JP3483012B2 - セラミック基板製造用焼結体、セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents
セラミック基板製造用焼結体、セラミック基板およびその製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック基板製造用焼
結体、セラミック基板およびその製造方法に関する。
結体、セラミック基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年電子デバイスの高集積化に伴い、基
板上の配線もより微細で高密度であることが要求されて
いる。これに対応してセラミック基板上に薄膜により微
細配線構造を形成する方法が最近多く採用されている。
この内特にセラミック基板内に同時焼成によるビア導体
を貫通して形成したものは基板両面を効率的に利用で
き、より高密度配線が実現できることから、最も多く利
用され、この様な基板を用いた半導体実装用基板あるい
はパッケージが実用化されている。
板上の配線もより微細で高密度であることが要求されて
いる。これに対応してセラミック基板上に薄膜により微
細配線構造を形成する方法が最近多く採用されている。
この内特にセラミック基板内に同時焼成によるビア導体
を貫通して形成したものは基板両面を効率的に利用で
き、より高密度配線が実現できることから、最も多く利
用され、この様な基板を用いた半導体実装用基板あるい
はパッケージが実用化されている。
【0003】配線がより微細になると基板表面に開口す
るセラミックの気孔が断線や高抵抗化の原因になり、ま
たビア位置のわずかなズレが導通不良の原因になる。そ
のため薄膜による微細で高密度な配線形成を可能にする
ためにセラミック基板はより緻密で気孔が少なく平坦で
なければならず、またビアの位置精度が高くなければな
らない。更に最近特に重要視される要求としてこれら基
板はより低いコストで得られなければならない。
るセラミックの気孔が断線や高抵抗化の原因になり、ま
たビア位置のわずかなズレが導通不良の原因になる。そ
のため薄膜による微細で高密度な配線形成を可能にする
ためにセラミック基板はより緻密で気孔が少なく平坦で
なければならず、またビアの位置精度が高くなければな
らない。更に最近特に重要視される要求としてこれら基
板はより低いコストで得られなければならない。
【0004】従来、上記の様なビアを有するセラミック
基板を製造する方法としては以下の様な方法が採られて
いた。まず、セラミックのグリーンシートを形成し、こ
れを定形に打ち抜いた後、スルーホールを所定の位置に
設ける。次にスルーホール内に金属ペーストを充填し、
この様に処理したグリーンシートを2層以上積層し一体
化する。得られた積層体を脱バインダー処理した後、焼
成を行い基板とする。このとき基板の反りが大きいと修
正処理をするかあるいは選別する。続いて定形に切断
し、研磨して完成する。
基板を製造する方法としては以下の様な方法が採られて
いた。まず、セラミックのグリーンシートを形成し、こ
れを定形に打ち抜いた後、スルーホールを所定の位置に
設ける。次にスルーホール内に金属ペーストを充填し、
この様に処理したグリーンシートを2層以上積層し一体
化する。得られた積層体を脱バインダー処理した後、焼
成を行い基板とする。このとき基板の反りが大きいと修
正処理をするかあるいは選別する。続いて定形に切断
し、研磨して完成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の製造工程では基
板の厚さがある程度薄い場合にはグリーンシートを積層
体とした後にスルーホールを形成し、金属ペーストを充
填することもできるが、殆どの場合はグリーンシート一
枚毎に金属ペーストの充填を行わないと十分な充填が達
成されない。グリーンシートの積層体一枚当たりから得
られる基板の数は1〜4枚程度である。工程当たりの取
れ数を増やすためにグリーンシートの積層体のサイズを
大きくすると作業性が悪くなるだけでなくビアの位置精
度が低下するという問題がある。結局工程を通じて扱わ
れる単位数量は最終段階までほぼ同じであり、工程当た
り、あるいは設備当たりの取れ数が少なく、そのため十
分な量産効果が得られずコストを下げられないうえ、ビ
アの積層ズレによる導通不良や基板の反り等の不良発生
が更にコストの引き下げを困難にしている。そこで本発
明は上記問題点を解決すべくなされたもので、その目的
とするところは、ビアの位置精度が良く、基板の反り等
が解消でき、かつ生産性に優れるセラミック基板製造用
焼結体、セラミック基板およびその製造方法を提供する
にある。
板の厚さがある程度薄い場合にはグリーンシートを積層
体とした後にスルーホールを形成し、金属ペーストを充
填することもできるが、殆どの場合はグリーンシート一
枚毎に金属ペーストの充填を行わないと十分な充填が達
成されない。グリーンシートの積層体一枚当たりから得
られる基板の数は1〜4枚程度である。工程当たりの取
れ数を増やすためにグリーンシートの積層体のサイズを
大きくすると作業性が悪くなるだけでなくビアの位置精
度が低下するという問題がある。結局工程を通じて扱わ
れる単位数量は最終段階までほぼ同じであり、工程当た
り、あるいは設備当たりの取れ数が少なく、そのため十
分な量産効果が得られずコストを下げられないうえ、ビ
アの積層ズレによる導通不良や基板の反り等の不良発生
が更にコストの引き下げを困難にしている。そこで本発
明は上記問題点を解決すべくなされたもので、その目的
とするところは、ビアの位置精度が良く、基板の反り等
が解消でき、かつ生産性に優れるセラミック基板製造用
焼結体、セラミック基板およびその製造方法を提供する
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、セラミック
基板製造用焼結体は、内部に、その軸線に平行な金属配
線体を有する柱状の焼結体であって、前記焼結体の焼成
温度よりも低い融点を有する金属からなる前記金属配線
体が表面に露出していない状態で前記焼成温度で焼成さ
れたことを特徴とする。また、内部に、その軸線に平行
な貫通孔を有することを特徴とする。また、柱状の焼結
