JPH05857A

JPH05857A - セラミツク基板の製造方法

Info

Publication number: JPH05857A
Application number: JP3177431A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 武佐藤; Yoshimi Fukada; 好美深田; Kazunobu Ogawa; 和伸小川; Jiro Yoshida; 二郎吉田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】厚みが３０〜２００μｍの極薄であって
も、焼成によって反り、うねり等が発生せず、部分的に
も全体的にも表面が平滑なセラミック基板を得る。【構成】水を分散媒としたセラミックゾルに有機バ
インダを混合してなるスラリーをドクターブレード法に
よりグリーンシートを成形し、このグリーンシートを正
方形又は長方形に切断後、そのグリーンシート１０の四
辺に相当する端縁１０ａ〜１０ｄに沿って断面がＶ字状
の溝１１〜１４を形成し、溝を形成したグリーンシート
を２枚のセッター２１，２２で挟んで台板２３に載せて
焼成する。溝によりグリーンシートの四辺が強化され、
グリーンシートの四辺以外の部分がセッターの化学的か
つ物理的な影響を受けにくい。また四辺をセッターで固
定されたグリーンシートの内側部分が焼成収縮により緊
張し自ら変形を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はゾル−ゲル法によりつく
られた表面平滑性が良好な極薄のセラミック基板の製造
方法に関する。更に詳しくは焼成直前の正方形又は長方
形のグリーンシートを加工した、ＨＩＣ、多層配線基
板、ＩＣパッケージ等に用いられるセラミック基板の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のセラミック基板はＬＳＩを高密
度に実装できるように機械的強度等を保持した上でその
厚みは小さいものが要求される。一方、薄膜用セラミッ
ク基板に代表されるように、焼成後に素子が搭載される
基板表面には高い平滑性が要求される。従来、この種の
セラミック基板は粉末法により製造される。粉末法は微
粉砕した原料アルミナを有機バインダと可塑剤と有機溶
剤とに混合し、混合したスラリーをキャスティングして
グリーンシートに成形した後、プレスにより正方形又は
長方形に打ち抜いて１枚ずつ、或いは１枚のグリーンシ
ートの上面にアルミナ粉からなる、いわゆる目砂を塗
し、別のグリーンシートを重合せ必要に応じてグリーン
シートの上面に荷重をかけて焼成する方法である。

【０００３】一方、新プロセスとしてゾル−ゲル法によ
りセラミック基板を製造する方法が提案されている（尾
野幹也：エレクトロニク・セラミックス,17,3,80 (198
6) 21）。このゾル−ゲル法は、アルミニウムアルコキ
シドを加水分解し、その生成物であるベーマイトを解膠
処理して得られるアルミナゾルから原料スラリーを調製
し、このスラリーをドクターブレード法により成膜乾燥
してグリーンシートを成形し、このグリーンシートを正
方形又は長方形に切断した後、１２００〜１６００℃で
焼成する方法である。この方法によれば、ベーマイトが
数１０オングストローム〜数１００オングストロームの
超微粒子であるため、得られたセラミック基板は前記粉
末法に比較して焼結性に優れ、緻密で抗折強度が高く表
面が平滑な特長がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の２つの
方法で厚みが３０〜２００μｍの極薄のセラミック基板
を製造する場合に、焼成時に正方形又は長方形のグリー
ンシートの収縮によりシートに反り、うねりが起こり、
或いは目砂の影響により凹凸が発生する不具合があっ
た。特に厚みが２００μｍ以下の極薄で軽量のセラミッ
ク基板では自重によるレベリングを期待できず、また絶
対的厚みが小さいため微小な歪みでも大きな変形を起し
易く、反り、うねり、凹凸等の発生が顕著で、基板全体
でみた場合、実質上表面平滑性に優れた極薄のセラミッ
クス基板が得られない問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、厚みが３０〜２００μｍ
の極薄であっても、焼成によって反り、うねり、凹凸等
が発生せず、部分的にも全体的にも表面が平滑なセラミ
ック基板を製造する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ゾル−ゲ
ル法により作製されたグリーンシートは超微粒子で構成
されているため、焼結性に優れ、焼成時に発生する張力
に対抗して焼結が進み、焼結密度の低下等が起こらない
こと、また粒子の比表面積の大きさに比例して大量の有
機バインダを添加しているため、柔軟性に富んでシート
端縁に沿って断面がＶ字状の溝加工を行ってもひび割れ
を生じないことに着目し、本発明に到達した。本発明
は、水を分散媒としたセラミックゾルに有機バインダを
混合してセラミックスラリーを調製する工程と、このス
ラリーをドクターブレード法により成膜乾燥してグリー
ンシートを成形する工程と、このグリーンシートを正方
形又は長方形に切断する工程と、正方形又は長方形のグ
リーンシートを１２００〜１６００℃で焼成する工程と
をこの順に含むセラミック基板の製造方法の改良であ
る。その特徴ある構成は、図１及び図２に示すように前
記切断工程と前記焼成工程の間に、切断したグリーンシ
ート１０の四辺に相当する４つの端縁１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ，１０ｄに沿って断面がＶ字状の溝１１，１２，
１３，１４をそれぞれ形成する工程と、溝１１〜１４を
形成したグリーンシート１０を２枚のセッター２１，２
２で挟んで台板２３に載せる工程とを備えたことにあ
る。

