JPH0131320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多層セラミツク基板の製造方法に関す
る。特にグリーンシートの収縮率に方向性がある
ことにより起る問題を解決するための改良方法に
関する。

多層セラミツク基板を製造する普通の方法は、
まずセラミツク材料を可撓テープ（グリーンシー
ト）に形成し（キヤステイング）、このグリーン
シートと称するテープを150mm×150mm角あるいは
200mm×200mm角等の適当な大きさに打ち抜く。こ
のグリーンシートには打ち抜きと同時に位置合わ
せ用ガイド穴も打ち抜かれる。このとき打ち抜か
れたグリーンシートは打ち抜き装置とキヤステイ
ング装置との位置関係で、キヤステイング方向に
対して方向づけされる。所要の大きさに打ち抜か
れたグリーンシートにガイド穴を位置合わせ軸と
して、所要の位置にパンチあるいはドリルで穴明
けし、さらにタングステンあるいはモリブデン等
の高融点金属の導電ペーストで回路パターンを印
刷する。このとき、穴明けされた穴に導電ペース
トが充填され、グリーンシート上下間の電気的通
路となる。そしてこのようにして種々の回路パタ
ーンを印刷した複数のグリーンシートをガイド穴
で位置合わせして積み重ね、適当な圧力および温
度のもとで加圧する。積層したグリーンシートは
多層セラミツク基板の最終形状に切断され、焼結
工程に移る。焼結は２段階からなり、第１段階は
500〜700℃の酸化雰囲気中でグリーンシートの有
機バインダーを熱駆除し、第２段階は1500〜1600
℃の環元雰囲気中で、アルミナおよびタングステ
ンあるいはモリブデン等の導電材料を焼結する。
この焼結時、セラミツクの粒成長や有機バインダ
ーの飛散により収縮する。この収縮率はセラミツ
ク原料の組成、粒度、バインダー量あるいは焼結
条件で異なるが、大体15％前後である。従つて、
グリーンシート上に印刷する回路パターンや外形
切断寸法は、この収縮分だけ大きくしておく補正
が必要である。

多層セラミツク基板の製造上の問題のひとつと
して、収縮率がグリーンシートのキヤステイング
方向とそれと直角な方向とで異なる点がクローズ
アツプされてきた。この理由として、多層セラミ
ツク基板が一段と大形化、高密度化され、従来問
題視されなかつた収縮率の方向による相異が無視
し得なくなつてきたからである。グリーンシート
の収縮は焼結時のみでなく、印刷前後のシート保
管時の乾燥によつても起る。印刷前後のシート保
管時の乾燥収縮率および焼結時の収縮率は、グリ
ーンシートのキヤステイング方向とそれと直角な
方向とで約0.1〜0.8％程度異なる。このため、あ
る大きさ以上のセラミツク基板は無視し得ないほ
ど寸法精度が悪化し、後工程、例えばリード取付
等が困難となる問題がある。乾燥収縮率の方向に
よる違いは、その違い自身が0.1〜0.8％と大きく
ばらつくので、積層時に上下層間で生じる位置ず
れの精度（積層精度）が悪くなり、配線の断線や
シヨートを起すという問題がある。

これらの問題の対策のひとつとして、印刷する
回路パターンおよび外形切断寸法を、グリーンシ
ートのキヤステイング方向とそれと直角方向で寸
法比率を変える補正を加える方法がある。しかし
この方法は、キヤステイング条件やシート保管条
件等により補正率が異なり、その補正も手間のか
かるものであり、実質的に極めて困難である。

本発明の目的は収縮率の方向性をなくし、高い
寸法精度の多層セラミツク基板を製造する方法を
提供することにある。

本発明は複数のグリーンシートをそのキヤステ
イング方向がほぼ直交するように積層し、焼結す
ることを特徴とする。これによれば、グリーンシ
ートはそのキヤステイング方向がほぼ直交するよ
う積層されるので、収縮率の方向性をなくすこと
ができる。

さらに本発明の具体例に従うと、多層セラミツ
ク基板の製造方法は、グリーンシートをキヤステ
イングし、このグリーンシートに回路パターンを
印刷し、この回路パターンが印刷された複数のグ
リーンシートをそのキヤステイング方向がほぼ直
交するように積層し、積層されたこのグリーンシ
ートを焼結することからなる。この具体例による
と、特に焼結収縮率の方向性をなくすことができ
る。