体であって、内部にその軸線に平行な金属配線体を有す
ると共に、軸線に平行な貫通孔を有することを特徴とす
る。また、前記金属配線体は、前記焼結体の焼成温度よ
りも低い融点を有する金属からなることを特徴とする。
また、金属配線体は、前記焼結体の表面に露出していな
いことを特徴とする。また、金属配線体は、銅、金、
銀、アルミニウムまたはこれらのいずれか一種以上を主
成分とする金属からなることを特徴とする。また、柱状
の焼結体は、円柱状あるいは角柱状であることを特徴と
する。また、柱状の焼結体は、アルミナセラミック、窒
化アルミニウムセラミック、ムライトセラミック、低温
焼成セラミックのいずれかのセラミックからなることを
特徴とする。また、本発明のセラミック基板は、前記セ
ラミック基板製造用焼結体を、その軸線に垂直な方向か
ら所要の厚さに切断して表面に金属配線体が露出する板
状に形成したことを特徴とする。また、本発明のセラミ
ック基板の製造方法は、セラミックからなる焼結体の焼
成温度よりも低い融点を有する金属からなる金属線材が
表面に露出しないように、内部にその軸線に平行に埋設
された柱状の未焼成体を成形し、この未焼成体を前記焼
成温度で焼成して焼結体とした後、該焼結体をその軸線
に垂直な方向から所要の厚さに切断することを特徴とす
る。また、セラミックからなる焼結体の焼成温度よりも
低い融点を有する金属からなる金属線材を内部にその軸
線に平行に埋設するとともに、前記軸線に平行に貫通孔
を設けた柱状の未焼成体を成形し、この未焼成体を焼成
して焼結体とした後、該焼結体をその軸線に垂直な方向
から所要の厚さに切断することを特徴とする。また、ス
ラリー状或いはペースト状のセラミック内に前記金属線
材を埋設することを特徴とする。また、前記未焼成体の
両端面に、前記金属線材の端面が露出しないようスラリ
ー状或いはペースト状のセラミックを塗布することを特
徴とする。また、前記未焼成体を、有機バインダーを用
いないセラミックスラリーにより成形することを特徴と
する。また、金属線材がアルミニウム、またはアルミニ
ウムを主成分とする金属からなる未焼成体を成形し、大
気中で焼成することを特徴とする。
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、セラミック
基板製造用焼結体は、内部に、その軸線に平行な金属配
線体を有する柱状の焼結体であって、前記焼結体の焼成
温度よりも低い融点を有する金属からなる前記金属配線
体が表面に露出していない状態で前記焼成温度で焼成さ
れたことを特徴とする。また、内部に、その軸線に平行
な貫通孔を有することを特徴とする。また、柱状の焼結
体であって、内部にその軸線に平行な金属配線体を有す
ると共に、軸線に平行な貫通孔を有することを特徴とす
る。また、前記金属配線体は、前記焼結体の焼成温度よ
りも低い融点を有する金属からなることを特徴とする。
また、金属配線体は、前記焼結体の表面に露出していな
いことを特徴とする。また、金属配線体は、銅、金、
銀、アルミニウムまたはこれらのいずれか一種以上を主
成分とする金属からなることを特徴とする。また、柱状
の焼結体は、円柱状あるいは角柱状であることを特徴と
する。また、柱状の焼結体は、アルミナセラミック、窒
化アルミニウムセラミック、ムライトセラミック、低温
焼成セラミックのいずれかのセラミックからなることを
特徴とする。また、本発明のセラミック基板は、前記セ
ラミック基板製造用焼結体を、その軸線に垂直な方向か
ら所要の厚さに切断して表面に金属配線体が露出する板
状に形成したことを特徴とする。また、本発明のセラミ
ック基板の製造方法は、セラミックからなる焼結体の焼
成温度よりも低い融点を有する金属からなる金属線材が
表面に露出しないように、内部にその軸線に平行に埋設
された柱状の未焼成体を成形し、この未焼成体を前記焼
成温度で焼成して焼結体とした後、該焼結体をその軸線
に垂直な方向から所要の厚さに切断することを特徴とす
る。また、セラミックからなる焼結体の焼成温度よりも
低い融点を有する金属からなる金属線材を内部にその軸
線に平行に埋設するとともに、前記軸線に平行に貫通孔
を設けた柱状の未焼成体を成形し、この未焼成体を焼成
して焼結体とした後、該焼結体をその軸線に垂直な方向
から所要の厚さに切断することを特徴とする。また、ス
ラリー状或いはペースト状のセラミック内に前記金属線
材を埋設することを特徴とする。また、前記未焼成体の
両端面に、前記金属線材の端面が露出しないようスラリ
ー状或いはペースト状のセラミックを塗布することを特
徴とする。また、前記未焼成体を、有機バインダーを用
いないセラミックスラリーにより成形することを特徴と
する。また、金属線材がアルミニウム、またはアルミニ
ウムを主成分とする金属からなる未焼成体を成形し、大
気中で焼成することを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明では従来の方法とは全く異なる製造工程
により、従来歩留りの向上を阻害していた各種不良を発
生することなくビアを有するセラミック基板が得られ、
しかも量産効果が十分に得られ大幅なコストダウンがは
かれるのである。即ち、本発明ではまず内部に軸線に平
行な金属配線体を有する柱状のセラミックの焼結体を得
て、次いで軸線に垂直にこの柱状体を切断することによ
りビアを有するセラミック基板を得る。また、前記金属
配線体とともに内部に貫通孔を有する柱状のセラミック
の焼結体を得て、軸線に垂直に柱状体を切断することに
よってビアおよび半導体素子の収納等に利用できる孔を
有するセラミック基板を得る。上記柱状の焼結体を得る
ためには、柱状の未焼成体を成形する必要がある。柱状
の未焼成体の成形法としてはスリップ鋳込み成形法や押
し出し成形法などが適用できる。
により、従来歩留りの向上を阻害していた各種不良を発
生することなくビアを有するセラミック基板が得られ、
しかも量産効果が十分に得られ大幅なコストダウンがは
かれるのである。即ち、本発明ではまず内部に軸線に平
行な金属配線体を有する柱状のセラミックの焼結体を得
て、次いで軸線に垂直にこの柱状体を切断することによ
りビアを有するセラミック基板を得る。また、前記金属
配線体とともに内部に貫通孔を有する柱状のセラミック
