JPS627507B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、多層セラミツク（MLC）技術、よ
り詳しくいえば、プロセス制御、特にグリーン・
セラミツク・シート材料中の溶媒濃度を非破壊的
に監視するための方法に関するものである。 MLC技術では、穿孔されスクリーンされた複
数のグリーン・セラミツク・シートを重ね、続い
て焼結雰囲気にさらして接着剤および他の有機成
分を焼き払い、セラミツク粒子を融着させる。グ
リーン・シートを重ねる前に適正に乾燥しない
と、焼結操作中にシートが分離して内部回路の連
続性を破壊し、基板を役立たないものにしてしま
うことがある。本発明は、グリーン・セラミツ
ク・シートの溶媒含量をチエツクし監視する助け
となるものである。 背景技術 多層セラミツク技術はよく知られており、複数
の集積回路半導体装置が機能できる状態で結合す
るように基板に内部回路構成を取付けるのに使用
される。MLC基板は、また基板の内部回路構成
を連関された電気素子と電気的に結合するための
ピンなどの接続手段をも備えている。米国特許第
3726002号、第3838204号、第3999004号および同
時係属特許出願S.N.053477号はMLC基板を製造
するための様々な技術ならびに様々なMLC基板
の特徴を記載し、特許請求している。 この技術においては、セラミツクのグリーン・
シート、すなわち一時的有機接着剤によつてシー
ト形に結合したセラミツク粉末を通常はスクリー
ン・プリンテイングによつて耐火性金属で金属化
する。金属化したシートを積み重ねて焼成し、内
部回路を備えたモノリシツク・ユニツトを形成す
る。この技術により、セラミツク基板中の従来は
使用できないあるいは接近できないスペースであ
つた所に三次元配線を行なうことが可能になつ
た。基板上に支持される半導体装置がより小さく
また複雑になつていくにつれて、それを支持する
MLC基板中により密で複雑な内部回路構成をも
たらす必要が大きくなつている。このことから、
また内部回路構成の連続性を確保するための加工
要件が緊要となつている。 本発明 本発明の１目的は、セラミツク・グリーン・シ
ートの溶媒濃度をグリーン・シートを破壊しない
で決定するための新しい方法をもたらすことであ
る。 本発明の第２の目的は、セラミツク・グリー
ン・シートおよびスクリーンされたグリーン・シ
ートの乾燥後の溶媒を監視するための、簡単で迅
速な自動化できるプロセスをもたらすことであ
る。 本発明の第３の目的は、グリーン・セラミツ
ク・シートの溶媒含量を監視するための新しい装
置をもたらすことである。 本発明のセラミツク・グリーン・シートの溶媒
含量を監視するためのプロセスによればグリー
ン・シートを、たるみを大きくあるいは小さくす
るための追加的な力をかけてあるいはかけずにそ
の一部が重力によつて自由にたるむことができる
ように支持し、シートの自由にたるむことができ
る部分のたるみ率を測定してそのたるみ率を試験
中のグリーン・シートの溶媒含量に対するたるみ
率の相関標準と比較して受容可能性を決定する。 本発明を実施したグリーン・シートの溶媒含量
を監視するための装置は、グリーン・シートをそ
の一部が自由にたるむことができるように支持す
るための手段、およびグリーン・シートのたるみ
率を測定するための手段を備えている。 MLCの製造では粒子状セラミツクおよびガラ
ス材料、ポリビニルブチラールなどの有機接着
剤、この接着剤用の溶媒、および可塑剤を含むス
ラリーからグリーン・セラミツク・シートをドク
ター・ブレードする。ドクター・ブレード操作の
次に連続リボン状の鋳造シートを乾燥して大部分
の溶媒を取除く。得られるシートは比較的柔軟で
ある。乾燥されたシートを穿孔して貫通孔を形成
し、片面または両面にパターンをスクリーンし、
