JP2521124B2 - 電子パッキング用のガラス−セラミックス、それに用いる熱的に結晶可能なガラス、および同ガラス−セラミックスを用いた基板 - Google Patents
電子パッキング用のガラス−セラミックス、それに用いる熱的に結晶可能なガラス、および同ガラス−セラミックスを用いた基板Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 能動電子装置の心臓部はトランジスターである。電子
工学における真の進歩は、この基本的装置の改善および
それらをできる限り数多く単一のケイ素もしくはガリウ
ム砒素のウェハー上に組み込む能力によって調整されて
きた。これらの能動装置（もしくは集積回路）が作動す
るためには、それらは別の装置へ電子的に接続されなけ
ればならない。さらにこの装置は周囲の環境、物理的誤
用および過熱から防護されなければならない。これらの
必要な接続および防護は、能動装置を密封パッケージの
中へ包み込むことによって最もよく達成される。
工学における真の進歩は、この基本的装置の改善および
それらをできる限り数多く単一のケイ素もしくはガリウ
ム砒素のウェハー上に組み込む能力によって調整されて
きた。これらの能動装置（もしくは集積回路）が作動す
るためには、それらは別の装置へ電子的に接続されなけ
ればならない。さらにこの装置は周囲の環境、物理的誤
用および過熱から防護されなければならない。これらの
必要な接続および防護は、能動装置を密封パッケージの
中へ包み込むことによって最もよく達成される。
過去10年間における集積回路技術の急速な進歩は、必
要とするパッケージ能力の同様な進歩と調和してこなか
った。このようにして、能動装置を適切に一括するため
に必要とされる技術の遅れによって装置の利用が実際に
制限されてきた。
要とするパッケージ能力の同様な進歩と調和してこなか
った。このようにして、能動装置を適切に一括するため
に必要とされる技術の遅れによって装置の利用が実際に
制限されてきた。
現在の集積回路の大部分はプラスチック製のパッケー
ジに収容されている。高度の信頼性と長期の寿命が要求
される応用分野においては、Al2O3とAl2O3／ガラス混合
物を主成分として成るパッケージシステムが慣習的に使
用されてきた。しかしながら、Al2O3を含むパッケージ
の使用については、以下に説明するとおりいくつかの欠
点を経験してきた。
ジに収容されている。高度の信頼性と長期の寿命が要求
される応用分野においては、Al2O3とAl2O3／ガラス混合
物を主成分として成るパッケージシステムが慣習的に使
用されてきた。しかしながら、Al2O3を含むパッケージ
の使用については、以下に説明するとおりいくつかの欠
点を経験してきた。
集積回路装置がより複雑になるにつれて、すなわちよ
り多くの能動要素を含むようになるにつれて、チップ間
に信号を伝達したり他の集積回路装置へ信号を伝達した
りするためには、システム信号応答時間のより高い調和
が要求される。高速装置の一括にはノイズ、インピーダ
ンス、抵抗率および温度上昇の緻密な制御を必要とす
る。相互連絡信号速度の改善および完全性を達成可能に
するには、チップ間の信号経路を短くし、セラミックの
電気的特性を改善し、すなわち誘電率と散逸率を低く
し、信号導体の抵抗を減じ、ノイズを低減する。チップ
間隔を狭くするには、極めて細かくしかも接近した信号
ラインおよび精密な内部接続を有する多層パッケージを
必要とする（Vias）。表面の平滑性および平坦性は寸法
の制御とともに、細かいラインの金属被覆および通し整
合のために決定的に重要になる。
り多くの能動要素を含むようになるにつれて、チップ間
に信号を伝達したり他の集積回路装置へ信号を伝達した
りするためには、システム信号応答時間のより高い調和
が要求される。高速装置の一括にはノイズ、インピーダ
ンス、抵抗率および温度上昇の緻密な制御を必要とす
る。相互連絡信号速度の改善および完全性を達成可能に
するには、チップ間の信号経路を短くし、セラミックの
電気的特性を改善し、すなわち誘電率と散逸率を低く
し、信号導体の抵抗を減じ、ノイズを低減する。チップ
間隔を狭くするには、極めて細かくしかも接近した信号
ラインおよび精密な内部接続を有する多層パッケージを
必要とする（Vias）。表面の平滑性および平坦性は寸法
の制御とともに、細かいラインの金属被覆および通し整
合のために決定的に重要になる。
Al2O3は平滑な仕上げ面に研磨することができる一
方、その収縮が大きく（約18％）機械加工が困難なため
