JPH10182240A - Production of green sheet for ceramic substrate - Google Patents
Production of green sheet for ceramic substrateInfo
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- JPH10182240A JPH10182240A JP8348213A JP34821396A JPH10182240A JP H10182240 A JPH10182240 A JP H10182240A JP 8348213 A JP8348213 A JP 8348213A JP 34821396 A JP34821396 A JP 34821396A JP H10182240 A JPH10182240 A JP H10182240A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス粉末とセラ
ミック粉末とからなる混合物を主体とし、多層配線基板
や半導体素子収納用パッケージの絶縁基板として用いら
れるセラミック基板用グリーンシートの改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a green sheet for a ceramic substrate which is mainly composed of a mixture of a glass powder and a ceramic powder and is used as an insulating substrate of a multilayer wiring substrate or a package for housing semiconductor elements.
【0002】[0002]
【従来技術】従来より、半導体素子などを搭載するため
の配線基板としては、アルミナなどのセラミック材料が
用いられているが、最近に至り、アルミナに比較して誘
電率が低い、焼成温度が低い低抵抗のCu、Au、Ag
などの導体で配線を形成できるなどの点で優れているこ
とから、特に回路の高集積化の要求に適用することので
きる基板材料として、ガラスセラミック焼結体が注目さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, ceramic materials such as alumina have been used as wiring substrates for mounting semiconductor elements and the like, but recently, the dielectric constant and firing temperature are lower than those of alumina. Low resistance Cu, Au, Ag
Glass ceramic sinters have attracted attention as a substrate material that can be applied particularly to the demand for high integration of circuits, because it is excellent in that wiring can be formed with such conductors.
【0003】従来、ガラスセラミック焼結体を絶縁基板
とする配線基板の製造方法としては、ガラス粉末とセラ
ミックフィラーとからなる混合粉末に成形用の有機バイ
ンダーと溶剤とを添加してスラリーを調製した後、この
スラリーをドクターブレード法などにより成形してグリ
ーンシートを作製する。そして、このグリーンシートの
表面に導体ペーストを印刷して導体パターンを形成し、
所望によりそれらのシートを積層した後、加熱して有機
バインダーを分解除去した後、さらに焼成することによ
り作製される。Conventionally, as a method of manufacturing a wiring board using a glass ceramic sintered body as an insulating substrate, a slurry is prepared by adding a forming organic binder and a solvent to a mixed powder composed of a glass powder and a ceramic filler. Thereafter, the slurry is formed by a doctor blade method or the like to produce a green sheet. Then, a conductor paste is printed on the surface of the green sheet to form a conductor pattern,
If desired, after laminating those sheets, the organic binder is decomposed and removed by heating, followed by baking.
【0004】このようなセラミック基板用グリーンシー
トを作製する場合に用いられる成形用有機バインダーと
しては、アルミナ系の場合には、アクリル系樹脂が、窒
化アルミニウムなどの非酸化物系セラミックスの場合に
は、ポリビニルブチラール(PVB)が一般的に使用さ
れている。しかし、PVBは、非酸化性雰囲気で脱バイ
ンダー処理する際に熱分解性が低いことから、近年にお
いては、熱分解性に優れたアクリル系樹脂に移行しつつ
ある。[0004] As an organic binder for molding used in producing such a green sheet for a ceramic substrate, an acrylic resin is used in the case of an alumina-based resin, and an acrylic resin is used in the case of a non-oxide-based ceramic such as aluminum nitride. And polyvinyl butyral (PVB) are generally used. However, since PVB has low thermal decomposability when debinding in a non-oxidizing atmosphere, in recent years, it has been shifting to an acrylic resin having excellent thermal decomposability.
【0005】一方で、用いるガラス粉末としては、Si
O2 やB2 O3 などを含むホウケイ酸系ガラス、SiO
2 −Al2 O3 −アルカリ土類酸化物などの主成分とす
るガラスなどが多用されるが、ガラスの成分としては、
上記主成分以外に、ガラスの軟化点や屈伏点を低下させ
たり、その他のガラスの特性制御のために、アルカリ金
属酸化物を含有せしめる場合が多々ある。また、最近で
は、結晶相としてリチウムシリケートなどの高熱膨張の
結晶相を析出させるために、多量のアルカリ金属酸化物
を含有するガラスを用いることも提案されている。On the other hand, glass powder used is Si
Borosilicate glass containing O 2 or B 2 O 3 , SiO
Glass having a main component such as 2- Al 2 O 3 -alkaline earth oxide is often used.
