JP2004221329A

JP2004221329A - Glass ceramics substrate and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004221329A
Application number: JP2003007012A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Mikura; 勉三倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glass ceramic substrate that is provided with a ferrite layer with high permeability and is stable and high in noise absorption characteristic. <P>SOLUTION: In the glass ceramic substrate, a wiring conductor 4 and a ferrite layer 3 made of ferrite and glass of one mass percentage or less covering its upper and lower surfaces are formed on at least either of the inside and the surface of an insulation substrate 1 made of glass ceramics sintered body between the ferrite layer 3 and the insulation substrate 1. An insulation layer 2 of 10μm or more in thickness contains a filler having a larger thermal expansion coefficient than that included in the insulation substrate 1, and a glass having a larger thermal expansion coefficient than that included in the insulation substrate 1 is interposed. Thus, stable and high permeability can be obtained in the ferrite layer 3 and noises to the wiring conductor 4 can effectively absorbed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に同時焼成による配線導体およびこの配線導体を覆うノイズ吸収のためのフェライト層を備えるガラスセラミック基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理装置は高性能化が急激に進展し、これに伴って情報処理装置に搭載実装される半導体装置や混成集積回路装置も高速駆動が行なわれ、ノイズの影響をきわめて受けやすいものになってきた。そのため外部電気回路から高周波のノイズが入り込んだ場合、そのノイズはそのまま配線導体を通して半導体素子等の電子部品に入り込み、誤動作させてしまう危険がある。従って、そのような誤動作を防ぐためノイズ対策が必要とされる。
【０００３】
従来のガラスセラミック基板におけるノイズ対策としては、ノイズを吸収するフェライトビーズをガラスセラミック基板の表面に実装する方法や、フェライト基板をガラスセラミック基板の裏面に接合する方法が古くから行なわれてきた。
【０００４】
しかしながら、この方法では小型化および実装の簡略化が困難であった。そこで、近年ではガラスセラミック基板そのものにノイズを吸収させることによる表面実装工程の簡略化およびガラスセラミック基板の小型化が図られている。
【０００５】
その方法の一つとして、ガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成する方法が挙げられる。例えば絶縁基体そのものにフェライト粉末を混入させる方法や、絶縁基体の一部にフェライトを含む補助膜を形成する方法がある。これらの方法ではガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成するために、フェライト層と絶縁基体のガラスセラミックスとを同時焼成している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１９３３６９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１６３１８９号公報
【特許文献３】
特開２０００−２５２３８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、フェライト層と絶縁基体の主成分であるガラスセラミックスとを同時焼成により密着させるために、またそれぞれの焼成収縮率を合わせるために、フェライト層にガラス粉末を添加しなければならなかった。これは、純粋なフェライト層をガラスセラミックスと同時焼成するとフェライト層とガラスセラミックスとの充分な密着力が得られず、さらに、焼成時のフェライト層の収縮率とガラスセラミックスの収縮率とが異なると、焼成後にガラスセラミック基板が変形する、またはフェライト層がガラスセラミック基板から剥離するというような不具合が発生するからである。
【０００８】
しかしながら、フェライト層に添加されるガラス粉末は非磁性体であるため、これらはフェライト層中に非磁性の空間を形成することとなり、フェライト層中のフェライトの密度が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
一般的に、フェライト等の磁性体のノイズ吸収力は透磁率（μ）を指標として表される。透磁率が高ければ、磁性体のノイズ吸収力が高くなる。ただし、透磁率は磁性体中に非磁性部分が存在するとその非磁性部分の体積の３乗に比例して低下する。よって、前述のようにフェライト層にガラス粉末を添加すると、フェライト層の透磁率が急激に低下するという問題点があった。
【００１０】
そして、透磁率が低下するとノイズを充分に吸収できなくなり、その結果、外部電気回路から高周波のノイズが入り込んだ場合に、そのノイズが完全に吸収されず配線導体を通して半導体素子等の電子部品に入り込み、誤動作させてしまうという問題点があった。
【００１１】
しかし、ノイズを充分に吸収するためにフェライト層を多量に形成すると、焼成後のフェライト層が剥離しやすくなるという問題点があった。これは焼成時の収縮および熱膨張係数がフェライト層とガラスセラミックスとで異なるためであり、フェライト層が多量に形成されれば剥離の発生は顕著になる。また、フェライト層が増加すると相対的にガラスセラミックスが少なくなり、絶縁基体全体としての誘電率や絶縁特性がガラスセラミック基板本来のものと異なってくるという問題点があった。
【００１２】
さらに、前記のいずれのフェライト層形成手法においても、フェライト層の厚みを再現性良く均一に形成することが困難であるという問題があった。通常、フェライト層のガラスセラミック・グリーンシート上への形成にはフェライトペーストをスクリーン印刷する手法がとられているが、これでは同じようにして作製したガラスセラミック基板のフェライト層間および同一ガラスセラミック基板内の異なるフェライト層間でも厚みがばらついてしまうという問題点があった。また、局所的に厚みの薄いフェライト層が形成されれば、その部分はノイズ吸収効果が充分に得られないので、これを回避するためにはフェライト層の厚みを必要以上に厚くする必要があるが、フェライト層を多量に形成することは前述のように焼成時の剥離を促進してしまうという問題点もあった。
【００１３】
さらに、フェライト層と絶縁基体のガラスセラミックスとの同時焼成では、フェライト層の熱膨張係数とガラスセラミックスの熱膨張係数とが異なるため、同時焼成過程においてフェライト層に応力がかかることにより磁歪が発生し、フェライト層の透磁率が急激に低下するという問題があった。
【００１４】
以上のような理由から、絶縁基体の内部のフェライト層は微小体積または低密度のものしか形成できず、また同じように作製したガラスセラミック基板間でのノイズ吸収効果のばらつきもあり、フェライト層を用いて充分なノイズ吸収特性を持ったガラスセラミック基板を得ることが困難であるという問題点があった。
【００１５】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、透磁率の高いフェライト層を備えており、そのノイズ吸収特性が高くかつ安定しているガラスセラミック基板およびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスセラミック基板は、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に配線導体と、この配線導体の上面および下面を覆う前記絶縁基体のガラスおよびフィラーより熱膨張係数の高いフェライトおよび１質量％以下のガラスから成るフェライト層とが、このフェライト層と前記絶縁基体との間に、前記絶縁基体に含有されるフィラーより熱膨張係数の高いフィラーおよび前記絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが１０μｍ以上の絶縁層を介在させて、前記絶縁基体との同時焼成で形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明のガラスセラミック基板は、上記構成において、前記絶縁層は、前記フェライト層との熱膨張係数の差が３×１０^−６／℃以下であり、かつ前記絶縁基体との熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明のガラスセラミック基板は、上記構成において、前記フェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成ることを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法は、ガラス粉末およびフィラーおよび有機バインダを含有する複数枚のガラスセラミック・グリーンシートの少なくとも１枚の表面に配線導体およびこの配線導体の上面および下面を覆うＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含むフェライト・グリーンシートを、前記ガラスセラミック・グリーンシートに含有されるフィラー粉末より熱膨張係数の高いフィラー粉末および前記絶縁基体に含有されるガラス粉末より熱膨張係数の高いガラス粉末を含有する絶縁ペースト層を介して配置するとともに、前記複数枚のガラスセラミック・グリーンシートを、前記フェライト・グリーンシートとそれに積層される前記ガラスセラミック・グリーンシートとの間にも前記絶縁ペースト層を介在させて積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程と、前記拘束グリーンシートと前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、前記ガラスセラミック基板から前記拘束シートを除去する工程とを含み、前記拘束グリーンシートのガラス含有量が、前記焼成時に前記拘束グリーンシートを前記ガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ前記拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライト層のガラスを１質量％以下としたことで、フェライト層の内部における磁性を持たない空間が１質量％以下となり、フェライト層の透磁率低下を抑えることができる。また、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体に含有されるフィラーより熱膨張係数の高いフィラーおよび絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが１０μｍ以上の絶縁層をフェライト層と絶縁基体との間に介在させたことから、絶縁基体の熱膨張係数より熱膨張係数が大きく、かつフェライト層の熱膨張係数より熱膨張係数が小さい絶縁層によってフェライト層と絶縁基体との熱膨張差により生じる応力を緩和することができ、磁歪によるフェライト層の透磁率の低下を抑えることができる。また、これらフェライト層および絶縁層がガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体および配線導体との同時焼成によって形成されることから、これらと絶縁基体および配線導体との十分な密着性を得ることができる。さらに、このフェライト層は、好適にはフェライト・グリーンシートを焼結させて形成されるが、配線導体の上下面をフェライト層で覆うことによってフェライト層によるノイズ吸収を効率良く安定して機能させることができるので、配線導体へのノイズの侵入を確実に防止することができ、ノイズが半導体素子等の電子部品へ侵入するのを効果的に防止することが可能となる。
【００２１】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、絶縁層は、フェライト層との熱膨張係数の差が３×１０^−６／℃以下であり、かつ絶縁基体との熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以下である場合には、絶縁基体およびフェライト層と絶縁層との熱膨張係数差が好適に小さいことから、絶縁層がより一層効果的に応力を緩和することができ、フェライト層の透磁率低下を十分に抑えることができる。
【００２２】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成る場合には、これらのフェライトの結晶相は高い透磁率を発現することから、これらのフェライトから成るフェライト層によって、より効果的にノイズ吸収が可能な十分に高い透磁率を得ることができる。
【００２３】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法によれば、上記の各工程を含み、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に積層した拘束グリーンシートのガラス含有量が、焼成時に拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることから、ガラスセラミック基板の焼成時に生じる平面方向の収縮を拘束シートによって抑えることができるので、焼成時に熱収縮の異なるフェライト層が形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層体を変形させることなく、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と配線導体とフェライト層とを同時焼成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体、２は絶縁層、３はフェライト層、４は配線導体である。
