JP2938931B2 - Manufacturing method of aluminum nitride substrate - Google Patents
Manufacturing method of aluminum nitride substrateInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は窒化アルミニウム基板の製造方法に関し、特
に窒化アルミニウム製グリーンシートを積層して同時焼
成する多層配線板の製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum nitride substrate, and more particularly, to a method for manufacturing a multilayer wiring board in which green sheets made of aluminum nitride are laminated and fired simultaneously.
［従来の技術］ 昨今、窒化アルミニウム焼成体が電気絶縁性、熱伝導
性、寸法安定性、機械的強度等に優れていることから、
窒化アルミニウム多層配線板の開発が盛んに行われてい
る。[Prior art] Recently, since an aluminum nitride fired body is excellent in electrical insulation, thermal conductivity, dimensional stability, mechanical strength, etc.,
Aluminum nitride multilayer wiring boards have been actively developed.
従来、窒化アルミニウム多層配線板は、窒化アルミニ
ウム製グリーンシートにパンチング加工を施してスルー
ホール形成用孔を形成し、この孔内に主としてタングス
テンと分散溶媒とからなるペーストを充填した後、かか
るグリーンシートを複数枚積層した状態で常圧にて同時
焼成することにより、製造されている。Conventionally, an aluminum nitride multilayer wiring board is formed by punching a green sheet made of aluminum nitride to form a hole for forming a through-hole, and filling the hole with a paste mainly composed of tungsten and a dispersing solvent. Are simultaneously fired at normal pressure in a state in which a plurality of sheets are laminated.
［発明が解決しようとする課題］ 一般に、窒化アルミニウムの成形体は焼成時に収縮を
伴うが、特に常圧焼成による場合、前記グリーンシート
のスルーホール形成用孔内には前記タングステンペース
トを充填しているため、窒化アルミニウムの収縮率と、
タングステンペーストの収縮率との関係が問題となる。
しかし、タングステンペーストは多層配線板形成後のス
ルーホール抵抗を可能な限り低減するために高密度化さ
れる傾向にあり、焼成時におけるタングステンペースト
の収縮率と、窒化アルミニウムの収縮率とが一致せず、
常圧焼成時におけるクラック等の発生要因となってい
る。[Problems to be Solved by the Invention] In general, a formed body of aluminum nitride shrinks during firing, but in particular, in the case of normal pressure firing, the tungsten paste is filled in the through-hole forming holes of the green sheet. Therefore, the shrinkage of aluminum nitride
The relationship with the shrinkage of the tungsten paste becomes a problem.
However, the tungsten paste tends to be densified in order to reduce the through-hole resistance after forming the multilayer wiring board as much as possible, and the shrinkage ratio of the tungsten paste during firing and the shrinkage ratio of the aluminum nitride match. Without
It causes cracks and the like during firing at normal pressure.
また、各グリーンシート毎にスルーホール形成用孔の
内径、形成個数等が異なる場合、焼成時における各グリ
ーンシート間の収縮の程度が異なり、スルーホール同士
の位置合せ精度が低下するということが危惧される。In addition, when the inner diameter of the through hole forming hole, the number of formed holes, and the like are different for each green sheet, the degree of shrinkage between the green sheets during firing is different, and there is a fear that the alignment accuracy between the through holes is reduced. It is.
特に、本発明者らは、グリーンシートに開孔された、
スルーホール形成用孔の内径よりも大きな内径を有する
パッド孔にタングステンペーストを充填し、グリーンシ
ートを積層後に同時焼成することによって、外部引出し
ピンを固着するためのピンパッドを一体成形した多層配
線板を開発中であり、このようなパッド孔にタングステ
ンペーストを充填して常圧焼成しても、クラック等を生
じない窒化アルミニウム基板を製造する必要に迫られて
いる。In particular, the present inventors have perforated the green sheet,
Filling a pad hole having an inner diameter larger than the inner diameter of the through hole forming hole with a tungsten paste, laminating a green sheet and firing simultaneously, a multilayer wiring board integrally formed with pin pads for fixing external lead-out pins. Under development, there is an urgent need to manufacture an aluminum nitride substrate that does not cause cracks or the like even when such pad holes are filled with a tungsten paste and fired under normal pressure.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目
的は、窒化アルミニウムの焼成による収縮、及びタング
ステンペーストが充填される孔の大きさや個数にかかわ
らず、クラック等の問題を生ずることなく、窒化アルミ
ニウム基板を簡便かつ確実に製造することができる窒化
アルミニウム基板の製造方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to reduce the problem of shrinkage due to sintering of aluminum nitride and the occurrence of cracks and the like regardless of the size and number of holes filled with tungsten paste. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an aluminum nitride substrate that can easily and reliably manufacture an aluminum substrate.
