JPH06143239A - セラミックス基板の製造方法 - Google Patents

セラミックス基板の製造方法

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JPH06143239A
JPH06143239A JP4294311A JP29431192A JPH06143239A JP H06143239 A JPH06143239 A JP H06143239A JP 4294311 A JP4294311 A JP 4294311A JP 29431192 A JP29431192 A JP 29431192A JP H06143239 A JPH06143239 A JP H06143239A
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JP
Japan
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green sheet
layer
laminated
adhesive layer
component
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Application number
JP4294311A
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English (en)
Inventor
Kazunori Akaho
和則 赤穂
Yoshikazu Nakada
好和 中田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 アルミナを主成分とするグリーンシート積層
体の両面に、ガラス成分を主成分とする接着層を積層し
た後、前記接着層が積層されたグリーンシート積層体の
両面に難焼結性成分を含有するグリーンシートを積層
し、得られた積層体の両面に圧力を加えながら焼成する
セラミックス基板の製造方法。 【効果】 焼成過程において接着層が軟化してサンプル
層と拘束層とを接着し、拘束層中の粒子が動きにいこと
からサンプル層の面内方向の焼結収縮を抑制することが
でき、収縮率のばらつきを低減することができる。

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基板の製造
方法に関し、より詳細にはLSI等を実装する基板とし
て有用な、収縮率のばらつきの少ないセラミックス基板
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミナを主成分とした積層基板に半導
体素子(LSI、IC等)を実装した小型電子部品は、
通信機器、コンピュータ等に利用されているが、これら
の製品は、年々、小型化、薄型化、高性能化の方向に向
かっている。
【0003】従って、前記アルミナ積層基板もこれら製
品の小型化に合わせてますます小型化の方向に向かって
いるが、より小型化を図るためには以下に述べるような
問題が存在している。
【0004】まず、アルミナ積層基板の従来の製造方法
について説明する。最初に、アルミナ粉末、焼結助剤、
溶剤(キシレン等)及びその他の添加剤を混合してスラ
リーを形成し、該スラリーを用いてドクターブレード法
によりグリーンシートを作製する。次に、該グリーンシ
ートをそれぞれの目的と用途に応じた形態に加工し、積
層した後、前記積層体を焼成することにより前記アルミ
ナ積層基板を製造する。
【0005】しかし、該アルミナ積層基板の製造工程に
おいて作製されたグリーンシートは、均一なテープでは
なく、面内方向及び厚み方向に収縮のばらつきがある。
又、前記グリーンシートは焼成することにより、約50%
の体積収縮を生じる。このため、微細な配線を施した場
合、焼結後の焼結体の収縮率のばらつきから、ワイヤー
ボンディングをすることができない、あるいは回路基板
にIC等を実装することができない場合等があり、また
多ピン化やTAB化を図ることが困難である等の問題が
あった。また、基板中のスルーホールとタングステン配
線とにずれが起こり、断線し易いという問題もあった。
【0006】そこで、グリーンシートの表面に、非金属
無機粉末を含有するフレキシブルで除去が可能な層を積
層し、前記グリーンシートの厚さ方向に圧力をかけなが
ら焼成することにより、面内方向の収縮を抑える方法が
提案されている(国際公開番号 WO 91/10630)。
【0007】前記方法では、焼成時に厚さ方向に圧力が
かかっているので、面内方向の収縮が抑制され、収縮は
主として厚さ方向に生じる。その結果、収縮のばらつき
が小さくなり、かつ、焼成後も前記非金属無機粉末は焼
結しないため焼結体に接着せず、簡単に除去することが
できるという特徴を有している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記方法にお
いては、グリーンシート上に形成された収縮抑制層と、
前記グリーンシートとはしっかり固定されておらず、焼
成過程において前記グリーンシートは動きやすく、充分
に該グリーンシートの面内方向の収縮を抑えることがで
きない。そこで、前記グリーンシートの粒子の動きをお
さえるために圧力を強くするとグリーンシート中の結合
剤が完全に除去されず、焼結が不充分となる。一方、圧
力が低い場合には前述のように前記グリーンシートに面
内方向の収縮が生じ、面内方向の収縮率のばらつきが依
然として残存するという課題があった。
【0009】本発明は上記課題に鑑み発明されたもので
