JPH1179828A

JPH1179828A - アルミナセラミックス基板の製造方法

Info

Publication number: JPH1179828A
Application number: JP9242274A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Akaho; 和則赤穂
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】グリーンシート厚みのバラツキおよびグリー
ンシート焼成時の収縮のバラツキを確実に低減させ、セ
ラミックス基板の導体パターンの微細化および導体パタ
ーンの寸法精度の向上を図り、ピン付けおよびチップ搭
載後のワイヤーボンディングを容易にすること。【解決手段】粒径０．５〜１．５μｍのアルミナ粉
末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アルミナ粉末
と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒径０．８
〜２．４μｍの酸化Ｔｉを３〜１０重量部、および溶剤
として沸点が６０〜２００℃でかつ前記バインダーに対
する溶解性の良好な化合物またはこれら化合物の混合物
を用いてスラリーを作製し、グリーンシート化した後、
積層、焼結させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミナセラミック
ス基板の製造方法に関し、より詳細には半導体素子（Ｌ
ＳＩ、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るアルミナ
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アル
ミナ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、これらの製品
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、得られるセラミックス基板の導体パターン
の微細化および導体パターンの寸法精度の向上が要求さ
れている。

【０００３】従来のこの種のアルミナセラミックス基板
の製造方法の概略を説明する。まず、粒径３μｍ程度の
アルミナ粉末に焼結助剤、バインダー、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
より前記アルミナセラミックス基板を製造する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ア
ルミナセラミックス基板の製造工程において作製された
グリーンシートにあっては厚みのバラツキが大きい場合
があり、該厚みのバラツキは、タングステン等を含む導
体ペーストの塗布によってより拡大され、表面の凹凸が
大きくなる。すると焼成後においても前記表面の凹凸が
残存し、ピン付けおよびチップ搭載後のワイヤーボンデ
ィングが困難になるといった課題があった。また、前記
グリーンシートの厚みのバラツキが大きいと、積層時の
密着力が低下して前記焼成時にハガレが発生してしまう
といった課題があった。

【０００５】また、前記焼成時において、前記グリーン
シートの密度、厚みおよび配線量の不均一等により水平
方向の収縮率のバラツキ（以下、収縮バラツキと記す）
が生じると、焼成後におけるスルーホールおよび配線パ
ターンの適性位置の確保が困難となり、ピン付け時およ
びチップのワイヤーボンディング時にずれが起こる。ま
た、セラミックス基板中の上部のスルーホールと下部の
配線パターンにずれが生じ、断線あるいはショートし易
いという課題があった。

【０００６】一方、アルミナ粒径を３μｍ未満とすると
脱バインダー性が低下し、フクレが発生するという課題
があった。

【０００７】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、脱バインダー性を損なうことなくグリー
ンシートの厚みのバラツキおよび焼成時の収縮バラツキ
を確実に低減し、セラミックス基板の導体パターンの微
細化および導体パターンの寸法精度の向上を図ることが
でき、ピン付けおよびワイヤーボンディングを容易に
し、またハガレ、断線あるいはショートの発生を防止す
ることができるアルミナ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。

【０００８】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために本発明に係るアルミナセラミックス基板
の製造方法（１）は、粒径０．５〜１．５μｍのアルミ
ナ粉末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アルミナ
粉末と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒径
０．８〜２．４μｍの酸化Ｔｉを３〜１０重量部、及び
溶剤として沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダーに
対する溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用い
てスラリーを作製し、グリーンシート化した後、積層、
焼結させることを特徴としている。

【０００９】また、本発明に係るアルミナセラミックス
基板の製造方法（２）は、粒径０．５〜１．５μｍのア
ルミナ粉末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アル
ミナ粉末と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒
径０．８〜２．４μｍの酸化Ｃｒを３〜１５重量部、及
び溶剤として沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダー
に対する溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用
いてスラリーを作製し、グリーンシート化した後、積
層、焼結させることを特徴としている。

