JP2004231454A

JP2004231454A - 低温焼成磁器および配線基板

Info

Publication number: JP2004231454A
Application number: JP2003020872A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakao; 吉宏中尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】低誘電率であり、高強度を有するとともに、高熱膨張化が可能な低温焼成磁器と、それを用いた配線基板を低コストで提供する。
【解決手段】少なくともＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３を含有するガラス成分と、フィラー成分とからなる低温焼成磁器であって、前記ガラス成分が３０〜８０体積％、前記フィラー成分が２０〜７０体積％の割合で含まれてなり、かつ、前記該ガラス成分中にＳｉＯ_２を２５〜６０モル％、Ｂ_２Ｏ_３を２５〜５０モル％含有し、かつ、前記ガラス成分中に含まれるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の合量が６５モル％以上であるとともに、前記フィラー成分としてクオーツを含有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温焼成磁器および配線基板に関し、特に、低誘電率を有する低温焼成磁器と、それを絶縁層とする半導体素子収納用パッケージなどに使用される配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体素子収納用パッケージは、半導体素子の高集積化に伴いメタライズ配線層や接続端子の高密度化が図られているが、特に、接続端子は従来のピン端子から外部回路基板への表面実装が可能なボール状端子（ＢＧＡ）が多用されている。しかしながら、配線基板の絶縁材料として従来より用いられているアルミナセラミックスでは、高いヤング率と低い熱膨張係数のために熱サイクル試験などの信頼性試験において接続不良が発生しやすくなっている。
【０００３】
また、上記のような半導体素子収納用パッケージは、半導体素子の高速、高周波化に伴い、電気信号の遅延や導体抵抗による発熱が問題となっている。
【０００４】
このため配線基板を構成する絶縁基板として、従来のアルミナセラミックに代えてガラス成分とフィラー成分とからなる低温焼成磁器が好適に用いられ、また、メタライズ配線層として銅などの低抵抗材料を用いるとともに、基板材料の低誘電率化が図られている。
【０００５】
このような基板材料の低誘電率化の手法としては、絶縁材料自体を低誘電率材料によって形成する他、絶縁材料中に気孔を分散させることが提案されている。例えば、下記の特許文献１では、ガラス成分とフィラー成分とからなる低温焼成磁器において、フィラー成分として平均粒径が２０μｍ以下で内部に最大で１５μｍ以下の気孔を有するクオーツを含有させることによって低比誘電率化とともに高熱膨張化をも図ることができると記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２０１６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された低温焼成磁器では、主構成材料であるクオーツなどのフィラー成分の内部に気孔が形成されているために磁器の比誘電率は低減でき、高い熱膨張係数も確保できるものの、機械的強度や絶縁性には難があり、さらに、気孔を形成したフィラーの原料コストが高価なために、半導体素子収納用パッケージや携帯電話等に用いられる配線基板など汎用的な基板にはコスト高となって使用できないという問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、低誘電率で高強度、高絶縁性、そして、高熱膨張化が可能な低温焼成磁器と、それを用いた配線基板を低コストで提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点に対して検討を重ねた結果、少なくともＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３を含有するガラス成分と、フィラー成分とからなる低温焼成磁器において、このガラス成分中のＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３の配合量を適宜調整するとともにフィラー成分としてクオーツを含有させることによって、比誘電率の低下と高熱膨張化、さらには、磁器の高強度化を達成できることを見いだし、本発明に至った。
【００１０】
