JP2002299519A

JP2002299519A - 複合セラミック基板

Info

Publication number: JP2002299519A
Application number: JP2001098718A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Onitani; 正光鬼谷; Takeshi Matsui; 猛松井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-11
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP4575614B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高強度であると同時に、高熱伝導性であり且
つ高周波特性に優れ、高周波用の配線基板として特に有
用な複合セラミック基板を提供する。【解決手段】アルミナセラミックス絶縁層１と、アル
ミナセラミックス絶縁層１よりも低い誘電率のセラミッ
クス絶縁層とが焼成によって一体化された絶縁基板を備
え、該絶縁基板の表面及び内部には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ
及びＰｔから成る群より選択された少なくとも１種の低
抵抗導体を含有する導体層が形成されていることを特徴
とする複合セラミック基板１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のセラミック
絶縁層が焼成一体化されて成る絶縁基板を有する複合セ
ラミック基板に関するものであり、特に、高周波用の配
線基板として有効に使用される複合セラミック基板に関
する。

【０００２】

【従来技術】半導体素子を搭載するための配線基板とし
ては、その信頼性の点から、アルミナセラミックス製絶
縁基板の表面あるい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を被着形成したセラミ
ック基板が多用されている。一方、近年における半導体
素子の高集積化や伝送信号の高周波化に伴い、半導体素
子が搭載される配線基板等には、熱的特性や電気的特性
の向上が強く要求されるようになってきている。即ち、
半導体素子の高集積化に伴い、半導体装置から発生する
熱は増大するが、半導体装置の誤作動を防止するために
は、このような熱を装置外に速やかに放出することが必
要であり、従って、半導体素子が搭載される配線基板に
は、高い熱伝導性が要求される。また、伝送信号の高周
波数化は、演算速度の高速化をもたらすものであるが、
信号の遅延は、演算速度の高速化を阻害する。従って、
信号遅延を防止するために、導体損失の小さい低抵抗導
体により配線層を形成することが必要となる。

【０００３】しかしながら、従来公知のセラミック基板
では、上述した熱的特性や電気的特性への対応が困難で
ある。例えば、前述したセラミック基板においては、熱
的特性（熱伝導性）の点では満足し得るが、配線層が高
融点金属から形成されているため、その抵抗を高々８ｍ
Ω／□程度までしか低くできず、信号の挿入損失が著し
く高く、良好な高周波特性を得ることができない。ま
た、信号入力端子用の配線層が施される絶縁基板が高誘
電率のアルミナセラミックスで形成されているため、高
周波信号に対しては、信号の反射が大きくなり、伝送特
性が低下するという欠点がある。

【０００４】上記の高周波特性を改善するために、ガラ
スセラミックスにより絶縁基板を形成した配線基板が提
案されている。この配線基板では、絶縁基板がガラスセ
ラミックス製であることから、Ｃｕ等の低抵抗導体によ
り導体層を同時焼成により形成することができ、従っ
て、高周波特性（電気特性）の点では満足し得るもので
ある。しかしながら、ガラスセラミックスの熱伝導率は
高々数Ｗ／ｍ・Ｋしかなく、高周波特性は解決されるも
のの、熱的特性（熱伝導性）が不満足となってしまう。
また、絶縁基板の強度が低いという欠点もあり、各種素
子の実装時に基板が割れるなどの問題も発生する。