［課題を解決するための手段及び作用］ 上記課題を解決するために本発明は、予め開孔された
窒化アルミニウム製グリーンシートの孔内に、タングス
テンを主として含有するペーストであって、乾燥後にお
けるタングステンの空間占有率が35〜45％のペーストを
充填せしめた後、常圧焼成することにより窒化アルミニ
ウム基板を製造している。Means and Action for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides a paste mainly containing tungsten in the pores of an aluminum nitride green sheet that has been previously opened, An aluminum nitride substrate is manufactured by filling a paste having a space occupation ratio of 35 to 45% of tungsten and firing at normal pressure.
この方法によれば、ペースト自体の焼成による収縮率
が、ペースト等の充填のない窒化アルミニウム製成形体
の常圧焼成による収縮率と同じ程度となる。従って、常
圧焼成時により窒化アルミニウムと前記ペーストとの収
縮率の違いに基づくクラック等を生ずることなく、窒化
アルミニウム製グリーンシートの孔内にタングステンが
過不足なく定着される。According to this method, the shrinkage ratio of the paste itself due to firing is substantially the same as the shrinkage ratio of the aluminum nitride molded body without filling with paste or the like due to normal pressure firing. Therefore, tungsten is fixed in the holes of the aluminum nitride green sheet without excess or deficiency without causing cracks or the like based on the difference in shrinkage ratio between the aluminum nitride and the paste due to the normal pressure firing.
前記タングステンを主として含有するペーストは、乾
燥後におけるタングステンの空間占有率が35〜45％のも
のである。この空間占有率が35％未満では、該ペースト
の収縮率が窒化アルミニウムの収縮率に比して大きくな
り、タングステン粒子がグリーンシートの孔内に強固に
定着されないのみならず、グリーンシートの孔の一部に
隙間を生じてスルーホール抵抗が高くなる。一方、前記
空間占有率が45％を超えると、該ペーストの収縮率が窒
化アルミニウムの収縮率に比して小さくなり、ペースト
が充填された孔の周囲に応力による歪みが生じてクラッ
クが発生する。The paste containing mainly tungsten has a space occupancy of 35 to 45% of tungsten after drying. If the space occupancy is less than 35%, the shrinkage of the paste becomes larger than the shrinkage of aluminum nitride, so that not only the tungsten particles are not firmly fixed in the holes of the green sheet but also the holes of the green sheet. A gap is formed in a part and the through-hole resistance increases. On the other hand, if the space occupancy exceeds 45%, the shrinkage of the paste becomes smaller than the shrinkage of aluminum nitride, and stress is generated around the holes filled with the paste, causing cracks. .
また、前記グリーンシートを複数枚積層して同時焼成
することは好ましい。Further, it is preferable that a plurality of the green sheets are laminated and fired simultaneously.
これにより、グリーンシートの積層時において、各グ
リーンシート毎にスルーホール形成用孔の内径、形成個
数等が異なる場合でも、焼成による各グリーンシート間
の収縮の程度が一致するため、スルーホール同士の位置
合せ精度が焼成によって低下するということがない。従
って、品質の安定した窒化アルミニウム多層配線板が常
圧同時焼成によって形成される。Thereby, when laminating green sheets, even if the inner diameter of the through hole forming hole, the number of formed holes, and the like are different for each green sheet, the degree of shrinkage between the green sheets due to firing matches, so that the There is no possibility that the positioning accuracy is reduced by firing. Therefore, an aluminum nitride multilayer wiring board having stable quality is formed by simultaneous firing at normal pressure.
さて、前記タングステンを主として含有するペースト
は、タングステン微粒子に、アクリル系バインダー、エ
ーテル系の溶剤、ブチラール、グリコール等の分散溶
媒、及び必要に応じて、ひまし油、ポリビニルアルコー
ル等のチクソ剤等を適宜配合して調整されるものであ
る。Now, the paste mainly containing tungsten is appropriately mixed with fine particles of tungsten, an acrylic-based binder, an ether-based solvent, a dispersion solvent such as butyral, and glycol, and, if necessary, a castor oil and a thixotropic agent such as polyvinyl alcohol. It is adjusted.
ここで、前記ペーストに使用するタングステン粒子の
粒径は0.3〜0.6μｍの範囲であることが望ましい。Here, the particle diameter of the tungsten particles used in the paste is desirably in the range of 0.3 to 0.6 μm.
