(57)【要約】【課題】セラミック製品を製造する際に発生する膨れを防止できるセラミックスの製法を提供する。【解決手段】セラミック粉末と有機バインダを含むセラミック成形体を、炭素を含む焼成冶具とともに加熱炉内に配置して、前記有機バインダ除去後、焼成する。その際、焼成冶具中の炭素含有量は１質量％以上であること、また、焼成冶具が、セラミック成形体の周囲に配置されていることを特徴とする。【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を含むセラミック成形体を、炭素を含む焼成冶具とともに加熱炉内に配置して、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スの製法。
【請求項２】
焼成冶具中の炭素含有量が１質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスの製法。
【請求項３】
焼成冶具が、セラミック成形体の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックスの製法。
【請求項４】
焼成冶具がグリーンシート体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セラミックスの製法。
【請求項５】
セラミック成形体が、導体層を具備して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セラミックスの製法。
【請求項６】
セラミック成形体は、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導体層を具備してなるものであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか記載のセラミックスの製法。
【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ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか記載のセラミックスの製法。
【請求項８】
導体層がＣｕを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか記載のセラミックスの製法。
【請求項９】
セラミックシート体が無収縮であることを特徴とする請求項４に記載のセラミックスの製法。
【請求項１０】
焼成が還元雰囲気中または中性雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか記載のセラミックスの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスの製法に関し、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を焼成するセラミックスの製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルミナやジルコニアなどに代表されるセラミックスは、金属に比べて比重が小さく、高強度、高絶縁性という優れた特徴により、エンジン部品や摺動部材などの機構部品に用いられている。また、大型のセラミック製品として、近年では、半導体製造装置のシリコンウエハーなどを載せる台座や液晶表示パネルなど、面積にして、例えば、１ｍ２以上のものが製造されている。このような大型のセラミック製品は、通常、セラミック粉末に有機バインダを混合したハイ土を押出成形やプレス成形などの成形法を用いてセラミック成形体を形成した後、焼成して製造される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また近年では、上記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。このような多層配線基板は、予め、セラミック粉末とガラス粉末と有機バインダとを混合したスラリーを調製して、一旦、シート状に形成した後、このシートの表面に、例えば、銅などの低抵抗金属を用いて所望の導体パターンを形成し、次いで、このような導体パターンを形成したセラミックグリーンシートを複数積層して積層体を形成し、最後に、銅が酸化しない還元性または中性の雰囲気中にて焼成することにより得ることができる（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−２１２６６３号
【特許文献２】特開平６−２６８７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したように、液晶表示パネルや半導体製造装置用の台座のような大型のセラミック製品は、セラミック成形体が大面積かつ厚肉であり、また、セラミック製品の寸法精度を高めるために焼成収縮率が小さくなるように生密度が高められている。そのため、このようなセラミック成形体ではセラミック粉末間の空隙が小さく、セラミック成形体中から有機バインダが揮発し難くなっており、このため焼成後のセラミック製品に、通称、膨れと呼ばれる欠陥やクラックが発生するという問題があった。
【０００５】
