JPH06132664A

JPH06132664A - セラミックス多層基板の製造方法

Info

Publication number: JPH06132664A
Application number: JP4276336A
Authority: JP
Inventors: Fumishige Miyata; 文茂宮田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1992-10-14
Filing date: 1992-10-14
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】乾燥時における積層体の反り、剥離または膨
れ等を防止し、大型の多層基板（一辺の長さＬが６０mm
〜３００mm，厚さＴが０．１mm〜２０mm）を確実に製造
すること。【構成】グリーンシート積層体４を乾燥する際の昇温
速度を０．１℃／分〜１０℃／分の範囲内に設定する。
この昇温速度の範囲内において、グリーンシート積層体
４の一辺の長さＬ及び厚さＴが大きいほど昇温速度を遅
く設定する。乾燥後にグリーンシート積層体４に焼成を
施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス多層基板
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の多層基板は以下のような
方法によって製造されている。先ずセラミックス粉末、
焼結助剤、バインダ及び溶剤等からなる混合物を成形す
ることにより、グリーンシートが作製される。このグリ
ーンシートにはタングステン等の導電性金属、バインダ
及び溶剤等を含むペーストが印刷され、その結果グリー
ンシートにスルーホール内導体回路等が形成される。更
に、グリーンシートは積層・圧着され、得られたグリー
ンシート積層体は高温下にて焼成される。

【０００３】前記積層体中のグリーンシート及びペース
トには、上述のように揮発性の溶剤が含まれている。こ
の種の溶剤が積層体中に多量に残っていると、溶剤が焼
成時においてシートの層間剥離、反り、クラック等を発
生させる原因となることが知られている。よって、これ
らの不都合を回避するためには、焼成前に積層体から揮
発性溶剤を充分に除去しておく必要がある。

【０００４】このため、焼成工程前には一定時間の間、
グリーンシート積層体を揮発性溶剤が気化する温度に保
持するという乾燥工程が行われている。例えば、従来の
一般的なサイズのグリーンシート積層体の場合（数十mm
角，厚さ５mm）では、積層体を約百数十℃で２４時間乾
燥するという方法が採られている。また、その際の昇温
速度は、約１５℃／分程度に設定することが良いとされ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
ては、１００mm角を越すような大型のグリーンシートを
作製し、そのグリーンシートを用いた積層体を乾燥しか
つ焼成するという技術が登場し始めてきている。この方
法の利点としては、焼結した積層体をカットすることに
より、一枚のものから複数枚の多層基板を採取できるこ
とである。このため、前記方法は、多層基板の製造コス
トを低減し得る有効な方法として注目されている。

【０００６】しかし、従来と同じ条件で大型のグリーン
シート積層体の乾燥を行うと、積層体内にて気化した溶
剤が急激に流出することにより、積層体が反ってしま
う。また、前記溶剤の流出に起因してグリーンシートの
外縁部に剥離が生じたり、グリーンシート中央部の剥離
によって積層体に膨れが生じたりする場合がある。

【０００７】そして、剥離や膨れが生じた積層体に脱脂
及び焼成を施した場合、当該部分よりクラックが入り、
結果として積層体が破壊してしまう。また、積層体が破
壊に到らなかったとしても、積層体の各部では収縮率に
ばらつきが生じているため、寸法精度の良い多層基板を
得ることは極めて難しくなる。

【０００８】一方、積層体の反りについては、脱脂及び
焼成時にある程度修正することが可能なことが知られて
いる。しかしながら、この種の修正作業を行うと工程数
が増加するため、結果的にはコスト高になってしまう。
また、修正作業を行ったとしても、かえって多層基板の
寸法精度を害することもあり得る。

【０００９】このような事情に鑑みて本発明者らが鋭意
研究を重ねた結果、従来の方法では、乾燥時の昇温速度
の設定が不適切であったため、積層体に剥離等が生じ易
かったことが判明した。そして、乾燥時の昇温速度を従
来よりも遅く設定し、なおかつ積層体が大型化するほど
昇温速度を遅くすれば良いことを知見した。そして、本
発明者らはこの知見に基づき、以下のような発明を完成
させた。

【００１０】本発明の目的は、乾燥時における積層体の
反り、剥離または膨れ等を防止し、多数採りが可能な大
型の多層基板を確実に製造することにある。また、本発
明のもう一つの目的は、多層基板の寸法精度を向上させ
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、一
辺の長さが６０mm〜３００mmで、厚さが０．１mm〜２０
mmであるグリーンシート積層体を乾燥させた後、その積
層体に焼成を施すセラミックス多層基板の製造方法であ
って、乾燥時の昇温速度を０．１℃／分〜１０℃／分の
範囲内に設定し、かつ前記昇温速度の範囲内において、
前記グリーンシート積層体の一辺の長さ及び厚さが大き
いほど昇温速度を遅く設定している。

