JPH0786743A

JPH0786743A - 多層セラミック基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0786743A
Application number: JP5225501A
Authority: JP
Inventors: Eishin Nishikawa; 英信西川; Manabu Tazaki; 学田崎; Takahiko Iwaki; 隆彦岩城; Hiroyuki Otani; 博之大谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP3351043B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ガラス・セラミック基板が焼成時
において厚み方向だけ収縮し、平面方向には収縮しない
多層基板が得ることを目的とするものである。【構成】ガラス・セラミック材料と有機バインダと可
塑剤からなるグリーンシートを作製し、電極パターンを
形成し、前記グリーンシートと別の電極パターン形成済
みグリーンシートとを所望枚数積層し、前記低温焼結ガ
ラス・セラミックよりなる第１の積層体の両面に、基板
の焼成温度では焼結しない無機組成物によるグリーンシ
ートを積層し第２の積層体を形成し、前記第２の積層体
を焼成する多層セラミック基板の製造方法において、電
極形成は金属導体を使用する。このため、低抵抗値の導
体を有し、基板ワレのない信頼性の高い多層セラミック
基板を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ＬＳＩ、チップ部
品などを搭載し、かつそれらを相互配線するためのセラ
ミック多層配線基板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、低温焼結ガラス・セラミック多層
基板の開発によって、使用できる導体材料に、金、銀、
銅、パラジウムまたはそれらの混合物が用いられるよう
になった。これらの金属は従来使用されたタングステ
ン、モリブデンなどに比べ導体抵抗が低く、且つ使用で
きる設備も安全で低コストに製造できるものであり、応
用範囲が広い。しかしながら、一般に多層セラミック基
板は、焼成時に焼結に伴う収縮が生じ、この収縮は、使
用する基板材料、グリーンシート組成、粉体ロットなど
により異なるといった挙動を示す。これにより多層基板
の作製においていくつかの問題が生じている。まず第１
に、多層セラミック基板の作製において前述のごとく内
層配線の焼成を行ってから最上層配線の形成を行なうた
め、基板材料の収縮誤差が大きいと、最上層配線パター
ンと寸法誤差のため内層電極との接続が行えない。その
結果、収縮誤差を予め許容するように最上層電極部に必
要以上の大きい面積のランドを形成しなければならず、
高密度の配線を必要とする回路には使用できない。また
収縮誤差に合わせて最上層配線のためのスクリーン版を
いくつか用意しておき、基板の収縮率に応じて使用する
方法が取られている。この方法ではスクリーン版が数多
く用意しなければならず不経済である。

【０００３】一方、最上層配線を内層焼成と同時に行え
ば大きなランドを必要としないが、この同時焼成法によ
っても基板そのものの収縮誤差はそのまま存在するの
で、最後の部品搭載時のクリーム半田印刷において、そ
の誤差のため必要な部分に印刷できない場合が起こる。
また部品実装においても所定の部品位置とズレが生じ
る。

【０００４】第２のグリーンシート積層法による多層基
板は、グリーンシートの造膜方向によって幅方向と長手
方向によってもその収縮率が異なる。このこともセラミ
ック多層基板の作製の障害となっている。

