(57)【要約】【課題】  セラミック積層基板と導体の焼収縮差により焼成後に導体との間に生じていた空隙形成を防ぐことにより、セラミック積層基板と導体双方の密着性を高めることができるセラミック積層回路基板の製造を可能とすることを目的とする。【解決手段】  ガラス粒子およびアルミナ粒子からなるセラミックス原料粉末、焼結助剤、可塑剤等を溶剤によりスラリー化してグリーンシートを形成するセラミックス回路基板の製造方法であって、低融点ガラスと、有機物からなるフィラーを添加することを特徴とする。前記フィラーは、例えばアクリル樹脂またはメラミン樹脂とする。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス粒子およびアルミナ粒子からなるセラミックス原料粉末と溶剤等をスラリー化してグリーンシートを形成するセラミックス回路基板の製造方法であって、
前記グリーンシートの収縮率を増大させることにより前記グリーンシート表面あるいはグリーンシートを複数枚積層した積層体の内層に形成されるナノサイズの粒子からなる導体との密着性を焼成後に確保することを特徴とするセラミックス積層回路基板の製造方法。
【請求項２】
ガラス粒子およびアルミナ粒子等からなるセラミックス原料粉末に、低融点ガラスと、有機物からなるフィラーを添加しスラリー化してグリーンシートを形成することを特徴とする請求項１のセラミックス積層回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記フィラーは、アクリル樹脂またはメラミン樹脂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ス積層回路基板の製造方法。
【請求項４】
ガラス粒子５０重量部とアルミナ粒子５０重量部からなるセラミックス原料粉末と、低融点ガラス５〜１５重量部と、有機物からなるフィラー１０〜５０重量部と、バインダー２５重量部と溶剤１００重量部でスラリー化してグリーンシートを形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックス積層回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス粒子およびアルミナ粒子からなるセラミックス原料粉末と溶剤等をスラリー化してグリーンシートを形成するセラミックス回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミック基板は、焼成による熱で収縮する性質を有している。同様に基板上に印刷等により形成される導体（内層・表層）も焼成で収縮する性質を有している。セラミック基板と導体の焼成収縮量は互いに異なっており、導体周囲では焼成収縮差から凹部や空隙ができ、クラック等の原因となっていた。こうした欠陥のあるセラミックス多層基板は、局所的に誘電率が小さくなり、信頼性の劣らせる原因となっている。
【０００３】
これを防ぐために、セラミック基板と導体の収縮差を最小限に抑制コントロールすることが求められていた。例えば特許文献１記載の発明では、有機バインダーにブチラール樹脂とアクリル樹脂を混合することによりセラミック基板と導体の焼成時の収縮をコントロールすることを提唱している。
【０００４】
さらに、特許文献２に記載された発明では、焼成時に発生する積層体基板の平面方向の収縮率を低く抑えるために、ガラス成分+無機物フィラーとからなる絶縁層を積層した積層体基板において、ガラス成分のガラス転移点が８０℃以上の温度差を有する絶縁層を一部に有することにより、低いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層に発生する収縮を、高いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層によって防いでいた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１７５４６号公報
【特許文献２】特開平８−２３６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年は製品の最小化が進む中でさらなる微細配線が求められていることにより、導体にナノサイズの粒子を利用するケースが増えてきている。これにより従来の導体（Ａｇ導体）よりも微細な粉末サイズからなるナノサイズの粒子を用いるＡｇ配線の収縮は一段と大きくなることがわかっている。
【０００７】
これにより、セラミック基板と導体との収縮率の差は一層大きくなり、従来の何れの方法によってもこうした焼成時の収縮に対して、セラミック基板と導体の収縮量の差を抑制し縮小化することはできても、完全に解消できるものはなく、凹部や空隙形成を決定的に避ける手段は究明できていなかった。