即ち、本発明の低温焼成磁器は、少なくともＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３を含有するガラス成分と、フィラー成分とからなる低温焼成磁器であって、前記ガラス成分が３０〜８０体積％、前記フィラー成分が２０〜７０体積％の割合で含まれてなり、かつ、前記ガラス成分中にＳｉＯ_２を２５〜６０モル％、Ｂ_２Ｏ_３を２５〜５０モル％含有し、かつ、前記ガラス成分中に含まれるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の合量が６５モル％以上であるとともに、前記フィラー成分としてクオーツを含有することを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、ガラス成分とフィラー成分とを所定の割合で混合し、かつ、ガラス成分中に低誘電率となるＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３とを多く含有させ、さらに、フィラー成分として低誘電率で高熱膨張係数の特性を有するクオーツを含有させることにより、磁器の内部に気孔を形成しなくても低誘電率でかつ高熱膨張性を有する磁器を形成でき、さらに、十分な機械的強度並びに高い絶縁破壊電圧を有する磁器を低コストで形成することができる。
【００１２】
上記低温焼成磁器では、前記ガラス成分のガラス転移点が５５０〜７５０℃であることが望ましい。かかる低温焼成磁器によれば、ガラス成分のガラス転移点を、このような温度範囲とすることにより、配合されたガラス成分の軟化性が向上し、磁器の焼結性をさらに高めることができる。
【００１３】
また、上記低温焼成磁器では、内部に形成されている気孔の最大径が１０μｍ以下であることが、この磁器の機械的強度をさらに向上させるうえでさらに望ましい。
【００１４】
また、上記低温焼成磁器では、１ＧＨｚでの比誘電率が５未満、４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１５×１０^−６／℃であることが望ましい。このような特性を有する本発明の磁器では、信号の伝送速度を速めると共に、プリント基板などの外部回路基板への実装信頼性を高めることができる。
【００１５】
本発明の配線基板は、複数の絶縁層により構成された絶縁基板の表面あるいは内部に、メタライズ配線層が配設された配線基板において、前記絶縁層が、上記の低温焼成磁器からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明のよれば、配線基板を構成する絶縁基板を上記の低温焼成磁器を用いて形成することにより、磁器の内部に気孔を形成しなくても、低誘電率で高熱膨張、かつ、十分な機械的強度並びに高い絶縁破壊電圧を有する絶縁基板を低コストで形成できる。
【００１７】
上記配線基板では、前記絶縁層間に、１ＧＨｚでの比誘電率が１０以上、４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１５×１０^−６／℃である高誘電率の絶縁層を内層してなることが望ましい。本発明によれば、低誘電率層間に内層される高誘電率層の比誘電率を高めることにより、絶縁層間に形成されるコンデンサの静電容量を高くでき、また、高誘電率層の熱膨張係数をその上下層にある低誘電率層と同程度とすることにより、高誘電率層と低誘電率層との間の熱的応力を抑制できる。
【００１８】
上記配線基板では、低誘電率の絶縁層と高誘電率の絶縁層との４０〜４００℃における熱膨張係数差が１×１０^−６／℃以下であることが望ましい。熱膨張係数差をこのように小さくすることにより、これらの絶縁層間に作用する応力をさらに低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の低温焼成磁器は、基本成分としてガラス成分とフィラー成分とから構成されるものである。ガラス成分中にＳｉＯ_２を２５〜６０モル％、Ｂ_２Ｏ_３を２５〜５０モル％含有し、かつ、このガラス成分中に含まれるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の合量がガラス成分全量中６５モル％以上であることが重要である。
【００２０】
ガラス成分中のＳｉＯ_２は４１〜５１モル％、Ｂ_２Ｏ_３は２７〜３９モル％でそれらの合量がガラス成分全量中６４〜８４モル％であることがさらに望ましい。ＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３をこのような配合量とすることにより、ガラス自体の比誘電率を６以下、ガラス転移点を５５０〜７５０℃にできる。
【００２１】
これに対して、ＳｉＯ_２量が２５モル％より少ないか、Ｂ_２Ｏ_３が５０モル％より多いとガラス転移点が５５０℃よりも低くなり、磁器中のボイドが大きくなる。
【００２２】
一方、ＳｉＯ_２量が６０モル％より多いか、Ｂ_２Ｏ_３が２５モル％より少ないとガラス転移点が８００℃よりも高くなり、クオーツの適正な配合比によって得られる磁器の熱膨張係数を８×１０^−６／℃以上に高めることが困難となる。
【００２３】
また、このガラス成分中に含まれるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の合量がガラス成分全量中で６５モル％より少ないとガラスの比誘電率が６より高くなり得られる磁器の低誘電率化が困難となる。
【００２４】
