JPH04291994A - 複合セラミックス回路基板の製造方法 - 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】本発明は複合セラミックス回路基
板の製造方法に関し、たとえばコンピュータ等の電子機
器に搭載する回路基板、特に異種材料を積層してなる複
合セラミックス回路基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス回路基板はＬＳＩを実装す
るのに好適であることから、各種電子機器に広く用いら
れている。特にコンピュータの分野においては、機器の
小型化および処理速度の高速化が可能な回路基板が望ま
れている。このような背景から、たとえば抵抗、コンデ
ンサー等の受動素子を内蔵する回路基板や素子を収納す
るためのキャビティが形成されてなるＰＧＡ型回路基板
等のように機能性を有するセラミックス回路基板が登場
している。

【０００３】特に最近は異種材料すなわち異種組成のグ
リーンシートを一体に積層して同時に焼成することによ
り、機能性を有する複合セラミックス回路基板を得よう
とする試みがなされている。そして、従来、このような
複合セラミックス回路基板は、異なる組成の複数のグリ
ーンシートをたとえばキャリアフィルム法により異なる
キャリアフィルム上にそれぞれ個別に作製し、積層時に
一体化して焼成することにより製造されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異なる
組成の複数のグリーンシートをそれぞれ個別に作製し、
積層時に一体化して焼成する方法においては、個別に作
製した複数のグリーンシートを積層して一体化するため
層間の密着性が充分に得られず、この方法により製造さ
れる複合セラミックス回路基板においては焼成時、冷却
時、使用時等に例えば焼成収縮率のミスマッチ、熱膨張
率のミスマッチ等の熱ストレスの影響が顕著に現れる。

【０００５】そして、たとえば上記の焼成収縮率のミス
マッチ、熱膨脹率のミスマッチ等の熱ストレスによる影
響は層間剥離や基板の反り、破壊等の原因となる。すな
わち、複合セラミックス回路基板の従来の製造方法にお
いては、得られる基板に層間剥離や反りが生じやすいと
いう問題があり、所期の機能を発揮する複合セラミック
ス回路基板を効率良く製造することができないという問
題がある。

【０００６】本発明はかかる事情に基づいてなされたも
のであり、本発明の目的は、層間の密着性が充分であっ
て層間剥離や基板の反り、破壊等を生じることがなく、
したがって長期間にわたって所期の性能を発揮する複合
セラミックス回路基板を効率良く製造することのできる
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の要旨は、異種材料からなる複数のグリーン
シートを積層してから焼成する複合セラミックス回路基
板の製造方法において、少なくとも一つのグリーンシー
トが、キャリアフィルム上に第１のセラミックス組成物
よりなる第１のスラリーを注いで下層グリーンシートを
形成した後、該下層グリーンシート上に、第２のセラミ
ックス組成物よりなる第２のスラリーを注いで上層グリ
ーンシートを積層し、その後、該キャリアフィルムより
剥離して形成された多層グリーンシートであり、上記第
１のセラミックス組成物および第２のセラミックス組成
物のいずれか一方がガラス・セラミックスであり、他方
が高誘電体セラミックスであることを特徴とする複合セ
ラミックス回路基板の製造方法であり、複数のセラミッ
クススラリーを用い、ドクターブレード法によりグリー
ンシート上に該複数のセラミックススラリーのうちいず
れかを注いでグリーンシート積層体を形成する工程を所
望回数繰り返して３層以上の多層グリーンシートを形成
する工程を有する上記複合セラミックス回路基板の製造
方法であり、隣接する異種材料層間に多孔質セラミック
ス層を形成し、その後、焼成することを特徴とする複合
セラミックス回路基板の製造方法であり、さらに回路基
板側面部における前記多孔質セラミックス層の露出部に
ガラス被膜を形成する上記複合セラミックス回路基板の
製造方法である。

【０００８】以下に本発明について多層グリーンシート
の製造工程と複合セラミックス回路基板の製造工程とに
分けて説明する。−多層グリーンシートの製造工程−本
発明における多層グリーンシートの製造工程においては
、先ず、キャリアフィルム上に、スラリーを注ぎ、該ス
ラリーを成形してグリーンシートを作製する。