の焼結体を得て、軸線に垂直に柱状体を切断することに
よってビアおよび半導体素子の収納等に利用できる孔を
有するセラミック基板を得る。上記柱状の焼結体を得る
ためには、柱状の未焼成体を成形する必要がある。柱状
の未焼成体の成形法としてはスリップ鋳込み成形法や押
し出し成形法などが適用できる。
【0008】しかし、少なくとも未焼成体成形後あるい
は焼成後に金属配線体を形成することは以下の諸点で難
しい。まず未焼成体においては長いスルーホールを精度
よく形成することが困難であり、例えスルーホールが形
成できても金属ペーストを十分な密度で充填することが
難しい。また焼結体においてもスルーホールの形成は難
しく、また例えスルーホールが形成できても金属ペース
トあるいは溶融金属を注入することは非常に困難であ
る。
は焼成後に金属配線体を形成することは以下の諸点で難
しい。まず未焼成体においては長いスルーホールを精度
よく形成することが困難であり、例えスルーホールが形
成できても金属ペーストを十分な密度で充填することが
難しい。また焼結体においてもスルーホールの形成は難
しく、また例えスルーホールが形成できても金属ペース
トあるいは溶融金属を注入することは非常に困難であ
る。
【0009】そこで本発明では金属線材を用い、これを
セラミックの未焼成体成形時に同時に組み込むことによ
り、金属配線体とするのである。その方法としては各種
方法が適用可能だが前記のスリップ鋳込み成形法や押し
出し成形法が好適に採用できる。これらの成形法で外部
に金属線材が突出したあるいは露出した未焼成体が得ら
れる。必要によっては、焼成時に金属線材が溶融した際
に金属部を露出させない様にするため、金属線材の突出
部を切断後スラリーあるいはペースト状としたセラミッ
ク組成物で未焼成体の端部を被覆し、金属線材の端部を
露出させないようにする。すなわち、焼成時金属線材が
溶融し、蒸発してしまわないようにするためである。し
かる後、上記未焼成体を焼成してセラミック基板製造用
焼結体が得られる。ところで、上記金属線材を内含する
未焼成体は焼成時に緻密化に伴う収縮を起こすが、金属
線材はそれ自体収縮する傾向はなく、むしろ熱膨張する
傾向にある。そのため通常焼成時に大きな応力が生じ、
セラミックの破壊が生じてしまう。
セラミックの未焼成体成形時に同時に組み込むことによ
り、金属配線体とするのである。その方法としては各種
方法が適用可能だが前記のスリップ鋳込み成形法や押し
出し成形法が好適に採用できる。これらの成形法で外部
に金属線材が突出したあるいは露出した未焼成体が得ら
れる。必要によっては、焼成時に金属線材が溶融した際
に金属部を露出させない様にするため、金属線材の突出
部を切断後スラリーあるいはペースト状としたセラミッ
ク組成物で未焼成体の端部を被覆し、金属線材の端部を
露出させないようにする。すなわち、焼成時金属線材が
溶融し、蒸発してしまわないようにするためである。し
かる後、上記未焼成体を焼成してセラミック基板製造用
焼結体が得られる。ところで、上記金属線材を内含する
未焼成体は焼成時に緻密化に伴う収縮を起こすが、金属
線材はそれ自体収縮する傾向はなく、むしろ熱膨張する
傾向にある。そのため通常焼成時に大きな応力が生じ、
セラミックの破壊が生じてしまう。
【0010】しかし、本発明では該金属線材に上記セラ
ミックの焼成温度よりも低い融点を有する金属を用いる
ことにより、セラミックの破壊を防ぐことができる。こ
の金属の融点はより好ましくはセラミックの焼成収縮が
始まる温度程度のものが良い。これによりセラミックの
収縮が開始する時には金属線材が液状となっており、セ
ラミックの収縮に伴う体積減少分の液体金属が収容でき
るスペースがあれば問題となる応力は生じない。
ミックの焼成温度よりも低い融点を有する金属を用いる
ことにより、セラミックの破壊を防ぐことができる。こ
の金属の融点はより好ましくはセラミックの焼成収縮が
始まる温度程度のものが良い。これによりセラミックの
収縮が開始する時には金属線材が液状となっており、セ
ラミックの収縮に伴う体積減少分の液体金属が収容でき
るスペースがあれば問題となる応力は生じない。
【0011】このスペースは各種方法で容易に設けるこ
とができる。例えば金属線材の端面を覆うためのセラミ
ックペーストあるいはスラリーによるコーティング時に
所定の空隙を設けても良いし、あるいは金属線材をあら
かじめ熱分解性のポリマーでコーティングしておいて焼
成時にポリマーが熱分解してスペースが確保されるよう
にしてもよい。しかし、焼成後のセラミックは95%程
度の緻密度であるから、未焼成体の大きさや金属線材の
太さによってはこの様なスペースは必ずしも必要ではな
い。
とができる。例えば金属線材の端面を覆うためのセラミ
ックペーストあるいはスラリーによるコーティング時に
所定の空隙を設けても良いし、あるいは金属線材をあら
かじめ熱分解性のポリマーでコーティングしておいて焼
成時にポリマーが熱分解してスペースが確保されるよう
にしてもよい。しかし、焼成後のセラミックは95%程
度の緻密度であるから、未焼成体の大きさや金属線材の
太さによってはこの様なスペースは必ずしも必要ではな
い。
【0012】本発明では上記の様にセラミックの焼成中
に金属線材が液化して金属配線体として内含されること
になる。そこで通常液化金属の蒸発やしみ込みあるいは
拡散などにより導体金属事態が無くなってしまったり、
セラミックが正常に焼成されなかったり、あるいは金属
配線体間にショートが生じたりすることが心配される
が、液化金属の蒸発に対しては上記のように未焼成体端
部にコーティングをすることによって対処でき、またセ
ラミック中への液化金属のしみ込みあるいは拡散は実際
ほとんど起こらないことが確認された。発明者らは窒化
アルミニウムセラミック、アルミナセラミック、ムライ
トセラミック、低温焼成セラミック等のセラミックにお
いて銅、金、銀、アルミニウム等の金属が同時焼成可能
であること、特に銅と金はより安定に金属配線体の形成
に用いうることを確認した。各種セラミックは従来それ
らの焼成に採用されていた温度および雰囲気で焼成する
ことができる。以上の様にして、内部に軸線に平行な金
属配線体を有する柱状の焼結体が得られる。
に金属線材が液化して金属配線体として内含されること
