JPS625848A - Manufacture of ceramic multilayer substrate - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はラジオ、テレビなどの民生用電子機器やコンピ
ュータ、通信機器などを構成する電子回路基板角′とし
て利用されるセラミック多層基板の製造方法に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic multilayer board used as an electronic circuit board for consumer electronic equipment such as radios and televisions, computers, communication equipment, etc. It is.

従来の技術 近年、電子機器を小型、薄型化を図るだめの手段として
、リード線のない小型受動・能動部品いわゆるチップ部
品が開発され、実用に供されている。またそれらの部品
が搭載されるべく、回路基板についても小型、薄型が要
求され、それらを達成すべく種々の手段が提案され、実
用化されつつある。回路基板に対して課せられる小型化
要求は主として、配線密度を高めるだめの方策であり、
一つはファインライン（細線）形成化技術であり、もう
一つは多層化技術である。特に多層化技術の実現は基板
単位面積轟りの搭載部品点数、いわゆる実装密度を高め
て、基板の小型化を図るべく有力な手段である。セラミ
ック回路基板において、多層化を実現するための手段と
しては、一般的には三つの方法に大別される。第一番目
には焼結されたセラミック基板の上にスクリーン印刷技
術を用い、導体ペーストと絶縁ペーストによってそれぞ
れ導体層と絶縁層を形成した後、過当な温度領域で焼成
しこれを繰シ返すことによって多層化を図る、いわゆる
厚膜多層法といわれる方法である。2. Description of the Related Art In recent years, as a means of making electronic devices smaller and thinner, small passive/active components without lead wires, so-called chip components, have been developed and put into practical use. Further, in order to mount these components, circuit boards are required to be small and thin, and various means to achieve these requirements have been proposed and are being put into practical use. The miniaturization requirements imposed on circuit boards are primarily a measure to increase wiring density;
One is fine line formation technology, and the other is multilayer technology. In particular, the realization of multilayer technology is an effective means for increasing the number of components mounted per unit area of a board, so-called mounting density, and reducing the size of the board. In a ceramic circuit board, there are generally three methods for realizing multilayering. The first step is to use screen printing technology on a sintered ceramic substrate to form a conductive layer and an insulating layer using a conductive paste and an insulating paste, respectively, and then sinter it in an appropriate temperature range and repeat this process. This is a method called the so-called thick film multilayer method, in which multilayering is achieved by

第二番目には、未焼結のセラミックシート（いわゆる、
グリーンシート）の上に上記と同様にスクリーン印刷技
術を用い、導体ペーストと絶縁ペーストによってそれぞ
れ導体層と絶縁層とを交互に形成してゆき、最後にグリ
ーンシートとスクリーン印刷技術で形成した導体層と絶
縁層とを一括的に焼結するいわゆる印刷多層法といわれ
る方法である。そしてζ第三番目には、第二番目の方法
である印刷多層法で用いたと同様のグリーンシートの上
に上記と同様にスクリーン印刷技術を用い導体ペースト
によって導体層を形成したものを所定の層数２重ね合わ
せ、加熱、加圧処理に上って積層化し、適当な温度領域
で一括的に焼結しセラミック多層基板を得るグリーンシ
ート多層法といわれる方法である。Second, unsintered ceramic sheets (so-called
Using screen printing technology in the same manner as above, conductor layers and insulating layers are formed alternately on the green sheet (green sheet) using conductor paste and insulation paste, and finally a conductor layer formed using green sheet and screen printing technology. This is a method called the so-called printed multilayer method, in which the insulating layer and the insulating layer are sintered all at once. Thirdly, a conductor layer is formed using conductor paste using the same screen printing technique as above on a green sheet similar to that used in the second method, the printed multilayer method. This is a method called the green sheet multilayer method, in which a ceramic multilayer substrate is obtained by stacking several layers, heating and pressurizing the materials, and sintering them all at once in an appropriate temperature range.

以下、図面を参照しながら、上述した従来のセラミック
多層基板とその製造方法の一例を印刷多層法を用いて説
明する。第４図で示すように１゜２ａ、２ｂはム１２０
ｓ　、　５ｉｎ２．　ＭｇＯ、ＺｒＯ２゜ｐｂｏなどを
成分とする絶縁層であり、３ａ。Hereinafter, an example of the above-described conventional ceramic multilayer substrate and its manufacturing method will be described using a printed multilayer method with reference to the drawings. As shown in Fig. 4, 1°2a and 2b are 120 mm.
s, 5in2. 3a is an insulating layer containing MgO, ZrO2゜pbo, etc. as a component.

