JP2003040668A

JP2003040668A - 低温焼成セラミック焼結体およびその製造方法、並びに配線基板

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Publication number: JP2003040668A
Application number: JP2001257775A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kawai; 信也川井; Masaya Kokubu; 正也國分; Yoshitake Terashi; 吉健寺師
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP5057620B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度で熱伝導率やヤング率も高く、且つ緻密
であると同時に、１０００℃以下の低温での焼成によっ
て製造することができ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の低
抵抗導体から成る配線層を表面或いは内部に備えた絶縁
基板として有用な低温焼成セラミック焼結体を得る。【解決手段】結晶相として、（ａ）ガーナイト結晶相お
よび／またはスピネル結晶相、（ｂ）アスペクト比が３
以上の針状晶を含むセルシアン結晶相、及び（ｃ）Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ
₃・２ＳｉＯ₂及びＭｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なく
とも１種の結晶相、を含有しており、且つ開気孔率が
０．３％以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージ、多層配線基板等に使用される絶縁基板に最
適な低温焼成セラミック焼結体およびその製造方法、な
らびに配線基板に関する。

【０００２】

【従来技術】近年における情報通信技術の急速な発展
は、半導体素子等の高速化、大型化をもたらし、これに
伴って、このような素子を備えた配線基板では、信号の
伝送損失を低減するために、配線層の低抵抗化が求めら
れている。そこで、１０００℃以下での焼成によって緻
密化でき、銀、銅または金等の低抵抗金属を主成分とす
る配線層との同時焼成が可能な低温焼成セラミックスを
絶縁基板とする配線基板が提案されている。

【０００３】例えば、特開平２−１４１４５８号公報に
は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢ₂Ｏ₃
を含有するガラス粉末に対して、Ａｌ₂Ｏ₃粉末とセルシ
アン（ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈）粉末を添加したガラスセラ
ミックスが開示されており、このようなガラスセラミッ
クスを絶縁基板材料として使用すれば、銅を配線層とし
て非酸化性雰囲気中で焼成する場合でも、脱バインダ性
を損なうことなく炭素残量の少ない配線基板が得られる
ことが記載されている。

【０００４】また、特開平６−３０５７７０号公報に
は、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ア
ルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）酸化物、ＭｇＯ、Ｚｎ
Ｏ、ＴｉＯ₂およびＺｒＯ₂を含有するガラス粉末に対し
て、Ａｌ₂Ｏ₃粉末とセルシアン粉末およびアノーサイト
粉末を添加したガラスセラミックスが開示されており、
このようなガラスセラミックスは、非酸化性雰囲気中で
も焼成でき、このガラスセラミックスを用いることによ
り、絶縁基板の低誘電率化が可能となり、且つその強度
を２７００ｋｇ／ｃｍ²まで高めることができることが
記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のガラスセラミックから得られる焼結体
は、アルミナ質焼結体等の従来の絶縁基板材料に比べ
て、機械的強度の点で未だ不満足であり、例えば２７０
０ｋｇ／ｃｍ²よりも高い強度の絶縁基板を得ることが
できない。また、熱伝導率が低いという欠点も有してい
る。即ち、半導体素子の大型化や高速化は、半導体素子
から発生する発熱量の増大をもたらし、この結果、熱伝
導率の低いガラスセラミック焼結体を絶縁基板とする配
線基板では、熱抵抗が増大したり、機械的信頼性が低下
するという問題を生じる。

【０００６】更に、従来のガラスセラミック焼結体はヤ
ング率が低く、例えば、該焼結体を絶縁基板とする半導
体素子収納用パッケージでは、金属製のヒートシンクや
ヒートスプレッダーなどの放熱板、蓋体を用いての気密
封止のために必要なリッド、シールリング等の封止用金
具、あるいは、ポッティング剤やアンダーフィル剤など
の封止樹脂等を、絶縁基板表面に接着すると、絶縁基板
自体が変形してしまい、半導体素子（チップ）の実装
（一次実装）部分に歪が発生したり、最悪の場合には、
実装部の破壊やチップの破壊を引き起こす恐れがあっ
た。また、このような絶縁基板を備えた配線基板をプリ
ント基板等に実装（二次実装）した場合、絶縁基板とプ
リント基板との熱膨張差に起因し、かつ絶縁基板のヤン
グ率が低いことによって、絶縁基板に大きな反りが発生
し、端子部にクラックや剥離が生じて電気的な接続信頼
性が低下するという問題があった。

【０００７】従って、本発明は、銀、銅、金等の低抵抗
金属との同時焼成が可能であり、高い強度及び高いヤン
グ率を有する低温焼成セラミック焼結体およびその製造
方法、並びにかかる焼結体を用いた配線基板を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決しようとする課題】本発明の低温焼成セラ
ミック焼結体は、結晶相として、（ａ）ガーナイト結晶
相および／またはスピネル結晶相、（ｂ）アスペクト比
が３以上の針状晶を含むセルシアン結晶相、及び（ｃ）
ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａ
ｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂及びＭｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる
少なくとも１種の結晶相、を含有しており、且つ開気孔
率が０．３％以下であることを特徴とするものであり、
かかる結晶相を存在せしめることによって、銀、銅、金
等の低抵抗金属との同時焼成が可能であり、高い強度、
ヤング率、靱性を有する焼結体となる。

【０００９】かかる焼結体は、ガラス粉末とセラミック
粉末との混合粉末から成る成形体を焼成することにより
結晶相の制御を容易に行うことができ、特に前記結晶相
（ａ）および（ｂ）が、前記ガラス粉末から析出したも
のであることが望ましい。

【００１０】また、この焼結体は、ＰｂＯ含有量および
Ａ₂Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量は、耐環境性、耐薬
品性、吸湿性等の点で、それぞれ１重量％以下に抑制さ
れていることが望ましい。

【００１１】さらに、この焼結体は、上記の構成に伴
い、２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率、２８０ＭＰａ以上の抗
折強度、１００ＧＰａ以上のヤング率、１．５ＭＰａ・
ｍ^1/2以上の破壊靭性を有することができる。

【００１２】また、前記（ｂ）セルシアン結晶相は、六
方晶を含み且つＸ線回折測定において、Ｉｈｅｘ／Ｉｍ
ｏｎ（式中、Ｉｈｅｘは、六方晶のメインピーク強度を
示し、Ｉｍｏｎは、単斜晶のメインピーク強度を示
す。）で表されるメインピーク強度比が３以上であるＸ
線回折パターンを示すことによって、針状晶である六方
晶を多く析出させて、強度、靱性を向上させることがで
きる。

【００１３】さらに、この焼結体中には、（ｄ）Ｙ（イ
ットリウム）含有結晶相を含むことによって、さらに強
度、ヤング率を向上させることができる。（ｄ）Ｙ（イ
ットリウム）含有結晶相としては、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₄Ａｌ
₂Ｏ₉、ＢａＹ₂Ｏ₄、Ｂａ₄Ｙ₂Ｏ₇、Ｙ₄Ｚｒ₃Ｏ₁₂、Ｙ₆Ｚ
ｒＯ₁₁の群から選ばれる少なくとも１種が好適であり、
このＹ（イットリウム）含有結晶相が、ガラスから析出
したものであることが望ましい。

【００１４】さらに、この焼結体中の非晶質相が５０重
量％以下、特に非晶質相を実質上含有していないことが
望ましい。なお、非晶質相を含む場合、非晶質相中には
Ｙ（イットリウム）を含有することによって非晶質層の
ヤング率を向上させ焼結体の強度、ヤング率を向上させ
ることができる。

【００１５】本発明の低温焼成セラミック焼結体の製造
方法によれば、ＳｉＯ₂；１０〜３５重量％、Ａｌ
₂Ｏ₃；１〜２０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜
２５重量％、Ｂ₂Ｏ₃；５〜３０重量％、ＢａＯ；１０〜
４０重量％、を含有するガラス粉末Ａ、または、ＳｉＯ
₂；１０〜４０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃；１〜３０重量％、Ｍ
ｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、ＢａＯ；１０
〜４０重量％、Ｙ₂Ｏ₃；１〜２０重量％を含有するガラ
ス粉末Ｂのガラス粉末と、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂及びＭｇ₂
ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１種のセラミック
粉末とを、２０：８０乃至９０：１０の重量比で混合
し、得られた混合粉末を成形し、次いで１０００℃以下
で焼成することを特徴とする。