同時に貫通孔を充填する。続いて、グリーン・シ
ートを集めて圧縮し、余分のシートを切り揃え
る。得られたグリーン基板を次に1250℃〜1600℃
の範囲の温度で接着剤、残つている溶媒および可
塑剤を除去するのに充分な時間の間焼結し、ガラ
スおよびセラミツク粒子を融着させてモノリリツ
ク構造にする。 グリーン・セラミツク・シートが時折り焼結操
作中に分離することが観察されている。研究の結
果、この分離は少くとも部分的にはシート中の過
剰の溶媒によつて起こることがわかつている。シ
ート中の溶媒含量は、元々スラリー中にあつた溶
媒を取除くためのドクター・ブレード後のグリー
ン・シートの乾燥の不充分さ、あるいは貫通孔を
穿孔した後にシート上にスクリーンされたペース
トからの溶媒によるものである。後者の溶媒ソー
スは、各シート上でスクリーンされた導電性ペー
ストならびにそれに付随する溶媒の量がシートの
性質に応じて変動するために、最も厄介である。
例えば、グラウンド・ブレーン・シートおよびパ
ワー・プレーン・シート上では、大量の導電性ペ
ーストがシート上でスクリーンされる。それとは
対照的に、信号回線用のＸおよびＹ線をもたらす
シートでは、導電ペーストの量は少ない。同じ乾
燥時間でも、ある種のシートには充分であるが、
別のシートでは不充分なことがある。ペースト溶
媒はその蒸気圧が低く、またそれがグリーン・シ
ートと相互作用し、あるいはその中に拡散するた
めに、乾燥操作中に取除くのが難しい。 大量生産の環境では、乾燥要件の異なる各グリ
ーン・セラミツク・シートが焼結前または焼結中
にシートの分離が起らないように充分に低い溶媒
含量となることを確保するのは難しい。シート加
工中の人間による誤まりの他に、シート中の溶媒
濃度を受容れられないほど高いレベルにする他の
フアクターも生じ得る。例えば、乾燥条件は、天
候、湿度、温度などによつて変わり、また乾燥装
置がよく機能しないこともある。基板中で唯一カ
所破壊が生じても、導線の連続性が断たれ、それ
が無価値になるので、問題は重大である。グリー
ン・シートの過剰乾燥は、可塑剤をセラミツク・
グリーン・シートから追出してしまい、シートの
取扱いおよび安定性に悪影響を及ぼすので、避け
なければならない。 従つて、積層の分解を防止するには、グリー
ン・シートの溶媒含量を監視することが明らかに
重要である。その上、溶媒濃度の大幅な変動は、
シートの寸法安定性および取扱い制御に悪影響を
及ぼす。貫通孔および導線の寸法が小さくなるに
つれて、寸法安定性はより重大になつてくる。 従来の溶媒濃度を決定するための寸法は、秤量
によるものであり、時間がかかり退屈で試験する
シートを破壊する。このプロセスは、(1)穿孔され
たシートを秤量する、(2)スクリーンされたシート
を秤量する、および(3)乾燥したスクリーンされた
シートを秤量することからなつている。ペースト
の溶媒濃度がわかつていると、乾燥後にシート中
に残つている溶媒は、上記の３つの秤量プロセス
の値から計算できる。シートの重量は除去される
溶媒に比べて大きいので、このプロセスは非常に
正確ではない。その上、秤量の制限条件から、通
常はシートの１部のみを秤量することが必要とな
り、シートを破壊することになる。このように、
このプロセスは、製造ライン上でのグリーン・シ
ートのルーチン監視には適していない。 本発明の監視プロセスは、スクリーンする導電
性ペースト中の溶媒ならびに元のセラミツク・ス
ラリー中の溶媒が接着剤樹脂材料を軟化させ、そ
れによつてシート中のセラミツクおよびガラス粒
子のより大きな相対運動を可能にするという考え
方に基づくものである。この固体粒子のより自由
な運動が、シートの支持されていない部分のたる
みの率に直接関係することがわかつている。 このプロセスを実施するに当つては、シートの
