JP2011225446A - 低温焼成セラミック焼結体およびその製造方法、並びに配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度で熱伝導率やヤング率も高く、且つ緻密であると同時に、１０００℃以下の低温での焼成によって製造することができ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の低抵抗導体から成る配線層を表面或いは内部に備えた絶縁基板として有用な低温焼成セラミック焼結体を得る。
【解決手段】結晶相として、（ａ）ガーナイト結晶相および／またはスピネル結晶相、（ｂ）アスペクト比が３以上の針状晶を含むセルシアン結晶相、及び（ｃ）ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種の結晶相、を含有しており、且つ開気孔率が０．３％以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

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

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

例えば、特開平２−１４１４５８号公報には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢ_２Ｏ_３を含有するガラス粉末に対して、Ａｌ_２Ｏ_３粉末とセルシアン（ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）粉末を添加したガラスセラミックスが開示されており、このようなガラスセラミックスを絶縁基板材料として使用すれば、銅を配線層として非酸化性雰囲気中で焼成する場合でも、脱バインダ性を損なうことなく炭素残量の少ない配線基板が得られることが記載されている。

また、特開平６−３０５７７０号公報には、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およびＺｒＯ_２を含有するガラス粉末に対して、Ａｌ_２Ｏ_３粉末とセルシアン粉末およびアノーサイト粉末を添加したガラスセラミックスが開示されており、このようなガラスセラミックスは、非酸化性雰囲気中でも焼成でき、このガラスセラミックスを用いることにより、絶縁基板の低誘電率化が可能となり、且つその強度を２７００ｋｇ／ｃｍ^２まで高めることができることが記載されている。

特開平０２−１４１４５８号公報 特開平０６−３０５７７０号公報

しかしながら、上述したような従来のガラスセラミックから得られる焼結体は、アルミナ質焼結体等の従来の絶縁基板材料に比べて、機械的強度の点で未だ不満足であり、例えば２７００ｋｇ／ｃｍ^２よりも高い強度の絶縁基板を得ることができない。また、熱伝導率が低いという欠点も有している。即ち、半導体素子の大型化や高速化は、半導体素子から発生する発熱量の増大をもたらし、この結果、熱伝導率の低いガラスセラミック焼結体を絶縁基板とする配線基板では、熱抵抗が増大したり、機械的信頼性が低下するという問題を生じる。

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

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

本発明の低温焼成セラミック焼結体は、結晶相として、（ａ）ガーナイト結晶相および／またはスピネル結晶相、（ｂ）アスペクト比が３以上の針状晶を含むセルシアン結晶相、及び（ｃ）ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種の結晶相、を含有しており、且つ開気孔率が０．３％以下であることを特徴とするものであり、かかる結晶相を存在せしめることによって、銀、銅、金等の低抵抗金属との同時焼成が可能であり、高い強度、ヤング率、靱性を有する焼結体となる。

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

また、この焼結体は、ＰｂＯ含有量およびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量は、耐環境性、耐薬品性、吸湿性等の点で、それぞれ１重量％以下に抑制されていることが望ましい。

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

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

さらに、この焼結体中には、（ｄ）Ｙ（イットリウム）含有結晶相を含むことによって、さらに強度、ヤング率を向上させることができる。（ｄ）Ｙ（イットリウム）含有結晶相としては、ＹＡｌＯ_３、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、ＢａＹ_２Ｏ_４、Ｂａ_４Ｙ_２Ｏ_７、Ｙ_４Ｚｒ_３Ｏ_１２、Ｙ_６ＺｒＯ_１１の群から選ばれる少なくとも１種が好適であり、このＹ（イットリウム）含有結晶相が、ガラスから析出したものであることが望ましい。

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

本発明の低温焼成セラミック焼結体の製造方法によれば、ＳｉＯ_２；１０〜３５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３；１〜２０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、Ｂ_２Ｏ_３；５〜３０重量％、ＢａＯ；１０〜４０重量％、を含有するガラス粉末Ａ、または、ＳｉＯ
_２；１０〜４０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３；１〜３０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、ＢａＯ；１０〜４０重量％、Ｙ_２Ｏ_３；１〜２０重量％を含有するガラス粉末Ｂのガラス粉末と、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種のセラミック粉末とを、２０：８０乃至９０：１０の重量比で混合し、得られた混合粉末を成形し、次いで１０００℃以下で焼成することを特徴とする。