その理由は、タングステン粒子の粒径が上記範囲内で
ある限り、分散溶媒を必要以上に大量に使用することな
く、前記ペーストの乾燥後におけるタングステンの空間
占有率を前記範囲内に設定することができるからであ
る。The reason is that, as long as the particle diameter of the tungsten particles is within the above range, the space occupancy of tungsten after drying the paste can be set within the above range without using a dispersing solvent in an unnecessarily large amount. Because you can.
このペーストは、メタルマスクやメッシュマスクを使
用したスクリーン印刷等によって、グリーンシートの孔
内に充填される。This paste is filled into the holes of the green sheet by screen printing using a metal mask or a mesh mask.
このグリーンシートの孔は、スルーホール形成用孔の
ようにその内径が0.1mm程度と非常に小さいものから、
窒化アルミニウム基板に直接ピンパッドを一体形成する
ためのパッド形成用孔のようにその内径が1.0〜2.0mm程
度と非常に大きなものであってもよい。しかし、これら
孔の径が大きすぎると、グリーンシートのパンチング時
に形成される孔間にクラックが入り易くなる。Since the hole of this green sheet has a very small inner diameter of about 0.1 mm like a hole for forming a through hole,
The inner diameter may be as large as about 1.0 to 2.0 mm, such as a pad forming hole for integrally forming a pin pad directly on an aluminum nitride substrate. However, if the diameters of these holes are too large, cracks tend to be formed between the holes formed during punching of the green sheet.
以下に、本発明を具体化した実施例及び比較例につい
て説明する。Hereinafter, Examples and Comparative Examples embodying the present invention will be described.
［実施例］ （グリーンシートの作製） 純度99％、平均粒径が約1.1〜1.5μｍの窒化アルミニ
ウム粉末100重量部に、平均粒径が２〜３μｍの酸化イ
ットリウムを５重量部、アクリル系バインダーを８〜15
重量部、並びに、トルエン、エタノール及び酢酸エチル
を配合し、ボールミルにて12〜60時間混練して原料スラ
リーを調製した後、シートキャスティング法によって複
数枚のグリーンシート（長さ80mm×幅80mm×厚さ0.5m
m）を作製した。[Example] (Preparation of green sheet) 100 parts by weight of aluminum nitride powder having a purity of 99% and an average particle diameter of about 1.1 to 1.5 μm, 5 parts by weight of yttrium oxide having an average particle diameter of 2 to 3 μm, and an acrylic binder 8 to 15
Parts by weight, and mixed with toluene, ethanol and ethyl acetate, kneaded in a ball mill for 12 to 60 hours to prepare a raw material slurry, and then a plurality of green sheets (length 80 mm x width 80 mm x thickness) by a sheet casting method. 0.5m
m) was prepared.
各グリーンシートには、それぞれパンチング加工によ
って多数の孔を透設した。第１図に示すように、本実施
例においては、内径0.1〜0.3mmのスルーホール形成用孔
１を形成したグリーンシート２と、内径1.0〜2.0mmのパ
ッド孔３を形成したグリーンシート４とを作製した。こ
こで、前記パッド孔３とは、ピングリッドアレイを作製
する際に、多層配線板に外部引出しピンを固着するため
のパッドを多層配線板に一体形成するための孔である。A number of holes were formed in each green sheet by punching. As shown in FIG. 1, in this embodiment, a green sheet 2 having a through hole forming hole 1 having an inner diameter of 0.1 to 0.3 mm and a green sheet 4 having a pad hole 3 having an inner diameter of 1.0 to 2.0 mm are formed. Was prepared. Here, the pad hole 3 is a hole for integrally forming a pad for fixing an external lead pin to the multilayer wiring board when the pin grid array is manufactured.
（タングステンペーストの充填） 平均粒径が0.3μｍのタングステン微粒子100重量部
に、10重量％のアクリル系バインダーが配合されたエー
テル系の溶剤からなる混合溶媒を５〜10重量部と、ひま
し油0.1〜0.5重量部とを配合し、その混合物を三本ロー
ル混合機にて約１時間混練することにより、タングステ
ンペーストを調製した。このペーストは、前記混合溶媒
を乾燥除去した時の密度が7.5〜8.0g/cm3であり、その
際のタングステン微粒子の理論空間占有率が約40％とい
うものである。(Filling of tungsten paste) 5 to 10 parts by weight of a mixed solvent composed of an ether-based solvent in which 10% by weight of an acrylic binder is blended with 100 parts by weight of tungsten fine particles having an average particle size of 0.3 μm, and castor oil 0.1 to 0.5 parts by weight, and the mixture was kneaded for about 1 hour with a three-roll mixer to prepare a tungsten paste. This paste has a density of 7.5 to 8.0 g / cm 3 when the mixed solvent is dried and removed, and the theoretical space occupancy of the tungsten fine particles at that time is about 40%.
