JPH08316635A - セラミックグリーンシートの圧着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】上金型３ａおよび下金型３ｂは、その外周部を
凸形状、その中心部を凹形状にし、相互間にグリーンシ
ート積層体１Ａを挿入し、その外周部を凹形状、その中
心部を凸形状に形成し、グリーンシート積層体１Ａの熱
圧着時に、その圧力の低い外周部はその圧力を上昇さ
せ、逆に中央部の圧力を低くし、基板面内で圧力分布を
均一化し、金型材料としてグリーンシート積層体の線膨
張係数と等しいかそれ以下の線膨張係数を有する材料を
用いる。 【効果】セラミック多層配線基板の焼結収縮率ばらつ
き、材料ロットのばらつき、製造条件の変動に影響され
ない高寸法精度のセラミック配線基板の積層体を熱圧着
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックグリーンシ
ート配線基板の積層体を熱圧着する方法に係り、導体配
線パターンを有するセラミックグリーンシート配線基板
（以下、グリーンシート配線基板という）を複数枚重ね
て多層化した積層体（以下、グリーンシート積層体とい
う）を熱圧着して形成するセラミック多層配線基板（以
下、多層配線基板という）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層配線基板の製造方法は、グリーンシ
ート法が主として用いられ、そのプロセスは、図６に示
すように、グリーンシート成形工程、パタ−ン回路形成
工程、グリーンシート積層工程、グリーンシート積層体
熱圧着工程、焼結工程及び外形切断工程とからなってい
る。

【０００３】寸法精度の高いセラミック多層配線基板を
得るにはいづれの工程でも高精度な加工が必要である
が、特に、グリーンシート積層体の熱圧着工程では熱と
圧力が掛かるためグリーンシートが変形しやすく寸法精
度を左右する重要な工程である。

【０００４】従来のグリーンシート積層体を熱圧着する
方法を図７ないし図１６を用いて説明する。

【０００５】図７は、従来の熱圧着方法におけるグリー
ンシート積層体の断面図、図８は、従来の熱圧着方法に
おけるグリーンシート積層体を金型に挿入した状態を示
す断面図、図９は、従来の熱圧着方法における圧着中の
グリーンシート積層体の圧力分布と熱圧着後のグリーン
シート積層体（以下、グリーンシート圧着体という）の
密度分布を示す特性図、図１０は、従来の熱圧着方法に
おける圧着圧力とグリーンシート圧着体密度との関係を
示す特性図、図１１は、従来の熱圧着方法におけるグリ
ーンシート圧着体密度と焼結収縮率との関係を示す特性
図、図１２は、従来の熱圧着方法における密度分布を持
つグリーンシート圧着体の焼結後の焼結体における平面
形状の説明図、図１３は、従来の熱圧着方法における拘
束金型にグリーンシート積層体を装填した状態を示す断
面図、図１４は、従来の熱圧着方法におけるグリーンシ
ート配線基板の斜視図、図１５は、従来の熱圧着方法に
おける他のグリーンシート配線基板の斜視図、図１６
は、従来の熱圧着方法におけるさらに他のグリーンシー
ト配線基板の斜視図である。

【０００６】図６ないし図１６で、１はグリーンシート
配線基板、１ａはグリーンシート、１ｂは導体回路、１
Ａはグリーンシート積層体、２は金型、２ａは上金型の
一例、２ｂは下金型の一例、３は拘束金型、３ａは上金
型の他の一例、３ｂは下金型他の一例、３ｃは外周拘束
枠である。

【０００７】まず、熱圧着工程を図７，図８を参照して
説明する。

【０００８】図７に示されるように、グリーンシート配
線基板１は、アルミナ微粉末や、ムライト微粉末等のセ
ラミック微粉末およびバインダ等から構成されたグリー
ンシート１ａの表面に、例えばスクリーン印刷法によ
り、タングステンペースト等で導体回路１ｂを形成して
構成される。これを数枚から数十枚重ねてグリーンシー
ト積層体１Ａを構成する。

【０００９】次に、図８に示すように、グリーンシート
積層体１Ａを互いに平行面を持つ上金型２ａと、下金型
２ｂで構成される金型２との間に挿入し、これをホット
プレス（図示せず）に装填して、金型の上下方向から加
熱・加圧する。

【００１０】この加熱により、グリーンシートを軟化さ
せ、加圧により流動を生じさせて各グリーンシート間を
熱圧着させる。

【００１１】その後、冷却・降圧し、金型２から取り出
せば、各グリーンシート配線基板が一体化されたグリー
ンシート圧着体（図示せず）が得られ、熱圧着工程が終
了する。

