JPH043494A - 多層セラミック基板のバイヤ形成方法 - 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〕 本発明は多層セラミック基板のバイヤ形成方法に係り、
特にバイヤ孔に導体を充填することにより各層間の電気
的接続を行うバイヤを形成する多層セラミック基板のバ
イヤ形成方法に関する。

一般に、半導体素子を搭載する回路基板としてセラミッ
ク基板か広く用いられている。セラミ・ツク基板は耐熱
性、放熱性、電気特性１機械的強度等の面て良好な特性
を有している。このセラミ・ツク基板はグリーンシート
を焼成することにより製造される。

また昨今では、半導体素子の高集積化か急速に行われて
おり、これに対応するため導体ノくターンか形成された
薄いセラミック板を多層形成することにより導体パター
ンの高密度化を図った多層セラミック基板が提供されて
いる。この多層セラミック基板では多層された各セラミ
ック板間の電気的導通を図るためバイヤが形成されてい
る。このバイヤは、セラミック板に形成されたバイヤ孔
（セラミック板を上下に貫通する小径孔）に導体を充填
した構造を有し、各セラミック板間の電気的導通を図る
機能を奏する。よって、バイヤが適正に形成されないと
、各層間の電気的導通が図れなくなりセラミック基板と
して機能しなくなってしまう。

そこで、高い信頼性を有するバイヤを形成し得るバイヤ
形成方法が望まれている。

〔従来の技術〕

第３図に従来におけるバイヤ（ＶＩＡ）の形成方法を示
す。

従来バイヤを形成するには、先ず同図（Ａ）に示すよう
にグリーンシートｌにマスクフィルム２を配設し、続い
てこの上部よりパンチングによりグリーンシートｌ及び
マスクフィルム２を共に穿孔し、同図（Ｂ）に示すよう
にバイヤ孔３を形成する。

バイヤ孔３が形成されると、同図（Ｃ）に示すようにゴ
ムスキージ７を用いてバイヤ孔３に導体４を充填する。

従来ては、この導体４として銅粉と有機バインダとを混
合させた銅ペーストを用いていた。

上記のようにバイヤ孔３に導体４が充填されると、同図
（Ｄ）に示すようにグリーンシート１のマスクフィルム
２の配設面と異なる面にバイヤ孔３を塞ぐようにランド
５か形成され、続いて同図（Ｅ）に示すようにマスクフ
ィルム２をグリーンシートｌから剥離させる。

上記のようにバイヤ孔３に導体４か充填されたグリーン
シート１は同図（Ｆ）に示されるように積層された上で
焼成処理され、多層セラミック基板が形成されていた。

しかるに上記従来のバイヤ形成方法では、導体４として
銅粉と有機バインダとを混合させた銅ペーストを用いて
いたため、焼成時に有機バインダかガス化してこれがガ
ス状の残渣としてバイヤ孔３内に残ってしまう。このガ
ス状残渣によりバイヤ孔３に充填された導体４に空隙８
が発生し、導体４か断線したり抵抗値が増大してしまい
、バイヤの電気的接続性が低下してしまうという問題点
があった。

そこで、ガス状残渣の原因となる有機バインダを取り除
き、導体４として銅粉のみをバイヤ孔３に充填する方法
が考えられる。この構成とした場合、焼成処理時にバイ
ヤ孔３内にガス状残渣か残ることはなくなり、バイヤの
電気的接続性を向上させることかできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、銅粉のみから構成される導体４を用いる
ことにより、銅ペーストを用いる場合に比べてガス状残
渣の発生を防止することかできる。

しかるに、グリーンシートｌにも有機バインダが含まれ
ており、このグリーンシート１内の有機バインダも焼成
時にガス化する。このガス化した有機バインダがバイヤ
孔３内に侵入した場合、導体４に有機バインダか含有さ
れていなくてもグリーンシート１内に含まれる有機バイ
ンダに起因してバイヤ孔３内にガス状残渣が発生してし
まい、バイヤ電気的接続性が低下してしまうという課題
があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、バイヤ
の電気的接続性を向上しうる多層セラミック基板のバイ
ヤ形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明では、グリーンシー
ト（１）に孔空は加工を行いバイヤ孔（３）を形成した
後、このバイヤ孔（３）に導体（４）を充填し、続いて
上記グリーンシート（１）を複数枚積層して焼成するこ
とにより上記導体（４）をも焼成し各層間における電気
的接続を行うバイヤ（９）を形成する多層セラミック基
板のバイヤ形成方法において、 上記導体（４）として酸化銅を添加してなる銅粉を用い
たことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記のバイヤ形成方法によれば、導体４として酸化銅を
含有してなる銅粉を用いているため、グリーンシート１
に含有される有機バインダか焼成時に気化したガスは、
酸化銅により酸化分解され円滑にバイヤ孔から抜けてい
く。よって、焼成時にグリーンシートｌから発生したガ
スによりバイヤ孔３内にガス状残清か発生することはな
く、バイヤ９の電気的導通性を向上させることかできる
。

