JP2003063855A

JP2003063855A - ガラスセラミック焼結体およびその製造方法、およびそれを用いた多層配線基板

Info

Publication number: JP2003063855A
Application number: JP2001257777A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nagae; 謙一永江; Yoshihiro Nakao; 吉宏中尾; Shinichi Suzuki; 晋一鈴木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】焼結体中に内在するボイドが小さく、アルミナ
より高い熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラ
ミック焼結体を得る。【解決手段】バリウムホウ珪酸ガラスにチタン酸塩系フ
ィラーを添加してなる混合物を成形、焼成するにあた
り、焼成をＡ：７３０〜７７０℃と、Ｂ：８５０〜９５
０℃に保持して行い、そのＡ−Ｂ間の昇温速度を１００
〜２００℃／ｈｒにて焼成することによって、焼結体の
断面鏡面写真において１００μｍ×１００μｍのエリア
内に直径２０μｍ以上の気孔の数が５個以下である、４
０〜４００℃における熱膨張係数が８×１０^-6／℃以上
であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１
４以上、誘電正接が５０×１０^-4以下、−４０〜８５℃
における比誘電率の温度変化率の絶対値が１００×１０
^-6／℃以下のガラスセラミック焼結体を得ることができ
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、焼結体内部の気孔
の少ない高誘電率セラミック焼結体とその製造方法、お
よびこの高誘電率セラミックスと低誘電率セラミックス
とを同時焼成し、低誘電率セラミック層間に高誘電率セ
ラミック層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
等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、絶縁層がアルミナ等のセラミ
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低温焼成セラミックス
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、外部回路基板
上の配線導体上に前記接続端子を載置当接させ、２５０
〜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ものである。

【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、
セラミック回路基板とプリント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の
低温焼成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、ノートパソコン等の携帯
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
イッチング回路及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
個々に回路基板上に設置されており、小型化及び製造コ
スト削減の妨げとなっていた。

【０００７】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】そこで、セラミック多層配線基板の内部
に、高誘電率のセラミック層を内層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、先にバリウムホウ珪
酸ガラスに、フィラー成分としてＢａＴｉＯ₃、ＣａＴ
ｉＯ₃などの高誘電率フィラーを添加した高熱膨張、高
誘電率系のセラミック焼結体を提案した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記バ
リウムホウ珪酸ガラスに、フィラー成分としてＢａＴｉ
Ｏ₃、ＣａＴｉＯ₃などの高誘電率フィラーを添加し、焼
成したセラミック焼結体は、ボイドが発生しやすいとい
う問題があった。

【００１１】近年の多層配線基板のさらなる小型化、低
背化に対して、多層基板の内部に内層された高誘電率セ
ラミック層の薄型化も要求されるが、この高誘電率セラ
ミック層の厚みに対して非常に大きいボイドが存在すれ
ば、その層の絶縁性の劣化につながることために、この
ようなボイドの発生を低減することが必要である。

【００１２】従って、本発明では、低温焼結性に優れ、
焼結体中に内在するボイドが小さく、アルミナより高い
熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラミック焼
結体およびその製造方法、およびこのガラスセラミック
焼結体を高誘電率セラミック層とし、低誘電率セラミッ
ク層とを積層してなり、有機樹脂を絶縁材料とする外部
回路基板への実装信頼性に優れ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。

【００１３】

【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、高誘電率セラミック層
用材料としてバリウムホウ珪酸ガラスにチタン酸塩系フ
ィラーを添加し、成形、焼成するにあたり、焼成工程に
て２つの所定の温度域で保持する工程を含み、その昇温
速度を制御することによって、ボイドの発生を効果的に
低減することができることを見出した即ち、本発明は、
バリウムホウ珪酸ガラス相中に、チタン酸塩系フィラー
を分散含有してなるガラスセラミック焼結体であって、
その焼結体断面鏡面写真において１００μｍ×１００μ
ｍのエリア内に直径２０μｍ以上の気孔の数が５個以下
であることを特徴とするものである。

【００１４】また、焼結体は、４０〜４００℃における
熱膨張係数が８×１０^-6／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ
〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１４以上、誘電正接が５
０×１０^-4以下、−４０〜８５℃における比誘電率の温
度変化率の絶対値が１００×１０^-6／℃以下であること
を特徴とする。

