JPH04369899A - ガラス−セラミック多層回路基板の製造方法 - Google Patents
ガラス−セラミック多層回路基板の製造方法Info
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- JPH04369899A JPH04369899A JP3146136A JP14613691A JPH04369899A JP H04369899 A JPH04369899 A JP H04369899A JP 3146136 A JP3146136 A JP 3146136A JP 14613691 A JP14613691 A JP 14613691A JP H04369899 A JPH04369899 A JP H04369899A
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- H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス−セラミック多
層回路基板の製造方法に関し、更に詳しくは、ビア形成
方法を改良したガラス−セラミック多層回路基板の製造
方法に関する。
層回路基板の製造方法に関し、更に詳しくは、ビア形成
方法を改良したガラス−セラミック多層回路基板の製造
方法に関する。
【０００２】大量の情報を迅速に処理する必要から、情
報処理装置の小型大容量化が進められており、情報処理
装置の主体を占める半導体装置も単位素子の小型化によ
り高度に集積化したＬＳＩやＶＬＳＩが実用化されてい
る。これら集積回路は、チップのままで複数個をセラミ
ックよりなるチップ搭載用基板（インターポーザ）に搭
載してＬＳＩモジュールを作り、これを取り替え単位と
して印刷配線基板に装着する実装形態が採られている。 特に、フリップフロップタイプの半導体集積回路は、全
てセラミック回路基板に装着されている。
報処理装置の小型大容量化が進められており、情報処理
装置の主体を占める半導体装置も単位素子の小型化によ
り高度に集積化したＬＳＩやＶＬＳＩが実用化されてい
る。これら集積回路は、チップのままで複数個をセラミ
ックよりなるチップ搭載用基板（インターポーザ）に搭
載してＬＳＩモジュールを作り、これを取り替え単位と
して印刷配線基板に装着する実装形態が採られている。 特に、フリップフロップタイプの半導体集積回路は、全
てセラミック回路基板に装着されている。
【０００３】半導体集積回路を装着するセラミック回路
基板は多層化された形で用いられるのが一般的であり、
現在では２０〜６０層程度の多層回路基板が実用化され
ている。このような多層回路構造においては、層を貫通
して形成したビアと呼ぶ導体部分により、各層の電子回
路相互の電気的接続を行っている。特に近年、半導体素
子からの信号をより高速化する要請が高まってきている
ため、基板の導体として抵抗がより低い材料を用い、ま
た、半導体装置の高密度化に伴い、基板に形成されるビ
アをより微細にする必要がある。
基板は多層化された形で用いられるのが一般的であり、
現在では２０〜６０層程度の多層回路基板が実用化され
ている。このような多層回路構造においては、層を貫通
して形成したビアと呼ぶ導体部分により、各層の電子回
路相互の電気的接続を行っている。特に近年、半導体素
子からの信号をより高速化する要請が高まってきている
ため、基板の導体として抵抗がより低い材料を用い、ま
た、半導体装置の高密度化に伴い、基板に形成されるビ
アをより微細にする必要がある。
【０００４】これらの要請を満足させるために、ガラス
−セラミック基板が開発されている。ガラス−セラミッ
ク基板は、導体として金、銀、銅等の低抵抗材料を用い
ることができるように、軟化点が６００〜９００℃のガ
ラスをセラミックと複合化することにより、焼成時の収
縮温度を７００〜１０００℃に調整してある。そして、
高密度実装を可能とするためにビア径も１００μｍ程度
の微細のものになっている。
−セラミック基板が開発されている。ガラス−セラミッ
ク基板は、導体として金、銀、銅等の低抵抗材料を用い
ることができるように、軟化点が６００〜９００℃のガ
ラスをセラミックと複合化することにより、焼成時の収
縮温度を７００〜１０００℃に調整してある。そして、
高密度実装を可能とするためにビア径も１００μｍ程度
の微細のものになっている。
【０００５】
【従来の技術】従来、ガラス−セラミック多層回路基板
の製造方法においては、ガラス−セラミックと有機バイ
ンダーで作製されたグリーンシートのビア形成予定位置
に穴開けしてスルーホールを形成した後、このスルーホ
ール内に導体ペーストを充填してビアを形成する。この
ようにして、多層回路基板のそれぞれの層を構成するた
めのグリーンシートを作製する。次に、それぞれのグリ
ーンシートについて、ビア位置（穴埋め位置）を含み、
導体ペーストをスクリーン印刷して電子回路パターンを
形成した後、乾燥させる。そして、これら乾燥後のグリ
ーンシートを位置合わせして積層した後、加圧して一体
化し、得られた積層体を加熱してバインダー抜きをした
後に焼成することにより、ガラス−セラミック多層回路
基板が得られる。バインダー抜きのための加熱は、その
後の焼成にくらべて低温で行われるもので、仮焼成とも
呼ばれる。
の製造方法においては、ガラス−セラミックと有機バイ
ンダーで作製されたグリーンシートのビア形成予定位置
に穴開けしてスルーホールを形成した後、このスルーホ
ール内に導体ペーストを充填してビアを形成する。この
ようにして、多層回路基板のそれぞれの層を構成するた
めのグリーンシートを作製する。次に、それぞれのグリ
ーンシートについて、ビア位置（穴埋め位置）を含み、
導体ペーストをスクリーン印刷して電子回路パターンを
形成した後、乾燥させる。そして、これら乾燥後のグリ
ーンシートを位置合わせして積層した後、加圧して一体
化し、得られた積層体を加熱してバインダー抜きをした
後に焼成することにより、ガラス−セラミック多層回路
基板が得られる。バインダー抜きのための加熱は、その
後の焼成にくらべて低温で行われるもので、仮焼成とも
呼ばれる。
【０００６】従来のビア形成方法においては、図８に示
すように、ポリエチレンテレフタレートのシート（通称
「マイラーシート」）１を通して多数のスルーホール２
を穴開けしてあるグリーンシート３を準備する。排気装
置を備えた充填台５の上面に吸引紙４を敷き、上記のグ
リーンシート３をマイラーシート１を上にした状態で吸
引紙４の上に重ねて置く。次に、マイラーシート１上に
導体ペーストを置き、真空ポンプを作動させながらスキ
ージを慴動させることにより、導体ペーストがマイラー
シート１の穴を通って吸引され、スルーホール２内に充
填される。
すように、ポリエチレンテレフタレートのシート（通称
「マイラーシート」）１を通して多数のスルーホール２
を穴開けしてあるグリーンシート３を準備する。排気装
置を備えた充填台５の上面に吸引紙４を敷き、上記のグ
リーンシート３をマイラーシート１を上にした状態で吸
引紙４の上に重ねて置く。次に、マイラーシート１上に
導体ペーストを置き、真空ポンプを作動させながらスキ
ージを慴動させることにより、導体ペーストがマイラー
シート１の穴を通って吸引され、スルーホール２内に充
填される。
【０００７】次に、マイラーシート１を剥がしてから、
グリーンシート３の上面に導体回路パターンをスクリー
ン印刷により形成し、乾燥させる。多層回路基板の各層
に対応するグリーンシート３をこのようにして作製し、
位置合わせして積層・加圧して一体化した後、加熱して
グリーンシート３および導体ペースト中のバインダーを
除去する（仮焼成）。次に、高温焼成してガラス−セラ
ミックおよび導体金属を焼結することにより、各層の所
定位置にビアを有するガラス−セラミック多層回路基板
が形成される。この従来法においてビアに用いる導体ペ
ーストとしては、導電性金属粉末と有機バインダーとを
混合したペーストを用いていた。
グリーンシート３の上面に導体回路パターンをスクリー
ン印刷により形成し、乾燥させる。多層回路基板の各層
に対応するグリーンシート３をこのようにして作製し、
位置合わせして積層・加圧して一体化した後、加熱して
グリーンシート３および導体ペースト中のバインダーを
除去する（仮焼成）。次に、高温焼成してガラス−セラ
ミックおよび導体金属を焼結することにより、各層の所
定位置にビアを有するガラス−セラミック多層回路基板
が形成される。この従来法においてビアに用いる導体ペ
ーストとしては、導電性金属粉末と有機バインダーとを
混合したペーストを用いていた。
【０００８】しかし上記従来の方法は次の問題点があっ
た。 （１）導電性金属と基板のセラミックとの焼結挙動が異
なり、焼結中に両者の収縮率に差が生じるため、形成さ
れたビア内にポアや断線が発生し易い。 （２）グリーンシートが多孔質であり、導体ペーストの
溶剤（バインダー分）が充填時にスルーホールの壁面に
吸い取られるため、導体ペーストによってスルーホール