【００２６】
絶縁基体１は、複数のガラスセラミックス層が積層されて構成されており、その内部および表面の少なくとも一方に配線導体４およびその上面および下面を覆うフェライト層３が、フェライト層３と絶縁基体１との間にガラスおよびフェライトから成る絶縁層２を介在させて形成されている。
【００２７】
ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体１は、まず、ガラス粉末およびフィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってガラスセラミック・グリーンシートを製作し、このガラスセラミック・グリーンシートを複数積層した後、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１１００℃の温度で焼成して作製される。
【００２８】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は前記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は前記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００２９】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等を用いることができる。
【００３０】
絶縁層２は、配線導体４の上下面を覆うフェライト層３と絶縁基体１との間に形成されており、絶縁基体１に含有されるフィラー粉末より熱膨張係数の高いフィラー粉末および絶縁基体１に含有されるガラス粉末より熱膨張係数の高いガラス粉末を絶縁基体１との熱膨張係数の差が５×１０^−６／℃以下、およびフェライト層３との熱膨張係数の差が３×１０^−６／℃以下になるように配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した絶縁ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミック・グリーンシート上のフェライト層３が載置される位置に塗布し、ガラスセラミック・グリーンシートと同時に焼成されて形成される。
【００３１】
絶縁層２のガラス成分としては、熱膨張係数が６×１０^−６〜１８×１０^−６／℃であるのが好ましい。このような熱膨張係数の高いガラス成分としては、公知の熱膨張係数の高いガラスが使用でき、例えばアルカリ珪酸系ガラス，ＰｂＯ系ガラス，ＢａＯ系ガラス，ＺｎＯ系ガラス等を使用することができる。なお、上記ガラス成分の熱膨張係数は、結晶化ガラスの場合には、焼成温度で熱処理した後の熱膨張係数を指すものである。
【００３２】
アルカリ珪酸系ガラスを用いる場合には、Ｌｉ_２Ｏ等のアルカリ金属酸化物を５〜３０質量％、特に５〜２０質量％の割合で含有し、焼成後に熱膨張係数の高いアルカリ珪酸塩を析出するものが好適に使用される。また、上記アルカリ珪酸系ガラスとしては、アルカリ金属酸化物以外にＳｉＯ_２を必須の成分として含むが、ＳｉＯ_２はガラス全量中、６０〜８５質量％の割合で存在し、ＳｉＯ_２とアルカリ金属酸化物との合量がガラス全量中６５〜９５質量％であることが、アルカリ珪酸結晶を析出させる上で望ましい。
【００３３】
また、これらの成分以外にＡｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＴｉＯ_２，Ｂ_２Ｏ_３，Ｎａ_２Ｏ，Ｋ_２Ｏ，Ｐ_２Ｏ_５，ＺｎＯ，Ｆ等が配合されていてもよい。なお、リチウム珪酸系ガラス中には、Ｂ_２Ｏ_３は１質量％以下であることが望ましい。
【００３４】
Ｐｂ系ガラスを用いる場合には、ＰｂＯを主成分とし、さらにＢ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２のうち少なくとも一成分を含有し、焼成後にＰｂＳｉＯ_３，ＰｂＺｎＳｉＯ_４等の熱膨張の高い結晶層が析出するものが好適に使用される。とりわけ、熱膨張の高い結晶層を析出しやすいことから、ＰｂＯ（６５〜８５質量％）−Ｂ_２Ｏ_３（５〜１５質量％）−ＺｎＯ（６〜２０質量％）−ＳｉＯ_２（０．５〜５質量％）−ＢａＯ（０〜５質量％）から成る結晶性ガラスや、ＰｂＯ（５０〜６０質量％）−ＳｉＯ_２（３５〜５０質量％）−Ａｌ_２Ｏ_３（１〜９質量％）から成る結晶系ガラスが望ましい。
【００３５】
さらに、ＺｎＯ系ガラスを用いる場合には、ＺｎＯを１０質量％以上含有し、焼成後にＺｎＯ・Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ・ｎＢ_２Ｏ_３等の高熱膨張の結晶層が析出するものが好適に使用される。ＺｎＯ成分以外に、ＳｉＯ_２（６０質量％以下），Ａｌ_２Ｏ_３（６０質量％以下），Ｂ_２Ｏ_３（３０質量％以下），Ｐ_２Ｏ_５（５０質量％以下），アルカリ土類酸化物（２０質量％以下），Ｂｉ_２Ｏ_３（３０質量％以下）等が配合されていてもよい。とりわけ、熱膨張の高い結晶層を析出しやすいことから、ＺｎＯ（１０〜５０質量％）−Ａｌ_２Ｏ_３（１０〜３０質量％）−ＳｉＯ_２（３０〜６０質量％）から成る結晶性ガラスやＺｎＯ（１０〜５０質量％）−ＳｉＯ_２（５〜４０質量％）−Ａｌ_２Ｏ_３（０〜１５質量％）−ＢａＯ（０〜６０質量％）−ＭｇＯ（０〜３５質量％）から成る結晶性ガラスが望ましい。
【００３６】
ＢａＯ系ガラスを用いる場合には、ＢａＯを５質量％以上含有し、非結晶ガラス、または焼成後にＢａＯ・２ＳｉＯ_２，ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８，ＢａＢ_２Ｓｉ_２Ｏ_８等の結晶層を析出する結晶化ガラスが採用される。ＢａＯ以外の成分としてＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｂ_２Ｏ_３，Ｐ_２Ｏ_５，アルカリ土類金属酸化物，アルカリ金属酸化物，ＺｒＯ_２等を含む場合もある。とりわけ、熱膨張の高い結晶層を析出しやすいことから、ＳｉＯ_２を２５〜６０質量％、ＢａＯを５〜６０質量％、およびＺｒ酸化物をＺｒＯ_２換算で０．１〜３０質量％の割合で含有するものが好適に使用される。
【００３７】
また、絶縁層２のフィラー粉末としては、絶縁基体１のガラスセラミックスに含有されるフィラーより熱膨張係数の高いフィラーを用いる。このとき、絶縁層２のフィラー粉末の熱膨張係数は、絶縁基体１のガラスセラミックスに含有されるフィラーの熱膨張係数より２×１０^−６／℃〜６×１０^−６／℃程度高いことが、絶縁層２の熱膨張係数を絶縁基体１の熱膨張係数とフェライト層３の熱膨張係数との間に好適に位置させる上で望ましい。
【００３８】
このようなフィラー粉末としては、例えば熱膨張係数が６×１０^−６／℃以上の金属酸化物として、クォーツ（ＳｉＯ_２），トリジマイト（ＳｉＯ_２），フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２），スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３），ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ_２），モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ_２），ネフェリン（Ｎａ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２），ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２），メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２），アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２），マグネシア（ＭｇＯ），アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），カーネギアイト（Ｎａ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２），エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ_２），ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ_２Ｏ_３），セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２），Ｂ_２Ｏ_３・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２，ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ_２Ｏ_３），チタニア（ＴｉＯ_２）の群から選ばれる少なくとも１種類が挙げられる。これらの中でも、クォーツ，トリジマイト等のＳｉＯ_２系材料や、フォルステライト，エンスタタイトの群から選ばれる少なくとも１種が特に高熱膨張であり、絶縁基体１に含有されるフィラーより熱膨張係数の高いフィラーとして望ましい。
【００３９】
絶縁層２は、１０μｍ以上の厚みで構成するのが望ましい。厚みが１０μｍ未満であると、応力緩和が不十分となり磁歪が発生することにより透磁率が低下しやすい。ただし、絶縁層２の厚みはガラスセラミック基板全体を厚くしない程度であることが望ましい。
【００４０】
フェライト層３は、配線導体４の上下面を覆うように絶縁基体１の表面および／または内部に形成された配線導体４とともに絶縁層２を介在させて形成されており、フェライトおよび１質量％以下のガラスから成るものである。このフェライト層３には、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成るフェライトを用いることが、より効果的にノイズ吸収が可能な十分に高い透磁率を得られる点で好ましい。
【００４１】
フェライト層３の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってフェライト・グリーンシートを製作する。次に、このフェライト・グリーンシートを所定の配線導体４を覆う形状にカットし、ガラスセラミック・グリーンシート上の配線導体４が形成される位置に配線導体４の上面および下面を覆うようにして載置する。
【００４２】
フェライト層３となるフェライト・グリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末で、粒径が均一で球形状に近い粒が望ましい。これは、均一な焼結状態を得ることができるからであり、例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下してしまい、焼結後に得られるフェライト層３の透磁率が安定しにくい傾向がある。
【００４３】
フェライト層３は、フェライトおよびフェライト層３全体に対して１質量％以下のガラスから成るものである。ただし、この１質量％以下のガラスは焼成時に絶縁基体１および絶縁層２から拡散して流入するものであり、焼成前のフェライト・グリーンシートには含まれない。
【００４４】
配線導体４は、フェライト層３に上下面を覆われて絶縁基体１の内部および／または表面に絶縁層２を介在させて形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミック・グリーンシート表面およびガラスセラミック・グリーンシート表面に絶縁ペーストを介在させて配置されたフェライト・グリーンシート上に塗布し、ガラスセラミック・グリーンシートと同時に焼成されて形成される。このとき、配線導体４から侵入するノイズを完全に吸収するためには、配線導体４の上下面をフェライト層３で完全に覆う必要がある。また、より完全なノイズ吸収のためには、配線導体４の側面もフェライト層３で覆っておくことが好ましい。さらに、フェライト層３の上下面を絶縁層２で完全に覆う必要がある。よって、そのような配線導体４、フェライト層３および絶縁層２を形成するためには、所定のガラスセラミック・グリーンシート表面に、下面の絶縁層２となる絶縁ペースト，下面のフェライト層３となるフェライト・グリーンシート，配線導体４となる導体ペースト，上面のフェライト層３となるフェライト・グリーンシート，上面の絶縁層２となる絶縁ペーストの順番に各層を形成して配置するとよい。
【００４５】
本発明のガラスセラミック基板の製造方法においては、まず、フェライト層３，絶縁層２および配線導体４を前述の要領でガラスセラミック・グリーンシートに配置した後、このガラスセラミック・グリーンシートの複数枚を積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する。
【００４６】
次に、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する。
【００４７】
そして、この拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製し、最後にこのガラスセラミック基板から拘束シートを除去する。
【００４８】
本発明における拘束グリーンシートは、難焼結性無機材科とガラスとから成る無機成分に有機バインダ，可塑剤，溶剤等を加えたスラリーを成形して得られる。難焼結性無機材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００４９】
拘束グリーンシートに加えられるガラスについても、特に制限されるものではなく、前述のガラスセラミック・グリーンシートに配合されるガラスと同様のものが使用可能である。また、拘束グリーンシート中のガラスは、ガラスセラミック・グリーンシート中のガラスと同一組成のものであってもよく、異なる組成のものであってもよい。
【００５０】
拘束グリーンシート中のガラス含有量は、この拘束グリーンシート中の全無機成分の０．５〜１５質量％であるのがよい。通常は、この範囲が焼成時にガラスセラミック・グリーンシートと結合しかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量となるが、必ずしもこの範囲に制限されるものではなく、使用するガラスの種類等によってガラス含有量は変化する。
