JPH05167244A

JPH05167244A - スルーホールを有するセラミックス基板の製造方法

Info

Publication number: JPH05167244A
Application number: JP4169292A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤; Masaki Matsuoka; 正記松岡
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-07-02
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3142624B2; JP2000208597A

Abstract

(57)【要約】【目的】内部抵抗が低く、かつ内部欠損等がほとんど
存在しない導体層をスルーホール内に確実に形成する。【構成】セラミックス製のグリーンシート１にタング
ステンワイヤ４を導入した後、焼成を施す。グリーンシ
ート１表面におけるワイヤ４導入部分には、すり鉢状の
凹部２を設ける。ワイヤ４の基端部には抜け止め部４ａ
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスルーホールを有するセ
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、この種のセラミックス基板を製造
する場合、セラミックス粉末、焼結助剤及び有機樹脂バ
インダー等を含む原料スラリーは、プレス法またはドク
ターブレード法に従ってシート状に成形される。その
後、グリーンシートには多数のスルーホール形成用孔が
透設され、各孔内には、主としてタングステン等の導電
性金属からなるペーストが印刷充填される。このような
グリーンシートを所定温度で焼成することにより、スル
ーホール内に導体層を有する基板が得られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、導電性金属
のペーストを焼結させて導体層を形成する際、バインダ
ー等が焼失することによって、ペースト中の金属粒子間
には微小孔が形成され易い。また、小径のスルーホール
形成用孔が形成される高密度のパッケージ等のように、
前記孔の内径と長さとの比（アスペクト比）が大きくな
ると、ペースト印刷をしても前記孔内へペーストを確実
に充填することが困難になる。このような場合、スルー
ホール内に形成された導体層は脆弱になり、その内部に
欠損等を生じる虞れがある。また、上記の導体層は金属
粒子から形成されるため、粒界が多く存在する。

【０００４】更に、上記の導体層では、タングステン粒
子と炭素化合物（バインダーの焼成残さ）との反応によ
って、タングステンカーバイド（Ｗ₂Ｃ，ＷＣ）が形成
される。上記の３つの要因により、タングステン本来の
電気伝導性が損なわれ、導体層の内部抵抗は理論抵抗値
の約４〜５倍になってしまう。

【０００５】加えて、スルーホール形成用孔内に高粘度
のペーストを確実に充填することは容易でなく、充填性
が悪い場合には導体層における内部抵抗の増大を招く。
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、内部抵抗が低く、かつ内部欠損等がほとんど
存在しない導体層をスルーホール内に確実に形成するこ
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にある。

【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、本発明は、セラミックス粉末から成形さ
れたグリーンシートに導電性金属からなるワイヤを導入
した後、焼成を施すことを特徴としている。

【０００７】上記方法では導電性金属からなるワイヤを
用いているため、金属粉末及びバインダーからなるペー
ストを用いた従来方法とは異なり、ペーストの充填性が
スルーホール形成用孔のアスペクト比に左右されること
はない。また、グリーンシートに焼成を施しても、スル
ーホール内の導体層中に粒界や微小孔を生じることもな
い。従って、導体層に発生する内部欠損等が防止でき
る。また、前記導体層の内部には炭素化合物は殆ど存在
していないため、導体層がカーバイド化されることもな
い。よって、導体層における内部抵抗の低減が達成で
き、その抵抗値も理論値に近い好適なものとすることが
できる。

【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しく説明する。本
発明に適用可能なセラミックス材料としては、窒化アル
ミニウム、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等があり、そ
の中でも電気絶縁性、熱伝導性、寸法安定性等に優れた
窒化アルミニウムを選択することが好適である。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、スプレードライ法またはスプレー
フリーズドライ法によって粉末状に乾燥された後、例え
ば、金型プレスやラバープレス等の常法により所定形状
のグリーンシートに加圧成形される。勿論、ドクターブ
レード法等の他の方法に従って、グリーンシートの成形
を行っても良い。

【０００９】次に、導体層を形成するために、グリーン
シートに導入される導電性金属のワイヤについて説明す
る。前記ワイヤを形成するための導電性金属としては、
タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ等が適用
可能であり、その中でも特に導電性に優れたタングステ
ンを材料として用いることが望ましい。

【００１０】また、前記ワイヤは断面円形状であり、か
つその直径が約０．０５mm以上であることが好適であ
る。その理由は、直径がこの値より小さいと、グリーン
シートにワイヤを導入する際に、ワイヤが折れ曲がり易
くなるからである。