【０００５】これらの収縮誤差をなるべく少なくするた
めに、一般に以下の方法が提案され、また実施されてい
る。それは、第１に収縮誤差が決められた仕様内に収ま
ったものだけを使用する方法であり、これは所望の高寸
法精度のものが得られるが、製造歩留まりが極めて低い
ために生産コストが大きく、現在のニーズに合わない。
第２に基板収縮率の絶対値が大きいまま、その収縮誤差
を抑制する方法であり、製造工程において、基板材料お
よびグリーンシート組成、の管理はもちろん、粉体ロッ
トの違いや積層条件（プレス圧力、温度）を十分管理す
ることによって行われるが、一般に収縮率の誤差は±
０．５％程度存在すると言われ、それ以上、収縮誤差を
抑制するには限界である。第３に基板収縮率を小さくす
ることによってその収縮誤差を抑制する。これは、グリ
ーンシート積層体の両面に多孔質な焼結板、または基板
の焼成温度では焼結しない材料によるグリーンシート等
を接触させ、焼成することによって、基板の収縮を抑制
する技術であり、特公昭６２−２６０７７７によって提
案されたものである。以下にその構造と製造方法につい
て、図２を参照しながら説明する。図２において、１２
はガラス・セラミックグリーンシート積層体、１３は多
孔質セラミック焼結板である。上記構成において、
（ａ）に示したように、多孔質セラミック焼結板１３を
ガラス・セラミックグリーンシート積層体１２の両面に
配して加圧する。次に（ｂ）に示したようにガラス・セ
ラミック材料の焼成温度で焼成する。このようにしてガ
ラス・セラミック基板の焼結による収縮を平面方向には
抑制し、厚み方向だけに起こす。この後、（ｃ）に示し
たように、基板両面に残った多孔質セラミック焼結板１
３を取り除き多層基板１１を製造する。この多層セラミ
ック基板の製造方法によると、平面方向の収縮が極めて
小さく、かつ収縮誤差を小さいため高寸法精度の基板が
作製でき、工業上極めて有効である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板の
平面方向の収縮を抑制し、厚み方向の収縮しか起こさな
い多層セラミック基板の製造において問題が生じてい
る。それは、基板収縮を抑制したために焼成時の、基板
と電極ペーストによるパターンの収縮が一致しなくなる
といった問題である。このために電極パターンと基板と
が接する下面部分で焼成時の収縮挙動による違いによる
基板割れが発生し、または電極パターンの焼結が阻害さ
れることによって電極の焼結密度が上がらずに焼成後の
導体抵抗値が大きくなっている。このような問題によっ
て、基板の平面方向の収縮を抑制し、厚み方向の収縮し
か起こさない多層セラミック基板は高寸法精度を有する
も基板としての信頼性が低く、かつ導体の抵抗値が高い
ことによって、抵抗値の増大の影響を受けにくい極端に
小さい回路パターンを有する基板にしか使用できないと
いった制約を受ける。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、ガラス・セラミック材料と有機バインダと可塑剤
からなるグリーンシートを作製し、電極パターンを形成
し、前記グリーンシートと別の電極パターン形成済みグ
リーンシートとを所望枚数積層し、前記低温焼結ガラス
・セラミックよりなる第１の積層体の両面に、基板の焼
成温度では焼結しない無機組成物によるグリーンシート
を積層し第２の積層体を形成し、前記第２の積層体を焼
成する多層セラミック基板の製造方法において、電極金
属導体を使用する。

【０００８】

【作用】本発明は前記のような工程を行なうことによっ
て、焼成時において厚み方向だけ収縮し、平面方向には
収縮しない多層セラミック基板において、導体抵抗値の
低い、かつ信頼性の高い基板を製造する。以下に本発明
の作用を説明する。

【０００９】ガラス・セラミック材料と有機バインダと
可塑剤からなるグリーンシートを作製し、電極パターン
を形成し、前記グリーンシートと別の電極パターン形成
済みグリーンシートとを所望枚数積層し、前記低温焼結
ガラス・セラミックよりなる第１の積層体の両面に、基
板の焼成温度では焼結しない無機組成物によるグリーン
シートを積層し第２の積層体を形成し、前記第２の積層
体を焼成する多層セラミック基板の製造方法において、
電極形成方法は金属導体を使用する。この基板の製造方
法では、基板焼成時にガラス・セラミック層が、両面に
積層した焼結しない材料で挟み込まれているため、平面
方向の収縮が阻止され、厚み方向にしか収縮は起こらな
い。そのために電極材料として焼成時に金属粉体を焼結
させるペーストのような導体材料ではなく、基板の平面
方向の収縮が起こらず、基板焼成時に寸法変化の小さい
金属導体を使用するほうが導体として有効である。前記
金属導体は、一般に導体材料となるＡｇ，Ａｇ−Ｐｄ，
Ａｇ−Ｐｔ，Ｃｕのいずれかを主成分とするものを使用
する。この時、金属導体の表面を粗化し金属導体とガラ
ズ・セラミック層との密着をよくし、有機バインダの除
去を含む基板焼成時に金属導体とガラス・セラミック層
間での剥離を防止する。さらに、導体にＣｕＯを主成分
とした金属導体を使用し、空気雰囲気で熱処理して基板
の有機バインダを除去した後、例えば水素雰囲気のよう
な還元雰囲気でＣｕＯをＣｕに還元し、窒素雰囲気のよ
うな中性雰囲気で焼成する。この方法によって基板焼成
の雰囲気制御を容易にできる。