なお、前記ガラス粉末Ａは、２０重量％以下の量でＣａＯおよび／またはＳｒＯを、１０重量％以下の量でＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよく、ガラス転移点（Ｔｇ）が、５００〜８５０℃であることが望ましい。

また、ガラス粉末Ｂは、Ｂ_２Ｏ_３を３０重量％以下、ＣａＯ又はＳｒＯを２０重量％以下、及びＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種を１０重量％以下の量で含有していてもよく、ガラス転移点（Ｔｇ）が、５５０〜８５０℃であることが望ましい。

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

さらに、前記混合粉末には、ＰｂＯ含有量およびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量がそれぞれ１重量％以下となるように調製されていることが望ましい。

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

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

図１は、本発明の低温焼成セラミック焼結体の構造を示す図であり、 図２は、本発明の低温焼成セラミック焼結体を絶縁基板とする配線基板（半導体素子収納パッケージ）の一例を示す側断面図である。

本発明の低温焼成セラミック焼結体は、図１に示すように、少なくとも３種の結晶相（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を有するものであり、これら結晶相の粒界に、通常、ガラス粉末に由来する非晶質相（残留ガラス相）Ｇを有する。
結晶相（ａ）：結晶相（ａ）は、ガーナイト結晶相および／またはスピネル結晶相であり
、理想的には、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４で表される化学組成を有する。このような結晶相（ａ）は、単結晶としてのヤング率が２００ＧＰａ以上を示す。従って、このような結晶相を析出させることにより、焼結体のヤング率を高めることができる。

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

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

また、上記結晶相（ａ）には、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４とＭｇＡｌ_２Ｏ_４が固溶し、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ａｌ_２Ｏ_４の形態のガーナイト結晶相を形成していてもよい。即ち、原料ガラス粉末中に含まれるＭｇＯ及び／又はＺｎＯを結晶相（ａ）中に固溶させることによっても、ガラスの結晶化度を高めることができ、上記と同様に、焼結体の開気孔率を低下させ、且つ焼結体のヤング率を高めることができ、また上記のスピネル結晶相は、ガーナイト結晶相と同様の特性を有しているため、このようなスピネル結晶相を析出させることによっても、ガーナイト結晶相を析出させた場合と同様の効果が発現する。
結晶相（ｂ）：結晶相（ｂ）は、セルシアン結晶相であり、理想的にはＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８で表される化学組成を有する。

本発明においては、このセルシアン結晶相として、アスペクト比が３以上、好ましくは４以上、さらに好ましくは５以上の針状晶（図１において１３ａで示す）を含有していることが重要であり、このような針状晶１３ａを析出させることにより、焼結体の強度および熱伝導率を向上させることができ、また焼結体の誘電率を低下させることができる。尚、針状晶のアスペクト比とは、焼結体の断面ＳＥＭおよびＥＰＭＡ分析によって観察されるセルシアン（ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）結晶相のうち、アスペクト比（長径／短径比）が大きいものから１０個を選択したときの平均値を指し、特に針状晶１３ａは、長径１〜１０μｍ、短径０．１〜２μｍ程度であることが望ましく、特に、クラックの進展を抑制して抗折強度を向上する点で、針状晶１３ａがランダムに分散したものであることが望ましい。また、セルシアン結晶相（ｂ）としては、針状晶１３ａ以外に、粒状晶（図１において１３ｂで示す）を含んでいてもよい。

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

尚、六方晶とは、ＪＣＰＤＳカード２８−０１２４の結晶相を示し、単斜晶とは、同３８−１４５０の結晶相を示す。

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

更に、上述したセルシアン結晶相（ｂ）も、結晶相（ａ）と同様、焼成によって原料ガラス粉末から析出することが好ましく、これにより、ガラスの結晶化度が高められ、非晶質相（残留ガラス相）Ｇの含有量を少なくし、焼結体の開気孔率を低下させ、且つ焼結体のヤング率を高めることができる。
結晶相（ｃ）：結晶相（ｃ）は、ガラス粉末と混合されるセラミック粉末から析出するセラミック結晶相であり、特に、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、
３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる結晶相である。かかるセラミック結晶相（ｃ）は、焼結体のヤング率を向上させると同時に、抗折強度を向上させるための成分である。この結晶相は、通常、粒状晶として存在するが、さらには板状晶であることが好ましく、これによって、さらに焼結体の抗折強度を向上させるとともに、熱伝導率も向上する。

