JPH04290492A - 低誘電率セラミックス回路基板の製造方法 - 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】本発明は低誘電率セラミックス回
路基板の製造方法に関し、さらに詳しくは誘電率が低い
とともに充分な強度を備えていて例えば高速コンピュー
タの回路基板や高周波領域アンテナ用基板等に好適に用
いられる低誘電率セラミックス回路基板を、割れや層間
剥離を招くことなく安定して得ることのできる低誘電率
セラミックス回路基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス回路基板はＬＳＩを実装す
るのに好適であることから、各種電子機器に広く用いら
れている。特にコンピュータの分野においては、処理速
度の高速化に伴い可能な限り誘電率の低いセラミックス
回路基板が要求されるようになった。

【０００３】しかし、セラミックス、ガラス等の従来の
基板材料を用いていたのでは、誘電率を下げるにも限界
があった。そこで、セラミックス内部に多数の中空微小
球を含有してなるセラミックス基板が提案され、これに
ついて種々の研究もなされている。このセラミックス基
板は、図４に示すように、セラミックス基地１０中に多
数の中空微小球１１を含有するものであり、各中空微小
球１１はいずれも内部に空気を含んでいるため、従来の
セラミックス基板に比較して誘電率の引き下げが達成さ
れている。なお、図４において、１２は導体配線層であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
ス基板内部に中空微小球を含有させると、誘電率が低下
するのと引き換えに基板強度が低下してしまうので、充
分な基板強度をもたせるためには何らかの強化が必要で
ある。その強化手段としては、中空微小球を含有するセ
ラミックス基板（以下、これを中空微小球添加基板と称
することがある）と中空微小球を含有しないセラミック
ス基板との積層による複合化が考えられる。

【０００５】しかしながら、一般的に中空微小球は基板
に含有されているセラミックス粒子やガラス粒子に比較
してその粒径が大きいためこれらの粒子に比較して焼成
時の収縮率が小さく、したがって中空微小球添加基板と
中空微小球を含有しないセラミックス基板とを一体に焼
成すると、割れや層間剥離が生じるという問題があった
。

【０００６】具体的には、この焼成収縮率について本発
明者が鋭意検討を重ねた結果によれば、従来より一般に
用いられている粒径２０μｍの中空微小球を４０体積％
の割合で含有するセラミックス基板の焼成温度１０００
℃での焼成収縮率は１３％であるのに対し、この中空微
小球を含有しないセラミックス基板の焼成温度１０００
℃での焼成収縮率は１６％であることが判明している。 すなわち、この焼成収縮率の差に起因して上記の割れや
層間剥離が発生するため、従来は中空微小球添加基板と
中空微小球を含有しないセラミックス基板との複合化が
困難であった。

【０００７】また、従来の中空微小球添加基板において
は、基板の表面に中空微小球が露出しているため基板の
表面荒さが大きくなり、この表面上に樹脂薄膜回路を形
成する際の障害となることがあるという問題もあった。 本発明はかかる事情に基づいてなされたものであり、本
発明の目的は、中空微小球を含有するセラミックス基板
と中空微小球を含有しないセラミックス基板とを一体に
焼成しても割れや層間剥離を招くことがなく、したがっ
て低誘電率であるとともに実用に耐える強度を備えてい
て、しかも表面が平滑である低誘電率セラミックス回路
基板を効率良く得ることのできる低誘電率セラミックス
回路基板の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の要旨は、セラミックス粉末、ガラス粉末お
よび中空微小球を含有するグリーンシートと、導体配線
層とを交互に積層して積層体を作製し、次いで該積層体
を焼成する低誘電率セラミックス回路基板の製造方法に
おいて、上記中空微小球の粒径を調整することにより焼
成時における上記積層体の収縮率を制御することを特徴
とする低誘電率セラミックス回路基板の製造方法であり
、さらに前記積層体を、その積層方向において中空微小
球無添加グリーンシートで挾んでから焼成することを特
徴とする請求項１記載の低誘電率セラミックス回路基板
の製造方法である。