になる。そこで通常液化金属の蒸発やしみ込みあるいは
拡散などにより導体金属事態が無くなってしまったり、
セラミックが正常に焼成されなかったり、あるいは金属
配線体間にショートが生じたりすることが心配される
が、液化金属の蒸発に対しては上記のように未焼成体端
部にコーティングをすることによって対処でき、またセ
ラミック中への液化金属のしみ込みあるいは拡散は実際
ほとんど起こらないことが確認された。発明者らは窒化
アルミニウムセラミック、アルミナセラミック、ムライ
トセラミック、低温焼成セラミック等のセラミックにお
いて銅、金、銀、アルミニウム等の金属が同時焼成可能
であること、特に銅と金はより安定に金属配線体の形成
に用いうることを確認した。各種セラミックは従来それ
らの焼成に採用されていた温度および雰囲気で焼成する
ことができる。以上の様にして、内部に軸線に平行な金
属配線体を有する柱状の焼結体が得られる。
【0013】なお焼成雰囲気は大気中で行えればコスト
の点から有利である。発明者らが確認したところ、金属
線材が銅であるときは、大気中では銅が酸化してしまう
ことから、非酸化性雰囲気中でなければならない。金属
線材がアルミニウムであるときも同様にアルミニウムの
酸化が予想された。しかし、金属線材がアルミニウムの
ときは予想に反してアルミニウムの酸化は認められなか
った。アルミニウムの金属配線体の表面側には酸化膜の
形成が認められたが、この酸化膜が一種のバリヤーとな
って、中心部への酸素の進入をくい止めるからではない
かと考えられる。その結果金属線材がアルミニウムの場
合には、低コストな大気中での焼成が行え、また電気的
導通にも支障を来さなかった。
の点から有利である。発明者らが確認したところ、金属
線材が銅であるときは、大気中では銅が酸化してしまう
ことから、非酸化性雰囲気中でなければならない。金属
線材がアルミニウムであるときも同様にアルミニウムの
酸化が予想された。しかし、金属線材がアルミニウムの
ときは予想に反してアルミニウムの酸化は認められなか
った。アルミニウムの金属配線体の表面側には酸化膜の
形成が認められたが、この酸化膜が一種のバリヤーとな
って、中心部への酸素の進入をくい止めるからではない
かと考えられる。その結果金属線材がアルミニウムの場
合には、低コストな大気中での焼成が行え、また電気的
導通にも支障を来さなかった。
【0014】また、本発明では、スラリー状あるいはペ
ースト状のセラミックを用いて未焼成体を形成する。す
なわちドクターブレード法によるグリーンシート形成時
のような未焼成グリーンシートの保形性が必要ではな
い。そのため、有機バインダーを用いないか、あるいは
少量しか使用しないスラリー状あるいはペースト状のセ
ラミックに調整することができ、これを金属線材を平行
に張設した容器中に注入し、乾燥することによって、上
記未焼成体を得ることができる。有機バインダーを用い
るときは、焼成時にバインダー出しが必須である。その
ため、従来のようにグリーンシートを用いる場合、厚物
だとバインダー出しが十分行えないので、高々厚さ3c
m程度の薄物の焼成しか行えない。しかるに有機バイン
ダーを用いない場合には、バインダー出しを行う必要が
ないことから、十分な厚物の焼成が可能となった。例え
ば焼成後の大きさにおいて、直径10cm、高さ20c
m程度の円柱状のものが焼成可能となった。これにより
生産性が大幅に向上した。
ースト状のセラミックを用いて未焼成体を形成する。す
なわちドクターブレード法によるグリーンシート形成時
のような未焼成グリーンシートの保形性が必要ではな
い。そのため、有機バインダーを用いないか、あるいは
少量しか使用しないスラリー状あるいはペースト状のセ
ラミックに調整することができ、これを金属線材を平行
に張設した容器中に注入し、乾燥することによって、上
記未焼成体を得ることができる。有機バインダーを用い
るときは、焼成時にバインダー出しが必須である。その
ため、従来のようにグリーンシートを用いる場合、厚物
だとバインダー出しが十分行えないので、高々厚さ3c
m程度の薄物の焼成しか行えない。しかるに有機バイン
ダーを用いない場合には、バインダー出しを行う必要が
ないことから、十分な厚物の焼成が可能となった。例え
ば焼成後の大きさにおいて、直径10cm、高さ20c
m程度の円柱状のものが焼成可能となった。これにより
生産性が大幅に向上した。
【0015】ビアを有するセラミック基板は上記焼結体
を軸線に垂直に所定の厚さに切断して得られるが、基板
とした後の工程の種類により必要であれば、基板に切断
してしまう前に外周部を研削により整えたり、オリエン
テーションフラット加工等を行う。切断後、通常は両面
研磨を行う。以上の様にして、一つの焼結体から多数の
基板が得られる。例えば高さ20cmの円柱状焼結体から
0.6 〜0.7 mm厚程度の基板を180枚以上得ることがで
きる。これら基板は切り出しで得られているので個々で
焼成される場合の様な反りがなく、従ってそのままほぼ
100%両面研磨工程に移行させることができる。ま
た、金属配線体からなるビア導体はグリーンシートを積
層して接続されたものではないので積層ズレによる断線
や高抵抗化の問題がない。また、未焼成体を円柱状にし
ておくと、焼成時の収縮が均一になるので切断されたセ
ラミック基板のサイズ(直径)を一定にできる。また、
角柱状にしておくと、セラミック基板上で有効利用でき
る面積を増やすことができる。また、焼結体から切り出
したセラミック基板をさらに平面的にいくつかに分割
し、各々をセラミック基板として用いることもできる。
を軸線に垂直に所定の厚さに切断して得られるが、基板
とした後の工程の種類により必要であれば、基板に切断
してしまう前に外周部を研削により整えたり、オリエン
テーションフラット加工等を行う。切断後、通常は両面
研磨を行う。以上の様にして、一つの焼結体から多数の
基板が得られる。例えば高さ20cmの円柱状焼結体から
0.6 〜0.7 mm厚程度の基板を180枚以上得ることがで
きる。これら基板は切り出しで得られているので個々で
焼成される場合の様な反りがなく、従ってそのままほぼ
100%両面研磨工程に移行させることができる。ま
た、金属配線体からなるビア導体はグリーンシートを積
