JP2881018B2 - セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミックス基板の製造方法に関し、特にセ
ラミックス製グリーンシートを積層して同時焼成するセ
ラミックス多層配線板の製造方法に関する。

［従来の技術］ 昨今、セラミックス焼結体のうち、特に窒化アルミニ
ウム焼結体が電気絶縁性、熱伝導性、寸法安定性、機械
的強度等に優れていることから、窒化アルミニウム多層
配線板の開発が盛んに行われている。

従来、窒化アルミニウム多層配線板は、窒化アルミニ
ウム製グリーンシートにパンチング加工を施してスルー
ホール形成用孔を形成し、この孔内に主としてタングス
テンと分散溶媒とからなるペーストを充填した後、かか
るグリーンシートを複数枚積層した状態で常圧にて同時
焼成することにより、製造されている。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、窒化アルミニウムの成形体は焼成時に収縮を
伴うが、前記積層成形体を常圧焼成する場合、積層成形
体の最表層に配置されるグリーンシートのスルーホール
形成用孔内に充填されたペーストが、窒化アルミニウム
の収縮応力によって前記孔の開口部分から盛り上がり、
導電性粒子が孔内に十分に緻密な状態で定着されず、そ
のためにスルーホール抵抗を増大させるという問題があ
った。

特に、本発明者らは、グリーンシートに開孔された、
スルーホールよりも大径のパッド孔にタングステンペー
ストを充填し、グリーンシート積層後の同時焼成によっ
て、外部引出しピンを固着するためのピンパッドを一体
成形した多層配線板を開発中であるが、タングステンペ
ーストが充填される前記パッド孔の内径が大きくなる
程、上記問題は深刻なものとなっている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目
的は、セラミックス基板の焼成時における収縮等にかか
わらず、基板の孔内に導電性粒子を緻密に充填して、ス
ルーホール抵抗の低いセラミックス基板を簡便かつ確実
に製造することができるセラミックス基板の製造方法を
提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］ 上記課題を解決するために本発明は、予め開孔された
セラミックス製グリーンシートの孔内に、導電性粒子を
含有するペーストを充填した後、このグリーンシートの
ペーストが露出される側に、前記グリーンシートと同一
組成からなるダミー層を形成して常圧焼成を施し、その
後、このダミー層を研削除去することによりセラミック
ス基板を製造している。

この方法によれば、グリーンシートの孔内に充填され
たペーストは、ダミー層によってグリーンシートの孔に
密閉された状態で常圧焼成される。前記ダミー層はグリ
ーンシートと同一組成からなるため、常圧焼成によるグ
リーンシート及びダミー層の収縮に伴い、前記孔内に充
填されたペーストは全ての方向から同じように圧縮され
る。それ故、ダミー層がない場合に生じるペーストの盛
り上がり等が未然に防止され、該孔内には導電性粒子が
緻密な状態で定着される。焼成後、前記ダミー層を研削
除去することにより、スルーホール抵抗の低いセラミッ
クス基板が得られる。

前記グリーンシートを複数枚積層し、その最外層に位
置するグリーンシートに対して前記ダミー層を形成する
ことは好ましい。

これにより、スルーホール抵抗等の品質の安定したセ
ラミックス多層配線板が常圧同時焼成によって形成され
る。

前記ダミー層は、開孔のないグリーンシートを積層し
たものであることが好ましい。

これにより、予め開孔されたセラミックス製グリーン
シートと同一組成からなえるダミー層が簡便に形成され
る。また、グリーンシートの積層枚数を変更することに
より、ダミー層の厚さが容易に調節される。

尚、前記ダミー層については、前記グリーンシートと
同一組成の原料組成物に有機溶剤等の溶媒を配合し、混
練して得たスラリーを、直接グリーンシートのペースト
露出面に塗布し、その後、乾燥することによって形成し
てもよい。

前記ダミー層の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲であること
が望ましい。

この厚さが0.2mm未満では、前記孔にペーストが充填
されたグリーンシートが焼成によって収縮する際に、該
孔の内周面がペーストを圧縮する力に比して、ダミー層
がペーストを圧縮する力が小さくなり、ペーストの盛り
上がりを十分に防止することができない。一方、ダミー
層の厚さが1.5mmを超えると研削除去量が多くなり作業
性が低下する。

