JP3833672B2 - Method for producing laminated glass-ceramic circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、低温、例えば約８５０〜１０５０℃で焼成可能な積層セラミック回路基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer ceramic circuit board that can be fired at a low temperature, for example, about 850 to 1050 ° C.
積層セラミック回路基板の内部配線導体として、従来、モリブデン、タングステンなどの高融点金属材料が用いられていた。近年、内部配線導体の低抵抗化に伴い、内部配線導体として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はそれらの合金などが用いられるようになっている。 Conventionally, refractory metal materials such as molybdenum and tungsten have been used as internal wiring conductors of multilayer ceramic circuit boards. In recent years, with the reduction in resistance of internal wiring conductors, Au, Ag, Cu, or alloys thereof have been used as internal wiring conductors.
この上述の低抵抗金属材料を内部配線導体に用いる場合、これらの金属材料の融点に応じて絶縁層の材料を選択する必要があった。例えば、絶縁層の材料として、低融点結晶化ガラス成分の粉末とアルミナセラミックなどの無機物フィラーとからなる材料が例示され、焼成工程においては、低融点結晶化ガラス成分を無機物フィラーの粒界に、所定結晶相を析出させて充填させていた。 When the above-described low resistance metal material is used for the internal wiring conductor, it is necessary to select the material of the insulating layer according to the melting point of these metal materials. For example, the material of the insulating layer is exemplified by a material composed of a powder of a low-melting crystallized glass component and an inorganic filler such as alumina ceramic. In the firing step, the low-melting crystallized glass component is used as a grain boundary of the inorganic filler. The predetermined crystal phase was deposited and filled.
具体的な製造方法としては、低融点結晶化ガラス成分のフリット及びアルミナセラミックなどの無機物フィラーを有するグリーンシートを形成し、このグリーンシートにビアホール導体となるスルーホールを形成し、さらに、グリーンシートにビアホール導体及び内部配線導体となる低抵抗金属材料からなる各導体を形成し、さらに、所定回路構成に応じて、複数のグリーンシートを積層一体化し、最後に、焼成処理を行う。 As a specific manufacturing method, a green sheet having a low melting point crystallized glass component frit and an inorganic filler such as alumina ceramic is formed, and a through hole serving as a via-hole conductor is formed in the green sheet. Each conductor made of a low-resistance metal material to be a via-hole conductor and an internal wiring conductor is formed, and a plurality of green sheets are laminated and integrated according to a predetermined circuit configuration, and finally a firing process is performed.
焼成処理は、２４〜３６時間程度の脱バインダ処理と、酸化雰囲気（大気雰囲気）で、ピーク温度８５０〜１０５０℃の焼結処理とから成る。 Firing process consists of the removal Vine da treatment at about 24-36 hours, in an oxidizing atmosphere (air atmosphere), the sintering peak temperature 850 to 1,050 ° C..
しかしながら、積層ガラス−セラミック回路基板では、焼成処理前の積層体基板に対して、焼成処理した後の積層基板は１３〜２０％も収縮してしまう。 However, in the laminated glass-ceramic circuit substrate, the laminated substrate after the firing treatment contracts by 13 to 20% with respect to the laminated substrate before the firing treatment.
従って、製造工程中に用いる積層機、焼成炉などには、形状・容量などの物理的な制約があるため、焼成処理後の形状が充分大きな積層ガラス−セラミック回路基板を得ることが困難であった。 Therefore, the laminating machine, firing furnace, etc. used in the manufacturing process have physical restrictions such as shape and capacity, and it is difficult to obtain a laminated glass-ceramic circuit board having a sufficiently large shape after firing treatment. It was.
また、焼成時の基板収縮率が１０％をはるかに越えて非常に大きいため、内部配線導体を充分に留意して形成しなくては、配線切れなどが発生することもあった。 In addition, since the substrate shrinkage ratio during firing is much greater than 10%, wiring breakage may occur unless the internal wiring conductor is formed with sufficient care.
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は焼成時における基板の収縮率が小さい積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法を提供するものである。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a laminated glass-ceramic circuit substrate having a small shrinkage ratio of the substrate during firing.
本発明の積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法は、ガラス成分と、無機物フィラーと、バインダとを含むグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材を複数積層した積層基板を焼成してなる積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法であって、ガラス転移点が８０℃以上異なるガラス成分を有する少なくとも２種類のグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材からなる未焼成状態の積層基板を得る工程と、
ピーク温度８５０〜１０５０℃に向かって温度上昇させることにより、前記未焼成状態の積層基板を焼成する焼成工程とを有しており、前記焼成工程は、バインダを焼失させる第１温度領域と、ガラス転移点が最も高いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材が原形を維持でき、かつ、ガラス転移点が最も低いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材内において、当該ガラス転移点が最も低いガラス成分が前記無機物フィラーの間に、軟化流動して充填される第２温度領域と、焼成が進んだガラス転移点が最も低いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材が原形を維持でき、かつ、ガラス転移点の最も高いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材内において、当該ガラス転移点が最も高いガラス成分が前記無機物フィラーの間に、軟化流動して充填される第３温度領域と、を経ることを特徴とするものである。
The method for producing a laminated glass-ceramic circuit board of the present invention comprises a laminated glass-ceramic circuit formed by firing a laminated board in which a plurality of green sheets or glass-ceramic slip materials containing a glass component , an inorganic filler, and a binder are laminated. A method for producing a substrate, the step of obtaining an unsintered laminated substrate comprising at least two types of green sheets or glass-ceramic slip materials having glass components having glass transition points different by 80 ° C. or more;
A firing step of firing the unfired laminated substrate by raising the temperature toward a peak temperature of 850 to 1050 ° C., wherein the firing step includes a first temperature region for burning out the binder, and glass The green sheet or glass-ceramic slip material having the glass component having the highest transition point can maintain the original shape, and the glass transition point in the green sheet or glass-ceramic slip material having the glass component having the lowest glass transition point. A green sheet or a glass-ceramic slip material having a glass component having a lowest glass transition point and a second temperature region in which the glass component having the lowest glass transition point is filled between the inorganic fillers by softening flow. And has a glass component with the highest glass transition point Over bets or glass - in the ceramic slip material within those the glass transition point with the highest glass component between the inorganic filler, and wherein the above embodiments, a third temperature region which is filled with softened flow, the is there.
