JP2002255636A

JP2002255636A - 低温焼成磁器およびその製造方法

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Publication number: JP2002255636A
Application number: JP2001053166A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Terashi; 吉健寺師; Hiromi Iwachi; 裕美岩地; Tsutae Iryo; 伝井料
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP3904838B2

Abstract

(57)【要約】【課題】８００〜１０５０℃にて焼成可能で、高周波領
域において低誘電損失、磁器強度２５０ＭＰａ以上、か
つＳｉ、Ｇａ−Ａｓ等のチップ部品やプリント基板との
実装信頼性が良好な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】ガラスおよび／または平均粒径１μｍ以下
の結晶相からなるマトリックス２中に、平均粒径３μｍ
以上のセラミック粒子を分散してなる磁器１であって、
磁器１表面から圧痕４を挿入して圧痕４からクラック５
を５０μｍ以上進展させた時、クラック５の先端から圧
痕４に向かって３０μｍの直線長さの経路に位置するセ
ラミック粒子３のうち粒内破断する比率が７０％以下で
ある低温焼成磁器を配線基板の絶縁基板として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージや多層配線基板等の配線基板用の絶縁基板と
して好適であり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であ
り、かつ磁器強度の高い低温焼成磁器およびその製造方
法並びに該磁器を絶縁基板とする配線基板に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】従来、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。

【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。

【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。

【０００５】このような低抵抗金属からなるメタライズ
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
ラミックス等の低温焼成磁器を絶縁基板として用いた配
線基板が開発されつつある。

【０００６】低温焼成磁器は、ガラスまたは平均粒径が
１μｍ以下の微結晶マトリックスを主として、所望によ
り、強度向上を図る目的等から、フィラー（骨材）成分
としてセラミックス粒子を分散した組織形態からなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の低温焼成磁器では、圧痕法等によりクラックの進展
経路を観察すると、クラックの進展を抑制するはずのセ
ラミック（フィラー）粒子が粒界破断ではなく粒内破断
を起こしてしまい、結果的に磁器強度を向上することが
できないという問題があり、磁器の薄層化を妨げたり、
絶縁基板表面に形成した配線層にピンやワイヤボンディ
ング等の金具付けを行った場合には、磁器表面に引っ張
り応力がかかって配線層が絶縁基板ごともげてしまいメ
タライズ強度を高めることができないという問題があっ
た。

【０００８】したがって、本発明は、金、銀、銅を配線
層を構成する導体として該導体との同時焼成が可能であ
るとともに、磁器強度が高い低温焼成磁器およびその製
造方法並びにそれを用いた配線基板を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を鋭意検討した結果、低温焼成磁器中に含有せしめるセ
ラミック粒子の粒径、粒子の強度を適正化することによ
って、磁器中に分散するセラミック粒子がクラックの進
展経路をジグザグに歪ませることによって、結果的に磁
器強度を向上できることを知見した。

【００１０】すなわち、本発明の低温焼成磁器は、ガラ
スおよび／または平均粒径１μｍ以下の結晶相からなる
マトリックス中に、平均粒径２．５μｍ以上のセラミッ
ク粒子を分散してなる磁器であって、前記磁器表面に圧
子によって圧痕を形成して該圧痕からクラックを直線長
さで５０μｍ以上進展させた時、該クラックの先端から
前記圧痕に向かって３０μｍの直線長さの経路に位置す
る前記セラミック粒子のうち粒内破断している比率が７
０％以下であることを特徴とするものである。

