JPH0969687A - ガラスセラミック多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えばハイブリッドＩＣやマルチチップモジ
ュール等に用いるガラスセラミック多層配線基板の製造
方法、特にスルーホールに導電ペーストを充填してなる
接続ビアを形成したガラスセラミックグリーンシートを
所望枚数積層し、その積層体の両側に収縮防止用のグリ
ーンシートを積層して焼成するようにしたガラスセラミ
ック多層配線基板の製造方法において、上記の焼成時に
接続ビア形成用の導電ペーストが収縮して接続不良等が
生じるのを防止する。 【解決手段】 上記のようなガラスセラミック多層配線
基板の製造方法において、接続ビア形成用の導電ペース
トとして、Ａｇ粉末とともにフレーク状フィラーを含有
するペーストを用いることを特徴とする。上記のＡｇ粉
末としては、例えば平均粒径が１〜１２μｍの球状のも
のを用い、フレーク状フィラーとしてはＡｇ粉末の平均
粒径に対して２倍以上の平均長径を有するものを用いる
とよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばハイブリッドＩ
Ｃ、マルチチップモジュール、チップサイズパッケージ
等に用いるガラスセラミック多層配線基板の製造方法に
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、絶縁材料にガラ
スセラミックを用いた低温焼成多層基板が多く使用され
るようになった。上記のようなガラスセラミック基板
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。しかし、上記の基板は焼成
時に１０〜２０％程度の収縮を生じる不具合がある。し
かも、この収縮率は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
じると言われている。

【０００３】そこで前記の焼成時に生じる収縮を防ぐた
めに、所望の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複数枚積層し、その積層体の
両側に、上記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などの耐火物粉
末等よりなる収縮防止用のグリーンシートを積層した状
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のグリーンシートを除去してガ
ラスセラミック多層配線基板を製造することが提案され
ている（例えば、特公平７−４６５４０号、特開平５−
１０２６６６号公報参照）。

【０００４】上記のようにガラスセラミックグリーンシ
ートを複数枚積層した積層体の両側に収縮防止用のグリ
ーンシートを積層した状態で焼成することによって、焼
成時にガラスセラミックグリーンシートが収縮防止用グ
リーンシートで拘束されてガラスセラミックグリーンシ
ートの面方向の収縮が抑制されるものである。

【０００５】しかしながら、上記のガラスセラミックグ
リーンシートにスルーホールを形成し、そのスルーホー
ル内に導電ペーストを充填して前記の配線パターンを互
いに導電接続する接続ビアを形成する場合には、以下に
示すような問題が明らかになった。

【０００６】図１は上記従来の製造方法によって上記の
ような接続ビアを有するガラスセラミック多層配線基板
を製造した場合の一部の拡大縦断面図である。ガラスセ
ラミックグリーンシート１は、焼成時に収縮防止用グリ
ーンシート２によって平面方向の収縮が抑制される。な
お、そのときガラスセラミックグリーンシート１は厚さ
方向には収縮し、全体の体積収縮率は通常の方法とほぼ
等しくなる。

【０００７】一方、接続ビアを構成するスルーホール３
内の導体ペースト４は、グリーンシート１の厚さ方向の
寸法が比較的大きい割に、収縮防止用グリーンシート２
との接触面積が小さいので、上記厚さ方向中央付近では
収縮防止用グリーンシート２による拘束力があまり作用
せず、導体ペースト４はグリーンシート１の面方向にも
収縮する。このため図１のようにスルーホール３内に隙
間Ｓが生じ、導体ペースト４よりなる接続ビアと配線パ
ターン５・６との接続不良が生じる等のおそれがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑みて提案されたもので、上記のように収縮防止用の
グリーンシートを用いてガラスセラミックグリーンシー
トの面方向の焼成収縮を可及的に低減すると共に、接続
ビアを構成する導体ペーストの焼成収縮をも防止して接
続ビアと配線パターンとの接続信頼性に優れたガラスセ
ラミック多層配線基板の製造方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明によるガラスセラミック多層配線基板の製造
方法は、以下の構成としたものである。