また、本発明の低温焼成磁器を構成するガラス成分のガラス転移点は５５０〜７５０℃の範囲が好ましいが、特に、磁器中のボイドを低減するという理由から、５６０〜６６０℃であることがより望ましい。
【００２５】
さらに、本発明では、上記のガラス成分とともに、フィラー成分としてクオーツを含有することが重要である。クオーツはそれ自体、比誘電率が３．８と小さく、かつ、４０〜４００℃における熱膨張係数が１８×１０^−６／℃と大きいことから磁器の低誘電率化と高熱膨張化に大きく寄与することができる。
【００２６】
そして、本発明の低温焼成磁器では、上記の特性に加えて、１０００℃以下での焼成を可能とし、金属導体との同時焼成を可能とするという理由から、ガラス成分が３０〜８０体積％、フィラー成分が２０〜７０体積％の割合で構成されることが重要である。特には、ガラス成分量が４０〜６５体積％、フィラー成分量が３５〜６０体積％であることがより望ましい。ガラス成分が３０体積％より少ないかまたはフィラー成分が７０体積％より多い場合、また、ガラス成分が８０体積％より多いかまたはフィラー成分が２０体積％より少ない場合には、磁器中に形成される気孔の最大径が大きくなり、低い熱膨張係数あるいは高い比誘電率しか得られないか、若しくは、例え、所望の値の熱膨張係数や比誘電率が得られたとしても機械的強度および絶縁破壊電圧が低くなる。
【００２７】
即ち、本発明の低温焼成磁器は、比誘電率が４〜６のガラス成分と比誘電率が４で熱膨張係数が１８×１０^−６／℃と高いクオーツを混合することによって得られる磁器の比誘電率を５未満にかつ熱膨張係数を８〜１５×１０^−６／℃に調整することができる。
【００２８】
また、本発明の低温焼成磁器では、機械的強度や絶縁抵抗を高めるという理由から、その内部に形成される気孔の最大径が１０μｍ以下であることが望ましく、特に、５μｍ以下がより望ましい。
【００２９】
さらに、本発明の低温焼成磁器を構成するガラス成分中には、上記のＳｉＯ_２やＢ_２Ｏ_３以外にＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯなどのアルカリ土類金属酸化物のうち少なくとも１種を配合することが望ましく。これによりガラス成分の軟化性を高めて焼結密度をさらに高くでき、低温焼成磁器の強度をさらに向上できる。
【００３０】
添加成分の配合量は、ガラス成分全量に対して、１４〜３５モル％であることが望ましく、ガラス成分を低誘電率かつ高熱膨張化するという理由から、特に、１６〜３２モル％が望ましい。
【００３１】
そして、本発明の低温焼成磁器では、低誘電率かつ高熱膨張性を有するとともに、機械的強度並びに絶縁性をより向上させるという点で、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）、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）、アノーサイト（ＣａＯ・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）、Ｂ_２Ｏ_３・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、の群から選ばれる少なくとも１種を含有してもよい。
【００３２】
こうして、かかる構成によって、本発明の低温焼成磁器は、比誘電率が５未満、特に、４．７以下、熱膨張係数を８〜１５×１０^−６／℃、特に、８．７〜１１．７×１０^−６／℃とすることによって、伝送特性や実装信頼性に優れた配線基板を得ることができる。
【００３３】
次に、本発明の低温焼成磁器を作製するための方法について説明する。
【００３４】
まず、出発原料として、上記のガラス成分となるガラス粉末と、フィラー成分となるフィラー粉末とを、焼成温度や熱膨張係数等の目的に応じて、前述した所定の比率で混合する。
【００３５】
本発明では、かかる低温焼成磁器中の気孔の最大径を小さくし焼結性を高めるという理由から、この磁器にかかるガラス粉末の平均粒径は０．１〜５μｍ、特に、１〜３μｍ、一方、フィラー粉末の平均粒径は０．１〜５μｍ、特に、１〜３μｍであることが望ましい。
【００３６】
本発明において用いられる上記ガラス粉末は、フィラー粉末であるクオーツ無添加では、焼成収縮開始温度は８００℃以下で、９００℃以上では溶融してしまい、メタライズ配線層等を配設することができない。しかし、クオーツを混合することにより焼成過程において結晶の析出が起こり、クオーツを液相焼結させるための液相を適切な温度で形成させることができる。また、成形体全体の収縮開始温度を上昇させることができるため、かかるフィラー粉末の含有量の調整により、用いる金属の種類によりメタライズ配線層との同時焼成条件のマッチングを図ることができる。
【００３７】
