JP2007176741A - セラミック焼結体及び配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】導通抵抗、めっき性、外観、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度等を損なうことなく、基板反りを防止することが可能な絶縁基板形成用のセラミック焼結体を提供する。
【解決手段】アノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）を結晶相中に含むセラミック焼結体において、該アノーサイトは、表面領域のみアスペクト比５以上の針状晶に成長していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子収納用パッケージなどの配線基板等が有する絶縁基板に最適なセラミック焼結体および該セラミック焼結体を用いて作製された配線基板に関するものである。

近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術が急速に発達し、それに伴い、半導体素子等の高速化、大型化が図られ、配線層においても、信号の伝送損失を低減する上で配線層の低抵抗化が求められている。そこで、１０００℃以下での焼成によって緻密化でき、銀、銅または金等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能なガラスセラミックスを絶縁層とする配線基板が提案されている。

例えば、特許文献１には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＢ_２Ｏ_３を含有するガラス粉末に、Ａｌ_２Ｏ_３粉末とセルシアン（ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）粉末を添加した混合粉末を用いて形成されるガラスセラミックスが提案されており、銅を配線層として非酸化性雰囲気中で焼成する場合でも、脱バインダ性を損なうことなく炭素残量の少ない配線基板が得られることが記載されている。

また、特許文献２には、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）酸化物、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２及びＺｒＯ_２を含有するガラス粉末に、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、セルシアン粉末およびアノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）粉末を混合した粉末を用いて形成されたガラスセラミックスが提案されており、非酸化性雰囲気中でも焼成でき、低誘電率化できるとともに、このようなガラスセラミックスにより絶縁基板を形成することにより、その強度を２７００ｋｇ／ｃｍ^２まで高めることができることが記載されている。

さらに、特許文献３には、結晶相としてＺｎＡｌ_２Ｏ_４結晶相と、ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相と、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４及びＭｇ_２ＳｉＯ_４からなる群から選ばれる少なくとも１種の結晶相とを、析出および／または分散させたセラミック焼結体において、前記ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相が少なくとも六方晶を含み、かつＸ線回折測定における六方晶（ｈｅｘ．）と単斜晶（ｍｏｎ．）とのメインピークの強度比Ｉ（ｈｅｘ．）／Ｉ（ｍｏｎ．）が３以上であるときには、高強度、高熱伝導率、高ヤング率、高破壊靭性値を同時に達成できることが記載されている。
特開平２−１４１４５８号公報 特開平６−３０５７７０号公報 特開平１５−４０６６８号公報

しかしながら、上述したようなガラスセラミックスからなる絶縁基板は、銅など低抵抗金属を主成分とするメタライズ配線層と同時焼成を行った場合、基板表面に形成されているメタライズ配線層から基板中へ金属成分が拡散するという問題がある。即ち、メタライズ配線層と絶縁基板との界面から、基板の内部に向かって拡散濃度の勾配ができ、このために基板反りが発生するといった問題があった。

また、焼成温度等を制御したり、ガラスセラミック粉末にフィラーを添加するなどの方法では、金属成分の拡散による濃度勾配を解消することができず、このため、従来では、メタライズ収縮曲線をガラスセラミックスの収縮曲線に近づけることにより基板反りを防止する手法がとられていた。その結果、焼成を抑制するために配線層の形成に使用されるメタライズ組成物中に金属酸化物などの無機成分の添加量を多くしなければならず、導通抵抗が高くなるのみならず、メタライズ配線層の表面に金属酸化物が露出してめっき性が低減し、外観歩留りの低下、メタライズ配線層の絶縁基板との接着強度の低下などの不都合を生じているのが現状である。

従って本発明の目的は、導通抵抗、めっき性、外観、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度等を損なうことなく、基板反りを防止することが可能な絶縁基板形成用のセラミック焼結体及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記セラミック焼結体により形成された絶縁基板を備え、該絶縁基板の表面にメタライズ配線層が形成された構造を有する配線基板及びその製造方法を提供することにある。

