JPH06100377A

JPH06100377A - 多層セラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JPH06100377A
Application number: JP4251016A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nakatani; 誠一中谷; Sei Yuhaku; 祐伯　　聖; Yasuhiko Hakotani; 靖彦箱谷; Minehiro Itagaki; 峰広板垣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1994-04-12
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: EP0591733A1; JP3003413B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ガラス・セラミック基板が焼成時
において厚み方向だけ収縮し、平面方向には収縮しない
多層基板を得ることを目的とするものである。【構成】ガラス・セラミック低温焼結基板材料に少な
くとも有機バインダ、可塑剤を含むグリーンシートを作
製し、導体ペースト組成物で電極パターンを形成し、前
記生シートと別の電極パターン形成済みグリーンシート
とを所望枚数積層する。しかる後、前記ガラス・セラミ
ック低温焼結基板材料の焼成温度では焼結しない無機組
成物よりなるグリーンシートを両面に積層する。そして
前記積層体を焼成する。しかる後、焼結しない無機組成
物を取り除くことにより焼成時の収縮が平面方向で起こ
らないガラス・セラミック基板を作製するものである。
このとき、前記ガラスセラミックのガラスはセラミック
に対し３０〜１００重量％のものが有効である。また使
用するアルミナは０．５〜２０μｍの範囲のもの、ガラ
スセラミックとアルミナの厚み比がグリーンの段階で
０．１倍以上が有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ＬＳＩ、チップ部
品などを搭載し、かつそれらを相互配線するためのセラ
ミック多層配線基板とその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、低温焼結ガラス・セラミック多層
基板の開発によって、使用できる導体材料に高融点金属
であるタングステン，モリブデンに代わり、低融点の
金、銀、銅、パラジウムまたはそれらの混合物が用いら
れるようになった。これらの金属は従来使用されたタン
グステン、モリブデンなどに比べ導体抵抗が低く、且つ
使用できる設備も安全で低コストに製造できることから
大いに期待されている。

【０００３】一方これらの金属の内、貴金属である金、
銀、パラジウムは高価でかつ価格変動が大きいことか
ら、安価で価格変動の少ないＣｕ電極材料の使用が望ま
れている。ここではそれらの低温焼結多層基板の代表的
な製造方法の一例を述べる。低温焼結多層基板の種類に
は大きく分けて３種類の方法がある。

【０００４】まず第１に多層基板の内層電極に銀を用
い、低温焼結基板のグリーンシートを所望の枚数積層
し、空気中で焼成し、その後最上層に銀、パラジウムペ
ーストを印刷、焼成して得られるものである。これは内
部にインピーダンスの小さい銀を用い、最上層に半田耐
熱を有する銀・パラジウムを使用するものである。

【０００５】第２は、内部の電極に前者と同様に銀を用
い、最上層に銅を用いる方法で、最上層配線に銅を用い
ることで、前者の銀・パラジウムに比べ低いインピーダ
ンス、半田濡れの点で有効なものである。しかし、最上
層に用いる銅は銀との共晶温度が低いため６００℃程度
の低温焼成銅ペーストを用いなければならない。その結
果、接着強度、半田濡れの点で課題が多い（例えば特公
平３−７８７９８号公報。）。

【０００６】最後に第３の方法として、内層および最上
層に銅電極を用いる方法がある。導体抵抗、半田濡れ
性、コストの点で最も良いがすべて窒素などの中性雰囲
気で焼成しなければ成らずその作製が困難である。一般
に銅電極を使用するには、基板上にＣｕペーストをスク
リーン印刷にて配線パターンを形成し、乾燥後、Ｃｕの
融点以下の温度（８５０〜９５０℃程度）で、かつＣｕ
が酸化されず導体ペースト中の有機成分が十分燃焼する
ように酸素分圧を制御した窒素雰囲気中で焼成を行なう
ものである。多層する場合は、同様の条件で絶縁層を印
刷焼成して得られる（例えば特願昭５５−１２８８９９
号）。