【００１６】なお、前記ガラス粉末Ａは、２０重量％以
下の量でＣａＯおよび／またはＳｒＯを、１０重量％以
下の量でＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ば
れる少なくとも１種を含有していてもよく、ガラス転移
点（Ｔｇ）が、５００〜８５０℃であることが望まし
い。

【００１７】また、ガラス粉末Ｂは、Ｂ₂Ｏ₃を３０重量
％以下、ＣａＯ又はＳｒＯを２０重量％以下、及びＺｒ
Ｏ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少なくと
も１種を１０重量％以下の量で含有していてもよく、ガ
ラス転移点（Ｔｇ）が、５５０〜８５０℃であることが
望ましい。

【００１８】上記のセラミック粉末は、０．５以上の加
圧嵩密度／真密度比を有し、また前記混合粉末は、加圧
嵩密度／真密度比が０．４５以上となるように調製され
ていることが望ましい。

【００１９】さらに、前記混合粉末には、ＰｂＯ含有量
およびＡ₂Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量がそれぞれ１
重量％以下となるように調製されていることが望まし
い。

【００２０】また、本発明の配線基板は、上記の低温焼
成セラミック焼結体を絶縁基板とし、その表面および／
または内部にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌの群から選ばれる
少なくとも１種を含有する導体層を形成してなることを
特徴とするものであり、前記導体層は、前記混合粉末か
ら成る成形体との同時焼成によって形成することができ
る。また、この配線基板には薄膜形成法によって前記セ
ラミック焼結体表面に導体層を形成することもできる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の低温焼成セラミック焼結
体は、図１に示すように、少なくとも３種の結晶相
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を有するものであり、これら
結晶相の粒界に、通常、ガラス粉末に由来する非晶質相
（残留ガラス相）Ｇを有する。結晶相（ａ）：結晶相（ａ）は、ガーナイト結晶相およ
び／またはスピネル結晶相であり、理想的には、ＺｎＡ
ｌ₂Ｏ₄、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄で表される化学組成を有する。こ
のような結晶相（ａ）は、単結晶としてのヤング率が２
００ＧＰａ以上を示す。従って、このような結晶相を析
出させることにより、焼結体のヤング率を高めることが
できる。

【００２２】また、この結晶相（ａ）は粒状結晶であ
り、特にその平均粒径は１μｍ以下であることが好まし
い。このような微結晶を焼結体中に分散させることによ
り、焼結体のヤング率を向上させるとともに、抗折強度
を高めることができる。

【００２３】本発明において、上述した結晶相（ａ）
は、焼成によって原料ガラス粉末から析出することが好
ましく、これにより、ガラスの結晶化度が高められ、後
述する非晶質相（残留ガラス相）Ｇの含有量が少なくな
り、焼結体の開気孔率を低下させ、且つ焼結体のヤング
率を高めることができる。

【００２４】また、上記結晶相（ａ）には、ＺｎＡｌ₂
Ｏ₄とＭｇＡｌ₂Ｏ₄が固溶し、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ａｌ₂Ｏ₄
の形態のガーナイト結晶相を形成していてもよい。即
ち、原料ガラス粉末中に含まれるＭｇＯ及び／又はＺｎ
Ｏを結晶相（ａ）中に固溶させることによっても、ガラ
スの結晶化度を高めることができ、上記と同様に、焼結
体の開気孔率を低下させ、且つ焼結体のヤング率を高め
ることができ、また上記のスピネル結晶相は、ガーナイ
ト結晶相と同様の特性を有しているため、このようなス
ピネル結晶相を析出させることによっても、ガーナイト
結晶相を析出させた場合と同様の効果が発現する。結晶相（ｂ）：結晶相（ｂ）は、セルシアン結晶相であ
り、理想的にはＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈で表される化学組成
を有する。

【００２５】本発明においては、このセルシアン結晶相
として、アスペクト比が３以上、好ましくは４以上、さ
らに好ましくは５以上の針状晶（図１において１３ａで
示す）を含有していることが重要であり、このような針
状晶１３ａを析出させることにより、焼結体の強度およ
び熱伝導率を向上させることができ、また焼結体の誘電
率を低下させることができる。尚、針状晶のアスペクト
比とは、焼結体の断面ＳＥＭおよびＥＰＭＡ分析によっ
て観察されるセルシアン（ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈）結晶相
のうち、アスペクト比（長径／短径比）が大きいものか
ら１０個を選択したときの平均値を指し、特に針状晶１
３ａは、長径１〜１０μｍ、短径０．１〜２μｍ程度で
あることが望ましく、特に、クラックの進展を抑制して
抗折強度を向上する点で、針状晶１３ａがランダムに分
散したものであることが望ましい。また、セルシアン結
晶相（ｂ）としては、針状晶１３ａ以外に、粒状晶（図
１において１３ｂで示す）を含んでいてもよい。

【００２６】また、本発明においては、セルシアン結晶
相（ｂ）としては、Ｘ線回折測定において下記式：Ｉｈｅｘ／Ｉｍｏｎ式中、Ｉｈｅｘは、六方晶のメインピーク強度を示し、
Ｉｍｏｎは、単斜晶のメインピーク強度を示す、で表されるメインピーク強度比が、３以上、好ましくは
５以上、最も好適には７以上のＸ線回折パターンを示す
ことが、焼結体の破壊靭性、抗折強度、熱伝導率を向上
できる点で望ましい。即ち、六方晶は、上記の針状晶１
３ａを形成し、単斜晶は、上記の粒状晶１３ｂを形成す
る。従って、メインピーク強度比が上記範囲内であると
きは、針状晶１３ａが多く析出しており、この結果、焼
結体の上記特性が向上するわけである。

【００２７】尚、六方晶とは、ＪＣＰＤＳカード２８−
０１２４の結晶相を示し、単斜晶とは、同３８−１４５
０の結晶相を示す。

【００２８】また、六方晶及び単斜晶のメインピークと
は、Ｘ線回折図において、これら結晶相の最も強度の高
いピークを意味し、六方晶のメインピークは、ｄ値が
３．９００のピークに対応し、単斜晶のメインピーク
は、ｄ値が３．３５５のピークに対応する。従って、上
記のピーク強度比は、Ｉ（ｄ＝３．９００）／Ｉ（ｄ＝
３．３５５）として算出される。

【００２９】更に、上述したセルシアン結晶相（ｂ）
も、結晶相（ａ）と同様、焼成によって原料ガラス粉末
から析出することが好ましく、これにより、ガラスの結
晶化度が高められ、非晶質相（残留ガラス相）Ｇの含有
量を少なくし、焼結体の開気孔率を低下させ、且つ焼結
体のヤング率を高めることができる。結晶相（ｃ）：また結晶相（ｃ）は、ガラス粉末と混合
されるセラミック粉末から析出するセラミック結晶相で
あり、特に、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚ
ｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂及びＭｇ₂ＳｉＯ₄の群か
ら選ばれる結晶相である。かかるセラミック結晶相
（ｃ）は、焼結体のヤング率を向上させると同時に、抗
折強度を向上させるための成分である。この結晶相は、
通常、粒状晶として存在するが、さらには板状晶である
ことが好ましく、これによって、さらに焼結体の抗折強
度を向上させるとともに、熱伝導率も向上する。

【００３０】尚、かかるセラミック結晶相（ｃ）は、上
記の窒化物、炭化物、酸化物或いは複合酸化物の１種或
いは２種以上から形成されるものであるが、強度や焼結
性等の点で、少なくともＡｌ₂Ｏ₃結晶相を含有している
ことが好ましい。

【００３１】また、上記のセラミック結晶相（ｃ）は、
焼結体中に、１０〜８０重量％、特に３０〜７５重量
％、さらに４０〜７０重量％の量で含まれていることが
望ましい。結晶相（ｄ）：本発明の低温焼成セラミック焼結体にお
いては、上述した結晶相（ａ）〜（ｃ）に加えて、結晶
相（ｄ）（図１においては省略されている）として、Ｙ
（イットリウム）含有結晶相を含有していることが、焼
結体の強度を高める上で好適である。