本発明者等は、上記課題に対して検討した結果、結晶相として、表面領域のみアスペクト比５以上の針状晶が析出されているセラミック焼結体では、銅などの低抵抗金属を主成分とするメタライズ配線層と同時焼成を行った場合、基板反りの発生を著しく低減できるという新規知見を見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、アノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）を結晶相中に含むセラミック焼結体において、該アノーサイトは、表面領域のみアスペクト比５以上の針状晶に成長していることを特徴とするセラミック焼結体が提供される。
また、本発明によれば、アノーサイト若しくは焼成によりアノーサイトを析出する成分を含むセラミック粉末を用いて作製された成形体を、１％／秒以上の流量（炉内容積比）で不活性ガスを流通させながら１０００℃以下の焼成温度で、好ましくは焼成時間（焼成温度領域での保持時間）を０．２時間以上５時間以下として焼成することを特徴とする上記セラミック焼結体の製造方法が提供される。

本発明のセラミック焼結体においては、
（１）前記アノーサイトの針状晶が存在する表面領域が、焼結体表面から深さ２０μｍ以内であること、
（２）前記アノーサイトがガラスから析出したものであること、
が好ましい。

本発明によれば、また、上記セラミック焼結体の表面に同時焼成により形成されたメタライズ配線層が形成されていることを特徴とする配線基板が提供される。

本発明によれば、さらに、アノーサイト若しくは焼成によりアノーサイトを析出する成分を含むセラミック粉末を用いて作製されたセラミックグリーンシートの表面に、導体ペーストを配線パターン形状に塗布し、次いで該グリーンシートを、１％／秒以上の流量（炉内容積比）で不活性ガスを流しながら１０００℃以下の焼成温度で、さらに焼成時緘（焼成温度領域での保持時間）を０．２時間以上５時間以下で焼成することを特徴とする上記配線基板の製造方法が提供される。

本発明の上記配線基板においては、
（３）前記メタライズ配線層が金、銀または銅により形成されていること、
が好ましい。

本発明のセラミック焼結体は、アノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）を結晶相として含むものであり、アノーサイトが析出していることにより、その熱伝導性や強度が高められ、配線基板用の絶縁基板として極めて有用である。また、この焼結体の表面領域（特に表面から深さが２０μｍ以内の領域）のみ、アノーサイトがアスペクト比５以上の針状晶に成長している。即ち、このような針状晶が表面領域に存在しているため、表面にＣｕ等の低抵抗導体からなるメタライズ配線層を同時焼成により形成した場合、焼成により形成されるセラミック焼結体（絶縁基板）の表面領域のみ存在するアノーサイトの針状晶がメタライズ配線層からの金属の拡散を遮断し、この結果、表面の反りを有効に防止することが可能となる。また、磁器内部にメタライズ配線層を同時焼成により形成した場合では、内層メタライズ配線層の界面から金属が拡散し、その結果、拡散磁器部と非拡散磁器部との収縮挙動の相違又は収縮量の差により基板表裏面に応力が発生する。本発明においては、セラミック焼結体の表面領域にのみ針状晶が析出することで、基板外周部には高い剛性が確保され、基板外周部に発生する応力が抑制でき、基板反りが発生しない。

従って、本発明のセラミック焼結体は、表面にメタライズ配線層が同時焼成により形成される配線基板における絶縁基板として極めて有用である。特に、この焼結体により絶縁基板が形成されている配線基板では、メタライズ配線層からの金属拡散による表面の反りが、メタライズ成分中に金属酸化物などを配合することなく抑制されるため、導通抵抗、めっき性、外観、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度等が損なわれることもない。

また、本発明においては、アノーサイト若しくは焼成によりアノーサイトを析出し得る成分を含む成形体の焼成を、窒素ガス等の不活性ガスを所定量で流通させながら行うことにより、セラミック焼結体の表面領域のみ、アスペクト比が５以上の針状晶に成長したアノーサイト結晶を分布させることができる。即ち、このような不活性ガスの流通により、焼成すべき成形体表面に温度分布が発生し、この温度分布に応じてアノーサイトの針状晶が成長するものと信じられる。例えば、後述する実験例に示されているように、不活性ガス（窒素ガス）の流量が上記範囲よりも下回る場合には、アノーサイトをアスペクト比が５以上の針状晶に成長させることができず、従って、このような焼成条件で配線基板（絶縁基板）を製造する場合には、基板反りを防止することができない。また、焼成温度領域での保持時間が上記範囲を上回る焼成条件では、アノーサイトの針状晶が、表面のみならず、全域に析出する。このような焼成条件では、結晶化が過度に進行し、焼結体の開気孔率が高くなる。従って、この様な焼成条件での配線基板（絶縁基板）を製造する場合には、めっき性、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度、抵抗強度等が損なわれる。

