(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉末にバインダ、溶剤及び可塑剤等を添加してなるスラリーからグリーンシートを作製した後、ラミネート及び焼成を行う多層セラミックス基板の製造方法において、
前記ラミネート工程の前に、複数枚のグリーンシートを積層した状態で各グリーンシート中に残留している前記可塑剤がその当初の配合量の２０重量％未満となるように８０〜１２０℃で、２０〜８０時間の乾燥を行うことを特徴とした多層セラミックス基板の製造方法。
【請求項２】
セラミックス粉末にバインダ、溶剤及び可塑剤等を添加してなるスラリーからグリーンシートを作製し、そのグリーンシートに高融点金属ペーストの印刷によって導体パターンを形成し、更に前記ペーストを乾燥させた後、ラミネート、脱脂、仮焼成及び本焼成を行う多層セラミックス基板の製造方法において、
前記ペースト乾燥工程と前記ラミネート工程との間に、複数枚のグリーンシートを積層した状態で各グリーンシート中に残留している前記可塑剤がその当初の配合量の２０重量％未満となるように８０〜１２０℃で、２０〜８０時間の乾燥を行うことを特徴とした多層セラミックス基板の製造方法。
【請求項３】
ラミネート用の治具上に前記各グリーンシートを固定した状態で前記可塑剤を除去するための乾燥を行うことを特徴とした請求項１または２に記載の多層セラミックス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多層セラミックス基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ，ＬＳＩチップ等の電子部品を搭載するための多層基板として、これまでに多種多様なものが提案されている。特に近年においては、高集積化・高機能した電子部品を熱破壊から保護するために、熱伝導性の良いセラミック材料を用いた多層セラミックス基板が作製されるに到っている。
【０００３】
この種の多層セラミックス基板は、例えばＡｌＮやＡｌ２  Ｏ３  等のセラミックス粉末にバインダ、焼結助剤及び可塑剤等を添加・混練して得られるスラリーを出発原料として作製される。前記スラリーはドクターブレード法等によってシート状に成形される。得られたグリーンシートには必要に応じてスルーホール形成用孔が透設され、更にグリーンシートにはパターン状に導体ペーストが印刷される。導体ペースト乾燥の後、導体パターンが形成されたグリーンシートは複数枚積層される。積層されたグリーンシートの最外層には、例えば焼結助剤を含まない別のグリーンシートが重ね合わされる。これらのグリーンシートをラミネートすることによって得られる積層体は、更に乾燥、脱脂、仮焼成及び本焼成等を経て焼結体となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の製造方法によると、グリーンシートの層間に膨れ（いわゆるデラミネーション）が生じるという問題があった。
【０００５】
そして、上記のような膨れは、特にグリーンシートの面積に対する導体ペーストの印刷面積の割合が高い場合（例えばベタパターンを設けた場合等）に顕著になることが知られていた。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、脱脂時及び仮焼時に発生するグリーンシートの層間の膨れを確実に低減させることができる多層セラミックス基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、セラミックス粉末にバインダ、溶剤及び可塑剤等を添加してなるスラリーからグリーンシートを作製した後、ラミネート及び焼成を行う多層セラミックス基板の製造方法において、前記ラミネート工程の前に、複数枚のグリーンシートを積層した状態で各グリーンシート中に残留している前記可塑剤がその当初の配合量の２０重量％未満となるように８０〜１２０℃で、２０〜８０時間の乾燥を行うことを特徴とした多層セラミックス基板の製造方法をその要旨としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