【００１２】その後、グリーンシート圧着体は、焼結工
程で焼結炉で加熱焼結されて焼結体となり、多層配線基
板が完成する。

【００１３】しかし、このような熱圧着工程を経て完成
された多層配線基板は、熱圧着中の圧力分布のために焼
結後基板面内の歪みが大きい。

【００１４】すなわち、熱圧着中の金型２の平面とグリ
ーンシートとの摩擦力のため、圧着中のグリーンシート
積層体の中心部分ではグリーンシートの水平方向の流動
がほとんどなく、グリーンシート積層体端部では水平方
向の拘束がないので流動が起こる。

【００１５】流動のばらつきにより、基板面内に圧力分
布が生じ、結果的に密度分布が残るため、焼結工程で基
板面内に収縮ばらつきが生じる。

【００１６】図９は、従来のグリーンシートの熱圧着方
法における圧着中のグリーンシート積層体の圧力分布と
熱圧着後のグリーンシート圧着体の密度分布を示すが、
圧着時の圧力は中心部が高く、端部では著しく低くな
り、グリーンシート圧着体の密度はこの圧力分布に対応
した分布を示している。

【００１７】図１０は圧着圧力とグリーンシート圧着体
の密度との関係を示し、図１１はグリーンシート圧着体
の密度と焼結収縮率との関係を示している。図１２は、
密度分布を持つグリーンシート圧着体の焼結後における
焼結体の平面形状を示す説明図である。

【００１８】これらを併せて考えると、例えば図９のよ
うな密度分布を持つグリーンシート圧着体は、図１２に
示すように歪んだ形状になる。

【００１９】これを解決するために、特開平３−２４４
１９２号公報や実公平５−１４８０３号公報に記載の技
術のように、グリーンシート積層体の外周面端部を拘束
する、いわゆる、拘束金型により熱圧着する方法があ
る。図１３は拘束金型にグリーンシート積層体を装填し
た状態の断面を示している。

【００２０】拘束金型３はグリーンシート積層体の外形
と同じ外周形状を有し、互いに平行面を持つ上金型３
ａ、下金型３ｂと、内周の形状がグリーンシート積層体
の外形と同じ形状をした外周拘束枠３ｃで構成される。

【００２１】また、拘束金型３にグリーンシート積層体
１Ａを挿入して、ホットプレス（図示せず）に装填し
て、金型の上下方向から加熱、加圧する。

【００２２】この結果、圧着中のグリーンシートの流動
が抑止されるため、比較的均一な圧力分布が得られる。

【００２３】しかし、前述したようにグリーンシート配
線基板１の表面には、例えば、スクリーン印刷法によ
り、タングステンペーストの導体回路１ｂが形成されて
いる。

【００２４】導体回路１ｂは、グリーンシート１枚毎に
形成されているため、グリーンシートを数十枚積層した
場合には、この導体回路１ｂ部分の合計した厚さだけ増
加することになる。

【００２５】一般にグリーンシート配線基板は、例えば
図１４に示すように、熱圧着前後の工程で不必要な外周
部分、もしくは、図１５の様に、積層時の各グリーンシ
ート配線基板相互間の位置決めを行うためのガイド穴の
周辺部等には、導体回路１ｂを形成しないのが通常であ
る。

【００２６】この様なグリーンシート積層体を拘束金型
３を用いて熱圧着した場合には、導体回路部分の厚さが
厚いために、基板面内にグリーンシートの流動が生じ
る。このため基板面内に圧力分布が生じ、同時に密度分
布が生じる。

【００２７】グリーンシート積層体の熱圧着時の材料流
動を均一化させるには前記グリーンシート積層体表面に
金型等で凹凸を付与しながら熱圧着する方法がある。し
かし、この方法でも熱圧着後グリーンシート圧着体を金
型から取り出すとグリーンシート圧着体は伸び変形を生
じる。この伸びは熱圧着のロットによりばらつく。従っ
て、このようにして得られた密度が均一なグリーンシー
ト積層体を特開平５−２８３２７２号公報に示される、
焼結時Ｘ、Ｙ方向の収縮を拘束する焼結法で焼結して
も、Ｘ、Ｙ方向の寸法精度にばらつきが生じる。

【００２８】さらに、図１６に示すように導体回路１ｂ
を形成しない部分が全くないグリーンシート積層体を熱
圧着しても同様の現象が生じる。

【００２９】この熱圧着後にグリーンシート圧着体が伸
び変形する原因はグリーンシート積層体が金型により圧
縮されるためその歪が内部に残留すること、更に金型の
線膨張係数がグリーンシート圧着体より大きいため冷却
時金型の方が収縮量が多く、グリーンシート圧着体に力
を及ぼすことが挙げられる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】従来の導体回路を印刷
配線したグリーンシート配線基板を積層・熱圧着した後
焼結する多層配線基板の製造方法では、焼結後多層配線
基板面の焼結収縮ばらつきが発生した。