＜セラミック焼結体＞
本発明のセラミック焼結体は、結晶相としてアノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）を含むものであるが、特にアノーサイトとともに、ディオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２）、ゲーレナイト（２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも１種を含有していることが、高誘電率化の点で好ましい。また、これらの結晶は、後述するメタライズ配線層を形成するＣｕ等の低抵抗導体との同時焼成を可能とするため、ガラスから析出したものであることが好ましい。このような結晶化ガラスを用いることにより、アノーサイトと共に、ディオプサイド、ゲーレナイト或いはアルミナを析出させることができ、また、表面領域のみアノーサイトを確実に針状晶に成長させることができる。

上記の結晶は、通常粒状の形態を有しているが、本発明では、焼結体の表面領域のみ、アノーサイト結晶が、アスペクト比が５以上、特に１０以上の針状晶に成長していることが重要である。即ち、この焼結体を焼成して製造する際には、表面領域のみ、このようなアスペクト比を有するアノーサイトの針状晶が成長するため、例えばメタライズペーストを塗布しての同時焼成によりメタライズ配線層を形成するとき、焼結体内部への金属成分の拡散を有効に防止でき、内部への金属拡散による反りを有効に防止することが可能となる。

尚、本発明において、アノーサイトの針状晶が存在する表面領域は、深さが最大で２０μｍまでの領域である。即ち、アノーサイトの針状晶は、後述する方法により焼成を行うことにより、表面の温度分布にしたがい、表面から内部へと針状晶への成長が進行していく。また、これよりも深い位置まで針状晶に成長したとしても、格別の効果は得られない。

また、表面領域のみ存在するアノーサイト針状晶のアスペクト比（長径／短径比）は、焼結体断面のＳＥＭ観察及びＥＰＭＡ分析により測定することができ、アスペクト比が大きいものから順に１０個選択し、その平均値として求められる値である。このようなアノーサイト針状晶は、一般に、アスペクト比が前述した範囲にあることを条件として、通常、長径が１〜１０μｍ、短径が０．１〜２μｍ程度の範囲にあることが好ましく、このようなアノーサイト針状晶の結晶相は、金属の内部拡散を抑制すると同時に、クラックの進展を抑制し、抗折強度、破壊靭性を向上する点で、全表面領域にわたってランダムに分散していることが好適である。また、一般的な破壊は、表面からのクラックが進展することで起こるため、表面領域にこのようなアノーサイト針状晶の結晶相が析出すればよい。

さらに、本発明の焼結体においては、例えば強度を高めたり、或いは熱膨張係数を調整するために使用されるフィラーに由来する他の結晶成分を含有していてもよく、例えばシリカやアルミナ等のフィラーに由来するＳｉＯ_２結晶等を含有していてもよい。さらに、ヤング率の向上という点で、この焼結体中の非晶質相（残留ガラス）は少ないほうが好ましく、一般に、５０質量％以下、特に３０質量％以下、さらには２０質量％以下に抑制されていることが好ましい。

本発明において、焼結体中の各結晶相、非晶質相の比率は、焼結体のＸ線回折ピークからリートベルト法によって求められる。尚、上記の非晶質相（残留ガラス）の量は、後述する原料セラミック粉末中のガラス含量から、焼成により析出した結晶相を除いた部分の重量分率に相当する。

上述したセラミック焼結体は、原料のセラミック粉末を用いて成形体を作製し、この焼結体を所定の条件下で焼成することにより製造される。

原料のセラミック粉末としては、アノーサイトを析出可能な結晶化ガラスの粉末が使用される。このような結晶化ガラスは、アノーサイトを析出するため、少なくともＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２成分（或いは焼成時にこれらの酸化物成分を形成し得る炭酸塩等の成分）を含有していることが必要である。例えば、十分な量のアノーサイトを析出するためには、ＣａＯ若しくはＣａＯを焼成時に形成可能なＣａ成分を、酸化物（ＣａＯ）換算で１０乃至３０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３若しくは焼成時にＡｌ_２Ｏ_３形成可能なＡｌ成分を２乃至１５質量％、及びＳｉＯ_２若しくは焼成時にＳｉＯ_２形成可能なＳｉ成分を４０乃至６０質量％の量で含む結晶化ガラスを用いることが好ましい。このような結晶化ガラスを用いる場合には、アノーサイトを析出させると同時に、前述したディオプサイド、ゲーレナイト及びアルミナも析出させることができる。

