JPH0964230A - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリットＩＣ等に用いるガラスセラミッ
ク基板の製造方法、特に外表面に配線パターンが形成さ
れる１層以上のガラスセラミックよりなるグリーンシー
トの両側に、該ガラスセラミックグリーンシートの焼成
温度では焼結しない収縮防止用のグリーンシートを積層
してガラスセラミックグリーンシートを焼成した後、未
焼結の収縮防止用グリーンシートを除去してセラミック
基板を製造する方法において、最上層の配線を基板と同
時焼成する場合の配線のはんだ濡れ性、及び最上層配線
を後で焼付ける場合のビアとの電気接続性を良好にす
る。 【解決手段】 上記ガラスセラミックグリーンシートの
少なくとも配線パターンが形成される側に配置される収
縮防止用グリーンシートを、マグネシウム、カルシウ
ム、ストロンチウムから選択された１種以上の炭酸塩、
または前記炭酸塩と酸化物、窒化物、炭化物から選択さ
れた１種以上との混合物により構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えばハイブリッ
トＩＣ、マルチチップモジュール、チップサイズパッケ
ージ等に用いるセラミック基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、配線材料としてＡｇ、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ｐｄまたはそれらの混合物を用い、絶縁材料として
ガラスセラミックを用いた基板が多く使用されるように
なった。上記のようなセラミック基板は、１１００℃以
下の低温で焼成できることや配線の導電率が高い等の利
点がある。その反面、焼成により１０〜２０％の収縮を
生じる。しかも、その収縮量は必ずしも一定ではなく、
粉体ロットや積層条件および焼成条件等を充分に管理し
ても±０．５％程度のばらつきを生じる。

【０００３】そのため、例えば最上層（外表面）の配線
を、基板を焼成してから形成する場合には、内層配線に
対する接続用ビアとの間に往々にして位置ずれが生じ
る。また最上層の配線を予め基板上に形成してから焼成
する場合には、その最上層の配線上に搭載される部品等
との位置合せが困難になる等の不具合があった。

【０００４】そこで前記の焼成時に生じる収縮を防ぐた
めに、配線パターンを形成したガラスセラミックよりな
るグリーンシートを所望枚数積層した後、そのガラスセ
ラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しないアル
ミナやジルコニア等よりなる収縮防止用のグリーンシー
トを上記ガラスセラミックグリーンシートの両面に積層
して焼成することによって、平面方向の収縮を可及的に
低減させることが提案されている（例えば、特公平７−
４６５４０号、特開平５−１０２６６６号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の製造
方法においては、基板を焼成した後に未焼成の収縮防止
用のグリーンシートを基板から除去する必要があるが、
ブラシでこする等の簡単な方法では充分に除去できない
場合がある。そのため、例えば上記グリーンシートの一
部が接続ビアの表面に付着した状態で、その上に最上層
配線を形成する場合には、その最上層配線と接続ビアと
の間に接続不良が生じたり、また予め最上層配線を形成
してから基板を焼成し、その最上層配線の電極上に上記
の収縮防止用グリーンシートの一部が付着している場合
には、はんだ濡れ性が低下して電子部品の実装が困難に
なる等のおそれがある。なお上記の付着物は、研磨によ
り取り除くことができる場合もあるが、工数が増えるだ
けでなく、配線等を傷付けたり、破損するおそれもあ
る。

【０００６】そこで、例えば特開平５−３２７２１７号
公報においては、上記のような接続ビアや電極に前記の
収縮防止用グリーンシートが付着しないように、該グリ
ーンシートの上記ビアや電極に対応する位置に孔開け加
工を施してから積層することが提案されているが、孔開
け加工を施すための設備や工数が増加すると共に、配線
が多い場合には収縮防止用のグリーンシートに多くの孔
が必要となり、焼成時にガラスセラミックグリーンシー
トの収縮を抑制する拘束力が低下する等の問題がある。

【０００７】本発明は上記の問題点に鑑みて提案された
もので、前記のような焼成時の収縮を良好に防止すると
共に、例えば最上層の配線を基板と同時焼成する場合の
該配線のはんだ濡れ性、および最上層配線を後で焼付け
る場合のビアとの電気接続性を良好に確保することので
きるセラミック基板の製造方法を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明によるセラミック基板の製造方法は、以下の
構成としたものである。

【０００９】即ち、少なくとも一方の外表面に配線パタ
ーンが形成される１層以上のガラスセラミックよりなる
グリーンシートの両側に、該ガラスセラミックグリーン
シートの焼成温度では焼結しない収縮防止用のグリーン
シートを積層し、加圧一体化した状態で上記ガラスセラ
ミックグリーンシートを焼成し、次いで未焼結の収縮防
止用グリーンシートを除去するようにしたセラミック基
板の製造方法において、上記ガラスセラミックグリーン
シートの少なくとも配線パターンが形成される側に配置
される収縮防止用のグリーンシートを、マグネシウム、
カルシウム、ストロンチウムから選択された１種以上の
炭酸塩、あるいは前記炭酸塩と酸化物、窒化物、炭化物
から選択された１種以上との混合物により構成したこと
を特徴とする。

