JP2005039164A - Method for manufacturing glass ceramic wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子やチップ部品等を搭載し、それらを相互配線するためのガラスセラミック配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a glass ceramic wiring board for mounting semiconductor integrated circuit elements such as IC and LSI, chip parts, and the like and interconnecting them.
近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子やチップ部品等は小型化，軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も小型化，軽量化が望まれている。このような要求に対して、基板内に内部電極等を配した多層セラミック基板は、要求される高密度配線が可能であり、かつ薄型化が可能なことから、今日のエレクトロニクス業界において重要視されている。 In recent years, semiconductor integrated circuit elements such as IC and LSI, chip parts, and the like have been reduced in size and weight, and a wiring board on which these are mounted is also desired to be reduced in size and weight. In response to such demands, multilayer ceramic substrates with internal electrodes and the like in the substrate are capable of the required high-density wiring and can be thinned, and are therefore regarded as important in today's electronics industry. ing.
多層セラミック基板としては、例えばアルミナ質焼結体から成り、表面または内部にタングステン，モリブデン等の高融点金属から成る配線層が形成されたものが従来から広く用いられている。 As a multilayer ceramic substrate, for example, a substrate made of an alumina sintered body and having a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum formed on the surface or inside thereof has been widely used.
一方、近年の高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波帯に移行しつつある。このような高周波信号の伝送を行なう高周波配線基板においては、高周波信号を高速で伝送するうえで、配線層を形成する導体の抵抗が小さいことが要求され、絶縁基板にもより低い誘電率が要求される。 On the other hand, with the recent advanced information age, the frequency band used is increasingly shifting to the high frequency band. In a high-frequency wiring board that transmits such a high-frequency signal, the resistance of the conductor forming the wiring layer is required to be small in order to transmit the high-frequency signal at high speed, and a lower dielectric constant is also required for the insulating substrate. Is done.
しかし、従来のタングステン，モリブデン等の高融点金属は導体抵抗が大きいため高周波信号の伝播速度が遅く、また３０ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝播も困難であることから、タングステン，モリブデン等の金属に代えて銅，銀，金等の低抵抗金属を使用することが必要である。ところが、これら低抵抗金属は融点が低いため、８００〜１０００℃程度の低温で焼成することが必要であることから、この低抵抗金属から成る配線層は、高温焼成が必要なアルミナ質焼結体と同時焼成することができなかった。また、アルミナ質焼結体から成る多層セラミック基板は誘電率が高いため、高周波信号の高速伝送の点では高周波回路基板用としては不適切である。 However, conventional refractory metals such as tungsten and molybdenum have high conductor resistance, so the propagation speed of high-frequency signals is slow, and signal propagation in a high-frequency region of 30 GHz or higher is difficult. It is necessary to use low resistance metals such as copper, silver, and gold. However, since these low-resistance metals have a low melting point, it is necessary to fire at a low temperature of about 800 to 1000 ° C. Therefore, the wiring layer made of this low-resistance metal is an alumina sintered body that requires high-temperature firing. Could not be fired at the same time. In addition, since the multilayer ceramic substrate made of an alumina sintered body has a high dielectric constant, it is not suitable for a high-frequency circuit substrate in terms of high-speed transmission of a high-frequency signal.
このため、最近では、ガラスとセラミックス（無機質フィラー）との混合物を焼成して得られるガラスセラミックスを絶縁基板として用いることが注目されている。すなわち、ガラスセラミックスは誘電率が低いため高周波用絶縁基板として好適であり、またガラスセラミックスは８００〜１０００℃程度の低温で焼成することができることから、銅，銀，金等の低抵抗金属を配線層として使用できるという利点がある。 For this reason, recently, attention has been focused on using glass ceramics obtained by firing a mixture of glass and ceramics (inorganic filler) as an insulating substrate. In other words, glass ceramics are suitable as high-frequency insulating substrates because of their low dielectric constant, and glass ceramics can be fired at a low temperature of about 800 to 1000 ° C., so that low resistance metals such as copper, silver, and gold are wired. There is an advantage that it can be used as a layer.
ガラスセラミック絶縁基板を用いたガラスセラミック配線基板は、ガラスとフィラーとの混合物に有機バインダ，可塑剤，溶剤等を加えてスラリーとし、このスラリーを用いてドクターブレード等によりガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を成形した後、銅，銀，金等の低抵抗金属の粉末を含有する導体ペーストを印刷する等して、このグリーンシート上に導体パターンを形成し、次いで複数枚のグリーンシートを積層して、この積層体を８００〜１０００℃程度の温度で焼成して得られる。 A glass ceramic wiring board using a glass ceramic insulating substrate is made by adding an organic binder, a plasticizer, a solvent, etc. to a mixture of glass and filler to form a slurry, and using this slurry, a glass ceramic green sheet (hereinafter, referred to as a glass ceramic green sheet). (Also called a green sheet), a conductive paste containing a powder of low resistance metal such as copper, silver or gold is printed to form a conductor pattern on the green sheet, and then a plurality of green sheets Sheets are laminated and the laminate is obtained by firing at a temperature of about 800 to 1000 ° C.
ところが、ガラスセラミック配線基板は、焼成過程において焼結に伴う収縮を生じるという問題がある。この収縮の程度は一様ではなく、使用する基板用無機材料，グリーンシート組成，原料である粉体の粒度のバラツキ，導体パターンや内部電極の材料等により収縮率や収縮方向が異なってくる。このことは、ガラスセラミック配線基板の作製において、いくつかの問題をひき起こす。 However, the glass ceramic wiring board has a problem that shrinkage occurs during sintering in the firing process. The degree of shrinkage is not uniform, and the shrinkage rate and shrinkage direction vary depending on the inorganic material used for the substrate, the composition of the green sheet, the variation in the particle size of the raw material powder, the material of the conductor pattern and internal electrodes, and the like. This causes several problems in the production of the glass ceramic wiring board.
まず、内部電極印刷用のスクリーン版を作製する際には、基板の収縮率から逆算してスクリーン版の大きさを決定しなければならないが、上記のように基板の収縮率や収縮方向は一定でないため、スクリーン版は基板の製造ロット毎に作り直さなければならず、不経済であり現実的ではないという問題がある。さらに、上記のようなグリーンシート積層法によって作製されるガラスセラミック配線基板では、グリーンシートの造膜方向によって積層面内の縦方向の収縮率と横方向の収縮率とが異なるため、ガラスセラミック配線基板の作製がより一層困難なものになるという問題もある。 First, when producing a screen plate for internal electrode printing, the size of the screen plate must be determined by calculating backward from the shrinkage rate of the substrate, but the shrinkage rate and shrinkage direction of the substrate are constant as described above. Therefore, the screen plate must be recreated for each production lot of the substrate, which is uneconomical and impractical. Furthermore, in the glass ceramic wiring board produced by the green sheet laminating method as described above, the vertical shrinkage rate and the horizontal shrinkage rate in the laminated surface differ depending on the film forming direction of the green sheet. There is also a problem that the production of the substrate becomes even more difficult.
また、収縮誤差を許容するように必要以上に大きい面積の電極を形成する場合には、高密度な配線ができなくなるという問題がある。 In addition, when an electrode having an area larger than necessary is formed so as to allow a shrinkage error, there is a problem that high-density wiring cannot be performed.