尚、かかるセラミック結晶相（ｃ）は、上記の窒化物、炭化物、酸化物或いは複合酸化物の１種或いは２種以上から形成されるものであるが、強度や焼結性等の点で、少なくともＡｌ_２Ｏ_３結晶相を含有していることが好ましい。

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

このようなＹ含有結晶としては、これに限定されるものではないが、ＹＡｌＯ_３、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、ＢａＹ_２Ｏ_４、Ｂａ_４Ｙ_２Ｏ_７，Ｙ_４Ｚｒ_３Ｏ_１２、Ｙ_６ＺｒＯ_１１等を例示することができ、これらは、１種単独で析出していてもよいし、また２種以上が析出していてもよい。更に、前述した結晶相（ａ）及び（ｂ）と同様、このようなＹ含有結晶相も焼成によって原料ガラス粉末から析出することが望ましい。
その他の結晶相：本発明の低温焼成セラミック焼結体の優れた特性が損なわれない限り、上述した各種の結晶相以外の他の結晶相、例えば、ＳｉＯ_２、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｓｒ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、ＺｎＯ、ＭｇＳｉＯ_３、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、ＺｒＳｉＯ_４、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６、Ｚｎ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８、ＣａＳｉＯ_３、ＳｒＳｉＯ_３、ＢａＳｉＯ_３等が存在していてもよい。例えば、このような他の結晶相は、総量で４０重量％以下、好ましくは３０重量％以下、最も好ましくは２０重量％以下の範囲で焼結体中に含有していてもよい。
非晶質相：本発明の焼結体は、ガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末からなる成形体を焼成することにより得られるものである場合、通常、図１に示すように、非晶質相（残存ガラス相）Ｇを含有している。焼結体のヤング率を向上させるために、非晶質相Ｇは少ない方が望ましく、例えば、焼結体中のガラス含量は、５０重量％以下、特に３０重量％以下、さらに２０重量％以下、さらには１０重量％以下であることが好ましく、非晶質ガラス相Ｇは、実質上、焼結体中の存在しなくてもよい。なお、焼結体中の各結晶相および非晶質相の含有量は、焼結体のＸ線回折ピークからリートベルト法によって求められる。焼結体組成：本発明の低温焼成セラミック焼結体は、上述した結晶相（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を必須成分として含有し、必要により結晶相（ｄ）が析出しており、析出した結晶相の種類に応じた化学組成を有している。

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

ＳｉＯ_２：２〜３１．５重量％、特に４．５〜２１重量％
Ａｌ_２Ｏ_３：１１〜８２重量％、特に３２．１〜７４．５重量％
ＺｎＯ＋ＭｇＯ：１．２〜２２．５重量％、特に３〜１４重量％
Ｂ_２Ｏ_３：１〜２７重量％、特に３〜１７．５重量％
ＢａＯ：２〜３６重量％、特に６．３〜３５重量％
ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜１８重量％、特に０．２〜７重量％
ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種：
０〜９重量％、特に０．２〜３．５重量％
また、Ｙ含有結晶相（ｄ）が析出している焼結体の好適な化学組成は、以下の通りである。

ＳｉＯ_２：２〜３８重量％、特に４．５〜２５．５重量％
Ａｌ_２Ｏ_３：６〜８６重量％、特に１７．６〜７７．５重量％
ＢａＯ：２〜３８重量％、特に６〜２９．８重量％
Ｙ_２Ｏ_３：０．２〜１９重量％、特に０．９〜１２．８重量％
ＺｎＯ＋ＭｇＯ：１．２〜２３．８重量％、特に２．４〜１２．８重量％
Ｂ_２Ｏ_３：０〜２８．５重量％、特に０〜１２．３重量％
ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜１９重量％、特に０〜１２．８重量％
ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種：
０〜９．５重量％、特に０〜５．１重量％
また、焼結体中には、ガラス粉末やセラミック粉末中に含まれる不純物成分に関連して、ＰｂＯやＡ_２Ｏ（Ａ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂのアルカリ金属）などの金属酸化物が含まれるが、耐環境性、耐薬品性、吸湿性等の点で、ＰｂＯ及びＡ_２Ｏの含有量は、それぞれ１重量％以下、特に０．１重量％以下に抑制されていることが好ましい。このような成分の含有量の調整は、用いるガラス粉末やセラミック粉末から不純物成分を除去することにより行なうことができる。