【０００７】以下、本発明を詳述する。本発明のグリー
ンシートはゾル−ゲル法により作製される。これは従来
の粉末法で作られたグリーンシートでは、脱脂を容易に
するためにバインダの添加量を極力少なくしているた
め、バインダとして塑性加工が可能なものを使用しても
グリーンシートの状態ではその性質が発現しにくく、グ
リーンシートの状態で塑性加工が困難となるためであ
る。このゾル−ゲル法は、先ず、水を分散媒としたセラ
ミックゾルに有機バインダ、必要に応じて焼結助剤、可
塑剤を混合してセラミックスラリーを調製する。このセ
ラミックゾルは市販の微粒のセラミック粉を水に入れ超
音波等で均一に分散して調製されるゾルを用いることも
できるが、より高純度でより高密度のセラミック基板を
つくる観点にたつと、セラミックゾルを加水分解し解膠
処理して得られるコロイド粒子が微細なセラミックゾル
が好ましい。ゾルに分散するセラミックス粒子には、特
に制限はなく、公知のセラミック基板の原料となるアル
ミナ、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、ベ
リリア等が挙げられる。

【０００８】有機バインダは後述する溝加工時にグリー
ンシートに塑性を与えてひび割れを発生させず、溝加工
後の溝の保形性が良く、かつ焼成時に軟化して溝をつぶ
さない性質のものが選ばれる。例示すればポリビニルア
ルコール、メチルセルロース等が挙げられる。ポリアク
リル酸、ポリメタクリル酸等のアクリル系バインダは、
高弾性であって、グリーンシートに溝加工しても溝の形
成が一時的で短時間のうちに平坦な形状に復元し易いた
め不適である。またポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラ
ールのような熱可塑性樹脂のバインダは、形成された溝
が焼成時にバインダの軟化によりつぶれ易いためふさわ
しくない。焼結助剤としては酸化マグネシウム、二酸化
けい素等が挙げられる。また可塑剤は有機バインダによ
って選択されるが、例えばグリセリン、ポリエチレング
リコール、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレー
ト、アジピン酸ジオクチル等が挙げられる。有機バイン
ダ及び可塑剤の各添加量は、成形するするグリーンシー
トの厚みに応じて変化するが、グリーンシートの成形
性、加工性、前述した溝の加工性、保形性等を考慮し
て、ともに１０〜６０重量％の範囲内が好ましい。セラ
ミックゾルに有機バインダ等を混合した混合液の分散媒
を脱離して混合液を濃縮しスラリーにする。このスラリ
ーをドクターブレード法により成膜し、乾燥して所望の
厚みのグリーンシートを成形する。このグリーンシート
はプレスにより正方形又は長方形に打抜かれて切断され
る。

【０００９】図１〜図３に示すように、切断したグリー
ンシート１０はその四辺に相当する４つの端縁１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに沿って断面がＶ字状の溝１
１，１２，１３，１４が形成される。これらの溝１１〜
１４は、一対のローラにより、又はプレス機により形成
される。溝はその保形性や後述するセッターを載せたと
きの型崩れ防止の観点からＶ字状に形成される。図４に
示すように、前者の方法は両端につば１６ａが設けられ
た上ローラ１６と、つば１６ａに相応して凹溝１７ａが
設けられた下ローラ１７の間を上下ローラ１６，１７が
互いに密着して回転する状態でグリーンシート１０を２
回通すことにより形成される。即ち、最初に例えば溝１
１及び１３を形成し、グリーンシート１０を９０度転向
して、次に溝１２及び１４を形成する。図１に示すよう
に、これらの溝１１〜１４はグリーンシート１０を上方
から視た場合には「井」字状をなす。図５に示すよう
に、後者の方法は四角に囲んだ凹溝１８ａが形成された
ベース１８の上にグリーンシート１０を置いて、この凹
溝１８ａに相応して四角に囲んだ凸条１９ａが形成され
たプレス１９をベース１８に圧接することにより形成さ
れる。図２に示すように、これらの溝１１〜１４はグリ
ーンシート１０を上方から視た場合には「口」字状をな
す。