また本発明の積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法は、前記未焼成状態の積層基板を得る工程において、前記未焼成状態の積層基板の表面に、導電性ペーストを印刷してなる導体膜を形成し、前記焼成工程において前記導体膜を焼成することにより表面配線導体を形成することを特徴とするものである。 In the method for producing a laminated glass-ceramic circuit board of the present invention, in the step of obtaining the unfired laminated substrate, a conductive film is formed by printing a conductive paste on the surface of the unfired laminated substrate. And the surface wiring conductor is formed by baking the said conductor film in the said baking process, It is characterized by the above- mentioned.
さらに本発明の積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法は、前記ガラス転移点が最も高いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材に含まれている無機物フィラーおよびガラス転移点が最も低いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材に含まれる無機物フィラーがいずれもアルミナであることを特徴とするものである。 Furthermore, the method for producing a laminated glass-ceramic circuit board of the present invention includes the inorganic filler contained in the green sheet or the glass-ceramic slip material having the highest glass transition point and the glass component having the lowest glass transition point. Any of the inorganic fillers contained in the green sheet or glass-ceramic slip material having the above is alumina .
またさらに本発明の積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法は、前記ガラス成分が、結晶化ガラスから成ることを特徴とするものである。 Further laminated glass of the present invention also - method of manufacturing a ceramic circuit board, the glass component, and is characterized in forming Rukoto from crystallized glass.
本発明によれば、焼成工程時に絶縁層に発生する収縮応力を、焼成温度によって分散させることができ、特に積層基板の平面方向に作用する収縮応力を互いに緩和させることができるため、積層体基板の収縮率を小さくすることができる。 According to the present invention, the shrinkage stress generated in the insulating layer during the firing step can be dispersed depending on the firing temperature, and in particular, the shrinkage stress acting in the plane direction of the laminate substrate can be alleviated. The shrinkage rate can be reduced.
また、本発明によれば、製造できる基板の最大面積を大きくすることができるため、多数個取りの個数を増やすことができ、製造工程で用いる積層機、焼成炉などの形状・容量の制約が緩和され、低コストの積層ガラス−セラミック回路基板を製造できる。 In addition, according to the present invention, since the maximum area of the substrate that can be manufactured can be increased, the number of multi-chips can be increased, and there are restrictions on the shape and capacity of the laminating machine, firing furnace, etc. used in the manufacturing process. Relaxed and low cost laminated glass-ceramic circuit boards can be produced .
以下、本発明の積層ガラス−セラミック回路基板を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the laminated glass-ceramic circuit board of this invention is demonstrated based on drawing.
図１は、本発明に係る積層ガラス−セラミック回路基板の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a laminated glass-ceramic circuit board according to the present invention.
図１において、１０は積層ガラス−セラミック回路基板であり、積層セラミック回路基板１０は、内部に所定回路が形成された積層体基板１から成り、必要に応じて積層体基板１の主面に表面配線導体４、５、厚膜抵抗体膜、保護膜を形成し、さらに、表面配線導体４、５上に接合した各種電子部品６などから構成されている。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a laminated glass-ceramic circuit board, and the laminated ceramic circuit board 10 is composed of a laminated board 1 having a predetermined circuit formed therein, and a surface on the main surface of the laminated board 1 as necessary. The
積層体基板１は絶縁層１ａ〜１ｅ、内部配線導体２、ビアホール導体３とから成り、所定回路が内装されている。
The multilayer substrate 1 is composed of insulating layers 1a to 1e, an
絶縁層１ａ〜１ｅは、例えば８５０〜１０５０℃の比較的低い温度で焼成可能にするガラス−セラミック材料が用いられる。 The insulating layers 1a to 1e are made of a glass-ceramic material that can be fired at a relatively low temperature of 850 to 1050 ° C., for example.
絶縁層１ａ〜１ｅに含まれる無機物フィラーは、コランダム（αアルミナ）、クリストバライト、石英、ムライト、コージライトなどのセラミック材料が例示できる。 Examples of the inorganic filler contained in the insulating layers 1a to 1e include ceramic materials such as corundum (α alumina), cristobalite, quartz, mullite, and cordierite.
また、ガラス成分は、複数の金属酸化物を含む低融点結晶化ガラスからなり、例えば８５０〜１０５０℃の比較的低い温度で焼成処理することによって、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶相を少なくとも１種類を析出するものである。 Further, the glass component is made of low melting point crystallized glass containing a plurality of metal oxides, and is fired at a relatively low temperature of 850 to 1050 ° C., for example, cordierite, mullite, anorthite, serzian, spinel, At least one kind of crystal phase of garnite, willemite, dolomite, petalite or a substituted derivative thereof is deposited.
