JPH05136561A

JPH05136561A - スルーホールを有するセラミツクス基板の製造方法

Info

Publication number: JPH05136561A
Application number: JP29598491A
Authority: JP
Inventors: Masahide Matsuda; 正英松田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1993-06-01
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JP2986596B2

Abstract

(57)【要約】【目的】タングステンからなるスルーホールが焼結時
にカーバイド化することを未然に防止することにより、
電気抵抗の低いスルーホールを備えたセラミックス基板
を簡単にかつ確実に製造する方法を提供する。【構成】グリーンシート１にスルーホール２を多数設
け、それらの周囲に更にダミースルーホール３を形成す
る。次いで、スルーホール２及びダミースルーホール３
内にタングステンペーストＰを充填すると共に、グリー
ンシート１の両面に炭素を捕捉する物質の層５を形成す
る。その後、焼成を施した後にダミースルーホール３及
び炭素を捕捉する物質の層５を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グリーンシートの周囲
に治具を配置した状態で焼成を行うセラミックス基板の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックス材料によって成形さ
れたグリーンシートのスルーホールには、主としてタン
グステン粒子からなるペーストを充填した後、乾燥して
タングステン粒子をスルーホール内に定着させていた。
そして、炭素等からなる治具をグリーンシートの周囲に
接触するように配置した後、その状態で焼成を施すこと
により、スルーホールを有するセラミックス基板を製造
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記グリーンシートに
は酸化イットリウム等の焼結助剤が含まれており、治具
にグリーンシートを接触させた状態で焼成を行うと、治
具の表面まで酸化イットリウムを主成分とする酸化相が
滲み出して、治具中の炭素と結合し、グリーンシートが
治具に誤って接着するという不都合が生じる。従来では
このような事態を回避するため、グリーンシートと治具
との間には、付着防止材として酸化イットリウムを含ま
ない窒化アルミニウム製の生成形体が配置される。

【０００４】ところが、窒化アルミニウム生成形体は、
有機物バインダーを使用して成形されるため、前記グリ
ーンシートの焼成時にはバインダーに含まれる炭素がペ
ースト中のタングステン粒子と反応して、タングステン
カーバイドを生成する。このようにタングステンがカー
バイド化した場合、スルーホール内に形成される導体回
路の電気抵抗は４０ｍΩ〜６０ｍΩになり、タングステ
ン本来の電気抵抗（５ｍΩ〜６ｍΩ）に比して非常に高
くなってしまう。

【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、スルーホール内におけるタング
ステンカーバイドの生成を未然に防止することにより、
スルーホール内の電気抵抗を低くすることができるスル
ーホールを有するセラミックス基板の製造方法を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の課題を解
決するために、本発明では、グリーンシートにスルーホ
ールを設けると共に、前記孔の周囲にダミースルーホー
ルを形成し、各孔内に主としてタングステンからなるペ
ーストを充填し、このペーストの露出面を覆うように炭
素を捕捉する物質の層を設けた後、グリーンシートを焼
成している。

【０００７】この方法によると、焼成時においてグリー
ンシートの厚さ方向に配置される付着防止材から炭素が
漏出した場合、その炭素はペーストの露出面を覆うよう
に設けられた炭素捕捉物質層によって確実に捕捉され
る。また、スルーホールの周囲に連設されたダミースル
ーホール内には、タングステンからなるペーストが充填
されており、そのペーストによって、グリーンシートの
周縁部から侵入しようとする炭素が確実に捕捉される。
従って、焼成時にスルーホールのペースト内にタングス
テンカーバイドが生成されることはなく、スルーホール
内の導体回路はタングステン本来の理論抵抗値に近いも
のとなる。

【０００８】以下に、本発明のスルーホールを有するセ
ラミックス基板の製造方法について詳述する。本発明を
適用可能なセラミックス基板は、窒化アルミニウム、ア
ルミナ、窒化珪素等のセラミックス粉末材料によって成
形された基板であるが、特に窒化アルミニウム基板に適
用することが好ましい。窒化アルミニウムは、電気絶縁
性、熱伝導性、機械的強度に優れ、熱膨張率が低く寸法
安定性にも優れるため、スルーホールを有するセラミッ
クス基板の材料として極めて好適だからである。このよ
うなセラミックス粉末に有機樹脂バインダー等を添加し
た後、混練することにより原料スラリーが製造される。
前記原料スラリーは、例えば、金型プレスやラバープレ
ス等の常法によって所定のサイズ及び形状のグリーンシ
ートに加圧成形される。

