JP2002226272A

JP2002226272A - ガラスセラミックスおよびその製造方法並びにこれを用いた配線基板

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Publication number: JP2002226272A
Application number: JP2001022255A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Iwachi; 裕美岩地; Yoshitake Terashi; 吉健寺師
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP4688302B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１０５０℃以下での焼成が可能で、ＣｕやＡｇ
を主成分とする導体との同時焼成ができ、高い熱伝導率
で、かつ高強度および耐水性に優れ、誘電率および誘電
損失の低いガラスセラミックスを提供する。【解決手段】ガラスおよび／またはそれが結晶化したマ
トリックス中に、ＡｌＮ平均粒径２μｍ以上のＡｌＮ粒
子を分散し、金属Ａｌの含有量が全量中８００ｐｐｍ以
下であるガラスセラミックスからなる絶縁基板２の表面
および／または内部に導体配線層３を形成した配線基板
（半導体素子収納用パッケージ）１を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
粒子を含有するガラスセラミックスおよびその製造方
法、並びに前記ガラスセラミックスを絶縁基板として用
い、その表面または内部にＣｕまたはＡｇを主旨得分と
する導体配線層を形成した配線基板に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】近年、半導体デバイス、ＩＣなどの高集積
化が進むに従って、回路からの発熱量も増大しており、
放熱を如何にして効率良く行なうかが重要な技術的課題
となっている。多層配線基板材料においても高熱伝導、
高強度な材料が要求されている。

【０００３】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層の表面または内部
にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融
点金属からなる配線層が形成されたアルミナ配線基板が
最も普及しているが、その導体であるタングステン
（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、信号遅延が大きいことが問題となってい
た。そこで、Ｗ、Ｍｏなどの金属に代えて、銅（Ｃ
ｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの低抵抗金属を導体
として使用することが要求されている。

【０００４】そこで、最近では、ＣｕやＡｇを主成分と
する導体との同時焼結性の点で１０５０℃以下の低温で
焼成できる、例えば、ガラス粉末と、充填材であるセラ
ミックフィラー粉末との混合物の焼結体である、いわゆ
るガラスセラミックスを絶縁層として用いた配線基板が
開発されつつあるが、かかるガラスセラミックスの熱伝
導率は２Ｗ／ｍ・Ｋ以下とアルミナに比べて低く、熱伝
導率の向上が必要であった。

【０００５】そこで、例えば、特公昭６３−３０７１８
２号では、硼珪酸ガラス粉末と石英ガラス粉末とＡｌＮ
粉末とを混合、成形して、９５０℃で焼成したガラスセ
ラミックスが記載され、セラミックスの熱伝導率が向上
したことが記載されている。また、特開平２−１９６０
６６号では、ガラス粉末に対して、粒径が小さいＡｌＮ
粉末と粒径が２μｍ以上と大きいＡｌＮ粉末とを組み合
わせて添加し、成形後、９５０℃で焼成したガラスセラ
ミックスが記載され、これによって、成形性がよく、熱
伝導率の高いガラスセラミックスを作製できることが記
載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガラス粉末とＡｌＮ粉末とを混合、成形して焼成す
る方法では、焼成時にガラス粉末とＡｌＮ粉末との間の
一部でガラス粉末を還元してガス発生を伴う反応が生じ
てしまうために、ガラスセラミックスの機械的強度や吸
水性等が劣化するという問題があった。また、ＡｌＮ原
料粉末の平均粒径が２μｍより小さい場合には、ガラス
セラミックスを１０５０℃以下で緻密化させることが困
難となり、ガラスセラミックス強度が低下したり、吸水
が生じてガラスセラミックスの絶縁性が劣化してしまう
恐れがあった。

【０００７】一方、ＡｌＮ粉末の製法としては、金属Ａ
ｌ粉末を窒素加圧雰囲気中にて２０００℃程度の高温で
加熱して窒化する直接窒化法と、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）
粉末に炭素を添加して窒素雰囲気中にて窒化する還元窒
化法が知られているが、還元窒化法では原料コスト、製
造コストが高いとともに、高純度で粒径の大きな粉末を
得ることができないものであった。他方、直接窒化法に
おいても、高温、高圧下での処理が必要であるために、
金属Ａｌを完全に窒化させることができず、金属Ａｌが
不純物として残存するものであった。

