低温焼成セラミック多層基板の製造方法

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【発明の名称】	低温焼成セラミック多層基板の製造方法
【発明者】	【氏名】川上勝也【氏名】福田順三
【要約】	【課題】低温焼成セラミック多層基板の焼成反りを少なくし、且つ導体パターンの導通抵抗値を低減する。【解決手段】各層のグリーンシート１２にＡｇ系導体ペーストで導体パターン１３，１４を印刷する。ここで使用するＡｇ系導体ペーストは、Ａｇ系粉末の平均粒径が０．１～５μｍで、バインダ樹脂の配合量が５～１５重量％である。印刷後、各層のグリーンシート１２を積層し、これを例えば８０～１５０℃、５～３００ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で加熱圧着して一体化した後、この積層体を８００～１０００℃で、２０分ホールドの条件で焼成する。この場合、Ａｇ系導体ペーストのバインダ樹脂の配合量が多いため、積層前に印刷した表層導体パターン１４が積層時の加圧力により圧縮されても、表層導体パターン１４中のＡｇ粉末が押し込まれて凝集することがバインダ樹脂によって緩和され、焼成反りが少なくなる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】導体ペーストで所定の導体パターンを印刷した低温焼成セラミックグリーンシート積層体を、前記導体パターンと共に８００～１０００℃で同時焼成して低温焼成セラミック多層基板を製造する方法において、前記導体ペーストは、導体粉末としてＡｇ系粉末が配合され、且つバインダ樹脂が５～１５重量％配合されたＡｇ系導体ペーストを用いることを特徴とする低温焼成セラミック多層基板の製造方法。
【請求項２】前記バインダ樹脂は、エチルセルロース系又はアクリル系の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の低温焼成セラミック多層基板の製造方法。
【請求項３】前記Ａｇ系粉末は、平均粒径が０．１～５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温焼成セラミック多層基板の製造方法。
【請求項４】前記所定の導体パターンは、乾燥膜厚が５～３０μｍとなるように印刷し、前記低温焼成セラミックグリーンシート積層体を作製する際の加圧力を５～３００ｋｇｆ／ｃｍ²としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の低温焼成セラミック多層基板の製造方法。
【請求項５】前記所定の導体パターンは、基板内層に形成される内層導体パターンと基板表面に形成される表層導体パターンとの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の低温焼成セラミック多層基板の製造方法。
【請求項６】基板表面に表層導体パターンを形成する場合に、前記低温焼成セラミックグリーンシートの積層前に前記表層導体パターンを印刷することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の低温焼成セラミック多層基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温焼成セラミックグリーンシート積層体を導体パターンと共に１０００℃以下で同時焼成して低温焼成セラミック多層基板を製造する低温焼成セラミック多層基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１０００℃以下で焼成する低温焼成セラミック基板は、１６００℃前後で焼成するアルミナ基板と比較して、■誘電率が低く、信号処理の高速化が可能であると共に、■セラミックと同時焼成する配線導体として導通抵抗の小さいＡｇ系導体等の低融点金属を用いることができる等の利点があり、近年益々需要が増大している。この低温焼成セラミック基板は、高密度化・小型化のために、セラミックグリーンシートを複数枚積層して多層基板として製造されることが多い。
【０００３】一般に、低温焼成セラミック多層基板は、グリーンシート積層法で製造されることが多い。このグリーンシート積層法は、導体ペーストで導体パターンを印刷した複数枚の低温焼成セラミックグリーンシートを積層して加熱圧着して一体化し、この積層体を１０００℃以下で同時焼成して低温焼成セラミック多層基板を製造するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、低温焼成セラミック多層基板の内層に形成する内層導体パターンは積層前に印刷する必要があるが、基板表面に形成する表層導体パターンは、積層前、積層後のいずれでも印刷可能である。しかし、積層前に表層導体パターンを印刷すると、基板の焼成反りが増大する傾向が見られる。この原因は、積層時の加圧力により表層導体パターンが圧縮され、表層導体パターン中の導体粉末が押し込まれて凝集し、導体密度が上昇するためと考えられる。そこで、従来は、積層後に積層体の表面に表層導体パターンを印刷することで、基板の焼成反りを少なくするようにしている。