【０００９】成形されたグリーンシートには、その厚さ
方向に沿って貫通する複数のスルーホールが透設され
る。また、スルーホールの透設作業は、例えばドリル加
工等の任意の加工方法によって行われ、このとき各孔の
間隔は０．４５mm〜２．５４mm前後に、内径は０．１mm
〜０．３mm前後に設定される。

【００１０】前記スルーホールの周囲には、グリーンシ
ートの厚さ方向に沿って貫通する複数のダミースルーホ
ールが形成される。このようなダミースルーホールは、
間隔が０．４５mm〜２．５４mmであり、内径が０．１mm
〜０．３mmであることが望ましい。この間隔及び内径が
前記範囲内であれば、充填されたペーストによって確実
に炭素のスルーホール内への侵入を阻止できるからであ
る。前記スルーホールの透設には、例えばドリル加工等
の任意の加工方法が適用可能である。また、前記スルー
ホール及びダミースルーホールは、同一の加工方法を用
いて同径に透設することが極めて好適である。これによ
れば、工程数が多くなることなく、短時間にかつ容易に
各スルーホールを透設することが可能になる。

【００１１】そして、予め穿設されたスルーホール及び
ダミースルーホール内には、導電性ペーストが充填され
る。このペーストは平均粒径が１〜１０μｍのタングス
テン粒子に、α−テルピネオール、ブチラール、グリコ
ール等の分散溶媒、及び、必要に応じてひまし油、ポリ
ビニルアルコール等のチクソ剤等を適宜配合して調製さ
れるものである。このペーストは、例えばスクリーン印
刷機等によって、グリーンシートの各スルーホール内に
充填される。

【００１２】次に、ペーストの露出面を覆うように設け
られる炭素を捕捉する物質について説明する。前記炭素
を捕捉する物質は、タングステン、モリブデン、タンタ
ルから選択される少なくとも何れか一種であることが望
ましい。この物質は、窒化アルミニウム生成形体に含ま
れるバインダー中の炭素、焼成炉内の雰囲気中の一酸化
炭素、グリーンシート形成用に配合されたバインダーの
うち炭化して残存している遊離炭素などを吸収する。そ
して、これらと反応して炭化物を形成することにより炭
素を捕捉するものである。

【００１３】前記炭素を捕捉する物質の層は、グリーン
シート側のペースト露出面または付着防止材として窒化
アルミニウム生成形体を用いる場合にはその表面の何れ
かに形成される。この層を形成するには、先ず、前記物
質の粉末に分散溶媒を適量配合して高粘度のスラリーに
調整されることが好ましい。このスラリーは、刷毛塗
り、スクリーン印刷、スプレー塗布等によって前記表面
に付着させられた後に、乾燥、焼結される。

【００１４】前記粉末は、その平均粒径が０．５μｍ〜
１０μｍの範囲のものを使用することが有利である。そ
の理由は、平均粒径が０．５μｍ未満の場合、単位重量
あたりの粒子表面積が増大し、これら微細粒子をゾル化
させるための分散溶媒が多く必要となって、被覆厚が薄
くなるからである。また、平均粒径が１０μｍを超える
場合、単位重量あたりの粒子表面積が小さくなり、相対
的に炭素を捕捉する能力が低下するからである。

【００１５】また、前記炭素を捕捉する物質の層は、焼
成後に１５μｍ〜２５μｍになることが好ましい。この
厚さが１５μｍ未満であると、セラミックス基板からの
炭素化合物を確実に吸収して、ペーストのカーバイド化
を防止することができない。また、この厚さが２５μｍ
を越える場合、前記炭素を捕捉する物質の必要量が増
え、製造コストが増大する。更に、上記のように被覆層
を厚くすると、その層を除去する工程に時間がかかり、
生産性の悪化を招く。