【００１１】尚、前記ワイヤの先端部は針状であること
が望ましい。このような形状であると、ワイヤをグリー
ンシートに直接的に貫通させる場合、極めて有利であ
る。前記ワイヤは任意の切断手段により、グリーンシー
トの厚さとほぼ同程度の長さに切断される。そして、ワ
イヤ自動供給装置等を用いることによって、前記ワイヤ
はグリーンシートを貫通するように、そのグリーンシー
トに導入される。この場合、ワイヤの切断作業はグリー
ンシートへの導入工程の後に行っても勿論良い。

【００１２】ワイヤを導入する際、前記グリーンシート
表面におけるワイヤ導入部分には、すり鉢状の凹部を設
けることが望ましい。その理由は、このような加工を施
しておくと、ワイヤの導入時にワイヤの先端部が凹部の
内周面に案内されるため、ワイヤを所望の部位へ容易に
かつ確実に導入することができるからである。また、前
記凹部を形成する場合、その端部開口部分の内径は０．
２０mm以上であることが好ましい。内径がこの大きさ未
満であると、ワイヤが適切に案内されないため、ワイヤ
の導入作業を充分に容易化することができない。

【００１３】また、前記ワイヤの基端部には、予め抜け
止め部を形成しておくことが望ましい。抜け止め部が前
記凹部の内周面に係合することで、グリーンシートから
ワイヤが抜け落ちることが防止される。このような抜け
止め部の大きさは、ワイヤの直径より若干大きいことが
必要である。この条件を満たすものならば、例えば、超
硬カッター等によってワイヤを物理的に切断したとき
に、側方へ突出するように形成される切断端を抜け止め
部としても良い。

【００１４】更に、ワイヤを導入するに際して、予めグ
リーンシートに、その厚さ方向に沿ってグリーンシート
を貫通するスルーホール形成用孔を形成しておくことも
好適である。その理由は、ワイヤの導入作業が容易にな
ると共に、ワイヤを正確な位置にかつグリーンシートの
厚さ方向に対して垂直に導入できるからである。また、
このような孔を形成しておくことは、孔のアスペクト比
が大きい場合、細いワイヤを使用する場合等に極めて好
適である。

【００１５】スルーホール形成用孔の内径は０．１０mm
〜０．３０mm程度に設定され、かつワイヤの直径よりも
若干大きくなるよう設定されることが好ましい。内径が
大き過ぎると、焼成後におけるスルーホール位置の寸法
精度が悪くなる。そればかりでなく、セラミックスと金
属とをメタライズすることができず、信頼性が低下して
しまう。また、このような場合、導体層の内部抵抗が増
大する虞れがある。

【００１６】尚、前記スルーホール形成用孔はすり鉢状
の凹部を透設した後に、ドリル加工、パンチング加工等
によって形成することが好適である。このような作業順
序にであれば、スルーホール形成用孔の透設時に生じた
削りカスによって、スルーホール形成用孔が目詰まりす
ることを未然に回避できる。

【００１７】ワイヤの導入が完了した後、前記グリーン
シートはセラミックス粉末と焼結助剤との共晶温度付近
（１６５０℃〜１９５０℃）で焼成される。この焼結温
度が前記範囲よりも高いと、セラミックス粒子が成長し
すぎて焼結体の強度が低下してしまう。一方、この焼結
温度が前記範囲よりも低いと、粒界に共晶が形成され
ず、セラミックスを焼結させることが困難になる。

【００１８】また、グリーンシートの焼成はホットプレ
ス法などを用いて、高温加圧下で行われることが好まし
い。このような条件下で焼成を施す理由は、微細なスル
ーホールを形成する場合にスルーホールの寸法を容易に
制御でき、また、セラミックスと金属とを均一にメタラ
イズすることができるからである。

【００１９】グリーンシートの焼成によって得られたセ
ラミックス焼結体には研磨加工が施され、焼結体表面の
凹部、ワイヤの先端部及びワイヤの抜け止め部が除去さ
れる。そして、前記焼結体表面上に常法によって導体回
路パターンを形成することで、スルーホールを有するセ
ラミックス基板が製造される。

【００２０】

【実施例１，２及び比較例１，２】以下に、本発明をス
ルーホールを有する単層の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及びその比較例１，２に
ついて、図面に基づき詳しく説明する。〔実施例１〕平均粒径が約１．０μｍで酸素含有率が約
１．０重量％の窒化アルミニウム粉末２０００ｇと、平
均粒径が約１．４μｍの酸化イットリウム粉末１００ｇ
と、ポリアクリロニトリル系バインダー７２ｇと、ベン
ゼン１２８０mlとをボールミル中へ装入し、８時間以上
混合した後に凍結乾燥を施した。得られた粉末状乾燥混
合物を適量採取し、ラバ−プレスにより所定形状のグリ
ーンシート１（長さ４５mm×幅４５mm×厚さ２．０mm）
を成形した。