に、高密度の通し整合に対して問題を生じる。Al2O3の
高い誘電率（約10）はライン間隔を制限し（漏話とノイ
ズの発生）、しかも信号自体を遅らせる。Al2O3パッケ
ージの使用中に証明される主な欠点は、焼結に要する共
焼成温度が極めて高いために（1500℃以上）、モリブデ
ン、タングステンの如き耐高温金属を利用する必要性に
ある。これらの金属の抵抗率は比較的低いけれども、銀
・銅・金の抵抗率よりははるかに高く、はんだ付けに先
立って金鍍金を必要とするのは勿論である。
方、その収縮が大きく（約18％）機械加工が困難なため
に、高密度の通し整合に対して問題を生じる。Al2O3の
高い誘電率（約10）はライン間隔を制限し（漏話とノイ
ズの発生）、しかも信号自体を遅らせる。Al2O3パッケ
ージの使用中に証明される主な欠点は、焼結に要する共
焼成温度が極めて高いために（1500℃以上）、モリブデ
ン、タングステンの如き耐高温金属を利用する必要性に
ある。これらの金属の抵抗率は比較的低いけれども、銀
・銅・金の抵抗率よりははるかに高く、はんだ付けに先
立って金鍍金を必要とするのは勿論である。
したがって本発明の目的は、能動電子装置のパッケー
ジ化に用いるための、Al2O3よりもはるかに改善された
特性を発揮する誘導物質を開発することにあった。それ
故、本研究の目標は下記の特徴を立証する物質を開発す
ることにあった。： （１）銅、銀および金による金属被覆との融和性；
（２）約850〜1000℃の間の温度において共焼成できる
こと；（３）誘電率が約６未満であること；（４）追加
加工することなく平滑平坦面が得られること；および
（５）好ましくは、熱膨脹係数がケイ素（約35×10-7／
℃）やガリウム砒素（約60×10-7／℃）に融和するこ
と。
ジ化に用いるための、Al2O3よりもはるかに改善された
特性を発揮する誘導物質を開発することにあった。それ
故、本研究の目標は下記の特徴を立証する物質を開発す
ることにあった。： （１）銅、銀および金による金属被覆との融和性；
（２）約850〜1000℃の間の温度において共焼成できる
こと；（３）誘電率が約６未満であること；（４）追加
加工することなく平滑平坦面が得られること；および
（５）好ましくは、熱膨脹係数がケイ素（約35×10-7／
℃）やガリウム砒素（約60×10-7／℃）に融和するこ
と。
本発明は、表面核を生成するガラスセラミックのフリ
ットをAl2O3の代替物として開発することを志向する研
究から生じたものである。その研究は主として、テープ
キャスティングを通じてガラスセラミックのフリットを
薄い誘電性シートに加工することによって多層パッケー
ジを組み立てることに集中していた。
ットをAl2O3の代替物として開発することを志向する研
究から生じたものである。その研究は主として、テープ
キャスティングを通じてガラスセラミックのフリットを
薄い誘電性シートに加工することによって多層パッケー
ジを組み立てることに集中していた。
ガラスセラミックは米国特許第2,920,971号に由来す
る。それに説明されているとおり、ガラスセラミック
は、つぎの一般的３段階を通じて前駆物質のガラス体の
制御された結晶化によって慣習的に調製される：（１）
通常は核生成剤を含むガラス生成バッチを溶融する；
（２）その融生物をその変態温度範囲以下に冷却し、同
時に所望の幾何学的形状のガラス体に形成する；および
（３）そのガラス体に、予め定めた熱処理を施してその
場で結晶を生成させる。多くの場合、ガラス体の熱処理
は２段階に分けて行なう；すなわち、最初に変態温度範
囲以内もしくはわずかにそれをこえる温度にガラス体を
加熱してその中に核を出現させ、引き続いて核を生成し
たガラス体を、ガラスの軟化点付近もしくはそれをこえ
る温度にまで加熱して核の表面に結晶を成長させる（変
態温度範囲は、溶融塊が無定形固体になったとみなされ
る温度と定義されており；その温度は一般にガラスの焼
なまし温度近くに存在すると考えられている）。
る。それに説明されているとおり、ガラスセラミック
は、つぎの一般的３段階を通じて前駆物質のガラス体の
制御された結晶化によって慣習的に調製される：（１）
通常は核生成剤を含むガラス生成バッチを溶融する；
（２）その融生物をその変態温度範囲以下に冷却し、同
時に所望の幾何学的形状のガラス体に形成する；および
（３）そのガラス体に、予め定めた熱処理を施してその
場で結晶を生成させる。多くの場合、ガラス体の熱処理
は２段階に分けて行なう；すなわち、最初に変態温度範
