JP2000026162A - 高周波用磁器組成物および高周波用磁器の製造方法 - Google Patents
高周波用磁器組成物および高周波用磁器の製造方法Info
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- Glass Compositions (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】８００〜１０００℃で焼成可能で、高周波領域
において低誘電率、低誘電損失、高強度かつＧａＡｓ等
のチップ部品やプリント基板と近似の熱膨張係数を有
し、これらに対する高信頼性の実装が可能な高周波用配
線基板の絶縁層用の磁器組成物とその製造方法を提供す
る。 【解決手段】ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯお
よびＢ2 Ｏ3 を含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能
なガラス粉末５０〜９５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４０重
量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物０．１〜５０
重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物０．１〜１
５重量％との混合物を成形後、８００〜１０００℃で焼
成し、スピネル型酸化物結晶相（ＳＰ）と、ＳｉＯ2 結
晶相（Ｓｉ）と、Ｓｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを含む複
合酸化物結晶相（ＳＬ）とを含み、室温から４００℃に
おける熱膨張係数が５．５ｐｐｍ／℃以上の磁器を得
る。
において低誘電率、低誘電損失、高強度かつＧａＡｓ等
のチップ部品やプリント基板と近似の熱膨張係数を有
し、これらに対する高信頼性の実装が可能な高周波用配
線基板の絶縁層用の磁器組成物とその製造方法を提供す
る。 【解決手段】ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯお
よびＢ2 Ｏ3 を含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能
なガラス粉末５０〜９５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４０重
量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物０．１〜５０
重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物０．１〜１
５重量％との混合物を成形後、８００〜１０００℃で焼
成し、スピネル型酸化物結晶相（ＳＰ）と、ＳｉＯ2 結
晶相（Ｓｉ）と、Ｓｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを含む複
合酸化物結晶相（ＳＬ）とを含み、室温から４００℃に
おける熱膨張係数が５．５ｐｐｍ／℃以上の磁器を得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージや多層配線基板等に適用される配線基板に関
するものであり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であ
り、また、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板など
の有機樹脂からなる外部回路基板に対し、高い信頼性を
もって実装可能であり、配線基板における絶縁基板とし
て用いられる高周波用磁器組成物および高周波用磁器の
製造方法に関するものである。
パッケージや多層配線基板等に適用される配線基板に関
するものであり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であ
り、また、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板など
の有機樹脂からなる外部回路基板に対し、高い信頼性を
もって実装可能であり、配線基板における絶縁基板とし
て用いられる高周波用磁器組成物および高周波用磁器の
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来より、セラミック多層配線基板として
は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る配線層が形成されたものが最も普及している。
は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る配線層が形成されたものが最も普及している。
【０００３】また、最近に至り、高度情報化時代を迎
え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行し
つつある。このような、高周波の信号の伝送を必要とす
る高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝
送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行し
つつある。このような、高周波の信号の伝送を必要とす
る高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝
送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
【０００４】ところが、従来のタングステン（Ｗ）や、
モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大き
く、信号の伝搬速度が遅く、また、１ＧＨｚ以上の高周
波領域の信号伝搬も困難であることから、Ｗ、Ｍｏなど
の金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を使用する
ことが必要となっている。
モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大き
く、信号の伝搬速度が遅く、また、１ＧＨｚ以上の高周
波領域の信号伝搬も困難であることから、Ｗ、Ｍｏなど
の金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を使用する
ことが必要となっている。
【０００５】このような低抵抗金属からなる配線層は、
融点が低く、アルミナと同時焼成することが不可能であ
るため、最近では、ガラス、またはガラスとセラミック
スとの複合材料からなる、いわゆるガラスセラミックス
を絶縁基板として用いた配線基板が開発されつつある。
例えば、特公平４−１２６３９号のように、ガラスにＳ
ｉＯ2 系フィラーを添加し、銅、銀、金などの低抵抗金
属からなる配線層と９００〜１０００℃の温度で同時焼
成した多層配線基板や、特開昭６０−２４０１３５号の
ように、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ2 Ｏ3 、ジル
コニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵
抗金属と同時焼成したものなどが提案されている。その
他、特開平５−２９８９１９号には、ムライトやコージ
ェライトを結晶相として析出させたガラスセラミック材
料も提案されている。
融点が低く、アルミナと同時焼成することが不可能であ
るため、最近では、ガラス、またはガラスとセラミック
スとの複合材料からなる、いわゆるガラスセラミックス
を絶縁基板として用いた配線基板が開発されつつある。
例えば、特公平４−１２６３９号のように、ガラスにＳ
ｉＯ2 系フィラーを添加し、銅、銀、金などの低抵抗金
属からなる配線層と９００〜１０００℃の温度で同時焼
成した多層配線基板や、特開昭６０−２４０１３５号の
ように、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ2 Ｏ3 、ジル
コニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵
抗金属と同時焼成したものなどが提案されている。その
他、特開平５−２９８９１９号には、ムライトやコージ
ェライトを結晶相として析出させたガラスセラミック材
料も提案されている。
【０００６】また、多層配線基板や半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板にＧａＡｓなどのチップ部品を
実装したり、また配線基板をマサーボードなどの有機樹
脂を含むプリント基板に実装する上で、絶縁基板とチッ
プ部品あるいはプリント基板との熱膨張差に起因して発
生する応力により実装部分が剥離したり、クラックなど
が発生するのを防止する観点から、絶縁基板の熱膨張係
