JPH07221453A

JPH07221453A - 多層セラミックス基板の製造方法

Info

Publication number: JPH07221453A
Application number: JP6013004A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Toyama; 佳秀遠山
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】仮焼成に好適な温度域の幅を広くすることに
より仮焼成時の温度依存性を小さくすることができ、も
って寸法精度等に優れた基板を確実に量産することがで
きる多層セラミックス基板の製造方法を提供すること。【構成】仮焼成温度域におけるタングステンの焼成収
縮率と窒化アルミニウムの焼結収縮率とがほぼ一致する
ように、タングステンペーストの密度を適宜変更したう
えで仮焼成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】従来より、高融点金属ペーストの印刷に
よって形成された導体パターンを有するセラミックス製
のグリーンシートを積層し、仮焼成及びホットプレスに
よる本焼成を行うという多層セラミックス基板の製造方
法が知られている。この種の基板を作製する場合、多層
セラミックス基板を一枚の焼結体から複数個採りするこ
とが好ましいと一般的に考えられている。その際、基板
の寸法精度を向上させるために、仮焼成時におけるグリ
ーンシート積層体の膨れ、層間剥離及びクラックを確実
に防止しておくことが必要となる。

【０００３】このような事情のもと、本願出願人は、高
融点金属及びセラミックスの焼結収縮率がほぼ一致する
温度域、好ましくは焼結収縮率の差が０．１％以下にな
る範囲内で仮焼成を行うという方法を別件出願において
以前に提案している。この方法によると、仮焼成時にお
いてグリーンシート積層体に作用する内部応力が極めて
小さくなり、膨れ等が確実に防止されるという好適な結
果が得られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような好適温度
域は最大でも仮焼成最適温度の±１０℃程度であること
から、炉内温度を限られた範囲内に設定したうえで仮焼
成を行うことが要求される。従って、このように温度依
存性が高い条件での仮焼成においては、ヒータの温度制
御を確実に行うことができ、かつ位置による温度むらの
小さい炉を用いることが好ましいということになる。

【０００５】しかし、比較的温度むらが大きくなり易い
炉（例えば量産用大型炉など）を使用した場合、ヒータ
自身の温度が好適範囲内であっても、炉内の全てのグリ
ーンシート積層体を好適温度に加熱することができなく
なる。それゆえ、好適温度範囲外で仮焼成されたものに
ついては従来のときと同様に膨れ等が発生し、結果とし
て良品率が低下してしまうことが多かった。このため、
現状では基板を量産することが難しかった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、仮焼成に好適な温度域の幅を広く
することにより仮焼成時の温度依存性を小さくすること
ができ、もって寸法精度等に優れた基板を確実に量産す
ることができる多層セラミックス基板の製造方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、高融点金属ペースト
の印刷によって形成された導体パターンを有するセラミ
ックス製のグリーンシートを積層した後、その積層体に
仮焼成及びホットプレスによる本焼成を施す多層セラミ
ックス基板の製造方法において、仮焼成温度域における
前記高融点金属の焼成収縮率と前記セラミックスの焼結
収縮率とがほぼ一致するように、前記高融点金属ペース
トの密度を適宜変更したうえで仮焼成を行うことを特徴
とした多層セラミックス基板の製造方法をその要旨とし
ている。

【０００８】請求項２に記載の発明では、高融点金属ペ
ーストの印刷によって形成された導体パターンを有する
セラミックス製のグリーンシートを積層した後、その積
層体に仮焼成及びホットプレスによる本焼成を施す多層
セラミックス基板の製造方法において、仮焼成温度域に
おける前記高融点金属の焼成収縮率と前記セラミックス
の焼結収縮率とがほぼ一致するように、高融点金属の平
均粒径及びセラミックスの平均粒径のうちから選択され
る少なくともいずれかを適宜変更したうえで仮焼成を行
うことを特徴とした多層セラミックス基板の製造方法を
その要旨としている。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明は、高融点金属ペースト
の密度を適宜変更すれば、仮焼成温度域における高融点
金属及びセラミックスの焼成収縮率曲線をほぼ一致させ
ることができ、もって仮焼成に好適な温度域の幅を広く
することができるという知見に基づいてなされたもので
ある。

【００１０】請求項２に記載の発明は、高融点金属及び
セラミックスのうちの少なくともいずれかの平均粒径を
適宜変更すれば、両者の焼結収縮率曲線をほぼ一致させ
ることができ、もって仮焼成に好適な温度域の幅を広く
することができるという知見に基づいてなされたもので
ある。