、セラミックス粉末にバインダ、溶剤及び可塑剤等を添加してなるスラリーからグリーンシートを作製し、そのグリーンシートに高融点金属ペーストの印刷によって導体パターンを形成し、更に前記ペーストを乾燥させた後、ラミネート、脱脂、仮焼成及び本焼成を行う多層セラミックス基板の製造方法において、前記ペースト乾燥工程と前記ラミネート工程との間に、複数枚のグリーンシートを積層した状態で各グリーンシート中に残留している前記可塑剤がその当初の配合量の２０重量％未満となるように８０〜１２０℃で、２０〜８０時間の乾燥を行うことを特徴とした多層セラミックス基板の製造方法をその要旨としている。
【０００９】
請求項１または２に記載の発明において、ラミネート用の治具上に各グリーンシートを固定した状態で可塑剤を除去するための乾燥を行っても良い。
【００１０】
【作用】
ラミネート工程前に上記のような条件で乾燥を行う請求項１に記載の発明によると、グリーンシート中に含まれる可塑剤が揮発し、その結果としてグリーンシート内部にガスが発生する。ところが、この発明の場合、グリーンシート同士が一体化していないことから、前記ガスはグリーンシート内に滞留することなく、その外部へ容易に抜け出すことができる。従って、グリーンシート中の可塑剤の残留量を確実に低減することができる。よって、この乾燥の後にラミネート等を実施したとしても、可塑剤に由来するガスがグリーンシートの層間に滞留するようなことはなくなる。ゆえに、グリーンシートの層間の膨れが確実に低減されることになる。
【００１１】
また、可塑剤がその当初の配合量の２０重量％未満に除去される乾燥を行う請求項１、２に記載の発明によると、グリーンシート中に含まれる可塑剤が揮発し、その結果としてグリーンシート内部にガスが発生する。
【００１２】
そして、この発明の場合においてもグリーンシート同士が一体化していないことから、前記ガスはグリーンシート内に滞留することなく、その外部へ容易に抜け出すことができる。よって、この乾燥の後にラミネート、脱脂、仮焼成等を実施したとしても、可塑剤に由来するガスがグリーンシートの層間に滞留するようなことはなくなる。ゆえに、グリーンシートの層間の膨れが確実に低減されることになる。また、この発明においてラミネート前の乾燥条件を上記のように設定した理由は、次の通りである。即ち、可塑剤をその当初の配合量の２０重量％未満に除去しておくと、後にラミネート、脱脂、仮焼成等を実施したときでも膨れを完全に防止できることを実験的に確認したからである。
【００１３】
以下、本発明の多層セラミックス基板の製造方法を工程順に詳細に説明する。グリーンシートを形成するセラミックス材料としては、ＡｌＮ，Ａｌ２  Ｏ３  ，、３Ａｌ２  Ｏ３  ・２ＳｉＯ２  （ムライト），窒化ホウ素（ＢＮ），炭化珪素（ＳｉＣ），窒化珪素（Ｓｉ３  Ｎ４  ）等の粉末が用いられる。それらの中でも、とりわけ電気絶縁性や熱伝導性等に優れたＡｌＮの粉末を材料として選択することが望ましい。先に挙げたもののなかから選択されたセラミックス粉末には、次いで所定量のバインダ、焼結助剤、可塑剤及び溶剤等が添加される。
【００１４】
前記物質のうち、可塑剤及び溶剤がいわゆる揮発性成分であり、それら以外のもの（セラミックス粉末、焼結助剤及びバインダ）は固形分である。通常、揮発性成分の含有量は、固形分の約２０重量％〜３０重量％程度である。揮発性成分の主成分は溶剤である。可塑剤の含有量は溶剤の含有量の数分の一から十分の一程度である。また、使用される可塑剤は、一般的に溶剤の沸点に比較して高沸点であることが多い。
【００１５】
そして、前記混合物は均一に混練されることにより、グリーンシート作成用の原料スラリーが得られる。次いで、例えばドクターブレード法によって、前記原料スラリーからグリーンシートが連続的に成形される。
【００１６】
