JPH043496A - 多層セラミック基板のバイヤ形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多層セラミック基板のバイヤ形成方法に係り、
特にバイヤ孔に導体を充填することにより各層間の電気
的接続を行うバイヤを形成する多層セラミック基板のバ
イヤ形成方法に関する。

一般に、半導体素子を搭載する回路基板としてセラミッ
ク基板か広く用いられている。セラミック基板は耐熱性
、放熱性、電気特性３機械的強度等の面で良好な特性を
有している。このセラミック基板はグリーンシートを焼
成することにより製造される。

また昨今では、半導体素子の高集積化か急速に行われて
お一す、これに対応するため導体パターンが形成された
薄いセラミック板を多層形成することにより導体パター
ンの高密度化を図った多層セラミック基板が提供されて
いる。この多層セラミック基板では多層された各セラミ
ック板間の電気的接続を図るためバイヤが形成されてい
る。このバイヤは、セラミック板に形成されたバイヤ孔
（セラミック板を上下に貫通する小径孔）に導体を充填
した構造を有し、各セラミック板間の電気的導通を図る
機能を奏する。よって、バイヤが適正に形成されないと
、各層間の電気的導通か図れなくなりセラミック基板と
して機能しなくなってしまう。

そこて、高い信頼性を有するハイヤを形成し得るバイヤ
形成方法か望まれている。

〔従来の技術〕

第４図に従来におけるバイヤ（ＶＩＡ）の形成方法を示
す。

従来バイヤを形成するには、先ず同図（Ａ）に示すよう
にグリーンシート１　（ガラス粉、アルミナ粉、有機バ
インダ等から構成される）にマスクフィルム２を配設し
、続いてこの上部よりパンチングによりグリーンシート
１及びマスクフィルム２を共に穿孔し、同図（Ｂ）に示
すようにバイヤ孔３を形成する。

バイヤ孔３か形成されると、同図（Ｃ）に示すようにゴ
ムスキージ７を用いてバイヤ孔３に導体４を充填する。

従来ては、この導体４として銅粉と有機バインダとを混
合させた銅ペーストを用いていた。

上記のようにバイヤ孔３に導体４か充填されると、同図
（Ｄ）に示すようにグリーンシート１のマスクフィルム
２の配設面と異なる面にバイヤ孔３を塞ぐようにランド
５か形成され、続いて同図（Ｅ）に示すようにマスクフ
ィルム２をグリーンシートｌから剥離させる。

上記のようにバイヤ孔３に導体４か充填されたグリーン
シート１は同図（Ｆ）に示されるように積層された上で
焼成処理され、多層セラミック基板か形成されていた。

しかるに上記従来のバイヤ形成方法では、焼成時にグリ
ーンシート１や導体４に含有される有機バインダがガス
化して（以下、このガスをバインダガスという）、これ
がガス状の残渣としてバイヤ孔３内に残ってしまう。こ
のガス状残渣によりバイヤ孔３に充填された導体４内に
空隙か発生し、導体４が断線したり抵抗値が増大してし
まい、バイヤの電気的導通性か低下してしまうという問
題点があった。

そこで、導体４として銅粉のみをバイヤ孔３に充填し、
導体４からバインダガスか発生しないよう構成すると共
に、グリーンシートｌから発生するバインダガスを酸化
分解する酸化銅を合わせてバイヤ孔３に充填することに
よりガス状残渣の発生を防止する方法が考えられる。こ
の構成とした場合、焼成処理時にバイヤ孔３内にガス状
残渣か残ることはなくなり、バイヤの電気的接続性を向
上させることかできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように導体４として銅粉を用いることによりバイ
ヤの電気的接続性を向上させることができるか、導体４
を構成する銅及び酸化銅の粒径は小さく、このように粒
径か小さな粉体を細長いバイヤ孔３に充填した場合、孔
内における銅粉の流動性は悪く凝集か発生し易くなり、
バイヤ孔３内に間隙８が形成され導体４の充填密度が低
下してしまう。

このように導体４の充填密度か低下すると、バイヤの電
気的接続性が劣化し、最悪の場合には電気的導通が取れ
な（なり、多層セラミ・ツク基板として機能しなくなる
という課題かあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、バイヤ
の電気的接続性を向上させうる多層セラミック基板のバ
イヤ形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明では、グリーンシー
ト（１）に孔空は加工を行いノくイヤ孔（３）を形成し
た後、このノくイヤ孔（３）に導体（４）を充填し、続
いて上記グリーンシート（１）を複数枚積層して焼成す
ることにより上記導体（４）をも焼成し各層間における
電気的導通を行うバイヤ（９）を形成する多層セラミッ
ク基板のバイヤ形成方法において、 上記導体（４）として銅粉を用いると共に、この導体（
４）にステアリン酸亜鉛または／およびチタニア（Ｔｉ
Ｏ２）を添加し上記ノくイヤ孔（３）に充填することを
特徴とするものである。

