JPH02155294A - 低温焼成セラミックス多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１発明の目的 意１−ヒ＠測」した万一 本発明は、民生用やコンピュータ用などの電子工業に用
いられる多層セラミックス回路基板、特に銅を導体材料
とする低温焼成セラミックス多層回路基板の製造方法に
関する。

Ｌ胆へ１糺 従来、電子機器類に使用する回路基板としてセラミック
スを絶縁体として使用した配線基板が使用されてきた。

その代表例としてＷやＭｏを配線用導体に使用し、導体
が酸化しないように還元雰囲気で焼成する導体同時焼成
配線基板がある。

しかしながら、導体にＷやＭｏを使用するので、この基
板は導通抵抗が１０〜２０．　ｒＱΩ／口と高くなり配
線幅を狭くするには限界があった。

最近、これらの問題を解決するためにＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ
系等の導通抵抗が小さな導体材料を使用し、これらの融
点以下の温度で焼成できるセラミックス材料を絶縁体と
して用い、導体を同時焼成する低温焼成セラミックス配
線基板が開発されている。

この内Ａｕなどの貴金属は酸化性雰囲気で焼成できるも
のの資源的に乏しく高価なため経済的に使用し難い、こ
れに対しＣｕは、酸化しないような非酸化性雰囲気で焼
成する必要があるものの、安価なため利用しやすい、こ
のようにＣｕは低抵抗で安価なため導体材料として注目
されている反面、非酸化性雰囲気の焼成では、絶縁材料
中の有機バインダが焼却し難いため完全に焼却されず炭
化して基板中に残り、絶縁抵抗、耐電圧などの基板特性
を劣化させる。このため各種製造方法が開発されてきた
。特公昭第６２−４５７２０号では、水素・水蒸気比が
ｌｏ−４〜１０−６・５の雰囲気においてセラミックス
原料中のガラスのアニール温度から軟化温度の範囲で焼
成する方法が開示されている。この方法は水素／水蒸気
比が小さいのでコントロールが難しく、窒素雰囲気ある
いは水素・水蒸気雰囲気で行っているため脱バインダや
脱炭焼成に長時間を要するなどの欠点がある。特開昭第
６０−２５４６９７号においては、水蒸気を含む窒素雰
囲気て゛ガラス成分が加熱による変化を示さない温度に
おいてバインダを飛散させる方法が開示されている。こ
の方法は、脱バインダを窒素・水蒸気で行なっているの
で脱バインダに８時間、脱炭に８時間で昇温時間を含め
ると約２４時間を要する。これらの長時間焼成は、安価
な銅の使用による経済性を失うためその改善が要望され
ていた。

光列麦贅犬旦よｊ火工ｌ礼 本発明の目的はＣｕ導体およびセラミックスからなる多
層回路基板の製造法において、特に脱バインダの際、空
気雰囲気中の焼成工程を導入することにより全焼成時間
の短縮を図るものである。

口０発明の構成 ための 本発明は、（１）銅の融点より低い温度で焼成可能なセ
ラミックス原料と熱可塑性樹脂からなるグリーンテープ
にＢＥＴ比表面積が０．０５〜１．Ｏｍ”／ｇの銅粉を
主体とするペーストを印刷し、積層後、熱圧着して一体
化する未焼成物の焼成において、該未焼成物中のガラス
成分の屈伏点以下の温度で、カーボン残渣が６００〜１
５００ｐｐｍとなるように空気雰囲気中で脱バインダ焼
成し、８００〜１０００℃の温度でカーボン残渣が３０
０ｐｐｍ以下となるように窒素雰囲気中で焼結すること
を特徴とする低温焼成セラミックス多層回路基板の製造
方法および（２）前第１項の未焼成物の焼成において、
該未焼成物中のガラス成分の屈伏点以下の温度でカーボ
ン残渣が６００〜３０００ｐｐｍになるように空気雰囲
気中で脱バインダー焼成し、次に焼結温度以下の温度で
水蒸気を含む窒素雰囲気中で脱炭焼成した後、８００〜
１０００℃の温度で窒素雰囲気中でカーボン残渣が３０
０ｐｐｍ以下になるように焼結することを特徴とする低
温焼成セラミックス多層回路基板の製造方法である。

