JPH08217546A

JPH08217546A - セラミックス基板の製造方法

Info

Publication number: JPH08217546A
Application number: JP7024897A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Akaho; 和則赤穂
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【構成】溶剤の種類と量とを選択することにより前記
グリーンシート密度をコントロールするセラミックス基
板の製造方法。【効果】焼成時の収縮をコントロールし、セラミック
ス基板の寸法精度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基板の製造
方法に関し、より詳細には特にパーソナルコンピュータ
等に搭載されるＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｏｒ
Ｕｎｉｔ）のパッケージ等に使用されるセラミックス
基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アルミナ粒子を主成分としたセラ
ミックス基板には半導体素子（ＬＳＩ、ＩＣなど）等が
搭載されて小型電子部品が構成され、通信機器、コンピ
ュータなどに使用されており、これら製品の高速化、高
性能化、小型化、薄型化が急速に進められてきている。
また、前記高速化、高性能化、小型化、薄型化に伴い、
セラミックス基板の導体パターンの微細化及び導体パタ
ーンの寸法精度の向上が要求されてきている。

【０００３】従来のこの種セラミックス基板の製造方法
の概略を説明する。まず、アルミナ等のセラミックス原
料粉末に焼結助剤、ブチラール樹脂、可塑剤、有機溶剤
（キシレンなど）等の添加剤を混合してスラリーを形成
し、該スラリーを用いてドクターブレード法により、グ
リーンシートを作製する。前記方法により得られたグリ
ーンシートをそれぞれの目的と用途に応じた形態に加工
するため、スルーホールの形成や配線用の導体ペースト
印刷等の加工を施し、積層したものを焼成することによ
り前記セラミックス基板を製造する。

【０００４】該セラミックス基板の製造工程において作
製されたグリーンシートには、配線用の導体ペースト印
刷時に導体ペーストに含有される有機溶剤が浸透し、前
記バインダーが前記有機溶剤に溶かされることにより膨
潤する。この後、該有機溶剤が乾燥すると前記グリーン
シート内のセラミックス粒子の再配列が起こり前記グリ
ーンシートが収縮する。該収縮は前記グリーンシートの
密度、厚み及び配線量が均一でないことから収縮量のば
らつきを伴うこととなる。前記グリーンシートの収縮量
のばらつきに起因したスルーホール及び導体ペーストパ
ターンの位置変動が発生すると、前記グリーンシートに
形成されたスルーホール及び導体ペーストパターンの適
性位置の確保が困難となる。また、前記グリーンシート
を積層すると、セラミックス基板中の上部のスルーホー
ルと下部の導体パターンにずれが起こり、断線あるいは
ショートし易いという問題が生ずる。

【０００５】そこで、ドクターブレード法などにより作
製されたグリーンシートに湯の温度３０〜１００℃、浸
漬時間２〜１２０分の条件による湯浴を施し、樹脂（ブ
チラール樹脂）を構成する分子の分子間距離を近づけて
収縮させた後、湯浴により含浸させた水分を熱乾燥によ
り除去し、得られたグリーンシートをそれぞれの目的と
用途に応じた形態に加工し、ラミネートしたものを焼成
することにより前記セラミックス基板を作製する方法
（特開平３−２３７７９８号公報）が提案されている。
前記方法ではグリーンシートに湯浴を施し、予め収縮さ
せることによりその後の工程によって生じる収縮が低減
されるので、収縮に起因するスルーホール及び導体ペー
ストパターンの位置変動、前記セラミックス基板中の上
部のスルーホールと下部の導体パターンに生ずるずれを
低減できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記方法にお
いては、実際には前記グリーンシートの面内方向及び厚
さ方向にかなりの収縮が生じる。しかも、前記積層体の
焼成時にブチラール樹脂が残存炭素として残り、該残存
炭素が前記アルミナ粉末の焼結を阻害するため、前記収
縮量のバラツキの原因となる。このため、前記方法によ
っても導体パターンの寸法精度を確保することができな
いという課題があった。