【００１１】ここで、前記セラミック粒子の圧裂強さが
２ＭＰa以上であること、前記平均粒径２．５μｍ以上
のセラミック粒子がＡｌ₂Ｏ₃であることが望ましい。

【００１２】また、前記平均粒径が１μｍ以下の結晶相
が、ディオプサイド結晶相、スピネル結晶相、ガーナイ
ト結晶相、コージェライト結晶相、ムライト結晶相、エ
ンスタタイト結晶相、ウイレマイト結晶相、アノーサイ
ト結晶相、スラウソナイト結晶相、セルシアン結晶相、
ヘキサセルシアン結晶相、モンティセライト結晶相、メ
リライト結晶相、アケーマナイト結晶相、フォルステラ
イト結晶相の群から選ばれる少なくとも１種を含有する
こと、前記マトリックス中の平均粒径が１μｍ以下の結
晶相の含有量が、前記セラミック粒子を除いた前記低温
焼成磁器全量に対して３０重量％以上であることが望ま
しい。

【００１３】さらに、前記磁器は、開気孔率が１％以下
であり、かつ閉気孔率が０．５〜７％であること、閉気
孔の平均気孔径が６μｍ以下であることが望ましい。

【００１４】また、本発明の低温焼成磁器の製造方法
は、ガラス粉末３０〜９０重量％と、平均粒径３μｍ以
上で圧裂強さが２ＭＰa以上のセラミック粉末１０〜７
０重量％とを混合し、成形後、１０５０℃以下で焼成す
ることを特徴とするものである。

【００１５】ここで、前記焼成により、前記ガラスから
平均粒径１μｍ以下の結晶相が析出すること、前記ガラ
スの軟化点が５５０〜９５０℃であることが望ましい。

【００１６】さらに、本発明の配線基板は、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
れたものであって、前記絶縁基板が前記低温焼成磁器か
らなることを特徴とするものであ離、特に、前記メタラ
イズ配線層が、ＣｕまたはＡｇを主成分とすることが望
ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の低温焼成磁器について、
圧痕法に基づいて該磁器表面に圧子を圧入することによ
って、磁器表面に圧痕を刻設するとともに該圧痕の先部
にクラックを進展させた時の模式図である図１に基づい
て説明する。図１によれば、低温焼成磁器（以下、磁器
と称す。）１は、ガラスおよび／または平均粒径１μｍ
以下の結晶相からなるマトリックス２中に、平均粒径３
μｍ以上のセラミック粒子３を分散してなるものからな
る。

【００１８】本発明によれば、磁器１の表面から圧子を
圧入して圧痕４を形成し、圧痕４からクラック５を直線
長さで５０μｍ以上進展させた時、クラック５の先端か
ら前記圧痕４に向かって３０μｍの直線長さの経路に位
置するセラミック粒子３のうち粒内破断しているセラミ
ック粒子３ａの個数の比率が、７０％以下、特に６５％
以下、さらに４５％以下であることが大きな特徴であ
り、これによって、クラック５の経路を、特に粒界破断
しているセラミック粒子３ｂによってジグザグに歪ませ
てクラック５の進展に必要なエネルギー量を高くするこ
とによって、クラック５の直線的な進展長さを小さくす
ることができる結果、磁器１の磁器強度を向上させるこ
とができる。

【００１９】すなわち、クラック５の経路に位置するセ
ラミック粒子３のうち、粒内破断する比率が７０％より
多い場合には、小さなエネルギー量で直線的なクラック
が長く進展してしまう結果、磁器１の磁器強度が低下し
て磁器１自体の機械的信頼性が低下し、特に、磁器１を
配線基板の絶縁基板として用いる場合には、配線基板に
実装される半導体素子等の実装（一次実装）や配線基板
のマザーボードへの実装（二次実装）の実装信頼性が低
下したり、また、磁器１表面に形成する配線（メタライ
ズ）層のメタライズ強度が低下する。

【００２０】また、本発明によれば、磁器強度を高める
ために、セラミック粒子３の圧裂強さが２ＭＰａ以上、
特に２．５ＭＰａ以上、さらに３ＭＰａ以上、さらには
４ＭＰａ以上であることが望ましく、特にマトリックス
２とのなじみの点では、セラミック粒子３が酸化物であ
ること、さらにはアルミナを主として含有することが望
ましい。