【００１０】また、本発明に係るアルミナセラミックス
基板の製造方法（３）は、粒径０．５〜１．５μｍのア
ルミナ粉末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アル
ミナ粉末と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒
径０．８〜２．４μｍの酸化Ｍｏを３〜２５重量部、及
び溶剤として沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダー
に対する溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用
いてスラリーを作製し、グリーンシート化した後、積
層、焼結させることを特徴としている。

【００１１】また、本発明に係るアルミナセラミックス
基板の製造方法（４）は、粒径０．５〜１．５μｍのア
ルミナ粉末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アル
ミナ粉末と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒
径０．８〜２．４μｍの酸化Ｗを３〜２５重量部、及び
溶剤として沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダーに
対する溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用い
てスラリーを作製し、グリーンシート化した後、積層、
焼結させることを特徴としている。

【００１２】上記アルミナセラミックス基板の製造方法
（１）〜（４）によれば、前記アルミナ粉末および前記
金属酸化物の粒子が小さいことからグリーンシート表面
の凹凸が小さくなり、グリーンシート厚みのバラツキを
確実に小さくすることができる。よって導体ペーストの
塗布後も前記凹凸が拡大されることがなく、焼成後に前
記凹凸が残存することがないので、ピン付けおよびチッ
プ搭載後のワイヤーボンディングを容易なものとするこ
とができ、積層後における焼成時のハガレの発生を阻止
することができる。

【００１３】また、前記金属酸化物の添加により焼成段
階における低温（１２００〜１３００℃程度）時のアル
ミナ焼結が阻害され、脱バインダー性が向上する。ま
た、前記焼成段階における高温（１３００〜１６００℃
程度）時においては前記金属酸化物が還元されて金属粒
子が昇華し、アルミナ焼結が促進される。

【００１４】以上から、アルミナ粒径を３μｍ未満とし
ても前記脱バインダー性の向上によりグリーンシート焼
成時の水平方向の収縮率のバラツキを確実に低減させる
ことができる。その結果、焼成後におけるスルーホール
および配線パターンの適正位置の確保が容易となり、ピ
ン付け時およびチップのワイヤーボンディング時のずれ
の発生を阻止することができる。また、セラミックス基
板中の上部のスルーホールと下部の配線パターンにずれ
が生ずることもなく、断線あるいはショートを低減する
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアルミナセラ
ミックス基板の製造方法の実施の形態を説明する。ま
ず、アルミナ粉末及び水をボールミルに入れ、アルミナ
粉末の粒径が０．５〜１．５μｍになるまで湿式粉砕を
行う。次に焼結助剤を所定量添加し、水を加えボールミ
ルで２４時間程度粉砕混合した後、乾燥させて解砕す
る。次にバインダー、可塑剤、及び溶剤を適量添加し、
ボールミルで混合し、スラリーとする。さらに該スラリ
ーに酸化Ｔｉ、酸化Ｃｒ、酸化Ｍｏ、及び酸化Ｗのうち
の１種を適量添加し、混合して最終的なスラリーを形成
する。

【００１６】その後、該スラリーの脱泡処理を５分間程
度行い、ドクターブレード法を用いてテープ形成を行
い、６０〜１２０℃で焼燥させてグリーンシートを作製
する。次に、適当な大きさにカットすると共に、スルー
ホール等を形成し、さらに導体ペーストを印刷する。そ
の後、グリーンシートを積層して積層体を形成し、還元
性雰囲気中、１６００℃程度の温度で焼成する。

【００１７】上記工程を含んで実施の形態に係るアルミ
ナセラミックス基板の製造が完了する。

【００１８】

【実施例および比較例】以下、本発明に係るアルミナセ
ラミックス基板の製造方法の実施例および比較例を説明
する。該アルミナセラミックス基板は下記の表１に示す
配合比の原料を用い、図１に示す作製方法により得るこ
とができる。

