JPH0824217B2

JPH0824217B2 - 多層セラミック基板のバイヤ形成方法

Info

Publication number: JPH0824217B2
Application number: JP2104319A
Authority: JP
Inventors: 貞夫井上; 正人成瀬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH043496A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕バイヤ孔に導体を充填することにより各層間の電気的
接続を行うバイヤを形成する多層セラミック基板のバイ
ヤ形成方法に関し、バイヤの電気的接続性を向上することを目的とし、グリーンシートに孔空け加工を行いバイヤ孔を形成し
た後、該バイヤ孔に導体を充填し、続いて該グリーンシ
ートを複数枚積層して焼成することにより該導体をも焼
成し各層間における電気的導通を行うバイヤを形成する
多層セラミック基板のバイヤ形成方法において、該導体
として銅粉を用いると共に、該導体にステアリン酸亜鉛
を添加し該バイヤ孔に充填する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は多層セラミック基板のバイヤ形成方法に係
り、特にバイヤ孔に導体を充填することにより各層間の
電気的接続を行うバイヤを形成する多層セラミック基板
のバイヤ形成方法に関する。

一般に、半導体素子を搭載する回路基板としてセラミ
ック基板が広く用いられている。セラミック基板は耐熱
性，放熱性，電気特性，機械的強度等の面で良好な特性
を有している。このセラミック基板はグリーンシートを
焼成することにより製造される。

また昨今では、半導体素子の高集積化が急速に行われ
ており、これに対応するため導体パターンが形成された
薄いセラミック板を多層形成することにより導体パター
ンの高密度化を図った多層セラミック基板が提供されて
いる。この多層セラミック基板では多層された各セラミ
ック板間の電気的接続を図るためバイヤが形成されてい
る。このバイヤは、セラミック板に形成されたバイヤ孔
（セラミック板を上下に貫通する小径孔）に導体を充填
した構造を有し、各セラミック板間の電気的導通を図る
機能を奏する。よって、バイヤが適正に形成されない
と、各層間の電気的導通が図れなくなりセラミック基板
として機能しなくなってしまう。

そこで、高い信頼性を有するバイヤを形成し得るバイ
ヤ形成方法が望まれている。

〔従来の技術〕

第４図に従来におけるバイヤ（VIA）の形成方法を示
す。

従来バイヤを形成するには、先ず同図（Ａ）に示すよ
うにグリーンシート１（ガラス粉，アルミナ粉，有機バ
インダ等から構成される）にマスクフィルム２を配設
し、続いてこの上部よりパンチングによりグリーンシー
ト１及びマスクフィルム２を共に穿孔し、同図（Ｂ）に
示すようにバイヤ孔３を形成する。

バイヤ孔３が形成されると、同図（Ｃ）に示すように
ゴムスキージ７を用いてバイヤ孔３に導体４を充填す
る。従来では、この導体４として銅粉と有機バインダと
を混合させた銅ペーストを用いていた。

上記のようにバイヤ孔３に導体４が充填されると、同
図（Ｄ）に示すようにグリーンシート１のマスクフィル
ム２の配設面と異なる面にバイヤ孔３を塞ぐようにラン
ド５が形成され、続いて同図（Ｅ）に示すようにマスク
フィルム２をグリーンシート１から剥離させる。

上記のようにバイヤ孔３に導体４が充填されたグリー
ンシート１は同図（Ｆ）に示されるように積層された上
で焼成処理され、多層セラミック基板が形成されてい
た。

しかるに上記従来のバイヤ形成方法では、焼成時にグ
リーンシート１や導体４に含有される有機バインダがガ
ス化して（以下、このガスをバインダガスという）、こ
れがガス状の残渣としてバイヤ孔３内に残ってしまう。
このガス状残渣によりバイヤ孔３に充填された導体４内
に空隙が発生し、導体４が断線したり抵抗値が増大して
しまい、バイヤの電気的導通性が低下してしまうという
問題点があった。