【００３１】ばらつき発生の原因は、主に、熱圧着後の
グリーンシート圧着体の伸びによりグリーンシート圧着
体の寸法にばらつきが発生するためであると考えられ
る。

【００３２】すなわち、グリーンシート積層体の熱圧着
工程後にグリーンシート圧着体内部に応力が掛ったまま
になっており、離型されたときこの応力が解放されるた
めグリーンシート圧着体が伸び変形し、パターンの寸法
精度が低下するという問題点があった。

【００３３】本発明の目的は、グリーンシート圧着体の
伸び変形が少なく高精度な多層配線基板が得られる熱圧
着方法を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のセラミックグリーンシート配線基板の積層
体を熱圧着する方法では、導体配線パターンを印刷した
セラミツクグリーンシート配線基板の積層体を熱圧着す
るに際し、導体配線パターンを印刷したグリーンシート
配線基板の積層体の周囲に線膨張係数がグリーンシート
圧着体の線膨張係数とほぼ等しいかそれ以下の材料で作
られた外周拘束枠を配置し熱圧着する。

【００３５】

【作用】本発明は、グリーンシート積層体の熱圧着で、
積層体の周囲にグリーンシート圧着体と熱膨張係数が概
略等しいか、あるいは小さい材料で作られた外周拘束枠
を配置してあるので積層体の熱圧着時材料の流動を抑止
するだけでなく冷却時この外周拘束枠によるグリーンシ
ート圧着体の変形を抑止することが出来るので寸法精度
の良いグリーンシート圧着体を提供することが出来る。

【００３６】

【実施例】

〔実施例 １〕以下、本発明の実施例を図１ないし図５
を用いて説明する。

【００３７】図１、図２で１Ａはグリーンシート積層
体、３ａは上金型、３ｂは下金型、３ｃは外周拘束枠を
示す。本実施例で用いたグリーンシート圧着体の線膨張
係数は５×１０~⁶／℃で型材料には２×１０~⁶／℃の６
３．５Ｆｅ−３６．５Ｎｉ合金（インバ）を用いた。こ
こで、上金型３ａ及び下金型３ｂには配線パターンに沿
って深さ２００μｍの凹みを設けた。また、スプリング
４で外周拘束枠３ｃを浮かせた理由はグリーンシート積
層体１Ａに上下方向より圧力を付加させるためであり、
外周拘束枠をプレスのベースに直接載置しても良い。

【００３８】次に、図６に示すプロセスを追って説明す
る。まず、セラミック微粉末、有機バインダよりなるグ
リーンシートを成形し所定の寸法に切断する。このグリ
ーンシートに上下の配線を接続する配線を埋めるための
スルーホールを打抜きする。穴抜きしたスルーホールに
導体材料として銀ペーストを印刷法により穴埋めし、さ
らに、種々の配線パターンを銀ペーストで印刷する。こ
のグリーンシートを４０枚圧着型内に積層した後プレス
(図示せず)内に載置した後、圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ
²）を掛け、その後、ヒータ５で１３０℃まで加熱す
る。ここで、加熱効率を上げるためヒータを上、下金型
内に埋設したが加熱方法はこれにこだわる事は無く、
上、下金型に接する熱板あるいは金型全体をヒータで囲
って加熱しても良い。６０分間この圧力・温度に保持し
た後降圧し、冷却する。室温まで冷却した後、型から取
り出し、１０００℃で２時間焼結した。この時圧着体に
は特開平５−２８３２７２号公報による方法で２ｋｇｆ
／ｃｍ²荷重を掛けて焼結した。このようにして得られ
た圧着体の寸法変化率を図３に示す。この図に見られる
ように従来の線膨張係数が大きいＳＣＭ材の外周拘束枠
で圧着したグリーンシート圧着体の寸法変化に比べその
絶対値は１／３と小さくなっている。

【００３９】本実施例で圧力分布を均一化する方法とし
て上金型２ａ、３ａ、下金型２ｂ、３ｂに配線パターン
に沿って凹みを付ける方法を用いたが、圧力分布均一化
手法としてはこれに限ら無い。その他の圧力分布均一化
手法の例を図４に示す。

【００４０】図４で、１Ａはグリーンシート積層体、８
ａは上型、８ｂは下型を示し、７は外形がグリーンシー
ト積層体と等しくその内側を配線パターンに沿って切り
抜いた厚さ２００μｍの有機物フィルムである。この構
成でグリーンシート積層体に金型で圧力を掛けることに
より均一な圧力分布が得られる。

