(57)【要約】【課題】セラミック電子部品を製造する際に、それを構成する導体パターンやビアホール導体に発生する膨れやクラック等の欠陥の発生を防止できるセラミック電子部品の製法を提供する。【解決手段】セラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体の表面又は内部に、少なくとも金属粉末および炭素粉末を含む導体部を形成し、前記有機バインダ除去後、焼成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体の表面又は内部に、少なくとも金属粉末および炭素粉末を含む導体部を形成し、前記有機バインダ除去後、焼成することを特徴とするセラミック電子部品の製法。
【請求項２】
導体部がセラミック成形体の表面に形成された導体パターンである請求項１記載のセラミック電子部品の製法。
【請求項３】
導体部がセラミック成形体の内部に形成されたビアホール導体である請求項１又は２に記載のセラミック電子部品の製法。
【請求項４】
導体部中に含まれる炭素粉末の含有量が、金属粉末１００質量部当たり０．０５〜１０質量部である請求項１乃至３のうちいずれか記載のセラミック電子部品の製法。
【請求項５】
炭素粉末の平均粒径が１〜５μｍである請求項１乃至４のうちいずれか記載のセラミック電子部品の製法。
【請求項６】
セラミック成形体がセラミックグリーンシートの積層体である請求項１乃至５のうちいずれか記載のセラミック電子部品の製法。
【請求項７】
セラミックグリーンシートがガラス粉末とフィラーを含む請求項１乃至６のうちいずれか記載のセラミック電子部品の製法。
【請求項８】
金属粉末がＣｕまたはＡｇ、あるいはこれらの合金である請求項１乃至７のうちいずれか記載のセラミック電子部品の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック電子部品の製法に関し、特に、セラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体の表面又は内部に、少なくとも金属粉末を含む導体部を形成した後焼成するセラミック電子部品の製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルミナやチタン酸バリウムあるいはマンガン亜鉛系スピネルに代表されるセラミックスは、その高絶縁性、高誘電性あるいは高磁性のために、これらのセラミックスの少なくとも表面に導体部を形成してそれぞれ機能的な電子部品として応用されている。
【０００３】
また近年では、アルミナに端を発して、アルミナやシリカを含むガラスセラミックスなどのニューセラミックスが開発され、このような新材料は半導体産業の発達に伴い半導体素子収納用パッケージなどの多層配線基板として好適に利用されている。
【０００４】
そして、このようなガラスセラミックスを絶縁基板として用いた多層配線基板は、ガラスセラミックス原料粉末を含むセラミックグリーシートの表面や内部に導体パターンやビアホール導体などの導体部を形成し、次いでセラミックグリーンシートを複数枚積層し、導体部とセラミックグリーンシートとを一体焼成して作製されている（例えば、特許文献１）。因みに、このような多層配線基板を形成するための導体パターンやビアホール導体は、例えば、銅粉末などの金属粉末と、それ以外に、ＺｎＯ、ＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３などのガラス粉末が所定の割合で配合され調製されている。
【特許文献１】特開平６−２６８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体素子収納用パッケージなどの多層配線基板は近年の高密度化要求にともない、薄層化および微細配線化が進んでおり、そのためこのようなセラミック電子部品では絶縁基板中の配線の割合が年々増加しており、セラミック電子部品の特性に及ぼす導体パターンやビアホール導体などの導体部の影響が無視できなくなっている。
【０００６】
つまり、セラミック電子部品を構成する導体部はガラス粉末や金属酸化物などのフィラー成分の添加による抵抗値の上昇やメッキ性の低下を防止すべく添加量の調整が行われているが、導体部からのガラス粉末や金属酸化物などフィラー成分の拡散により磁器の焼結挙動が変化し、軟化したガラス粉末により脱脂不良が起きやすく、焼成後のセラミック電子部品の磁器部や導体部に、通称、膨れと呼ばれる欠陥が発生するという問題があった。