【０００７】しかし、焼成工程における雰囲気を適度な
酸素分圧下にコントロールすることは困難であり、また
多層化する場合、各ペーストを印刷後その都度焼成を繰
り返し行なう必要があり、リードタイムが長くなり設備
などのコストアップにつながるなどの課題を有してい
る。そこで特公平３−２０９１４号公報において、セラ
ミック多層基板の作製にあたり、酸化第二銅ペーストを
用い、脱バインダ工程、還元工程、焼成工程の３段階と
する方法がすでに開示されている。それは酸化第二銅を
導体の出発原料とし多層体を作製し、脱バインダ工程
は、炭素に対して充分な酸素雰囲気でかつ内部の有機バ
インダを熱分解させるに充分な温度で熱処理を行なう。

【０００８】次に酸化第二銅を銅に還元する還元工程、
基板の焼結を行なう焼成工程により成立しているもので
ある。これにより、焼成時の雰囲気制御が容易になり緻
密な焼結体が得られるようになった。

【０００９】一方、低温焼結基板材料は、前述の金属材
料の融点以下で焼成する必要性から通常８５０〜１００
０℃程度の温度で焼成する。一般にこのような低温焼結
基板材料としては、ガラスーセラミック複合タイプ、結
晶化ガラスタイプ、セラミック複合タイプなどがあり、
アルミナなどのセラミックフィラーと結晶化ガラスを組
み合わせたガラスーセラミック複合タイプを使用するケ
ースが多い。このガラスーセラミック複合タイプでは、
ガラスの組成やフィラーの種類を選択することで種々の
特性（熱膨張、熱伝導性、誘電率など）をもつ基板が得
られるからである。

【００１０】通常、ガラスとセラミックフィラーである
アルミナの混合比率は約５０ｗｔ％程度で８５０〜９０
０℃の低温で焼結させる。焼結の過程において、まずガ
ラスの軟化が起こりガラスとアルミナのネットワークが
形成され、ついでガラスとアルミナの界面で結晶化反応
が起こりち密な焼結体がえられる。したがって、使用す
るガラスの粒度分布やアルミナとの分散性などの管理が
安定した生産の基本となる。これらの製造方法、基板材
料により、低温焼成基板は、今後の電子機器の小型化、
高周波化に対応した高密度な配線基板として期待されて
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ック多層基板には以下に示すような課題がある。

【００１２】それは、セラミック多層基板が焼成時に焼
結に伴う収縮が生じることであり、従来の多層セラミッ
ク基板のみならず今後大いに発展が期待できる低温焼結
基板材料であっても同様である。かつこの焼結に伴う収
縮は、使用する基板材料、グリーンシート組成、粉体ロ
ットなどにより異なり一定しない。これにより多層基板
の作製においていくつかの問題が生じており、セラミッ
ク基板の普及に大きな障害となっている。

【００１３】まず第１に、多層セラミック基板の作製に
おいて前述のごとく内層配線の焼成を行なってから最上
層配線の形成を行なうため、基板材料の収縮誤差が大き
いと、最上層配線パターンと寸法誤差のため内層電極と
の接続が行えない。その結果、収縮誤差を予め許容する
ように最上層電極部に必要以上の大きい面積のランドを
形成しなければならない。このような手法では、結果的
に配線可能な領域が限定され高密度の配線を必要とする
回路には使用できない。また収縮誤差にあわせて最上層
配線のためのスクリーン版をいくつか用意しておき、基
板の収縮率に応じて使用する方法が取られている。この
方法ではスクリーン版が数多く用意しなければならず不
経済である。

【００１４】一方、最上層配線を内層焼成と同時に行な
えば大きなランドを必要としないが、この同時焼成法に
よっても基板そのものの収縮誤差はそのまま存在するの
で、基板作製後の部品搭載時のクリーム半田印刷におい
て、その誤差のため必要な部分に印刷できない場合が起
こる。また部品実装においても所定の部品位置とズレが
生じる。

【００１５】第２にグリーンシート積層法による多層基
板は、グリーンシートの造膜方向によって幅方向と長手
方向によってもその収縮率が異なる。このこともセラミ
ック多層基板の作製の障害となっている。これらの収
縮誤差をなるべく少なくするためには、製造工程におい
て、基板材料およびグリーンシート組成の管理はもちろ
ん、粉体ロットの違いや積層条件（プレス圧力、温度）
を十分管理する必要がある。しかし、一般に収縮率の誤
差は±０．５％程度存在すると言われている。