【０００８】このように、金属Ａｌを多く含有するＡｌ
Ｎ粉末を用いてガラスセラミックスを作製した場合、ガ
ラスセラミックスの誘電率が高く、かつ誘電損失が増大
するために、これを絶縁基板として導体配線層を形成す
ると、特に高周波信号の伝送損失が高くなってしまい伝
送特性が劣化するという問題があった。

【０００９】従って、本発明は、１０５０℃以下での焼
成が可能で、ＣｕやＡｇを主成分とする導体との同時焼
成が可能であり、高い熱伝導率で、かつガラスセラミッ
クスの機械的強度を向上させ、吸水を防止できるととも
に、誘電率および誘電損失を低減することができるガラ
スセラミックスを提供することを目的とする。

【００１０】

【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、ガラス粉末と混合するＡｌＮ粉末の性状につい
て検討した結果、直接窒化法によって作製した平均粒径
２μｍ以上のＡｌＮ原料粉末を、一旦薬品処理してＡｌ
Ｎ粉末中に残存する金属Ａｌを溶解、除去し、金属Ａｌ
の含有量を１０００ｐｐｍ以下に低減したＡｌＮ粉末を
用いることによって、ガラス粉末とＡｌＮ粉末との間で
ガス発生を伴う反応が起こることを抑制して、ガラス粉
末とＡｌＮ粉末との間を緻密に結合させることができる
結果、緻密で、高強度、低吸水率、かつ高い熱伝導率を
維持しつつ、低誘電率化、低誘電損失化が可能なガラス
セラミックスを作製できることを知見した。

【００１１】すなわち、本発明のガラスセラミックス
は、ガラスおよび／またはガラスから析出した結晶から
なるマトリックス中に平均粒径２μｍ以上のＡｌＮ粒子
を分散してなるものであって、該ガラスセラミックス中
の金属Ａｌの含有量が全量中８００ｐｐｍ以下であるこ
とを特徴とするものである。

【００１２】ここで、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｂｉの含
有量が酸化物（Ｌｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＰｂＯ、Ｂ
ｉ₂Ｏ₃）換算による総量で１５重量％以下であることが
望ましく、また、前記ＡｌＮ粒子の含有比率が３５〜８
０重量％であることが望ましい。

【００１３】また、本発明のガラスセラミックスの製造
方法は、ガラス粉末と、平均粒径が２μｍ以上で金属Ａ
ｌの含有量が１０００ｐｐｍ以下のＡｌＮ粉末とを混合
時、成形後、１０５０℃以下で焼成することを特徴とす
るものである。

【００１４】ここで、前記ガラス粉末の平均粒径が２μ
ｍより小さいことが望ましい。

【００１５】さらに、本発明の配線基板は、上記ガラス
セラミックスからなる絶縁基板の表面および／または内
部にＣｕまたはＡｇを主成分とする導体配線層を形成し
てなることを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のガラスセラミックスは、
ガラスおよび／またはガラスから析出した結晶からなる
マトリックス（以下、ガラスマトリックスと略す。）中
に、平均粒径２μｍ以上、特に３μｍ以上、さらに５μ
ｍ以上のＡｌＮ粒子を分散したものであって、該ガラス
セラミックス中の金属Ａｌの含有量が全量中８００ｐｐ
ｍ以下であることを特徴とするものである。

【００１７】これによって、ガラスセラミックスの誘電
率および誘電損失を低減することができ、これを絶縁基
板として表面に高周波信号を伝送する導体配線層を形成
する場合にも、高周波信号の伝送損失を低めることがで
きる。また、本発明によれば、原料中およびガラスセラ
ミックス中の金属Ａｌの含有量を低減することによっ
て、ガラスセラミックス中の前記ガラスマトリックスと
ＡｌＮ粒子との間に発生する隙間を低減することができ
るために、ガラスセラミックスとして高熱伝導率を維持
できるとともに、機械的強度が高く、かつ吸水率を小さ
くすることができる。