【００１５】なお、前記バリウムホウ珪酸ガラスは、各
酸化物換算で、Ｃａを５〜３０モル％、Ｓｉを４０〜６
０モル％、Ｂａを５〜２０モル％、Ｂを１０〜２０モル
％、Ａｌを３〜１５モル％の割合で含み、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。

【００１６】また、本発明は、バリウムホウ珪酸ガラス
にチタン酸塩系フィラーを添加してなる混合物を成形、
焼成する製造方法において、前記焼成がＡ：７３０〜７
７０℃と、Ｂ：８５０〜９５０℃に保持して行われ、そ
のＡ−Ｂ間の昇温速度を１００〜２００℃／ｈｒにて焼
成したことを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明の多層配線基板は、低誘電率
セラミック層と高誘電率セラミック層を積層してなるも
のであって、高誘電率セラミック層が、前記ガラスセラ
ミック焼結体からなることを特徴とするものである。そ
の場合、前記低誘電率セラミック層としては、４０〜４
００℃における熱膨張係数が８×１０^-6／℃以上であ
り、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１０未
満、誘電正接が５０×１０^-4以下であることが、積層構
造の安定性および多層配線基板の高熱膨張化を図る上で
望ましい。

【００１８】そして、前記高誘電率セラミック層は、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
定の静電容量を引き出すように構成されてなることを特
徴とするものであり、前記低誘電率セラミック層と、前
記高誘電率セラミック層とは同時焼成してなるものであ
る。

【００１９】本発明のガラスセラミック焼結体によれ
ば、焼成工程にてＡ：７３０〜７７０℃とＢ：８５０〜
９５０℃に保持温度を設定し、その間の昇温速度を１０
０〜２００℃／ｈｒにて焼成を行うことにより、得られ
た焼結体の断面鏡面写真において１００μｍ×１００μ
ｍのエリア内に直径２０μｍ以上の気孔の数が５個以下
となる。従って、近年、望まれている多層配線基板のさ
らなる小型化、低背化に伴い薄層化される高誘電率セラ
ミック層において、粗大な気孔による絶縁性の劣化のな
いコンデンサ層を得ることができる。

【００２０】さらに、本発明によれば、アルミナより熱
膨張係数が高く、高い比誘電率、低い誘電正接、優れた
温度特性を有する焼結体を得ることができ、これを多層
配線基板の基板材料として用いることにより、セラミッ
ク焼結体がアルミナより高い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。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のガラスセラミック焼結体
は、バリウムホウ珪酸ガラス相中に、チタン酸塩系フィ
ラーを分散含有してなるものである。

【００２２】ガラス相中に分散含有されるチタン酸塩系
フィラーとしては、ガラス成分との焼結性が良好であ
り、４０〜４００℃における熱膨張係数が８×１０^-6／
℃以上、且つ、１ＭＨｚにおける比誘電率が１３以上で
あることが重要であり、さらには２０以上であることが
望ましい。これは、フィラーの熱膨張係数が８×１０^-6
／℃より低い場合、焼結体の熱膨張係数を８×１０^-6／
℃以上に制御することが難しく、また、フィラー成分の
熱膨張係数が低い場合、ガラス成分の熱膨張係数を高く
する必要があるため、フィラー成分の熱膨張係数は１２
×１０^-6／℃以上であることがより望ましい。用いるフ
ィラーとしては、これに限定するものではないが、例え
ば、ＢａＴｉＯ₃ （α＝１４ｐｐｍ／℃、ε＝１３０００）ＣａＴｉＯ₃ （α＝１３ｐｐｍ／℃、ε＝１８０）Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇ （α＝１５ｐｐｍ／℃、ε＝４５）ＳｒＴｉＯ₃ （α＝９ｐｐｍ／℃、ε＝３００）ＴｉＯ₂ （α＝９ｐｐｍ／℃、ε＝８０）等が挙げられる。

【００２３】一方、バリウムホウ珪酸ガラス相として
は、少なくともバリウムを酸化物換算で５〜２０モル％
含有するガラスからなることが高熱膨張化を図る上で望
ましい。特に、誘電率、誘電正接、耐薬品性などの電気
特性等も考慮すると、少なくともＣａ、Ｓｉ、Ｂａ、
Ｂ、Ａｌを含有し、これらの酸化物換算比率で、ＣａＯ
として５〜３０モル％、ＳｉＯ₂として４０〜６０モル
％、ＢａＯとして５〜２０モル％、Ｂ₂Ｏ₃として１０〜
２０モル％、Ａｌ₂Ｏ₃として３〜１５モル％含むものこ
とが望ましい。

