JPH0653653A - セラミック多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】セラミック多層配線基板では、スルーホールに
充填した導体と配線導体で断線や短絡が多発し、歩留り
が悪いという問題を解決することを目的とする。 【構成】水溶性バインダを用いて製作したグリーンシー
トに直径0.05〜0.1mmのスルーホールを形成し、このス
ルーホールに、図６に示すグリーンシートの破壊荷重が
大きくなる溶剤配合割合の混合溶剤を用いた導体ペース
トを用いてスルーホールへの導体充填と配線形成を同時
に行う。また、グリーンシートと印刷ステージ間に離型
フィルムを挿入し、印刷ステージへの導体ペースト付着
を防止する。 【効果】歩留り向上および工程数の低減による製造コス
ト低減。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水溶性バインダを用い
たシート積層法によるセラミック多層配線基板の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のセラミック多層配線基板は、トリ
クロルエチレンやメチルエチルケトンの有機溶剤にブチ
ラール樹脂やアクリル系樹脂を溶解し、これにセラミッ
ク粉末を混合分散したスリップをドクタブレード法と呼
ばれるナイフエッジからスリップをキャリアフィルム上
に流出して厚さ0.2〜0.3mmのシート状にする。この焼結
していない生のシートは、グリーンシートと呼ばれ、こ
のグリーンシートに約0.5mmの格子間隔に直径0.13〜0.2
mmのスルーホールをＮＣパンチやボール盤で形成する。
このスルーホールに導体ペーストを充填したのち、配線
印刷を行う。このようにして導体配線したグリーンシー
トを必要枚数（6〜50枚）を位置合わせして積層したの
ち、ホットプレスで熱圧着し焼結して製作する。この方
法では、スルーホールへの導体ペースト充填不良や焼結
時の体積収縮による電気的な導通不良が発生する。この
問題を解決する方法として特公昭63-40325号公報や特開
昭63-133597号公報、特開昭63-204792号公報、特開昭64
-61990号公報、さらに特開平１-281795号公報などに記
載されている。たとえば、特開昭64-61990号公報では、
図２に示すようにグリーンシートを載せる台（印刷ステ
ージ）の真空吸引力を制御しスルーホール壁面（２）に
均一に導体ペースト（３）を印刷する。特開平1-281795
号公報では、図３に示すように、グリーンシート表面を
金属箔（４）でマスクしたのちスルーホール（２）を形
成後導体ペーストを充填する。マスク（４）は積層時に
剥がすことにより、印刷時のニジミを防止する。さらに
特開昭63-133597号公報では、図４に示すように、焼結
した基板のスルーホール（２）に充填した導体は、印刷
後の乾燥焼結収縮などで（ａ）に示す空洞が発生するた
め、導体ペースト充填後スルーホール中央に図２（２）
と同じ形状になるよう孔を開ける。特公昭63-40325号公
報では、スルーホール充填用ペーストにゲル化剤を添加
し、乾燥および焼結時の導体収縮を防止することが記載
されている。しかし、これらの方法の場合、スルーホー
ルの空洞に充満した溶剤のため熱圧着時に層間ハガレが
発生し易い。金属箔でマスクしたのちスルーホールを形
成する場合、スルーホール形成に使用する直径約0.1mm
のドリルやピンが折れやすく、金属箔の削りクズが、ス
ルーホール内に詰まり易い。ゲル化剤を添加したペース
トを用いた場合、充填は良好であるが、図５（ｂ）に示
すように、スルーホール（２）に充填したペーストがシ
ート表面より突き出るため、次の配線印刷時に、スクリ
ーン版面とグリーンシート面が密着せず図５（ｃ）に示
すように配線導体（３）がニジミ易く、わずかの印刷位
置ずれが起こるとスルーホール部分（２）と短絡するな
どの問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、製造
プロセスや量産性など考慮されていない。本発明は、量
産性を考慮して、スルーホールへの導体ペーストの充填
不良および配線印刷でのスルーホール部分の導体ペース
トとの短絡をなくすことを目的として、セラミック多層
配線基板の量産に適した基板製造方法を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、充填し易い導体ペーストとスルーホール形状にす
ることと配線印刷でニジミ難いペーストと位置ズレしな
い印刷方法が必要である。まず導体ペーストとスルーホ
ール形状との充填性の関係を検討した。その結果、スル
ーホール径がφ0、13mm以上では、ゲル化剤を添加した
ペーストが適している。しかし、φ0.1〜0.05mmでは、
ゲル化剤を添加したペーストの場合、スルーホール全体
に充填されずにスルーホールの途中でペーストの流動が
止まった状態である。一方ゲル化剤を添加していない導
体ペーストの場合には、φ0、13mm〜0.2mmのスルーホー
ルでは導体の収縮が起こり、φ0.05〜0.1mmのスルーホ
ール径では、充填状態は良いが、印刷ステージ面にペー
ストが粘着し、グリーンシートを印刷ステージから取り
出すと印刷ステージ側のスルーホール部のペーストが印
刷ステージ側に取られ、20〜30μmの凹みが発生する。
そのため印刷ステージ面のペーストを拭き取っても、次
に印刷したグリーンシート面にペーストの粉末が付着す
ることがわかり、離型フィルムの使用を検討した。また
水溶性バインダを用いたグリーンシートの場合、溶剤に
よってシートへの浸透性、膨潤あるいは溶解性が異な
り、導体ペーストの溶剤としては、水溶性バインダを用
いたグリーンシートに適した溶剤の選定が必要である。