【０００５】しかし、この製造方法では、積層工程後に印刷工程を追加する必要があり、工程数が増加する。しかも、積層後のグリーンシートの伸縮により表層導体パターンの印刷ずれが生じ、電気的特性に悪影響を及ぼす。
【０００６】そこで、Ａｇ系導体ペーストにＰｄ粉末やその他の焼結抑制剤を添加した導体ペーストを用いて、積層前に表層導体パターンを印刷する方法がある。この方法では、基板の焼成反りを少なくすることが可能であるが、導通抵抗値の増加、半田ぬれ特性の劣化、基板表面と表層導体との接着強度の低下等、電気的特性が低下してしまう欠点がある。
【０００７】尚、積層前に印刷する内層導体パターンについても、基板の焼成反りを発生させる原因となるため、内層導体パターンも、基板の焼成反りの少ない導体ペーストを用いることが好ましい。
【０００８】本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、基板の焼成反りの低減と電気的特性向上とを両立できる低温焼成セラミック多層基板の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の請求項１の低温焼成セラミック多層基板の製造方法では、所定の導体パターンを印刷するのに用いる導体ペーストは、導体粉末としてＡｇ系粉末が配合され、且つバインダ樹脂が５～１５重量％配合されたＡｇ系導体ペーストを用いる。このＡｇ系導体ペーストは、バインダ樹脂の配合量が従来（２重量％）よりも多いため、積層前に印刷した導体パターンが積層時の加圧力により圧縮されても、導体パターン中の導体粉末が押し込まれて凝集することがバインダ樹脂によって緩和され、基板の焼成反りを少なくすることができる。但し、バインダ樹脂の配合量が１５重量％よりも多くなると、導通抵抗値が大きくなる傾向が顕著になるため、１５重量％以下とすることで、良好な電気的特性を得ることができる。
【００１０】この場合、請求項２のように、バインダ樹脂として、エチルセルロース系又はアクリル系の樹脂を用いると良い。エチルセルロース系の樹脂は、チクソトロピー性が高く、ファインパターン化に対応できる。また、アクリル系の樹脂は、配合量を多くしても、導体ペーストの粘度が低く保たれ、ビアホールへの充填性も良好である。
【００１１】また、請求項３のように、Ａｇ系導体ペーストに配合するＡｇ系粉末は、平均粒径が０．１～５μｍのものを用いることが好ましい。平均粒径が５μｍ以上であると、印刷性が低下し、ファインパターン化が困難となるためである。
【００１２】また、導体パターンは、厚くなり過ぎると、焼成反りの原因となるため、請求項４のように、印刷時の乾燥膜厚が５～３０μｍとなるように印刷することが好ましい。更に、低温焼成セラミックグリーンシート積層体の適度な層間接着力を確保し、且つ積層時の圧縮変形を防ぐために、積層時の加圧力を５～３００ｋｇｆ／ｃｍ²とすることが好ましい。
【００１３】上述したＡｇ系導体ペーストを用いて、内層導体パターンと表層導体パターンの双方を形成したり、いずれか一方のみを形成するようにしても良いが（請求項５）、表層導体パターンを形成する場合には、請求項６のように、積層前に表層導体パターンを印刷するようにしても良い。こようにすれば、積層工程後に印刷工程を追加する必要がなく、生産性が向上する。しかも、積層後のグリーンシートの伸縮による表層導体パターンの印刷ずれの問題が解消され、ファインパターン化への対応が容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明の実施形態（１）における低温焼成セラミック多層基板１１の製造方法を図１及び図２に基づいて説明する。まず、低温焼成セラミックのグリーンシートを低温焼成セラミックのスラリーを用いてテープ成形する。この際、低温焼成セラミックとしては、ＣａＯ－ＳｉＯ₂－Ａｌ₂Ｏ₃－Ｂ₂Ｏ₃系ガラス５０～６５重量％（好ましくは６０重量％）とアルミナ５０～３５重量％（好ましくは４０重量％）との混合物を用いる。この他、例えば、ＭｇＯ－ＳｉＯ₂－Ａｌ₂Ｏ₃－Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミナとの混合物、ＳｉＯ₂－Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ－ＳｉＯ₂－Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の８００～１０００℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。