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

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

ＳｉＯ_２；１０〜３５重量％、特に１５〜３０重量％
Ａｌ_２Ｏ_３；１〜２０重量％、特に３〜１５重量％
ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、特に１０〜２０重量％
Ｂ_２Ｏ_３；５〜３０重量％、特に１０〜２５重量％
ＢａＯ；１０〜４０重量％、特に１０〜２５重量％
ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜２０重量％、特に１〜１０重量％
ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種：
０〜１０重量％、特に１〜５重量％
即ち、Ｙ（イットリウム）成分を含有しないガラス粉末において、ＳｉＯ_２、
Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯおよび／またはＺｎＯ、ＢａＯ、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が上記範囲を逸脱すると、焼結体の開気孔率が０．３％を越え、または上述した特定の結晶相を析出させることが困難となり、焼結体のヤング率が低下すると同時に、強度や熱伝導率も低下する傾向がある。上記各成分のうち、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量が上記範囲よりも少ないと、ガラスの軟化点が低下して焼成時の脱バインダ性が悪くなり、逆に上記範囲よりも多いと、後述する１０００℃以下の焼成にて焼結体の開気孔率が大きくなる傾向にある。また、ＭｇＯおよび／またはＺｎＯ、ＢａＯおよびＢ_２Ｏ_３の含有量が上記範囲よりも少ないと、１０００℃以下の焼成にて焼結体の開気孔率が大きくなり、また、後述するセラミック粉末（フィラー成分）の添加可能な量が減じて強度および熱伝導率が低下する。逆に多いと、ガラスの軟化点が低下して焼成時の脱バインダ性が悪くなるとともに、開気孔率が大きくなる傾向にある。

また、ガラス原料中に任意成分として含まれるＣａＯやＳｒＯは、ガラスの軟化挙動を制御する作用を有しており、しかも、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相、ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相（特に針状晶）、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７結晶相、Ｓｒ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７結晶相等の他の結晶相を、特に針状晶として、ガラス中から析出させる作用をも有している。したがって、このような成分を含有するガラス粉末を用いることは、焼結体の抗折強度や誘電率を制御する上で有利である。さらに、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種は、上述した特定の結晶相（ａ）や（ｂ）の析出を促進する効果がある。

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

ＳｉＯ_２；１０〜４０重量％、特に１５〜３０重量％
Ａｌ_２Ｏ_３；１〜３０重量％、特に３〜２５重量％
ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、特に９〜２０重量％
ＢａＯ；１０〜４０重量％、特に１５〜３７重量％
Ｙ_２Ｏ_３；１〜２０重量％、特に３〜１５重量％
ＣａＯおよびＳｒＯの群から選ばれる少なくとも１種：
０〜２０重量％、特に０〜１５重量％
ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種：
０〜１０重量％、特に０〜５重量％
即ち、Ｙ（イットリウム）成分含有ガラス粉末において、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢａＯの含有量が上記範囲を逸脱すると、焼結体の開気孔率が０．３％を越え、または上述した特定の結晶相（ａ）及び（ｂ）を析出させることが困難となり、焼結体のヤング率が低下し、強度や熱伝導率も低下する傾向がある。また、Ｙ成分を含有していないガラス粉末と同様、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量が上記範囲よりも少ないと、ガラスの軟化点低下により焼成時の脱バインダ性が悪くなり、上記範囲よりも多いと、
１０００℃以下の焼成にて焼結体の開気孔率が大きくなるおそれがある。また、ＭｇＯおよび／またはＺｎＯ、ＢａＯの含有量が上記範囲よりも少ないと、１０００℃以下の焼成にて焼結体の開気孔率が大きくなり、さらにセラミック粉末（フィラー成分）の添加可能な量が減じ、強度および熱伝導率が低下する。逆に多いと、ガラスの軟化点が低下して焼成時の脱バインダ性が悪くなるとともに、開気孔率が大きくなるおそれがある。

さらに、このガラス粉末中に含まれるＹ_２Ｏ_３は、前述したＹ含有結晶相（ｄ）をガラス中から析出させ、焼結体の抗折強度を高める効果を有している。また、このＹ_２Ｏ_３は、ガラスの軟化点を上昇させる働きとガラス粉末に由来する非晶質相（残留ガラス相）Ｇのヤング率を向上させる働きを有している。例えば、本発明の低温焼成セラミック焼結体を、耐マイグレーション性に優れた銅を配線層として備えた配線基板の絶縁基板として用いる場合、非酸化性雰囲気中での脱バインダを可能とするために、ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）を５５０℃以上、特に６００〜８５０℃に高める必要がある。