【００１０】グリーンシート１０の大きさ及び溝１１〜
１４の形成される端縁１０ａ〜１０ｄからの幅は任意に
決められるが、溝１１〜１４で囲まれる部分の面積は焼
成収縮を考慮して焼成後に所望の基板サイズになるよう
に決められる。ここで溝１１〜１４の幅は約０．５〜
３．０ｍｍの範囲から、また溝１１〜１４の深さは約１
〜６ｍｍの範囲から選ばれる。溝の幅が０．５ｍｍ未満
では、或いは溝の深さ１ｍｍ未満では、焼成収縮時に溝
１１〜１４で囲まれる部分に張力が発生しにくくなり、
また溝の幅が３．０ｍｍを越えると、或いは溝の深さが
６ｍｍを越えると、焼成時にセッターの荷重により溝１
１〜１４がつぶれ易くなる。

【００１１】図６に示すように、溝１１〜１４が形成さ
れたグリーンシート１０はこのグリーンシートを焼成時
に汚染しないセラミックスからなる２枚のセッター２
１，２２で挟んで台板２３に載せられる。セッター２
１，２２はグリーンシート１０の大きさと同じか或いは
これよりひと回り大きいものが選ばれる。台板２３に載
せられたグリーンシート１０は、２００〜５００℃の温
度で仮焼して分散媒を完全に除去した後、大気圧下、セ
ラミック粒子が完全に焼結する１２００〜１６００℃の
温度で焼成される。焼成後適当な冷却装置で室温まで冷
却すると、焼成前の溝１１〜１４が形成されたままの状
態の焼結シートが得られる。この焼結シートの溝１１〜
１４の内側部分にレーザ光輻射によるレーザ加工を行い
この内側部分を切断すると、セラミック基板が得られ
る。

【００１２】

【作用】ゾル−ゲル法により作製されたグリーンシート
は超微粒子で構成されているため、焼結性に優れ、焼成
時に発生する張力に対抗して焼結が進み、焼結密度の低
下等が起こらない。また粒子の比表面積の大きさに比例
して大量の有機バインダを添加しているため、柔軟性に
富み、シートの端縁に沿って断面がＶ字状の溝加工を行
ってもひび割れを生じない。また塑性のあるグリーンシ
ートの四辺に沿って溝を形成することにより、次の作用
を生じる。第一に、溝の存在により、通常の板金加工と
同様にシートの端縁の強度が増大し、焼結シートの変形
量を小さくする。第二に、溝の部分は内側の部分より見
かけ上厚くなるため、焼成時に変形防止のために載せて
いるセッターの荷重がすべて溝の部分に加わり、内側部
分はセッターによる応力を受けることがない。これによ
り焼成時において基板とセッター表面の反応やセッター
表面の凹凸の影響を受けにくく、表面平滑性に優れたセ
ラミック基板が得られる。第三に、グリーンシートは焼
結とともに収縮してセラミック基板となるが、溝の部分
にはセッターの荷重が加わっているため、シートが上下
２枚のセッターとの摩擦力により焼成収縮に抵抗しよう
とする。これに対して内側部分は、自由に焼成収縮しよ
うとする。これによりシートの内側部分は四方から引張
られ張力のかかった状態になり、焼成時に自ら変形を防
止しようとする。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、従来の粉末法では焼
成時の脱バインダに伴う品質上の欠陥を防止するため
に、原料セラミック粉に混合する有機バインダの添加量
を極力少なくしている。このため粉末法でつくられたグ
リーンシートは柔軟性に乏しく溝加工を施すとひび割れ
し易い。また粉末法は焼結性がそれ程高くなく、焼成時
に焼結密度が低下する傾向にあるのに対して、ゾル−ゲ
ル法による本発明によれば、グリーンシートは比表面積
の大きい超微粒子で構成されるため、有機バインダが粉
末法より多めに添加されているのでグリーンシートは柔
軟性に富み、溝加工によりひび割れを生じない。また、
四辺を折返したグリーンシートを２枚のセッターで挟ん
で焼成すると、四辺が強化され、シートの四辺以外の部
分がセッターの化学的かつ物理的な影響を受けにくい。
また四辺をセッターで固定したグリーンシートの内側部
分が焼成収縮により緊張するため自ら変形を防止する。
この結果、本発明の方法によれば、厚みが３０〜２００
μｍの極薄であっても、焼成によって反り、うねり、凹
凸等が発生せず、部分的にも全体的にも表面の平滑なセ
ラミック基板が得られる。この基板は高い表面平滑性の
要求される機能回路用セラミック基板に有用である。