本発明を適用可能なセラミックスとしては、窒化アル
ミニウム、アルミナ、窒化珪素等があげられるが、特に
窒化アルミニウムであることが好ましい。

窒化アルミニウムは、前述のように電気絶縁性等に優
れ、基板材料として好適であるのみならず、常圧焼成時
の収縮率が大きく、本発明の利用価値が極めて高いから
である。

また、前記導電性粒子としては、タングステン、モリ
ブデン、タンタル、ニオブ等があげられるが、特にタン
グステンであることが好ましい。

さて、前記導電性粒子を含有するペーストは、前記導
電性粒子に、アクリル系バインダー、エーテル系の溶
剤、ブチラール、グリコール等の分散溶媒、及び必要に
応じて、ひまし油、ポリビニルアルコール等のチクソ剤
等を適宜配合して調製される。

ここで、セラミックスとして窒化アルミニウムを使用
し、導電性粒子としてタングステンを使用する場合、乾
燥後におけるタングステンの空間占有率が35〜45％のペ
ーストとすることが望ましい。このようなペーストとす
ることにより、ペーストの焼成による収縮率が、窒化ア
ルミニウムの常圧焼成による収縮率とほぼ一致し、両者
の収縮率の違いによって焼成基板にクラックが発生する
ことが未然に防止されるからである。

前記導電性粒子を含有するペーストは、メタルマスク
やメッシュマスクを使用したスクリーン印刷等によっ
て、グリーンシートの孔内に充填される。

このグリーンシートの孔は、スルーホール形成用孔の
ようにその内径が0.1mm程度と非常に小さいものから、
セラミックス基板に直接ピンパッドを一体形成するため
のパッド形成用孔のようにその内径が1.0〜2.0mm程度と
非常に大きなものであってもよい。しかし、これら孔の
径が大きすぎると、グリーンシートのパンチング時に形
成される孔間にクラックが入り易くなる。

また、焼成後のダミー層の研削除去は、平面研削、ラ
ップ仕上げ加工等によってなされる。

以下に、本発明を具体化した実施例及び比較例につい
て説明する。

［実施例］ （グリーンシートの作製） 純度99％、平均粒径が約1.1〜1.5μｍの窒化アルミニ
ウム粉末100重量部に、平均粒径が２〜３μｍの酸化イ
ットリウムを５重量部、アクリル系バインダーを８〜15
重量部、並びに、トルエン、エタノール及び酢酸エチル
を配合し、ボールミルにて12〜60時間混練して原料スラ
リーを調製した後、シートキャスティング法によって複
数枚のグリーンシート（長さ80mm×幅80mm×厚さ0.5m
m）を作製した。

恥部のグリーンシートを除き、各グリーンシートにパ
ンチング加工を施し、それぞれに多数の孔を透設した。
即ち、第１図に示すように、内径が0.2mmのスルーホー
ル形成用孔１を形成したグリーンシート２と、内径1.4m
mのパッド孔３を形成したグリーンシート４とを作製す
ると共に、孔を全く設けていないグリーンシート５を用
意した。ここで、前記パッド孔３とは、ピングリッドア
レイを作製する際に、多層配線板に外部引出しピンを固
着するためのパッドを多層配線板に一体形成するための
孔である。

（タングステンペーストの充填） 平均粒径が0.3μｍのタングステン微粒子100重量部
に、10重量％のアクリル系バインダーが配合されたエー
テル系の溶剤からなる混合溶媒を５〜10重量部と、ひま
し油0.1〜0.5重量部とを配合し、その混合物を三本ロー
ル混合機にて約１時間混練することにより、タングステ
ンペーストを調製した。このペーストは、前記混合溶媒
を乾燥除去した時の密度が7.5〜8.0g/cm³であり、その
際のタングステン微粒子の理論空間占有率が約40％とい
うものである。

