JPH04280694A - セラミックス基板の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配線基板に利用される
セラミックス基板およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の高密度化が進むにつれて、こ
れまで印刷法等により形成されてきたセラミックス配線
基板は、より配線の微細化と基板の多層化が要求されて
いる。すなわち、従来はセラミックス基板上にＡｇ−Ｐ
ｄ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ等の金属粉ペーストをスクリ
ーン印刷法で印刷し焼成することにより配線を形成して
きた。これらの印刷配線は、通常、アルミナ粉体に３〜
１０重量％の焼結助剤を加えて焼成したアルミナ焼成基
板上に形成されるが、この方法では安定した歩留りで製
造できる線幅は１００μｍ　程度が限界であった。その
ため、近年微細化に要求される２５〜７０μｍ　程度の
微細配線を達成するために薄膜法が利用されているが、
薄膜法によりセラミックス焼成基板上に微細配線を形成
する場合には基板の表面状態が極めて重要な問題となっ
ていた。

【０００３】すなわち、図４（ａ）〜（ｄ）に従来のア
ルミナ基板上に薄膜法により配線を形成する場合を例に
とって説明すると、以下のようになる。図４（ａ）は、
粒子径が２〜５μｍ　程度のアルミナ１と３〜２０重量
％の焼結助剤２が混合したときの断面状態を示す。図４
（ｂ）は、焼成後の状態を示す。焼結助剤２はアルミナ
１の粒界に存在するが、焼結助剤の効果でアルミナ１が
粒成長することにより粒子径は１０〜５０μｍ　にまで
成長し、表面の凹凸は増加して表面粗さは増加する。焼
成体表面には、アルミナ１の粒成長に伴いポア３も形成
され、その径および深さは５〜３０μｍ　に達する。ま
た、セラミックス内部にも内部ポア４が形成される。図
４（ｃ）は、薄膜５を形成したときの断面状態を示す。 このように、図４（ｂ）に示した基板上に薄膜法により
薄膜５を形成すると、ポア３上には薄膜５が堆積できな
いため、薄膜層中にもポア６が形成され、これが配線形
成後の断線の原因となる。さらに、図４（ｄ）に示すよ
うに、薄膜形成前に破線７の位置まで研磨することも考
えられるが、この場合でも内部ポア４が表面に露出し、
上述した例と同様に薄膜法で薄膜５を形成しても配線の
断線につながる。

【０００４】以上の説明のように、薄膜法で配線を形成
しようとするときは、基板の表面状態が極めて重要な問
題となる。その問題を解決するために、従来、（１）焼
結助剤が１重量％以下の組成で、基板表面のポアと表面
粗さをできるだけ低くしたアルミナ基板、（２）３〜２
０重量％焼結助剤を含むアルミナ基板表面をガラスによ
りグレーズド化し、ポアを封孔するとともに表面粗さを
平坦化したアルミナ基板が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（１）の方法のように焼結助剤を１重量％以下にした
組成の基板は、薄膜法に適したアルミナ基板をえること
ができるが、焼結助剤が少ないために歩留が悪く、得ら
れたセラミックス基板も高価となる問題があった。また
、上述した（２）の方法のようにガラスによりポアを封
孔した場合は、価格は上述した方法に比べて廉価な基板
を得ることができるが、このような基板は還元加熱雰囲
気で熱処理されるとガラス成分が還元され、グレーズド
層が還元され、グレーズド層の変色や劣化が起こる問題
があった。そのため、このような基板は、薄膜パターン
形成後還元加熱雰囲気で行われるロー付けなどの処理が
ある場合使用することができない問題もあった。