【００１４】

【実施例】

次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。＜実施例＞８０℃の水１００モルにアルミニウムイソプ
ロポキシド［Ａｌ(Ｃ₃Ｈ₇Ｏ)₃］１モルを添加してアル
ミニウムイソプロポキシドを加水分解し、ベーマイト
（ＡｌＯＯＨ）を生成した。これに酢酸を加えｐＨ２〜
４に調整してベーマイトを解膠させ、アルミナ濃度５重
量％の安定な擬ベーマイトゾルを得た。このゾルに焼結
助剤として酢酸マグネシウムをマグネシア（ＭｇＯ）換
算で、アルミナ（Ａｌ2Ｏ₃）１００重量％に対して０．
３重量％を添加した。

【００１５】更に、有機バインダとしてポリビニルアル
コールをアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）１００重量％に対して５
０重量％添加した。これにより固形分濃度５重量％のア
ルミナスラリーを得た。このスラリーをドクターブレー
ド法により焼成後の厚みが１００μｍとなるように成形
し、４０℃で４時間及び８０℃で２時間熱風乾燥してグ
リーンシートを得た。このグリーンシートを１５０ｍｍ
×１５０ｍｍのサイズにプレスにより打抜いて切断し、
図４に示すような一対のローラ１６，１７の間を向きを
変えて２度通すことにより、四辺に相当する端縁１０ａ
〜１０ｄに沿って図１に示すように断面がＶ字状の溝１
１〜１４を形成した。それぞれの溝の幅は２ｍｍ、深さ
は３ｍｍ、端縁から溝までの幅は５ｍｍであった。溝加
工が完了したグリーンシートは、図６に示すように１枚
ずつ１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み６ｍｍの２枚のセッ
ター２１，２２で挟み、台板２３に載せ焼成炉に入れて
大気圧下、１４００℃の温度で５時間焼成した。焼成
後、炭酸ガスレーザーにより溝の内側部分を切落とし、
３インチ（約７６ｍｍ）平方の厚み１００μｍのアルミ
ナ基板を得た。

【００１６】＜比較例＞実施例と同じグリーンシートを
実施例と同一サイズにプレスにより打抜いて切断し、溝
加工をせずに２枚のセッターで挟む際に切断時に生じた
反りを直した後、実施例と同様に焼成した。

【００１７】＜表面平滑度の測定方法と評価＞実施例と
比較例の表面平滑度を表面粗さ計により測定した。その
結果を図７及び図８に示す。図８から比較例のアルミナ
基板は表面のうねり及び凹凸が２０μｍ以内であったの
に対して、図７から実施例のアルミナ基板は表面のうね
り及び凹凸が５μｍ以内であった。この結果、実施例の
基板は比較例の基板より、うねり、凹凸等が非常に小さ
く表面平滑性に優れていることが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の四辺に一対のローラにより溝加工を施
したグリーンシートの斜視図。

【図２】本発明の四辺にプレス機により溝加工を施した
グリーンシートの平面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】溝加工用の一対のローラの正面図。

【図５】溝加工用のプレス機の斜視図。

【図６】溝加工したグリーンシートを２枚のセッターに
挟んで台板に載せた状態の断面図。

【図７】実施例基板の表面粗さ計の出力波形図。

【図８】比較例基板の表面粗さ計の出力波形図。

【符号の説明】

１０グリーンシート１０ａ〜１０ｄグリーンシートの端縁１１〜１４溝２１，２２セッター２３台板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川和伸埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミツクス研究所内 (72)発明者吉田二郎埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミツクス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】水を分散媒としたセラミックゾルに有機
バインダを混合してセラミックスラリーを調製する工程
と、前記スラリーをドクターブレード法により成膜乾燥
してグリーンシートを成形する工程と、前記グリーンシ
ートを正方形又は長方形に切断する工程と、前記正方形
又は長方形のグリーンシートを１２００〜１６００℃で
焼成する工程とをこの順に含むセラミック基板の製造方
法において、前記切断工程と前記焼成工程の間に、前記
切断したグリーンシート(10)の四辺に相当する４つの端
縁(10a,10b,10c,10d)に沿って断面がＶ字状の溝(11,12,
13,14)をそれぞれ形成する工程と、前記溝(11,12,13,1
4)を形成したグリーンシート(10)を２枚のセッター(21,
22)で挟んで台板(23)に載せる工程とを備えたことを特
徴とするセラミック基板の製造方法。