内部配線導体２、ビアホール導体３は、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ合金）など導体からなり、内部導体２の厚みは８〜１５μｍ程度であり、ビアホール導体の直径は任意な値とすることができるが、例えばその直径は８０〜２５０μｍである。
The
表面配線導体４、５は、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ合金）など導体から成り、例えば、焼成処理される前の積層体基板に既に形成されたり、また、焼成された積層体基板の主面に、上述の導体成分を含む導電性ペーストを印刷、焼きつけによって形成される。
The
このような積層体基板１の表面配線導体４、５には、厚膜抵抗体膜や保護膜が形成され、チップ状コンデンサ、チップ状抵抗器、トランジスタ、ＩＣなどの各種電子部品６などが半田、ワイヤボンディングなどによって搭載されている。
Thick film resistor films and protective films are formed on the
ここで、本発明の特徴的なことは、積層体基板１を構成する絶縁層１ａ〜１ｅのうち、いくつかの絶縁層、例えば１ａ、１ｅに含まれるガラス成分のガラス転移点は、他の絶縁層１ｂ〜１ｄに含まれるガラス成分のガラス転移点に比較して、その温度差を８０℃以上としている。 Here, characteristic feature is the invention, of the insulating layer 1a~1e constituting the laminate substrate 1, a number of insulating layers, for example 1a, a glass transition point of the glass component contains or is to 1e, the other compared to the insulating layer 1b~1d the glass transition point of the free Murrell glass component, and the temperature difference between 80 ° C. or higher.
上述の積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法は、まず、絶縁層１ａ、１ｅ、１ｂ〜１ｄとなる少なくとも２種類のガラス−セラミックグリーンシートを準備し、内部配線導体２、ビアホール導体３、表面配線導体４、５となる導体膜や導体を形成するための低抵抗金属材料（Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、それらの合金）、ガラスフリット、有機ビヒクルなどから成る導電性ペーストを夫々準備する。
In the method for manufacturing the laminated glass-ceramic circuit board described above, first, at least two kinds of glass-ceramic green sheets to be the insulating layers 1a, 1e, 1b to 1d are prepared, and the
上述のガラス−セラミックグリーンシートは、低融点結晶化ガラスフリット、無機物フィラー、バインダ、溶剤を均質混練して、ドクターブレード法などでテープ成型し、所定大きさに裁断されて形成される。 The above-mentioned glass-ceramic green sheet is formed by homogenously kneading a low-melting crystallized glass frit, an inorganic filler, a binder, and a solvent, forming a tape by a doctor blade method or the like, and cutting to a predetermined size.
低融点結晶化ガラスフリットとは、上述したように、８５０〜１０５０℃前後の比較的低い温度で焼成処理することによって、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶相を少なくとも１種類を析出するガラス組成物からなり、平均粒径は、１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜３．５μｍである。 As described above, the low melting point crystallized glass frit is a cordierite, mullite, anorthite, serdian, spinel, garnite, willemite, dolomite, petalite by firing at a relatively low temperature of about 850 to 1050 ° C. And a glass composition in which at least one crystal phase of a substituted derivative thereof is deposited, and the average particle size is 1.0 to 6.0 μm, preferably 1.5 to 3.5 μm.
特に、アノーサイト、セルジアンを析出するガラスフリットを用いれば、より強度の高い積層体基板を得ることができ、コージェライト、ムライトを析出するガラスフリットを用いれば、熱膨張率が低い積層体基板を得ることができ、積層体基板上にＩＣベアチップなどのシリコンチップを搭載するための積層体基板として有効である。尚、強度が高く、熱膨張率が低い積層体基板を得るため、アノーサイトやコージェライトを同時に析出させるガラス組成物として、例えば、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、アルカリ土類金属酸化物が有効である。 In particular, if a glass frit precipitating anorthite and serdian is used, a laminate substrate with higher strength can be obtained. If a glass frit precipitating cordierite and mullite is used, a laminate substrate having a low coefficient of thermal expansion can be obtained. It can be obtained and is effective as a laminate substrate for mounting a silicon chip such as an IC bare chip on the laminate substrate. In addition, in order to obtain a laminated substrate having a high strength and a low coefficient of thermal expansion, examples of glass compositions for simultaneously depositing anorthite and cordierite include B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, and alkali. Earth metal oxides are effective.
無機物フィラーは、積層体基板の骨剤となるものであり、コランダム（αアルミナ）、クリストバライト、石英、ムライト、コージライトなどのセラミックが例示でき、その粒径は１．０〜６．０μｍ、好ましくは１．５〜４．０μｍである。 The inorganic filler serves as an aggregate of the laminate substrate, and examples thereof include ceramics such as corundum (α alumina), cristobalite, quartz, mullite, cordierite, and the particle size is preferably 1.0 to 6.0 μm. Is 1.5 to 4.0 μm.
バインダは、固形成分（ガラスフリット、無機物フィラー）との濡れ性があり、熱分解性の良好なものでなくてはならない。同時にスリップの粘性を決めるものである為、アクリル酸もしくはメタクリル酸系重合体のようなカルボキシル基、アルコール性水酸基を備えたエチレン性不飽和化合物が好ましい。添加量としては固形成分分に対して２５ｗｔ％以下が好ましい。 The binder must be wettable with solid components (glass frit, inorganic filler) and have good thermal decomposability. Since the viscosity of the slip is determined at the same time, an ethylenically unsaturated compound having a carboxyl group or an alcoholic hydroxyl group such as an acrylic acid or methacrylic acid polymer is preferable. The addition amount is preferably 25 wt% or less with respect to the solid component.