次に本発明につき詳細に説明する。

本発明に使用されるセラミックス原料の一例は、ＣａＯ
−（ＭｇＯ）−Ａｌ□０３−３ｉＯ□−（Ｂ２０．）系
（但し括弧内は必要により添加）のガラス成分とＡ１□
０３の混合粉からなり、例えば特開昭第６１−１１７１
６３号、特開昭第６１−２２２９５７号、特開昭第６２
〜１１３７５８号等に記載される８００〜１０００℃で
焼結される低温焼成セラミックス原料である。

銅ペースト用の銅粉のＢＥＴ比表面積がＱ、０５ｒｎ２
／ｇより小さいとファインパターンの印刷が困難になり
、１．ｏｍ”／ｇより大きいと導通抵抗が大となり好ま
しくない、これは、脱バインダ焼成中の酸素雰囲気によ
る銅の酸化が表面積に影響されるためと考えられる。こ
のように比表面積が０．０５〜１．０ｍ”／ｇの銅粉を
用いることにより酸素雰囲気中での脱バインダを可能に
している。この銅粉を用いても脱バインダ焼成後のセラ
ミックス中のカーボン残渣が６００ｐｐｍ以下になると
銅が酸化するため導通抵抗が増大する。一方ガラスの屈
伏点以下の温度で脱バインダ温度を調整してセラミック
ス中のカーボン残渣を６００ｐｐｍ以上にした場合は、
焼結の際に基板内のバインダの分解による七ツマ−やＣ
Ｏの発生により、酸素濃度が低減し結果的に銅の酸化が
抑えられていると考えられる。

次に脱バインダー後に窒素雰囲気中で焼結する場合、カ
ーボン残渣が１５００ｐｐｍ以上残っていると焼結後３
００ｐｐｍ以上のカーボン残渣があり、絶縁抵抗や耐電
圧等の基板特性を劣化させる。このときカーボン残渣の
減少はまだ分解しきっていないバインダの分解によるも
のとみられる。このことから脱バインダ後のカーボン残
渣が６００〜１５００ｐｐｍになるようにすることによ
って銅内層の低温焼成基板が得られる。また水蒸気を含
む窒素中で焼成しさらに窒素中で焼結する場合において
は、空気雰囲気中の脱バインダ焼成によるカーボン残渣
の上限が３０００ｐｐｍと高くなっても通常使用される
露点４０〜６０℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中でさらに
脱炭焼成した後、窒素雰囲気中の焼結でカーボン残渣を
３００ρｐｅａ以下に低減できるので良好な絶縁抵抗、
耐電圧などの基板特性が得られる。この焼成法において
は、水蒸気を含む窒素雰囲気がガラスの屈伏点を越えて
も問題はなかった。これは空気中の脱バインダ焼成のた
め脱炭処理が短時間で行えるため、セラミックス焼結体
の焼結温度・以下であれば収縮が完結せず、開気孔が存
在しているためと考えられる。このように大量のガス流
量を必要とする脱バインダゾーンで空気雰囲気が使用で
き脱炭処理時間の短縮により窒素ガスの節約にもなる。

第１図は本発明の第１発明の空気雰囲気焼成−窒素雰囲
気焼結の場合の温度と時間の関係の一例を、第２図は同
じく第２発明の空気雰囲気焼成−水蒸気・窒素焼成−窒
素焼結の一例を示す。

なお第１図および第２図で空気（Ａｉｒ　）　、水蒸気
・窒素（Ｈ２０／Ｎ２　）　、窒素（Ｎ２）の各雰囲気
の変更の際何れも室温まで降温した後再び昇温している
が、使用する焼成炉の設備によりこの降温、昇温の過程
は必要なく所要の雰囲気が確保できれば連続的に昇温し
てもよい。