層して接続されたものではないので積層ズレによる断線
や高抵抗化の問題がない。また、未焼成体を円柱状にし
ておくと、焼成時の収縮が均一になるので切断されたセ
ラミック基板のサイズ(直径)を一定にできる。また、
角柱状にしておくと、セラミック基板上で有効利用でき
る面積を増やすことができる。また、焼結体から切り出
したセラミック基板をさらに平面的にいくつかに分割
し、各々をセラミック基板として用いることもできる。
【0016】本発明で得られたセラミック基板は表面に
内部配線となる配線パターンを形成したセラミック基板
あるいはガラス基板等に積層してパッケージ(複合型パ
ッケージ)とすることができる。このパッケージを半導
体素子収納用のキャビティを有する製品にする場合に
は、セラミック基板をあらかじめ貫通孔を有するセラミ
ック基板として作製することが有効である。この場合
は、断面が矩形または円形の柱状体を用意し、この柱状
体をスラリー状あるいはペースト状のセラミックを注入
して未焼成体を成形する容器内に配置するとともに、ビ
ア導体とする金属細線を配置する。前記柱状体はセラミ
ック基板に形成しようとする貫通孔の形状および寸法に
合わせて製作する。その材質はプラスチック、セラミッ
ク、金属のいずれも使用できるが、表面が平滑であるの
がよい。表面の平滑性は未焼成体を成形した後に柱状体
を抜き取りやすくするためである。金属細線の溶融温度
は前記セラミックの焼成温度よりも低い必要がある。前
記容器内に有機バインダーをまったく含まないかまたは
殆ど含まないセラミック粉末スラリーを注入し、金属細
線の端部が表面から露出しないように埋設する。
内部配線となる配線パターンを形成したセラミック基板
あるいはガラス基板等に積層してパッケージ(複合型パ
ッケージ)とすることができる。このパッケージを半導
体素子収納用のキャビティを有する製品にする場合に
は、セラミック基板をあらかじめ貫通孔を有するセラミ
ック基板として作製することが有効である。この場合
は、断面が矩形または円形の柱状体を用意し、この柱状
体をスラリー状あるいはペースト状のセラミックを注入
して未焼成体を成形する容器内に配置するとともに、ビ
ア導体とする金属細線を配置する。前記柱状体はセラミ
ック基板に形成しようとする貫通孔の形状および寸法に
合わせて製作する。その材質はプラスチック、セラミッ
ク、金属のいずれも使用できるが、表面が平滑であるの
がよい。表面の平滑性は未焼成体を成形した後に柱状体
を抜き取りやすくするためである。金属細線の溶融温度
は前記セラミックの焼成温度よりも低い必要がある。前
記容器内に有機バインダーをまったく含まないかまたは
殆ど含まないセラミック粉末スラリーを注入し、金属細
線の端部が表面から露出しないように埋設する。
【0017】容器内でセラミック粉末スラリーを乾燥さ
せた後、容器内を貫通している柱状体を抜き取り、貫通
孔を有する未焼成体を容器から取り出す。次いで、この
未焼成体を焼成して貫通孔を有するセラミック基板製造
用焼結体を得る。このセラミック基板製造用焼結体を軸
線方向に垂直にスライスしてセラミック基板を得る。こ
のセラミック基板は前記柱状体によって形成された貫通
孔と厚さ方向にビア導体を有するものとして得られる。
セラミック基板に形成された貫通孔は複合型パッケージ
を形成する際の半導体素子収納用キャビティあるいは、
チップコンデンサー等の回路部品の収納用ホールとして
用いられる。
せた後、容器内を貫通している柱状体を抜き取り、貫通
孔を有する未焼成体を容器から取り出す。次いで、この
未焼成体を焼成して貫通孔を有するセラミック基板製造
用焼結体を得る。このセラミック基板製造用焼結体を軸
線方向に垂直にスライスしてセラミック基板を得る。こ
のセラミック基板は前記柱状体によって形成された貫通
孔と厚さ方向にビア導体を有するものとして得られる。
セラミック基板に形成された貫通孔は複合型パッケージ
を形成する際の半導体素子収納用キャビティあるいは、
チップコンデンサー等の回路部品の収納用ホールとして
用いられる。
【0018】
【実施例】
(実施例1)平均粒径約1μmの窒化アルミニウム粉9
8重量部、酸化イットリウム2重量部、アクリルバイン
ダー8重量部、ジ−n−ブチルフタレート5重量部、界
面活性剤1重量部に1−ブタノン90重量部を加え通常
グリーンシート法で行うのと同様にボールミルにより4
8時間混合してスラリーを得た。これを真空脱泡しなが
ら粘度を約10000 センチポアズに調整した。図1に示す
ように、底面にビアパターンにしたがって孔が設けられ
た直径約200mmの有底のプラスチック製の円筒容器
10の孔に銅からなる金属線材12(直径約0.24mm、市
販の被覆配線の金属束を取り出したもの)を多数通し
て、さらに金属線材12の上下端を孔開板14、14に
挿通して固定し、円筒容器10内に多数の金属線材12
が張設された治具をあらかじめ準備しておく。なお、1
6、16は孔開板14、14の支持フレーム、18は支
柱、20は支持ベースである。
8重量部、酸化イットリウム2重量部、アクリルバイン
ダー8重量部、ジ−n−ブチルフタレート5重量部、界
面活性剤1重量部に1−ブタノン90重量部を加え通常
グリーンシート法で行うのと同様にボールミルにより4
8時間混合してスラリーを得た。これを真空脱泡しなが
ら粘度を約10000 センチポアズに調整した。図1に示す
ように、底面にビアパターンにしたがって孔が設けられ
た直径約200mmの有底のプラスチック製の円筒容器
10の孔に銅からなる金属線材12(直径約0.24mm、市
販の被覆配線の金属束を取り出したもの)を多数通し
て、さらに金属線材12の上下端を孔開板14、14に
挿通して固定し、円筒容器10内に多数の金属線材12
が張設された治具をあらかじめ準備しておく。なお、1
6、16は孔開板14、14の支持フレーム、18は支
柱、20は支持ベースである。
【0019】そして上記調整されたスラリー22をプラ
スチック製の円筒容器10に注入した。さらに真空クラ
イオポンプ(図示せず)にて粘度を約200000センチポア
ズに調整した。これを大気開放にして一昼夜放置乾燥
後、金属線材12の突出端を切断し、粘度約70000 セン
チポアズの前記と同組成の窒化アルミニウムスラリー2