〔実施例〕

次に本発明方法の一実施例について図面と共に説明する
。第１図は本発明の一実施例である多層セラミック基板
のバイヤ形成方法を示す工程図である。尚、同図（Ａ）
、（Ｂ）、（Ｅ）〜（Ｇ）に示す工程は従来におけるバ
イヤの形成方法と全く同一である。このため、各図に示
される工程は簡単に説明する。

バイヤを形成するには、先ずグリーンシート１にマスク
フィルム２を配設しく同図（Ａ）に示す）、続いてこの
上部よりパンチングによりグリーンシート１及びマスク
フィルム２を共に穿孔してバイヤ孔３を形成する（同図
（Ｂ）に示す）。

この、グリーンシートｌはガラス粉とアルミナ粉を混合
したものに有機バインダを含有させたものであり、また
バイヤ孔３の径寸法は５０〜２００μｍ程度とされてい
る。

バイヤ孔３が形成された後に行われる、同図（Ｃ）、（
Ｄ）に示される工程は本発明方法の特徴となる工程であ
る。各図に示される工程はバイヤ孔３に導体４を充填す
る工程である。

本発明では、バイヤ孔３に充填する導体４として、有機
バインダを用いず銅粉に酸化銅を添加させたものを用い
たことを特徴とする。この銅粉の粒径は特定の流動分布
を有するように、例えば平均１．１μｍ程度に選定され
ている。また、酸化銅の充填量は１０〜２０ｗｔ％に選
定されている。更に、上記構成とされた導体４をバイヤ
孔３に充填する際、合わせてアルミナ粉も充填される。

このアルミナ粉はその粒径を０．３〜３μｍに選定され
ており、またその充填量は５〜１０ｖｏ１％とされてい
る。

上記酸化銅は後に行われる焼成工程において還元材とし
て機能するものであり、グリーンシート１に含有される
有機バインダが気化したガスを分解する。また、アルミ
ナ粉は異常粒成長を抑制するために充填される。尚、こ
れについては後に詳述する。

この銅粉及び酸化銅から構成される導体４をバイヤ孔３
に充填する方法は、従来と変わるところはなく、同図（
Ｃ）に示すように、グリーンシートｌの背面側に負圧を
かけつつ上記混合導体４をゴムスキージ７にて充填する
。

導体４か充填されると、続いて同図（Ｄ）に示されるよ
うに、グリーンシートｌのマスクフィルム２の配設面と
異なる面にバイヤ孔３を塞ぐように保護フィルム１０が
配設される。この保護フィルム１０は、バイヤ孔３に充
填された導体４の飛散を防止すると共に、後述する導体
パターンが形成される面を保護する機能を奏するもので
ある。

保護膜１０が配設されると、続いて導体４の上部に銅ペ
ースト４ａか充填される。この銅ペース）４ａはマスク
フィルム２の厚さ（約３８μｍ）の約半分の厚さで充填
される。この銅ペースト４ａは、銅粉の充填と同様にゴ
ムスキージ７を用いて行われる。このように形成される
銅ペースト４ａは、充填された導体４か飛散するのを防
止する機能を奏すると共に、導体４の充填時にバイヤ孔
３の上部に空隙か形成されたような場合に、この空隙を
埋める作用を奏する。よって、銅ペースト４ａを充填す
ることにより、バイヤ孔３に対する導体４の充填密度を
向上させることかでき、形成されるバイヤ９の電気的接
続性の向上を図ることがてきる。

上記のように導体４（銅粉及び酸化銅からなる）がバイ
ヤ孔３に充填されると、保護フィルム１０は剥がされ、
この保護フィルム１０が剥離された面に銅パターン１１
がスクリーン印刷されると共に、バイヤ９の下端部にラ
ンド５が形成される（同図（Ｅ）に示す）。続いて、こ
のように形成されたセラミック板１２は同図　（Ｆ）に
示されるようにマスクフィルム２が剥がされた上で、同
図（Ｇ）に示されるように複数枚積層され焼成処理が行
われる。