【００１１】以下に、本発明の多層セラミックス基板の
製造方法を図３，図４のグラフをもとに詳細に説明す
る。図３，図４のグラフは、仮焼成時における高融点金
属及びセラミックスの焼成収縮率と加熱温度との関係を
示している。同グラフにおいて、Ｃ2 は高融点金属の焼
成収縮率（％）を、Ｃ1 はセラミックスの焼成収縮率
（％）を表す曲線である。Ｃ3 は高融点金属の焼成収縮
率とセラミックスの焼成収縮率との差の絶対値（％）を
表す曲線である。Ｔａは従来方法における仮焼成温度
（約１５６０℃）を示している。

【００１２】同図に示されるように、曲線Ｃ1 及び曲線
Ｃ2 は、いずれも加熱温度の上昇に伴って増加する（右
上がりになる）曲線である。曲線Ｃ3 は、仮焼成温度Ｔ
ａ付近の温度において極大値をとる曲線である。つま
り、従来方法においては両者の焼成収縮率の差が大きな
状態で仮焼成がなされていたことになる。但し、従来の
ようにペースト印刷面積が比較的少ない場合には、この
ような温度で仮焼成を行っても特に大きな問題は生じな
い。逆に印刷面積の割合が増加してくると、上記の温度
で仮焼成を行った場合にグリーンシート積層体に膨れ、
層間剥離、クラックが生じ易くなる。

【００１３】ところで、両曲線Ｃ1 ，Ｃ2 同士は、仮焼
成温度Ｔａよりも若干高い温度Ｔ2及び若干低い温度Ｔ1
の二点において交差した状態になっている。これは、
高融点金属のネック焼結のほうがセラミックスのネック
焼結よりも低温域において進行するからであると考えら
れている。そして、交差点付近の温度域Ｚ1 ，Ｚ2 にお
いては両者の焼成収縮率の差は小さくなり、完全に交差
した点においては理論上ゼロになる。従って、印刷面積
が多い場合には、両者の焼成収縮率がほぼ一致する温度
域Ｚ1 ，Ｚ2 の範囲内で、より好ましくは完全に交差す
る温度Ｔ1 ，Ｔ2 で仮焼成を行う必要があるということ
になる。そして、上記の仮焼成条件を満たしていない
と、高融点金属及びセラミックスの焼成収縮率の不整合
が解消されなくなってしまう。しかしながら、仮に焼成
収縮率差（％）≦０．１が許容範囲であると仮定する
と、前記温度域Ｚ1 ，Ｚ2 はいずれも１０℃〜２０℃程
度の狭い範囲になってしまう。

【００１４】先に述べたように、本発明では、高融点金属ペーストの密度、または高融点金属及びセラミックスのうちの少なくともいず
れかの平均粒径を適宜変更することをその要旨としてい
る。そこで、このような要因変更を行う理由を以下に記
す。

【００１５】つまり、前記のような変更を行うと、高
融点金属のネック焼結の進行度をある程度変化させるこ
とができるからである。同様に、前記のような変更を
行うと、高融点金属またはセラミックスのネック焼結の
進行度をある程度変化させることができるからである。

【００１６】例えば、高融点金属ペーストの密度を大き
くすると、ペースト中の高融点金属のネック焼結が進行
し難くなることが実験的にわかっている。即ち、上記の
ように密度を変更すると、ネック焼結進行時に見られる
収縮率の急激な増加が、より高い温度において起こるよ
うになる。すると、高融点金属の焼成収縮率曲線Ｃ2が
図３に示される曲線Ｃ4 の位置にシフトし、結果として
セラミックスの焼成収縮率曲線Ｃ1 の軌跡に近づくよう
になる。なお、高融点金属の平均粒径を大きくしたとき
にもこれと同様の傾向がみられる。

【００１７】また、セラミックスの平均粒径を大きくす
ると、今度はセラミックスのネック焼結が進行し難くな
ることが実験的にわかっている。即ち、上記のように変
更すると、ネック焼結進行時に見られる収縮率の急激な
増加が、より低い温度において起こるようになる。する
と、セラミックスの焼成収縮率曲線Ｃ1 が図４に示され
る曲線Ｃ5 の位置にシフトし、結果として高融点金属の
焼成収縮率曲線Ｃ2 の軌跡に近づくようになる。

【００１８】以上のような変更を行うと、図３，図４に
示されるように、仮焼成に好適な新たな温度域Ｚ3 は、
これまでの温度域Ｚ1 ，Ｚ2 よりも確実に広いものとな
る。その結果として、仮焼成時の温度依存性が従来に比
較して小さくなる。それゆえ、温度むらが大きくなり易
い炉等によって仮焼成を行う場合であっても、寸法精度
等に優れた基板を確実に製造することが可能になる。つ
まり、このことは、大型用量産炉による仮焼成ができる
ことによって基板の量産が可能になる、ということを意
味する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を多層窒化アルミニウム基板の
製造方法に具体化した実施例１を図１，図２に基づき詳
細に説明する。