数がチップ部品やプリント基板のそれと近似しているこ
とが望まれる。
ッケージなどの配線基板にＧａＡｓなどのチップ部品を
実装したり、また配線基板をマサーボードなどの有機樹
脂を含むプリント基板に実装する上で、絶縁基板とチッ
プ部品あるいはプリント基板との熱膨張差に起因して発
生する応力により実装部分が剥離したり、クラックなど
が発生するのを防止する観点から、絶縁基板の熱膨張係
数がチップ部品やプリント基板のそれと近似しているこ
とが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のガラスセラミックスは、銅、銀、金などの低抵抗金
属との同時焼成が可能であっても、熱膨張係数が３〜５
ｐｐｍ／℃程度と低く、ＧａＡｓ等のチップ部品（熱膨
張係数６〜７．５ｐｐｍ／℃）を実装したり、プリント
基板（熱膨張係数１２〜１５ｐｐｍ／℃）に実装する場
合に、実装の信頼性が低く実用上満足できるものではな
かった。
来のガラスセラミックスは、銅、銀、金などの低抵抗金
属との同時焼成が可能であっても、熱膨張係数が３〜５
ｐｐｍ／℃程度と低く、ＧａＡｓ等のチップ部品（熱膨
張係数６〜７．５ｐｐｍ／℃）を実装したり、プリント
基板（熱膨張係数１２〜１５ｐｐｍ／℃）に実装する場
合に、実装の信頼性が低く実用上満足できるものではな
かった。
【０００８】また、従来のガラスセラミックスは、マイ
クロ波やミリ波などの高周波信号を用いる配線基板の絶
縁基板として具体的に検討されておらず、そのほとんど
が誘電損失が高く、十分満足できる高周波特性を有する
ものではなかった。
クロ波やミリ波などの高周波信号を用いる配線基板の絶
縁基板として具体的に検討されておらず、そのほとんど
が誘電損失が高く、十分満足できる高周波特性を有する
ものではなかった。
【０００９】さらに、従来のガラスセラミックスの強度
は、せいぜい１８０ＭＰａ程度で機械的な強度が低いと
いう問題があり、高周波特性と高強度とを同時に満足す
るものはなかった。
は、せいぜい１８０ＭＰａ程度で機械的な強度が低いと
いう問題があり、高周波特性と高強度とを同時に満足す
るものはなかった。
【００１０】従って、本発明は、金、銀、銅を配線導体
として多層化が可能な８００〜１０００℃での焼成が可
能であるとともに、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント
基板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有し、高周波
領域においても低誘電率を維持しつつ誘電損失が低く、
かつ高い強度を有する磁器を作製可能な高周波用磁器組
成物および高周波用磁器の製造方法を提供することを目
的とする。
として多層化が可能な８００〜１０００℃での焼成が可
能であるとともに、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント
基板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有し、高周波
領域においても低誘電率を維持しつつ誘電損失が低く、
かつ高い強度を有する磁器を作製可能な高周波用磁器組
成物および高周波用磁器の製造方法を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
鋭意検討した結果、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｚ
ｎＯおよびＢ2 Ｏ3 を含むスピネル型酸化物結晶相を析
出可能なガラス粉末に対して、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複
合酸化物、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物、さらには
ＳｉＯ2 を特定の比率で配合した組成物を用い、これを
成形後、８００〜１０００℃の温度で焼成することによ
って、低誘電率を維持しつつ、ＧａＡｓ等のチップ部品
やプリント基板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有
し、高周波領域においても低誘電損失で、かつ高い強度
を有する磁器が得られることを知見し、本発明に至っ
た。
鋭意検討した結果、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｚ
ｎＯおよびＢ2 Ｏ3 を含むスピネル型酸化物結晶相を析
出可能なガラス粉末に対して、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複
合酸化物、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物、さらには
ＳｉＯ2 を特定の比率で配合した組成物を用い、これを
成形後、８００〜１０００℃の温度で焼成することによ
って、低誘電率を維持しつつ、ＧａＡｓ等のチップ部品
やプリント基板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有
し、高周波領域においても低誘電損失で、かつ高い強度
を有する磁器が得られることを知見し、本発明に至っ
た。
【００１２】即ち、本発明の高周波用磁器組成物は、Ｓ
ｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3 を
含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末５
０〜９５重量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物
０．１〜５０重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化
物０．１〜１５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４０重量％とか
らなることを特徴とするものである。
ｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3 を
含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末５
０〜９５重量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物
０．１〜５０重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化
物０．１〜１５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４０重量％とか
らなることを特徴とするものである。
【００１３】また、前記ガラス粉末は、ＳｉＯ2 ４０〜
５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量％、ＭｇＯ５〜
２４重量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ５〜１５
重量％の割合であることが望ましい。
５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量％、ＭｇＯ５〜
２４重量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ2 Ｏ3 ５〜１５
重量％の割合であることが望ましい。
【００１４】また、上記高周波用磁器組成物を成形し、
８００〜１０００℃で焼成して得られる磁器としては、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＳｒ構成元素として含む
とともに、結晶相として、ＳｉＯ2 結晶相と、少なくと
もＭｇ、Ａｌを含むスピネル型酸化物結晶相と、少なく
ともＳｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを含む複合酸化物結晶
相とを含有し、かつ室温から４００℃における熱膨張係
数が５．５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、２０〜３
０ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０-4以下であることを
特徴とするものである。
８００〜１０００℃で焼成して得られる磁器としては、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＳｒ構成元素として含む
とともに、結晶相として、ＳｉＯ2 結晶相と、少なくと
もＭｇ、Ａｌを含むスピネル型酸化物結晶相と、少なく
ともＳｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを含む複合酸化物結晶
相とを含有し、かつ室温から４００℃における熱膨張係
数が５．５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、２０〜３
０ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０-4以下であることを
特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の高周波用磁器組成物は、
ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3
を含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末
５０〜９５重量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物
０．１〜５０重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化
物０．１〜１５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４０重量％とか
らなるものである。
ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3
を含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末
５０〜９５重量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物
０．１〜５０重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化
物０．１〜１５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４０重量％とか
らなるものである。
【００１６】各成分組成を上記の範囲に限定したのは、
上記ガラス粉末が５０重量％よりも少ないと、１０００
℃以下の温度での焼成が不可能であり、９５重量％より
も多いと、焼成温度でガラスが溶融してしまい、焼結体
を作製することができなくなるためである。ガラス粉末
の特に望ましい範囲は、６０〜８５重量％である。
上記ガラス粉末が５０重量％よりも少ないと、１０００
℃以下の温度での焼成が不可能であり、９５重量％より
も多いと、焼成温度でガラスが溶融してしまい、焼結体
を作製することができなくなるためである。ガラス粉末
の特に望ましい範囲は、６０〜８５重量％である。
【００１７】ここで、前記ガラス粉末は、スピネル型酸
化物結晶相を析出可能であり、また、ガラスの軟化点が
５００〜８００℃であることが望ましく、その組成はＳ
ｉＯ2 ４０〜５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量
％、ＭｇＯ５〜２４重量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ
2 Ｏ3 ５〜１５重量％の割合であることが望ましい。上
記組成のガラス粉末よりスピネル型酸化物結晶相を析出
させることにより、磁器の低誘電率化、高熱膨張率化を
図ることができる。
化物結晶相を析出可能であり、また、ガラスの軟化点が
５００〜８００℃であることが望ましく、その組成はＳ
ｉＯ2 ４０〜５２重量％、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量
％、ＭｇＯ５〜２４重量％、ＺｎＯ１〜１６重量％、Ｂ
2 Ｏ3 ５〜１５重量％の割合であることが望ましい。上
記組成のガラス粉末よりスピネル型酸化物結晶相を析出
させることにより、磁器の低誘電率化、高熱膨張率化を
図ることができる。
【００１８】また、かかるスピネル型酸化物結晶相の析
出による効果を発揮させる上では、ガラス中におけるＺ
ｎＯ＋ＭｇＯが６〜３０重量％であることが望ましい。
なお、かかるガラスから析出するスピネル型酸化物結晶
相は、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 やＺｎＡｌ2 Ｏ4 および両者が固
溶した（Ｚｎ，Ｍｇ）Ａｌ2 Ｏ4 からなる。
出による効果を発揮させる上では、ガラス中におけるＺ
ｎＯ＋ＭｇＯが６〜３０重量％であることが望ましい。
なお、かかるガラスから析出するスピネル型酸化物結晶
相は、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 やＺｎＡｌ2 Ｏ4 および両者が固
溶した（Ｚｎ，Ｍｇ）Ａｌ2 Ｏ4 からなる。
【００１９】ガラス粉末に対して、フィラー成分として
添加するＳｒＯとＳｉＯ2 は、ＳｒＳｉＯ3 の形態の複
合酸化物として添加することが最も望ましく、このＳｒ
ＯおよびＳｉＯ2 の添加により、かかる系の焼結性を大
幅に向上させることができ、低温焼成化とともに、焼結
体中のボイドの低減を図ることができる。
添加するＳｒＯとＳｉＯ2 は、ＳｒＳｉＯ3 の形態の複
合酸化物として添加することが最も望ましく、このＳｒ
ＯおよびＳｉＯ2 の添加により、かかる系の焼結性を大
幅に向上させることができ、低温焼成化とともに、焼結
体中のボイドの低減を図ることができる。
【００２０】このため、本発明の磁器組成物を焼成した
磁器を蓋体により気密に封止されるパッケージ構造を有
する配線基板の絶縁基板として用いる場合、Ｈｅガスに
よる気密性評価の際に、磁器中へのＨｅガスの吸着がな
いため、評価の感度が向上する。
磁器を蓋体により気密に封止されるパッケージ構造を有
する配線基板の絶縁基板として用いる場合、Ｈｅガスに
よる気密性評価の際に、磁器中へのＨｅガスの吸着がな
いため、評価の感度が向上する。
【００２１】また、一般に、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 を含
むガラス相の熱膨張係数は４〜５ｐｐｍ／℃と低い。し
かし、ＳｒＯ、ＣａＯとガラス中のＡｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ
2 との反応を進行させて、スラウソナイト等の複合酸化
物を析出させると、このスラウソナイトが約７ｐｐｍ／
℃の高熱膨張特性を有することから、磁器全体の熱膨張
係数をＳｒＯを添加しない場合に比較して０．５〜２ｐ
ｐｍ／℃程度高めることができる。なお、フィラー中の
残余のＳｉＯ2 （熱膨張係数１３〜２０ｐｐｍ／℃）も
磁器中クォーツとして析出し、熱膨張係数を高くする役
割をなす。
むガラス相の熱膨張係数は４〜５ｐｐｍ／℃と低い。し
かし、ＳｒＯ、ＣａＯとガラス中のＡｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ
2 との反応を進行させて、スラウソナイト等の複合酸化
物を析出させると、このスラウソナイトが約７ｐｐｍ／
℃の高熱膨張特性を有することから、磁器全体の熱膨張
係数をＳｒＯを添加しない場合に比較して０．５〜２ｐ
ｐｍ／℃程度高めることができる。なお、フィラー中の
残余のＳｉＯ2 （熱膨張係数１３〜２０ｐｐｍ／℃）も
磁器中クォーツとして析出し、熱膨張係数を高くする役
割をなす。
【００２２】従って、ＳｒＯおよびＳｉＯ2 の添加量が
０．１重量％よりも少ないと、焼結性の向上効果および
ボイドの低減効果が小さく、また、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｉ含
有複合酸化物結晶が生成されず、５０重量％よりも多い
とガラスに対するＳｉＯ2 （クォーツ）の比率が過剰と
なるため、焼結性が阻害される。ＳｒＯとＳｉＯ2 の望
ましい範囲は、ＳｒＳｉＯ3 換算で５〜２５重量％であ
る。
０．１重量％よりも少ないと、焼結性の向上効果および
ボイドの低減効果が小さく、また、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｉ含
有複合酸化物結晶が生成されず、５０重量％よりも多い
とガラスに対するＳｉＯ2 （クォーツ）の比率が過剰と
なるため、焼結性が阻害される。ＳｒＯとＳｉＯ2 の望
ましい範囲は、ＳｒＳｉＯ3 換算で５〜２５重量％であ
る。
【００２３】また、ガラス粉末に対して、フィラー成分
として添加するＣａＯとＺｒＯ2 は、ＣａＺｒＯ3 の形
態の複合酸化物として添加することが最も望ましく、こ
のＣａＯおよびＺｒＯ2 の添加により、磁器中に微粒の
ＺｒＯ2 粒子を均一に析出、分散させることができ、そ
の結果、磁器の強度を大幅に向上させることができる。
また、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物の添加量が０．
１重量％より少ないと、強度向上の効果が発揮されず、
また、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物の添加量が１５
重量％より多いと、誘電率が７を越えてしまう。ＣａＯ
とＺｒＯ2 の望ましい範囲は、ＣａＺｒＯ3 換算で５〜
１０重量％である。
として添加するＣａＯとＺｒＯ2 は、ＣａＺｒＯ3 の形
態の複合酸化物として添加することが最も望ましく、こ