また、クオーツの配合量は、上記ガラス粉末の屈伏点に応じ、その配合量を適宜調整することが望ましい。屈伏点とは、ガラスが急激に溶融して最も大きな体積変化を示す温度範囲の中心の温度をいい、通常、ガラス転移点よりも３０〜６０℃高い温度である。即ち、ガラス粉末の屈伏点が５５０〜７００℃と低い場合には、低温での焼結性が高まるため、クオーツ量は４０〜７０体積％と比較的多く配合できる。これに対して、ガラス粉末の屈伏点が７００〜８５０℃と高い場合には、焼結性が低下するためクオーツ量は２０〜５０体積％と比較的少量配合することが望ましい。ここで用いるクオーツはフィラー粉末の原料コストを低減するという理由から中実球であることが望ましい。
【００３８】
また、本発明の低温焼成磁器は、着色成分として、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化鉄および酸化銅の群から選ばれる少なくとも１種を、上記のガラス粉末とクオーツとの混合物１００体積％に対して１体積％以下の割合で配合しても良い。
【００３９】
本発明によれば、上記のように配合されたガラス粉末とフィラー粉末との混合物に、適当な成形の有機バインダを添加した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード、圧延法、金型プレス等により所定の形状に成形後、焼成する。
【００４０】
焼成にあたっては、まず、成形のために配合した有機バインダ成分を除去する。有機バインダの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中または窒素雰囲気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃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有機バインダの除去が困難となるため、成形体中のガラス成分の特性、特に、屈伏点を前述したように制御することが望ましい。
【００４１】
焼成は、８５０℃〜１０５０℃の酸化性雰囲気中または非酸化性雰囲気中で行われ、これにより気孔の最大径が１０μｍ以下、特に、５μｍ以下に制御できるとともに、開気孔率が１％以下、特に０．７％以下にまで緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻密化することが難しく、１０５０℃を越えると後述する配線基板を作製する場合に、銅や銀などのメタライズ配線層との同時焼成が難しくなる。
【００４２】
図１は、本発明の低温焼成磁器を用いて形成した配線基板とその実装構造を示す概略断面図である。配線基板としてはＢＧＡ型の半導体素子収納用パッケージを一実施例とした。このパッケージは、絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設された、いわゆる配線基板を基礎的構造とするものであり、Ａは半導体素子収納用パッケージ、Ｂは外部回路基板をそれぞれ示す。
【００４３】
半導体素子収納用パッケージＡは、絶縁基板１と蓋体３とメタライズ配線層５とビアホール導体と接続端子１５により構成され、絶縁基板１及び蓋体３は半導体素子９を内部に気密に収容するためのキャビティ１１を形成する。そして、キャビティ１１内にて半導体素子９は、ガラス、樹脂等の接着材を介して絶縁基板１に接着固定される。
【００４４】
また、絶縁基板１は、本発明の低温焼成磁器の一つである低誘電率の絶縁層１３を複数積層して形成されている。絶縁基板１の表面および内部には、メタライズ配線層５が配設されており、半導体素子９と絶縁基板１の下面に形成された接続端子１５と電気的に接続するように配設されている。図１のパッケージによれば、接続端子１５は、接続パッド１５ａを介して高融点の半田（錫−鉛合金）から成るボール状端子１５ｂがロウ材により取着されている。
【００４５】
一方、外部回路基板Ｂは、絶縁体２１と配線導体２３により構成されており、絶縁体２１は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなり、具体的には、ガラス−エポキシ系複合材料などのように４０〜４００℃の熱膨張係数が１２〜１６×１０^−６／℃の特性を有し、一般にはプリント基板等が用いられる。また、この基板Ｂの表面に形成される配線導体２３は、絶縁体２１との熱膨張係数の整合性と、良電気伝導性の点で、通常、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体からなる。
【００４６】
半導体素子収納用パッケージＡを外部回路基板Ｂに実装するには、半導体素子収納用パッケージＡの絶縁基板１下面のボール状端子１５ｂを外部回路基板Ｂの配線導体２３上に載置当接させ、しかる後、低融点の半田等のロウ材により約２５０〜４００℃の温度で半田を溶融させて配線導体２３とボール状端子１５ｂとの接合することにより、実装される。この時、配線導体２３の表面にはボール状端子１５ｂとのロウ材による接続を容易に行うために予めロウ材が被着形成される。
【００４７】
本発明の低温焼成磁器は、前述した通り、低誘電率で、高い熱膨張係数を有し、強度劣化が無く、絶縁抵抗の劣化も無いことから、かかる焼結体を半導体素子収納用パッケージＡなどの配線基板における絶縁基板１として用いることによって、有機樹脂を含有する絶縁材料を有するプリント基板などの外部回路基板Ｂに対して、配線基板を接続端子１５を介して実装した場合においても、熱膨張特性を近似させることができることから長期信頼性にわたり安定した実装状態を維持することができる。
