JPH0431196B2

JPH0431196B2 -

Info

Publication number: JPH0431196B2
Application number: JP60157624A
Authority: JP
Priority date: 1985-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1992-05-25
Also published as: JPS6146088A

Description

【発明の詳細な説明】本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とす
る。

（産業上の利用分野）この発明は導体配線を備えるセラミツク基板の
製法に関する。

（従来の技術）従来の導体配線を備えるセラミツク基板の製法
にあつて酸化アルミニウムの量に対する２酸化硅
素の量の比率が小さいものは、製造時、焼結に高
温度が必要であるという問題点があつた。また抵
抗強度が弱かつたり、電気絶縁性が悪いという問
題点もあつた。

さらにまた従来より一般的に使用される導電ペ
ーストには、セラミツクス（基板）に対する接着
性を高めるためにガラス粉末のフリツトが成分と
して含まれている。しかしながら導電ペーストに
フリツト（ガラス粉末）が含まれていると同時焼
成時、基板のセラミツクス層と反応して導体配線
の抵抗値を高める問題点があつた。また配線に対
する半田付けがしにくくなる問題点もあつた。

特に導体配線が微細化されると、導体配線の抵
抗値が高くなり、配線内を伝播する信号の時間が
長くなる。したがつてどうしても抵抗値を低くし
て演算処理の高速化に応じる必要がでてくる。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は上記従来の問題点を除き、抗折強度
が高く更に電気絶縁性が高く、導体配線の抵抗値
が低く、しかも製造時には比較的低温で容易に焼
結することのできる組成の導体配線を備えるセラ
ミツク基板の製法を提供しようとするものであ
る。

本願発明の構成は次のとおりである。

（問題点を解決する為の手段）本願発明は、酸化アルミニウム20〜60重量％、
酸化ホウ素３〜15重量％、２酸化硅素20〜70重量
％、アルカリ金属酸化物１〜５重量％、族元素
酸化物0.01〜0.5重量％の組成範囲で総量が100重
量％となるように選んだセラミツク組成物を用い
てグリンシートを調製する工程と、該グリンシー
トに導電性の金属粉末と溶剤と有機バインダーと
からなるフリツトレスタイプの導電ペーストによ
つて導体配線を形成する工程を含む導体配線を備
えるセラミツク基板の製法を提供するものであ
る。

（実施例） (1) 先ず酸化アルミニウムAl₂O₃（20〜60重量
％）、酸化ホウ素B₂O₃（３〜15重量％）、２酸化
硅素SiO₂（20〜70重量％）、アルカリ金属酸化
物（１〜５重量％）、族元素酸化物（0.01〜
0.5重量％）の組成範囲で総量が100重量％とな
るように選んだセラミツク組成物（粉末）をボ
ールミル用いて24時間、乾式にて粉砕混合す
る。

(2) 粉砕したセラミツク粉末（組成物）に対し水
（純水）（15〜40重量％）と分散剤（合成ポリカ
ルボン酸塩：例えばアロンＡ−6114（東亜合成
化学製））（0.1〜10重量％）をそれぞれの範囲
内において添加し、ボールミルで２〜３時間混
練する。

(3) 次に混練中のものに有機バインダー（アクリ
ル系水溶性樹脂：例えばアロンAS−1600（東亜
合成化学製））（10〜25重量％）を添加し、その
後再び２〜３時間混練する。

(4) さらに混練したものに消泡剤（0.1〜５重量
％）を添加し再び２〜３時間混練してスラリー
にする。

(5) このスラリーを真空脱泡（30分〜１時間）し
たあと約10〜20時間放置する。

(6) 次にスラリーをドクタブレード法によつてフ
イルム上に流し200μm〜500μm程度の均一の厚
さの生シート（グリーンシートとも呼ぶ）にし
たあと、自然乾燥（室内放置20℃10〜20時間）
し、さらに加熱乾燥（40℃，60℃，80℃各30分
〜１時間）する。……熱風乾燥。

(7) 次にグリーンシートを所要寸法例えば50mm×
60mmの矩形に打抜き（例えば打抜型、ポンチ、
ダイを利用）、スルホールの必要な層にはスル
ホールをあける。