【００１９】

【表１】

【００２０】まず粒径０．５〜６．０μｍのアルミナ粉
末９０〜９５重量部、焼結助剤としてＳｉＯ₂ を２．５
〜５．０重量部、ＭｇＯを１．３〜３．０重量部および
ＣａＯを１．２〜３．０重量部添加し、合計で１００重
量部とする。次に水を加えボールミルで２４時間粉砕混
合し、乾燥させて解砕する。さらに、前記解砕物１００
重量部に対し、アクリル樹脂１２重量部、可塑剤（ＤＢ
Ｐ、ＤＢＭ等）３重量部、および溶剤（トルエンまたは
キシレンまたはその混合物）を２８重量部添加し、ボー
ルミルで混合し、スラリーとする。さらに前記アルミナ
と焼結助剤の合計１００重量部に対し粒径０．８〜７．
８μｍの金属酸化物（酸化Ｔｉ、酸化Ｃｒ、酸化Ｍｏ、
酸化Ｗ）を０〜３０重量部添加し、混合して最終的なス
ラリーとする。

【００２１】その後、該スラリーの脱泡を約５分間行
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、６０〜１２０℃で乾燥してグリーンシートを作
製する。この段階において各グリーンシートの厚みを測
定し、グリーンシート厚みバラツキを算出した。

【００２２】次に、前記方法により得られたグリーンシ
ートをカッターあるいは打ち抜き型により４×４ｃｍの
形状に加工し、さらに打ち抜き型等により所望の形状に
スルーホールを形成する。次に、配線用の導体ペースト
印刷を施し、５枚積層して積層体とする。積層時の温度
は約９０℃、プレス圧は約５０ｋｇ／ｃｍ² とした。こ
の後、１６００℃、Ｈ₂ ＋Ｎ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ雰囲気で前記積
層体を焼成し、焼成後の焼成密度を測定した。また、前
記焼成雰囲気としては、前記金属酸化物の還元のためＨ
₂ の比率を高くし、Ｈ₂ ：Ｎ₂ ＝７：３、露点３０℃
（３０℃における飽和水蒸気量を含む雰囲気）の還元性
雰囲気とした。

【００２３】前記金属酸化物の粒径は還元による酸素の
離脱および前記アルミナ粉末の粒径を考慮し、該アルミ
ナ粉末の粒径の３割増し程度の大きさのものを選択し
た。

【００２４】以下、アルミナ粉末の平均粒径とグリーン
シート厚みバラツキとの関係について説明する。前記平
均粒径はマイクロトラック法により粒度分布を測定し、
Ｄ５０（度数分布で５０％）の部分とした。また、前記
グリーンシート厚みバラツキに関してはグリーンシート
の幅方向の１５箇所とグリーンシートの進行方向の１０
箇所との交差部の合計１５０箇所について測定し、３σ
／２で算出した。

【００２５】表２は実施例および比較例に係るアルミナ
粉末の平均粒径とグリーンシート厚みバラツキとの関係
を調べた結果を示しており、比較例には＊を付してあ
る。

【００２６】また、表２に示した試料Ｎｏ．１〜７に関
しては前記金属酸化物として酸化Ｃｒを３重量部添加し
た。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかなように、アルミナ粉末の
平均粒径が０．５〜１．５μｍである試料Ｎｏ．１〜４
はグリーンシート厚みバラツキが±４〜８μｍと小さ
い。これに対しアルミナ粉末の平均粒径が２．２〜６．
０μｍである試料Ｎｏ．５〜７はグリーンシート厚みバ
ラツキが±１１〜２３μｍと大きくなっている。

【００２９】このように、実施例に係るアルミナセラミ
ックス基板の製造方法によれば、粒径０．５〜１．５μ
ｍのアルミナ粉末を用いるので、グリーンシート厚みバ
ラツキを確実に低減させることができる。

【００３０】次に、前記金属酸化物の添加量と焼成密
度、収縮バラツキおよび残存炭素量との関係を下記の表
３〜９に基づいて説明する。これら表３〜９中の試料Ｎ
ｏ．８〜５３に関してはいずれも平均粒径が０．５〜
１．５μｍのアルミナ粉末を用いた。

【００３１】焼成密度の測定にはアルキメデス法（水中
で試料を煮沸して水を吸収させる方法）を用いた。ま
た、収縮率の計算は下記の数１式に基づいて行い、所定
の３０箇所について前記収縮率を測定し、３σ／２で収
縮バラツキを算出した。