従来の何れの方法によっても焼成により配線の周辺に隙間ができてしまう課題の解消には至っていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、セラミック基板の焼成収縮率を低く抑えることにより導体の焼成収縮を抑制しようとするのではなく、セラミック基板の収縮率を上げる（増大させる）ことによりセラミック基板の収縮力を活かして導体との間に生じていた空隙形成を防ぎ、セラミック基板と導体双方の密着性を高めることができる、信頼性のあるセラミック基板を提供することを目的とする。係る目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。
【０００９】
即ち、ガラス粒子およびアルミナ粒子からなるセラミックス原料粉末と溶剤等をスラリー化してグリーンシートを形成するセラミックス回路基板の製造方法であって、前記グリーンシートの収縮率を増大させることにより前記グリーンシート表面あるいはグリーンシートを複数枚積層した積層体の内層に形成されるナノサイズの粒子からなる導体との密着性を焼成後に確保するセラミックス積層回路基板の製造方法とすることを特徴とする。
【００１０】
そして例えば、ガラス粒子およびアルミナ粒子等からなるセラミックス原料粉末に、低融点ガラスと、有機物からなるフィラーを添加しスラリー化してグリーンシートを形成するセラミックス積層回路基板の製造方法とすることを特徴とする。
【００１１】
また例えば、ガラス粒子５０重量部とアルミナ粒子５０重量部からなるセラミックス原料粉末と、低融点ガラス５〜１５重量部と、有機物からなるフィラー１０〜５０重量部と、バインダー２５重量部と溶剤１００重量部でスラリー化してグリーンシートを形成するセラミックス積層回路基板の製造方法とすることを特徴とする。
【００１２】
さらに例えば、前記フィラーは、アクリル樹脂またはメラミン樹脂であるセラミックス積層回路基板の製造方法とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、セラミック基板の収縮力を活かして導体近傍に生じていた空隙形成を防ぐことにより、セラミック基板と導体双方の密着性を高めることができる、信頼性のあるセラミック基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態例のセラミック基板の製造工程を説明するための図である。
【図２】本実施の形態例のセラミック基板における基板と導体との密着性と従来のセラミック基板における基板と導体との密着性を対比して示す図である。
【図３】本実施の形態例における有機フィラー添加量とセラミック基板の収縮率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第１の実施の形態例〕
以下、本発明に係る一発明の実施の形態例について添付図面を参照しながら詳細に説明する。まず図１及び図２を参照して本発明に係る一発明の実施の形態例のセラミック基板の製造方法を説明する。
【００１６】
本実施の形態例のセラミック基板は、ガラス粒子およびアルミナ粒子からなるセラミックス原料粉末と、有機物からなるフィラーと、低融点ガラスと、バインダーと、溶剤とをスラリー化してグリーンシートを形成し、形成したグリーンシート表面に例えばナノサイズの粒子からなる導体パターンを形成し、この導体パターンを形成した複数種のグリーンシートを積層して多層基板を形成し、積層した多層基板を焼成してセラミック基板を完成させている。
【００１７】
即ち、有機フィラーの添加量や種類を制御することで、基板の収縮率を制御し、グリーンシート表面あるいはグリーンシートを複数枚積層した積層体の内層に形成された導体の収縮率と基板の収縮率の差を制御することで、基板と導体間に生じる欠陥を防止するものである。
本実施の形態例では、「低融点ガラス」として、例えば、Ｂｉ２０３−Ｂ２０３系ガラス組成物で、ガラス転移点が約３２０℃でガラス軟化点が約４２０℃の特性をもつものを使用している。
具体的な組成比率は、例えば以下のものとすることができる。
Ｂｉ：５０      ｍｏｌ％
Ｂ  ：１８．７  ｍｏｌ％
Ｂａ：  ４      ｍｏｌ％
Ｍｇ：  ２．４  ｍｏｌ％
Ｚｎ：１６      ｍｏｌ％
Ｃｕ：  ２．７  ｍｏｌ％
Ｆｅ：  ０．９  ｍｏｌ％
Ｗ  ：  ２．９  ｍｏｌ％
Ａｌ：  ２．４  ｍｏｌ％
しかし、以上の例に限定されるものではなく、ガラス軟化点が同等の焼結温度以下のものであれば適宜選択使用してもよい。
【００１８】
従来は、一様に基板の収縮率を低く抑えることが目標であったが、本実施の形態例は、基板の収縮率を逆に利用し、従来一般的に考えられていた技術常識とは全く正反対の、基板の収縮率を大きくすることにより基板と導体との密着性を高めることとしている。
【００１９】
このため、収縮率の大きな、ナノサイズからなる導体パターンを形成しても、基板との密着性を担保することが可能となった。以下、詳細に説明する
本実施の形態例では、以下の素材を用いてグリーンシートを製造する。
セラミック  ：  アルミナ粒子            ５０重量部
ガラス      ：  ガラス粒子              ５０重量部
