JPH0616489A - 多層セラミック物品を熱加工する方法 - Google Patents

多層セラミック物品を熱加工する方法

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JPH0616489A
JPH0616489A JP3262347A JP26234791A JPH0616489A JP H0616489 A JPH0616489 A JP H0616489A JP 3262347 A JP3262347 A JP 3262347A JP 26234791 A JP26234791 A JP 26234791A JP H0616489 A JPH0616489 A JP H0616489A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層セラミック物品を熱加工する方法を提供
する。 【構成】 内部導電性金属パターンを含んだ多層セラミ
ック物品を熱加工する本発明の方法は，金属／金属酸化
物系の導体材料を含有したインキ又はペーストで個々に
被覆した多数のセラミック未加工シートを形成し，これ
らのシートを所定の配置構成にて組み立て，そして積層
することを含む。積層体を最終的なセラミック物品にす
るための熱処理方法は，（ａ）存在する有機ポリマーバ
インダーの焼却を促進する条件下で加熱を行う第１の工
程；（ｂ）金属導体を還元する条件下で加熱を行う第２
の工程；及び（ｃ）多層複合物を焼結して最終的なセラ
ミック物品を形成する第３の工程を含む。本発明は，少
なくとも焼結工程において（好ましくは，バインダー焼
却工程と焼結工程の両方において）ガス雰囲気中に約
０．５％〜約３％の量の水分を存在させることを特徴と
する。このような条件下で熱処理された多層物品は，ス
テイニングが殆ど又は全く認められず，改良された導電
特性と誘電特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は，内部導体を有するセラミック回
路を製造する方法に関する。さらに詳細には本発明は，
銅又は銅含有物質によって画定された導電性通路を配置
していて，改良された導電特性と誘電特性の組み合わせ
を有し，ステイニング（ｓｔａｉｎｉｎｇ）が殆どもし
くは全く認められない複数の未加工セラミックシート又
は未加工セラミックテープを集成し，積層し，そして焼
成することによって多層回路を製造することに関する。
【０００２】多層セラミックハイブリッド回路の製造に
ついてはよく知られている。こうした複合物は，例え
ば，半導体チップ，集積回路チップ，又は積層セラミッ
クコンデンサー等の据え付け用の基板キャリヤーを作製
するために半導体工業において広く使用されている。こ
れらの製品は通常，厚膜印刷法によって，又は未加工シ
ート積層法として知られている方法によって製造されて
いる。
【０００３】厚膜印刷法は，焼成セラミックをベースと
した多層構造物を作製することを含む。この多層構造物
は，金属粉末もしくは金属酸化物粉末を含んだ導体イン
キ及びセラミック粉末を含んだ絶縁体インキ（これらは
通常有機ポリマーバインダー中に配合される）を順次に
スクリーン印刷することによって得られる。これらの塗
料は，連続的な仕方で施される。この方法は，各層を造
り上げるためには，絶縁体材料又は誘電体材料を繰り返
し施さなければならず，またこうして得られた基板を各
印刷プロセス後に焼成しなければならない，という欠点
をもつ。こうした方法を何回も繰り返し適用すると，多
大の時間と費用がかかり，従って製品の製造コストや最
終的なコストがアップすることになる。さらに，厚膜印
刷法は，相互接続サーキットリーと共に仕上げることの
できる密度に限定され，また製造収率も低くなる傾向が
ある，ということに留意しなければならない。他の欠点
としては，種々の層を形成させるためにスクリーン印刷
法を使用することが原因でセラミック層のヘルメティシ
ティ（ｈｅｒｍｅｔｉｃｉｔｙ）が起こること，そして
従来金属ペーストに使用されている結合剤が窒素焼成工
程（導体金属の望ましくない酸化を裂けるために必要と
される）の場合には適切に機能できないことなどがあ
る。
【０００４】未加工シート積層法は，金属回路を個々の
未加工セラミックシート上に印刷することを含む。次い
で個々のシートを積み重ね，連続的に積層し，そして一
緒に焼成してモノリシックな相互接続構造物又はパッケ
ージを形成させる。この方法は一般には，例えば，セラ
ミック粉末，熱可塑性樹脂，溶媒，及び他の添加剤（分
散剤や可塑剤など）を含んだ混合物を含有したスラリー