【００４８】
なお、上記のような配線基板を作製する場合には、前述した低温焼成磁器の製造方法において、ガラス成分とフィラー成分とからなる混合粉末を用いて、ドクターブレード法等によってシート状成形体を作製した後、そのシート状成形体に対して、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種以上からなる金属粉末に有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを前記シート状成形体表面に周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布する。
【００４９】
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してスルーホールを形成し、このホール内にもメタライズペーストを充填する。そして、これらのグリーンシートを複数枚積層圧着した後、以下の方法で焼成する。
【００５０】
焼成にあたっては、まず、成形のために配合した有機バインダ成分を除去する。有機バインダの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われるが、メタライズ配線層５としてＣｕを用いる場合には、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃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有機バインダの除去が困難となるため、成形体中のガラスの特性、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。
【００５１】
焼成は、８５０℃〜１０５０℃の酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻密化される。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、１０５０℃を越えるとメタライズ配線層５との同時焼成が難しくなる。但し、メタライズ配線層５としてＣｕを用いる場合には、非酸化性雰囲気中で行われる。
【００５２】
本発明に係る他の配線基板として、図２に示すように、配線基板を構成する低誘電率層間に高誘電率層を内層したものが挙げられる。尚，図２の配線基板は図１の配線基板を構成する絶縁基板１に高誘電率層を介装させたものであり、高誘電率層を除いて他の部材は図１と同じものである。
【００５３】
この配線基板は、本発明の低温焼成磁器からなる低誘電率の絶縁層（低誘電率層）３１ａと、高誘電率の絶縁層（高誘電率層）３１ｂとにより構成される。そのため、かかる高誘電率層３１ｂの上下に銅等のメタライズ配線層３３を接続することにより、このメタライズ配線層３３間と接続することにより、メタライズ配線層３３間で所定の静電容量を取り出すことができる。
【００５４】
このような高誘電率層３１ｂとしては、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８〜１５×１０^−６／℃、かつ、１ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上の低温焼成磁器からなることが望ましい。そして、かかる高誘電率層３１ｂとなる低温焼成磁器は、本発明の低誘電率、高熱膨張の低温焼成磁器の作製に用いるガラス成分とフィラー成分を除く以外は全く同様にして形成できる。そのため、上記と全く同様の方法により成形、打ち抜き、メタライズ配線層３３となる配線パターンの印刷などを行った高誘電率、高熱膨張の成分を含有するグリーンシートを作製し、本発明の上記の低誘電率、高熱膨張の成分を含むグリーンシートと積層した後、この積層体をメタライズパターンと同時焼成することによりコンデンサを内蔵する配線基板を得ることができる。
【００５５】
尚、高誘電率、高熱膨張の低温焼成磁器は、ガラス成分としてアルカリ土類金属、希土類、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属酸化物を含有することが望ましく、また、セラミックフィラーとしては、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８×１０^−６／℃以上、且つ、１ＧＨｚにおける比誘電率が４０以上の金属酸化物が望ましく、例えば、ＴｉＯ_２（比誘電率：８０、熱膨張係数：９×１０^−６／℃）、ＣａＴｉＯ_３（比誘電率：１８０、熱膨張係数：１３×１０^−６／℃）、ＳｒＴｉＯ_３（比誘電率：３００、熱膨張係数：９×１０^−６／℃）、ＢａＴｉＯ_３（比誘電率：１３０００、熱膨張係数：１４×１０^−６／℃）、Ｌａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７（比誘電率：４５、熱膨張係数：１５×１０^−６／℃）等のチタン酸化合物の群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。