〔作用〕

ステアリン酸亜鉛は導体（４）をノくイヤ孔（３）に充
填する際、その流動性を向上させる機能を奏する。また
、チタニアは導体（４）をノくイヤ孔（３）に充填する
際、その分散性を向上させる機能を奏する。よって、ス
テアリン酸亜鉛、チタニアを導体（４）に添加すること
により、導体（４）の充填密度を高めることかできる。

〔実施例〕

次に本発明方法の第１実施例について図面と共に説明す
る。第１図は本発明の一実施例である多層セラミック基
板のバイヤ形成方法を示す工程図である。尚、同図（Ａ
）、（Ｂ）、　　（Ｅ）〜（Ｇ）に示す工程は従来にお
けるバイヤの形成方法と全く同一である。このため、各
図に示される工程は簡単に説明する。

バイヤを形成するには、先ずグリーンシート１にマスク
フィルム２を配設しく同図（Ａ）に示す）、続いてこの
上部よりパンチングによりグリーンシートｌ及びマスク
フィルム２を共に穿孔してバイヤ孔３を形成する（同図
（Ｂ）に示す）。

この、グリーンシートｌはガラス粉とアルミナ粉を混合
したものに有機バインダを含有させたものであり、また
バイヤ孔３の径寸法は５０〜２００μｍ程度とされてい
る。

バイヤ孔３が形成された後に行われる、同図（Ｃ）、（
Ｄ）に示される工程は本発明方法の特徴となる工程であ
る。各図に示される工程はバイヤ孔３に導体４を充填す
る工程である。

第１実施例では、バイヤ孔３に充填する導体４として銅
粉を用いると共に、この導体４に加えてステアリン酸亜
鉛を添加したことを特徴とするものである。この銅粉の
粒径は特定の流動分布を有するように、例えば平均１．
１μｍ程度に選定されている。また、ステアリン酸亜鉛
の充填量は０．３〜３．　Ｏｗｔ％程度に選定されてい
る。更に、上記構成とされた導体４をバイヤ孔３に充填
する際、合わせてアルミナ粉も充填される。このアルミ
ナ粉はその粒径を０．３〜３μｍに選定されており、ま
たその充填量は５〜１ｏｖｏ１％とされている。

上記ステアリン酸亜鉛は、銅粉の充填時における流動性
を向上させるものである。ステアリン酸亜鉛は潤滑剤と
して知られており、このステアリン酸亜鉛を銅粉と混ぜ
てバイヤ孔３に充填することにより、ステアリン酸亜鉛
は銅粉の各粉体の表面にコーティングされバイヤ孔３内
における銅粉の流動性は向上する。このため、銅粉が充
填時に凝集してしまうことは無（なり、導体４の充填密
度を向上させることかできる。尚、アルミナ粉は異常粒
成長を抑制するために充填される。

この導体４をバイヤ孔３に充填する方法は、従来と変わ
るところはなく、同図（Ｃ）に示すように、グリーンシ
ート１の背面側に負圧をかけつつ上記混合導体４をゴム
スキージ７にて充填する。

導体４か充填されると、続いて同図（Ｄ）に示されるよ
うに、グリーンシートｌのマスクフィルム２の配設面と
異なる面にバイヤ孔３を塞ぐように保護フィルム１０か
配設される。この保護フィルムｌＯは、ハイヤ孔３に充
填された導体４の飛散を防止すると共に、後述する導体
パターンか形成される面を保護する機能を奏するもので
ある。

保護膜１０か配設されると、続いて導体４の上部に銅ペ
ースト４ａか充填される。この銅ペースト４ａはマスク
フィルム２の厚さ（約３８μｍ）の約半分の厚さで充填
される。この銅ペースト４ａは、銅粉の充填と同様にゴ
ムスキージ７を用いて行われ名。このように形成される
銅ペースト４ａは、充填された導体４か飛散するのを防
止する機能を奏すると共に、導体４の充填時にバイヤ孔
３の上部に空隙か形成されたような場合に、この空隙を
埋める作用を奏する。

上記のように導体４かバイヤ孔３に充填されると、保護
フィルム１０は剥がされ、この保護フィルム１０が剥離
された面に銅パターン１１がスクリーン印刷されると共
に、バイヤ９の下端部にランド５が形成される（同図（
Ｅ）に示す）。続いて、このように形成されたセラミッ
ク板１２は同図（Ｆ）に示されるようにマスクフィルム
２か剥がされた上て、同図（Ｇ）に示されるように複数
枚積層され焼成処理か行われる。

焼成前、セラミック板１２が複数枚積層され、かつ加圧
されることにより、各セラミック板１２は面方向に伸延
し、積層された各グリーンシート１は積層方向に縮む現
象か発生する。この時、バイヤ孔３に充填された導体４
は上記グリーンシート１の収縮により圧縮されるが、バ
イヤ孔３内には銅粉に加えて潤滑剤として機能するステ
アリン酸亜鉛か添加されているため各銅粉の流動性は良
好で、この圧縮力により銅粉は移動し単にスキージ７で
充填するだけで銅粉間に生じている間隙か埋まってゆく
。これにより、バイヤ孔３への導体４の充填密度をより
向上させることが出来る。