【００２１】また、セラミック粒子３としては、アルミ
ナ以外にも、ムライト、フォルステライト、エンスタタ
イト、コージェライト、シリカ（クォーツ、クリストバ
ライト、トリジマイト）、ジルコニア、チタニア、窒化
ケイ素、炭化ケイ素および窒化アルミニウムの群から選
ばれる少なくとも１種、特に、磁器強度を高めるととも
に誘電率を低減する点で、フォルステライト、コージェ
ライトおよびクォーツの群から選ばれる少なくとも１種
が含有されていてもよい。

【００２２】さらに、磁器１の機械的強度を高める点
で、マトリックス２中の前記平均粒径が１μｍ以下の結
晶相の含有比率がセラミック粒子を除く磁器１全体に対
して、５０重量％以上、特に８０重量％以上、さらに９
０重量％以上、さらには９５重量％以上であること、ま
たはマトリックス２中のガラスの含有量がセラミック粒
子を除く磁器１全体に対して、５０重量％以下、特に２
０重量％以下、さらに１０重量％以下、さらには５重量
％以下とすることが望ましい。

【００２３】また、平均粒径１μｍ以下の結晶相として
は、磁器１の高周波帯での誘電率や熱膨張係数の調整、
高周波帯での誘電損失の低減の点で、ディオプサイド結
晶相、スピネル結晶相、ガーナイト結晶相、コージェラ
イト結晶相、ムライト結晶相、エンスタタイト結晶相、
ウイレマイト結晶相、アノーサイト結晶相、スラウソナ
イト結晶相、セルシアン結晶相、ヘキサセルシアン結晶
相、モンティセライト結晶相、メリライト結晶相および
アケーマナイト結晶相の群から選ばれる少なくとも１
種、特にディオプサイド結晶相、スピネル結晶相、ガー
ナイト結晶相、コージェライト結晶相、エンスタタイト
結晶相、アノーサイト結晶相、スラウソナイト結晶相、
セルシアン結晶相、ヘキサセルシアン結晶相の群から選
ばれる少なくとも１種、さらには、セラミック粒子３と
してアルミナを用いる際には、セラミック粒子３とマト
リックス２とのなじみを高くするために、ディオプサイ
ド結晶相を主として含有することが望ましい。

【００２４】さらに、本発明によれば、磁器１の強度を
高めるとともに磁器１の吸水を防止するためには、磁器
１の開気孔率が１％以下であることが望ましく、かかる
点では、磁器１中のセラミック粒子３の平均粒径は３〜
１０μｍ、特に３．５〜５μｍであることが望ましい。
また、磁器１中のセラミック粒子３の含有比率は、磁器
強度を高めるとともに、磁器１の開気孔率を小さくする
点で、磁器１全体に対して、３０〜８０重量％、特に４
０〜７０重量％であることが望ましい。

【００２５】なお、磁器１の誘電率を低める点では、磁
器１の閉気孔率を０．５〜７％とすることが望ましい。
さらに、かかる閉気孔６についても、磁器１の強度を高
める上では、平均閉気孔径が６μｍ以下、特に５μｍ以
下、さらに３μｍ以下であることが望ましい。

【００２６】上記態様の磁器は、ＪＩＳＲ−１６０１に
基づく３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上、特に３００Ｍ
Ｐａ以上、さらに３５０ＭＰａ以上の優れた機械的信頼
性を有するものとなり、また、特に６０ＧＨｚにおける
誘電率が９．５以下、特に７以下、誘電損失が３０×１
０^-4以下、特に２０×１０^-4以下と、特に配線基板の絶
縁基板として高周波帯でも優れた特性を有するものとな
る。（製造方法）次に、本発明の低温焼成磁器を製造する方
法について説明する。まず、出発原料として、例えば、
ガラス粉末３０〜９０重量％と平均粒径が２．５μｍ以
上のセラミック粉末１０〜７０重量％とを混合する。こ
こで、上記混合粉末の望ましい混合比率は、１０５０℃
以下の焼成によって磁器の開気孔率を１％以下に緻密化
するため、磁器の機械的強度を高めるために、ガラス粉
末の添加量が、特に４０〜７０重量％、さらに５０〜６
０重量％、セラミック粒子の添加量が、特に３０〜６０
重量％、さらに４０〜５０重量％となることが望まし
い。