【００３２】

【数１】

【００３３】一般にアルミナセラミックス基板の前記焼
成密度は３．６０ｇ／ｃｍ³ 以上あるのが望ましく、収
縮バラツキは±０．４０％以内が望ましい。表３、５、
７、９においては焼成密度、収縮バラツキのいずれもが
前記適正範囲内である試料を適とし、それ以外を不適と
して不適のものには＊を付した。

【００３４】表３は実施例及および比較例に係る酸化Ｔ
ｉの添加量と焼成密度、収縮バラツキとの関係を調べた
結果を示しており、表４は実施例および比較例に係る酸
化Ｔｉの添加量と残存炭素量との関係を調べた結果を示
している。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】表３から明らかなように、酸化Ｔｉの添加
量が３．０〜１０．０重量部である試料Ｎｏ．１０〜１
３は焼成密度、収縮バラツキのいずれも適正範囲内であ
った。これに対し、酸化Ｔｉの添加量が３．０重量部よ
り少ない試料Ｎｏ．８、９の焼成密度は適正範囲内であ
ったが、収縮バラツキが±０．４１〜０．５１％とな
り、十分に低減することはできなかった。また、酸化Ｔ
ｉの添加量が１０．０重量部より多い試料Ｎｏ．１４〜
１８は焼成密度は若干低下しただけであるが、収縮バラ
ツキが±０．４２〜０．９３％と大きくなり、基板とし
て不適なものであった。

【００３８】また、表４から、酸化Ｔｉの添加量を適正
に制御することによって、残存炭素量が少なくなり、脱
バインダー性が向上することがわかる。

【００３９】表５は本実施例および比較例に係る酸化Ｃ
ｒの添加量と焼成密度および収縮バラツキとの関係を調
べた結果を示しており、また表６は実施例および比較例
に係る酸化Ｃｒの添加量と残存炭素量との関係を調べた
結果を示している。

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】表５から明らかなように、酸化Ｃｒの添加
量が３．０〜１５．０重量部である試料Ｎｏ．２１〜２
６は焼成密度、収縮バラツキのいずれも適正範囲内であ
った。これに対し、酸化Ｃｒの添加量が３．０重量部よ
り少ない試料Ｎｏ．１９、２０は焼成密度は適正範囲内
であったが、収縮バラツキが±０．４１％となり、十分
に低減することはできなかった。また、酸化Ｃｒの添加
量が１５．０重量部より多い試料Ｎｏ．２７〜２９は焼
成密度が小さくなり、収縮バラツキも±０．４１〜０．
８５％とかなり大きくなり、基板として不適なものであ
った。

【００４３】また、表６から酸化Ｃｒの添加量が多い
程、残存炭素量は少なくなり、脱バインダー性が向上す
ることがわかる。本結果により酸化Ｃｒの添加量は１
０．０〜１５．０重量部がより好ましい。

【００４４】表７は実施例および比較例に係る酸化Ｍｏ
の添加量と焼成密度および収縮バラツキとの関係を調べ
た結果を示しており、表８は実施例および比較例に係る
酸化Ｍｏの添加量と残存炭素量との関係を調べた結果を
示している。

【００４５】

【表７】

【００４６】

【表８】

【００４７】表７、８から明らかなように、酸化Ｍｏの
添加量が３．０〜２５重量部である試料Ｎｏ．３２〜４
０は焼成密度、収縮バラツキのいずれも適正範囲内であ
った。これに対し、酸化Ｍｏの添加量が３．０重量部よ
り少ない試料Ｎｏ．３０、３１は焼成密度は適正範囲内
であったが、収縮バラツキが±０．４１％となり、十分
に低減することはできなかった。また、酸化Ｍｏの添加
量が２５．０重量部より多い試料Ｎｏ．４１では焼成密
度は適正範囲内であったが、収縮バラツキが大きくなり
すぎるので、基板として不適なものであった。

【００４８】また、表８から酸化Ｍｏの添加量が多い
程、残存炭素量は少なくなり、脱バインダー性が向上す
ることがわかる。本結果より酸化Ｍｏの添加量は１０．
０〜２５．０重量部がより好ましい。