前記方法によってグリーンシートを成形する際には、ドクターブレード、フィルム及び乾燥炉を備えたシート成形機等が用いられる。この場合、原料スラリーは、ドクターブレードによってフィルム上にて所定の厚さに引き延ばされた後、連続的に乾燥炉へ移送される。そして、所定時間乾燥されたシート状の原料スラリーは、フィルムから剥離された後に筒体に巻き取られる。但し、この段階でグリーンシートを乾燥させ過ぎると、グリーンシートにクラックやポア等が発生し易くなってしまう。それゆえ、ここでは原料スラリーが流動性を失ってシート形状を保持し得る程度、即ちグリーンシート中の揮発性成分（主として溶剤）が約７割〜８割くらい除去される程度の乾燥が行われる。
【００１７】
以下、この段階で行われる乾燥のことを説明の便宜上「一次乾燥」と呼ぶことにする。また、これ以降「グリーンシート」という場合には、一次乾燥がなされたシート形状のセラミックス成形体を指すものとする。このとき、一次乾燥によって溶剤が除去される反面、可塑剤は殆ど除去されることはない。従って、一次乾燥後のグリーンシートは、いまだ可塑性を有した状態にある。
【００１８】
一次乾燥を経たグリーンシートは、外形カットの後に再び乾燥される。この段階における乾燥によって、溶剤は除去されるが可塑剤は殆ど除去されない。以下、この段階で行われる乾燥を説明の便宜上「二次乾燥」と呼ぶことにする。二次乾燥工程では、グリーンシートは８０℃前後で数時間ほど乾燥される。
【００１９】
二次乾燥を経たグリーンシートには、スルーホール形成用孔が透設される。更に、そのグリーンシートには、高融点金属を主成分として含むペーストが印刷される。このペーストによって、スルーホールの内部及びグリーンシートの表面に導体パターンが形成される。この場合、導電性金属として、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ等が用いられる。
【００２０】
その後、印刷されたペースト中に含まれる溶剤を除去するために、必要に応じてグリーンシートに対する乾燥が行われる。以下、この段階で行われる乾燥を説明の便宜上「三次乾燥」と呼ぶことにする。但し、グリーンシート中の可塑剤は、三次乾燥を経ても殆ど除去されることはない。三次乾燥工程では、グリーンシートは７０℃前後で１０時間〜３０時間ほど乾燥される。
【００２１】
導体パターンが形成されたグリーンシートは複数枚積層される。そして、その最外層には焼結助剤を含まない別のグリーンシートが重ね合わされる。グリーンシートを積層する前後には、各グリーンシートに対する乾燥が行われる。以下、この段階で行われる乾燥を説明の便宜上「四次乾燥」と呼ぶことにする。
【００２２】
グリーンシート中に残留している可塑剤は、四次乾燥工程を経ることによって当初の配合量の約２／３以下にまで除去される。従って、この時点におけるグリーンシート中の可塑剤残留量は、６０重量％〜７０重量％以下になる。
【００２３】
四次乾燥はラミネート用の治具上に各グリーンシートを固定した状態で行われることが望ましい。可塑剤残留量が極めて少なくなるような条件で四次乾燥を行うと、グリーンシートの可塑性が失われ、ハンドリング性が悪くなる。しかし、予め各グリーンシートを治具に固定した状態で四次乾燥を行えば、グリーンシートに変形や割れ等を引き起こすことなく、次工程にグリーンシートを流動することが可能になるからである。
【００２４】
四次乾燥工程において、グリーンシートは一次〜三次乾燥のときよりも高い温度（約８０℃〜１２０℃）で、２０時間〜８０時間という長い時間をかけて乾燥される。その理由は、溶剤よりも沸点の高い可塑剤を充分に除去するためには、そのような温度が必要になるからである。この場合、乾燥温度が８０℃より低いと、可塑剤が揮発し難くなり、乾燥時間が長くなる虞れがある。一方、乾燥温度が１２０℃より高いと、バインダが変質し始めるため、グリーンシートのラミネート性が損なわれる虞れがある。
【００２５】
四次乾燥を経た各グリーンシートはラミネート工程によって一体化され、グリーンシート積層体となる。得られた積層体は、更に脱脂、仮焼成及び本焼成を経て焼結体となる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を多層ＡｌＮ基板の製造方法に具体化した実施例を図１〜図５に基づき詳細に説明する。
【００２７】