【００２４】ガラス成分の含有量を上記の範囲に限定し
たのは、Ｃａが５モル％よりも少ないと、緻密体が得ら
れず、３０モル％よりも多いと、誘電正接が５０×１０
^-4より高くなり、また熱膨張係数が６×１０^-6／℃より
も小さくなるためである。

【００２５】Ｓｉが４０モル％よりも少ないと、誘電正
接が５０×１０^-4より高くなるためであり、６０モル％
よりも多いと、緻密体が得られないためである。

【００２６】Ｂａが５モル％よりも少ないと、緻密体が
得られないためであり、２０モル％よりも多いと、誘電
正接が５０×１０^-4より高くなるためである。

【００２７】Ｂが１０モル％よりも少ないと、緻密体が
得られないためであり、２０モル％よりも多いと、誘電
正接が５０×１０^-4より高くなりかつ耐薬品性が劣化
し、また熱膨張係数が６×１０^-6／℃よりも小さくなる
ためである。

【００２８】Ａｌが３モル％よりも少ないと、誘電正接
が５０×１０^-4より高くなりかつ耐薬品性が劣化するた
めであり、１５モル％よりも多いと、緻密体が得られな
いためである。

【００２９】また、このガラス相は、それ自体で、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。（ガラス：セラミックス）本発明におけるガラスセラミ
ック焼結体は、上記組成からなるガラス粉末と、チタン
酸塩系フィラー粉末とを混合、成形、焼成して作製され
る。ガラス粉末とチタン酸塩系フィラー粉末とは、ガラ
ス粉末：４０〜７０重量％と、チタン酸塩系フィラー粉
末：３０〜６０重量％の割合で混合、調合する。これ
は、ガラス粉末が４０重量％よりも少なく、チタン酸塩
系フィラー粉末が６０重量％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
ス粉末が７０重量％よりも多く、チタン酸塩系フィラー
粉末が３０重量％よりも少ない場合、焼結体としての比
誘電率を高めることが難しくなるためである。

【００３０】また、上記の混合物には、フィラー成分と
して、前記チタン酸塩系フィラー粉末量が上記の範囲か
ら逸脱しない範囲で、比誘電率、誘電正接、比誘電率の
温度変化率、熱膨張係数などの制御のために、チタン酸
塩系フィラー粉末の一部を他のフィラー成分で置換する
こともできる。

【００３１】用いられる他のフィラー成分としては、ク
リストバライト、クォーツ（石英）、トリジマイト、Ｍ
ｇＯ、ＺｒＯ₂、ペタライト、フォルステライト（２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ₂）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、コ
ージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、
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（Ｎａ₂
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂）、リチウムシリケート（Ｌｉ₂
Ｏ・ＳｉＯ₂）、ジオプサイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓ
ｉＯ₂）、メルビナイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ₂）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２Ｓｉ
Ｏ₂）、カーネギアイト（Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂）、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
（ＬｉＡｌＳｉ₄Ｏ ₁₀）などが挙げられる。

【００３２】上記のガラス粉末と、フィラー粉末との混
合物は、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、圧延法等により任意の形状に成形する。

【００３３】その後、上記の成形体を焼成する。焼成に
あたっては、まず焼成工程Ａとして、７３０〜７７０℃
にて１〜５時間程度保持する。この工程は、成形のため
に配合した有機樹脂バインダーを除去するもので、バイ
ンダーの除去は、配線導体として銅系の金属成分を用い
る場合などには、１００℃以上にて水蒸気を含有する窒
素雰囲気中で行われる。この時の保持温度が７３０℃よ
り低いと、水蒸気によるバインダー成分の除去が十分行
われず、残留カーボンが多くなってしまう。また７７０
℃より高いとガラスの軟化や成形体の収縮が開始し、バ
インダー成分が系内に閉じ込められ除去が十分に行われ
なくなる。

【００３４】また、この時、成形体の収縮開始温度は７
００℃以上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。