【０００５】そこで、上述した熱的特性や電気的特性
（高周波特性）に関する問題点が同時に解決された配線
基板が種々提案されている。例えば、特開平７−１５１
０１号公報や特開２０００−１５１０４５号公報には、
酸化アルミニウムから成る絶縁基板と、銅、または銅と
タングステンまたはモリブデンを組み合わせた導体層と
を同時焼成により形成した配線基板が開示されている。
また、特開平１０−１０６８８０号公報、特開平１０−
２１４７４５号公報、特開平３−２３９３９４号公報及
び特許３０６１２８２号には、誘電率の異なる複数の絶
縁層を一体化して形成される絶縁基板を備えた配線基板
が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−１５１０１号公報では、すべての配線層（導体層）
を絶縁基板内部に配設して同時焼成した後、絶縁基板表
面の絶縁層を研磨除去して内部配線層を絶縁基板表面に
露出させることにより、或いは、焼成後の配線基板の表
面に、厚膜法や薄膜法を適用することにより、表面配線
層（導体層）を形成するものである。従って、表面配線
層を形成するために、研磨工程、厚膜形成工程、薄膜形
成工程などが不可欠の工程となり、製造工程が多く、歩
留りの低下やコスト高となるような問題があった。ま
た、特開２０００−１５１０４５号公報では、１５００
℃以下の温度で焼成が行われるため、Ｃｕ等の低融点金
属の分離は低減され、導体層の低抵抗化は達成される。
また、絶縁基板の表面配線層（導体層）も同時焼成によ
って形成されるため、製造コストの増加は回避できる。
しかし、絶縁層にアルミナを用いることから誘電率が９
程度と高い。この場合には信号の周波数が４０ＧＨｚ程
度の領域で入力信号の反射による損失が大きくなり特性
の低下がおこる。これは、上記の特開平７−１５１０１
号公報でも同様である。

【０００７】更に、特開平１０−１０６８８０号公報、
特開平１０−２１４７４５号公報、特開平３−２３９３
９４号公報、特許３０６１２８２号では、低誘電率層が
一体化されており、低温焼成可能な組成のガラスセラミ
ックスにより絶縁基板が形成されるため、低抵抗のＣ
ｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等を主成分とした配線層（導体
層）を適用することにより、信号の高速化にも対応し得
る。しかし、絶縁基板がガラスセラミックス製であるた
め、強度の点で不満足となる。例えば、強化ガラスを用
いた場合でも、その曲げ強度は、高々２００ＭＰａ程度
である。また、放熱性（熱伝導性）の点でも問題を生じ
る。

【０００８】従って、本発明の目的は、高強度であると
同時に、高熱伝導性であり且つ高周波特性に優れ、高周
波用の配線基板として特に有用な複合セラミック基板を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルミ
ナセラミックス絶縁層と、該アルミナセラミックス絶縁
層よりも低い誘電率のセラミックス絶縁層とが焼成によ
って一体化された絶縁基板を備え、該絶縁基板の表面及
び内部には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔから成る群より
選択された少なくとも１種の低抵抗導体を含有する導体
層が形成されていることを特徴とする複合セラミック基
板が提供される。

【００１０】本発明の複合セラミック基板では、誘電率
の高いアルミナセラミックス絶縁層と誘電率の低いセラ
ミックス絶縁層との焼成による一体化によって絶縁基板
が形成されているため、各絶縁層の優れた特性をそのま
ま有している。即ち、アルミナセラミックス層の有する
高伝熱性や高強度を示し、更に低誘電率セラミック層を
有していることから、この低誘電率セラミックス層に外
部信号入力電極を設けることにより、入力信号の反射損
失を有効に低減させることができ、高周波信号の伝送特
性も良好となる。また、上記のような絶縁基板は、１２
００〜１５００℃での焼成により一体化することがで
き、従って、Ｃｕ等の低抵抗導体から成る導体層を同時
焼成により形成することができ、製造工程上、極めて有
利である。また導体層がＣｕ等の低抵抗導体から形成さ
れているため、導体抵抗を小さくし、導体損失を低減さ
せることができ、高周波信号の伝送に極めて有利とな
る。