実施例では、平均粒径が１．７μｍのＡｌＮ粉末１００ｇに、アクリル系バインダを１１ｇ、焼結助剤としてのＹ２  Ｏ３  を４．０ｇ、溶剤としてのブタノール及びエタノールを合計３０ｇ、並びに可塑剤としてのＤＯＡ〔ヂオクチルアジペート，沸点＝２１５℃（５ｍｍＨｇ）  〕を４．２ｇ添加した。そして、この混合物をボールミルで均一に混練することにより、グリーンシート１作製用の均一な原料スラリーを作製した。また、前記原料スラリーからＹ２  Ｏ３  のみを抜いたものを作製し、これを最外層のグリーンシート１ａ作製用の原料スラリーとした。
【００２８】
次いで、ドクターブレード法によって、二種の原料スラリーから０．３ｍｍ厚のグリーンシート１及び最外層のグリーンシート１ａを連続的にシート成形した。このとき、グリーンシート１，１ａ中の溶剤は、図示しないシート成形機の乾燥炉で行われる一次乾燥によって、約８０％程度除去される。
【００２９】
更に、得られたグリーンシート１，１ａを２００ｍｍ角に外形カットした後、図示しない乾燥機を用いてグリーンシート１，１ａに対する８０℃，５時間の二次乾燥を行った。この二次乾燥によって、グリーンシート１，１ａ中の溶剤をほぼ完全に除去し、かつ可塑剤であるＤＯＡを当初の配合量の約９０重量％に減少させた。
【００３０】
続いて、グリーンシート１上の所定の座標をパンチングで打ち抜くことにより、複数のスルーホール形成用孔２と位置決め用孔２ａとを形成した。同様に最外層のグリーンシート１ａについても位置決め用孔２ａを形成した。
【００３１】
そして、グリーンシート１の所定部分に対してタングステンペーストＰをスクリーン印刷した。この印刷工程を経ることによって、図１に示されるように、スルーホール形成用孔２の内部及びグリーンシート１の表面にそれぞれ導体パターン３ａ，３ｂを形成した。一方、同じタングステンペーストＰを印刷することによって、図２に示されるように、最外層のグリーンシート１ａの片面全体にタングステン炭化防止用のベタパターン３ｃを形成した。
【００３２】
その後、一部のグリーンシート１，１ａ（サンプル１〜５，９）に対し、前記乾燥機を用いて三次乾燥を行った。そして、主としてタングステンペーストＰ中の溶剤を除去した。乾燥条件は表１に示されるように７０℃，２０時間とした。なお、サンプル６〜８のグリーンシート１，１ａについては、三次乾燥を行うことなく次工程に流動した。
【００３３】
次に、図３に示されるように、ラミネート用の治具４に突設された複数の位置決めピン４ａを前記各グリーンシート１，１ａの各位置決め用孔２ａに挿入するようにして、複数枚のグリーンシート１，１ａを積層させた。その際、導体パターン３ａ，３ｂが形成された４枚のグリーンシート１の上下両面に、焼結助剤を含まない最外層のグリーンシート１ａを配置するようにした。なお、各グリーンシート１，１ａはこの段階では単に積層されているのみであり、一体化されているわけではない。そして、治具４上に固定されたグリーンシート１，１ａ（サンプル１，２）を乾燥機Ｄにセットし、表１に示されるように、所定の温度（１００℃）で所定の時間（４０時間または３５時間）四次乾燥を行った。
【００３４】
一方、サンプル３〜８のグリーンシート１，１ａについては、治具４上に固定することなくそのまま乾燥機Ｄにセットした。そして、表１に示されるように、所定の温度（１００℃または８０℃）で所定の時間（２０時間〜７０時間）四次乾燥を行った。なお、サンプル９（即ち、比較例）のグリーンシート１，１ａについては、四次乾燥を行うことなく次工程に流動した。その代わり、ラミネート工程後に１００℃で２０時間の乾燥を行った。
【００３５】
なお、この時点、即ちラミネート工程直前における可塑剤残留量（重量％）を測定した。その結果を表１に示す。
その後、図４に示されるように、グリーンシート１，１ａをラミネート装置を用いて互いにラミネートした。更に、得られたグリーンシート積層体５を不活性雰囲気下で脱脂、仮焼成及び本焼成することによって、焼結体６を得た。この焼結体６を外形カットしかつ表面研削加工することによって、図５に示されるように、最終製品である多層ＡｌＮ基板７を得た。
【００３６】
