JPS6146088A - 導体配線を備えるセラミツク基板の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とする。

（産業上の利用分野）　この発明はセラミック基板に間
する。

（従来の技術）　従来のセラミック基板にあって酸化ア
ルミニウムの量に対する２酸化硅素の量の比率が小さい
ものは、製造時、焼結に高温度が必要であるという問題
点があった。また抗折強度が弱かフたり、電気絶縁性が
悪いという問題点もあつた・ （発明が解決しようとする問題点）　この発明は上記従
来の問題点を除き、抗折強度が高く更に電気絶縁性が高
く、しかも製造時には比較的低温で容易に焼結すること
のできる組成のセラミック基板を提供しようとするもの
である。

本願発明の構成は次の通りである。

（問題点を解決する為の手段）　本願発明は前記請求の
範囲記載の通りの手段を講じたものである。

（実施例） （１）先ず酸化アルミニウムＡ１□ｏ、（２０〜６ＯＮ
量％）、酸化ホウ素ＢｚＯｓ（３〜１５重量％）、２酸
化硅素５ｉＯｚ　　（２０〜７０重量％）、アルカリ金
属酸化物（１〜５重量％）、■族元素酸化物（０，０１
〜０．５重量％）の組成範囲で総量が１００ｆｆｉｊ１
％となるように選んだセラミック組成物（粉末）をボー
ルミルを用いて２４時間、乾式にて粉砕混合する。

（２）粉砕したセラミック粉末（組成物）に対し水（純
水）（１５〜４０重量％）と分散剤（合成ポリカルボン
酸塩：例えばアロンＡ−６１１４（東亜合成化学製））
（０，１〜１０重量％）をそれぞれの範囲内において添
加し、ボールミルで２〜３時間混練する。

（３）次に混練中のものに有機バインダー（アクリル系
水溶性樹脂：例えばアロンＡＳ−１６００（東亜合成化
学製））（１０〜２５瓜量％）を添加し、その後再び２
〜３時間混練する。

（４）さらに混練したものに消泡剤（０，１〜５［４１
％）を添加し再び２〜３時間混練してスラリーにする。

（５）このスラリーを真空脱泡（３０分〜１時間）した
あと約１０〜２０時間放置する。

（６）次にスラリーをドクタブレード法によってフィル
ム上に流し２００μｍ〜５００μｍ程度の均一の厚さの
生シート（グリーンシートとも呼ぶ）にしたあと、自然
乾燥（室内放置２０℃１０〜２０時間）し、さらに加熱
乾燥（４０℃、６０’Ｃ。

８０°Ｃ各３０分〜１時間）する。・・・熱風乾燥。

（７）次にグリーンシートを所要寸法例えば５゜ｍｍ　
Ｘ　Ｂ　Ｏｍｍの矩形に打抜き（例えば打抜型、ポンチ
、ダイを利用）、スルホールの必要な層にはスルホール
をあける。

（８）打抜いたブリーフシート上へＰｔ、Ａｕ−Ｐ　ｔ
ＳＡｕ−Ｐｄ−Ｐ　ｔＳＡｇ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｄ、Ｐｄ
、ＡｕＳＡｇ−Ａｕ、Ａｇ−ＣＩＪ。

Ｎｉ、Ｃｒ等を主成分とした導体ペーストをスクリーン
印刷によ）て所定の位置に印刷し、またスルホールにも
導体ペーストを注入する。印刷したグリーンシートは加
熱乾燥する。（例えば遠赤外線により１２０℃にて１０
〜２０分間）（９）乾燥したグリーンシートが所定の回
路を形成しかつ基板の厚さが所定の厚みになるようにシ
ートを複数枚積層し、これら相互間を加圧接着（圧力１
０〜６０Ｋｇ／■２、加圧時間１０〜３０秒）し、その
あとカッタにて所定形状に切断する。なお、上記の加圧
接着はシートが柔軟性を保持する状態において行なうこ
とが必要であり、一般には印刷後すぐに行なう。尚湿度
の管理された室に一定時間放置した後行なうか、スプレ
ー等により水分を吹付けて行なうようにしてもよい。