【００５１】
拘束グリーンシート中のガラスの軟化点は、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下で、かつ拘束グリーンシート中の有機成分の分解温度および揮散温度よりも高いのが好ましい。具体的には、拘束グリーンシート中のガラスの軟化点は４５０〜１１００℃程度であるのが好ましい。ガラスの軟化点が４５０℃未満の場合には、ガラスセラミック・グリーンシートからの有機成分の除去時に、軟化したガラスが分解・揮散した有機成分の除去経路を塞ぐことになり有機成分を完全に除去できないおそれがある。一方、ガラスの軟化点が１１００℃を超える場合には、通常のガラスセラミック・グリーンシートの焼成条件ではこのグリーンシートへの結合材として作用しなくなるおそれがある。
【００５２】
拘束グリーンシートは、ガラスセラミック・グリーンシートの作製と同様にして、有機バインダ，可塑剤，溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダ，可塑剤，溶剤としては、ガラスセラミック・グリーンシートで使用したのと同様な材料が使用可能である。ここで、可塑剤を添加するのは、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、積層時にガラスセラミック・グリーンシートとの密着性を高めるためである。
【００５３】
ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけでガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対して１０％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。また、有機成分の揮散を容易にし、かつガラスセラミック基板からの拘束シートの除去も容易にすることを考慮すると、拘束グリーンシートの厚さはガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さの約２００％以下であるのがよい。また、積層される拘束シートは、１枚のシートからなるものであってもよく、あるいは所定の厚みになるように複数枚を積層したものであってもよい。
【００５４】
成形された拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に積層するには、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダ，可塑剤，溶剤等からなる密着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。シート間に密着剤層を介在させる場合には、この密着剤層に拘束グリーンシートと同じガラス成分を含有させてシート間の結合力を高めるようにしてもよい。
【００５５】
拘束グリーンシートを積層した後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は、積層体に荷重をかけつつ１００〜８００℃の温度範囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解し揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミックスの組成により異なるが、通常は約８００〜１１００℃の範囲内である。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料にＣｕを使用する場合には、１００〜７００℃の加湿窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次いで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００５６】
また、有機成分の除去時ならびに焼成時には、積層体の反りを防止するために、積層体の上面に重しを載せる等して荷重をかけるとよい。このような重しによる荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が５０Ｐａ未満である場合は、積層体の反りを抑制する作用が充分でなくなるおそれがある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大きくなるため、焼成炉に入らなくなったり、また焼成炉に入っても重しが大きいために熱容量が不足することになり焼成できなくなったりする等の問題をひき起こすおそれがある。
【００５７】
この重しとしては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形，溶融等して荷重が不均一になったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性の多孔質のものが適している。具体的には、セラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。また、積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。
【００５８】
焼成後、拘束シートを除去する。除去方法としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば超音波洗浄，研磨，ウォータージェット，ケミカルブラスト，サンドブラスト，ウェットブラスト（砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。
【００５９】
得られたガラスセラミック基板は、焼成時の収縮が拘束グリーンシートによって厚さ方向だけに抑えられているので、その積層面内の収縮をおよそ０．５％以下にも抑えることが可能となり、しかも、ガラスセラミック・グリーンシートは拘束グリーンシートによって全面にわたって均一にかつ確実に結合されているので、拘束グリーンシートの一部剥離等によってガラスセラミック基板およびフェライト層の反りや変形が起こるのを効果的に防止することができる。
【００６０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００６１】
＜実施例１＞
本実施例では、図２に断面図で示すような、外径２０ｍｍ，内径５ｍｍのリング形状の評価用試験片を作製し、透磁率を測定した。なお、図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体、２は絶縁層、３はフェライト層、４は配線導体である。透磁率の測定はヒューレットパッカード社製のインピーダンスアナライザーＨＰ−４２９１Ａを用い、高周波電流電圧法にて測定した。
【００６２】
まず、ガラスセラミックス成分として、熱膨張係数が８．５×１０^−６／℃であるＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末７５質量％および熱膨張係数が６．５×１０^−６／℃であるＡｌ_２Ｏ_３粉末２５質量％を使用した。このガラスセラミックス成分１００質量％に有機バインダとしてアクリル樹脂１２質量％，フタル酸系可塑剤６質量％および溶剤としてトルエン３０質量％を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。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のガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００６３】
次にフェライト・グリーンシートとして平均粒径０．５〜１μｍのＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の結晶相から構成される透磁率２２．０、熱膨張係数１２×１０^−６／℃の仮焼済みのフェライト粉末に、ブチラール樹脂１０質量％、高分子量のアルコールを希釈剤として添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ８０μｍのフェライト・グリーンシートを成形した。
【００６４】
次に絶縁ペーストとして、熱膨張係数が１２×１０^−６／℃であるＳｉＯ_２−ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末５５質量％、および熱膨張係数が９×１０^−６／℃であるＴｉＯ_２粉末４５質量％を用い、所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し作製した。
【００６５】
同様に、配線導体ペーストとしてＣｕ粉末（平均粒径１μｍ）１００質量％に対してガラスセラミック・グリーンシートと同組成のガラス粉末２質量％、さらに所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し配線導体ペーストを作製した。
【００６６】
一方、無機成分としてＡｌ_２Ｏ_３粉末９５質量％と軟化点７２０℃のＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末５質量％とを用いて、ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、次いで成形して厚さ２５０μｍの拘束グリーンシートを得た。
【００６７】
なお、ガラスセラミック・グリーンシートおよびフェライト・グリーンシート，拘束グリーンシートは、ともに透磁率の評価用試験片形状である外径２０ｍｍ，内径５ｍｍのリング形状に加工しておいた。
【００６８】
まず、ガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。絶縁ペースト層は４０μｍの厚みとした。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にフェライト・グリーンシートを重ね合わせ、さらに、導体ペーストをフェライト・グリーンシート全面に塗布し乾燥を行なった。導体ペーストは２０μｍの厚みとした。その後、乾燥した導体ペースト上にフェライト・グリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。絶縁ペースト層は４０μｍの厚みとした。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を重ね合わせてガラスセラミック・グリーンシート積層体を得た。このガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度５５℃，圧力２０ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００６９】
得られた積層体をアルミナセッターに載置し、その上に重しを載せて約０．５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中にて５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、窒素雰囲気中にて９００℃で１時間焼成した。焼成後は、ガラスセラミック基板の両面に拘束シートが付着していた。この状態では、軽く叩いても拘束シートが剥がれることはなかった。
【００７０】
ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シートは、擦り取ることにより大部分は除去できたが、ガラスセラミック基板の表面に薄く残留していた。この残留した拘束シートを、球状Ａｌ_２Ｏ_３微粉末と水との混合物を高圧の空気圧で投射するウェットブラスト法により除去した。拘束シートを除去した後のガラスセラミック基板の表面は、表面粗さ（中心線平均粗さ）Ｒａが１μｍ以下の平滑な面であった。
【００７１】
さらに、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮は０．５％以下であり、内層の全面にフェライト層３が形成されているものの、基板に反りや変形も認められなかった。
【００７２】
また、得られたガラスセラミック基板の絶縁層２の焼成後の厚みは２０μｍであった。
【００７３】
なお、このようにして作製した絶縁基体１の熱膨張係数は８×１０^−６／℃、フェライト層３の熱膨張係数は１２×１０^−６／℃、絶縁層２の熱膨張係数は１１×１０^−６／℃であった。
【００７４】
このようにして作製した評価用試験片にて、透磁率を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】

【００７６】
表１の結果より、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の結晶相から構成される透磁率が２２．０のフェライトに対し、実施例１の場合は透磁率が２１．５であり透磁率の低下がほとんどないことが分かる。また、表１においては、測定された透磁率を測定サンプルのそれぞれについて記載している。また、後述の実施例および比較例のサンプル測定結果も記載している。
【００７７】
＜実施例２＞
熱膨張係数が１０×１０^−６／℃になるように、熱膨張係数が１２×１０^−６／℃であるＳｉＯ_２−ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ系ガラス粉末２５質量％、ならびに熱膨張係数が９×１０^−６／℃であるＴｉＯ_２粉末７５質量％を用いて絶縁層２を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例２の評価用試験片を作製した。
【００７８】
このようにして作製した実施例２の評価用試験片の透磁率を測定した。その測定結果も表１に記載した。
【００７９】
表１の結果より、実施例２の場合は、透磁率が２１．２であり透磁率の低下がほとんどないことが分かる。
【００８０】
＜実施例３および４＞
焼成後の厚みが１０μｍおよび５０μｍになるように絶縁層２を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例３および４の評価用試験片を作製した。
【００８１】
このようにして作製した実施例３および４の評価用試験片の透磁率を測定した。その測定結果も表１に記載した。
【００８２】
表１の結果より、実施例３および４の場合は、透磁率がそれぞれ２１．２および２１．４であり透磁率の低下がほとんどないことが分かる。
【００８３】
＜比較例１＞
焼成後の厚みが５μｍになるように絶縁層２を作製した以外は実施例１と同様にして、比較例１の評価用試験片を作製した。
【００８４】
このようにして作製した比較例１の評価用試験片の透磁率を測定した。その測定結果も表１に記載した。
【００８５】