【００１６】一方、ソリッドな電極を用い積層体をポー
ラスなセラミックで加圧しながら焼成する方法が提案さ
れている。（米国特許４、７５３、６９４号公報および
米国特許４、８７９、１５６公報）この方法は、厚膜焼
成導体では導体の抵抗が高いことから銅箔などのソリッ
ドな電極パターンをキャリアフィルム上に転写し、さら
にその上に絶縁層をグリーンシート法で形成し、ヴィア
加工の後積層して多層積層体を形成し、その両面にポー
ラスな焼結体で挟み込み、さらに金型に挿入して加圧し
ながら焼成する方法である。この方法によると、横方向
の収縮が抑制され加圧により縦方向の収縮が起こるとい
うものである。しかしながらこの方法では次のような課
題がある。それは脱バインダ時にバインダの除去が完全
に起こるようにポーラスな焼結体であることが必要であ
るため、逆に基板の焼結時に接着してしまい、取り外し
が困難である点。さらに加圧して焼成する必要があるた
め焼成炉が複雑となり、かつ量産性に欠けるなどの課題
がある。

【００１７】このことは多層基板にかかわらずセラミッ
ク、およびガラス・セラミックの焼結を伴うものに共通
の課題であり、特別な装置を必要とせず量産性に富む方
法で基板材料の焼結が厚み方向だけ起こり、平面方向の
収縮がゼロの基板が作製できれば上記の様な課題が解決
でき、工業上極めて有効である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の多層セラミック基板の製造方法は、焼成処
理温度以下に軟化点を有するガラス粉末が重量比で３０
重量部〜１００重量部、セラミック粉末が７０重量部〜
０重量部混合されたガラス・セラミック無機粉末に、少
なくとも有機バインダ、可塑剤を含むグリーンシートを
作製し、前記グリーンシートに導体ペースト組成物で電
極パターンおよび層間接続バイアを形成し、同様に作製
した所望枚数のグリーンシートを積層した第１の積層体
群に、前記ガラス・セラミックの焼成処理温度で焼結し
ない無機組成物よりなるグリーンシートを第１の積層体
群の両面に挟み込んで積層した後、焼成処理を行い、そ
の後前記焼結しない無機組成物層を取り除くことで厚み
方向の収縮だけが起こり平面方向で起こらないガラス・
セラミック基板を作製するものである。

【００１９】

【作用】本発明は前記のような工程を行なうことによっ
て、ガラス・セラミック基板が焼成時において厚み方向
だけ収縮し、平面方向には収縮しない多層基板が得られ
るものである。これは、ガラス・セラミック積層体群の
両面に存在する焼結しない材料で挟み込まれているた
め、平面方向の収縮が阻止されるためである。

【００２０】これは、焼成時にガラスーセラミック基板
材料の焼結段階で、両面に存在する焼結しない材料が平
面方向の焼結を阻害し、ガラスーセラミック基板材料中
のガラス成分の軟化で厚み方向のみ焼結する。その結
果、最終的にはガラスーセラミックの焼結体密度が従来
法の焼結密度と等しくなる。

【００２１】この後、不必要な焼結しない材料層を取り
除くことで、所望の多層基板が得られる訳である。また
ソリッドな導体だけでなく通常に使用される厚膜導体を
用いても厚み方向だけに焼結する基板がえられる。

【００２２】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例のグリーン
シート積層体の断面を示す図、図２は同実施例の製造プ
ロセスを示すフロ−チャ−トである。