ところが、ガラス転移点がこのような高温側にシフトされたガラス粉末を用いると、フィラー成分であるセラミック結晶相、特にＡｌ_２Ｏ_３結晶相の含有量が不足し、絶縁基板（低温焼成セラミック焼結体）の抗折強度が低下する傾向がある。しかるに、Ｙ_２Ｏ_３を含有するガラス粉末を用いることにより、残留ガラス相Ｇのヤング率が向上するため、抗折強度の低下を有効に防止することができる。

また、Ｙ_２Ｏ_３は、結晶化剤としての機能をも有しており、Ｙ_２Ｏ_３を含有するガラスでは、前述したガーナイトおよび／またはスピネル結晶相（ａ）やセルシアン結晶相（ｂ）のガラス中からの析出を促進させ、これら結晶相の含有量を増大させることができる。即ち、ガラス粉末中のＹ_２Ｏ_３含量の調整により、焼結体中に析出する結晶相（ａ）及び結晶相（ｂ）の量を調整することができる。本発明において、かかるガラス粉末中のＹ_２Ｏ_３含量が前述した範囲よりも少ないと、上述した高強度化効果が不十分となり、また前述した範囲よりも多いと、焼結体の開気孔率が０．３％を超えてしまう。

上述したＹ成分含有ガラス粉末において、他の成分、即ち、ＣａＯおよび／またはＳｒＯ、或いはＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種の成分は、Ｙ成分を含有していないガラス粉末に関して述べたのと同様の機能を有している。

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

また、上述したガラス粉末中のＰｂＯ含有量及びＡ_２Ｏ含有量（Ａ：アルカリ金属）は、既に述べた通り、耐環境性、耐薬品性、吸湿性等の点で、それぞれ１重量％以下、特に０．１重量％以下に抑制されていることが好ましい。
セラミック粉末：本発明においては、上述したガラス粉末に混合するセラミック粉末（フィラー成分）としては、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種が使用される。即
ち、これらのセラミック粉末は、前述した結晶相（ｃ）を焼結体中に存在せしめるために使用される。本発明において、これらのセラミック粉末としては、前述したガラス粉末との濡れ性がよく、１０００℃以下の低温での焼結性が良好であるという点で、Ａｌ_２Ｏ_３粉末が好適である。特に前述したガラス粉末としてＹ成分含有ガラス粉末を用いる場合には、セラミック粉末として、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を用いることが最適である。

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、例えば焼結体の開気孔率を０．３％以下とすることができる。

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

このような混合粉末の調製においては、ガラス粉末としてＹ成分を含有していないガラス粉末を用いる場合には、該ガラス粉末とセラミック粉末とを、２０：８０乃至９０：１０、好ましくは２５：７５乃至８０：２０、最も好適には、３０：７０乃至７０：３０の重量比で用いるのがよく、またガラス粉末としてＹ成分含有ガラス粉末を用いる場合には、該ガラス粉末とセラミック粉末（特にＡｌ_２Ｏ_３）とを、２０：８０乃至９５：５、好ましくは２５：７５乃至９０：１０、最も好適には、３０：７０乃至８５：１５の重量比で用いるのがよい。
即ち、セラミック粉末（或いはＡｌ_２Ｏ_３粉末）の添加量が上記範囲よりも少ないと、焼結体のヤング率、強度、熱伝導率が低下し、その添加量が上記範囲よりも多いと、１０００℃以下の焼成によっては焼結体の開気孔率を、例えば０．３％以下に低減することができず、緻密な焼結体を得ることが困難となる。

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

さらに、本発明においては、ガラス粉末と特定のセラミック粉末との混合比が上述した量比を満足しており、且つ焼結体のヤング率、強度、熱伝導率等の特性が損なわれない限りにおいて、上記以外の他のセラミック粉末、例えばＳｉＯ_２、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｓｒ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、ＺｎＯ、ＭｇＳｉＯ_３、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４、ＺｒＳｉＯ_４、ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６、Ｚｎ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８、ＣａＳｉＯ_３、ＳｒＳｉＯ_３、ＢａＳｉＯ_３等を混合することもできる。これらは、前述した他の結晶相として、存在するものである。
成形：上記のようにして調製された混合粉末に、所望により、有機バインダ、可塑剤、溶媒を添加、混合してスラリー（成形用スラリー）を調製し、それ自体公知の成形法、例えば、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法、プレス成形、押出形成、射出成形、鋳込み成形、テープ成形等によって所定形状の成形体を作成する。
焼成：上記で得られた成形体を、４５０〜７５０℃で脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気あるいは非酸化雰囲気中、１０００℃以下、好ましくは７００〜１０００℃、さらに好ましくは８００〜９５０℃の温度で焼成することにより、本発明の低温焼成セラミック焼
結体が得られる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