【０００５】以上の結果から導体ペーストが充填し易い
スルーホール寸法、充填と配線印刷を同時に行える導体
ペーストの原料配合および印刷後に寸法変化あるいはシ
ート強度変化の小さい溶剤の選定、さらにペーストの粘
着を防止する離型フィルムを選定し、基板製造方法を決
定した。

【０００６】

【作用】スルーホール径を小さくすることにより、充填
される導体ペーストの量を少なく出来るので乾燥および
焼結時の体積収縮が小さいので電気的導通不良が起こら
ない。また導体ペーストの溶剤の選定とペースト原料の
配合の適正化により、充填と配線の同時印刷が実現で
き、印刷位置ズレや印刷ニジミが小さいのでスルーホー
ルに充填した導体ペーストと配線印刷した導体との短絡
を防止できる。また離型フィルムを用いることによっ
て、グリーンシートへの導体ペースト層の付着がないた
め、屑付着によって起こる相対するシートの充填したス
ルーホールおよび配線の短絡を防止できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

【０００８】実施例１ ムライト、シリカ、マグネシア、アルミナから成るムラ
イト系セラミックス基板を製作する原料粉末をアクリル
系水溶性バインダと分散剤あるいは消泡剤、水と混合し
たスラリを製作したのち、ドクタブレード法により厚さ
0.1〜0.2mmのグリーンシートを製作した。このグリーン
シートを200〜450mm角に切断し、必要に応じてホットプ
レスにより平坦化し、後工程で使用する治具に固定した
のち、ＮＣパンチ等で層間の電気的接続のために必要な
スルーホール（穴径0.05〜0.1mm）を0.3mmピッチの格子
点に形成した。スルーホール径は、φ0.05mm以下は穴明
けが困難でφ0.1mm以上では空洞が発生する。このスル
ーホールへの導体ペースト充填と、このスルーホール間
の平面方向の導体配線は、同一スクリーン版で同時に行
った。この印刷方法は、まず印刷後の被印刷物を載せる
ステージに再生セルロースあるいは再生セルロースまた
はアセチルセルロースを塗布したフィルム、セラミック
粉末や合成樹脂を含む平滑な紙、あるいは合成樹脂の孔
の明いたフィルタフィルムを置き、このフィルム上にス
ルホールを形成したグリーンシートを置き、スクリーン
版とスルーホールとを自動位置決め装置を用い正確に位
置合わせしたのちスキージングして行ない、印刷後グリ
ーンシートに付着している前述のフィルム（印刷ステー
ジ上に置いたフィルム）を引き剥し、図１に示すような
断面形状となる。この印刷に用いたペーストは、下記の
原料配合である。

【０００９】 Ｗ粉末 80〜94wt％ ビヒクル 6〜20wt％ ビヒクルは、エチルセルロース、油溶性アクリル系樹
脂、ブチラール樹脂等のバインダを下記溶剤に6〜14wt
％溶解して用いた。