溶剤として、有機系溶剤、水系溶剤を用いることができる。尚、水系溶剤の場合、バインダは、水溶性である必要があり、バインダには、親水性の官能基、例えばカルボキシル基が付加されている。その付加量を酸価で表せば２〜３００であり、好ましくは５〜１００である。 As the solvent, an organic solvent or an aqueous solvent can be used. In the case of an aqueous solvent, the binder needs to be water-soluble, and a hydrophilic functional group such as a carboxyl group is added to the binder. If the addition amount is expressed by an acid value, it is 2 to 300, preferably 5 to 100.
上述のバインダ及び溶剤は、ドクターブレード法による熱乾燥工程及び積層体基板の焼成工程の脱バインダ過程で完全に熱分解しなくてはならないが、特に、６００℃以下、好ましくは５００℃以下で分解する材料を選択する。 The above-mentioned binder and solvent must be completely thermally decomposed in the binder drying process of the thermal drying process by the doctor blade method and the firing process of the laminate substrate, and in particular, decomposed at 600 ° C. or less, preferably 500 ° C. or less. Select the material to be used.
上述の無機物フィラーとガラス成分との構成比率は、無機物フィラーが１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、好ましくは２０ｗｔ％〜３５ｗｔであり、ガラス成分が９０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、好ましくは８０ｗｔ％〜６５ｗｔである。 The composition ratio of the above-mentioned inorganic filler and glass component is 10 wt% to 50 wt%, preferably 20 wt% to 35 wt% for the inorganic filler, and 90 wt% to 50 wt%, preferably 80 wt% to 65 wt% for the glass component.
無機物フィラーが１０ｗｔ％未満（ガラス成分が９０ｗｔ％を越える）では、絶縁層中にガラス質が増加しすぎて、積層体基板の強度が損なわれ、無機物フィラーが５０ｗｔ％を越える（ガラス成分が５０ｗｔ％未満）と、積層体基板１の緻密性が損なわれる。 When the inorganic filler is less than 10 wt% (glass component exceeds 90 wt%), the vitreous material is excessively increased in the insulating layer, the strength of the laminate substrate is impaired, and the inorganic filler exceeds 50 wt% (glass component is 50 wt%). Less than%), the denseness of the laminate substrate 1 is impaired.
ここで、本発明では、絶縁層１ａ及び１ｅとなるグリーンシートと、絶縁層１ｂ〜１ｄとなるグリーンシートとの間で、これらグリーンシートに含まれるガラスフリットのガラス転移点が８０℃以上異なるガラス組成物を選択する必要がある。 Here, in this invention, the glass transition point of the glass frit contained in these green sheets differs 80 degreeC or more between the green sheet used as the insulating layers 1a and 1e, and the green sheet used as the insulating layers 1b-1d. It is necessary to select a composition.
即ち、結晶化ガラス成分におけるガラス転移点の制御を行う必要がある。例えば、上述のガラス組成物において、ガラス転移点を低く設定する方法として、Ｂ２Ｏ３やＺｎＯやアルカリ土類金属の酸化物の組成比を増やすことによって達成される。また、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｄなどの酸化物を添加したり、アルカリ金属の酸化物を添加してもガラス転移点を低くすることができる。但し、アルカリ金属の酸化物の添加は、絶縁層における絶縁特性を劣化させてしまうことがあるため留意する必要がある。 That is, it is necessary to control the glass transition point in the crystallized glass component. For example, in the above-mentioned glass composition, as a method for setting the glass transition point low, it is achieved by increasing the composition ratio of oxides of B 2 O 3 , ZnO, and alkaline earth metal. Further, the glass transition point can be lowered by adding an oxide such as Pb, Bi, Cd, or adding an alkali metal oxide. However, it should be noted that the addition of an alkali metal oxide may deteriorate the insulating characteristics of the insulating layer.
例えば、絶縁層１ａ、１ｅとなるグリーンシートは、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、アルカリ土類金属酸化物を主成分とする結晶化ガラスと無機物フィラーとしてアルミナセラミック粉末を用い、さらに、バインダとしてアクリル系樹脂を、溶剤としてトルエンなどを用いた。尚、固形成分の構成比率は、結晶化ガラスを７０ｗｔ％、無機物フィラーを３０ｗｔ％とした。 For example, the green sheets to be the insulating layers 1a and 1e are made of crystallized glass mainly composed of B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, alkaline earth metal oxide, and alumina ceramic powder as an inorganic filler. Furthermore, an acrylic resin was used as a binder, and toluene or the like was used as a solvent. The constituent ratio of the solid component was 70 wt% for crystallized glass and 30 wt% for the inorganic filler.
これにより、ガラス転移点が７４０℃のガラス成分を含むグリーンシートを得た。 Thereby, the green sheet containing the glass component whose glass transition point is 740 degreeC was obtained.
例えば、絶縁層１ｂ〜１ｄとなるグリーンシートは、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、アルカリ土類金属酸化物を主成分とする結晶化ガラスと無機物フィラーとしてアルミナセラミック粉末を用い、さらに、バインダとしてアクリル系樹脂を、溶剤としてトルエンなどを用いた。尚、固形成分の構成比率は、結晶化ガラスを５０ｗｔ％、無機物フィラーを５０ｗｔ％とした。 For example, the green sheets to be the insulating layers 1b to 1d are crystallized glass mainly composed of PbO, B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, alkaline earth metal oxide, and alumina ceramic as an inorganic filler. Powder was used, acrylic resin as a binder, and toluene as a solvent. The constituent ratio of the solid component was 50 wt% for crystallized glass and 50 wt% for inorganic filler.
これにより、ガラス転移点が６００℃のガラス成分を含むグリーンシートを得た。 Thereby, the green sheet containing the glass component whose glass transition point is 600 degreeC was obtained.