【００４９】表９は実施例および比較例に係る酸化Ｗの
添加量と焼成密度および収縮バラツキとの関係を調べた
結果を示しており、表１０は実施例および比較例に係る
酸化Ｗの添加量と残存炭素量との関係を調べた結果を示
している。

【００５０】

【表９】

【００５１】

【表１０】

【００５２】表９から明らかなように、酸化Ｗの添加量
が３．０〜２５．０重量部である試料Ｎｏ．４４〜５２
は焼成密度、収縮バラツキのいずれも適正範囲内であっ
た。これに対し、酸化Ｗの添加量が３．０重量部より少
ない試料Ｎｏ４２、４３は焼成密度は適正範囲内であっ
たが、収縮バラツキが±０．４１％となり、十分に低減
することはできなかった。また、酸化Ｗの添加量が２
５．０重量部より多い試料Ｎｏ．５３では焼成密度は適
正範囲内であったが、収縮バラツキが大きくなりすぎる
ので、基板として不適なものであった。

【００５３】また、表１０から酸化Ｗの添加量が多い
程、残存炭素量は少なくなり、脱バインダー性が向上す
ることがわかる。本結果より酸化Ｗの添加量は１０．０
〜２５．０重量部がより好ましい。

【００５４】以上説明したように、実施例に係るアルミ
ナセラミックス基板の製造方法によれば、前記アルミナ
粉末および前記金属酸化物の粒子が小さいことからグリ
ーンシート表面の凹凸を小さくすることができ、グリー
ンシート厚みのバラツキを確実に低減することができ
る。

【００５５】また、前記金属酸化物の添加により焼成段
階における低温（１２００〜１３００℃程度）時のアル
ミナ焼結が阻害され、脱バインダー性が向上される。ま
た、前記焼成段階における高温（１３００〜１６００℃
程度）時においては前記金属酸化物が還元されて金属粒
子が昇華し、アルミナ焼結が促進される。よってアルミ
ナ粒径を３μｍ未満としても前記脱バインダー性の向上
によりグリーンシート焼成時の収縮を確実に低減させる
ことができる。

【００５６】これにより、焼成後におけるスルーホール
および配線パターンの適正位置の確保が容易となり、ピ
ン付け時およびチップのワイヤーボンディング時にずれ
が起こることがない。また、セラミックス基板中の上部
のスルーホールと下部の配線パターンにずれが生ずるこ
ともなく、断線あるいはショートを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るアルミナセラミックス基
板の製造方法を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径０．５〜１．５μｍのアルミナ粉
末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アルミナ粉末
と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒径０．８
〜２．４μｍの酸化Ｔｉを３〜１０重量部、及び溶剤と
して沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダーに対する
溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用いてスラ
リーを作製し、グリーンシート化した後、積層、焼結さ
せることを特徴とするアルミナセラミックス基板の製造
方法。
【請求項２】粒径０．５〜１．５μｍのアルミナ粉
末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アルミナ粉末
と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒径０．８
〜２．４μｍの酸化Ｃｒを３〜１５重量部、及び溶剤と
して沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダーに対する
溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用いてスラ
リーを作製し、グリーンシート化した後、積層、焼結さ
せることを特徴とするアルミナセラミックス基板の製造
方法。
【請求項３】粒径０．５〜１．５μｍのアルミナ粉
末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アルミナ粉末
と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒径０．８
〜２．４μｍの酸化Ｍｏを３〜２５重量部、及び溶剤と
して沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダーに対する
溶解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用いてスラ
リーを作製し、グリーンシート化した後、積層、焼結さ
せることを特徴とするアルミナセラミックス基板の製造
方法。
【請求項４】粒径０．５〜１．５μｍのアルミナ粉
末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、前記アルミナ粉末
と前記焼結助剤の合計１００重量部に対して粒径０．８
〜２．４μｍの酸化Ｗを３〜２５重量部、及び溶剤とし
て沸点６０〜２００℃でかつ前記バインダーに対する溶
解性の良好な化合物又はこれらの混合物を用いてスラリ
ーを作製し、グリーンシート化した後、積層、焼結させ
ることを特徴とするアルミナセラミックス基板の製造方
法。