【００３２】このようなＹ含有結晶としては、これに限
定されるものではないが、ＹＡｌＯ ₃、Ｙ₄Ａｌ₂Ｏ₉、Ｂ
ａＹ₂Ｏ₄、Ｂａ₄Ｙ₂Ｏ₇，Ｙ₄Ｚｒ₃Ｏ₁₂、Ｙ₆ＺｒＯ₁₁等
を例示することができ、これらは、１種単独で析出して
いてもよいし、また２種以上が析出していてもよい。更
に、前述した結晶相（ａ）及び（ｂ）と同様、このよう
なＹ含有結晶相も焼成によって原料ガラス粉末から析出
することが望ましい。その他の結晶相：また、本発明の低温焼成セラミック焼
結体の優れた特性が損なわれない限り、上述した各種の
結晶相以外の他の結晶相、例えば、ＳｉＯ₂、ＣａＡｌ₂
Ｓｉ₂Ｏ₈、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、Ｃａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、Ｓ
ｒ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、Ｂａ₂ＭｇＳｉ ₂Ｏ₇、ＺｎＯ、ＭｇＳ
ｉＯ₃、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、ＺｒＳｉＯ₄、ＣａＭｇＳｉ
₂Ｏ₆、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、ＣａＳｉＯ₃、ＳｒＳｉＯ
₃、ＢａＳｉＯ₃等が存在していてもよい。例えば、この
ような他の結晶相は、総量で４０重量％以下、好ましく
は３０重量％以下、最も好ましくは２０重量％以下の範
囲で焼結体中に含有していてもよい。非晶質相：また、本発明の焼結体は、ガラス粉末とセラ
ミック粉末との混合粉末からなる成形体を焼成すること
により得られるものである場合、通常、図１に示すよう
に、非晶質相（残存ガラス相）Ｇを含有している。焼結
体のヤング率を向上させるために、非晶質相Ｇは少ない
方が望ましく、例えば、焼結体中のガラス含量は、５０
重量％以下、特に３０重量％以下、さらに２０重量％以
下、さらには１０重量％以下であることが好ましく、非
晶質ガラス相Ｇは、実質上、焼結体中の存在しなくても
よい。なお、焼結体中の各結晶相および非晶質相の含有
量は、焼結体のＸ線回折ピークからリートベルト法によ
って求められる。焼結体組成：本発明の低温焼成セラミック焼結体は、上
述した結晶相（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を必須成分とし
て含有し、必要により結晶相（ｄ）が析出しており、析
出した結晶相の種類に応じた化学組成を有している。

【００３３】例えば、Ｙ含有結晶相（ｄ）が析出してい
ない焼結体の好適な化学組成は、以下の通りである。

【００３４】ＳｉＯ₂：２〜３１．５重量％、特に４．
５〜２１重量％Ａｌ₂Ｏ₃：１１〜８２重量％、特に３２．１〜７４．５
重量％ＺｎＯ＋ＭｇＯ：１．２〜２２．５重量％、特に３〜１
４重量％Ｂ₂Ｏ₃：１〜２７重量％、特に３〜１７．５重量％ＢａＯ：２〜３６重量％、特に６．３〜３５重量％ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜１８重量％、特に０．２〜７重量％ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少な
くとも１種：０〜９重量％、特に０．２〜３．５重量％また、Ｙ含有結晶相（ｄ）が析出している焼結体の好適
な化学組成は、以下の通りである。

【００３５】ＳｉＯ₂：２〜３８重量％、特に４．５〜
２５．５重量％Ａｌ₂Ｏ₃：６〜８６重量％、特に１７．６〜７７．５重
量％ＢａＯ：２〜３８重量％、特に６〜２９．８重量％Ｙ₂Ｏ₃：０．２〜１９重量％、特に０．９〜１２．８重
量％ＺｎＯ＋ＭｇＯ：１．２〜２３．８重量％、特に２．４
〜１２．８重量％Ｂ₂Ｏ₃：０〜２８．５重量％、特に０〜１２．３重量％ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜１９重量％、特に０〜１２．８重量％ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少な
くとも１種：０〜９．５重量％、特に０〜５．１重量％また、焼結体中には、ガラス粉末やセラミック粉末中に
含まれる不純物成分に関連して、ＰｂＯやＡ₂Ｏ（Ａ：
Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂのアルカリ金属）などの金属酸化
物が含まれるが、耐環境性、耐薬品性、吸湿性等の点
で、ＰｂＯ及びＡ ₂Ｏの含有量は、それぞれ１重量％以
下、特に０．１重量％以下に抑制されていることが好ま
しい。このような成分の含有量の調整は、用いるガラス
粉末やセラミック粉末から不純物成分を除去することに
より行なうことができる。

【００３６】上述した本発明の低温焼成セラミック焼結
体は、結晶相（ａ）〜（ｃ）が析出していることに関連
して、開気孔率が０．３％以下、特に０．２５％以下、
更には０．２％以下と低く、極めて緻密であり、また熱
伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上、特に２．５Ｗ／ｍＫ以上、更
には３Ｗ／ｍＫ以上と極めて高く、抗折強度は、２８０
ＭＰａ以上、特に３００ＭＰａ以上、更には３２０ＭＰ
ａ以上であり、破壊靭性は、１．５ＭＰａ・ｍ^1/2以
上、特に１．８ＭＰａ・ｍ^1/2以上、更には２．０ＭＰ
ａ・ｍ^1/2以上であり、ヤング率は、１００ＧＰａ以
上、特に１２０ＧＰａ以上、さらには１４０ＧＰａ以上
である。低温焼成セラミック焼結体の製造方法上述した本発明の低温焼成セラミック焼結体は、ガラス
粉末とセラミック粉末とを混合して混合粉末を調製し、
この混合粉末を適当なバインダを用いて所定形状に成形
し、脱バインダの後に焼成することにより製造される。ガラス粉末：ガラス粉末としては、目的とする低温焼成
セラミック焼結体の結晶構造に応じて、Ｙ（イットリウ
ム）成分を含有しないもの、或いはＹ成分を含有するも
のが使用される。

【００３７】Ｙ（イットリウム）成分を含有しないガラ
ス粉末は、前述したＹ含有結晶相（ｄ）が析出していな
い低温焼成セラミック焼結体を製造するために使用され
るものであり、その好適な組成は、以下の通りである。

【００３８】ＳｉＯ₂；１０〜３５重量％、特に１５〜３０重量％Ａｌ₂Ｏ₃；１〜２０重量％、特に３〜１５重量％ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、特に１０〜
２０重量％Ｂ₂Ｏ₃；５〜３０重量％、特に１０〜２５重量％ＢａＯ；１０〜４０重量％、特に１０〜２５重量％ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜２０重量％、特に１〜１０重量％ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少な
くとも１種：０〜１０重量％、特に１〜５重量％即ち、Ｙ（イットリウム）成分を含有しないガラス粉末
において、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯおよび／または
ＺｎＯ、ＢａＯ、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が上記範囲を逸脱する
と、焼結体の開気孔率が０．３％を越え、または上述し
た特定の結晶相を析出させることが困難となり、焼結体
のヤング率が低下すると同時に、強度や熱伝導率も低下
する傾向がある。上記各成分のうち、ＳｉＯ₂およびＡ
ｌ₂Ｏ₃の含有量が上記範囲よりも少ないと、ガラスの軟
化点が低下して焼成時の脱バインダ性が悪くなり、逆に
上記範囲よりも多いと、後述する１０００℃以下の焼成
にて焼結体の開気孔率が大きくなる傾向にある。また、
ＭｇＯおよび／またはＺｎＯ、ＢａＯおよびＢ₂Ｏ₃の含
有量が上記範囲よりも少ないと、１０００℃以下の焼成
にて焼結体の開気孔率が大きくなり、また、後述するセ
ラミック粉末（フィラー成分）の添加可能な量が減じて
強度および熱伝導率が低下する。逆に多いと、ガラスの
軟化点が低下して焼成時の脱バインダ性が悪くなるとと
もに、開気孔率が大きくなる傾向にある。