【００２０】本実施例においてグリーンシート（厚さ４
００μｍ前後，２００mm角）１は、窒化アルミニウム
（以下、ＡｌＮ）粉末を主成分として含むスラリーをド
クターブレード法にてシート成形することによって作製
される。グリーンシート１の所定位置には、図１（ａ）
に示されるように、ドリル加工あるいは打ち抜き加工等
によって複数個のスルーホール形成用孔２が形成され
る。次いで、前記グリーンシート１には、高融点金属ペ
ーストとしてのタングステン（以下、Ｗ）ペーストＰが
スクリーン印刷機によって印刷される。そして、図１
（ｂ）に示されるように、グリーンシート１のスルーホ
ール形成用孔２内にはスルーホール内導体回路３ａが形
成され、かつグリーンシート１の表面には配線パターン
３ｂが形成される。

【００２１】ペースト印刷の結果、図２に示されるよう
にグリーンシート１上に略正方形状の印刷領域Ｒ1 が８
個×８列に配置された状態となる。一方、各印刷領域Ｒ
1 の間に格子状に非印刷領域Ｒ2 が形成された状態とな
る。本実施例では、グリーンシート１の表面積に対する
印刷領域Ｒ1 の面積の比率は、約７０％となっている。
但し、この比率は７０％のみに限定されるということは
ない。

【００２２】更に、本実施例では、グリーンシート１作
製用のスラリーとして、平均粒径が約１．７μｍのＡｌ
Ｎ粉末に対して、焼結助剤としての酸化イットリウム粉
末、アクリル系バインダ、分散剤及び可塑剤を配合し、
均一に混練したものが使用されている。このようにして
作製されたグリーンシート１の密度は２．１g/cm³とな
る。

【００２３】また、スルーホール内導体回路３ａ形成用
及び配線パターン３ｂ形成用のＷペーストＰとして、次
のようなものが使用されている。即ち、所定の平均粒径
（１．１μｍまたは３．０μｍ）のＷ粒子に、アクリル
系バインダ、溶剤及びを配合し、均一に混合したペース
トである。前記ペーストＰのうち、Ｗ粒子の平均粒径が
１．１μｍのものの密度は７．５g/cm³となり、３．０
μｍのものの密度は１１．０g/cm³となる。

【００２４】前記ペーストＰを作製する場合、Ｗ粒子の
平均粒径は０．５μｍ〜４．０μｍ程度であることが良
い。Ｗ粒子の平均粒径が小さすぎると、Ｗの焼結温度が
低くなる。但し、この場合には次のような問題がある。
Ｗの焼結温度が低くなると、それに従ってＷ及びＡｌＮ
の焼成収縮率が同一になる温度も低くなる。このとき、
およそ１４５０℃以下になるとＷの炭化が阻害されるた
め、シート抵抗が増大する慮れがある。また、Ｗ粒子の
平均粒径が小さいほど焼成収縮率曲線の傾きも大きくな
る。このため、Ｗ及びＡｌＮがほぼ同一の焼成収縮率と
なる温度域では、Ｗ粒子の平均粒径が小さいほど温度に
よる焼成収縮率のばらつきが大きくなる。ゆえに、炉内
の温度のばらつきの影響を受け易くなる。

【００２５】逆にＷ粒子の平均粒径が大きすぎると、印
刷性が悪化することによって、ファインな配線パターン
３ｂが得られなくなる虞れがある。本実施例では、上記
のような理由からＷ粒子の平均粒径が好適範囲内となる
ように予め設定している。

【００２６】前記グリーンシート１は、配線パターン３
ｂに対する仮プレスの後、図１（ｃ）に示されるように
複数枚積層される。ラミネート装置等による熱圧着によ
って得られるグリーンシート積層体４は、ここで乾燥及
び脱脂される。

【００２７】次に、グリーンシート積層体４は非酸化雰
囲気下において仮焼成される。本実施例では、仮焼成時
において所定の加熱温度（表１に示されるように１４６
０℃〜１６００℃）に焼成炉を保持する時間を１０時間
としている。また、本実施例では、温度むらの少ない小
ロット生産用焼成炉によって仮焼成が行われている。

【００２８】仮焼成されたグリーンシート積層体４は、
更に図１（ｄ）に示されるようなホットプレス装置６に
セットされ、高温加圧下で本焼成（１８９０℃，３時
間）される。その結果、グリーンシート積層体４は焼結
体５となる。

【００２９】そして、表面研削加工が行われた後、焼結
体５は非印刷領域Ｒ2 の部分（図２にて破線で示される
部分）で切断される。その結果、合計６４ピースの２２
mm角の多層ＡｌＮ基板７が得られることになる。