〔導電性ペースト〕
内部配線導体２及び表面配線導体４、ビアホール導体３を形成するための導電性ペーストは、Ａｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−ＰｄなどのＡｇ合金）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ合金）、Ａｕ系など低抵抗金属材料粉末、例えば銀系粉末と、低融点ガラス成分と、バインダと溶剤とを均質混練したものが用いられる。また、表面配線導体４、５にこのペーストを用いても構わない。
[Conductive paste]
The conductive paste for forming the
〔積層工程〕 絶縁層１ａ〜１ｅとなるグリーンシートに、ビアホール導体３が形成される位置を考慮してＮＣパンチ等でスルーホールを形成し、続いて、上述のＡｇ系導電性ペーストの印刷・充填により、スルーホールに導体を充填し、所定形状の内部配線導体２となる導体膜を形成する。
[Lamination process] In the green sheets to be the insulating layers 1a to 1e, through holes are formed with an NC punch or the like in consideration of the positions where the via-
このようなグリーンシートを積層順序を考慮して、絶縁層１ａ〜１ｅとなるグリーンシートを積層し、熱圧着して未焼成状態の積層体基板を得る。 In consideration of the stacking order of such green sheets, green sheets to be the insulating layers 1a to 1e are stacked and thermocompression bonded to obtain an unsintered stacked substrate.
尚、ガラス転移点の異なるグリーンシートは、図に示すように、厚み方向に対象となるように積層することが望ましい。 In addition, as shown in a figure, it is desirable to laminate | stack the green sheet from which a glass transition point differs so that it may become object in the thickness direction.
〔焼成工程〕
上述の未焼成状態の積層体基板を焼成処理する。焼成処理は、脱バインダ過程と焼結過程からなる。
[Baking process]
The laminate substrate in the unfired state is fired. The firing process includes a binder removal process and a sintering process.
脱バインダ過程では、絶縁層１ａ〜１ｅとなるグリーンシート層、内部配線導体２となる導体膜、ビアホール導体３となる導体に含まれる有機成分を焼失するためのものであり、例えば６００℃以下の温度領域で行われる。
In the process of removing the binder, the organic sheet contained in the green sheet layer serving as the insulating layers 1a to 1e, the conductor film serving as the
また、焼結過程では、絶縁層１ａ〜１ｅとなるグリーンシート層に含まれる結晶化ガラス成分が所定結晶相の析出反応を行うと同時に、無機物フィラーの粒界に均一に分散される。これにより、強固な積層体基板１が達成される。 Further, in the sintering process, the crystallized glass component contained in the green sheet layer that becomes the insulating layers 1a to 1e undergoes a precipitation reaction of a predetermined crystal phase, and at the same time, is uniformly dispersed in the grain boundaries of the inorganic filler. Thereby, the strong laminated substrate 1 is achieved.
また、内部配線導体２となる導体膜、ビアホール導体３となる導体においては、例えばＡｇ系粉末を粒成長させて、低抵抗化させるとともに、絶縁層１ａ〜１ｅと一体化させるものである。これは、ピーク温度８５０〜１０５０℃に達する温度領域で行われる。
Moreover, in the conductor film used as the
焼成雰囲気は、大気（酸化性）雰囲気又は中性雰囲気で行われ、例えば、内部配線導体２などにＣｕ系導体を用いる場合には、還元性雰囲気又は中性雰囲気で行われる。
The firing atmosphere is performed in an air (oxidizing) atmosphere or a neutral atmosphere. For example, when a Cu-based conductor is used for the
〔表面処理工程〕
次に、焼成処理された積層体基板の両主面に表面処理を行う。
[Surface treatment process]
Next, surface treatment is performed on both main surfaces of the fired laminate substrate.
例えば、積層体基板１の上面側主面に、絶縁層１ａ、１ｅに形成したビアホール導体３と接続するように、例えば銅系導電性ペーストの印刷・乾燥、焼きつけにより、表面配線導体４、５を形成する。ここで、銅系の表面配線導体４、５と銀系導体のビアホール導体３とが接合されることとなる。このため、銀と銅との共晶温度を考慮して、銅系の導電性ペーストは低温（例えば７８０℃以下）焼成可能なものを選択し、しかも、銅の酸化を防止するために還元性雰囲気や中性雰囲気中で行うことが重要である。
For example, the
その後、必要に応じて、厚膜抵抗膜や保護膜などの焼きつけを行い、各種電子部品６を搭載する。 Thereafter, if necessary, a thick film resistive film or a protective film is baked and various electronic components 6 are mounted.
尚、上述の実施例について、積層体基板１の表面配線導体４、５を、例えば、積層体基板の焼成工程で同時焼成される導電性ペーストにて形成する場合は、積層工程中で表面配線導体となる導体膜を形成して、積層体基板の焼成と一体的におこなっても構わない。
In addition, about the above-mentioned Example, when forming the
また、必要に応じて、未焼成状態の積層体基板に分割溝を形成しておき、焼成直後、または表面処理工程を行ったのちに分割処理を行っても構わない。 In addition, if necessary, a division groove may be formed in an unfired laminated substrate, and the division treatment may be performed immediately after firing or after the surface treatment process.
以上の製造方法、特に焼成工程において、未焼成状態の積層体基板には焼成処理に伴う収縮が発生する。しかし、本発明においては、絶縁層１ａ、１ｅとなるグリーンシートの層には、ガラス転移点が７４０℃のガラス成分が含まれ、絶縁層１ｂ〜１ｄとなるグリーンシートの層には、ガラス転移点が６００℃のガラス成分が含まれている。 In the above manufacturing method, particularly the firing step, shrinkage associated with the firing treatment occurs in the unfired laminate substrate. However, in the present invention, the glass sheet layer having the glass transition point of 740 ° C. is included in the green sheet layer to be the insulating layers 1 a and 1 e, and the glass transition layer is in the glass sheet layer to be the insulating layers 1 b to 1 d. A glass component having a point of 600 ° C. is contained.