【００１１】本発明において、Ｃｕ等の低抵抗導体を含
む導体層との同時焼成を有効に行うためには、アルミナ
セラミックス絶縁層は、主成分であるアルミナ（Ａｌ_２
Ｏ_３）に加えて、シリカ（ＳｉＯ_２）及びＭｎ_２Ｏ_３を
含有していることが好ましく、低誘電率セラミックス層
は、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、シ
リカ及びコーディエライトから成る群より選択された少
なくとも１種を主成分として含有していることが好まし
く、更に導体層は、低抵抗導体以外に、Ｗ及びＭｏから
選択された少なくとも１種の高融点金属を含有している
ことが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の複合セラミッ
ク基板の概略断面構造の一例を示した。図１において、
この複合セラミック基板は、全体として１０で示す絶縁
基板を有しており、この絶縁基板１０は、アルミナセラ
ッミクス絶縁層（以下、単にアルミナ層と呼ぶ）１と、
アルミナ層１よりも低誘電率のセラミック絶縁層（以
下、単に低誘電率絶縁層と呼ぶ）２とが積層一体化され
て成るものである。尚、図１においては、４層のアルミ
ナ層１と一層の低誘電率絶縁層２とが積層一体化された
積層構造を有しているが、本発明は、このような積層構
造に限定されるものではない（この点については後述す
る）。また、絶縁基板１０の表面及び内部には、図１に
示す通り、メタライズ配線層（導体層）３ａ、３ｂ、３
ｃ、及びビアホール導体４が形成されている。これらの
メタライズ配線層の内、３ａは、表面配線層であり、３
ｂは内部配線層であり、最下層の低誘電率絶縁層２表面
に形成されているメタライズ配線層３ｃは、外部信号入
力電極層を形成するものである。このような構造の複合
セラミック基板は、絶縁基板を構成するアルミナ層１及
び低誘電率層２と、メタライズ配線層３ａ〜３ｃ、ビア
ホール導体４を形成する導体ペーストとを、１２００〜
１５００℃の温度で同時焼成することにより、容易に得
ることができる。

【００１３】（アルミナ層）アルミナ層１は、酸化アル
ミニウムを主体とするものであり、通常、９以上の比誘
電率を有する。このアルミナ層１は、高強度、高熱伝導
性の見地から、酸化アルミニウムを８４重量％以上、特
に８６重量％以上含有していることが好ましい。すなわ
ち、酸化アルミニウム量が上記範囲よりも少ないと、強
度や熱伝導性が低下するおそれがある。また、上記の酸
化アルミニウムは、粒状または柱状の主結晶相として存
在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は、１．５〜
５．０μｍであることが望ましい。この主結晶相の平均
結晶粒径が１．５μｍよりも小さいと、熱伝導性が損な
われるおそれがあり、平均粒径が５．０μｍよりも大き
くなると、十分な強度が得られにくくなる傾向がある。
なお、主結晶相が柱状結晶からなる場合、上記平均結晶
粒径は、短軸径に基づくものである。

【００１４】また、このアルミナ層１は、低抵抗導体を
含むメタライズ配線層３ａ〜３ｃとの同時焼成により形
成されるものであるため、１２００〜１５００℃の低温
での焼成により、例えば相対密度９５％以上に緻密化さ
れることが必要である。このような緻密化のために配合
される焼結助剤に由来して、アルミナ層１は、Ｍｎ成分
及びＳｉ成分を含有していることが好ましく、例えばＭ
ｎを、Ｍｎ_２Ｏ_３換算で、２．０〜１５．０重量％、
特に３〜１０重量％の量で含有し、且つＳｉを、ＳｉＯ
_２換算で、２．０〜１５．０重量％、特に３〜１０重量
％の量で含有していることが好ましい。即ち、Ｍｎ量が
上記範囲よりも少量であると、１２００〜１５００℃で
の緻密化が達成されず、また上記範囲よりも多いと、絶
縁性が低下するおそれがある。一方、Ｓｉ量が、上記範
囲よりも少ない場合には、やはり緻密化が達成されず、
また上記範囲よりも多量に含まれるときには、熱伝導率
が低下し誘電特性が劣化する傾向がある。

【００１５】更に、アルミナ層１中には、上記以外の成
分として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏの
内から選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物等、例え
ば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化
物を、合計で０．４〜１５重量％の割合で含有していて
もよい。即ち、このような化合物を焼結助剤として併用
することにより、メタライズ配線層等に含まれるＣｕ等
の低抵抗導体との同時焼結性を一層向上させることがで
きる。また、着色成分として、Ｗ、Ｍｏなどの金属もし
くは酸化物を、金属換算で２重量％以下の割合で含んで
もよい。