また、導体層として銅を用いる上記の多層配線基板においては、ガラス粉末の軟化により脱脂不良が起きやすく、特に、有機バインダが分解しきらずに残ったカーボンが焼成中に分解して発泡するため、この場合にも膨れ欠陥が発生するという問題があった。なお、図３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を示す模式図である。
【０００６】
従って、本発明は、セラミック製品を製造する際に発生する膨れ等の欠陥の発生を防止できるセラミックス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】
【０００７】
本発明のセラミックスの製法は、セラミック粉末と有機バインダを含むセラミック成形体を、炭素を含む焼成冶具とともに加熱炉内に配置して、前記有機バインダ除去後、焼成することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、少なくとも有機バインダを含むセラミック成形体を脱脂、焼成する際に、炭素を含む焼成冶具を用いることにより、セラミック成形体が大型かつ厚肉であり緻密化され有機バインダが揮発し難くなったセラミック成形体である場合、あるいは、ガラス粉末を含み、昇温速度を遅くしてもガラスの軟化により脱脂不良が起きやすく、特に、有機バインダが分解しきらずに残ったカーボンが、焼成中に分解して発泡し、通称、膨れと呼ばれる欠陥等が発生するような積層体である場合であっても、焼成冶具中に含まれる炭素が、脱脂から焼成にかけて、セラミック成形体中に形成されたカーボンよりも先に分解し、これに誘発されてセラミック成形体中のカーボンが分解しやすくなり、セラミック製品に発生する膨れを防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
また、本発明のセラミックスの製法においては、焼成冶具中の炭素含有量を１質量％以上と多くすることにより、セラミック成形体の表面積に対して焼成冶具に含まれる炭素の作用する範囲を大きくでき、セラミック成形体中の残留カーボンの分解を高めることができる。
【００１０】
また、本発明では、焼成冶具をセラミック成形体の周囲に配置することが望ましい。つまり、炭素を含む焼成冶具をセラミック成形体に近接させることにより、焼成冶具中に含まれる炭素の揮発に誘発されるセラミック成形体中の残留カーボンの分解をさらに高めることができる。本発明では、特に、焼成冶具をグリーンシート体としてセラミック成形体に密着させておくことが望ましい。
【００１１】
また、本発明では、セラミック成形体が導体層を具備してなること、特に、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導体層を具備してなるものであることが望ましい。つまり、本発明の製法は、セラミック成形体の表面等に導体層が形成され、セラミック成形体中からカーボンが蒸発し難いようなものであっても、本発明の炭素を含む焼成冶具を用いることにより残留カーボンの蒸発をスムースにできセラミック製品の表面に発生する膨れを防止できる。
【００１２】
さらに本発明によれば、セラミック成形体を構成する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み、また、導体層がＣｕを主成分とすること、焼成を還元雰囲気中または中性雰囲気中で行うことが望ましい。つまり、本発明の製法は、上記構成のように絶縁基板としてガラスセラミックスを用い、かつ導体層として銅を用い還元雰囲気中または中性雰囲気中でしか焼成し得ず、残留カーボンによる膨れの発生しやすい多層配線基板の製造に特に有効である。さらには、無収縮性のセラミックシート体を用いることにより、多層配線基板を高寸法精度で形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のセラミックスの製法について、図１の工程図に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のセラミックスの製法にかかる焼成冶具の配置を示す模式図である。本発明のセラミックスの製法は、図１に示すように、台板１０上に載置したセラミック粉末と有機バインダを含むセラミック成形体１を、炭素を含む焼成冶具３を用いて脱脂後、焼成することを特徴とするものであり、焼成冶具３が、セラミック成形体１の周囲に配置されていることが望ましい。例えば、（ａ）セラミック成形体の下側に敷板として置かれる場合、（ｂ）セラミック成形体の上側に載置される場合、（ｃ）セラミック成形体を狭持する場合、（ｄ）セラミック成形体に隣接して置かれる場合のいずれか１つまたはこれらの組合せにより、セラミック成形体１の形状や構成あるいは焼成方法に応じて用いることができる。特に、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の場合には焼成冶具３がグリーンシート体であることが望ましい。つまり、本発明の焼成冶具３は、固形分として、少なくとも炭素粉末を圧縮して成形したシートあるいは角柱や円柱などの形状を有する成形体であり、本発明では、このような焼成冶具３中に含まれる炭素含有量が１質量％以上、特に、３質量％以上、さらには、５質量％以上含有することが望ましい。このようなグリーンシート体の場合、炭素の含有量の調整材として、炭素粉末の他に、アルミナやシリカなどの基材となるセラミック粉末が好適に用いられる。なお、本発明に係る炭素とは黒鉛や活性炭など炭素成分を含むものをいう。