【００２１】図１（ａ）に示すように、このグリーンシ
ート１に対してドリル加工を施すことにより、すり鉢状
でありかつ開口２ａの内径が０．３０mmである複数の凹
部２を形成した。その後、各凹部２の中心を貫通するよ
うにドリル加工を施し、断面円形状かつ内径が０．１５
mmのスルーホール形成用孔３を多数透設した（図１(b)
参照）。そして、グリーンシート１を焼成炉内に配置し
て、窒素雰囲気下にて１６００℃、１時間の仮焼成を行
った。

【００２２】続いて、図１（ｃ）に示すように、断面円
形状のタングステン製ワイヤ４（直径０．１２５mm）を
前記グリーンシートの厚さとほぼ同程度（２．０mm）に
切断した。ワイヤの切断には超硬カッターを使用し、こ
のとき端部に側方へ突出するように形成される切断端を
もって抜け止め部４ａとした。その後、ワイヤ自動供給
装置を使用して、ワイヤ４を各スルーホール形成用孔３
内に挿入した。

【００２３】そして、グリーンシート１をホットプレス
装置（富士電波製）内に配置して、窒素雰囲気下かつ１
８００℃、２００kg/cm²の高温加圧下で本焼成を施し
た。この焼成によってスルーホール形成用孔３は、図１
（ｄ）に示すようなスルーホール５（直径０．１５９m
m）となり、そのスルーホール５内には導体層としての
ワイヤ４が保持される。

【００２４】続いて、図１（ｅ）において２点鎖線で示
すように、焼結体６の表面を厚さ３００μｍにわたって
研磨して凹部２及び抜け止め部４ａを除去すると共に、
焼結体６の裏面も研磨し、最終的に焼結体６を厚さ０．
７５mmにした。そして、図１（ｆ）に示すように、前記
焼結体６の両面にそれぞれ導体回路パターン７を形成し
て、両面の導体回路パターン７が導体層４によって連通
された単層の窒化アルミニウム基板８を得た。これを実
施例１-1の基板８とする。

【００２５】表１の結果から明らかなように、得られた
基板８における導体層４の内部抵抗を測定したところ、
３．３ｍΩと大変低い値を示した。また、抵抗比（導体
層の内部抵抗値／理論抵抗値）は１．５であり、理論抵
抗値に近い好適なものであった。尚、導体層４中には粒
界や微小孔は全く観察されず、内部欠損も生じていなか
った。

【００２６】次いで、前記実施例１-1におけるスルーホ
ール形成用孔３の内径及びワイヤ４の直径の設定を変更
した基板を二種類製造した。即ち、スルーホール形成用
孔３の内径を０．１３０mmに、ワイヤ４の直径を０．１
００mmに設定したものを実施例１-2とし、スルーホール
形成用孔３の内径を０．１３０mmに、ワイヤ３の直径を
０．０９０mmに設定したものを実施例１-3とした。そし
て、前記実施例１-1と同様の条件及び方法に従いグリー
ンシート１に焼成を施し、両面の導体回路パターン７が
導体層４によって連通された単層の窒化アルミニウム基
板とした。

【００２７】表１に示すように、上記の方法によって得
られた実施例１-2，１-3の基板では、導体層４の内部抵
抗は何れも５．５ｍΩ，６．９ｍΩと低かった。また、
抵抗比を測定したところ、実施例１-2では１．４、実施
例１-3では１．５であり、何れも前記実施例１-1と同じ
く好適であった。そして、導体層４を微視的に観察して
も、粒界や微小孔は見られず、内部欠損も認められなか
った。〔比較例１〕ワイヤ４を用いて導体層を形成する各実施
例１に対して、タングステンからなる従来のペーストを
用いて導体層を形成したものを比較例１とした。尚、こ
の比較例１ではスルーホール形成用孔の内径を０．１３
０mmに設定し、窒素雰囲気下かつ高温常圧下（１８００
℃，２００kg/cm²）にてグリーンシートの焼成を行っ
た。

【００２８】表１から明らかなように、比較例１の基板
では導体層の内部抵抗は１４ｍΩ〜１８ｍΩであって、
６．９ｍΩの前記実施例１-3と比較して高い値を示し
た。従って、抵抗比も前記実施例１-3よりも高く、４．
３〜５．５であった。このような導体層を微視的に観察
したところ、タングステン粒子間には粒界や微小孔が多
く存在し、一部の導体層では内部欠損が生じていた。