３ｂ、３ｃ、３ｄはＷ　、Ｍｏ　、　Ａｇ−Ｐｄ　、　
Ａｖ。3b, 3c, 3d are W, Mo, Ag-Pd,
Av.

Ｃｕなどの金属からなる導体層である。１はグリーンシ
ートであり、−そ・の上下面にスクリーン印刷技術を用
い、上記導体用金属粉末を有機溶剤や樹脂に分散混合し
て得られる導体ペーストによって第１の導体層３ａと第
２の導体層３ｂとが形成される。その上に同様の形成手
段を用いて、第１の絶縁層２ａを形成し、さらにそれを
繰り返すことによって第３の導体層３ｃ、第４の導体層
３ｄ、および第２の絶縁層２ｂを形成し、セラミック多
層基体８を得るものである。この多層セラミック基体８
は第６図および第６−図で示すように耐火物で構成され
るセッター１０や棚板１１の上に載置され８５０〜１６
ｏｏ℃の範囲内における適当な温度条件ならびに酸化性
、還元性、中性のいずれかの雰囲気条件のもとで焼結さ
れ、セラミック多層基板９となるものである。（例えば
「電子材料」１９８２年１１月号６４〜６９ページ）。This is a conductor layer made of metal such as Cu. 1 is a green sheet, and a first conductor layer 3a and a second conductor layer 3a are formed on the top and bottom surfaces of the green sheet using a screen printing technique, and a conductor paste obtained by dispersing and mixing the above-mentioned conductor metal powder in an organic solvent or resin. A conductor layer 3b is formed. A first insulating layer 2a is formed thereon using the same forming means, and the process is repeated to form a third conductive layer 3c, a fourth conductive layer 3d, and a second insulating layer 2b. Then, a ceramic multilayer substrate 8 is obtained. This multilayer ceramic substrate 8
As shown in FIG. 6 and FIG.
The ceramic multilayer substrate 9 is obtained by sintering under appropriate temperature conditions within the range of 0.0° C. and under any one of oxidizing, reducing, and neutral atmospheric conditions. (For example, "Electronic Materials" November 1982 issue, pages 64-69).

発明が解決しようとする問題点 以上のように形成されたセラミック多層基板においては
、それを構成するムＢ２ｏ、　、　５ｉｎ２゜ＭｇＯ、
ＺｒＯ２，ＰｂＯなどを成分とする無機絶縁層とＷ、Ｍ
ｏ、ムｇ−ｐｄ、ムｖ　、Ｃｕなどを主成分とする金属
導体層とは本質的に熱膨張係数が違うことから、焼結過
程で生ずる前記無機絶縁層と金属導体層との収縮差、膨
張差に起因するセラミック多層基板の反りの発生を免れ
ることが不可能である。これらの反りは上記セラミック
多層基板上での以降のたとえば抵抗層やガラス保護層な
どの印刷形成時や基板搬送時に大きな影響を及ぼし、歩
留りや品質の低下を招く大きな要因となるものである。Problems to be Solved by the Invention In the ceramic multilayer substrate formed as described above, the composing layers B2o, 5in2°MgO,
An inorganic insulating layer containing ZrO2, PbO, etc., and W, M
Since the coefficient of thermal expansion is essentially different from that of a metal conductor layer whose main components are o, mug-pd, muv, Cu, etc., the shrinkage difference between the inorganic insulating layer and the metal conductor layer that occurs during the sintering process. However, it is impossible to avoid warping of the ceramic multilayer substrate due to the difference in expansion. These warps have a large effect on the subsequent printing of resistive layers, glass protective layers, etc. on the ceramic multilayer substrate and during substrate transportation, and are a major factor in reducing yield and quality.

一般的には反りの発生した上記のようなセラミック多層
基板は、その上に適当な重量を有する耐火物を積載し再
度焼成時の温度近傍で熱処理をして反りを矯正し、基板
の平坦化を図っているのが実状である。Generally, when a ceramic multilayer board like the one above is warped, a refractory with an appropriate weight is placed on top of it and heat treated again at a temperature near the firing temperature to correct the warp and flatten the board. The reality is that we are trying to do so.