から，ドクターブレード流延法によってセラミック未加
工テープを作製することから始める。テープ形成用の樹
脂系に対しては，通常はポリビニルブチラール（ＰＶ
Ｂ）のようなビニルポリマーが使用される。テープの形
成後，この未加工テープをシートに打ち抜き，そして整
合孔を孔あけする。最終パッケージにおける層間の垂直
相互接続物として機能する孔は，固定された成形用具も
しくはこれに相当する調節可能な装置を使用して孔あけ
することができる。次いで孔が充填され，所望の金属化
用組成物を使用して回路のトレースパターンが印刷され
る。個々のシートを作製した後，適切な順序にてこれら
を積み重ね，そして積層して複合積層体を形成させる。
次いで積層体を焼成して有機バインダーを分解・除去
し，セラミック粒子と金属粒子を焼結し，これによって
所望の三次元配線パターンを含んだ緻密な物品を形成さ
せる。
【０００５】未加工シート積層法を利用した多層セラミ
ック回路構造物の製造については，特許文献中に広く取
り扱われている。アンダーソンによる米国特許第３，７
７０，５２９号はこのような構造物の製造について開示
しており，特に放射線ビームによる未加工シートの機械
加工に関する。アーン（Ａｈｎ）らによる米国特許第
３，８５２，８７７号は，特定の組成物の金属化被覆に
関するものである。バリンジャー（Ｂａｒｒｉｎｇｅ
ｒ）らによる米国特許第４，８６１，６４６号は，特定
のガラスセラミック組成物バインダー系と改良された未
加工シートを作製するための金属“インキ”について開
示している。コンドー（Ｋｏｎｄｏ）らによる米国特許
第４，８７１，６０８号は，銅／酸化銅，及び焼成時に
おける導体ペーストの熱収縮を抑えるためのＭｎＯ2 と
Ａｇ2 Ｏのうちの１種を含んだ特定の導体ペーストに関
するものである。
【０００６】多層セラミック基板の製造に含まれる工程
のうち，特に積層構造物を加熱して最終的な焼結物品を
形成させる工程に関心が払われている。周知のように，
加熱工程では，別個の対象物に対し，最終物品中に炭素
質の残留物や望ましくない多孔質を保持させずに，そし
てまた複合物のセラミック成分や金属成分の望ましくな
い酸化や還元を起こさせずに，有機ポリマーバインダー
の完全な燃焼消失を果たすことが求められる。加熱プロ
グラムを調整する上での難しい問題点は，バインダーを
完全に除去するための充分な酸化の必要性と，高温ベー
キングや焼結時において周囲のセラミック物質の酸化状
態を保持しつつ，金属状態の導電性物質を保持するため
の又は金属状態の導電性物質に転化させるための中性雰
囲気もしくは還元性雰囲気（そのときの場合により異な
る）の必要性とを旨くバランスさせることにある。
【０００７】以下に記載のいくつかの特許は，セラミッ
ク未加工シートを使用して作製された多層セラミック回
路の熱処理とこれら問題点との関連性について記載して
いる。スイス（Ｓｗｉｓｓ）らによる米国特許第４，１
５３，４９１号では，別個のバインダー焼却工程を取り
除くことによって多層セラミックハイブリッド回路の焼
結を促進している。特許権者は，１ミクロンより大きな
平均粒径と狭い粒径分布を有する高アルミナ含量の粒子
をベースとしたセラミック未加工シートに重点を置いて
いるようである。
【０００８】ユハク（Ｙｕｈａｋｕ）らによる米国特許
第４，８７７，５５５号は，Ｃｕ2Ｏ及びＣｕＯから選
ばれる添加剤を使用し，ＣｕＯを主要な無機成分として
含んだ導体ペーストについて開示している。ユハクら
は，導体ペーストと誘電体ペーストを所定の順序で配置
し，次いで得られた構造物の熱処理を行って先ずバイン
ダーを除去し，次に内部導体を金属化し，そして最後に
焼成して最終生成物を得る，という多層構造物の製造に
ついて説明している。最初の加熱処理は空気中で，金属
化は還元性雰囲気中で，そして焼成工程は中性雰囲気中
で行われる。ユハクらの特許によれば，上記無機成分の
量を変えることによって銅導体の収縮と膨張を調節しよ
うとしている。ユハクらの発明では，複合物の製造にお
いて比較的薄い導体層と誘電体層の使用が可能であると
主張している。このことは，サイズが小さくて静電容量
の大きなコンデンサーの場合には望ましいことである。
【０００９】ナカタニ（Ｎａｋａｔａｎｉ）らによる米
国特許第４，８６３，６８３号においては，導体金属
が，加熱時に金属状態に転化される酸化物として供給さ
れる，という多層導体の製造方法が開示されている。ナ
カタニらは，先ず複合物を加熱してバインダーを焼却
し，次いで還元性雰囲気中でこの物品を加熱して金属酸
化物を還元している。バインダーの焼却工程と還元加熱
