JPH0728129B2 - 低温焼成セラミック基板の製造方法 - Google Patents

低温焼成セラミック基板の製造方法

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JPH0728129B2
JPH0728129B2 JP63114784A JP11478488A JPH0728129B2 JP H0728129 B2 JPH0728129 B2 JP H0728129B2 JP 63114784 A JP63114784 A JP 63114784A JP 11478488 A JP11478488 A JP 11478488A JP H0728129 B2 JPH0728129 B2 JP H0728129B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、低温焼成セラミック基板の製造方法に関し、
スルーホール孔に金属としてCuを充填した低温焼成セラ
ミック基板の製造方法、特に低温焼成セラミック基板表
面に蒸着、スパッタリングにより導体配線金属膜を形成
し、半導体素子を搭載するタイプ等の基板に利用される
低温焼成セラミック基板の製造方法に関する。
(従来の技術)(発明が解決すべき課題) 近時半導体装置の小型化を実現する要求は一層厳しく、
このためセラミック多層基板についても種々の改良がな
されているが、機器を小型化するにあたって基板におけ
るスルーホール径を極力小さいものが要求され、例えば
φ0.08mm〜φ0.25mm程度に小さくしたものの実現が要望
されているが、これに見合うメタライズ組成物はいまだ
に確定的ではない。
例えばセラミック基板としてアルミナを用いた場合W,Mo
メタライズが用いられているが、スルーホール径がφ0.
08mm〜φ0.1mm程度に小さくなると、抵抗値が高くなり
過ぎ実用的に問題がある。
又、低温焼成セラミック基板においてはCu又はCuO系の
メタライズ組成物が使用し得るとされているが、Cu主成
分のものにあっては大気中における脱脂工程段階でCuが
酸化され体積膨張を起し、CuO主成分のものにあっては
還元又は中性雰囲気での加熱でCuOがCuになり導体化す
るときに、体積収縮を生じ、このようなメタライズの体
積の膨張、収縮はセラミック基板や、配線にクラックを
生じるおそれがあり、更にスルーホール内でのメタライ
ズ組成物とセラミック基板との焼成収縮率の不一致は、
スルーホール内壁とCuとの間の空隙の発生や、導体部の
クラック発生により、導通不良を発生するおそれがあっ
た。
この点を改良したのが特願昭62-129441号(特開昭63-29
5491号公報)に示すようにPd/CuO/Cu,Pt/CuO/Cuメタラ
イズ組成物でCuもしくはCuOの酸化還元による体積の膨
張収縮変化を減少させることにより一応の成果を得た
が、メタライズ組成物中にPd又はPtが混合されているた
めに、電気抵抗値が高くスルーホール径が小さくなると
到底使用することができないと判った。
(課題を解決するための手段) 本発明は鋭意この問題の解決について検討した結果なさ
れたものであって、従来は酸化するために単体でメタラ
イズ組成物に使用するのは好ましくないと思われていた
Cu単体であっても、酸化したCuを再び還元する工程を加
えることによって使用することが出来ること、また、特
定のスルーホール孔径すなわち0.25mm以下好ましくは0.
