JPH081976B2 - セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

セラミックス基板の製造方法

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JPH081976B2
JPH081976B2 JP3067632A JP6763291A JPH081976B2 JP H081976 B2 JPH081976 B2 JP H081976B2 JP 3067632 A JP3067632 A JP 3067632A JP 6763291 A JP6763291 A JP 6763291A JP H081976 B2 JPH081976 B2 JP H081976B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、配線基板に利用され
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】 電子部品の高密度化が進むにつれて、
これまで印刷法等により形成されてきたセラミックス配
線基板は、より配線の微細化と基板の多層化が要求され
ている。すなわち、従来はセラミックス基板上にAg−
Pd、Au、Cu、Mo、W等の金属粉ペーストをスク
リーン印刷法で印刷し焼成することにより配線を形成し
てきた。これらの印刷配線は、通常、アルミナ粉体に3
〜10重量%の焼結助剤を加えて焼成したアルミナ焼成
基板上に形成されるが、この方法では安定した歩留りで
製造できる線幅は100μm 程度が限界であった。その
ため、近年微細化に要求される25〜70μm 程度の微
細配線を達成するために薄膜法が利用されているが、薄
膜法によりセラミックス焼成基板上に微細配線を形成す
る場合には基板の表面状態が極めて重要な問題となって
いた。
【0003】 すなわち、図4(a)〜(d)に従来の
アルミナ基板上に薄膜法により配線を形成する場合を例
にとって説明すると、以下のようになる。図4(a)
は、粒子径が2〜5μm 程度のアルミナ1と3〜20重
量%の焼結助剤2が混合したときの断面状態を示す。図
4(b)は、焼成後の状態を示す。焼結助剤2はアルミ
ナ1の粒界に存在するが、焼結助剤の効果でアルミナ1
が粒成長することにより粒子径は10〜50μm にまで
成長し、表面の凹凸は増加して表面粗さは増加する。焼
成体表面には、アルミナ1の粒成長に伴いポア3も形成
され、その径および深さは5〜30μm に達する。ま
た、セラミックス内部にも内部ポア4が形成される。図
4(c)は、薄膜5を形成したときの断面状態を示す。
このように、図4(b)に示した基板上に薄膜法により
薄膜5を形成すると、ポア3上には薄膜5が堆積できな
いため、薄膜層中にもポア6が形成され、これが配線形
成後の断線の原因となる。さらに、図4(d)に示すよ
うに、薄膜形成前に破線7の位置まで研磨することも考
えられるが、この場合でも内部ポア4が表面に露出し、
上述した例と同様に薄膜法で薄膜5を形成しても配線の
断線につながる。
【0004】 以上の説明のように、薄膜法で配線を形
成しようとするときは、基板の表面状態が極めて重要な
問題となる。その問題を解決するために、従来、(1)
焼結助剤が1重量%以下の組成で、基板表面のポアと表
面粗さをできるだけ低くしたアルミナ基板、(2)3〜
20重量%焼結助剤を含むアルミナ基板表面をガラスに
よりグレーズド化し、ポアを封孔するとともに表面粗さ
を平坦化したアルミナ基板が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上述
した(1)の方法のように焼結助剤を1重量%以下にし
た組成の基板は、薄膜法に適したアルミナ基板をえるこ
とができるが、焼結助剤が少ないために歩留が悪く、得
られたセラミックス基板も高価となる問題があった。ま
た、上述した(2)の方法のようにガラスによりポアを
封孔した場合は、価格は上述した方法に比べて廉価な基
板を得ることができるが、このような基板は還元加熱雰
囲気で熱処理されるとガラス成分が還元され、グレーズ
ド層が還元され、グレーズド層の変色や劣化が起こる問
題があった。そのため、このような基板は、薄膜パター
ン形成後還元加熱雰囲気で行われるロー付けなどの処理
がある場合使用することができない問題もあった。
【0006】 本発明の目的は上述した課題を解消し
て、表面のポアがなく、さらに表面粗さも良好なセラミ
ックス基板を得ることができるセラミックス基板の製造
方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】 本発明のセラミックス