囲以内もしくはわずかにそれをこえる温度にガラス体を
加熱してその中に核を出現させ、引き続いて核を生成し
たガラス体を、ガラスの軟化点付近もしくはそれをこえ
る温度にまで加熱して核の表面に結晶を成長させる（変
態温度範囲は、溶融塊が無定形固体になったとみなされ
る温度と定義されており；その温度は一般にガラスの焼
なまし温度近くに存在すると考えられている）。
結晶の成長速度は温度の関数である；すなわち、温度
を上昇させれば結晶の発達はより速くなる。情況によっ
て最終生成物中の結晶含有量を抑制する程度が異なる。
通例的に、前駆物質のガラス体は、充分に熱処理されて
結晶化度が高い物品、すなわち容積にして50％よりも多
くの、しかも往々にしてほゞ100％に近い結晶化度のも
のを生じ、しかも100％に近接していることも頻繁であ
る。通常はガラスセラミックの高い結晶化度、すなわち
容積にして50％よりも多く、しかも往々にしてほゞ100
％に近接していることはつぎの二つの結果に結びつく：
（１）ガラスセラミックスが示す物理的特性は、残留ガ
ラスの特性以上に結晶相の特性によく類似している；お
よび（２）残留ガラスの組成は親ガラスの組成には全然
類似しない。その理由は、結晶相の成分が既にそれから
取り除かれているためである。従って、当然の結果とし
て残留ガラスの示す物理的特性は、前駆物質のガラスの
それとは異なる。結論として、ガラスセラミックの結晶
は残留ガラス状基質に囲まれているために、ガラスセラ
ミック体の表面は平滑であって、その内部は無孔質で空
隙がない。
を上昇させれば結晶の発達はより速くなる。情況によっ
て最終生成物中の結晶含有量を抑制する程度が異なる。
通例的に、前駆物質のガラス体は、充分に熱処理されて
結晶化度が高い物品、すなわち容積にして50％よりも多
くの、しかも往々にしてほゞ100％に近い結晶化度のも
のを生じ、しかも100％に近接していることも頻繁であ
る。通常はガラスセラミックの高い結晶化度、すなわち
容積にして50％よりも多く、しかも往々にしてほゞ100
％に近接していることはつぎの二つの結果に結びつく：
（１）ガラスセラミックスが示す物理的特性は、残留ガ
ラスの特性以上に結晶相の特性によく類似している；お
よび（２）残留ガラスの組成は親ガラスの組成には全然
類似しない。その理由は、結晶相の成分が既にそれから
取り除かれているためである。従って、当然の結果とし
て残留ガラスの示す物理的特性は、前駆物質のガラスの
それとは異なる。結論として、ガラスセラミックの結晶
は残留ガラス状基質に囲まれているために、ガラスセラ
ミック体の表面は平滑であって、その内部は無孔質で空
隙がない。
多くのガラスセラミック物品は、核生成剤として機能
するように特定的に考案された成分を含む前駆物質ガラ
ス組成物から調製されてきたが、ガラスセラミック体
は、共焼結における表面核生成および微細ガラス粉の圧
密を利用することによって首尾よく生成されてきた。か
ゝるガラスセラミック体は、より慣習的な方法によって
調製されるガラスセラミックが表示する外形と物理的特
性とを示すことができる。
するように特定的に考案された成分を含む前駆物質ガラ
ス組成物から調製されてきたが、ガラスセラミック体
は、共焼結における表面核生成および微細ガラス粉の圧
密を利用することによって首尾よく生成されてきた。か
ゝるガラスセラミック体は、より慣習的な方法によって
調製されるガラスセラミックが表示する外形と物理的特
性とを示すことができる。
（発明の要約） 本発明者らは、能動電子装置をパッケージにして組立
てゝ使用する容易性に関し、Al2O3よりも優れた特性を
発揮する誘電物質を発見した。この物質は平滑なシート
に加工し、金属によって被覆し、積層し、1000℃未満の
温度において焼結する（高性能金属被覆を可能にするた
めに）ことができる。本研究は、表面核生成性の熱的結
晶化が可能なフリットであってその組成が塩基性コーデ
ィエライトの組成の変更修正を含むものを、テープキャ
スティングによって薄い誘電シートに加工することに特
に集中してきた。
てゝ使用する容易性に関し、Al2O3よりも優れた特性を
発揮する誘電物質を発見した。この物質は平滑なシート
に加工し、金属によって被覆し、積層し、1000℃未満の
温度において焼結する（高性能金属被覆を可能にするた
めに）ことができる。本研究は、表面核生成性の熱的結
晶化が可能なフリットであってその組成が塩基性コーデ
ィエライトの組成の変更修正を含むものを、テープキャ
スティングによって薄い誘電シートに加工することに特
に集中してきた。