【００１８】すなわち、ガラスセラミックス中の金属Ａ
ｌの含有量が全量中８００ｐｐｍを越えると、ガラスマ
トリックスとＡｌＮ粒子との間に隙間が生じやすく、機
械的強度が低下し、ガラスセラミックスが吸水して絶縁
性が低下し、誘電率が高く、かつ誘電損失が高くなって
しまう。

【００１９】また、本発明によれば、ＡｌＮ粒子の平均
粒径が２μｍ以上であることが重要であり、ＡｌＮ粒子
の平均粒径が２μｍより小さいとガラスセラミックスの
緻密化が損なわれて強度が低く、吸水するようになり、
また、誘電損失が増大してしまう。なお、セラミックス
表面の平滑性および強度向上の点を考慮すると、ＡｌＮ
粒子の平均粒径は３０μｍ以下、特に１５μｍ以下、さ
らには１０μｍ以下がよい。また、ＡｌＮ粒子の酸素量
な誘電損失の低減および熱伝導率の向上の点で、１．５
重量％以下であることが望ましい。

【００２０】ここで、ガラスマトリックスとＡｌＮ粒子
とのなじみをよくし、ガラスセラミックスの誘電率を低
め、誘電損失を低減する上で、ガラスセラミックス中の
Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｂｉの含有量が酸化物（Ｌｉ₂
Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃）換算による総
量で１５重量％以下、特に５重量％以下、さらには１重
量％以下であることが望ましい。また、同様の理由によ
り、ガラスセラミックス中のＢ（硼素）の含有量はＢ₂
Ｏ₃換算で１０重量％以下、特に５重量％以下、さらに
３重量％以下であることが望ましい。

【００２１】また、機械的強度、吸水率、熱伝導率、誘
電率および誘電損失の点で、ガラスセラミックス中のＡ
ｌＮ粒子の含有比率が３５〜８０重量％、特に４０〜６
０重量％であることが望ましい。なお、本発明における
ＡｌＮ粒子の含有比率とは、ガラスセラミックスのＸ線
回折パターンからリートベルト法によって求められる値
を指す。

【００２２】さらに、ガラスセラミックス中には、Ａｌ
Ｎ粒子以外に、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂（クォーツ、クリス
トバライト、トリジマイト）、３Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、
Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、ＺｎＡｌ ₂Ｏ４、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、
ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓ
ｉ ₂Ｏ₈、Ｃａ₂ＭｇＳｉＯ₇、Ｓｒ₂ＭｇＳｉＯ₇、Ｂａ₂
ＭｇＳｉＯ₇、ＺｎＯ、ＣａＳｉＯ₃、ＳｒＳｉＯ₃、Ｂ
ａＳｉＯ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ等の他のフィラー成分が
０．１〜３０重量％、ＡｌＮ粒子との合計で８０重量％
以下の割合で含有されていてもよい。

【００２３】他方、ガラス相としては、シリカガラス、
ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、Ｐｂ系ガラ
ス、Ｂｉ系ガラス、アルカリ系ガラス、アルカリ土類系
ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等が使用でき、特
に、ＣｕやＡｇ等の低抵抗金属との同時焼成性の点で、
アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、ア
ルカリ系ガラス、アルカリ土類系ガラス等のガラスが望
ましい。

【００２４】また、上記ガラスから析出可能な結晶相と
しては、ＳｉＯ₂、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄（スピネル）、ＺｎＡ
ｌ₂Ｏ₄（ガーナイト）、Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａ
ｌ） ₂Ｏ₆（ディオプサイド）、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₇（アケ
ルマナイト）、Ｓｒ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇（Ｓｒ−アケルマナ
イト）、ＣａＭｇＳｉＯ₄（モンティセライト）、Ｃａ₃
ＭｇＳｉ₂Ｏ₈（メリライト）、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄（エンスタ
タイト）、ＭｇＳｉＯ₃（エンスタタイト）、３Ａｌ₂Ｏ
₃・２ＳｉＯ₂（ムライト）、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ ₅Ｏ₁₈（コ
ージェライト）、（Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈（スラ
ウソナイト）、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈（アノーサイト）、
ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈（セルジアン）、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ
ｉＯ₃、ＳｒＳｉＯ₃等が好適に使用できる。