【００３９】また、ガラス原料中に任意成分として含ま
れるＣａＯやＳｒＯは、ガラスの軟化挙動を制御する作
用を有しており、しかも、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈結晶相、
ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈結晶相（特に針状晶）、Ｃａ₂ＭｇＳ
ｉ₂Ｏ₇結晶相、Ｓｒ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇結晶相等の他の結晶
相を、特に針状晶として、ガラス中から析出させる作用
をも有している。したがって、このような成分を含有す
るガラス粉末を用いることは、焼結体の抗折強度や誘電
率を制御する上で有利である。さらに、ＺｒＯ ₂、Ｓｎ
Ｏ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少なくとも１種は、
上述した特定の結晶相（ａ）や（ｂ）の析出を促進する
効果がある。

【００４０】また、Ｙ（イットリウム）成分を含有する
ガラス粉末は、前述したＹ含有結晶相（ｄ）が析出して
いる低温焼成セラミック焼結体を製造するために使用さ
れるものであり、その好適な組成は、以下の通りであ
る。

【００４１】ＳｉＯ₂；１０〜４０重量％、特に１５〜３０重量％Ａｌ₂Ｏ₃；１〜３０重量％、特に３〜２５重量％ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、特に９〜２
０重量％ＢａＯ；１０〜４０重量％、特に１５〜３７重量％Ｙ₂Ｏ₃；１〜２０重量％、特に３〜１５重量％ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜２０重量％、特に０〜１５重量％ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少な
くとも１種：０〜１０重量％、特に０〜５重量％即ち、Ｙ（イットリウム）成分含有ガラス粉末におい
て、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢａＯの含
有量が上記範囲を逸脱すると、焼結体の開気孔率が０．
３％を越え、または上述した特定の結晶相（ａ）及び
（ｂ）を析出させることが困難となり、焼結体のヤング
率が低下し、強度や熱伝導率も低下する傾向がある。ま
た、Ｙ成分を含有していないガラス粉末と同様、ＳｉＯ
₂およびＡｌ₂Ｏ₃の含有量が上記範囲よりも少ないと、
ガラスの軟化点低下により焼成時の脱バインダ性が悪く
なり、上記範囲よりも多いと、１０００℃以下の焼成に
て焼結体の開気孔率が大きくなるおそれがある。また、
ＭｇＯおよび／またはＺｎＯ、ＢａＯの含有量が上記範
囲よりも少ないと、１０００℃以下の焼成にて焼結体の
開気孔率が大きくなり、さらにセラミック粉末（フィラ
ー成分）の添加可能な量が減じ、強度および熱伝導率が
低下する。逆に多いと、ガラスの軟化点が低下して焼成
時の脱バインダ性が悪くなるとともに、開気孔率が大き
くなるおそれがある。

【００４２】さらに、このガラス粉末中に含まれるＹ₂
Ｏ₃は、前述したＹ含有結晶相（ｄ）をガラス中から析
出させ、焼結体の抗折強度を高める効果を有している。
また、このＹ₂Ｏ₃は、ガラスの軟化点を上昇させる働き
とガラス粉末に由来する非晶質相（残留ガラス相）Ｇの
ヤング率を向上させる働きを有している。例えば、本発
明の低温焼成セラミック焼結体を、耐マイグレーション
性に優れた銅を配線層として備えた配線基板の絶縁基板
として用いる場合、非酸化性雰囲気中での脱バインダを
可能とするために、ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）
を５５０℃以上、特に６００〜８５０℃に高める必要が
ある。

【００４３】ところが、ガラス転移点がこのような高温
側にシフトされたガラス粉末を用いると、フィラー成分
であるセラミック結晶相、特にＡｌ₂Ｏ₃結晶相の含有量
が不足し、絶縁基板（低温焼成セラミック焼結体）の抗
折強度が低下する傾向がある。しかるに、Ｙ₂Ｏ₃を含有
するガラス粉末を用いることにより、残留ガラス相Ｇの
ヤング率が向上するため、抗折強度の低下を有効に防止
することができる。

【００４４】また、Ｙ₂Ｏ₃は、結晶化剤としての機能を
も有しており、Ｙ₂Ｏ₃を含有するガラスでは、前述した
ガーナイトおよび／またはスピネル結晶相（ａ）やセル
シアン結晶相（ｂ）のガラス中からの析出を促進させ、
これら結晶相の含有量を増大させることができる。即
ち、ガラス粉末中のＹ₂Ｏ₃含量の調整により、焼結体中
に析出する結晶相（ａ）及び結晶相（ｂ）の量を調整す
ることができる。本発明において、かかるガラス粉末中
のＹ₂Ｏ₃含量が前述した範囲よりも少ないと、上述した
高強度化効果が不十分となり、また前述した範囲よりも
多いと、焼結体の開気孔率が０．３％を超えてしまう。

【００４５】上述したＹ成分含有ガラス粉末において、
他の成分、即ち、ＣａＯおよび／またはＳｒＯ、或いは
ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少な
くとも１種の成分は、Ｙ成分を含有していないガラス粉
末に関して述べたのと同様の機能を有している。

【００４６】本発明において、上述したＹ成分を含有し
ていないガラス粉末は５００〜８５０℃のガラス転移点
（Ｔｇ）を有していることが好ましく、Ｙ成分含有ガラ
ス粉末は、５５０〜８５０℃のガラス転移点（Ｔｇ）を
有していることが好ましい。このようなガラス転移点
（Ｔｇ）を有するガラス粉末は、配線基板（特に銅配線
層を備えたもの）中の絶縁基板の製造に有利である。即
ち、銅配線層を備えた配線基板を製造するには、先にも
述べた通り、熱処理を非酸化性雰囲気中で行なう必要が
あり、例えば脱バインダのための熱処理も非酸化性雰囲
気で行なわれる。この場合、ガラス転移点が上記範囲よ
りも低いと、焼結体の収縮開始温度が低くなりすぎてし
まい、この結果、脱バインダを有効に行なうことが困難
となってしまう。一方、ガラス粉末のガラス転移点が８
５０℃よりも高いと、１０００℃以下の温度での焼成に
よっては、緻密な焼結体を得ることが困難となり、その
開気孔率は０．３％よりも高くなってしまう。

【００４７】また、上述したガラス粉末中のＰｂＯ含有
量及びＡ₂Ｏ含有量（Ａ：アルカリ金属）は、既に述べ
た通り、耐環境性、耐薬品性、吸湿性等の点で、それぞ
れ１重量％以下、特に０．１重量％以下に抑制されてい
ることが好ましい。セラミック粉末：本発明において
は、上述したガラス粉末に混合するセラミック粉末（フ
ィラー成分）としては、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂及びＭｇ₂Ｓ
ｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１種が使用される。
即ち、これらのセラミック粉末は、前述した結晶相
（ｃ）を焼結体中に存在せしめるために使用される。本
発明において、これらのセラミック粉末としては、前述
したガラス粉末との濡れ性がよく、１０００℃以下の低
温での焼結性が良好であるという点で、Ａｌ₂Ｏ₃粉末が
好適である。特に前述したガラス粉末としてＹ成分含有
ガラス粉末を用いる場合には、セラミック粉末として、
Ａｌ₂Ｏ₃粉末を用いることが最適である。

【００４８】また、焼結体中のボイド量を低減し、ヤン
グ率、抗折強度、熱伝導率を高めるために、上記セラミ
ック粉末の真密度に対する加圧嵩密度の比（加圧嵩密度
／真密度）の比が、０．５以上、特に０．５２以上、最
適には０．５４以上であることが望ましい。これによっ
て、例えば焼結体の開気孔率を０．３％以下とすること
ができる。

【００４９】ここで、セラミック粉末の加圧嵩密度と
は、セラミック粉末２ｇを、圧力９８ＭＰａ×３０ｓｅ
ｃの条件で直径２０ｍｍφの円柱形状に一軸成形して得
られる成形体の密度を意味する。セラミック粉末の加圧
嵩密度比を上記範囲内に設定するためには、粒度分布を
制御したり、凝集の少ないセラミック粉末を用いたり、
粒径のピーク値が２つ以上存在するように、平均粒径の
異なる２種以上のセラミックの粉末を用いることによ
り、セラミック粉末の加圧嵩密度を高めることが効果的
である。混合粉末の調製：本発明においては、前述したガラス粉
末とセラミック粉末とを混合し、所望により適当な溶媒
を加えて粉砕し、両者が均一に分散した混合粉末を調製
する。

