JPH04369509A - 多層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】本発明は異種のグリーンシートを
組合せてなる多層セラミック基板の製造方法に関する。

【０００２】情報処理装置の主体を占めるＬＳＩ　やＶ
ＬＳＩなどの半導体素子は集積度が向上しているために
発熱量が大きく、そのために耐熱性の優れた多層セラミ
ック回路基板が使用され、この基板上に多数の半導体素
子をマトリックス状に装着して電子回路が構成されてい
る。

【０００３】こゝで、情報処理の高速化により信号周波
数は光にまで及んでいるが、かゝる高速な信号を処理す
る電子回路が形成されている多層回路基板は信号の遅延
時間（τ）　ができるだけ少なく、また、配線間の漏話
（Ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）が少ないことが必要である。

【０００４】そのためには、次の関係式からも明らかな
ように使用基板の誘電率（ε）を少くする必要がある。 τ＝ε１／２　／ｃ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　…（１）但し、ｃは光の速度 また、配線間の漏話を少なくするには多層基板を構成す
るセラミック層の厚さを増せばよいが、小形大容量化を
達成するにはセラミック層の厚さはできるだけ薄いこと
が必要で、そのためにも誘電率の小さな材料を使用する
必要がある。また、配線パターンの形成材料としては抵
抗率の少ない銅（Ｃｕ）の使用が必要である。

【０００５】然し、Ｃｕの融点は１０８４．５℃とセラ
ミックスの焼成温度に較べると遙かに低い。そこで、こ
れらの要求を満たすために軟化温度が低く、また誘電率
の少ない硼硅酸ガラスを主体とするガラスセラミックス
を基板材料とする多層セラミック回路基板が実用化され
ている。

【０００６】然し、ガラスセラミックスはアルミナセラ
ミックスなどに較べると機械的強度が劣っており、その
ため、ガラスセラミック多層回路基板は使用に当たって
損傷し易いなどの問題がある。

【０００７】そこで、電子回路を形成する基板はガラス
セラミックスを用いて形成し、上層部および下層部の基
板は機械的特性に優れたセラミックスを用いて形成する
ことが研究されている。

【０００８】本発明はこのように特性の異なるグリーン
シートを積層してなる多層セラミック回路基板の製造方
法に関するものである。

【０００９】

【従来の技術】組成比の異なる材料からなるグリーンシ
ートを積層して焼成しても、使用材料により焼成収縮率
が異なるために容易に剥離が生じ、多層基板を形成する
ことはできない。

【００１０】そこで、異種材料または組成比の異なる多
層基板を形成するには、両者の焼成収縮率を近似させる
ことが必要である。発明者はグリーンシートに対する加
圧条件を変えることにより焼成収縮率を調整する方法を
提案している。（特願平２−２３８５５８，　平成２年
９月７日出願）この方法はドクターブレード法によりグ
リーンシートを形成した後に加圧して圧延する（予備加
圧と云う）際に加圧力を変えることによりグリーンシー
トの密度を変え、これにより両者の焼成収縮率を近似さ
せるものである。

【００１１】この方法を用いることにより層間剥離のな
い多層基板の形成が可能となった。然し、このようにし
て形成した多層基板の曲げ強さの値は一般に大きくなく
、また、値の変動が大きい。

【００１２】これらのことから、製造方法の改良が必要
であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】異種または組成比の異
なる材料粉末を用いて形成したグリーンシートを積層し
て多層セラミック回路基板を形成する場合、層間剥離を
生じないことは勿論のこと、曲げ強さが大きく、且つ、
再現性の良いことが必要である。

【００１４】そこで、このような製造方法を実用化する
ことが課題である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題はガラス粉末
とセラミック粉末との混合比を変えて異種のグリーンシ
ートを作り、このグリーンシートを積層して多層セラミ
ック基板を形成する際に、粒度分布の近接したガラス粉
末とセラミック粉末とを使用する場合は収縮率が大きく
なり、粒度分布の離れたガラス粉末とセラミック粉末と
を使用する場合は収縮率が小さくなるのを利用してグリ
ーンシートの焼成収縮率を近似せしめ、積層して焼成す
ることを特徴として多層セラミック基板の製造方法を構
成することにより解決することができる。