4を注入した(図2)。これを乾燥後、未焼成体を円筒
容器10から取り出し、該未焼成体の金属線材の露出し
た面(円筒容器10の底に接していた面)に窒化アルミ
ニウムスラリーまたは窒化アルミニウムぺーストを塗布
して十分に乾燥させた(図3)。未焼成体の円柱の高さ
は約14cmであった。以上がスリップ鋳込み成形法であ
る。これを湿潤性N2 雰囲気中で脱バインダー後、ドラ
イN2 雰囲気中BN(窒化ホウ素)製セル内で最高温度
1800℃にて5時間焼成し焼結体26(セラミック基
板製造用焼結体)を得た(図4)。これをスライサーに
て半分に切断し、内部に銅からなる金属配線体40が良
好に形成されていることを確認した。さらにスライサー
にて焼結体26を軸線に垂直に切断してビア30を有す
るセラミック基板28を得た(図5)。
スチック製の円筒容器10に注入した。さらに真空クラ
イオポンプ(図示せず)にて粘度を約200000センチポア
ズに調整した。これを大気開放にして一昼夜放置乾燥
後、金属線材12の突出端を切断し、粘度約70000 セン
チポアズの前記と同組成の窒化アルミニウムスラリー2
4を注入した(図2)。これを乾燥後、未焼成体を円筒
容器10から取り出し、該未焼成体の金属線材の露出し
た面(円筒容器10の底に接していた面)に窒化アルミ
ニウムスラリーまたは窒化アルミニウムぺーストを塗布
して十分に乾燥させた(図3)。未焼成体の円柱の高さ
は約14cmであった。以上がスリップ鋳込み成形法であ
る。これを湿潤性N2 雰囲気中で脱バインダー後、ドラ
イN2 雰囲気中BN(窒化ホウ素)製セル内で最高温度
1800℃にて5時間焼成し焼結体26(セラミック基
板製造用焼結体)を得た(図4)。これをスライサーに
て半分に切断し、内部に銅からなる金属配線体40が良
好に形成されていることを確認した。さらにスライサー
にて焼結体26を軸線に垂直に切断してビア30を有す
るセラミック基板28を得た(図5)。
【0020】(実施例2)平均粒径約2μmのアルミナ
粉92重量部に酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カ
ルシウムよりなる焼結助剤8重量部およびポリビニルア
ルコール4重量部、グリセリン3.5重量部、純水25
重量部を加え、加圧ニーダーにて一次混練後減圧下にて
二次混練を行った。得られたペーストをワイアガイド付
き口金を装着した公知の真空押し出し成形機(図示せ
ず)にて直径約0.4mm の銅からなる金属線材を内在する
150mm角の角柱の未焼成体に形成した。この未焼成体
の両端面に上記のペーストを塗布した後、湿潤性N2 雰
囲気中で脱バインダー処理後、ドライN2 雰囲気中ムラ
イト系焼成用セル内で最高温度1550℃にて2時間焼
成し焼結体(セラミック基板製造用焼結体)を得た。こ
れをスライサーにて厚さ約 1.0mmのセラミック基板に切
り出しビア導体が良好に形成されていることを確認し
た。本実施例において、銅の金属線材の代わりに金から
なる金属線材を用いて上記雰囲気中または大気中で焼成
した場合にも同様に良好なビアが確認された。
粉92重量部に酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カ
ルシウムよりなる焼結助剤8重量部およびポリビニルア
ルコール4重量部、グリセリン3.5重量部、純水25
重量部を加え、加圧ニーダーにて一次混練後減圧下にて
二次混練を行った。得られたペーストをワイアガイド付
き口金を装着した公知の真空押し出し成形機(図示せ
ず)にて直径約0.4mm の銅からなる金属線材を内在する
150mm角の角柱の未焼成体に形成した。この未焼成体
の両端面に上記のペーストを塗布した後、湿潤性N2 雰
囲気中で脱バインダー処理後、ドライN2 雰囲気中ムラ
イト系焼成用セル内で最高温度1550℃にて2時間焼
成し焼結体(セラミック基板製造用焼結体)を得た。こ
れをスライサーにて厚さ約 1.0mmのセラミック基板に切
り出しビア導体が良好に形成されていることを確認し
た。本実施例において、銅の金属線材の代わりに金から
なる金属線材を用いて上記雰囲気中または大気中で焼成
した場合にも同様に良好なビアが確認された。
【0021】(実施例3)平均粒径約2μmの電融ムラ
イト粉98重量部に平均粒径約1μmの酸化イットリウ
ム粉2重量部を加え、これをエタノール100重量部中
にホモジュナイザーを用い7500RPM で30分の条件で混合
分散した。アルミナを主成分とする円筒容器に上記スラ
リーを移し、一定時間後、直径約0.4mm の銅からなる金
属線材を支持板にて沈降物上に立て、さらに放置沈降さ
せた。最後に、支持板から上記金属線材を切断してはず
し、沈降物中に金属線材が埋まるまでスラリーを供給
し、自然沈降させた。沈降物の高さの経時変化がなくな
ったところで上澄みのエタノールを除き、3時間の自然
乾燥後、1時間の赤外線乾燥を行った。これを容器と共
にドライN2雰囲気中、最高温度1540℃にて2時間焼成
し、焼結体を得た。焼成収縮した上記焼結体は容器から
容易に取り出せ、これをスライサーにて厚さ約1.0mm
のセラミック基板に切り出し、ビアが良好に形成されて
いることを確認した。
イト粉98重量部に平均粒径約1μmの酸化イットリウ
ム粉2重量部を加え、これをエタノール100重量部中
にホモジュナイザーを用い7500RPM で30分の条件で混合
分散した。アルミナを主成分とする円筒容器に上記スラ
リーを移し、一定時間後、直径約0.4mm の銅からなる金
属線材を支持板にて沈降物上に立て、さらに放置沈降さ
せた。最後に、支持板から上記金属線材を切断してはず
し、沈降物中に金属線材が埋まるまでスラリーを供給
し、自然沈降させた。沈降物の高さの経時変化がなくな
ったところで上澄みのエタノールを除き、3時間の自然
乾燥後、1時間の赤外線乾燥を行った。これを容器と共
にドライN2雰囲気中、最高温度1540℃にて2時間焼成
し、焼結体を得た。焼成収縮した上記焼結体は容器から
容易に取り出せ、これをスライサーにて厚さ約1.0mm
のセラミック基板に切り出し、ビアが良好に形成されて
いることを確認した。
【0022】(実施例4)実施例2と同一の92重量%
アルミナ組成物100重量部にエタノール100重量部
