JPH0661649A

JPH0661649A - 多層セラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0661649A
Application number: JP21110092A
Authority: JP
Inventors: Eishin Nishikawa; 英信西川; Seiichi Nakatani; 誠一中谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】焼結に伴う平面方向の収縮をなくする多層セ
ラミック基板の製造方法を得ることを目的としている。【構成】ガラス・セラミックグリーンシート１と無機
組成物グリーンシート２を積層して焼結し、焼結後に焼
結しない無機組成物グリーンシート２によりガラス・セ
ラミックグリーンシート１の平面方向の収縮を阻止し、
焼結後、無機組成物を除去して多層セラミック基板を製
造することにより、多層セラミック基板の収縮をなくし
て内外層導体パターン間の接続を確実にできる。

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多
層セラミック基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低温焼結ガラス・セラミック基板
の開発によって、使用できる導体材料に金，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、かつ使用できる設備
も安全で低コストに製造できるという利点がある。

【０００３】一方、これらの金属のうち貴金属である
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銅電極材料の使用が望
まれている。

【０００４】ここで、低温焼結多層基板の代表的な製造
方法の一例を説明する。低温焼結多層基板の製造方法に
は大きく分けて３種類の方法がある。

【０００５】その第１は多層基板の内層電極に銀を用い
て、低温焼結基板のグリーンシートを所望の枚数積層
し、空気中で焼成してその後最上層に銀，パラジウムペ
ーストを印刷、焼成する方法である。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。

【０００６】第２の方法は、特開昭６２−２６５７９６
号公報に示されているように内部の電極に銀を用い、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
により、第１の方法で用いた銀，パラジウムに比べて低
いインピーダンス、かつ、半田濡れの点で有利なもので
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
ばならないという問題があった。

【０００７】第３の方法は、内層および最上層に銅電極
を用いる方法で、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
ればならずその作製が困難であるという問題があった。

【０００８】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し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が酸化されずに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。また、多層する場合
も同様の条件で絶縁層を印刷して焼成を行うものであ
る。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
する場合には、各ペーストを印刷した後、その都度、焼
成を繰り返し行なわなければならず、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問題が
あった。

【０００９】このような問題を解決するために、特開昭
６１−２６２９３号公報に示されているようなセラミッ
ク多層配線基板とその製造方法が提案されている。

【００１０】以下その構造と製造方法について図４を参
照しながら説明する。図において、１１はガラス・セラ
ミックグリーンシート，３は有機フィルム，４はビアホ
ール，１２は電極である。

【００１１】上記構成において、無機成分としての低温
焼成ガラス・セラミック材料に有機バインダ，可塑剤，
溶剤を適量加えて混合したスラリーをドクターブレード
法で（ａ）に示したように有機フィルム３上にシート成
型してガラス・セラミックグリーンシート１１を作製す
る。

【００１２】次に、（ｂ）に示したようにガラス・セラ
ミックグリーンシート１１にビアホール４を形成してビ
アホール加工済みガラス・セラミックグリーンシート１
３を作製する。そして、（ｃ）に示したように、ＣｕＯ
ペーストを用いてビアホール埋め及び内層配線形成を印
刷法によって行なって電極１２を形成し、電極形成済み
ガラス・セラミックグリーンシート１４を作製する。

【００１３】次に、（ｄ）に示したように、電極形成済
みガラス・セラミックグリーンシート１４を複数枚積層
し、熱圧着して積層体１５を形成する。そして（ｅ）に
示したように、積層体１５を脱バインダＣｕＯ還元焼成
してセラミック多層配線基板が作製される。

【００１４】このセラミック多層配線基板の製造方法に
よると、焼成時の雰囲気制御が容易になり緻密な焼結体
が得られるという利点がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック多層配線基板の製造方法では、多層セラ
ミック配線基板の焼成時に焼結に伴う収縮が生じるとい
う問題があった。