また本発明の他の具体例に従うと、その製造方
法は、グリーンシートをキヤステイングし、この
複数のグリーンシートをそのキヤステイング方向
がほぼ直交するように積層し、積層されたグリー
ンシートに回路パターンを印刷し、この回路パタ
ーンが印刷された積層されたグリーンシート同志
をさらに積層し、これを焼結することからなる。
これによると、特にグリーンシートの乾燥収縮率
の方向性をなくすと共にそのばらつきを低減する
ことができる。もちろん焼結収縮率の方向性もな
くすこともできる。

以下本発明を図面を参照して説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を説明
するための図であつて、第１図はグリーンシート
のキヤステイングから焼結までの工程を模式的に
示す図であり、第２図は第１図の各工程における
グリーンシートの状態を示す図である。

キヤステイング装置１は、アルミナ、タルク、
クレー、バインダー、有機容剤をボールミル等で
充分混合、分散させたセラミツク原料混合液２を
ブレード３の内側に蓄える。キヤステイング装置
１は混合液をキヤリアテープ４の移動により、ド
クターブレード法でブレード３とキヤリアテープ
４のすきまからキヤリアテープ４上に均一な厚さ
となるようにシート状に引き出し、乾燥炉５で乾
燥硬化させる。硬化したグリーンシート１４をキ
ヤリアテープ４から剥離し、ガイド穴／外形打抜
き機６で、連続したグリーンシート１４から型取
りしたグリーンシート１５にする。この工程で、
第２図ａに示すごとく、型取り後のグリーンシー
ト１５には位置合わせ用のガイド穴２０を打ち抜
くと共に、キヤステイング方向を示すキヤステイ
ング方向印２１を印す。

次に型取り後のグリーンシート１５にパンチ穴
明機７により、所要の穴２２をあける。第２図ｂ
に示すごとく、Ｘ層用のグリーンシート２３とＹ
層用グリーンシート２４を作るように、キヤステ
イング方向印２１が互いに直角となる位置で穴を
あける。後の記載からも理解されるように本発明
の重要なポイントである。

穴明後のグリーンシート１６には印刷機８によ
つて導電ペーストで所要の回路パターン２５を印
刷する。第２図ｃに印刷後のグリーンシート１７
を示すが、この工程でも、Ｘ層用グリーンシート
２３とＹ層用グリーンシート２４はキヤステイン
グ方向印が互いに直角となる位置で印刷する。

印刷後のグリーンシート１７は積み重ね、積層
プレス機９で適当な温度、圧力のもとで加圧す
る。第２図ｄに積層後グリーンシート１８を示す
が、積み重ねる各印刷後のグリーンシート１７の
キヤステイング方向印２１が互いに直角となるよ
うに積み重ねる。勿論キヤステイング方向印２１
が互いに直角になるよう印刷しているので、この
積み重ねによつてＸ層用グリーンシート２３とＹ
層用グリーンシート２４の回路パターンが適合す
る位置関係となる。

積層後のグリーンシート１８は外形打抜き機１
０で所要の外形寸法に打ち抜き、第２図ｅに示す
ごとき外形切断後グリーンシート１９とする。外
形切断後グリーンシート１９は焼結炉１１に投入
する。焼結炉１１は前室１２と後室１３の２部屋
構造となつており、前室１２では室温から700℃
まで酸化雰囲気中で適当な温度制御を行ない、有
機バインダーを熱駆除し、後室１３では700℃か
ら1600℃まで上げ、それから室温まで、タングス
テンあるいはモリブデン等の導体材料が酸化消失
しないように環元雰囲気中で適当に温度制御し、
アルミナと導体材料を同時焼結させる。

本実施例によると、グリーンシートはそのキヤ
ステイング方向が直交するように積層して焼結さ
れるため、積層以後の収縮率、本実施例の場合焼
結収縮率はキヤステイング方向に関係なく、多層
セラミツク基板の縦および横方向とも同じ収縮率
となる。これはグリーンシートがそのキヤステイ
ング方向が直交するように積層されるので、接触
しているキヤステイング方向が異なる他のグリー
ンシートとその収縮が互いに作用しあい、収縮率
の方向性がなくなるのである。