【００１０】即ち、スルーホールに導電ペーストを充填
してなる接続ビアと、所望の配線パターンとを形成した
ガラスセラミックグリーンシートを所望枚数積層し、そ
の積層体の両側に上記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耐火物粉末等よりなる収縮防
止用のグリーンシートを積層して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多層配線
基板の製造方法において、上記接続ビア形成用の導電ペ
ーストとして、Ａｇ粉末と共にフレーク状フィラーを含
有するペーストを用いることを特徴とする。

【００１１】上記のＡｇ粉末としては、例えば平均粒径
が１〜１２μｍの球状のものを用い、フレーク状フィラ
ーは上記Ａｇ粉末の平均粒径に対して２倍以上の平均長
径を有するものを用いるとよい。また上記のＡｇ粉末と
フレーク状フィラーとの配合比率は、Ａｇ粉末１００重
量部に対してフレーク状フィラー３〜１２重量部程度が
好ましい。

【００１２】

【作用】以上のように接続ビア形成用の導電ペーストと
して、平均粒径が１〜１２μｍの球状Ａｇ粉末と、該Ａ
ｇ粉末の平均粒径に対して２倍以上の平均長径を有する
フレーク状フィラーとを含有するペーストを用いること
によって、そのフレーク状フィラーが導電ペーストの焼
成時の収縮を抑える働きをして、スルーホール内に隙間
等の発生を防止することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】接続ビア形成用の導体ペーストに
用いるＡｇ粉末は市販のものでよいが、平均粒径は、前
述のように１〜１２μｍ程度がよい。１μｍより小さい
と焼成収縮が大きいためガラス基板にクラック等が生じ
るおそれがり、１２μｍより大きいと収縮量が小さくな
り、基板の収縮を妨害して焼成中に層間剥離等が生じる
おそれがある。

【００１４】上記の導体ペーストには、上記Ａｇ粉末と
ともにフレーク状フィラーを含有させるもので、そのフ
レーク状フィラーの材質は、酸化性雰囲気で焼成してＡ
ｇと合金を形成するもの、あるいはＡｇ以外であればな
んでもよい。ＡｇあるいはＡｇと合金を形成する材質は
導体ペーストの収縮を厚さ方向に制限できない。またフ
レーク状フィラーの粒径（長径）はＡｇ粉末に対して２
倍以上必要であり、これより小さいと収縮を抑制する効
果が少ない。

【００１５】またフレーク状フィラーの長径を厚さで割
ったアスペクト比は、なるべく大きい方がよく、好まし
くは５以上のものを用いるとよい。５より小さいとＡｇ
粉末よりなる導体ペーストの焼成収縮を抑制する能力が
不足するおそれがあるからである。さらに前記Ａｇ粉末
に対するフレーク状フィラーの配合比率は、Ａｇ粉末１
００重量部に対して３〜１２重量部とする。３重量部よ
り少ないと収縮方向を制限する効果が小さく、１２重量
部より多いと、導体ペーストの収縮が小さくなり基板の
収縮を妨害して焼成中に層間剥離が生じるおそれがあ
る。

【００１６】上記のＡｇ粉末およびフレーク状フィラー
は、ビヒクルに分散させてペースト状にする。そのビヒ
クルの成分は特に限定されないが、エチルセルロース、
ポリビニルブチラール等の樹脂を単独あるいは混合して
ターピネオール、ブチルカルビトール等の溶剤あるいは
フタル酸ブチル等の可塑剤に溶解して作製する。ビヒク
ル量は固形分１００重量部に対して７〜２２重量部とす
ればよい。７重量部よりも少ないとペースト状態にする
のが困難になり、２２重量部よりも多いとペーストの乾
燥収縮が大きくなり導通不良が発生しやすくなる。また
上記の樹脂の量は、ペーストの粘度が１５０〜５００Ｐ
ａ・Ｓになるように適宜選択すればよく、例えばビヒク
ル中に４〜１２重量％程度含有させればよい。なお上記
の粘度は回転粘度計（Ｂrookfield 社製、ＨＢＴ型）に
より１０ｒｐｍで測定したときの値である。