【００１６】

【作用】発明者は粒度分布の離れたセラミック粉末を混
合することにより焼成収縮率を少なくすることができる
ことを見出した。

【００１７】これを実験例により説明すると次のように
なる。図３は実験に使用した平均粒径が２μｍ　，５μ
ｍ　および１０μｍ　のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の粒度
分布を示している。

【００１８】そして、この内の２種類づつを５０重量部
づつ混合し、バインダとしてポリビニルブチラールを５
０重量部，　可塑剤としてジブチルフタレートを１５重
量部，　溶剤としてアセトンを４００　重量部を加えて
混練し、ドクタブレード法で厚さが３００　μｍのグリ
ーンシートを作り、これを１７００℃の大気中で焼成し
て基板を作り、焼成収縮率を測定した。

【００１９】なお、次の関係式で表されるグリーンシー
ト中の粉末充填率も求めた。 粉末充填率＝（　グリーンシート中の粉末の体積）／（
グリーンシートの体積）

【００２０】

【表１】

【００２１】表１は平均粒径と焼成収縮率および粉末充
填率との関係を示している。この表から平均粒径が近い
アルミナ粉末を使用するほど焼成収縮率が大きく、また
、平均粒径の離れた粉末を使用するほど粉末充填率が向
上していることが判る。

【００２２】すなわち、粉末充填率が高くなるに従って
焼成収縮率が減少している。この事実から、平均粒径が
２μｍ　と１０μｍ　と粒度分布の離れたアルミナ粉末
を用い、混合比率を０：１００，　　２５：７５，　５
０：５０，　７５：２５，　　１００：０　と変えてグ
リーンシートを作り、焼成して基板を作り、焼成収縮率
を測定した。

【００２３】図４はこの結果を示すもので、平均粒径の
異なるアルミナ粉末を用いる場合、その量比が５０：５
０の場合が焼成収縮率が最も少なくなっていることが判
る。 このように使用する材料の粒度分布を変えることにより
焼成収縮率を調整することができるが、発明者はこの関
係は異種の材料の組合せについても成立しており、一方
、多層基板の曲げ強さは焼成収縮率の差の少ないグリー
ンシートを積層して多層基板を作るほど大きくなること
を見出した。

【００２４】すなわち、高周波特性が優れ、且つ機械的
な強度の優れた多層セラミック回路基板として中央領域
の基板には硼珪酸ガラスの含有率の多いガラスセラミッ
クスを用い、上下領域の基板にはアルミナの含有率の多
いガラスセラミックスを用いて多層基板を形成する場合
にバイアホールの位置合わせなどパターン精度が良く、
且つ層間剥離のない多層基板を形成するには、焼成収縮
率を近似させることが必要である。

【００２５】そのためには、使用する硼珪酸ガラス粉末
とアルミナ粉末との粒度分布と混合比を調整することに
より可能なことが判った。次に、このような多層セラミ
ック基板は同時に曲げ強さが高く、且つ再現性の優れて
いることが必要であるが、発明者は多層基板の曲げ強さ
と焼成収縮率とは密接な関係があり、曲げ強さの高い値
を示すためには層間の収縮率の差を少なく保つことが必
要なことを見出したものである。