基板の製造方法は、焼結助剤を3〜20重量%含むアル
ミナ焼成基板を準備し、このアルミナ焼成基板の表面
に、このアルミナ焼成基板の平均粒子径よりも小さい平
均粒子径であって平均粒子径が0.2μm 以下の高純度
易焼結性アルミナのペーストを焼結後の厚さが3〜30
μm となるよう塗布し、その後1200〜1300℃の
温度で焼成することを特徴とするものである。
【0008】
【作用】 上述したセラミックス基板の製造方法の構成
において、通常のアルミナ焼成基板上に、このアルミナ
焼成基板の平均粒子径より小さい高純度易焼結性アルミ
ナのペーストを塗布した後焼成しているため、低温度か
つ低焼結助剤量で焼成でき、ポアがなく良好な表面粗さ
を有する廉価なセラミックス基板を得ることができる。
ここで高純度易焼結性アルミナとは、好ましい性質の一
例として、純度99.99 %以上、アルミナの平均粒子径が
0.2 μm 以下、焼結温度が1350℃以下のアルミナ粉
末のことをいう。そのため、本発明のセラミックス基板
を使用して薄膜法により薄膜を形成すれば、低い表面粗
さでポア欠陥の少ない表面状態の基板上に薄膜を形成で
きるため、パターン形成後に還元雰囲気で熱処理しても
薄膜の密着強度に影響を与えることはない。
【0009】 なお、高純度易焼結性アルミナペースト
の塗布厚は、焼結後の塗布厚が3〜30μm となる厚さ
とする必要がある。厚みが3μm 未満であると、焼成基
板の焼結助剤と高純度易焼結性アルミナが焼成中に溶融
して良好な表面状態が得られないことがあるとともに、
厚みが30μm を超えると、高純度易焼結性アルミナの
焼結するときの収縮が著しくなり、焼結後クラックが発
生することがあるためである。さらに好ましい厚さは、
焼結後5〜15μm である。また、焼結助剤を3〜20
重量%含むアルミナ焼成基板を用いる必要があるのは、
焼結助剤が3重量%未満であると、高純度易焼結性アル
ミナペーストと焼成基板の密着性が不十分の場合がある
とともに、焼結助剤が20重量%を超えると、高純度易
焼結性アルミナを焼結させる際に、焼成基板中の焼結助
剤が高純度易焼結性アルミナ中に浸透し粒成長が促進さ
れるため良好な表面粗さとポアのない表面状態が得られ
ない場合があるためである。さらに好ましい焼結助剤の
量は、5〜10重量%である。
【0010】 また、高純度易焼結性アルミナの平均粒
子径が0.2 μm 以下であり、焼成温度が1200〜13
00℃の範囲であると、後述する実施例からもわかるよ
うに、焼成後の基板表面のポアの数をより少なくするこ
とができる。さらに、アルミナ焼成基板の表面に塗布、
焼成する材料としてアルミナを用いると好ましいのは、
還元雰囲気での加熱処理中でも安定に存在することので
きる材料であるためである。これにより、従来のグレー
ズド基板のような還元雰囲気での加熱処理によるガラス
の劣化のような問題を防止することができる。
【0011】
【実施例】 図1は本発明の製造方法で得られるセラミ
ックス基板の一例の構成を示す断面図である。図1にお
いて、本発明のセラミックス基板の断面は、通常のアル
ミナ焼成基板9とその表面に設けられた高純度易焼結性
アルミナ層10との複合構造からなっている。すでに焼
成されている好ましくは3〜20重量%の焼結助剤を含
むアルミナ基板9は、粒径が10〜50μm 程度のアル
ミナ1とアルミナ1の粒界に存在する焼結助剤2から構
成され、5〜30μm 程度のポア3を有している。ま
た、好ましくは平均粒子径が0.2 μm 以下の高純度易焼
結性アルミナ8は、アルミナ基板9上に塗布、焼成さ
れ、高純度易焼結性アルミナ層10を形成している。高
純度易焼結性アルミナ8の平均粒子径は好ましくは0.2
μm 以下と小さいため、アルミナ基板9表面のポア3を
封孔することが容易にできる。
【0012】 図2(a)〜(c)は本発明のセラミッ
クス基板の製造方法における焼成工程の一例を説明する
ための図である。図2(a)は、焼結助剤2を3〜20
重量%含むアルミナ焼成基板9上に高純度易焼結性アル
ミナ8からなるペーストを塗布して高純度易焼結性アル
ミナ層10を形成した状態を示している。ここで、焼結
助剤2としては通常のMgO、CaO 、SiO2、TiO2、ZrO2
などが用いられる。また、高純度易焼結性アルミナ8か
らなるペーストは、高純度易焼結性アルミナ粉体と有機
バインダー、有機溶媒とを混合して作製し、塗布法に適
した粘度に調整される。塗布方法は、印刷、カレンダー
ロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ
など、できるだけ塗布後の平滑性が良い方法を選択する
と好ましい。
【0013】 次に、塗布後の高純度易焼結性アルミナ
8からなるペーストを乾燥する。ペーストを乾燥した後