これらの収縮変化を小さくするためには、回路設計による基板の収縮率の傾向を調べる等して、製造工程において基板材料およびグリーンシート組成の管理，粉体の粒度のバラツキ，プレス圧や温度等の積層条件といった項目を充分管理する必要がある。しかし、それでも一般に収縮率の誤差として±０．５％程度はどうしても発生するといわれている。 In order to reduce these shrinkage changes, by examining the tendency of the shrinkage rate of the substrate by circuit design, etc., management of the substrate material and green sheet composition in the manufacturing process, variation in powder particle size, press pressure, temperature, etc. It is necessary to fully manage items such as stacking conditions. However, it is generally said that an error of about ± 0.5% is generally generated as a shrinkage error.
このことはガラスセラミック配線基板にかかわらずセラミックスやガラスセラミックス等の焼結を伴うものに共通する課題である。この課題を解決するために、特許文献１，特許文献２または特許文献３には、以下の（１）〜（４）の工程を含む基板の製造方法が提案されている。 This is a problem common to those accompanied by sintering of ceramics, glass ceramics, etc. regardless of the glass ceramic wiring board. In order to solve this problem, Patent Document 1, Patent Document 2 or Patent Document 3 proposes a substrate manufacturing method including the following steps (1) to (4).
（１）ガラスセラミック成分とバインダ，可塑剤等の有機成分とを含むグリーンシートに導体パターンを形成したものを所望枚数積層し、
（２）得られたグリーンシートの積層体の両面または片面に、上記ガラスセラミック成分の焼成温度では焼結しない無機材料とバインダ，可塑剤等の有機成分とを含む拘束グリーンシートを積層し、
（３）これらグリーンシートの積層体と拘束グリーンシートとの積層体を加熱して、まず有機成分を除去し、次いで焼成して、それぞれガラスセラミック配線基板および拘束シートとなし、
（４）最後に、ガラスセラミック配線基板から拘束シートを除去する。
(1) A green sheet containing a glass ceramic component and an organic component such as a binder and a plasticizer is laminated with a desired number of layers formed with a conductor pattern,
(2) A constrained green sheet containing an inorganic material that is not sintered at the firing temperature of the glass ceramic component and an organic component such as a binder and a plasticizer is laminated on both sides or one side of the obtained green sheet laminate,
(3) The laminate of the green sheet and the constrained green sheet is heated to first remove organic components and then fired to form a glass ceramic wiring board and a constraining sheet, respectively.
(4) Finally, the restraint sheet is removed from the glass ceramic wiring board.
この拘束焼成法によれば、拘束グリーンシートがグリーンシートの焼成時の収縮を拘束するため、積層体の厚さ方向のみに収縮が起こり、積層面の縦および横方向には収縮が起こらなくなり、高い寸法精度を有するガラスセラミック配線基板を得ることができる。 According to this restraint firing method, the restraint green sheet restrains shrinkage during firing of the green sheet, so shrinkage occurs only in the thickness direction of the laminate, and shrinkage does not occur in the longitudinal and lateral directions of the laminate surface. A glass ceramic wiring board having high dimensional accuracy can be obtained.
一方、ガラスセラミック配線基板を含むこれらの多層セラミック基板には、一般に、回路形成のためにコンデンサ，インダクタ，抵抗体等の機能部品を、表面および内部の少なくとも一方にチップ搭載法，厚膜法，薄膜法等によって形成する必要がある。そして、これらの機能部品のうち抵抗体を上記の拘束焼成法によって得られたガラスセラミック配線基板の表面に厚膜印刷法によって形成する場合には、まず、グリーンシートの積層体と拘束グリーンシートとの積層体を加熱し焼成することによって、それぞれガラスセラミック配線基板および拘束シートを得た後に、ガラスセラミック配線基板から拘束シートを除去した後のガラスセラミック配線基板の上面および下面の少なくとも一方に抵抗体ペーストを印刷し、再度焼成することで形成する、いわゆるポストファイア（ｐｏｓｔ−ｆｉｒｅ）法を用いることが一般的である。なお、抵抗体ペーストの成分としては、抵抗値を示す抵抗体成分と、焼成することで溶融しガラスセラミックス上に密着させるガラス成分、その他焼結助剤や調整剤からなる。 On the other hand, for these multilayer ceramic substrates including glass ceramic wiring substrates, functional components such as capacitors, inductors, resistors, etc. are generally used for circuit formation, and chip mounting method, thick film method, It must be formed by a thin film method or the like. Of these functional components, when the resistor is formed on the surface of the glass ceramic wiring board obtained by the above-mentioned restraint firing method by the thick film printing method, first, a laminate of green sheets, the restraint green sheet, After the glass ceramic wiring board and the constraining sheet are obtained by heating and firing the laminates, respectively, the resistor is applied to at least one of the upper and lower surfaces of the glass ceramic wiring board after the constraining sheet is removed from the glass ceramic wiring board It is common to use a so-called post-fire method, which is formed by printing a paste and firing it again. In addition, as a component of a resistor paste, it consists of the resistor component which shows resistance value, the glass component which fuse | melts by baking and adheres on glass ceramic, and other sintering adjuvants and adjustment agents.
また、一般的にはポストファイア法にて焼成した抵抗体には、保護層としてオーバーコートガラスが形成される。これは抵抗体パターンを完全に覆う形でオーバーコートガラスペーストを印刷し、焼成することで形成される。オーバーコートガラスの焼成は抵抗体焼成より低い温度にて行なわれる。一般的には６００℃前後である。よってグリーンシート焼成後に、抵抗体焼成、オーバーコートガラス焼成の２回の焼成が行なわれる。 Moreover, generally overcoat glass is formed as a protective layer in the resistor baked by the post-fire method. This is formed by printing and baking an overcoat glass paste so as to completely cover the resistor pattern. The overcoat glass is fired at a lower temperature than the resistor firing. Generally, it is around 600 ° C. Therefore, after firing the green sheet, the firing of the resistor and the overcoat glass is performed twice.
さらに、各抵抗体はトリミングにより抵抗値を調整される。これはオーバーコートガラス上からレーザ光を照射することで実施される。その後、熱硬化樹脂による被覆が行なわれる。熱硬化樹脂による被覆は、この後のメッキ工程においてオーバーコートガラスがメッキ液に侵されることを保護するために行なわれる。熱硬化樹脂による被覆は、一般に抵抗体が形成された基板全面に熱硬化樹脂ペーストを印刷し、１５０℃前後で硬化させることで得られる。 Further, the resistance value of each resistor is adjusted by trimming. This is performed by irradiating a laser beam on the overcoat glass. Thereafter, coating with a thermosetting resin is performed. The coating with the thermosetting resin is performed in order to protect the overcoat glass from being attacked by the plating solution in the subsequent plating step. The coating with the thermosetting resin is generally obtained by printing a thermosetting resin paste on the entire surface of the substrate on which the resistor is formed and curing it at around 150 ° C.
最後に、露出した導体に対してメッキを施す。これは主としてワイヤボンディングを良好に実施するためであり、無電解メッキ法によるＮｉ，Ａｕ等のメッキ層を形成するのが一般的である。
しかしながら、このようなポストファイア法によってガラスセラミック配線基板の上面および下面の少なくとも一方に抵抗体を形成するためには、上述した通り、拘束シート除去後に抵抗体ペーストを塗布し、再度焼成を行なう必要があり、一般に抵抗体の焼成温度は８００〜９００℃程度とガラスセラミックスの焼成温度とほぼ同一であることから、この再度の焼成によりガラスセラミックスおよび導体の焼結がさらに進行して過焼結な状態となってしまうために、ガラスセラミックスの機械的および電気的特性を変化させたり導体の密着強度を低下させたりする等の問題点があった。 However, in order to form a resistor on at least one of the upper surface and the lower surface of the glass ceramic wiring board by such a postfire method, as described above, it is necessary to apply the resistor paste after removing the restraint sheet and perform firing again. In general, the firing temperature of the resistor is about 800 to 900 ° C., which is almost the same as the firing temperature of the glass ceramic. Therefore, there are problems such as changing the mechanical and electrical characteristics of the glass ceramic and reducing the adhesion strength of the conductor.
