JP2002068832A

JP2002068832A - ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた多層配線基板

Info

Publication number: JP2002068832A
Application number: JP2000261743A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakao; 吉宏中尾; Shinichi Suzuki; 晋一鈴木; Kenichi Nagae; 謙一永江; Masahiko Azuma; 昌彦東
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高熱膨張ガラスセラミック焼結体と同時焼成が
可能であり、高誘電率、低ｔａｎδを有するガラスセラ
ミック焼結体と、有機樹脂を絶縁材料とするプリント基
板への実装信頼性に優れ、かつコンデンサを内蔵した配
線基板を得る。【解決手段】４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜
１８×１０^-6／℃のガラス成分５０〜７０体積％と、フ
ィラー成分３０〜５０体積％とからなり、該フィラー成
分としてａ）チタン酸ランタンと、ｂ）チタン酸マグネ
シウムと、ｃ）チタン酸塩と、ｄ）ジルコニウム含有酸
化物とを含み、４０〜４００℃における熱膨張係数が８
×１０^-6／℃以上、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電
率が１４以上、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおけるｔａｎδが
２５×１０^-4以下のガラスセラミック焼結体を多層配線
基板の内層として少なくとも１層１ｂ使用し、該層の上
下面にメタライズ電極３を形成することにより多層配線
基板１にコンデンサを内蔵させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高熱膨張係数を有
するガラスセラミックスと同時焼成可能な、高誘電率を
有するガラスセラミック焼結体と、かかる高誘電率セラ
ミックスを具備した多層配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、多層配線基板は、絶縁層が多層に積
層された絶縁基板の表面または内部にメタライズ配線層
が配設された構造からなり、代表的な例として、ＬＳＩ
などの半導体素子収納用パッケージが挙げられる。この
ようなパッケージとしては、絶縁層がアルミナなどのセ
ラミックスからなるものが多用され、さらに最近では、
銅メタライズと同時焼成を可能にしたガラスセラミック
スを絶縁基板とするものも実用化されている。

【０００３】このようなセラミックス多層配線基板にお
いては、半導体素子の集積度が高まるに従い、プリント
基板などの外部回路基板と接続するための接続端子数も
増大する傾向にあり、より小型化を図る方法として、セ
ラミック多層配線基板の下面に半田からなる球状の接続
端子を取り付けた、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が
接続端子を最も高密度化できる構造として知られてい
る。このボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）は、外部電気
回路上の配線導体上に前記接続端子を載置当設させ、２
５０〜４００℃の温度で加熱処理することにより、前記
接続端子を溶融させて接続する。

【０００４】この実装方法では、従来のアルミナ、ムラ
イトなどのセラミックスを用いたセラミックス回路基板
の熱膨張係数が約４〜７×１０^-6／℃であるのに対し、
該基板を半田実装するガラス−エポキシ絶縁層を用いた
プリント基板の熱膨張係数は、約１１〜１８×１０^-6／
℃であったため、半導体素子の作動時に発する熱によ
り、セラミックス多層配線基板と外部回路基板の熱膨張
差に起因する大きな熱応力が発生するという問題があっ
た。そして、この熱応力は接続端子数が増加するほど影
響が大きくなり、半導体素子の作動と停止の繰り返しに
よりこの熱応力が接続端子に印加され、接続端子が配線
導体より剥離するという問題があった。

【０００５】このような問題に対して、本出願人は、高
熱膨張のガラスと高熱膨張のフィラーを用いた高熱膨張
ガラスセラミック焼結体によって絶縁基板を形成した配
線基板を提案した。

【０００６】一方、携帯電話、ノートパソコンなどの携
帯用情報端末の急激な普及に伴い、搭載される電子部品
の小型化が強く望まれている。一例として、携帯電話の
スイッチング回路およびパワーアンプ回路は、複数の抵
抗体およびコンデンサにより構成され、従来、これらの
素子は個々に電気回路基板上に設置されており、小型化
および製造コスト削減の妨げとなっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】携帯用電子機器などに
搭載される電子部品を小型化するためには、半導体素子
を収納するセラミックス配線基板のみならず、該配線基
板を実装するプリント板などの外部回路基板を小型化す
る必要がある。しかし、従来はセラミックス配線基板、
コンデンサ、および抵抗を個々に外部回路基板上に実装
していたため、小型化が困難という問題、および実装の
ための製造コストが高くなるという問題があった。