化学量論的コーディエライト（2MgO・2Al2O3・5Si
O2）フリットは、充分に焼結されたコーディエライト組
織を得るために1350℃をこえる温度において焼成しなけ
ればならない。1450℃において30分間焼成したときでさ
えも、完全な無孔体は得られなかった。しかしながら、
基本的組成を適正に変更修正することによって、充分に
焼結された無孔質ガラスセラミック体を1000℃未満の焼
結温度において生成することができ、そのガラスセラミ
ック体はAl2O3よりも熱膨脹係数と誘電率が低いもので
ある。例証すると： 米国特許第4,015,048号は、電荷平衡を維持するため
にコーディエライトの結晶組織中の大きな空洞の中へ陽
イオンを押し込めて、Al2O3とSiO2の含有量を補足的に
変化させる原理を明らかにしている。その特許は説明さ
れているとおり、2:2:5の化学量論的コーディエライト
（重量％にしてMgO13.7％、Al2O334.9％、SiO251.4％）
を含む粉末ガラスを高温に熱すると、ガラス粒子の焼結
が完結するよりも先にβ−石英の固溶体相が生じ、この
作用は圧密の達成を著しく制限する。さらに加熱する
と、β−石英相はコーディエライトに変換されるが、圧
密には本質的な改善は見られない。この情況はM+＋Al+3
をSi+4の代わりに用いることによって改善することがで
き、こゝにM+はK+、Rb+およびCs+から成る群から選ばれ
る多量のアルカリ金属のイオンである。多量のアルカリ
金属イオンは、ケイ素−酸素環によって境界をつけられ
た結晶構造内の空洞を占める）。（ケイ素−酸素環は単
位セル当りに２個あって最初は10Si+4および2Al+3を含
む。アルカリ金属イオンの付加によって、一つのAl+3イ
オンが環の中の一つのSi+4イオンに取って代わる。２価
の陽イオンを用いてもよい;1/2M+2＋Al3によってSi+4を
置換することになる。実施可能な２価陽イオンはCa+2，
Sr+2，Ba+2およびPb+2である。
O2）フリットは、充分に焼結されたコーディエライト組
織を得るために1350℃をこえる温度において焼成しなけ
ればならない。1450℃において30分間焼成したときでさ
えも、完全な無孔体は得られなかった。しかしながら、
基本的組成を適正に変更修正することによって、充分に
焼結された無孔質ガラスセラミック体を1000℃未満の焼
結温度において生成することができ、そのガラスセラミ
ック体はAl2O3よりも熱膨脹係数と誘電率が低いもので
ある。例証すると： 米国特許第4,015,048号は、電荷平衡を維持するため
にコーディエライトの結晶組織中の大きな空洞の中へ陽
イオンを押し込めて、Al2O3とSiO2の含有量を補足的に
変化させる原理を明らかにしている。その特許は説明さ
れているとおり、2:2:5の化学量論的コーディエライト
（重量％にしてMgO13.7％、Al2O334.9％、SiO251.4％）
を含む粉末ガラスを高温に熱すると、ガラス粒子の焼結
が完結するよりも先にβ−石英の固溶体相が生じ、この
作用は圧密の達成を著しく制限する。さらに加熱する
と、β−石英相はコーディエライトに変換されるが、圧
密には本質的な改善は見られない。この情況はM+＋Al+3
をSi+4の代わりに用いることによって改善することがで
き、こゝにM+はK+、Rb+およびCs+から成る群から選ばれ
る多量のアルカリ金属のイオンである。多量のアルカリ
金属イオンは、ケイ素−酸素環によって境界をつけられ
た結晶構造内の空洞を占める）。（ケイ素−酸素環は単
位セル当りに２個あって最初は10Si+4および2Al+3を含
む。アルカリ金属イオンの付加によって、一つのAl+3イ
オンが環の中の一つのSi+4イオンに取って代わる。２価
の陽イオンを用いてもよい;1/2M+2＋Al3によってSi+4を
置換することになる。実施可能な２価陽イオンはCa+2，
Sr+2，Ba+2およびPb+2である。
全般的に実験室的研究によって、塩基性コーディエラ
イトの化学量論的な量に添加するアルカリ金属もしくは
２価金属の酸化物の量が多いほど、結晶化の開始前のガ
ラス粒子の焼結レベルも高いことが証明された。アルカ
リ金属が置換イオンであればその添加は、コーディエラ
イトセル内の両大型空洞が占拠される程度にまで組み込
まれることが可能である。しかしかゝる添加は、ガラス
バッチの高Al2O3含有量のために高い溶融温度を必要と
する。２価の陽イオンが置換を構成するときには、かゝ
る添加の限度は単位セル当り約1/2M+2であり、これは大
空洞の1/4を占めるにすぎない。その限度をこえて添加