【００１０】

【作用】上記のように少なくとも配線パターンが形成さ
れる側に配置される収縮防止用のグリーンシートを、マ
グネシウム、カルシウム、ストロンチウムから選択され
た１種以上の炭酸塩、あるいは前記炭酸塩と酸化物、窒
化物、炭化物から選択された１種以上との混合物によっ
て構成したことによって、例えば最上層の配線を基板と
同時焼成する場合の該配線のはんだ濡れ性、および最上
層配線を後で焼付ける場合のビアとの電気接続性を良好
に確保することが可能となる。

【００１１】なお配線パターンが形成されない側の収縮
防止用のグリーンシートは、上記と同材質のものでもよ
く、あるいは前記従来例のようなアルミナやジルコニア
等よりなるグリーンシートを用いることもできる。また
前記の配線パターンは、例えばＡｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ
／Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕのいずれかを主成分とするペースト
で形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記のガラスセラミックグリーン
シートに用いるガラスセラミック粉末としては、例えば
１１００℃以下で充分に焼結するものを用いればよく、
その材質は適宜であり、ガラス粉末としては、例えば酸
化鉛、酸化亜鉛、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金
属酸化物等を含有するアルミノ硼珪酸ガラスで軟化点が
６００〜８００℃の非晶質ガラス粉末、あるいは６００
〜１１００℃で結晶化する結晶化ガラス等が使用でき
る。又これにアルミナ、ジルコン、ムライト、コージェ
ライト、アノーサイト、シリカ等のセラミックフィラー
を混合してもよい。その場合の混合比率は、ガラスセラ
ミック基板の坑折強度、誘電率、緻密性等の性能を勘案
して適宜調整すればよく、一般的に重量比で約１：１が
好ましい。

【００１３】一方、収縮防止用のグリーンシートに用い
る炭酸塩としては、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウ
ム、炭酸ストロンチウムのうちのいずれか１種または２
種以上を選択的に組み合わせて使用することができ、又
それらの炭酸塩に必要に応じてアルミナ、ジルコニア等
の酸化物、または窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒化
物、あるいは炭酸珪素等の炭化物のいずれか１種または
２種以上を混入させてもよい。その場合の混入比率は電
極への付着を防止するために６０％程度以下が好まし
い。なお前記の各炭酸塩は市販品を使用することでき、
また上記各炭酸塩のうちコストの点で炭酸カルシウムが
好ましい。

【００１４】前記のガラスセラミックグリーンシートお
よび収縮防止用グリーンシートは、それぞれ上記の各材
料粉末をスラリーに調整後、ドクターブレード等を用い
て作製するもので、そのスラリーは、ガラスセラミック
粉末にバインダや可塑剤および溶剤を加えて、ボールミ
ルやアトライタ等で混合して得られる。そのバインダと
しては、例えばポリビニルブチラール、メタアクリルポ
リマ、アクリルポリマ等を使用することができる。また
可塑剤としては、フタル酸の誘導体等を使用することが
でき、溶剤としては、アルコール類、ケトン類、塩素系
有機溶剤等を使用することができる。

【００１５】ガラスセラミックグリーンシートの厚さ
は、所望する焼成体の厚さによって求めればよく、例え
ば３０〜２００μｍ程度に成形する。また収縮防止用の
グリーンシートの厚さは、あまり薄いと膜の強度が弱く
てハンドリング性が悪くなり、逆に厚すぎると材料粉末
の使用量が多くなり不経済であるので、３０〜２００μ
ｍ程度が好ましい。

【００１６】上記のようにして作成したグリーンシート
を、適当な大きさの外形寸法に切断して１枚もしくは複
数枚積層し、その際、少なくとも内層側の配線は予め形
成しておく。その形成手段としては、例えばガラスセラ
ミックグリーンシートにスクリーン印刷等で導電ペース
トを塗布する。また接続ビアを形成するときは上記グリ
ーンシートにスルーホールを形成し、そのホール内に導
電ペーストを充填する。なお基板表面に形成される最上
層の配線は、上記内層側の配線と同様に予め形成してお
いてもよく、あるいは後述する焼成工程を経て基板を作
製したのちに形成することもできる。