In addition to the above main components, there are many cases where an alkali metal oxide is contained for lowering the softening point or yield point of the glass or for controlling other properties of the glass. Recently, it has been proposed to use glass containing a large amount of an alkali metal oxide in order to precipitate a high thermal expansion crystal phase such as lithium silicate as a crystal phase.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、熱分解性に
優れるアルリル系樹脂中には、官能基としてカルボキシ
ル基を有するが、このようなカルボキシル基を有する樹
脂を有機バインダーとして使用し、且つ用いるガラス粉
末として、アルカリ金属酸化物を多量に含むガラスを使
用した場合、アクリル系樹脂中のカルボキシル基とガラ
ス中のアルカリ金属の陽イオンとの間で相互作用が生
じ、その結果、スラリーがゲル化し易くなり、スラリー
の分散性が大きく低下するという問題があった。そのた
めに、作製されたグリーンシートにクラックが発生した
り、グリーンシートの充填率が低下し、焼成収縮のばら
つきによる製品の歩留りが低下する等の問題があった。However, among allyl resins having excellent thermal decomposability, they have a carboxyl group as a functional group, and the resin having such a carboxyl group is used as an organic binder. When a glass containing a large amount of an alkali metal oxide is used as a powder, an interaction occurs between a carboxyl group in the acrylic resin and a cation of an alkali metal in the glass, and as a result, the slurry is easily gelled. And the dispersibility of the slurry is greatly reduced. For this reason, there are problems such as cracks occurring in the produced green sheet, a reduction in the filling rate of the green sheet, and a reduction in product yield due to variation in firing shrinkage.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
に対して検討を重ねた結果、アルカリ金属酸化物を多量
に含むガラスを用いたガラスセラミック粉末に対して、
官能基としてカルボキシル基を含むアクリル系樹脂を有
機バインダーとして用いた系に対して、シランカップリ
ング剤を添加すると、ガラス粉末表面がシランカップリ
ング剤によって被覆される結果、ガラス中のアルカリ金
属成分がシランカップリング剤と選択的に反応し、アル
リル系樹脂との反応性を抑制することができ、スラリー
の分散性を損なうことなく、焼成においても歩留りの高
いグリーンシートを作製できることを知見し、本発明に
至った。Means for Solving the Problems As a result of repeated studies on the above problems, the present inventors have found that glass-ceramic powder using glass containing a large amount of alkali metal oxide is
When a silane coupling agent is added to a system using an acrylic resin containing a carboxyl group as a functional group as an organic binder, the surface of the glass powder is coated with the silane coupling agent, so that the alkali metal component in the glass is reduced. It was found that it can selectively react with the silane coupling agent, suppress the reactivity with the allyl resin, and produce a green sheet with high yield even in firing without impairing the dispersibility of the slurry. Invented the invention.
【0008】即ち、本発明のセラミック基板用グリーン
シートの製造方法によれば、アルカリ金属酸化物を5重
量%以上含有するガラス粉末、または該ガラス粉末とセ
ラミック粉末の混合粉末に対して、アクリル系樹脂、溶
剤およびシランカップリング剤を添加混合してスラリー
を調製した後、このスラリーを用いてシート状に成形す
ることを特徴とするものであり、特にシランカップリン
グ剤としては、ビニルシラン、エポキシシラン、アクリ
ルシランおよびアミノシランのうちの少なくとも1種か
らなることが望ましい。That is, according to the method for producing a green sheet for a ceramic substrate of the present invention, an acrylic-based glass powder containing 5% by weight or more of an alkali metal oxide or a mixed powder of the glass powder and the ceramic powder is used. A slurry is prepared by adding and mixing a resin, a solvent and a silane coupling agent, and then formed into a sheet using the slurry. Particularly, as the silane coupling agent, vinyl silane, epoxy silane And at least one of acrylic silane and aminosilane.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明のセラミック基板用グリー
ンシートの製造方法によれば、まず、アルカリ金属酸化
物を5重量%以上、特に7重量%以上含有するガラス粉
末、またはこのガラス粉末とセラミック粉末との混合粉
末を作製する。According to the method for producing a green sheet for a ceramic substrate of the present invention, first, a glass powder containing 5% by weight or more, particularly 7% by weight or more of an alkali metal oxide, or a mixture of this glass powder and a ceramic A mixed powder with the powder is prepared.
【0010】用いるガラス粉末としては、ホウケイ酸系
ガラス、SiO2 −Al2 O3 −アルカリ土類酸化物系
ガラスなどの公知のガラスにおいて、Li、Na、Kな
どのアルカリ金属の酸化物を5重量%以上含むガラス等
も使用される。また、それらのガラス粉末に対しては、
得られる基板の強度を高める上で、種々のセラミック粉
末を添加することができる。用いるセラミック粉末とし
ては、Al2 O3 、SiO2 、MgO、ムライト、コー
ジェライト、ウォラストナイト、フォルステライト、ジ
ルコニアなどが知られている。As the glass powder to be used, a known glass such as borosilicate glass, SiO 2 —Al 2 O 3 —alkaline earth oxide glass, and an oxide of an alkali metal such as Li, Na, and K may be used. Glass or the like containing not less than% by weight is also used. Also, for those glass powders,
Various ceramic powders can be added to increase the strength of the obtained substrate. Known ceramic powders include Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, mullite, cordierite, wollastonite, forsterite, and zirconia.