【０００９】上記のキャリアフィルムとしては、たとえ
ばシリコンコートしてなるポリエステルフィルム等の従
来よりグリーンシートの製造において使用されているも
のをいずれも好適に使用することができる。キャリアフ
ィルム上に注がれるスラリーは、たとえばセラミックス
粉末、ガラス粉末等の混合物に通常は少なくともバイン
ダー、可塑剤および溶剤を添加して混練することにより
調製される。

【００１０】たとえば図１に示すように、キャリアフィ
ルム１上にスラリー２を注ぐにあたっては、ドクターブ
レード３を好適に使用することが可能であり、ドクター
ブレード３を使用することによりスラリーをシート上に
注ぐことができる。このようにしてキャリアフィルム上
にスラリーを注いだ後、通常は乾燥を行なってグリーン
シートを形成する。

【００１１】本発明の方法においては、以上のようにし
てキャリアフィルム上にグリーンシートを成形した後、
このグリーンシート上に、再度、スラリーを注いでグリ
ーンシートを積層する。その状態を図１に示す。なお、
図１において、４は上記のようにしてキャリアフィルム
１上に形成したグリーンシートである。このとき使用す
るスラリー２´は、キャリアフィルム１上に注いだスラ
リー２と同一組成のものであってもよいし、異なる組成
のものであってもよい。同一組成のスラリーを用いれば
、厚みの大きなグリーンシートを得ることができるし、
異なる組成のスラリーを用いれば、異種材料の複合グリ
ーンシートを得ることができる。たとえば、ガラス・セ
ラミックス組成のグリーンシート上にチタン酸バリウム
組成のスラリーを注げば、ガラス・セラミックス組成の
グリーンシート上にチタン酸バリウム組成のグリーンシ
ートが積層されるし、ガラス・セラミックス組成のグリ
ーンシート上にガラス・セラミックス組成のスラリーを
注げば、ガラス・セラミックス組成で厚みの大きい積層
グリーンシートが得られる。また、たとえば、ガラス・
セラミックス組成のグリーンシート上に、前記のバイン
ダー成分のみが過剰であるガラス・セラミックス組成の
スラリーを注いだりすることもできる。

【００１２】このようにしてキャリアフィルム上のグリ
ーンシート上にスラリーを注ぎ、成形後、通常は乾燥を
行なって積層グリーンシートとする。本発明の方法にお
いては、上記の積層グリーンシート上に、さらに所望回
数スラリーを注いで該積層グリーンシート上で層毎にグ
リーンシートを形成して多層化する。

【００１３】ここで、各層の形成方法はキャリアフィル
ム上に形成したグリーンシート上に積層した前記のグリ
ーンシートの形成方法と同様であり、各層の形成に使用
するスラリーの組成はそれぞれ異っていてもよいし、同
一であってもよい。なお、積層する層の数は、必要に応
じて適宜に決定することができる。また、各層の厚さは
、通常、３０〜３００μｍである。

【００１４】以上のようにして製造される多層グリーン
シートは、例えば、所定の外形形状に成形し、さらに配
線パターンおよびビアホールを形成してから、さらに他
のグリーンシートと積層して複合セラミックス回路基板
を形成するのに好適に使用することができる。−複合セ
ラミックス回路基板の製造工程−本発明の複合セラミッ
クス回路基板の製造方法においては、異種材料からなる
複数の複合グリーンシートを積層する際に隣接する異種
材料複合グリーシート層間に多孔質セラミックス層形成
用のグリーンシートを介在させる。

【００１５】この多孔質セラミックス層形成用のグリー
ンシートを隣接する異種材料複合グリーシート層間に介
在させることにより、焼成時、冷却時、使用時における
熱ストレスにより異種材料層間に生じる反りや破壊等を
緩和することができる。このような作用を有する多孔質
セラミックス層の焼成後の気孔率は、通常、１０％以上
であり、好ましくは３０％以上である。

【００１６】この多孔質セラミックス層は、たとえばガ
ラス・セラミックス組成のスラリーを用いて形成可能で
あり、さらに具体的には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３　）・
ホウケイ酸ガラス組成のスラリーなどを用いて形成する
ことができる。そして、該多孔質セラミックス層の気孔
率は、たとえば上記のアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）・ホ
ウケイ酸ガラス組成のスラリーを用いる場合には、アル
ミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）とホウケイ酸ガラスとの配合割
合を調整することにより適宜に決定することができる。 具体的には、ホウケイ酸ガラスの配合割合を小さくすれ
ば、該層の焼結が妨げられることになるので気孔率を高
くすることができる。