を加え、実施例3と同様にしてスラリーを得た。埋設す
る金属線材として直径約0.4mmのアルミニウム線材を
用い、実施例3と同様にして沈降充填体を得た。これを
大気中で容器と共に最高温度1550℃にて2時間焼成し
た。得られた円柱状の焼結体の両端部を切断したとこ
ろ、金属配線体(ビア部)は銀色の金属光沢が観察さ
れ、テスタにより両端部間に導通があることを確認し
た。
アルミナ組成物100重量部にエタノール100重量部
を加え、実施例3と同様にしてスラリーを得た。埋設す
る金属線材として直径約0.4mmのアルミニウム線材を
用い、実施例3と同様にして沈降充填体を得た。これを
大気中で容器と共に最高温度1550℃にて2時間焼成し
た。得られた円柱状の焼結体の両端部を切断したとこ
ろ、金属配線体(ビア部)は銀色の金属光沢が観察さ
れ、テスタにより両端部間に導通があることを確認し
た。
【0023】(実施例5)実施例2と同一のアルミナ粉
末に50体積%になる量のホウケイ酸ガラス粉末を加え
た組成物100重量部にエタノール100重量部を加
え、実施例3と同様にして、スラリーを得た。埋設する
金属線材として直径約0.4mmの銀線材を用い、実施例
3と同様にして沈降充填体を得た。これを大気中、最高
温度980 ℃で2時間の焼成を行った。得られた焼結体を
スライサーにて厚さ約1.0mmの基板に切り出し、ビア
導体が良好に形成されていることを確認した。本実施例
において、銀の金属線材のかわりにアルミニウムからな
る金属線材を用いても良好なビアが確認できた。また、
銅の金属線材を用いドライN2 雰囲気中、最高温度1100
℃、2時間の焼成を行った場合にも良好なビアが確認さ
れた。
末に50体積%になる量のホウケイ酸ガラス粉末を加え
た組成物100重量部にエタノール100重量部を加
え、実施例3と同様にして、スラリーを得た。埋設する
金属線材として直径約0.4mmの銀線材を用い、実施例
3と同様にして沈降充填体を得た。これを大気中、最高
温度980 ℃で2時間の焼成を行った。得られた焼結体を
スライサーにて厚さ約1.0mmの基板に切り出し、ビア
導体が良好に形成されていることを確認した。本実施例
において、銀の金属線材のかわりにアルミニウムからな
る金属線材を用いても良好なビアが確認できた。また、
銅の金属線材を用いドライN2 雰囲気中、最高温度1100
℃、2時間の焼成を行った場合にも良好なビアが確認さ
れた。
【0024】(実施例6)平均粒径約2μmのアルミナ
粉92重量部に酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カ
ルシウムよりなる焼結助剤8重量部およびポリビニルア
ルコール0.5重量部、エタノール50重量部を加え、
ボールミルしてスラリーを作製した。また、このスラリ
ーを沈降充填する容器としてNCナイロン製で外径が約
10cmの円筒状をなす円筒容器50内に中央位置で軸
線に平行に20mm角のNCナイロン製の角柱52を立
設した容器を用意し、角柱52の外側に金属線材12と
して直径約0.3mmの銅線を軸線に平行に多数本配置
した後、前記スラリー22を注入して沈降充填させた。
スラリーの沈降充填が終了した後、充填した表面から突
出している銅線を表面近傍で切断し、その上に上記スラ
リー22を追加して注入し沈降充填させて表面に銅線が
露出しないようにした(図6)。
粉92重量部に酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カ
ルシウムよりなる焼結助剤8重量部およびポリビニルア
ルコール0.5重量部、エタノール50重量部を加え、
ボールミルしてスラリーを作製した。また、このスラリ
ーを沈降充填する容器としてNCナイロン製で外径が約
10cmの円筒状をなす円筒容器50内に中央位置で軸
線に平行に20mm角のNCナイロン製の角柱52を立
設した容器を用意し、角柱52の外側に金属線材12と
して直径約0.3mmの銅線を軸線に平行に多数本配置
した後、前記スラリー22を注入して沈降充填させた。
スラリーの沈降充填が終了した後、充填した表面から突
出している銅線を表面近傍で切断し、その上に上記スラ
リー22を追加して注入し沈降充填させて表面に銅線が
露出しないようにした(図6)。
【0025】円筒容器50内でスラリーの沈降充填体を
十分に乾燥して固化させた後、円筒容器50内からNC
ナイロンの角柱52を抜き取り、次いで沈降充填体すな
わち中央に貫通孔54を有する柱状に成形された未焼成
体を円筒容器から取り出した。この後、該未焼成体の金
属線材の露出した面(円筒容器の底に接していた面)に
上記と同組成のスラリーまたはセラミックぺーストを塗
布して十分に乾燥させた(図7)。これを、モリブデン
板にのせ、湿潤性N2 雰囲気中で脱バインダー処理し、
ドライN2 雰囲気中で最高温度1550℃にて2時間焼
成し柱状の焼結体を得た。この焼結体をマルチブレード
ソーにて厚さ約0.5mmに切り出しセラミック基板2
8を得た(図8)。このセラミック基板28は中央に平
面形状で矩形の貫通孔54を有しかつビア30を有する
ものであり、ビア30が良好に形成されていることを確
認した。
十分に乾燥して固化させた後、円筒容器50内からNC
ナイロンの角柱52を抜き取り、次いで沈降充填体すな
わち中央に貫通孔54を有する柱状に成形された未焼成
体を円筒容器から取り出した。この後、該未焼成体の金
属線材の露出した面(円筒容器の底に接していた面)に
上記と同組成のスラリーまたはセラミックぺーストを塗
布して十分に乾燥させた(図7)。これを、モリブデン
板にのせ、湿潤性N2 雰囲気中で脱バインダー処理し、
ドライN2 雰囲気中で最高温度1550℃にて2時間焼
成し柱状の焼結体を得た。この焼結体をマルチブレード
ソーにて厚さ約0.5mmに切り出しセラミック基板2
8を得た(図8)。このセラミック基板28は中央に平
面形状で矩形の貫通孔54を有しかつビア30を有する
ものであり、ビア30が良好に形成されていることを確
認した。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、高密度で位置精度の良
いビアを有するセラミック基板が、従来法より著しく短
い製造工程で得られ、しかも工程当たりに得られる基板