【0011】本発明によれば、望ましい形態としては、
最終的に作製されるセラミック基板として、例えば、有
機樹脂などの高熱膨張係数を有する外部電気回路基板に
実装する場合の熱サイクルに対する信頼性を高めること
を目的に40〜400℃における線熱膨張係数を8〜1
8ppm/℃の範囲に制御することが望ましい。According to the present invention, the preferred form is
As the finally manufactured ceramic substrate, for example, a linear thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C. for the purpose of increasing the reliability against thermal cycling when mounted on an external electric circuit board having a high thermal expansion coefficient such as an organic resin 8 to 1
It is desirable to control it within the range of 8 ppm / ° C.
【0012】このような高熱膨張のセラミック基板を作
製する上では、用いるガラス粉末としては、リチウム珪
酸ガラス、ソーダアルミニウム珪酸ガラス等のアルカリ
珪酸ガラスが好適に使用される。その理由は、これらの
ガラスは線熱膨張係数が13ppm/℃程度の高熱膨張
係数を有するリチウム珪酸結晶やソーダアルミニウム珪
酸結晶を析出させることが可能であるからである。ま
た、上記のガラス粉末に対して配合するセラミック粉末
としては、40〜400℃における線熱膨張係数が6p
pm/℃以上の金属酸化物からなるセラミックス粉末を
用いることにより、セラミック基板の線熱膨張係数を8
〜18ppm/℃の範囲で容易に制御することが可能と
なる。In producing such a high thermal expansion ceramic substrate, alkali silicate glass such as lithium silicate glass and soda aluminum silicate glass is preferably used as the glass powder to be used. The reason is that these glasses can precipitate a lithium silicate crystal or a soda aluminum silicate crystal having a high coefficient of linear thermal expansion of about 13 ppm / ° C. The ceramic powder to be mixed with the above glass powder has a linear thermal expansion coefficient of 6p at 40 to 400 ° C.
By using a ceramic powder composed of a metal oxide of not less than pm / ° C., the coefficient of linear thermal expansion of
It can be easily controlled in the range of 範 囲 18 ppm / ° C.
【0013】また、上記のガラス粉末とセラミック粉末
との組み合わせにおいては、ガラス粉末の結晶化前の4
0〜400℃における線熱膨張係数が6〜18ppm/
℃、特に7〜13ppm/℃であることが望ましい。こ
れは、ガラスの線熱膨張係数が上記範囲を逸脱するとセ
ラミックス粉末との熱膨張差が生じ、焼結体の強度低下
の原因となるためである。In addition, in the above-mentioned combination of the glass powder and the ceramic powder, the glass powder before crystallization is 4 times.
The linear thermal expansion coefficient at 0 to 400 ° C is 6 to 18 ppm /
C., particularly preferably 7 to 13 ppm / C. This is because if the coefficient of linear thermal expansion of glass deviates from the above range, a difference in thermal expansion from the ceramic powder occurs, which causes a reduction in the strength of the sintered body.
【0014】上記特性を満足するセラミック粉末として
は、例えば、フォルステライト(2MgO・SiO2 、
線熱膨張係数10ppm/℃)、クオーツ(SiO2 、
線熱膨張係数15ppm/℃)、クリストバライト(S
iO2、線熱膨張係数20ppm/℃)、ウオラストナ
イト(CaO・SiO2 、線熱膨張係数9ppm/
℃)、ペタライト(LiAlSi4 O10、線熱膨張係数
8ppm/℃)、マグネシア(MgO、線熱膨張係数9
ppm/℃)、ネフェリン(Na2 O3 ・Al2 O3 ・
SiO2 、線熱膨張係数9ppm/℃)アルミナ(Al
2 O3 、線熱膨張係数7ppm/℃)等が挙げられる。As the ceramic powder satisfying the above characteristics, for example, forsterite (2MgO.SiO 2 ,
Linear thermal expansion coefficient 10 ppm / ° C), quartz (SiO 2 ,
Linear thermal expansion coefficient 15 ppm / ° C), cristobalite (S
iO 2 , linear thermal expansion coefficient 20 ppm / ° C.), wollastonite (CaO.SiO 2 , linear thermal expansion coefficient 9 ppm /
° C), petalite (LiAlSi 4 O 10 , coefficient of linear thermal expansion 8 ppm / ° C), magnesia (MgO, coefficient of linear thermal expansion 9)
ppm / ° C), nepheline (Na 2 O 3 .Al 2 O 3.