工程は，導体層の金属酸化物の金属状態への転化を起こ
しやすくするために，絶縁用ペーストのガラス成分やセ
ラミック成分の焼結温度未満の温度で行われる。その
後，物品を焼結して最終的な多層構造物を形成させるた
めに，窒素のような中性雰囲気中で物品が加熱される。
ナカタニらの方法は，三段階の加熱スケジュールを使用
するという点においてユハクらの方法に類似している
が，これら２つの方法は，導体ペーストの組成及び加熱
工程の詳細については異なる。
【００１０】ヘロン（Ｈｅｒｒｏｎ）らによる米国特許
第４，２３４，３６７号は，銅の融点未満の温度（すな
わち最高約７８５±１０℃）にてＨ2 とＨ2 Ｏを含んだ
雰囲気を使用している。しかしながら，焼結はＮ2 のよ
うな不活性雰囲気中で行われ，Ｈ2 Ｏは存在していな
い。カメハラ（Ｋａｍｅｈａｒａ）らによる米国特許第
４，５０４，３３９号は，バインダー焼却雰囲気中に水
蒸気が含まれているという点において，ヘロンらの特許
に類似している。カメハラらの特許においては，焼成雰
囲気もしくは焼結雰囲気から水蒸気を排除して，導電性
銅パターンの酸化を防止している。最後に，マクエベン
（ＭｃＥｗｅｎ）らによる米国特許第４，８９１，２４
６号は，ＣＯ／ＣＯ2 と水を組み合わせた形で含んだ焼
成雰囲気の使用に関するものであり，Ｈ2 Ｏ単独使用の
場合を区別している。マクエベンらの特許は，従来技術
をレビューしている（本レビューを参照の形でここに引
用する）点において特に注目に値する。
【００１１】上記レビューからわかるように，またユハ
クらの特許やナカタニらの特許に記載されているよう
に，これらの多層セラミック構造物に対する加熱プログ
ラムは，一般には３つの工程，すなわち，第１の工程で
あるバインダー焼却工程；第２の工程である還元工程；
及び第３の工程である焼成もしくは焼結工程；で行われ
ている。
【００１２】しかしながら，従来技術において解決され
ていないさらなる問題点は，銅含有物による構造物セラ
ミック相のステイニングを処理することである。さらに
詳細に言えば，イオン性銅が，バインダー焼却工程及び
焼結工程の初期において複合物のセラミック／ガラス相
中に拡散すると考えられ，また焼結工程においてより低
い酸化状態（特徴的な紫色又はピンク色を示す）に還元
されると考えられる。この還元は，焼結工程時に存在す
る窒素雰囲気の酸化電位が低いために起こるものと考え
られる。
【００１３】銅塊状物はこの段階において酸化されない
よう保護する必要があるので，通常は酸素を加えるのを
避ける。従って，所望する特性の組み合わせを達成する
ための焼成雰囲気の組成調整は，望ましくない銅の拡散
により許容しえない外観が生じることからさらに複雑と
なる。従って，生成物の一体性，導電性，及び他の望ま
しい性能特性を保持もしくは改良しつつ，複合材料物品
のステイニングを少なくするか又は完全になくす必要が
ある。
【００１４】本発明によれば，揮発可能な有機バインダ
ーを含み，且つ印刷された導電性の金属／金属酸化物パ
ターンを有する複数のセラミックシートから製造される
多層セラミック物品を熱加工する方法は，３つの工程か
らなる加熱スケジュールを含む。すなわち，（ａ）酸化
性雰囲気中で加熱してバインダーを焼却する第１の工
程；（ｂ）還元性雰囲気中で加熱して導体のすべてを金
属状態に転化する第２の工程；及び（ｃ）焼結して最終
的な焼成物品を形成させる第３の工程；であり，このと
き少なくとも第３の工程に対する焼成雰囲気が，約０．
５％〜約３．０％（好ましくは約１％〜約２％）の水分
（Ｈ2 Ｏ）を含有し，焼結中は水分の濃度が約２％に保
持される。第１と第３の工程の加熱雰囲気中に水分が存
在するのが好ましく，また加熱プロセスの３つの全工程
にて加熱雰囲気中に上記範囲内の水分が存在するのが最
も好ましい。
【００１５】ステイニングを少なくするか又は完全にな
くすことに加えて，本発明の方法は，改良されたバイン
ダー焼却を達成し，還元工程に水分が含まれているとき
は還元の程度を高める。こうして得られる複合物は，よ
り良好な一体性，小さい気孔率，及びこれらに対応して
改良された導電特性と誘電特性を表わす。さらに，本発
明のプロセスの雰囲気要件はあまり厳しくはなく，例え
ば，水分が存在するときには，１％という少量のＯ2 を
バインダー焼却用雰囲気に加えてもよい。
【００１６】本発明の方法は連続的な仕方で行うことが
でき，従って２４時間以内という短い時間で実施するこ
とが可能であり，これは従来技術での処理時間に対する
実質的な減少となる。本発明の方法の連続的な実施で