【００１６】前記グリーンシートは、前述のように炭素
を捕捉する物質で被覆された後に焼成される。この場
合、グリーンシートの周囲に窒化アルミニウム製の生成
形体を配置し、かつその周囲に治具を配置した状態で行
うことが望ましい。その理由は、グリーンシートと治具
との間に、窒化アルミニウム生成形体を介在させて焼結
を行うことにより、グリーンシートから滲出する酸化イ
ットリウムを主成分とす酸化物が治具に付着することを
防止できるからである。

【００１７】そして、前記グリーンシート、窒化アルミ
ニウム生成形体及び治具を焼成炉に装入し、所定温度
（１６５０℃〜１９５０℃）で焼成することにより、ス
ルーホールを有する単層のセラミックス基板が製造され
る。この焼成温度が前記範囲未満であると、粒界にセラ
ミックスと焼結助剤とからなる共晶相が形成されないた
め、未焼結状態になってしまう。また、この焼成温度が
前記範囲を越える場合には、セラミックス粒子が成長し
すぎて、焼結体の強度低下を招く。また、上述のグリー
ンシートを複数枚積層し、この積層物の上下両側に位置
するグリーンシートのペースト露出面を前記物質で被覆
して焼成を施すことにより、スルーホールを有するセラ
ミックス多層基板を製造することが可能である。

【００１８】グリーンシート上に炭素捕捉物質層が形成
される場合、焼成後にこれを表面研削加工によって除去
することが好ましく、前記物質が除去された焼結体上に
は、例えばメタライズペーストにより回路パターンが形
成され、その回路パターンにメッキが施される。

【００１９】特に前記セラミックス基板が多層基板であ
る場合に、前記ダミースルーホール内の導体回路が回路
パターンにメッキを施すためのメッキリードとなること
が望ましい。ダミースルーホールはメッキリードとして
使用した後にダイサー等によって除去されるため、製品
自体には残ることはない。

【００２０】また、前記ダミースルーホール及びその中
に形成された導体回路は、メッキ後に除去されることが
望ましい。その理由は、機能を全うした後には他に使用
できる余地がないからである。

【００２１】

【実施例及び比較例】以下に、本発明をスルーホールを
有する窒化アルミニウム基板の製造方法に具体化した実
施例１，２及び比較例１，２について図１〜図７に基づ
き詳しく説明する。［実施例１］平均粒径が約１．５μｍで酸素含有率が
１．５重量％の窒化アルミニウム粉末９５０ｇと、平均
粒径が２〜３μｍの酸化イットリウム粉末５０ｇと、ポ
リアクリロニトリル系バインダー５０ｇと、ベンゼン３
０００ミリリットルとをボールミル中へ装入し、５時間
混合した後、凍結乾燥を施した。この乾燥混合物を適量
採取し、金型プレスによりシート形状（長さ45.0mm×幅
45.0mm×厚さ 2.0mm）に成形した。その後、ドリルを用
いてこのシートに内径０．１５mmのスルーホール２を
０．４５mm〜２．４５mm間隔で複数透設すると共に、こ
れらの孔２の周囲に同一内径のダミースルーホール３を
一列に透設した（図１参照）。次いで、窒素雰囲気下に
て１６００℃、１時間の仮焼成を施して、グリーンシー
ト１を製造した。

【００２２】一方、平均粒径が３．８μｍのタングステ
ン微粒子５０００ｇに、ジエチレングリコール−モノ２
−ヘキシルエーテル５０重量％のアクリルバインダーを
配合した混合溶媒２０００ｇと、分散剤５ｇとを配合し
た混合物を三本ロール混合機を使用し、１時間混練して
タングステンペーストＰを調製した。そして、図２に示
されるように、予めα−テルピネオールを真空含浸させ
た前記グリーンシート１にスクリーン印刷を施すことに
より、スルーホール２及びダミースルーホール３内に前
記タングステンペーストＰを充填し、その後、乾燥を施
して前記孔２，３内にタングステン微粒子を定着させ
た。

【００２３】更に、ペースト露出面を被覆するための炭
素を捕捉する物質として、純度が９９．９％、平均粒径
が３．４μｍのタングステン微粒子１０００ｇを用い、
この微粒子をジエチレングリコール−モノ２−ヘキシル
エーテル４００ｇに均一に分散させて、スラリーを調製
した。そして、図３に示すようにグリーンシート１の両
面に厚さ約２０μｍのタングステン層５を形成した。