【０００７】
また、ビアホール導体については、銅粉末に対して、上記のようにガラス粉末や金属酸化物などのフィラーを添加するだけの方法では、ビアホール導体中の銅が磁器側に拡散した際にビアホール導体の周囲の磁器にクラックが発生するという問題があった。なお、図２は、焼成後に多層配線基板となるセラミック成形体２０を焼成したときに発生する膨れ２１、剥離２２およびクラック２３を示す模式図である。
【０００８】
従って本発明は、セラミック電子部品を製造する際に、それを構成する導体パターンやビアホール導体に発生する膨れやクラック等の欠陥の発生を防止できるセラミック電子部品の製法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のセラミック電子部品の製法は、セラミック粉末と有機バインダとを含むセラミック成形体の表面又は内部に、少なくとも金属粉末および炭素粉末を含む導体部を形成し、前記有機バインダ除去後、焼成することを特徴とする。
【００１０】
上記セラミック電子部品の製法では、導体部がセラミック成形体の表面に形成された導体パターンであること、導体部がセラミック成形体の内部に形成されたビアホール導体であること、導体部中に含まれる炭素粉末の含有量は、金属粉末１００質量部当たり０．０５〜１０質量部であること、炭素粉末の平均粒径が１〜５μｍであることが望ましい。
【００１１】
上記セラミック電子部品の製法では、セラミック成形体がセラミックグリーンシートの積層体であること、セラミックグリーンシートがガラス粉末とフィラーを含むこと、金属粉末がＣｕまたはＡｇ、あるいはこれらの合金であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセラミック電子部品の製法によれば、上記セラミック成形体上に導体部を形成するに際し、導体ペースト中に金属粉末とともに炭素粉末を含有させることにより、焼成時に導体部中に含まれるガラス粉末や金属酸化物などフィラー成分の拡散や軟化による脱脂不良を抑制し、これにより焼成後のセラミック電子部品の磁器部や導体部に発生する、通称膨れと呼ばれる欠陥を防止できる。
【００１３】
また、ビアホール導体においては、セラミック成形体とビアホール導体とを同時焼成する際に、ビアホール導体中に炭素粉末を含有させることにより、セラミック成形体の焼成時の異常な収縮挙動を抑制でき、これにより焼成後にビアホール導体の周囲に発生するクラックを防止できる。
【００１４】
また本発明によれば、導体部中に含まれる炭素粉末の含有量を金属粉末１００質量部当たり０．０５〜１０質量部とすることにより、セラミック成形体と導体部との焼成収縮量を近づけることができるとともに導体部の焼成後の密度を高く維持できる。
【００１５】
さらに本発明によれば、炭素粉末の平均粒径を１〜５μｍとすることにより導体部中における炭素粉末の分散度を高くでき局所的な空隙などの形成を防止できる。
【００１６】
次に、上記したように本発明の製法は焼成時に導体部中に含まれるガラス粉末や金属酸化物などフィラー成分の拡散や軟化による脱脂不良などの不良対策に効果的であることから、本発明の製法に適用されるセラミック成形体としては、導体部を内層できるセラミックグリーンシートの積層体であることが望ましい。
【００１７】
つまり本発明の製法はセラミックグリーンシートが拡散や軟化し易いガラス粉末とフィラーを含むものであるものに好適である。
【００１８】
また、本発明では、上記したガラス粉末を含むセラミックグリーンシートとの同時焼成が可能な金属粉末としてＣｕまたはＡｇ、あるいはこれらの合金であることが望ましい。
【００１９】
そして、上記したような導体部およびセラミックグリーンシートの構成とすることにより、メタライズの抵抗値を上昇させる、あるいはめっき性を劣下させることなくメタライズの焼結性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のセラミック電子部品の代表例であるセラミック配線基板を作製する方法について図１の工程図に従って詳細に説明する。
【００２１】
（ａ）まず、ガラス粉末とセラミックフィラーとを混合してセラミック組成物を調製し、その混合物に有機バインダ等を加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などによりセラミックグリーンシート１を作製する。
【００２２】