【００２７】ここで、本発明によれば、上記セラミック
粉末の平均粒径が２．５μｍ以上であること、平均粒径
２．５μｍ以上のセラミック粉末の添加量が１０〜７０
重量％であることに加えて、セラミック粉末の圧裂強さ
が２ＭＰａ以上であることが重要であり、これによっ
て、後述する１０５０℃以下での焼成によって作製され
る磁器の機械的強度を高めることができる。

【００２８】なお、本発明におけるセラミック粉末の圧
裂強さとは、山本靖則，ニューセラミックス，Vol.11 N
o.10(1998)にて開示されるセラミック粉末の圧裂強さ測
定法に基づくものであり、セラミック粉末を支持体と平
面圧子との間に挟持した状態で前記平面圧子に負荷をか
けてその変位量を観測することによってセラミック粉末
の破壊荷重を求めることによって得られる値である。

【００２９】また、本発明において、上記セラミック粉
末の圧裂強さを２ＭＰａ以上とするには、セラミック粉
末を作製する際の焼成温度を調整する必要があり、例え
ば、アルミナの場合、粉末を作製する際の焼成温度を１
３００〜１５００℃に調整することが重要である。すな
わち、アルミナ粉末を作製する際の焼成温度が１３００
℃よりも低いと粉末の圧裂強さが高いα−アルミナ結晶
相以外のγ−アルミナ等の他の結晶形態のアルミナ結晶
相が残存してアルミナ粉末の圧裂強さが低下してしま
い、逆にアルミナ粉末を作製する際の焼成温度が１５０
０℃を越える場合には、アルミナ粉末が過焼結を起こし
て粉末の表面にすじ状のひび割れ等が生じたり、アルミ
ナ粉末が粒成長することによって粒径が大きくなりすぎ
てこれを再度長時間粉砕することによって粉末にマイク
ロクラックが生じてしまう恐れがあり、粉末の圧裂強さ
が低下するためである。

【００３０】また、セラミック粉末の圧裂強さを高める
ためには、セラミック粉末の平均粒径が１０μｍ以下、
特に８μｍ以下、さらに６μｍ以下であることが望まし
い。

【００３１】一方、ガラス粉末としては、平均粒径０．
１〜５μｍで、例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＭＯ
（Ｍ：アルカリ土類金属元素）を含有するガラスが好適
に使用できる。また、脱バインダの容易性およびガラス
粉末の結晶化度を高めるためには、ガラスの軟化点が５
５０〜９５０℃、特に６５０〜９００℃、さらに７００
〜８５０℃であることが望ましい。

【００３２】そして、この混合粉末を用いてドクターブ
レード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレ
ス成形法の周知の成型法により所定形状の成形体を作製
した後、該成形体を５００〜７５０℃で脱バインダ処理
し、１０５０℃以下、特に８００〜１０５０℃、さらに
８５０〜９５０℃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。

【００３３】ここで、焼成温度を上記範囲に限定した理
由は、１０５０℃を越えると、ＣｕやＡｇ等の低抵抗金
属との同時焼成ができないためであり、また、磁器の開
気孔率を１％以下とし、磁器のマトリックス中の平均粒
径１μｍ以下の結晶相の含有比率を高めるためには焼成
温度が８００℃以上であることが望ましい。