【０００６】本発明の目的は上述した課題を解消して、
表面のポアがなく、さらに表面粗さも良好なセラミック
ス基板およびその製造方法を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス基
板は、アルミナ焼成基板と、このアルミナ焼成基板の表
面に設けられ、このアルミナ焼成基板の平均粒子径より
も小さい平均粒子径を有するアルミナ表面層との複合構
造からなることを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明のセラミックス基板の製造方
法は、アルミナ焼成基板を準備し、このアルミナ焼成基
板の表面に、このアルミナ焼成基板の平均粒子径よりも
小さい平均粒子径を有する高純度易焼結性アルミナのペ
ーストを塗布し、その後焼成することを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】上述したセラミックス基板の構成において、セ
ラミックス基板のほとんどの部分を通常のアルミナ焼成
基板から構成するとともに、表面のみを上記アルミナ焼
成基板よりも微粒のアルミナ層としたため、ポアがなく
良好な表面粗さを有する廉価なセラミックス基板を得る
ことができる。そのため、本発明のセラミックス基板を
使用して薄膜法により薄膜を形成すれば、低い表面粗さ
でポア欠陥の少ない表面状態の基板上に薄膜を形成でき
るため、パターン形成後に還元雰囲気で熱処理しても薄
膜の密着強度に影響を与えることはない。

【００１０】また、上述したセラミックス基板の製造方
法の構成において、通常のアルミナ焼成基板上に、この
アルミナ焼成基板の平均粒子径より小さい高純度易焼結
性アルミナのペーストを塗布した後焼成しているため、
低温度かつ低焼結助剤量で焼成でき、本発明の複合構造
からなるセラミックス基板を得ることができる。ここで
高純度易焼結性アルミナとは、好ましい性質の一例とし
て、純度９９．９９　％以上、アルミナの平均粒子径が
０．２　μｍ　以下、焼結温度が１３５０℃以下のアル
ミナ粉末のことをいう。

【００１１】なお、高純度易焼結性アルミナペーストの
塗布厚は、焼結後の塗布厚が３〜３０μｍ　であると好
ましい。厚みが３μｍ　未満であると、焼成基板の焼結
助剤と高純度易焼結性アルミナが焼成中に溶融して良好
な表面状態が得られないことがあるとともに、厚みが３
０μｍ　を超えると、高純度易焼結性アルミナの焼結す
るときの収縮が著しくなり、焼結後クラックが発生する
ことがあるためである。さらに好ましい厚さは、５〜１
５μｍ　である。また、焼結助剤を３〜２０重量％含む
アルミナ焼成基板を用いると好ましいのは、焼結助剤が
３重量％未満であると、高純度易焼結性アルミナペース
トと焼成基板の密着性が不十分の場合があるとともに、
焼結助剤が２０重量％を超えると、高純度易焼結性アル
ミナを焼結させる際に、焼成基板中の焼結助剤が高純度
易焼結性アルミナ中に浸透し粒成長が促進されるため良
好な表面粗さとポアのない表面状態が得られない場合が
あるためである。さらに好ましい焼結助剤の量は、５〜
１０重量％である。

【００１２】また、高純度易焼結性アルミナの平均粒子
径が０．２　μｍ以下であり、焼成温度が１２００〜１
３００℃の範囲であると、後述する実施例からもわかる
ように、焼成後の基板表面のポアの数をより少なくする
ことができるため好ましい。さらに、アルミナ焼成基板
の表面に塗布、焼成する材料としてアルミナを用いると
好ましいのは、還元雰囲気での加熱処理中でも安定に存
在することのできる材料であるためである。これにより
、従来のグレーズド基板のような還元雰囲気での加熱処
理によるガラスの劣化のような問題を防止することがで
きる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明のセラミックス基板の一例の構
成を示す断面図である。図１において、本発明のセラミ
ックス基板の断面は、通常のアルミナ焼成基板９とその
表面に設けられた高純度易焼結性アルミナ層１０との複
合構造からなっている。すでに焼成されている好ましく
は３〜２０重量％の焼結助剤を含むアルミナ基板９は、
粒径が１０〜５０μｍ　程度のアルミナ１とアルミナ１
の粒界に存在する焼結助剤２から構成され、５〜３０μ
ｍ　程度のポア３を有している。また、好ましくは平均
粒子径が０．２　μｍ　以下の高純度易焼結性アルミナ
８は、アルミナ基板９上に塗布、焼成され、高純度易焼
結性アルミナ層１０を形成している。高純度易焼結性ア
ルミナ８の平均粒子径は好ましくは０．２　μｍ　以下
と小さいため、アルミナ基板９表面のポア３を封孔する
ことが容易にできる。