【００５６】
かかる金属酸化物が焼成後において上記の高誘電率、高熱膨張の低温焼成磁器の結晶相として含まれるようになり、こうして、比誘電率が１０以上、４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１５×１０^−６／℃の低温焼成磁器を形成できる。
【００５７】
本発明の配線基板では、同時に積層される前記低誘電率層３１ａと高誘電率層３１ｂとの応力を低減するという理由から、４０〜４００℃における熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下であることが望ましく、特に、０．５×１０^−６／℃以下が望ましい。
【００５８】
本発明の高誘電率層を内層した配線基板は、この高誘電率層３１ｂが高い熱膨張係数を有することからプリント基板などへの実装信頼性を高めることができ、また、コンデンサを内蔵することにより配線基板の小型化を図ることができる。
【００５９】
【実施例】
以下、本発明の低温焼成磁器およびそれを用いた配線基板について実施例に基づき具体的に説明する。まず、ガラス粉末として、表１に示す５種類のガラス粉末と、クオーツを用意し、表２に示す割合になるように秤量混合した。ガラス粉末の平均粒径は３μｍ、クオーツの平均粒径は１μｍとした。
【００６０】
次に、この混合物を粉砕後、有機バインダおよび溶剤を添加して、十分混合後スラリーを調製し、ドクターブレード法により厚み１００μｍと３００μｍのグリーンシートを作製した。
【００６１】
次に、得られた厚み３００μｍグリーンシートを８枚積層積層圧着した後、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを作製し、７００℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中にて脱バインダ処理後、表２に示す、焼成温度×１時間の窒素雰囲気中にて焼成を行い低温焼成磁器を作製した。
【００６２】
次に、上記のようにして得られた低温焼成磁器に対して、４０〜４００℃における熱膨張係数と１ＧＨｚにおける比誘電率を測定した。また、この低温焼成磁器の一部を切り出し、断面研磨を行った後、電子顕微鏡観察を行い、この電子顕微鏡写真を画像解析することにより気孔の最大径を測定した。この測定は低温焼成磁器の任意の部分を５０μｍ×５０μｍの範囲において１０点測定してその最大径を求めた。又、上記のグリーンシートを用いて機械的強度評価用サンプルを切り出し評価を行った。機械的強度評価用サンプルは３点曲げ試験（ＪＩＳ１６０１）にて行った。さらに、上記の厚み１００μｍのグリーンシートの両面に直径１０ｍｍのパターンを形成し、上記の基板と同様の条件で焼成した後に絶縁破壊電圧の評価を行った。これらの結果を表２に示した。
【００６３】
【表１】

【００６４】
【表２】

【００６５】
表２の結果より明らかなように、本発明で規定したガラス成分およびフィラー成分を有する試料Ｎｏ．３〜１０、１２〜１８では、気孔の最大径が１１μｍ、比誘電率が５未満、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が８〜１５ｐｐｍ／℃、機械的強度が２００ＭＰａ以上、絶縁破壊電圧が４００Ｖ／ｍｍ以上であった。特に、ガラス成分として、ＳｉＯ_２を４１〜５１モル％、Ｂ_２Ｏ_３を２７〜３９モル％とし、そのガラス成分量を４０〜６５体積％、残部をフィラー成分量とした試料Ｎｏ．５〜９、１３〜１７では、気孔の最大径が１０μｍ、比誘電率が４．７以下、４０℃〜４００℃における熱膨張係数が８．７〜１１．７×１０^−６／℃、機械的強度が２１０ＭＰａ以上、絶縁破壊電圧が４１０Ｖ／ｍｍ以上のさらに改善できた。
【００６６】
一方、本発明の範囲外の試料では、気孔の最大径が大きく、比誘電率が５以上、熱膨張係数が８×１０^−６／℃未満のいずれかで、機械的強度や絶縁破壊電圧も低かった。
実施例２．
また、実施例１おける組成物を用いて、ドクターブレード法により厚み５００μｍのグリーンシートを作製し、このシート表面に銅メタライズペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布した。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。そして、メタライズペーストが塗布されたグリーンシートをスルーホール間で位置合わせしながら６枚積層し圧着した。この積層体を７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダー処理後、表２に示す焼成温度×１時間の窒素雰囲気中にて、メタライズ配線層と絶縁基板とを同時焼成し配線基板を作製した。
【００６７】
次に、配線基板の下面に設けられた電極パッドに図１に示すように鉛９０重量％−錫１０重量％からなるボール状半田を低融点半田（鉛３７重量％−錫６３重量％）により取着した。なお、接続端子は、１ｃｍ^２当たり３０端子の密度で配線基板の下面全体に形成した。
【００６８】