するとコーディエライト以外の結晶相が形成される結果
になる。結晶化前にガラス粒子の焼結度を増大させるの
に有利であると本研究が指摘した陽イオン置換の別のも
のは、2Al+3の代わりにMg+2＋Si+4を用いるものであ
る。この置換は、電荷平衡が保たれている故、上記の反
応に必要な陽イオンの追加を要しない。この置換を行な
いうる全範囲は未だ最終的には判明していないが、単位
セル当り約3/4イオンであると信じられる。この置換に
おいて一つのMg+2イオンは、結晶構造中の四面体の位置
にある一つのAl+3に取って代わるものと推測される（そ
の他のMg+2イオンは八面体の位置を占める）。一つのSi
+4イオンは、環構造中の一つのAl+3イオンに取って代わ
る。結晶化前に焼結増大が得られるのは、高いMgO含有
量がβ−石英（MgO・Al2O3・nSiO2）の化学量論からの
逸脱に結びつくからである。それにも拘らず、高いMgO
含有量は、β−石英の早期結晶化を抑圧することによっ
て低温焼結を促進する一方、初期に発生した結晶相は依
然としてβ−石英の固溶体である。本発明者らは、過剰
なMgOと多量の陽イオン組み込みとの組み合せによっ
て、一定量の陽イオン添加に対し結晶化前にガラス粒子
の焼結が改善されることを発見した。MgOの添加はガラ
スの軟化点をも低下させ、多量の陽イオン組み込みと共
に、生成するガラスセラミックの熱膨脹係数の増大につ
ながるものである。
イトの化学量論的な量に添加するアルカリ金属もしくは
２価金属の酸化物の量が多いほど、結晶化の開始前のガ
ラス粒子の焼結レベルも高いことが証明された。アルカ
リ金属が置換イオンであればその添加は、コーディエラ
イトセル内の両大型空洞が占拠される程度にまで組み込
まれることが可能である。しかしかゝる添加は、ガラス
バッチの高Al2O3含有量のために高い溶融温度を必要と
する。２価の陽イオンが置換を構成するときには、かゝ
る添加の限度は単位セル当り約1/2M+2であり、これは大
空洞の1/4を占めるにすぎない。その限度をこえて添加
するとコーディエライト以外の結晶相が形成される結果
になる。結晶化前にガラス粒子の焼結度を増大させるの
に有利であると本研究が指摘した陽イオン置換の別のも
のは、2Al+3の代わりにMg+2＋Si+4を用いるものであ
る。この置換は、電荷平衡が保たれている故、上記の反
応に必要な陽イオンの追加を要しない。この置換を行な
いうる全範囲は未だ最終的には判明していないが、単位
セル当り約3/4イオンであると信じられる。この置換に
おいて一つのMg+2イオンは、結晶構造中の四面体の位置
にある一つのAl+3に取って代わるものと推測される（そ
の他のMg+2イオンは八面体の位置を占める）。一つのSi
+4イオンは、環構造中の一つのAl+3イオンに取って代わ
る。結晶化前に焼結増大が得られるのは、高いMgO含有
量がβ−石英（MgO・Al2O3・nSiO2）の化学量論からの
逸脱に結びつくからである。それにも拘らず、高いMgO
含有量は、β−石英の早期結晶化を抑圧することによっ
て低温焼結を促進する一方、初期に発生した結晶相は依
然としてβ−石英の固溶体である。本発明者らは、過剰
なMgOと多量の陽イオン組み込みとの組み合せによっ
て、一定量の陽イオン添加に対し結晶化前にガラス粒子
の焼結が改善されることを発見した。MgOの添加はガラ
スの軟化点をも低下させ、多量の陽イオン組み込みと共
に、生成するガラスセラミックの熱膨脹係数の増大につ
ながるものである。
本研究によって有利であることが明らかになったさら
にべつの置換は、2Al+3の代わりにZn+2Si+4を用いるこ
とに関する。亜鉛イオンは八面体配位よりも四面体配位
を選ぶからには、Zn+2イオンはMg+2よりも骨組構造中の
四面体Al+3イオンに取って代わる。四面体配位に関する
亜鉛イオンの優先の故に、この反応においてはMg+2イオ
ンよりもZn+2イオンの方がより多くの量を置換すること
ができると信じる。Zn+2イオンによる置換は、より低い
温度において引き続いて共焼結し（圧密）結晶化しうる
より軟質のガラス相を生成するという尚一層の利点を有
する。
にべつの置換は、2Al+3の代わりにZn+2Si+4を用いるこ
とに関する。亜鉛イオンは八面体配位よりも四面体配位
を選ぶからには、Zn+2イオンはMg+2よりも骨組構造中の
四面体Al+3イオンに取って代わる。四面体配位に関する
亜鉛イオンの優先の故に、この反応においてはMg+2イオ
ンよりもZn+2イオンの方がより多くの量を置換すること