【００３５】次に、焼成工程Ｂとして、８５０〜９５０
℃にて１〜３時間程度保持する。この焼成工程Ｂは、非
酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以
上まで緻密化する。この時の焼成温度が８５０℃より低
いと緻密化することができず、９５０℃を超えると成形
体からガラス成分が溶出し、焼成用棚板などと反応して
しまう。

【００３６】また本発明では、バインダー成分の除去を
促進させるために上記焼成工程Ａから、焼成工程Ｂまで
昇温させる昇温速度を１００〜２００℃／ｈｒとするこ
とが重要である。これは、昇温速度が１００℃／ｈｒよ
り遅いと、用いたガラスが結晶化し、結果として成形体
を緻密化させるためのガラス成分が不足し、開気孔の多
い焼結体になってしまう。また昇温速度が２００℃／ｈ
ｒより速いと、成形体内の気孔が系外へ排出され緻密体
となる前に成形体表面がガラス成分で覆われてしまい、
結果として焼結体内部に閉気孔が多く残された焼結体に
なってしまうからである。

【００３７】従って、本発明によれば、この昇温速度を
１００〜２００℃／ｈｒとすることによって、焼結体中
の開気孔および閉気孔に起因するボイドを低減すること
ができる。

【００３８】具体的には、得られる焼結体の断面鏡面写
真において、１００μｍ×１００μｍのエリア内に直径
２０μｍ以上の気孔の数が５個以下、特に２個以下にす
ることができる。

【００３９】こうして上記のようにして得られるガラス
セラミック焼結体は、上記ガラス成分からなるガラス相
中に、チタン酸塩系フィラーが分散した組織を有し、ガ
ラス相の組成は、ガラス粉末組成と一致する。また、こ
のガラス相中には、ガラスから析出した結晶相が存在し
てもよい。

【００４０】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／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨ
ｚにおける比誘電率が１４以上、誘電正接が５０×１０
^-4以下、−４０〜８５℃における比誘電率の温度変化率
の絶対値が１００×１０^-6／℃以下であり、しかも１０
００℃以下での焼成温度で焼成可能であるため、Ｃｕ等
の低抵抗金属との同時焼成が可能である。

【００４１】また、本発明によれば、上記ガラスセラミ
ック焼結体は、高絶縁性、高誘電率、高熱膨張性を有す
ることから多層配線基板の絶縁基板材料として好適に用
いることができる。

【００４２】図１にはその多層配線基板の一例の概略断
面図を示す。この図１の多層配線基板においては、本発
明におけるガラスセラミック焼結体を高誘電率層として
応用した例を示すものである。

【００４３】図１の多層配線基板によれば、絶縁層１
ａ、１ｂ、１ｃが多層に積層された絶縁基板１の表面お
よび／また内部にメタライズ配線層２が配設されてい
る。そして、絶縁層１ａ〜１ｃのうち絶縁層１ｂを上記
高誘電率のガラスセラミック焼結体からなる高誘電率セ
ラミック層によって形成する。また、この高誘電率セラ
ミック層１ｂの上下にＣｕなどの導体から成る電極３、
３を形成し、スルーホール導体４、４などを経由して絶
縁基板１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。

【００４４】この時、高誘電率セラミック層１ｂは、比
誘電率が１０未満の低誘電率セラミック焼結体から成る
絶縁層（以下、低誘電率セラミック層という）１ａ、１
ｃ間に積層されていることが望ましい。

【００４５】低誘電率セラミック層１ａ、１ｃは、４０
〜４００℃における熱膨張係数が８×１０^-6／℃以上で
あり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１０
未満、誘電正接が５０×１０^-4以下であることが、前記
高誘電率セラミック層１ｂとの同時焼結性、積層安定性
などの点から望ましい。

【００４６】この低誘電率セラミック層１ａ、１ｃを形
成する焼結体は、前記高誘電率セラミック層１ｂを構成
する前記ガラスセラミック焼結体におけるチタン酸塩系
フィラーを、前記他のフィラー成分によって置換した組
成物からなることが望ましい。これによって、同一のガ
ラスから形成されることから、低誘電率セラミック層１
ａ、１ｃと高誘電率セラミック層１ｂとを同時焼成によ
って形成することができる。