【００１６】アルミナ層１中に含まれる酸化アルミニウ
ム以外の助剤成分は、酸化アルミニウム主結晶相の粒界
に非晶質相あるいは結晶相として存在するが、熱伝導性
を高める上で粒界中に、助剤成分を含有する結晶相が形
成されていることが望ましい。

【００１７】上記のような酸化アルミニウム及びその他
の成分から成るアルミナ層１は、相対密度９５％以上、
特に９７％、さらには９８％以上の高緻密体であり、さ
らに熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５Ｗ／ｍ・
Ｋ以上、さらには１７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ま
しい。

【００１８】（低誘電率絶縁層）低誘電率絶縁層２は、
前記アルミナ層１よりも低誘電率であり、通常、その比
誘電率が８以下である。この低誘電率絶縁層２は、例え
ば、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、シ
リカ、コーディェライトの内から選ばれる少なくとも１
種の低誘電率酸化物を主結晶相として、例えば５０重量
％以上、特に７０重量％以上含有する。また、この主結
晶相の平均粒径は、５μｍ以下であることが好ましい。
この平均粒径が５μｍよりも大きくなると、焼結によっ
て層内にクラックが生じ易くなり、基板の強度低下を生
じるおそれがある。

【００１９】また、上記主結晶相の粒界に、同時焼成条
件下での緻密化を促進させるための焼結助剤成分或いは
着色成分、ガラス成分を含有していてもよい。この場
合、ガラス成分の含有量は、３０重量％以下、特に２５
重量％以下とするのがよい。このガラス成分の量が必要
以上に多いと、先に述べた１２００〜１５００℃の温度
での同時焼成に際して、形成される低誘電率絶縁層２に
変形を生じて基板強度が低下したり、また、ガラス成分
がアルミナ層１内に拡散し、この結果、熱伝導率の低下
を生じ易くなるからである。尚、焼結助剤成分や着色成
分としては、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｏＯ _３、
ＷＯ_２等を例示することができ、これらは、合計で０．
１〜２重量％の割合で含有していてもよい。即ち、これ
らを併用することにより、メタライズ配線層等に含まれ
るＣｕ等の低抵抗導体との同時焼結性を一層向上させる
ことができる。

【００２０】（メタライズ）本発明において、メタライ
ズ配線層３ａ〜３ｃやビアホール導体４は、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ及びＰｔから成る群より選択された少なくとも
１種の低抵抗導体、特に好ましくはＣｕを含有するもの
である。これらの低抵抗導体は、連続相（マトリック
ス）として存在し、これにより、メタライズ配線層３ａ
〜３ｃやビアホール導体４での導体損失を低減させるこ
とができる。また、これらのメタライズは、前述したア
ルミナ層１や低誘電率絶縁層２との同時焼結性を高め、
且つ同時焼成後の保形性を高めるために、高融点導体、
例えばタングステン（Ｗ）及びモリブデン（Ｍｏ）の少
なくとも１種を含有していることが好ましい。具体的に
は、前記低抵抗導体を１０〜７０体積％、特に３０〜６
０体積％の量で含有し、且つ前記高融点導体を３０〜９
０体積％、特に４０〜７０体積％の量で含有しているこ
とが好ましい。即ち、Ｃｕ等の低抵抗導体の量が上記範
囲よりも少ないか、或いは高融点導体の量が上記範囲よ
りも多い場合には、メタライズの抵抗が高くなり、導体
損失が増大してしまうおそれがある。また、低抵抗導体
の量が上記範囲よりも多いか、或いは高融点導体の量が
上記範囲よりも少ない場合には、同時焼成後の保形性が
低下し、配線層３ａ〜３ｃにおいて、にじみなどが発生
したり、また、Ｃｕ等の低抵抗導体の溶融により、配線
層が凝集して断線が生じたり、さらに、絶縁基板１と配
線層３ａ〜３ｃとの熱膨張係数差により、配線層の剥離
が発生したりするおそれがある。更には、ビアホール導
体４に大きな凹凸が形成されたり、焼成時にビアホール
導体４が欠落するなどの不具合を生じ易くなる。