表１の結果より、焼成後の厚みが５μｍになるように絶縁層２を作製した比較例１の場合は、透磁率が１５．２であり、焼成後の厚みが１０μｍ，２０μｍおよび５０μｍになるように絶縁層２を作製した実施例４，１および実施例５の場合に比べて、透磁率が大きく低下していることが分かる。これは、絶縁層２の厚みが薄いため、絶縁基体とフェライト層３との熱膨張差によるフェライトの内部応力を緩和できず、フェライト層３に磁歪が発生したためである。
【００８６】
＜比較例２＞
拘束シートを積層せずに焼成した以外は実施例１と同様にして、比較例２の評価用試験片を作製した。
【００８７】
拘束シートを積層せずに焼成した比較例２では、評価用試験片が焼成時に大きく変形してしまい、透磁率は測定できず、ガラスセラミック基板としても使えないことが分かった。
【００８８】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では配線導体４にＣｕを用いたが、配線導体４にＡｇ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ合金等を用いてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に配線導体と、配線導体の上面および下面を覆う絶縁基体のガラスおよびフィラーより熱膨張係数の高いフェライトおよび１質量％以下のガラスから成るフェライト層とが、フェライト層と絶縁基体との間に、絶縁基体に含有されるフィラーより熱膨張係数の高いフィラーおよび絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが１０μｍ以上の絶縁層を介在させて、絶縁基体との同時焼成で形成されていることから、フェライト層の内部に磁性を持たない空間を形成するガラス成分を１質量％以下としたこと、および絶縁基体より熱膨張係数が大きく、かつフェライト層より熱膨張係数が小さい絶縁層をフェライト層とガラスセラミックス間に設け、フェライト層と絶縁基体との熱膨張差による応力を緩和することによって、フェライト層の透磁率の低下を抑えることができる。また、フェライト層および絶縁層がガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体および配線導体との同時焼成によって形成されることによって、これらの層と絶縁基体および配線導体との十分な密着性を得ることができる。さらに、このフェライト層をフェライト・グリーンシートを焼結させて形成することによって、安定した透磁率を再現性良く得ることができる。また、このフェライト層で配線導体の上下面を覆うことによって、フェライト層によるノイズ吸収を効率良く機能させることができるので、配線導体へのノイズの侵入を確実に防止することができ、ノイズが半導体素子等の電子部品へ侵入するのを効果的に防止することが可能となる。
【００９０】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成る場合には、これらのフェライトの結晶相は高い透磁率を発現することから、これらのフェライトから成るフェライト層によって、より効果的にノイズ吸収が可能な十分に高い透磁率を得ることができる。
【００９１】
また、本発明のガラスセラミック基板の製造方法によれば、ガラスセラミック基板の焼成時に生じる平面方向の収縮を拘束シートによって抑え、またＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含むフェライト層の変形を防止することができ、焼成時に熱収縮の異なるフェライト層が形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層体を変形させることなく、ガラスセラミックスから成る絶縁基体と配線導体とフェライト層とを同時焼成して本発明のガラスセラミック基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例の透磁率測定に用いた評価用試験片を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：絶縁層
３：フェライト層
４：配線導体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass ceramic substrate provided with a wiring conductor formed by simultaneous firing on at least one of the inside and the surface of an insulating substrate made of a glass ceramic sintered body, a ferrite layer for covering the wiring conductor for absorbing noise, and a method of manufacturing the same. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, information processing devices have rapidly advanced in performance, and with this, semiconductor devices and hybrid integrated circuit devices mounted on information processing devices have also been driven at high speeds, making them extremely susceptible to noise. It has become. Therefore, when high-frequency noise enters from an external electric circuit, the noise may directly enter electronic components such as a semiconductor element through a wiring conductor and cause a malfunction. Therefore, noise countermeasures are required to prevent such malfunctions.
[0003]
As a countermeasure against noise in a conventional glass ceramic substrate, a method of mounting ferrite beads for absorbing noise on the surface of the glass ceramic substrate and a method of bonding the ferrite substrate to the back surface of the glass ceramic substrate have been used for a long time.
[0004]
However, this method has made it difficult to reduce the size and simplify the mounting. Therefore, in recent years, the surface mounting process has been simplified by absorbing noise in the glass ceramic substrate itself, and the size of the glass ceramic substrate has been reduced.
[0005]
One of the methods is a method of forming a ferrite layer inside a glass ceramic substrate. For example, there is a method of mixing ferrite powder into the insulating substrate itself, or a method of forming an auxiliary film containing ferrite on a part of the insulating substrate. In these methods, in order to form a ferrite layer inside the glass ceramic substrate, the ferrite layer and the glass ceramic of the insulating base are simultaneously fired.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-193369 [Patent Document 2]
JP-A-11-163189 [Patent Document 3]
JP 2000-252385 A
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method, glass powder must be added to the ferrite layer in order to simultaneously bond the ferrite layer and the glass ceramic that is the main component of the insulating base by co-firing, and to match the respective firing shrinkage rates. Was. This is because if the pure ferrite layer is fired simultaneously with the glass ceramic, sufficient adhesion between the ferrite layer and the glass ceramic cannot be obtained, and the shrinkage of the ferrite layer and the glass ceramic shrinkage during firing differ. This is because such a problem occurs that the glass ceramic substrate is deformed after firing or the ferrite layer is separated from the glass ceramic substrate.
[0008]
However, since the glass powder added to the ferrite layer is a non-magnetic material, they form a non-magnetic space in the ferrite layer, and the density of ferrite in the ferrite layer decreases. there were.
[0009]
In general, the noise absorbing power of a magnetic material such as ferrite is expressed using the magnetic permeability (μ) as an index. The higher the magnetic permeability, the higher the noise absorbing power of the magnetic material. However, if a magnetic material has a non-magnetic portion, the magnetic permeability decreases in proportion to the cube of the volume of the non-magnetic portion. Therefore, when the glass powder is added to the ferrite layer as described above, there is a problem that the magnetic permeability of the ferrite layer is rapidly reduced.
[0010]
If the magnetic permeability decreases, noise cannot be sufficiently absorbed. As a result, when high-frequency noise enters from an external electric circuit, the noise is not completely absorbed and enters the electronic components such as semiconductor elements through wiring conductors. However, there is a problem that a malfunction is caused.
[0011]
However, when a large amount of ferrite layer is formed to sufficiently absorb noise, there is a problem that the ferrite layer after firing is easily peeled off. This is because the shrinkage and the coefficient of thermal expansion during firing differ between the ferrite layer and the glass ceramic. If a large amount of the ferrite layer is formed, the occurrence of peeling becomes significant. Further, when the number of ferrite layers increases, the amount of glass ceramics relatively decreases, and there is a problem that the dielectric constant and the insulating properties of the entire insulating substrate differ from those inherent in the glass ceramic substrate.