【００４７】このような高誘電率セラミック層１ｂおよ
び低誘電率セラミック層１ａ、１ｃ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
なる低誘電率のセラミックス組成物に、適当な有機バイ
ンダー、溶剤、可塑材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
等の塗工方式によるグリーンシート成形法により、低誘
電率セラミック層１ａ、１ｃ用のグリーンシートを作製
する。そして、メタライズ配線層２として、適当な金属
粉末に有機バインダー、溶剤、可塑材を添加混合して得
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
抜き加工によって貫通孔を形成し、この貫通孔内に導体
ペーストを充填する。

【００４８】一方、上記と同様の方法により高誘電率セ
ラミック層１ｂ形成用のグリーンシートを作製し、打ち
抜き加工による貫通孔の形成や、導体ペーストの印刷に
よって電極３を形成する。

【００４９】そして、上記低誘電率セラミックグリーン
シートと高誘電率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、コンデンサとして機能する高誘電率層を内
蔵する多層配線基板を得ることができる。

【００５０】本発明によって、コンデンサとして機能す
る高誘電率セラミック層１ｂを内蔵した多層配線基板
は、４０〜４００℃における熱膨張係数が８×１０^-6／
℃以上、特に１０×１０^-6／℃以上であることから、有
機樹脂を含有するプリント基板（４０〜４００℃におけ
る熱膨張係数が約１２〜１５×１０^-6／℃）に、ＢＧＡ
やＬＣＣなどの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、コンデンサとして機能する
高誘電率セラミック層を内蔵することにより、配線基板
やプリント基板の表面にコンデンサ素子などを別途実装
する必要がないために、配線基板やプリント基板などの
外部回路基板の小型化を同時に図ることができる。

【００５１】また、本発明の多層配線基板は、半導体素
子を搭載するための半導体素子収納用パッケージ等とし
て利用するだけでなく、弾性表面波、水晶振動子などを
搭載可能な配線基板としても利用でき、さらにガラスセ
ラミック焼結体は、ＬＣフィルタなどの積層電子部品に
おける絶縁体として活用することもできる。

【００５２】

【実施例】実施例１まず、ガラス粉末Ａ：ＣａＯ１６．１モル％、ＳｉＯ₂ ５
３．５モル％、ＢａＯ１１．１モル％、Ｂ₂Ｏ₃１４．３
モル％、Ａｌ₂Ｏ₃５．０モル％ガラス粉末Ｂ：ＣａＯ２３．５モル％、ＳｉＯ₂ ４
６．４モル％、ＢａＯ１２．１モル％、Ｂ₂Ｏ₃１４．１
モル％、Ａｌ₂Ｏ₃３．９モル％の２種のガラス粉末を準備した。

【００５３】そして、このガラス粉末に、平均粒径が１
〜２μｍのチタン酸カルシウム粉末、チタン酸ランタン
粉末、ジルコニア粉末を表１に示す割合でそれぞれ添加
し、有機バインダー、溶剤、可塑材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
１００μｍ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、６０ｍｍ×６０ｍｍ×２ｍｍのサンプ
ルを作製し、水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて表１に
示す保持温度Ａ、Ｂ、Ａ−Ｂ間の昇温速度で焼成した。

【００５４】得られた焼結体に対して、吸水率をアルキ
メデス法によって測定するとともに、焼結体断面の鏡面
研磨を行い、気孔の分布状態の写真を撮影し、１００μ
ｍ×１００μｍの５つのエリア内における直径２０μｍ
以上の気孔の数を数え、エリア内の最大値を表２に示し
た。

【００５５】また、得られた焼結体に対して、４０〜４
００℃における熱膨張係数（α）、３ＧＨｚにおける比
誘電率（εｒ）および誘電正接（ｔａｎδ）、１ＭＨｚ
における比誘電率の温度変化率（τε）をそれぞれ測定
し、その結果を表２に示した。実施例２また、実施例１において作製した厚み１００μｍの高誘
電率セラミック層用のグリーンシートの両面に、銅メタ
ライズペーストをスクリーン印刷法に基づき電極用の塗
布した。また、グリーンシートの所定箇所にビアホール
を形成しその中にも銅メタライズペーストを充填した。