そこで、グリーンシートに導体パターンを形成する際に抵抗体パターンも同時に形成し、その後、拘束シートを積層して焼成するという手法が考えられる。しかしながら、この場合、一般にガラスセラミック基板に対する抵抗体の密着強度は、抵抗体ペースト中の抵抗体成分がほとんど焼結性を示さない材料であることから導体に比べて低く、剥離しやすいため、ウェットブラスト法やサンドブラスト法等を用いて拘束シートを完全に除去するようなブラスト条件を設定すると、ガラスセラミック基板の表面に形成された抵抗体も除去されてしまうことが多かった。 Therefore, it is conceivable to form a resistor pattern at the same time when forming a conductor pattern on a green sheet, and then stack and fire a constraining sheet. However, in this case, the adhesion strength of the resistor to the glass-ceramic substrate is generally lower than that of the conductor because the resistor component in the resistor paste shows almost no sinterability, and is easy to peel off. When a blasting condition for completely removing the constraining sheet using a blasting method, a sandblasting method, or the like is set, the resistor formed on the surface of the glass ceramic substrate is often removed.
本発明は以上の従来技術の問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、拘束焼成によって作製されるガラスセラミック配線基板において、抵抗体とオーバーコートガラスをガラスセラミック基板と同時焼成することで抵抗体とオーバーコートガラスのための各焼成工程を省略し、かつ高寸法精度の抵抗体をガラスセラミック基板の表面に形成し、さらにオーバーコートガラスとして耐アルカリ性に優れた材料を用いることで熱硬化樹脂による被覆が無くともメッキを施すことができるガラスセラミック配線基板の製造方法を提供することである。 The present invention has been completed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to simultaneously fire a resistor and an overcoat glass with a glass ceramic substrate in a glass ceramic wiring substrate produced by restraint firing. By eliminating the firing steps for the resistor and overcoat glass, forming a high dimensional accuracy resistor on the surface of the glass ceramic substrate, and using a material with excellent alkali resistance as the overcoat glass It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a glass ceramic wiring board that can be plated without being coated with a cured resin.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、有機バインダを含有し表面に抵抗体パターンおよび該抵抗体パターンを覆うオーバーコートガラスパターンならびに導体パターンが形成されたガラスセラミックグリーンシートの複数枚を積層して、表面に抵抗体パターンおよびオーバーコートガラスパターンおよび導体パターンが配置されたガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する工程と、
ガラスセラミックグリーンシート積層体の両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程と、
拘束グリーンシートとガラスセラミックグリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して、拘束シートを保持したガラスセラミック積層体の表面に抵抗体および導体が形成されたガラスセラミック基板を得る工程と、
ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工程とを含むことを特徴とする。
The method for producing a glass ceramic wiring board of the present invention comprises laminating a plurality of glass ceramic green sheets containing an organic binder and having a resistor pattern, an overcoat glass pattern covering the resistor pattern, and a conductor pattern formed on the surface. Producing a glass ceramic green sheet laminate in which a resistor pattern and an overcoat glass pattern and a conductor pattern are disposed on the surface;
Laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both sides of the glass ceramic green sheet laminate;
An organic component is removed from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then fired to form a glass ceramic substrate having a resistor and a conductor formed on the surface of the glass ceramic laminate holding the restraint sheet. Obtaining a step;
And a step of removing the restraining sheet from the glass ceramic substrate.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、好ましくは、オーバーコートガラスに含まれるガラス成分が結晶化ガラスを含むことを特徴とする。 The method for producing a glass ceramic wiring board of the present invention is preferably characterized in that the glass component contained in the overcoat glass contains crystallized glass.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、好ましくは、オーバーコートガラスに含まれるガラス成分の軟化温度が、抵抗体およびガラスセラミックグリーンシートに含まれるガラス成分の軟化温度よりも高いことを特徴とする。 The method for producing a glass ceramic wiring board of the present invention is preferably characterized in that the softening temperature of the glass component contained in the overcoat glass is higher than the softening temperature of the glass component contained in the resistor and the glass ceramic green sheet. To do.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、好ましくは、前記オーバーコートガラスは、ガラス成分としてＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を含み、前記導体パターンは、前記オーバーコートガラスに被覆されていない部位にメッキ層が被着されていることを特徴とする。 In the method for producing a glass-ceramic wiring board according to the present invention, preferably, the overcoat glass contains SiO 2 , Bi 2 O 3 and B 2 O 3 as glass components, and the conductor pattern covers the overcoat glass. It is characterized in that a plating layer is applied to a portion that is not formed.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法によれば、拘束焼成法を用いることによって、拘束グリーンシートがグリーンシートの焼成時の積層面方向の収縮を拘束するため、積層体の厚さ方向のみに収縮が起こり、積層面の縦および横方向（平面方向）には収縮が起こらなくなり、高い寸法精度を有するガラスセラミック配線基板を得ることができる。また、拘束グリーンシートを積層する前に、表面に抵抗体パターンおよびオーバーコートガラスパターンおよび導体パターンが配置されたガラスセラミックグリーンシート積層体を作製することから、通常のポストファイア法では必要な別工程とされていた、抵抗体の焼成工程とオーバーコートガラスの焼成工程とを省いて、同時焼成することができるという作用効果がある。 According to the method for manufacturing a glass ceramic wiring board of the present invention, by using the restraint firing method, the restraint green sheet restrains the shrinkage in the direction of the laminate surface during firing of the green sheet, and therefore only in the thickness direction of the laminate. Shrinkage occurs and shrinkage does not occur in the vertical and horizontal directions (plane direction) of the laminated surface, and a glass ceramic wiring board having high dimensional accuracy can be obtained. Also, before laminating the constrained green sheet, a glass ceramic green sheet laminate having a resistor pattern, an overcoat glass pattern and a conductor pattern arranged on the surface is prepared, so that a separate process necessary for the normal postfire method There is an effect that the firing process of the resistor and the firing process of the overcoat glass, which are supposed to be performed, can be omitted and simultaneous firing can be performed.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、好ましくはオーバーコートガラスに含まれるガラス成分が結晶化ガラスを含むことから、オーバーコートガラスの耐磨耗性を向上させることができ、拘束シートを除去する際に抵抗体が同時に除去されてしまうことをより効果的に防止することができる。 The glass ceramic wiring board manufacturing method of the present invention preferably improves the wear resistance of the overcoat glass because the glass component contained in the overcoat glass contains crystallized glass, and removes the restraint sheet. It is possible to more effectively prevent the resistors from being removed at the same time.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、好ましくはオーバーコートガラスに含まれるガラス成分の軟化温度が、抵抗体およびガラスセラミックグリーンシートに含まれるガラス成分の軟化温度よりも高いことから、焼成時に生じる抵抗体の抵抗値の変動を抑えることができる。 In the method for producing a glass ceramic wiring board of the present invention, the softening temperature of the glass component contained in the overcoat glass is preferably higher than the softening temperature of the glass component contained in the resistor and the glass ceramic green sheet. Variation in the resistance value of the resistor that occurs can be suppressed.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は、好ましくはオーバーコートガラスに含まれるガラス成分が、ＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を含むことから、優れた耐アルカリ性を示し、熱硬化樹脂による被覆無しでメッキを施すことができる。 The method for producing a glass-ceramic wiring board of the present invention preferably exhibits excellent alkali resistance because the glass component contained in the overcoat glass contains SiO 2 , Bi 2 O 3 and B 2 O 3, and is thermoset. Plating can be performed without coating with resin.