【００３４】なお、１０５０℃以下での焼成で磁器を緻
密化させるためには、焼成時の昇温速度を１０００℃／
時間以下で、かつ焼成時間を１０分以上とすることが望
ましく、また、磁器中の結晶相の結晶化度を高めるため
には、焼成時の昇温速度を１０００℃／時間以下とする
ことが望ましい。

【００３５】（配線基板の製造方法）また、上記低温焼
成磁器を絶縁基板として用いて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、グラビア印刷法などによって配線層の厚みが
５〜３０μｍとなるように、印刷塗布する。

【００３６】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、窒素ガスや窒素−酸素混合ガス等の
非酸化性雰囲気中、上述した条件で焼成することによ
り、高周波用配線基板を作製することができる。

【００３７】なお、導体として銅等の焼成により酸化す
る恐れもあるものについては脱バインダ処理を水蒸気含
有雰囲気等の弱酸化性雰囲気、焼成を窒素、窒素−水素
あるいは窒素−不活性ガス等の非酸化性雰囲気中にて焼
成する。

【００３８】そして、この配線基板の表面において、表
面に形成された配線層の表面に、所望によりＮｉメッキ
膜やＣｕメッキ膜を形成し、さらにこれらのメッキ膜の
表面にＡｕメッキ膜を施した後、該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
に接続する。

【００３９】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、あるいは樹脂、Ａｇ−エポキシ、Ａ
ｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ等の樹脂、金属、セラミックス
等の厚み５０μｍ程度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、ＴＡＢテー
プなどにより配線層と半導体素子とを接続する。なお、
半導体素子としては、Ｓｉ系やＧａ−Ａｓ系等のチップ
部品の実装に有効である。また、半導体素子以外にもア
ンテナやフィルタ、コンデンサ等の各種電子部品を実装
することも可能である。

【００４０】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
剤により接合してもよく、これにより半導体素子を気密
に封止することができる。

【００４１】（配線基板の構成）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１１と蓋体１２によりキャビティ１３が形
成されており、そのキャビティ１３内には、Ｓｉ、Ｇａ
−Ａｓ等のチップ部品１４が前述の接着剤等により実装
されている。

【００４２】本発明によれば、絶縁基板１１が上述した
低温焼成磁器からなるために、磁器強度が高く、半導体
素子等の電子部品の実装に伴い、熱膨張係数差に起因し
て発生する熱応力によるクラックや電気的接続不良を防
止し、メタライズ強度を高め、配線基板の機械的信頼性
および電気的信頼性を高めることができる。

【００４３】また、絶縁基板１１の表面および内部に
は、チップ部品１４と電気的に接続された配線層１５が
形成されている。この配線層１５は、配線抵抗を小さく
するため、特に高周波信号の伝送時に導体損失を極力低
減するために、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗金属、特
にＣｕまたはＡｇからなることが望ましい。また、この
配線層１５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１５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。

【００４４】さらに、図２のパッケージＡにおいて、絶
縁基板１１の底面には、接続用電極層１６が被着形成さ
れており、パッケージＡ内の配線層１５と接続されてい
る。そして、接続用電極層１６には、半田などのロウ材
１７によりボール状端子１８が被着形成されている。

【００４５】また、上記パッケージＡを外部回路基板Ｂ
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１９の表面に配線導体２０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
１の底面に取付けられているボール状端子１８と、外部
回路基板Ｂの配線導体２０とを当接させてＰｂ−Ｓｎな
どの半田２１によりロウ付けして実装される。また、ボ
ール状端子１８自体を溶融させて配線導体２０と接続さ
せてもよい。

【００４６】さらに、本発明によれば、磁器強度が高い
ことから絶縁基板１１表面の配線層１５のメタライズ強
度を高めることができ、また、高周波帯での誘電率およ
び誘電損失が低いことから高周波信号を低損失で良好に
伝送することが可能である。また、Ｇａ−Ａｓ等のチッ
プ部品１４のロウ付けや接着剤により実装されるような
表面実装型パッケージにおいて、Ｇａ−Ａｓ等のチップ
部品１４の絶縁基板１１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。なお、図２のボー
ル状端子１８に代えて柱状端子を用いる（ランドグリッ
ドアレイ（ＬＧＡ））ことも可能である。