【００１６】この焼結に伴う収縮は、製造工程の面では
積層プレスと焼成により、また、材料の面では使用する
基板材料、グリーンシート組成、粉体ロットなどにより
異って生じるもので、セラミック多層配線基板の品質に
影響を与えるものであった。

【００１７】まず第１に、セラミック多層配線基板の作
製において、前記したように内層配線の焼成を行なって
から最上層配線形成するため、基板材料の収縮誤差が大
きいと、内層配線と最上層配線との間に寸法誤差が生じ
て両者が接続されなくなるという不具合が生じる。この
不具合を避けるために、収縮誤差を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すれば
よいが、この手段は高密度の配線を必要とする回路には
不向きである。また、収縮誤差に合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
縮率に応じて使い分ける方法が取られているが、この方
法ではスクリーン版を数多く用意しなければならず不経
済である。

【００１８】一方、最上層配線と内層配線とを同時に焼
成すれば大きなランドの形成は不要となるが、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、最後の部品搭載用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という
不具合が残る。また部分実装においても所定の部品位置
とズレが生じる。

【００１９】第２に、グリーンシート積層法によるセラ
ミック多層配線基板は、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収縮率が異なり、このこ
とも多層セラミック配線基板の作製の障害となってい
る。

【００２０】これらの収縮誤差を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）が十分管理されているが、それでも一般
に収縮率の誤差は±０．５％程度存在すると言われてい
る。

【００２１】このことはセラミック多層配線基板にかか
わらず、セラミックおよびガラス・セラミックの焼結を
伴うものに共通の問題である。

【００２２】本発明は上記問題を解決するもので、焼結
に伴う収縮、特に平面方向の収縮をなくすることができ
る多段セラミック基板の製造方法を提供することを目的
としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、低温焼結ガラス・セラミック基板材料に少
なくとも有機パインダと可塑剤を含ませたガラス・セラ
ミックグリーンシートに導体ペースト組成物で電極およ
び導体パターンを形成し、ガラス・セラミックグリーン
シートを所定枚数積層してグリーンシート積層体を形成
し、前記グリーンシート積層体と前記低温焼結ガラス・
セラミック基板材料の焼結温度では焼結しない無機組成
物よりなる無機組成物グリーンシートとを交互に積層す
るととにその両面に前記無機組成物グリーンシートを配
設積層して多段積層体を形成し、前記多段積層体を焼成
した後、焼結しない前記無機組成物除去して多段セラミ
ック基板を製造するようにしたものである。

【００２４】また、導体ペースト組成物で電極パターン
を形成した低温焼成ガラス・セラミック基板材料よりな
るガラス・セラミックグリーンシートの１枚または積層
体からなるグリーンシート郡の両面に低温焼結ガラス・
セラミック基板材料の焼結温度では焼結しない無機組成
物よりなる無機組成物グリーシートとを交互に積層する
とともにその両面に前記無機組成物グリーンシートを配
設積層して多段積層体を形成し、前記多段積層体を焼成
した後、前記焼結しない無機組成物を除去して多層セラ
ミック基板を製造するようにしたものである。

【００２５】

【作用】上記製造方法において、グリーンシート積層体
の両面には低温焼結ガラス・セラミック基板材料の焼成
温度では焼結しない無機組成物よりなる無機組成物グリ
ーンシートが積層されて焼結されるので、焼結時に焼結
しない、つまり収縮しない無機組成物グリーンシートに
よりグリーンシート積層体の面方向の収縮が阻止されて
いる。そして、不必要な焼結しない無機組成物を除去し
て多段セラミック基板が得られる。

【００２６】また、多段セラミック基板の表面は、焼結
しない無機組成物グリーンシートで覆われているので、
多層セラミック基板の表面を汚染することもない。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１から図
３を参照しながら説明する。

【００２８】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
を示し、図１において、（ａ）に示したガラス・セラミ
ックグリーンシート１は、低温焼結ガラス・セラミック
基板材料、たとえば無機成分として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５
０対５０とした組成物（日本電気硝子社製ＭＬＳ−１
９）と、有機バインダとしてのポリビニルブチラール
と、可塑剤としてのヂ−ｎ−ブチルフタレートと、溶剤
としてのトルエンとイソプロピルアルコールとの混合液
（３０対７０重量比）とを混合してスラリーとしたもの
で、このスラリーをドクターブレード法で有機フィルム
３上にシート成型している。