SiO 2 , coefficient of linear thermal expansion 9 ppm / ° C) alumina (Al
2 O 3 , linear thermal expansion coefficient 7 ppm / ° C.) and the like.
【0015】また、用いるガラスの屈伏点は400〜8
00℃、特に400〜650℃であることが望ましい。
これは、焼成工程において後述する成形用有機バインダ
ーを効率的に除去するとともに、絶縁基板と同時に焼成
されるメタライズとの焼成条件のマッチングを図るため
に必要であり、屈伏点が400℃より低いとガラスの焼
結が低い温度で開始されるためにバインダーは分解揮散
できなくなりバインダー成分が残留し特性に影響を及ぼ
す結果になるためである。一方、屈伏点が800℃より
高いとガラス量を多くしなければ焼結しにくくなり、高
価なガラスを大量に必要とするために焼結体のコストを
高めることになる。The yield point of the glass used is 400-8.
The temperature is desirably 00 ° C, particularly 400 to 650 ° C.
This is necessary in order to efficiently remove the organic binder for molding described later in the firing step and to match the firing conditions with the metallization fired simultaneously with the insulating substrate, and if the yield point is lower than 400 ° C. This is because the sintering of the glass is started at a low temperature, so that the binder cannot be decomposed and volatilized, and the binder component remains to affect the properties. On the other hand, if the yield point is higher than 800 ° C., sintering becomes difficult unless the amount of glass is increased, and a large amount of expensive glass is required, which increases the cost of the sintered body.
【0016】また、ガラス粉末とセラミック粉末との配
合比率は、ガラス粉末20〜80体積%、セラミック粉
末80〜20体積%であることが望ましい。このガラス
とフィラー成分の量を上記の範囲に限定したのは、ガラ
ス量が20体積%より少ない、言い換えればフィラーの
成分が80体積%より多いと前記ガラスを用いても十分
な液相が生成されないため高温で焼成する必要があり、
その場合、銅などのメタライズとの同時焼成においてメ
タライズが溶融してしまう。また、ガラスが80体積%
より多い、言い換えればフィラーの成分が20体積%よ
り少ないと焼結体の特性がガラスの特性に大きく依存し
てしまい、材料特性の制御が困難となるとともに、焼結
開始温度が低くなるなるために配線導体と同時焼成でき
ないといった問題が生じ、また、原料のコストも高くな
る。The mixing ratio of the glass powder and the ceramic powder is desirably 20 to 80% by volume of the glass powder and 80 to 20% by volume of the ceramic powder. The reason why the amounts of the glass and the filler component are limited to the above range is that when the amount of the glass is less than 20% by volume, in other words, when the content of the filler is more than 80% by volume, a sufficient liquid phase is formed even when the glass is used. It is necessary to bake at high temperature because it is not
In that case, the metallization is melted in the simultaneous firing with the metallization of copper or the like. The glass is 80% by volume
If the content is larger, in other words, if the content of the filler is less than 20% by volume, the properties of the sintered body greatly depend on the properties of the glass, making it difficult to control the material properties and lowering the sintering start temperature. In addition, there arises a problem that it cannot be co-fired with the wiring conductor, and the cost of the raw material increases.
【0017】また、セラミック粉末の配合量は用いるガ
ラスの屈伏点に応じ適宣調整することが望ましい。即
ち、ガラスの屈伏点が400〜650℃と低い場合、低
温での焼結性が高まるためセラミック粉末の含有量は5
0〜80体積%と比較的多く配合できる。これに対し
て、ガラスの屈伏点が650〜800℃と高い場合、焼
結性が低下するためガラスの含有量は20〜50体積%
と比較的少なく配合することが望ましい。It is desirable that the amount of the ceramic powder is appropriately adjusted according to the yield point of the glass used. That is, when the yield point of the glass is as low as 400 to 650 ° C., the sinterability at low temperatures is increased, so that the ceramic powder content is 5%.
A relatively large amount of 0 to 80% by volume can be blended. On the other hand, when the yield point of the glass is as high as 650 to 800 ° C., the sinterability is reduced, so that the content of the glass is 20 to 50% by volume.
It is desirable that the amount is relatively small.
【0018】アルカリ珪酸ガラスやソーダアルミニウム
珪酸ガラスの成分として、SiO2は、珪酸塩を形成す
るための必須成分であり、SiO2 はガラス全量中60
〜85重量%の割合で存在し、Li2 OやNa2 Oなど
のアルカリ金属酸化物は、5〜30重量%、特に5〜2
0重量%の割合で含有し、SiO2 とアルカリ金属酸化
物との合量がガラス全量中、65〜95重量%であるこ
とがアルカリ珪酸結晶及びソーダアルミニウム珪酸結晶
を析出させる上で望ましい。なお、これらガラス中に
は、上記の成分以外に、CaO、SrO、MgOなどの
アルカリ土類酸化物、Al2 O3 、TiO2 、P
2 O5 、ZnO、B2 O3 、PbO等を適宜含むもので
ある。As a component of the alkali silicate glass and the soda aluminum silicate glass, SiO 2 is an essential component for forming a silicate, and SiO 2 accounts for 60% of the total amount of the glass.