の表面状態が良好でないと、焼成後も望ましい表面状態
にならないため、乾燥後、さらにペースト表面の研磨に
より表面の仕上がり状態を向上させることもできる。次
に、乾燥後のペーストを好ましくは1200〜1300
℃の温度で焼成する。
【0014】 図2(b)は焼成時の断面の状態を示し
ており、適正な温度で焼成するとアルミナ基板9中の焼
結助剤2がアルミナ層10を構成する高純度易焼結性ア
ルミナ8間に浸透する。図2(b)に示すような適正な
焼成状態では、焼結助剤2はアルミナ層10に浸透した
だけの状態に留まっており、アルミナ層10とアルミナ
焼成基板9との間の高い密着強度を有する良好な密着状
態を達成することができるとともに、アルミナ層10表
面の低い表面粗さを有する良好な平滑性を達成すること
ができる。なお、焼成温度が適正でなく高くなったよう
な場合は、図2(c)に示すようにアルミナ層10中に
浸透した焼結助剤2はアルミナ8と反応し、アルミナ8
の粒成長が促進される。その結果、アルミナ層10に
は、ポアの形成が起こり、表面の凹凸も大きくなり、基
板表面の平滑性も失われる。このように、焼成温度は焼
結助剤2のアルミナ層10への浸透の程度に影響し、表
面状態を左右することになる。
【0015】 以下、各種条件の好ましい範囲を求める
ため、高純度易焼結性アルミナの平均粒子径及び焼成温
度とポア個数の関係、焼成温度と表面粗さとの関係、焼
成温度とポア個数の関係、密着強度について、それぞれ
実際に実験した結果について説明する。実施例1 高純度易焼結性アルミナの平均粒子径及び焼成温度とポ
ア個数の関係を調べるため、以下の実験を実施した。ま
ず、通例の方法に従い、アルミナスラリーをドクターブ
レード法によりスリップキャスティングしてグリーンシ
ートを作製し、焼成してアルミナ焼成基板を得た。な
お、原料セラミックス中の焼結助剤の量は10重量%と
した。また、焼成後のアルミナ焼成基板の表面粗さは、
中心線平均表面粗さ(Raと表示)で0.4 μm であっ
た。
【0016】 次いで、得られたアルミナ焼成基板の表
面に、スクリーン印刷法で高純度易焼結性アルミナから
なるペーストを20μm 塗布した。高純度易焼結性アル
ミナは、平均粒子径が0.9 μm 、0.2 μm の2種類の粒
子径のものを用いて比較した。焼成温度は、1100
℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃
の5種類とし、それぞれの温度で焼成を行ってセラミッ
クス基板を得た。その後、焼成後のセラミックス基板の
表面を走査型電子顕微鏡で500倍の倍率で観察した。
このとき、見いだされるポア径を測長し、5μm 以上の
径のポアの数を計測した。この結果を図3に示す。図3
中、ポア数は1平方ミリメートル当たりに存在するポア
の数として示した。
【0017】 図3の結果から、0.9 μm 、0.2 μm の
2種類の平均粒子径のアルミナのいずれも、1300℃
近辺でポアの数が最小であることがわかる。また、平均
粒子径が小さくなるに従って、ポアの個数が減少するこ
とがわかる。これにより、ポアの個数を少なくするに
は、平均粒子径が0.2 μm 以下で、焼成温度が1200
〜1300℃である必要があることがわかる。
【0018】実施例2 高純度易焼結性アルミナの焼成温度と表面粗さとの関係
を調べるため、以下の実験を行った。まず、実施例1と
同様に、アルミナスラリーをドクターブレード法により
スリップキャスティングしてグリーンシートを作製し、
焼成してアルミナ焼成基板を得た。なお、原料セラミッ
クス中の焼結助剤の量は4重量%とした。また、焼成後
のアルミナ焼成基板の表面粗さは、中心線平均表面粗さ
(Raと表示)で0.4 μm であった。
【0019】 次いで、得られたアルミナ焼成基板の表
面に、スクリーン印刷法で平均粒子径が0.2 μm の高純
度易焼結性アルミナからなるペーストを20μm塗布し
た。塗布後、1300℃、1400℃、1500℃のそ
れぞれの温度で焼成を行ってセラミックス基板を得た。
その後、得られたセラミックス基板の中心線平均表面粗
さRaを求めた。結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】 表1の結果から、表面粗さも焼成温度が
低いほど小さくなることがわかり、1300℃で焼成す
ることにより表面粗さは大幅に減少することがわかっ
た。
【0022】実施例3 高純度易焼結性アルミナの焼成温度とポア個数の関係を
調べるため、以下の実験を行った。まず、実施例1と同
様に、アルミナスラリーをドクターブレード法によりス
リップキャスティングしてグリーンシートを作製し、1
600℃焼成してアルミナ焼成基板を得た。なお、原料