【００２９】（ｂ）に示した無機組成物グリーンシート
２は、低温焼結ガラス・セラミック基板材料の焼結温度
では焼結しない無機組成物、たとえば、無機成分として
のアルミナ（住友アルミ社製ＡＬ−４１平均粒径１．９
μｍ）粉末を用いて有機フィルム３上にシート成型して
いる。なお、ガラス・セラミックグリーンシート１と無
機組成物グリーンシート２の厚みはともに２００μｍに
成型してある。

【００３０】次に、（ｃ）に示したように、ガラス・セ
ラミックグリーンシート１に所要のビアホール４を穿設
し、（ｄ）に示したように、酸化銅ペースト５をビアホ
ール４に埋設するとともにガラス・セラミックグリーン
シート１の表面に導体パターン６を印刷法で印刷して内
層電極７を形成する。

【００３１】次に、（ｅ）に示したように、所定枚数の
ガラス・セラミックグリーンシート１を積層してグリー
ンシート積層体８を形成する。そして、（ｆ）に示した
ように、グリーンシート積層体８と無機組成物グリーン
シート２を交互に積層して多段積層体９を形成するとと
もに、無機組成体グリーンシート２をその両面に配設積
層する。この多段積層体９は８０℃の温度と２００kg／
cm²の圧力で熱圧着圧して形成される。

【００３２】このようにして形成された多段積層体９を
図３に示す。次に、（ｇ）に示したように、多段積層体
９の脱バインダと酸化銅還元と焼成を行う。脱バインダ
は空気中で５００℃、酸化銅還元は水素雰囲気中で２０
０℃、焼成は窒素雰囲気中で９００℃で行なった。この
焼成後の多段積層体９には未焼結の無機組成物層が存在
するため、（ｈ）に示したように酢酸ブチル溶剤中で超
音波洗浄を行なって無機組成物を除去する。これにより
多段積層体８間と両面に積層されていた無機組成物グリ
ーンシート２が除去されて複数枚の多段セラミック基板
１０が製造される。

【００３３】このようにして製造された多段セラミック
基板１０の収縮率を測定すると、その平面方向の収縮率
は０．１％以下であった。これにより平面方向に収縮が
生じない多層セラミック基板の製造方法を得ることがで
きた。

【００３４】この多段セラミック基板１０に銅ペースト
によって表層電極１１を印刷し、焼成を前記と同様の方
法で行なったが、多段セラミック基板１０の収縮は極め
て小さいので表層電極１１と内層電極７との間の印刷ズ
レは生じなかった。因に多層セラミック基板１０の焼結
体密度を測定してみると、従来例の製造方法では３．１
８ｇ／cm³であったのに対して、本実施例の製造方法で
は３．１２ｇ／cm³であった。また、多段セラミック基
板１０の反り防止と厚み方向の焼結収縮を助けるために
加圧焼成したところ、同様の結果が得られた。

【００３５】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
を示し、（ａ）に示したガラス・セラミックグリーンシ
ート１，酸化銅ペースト５，導体パターン６および、
（ｂ）に示した無機組成物グリーンシート、有機フィル
ム３は第１の実施例に示したものと同一であるので説明
を省略する。

【００３６】（ｃ）に示したように、ガラス・セラミッ
クグリーンシート１の１枚または積層体からなるグリー
ンシート郡１２の両面に無機組成物グリーンシート２を
交互に積層して多段積層体１３を形成するとともに、無
機組成物グリーンシート２をその両面に配設積層する。
この多段積層体１３は８０℃の温度と２００kg／cm²の
圧力で熱圧着して形成される。