【００１４】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明のセラミック
ス基板の焼成工程の一例を説明するための図である。図
２（ａ）は、焼結助剤２を３〜２０重量％含むアルミナ
焼成基板９上に高純度易焼結性アルミナ８からなるペー
ストを塗布して高純度易焼結性アルミナ層１０を形成し
た状態を示している。ここで、焼結助剤２としては通常
のＭｇＯ、ＣａＯ　、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２な
どが用いられる。 また、高純度易焼結性アルミナ８からなるペーストは、
高純度易焼結性アルミナ粉体と有機バインダー、有機溶
媒とを混合して作製し、塗布法に適した粘度に調整され
る。塗布方法は、印刷、カレンダーロール、スプレー、
静電塗装、ディップ、ナイフコータなど、できるだけ塗
布後の平滑性が良い方法を選択すると好ましい。

【００１５】次に、塗布後の高純度易焼結性アルミナ８
からなるペーストを乾燥する。ペーストを乾燥した後の
表面状態が良好でないと、焼成後も望ましい表面状態に
ならないため、乾燥後、さらにペースト表面の研磨によ
り表面の仕上がり状態を向上させることもできる。次に
、乾燥後のペーストを好ましくは１２００〜１３００℃
の温度で焼成する。

【００１６】図２（ｂ）は焼成時の断面の状態を示して
おり、適正な温度で焼成するとアルミナ基板９中の焼結
助剤２がアルミナ層１０を構成する高純度易焼結性アル
ミナ８間に浸透する。図２（ｂ）に示すような適正な焼
成状態では、焼結助剤２はアルミナ層１０に浸透しただ
けの状態に留まっており、アルミナ層１０とアルミナ焼
成基板９との間の高い密着強度を有する良好な密着状態
を達成することができるとともに、アルミナ層１０表面
の低い表面粗さを有する良好な平滑性を達成することが
できる。なお、焼成温度が適正でなく高くなったような
場合は、図２（ｃ）に示すようにアルミナ層１０中に浸
透した焼結助剤２はアルミナ８と反応し、アルミナ８の
粒成長が促進される。その結果、アルミナ層１０には、
ポアの形成が起こり、表面の凹凸も大きくなり、基板表
面の平滑性も失われる。このように、焼成温度は焼結助
剤２のアルミナ層１０への浸透の程度に影響し、表面状
態を左右することになる。

【００１７】以下、各種条件の好ましい範囲を求めるた
め、高純度易焼結性アルミナの平均粒子径及び焼成温度
とポア個数の関係、焼成温度と表面粗さとの関係、焼成
温度とポア個数の関係、密着強度について、それぞれ実
際に実験した結果について説明する。 実施例１ 高純度易焼結性アルミナの平均粒子径及び焼成温度とポ
ア個数の関係を調べるため、以下の実験を実施した。ま
ず、通例の方法に従い、アルミナスラリーをドクターブ
レード法によりスリップキャスティングしてグリーンシ
ートを作製し、焼成してアルミナ焼成基板を得た。なお
、原料セラミックス中の焼結助剤の量は１０重量％とし
た。また、焼成後のアルミナ焼成基板の表面粗さは、中
心線平均表面粗さ（Ｒａと表示）で０．４　μｍ　であ
った。