は，複合物は単一の炉内に滞留することになる。この炉
は，雰囲気がプログラム化された形のボックス型の炉で
あっても，あるいは加熱雰囲気の変化がなされる炉の種
々のセクション間にカーテンが配置された形のベルト型
の炉であってもよい。この種の連続的処理環境における
加熱雰囲気は，水分含有窒素を主要成分として使用す
る。バインダー焼却雰囲気から還元雰囲気への移行は，
先ず前述したように１％という少量の酸素を導入し，次
いでバインダー焼却工程が終了して還元工程が始まった
ら水素を導入する。
【００１７】バインダー焼却雰囲気から還元雰囲気への
移行は，触媒給湿機を使用して水分を発生させることに
よって達成することができる。このような場合において
は，先ず給湿機の運転調整を行ってバインダー焼却に必
要とされるさらなる酸素を供給し，そのあとに還元工程
に必要とされる水素を供給する。ベニング（Ｂｅｎｎｉ
ｎｇ）らによる米国特許第３，６３０，９５６号に代表
的な触媒給湿機が開示されている（該特許を参照の形で
ここに引用する）。他の使用可能なガス発生手段も該特
許中に記載されている。
【００１８】最も広い態様においては，本発明は，セラ
ミック未加工シートから形成される多層セラミック／ガ
ラス複合物の熱処理に関するものであり，このとき前記
ガラス複合物は，銅／酸化銅を含有した印刷用ペースト
を複合物の個々の層上に印刷することから得られる内部
銅導体パターンを有する。こうした複合物自体について
はよく知られており，未加工シートと銅導体ペーストの
組成も詳細に文書化されている。本発明の主要な態様
は，多層セラミック物品を形成するための積層複合物の
熱処理に伴うパラメーターに関する。
【００１９】前述したように，このような多層セラミッ
ク物品の形成においては，得られる複合物の特性を最適
化するために注意深いプロセス制御が必要とされてい
る。上記の従来技術では，バインダー焼却と焼結時にお
いて複合物の過剰な酸化又は還元が起こるという望まし
くない結果となることが多い。従って，過剰な酸化が起
こる結果，導体金属の望ましくない酸化が起こり，これ
に伴って導電特性と誘電特性が低下する。一方，酸化が
不十分であると炭素質残留物が保持され，この炭素質残
留物が最終物品においてボイドの形成を引き起こし，こ
れによってその構造上の完全性及び電気デバイスとして
の有用性が損なわれる。
【００２０】バインダーの焼却及び導体の酸化／還元の
制御に関して従来技術に説明されている問題点の他に，
発明者らは，加熱プロセス中に銅がセラミック相又はガ
ラス相に拡散することによって引き起こされる望ましく
ないセラミックステイニングというさらなる問題点につ
いても認識している。前述したように，バインダー焼却
中だけでなく焼結の開始時において銅がガラス相中に拡
散し，複合物がより低い酸化状態に還元されるときに望
ましくないステインを形成する，と発明者らは理論付け
ている。こうしたステインは工業的には不適格である。
しかしながら，これまでのところステインの修正につい
ては当業界において特に検討はなされていない。
【００２１】発明者らが，銅によって引き起こされるス
テイニングの欠点を認識していること，そして本発明の
熱処理方法を発展させることによってこの問題を解決し
ようとしていることにおいて，本発明はさらに一層特異
的である。本発明の方法によれば，ある量の水分が，３
工程熱処理の少なくとも焼結工程において（好ましくは
バインダー焼却工程と焼結工程の両方において）導入さ
れ，これによりステイニングは実質的に減少するか又は
完全になくなる。焼却工程，還元工程，及び焼結工程に
おいて水分が存在するのが最も好ましく，このとき改良
された導電特性と誘電特性を含めた最適特性が達成さ
れ，またステイニングも存在しない。
【００２２】焼結工程時における本発明の熱処理の水分
濃度は，通常約０．５％〜約３％〔残りはプライマリー
ガス（ｐｒｉｍａｒｙ ｇａｓ）又はパージガス〕，好
ましくは約１％〜約２％，最も好ましくは約２％であ
る。熱処理に使用される温度範囲は当業界では周知のこ
とであり，例えばバインダーの焼却工程は最高約５００
℃までの温度で行われ，還元加熱工程は最高約５００℃
までの温度で行われ，そして焼結工程もしくは焼成工程
は最高約９２０℃までの温度で行われる。言うまでもな
いことであるが，これらの温度レベルは，未加工シート
の正確な組成，導体ペーストの組成，及び使用する加熱
装置やシステムの種類等のファクターに従って変更され
るので，上記の温度パラメーターは代表的なものであ
る。
【００２３】本発明を特に有利にしている態様の１つ
は，バインダーの焼却を効果的且つ完全に行いつつ，同
