JPH04288202A - 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】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は透孔を有するセラミック
ス基板の製造方法に係り、特に長穴状の透孔を形成する
場合において、透孔壁面の表面粗さが小さく、また透孔
の形状精度を高く設定することが可能なセラミックス基
板の製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】電子機器に搭載される回路モジュールは
、セラミックス基板の表面および裏面に多数の配線パタ
ーンを形成する一方、コンデンサや抵抗体なとの回路素
子を多数実装して形成される。またセラミックス基板の
両面に形成された回路素子および配線パターンを相互に
接続するために、セラミックス基板にはスルーホールま
たはヴィアホールと称する透孔が多数穿設される。透孔
表面には、蒸着法やスパッタリング法によって導体層が
形成され、この導体層によって基板の両面に形成された
回路素子等が相互に電気的に接続される。

【０００４】セラミックス基板に透孔を形成する方法と
しては、従来からセラミックス原料をシート状に形成し
た焼結前のセラミックス成形体（グリーンシート）を、
金型プレス等を使用して厚さ方向に垂直に打ち抜く方法
（パンチング）や、回転ドリルを使用してグリーンシー
トに穿孔する方法（ドリリング）などが一般に採用され
ている。パンチングで使用する金型は、初期コストが高
い難点はあるが、短時間に多数の透孔を形成できる利点
があり、量産性に優れている。

【０００５】特に打抜きパンチを使用するパンチング装
置は、コンピュータプログラムによる自動制御化が容易
であり、単一または複数の透孔の連続穿孔や一体金型に
よる複数同時穿孔も可能である。特に一体金型による穿
孔法は量産性に優れているため、従来からグリーンシー
ト状態での透孔形成方法として広く利用されている。

【０００６】一方、セラミックス成形体を焼結した後に
透孔を形成する方法としては、レーザ光、電子ビームま
たは超音波等をセラミックス焼結体に作用せしめ、熱ま
たは機械的振動等によって透孔を穿設する方法がある。 特に多数の透孔を高速度で効率よく穿設するには、レー
ザ光または電子ビームを使用した穿孔法が有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら焼成前の
セラミックス成形体に、打抜パンチ等によって透孔を形
成する方法においては、軟質なセラミックス成形体に作
用する機械的衝撃力が大きいため、セラミックス成形体
に塑性変形が発生し易く透孔の寸法形状のばらつきが大
きくなり設計寸法通りの透孔を形成することが困難とな
る場合が多い。また打ち抜いた透孔の剪断面の表面粗さ
が大きいため、透孔表面に導体層を均一でむらなく形成
することができず、セラミックス基板の両側に形成され
た回路間に導通不良を生じる割合が高くなる問題点があ
った。

【０００８】特に透孔の形状が正円ではなく、細長い長
穴状である場合には、長手方向の両端部に打抜き時の応
力が集中し易くなる。そのため、もとよりバインダ等で
結合しただけの強度が弱いグリーンシートにクラックが
発生し易くなり、最終製品としての基板の製造歩留りが
大幅に低下してしまう問題点があった。またグリーンシ
ートの厚さが大きくなると、透孔の内面の変形が増大し
、特に打抜きパンチの出口側の形状が著しく悪化し、後
工程で形成する導体層の形成に支障を来す場合も多かっ
た。

【０００９】またセラミックス成形体の焼成前にドリリ
ングによって透孔を形成する方法では、特に小径の透孔
や長孔（スロット）形状の透孔を形成する場合に、歩留
りの低下を招いたり、切削くずが多量に発生して成形体
に付着する等の問題があった。

【００１０】一方セラミックス成形体を焼成した後にレ
ーザ加工によって透孔を形成する方法においては、透孔
の内壁面に溶融凝固層が形成されたり、割れ（クラック
）が発生し易くなる問題点がある。例えばアルミナ系セ
ラミックスにレーザ光や電子ビームを照射すると、セラ
ミックスが部分的に溶解し、透孔の両端開口部に溶解し
たセラミックスが付着凝固してしまう。付着したセラミ
ックスは、透孔の形状の不均一性を招来するとともに、
セラミックス基板表面に凹凸を生じて、その平面性を損
う。その結果、基板表面への導体の形成、ピン付け、シ
リコン素子の接続に支障を来すおそれが高い。