【００２１】上述したＷ、Ｍｏの高融点導体は、球状あ
るいは数個の粒子による焼結粒子の形態で、Ｃｕ等の低
抵抗導体のマトリックス中に分散されるが、低抵抗化、
低抵抗導体の分離やにじみの防止等の見地から、かかる
高融点導体の粒子の平均粒径は、１〜１０μｍ、好まし
くは１．３〜５μｍ、最も好ましくは、１．３〜３μｍ
の範囲にあるのがよい。

【００２２】また、本発明においては、上記のメタライ
ズ中には、Ｎｉ、Ｚｒ，Ａｌ,Ｌｉ，Ｍｇ,Ｚｎなどの金
属或いはその酸化物、ホウ化物、窒化物、炭酸塩等を、
金属元素換算で０．０５〜３．０重量％の量で含有して
いてもよい。これらの金属成分により、導体抵抗や同時
焼結性を調整することができる。これら金属成分の平均
粒径は、０．６〜４μｍ、特に１．５〜３．０μｍの範
囲にあることが好適である。

【００２３】さらに、本発明においては、Ｃｕ等の低抵
抗導体の融点を越える温度での同時焼成により、メタラ
イズ配線層３ａ〜３ｃ中の低抵抗導体成分がアルミナ層
１や低誘電率絶縁層２に拡散する場合があるが、このよ
うな低抵抗導体成分、特にＣｕの各層への拡散距離は、
２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが望まし
い。この拡散距離が大きくなると、配線層間の絶縁性が
低下し、配線基板としての信頼性が低下するためであ
る。尚、このような拡散距離の抑制は、水素及び窒素を
含み露点が＋３０℃以下、特に０〜２５℃の非酸化性雰
囲気で焼成を行うことにより、有効に行うことができ
る。

【００２４】以上のような組成を有するメタライズ配線
層３ａ〜３ｃやビアホール導体４は、厚み１５μｍ換算
でのシート抵抗が８ｍΩ／□よりも小さくなるように形
成される。

【００２５】（層構造）本発明のセラミック基板は、図
１に示すような層構造を有する絶縁基板１０を備えてい
るが、絶縁基板１０の層構造は、図１に示す例に限定さ
れるものではなく、種々の層構造を有することができ
る。例えば、アルミナ層１と低誘電率絶縁層２との２層
構造であってもよいし、また、複数の低誘電率絶縁層２
を有するものであってよい。しかるに、本発明によれ
ば、低誘電率絶縁層２が、少なくとも絶縁基板１０の表
面（或いは底面）に位置するような層構造とし、この低
誘電率絶縁層２上に信号入力用端子用の配線層３ｃを設
けることが好適である。即ち、信号入力用端子用の配線
層３ｃを低誘電率絶縁層２上に設けることにより、該配
線層３ｃから高周波信号が入力されるときの反射を低減
させ、伝送特性の低下を回避することができるからであ
る。

【００２６】（セラミック基板の製造）本発明のセラミ
ック基板は、以下のようにして製造される。

【００２７】先ず、前述したアルミナ層１の製造用の原
料粉末としては、酸化アルミニウム粉末に、Ｍｎ_２Ｏ_３
、ＳｉＯ_２、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ等の酸化物等の助剤成分の粉末、或いは更に、
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒなどの遷移金属の金属粉末や酸化物粉末
を加えた混合粉末を用いる。この場合、助剤成分等は、
焼成により酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩
等の形で使用することもできる。酸化アルミニウム粉末
は、形成される酸化アルミニウム主結晶相の平均粒径が
前述した範囲となるように、例えば０．５〜２．５μ
ｍ、特に０．５〜２．０μｍの平均粒径を有しているこ
とが好ましい。即ち、平均粒径が過度に大きい粉末を用
いると、主結晶相の平均粒径を前述した範囲に調整する
ことが困難となり、しかも、後述する１５００℃以下の
温度での焼成が困難となるおそれがある。また、平均粒
径が過度に小さい粉末を用いた場合にも、主結晶相の平
均粒径を前述した範囲に調整することが困難となり、更
に、粉末の取り扱いが困難となるばかりか、粉末のコス
トも高価なものとなってしまう。助剤成分粉末等の混合
割合は、前述したアルミナ層１の組成を満足するように
設定される。