本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法について以下に詳細に説明する。 The manufacturing method of the glass ceramic wiring board of this invention is demonstrated in detail below.
本発明の製造方法は、有機バインダを含有し表面に抵抗体パターンおよび抵抗体パターンを覆うオーバーコートガラスパターンならびに導体パターンが形成されたガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）の複数枚を積層して、表面に抵抗体パターンおよびオーバーコートガラスパターンおよび導体パターンが配置されたグリーンシート積層体を作製する工程と、グリーンシート積層体の両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程と、拘束グリーンシートとグリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して、拘束シートを保持したガラスセラミック積層体の表面に抵抗体および導体が形成されたガラスセラミック基板を得る工程と、ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工程とを含むものである。 The manufacturing method of the present invention comprises a plurality of glass ceramic green sheets (hereinafter also referred to as green sheets) containing an organic binder and having a resistor pattern and an overcoat glass pattern covering the resistor pattern and a conductor pattern formed on the surface. Laminating and producing a green sheet laminate in which a resistor pattern, an overcoat glass pattern and a conductor pattern are arranged on the surface, and a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both sides of the green sheet laminate A step of laminating a constrained green sheet including the organic component from the laminate of the constrained green sheet and the green sheet laminate, and then firing to form a resistor on the surface of the glass ceramic laminate holding the restraint sheet And obtaining a glass-ceramic substrate on which a conductor is formed; It is intended to include a step of removing the constraining sheet from the ceramic substrate.
本発明において、ガラスセラミック配線基板の絶縁基板となるグリーンシートは、ガラス粉末およびフィラー粉末（セラミック粉末）に、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合したものが用いられる。 In the present invention, as the green sheet serving as the insulating substrate of the glass ceramic wiring substrate, glass powder and filler powder (ceramic powder) are further mixed with an organic binder, a plasticizer, an organic solvent and the like.
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なって、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３ ２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。 Examples of the glass component include SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO system (where M is Ca , Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (where M 1 and M 2 are the same or different, and Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (where M 1 and M 2 are the same as above), SiO 2 —B 2 O 3 — M 3 2 O system (where M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 3 2 O system (where M 3 is the same as above) , Pb glass, Bi glass and the like.
これらのガラスは焼成時に結晶化する結晶化ガラスであることが好ましい。このようなガラスを用いることによって、焼成後にガラスが結晶化することでガラスセラミックスの機械的強度を向上させることができる。 These glasses are preferably crystallized glasses that crystallize during firing. By using such glass, the mechanical strength of the glass ceramic can be improved by crystallizing the glass after firing.
また、フィラーとしては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。 Examples of the filler include Al 2 O 3 , SiO 2 , a composite oxide of ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3 and Examples include composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite).
これらガラスとフィラーとの混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。 The mixing ratio of these glass and filler is preferably 40:60 to 99: 1 by mass ratio.
グリーンシートに配合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系のもの、すなわちアクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等であり、またポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。 As the organic binder blended in the green sheet, those conventionally used in ceramic green sheets can be used. For example, acrylic binders, that is, homopolymers or copolymers of acrylic acid, methacrylic acid or esters thereof. Polymers, specifically acrylic acid ester copolymers, methacrylic acid ester copolymers, acrylic acid ester-methacrylic acid ester copolymers, etc., and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene And homopolymers or copolymers of polypropylene, polypropylene carbonate, cellulose and the like.
グリーンシートは、上記ガラス粉末，フィラー粉末，有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤，溶剤（有機溶剤，水等）を加えてスラリーを得て、これをドクターブレード，圧延，カレンダーロール，金型プレス等により厚さ約５０〜５００μｍに成形することによって得られる。 The green sheet is a slurry obtained by adding a predetermined amount of plasticizer and solvent (organic solvent, water, etc.) to the glass powder, filler powder, and organic binder as necessary. It is obtained by molding to a thickness of about 50 to 500 μm by a die press or the like.
グリーンシートの表面に導体パターンを形成するには、例えば導体材料粉末をペースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷するか、あるいは所定パターン形状の金属箔を転写する等の方法が挙げられる。導体材料としては、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔ等の１種または２種以上が挙げられ、２種以上の場合は混合，合金，コーティング等のいずれの形態であってもよい。 In order to form a conductive pattern on the surface of the green sheet, for example, a paste of conductive material powder is printed by a screen printing method or a gravure printing method, or a metal foil having a predetermined pattern shape is transferred. Can be mentioned. Examples of the conductor material include one or more of Au, Ag, Pd, Pt, and the like. In the case of two or more, any form such as mixing, alloy, coating, etc. may be used.
なお、導体パターンには、上下の層間の導体パターン同士を接続するためのビア導体やスルーホール導体等の貫通導体が表面に露出した部分も含まれる。これら貫通導体は、パンチング加工等によりグリーンシートに形成した貫通孔に、導体材料粉末をペースト化したもの（導体ペースト）を印刷により埋め込む等の手段によって形成される。 Note that the conductor pattern includes a portion where a through conductor such as a via conductor or a through hole conductor for connecting conductor patterns between upper and lower layers is exposed on the surface. These through conductors are formed by means such as embedding by printing a paste made of conductive material powder (conductor paste) in a through hole formed in a green sheet by punching or the like.
また、グリーンシートに抵抗体パターンを形成するには、抵抗体成分とガラス成分を所定の組成で混合してペースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷する。抵抗体に含まれるガラス成分としては、グリーンシートと同時に焼成するので、軟化，焼結のタイミングを合わせ、密着強度の低下等の不具合が発生することを抑制するために、グリーンシートに含まれるガラスと同程度の軟化温度を有することが必要であり、軟化温度だけでなく軟化後の拡散等の挙動も合わせるためには、グリーンシートに含まれるガラス成分と同じガラスであることが好ましい。 In order to form a resistor pattern on a green sheet, a resistor component and a glass component mixed with a predetermined composition to form a paste are printed by a screen printing method or a gravure printing method. The glass component contained in the resistor is fired at the same time as the green sheet. Therefore, the glass contained in the green sheet is used in order to match the timing of softening and sintering and to prevent the occurrence of defects such as a decrease in adhesion strength. The glass is preferably the same glass as the glass component contained in the green sheet in order to match not only the softening temperature but also the behavior such as diffusion after softening.
抵抗体パターンはグリーンシート積層体の上下面の少なくとも一方に形成され、導体パターンの印刷前または印刷後に所定位置に所定の形状および厚みで塗布される。抵抗体パターンは配線導体との接続用の導体と重なり合うように塗布され、このために抵抗体と導体の接続部には、抵抗体パターンの幅に応じた電極部が形成されている。また、導体の幅、抵抗体の幅や電極部の幅および形状は、必要な回路設計に応じて種々選択することができる。また、異種の材料から成る抵抗体と導体との接続による電気的および機械的不具合を緩和するために、抵抗体と導体および電極部との接合部に中間層を設けるなどしても良い。 The resistor pattern is formed on at least one of the upper and lower surfaces of the green sheet laminate, and is applied in a predetermined shape and thickness at a predetermined position before or after the conductor pattern is printed. The resistor pattern is applied so as to overlap the conductor for connection with the wiring conductor, and for this purpose, an electrode portion corresponding to the width of the resistor pattern is formed at the connection portion of the resistor and the conductor. In addition, the width of the conductor, the width of the resistor, and the width and shape of the electrode portion can be variously selected according to the required circuit design. Further, in order to alleviate electrical and mechanical problems due to the connection between the resistor and the conductor made of different materials, an intermediate layer may be provided at the junction between the resistor, the conductor and the electrode.