そして、前記各グリーンシート2,4にスクリーン印刷
を施すことにより、前記スルーホール形成孔内１及びパ
ッド孔３内にタングステンペースト５を充填した。Then, a tungsten paste 5 was filled in the through hole forming holes 1 and the pad holes 3 by screen printing the green sheets 2 and 4.
（多層配線板の作製） 第１図に示すように、前記パッド孔３を有するグリー
ンシート４が表層部に配置されるようにグリーンシート
2,4を複数枚積層することにより積層成形体６を形成し
た。そして、加熱乾燥を施して積層成形体６中の溶剤を
乾燥させると共に、グリーンシート2,4のスルーホール
形成用孔１内及びパッド孔３内にタングステン微粒子を
定着させた。(Preparation of Multilayer Wiring Board) As shown in FIG. 1, the green sheet 4 having the pad holes 3 is arranged so that the green sheet 4 is disposed in a surface layer portion.
A laminated molded body 6 was formed by laminating a plurality of sheets 2 and 4. Then, the solvent in the laminated molded body 6 was dried by heating and drying, and tungsten fine particles were fixed in the through holes 1 and the pad holes 3 of the green sheets 2 and 4.
そして、この積層成形体６を常圧窒素ガス雰囲気中で
350〜1650℃の温度で加熱することにより、グリーンシ
ート中のバインダーを分解除去（脱脂）した後、1750℃
にて２時間常圧焼成して窒化アルミニウム多層配線板を
得た。Then, the laminated molded body 6 is placed in a nitrogen gas atmosphere at normal pressure.
After heating at a temperature of 350 to 1650 ° C, the binder in the green sheet is decomposed and removed (degreased), and then heated to 1750 ° C.
For 2 hours under normal pressure to obtain an aluminum nitride multilayer wiring board.
このようにして得られた多層配線板の平面寸法を測定
したところ、長さ及び幅の各方向への平均収縮率は約1
4.3％であった。この収縮率の値は、パンチング加工が
施されず、従ってタングステンペーストの充填がなされ
ていない窒化アルミニウムグリーンシートを前記と同様
にして焼成した場合の収縮率（14〜15％）にほぼ一致し
た。また、多層配線板の表面に露出したパッド部の内径
の収縮率は12.0％であり、多層配線板の前記収縮率に非
常に近い値を示した。When the plane dimensions of the multilayer wiring board thus obtained were measured, the average shrinkage in each direction of length and width was about 1
4.3%. This value of the shrinkage rate almost coincided with the shrinkage rate (14 to 15%) when the aluminum nitride green sheet which was not subjected to the punching process and was not filled with the tungsten paste was fired in the same manner as described above. The shrinkage rate of the inner diameter of the pad portion exposed on the surface of the multilayer wiring board was 12.0%, which was a value very close to the shrinkage rate of the multilayer wiring board.
更に、この多層配線板の外観、特に前記パッド部の周
辺を顕微鏡にて観察したが、クラック等の発生は一切見
られず、窒化アルミニウム基板の収縮率とパッド孔内の
タングステンペーストの収縮率の僅かな違いによる悪影
響は観察されなかった。Further, when the appearance of the multilayer wiring board, particularly the periphery of the pad portion, was observed with a microscope, no cracks or the like were observed, and the shrinkage rate of the aluminum nitride substrate and the shrinkage rate of the tungsten paste in the pad hole were not observed. No adverse effects due to slight differences were observed.
［比較例］ 前記実施例と同様にして同形状のスルーホール形成用
孔１又はパッド孔３を有するグリーンシート2,4を作製
した。そして、下記のように調製した高密度タイプのタ
ングステンペーストを各孔1,3内に充填し、前記実施例
と全く同様にして積層、乾燥、脱脂、本焼成を施し多層
配線板を得た。[Comparative Example] Green sheets 2 and 4 having through-hole forming holes 1 or pad holes 3 having the same shape were produced in the same manner as in the above example. Then, each of the holes 1 and 3 was filled with a high-density type tungsten paste prepared as described below, and subjected to lamination, drying, degreasing, and main baking in the same manner as in the above example to obtain a multilayer wiring board.