【００２８】一方、低誘電率絶縁層２の製造用原料粉末
としては、ムライト、フォルステライト、エンスタタイ
ト、シリカ、コーディェライトの内から選ばれる少なく
とも１種の低誘電率酸化物結晶粉末に、上記と同様、助
剤成分の粉末や、ガラス成分を加えた混合粉末を使用す
る。助剤成分等は、アルミナ層１の場合と同様、焼成に
より酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等の形
で使用することができる。また、低誘電率酸化物結晶粉
末の平均粒径は、０．５〜５μｍ、特に０．５〜３μｍ
とするのがよい。即ち、平均粒径が５μｍよりも大きい
と、主結晶相の平均粒径が５μｍより大となり、焼結後
の粒内にクラックが生じ著しく、強度が低下するおそれ
を生じる。また、０．５μｍよりも小さい場合には粉末
の取り扱いが困難になるおそれがある。助剤成分粉末等
の混合割合は、前述した低誘電率絶縁層２の組成を満足
するように設定される。

【００２９】上述したアルミナ層１及び低誘電率絶縁層
２の製造用の原料粉末に、それぞれ、ポリビニルアルコ
ールやポリアクリレート等の有機バインダやイソプロピ
ルアルコール、トルエン等の有機溶媒を適量加え、成形
用スラリーを調製し、それ自体公知の成形法、例えばド
クターブレード法、リバースロールコータ法、グラビア
コータ法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法等を用い
て、所定厚みのアルミナ層形成用のグリーンシート及び
低誘電率絶縁層形成用のグリーンシートを成形する。ま
た、これらのグリーンシートには、絶縁基板１０の層構
造に応じて、マイクロドリル、レーザー等によりビアホ
ール導体用スルーホールを適宜形成する。

【００３０】次いで、前述したメタライズの組成に応じ
て、所定の低抵抗導体及び助剤金属成分を所定割合で含
む導体ペーストを調製する。この導体ペースト中には、
必要により、アルミナ層１や低誘電率絶縁層２との密着
性を高めるために、酸化アルミニウム粉末、低誘電率酸
化物結晶粉末、或いは、アルミナ層１や低誘電率絶縁層
２の形成に使用する原料混合粉末と同一組成の粉末を、
０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能であ
る。

【００３１】上記で調製された導体ペーストを、グリー
ンシートに形成されたビアホール導体用スルーホール内
に充填すると共に、スクリーン印刷、グラビア印刷など
の方法により、導体ペーストをメタライズ配線層３ａ〜
３ｃのパターン形状に塗布する。このようにして導体ペ
ーストが印刷塗布され且つスルーホール中に導体ペース
トが充填されたグリーンシートを、目的とする絶縁基板
１０の層構造に応じて位置合わせして積層圧着した後、
非酸化性雰囲気中で、この積層体を、１２００〜１５０
０℃、好ましくは１２５０〜１４００℃の温度で焼成
（同時焼成）することにより、本発明の複合セラミック
基板を得ることができる。