【００５０】このような混合粉末の調製においては、ガ
ラス粉末としてＹ成分を含有していないガラス粉末を用
いる場合には、該ガラス粉末とセラミック粉末とを、２
０：８０乃至９０：１０、好ましくは２５：７５乃至８
０：２０、最も好適には、３０：７０乃至７０：３０の
重量比で用いるのがよく、またガラス粉末としてＹ成分
含有ガラス粉末を用いる場合には、該ガラス粉末とセラ
ミック粉末（特にＡｌ ₂Ｏ₃）とを、２０：８０乃至９
５：５、好ましくは２５：７５乃至９０：１０、最も好
適には、３０：７０乃至８５：１５の重量比で用いるの
がよい。即ち、セラミック粉末（或いはＡｌ₂Ｏ₃粉末）
の添加量が上記範囲よりも少ないと、焼結体のヤング
率、強度、熱伝導率が低下し、その添加量が上記範囲よ
りも多いと、１０００℃以下の焼成によっては焼結体の
開気孔率を、例えば０．３％以下に低減することができ
ず、緻密な焼結体を得ることが困難となる。

【００５１】また、上記のようなガラス粉末とセラミッ
ク粉末との混合粉末についても加圧嵩密度／真密度の比
が０．４５以上、特に０．５以上、最適には０．５４以
上であることが望ましい。

【００５２】さらに、本発明においては、ガラス粉末と
特定のセラミック粉末との混合比が上述した量比を満足
しており、且つ焼結体のヤング率、強度、熱伝導率等の
特性が損なわれない限りにおいて、上記以外の他のセラ
ミック粉末、例えばＳｉＯ₂、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、Ｓｒ
Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、Ｃａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、Ｓｒ₂ＭｇＳｉ ₂Ｏ
₇、Ｂａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、ＺｎＯ、ＭｇＳｉＯ₃、Ｚｎ₂Ｓ
ｉＯ₄、ＺｒＳｉＯ₄、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓ
ｉ₅Ｏ₁₈、ＣａＳｉＯ₃、ＳｒＳｉＯ₃、ＢａＳｉＯ₃等を
混合することもできる。これらは、前述した他の結晶相
として、存在するものである。成形：上記のようにして調製された混合粉末に、所望に
より、有機バインダ、可塑剤、溶媒を添加、混合してス
ラリー（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、カレンダーロール
法、圧延法、プレス成形、押出形成、射出成形、鋳込み
成形、テープ成形等によって所定形状の成形体を作成す
る。焼成：上記で得られた成形体を、４５０〜７５０℃で脱
バインダ処理した後、酸化性雰囲気あるいは非酸化雰囲
気中、１０００℃以下、好ましくは７００〜１０００
℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の温度で焼成す
ることにより、本発明の低温焼成セラミック焼結体が得
られる。

【００５３】なお、焼結体中に上述した特定の結晶相
（ａ）、（ｂ）を析出させるため、また、焼結体の開気
孔率を低減するためには、脱バインダ処理後の昇温速度
を２０℃／時間以上とすることが望ましく、また、焼成
温度での保持時間を０．２〜１０時間、特に０．５〜２
時間とすることが望ましい。配線基板：上述した低温焼成セラミック焼結体は、各種
配線基板中の絶縁基板として極めて有用である。図２に
は、このような配線基板として代表的な半導体素子収納
用パッケージを例にとって、その概略断面図を示した。

【００５４】図２において、このパッケージＡは、複数
の絶縁層１ａ〜１ｄからなる絶縁基板１を備えており、
この絶縁基板１の表面及び内部には、銀、銅、金等の低
抵抗金属から成る配線層２、２が形成されている。ま
た、上記の配線層２、２を電気的に接続するためのビア
ホール導体３が、絶縁層１ａ〜１ｄを貫通するように形
成されている。このビアホール導体３は、銀、銅、金等
の低抵抗金属を含有している。さらに、パッケージＡの
下面には複数の接続用電極４が配列されており、この接
続用電極４は、プリント基板等の外部回路基板Ｂの接続
用電極４Ｂと接続されている。

【００５５】絶縁基板１の上面中央部には、半導体素子
等のデバイス５がガラス、アンダーフィル剤等の接着剤
（図示せず）を介して接着固定され、このデバイス５の
表面はポッティング剤等からなる封止樹脂７により封止
されている。デバイス５は配線層２とワイヤボンディン
グ６等を介して電気的に接続され、従って、デバイス５
と、絶縁基板１の下面に形成された複数の接続用電極４
とは、配線層２およびビアホール導体３を介して電気的
に接続されている。

【００５６】本発明においては、絶縁基板１を、上述し
た低温焼成セラミック焼結体から形成することにより、
絶縁基板１の強度および熱伝導率を高めることができ、
パッケージＡの実装信頼性および機械的信頼性を高める
ことができる。また、デバイス５に発生する熱が効率よ
く放熱されるため、絶縁基板１の温度上昇が有効に抑制
され、デバイス５の誤作動を防止することができる。

【００５７】また、絶縁基板１は、１０００℃以下の低
温焼成によって作成することができるため、銀、銅また
は金のうちの少なくとも１種の低抵抗金属を特に主成分
とする低抵抗導体を用いての同時焼成により配線層２を
形成することができる。従って、配線層２を低抵抗化で
き、信号の遅延を小さくできる。

【００５８】なお、図２においては、デバイス５はワイ
ヤボンディング６を介して配線層２と接続されている
が、デバイス５を半田等により、絶縁基板１表面の配線
層２に直接接続することもできる。更に封止樹脂７を用
いず、絶縁基板１の表面にキャビティを形成してデバイ
ス５を収納し、封止金具（図示せず。）等を用い、蓋体
によってデバイス５が収納されたキャビティを封止する
こともできる。

【００５９】本発明によれば、本発明の低温焼成セラミ
ック焼結体から成る絶縁基板１はヤング率が１００ＧＰ
ａ以上と高い。従って、この絶縁基板１に封止金具、封
止樹脂等を接着しても絶縁基板１が大きく反ることな
く、半導体素子の実装（一次実装）部分に歪みが発生す
ることなく、また、接続用電極４に応力が集中して接続
用電極４、４Ｂ（二次実装部分）にクラックや剥離が生
じることなく実装信頼性を高めることができる。

【００６０】上記パッケージのような配線基板は、前述
した低温焼成セラミック焼結体を製造するのと同様にし
て製造することができる。即ち、前述したガラス粉末と
セラミック粉末とを一定の量比で混合した混合粉末を用
いて成形用スラリーを調製し、この成形用スラリーを用
いて、例えば厚みが５０〜５００μｍのセラミックグリ
ーンシート（絶縁層１ａ〜１ｄ用のシート）を成形す
る。

【００６１】このグリーンシートの所定位置にスルーホ
ールを形成し、このスルーホール内に、銅や銀、金等の
低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。また、
表面に配線層２が形成される絶縁層に対応するグリーン
シートの表面には、上記の導体ペーストを用いて、スク
リーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を
用いて配線層２の厚みが５〜３０μｍとなるように、配
線パターンを印刷塗布する。

【００６２】そして、上記のようにして作成された複数
のグリーンシートを位置合わせして積層圧着し、次い
で、酸化性雰囲気中、低酸化性或いは非酸化性雰囲気中
にて脱バインダ処理した後、１０００℃以下の酸化性雰
囲気または非酸化性雰囲気で焼成することにより、配線
層２を備えた絶縁基板１が作製される。

【００６３】なお、脱バインダ雰囲気或いは焼成雰囲気
は、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例
えば、銅等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する
金属を用いる場合には非酸化性雰囲気中にて脱バインダ
或いは焼成が行なわれる。

【００６４】上記のようにして形成された絶縁基板１の
表面に、半導体素子等のデバイス５を搭載し、配線層２
と信号の伝達が可能なように接続される。先にも述べた
通り、配線層２上にデバイス５を直接搭載させて両者を
接続することもできるし、あるいはワイヤボンディング
６を用いてデバイス５と絶縁基板１表面の配線層２とを
接続させることもできる。また、フリップチップなどに
より、両者を接続することも可能である。