【００１０】前記金属導体による導体パターン形成は、
熱可塑性樹脂層を有する高分子フィルム上に導体箔を、
熱可塑性樹脂の融点付近の温度で熱圧着し、その後メッ
キ法により導体パターンを形成し、またはフィルム上に
蒸着法によって導体パターンを形成し熱可塑性樹脂の融
点付近の温度でガラス・セラミックグリーンシートへ熱
転写する。この高分子フィルム上での導体パターンの形
成方法は、一般にガラス・エポキシ基板での導体パター
ン形成と同じ方法であり、既存設備で容易にできる。ま
た、金属導体による導体パターン形成は、焼成時に導体
ペーストと反応、接着しない、かつ焼結済みセラミック
と反応、接着しない層としてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ，ＺｒＯ
₂、ＭｇＯ，ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＯ₂を少なく
とも１種類以上を含む粉体層を有する焼結済みセラミッ
ク基板上に導体にペーストを印刷・焼成して形成した導
体パターンをガラス・セラミックグリーンシートへ転写
することによっても可能である。この方法では、メッキ
液のような液体を多量に使用しないために環境保全設備
が不用である。

【００１１】前記ガラス・セラミック積層体の焼成は通
常８００℃〜１０００℃の範囲で行われる。銅電極、銀
電極を使用する場合は９００℃で行なう。またガラス・
セラミック低温焼結基板材料の焼成温度では焼結しない
無機組成物グリーンシートの無機成分には、Ａｌ₂Ｏ₃，
ＭｇＯ，ＺｒＯ₂，ＴｉＯ₂，ＢｅＯ，ＢＮの内少なくと
も１種類以上を含む。９００℃の焼成温度で行なう低温
焼結基板材料には、Ａｌ₂Ｏ₃が最も有効である。

【００１２】前記ガラス・セラミック積層体の焼成時に
前記ガラス・セラミック積層体を加圧して焼成を行なう
と、厚み方向の焼結性が更に促進されち密な焼結体が得
られる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１４】（実施例１）図１において、（ａ）に示し
たガラス・セラミックグリーンシート１は、低温焼結ガ
ラス・セラミック材料、たとえば無機成分としてホウ珪
酸鉛ガラス粉末にセラミック材料としてのＡｌ₂Ｏ₃粉末
を重量比で５０対５０とした組成物（日本電気硝子社製
ＭＬＳ−１９）と、有機バインダとしてポリビニルブ
チラール、可塑剤としてヂ−ｎ−ブチルフタレート、溶
剤としてトルエンとイソプロピルアルコールの混合液
（３０対７０重量比）を混合しスラリーとしたもので、
このスラリーをドクターブレード法でシート成形した。
次に（ｂ）に示すように、基板焼成時に焼結の起こらな
いＡｌ₂Ｏ₃（住友アルミ社製ＡＬ−４１平均粒径
１．９μｍ）粉末のみを用い前記ガラス・セラミックグ
リーンシートと同様の組成で、同様の方法で作製したＡ
ｌ₂Ｏ₃グリーンシート２を使用した。前記ガラス・セラ
ミックグリーンシート１、Ａｌ₂Ｏ₃グリーンシート２の
厚みは共に約２００μｍである。（ｃ）に示すように、
ガラス・セラミックグリーンシート１にスクリーン印刷
法によってビア導体３を形成し、ビア導体形成済みガラ
ス・セラミックグリーンシート４を形成した。ビア用導
体ペーストは、Ａｇ粉末（平均粒径１μｍ）に接着強度
を得るためのガラスフリット（日本電気硝子社製ＧＡ
−９ガラス粉末、平均粒径２．５μｍ）を５ｗｔ％加
え、ガラス・セラミック粉末を１５重量％加えたものを
無機成分とし、有機バインダであるエチルセルロースを
ターピネオールに溶かしたビヒクルとともに加えて、３
段ロールにより適度な粘度になるように混合したものを
用いた。

【００１５】一方、（ｄ）に示すように、ポリアクリロ
ニトリルを熱可塑性樹脂層５として形成した高分子フィ
ルム６上にＣｕ箔７を温度が８０℃、圧力は２００ｋｇ
／ｃｍ²で貼り付け、メッキ法により導体パターン８を
形成した後、酸化処理してＣｕＯにした。（ｅ）に示す
ように、前記ビア導体形成済みガラス・セラミックグリ
ーンシート４に高分子フィルム６上に形成した導体パタ
ーン８が接するようにして平面方向に熱・圧力を加えて
ガラス・セラミックグリーンシート上に導体パターン８
を転写した。前記転写条件は温度が８０℃、圧力は１０
０ｋｇ／ｃｍ²であった。（ｆ）に示すように前記導体
パターン形成したガラス・セラミックグリーンシートを
所定の枚数積み重ね、さらにその両面に前記Ａｌ₂Ｏ₃グ
リーンシート２を重ね合わせて積層体９を形成した。こ
の状態で熱圧着して積層体９を形成した。熱圧着条件
は、温度が８０℃、圧力は２００ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００１６】次に前記積層体９を空気雰囲気、５００℃
で有機バインダを分解、除去し、水素雰囲気、２００℃
でＣｕＯをＣｕに還元する。さらに、窒素雰囲気で焼成
する。条件はベルト炉によって空気注の９００℃で１時
間焼成で行った。（９００℃の保持時間は約１２分であ
る。）この時基板の反りと厚み方向の焼結収縮を助ける
ためＡｌ₂Ｏ₃焼結基板を乗せて加圧するようにして焼成
を行った。