【００４１】〔実施例 ２〕実施例１と同じプロセスで
配線が印刷形成されたグリーンシート４０枚を圧着型内
に積層した。ここで、圧着金型にはＦｅ−Ｎｉ系エリン
バ形合金（線膨張係数６．５×１０~⁶／℃）を用い、型
の内面にはＣＶＤ法でＴｉＣ（線膨張係数７．５×１０
~⁶／℃）を約２μｍ被覆した。この圧着金型内に積層さ
れたグリーンシートをホットプレス（図示せず）内に載
置し、２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を負荷した後温度を
１３０℃まで上げ、そのまま６０分間保持した。ここで
得られたグリーンシート圧着体の伸び変形は図３に示し
た実施例１の場合とほぼ同じであった。

【００４２】〔実施例 ３〕実施例１と同じプロセスで
配線が印刷形成されたグリーンシート４０枚を圧着金型
内に積層した。ここで用いた熱圧着金型構造を図５に示
す。型材料９ａ、９ｂ、９ｃには線膨張係数が２×１０
~⁶／℃の６３．５Ｆｅ−３６．５Ｎｉ合金（インバ）を
用いその内側には厚さ１０ｍｍのSi₃N₄/Al₂O₃９ａ´、
９ｂ´、９ｃ´（サイアロン;線膨張係数３．３×１０~
⁶／℃）を載置した。この圧着金型内に積層されたグリ
ーンシートをホットプレス（図示せず）内に載置し、２
００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を負荷した後温度を１３０℃
まで上げ、そのまま６０分間保持した。ここで得られた
グリーンシート圧着体の伸び変形は図３に示した実施例
１の場合と同じであった。

【００４３】本実施例でSi₃N₄/Al₂O₃単体で金型を製作
しても良く、また、セラミックスはこれに限る事はな
く、ＳｉＣ、ジルコン、パイレックスガラスでも良い。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、セラミック多層配線基板の焼
結収縮率ばらつき、材料ロットのばらつき、製造条件の
変動に影響されない高寸法精度のセラミック配線基板の
積層体を熱圧着する方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱圧着方法における一実施例の型構造
の説明図。

【図２】本発明に係る熱圧着方法における均一圧力付加
方法の説明図。

【図３】本発明に係る熱圧着方法における一実施例の効
果を示す説明図。

【図４】本発明に係る熱圧着方法における他の均一圧力
付加方法の説明図。

【図５】本発明に係る熱圧着方法における他の型構造の
説明図。

【図６】セラミック多層配線基板の製造工程の説明図。

【図７】従来の熱圧着方法におけるグリーンシート積層
体の断面図。

【図８】従来の熱圧着方法におけるグリーンシート積層
体を金型に挿入した状態を示す断面図。

【図９】従来の熱圧着方法における圧着中のグリーンシ
ート積層体の圧力分布とグリーンシート圧着体の密度分
布図。

【図１０】従来の熱圧着方法における圧着圧力とグリー
ンシート圧着体の密度との関係を示す特性図。

【図１１】従来の熱圧着方法におけるグリーンシート圧
着体の密度と焼結収縮率との関係を示す特性図。

【図１２】従来の熱圧着方法における密度分布を持つグ
リーンシート圧着体の焼結後における平面形状の説明
図。

【図１３】従来の熱圧着方法における拘束金型にグリー
ンシート積層体を装填した状態を示す断面図。

【図１４】従来の熱圧着方法におけるグリーンシート配
線基板の斜視図。

【図１５】従来の熱圧着方法における他のグリーンシー
ト配線基板の斜視図。

【図１６】従来の熱圧着方法におけるさらに他のグリー
ンシート配線基板の斜視図。

【符号の説明】

１Ａ…グリーンシート配線基板の積層体、 ３ａ…上金型、 ３ｂ…下金型、 ３ｃ…外周拘束枠、 ４……スプリング、 ５……ヒータ。

フロントページの続き (72)発明者 高橋 一敏 神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立 製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 岡田 健一 神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立 製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導体配線パターンを印刷したセラミックグ
   リーンシート配線基板の積層体を熱圧着する方法におい
   て、型材料として線膨張係数がセラミックグリーンシー
   トの圧着体と同じかそれ以下である材料で作られた拘束
   金型を用いて熱圧着することを特徴とするセラミックグ
   リーンシートの圧着方法。
2. 【請求項２】請求項１において、インバー形合金、Ｆｅ
   −Ｎｉ系エリンバ形合金からなる拘束金型を用いて、セ
   ラミックグリーンシートの積層体を熱圧着するセラミッ
   クグリーンシートの圧着方法。
3. 【請求項３】請求項２において、型の表面にＮ₂イオン
   の打ち込み、あるいはＴｉＣ，ＴｉＮなどの表面処理を
   施して耐摩耗性を向上させた拘束金型を用いてセラミッ
   クグリーンシートの積層体を熱圧着するセラミックグリ
   ーンシートの圧着方法。