Alkali metal oxides such as Li 2 O and Na 2 O are present in an amount of 5 to 30% by weight, in particular 5 to 2% by weight.
It is desirable to contain it at a ratio of 0% by weight, and that the total amount of SiO 2 and alkali metal oxide be 65 to 95% by weight based on the total amount of the glass in order to precipitate alkali silicate crystals and soda aluminum silicate crystals. In these glasses, in addition to the above components, alkaline earth oxides such as CaO, SrO, and MgO, Al 2 O 3 , TiO 2 , P
It suitably contains 2 O 5 , ZnO, B 2 O 3 , PbO and the like.
【0019】本発明によれば、上記のガラス粉末、ある
いはガラス粉末とセラミック粉末はとの混合粉末を用い
て、配線基板を製造するためのグリーンシートを作成す
るには、上述の粉末または混合粉末に成形用有機樹脂バ
インダー、可塑剤、溶剤を添加混合してスラリーを調製
する。According to the present invention, in order to prepare a green sheet for manufacturing a wiring board using the above-mentioned glass powder or a mixed powder of the glass powder and the ceramic powder, the above-mentioned powder or mixed powder is used. An organic resin binder for molding, a plasticizer, and a solvent are added and mixed to prepare a slurry.
【0020】本発明では、有機樹脂系バインダーとして
アクリル系樹脂を用いる。これは、アクリル系樹脂が、
他の有機樹脂と比較してCu等との同時焼成時に非酸化
性雰囲気中でバインダーの除去を行う場合において、分
解除去性が良く、炭素の残留がほとんどないためであ
る。また、カルボキシル基を官能基として有することに
より、セラミックス粉末の分散性を向上させることがで
きる。In the present invention, an acrylic resin is used as the organic resin binder. This is because acrylic resin
This is because, when the binder is removed in a non-oxidizing atmosphere at the time of simultaneous sintering with Cu or the like as compared with other organic resins, the binder has a good decomposability and a small amount of carbon remains. Further, by having a carboxyl group as a functional group, the dispersibility of the ceramic powder can be improved.
【0021】具体的なアクリル系樹脂としては、アクリ
ル樹脂、アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エ
ステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エ
ステル共重合体等が用いられ、これらを構成するモノマ
ーとしては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル
酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシ
ル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸、メ
タクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸
ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸2
−エチルヘキシル等が挙げられる。これらのモノマーに
対して、カルボキシル基を有するモノマーを重合させる
ことにより、官能基としてカルボキシル基を有するアク
リル系樹脂が得られる。Specific acrylic resins include acrylic resins, acrylate copolymers, methacrylate copolymers, acrylate-methacrylate copolymers, and the like. Are acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, methacrylic acid 2
-Ethylhexyl and the like. By polymerizing a monomer having a carboxyl group on these monomers, an acrylic resin having a carboxyl group as a functional group can be obtained.
【0022】また、可塑剤としては、グリーンシートの
柔軟性が悪化することを避けるために可塑化効率の高い
もの、即ち少量の添加により可塑性を発現し得るものを
選択することが望ましい。この条件を満たす可塑剤とし
て、アジピン酸エステル類あるいはフタル酸エステル類
を用いると良い。As the plasticizer, it is desirable to select a plasticizer having a high plasticizing efficiency, that is, a plasticizer capable of exhibiting plasticity by adding a small amount thereof in order to avoid deterioration of the flexibility of the green sheet. As a plasticizer satisfying this condition, adipates or phthalates may be used.
【0023】さらに溶剤としては、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の芳香族系溶剤の1種または2種以上が
挙げられる。これらの添加物は、ガラス粉末、あるいは
ガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末100重量部
に対して、有機樹脂バインダーが5〜30重量%、溶剤
が30〜80重量部、可塑剤が3〜20重量部の割合で
配合し、これをボールミル等により充分に混合すること
によりスラリーを調製できる。この時のスラリー粘度は
10〜50ポイズが適当である。As the solvent, one or more aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene can be mentioned. These additives are 5 to 30% by weight of an organic resin binder, 30 to 80 parts by weight of a solvent, and 3 to 20 parts by weight of a plasticizer based on 100 parts by weight of glass powder or a mixed powder of glass powder and ceramic powder. A slurry can be prepared by blending it in a ratio of parts by weight and thoroughly mixing the mixture with a ball mill or the like. The slurry viscosity at this time is suitably from 10 to 50 poise.
