(57)【要約】【課題】積層体を連続式焼成炉にて焼成しても高い寸法精度が得られる多層セラミック配線基板の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックグリーンシート１に導体パターン３およびビアホール導体２を形成し、同様に作製した所望枚数のセラミックグリーンシート１を複数積層した積層体４をトレイ６に載せ、該トレイ６を可動ベルトに載置して、所望温度に加熱された領域を通過させることにより焼成処理を行う多層セラミック配線基板の製造方法において、前記トレイ６の厚みを、前記可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体パターンおよびビアホール導体を形成したセラミックグリーンシートを複数積層した積層体をトレイに載せ、該トレイを可動ベルトに載置して、所望温度に加熱された領域を通過させることにより焼成処理を行う多層セラミック配線基板の製造方法において、前記トレイの厚みを、前記可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くした事を特徴とする多層セラミック配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記トレイの最大厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記トレイが、アルミナを主成分とし、気孔率が４０％以上の多孔質体からなる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配線基板の製造方法。
【請求項４】
前記多層セラミック配線基板の焼成温度が、１０５０℃以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の多層セラミック配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記導体パターンが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を含有する金属ペーストあるいは金属箔からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載の多層セラミック配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層セラミック配線基板の製造方法に関し、特に、集積回路などを実装する半導体素子収納用パッケージなどに適用される多層セラミック配線基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、多層セラミック配線基板の焼成工程では、連続的かつ効率的に配線基板を焼成できるという理由から、通常、可動ベルト炉などの連続式焼成炉が好適に用いられている。
【０００３】
このような連続式焼成炉では、入炉側から出炉側にかけて室温から順次高い温度の領域を設定し、最高温度領域を過ぎて以降は順次低い温度の領域が設けられて一連の焼成条件が設定されている。
【０００４】
そして、このような連続式焼成炉を用いてセラミックグリーンシートと導体パターンとからなる積層体を焼成する場合、積層体は一般にセラミック製のトレイに載せて炉内に導入されるものであるが、下記の特許文献１によれば、焼成工程においては、セラミックグリーンシート中に含まれるガラス成分の軟化温度やフィラー成分の粒径に応じて昇温速度や最高温度を制御することにより、高密度でかつ所望の特性を有する多層セラミック配線基板が得られることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−６３８５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載されるような多層セラミック配線基板が上記した連続式焼成炉内で焼成される場合には、トレイやそのトレイ上に載せられた積層体が炉内を進行するにつれて、前方から順次加熱されることになることから、積層体やトレイには随時温度差が生じることが知られている。
【０００７】
このため、焼成される積層体は、炉内の進行方向に沿って焼成収縮のタイミングがずれていくことから、結果的に、基板の焼成収縮率が同進行方向に沿って漸次変化した状態で形成されることになる。
【０００８】
そして、このような連続式焼成炉を用いて量産を行った場合には、一度に多数製造される配線基板の収縮率のバラツキが自ずと大きくなるという問題があった。
【０００９】
従って、本発明では、積層体を連続式焼成炉にて焼成しても高い寸法精度が得られる多層セラミック配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題について鋭意検討した結果、多層セラミック配線基板の積層体を載せるトレイの厚みを可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くしたことにより、前記目的が達成できることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、本発明の多層セラミック配線基板の製法は、導体パターンおよびビアホール導体を形成したセラミックグリーンシートを複数積層した積層体をトレイに載せ、該トレイを可動ベルトに載置して、所望温度に加熱された領域を通過させることにより焼成処理を行う多層セラミック配線基板の製造方法において、前記トレイの厚みを、前記可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くした事を特徴とする。
【００１２】
このような製法によれば、セラミックグリーンシートに導体パターンおよびビアホール導体を形成し、同様に作製した所望枚数のグリーンシートを複数積層した積層体を前記トレイに載せ、該トレイを可動ベルトに載置して、所望温度に加熱された領域を通過させることにより、炉内がその進行方向に沿って前方から順次加熱されていくような連続式焼成炉を用いた場合においても、炉内の進行方向に沿って発生する焼成収縮のタイミングのずれを抑制でき、これにより同進行方向に沿った配線基板の焼成収縮率の変化を抑制できる。そして、このような連続式焼成炉を用いて一度に多数の配線基板を製造する場合においても配線基板の収縮率のバラツキを小さくできる。