【０００８】最近では、セラミックス多層配線基板の内
部に、高誘電率のセラミックス層を介装させたコンデン
サ内蔵基板が提案されている。高誘電率の誘電体材料と
しては、従来からＢａＯ−ＴｉＯ₂系、ＰｂＯ−ＴｉＯ₂
系などを主とする複合ペロブスカイト系誘電体材料が知
られているが、かかる誘電体材料はガラスセラミックス
と同時焼成することができない。

【０００９】そこで、本出願人は、先に高熱膨張のガラ
スとフィラー成分としてＢａＴｉＯ ₃、ＣａＴｉＯ₃など
を添加した高熱膨張、高誘電率系のガラスセラミック焼
結体を提案した。

【００１０】しかしながら、かかるガラスセラミック焼
結体では、ガラスの種類によっては１ＭＨｚ〜３ＧＨｚ
におけるｔａｎδが高く、導体線路の伝送損失が大きく
なるという問題があった。

【００１１】従って、本発明は、高熱膨張ガラスセラミ
ック焼結体と同時焼成が可能であり、かつ高熱膨張係数
および高誘電率、低ｔａｎδを有するガラスセラミック
焼結体と、有機樹脂を絶縁材料とするプリント基板への
実装信頼性に優れ、かつコンデンサを内蔵した多層配線
基板を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に対して種々検討を重ねた結果、高熱膨張のガラス成分
に、フィラーとしてチタン酸ランタンと、チタン酸マグ
ネシウムと、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、
チタン酸ストロンチウム、チタニアの群から選ばれる少
なくとも１種と、ジルコニウム含有酸化物のうちの少な
くとも１種を添加含有させることによって、高熱膨張お
よび高誘電率と共に、低ｔａｎδを同時に達成でき、か
つ従来の高熱膨張ガラスセラミック焼結体と同時焼成可
能なガラスセラミック焼結体が得られることを見出し、
本発明に至った。

【００１３】即ち、本発明のガラスセラミック焼結体
は、ガラス成分５０〜７０体積％と、フィラー成分３０
〜５０体積％とからなり、該フィラー成分として、ａ）
チタン酸ランタンと、ｂ）チタン酸マグネシウムと、
ｃ）チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チ
タン酸バリウム、チタニアの群から選ばれる少なくとも
１種と、ｄ）ジルコニウム含有酸化物から選ばれる少な
くとも１種とを含み、４０〜４００℃における熱膨張係
数が８×１０^-6／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨ
ｚにおけるｔａｎδが２５×１０^-4以下であることを特
徴とするものである。

【００１４】なお、上記の構成においては、前記ｂ）の
含有量をｘ、ａ）の含有量を（１−ｘ）として両成分の
重量比を表した場合、ｘが０．２≦ｘ≦０．８の範囲に
あることが、あるいは前記ｃ）の含有量をｙ、前記ａ）
とｂ）との合計量を（１−ｙ）として両成分の重量比を
表した場合、ｙが０．２≦ｙ≦０．８の範囲にあること
が、あるいは前記ｄ）の含有量をｚ、前記ａ）とｂ）と
ｃ）の合計量を（１−ｚ）として両成分の重量比を表し
た場合、ｚが０．０５≦ｙ≦０．３の範囲にあることが
望ましい。また前記ガラス成分は、４０〜４００℃にお
ける熱膨張係数が６〜１８×１０^-6／℃であることが望
ましい。

【００１５】さらに、本発明の多層配線基板は、セラミ
ックス絶縁層が多層に積層された絶縁基板の表面および
／または内部にメタライズ配線層が配設されているもの
であって、前記セラミックス絶縁層のうち少なくとも１
層が上記の高誘電率のガラスセラミック焼結体からなる
ことを特徴とするものである。

【００１６】なお、かかる多層配線基板においては、前
記高誘電率のガラスセラミック焼結体からなる絶縁層
が、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８×１
０^-6／℃のガラス成分５０〜７０体積％と、フィラー成
分３０〜５０体積％とからなり、比誘電率が１０未満の
低誘電率ガラスセラミック焼結体からなる絶縁層と積層
されてなること、あるいは前記高誘電率のガラスセラミ
ック焼結体からなる絶縁層が、一対の電極間に配設され
ており、該一対の電極によって所定の静電容量が引き出
されることが望ましい。

