(57)【要約】【課題】グリーンシート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低温焼成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】トレイ６の単位面積あたりの熱容量をＭ、得ようとする低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量をｍとしたときに、Ｍ≦４ｍの関係を満足し、かつ前記トレイの厚みをＴ、前記低温焼成多層セラミック配線基板の厚みをｔとしたときに、ｔ≦Ｔ≦６ｔの関係を満足する。【選択図】図１
2004292232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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グリーンシート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低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法において、前記トレイの単位面積あたりの熱容量をＭ、焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量をｍとしたときに、Ｍ≦４ｍの関係を満足し、かつ前記トレイの厚みをＴ、前記低温焼成多層セラミック配線基板の厚みをｔとしたときに、ｔ≦Ｔ≦６ｔの関係を満足することを特徴とする低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法。
【請求項２】
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】
前記焼成処理を１１００℃以下で実施することを特徴とする請求項１または２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４】
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３のうちいずれか記載の低温焼成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、低温焼成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低温焼成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】
従来より、低温焼成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グリーンシートと導体パターンとからなるグリーンシート積層体を焼成する場合、グリーンシート積層体は一般にセラミック製のトレイに載せられ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、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低温焼成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低温焼成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グリーンシート積層体が炉内を進行するにつれて、グリーンシート積層体の前方から順次加熱されることになることから、グリーンシート積層体やトレイには随時温度差が生じることになる。
【０００７】
このため、焼成されるグリーンシート積層体は、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ものとなる。
【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低温焼成多層セラミック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、グリーンシート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低温焼成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、焼成後に本発明の低温焼成多層セラミック配線基板となるグリーンシート積層体やそれを載せるトレイの単位面積あたりの熱容量や厚みを規定することにより、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、本発明の低温焼成多層セラミック配線基板の製法は、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グリーンシート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低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法において、前記トレイの単位面積あたりの熱容量をＭ、焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量をｍとしたときに、Ｍ≦４ｍの関係を満足し、かつ前記トレイの厚みをＴ、前記低温焼成多層セラミック配線基板の厚みをｔとしたときに、ｔ≦Ｔ≦６ｔの関係を満足することを特徴とする。
【００１２】
このような製法によれば、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、投入されるグリーンシート積層体やトレイの熱容量や厚みを規定することにより、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、このことにより、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低温焼成多層セラミック配線基板を製造する場合においてもこのような配線基板の寸法バラツキを小さくできる。
【００１３】
また、上記低温焼成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。
【００１４】
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、焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板の寸法バラツキを抑制できる。
【００１５】
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、グリーンシート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、またグリーンシート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。
【００１６】
上記低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法では、前記焼成処理を１１００℃以下で実施することが望ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
（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グリーンシート１を作製する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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低温焼成セラミック組成物を成形する場合、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、上記の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。
【００２７】
（ｂ）次に、このグリーンシート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て、その貫通孔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。
【００２８】
（ｃ）次に、ビアホール導体２を形成したグリーンシート１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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（ｄ）次に、（ｂ）、（ｃ）工程で得られた複数のグリーンシートを積層圧着してグリーンシート積層体４を形成する。
【００３２】
（ｅ）この場合、グリーンシート積層体４の焼成時の平面方向における収縮を抑制するため、このグリーンシート積層体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５を加圧積層することも可能である。
【００３３】
（ｆ）焼成工程においては、連続的かつ効率的にグリーンシート積層体４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。
【００３４】
通常、連続式焼成炉では、グリーンシート積層体４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から熱がグリーンシート積層体４に伝わることにより、グリーンシート積層体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。
【００３５】
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グリーンシート積層体４の前後に随時温度差が生じることから、このグリーンシート積層体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は寸法バラツキが大きくなる。
【００３６】