【００２５】上記態様のガラスセラミックスは、機械的
強度が２００ＭＰａ以上、特に２２０ＭＰａ以上と高
く、かつ熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に６Ｗ／ｍ・
Ｋ以上と高く、吸水率が０％、低誘電率、低誘電損失と
優れた特性を有するものである。

【００２６】（製造方法）次に、本発明におけるガラス
セラミックスを製造する方法について説明する。まず、
出発原料として、上述したガラス粉末を特に２０〜６５
重量％と平均粒径が２μｍ以上のＡｌＮ粉末を特に３５
〜８０重量％との割合で秤量する。ここで、ガラス粉末
としては、低温でガラスセラミックスを緻密化させる点
で、特に平均粒径が２μｍより小さく、特に１．８μｍ
以下とすることが望ましい。

【００２７】ここで、本発明によれば、ＡｌＮ粉末の平
均粒径が２μｍ以上であることが重要である。すなわ
ち、ＡｌＮ粉末の平均粒径が２μｍよりも小さいと１０
５０℃以下の焼成でガラスセラミックスの開気孔率を２
％以下、特に１％以下に高めることができなくなる。

【００２８】特に、ＡｌＮ粉末の凝集を抑制して後述す
るスラリー中でのＡｌＮ粉末の分散性を高めて成形性を
高めるためには、ＡｌＮ粉末の平均粒径は２〜３０μ
ｍ、特に３〜１５μｍ、さらに４〜１０μｍであること
が望ましい。なお、本発明におけるＡｌＮ粉末の平均粒
径とはマイクロトラック法によって求められるｄ₅₀値の
意である。

【００２９】なお、かかる平均粒径が大きなＡｌＮ粉末
を均一に、かつ低コストで作製するには、ＡｌＮ粉末が
直接窒化法によって作製されたものであることが望まし
い。また、ＡｌＮ粉末の不純物酸素量が２重量％以下で
あることが望ましい。さらに、ＡｌＮ粉末中の金属Ａｌ
以外のＦｅ、Ｓｉ、Ｃ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等の他の不純物は総量で０．１重量％以
下であることが望ましい。

【００３０】また、本発明によれば、ＡｌＮ粉末とし
て、金属Ａｌの含有量が１０００ｐｐｍ以下、特に８０
０ｐｐｍ以下、さらに５００ｐｐｍ以下のＡｌＮ粉末を
用いることが重要である。すなわち、ＡｌＮ粉末中の金
属Ａｌの含有量が１０００ｐｐｍを越えると、ＡｌＮ粉
末中の反応活性な金属Ａｌとガラス粉末とが焼成中にガ
ス発生を伴った反応を起こして、焼成後のＡｌＮ粒子と
ガラスマトリックスとの間に隙間が生じてしまい、機械
的強度が低下し、吸水率が大きくなって絶縁基板の絶縁
抵抗が劣化するとともに、ガラスセラミックスの熱伝導
率が低下する。

【００３１】なお、ＡｌＮ粉末中の金属Ａｌ量を低減す
る方法としては、例えば薬品処理にて行うことができ、
その中でも、ＡｌＮ粉末を水酸化ナトリウム水溶液中に
懸濁し、加熱することによって、以下の反応を促進させ
てＡｌＮ粉末中の金属Ａｌを溶解した後、この懸濁液を
濾過、洗浄することによって、ＡｌＮ粉末中の金属Ａｌ
を除去する方法が適応可能である。 2Al+2NaOH+10H₂O→2［Al(H₂O)₂(OH)₄］Na+3H₂ 次に、上記混合粉末に溶媒を添加、混合してスラリーを
調整する。溶媒としては、水、イソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）等のアルコール類、アセトン等が使用可能で
あり、特に安全性、対環境面では水が望ましい。また、
溶媒とともにポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の有機
バインダや可塑剤、分散剤を加えてもよく、ＰＶＡは分
散剤としての機能をも有す。

【００３２】そして、上記スラリーまたは顆粒を用い
て、プレス成形法、鋳込み成形法、射出成形法、押出成
形法やドクターブレード法、カレンダーロール法等のテ
ープ成形法により所定形状に成形する。その後、該成形
体を、特に８００〜１０５０℃、特に８００〜９７０℃
の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中で、特に３０分
以上焼成することにより、本発明のガラスセラミックス
を作製することができる。