ここで用いるセラミック組成物としては、焼成時に結晶化しやすく、低熱膨張係数、高強度、低誘電率を得ることができるという点でほう珪酸ガラス粉末が好ましく、このほう珪酸ガラス粉末を６０〜９９．５質量％と、セラミックフィラーとして、例えばコーディエライト粉末を０．５〜２０質量％と、金属酸化物粉末を０〜３５質量％とを含有させて用いることが好ましい。
【００２３】
また、上記のほう珪酸ガラス粉末は、ＳｉＯ２  ２０〜５３質量％、Ａｌ２Ｏ３  ５〜６１質量％、ＭｇＯ  ２〜２４質量％、ＺｎＯ  ２〜１４質量％、Ｂ２Ｏ３  ２〜１４質量％、ＢａＯ  ３〜４０質量％と、さらに任意成分として、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｒＯ２の群から選ばれる少なくとも１種をその合量で０〜１５質量％含有することが望ましい。
【００２４】
さらに、金属酸化物粉末としては、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３、石英ガラスの群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００２５】
（ｂ）次に、作製した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直径８０〜２００μｍの貫通孔３を形成する。そして、本発明の製法は、ビアホール導体の平坦性を高めることができることから、貫通孔３のピッチを５００μｍ以下と狭ピッチにしても好適に用いることができる。
【００２６】
（ｃ）次に、この貫通孔３に導体ペーストを充填して、本発明の導体部の一つであるビアホール導体５を形成する。本発明の導体ペーストは、固形分として銅粉末とガラス成分と炭素粉末を含むことが重要である。この固形分に対して、アクリル樹脂などの有機樹脂と、αテルピネオールなどの有機溶剤とを均質に混合して調製される。
【００２７】
（ｄ）次に、このグリーンシート１の表面に、前記ビアホール導体５と同じく銅粉末ａを含む導体ペーストをスクリーン印刷等の手法を用いて同じく導体部である導体パターン７を形成する。
【００２８】
この導体パターン７およびビアホール導体５用の導体ペーストは、銅粉末ａ１００質量部に対してガラス等の無機成分を４〜２０質量部、炭素粉末を０．０５〜１０質量部含み、ここで銅粉末の平均粒径は３〜６μｍ、無機成分の平均粒径は１．５〜５μｍ、炭素粉末の平均粒径は１〜５μｍであることが好ましい。有機樹脂および有機溶剤の成分およびその添加量は、脱脂速度をビアホール導体５に近づけるという理由から、ビアホール導体５用と同じものであることが好ましい。
【００２９】
また、本発明では、導体パターン７として、より高寸法精度化できるという点で、上記の導体ペーストを用いる以外に金属箔をフォトリソ加工して形成した配線パターン７を用いることもできる。
【００３０】
（ｅ）次に、上記と同様にして作製さ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９を形成する。この場合の積層には、積み重ねたセラミックグリーンシート１に熱と圧力を加えて熱圧着する方法、有機樹脂、可塑剤および有機溶剤からなる接着剤をシート間に塗布して接着する方法等が採用可能である。
【００３１】
次に、積層体９を５００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で熱処理して有機樹脂を除去した後に、８５０℃〜１０５０℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で焼成して、絶縁基板が相対密度９０％以上まで緻密化されるまで焼成する。その後、このセラミック配線基板の表面のメタライズ配線に、電解めっき法や無電解めっき法によってＣｕ、Ａｕ、Ｎｉなどのめっき層を形成してセラミック配線基板を完成する。本発明のセラミック配線基板は、それぞれ前記グリーンシート１、配線パターン７およびビアホール導体５を同時焼成して形成される複数の絶縁層３１ａ〜３１ｃからなる絶縁基板３１と、メタライズ配線３３と、ビアホール焼結導体３５とから構成されている。
【実施例】
【００３２】
本発明のセラミックスの製法について多層配線基板を実施例として評価した。
【００３３】