焼成処理工程で、ピーク温度８５０〜１０５０℃に昇温される間の５００〜６００℃では、積層体基板に含まれている有機成分が焼失される。 In the baking treatment step, at 500 to 600 ° C. while the temperature is raised to the peak temperature of 850 to 1050 ° C., the organic components contained in the laminate substrate are burned out.
また、約６００℃前後では、絶縁層１ｂ〜１ｄとなるグリーンシートの層でガラス成分が軟化流動し、この層で収縮応力が発生する。この収縮応力は、絶縁層１ｂ〜１ｄとなる層で等方的に発生するものの、積層体基板には７４０℃という高いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層１ａ、１ｅが積層されており、この温度において絶縁層１ａ、１ｅが安定的に維持されているため、絶縁層１ｂ〜１ｄの平面方向に作用する収縮応力が緩和され、専ら絶縁層１ｂ〜１ｄでは厚み方向の収縮となる。即ち、低いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層１ｂ〜１ｄに発生する収縮応力は、絶縁層１ｂ〜１ｄ内の積層方向に大きく作用し、平面方向への作用が小さくなる。したがって、低いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層１ｂ〜１ｄに発生する収縮は、高いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層１ａ、１ｅによって防止されることになる。 At about 600 ° C., the glass component softens and flows in the green sheet layer that becomes the insulating layers 1b to 1d, and contraction stress is generated in this layer. Although this shrinkage stress isotropically occurs in the layers to be the insulating layers 1b to 1d, the laminated substrate is laminated with insulating layers 1a and 1e having a glass component having a high glass transition point of 740 ° C., Since the insulating layers 1a and 1e are stably maintained at this temperature, the shrinkage stress acting in the planar direction of the insulating layers 1b to 1d is relieved, and the insulating layers 1b to 1d exclusively contract in the thickness direction. That is, the shrinkage stress generated in the insulating layers 1b to 1d having a glass component having a low glass transition point acts largely in the stacking direction in the insulating layers 1b to 1d and decreases in the planar direction. Therefore, the shrinkage | contraction which generate | occur | produces in the insulating layers 1b-1d which have a glass component of a low glass transition point is prevented by the insulating layers 1a and 1e which have a glass component of a high glass transition point.
さらに、温度が上昇して、例えば７４０℃前後では、絶縁層１ｂ〜１ｄの収縮反応が既に終了して、絶縁層１ｂ〜１ｄが安定状態となる。このような状態で、絶縁層１ａ、１ｅとなるグリーンシートの層でガラス成分が軟化流動し、収縮応力が発生するものの、積層体基板には収縮反応が終了し、且つ安定状態となった絶縁層１ｂ〜ｄｅが安定的に積層されているので、絶縁層１ａ、１ｅの平面方向に作用する収縮応力が緩和され、専ら絶縁層１ａ、１ｅでは厚み方向の収縮となる。即ち、高いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層１ａ、１ｅに発生する収縮応力は、絶縁層１ａ、１ｅ内の積層方向に大きく作用し、平面方向への作用が小さくなる。したがって、高いガラス転移点のガラス成分を有する絶縁層１ａ、１ｅに発生する収縮は、低いガラス転移点のガラス成分を有し、既に安定状態となった絶縁層１ｂ〜ｄｅによって防止されることになる。 Furthermore, when the temperature rises, for example, around 740 ° C., the shrinkage reaction of the insulating layers 1b to 1d has already ended, and the insulating layers 1b to 1d become stable. In such a state, the glass component softens and flows in the green sheet layers that become the insulating layers 1a and 1e, and contraction stress is generated, but the contraction reaction is finished in the laminated substrate, and the insulation becomes stable. Since the layers 1b to de are stably laminated, the shrinkage stress acting in the planar direction of the insulating layers 1a and 1e is relieved, and the insulating layers 1a and 1e are exclusively contracted in the thickness direction. That is, the shrinkage stress generated in the insulating layers 1a and 1e having a glass component having a high glass transition point acts largely in the stacking direction in the insulating layers 1a and 1e, and the action in the plane direction becomes small. Therefore, shrinkage occurring in the insulating layers 1a and 1e having a glass component having a high glass transition point is prevented by the insulating layers 1b to de having a glass component having a low glass transition point and already in a stable state. Become.
さらに、温度が上昇して、例えば８５０℃〜１０５０℃では、絶縁層１ａ、１ｅにおいても、収縮反応が終了し、無機物フィラーの粒界に、結晶化ガラスが所定結晶相を析出して充填されることになり、強固な積層体基板となる。 Further, when the temperature rises, for example, at 850 ° C. to 1050 ° C., the shrinkage reaction is completed also in the insulating layers 1a and 1e, and crystallized glass deposits a predetermined crystal phase at the grain boundary of the inorganic filler. As a result, a strong laminate substrate is obtained.
上述のように、焼成処理において、各絶縁層１ａ〜１ｅで収縮応力が発生する時には、他の絶縁層１ａ〜１ｅによって安定した状態に維持されるため、積層体基板１の平面方向に作用する収縮応力が互いに緩和されて、積層体基板１の平面方向の収縮率を大きく低減することができる。 As described above, in the firing process, when contraction stress is generated in each of the insulating layers 1a to 1e, it is maintained in a stable state by the other insulating layers 1a to 1e, and thus acts in the planar direction of the multilayer substrate 1. The contraction stress is relaxed to each other, and the contraction rate in the planar direction of the multilayer substrate 1 can be greatly reduced.