そして、この配線基板を、ガラス−エポキシ基板から成る４０〜８００℃における熱膨張係数が１３×１０^−６／℃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し実装した。次に、パッケージ用の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サイクルまでの評価を行った。本発明の低温焼成磁器を用いたものは、電気抵抗の変化も無く信頼性に優れていた。
実施例３
また、実施例１記載のガラスＡ５０体積％に対して、フィラーとしてＣａＴｉＯ_３を７．５体積％、Ｌａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７を４２．５体積％添加してなる組成物（４０〜４００℃における線熱膨張係数：９．５ｐｐｍ／℃、１ＧＨｚにおける比誘電率：１７）を用意し、実施例１．と全く同様な方法でグリーンシートを作製した。
【００６９】
次に、上記グリーンシートの上下に、実施例１における表１の各組成物からなるグリーンシートを１枚ずつ、計３枚を積層圧着した後、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを作製し、７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダ処理後、表２に示す焼成温度×１時間の窒素雰囲気中にて焼成を行った。
【００７０】
本発明の低温焼成磁器を用いたものはクラックの無い緻密体が得られていた。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の低温焼成磁器は、ガラス成分中にＳｉＯ_２を２５〜６０モル％、Ｂ_２Ｏ_３を２５〜５０モル％含有しかつ前記ガラス成分中に含まれるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の合量が６５モル％以上であるとともに、前記フィラー成分としてクオーツを含有させることにより、磁器の内部に気孔を形成しなくても、低誘電率でかつ高熱膨張性を有する磁器を同時に形成でき、こうして、十分な機械的強度並びに高い絶縁破壊電圧を有する磁器を低コストで形成することができる。
【００７２】
また、これを配線基板として用いることによって信号伝送特性を向上させるとともに、プリント基板などの外部回路基板に対して接続端子を介して実装した構造においても長期接続信頼性を有する実装構造を提供できる。
【００７３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低温焼成磁器を用いて形成した配線基板とその実装構造を示す概略断面図である。
【００７４】
【図２】本発明の高誘電率層を内層した配線基板を示す概略断面図である。
【００７５】
【符号の説明】
１絶縁基板
５メタライズ配線層
１３絶縁層
３１ａ低誘電率の絶縁層
３１ｂ高誘電率の絶縁層

Claims

少なくともＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３を含有するガラス成分と、フィラー成分とからなる低温焼成磁器であって、前記ガラス成分が３０〜８０体積％、前記フィラー成分が２０〜７０体積％の割合で含まれてなり、かつ、前記ガラス成分中にＳｉＯ_２を２５〜６０モル％、Ｂ_２Ｏ_３を２５〜５０モル％含有し、かつ、前記ガラス成分中に含まれるＳｉＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の合量が６５モル％以上であるとともに、前記フィラー成分としてクオーツを含有することを特徴とする低温焼成磁器。
前記ガラス成分のガラス転移点が５５０〜７５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の低温焼成磁器。
内部に形成されている気孔の最大径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の低温焼成磁器。
１ＧＨｚでの比誘電率が５未満、４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１５×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の低温焼成磁器。
複数の絶縁層により構成された絶縁基板の表面および／または内部に、メタライズ配線層を具備してなる配線基板であって、前記絶縁層が、請求項１乃至４のうちいずれか記載の低温焼成磁器からなることを特徴とする配線基板。
前記絶縁層間に、１ＧＨｚでの比誘電率が１０以上、４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１５×１０^−６／℃である高誘電率の絶縁層を介装してなることを特徴とする請求項５に記載の配線基板。
前記絶縁層と前記高誘電率の絶縁層との４０〜４００℃における熱膨張係数差が１×１０^−６／℃以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の配線基板。