[0012]
Further, in any of the above-described ferrite layer forming methods, there is a problem that it is difficult to uniformly form the thickness of the ferrite layer with good reproducibility. Usually, a ferrite layer is formed on a glass ceramic green sheet by screen printing a ferrite paste. However, in this method, a ferrite layer is formed in the same manner between glass ferrite layers of a glass ceramic substrate and the same glass ceramic substrate. However, there is a problem that the thickness varies between ferrite layers different from each other. In addition, if a locally thin ferrite layer is formed, a sufficient noise absorbing effect cannot be obtained in that portion, so that in order to avoid this, it is necessary to increase the thickness of the ferrite layer more than necessary. However, forming a large amount of the ferrite layer also has a problem that the peeling during firing is promoted as described above.
[0013]
Furthermore, in the simultaneous firing of the ferrite layer and the glass ceramic of the insulating substrate, since the thermal expansion coefficient of the ferrite layer and the thermal expansion coefficient of the glass ceramic are different, magnetostriction occurs due to stress applied to the ferrite layer in the simultaneous firing process. In addition, there is a problem that the magnetic permeability of the ferrite layer is rapidly reduced.
[0014]
For the above reasons, the ferrite layer inside the insulating substrate can only be formed with a small volume or low density, and there is also a variation in the noise absorption effect between similarly manufactured glass ceramic substrates. There is a problem that it is difficult to obtain a glass ceramic substrate having sufficient noise absorption characteristics by using the same.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described problems in the related art, and an object thereof is to provide a glass ceramic having a ferrite layer having a high magnetic permeability and having high and stable noise absorption characteristics. It is to provide a substrate and a method for manufacturing the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The glass-ceramic substrate of the present invention has a wiring conductor on at least one of the inside and the surface of an insulating base made of a glass-ceramic sintered body containing glass and a filler, and the glass of the insulating base covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor and A ferrite layer having a higher thermal expansion coefficient than the filler and a ferrite layer made of glass of 1% by mass or less are provided between the ferrite layer and the insulating substrate, the filler having a higher thermal expansion coefficient than the filler contained in the insulating substrate. It is formed by co-firing with the insulating base with an insulating layer containing glass having a higher thermal expansion coefficient than that of the glass contained in the insulating base and having a thickness of 10 μm or more interposed therebetween. .
[0017]
Further, in the glass ceramic substrate according to the present invention, the insulating layer has a difference in thermal expansion coefficient from the ferrite layer of 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, and a thermal expansion coefficient between the insulating layer and the insulating base. Is 5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less.
[0018]
Further, in the glass ceramic substrate of the present invention, in the above configuration, the ferrite is ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe _12. It is characterized by comprising at least one of O ₄ and CuFe ₂ O ₄ .
[0019]
Further, in the method for manufacturing a glass ceramic substrate according to the present invention, the wiring conductor is formed on at least one surface of the plurality of glass ceramic green sheets containing the glass powder, the filler and the organic binder, and the upper and lower surfaces of the wiring conductor are covered. Ferrite green containing at least one of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and CuFe ₂ O ₄ The sheet, via a filler powder having a higher thermal expansion coefficient than the filler powder contained in the glass ceramic green sheet and an insulating paste layer containing a glass powder having a higher thermal expansion coefficient than the glass powder contained in the insulating substrate. Arranging the plurality of glass ceramics Producing a glass ceramic green sheet laminate by laminating a green sheet with the insulating paste layer interposed also between the ferrite green sheet and the glass ceramic green sheet laminated thereon; Laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both sides of the glass ceramic green sheet laminate, and laminating the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate Removing the organic component from the body, and then baking to produce a glass ceramic substrate holding the constrained sheet; and removing the constrained sheet from the glass ceramic substrate, the glass content of the constrained green sheet However, during the firing, the constrained green sheet is It is characterized in that an amount that does not substantially shrink Mick green sheets and and the constraining green sheet is bonded within the laminate surface.
[0020]
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, by setting the glass of the ferrite layer to 1% by mass or less, the space having no magnetism inside the ferrite layer becomes 1% by mass or less, and a decrease in the magnetic permeability of the ferrite layer is suppressed. Can be. Further, an insulating layer having a thickness of 10 μm or more containing a filler having a higher thermal expansion coefficient than the filler contained in the insulating base made of a sintered glass ceramic and a glass having a higher thermal expansion coefficient than the glass contained in the insulating base is ferrite. Since the thermal expansion coefficient is larger than the thermal expansion coefficient of the insulating substrate and the thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the ferrite layer, the ferrite layer and the insulating substrate are interposed between the ferrite layer and the insulating substrate. Stress caused by a difference in thermal expansion can be reduced, and a decrease in magnetic permeability of the ferrite layer due to magnetostriction can be suppressed. Further, since the ferrite layer and the insulating layer are formed by simultaneous firing of the insulating base and the wiring conductor made of a glass ceramic sintered body, sufficient adhesion between these and the insulating base and the wiring conductor can be obtained. . Further, this ferrite layer is preferably formed by sintering a ferrite green sheet. By covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor with the ferrite layer, it is necessary to efficiently and stably function the noise absorption by the ferrite layer. Therefore, it is possible to reliably prevent noise from entering the wiring conductor and effectively prevent noise from entering electronic components such as semiconductor elements.
[0021]
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, the insulating layer has a difference in thermal expansion coefficient from the ferrite layer of 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less and a difference in thermal expansion coefficient from the insulating base is 5 ×. When the temperature is 10 ⁻⁶ / ° C. or less, the difference in the coefficient of thermal expansion between the insulating substrate and the ferrite layer and the insulating layer is suitably small. A decrease in the magnetic permeability of the layer can be sufficiently suppressed.
[0022]
Further, according to the glass ceramic substrate of the present invention, the ferrite is composed of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and When at least one of CuFe ₂ O ₄ is used, since the crystal phase of these ferrites exhibits high magnetic permeability, noise can be more effectively absorbed by the ferrite layer made of these ferrites. A sufficiently high magnetic permeability can be obtained.
[0023]
Furthermore, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, the method includes the above-mentioned steps, and the glass content of the constrained green sheets laminated on both sides of the glass ceramic green sheet laminate is such that the constrained green sheets are fired during firing. Since the amount is such that it is combined with the ceramic green sheet and does not substantially shrink the constrained green sheet in the laminating plane, shrinkage in the planar direction that occurs during firing of the glass ceramic substrate can be suppressed by the constrained sheet. The insulating substrate made of glass ceramic, the wiring conductor, and the ferrite layer can be simultaneously fired without deforming the glass-ceramic green sheet laminate on which the ferrite layers having different heat contractions are sometimes formed.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0025]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a glass ceramic substrate according to the present invention, wherein 1 is an insulating substrate made of a glass ceramic sintered body, 2 is an insulating layer, 3 is a ferrite layer, and 4 is a wiring conductor. .
[0026]
The insulating substrate 1 is formed by laminating a plurality of glass ceramic layers, and a wiring conductor 4 and a ferrite layer 3 covering the upper and lower surfaces thereof are provided on at least one of the inside and the surface thereof. It is formed with an insulating layer 2 made of glass and ferrite interposed therebetween.
[0027]
The insulating substrate 1 made of a glass ceramic sintered body is first obtained by mixing a glass powder, a filler powder (ceramic powder), an organic binder, a plasticizer, an organic solvent, and the like to obtain a slurry, and then using a doctor blade method and a rolling method. A glass ceramic green sheet is manufactured by a calender roll method or the like, a plurality of the glass ceramic green sheets are laminated, and then fired at a temperature of 800 to 1100 ° C. in the air or a humidified nitrogen atmosphere. .
[0028]
Examples of the glass powder include SiO ₂ —B ₂ O ₃ , SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ , and SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —MO (where M is Ca , Sr, Mg, Ba or Zn), a SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (where M ¹ and M ² are the same or different and are Ca, Sr, Mg, Ba or Zn) ), SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (where M ¹ and M ² are the same as above), SiO ₂ —B ₂ O ₃ —M ³ ₂ O system (where, ^{M 3} represents a Li, Na or _{_{_{_{K), SiO 2 -B 2 O}}}} 3 -Al 2 O 3 -M 3 2 O system (where, ^{M 3} are as defined above), Pb-based glass, Bi-based glass, or the like can be used.
[0029]
As the filler powder, for example, _Al 2 _O _3, SiO 2, a composite oxide of ZrO ₂ and an alkaline earth metal oxide or a composite oxide of TiO ₂ and alkaline earth metal oxides, _Al 2 O ₃ and composite oxides containing at least one selected from SiO ₂ (e.g. spinel, mullite, cordierite) or the like can be used.
[0030]
The insulating layer 2 is formed between the ferrite layer 3 covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4 and the insulating base 1, and has a higher thermal expansion coefficient than the filler powder contained in the insulating base 1 and the insulating base 1. The glass powder having a higher coefficient of thermal expansion than the glass powder contained in the insulating substrate 1 has a difference in thermal expansion coefficient of 5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, and the difference in thermal expansion coefficient between the

ferrite layer

3 and 3 × 10 6 The ferrite layer 3 on the glass ceramic green sheet is placed on a glass ceramic green sheet by a screen printing method, a gravure printing method, or the like, and an insulating paste prepared by kneading an appropriate organic binder and a solvent is blended so as to be ⁻⁶ / ° C. or less. It is applied to the position to be formed and fired simultaneously with the glass ceramic green sheet to be formed.