そこで、導体４として銅粉のみをバイヤ孔３に充填
し、導体４からバインダガスが発生しないよう構成する
と共に、グリーンシート１から発生するバインダガスを
酸化分解する酸化銅を合わせてバイヤ孔３に充填するこ
とによりガス状残渣の発生を防止する方法が考えられ
る。この構成とした場合、焼成処理時にバイヤ孔３内に
ガス状残渣が残ることはなくなり、バイヤの電気的接続
性を向上させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように導体４として銅粉を用いることによりバ
イヤの電気的接続性を向上させることができるが、導体
４を構成する銅及び酸化銅の粒径は小さく、このように
粒径が小さな粉体を細長いバイヤ孔３に充填した場合、
孔内における銅粉の流動性は悪く凝集が発生し易くな
り、バイヤ孔３内に間隙８が形成され導体４の充填密度
が低下してしまう。

このように導体４の充填密度が低下すると、バイヤの
電気的接続性が劣化し、最悪の場合には電気的導通が取
れなくなり、多層セラミック基板として機能しなくなる
という課題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、バイ
ヤの電気的接続性を向上させうる多層セラミック基板の
バイヤ形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明では、グリーンシート（１）に孔空け加工を行いバイヤ孔
（３）を形成した後、このバイヤ孔（３）に導体（４）
を充填し、続いて上記グリーンシート（１）を複数枚積
層して焼成することにより上記導体（４）をも焼成し各
層間における電気的導通を行うバイヤ（９）を形成する
多層セラミック基板のバイヤ形成方法において、上記導体（４）として銅粉を用いると共に、この導体
（４）にステアリン酸亜鉛を添加し上記バイヤ孔（３）
に充填することを特徴とするものである。

〔作用〕

ステアリン酸亜鉛は導体（４）をバイヤ孔（３）に充
填する際、その流動性を向上させる機能を奏する。よっ
て、ステアリン酸亜鉛を導体（４）に添加することによ
り、導体（４）の充填密度を高めることができる。

〔実施例〕

次に本発明方法の第１実施例について図面と共に説明
する。第１図は本発明の一実施例である多層セラミック
基板のバイヤ形成方法を示す工程図である。尚、同図
（Ａ），（Ｂ），（Ｅ）〜（Ｇ）に示す工程は従来にお
けるバイヤの形成方法と全く同一である。このため、各
図に示される工程は簡単に説明する。

バイヤを形成するには、先ずグリーンシート１にマス
クフィルム２を配設し（同図（Ａ）に示す）、続いてこ
の上部よりパンチングによりグリーンシート１及びマス
クフィルム２を共に穿孔してバイヤ孔３を形成する（同
図（Ｂ）に示す）。この、グリーンシート１はガラス粉
とアルミナ粉を混合したものに有機バインダを含有させ
たものであり、またバイヤ孔３の径寸法は50〜200μｍ
程度とされている。

バイヤ孔３が形成された後に行われる、同図（Ｃ），
（Ｄ）に示される工程は本発明方法の特徴となる工程で
ある。各図に示される工程はバイヤ孔３に導体４を充填
する工程である。

第１実施例では、バイヤ孔３に充填する導体４として
銅粉を用いると共に、この導体４に加えてステアリン酸
亜鉛を添加したことを特徴とするものである。この銅粉
の粒径は特定の流動分布を有するように、例えば平均1.
1μｍ程度に選定されている。また、ステアリン酸亜鉛
の充填量は0.3〜3.0wt％程度に選定されている。更に、
上記構成とされた導体４をバイヤ孔３に充填する際、合
わせてアルミナ粉も充填される。このアルミナ粉はその
粒径を0.3〜３μｍに選定されており、またその充填量
は５〜10vol％とされている。