(8) 打抜いたグリーンシート上へPt、Au−Pt、
Au−Pd−Pt、Ag−Pd、Au−Pd、Pd、Au、
Ag−Au、Ag、Cu、Ni、Cr等を主成分とした
導体ペーストをスクリーン印刷によつて所定の
位置に印刷し、またスルホールにも導体ペース
トを注入する。印刷したグリンシートは加熱乾
燥する。（例えば遠赤外線により120℃にて10〜
20分間） (9) 乾燥したグリーンシートが所定の回路を形成
しかつ基板の厚さが所定の厚みになるようにシ
ートを複数枚積層し、これら相互間を加圧接着
（圧力10〜60Kg／cm²、加圧時間10〜30秒）し、
そのあとカツタにて所定形状に切断する。な
お、上記の加圧接着はシートが柔軟性を保持す
る状態において行なうことが必要であり、一般
には印刷後すぐに行なう。尚湿度の管理された
室に一定時間放置した後行なうか、スプレー等
により水分を吹付けて行なうようにしてもよ
い。上記加圧接着の場合、上記シートは、親水
性基を有するバインダーが用いられている為に
常に水分を含んでいるから、上記重合状のシー
トに加圧力を加えるとその含まれている水分に
よつてシート相互の重合面が糊状になる。その
結果、その糊状となつたものによつてシート相
互は元から一材であつたかの如く接着する。

(10) 積層したグリーンシートを電気炉に入れ、空
気中（酸化雰囲気中）にて800〜1000℃の温度
範囲（例えば850℃）で１時間焼結する。その
焼成のパターンは、例えば、250〜300℃／時間
の温度上昇率で約３時間加熱して800〜1000℃
まで昇温させ、次にその温度で１時間保持して
焼結させ、その後２時間程の時間をかけて常温
まで冷却する。なお、グリーンシートに含まれ
るバインダーは上記焼成過程の昇温時に脱バイ
ンダーされる。

(11) 上記の如き焼成の結果、多層セラミツク基板
が完成する。

次にセラミツク組成物およびバインダー等の
夫々について更に詳細に説明する。

セラミツク組成物はいわゆるガラス−セラミツ
クと称されるもので、低温での焼結を可能とする
ため酸化アルミニウム（Al₂O₃）に対する２酸化
硅素（SiO₂）の比率を高めるようにした組成で
あり、さらに低温での焼結を目的としてアルカリ
第２金属（酸化ナトリウムNa₂O、酸化カリウム
K₂O、酸化マグネシウムMgO、酸化カルシウム
CaO、）をごくわずか使用している。なお、セラ
ミツクの組成において、 (a) アルミナ（酸化アルミニウムAl₂O₃）が酸化
物換算で20重量％未満では抗折強度が低下する
外、絶縁性等の電気的特性が悪くなり、60重量
％を越えると1000℃以下では焼結できない。

(b) ２酸化硅素（SiO₂）が20重量％未満では
1000℃以下でのセラミツクの焼結が困難であ
り、70重量％を越えると抗折強度が低くなる。

(c) 酸化ホウ素（B₂O₃）が３重量％未満では
1000℃以下での焼結が困難であり、15重量％を
越えると焼結時の膨張係数が大きくなつて好ま
しくない。

(d) アルカリ第２金属が0.1重量％未満では1000
℃での焼結が不可能であり、５重量％を越える
と電気的特性（絶縁抵抗、誘電体正接）が低下
する。

(e) 族金属（酸化鉄Fe₂O₃、酸化ニツケル
NiO、酸化ルチウムRuO₂、酸化ロジウム
Rh₂O₂）が0.01重量％以下では抗折力などの物
理特性が低下し、0.5重量％を越えると絶縁抵
抗など電気的特性が悪くなる。

以上の組成物にして始めて電気的ならびに機械
的に満足な性能を有し実用に耐えしかも膨張率が
小さく（シリコーンに接近した）かつ1000℃以下
の低温にて緻密に焼結できるセラミツク基板を得
ることができる。またこれにより、導体として
Ag、Au、Pd、Pt、Cu、Ni等の単体およびこれ
らの合金など低抵抗の導体材料が使用できるた
め、配線が一段と微細化でき、実装密度を高める
ことができる。