[0031]
The glass component of the insulating layer 2 preferably has a coefficient of thermal expansion of 6 × 10 ⁻⁶ to 18 × 10 ⁻⁶ / ° C. As such a glass component having a high thermal expansion coefficient, known glass having a high thermal expansion coefficient can be used, and for example, alkali silicate glass, PbO glass, BaO glass, ZnO glass, or the like can be used. In the case of crystallized glass, the coefficient of thermal expansion of the glass component indicates the coefficient of thermal expansion after heat treatment at a firing temperature.
[0032]
When an alkali silicate glass is used, an alkali metal oxide such as Li ₂ O is contained at a ratio of 5 to 30% by mass, particularly 5 to 20% by mass, and an alkali silicate having a high thermal expansion coefficient is precipitated after firing. Are preferably used. Further, as the alkali silicate glass, including as essential components SiO ₂ in addition to the alkali metal oxide, SiO ₂ is in the glass the total amount, present in a proportion of 60 to 85 wt%, SiO ₂ and alkali metal oxide It is desirable that the combined amount with the substance is 65 to 95% by mass based on the total amount of the glass in order to precipitate alkali silicate crystals.
[0033]
Further, in addition to these components, Al ₂ O ₃ , MgO, TiO ₂ , B ₂ O ₃ , Na ₂ O, K ₂ O, P ₂ O ₅ , ZnO, F and the like may be blended. In the lithium silicate glass, B ₂ O ₃ is desirably 1% by mass or less.
[0034]
When a Pb-based glass is used, it contains PbO as a main component and at least one of B ₂ O ₃ and SiO _{2, and} a crystal layer having a high thermal expansion such as PbSiO ₃ or PbZnSiO ₄ precipitates after firing. Are preferably used. Especially, a high thermal expansion crystal layer since it tends to precipitate, PbO (65 to 85 _{_{wt%) - B 2 O 3 (}} 5~15 wt%) - ZnO (6~20 wt%) - _SiO 2 (0. 5-5 wt%) - crystalline glass or made of BaO (0 to 5 wt%), PbO (50-60 _wt%) - SiO 2 (35 to 50 _{_{wt%) - Al 2 O 3 (}} 1~9 wt %) Is desirable.
[0035]
Furthermore, in the case of using a ZnO-based glass, a ZnO containing more than 10 wt%, after firing the _ZnO · _Al 2 O 3, is suitably used the crystal layer of high thermal expansion, such as ZnO · _nB 2 _{O 3} is deposited Is done. In addition to the ZnO component, SiO ₂ (60% by mass or less), Al ₂ O ₃ (60% by mass or less), B ₂ O ₃ (30% by mass or less), P ₂ O ₅ (50% by mass or less), alkaline earth An oxide (20% by mass or less), Bi ₂ O ₃ (30% by mass or less), and the like may be blended. Especially, a high thermal expansion crystal layer since it tends to precipitate, ZnO (10 to 50 _{_{wt%) - Al 2 O 3 (}} 10~30 _wt%) - crystallizable glass consisting SiO 2 (30 to 60% by weight) and ZnO (10 to 50 wt%) _- SiO 2 (5 to 40 _{_{wt%) - Al 2 O 3 (}} 0~15 wt%) - from MgO (0 to 35 wt%) - BaO (0 to 60% by weight) A crystalline glass is preferred.
[0036]
When using a BaO-based glass contains BaO, more than 5 wt%, the precipitated amorphous glass or _BaO · 2SiO ₂ after _{_{_{firing, BaAl 2 Si 2 O 8,}}} BaB crystal layer such as 2 _Si 2 _{O 8,} Crystallized glass is employed. In some cases, components other than BaO include SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , B ₂ O ₃ , P ₂ O ₅ , alkaline earth metal oxide, alkali metal oxide, ZrO _{2, and the} like. In particular, since a crystal layer having a high thermal expansion is easily deposited, the proportion of SiO ₂ is 25 to 60% by mass, BaO is 5 to 60% by mass, and Zr oxide is 0.1 to 30% by mass in terms of ZrO _2. Are preferably used.
[0037]
As the filler powder of the insulating layer 2, a filler having a higher thermal expansion coefficient than the filler contained in the glass ceramic of the insulating base 1 is used. At this time, the coefficient of thermal expansion of the filler powder of the insulating layer 2 is preferably higher by about 2 × 10 ⁻⁶ / ° C. to 6 × 10 ⁻⁶ / ° C. than the coefficient of thermal expansion of the filler contained in the glass ceramic of the insulating base 1. It is desirable for the thermal expansion coefficient of the insulating layer 2 to be appropriately positioned between the thermal expansion coefficient of the insulating base 1 and the thermal expansion coefficient of the ferrite layer 3.
[0038]
As such a filler powder, for example, as a metal oxide having a thermal expansion coefficient of 6 × 10 ⁻⁶ / ° C. or more, quartz (SiO ₂ ), tridymite (SiO ₂ ), forsterite (2MgO · SiO ₂ ), spinel ( MgO _· Al _{2 O} 3), wollastonite (CaO · _SiO 2), Monty sera Knight _{(CaO · MgO · SiO 2)} , nepheline _{_{_{(Na 2 O · Al 2 O}}} 3 · SiO 2), Jiopusaido (CaO · MgO · 2SiO _2), Merubinaito _{(3CaO · MgO · 2SiO 2)} , Akerumaito _{(2CaO · MgO · 2SiO 2)} , magnesia (MgO), alumina _(Al _{2 O} 3), Kanegiaito _{_{_{(Na 2 O · Al 2 O}}} 3 · 2SiO _2), enstatite (MgO · _SiO 2), magnesium borate (2Mg · _B 2 _O 3), selected from the group consisting of celsian _{_{_{(BaO · Al 2 O 3 ·}}} 2SiO 2), B 2 O 3 · 2MgO · 2SiO 2, gahnite _{_{(ZnO · Al 2 O 3)}} , titania (TiO ₂₎ At least one type is included. Among these, at least one selected from the group consisting of SiO ₂ -based materials such as quartz and tridymite, and forsterite and enstatite has particularly high thermal expansion, and has a higher thermal expansion coefficient than the filler contained in the insulating substrate 1. As desirable.
[0039]
It is desirable that the insulating layer 2 has a thickness of 10 μm or more. When the thickness is less than 10 μm, stress relaxation is insufficient and magnetostriction occurs, so that the magnetic permeability tends to decrease. However, it is desirable that the thickness of the insulating layer 2 is such that the entire glass ceramic substrate is not thickened.
[0040]
The ferrite layer 3 is formed by interposing the insulating layer 2 together with the wiring conductor 4 formed on the surface and / or inside of the insulating base 1 so as to cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4. Of glass. The ferrite layer 3 includes at least one of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and CuFe ₂ O ₄ The use of one type of ferrite is preferable in that a sufficiently high magnetic permeability capable of more effectively absorbing noise can be obtained.
[0041]
The ferrite layer 3 is formed by mixing a ferrite powder with an appropriate organic binder, a plasticizer, an organic solvent and the like to obtain a slurry, and then manufacturing a ferrite green sheet by a doctor blade method, a rolling method, a calender roll method, or the like. I do. Next, the ferrite green sheet is cut into a shape covering the predetermined wiring conductor 4 and is mounted on the glass ceramic green sheet at a position where the wiring conductor 4 is to be formed so as to cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4. Place.
[0042]
The ferrite powder used to form the ferrite green sheet to be the ferrite layer 3 is a calcined ferrite powder, and preferably has a uniform particle size and a nearly spherical shape. This is because a uniform sintered state can be obtained.For example, in the case where a ferrite powder has a partially small particle size, the growth of crystal grains is reduced only in that portion, and it is obtained after sintering. The magnetic permeability of the resulting ferrite layer 3 tends to be less stable.
[0043]
The ferrite layer 3 is made of ferrite and 1% by mass or less of glass with respect to the entire ferrite layer 3. However, the glass of 1% by mass or less diffuses and flows from the insulating base 1 and the insulating layer 2 during firing and is not included in the ferrite green sheet before firing.
[0044]
The wiring conductor 4 is formed by covering the upper and lower surfaces with the ferrite layer 3 and interposing the insulating layer 2 inside and / or on the surface of the insulating base 1. The wiring conductor 4 is formed of a metal powder such as Cu, Ag, Au, or an Ag alloy. A conductive paste prepared by kneading an appropriate organic binder and solvent is placed on a glass ceramic green sheet surface and a glass ceramic green sheet surface with an insulating paste interposed therebetween by a conventionally known screen printing method or gravure printing method. It is applied on the ferrite green sheet and fired at the same time as the glass ceramic green sheet. At this time, it is necessary to completely cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4 with the ferrite layer 3 in order to completely absorb the noise entering from the wiring conductor 4. For more complete noise absorption, it is preferable to cover the side surfaces of the wiring conductor 4 with the ferrite layer 3. Further, it is necessary to completely cover the upper and lower surfaces of the ferrite layer 3 with the insulating layer 2. Therefore, in order to form such a wiring conductor 4, ferrite layer 3 and insulating layer 2, an insulating paste to be the lower insulating layer 2 and a lower ferrite layer 3 to be formed on the surface of a predetermined glass ceramic green sheet. It is preferable to form and arrange the respective layers in the order of the ferrite green sheet, the conductor paste to be the wiring conductor 4, the ferrite green sheet to be the upper ferrite layer 3, and the insulating paste to be the upper insulating layer 2.
