JPS61292392A - セラミツク配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ　、チップ部品などを搭載し、
かつそれらを相互配線した回路の高密度実装用基板とし
て用いることのできる高放熱性のセラミック配線基板の
製造方法に関するものである。

従来の技術 今日、コンピュータ、通信機器はもとより、民生機器に
到るまで、小型、軽量化、高速化、高倍　゛軸性化に対
する要求が極めて大きい。これらに用いられる半導体は
チップの高集積化、マルチチップ・モジュール化、ある
いは高出力化の方向に急速に進んでいる。これに対応し
て半導体を実装する基板にも、増大する素子の発熱にど
のように対処するかが大きな問題となっている。

従来より、高放熱性の基板としては、ＢｅＯ基板、やホ
ーロー基板、メタルコア基板が一般的に用いられてきた
。しかしながら、ＢｅＯは、アルミナの１０倍以上の熱
伝導率を持つ材料であるが、毒性があり用途が限られ、
さらに高価であるという問題を有している。

次に、ホーロー基板は、低炭素鋼板の表面をホ−ローエ
ナメルでコートし、その上に導体ペーストで配線パター
ンを形成したものであるが、ホーローエナメルの融点が
低いため、焼成温度が５５０〜６００℃と低く、その様
に低い温度での燃成で十分な電気的緒特性を有する導体
ペーストが無いというのが現状である。さらに、基板の
周辺や、スルーホールの周辺が盛り上がっているためこ
の付近への印刷が難しい、ホーローに含まれるアルカリ
金属イオンのマイグレーション、小型のものではコスト
メリットが少ない等の問題を有している。

最後に、メタルコア基板は、Ｆｅ板の表面をエポキシ樹
脂でコートし、その上にＣｕ箔をはりつけその後、エツ
チングにより配線パターンを形成するというものである
。しかし、エポキシ樹脂を使用するという事で、耐熱性
が低い、エツチング液を使用するための廃液処理の問題
、さらには、スルーホールを介しての両面実装は可能な
ものの、片面での多層配線構造をとれないという問題を
有している。

そこで、第６図に示す様に、Ｃｏ粉と有機バインダから
なるＣｕグリーンシートを基板とし、その上にガラス、
セラミック等の絶縁物と有機バインダからなるペースト
をスクリーン印刷して絶縁層を形成し、さらにこの上に
Ｃｏ粉と有機バインダからなるＣｕペーストをスクリー
ン印刷してＣｕ回路パターンを形成した後、Ｎ２中で焼
成するという方法が提案された。

（文献名　例えば、特開昭５５−１０７２９５号公報）
この方法によって、９００℃前後の温度で焼成可能な、
アルミナ基板用の導体ペーストを使用する事が出来るよ
うになった。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記、特開昭５５−１０７２９５号公報
の様な方法を用いたのでは、その製造過程において、大
きな問題点がある。それは、焼成をＮ２雰囲気中で行な
った場合、Ｃｕグリーンシート、絶縁ペーストおよびＣ
ｕペースト中の有機成分が完全に燃焼除去されないとい
う事である。そのために、Ｎ２に０２を加えた雰囲気で
焼成しなければならないのであるが、Ｃｕを酸化させず
、なおかつ有機成分を完全に燃焼除去させる様な酸素分
圧に炉内を制御するという事が非常に困難である。酸素
分圧が高ければ、Ｃｕ表面が酸化され、ハンダ付は性が
悪くなり、また導電性の低下にもつながる。逆に、酸素
分圧が低過ぎれば、前記の様に有機成分が完全に燃焼除
去されないということとなる。特にＣｕの融点以下の温
度では、有機バインダは分解しないといわれている。（
文献名　例えば、特開昭５５−１２８８９９号公報）さ
らに、残存する有機成分によって、良好なメタライズの
接着が得られない、熱放散性が劣るなどの問題を有して
いる。

また、金属Ｃｕを用いた場合、たとえ脱バインダの工程
と、Ｃｕ焼付けの工程を分けたとしても、金属Ｃｕが脱
バインダの工程で酸化され、体積膨張を起こし、さらに
焼成時に還元され金属Ｃｕにもどるための体積変化で導
体層の剥離等を生ずるという問題がある。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のセラミック配線
基板の製造方法においては、脱バインダ温度、還元工程
、焼成工程を分離しておこなった。

そして、脱バインダは、炭素に対して充分な酸化性雰囲
気で行なった。これによって、雰囲気制御が極めて容易
となり、かつグリーンシート、絶縁ペーストおよび導体
ペースト中の有機成分を完全に燃焼除去する事が出来る
構成とした。だから、従来例の様に、グリーンシートお
よび導体ペーストの無機成分として、Ｃｕの様な卑金属
物を用いたのでは、金属から金属酸化物（例えば、Ｃｕ
→Ｃｕｂ）への変化を生じ、体積変化により導体層の剥
離等の原因となる。よって、室温から脱バインダ温度ま
での温度範囲内で、炭素に対して充分な酸化性雰囲気で
安定なＣｕｂ、　Ｆｅｗ　０３　、Ｃ００％　ＮｉＯを
、グリーンシートおよび導体ペーストの無機成分として
用いた。