尚、本発明においては、アノーサイトをフィラーとして使用することもできるが、この場合には、アノーサイトの粉末中での分散状態によっては十分な量の針状晶を表面領域のみ分布させることが困難となり、場合によっては後述する低温下（１０００℃以下）での焼成が困難となり、焼結体の開気孔率が高くなるおそれがあるため、上記のような結晶化ガラスを用いてアノーサイトを析出させることが好ましい。また、アノーサイトをフィラーとして使用する場合には、上記の結晶化ガラスと併用することが好適である。

また、原料セラミック粉末としては、低温下（１０００℃以下）での焼成により緻密な焼結体を形成し得る限り、各種酸化物の粉末、例えばシリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの酸化物粉末をフィラー粉末として、上記の結晶化ガラス粉末やアノーサイト粉末と混合した混合粉末を使用することもできる。これらのフィラー粉末の使用により、焼結体の誘電率、熱膨張係数、強度などの物性を調整することができる。

また、焼結体中のボイド量を低減し、ヤング率、抗折強度、熱伝導率を高めるために、上記セラミック粉末の真密度に対する加圧嵩密度の比（加圧嵩密度／真密度）の比が、０．５以上、特に０．５２以上、最適には０．５４以上であることが望ましい。これによって、焼結体の開気孔率を１％以下とすることができる。尚、セラミック粉末の加圧嵩密度は、セラミック粉末２ｇを、圧力９８ＭＰａ×３０ｓｅｃで直径２０ｍｍφの円柱形状に一軸成形したときの成形体の密度の意である。

この原料セラミック粉末の加圧嵩密度を高めるためには、セラミック粉末同士の凝集を少なくすることが効果的であり、また、セラミック粉末の粒径のピーク値が２つ以上存在するように、すなわち平均粒径の異なる２種以上の粉末を配合することが効果的である。

上記原料セラミック粉末を用いての成形は、該粉末を、必要により、有機バインダ、可塑剤、溶媒と混合してスラリーを調製し、プレス成形、押出形成、射出成形、鋳込み成形、テープ成形等の公知の成形方法によって行うことができる。

次いで、上記成形体を脱バインダ処理した後、焼成が行われる。脱バインダ処理は、一般に４５０〜７５０℃で行われる。

脱バインダ処理後の焼成は、酸化性雰囲気或いは非酸化性雰囲気の何れの雰囲気で行うこともでき、特に１０００℃以下、好ましくは７００〜１０００℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の温度で行われるが、かかる焼成は、窒素ガス等の不活性ガスを１％／秒以上、特に１．５％／秒以上の流量（炉内容積比）で流しながら行うことが重要である。即ち、不活性ガスを所定の量で流通させながら焼成を行うことにより、表面領域に温度分布が形成され、この温度分布にしたがって表面領域のみアスペクト比が５以上、特に１０以上の針状晶に成長したアノーサイトを分布させることができるのである。不活性ガスの流量が上記範囲よりも小さい場合には、温度分布が形成されないことからアノーサイトをアスペクト比が５以上の針状晶に成長させることができず、従って、メタライズ配線層を同時焼成により形成する場合に、焼結体内部への金属の拡散を抑制することができず、反りが発生してしまう。また、この流量が必要以上に大きいと、表面の温度分布が不十分となり、針状晶への成長が困難となる傾向があるため、通常、流量の上限は、２％／秒以下とするのがよい。

また、十分な量のアノーサイト結晶相をガラスから析出させ、開気孔率が低減された緻密な焼結体を得るためには、脱バインダ処理後の昇温速度を２０℃／時間以上とすることが望ましく、また、焼成時間（焼成温度領域での保持時間）を０．２〜５時間、特に０．５〜２時間とすることが望ましい。

