(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックグリーンシートから成る積層体の両面に、前記積層体の熱収縮を押さえるための熱収縮抑制シートを積層して焼成するセラミック多層基板に用いるビア孔充填用導体ペーストであって、
平均粒径３〜１０μｍのＡｇ粉末が導体粉末全体の９５重量％以上で含有され、且つ、平均粒径０．１〜１μｍのＰｄ粉末および／またはＰｔ粉末を、前記導体粉末全体の０．１〜５重量％含んだ導体粉末と、
有機ビヒクルとを含み、
ガラスフリットを含まない
前記ガラスセラミックグリーンシートのビア孔充填用導体ペースト。
【請求項２】
ガラスセラミックグリーンシートを複数枚積層し焼成してセラミック多層基板を製造する方法であって、
前記ガラスセラミックグリーンシートに設けられたビア孔に、
平均粒径３〜１０μｍのＡｇ粉末が導体粉末全体の９５重量％以上で含有され、且つ、平均粒径０．１〜１μｍのＰｄ粉末および／またはＰｔ粉末を、前記導体粉末全体の０．１〜５重量％含んだ導体粉末と、
有機ビヒクルとを含み、
ガラスフリットを含まない導体ペーストを充填する工程と、
前記導体ペーストが充填されたガラスセラミックグリーンシートを複数枚積層し、その両面に熱収縮抑制シートを配置して、焼成用積層物を得る工程と、
前記焼成用積層物を焼成する工程と、
焼成された前記焼成用積層物から前記熱収縮抑制シートを除去して、セラミック多層基板を得る工程と
を含むセラミック多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度配線回路板の製造に用いられるセラミック多層基板の製造方法と、このような配線回路板の導体材料として使用される導体ペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度配線回路板の製造技術として、配線回路パターンが作製されたセラミックグリーンシートを複数枚積層して焼成することで、多層回路が形成されたセラミック多層基板を得る方法が知られている。
セラミック多層基板の各層の回路同士を接続するには、各層を構成するグリーンシートに予め微細な貫通孔すなわちビア孔を形成し、このビア孔に導体ペーストを充填しておき、グリーンシートの積層体を焼成する際に、ビア孔に充填された導体ペーストも同時に焼成することで、各層の回路を接続する。
【０００３】
ビア孔用の導体ペーストとしては、ＡｇやＰｄ等の導電性材料の粉末にガラスフリットやバインダー樹脂などが配合されたペースト状の組成物が用いられている。
グリーンシート積層体の焼成方法として、積層体の両面に積層体の熱収縮を抑制する熱収縮抑制シートを積層した状態で焼成を行う技術が提案されている。熱収縮抑制シートは、グリーンシート積層体の焼成温度範囲では焼結せずに熱収縮を起こさないセラミック材料のグリーンシートが用いられる。熱収縮しない熱収縮抑制シートが積層されていることで、グリーンシート積層体の熱収縮が抑えられるのである。具体的には、ガラスセラミックグリーンシートの積層体に対する熱収縮抑制シートとしてアルミナグリーンシートが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ビア孔に導体ペーストが充填されたグリーンシート積層体を焼成してセラミック多層基板を製造したときに、ビア導体の内部に空隙が出来たり、ビア導体の周辺の基板にクラックが出来たりするという問題が発生することがある。また、ビア抵抗値が予測される値よりもはるかに高くなってしまうことがある。前記した熱収縮抑制シートが接触している個所のビア導体表面に、熱収縮抑制シートに含有される無機成分が付着してしまい、ビア導体表面に別の導体回路を接続しようとしたときに接続信頼性が著しく損なわれるという問題も発生していた。
【０００５】
これらの問題が生じる原因は、焼成過程において、ビア孔に充填された導体ペーストとグリーシート積層体との焼結タイミングあるいは熱収縮挙動のズレに大きな原因があるものと思われる。グリーンシート積層体とビア孔の導体ペーストとの焼結に大きなズレがあるために、焼成された基板とビア導体との間に過大な応力や歪みが生じて、前記した空隙やクラックの発生、抵抗値の増大、接続信頼性の低下などが生じる。
【０００６】