【００１２】そして、より具体的には、昇温速度は下表
１に示すような範囲に設定されることが望ましい。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【作用】この方法によると、乾燥時の昇温速度を従来に
比して遅く設定しているため、積層体中における溶剤の
単位時間あたりの揮発量も減少する。そのため、従来と
は異なり、気化した溶剤が積層体の外部へ急激に流出す
ることはない。従って、乾燥を行ったときに、積層体に
反り、剥離または膨れ等が発生することもない。よっ
て、多数個採りが可能な大型の多層基板を確実に製造す
ることが可能となる。

【００１５】また、反り、剥離または膨れ等の問題が解
消されることにより、多層基板の寸法精度を向上させる
ことが可能となる。なお、先に表１にて場合分けして示
したように、昇温速度の好適範囲は、積層体の一辺の長
さや厚さが変わることにより若干異なってくる。各々の
場合において、昇温速度が速すぎると、基板の反り、剥
離及び膨れを充分に防止できなくなる。一方、昇温速度
が遅すぎると、乾燥工程が終了するまでの時間が長くな
ってしまう。

【００１６】以下、本発明のセラミックス多層基板の製
造方法を工程順に詳細に説明する。本発明で使用される
セラミックス材料としては、例えば窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等の粉末が
ある。セラミックス粉末には、所定量のバインダ、焼結
助剤及び溶剤等が添加される。前記溶剤として使用可能
なものには、例えばエタノール、トルエン、イソプロピ
ルアルコール、ブタノール、酢酸エチル等がある。前記
混合物は均一に混練されることにより、グリーンシート
を製造するための原料スラリーとなる。そして、得られ
たグリーンシートには、複数のスルーホール形成用孔が
透設される。

【００１７】グリーンシートには導電性金属ペーストが
印刷され、このペーストによってグリーンシートの表面
及びスルーホール形成用孔内に導体回路が形成される。
前記ペーストは、主成分であるタングステン、モリブデ
ン、タンタル、ニオブ等の導電性金属の粉末と、バイン
ダ及び溶剤等とを混合しかつ混練したものである。ま
た、前記溶剤として使用可能なものには、例えばノルマ
ルブチルメタクリレート、α−テルピネオール等があ
る。

【００１８】導体回路が形成されたグリーンシートは、
適宜積層された後に熱圧着される。そして、一辺の長さ
が６０mm〜３００mm、厚さが０．１mm〜２０mmの大型の
グリーンシート積層体が製造される。

【００１９】次に、積層体は乾燥機内にセットされ、揮
発性溶剤が蒸発する温度に加熱される。このとき、乾燥
機内の温度は０．１℃／分〜１０℃／分の速度で昇温さ
れる。そして、溶剤の蒸発温度に到達した後、積層体は
その温度に約１０時間〜４０時間保持される。

【００２０】グリーンシート積層体から揮発性溶剤を除
去した後、更に積層体は常法に従って脱脂、仮焼成及び
本焼成される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明をＡｌＮ製の多層基板を製造す
る方法に具体化した実施例を図１に基づき詳細に説明す
る。

【００２２】実施例１では、平均粒径が１．４μｍのＡ
ｌＮ粉末１ｋｇに、アクリル系バインダ２２０ｇ、焼結
助剤としてのＹ₂Ｏ₃を５０ｇ、及びアルコール系溶剤
を４００ミリリットル混合した。この混合物をボールミ
ルで均一に混練することにより、高粘度の原料スラリー
を作製した。そして、ドクターブレード法に従って、前
記原料スラリーからグリーンシート１をシート成形した
（図１(a) 参照）。更に、パンチング加工を施すことに
よって、グリーンシート１に複数のスルーホール形成用
孔２を透設した（図１(b) 参照）。

【００２３】次に、平均粒径が３μｍのタングステン粉
末１００ｇに、アクリル系バインダ２ｇ、エーテル系溶
剤３ミリリットル、及びエーテル系分散剤０．１ｇを混
合した。この混合物を三本ロール混合機で均一に混練し
て、導体回路形成用のタングステンペーストＰとした。

【００２４】そして、スクリーン印刷機を用いて、グリ
ーンシート１にペーストＰを印刷した。このペーストＰ
により、図１（ｃ）に示すように、スルーホール形成用
孔２内及びグリーンシート１の表面に導体回路３ａ，３
ｂを形成した。

【００２５】前記グリーンシート１を複数枚積層した
後、その厚さ方向に押圧力を付加することにより、各グ
リーンシート１を互いに熱圧着させた。そして、一辺の
長さＬが９０mm、厚さＴが４．０mmの大型のグリーンシ
ート積層体４を作製した（図１(d) 参照）。

【００２６】次に、グリーンシート積層体４を乾燥機内
に装入し、その積層体４を５．０℃／分の昇温速度で加
熱した。そして、乾燥機内の温度が１５０℃に達してか
ら約２４時間その温度を保持して、積層体４を充分に乾
燥させた。その後、室温になるまで積層体４を放冷し
た。