時に酸素の必要性を緩和できることである。このこと
は，多層複合物が従来，その多層配置構成のゆえに焼却
雰囲気においてさらなる酸素又は他の酸化性元素を必要
とするという事実，そしてこうしたさらなる酸化性元素
が使用されると，通常は導体金属の望ましくない酸化が
起こってしまうという事実を考慮すると特に注目に値す
ることである。本態様においては，上記範囲内の水分を
使用すると，焼却雰囲気中に約２％〜約２０％（好まし
くは約２％〜約５％，場合によってはわずか約１％のと
きもある）の酸素を存在させやくなる。このことは，従
来技術に示されている焼却雰囲気（特に空気がプライマ
リーガス又はパージガスとして使用される場合には，通
常は少なくとも２１％の酸素が使用される）とは明らか
に区別できることである。酸素の使用量が減少するとい
うことは，酸素の消費量が実質的に減少するという点で
経済性の向上ももたらすことになる。
【００２４】本発明に対する代表的なスキームが図１に
示されており，連続プロセスのパラメーターがグラフに
記載してある。本発明の連続プロセスは，湿潤窒素のプ
ライマリーガスもしくはパージガスを使用するものであ
り，これは本発明の方法の進行時，約２％〜約２０％
（好ましくは約２％〜約５％）の量の酸素の初期導入に
より，次いで還元工程へと移行していくにつれて変わっ
ていく。このとき雰囲気は，酸素導入の削減および約１
％〜約１０％（好ましくは約１％〜約５％）の量の水素
の導入開始によって変化する。還元工程の終了後に焼結
工程が始まり，このとき窒素をベースとしたパージガス
（水分を伴って供給）が保持される。第３の工程の焼結
雰囲気中に存在する水分の量は約２％であるのが好まし
い。当然のことながら，主要なガスが空気または他の許
容しうるプライマリーアンビエント（ｐｒｉｍａｒｙ
ａｍｂｉｅｎｔ）である場合には，前記のパラメーター
はやや変わってくる。このことから，少なくとも焼結工
程時において，そして好ましくは本発明の焼却工程時と
焼結工程時の両方において，そしてまた上記の一般的な
範囲内において水分の含有が保持されることがわかる。
【００２５】本発明の方法は還元工程時の遂行手順にお
いて従来技術とは明らかに異なり，還元速度の点で予想
以上の改良が達成される。水分の存在が，還元に対して
影響を及ぼすよりむしろ酸化に対して影響を及ぼすもの
として従来考えられていることから，本発明にて達成さ
れる還元速度の短縮は注目に値することである。図２を
参照すると，本発明の雰囲気を使用して達成される還元
速度は，窒素と水素だけを含有した雰囲気を使用して達
成される還元速度と同等であり，上記の量の水分が存在
すると，より短い時間で還元が達成されることがわか
る。
【００２６】しかしながら，多層セラミック物品に関す
る本発明と，単一層の導電性セラミック物品に対する還
元性雰囲気中に類似のパラメーターを使用することとの
間で，興味ある比較を行うことができる。具体的には図
３を参照すると，単一の予備焼成アルミナ基板が銅／酸
化銅ペーストで被覆されており，次いで図２で比較した
それぞれの雰囲気と同一の還元性雰囲気中で熱処理し
た。すなわち，窒素をある量の水素と共に使用した第１
の還元性雰囲気と，この他にさらにある量の水分を含ん
だ第２の還元性雰囲気とを，同一の単独被覆基板（銅導
体ペーストの露出配置が異なる）を使用して比較した。
【００２７】後者の場合においては，水分を含有した雰
囲気中での還元速度は水分が存在しない雰囲気での還元
速度と同等であった。このことは，積層された多層未加
工物品の場合，導体ペーストまたは類似の材料がセラミ
ックマトリックス内に配置されている状況においてユニ
ークな現象が起こっていることを示している。銅導体ペ
ーストが多層複合物内に配置されている状態において
は，銅導体ペーストの挙動は，本発明さらに従来技術と
区別づけるものとなり，本発明の利点をより一層際立た
せるものとなる。
【００２８】図１と図４を参照すると，本発明は，プロ
セスの全体としての必要時間を少なくし，且つこれに対
応して処理加工の経済性を高めた連続プロセスとして実
施することができる。図１からわかるように，バインダ
ー焼却工程から還元工程への移行，及び還元工程から焼
結工程への移行は，複合物の冷却やそれに続く加熱を必
要とすることなく達成することができる。加熱処理の各
工程が，単一の装置では得ることのできない別個の雰囲
気や他の付随する条件とを必要とする場合には，こうし
た加熱や冷却が必要となる。本発明のスキームでは，湿
潤窒素のような主要パージガスをプロセス全体を通じて