上記のように、導体４として銅粉を用い、かつ導体４に
ステアリン酸亜鉛を添加することにより、導体４の充填
時における充填密度を向上させることかでき、セラミッ
ク１２の積層時にこの充填密度は更に向上するため、形
成されるバイヤ９の電気的接続性を向上させることかで
き、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上させる
ことかできる。

第２図は焼結密度とステアリン酸亜鉛の添加量との関係
を示している。同図に示されるように、ステアリン酸亜
鉛の添加量か増すと焼結密度か向上するか、その増加量
は１ｗｔ％以上になると焼結密度８０％程度で一定とな
る。また、ステアリン酸亜鉛をあまり多く添加すると導
体４の抵抗値は増大するため、ステアリン酸亜鉛の添加
量は０．３〜３ｗｔ％程度に選定するのか良い。

次に本発明の第２実施例について説明する。第２実施例
に係る多層セラミック基板のバイヤ形成方法は、各工程
で行う作業は第１図を用いて説明した作業とほぼ同一で
あるか、同図（Ｃ）。

（Ｄ）で示される工程で、導体４として銅粉と酸化鋼と
を混合したものを用いると共に、この導体４をバイヤ孔
３に充填する際、合わせてチタニア（ＴｉＯ２）を添加
することを特徴とするものである。この銅粉の粒径は特
定の流動分布を有するように、例えば平均１．１μｍ程
度に選定されている。また、酸化銅の充填景は１０〜２
０ｗｔ％に選定されている。

チタニアは銅と銅粉、または銅と酸化銅との分散性を向
上させる機能を有し、チタニアを添加することにより導
体４をバイヤ孔３に充填する時における銅粉及びに酸化
銅の凝集を防止することかできる。このように銅粉及び
酸化鋼の凝集か防止されることにより、バイヤ孔３に対
する導体４の充填密度を向上させることかことができる
。また、銅粉と酸化銅は均一にバイヤ孔３内に充填され
るため、グリーンシートｌから発生するバインダガスの
ガス抜けか良好となり、ガス状残渣の発生を防止するこ
とかでき、これによっても導体４の充填密度を向上させ
ることかできる。よって、バイヤ９の電気的接続性は向
上し、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上させ
ることができる。

更に、チタニアはバイヤ孔３内において銅粉とグリーン
シートｌの密着性を向上させる機能を奏する。仮にチタ
ニアを添加しない場合を想定すると、銅粉とグリーンシ
ー）１（バイヤ孔３の内壁）との密着性は不良であり、
銅粉とグリーンシートｌとか密着しないことによるボア
か発生してしまう。しかるに、チタニアを導体４に添加
してバイヤ孔３に充填することにより、導体４とグリー
ンシートｌの密着性は向上しボアの発生を防止できる。

よって、これによってもバイヤ９の電気的接続性を向上
させることができる。

第３図は銅の凝集粒径とチタニアの添加量の関係を示し
ている。同図に示されるように、チタニアの添加量を増
大させるに伴い銅の凝集粒径は小さくなり、バイヤ孔３
に対する導体４の充填密度が向上する。しかるに、チタ
ニアの添加量かあまり多くなるとバイヤ９の抵抗値か増
大してしまう。

このため、チタニアの添加量は０，２〜０．６ｗｔ％程
度に選定するのが良い。

尚、上記した実施例ではステアリン酸亜鉛とチタニアを
夫々別個に導体４に添加する構成を示したか、ステアリ
ン酸亜鉛とチタニアは同時に用いても良いものである。

両者を同時に添加した場合、ステアリン酸亜鉛とチタニ
アか夫々独立して上記してきた作用を奏し、よりハイヤ
９の電気的接続性を向上させることかできる。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明方法によれば、導体内にボアか発
生するようなことはなくなり、また導体の充填密度か高
くなるため、バイヤの電気的導通性を向上させることか
でき、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上させ
ることができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である多層セラミック基板の
バイヤ形成方法を説明するための工程図、第２図は焼結
密度とステアリン酸亜鉛の添加量との関係を示す図、 第３図は銅の凝集粒径とチタニアの添加量との関係を示
す図、 第４図は従来の多層セラミック基板のパイヤ形成方法の
一例を示す工程図である。 図において、 ｌはグリーンシート、 ２はバイヤ孔、 ４は導体、 ９はバイヤ、 ＩＯは保護フィルム、 １２はセラミック板、 １３は多層セラミック基板 を示す。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　グリーンシート（１）に孔空け加工を行いバイヤ孔（
   ３）を形成した後、該バイヤ孔（３）に導体（４）を充
   填し、続いて該グリーンシート（１）を複数枚積層して
   焼成することにより該導体（４）をも焼成し各層間にお
   ける電気的導通を行うバイヤ（９）を形成する多層セラ
   ミック基板のバイヤ形成方法において、 該導体（４）として銅粉を用いると共に、該導体（４）
   にステアリン酸亜鉛または／およびチタニア（ＴｉＯ＿
   ２）を添加し該バイヤ孔（３）に充填することを特徴と
   する多層セラミック基板のバイヤ形成方法。