を完全に充填することが難しい。すなわち、導体ペース
トの粘度が高いと完全に充填できず、粘度が低いとビア
中央に空隙ができる。 （３）導電性金属として銅等の酸化し易い金属を用いた
場合、バインダー抜きのための加熱を酸化雰囲気中で行
うことができないため、バインダーが抜けにくく、湿潤
雰囲気等の還元雰囲気中で行う必要がある。このため、
熱分解しにくいバインダーをペーストおよびグリーンシ
ートに用いることができない。
た。 （１）導電性金属と基板のセラミックとの焼結挙動が異
なり、焼結中に両者の収縮率に差が生じるため、形成さ
れたビア内にポアや断線が発生し易い。 （２）グリーンシートが多孔質であり、導体ペーストの
溶剤（バインダー分）が充填時にスルーホールの壁面に
吸い取られるため、導体ペーストによってスルーホール
を完全に充填することが難しい。すなわち、導体ペース
トの粘度が高いと完全に充填できず、粘度が低いとビア
中央に空隙ができる。 （３）導電性金属として銅等の酸化し易い金属を用いた
場合、バインダー抜きのための加熱を酸化雰囲気中で行
うことができないため、バインダーが抜けにくく、湿潤
雰囲気等の還元雰囲気中で行う必要がある。このため、
熱分解しにくいバインダーをペーストおよびグリーンシ
ートに用いることができない。
【０００９】このような問題を解消するために、これま
でに種々の工夫がなされている。まず、導電性金属と基
板のセラミックとの焼結挙動を一致させるために、導体
ペーストに有機金属を添加する方法が提案されている（
例えば特開昭６１−８９８３９、特開昭６２−１３３０
０２、特開昭６３−２６０１９９、特開昭６３−２７１
９９５、特開平１−２０１９９６）。一般に導体ペース
トは、その中に含まれている有機溶剤が分解飛散するま
で導体金属の粉末は焼結せず、導体金属粉末のみを焼成
した場合よりは焼結が遅れ、焼結およびそれによる収縮
が高温側に移行する。しかし、有機溶剤が分解飛散して
しまった７００〜９００℃では導電性金属の焼結が急激
に起こるため、それに伴ってセラミックとは著しく異な
る収縮挙動を示す。上記方法においては、添加された有
機金属がバインダー抜き（仮焼成）時および焼成時に分
解して金属酸化物となり、これが７００〜９００℃の高
温領域での導電性金属粉末の焼結を阻害することを利用
して、導電性金属の焼結収縮を遅らせ高温側に移行させ
ることによりセラミックの焼結収縮の時期に合わせるよ
うにした。すなわち、導体ペーストに有機金属を添加す
ることによって７００〜９００℃の高温領域での収縮を
制御する。
でに種々の工夫がなされている。まず、導電性金属と基
板のセラミックとの焼結挙動を一致させるために、導体
ペーストに有機金属を添加する方法が提案されている（
例えば特開昭６１−８９８３９、特開昭６２−１３３０
０２、特開昭６３−２６０１９９、特開昭６３−２７１
９９５、特開平１−２０１９９６）。一般に導体ペース
トは、その中に含まれている有機溶剤が分解飛散するま
で導体金属の粉末は焼結せず、導体金属粉末のみを焼成
した場合よりは焼結が遅れ、焼結およびそれによる収縮
が高温側に移行する。しかし、有機溶剤が分解飛散して
しまった７００〜９００℃では導電性金属の焼結が急激
に起こるため、それに伴ってセラミックとは著しく異な
る収縮挙動を示す。上記方法においては、添加された有
機金属がバインダー抜き（仮焼成）時および焼成時に分
解して金属酸化物となり、これが７００〜９００℃の高
温領域での導電性金属粉末の焼結を阻害することを利用
して、導電性金属の焼結収縮を遅らせ高温側に移行させ
ることによりセラミックの焼結収縮の時期に合わせるよ
うにした。すなわち、導体ペーストに有機金属を添加す
ることによって７００〜９００℃の高温領域での収縮を
制御する。
【００１０】また、この原理を応用して、導体ペースト
に有機金属の代わりに金属酸化物を直接添加する方法も
提案されている（例えば特開昭６１−８９８３９、本出
願人による特願平２−９０１８）。
に有機金属の代わりに金属酸化物を直接添加する方法も
提案されている（例えば特開昭６１−８９８３９、本出
願人による特願平２−９０１８）。
【００１１】一方、有機物のビア中残存を解消すると共
にスルーホールへの充填性を改良するために、導体ペー
ストではなく導電性金属の粉末を直接充填する方法が提
案されている（例えば特開平２−１８９９１、特開平１
−２８１７９５、特開昭６１−１０１０９６）。この方
法においては、有機バインダーを用いないため、乾燥・
焼成時に有機バインダーの飛散なく、形成されたビア内
にポアがなく、また多孔質のグリーンシートにも比較的
簡単に充分な充填密度でビアを形成することができる。
にスルーホールへの充填性を改良するために、導体ペー
ストではなく導電性金属の粉末を直接充填する方法が提
案されている（例えば特開平２−１８９９１、特開平１
−２８１７９５、特開昭６１−１０１０９６）。この方
法においては、有機バインダーを用いないため、乾燥・
焼成時に有機バインダーの飛散なく、形成されたビア内
にポアがなく、また多孔質のグリーンシートにも比較的
簡単に充分な充填密度でビアを形成することができる。
【００１２】このように種々の方法が提案されているが
、近年の回路パターンの微細化に伴い、ビア径も例えば
１００μｍ程度と非常に微細になっており、次のような
新たな問題点が生じてきた。
、近年の回路パターンの微細化に伴い、ビア径も例えば
１００μｍ程度と非常に微細になっており、次のような
新たな問題点が生じてきた。
【００１３】まず導体ペーストの場合、１００μｍ程度
の微細なスルーホールを完全に充填することは非常に困
難であり、有機金属の添加や金属酸化物の直接添加を行
ってもスルーホール中の充填密度を高めるためには効果
はなく、充填段階で残存したポアが焼成後のビア内にも
ほぼそのまま残存するという問題がある。更に、有機金
属は一般的に熱分解（熱劣化）温度が高いため、バイン
ダー抜き（仮焼成）後も不完全な化合物として残存し易
い。特に、導体金属として銅等の酸化し易い金属を用い
た場合には、加熱雰囲気としてバインダーの抜けにくい
還元雰囲気を用いざるを得ないため、焼成後まで残存し
易いという問題がある。
の微細なスルーホールを完全に充填することは非常に困
難であり、有機金属の添加や金属酸化物の直接添加を行
ってもスルーホール中の充填密度を高めるためには効果
はなく、充填段階で残存したポアが焼成後のビア内にも
ほぼそのまま残存するという問題がある。更に、有機金
属は一般的に熱分解（熱劣化）温度が高いため、バイン
ダー抜き（仮焼成）後も不完全な化合物として残存し易
い。特に、導体金属として銅等の酸化し易い金属を用い
た場合には、加熱雰囲気としてバインダーの抜けにくい
還元雰囲気を用いざるを得ないため、焼成後まで残存し
易いという問題がある。
【００１４】一方、導体金属の粉末を直接スルーホール
に充填する方法の場合、粉末の粒径を細かくすることに
よって、微細なスルーホール内にも十分な充填を行える
点で有効な方法である。しかし、金属粉末が単独で存在
するため、バインダー抜き時および焼成時にセラミック
は勿論、導体ペーストに比較しても低い温度で収縮が開
始し、収縮率の不一致によってビアと基板との界面に隙
間を生じ易いという問題がある。特に銅を導体とした場
合には、バインダー抜きのための加熱雰囲気として銅を
酸化させないために湿潤窒素雰囲気等を用いるが、湿潤
窒素雰囲気中では銅粉末の収縮開始温度は乾燥窒素雰囲
気中に比べて更に低い３００〜４００℃程度に低下する
。そのため、４００〜５００℃の低温領域で、ビアと基
板との界面に導体ペーストで形成したビアの場合よりも
大きい隙間が生じてしまう。この対策として、本発明者
は特願平２−９０１８において、導電性金属粉末にセラ
ミック粉末を添加してスルーホールに充填する方法を既
に提案している。
に充填する方法の場合、粉末の粒径を細かくすることに
よって、微細なスルーホール内にも十分な充填を行える
点で有効な方法である。しかし、金属粉末が単独で存在
するため、バインダー抜き時および焼成時にセラミック
は勿論、導体ペーストに比較しても低い温度で収縮が開
始し、収縮率の不一致によってビアと基板との界面に隙
間を生じ易いという問題がある。特に銅を導体とした場
合には、バインダー抜きのための加熱雰囲気として銅を
酸化させないために湿潤窒素雰囲気等を用いるが、湿潤
窒素雰囲気中では銅粉末の収縮開始温度は乾燥窒素雰囲
気中に比べて更に低い３００〜４００℃程度に低下する
。そのため、４００〜５００℃の低温領域で、ビアと基
板との界面に導体ペーストで形成したビアの場合よりも
大きい隙間が生じてしまう。この対策として、本発明者
は特願平２−９０１８において、導電性金属粉末にセラ
ミック粉末を添加してスルーホールに充填する方法を既
に提案している。
【００１５】この方法は、銅粉末のみを充填した場合の
欠点である７００℃以下の低温領域（４００〜７００℃
）での収縮を抑えるため、ビア／基板界面のポア発生を
防止するのに効果的である。しかし、この方法では、セ