使用することができ，バインダー焼却時における酸素量
の変化，またはその後の還元工程時における水素量の変
化は単一の装置にて行うことができる（図４に概略的に
示されている）。
【００２９】図４を参照すると，例えば，プログラム化
可能なヒーターコントロールを備えたマッフル炉に連動
して機能する触媒給湿機を含んだシステムが示されてい
る。この場合，前述の主要パージガスは湿潤窒素であ
り，この湿潤窒素は，窒素を水中に吹き込むか，あるい
は図に概略的に示したような触媒給湿機を使用すること
によって得ることができる。最初のバインダー焼却工程
時において，前記したレベルの酸素が主要ガスに加えら
れる。バインダー焼却工程が終了したら，酸素の流量を
少なくし，そして還元工程を実施するための温度レベル
を調節したら，前記範囲内の流量にて水素を流し始め
る。還元工程が終了したら，水素の流量を少なくし，プ
ロセスの残部に対する周囲雰囲気として，湿潤窒素を含
んだ雰囲気を継続させる。酸素と水素の流量制御は，例
えばマイクロプロセッサーを使用して，プロセスの温度
分布に基づき特定の時間系列に対してプログラム化され
ている電磁弁により行うことができる。
【００３０】前述したように，本発明に従って使用する
ことのできる触媒給湿機は，ベニングらの米国特許第
３，６３０，９５６号に記載の触媒給湿機とその構造・
操作が類似している。従って例えば，パラジウム等の貴
金属をベースとした触媒を含んだ反応器中に窒素が供給
され，このとき酸素と水素が触媒の表面上で反応して水
を生成する。このようなプロセスは，上記の如く自動化
された形で作動させることができ，バインダー焼却工程
と還元加熱工程においてそれぞれの望ましい未反応量と
なるよう，導入する水素と酸素の程度を適当に変えるこ
とができる。
【００３１】多層セラミック回路の製造はそれ自体よく
知られていることであり，例えば，適当なセラミックテ
ープまたはセラミックシートを作製し，印刷可能なペー
ストを含有した適切な銅／酸化銅のスクリーン印刷のよ
うな方法によって，これらのセラミックテープまたはセ
ラミックシートに導体パターンが施される。一般には，
未加工のセラミックテープまたはシートが特定の多層物
品に関して所望のサイズに打ち抜かれ，その後に回路設
計に適合した孔が穴あけされる。次いでこれらの孔に，
例えば接触印刷法（ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ）によって導体ペーストが充填され，そ
の後に所望の導体パターンが異なったテープ層にスクリ
ーン印刷される。次いで層がダイ中で一緒に積み重ねら
れ，周知のパラメーター範囲内の圧力と温度を加えるこ
とによって積層される。このようにして作製された素子
は，本発明に従って必要に応じて加工できるようになっ
ている。
【００３２】本発明に従って加工可能な多層セラミック
複合物を形成するための適切な材料はそれ自体よく知ら
れている。一般には未加工テープは，種々のガラス成分
やセラミック成分（例えば，種々のシリケートガラス，
アルミナ，および石英等）を揮発可能な適切な有機バイ
ンダーと混合した形で含んだ組成物から作製される。バ
インダーは天然樹脂または合成樹脂から選択することが
でき，例えば，エチルセルロース等のセルロース樹脂，
ポリビニルブチラール等のビニルポリマー，アルリル系
のポリマーやコポリマー，およびメタクリル系のポリマ
ーやコポリマーがある。可塑剤やビヒクル等も含めたさ
らなる成分も使用することができ，本発明は正確な組成
や構成成分に限定されることはない。
【００３３】同様に，導電性ペーストは銅と酸化銅の混
合物（酸化銅のほうが多く含有）を含む。導電性ペース
トに対する有機バインダーは，未加工セラミックテープ
に使用されるバインダーと同種か又は類似しており，そ
の正確な組成は本発明に応じて変わる。
【００３４】前述したように，本発明の方法は，バイン
ダー焼却工程および焼結工程において水分を存在させる
ことに基づいており，これによって銅の拡散と得られる
セラミックのステイニングを予想以上に減少させること
ができた。特に，同様の複合物についての比較試験を本
発明の範囲内にて行い，このとき加熱雰囲気は水分を存
在させた場合と存在させない場合について行った。これ
らの比較結果が表１に示されている。
【００３５】表１
【００３６】
【００３７】表１を参照すると，バインダー焼却工程は
空気をプライマリーアンビエントとして使用しており，
窒素は還元工程と焼結工程におけるプライマリーアンビ
エントである。このことは，各工程にて使用される雰囲
気の一般的特性が保持される限り，本発明は，関与する