上記加圧接着の場合、上記シートは、親水性基を有する
バインダーが用いられている為に常に水分を含んでいる
から、上記重合状のシートに加圧力を加えるとその含ま
れている水分によってシート相互の重合面が糊状になる
。その結果、その糊状となったものによってシート相互
は元から一材であったかの如く接着する。

（１０）積層したグリーンシートを電気炉に入れ、空気
中（酸化雰囲気中）にて８００〜１０００℃の温度範１
ｍ（例えば８５０℃）で１時間焼結する。

その焼成のパターンは、例えば、２５０〜ｂ〜１０００
℃まで昇温させ、次にその温度で１時間保持して焼結さ
せ、その後２時間程の時間をかけて常温まで冷却する。

なお、グリーンシートに含まれるバインダーは上記焼成
過程の昇温時に脱バインダーされる。

（１１）上記の如き焼成の結果、多層セラミック基板が
完成する。

次にセラミック組成物およびバインダー等の夫々につい
て更に詳細に説明する。

セラミック組成物はいわゆるガラス−セラミックと称さ
れるもので、低温での焼結を可能とするため酸化アルミ
ニウム（Ａｔ２０３）に対する２酸化硅素（Ｓｉｏ２）
の比率を高めるようにした組成であり、ざらに低温での
焼結を目的としてアルカリ土類金属（酸化す・トリウム
Ｎａ２Ｏ、酸化カリウムに２Ｑ、酸化マグネシムＭｇＯ
１酸化力ルシユウムＣａＯ１）をごくわずか使用してい
る。

なお、セラミックの組成において、 （ａ）アルミナ（酸化アルミニウムＡｕｔｏ３’）が酸
化物換算で２０重量％未満では抗折強度が低下する外、
絶縁性等の電気的特性が悪くなり、６４０皿量％を；え
るとｉ　ＱＱＱ℃以下では焼結できない。

（ｂ）２酸化硅素（Ｓ　ｉ　０２Ｌ　）が２０重置火未
満では１０００℃以下でのセラミックの焼結が困難であ
り、７０重量％を越えると抗折強度が低くなる。

（ｃ）酸化ホウ素（Ｂ２０３）が３重回％未満ては１０
００°Ｃ以下での焼結が困難であり、１６重量％を越え
ると焼結時の膨張係数が大きくなって好ましくない。　
　　゛ （ｄ）アルカリ土類金属が０．１ｆｆｉ量％未満ては１
０００℃での焼結が不可能であり、６重量％を越えると
電気的特性（絶縁抵抗、誘電体正接）が低下する。

（ｅ）■族金属（酸化鉄ＦｅｚＯ３、酸化ニッケルＮｉ
０１酸化ルチウムＲｕ０ｚ、酸化ロジウムＲｈｚ　０２
　）が０．０１重量％以下では抗折力などの物理特性が
低下し、０．５！ｆｆｉ％を越えると絶縁抵抗など電気
的特性が悪くなる。

以上の組成物にして始めて電気的ならびに機械的に満足
な性能を有し実用に耐えしかも膨張率が小さく（シリコ
ーンに接近した）かつ１０００℃以下の低温にて緻密に
焼結できるセラミック基板を得ることができる。またこ
れにより、導体としてＡｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＣｕＳ
Ｎｉ等の単体およびこれらの合金など低抵抗の導体材料
が使用できるため、配線が一段と微細化でき、実装密度
を高めることができる。

また導体ペーストとセラミック組成物の焼結反応が同時
に起こり焼結時の収縮が縦横、厚み方向で生じるように
自由な状態で焼成できるためボイドやピンホールの発生
のない緻密なセラミック基板が得られる。なお上記にお
いて使用する導電ペーストとしては、焼結時に導電ペー
ストに含まれるフリット（ガラス粉末）がセラミック層
と反応して境界内に沈み込まないように、導電性の金属
微粉末と溶剤と有機バインダーとからなるいわゆるフリ
ットレスタイプの導電ペーストを使用することが預まし
いく導体配線の抵抗値を高めないようにすると同時に半
田付ができるようにするため）。