ラミック粉末の添加量が多かったり、セラミック粉末の
粒径が大きかったりすると、焼成後の金属粉末の粒子結
合が不安定になり、ビアが脆く強度も低くなるという欠
点がある。
欠点である７００℃以下の低温領域（４００〜７００℃
）での収縮を抑えるため、ビア／基板界面のポア発生を
防止するのに効果的である。しかし、この方法では、セ
ラミック粉末の添加量が多かったり、セラミック粉末の
粒径が大きかったりすると、焼成後の金属粉末の粒子結
合が不安定になり、ビアが脆く強度も低くなるという欠
点がある。
【００１６】また、導体粉末を直接スルーホール内に充
填した場合セラミックとの濡れが悪く、良好な密着性が
得られない欠点を、前述の特開平２−１８９９１の方法
では、金属粉末に酸化クロムを添加することによって解
消する。しかし、この方法では、焼成時にビアが腐食さ
れ易い点、および酸化クロムの毒性を考慮しなければな
らず作業性が悪い点に問題がある。なお、特開平２−１
８９９１には、導体粉末およびＣｒ２ Ｏ３ 粉末の粒
径について、導体粉末の粒径は、Ｃｕ粉末、Ｃｒ２ Ｏ
３ 粉末ともにスルーホール径に対して１／１０以下、
特に１／１０〜１／５００程度とすることが記載されて
いる。
填した場合セラミックとの濡れが悪く、良好な密着性が
得られない欠点を、前述の特開平２−１８９９１の方法
では、金属粉末に酸化クロムを添加することによって解
消する。しかし、この方法では、焼成時にビアが腐食さ
れ易い点、および酸化クロムの毒性を考慮しなければな
らず作業性が悪い点に問題がある。なお、特開平２−１
８９９１には、導体粉末およびＣｒ２ Ｏ３ 粉末の粒
径について、導体粉末の粒径は、Ｃｕ粉末、Ｃｒ２ Ｏ
３ 粉末ともにスルーホール径に対して１／１０以下、
特に１／１０〜１／５００程度とすることが記載されて
いる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消し、ビア径が１００μｍ程度に微細であっても
、スルーホールを十分に充填して健全なビアを形成でき
るように改良したガラス−セラミック多層回路基板の製
造方法を提供することを目的とする。
点を解消し、ビア径が１００μｍ程度に微細であっても
、スルーホールを十分に充填して健全なビアを形成でき
るように改良したガラス−セラミック多層回路基板の製
造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のガラス−セラミック多層回路基板の製造
方法は、ガラス−セラミックグリーンシートのビア形成
予定位置にスルーホールを形成する工程、銅粉末にセラ
ミック粉末を配合した混合粉末を該スルーホールに充填
する工程、該スルーホールを形成した該グリーンシート
上に導体ペーストを印刷して導体パターンを形成する工
程、該導体パターンを形成した複数の該グリーンシート
を積層して積層体を形成する工程、該積層体を加熱して
バインダー抜きおよび仮焼成を行う工程、および得られ
た仮焼成体を焼成する工程を含んで成り、該銅粉末およ
び該セラミック粉末の粒径を、該スルーホールに充填さ
れた際に該ガラス−セラミックグリーンシートの密度と
同程度以上の充填密度が得られる粒径とすることを特徴
とする。
めに、本発明のガラス−セラミック多層回路基板の製造
方法は、ガラス−セラミックグリーンシートのビア形成
予定位置にスルーホールを形成する工程、銅粉末にセラ
ミック粉末を配合した混合粉末を該スルーホールに充填
する工程、該スルーホールを形成した該グリーンシート
上に導体ペーストを印刷して導体パターンを形成する工
程、該導体パターンを形成した複数の該グリーンシート
を積層して積層体を形成する工程、該積層体を加熱して
バインダー抜きおよび仮焼成を行う工程、および得られ
た仮焼成体を焼成する工程を含んで成り、該銅粉末およ
び該セラミック粉末の粒径を、該スルーホールに充填さ
れた際に該ガラス−セラミックグリーンシートの密度と
同程度以上の充填密度が得られる粒径とすることを特徴
とする。
【００１９】
【作用】既に説明したように、ビアにポアが生ずる原因
は下記のとおりである。〔要因１〕導体ペーストを用い
た場合、グリーンシートのスルーホールに銅粉末が完全
に充填されず、充填後にスルーホール内に粉末密度の粗
密や空隙ができる。〔要因２〕銅粉末とグリーンシート
のセラミックとの焼結（収縮）温度が異なる。本発明に
おいては、上記要因を次のように解消できる。先ず〔要
因１〕については、従来の知見に基づいて、スルーホー
ルに従来のように導体ペーストではなく、導体粉末を充
填することにより完全に充填を行うことができる。次に
〔要因２〕については、本発明者は、銅粉末にセラミッ
ク粉末を配合した混合粉末をスルーホールに充填し、そ
の際、銅粉末およびセラミック粉末の粒径を、スルーホ
ールに充填された際にガラス−セラミックグリーンシー
トの密度と同程度以上の充填密度が得られる粒径とする
ことにより、焼結過程における銅粉末とグリーンシート
のセラミックとの収縮差（焼結温度の差）を解消するこ
とができることを見出した。
は下記のとおりである。〔要因１〕導体ペーストを用い
た場合、グリーンシートのスルーホールに銅粉末が完全
に充填されず、充填後にスルーホール内に粉末密度の粗
密や空隙ができる。〔要因２〕銅粉末とグリーンシート
のセラミックとの焼結（収縮）温度が異なる。本発明に
おいては、上記要因を次のように解消できる。先ず〔要
因１〕については、従来の知見に基づいて、スルーホー
ルに従来のように導体ペーストではなく、導体粉末を充
填することにより完全に充填を行うことができる。次に
〔要因２〕については、本発明者は、銅粉末にセラミッ
ク粉末を配合した混合粉末をスルーホールに充填し、そ
の際、銅粉末およびセラミック粉末の粒径を、スルーホ
ールに充填された際にガラス−セラミックグリーンシー
トの密度と同程度以上の充填密度が得られる粒径とする
ことにより、焼結過程における銅粉末とグリーンシート
のセラミックとの収縮差（焼結温度の差）を解消するこ
とができることを見出した。
【００２０】通常用いられるガラス−セラミックグリー
ンシートの相対密度は未焼成状態で約５０〜６０％であ
り、これに対応する本発明の混合粉末としては銅粉末お
よびセラミック粉末の粒径を、スルーホール内に未焼成
状態で約５５〜６５％の充填密度で充填される粒径とす
ることが適当である。これにより、焼結時のビア内外の
収縮差をより小さくすることができる。
ンシートの相対密度は未焼成状態で約５０〜６０％であ
り、これに対応する本発明の混合粉末としては銅粉末お
よびセラミック粉末の粒径を、スルーホール内に未焼成
状態で約５５〜６５％の充填密度で充填される粒径とす
ることが適当である。これにより、焼結時のビア内外の
収縮差をより小さくすることができる。
【００２１】本発明の充填密度を得るには、平均粒径０
．３〜８μｍの銅粉末に平均粒径０．１〜１μｍのセラ
ミック粉末を配合した混合粉末を用いることが望ましい
。更にその際、銅粉末よりも小さい平均粒径のセラミッ
ク粉末を用いると、銅粉末粒子間にセラミック粉末粒子
が入り込み易いので、充填密度を確保する上で有利であ
る。
．３〜８μｍの銅粉末に平均粒径０．１〜１μｍのセラ
ミック粉末を配合した混合粉末を用いることが望ましい
。更にその際、銅粉末よりも小さい平均粒径のセラミッ
ク粉末を用いると、銅粉末粒子間にセラミック粉末粒子
が入り込み易いので、充填密度を確保する上で有利であ
る。
【００２２】本発明においては、焼成時の収縮開始温度
が約７００〜１０００℃であるグリーンシートを用い、
これに適合する焼結収縮挙動となるように混合粉末の銅
粉末およびセラミック粉末の粒径および配合量を設定す
ることが望ましい。
が約７００〜１０００℃であるグリーンシートを用い、
これに適合する焼結収縮挙動となるように混合粉末の銅
粉末およびセラミック粉末の粒径および配合量を設定す
ることが望ましい。
【００２３】上記範囲の収縮開始温度のグリーンシート
を用いる場合、銅粉末に配合するセラミック粉末として
は、１０００℃程度までの高温で銅と化学反応しない物
質の粉末が適しており、例えばアルミナ、シリカ、ムラ
イト等の粉末を用いることができる。その際、銅粉末へ
のセラミック粉末の配合量は、特に６００℃付近での銅
の収縮を抑え且つ１０００℃付近で銅の収縮が完了する
配合量とすべきである。このような観点から、混合粉末
総量に対するセラミック粉末の配合量は、セラミック粉
末の平均粒径が０．１〜１μｍである場合、通常０．５
〜１０ ｖｏｌ％、好ましくは０．５〜５ ｖｏｌ％程
度である。０．５ｖｏｌ％より少ないと、導体金属の焼
結収縮時期をガラス−セラミックの焼結収縮時期にマッ
チングさせる効果が得られない。逆に１０ ｖｏｌ％よ
り多いと、導体の電気抵抗率が大きくなる。
を用いる場合、銅粉末に配合するセラミック粉末として
は、１０００℃程度までの高温で銅と化学反応しない物
質の粉末が適しており、例えばアルミナ、シリカ、ムラ
イト等の粉末を用いることができる。その際、銅粉末へ