【００１８】次いで、得られたアルミナ焼成基板の表面
に、スクリーン印刷法で高純度易焼結性アルミナからな
るペーストを２０μｍ　塗布した。高純度易焼結性アル
ミナは、平均粒子径が０．９　μｍ　、０．２　μｍの
２種類の粒子径のものを用いて比較した。焼成温度は、
１１００℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１
５００℃の５種類とし、それぞれの温度で焼成を行って
セラミックス基板を得た。その後、焼成後のセラミック
ス基板の表面を走査型電子顕微鏡で５００倍の倍率で観
察した。このとき、見いだされるポア径を測長し、５μ
ｍ　以上の径のポアの数を計測した。この結果を図３に
示す。図３中、ポア数は１平方ミリメートル当たりに存
在するポアの数として示した。

【００１９】図３の結果から、０．９　μｍ　、０．２
　μｍ　の２種類の平均粒子径のアルミナのいずれも、
１３００℃近辺でポアの数が最小であることがわかる。 また、平均粒子径が小さくなるに従って、ポアの個数が
減少することがわかる。これにより、ポアの個数を少な
くするには、平均粒子径が０．２　μｍ　以下で、焼成
温度が１２００〜１３００℃が好ましいことがわかる。

【００２０】実施例２ 高純度易焼結性アルミナの焼成温度と表面粗さとの関係
を調べるため、以下の実験を行った。まず、実施例１と
同様に、アルミナスラリーをドクターブレード法により
スリップキャスティングしてグリーンシートを作製し、
焼成してアルミナ焼成基板を得た。なお、原料セラミッ
クス中の焼結助剤の量は４重量％とした。また、焼成後
のアルミナ焼成基板の表面粗さは、中心線平均表面粗さ
（Ｒａと表示）で０．４　μｍ　であった。

【００２１】次いで、得られたアルミナ焼成基板の表面
に、スクリーン印刷法で平均粒子径が０．２　μｍ　の
高純度易焼結性アルミナからなるペーストを２０μｍ　
塗布した。塗布後、１３００℃、１４００℃、１５００
℃のそれぞれの温度で焼成を行ってセラミックス基板を
得た。 その後、得られたセラミックス基板の中心線平均表面粗
さＲａを求めた。結果を表１に示す。

【００２２】

【００２３】表１の結果から、表面粗さも焼成温度が低
いほど小さくなることがわかり、１３００℃で焼成する
ことにより表面粗さは大幅に減少することがわかった。

【００２４】実施例３ 高純度易焼結性アルミナの焼成温度とポア個数の関係を
調べるため、以下の実験を行った。まず、実施例１と同
様に、アルミナスラリーをドクターブレード法によりス
リップキャスティングしてグリーンシートを作製し、１
６００℃焼成してアルミナ焼成基板を得た。なお、原料
セラミックス中の焼結助剤の量は１０重量％とした。ま
た、焼成後のアルミナ焼成基板の表面粗さは、中心線平
均表面粗さ（Ｒａと表示）で０．７　μｍ　であった。 さらに、得られた基板を表面粗さＲａが０．４　μｍ　
になるまで研磨し、比較のために実施例１と同様にポア
数を測定した。

【００２５】次いで、研磨後のアルミナ焼成基板の表面
に、スクリーン印刷法で平均粒子径が０．２　μｍ　の
高純度易焼結性アルミナからなるペーストを２０μｍ　
塗布した。塗布後、１３００℃、１４００℃、１５００
℃の温度で焼成してセラミックス基板を得た。その後、
得られたセラミックス基板の中心線平均表面粗さＲａを
求めるとともに、実施例１と同様の方法で１５μｍ以上
のポア数を計測、測定した。結果を表２に示す。

【００２６】

【００２７】表２の結果から、高純度易焼結性アルミナ
ペーストを１３００℃で焼成することにより、表面粗さ
は減少し、１５μｍ　以上のポアも大幅に減少すること
が確認された。