（使用したタングステンペースト） 平均粒径が3.8μｍのタングステン微粒子100重量部
に、10重量％のアクリル系バインダーが配合されたエー
テル系の溶剤からなる混合溶媒を５〜10重量部と、ひま
し油0.1〜0.5重量部とを配合し、その混合物を三本ロー
ル混合機にて約１時間混練することにより、タングステ
ンペーストを調製した。このペーストは、前記混合溶媒
を乾燥除去した時の密度が9.0〜100g/cm3というもので
ある。(Tungsten paste used) 5 to 10 parts by weight of a mixed solvent composed of 100 parts by weight of tungsten fine particles having an average particle diameter of 3.8 μm and 10% by weight of an acrylic binder mixed with 10% by weight of an acrylic binder, and 0.1 to 0.1% of castor oil 0.5 parts by weight, and the mixture was kneaded for about 1 hour with a three-roll mixer to prepare a tungsten paste. This paste has a density of 9.0 to 100 g / cm 3 when the mixed solvent is dried and removed.
このようにして得られた多層配線板の平面寸法を測定
したところ、長さ及び幅の各方向への平均収縮率は約1
0.0％であった。この収縮率の値は、パンチング加工が
施されず、従ってタングステンペーストの充填がなされ
ていない窒化アルミニウムグリーンシートを前記と同様
にして焼成した場合の収縮率（14〜15％）と若干の開き
がある。また、多層配線板の表面に露出したパッド部の
内径の線収縮率は4.0〜5.0％であり、多層配線板の前記
収縮率ともかなりの開きを生じた。When the plane dimensions of the multilayer wiring board thus obtained were measured, the average shrinkage in each direction of length and width was about 1
0.0%. The value of this shrinkage ratio is slightly different from the shrinkage ratio (14 to 15%) obtained when an aluminum nitride green sheet not subjected to punching processing and thus not filled with a tungsten paste is fired in the same manner as described above. is there. The linear shrinkage of the inner diameter of the pad portion exposed on the surface of the multilayer wiring board was 4.0 to 5.0%, and the shrinkage of the multilayer wiring board was considerably widened.
更に、この多層配線板の外観、特に前記パッド部の周
辺を顕微鏡にて観察したところ、微細なクラックの発生
が観察された。このクラックは、窒化アルミニウム基板
の収縮率とパッド孔内のタングステンペーストの収縮率
とに開きがあるために生じたものと思われる。Further, when the external appearance of the multilayer wiring board, in particular, the periphery of the pad portion was observed with a microscope, generation of fine cracks was observed. This crack is considered to be caused by the difference between the shrinkage of the aluminum nitride substrate and the shrinkage of the tungsten paste in the pad hole.
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、窒化アルミニウ
ムの焼成による収縮、及びタングステンペーストが充填
される孔の大きさや個数にかかわらず、クラック等の問
題を生ずることなく、窒化アルミニウム基板を簡便かつ
確実に製造することができるという優れた効果を奏す
る。[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, regardless of shrinkage due to sintering of aluminum nitride and cracks and the like irrespective of the size and the number of holes filled with tungsten paste, nitrided It has an excellent effect that an aluminum substrate can be easily and reliably manufactured.
第１図は本発明の実施例における積層成形体を示す部分
断面図である。 １……スルーホール形成用孔、2,4……グリーンシー
ト、３……パッド孔、５……タングステンペースト。FIG. 1 is a partial sectional view showing a laminated molded product according to an embodiment of the present invention. 1 ... holes for forming through holes, 2, 4 ... green sheets, 3 ... pad holes, 5 ... tungsten paste.
Claims (3)
ンシート（2,4）の孔（1,3）内に、タングステンを主と
して含有するペースト（５）であって、乾燥後における
タングステンの空間占有率が35〜45％のペーストを充填
せしめた後、常圧焼成することを特徴とする窒化アルミ
ニウム基板の製造方法。1. A paste (5) mainly containing tungsten in a hole (1,3) of an aluminum nitride green sheet (2,4) that has been opened beforehand, and the tungsten occupies space after drying. A method for producing an aluminum nitride substrate, comprising: filling a paste having a ratio of 35 to 45%;
ン粒子の粒径が0.3〜0.6μｍの範囲であることを特徴と
する請求項１に記載の窒化アルミニウム基板の製造方
法。2. The method for producing an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein the particle diameter of the tungsten particles used in said paste (5) is in the range of 0.3 to 0.6 μm.
して同時焼成することを特徴とする請求項１又は２に記
載の窒化アルミニウム基板の製造方法。3. The method for manufacturing an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein a plurality of the green sheets (2, 4) are laminated and fired simultaneously.
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| JP2133337A JP2938931B2 (en) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | Manufacturing method of aluminum nitride substrate |
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- 1990-05-23 JP JP2133337A patent/JP2938931B2/en not_active Expired - Lifetime
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