【００１７】かかる発明によれば、絶縁基板として用い
るガラスセラミック焼結体が、いずれも高熱膨張特性を
具備することから、プリント基板などの有機樹脂を含む
絶縁基体からなる外部回路基板に実装した状態で、熱サ
イクルが印加されても、熱膨張差に起因する熱応力の発
生を抑制することができる結果、長期にわたり安定した
実装が可能となる。しかも、このガラスセラミック焼結
体は、高熱膨張特性に加え、高誘電率を有することか
ら、コンデンサとして高い静電容量を引き出すことでき
るためにコンデンサ素子などの部品を基板に実装する必
要がなく、配線基板を含めた電子機器の小型化に寄与す
ることができる。しかも、このガラスセラミック焼結体
は、低誘電率の高熱膨張ガラスセラミック焼結体との積
層化が可能であるために、配線基板内に高誘電率ガラス
セラミック焼結体を内蔵させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明のガラスセラミック焼結体
は、ガラス成分とフィラー成分によって構成される。ガ
ラス成分とフィラー成分とは、ガラス成分：５０〜７０
体積％と、フィラー成分：３０〜５０体積％の割合で配
合する。これは、ガラス成分が５０体積％よりも少な
く、フィラー成分が５０体積％よりも多いと、銅と同時
焼成可能な温度域において良好な緻密体が得られず、ガ
ラス成分が７０体積％よりも多く、フィラー成分が３０
体積％よりも少ない場合、焼結体としての熱膨張係数、
比誘電率を高め、ｔａｎδを抑えることが難しくなるた
めである。（ガラス）ガラス成分としては、４０〜４００℃におけ
る熱膨張係数が６〜１８×１０^-6／℃であることが焼結
体の高熱膨張化を図る上で望ましい。また、基板の製造
過程でめっき工程を必要とすることから、耐薬品性を有
することが望まれる。

【００１９】このような高熱膨張のガラス成分として
は、公知の高熱膨張性のガラスが使用でき、例えばリチ
ウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラス、
ＺｎＯ系ガラスなどを使用することができる。なお、上
記ガラス成分の熱膨張係数は、結晶化ガラスの場合に
は、焼成温度で熱処理した後の熱膨張係数を示すもので
あり、線膨張係数を意味する。

【００２０】リチウム珪酸系ガラスとしては、Ｌｉ₂Ｏ
を５〜３０重量％、特に５〜２０重量％の割合で含有す
るものであり、焼成後に高熱膨張係数を有するリチウム
珪酸を析出するものが好適に使用される。また、上記リ
チウム珪酸系ガラスとしては、Ｌｉ₂Ｏ以外にＳｉＯ₂を
必須の成分として含むが、ＳｉＯ₂はガラス全量中、６
０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ₂とＬｉ₂Ｏとの
合量がガラス全量中、６５〜９５重量％であることがリ
チウム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。

【００２１】また、こららの成分以外に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｍ
ｇＯ、ＴｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｐ₂Ｏ₅、Ｚ
ｎＯおよびＦの群から選ばれる少なくとも１種が配合さ
れていてもよい。なお、リチウム珪酸ガラス中のＢ₂Ｏ₃
含有量は１重量％以下であることが、耐薬品性、耐水性
の点から望ましい。

【００２２】ＰｂＯ系ガラスとしては、ＰｂＯを主成分
とし、さらにＢ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂のうち少なくとも一成分
を含有するものであり、焼成後にＰｂＳｉＯ₃、ＰｂＺ
ｎＳｉＯ₄などの高熱膨張の結晶相が析出するものが好
適に使用される。とりわけＰｂＯ（６５〜８５重量％）
−Ｂ₂Ｏ₃（５〜１５重量％）−ＺｎＯ（６〜２０重量
％）−ＳｉＯ₂（０．５〜５重量％）−ＢａＯ（０〜５
重量％）から成る結晶性ガラスや、ＰｂＯ（５０〜６０
重量％）−ＳｉＯ₂（３５〜５０重量％）−Ａｌ₂Ｏ
₃（１〜９重量％）から成る結晶性ガラスが望ましい。