【００１３】
そして、上記多層セラミック配線基板の製造方法では、前記トレイの最大厚みが５ｍｍ以下であることが望ましい。用いるトレイの最大厚みを５μｍ以下とし薄いものを用いることにより、トレイの可動ベルトの進行方向に対する後端側から先端側にかけての熱容量の差を小さくできる。これにより焼成収縮のタイミングのずれを抑制できる。
【００１４】
また、上記多層セラミック配線基板の製造方法では、トレイが、アルミナを主成分とし、気孔率が４０％以上の多孔質体からなることが望ましい。
【００１５】
本発明の製造方法においては、トレイの熱伝導性を高めるためにアルミナを用い、これを多孔質体とすることにより、熱容量を低減できることから、さらに、配線基板の収縮率のバラツキを抑制できる。
【００１６】
また、このように気孔率が４０％以上の多孔質体からなるトレイを用いることにより、積層体に対して充分に雰囲気ガスを行き渡らせることができ、また積層体からの有機溶剤など揮発ガスやバインダー分解ガスの排出を高めることができる。
【００１７】
上記多層セラミック配線基板の製造方法では、前記多層セラミック配線基板の焼成温度が、１０５０℃以下であることが望ましい。
【００１８】
さらに、上記低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法では、前記低温焼成多層セラミック配線基板の配線回路層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種を含有する金属焼結体あるいは金属箔からなることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法について、図１に基いて詳細に説明する。
【００２０】
（ａ）まず、ガラス粉末とセラミックフィラー粉末とを混合して低温焼成セラミック組成物を調整し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などから選ばれる少なくとも１種のシート成形法により所望する厚さのセラミックグリーンシート１を作製する。
【００２１】
ガラス粉末としては、少なくともＳｉＯ２を含み、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種を含有したものであって、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（ただしＭはＣａ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）などのホウケイ酸ガラス、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系ガラス、アルカリ珪酸ガラス、Ｂａ系ガラス、チタン酸塩系ガラス、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラスなどが挙げられる。
【００２２】
これらのガラス粉末の屈伏点は、４００〜８００℃、特に４００〜７００℃であることが望ましい。
【００２３】
これはガラス粉末あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末とからなる混合物を成形する場合、有機樹脂などの成形用バインダーを添加するが、この成形用バインダーを効率的に除去するためであり、屈伏点が４００℃より低いと成形体の緻密化が低温で開始するために成形用バインダーは分解揮発できなくなり、成形用バインダー成分が残留し特性に影響を及ぼす結果になるためである。
【００２４】
一方、屈伏点が８００℃より高いと、ガラス粉末量を多くしないと焼結しにくくなり、相対的に高価なガラス粉末の使用量が増加するため、コスト削減の妨げとなる。
【００２５】
また、ガラス成分は焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また、焼成処理によってリチウムシリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、バリウムシリケート、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、チタン酸塩系などの結晶を少なくとも１種類析出するものが用いられる。
【００２６】
一方、セラミックフィラー粉末としてはクォーツ、クリストバライトなどのＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシアなどが好適に用いられる。
【００２７】
また、上記のセラミックグリーンシートには、焼成後の絶縁層の高誘電率化を目的として、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７、ＺｒＯ２などを添加してもよい。
【００２８】
（ｂ）次に、このセラミックグリーンシート１にレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより貫通孔を形成し、次いで、その内部に導体ペーストを充填してビアホール導体２を形成する。
【００２９】
（ｃ）さらに、その表面に同じく導体ペーストを印刷して導体パターン３を形成する。導体ペーストは、Ｃｕ、Ａｇ等から選ばれる少なくとも１種の金属成分と、それ以外にアクリル樹脂などからなる有機バインダーや有機溶剤とを混合して形成する。なお、この導体ペーストには若干のガラス粉末等を添加してもよい。導体パターン３は、場合によっては、導体ペーストの代わりに金属箔を用いて形成することも可能である。
【００３０】
（ｄ）次に、（ｃ）工程で得られた複数のセラミックグリーンシート１を積層圧着して積層体４を形成する。
【００３１】
次に、焼成工程においては、連続的かつ効率的に配線基板を焼成するために、室温から順次高い温度領域を焼成工程の最高温度まで設定し、最高温度の領域以降は順次低い温度領域を設定することにより所望する焼成温度条件を設定し、その一連の温度領域を移動することにより配線基板を焼成することのできる連続式焼成炉を用いる。