【００２４】続いて、タングステン層５を形成したグリ
ーンシート１の上下両面に板状の窒化アルミニウム生成
形体６ａを密着配置すると共に、側面には枠状の窒化ア
ルミニウム生成形体６ｂを密着配置した（図４参照）。
そして、これらの周囲に炭素製の治具７ａ，７ｂを配置
して焼成炉内に装入し、窒素雰囲気かつ２００kg/cm²の
加圧下にて、１８００℃、３時間の本焼成を行うこと
で、窒化アルミニウム焼結体８を製造した。

【００２５】そして、焼結体８の上下両面を被覆してい
たタングステン層５を平面研削により除去して、スルー
ホール２及びダミースルーホール３内に形成された導体
回路９，１０を露出させた（図５参照）。次いで、焼結
体８の側面を研削することにより、ダミースルーホール
３及びその中に形成された導体回路１０を除去した後、
焼結体８の上下両面にメタライズペーストを用いて回路
パターン１１を形成することによりスルーホール２を有
する単層の窒化アルミニウム基板を得た（図６参照）。

【００２６】このようにして得られた窒化アルミニウム
基板について、スルーホール２内に形成された導体回路
１０の電気抵抗値（ｍΩ）を測定した結果を表１に示
す。表１から明らかなように、スルーホール２内の導体
回路１０の電気抵抗値は、基板中央部で１０〜２０ｍ
Ω、基板周縁部で１０〜２０ｍΩを示し、何れもタング
ステンステン本来の電気抵抗値に近い好適なものであっ
た。以上の結果から、本実施例１ではタングステンのカ
ーバイド化が確実に防止されていることが確認された。〔実施例２〕前記実施例１と同じグリーンシート用原料
を金型プレスによりシート成形した後に、シートの外形
を６０mm角にカットした。次いで、ドリルを用いてこの
グリーンシート１に内径０．２mmのスルーホール２を
１．２５mm間隔で複数透設すると共に、これらの孔２の
周囲にスルーホール２と同一内径及び同一間隔のダミー
スルーホール３を一列に透設した。

【００２７】そして、スルーホール２及びダミースルー
ホール３内に前記実施例１のタングステンペーストＰを
印刷充填した後、乾燥を施して前記孔２，３内にタング
ステン微粒子を定着させた。前記グリーンシート１に所
定の内層導体回路を形成すると共に、それらを複数枚
（本実施例２では４枚）積層プレスして、窒素雰囲気下
にて１６００℃、１時間仮焼成した。

【００２８】次いで、実施例１と同様の手順に従って、
積層物の上下両側にタングステン層５を形成した後、図
５のように積層物を配置して加圧下にて本焼成を行っ
た。以下、タングステン層５、スルーホール２及びダミ
ースルーホール３等の除去、及び回路パターン１１の形
成を行って、所望のスルーホール２を有する窒化アルミ
ニウム多層基板を得た（図７参照）。尚、この多層基板
ではダミースルーホール３をメッキリードＬとして導体
回路パターン１１を形成し、その後でダミースルーホー
ル３を除去することとした。

【００２９】こうして得られた窒化アルミニウム多層基
板について、スルーホール２内に形成された導体回路１
０の電気抵抗値（ｍΩ）を測定した結果を表１に示す。
表１から明らかなように、スルーホール２内の導体回路
１０の電気抵抗値は、基板中央部で１０〜２０ｍΩ、基
板周縁部で１０〜２０ｍΩを示し、何れもタングステン
ステン本来の電気抵抗値に近い好適なものであった。以
上の結果から、本実施例２の多層基板においても前記実
施例１と同様にタングステンのカーバイド化が確実に防
止されていることが確認された。［比較例１，２］比較例１では、グリーンシートにスル
ーホールのみを透設した後、前記実施例１と同様にし
て、ペーストの充填、露出面の被覆及び焼成を施して窒
化アルミニウム基板を得た。また、比較例２では、グリ
ーンシートにスルーホールのみを透設した後、前記実施
例１と同様にペーストの充填を行い、ペースト露出面に
何ら被覆を施すことなく、その部分を露出させたまま焼
成を施して窒化アルミニウム基板を得た。比較例１，２
の窒化アルミニウム基板について行われた電気抵抗値の
測定結果を表１に示す。