【０００９】本発明の方法においては、次のようにして
低誘電率セラミックス回路基板を製造する。先ず、セラ
ミックス粉末、ガラス粉末および中空微小球の混合物に
、溶剤、可塑剤およびバインダを添加し、これを混練す
ることによりスラリーを調製する。前記セラミックス粉
末としては、たとえばアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）、ム
ライト（３Ａｌ２　Ｏ３　・２ＳｉＯ２　〜２Ａｌ２　
Ｏ３　・ＳｉＯ２　）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等
のアルミニウム（Ａｌ）を含有するセラミックス粉末を
好適に用いることができる。このセラミックス粉末がア
ルミニウム（Ａｌ）を含有するものであると、上記ガラ
ス粉末の結晶化を防ぐことができるからである。このセ
ラミックス粉末の平均粒径は、通常、２〜３μｍ程度で
ある。

【００１０】前記ガラス粉末としては、たとえばホウケ
イ酸ガラスの粉末、シリカガラスの粉末などを好適に使
用することができる。このガラス粉末の平均粒径は、通
常、３〜５μｍ程度である。前記の中空微小球は、たと
えばシリカ（ＳｉＯ２　）、セラミックス［アルミナ（
Ａｌ２　Ｏ３　）、ムライト（３Ａｌ２　Ｏ３　・２Ｓ
ｉＯ２　〜２Ａｌ２　Ｏ３　・ＳｉＯ２　）等］などの
材料を用いて中空の球状に形成されたものであり、特に
シリカ（ＳｉＯ２　）製中空微小球、アルミナ（Ａｌ２
　Ｏ３　）製中空微小球は好適に使用される。

【００１１】本発明の方法においては、使用に供する前
記の中空微小球の粒径を調整することにより前記の積層
体の焼成収縮率を制御する。図３は、粒径が１０μｍで
ある中空微小球および粒径が２０μｍである中空微小球
のそれぞれにいついて温度と収縮率との関係を示すグラ
フである。図３に示すように粒径の小さい中空微小球を
使用すれば、積層体の焼成収縮率は大きくなるし、粒径
の大きい中空微小球を使用すれば、積層体の焼成収縮率
は小さくなる。具体的には、従来より一般に用いられて
きた粒径２０μｍの中空微小球を用いた場合の積層体の
温度１０００℃における焼成収縮率はせいぜい１３％で
あるのに対し、粒径１０μｍの中空微小球を用いた場合
の積層体の温度１０００℃おける焼成収縮率は１４．５
％である。一方、中空微小球を含有しない、例えばガラ
スセラミックス基板の温度１０００℃における焼成収縮
率は１６％であることから、粒径の小さい中空微小球を
使用することにより積層体の焼成収縮率を、中空微小球
を含有しないガラスセラミックス基板の焼成収縮率に一
致させることが可能となる。したがって、焼成時におけ
る中空微小球を含有する積層体と中空微小球を含有しな
いセラミックス基板との挙動を一致させることが可能に
なるため、前記の積層体と中空微小球を含有しないセラ
ミックス基板とを複合化することにより前記の積層体の
強度を補強することが可能になる。

【００１２】本発明の方法においては、これらのセラミ
ックス粉末、ガラス粉末および中空微小球を混合して使
用する。この混合物における前記セラミックス粉末の配
合割合は、通常、１５〜４０体積％程度であり、前記ガ
ラス粉末の配合割合は、通常、３０〜５０体積％程度で
ある。そして、この混合物における前記中空微小球の配
合割合は、通常、１０〜５０体積％程度である。この割
合が１０体積％未満であると、誘電率を引き下げる効果
が充分に奏されないことがある。一方、この割合が５０
体積％を超えると、焼成が困難になることがある。

【００１３】上記の混合物に添加する可塑剤としては、
たとえばジブチルフタレート（フタル酸ジ−ｎ−ブチル
）などが挙げられる。また、上記のバインダーとしては
、たとえばポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）な
どが挙げられる。また、スラリーの調製に使用される溶
剤としては、たとえばメチルエチルケトン、アセトンお
よびこれらの混合溶剤などが挙げられる。