そして、前記各グリーンシート2,4にスクリーン印刷
を施すことにより、前記スルーホール形成用孔内１及び
パッド孔３内にタングステンペースト６を充填した。

（多層配線板の作製） 第１図に示すように、スルーホール形成用孔１を有す
る複数枚のグリーンシート２を順次積層し、その上にパ
ッド孔３を有するグリーンシート４を２枚積層した。こ
の最上層のグリーンシート４によって多層配線板の表層
部が構成される。更に、前記グリーンシート４の上に、
孔のないグリーンシート５を複数枚積層してダミー層
（厚さ1mm）を形成し、これらのグリーンシート2,4,5に
より積層成形体７を形成した。

そして、加熱乾燥を施して積層成形体７中の溶剤を乾
燥させると共に、グリーンシート2,4のスルーホール形
成用孔１内及びパッド孔３内にタングステン微粒子を定
着させた。

続いて、この積層成形体７を常圧窒素ガス雰囲気中で
350〜1650℃の温度で加熱することにより、グリーンシ
ート中のバインダーを分解除去（脱脂）した後、1750℃
にて２時間常圧焼成した。その後、前記ダミー層を平面
研削及びラップ加工によって研削除去することにより、
第２図に示すような窒化アルミニウム多層配線板を得
た。

このようにして得られた多層配線板の平面寸法を測定
したところ、全体の収縮率は14％であった。また、パッ
ド孔の収縮率もほぼ14％であり、多層配線板の全体とし
ての収縮率とパッド孔の収縮率とがほぼ一致した。

尚、この多層配線板の外観を肉眼にて観察したが、ク
ラック等は一切観察されなかった。

［比較例］ 前記実施例と全く同様の手順を経て、多層配線板を作
製した。但し、積層成形体７には前述のようなグリーン
シート５によるダミー層を形成することなく、パッド孔
３が形成されたグリーンシート４のペースト充填部を露
出させたまま、常圧焼成を施して多層配線板を得た。

このようにして得られた多層配線板の平面寸法を測定
したところ、全体の収縮率は14％であっのに対し、パッ
ド孔３の収縮率はほぼ12％であり、多層配線板の全体と
しての収縮率とパッド孔の収縮率とに開きが生じた。

尚、この多層配線板の外観を肉眼にて観察したとこ
ろ、クラック等は一切観察されなかったものの、パッド
部の表面にはタングステンの盛り上がり８が観察され
た。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、セラミックス基
板の焼成時における収縮等にかかわらず、基板の孔内に
導電性粒子を緻密に充填して、スルーホール抵抗の低い
セラミックス基板を簡便かつ確実に製造することができ
るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した実施例のダミー層を有する
積層成形体を示す部分断面図、第２図は同じくダミー層
を除去した後の多層配線板を示す部分断面図、第３図は
比較例における多層配線板を示す部分断面図である。 １……スルーホール形成用孔、2,4……グリーンシー
ト、３……パッド孔、５……ダミー層としてのグリーン
シート、６……タングステンペースト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/46 B28B 11/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め開孔されたセラミックス製グリーンシ
   ート（2,4）の孔（1,3）内に、導電性粒子を含有するペ
   ースト（６）を充填した後、このグリーンシート（2,
   4）のペースト（６）が露出される側に、前記グリーン
   シート（2,4）と同一組成からなるダミー層（５）を形
   成して常圧焼成を施し、その後、このダミー層（５）を
   研削除去することを特徴とするセラミックス基板の製造
   方法。
2. 【請求項２】前記グリーンシート（2,4）を複数枚積層
   し、その最外層に位置するグリーンシート（４）に対し
   て前記ダミー層（５）を形成することを特徴とする請求
   項１に記載のセラミックス基板の製造方法。
3. 【請求項３】前記ダミー層は、開孔のないグリーンシー
   ト（５）を積層したものであることを特徴とする請求項
   １又は２に記載のセラミックス基板の製造方法。
4. 【請求項４】前記ダミー層（５）の厚さは0.5〜1.5mmの
   範囲であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一
   項に記載のセラミックス基板の製造方法。
5. 【請求項５】前記セラミックスが窒化アルミニウムであ
   り、前記導電性粒子がタングステンであることを特徴と
   する請求項１乃至４の何れか一項に記載のセラミックス
   基板の製造方法。