なお、本発明のセラミック配線基板の構造は、Ｃｕｂ、
　Ｆｅｚ　ｏｆｆ　、ＣｏｏＳＮｉＯ等と有機成分から
なるグリーンシート上に、ガラスまたはガラス−セラミ
ックからなる絶縁ペーストおよび前記金属酸化物からな
る導体ペーストを、所望の層数、厚膜印刷法によって、
印刷、積層したものである。上記の構造を有するセラミ
ック配線基板を、脱バインダの後、ガラス軟化点以下の
温度でＮ２　＋Ｈ。

雰囲気中で還元し、さらに、その後、Ｎ２雰囲気中で焼
成し焼結させるものである。

作用 本発明は、上記した様に、脱バインダ温度、還元工程、
焼成工程を分離しておこなうため、卑金属を導体層とし
たセラミック配線基板作製の最大の問題点である有機成
分の除去を完全に行なう事が出来る。

また、グリーンシート、導体ペーストの無機成分として
、卑金属酸化物を用いたため、卑金属物を用いた場合の
様に、金属から金属酸化物の変化による体積変化を心配
する必要もない。なお、金属酸化物としては、種々考え
られるが、室温から、脱バインダ温度までの温度範囲に
おいて、体積変化（例えば、収縮、膨張、結晶変態によ
る）、昇華、不要拡散等をおこさないものが望ましく、
ＷＯ２、Ｍｏ０１、の様に、酸化性雰囲気中で熱処理し
た場合に昇華する様なものは不適当である。

そのため脱バインダ温度でも安定なＣｕｂ、　Ｆｅｚ　
０３、Ｃｏｏ、ＮｉＯが、グリーンシート、導体ペース
ト用の無機成分として適している。

また、以上の様な酸化物を組み合わせた場合が考えられ
るが、ＣＯ５Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉは、それぞれを混合し、
合金化しても融点を下げる例が少なく、たとえ下げても
わずかなため、酸化物を混合したものを無機成分として
も効果があるのは明らかである。さらに、グリーンシー
トと導体ペーストに、異なった金属酸化物を使用した構
成にするのも有効である。その例として、グリーンシー
トに用いた金属酸化物に関係なく、上層用導体ペースト
として、ＣｕＯ１ＮｉＯを用いれば直接ハンダ付は可能
なセラミック配線基板が作製出来る。

なお、脱バインダは、絶縁ペーストの無機成分であるガ
ラスの軟化点以下の温度で行なう。なぜなら、軟化点以
上の温度で行なった場合、金属酸化物が絶縁層の内部に
密閉され１．そのため、還元工程によっても金属に還元
されず、導体抵抗が無限大となる。さらに、不要な拡散
をまねくことになり絶縁特性を下げる等の問題を生ずる
こととなるからである。

次に還元工程であるが、これも同様に、ガラスの軟化点
以下の温度で行ない、絶縁層中に金属酸化物が閉じ込め
られる事を防ぐ必要がある。絶縁ペーストの無機成分と
しては、卑金属と化学的に不活性であること、そのため
には熱力学的に安定である事が望ましく、例えばＰｂＯ
の様に還元によってｐｂになるものは不適当である。

最後に、焼成工程であるが、雰囲気はＮ２中で行なう。

それ°によって、非常にメタライズ性が良いセラミック
配線基板が作製できる。もし還元性雰囲気で行なった場
合、導体層と絶縁層との間のねれが悪く、良好なメタラ
イズ性が得られない。

実施例 （実施例１） 市販のＣｕＯ粉１００部に対して、バインダーとしてポ
リビニルブチラールを１０部、可塑剤として、ジブチル
フタレートを８部、溶剤として、イソプロピルアルコー
ルを５０部加えたものをスラリー状に混練し、その後、
ドクターブレード法で造膜し、乾燥させ厚みが約１籠の
グリーンシートを作成した。このグリーンシート上に２
００メツシユのスクリーンを用い、絶縁ペーストを印刷
し、乾燥させた。なお、絶縁ペーストは、無機成分とし
て、ホウケイ酸ガラス粉末１１ｋｌ　　（平均粒径約３
．０μｍ二組成は第１表に示す。）とアルミナ粉末を重
量比１対１となる様に配合したものを用い、さらにこの
混合粉に、テレピン油とエチルセルロースからなるビヒ
クルを加え、三段ロールによって適当な粘度に混練した
ものである。