【００６５】さらに、デバイス５が搭載された絶縁基板
１表面に、封止樹脂７を塗布して硬化させるか、絶縁基
板１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る蓋体をガラス、樹脂、ロ
ウ材等の接着剤により接合することにより、デバイス５
を気密に封止することができ、これによりパッケージＡ
を作製することができる。

【００６６】このように、本発明の低温焼成セラミック
焼結体は、１０００℃以下の低温での焼成により製造す
ることができるため、かかる焼結体を絶縁基板材料とし
て用いることにより、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＡｌ等の低
抵抗導体との同時焼成により、これら低抵抗導体から成
る配線層と絶縁基板とを一挙に製造することができ、各
種配線基板の生産効率を高めることができる。

【００６７】また、図２の例では、低抵抗導体を含むペ
ーストを絶縁層形成用のセラミックグリーンシートに塗
布しての同時焼成により絶縁基板１及び配線層２が形成
された例を示したが、絶縁基板１が本発明の低温焼成セ
ラミック焼結体により形成されている場合には、特に絶
縁基板１の表面に、所謂薄膜形成法を利用して、微細な
配線層（例えば、配線層幅が７５μｍ以下、配線層間隔
が７５μｍ以下、配線層厚みが１〜１０μｍ）を、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＡｌ等の低抵抗導体により高精度で
形成することができる。

【００６８】即ち、図２の絶縁基板１を例にとって説明
すると、前述した方法により、内部にビアホール導体３
を備えた絶縁基板１を製造する。この絶縁基板１は、１
つの絶縁層から形成されていてもよいし、また内部に前
述した配線層２が同時焼成により形成されていてもよ
い。かかる絶縁基板１の表面に、スパッタリング、イオ
ンプレーティング、真空蒸着等の薄膜形成法により、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＡｌ等の低抵抗導体から成る薄膜金
属層を形成する。次いで、レジスト塗布、所定パターン
のマスクを用いての露光、エッチングによる不要部金属
層の除去及びレジスト除去により、上記のような微細な
パターンの配線層を絶縁基板１の表面に形成することが
できる。

【００６９】本発明の低温焼成セラミック焼結体は、開
気孔率が０．３％以下と低いためボイドが少なく、表面
平滑性が良好であるため、かかる焼結体から成る絶縁基
板１の表面に、上記のような薄膜形成法を利用して、微
細なパターンの配線層を位置ズレ等の不都合を生じるこ
となく、高精度で形成することができる。また、薄膜形
成法によって絶縁基板１の表面に薄膜金属層を形成する
に先だっては、基板１の表面を、表面粗さＲａ（ＪＩＳ
Ｂ０６０１）が０．１μｍ以下、特に０．０５μｍ以
下の平滑面にしておくことが望ましいが、本発明の低温
焼成セラミック焼結体から成る絶縁基板１は、表面平滑
性に優れており、例えばその焼き肌面の表面粗さＲａ
は、１．０μｍ以下、特に０．５μｍ以下である。従っ
て、上記の研磨加工を短時間で容易に行なうことがで
き、この点でも本発明は有利である。

【００７０】また、本発明の低温焼成セラミック焼結体
は、強度等の機械的特性にも優れているため、上記のよ
うな絶縁基板１の厚みを０．５ｍｍ以下、特に０．４ｍ
ｍ以下、更には０．２ｍｍ以下とすることもでき、薄型
で且つ機械的信頼性の高い配線基板の製造にも有用であ
る。

【００７１】

【実施例】実施例１下記の組成からなる３種のガラス粉末（平均粒径は何れ
も２μｍ）のガラス粉末を準備した。ガラスＡ：ＳｉＯ₂２８重量％−Ａｌ₂Ｏ₃１０重量％−ＺｎＯ１５重量％ −Ｂ₂Ｏ₃１８重量％−ＢａＯ２８重量％−ＺｒＯ₂１重量％（ガラス転移点：６１０℃）ガラスＢ：ＳｉＯ₂２０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃８重量％−ＺｎＯ２０重量％ −Ｂ₂Ｏ₃２１重量％−ＢａＯ−２０重量％−ＳｒＯ９重量％ −ＺｒＯ₂１重量％−ＴｉＯ₂１重量％（ガラス転移点：５７０℃）ガラスＣ：ＳｉＯ₂２４重量％−Ａｌ₂Ｏ₃８重量％−ＺｎＯ１５重量％ −Ｂ₂Ｏ₃１８重量％−ＢａＯ−２６重量％−ＳｒＯ１重量％ −ＣａＯ５重量％−ＳｎＯ₂１重量％−ＺｒＯ₂２重量％（ガラス転移点：５９０℃）一方、平均粒径が１〜２μｍの表１に示すセラミック粉
末２ｇを直径２０ｍｍφの金型内に充填して９８ＭＰａ
の圧力で３０秒間一軸プレス成形を行い、この成形体の
密度を加圧嵩密度として算出した。また、Ｈｅ置換法に
より真密度を測定し、加圧嵩密度／真密度の比を算出し
表１に示した。

【００７２】そして、上記ガラス粉末とセラミック粉末
を用いて、表１の組成に従い混合し、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３００μｍのシート状成形体を作製した。さら
に、このシート状成形体を所望の厚さになるように複数
枚積層し、６０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱
圧着した。

【００７３】得られた積層体を大気中、５００℃で脱バ
インダ処理した後、２００℃／時間で昇温して、大気中
で表１の条件にて焼成してセラミック焼結体を得た。

【００７４】次に、得られたセラミック焼結体につい
て、アルキメデス法により開気孔率を測定した。また、
超音波パルス法にてヤング率を測定した。さらに、この
セラミック焼結体をφ１０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ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。ま
た、このセラミック焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×５０ｍｍ
に加工し、オートグラフを用いてＪＩＳＲ−１６０１
に基づく３点曲げ強度を測定した。さらに、このセラミ
ック焼結体を鏡面研磨し、ＩＦ法にて破壊靭性を測定し
た。結果を表２に示した。

【００７５】さらに、セラミック焼結体をφ１６ｍｍ、
厚さ２ｍｍに加工し、両面にＩｎ−Ｇａペーストを塗布
して電極とし、ＬＣＲメーターを用いて、測定周波数１
ＭＨｚにおいて静電容量を測定し、試料寸法から比誘電
率を算出した。また、セラミック焼結体中における結晶
相をＸ線回折測定から同定し、ピーク強度の大きさを比
較した。

【００７６】また、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈結晶相に関して
は、六方晶のメインピークをｄ＝３．９００とし、単斜
晶のメインピークをｄ＝３．３５５として、強度比Ｉ
（ｄ＝３．９００）／Ｉ（ｄ＝３．３５５）を算出し
た。

【００７７】さらに、セラミック焼結体を鏡面研磨し、
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真からＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ
₈結晶相（針状晶）のアスペクト比を算出した。これら
の結果を表２に示した。

【００７８】また、上記多層配線基板の絶縁基板表面
に、真空蒸着法によって、Ｔｉ層を０．２μｍの厚さで
形成した後、ＴｉＷ、ＴｉＭｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ等の
種々の金属層を厚み１０μｍで形成した後、Ｃｕ層を３
μｍの厚みで形成した。なお、ＴｉＷおよびＴｉＭｏの
合金層中のＷ、Ｍｏ含有量は９０重量％である。

【００７９】その後、この薄膜金属層に感光性フォトレ
ジストを一面に塗布し、フォトリソグラフィー技術によ
りエッチングマスクを作成し、薄膜層の一部を酸性エッ
チング液により不要部の薄膜を除去して、大きさが１×
１ｍｍの評価用パッドを形成した。そして、このパッド
に対して、Ｃｕからなるピンを半田付けして、−４０℃
と１２５℃の各温度に制御した恒温槽に多層配線基板を
１５分／１５分の保持を１サイクルとして１００サイク
ルの熱サイクルを施した後に、このピンを垂直に引き上
げ、半田もしくは薄膜金属層が離れた時の強度を薄膜金
属層の接着強度として評価し、その結果を表２に示し
た。