【００２３】（実施例１）まず多層セラミック基板作製
方法を図２のフロ−チャ−トを参考に説明する。

【００２４】基板材料のガラス・セラミックにはホウ珪
酸鉛ガラス粉末にセラミック材料としてのアルミナ粉末
を重量比で１０対９０〜１００対０までとした組成物を
用いた。ガラス材料は日本電気ガラス社製のＧＡー４ガ
ラス（平均粒径２μｍ）、アルミナには住友化学社製AL
M-44（平均粒径３．０μｍ）を用いた。このガラス・セ
ラミック粉を無機成分とし、有機バインダとしてポリビ
ニルブチラール、可塑剤としてヂ−ｎ−ブチルフタレー
ト、溶剤としてトルエンとイソプロピルアルコールの混
合液（３０対７０重量比）を混合しスラリーとした。

【００２５】このスラリーをドクターブレード法で有機
フィルム上にシート成形した。この時、造膜から乾燥、
打ち抜き、さらには必要に応じてバイアホール加工を行
う各工程を連続的に行うシステムを使用した。このグリ
ーンシートに銀ペーストを用いて導体パターンの形成お
よびビアホール埋め印刷をスクリーン印刷法によって行
った。導体ペーストは、Ａｇ粉末（平均粒径１μｍ）に
接着強度を得るためのガラスフリット（日本電気硝子社
製ＧＡ−９ガラス粉末、平均粒径２．５μｍ）を５ｗ
ｔ％加えたものを無機成分とし、有機バインダであるエ
チルセルロースをターピネオールに溶かしたビヒクルと
ともに加えて、３段ロールにより適度な粘度になるよう
に混合したものを用いた。なおビア埋め用のＡｇペース
トは更に無機成分として前記ガラス・セラミック粉末を
１５重量％加えたものを使用して行なった。

【００２６】次に焼結の起こらないグリーンシートの作
製は無機成分としてアルミナ（住友アルミ社製ＡＬ−
４１平均粒径１．９μｍ）粉末のみを用い前記ガラス
・セラミック基板用グリーンシートと同様のグリーンシ
ート組成で、同様の方法でグリーンシートを作製した。
前記基板用グリーンシートの厚みは約２００μｍ、アル
ミナグリーンシートは約３００μｍである。

【００２７】前記基板用グリーンシートに印刷を行なっ
たものを５枚打ち抜いて重ね合わせ、さらにその両面に
前記アルミナグリーンシートを打ち抜いて重ね合わせ
る。この状態で熱圧着して積層体を形成した。熱圧着条
件は、温度が８０℃、圧力は２００Ｋｇ／ｃｍ²であっ
た。図１にその構成を示す。１は前記基板材料によるガ
ラス・セラミックグリーンシート層、２はアルミナによ
る無焼結グリーンシート層、３は内部電極層である。

【００２８】次に前記積層体をアルミナ９６％基板上に
乗せ空気中で脱バインダ処理の後焼成する。条件は脱バ
インダがバッチ炉によって５００℃で２時間保持し、焼
成はベルト炉によって空気中の８５０℃〜１１００℃の
温度で１時間焼成で行なった。（最高温度の保持時間は
約１２分である。）つぎに前記焼結済みの積層体を酢酸
ブチル溶剤中に浸し、超音波洗浄を行なったところガラ
ス・セラミック基板の両面のアルミナ層がきれいに取り
除くことができ、ガラス・セラミック焼結体が得られ
た。この焼成後の基板の収縮率を測定した結果を（表
１）にしめす。

【００２９】

【表１】

【００３０】（表１）から明らかなようにセラミック成
分であるアルミナの多い領域（アルミナ８０％以上）で
は幅方向の収縮が抑えられず、基板の割れが生じる。こ
れは本発明の方法がガラス成分をある程度含む基板材料
であることで初めて起こるものであり、焼成段階のガラ
スの軟化、溶解によって厚み方向のみの収縮が起こるこ
とに起因していると考えられる。つぎに積層体を観察す
るとガラスが３０重量％以上の領域で基板の平面方向の
収縮が抑えられていることがわかる。以上のようにガラ
ス成分が３０重量％以上あれば平面方向の収縮を抑える
ことが可能であるが４５重量％以上が望ましい。

【００３１】さらにこの多層基板に銀・パラジウムペー
ストによって最上層パターンをスクリーン印刷し、乾燥
の後焼成を前記と同様の方法で行なった。内層基板の収
縮が極めて小さい為、最上層パターンの印刷ズレがなか
った。