【００１７】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は、１０００℃以下で充分に焼結
するものであればなんでもよく、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
ルカリ金属酸化物を含有するアルミノ硼珪酸ガラスで軟
化点６００〜８００℃の非晶質ガラス粉末、あるいは６
００〜１０００℃で結晶化する結晶化ガラスなどが使用
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。この場合、ガラス粉末とセラミ
ックフィラーの混合比率は、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調整される
が一般的に重量比で約１：１が好ましい。

【００１８】収縮防止用グリーンシートに用いる耐火物
粉末等としては、例えば１０００℃以下の温度で実質的
に焼結せず、かつ焼成温度でガラスセラミック粉末と融
接しないものであればなんでも使用できる。具体的に
は、例えばアルミナ、酸化ジルコニウム、窒化硼素、ム
ライト、酸化マグネシウム、炭化珪素等を用いることが
できる。また耐火物粉末等の粒径は、大きい方が焼成後
の除去が容易であるが、あまり大きいとガラスセラミッ
ク基板の表面が粗くなるので、０．５〜４μｍ程度が好
ましい。

【００１９】上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、そのスラリーは上記各材料粉末にバ
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ー、
アクリルポリマー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
等素使用することができる。

【００２０】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
グリーンシートの厚さは、あまり薄いと膜の強度が弱く
てハンドリングが悪くなり、逆に厚すぎると耐火物粉末
等の使用料が多くなり不経済であるので、３０〜２００
μｍ程度が好ましい。

【００２１】上記のようにして作製したガラスセラミッ
クグリーンシートを、適当な大きさの外形寸法に切断
し、接続ビア形成用のスルーホールを形成して前記のフ
レーク状フィラーを含有する導体ペーストを充填し、さ
らに導体ペーストを用いて所望の配線パターンを印刷等
で形成する。その配線パターンを形成する導体ペースト
は、フレーク状フィラーを含有しないものでよいが、上
記接続ビア形成用の導体ペーストと同じフレーク状フィ
ラーを含有するものを用いても支障はない。

【００２２】上記のようにして接続ビアおよび配線パタ
ーンを形成したガラスセラミックグリーンシートを所望
枚数積層し、この両面に前記の収縮防止用グリーンシー
トを重ね合せてホットプレス機等で一体化する。その一
体化する際の圧力は、例えば５０〜３００ｋｇ／ｃｍ²
程度とし、温度は６０〜９０℃程度が好ましい。

【００２３】次いで、上記のようにして一体化したもの
を焼成するもので、その焼成は、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８００〜１０００℃で行う。この段階では、焼結
したガラスセラミック層の両面に耐火物粉末等が付着し
た状態であるので、ブラシ等でこすって水洗いすると基
板から容易に除去できる。この際、超音波洗浄機を用い
ると更に効果的に除去することができる。

【００２４】以上のようにして、Ａｇ粉末とフレーク状
フィラーとを含有する導体ペーストを、ガラスセラミッ
クグリーンシートに形成した接続ビア形成用のスルーホ
ール内に充填して焼成することによって、その焼成時に
フレーク状フィラーが導電ペーストの収縮を抑える働き
をして、スルーホール内に隙間等が発生するを防ぐこと
ができるものである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明によるガラスセラミック回路基
板の製造方法を具体的な実施例にに基づいて説明する。

【００２６】〔実施例〕ガラスセラミックグリーンシー
トを形成する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。

【００２７】

【００２８】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に作製した。

【００２９】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スルーホールを形成
して導体ペーストを充填すると共に、スクリーン印刷法
により所望の配線パターンを形成した。その接続ビア形
成用の導体ペーストとしては、後述するような粒径の異
なるＡｇ粉末と、そのＡｇ粉末１００重量部に対して種
々の材質と粒径（長径）の異なるフレーク状フィラーを
３〜１２重量部配合し、それら固形分１００重量部に対
してエチルセルロース６％のタービネオール溶液を１８
重量部添加してスリーロールミルで混合したものを用い
た。また上記の配線パターン形成用の導体ペーストとし
ては、平均粒径１．２μｍの粒状Ａｇ粉１００重量部を
エチルセルロース６％のタービネオール溶液２０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。