焼成処理の際、上記のように導体４は銅粉及び酸化銅か
ら構成されているため導体からガスか発生するようなこ
とはないが、グリーンシート１には有機バインダか含有
されているため、グリーンシートｌから有機バインダの
気化によるガス（以下、バインダガスという）か発生す
る。このバインダガスかバイヤ孔３に侵入した場合、バ
イヤ孔３内に充填された導体４に空泡（以下、ボアとい
う）か発生する虞がある。

しかるに、導体４には銅粉に加えて酸化銅か添加されて
いるため、焼成による高温雰囲気下においてバイヤガス
は還元剤として機能する酸化銅により酸化分解され円滑
にバイヤ孔３から抜けていく。このため、バインダガス
により導体４内にボアが発生することはなくなり、バイ
ンダガスかバイヤ孔３内にガス状残渣として残留する事
はなく、導体４の充填密度は向上する。これにより、バ
イヤ９の断線、抵抗値の増大を防止でき、バイヤ９の電
気的接続性を向上することができ、ひいては多層セラミ
ック基板１３の信頼性を向上させることができる。

第２図は本発明者が実験により求めた酸化銅の添加量と
バイヤ孔内に発生するボアの最大ボア径との関係を示し
ている。同図に示されるように、酸化銅の含有量を増大
させるほど最大ボア径は小さくなっており、１０ｗｔ％
以上では発生する最大ボア径はほぼ同じ値となっている
。また、酸化銅の添加量が２０ｗｔ％以上となると酸化
銅が充分に還元されず酸化銅がバイヤ孔３内に残留して
しまう。

酸化銅は銅に比べて導電性が不良であるため、酸化銅か
多く残留するとバイヤ９の抵抗値が増大してしまう。よ
って、以上の点より酸化銅の添加量は１０〜２０ｗｔ％
に設定すると良い。

一方、上記したように導体４をバイヤ孔３に充填する際
、導体４に合わせてアルミナ粉を充填するが、これは次
の理由による。即ち、グリーンシート１及び導体４は共
に焼成時に焼結されるか、この際グリーンシート１の焼
結温度が約１００８°Ｃであるのに対して、導体４（銅
）の焼結温度は約４００〜６００℃であり、両者の焼結
温度に大きな差を有している。このため、グリーンシー
ト１を充分に焼結させると、導体４は所謂焼き過ぎの状
態となる。導体４は、上記のように微細な粉体てあり、
焼結過多になると銅粉等か凝集して異常粒成長か発生す
る。この異常粒成長か発生すると、バイヤ孔３内にボア
が発生してしまい、バイヤ９の電気的接続性が低下して
しまう。

しかるに、導体４と共に融点の高いアルミナ粉をバイヤ
孔３内に充填することにより、銅粉等の凝集が抑制され
、また銅粉が焼結する温度か上昇するため異常粒成長の
発生を防止することができる。これにより、ボアの発生
を抑制てきバイヤ９の電気的接続性を向上させることが
できる。

尚、上記した実施例では、導体４として銅粉に酸化銅を
添加した例を示したが、酸化銅に代えて他の還元性をゆ
うする導電性金属酸化物を用いることも可能である。し
かるに、周知のようにバイヤに充填する導体としては、
銅が最も優れた特性を有しており、還元後はこの銅とな
る酸化銅が銅粉に添加する物質としては最も適している
と考えられる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、グリーンシートから発生
するバインダガスは酸化銅により酸化分解されバイヤ孔
内にガス状残渣か発生することかなくなるため、バイヤ
孔内における導体の充填密度を向上させることができ、
バイヤの断線、抵抗値の増加を確実に防止することかて
き、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上させる
ことができる等の特長を有する。

図において、 ｌはグリーンシート、 ２はバイヤ孔、 ４は導体、 ９はバイヤ、 ＩＯは保護フィルム、 １２はセラミック板、 １３は多層セラミック基板 を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である多層セラミック基板の
バイヤ形成方法を工程順に示す工程図、第２図は酸化銅
の添加量と最大ボア径の関係を示す図、 第３図は従来における多層セラミック基板のバイヤ形成
方法の一例を説明するための工程図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　グリーンシート（１）に孔空け加工を行いバイヤ孔（
   ３）を形成した後、該バイヤ孔（３）に導体（４）を充
   填し、続いて該グリーンシート（１）を複数枚積層して
   焼成することにより該導体（４）をも焼成し各層間にお
   ける電気的接続を行うバイヤ（９）を形成する多層セラ
   ミック基板のバイヤ形成方法において、 該導体（４）として酸化銅を添加してなる銅粉を用いる
   ことを特徴とする多層セラミック基板のバイヤ形成方法
   。