あって、セラミックス基板の焼成時に発生する収縮をさ
らに抑制し、高寸法精度のセラミックス基板を製造する
方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミックス基板の製造方法は、アルミ
ナを主成分とするグリーンシート積層体の両面に、ガラ
ス成分を主成分とする接着層を積層した後、前記接着層
が積層されたグリーンシート積層体の両面に難焼結性成
分を含有するグリーンシートを積層し、得られた積層体
の両面に圧力を加えながら焼成することを特徴としてい
る。
【0011】
【作用】本発明に係るセラミックス基板の製造方法によ
れば、図1(a) に示すように、アルミナを主成分とする
グリーンシート積層体(以下、サンプル層11という)の
両面に、ガラス成分を主成分とする接着層12を積層した
後、接着層12が積層されたサンプル層11の両面に難焼結
性成分を含有するグリーンシート(以下、拘束層13とい
う)を積層し、得られた積層体の両面にプレス14による
圧力を加えながら焼成するので、焼成過程の例えば1200
〜1250℃付近において接着層12が軟化してガラス層を形
成し、該ガラス層によりサンプル層11と拘束層13とが接
着されてサンプル層11表面の粒子が動きにくくなり、よ
りサンプル層11の面内方向の焼結収縮が抑制され、収縮
のばらつきが低減される。
【0012】又、焼成後の状態を図1(b) に示してお
り、接着層12はサンプル層11中及び拘束層13中に拡散
し、サンプル層11上に接着層12の組成からなるガラス層
が形成されることはなく、また、サンプル層11上に形成
された配線にガラス層が接着することもない。拘束層13
中の難焼結性成分がサンプル層11にごく少量接着するこ
ともあるが、その量はせいぜい難焼結性の粉末1層程度
なので、そのまま使用してもなんら問題を生じさせな
い。又、拘束層13中の難焼結性粉末は、ガラス成分によ
って固定されず、焼成後にばらばらにして除去される。
【0013】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るセラミックス
基板の製造方法の実施例及び比較例を説明する。
【0014】まず、アルミナを主成分とするグリーンシ
ート積層体(サンプル層)の製造方法について説明す
る。前記サンプル層は、通常のアルミナグリーンシート
の作製方法により得ることができる。
【0015】最初に、アルミナ粉末100 重量部に対し、
SiO2、MgO 等の焼結助剤を10〜20重量部添加した混合粉
末をボールミルにより粉砕し、さらにPVB 等の結合剤5
〜20重量部、DBP 、DOA 等の可塑剤2 〜10重量部及びキ
シレン等の溶剤15〜40重量部を添加し、ボールミルを用
いて混合して、スラリー化する。次に、該スラリーから
気泡を除去し、ドクターブレード法を用いてシートを形
成し、60〜120 ℃で乾燥させることにより、アルミナグ
リーンシートを作製する。前記方法により得られたグリ
ーンシートを、カッターあるいは打ち抜き型により所望
の形状に加工し、必要に応じてさらに打ち抜き型等によ
り所望の形状にスルーホールを形成する。次に、前記加
工済のグリーンシートに導体ペーストをスクリーン印刷
して配線パターンを形成する。その後、前記配線パター
ン形成済のグリーンシートを所定枚数積層し、プレス圧
5 〜300 kg/cm2、プレス時間0.5 〜200 秒、プレス温度
50〜130 ℃の条件により熱プレスを施す。
【0016】次に、ガラス成分を主成分とする接着層の
製造方法及び該接着層の前記サンプル層への積層方法に
ついて説明する。
【0017】前記ガラス成分用化合物としては、例えば
Al2O3 、MgO 、SiO2、CaO 、TiO2、BaO 、B2O3、La2O
3 、CeO2、ZrO2等が挙げられ、前記接着層は前記化合物
の少なくとも2種を含む混合物を用いて形成される。前
記ガラス成分用化合物の粒径は、2〜5μm程度が好ま
しい。前記化合物の粒径が2μm未満では後述する結合
剤等の量を多く必要とするため好ましくなく、一方、粒
径が5μmを超えた場合、均一な厚さのシートを作製し
にくくなるので好ましくない。
【0018】前記ガラス成分の好ましい組成例を示す
と、下記の表1のようになる。
【0019】
【表1】
【0020】上記のような組成の混合物100 重量部に対
し、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、PVB 等の結合剤5
〜20重量部、DBP 、DOP 等の可塑剤2〜10重量部及びキ
シレン等の溶剤15〜40部を添加して、ボールミルを用い
て混合し、スラリー化する。この場合に用いられる結合
剤としては、焼成中に分解、飛散しやすいという点か
ら、アクリル樹脂やメタクリル樹脂が好ましい。次に、
サンプル層製造の場合と同様に、前記スラリーから気泡
を除去し、ドクターブレード法を用いてシートを形成
し、60〜120 ℃で乾燥させることにより、グリーンシー
トを作製する。グリーンシートの厚さは、10〜50μmが
好ましい。該グリーンシートの厚さが、10μm未満で
は、薄すぎて接着層としての役割を果たさず、一方、厚
さが50μmをこえた場合は、焼成時に有機物が分解、除
去されにくいため好ましくない。
【0021】このようにして得られたグリーンシートを
前記サンプル層の両面に熱プレスにより積層する。熱プ
レスの条件は、サンプル層形成の場合と同様である。
【0022】前記ガラス成分を主成分とする接着層は、
前記ガラス成分に上記と同様の結合剤、可塑剤及び溶剤
を添加してスラリーを形成した後、得られたペースト状