まず、絶縁基板用のセラミックグリーンシートとして、質量比率で４４％ＳｉＯ２−３６％ＢａＯ−７％Ｂ２Ｏ３−８％Ａｌ２Ｏ３−５％ＣａＯ（屈伏点７００℃）の組成のガラスを５５体積％に対してフィラー成分としてＳｉＯ２を４５体積％混合したものを用いた。これにアクリル系バインダーと可塑剤、分散剤、溶剤を加え混合し、かかる泥しょうをドクターブレード法により厚さ平均２００μｍのセラミックグリーンシートに成形した。
【００３４】
導体パターン用の導体ペーストは平均粒径が５μｍの銅粉末を用い、平均粒径が５μｍの炭素粉末（：カーボンブラック、純度９９．７％）粉末を各量添加した。さらにこれに所定量の有機ビヒクルを添加してペースト組成物を調製した。このペーストをセラミックグリーンシートの表面に導体ペーストを印刷して導体パターンを形成した。
【００３５】
ビアホール導体用の導体ペーストは、平均粒径が５．１μｍの銅粉末を準備した。そして、これらの銅粉末に１００質量部（Ｃｕ換算）に対して、平均粒径が３μｍおよび５μｍの上記導体パターンに用いたと同じ炭素粉末を準備し、表１に示す割合で秤量添加した。また、平均粒径が１．５μｍで軟化点が８４０℃のガラス粉末をそれぞれ表１に示す割合で秤量添加した。さらに、これらの固形分１００質量部に対して有機樹脂としてアクリル樹脂を１０質量部、有機溶剤としてα‐テルピネオールを１０質量部添加し混錬してビアホール導体用の導体ペーストを調製した。
【００３６】
次に、前記グリーンシートを穴加工し、上記の導体ペーストを用いてビアホールに充填し、焼成後の直径が２００μｍとなるビアホール導体を形成し、次いで、このようなビアホール導体を形成したグリーンシートの表面に、今度は、上記導体パターン用の導体ペーストを印刷して導体パターンを形成し、こうして、それぞれ所望の配置およびパターン形状になるように、ビアホール導体および導体パターンを形成したセラミックグリーンシート４枚を加圧積層して積層体９を作製した。なお本実施例においてビアホール導体の評価は、試料Ｎｏ．５の試料をもとにビアホール導体評価用の試料を作製し評価した。
【００３７】
次いで、この積層体を、有機バインダなどの有機成分を分解除去するために、水蒸気含有窒素雰囲気中で７５０℃の温度で１時間保持して脱脂した後、窒素雰囲気中で９００℃に昇温して１時間保持してセラミック配線基板を作製した。導体パターンの厚みは１５μｍであった。
【００３８】
その結果は表１の通りである。ビアホール導体周囲の絶縁基板部分のクラックや膨れを実体顕微鏡を用いて評価した。めっき性は１０ｍｍ角のパターンを印刷してめっきを行い、めっき欠け、付着が無いものを○、あるものを×とした。
【表１】
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【００３９】
表１から明らかなように、炭素を含まないメタライズペーストを用いた試料Ｎｏ．１では膨れの発生があった。また、金属酸化物を添加したＮｏ．２は膨れがなかったが、抵抗が４．５ｍΩ／□（シート抵抗：測定抵抗×（測定長／幅））と上昇、めっき性も低下した。これに対し、本発明試料Ｎｏ．３〜１０ではフクレの発生が無く、比抵抗、めっき性も良好であった。
【表２】
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【００４０】
また、表２の結果から明らかなように、ビアホール導体中に炭素を含有しない試料Ｎｏ．１１では基板にクラックが発生した。
【００４１】
これに対して、本発明に従い、ビアホール導体中に炭素を含有する試料Ｎｏ．１２〜２０ではクラックがなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のセラミック電子部品の製法にかかるセラミック成形体を示す模式図であり、（ａ）は、その表面に導体層を具備するセラミック成形体、（ｂ）は、複数のセラミックグリーンシートを積層して形成された積層体の表面および内部にビアホール導体を具備してなる積層体である。
【図２】焼成後に多層配線基板となるセラミック成形体を焼成したときに発生する膨れ、剥離およびクラックを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  セラミックグリーンシート
５  ビアホール導体（導体部）
７  導体パターン（導体部）
９  積層体
【図１】
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【図２】
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