【００３０】ここで表１及び表２に示されるように、加
熱温度を８段階（1460℃, 1480℃，1500℃,1520 ℃, 15
40℃，1560℃, 1580℃, 1600℃）設定してそれぞれ同じ
方法により仮焼成を行った。その結果、合計２４種のサ
ンプルを得た。前記サンプルのうち、サンプルＡ群は実
施例のサンプルであり、サンプルＢ群は実施例の範囲に
属さない比較例（従来例）のサンプルである。前記サン
プルＡ1 〜Ａ16のうち、表１に示される８種のサンプル
Ａ1 〜Ａ8 では、ＷペーストＰの密度がサンプルＢ群よ
りも高くなるように設定されている。また、表２に示さ
れる８種のサンプルＡ9 〜Ａ16では、Ｗ粒子の平均粒径
がサンプルＢ群よりも大きくなるように設定されてい
る。

【００３１】そして、これらに対する試験では、Ｗ及び
ＡｌＮの焼成収縮率差（％）、配線パターン３ｂのＸ，
Ｙ方向への寸法ばらつき量（±μｍ）、膨れ・層間剥離
・クラックの有無を調査した。また、以上の結果をもと
にその温度における仮焼成が有効であるか否かを評価し
た。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表１及び表２から明らかなように、サンプ
ルＡ群についてはいずれの温度においても焼成収縮率差
が許容範囲である０．１％以下になることがわかった。
配線パターン３ｂの寸法ばらつき量を測定したところ、
サンプルＡ群では最大でも２１μｍであったのに対し、
サンプルＢ群では２０μｍ〜４５μｍという値となっ
た。また、サンプルＡ群ではいずれの温度においても膨
れ等が全く見られなかった。それに対しサンプルＢ群で
は、焼成収縮率差が大きくなる温度において膨れ等が発
生することが確認された。以上のような結果から、実施
例の方法によると仮焼成に好適な温度域が従来に比較し
て確実に広くなるということがわかる。従って、仮焼成
時の温度依存性も小さくなるということができる。

【００３５】なお、実際に量産用焼成炉で積層体４の仮
焼成を行ったところ、積層体４の載置位置により温度む
らができるにも関わらず、殆ど全ての積層体４から寸法
精度に優れた多層ＡｌＮ基板７を得ることが可能であっ
た。つまり、従来の方法に比べて確実に良品率を向上さ
せることが可能であった。

【００３６】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、（ａ）ＡｌＮ製グリーンシート１を使用した実施例に代
え、例えばアルミナ製、窒化珪素製、ムライト製、窒化
ホウ素製等のグリーンシートを使用することも可能であ
る。

【００３７】（ｂ）また、ＷペーストＰを使用した実施
例に代え、例えばモリブデン、ニオブ、タンタル等とい
ったタングステン以外の高融点金属ペーストを使用する
ことも勿論可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の多層セラ
ミックス基板の製造方法によれば、仮焼成に好適な温度
域の幅が広くなるため、仮焼成時の温度依存性を小さく
することができ、もって寸法精度等に優れた基板を確実
に量産することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は実施例の多層窒化アルミニウ
ム基板の製造手順を示す概略断面図である。

【図２】多層窒化アルミニウム基板の製造手順におい
て、積層前のグリーンシートを示す概略平面図である。

【図３】仮焼成時における高融点金属及びセラミックス
の焼成収縮率と加熱温度との関係を示すグラフである。

【図４】仮焼成時における高融点金属及びセラミックス
の焼成収縮率と加熱温度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…グリーンシート、３ａ，３ｂ…導体パターン、４…
（グリーンシート）積層体、７…多層セラミックス基板
としての多層窒化アルミニウム基板、Ｐ…高融点金属ペ
ーストとしてのタングステンペースト。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点金属ペーストの印刷によって形成さ
れた導体パターンを有するセラミックス製のグリーンシ
ートを積層した後、その積層体に仮焼成及びホットプレ
スによる本焼成を施す多層セラミックス基板の製造方法
において、仮焼成温度域における前記高融点金属の焼成収縮率と前
記セラミックスの焼結収縮率とがほぼ一致するように、
前記高融点金属ペーストの密度を適宜変更したうえで仮
焼成を行うことを特徴とした多層セラミックス基板の製
造方法。
【請求項２】高融点金属ペーストの印刷によって形成さ
れた導体パターンを有するセラミックス製のグリーンシ
ートを積層した後、その積層体に仮焼成及びホットプレ
スによる本焼成を施す多層セラミックス基板の製造方法
において、仮焼成温度域における前記高融点金属の焼成収縮率と前
記セラミックスの焼結収縮率とがほぼ一致するように、
高融点金属の平均粒径及びセラミックスの平均粒径のう
ちから選択される少なくともいずれかを適宜変更したう
えで仮焼成を行うことを特徴とした多層セラミックス基
板の製造方法。