ができると信じる。Zn+2イオンによる置換は、より低い
温度において引き続いて共焼結し（圧密）結晶化しうる
より軟質のガラス相を生成するという尚一層の利点を有
する。
結局、さらに別の置換であって、結晶化開始前にガラ
ス粒子の共焼結を確実に改善することができると本研究
が立証し、かつより低温において焼結を行ないうるもの
は、Al2O3に代えてB2O3を用いる企図である。しかしこ
の置換は厳しい制約を受け、その限度は、単位セル当り
1/2Al+3を1/2B+3によって取り換えることに相当するに
すぎない。B+3イオンは、環の位置にあるAl+3イオンに
取って代わるものと想定される。利用しうるB2O3の含有
量は非常に限られているが、B+3イオンの存在が、コー
ディエライトの生成よりもβ−石英固溶体の生成の方を
はるかに多く抑制すると思われる。
ス粒子の共焼結を確実に改善することができると本研究
が立証し、かつより低温において焼結を行ないうるもの
は、Al2O3に代えてB2O3を用いる企図である。しかしこ
の置換は厳しい制約を受け、その限度は、単位セル当り
1/2Al+3を1/2B+3によって取り換えることに相当するに
すぎない。B+3イオンは、環の位置にあるAl+3イオンに
取って代わるものと想定される。利用しうるB2O3の含有
量は非常に限られているが、B+3イオンの存在が、コー
ディエライトの生成よりもβ−石英固溶体の生成の方を
はるかに多く抑制すると思われる。
本発明者らは、前述の置換を種々の様式で組み合わせ
ることによって、ガラス相における最適の焼結を明らか
にし、かつ他の方法で可能な温度よりも低い温度におい
て実質的に識別しうるβ−石英相を含まないコーディエ
ライトの結晶を生じるための組成物を、要求に合わせて
調製しうることを発見した。ZnOの含有は、その点に関
して異例の作用を促進する。たとえば、ZnOを添加する
と、比較的低温度に短時間曝したのちにその場で焼結し
結晶化するコーディエライトガラスが得られる。したが
って、集積回路装置において厚膜の回路要素を焼結する
ために極めて望ましい短時間の熱処理が可能になる。本
発明者らは、最高温度が約940℃にすぎず曝露時間が約1
5分間にすぎない条件下で完全に圧密しうるZnO含有ガラ
スの開発を完成した。
ることによって、ガラス相における最適の焼結を明らか
にし、かつ他の方法で可能な温度よりも低い温度におい
て実質的に識別しうるβ−石英相を含まないコーディエ
ライトの結晶を生じるための組成物を、要求に合わせて
調製しうることを発見した。ZnOの含有は、その点に関
して異例の作用を促進する。たとえば、ZnOを添加する
と、比較的低温度に短時間曝したのちにその場で焼結し
結晶化するコーディエライトガラスが得られる。したが
って、集積回路装置において厚膜の回路要素を焼結する
ために極めて望ましい短時間の熱処理が可能になる。本
発明者らは、最高温度が約940℃にすぎず曝露時間が約1
5分間にすぎない条件下で完全に圧密しうるZnO含有ガラ
スの開発を完成した。
要約すると、前述の置換反応によって、その発揮する
特性を広範囲の値に亘って調整しうる生成物を造ること
が可能になる。それ故、この進歩性ある組成のフリット
は、約850〜1000℃の温度において共焼結することがで
き、完全な無孔質ガラスセラミック体であって、平滑平
坦な表面、誘電率の６未満、ケイ素およびガリウム砒素
に融和する線熱膨脹係数すなわち12×10-7／℃以上かつ
約60×10-7／℃以下を示し、コーディエライト固溶体が
本質的に単一結晶相を構成するものを形成することがで
きる。
特性を広範囲の値に亘って調整しうる生成物を造ること
が可能になる。それ故、この進歩性ある組成のフリット
は、約850〜1000℃の温度において共焼結することがで
き、完全な無孔質ガラスセラミック体であって、平滑平
坦な表面、誘電率の６未満、ケイ素およびガリウム砒素
に融和する線熱膨脹係数すなわち12×10-7／℃以上かつ
約60×10-7／℃以下を示し、コーディエライト固溶体が
本質的に単一結晶相を構成するものを形成することがで
きる。
酸化物を基準とする重量パーセントで表わすとこの創
意に富む組成物は、２〜18％のMgO＋０〜21％のZnOから
成る10〜25％のMgO＋ZnO（好ましくは＞16〜25％のMgO
＋ZnO）;20〜38％のAl2O3（好ましくは20〜35％のAl
2O3）;40〜52％のSiO2；ならびに２〜15％の少なくとも
１種の所定比率の酸化物であって最大８％のK2Oおよび