さらに、グリーンシートにオーバーコートガラスパターンを形成するには、ガラス成分をペースト化したガラスペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷する。オーバーコートガラスは抵抗体を保護するためのものであり、その印刷は導体および抵抗体が印刷された後に行なわれる。印刷される形状は抵抗体を完全に覆うものであれば、導体の一部または全部が覆われていても問題無い。 Furthermore, in order to form an overcoat glass pattern on a green sheet, a glass paste obtained by pasting a glass component is printed by a screen printing method or a gravure printing method. The overcoat glass is for protecting the resistor, and the printing is performed after the conductor and the resistor are printed. As long as the printed shape completely covers the resistor, there is no problem even if a part or all of the conductor is covered.
オーバーコートガラスに用いるガラス成分としては、結晶化ガラスを用いることがよい。結晶化ガラスを用いることで、グリーンシート積層体の焼成後にはオーバーコートガラスは結晶化するので、後の拘束シート除去時により高い耐磨耗性を得られる。 As a glass component used for the overcoat glass, crystallized glass is preferably used. By using the crystallized glass, the overcoat glass is crystallized after the green sheet laminate is fired, so that higher wear resistance can be obtained at the time of subsequent removal of the constraining sheet.
さらにオーバーコートガラスに用いるガラス成分の軟化温度としては、抵抗体およびグリーンシートに用いられているガラス成分の軟化温度よりも高いことが好ましい。オーバーコートガラスに用いるガラス成分の軟化温度が、抵抗体およびグリーンシートに用いられているガラス成分の軟化温度よりも低い場合、グリーンシート積層体の焼成時にオーバーコートガラスが先に軟化し、抵抗体またはガラスセラミックスに流入してしまうため、抵抗体は抵抗値が、ガラスセラミックは電気特性が変化する。オーバーコートガラスに用いるガラス成分の軟化温度を、グリーンシートおよび抵抗体に用いられるガラス成分の軟化温度よりも高くすることで、抵抗体およびガラスセラミックの特性を安定化できる。 Furthermore, the softening temperature of the glass component used for the overcoat glass is preferably higher than the softening temperature of the glass component used for the resistor and the green sheet. When the softening temperature of the glass component used in the overcoat glass is lower than the softening temperature of the glass component used in the resistor and the green sheet, the overcoat glass softens first when the green sheet laminate is fired. Or, since it flows into the glass ceramic, the resistance value of the resistor changes, and the electrical characteristics of the glass ceramic change. By making the softening temperature of the glass component used for the overcoat glass higher than the softening temperature of the glass component used for the green sheet and the resistor, the characteristics of the resistor and the glass ceramic can be stabilized.
さらに、オーバーコートガラスに含まれるガラスとして、ＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を含むガラスを用いることが好ましい。このようなガラスを用いることで、耐アルカリ性に優れたオーバーコートガラスとすることができる。これにより、メッキを施す際に熱硬化樹脂による被覆が不要になる。 Furthermore, it is preferable to use glass containing SiO 2 , Bi 2 O 3 and B 2 O 3 as the glass contained in the overcoat glass. By using such a glass, it can be set as the overcoat glass excellent in alkali resistance. This eliminates the need for coating with a thermosetting resin when plating.
なお、本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法においては、抵抗体パターンの形成部はグリーンシート積層体の上下面の少なくとも一方のみに限定されるものではなく、グリーンシート積層体の内部に形成されていても何ら差し支えはない。その場合はオーバーコートガラスは必要無い。 In the method for manufacturing a glass ceramic wiring board of the present invention, the resistor pattern forming portion is not limited to at least one of the upper and lower surfaces of the green sheet laminate, and is formed inside the green sheet laminate. There is no problem even if it is. In that case, no overcoat glass is required.
グリーンシートの積層には、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダ，可塑剤，溶剤等から成る接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。 For the lamination of green sheets, methods such as applying heat and pressure to the stacked green sheets and thermocompression bonding, or applying thermocompression bonding between the sheets with an organic binder, plasticizer, solvent, etc. are used. Is possible.
本発明における拘束グリーンシートは、難焼結性無機材科とガラスとから成る無機成分に有機バインダ，可塑剤，溶剤等を加えたスラリーを成形して得られる。難焼結性無機材料としては、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、これらに制限されるものではない。 The constrained green sheet in the present invention is obtained by molding a slurry obtained by adding an organic binder, a plasticizer, a solvent and the like to an inorganic component composed of a hardly sinterable inorganic material and glass. Examples of the hardly sinterable inorganic material include at least one selected from Al 2 O 3 and SiO 2, but are not limited thereto.
拘束グリーンシートに加えられるガラスについても、特に制限されるものではなく、上記のグリーンシートに配合されるガラスと同様のものが使用可能である。また、拘束グリーンシート中のガラスは、グリーンシート中のガラスと同一組成のものであってもよく、異なる組成のものであってもよい。 The glass added to the constraining green sheet is not particularly limited, and the same glass as that used in the green sheet can be used. The glass in the constrained green sheet may have the same composition as the glass in the green sheet, or may have a different composition.
拘束グリーンシートのガラス含有量は、焼成時に拘束グリーンシートをグリーンシートと結合させ、かつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることがよい。ここで、「実質的に収縮させない」とは、拘束グリーンシートの収縮が１％以下、好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．５％以下に抑制されていることを意味する。また、「積層面内」とは、三次元座標において厚さ方向をＺ方向としたときのＸ方向およびＹ方向によって規定される面内をいい、具体的にはシートの縦方向およびこれに直交する方向である横方向によって規定される面内を意味する。 The glass content of the constrained green sheet is preferably such an amount that the constrained green sheet is bonded to the green sheet at the time of firing and the constrained green sheet is not substantially contracted in the laminated surface. Here, “does not substantially shrink” means that the shrinkage of the constrained green sheet is suppressed to 1% or less, preferably 0.8% or less, more preferably 0.5% or less. In addition, “in the lamination plane” means an in-plane defined by the X direction and the Y direction when the thickness direction is the Z direction in three-dimensional coordinates, and specifically, the longitudinal direction of the sheet and orthogonal thereto. It means the in-plane defined by the horizontal direction that is the direction to perform.
また、拘束グリーンシートのガラス含有量は、拘束グリーンシートの全無機成分の０．５〜１５重量％であるのがよい。通常は、この範囲が焼成時にグリーンシートと結合し、かつ、拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量となるが、必ずしもこの範囲に制限されるものではなく、使用するガラスの種類等によってガラス含有量は変化させることができる。 The glass content of the constraining green sheet is preferably 0.5 to 15% by weight of the total inorganic components of the constraining green sheet. Usually, this range is an amount that binds to the green sheet at the time of firing and does not substantially shrink the constrained green sheet within the laminated surface, but is not necessarily limited to this range, and the glass used The glass content can be changed depending on the type and the like.