【００３２】（実施例２）つぎに焼結を抑制するための
アルミナグリーンシートのアルミナ粒径を変化させた場
合の基板性能を評価した。

【００３３】基板材料はガラス・セラミック（日本電気
硝子社製ＭＬＳ−１９、ガラス／セラミックが４５重量
％／５５重量％、平均粒径１．８μｍ）の組成で実施例
１と同様のグリーンシート作製条件で行なった。次に実
施例１と同様グリーンシートに銀ペーストを用いて導体
パターンの形成およびビアホール埋め印刷をスクリーン
印刷法によって行った。導体ペーストは、Ａｇ粉末（平
均粒径１μｍ）に接着強度を得るためのガラスフリット
（日本電気硝子社製ＧＡ−９ガラス粉末、平均粒径
２．５μｍ）を５ｗｔ％加えたものを無機成分とし、有
機バインダであるエチルセルロースをターピネオールに
溶かしたビヒクルとともに加えて、３段ロールにより適
度な粘度になるように混合したものを用いた。なおビア
埋め用のＡｇペーストは更に無機成分として前記ガラス
・セラミック粉末を１５重量％加えたものを使用して行
なった。

【００３４】次に焼結の起こらないグリーンシートは無
機成分としてのアルミナに、平均粒径０．１μｍ〜３
３．０μｍの粉末を表２に示す種類用い、実施例１と同
様の条件でグリーンシート化した。この時のグリーンシ
ート組成は、アルミナ粒径に応じてバインダ量を若干変
化させた。前記基板用グリーンシートの厚みは約２００
μｍ、アルミナグリーンシートは約３００μｍである。

【００３５】前記基板用グリーンシートに印刷を行なっ
たものを５枚打ち抜いて重ね合わせ、さらにその両面に
前記アルミナグリーンシートを打ち抜いて重ね合わせ
る。この状態で熱圧着して積層体を形成した。熱圧着条
件は、温度が８０℃、圧力は２００Ｋｇ／ｃｍ²であっ
た。

【００３６】次に前記積層体をアルミナ９６％基板上に
乗せ空気中で脱バインダ処理の後焼成する。条件は脱バ
インダがバッチ炉によって５００℃で２時間保持し、焼
成はベルト炉によって空気中の９００℃の温度で１時間
焼成で行なった。（最高温度の保持時間は約１２分であ
る。）つぎに前記焼結済みの積層体を酢酸ブチル溶剤中
に浸し、超音波洗浄を行なったところガラス・セラミッ
ク基板の両面のアルミナ層がきれいに取り除くことがで
き、ガラス・セラミック焼結体が得られた。

【００３７】このようにして作製されたガラスーセラミ
ック焼結体の平面方向の収縮率、表面粗さ、基板反り、
さらに焼結体表面に後で印刷、焼成したAg/Pd導体の接
着強度を測定した。その結果を（表２）に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】なおそれぞれの試験の評価は、以下の通り
である。まず平面方向の収縮率は、焼結基板の表面の所
定位置に形成されたバイアホール（１５０μｍ径）の位
置から焼成後の変化を求めたものである。また、表面粗
さは表面粗さ計で測定した。

【００４０】次に基板反りは図３に示す方法で評価し
た。図３で４は基板厚み、５は全体の反り量であり、基
板反りは全体の反り量から基板厚みを引いた値である。
本発明の方法では、基板反りを完全になくすことは無理
で、０．３mm以下であれば充分使用に耐え、０．２mm以
下が望ましいと判断できる。最後に導体接着強度は、実
施例１と同様に多層基板焼結体表面に銀・パラジウムペ
ーストによって最上層パターンをスクリーン印刷し、１
２０℃−１０分の乾燥の後８６０℃の温度焼成を行なっ
た。（最高温度の保持時間は６分、投入から取り出しま
で３０分のメッシュベルト式電気炉で行なった。）次に
焼成済みの導体（２ｍｍ角）表面にリン青銅の導線（0.
6mm径）をＬ字状に曲げたもので半田付けし、基板と垂
直に引っ張りその破壊までの強度を引っ張り試験機で測
定した。