【００２９】

【表１】〔実施例２〕実施例２では、前記実施例１と同一のグリ
ーンシート１を製造した。そして、図２（ａ）に示すよ
うに、このグリーンシート１に対してすり鉢状の凹部２
を形成した。

【００３０】ここで、実施例１とは異なり、グリーンシ
ート１にスルーホール形成用孔を設けることなく、ワイ
ヤ自動供給装置によりグリーンシート１に対してワイヤ
４を直接的に導入した（図２(b) 参照）。本実施例２に
おけるワイヤ４の基端部は上述の抜け止め部４ａを備
え、その先端部９は針状の形状を備えている。尚、ワイ
ヤ４の直径は０．１２５mmである。

【００３１】このグリーンシート１を窒素雰囲気下かつ
１８７０℃，２００kg/cm²の高温加圧下でホットプレス
焼成を施した。そして、この焼成によって、図２（ｃ）
に示すような導体層としてのワイヤ４を保持するスルー
ホール５（直径０．１３５mm）を形成した。

【００３２】続いて、図２（ｄ）において２点鎖線で示
すように、焼結体６の両面を研磨することによって、凹
部２、ワイヤ４の先端部９及び抜け止め部４ａを除去
し、最終的に厚さ０．７５mmの焼結体６とした。そし
て、図２（ｅ）に示すように、前記焼結体６の両面にそ
れぞれ導体回路パターン７を形成して、両面の導体回路
パターン７が導体層４によって連通された単層の窒化ア
ルミニウム基板１０を得た。これを実施例２-1の基板１
０とする。

【００３３】また、前記実施例２-1におけるワイヤ４の
直径の設定を変更して、実施例２-2，２-3の二種類の基
板を製造した。実施例２-2，２-3では、ワイヤ４の直径
はそれぞれ０．１００mm，０．０９０mmに設定されてい
る。そして、前記実施例２-1と同様の条件及び方法に従
い各グリーンシート１に焼成を施し、両面の導体回路パ
ターン７が導体層４によって連通された単層の窒化アル
ミニウム基板とした。

【００３４】表２の結果から明らかなように、三種の基
板における導体層４の内部抵抗を測定したところ、何れ
も大変低い値を示した。また、抵抗比についても、理論
抵抗値に近い好適なものであった。そして、導体層４中
には粒界や微小孔は全く観察されず、内部欠損も生じて
いなかった。〔比較例２〕前記実施例２に対する比較例２として、前
記比較例１と同様の基板を製造した。尚、この比較例２
は本焼成温度が１８７０℃である点についてのみ比較例
１と相違し、他の条件等については全く同一である。

【００３５】表２から明らかなように、比較例２の基板
では導体層の内部抵抗は１４ｍΩ〜１８ｍΩであって、
９．２１ｍΩの前記実施例２-3と比較して高い値を示し
た。従って、抵抗比も前記実施例２-3よりも高かった。
このような導体層を微視的に観察したところ、タングス
テン粒子間には粒界や微小孔が多く存在し、一部の導体
層では内部欠損が生じていた。

【００３６】

【表２】以上の結果を勘案すると、本発明に従って製造された基
板は、従来の基板に比して極めて好適なものであること
が判る。

【００３７】尚、本発明は前記各実施例１，２のみに限
定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内に
おいてその構成を変更することができる。例えば、予め
スルーホール形成用孔３内にワイヤ４を挿入した後に、
グリーンシート１の仮焼成を行うことも勿論可能であ
る。

【００３８】

【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、内
部抵抗が低く、かつ内部欠損等がほとんど存在しない導
体層をスルーホール内に確実に形成することができると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）は実施例１のスルーホールを有
する窒化アルミニウム基板の製造工程を示す概略図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は実施例２のスルーホールを有
する窒化アルミニウム基板の製造工程を示す概略図であ
る。

【符号の説明】１グリーンシート、２凹部、３（スルーホール形
成用）孔、４ワイヤ、４ａ抜け止め部、９（ワイ
ヤの）先端部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末から成形されたグリーン
シート（１）に導電性金属からなるワイヤ（４）を導入
した後、焼成を施す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】前記導電性金属はタングステンであること
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】前記グリーンシート（１）表面におけるワ
イヤ（４）導入部分には、すり鉢状の凹部（２）を設け
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】前記ワイヤ（４）の基端部には抜け止め部
（４ａ）を形成す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】前記ワイヤ（４）の先端部（９）は針状で
あ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】前記ワイヤ（４）を導入する前に、前記グ
リーンシート（１）にはスルーホール形成用孔（３）が
形成されることを特徴とする請求項１乃至５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。