【００２６】

【実施例】

実施例１：下記のように平均粒径の異なる硼珪酸ガラス
粉末とアルミナ粉末を組合せて四種類のグリーンシート
を作り、その焼成収縮率とグリーンシートの粉末充填率
を測定した。 硼硅酸ガラス粉末（　平均粒径５μｍ　または１０μｍ
　）・・・・・・５０重量部アルミナ粉末　　　　（平
均粒径５μｍ　または１０μｍ　）・・・・・・５０重
量部ポリビニルブチラール（バインダ）　　　　　　　
　　・・・・・・・・・５０　　〃　　ジブチルフタレ
ート　　（可塑剤）　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・１５　　〃アセトン　　　　　　　　　　　　
（溶剤）　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
４００　〃を加え、ボールミルを用いて混練した後、ド
クターブレード法により３００　μｍ　のグリーンシー
トを形成し、粉末充填率を測定した後、１０００℃の大
気中で焼成して焼成収縮率を測定した。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２はこの結果を示すもので、予期するよ
うに粒径が近いものを使用するほど粉末充填率は少なく
なっており、また焼成収縮率が大きくなっている。次に
、この四種類のグリーンシートを二種類づつ組み合わせ
て積層体を作り、焼成して得た多層基板について曲げ強
さを測定した。

【００２９】すなわち、粒径１０μｍ　の粉末をＬで略
称し、粒径５μｍ　の粉末をＳで略称し、アルミナをＡ
で略称し、硼珪酸ガラスをＧで略称すると、四種類のグ
リーンシートはＡ（Ｌ）／Ｇ（Ｌ），Ａ（Ｌ）／Ｇ（Ｓ
），Ａ（Ｓ）／Ｇ（Ｌ），Ａ（Ｓ）／Ｇ（Ｓ）で表され
る。

【００３０】このグリーンシートを二種類づつとり、こ
れを交互に２０層積層し、３０ＭＰａの圧力を加えて一
体化して後、１０００℃の大気中で焼成して多層基板を
作り、この曲げ強さを測定した。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３はこの結果であって、二種類のグリー
ンシートの収縮率の差が少ない程、曲げ強さが大きい値
を示している。これらのことから、中央領域の基板には
硼珪酸ガラスの含有率の多いガラスセラミックスを用い
、上下領域の基板にはアルミナの含有率の多いガラスセ
ラミックスを用いて多層基板を形成する場合に、層間剥
離がなく、且つ曲げ強さが大きく且つ変動の少ない多層
基板を製造するには、グリーンシートの粉末充填率が大
きく、また層間の収縮率差の少ないように構成すること
が必要で、Ａ（Ｌ）／Ｇ（Ｓ），Ａ（Ｓ）／Ｇ（Ｌ）の
組合せを用いればよいことが判る。

【００３３】

【発明の効果】本発明の実施により異種のグリーンシー
トを積層して多層セラミック回路基板を形成する際に層
間剥離がなく、且つ曲げ強さの優れた多層セラミックス
基板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験に使用したアルミナ粉末の粒度分布である
。

【図２】実験に使用した硼珪酸ガラス粉末の粒度分布で
ある。

【図３】実験に使用したアルミナ粉末の粒度分布である
。

【図４】アルミナ粉の混合比率とセラミックスの収縮率
との関係図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　組成の異なるガラス／セラミックグリ
   ンシートを混成積層して一体焼成する際に、各層で使用
   するガラス粉末とセラミックス粉末の粒度分布を調整し
   、二種類の粉末の粒度分布を相互に近づけることで収縮
   率を大きく、遠ざけることで小さくすることにより、各
   層の焼成収縮率を近似せしめたことを特徴とする多層セ
   ラミック基板の製造方法。
2. 【請求項２】　　粒度分布の異なるセラミック粉末を混
   合して原料に用い、二種類の粒度分布の異なる粉末の平
   均粒径を近づけることで焼成収縮率を大きく、遠ざける
   ことで小さくすることで成形体の粉末充填率を調節する
   ことを特徴とするセラミックスの焼成収縮率の制御方法
   。
3. 【請求項３】　　粒度分布の異なる粉末の混合比を変え
   ることで収縮率を調節することを特徴とする請求項２記
   載のセラミックスの焼成収縮率の制御方法。