【００１７】焼成後の積層体１０の表面には未焼結のＡ
ｌ₂Ｏ₃層が存在するため、酢酸ブチル溶剤中で超音波洗
浄を行ったところＡｌ₂Ｏ₃層がきれいに取り除くことが
できた。この焼成後の基板の収縮率を測定すると、収縮
率が０．１％以下であった。この結果、平面方向の収縮
が起こらない多層基板１１が作製できた。さらにこの多
層基板にＡｇ−Ｐｄペーストによって最上層パターンを
スクリーン印刷し、乾燥の後焼成を前記と同様の方法で
行った。内層基板の収縮が極めて小さいため、最上層パ
ターンの印刷ズレがなかった。

【００１８】（実施例２）図２において（ａ）に示した
基板材料のガラス・セラミックグリーンシート１は実施
例１と同様の組成の物を用いた。次に（ｂ）に示した焼
結の起こらないＡｌ₂Ｏ₃グリーンシート２は無機成分と
してＡｌ₂Ｏ₃粉末（住友アルミ社製ＡＬ−４１平均
粒径１．９μｍ）のみを用い前記ガラス・セラミックグ
リーンシート１と同様のグリーンシート組成で、同様の
方法で作製した。前記ガラス・セラミックグリーンシー
ト１の厚みは約２００μｍ、Ａｌ₂Ｏ₃グリーンシート２
は約３００μｍである。

【００１９】（ｃ）に示すように、ガラス・セラミック
グリーンシート１にスクリーン印刷法によってビア導体
３を形成し、ビア導体形成済みガラス・セラミックグリ
ーンシート４を形成した。（ｄ）に示すように表層にＢ
Ｎ１２層を有する焼結済みセラミック基板１３上にＡｇ
導体ペーストで印刷し焼成して導体パターン８を形成し
た。（ｅ）に示すように、前記ビア導体形成済みガラス
・セラミックグリーンシート４に焼結済みセラミック基
板上の導体パターン８を熱・圧力を加えてガラス・セラ
ミックグリーンシート上に転写した。（ｆ）に示すよう
に前記導体パターンを形成したガラス・セラミックグリ
ーンシートを所定の枚数積み重ね、さらにその両面に前
記Ａｌ₂Ｏ₃グリーンシート２を重ね合わせる。この状態
で熱圧着して積層体９を形成した。熱圧着条件は、温度
が８０℃、圧力は２００ｋｇ／ｃｍ²であった。（ｇ）
に示すように、有機バインダの分解、焼成を行った。

【００２０】以上のようにして作製した焼成後の積層体
１０の両面のＡｌ₂Ｏ₃層を実施例１と同様超音波洗浄に
て取り除き多層基板１１を作製した。本実施例において
も最上層にＣｕペーストを用いて印刷、焼成を行ったと
ころ、良好な低温焼結多層基板が得られた。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、多孔質セラミック焼結板、ま
たは基板焼成温度では焼結しない無機組成物によるグリ
ーンシートをガラス・セラミックグリーンシート積層体
の両面に配して加圧、焼成してガラス・セラミック基板
の焼結による収縮を平面方向には抑制する多層セラミッ
ク基板の製造方法において、電極形成方法は金属導体を
使用する。このため、低抵抗値の導体を有し、基板ワレ
のない信頼性の高い多層セラミック基板を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例１の多層セラミック基
板の製造工程図（ｂ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図（ｃ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図（ｄ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図（ｅ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図（ｆ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図（ｇ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図（ｈ）は本発明の実施例１の多層セラミック基板の製造
工程図