20mm以下においては、埋め込まれたCuの量が少ないた
め、酸化・還元及び焼成による膨張、収縮現象のセラミ
ックに及ぼす影響が少なくしかも電気的導通に好ましい
ことを見出したことによりなされたものである。
即ち、前記課題を解決するための手段は、スルーホール
孔に金属を充填してなる低温焼成セラミック基板の製造
方法において、スルーホール孔にCu粉末を金属材料とす
るメタライズ組成物を埋め込んだセラミックグリーンシ
ートから樹脂を飛散させ、酸化雰囲気中において假焼す
る工程と、還元雰囲気中において酸化したCuを還元し、
還元雰囲気中または中性雰囲気中においてセラミック及
びCuを焼成する工程とからなり、焼成後の該スルーホー
ル孔の孔径が0.2mm以下であることを特徴とする低温焼
成セラミック基板の製造方法である。
また、その他の手段は、スルーホール孔に金属を充填し
てなる低温焼成セラミック基板の製造方法において、ス
ルーホール孔にCu粉末を金属材料とするメタライズ組成
物を埋め込んだセラミックグリーンシートから樹脂を飛
散させ、酸化雰囲気中において假焼する工程と、還元雰
囲気中において酸化したCuを還元し、還元雰囲気中また
は中性雰囲気中においてセラミック及びCuを焼成する工
程とからなり、該Cu粉末の粒径が0.8μmを越え、焼成
後の該スルーホール孔の孔径が0.25mm以下であることを
特徴とする低温焼成セラミック基板の製造方法である。
かかる場合において、これらにおけるCu粉末の粒径が15
μm以下であることを特徴とする場合には、メタライズ
組成物が緻密な組成物になり、スルーホールの有する抵
抗も小さくなる点で好ましい。
(作用) 本発明の詳細を図面を参照して各工程ごとに順次説明す
る。(以下第1図参照) 特開昭59-92943号公報に示すように重量比でZnO 4%,Mg
O 13%,Al2O3 23%,SiO2 58%,B2O3及びP2O5各1%
の組成となるように、ZnO,MgCO3,Al(OH)3,SiO2,H3BO
3及びH3PO4を秤量し、ライカイ機にて混合し、アルミナ
坩堝を用いて、1450℃で溶融せしめた後、水中に投入
し、急冷してガラス化し、アルミナ製ボールミルにて平
均粒径2μ〜3μに粉砕してフリットとする。このフリ
ットに有機質バインダーと溶剤とを混合してスラリー化
し、ドクターブレード法によって厚さ0.6mmのグリーン
シート(焼成後基板11となる)を製造する。
次に所定の位置にパンチングで孔をあけてスルーホール
12を形成する。ついでこのスルーホール12内にメタライ
ズ13を埋め込む。メタライズの調合成分はCu粉末100重
量部、樹脂8重量部、溶剤適量からなるものとする。
ついでグリーンシートの外形を所定の形状にカッティン
グした後、グリーンシート及びCuペースト中に含まれる
樹脂を飛散させる。
かくしたものを大気中で600℃〜750℃で假焼して残存カ
ーボンを焼失させ除去する。
次にNH3分解ガス雰囲気中で350℃〜750℃でスルーホー
ル12中のCuOを還元してCuとする。
ついでNH3分解ガス雰囲気中又は中性雰囲気中で焼成
し、セラミックとCuを焼結する。
かくしたものを表面研磨し、假焼工程でCuの酸化による
体積膨張で基板表面で噴き出したCuを研磨し削り落とす
と同時に後の工程の蒸着やスパッタリングのために平滑
な表面を作る。
これにより、基板表面に蒸着等の薄膜技術により表面回
路導体14(薄膜パターン)を形成する場合には、噴き出
したCuを除去する工程とセラミック基板表面を薄膜パタ
ーン形成に適するように平滑にする工程とを兼用するこ
とが出来る。
ついで表面回路14を蒸着又はスパッタリング及びエッチ
ングにより形成(薄膜パターン)し、次にスルーホール
内にCu(本発明),Au及びPd/CuO(比較例)を充填した
テストサンプルで、スルーホール孔径とセラミックの破
断(クラック)の有無の関連を示せば第1表のとおりで
あり、更にセラミック基板の厚さ1.1mmを用い、このス
ルーホール内径と前記した各メタライズの抵抗値を測定
した結果を示せば第2表のとおりである。
これによれば、スルーホール孔径がφ0.20mm以下の場合
には、スルーホール孔内に埋め込まれたCuの量が少ない
ために、酸化しても膨張の程度が少ない。このため、メ
タライズ組成物中のCu粉末の粒径が、0.8μm、2.7μ
m、15μmのいずれの場合であっても、セラミックの破
断(クラック)は発生せず、気密性も良好であった。
また、スルーホール孔径がφ0.25mmの場合でも、用いる
Cu粉末の粒径が0.8μmを越える場合には、粒径が大き