これらの方法は、一旦硬質化したセラミック基板上に重
量耐火物を載せて強制的に反りを矯正することから導体
層と絶縁層との間で剥離やクラックが発生したり、はな
はだしさに至っては、セラミック基板の割れを生ずるな
どの欠点を有しているものである。また反シ修正の工程
が存在することは必然的に工程増加を招くこととなり、
コスト面でも生産性の面でも問題点を有しているもので
ある。In these methods, heavy refractories are placed on a once hardened ceramic substrate to forcibly straighten the warp, so peeling or cracking may occur between the conductive layer and the insulating layer, or extreme damage may occur. However, it has drawbacks such as cracking of the ceramic substrate. In addition, the existence of a process for anti-shi correction will inevitably lead to an increase in the process.
This has problems both in terms of cost and productivity.

本発明は上記問題点を改善するために為されたものであ
シ、反シ修正工程を無くしても実用的に許容できる程度
にまで反り量を軽減したセラミック多層基板の製造方法
を提供するものである。The present invention has been made in order to improve the above-mentioned problems, and provides a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate in which the amount of warpage is reduced to a practically acceptable level even without the warp correction process. It is.

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明のセラミック多層基
板は焼結する際に、前記未焼結のセラミック多層基体を
覆うようにして、板状の耐火物を積載して焼結すること
を特徴とし、その結果、反りの微少なセラミック多層基
板を得んとするものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, when the ceramic multilayer substrate of the present invention is sintered, a plate-shaped refractory is loaded so as to cover the unsintered ceramic multilayer substrate. As a result, it is possible to obtain a ceramic multilayer substrate with minimal warpage.

作用 本発明は前記セラミック多層基体を上記の構成に従って
配置し、焼結することにより、それを形成する無機絶縁
層と金属導体層との焼結収縮差や膨張差が緩和・是正さ
れることによって極めて、反応の微少なセラミック多層
基板が得られるものである。Effect of the present invention By arranging and sintering the ceramic multilayer substrate according to the above structure, the difference in sintering shrinkage and expansion between the inorganic insulating layer and the metal conductor layer forming the same is alleviated and corrected. A ceramic multilayer substrate with very little reaction can be obtained.

実施例 以下、本発明の一実施例における多層セラミック基板の
製造方法について、図面を参照しながら説明する。第１
図は本発明の実施例におけるセラミック多重基板の製造
方法を示すものである。EXAMPLE Hereinafter, a method for manufacturing a multilayer ceramic substrate according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings. 1st
The figure shows a method of manufacturing a ceramic multi-substrate according to an embodiment of the present invention.

第１図において、８は従来の技術の中で説明したように
スクリーン印刷技術を用い、グリーンシートの上に印刷
多層法もしくはセラミック多層法で形成されたセラミッ
ク多層基体であり、たとえば９２〜９６％のアルミナを
含有する無機絶縁層と、Ｗを主成分とする金属導体層と
からなる。これらセラミック多層基体８を予め棚板１１
の上に載せられたセッター１０の上に載置する。しかる
後に、上記、セラミック多層基体８を覆うようにして、
セッター１Ｑ上の積載位置：Ｐ１〜Ｐ４にα−Ａβ２０
６，３Ａβ２０５　、２３１０２などで構成される、セ
ラミクス系やＷ　、Ｍｏなどの高融点金属系などの板状
耐火物１２を載置する。In FIG. 1, 8 is a ceramic multilayer substrate formed on a green sheet by a printing multilayer method or a ceramic multilayer method using screen printing technology as explained in the conventional technology, and for example, 92 to 96% It consists of an inorganic insulating layer containing alumina, and a metal conductor layer containing W as a main component. These ceramic multilayer substrates 8 are placed on the shelf board 11 in advance.
It is placed on the setter 10 placed on top of the setter 10. After that, the above-mentioned ceramic multilayer substrate 8 is covered,
Loading position on setter 1Q: α-Aβ20 on P1 to P4
A plate-shaped refractory 12 made of ceramics such as 6,3Aβ205, 23102, or a high melting point metal such as W or Mo is placed.