さらに、デバイス５が搭載された絶縁基板１表面に、封止樹脂７を塗布して硬化させるか、絶縁基板１と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなる蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、デバイス５を気密に封止することができ、これによりパッケージＡを作製することができる。

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

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

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

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

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

実施例１
下記の組成からなる３種のガラス粉末（平均粒径は何れも２μｍ）のガラス粉末を準備した。
ガラスＡ：ＳｉＯ_２２８重量％−Ａｌ_２Ｏ_３１０重量％−ＺｎＯ１５重量％
−Ｂ_２Ｏ_３１８重量％−ＢａＯ２８重量％−ＺｒＯ_２１重量％
（ガラス転移点：６１０℃）
ガラスＢ：ＳｉＯ_２２０重量％−Ａｌ_２Ｏ_３８重量％−ＺｎＯ２０重量％
−Ｂ_２Ｏ_３２１重量％−ＢａＯ−２０重量％−ＳｒＯ９重量％
−ＺｒＯ_２１重量％−ＴｉＯ_２１重量％
（ガラス転移点：５７０℃）
ガラスＣ：ＳｉＯ_２２４重量％−Ａｌ_２Ｏ_３８重量％−ＺｎＯ１５重量％
−Ｂ_２Ｏ_３１８重量％−ＢａＯ−２６重量％−ＳｒＯ１重量％
−ＣａＯ５重量％−ＳｎＯ_２１重量％−ＺｒＯ_２２重量％
（ガラス転移点：５９０℃）
一方、平均粒径が１〜２μｍの表１に示すセラミック粉末２ｇを直径２０ｍｍφの金型内に充填して９８ＭＰａの圧力で３０秒間一軸プレス成形を行い、この成形体の密度を加圧嵩密度として算出した。また、Ｈｅ置換法により真密度を測定し、加圧嵩密度／真密度の比を算出し表１に示した。

そして、上記ガラス粉末とセラミック粉末を用いて、表１の組成に従い混合し、この混合物に有機バインダ、可塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのシート状成形体を作製した。さらに、このシート状成形体を所望の厚さになるように複数枚積層し、６０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着した。

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

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

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

また、ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相に関しては、六方晶のメインピークをｄ＝３．９００とし、単斜晶のメインピークをｄ＝３．３５５として、強度比Ｉ（ｄ＝３．９００）／Ｉ（ｄ＝３．３５５）を算出した。

さらに、セラミック焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真からＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相（針状晶）のアスペクト比を算出した。これらの結果を表２に示した。

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

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

一方、比較例として上記ガラスＡ、Ｂ、Ｃに代わり、以下の組成からなるガラスＤおよびガラスＥを用いて同様に評価を行った。
ガラスＤ：ＳｉＯ_２４３重量％−Ａｌ_２Ｏ_３７重量％−Ｂ_２Ｏ_３８重量％
−ＢａＯ３７重量％−ＣａＯ５重量％
（ガラス転移点：６４０℃）
ガラスＥ：ＳｉＯ_２１０重量％−Ａｌ_２Ｏ_３３重量％−ＺｎＯ３５重量％
−Ｂ_２Ｏ_３４５重量％−Ｎａ_２Ｏ７重量％
（ガラス転移点：６５０℃）

表１、２の結果から明らかなように、前述した結晶相（ａ）〜（ｃ）に相当する結晶相が析出し、かつセルシアン結晶相（ｂ）（ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相）が少なくともアスペクト比が３以上の針状晶を含む試料Ｎｏ．２〜８、１０、
１２〜２２では、Ｘ線回折測定における六方晶（ｈｅｘ．）と単斜晶（ｍｏｎ．）とのメインピークの強度比Ｉ（ｈｅｘ．）／Ｉ（ｍｏｎ．）が３以上であり、開気孔率０．３％以下、抗折強度が２８０ＭＰａ以上、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上、ヤング率が１００ＧＰａ以上、破壊靭性が１．５ＭＰａ・ｍ^１／２以上となった。また、これらの焼結体について、焼き肌面の表面粗さＲａを測定したところ、何れも０．５μｍ以下であった。また、薄膜金属層を形成した場合においても、２２．５ＭＰａ以上の高い接着強度を示した。

