JPH0799388A - 多層セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホットプレス焼成時に発生するそりやうねり
を小さくすることができ、もって厚みばらつきを確実に
小さくすることができる多層セラミックス基板の製造方
法を提供すること。 【構成】 スルーホール形成用孔２が形成されたグリー
ンシート１にタングステンペーストを印刷し、スルーホ
ール内導体回路３ａ等を形成する。最外層となるグリー
ンシート１のほぼ全面にわたってタングステンペースト
を印刷し、炭化防止層Ｌ1 及び段差解消層Ｌ2 として機
能するベタパターン４を形成する。グリーンシート１，
５を複数枚用いて熱圧着し、積層体９を作製する。脱脂
を行った後、積層体９にスペーサ７，８を配置してホッ
トプレスを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホットプレスによる多
層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】近年、ＬＳＩチップ等の電子部品を搭載
・封止してなるセラミックパッケージを製造する際に用
いられる配線基板として、セラミックス焼結体材料を主
体とした各種の多層セラミックス基板が知られている。

【０００３】従来、この種の基板を作製する方法の一つ
として、例えばホットプレス法というような加圧条件下
での焼成法が実施されている。ここでホットプレス法に
よるＡｌＮ製の多層基板を一例として採りあげ、それを
製造するときの手順を図３，図４をもとに簡単に述べ
る。

【０００４】出発材料となるＡｌＮ製のグリーンシート
２１には、予めスルーホール形成用孔（図示略）が透設
されている。このグリーンシート２１に導体ペーストを
印刷することによって、スルーホール内導体回路２３及
び配線パターン２４が形成される。図４に示されるよう
に、このグリーンシート２１は多数個採り用であるた
め、スルーホール内導体回路２３等が存在する領域（以
下、単に「配線領域」という）２５を４×４箇所に備え
ていることになる。前記グリーンシート２１は、焼結助
剤を含まないダミーのグリーンシート２２と共に複数枚
重ね合わされた状態で熱圧着される。熱圧着によって得
られた積層体２６の上下両面には、図３に示されるよう
にカーボン製のスペーサ２７とＢＮ製のスペーサ２８と
がそれぞれ配置される。これらをホットプレス装置の治
具２９の間に配置してホットプレスを行うことにより、
多層基板３０が得られる。多層基板３０にはダミーのグ
リーンシート２２等を除去するための表面研削加工が施
される。そして、表面研削によって露出した部分には、
薄膜法や厚膜法によって外層導体回路が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スルーホー
ル内導体回路２３等を形成するための導体ペースト中に
は、タングステン等といった高融点金属が主成分として
含まれている。また、この種の金属は、焼成時に炭素と
反応することによって、比抵抗の高い炭化物になってし
まうことが知られている。

【０００６】このような事態を未然に回避するために、
例えば図３，図４に示されるように、配線領域２５のみ
を被覆する炭化防止用の高融点金属ペースト層（以下、
単に「炭化防止層」という）３１を設けた状態でホット
プレスを行っていた。

【０００７】しかしながら、炭化防止層３１を設けた場
合には配線領域２５とそうでない領域とで積層方向の厚
さに差ができてしまい、ホットプレス時における圧力分
布が不均一になり易かった。その結果、図５に示される
ように多層基板３０にそりやうねりが発生するという問
題が生じていた。このため、研削加工等を行って最終製
品としたときに厚みにばらつきが生じて、多層基板３０
の電気的特性も悪化し易かった。

【０００８】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、ホットプレス焼成時に発生するそ
りやうねりを小さくすることができ、もって厚みばらつ
きを確実に小さくすることができる多層セラミックス基
板の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、スルーホール形成用孔が形成された
グリーンシートに高融点金属ペーストを印刷することに
よってスルーホール内導体回路を形成した後、そのグリ
ーンシートを複数枚用いて積層体を作製し、更に前記積
層体におけるスルーホール内導体回路が存在する領域
を、高融点金属ペーストからなる炭化防止層で被覆した
状態にして積層体をホットプレスする多層セラミックス
基板の製造方法において、前記炭化防止層によって被覆
されていない領域に、その炭化防止層とほぼ同じ厚さの
段差解消層を形成した状態でホットプレスを行うことを
特徴としている。この場合、炭化防止層及び段差解消層
を、積層体の外表面のほぼ全面にわたって印刷された高
融点金属ペーストからなるベタパターンとしても良い。