バインダー  ：ＰＶＢ（ブチラール樹脂）  ２５重量部
低融点ガラス：                      ５〜１５重量部
有機物フィラー（アクリル樹脂）：    １０〜５０重量部
溶剤      ：ブタノール又はエタノール（アルコール系）  １００重量部
以上の素材を用いて本実施の形態例のセラミック基板を製造する工程を図１の工程図を参照して説明する。
【００２０】
まず工程１で、アルミ粒子５０重量部とガラス粒子５０重量部とを混合機で混合する。本願では続く工程２として、この工程１で混合した粉末にさらに低融点ガラス粉末５〜１５重量部と有機物フィラーとしてのアクリル樹脂１０〜５０重量部を添加して混合する。従来のセラミック基板製造工程では、工程１のみで本願に特有の工程２は存在しない。尚、これらの混合処理は同時に全ての材料を一括して混合しても、あるいはそれぞれ混合したものを用意してもよい。
【００２１】
工程３では、アルミ粒子５０重量部とガラス粒子５０重量部と低融点ガラス粉末５〜１５重量部と有機物フィラーとしてのアクリル樹脂１０〜５０重量部との混合粉末にバインダーとしてＰＶＢ（ブチラール樹脂）２５重量部とアルコール系溶剤、例えばブタノール又はエタノールを１００重量部添加して混合し、スラリー化する。
【００２２】
次に工程４で、スラリーをキャリアフィルム上にキャスティングする。続いて工程５でフィルムを打ち抜いて成型しグリーンシートを製造する。工程６では成型されたグリーンシート表面にナノサイズの導電材料粒子、例えばＡｇ粒子を用いた所定の導体配線パターンを形成する。
【００２３】
工程７では、それぞれ導体配線パターンの形成されたグリーンシートを積層して、例えばプレスなどによって一体化し、積層体を作る。ここで、必要に応じてスルーホールなどを形成し、各グリーンシート表面に形成された導体配線パターン間を電気的に接続する。
【００２４】
工程８では積層体を焼成炉で焼成して樹脂とバインダーを除去する。これにより、樹脂フィラーが燃焼して積層体の密度が低くなる。最後に工程９で積層体を焼結させセラミック基板とする。この工程８と工程９は別工程とする場合に限るものではなく、連続して１工程で行っても良い。
【００２５】
なお、この各グリーンシートに形成された導体配線パターン間の接続は工程７で行うのではなく、工程８で焼成し、積層基板を形成した後に配線パターン間を接続するようにしてもよい。
【００２６】
本実施の形態例では、低融点ガラスが粒子間の焼結を促進し、緻密なセラミック基板が得られる。かつ、基板としても収縮率が大きく、ナノサイズの導体、例えばナノサイズのＡｇ（銀)配線の収縮率とマッチングするため、導体配線の周囲に隙間が出来て配線が剥離することが防止できる。
【００２７】
この本実施の形態例の積層基板における組成物の具体的な構造を、図２を参照して従来の積層基板と対比しつつ説明する。図２において、上側が本実施の形態例の基板の構造を、下側に従来の基板の構造を示す。
【００２８】
図２に（Ａ）で示す状態は、グリーンシートの構造を示しており、従来例では工程２がないため、有機物（樹脂）フィラー及び低融点ガラスが含まれていない。
【００２９】
図２の（Ｂ）に示すのは、グリーンシート表面にナノサイズの粒子から構成される導体配線パターンを形成し、グリーンシートを積層してプレスし、一体化した状態時の積層基板の構造を示している。
【００３０】
図２の（Ｃ）に示すのは（Ｂ）状態の基板を焼成してバインダーを除去した時、いわゆる脱バインダー後の基板構造を示している。従来例では（Ｂ）の粒子構造との差異が少ないが、本実施の形態例では有機物（樹脂）フィラーもバインダーと同時に燃焼するため、有機物フィラーの存在した部分に空孔ができる。本実施の形態例（Ｂ）と比較して、一時的に密度が低下した、ポーラス（多孔質）な積層体を得る。有機物フィラーが燃焼することによる空孔と、アルミナ粒子とガラス粒子の粒子間は、低融点ガラスが溶融することによって、一時的につなぎとめる働きをする。
【００３１】
図２の（Ｄ）に示すのは、ともに（Ｃ）の状態の積層基板の焼結状態にあるセラミック基板をイメージとして示している。従来例では、基板の収縮率に対してナノサイズの粒子を用いた導体パターンの収縮率の方が大きいため、基板から剥離して配線の周辺に隙間が発生する。
【００３２】
一方、本実施の形態例では、本実施の形態例（Ｃ）状態の密度の低い、アルミナ粒子とガラス粒子の粒子間が粗い結合状態である構造の基板を焼成した、収縮率の大きい基板を得た状態を示している。ナノサイズ粒子を用いた導体パターンとの収縮率との差異がなく、導体配線の周囲に隙間が発生することを防止し、基板と導体との密着性が高い基板を得ることができる。
すなわち、本実施の形態例の焼成工程では、グリーンシート内に存在していた有機物フィラーの燃焼による空孔は、グリーンシートの焼成により、アルミナ粒子とガラス粒子と同時に収縮、凝縮することとなる。このとき、アルミナ粒子とガラス粒子の粒子間と空孔をつなぐ働きをしていた低融点ガラスが粒子間の焼結を促進する。これにより、多孔質であったセラミック基板が焼成による熱で収縮する本来の性質により、粒子が収縮する一方で粒子間の空孔も収縮し、粒子同士の距離が近づき、やがて接触し反応して、凝縮・収縮作用が一層大きく働くことになる。