【００４７】

【実施例】下記の組成ガラスＡ：ＳｉＯ₂５０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃５．５重量％
−ＭｇＯ１８．５重量％−ＣａＯ２６重量％ガラスＢ：ＳｉＯ₂４４重量％−Ａｌ₂Ｏ₃２９重量％−
ＭｇＯ１１重量％−ＺｎＯ７重量％−Ｂ₂Ｏ₃９重量％ガラスＣ：ＳｉＯ₂２５重量％−Ａｌ₂Ｏ₃１６重量％−
ＢａＯ２５．５重量％−ＣａＯ３．９重量％−ＭｇＯ
０．７重量％−ＳｒＯ５重量％−ＺｎＯ１２重量％−Ｂ
₂Ｏ₃１１重量％−ＳｎＯ₂０．９重量％ガラスＤ：ＳｉＯ₂７９．７重量％−Ｋ₂Ｏ２重量％−Ｂ
ａＯ１８．３重量％からなる平均粒径２μｍの４種のガラス粉末を準備し
た。

【００４８】上記ガラス粉末に対して、セラミック粉末
の作製時の焼成温度および粉砕条件を変えて表１、２に
示す平均粒径、圧裂強さのセラミック粉末（純度９９
％）を表１に示す比率で添加した。なお、セラミック粉
末の圧裂強さは、島津微小圧縮試験機ＭＣＴＭを用い
て、平面圧子を用い、９．８ｍＮ〜４．９Ｎの微小荷重
を速度７．７５ｍＮ／ｓｅｃにて測定試料に負荷として
与え圧縮変位を測定し、粉末３０個の平均値を圧裂強さ
として求めた。また、粉末のＳＥＭ観察からセラミック
粉末の平均粒径を測定した。結果は表１に示した。

【００４９】なお、試料Ｎｏ．２についてはアルミナ粉
末作製時の焼成温度を１１００℃とし、試料Ｎｏ．３に
ついてはアルミナ粉末作製時の焼成温度を１７００℃と
したものを用い、それ以外の試料Ｎｏ．１、４〜２６に
ついてはアルミナ粉末作製時の焼成温度を１５００〜１
６００℃に調整して作製した。

【００５０】そして、この混合物に有機バインダ、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２００μ
ｍ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１０ＭＰ
ａ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℃で脱バインダ処理を行っ
た後、乾燥窒素中で表１の条件で焼成し絶縁基板用磁器
を得た。なお、焼成に際しては、昇温速度、降温速度を
３００℃／時間（ｈ）とした。

【００５１】得られた磁器について誘電率、誘電損失を
以下の方法で評価した。測定は形状、直径２〜７ｍｍ、
厚み１．５〜２．５ｍｍの形状に切り出し、６０ＧＨｚ
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行った。測定で
は、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）で、誘電体共
振器の励起を行い、ＴＥ₀₂₁、ＴＥ₀₃₁モードの共振特性
より、誘電率、誘電損失（ｔａｎδ）を算出した。

【００５２】また、アルキメデス法により開気孔率を測
定した。さらに、焼結体中における結晶相をＸ線回折チ
ャートから同定するとともに、リートベルト法によって
非晶質相の含有比率を平均粒径３μｍ以上のセラミック
粒子を除く磁器全量に対して算出した（表中、ガラス量
と記載）。また、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づき、磁器の
３点曲げ強度を測定した（表中、磁器強度と記載）。さ
らに、４０〜４００℃における平均熱膨張係数を測定し
た。また、磁器断面のＳＥＭ写真から画像解析法によっ
てセラミック粒子の平均粒径を、また閉気孔率を画像解
析法によって測定し、また、１視野にて観察される閉気
孔３０個以上の全面積／個数にて開気孔の平均面積Ｓ_p
を算出し、Ｓ_p＝πｒ²の式から平均気孔径ｒを算出し
た。結果は表１、２に示した。