第２図は、セラミクス多層基体８の上に上記板状耐火物
１２を載置した後の棚組構造体１３の正面図を示すもの
であシ、セラミック多層基体８は板状耐火物１２の自重
圧によってるものである。FIG. 2 shows a front view of the shelf assembly structure 13 after the plate-shaped refractories 12 are placed on the ceramic multilayer substrate 8. This is due to the pressure of its own weight.

この第２図に示す棚組構造体１３を１６００°Ｃの還元
雰囲気中（水素と窒素の混合ガス中）で焼成すると、セ
ラミック多層基体８を形成しているグリーンシート１と
無機絶縁層２ａ、２ｂと金属導体層３ａ、３ｂ、３ｃ、
３ｄとは焼結過程で互いに膨張、収縮作用を繰り返しな
がら、最終的には焼結反応を完了し、セラミ−ツク多層
基板９となる。When the shelf assembly structure 13 shown in FIG. 2 is fired in a reducing atmosphere at 1600°C (in a mixed gas of hydrogen and nitrogen), the green sheet 1 forming the ceramic multilayer substrate 8 and the inorganic insulating layer 2a, 2b and metal conductor layers 3a, 3b, 3c,
3d and 3d repeatedly expand and contract with each other during the sintering process, and eventually complete the sintering reaction to form the ceramic multilayer substrate 9.

この時、上記膨張、収縮作用の差異によって生ずるセラ
ミック多層基板８の反応は、板状耐火物１２の自重圧作
用によって抑制されその結果、反りの微少なセラミック
多層基板９が得られることとなる。第３図は発明者等の
実験によって確認された結果を示すものであり、Ｘ軸は
、セラミック多層基体８の単位面積当りの板状耐火物重
量：Ｗａを、Ｙ軸はセラミック多層基板の反応量：Ｂを
示しており、この図から、Ｗａが３．０　（ｙ／ｄ　）
以上では、上記反応抑制効果が著しく３．０．（）／　
ｃ４　）未満では、その効果が発揮されないことがわか
る。また破線で示すＷａが１４．０　（ｙ／ｃｌｒ　）
を越える領域については、反り抑制効果が著しいものの
過圧状態となりセック−１０，板状耐火物１２、セラミ
ツク多層基体８相互間で生ずる滑り摩擦抵抗が増大し、
それに伴ってセラミック多層基体８の焼結収縮方位バラ
ンスが崩れることとなり、その結果、セラミック多層基
板９の変形を発生せしめるものである。At this time, the reaction of the ceramic multilayer substrate 8 caused by the difference in the expansion and contraction effects is suppressed by the self-weight pressure of the plate-shaped refractory 12, and as a result, the ceramic multilayer substrate 9 with minimal warpage is obtained. FIG. 3 shows the results confirmed by experiments conducted by the inventors. Quantity: B is shown, and from this figure, Wa is 3.0 (y/d)
Above, the reaction suppression effect is remarkable at 3.0. ()/
It can be seen that the effect is not exhibited below c4). Also, Wa shown by the broken line is 14.0 (y/clr)
In the region exceeding 100 mL, although the warpage suppressing effect is significant, an overpressure state occurs, and the sliding frictional resistance generated between the SEC-10, the plate-shaped refractory 12, and the ceramic multilayer base 8 increases.
As a result, the balance of the sintering contraction direction of the ceramic multilayer substrate 8 is lost, and as a result, the ceramic multilayer substrate 9 is deformed.

第３図によって示される板状耐火物重量Ｗａが３．０〜
１４．ｏ　（）／ｃ４）の範囲内においてセラミック多
層基板９の反り量二Ｂは長手方向で１００μｍ以内であ
った。この程度の反り状態であれば以降の印刷工程や搬
送時においても何等実用上問題はなく、十分許容できう
る節回である。The plate-shaped refractory weight Wa shown in FIG. 3 is 3.0~
14. o ()/c4), the amount of warpage 2B of the ceramic multilayer substrate 9 was within 100 μm in the longitudinal direction. This degree of warping does not cause any practical problems during subsequent printing processes or transportation, and is a sufficiently acceptable degree of control.

