、四辺を折
返したグリーンシートを２枚のセッターで挟んで焼成す
ると、四辺が強化され、シートの四辺以外の部分がセッ
ターの化学的かつ物理的な影響を受けにくい。また四辺
をセッターで固定したグリーンシートの内側部分が焼成
収縮により緊張するため自ら変形を防止する。この結果
、本発明の方法によれば、厚みが３０〜２００μｍの極
薄であっても、焼成によって反り、うねり、凹凸等が発
生せず、部分的にも全体的にも表面の平滑なセラミック
基板が得られる。この基板は高い表面平滑性の要求され
る機能回路用セラミック基板に有用である。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 ＜実施例＞８０℃の水１００モルにアルミニウムイソプ
ロポキシド［Ａｌ（Ｃ３Ｈ７Ｏ）３］１モルを添加して
アルミニウムイソプロポキシドを加水分解し、ベーマイ
ト（ＡｌＯＯＨ）を生成した。これに酢酸を加えｐＨ２
〜４に調整してベーマイトを解膠させ、アルミナ濃度５
重量％の安定なベーマイトゾルを得た。このゾルに焼結
助剤として酢酸マグネシウムをマグネシア（ＭｇＯ）換
算で、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）１００重量％に対して０
．３重量％を添加した。

【００１４】更に、有機バインダとしてポリビニルアル
コールをアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）１００重量％に対して
５０重量％添加した。これにより固形分濃度５重量％の
アルミナスラリーを得た。このスラリーをドクターブレ
ード法により焼成後の厚みが１００μｍとなるように成
形し、４０℃で４時間及び８０℃で２時間それぞれ熱風
乾燥してグリーンシートを得た。図１に示すように、こ
のグリーンシートを１５０ｍｍ×１５０ｍｍのサイズに
プレスにより打抜いて切断し、四辺を折返したときに重
ならないようにグリーンシート１０の四隅を切り落した
。 次いで四辺に相当する端縁１０ａ〜１０ｄをそれぞれ５
ｍｍの幅で折返した。折返したグリーンシートは、図２
に示すように１枚ずつ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み６
ｍｍの２枚のセッター１１，１２で挟み、台板１３に載
せ焼成炉に入れて大気圧下、１４００℃の温度で５時間
焼成した。焼成後、炭酸ガスレーザーにより折返し部分
を切落とし、３インチ（約７６ｍｍ）平方の厚み１００
μｍのアルミナ基板を得た。

【００１５】＜比較例＞実施例と同じグリーンシートを
実施例と同一サイズにプレスにより打抜いて切断し、四
辺を折返さずに２枚のセッターで挟む際に切断時に生じ
た反りを直した後、実施例と同様に焼成した。

【００１６】＜表面平滑度の測定方法と評価＞実施例と
比較例の表面平滑度を表面粗さ計により測定した。その
結果を図４及び図５に示す。図５から比較例のアルミナ
基板は表面のうねり及び凹凸が２０μｍ以内であったの
に対して、図４から実施例のアルミナ基板は表面のうね
り及び凹凸が５μｍ以内であった。この結果、実施例の
基板は比較例の基板より、うねり、凹凸等が非常に小さ
く表面平滑性に優れていることが判明した。なお基板表
面の中心線平均粗さＲａは実施例及び比較例ともにカッ
トオフ０．８ｍｍで０．１μｍであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切断したグリーンシートの四辺を折返
す状況を示す斜視図。

【図２】その折返したグリーンシートを２枚のセッター
に挟んで台板に載せた状態の断面図。

【図３】図２のＣ部拡大断面図。

【図４】実施例基板の表面粗さ計の出力波形図。

【図５】比較例基板の表面粗さ計の出力波形図。

【符号の説明】

１０　　グリーンシート １０ａ〜１０ｄ　　グリーンシートの端縁１１，１２　
　セッター １３　　台板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水を分散媒としたセラミックゾルに有
   機バインダを混合してセラミックスラリーを調製する工
   程と、前記スラリーをドクターブレード法により成膜乾
   燥してグリーンシートを成形する工程と、前記グリーン
   シートを正方形又は長方形に切断する工程と、前記正方
   形又は長方形のグリーンシートを１２００〜１６００℃
   で焼成する工程とをこの順に含むセラミック基板の製造
   方法において、前記切断工程と前記焼成工程の間に、前
   記切断したグリーンシート（１０）の四隅を切落す工程
   と、前記切断したグリーンシート（１０）の四辺に相当
   する４つの端縁（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を
   それぞれの一辺の長さを１００％とするとき当該辺の３
   〜１０％だけそれぞれ折返す工程と、前記折返したグリ
   ーンシート（１０）を２枚のセッター（１１，１２）で
   挟んで台板（１３）に載せる工程とを備えたことを特徴
   とするセラミック基板の製造方法。