のＣａＯおよびＺｒＯ2 の添加により、磁器中に微粒の
ＺｒＯ2 粒子を均一に析出、分散させることができ、そ
の結果、磁器の強度を大幅に向上させることができる。
また、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物の添加量が０．
１重量％より少ないと、強度向上の効果が発揮されず、
また、ＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物の添加量が１５
重量％より多いと、誘電率が７を越えてしまう。ＣａＯ
とＺｒＯ2 の望ましい範囲は、ＣａＺｒＯ3 換算で５〜
１０重量％である。
【００２４】また、前記組成物において、フィラーとし
てＳｉＯ2 は高熱膨張係数を有するＳｉＯ2 型結晶、例
えばクォーツ、クリストバライト、トリマジンなどを生
成し、磁器の熱膨張係数を高める役割を有するが、その
ＳｉＯ2 量が４０重量％を越えると、難焼結性となり、
１０００℃以下の焼成温度で緻密化できない。ＳｉＯ2
の望ましい範囲は、０〜２０重量％である。
てＳｉＯ2 は高熱膨張係数を有するＳｉＯ2 型結晶、例
えばクォーツ、クリストバライト、トリマジンなどを生
成し、磁器の熱膨張係数を高める役割を有するが、その
ＳｉＯ2 量が４０重量％を越えると、難焼結性となり、
１０００℃以下の焼成温度で緻密化できない。ＳｉＯ2
の望ましい範囲は、０〜２０重量％である。
【００２５】上記の態様の磁器組成物は、８００〜１０
００℃の温度範囲での焼成によって相対密度９７％以上
まで緻密化することができ、これによって形成される磁
器の全体組成としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎおよび
Ｓｒの各金属元素の酸化物換算による合量を１００重量
％とした時、ＳｉＯ2 を３０〜６０重量％、Ａｌ2 Ｏ3
を１９〜３０重量％、ＭｇＯを５〜１３重量％、ＺｎＯ
を５〜３５重量％、Ｂ2 Ｏ3 を５〜１２重量％、ＳｒＯ
１〜３重量％、ＣａＯ０．１〜１５重量％の割合から構
成されることが望ましい。
００℃の温度範囲での焼成によって相対密度９７％以上
まで緻密化することができ、これによって形成される磁
器の全体組成としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎおよび
Ｓｒの各金属元素の酸化物換算による合量を１００重量
％とした時、ＳｉＯ2 を３０〜６０重量％、Ａｌ2 Ｏ3
を１９〜３０重量％、ＭｇＯを５〜１３重量％、ＺｎＯ
を５〜３５重量％、Ｂ2 Ｏ3 を５〜１２重量％、ＳｒＯ
１〜３重量％、ＣａＯ０．１〜１５重量％の割合から構
成されることが望ましい。
【００２６】また、上記磁器は、図１の磁器組織の概略
図に示すように、結晶相として、ガラスから析出する少
なくともＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 とを含むスピネル型酸化物
結晶相（ＳＰ）以外に、ＳｉＯ2 系結晶相（Ｓｉ）およ
び少なくともＳｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを含む複合酸
化物結晶相（ＳＬ）を含有するものである。
図に示すように、結晶相として、ガラスから析出する少
なくともＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 とを含むスピネル型酸化物
結晶相（ＳＰ）以外に、ＳｉＯ2 系結晶相（Ｓｉ）およ
び少なくともＳｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを含む複合酸
化物結晶相（ＳＬ）を含有するものである。
【００２７】少なくともＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 とを含有す
るスピネル型酸化物結晶相（ＳＰ）としては、ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 で表されるスピネル結晶相が挙げられ、磁器中に
は、前記スピネル結晶相あるいは前記スピネル結晶相と
ＺｎＡｌ2 Ｏ4 で表されるガーナイト結晶相との混相と
して存在する。
るスピネル型酸化物結晶相（ＳＰ）としては、ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 で表されるスピネル結晶相が挙げられ、磁器中に
は、前記スピネル結晶相あるいは前記スピネル結晶相と
ＺｎＡｌ2 Ｏ4 で表されるガーナイト結晶相との混相と
して存在する。
【００２８】ＳｉＯ2 結晶相（Ｓｉ）は、クオーツ結晶
相からなることが望ましく、また、少なくともＳｒ、Ｃ
ａ、ＡｌおよびＳｉを含む複合酸化物結晶相（ＳＬ）
は、単斜晶からなり、特にＳｒ(1-x) Ｃａx Ａｌ2 Ｓｉ
2 Ｏ8 で表されるスラウソナイト結晶相であることが望
ましい。
相からなることが望ましく、また、少なくともＳｒ、Ｃ
ａ、ＡｌおよびＳｉを含む複合酸化物結晶相（ＳＬ）
は、単斜晶からなり、特にＳｒ(1-x) Ｃａx Ａｌ2 Ｓｉ
2 Ｏ8 で表されるスラウソナイト結晶相であることが望
ましい。
【００２９】なお、上記の各結晶相中には、主たる構成
金属元素以外に結晶構造を変化させない範囲で、他の金
属元素が固溶していてもよい。例えば、前記ＭｇＡｌ2
Ｏ4には、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 が固溶して、（Ｍｇ、Ｚｎ）
Ａｌ2 Ｏ4 のスピネル型結晶相からなる場合もある。ま
た、本発明によれば、焼結体組織において、前記結晶相
の粒界に、ＳｉＯ2 またはＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2
Ｏ3 およびＳｒＯを含む非晶質ガラス相（Ｇ）やＺｒＯ
2 相（Ｚ）が存在する場合もある。
金属元素以外に結晶構造を変化させない範囲で、他の金
属元素が固溶していてもよい。例えば、前記ＭｇＡｌ2
Ｏ4には、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 が固溶して、（Ｍｇ、Ｚｎ）
Ａｌ2 Ｏ4 のスピネル型結晶相からなる場合もある。ま
た、本発明によれば、焼結体組織において、前記結晶相
の粒界に、ＳｉＯ2 またはＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2
Ｏ3 およびＳｒＯを含む非晶質ガラス相（Ｇ）やＺｒＯ
2 相（Ｚ）が存在する場合もある。
【００３０】上記のような非晶質ガラス相の熱膨張係数
は、２〜５ｐｐｍ／℃と低いが、結晶相として、前記Ｓ
ｉＯ2 結晶相、スピネル型結晶相およびＳｒ、Ｃａ、Ａ
ｌおよびＳｉを含む複合酸化物結晶相（例えば、スラウ
ソナイト結晶相）は、室温〜４００℃において、それ自
体が高い熱膨張特性を有し、例えば、クオーツ結晶は１
３〜２０ｐｐｍ／℃、ガーナイト結晶およびスラウソナ
イト結晶は７〜８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有すること
から、磁器中にこれらの結晶相を析出量を増し、非晶質
ガラス相の割合を減ずることにより、磁器の熱膨張係数
も大きくなる傾向にある。
は、２〜５ｐｐｍ／℃と低いが、結晶相として、前記Ｓ
ｉＯ2 結晶相、スピネル型結晶相およびＳｒ、Ｃａ、Ａ
ｌおよびＳｉを含む複合酸化物結晶相（例えば、スラウ
ソナイト結晶相）は、室温〜４００℃において、それ自
体が高い熱膨張特性を有し、例えば、クオーツ結晶は１
３〜２０ｐｐｍ／℃、ガーナイト結晶およびスラウソナ
イト結晶は７〜８ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有すること
から、磁器中にこれらの結晶相を析出量を増し、非晶質
ガラス相の割合を減ずることにより、磁器の熱膨張係数
も大きくなる傾向にある。
【００３１】熱膨張係数を高める上では、望ましくは、
ＳｉＯ2 系結晶相が最も多いのがよい。なお、ＳｉＯ2
結晶相としてクオーツの他にクリストバライト、トリジ
マイトがあるが、クリストバライトは、２００℃付近に
熱膨張係数の屈曲点を有することからＳｉＯ2 系結晶相
としてはクォーツ結晶が最も望ましい。
ＳｉＯ2 系結晶相が最も多いのがよい。なお、ＳｉＯ2
結晶相としてクオーツの他にクリストバライト、トリジ
マイトがあるが、クリストバライトは、２００℃付近に
熱膨張係数の屈曲点を有することからＳｉＯ2 系結晶相
としてはクォーツ結晶が最も望ましい。
【００３２】本発明の磁器組成物は、焼成によって得ら
れる磁器が、室温から４００℃における熱膨張係数が
５．５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、特に６以下、
２０〜３０ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０-4以下、特
に４０×１０-4以下、さらには３０×１０-4以下、抗折