【００２３】さらに、ＺｎＯ系ガラスとしては、ＺｎＯ
を１０重量％以上含有するものであり、焼成後にＺｎＯ
・Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ・ｎＢ₂Ｏ₃などの高熱膨張の結晶相
が析出するものが好適に使用される。ＺｎＯ成分以外
に、ＳｉＯ₂（６０重量％以下）、Ａｌ₂Ｏ₃（６０重量
％以下）、Ｂ₂Ｏ₃（３０重量％以下）、Ｐ₂Ｏ₅（５０重
量％以下）、アルカリ土類酸化物（２０重量％以下）、
Ｂｉ₂Ｏ₃（３０重量％以下）などが配合されていてもよ
い。とりわけＺｎＯ：１０〜５０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：１
０〜３０重量％−ＳｉＯ₂：３０〜６０重量％から成る
結晶性ガラスやＺｎＯ：１０〜５０重量％−ＳｉＯ₂：
５〜４０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：０〜１５重量％−ＢａＯ：
０〜６０重量％−ＭｇＯ：０〜３５重量％から成る結晶
性ガラスが望ましい。

【００２４】ＢａＯ系ガラスとしては、ＢａＯを５重量
％以上含有し、非晶質ガラス、または焼成後にＢａＯ・
２ＳｉＯ₂、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＢ₂Ｓｉ₂Ｏ₈など
の結晶相を析出する結晶化ガラスが採用される。ＢａＯ
以外の成分をしてＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ
₂Ｏ₅、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物、
ＺｒＯ₂などを含む場合もある。

【００２５】上記のガラスのうち、特に高熱膨張化およ
び化学的安定性の点から、ＢａＯを１５〜６０重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃を１〜１０重量％。ＳｉＯ₂を２５〜６０重量
％の割合でそれぞれ含有するＢａＯ系ガラスが最も望ま
しい。

【００２６】さらに、上記ガラスの屈伏点は、４００〜
８００℃、特に４００〜７００℃であることが望まし
い。これは、ガラスおよびフィラーからなる混合物を成
形する場合、有機樹脂などの成形用バインダーを添加す
るが、このバインダーを効率的に除去するとともに、絶
縁基体と同時に焼成されるメタライズと焼成条件のマッ
チングを図るために必要であり、屈伏点が４００℃より
低いと、ガラスが低い温度で焼結を開始するため、例え
ば、Ａｇ、Ｃｕなどの焼結温度が６００〜８００℃のメ
タライズとの同時焼成ができず、また成形体の緻密化が
低温で開始するためにバインダーは分解揮発できなくな
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いと焼結しにくくなり、相対的
に高価なガラスの使用量が増加するため、コスト削減の
妨げとなる。

【００２７】一方、フィラー成分としては、ａ）チタン酸ランタン（α＝１５ｐｐｍ／℃、ε＝４
５）と、ｂ）チタン酸マグネシウム（＝ＭｇＴｉＯ₃，α＝９ｐ
ｐｍ／℃、ε＝１６）と、ｃ）チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ₃，α＝１３ｐｐ
ｍ／℃、ε＝１８０）、チタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
ＴｉＯ₃，α＝９ｐｐｍ／℃、ε＝３００）、チタン
酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃，α＝１４ｐｐｍ／℃、ε＝
１３０００）、チタニア（ＴｉＯ₂，α＝９ｐｐｍ／
℃、ε＝８０）の群から選ばれる少なくとも１種と、ｄ）ジルコニウム含有酸化物のうちの少なくとも１種
と、の４つの成分を必須の成分として含有するものであ
る。

【００２８】これらの成分によれば、成分ａ）は、材料
の高誘電率化、高熱膨張化、焼結性の向上に寄与する。
また、成分ｂ）は、材料の低ｔａｎδ化の役割をなす。
成分ｃ）は、上記成分ａ）ｂ）のみでは、高誘電率化に
限界があるのを補い、焼結体のさらに高誘電率化を向上
させる役割をなす。成分ｄ）は、ガラス材料の焼結性の
向上および高誘電率化、焼成中におけるガラス成分のＳ
ｉＯ₂量の減少を抑え、ガラス成分の高ｔａｎδ化を抑
制する役割をなす。

【００２９】なお、ａ）チタン酸ランタンとしては、Ｌ
ａ₂Ｏ₃・ｎＴｉＯ₂（ｎ＝２〜５の整数）で表され、Ｌａ₂Ｏ₃・２ＴｉＯ₂（α＝１５×１０^-6）／℃、ε＝
４５）Ｌａ₂Ｏ₃・３ＴｉＯ₂（α＝１４×１０^-6）／℃、ε＝
４７）Ｌａ₂Ｏ₃・４ＴｉＯ₂（α＝１４×１０^-6）／℃、ε＝
５１）Ｌａ₂Ｏ₃・５ＴｉＯ₂（α＝１３×１０^-6）／℃、ε＝
５５）が挙げられる。