尺１λ 「実施例１」 重量比がＣａＯ２７，３％、Ａｌ２Ｏ３１３，６％、５
ｔ０２５０％　、８２０３９．１％の組成からなる屈伏
点７２６℃のガラスとＡ　Ｉ　２０３を重量比で６０　
：４０の割合で粉砕混合したセラミックス原料８６％と
メタクリル酸エステル樹脂１１％、ＤＯＰ　３％を混合
して作製した厚み０．３ｍｍのグリーンテープにＢＥＴ
比表面積が０．１４ｍ”／ｇの銅粉とエチルセスロース
・テルピネオールからなる銅ペーストを印刷し、３層に
積層し、熱圧着して一体化して未焼成物を形成した。こ
の未焼成物を空気雰囲気中で昇温速度２０℃／　ｍｉｎ
、、４００℃、１０分間焼成することにより基板中のカ
ーボン残渣を９７０ｐｐｍにした後、酸素濃度５ｐｐｍ
以下の窒素雰囲気中で９００℃、２０分間焼結して、カ
ーボン残渣が２２０ｐｐｍの基板が得られた。この基板
は絶縁抵抗１０目Ωｃｍ以上、耐電圧５７ｋｖ／ｍｍ　
、導通抵抗３．０履Ω／ｃｍの特性が得られた。

「実施例２」 実施例１の未焼成物を空気雰囲気中で４５０℃、１０分
間焼成して基板中のカーボン残渣を６６０ｐｐｍとした
後、窒素雰囲気中で９００℃、２０分間焼結してカーボ
ン残渣８０ｐｐｍの基板が得られた。この基板は絶縁抵
抗１０１４Ωｃｍ以上、耐電圧６０ｋｖ／ｍｍ以上、導
通抵抗７．８１１Ω／口の特性が得られた。

「実施例３」 実施例１の未焼成物を空気雰囲気中３５０　’Ｃ１１０
分間焼成することにより、基板中のカーボン残渣を２２
００ｐｐｍにし露点５５℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中
８００℃、２時間焼成し、カーボン残渣２５０ｐｐｍに
した後、窒素雰囲気中９００℃、２０分間焼結してカー
ボン残渣２ＱＯｐｐｍの基板が得られた。この基板の絶
縁抵抗ＩＱＩ４Ωｃｍ以上、耐電圧６０ｋｖ／ｎ以上、
導通抵抗２．３ｍΩ／口で良好な特性が得られた。

「実施例４」 実施例１の未焼成物を空気雰囲気中４００℃、１０分間
焼成することにより、基板中のカーボン残渣を９７０ｐ
ｐｍにし、露点５５℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中８０
０℃、２時間焼成しカーボン残渣を１２０ｐｐｌＤにし
た後、窒素雰囲気中９００℃、２０分間焼結してカーボ
ン残渣８０ｐｐｍの基板が得られた。この基板は絶縁抵
抗は１０１４Ωｃｍ以上、耐電圧６０ｋｖ／ｍｍ以上、
導通抵抗２，７１Ω／口で良好な特性が得られた。

「実施例５」 実施例１の未焼成物を空気雰囲気中４５０℃、１０分間
焼成することにより基板中のカーボン残渣を６６０ｐｐ
ｍにし、露点５５℃以下の水蒸気を含む窒素雰囲気中８
００℃、２時間焼成し、カーボン残渣７０ｐｐｍにした
後、窒素雰囲気中９００℃、２０分間焼結してカーボン
残渣６０ｐｐｍの基板が得られた。この基板は絶縁抵抗
１０１４Ωｃｎ以上、耐電圧６０ｋｖ／　ａｍ以上、導
通抵抗９．１ｍΩ／口の特性が得られた。

「実施例６」 実施例１のグリーンテープに、本発明の範囲のＢＥＴ比
表面積が０．０６．０．１４．０．５４．０．９７　ｍ
”／ｇの銅粉をエチルセルロース、テルピネオールから
なる銅ペーストを印刷し、３層に積層し、熱圧着して一
体化した未焼成物を実施例１と同様に焼成した。導通抵
抗は各々３．３　、３．０　、３．５．５．８市Ω／口
の良好な特性が得られた。

【１鮭 「比較例ＩＪ 実施例１．２の比較例として実施例１の未焼成物を空気
雰囲気中３５０℃１１０分間焼成することにより基板中
のカーボン残渣を２２００ｐｐｍにした後、窒素雰囲気
中９００℃、２０分間焼結してカーボン残渣８１０ｐｐ
ｍの基板が得られた。この基板は絶縁抵抗４Ｘ１０’Ω
ｃｍ、耐電圧Ｑｋｖ／ｍｎ＋、溝道抵抗３．８ｍΩ／口
で必要な基板特性は得られなかった。