のスラリーをそのまま用いて、通常行われるスクリーン
印刷等の印刷方法によりアルミナを主成分とするグリー
ンシートの両面に印刷することによっても形成すること
ができる。
【0023】次に、難焼結性成分を含有するグリーンシ
ート(拘束層)の製造方法及び前記拘束層を接着層が積
層されたグリーンシート積層体に積層する方法について
説明する。
【0024】難焼結成分用化合物としては、例えばAlN
、Al2O3 、SiC 、Si3N4 、BN、SiO2、MgO 等が挙げら
れる。前記拘束層成分は、前記化合物を少なくとも1種
類以上含有する混合物を用いて形成される。又、難焼結
性成分用化合物の粒径は、2〜5μm程度が好ましい。
前記化合物の粒径が2μm未満では後述する結合剤等の
量を多く必要とするため好ましくなく、一方、粒径が5
μmを超えた場合、均一な厚さのシートを作製しにくく
なるので好ましくない。
【0025】前記難焼結性成分用混合物100 重量部に対
し、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、PVB 等の結合剤5
〜20重量部、DBP 、DOP 等の可塑剤2〜10重量部及びキ
シレン等の溶剤15〜40部を添加して、ボールミルを用い
て混合し、スラリーとする。この場合に用いられる結合
剤としては、焼成中に分解、飛散しやすいという点か
ら、アクリル樹脂やメタクリル樹脂が好ましい。その
後、サンプル層製造の場合と同様に、前記スラリーから
気泡を除去し、ドクターブレード法を用いてシートを形
成し、60〜120 ℃で乾燥させることにより、グリーンシ
ートを作製する。該グリーンシートの厚さは50〜200 μ
mが好ましい。該グリーンシートの厚さが50μm未満の
場合は、サンプル層の面内収縮を止めることができずに
面内収縮が生じ、一方、厚さが200 μmを超えると結合
剤の分解が難しくなり、結合剤が残留してしまうので好
ましくない。
【0026】このようにして得られた難焼結性成分を含
有するグリーンシートからなる拘束層を、両面に前記接
着層の形成されたサンプル層の両面に、さらに熱プレス
により積層する。熱プレスの条件は、サンプル層形成の
場合と同様である。
【0027】前述した方法により得られた、前記サンプ
ル層の両面に前記接着層が積層され、さらに前記接着層
の両面に前記拘束層が積層された積層体を、水素と窒素
の混合ガスを用いた還元性雰囲気中、積層体の厚さ方向
に50〜300 kg/cm2の圧力を印加しながら、焼成する。焼
成温度は1500〜1600℃程度が好ましい。
【0028】以上のような本発明の実施例に係る方法に
より製造したセラミックス基板の収縮率のよるばらつき
を、他の方法により製造したセラミックス基板の収縮率
のばらつきと比較した。他の方法としては、(A) 上記の
製造方法により製造した前記サンプル層に圧力を印加せ
ず、同様の焼成条件で焼成、(B) 前記サンプル層に上記
実施例で印加した圧力と同様の圧力を印加しながら、同
様の条件で焼成、(C)前記サンプル層に難焼結性成分を
含有する拘束層を積層し、上記実施例で印加した圧力と
同様の圧力を印加しながら、同様の条件で焼成、の3つ
の方法を採用した。
【0029】結果を図2に示す。図2において、縦軸は
収縮率のばらつき(%)を示し、横軸のA、B、Cは、
それぞれ前記(A) 、(B) 、(C) の方法を示し、Dは上記
実施例の方法を示している。
【0030】図2から明らかなように、実施例に係る本
発明のセラミックス基板の製造方法により得られたセラ
ミックス基板は、収縮率のばらつきが従来の方法に比較
して非常に少ないことがわかる。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るセラミ
ックス基板の製造方法にあっては、アルミナを主成分と
するグリーンシート積層体の両面に、ガラス成分を主成
分とする接着層を積層した後、前記接着層が積層された
グリーンシート積層体の両面に難焼結性成分を含有する
グリーンシートを積層し、得られた積層体の両面に圧力
を加えながら焼成するので、焼成過程において接着層が
軟化してサンプル層と拘束層とを接着し、拘束層中の粒
子が動きにいことから、サンプル層の面内方向の焼結収
縮を抑制することができ、収縮率のばらつきを低減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックス基板の製造方法を示す断
面図であり、(a) は焼成前、(b) は焼成後の状態を示
す。
【図2】本発明の実施例に係るセラミックス基板の製造
方法により得られたセラミックス基板の収縮率のばらつ
きを他の方法と比較したグラフである。
【符合の説明】
11 サンプル層 12 接着層 13 拘束層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナを主成分とするグリーンシート
    積層体の両面に、ガラス成分を主成分とする接着層を積
    層した後、前記接着層が積層されたグリーンシート積層
    体の両面に難焼結性成分を含有するグリーンシートを積
    層し、得られた積層体の両面に圧力を加えながら焼成す
    ることを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
JP4294311A 1992-11-02 1992-11-02 セラミックス基板の製造方法 Pending JPH06143239A (ja)

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