【００５３】さらに、表１の組成物を用いて、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、このシート表面に厚み１０μｍのＣｕメタライズ
ペーストをスクリーン印刷法を用いて塗布しメタライズ
配線層を形成した。また、グリーンシートの所定箇所に
スルーホールを形成しその中にもＣｕメタライズペース
トを充填した。そして、メタライズペーストが塗布され
たグリーンシートをスルーホール間で位置合わせしなが
ら６枚積層し圧着した。この積層体を上述した焼成条件
でメタライズ配線層と絶縁基板とを同時焼成し、表面に
メタライズ配線層が形成された配線基板を作製した。

【００５４】得られた配線基板表面の２ｍｍ角のメタラ
イズ配線層の表面にニッケルメッキおよび金メッキを施
し、該メッキ膜上に銅リード線を半田付けした後、該リ
ード線をメタライズ配線層と垂直に１０ｍｍ／秒の速度
で引っ張ってメタライズ配線層が剥がれまたは破損する
引っ張り荷重（Ｆ）を測定し、メタライズ配線層の形成
面積（Ｓ）との比であるＦ／Ｓ（ＭＰａ）をメタライズ
強度として算出した。結果は表１に示した。

【００５５】また、配線基板表面の磁器部について、Ｊ
ＩＳＲ−１６０７（１９９５）に準じて磁器表面に圧痕
４つの先端からクラックをそれぞれ５０μｍ程度の直線
長さ発生させた。そして、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
にて、このクラックの先端から前記圧痕の先端に向かっ
て３０μｍの直線長さの経路に位置するセラミック粒子
の破断状態を観察し、粒内破断と粒界破断した個数を数
えて、粒内破断した個数／（粒内破断＋粒界破断）した
個数によって粒内破断したセラミック粒子の比率を算出
した。結果は表１、２に示した。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】表１、２の結果から明らかなように、平均
粒径２．５μｍ以上のセラミック粒子が存在しない試料
Ｎｏ．１では、磁器強度が低いものであった。また、圧
裂強さが３ＭＰａより低いセラミック粉末を用いた試料
Ｎｏ．２、３、２６では、セラミック粒子の粒内破断す
る比率が７０％より多く、磁器強度が低いものであっ
た。さらに、セラミック粒子の含有量が１０重量％より
少ない試料Ｎｏ．７では、セラミック粒子の粒内破断す
る比率が７０％より多く、また、セラミック粉末の含有
量が７０重量％を越える試料Ｎｏ．１３では磁器を緻密
化することができず磁器強度が低いものであった。さら
に、セラミック粒子の平均粒径が３μｍより小さい試料
Ｎｏ．１４、１５では、１０５０℃以下の焼成温度で磁
器を緻密化することができず、セラミック粒子の粒内破
断する比率が７０％より多くなった。

【００５９】これに対して、圧裂強さが２ＭＰａ以上
で、かつ平均粒径が３μｍ以上のセラミック粉末を１０
〜７０重量％の比率で含有せしめた試料Ｎｏ．４〜６、
８〜１２、１６〜２８では、磁器強度２５０ＭＰａ以
上、メタライズ強度が２０ＭＰａ以上で、誘電率９．５
以下、誘電損失３０×１０^-4以下の優れた特性を有する
ものであった。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の低温焼成磁
器によれば、低温焼成磁器中に含有せしめるセラミック
粒子の粒径、粒子の強度を適正化することによって、磁
器中に分散するセラミック粒子がクラックの進展経路を
ジグザグに歪ませることによって、結果的に磁器強度を
向上でき、かつ磁器表面に配線層を形成した場合におい
ても、該配線層のメタライズ強度を高めることができ
る。