[0045]
In the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, first, the ferrite layer 3, the insulating layer 2, and the wiring conductor 4 are arranged on the glass ceramic green sheet in the above-described manner, and then a plurality of the glass ceramic green sheets are formed. Lamination is performed to produce a glass ceramic green sheet laminate.
[0046]
Next, a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder is laminated on both sides of the glass ceramic green sheet laminate.
[0047]
Then, the organic component is removed from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then fired to produce a glass ceramic substrate holding the constrained sheet. Is removed.
[0048]
The constrained green sheet in the present invention is obtained by molding a slurry in which an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like are added to an inorganic component composed of a non-sinterable inorganic material family and glass. Examples of the hardly sinterable inorganic material include, but are not limited to, at least one selected from Al ₂ O ₃ and SiO ₂ .
[0049]
The glass added to the constrained green sheet is not particularly limited, and the same glass as that used for the glass ceramic green sheet described above can be used. The glass in the constrained green sheet may have the same composition as the glass in the glass ceramic green sheet, or may have a different composition.
[0050]
The glass content in the constrained green sheet is preferably 0.5 to 15% by mass of all the inorganic components in the constrained green sheet. Usually, this range is an amount that bonds to the glass ceramic green sheet during firing and does not substantially shrink the constrained green sheet in the lamination plane, but is not necessarily limited to this range, and the glass used is not limited to this range. The glass content varies depending on the type of the glass.
[0051]
The softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably lower than the firing temperature of the glass-ceramic green sheet laminate and higher than the decomposition temperature and volatilization temperature of the organic component in the constrained green sheet. Specifically, the softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably about 450 to 1100 ° C. If the softening point of the glass is less than 450 ° C, the softened glass will block the removal path of the decomposed and volatilized organic components when removing the organic components from the glass ceramic green sheet, and the organic components will be completely removed. It may not be possible. On the other hand, if the softening point of the glass exceeds 1100 ° C., the glass ceramic green sheet may not function as a binder to the green sheet under ordinary firing conditions.
[0052]
The constrained green sheet can be obtained by molding using an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like in the same manner as in the production of the glass ceramic green sheet. As the organic binder, the plasticizer, and the solvent, the same materials as those used in the glass ceramic green sheet can be used. Here, the plasticizer is added in order to impart flexibility to the constrained green sheet and to enhance adhesion to the glass ceramic green sheet during lamination.
[0053]
The thickness of the constrained green sheets laminated on both sides of the glass-ceramic green sheet laminate is preferably at least 10% of the thickness of the glass-ceramic green sheet laminate on one side only, and is thinner than this. And the restraint of the restraint green sheet may be reduced. In consideration of facilitating the volatilization of the organic component and also facilitating the removal of the restraint sheet from the glass ceramic substrate, the thickness of the restraint green sheet is about 200% of the thickness of the glass ceramic green sheet laminate. It should be: Further, the constrained sheets to be laminated may be composed of one sheet, or may be composed of a plurality of laminated sheets having a predetermined thickness.
[0054]
In order to laminate the formed constrained green sheets on both sides of the glass-ceramic green sheet laminate, a method of applying heat and pressure to the laminated green sheets and thermocompressing them, or an adhesion method comprising an organic binder, a plasticizer, a solvent, etc. For example, a method of applying an agent between sheets and performing thermocompression bonding can be adopted. When an adhesive layer is interposed between the sheets, the adhesive layer may contain the same glass component as that of the constrained green sheet to increase the bonding force between the sheets.
[0055]
After laminating the constrained green sheets, the organic components are removed and baked. The removal of the organic component is performed by heating the laminate in a temperature range of 100 to 800 ° C. while applying a load to the laminate to decompose and volatilize the organic component. The firing temperature varies depending on the composition of the glass ceramic, but is usually in the range of about 800 to 1100 ° C. The sintering is usually performed in the air, but when Cu is used as the conductor material, the organic components are removed in a humidified nitrogen atmosphere at 100 to 700 ° C., and then the sintering is performed in a nitrogen atmosphere.
[0056]
Further, at the time of removing the organic component and firing, it is preferable to apply a load by placing a weight on the upper surface of the laminate in order to prevent the laminate from warping. The load due to such weight is suitably about 50 Pa to 1 MPa. If the load is less than 50 Pa, the function of suppressing the warpage of the laminate may not be sufficient. If the load exceeds 1 MPa, the weight to be used will be large, and it will not be able to enter the sintering furnace. May cause problems.
[0057]
The weight used should be a heat-resistant porous material that will not deform or melt during firing of the glass-ceramic substrate, resulting in a non-uniform load or preventing the volatilization of decomposed organic components. Are suitable. Specific examples include refractory materials such as ceramics and high melting point metals. Further, a porous weight may be placed on the upper surface of the laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.
[0058]
After firing, the restraint sheet is removed. The removal method is not particularly limited as long as it can remove the restraint sheet bonded to the surface of the glass ceramic substrate. For example, ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blast, sand blast, wet blast (abrasive and water By air pressure).
[0059]
In the obtained glass ceramic substrate, the shrinkage during firing is suppressed only in the thickness direction by the constrained green sheet, so that the shrinkage in the lamination plane can be suppressed to about 0.5% or less, and Since the glass ceramic green sheet is uniformly and securely bonded to the entire surface by the constrained green sheet, it is possible to effectively prevent the glass ceramic substrate and the ferrite layer from warping or deforming due to partial peeling of the constrained green sheet. Can be prevented.
[0060]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0061]
<Example 1>
In this example, a ring-shaped evaluation test piece having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 5 mm as shown in the sectional view of FIG. 2 was prepared, and the magnetic permeability was measured. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, 1 is an insulating base made of a glass ceramic sintered body, 2 is an insulating layer, 3 is a ferrite layer, and 4 is a wiring conductor. . The permeability was measured by a high-frequency current / voltage method using an impedance analyzer HP-4291A manufactured by Hewlett-Packard Company.
[0062]
First, as a glass ceramic component, 75% by mass of a SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —MgO—B ₂ O ₃ —ZnO-based glass powder having a thermal expansion coefficient of 8.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. and a thermal expansion coefficient of 6 25% by mass of Al ₂ O ₃ powder having a concentration of 0.5 × 10 ⁻⁶ / ° C. was used. To 100% by mass of this glass ceramic component, 12% by mass of an acrylic resin as an organic binder, 6% by mass of a phthalic acid-based plasticizer, and 30% by mass of toluene as a solvent were mixed by a ball mill method to form a slurry. Using the slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
[0063]
Next, as a ferrite green sheet, a magnetic permeability of 22.0 composed of a crystalline phase of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , and NiFe ₂ O _{4 having} an average particle diameter of 0.5 to 1 μm, and thermal expansion To a calcined ferrite powder having a coefficient of 12 × 10 ⁻⁶ / ° C., 10 mass% of butyral resin and a high molecular weight alcohol were added as a diluent, and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a ferrite green sheet having a thickness of 80 μm was formed by a doctor blade method.
[0064]
Next, as an insulating paste, 55% by mass of a SiO ₂ —BaO—B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —ZnO-based glass powder having a thermal expansion coefficient of 12 × 10 ⁻⁶ / ° C. and a thermal expansion coefficient of 9 × 10 6 Using 45% by mass of TiO ₂ powder at ⁻⁶ / ° C., a predetermined amount of an ethylcellulose-based resin and terpineol were added, and mixed by a three-roll mill so as to have an appropriate viscosity.
[0065]
Similarly, 2% by mass of glass powder having the same composition as the glass ceramic green sheet and 100% by mass of Cu powder (average particle size: 1 μm) as a wiring conductor paste, and a predetermined amount of ethylcellulose-based resin and terpineol are added, and three The mixture was mixed with a roll so as to have an appropriate viscosity to prepare a wiring conductor paste.
[0066]
On the other hand, 95% by mass of Al ₂ O ₃ powder and 5% by mass of a SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —MgO—B ₂ O ₃ —ZnO-based glass powder having a softening point of 720 ° C. were used as inorganic components, and glass ceramic green was used. A slurry was prepared in the same manner as the sheet, and then molded to obtain a constrained green sheet having a thickness of 250 μm.
[0067]
The glass ceramic green sheet, the ferrite green sheet, and the constrained green sheet were all processed into a ring shape having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 5 mm, which is a test piece for evaluating magnetic permeability.
[0068]
First, a predetermined number of glass-ceramic green sheets were overlapped, and an insulating paste layer was applied over the entire surface and dried. The thickness of the insulating paste layer was 40 μm. Thereafter, a ferrite green sheet was superimposed on the dried insulating paste layer, and a conductor paste was applied to the entire surface of the ferrite green sheet and dried. The conductive paste had a thickness of 20 μm. Thereafter, a predetermined number of ferrite green sheets were overlaid on the dried conductor paste, and an insulating paste layer was applied over the entire surface and dried. The thickness of the insulating paste layer was 40 μm. Thereafter, a predetermined number of glass ceramic green sheets were overlaid on the dried insulating paste layer to obtain a glass ceramic green sheet laminate. The constrained green sheets were superimposed on both sides of the glass ceramic green sheet laminate, and pressed at a temperature of 55 ° C. and a pressure of 20 MPa to obtain a laminate.