のセラミック粉末の配合量は、特に６００℃付近での銅
の収縮を抑え且つ１０００℃付近で銅の収縮が完了する
配合量とすべきである。このような観点から、混合粉末
総量に対するセラミック粉末の配合量は、セラミック粉
末の平均粒径が０．１〜１μｍである場合、通常０．５
〜１０ ｖｏｌ％、好ましくは０．５〜５ ｖｏｌ％程
度である。０．５ｖｏｌ％より少ないと、導体金属の焼
結収縮時期をガラス−セラミックの焼結収縮時期にマッ
チングさせる効果が得られない。逆に１０ ｖｏｌ％よ
り多いと、導体の電気抵抗率が大きくなる。
【００２４】以下に、本発明者が行った種々の実験の典
型例に基づいて、本発明の作用をより詳細に説明する。 本発明の混合粉末とガラス−セラミック基板について焼
結挙動を調べるため、それぞれに対応する試料を作製し
て、モデル実験を行った。混合粉末に対応する試料とし
て、平均粒径１μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのア
ルミナ粉末を種々の配合量（３、５、および１０ ｖｏ
ｌ％）で添加し、ボールミルで２４時間混合した後、５
×５５×３ｍｍの圧粉成形体を作製した。これとは別に
、比較のために銅粉末のみの圧粉成形体も作製した。ガ
ラス−セラミック基板に対応する試料として、下記組成
の粉末を混練した後に成形してアルミナ系ガラス−セラ
ミックより成る圧粉成形体を作製した。 セラミック粉末：アルミナ粉 ５０重量部ガラス粉末
：硼珪酸ガラス粉 ５０重量部上記試料を湿潤窒素（
Ｎ２ ）雰囲気中で種々の焼成温度で焼成し、収縮率を
測定した。図１に焼成温度と収縮率との関係を示す。同
図から分かるように、銅粉末のみから成る圧粉成形体（
曲線７）は、焼結温度約６００℃までは焼結温度の上昇
（焼結の進行）に伴って収縮率が増加し、焼結温度が約
７００℃を超えると減少するが、一方、ガラス−セラミ
ックから成る圧粉成形体（曲線８）は、焼結温度の上昇
に伴って収縮率は単調に増加し、特に焼結温度約７００
℃以上で収縮が大きくなっており、この収縮挙動の差が
ビア内にポアが発生する原因になる。
型例に基づいて、本発明の作用をより詳細に説明する。 本発明の混合粉末とガラス−セラミック基板について焼
結挙動を調べるため、それぞれに対応する試料を作製し
て、モデル実験を行った。混合粉末に対応する試料とし
て、平均粒径１μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのア
ルミナ粉末を種々の配合量（３、５、および１０ ｖｏ
ｌ％）で添加し、ボールミルで２４時間混合した後、５
×５５×３ｍｍの圧粉成形体を作製した。これとは別に
、比較のために銅粉末のみの圧粉成形体も作製した。ガ
ラス−セラミック基板に対応する試料として、下記組成
の粉末を混練した後に成形してアルミナ系ガラス−セラ
ミックより成る圧粉成形体を作製した。 セラミック粉末：アルミナ粉 ５０重量部ガラス粉末
：硼珪酸ガラス粉 ５０重量部上記試料を湿潤窒素（
Ｎ２ ）雰囲気中で種々の焼成温度で焼成し、収縮率を
測定した。図１に焼成温度と収縮率との関係を示す。同
図から分かるように、銅粉末のみから成る圧粉成形体（
曲線７）は、焼結温度約６００℃までは焼結温度の上昇
（焼結の進行）に伴って収縮率が増加し、焼結温度が約
７００℃を超えると減少するが、一方、ガラス−セラミ
ックから成る圧粉成形体（曲線８）は、焼結温度の上昇
に伴って収縮率は単調に増加し、特に焼結温度約７００
℃以上で収縮が大きくなっており、この収縮挙動の差が
ビア内にポアが発生する原因になる。
【００２５】この結果と比較対照するため図９に、従来
法で用いていた銅ペースト（典型的組成：銅粉１００重
量部、ＰＭＭＡ２重量部、可塑剤１重量部、溶剤２０重
量部）およびこの銅ペーストに５ ｖｏｌ％のアルミナ
粉末を添加した場合の焼結温度に対する収縮率の変化を
示す。銅ペーストの場合（曲線５１）は、焼結温度約６
００℃までは収縮しないが、約７００℃を超え約８００
℃付近になると急激に収縮し、約９００℃を超えると収
縮率が減少するので、８００℃付近からのセラミックと
の収縮の差がポアの発生原因となっていた。銅ペースト
にアルミナを添加した場合（曲線５２）は、８００℃付
近での急激な収縮と約９００℃以上での収縮の減少が共
に抑制され、基板のセラミックに近い収縮挙動になる。
法で用いていた銅ペースト（典型的組成：銅粉１００重
量部、ＰＭＭＡ２重量部、可塑剤１重量部、溶剤２０重
量部）およびこの銅ペーストに５ ｖｏｌ％のアルミナ
粉末を添加した場合の焼結温度に対する収縮率の変化を
示す。銅ペーストの場合（曲線５１）は、焼結温度約６
００℃までは収縮しないが、約７００℃を超え約８００
℃付近になると急激に収縮し、約９００℃を超えると収
縮率が減少するので、８００℃付近からのセラミックと
の収縮の差がポアの発生原因となっていた。銅ペースト
にアルミナを添加した場合（曲線５２）は、８００℃付
近での急激な収縮と約９００℃以上での収縮の減少が共
に抑制され、基板のセラミックに近い収縮挙動になる。
【００２６】本発明に従って銅粉末に３ ｖｏｌ％のア
ルミナ粉末を添加した圧粉成形体（図１の曲線９）は、
ガラス−セラミック（曲線８）に非常に近い収縮挙動を
示し、焼結温度の上昇に伴って収縮率は増加するが、焼
結温度が約８００℃を超えると銅の過焼成効果が現れて
収縮率が減少してくる。そして、アルミナ粉末の添加量
が５％、１０％と増加するに従って収縮率が減少してゆ
き、また、銅の過焼成効果による収縮率の減少も高温側
に移行してくる。
ルミナ粉末を添加した圧粉成形体（図１の曲線９）は、
ガラス−セラミック（曲線８）に非常に近い収縮挙動を
示し、焼結温度の上昇に伴って収縮率は増加するが、焼
結温度が約８００℃を超えると銅の過焼成効果が現れて
収縮率が減少してくる。そして、アルミナ粉末の添加量
が５％、１０％と増加するに従って収縮率が減少してゆ
き、また、銅の過焼成効果による収縮率の減少も高温側
に移行してくる。
【００２７】図２に、銅粉末へのアルミナ添加量と電気
抵抗率との関係を示す。ここでは添加するアルミナ粉末
の粒径を０．３μｍと３．５μｍの２水準とした。また
、図３には、アルミナ添加量を１０ ｖｏｌ％に固定し
、粒径を種々に変えた場合の電気抵抗率の変化を示す。 図３から分かるように、アルミナ粉末の粒径が小さくな
るほど比表面積が大きくなるため電気抵抗率は増加し、
図２に示したように平均粒径３．５μｍの場合に比べて
平均粒径０．３μｍの場合にはより少ない添加量で電気
抵抗率の増加が現れるが、０．３μｍ程度の粒径であれ
ば添加量５ ｖｏｌ％程度までは電気抵抗率の増加はな
い。平均粒径が１．０μｍの場合には、添加量１０ ｖ
ｏｌ％程度までは電気抵抗率の増加は無かった。
抵抗率との関係を示す。ここでは添加するアルミナ粉末
の粒径を０．３μｍと３．５μｍの２水準とした。また
、図３には、アルミナ添加量を１０ ｖｏｌ％に固定し
、粒径を種々に変えた場合の電気抵抗率の変化を示す。 図３から分かるように、アルミナ粉末の粒径が小さくな
るほど比表面積が大きくなるため電気抵抗率は増加し、
図２に示したように平均粒径３．５μｍの場合に比べて
平均粒径０．３μｍの場合にはより少ない添加量で電気
抵抗率の増加が現れるが、０．３μｍ程度の粒径であれ
ば添加量５ ｖｏｌ％程度までは電気抵抗率の増加はな
い。平均粒径が１．０μｍの場合には、添加量１０ ｖ
ｏｌ％程度までは電気抵抗率の増加は無かった。
【００２８】このように銅粉末に適量のアルミナ粉末を
添加することにより、無添加の場合とほとんど変わらな
い電気抵抗率を維持しながら、焼結時の収縮率をガラス
−セラミックに近づけることができ、収縮差によるポア
発生を防止することができる。
添加することにより、無添加の場合とほとんど変わらな
い電気抵抗率を維持しながら、焼結時の収縮率をガラス
−セラミックに近づけることができ、収縮差によるポア
発生を防止することができる。
【００２９】次に、銅粉末にセラミック粉末を配合した
混合粉末のスルーホールへの充填について説明する。図
４に、種々の平均粒径の銅粉末を単独で用い、これをガ
ラス−セラミックグリーンシートに形成した直径１００
μｍのスルーホールに充填した場合の充填密度を示す。 充填密度は、１枚のグリーンシートに１００，０００個
のスルーホールを形成し、これに粉末を充填したときの
重量と体積から算出した値である。銅粉末の充填は図８
に示した装置を用い下記手順で行った。まず、充填台５
上にグリーンシート３（３５０×３５０ｍｍ）を置き、
その上をのマイラーシート１で全面覆った。このマイラ
ーシート１上に、平均粒径１μｍの銅粉末１５（約１０
０ｇ）を帯状に均一に置いた。そして、硬質ゴム製スキ
ージ（図示せず）をグリーンシート３に対して３０〜４
５°の角度に傾け、マイラーシート１上からグリーンシ
ート３に圧力２ｋｇ／ｃｍ２ で押さえ付けながら、速
度３０ｃｍ／ｍｉｎでマイラーシート上を移動させるこ
とにより銅粉末を流動させて、グリーンシート１のスル