絶縁ペースト乾燥後、ＣｕＯに前記絶縁ペーストに用い
たものと同一のビヒクルを加え、適当な粘度に調製した
導体ペーストを２５０メツシユのスクリーンを用い、印
刷し、乾燥させた。乾燥後、導体層は１０μｍ以上の厚
みを有していた。導体印刷後の未焼成セラミツク配線基
板の断面図を第１図に示した。次にこの乾燥済基板を、
空気巾約６５０℃の温度で脱バインダを行なった。なお
、この脱バインダの温度や雰囲気の設定については、あ
らかじめ、使用する有機バインダの空気中での熱分析を
行ない、バインダ除去が完全に行なわれるかどうかを確
認して設定されるものである。従ってバインダの種類に
よっては、多少分解温度が異なるので、おのずと脱バイ
ンダ時の温度プロファイルも異なってくるのは当然であ
る。

次にこの脱バインダ済基板を第３図に示す様な温度プロ
ファイルで、Ｎｚ　＋　Ｈｚ　　（Ｈｚ　／　Ｎｚ　＝
２０／８０　：流量２１２　／ｍｉｎ、）の雰囲気で還
元し、続いて、第４図に示す温度プロファイルで、Ｎ２
雰囲気中で焼成した。その結果ＣｕＯのグリーンシート
および導体ペーストは金属Ｃｕに完全に還元され、さら
に有機成分が完全に燃焼除去された緻密な熱放散性の良
い、セラミック配線基板が作製できた。

この焼結済セラミック配線基板の断面図を第２図に示し
た。

（１′人下４メｂン 第１表 （実施例２） 実施例１で作製したＣｕＯグリーンシートおよびＣｕＯ
ペーストをＣｕＯのかわりにＮｉＯを用い、同様の手順
で、セラミック配線基板の作製を行なった。

ただし、絶縁ペーストの無機成分としては、ホウケイ酸
ガラス粉末隘２（平均粒径、約３．２μｍ二組成は第１
表に示す。）とアルミナ粉末を重量比３対７となる様に
配合したものを用いた。また、焼成温度は、第５図に示
す様な温度プロフィルを用いた。この様にして作製した
セラミック配線基板も実施例１の場合と同様に、ＮｉＯ
は完全に金属Ｎｉに還元され、さらに有機成分が完全に
燃焼除去された緻密な熱放散性にすぐれたものであった
。

以上の様に、今回の実施例１，２においては、導体ペー
ストを一層だけ印刷したが、これは、絶縁ペーストの印
刷、乾燥、さらに導体ペーストの印刷、乾燥を所望の回
数繰り返し行ない、多層化した場合においても同様の結
果が得られている。

発明の効果 以上述べた様に、本発明の脱バインダ時程により、グリ
ーンシート、絶縁ペースト、および導体ペースト中の有
機成分を完全に除去する事が出来、また、焼成工程をＮ
２雰囲気中で行なう事により、非常にメタライズ性にす
ぐれた、セラミック配線基板を作製出来る。また、導体
の出発原料として、Ｃｕｂ、　Ｆｅｚ　Ｏｘ　、Ｃｏｏ
、ＮｉＯ等の卑金属酸化物を用いるため、極めて低コス
ト化がはかれる。さらに、本発明のセラミック配線基板
は、金属板層を存するため極めて放熱性が良く、工業的
に極めて効果的な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１の未焼成セラミツク配線基板の断面
図、第２図は、実施例１の焼成後のセラミック配線基板
の断面図、第３図は、実施例１の還元工程の温度プロフ
ァイル、第４図は、実施例１の焼成工程の温度プロファ
イル、第５図は、実施例２の焼成工程の温度プロファイ
ル、第６図は、従来例を示す図である。 １・・・・・・ＣｕＯグリーンシート層、２・・・・・
・絶縁ペースト層、３・・・・・・ＣｕＯペースト層、
４・・・・・・ＣｕＯ層、５・・・・・・絶縁層、６・
・・・・・Ｃｕメタライズ層、７・・・・・・Ｃｕグリ
ーンシート層、８・・・・・・絶縁ペースト層、９・・
・Ｃｕペースト層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 、３ 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ガラスまたはガラス−セラミックを無機成分とするグ
   リーンシートもしくは絶縁ペーストと、ＣｕＯＦｅ＿２
   Ｏ＿３、ＣｏＯ、ＮｉＯのうち少なくとも１種以上を無
   機成分とする導体ペーストで、少なくとも１層以上の配
   線を、ＣｕＯ、Ｆｅ＿２Ｏ＿３、ＣｏＯ、ＮｉＯのうち
   少なくとも１種以上を無機成分とするグリーンシート上
   に形成する工程と、前記未焼結配線基板を炭素に対して
   充分な酸化雰囲気で、かつ内部の有機成分を熱分解させ
   るに充分な温度で脱バインダする工程と、さらに、これ
   をガラスの軟化点以下の温度で、還元雰囲気中において
   熱処理する工程と、その後、窒素雰囲気中で焼結させる
   工程とを有することを特徴とするセラミック配線基板の
   製造方法。