【００３３】（配線基板）本発明のガラスセラミックス
の好適例として、これを絶縁基板として用いた配線基板
の一例について、その概略断面図である図１を基に説明
する。図１によれば、配線基板１は、複数枚の絶縁層２
ａ、２ｂの積層体からなる絶縁基板２の表面および内部
に導体配線層３が形成された構成からなる。

【００３４】本発明によれば、絶縁基板２、すなわち絶
縁層２ａ、２ｂが上述したガラスセラミックスからなる
ことが大きな特徴であり、機械的強度が２００ＭＰａ以
上、特に２２０ＭＰａ以上と高いために、例えば、配線
基板の絶縁基板として用いる場合、半導体素子等の電子
部品の実装時、または入出力端子部に施すリード接続時
にガラスセラミックスにかかる応力による破損やはがれ
等を防止することができるとともに機械的信頼性が高い
ものである。さらに、ガラスセラミックスの熱伝導率が
４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に６Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高く、従来
のガラスセラミックと比較して、配線基板またはこれに
実装される半導体素子等の電子部品から発生した熱を効
率よく放熱して電子部品の温度上昇による誤作動を防止
することができる。

【００３５】また、本発明によれば、絶縁層の誘電率お
よび誘電損失が低いことから、絶縁層表面に形成された
導体配線層に高周波信号を伝送した時でも信号の伝送損
失を小さくして良好に伝送できる。

【００３６】なお、絶縁基板２の強度を維持しつつ、放
熱性を高めるためには、絶縁基板２全体の厚みが２ｍｍ
以下、特に０．２〜１ｍｍ、さらに、０．３〜０．８ｍ
ｍであることが望ましく、また、各々の絶縁層２ａ、２
ｂの厚みは、２５０μｍ以下、特に２００μｍ以下、さ
らに１５０μｍ以下であることが望ましい。

【００３７】ここで、本発明における絶縁基板２の厚み
とは、導体配線層３等の他の部材を含まない実質的に絶
縁基板２のみの厚みを指し、具体的には、配線基板１の
断面写真にて測定される配線基板１の断面積Ｓ₁（幅ｗ
×厚みｔ₁）から導体配線層３等の他の部材の面積の総
和Ｓ₂を差し引いた面積（Ｓ₁−Ｓ₂）を幅ｗで割った値
ｔ＝（Ｓ₁−Ｓ₂）／ｗによって求められる。また、配線
基板１内に凹部を形成するような場合には、該凹部底面
から絶縁基板２底面までの厚みを指す。

【００３８】また、導体配線層３は、ＣｕまたはＡｇを
主成分として、所望によりＡｕ、Ａｌ、Ｐｄを含有する
ものからなり、これらの金属粉末を含有する導体ペース
トを塗布して焼き付けたものであってもよいが、特に純
度が９９％以上の高純度金属、さらには金属箔からなっ
ていてもよい。さらに、図１によれば、絶縁層２ａおよ
び絶縁層２ｂの上下面に形成される導体配線層３、３間
がビアホール導体４によって電気的に接続されている。

【００３９】また、図１によれば、絶縁基板２表面に
は、Ｓｉ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｇｅ−Ａｓ等の半導体素子など
の素子５が搭載されており、本発明によれば、素子５の
動作によって発生した熱を絶縁基板２を介して絶縁基板
２の外部に放熱することができる。

【００４０】なお、配線基板１中には、放熱性を高める
ためには絶縁基板２の表面および／または内部にサーマ
ルビア６等の放熱用導体層を形成することが望ましい。
また、図１によれば、サーマルビア６は絶縁基板２の厚
み方向で素子５等細部の直下に形成されている。

【００４１】また、素子５および導体配線層３に高周波
信号、特に１００ＭＨｚ以上、特に１ＧＨｚ以上、さら
に２０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高
周波信号の伝送損失を低減するために、導体配線層３が
ストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ
線路および誘電体導波管の内の１種から構成されること
が望ましい。