セラミックス中の焼結助剤の量は10重量%とした。ま
た、焼成後のアルミナ焼成基板の表面粗さは、中心線平
均表面粗さ(Raと表示)で0.7 μm であった。さら
に、得られた基板を表面粗さRaが0.4 μm になるまで
研磨し、比較のために実施例1と同様にポア数を測定し
た。
【0023】 次いで、研磨後のアルミナ焼成基板の表
面に、スクリーン印刷法で平均粒子径が0.2 μm の高純
度易焼結性アルミナからなるペーストを20μm塗布し
た。塗布後、1300℃、1400℃、1500℃の温
度で焼成してセラミックス基板を得た。その後、得られ
たセラミックス基板の中心線平均表面粗さRaを求める
とともに、実施例1と同様の方法で15μm 以上のポア
数を計測、測定した。結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】 表2の結果から、高純度易焼結性アルミ
ナペーストを1300℃で焼成することにより、表面粗
さは減少し、15μm 以上のポアも大幅に減少すること
が確認された。
【0026】実施例4 本発明のセラミックス基板を利用して薄膜を形成した場
合の密着強度を調べるため、以下の実験を行った。ま
ず、実施例3で作製した高純度易焼結性アルミナペース
トを1300℃で焼成したセラミックス基板上に、薄膜
を形成してその密着強度を調べた。薄膜としては、T
i:500 、Mo:7000 、Cu:4μm を基板
上に形成した。密着強度は、形成した薄膜を1.4mm ×1.
4mm の正方形にパターンニングし、0.8mm 径のスズめっ
き付き銅線を半田付けし、半田付けした銅線を垂直に引
っ張り引張強度を求めた。また、比較のため、薄膜パタ
ーンニング後、窒素雰囲気中に水素を30%含む還元雰
囲気中、750℃、10分間熱処理した基板の密着強度
も測定した。結果を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】表3の結果から、本発明のセラミックス基
板は還元雰囲気での熱処理を行っても基板表面の劣化は
起こらず、強い密着強度が得られることがわかった。
【0029】
【発明の効果】 以上説明したところから明らかなよう
に、本発明によれば、通常のアルミナ焼成基板上に、こ
のアルミナ焼成基板の平均粒子径より小さい高純度易焼
結性アルミナのペーストを塗布した後焼成して、セラミ
ックス基板のほとんどの部分を通常のアルミナ焼成基板
から構成するとともに、表面のみを上記アルミナ焼成基
板よりも微粒のアルミナ層としたため、ポアがなく良好
な表面粗さを有する廉価なセラミックス基板を得ること
ができる。そのため、本発明のセラミックス基板を使用
して薄膜法により薄膜を形成すれば、低い表面粗さでポ
ア欠陥の少ない表面状態の基板上に薄膜を形成できるた
め、パターン形成後に還元雰囲気で熱処理しても薄膜の
密着強度に影響を与えることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の製造方法で得られるセラミックス基
板の一例の断面構成を示す図である。
【図2】 (a)は本発明においてアルミナ焼成基板上
に高純度易焼結性アルミナ層を形成した場合の一例の断
面構成を示す図、(b)は本発明におけて適正温度で焼
成したときの断面の状態を示す図、(c)は本発明にお
いて適正温度よりも高い温度で焼成したときの断面の状
態を示す図である。
【図3】 本発明における高純度易焼結性アルミナの平
均粒子径及び焼成温度とポア個数の関係を示すグラフで
ある。
【図4】 (a)は従来の製造工程においてアルミナと
焼結助剤とが混合した断面状態を示す図、(b)は従来
の製造工程において焼成後の断面状態を示す図、(c)
は従来の製造工程において薄膜を形成した時の断面状態
を示す図、(d)は従来の製造工程において薄膜形成面
を研磨したときの断面状態を示す図である。
【符号の説明】
8 高純度易焼結性アルミナ、9 アルミナ焼成基板、
10 高純度易焼結性アルミナ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結助剤を3〜20重量%含むアルミナ
    焼成基板を準備し、このアルミナ焼成基板の表面に、こ
    のアルミナ焼成基板の平均粒子径よりも小さい平均粒子
    径であって平均粒子径が0.2μm 以下の高純度易焼結
    性アルミナのペーストを焼結後の厚さが3〜30μm と
    なるよう塗布し、その後1200〜1300℃の温度で
    焼成することを特徴とするセラミックス基板の製造方
    法。
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