／またはRb2Oおよび／またはCs2O、最大10％のCaOおよ
び／またはSrOおよび／またはBaO（好ましく０〜５％の
BaO）および／またはPbO、および最大５％のB2O3から成
る群から選ばれるもの；から本質的に成るものである。
所望ならば、最大１％のAs2O3および／またはSb2O3を、
清澄剤としての慣習的役割のために含めてもよい。
意に富む組成物は、２〜18％のMgO＋０〜21％のZnOから
成る10〜25％のMgO＋ZnO（好ましくは＞16〜25％のMgO
＋ZnO）;20〜38％のAl2O3（好ましくは20〜35％のAl
2O3）;40〜52％のSiO2；ならびに２〜15％の少なくとも
１種の所定比率の酸化物であって最大８％のK2Oおよび
／またはRb2Oおよび／またはCs2O、最大10％のCaOおよ
び／またはSrOおよび／またはBaO（好ましく０〜５％の
BaO）および／またはPbO、および最大５％のB2O3から成
る群から選ばれるもの；から本質的に成るものである。
所望ならば、最大１％のAs2O3および／またはSb2O3を、
清澄剤としての慣習的役割のために含めてもよい。
LiO2および／またはNa2Oの存在もまた、この創意に富
むフリットの焼結温度を低下させるけれども、Li+およ
びNa+のイオンの大きさが小さすぎて、コーディエライ
ト構造の大きい空洞に組み入れるのに用いることはでき
ない。これに加えて、最終ガラスセラミックの電気的特
性に及ぼす悪影響は本質的な選抜性欠除に結びつく。ガ
ラスセラミック体の生産に慣習的に用いられる核生成
剤、たとえばSnO2，TiO2，ZrO2の介在は少量は許容され
るが、その存在は不必要であるにとどまらず、コーディ
エライト固溶体以外の結晶相を発生させるおそれを生じ
る。当然の結論として、それらは本質的に含まれないこ
とがのぞましい。
むフリットの焼結温度を低下させるけれども、Li+およ
びNa+のイオンの大きさが小さすぎて、コーディエライ
ト構造の大きい空洞に組み入れるのに用いることはでき
ない。これに加えて、最終ガラスセラミックの電気的特
性に及ぼす悪影響は本質的な選抜性欠除に結びつく。ガ
ラスセラミック体の生産に慣習的に用いられる核生成
剤、たとえばSnO2，TiO2，ZrO2の介在は少量は許容され
るが、その存在は不必要であるにとどまらず、コーディ
エライト固溶体以外の結晶相を発生させるおそれを生じ
る。当然の結論として、それらは本質的に含まれないこ
とがのぞましい。
（先行技術の説明） 支配的な結晶相としてコーディエライトを含むガラス
セラミック物品の実用規模の生産は、ジューヨーク・コ
ーニングのコーニングガラス製造会社がレードーム用に
コード9606のガラスセラミックノーズコーンを導入した
1950年代の後半に開始された。その当時のガラスセラミ
ックは核生成剤としてTiO2を利用し、その組成は米国特
許第2,920,971号の実施例15に近似であった。該特許
は、TiO2を核生成剤としコーディエライトを含むガラス
セラミックの数例を教示しているが、そのうち一つとし
て本発明の範囲に属する組成を有するものはない。しか
も、各ガラスセラミックはコーディエライト以外の結晶
相を含んでいる。これとは対照的に、この創意に富む製
品における本質的な単結晶相としてコーディエライト固
溶体が存在する方がはるかに好ましい。
セラミック物品の実用規模の生産は、ジューヨーク・コ
ーニングのコーニングガラス製造会社がレードーム用に
コード9606のガラスセラミックノーズコーンを導入した
1950年代の後半に開始された。その当時のガラスセラミ
ックは核生成剤としてTiO2を利用し、その組成は米国特
許第2,920,971号の実施例15に近似であった。該特許
は、TiO2を核生成剤としコーディエライトを含むガラス
セラミックの数例を教示しているが、そのうち一つとし
て本発明の範囲に属する組成を有するものはない。しか
も、各ガラスセラミックはコーディエライト以外の結晶
相を含んでいる。これとは対照的に、この創意に富む製
品における本質的な単結晶相としてコーディエライト固
溶体が存在する方がはるかに好ましい。
米国特許第3,450,546号は、重量にして12〜18％のMg
O、23〜36％のAl2O3、48〜60％のSiO2ならびに合計５％
以下の、CaO,SrO,BaO,La2O3,PbO,P2O5,ZnO,およびB2O3
から成る群からの少なくとも１種から本質的に成るガラ
ス組成物から、主要結晶相としてα−コーディエライト
を含む透明な焼結ガラスセラミック物品を製造すること