【００４２】（配線基板の製造方法）また、上述した導
体配線層を具備する配線基板を作製するには、前記混合
粉末に適当な有機バインダ、溶媒を混合してスラリーを
調製し、これをプレス成形、押出成形、ドクターブレー
ド法等のテープ成形法によってシート状に成形してグリ
ーンシートを作製する。

【００４３】そして、このグリーンシートに所望により
スルーホールを形成した後、スルーホール内にＣｕまた
はＡｇを主成分とする金属ペーストを充填し、グリーン
シートの表面には高周波信号が伝送可能な高周波線路パ
ターン等に前記金属ペーストを用いてスクリーン印刷
法、グラビア印刷法等によって導体配線層の厚みが、特
に５〜３０μｍとなるように印刷、塗布する。

【００４４】上記導体配線層を形成したグリーンシート
を、所望により、複数枚積層して、例えば、４０〜１２
０℃、５〜４０ＭＰａにて加熱圧着する。そして、上記
導体配線層を形成したグリーンシートを酸化性雰囲気ま
たは弱酸化性雰囲気中、１０５０℃以下、特に８００〜
１０００℃、さらに８００〜９７０℃にて０．２〜１０
時間、特に０．５〜２時間焼成することによって配線基
板を作製することができる。

【００４５】そして、この配線基板の表面には、適宜、
半導体素子等の素子が搭載され導体配線層と信号の伝達
が可能なように接続される。接続の方法としては、導体
配線層状に直接搭載させて接続させたり、あるいは、樹
脂、Ａｇ−エポキシ、Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ等の樹
脂、金属、セラミックスの少なくとも１種からなる厚み
５０μｍ程度の接着剤により素子を絶縁基板表面に固着
し、ワイヤボンディング、ＴＡＢテープ等により導体配
線層と素子とを接続させる方法が適応可能である。

【００４６】さらに、半導体素子が搭載された配線基板
の表面に、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
遮蔽性を有する蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤
により接合してもよく、これにより素子を気密に封止す
ることができる。

【００４７】また、本発明によれば、導体配線層を形成
する方法として、上述したように金属ペーストを用いて
印刷法にてグリーンシート表面に塗布する方法に代え
て、微細で高精度の導体配線層を形成可能な高純度金属
導体、特に金属箔にて導体配線層を形成する方法も好適
に採用できる。

【００４８】金属箔からなる導体配線層を形成する具体
的な方法は、例えば、スパッタ法や蒸着法等の薄膜形成
法によって所定パターンの導体配線層を形成することも
できるが、樹脂フィルム上に金属箔を貼り付け、メッキ
法等によって金属箔を所定パターンに加工した後、この
金属箔付の樹脂フィルムをグリーンシート表面に位置合
わせして転写することによってグリーンシート表面に導
体配線層を形成することによって容易に作製可能であ
る。

【００４９】また、上述したグリーンシートを積層する
際に、前記導体配線層を形成した絶縁基板用のグリーン
シートの少なくとも一方の表面、望ましくは両面に前記
絶縁基板の焼成温度では焼結しない無機組成物からなる
グリーンシートを積層して焼成することにより、絶縁基
板の焼成時における面方向の収縮を抑制できるととも
に、厚み方向への収縮率を高めてガラスセラミックスの
密度を高め、ガラスマトリックスとＡｌＮ粒子との接触
性をさらに高めることができる。なお、無機組成物は、
焼成後、研磨や超音波洗浄等によって容易に除去するこ
とができる。

【００５０】

【実施例】（実施例１）平均粒径１．８μｍの下記の組成ガラスＡ：ＳｉＯ₂２０．２重量％−Ａｌ₂Ｏ₃６．９重量％ −ＳｒＯ３３．９重量％−ＭｇＯ８．２重量％−ＣａＯ０．０６重量％ −ＢａＯ０．４６重量％−ＺｎＯ１６．５重量％ −Ｂ₂Ｏ₃１３．７重量％−Ｌｉ₂Ｏ０．０３重量％ −Ｎａ₂Ｏ０．０２重量％−Ｆｅ₂Ｏ₃０．０３重量％ガラスＢ：ＳｉＯ₂１０．４重量％−Ａｌ₂Ｏ₃２．５重量％ −ＺｎＯ３５．２重量％−Ｂ₂Ｏ₃４５．３重量％ −Ｎａ₂Ｏ６．６重量％ガラスＣ：ＳｉＯ₂５０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃５．５重量％−ＭｇＯ１８．５重量％ −ＣａＯ２６重量％のガラス粉末３種（ガラスＡ〜Ｃ）を準備した。