また導体ペーストとセラミツク組成物の焼結反
応が同時に起こり焼結時の収縮が縦横、厚み方向
で生じるように自由な状態で焼成できるためボイ
ドやピンホールの発生のない緻密なセラミツク基
板が得られる。なお上記において使用する導体ペ
ーストとしては、焼結時に導体ペーストに含まれ
るフリツト（ガラス粉末）がセラミツク層と反応
して境界内に沈み込まないように、導電性の金属
微粉末と溶剤と有機バインダーとからなるいわゆ
るフリツトレスタイプの導電ペーストを使用する
ことが望ましい（導体配線の抵抗値を高めないよ
うにすると同時に半田付けができるようにするた
め）。次に有機バインダー、水（純水）、消泡剤に
ついて説明する。

上記有機バインダーとしては水溶性アクリル系
樹脂を使用する。この水溶性アクリル系樹脂は下
記の分子構造からなる。

このバインダーを水と共にセラミツク粉末に混
ぜて混練すれば、親水性基のアクリル酸アンモン
があるためこれが水と結合してバインダーが水に
溶解し、良好なスラリーを得ることができる。

また上記のスラリーから造られたグリーンシー
トにあつては、上記製造工程において例えばグリ
ーンシート成形後、あるいはスクリーン印刷後の
加熱乾燥されるときにその加熱によつてアンモニ
ア（NH）が放出される。

しかしシート中には依然として親水性基のアク
リル酸（COOH）が残るため、これが空気中
（室内）の水分と結合してグリーンシートの柔軟
性を保持することができる。つまり、湿度を一定
に管理してグリーンシートを保存するようにすれ
ば長期間放置していてもいつでも使用することが
可能となる。

尚上記バインダーを含んだグリーンシートを長
期間放置して極度に乾燥させたり、打抜き等の製
造工程において不良にした場合には、これらのグ
リーンシートを細かく切断し、アンモニア水でPH
を調整し、混練すると、水に溶解できるため再度
スラリーとして使用が可能となる。

次に、上記のバインダーはその熱分解特性が、
昇温スピードが５℃／minの条件によつて２時間
加熱したときつまり600℃に達したときほぼ100％
の熱分解状態となる特性のため、上記積層シート
の焼成時の昇温過程（５℃／min、３時間）にお
いて完全に脱バインダーが行なえる。なお、上記
バインダーが10重量％未満では焼結時にクラツク
が発生して良好なシートができない。一方25重量
％を越えると柔軟性がなくなり、ハンドリングが
悪くなり、また積層時の加圧接着が不充分とな
る。

次に、水（純水）が15重量％未満ではスラリー
の粘度が高くて充分混練できない。また40重量％
を越えるとグリーンシートの乾燥に長い時間を必
要とする。

次に、分散剤が0.1重量％未満では粘度（性）
が高すぎて水を多く必要とする。また２重量％を
越えるとシートにクラツクが生じ易くなる。

次に、消泡剤が0.1重量％未満では泡が消えず、
セラミツクの焼結体に気孔（ボイド）を発生させ
る。1.0重量％を越えるとシートの表面がなめら
かでなくなる。

（発明の効果）以上のようにこの発明の導体配線を備えるセラ
ミツク基板の製法は、酸化アルミニウム20〜60重
量％、酸化ホウ素３〜15重量％、２酸化硅素20〜
70重量％、アルカリ金属酸化物１〜５重量％、
族元素酸化物0.01〜0.5重量％の組成範囲で総量
が100重量％となるように選んだセラミツク組成
物から成るものであるから、抗折強度が高くて破
損し難く、また電気の絶縁性が非常に良好である
という特長がある。

しかも上記のような組成の基板は、それを製造
する場合において焼結させる場合、比較的低温度
で容易に焼結させられる製造上の効果も有する。

その上本願発明においては、グリーンシートに
導電性の金属粉末と溶剤と有機バインダーとから
なるフリツトレスタイプの導電ペーストによつて
導体配線を形成する工程を含むものであるから、
上記の焼結工程を加えることによつて従来の導電
ペーストを用いた場合に比較して抵抗値の低い導
体配線をグリーンシート上に形成できる効果もあ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１酸化アルミニウム20〜60重量％、酸化ホウ素
３〜15重量％、２酸化硅素20〜70重量％、アルカ
リ金属酸化物１〜５重量％、族元素酸化物0.01
〜0.5重量％の組成範囲で総量が100重量％となる
ように選んだセラミツク組成物を用いてグリンシ
ートを調製する工程と、該グリンシートに導電性
の金属粉末と溶剤と有機バインダーとからなるフ
リツトレスタイプの導電ペーストによつて導体配
線を形成する工程を含む導体配線を備えるセラミ
ツク基板の製法。