【００１５】この後、テープ成形した低温焼成セラミックのグリーンシートを所定寸法に切断すると共に、その所定位置にビアホール（図示せず）をパンチングして、各層のグリーンシート１２を形成する。この後、各層のグリーンシート１２のビアホールにＡｇ系導体ペーストを充填し、これと同じ組成のＡｇ系導体ペーストを使用して、最上層を除く各層のグリーンシート１２に内層導体パターン１３をスクリーン印刷すると共に、最上層のグリーンシート１２に表層導体パターン１４をスクリーン印刷する。この際、内層導体パターン１３と表層導体パターン１４は乾燥膜厚が５～３０μｍとなるようにスクリーン印刷する。
【００１６】この印刷工程で使用するＡｇ系導体ペーストは、Ａｇ系粉末にバインダ樹脂と有機溶剤とを配合し、これを十分に混練して作製したものである。この場合、Ａｇ系粉末としては、Ａｇ粉末の他、Ａｇ－Ｐｄ、Ａｇ－Ｐｔ、Ａｇ－Ｐｄ－Ｐｔ、Ａｇ－Ａｕ等のいずれかの合金又は金属の混合物の粉末を用いても良い。但し、平均粒径が０．１～５μｍのＡｇ系粉末を用いることが好ましい。平均粒径が５μｍ以上であると、印刷性が低下し、ファインパターン化が困難となるためである。
【００１７】また、このＡｇ系導体ペーストに配合するバインダ樹脂としては、エチルセルロース又はアクリル樹脂を用いる。エチルセルロース系の樹脂は、チクソトロピー性が高く、ファインパターン化に対応できる。また、アクリル系の樹脂は、配合量を多くしても、導体ペーストの粘度が低く保たれ、ビアホールへの充填性も良好である。このＡｇ系導体ペーストのＡｇ系粉末、バインダ樹脂、有機溶剤の配合比は、Ａｇ系粉末が５０～９０重量％、バインダ樹脂が５～１５重量％、有機溶剤が５～３５重量％である。
【００１８】尚、ビア導体、内層導体パターン１３、表層導体パターン１４の印刷は、必ずしも同じ組成のＡｇ系導体ペーストを用いる必要はなく、内層導体パターン１３と表層導体パターン１４の少なくとも一方を上記組成のＡｇ系導体ペーストを用いて形成すれば良い。
【００１９】印刷工程終了後、各層のグリーンシート１２を積層し、この積層体を例えば８０～１５０℃、５～３００ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で加熱圧着して一体化する。この積層時の加圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ²よりも低いと、グリーンシート１２間の圧着力が不足し、層間剥離（デラミネーション）が発生し、３００ｋｇｆ／ｃｍ²よりも大きいと、グリーンシート１２の圧縮変形の問題が発生する。従って、積層時の加圧力は、５～３００ｋｇｆ／ｃｍ²とすることが好ましい。
【００２０】積層工程終了後、グリーンシート１２の積層体を８００～１０００℃で、２０分ホールドの条件で焼成し、各層のグリーンシート１２を内層・表層導体パターン１３，１４と共に同時焼成して低温焼成セラミック多層基板１１を製造する。
【００２１】［実施形態（２）］上記実施形態（１）では、積層前に表層導体パターン１４を印刷したが、図３に示す実施形態（２）では、表層導体パターン１４を印刷せずに、各層のグリーンシート１２を積層した後、この積層体の表面に表層導体パターン１４を印刷し、これを焼成して、低温焼成セラミック多層基板１１を製造する。これ以外は、上記実施形態（１）と同じである。
【００２２】
【実施例】本発明者らは、導体パターンの印刷に使用するＡｇ系導体ペースト中のバインダ樹脂の配合量と焼成反りと導通抵抗値との関係を評価する試験を行ったので、その試験結果を次の表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】この評価試験では、２通りの製法（１），（２）で製造した低温焼成セラミックのサンプル基板の焼成反りと導通抵抗値を測定した。ここで、製法（１）は、前述した実施形態（１）で説明した図２の工程を用いて、積層前に表層導体パターンを印刷するものである。一方、製法（２）は、前述した実施形態（２）で説明した図３の工程を用いて、積層後に表層導体パターンを印刷するものである。
【００２５】製法（１）及び（２）では、いずれも、厚さ０．３ｍｍのグリーンシートを２枚積層し、積層時の加圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ²、加熱温度を１１０℃として、１５秒間の加圧を２回行った。いずれの場合も、印刷する表層導体パターンは、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍの正方形のパターンで、乾燥膜厚が１５～２５μｍとなるように印刷した。サンプル基板の焼成は、８９０℃、２０分ホールドの条件で行った。焼成反りは、表層導体パターン部分が反り上がるように生じるため、焼成反りの測定は、基板表面のうちの表層導体パターンが形成されていない部分を基準にして表層導体パターン部分の最も高い部分（中央部）の高さを測定した。