ーホール２内へ落下させて充填した。スキージの移動は
、１枚のグリーンシートについて２回行い、粉末の充填
状態をより完全なものにした。なお、充填台５には、直
径１ｍｍの吸引用の穴がピッチ１ｍｍで開けられており
、グリーンシート３と充填台５との間には、グリーンシ
ート３の個々のスルーホールについて均一に吸引できる
ように濾紙（吸引紙）４が敷いてある。この状態で、真
空度７００ｍｍＨｇの真空ポンプ（図示せず）により吸
引を行いながら充填を行った。この充填方法では、銅粉
末の流動性と共に真空吸引の作用が重要となる。平均粒
径の細かい銅粉末および平均粒径の細かい無機酸化物を
添加した銅粉末の場合には、真空ポンプによる真空度を
高くし且つ充填台５の吸引用穴のピッチを小さくする必
要がある。例えば、平均粒径０．５μｍの銅粉末に平均
粒径０．５μｍのアルミナ粉末を添加した混合粉末の場
合は、１００メッシュのスクリーンマスクを吸引台５の
上面に貼り付けて、実質的な吸引用穴のピッチを小さく
する。
混合粉末のスルーホールへの充填について説明する。図
４に、種々の平均粒径の銅粉末を単独で用い、これをガ
ラス−セラミックグリーンシートに形成した直径１００
μｍのスルーホールに充填した場合の充填密度を示す。 充填密度は、１枚のグリーンシートに１００，０００個
のスルーホールを形成し、これに粉末を充填したときの
重量と体積から算出した値である。銅粉末の充填は図８
に示した装置を用い下記手順で行った。まず、充填台５
上にグリーンシート３（３５０×３５０ｍｍ）を置き、
その上をのマイラーシート１で全面覆った。このマイラ
ーシート１上に、平均粒径１μｍの銅粉末１５（約１０
０ｇ）を帯状に均一に置いた。そして、硬質ゴム製スキ
ージ（図示せず）をグリーンシート３に対して３０〜４
５°の角度に傾け、マイラーシート１上からグリーンシ
ート３に圧力２ｋｇ／ｃｍ２ で押さえ付けながら、速
度３０ｃｍ／ｍｉｎでマイラーシート上を移動させるこ
とにより銅粉末を流動させて、グリーンシート１のスル
ーホール２内へ落下させて充填した。スキージの移動は
、１枚のグリーンシートについて２回行い、粉末の充填
状態をより完全なものにした。なお、充填台５には、直
径１ｍｍの吸引用の穴がピッチ１ｍｍで開けられており
、グリーンシート３と充填台５との間には、グリーンシ
ート３の個々のスルーホールについて均一に吸引できる
ように濾紙（吸引紙）４が敷いてある。この状態で、真
空度７００ｍｍＨｇの真空ポンプ（図示せず）により吸
引を行いながら充填を行った。この充填方法では、銅粉
末の流動性と共に真空吸引の作用が重要となる。平均粒
径の細かい銅粉末および平均粒径の細かい無機酸化物を
添加した銅粉末の場合には、真空ポンプによる真空度を
高くし且つ充填台５の吸引用穴のピッチを小さくする必
要がある。例えば、平均粒径０．５μｍの銅粉末に平均
粒径０．５μｍのアルミナ粉末を添加した混合粉末の場
合は、１００メッシュのスクリーンマスクを吸引台５の
上面に貼り付けて、実質的な吸引用穴のピッチを小さく
する。
【００３０】ここで、スルーホール内に充填される銅粉
末は、積層工程および焼成工程を経ることによってグリ
ーンシートと一体化される。焼成中のスルーホール内外
の収縮率を近づける必要があるため、銅粉末の充填密度
はグリーンシートの密度と同等またはそれよりもやや高
いことが一般に望ましい。焼成前の充填密度が低いと、
収縮挙動自体が同等でも、実際に現れる収縮率は大きく
なるため、隙間やポアを生じ易くなる。このように適当
な充填密度とすることにより、焼成後にポアの無い健全
なビアを形成することができる。
末は、積層工程および焼成工程を経ることによってグリ
ーンシートと一体化される。焼成中のスルーホール内外
の収縮率を近づける必要があるため、銅粉末の充填密度
はグリーンシートの密度と同等またはそれよりもやや高
いことが一般に望ましい。焼成前の充填密度が低いと、
収縮挙動自体が同等でも、実際に現れる収縮率は大きく
なるため、隙間やポアを生じ易くなる。このように適当
な充填密度とすることにより、焼成後にポアの無い健全
なビアを形成することができる。
【００３１】図４の場合、用いたガラス−セラミックグ
リーンシートの密度は、ガラス−セラミック複合体の密
度に対する相対密度で６０％程度である。銅粉末の平均
粒径が０．３〜８μｍの範囲で、５５％以上の充填密度
（ここでは５５〜６５％）が得られている。これはガラ
ス−セラミックグリーンシートと同等以上の密度であり
、ポアの無い完全なビアを形成するのに十分な充填密度
である。銅粉末の平均粒径が０．３μｍよりも小さい範
囲では、充填密度が不十分となる。例えば平均粒径０．
０８〜０．１５μｍの範囲では充填密度は４０〜４５％
程度の低い値である。粒径がこのように小さい場合、か
さ密度が低く、スルーホールへの充填後に、振動やプレ
ス等の何らかの付加的な操作を行わない限り、十分な充
填密度を得ることは困難である。また逆に平均粒径が８
μｍより大きい範囲では、直径１００μｍのスルーホー
ル内への充填自体が困難になる。例えば平均粒径１０μ
ｍ以上の範囲では４０％程度の充填密度しか得られない
。
リーンシートの密度は、ガラス−セラミック複合体の密
度に対する相対密度で６０％程度である。銅粉末の平均
粒径が０．３〜８μｍの範囲で、５５％以上の充填密度
（ここでは５５〜６５％）が得られている。これはガラ
ス−セラミックグリーンシートと同等以上の密度であり
、ポアの無い完全なビアを形成するのに十分な充填密度
である。銅粉末の平均粒径が０．３μｍよりも小さい範
囲では、充填密度が不十分となる。例えば平均粒径０．
０８〜０．１５μｍの範囲では充填密度は４０〜４５％
程度の低い値である。粒径がこのように小さい場合、か
さ密度が低く、スルーホールへの充填後に、振動やプレ
ス等の何らかの付加的な操作を行わない限り、十分な充
填密度を得ることは困難である。また逆に平均粒径が８
μｍより大きい範囲では、直径１００μｍのスルーホー
ル内への充填自体が困難になる。例えば平均粒径１０μ
ｍ以上の範囲では４０％程度の充填密度しか得られない
。
【００３２】このように、スルーホールの直径が１００
μｍ程度の場合、銅粉末の平均粒径は０．３〜８μｍの
範囲であることが適当である。
μｍ程度の場合、銅粉末の平均粒径は０．３〜８μｍの
範囲であることが適当である。
【００３３】次に、銅粉末に添加するセラミック粉末粒
径の適正範囲について説明する。図５に、銅粉末にアル
ミナ粉末を添加した混合粉末について、アルミナ粉末の
平均粒径に対するスルーホール内への充填密度の変化を
示す。銅粉末の平均粒径は１μｍ、アルミナ粉末配合量
は５ ｖｏｌ％とそれぞれ一定にし、図４の実験と同様
のガラス−セラミックグリーンシートに形成した直径１
００μｍのスルーホールに充填し、同様な方法で充填密
度を算出した。
径の適正範囲について説明する。図５に、銅粉末にアル
ミナ粉末を添加した混合粉末について、アルミナ粉末の
平均粒径に対するスルーホール内への充填密度の変化を
示す。銅粉末の平均粒径は１μｍ、アルミナ粉末配合量
は５ ｖｏｌ％とそれぞれ一定にし、図４の実験と同様
のガラス−セラミックグリーンシートに形成した直径１
００μｍのスルーホールに充填し、同様な方法で充填密
度を算出した。
【００３４】図５の結果から、アルミナ粉末の平均粒径
が１μｍ以下の範囲で、５５％以上の高い充填密度が得
られている。アルミナ粉末の平均粒径が１μｍを超える
範囲では、平均粒径の増加に伴って充填密度が低下する
。例えばアルミナ粉末の平均粒径が２μｍ以上の範囲で
は４５％以下の充填密度しか得られない。このことから
、アルミナ粉末の平均粒径は１μｍ以下であることが適
当である。しかし、平均粒径が０．１μｍより小さくな
ると粉末の混合自体が困難になり、アルミナ粉末が銅粉
末中に分散しにくくなるので、アルミナ粉末の平均粒径
は０．１μｍ以上とすることが適当である。
が１μｍ以下の範囲で、５５％以上の高い充填密度が得
られている。アルミナ粉末の平均粒径が１μｍを超える
範囲では、平均粒径の増加に伴って充填密度が低下する
。例えばアルミナ粉末の平均粒径が２μｍ以上の範囲で
は４５％以下の充填密度しか得られない。このことから
、アルミナ粉末の平均粒径は１μｍ以下であることが適
当である。しかし、平均粒径が０．１μｍより小さくな
ると粉末の混合自体が困難になり、アルミナ粉末が銅粉
末中に分散しにくくなるので、アルミナ粉末の平均粒径
は０．１μｍ以上とすることが適当である。
【００３５】このように、スルーホールの直径が１００
μｍ程度の場合、銅粉末に添加するアルミナ粉末の平均
粒径は０．１〜１μｍの範囲であることが適当である。 以上の結果から、平均粒径０．３〜８μｍの銅粉末に平
均粒径０．１〜１μｍのセラミック粉末を適量配合した
混合粉末を用いることにより、スルーホール内への充填
を完全に行うことができ、焼成後にポアの無い健全なビ
アを得ることができる。
μｍ程度の場合、銅粉末に添加するアルミナ粉末の平均