上記ステアリン酸亜鉛は、銅粉の充填時における流動
性を向上させるものである。ステアリン酸亜鉛は潤滑剤
として知られており、このステアリン酸亜鉛を銅粉と混
ぜてバイヤ孔３に充填することにより、ステアリン酸亜
鉛は銅粉の各粉体の表面にコーティングされバイヤ孔３
内における銅粉の流動性は向上する。このため、銅粉が
充填時に凝集してしまうことは無くなり、導体４の充填
密度を向上させることができる。尚、アルミナ粉は異常
粒成長を抑制するために充填される。

この導体４をバイヤ孔３に充填する方法は、従来と変
わるところはなく、同図（Ｃ）に示すように、グリーン
シート１の背面側に負圧をかけつつ上記混合導体４をゴ
ムスキージ７にて充填する。

導体４が充填されると、続いて同図（Ｄ）に示される
ように、グリーンシート１のマスクフィルム２の配設面
と異なる面にバイヤ孔３を塞ぐように保護フィルム10が
配設される。この保護フィルム10は、バイヤ孔３に充填
された導体４の飛散を防止すると共に、後述する導体パ
ターンが形成される面を保護する機能を奏するものであ
る。

保護膜10が配設されると、続いて導体４の上部に銅ペ
ースト4aが充填される。この銅ペースト4aはマスクフィ
ルム２の厚さ（約38μｍ）の約半分の厚さで充填され
る。この銅ペースト4aは、銅粉の充填と同様にゴムスキ
ージ７を用いて行われる。このように形成される銅ペー
スト4aは、充填された導体４が飛散するのを防止する機
能を奏すると共に、導体４の充填時にバイヤ孔３の上部
に空隙が形成されたような場合に、この空隙を埋める作
用を奏する。

上記のように導体４がバイヤ孔３に充填されると、保
護フィルム10は剥がされ、この保護フィルム10が剥離さ
れた面に銅パターン11がスクリーン印刷されると共に、
バイヤ９の下端部にランド５が形成される（同図（Ｅ）
に示す）。続いて、このように形成されたセラミック板
12は同図（Ｆ）に示されるようにマスクフィルム２が剥
がされた上で、同図（Ｇ）に示されるように複数枚積層
され焼成処理が行われる。

焼成前、セラミック板12が複数枚積層され、かつ加圧
されることにより、各セラミック板12は面方向に伸延
し、積層された各グリーンシート１は積層方向に縮む現
象が発生する。この時、バイヤ孔３に充填された導体４
は上記グリーンシート１の収縮により圧縮されるが、バ
イヤ孔３内には銅粉に加えて潤滑剤として機能するステ
アリン酸亜鉛が添加されているため各銅粉の流動性は良
好で、この圧縮力により銅粉は移動し単にスキージ７で
充填するだけで銅粉間に生じている間隙が埋まってゆ
く。これにより、バイヤ孔３への導体４の充填密度をよ
り向上させることが出来る。

上記のように、導体４として銅粉を用い、かつ導体４
にステアリン酸亜鉛を添加することにより、導体４の充
填時における充填密度を向上させることができ、セラミ
ック12の積層時にこの充填密度は更に向上するため、形
成されるバイヤ９の電気的接続性を向上させることがで
き、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上させる
ことができる。

第２図は焼結密度とステアリン酸亜鉛の添加量との関
係を示している。同図に示されるように、ステアリン酸
亜鉛の添加量が増すと焼結密度が向上するが、その増加
量は1wt％以上になると焼結密度80％程度で一定とな
る。また、ステアリン酸亜鉛をあまり多く添加すると導
体４の抵抗値は増大するため、ステアリン酸亜鉛の添加
量は0.3〜3wt％程度に選定するのが良い。