拘束グリーンシート中のガラスの軟化点は、グリーンシート積層体の焼成温度以下で、かつ、拘束グリーンシート中の有機成分の分解，揮散温度よりも高いのが好ましい。具体的には、拘束グリーンシート中のガラスの軟化点は４５０〜９００℃程度であるのが好ましい。ガラスの軟化点が４５０℃未満の場合には、グリーンシートからの有機成分の除去時に、軟化したガラスが分解，揮散した有機成分の除去経路を塞ぐことになり有機成分を完全に除去できないおそれがある。一方、ガラスの軟化点が９００℃を超える場合には、抵抗体を同時に焼成する本発明におけるグリーンシートの焼成条件ではグリーンシートへの結合材として作用しなくなるおそれがある。 The softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably lower than the firing temperature of the green sheet laminate and higher than the decomposition and volatilization temperature of the organic component in the constrained green sheet. Specifically, the softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably about 450 to 900 ° C. If the softening point of the glass is less than 450 ° C., the organic component may not be completely removed because the softened glass blocks the removal path of the decomposed and volatilized organic component when the organic component is removed from the green sheet. is there. On the other hand, when the softening point of the glass exceeds 900 ° C., the firing conditions of the green sheet in the present invention in which the resistors are fired simultaneously may not function as a binder to the green sheet.
また、本発明における拘束グリーンシートには、ガラスを含有せず、上記の難焼結性無機材科から成る無機成分に有機バインダ，可塑剤，溶剤等を加えたスラリーを成形して得られるものを用いてもよい。このようなガラスを含有しない拘束グリーンシートを用いる場合には、焼成時に拘束グリーンシートのガラスの溶融が生じないため、難焼結性無機材料間に生じる隙間がガラスによって充填されず、その結果として、グリーンシートおよび拘束グリーンシートのバインダ成分の揮発、燃焼の径路が十分に確保され、空気の供給も滞らないことから、脱バインダ性が良好となる。ただし、このようなガラス成分を含有しない拘束グリーンシートを使用した場合には、焼成中における拘束グリーンシートとグリーンシートとの密着力が小さいため、昇温速度が速過ぎた場合には拘束グリーンシートがグリーンシートから剥離しやすいという問題が発生することがあるので、昇温速度を遅くする必要があったり、各種焼成条件の設定が煩雑となる等の注意が必要となる。 Further, the constrained green sheet in the present invention does not contain glass, and is obtained by molding a slurry in which an organic binder, a plasticizer, a solvent, etc. are added to the inorganic component composed of the above-mentioned hardly sinterable inorganic material family May be used. When using such a constrained green sheet that does not contain glass, the glass of the constrained green sheet does not melt at the time of firing, so the gaps that occur between the hardly sinterable inorganic materials are not filled with glass, and as a result The binder components of the green sheet and the constrained green sheet are sufficiently volatilized and burned, and the air supply is not delayed. Therefore, the binder removal property is improved. However, when a restraint green sheet that does not contain such a glass component is used, the restraint green sheet has a low adhesion force between the restraint green sheet and the green sheet during firing. However, there is a case where it is easy to peel off from the green sheet. Therefore, it is necessary to take care that the rate of temperature rise needs to be slowed down and the setting of various firing conditions becomes complicated.
拘束グリーンシートは、グリーンシートの作製と同様にして、有機バインダ，可塑剤，溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダ，可塑剤および溶剤としては、グリーンシートで使用したのと同様な材料が使用可能である。ここで、可塑剤を添加するのは、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、積層時にグリーンシートとの密着性を高めるためである。 The constrained green sheet can be obtained by molding using an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like in the same manner as the production of the green sheet. As an organic binder, a plasticizer, and a solvent, the same material as that used in the green sheet can be used. Here, the reason why the plasticizer is added is to impart flexibility to the constraining green sheet and to enhance the adhesion to the green sheet during lamination.
グリーンシートの両面に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけでグリーンシート積層体の厚さに対して１０％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。また、有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック基板からの拘束シートの除去を考慮すると、拘束グリーンシートの厚さはグリーンシート積層体の厚さの約２００％以下であるのがよい。また、積層される拘束シートは１枚のシートからなるものであってもよく、あるいは所定の厚みになるように複数枚を積層したものであってもよい。 The thickness of the constrained green sheet laminated on both sides of the green sheet is preferably 10% or more with respect to the thickness of the green sheet laminate on one side only. May decrease. Further, in consideration of facilitating the volatilization of the organic component and considering the removal of the constraining sheet from the glass ceramic substrate, the thickness of the constraining green sheet is preferably about 200% or less of the thickness of the green sheet laminate. Further, the constraining sheets to be stacked may be composed of a single sheet, or may be a stack of a plurality of sheets having a predetermined thickness.
成形された拘束グリーンシートをグリーンシートの両面に積層するには、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダ，可塑剤，溶剤等から成る接着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。シート間に接着剤層を介在させる場合には、接着剤層に拘束グリーンシートと同じガラス成分を含有させてシート間の結合力を高めるようにしてもよい。 In order to stack the formed constrained green sheets on both sides of the green sheet, heat and pressure are applied to the stacked green sheets, and an adhesive composed of an organic binder, plasticizer, solvent, etc. is applied between the sheets. A method of applying and thermocompression bonding can be employed. When an adhesive layer is interposed between the sheets, the adhesive layer may contain the same glass component as that of the constraining green sheet to increase the bonding force between the sheets.
拘束グリーンシートを積層後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は１００〜８００℃の温度範囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解，揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約８００〜９００℃の範囲内である。一般のガラスセラミック材料には９００℃以上で焼成する場合もあるが、本発明では抵抗体を同時に焼成するため、通常の抵抗体の焼成温度に準じて８００〜９００℃の範囲がよい。９００℃以上で焼成した場合は、抵抗値の増加や絶縁性の低下等の電気的特性が著しく変化する。焼成は通常、大気中で行なう。 After laminating the constrained green sheets, the organic components are removed and fired. Removal of the organic component is performed by heating the laminate in a temperature range of 100 to 800 ° C. to decompose and volatilize the organic component. Moreover, although a calcination temperature changes with glass-ceramic compositions, it is in the range of about 800-900 degreeC normally. Although a general glass ceramic material may be fired at 900 ° C. or higher, in the present invention, the resistor is fired at the same time. Therefore, the range of 800 to 900 ° C. is preferable according to the firing temperature of a normal resistor. When fired at 900 ° C. or higher, the electrical characteristics such as an increase in resistance value and a decrease in insulation are remarkably changed. Firing is usually performed in the air.
また、焼成時には、反りを防止するために、積層体上面に重しを載せる等して荷重をかけてもよい。荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ（メガパスカル）程度が適切である。荷重が５０Ｐａ未満である場合、積層体の反り抑制作用が充分でないおそれがある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合、使用する重しが大きくなるため焼成炉に入らなかったり、また焼成炉に入っても熱容量不足になり焼成できない等の問題をひき起こすおそれがある。重しとしては、分解した有機成分の挿散を妨げないように、例えば多孔質のセラミックスや金属等を使用するのが好ましい。積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。 Further, at the time of firing, a load may be applied by placing a weight on the upper surface of the laminate in order to prevent warping. A load of about 50 Pa to 1 MPa (megapascal) is appropriate. When a load is less than 50 Pa, there exists a possibility that the curvature suppression effect of a laminated body may not be enough. Further, when the load exceeds 1 MPa, the weight to be used increases, so that there is a possibility of causing problems such as failure to enter the firing furnace or insufficient heat capacity even when entering the firing furnace. As the weight, it is preferable to use, for example, porous ceramics, metal, or the like so as not to prevent the decomposition of the decomposed organic components. A porous weight may be placed on the top surface of the laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.