従って、収縮率が小さい、即ち、焼成前と焼成後とにおいて、積層体基板１の平面的な大きさの差が小さくなるため、例えばグリーシート上に平面的に広がるように形成した内部配線導体２となる導体膜に対してストレスがかかりにくく、断線などが発生しにくい信頼性の高い積層ガラス−セラミック回路基板となる。
Therefore, the shrinkage rate is small, that is, the difference in planar size of the laminate substrate 1 before and after firing becomes small, so that the internal wiring conductor formed so as to spread on the green sheet, for example, in a plane Thus, a highly reliable laminated glass-ceramic circuit substrate is obtained in which stress is not easily applied to the
また、製造工程で用いる積層機、焼成炉などの形状・容量などの制約が緩和され、完成品の基板に近い形状の基板を用いることができる。 Further, restrictions on the shape and capacity of the laminating machine and the baking furnace used in the manufacturing process are alleviated, and a substrate having a shape close to that of a finished product can be used.
尚、低いガラス転移点を有する側のガラス成分のガラス転移点と、高いガラス転移点を有する側のガラス成分のガラス転移点との間には、８０℃以上の温度差を設けることが重要であり、８０℃以上の温度差があれば、最も低い転移点のガラス成分が軟化流動し始める焼成温度においては、最も高い転移点のガラス成分が原形（安定状態）となっており、逆に最も高い転移点のガラス成分が軟化流動し始める焼成温度においては、既に最も低い転移点のガラス成分が安定状態となっていることになり、収縮率を有効に抑えることが可能となる。
［実験例］
It is important to provide a temperature difference of 80 ° C. or more between the glass transition point of the glass component having the low glass transition point and the glass transition point of the glass component having the high glass transition point. Yes, if there is a temperature difference of 80 ° C. or more, the glass component with the highest transition point is in its original form (stable state) at the firing temperature at which the glass component with the lowest transition point begins to soften and flow. At the firing temperature at which the glass component with a high transition point begins to soften and flow, the glass component with the lowest transition point is already in a stable state, and the shrinkage can be effectively suppressed.
[Experimental example]
本発明者は、ガラス成分のガラス転移点が７４０℃、６８８℃、６６０℃、６３２℃、６００℃となるようにガラス組成を制御して、各ガラス成分を用いた５種類のグリーンシート（厚みを何れも２００μｍ）を作成した。 The inventor controls the glass composition so that the glass transition points of the glass components are 740 ° C., 688 ° C., 660 ° C., 632 ° C., and 600 ° C., and uses five types of green sheets (thicknesses) using each glass component. Are both 200 μm).
そして、５層のグリーンシートを積層した積層体基板を形成するにあたり、最外側の２層のグリーンシートをガラス転移点が７４０℃のガラス成分を含むグリーンシートで、その間の３層のグリーンシートを６８８℃、６６０℃、６３２℃、６００℃のガラス成分を含むグリーンシートで積層形成した。 Then, in forming a laminate substrate in which five layers of green sheets are laminated, the outermost two layers of green sheets are green sheets containing a glass component having a glass transition point of 740 ° C., and the three layers of green sheets in between are formed. A green sheet containing glass components at 688 ° C., 660 ° C., 632 ° C., and 600 ° C. was laminated and formed.
その後、この積層体基板を、大気雰囲気、ピーク温度９００℃で一体的に焼成処理した。 Thereafter, the laminate substrate was integrally fired at an atmospheric pressure and a peak temperature of 900 ° C.
この時の積層体基板の平面方向での収縮率を測定した。 The shrinkage | contraction rate in the plane direction of the laminated body board | substrate at this time was measured.
尚、比較例として、５層のグリーンシートからなる積層体基板を、全てガラス転移点が７４０℃、６００℃のガラス成分を含むグリーンシートで形成したものも同様に焼成処理して、収縮率を測定した。 As a comparative example, a laminate substrate composed of five layers of green sheets was also fired in the same manner for all the green sheets containing glass components having glass transition points of 740 ° C. and 600 ° C. It was measured.
その結果を表１に示す。
以上のように、同一の種類のグリーンシートを用いた積層体基板（試料番号５、６）では、収縮率が１５％を越えてしまう。
As described above, in the laminate substrate (
また、試料番号１のように、２種類のガラス転移点の差が５２℃のガラス成分を有するグリーンシートを用いた積層体基板では、試料番号５、６に比較して、改善は見られるものの、充分な作用には到らない。
Moreover, although the laminated body board | substrate using the green sheet which has a glass component whose difference of two types of glass transition points is 52 degreeC like the sample number 1 compared with the
そして、試料番号２〜４のように、２種類のガラス転移点の差が８０℃以上のガラス成分を有するグリーンシートを用いた積層体基板では、積層体基板の平面方向の収縮率は１０％前後となり、充分な作用を奏することができる。 And in the laminated body board | substrate using the green sheet which has a glass component whose difference of two types of glass transition points is 80 degreeC or more like sample numbers 2-4, the shrinkage | contraction rate of the plane direction of a laminated body board | substrate is 10%. Before and after, it is possible to achieve a sufficient effect.
尚、このガラス転移点の差の上限は、低いガラス転移点温度と焼成のピーク温度とで決まることになるが、実際には、高いガラス転移点で軟化流動して、結晶化反応させるためには、高いガラス転移点の設定は、ピーク温度よりも充分に低い温度に設定することが望ましい。 The upper limit of the difference between the glass transition points is determined by the low glass transition temperature and the firing peak temperature. In practice, however, the glass transition point softens and flows at the high glass transition point to cause a crystallization reaction. It is desirable that the high glass transition point is set to a temperature sufficiently lower than the peak temperature.