【００３０】なお、ｃ）ジルコニウム含有酸化物として
は、ＺｒＯ₂ （α＝１０ｐｐｍ／℃、 ε＝３０）ＭｇＺｒＯ₃（α＝９．２ｐｐｍ／℃、ε＝３２）ＣａＺｒＯ₃（α＝９．２ｐｐｍ／℃、ε＝３２）ＳｒＺｒＯ₃（α＝９．５ｐｐｍ／℃、ε＝３０）ＢａＺｒＯ₃（α＝９．３ｐｐｍ／℃、ε＝４０）の群から選ばれる少なくとも１種、取りわけ、焼結性の
向上および熱膨張化の観点からＺｒＯ₂が最も望まし
い。

【００３１】さらに、本発明によれば、前記ｂ）の含有
量をｘ、ａ）の含有量を（１−ｘ）として両成分の重量
比を表した場合、ｘが０．２≦ｘ≦０．８の範囲にある
ことが、あるいは前記ｃ）の含有量をｙ、前記ａ）と
ｂ）との合計量を（１−ｙ）として両成分の重量比を表
した場合、ｙが０．２≦ｙ≦０．８の範囲にあること
が、あるいは前記ｄ）の含有量をｚ、前記ａ）とｂ）と
ｃ）の合計量を（１−ｚ）として両成分の重量比を表し
た場合、ｚが０．０５≦ｚ≦０．３の範囲にあることが
望ましい。これは、適切な焼成温度において所望する比
誘電率と高熱熱膨張特性を示す緻密体を得ることがで
き、上記の比率ｘが０．２よりも小さいと焼結性は向上
するが、ｔａｎδが高くなる傾向にあり、ｘが０．８よ
りも大きいと緻密体が得られにくく、また熱膨張係数が
低くなりやすい。

【００３２】また、上記の比率ｙが０．２よりも小さい
と緻密体の比誘電率が低くなりやすく、０．８よりも大
きいとｔａｎδが高くなりやすい。さらに、上記の比率
ｚが０．０５よりも小さいと緻密体の比誘電率が低く、
ｔａｎδが高くなりやすく、０．３よりもも大きいと熱
膨張が低くなりやすい。

【００３３】なお、フィラー成分としては、前記ａ）
ｂ）ｃ）ｄ）に加え、熱膨張係数などの特性を微調整す
るために他のフィラー成分を含有せしめることができ
る。例えば、クリストバライト、クォーツ（石英）、ト
リジマイト、ＭｇＯ、ペタライト、フォルステライト
（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ
₂Ｏ₃）、ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ₂）、モン
ティセライト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、ネフェリ
ン（Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂）、リチウムシリケー
ト（Ｌｉ₂Ｏ・ＳｉＯ₂）、ジオプサイト（ＣａＯ・Ｍｇ
Ｏ・２ＳｉＯ₂）、メルビナイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・
２ＳｉＯ₂）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓ
ｉＯ₂）、カーネギアイト（Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、ホウ酸マ
グネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ₂Ｏ₃）、セルシアン（ＢａＯ
・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、Ｂ₂Ｏ₃・２ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ₂、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、ペタライト
（ＬｉＡｌＳｉ₄Ｏ₁₀）などが挙げられる。

【００３４】本発明のガラスセラミック焼結体を作製す
るには、上記のガラス成分およびフィラー成分を上記の
所定の割合で混合し、これに適当な有機樹脂バインダー
を添加した後、所望の成形手段、例えば、金型プレス、
冷間静水圧プレス、射出成形、押し出し成形、ドクター
ブレード法、カレンダーロール法、圧延法などにより任
意の形状に成形し、これを焼成する。

【００３５】上記の成形体の焼成にあたっては、まず、
成形のために配合したバインダー成分を除去する。バイ
ンダーの除去は７００℃前後の大気雰囲気中で行われる
が、配線導体として、例えばＣｕを用いる場合には、１
００〜７５０℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行わ
れる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜８５０
℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度がこ
れより低いとバインダーの除去が困難となるため、成形
体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を前述したよう
に制御することが必要となる。