粒径は０．１〜１μｍの範囲であることが適当である。 以上の結果から、平均粒径０．３〜８μｍの銅粉末に平
均粒径０．１〜１μｍのセラミック粉末を適量配合した
混合粉末を用いることにより、スルーホール内への充填
を完全に行うことができ、焼成後にポアの無い健全なビ
アを得ることができる。
【００３６】以上の実験例で示した銅粉末およびこれに
配合するセラミック粉末の平均粒径の適正範囲は、スル
ーホール直径１００μｍの場合であるが、スルーホール
直径が更に小さい場合についても同様の実験を行うこと
により、銅およびセラミックについてそれぞれ適正な粉
末粒径範囲を設定することができる。以下に、実施例に
よって本発明を更に詳細に説明する。
配合するセラミック粉末の平均粒径の適正範囲は、スル
ーホール直径１００μｍの場合であるが、スルーホール
直径が更に小さい場合についても同様の実験を行うこと
により、銅およびセラミックについてそれぞれ適正な粉
末粒径範囲を設定することができる。以下に、実施例に
よって本発明を更に詳細に説明する。
【００３７】
【実施例】〔実施例１〕本発明に従い、銅粉末にアルミ
ナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）粉末を添加した混合粉末を用いて
ビア形成を行い、ガラス−セラミック多層回路基板を作
製した。グリーンシートを下記手順で作製した。先ず、
下記配合組成の混合物を準備した。 ・セラミック粉末：アルミナ粉……………………３０重
量部 ・ガラス粉末： 硼珪酸ガラス粉………………５
０重量部 ・バインダ： ポリメチルメタクリレート…
１２重量部 ・可塑剤： ジブチルフタレート………
… ５重量部 この混合物１重量部に対してアセトンを３重量部加えて
混練した後、アセトンを蒸発させてスラリーとした。こ
のスラリーをドクターブレード法によりマイラーシート
上に展延させて、厚さ３００μｍのグリーンシートとし
た。このグリーンシートにマイラーシートを付けたまま
、ドリルを用いて直径１００μｍのスルーホールを形成
した。一方、平均粒径１．０μｍの銅粉末に平均粒径０
．３μｍのアルミナ粉末を５ｖｏｌ％配合し、Ｖ型混合
機で２時間混合して混合粉末を準備した。図８の装置を
用いて、混合粉末をグリーンシートのスルーホールに充
填した。すなわち、図示したように樹脂シート１の一辺
の片隅上に、充填するのに十分な量の導体粉末１５を盛
り上げて置き、これを、例えば硬質ゴム製スキージ（図
示せず）を樹脂シート１の表面上を矢印方向に慴動させ
ることにより、移動させる。これにより導体粉末１５が
複数のスルーホール２内に充填される。なお、この充填
を確実に行うために、図示したように充填台５の内部に
グリーンシート３と同程度の平面積を有する吸引用空洞
部（図中に破線で示す）を設け、この空洞部を配管（上
記破線に接続して充填台５の下に出ている実線部）を介
して真空ポンプ（図示せず）に接続し、前記空洞部の上
に吸引紙４を被せ、この吸引紙４を介してグリーンシー
ト３全体を均一に吸引しながら前記導体粉末１５の充填
操作を行うことが好ましい。吸引紙４はいわゆる濾紙の
役目をするものであり、粉末が均一に真空吸引でき、し
かも導体粉末１５を構成する粉末の飛散を防止するため
に用いられる。このようにしてスルーホール２内に導体
粉末１５を充填した後、マスクとして用いた樹脂シート
１を除去する。そして、スルーホール部に導体粉末が充
填されたグリーンシート３上に、導体ペーストをスクリ
ーン印刷してグリーンシート３に所定の配線パターンを
形成する。
ナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）粉末を添加した混合粉末を用いて
ビア形成を行い、ガラス−セラミック多層回路基板を作
製した。グリーンシートを下記手順で作製した。先ず、
下記配合組成の混合物を準備した。 ・セラミック粉末：アルミナ粉……………………３０重
量部 ・ガラス粉末： 硼珪酸ガラス粉………………５
０重量部 ・バインダ： ポリメチルメタクリレート…
１２重量部 ・可塑剤： ジブチルフタレート………
… ５重量部 この混合物１重量部に対してアセトンを３重量部加えて
混練した後、アセトンを蒸発させてスラリーとした。こ
のスラリーをドクターブレード法によりマイラーシート
上に展延させて、厚さ３００μｍのグリーンシートとし
た。このグリーンシートにマイラーシートを付けたまま
、ドリルを用いて直径１００μｍのスルーホールを形成
した。一方、平均粒径１．０μｍの銅粉末に平均粒径０
．３μｍのアルミナ粉末を５ｖｏｌ％配合し、Ｖ型混合
機で２時間混合して混合粉末を準備した。図８の装置を
用いて、混合粉末をグリーンシートのスルーホールに充
填した。すなわち、図示したように樹脂シート１の一辺
の片隅上に、充填するのに十分な量の導体粉末１５を盛
り上げて置き、これを、例えば硬質ゴム製スキージ（図
示せず）を樹脂シート１の表面上を矢印方向に慴動させ
ることにより、移動させる。これにより導体粉末１５が
複数のスルーホール２内に充填される。なお、この充填
を確実に行うために、図示したように充填台５の内部に
グリーンシート３と同程度の平面積を有する吸引用空洞
部（図中に破線で示す）を設け、この空洞部を配管（上
記破線に接続して充填台５の下に出ている実線部）を介
して真空ポンプ（図示せず）に接続し、前記空洞部の上
に吸引紙４を被せ、この吸引紙４を介してグリーンシー
ト３全体を均一に吸引しながら前記導体粉末１５の充填
操作を行うことが好ましい。吸引紙４はいわゆる濾紙の
役目をするものであり、粉末が均一に真空吸引でき、し
かも導体粉末１５を構成する粉末の飛散を防止するため
に用いられる。このようにしてスルーホール２内に導体
粉末１５を充填した後、マスクとして用いた樹脂シート
１を除去する。そして、スルーホール部に導体粉末が充
填されたグリーンシート３上に、導体ペーストをスクリ
ーン印刷してグリーンシート３に所定の配線パターンを
形成する。
【００３８】同様にして多層回路基板の各層に対応する
グリーンシートを６０枚準備し、各グリーンシート上に
導体ペーストをスクリーン印刷してそれぞれの電子回路
パターンを形成した後、乾燥した。これらのグリーンシ
ートを位置合わせして積層・加圧し、一体の積層体にし
た。この積層体を湿潤窒素雰囲気中、８００℃で４時間
加熱してバインダー抜き（仮焼成）を行った。その後、
窒素雰囲気中で１０００℃×４時間の焼成を行いガラス
−セラミック多層回路基板を得た。このガラス−セラミ
ック多層回路基板の断面および破面をそれぞれ光学顕微
鏡および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、基
板／ビア界面にもビア内部にもポアの無い健全なビアが
形成されていた。なお、本実施例においては穴開け手段
としてドリルを用いてスルーホールを形成するドリル方
式による方法を示したが、スルーホール用パンチ針を用
いるプレス方式によっても良い。その場合、スルーホー
ル用パンチ針を有するプレス加工機によって、一体化さ
れたままの状態で厚さ方向に複数のスルーホールを設け
る。すなわち、プレス加工機を降下させることによって
、一度に複数のスルーホール２が樹脂シート１と共にグ
リーンシート３内に穴開けされる。このように穴開けさ
れたスルーホールの孔径は、微細配線を可能とするため
にできるだけ微細にすることが好ましく、例えば５０〜
２００μｍ程度の孔径とすることが考えられる。また、
グリーンシートの厚さは通常１００〜５００μｍ程度で
ある。グリーンシートの一方の平坦面に敷設され一体化
される樹脂シートは、種々の素材のものを用いることが
できるが、平面平滑度の良いポリエチレンテレフタレー
ト樹脂のシートとすることが好ましく、その厚さは通常
１０〜５０μｍ程度である。
グリーンシートを６０枚準備し、各グリーンシート上に
導体ペーストをスクリーン印刷してそれぞれの電子回路
パターンを形成した後、乾燥した。これらのグリーンシ
ートを位置合わせして積層・加圧し、一体の積層体にし
た。この積層体を湿潤窒素雰囲気中、８００℃で４時間
加熱してバインダー抜き（仮焼成）を行った。その後、
窒素雰囲気中で１０００℃×４時間の焼成を行いガラス
−セラミック多層回路基板を得た。このガラス−セラミ
ック多層回路基板の断面および破面をそれぞれ光学顕微
鏡および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果、基
板／ビア界面にもビア内部にもポアの無い健全なビアが
形成されていた。なお、本実施例においては穴開け手段
としてドリルを用いてスルーホールを形成するドリル方
式による方法を示したが、スルーホール用パンチ針を用
いるプレス方式によっても良い。その場合、スルーホー
ル用パンチ針を有するプレス加工機によって、一体化さ
れたままの状態で厚さ方向に複数のスルーホールを設け
る。すなわち、プレス加工機を降下させることによって
、一度に複数のスルーホール２が樹脂シート１と共にグ
リーンシート３内に穴開けされる。このように穴開けさ