【００６１】また、本発明によれば、また、高周波帯で
の誘電率および誘電損失が低いことから高周波信号を低
損失で良好に伝送することが可能である。さらに、磁器
の熱膨張係数を調整することが可能であることから電子
部品をロウ付けや接着剤により絶縁基板表面に実装する
ような表面実装型パッケージにおいて、電子部品や外部
回路基板と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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低温焼成磁器について、該磁器表面に
圧痕を形成した際のクラックの進展状態を説明するため
の図である。

【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。

【符号の説明】

１低温焼成磁器（磁器）２マトリックス３セラミック粒子３ａ粒内破断しているセラミック粒子３ｂ粒界破断しているセラミック粒子４圧痕５クラック６閉気孔Ａ半導体素子収納用パッケージＢ外部回路基板１１絶縁基板１２蓋体１３キャビティ１４チップ部品１５配線層１６接続用電極層１７ロウ材１８ボール状端子１９絶縁基板２０配線導体２１半田

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスおよび／または平均粒径１μｍ以下
の結晶相からなるマトリックス中に、平均粒径２．５μ
ｍ以上のセラミック粒子を分散してなる磁器であって、
前記磁器表面に圧子によって圧痕を形成して該圧痕から
クラックを直線長さで５０μｍ以上進展させた時、該ク
ラックの先端から前記圧痕に向かって３０μｍの直線長
さの経路に位置する前記セラミック粒子のうち粒内破断
している比率が７０％以下であることを特徴とする低温
焼成磁器。
【請求項２】前記セラミック粒子の圧裂強さが２ＭＰa
以上であることを特徴とする請求項１記載の低温焼成磁
器。
【請求項３】前記平均粒径２．５μｍ以上のセラミック
粒子がＡｌ₂Ｏ₃であることを特徴とする請求項１または
２記載の低温焼成磁器。
【請求項４】前記平均粒径が１μｍ以下の結晶相が、デ
ィオプサイド結晶相、スピネル結晶相、ガーナイト結晶
相、コージェライト結晶相、ムライト結晶相、エンスタ
タイト結晶相、ウイレマイト結晶相、アノーサイト結晶
相、スラウソナイト結晶相、セルシアン結晶相、ヘキサ
セルシアン結晶相、モンティセライト結晶相、メリライ
ト結晶相、アケーマナイト結晶相、フォルステライト結
晶相の群から選ばれる少なくとも１種を含有することを
特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の低温焼成磁
器。
【請求項５】前記マトリックス中の平均粒径が１μｍ以
下の結晶相の含有量が、前記セラミック粒子を除いた前
記低温焼成磁器全量に対して３０重量％以上であること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の低温焼成
磁器。
【請求項６】開気孔率が１％以下であり、かつ閉気孔率
が０．５〜７％であることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか記載の低温焼成磁器。
【請求項７】閉気孔の平均気孔径が６μｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の低温焼
成磁器。
【請求項８】ガラス粉末３０〜９０重量％と、平均粒径
３μｍ以上で圧裂強さが２ＭＰa以上のセラミック粉末
１０〜７０重量％とを混合し、成形後、１０５０℃以下
で焼成することを特徴とする低温焼成磁器の製造方法。
【請求項９】前記焼成により、前記ガラスから平均粒径
１μｍ以下の結晶相が析出することを特徴とする請求項
８記載の低温焼成磁器の製造方法。
【請求項１０】前記ガラスの軟化点が５５０〜９５０℃
であることを特徴とする請求項８または９記載の低温焼
成磁器の製造方法。
【請求項１１】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た配線基板において、前記
絶縁基板が請求項１乃至５いずれか記載の低温焼成磁器
からなることを特徴とする配線基板。
【請求項１２】前記メタライズ配線層が、ＣｕまたはＡ
ｇを主成分とすることを特徴とする請求項１１記載の配
線基板。