第１図、第２図の実施例においては、キヤステ
イング方向がＸ方向のグリーンシート２３とＹ方
向のグリーンシート２４をそれぞれ１枚ずつ計２
枚積み重ねて積層したが、これに限定されるもの
でなく、さらに多数枚のグリーンシートを積層す
る場合にも適用される。即ち、Ｘ方向グリーンシ
ートとＹ方向グリーンシートを交互に積み重ね、
４枚以上にすることもできる。また積み重ねも必
ずしもＸ方向とＹ方向を１枚ずつ交互にする必要
もない。例えば上からそのキヤステイング方向を
Ｘ方向、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｙ方向と２枚ずつ交互
に積み重ねで積層してもほぼ同等の効果が得られ
る。

第３図および第４図は本発明の他の実施例を説
明するための図であつて、第３図はグリーンシー
トのキヤステイングから焼結までの工程を模式的
に示す図であり、第４図は第３図の各工程におけ
るグリーンシートの状態を示す図である。

キヤステイング装置３１は第１図に示すキヤス
テイング装置１と同様なものであり、ブレード３
３の内側に蓄えられたセラミツク原料混合液３２
をドクターブレード法でキヤリアテープ３４上に
均一な厚さとなるようにシート状に引き出し、乾
燥炉３５で乾燥硬化させる。硬化したグリーンシ
ート４４をキヤリアテープ３４から剥離し、ガイ
ド穴／外形打抜き機３６で、連続したグリーンシ
ート４４から型取りしたグリーンシート４５にす
る。型取りしたグリーンシート４５には第４図ａ
に示すごとく、位置合わせ用のガイド穴５１を打
ち抜き、キヤステイング方向を示すキヤステイン
グ方向印５２を印す。

型取り後グリーンシート４５はキヤステイング
方向印５２が互いに直角となる位置に合わせて２
枚積み重ね、２枚プレス機３７により適当な圧力
および温度のもとでプレスする。２枚プレス後グ
リーンシート４６は第４図ｂに示される。

２枚プレス後のグリーンシート４６にパンチ穴
明機３８により所要の穴５５をあける。穴明後グ
リーンシート４７は第４図ｃに示すごとく、Ｘ層
用グリーンシート５３、Ｙ層用グリーンシート５
４があり、キヤステイング方向印５２が同じ位置
で穴をあけている。しかし、第４図ｂに示した２
枚プレスの工程でキヤステイング方向が直交する
ように積層しているため、この工程ではＸ層用と
Ｙ層用を互いに直角にして用いても全く不都合は
ない。しかし本実施例ではキヤステイング方向印
が同じ位置を穴明けしたものとして説明する。

次に、穴明後グリーンシート４７に印刷機３９
で回路パターン５６を印刷する。第４図ｄに印刷
後グリーンシート４８を示す。この工程でも、Ｘ
層用グリーンシート５３とＹ層用グリーンシート
５４はキヤステイング方向印５２が同じ位置で印
刷する。

印刷後のグリーンシート４８は積み重ね積層プ
レス機４０で適当な温度、圧力のもとで加圧す
る。第４図ｅに積層後グリーンシート４９を示
す。勿論、積層は各印刷後のグリーンシート４８
のキヤステイング方向印５２が同じ位置になるよ
うにする。この時、グリーンシートは第４図ｂに
示す工程からキヤステイング方向が直交するよう
に積層されているため、第４図ｅに示す工程に至
るまでの乾燥収縮率はキヤステイング方向依存性
がなく、またそのばらつきも少なく、第４図ｅに
示す工程での上下層間の積層精度は極めて高い。

積層後のグリーンシート４９は外形打抜き機５
７で所要の外形寸法に打抜く。外形切断後グリー
ンシート５０を第４図ｆに示す。外形切断後グリ
ーンシート５０は焼結炉４１に投入する。焼結炉
４１は前室４２と後室４３からなり、第１図の焼
結炉１１と同様に機能する。このときの焼結収縮
率もキヤステイング方向依存性がなく、多層セラ
ミツク基板の縦および横方向とも同じ収縮率とな
る。

本実施例によると、第１図、第２図に示す実施
例と同様に焼結収縮率がキヤステイング方向に関
係なく同じ収縮率になるばかりでなく、第４図ｂ
に示す２枚プレスの工程からキヤステイング方向
が直交するよう積層されるから焼結までに至る乾
燥収縮率もキヤステイング方向依存性もなく、そ
のばらつきも少なくすることができる。