【００４１】評価の結果、アルミナ粒径を変えた場合で
も、平面方向の収縮が抑えられていることがわかる。た
だしアルミナ粒径が０．１μｍと小さい場合は若干その
収縮が大きい。これはアルミナ粒径が小さい場合、グリ
ーンシート化するためのバインダ量が多く必要なため
（１．８μｍアルミナではバインダ量が９重量％に対
し、０．１μｍアルミナでは、１５重量％必要で、アル
ミナ表面積が大きいとバインダ量が必然的に多くな
る。）脱バインダ後の粉体密度が低下し、焼結段階で平
面方向の収縮を抑える抑制力が低下したためと考えられ
る。よって、アルミナの粒径は０．５μｍ以上が望まし
い。

【００４２】次に表面粗さ性能を評価した結果、使用し
たアルミナ粒径と相関があり、アルミナ粒径が小さいほ
ど表面粗さが小さいことがわかる。これは両面に積層し
たアルミナ層を超音波洗浄で取り除いてもごく一部のア
ルミナがガラスに接着し残存するためであると考えられ
る。したがって、表面粗さが２０μｍ以上になる３３μ
ｍのアルミナでは実使用上問題となる。

【００４３】次に基板反りに付いてはアルミナの粒径に
依存せずばらつき範囲内である。最後の導体接着強度は
粒径が１．８μｍ以上で接着強度が強い傾向がある。ち
なみに、同一基板材料で通常の焼成をおこなった場合の
接着強度は約２ｋｇｆであるのに対し、本願発明の方法
では逆に強度が大きい値を示す。これは前述の表面粗さ
のデータから判断して表面粗さが適度に大きいため、ア
ンカー効果で接着力が向上しているものと考えられる。

【００４４】以上の結果から、焼結の起こらないグリー
ンシートの無機成分としてのアルミナは、粒径が０．５
μｍ〜２０．０μｍの範囲であることが望ましいことが
わかる。さらにさらに実使用上から平均粒径が１．８μ
ｍ〜７μｍが最も良い。

【００４５】（実施例３）次に焼結を抑制するためのア
ルミナグリーンシート層が、ガラスーセラミック層の平
面方向の収縮を抑えるためにはどの程度の厚みが必要か
を調べた。

【００４６】評価は実施例２のアルミナ粒径１．８μｍ
を用い、ガラスーセラミックも実施例２と同じものを用
いた。実験は、表３に示すように基板材料の積層体厚み
に対しアルミナグリーンシート層の片面の厚みを変えた
場合と、アルミナグリーンシート層の厚みを一定とし、
基板材料の積層体の厚みを変化させた場合も両方で評価
した。基板の作製条件は、以下の通りである。

【００４７】実施例１と同様に作製したガラスーセラミ
ックグリーンシートにCuOペーストを用いて導体パター
ンの形成およびビアホール埋め印刷をスクリーン印刷
法によって行った。導体ペーストは、CuO 粉末（平均粒
径３μｍ）に接着強度を得るためのガラスフリット（日
本電気硝子社製ＬＳ−０８０３ガラス粉末、平均粒径
２．５μｍ）を３ｗｔ％加えたものを無機成分とし、有
機バインダであるエチルセルロースをターピネオールに
溶かしたビヒクルとともに加えて、３段ロールにより適
度な粘度になるように混合したものを用いた。

【００４８】なおビア埋め用のCuOペーストは更に無機
成分として前記ガラス・セラミック粉末を１５重量％加
えたものを使用して行なった。

【００４９】焼結の起こらないグリーンシートの作製は
無機成分としてアルミナ粉末のみを用い実施例２と同様
のグリーンシート組成で、同様の方法でグリーンシート
を作製した。前記基板用グリーンシートの厚みは一層当
り約２５０μｍ、アルミナグリーンシートは造膜段階で
ドクターブレード厚みを変化させ種々の厚みのグリーン
シートを作製した。