【0024】本発明では、上記のスラリー中に、さら
に、シランカップリング剤を含有せしめることが重要で
ある。このシランカップリング剤は、ガラス粉末の表面
を被覆するためのものであり、その添加方法としては、
ガラス粉末に対して予めシランカップリング剤を被覆処
理した後、セラミック粉末やその他の添加物と混合する
か、あるいは調製されたスラリーに対して添加すること
もできる。適当なシランカップリング剤としては、ビニ
ルシラン、エポキシシラン、アクリルシラン、アミノシ
ラン、クロロシランおよびアルコキシシランのうちの少
なくとも1種が挙げられる。In the present invention, it is important that the slurry further contains a silane coupling agent. This silane coupling agent is for coating the surface of the glass powder.
After coating the glass powder with the silane coupling agent in advance, it can be mixed with the ceramic powder or other additives, or added to the prepared slurry. Suitable silane coupling agents include at least one of vinyl silane, epoxy silane, acrylic silane, amino silane, chloro silane and alkoxy silane.
【0025】このシランカップリング剤の配合によっ
て、次の効果が得られる。アルカリ金属成分を5重量%
以上含有するガラスには、空気中の湿気を吸い水分を表
面に吸着する性質を有する。この水分は100℃程度の
乾燥処理しても消滅しないためトルエンなどの有機溶剤
との相溶性を低下させるという問題と、アクリル系樹脂
中の官能基のカルボキシル基とガラス中のアルカリ成分
の陽イオン間での相互作用により、スラリーがゲル化、
グリーンシートの吸水によるシートの変形等が生じる。
そこで、シランカップリング剤によりガラス粉末表面を
被覆することにより、上記のガラス粉末の吸水性を抑制
し、しかもアクリル系樹脂中の官能基のカルボキシル基
とアルカリ金属間での相互作用によるゲル化現象を防止
することができる結果、グリーンシートの均一性を高め
シートの変形等を防止することができる。The following effects can be obtained by blending the silane coupling agent. 5% by weight of alkali metal component
The glass contained above has the property of absorbing moisture in the air and adsorbing moisture to the surface. This water does not disappear even after being dried at about 100 ° C., so that the compatibility with an organic solvent such as toluene is reduced, and the carboxyl group of the functional group in the acrylic resin and the cation of the alkali component in the glass are reduced. The interaction between the particles causes the slurry to gel,
The sheet is deformed due to water absorption of the green sheet.
Therefore, by coating the surface of the glass powder with a silane coupling agent, the water absorption of the above-mentioned glass powder is suppressed, and the gelling phenomenon due to the interaction between the carboxyl group of the functional group in the acrylic resin and the alkali metal. As a result, the uniformity of the green sheet can be increased, and the deformation and the like of the sheet can be prevented.
【0026】シランカップリング剤の添加量は、添加し
たガラス粉末表面を被覆するに十分な量であり、シラン
カップリング剤の添加量W(g)は下記数1の方法で算
出される。The addition amount of the silane coupling agent is an amount sufficient to coat the surface of the glass powder to be added, and the addition amount W (g) of the silane coupling agent is calculated by the following equation (1).
【0027】[0027]
【数1】 (Equation 1)
【0028】次に、上記のようにして得られたスラリー
を用いて、ドクターブレード法、プレス成形法、圧延
法、カレンダーロール法等の公知の方法に基づき成形す
ることにより、本発明のグリーンシートを作製すること
ができる。本発明によれば、このようにして得られるグ
リーンシートの充填率、即ち粉体の理論密度に対するグ
リーンシートの粉体密度が50%以上であることが望ま
しく、且つシートの外観上クラックや割れ等が発生して
いないことが必要である。これは、この充填率が50%
より低いと焼成収縮が大きくなるために、焼成時の変形
が大きくなり、不良率が増加するためである。Next, using the slurry obtained as described above, the green sheet of the present invention is formed by a known method such as a doctor blade method, a press forming method, a rolling method and a calender roll method. Can be produced. According to the present invention, it is desirable that the filling rate of the green sheet thus obtained, that is, the powder density of the green sheet with respect to the theoretical density of the powder is 50% or more, and cracks, cracks, etc. Must not occur. This means that this filling rate is 50%
If the temperature is lower, the firing shrinkage increases, so that the deformation during firing increases, and the defective rate increases.
【0029】このグリーンシートを用いて、配線基板を
具体的に作製するには、グリーンシートの表面に配線層
を形成するために適当な金属粉末、例えば銅粉末に有機
バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して得たメタライ
ズペーストをスクリーン印刷法、オフセット印刷法等に
より塗布する。さらに、必要によりスルホールを形成し
てメタライズペーストを充填した後、複数のグリーンシ
ートを積層し圧着した後、焼成する。In order to specifically manufacture a wiring board using this green sheet, an organic binder, a plasticizer, and a solvent are added to a metal powder suitable for forming a wiring layer on the surface of the green sheet, for example, copper powder. The metallized paste obtained by addition and mixing is applied by a screen printing method, an offset printing method, or the like. Further, if necessary, after forming a through hole and filling with a metallizing paste, a plurality of green sheets are laminated, pressed and fired.