【００３７】次に、（ｄ）に示したように、脱バインダ
と酸化銅還元と焼成未焼成の無機組成物の超音波洗浄を
行って多段セラミック基板１０が製造される。

【００３８】このようにして製造された多段セラミック
基板１０の平面方向の収縮率は、第１の実施例に示した
ものと同様に０．１％以下であった。

【００３９】なお、第１および第２の実施例において、
無機組成物にＡｌ₂Ｏ₃を用いたが、ＢｅＯ，ＭｇＯ，Ｚ
ｒＯ₂，ＴｉＯ₂，ＢＮを用いても同様の結果が得られ
た。

【００４０】また、表層電極１１を基板焼成後に形成し
たが、導体ペーストをガラス・セラミックグリーンシー
ト１上に印刷しておいて同時焼成してもよいものであ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば、ガラス・セラミックグリーンシートと
無機組成物グリーンシートを積層して焼結するようにし
たことにより、焼結時に焼結しない、つまり収縮しない
無機組成物グリーンシートによってグリーンシート積層
体の面方向の収縮が阻止され、焼成後に不要な焼結しな
い無機組成物を除去して多段セラミック基板が得られ
る。

【００４２】このように本発明によれば、焼結に伴う収
縮、特に平面方向の収縮をなくすことができる多段セラ
ミック基板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｉ）は本発明の多段セラミック基板
の製造方法の第１の実施例の製造工程図

【図２】（ａ）〜（ｄ）は同方２の実施例の製造工程図

【図３】同多層セラミック基板の側断面図

【図４】（ａ）〜（ｅ）は従来例の多層セラミック基板
の製造方法の製造工程図

【符号の説明】

１ガラス・セラミックグリーンシート２無機組成物グリーンシート５導体ペースト６導体パターン８グリーンシート積層体９，１３多段積層体１０多層セラミック基板１２グリーンシート郡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低温焼結ガラス・セラミック基板材料に
少なくとも有機バインダと可塑剤を含ませたガラス・セ
ラミックグリーンシートに導体ペースト組成物で所要の
電極および導体パターンを形成し、前記ガラス・セラミ
ックグリーンシートを所定枚数積層してグリーンシート
積層体を形成し、前記グリーンシート積層体と前記低温
焼結ガラス・セラミック基板材料の焼結温度では焼結し
ない無機組成物よりなる無機組成物グリーンシートを交
互に積層するとともにその両面に前記無機組成物グリー
ンシートを配設積層して多段積層体を形成し、前記多段
積層体を焼成した後、焼結しない前記無機組成物を除去
する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】導体ペースト組成物で電極パターンを形
成した低温焼結ガラス・セラミック基板材料よりなるガ
ラス・セラミックグリーンシートの１枚または積層体か
らなるグリーンシート郡の両面に低温焼結ガラス・セラ
ミック基板材料の焼結温度では焼結しない無機組成物よ
りなる無機組成物グリーンシートを交互に積層するとと
もにその両面に前記無機組成物グリーンシートを配設積
層して多段積層体を形成し、前記多段積層体を焼成した
後、前記焼結しない無機組成物を除去することを特徴と
する多層セラミック基板の製造方法。
【請求項３】多段積層体を８００℃〜１０００℃の範
囲で焼成することを特徴とする請求項１または２記載の
多層セラミック基板の製造方法。
【請求項４】無機組成物グリーンシートは、Ａｌ
₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＺｒＯ₂，ＴｉＯ₂，ＢｅＯ，ＢＮのいず
れか、または少なくとも１種を含むことを特徴とする請
求項１または２記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項５】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または２記載の多層
セラミック基板の製造方法。
【請求項６】導体ペース組成物は、Ａｇ，Ａｇ／Ｐ
ｄ，Ａｇ／Ｐｔ，Ｃｕ、ＣｕＯのいずれかを主成分とす
ることを特徴とする請求項１または２記載の多層セラミ
ック基板の製造方法。
【請求項７】多段積層体の焼成時に前記多段積層体を
加圧して焼成することを特徴とする請求項１または２記
載の多層セラミック基板の製造方法。