一方、ガラス粉末の量が９０重量％よりも多い試料Ｎｏ．１、１１では、フィラーが不充分で８００℃以上の焼成によって成分の一部の流失が見られ適正な試料の作製が困難であった。また、ガラス粉末の量が２０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．９では、開気孔率が大きくなり、緻密なセラミック焼結体を得ることができなかった。

また、試料Ｎｏ．２３、２４は、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、
ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる結晶相（ｃ）を含有しないことから、抗折強度が２８０ＭＰａよりも低く、また、ヤング率も１００ＧＰａより低かった。

さらに、ガラス粉末として所定量のＺｎＯやＢａＯを含まないガラスＤ、Ｅを用いた試料Ｎｏ．２５、２６では、いずれも抗折強度が２８０ＭＰａよりも低く、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫより低く、ヤング率が１００ＧＰａよりも低く、破壊靭性が１．５ＭＰａ・ｍ^１／２より低かった。
実施例２
実施例１の試料Ｎｏ．１０の試料の原料粉末に対して、アクリル系バインダと可塑剤とトルエンを添加、混合し、ドクターブレード法によって厚み２５０μｍのシート状成形体を作製した。次に、該シート状成形体の所定位置にビアホールを形成し、銀を主成分とする導体ペーストを充填した後、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを用いてシート状成形体の表面に配線パターンを形成した。

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

得られた配線基板について、半導体素子を実装した後、封止剤を用いて封止したところ反りや変形等を示さず、また、配線層の導通を確認したところ、断線等がなく、低抵抗で良好な導通特性を示した。
実施例３
下記の組成からなる２種のガラス粉末（平均粒径は何れも２μｍ）を準備した。
ガラスＦ：ＳｉＯ_２２９重量％−Ａｌ_２Ｏ_３１２重量％−ＺｎＯ１５重量％
−Ｂ_２Ｏ_３１０重量％−ＢａＯ３０重量％−ＺｒＯ_２１重量％
−Ｙ_２Ｏ_３３重量％ （ガラス転移点：６６０℃）
ガラスＧ：ＳｉＯ_２２４重量％−Ａｌ_２Ｏ_３８重量％−ＺｎＯ７重量％
−ＭｇＯ８重量％−Ｂ_２Ｏ_３１０重量％−ＢａＯ−２６重量％
−ＳｒＯ１重量％−ＣａＯ５重量％−ＳｎＯ_２１重量％
−ＺｒＯ_２２重量％−Ｙ_２Ｏ_３８重量％
（ガラス転移点：５００℃）
そして、これらのガラス粉末に対して、平均粒径が１〜２μｍの表３に示す金属酸化物粉末を用いて、表３の組成に従い混合した。

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

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

さらに、実施例１と同様に、焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真からＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８結晶相のアスペクト比を算出した。結果は表３に示した。

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

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

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

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

Claims (31)