【００１７】次に、上記１枚の、もしくは複数枚積層し
たガラスセラミックグリーンシートの両面に収縮防止用
のグリーンシートを配置してホットプレス機等で一体化
し、焼成する。そのときのホットプレス機等による圧力
は、例えば５０〜３００ｋｇ／ｃｍ² 、温度は６０〜９
０℃程度が好ましく、焼成は、例えば４５０〜６００℃
程度に加熱して有機物を除去した後、１１００℃以下、
例えば８００から１０００℃で行う。

【００１８】そのとき、収縮防止用グリーンシートの炭
酸塩は熱分解して酸化物粉末が生成され、その酸化物粉
末が、焼結したガラスセラミック層の両面に付着した状
態にあるので、それを除去する必要があり、例えば蟻
酸、酢酸等の酸や塩化アンモニウム水溶液に浸した後に
水洗いすると基板から容易に除去することができる。そ
の際、前記のように炭酸塩とともに、アルミナ、ジルコ
ニア等の酸化物や、窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒
化物、もしくは炭酸珪素等の炭化物を混入させておく
と、上記のような酸化物粉末を除去するのに用いる酸や
塩化アンモニウム水溶液等の薬品を節約できる。すなわ
ち、酸化カルシウム等は酸や塩化アンモニウムを消費し
て溶解するが、アルミナ等はこれらの薬品を消費しない
ので、アルミナ等を混入させることによって上記の薬品
の消費量を少なくできるものである。なお上記の除去し
たアルミナ等は炭酸塩と混合して再利用することもでき
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明による多層セラミック基板の製
造方法の具体的な実施例について説明する。

【００２０】〔実施例１〕ガラスセラミックグリーンシ
ートを形成するためのガラスセラミック粉末として、下
記表１に示す組成のガラス粉末（平均粒径２．２μｍ）
と、アルミナ粉末（平均粒径１．７μｍ）を５０：５０
の比率で混合した。

【００２１】

【００２２】上記の混合粉末１００重量部に対して、ボ
リビニルブチラール９重量部、フタル酸ジイソブチル７
重量部、オレイン酸１重量部、イソプロピルアルコール
４０重量部、トリクロロエタン２０重量部を加えてボー
ルミルで２４時間混合してスラリーを製作した。そのス
ラリーをドクターブレード法で均して厚さ約２００μｍ
のガラスセラミックグリーンシートを形成した。

【００２３】上記のガラスセラミックグリーンシートに
直径１００μｍの接続ビア形成用の開孔（スルーホー
ル）を施し、Ａｇペーストを用いて孔埋めと配線形成を
スクリーン印刷法によって行った。そのＡｇペーストと
しては、平均粒径１μｍのＡｇ粉末１００重量部をエチ
ルセルロース６％のターピネオール溶液１８重量部とと
もにスリーロールミルで混合したものを用いた。

【００２４】一方、収縮防止用グリーンシートの材料粉
末として、平均粒径１．１μｍの炭酸カルシウム粉末１
００重量部を用い、上記ガラスセラミックグリーンシー
トと同様の方法により厚さ約２００μｍの収縮防止用グ
リーンシート（炭酸カルシウムグリーンシート）を作製
した。そして前記の配線形成済みのガラスセラミックグ
リーンシートを５枚積み重ね、さらにその両面に上記の
収縮防止用グリーンシートを重ね合せ、１５０ｋｇ／ｃ
ｍ² 、８５℃の条件で加圧成形した。

【００２５】この成形体を、平坦度（＝平面方向単位長
さ当りの反り量）０．０５％で、気孔率７０％のアルミ
ナ製板上に置き、５２０℃、３時間加熱して有機物を除
去し、次いで９００℃、１時間加熱して焼成した。その
焼成体の表面には炭酸カルシウムが熱分解して酸化カル
シウムが付着しているため、塩化アンモニウム飽和水溶
液に２０分間浸して放置したところ、酸化カルシウムは
溶解してきれいに取り除くことができた。そして最後に
水洗いして基板を得た。

【００２６】以上のようにして得られた基板の平面方向
の焼成収縮率は０．３％であった。また、はんだ濡れ性
を調べるために、上記基板上に形成した１０ｍｍ□の電
極パターンにフラックス（タムラ化研株式会社製Ｓ−１
００）を塗布し、２３０℃の２Ａｇ／６２Ｓｎ／３６Ｐ
ｂはんだ槽に２秒間浸した後、はんだ槽から基板を引き
上げて、はんだが付着している面積（濡れ面積）を目視
で調べたところ、ほぼ１００％はんだが付着していた。

【００２７】〔実施例２〕収縮防止用グリーンシートの
材料粉末として、炭酸カルシウム５０重量部とアルミナ
５０重量部を用いて厚さ約２００μｍの収縮防止用グリ
ーンシートを作製した。その他の条件は実施例１と同様
にして基板を作製した。その結果、得られた基板の平面
方向の焼成収縮率は０．３％であった。また上記実施例
１と同様の要領ではんだ濡れ性を調べたところ、ほぼ９
０％はんだが付着していた。その付着面積（濡れ面積）
は一般に８０％以上あれば実用上問題がなく、充分に実
用性があることが分かった。