【００２８】実施例４ 本発明のセラミックス基板を利用して薄膜を形成した場
合の密着強度を調べるため、以下の実験を行った。まず
、実施例３で作製した高純度易焼結性アルミナペースト
を１３００℃で焼成したセラミックス基板上に、薄膜を
形成してその密着強度を調べた。薄膜としては、Ｔｉ：
５００　　、Ｍｏ：７０００　　、Ｃｕ：４μｍ　を基
板上に形成した。密着強度は、形成した薄膜を１．４ｍ
ｍ　×１．４ｍｍ　の正方形にパターンニングし、０．
８ｍｍ　径のスズめっき付き銅線を半田付けし、半田付
けした銅線を垂直に引っ張り引張強度を求めた。また、
比較のため、薄膜パターンニング後、窒素雰囲気中に水
素を３０％含む還元雰囲気中、７５０℃、１０分間熱処
理した基板の密着強度も測定した。結果を表３に示す。

【００２９】

【００３０】表３の結果から、本発明のセラミックス基
板は還元雰囲気での熱処理を行っても基板表面の劣化は
起こらず、強い密着強度が得られることがわかった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなように
、本発明によれば、通常のアルミナ焼成基板上に、この
アルミナ焼成基板の平均粒子径より小さい高純度易焼結
性アルミナのペーストを塗布した後焼成して、セラミッ
クス基板のほとんどの部分を通常のアルミナ焼成基板か
ら構成するとともに、表面のみを上記アルミナ焼成基板
よりも微粒のアルミナ層としたため、ポアがなく良好な
表面粗さを有する廉価なセラミックス基板を得ることが
できる。そのため、本発明のセラミックス基板を使用し
て薄膜法により薄膜を形成すれば、低い表面粗さでポア
欠陥の少ない表面状態の基板上に薄膜を形成できるため
、パターン形成後に還元雰囲気で熱処理しても薄膜の密
着強度に影響を与えることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックス基板の一例の断面構成を
示す図である。

【図２】（ａ）は本発明においてアルミナ焼成基板上に
高純度易焼結性アルミナ層を形成した場合の一例の断面
構成を示す図、（ｂ）は本発明におけて適正温度で焼成
したときの断面の状態を示す図、（ｃ）は本発明におい
て適正温度よりも高い温度で焼成したときの断面の状態
を示す図である。

【図３】本発明における高純度易焼結性アルミナの平均
粒子径及び焼成温度とポア個数の関係を示すグラフであ
る。

【図４】（ａ）は従来の製造工程においてアルミナと焼
結助剤とが混合した断面状態を示す図、（ｂ）は従来の
製造工程において焼成後の断面状態を示す図、（ｃ）は
従来の製造工程において薄膜を形成した時の断面状態を
示す図、（ｄ）は従来の製造工程において薄膜形成面を
研磨したときの断面状態を示す図である。

【符号の説明】

８　　高純度易焼結性アルミナ ９　　アルミナ焼成基板 １０　　高純度易焼結性アルミナ層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミナ焼成基板と、このアルミナ焼
   成基板の表面に設けられ、このアルミナ焼成基板の平均
   粒子径よりも小さい平均粒子径を有するアルミナ表面層
   との複合構造からなることを特徴とするセラミックス基
   板。
2. 【請求項２】　　アルミナ焼成基板を準備し、このアル
   ミナ焼成基板の表面に、このアルミナ焼成基板の平均粒
   子径よりも小さい平均粒子径を有する高純度易焼結性ア
   ルミナのペーストを塗布し、その後焼成することを特徴
   とするセラミックス基板の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記アルミナペースト層の厚さが３〜
   ３０μｍ　である請求項１記載のセラミックス基板の製
   造方法。
4. 【請求項４】　　前記アルミナ焼成基板が、焼結助剤を
   ３〜２０重量％含む請求項２または３記載のセラミック
   ス基板の製造方法。
5. 【請求項５】　　前記高純度易焼結性アルミナの平均粒
   子径が０．２　μｍ以下である請求項２〜４のいずれか
   に記載のセラミックス基板の製造方法。
6. 【請求項６】　　前記焼成時の温度が１２００〜１３０
   ０℃である請求項２〜５のいずれかに記載のセラミック
   ス基板の製造方法。