【００２６】実施例１，２，３と比較例１，２は、バインダ樹脂の配合量の異なるＡｇペーストを用いて、表層導体パターンを印刷したものである。焼成後の品質検査で合格となる基準は、焼成反りが最大値０．１ｍｍ以下で、且つ導通抵抗値が５．０ｍΩ／□以下である。
【００２７】比較例１（バインダ樹脂の配合量：２重量％）は、従来のＡｇペーストに相当し、導通抵抗値について合格基準を満たすが、積層前に表層導体パターンを印刷する製法（１）では、焼成反りが合格基準を満たさない。この原因は、積層時の加圧力により表層導体パターンが圧縮され、表層導体パターン中のＡｇ粉末が押し込まれて凝集し、Ａｇ導体密度が上昇するためと考えられる。尚、この場合でも、積層後に表層導体パターンを印刷する製法（２）では、表層導体パターンのＡｇ導体密度の上昇が起こらないため、焼成反りが合格基準を満たす。
【００２８】また、比較例２（バインダ樹脂の配合量：２０重量％）では、表層導体パターンの印刷が積層の前後いずれに行われても、焼成反りが合格基準を満たす。これは、バインダ樹脂の配合量が多いため、積層前に印刷した表層導体パターンが積層時の加圧力により圧縮されても、表層導体パターン中のＡｇ粉末が押し込まれて凝集することがバインダ樹脂によって緩和されるためと考えられる。しかし、この比較例２では、バインダ樹脂の配合量が多すぎるため、表層導体パターンのＡｇ導体密度が低くなり過ぎ、その結果、導通抵抗値が６．８ｍΩ／□に増加して合格基準を満たさなくなる。
【００２９】これに対し、実施例１，２，３は、バインダ樹脂の配合量が５重量％、８重量％、１５重量％であり、バインダ樹脂の配合量が多くなるに従って、導通抵抗値が少しずつ増加する傾向が見られるが、実施例の中で、バインダ樹脂の配合量が最も多い実施例３でも、導通抵抗値が５．２ｍΩ／□であり、合格基準を満たす。また、焼成反りについては、バインダ樹脂の配合量が多くなるに従って、焼成反りが少しずつ減少する傾向が見られた。これは、バインダ樹脂による導体凝集緩和効果がバインダ樹脂の配合量が多くなるほど大きくなるためと考えられる。従って、実施例の中で、焼成反りが最も大きいのは、バインダ樹脂の配合量が最も少ない実施例１で、積層前に表層導体パターンを印刷した場合であるが、この場合でも、焼成反りは０．０８ｍｍであり、合格基準を満たす。
【００３０】以上の試験結果から、Ａｇペーストは、バインダ樹脂の配合量が５～１５重量％であれば、焼成反り及び導通抵抗値の双方が合格基準を満たし、品質の良い低温焼成セラミック多層基板が得られることが確認された。
【００３１】尚、図１の例では、低温焼成セラミック多層基板１１の上面のみに表層導体パターン１４が形成されているが、低温焼成セラミック多層基板１１の下面にも表層導体パターンを形成するようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１の低温焼成セラミック多層基板の製造方法によれば、バインダ樹脂が５～１５重量％配合されたＡｇ系導体ペーストを用いて導体パターンを印刷するようにしたので、導体パターンの印刷をグリーンシート積層の前後いずれに行っても、基板の焼成反りの低減と導通抵抗値の低減の要求を満たすことができ、品質の良い低温焼成セラミック多層基板を製造できる。
【００３３】請求項２では、バインダ樹脂として、エチルセルロース系又はアクリル系の樹脂を用いるので、バインダ樹脂の配合量を従来より多くしても、印刷性を良好に維持できる。
【００３４】請求項３では、Ａｇ系導体ペーストに配合するＡｇ系粉末の平均粒径を０．１～５μｍとしたので、ファインパターンの印刷も容易である。
【００３５】請求項４では、導体パターンを乾燥膜厚が５～３０μｍとなるように印刷し、積層時の加圧力を５～３００ｋｇｆ／ｃｍ²としたので、層間剥離や圧縮変形の問題を回避できる。
【００３６】この場合、請求項５のように、上述したＡｇ系導体ペーストを用いて、内層導体パターンと表層導体パターンの少なくとも一方を形成すれば、本発明の所期の目的は達成できるが、請求項６では、積層前に表層導体パターンを上述したＡｇ系導体ペーストで印刷するので、積層工程後に印刷工程を追加する必要がなく、生産性を向上できると共に、積層後のグリーンシートの伸縮による表層導体パターンの印刷ずれの問題も解消できる。

【出願人】	【識別番号】３９１０３９８９６【氏名又は名称】株式会社住友金属エレクトロデバイス
【出願日】	平成１０年（１９９８）２月２日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】加古宗男
【公開番号】	特開平１１－２２０２６０
【公開日】	平成１１年（１９９９）８月１０日
【出願番号】	特願平１０－２０８３７