＜配線基板＞
上述した本発明のセラミック焼結体は、表面領域のみ所定のアスペクト比を有するアノーサイトの針状晶が分布しているため、表面にメタライズ配線層が形成される配線基板用の絶縁基板として有用であり、図１には、このような配線基板（半導体収納用パッケージ）の代表的な構造を示した。

図１において、パッケージＡは、複数の絶縁層１ａ〜１ｄからなる絶縁基板１を有しており、その表面（及び裏面）には、メタライズ配線層２ａ，２ｂが形成されており、内部には、内部導体層３が形成されており、メタライズ配線層２ａ，２ｂと内部導体層３とは、ビアホール導体４によって互いに接続されている。

尚、裏面のメタライズ配線層２ｂは、接続電極としての機能を有するものであり、パッケージＡの下面側に配置されたプリント基板等の外部回路基板Ｂの接続用電極１０と接続されている。

また、絶縁基板１の上面中央部には、半導体素子等のデバイス５がガラス、アンダーフィル剤等の接着剤（図示せず）を介して接着固定され、かかるデバイス５は、絶縁基板１表面のメタライズ配線層２ａとワイヤボンディング６を介して電気的に接続され、さらにデバイス５の表面はポッティング剤等からなる封止樹脂７により封止されている。

尚、デバイス５とメタライズ配線層２ａとの電気的接続は、ワイヤボンディング６によらず、フリップチップ接続とすることも勿論可能である。また、絶縁基板１の表面（絶縁層１ａの表面）にキャビティを形成し、該キャビティ内にデバイス５を収納し、封止金具などを用いて蓋体を設けて該キャビティを封止する構造とすることもできる。即ち、この場合には、封止樹脂７を用いることなくデバイス５を封止することができる。

上記のように、デバイス５と、絶縁基板１の下面に形成されたメタライズ配線層２ｂとは、表面のメタライズ配線層２ａ，内部導体層３およびビアホール導体４を介して電気的に接続されている。また、メタライズ配線層２ａ，２ｂの表面には、必要により金属めっきを施し、導通抵抗を高めることもできる。

本発明によれば、絶縁基板１（即ち、絶縁層１ａ〜１ｄ）が、上述したセラミック焼結体からなることが大きな特徴であり、これによって、絶縁基板１の強度および熱伝導率を高めることができ、パッケージＡの実装信頼性および機械的信頼性を高めることができるとともに、半導体素子等のデバイス５に発生する熱を効率よく放熱して絶縁基板１の温度上昇を抑制して素子５の誤作動を防止することができる。

また、本発明において、メタライズ配線層２ａ，２ｂ、内部導体層３、ビアホール導体４は、信号の遅延や伝送損失を低減させるために、低抵抗金属、例えば金、銀及び銅の少なくとも１種により形成されている。即ち、絶縁基板１を形成している本発明のセラミック焼結体は、１０００℃以下の低温焼成で形成することができるため、このような低抵抗金属との同時焼成により、絶縁基板１と上記配線層等の形成とを一括で行うことができ、生産性に極めて優れている。

さらに、上述した配線基板（パッケージＡ）では、絶縁基板１が前述したセラミック焼結体から形成されているため、絶縁基板１の表面反りが有効に抑制されており、デバイス５や外部回路基板Ｂなどとの接続信頼性が極めて高いという利点を有している。

即ち、絶縁基板１の表面や裏面には、メタライズ配線層２ａ，２ｂが多く、且つ密に形成されるが、同時焼成により絶縁基板１とメタライズ配線層２ａ，２ｂとを一括で製造するときには、メタライズ配線層２ａ，２ｂ内の金属成分が絶縁基板１内（絶縁層１ａ内及び絶縁層１ｄ内）に拡散するという問題があり、このような拡散を生じると絶縁基板１の表面反りが発生し、従って、デバイス５や外部回路基板Ｂなどとの接続信頼性が低下してしまう。しかるに、本発明によれば、前述したセラミック焼結体により形成されている絶縁基板１の表面領域（絶縁層１ａや絶縁層１ｄの表面領域）のみ、アスペクト比が５以上のアノーサイトの針状晶が分布しているため、同時焼成に際しての金属成分の拡散が有効に抑制され、絶縁基板１の反りを有効に回避し、この結果、デバイス５や外部回路基板Ｂなどとの接続信頼性が向上するのである。しかも、本発明においては、このような絶縁基板１の反りを、メタライズ配線層２ａ，２ｂを形成する導体成分中に金属酸化物などを添加することなく抑制しているため、これら配線層２ａ，２ｂの導通抵抗、めっき性、外観を損なうことがなく、さらには、これら配線層２ａ，２ｂと絶縁基板１との接着強度が損なわれることもない。