一部がたわむことができるようにシートを支持す
る一貫したやり方を決定しなければならない。よ
り有利な方法は、摩擦を少なくするために丁寧に
研摩した２本の間隔を置いて配置したロツド上に
セラミツク・シートを支持することである。この
有利な構造を図面の第１図および第２図に示して
ある。 第１図には、グリーン・シートのたるみ率を検
出するための装置の良好な実施例を図示してあ
る。この装置は、表面を丁寧に研摩した、この本
の間隔を置いて配置されたロツド１０および１２
からなり、その上に試験すべきグリーン・シート
１４を載せる。グリーン・シート１４の真上に
は、顕微鏡１６が配置され、その対物レンズ１８
はシートの方を向き、接眼レンズ２０はオペレー
タによつてシートを見るために位置調節されてい
る。また、顕微鏡の焦面の位置を示すために適当
な目盛りのついたノブ２２がついている。操作に
際しては、評価すべきセラミツク・グリーン・シ
ートをロツド１０および１２上に載せ、シートを
予め定めた時間の間たるませ、顕微鏡をシートの
中央の位置が決定できるように焦点合せする。シ
ートの中点は、ノブ２２の目盛から決定される。
顕微鏡のノブ２２は、ロツド１０および１２の頂
面と同じ平面レベル上の焦点がゼロとなるように
予めセツトしておく。シート中点の変化は、シー
トがたるんだ距離を示す数字をノブ２２から読取
ることによつて、容易に決定できる。顕微鏡は、
顕微鏡の真下に中央開口のある剛板をバー１０お
よび１２上に置くことによつて、うまくゼロにセ
ツトすることができる。剛体の底面には第２の材
料シートがついており、顕微鏡によつてその表面
を焦点合せすることができる。顕微鏡を開口上に
焦点合せすると、ノブはゼロにセツトされる。こ
うして、グリーン・セラミツク・シートがたるむ
距離を決定することができる。シート１４のたる
み率は、たるみの距離をシートをバーに載せた後
測定を行なう時間と組合せると、決定できる。未
知のシートのたるみ率の比較標準は、要求される
仕様の範囲内の溶媒濃度をもつセラミツク・グリ
ーン・シートを置くことによつて決定される。標
準のたるみ率は、第１図の装置でその後のシート
を評価するために使用される。 次に第２図には、本発明の装置の自動監視に適
合する実施例を図示してある。プラツトフオーム
３０は、できればスクリーニング操作の次にグリ
ーン・シートを乾燥装置から運搬するライン中に
配置するとよい。スクリーンされたグリーン・シ
ート１４を間隔を置いて配置された引込んだロツ
ド２４および２６の上方に位置設定する。次にク
ロスバー２８に作用する適当なリフト機構（図示
せず）によつて、ロツドを一斎に持上げる。クロ
スバー２８は、Ｈだけ持上げられ、それによつて
シート１４を点線で示した位置に持上げる。予め
定めた時間間隔の後、適当なセンサー３２でシー
ト１４の中央部分の表面の位置を検出する。セン
サー３２は、プラツトフオーム３０の頂面からシ
ート表面までの距離を決定することのできる任意
の適当な装置とすることができる。典型的な場
合、センサーは距離を決定するためにシートから
反射される音波を使用することができる。この種
のセンサーはよく知られており、その構造自体は
本発明の１部を構成するものではない。 本発明の実施に際しては、適当な溶媒含量を含
むと考えられる特定のグリーン・シートについ
て、所与の時間間隔にわたる、あるいは所与の瞬
間におけるたるみ率の相関関係を決定する。でき
れば、適当な溶媒濃度の複数のシートをチエツク
してたるみ率のデータの平均から相関関係を決定
するとよい。明らかに、シートの厚さ、スラリー
の組成およびスラリーの成分が異なると違つた相
関関係が得られるはずである。例えば所与の濃度
の所与の溶媒が、異なる樹脂接着剤に対して異な
る効果を持つ。また異なるセツトのグリーン・シ
ート中の異なる量の可塑性も、たるみ率に影響を