焼成後、拘束シートを除去する。除去方法としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば研磨，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（砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。 After firing, the constraining sheet is removed. The removal method is not particularly limited as long as the constraining sheet bonded to the surface of the glass ceramic substrate can be removed. For example, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting (injecting abrasive grains and water by air pressure) And the like).
得られたガラスセラミック配線基板は、焼成時の収縮が拘束グリーンシートによって厚さ方向だけに抑えられているので、その積層面内の収縮をおよそ０．５％以下にも抑えることが可能となり、しかもグリーンシートは拘束グリーンシートによって全面にわたって均一にかつ確実に結合されているので、拘束グリーンシートの一部の剥離等によって反りや変形が起こるのを防止することができる。 The resulting glass-ceramic wiring board has its shrinkage during firing suppressed only in the thickness direction by the constrained green sheet, so it becomes possible to suppress the shrinkage in the laminated surface to about 0.5% or less, Moreover, since the green sheet is uniformly and reliably bonded to the entire surface by the constraining green sheet, it is possible to prevent warping or deformation from occurring due to part of the constraining green sheet being peeled off.
さらにオーバーコートガラスが抵抗体を保護しているため、拘束シート除去時に抵抗体が磨耗や剥離を起こさず、一度の焼成で表面に抵抗体が形成された高寸法精度のガラスセラミック配線基板を得ることができる。 Furthermore, since the overcoat glass protects the resistor, the resistor does not wear or peel off when the restraint sheet is removed, and a high-dimensional precision glass ceramic wiring board is obtained in which the resistor is formed on the surface by a single firing. be able to.
この後メッキが施されるが、オーバーコートガラスとして耐アルカリ性に優れたガラス材料を用いているため、熱硬化樹脂による被覆無しでそのままメッキを施すことができる。メッキとしては無電解メッキ法でＮｉ，Ａｕ等のメッキ膜が施されるが、特に限定されるものではなく、導体に必要とされる特性を付与するために種々のメッキ膜を施してもかまわない。 After this, plating is performed, but since a glass material excellent in alkali resistance is used as the overcoat glass, the plating can be performed as it is without coating with a thermosetting resin. As plating, a plating film such as Ni, Au, etc. is applied by an electroless plating method, but it is not particularly limited, and various plating films may be applied in order to give the necessary properties to the conductor. Absent.
以下、実施例，比較例を挙げて本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, although the manufacturing method of the glass ceramic wiring board of this invention is demonstrated in detail, giving an Example and a comparative example, this invention is not limited only to a following example.
＜実施例１＞
ガラスセラミック成分として、ＳｉＯ２−Ａｌ２０３−ＭｇＯ−Ｂ２０３−ＺｎＯ系結晶化ガラス粉末６０質量％，ＣａＺｒＯ３粉末２０質量％，ＳｒＴｉＯ３粉末１７質量％およびＡｌ２Ｏ３粉末３質量％を使用した。このガラスセラミック成分１００質量％に有機バインダとしてアクリル樹脂１２質量％，フタル酸系可塑剤６質量％および溶剤としてトルエン３０質量％を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのグリーンシートを成形した。
<Example 1>
As a glass ceramic component, SiO 2 —Al 2 0 3 —MgO—B 2 0 3 —ZnO-based crystallized glass powder 60% by mass, CaZrO 3 powder 20% by mass, SrTiO 3 powder 17% by mass and Al 2 O 3 powder 3 % By weight was used. To 100% by mass of the glass ceramic component, 12% by mass of an acrylic resin as an organic binder, 6% by mass of a phthalic acid plasticizer, and 30% by mass of toluene as a solvent were added and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
次いで、このグリーンシート上に銀ペーストを用いて導体パターンをスクリーン印刷にて形成した。導体ペーストとしては、平均粒径１μｍの銀粉末１００質量％に対してＡｌ２Ｏ３粉末２質量％および上記ガラスと同組成のガラス粉末２質量％、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂，テルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。 Next, a conductor pattern was formed on the green sheet by screen printing using a silver paste. As the conductor paste, 100% by mass of silver powder having an average particle diameter of 1 μm, 2 % by mass of Al 2 O 3 powder, 2% by mass of glass powder having the same composition as the above glass, and a predetermined amount of ethyl cellulose resin as a vehicle component, A mixture of terpineol and a three-roll mixture so as to have an appropriate viscosity was used.
導体パターン形成後、抵抗体パターンをスクリーン印刷にて形成した。抵抗体ペーストとしては、平均粒径０．５μｍの二酸化ルテニウム粉末１５質量％と上記のグリーンシートに用いた結晶化ガラス粉末８５質量％とを混合し、さらに、ビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂，テルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。 After forming the conductor pattern, a resistor pattern was formed by screen printing. As the resistor paste, 15% by mass of ruthenium dioxide powder having an average particle size of 0.5 μm and 85% by mass of the crystallized glass powder used for the green sheet are mixed, and a predetermined amount of ethylcellulose resin is used as a vehicle component. , Terpineol was added, and the mixture was mixed with three rolls so as to have an appropriate viscosity.
抵抗体パターン形成後、オーバーコートガラスパターンをスクリーン印刷にて形成した。オーバーコートガラスペーストとしてはグリーンシートに用いたガラス成分よりも約７０度軟化温度の高い結晶化ガラス粉末に、ビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂，テルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。 After forming the resistor pattern, an overcoat glass pattern was formed by screen printing. As an overcoat glass paste, a predetermined amount of ethylcellulose resin and terpineol are added as a vehicle component to a crystallized glass powder having a softening temperature of about 70 degrees higher than the glass component used for the green sheet, and an appropriate viscosity is achieved by three rolls. What was mixed so that it might become was used.
一方、無機成分としてＡｌ２Ｏ３粉末９５質量％と軟化点７２０℃のＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系結晶化ガラス粉末５質量％とを用いて、上記のグリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、次いで成形して、厚さ２５０μｍの拘束グリーンシートを得た。 On the other hand, using 95% by mass of Al 2 O 3 powder and 5% by mass of SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO—B 2 O 3 —ZnO-based crystallized glass powder having a softening point of 720 ° C. as inorganic components, A slurry was prepared in the same manner as the green sheet, and then molded to obtain a constrained green sheet having a thickness of 250 μm.
ガラスセラミック配線基板の内層にあたるグリーンシート表面には、所定の回路パターン形状で銀の導体パターンを印刷した。 On the surface of the green sheet corresponding to the inner layer of the glass ceramic wiring board, a silver conductor pattern was printed in a predetermined circuit pattern shape.
導体パターンを形成した上記のグリーンシートの所定枚数を積み重ねてグリーンシート積層体を得て、さらにその両面に上記の拘束グリーンシートを重ね合わせ、真空積層機によって、温度５５℃，圧力２０ＭＰａの条件で圧着して積層体を得た。 A green sheet laminate is obtained by stacking a predetermined number of the green sheets on which the conductor pattern is formed, and the constraining green sheets are further laminated on both sides of the green sheet, and a vacuum laminator is used at a temperature of 55 ° C. and a pressure of 20 MPa. A laminate was obtained by pressure bonding.