【００５６】一方、実施例１記載のガラスＡ５０重量％
に対して、フィラーとしてクオーツを１８重量％、コー
ジェライトを３２重量％添加してなる組成物Ｃ（焼成後
の４０〜４００℃における線熱膨張係数：９．０×１０
^-6／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率：５．７）と、実施
例１記載のガラスＢ５０重量％に対して、フィラーとし
てクオーツを１５重量％、フォルステライトを３５重量
％添加してなる組成物Ｄ（焼成後の４０〜４００℃にお
ける線熱膨張係数：９．５×１０^-6／℃、１ＭＨｚにお
ける比誘電率：６．３）とを用意し、実施例１と全く同
様な方法で厚さ１００μｍの低誘電率層用のグリーンシ
ートを作製した。そして、このグリーンシートにも前記
と同様に銅メタライズペーストをスクリーン印刷法に基
づき回路パターンと、最下面のグリーンシートには、電
極パッドを印刷形成した。また、グリーンシートの所定
箇所にビアホールを形成しその中にも銅メタライズペー
ストを充填した。

【００５７】次に、上記高誘電率セラミック層用のグリ
ーンシートの上下に、上記低誘電率セラミック層用グリ
ーンシートを３枚ずつ、計７枚を積層圧着した後、１０
ｍｍ×１５ｍｍのサンプルを作製し、表１の条件で窒素
雰囲気中にて焼成を行い、高誘電率セラミック層を内蔵
した配線基板を作製した。

【００５８】次に、配線基板の下面に設けられた電極パ
ッドに、鉛９０重量％−錫１０重量％からなるボール状
端子を低融点半田（鉛３７重量％−錫６３重量％）によ
り取着した。なお、接続端子は、１ｃｍ²当たり７０端
子の密度で配線基板の下面全体に形成した。

【００５９】次に、上記のようにして得られた配線基板
について、高誘電率セラミック層からのコンデンサ容量
を測定した。その結果を表２に示す。

【００６０】また、この配線基板を、ガラス−エポキシ
基板から成る４０〜４００℃における線熱膨張係数が１
３ｐｐｍ／℃の絶縁体の表面に銅箔から成る配線導体が
形成されたプリント基板表面に実装した。実装は、プリ
ント基板の上の配線導体と配線基板のボール状端子とを
位置合わせし、低融点半田によって接続実装した。

【００６１】次に、上記のようにしてパッケージ用配線
基板をプリント基板表面に実装したものを大気の雰囲気
にて−４０℃と１２５℃の各温度に制御した恒温槽に試
験サンプルを１５分／１５分の保持を１サイクルとして
最高１０００サイクル繰り返した。そして、サイクル毎
にプリント基板の配線導体とパッケージ用配線基板との
電気抵抗を測定し電気抵抗に変化が現れるまでのサイク
ル数を測定し、１０００サイクル後も変化のないものを
ＯＫ、変化のあったものをＮＧとした。その結果を表２
に示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】試料Ｎｏ．１、２は、保持温度Ａが７３０
℃よりも低くいために水蒸気によるバインダー成分の除
去が十分行われず、残留カーボンが多くなってしまい、
直径２０μｍ以上の気孔の数が５個より多くなってい
る。

【００６５】試料Ｎｏ．６は、保持温度Ａが７７０℃よ
り高いためにガラスの軟化や成形体の収縮が開始し、バ
インダー成分が系内に閉じ込められ除去が十分に行われ
なくなっており、直径２０μｍ以上の気孔の数が５個よ
り多くなっている。

【００６６】試料Ｎｏ．７は、保持温度Ｂが８５０℃よ
り低いために成形体が緻密化することができず、直径２
０μｍ以上の気孔の数が５個より多くなっている。

【００６７】試料Ｎｏ．１０は、保持温度Ｂが９５０℃
より高いために成形体からガラス成分が溶出し、焼成用
棚板などと反応してしまっており、また直径２０μｍ以
上の気孔の数が５個より多くなっている。

【００６８】試料Ｎｏ．１１は、保持温度Ａ−Ｂ間の昇
温速度が１００℃／ｈｒより遅いために用いているガラ
スが結晶化し、結果として成形体を緻密化させるための
ガラス成分が不足し、緻密化することができず、直径２
０μｍ以上の気孔の数が５個より多くなっている。

【００６９】試料Ｎｏ．１６、２０は、保持温度Ａ−Ｂ
間の昇温速度が２００℃／ｈｒより速いために成形体内
の気孔が系外へ排出され緻密体となる前に成形体表面が
ガラス成分で覆われてしまい、結果として焼結体内部に
閉気孔が多く残された焼結体になってしまい直径２０μ
ｍ以上の気孔の数が５個より多くなっている。