強度２００ＭＰａ以上、特に２２０ＭＰａ以上、さらに
は２３０ＭＰａ以上の優れた低誘電率、低誘電損失、高
熱膨張係数並びに高強度を有するものである。したがっ
て、本発明の磁器組成物は、１ＧＨｚ以上、特に２０Ｇ
Ｈｚ以上、さらには５０ＧＨｚ以上、またさらには７０
ＧＨｚ以上の高周波用配線基板の絶縁層を形成するのに
好適な磁器である。
れる磁器が、室温から４００℃における熱膨張係数が
５．５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、特に６以下、
２０〜３０ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０-4以下、特
に４０×１０-4以下、さらには３０×１０-4以下、抗折
強度２００ＭＰａ以上、特に２２０ＭＰａ以上、さらに
は２３０ＭＰａ以上の優れた低誘電率、低誘電損失、高
熱膨張係数並びに高強度を有するものである。したがっ
て、本発明の磁器組成物は、１ＧＨｚ以上、特に２０Ｇ
Ｈｚ以上、さらには５０ＧＨｚ以上、またさらには７０
ＧＨｚ以上の高周波用配線基板の絶縁層を形成するのに
好適な磁器である。
【００３３】本発明によれば、焼成後の磁器を配線基板
の絶縁基板として用いる場合、高周波信号の伝送特性へ
の影響を低減するため、誘電率が７以下、特に６以下と
低いことが望ましい。また、磁器の室温から４００℃に
おける熱膨張係数は、実装するチップ部品等やプリント
基板等の熱膨張係数に近似するように適宜調整すること
が望ましい。これは、上記の焼成後の磁器の熱膨張係数
が実装されるチップ部品等やプリント基板のそれと差が
ある場合、半田実装時や半導体素子の作動停止による繰
り返し温度サイクルによって、チップ部品等やプリント
基板とパッケージとの実装部に熱膨張差に起因する応力
が発生し、実装部にクラック等が発生し、実装構造の信
頼性を損ねてしまうためである。
の絶縁基板として用いる場合、高周波信号の伝送特性へ
の影響を低減するため、誘電率が７以下、特に６以下と
低いことが望ましい。また、磁器の室温から４００℃に
おける熱膨張係数は、実装するチップ部品等やプリント
基板等の熱膨張係数に近似するように適宜調整すること
が望ましい。これは、上記の焼成後の磁器の熱膨張係数
が実装されるチップ部品等やプリント基板のそれと差が
ある場合、半田実装時や半導体素子の作動停止による繰
り返し温度サイクルによって、チップ部品等やプリント
基板とパッケージとの実装部に熱膨張差に起因する応力
が発生し、実装部にクラック等が発生し、実装構造の信
頼性を損ねてしまうためである。
【００３４】具体的には、ＧａＡｓ系のチップ部品との
整合を図る上ではＧａＡｓ系のチップ部品との熱膨張係
数の差が２ｐｐｍ／℃以下であり、一方、プリント基板
との整合を図る上ではプリント基板との熱膨張係数の差
が２ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
整合を図る上ではＧａＡｓ系のチップ部品との熱膨張係
数の差が２ｐｐｍ／℃以下であり、一方、プリント基板
との整合を図る上ではプリント基板との熱膨張係数の差
が２ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
【００３５】さらに、本発明によれば、焼成後の磁器の
抗折強度が２００ＭＰａ以上の高強度を有する磁器であ
るため、この磁器を配線基板の絶縁基板として用いた場
合でも、充分実用に耐えうるものである。
抗折強度が２００ＭＰａ以上の高強度を有する磁器であ
るため、この磁器を配線基板の絶縁基板として用いた場
合でも、充分実用に耐えうるものである。
【００３６】次に、本発明における高周波用磁器組成物
を用い磁器を製造する方法について説明する。まず、出
発原料として、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｂ2 Ｏ3 を含みスピネル型結晶相を析出可能な結晶
化ガラス粉末と、フィラー成分としてＳｒＳｉＯ3 など
のＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物と、ＣａＺｒＯ3 な
どのＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物と、ＳｉＯ2 粉末
とを組み合わせて用い、これらを前記の比率で混合す
る。
を用い磁器を製造する方法について説明する。まず、出
発原料として、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｂ2 Ｏ3 を含みスピネル型結晶相を析出可能な結晶
化ガラス粉末と、フィラー成分としてＳｒＳｉＯ3 など
のＳｒＯとＳｉＯ2 との複合酸化物と、ＣａＺｒＯ3 な
どのＣａＯとＺｒＯ2 との複合酸化物と、ＳｉＯ2 粉末
とを組み合わせて用い、これらを前記の比率で混合す
る。
【００３７】そして、上記の組成で秤量混合された混合
粉末を用いて所定の成形体を作製し、その成形体を８０
０〜１０００℃の酸化性雰囲気または不活性雰囲気中で
焼成することにより作製することができる。
粉末を用いて所定の成形体を作製し、その成形体を８０
０〜１０００℃の酸化性雰囲気または不活性雰囲気中で
焼成することにより作製することができる。
【００３８】また、配線層を具備する配線基板を作製す
るには、前記混合粉末に、適当な有機溶剤、溶媒を用い
混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクター
ブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プ
レス成形法により、シート状に成形する。そして、この
シート状成形体に所望によりスルーホールを形成した
後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも
１種を含む金属ペーストを充填する。そして、シート状
成形体表面には、高周波信号が伝送可能な高周波線路パ
ターン等を前記金属ペーストを用いてスクリーン印刷
法、グラビア印刷法などによって配線層の厚みが５〜３
０μｍとなるように、印刷塗布する。
るには、前記混合粉末に、適当な有機溶剤、溶媒を用い
混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクター
ブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プ
レス成形法により、シート状に成形する。そして、この
シート状成形体に所望によりスルーホールを形成した
後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも
１種を含む金属ペーストを充填する。そして、シート状
成形体表面には、高周波信号が伝送可能な高周波線路パ
ターン等を前記金属ペーストを用いてスクリーン印刷
法、グラビア印刷法などによって配線層の厚みが５〜３
０μｍとなるように、印刷塗布する。
【００３９】その後、複数のシート状成形体を位置合わ
せして積層圧着し、８００〜１０００℃のＮ2 やＮ2 ＋
Ｈ2 等の非酸化性雰囲気で焼成することにより、配線基
板を作製することができる。
せして積層圧着し、８００〜１０００℃のＮ2 やＮ2 ＋
Ｈ2 等の非酸化性雰囲気で焼成することにより、配線基
板を作製することができる。
【００４０】そして、この配線基板の表面には、適宜半
導体素子等のチップ部品が搭載され配線層と信号の伝達
が可能なように接続される。接続方法としては、配線層
上に直接搭載させて接続させたり、あるいは５０μｍ程
度の樹脂、Ａｇ−エポキシ、Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ
等の樹脂、金属、セラミックス等の接着剤によりチップ
部品を絶縁基板表面に固着し、ワイヤーボンディング
や、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子とを接
続する。
導体素子等のチップ部品が搭載され配線層と信号の伝達
が可能なように接続される。接続方法としては、配線層
上に直接搭載させて接続させたり、あるいは５０μｍ程
度の樹脂、Ａｇ−エポキシ、Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ
等の樹脂、金属、セラミックス等の接着剤によりチップ
部品を絶縁基板表面に固着し、ワイヤーボンディング
や、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子とを接
続する。
【００４１】なお、この半導体素子としては、Ｓｉ系や
ＧａＡｓ系等のチップ部品が使用できるが、特に熱膨張
係数の近似性の点では、最もＧａＡｓ系のチップ部品の
実装に有効である。
ＧａＡｓ系等のチップ部品が使用できるが、特に熱膨張
係数の近似性の点では、最もＧａＡｓ系のチップ部品の
実装に有効である。
【００４２】さらに、半導体素子が搭載された配線基板
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなり、電磁波遮