【００８０】一方、比較例として上記ガラスＡ、Ｂ、Ｃ
に代わり、以下の組成からなるガラスＤおよびガラスＥ
を用いて同様に評価を行った。ガラスＤ：ＳｉＯ₂４３重量％−Ａｌ₂Ｏ₃７重量％−Ｂ₂Ｏ₃８重量％ −ＢａＯ３７重量％−ＣａＯ５重量％（ガラス転移点：６４０℃）ガラスＥ：ＳｉＯ₂１０重量％−Ａｌ₂Ｏ₃３重量％−ＺｎＯ３５重量％ −Ｂ₂Ｏ₃４５重量％−Ｎａ₂Ｏ７重量％（ガラス転移点：６５０℃）

【００８１】

【表１】

【００８２】

【表２】

【００８３】表１、２の結果から明らかなように、前述
した結晶相（ａ）〜（ｃ）に相当する結晶相が析出し、
かつセルシアン結晶相（ｂ）（ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈結晶
相）が少なくともアスペクト比が３以上の針状晶を含む
試料Ｎｏ．２〜８、１０、１２〜２２では、Ｘ線回折測
定における六方晶（ｈｅｘ．）と単斜晶（ｍｏｎ．）と
のメインピークの強度比Ｉ（ｈｅｘ．）／Ｉ（ｍｏ
ｎ．）が３以上であり、開気孔率０．３％以下、抗折強
度が２８０ＭＰａ以上、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上、ヤ
ング率が１００ＧＰａ以上、破壊靭性が１．５ＭＰａ・
ｍ^1/2以上となった。また、これらの焼結体について、
焼き肌面の表面粗さＲａを測定したところ、何れも０．
５μｍ以下であった。また、薄膜金属層を形成した場合
においても、２２．５ＭＰａ以上の高い接着強度を示し
た。

【００８４】一方、ガラス粉末の量が９０重量％よりも
多い試料Ｎｏ．１、１１では、フィラーが不充分で８０
０℃以上の焼成によって成分の一部の流失が見られ適正
な試料の作製が困難であった。また、ガラス粉末の量が
２０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．９では、開気孔率が
大きくなり、緻密なセラミック焼結体を得ることができ
なかった。

【００８５】また、試料Ｎｏ．２３、２４は、ＡｌＮ、
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ₃・
２ＳｉＯ₂、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる結晶相
（ｃ）を含有しないことから、抗折強度が２８０ＭＰａ
よりも低く、また、ヤング率も１００ＧＰａより低かっ
た。

【００８６】さらに、ガラス粉末として所定量のＺｎＯ
やＢａＯを含まないガラスＤ、Ｅを用いた試料Ｎｏ．２
５、２６では、いずれも抗折強度が２８０ＭＰａよりも
低く、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫより低く、ヤング率が１０
０ＧＰａよりも低く、破壊靭性が１．５ＭＰａ・ｍ^1/2
より低かった。実施例２実施例１の試料Ｎｏ．１０の試料の原料粉末に対して、
アクリル系バインダと可塑剤とトルエンを添加、混合
し、ドクターブレード法によって厚み２５０μｍのシー
ト状成形体を作製した。次に、該シート状成形体の所定
位置にビアホールを形成し、銀を主成分とする導体ペー
ストを充填した後、スクリーン印刷法により前記導体ペ
ーストを用いてシート状成形体の表面に配線パターンを
形成した。

【００８７】そして、前記配線パターンを形成したシー
ト状成形体を位置合わせしながら４枚積層、熱圧着し
た。この積層体を大気中、５００℃で脱バインダ処理し
た後、２００℃／時間で昇温し、大気中、８００℃で１
時間焼成して銀を主成分とする配線層を具備する配線基
板を作製した。

【００８８】得られた配線基板について、半導体素子を
実装した後、封止剤を用いて封止したところ反りや変形
等を示さず、また、配線層の導通を確認したところ、断
線等がなく、低抵抗で良好な導通特性を示した。実施例３下記の組成からなる２種のガラス粉末（平均粒径は何れ
も２μｍ）を準備した。ガラスＦ：ＳｉＯ₂２９重量％−Ａｌ₂Ｏ₃１２重量％−ＺｎＯ１５重量％ −Ｂ₂Ｏ₃１０重量％−ＢａＯ３０重量％−ＺｒＯ₂１重量％ −Ｙ₂Ｏ₃３重量％（ガラス転移点：６６０℃）ガラスＧ：ＳｉＯ₂２４重量％−Ａｌ₂Ｏ₃８重量％−ＺｎＯ７重量％ −ＭｇＯ８重量％−Ｂ₂Ｏ₃１０重量％−ＢａＯ−２６重量％ −ＳｒＯ１重量％−ＣａＯ５重量％−ＳｎＯ₂１重量％ −ＺｒＯ₂２重量％−Ｙ₂Ｏ₃８重量％（ガラス転移点：５００℃）そして、これらのガラス粉末に対して、平均粒径が１〜
２μｍの表３に示す金属酸化物粉末を用いて、表３の組
成に従い混合した。

【００８９】そして、この混合物を用い、実施例１と同
様にして、低温焼成セラミック焼結体を得た（焼成温度
は表３に示す）。

【００９０】得られた焼結体について、実施例１と同様
に、開気孔率、熱伝導率、３点曲げ強度を測定し、更
に、焼結体中における結晶相をＸ線回折測定から同定
し、これらの結果表３に示した。尚、同定された結晶相
は、ピーク強度の大きい順に表３に示した。

【００９１】さらに、実施例１と同様に、焼結体を鏡面
研磨し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真からＢａＡｌ
₂Ｓｉ₂Ｏ₈結晶相のアスペクト比を算出した。結果は表
３に示した。

【００９２】

【表３】

【００９３】表３の結果から明らかなように、ガーナイ
ト結晶相（結晶相（ａ））、針状のセルシアン結晶相
（結晶相（ｂ））、特定のセラミック結晶相（結晶相
（ｃ））及びＹ含有結晶相（結晶相（ｄ））が析出した
試料Ｎｏ．１〜８では、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上、抗
折強度が２８０ＭＰａ以上となった。実施例４実施例３の試料Ｎｏ．１の試料の原料粉末に対して、ア
クリル系バインダと可塑剤とトルエンを添加、混合し、
ドクターブレード法によって厚み２５０μｍのグリーン
シートを作製した。次に、該グリーンシートの所定位置
にビアホールを形成し、銅を主成分とする導体ペースト
を充填した後、スクリーン印刷法により前記導体ペース
トを用いてグリーンシート表面に配線層を形成した。

【００９４】そして、前記配線層を形成したグリーンシ
ートを位置合わせしながら４枚積層、熱圧着した。この
積層体を水蒸気含有窒素中、７００℃で脱バインダ処理
した後、２００℃／時間で昇温した後、窒素中、８００
℃で１時間焼成して銅を主成分とする配線層を具備する
多層配線基板を作製した。

【００９５】得られた配線基板について、配線層の導通
を確認したところ、断線等がなく、低抵抗で良好な導通
特性を示した。

【００９６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ガ
ーナイト結晶相および／またはスピネル結晶相や、アス
ペクト比が３以上の針状晶を含むセルシアン結晶相など
の特定の結晶相を存在せしめることによって、銀、銅、
金等の低抵抗金属との同時焼成が可能であり、高い強
度、高熱伝導性、ヤング率、靱性を有する焼結体を得る
ことができる。また、上記の焼結体を配線基板における
絶縁基板として用いることによって基板強度を高め、高
信頼性の配線基板が得ることができ、また、絶縁基板の
平滑性に優れることから、この配線基板には薄膜形成法
によって前記セラミック焼結体表面に導体層を形成する
こともできる、などあらゆる配線基板に好適に使用され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の低温焼成セラミック焼結体の
構造を示す図であり、