【００５１】一方、直接窒化法により作製した酸素量
０．９重量％、平均粒径２０μｍのＡｌＮ粉末を粉砕し
た粉末を２０重量％の水酸化ナトリウム水溶液中に懸濁
し、加熱することによって、以下の反応によりＡｌＮ粉
末中の金属Ａｌを除去した。

【００５２】２Al+2NaOH+10H₂O→2［Al(H₂O)₂(OH)₄］Na+3H₂ なお、懸濁液の加熱処理時間を変えることによって表１
に示す金属Ａｌ量の異なる複数種のＡｌＮ粉末を作製し
た。

【００５３】得られたＡｌＮ粉末に対して、マイクロト
ラック法によりｄ₅₀値を求め、これをＡｌＮ粉末の平均
粒径とした。また、ＡｌＮ粉末を２０重量％の水酸化ナ
トリウム水溶液中に懸濁して８０℃で１時間加熱し、懸
濁液中から発生した水素ガス量をガスクロマトグラフィ
によって測定して金属Ａｌの残存量（表中、ＡｌＮ粉末
の金属Ａｌ量と表記）を算出した。結果は表１に示し
た。

【００５４】そして、上記ガラス粉末とＡｌＮ粉末を表
１に示す割合で混合し、この混合物にアクリル系の有機
バインダ、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３００μｍ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１０〜１５枚積層し、５０℃
の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着し、該積層体
を水蒸気含有／窒素雰囲気中、７００℃で脱バインダ処
理を行った後、乾燥窒素中で９５０℃で１時間焼成し
た。なお、焼成に際しては昇温速度、降温速度を３００
℃／ｈとした。

【００５５】得られたガラスセラミックスについて、ア
ルキメデス法により開気孔率を、また、乾燥重量
（ｗ₁）と吸水重量（ｗ₂）とを測定し、（（ｗ₂−ｗ₁）
／ｗ₁）×１００（％）により吸水率を算出した。

【００５６】また、ガラスセラミックスの任意５箇所の
断面写真から、ルーゼックス解析法によってＡｌＮ粒子
の平均粒径を求め、さらに、ガラスセラミックスを粉砕
した粉末に対して、上述したＡｌＮ粉末（原料）の金属
Ａｌ量を測定した方法と同様の方法により、ガラスセラ
ミックス中の金属Ａｌ量を算出した。また、Ｘ線回折測
定を行い、構成相を同定するとともに、そのパターンか
らリートベルト法によってガラスセラミックス中のＡｌ
Ｎ粒子の含有比率を算出した。

【００５７】また、ガラスセラミックスを直径５０ｍ
ｍ、厚み１ｍｍの形状に切り出し、２ＧＨｚ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
て空洞共振器法によりＴＥ₀₁₁モードの共振特性を測定
し、誘電率、誘電損失を算出した。また、室温から４０
０℃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、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づき、ガラスセラ
ミックスの３点曲げ強度を測定した。また、ガラスセラ
ミックスをφ１０ｍｍ、厚さ１ｍｍに加工しレーザーフ
ラッシュ法にて熱伝導率を測定した。結果は表１に示し
た。

【００５８】

【表１】

【００５９】表１の結果から明らかなように、ガラスセ
ラミックス中の金属Ａｌ量が全量中１０００ｐｐｍより
多い試料Ｎｏ．１〜４では、ガラスセラミックスの開気
孔率を１％以下とすることができず、強度が低く、吸水
して絶縁性が劣化し、かつ誘電損失が増大した。また、
ＡｌＮ粉末の平均粒径が２μｍより小さく、ガラスセラ
ミックス中のＡｌＮ粒子の平均粒径が２μｍより小さい
試料Ｎｏ．１５では、ガラスセラミックスの開気孔率を
１％以下とすることができず、強度が低く、吸水して絶
縁性が劣化し、かつ誘電損失が増大した。