【００３２】この場合、焼成温度が上記範囲よりも低い
と、アルミナ層１を相対密度９５％以上に緻密化するこ
とができず、また、低誘電率絶縁層２の緻密化も困難と
なってしまい、この結果、得られる基板の熱伝導性や強
度が低下してしまう。また、焼成温度が上記範囲よりも
高いと、導体ペースト中に添加されているＷ、Ｍｏの高
融点導体の焼結が進み、Ｃｕ等の低抵抗導体成分の流動
により、均一組織を維持できなく、強いては低抵抗を維
持することが困難となる。また、この焼成時の非酸化性
雰囲気としては、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰
囲気であることが望ましいが、特に、配線層中のＣｕ等
の低抵抗導体の拡散を抑制するために、先に述べた通
り、水素及び窒素を含み露点が＋３０℃以下、特に０〜
２５℃の非酸化性雰囲気であることが望ましい。即ち、
焼成時の露点が＋３０℃より高いと、焼成中に導体材料
と雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、アルミナ
層１等と配線層中の低抵抗導体が反応してしまい、導体
の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、低抵抗導体の拡散
を助長してしまうためである。なお、この雰囲気には所
望により、アルゴンガス等の不活性ガスを混入してもよ
い。

【００３３】以上のようにして得られる本発明の複合セ
ラミック基板は、高強度、高熱伝導、低抵抗導体配線で
あり、しかも、高周波信号の入力部における損失が有効
に低減されており、高周波信号が適用される配線基板と
しての用途に極めて有効に使用される。

【００３４】

【実施例】（実験例１）酸化アルミニウム粉末（平均粒
径１．８μｍ）に、Ｍｎ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を、それ
ぞれ、６重量％添加し、更にＭｇＯを０．５重量％の割
合で添加混合して混合粉末を得た。（各添加量は、混合
粉末全量当りの量である。）さらに、上記の混合粉末
に、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラ
リーを調製した後、ドクターブレード法にて厚さ２５０
μｍの内部絶縁層（本発明におけるアルミナ層に相当）
形成用グリーンシートを成形した。また、ムライト、フ
ォルステライト、エンスタタイト、シリカ、コーディエ
ライト、或いはアルミナを主成分とし、主成分量が表１
に示す割合となるように第２成分を混合し、この混合粉
末を用いて、上記と同様にして、厚さ２５０μｍの外部
電極形成層（本発明における低誘電率絶縁層に相当）用
のグリーンシートを成形した。尚、第２成分としてのガ
ラスとしては、ホウ珪酸系の結晶化ガラスを用いた。ま
た、表１において、第２成分として示されているＭｎ_２
Ｏ_３／ＳｉＯ _２は、Ｍｎ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を等量使用
したことを意味する。上記で得られたグリーンシートの
所定箇所に、焼成後のホール径が１００〜２００μｍと
なる大きさのビアホール導体形成用スルーホールを形成
した。

【００３５】次に、平均粒径が５μｍの銅粉末と、平均
粒径が０．８〜１２μｍのＷ粉末とを、１：１の体積比
率で混合し、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒
として導体ペーストを作製した。先に得られたグリーン
シートに、上記導体ペーストを印刷塗布し、更に、各シ
ートのスルーホールにも上記導体ペーストを充填した。
上記のようにして作製した各シートを位置合わせして積
層圧着して成形体積層体シートを作製し、この積層体シ
ートを実質的に水分を含まない酸素含有雰囲気中（Ｈ_２
＋Ｏ_２）で脱脂を行った後、露点２０℃の窒素水素混合
雰囲気にて、表１に示す温度で焼成し、配線基板を得た
（試料Ｎｏ．１〜１３）。

【００３６】得られた配線基板について、以下の方法で
導体層の電気抵抗、反射損失を測定し、且つ基板の抗折
強度、熱伝導性を測定し、その結果を表２に示した。導
体層の電気抵抗（１５μｍ厚みでのシート抵抗換算）
は、４端子法にて測定した。また、反射損失はネットワ
ークアナライザーとウエハープローブを用い４０ＧＨｚ
における測定を行った。具体的には、試料基板を実装す
るテフロン（登録商標）基板と、試料基板に設けた測定
用電極間の値を測定した。このときの測定試料の断面構
成を図２に示す。（信号入力端子が設けられる低誘電率
層厚み並びにアルミナ層の厚みは０．２５ｍｍ、ヴィア
４径は０．１ｍｍφ、電極パッド５（ボールパッド）径
は０．４ｍｍφ、半田ボール６径は０．３ｍｍφ、ボー
ルピッチ（隣接する半田ボール６の中心間距離）０．８
ｍｍ、試料基板を実装するテフロン基板は、厚み０．２
ｍｍで誘電率は３．５である。）抗折強度の測定用試料
基板は、外部電極が形成される低誘電率層のトータル厚
みを０．５ｍｍ、アルミナ層のトータル厚みが２．５ｍ
ｍとなるように積層枚数を調節して作成したものを使用
し、３点曲げ強度で評価した。また、熱伝導率も、同様
の積層構造の試料基板を用い、レーザーフラッシュ法に
より室温で測定した。