【００３６】焼成は、８５０〜１０５０℃の酸性雰囲気
または非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度
９０％以上まで緻密化される。この時の焼成温度が８５
０℃より低いと緻密化することができず、１０５０℃を
超えるとメタライズ配線層との同時焼成でメタライズ層
が溶融してしまう。但し、Ｃｕなどの配線導体と同時焼
成する場合には、非酸化性雰囲気中で焼成される。こう
して作製された本発明のガラスセラミック焼結体中に
は、ガラス成分から生成した結晶相、ガラス成分とフィ
ラー成分との反応により生成した結晶相、あるいはフィ
ラー成分、あるいはフィラー成分が分解して生成した結
晶相などが存在し、これらの結晶相の粒界にはガラス相
が存在する。

【００３７】このようにして作製された本発明のガラス
セラミック焼結体は、４０〜４００℃における熱膨張係
数が８×１０^-6／℃以上、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける
比誘電率が１４以上、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおけるｔａ
ｎδが２５×１０^-4以下の高熱膨張、高誘電率、低ｔａ
ｎδのガラスセラミック焼結体である。しかも、８５０
〜１０５０℃の焼成温度で焼成可能であるため、Ｃｕな
どの低抵抗金属との同時焼成が可能である。

【００３８】また、本発明によれば、上記高誘電率、高
熱膨張係数セラミックスを配線基板の絶縁基板材料とし
て用いることで配線基板の小型化を図ることができる。

【００３９】また、図１に示すように、セラミックス絶
縁層１ａ、１ｂ、１ｃが多層に積層された絶縁基板１の
表面および／または内部にメタライズ配線層２および／
または電極３が配設されている多層配線基板において、
セラミックス絶縁層のうち少なくとも１層（図１では絶
縁層１ｂ）を上記高熱膨張、高誘電率のガラスセラミッ
ク焼結体によって形成し、その上下にＣｕなどの導体か
ら成る電極３−３を形成し、スルホール導体４−４など
を経由して基板表面のメタライズ配線層２と接続するこ
とにより、配線層２−２間で所定の静電容量を取り出す
ことができる。

【００４０】この時、前記高誘電率ガラスセラミック焼
結体からなる絶縁層は、４０〜４００℃における熱膨張
係数が６〜１８×１０^-6／℃のガラス成分５０〜７０体
積％と、フィラー成分３０〜５０体積％とからなり、比
誘電率が１０未満の低誘電率ガラスセラミック焼結体か
ら成る絶縁層間に積層されていることが望ましい。

【００４１】この低誘電率のガラスセラミック焼結体は
前記のガラスセラミック焼結体から高誘電率フィラー成
分を除く以外はまったく同様にして容易に形成できる。

【００４２】このような高誘電体層を具備する多層配線
基板は、前述したガラス粉末、およびフィラー粉末から
なる低誘電率のガラスセラミックス組成物に、適当な有
機バインダー、溶剤、可塑剤を添加混合することにより
スラリーを作製し、かかるスラリーを周知のドクターブ
レードなどの塗工方式によるグリーンシート成形法によ
り、グリーンシート状に成形する。そして、メタライズ
配線層として、適当な金属粉末に有機バインダー、溶
剤、可塑剤を添加混合して得た金属ペーストを前記グリ
ーンシートに周知のスクリーン印刷法により、所定のパ
ターンに印刷塗布する。また、場合によっては、前記グ
リーンシートに適当な打ち抜き加工を行いスルーホール
を形成し、このホール内にもメタライズペーストを充填
する。

【００４３】一方、上記と同様の方法により成形、打ち
抜き、電極の印刷を行った高熱膨張、高誘電率のガラス
セラミックグリーンシートを作製する。

【００４４】そして、上記の低誘電率ガラスセラミック
グリーンシートと高誘電率のガラスセラミックグリーン
シートとを積層し、グリーンシート積層体とメタライズ
を同時焼成することにより、コンデンサを内蔵する多層
配線基板を得ることができる。本発明によって、高熱膨
張、高誘電率ガラスセラミック層により構成されるコン
デンサを内蔵した高熱膨張多層配線基板は、有機樹脂を
含有するプリント基板などにボール状半田端子や半田を
介して実装した場合においても温度サイクルに対する長
期信頼性の実装が可能である。しかも、コンデンサを内
蔵することにより、該基板を実装するプリント基板など
の外部回路基板の小型化を図ることができる。

【００４５】

【実施例】実施例１ガラス粉末として、ＳｉＯ₂：４１重量％−ＢａＯ：３
７重量％−Ｂ₂Ｏ₃：１０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：７重量％−
ＣａＯ：５重量％から成るガラス（屈伏点７００℃、熱
膨張係数６．５×１０^-6／℃、Ｐｂ量５０×１０^-6以
下）に対して、フィラーとしてＬａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、ＭｇＴ
ｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＺｒＯ₂を準備した。