【００１０】

【作用】この方法によると、炭化防止層以外の部分に段
差解消層が形成されるため、積層方向の厚さの差が解消
されることになる。従って、ホットプレスを行ったとき
に積層体に加わる圧力の分布が比較的均一化する。ゆえ
に、得られる多層基板に発生するそりやうねりが小さく
なる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明をＡｌＮ製の多層基板の製造方
法に具体化した実施例を図面に基づき詳細に説明する。

【００１２】まず基板形成用のグリーンシート１のため
のスラリーと、ダミーのグリーンシート５のためのスラ
リーとをそれぞれ作製した。同様にスルーホール内導体
回路３ａ、配線パターン３ｂ及びベタパターン４として
使用される高融点金属ペースト（本実施例ではタングス
テンペースト）も作製した。

【００１３】本実施例では、平均粒径１．４μｍ、純度
９８．５％以上のＡｌＮ粉末１００重量部と、焼結助剤
としてのＹ₂ Ｏ₃ 粉末４重量部の均一な混合粉末に、ア
クリル系バインダを１１重量部、可塑剤を５重量部、分
散剤を０．５重量部及びトルエン・エタノール混合溶剤
を４２重量部を加え、かつこの混合物を均一に混練した
ものを基板形成用のグリーンシート１のためのスラリー
とした。また、このスラリーからＹ₂ Ｏ₃ 粉末のみを省
略したものを作製し、これをダミーのグリーンシート５
のためのスラリーとした。

【００１４】また、平均粒径１．３μｍのタングステン
粉末５０００ｇに、α−テルピネオールに１０重量％の
エチルセルロースを配合した混合溶媒２７０ｇと、ひま
し油２０ｇと、分散剤と、チクソ剤ｇとを加え、かつこ
の混合物を均一に混練することによって、予めタングス
テンペーストを作製しておいた。

【００１５】そして、所定粘度に調整された各スラリー
を用いて、まずドクターブレード法によるシート成形を
行った。その結果、厚さ０．４５mmかつ２００mm角であ
る基板形成用グリーンシート１とダミーのグリーンシー
ト５とをそれぞれ得た。次に、基板形成用グリーンシー
ト１にパンチングによって機械的にスルーホール形成用
孔２を透設した。その後、前記グリーンシート１にタン
グステンペーストをスクリーン印刷した。

【００１６】以上の作業により、図１（ａ）に示される
ようにスルーホール内導体回路３ａと配線パターン３ｂ
とを形成した。そして、これらを積層する際に内層側に
配置される基板形成用グリーンシート１として用いた。
なお、これらのグリーンシート１は多数個採り用であ
り、スルーホール内導体回路３ａ及び配線パターン３ｂ
が存在する領域（＝配線領域）Ｒ1 を４×４箇所に備え
たものとなっている。

【００１７】一方、重ね合わせたときに最外層に配置さ
れる基板形成用グリーンシート１の表面には、図１
（ｂ）及び図１（ｃ）に示されるようなベタパターン４
を形成した。即ち、外表面のほぼ全面にわたって印刷さ
れた本実施例のベタパターン４は、炭化防止層Ｌ1 と段
差解消層Ｌ2 としての機能を兼ね備えるものである。こ
の場合、ベタパターンの厚さは２０μｍ〜２５μｍ程度
であることが良い。その理由は、ベタパターン４があま
りに薄いと、炭素防止層Ｌ1 及び段差解消層Ｌ2 として
充分に機能し得ないからである。よって、本実施例では
その厚さを好適範囲である２５μｍに設定している。