【００５０】前記基板用グリーンシートに印刷を行なっ
たものを表３に示す厚みになるよう所定の枚数打ち抜
き、重ね合わせ、さらにその両面に前記アルミナグリー
ンシートを打ち抜いて重ね合わせ、積層する。この状態
で熱圧着して積層体を形成した。熱圧着条件は、温度が
８０℃、圧力は２００Ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００５１】次に、焼成の工程を説明する。まず最初
は、脱バインダ工程である。発明に使用したグリーンシ
ート、ＣｕＯペーストの有機バインダは、ＰＶＢ及びエ
チルセルロースである。したがって空気中での分解温度
は、５００℃以上あれば良いので、６００℃の温度で行
なった。その後前記積層体を水素ガス１００％雰囲気中
で２００℃ー５時間で還元した。この時のＣｕ層をＸ線
回折により分析したところ１００％Ｃｕであることを確
認した。ガラス・セラミック基板層および酸化アルミ
層は脱バインダ工程が終わっているのでポーラスなまま
で存在しており、そのため基板層内部も容易に金属銅に
還元できたものと思われる。

【００５２】次に焼成工程は、純窒素中９００℃である
メッシュベルト炉で焼成した。以上の様にして作製した
ガラス・セラミック積層体両面のアルミナ層を実施例１
と同様超音波洗浄にて取り除き、基板性能を評価した。
結果を同様に（表３）に示す。

【００５３】

【表３】

【００５４】結果から明らかなように、積層体群の厚み
に対し、平面方向の収縮を抑制するためのアルミナグリ
ーンシート層の厚みが薄い場合、平面方向の収縮が大き
いばかりでなく、基板反りも大きいことがわかる。この
ことは基板材料の積層体群の厚みに対しアルミナ層の一
層分の厚みの比が０．０６２５以下であると基板の収縮
が抑えにくくなり、且つ基板の反りが起こることがわか
る。

【００５５】つぎに、アルミナグリーンシートの厚みを
一定とし、積層体群の厚みを変化させるためガラスーセ
ラミックグリーンシートの積層数を変えて実験を行なっ
た。その結果、この場合もアルミナグリーンシート層一
層分の厚みが基板の積層体群の厚みに対し、０．０９１
以下で基板反りが大きくなることがわかった。

【００５６】以上の結果から本願発明の製造方法は平面
方向の収縮を抑制するためには、両面に存在する焼結を
抑制する無機成分による層の一層分の厚みが、前記ガラ
スーセラミック積層体層の厚みに対し０．１以上の比の
ものを用いる必要があることが明かとなった。

【００５７】なお本実施例において、無焼結材料として
Ａｌ₂Ｏ₃を用いたが、その他ＭｇＯ，ＺｒＯ₂，Ｔｉ
Ｏ₂，ＢＮ、ＢｅＯを用いても同様の結果が得られた。
またガラス・セラミックグリーンシート群と無焼結グリ
ーンシート層を同時に積層したが、ガラス・セラミック
グリーンシート群の積層だけを行い、最後にそのガラス
・セラミックグリーンシート群と無焼結グリーンシート
を組み合わせて積層する場合も同様の効果が得られた。
すなわち、積層体群を複数用意し、無焼結グリーンシー
トを交互に重ね合わせたものでも同様の効果が得られて
おり、この場合も一層分の厚み比が各積層体群の０．１
以上であれば基板反りの無い基板が複数個同時に得られ
る。

【００５８】また、最上層パターンの形成を基板焼成後
に行なったが、最上層ペーストをグリーンシート上に印
刷し、同時焼成しても得られることは云うまでもない。

【００５９】以上のように本発明は、多層セラミック基
板の作製工程において焼結の起こらない無機成分からな
るグリーンシート層を基板層間に設け基板焼成を行なう
と、焼結による収縮が平面方向で全く起こらないばかり
か同時に多数個の多層基板が同時に得られる。

【００６０】

【発明の効果】本発明は、前述の通りガラス・セラミッ
ク積層体群の両面に存在する焼結しない材料で挟み込ん
で焼成することで、平面方向の収縮が阻止される。その
ため、焼成時にガラスーセラミック基板材料の焼結段階
で、両面に存在する焼結しない材料が平面方向の焼結を
阻害し、ガラスーセラミック基板材料中のガラス成分の
軟化で厚み方向のみ焼結する。この後、不必要な焼結し
ない材料層を取り除くことで、所望の多層基板が得られ
る。