の取れ数が多いので、製造コストを大幅に下げることが
できる。また、ビアは積層により接続して形成されてい
るのではなく、金属配線体を切断して得ているので積層
ズレによる導通不良の問題がなく、また得られる基板同
士の形状や寸法、精度等の再現性も良い。また基板毎に
焼成されるのではなく焼成後に切り出しによって基板が
得られるので、反りの問題がなく歩留りも高い。
いビアを有するセラミック基板が、従来法より著しく短
い製造工程で得られ、しかも工程当たりに得られる基板
の取れ数が多いので、製造コストを大幅に下げることが
できる。また、ビアは積層により接続して形成されてい
るのではなく、金属配線体を切断して得ているので積層
ズレによる導通不良の問題がなく、また得られる基板同
士の形状や寸法、精度等の再現性も良い。また基板毎に
焼成されるのではなく焼成後に切り出しによって基板が
得られるので、反りの問題がなく歩留りも高い。
【図1】本発明の実施例1の未焼成体成形方法を示す説
明図である。
明図である。
【図2】上記成形体の金属線材切断後カバー用スラリー
を加えた状態の説明図である。
を加えた状態の説明図である。
【図3】更に他端面もセラミック未焼成物で被った未焼
成体の説明図である。
成体の説明図である。
【図4】上記未焼成体を焼成して得られたセラミック基
板製造用焼結体の説明図である。
板製造用焼結体の説明図である。
【図5】上記焼結体をスライシングして得られたビアを
有するセラミック基板の説明図である。
有するセラミック基板の説明図である。
【図6】実施例6でスラリーを沈降充填する方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図7】実施例6で形成される未焼成体の説明図であ
る。
る。
【図8】実施例6で得られるセラミック基板の断面図で
ある。
ある。
10 円筒容器
12 金属線材
14 孔開板
16 支持フレーム
18 支柱
20 支持ベース
22 スラリー
24 スラリー
26 焼結体
28 セラミック基板
30 ビア
40 金属配線体
50 円筒容器
52 角柱
54 貫通孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平2−267989(JP,A)
特開 昭59−87893(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
C04B 35/495
H01L 23/12 - 23/15
Claims (15)
- 【請求項1】 内部に、その軸線に平行な金属配線体を
有する柱状の焼結体であって、前 記焼結体の焼成温度よりも低い融点を有する金属から
なる前記金属配線体が表面に露出していない状態で前記
焼成温度で焼成されたことを特徴とするセラミック基板
製造用焼結体。 - 【請求項2】 内部に、その軸線に平行な貫通孔を有す
ることを特徴とする請求項1記載のセラミック基板製造
用焼結体。 - 【請求項3】 柱状の焼結体であって、内部にその軸線
に平行な金属配線体を有すると共に、軸線に平行な貫通
孔を有することを特徴とするセラミック基板製造用焼結
体。 - 【請求項4】 前記金属配線体は、前記焼結体の焼成温
度よりも低い融点を有する金属からなることを特徴とす
る請求項3記載のセラミック基板製造用焼結体。 - 【請求項5】 金属配線体は、前記焼結体の表面に露出
していないことを特徴とする請求項3または4記載のセ
ラミック基板製造用焼結体。 - 【請求項6】 金属配線体は、銅、金、銀、アルミニウ
ムまたはこれらのいずれか一種以上を主成分とする金属
からなることを特徴とする請求項1、2、3、4または
5記載のセラミック基板製造用焼結体。 - 【請求項7】 柱状の焼結体は、円柱状あるいは角柱状
であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5また
は6記載のセラミック基板製造用焼結体。 - 【請求項8】 柱状の焼結体は、アルミナセラミック、
窒化アルミニウムセラミック、ムライトセラミック、低
温焼成セラミックのいずれかのセラミックからなること
を特徴とする請求項1、2、3、4、5、6または7記
載のセラミック基板製造用焼結体。 - 【請求項9】 請求項1、2、3、4、5、6、7また
は8記載のセラミック基板製造用焼結体を、その軸線に
垂直な方向から所要の厚さに切断して表面に金属配線体
が露出する板状に形成したことを特徴とするセラミック
基板。 - 【請求項10】 セラミックからなる焼結体の焼成温度
よりも低い融点を有する金属からなる金属線材が表面に
露出しないように、内部にその軸線に平行に埋設された
柱状の未焼成体を成形し、この未焼成体を前記焼成温度
で焼成して焼結体とした後、該焼結体をその軸線に垂直
な方向から所要の厚さに切断することを特徴とするセラ
ミック基板の製造方法。 - 【請求項11】 セラミックからなる焼結体の焼成温度
よりも低い融点を有する金属からなる金属線材を内部に
その軸線に平行に埋設するとともに、前記軸線に平行に
貫通孔を設けた柱状の未焼成体を成形し、この未焼成体
を焼成して焼結体とした後、該焼結体をその軸線に垂直
な方向から所要の厚さに切断することを特徴とするセラ
ミック基板の製造方法。 - 【請求項12】 スラリー状或いはペースト状のセラミ
ック内に前記金属線材を埋設することを特徴とする請求
項10または11記載のセラミック基板の製造方法。 - 【請求項13】 前記未焼成体の両端面に、前記金属線
材の端面が露出しないようスラリー状或いはペースト状
のセラミックを塗布することを特徴とする請求項10、
11または12記載のセラミック基板の製造方法。 - 【請求項14】 前記未焼成体を、有機バインダーを用
いないセラミックスラリーにより成形することを特徴と
する請求項10、11、12または13記載のセラミッ
ク基板の製造方法。 - 【請求項15】 金属線材がアルミニウム、またはアル
ミニウムを主成分とする金属からなる未焼成体を成形
し、大気中で焼成することを特徴とする請求項10、1
1、12、13または14記載のセラミック基板の製造
方法。
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