【００３７】（実験例２）導体ペースト（メタライズ組
成）を表１に示す様に変更して（２種の導体の体積比率
は全て１：１）、実験例１と同様にして配線基板を作製
し（試料Ｎｏ．１４〜１７）、実験例１と同様にして、
各種の測定を行った。また内部絶縁層（本発明における
アルミナ層に相当）或いは外部電極形成層の組成を表１
のように変更して実験例１と同様にして配線基板を作製
し（試料Ｎｏ．１８〜２２）、実験例１と同様に各種の
測定を行った。上記の結果を表２に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】以上の実験結果から明らかな通り、本発
明によれば、機械的、熱的特性に優れる酸化アルミニウ
ムセラミックスからなる絶縁層に、該絶縁層よりも低誘
電率のセラミック絶縁層を設け、この低誘電率層に外部
信号入力電極層を設けることにより、強度や熱伝導性に
優れ、しかも、高周波入力信号の反射損失の無い高信頼
性、低抵抗の複合セラミック基板を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合セラミック基板の一実施態様を示
す概略断面図である。

【図２】反射損失の測定に用いた試料基板の積層構造を
示す概略断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ６１０Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｃ 3/46 Ｃ０４Ｂ 35/10 ＤＨ０１Ｌ 23/14 ＭＦターム(参考） 4G030 AA07 AA25 AA36 AA37 BA12 GA04 GA14 GA17 GA26 HA04 HA09 HA18 HA25 5E346 AA12 AA15 AA23 CC17 CC31 CC32 CC35 CC36 CC38 CC39 DD02 DD34 EE24 EE29 FF18 GG02 GG03 HH06 HH17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナセラミックス絶縁層と、該アル
ミナセラミックス絶縁層よりも低い誘電率のセラミック
ス絶縁層とが焼成によって一体化された絶縁基板を備
え、該絶縁基板の表面及び内部には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ
及びＰｔから成る群より選択された少なくとも１種の低
抵抗導体を含有する導体層が形成されていることを特徴
とする複合セラミック基板。
【請求項２】前記低誘電率セラミックス絶縁層は、絶
縁基板の表面に露出する位置に形成されており、その露
出部分に外部信号入力電極となる導体層が形成されてい
る請求項１に記載の複合セラミック基板。
【請求項３】前記アルミナセラミックス絶縁層は、シ
リカ及びＭｎ_２Ｏ_３を含有している請求項１に記載の複
合セラミック基板。
【請求項４】前記アルミナセラミックス絶縁層は、シ
リカ及びＭｎ_２Ｏ_３を、それぞれ、２〜１５重量％の割
合で含有している請求項３に記載の複合セラミック基
板。
【請求項５】前記低誘電率セラミックス絶縁層は、ム
ライト、フォルステライト、エンスタタイト、シリカ及
びコーデイエライトから成る群より選択された少なくと
も１種の酸化物結晶を主成分とするセラミックスからな
る請求項１乃至４の何れかに記載の複合セラミック基
板。
【請求項６】前記導体層は、前記低抵抗導体と共に、
Ｗ及びＭｏから成る群より選択された高融点金属の少な
くとも１種を含有している請求項１に記載の複合セラミ
ック基板。
【請求項７】前記導体層は、前記低抵抗導体を１０〜
７０体積％含有し、且つ前記高融点金属を、３０〜９０
体積％含有している請求項５に記載の複合セラミック基
板。