【００３２】
通常連続式焼成炉では、積層体を載せたトレイ６が炉内の温度領域を移動する際に、トレイ６の外周部から、かつ進行方向に対してトレイ６の前の方から順次温度が高くなることになり、その後トレイ６から熱が積層体４に伝わることにより、積層体４は進行方向の前方から順次高い温度にて加熱されることになる。
【００３３】
このため、上記のような連続式焼成炉を用いる焼成においては、この連続式焼成炉の進行方向に沿った積層体の前後に随時温度差が生じることから、この積層体４の前後に焼成収縮のタイミングのずれが起こり、焼成後に得られる配線基板の焼成収縮率のバラツキが大きくなる。
【００３４】
そこで本発明では、焼成収縮のタイミングのずれによる配線基板の収縮率のバラツキを抑制するために、本発明の製法に用いるトレイ６は図１（ｅ）に示すように、トレイ６の厚みを、前記可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くしたものを用いることが重要である。
【００３５】
これにより、積層体４の先端側部分に接するトレイ６と積層体後方側部分に接するトレイ６の単位面積当りの熱容量が連続的に変化する。
【００３６】
従って、積層体４の後端側に接するトレイ６の厚みを厚くし、先端側よりも熱容量が大きくなったトレイ６を用いる場合に比較して、トレイ厚みが後端側へ向けて連続的に薄くなることにより、熱容量が小さくなるために積層体４に熱が伝わりやすくなる。これにより可動ベルトの進行方向に対して積層体４の先端側の部分と後端側の部分における収縮のタイミングのずれを抑制することができ、収縮率のバラツキを±０．１３％以下にできる。
【００３７】
トレイ６としては、アルミナを主成分とし、気孔率が４０％以上の多孔質体を用いることが望ましいが、特に、この多孔質体の気孔率が６０〜７０％であることがより望ましい。こうして収縮率のバラツキを０．１０％以下に低減できる。
【００３８】
また難焼結性セラミック材料を主成分とする拘束シートを用い平面方向の収縮を抑制した場合には、収縮率のバラツキを±０．０７％以下に抑制することができる。
【００３９】
なお、トレイ６における可動ベルトの進行方向に対して積層体４の先端側部分に接するトレイ６厚みであるｔ１と、積層体４の後端側部分に接するトレイ厚みであるｔ２の関係がｔ１≦ｔ２である場合には、積層体４の後端側部分に接するトレイ６の厚みが厚いか同等であるために先端側と後端側との熱容量差が無くなるか若しくは大きくなり、このため積層体４に熱が伝わりにくくなるために、可動ベルトの進行方向に対して積層体先端側部分と後端側部分における収縮のタイミングのずれが抑制できなくなり、低温焼成多層セラミック配線基板における収縮率のバラツキが低減できないことになる。
【００４０】
そして、焼成工程においては、成形のために配合した成形用バインダー成分を除去するが、バインダー除去は、導体パターンを形成する金属として、例えば、銅を用いる場合には、水蒸気を含有する窒素雰囲気中、１００〜８００℃の温度で行い、最高保持温度は１０５０℃以下、特に、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中で焼成されることがより望ましい。
【００４１】
この場合、積層体４の焼成時の平面方向における収縮を抑制するため、この積層体４の表面に、難焼結性のセラミック材料を主成分とする拘束シートを加圧積層することも可能である。
【００４２】
なお、焼成される積層体４の平面方向の収縮を抑制する工法を採用する場合には、積層体４の上下に拘束シートを積層圧着した状態で焼成する。焼成後には、この拘束シートを超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト等のうちいずれかの手法を用いて除去を行う。
【００４３】
最後に、焼成した低温焼成多層セラミック配線基板の表面の導体パターン３に電極保護あるいは半田濡れ性向上のためのＡｕめっきを施すことにより、本発明の低温焼成多層セラミック配線基板を得ることができる。
【００４４】
【実施例】
実施例１
本発明の多層セラミック配線基板の製造方法について、一実施例に基づき評価した。
【００４５】
先ず、ガラス粉末としてバリウムホウ珪酸ガラスとセラミックフィラー粉末としてクォーツ（ＳｉＯ２）を準備した。前記ガラス粉末とクォーツを所望する割合で調合し、ボールミルを用いて有機バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み５０〜１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００４６】
次に、前記セラミックグリーンシートの所定箇所にビアホールを形成しその中にも銅を含む導体ペーストを充填し、表面に銅を含む導体ペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布した。
【００４７】
印刷後のセラミックグリーンシートを所望する厚みになるように積層し、所望する大きさに切断し積層体を作製した。
【００４８】
次に、作製した積層体を、本発明の製法における表１に示す寸法を有するトレイに載せ、該トレイを連続式焼成炉の可動ベルトに載せ、所望温度に加熱された領域を通過させることにより焼成処理を行った。
【００４９】
その際の条件としては、積層体を７７０℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、８３０℃×１時間＋９１０℃×１時間の窒素雰囲気中にて加熱して、多層セラミック配線基板を作製した。
【００５０】
表１に焼成工程に用いたトレイの厚みｔ１およびｔ２と気孔率、配線基板の収縮率のバラツキについて示した。
【００５１】
図２は、本発明の実施例における配線基板の寸法測定に関する説明図である。
【００５２】