【００２７】続いて、積層体４を不活性雰囲気下にて１
６００℃，５時間の脱脂・仮焼成を施した。更に、仮焼
成された積層体４を同雰囲気下にて１８５０℃，３時間
で本焼成した。上記の一連の工程を経ることにより、実
施例１のＡｌＮ製多層基板を製造した。

【００２８】そして、基本的には実施例１の製造方法を
踏襲して、実施例１と同様のＡｌＮ製の多層基板をいく
つか製造した。但し、これらの多層基板を製造するにあ
たり、グリーンシート積層体４の一辺の長さＬ（mm）及
び厚さＴ（mm）、並びに乾燥時の昇温速度（℃／分）を
若干変更した。

【００２９】即ち、表２に示すように、実施例２では一
辺の長さＬ、厚さＴ及び昇温速度ｖを、それぞれ１５０
mm，４．０mm，２．０℃／分に設定した。以下同様に、
実施例３では、Ｌ＝２５０mm，Ｔ＝４．０mm，ｖ＝０．
５℃／分に設定し、実施例４ではＬ＝１５０mm，Ｔ＝
１．０mm，ｖ＝５．０℃／分に設定した。また、実施例
５では、Ｌ＝１５０mm，Ｔ＝１０mm，ｖ＝０．５℃／分
に設定した。なお、グリーンシート及びペーストの組
成、積層体の乾燥時間、並びに積層体の脱脂、仮焼成及
び焼成条件等については、何れも実施例１に準じてい
る。

【００３０】また、各実施例１〜５の多層基板の良否を
決定することを目的として、乾燥工程の後に各積層体の
観察を行い、それらに反り、剥離、膨らみ等が発生して
いるか否かを調査した。そして、それらの調査結果をも
とに各多層基板の良否を判定した。

【００３１】更に、前記各実施例１〜５に対する比較例
１〜３の多層基板を製造した。表２に示されるように、
各比較例１〜３では、従来の製造方法に従い、昇温速度
ｖを１５℃／分に設定して積層体の乾燥を行った。な
お、積層体の一辺の長さＬ及び厚さＴは、比較例１で９
０mm，１．０mm、比較例２で１５０mm，１．０mm、比較
例３で２５０mm，１．０mmとしている（表２参照）。各
比較例の多層基板についても同様の調査を行った。それ
らの結果を表２に共に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から明らかなように、各実施例１〜５
の積層体には、特に物理的な変化は認められなかった。
更に、焼成後に再び観察調査を行ったところ、やはり変
化は見られなかった。そのため、大型の多層基板である
にも関わらず、寸法精度に優れたものとすることが可能
であった。

【００３４】それに比して、各比較例１〜３では、全て
の積層体に反り、剥離、膨らみ等が発生していることが
確認された。そして、焼成後の観察調査の結果、特にシ
ートに剥離が生じている多層基板の多数のものについて
はクラックが認められた。また、クラックの発生に到ら
なかった積層体についても、前記実施例と同程度の寸法
精度を有するものは極めて少なかった。

【００３５】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ることはなく、以下のように変更することが可能であ
る。例えば、積層体４を乾燥する際の雰囲気は、空気等
の酸化性雰囲気であっても、窒素等の非酸化性雰囲気で
あっても何れでも良い。

【００３６】この場合、ペースト中の導電性金属の酸化
防止を優先させる場合には、非酸化性雰囲気を選択する
ことが好適である。また、製造コストの低減及び設備の
簡略化等を優先させる場合には、酸化性雰囲気を選択す
ることが好適である。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のセラミッ
クス多層基板の製造方法によれば、乾燥時における積層
体の反り、剥離、膨れ等が防止されるため、多数個採り
が可能な大型の多層基板を確実に製造することができる
という優れた効果を奏する。

【００３８】また、本発明の製造方法によれば、多層基
板の寸法精度を向上できるという優れた効果をも奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明（実施例１）のＡｌ
Ｎ製多層基板の製造工程を説明するための概略正断面図
である。

【符号の説明】

４グリーンシート積層体、Ｌ一辺の長さ、Ｔ厚
さ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一辺の長さ（Ｌ）が６０mm〜３００mmで、
厚さ（Ｔ）が０．１mm〜２０mmであるグリーンシート積
層体（４）を乾燥させた後、その積層体（４）に焼成を
施すセラミックス多層基板の製造方法であって、乾燥時の昇温速度を０．１℃／分〜１０℃／分の範囲内
に設定し、かつ前記昇温速度の範囲内において、前記グ
リーンシート積層体（４）の一辺の長さ（Ｌ）及び厚さ
（Ｔ）が大きいほど昇温速度を遅く設定することを特徴
とするセラミックス多層基板の製造方法。