以上のように本実施例によれば、セラミック多層基板を
焼結する際だ、未焼結のセラミック多層基体を覆うよう
にして板状の耐火物を積載して焼結することにより、実
用上問題のない程度にまで反り量を軽減したセラミック
多層基板を提供することができるものである。また従来
必須であった反応修正工程を削除できることから工数低
減が可能となシ、生産性の向上に寄与できると共に、反
り修正時に発生していた導体層の剥離やクラック基板自
体の割れなどの品質問題をも回避できるものである。As described above, according to this embodiment, when sintering a ceramic multilayer substrate, plate-shaped refractories are loaded and sintered so as to cover the unsintered ceramic multilayer substrate. It is possible to provide a ceramic multilayer substrate in which the amount of warpage is reduced to a level that causes no problems. In addition, since the reaction correction process that was previously required can be eliminated, it is possible to reduce the number of man-hours, contributing to improved productivity, and reducing quality problems such as peeling of the conductor layer and cracks in the board itself that occur when correcting warpage. This problem can also be avoided.

発明の効果 以上のように本発明はセラミック多層基板を焼結する際
に未焼結のセラミック多層基体を覆うようにして板状の
耐火物を積載して焼結することにより反り量の微少なセ
ラミック多層基板を得ることができ、その結果、価格が
安価でしかも、高品質のセラミック多層基板が提供でき
ることとなり、工業上極めて有益な発明である。Effects of the Invention As described above, the present invention can minimize the amount of warpage by loading and sintering a plate-shaped refractory material to cover the unsintered ceramic multilayer substrate when sintering the ceramic multilayer substrate. It is possible to obtain a ceramic multilayer substrate, and as a result, it is possible to provide a ceramic multilayer substrate of low cost and high quality, which is an extremely useful invention industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、本発明の一実施例におけるセラミック多層基
板の製造方法を示す斜視図、第２図は同製造方法を示す
正面図、第３図は同裂遣方法の効果を示す反シ特性図、
第４図はセラミック多層基板の構造を示す要部断面斜視
図、第６図は従来のセラミック多層基板の人造方法を示
す斜視図、第６図は同與遣方法を示す正面図である。 ８・・・・・・セラミック多層基体、９・・・・・・セ
ラミック多層基板、１０・・・・・・セッター、１１・
・・・・・棚板、１２・・・・・・板状耐火物、１３・
・・・・・棚組構造体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｆ２
−ｕｔ大ｙ　ブＣ’ｊｆＪ 第３図 ＨＡＫ＠ＴＫ＠Ｉｋ　　　ｌ’ｌ／ａ、（３／ｃｒＮ）
１−ｍ−グリーンシード ２ａ−−−２ｒＭｔを４ ２ｂ−−−−す２　ヶ ３ｃｍ−＋０＃ ９ｄ−＋呼　。FIG. 1 is a perspective view showing a method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view showing the same manufacturing method, and FIG. 3 is an anti-silver characteristic showing the effect of the same method. figure,
FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of a main part showing the structure of a ceramic multilayer substrate, FIG. 6 is a perspective view showing a conventional method for manufacturing a ceramic multilayer substrate, and FIG. 6 is a front view showing a method for providing the same. 8...Ceramic multilayer substrate, 9...Ceramic multilayer substrate, 10...Setter, 11...
... Shelf board, 12 ... Plate-shaped refractory material, 13.
...shelf structure. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person f2
-ut largey buC'jfJ Figure 3 HAK@TK@Ik l'l/a, (3/crN)
1-m-green seed 2a---2rMt 42b---2 pieces 3cm-+0#9d-+call.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）セラミックグリーンシート上に金属導体層と無機
絶縁層を配設したセラミック多層基体を焼結する際に、
上記セラミック多層基体を覆うようにして板状の耐火物
を積載して焼結することを特徴とするセラミック多層基
板の製造方法。(1) When sintering a ceramic multilayer substrate with a metal conductor layer and an inorganic insulating layer on a ceramic green sheet,
A method for manufacturing a ceramic multilayer substrate, comprising stacking and sintering a plate-shaped refractory so as to cover the ceramic multilayer substrate. （２）セラミック多層体上に積載する板状の耐火物重量
として上記セラミック多層基体の単位面積換算で３．０
〜１４．０（ｇ／ｃｍ＾２）の範囲内にあることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のセラミック多層基板
の製造方法。(2) The weight of the plate-shaped refractory loaded on the ceramic multilayer body is 3.0 in terms of the unit area of the ceramic multilayer substrate.
14. The method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to claim 1, characterized in that it is within the range of 14.0 (g/cm^2).