【図２】図２は、本発明の低温焼成セラミック焼結体を
絶縁基板とする配線基板（半導体素子収納パッケージ）
の一例を示す側断面図である。

【符号の説明】

１絶縁基板２配線層３ビアホール導体４接続用電極５デバイスＡ半導体素子収納用パッケージＢ外部回路基板

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０４Ｂ 35/581 Ｈ０１Ｂ 3/12 ３３６ 35/584 ３３７Ｈ０１Ｂ 3/02 ３３８ 3/12 ３３３Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０Ｄ３３５ 3/46 Ｈ３３６Ｔ３３７Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｄ３３８ 35/04 ＡＨ０５Ｋ 1/03 ６１０ 35/56 １０１Ｆ 3/46 35/58 １０２Ｄ１０４Ｆ (31)優先権主張番号特願2001−155499(P2001−155499) (32)優先日平成13年５月24日(2001．5．24) (33)優先権主張国日本（ＪＰ）Ｆターム(参考） 4G001 BA02 BA03 BA04 BA05 BA06 BA07 BA09 BA12 BA14 BA22 BA32 BA36 BA71 BB02 BB03 BB04 BB05 BB06 BB07 BB09 BB12 BB14 BB22 BB32 BB36 BB71 BC17 BC22 BC52 BD03 BD13 BD14 BD16 BD23 BE01 BE23 BE32 4G030 AA07 AA08 AA09 AA10 AA12 AA17 AA32 AA35 AA36 AA37 AA39 BA12 BA20 BA21 CA01 CA04 CA08 GA14 GA15 GA17 GA20 GA27 4G031 AA03 AA04 AA05 AA06 AA08 AA12 AA26 AA28 AA29 AA30 AA31 BA12 BA20 BA21 CA01 CA04 CA08 GA04 GA06 GA11 5E346 AA12 AA15 AA38 BB01 CC18 CC32 CC34 CC38 CC39 DD15 DD31 DD34 EE21 GG04 HH11 5G303 AA05 AB12 AB15 BA12 CA01 CA03 CB01 CB02 CB03 CB17 CB19 CB25 CB30 CB39 CB40 CD01 CD04 CD06 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶相として、（ａ）ガーナイト結晶相お
よび／またはスピネル結晶相、（ｂ）アスペクト比が３
以上の針状晶を含むセルシアン結晶相、及び（ｃ）Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ
₃・２ＳｉＯ₂及びＭｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なく
とも１種の結晶相、を含有しており、且つ開気孔率が
０．３％以下であることを特徴とする低温焼成セラミッ
ク焼結体。
【請求項２】ガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末
から成る成形体を焼成することにより得られる請求項１
記載の低温焼成セラミック焼結体。
【請求項３】前記結晶相（ａ）および（ｂ）が、前記ガ
ラス粉末から析出したものである請求項２記載の低温焼
成セラミック焼結体。
【請求項４】ＰｂＯ含有量およびＡ₂Ｏ（Ａ：アルカリ
金属）含有量が、それぞれ１重量％以下に抑制されてい
る請求項１乃至請求項３のいずれか記載の低温焼成セラ
ミック焼結体。
【請求項５】２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する請求項
１乃至請求項４のいずれか記載の低温焼成セラミック焼
結体。
【請求項６】２８０ＭＰａ以上の抗折強度を有する請求
項１乃至請求項５のいずれか記載の低温焼成セラミック
焼結体。
【請求項７】１００ＧＰａ以上のヤング率を有する請求
項１乃至請求項６のいずれか記載の低温焼成セラミック
焼結体。
【請求項８】前記（ｂ）セルシアン結晶相は、六方晶を
含み且つＸ線回折測定において下記式：Ｉｈｅｘ／Ｉｍｏｎ式中、Ｉｈｅｘは、六方晶のメインピーク強度を示し、Ｉｍｏｎは、単斜晶のメインピーク強度を示す、で表されるメインピーク強度比が３以上であるＸ線回折
パターンを示す請求項１乃至請求項７のいずれか記載の
低温焼成セラミック焼結体。
【請求項９】１．５ＭＰａ・ｍ^1/2以上の破壊靭性を有
している請求項１乃至請求項８のいずれか記載の低温焼
成セラミック焼結体。
【請求項１０】さらに、（ｄ）Ｙ（イットリウム）含有
結晶相を含む請求項１乃至請求項９のいずれか記載の低
温焼成セラミック焼結体。
【請求項１１】（ｄ）Ｙ（イットリウム）含有結晶相
が、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₄Ａｌ ₂Ｏ₉、ＢａＹ₂Ｏ₄、Ｂａ₄Ｙ₂Ｏ
₇，Ｙ₄Ｚｒ₃Ｏ₁₂、Ｙ₆ＺｒＯ₁₁の群から選ばれる少なく
とも１種である請求項１０記載の低温焼成セラミック焼
結体。
【請求項１２】前記Ｙ（イットリウム）含有結晶相が、
ガラスから析出したものである請求項１０または請求項
１１記載の低温焼成セラミック焼結体。
【請求項１３】非晶質相を５０重量％以下の量で含有し
ている請求項１乃至請求項１２のいずれか記載の低温焼
成セラミック焼結体。
【請求項１４】前記非晶質相が、Ｙ（イットリウム）を
含有している請求項１乃至請求項１３のいずれか記載の
低温焼成セラミック焼結体。
【請求項１５】非晶質相を実質上含有していない請求項
１記載の低温焼成セラミック焼結体。
【請求項１６】ＳｉＯ₂；１０〜３５重量％、Ａｌ
₂Ｏ₃；１〜２０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜
２５重量％、Ｂ₂Ｏ₃；５〜３０重量％、ＢａＯ；１０〜
４０重量％、を含有するガラス粉末と、ＡｌＮ、Ｓｉ₃
Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂及びＭｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１種
のセラミック粉末とを、２０：８０乃至９０：１０の重
量比で混合し、得られた混合粉末を成形し、次いで１０
００℃以下で焼成することを特徴とする低温焼成セラミ
ック焼結体の製造方法。
【請求項１７】前記ガラス粉末が、２０重量％以下の量
でＣａＯおよび／またはＳｒＯを含有している請求項１
６記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
【請求項１８】前記ガラス粉末が、１０重量％以下の量
でＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少
なくとも１種を含有している請求項１６または請求項１
７記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
【請求項１９】前記セラミック粉末が、０．５以上の加
圧嵩密度／真密度比を有している請求項１６乃至請求項
１８のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造
方法。
【請求項２０】前記混合粉末は、加圧嵩密度／真密度比
が０．４５以上となるように調製される請求項１６乃至
請求項１９のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体
の製造方法。
【請求項２１】前記混合粉末は、ＰｂＯ含有量およびＡ
₂Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量がそれぞれ１重量％以
下となるように調製される請求項１６乃至請求項２０の
いずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２２】前記ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）
が、５００〜８５０℃である請求項１６乃至請求項２１
のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方
法。
【請求項２３】ＳｉＯ₂；１０〜４０重量％、Ａｌ
₂Ｏ₃；１〜３０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜
２５重量％、ＢａＯ；１０〜４０重量％、Ｙ₂Ｏ₃；１〜
２０重量％を含有するガラス粉末と、ＡｌＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、３Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓ
ｉＯ₂及びＭｇ₂ＳｉＯ₄の群から選ばれる少なくとも１
種のセラミック粉末とを、２０：８０乃至９０：１０の
重量比で混合し、得られた混合粉末を成形し、次いで１
０００℃以下で焼成することを特徴とする低温焼成セラ
ミック焼結体の製造方法。
【請求項２４】前記ガラス粉末は、Ｂ₂Ｏ₃を３０重量％
以下、ＣａＯ又はＳｒＯを２０重量％以下、及びＺｒＯ
₂、ＳｎＯ₂およびＴｉＯ₂の群から選ばれる少なくとも
１種を１０重量％以下の量で含有している請求項２３記
載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２５】前記セラミック粉末は、０．５以上の加
圧嵩密度／真密度比を有している請求項２３または請求
項２４記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２６】前記混合粉末は、加圧嵩密度／真密度比
が０．４５以上となるように調製される請求項２３乃至
請求項２５のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体
の製造方法。
【請求項２７】前記混合粉末は、ＰｂＯ含有量およびＡ
₂Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量がそれぞれ１重量％以
下となるように調製される請求項２３乃至請求項２６の
いずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
【請求項２８】前記ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）
が、５５０〜８５０℃である請求項２３乃至請求項２７
のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方
法。
【請求項２９】請求項１乃至請求項１５のいずれか記載
の低温焼成セラミック焼結体の表面および／または内部
にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌの群から選ばれる少なくとも
１種を含有する導体層を形成してなることを特徴とする
配線基板。
【請求項３０】前記導体層が、前記混合粉末から成る成
形体との同時焼成によって形成されている請求項２９の
配線基板。
【請求項３１】前記導体層が、薄膜形成法によって前記
セラミック焼結体表面に形成されている請求項２９また
は請求項３０記載の配線基板。