JPS5828226B2 - セラミックグリ−ンシ−トの焼成収縮率制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックグリーンシート成型焼成品の密度を
は！一定に保持した會１セラミックグリーンシートの焼
成収縮率を任意に制御する方法に関するものである。

セラミックグリーンシートは、セラミックを応用した電
気部品又は電子部品はじめ、その他のセラミック製品の
製造に用いられる。

このようなセラミックグリーンシートは、一般に、アル
ミナ、シルコニ乙アグネシア等のセラミック粉末−次粒
子粉末にバインダー、溶剤その他の添加材を混合して先
ずセラミックスリップを調製し、次いでこのスリップを
シート状に成型して作成される。

そして、セラミック製品は前記セラくツクグリーンシー
トをそれぞれの目的と用途に応じた形態に加工・積層し
、焼成して製造される。

上記したセラミックグリーンシートの加工・積層体を焼
成した場合、そこに含有するバインダーや残存溶剤の消
失その他の原因によって、加工・積層体は収縮する。

このため、セラミックグリーンシート加工・積層体が、
セラミックグリーンシートに他種の材料（例えばメタラ
イズ用ペースト）を接着して構成されているような場合
には、セラミック層と他種の材料層との間に収縮率の不
整合が生じ、最終製品に゛反シ”やパ残留応力″を生せ
しめ、該製品の品位、機械的強度を著るしく劣化し、場
合によっては破壊に到らしめるというトラブルを招来す
ることがある。

この焼成収縮率は通常セラミックグリーンシート加工・
積層体の密度に依存し、該密度が大きい程、焼成収縮率
は小さくなることが知られている。

そこで、例えば多層配線セラミック基板を製造する場合
、従来は、セラミックスリップ中のセラミック粉末−バ
インダー−溶剤間の混合比率を変えたり或はセラミック
グリーンシートの積層一体化工程における積層圧を変え
たりして、グリーンシート加工・積層体の密度を調整し
、セラミック焼成品の焼成収縮率を制御していた。

しかしながら、このような従来の焼成収縮率の制御方法
は次のような欠点を有する。

（１）電気抵抗が低く機械的強度の高いセラミック製品
を得るにはセラミック焼成品の密度をできるだけ高くシ
ナければならないところ、焼成収縮率の制御のため、不
本意ながら焼成品の密度を低くしなければならないこと
がある。

（２）セラミックスリップ中の、セラ□ツク粉末−バイ
ンダーー溶剤の比率の変更はグリーンシートの物理的性
質及び製造プロセスにおけるハンドリングの面から制約
があり、実際上非常に困難で極く限られた範囲で行いう
るに過ぎない。

（３）グリーンシートの積層一体化工程における積層圧
の変更は、実際上任意に行うことができない。

この理由は、グリーンシートの積層一本化にはその性質
に基く最適積層圧が存在し、過度の加圧は該シートに形
成した例えば配線パターンの変形や剥離、或は積層シー
トの剥離を招来するからである。

（４）表面に配線パターンを形成したセラミックグリー
ンシートを加圧して積層一体化する場合、積層圧は配線
パターン層とセラミック層に同じように加わるので、両
層の焼成収縮率に差異があっても、積層圧の調整によっ
て両層の収縮率を整合させることはできない。

以上述べたように、セラミックグリーンシートの焼成収
縮率に関する従来の制御方法はいずれも満足できるもの
ではない。

本発明の目的は、セラミック焼成品の密度に影響を及ぼ
すことすく、その焼成収縮率のみを任意に変更すること
のできるセラミックグリーンシートの制御方法を提供し
、これによって例えば多層配線回路用セラミック基板に
おけるセラミック層と金属層との整合化を図り、両層の
収縮率の差異によって生ずる該基板の１′反り″その他
の不都合を除去することにある。

このような目的にしたがって、本発明者は鋭意研究を重
ねた結果、熱凝集性セラミック粉末から製造したセラ□
ツクグリーンシートは、一次粒子のみから成るセラミッ
ク粉末から製造したものと比較して積層圧縮性が小さく
、この圧縮性は熱凝集性粉末と一次粒子粉末との混合粉
末系において加算性を有しており、熱凝集性粉末を一次
粒子粉末と混合してセラミックグリーンシートを製造し
た場合、該シートの積層化工程においてそれら混合割合
に応じた圧縮率が得られることを見出した。

例えばアル□ナセラミック粉末から製造したグリーンシ
ートに関していえば、積層圧縮率とアルミナ粉末混合割
合との間には第１図に示すような比例関係が認められる
。

本発明者はかかる知見に基づき、従来の方法とは全く相
違する方法によってセラミックの焼成収縮率を制御する
ことを企図し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明に係るセラミックグリーンシートの焼成
収縮率制御方法は、該グリーンシートの製造において従
来一般に使用されているセラミックー次粒子粉末の一部
又は全部を熱凝集性セラミック粉末で置換することを特
徴としている。

両粉末の混合割合を変えることによって、セラミックグ
リーンシート又はその加工・積層体の焼成収縮率を任意
に制御することができる。

ここで熱凝集性セラミック粉末とは、セラミック粉末が
母塩から焙焼されて製造される時、あるいはその様にし
て製造された粉末が、それ以後の工程で熱処理を受ける
時に粉末粒子間に熱的反応が進み凝集したものをいう。