【００２８】〔実施例３〕収縮防止用グリーンシートの
材料粉末として、平均粒径１．８μｍの炭酸ストロンチ
ウム粉末１００重量部を用いて実施例１と同様の要領で
厚さ約２００μｍの収縮防止用グリーンシートを作製し
た。これを実施例１と同様に５枚重ねのガラスセラミッ
クグリーンシートの両側に積層して焼成し、その表面に
残存した酸化ストロンチウムを蟻酸水溶液に１０分間浸
して除去したところ、得られた基板の平面方向の焼成収
縮率は０．２％であった。また上記実施例１と同様の要
領ではんだ濡れ性を調べたところ、ほぼ１００％はんだ
が付着していた。

【００２９】〔実施例４〕収縮防止用グリーンシートの
材料粉末として、平均粒径２．５μｍの炭酸マグネシウ
ム粉末１００重量部を用いて実施例１と同様の要領で厚
さ約２００μｍの収縮防止用グリーンシートを作製し
た。これを実施例１と同様に５枚重ねのガラスセラミッ
クグリーンシートの両側に積層して焼成し、その表面に
残存した酸化マグネシウムを蟻酸水溶液に１０分間浸し
て除去したところ、得られた基板の平面方向の焼成収縮
率は０．４％であった。また上記実施例１と同様の要領
ではんだ濡れ性を調べたところ、ほぼ１００％はんだが
付着していた。

【００３０】〔実施例５〕前記実施例１〜４において、
基板表面に形成される最上層の配線を予めガラスセラミ
ックグリーンシート上に形成することなく、それ以外は
上記各実施例１〜４と同様の条件で基板を作製し、その
表面に炭酸カルシウム等の炭酸塩が熱分解して残存した
酸化カルシウム等の酸化物を除去した後に、その表面に
露出しているビアと接続するように、最上層の配線をス
クリーン印刷し、乾燥後８５０℃で焼成した。その結
果、ビアと表面導体の電気的な接続は良好であり、前記
実施例１〜４の同時焼成により基板表面に配線を形成し
た場合と差異はなかった。

【００３１】〔比較例１〕収縮防止用グリーンシートの
材料粉末として、平均粒径１．７μｍのアルミナ粉末１
００重量部を用いて実施例１と同様の要領で厚さ約２０
０μｍの収縮防止用グリーンシートを作製した。これを
実施例１と同様に５枚重ねのガラスセラミックグリーン
シートの両側に積層して焼成し、その表面に残存したア
ルミナをたわしでこすりながら水で洗い流した。その結
果、得られた基板の平面方向の焼成収縮率は０．２％で
あったが、はんだ濡れ性は約３０％で実用上必ずしも充
分でないことが分かった。

【００３２】〔比較例２〕上記比較例１において、基板
表面に形成される最上層の配線を予めガラスセラミック
グリーンシート上に形成することなく、それ以外は上記
比較例１と同様の条件で基板を作製し、その表面に残存
したアルミナを除去した後に、その表面に露出している
ビアと接続するように、最上層の配線をスクリーン印刷
し、乾燥後８５０℃で焼成した。その結果、ビアと表面
導体の間に絶縁性のアルミナが介在して電気的に良好な
接続ができなかった。またアルミナの付着量によって抵
抗値にばらつきが生じ、しかも、その抵抗値は前記実施
例５と比較して約３倍以上となった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多層セラミック基板を高寸法精度で製造できると共に、
基板表面の配線は基板と同時焼成してもはんだ濡れ性が
良好であり、部品実装の信頼性を向上させることができ
る。また表面配線を基板焼成後に形成する場合において
も、ビアと配線の電気的接続は良好で信頼性を向上させ
ることができる等の効果がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方の外表面に配線パターン
   が形成される１層以上のガラスセラミックよりなるグリ
   ーンシートの両側に、該ガラスセラミックグリーンシー
   トの焼成温度では焼結しない収縮防止用のグリーンシー
   トを積層し、加圧一体化した状態で上記ガラスセラミッ
   クグリーンシートを焼成し、次いで未焼結の収縮防止用
   グリーンシートを除去するようにしたセラミック基板の
   製造方法において、上記ガラスセラミックグリーンシー
   トの少なくとも配線パターンが形成される側に配置され
   る収縮防止用のグリーンシートを、マグネシウム、カル
   シウム、ストロンチウムから選択された１種以上の炭酸
   塩、あるいは前記炭酸塩と酸化物、窒化物、炭化物から
   選択された１種以上との混合物により構成したことを特
   徴とするセラミック基板の製造方法。