【００１１】これに対して、熱膨張係数がＳｉに近く、
アルミナの１０倍程度の熱伝導率を有するＡｌＮセラミ
ックスの場合には、レーザ光や電子ビームなどを照射す
ることによって、溶解を発生することが少なく、分解お
よび昇華し、穿孔も容易である。しかしながら、大気中
においてレーザ光等を照射した場合には、透孔の両開口
部およびセラミックス基板表面に、Ａｌ金属酸化層から
成る溶融凝固層が形成され易い。この溶融凝固層の形成
により、電導性が生じ基板の絶縁抵抗の低下や回路の短
絡事故を引き起こすおそれも高くなる。

【００１２】また上記溶融凝固層は、基板本体に対する
接着力が弱く剥離し易いため、経時的に透孔の形状悪化
を招く可能性も高い。

【００１３】上記溶融凝固層の形成を阻止するために非
酸化性ガス雰囲気や液体中で、レーザ加工等を実施する
ことも、一部で試行されているが、作業性および加工時
間に難点があり、量産方法としては未だ確立されていな
い。

【００１４】さらに焼成後にセラミックス基板にレーザ
光等を照射して透孔を形成する方法においては、緻密に
結合した焼結体組織を溶かしながら穿孔するため、加工
能率が悪く多大な加工時間を要する欠点がある。したが
って、ある程度の加工能率を確保するためには、高出力
のレーザ発振装置を使用せざるを得ない。しかしながら
、この場合、レーザ光の初期入射部位が大きく溶融して
透孔の寸法精度が低下する上に、透孔の表面粗さが増加
してしまう欠点があった。

【００１５】本発明は上記の種々の問題点を解決するた
めになされたものであり、透孔壁面の表面粗さが小さく
信頼性が高い導体層を形成することが可能であり、また
形状精度が優れた透孔を備えたセラミックス基板の製造
方法を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係るセラミックス基板の製造方法は、短径に対
する長径の比が１を超える長穴状の透孔を有するセラミ
ックス基板の製造方法において、透孔の長径寸法より短
かい打抜き長さを有するパンチを使用して、形成しよう
とする透孔の長径方向に、打抜き位置を順次移動せしめ
て連続的に打ち抜くことにより所定寸法の透孔を穿設し
、しかる後に透孔を穿設したセラミックス成形体を焼結
することを特徴とする。

【００１７】またパンチの打抜き長さを、透孔の長径寸
法の１／２〜１／１０に設定するとよい。

【００１８】

【作用】上記構成に係るセラミックス基板の製造方法に
よれば、透孔の長径寸法より短かい打抜き長さを有する
パンチを使用して、形成しようとする透孔の長径方向に
順次打抜き位置を移動せしめて連続的に打ち抜くことに
より、所定寸法の透孔を穿設しているため、１回の打抜
き操作においてセラミックス成形体に作用する機械的衝
撃力が小さい。そのため、透孔に変形を生ずることが少
なく形状精度が高い透孔が形成でき、後工程において、
透孔内に均一でむらのない導体層を形成することが可能
となり、最終的に導体層の導通不良等がない信頼性が高
いセラミックス基板を提供することができる。

【００１９】特に、短径に対する長径の比が大きな長穴
状の透孔を穿設する場合においても、打抜き時に作用す
る衝撃力が小さいため、成形体に発生する割れを防止す
ることができ、基板製品の歩留りを大幅に高めることが
できる。

【００２０】

【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して、より具体的に説明する。

【００２１】図１は本実施例に係る製造方法において使
用したパンチ１の形状例を示す側面図、図２はセラミッ
クスグリーンシート２を上記パンチ１で打ち抜く状態を
示す断面図、図３は１回目のパンチング操作により小孔
３を形成したグリーンシート２の形状を示す平面図、図
４は最終的に形成した透孔４の形状を示すグリーンシー
ト２の平面図、図５は図４に示すグリーンシート２を焼
成して形成したセラミックス基板５の形状を示す平面図
である。

【００２２】すなわち本実施例に係るセラミックス基板
の製造方法は、短径Ｌ１　に対する長径Ｌ２　の比が１
を超える長穴状の透孔４を有するセラミックス基板５の
製造方法において、透孔４の長径寸法Ｌ２　より短かい
打抜き長さＬ０　を有するパンチ１を使用して、形成し
ようとする透孔の長径方向に、打抜き位置を順次移動せ
しめて連続的に打ち抜くことにより所定寸法の透孔４を
穿設し、しかる後に透孔４を穿設したセラミックス成形
体２を焼結することを特徴とする。