1. 結晶相として、（ａ）ガーナイト結晶相および／またはスピネル結晶相、（ｂ）アスペクト比が３以上の針状晶を含むセルシアン結晶相、及び（ｃ）ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種の結晶相、を含有しており、且つ開気孔率が０．３％以下であることを特徴とする低温焼成セラミック焼結体。
2. ガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末から成る成形体を焼成することにより得られる請求項１記載の低温焼成セラミック焼結体。
3. 前記結晶相（ａ）および（ｂ）が、前記ガラス粉末から析出したものである請求項２記載の低温焼成セラミック焼結体。
4. ＰｂＯ含有量およびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量が、それぞれ１重量％以下に抑制されている請求項１乃至請求項３のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
5. ２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する請求項１乃至請求項４のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
6. ２８０ＭＰａ以上の抗折強度を有する請求項１乃至請求項５のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
7. １００ＧＰａ以上のヤング率を有する請求項１乃至請求項６のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
8. 前記（ｂ）セルシアン結晶相は、六方晶を含み且つＸ線回折測定において下記式：
   Ｉｈｅｘ／Ｉｍｏｎ
   式中、Ｉｈｅｘは、六方晶のメインピーク強度を示し、
   Ｉｍｏｎは、単斜晶のメインピーク強度を示す、
   で表されるメインピーク強度比が３以上であるＸ線回折パターンを示す請求項１乃至請求項７のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
9. １．５ＭＰａ・ｍ^１／２以上の破壊靭性を有している請求項１乃至請求項８のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
10. さらに、（ｄ）Ｙ（イットリウム）含有結晶相を含む請求項１乃至請求項９のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
11. （ｄ）Ｙ（イットリウム）含有結晶相が、ＹＡｌＯ_３、Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９、ＢａＹ_２Ｏ_４、Ｂａ_４Ｙ_２Ｏ_７，Ｙ_４Ｚｒ_３Ｏ_１２、Ｙ_６ＺｒＯ_１１の群から選ばれる少なくとも１種である請求項１０記載の低温焼成セラミック焼結体。
12. 前記Ｙ（イットリウム）含有結晶相が、ガラスから析出したものである請求項１０または請求項１１記載の低温焼成セラミック焼結体。
13. 非晶質相を５０重量％以下の量で含有している請求項１乃至請求項１２のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体。
14. 前記非晶質相が、Ｙ（イットリウム）を含有している請求項１乃至請求項１３のいずれか
    記載の低温焼成セラミック焼結体。
15. 非晶質相を実質上含有していない請求項１記載の低温焼成セラミック焼結体。
16. ＳｉＯ_２；１０〜３５重量％、Ａｌ_２Ｏ_３；１〜２０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、Ｂ_２Ｏ_３；５〜３０重量％、ＢａＯ；１０〜４０重量％、を含有するガラス粉末と、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種のセラミック粉末とを、２０：８０乃至９０：１０の重量比で混合し、得られた混合粉末を成形し、次いで１０００℃以下で焼成することを特徴とする低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
17. 前記ガラス粉末が、２０重量％以下の量でＣａＯおよび／またはＳｒＯを含有している請求項１６記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
18. 前記ガラス粉末が、１０重量％以下の量でＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種を含有している請求項１６または請求項１７記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
19. 前記セラミック粉末が、０．５以上の加圧嵩密度／真密度比を有している請求項１６乃至請求項１８のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
20. 前記混合粉末は、加圧嵩密度／真密度比が０．４５以上となるように調製される請求項１６乃至請求項１９のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
21. 前記混合粉末は、ＰｂＯ含有量およびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量がそれぞれ１重量％以下となるように調製される請求項１６乃至請求項２０のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
22. 前記ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）が、５００〜８５０℃である請求項１６乃至請求項２１のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
23. ＳｉＯ_２；１０〜４０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３；１〜３０重量％、ＭｇＯ及び／又はＺｎＯ；６〜２５重量％、ＢａＯ；１０〜４０重量％、Ｙ_２Ｏ_３；１〜２０重量％を含有するガラス粉末と、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２及びＭｇ_２ＳｉＯ_４の群から選ばれる少なくとも１種のセラミック粉末とを、２０：８０乃至９０：１０の重量比で混合し、得られた混合粉末を成形し、次いで１０００℃以下で焼成することを特徴とする低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
24. 前記ガラス粉末は、Ｂ_２Ｏ_３を３０重量％以下、ＣａＯ又はＳｒＯを２０重量％以下、及びＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２およびＴｉＯ_２の群から選ばれる少なくとも１種を１０重量％以下の量で含有している請求項２３記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
25. 前記セラミック粉末は、０．５以上の加圧嵩密度／真密度比を有している請求項２３または請求項２４記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
26. 前記混合粉末は、加圧嵩密度／真密度比が０．４５以上となるように調製される請求項２３乃至請求項２５のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
27. 前記混合粉末は、ＰｂＯ含有量およびＡ_２Ｏ（Ａ：アルカリ金属）含有量がそれぞれ１重量％以下となるように調製される請求項２３乃至請求項２６のいずれか記載の低温焼成セ
    ラミック焼結体の製造方法。
28. 前記ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）が、５５０〜８５０℃である請求項２３乃至請求項２７のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の製造方法。
29. 請求項１乃至請求項１５のいずれか記載の低温焼成セラミック焼結体の表面および／または内部にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌの群から選ばれる少なくとも１種を含有する導体層を形成してなることを特徴とする配線基板。
30. 前記導体層が、前記混合粉末から成る成形体との同時焼成によって形成されている請求項２９の配線基板。
31. 前記導体層が、薄膜形成法によって前記セラミック焼結体表面に形成されている請求項２９または請求項３０記載の配線基板。

Images