与える。たるみ率の標準は、物理的寸法および成
分の濃度が様々なシートの各グループで望みの溶
媒濃度について求めなければならない。 本発明のプロセスは、任意の適当な厚さのグリ
ーン・セラミツク・シート、できれば厚さが1.52
〜0.07mmの範囲内、特に0.38〜0.15mmのシートに
適用できる。最も良好な実施例では、シートを５
〜15cmの範囲の間隔を置いて配置したロツド上に
支持する。しかしながら、シートを支持する他の
方法も、本発明を実施する際に使用することがで
きる。 以下の例は、本発明を実施する良好なやり方を
例示するために示したものであり、本発明の特許
請求の範囲を不当に制限するものではない。 実 例 Al₂O₃とガラス・フリツト粒子、ポリビニルブ
チラール樹脂、メチルアルコールおよびメチルイ
ソブチルケトン溶媒、ならびに可塑剤の混合物を
含むスラリーから、20枚のグリーン・セラミツ
ク・シートを調製した。各々185mm²のシートを乾
燥して貫通孔を穿孔し、表面積の約30％を覆う導
電性ペーストでスクリーンした。 導電性ペーストは、85重量％のモリブデンおよ
び三酸化モリブデン粒子ならびに7.3％のインク
オイル溶媒からなるものであつた。インクオイル
は、AMSCO10−550インクオイルの名称で市販
されているAmerican Mineral Spirits Company
の製品である。各シート上の導電性ペーストの総
重量は、約２ｇであつた。乾燥前の全溶媒は、各
シート上に沈着させたペースト中で0.14ｇであつ
た。各グリーン・セラミツク・シートを４枚ずつ
の５つのグループに分けて各グループを、バツ
チ・ドライヤー中で毎分30メートルの空気流中で
75℃で異なる時間間隔で乾燥した。乾燥後のシー
トを約12cmの間隔を置いて配置した一対のロツド
上に置き、上記で説明し第１図に図示した装置で
たるみ率を10秒間にわたつて決定した。その直後
に、各シートの１部を切断してシートの溶媒濃度
を秤量法で決定した。シートの各部分を秤量し、
シートを75℃で60分間乾燥して残つている溶媒を
逐出し、再びシートを秤量した。次に、乾燥前と
乾燥後のシート重量の差を算出してシートの試験
的にシート中に保持されている溶媒を決定した。
次に、４枚のシートの平均を算出し、下記の結果
を得た。

【表】 保持溶媒をたるみ率に対してプロツトしたが、
これは監視中のシートが例で定めたシートと同じ
種類の場合に、試験するシート中の溶媒濃度を決
定するのに使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、グリーン・シートの溶媒含量を決定
するための装置実施例を示したものであり、監視
のためのプロセスをも図示している。第２図は、
自動化に適合する、本発明の溶媒を監視するため
の装置の第２の実施例を図示したものである。 １０，１２……ロツド、１４……グリーン・シ
ート、１８……対物レンズ、２０……接眼レン
ズ、２２……ノブ、２８……クロスバー、３０…
…プラツトフオーム、３２……センサー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒子状セラミツク材料、有機接着剤樹脂、樹
   脂と相互作用する溶媒を含む、セラミツク・グリ
   ーン・シートの溶媒含量を決定する方法であつ
   て、 セラミツク・グリーン・シートの１部が支持な
   しで自由にたるむことができるように該セラミツ
   ク・グリーン・シートを部分的に支持し、 セラミツク・グリーン・シートの該部分のたる
   み率を測定し、 溶媒濃度決定のため上記たるみ率を同様のセラ
   ミツク・グリーン・シートの溶媒含量に対するた
   るみ率の相関標準と比較することからなる、 セラミツク・グリーン・シートの溶媒含量決定方
   法。