【００６０】これに対して、本発明に従い、平均粒径が
２μｍ以上、金属Ａｌ量が１０００ｐｐｍ以下のＡｌＮ
粉末を用い、平均粒径２μｍ以上のＡｌＮ粒子を含有す
るとともに、金属Ａｌ量が８００ｐｐｍ以下の試料Ｎ
ｏ．５〜１４、１６、１７のガラスセラミックスでは、
いずれも熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、強度が２００Ｍ
ｐａ以上、吸水率０．２％以下、測定周波数２ＧＨｚで
の誘電率１０以下、誘電損失が７０×１０^-4以下の優れ
た特性を有するものであった。（実施例２）実施例１の試料Ｎｏ．１４のグリーンシー
トを用いて、該グリーンシートの所定位置にビアホール
を形成し、該ビアホール内にスクリーン印刷法によりＣ
ｕ粉末を主成分とする導体ペーストを充填し、また、グ
リーンシート表面に導体ペーストを用いて所定パターン
の導体配線層を塗布した後、これらグリーンシート複数
層を導体配線層およびビアホール導体の位置合わせを行
いながら実施例１と同様に積層、圧着して、実施例１と
同様に焼成し，Ｃｕを主成分とする導体配線層を表面お
よび内部に形成した配線基板を作製した。得られた配線
基板について、ビアホール導体を介して導体間の導通を
確認したところ、良好な導通を示した。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のガラスセラ
ミックスによれば、直接窒化法によって作製した平均粒
径２μｍ以上のＡｌＮ粉末を、一旦薬品処理してＡｌＮ
粉末中に残存する金属Ａｌを溶解、除去し、金属Ａｌの
含有量を１０００ｐｐｍ以下に低減したＡｌＮ粉末を用
いることによって、ガラス粉末とＡｌＮ粉末との間のガ
ス発生を伴う反応を抑制して、ガラスマトリックスとＡ
ｌＮ粒子との間の接触状態を良好にしてガラスセラミッ
クスを緻密化することができ、緻密で、高強度、低吸水
率、かつ高熱伝導率を維持しつつ、低誘電率、低誘電損
失なガラスセラミックスを作製でき、ＣｕやＡｇを主成
分とする導体配線層を具備する、特に高周波用の配線基
板の絶縁基板として好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線基板の好適例である半導体素子収
納用パッケージの一例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１半導体素子収納用パッケージ（配線基板）２絶縁基板２ａ、２ｂ絶縁層３配線層４ビアホール導体５素子６サーマルビア

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 23/14 ＭＦターム(参考） 4G001 BA01 BA36 BA61 BA63 BA85 BB01 BB36 BB61 BB63 BB85 BC13 BC53 BD03 BD13 BD23 BD36 4G030 AA02 AA03 AA04 AA40 AA43 AA51 AA61 AA63 BA09 BA12 GA11 GA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスおよび／またはガラスから析出した
結晶からなるマトリックス中に平均粒径２μｍ以上のＡ
ｌＮ粒子を分散してなるガラスセラミックスであって、
該ガラスセラミックス中の金属Ａｌの含有量が全量中８
００ｐｐｍ以下であることを特徴とするガラスセラミッ
クス。
【請求項２】Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｂｉの含有量が酸
化物（Ｌｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃）
換算による総量で１５重量％以下で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ス。
【請求項３】前記ＡｌＮ粒子の含有比率が３５〜８０重
量％であることを特徴とする請求項１または２記載のガ
ラスセラミックス。
【請求項４】ガラス粉末と、平均粒径が２μｍ以上で金
属Ａｌの含有量が１０００ｐｐｍ以下のＡｌＮ粉末とを
混合時、成形後、１０５０℃以下で焼成することを特徴
とするガラスセラミックスの製造方法。
【請求項５】前記ガラス粉末の平均粒径が２μｍより小
さいことを特徴とする請求項４記載のガラスセラミック
スの製造方法。
【請求項６】請求項１乃至３のいずれか記載のガラスセ
ラミックスからなる絶縁基板の表面および／または内部
にＣｕまたはＡｇを主成分とする導体配線層を形成して
なることを特徴とする配線基板。