【０００７】また、一方で前記樹脂（バインダ）として
ブチラール樹脂ではなく、アクリル樹脂等の熱分解性の
高い樹脂を用いることも考えられるが、熱分解性の高い
アクリル樹脂を用いるとテープ化時のテープ強度が低く
なるためテープ加工性が低くなり、実用に供し得ないと
いう課題があった。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであって、前記テープ加工性を低減させることなくグ
リーンシートの脱バインダ性を向上させ、導体パターン
の寸法精度を向上させることができるセラミックス基板
の製造方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミックス基板の製造方法は、セラミ
ックス原料粉末、焼結助剤、樹脂、可塑剤等を溶剤によ
りスラリー化し、グリーンシートを形成するセラミック
ス基板の製造方法において、前記溶剤の種類と量とを選
択することによりグリーンシート密度をコントロールす
ることを特徴としている（１）。

【００１０】また、本発明に係るセラミックス基板の製
造方法は、上記（１）記載のセラミックス基板の製造方
法であって、樹脂としてブチラール樹脂とアクリル樹脂
とを用いることを特徴としている（２）。

【００１１】

【作用】前記導体パターンの寸法精度を向上させるため
には、前記焼成時の収縮量のバラツキを低減することが
必要となり、そのためには前記焼成前のグリーンシート
密度をコントロールし、均一にしておく必要がある。そ
の方法としては、前記グリーンシートにプレスを施すこ
とにより所定の密度とする方法や、溶剤の乾燥工程を利
用して所定の密度とする方法等が考えられる。しかし、
前記プレスによる方法の場合、プレス圧力を上げてもグ
リーンシート密度は直線的には増加せず、そのためプレ
ス圧力によってのみグリーンシート密度を制御するには
限界があり、その制御範囲は非常に狭い。これに対し、
溶剤の乾燥工程を利用する方法の場合、樹脂に対して溶
解度が高い溶剤を多く使用すると、スラリーをグリーン
シート化するときの収縮が大きくなるためにグリーンシ
ート密度が高くなり、逆に、樹脂に対して溶解度が低い
溶剤を多く使用すると、スラリーの変形抵抗が大きくな
って乾燥工程時の収縮が小さくなり、ポアが多く形成さ
れてグリーンシート密度が低くなる。このように、スラ
リー中の前記溶剤の種類及び量を変化させることによ
り、グリーンシート密度を正確に制御できることを見い
出し、本発明を完成するに至った。

【００１２】すなわち、本発明に係るセラミックス基板
の製造方法（１）にあっては、前記溶剤の種類と量とを
選択することにより前記グリーンシート密度をコントロ
ールするので、所望のグリーンシート密度を得ることが
可能となり、セラミックス基板の寸法精度を向上させる
ことが可能となる。

【００１３】ところで前記焼成時においては、スラリー
中の樹脂（バインダ）を除去（脱バインダ）しなければ
ならないが、前記焼成時の雰囲気が還元雰囲気であるた
め、前記樹脂の蒸発は主として吸熱反応による熱分解の
過程をとる。このため、前記樹脂を完全に分解すること
は困難であり、一般に、約１０００℃で約１０００ｐｐ
ｍの炭素が残存炭素として残る。この残存炭素が前記ア
ルミナ等のセラミックス原料粉末の焼結を阻害するた
め、部分的に焼結体の密度が低下し、該焼結体密度にバ
ラツキが生じ、前記焼成時の収縮量のバラツキの原因と
もなる。特に、従来から樹脂として使用されているブチ
ラール樹脂にあっては熱分解性が低く、脱バインダ性が
悪い。一方、アクリル樹脂は分解温度が低く、熱分解性
が高いため脱バインダ性は良好であるが、グリーンシー
ト化後のパンチ、印刷、積層、切断等の工程時の加工性
（以下、テープ加工性と記す）がブチラール樹脂と較べ
て低い。これは、アルミナ粒子との密着性が低いため、
グリーンシート化後のテープ強度及び伸び率が低いため
である。そこで、ブチラール樹脂とアクリル樹脂とを混
合して、前記テープ加工性に関してはブチラール樹脂の
効果により維持し、脱バインダ性に関してはアクリル樹
脂の効果により向上させて部分的な焼結体密度の低下を
防ぐことにより、両特性を満足させることができること
を見い出し、本発明を完成するに至った。