蔽性を有するキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着
剤により接合することにより、半導体素子を気密に封止
することができ、これにより高周波用配線基板を作製す
ることができる。
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなり、電磁波遮
蔽性を有するキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着
剤により接合することにより、半導体素子を気密に封止
することができ、これにより高周波用配線基板を作製す
ることができる。
【００４３】本発明の磁器組成物を好適に使用しうる高
周波用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケー
ジの具体的な構造とその実装構造について図２をもとに
説明する。図２は、半導体収納用パッケージ、特に、接
続端子がボール状端子からなるボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図である。図２によ
れば、パッケージＡは、絶縁材料からなる絶縁基板１と
蓋体２によりキャビティ３が形成されており、そのキャ
ビティ３内には、ＧａＡｓ等のチップ部品４が前述の接
着剤により実装されている。
周波用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケー
ジの具体的な構造とその実装構造について図２をもとに
説明する。図２は、半導体収納用パッケージ、特に、接
続端子がボール状端子からなるボールグリッドアレイ
（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図である。図２によ
れば、パッケージＡは、絶縁材料からなる絶縁基板１と
蓋体２によりキャビティ３が形成されており、そのキャ
ビティ３内には、ＧａＡｓ等のチップ部品４が前述の接
着剤により実装されている。
【００４４】また、絶縁基板１の表面および内部には、
チップ部品４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、高周波信号の伝送時に導体損
失を極力低減するために、銅、銀あるいは金などの低抵
抗金属からなることが望ましい。また、この配線層５に
１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高周波
信号が損失なく伝送されることが必要となるため、配線
層５は周知のストリップ線路、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なく
とも１種から構成される。
チップ部品４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、高周波信号の伝送時に導体損
失を極力低減するために、銅、銀あるいは金などの低抵
抗金属からなることが望ましい。また、この配線層５に
１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高周波
信号が損失なく伝送されることが必要となるため、配線
層５は周知のストリップ線路、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なく
とも１種から構成される。
【００４５】また、図２のパッケージＡにおいて、絶縁
基板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されてお
り、パッケージＡ内の配線層５と接続されている。そし
て、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボ
ール状端子８が被着形成されている。
基板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されてお
り、パッケージＡ内の配線層５と接続されている。そし
て、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボ
ール状端子８が被着形成されている。
【００４６】また、上記パッケージＡを外部回路基板に
実装するには、図２に示すように、ポリイミド樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁
材料からなる絶縁基板９の表面に配線導体１０が形成さ
れた外部回路基板Ｂに対して、ロウ材を介して実装され
る。具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底
面に取付けられているボール状端子８と、外部回路基板
Ｂの配線導体１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
等のロウ材１１によりロウ付けして実装される。また、
ボール状端子８自体を溶融させて配線導体１０と接続さ
せてもよい。
実装するには、図２に示すように、ポリイミド樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁
材料からなる絶縁基板９の表面に配線導体１０が形成さ
れた外部回路基板Ｂに対して、ロウ材を介して実装され
る。具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底
面に取付けられているボール状端子８と、外部回路基板
Ｂの配線導体１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
等のロウ材１１によりロウ付けして実装される。また、
ボール状端子８自体を溶融させて配線導体１０と接続さ
せてもよい。
【００４７】本発明によれば、ＧａＡｓ等のチップ部品
４をロウ付けや接着剤により実装したり、このようなボ
ール状端子８を介在したロウ付けによりプリント基板等
の外部回路基板に実装されるような表面実装型のパッケ
ージにおいて、ＧａＡｓ等のチップ部品や外部回路基板
の絶縁基板との熱膨張差を従来のセラミック材料よりも
小さくできることから、かかる実装構造に対して、熱サ
イクルが印加された場合においても、実装部での応力の
発生を抑制することができる結果、実装構造の長期信頼
性を高めることができる。
４をロウ付けや接着剤により実装したり、このようなボ
ール状端子８を介在したロウ付けによりプリント基板等
の外部回路基板に実装されるような表面実装型のパッケ
ージにおいて、ＧａＡｓ等のチップ部品や外部回路基板
の絶縁基板との熱膨張差を従来のセラミック材料よりも
小さくできることから、かかる実装構造に対して、熱サ
イクルが印加された場合においても、実装部での応力の
発生を抑制することができる結果、実装構造の長期信頼
性を高めることができる。
【００４８】
【実施例】下記の組成からなる２種のスピネル型酸化物
結晶相を析出可能な結晶化ガラスを準備した。
結晶相を析出可能な結晶化ガラスを準備した。
【００４９】ガラスＡ：ＳｉＯ2 ４４重量％−Ａｌ2 Ｏ
3 ２９重量％−ＭｇＯ１１重量％−ＺｎＯ７重量％−Ｂ
2 Ｏ3 ９重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2 ４４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２６重量％
−ＭｇＯ１９重量％−ＺｎＯ１重量％−Ｂ2 Ｏ3 １０重
量％ そして、この結晶化ガラス粉末に対して、平均粒径が１
μｍ以下のＳｒＳｉＯ3 粉末、ＣａＺｒＯ3 粉末、Ｓｉ
Ｏ2 （クオーツ）粉末を用いて、表１、表２の組成に従
い混合した。
3 ２９重量％−ＭｇＯ１１重量％−ＺｎＯ７重量％−Ｂ
2 Ｏ3 ９重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2 ４４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２６重量％
−ＭｇＯ１９重量％−ＺｎＯ１重量％−Ｂ2 Ｏ3 １０重
量％ そして、この結晶化ガラス粉末に対して、平均粒径が１
μｍ以下のＳｒＳｉＯ3 粉末、ＣａＺｒＯ3 粉末、Ｓｉ
Ｏ2 （クオーツ）粉末を用いて、表１、表２の組成に従
い混合した。
【００５０】そして、この混合物に有機バインダー、可
塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、この
スラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００
μｍのグリーンシートを作製した。そして、このグリー
ンシートを５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を水蒸
気含有／窒素雰囲気中、７００℃で脱バインダーした
後、乾燥窒素中で表１、表２の条件で焼成し絶縁基板用
磁器を得た。
塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、この
スラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００
μｍのグリーンシートを作製した。そして、このグリー
ンシートを５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を水蒸
気含有／窒素雰囲気中、７００℃で脱バインダーした
後、乾燥窒素中で表１、表２の条件で焼成し絶縁基板用
磁器を得た。
【００５１】得られた磁器について、直径１０ｍｍ、厚
み５ｍｍの形状に切り出し、２０〜３０ＧＨｚにてネッ
トワークアナライザー、シンセサイズドスイーパーを用
いて誘電体円柱共振器法により誘電率および誘電損失を
測定した。測定については、φ５０のＣｕ板治具の間に
試料の誘電体基板を挟んで測定した。共振器のＴＥ０１
１モードの共振特性より、誘電率、誘電損失を算出し
た。
み５ｍｍの形状に切り出し、２０〜３０ＧＨｚにてネッ
トワークアナライザー、シンセサイズドスイーパーを用
いて誘電体円柱共振器法により誘電率および誘電損失を
測定した。測定については、φ５０のＣｕ板治具の間に
試料の誘電体基板を挟んで測定した。共振器のＴＥ０１
１モードの共振特性より、誘電率、誘電損失を算出し
た。
【００５２】また、室温から４００℃における熱膨張曲
線をとり、熱膨張係数を算出した。さらに、焼結体中に
おける結晶相をＸ線回折チャートから同定した。さらに
また、ＪＩＳＲ１６０１に従い、磁器の焼き肌面の室温
における３点曲げ強度を測定した。結果は表１、表２に
示した。
線をとり、熱膨張係数を算出した。さらに、焼結体中に
おける結晶相をＸ線回折チャートから同定した。さらに
また、ＪＩＳＲ１６０１に従い、磁器の焼き肌面の室温
における３点曲げ強度を測定した。結果は表１、表２に
示した。
【００５３】また、一部の試料については、フィラー成
分として、ＳｒＳｉＯ3 、ＳｉＯ2、ＣａＺｒＯ3 に代
わり、Ａｌ2 Ｏ3 粉末、コージェライト粉末を用いて同
様に磁器を作製し評価した（試料Ｎo.９、１０、２５、
２６）。また、上記結晶化ガラスＡ、Ｂに代わり、以下
の組成からなるガラスＣ、ＤおよびガラスＥを用いて同
様に評価を行った（試料Ｎo.２７〜３１）。
分として、ＳｒＳｉＯ3 、ＳｉＯ2、ＣａＺｒＯ3 に代
わり、Ａｌ2 Ｏ3 粉末、コージェライト粉末を用いて同
様に磁器を作製し評価した（試料Ｎo.９、１０、２５、
２６）。また、上記結晶化ガラスＡ、Ｂに代わり、以下
の組成からなるガラスＣ、ＤおよびガラスＥを用いて同
様に評価を行った（試料Ｎo.２７〜３１）。
【００５４】ガラスＣ：ＳｉＯ2 １０．４重量％−Ａｌ
2 Ｏ3 ２．５重量％−Ｂ2 Ｏ3 ４５．３重量％−ＣａＯ
３５．２重量％−Ｎａ2 Ｏ６．６重量％ ガラスＤ：ＳｉＯ2 １４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２４．７重
量％−Ｂ2 Ｏ3 ２２．６重量％−ＢａＯ１４．２重量％
−Ｌｉ2 Ｏ１２．８重量％−Ｎａ2 Ｏ１１．７重量％ ガラスＥ：ＳｉＯ2 ３１重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ５重量％−
Ｂ2 Ｏ3 ３５重量％−ＢａＯ２５重量％−ＭｇＯ４重量
％
2 Ｏ3 ２．５重量％−Ｂ2 Ｏ3 ４５．３重量％−ＣａＯ
３５．２重量％−Ｎａ2 Ｏ６．６重量％ ガラスＤ：ＳｉＯ2 １４重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ２４．７重
量％−Ｂ2 Ｏ3 ２２．６重量％−ＢａＯ１４．２重量％
−Ｌｉ2 Ｏ１２．８重量％−Ｎａ2 Ｏ１１．７重量％ ガラスＥ：ＳｉＯ2 ３１重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ５重量％−
Ｂ2 Ｏ3 ３５重量％−ＢａＯ２５重量％−ＭｇＯ４重量
％
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】表１、２の結果から明らかなように、本発
明の組成物を用いて作製した磁器は、いずれも熱膨張係
数が５．５ｐｐｍ／℃以上、２０〜３０ＧＨｚの測定周
波数にて、誘電率７以下、誘電損失が５０×１０-4以
下、抗折強度２００ＭＰａ以上の優れた特性を有するも
のであった。
明の組成物を用いて作製した磁器は、いずれも熱膨張係
数が５．５ｐｐｍ／℃以上、２０〜３０ＧＨｚの測定周
波数にて、誘電率７以下、誘電損失が５０×１０-4以
下、抗折強度２００ＭＰａ以上の優れた特性を有するも
のであった。
【００５８】これに対して、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｍ
ｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 を含むガラス量が、９５重量％
を越える試料Ｎｏ．１では、溶融してしまい、また試料
Ｎｏ．２では、誘電損失が５０×１０-4を越えてしま
い、ガラス量が５０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１４
および１５では、低温で焼結することが困難であり、緻
密化しなかった。また、ＳｒＳｉＯ3 量が０．１重量％
より少ない試料Ｎｏ．８では、熱膨張係数５．５ｐｐｍ
／℃以上が達成されず、また、封止試験において磁器へ
のＨｅの吸着により正しい評価が不可能となり、配線基
板の信頼性が判定できなかった。
ｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 を含むガラス量が、９５重量％
を越える試料Ｎｏ．１では、溶融してしまい、また試料
Ｎｏ．２では、誘電損失が５０×１０-4を越えてしま
い、ガラス量が５０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１４
および１５では、低温で焼結することが困難であり、緻
密化しなかった。また、ＳｒＳｉＯ3 量が０．１重量％
より少ない試料Ｎｏ．８では、熱膨張係数５．５ｐｐｍ
／℃以上が達成されず、また、封止試験において磁器へ
のＨｅの吸着により正しい評価が不可能となり、配線基
板の信頼性が判定できなかった。
【００５９】試料Ｎｏ．９、１０、２５、２６は、ガラ
スへの添加成分としてＡｌ2 Ｏ3 やコージェライトを配
合したものであるが、焼結体中にコージェライトやＡｌ
2 Ｏ3 などの結晶が多く析出して熱膨張係数が低いもの
であった。
スへの添加成分としてＡｌ2 Ｏ3 やコージェライトを配
合したものであるが、焼結体中にコージェライトやＡｌ
2 Ｏ3 などの結晶が多く析出して熱膨張係数が低いもの
であった。
【００６０】また、ガラスとして、ＭｇＯやＺｎＯを含
まないガラスＣ、Ｄを用いた試料Ｎｏ．２７〜３０で
は、スピネル型結晶相が析出せず、誘電損失が大きくな
る傾向にあった。
まないガラスＣ、Ｄを用いた試料Ｎｏ．２７〜３０で
は、スピネル型結晶相が析出せず、誘電損失が大きくな
る傾向にあった。
【００６１】さらに、Ｂ2 Ｏ3 の含有量が多いガラスＥ
とＣａＳｉＯ3 とＡｌ2 Ｏ3 を組み合わせた試料Ｎｏ．
３１では、Ｂ2 Ｏ3 を含む非晶質ガラス量が多く、ま
た、クォーツが析出しないため、高周波帯での誘電損失
が大きくなった。
とＣａＳｉＯ3 とＡｌ2 Ｏ3 を組み合わせた試料Ｎｏ．
３１では、Ｂ2 Ｏ3 を含む非晶質ガラス量が多く、ま
た、クォーツが析出しないため、高周波帯での誘電損失
が大きくなった。
【００６２】さらにまた、ＣａＺｒＯ3 量が０．１重量
％より少ない試料Ｎｏ．１８、１９では、抗折強度が２
００ＭＰａよりも低くなり、またＣａＺｒＯ3 量が１５
重量％より多い試料Ｎｏ．２０では、誘電率が７を越え
た。
％より少ない試料Ｎｏ．１８、１９では、抗折強度が２
００ＭＰａよりも低くなり、またＣａＺｒＯ3 量が１５
重量％より多い試料Ｎｏ．２０では、誘電率が７を越え
た。
【００６３】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高周波用磁
器組成物によれば、１０００℃以下の低温で焼成できる
ことから、銅などの低抵抗金属による配線層を形成で
き、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域において、低誘電
率、低誘電損失を有することから、高周波信号を極めて
良好に損失なく伝送することができる。しかも、実用に
適する高強度を有し、さらに、この組成物を用いて得ら
れる磁器は、ＧａＡｓチップあるいはプリント基板と近
似した熱膨張特性に制御できることから、ＧａＡｓチッ
プを実装した場合、あるいは有機樹脂を含む絶縁基板を
具備するプリント基板などのマザーボードに対してロウ
材等により実装した場合において優れた耐熱サイクル性
を有し、高信頼性の実装構造を提供できる。
器組成物によれば、１０００℃以下の低温で焼成できる
ことから、銅などの低抵抗金属による配線層を形成で