【００１４】上記の混合物１００重量部に対する上記の
可塑剤、バインダーおよび溶剤の使用割合は次の通りで
ある。すなわち、可塑剤は、通常、１〜２重量部、バイ
ンダーは、通常、１５〜２５重量部、溶剤は、通常、１
００〜１２０重量部である。本発明の方法においては、
上記の混合物と可塑剤、バインダーおよび溶剤とを混練
してスラリーを調製した後、このスラリーを用いてグリ
ーンシートを作製する。

【００１５】グリーンシートの作製には、たとえばキャ
リアテープ法を好適に採用することができる。なお、グ
リーンシートの厚さは、通常、２００〜３００μｍであ
る。本発明の方法においては、以上のようにしてグリー
ンシートを作製した後、該グリーンシートに導体配線層
間を接続するためのビアを形成し、通常は該ビアにたと
えば銅（Ｃｕ）粉末もしくはペーストを充填してからシ
ート表面に配線パターンを印刷して導体配線層を形成す
る。ここで、配線パターンの印刷は、たとえば銅（Ｃｕ
）ペーストを使用したスクリーン印刷法を好適に採用し
て行なうことができる。

【００１６】導体配線層を形成した後においては、通常
、このグリーンシートを複数枚積層して積層体とする。 次に、この積層体の焼成を行なうが、この焼成の温度は
、通常、９８０〜１０２０℃、時間は、通常、９０〜１
２０分間である。本発明の方法においては、この積層体
を、その積層方向において中空微小球無添加グリーンシ
ートで挾んだ状態で焼成することができる。すなわち、
前記の積層体における積層方向の両端面に中空微小球を
含有しない中空微小球無添加グリーンシートを積層して
から焼成すれば、中空微小球を含有することにより低下
した前記の積層体の強度を充分に実用的な水準にまで引
き上げることができるとともに、表面の平滑性を付与す
ることができる。

【００１７】上記の中空微小球無添加グリーンシートと
しては、中空微小球を含有しないガラスセラミックス組
成のグリーンシート等を好適に使用することができる。 このような中空微小球無添加グリーンシートは、具体的
には、前記の中空微小球を含有するグリーンシートの作
製に準じて得ることができる。すなわち、前記の中空微
小球を含有するグリーンシートの作製において、中空微
小球を使用しないほかは同シートの作製と同様の操作を
行なうことにより、たとえば上記のガラスセラミックス
組成のグリーンシートを得ることができる。ここで、上
記の中空微小球を含有しないグリーンシートにおけるセ
ラミックス粉末とガラス粉末との配合割合は、たとえば
アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）粉末等のセラミックス粉末
が、通常、１５〜４０体積％であり、ホウケイ酸ガラス
粉末、シリカガラス粉末等のガラス粉末が、通常、６０
〜８５体積％である。

【００１８】

【作用】本発明の低誘電率セラミックス回路基板の製造
方法においては、中空微小球の粒径を調整することによ
り該中空微小球を含有するセラミックス基板の焼成収縮
率を制御する。すなわち、中空微小球をセラミックス基
板中に含有せしめることによりセラミックス基板の誘電
率を引き下げることが可能になるのであるが、これと引
き換えに該セラミックス基板の強度は低下する。そして
、該セラミックス基板に含有される中空微小球の粒径は
同基板に含有されるセラミックス粒子やガラス粒子の粒
径に比較して大きいため焼成収縮率が小さく、したがっ
て中空微小球を含有するセラミックス基板の焼成収縮率
は中空微小球を含有しないセラミックス基板の焼成収縮
率に比較して小さくなり、中空微小球を含有するセラミ
ックス基板の焼成収縮率と中空微小球を含有しないセラ
ミックス基板の焼成収縮率とに差が生じる。

【００１９】そこで、セラミックス基板に含有せしめる
中空微小球の粒径を調整して該中空微小球を含有するセ
ラミックス基板の焼成収縮率を制御することにより、上
記のような焼成収縮率の差が生じるのを防止する。具体
的には、使用に供する中空微小球の粒径を大きくすれば
該中空微小球を含有するセラミックス基板の焼成収縮率
を小さくすることができるし、中空微小球の粒径を小さ
くすれば該中空微小球を含有するセラミックス基板の焼
成収縮率を大きくすることができる。