第３図、第４図の実施例において、第４図ｂに
示す工程で２枚のグリーンシートをそのキヤステ
イング方向が直交するごとく積層したが、３枚以
上多数のグリーンシートをそのキヤステイング方
向が直交するごとく積層してもよい。この場合、
必らずしも１枚ずつキヤステイング方向が交互に
直交するように積層する必要はなく、２枚ずつ交
互に直交するように積層してもよい。さらに第４
図ｅにおいては２層の積層であるが、２層以上の
積層にも同様に適用できる。

以上述べたごとく本発明によれば、収縮率のキ
ヤステイング方向依存性のない高い寸法精度の多
層セラミツク基板を製造することができる。これ
により、高密度微小ピツチのリード付可能な大型
セラミツク基板を提供することができる。また積
層精度が良くなるので、微細配線が可能になる。

同一の収縮率を有するグリーンシートを、従来
のようにキヤステイング方向にのみ積層し焼結し
た場合と、本発明によりキヤステイング方向とそ
れに直行する方向で積層し焼結した場合とを比較
する。

実験で用いたグリーンシートは、キヤステイン
グ方向の収縮率15.0％、直行方向の収縮率15.6％
であつた。

この場合、従来方法では、 キヤステイング方向の収縮率 15.0％ 直行方向の収縮率 15.6％ となり、両者の差異は、0.6％となつた。

一方、本発明によれば、両方向において、収縮
率が平均化されるため、 キヤステイング方向の収縮率 15.3％ 直行方向の収縮率 15.35％ である。両者の差異は、0.05％である。

従つて、本発明によれば、15.3％の収縮率を見
込んで回路パターンおよび外形切断寸法を設計す
ればよい。そうすることにより、収縮率による誤
差を0.05％に抑えることが出来る。

一方、従来例では、15.3％の収縮率を見込んで
回路パターンおよび外形切断寸法を設計すると、
キヤステイング方向で−0.3％、直行方向で0.35
％の誤差を生じてしまう。

このように、本発明のように焼結収縮率に等方
性があることにより、予め収縮率を実験的に確か
めて、その分おおきめの回路パターンを作つてお
けばよいので、設計的なコントロールが容易であ
る。

これに対し従来例では、収縮率の相違が本発明
のように平均化されず、収縮率の相違が直接誤差
になつてしまう。

上記例では、最大0.35％の誤差を生じることに
なるが、これは100mm角の基板の場合、0.35mmで
ある。基板中心が基準となるので、基板端部で
は、0.175mmの誤差となる。

近年、高密度化が進み、1.8mmピツチあるいは
それ以上の微細ピツチの基板が採用されるに至
り、上記従来例による0.175mmの誤差は容認出来
ない状況になつている。

本発明は、この誤差を極めて小さくすることが
出来、実用性の非常に高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を説明
するための図であり、第１図はグリーンシートの
キヤステイングから焼結までの工程を模式的に示
す図、第２図ａ〜ｅは第１図の各工程におけるグ
リーンシートの状態を示す図、第３図および第４
図は本発明の他の実施例を説明するための図であ
り、第３図はグリーンシートのキヤステイングか
ら焼結までの工程を模式的に示す図、第４図ａ〜
ｆは第３図の各工程におけるグリーンシートの状
態を示す図である。 １および３１……キヤステイング装置、６およ
び３６……ガイド穴／外形打抜き機、７および３
８……パンチ穴明機、８および３９……印刷機、
９および４０……積層プレス機、１０および５７
……外形打抜き機、１１および４１……焼結炉、
１５および４５……型取り後グリーンシート、１
６および４７……穴明後グリーンシート、１７お
よび４８……印刷後グリーンシート、１８および
４９……積層後グリーンシート、１９および５０
……外形切断後グリーンシート、３７……２枚プ
レス機、４６……２枚プレス後グリーンシート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のグリーンシートをそのキヤステイング
   方向がほぼ直交するように積層し、焼結すること
   を特徴とする多層セラミツク基板の製造方法。 ２ 上記グリーンシートをそのキヤステイング方
   向が互いにほぼ直交するように交互に積層するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多層
   セラミツク基板の製造方法。