特定のプライマリーアンビエントについての変化を伴っ
て行うことができるという事実を示している。
【００３８】さらに重要なことに，表１を考察すると，
実験番号１と４においてはステイニングが認められない
が，このとき焼却工程と焼結工程の両方において水分が
存在していることがわかる。実験番号３と５においては
ステイニングがやや認められたが，このときそれぞれ焼
結工程のみ，および焼結工程と還元工程の両方において
水分が存在している。焼結工程に水分が存在しない場合
に最も激しいステイニングが起こる。従って，本発明の
最も本質的な態様では，最後の加熱処理工程において水
分を使用することを含む。
【００３９】さらに前述したように，本発明の方法によ
れば，バインダーの焼却時に１％という少量の酸素を加
えて焼成複合物に望ましい特性を付与させることができ
る。表２を参照すると，水分が存在するときには種々の
処理雰囲気を使用できること，そして焼却雰囲気が少な
くとも１％濃度のある量の酸素を使用している場合で
も，得られる複合物において望ましい特性の組み合わせ
が最適化されることがわかる。
【００４０】表２
【００４１】
【００４２】さらに表２を参照すると，実験番号６，
７，及び９（焼却雰囲気がある量の酸素を含んでいる）
においてはステイニングが認められないことがわかる。
実験番号９は，窒素／水蒸気の焼却雰囲気中に１％の酸
素が存在していることを示しており，複合物のステイニ
ングも銅の押し出し（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）も認められ
なかった。
【００４３】表２に記載の押し出しという現象は，酸素
が存在しない状態にてセラミックや金属が不均一な膨張
及び／又は収縮を受け，この結果，金属が複合物から外
側に押されるか又は“押し出され”て生成物の機械的ひ
ずみを引き起こすときに生じる，ということに留意しな
ければならない。この現象は望ましいものではなく，一
般には，複合物の構成成分の不均一な収縮特性に起因す
る。
【００４４】本発明は，本発明の精神又は本質的な特性
を逸脱することなく，他の形態にて具象化することがで
きるか又は他の方法にて実施することができる。従って
本発明の開示内容は，全ての点において例証にて説明し
ているのであって限定のためのものではないと考えるべ
きであり，本発明の範囲は特許請求の範囲により規定さ
れ，同等の意味と範囲内の全ての変形や改良形は本発明
に含まれると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】温度パラメーターと雰囲気パラメーターを含め
て連続的な仕方で実施した場合の，本発明の加熱プロセ
スを示したグラフである。
【図２】本発明の還元加熱工程を，水分が存在しない場
合の周知の還元工程と比較したときの，還元速度の増大
を示したグラフである。
【図３】予備焼成されたアルミナ基板上に配置された銅
／酸化銅ペースト（雰囲気に直接暴露される）の加熱に
より得られる，図２の場合と類似の比較結果を示したグ
ラフである。
【図４】本発明の方法を実施するための代表的なシステ
ムを示した流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・ジェイ・カーシュナー アメリカ合衆国ニュージャージー州07960, モーリスタウン，マウント・ケンブル・ア ベニュー 38

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電性の金属酸化物を少なくとも一部と
    して含有した印刷用組成物から作製されるパターンによ
    って画定される内部導体素子を有していて且つ揮発可能
    な有機バインダーを含んだ複数のセラミックシート，か
    ら製造される多層セラミック物品を熱加工する方法であ
    って， （ａ） 前記物品を加熱して前記有機バインダーを完全
    に除去する工程； （ｂ） 工程（ａ）の物品をさらに加熱して前記導電性
    金属酸化物を還元する工程；及び （ｃ） 最後に工程（ｂ）の物品を加熱してセラミック
    を焼結し，多層物品を形成する工程；を含み，このとき
    改良点が， （Ａ） 少なくとも工程（ｃ）に対する加熱雰囲気が約
    ０．５％〜約３．０％Ｈ2 Ｏの量の水分を含有するこ
    と；及び （Ｂ） 焼成したままのセラミック物品が，改良された
    導電特性と改良された誘電特性との組み合わせを有し，
    炭素質含有物を含まず，そして金属含有物によるステイ