また、図１において、配線基板（パッケージＡ）の絶縁基板１は、４層の絶縁層１ａ〜１ｄにより形成されているが、このような多層構成に限定されるものではなく、例えば絶縁基板１は、１層の絶縁層から形成されていてもよいし、４層以外の多層構造を有していてもよい。

＜配線基板の製造＞
本発明の配線基板は、前述したセラミック焼結体の製造法に準拠して行われるメタライズ配線層との同時焼成によって、絶縁基板１を作製することにより製造される。

即ち、セラミック焼結体を製造する場合と同様、所定のセラミック粉末を使用して、各絶縁層１ａ〜１ｄに相当する成形体（セラミックグリーンシート）を作製する。このグリーンシートの厚みは、作製すべき配線基板の厚み等に応じて設定されるが、一般的には、５０〜５００μｍ程度である。

一方、メタライズ配線層２ａ，２ｂ、内部導体層３及びビアホール導体４を形成するための低抵抗金属（例えば金、銀或いは銅）の粉末を、有機バインダや溶媒と混合して導体ペーストを調製する。かかる導体ペースト中には、絶縁層との接着性を向上させるために、前述したセラミック原料粉末に用いる結晶化ガラス粉末を１０質量％以下の量で配合することもできる。

次いで、上記グリーンシートが形成する絶縁層の位置に応じて、各グリーンシートの所定位置にレーザ加工等によりスルーホールを設け、この内部に上記の導体ペーストを充填するとともに、表面或いは裏面には、所定の配線パターン形状に、スクリーン印刷、グラビア印刷等により、上記の導体ペーストを塗布する。

このように導体ペーストが塗布し或いは充填されたグリーンシートを、絶縁基板１の層構造にしたがって位置合わせして積層圧着して積層成形体を作製する。

このようにして作製された積層成形体を、所定の焼成炉中に配置し、前述したセラミック焼結体を製造する場合と同様、所定の温度領域（４５０〜７５０℃）で脱バインダを行い、次いでさらに昇温して、所定の温度領域（１０００℃以下）で窒素ガス等の不活性ガスを所定の量度で流通させながら焼成を行うことにより、図１に示す構造の配線基板（パッケージＡ）を作製することができる。

即ち、前述したセラミック焼結体を製造する場合と同様、不活性ガスを流しながら焼成を行うことにより、絶縁基板１の表面及び裏面における表面領域にアノーサイトの結晶をアスペクト比が５以上の針状晶に成長させることができ、絶縁基板１の表面及び裏面に形成されたメタライズ配線層２ａ，２ｂからの金属成分の拡散を防止でき、絶縁基板１の反りを有効に抑制することが可能となる。

脱バインダ処理後の昇温速度や焼成時間は、前述したセラミック焼結体を製造する場合と同様の条件に設定すればよいが、特に脱バインダ処理後において、前記ガラスの結晶化開始温度から焼成温度までの昇温速度Ａを、脱バインダ終了時の温度から結晶化開始温度までの昇温速度Ｂよりも遅く設定することが好ましい。具体的には、脱バインダ終了時の温度から結晶化開始温度までの昇温速度Ｂを１００〜８００℃／時間に設定し、結晶化開始温度から焼成温度までの昇温速度Ａを５０〜３００℃／時間の範囲で、上記昇温速度Ｂよりも遅くすることが好適である。即ち、結晶化ガラスを用いて得られるガラスセラミックにより絶縁基板１を形成する場合には、その表面性状等の外的要因も反りの発生原因となり、従って反りのバラツキなどにより、絶縁基板１の特性にバラツキを生じてしまうことがある。しかるに、上記のように結晶化開始温度から焼成温度までの昇温速度Ａを遅くすることにより、結晶がゆっくりと徐々に析出し、この結果、外的要因による反りの発生あるいは反りのバラツキを抑制することができる。