れたスルーホールの孔径は、微細配線を可能とするため
にできるだけ微細にすることが好ましく、例えば５０〜
２００μｍ程度の孔径とすることが考えられる。また、
グリーンシートの厚さは通常１００〜５００μｍ程度で
ある。グリーンシートの一方の平坦面に敷設され一体化
される樹脂シートは、種々の素材のものを用いることが
できるが、平面平滑度の良いポリエチレンテレフタレー
ト樹脂のシートとすることが好ましく、その厚さは通常
１０〜５０μｍ程度である。
【００３９】〔実施例２〕本発明に従い、銅粉末にムラ
イト（３Ａｌ２ Ｏ３ ・２ＳｉＯ２ ）粉末を添加し
た混合粉末を用いてビア形成を行い、ガラス−セラミッ
ク多層回路基板を作製した。多層回路基板の作製に先立
って、銅粉末へのムライト粉末の適正配合量を設定する
ために下記予備実験を行った。 予備実験 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのムライ
ト粉末を１、２、および５ ｖｏｌ％添加した５×５５
×５ｍｍの圧粉成形体を種々の焼成温度で焼成し、収縮
率を測定した結果を図６に示す。同図から分かるように
、配合量１ｖｏｌ％の場合（曲線１２）は過焼成の影響
が現れ、２ ｖｏｌ％の場合（曲線１３）は基板のガラ
ス−セラミック（曲線８）に近い収縮挙動を示し、５
ｖｏｌ％の場合（曲線１４）は過焼成の影響が更に高温
側にずれて出現している。この結果から、銅粉末へのム
ライト粉末の配合量を２ ｖｏｌ％に設定した。 多層回路基板の作製 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのムライ
ト粉末を、上記結果に従って２ ｖｏｌ％配合した混合
粉末を用いた。それ以外は実施例１と同様な条件および
手順でガラス−セラミック多層回路基板を作製した。こ
のガラス−セラミック多層回路基板の断面および破面を
それぞれ光学顕微鏡および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で
観察した結果、基板／ビア界面にもビア内部にもポアの
無い健全なビアが形成されていた。
イト（３Ａｌ２ Ｏ３ ・２ＳｉＯ２ ）粉末を添加し
た混合粉末を用いてビア形成を行い、ガラス−セラミッ
ク多層回路基板を作製した。多層回路基板の作製に先立
って、銅粉末へのムライト粉末の適正配合量を設定する
ために下記予備実験を行った。 予備実験 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのムライ
ト粉末を１、２、および５ ｖｏｌ％添加した５×５５
×５ｍｍの圧粉成形体を種々の焼成温度で焼成し、収縮
率を測定した結果を図６に示す。同図から分かるように
、配合量１ｖｏｌ％の場合（曲線１２）は過焼成の影響
が現れ、２ ｖｏｌ％の場合（曲線１３）は基板のガラ
ス−セラミック（曲線８）に近い収縮挙動を示し、５
ｖｏｌ％の場合（曲線１４）は過焼成の影響が更に高温
側にずれて出現している。この結果から、銅粉末へのム
ライト粉末の配合量を２ ｖｏｌ％に設定した。 多層回路基板の作製 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのムライ
ト粉末を、上記結果に従って２ ｖｏｌ％配合した混合
粉末を用いた。それ以外は実施例１と同様な条件および
手順でガラス−セラミック多層回路基板を作製した。こ
のガラス−セラミック多層回路基板の断面および破面を
それぞれ光学顕微鏡および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で
観察した結果、基板／ビア界面にもビア内部にもポアの
無い健全なビアが形成されていた。
【００４０】〔実施例３〕本発明に従い、銅粉末にシリ
カガラス（ＳｉＯ２）粉末を添加した混合粉末を用いて
ビア形成を行い、ガラス−セラミック多層回路基板を作
製した。多層回路基板の作製に先立って、銅粉末へのシ
リカガラス粉末の適正配合量を設定するために下記の予
備実験を行った。 予備実験 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのシリカ
ガラス粉末を１、２、および５ ｖｏｌ％添加した５×
５５×５ｍｍの圧粉成形体を種々の焼成温度で焼成し、
収縮率を測定した結果を図７に示す。同図から分かるよ
うに、配合量１ ｖｏｌ％の場合（曲線１５）は過焼成
の影響が現れ、２ ｖｏｌ％の場合（曲線１６）は基板
のガラス−セラミック（曲線８）に近い収縮挙動を示し
、５ ｖｏｌ％の場合（曲線１７）は過焼成の影響が更
に高温側にずれて出現している。この結果から、銅粉末
へのシリカガラス粉末の配合量を２ ｖｏｌ％に設定し
た。 多層回路基板の作製 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのシリカ
ガラス粉末を、上記結果に従って２ ｖｏｌ％配合した
混合粉末を用いた。それ以外は実施例１と同様な条件お
よび手順でガラス−セラミック多層回路基板を作製した
。このガラス−セラミック多層回路基板の断面および破
面をそれぞれ光学顕微鏡および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ
）で観察した結果、基板／ビア界面にもビア内部にもポ
アの無い健全なビアが形成されていた。
カガラス（ＳｉＯ２）粉末を添加した混合粉末を用いて
ビア形成を行い、ガラス−セラミック多層回路基板を作
製した。多層回路基板の作製に先立って、銅粉末へのシ
リカガラス粉末の適正配合量を設定するために下記の予
備実験を行った。 予備実験 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのシリカ
ガラス粉末を１、２、および５ ｖｏｌ％添加した５×
５５×５ｍｍの圧粉成形体を種々の焼成温度で焼成し、
収縮率を測定した結果を図７に示す。同図から分かるよ
うに、配合量１ ｖｏｌ％の場合（曲線１５）は過焼成
の影響が現れ、２ ｖｏｌ％の場合（曲線１６）は基板
のガラス−セラミック（曲線８）に近い収縮挙動を示し
、５ ｖｏｌ％の場合（曲線１７）は過焼成の影響が更
に高温側にずれて出現している。この結果から、銅粉末
へのシリカガラス粉末の配合量を２ ｖｏｌ％に設定し
た。 多層回路基板の作製 平均粒径２μｍの銅粉末に平均粒径０．３μｍのシリカ
ガラス粉末を、上記結果に従って２ ｖｏｌ％配合した
混合粉末を用いた。それ以外は実施例１と同様な条件お
よび手順でガラス−セラミック多層回路基板を作製した
。このガラス−セラミック多層回路基板の断面および破
面をそれぞれ光学顕微鏡および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ
）で観察した結果、基板／ビア界面にもビア内部にもポ
アの無い健全なビアが形成されていた。
【００４１】以上の実施例では、スルーホール直径を１
００μｍとしたが、更に小さいスルーホールの場合につ
いても予め実験を行うことにより、適正な粉末粒径およ
び配合量を設定して同様に健全なビアを形成し、ガラス
−セラミック多層回路基板を作製することができる。
００μｍとしたが、更に小さいスルーホールの場合につ
いても予め実験を行うことにより、適正な粉末粒径およ
び配合量を設定して同様に健全なビアを形成し、ガラス
−セラミック多層回路基板を作製することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビア径が１００μｍ程度に微細であっても、スルーホー
ルの充填を完全に行いポアの無い健全なビアを形成した
ガラス−セラミック多層回路基板を製造することができ
る。
ビア径が１００μｍ程度に微細であっても、スルーホー
ルの充填を完全に行いポアの無い健全なビアを形成した
ガラス−セラミック多層回路基板を製造することができ
る。
【図１】銅粉末にアルミナ粉末を添加した混合粉末の圧
粉成形体の焼成時収縮挙動を、銅粉末単独およびガラス
−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフである。
粉成形体の焼成時収縮挙動を、銅粉末単独およびガラス
−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフである。
【図２】銅粉末にアルミナ粉末を添加した混合粉末の圧
粉成形体を焼成した場合のアルミナ添加量と電気抵抗率
との関係を、２水準のアルミナ粒径について示すグラフ
である。
粉成形体を焼成した場合のアルミナ添加量と電気抵抗率
との関係を、２水準のアルミナ粒径について示すグラフ
である。
【図３】銅粉末にアルミナ粉末を添加した混合粉末の圧
粉成形体を焼成した場合のアルミナ粒径と電気抵抗率と
の関係を示すグラフである。
粉成形体を焼成した場合のアルミナ粒径と電気抵抗率と
の関係を示すグラフである。
【図４】銅粉末を単独で、ガラス−セラミックグリーン