いためにスルーホール孔内に埋め込まれるCuの量が比較
的少なく、従って、酸化しても膨張の程度が少ない。こ
のために、上記した孔径がφ0.20mm以下の場合と同様
に、セラミックの破断(クラック)は発生せず、気密性
も良好であった。
更に、用いるCu粉末の粒径が15μm以下の場合には、焼
成によりメタライズ組成物が緻密な金属焼結体になり、
スルーホールの抵抗も小さく満足すべきものであった。
なお上記においては本願発明によって製造した単層の低
温焼成セラミック基板の上下両面に表面回路導体14を設
けた場合を示したが第2図に示す如く、2層からなる基
板の内部の回路導体としてCuまたはAuの厚膜メタライズ
層13を形成するようにした場合、あるいは第3図に示す
ように基板自体を多層に形成した場合であっても良い。
(なお第2図第3図において第1図と同一部分には同じ
符号を付してあるので説明を省略する) (発明の効果) 本発明によれば、酸化したCuを再び還元する工程を加え
たので、従来は酸化するために単体でメタライズ組成物
に使用するのは好ましくないと思われていたCu単体であ
っても使用することが出来る。従って、メタライズ組成
物として、電気抵抗値の高いPdやPtを混合しなくても済
むため、電気抵抗値が低く、スルーホール径が小さい場
合にも使用することができる低温焼成セラミック基板を
提供することが出来る。
この場合において、特定のスルーホール孔径すなわち孔
径を0.20mm以下とすると、スルーホールに埋め込むメタ
ライズ組成物中のCu粉末の粒径に拘わらず、Cuの酸化及
び還元による膨張、収縮や、焼成に伴うセラミックやメ
タライズ組成物の焼成収縮の影響が少なくなるので、セ
ラミックに破断(クラック)を生ずることもなく、良好
な気密性を有する低温焼成セラミック基板を製造するこ
とが出来る。
スルーホール孔径が0.25mm以下の場合においても、粒径
が0.8μmを越えるCu粉末を用いるときには、同様に膨
張、収縮の影響は少なく、セラミックの破断(クラッ
ク)は発生せず、気密性も良好な低温焼成セラミック基
板を製造することが出来る。
更に、用いるCu粉末の粒径が15μm以下の場合には、焼
成によりメタライズ組成物が緻密な金属焼結体になるの
で、スルーホールの電気抵抗値がCu粉末の粒径が15μm
を越える場合よりも小さく、より電気抵抗値が低く、ス
ルーホール径が小さい場合に適する低温焼成セラミック
基板を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の各実施例の断面図である。 11……基板、12……スルーホール、13……厚膜メタライ
ズ、14……表面回路導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−167489(JP,A) 特開 昭62−48097(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スルーホール孔に金属を充填してなる低温
    焼成セラミック基板の製造方法において、 スルーホール孔にCu粉末を金属材料とするメタライズ組
    成物を埋め込んだセラミックグリーンシートから樹脂を
    飛散させ、酸化雰囲気中において假焼する工程と、 還元雰囲気中において酸化したCuを還元し、還元雰囲気
    中または中性雰囲気中においてセラミック及びCuを焼成
    する工程とからなり、 焼成後の該スルーホール孔の孔径が0.2mm以下であるこ
    と を特徴とする低温焼成セラミック基板の製造方法。
  2. 【請求項2】スルーホール孔に金属を充填してなる低温
    焼成セラミック基板の製造方法において、 スルーホール孔にCu粉末を金属材料とするメタライズ組
    成物を埋め込んだセラミックグリーンシートから樹脂を
    飛散させ、酸化雰囲気中において假焼する工程と、 還元雰囲気中において酸化したCuを還元し、還元雰囲気
    中または中性雰囲気中においてセラミック及びCuを焼成
    する工程とからなり、 該Cu粉末の粒径が0.8μmを越え、 焼成後の該スルーホール孔の孔径が0.25mm以下であるこ
    と を特徴とする低温焼成セラミック基板の製造方法。
  3. 【請求項3】前記Cu粉末の粒径が15μm以下であること
    を特徴とする請求項1または2に記載の低温焼成セラミ
    ック基板の製造方法。
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