【００１７】本発明の方法においては、上記の多孔質セ
ラミックス層を異種材料層間に形成し、次のようにして
複合セラミックス回路基板を製造する。先ず、異種材料
からなる複数の単層または複合グリーンシートおよび多
孔質セラミックス層形成用グリーンシートを作製する。 各グリーンシートは、たとえばキャリアフィルム法を採
用して個別に作製しても良いが、前述の多層グリーンシ
ートの製造方法により順次スラリーを注ぐことにより積
層体の形態で作製することもできる。

【００１８】ここで、異種材料からなるグリーンシート
の組合わせとしては、異種材料あるいは異種組成のグリ
ーンシートの組合わせであれば特に制限はなく、たとえ
ばガラス・セラミックス組成のグリーンシートとチタン
酸バリウム組成のグリーンシートとの組合わせなどを挙
げることができる。なお、通常は各グリーンシートにビ
アを形成するとともに、表面には配線パターンを形成す
る。

【００１９】各グリーンシートの積層にあたっては、異
種材料層間に多孔質セラミックス層形成用グリーンシー
トが形成される順序で積層する。本発明の方法において
は、以上のようにして得られる積層体を焼成することに
より複合セラミックス回路基板を得ることができる。こ
のときの焼成温度は、通常、９００〜１０００℃程度で
あり、焼成時間は、通常、１〜５時間程度である。

【００２０】なお、以上のようにして得られる複合セラ
ミックス回路基板は、その側面において多孔質セラミッ
クス層が露出したものであり、この露出部の耐水性、耐
湿性が劣り、この露出部から侵入する水分等により基板
中の誘電体が浸食されて基板特性の劣化を招くことから
、回路基板側面部における多孔質セラミックス層の露出
部にガラス被膜を形成することが望ましい。

【００２１】このガラス被膜は、複合セラミックス回路
基板の側面全体あるいは複合セラミックス回路基板の側
面に露出する少なくとも多孔質セラミックス層の露出部
にグレーズガラスペーストを塗布したり、あるいはスプ
レー法により吹き付けたりしてグレーズガラス層を形成
した後、該グレーズガラス層を焼成することにより形成
することができる。なお、このときの焼成条件は、通常
、温度が５００〜８００℃程度であり、時間が１５〜３
０分間程度である。また、このようにして形成されるガ
ラス被膜の厚さは、通常、１０〜３０μｍ程度である。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、本発明につい
てさらに具体的に説明する。 （実施例１）平均粒径５μｍのアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３
　）、平均粒径４μｍのホウケイ酸ガラスを（アルミナ
）：（ホウケイ酸ガラス）の重量比が１：１になるよう
に調合して混合粉を得た。次いで、この混合粉に対して
アクリル系バインダー１０重量部、アセトン１００重量
部およびＤＢＰ（ジブチルフタレート）４重量部を添加
し、ボールミルで２０時間混練してスラリーとした。得
られたスラリーを、ドクターブレードによりキャリアフ
ィルム上に注ぎ、その後、室温下に２時間放置して乾燥
を行なうことにより厚さ３００μｍのアルミナ・ガラス
組成のグリーンシート得た。

【００２３】次いで、このアルミナ・ガラス組成のグリ
ーンシート上に、チタン酸バリウム組成のスラリーを、
ドクターブレードを用いて注ぎ、その後、室温下に２時
間放置して乾燥を行なうことにより厚さ８０μｍのチタ
ン酸バリウム組成のグリーンシートを積層して多層グリ
ーンシートを得た。ここで、チタン酸バリウム組成のス
ラリーは、平均粒径１μｍのチタン酸バリウムに平均粒
径４μｍの炭酸リチウムを２モル％の割合で添加してな
る混合粉にアクリル系バインダー１０重量部、アセトン
１００重量部およびＤＢＰ（ジブチルフタレート）４重
量部を添加し、ボールミルで２０時間混練して調製した
。