【００４６】上記ガラス粉末とフィラー粉末とを表１に
示す比率で秤量調合し、溶剤を加えてボールミルを用い
て粉砕混合した後、有機バインダー、可塑剤を加えて十
分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法に
より厚み５００μｍのグリーンシートを作製した。得ら
れたグリーンシートより、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプ
ルを作製し、水蒸気を含有する窒素雰囲気中７５０℃に
て脱バインダー後、９１０℃において窒素雰囲気中で焼
成を行った。

【００４７】得られた焼結体に対して、気孔率をアルキ
メデス法によって測定するとともに、４０〜４００℃に
おける熱膨張係数、３ＧＨｚにおける比誘電率とｔａｎ
δをそれぞれ測定し、その結果を表１に示した。実施例２実施例１で用いたガラス粉末に対して、フィラーとして
Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、ＭｇＴｉＯ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂を準備
した。上記ガラス粉末を表２に示すように４５〜７５体
積％、フィラー粉末合量を２５〜５５体積％の割合で変
化させ秤量調合し、溶剤を加えてボールミルを用いて粉
砕混合した後、有機バインダー、可塑剤を加えて十分混
合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により
厚み５００μｍのグリーンシートを作製した。得られた
グリーンシートより、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを
作製し、７００℃において水蒸気を含有する窒素雰囲気
中で脱バインダー後、９１０℃において窒素雰囲気中で
焼成を行った。そして、実施例１と同様にして評価を行
なった。結果は表２に示した。実施例３ガラス粉末として、ＳｉＯ₂：２９重量％−ＢａＯ：５
５重量％−Ｂ₂Ｏ₃：７重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：２重量％−Ｚ
ｎＯ：７重量％から成るガラス（屈伏点６５７℃、熱膨
張係数１０．８×１０^-6／℃、Ｐｂ量５０×１０^-6以
下）に対して、フィラーとしてＬａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、ＭｇＴ
ｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＺｒＯ₂を準備した。上記ガラス
粉末を表３のようにガラス粉末４０〜７５体積％、フィ
ラー粉末合量を２５〜６０体積％の割合で変化させ秤量
調合し、溶剤を加えてボールミルを用いて粉砕混合した
後、有機バインダー、可塑剤を加えて十分混合させてス
ラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み５００
μｍのグリーンシートを作製した。得られたグリーンシ
ートより、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを作製し、７
００℃において水蒸気を含有する窒素雰囲気中で脱バイ
ンダー後、９１０℃において窒素雰囲気中で焼成を行っ
た。そして、実施例１と同様にして評価を行なった。結
果は表３に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】

【表３】

【００５１】表１〜３に示すように、ガラス量が４５体
積％の場合（試料Ｎｏ．１、２３、３３）は、ガラス量
が少ないために所望する焼成温度では緻密体が得られな
い。ガラス量が５０〜７０体積％の場合にはＺｒＯ₂の
添加によって緻密体が得られるが、ＺｒＯ₂の比率
（ｚ）が低い場合（試料Ｎｏ．１０）には比誘電率が低
く、ｔａｎδが高いことがわかる。これはＺｒＯ₂が材
料の高誘電率化のために添加されるチタン酸バリウム、
チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタニ
アとガラス成分のＳｉＯ₂との焼成中の反応を抑制する
効果を有するためである。しかし、ＺｒＯ₂の添加比率
が高くなりすぎる（試料Ｎｏ．１４）と、熱膨張係数が
小さくなり、比誘電率が低くなり、ｔａｎδも高くなる
ことがわかる。また、チタン酸バリウム、チタン酸カル
シウム、チタン酸ストロンチウム、チタニアの比率
（ｙ）が低い場合（試料Ｎｏ．３）には比誘電率が低
く、高い場合（試料Ｎｏ．２０、３０、４０）にはｔａ
ｎδが高いことがわかる。さらに、チタン酸マグネシウ
ムの比率（ｘ）が低い場合（試料Ｎｏ．２、２４、３
４）にはｔａｎδが高く、高い場合（試料Ｎｏ．２１、
３１、４１）には焼結性が低くなるため、ガラス成分を
高める必要があり、良好な熱膨張係数、比誘電率、ｔａ
ｎδを得ることが困難となることがわかる。一方、ガラ
ス量が７５体積％の場合（試料Ｎｏ．２２、３２、４
２）は、熱膨張係数が小さく、比誘電率が低く、ｔａｎ
δも高くなることがわかる。これに対して、本発明品
は、いずれも８×１０^-6／℃以上の高熱膨張特性ととも
に、比誘電率を１４以上に高め、ｔａｎδを２５以下に
抑えることができた。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のガラスセ
ラミック焼結体は、４０〜４００℃における熱膨張係数
が８×１０^-6／℃以上、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおけ
る比誘電率が１４以上、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおけ
るｔａｎδが２５×１０^-4以下であることを特徴とし、
高熱膨張ガラスセラミック絶縁層よりなる多層配線基板
の内部に配設して用いることにより、コンデンサを内蔵
した高熱膨張配線基板を提供できるようになる。このコ
ンデンサ内蔵高熱膨張セラミック多層配線基板は、小型
化に有効なボールグリッドアレイ実装方法の長期信頼性
が高く、従来、外部回路基板に実装されていたコンデン
サが不要となるため、外部回路基板の小型化、および実
装コストの削減に有効であり、急速に普及しつつある携
帯用電子機器の小型化に大いに貢献できるものと期待さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板における一実施例を説明する
ための概略断面図である。