ビア孔に充填する導体ペーストの組成配合を種々変更することで、前記した問題の解決を図ることが行われたが、それだけでは十分な成果は得られなかった。前記したガラスフリットは導体ペーストの焼結特性を調整するのに有効な材料であると考えられていたが、ガラスフリットの配合量を増やしても前記問題は改善されなかった。特に、前記した熱収縮抑制シートを用いた場合に、従来の導体ペーストでは対応できなかった。
【０００７】
本発明の課題は、前記したセラミック多層基板のビア導体に発生する問題点を解消し、電気的および機械的特性に優れたビア導体を構成することのできる導体ペーストを提供し、このような導体ペーストを用いて品質性能に優れたセラミック多層基板を製造することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
−導体ペースト−
本発明にかかる導体ペーストは、平均粒径３〜１０μｍのＡｇ粉末が導体粉末全体の９５重量％以上からなる導体粉末と、有機ビヒクルとを含み、ガラスフリットを含まない。
〔導体粉末〕
焼成後のビア導体において導電機能を果たす成分であり、導電性に優れた金属あるいは合金粉末が用いられる。
【０００９】
本発明の導体粉末は、Ａｇ粉末を主体としており、導体粉末全体の９５重量％以上がＡｇ粉末である。
Ａｇ粉末は平均粒径３〜１０μｍのものが用いられる。粒径の違いによって、焼成時における挙動が大きく違ってくる。平均粒径が小さすぎても大きすぎても、ビア導体に空隙やクラックが発生し易くなる。粒径が小さすぎると、焼成時にビア導体がグリーンシートよりも早く収縮し、ビア導体がグリーンシートを引っ張ってビア孔周辺の基板にクラックが生じる。粒径が大きすぎると、ビア導体の焼結が基板に比べて遅れるためビア導体と基板の間に空隙が生じる。また、粒径の大きすぎるＡｇ粉末は、ビア導体の抵抗値が大きくなる。
【００１０】
導体粉末には、Ａｇ粉末の他に、Ａｇ粉末の優れた特性を阻害しない範囲で、別の材料を配合しておくことができる。具体的には、Ｐｄ粉末やＰｔ粉末が使用できる。Ｐｄ粉末およびＰｔ粉末は、Ａｇ粉末の焼結を抑制する効果がある。Ａｇ粉末以外の導体粉末の粒径によってもビア導体の性能に影響が生じ、比較的に小さな粒径のものが好ましい。具体的には、Ｐｄ粉末やＰｔ粉末の場合、平均粒径０．１〜１μｍのものが好ましい。粒径が小さすぎるものは、Ａｇ粉末の焼結を抑制する効果が少なく、粒径が大きすぎると、Ａｇ粉末の焼結を抑制し過ぎることになる。
〔その他の成分〕
通常の導体ペーストには、導体粉末のほかにガラスや樹脂などの添加材が加えられ、本発明の導体ペーストも、基本的には通常の導体ペーストと同様の添加材を配合しておくことができる。
【００１１】
但し、ガラスフリットについては、導体ペーストに含めない。
導体粉末のビア孔への充填作業など取扱いを容易にするには、いわゆるペースト状態にする必要があり、そのために有機ビヒクルの配合が必要である。有機ビヒクルの材料としては、通常の導体ペーストと同様の材料が用いられる。例えば、エチルセルロース等が挙げられる。
【００１２】
導体ペーストにおける導体粉末と有機ビヒクルとの割合は、一般的な配合割合が採用できる。例えば、導体粉末：有機ビヒクル＝８０：２０〜９５：５程度が採用される。
−セラミック多層基板の製造−
本発明にかかるセラミック多層基板の製造方法は、セラミックグリーンシートを複数枚積層し焼成してセラミック多層基板を製造する方法であり、下記工程を含む。
【００１３】
グリーンシートに設けられたビア孔に、前記導体ペーストを充填する工程。
導体ペーストが充填されたグリーンシートを複数枚積層し、その両面に熱収縮抑制シートを配置して、焼成用積層物を得る工程。
焼成用積層物のグリーンシートおよび導体ペーストを焼成したあと、熱収縮抑制シートを除去して、セラミック多層基板を得る工程。
〔セラミックグリーンシート〕
通常のセラミック多層基板の製造に利用されるセラミックグリーンシートが使用できる。セラミック材料として、アルミナやガラスセラミックスなどが用いられる。
【００１４】
グリーンシートにはビア孔が貫通形成される。ビア孔の寸法形状は通常の多層基板の場合と同様でよく、ビア孔の配置パターンは回路設計によって決まる。ビア孔の径は通常、０．１〜０．３ｍｍ程度である。
〔導体ペースト充填〕
グリーンシートのビア孔に、前記した本発明の導体ペーストを充填する。充填方法は通常の回路基板の製造と同様で良い。
【００１５】