【００２４】このようにして作製した複合多層グリーン
シート２枚とキャリアフィルム法により作製したアルミ
ナ・ガラス組成の単層グリーンシート４枚およびチタン
酸バリウム組成の単層グリーンシート１枚とを用いて、
積層圧力１０ＭＰａ、温度１００℃の条件下、図２に示
すように積層した。図２において、５は複合多層グリー
ンシート、５ａはアルミナ・ガラス組成のグリーンシー
ト、５ｂはチタン酸バリウム組成のグリーンシート、６
はキャリアフィルム法で作製したアルミナ・ガラス組成
の単層グリーンシート、７はキャリアフィルム法で作製
したチタン酸バリウム組成の単層グリーンシートであり
、８は配線パターンである。なお、各グリーンシートの
所定形状への成形およびビアホールの形成にはパンチを
用いた。また、図示されないビアホールには銅ペースト
を充填し、配線パターン８は銅ペーストを用いたスクリ
ーン印刷により形成した。

【００２５】このようにして作製した積層体を、窒素雰
囲気中、温度１０００℃の条件で４時間焼成し、複合セ
ラミックス回路基板を得た。同様にして５０個の複合セ
ラミックス回路基板を作製し、反り発生率および破壊（
デラミ）発生率を求めたところ、反り発生率は１％、破
壊（デラミ）発生率は０％であった。 （比較例１）前記実施例１において、多層グリーンシー
トを従来のキャリアフィルム法により各層毎に個別に作
製してから積層したほかは、前記実施例１と同様にして
５０個の複合セラミックス回路基板を製造し、反り発生
率および破壊（デラミ）発生率を調べたところ、反り発
生率は３０％、破壊（デラミ）発生率は２０％であった
。 （実施例２）アルミナ・ガラス組成のグリーンシートの
作製 平均粒径５μｍのアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）および平
均粒径４μｍのホウケイ酸ガラスを（アルミナ）：（ホ
ウケイ酸ガラス）の重量比で１：１の割合で調合した混
合粉を用いて前記実施例１におけるのと同様にしてキャ
リアフィルム法により厚さ３００μｍのアルミナ・ガラ
ス組成のグリーンシートを作製した。 多孔質セラミックス層形成用グリーンシートの作製上記
アルミナ・ガラス組成のグリーンシートの作製において
、平均粒径５μｍのアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）および
平均粒径４μｍのホウケイ酸ガラスを重量比で１：１の
割合で調合してなる混合粉に代えて平均粒径５μｍのア
ルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）および平均粒径４μｍのホウ
ケイ酸ガラスを重量比で４：１の割合で調合してなる混
合粉を用いたほかは上記アルミナ・ガラス組成のグリー
ンシートの作製におけるのと同様にして焼成後の気孔率
が５０％と見積もられ、厚さが３００μｍの多孔質セラ
ミックス層形成用グリーンシートを作製した。 チタン酸バリウム組成のグリーンシートの作製平均粒径
１μｍのチタン酸バリウムに平均粒径４μｍの炭酸リチ
ウムを２モル％の割合で添加してなる混合粉を用いて前
記実施例１におけるのと同様にして厚さ８０μｍのチタ
ン酸バリウム組成のグリーンシートを作製した。 複合セラミックス回路基板の製造 上記のようにして作製した３種類の単層グリーンシート
のそれぞれを所定の外形形状に成形し、また各グリーン
シートにビアおよび配線パターンを形成してから、位置
合わせを行ない、温度１００℃、圧力１０ＭＰａの条件
下で積層し、窒素雰囲気中、温度１０００℃の条件で５
時間焼成し、その後、側面にグレーズガラスペーストを
塗布してから、窒素雰囲気中、温度６００℃の条件で３
０分間焼成してガラス被膜を形成して図３に示す複合セ
ラミックス回路基板１０を得た。図３において、１１は
アルミナ・ガラス層、１２は多孔質セラミックス層、１
３はチタン酸バリウム層、１４はガラス被膜であり、１
５は配線パターン、２０は抵抗体である。

【００２６】同様にして５０個の複合セラミックス回路
基板を作製し、反り発生率および破壊（デラミ）発生率
を求めた。結果を表１に示す。また、この複合セラミッ
クス回路基板をＲ．Ｈ．９０％の湿度環境下に放置した
後の誘電体の誘電率および絶縁抵抗値を求めた。結果を
表２に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】（実施例３）前記実施例２において、焼成
後の多孔質セラミックスの気孔率を５０％から１０％に
変えたほかは前記実施例２と同様にして実施した。結果
を表１に示す。 （実施例４）前記実施例２において、焼成後の多孔質セ
ラミックスの気孔率を５０％から２０％に変えたほかは
前記実施例２と同様にして実施した。