また、上述の実施例では、２種類の転移点のガラス成分、即ち、２種類のグリーンシートで積層体基板を構成している。しかも、高い転移点側のグリーンシートを最外層の２層に用いているが、２種類以上の転移点のガラス成分、即ち、２種類以上のグリーンシートで積層体基板を構成してもよい。この場合、最も低いガラス転移点と最も高いガラス転移点の温度差を８０℃以上、即ち、最も低いガラス転移点に達した時点では、最も高いガラス転移点のグリーンシートが安定的に原形を維持できるようにすればよい。 Moreover, in the above-mentioned Example, the laminated body board | substrate is comprised with the glass component of two types of transition points, ie, two types of green sheets. And although the green sheet of the high transition point side is used for two layers of outermost layers, you may comprise a laminated body board | substrate with the glass component of two or more types of transition points, ie, two or more types of green sheets. In this case, when the temperature difference between the lowest glass transition point and the highest glass transition point is 80 ° C. or higher, that is, when the lowest glass transition point is reached, the green sheet with the highest glass transition point stably maintains the original shape. You can do it.
また、最外層の２層を高い転移点側のグリーンシートで構成しているが、焼成時に、焼成時の収縮応力を互いに緩和しあえば、どの位置に配置しても構わない。 Further, although the two outermost layers are composed of green sheets on the high transition point side, they may be arranged at any position as long as the shrinkage stress during firing is alleviated during firing.
また、上述の実施例では、積層体基板を構成する絶縁層１ａ〜１ｅがグリーンシートで形成されているが、グリーンシートに代えて、ドクターブレード法に用いるガラス−セラミックスリップ材を印刷又は塗布を行い、内部配線導体となる導体膜印刷を順次繰り返して積層体基板を形成しても構わない。 Moreover, in the above-mentioned Example, although insulating layer 1a-1e which comprises a laminated body board | substrate is formed with the green sheet, it replaces with a green sheet and prints or apply | coats the glass-ceramic slip material used for a doctor blade method. The laminated body substrate may be formed by sequentially repeating the printing of the conductor film that becomes the internal wiring conductor.
また、このガラス−セラミックスリップ材に、必要に応じて、光硬化モノマーを添加して、塗布したガラス−セラミックスリップ塗布膜に対して、露光・現像処理して、ビアホール導体となるスルーホールを形成するようにしても構わない。 In addition, if necessary, a photo-curing monomer is added to the glass-ceramic slip material, and the applied glass-ceramic slip coating film is exposed and developed to form a through-hole serving as a via-hole conductor. You may make it.
１０・・・・・・積層ガラス−セラミック回路基板
１・・・・・・・積層体基板
１ａ〜１ｅ・・・絶縁層
２・・・・・・・内部配線導体
３・・・・・・・ビアホール導体
４、５・・・・・表面配線導体
６・・・・・・・電子部品
10 .... Laminated glass-ceramic circuit board 1 ..... Laminated substrate 1a-1e ... Insulating
Claims (4)
ガラス転移点が８０℃以上異なるガラス成分を有する少なくとも２種類のグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材からなる未焼成状態の積層基板を得る工程と、
ピーク温度８５０〜１０５０℃に向かって温度上昇させることにより、前記未焼成状態の積層基板を焼成する焼成工程とを有しており、
前記焼成工程は、
バインダを焼失させる第１温度領域と、
ガラス転移点が最も高いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材が原形を維持でき、かつ、ガラス転移点が最も低いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材内において、当該ガラス転移点が最も低いガラス成分が前記無機物フィラーの間に、軟化流動して充填される第２温度領域と、
焼成が進んだガラス転移点が最も低いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材が原形を維持でき、かつ、ガラス転移点の最も高いガラス成分を有するグリーンシートもしくはガラス−セラミックスリップ材内において、当該ガラス転移点が最も高いガラス成分が前記無機物フィラーの間に、軟化流動して充填される第３温度領域と、
を経ることを特徴とする積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法。 A method for producing a laminated glass-ceramic circuit board obtained by firing a laminated substrate in which a plurality of green sheets or glass-ceramic slip materials containing a glass component , an inorganic filler, and a binder are laminated,
A step of obtaining an unfired laminated substrate made of at least two types of green sheets or glass-ceramic slip materials having glass components having glass transition points different by 80 ° C. or more;
A firing step of firing the unfired laminated substrate by raising the temperature toward a peak temperature of 850 to 1050 ° C.,
The firing step includes
A first temperature region that burns away the binder;
The green sheet or glass-ceramic slip material having the glass component having the highest glass transition point can maintain the original shape, and the glass transition is within the green sheet or glass-ceramic slip material having the glass component having the lowest glass transition point. A second temperature region in which the glass component having the lowest point is softened and flowed between the inorganic fillers;
The green sheet or glass-ceramic slip material having the glass component having the lowest glass transition point that has been fired can maintain the original shape, and in the green sheet or glass-ceramic slip material having the glass component having the highest glass transition point. A third temperature region in which the glass component having the highest glass transition point is softened and filled between the inorganic fillers;
A method for producing a laminated glass-ceramic circuit board, wherein
前記焼成工程において前記導体膜を焼成することにより表面配線導体を形成することを特徴とする請求項１に記載の積層ガラス−セラミック回路基板の製造方法。2. The method for producing a laminated glass-ceramic circuit board according to claim 1, wherein a surface wiring conductor is formed by firing the conductor film in the firing step.
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