収縮率のバラツキは、図２に示すように、多層セラミック配線基板表面における焼成前後の導体パターンの寸法変化率から求めた。即ち、連続式焼成炉の可動ベルトの進行方向に対して垂直方向の測定箇所ｘ１〜ｘ３の３箇所について、焼成前後における収縮率のバラツキ（６σ（σ：標準偏差））から算出し、本発明の効果の判定基準を±０．１３％以下とした。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１の結果から明らかなように、トレイの厚みを、可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くした試料Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１、１３〜１５では、収縮率のバラツキが±０．１３％以下であった。絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００５５】
また、トレイの最大厚みを５ｍｍ以下とした試料Ｎｏ．３、５、７、９、１１、１３〜１５では、収縮率のバラツキが±０．１２％以下であった。
【００５６】
さらに、トレイの気孔率を４０％以上とした試料Ｎｏ．３、５、７、９、１１、１３、１４では、収縮率のバラツキが±０．１０％以下にできた。
【００５７】
これに対して、トレイの厚みを本発明とは逆の方向に徐々に厚くした試料Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２では、収縮率のバラツキが±０．１５％以上であった。
【００５８】
実施例２
低誘電率層用組成物にはガラス粉末としてデイオプサイト系結晶化ガラス、フィラーとしてアルミナを準備した。高誘電率層用組成物にはガラス粉末として、チタン酸塩系結晶化ガラスと、セラミックフィラー粉末としてアルミナを準備した。
【００５９】
次に、前記それぞれの粉末を所望する割合で調合し、ボールミルを用いて成形用バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み５０〜１５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００６０】
次に、前記低温焼成セラミックグリーンシートの所定箇所にビアホールを形成しその中にも銅を含む導体ペーストを充填し、表面に銅を含む導体ペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布した。印刷後のグリーンシートを所望する厚みになるように積層した。
【００６１】
層構成は、高誘電率層を低誘電率層にて挟むようにした。さらに平面方向の収縮を抑制するため、低温焼成セラミックグリーンシートを積層した低温焼成セラミック積層体の焼成温度で難焼結性のセラミック材料を主成分とする拘束シートを、低温焼成セラミック積層体の両面に加圧積層し、その後所望する大きさに切断し積層体を作製した。
【００６２】
作製した積層体を本発明の製法における表１に示す寸法を有するトレイに置き、該トレイを連続式焼成炉の可動ベルトに載せ、所望温度に加熱された領域を通過させることにより焼成処理を行う。その際の条件としては、積層体を７２０℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、９００℃×１時間の窒素雰囲気中にて加熱した。
【００６３】
焼成後は、拘束シートをウェットブラストにて除去し、多層セラミック配線基板を作製した。
【００６４】
表１に焼成工程に用いたトレイの厚みｔ１およびｔ２と気孔率、配線基板の収縮率のバラツキについて示した。評価方法は前記実施例１と同様であるが、寸法バラツキについては本発明の効果の判定基準を±０．０７％以下とした。
【００６５】
【表２】
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【００６６】
表２の結果から明らかなように、トレイの厚みを、可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くした試料Ｎｏ．１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８〜３０では、収縮率のバラツキが±０．０７％以下であった。絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００６７】
また、トレイの最大厚みを５ｍｍ以下とした試料Ｎｏ．１８、２０、２２、２４、２６、２８〜３０では、収縮率のバラツキが±０．０６％以下であった。
【００６８】
さらに、トレイの気孔率を４０％以上とした試料Ｎｏ．１８、２０、２２、２４、２６、２８、２９では、収縮率のバラツキが±０．０５％以下にできた。
【００６９】
これに対して、トレイの厚みを本発明とは逆の方向に徐々に厚くした試料Ｎｏ．１７、１９、２１、２３、２５、２７では、収縮率のバラツキが±０．１３％以上であった。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、積層体を前記トレイに載せ、該トレイを可動ベルトに載置して、所望温度に加熱された領域を通過させることにより、炉内がその進行方向に沿って前方から順次加熱されていくような連続式焼成炉を用いた場合においても、トレイの厚みを、可動ベルトの進行方向に対し、後端側から先端側にかけて徐々に厚くしたものを用いることにより、炉内の進行方向に沿って発生する焼成収縮のタイミングのずれを抑制でき、これにより同進行方向に沿った配線基板の焼成収縮率の変化を抑制できる。そして、このような連続式焼成炉を用いて一度に多数の配線基板を製造する場合においても配線基板の収縮率のバラツキを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層セラミック配線基板を製造するための工程図である。
【図２】本発明の実施例における配線基板の寸法測定に関する説明図である。
【符号の説明】
１  グリーンシート
２  ビアホール導体
３  導体パターン
４  積層体
６  トレイ
【図１】
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【図２】
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