次に有機バインダー、水（純水）、消泡剤について説明
する。

上記有機バインダーとしては水溶性アクリル系樹脂を使
用する。この水溶性アクリル系樹脂は下記の分子構造か
らなる。

疎水性基　　１　　　親水性基 ？ −ＣＨ−ＣＨ−１−ＣＨ，ＣＨ− １、１ 区 Ｃ０ＯＲＩ　　　　Ｃｏｏ　（ＮＨ） このバインダーを水と共にセラミック粉末に混ぜて混練
すれば、親水性基のアクリル酸アンモンがあるためこれ
が水と結合してバインダーが水に溶解し、良好なスラリ
ーを得ることができる。

また上記のスラリーから造られたグリーンシートにあっ
ては、上記製造工程において例えばグリーンシート成形
後、あるいはスクリーン印刷後の加熱乾燥されるときに
その加熱によってアンモニア（Ｎ、Ｈ３）が放出される
。

−ＣＨ−ＣＨ−−１−−ＣＨ２−ＣＨ−ＣＯＯＲＩ　　
　　　　Ｃ０ＯＨ ■ １　　　（アクリル酸） ■ しかしシート中には依然として親水性基のアクリル酸（
ｃｏｏＨ）が残るため、これが空気中（室内）の水分と
結合してグリーンシートの柔軟性を保持することができ
る。つまり、湿度を一定に管理してグリーンシートを保
存するようにすれは長期間放置していてもいつでも使用
することが可能となる。

尚上記バインダーを含んだグリーンシートを長期間放置
して極度に乾燥させたり、打抜き等の製造工程において
不良にした場合には、これらのグリーンシートを細かく
切断し、アンモニア水てＰＨを調整し、ン昆練すると、
水に溶解できるため再度スラリーとして使用が可能とな
る。

次に、上記のバインダーはその熱分解特性が、昇温スピ
ードが５℃／ｍｉｎの条件によって２時間加熱したとき
つまり６００℃に達したときほぼ１００％の熱分解状態
となる特注のため、上記積層シートの焼成時の昇温過程
（５℃／ｍｉｎ、３時間）において完全に脱バインダー
が行なえる。

なお、上記バインダーが１０ｆｆｆｆｉ％未溝では焼結
時にクラックが発生して良好なシートができない。

一方２５重量％を越えると柔軟性がなくなり、ハンドリ
ングが悪くなり、また積層時の加圧接着が不充分となる
。

次に、水（純水）が１５重量％未満ではスラリーの粘度
が高くて充分混練できない。また４０重量％を越えると
グリーンシートの乾燥に長い時間を必要とする。

次に、分散剤が０．１ｆｉｌｔ％未満では粘度（性）が
高すぎて水を多く必要とする。また２重量％を越えると
シートにクラックが生じ易くなる次に、消泡剤が０．１
重量％未満では泡が消えず、セラミックの焼結体に気孔
（ボイド）を発生させる。１．０ｆｆｉｆｆｉ％を越え
るとシートの表面がなめらかでなくなる。

（発明の効果）　以上のようにこの発明のセラミック基
板は、酸化アルミニウム２０〜６０重量％、酸化ホウ素
３〜１５重量％、２酸化硅素２０〜７０重量％、アルカ
リ金属酸化物１〜５重量％、■族元素酸化物０．０１〜
０．５重量％の組成範囲で総量が１００重ｆｆｉ％とな
るように進んだセラミック組成物から成るものであるか
ら、抗折強度が高くて、破損し難く、また電気の絶縁性
が非密に良好であるという特長がある。

しかも上記のような組成の基板は、それを製造する場合
において焼結させる場合、比較的低温度で容易に焼結さ
せられる製造上の効果も有する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化アルミニウム２０〜６０重量％、酸化ホウ素３〜１
   ５重量％、２酸化硅素２０〜７０重量％、アルカリ金属
   酸化物１〜５重量％、VIII族元素酸化物０．０１〜０．
   ５重量％の組成範囲で総量が１００重量％となるように
   選んだセラミック組成物から成るセラミック基板。