【００１８】基板形成用グリーンシート１を複数枚重ね
合わせると共に、それらの上下両面に１枚ずつダミーの
グリーンシート５を配置した。ダミーのグリーンシート
５は、焼結体１０から滲出する液相をトラップし、治具
６やスペーサ７，８への液相の付着を回避するためのも
のである。そして、上記の状態でラミネートを行い、グ
リーンシート１とダミーのグリーンシート５とを一体化
させた。

【００１９】次に、得られた積層体９を脱脂した後、カ
ーボン製のスペーサ７及びＢＮ製のスペーサ８で挟持
し、図１（ｃ）に示されるようにホットプレス装置の治
具６の間にセットした。このとき、表１に示されるよう
に、２０mm厚のカーボン製のスペーサ７を用いた試験区
と、４mm厚のものを用いた試験区の２つを設定した。続
いて、ホットプレス装置をＡｌＮの焼成に適した圧力・
温度（２００kg/cm²〜２５０kg/cm²，１７００℃〜１９
００℃）に設定し、不活性雰囲気のもとで積層体９のホ
ットプレス焼成を行った。なお、図１（ｃ）には、便宜
上、治具６間に積層体９を１つのみセットした状態が示
されている。しかし、実際には複数枚の積層体が積み重
ねてセットした。

【００２０】次に、室温まで冷却された焼結体をホット
プレス装置から取り出し、かつ最外層のスペーサ７，８
を取り外した後、平面研削機を用いて焼結体の上下両面
を所定の厚さ分だけ研削加工した。この加工により、焼
結体の外表面からダミーのグリーンシート５を除去する
と共に、表面の平滑化を図った。そして、その研削面に
従来公知の方法にて図示しない外層導体回路を形成し
た。以上の工程を経ることにより、図１（ｄ）に示され
るような所望のＡｌＮ多層基板１０のサンプル，を
得た。

【００２１】そして、評価試験として、得られたサンプ
ル，のそり量（μｍ）及びうねり量（μｍ）を調査
した。ここで「そり」とは基板全体に見られる大きな変
形のことを意味し、「うねり」とは部分的に見られる比
較的小さな変形のことを意味している。また、実施例の
サンプル，に対する比較例としてサンプル，を
作製し、同様の調査を行った。なお、比較例のサンプル
，は、実施例のベタパターン４に代えて炭化防止層
Ｌ1 のみが形成された基板形成用グリーンシート１を用
いたものである。それらの結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、同じ厚さのカー
ボン製スペーサ７を用いたもの同士（サンプルと、
サンプルと）を比較した場合、実施例のサンプル
，のほうがそり量もうねり量も小さくなることがわ
かった。これは、本実施例の場合、炭化防止層Ｌ1 以外
の部分に段差解消層Ｌ2 が形成された状態となっている
ためであると考えられる。そして、このように積層方向
の厚さの差が解消された状態でホットプレスを行うこと
により、積層体９に加わる圧力の分布が比較的均一化し
たためであると考えられる。

【００２４】以上の結果から、本実施例の製造方法によ
れば、厚みばらつきの小さいＡｌＮ多層基板１０が確実
に得られ、ひいては電気的特性や信頼性等に優れたセラ
ミックパッケージが得られるという結果になった。

【００２５】また、そり・うねりが小さくなる本実施例
の製造方法によると、外形サイズの大きなものでも研削
加工が可能になることから、一枚の焼結体からの多数個
採りが容易になるという利点があった。

【００２６】更に、本発明の製造方法によると、一回の
タングステンペーストの印刷によって炭化防止層Ｌ1 と
段差解消層Ｌ2 とが同時にかつ容易に形成される。そし
て、このことは工程上極めて好都合であった。しかも、
このようにして形成されるベタパターン４は研磨除去さ
れてしまうため、最終製品に何ら残るものではないとい
う利点があった。

【００２７】なお、本実施例にて行った評価試験では、
カーボン製のスペーサ７が肉厚であるほど、そり量・う
ねり量が小さくなるという傾向が見られた。従って、そ
り量・うねり量を確実に解消しようとするならば、でき
るだけ肉厚のスペーサ７を使用することが好ましい。但
し、ある程度肉薄のスペーサ７を使用したときには、治
具６間にセットする積層体９の数を増やすことができる
という利点もある。

