JPS6146096A

JPS6146096A - セラミツク基板の製造方法

Info

Publication number: JPS6146096A
Application number: JP16818784A
Authority: JP
Inventors: 藤田　寿男; 山口　照光
Original assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Current assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Priority date: 1984-08-10
Filing date: 1984-08-10
Publication date: 1986-03-06

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１４３５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の製
造方法に関する。

（従来の技術）　従来のセラミック基板の製造方法にあ
ってセラミック形成用組成物を、ポリビニルブチラール
、ポリビニルアルコール、あるいはポリアクリル系樹脂
等のバインダーとともにトルエン、エチルアルコール、
キジロール、エタノール等の有機溶剤中に分散し混合し
てスラリーとし、これをシート状に成形したグリーンシ
ートを用いてセラミック基板を製造する方法（例えば特
公昭５９−２２３９９号公報に示されたもの）は、グリ
ーンシートの成形後にシート自体が乾燥収縮して変形し
たりする等歩留りを悪くしたり、シート相互を積層し接
着する場合に１００〜１５０℃の温度にて１５分間程度
加熱圧着しなければシート間の接着が確実に行なえず、
その作業に長時間を要したり、あるいは有機溶剤が揮発
して作業環境を悪くしたりする欠点があった。

（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、シートの歩留りが良く、シート相互
の積層、接着が容易で、しかも作業環境を良好に保ち得
るようにしたセラミック基板の製造方法を提供しようと
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Ａ１２０３　（２０〜６０
ｆｆｆｆｆｉ％）、酸化ホウ素Ｂ２０．（３〜１５重垂
％重量２酸化硅素ＳｉＯ□　（２０〜７０重量％）、ア
ルカリ金属酸化物（１〜５瓜量重量、■族元素酸化物（
０，０１〜０．５重量％）の組成範囲で総量が１００重
量％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〜ｌＯ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重量％）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瓜量重
量を添加し再び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〜６００μｍ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℃。

８０℃各３０分〜１時間）する、・・拳熱風乾燥。

（７）次にグリーンシートを所要寸法例えば５０ｍ＋＋
＋　Ｘ　６０　ｍｍ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）打抜いたグリーンシート上へＰｔ、Ａｕ−Ｐ　ｔ
、　Ａｕ−Ｐ　ｄ−Ｐ　ｔ、　Ａｇ−Ｐ　ｄ、　Ａｕ　
−Ｐｄ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ−Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ。

Ｎｉ、Ｃｒ等を主成分とした導体ペーストをスクリーン
印刷によっ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
０〜６０　Ｋ　ｇｌ叩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フてシート相互
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℃の温度範囲
（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、２６０〜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ζごつ
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（ＡＩ、Ｏ５）に対する２酸化硅素（Ｓｉｎ２）
の比率を高めるようにした組成であり、さらに低温での
焼結を目的としてアルカリ第２金属（酸化ナトリウムＮ
　ａ’２０、酸化カリウムに２０、酸化マグネシムＭｇ
Ｏ１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Ａｌ２Ｏ，）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、６０重量％を越えると
１０００℃以下では焼結できない。

（ｂ）２酸化硅素（Ｓｉｎ２）が２０重量％未満では１
０００℃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（Ｂ２．０．）が３ｆｆｉ量％未満で
は１０００℃以下での焼結が困難であり、１５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０．１重量％未満では１００
０℃での焼結が不可能であり、５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Ｆｅ２０６、酸化ニッケルＮｉ
０１酸化ルチウムＲｕ０１　、酸化ロジウムＲｈ、Ｏ□
）が０．０１重量％以下では抵抗力などの物理特性が低
下し、０．５重量％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、Ｐ　ｔ、Ｃｕ
、Ｎ　ｉ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鼠まし
い（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（ＮＨ３）が放出される。

Ｃ０ＯＲＩ　　　　Ｃ０ＯＨ１（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
存するようにすれば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、アンモニア水でＰＨを調整し、混練すると、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
となる特性のため、上記積層シートの焼成時の昇温過程
（６℃／　ｍ　ｉ　ｎ、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１０重量％未満では焼結時にク
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重置火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０．１重量％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。１．０重量％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にあっては、生
シートが製造された時点から、切断、導体の配設等の工
程を経て、積層及び加圧接着をする時点までの間が長時
間に及ぶようなことがあフて”も（例えば予め生シート
を大量に製造しておき、その後切断や回路導体を備えさ
せる作業をしたり、回路導体を備えさせる作業までを前
日に行ない、翌日それを積層して加圧接着する場合等）
、常温での保存４Ａ′態のもとて上記生シートの柔軟性
を保持しておくことのできる効果がある。

その上回路導体を備えさせたものを積層して加圧接着す
る場合、常温で加圧するのみで、シートには親水性基を
有するバインダーが含まれている為シート相互の重合面
が糊状となってシート相互を一体に接着することができ
る特長がある。このことは従来の有機バインダーを用い
たものの欠点を解消して、接着作業を迅速にしかも安全
に行ない得る効果がある。

更にその上、生シートを切断する場合に不良品が生じた
場合には、その不良品を水と混合することによってそれ
を再び原料として利用することができ、省資源上の効果
もある。

Claims

【特許請求の範囲】

アルミナ等のセラミック形成用組成物と、疎水性基と親
水性基を有する分子構造のアクリル系水溶性樹脂から成
るバインダーと、水とを混合後それをシート状に成形し
て生シートを形成し、然る後、その生シートを所要の形
状に切断すると共にモの表面に回路導体を備えさせ、そ
の後それらのシートを積層し加圧してシート相互を接着
し、更に焼成することを特徴とするセラミック基板の製
造方法。