[0069]
The obtained laminate was placed on an alumina setter, and a weight was placed thereon and heated at 500 ° C. for 2 hours in the air while applying a load of about 0.5 MPa to remove organic components. It was baked at 900 ° C. for 1 hour in an atmosphere. After firing, the constraint sheets were adhered to both surfaces of the glass ceramic substrate. In this state, the restraining sheet did not peel off even if the ball was hit lightly.
[0070]
Most of the constraining sheet adhered to the surface of the glass ceramic substrate could be removed by scraping, but a small amount remained on the surface of the glass ceramic substrate. The remaining constrained sheet was removed by a wet blast method in which a mixture of spherical Al ₂ O ₃ fine powder and water was projected with high air pressure. The surface of the glass ceramic substrate from which the restraining sheet was removed was a smooth surface having a surface roughness (center line average roughness) Ra of 1 μm or less.
[0071]
Furthermore, the shrinkage of the obtained glass-ceramic substrate in the lamination plane was 0.5% or less, and although the ferrite layer 3 was formed on the entire inner layer, no warping or deformation was observed in the substrate.
[0072]
The thickness of the insulating layer 2 of the obtained glass ceramic substrate after firing was 20 μm.
[0073]
The thermal expansion coefficient of the insulating substrate 1 thus manufactured is 8 × 10 ⁻⁶ / ° C., the thermal expansion coefficient of the ferrite layer 3 is 12 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 2 is 11 ×. 10 ⁻⁶ / ° C.
[0074]
The magnetic permeability was measured on the test piece for evaluation thus produced. Table 1 shows the measurement results.
[0075]
[Table 1]

[0076]
From the results in Table 1, it can be seen that the ferrite having a magnetic permeability of 22.0 composed of the crystal phases of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , and NiFe ₂ O _{4 has} a permeability of 22.0. It can be seen that the magnetic permeability is 21.5 and there is almost no decrease in the magnetic permeability. In Table 1, the measured magnetic permeability is described for each of the measurement samples. In addition, the results of sample measurement of Examples and Comparative Examples described later are also described.
[0077]
<Example 2>
As the thermal expansion coefficient is ^{_{10 × 10 -6 / ℃, SiO}} 2 -BaO-B 2 O 3 -Al 2 O 3 -CaO based glass powder 25 wt thermal expansion coefficient of 12 × ^{10 -6} / ℃ %, And the test piece for evaluation of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 2 was prepared using 75% by mass of TiO ₂ powder having a thermal expansion coefficient of 9 × 10 ⁻⁶ / ° C. Produced.
[0078]
The magnetic permeability of the test piece for evaluation of Example 2 thus manufactured was measured. The measurement results are also shown in Table 1.
[0079]
From the results in Table 1, it can be seen that in the case of Example 2, the magnetic permeability was 21.2, and there was almost no decrease in the magnetic permeability.
[0080]
<Examples 3 and 4>
Test pieces for evaluation of Examples 3 and 4 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 2 was formed so that the thickness after firing became 10 μm and 50 μm.
[0081]
The magnetic permeability of the test pieces for evaluation of Examples 3 and 4 thus manufactured was measured. The measurement results are also shown in Table 1.
[0082]
From the results in Table 1, it can be seen that in Examples 3 and 4, the magnetic permeability was 21.2 and 21.4, respectively, and there was almost no decrease in the magnetic permeability.
[0083]
<Comparative Example 1>
A test piece for evaluation of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 2 was formed so that the thickness after firing became 5 μm.
[0084]
The magnetic permeability of the test specimen for evaluation of Comparative Example 1 thus manufactured was measured. The measurement results are also shown in Table 1.
[0085]
From the results shown in Table 1, in the case of Comparative Example 1 in which the insulating layer 2 was formed so that the thickness after firing became 5 μm, the magnetic permeability was 15.2, and the thickness after firing became 10 μm, 20 μm, and 50 μm. It can be seen that the magnetic permeability is greatly reduced as compared with the cases of Examples 4, 1 and 5 in which the insulating layer 2 was formed as described above. This is because, because the thickness of the insulating layer 2 is small, the internal stress of the ferrite due to the difference in thermal expansion between the insulating base and the ferrite layer 3 cannot be relaxed, and magnetostriction occurs in the ferrite layer 3.
[0086]
<Comparative Example 2>
A test piece for evaluation of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the restraining sheet was fired without being laminated.
[0087]
In Comparative Example 2 in which the restraining sheet was fired without lamination, the test piece for evaluation was greatly deformed during firing, and the magnetic permeability could not be measured, so that it could not be used as a glass ceramic substrate.
[0088]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, although Cu is used for the wiring conductor 4 in the above-described embodiment, Ag, Au, an Ag—Pd alloy, or the like may be used for the wiring conductor 4.
[0089]
【The invention's effect】
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, a wiring conductor is provided on at least one of the inside and the surface of an insulating base made of a glass-ceramic sintered body containing glass and a filler, and the glass of the insulating base covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor and A ferrite layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the filler and a ferrite layer composed of 1% by mass or less of glass are provided between the ferrite layer and the insulating base to provide a filler and an insulating base having a higher thermal expansion coefficient than the filler contained in the insulating base. A space that does not have magnetism inside the ferrite layer because it is formed by co-firing with an insulating substrate with an insulating layer having a thickness of 10 μm or more containing glass having a higher thermal expansion coefficient than that of the contained glass. The glass component forming the glass is 1% by mass or less, and the thermal expansion coefficient is larger than that of the insulating substrate. By providing an insulating layer having a smaller coefficient of thermal expansion than the light layer between the ferrite layer and the glass ceramic, and reducing stress caused by a difference in thermal expansion between the ferrite layer and the insulating base, it is possible to suppress a decrease in the magnetic permeability of the ferrite layer. . Further, since the ferrite layer and the insulating layer are formed by simultaneously firing the insulating base and the wiring conductor made of the glass ceramic sintered body, sufficient adhesion between these layers and the insulating base and the wiring conductor can be obtained. it can. Further, by forming this ferrite layer by sintering a ferrite green sheet, a stable magnetic permeability can be obtained with good reproducibility. In addition, by covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor with the ferrite layer, the noise absorption by the ferrite layer can be made to function efficiently, so that it is possible to reliably prevent noise from entering the wiring conductor and reduce the noise to the semiconductor. It is possible to effectively prevent intrusion into electronic components such as elements.
[0090]
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, the ferrite is composed of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and When at least one of CuFe ₂ O ₄ is used, since the crystal phase of these ferrites exhibits high magnetic permeability, noise can be more effectively absorbed by the ferrite layer made of these ferrites. A sufficiently high magnetic permeability can be obtained.
[0091]
Further, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, shrinkage in the planar direction generated during firing of the glass ceramic substrate is suppressed by the constraint sheet, and ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , and CoFe _{2 are used.} A ferrite layer containing at least one of O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O _4, and CuFe ₂ O ₄ can be prevented from being deformed. The glass ceramic substrate of the present invention can be obtained by simultaneously firing the insulating substrate made of glass ceramic, the wiring conductor, and the ferrite layer without deforming the formed glass ceramic green sheet laminate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a glass ceramic substrate of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a test piece for evaluation used for measuring magnetic permeability according to an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Insulating substrate 2: Insulating layer 3: Ferrite layer 4: Wiring conductor

Claims

A wiring conductor on at least one of the inside and the surface of an insulating base made of a glass-ceramic sintered body containing glass and filler, and a ferrite having a higher thermal expansion coefficient than the glass and filler of the insulating base covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor; And a ferrite layer made of glass of 1% by mass or less, between the ferrite layer and the insulating base, a filler having a higher thermal expansion coefficient than a filler contained in the insulating base, and a glass contained in the insulating base. A glass ceramic substrate formed by co-firing with an insulating substrate with an insulating layer containing glass having a higher thermal expansion coefficient having a thickness of 10 μm or more interposed therebetween.

The insulating layer has a difference in thermal expansion coefficient from the ferrite layer of 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, and a difference in thermal expansion coefficient from the insulating substrate is 5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. The glass ceramic substrate according to claim 1, wherein:

The ferrite is selected from at least one of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and CuFe ₂ O ₄ The glass-ceramic substrate according to claim 1, wherein the glass-ceramic substrate is formed.

A wiring conductor and ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ covering a wiring conductor and upper and lower surfaces of the wiring conductor on at least one surface of a plurality of glass ceramic green sheets containing glass, a filler and an organic binder. , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O _4, and a ferrite green sheet containing at least one of CuFe ₂ O ₄ as a filler contained in the glass ceramic green sheet. Arranged via an insulating paste layer containing a filler powder having a higher thermal expansion coefficient than the powder and a glass powder having a higher thermal expansion coefficient than the glass powder contained in the glass ceramic green sheet, and the plurality of glass ceramic powders. Green sheet A step of preparing a glass-ceramic green sheet laminate green sheet and then laminated also by interposing the insulating paste layer between the glass-ceramic green sheets to be laminated to it,
A step of laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both surfaces of the glass ceramic green sheet laminate,
Removing the organic component from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then firing to produce a glass ceramic substrate holding the constrained sheet,
Removing the constraint sheet from the glass ceramic substrate,
The glass content of the constrained green sheet is an amount that binds the constrained green sheet to the glass ceramic green sheet during the firing and does not substantially shrink the constrained green sheet in the lamination plane thereof. Of manufacturing a glass ceramic substrate.