またセラミックー次粒子粉末とは、上記の様に凝集した
粉末を、個々の構成粒子１で粉さいした粒子の粉末をい
い、従来のセラ□ツクグリーンシートでは全てこの一次
粒子粉末を使用している。

熱凝集性セラミック粉末はセラミックー次粒子粉末を熱
処理して凝集させることによって調製することができる
が、市販の熱凝集性粉末をその１會使用してもよい。

セラミック粉末の粒度は、セラミックグリーンシート及
び焼成品の特性に関係するが、収縮率の制御という本発
明の目的に対しては特に問題とならず、種々の粒度のも
のが使用できる。

例えば、熱凝集性セラミック粉末の粒度は主としてセラ
ミックグリーンシートの圧縮性に関係するが、１００μ
ｍ以上の粒径のものも使用することができる。

従来、アルミナセラ□ツクグリーンシートの製造におい
ては、通常４μｍ以下の粒径のアルミナ−次粒子からな
る粉末が使用されるが、本発明方法では熱凝集性アルミ
ナ粉末はとの粒径よりやや大きい程度の粒径を有するこ
とが好ましい。

以下、本発明方法の代表的実施例について説明する。

下記の組成からなる混合物をボールミルに入れ４８時間
混合した。

ここで、アルミナ粉末は市販の熱凝集性アルミナ粉末を
、市販のアルミナ−次粒子粉末と種々の割合で混合して
用いた。

セラミック粉末（アルミナ混合粉末）２００（Ｍｊ’ｍ
Ｍ助剤（シリカ−マグネシア混合物） １８０グ バインダー（ブチラール樹脂） ２３１可塑剤
（フタル酸エチル） ９５ ｍｔ（ポ
リエチレングリコール）１２ＴｒＬｔ溶剤（メチルアル
コール） １１００ｍ１この混合物を成型して
アルミナグリーンシートを作成した。

このグリーンシートを４層積層（積層圧１５０ ｋＶ′
ｃｒｔｔ 、積層温度４０℃）シ、この積屠体を１５６
０℃の温度で焼成−焼成収縮率（資）を測定した。

この試験の結果を第２図に示す。 ※※ なお、 焼成収縮率は下記式によって算出した； 筐た、この焼成品について密度及び曲げ強度を測定した
ところ、密度は全焼成品について３．６４ないし３．６
５？／ｃｆｌとほとんど一定した値であったのに対して
、曲げ強度は２０００ないし３０００ｋｇ／ｃ４ ’の
範囲でバラツキが見られる。

第２図のグラフにふ・いて縦軸は焼成収縮率、横軸は熱
凝集性アルミナ粉末とアル□ナー次粒子粉末との混合割
合を示す。

このグラフから焼成収縮率と上記したアルミナ混合粉末
の間には定量的な関係が認められ、混合割合を調整する
ことによって焼成収縮率を約１６％ないし約２２多の間
で任意に制御することができることが理解できる。

したがって、アルミナグリーンシートに適用する金属そ
の他の異種の材料の焼成収縮率を知り、その収縮率に対
応するようにアルミナ混合粉末の混合割合を選択するこ
とによって、両材料の焼成収縮率を整合させることがで
きる。

例えば多層配線回路用アルミナ基板の製造において、使
用すべき金属ペーストの焼成収縮率が１８．３％である
場合には、アルミナセラミックグリーンシートも焼成収
縮率１８．３％のもの、即ち熱凝集性アルミナ粉末７．
０％とアルミナ−次粒子粉末３０％との混合粉末から調
製したアルミナセラミックグリーンシートを用いる。

これによって両者の焼成収縮率は整合する。

上記実施例では、セラミック粉末としてアルミナ粉末を
用いたが、本発明ではジルコニア或はマグネシア等のセ
ラミック粉末も用いることができよう。

捷た上記実施例では、アルミナ混合粉末は熱凝集性アル
ミナ粉末とアルミナ−次粒子粉末との混合操作によって
調製したが、この混合操作の代りに熱凝集性アル□す粉
末を粉砕し、その一部を一次粒子粉末化して混合粉末と
する粉砕操作によって調製することも勿論できる。

以上述べたように、本発明に係るセラミックグリーンの
焼成収縮率制御方法によれば、焼成密度をほぼ一定に保
持した筐まその焼成収縮率を任意に変更できるので、セ
ラミック層とその上に形成される金属その他の異種の材
料層との焼成収縮率を容易に整合させることができ、し
たがって焼成収縮率の差異によって生ずる種々のトラブ
ル、例えば製品の１′反り”を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱凝集性アル□す粉末とアルミナ−次粒子粉末
を種々の割合で混合したアルミナ混合粉末から調製した
種々のアルミナグリーンシートについて測定した積層圧
縮率のグラフ、第２図はそれらのアルミナグリーンシー
トについて測定した焼成収縮率のグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セラミックー次粒子粉末にバインダーその他の添加
   材を混合し、この混合物を成型してセラミックグリーン
   シートを製造するに際し、前記セラはツクー次粒子粉末
   の一部又は全部を熱凝集性セラミック粉末で置換するこ
   とを特徴とするセラミックグリーンシートの焼成収縮率
   制御方法。