また、脱バインダ処理は、通常、水蒸気含有雰囲気等の弱酸化性雰囲気で行うことが好ましく、従って、脱バインダ処理後は、炉内雰囲気を窒素等の不活性ガス或いは不活性ガスと水素等の混合ガスで置換し、焼成温度領域まで昇温した後に、焼成温度に加熱された不活性ガスを炉内に所定の流量で循環供給することにより焼成を行うことが好ましい。さらに、脱バインダ処理は、通常、残留炭素濃度が２００ｐｐｍ以下となるまで行われる。

上記のようにして、絶縁基板１とメタライズ配線層２ａ，２ｂ、内部導体層３、ビアホール導体４とを同時焼成により一括で形成することができ、このようにして得られる配線基板に、図１に示すように、半導体素子５等のデバイスをワイヤボンディング６等によりメタライズ配線層２ａに接続し、次いで、このようなデバイス５が搭載された絶縁基板１表面に、封止樹脂７を塗布して硬化させるか、絶縁基板１と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなる蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、素子５を気密に封止することができ、図１に示す構造のパッケージＡを得ることができる。

本発明を次の実験例で説明する。

（実験例１）
アノーサイト析出可能な結晶化ガラス粉末として以下の組成の結晶化ガラス粉末を用いた。
結晶化ガラス粉末（平均粒径３μｍ）：
軟化点：８５０℃
結晶化開始温度：８７５℃
ＳｉＯ_２：５０．２質量％
Ａｌ_２Ｏ_３：５．０質量％
ＣａＯ：１５．１質量％
ＭｇＯ：１６．１質量％
ＳｒＯ：１３．６質量％
この結晶化ガラス粉末をセラミック原料粉末Ａとして使用し、この原料粉末ＡをＡ１００重量部に、有機バインダとしてメタクリル酸イソブチル樹脂を固形分で１１重量部、可塑剤としてフタル酸ジブチルを５重量部添加し、トルエンを溶媒としてボールミルにより３６時間混合しスラリーを調製した。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ０．２ｍｍのグリーンシートを作製した。

このグリーンシートを５枚積層し、６０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着して焼成用積層体を得た。

次いで、得られた積層体を、水蒸気を含んだ窒素雰囲気の焼成炉に導入し、７５０℃の温度で３時間保持して脱バインダを行い、残留炭素量を２００ｐｐｍ以下に低減した後、雰囲気を乾燥窒素に切り替え、窒素ガスを表１の条件にて流通し、９００℃に昇温して所定の間保持する焼成を行い、セラミック焼結体を得た（試料Ｎｏ．１〜１０）。尚、脱バインダ後、結晶化開始温度までの昇温速度及び結晶化開始温度から焼成温度（９００℃）までの昇温速度は、何れも４００℃／時間とした。

また、前記結晶化ガラス粉末７３質量％と、平均粒径２．５μｍのシリカ粉末（フィラー粉末）２７質量％とを混合し、この混合粉末をセラミック原料粉末Ｂとした。この原料粉末Ｂを用いて、上記と全く同様にして、スラリーを調製し且つ厚さ０．２ｍｍのグリーンシートを作製し、さらに５層の焼成用積層体を作製した。この積層体を、上記と同様の条件で脱バインダを行い、さらに表１に示す条件で窒素ガスを流通させながらの焼成を行い、セラミック焼結体を得た（試料Ｎｏ．１１〜１３）。

さらに、前記結晶化ガラス粉末７３質量％と、平均粒径３μｍのシリカ粉末（フィラー粉末）２７質量％とを混合し、この混合粉末をセラミック原料粉末Ｃとした。この原料粉末Ｃを用いた以外は、原料粉末Ｂを用いた場合と全く同様にしてセラミック焼結体を得た（試料Ｎｏ．１４〜１６）。

上記で得られた各焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真から深さ２０μｍ以内の表面領域に存在するアノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）結晶相のアスペクト比を算出し、その結果を表１に示した。