次に、導体の充填密度を向上しうる他の実施例につい
て説明する。本実施例に係る多層セラミック基板のバイ
ヤ形成方法は、各工程で行う作業は第１図を用いて説明
した作業とほぼ同一であるが、同図（Ｃ），（Ｄ）で示
される工程で、導体４として銅粉と酸化銅とを混合した
ものを用いると共に、この導体４をバイヤ孔３に充填す
る際、合わせてチタニア（TiO₂）を添加することを特徴
とするものである。この銅粉の粒径は特定の流動分布を
有するように、例えば平均1.1μｍ程度に選定されてい
る。また、酸化銅の充填量は10〜20wt％に選定されてい
る。

チタニアは銅と銅粉，または銅と酸化銅との分散性を
向上させる機能を有し、チタニアを添加することにより
導体４をバイヤ孔３に充填する時における銅粉及びに酸
化銅の凝集を防止することができる。このように銅粉及
び酸化銅の凝集が防止されることにより、バイヤ孔３に
対する導体４の充填密度を向上させることがことができ
る。また、銅粉と酸化銅は均一にバイヤ孔３内に充填さ
れるため、グリーンシート１から発生するバインダガス
のガス抜けが良好となり、ガス状残渣の発生を防止する
ことができ、これによっても導体４の充填密度を向上さ
せることができる。よって、バイヤ９の電気的接続性は
向上し、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上さ
せることができる。

更に、チタニアはバイヤ孔３内において銅粉とグリー
ンシート１の密着性を向上させる機能を奏する。仮にチ
タニアを添加しない場合を想定すると、銅粉とグリーン
シート１（バイヤ孔３の内壁）との密着性は不良であ
り、銅粉とグリーンシート１とが密着しないことによる
ポアが発生してしまう。しかるに、チタニアを導体４に
添加してバイヤ孔３に充填することにより、導体４とグ
リーンシート１の密着性は向上しポアの発生を防止でき
る。よって、これによってもバイヤ９の電気的接続性を
向上させることができる。

第３図は銅の凝集粒径とチタニアの添加量の関係を示
している。同図に示されるように、チタニアの添加量を
増大させるに伴い銅の凝集粒径は小さくなり、バイヤ孔
３に対する導体４の充填密度が向上する。しかるに、チ
タニアの添加量があまり多くなるとバイヤ９の抵抗値が
増大してしまう。このため、チタニアの添加量は0.2〜
0.6wt％程度に選定するのが良い。

尚、上記した実施例ではステアリン酸亜鉛とチタニア
を夫々別個に導体４に添加する構成を示したが、ステア
リン酸亜鉛とチタニアは同時に用いても良いものであ
る。両者を同時に添加した場合、ステアリン酸亜鉛とチ
タニアが夫々独立して上記してきた作用を奏し、よりバ
イヤ９の電気的接続性を向上させることができる。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明方法によれば、導体内にポアが
発生するようなことはなくなり、また導体の充填密度が
高くなるため、バイヤの電気的導通性を向上させること
ができ、ひいては多層セラミック基板の信頼性を向上さ
せることができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である多層セラミック基板の
バイヤ形成方法を説明するための工程図、第２図は焼結密度とステアリン酸亜鉛の添加量との関係
を示す図、第３図は銅の凝集粒径とチタニアの添加量との関係を示
す図、第４図は従来の多層セラミック基板のバイヤ形成方法の
一例を示す工程図である。図において、１はグリーンシート、２はバイヤ孔、４は導体、９はバ
イヤ、10は保護フィルム、12はセラミック板、13は多層
セラミック基板を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グリーンシート（１）に孔空け加工を行い
バイヤ孔（３）を形成した後、該バイヤ孔（３）に導体
（４）を充填し、続いて該グリーンシート（１）を複数
枚積層して焼成することにより該導体（４）をも焼成し
各層間における電気的導通を行うバイヤ（９）を形成す
る多層セラミック基板のバイヤ形成方法において、該導体（４）として銅粉を用いると共に、該導体（４）
にステアリン酸亜鉛を添加し該バイヤ孔（３）に充填す
ることを特徴とする多層セラミック基板のバイヤ形成方
法。