(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５に載せ、該トレイ５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５内部に金属が分散しており、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前記金属成分の分散比率を徐々に低くしたものを用いる。【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有する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、前記トレイ内部に金属が分散しており、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前記金属成分の分散比率を徐々に低くしたこと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】
金属成分が粒子状であり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の多層セラミック配線基板の製造方法。
【請求項３】
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】
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】
前記導体パターンおよびビアホール導体が、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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。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。
【０００３】
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をベースとして形成され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。
【特許文献１】特開２００３−６３８５５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、上記のように多層セラミック配線基板を連続式焼成炉内で焼成する場合には、トレイやそのトレイ上に載置し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。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、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。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。
【０００５】
従って、本発明では、少なくともセラミックグリーンシートを用いて形成された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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記トレイ内部に金属が分散しており、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前記金属成分の分散比率を徐々に低くしたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、トレイ中に濃度が傾斜して含まれる金属成分により熱伝導性が可動ベルトの進行方法に対して傾斜させることができる。このため、上記の積層体を連続式焼成炉により焼成する場合にも、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積層体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多層セラミック配線基板を製造する場合においても焼成収縮率のバラツキを小さくできる。
【発明の効果】
【０００８】
上記多層セラミック配線基板の製造方法では、前記トレイ内部に分散している金属が粒子状であり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種であることが望ましい。これにより、前記トレイの後端側から先端側にかけて前記金属成分の分散比率を徐々に低くすることが容易となる。またＡｕ、Ａｇ、Ｃｕは、比熱が小さく、かつ連続式焼成炉に用いる雰囲気ガスに対して安定である。従って焼成収縮のタイミングのずれを抑制できる。
【０００９】
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。
【００１０】
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、多層セラミック配線基板の収縮率のバラツキを抑制できる。
【００１１】
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。
【００１２】
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く、また、前記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。これにより、従来のアルミナセラミックス製の多層セラミック配線基板に用いられていたタングステンやモリブデンに比べて配線回路層を低抵抗化でき、しかも配線回路層に用いる金属成分の低融点化により焼成の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の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。
【００１４】
（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。
【００１５】
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℃、特に４００〜７００℃であることが望ましい。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
そこで本発明では、焼成収縮のタイミングのずれによる積層体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５は図１（ｅ）に示すように、トレイ内部に金属が分散しており、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前記金属成分の分散比率を徐々に低くしたものを用いることが重要である。
【００２８】
本発明の製法に用いるトレイ５は、射出成形法にて、一定の間隔で金属粉末量の異なるハイ土を注入し、乾燥後に成形体を焼き固めて作製する。こうして、トレイの一方端から他方端にかけて金属粉末の分散量が傾斜的に変化した状態のトレイを形成できる。
【００２９】
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。従ってトレイ５は、金属成分の分散比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±０．１３％以下にできる。
【００３０】
また、トレイ５としては、アルミナ等のセラミック成分を主成分とし、気孔率が４０％以上の多孔質体を用いることが望ましく、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。
【００３１】
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ると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。
【００３２】
なお、トレイ５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５内部に分散する金属成分の分散比率ｍ１と、積層体４の後端側部分に接するトレイ５内部に分散する金属成分の分散比率ｍ２の関係がｍ１≧ｍ２である場合には、積層体４の後端側部分に接するトレイ５内部に分散する金属成分の分散比率が同等かあるいは低くな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後端側の熱容量が大きくなる。このためトレイ５から積層体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の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くなる。
【００３３】
そして、焼成工程においては、まず、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ものであるが、このバインダー除去は、積層体を構成する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。
【００３４】
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した状態で焼成する。焼成後には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する。
【００３５】
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】
【００３６】
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。
【００３７】
先ず、ガラス粉末としてバリウムホウ珪酸低温焼成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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、作製した積層体を、本発明の製法における表１に示すように内部に金属を分散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。トレイ内部に分散させる金属にはＣｕを用いた。
【００４１】
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。表１に焼成工程に用いたトレイ内部の金属成分の分散比率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。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。
【００４２】
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。
【００４３】
た。
【表１】
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【００４４】
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の先端側部分に接するトレイ内部の金属成分の分散比率ｍ１、積層体後端側部分に接するトレイ内部の金属成分の分散比率ｍ２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％以下であった。絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００４５】
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。
【００４６】
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、フィラー粉末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、フィラー粉末としてアルミナを準備した。
【００４７】
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。
【００４８】
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。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た。
【００４９】
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、セラミックグリーンシートを積層した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。
【００５０】
次に、作製した積層体を、本発明の製法における表２に示すように内部に金属を分散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。トレイ内部に分散させる金属にはＡｇを用いた。
【００５１】
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。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。
【００５２】
表２に焼成工程に用いたトレイ内部の金属成分分散比率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。評価方法は前記実施例１と同様とし、判定基準は±０．０７％とした。
【表２】
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【００５３】
表２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トレイ内部の金属成分の分散比率ｍ１、積層体後端側部分に接するトレイ内部の金属成分の分散比率ｍ２場合に、ｍ１＜ｍ２の関係を満足する本発明の試料Ｎｏ．１６、１８、２０，２２、２４、２６、２８〜３０では、寸法バラツキが±０．０７％以下であった。絶縁層の絶縁性も良好であった。
【００５４】
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．１７、１９、２１、２３、２５、２７では、収縮率のバラツキが±０．０７％よりも大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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】
【００５６】
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】
2005159041.tif 000005
【図２】
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