【図２】（ａ）は本発明の実施例２の多層セラミック基
板の製造工程図（ｂ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図（ｃ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図（ｄ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図（ｅ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図（ｆ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図（ｇ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図（ｈ）は本発明の実施例２の多層セラミック基板の製造
工程図

【図３】（ａ）は従来の多層セラミック基板の製造工程（ｂ）は従来の多層セラミック基板の製造工程（ｃ）は従来の多層セラミック基板の製造工程

【符号の説明】

１ガラス・セラミックグリーンシート２Ａｌ₂Ｏ₃ ３ビア導体４ビア導体形成済みガラス・セラミックグリーンシ
ート５熱可塑性樹脂層６高分子フィルム７Ｃｕ箔８導体パターン９積層体１０焼成後の積層体１１多層基板１２ＢＮ層１３焼結済みセラミック基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大谷博之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス・セラミック材料と有機バインダ
と可塑剤からなるグリーンシートを作製し、電極パター
ンを形成し、前記グリーンシートと別の電極パターン形
成済みグリーンシートとを所望枚数積層し、低温焼結ガ
ラス・セラミックよりなる第１の積層体の両面に、基板
の焼成温度では焼結しない無機組成物によるグリーンシ
ートを積層して第２の積層体を形成し、前記第２の積層
体を焼成する多層セラミック基板の製造方法において、
電極形成は金属導体を使用することを特徴とする多層セ
ラミック基板の製造方法。
【請求項２】金属導体が、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−
Ｐｔ，Ｃｕのいずれかを主成分とすることを特徴とする
請求項１記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項３】金属導体の表面を粗化することを特徴と
する請求項１記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項４】金属導体が、ＣｕＯを主成分とすること
を特徴とする請求項１に記載の多層セラミック基板の製
造方法。
【請求項５】第２の積層体を空気雰囲気で熱処理して
有機バインダを分解、除去した後、還元雰囲気中で熱処
理してＣｕＯ箔をＣｕに還元することを特徴とする請求
項１に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項６】ガラス・セラミック低温焼結基板材料の
焼成温度で焼結しない無機組成物は、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｍｇ
Ｏ，ＺｒＯ₂、ＭｇＯ，ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＯ
₂を少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求
項１または２に記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項７】第２の積層体の焼成が８００℃〜１００
０℃の範囲で行なうことを特徴とする請求項１記載の多
層セラミック基板の製造方法。
【請求項８】ガラス・セラミック積層体の焼成時に前
記ガラス・セラミック積層体を加圧して焼成を行なうこ
とを特徴とする請求項１記載の多層セラミック基板の製
造方法。
【請求項９】金属導体による導体パターン形成は、高
分子フィルム上に形成した導体パターンをガラス・セラ
ミックグリーンシートへ転写することによって行なうこ
とを特徴とする請求項１記載の多層セラミック基板の製
造方法。
【請求項１０】高分子フィルム上に熱可塑性樹脂層を
有することを特徴とする請求項９記載の多層セラミック
基板の製造方法。
【請求項１１】導体パターンの転写は加熱しながら行
なうことを特徴とする請求項９記載の多層セラミック基
板の製造方法。
【請求項１２】前記導体パターンの転写温度は前記熱
可塑性樹脂の融点付近の温度であることを特徴とする請
求項９記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１３】導体パターンの高分子フィルム上への
形成は、フィルム上に金属導体を圧着した後、メッキ法
によって導体パターン形成することを特徴とする請求項
９記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１４】導体パターンの高分子フィルム上への
形成は、フィルム上に蒸着法によって導体パターン形成
することを特徴とする請求項９記載の多層セラミック基
板の製造方法。
【請求項１５】金属導体による導体パターン形成は、
焼結済みセラミック上に形成した導体パターンをガラス
・セラミックグリーンシートへ転写することによって行
なうことを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック
基板の製造方法。
【請求項１６】導体パターンは焼結済みセラミック上
に導体ペーストを印刷・焼成して形成することを特徴と
する請求項１５記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１７】焼結済みセラミック基板の表面に、焼
成時に導体ペーストと反応しない、かつ前記焼結済みセ
ラミック基板と反応しない層を有することを特徴とする
請求項１５記載の多層セラミック基板の製造方法。
【請求項１８】焼成時に導体ペーストと反応しない層
はＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ，ＺｒＯ₂、ＭｇＯ，ＳｉＯ₂、Ａｌ
Ｎ、ＢＮ、ＴｉＯ₂を少なくとも１種類以上を含む粉体
層であることを特徴とする請求項１７記載の多層セラミ
ック基板の製造方法。