【００７０】上記の比較例に対して、本発明に基づき、
焼成をＡ：７３０〜７７０℃と、Ｂ：８５０〜９５０℃
に保持して行い、そのＡ−Ｂ間の昇温速度を１００〜２
００℃／ｈｒにて焼成した本発明の試料Ｎｏ．３〜５、
８〜９および１２〜１５、１７〜１９は、吸水率が０．
１％以下と緻密体が得られ、焼結体断面鏡面写真の１０
０μｍ×１００μｍのエリア内における直径２０μｍ以
上の気孔の数が５個以下であることがわかる。

【００７１】また、この焼結体は、いずれも４０〜４０
０℃における熱膨張係数が８×１０ ^-6／℃以上、１ＭＨ
ｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１４以上、誘電正接が
５０×１０^-4以下、−４０〜８５℃における比誘電率の
温度変化率の絶対値が１００×１０^-6／℃以下の良好な
特性を示した。

【００７２】また、低誘電率セラミック層と高誘電率セ
ラミック層との積層体からなる配線基板においても、コ
ンデンサとして機能し、しかもプリント基板に対する実
装信頼性も高いものであった。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
バリウムホウ珪酸ガラスにチタン酸塩系フィラーを添
加、含有してなる系において、焼結体中に内在するボイ
ドの発生を低減することができるとともに、アルミナよ
り高い熱膨張係数および高誘電率を有することから、こ
のガラスセラミック焼結体をコンデンサとして機能する
高誘電率層とし、低誘電率セラミック層と積層焼成する
ことによって、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た多層配線基板を得ることができ
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メタライズ配線層３電極４スルーホール導体

フロントページの続きＦターム(参考） 4G030 AA08 AA10 AA11 AA13 AA16 AA17 AA35 AA36 AA37 BA09 CA01 CA08 GA14 GA15 GA17 GA20 GA24 GA28 5E346 AA02 AA12 AA13 AA15 AA22 AA23 AA32 AA36 AA51 BB20 CC02 CC16 CC18 CC21 DD02 DD12 DD13 DD34 EE21 EE24 EE27 EE29 EE30 FF45 GG04 GG06 GG08 GG09 HH01 HH06 HH21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バリウムホウ珪酸ガラス相中に、チタン酸
塩系フィラーを分散含有してなるガラスセラミック焼結
体であって、その焼結体の断面鏡面写真において１００
μｍ×１００μｍのエリア内に直径２０μｍ以上の気孔
の数が５個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】４０〜４００℃における熱膨張係数が８×
１０^-6／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおけ
る比誘電率が１４以上、誘電正接が５０×１０ ^-4以下、
−４０〜８５℃における比誘電率の温度変化率の絶対値
が１００×１０ ^-6／℃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焼結体。
【請求項３】前記バリウムホウ珪酸ガラスの４０〜４０
０℃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または請求項２記載のガラス
セラミック焼結体。
【請求項４】前記バリウムホウ珪酸ガラスが、各酸化物
換算で、Ｃａを５〜３０モル％、Ｓｉを４０〜６０モル
％、Ｂａを５〜２０モル％、Ｂを１０〜２０モル％、Ａ
ｌを３〜１５モル％の割合で含むことを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれか記載のガラスセラミック焼
結体。
【請求項５】バリウムホウ珪酸ガラスにチタン酸塩系フ
ィラーを添加してなる混合物を成形、焼成する製造方法
において、前記焼成がＡ：７３０〜７７０℃と、Ｂ：８
５０〜９５０℃に保持して行われ、そのＡ−Ｂ間の昇温
速度を１００〜２００℃／ｈｒにて焼成したことを特徴
とするガラスセラミック焼結体の製造方法。
【請求項６】低誘電率セラミック層と高誘電率セラミッ
ク層を積層してなる多層配線基板において、前記高誘電
率セラミック層が、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からなることを特徴とする
多層配線基板。
【請求項７】前記低誘電率セラミック層は、４０〜４０
０℃における熱膨張係数が８×１０^-6／℃以上であり、
かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１０未満、
誘電正接が５０×１０^-4以下であ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】前記高誘電率セラミック層が、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または請
求項７記載の多層配線基板。
【請求項９】前記低誘電率セラミック層と、前記高誘電
率セラミック層とが同時焼成してなることを特徴とする
請求項６から請求項８のいずれか記載の多層配線基板。