【００１４】
また、本発明のセラミックスの製法に供するセラミック成形体１としては、上記のようにセラミック粉末と有機バインダとを含有する押出成形体やプレス成形体のようなセラミック成形体１が代表的であるが、この他に、本発明の製法に適用できるセラミック成形体１としては、図２（ａ）に示すように、少なくとも、その表面に導体層５を具備してなることが望ましく、特に、図２（ｂ）に示すように、複数のセラミックグリーンシート７を積層して形成された積層体９の表面および内部に導体層５を具備してなるものであることがより望ましい。
【００１５】
ここで、本発明に係るセラミックグリーンシート７は、例えば、少なくともＳｉＯ２を主成分として含むほう珪酸ガラスやほう珪酸亜鉛ガラスなどのガラス粉末と、アルミナやシリカなどのフィラーとを含み、焼成後に、通称、ガラスセラミックスと呼ばれる材料となるものであることが好ましく、また、このようなガラスセラミックスを絶縁材料に用いた場合に、同時焼成可能な導体材料としては、Ｃｕを主成分とすることが望ましく、この場合、焼成時の酸化を抑制するために還元雰囲気中または中性雰囲気中で行うことが望ましい。
【００１６】
即ち、本発明のセラミックスの製法は、導体層５としてＣｕを用い還元雰囲気中または中性雰囲気中で焼成するような多層配線基板を製造する場合に、セラミック成形体１である積層体９中に含まれる有機バインダがカーボン化しやすく揮発時に膨れを生じるような場合に、その膨れの防止策として好適である。
【００１７】
また、上記した多層配線基板を製造する場合においては、積層体７の上側もしくは下側のいずれか、または、上下両側に配置されるセラミックシート体は無収縮であることが望ましい。これにより積層体９の面内（平面方向）におけるの焼成収縮を抑制して高寸法精度の多層配線基板を容易に形成できる。なお、本発明に係る焼成条件としては、まず、積層体７を４００〜８００℃の窒素雰囲気中で加熱処理し、次いで、８００〜１０００℃の窒素雰囲気中で同時焼成することにより多層配線基板を作製することができる。
【実施例】
【００１８】
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。
【００１９】
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。これに分子量３０万の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。
【００２０】
一方、導体層となる導体ペーストは平均粒径が５μｍの銅粉末を用いて、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。このペーストをビア導体形成用としてグリーンシートに形成した貫通孔に充填し、さらに、グリーンシートの表面に導体ペーストを印刷して導体層を形成した。
【００２１】
次に、ビア導体および導体層が形成された複数のセラミックグリーンシートを相互に位置合わせを行って積層し、圧力５ＭＰａ、５０℃で加圧加熱して積層成形体を形成した。
【００２２】
焼成冶具は、固形分として炭素粉末を１〜１０質量％、アルミナ粉末を９０〜９９質量％含む厚み１００μｍのグリーンシート体と、有機バインダを加え炭素含有量を９５質量％とした直径１０ｍｍφ、厚み０．５ｍｍのペレットおよび積層体と同じ面積で厚み０．５ｍｍの板状の炭素圧粉体を作製した。
【００２３】
その後、この積層体を表１に示す態様にて、水蒸気を含んだ窒素雰囲気中で７７０℃で１時間の熱処理を行ったあと、９１０℃で１時間の焼成を行い、多層配線基板を得た。評価は４０倍の実体顕微鏡にて基板表面の膨れの有無を評価した。
【表１】
2005154194.tif 000003
【００２４】
表１から明らかなように、焼成治具として炭素を含まないグリーンシート体を用いた試料Ｎｏ．１では膨れの発生があった。これに対し、本発明試料Ｎｏ．２〜９ではフクレの発生が無かった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のセラミックスの製法にかかるセラミック成形体に対する焼成冶具の配置を示す模式図であり、（ａ）セラミック成形体の下側に敷板として置く場合、（ｂ）セラミック成形体の上側に載置する場合、（ｃ）セラミック成形体を狭持する場合、（ｄ）セラミック成形体に隣接して置く場合である。
【図２】本発明のセラミックス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７の表面および内部に導体層を具備してなる積層体である。
【図３】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を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  セラミック成形体
３  焼成冶具
５  導体層
７  セラミックグリーンシート
９  積層体
【図１】
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【図２】
2005154194.tif 000005
【図３】
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