【００６１】またガラスーセラミックのガラス量を所定
量以上含む基板材料で、且つ焼結を阻害する無機組成物
として所定の粒径範囲のアルミナを選択すること、およ
び積層するアルミナとガラスーセラミックの焼成前の厚
み比を適度に選択する事で、平面方向の収縮が起こらな
いばかりか基板反りのない高精度なセラミック基板が得
られる。またこれにより多層基板に使用する基板材料、
グリーンシート組成、粉体ロットなどに依存せず常に同
一寸法の基板が得られる。

【００６２】同様に多層セラミック基板の作製において
前述のごとく内層配線の焼成を行なってから最上層配線
の形成を行なっても、最上層配線パターンと内層の接続
が完全に行える。その結果、接続用のランド面積が小さ
くでき、高密度な多層配線基板が得られる。さらにスク
リーン版が少なくて済み、基板設計において収縮率を逆
算し内層パターンを拡大する必要がないので経済的であ
る。

【００６３】また焼成時に特に加圧を必要としないた
め、特別な金型、焼成炉を必要とせず通常のベルト焼成
炉でも作製が可能な極めて量産性に富む作製方法であ
る。

【００６４】以上のように、グリーンシート積層法の最
大の欠点であった、収縮誤差の課題を解決するとともに
極めて量産性に富む有効な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のグリーンシート積層体の断面
図

【図２】同実施例の製造方法を示すフローチャート

【図３】本発明の課題である基板そりの評価方法を示す
図

【符号の説明】

１ガラス・セラミックグリーンシート層２アルミナグリーンシート層３内部電極層４基板厚み５全反り量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板垣峰広大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼成処理温度以下に軟化点を有するガラス
粉末が重量比で３０重量部〜１００重量部、セラミック
粉末が７０重量部〜０重量部混合されたガラス・セラミ
ック無機粉末に、少なくとも有機バインダ、可塑剤を含
むグリーンシートを作製し、前記グリーンシートに導体
ペースト組成物で電極パターンおよび層間接続バイアを
形成し、同様に作製した所望枚数のグリーンシートを積
層した第１の積層体群に、前記ガラス・セラミックの焼
成処理温度で焼結しない無機組成物よりなるグリーンシ
ートを第１の積層体群の両面に挟み込んで積層した後、
焼成処理を行い、その後前記焼結しない無機組成物層を
取り除くことを特徴とする多層セラミック基板の製造方
法。
【請求項２】焼成処理を８００℃〜１０００℃の範囲で
行うことを特徴とする請求項１記載の多層セラミック基
板の製造方法。
【請求項３】焼成処理で焼結しない無機組成物が、平
均粒径０．５μｍ〜２０μｍのＡｌ₂Ｏ₃を含むグリーン
シートからなることを特徴とする請求項１記載の多層セ
ラミック基板の製造方法。
【請求項４】焼成処理で焼結しない無機組成物を超音波
洗浄法で取り除くことを特徴とする請求項１記載の多層
セラミック基板の製造方法。
【請求項５】導体ペーストがＡｇ，Ａｇ／Ｐｄ，Ａｇ／
Ｐｔ，Ｃｕのいずれかを主成分とすることを特徴とする
請求項１記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項６】第１の積層体群の厚みに対し、前記ガラス
・セラミックの焼成処理温度で焼結しない無機組成物よ
りなるグリーンシート層１層の厚みの比が、焼成処理前
で０．１以上であることを特徴とする請求項１記載の多
層セラミック基板の製造方法。
【請求項７】導体ペースト組成物の無機組成物が酸化第
２銅を主成分とするペーストを用い、焼成処理が空気中
で多層体内部の有機バインダが分解・飛散する温度で熱
処理し、しかる後、水素もしくは水素と窒素の混合ガス
雰囲気中で還元熱処理を行い、さらに、前記還元熱処理
済み多層体を窒素雰囲気中で焼結させることにより得ら
れることを特徴とする請求項１記載の多層セラミック基
板の製造方法。