【0030】焼成にあたっては、まず有機樹脂バインダ
ーの除去を行うが、配線導体としてCuを用いる場合に
は、水蒸気を含有する100〜800℃の窒素雰囲気中
で行われる。その後の焼成は、850〜1050℃のN
2 、Ar等の非酸化性雰囲気中で行われる。特に、配線
基板の作製にあたって、Cu等のメタライズと同時焼成
を行う場合、配合するガラスの屈伏点は400〜650
℃、セラミック粉末の配合量は50〜80体積%である
ことが望ましい。In the firing, the organic resin binder is first removed. When Cu is used as the wiring conductor, the firing is performed in a nitrogen atmosphere at 100 to 800 ° C. containing water vapor. Subsequent firing is performed at 850 to 1050 ° C.
2. Performed in a non-oxidizing atmosphere such as Ar. In particular, when performing metallization and simultaneous baking of Cu or the like in manufacturing a wiring board, the sag point of the glass to be compounded is 400 to 650.
C. and the amount of the ceramic powder is preferably 50 to 80% by volume.
【0031】[0031]
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例で詳細に説
明する。リチウム珪酸ガラスとして 重量比率で74%SiO2 −14%Li2 O−4%A
l2 O3−2%P2 O5 −2%K2 O−2%ZnO−2
%Na2 O(屈伏点480℃、BET比表面積1.5m
2 /g) 重量比率で78%SiO2 −10%Li2 O−4%A
l2 O3−2%P2 O5 −4%K2 O−1%B2 O3 −
1%Na2 O(屈伏点650℃、BET比表面積1.5
m2 /g) の2種のガラスを準備した。Embodiments of the present invention will be described in detail below. 74% SiO 2 -14% Li 2 O-4% A by weight as lithium silicate glass
l 2 O 3 -2% P 2 O 5 -2% K 2 O-2% ZnO-2
% Na 2 O (bending point 480 ° C, BET specific surface area 1.5m
2 / g) 78% SiO 2 -10% by weight ratio Li 2 O-4% A
l 2 O 3 -2% P 2 O 5 -4% K 2 O-1% B 2 O 3-
1% Na 2 O (yield point 650 ° C., BET specific surface area 1.5
m 2 / g) were prepared.
【0032】また、ソーダアルミニウム珪酸ガラスとし
て 重量比率で34%SiO2 −16%Na2 O−14%
Al2 O3−17%P2 O5 −8%K2 O−11%Zn
O(屈伏点550℃、BET比表面積1.5m2 /g) 重量比率で57%SiO2 −14%Na2 O−9%A
l2 O37%B2 O3 −3%K2 O−6%TiO2 −4
%ZrO2(屈伏点630℃、BET比表面積1.5m
2 /g) の2種のガラスを準備した。これらのガラスに対して表
1に示すセラミック粉末を添加混合した。As a soda aluminum silicate glass, 34% by weight of SiO 2 -16% by weight of Na 2 O-14% by weight
Al 2 O 3 -17% P 2 O 5 -8% K 2 O-11% Zn
O (Yield point: 550 ° C., BET specific surface area: 1.5 m 2 / g) 57% SiO 2 -14% Na 2 O-9% A by weight ratio
l 2 O 3 7% B 2 O 3 -3% K 2 O-6% TiO 2 -4
% ZrO 2 (bending point 630 ° C., BET specific surface area 1.5 m
2 / g) were prepared. Ceramic powders shown in Table 1 were added to these glasses and mixed.
【0033】また、この混合粉末100gに対して、官
能基としてカルボキシル基を含むアクリル系バインダー
(イソブチルメタクリレート系)を12g、可塑剤とし
てジブチルフタレート(DBP) を10g、溶剤としてトル
エン50gを加え、ボールミルで24時間混合しスラリ
ーとし、このスラリーをドクターブレード法により、
0.3mmの厚さに成形した。To 100 g of the mixed powder, 12 g of an acrylic binder (isobutyl methacrylate) containing a carboxyl group as a functional group, 10 g of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer, and 50 g of toluene as a solvent were added to a ball mill. And mixed for 24 hours to obtain a slurry.
It was molded to a thickness of 0.3 mm.
【0034】また、シランカップリング剤の処理方法と
して、ガラス粉末に対してカップリング剤を0.5重量
%添加して、乾式混合する方法(乾式混合)と、スラリ
ーに対してカップリング剤を0.5重量%添加混合する
方法(スラリー混合)の2つの方法で行った。なお、試
料No.6、9、16、19は、これらを併用したもので
ある。As a method of treating the silane coupling agent, a method of adding 0.5% by weight of the coupling agent to glass powder and dry-mixing (dry mixing), and a method of adding the coupling agent to the slurry. The method was carried out by two methods of adding and mixing 0.5% by weight (slurry mixing). Samples Nos. 6, 9, 16, and 19 used these together.