グリーンシートの表面には、必要に応じて、配線回路パターンが作製される。配線回路パターンの作製法は、印刷法など通常の回路形成技術が適用される。配線回路パターンには、導体回路だけでなく抵抗などの機能部分を含んでいることができる。配線回路パターンは前記したビア孔に充填された導体ペーストと接続しておくことができる。
〔グリーンシート積層〕
グリーンシートは必要な枚数だけ積層して積層体とする。グリーンシートの積層枚数は、必要に応じて適宜に設定でき、例えば数枚から数十枚の範囲で設定される。
【００１６】
このグリーンシート積層体のままで焼成することもできるが、熱収縮抑制シートを用いることが好ましい。
熱収縮抑制シートは、グリーンシート積層体を焼成したときに、グリーンシートが過剰な熱収縮を起こすことを抑制する機能を有するシート材料である。グリーンシート積層体の焼成温度範囲において、グリーンシートに比べて熱膨張率の低い材料が使用される。例えば、比較的低温で焼成されるガラスセラミックスからなるグリーンシートの場合、ガラスセラミックスの焼成温度範囲では熱膨張をほとんど生じないアルミナセラミックからなるグリーンシートが使用できる。熱収縮抑制シートは、焼成工程後にセラミック多層基板から剥がして除去する。
【００１７】
グリーンシート積層体の両面あるいは熱収縮抑制シートの外面に、保護フィルムを配置しておくことができる。保護フィルムは、グリーンシート積層体を、積層工程から加圧工程に移送したり一時的に保管したおいたりする際に、比較的軟らかいグリーンシートを保護するために使用される。保護フィルムは、ＰＰＳやＰＥＴなどの合成樹脂からなるものが用いられる。保護フィルムは、仮加圧工程から加圧工程までの取扱い中において、積層体に貼着して保護機能を果たすものである。
〔グリーンシートおよび導体ペーストの焼成〕
通常のセラミック多層基板の焼成と同様の工程が採用される。焼成温度や焼成時間は、グリーンシートの材料や要求性能に合わせて設定される。
【００１８】
グリーンシート積層体の両面に熱収縮抑制シートが積層されていた場合には、焼成工程におけるグリーンシートの熱収縮を両面に配置された熱収縮抑制シートで抑制することになる。
焼成工程を終えて得られたセラミック多層基板は、必要に応じて後加工が施される。例えば、セラミック多層基板の表面に配線回路パターンを作製したり、電子素子を実装したり、セラミック多層基板を別の電子部品と組み合わせたりすることが行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に示す実施形態は、焼成工程を実行する段階の積層体の構造を表す。
グリーンシート１０は、ガラスセラミック材料のスラリーを調製し、シート状に成形されたものである。グリーンシート１０には、所定の位置にパンチング加工などでビア孔１２が貫通形成されている。
【００２０】
複数枚のグリーンシート１０が積層されて、グリーンシート積層体Ｓとなる。複数のグリーンシート１０に有するビア孔１２同士が連通している個所も生じている。
ビア孔１２の内部には、導体ペースト２０が充填される。個々のグリーンシート１０毎にビア孔１２に導体ペースト２０を充填してもよいし、グリーンシート１０を順次積層しながら、表面に開口するビア孔１２に導体ペースト２０を充填する作業を繰り返してもよい。導体ペースト２０の充填には、スクリーン印刷法が適用できる。
【００２１】
図示を省略するが、グリーンシート１０の表面には、配線回路パターンを形成しておくことができる。配線回路パターンは、ビア孔用の導体ペースト２０と同様の導体ペーストをスクリーン印刷で形成することができる。スクリーン印刷で、ビア孔１２の導体ペースト２０充填と表面回路形成を同時に行うこともできる。勿論、ビア孔用の導体ペースト２０とは組成配合の異なる表面回路の形成に適した導体ペーストを用いることもできる。
【００２２】
グリーンシート積層体Ｓの両面に、アルミナグリーンシートからなる熱収縮抑制シート３０、３０が配置される。
このグリーンシート積層体Ｓと熱収縮抑制シート３０との積層物を、焼成用の加熱炉に送り込み、１０００℃前後の適宜温度に加熱して焼成を行う。
グリーンシート１０および導体ペースト２０は、焼結に伴って熱収縮を起こす。
【００２３】
焼成工程が終了すれば、グリーンシート積層体Ｓの焼成物であるセラミック多層基板が得られる。熱収縮抑制シート３０はセラミック多層基板から剥離して除去してしまえば良い。