【００３０】結果を表１に示す。 （実施例５）前記実施例２において、焼成後の多孔質セ
ラミックスの気孔率を５０％から４０％に変えたほかは
前記実施例２と同様にして実施した。結果を表１に示す
。 （比較例２）前記実施例２において、多孔質セラミック
ス層を形成しなかったほかは、前記実施例２と同様にし
て複合セラミックス回路基板を製造した。

【００３１】この複合セラミックス回路基板について反
り発生率および破壊発生率を求めた。結果を表１に示す
。 （比較例３）前記実施例２において、ガラス被膜を形成
しなかったほかは前記実施例２と同様にして複合セラミ
ックス回路基板を製造した。

【００３２】この複合セラミックス回路基板をＲ．Ｈ．
９０％の湿度環境下に一定時間放置した後の誘電体の誘
電率および絶縁抵抗値を求めた。結果を表２に示す。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、順次スラリーを注いで
各層を積層しながら多層化するので、層間の密着性が充
分であって層間剥離や反りを生じることがなく、したが
って所期の機能を発揮する多層セラミックス回路基板あ
るいは複合セラミックス回路基板を効率良く得ることの
できる複合セラミックス回路基板の製造方法を提供する
ことができる。

【００３４】また、本発明によれば、異種材料層間に多
孔質セラミックス層を形成して異種材料層を積層するの
で、焼成時、冷却時、使用時における異種材料層間の熱
ストレスに起因する反りや破壊等が生じることのない複
合セラミックス回路基板を効率良く得ることのできる複
合セラミックス回路基板の製造方法を提供することがで
きる。さらに、回路基板の側面に露出する多孔質セラミ
ックス層の露出部にガラス被膜を形成すれば、上記の利
点を有するとともに水分等の影響がなく長期にわたって
所期の特性が維持される複合セラミックス回路基板を効
率良く得ることができる複合セラミックス回路基板の製
造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる多層グリーンシートの形成過程
の一例を示す説明図である。

【図２】本実施例で製造する複合セラミックス回路基板
の工程中の断面を示す概略説明図である。

【図３】本実施例で製造した他の複合セラミックス回路
基板の断面を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１…キャリアフィルム ２，２´…スラリー ４…グリーンシート ５…多層グリーンシート １０…複合セラミックス回路基板 １２…多孔質セラミックス層 １４…ガラス被膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　異種材料からなる複数のグリーンシー
   トを積層してから焼成する複合セラミックス回路基板の
   製造方法において、少なくとも一つのグリーンシートが
   、キャリアフィルム上に第１のセラミックス組成物より
   なる第１のスラリーを注いで下層グリーンシートを形成
   した後、該下層グリーンシート上に、第２のセラミック
   ス組成物よりなる第２のスラリーを注いで上層グリーン
   シートを積層し、その後、該キャリアフィルムより剥離
   して形成された多層グリーンシートであり、上記第１の
   セラミックス組成物および第２のセラミックス組成物の
   いずれか一方がガラス・セラミックスであり、他方が高
   誘電体セラミックスであることを特徴とする複合セラミ
   ックス回路基板の製造方法。
2. 【請求項２】　　複数のセラミックススラリーを用い、
   ドクターブレード法によりグリーンシート上に該複数の
   セラミックススラリーのうちいずれかを注いでグリーン
   シート積層体を形成する工程を所望回数繰り返して３層
   以上の多層グリーンシートを形成する工程を有する請求
   項１記載の複合セラミックス回路基板の製造方法。
3. 【請求項３】　　異種材料からなる複数のグリーンシー
   トを積層してから焼成する複合セラミックス回路基板の
   製造方法において、隣接する異種材料層間に多孔質セラ
   ミックス層を形成し、その後、焼成することを特徴とす
   る複合セラミックス回路基板の製造方法。
4. 【請求項４】　　回路基板側面部における前記多孔質セ
   ラミックス層の露出部にガラス被膜を形成する請求項２
   記載の複合セラミックス回路基板の製造方法。