【0035】上記のシート作製工程で以下の項目につい
て評価を行った。 (スラリー性)スラリー状態を観察して、均質にスラリ
ー化したものを○、ゲル化したものを×として評価し
た。結果は表1に示した。The following items were evaluated in the above sheet production process. (Slurry property) The state of the slurry was observed, and a homogeneous slurry was evaluated as ○, and a gel was evaluated as ×. The results are shown in Table 1.
【0036】(シートの吸水性)作製したシートを湿度
55%〜65%雰囲気中で48時間保持した後の重量増
加分(mg/cm2 )を測定した。結果は、表1に示し
た。(Water Absorbency of Sheet) The weight increase (mg / cm 2 ) after the prepared sheet was held in an atmosphere of 55% to 65% humidity for 48 hours was measured. The results are shown in Table 1.
【0037】(シートの変形性)作製したシートを湿度
55%波65%雰囲気中で48時間放置した後のシート
の平坦性を3次元測定機によって測定した。結果は、表
1に示した。(Sheet Deformability) The flatness of the prepared sheet was measured by using a three-dimensional measuring machine after being left in an atmosphere of 55% humidity and 65% wave for 48 hours. The results are shown in Table 1.
【0038】[0038]
【表1】 [Table 1]
【0039】表1の結果から明らかなように、シランカ
ップリング剤を全く配合しない従来法では、試料No.
7、10、17、20に示すように、スラリーがゲル化
し、吸水性も大きく、シートの変形が見られた。As is evident from the results in Table 1, the sample No.
As shown in 7, 10, 17, and 20, the slurry gelled, the water absorption was large, and the sheet was deformed.
【0040】これに対して、本発明の方法では、スラリ
ーのゲル化が生じることなく、吸水性も0.05mg/
cm2 以下と小さく、しかもシートの変形も見られず良
好が結果が得られた。また、本発明のグリーンシートに
対して、730℃の窒素雰囲気中でバインダーの除去を
行った結果、いずれも残留炭素が検出されず、バインダ
ーの分解除去性に優れたものであった。On the other hand, in the method of the present invention, gelation of the slurry does not occur, and the water absorption is 0.05 mg / mg.
cm 2 or less, and good results were obtained with no deformation of the sheet. Further, as a result of removing the binder from the green sheet of the present invention in a nitrogen atmosphere at 730 ° C., no residual carbon was detected in any case, and the binder was excellent in decomposability and removal of the binder.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
れば、アルカリ金属を多量に含むガラスを含む粉末を用
いてグリーンシートを作製するにあたり、アルカリ金属
のアルリル系樹脂との反応性を抑制することができ、ス
ラリーのゲル化、変形等を生じることのないグリーンシ
ートを作製することができ、信頼性の高い配線基板を歩
留りよく製造することができる。As described in detail above, according to the method of the present invention, when a green sheet is prepared using a powder containing glass containing a large amount of alkali metal, the reactivity of the alkali metal with the allylic resin is reduced. This makes it possible to manufacture a green sheet that does not cause gelation, deformation, or the like of the slurry, and to manufacture a highly reliable wiring board with high yield.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 浩一 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Koichi Yamaguchi 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima
Claims (3)
るガラス粉末、または該ガラス粉末とセラミック粉末と
の混合粉末に対して、カルボキシル基を有するアクリル
系樹脂、溶剤およびシランカップリング剤を添加混合し
てスラリーを調製した後、このスラリーを用いてシート
状に成形することを特徴とするセラミック基板用グリー
ンシートの製造方法。1. An acrylic resin having a carboxyl group, a solvent and a silane coupling agent are added to a glass powder containing 5% by weight or more of an alkali metal oxide or a mixed powder of the glass powder and a ceramic powder. A method for producing a green sheet for a ceramic substrate, comprising: preparing a slurry by mixing, and then forming a sheet using the slurry.
ン、エポキシシラン、アクリルシランおよびアミノシラ
ンのうちの少なくとも1種からなることを特徴とする請
求項1記載のセラミック基板用グリーンシートの製造方
法。2. The method according to claim 1, wherein the silane coupling agent comprises at least one of vinyl silane, epoxy silane, acryl silane and amino silane.
ソーダアルミニウム珪酸ガラスのいずれかからなる請求
項1記載のセラミック基板用グリーンシートの製造方
法。3. The method according to claim 1, wherein the glass powder is an alkali silicate glass,
The method for producing a green sheet for a ceramic substrate according to claim 1, wherein the method comprises one of soda aluminum silicate glass.
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JP34821396A JP3492872B2 (en) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | Manufacturing method of green sheet for ceramic substrate |
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