【００２３】ここでパンチ１の打抜き長さＬ０　は、透
孔４の長径寸法Ｌ２　の１／２　〜１／１０の範囲に設
定するとよい。透孔４の長径寸法に対するパンチ１の打
抜き長Ｌ０　の比が１／１０未満となると、１個の透孔
を穿設するために必要なパンチング回数が増大し、製造
効率が急激に低下する。一方、上記の比の値が１／２を
超えると、１回のパンチング操作時にセラミックス成形
体２に作用する機械的な衝撃力が大きくなるため、変形
が生じ易く透孔の形状精度が低下してしまう。

【００２４】したがって、打抜き長さＬ０　と長径寸法
Ｌ２　との比率は、上記範囲内に設定することが望まし
い。

【００２５】以下、本発明の実施例について比較例と共
に、より具体的に説明する。

【００２６】実施例１ まずセラミックス原料としての窒化アルミニウムを主成
分とする厚さ０．６ｍｍのグリーンシート（セラミック
ス成形体）２を多数調製する一方、図１に示すように幅
が０．１５ｍｍであり打抜き長さＬ０　が１．５ｍｍの
パンチ１を用意した。

【００２７】次に図２に示すように上記パンチ１を使用
してグリーンシート２を打ち抜いて小孔３を形成し、さ
らに図３に示すように、パンチ１を、形成しようとする
透孔の長径方向に順次移動し、各打抜き位置Ｐ１　〜Ｐ
５　において同様に打ち抜くことにより、最終的に図４
に示すように長径寸法Ｌ２　が６ｍｍで短径Ｌ１　が０
．１５ｍｍの透孔４を形成した。

【００２８】そして各グリーンシート２に形成した透孔
４の断面形状を観察するとともに、透孔４の形状精度を
評価するために、各透孔４のパンチ側およびダイス側の
開口径ＤＩＮ、ＤＯＵＴ　を測定し図６に示す結果を得
た。

【００２９】また透孔４を形成した各グリーンシート２
を脱脂後、温度１８００℃で５時間焼結して、図５に示
すセラミックス基板５を得た。そして得られたセラミッ
クス基板５の透孔４の状態を観察したが、クラック等の
欠陥は観察されなかった。

【００３０】実施例２ 実施例２としてＡｌＮを主成分とする厚さ１．１ｍｍの
グリーンシートをドクターブレード法によって多数調製
し、各グリーンシートについて、実施例１と同様なパン
チング操作によって実施例１と同一寸法を有する透孔を
形成した。

【００３１】そして各グリーンシートに形成された透孔
の断面形状を観察するとともに、形状精度を評価するた
めに実施例１と同様に各透孔の両端部の開口比（ＤＯＵ
Ｔ　／ＤＩＮ）を測定し、図６に示す結果を得た。

【００３２】すなわち各グリーンシートに形成した透孔
の断面形状は、実施例１と比較してグリーンシートの厚
さが増大したため、若干の破断面が発生しており、表面
状態が部分的に悪化した部位も観察されたが、ＤＯＵＴ
　／ＤＩＮで示す形状精度は０．８〜１．０と比較的に
良好であった。

【００３３】こうして透孔を形成した各グリーンシート
を実施例１と同一条件で脱脂後、焼結してセラミックス
基板を形成したところ、実用上問題のない基板とするこ
とができた。

【００３４】比較例１ 実施例１で調製した厚さ０．６ｍｍのＡｌＮグリーンシ
ートを多数用意する一方、短径Ｌ１　が０．１５ｍｍ、
打抜き長さＬ０　が６ｍｍである大型のパンチを使用し
、各グリーンシートに対して図４に示す長穴状の透孔を
１回のパンチング操作によって穿孔した。

【００３５】その結果、形成した透孔の断面形状は、実
施例１と比較して破断面の割合が大きく、またＤＯＵＴ
　／ＤＩＮで示す形状精度も０．８〜０．９と若干低下
してしまった。

【００３６】比較例２ 実施例２で調製した厚さ１．１ｍｍの各ＡｌＮグリーン
シートに、比較例１で使用したパンチを使用して、図４
に示す透孔を１回のパンチング操作によって穿孔した。