また、各試料の焼結体のそれぞれについて、各試料と同様にして、厚みが２５０μｍのグリーンシートを作製した。

次いで、平均粒径が５μｍの銅粉末に１００重量部に、平均粒径が３．５μｍの前記結晶化ガラス粉末を０．５重量部混合した。さらに、これら無機物成分１００重量部に、有機バインダとしてアクリル樹脂を２重量部、有機溶剤としてα−テルピネオールを１５重量部添加混錬し、導体ペーストを調製した。

上記の導体ペーストを使用し、焼成後の形状が縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ（１０ｍｍ角）、厚さ１００μｍとなる内部導体パターンを上記のグリーンシート表面に形成した。また、焼成後の形状が、上記と同形で厚さ１５μｍとなる銅配線層用パターンを上記のグリーンシート表面に形成した。銅配線層用パターンが形成されたグリーンシートが最上層となるように、界面層パターンが形成されたグリーンシート５枚の上に重ねて加圧積層して、焼成用積層体を作製した。

次いで、この焼成用積層体を、各試料と全く同条件で脱バインダ及び焼成を行い、各試料用の評価基板（ガラスセラミック基板）を作製した。

この評価基板について、表面粗さ計を用い、Ｘ、Ｙ方向の表面粗さを測定し、その最大値を反り値として、表１に示した。

（実験例２）
実験例１の表面領域のみアスペクト比５以上の針状晶（アノーサイト）が分布している各試料について、結晶化開始温度から焼成温度（９００℃）までの昇温速度を１００℃／時間に変更した以外は、各試料と全く同様にして評価用基板を作製し、反りを測定した（試料Ｎｏ．１７〜２５）。その結果を表２に示す。

実験例１の結果（試料Ｎｏ．１〜１６）から、焼成温度領域での保持時間を１〜５時間、窒素ガスを１％／秒以上の流量で流通させて焼成を行った試料では、表面領域のみアスペクト比５以上の針状晶（アノーサイト）が分布しており、また、気孔率をほぼ維持し、めっき性、メタライズ配線層と絶縁基板との接着強度を損なうことなく、反りが１００μｍ以下であった。

また、実験例２の結果（試料Ｎｏ．１７〜２５）から、何れも反りは、実験例１の各試料に比して、３０％程度減少していた。

本発明の配線基板の構造の一例を説明するための概略断面図である。

符号の説明

Ａ：配線基板（半導体素子収納用パッケージ）
Ｂ：外部回路基板
１：絶縁基板
１ａ〜１ｄ：絶縁層
２ａ，２ｂ：メタライズ配線層
３：内部導体層
４：ビアホール導体
５：デバイス

Claims (9)

1. アノーサイト（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）を結晶相中に含むセラミック焼結体において、該アノーサイトは、表面領域のみアスペクト比５以上の針状晶に成長していることを特徴とするセラミック焼結体。
2. 前記アノーサイトの針状晶が存在する表面領域が、焼結体表面から深さ２０μｍ以内である請求項１に記載のセラミック焼結体。
3. 前記アノーサイトがガラスから析出したものである請求項１または２に記載のセラミック焼結体。
4. アノーサイト若しくは焼成によりアノーサイトを析出する成分を含むセラミック粉末を用いて作製された成形体を、１％／秒以上の流量（炉内容積比）で不活性ガスを流通させながら１０００℃以下の温度で焼成することを特徴とする請求項１記載のセラミック焼結体を製造する方法。
5. 前記セラミックス焼結体を製造する方法において、焼成時間が、０．２時間以上５時間以下である請求項４記載のセラミック焼結体を製造する方法
6. 請求項１に記載のセラミック焼結体の表面に同時焼成により形成されたメタライズ配線層が形成されていることを特徴とする配線基板。
7. 前記メタライズ配線層が金、銀または銅により形成されている請求項５に記載の配線基板。
8. アノーサイト若しくは焼成によりアノーサイトを析出する成分を含むセラミック粉末を用いて作製されたセラミックグリーンシートの表面に、導体ペーストを配線パターン形状に塗布し、次いで該グリーンシートを、１％／秒以上の流量（炉内容積比）で不活性ガスを流しながら１０００℃以下の温度で焼成することを特徴とする請求項５に記載の配線基板を製造する方法。
9. 前記配線基板を製造する方法において、焼成時間（焼成温度領域での保持時間）が、０．２時間以上５時間以下である請求項８記載の配線基板を製造する方法。

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