き、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域において、低誘電
率、低誘電損失を有することから、高周波信号を極めて
良好に損失なく伝送することができる。しかも、実用に
適する高強度を有し、さらに、この組成物を用いて得ら
れる磁器は、ＧａＡｓチップあるいはプリント基板と近
似した熱膨張特性に制御できることから、ＧａＡｓチッ
プを実装した場合、あるいは有機樹脂を含む絶縁基板を
具備するプリント基板などのマザーボードに対してロウ
材等により実装した場合において優れた耐熱サイクル性
を有し、高信頼性の実装構造を提供できる。
【図１】本発明の組成物を焼成して得られる磁器の組織
を説明するための概略図である。
を説明するための概略図である。
【図２】本発明の組成物を焼成した磁器を用いた高周波
用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの
実装構造の一例を説明するための概略断面図である。
用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの
実装構造の一例を説明するための概略断面図である。
Ｓｉ ＳｉＯ2 結晶相 ＳＰ スピネル型酸化物結晶相 ＳＬ Ｓｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉ含有複合酸化物結晶
相 Ｇ 非晶質（ガラス）相 Ｚ ＺｒＯ2 相 Ａ 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部回路基板 １ 絶縁基板 ２ 蓋体 ３ キャビティ ４ チップ部品 ５ 配線層 ６ 接続用電極層 ７ ロウ材 ８ ボール状端子 ９ 絶縁基板 １０ 配線導体 １１ ロウ材
相 Ｇ 非晶質（ガラス）相 Ｚ ＺｒＯ2 相 Ａ 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部回路基板 １ 絶縁基板 ２ 蓋体 ３ キャビティ ４ チップ部品 ５ 配線層 ６ 接続用電極層 ７ ロウ材 ８ ボール状端子 ９ 絶縁基板 １０ 配線導体 １１ ロウ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０ Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA08 AA09 AA17 AA32 AA35 AA36 AA37 BA01 BA12 CA01 GA14 GA15 GA20 GA24 4G062 AA08 DA05 DA06 DB04 DB05 DE03 DE04 ED03 ED04 NN40 5G303 AA05 AA10 AB06 AB07 AB12 AB15 AB17 BA09 BA12 CA03 CB01 CB02 CB06 CB17 CB30 CB32 CB38 CB39 DA05
Claims (4)
- 【請求項１】ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯお
よびＢ2 Ｏ3 を含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能
なガラス粉末５０〜９５重量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 と
の複合酸化物０．１〜５０重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2
との複合酸化物０．１〜１５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４
０重量％とからなることを特徴とする高周波用磁器組成
物。 - 【請求項２】前記ガラス粉末が、ＳｉＯ2 ４０〜５２重
量％と、Ａｌ2 Ｏ3 １４〜３２重量％と、ＭｇＯ５〜２
４重量％と、ＺｎＯ１〜１６重量％と、Ｂ2 Ｏ3 ５〜１
５重量％とからなることを特徴とする請求項１記載の高
周波用磁器組成物。 - 【請求項３】焼成後の磁器が、結晶相として、ＳｉＯ2
結晶相と、少なくともＭｇ、Ａｌを含むスピネル型酸化
物結晶相と、少なくともＳｒ、Ｃａ、ＡｌおよびＳｉを
含む複合酸化物結晶相とを含有し、且つ室温から４００
℃における熱膨張係数が５．５ｐｐｍ／℃以上、誘電率
が７以下、２０〜３０ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０
-4以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波用
磁器組成物。 - 【請求項４】ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯお
よびＢ2 Ｏ3 を含むスピネル型酸化物結晶相を析出可能
なガラス粉末５０〜９５重量％と、ＳｒＯとＳｉＯ2 と
の複合酸化物０．１〜５０重量％と、ＣａＯとＺｒＯ2
との複合酸化物０．１〜１５重量％と、ＳｉＯ2 ０〜４
０重量％とからなる混合物を成形後、８００〜１０００
℃の温度で焼成してなることを特徴とする高周波用磁器
の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19465398A JP3556475B2 (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 高周波用磁器組成物および高周波用磁器の製造方法 |
| US09/338,023 US6201307B1 (en) | 1998-06-23 | 1999-06-22 | Ceramics for wiring boards and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19465398A JP3556475B2 (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 高周波用磁器組成物および高周波用磁器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000026162A true JP2000026162A (ja) | 2000-01-25 |
| JP3556475B2 JP3556475B2 (ja) | 2004-08-18 |
Family
ID=16328096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19465398A Expired - Fee Related JP3556475B2 (ja) | 1998-06-23 | 1998-07-09 | 高周波用磁器組成物および高周波用磁器の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3556475B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003026471A (ja) * | 2001-07-12 | 2003-01-29 | Ube Electronics Ltd | 高周波用誘電体磁器組成物及びその製造方法 |
| KR100444178B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2004-08-09 | 한국전자통신연구원 | 스피넬계 유전체 세라믹 조성물 및 그를 이용한 유전체 세라믹 제조방법 |
| JP2004256346A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Kyocera Corp | ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体とその製造方法、並びにそれを用いた配線基板とその実装構造 |
-
1998
- 1998-07-09 JP JP19465398A patent/JP3556475B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2004256346A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Kyocera Corp | ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体とその製造方法、並びにそれを用いた配線基板とその実装構造 |
| JP4549028B2 (ja) * | 2003-02-25 | 2010-09-22 | 京セラ株式会社 | ガラスセラミック組成物、ガラスセラミック焼結体、ガラスセラミック焼結体の製造方法、および配線基板 |
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| JP3556475B2 (ja) | 2004-08-18 |
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