そして、前記サンプル１〜９について、脱脂後及び仮焼後にそれぞれグリーンシート１，１ａ層間の膨れの発生状況（％）を触覚及び視覚によって調査した。その結果を表２に示す。また、三次または四次乾燥工程からラミネート工程へ流動するときのハンドリング性の良否について調査した結果も同表２に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
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【００３９】
表１，２から明らかなように、比較例であるサンプル９についてはラミネート工程前における可塑剤残留量が約９０重量％と極めて多かった。このため、脱脂後及び仮焼後にかなりの確率で膨れがみられた。
【００４０】
一方、サンプル１〜８については、ラミネート工程前における可塑剤残留量が当初の配合量の約２／３以下に減少されていた。このため、サンプル９の場合とは異なり、脱脂後及び仮焼後に膨れが生じる確率も低かった。しかも、前記可塑剤残留量を２０重量％未満にしたサンプル１，２については、膨れの発生は皆無であった。また、ハンドリング性についてはいずれのサンプルについても特に問題はなかった。
【００４１】
以上の結果を総合すると、ラミネート工程前における可塑剤残留量が約６０重量％以下となるような条件でグリーンシート１，１ａの乾燥を行うことが良いという結論に到達した。また、とりわけ前記可塑剤残留量が約２０重量％未満となるような条件で乾燥を行うことが好ましいということがわかった。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されることはなく、以下のように変更することが可能である。例えば、
（ａ）ＤＯＡ以外のものを可塑剤として使用することも勿論可能である。この場合、使用可能な可塑剤としては、例えばＤＢＡやＤＢＰ等がある。
【００４３】
（ｂ）三次乾燥と四次乾燥とを別々に行う前記実施例の方法に代え、例えば同一乾燥機内において温度を徐々に上昇させながら三次乾燥及び四次乾燥を行うという方法にしても良い。このように連続的な乾燥を行うと、途中に冷却過程が入らないため、全体の処理時間が短くなりかつ熱エネルギーの無駄も少なくなる。
【００４４】
（ｃ）グリーンシート１と最外層のグリーンシート１ａとの間に介在されるベタパターン３ａは、特に必須というわけではない。また、ベタパターン３ａをグリーンシート１側に設けることとしても良い。
【００４５】
（ｄ）グリーンシート１，１ａは必ずしも前記実施例のようなシート成形品でなくても良く、例えばプレス成形品であっても良い。
（ｅ）四次乾燥を行う場合、例えば真空乾燥機を用いることとしても良い。このような乾燥機によれば、通常の乾燥機を使用したときに比べて乾燥温度を低く、または乾燥時間を短くすることが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の多層セラミックス基板の製造方法によれば、ラミネート工程前に複数枚のグリーンシートを積層した状態で各グリーンシートから可塑剤が充分に除去されることになるため、脱脂時及び仮焼時に発生するグリーンシートの層間の膨れを確実に低減させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】グリーンシートに導体パターンを印刷した状態を示す部分断面図である。
【図２】最外層のグリーンシートにベタパターンを印刷した状態を示す部分断面図である。
【図３】四次乾燥工程において、ラミネート用の治具上に複数枚のグリーンシートを固定した状態を示す断面図である。
【図４】ラミネート工程におけるグリーンシートを示す断面図である。
【図５】多層ＡｌＮ基板を示す断面図である。
【符号の説明】
１…グリーンシート、１ａ…（最外層の）グリーンシート、３ａ，３ｂ…導体パターン、３ｃ…ベタパターン、４…（ラミネート用の）治具、５…（グリーンシート）積層体、７…多層セラミックス基板としての多層ＡｌＮ基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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