【００１４】すなわち、本発明に関するセラミックス基
板の製造方法（２）にあっては、樹脂としてブチラール
樹脂とアクリル樹脂とを用いるので、脱バインダ性が向
上し、焼成時の収縮のバラツキを低減させ、セラミック
ス基板の寸法精度を向上させることが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係るセラミックス基板の製造
方法の実施例を説明する。

【００１６】アルミナ粉末１００重量部に対し、焼結助
剤（ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ等）を１０〜２０重量部添加し、
さらに水を加えボールミルで２４時間粉砕混合し、乾燥
させる。その後解砕し、ブチラール樹脂２〜４重量部、
アクリル樹脂７〜９重量部と、可塑剤（ＤＢＰ、ＤＢＭ
等）を１〜２重量部と、溶剤（トルエン又はキシレン３
５〜５０重量部及びメタノール又はエタノール０〜１５
重量部）を５０重量部添加し、ボールミルで混合し、ス
ラリーとする。

【００１７】その後、スラリーの脱泡を行い、ドクター
ブレード法を用いてこのスラリーをテープ成形し、この
後、６０〜１２０℃の温度範囲で乾燥させてグリーンシ
ートを作製する。この時、グリーンシート密度の測定を
行う。

【００１８】次に、前記グリーンシートをカッターある
いは打ち抜き型により所望の形状に加工し、さらに打ち
抜き型等により、例えば５０〜３００μｍの大きさの、
所望の形状にスルーホールを形成する。次に、配線用と
して例えばタングステンやモリブデン等の導体ペースト
印刷を施し、所定枚数積層、熱圧着した後、例えばＨ
₂ ：Ｎ₂ ＝２：８、露点＝３０℃の還元性雰囲気のもと
で前記グリーンシートを焼成し、セラミックス基板を作
製する。この後、前記セラミックス基板の収縮率を測定
する。

【００１９】表１は本実施例に用いた溶剤の種類及び量
とグリーンシート密度との関係を示した表である。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、アルミナ粉末１
００重量部に対し、溶剤を５０重量部加える場合、トル
エン、キシレン等の芳香族系の溶剤３５〜５０重量部と
メタノール、エタノール等のアルコール系の溶剤０〜１
５重量部とを混合することにより、グリーンシート密度
を１．９０〜２．５１ｇ／ｃｍ³ の範囲で制御すること
ができた。一方、トルエン、キシレン等の芳香族系の溶
剤３５重量部未満とメタノール、エタノール等のアルコ
ール系の溶剤３０重量部以上とを混合して５０重量部と
した場合はテープ化時にテープ表面に凸凹が現われ、テ
ープ加工性が低下した。これは、アクリル樹脂が通常ア
ルコール系には不溶解であるため、バインダが完全に溶
解できずに塊となったためと考えられる。

【００２２】以上のように、用いる溶剤の種類及び量を
限定することによりグリーンシート密度をコントロール
することができ、焼成時の収縮量をコントロールするこ
とができるため、所望のグリーンシート密度を得ること
が可能となり、セラミックス基板の寸法精度を向上でき
ることがわかった。

【００２３】なお、本実施例にあっては芳香族系の溶剤
とアルコール系の溶剤とを混合したが、何らこれに限定
されるものではなく、バインダを溶解可能な溶剤と不溶
解である溶剤とを選択すれば他の溶剤どうしの組み合わ
せであってもよい。しかし、テープ化時において溶剤が
残存すると不都合であるため、沸点が約２００℃以下、
望ましくは１００〜１５０℃程度である溶剤がより好ま
しい。また、公害対策の点からいえばベンゼン、トリク
ロロエチレン等は望ましくない。また、本実施例にあっ
ては芳香族系の溶剤としてトルエン及びキシレンを、ア
ルコール系の溶剤としてメタノール及びエタノールを使
用したが、何らこれに限定されるものではなく、別の実
施例では芳香族系の溶剤としてはメチルベンゼン、エチ
ルベンゼン等を用いてもよく、アルコール系の溶剤とし
ては１−ブタノール、イソプロピルアルコール等を用い
てもよい。