「比較例２」 実施例１の未焼成物を空気雰囲気中５００℃、１０分間
焼成することにより、基板中のカーボン残渣を５２０ｐ
ｐｍにした後、窒素雰囲気中９００℃、２０分間焼結し
てカーボン残渣７０ｐｐｍの基板が得られた。

この基板は断線し導通がとれなかった。

［比較例３ｊ 実施例３．４．５の比較例として実施例１の未焼成物を
空気雰囲気中で３００℃、１０分間焼成することにより
、基板中のカーボン残渣を８６００ｐｐｍにし露点５５
℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中８００℃１２時間焼成し
カーボン残渣１６５０ｐｐｍにした後、窒素雰囲気中で
９００　’Ｃｌ２Ｏ分間焼結しカーボン残渣１５３０ｐ
ｍの基板が得られた。この基板の絶縁抵抗１０７Ωｃｍ
以下、耐電圧Ｏｋｖ／ｍｍで必要な基板特性が得られな
かった。

「比較例４」 実施例１の未焼成物を空気雰囲気中で５００℃、１０分
間焼成することにより基板中のカーボン残渣を５２０ｐ
ｐｍにし露点５５℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中８００
℃１２時間焼成しカーボン残渣７０ｐｐｍとし窒素雰囲
気中９００℃ｌ２Ｏ分間で焼成してカーボン残渣６０ｐ
ｐｎ＋の基板が得られた。この基板は断線を起こし導通
がとれなかった。

「比較例５Ｊ 実施例６の比較例として、実施例１のグリーンテープに
ＢＥＴ比表面積が０．０４．１．４９　ｍ２７ｇの銅粉
とエチルセルロース、テルピネオールからなる銅ペース
トを印刷し、３層に積層し、熱圧着して一体化した未焼
成物を実施例１と同様に焼成した。

ＢＥＴ比表面￥’ｌｏ、０４ｍ”／Ｈの試料は断線して
おり、導通抵抗が測定できなかった。ＢＥＴ比表面積１
．４９♂／ｇの試料の導通抵抗は１５．５ｍΩ／口と高
い値であった１以上の試験結果を第１表または第２表に
示した。

（以下余白） ハ０発明の効果 本発明の製造方法により、大量のガス流量の必要な脱バ
インダを空気雰囲気中で短時間に迅速に行うことができ
、銅を配線材料とする多層セラミックス回路基板の焼成
時間、焼成コストの低減に効果がある。

４、図面の説明 第１図および第２図は本発明の焼成、昇温曲線の一例を
示す、第１図は第１発明で、また第２図は第２発明であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅の融点より低い温度で焼成可能なセラミックス
   原料と熱可塑性樹脂からなるグリーンテープにＢＥＴ比
   表面積が０．０５〜１．０ｍ＾２／ｇの銅粉を主体とす
   るペーストを印刷し、積層後、熱圧着して一体化する未
   焼成物の焼成において、該未焼成物中のガラス成分の屈
   伏点以下の温度で、カーボン残渣が６００〜１５００ｐ
   ｐｍとなるように空気雰囲気中で脱バインダ焼成し、８
   ００〜１０００℃の温度でカーボン残渣が３００ｐｐｍ
   以下となるように窒素雰囲気中で焼結することを特徴と
   する低温焼成セラミックス多層回路基板の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項の未焼成物の焼成において
   、該未焼成物中のガラス成分の屈伏点以下の温度でカー
   ボン残渣が６００〜３０００ｐｐｍになるように空気雰
   囲気中で脱バインダー焼成し、次に焼結温度以下の温度
   で水蒸気を含む窒素雰囲気中で脱炭焼成した後、８００
   〜１０００℃の温度で窒素雰囲気中でカーボン残渣が３
   ００ｐｐｍ以下になるように焼結することを特徴とする
   低温焼成セラミックス多層回路基板の製造方法。