【符号の説明】

１絶縁基板１ａ、１ｂ、１ｃ絶縁層２メタライズ配線３電極４スルーホール導体

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/46 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｃ (72)発明者東昌彦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Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB03 BB24 BB31 CC12 CC22 CC31 DD05 DD43 DD47 GG06 4G031 AA03 AA04 AA05 AA06 AA09 AA11 AA12 BA09 BA12 BA21 CA03 5E346 AA12 AA15 AA23 AA25 AA38 AA43 BB01 BB20 CC18 DD02 DD34 EE24 EE27 EE29 FF18 GG03 HH01 HH21 HH32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス成分５０〜７０体積％と、フィラー
成分３０〜５０体積％とからなり、該フィラー成分とし
てａ）チタン酸ランタンと、ｂ）チタン酸マグネシウムと、ｃ）チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チ
タン酸バリウムおよびチタニアの群から選ばれる少なく
とも１種と、ｄ）ジルコニウム含有酸化物から選ばれる少なくとも１
種と、を含み、４０〜４００℃における熱膨張係数が８
×１０^-6／℃以上、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電
率が１４以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける
ｔａｎδが２５×１０^-4以下であることを特徴とするガ
ラスセラミック焼結体。
【請求項２】前記ｂ）の含有量をｘ、ａ）の含有量を
（１−ｘ）として両成分の重量比を表した場合、ｘが
０．２≦ｘ≦０．８の範囲にあることを特徴とする請求
項１記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項３】前記ｃ）の含有量をｙ、前記ａ）とｂ）と
の合計量を（１−ｙ）として両成分の重量比を表した場
合、ｙが０．２≦ｙ≦０．８の範囲にあることを特徴と
する請求項１記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項４】前記ｄ）の含有量をｚ、前記ａ）とｂ）と
ｃ）との合計量を（１−ｚ）として両成分の重量比を表
した場合、ｚが０．０５≦ｚ≦０．３の範囲にあること
を特徴とする請求項１記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項５】前記ガラス成分の４０〜４００℃における
熱膨張係数が６〜１８×１０^-6／℃であることを特徴と
する請求項１乃至請求項４のいずれか記載のガラスセラ
ミック焼結体。
【請求項６】セラミックス絶縁層が多層に積層された絶
縁基板の表面および／または内部にメタライズ配線層が
配設されている多層配線基板において、前記セラミック
ス絶縁層のうち少なくとも１層が請求項１乃至請求項５
のいずれか記載の高誘電率のガラスセラミック焼結体か
らなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項７】前記高誘電率のガラスセラミック焼結体か
らなる絶縁層が、４０〜４００℃における熱膨張係数が
６〜１８×１０^-6／℃のガラス成分５０〜７０体積％
と、フィラー成分３０〜５０体積％とからなり、比誘電
率が１０未満の低誘電率ガラスセラミック焼結体からな
る絶縁層と積層されてなることを特徴とする請求項６記
載の多層配線基板。
【請求項８】前記高誘電率のガラスセラミック焼結体か
らなる絶縁層が、一対の電極間に配設されており、該一
対の電極によって所定の静電容量が引き出されることを
特徴とする請求項６乃至請求項７のいずれか記載の多層
配線基板。