【００２０】したがって、本発明の方法によれば、中空
微小球を含有するセラミックス基板の収縮挙動を中空微
小球を含有しないセラミックス基板の収縮挙動に一致さ
せることが可能になり、両基板を一体に焼成して複合化
させることができる。そのため、本発明の方法において
は、中空微小球の添加により誘電率の引き下げを図った
低誘電率セラミックス回路基板の強度を、中空微小球を
含有していないセラミックス基板との複合化により補う
ことが可能になり、誘電率が低いとともに実用的な強度
を備え、しかも表面が平滑でたとえば該表面に樹脂薄膜
薄回路を好適に形成することができる低誘電率セラミッ
クス回路基板を得ることが可能である。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、本発明につい
てさらに具体的に説明する。アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　
）２００ｇ、ホウケイ酸ガラス２５０ｇおよび粒径１０
μｍのシリカ製中空微小球６０ｇからなる混合物に溶剤
（アセトン５５ｇ＋メチルエチルケトン３２０ｇ）、可
塑剤（ジブチルフタレート）１０ｇおよびバインダー（
ポリメチルメタアクリレート）８０ｇを加え、これを混
練してスラリーとした。得られたスラリーについて脱泡
処理を行なった後、このスラリーをドクターブレード法
により成形して厚さ３００μｍのグリーンシートとした
。

【００２２】このグリーンシートにビアホールを形成し
た後、該ビアホールにＣｕ粉末を充填してビアを形成し
、さらにこのグリーンシート上に銅ペーストをスクリー
ン印刷して導体配線層を形成した。このようにしてビア
および導体配線層を形成したグリーンシートを２０枚積
層して積層体とした。

【００２３】図１は、この積層体の一部の断面図である
。図１に示すように、グリーンシート１と導体配線層２
とは交互に積層されて積層体３が形成されている。また
、図１中、４はビアであり、５は中空微小球である。 次に、アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）２１体積％、ホウケ
イ酸ガラス３９体積％、シリカガラス４０体積％の組成
の中空微小球無添加グリーンシートで上記の積層体を、
その積層方向に挾み込んでサンドイッチ構造とした。図
２はその構造の概略を示す説明図である。図２において
、３は積層体、６は中空微小球無添加グリーンシートで
ある。

【００２４】次いで、上記のようにして中空微小球無添
加グリーンシートで挾み込んだ積層体を、窒素雰囲気中
、焼成温度１０００℃にて９０分間焼成を行なうことに
より誘電率ε＝３．５の低誘電率セラミックス回路基板
を、焼成時の割れや層間剥離を生じることなく得ること
ができた。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、以上の構成としたので
、中空微小球を含有する低誘電率セラミックス回路基板
の焼成収縮率の制御が可能になり、中空微小球を含有す
るセラミックス基板と中空微小球を含有しないセラミッ
クス基板とを一体に焼成しても割れや層間剥離を招くこ
とがなく、したがって低誘電率であるとともに実用に耐
える強度を備えていて、しかも表面が平滑である低誘電
率セラミックス回路基板を効率良く得ることのできる低
誘電率セラミックス回路基板の製造方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例における積層体の一部を示す断面説明
図である。

【図２】本実施例における積層体を中空微小球無添加グ
リーシートで挾んだ状態の一部を示す概略説明図である
。

【図３】粒径１０μｍの中空微小球を用いてなる基板お
よび粒径２０μｍの中空微小球を用いてなる基板のそれ
ぞれについて焼成温度と収縮率との関係を示すグラフで
ある。

【図４】従来の低誘電率セラミックス回路基板の一例の
構成を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１…グリーンシート ２…導体配線層 ３…積層体 ４…ビア ５…中空微小球 ６…中空微小球無添加グリーンシート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミックス粉末、ガラス粉末および
   中空微小球を含有するグリーンシートと、導体配線層と
   を交互に積層して積層体を作製し、その後、該積層体を
   焼成する低誘電率セラミックス回路基板の製造方法にお
   いて、上記中空微小球の粒径を調整することにより焼成
   時における上記積層体の収縮率を制御することを特徴と
   する低誘電率セラミックス回路基板の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記積層体を、その積層方向において
   中空微小球無添加グリーンシートで挾んでから焼成する
   ことを特徴とする請求項１記載の低誘電率セラミックス
   回路基板の製造方法。