【００２８】本発明は上記実施例のみに限定されること
はなく、以下のように変更することが可能である。例え
ば、 （ａ）ＡｌＮ多層基板１１に具体化した前記実施例に代
え、ＡｌＮ以外のセラミックス、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ 、ム
ライト、ＢＮ等を絶縁層として用いた多層基板としても
勿論良い。

【００２９】（ｂ）基板形成用グリーンシート１の上下
に配置されるダミーのグリーンシート５は勿論ＡｌＮ以
外のものであっても良く、また液相の滲出が少ないよう
な場合にはそれを省略することも可能である。

【００３０】（ｃ）前記実施例とは異なり、スルーホー
ル内導体回路３ａ及び配線パターン３ｂの形成、ベタパ
ターン４の形成にあたって異なるペーストを用いても勿
論良い。この場合、タングステンペーストのみに限られ
ず、例えばチタン、タンタル、モリブデン、ニオブ等を
含むペーストを使用することが可能である。なお、前記
実施例のように共通のペーストを使用すると、作製時に
用意すべきペーストが１種で良いことになるため便利で
ある。

【００３１】（ｄ）ベタパターン４はダミーのグリーン
シート５側であっても勿論良い。また、前記実施例のよ
うなベタパターン４に代え、例えば炭素防止層Ｌ1 を基
板形成用のグリーンシート１側に形成し、段差解消層Ｌ
2 をダミーのグリーンシート５側に形成することとして
も良い。勿論、これを逆にすることも可能である。

【００３２】（ｅ）基板形成用グリーンシート１は、必
ずしも実施例のように多数個採り用でなくても良い。 （ｆ）スペーサ６，８は必ずしも実施例のように上下に
２枚ずつ使用する必要はない。また、カーボンとＢＮと
の組合せのみに限定されるということもない。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の多層セラ
ミックス基板の製造方法によれば、ホットプレス焼成時
に発生するそりやうねりを小さくすることができ、もっ
て厚みばらつきを確実に小さく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）〜（ｄ）は実施例におけるＡｌＮ多層基
板の製造方法を説明するための部分概略断面図である。

【図２】基板形成用グリーンシートにベタパターンを設
けた状態を示す一部破断概略平面図である。

【図３】従来の多層セラミックス基板の製造方法を説明
するための部分概略断面図である。

【図４】従来の製造方法において、グリーンシートに炭
化防止層を設けた状態を示す一部破断概略平面図であ
る。

【図５】従来の多層セラミックス基板の問題点を説明す
るための部分概略断面図である。

【符号の説明】

１…（基板形成用）グリーンシート、２…スルーホール
形成用孔、３ａ…スルーホール内導体回路、４…ベタパ
ターン、５…（ダミーの）グリーンシート、９…積層
体、１１…多層セラミックス基板としてのＡｌＮ多層基
板、Ｒ1 …スルーホール内導体回路が存在する領域（＝
配線領域）、Ｌ1 …炭化防止層、Ｌ2 …段差解消層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スルーホール形成用孔が形成されたグリー
   ンシートに高融点金属ペーストを印刷することによって
   スルーホール内導体回路を形成した後、そのグリーンシ
   ートを複数枚用いて積層体を作製し、更に前記積層体に
   おけるスルーホール内導体回路が存在する領域を、高融
   点金属ペーストからなる炭化防止層で被覆した状態にし
   て積層体をホットプレスする多層セラミックス基板の製
   造方法において、 前記炭化防止層によって被覆されていない領域に、その
   炭化防止層とほぼ同じ厚さの段差解消層を形成した状態
   でホットプレスを行うことを特徴とした多層セラミック
   ス基板の製造方法。
2. 【請求項２】前記炭化防止層及び前記段差解消層は、前
   記積層体の外表面のほぼ全面にわたって印刷された高融
   点金属ペーストからなるベタパターンであることを特徴
   とする請求項１に記載の多層セラミックス基板の製造方
   法。