【００３０】表１にて示されるように、比較例１の基板
では、基板中央部に位置する導体回路の電気抵抗は１０
〜２０ｍΩと好適であった。しかし、基板周縁部に位置
する導体回路の電気抵抗は３０〜５０ｍΩという高い値
を示し、基板周縁部にてタングステンのカーバイド化が
生じていることが示唆された。また、比較例２の基板に
おける導体回路の電気抵抗は、基板中央部で３０〜６０
ｍΩ、基板周縁部で３０〜６０ｍΩであり、何れもタン
グステン本来の電気抵抗値に比して高い値を示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】尚、図中、スルーホール内の導体回路の電
気抵抗値は、３回測定した場合の平均値である。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスルーホ
ールを有するセラミックス基板の製造方法によれば、主
としてタングステンからなるペーストを充填したスルー
ホール内においてタングステンカーバイドの生成が未然
に防止されるため、スルーホール内の電気抵抗を低くで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スルーホール及びダミースルーホールが透設
された実施例１のグリーンシートを示す概略図である。

【図２】主としてタングステンからなるペーストが充
填された実施例１のグリーンシートを示す概略図であ
る。

【図３】上下両面にタングステン層が形成されたグリ
ーンシートを示す概略図である。

【図４】焼成時においてグリーンシートの周囲に窒化
アルミニウム生成形体及び治具を配置した状態を示す概
略図である。

【図５】タングステン層が除去された後の焼結体を示
す概略図である。

【図６】回路パターンが形成された焼結体（窒化アル
ミニウム基板）を示す概略図である。

【図７】実施例２の窒化アルミニウム多層基板を示す
概略図である。

【符号の説明】

１グリーンシート、２スルーホール、３ダミース
ルーホール、５炭素を捕捉する物質の層としてのタン
グステン層、６ａ，６ｂ（窒化アルミニウム製の）生
成形体、７ａ，７ｂ治具、１０（ダミースルーホー
ル内の）導体回路、１１（基板表面上に形成される）
回路パターン、Ｐ（主としてタングステンからなる）
ペースト、Ｌメッキリード。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グリーンシート（１）にスルーホール
（２）を設けると共に、前記孔（２）の周囲にダミース
ルーホール（３）を形成し、各孔（２，３）内に主とし
てタングステンからなるペースト（Ｐ）を充填し、この
ペースト（Ｐ）の露出面を覆うように炭素を捕捉する物
質の層（５）を設けた後、グリーンシート（１）を焼成
することを特徴とするスルーホールを有するセラミック
ス基板の製造方法。
【請求項２】前記グリーンシート（１）の焼成は、グリ
ーンシート（１）の周囲に窒化アルミニウム製の生成形
体（６ａ，６ｂ）を密接して配置し、かつその周囲に治
具（７ａ，７ｂ）を配置した状態で行うことを特徴とす
る請求項１に記載のスルーホールを有するセラミックス
基板の製造方法。
【請求項３】前記炭素を捕捉する物質は、タングステ
ン、モリブデン、タンタルから選択される少なくとも何
れか一種であることを特徴とする請求項１または２に記
載のスルーホールを有するセラミックス基板の製造方
法。
【請求項４】前記ダミースルーホール（３）の間隔は
０．４５mm〜２．５４mmであり、内径は０．１mm〜０．
３mmであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一
項に記載のスルーホールを有するセラミックス基板の製
造方法。
【請求項５】前記セラミックス基板が多層基板である場
合に、前記ダミースルーホール（３）内の導体回路（１
０）が、多層基板表面上に形成される回路パターン（１
１）をメッキするためのメッキリード（Ｌ）となること
を特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のスル
ーホールを有するセラミックス基板の製造方法。
【請求項６】前記ダミースルーホール（３）及びその中
に形成された導体回路（１０）は、メッキ後に除去され
ることを特徴とする請求項５に記載のスルーホールを有
するセラミックス基板の製造方法。