【００２４】
【実施例】
〔導体ペースト〕
下記表１に示す組成配合の導体ペーストを製造し、その性能を評価した。
具体的には、特定の平均粒径を有するＡｇ単独またはＡｇとＰｄとからなる導体粉末１００重量部に対して、エチルセルロースをターピネオールで溶解したものを５〜２５重量部添加し、３本ロール装置を用いて充分に混合・混練することで、導体ペーストを得た。
【００２５】
表１における「ガラス添加量」は、ガラスフリット（平均粒径１．５〜２．０μｍ、ガラス転移点６７０℃、結晶化温度９８０℃）の添加量を表す。
〔グリーンシート〕
硼酸珪酸鉛ガラス及びアルミナを主成分とするガラスセラミックグリーンシートを用いた。
【００２６】
グリーンシートに、０．２ｍｍφのビア孔を加工した。
グリーンシートのビア孔に前記導体ペーストを充填した。また、Ａｇを主成分とする内層回路用の導体ペーストを、グリーンシートの表面にスクリーン印刷で印刷して内層回路パターンを形成した。
複数枚のグリーンシートに同様の加工を施したあと積層して、グリーンシート積層体を得た。
【００２７】
グリーンシート積層体の両面に、アルミナグリーンシートからなる熱収縮抑制シートを重ねた。アルミナグリーンシートの焼結温度は１３００〜１５００℃であり、ガラスセラミックグリーンシートよりも充分に高い。
グリーンシート積層体および熱収縮抑制シートを、８０〜１００℃で１００〜２００ｋｇ／ｃｍ２の圧力をかけて積層一体化させた。
【００２８】
この積層物を、４００〜７００℃で加熱して脱脂したあと、９００℃で１０〜１５分をかけて焼成した。
得られたセラミック多層基板は、熱収縮抑制シートの作用で、平面方向の収縮が良好に抑制されていた。
得られたセラミック多層基板を分析して評価した結果を表１に示す。
【００２９】
評価項目中、「ビア抵抗値」は、ビア導体の１個当たりの抵抗を示す。「空隙・クラック」は、ビア導体とビア孔あるいは配線回路との間に生じる空隙、あるいは、基板に生じるクラックの有無を観察した。「粉体の付着」は、セラミック多層基板の表面部分で、ビア導体の表面に、熱収縮抑制シートの材料であるアルミナ粉末が付着しているか否かを観察した。
【００３０】
【表１】
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以上の結果、本発明の実施例では、ビア導体の抵抗値は低く、空隙やクラックの発生もなく、アルミナ粉の付着も生じず、優れた特性を備えたビア導体を有するセラミック多層基板が得られている。参考例１と実施例３を対比すると、Ａｇに少量のＰｄを配合することでビア抵抗値が低下しており、Ｐｄを配合することの有用性も実証されている。
【００３１】
これに対し、比較例１、３では、Ａｇの粒径が小さいため、空隙やクラックが発生している。比較例２では、Ａｇの粒径が大きく、抵抗値が増大しているとともに、空隙やクラックが発生し、アルミナ粉の付着も生じている。比較例３〜５では、ガラスフリットを配合したことで、抵抗値が極めて大きくなり、空隙やアルミナ粉の付着も生じている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明にかかる導体ペーストおよびセラミック多層基板の製造方法は、導体ペーストの導体粉末が特定粒径のＡｇ粉末を主体としているとともにガラスフリットを含まないことで、セラミック多層基板を焼成したときに、導体ペーストとグリーンシートとの焼結に大きなズレが生じない。その結果、焼成されたセラミック多層基板は、ビア導体と基板との間に空隙が生じ難く、基板にクラックが発生することも少なくなり、抵抗値などの電気的特性も優れたものとなる。
【００３３】
特に、焼成時に熱収縮抑制シートを用いてグリーンシート積層体の熱収縮を抑制して焼成を行った場合に、グリーンシートと導体ペーストとの焼結が良好に行え、セラミック多層基板におけるビア導体の特性などが優れたものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表し、焼成工程における積層体の断面図
【符号の説明】
１０  グリーンシート
１２  ビア孔
２０  導体ペースト
３０  熱収縮抑制シート
Ｓ    グリーンシート積層体
【図１】
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