(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】  セラミック粉末からなる成形体または該成形体の少なくとも表面に導体部を備えた成形体をトレイに載せ、該トレイを可動ベルト上に載置して、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セラミック複合体の製造方法において、該トレイは、可動ベルトの進行方向に対し先端側から後端側にかけて気孔率を徐々に高くしたものであ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】
セラミック粉末からなる成形体または該成形体の少なくとも表面に導体部を備えた成形体をトレイに載せ、該トレイを可動ベルト上に載置して、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セラミック複合体の製造方法において、該トレイは、可動ベルトの進行方向に対し先端側から後端側にかけて気孔率を徐々に高くしたものであることを特徴とするセラミック複合体の製造方法。
【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に記載のセラミック複合体の製造方法。
【請求項３】
トレイの一方端と、その対向する他方端との気孔率差が５％以上であ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複合体の製造方法。
【請求項４】
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セラミック複合体の製造方法。
【請求項５】
成形体が、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であ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複合体の製造方法。
【請求項６】
導体パターンが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種の金属粉末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５のうちいずれか記載のセラミック複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスまたはセラミックスと金属成分とからなるセラミック複合体の製造方法に関し、特に、多層セラミック配線基板などのセラミック複合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックスまたはセラミックスと金属成分とからなるセラミック複合体の焼成工程では、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またはセラミックと金属成分からなる成形体を焼成する場合、成形体は、通常、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、成形体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。
【特許文献１】特開２００３−６３８５５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、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に代表されるセラミック複合体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成形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、トレイや成形体には随時温度差が生じることが知られている。
【０００６】
このため、焼成される成形体は、炉内の進行方向に沿って焼成収縮に時間差が生じることから、結果的に、多層セラミック配線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。
【０００７】
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多層セラミック配線基板などのセラミック複合体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。
【０００８】
従って、本発明では、セラミック粉末からなる成形体または導体部を有する成形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セラミック複合体の製造方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複合体の製造方法は、セラミック粉末からなる成形体または該成形体の少なくとも表面に導体部を備えた成形体をトレイに載せ、該トレイを可動ベルト上に載置して、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セラミック複合体の製造方法において、該トレイは、可動ベルトの進行方向に対し先端側から後端側にかけて気孔率を徐々に高くしたものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、例えば、セラミック粉末からなる成形体を焼成する場合、本発明の焼成用トレイのように、トレイの気孔率を、その一方端から他方端にかけて徐々に変化したものとすることにより、炉内の進行方向に沿って焼成収縮に時間差が生じるような可動ベルトを用いる焼成においても、そのトレイの気孔率の変化による熱伝導の差により、成形体の進行方向に沿った方向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、例えば、多層セラミック配線基板などのようなセラミック複合体の焼成収縮率のバラツキを小さくできる。
【発明の効果】
【００１１】
上記セラミック複合体の製造方法では、上記焼成用トレイが、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。本発明の焼成用トレイにおいては、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。
【００１２】
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。
【００１３】
上記セラミック複合体の製造方法では、トレイの一方端と、その対向する他方端との気孔率差が５％以上であることが望ましい。このように、用いるトレイの気孔率差を５％以上とすることにより、可動ベルトを用いる焼成での成形体の焼成収縮率の変化をさらに抑制できる。
【００１４】
上記セラミック複合体の製造方法では、前記セラミック複合体が、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であり、また、導体パターンが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１種の金属粉末あるいは金属箔からなり、さらに、焼成温度が１０５０℃以下であることが望ましい。
【００１５】
つまり、セラミックスと金属成分という異種材料を具備する複合体を可動ベルトを備える焼成炉により低温で短時間にて製造する場合に、高寸法精度の製品を得るのにより効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のセラミック複合体の製造方法について、その代表的な多層セラミック配線基板について示した図１に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。これらのガラス粉末の屈伏点は、４００〜８００℃であることが望ましい。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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可動ベルトを備えた連続式焼成炉を用いる。
【００２８】
通常、連続式焼成炉では、積層体を載せたトレイ５が炉内の温度領域を移動する際に、トレイ５の外周部から、かつ進行方向に対してトレイ５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５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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、本発明の製法には前述したトレイ５を、図１（ｅ）に示すように、トレイの気孔率が、可動ベルトの進行方向に対し先端側から後端側にかけて徐々に高くなるようにトレイを可動ベルトに載置することが重要である。
【００３１】
これにより積層体４の先端側部分に接するトレイ５と積層体後端側部分に接するトレイ５の単位面積当りの熱容量が連続的に変化する。
【００３２】
従ってトレイ５は、気孔率が後端側へ向けて連続的に高くなることにより、熱容量が連続的に小さくなるため、積層体４に熱が連続的に伝わりやすくなる。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小さくできる。
【００３３】
つまり、本発明の製法に用いるトレイ５は、一方端から他方端にかけて徐々に気孔率が変化していることを特徴とする。図１では、ｍ２側の気孔率がもっとも高く、ｍ１側にかけて徐々に気孔率が低くなっており、ｍ１側の機構率が最も低くなっていることを示している。そして、本発明では、トレイが、アルミナを主成分とし、気孔率が４０％以上、特に、６０％以上の多孔質体からなることが望ましく、また、トレイの一方端と、その対向する他方端との気孔率差が５％以上、特に、１０％以上であることがさらに望ましい。
【００３４】
このようなトレイは、射出成形法を用いて、該装置に対して、一定の間隔で焼成中に除去可能な有機系固体粒子の含有量の異なるハイ土を注入し、乾燥後、焼き固めることにより、気孔を形成し、しかも、一方端からその一方端に対向する他方端にかけて気孔率が漸次変化したものとすることができる。
【００３５】
トレイ５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。
【００３６】
なお、トレイ５において、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部分の気孔率ｍ１と、積層体４の後端側部分に接する部分の気孔率ｍ２の関係がｍ１≧ｍ２である場合には、先端側と後端側との熱容量差が無くなる若しくは後端側の熱容量が大きくなる。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ず、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、本発明の多層セラミック配線基板を得ることができる。
【実施例】
【００３９】
本発明のセラミック複合体の製造方法について、本発明の焼成用のトレイを用いてセラミック複合体として代表的な多層セラミック配線基板を作製して評価した。
【００４０】
先ず、ガラス粉末とデイオプサイト系結晶化ガラス、フィラー粉末としてアルミナを準備した。前記ガラス粉末とアルミナ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粉砕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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、作製した積層体を、本発明の製法における表１に示すように一方端から他方端にかけて徐々に気孔率が変化させたトレイに載せ、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。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て、多層セラミック配線基板を作製した。表１に焼成工程に用いたトレイの気孔率ｍ１およびｍ２と気孔率、配線基板の収縮率のバラツキについて示した。
【００４４】
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。
【００４５】
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％とした。
【表１】
2005154206.tif 000003
【００４６】
表１の結果から明らかなように、可動ベルトの進行方向に対して積層体先端側部分に接する部分のトレイの気孔率ｍ１、積層体後端側部分に接する部分の気孔率ｍ２とする場合に、ｍ１＜ｍ２の関係を満足する本発明の試料Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１、１３〜１５では、寸法バラツキが±０．１３％以下と小さかった。また、絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００４７】
これに対してｍ１≧ｍ２の関係にある本発明の範囲外とした試料Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２では、収縮率のバラツキが±０．１３％よりも大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のセラミック複合体の代表例である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】
【００４９】
１  セラミックグリーンシート
２  ビアホール導体
３  導体パターン
４  積層体
５  トレイ
【図１】
2005154206.tif 000004
【図２】
2005154206.tif 000005