【００３０】一方、収縮防止用グリーンシートとして
は、平均粒径１．７μｍのアルミナ粉末１００重量部を
用いて、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のアルミナグリーンシート
を作製した。そして、前記のように種々の導電ペースト
を用いて接続ビアおよび配線パターンを形成してなるガ
ラスセラミックグリーンシートを５枚ずつ積み重ね、そ
の各積層体の両側に上記のアルミナグリーンシートを重
ね合わせてホットプレス機により、１５０ｋｇ／ｃｍ
² 、８５℃の条件で加圧成形した。

【００３１】次いで、上記の各成形体を、平坦度（＝平
面方向単位長さ当たりの反り量）が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。なお、その各焼成体の表面には、アルミナ
が付着しているため、超音波洗浄機で２０分処理したと
ころ、きれいに取り除くことができた。また上記のよう
にして得られた基板の面方向の焼成収縮率は、いずれも
０．３％程度であった。

【００３２】〔比較例〕上記の実施例に対する比較例と
して、前記の好ましい条件を満たさない導電ペーストを
用いて接続ビアおよび配線パターンを形成してなる基板
を上記と同様の要領で作製した。

【００３３】以上の各実施例および比較例で作製した基
板のスルーホール部の断面を顕微鏡で観察し、隙間、層
間の剥離、クラックの発生を調べた。その結果を下記表
２にまとめて示す。なお下記表中のフレーク状フィラー
の配合量はＡｇ粉末１００重量部に対する配合量（重量
部）であり、フィラー／Ａｇ粒径倍率は、Ａｇ粉末の平
均粒径に対するフレーク状フィラーの平均長径の比率を
表す。

【００３４】

【表２】

【００３５】上記の表からも明らかなように前記の好ま
しい条件を満たさない比較例では接続ビアを構成するス
ルーホール部にクラックや層間剥離もしくは隙間が発生
したのに対し、本発明による前記の好ましい条件を満た
す各実施例にあっては、上記のような欠陥のない良好な
接続ビアを形成することができた。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるガラ
スセラミック多層配線基板の製造方法によれば、接続ビ
アを形成するためにスルーホール内に充填した導電ペー
ストが該ペーストに含有させたフレーク状フィラーによ
って焼成時に収縮するのが抑制され、前記従来のように
スルーホール部に隙間や層間剥離もしくはクラック等が
発生するのを未然に防止できるもので、上記接続ビアの
導体と配線パターンとの接続信頼性に優れたガラスセラ
ミック多層配線基板を容易・安価に製造できる等の効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の製造方法により作製したガラスセラミッ
ク多層配線基板のスルーホール部の断面図。

【符号の説明】

１ ガラスセラミックグリーンシート ２ 収縮防止用グリーンシート ３ スルーホール ４ 導電ペースト ５、６ 配線パターン Ｓ 隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/283 Ｈ０１Ｌ 21/283 Ａ 23/12 Ｈ０５Ｋ 1/09 Ａ Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｄ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スルーホールに導電ペーストを充填して
   なる接続ビアと、所望の配線パターンとを形成したガラ
   スセラミックグリーンシートを所望枚数積層し、その積
   層体の両側に上記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耐火物粉末等よりなる収縮防止用
   のグリーンシートを積層して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多層配線基板
   の製造方法において、上記接続ビア形成用の導電ペース
   トとして、Ａｇ粉末と共にフレーク状フィラーを含有す
   るペーストを用いることを特徴とするセラミック多層配
   線基板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記のＡｇ粉末として平均粒径が１〜１
   ２μｍの球状のものを用い、前記フレーク状フィラーは
   上記Ａｇ粉末の平均粒径に対して２倍以上の平均長径を
   有するものを用いることを特徴とする請求項１記載のガ
   ラスセラミック多層配線基板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記のＡｇ粉末とフレーク状フィラーと
   の配合比率を、Ａｇ粉末１００重量部に対してフレーク
   状フィラー３〜１２重量部としたことを特徴とする請求
   項１または２記載のガラスセラミック多層配線基板の製
   造方法。