【００１０】 α・テルピネオール 31〜100wt％ ｎＢＣＡ 0〜 69wt％ Ｗ粉末は80wt％以下でペーストの粘度が低く、スルーホ
ールへの充填不良が起こり、94wt％以上では、ペースト
の粘度が高く充填不良や導体配線の断線が発生する。ビ
ヒクルに用いた溶剤の割合は、図６に示すように、α・
テルピネオールの割合が30wt％以下ではグリーンシート
の破壊荷重が80〜120ｇ／cm²と急激に低下し、印刷工程
でスキージング後スクリーン版がグリーンシートから離
れて（版離れ）時にグリーンシートが破れたり、印刷後
のグリーンシート取り扱い中に破れ易い。またα・テル
ピネオールの割合が100wt％近くになると、Ｗ粉末の割
合やバインダによっては、版離れ時にペーストが飛散す
るので、可塑剤（ジブチルフタレートやジオクチルフタ
レート等）や、ゲル化剤を0.2〜10wt％添加しても良
い。またエチルセルロースのような天然の材料のよう
に、気温や湿度によってペーストの流動性に季節変動が
ある場合には、脂肪酸にアミンを付与した界面活性剤を
0.1〜0.5wt％添加しても良い。また、基板表面に薄膜法
で配線を追加するような場合には、基板表面を研削する
ので、導体の結合を向上するために焼結助剤（たとえ
ば、グリーンシート製作用セラミック粉末）をＷ粉末に
対して1〜3wt％添加しても良い。これまで説明した方法
で導体配線したグリーンシートを基板製作に必要な枚数
（6〜50枚）を正確に位置合わせし、ホットプレス法（1
20〜150℃、100〜200kg／cm²）で熱圧着したのち還元雰
囲気で1550〜1650℃、1〜2時間で焼結した。このように
して製作した基板は、従来法に比べ歩留り、量産性とも
に良好であった。

【００１１】実施例２ 実施例１の方法で、ムライトセラミックス原料をガラス
セラミック原料とし、Ｗペーストの代わりに市販のCuペ
ーストを用いてガラスセラミックスの多層配線基板を製
造した結果、実施例１と同様良好な結果を得た。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、スルーホールへの導体
充填が容易で、配線導体の断線や短絡不良を従来法に比
べ約75％低減できる。またスルーホールへの導体充填と
配線印刷を同時にできるので、スクリーン版を従来78版
使用していたが39版に低減でき、製造工程も３工程削減
できる。さらに従来法に比べ歩留りを75％から89％にす
ることができ、製造コストも32％低減することが出来
た。またスルーホール径が小さいので、配線幅を40〜80
μmで形成すれば、従来製作出来なかった0.3mmの格子パ
ターンにスルーホールと配線導体を形成したセラミック
多層配線基板が製造出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するためのスルーホールへの導体
充填と配線導体を形成したグリーンシートの断面模式図
である。

【図２】従来技術を説明するためのグリーンシートの断
面模式図である。

【図３】同じくグリーンシートの断面模式図である。

【図４】同じくグリーンシートの断面模式図である。

【図５】同じくグリーンシートの断面模式図である。

【図６】本発明を説明するための、ペーストら使用する
溶剤（ｎＢＣＡとα−テルピネオール）の配合割合とペ
ーストを印刷したグリーンシートの破壊荷重との関係を
示す特性図である。

【符号の説明】

１，１’…グリーンシート、２…スルーホール（充填し
た導体ペースト）、３…配線導体、４…マスク（金属
箔）、ａ…空洞、ｂ…充填したペーストの凹量、ｃ…ス
ルーホール充填した導体と配線導体との短絡部分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸崎 博己 神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立 製作所神奈川工場内 (72)発明者 石原 昌作 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 阿美 徳宏 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水溶性バインダを用いた厚さ0.1〜0.2mmの
   グリーンシートに直径0.05〜0.1mmのスルーホールを形
   成する工程と、このグリーンシートと印刷ステージとの
   間に離形用フィルムを挿入して、スルーホールへの導体
   ペースト充填と配線印刷を同時に行う工程を有し、導体
   ペーストの溶剤として下記原料配合のものを用いたこと
   を特徴とするセラミック多層配線基板の製造方法。 ・α−テルピネオール −−−−− 31
   〜100wt% ・ジ・エチレングリコール −−−−− 0
   〜 69wt% モノ ブチルエーテルアセテート（ｎＢＣＡ）