得られた積層体をアルミナセッターに載置し、バッチ式焼成炉にて大気中５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、９００℃で１時間焼成した。この後に拘束シートを、球状Ａｌ２Ｏ３微粉末と水との混合物を高圧の空気圧で投射するウェットブラスト装置を用いて、ブラスト圧０．１３５ＭＰａ，送り速度１０ｍｍ／秒の条件によって除去した。拘束シートを除去した後のガラスセラミック基板の表面は、表面の算術平均粗さＲａが１μｍ以下の平滑な面であり、形成された回路パターンも欠損や滲み等が無かった。 The obtained laminate was placed on an alumina setter, heated in air at 500 ° C. for 2 hours in a batch-type firing furnace to remove organic components, and then fired at 900 ° C. for 1 hour. Thereafter, the constraining sheet was removed under the conditions of a blast pressure of 0.135 MPa and a feed rate of 10 mm / sec using a wet blasting apparatus that projects a mixture of spherical Al 2 O 3 fine powder and water with high-pressure air pressure. The surface of the glass-ceramic substrate after removing the restraining sheet was a smooth surface with an arithmetic average roughness Ra of 1 μm or less, and the formed circuit pattern was free from defects or bleeding.
また、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮は０．５％以下であり、基板に反りや変形も認められなかった。 Further, the shrinkage in the laminated surface of the obtained glass ceramic substrate was 0.5% or less, and no warpage or deformation was observed in the substrate.
抵抗体に関しても、ウェットブラストで剥離されること無く焼き上がっていた。このときの抵抗体の試料１２個について、抵抗値をそれぞれシート抵抗値に換算した結果を表１に示す。 The resistor was also baked without being peeled off by wet blasting. Table 1 shows the results of converting the resistance values into the sheet resistance values for the 12 samples of the resistor at this time.
＜実施例２＞
オーバーコートガラス組成として、ガラス成分の軟化温度を、実施例１における抵抗体およびガラスセラミックスに含まれるガラス成分の軟化温度温度よりも40度低い結晶化ガラスとした以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック配線基板を得た。このときの抵抗体の試料１２個について、抵抗値をそれぞれシート抵抗値に換算した結果を表１に示す。表１より、オーバーコートガラスのガラス成分の軟化温度が低いため焼成時に抵抗体へ流入し、抵抗値を大きく変動させていることが判った。
<Example 2>
The overcoat glass composition was the same as in Example 1 except that the softening temperature of the glass component was crystallized glass 40 degrees lower than the softening temperature of the glass component contained in the resistor and glass ceramic in Example 1. A glass ceramic wiring board was obtained. Table 1 shows the results of converting the resistance values into the sheet resistance values for the 12 samples of the resistor at this time. From Table 1, it was found that since the softening temperature of the glass component of the overcoat glass was low, it flowed into the resistor during firing and the resistance value was greatly varied.
＜実施例３＞
オーバーコートガラス組成として、ガラス成分の軟化温度を、実施例１における抵抗体およびガラスセラミックに含まれるガラス成分の軟化温度温度よりも３０度高い結晶化ガラスとした以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック配線基板を得た。このときの抵抗体の試料１２個について、抵抗値をそれぞれシート抵抗値に換算した結果を表１に示す。表１より、オーバーコートガラスのガラス成分の軟化温度が高い場合は抵抗値に影響は無いことが判った。
The overcoat glass composition was the same as in Example 1 except that the softening temperature of the glass component was crystallized glass 30 degrees higher than the softening temperature of the glass component contained in the resistor and glass ceramic in Example 1. A glass ceramic wiring board was obtained. Table 1 shows the results of converting the resistance values into the sheet resistance values for the 12 samples of the resistor at this time. From Table 1, it was found that the resistance value was not affected when the softening temperature of the glass component of the overcoat glass was high.
＜実施例４＞
オーバーコートガラスとして、ＳｉＯ２，Ｂｉ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を含むガラスを用いた以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック配線基板を作製した。次に、ガラスセラミック配線基板に無電解メッキ法によりＮｉ，Ａｕからなるメッキ層を被着した。メッキ層形成後においてもオーバーコートガラスは侵されること無く、透明な外観を保っていた。また、メッキ層形成の前後での抵抗値変化は１％以下であった。よって、メッキ層の形成によってオーバーコートガラスは何ら影響を受けず、抵抗体を十分に保護していることが判った。
<Example 4>
A glass ceramic wiring substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that glass containing SiO 2 , Bi 2 O 3 and B 2 O 3 was used as the overcoat glass. Next, a plated layer made of Ni or Au was applied to the glass ceramic wiring board by electroless plating. Even after the plating layer was formed, the overcoat glass was not attacked and maintained a transparent appearance. Further, the resistance value change before and after the formation of the plating layer was 1% or less. Therefore, it was found that the overcoat glass was not affected at all by the formation of the plating layer and sufficiently protected the resistor.
＜比較例１，２＞
オーバーコートガラスに用いるガラス成分として比較例１は結晶化ガラス、比較例２は非結晶化ガラスをそれぞれ用い、比較のためにオーバーコートガラスの厚みを薄くした以外は実施例１と同様にしてガラスセラミック配線基板を得た。オーバーコートガラスの厚みは通常の１２μｍから５μｍへ薄くしている。このときの抵抗体の試料１２個について、抵抗値をそれぞれシート抵抗値に換算した結果を表２に示す。表２より、比較例２においては抵抗体が全て絶縁状態であり、測定はできなかった。抵抗体表面を観察すると、拘束シート除去時にオーバーコートガラスが剥離しており、抵抗体まで拘束シートとともに除去していることが判明した。よって非結晶化ガラスをオーバーコートガラスに用いた場合は、結晶化ガラスに比べて耐磨耗性が劣るため、拘束シート除去時に剥離が生じ、抵抗体まで除去されてしまうことが判った。
As a glass component used for the overcoat glass, Comparative Example 1 uses crystallized glass, Comparative Example 2 uses non-crystallized glass, and the glass is the same as Example 1 except that the thickness of the overcoat glass is reduced for comparison. A ceramic wiring board was obtained. The thickness of the overcoat glass is reduced from the usual 12 μm to 5 μm. Table 2 shows the results of converting the resistance values into the sheet resistance values for the 12 samples of the resistors at this time. From Table 2, in Comparative Example 2, all the resistors were in an insulating state, and measurement was not possible. When the surface of the resistor was observed, it was found that the overcoat glass was peeled off when the restraint sheet was removed, and the resistor was removed together with the restraint sheet. Therefore, it has been found that when non-crystallized glass is used for the overcoat glass, the abrasion resistance is inferior to that of crystallized glass, so that peeling occurs when the restraint sheet is removed, and even the resistor is removed.
なお、本発明のガラスセラミック配線基板の製造方法は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。 In addition, the manufacturing method of the glass-ceramic wiring board of this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible if it is a range which does not deviate from the summary of this invention.
Claims (4)
前記ガラスセラミックグリーンシート積層体の両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程と、
前記拘束グリーンシートとガラスセラミックグリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して、拘束シートを保持したガラスセラミック積層体の表面に抵抗体および導体が形成されたガラスセラミック基板を得る工程と、
前記ガラスセラミック基板から前記拘束シートを除去する工程とを含むことを特徴とするガラスセラミック配線基板の製造方法。 The resistor pattern and the overcoat are laminated on the surface by laminating a plurality of glass ceramic green sheets containing an organic binder and containing a resistor pattern on the surface and an overcoat glass pattern covering the resistor pattern and a conductor pattern. Producing a glass ceramic green sheet laminate in which the glass pattern and the conductor pattern are disposed;
Laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both sides of the glass ceramic green sheet laminate;
A glass ceramic substrate in which a resistor and a conductor are formed on the surface of the glass ceramic laminate holding the restraint sheet by removing organic components from the laminate of the restraint green sheet and the glass ceramic green sheet laminate and then firing the laminate. Obtaining
And a step of removing the constraining sheet from the glass ceramic substrate.
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