【００３７】その結果、形成した各透孔の断面形状は、
図６中に示すように破断面や陥没部が多数形成され、か
つＤＯＵＴ　／ＤＩＮで示す形状精度も０．３〜０．５
と極めて低く回路基板としての実用化は困難であった。

【００３８】上記の実施例１〜２および比較例１〜２に
おける観察結果および測定評価結果を図６にまとめて示
す。図６から明らかなように、実施例１〜２に係るセラ
ミックス基板によれば、１回の打抜き操作において、脆
弱なグリーンシートに作用する機械的衝撃力が小さくな
るため、透孔に変形を生じることが少なく、形状精度が
高い透孔を形成することができた。

【００３９】さらに実施例１〜２および比較例１におい
て調製した各セラミックス基板４の両表面に、スパッタ
リング装置を用いて、厚さがそれぞれ５０，５００，２
００ｎｍのＴｉ，Ｎｉ，Ａｕ薄膜を形成し、３層構造の
導体層を形成した。ここでスパッタリング装置の運転出
力は１００〜５００Ｗ、セラミックス基板の温度は室温
（ＲＴ）〜２００℃の範囲に設定した。そして各透孔４
の内面に沿って、セラミックス基板の表裏に亘って形成
された導体層の導通試験を施したところ、ほぼ１００％
の導通が得られた。一方比較例１のセラミックス基板５
においては、打ち抜いて形成した各透孔４の内面の表面
粗さが大きいため、透孔の表面に導体層を均一かつむら
なく形成することができず、基板両面に形成された回路
間の導通不良が８０％程度生じ、製品歩留りが大幅に低
下した。

【００４０】したがって本実施例に係るセラミックス基
板の製造方法によれば、動作の信頼性が高いセラミック
ス回路基板を提供することができる。

【００４１】なお、上記各実施例においては、パンチを
直線上に移動せしめ、グリーンシートに連続的に小孔を
穿設することにより長穴状の透孔を形成した例で示して
いるが、透孔の形状は上記に限定されない。例えば透孔
の開口断面がＬ字状、コの字状となる場合においても同
様に適用することが可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るセラミッ
クス基板の製造方法によれば、透孔の長径寸法より短か
い打抜き長さを有するパンチを使用して、形成しようと
する透孔の長径方向に順次打抜き位置を移動せしめて連
続的に打ち抜くことにより、所定寸法の透孔を穿設して
いるため、１回の打抜き操作においてセラミックス成形
体に作用する機械的衝撃力が小さい。そのため、透孔に
変形を生ずることが少なく形状精度が高い透孔が形成で
き、透孔内に均一でむらのない導体層を形成することが
可能となり、最終的に導体層の導通不良等がなく、信頼
性が高いセラミックス基板を提供することができる。

【００４３】特に、短径に対する長径の比が大きな長穴
状の透孔を穿設する場合においても、打抜き時に作用す
る衝撃力が小さいため、成形体に発生する割れを防止す
ることができ、基板製品の歩留りを大幅に高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る製造方法で使用したパンチの形
状例を示す平面図。

【図２】グリーンシートをパンチで打ち抜く状態を示す
断面図。

【図３】１回目のパンチング操作により小孔を形成した
グリーンシートの形状を示す平面図。

【図４】最終的に形成した透孔の形状を示すグリーンシ
ートの平面図。

【図５】図４に示すグリーンシートを焼成して形成した
セラミックス基板の形状を示す平面図。

【図６】実施例および比較例における各透孔の断面形状
および形状精度を示す説明図。

【符号の説明】

１　　パンチ ２　　グリーンシート（セラミックス成形体）３　　小
孔 ４　　透孔 ５　　セラミックス基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　短径に対する長径の比が１を超える長
   穴状の透孔を有するセラミックス基板の製造方法におい
   て、透孔の長径寸法より短かい打抜き長さを有するパン
   チを使用して、形成しようとする透孔の長径方向に、打
   抜き位置を順次移動せしめて連続的に打ち抜くことによ
   り所定寸法の透孔を穿設し、しかる後に透孔を穿設した
   セラミックス成形体を焼結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】　　パンチの打抜き長さを、透孔の長径寸
   法の１／２〜１／１０に設定することを特徴とする請求
   項１記載のセラミックス基板の製造方法。