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寸法バラツキの抑制に対して、前記トレイ６の単位面積あたりの熱容量をＭ、焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量をｍとしたときに、Ｍ≦４ｍの関係を満足し、かつ前記トレイ６の厚みをＴ、前記低温焼成多層セラミック配線基板の厚みをｔとしたときに、ｔ≦Ｔ≦６ｔの関係を満足することが重要である。これにより、収縮率のバラツキを±０．２５％以下に抑制することができる。
【００３７】
即ち、本発明では、焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量ｍに対して、トレイ６の単位面積あたりの熱容量Ｍが、Ｍ＞４ｍの関係である場合、トレイ６が連続式焼成炉内の温度領域を移動する際に、トレイ６の外周部から載せているグリーンシート積層体４に熱が伝わりにくくなるため、トレイ６の進行方向に対するグリーンシート積層体４の前後において、焼成にかかるグリーンシート積層体４の収縮挙動の時間的な差が大きくなり、焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板における寸法バラツキが大きくなってしまう。
【００３８】
また、トレイ６の厚みに関しては、配線基板厚みｔに対して、トレイ６の厚みＴがＴ＜ｔの関係である場合、トレイ６の機械的強度が低くなり搬送時などの工程において破損する恐れがある。
【００３９】
一方、Ｔ＞６ｔである場合、前記と同様、トレイ６の単位面積あたりの熱容量が大きくなってしまい、トレイ６の外周部から載せているグリーンシート積層体４に熱が伝わりにくくなるため、トレイ６の進行方向に対するグリーンシート積層体４の前後において、焼成にかかるグリーンシート積層体４の収縮挙動の時間的な差が大きくなり、この場合にも焼成後の低温焼成多層セラミック配線基板における寸法バラツキが大きくなってしまう。
【００４０】
また、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０．２％以下にさらに低減できる。
【００４１】
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３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１１００℃以下、特に、８００〜１０５０℃の窒素雰囲気中で焼成されることがより望ましい。
【００４２】
なお、焼成されるグリーンシート積層体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、グリーンシート積層体４に拘束シート５を積層した状態で焼成する。焼成後には、この拘束シート５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、焼成後の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
本発明の低温焼成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、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グリーンシート積層体を作製した。
【００４８】
次に、作製したグリーンシート積層体をトレイに載せ、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、グリーンシート積層体を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、低温焼成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と単位面積あたりの熱容量および気孔率、低温焼成多層セラミック配線基板の厚みと単位面積あたりの熱容量および寸法バラツキ、さらに低温焼成多層セラミック配線基板の絶縁層における絶縁性の優劣について示した。
【００５１】
トレイは、アルミナを主成分とし、その厚みについて１、３、５、１０ｍｍの４種類、気孔率については３０、４０、６０、７０％の４種類を準備した。
【００５２】
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。
【００５３】
収縮率のバラツキは、図２に示すように、低温焼成多層セラミック配線基板の表面の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））から算出した。絶縁層の絶縁性は、焼成した層厚み３０μｍの絶縁層の絶縁抵抗を測定し、１０７Ω以上をＯＫ、それ以下をＮＧとした。
【００５４】
【表１】
2004292232.tif 000003
【００５５】
表１の結果から明らかなように、トレイの単位面積あたりの熱容量をＭ、得ようとする低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量をｍとしたときに、Ｍ≦４ｍの関係を満足し、かつ前記トレイの厚みをＴ、前記低温焼成多層セラミック配線基板の厚みをｔとしたときに、ｔ≦Ｔ≦６ｔの関係を満足する本発明の試料Ｎｏ．３、６、７、９〜１２、１８、２０〜２５では、収縮率のバラツキが±０．２５％以下であった。絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００５６】
特に、トレイの気孔率を４０％以上とした試料Ｎｏ．３、６、７、９〜１２、１８、２０〜２４では、収縮率のバラツキを±０．２％以下にできた。
【００５７】
これに対して、トレイおよび低温焼成多層セラミック配線基板のそれぞれの厚みおよび熱容量を本発明の範囲外とした試料Ｎｏ．１、２、４、５、８、１３〜１６、１７、１９および２６では、収縮率のバラツキが±０．２５％よりも大きかった。
【００５８】
またＮｏ．２６では、ＴがＴ＜ｔであり、トレイの強度が低いために搬送時にトレイが破損してしまい、低温焼成多層セラミック配線基板が作製できなかった。
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、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を用いて塗布した。次いで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、グリーンシートを積層したグリーンシート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、このグリーンシート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、拘束シートを備えたグリーンシート積層体を作製した。
【００６２】
次に、作製した拘束シートを備えたグリーンシート積層体をトレイに置き、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った。その際の条件としては、グリーンシート積層体を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、低温焼成多層セラミック配線基板を作製した。
【００６４】
表２に焼成工程に用いたトレイの厚みと単位面積あたりの熱容量および気孔率、低温焼成多層セラミック配線基板の厚みと単位面積あたりの熱容量および寸法バラツキ、さらに低温焼成多層セラミック配線基板の絶縁層における絶縁性の優劣について示した。
【００６５】
トレイの材質は実施例１と同じとし、厚みについて１、３、５、１０ｍｍの４種類、気孔率については１５、３０、４０、６０、７０％の５種類を準備した。評価方法は前記実施例１と同様とした。
【００６６】
【表２】
2004292232.tif 000004
【００６７】
表２の結果から明らかなように、拘束シートを用いてグリーンシート積層体の焼成を行いつつ、トレイの単位面積あたりの熱容量をＭ、得ようとする低温焼成多層セラミック配線基板の単位面積あたりの熱容量をｍとしたときに、Ｍ≦４ｍの関係を満足し、かつ前記トレイの厚みをＴ、前記低温焼成多層セラミック配線基板の厚みをｔとしたときに、ｔ≦Ｔ≦６ｔの関係を満足する本発明の試料Ｎｏ．２９、３１〜３８、４１、４４〜５１では、収縮率のバラツキが±０．１５％以下であった。また、絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００６８】
特に、トレイの気孔率を４０％以上とした試料Ｎｏ．２９、３１〜３８、４１、４４〜５０では、収縮率のバラツキが±０．１％以下に低くなった。
【００６９】
これに対して、トレイおよび低温焼成多層セラミック配線基板のそれぞれの厚みおよび熱容量を本発明の範囲外とした試料Ｎｏ．２７、２８、３０、３９、４０、４２、４３および５２では、収縮率のバラツキが±０．１５％よりも大きかった。
【００７０】
またＮｏ．５２では、ＴがＴ＜ｔであり、トレイの強度が低いために搬送時にトレイが破損してしまい、低温焼成多層セラミック配線基板が作製できなかった。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、低温焼成多層セラミック配線基板の製造方法において、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、投入されるグリーンシート積層体やトレイの熱容量や厚みを規定することにより、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、このことにより、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寸法バラツキを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低温焼成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  グリーンシート積層体
６  トレイ
【図１】
2004292232.tif 000005
【図２】
2004292232.tif 000006