これにより、導体よりも大きい力で収縮する基板素体が、導体を締め付ける力として働き、導体周囲に発生していた隙間を有効に防止し、導体と基板を接触をさせ、密着性を確保する。
【００３３】
本実施の形態例のスラリーを焼成・焼結したときの焼成収縮率は、フィラーであるアクリル樹脂の添加量に比例して大きくなるが、有機物フィラーの量が過剰となるとセラミック基板中に空孔（スペース）が残り基板強度が低下する。
【００３４】
焼結温度を上げれば焼結が進みやすくなるため、多くのアクリル樹脂を添加することも可能となるが、導体配線パターンに銀（Ａｇ）を用いる場合には、焼結温度を配線パターンが溶融しない温度に抑える必要がある。このため、本実施の形態例では、フィラーとして添加したアクリル樹脂の添加量を１０〜５０重量部としている。この範囲内であれば基板強度を確保して焼成後の収縮率を大きく出来る事が確認できた。
【００３５】
本実施の形態例によれば、フィラーとしてアクリル樹脂及び低融点ガラスを添加することにより、基板の収縮率を増大させることができ、ナノサイズのＡｇ粒子を使用した配線パターンを形成したグリーンシートを焼成・焼結した場合にも配線パターンの大きな焼成収縮に追従でき、配線パターンと基板間に発生する空隙の発生を防止できる。
【００３６】
〔第２の実施の形態例〕
以上に説明した第１の実施の形態例では、有機物フィラーとしてアクリル樹脂を採用した。しかし、有機物フィラーはアクリル樹脂に限定されるものではなく、有機物フィラーとして有機物を用いることが出来る。有機物フィラーとしてメラニン樹脂を用いる本発明に係る第２の発明の実施の形態例を説明する。
【００３７】
第２の実施の形態例では、以下の素材を用いてグリーンシートを製造する。
セラミック  ：  アルミナ粒子            ５０重量部
ガラス      ：  ガラス粒子              ５０重量部
バインダー  ：  アクリル樹脂              ２５重量部
低融点ガラス：                      ５〜１５重量部
有機物フィラー（メラニン樹脂）：    １０〜５０重量部
溶剤      ：トルエン又はキシレン（芳香族系）  １００重量部
【００３８】
第１の実施の形態例に比し、バインダー、有機物フィラー及び溶剤について素材を変えている。以上の素材を用いて本実施の形態例のセラミック基板を製造する工程は図１に示す第１の実施の形態例の工程と差異はなく、混合する素材が異なるのみであるため、製造工程の詳細説明は省略し、第１の実施の形態例と異なる部分のみ説明する。
【００３９】
工程２において、工程１で混合した粉末にさらに低融点ガラス粉末５〜１５重量部と有機物フィラーとしてのメラニン樹脂１０〜５０重量部を添加して混合する。
【００４０】
工程３では、アルミ粒子５０重量部とガラス粒子５０重量部と低融点ガラス粉末５〜１５重量部と有機物フィラーとしてのメラニン樹脂１０〜５０重量部との混合粉末にバインダーとしてアクリル樹脂２５重量部と芳香族系溶剤、例えばトルエン又はキシレンを１００重量部添加して混合し、スラリー化する。
その後の工程は第１の実施の形態例と同様である。
【００４１】
第２の実施の形態例においても、上述した第１の実施の形態例と同様に、フィラーとしてアクリル樹脂及び低融点ガラスを添加することにより、基板の収縮率を増大させることができ、ナノサイズのＡｇ粒子を使用した配線パターンを形成したグリーンシートを焼成・焼結した場合にも配線パターンの大きな焼成収縮に追従でき、配線パターンと基板間に発生する空隙の発生を防止し、導体周囲に欠陥のなく誘電率の安定した、信頼性の高い配線基板を得ることができる。
【００４２】
図３に第一の実施の形態例の有機物フィラーとしてアクリル樹脂を用いた場合と第２の実施の形態例のメラニン樹脂を用いた場合におけるそれぞれのフィラー添加量と積層基板の収縮率の増加量を示す。
【００４３】
図３に示すように、フィラーとしてアクリル樹脂を用いた場合には焼成後の収縮率として最大約８％の収縮率が得られ、フィラーとしてメラニン樹脂を用いた場合には最大約１３％の収縮率が得られることが確認できた。
【００４４】
このように、何れの有機物フィラーを用いても、基板の収縮率を広い範囲で制御することが可能であり、例えナノサイズの粒子を用いた導体配線パターンを形成する場合においても、導体配線パターンの収縮率に合わせることが可能となり、配線パターンと積層基板の間に空隙や剥離が生じるようなことがない積層基板を提供できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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