    ニングがないこと；にある前記方法。
  2. 【請求項２】 前記水分が工程（ａ）及び（ｃ）におい
    て存在する，請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記水分が工程（ａ），（ｂ），及び
    （ｃ）において存在する，請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 工程（ａ），（ｂ），及び（ｃ）が，中
    間のクールダウン工程やウォームアップ工程を組み込ま
    ずに連続的に行われる，請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記水分が水素と酸素の触媒反応によっ
    て発生される，請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記導体素子が銅を含み，前記導電性金
    属酸化物が酸化銅を含む，請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記有機バインダーが，セルロース誘導
    体，ビニルポリマー，ビニルコポリマー，ポリアクリル
    酸，ポリメタクリル酸，ポリアクリル酸コポリマー，ポ
    リメタクリル酸コポリマー，アクリル酸エステルポリマ
    ー，メタクリル酸エステルポリマー，アクリル酸エステ
    ルコポリマー，及びメタクリル酸エステルコポリマーか
    らなる群から選ばれる，請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程（ａ）に対する加熱雰囲気が酸化性
    雰囲気であり，工程（ｂ）に対する加熱雰囲気が還元性
    雰囲気であり，そして工程（ｃ）に対する加熱雰囲気が
    中性雰囲気である，請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記水分の他に，工程（ａ）の雰囲気が
    約２％〜約２０％の酸素を含有し，工程（ｂ）の雰囲気
    が約１％〜約１０％の水素を含有し，そして工程（ｃ）
    の雰囲気が本質的に窒素を含有する，請求項１記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記水分が約１％〜約２％の範囲にて
    存在する，請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 工程（ａ）が最高約５００℃までの温
    度で行われ，工程（ｂ）が最高約４８５℃までの温度で
    行われ，そして工程（ｃ）が最高約９２０℃までの温度
    で行われる，請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 工程（ａ）〜（ｃ）の実施が２４時間
    以内で行われる，請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 工程（ａ）の雰囲気が約２％〜約５％
    の酸素を含有する，請求項１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 工程（ｂ）の雰囲気が約１％〜約５％
    の水素を含有する，請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記水分が工程（ｃ）中に約２％の量
    にて存在する，請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 工程（ａ）が前記加熱雰囲気中におい
    て１％という少ない量の酸素を使用して行われる，請求
    項２記載の方法。
  17. 【請求項１７】 工程（ａ）が前記加熱雰囲気中におい
    て１％という少ない量の酸素を使用して行われる，請求
    項３記載の方法。
  18. 【請求項１８】 導電性の金属酸化物を少なくとも一部
    として含有した印刷用組成物から作製されるパターンに
    よって画定される内部導体素子を有していて且つ揮発可
    能な有機バインダーを含んだ複数のセラミックシートか
    ら製造され，改良された導電特性と改良された誘電特性
    との組み合わせを有し，炭素質含有物を含まず，そして
    金属含有物によるステイニングのない，請求項１記載の
    方法によって製造された多層セラミック物品。
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