シートのスルーホール内に充填した際の、銅粉末平均粒
径と充填密度（率）との関係を示すグラフである。
シートのスルーホール内に充填した際の、銅粉末平均粒
径と充填密度（率）との関係を示すグラフである。
【図５】銅粉末にアルミナ粉末を添加した混合粉末を、
ガラス−セラミックグリーンシートのスルーホール内に
充填した際の、アルミナ粉末平均粒径と充填密度（率）
との関係を示すグラフである。
ガラス−セラミックグリーンシートのスルーホール内に
充填した際の、アルミナ粉末平均粒径と充填密度（率）
との関係を示すグラフである。
【図６】銅粉末にムライト粉末を添加した混合粉末の圧
粉成形体の焼成時収縮挙動を、銅粉末単独およびガラス
−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフである。
粉成形体の焼成時収縮挙動を、銅粉末単独およびガラス
−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフである。
【図７】銅粉末にシリカガラス粉末を添加した混合粉末
の圧粉成形体の焼成時収縮挙動を、銅粉末単独およびガ
ラス−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフであ
る。
の圧粉成形体の焼成時収縮挙動を、銅粉末単独およびガ
ラス−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフであ
る。
【図８】ガラス−セラミックグリーンシートのスルーホ
ールをビア形成物質で充填する装置を示す斜視図である
。
ールをビア形成物質で充填する装置を示す斜視図である
。
【図９】銅ペーストの焼成時収縮挙動を、銅粉末および
ガラス−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフで
ある。
ガラス−セラミックの収縮挙動と比較して示すグラフで
ある。
１…マイラーシート（ポリエチレンテレフタレートシー
ト） ２…スルーホール ３…グリーンシート ４…吸引紙
ト） ２…スルーホール ３…グリーンシート ４…吸引紙
Claims (7)
- 【請求項１】 ガラス−セラミックグリーンシートの
ビア形成予定位置にスルーホールを形成する工程、銅粉
末にセラミック粉末を配合した混合粉末を該スルーホー
ルに充填する工程、該スルーホールを形成した該グリー
ンシート上に導体ペーストを印刷して導体パターンを形
成する工程、該導体パターンを形成した複数の該グリー
ンシートを積層して積層体を形成する工程、該積層体を
加熱してバインダー抜きおよび仮焼成を行う工程、およ
び得られた仮焼成体を焼成する工程を含んで成り、該銅
粉末および該セラミック粉末の粒径を、該スルーホール
に充填された際に該ガラス−セラミックグリーンシート
の密度と同程度以上の充填密度が得られる粒径とするこ
とを特徴とする銅を導体とするガラス−セラミック多層
回路基板の製造方法。 - 【請求項２】 該ガラス−セラミックグリーンシート
の相対密度が約５０〜６０％であり、該銅粉末および該
セラミック粉末の粒径を、該スルーホール内に約５５〜
６５％の充填密度で充填される粒径とすることを特徴と
する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 該銅粉末の平均粒径が０．３〜８μｍ
であり、該セラミック粉末の平均粒径が０．１〜１μｍ
であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法
。 - 【請求項４】 該セラミック粉末の平均粒径が該銅粉
末の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１か
ら３までのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項５】 該焼成時の該グリーンシートの収縮開
始温度が約７００〜１０００℃であることを特徴とする
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 該セラミック粉末がアルミナ、シリカ
、またはムライトの粉末であることを特徴とする請求項
１から５までのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項７】 該銅粉末への該セラミック粉末の添加
量を、該銅粉末を単独で焼成したときに６００℃付近で
現れる大きな収縮を抑制し且つ該混合粉末を焼成したと
きの収縮が１０００℃付近で完了することを特徴とする
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP3146136A JP2584911B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | ガラス−セラミック多層回路基板の製造方法 |
| CA002070308A CA2070308C (en) | 1991-06-18 | 1992-06-03 | Process of producing multiple-layer glass-ceramic circuit board |
| US07/894,984 US5287620A (en) | 1991-06-18 | 1992-06-08 | Process of producing multiple-layer glass-ceramic circuit board |
| EP92305496A EP0519676B1 (en) | 1991-06-18 | 1992-06-16 | Process of producing multiple layer glass-ceramic circuit board |
| DE69203544T DE69203544T2 (de) | 1991-06-18 | 1992-06-16 | Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Glaskeramik-Leiterplatte. |
| KR1019920010586A KR960001354B1 (ko) | 1991-06-18 | 1992-06-18 | 다층 유리-세라믹 회로판의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3146136A JP2584911B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | ガラス−セラミック多層回路基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04369899A true JPH04369899A (ja) | 1992-12-22 |
| JP2584911B2 JP2584911B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=15400959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3146136A Expired - Lifetime JP2584911B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | ガラス−セラミック多層回路基板の製造方法 |
Country Status (6)
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| KR (1) | KR960001354B1 (ja) |
| CA (1) | CA2070308C (ja) |
| DE (1) | DE69203544T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003101178A (ja) * | 2001-09-25 | 2003-04-04 | Kyocera Corp | 貫通導体用組成物 |
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- 1992-06-16 DE DE69203544T patent/DE69203544T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-16 EP EP92305496A patent/EP0519676B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-18 KR KR1019920010586A patent/KR960001354B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR960001354B1 (ko) | 1996-01-26 |
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