【００２４】表２は本実施例に用いたブチラール樹脂と
アクリル樹脂との各量と、該各量を変化させた時のテー
プ強度及びセラミックス基板の寸法精度とを調べた結果
を示した表である。用いた溶剤の種類及び量は表１中の
Ｎｏ．２８に記載のものであり、前記テープ強度は７ｍ
ｍ×０．４ｍｍの面積のグリーンシートを用い、両端を
引っ張って破断することにより１ｍｍ² 当たりの引っ張
り強度を算出した。また、前記セラミックス基板の寸法
精度は５０ｍｍ×４０ｍｍの面積のグリーンシートを１
０枚積層し、焼成前後の４角の位置座標を測定して算出
した。下記に計算式を示す。この場合、サンプルは３０
個用い、精度±５μｍ、（３／２）σでバラツキを算出
した。

【００２５】収縮率＝｛（焼成前の距離−焼成後の距
離）／焼成前の距離｝×１００％なお、あまり望ましくない値を示す実施例には＊印を添
付した。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２から明らかなように、ブチラール樹脂
２〜４重量部とアクリル樹脂７〜９重量部とを混合し、
合わせて１１重量部として用いたところ、テープ強度が
０．３２〜０．３５Ｋｇ／ｍｍ² の範囲となり、実用に
適するテープ強度を得ることができ、しかも寸法精度が
±０．２１〜０．２２％の範囲となり、優れた寸法精度
を得ることができた。この時の残存炭素を調べた結果、
約１０００℃で約４０ｐｐｍ程度と少ないことがわかっ
た。これは、前記アクリル樹脂が低温で完全に分解し、
また、前記ブチラール樹脂はアクリル樹脂によりできた
ポアとグリーンシート中のポアとの両方から蒸発したた
め、脱バインダ性が向上したためと考えられる。これに
対し、ブチラール樹脂５重量部以上とアクリル樹脂とを
混合し、合わせて１１重量部として用いた場合、テープ
強度は０．３６〜０．４４Ｋｇ／ｍｍ² と高くなった
が、寸法精度は±０．５０〜０．６３％となり極端に低
くなった。また、アクリル樹脂１０重量部以上とブチラ
ール樹脂とを混合し、合わせて１１重量部として用いた
場合、寸法精度は±０．２１〜０．２３％となり良好で
あったが、テープ強度は０．２１〜０．２５Ｋｇ／ｍｍ
² の範囲となり極端に低くなった。さらに、アクリル樹
脂のみを１１重量部以上用いた場合はテープ強度が前述
同様極端に低くなり、ブチラール樹脂のみを１１重量部
以上用いた場合は寸法精度が前述同様極端に低くなっ
た。

【００２８】このように、所要量のブチラール樹脂とア
クリル樹脂とを混合して用いることにより、テープ強度
（テープ加工性）を低減させることなく脱バインダ性を
向上させ、焼成時の収縮量のバラツキを低減させること
ができ、セラミックス基板の寸法精度を向上させること
ができた。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るセラミ
ックス基板の製造方法によれば、溶剤の種類と量とを選
択することにより前記グリーンシート密度をコントロー
ルするので、焼成時の収縮をコントロールし、セラミッ
クス基板の寸法精度を向上させることができる。

【００３０】また、本発明に係るセラミックス基板の製
造方法によれば、樹脂としてブチラール樹脂とアクリル
樹脂とを用いるので、脱バインダー性が向上し、焼成時
の収縮のバラツキを低減させ、セッラミックス基板の寸
法精度を向上させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス原料粉末、焼結助剤、樹
脂、可塑剤等を溶剤によりスラリー化してグリーンシー
トを形成するセラミックス基板の製造方法において、前
記溶剤の種類と量とを選択することによりグリーンシー
ト密度をコントロールすることを特徴とするセラミック
ス基板の製造方法。
【請求項２】樹脂としてブチラール樹脂とアクリル樹
脂とを用いることを特徴とする請求項１記載のセラミッ
クス基板の製造方法。