を開示している。その製造方法は、その組成のフリット
を有機質結合剤と混合し、その混合物を形づくってある
物体とし、その物体を500〜800℃の酸化雰囲気中で焼成
して結合剤を焼失させ、ガラスの粘度が106〜108ポイズ
になる温度にまで減圧下でその物体を焼成してガラス粒
子を焼結し、その後に焼結体を1200〜1425℃にまで焼成
してその場でガラスを結晶化することから成る。その特
許に述べられた組成範囲と本発明の実施可能な組成範囲
との間には文字上の重複部はあるものの、その特許の組
成物は、本発明のガラスとは作用を異にしていることは
明白である。たとえば、その特許の組成物は1200〜1425
℃の結晶化温度を必要とする一方、本発明のガラスは85
0〜1000℃の温度においてその場で結晶化する。したが
ってその特許は、アルカリ金属およびアルカリ土金属プ
ラスアルミニウムによるケイ素の置換、亜鉛プラスケイ
素によるアルミニウムの置換、亜鉛によるマグネシウム
の置換およびホウ素によるアルミニウムの置換が焼結温
度に及ぼす劇的な効果の認識を示すものではない。その
特許の実施例のどれ一つとして本発明に必要な範囲に属
するものはない。それ故、本発明に望まれる特性を発揮
する組成物の発見は、同時的にもしくは偶発的になされ
たものではない。
O、23〜36％のAl2O3、48〜60％のSiO2ならびに合計５％
以下の、CaO,SrO,BaO,La2O3,PbO,P2O5,ZnO,およびB2O3
から成る群からの少なくとも１種から本質的に成るガラ
ス組成物から、主要結晶相としてα−コーディエライト
を含む透明な焼結ガラスセラミック物品を製造すること
を開示している。その製造方法は、その組成のフリット
を有機質結合剤と混合し、その混合物を形づくってある
物体とし、その物体を500〜800℃の酸化雰囲気中で焼成
して結合剤を焼失させ、ガラスの粘度が106〜108ポイズ
になる温度にまで減圧下でその物体を焼成してガラス粒
子を焼結し、その後に焼結体を1200〜1425℃にまで焼成
してその場でガラスを結晶化することから成る。その特
許に述べられた組成範囲と本発明の実施可能な組成範囲
との間には文字上の重複部はあるものの、その特許の組
成物は、本発明のガラスとは作用を異にしていることは
明白である。たとえば、その特許の組成物は1200〜1425
℃の結晶化温度を必要とする一方、本発明のガラスは85
0〜1000℃の温度においてその場で結晶化する。したが
ってその特許は、アルカリ金属およびアルカリ土金属プ
ラスアルミニウムによるケイ素の置換、亜鉛プラスケイ
素によるアルミニウムの置換、亜鉛によるマグネシウム
の置換およびホウ素によるアルミニウムの置換が焼結温
度に及ぼす劇的な効果の認識を示すものではない。その
特許の実施例のどれ一つとして本発明に必要な範囲に属
するものはない。それ故、本発明に望まれる特性を発揮
する組成物の発見は、同時的にもしくは偶発的になされ
たものではない。
米国特許第4,221,047号は、集積回路装置用のガラス
セラミック多層パッケージを製作する方法に志向してい
る。この方法において実施可能であると述べられた２種
の組成物の重量パーセントは以下のとおりである： SiO2 55.00 SiO2 52.5 Al2O3 20.56 Al2O3 21.0 MgO 20.00 MgO 21.5 AlPO4 3.44 P2O5 2.0 B2O3 1.00 B2O3 1.0 これらの組成物のいずれも、本発明に必要な範囲に属
していない。
セラミック多層パッケージを製作する方法に志向してい
る。この方法において実施可能であると述べられた２種
の組成物の重量パーセントは以下のとおりである： SiO2 55.00 SiO2 52.5 Al2O3 20.56 Al2O3 21.0 MgO 20.00 MgO 21.5 AlPO4 3.44 P2O5 2.0 B2O3 1.00 B2O3 1.0 これらの組成物のいずれも、本発明に必要な範囲に属
していない。
米国特許第4,234,367号も同じく集積回路装置用のガ
ラスセラミック多層パッケージを製作する方法に向けら
れている。その方法に用いるのに適する組成物は重量％
でつぎの範囲に含まれると述べてある： SiO2 50.6〜52.5 SinO2 ０〜２ Al2O3 21〜22 P2O5 ０〜２ MgO 22〜24.2 ZrO2 ０〜２ B2O3 0.5〜２ これらの範囲は、本発明に必要とする組成範囲から外
れている。
ラスセラミック多層パッケージを製作する方法に向けら
れている。その方法に用いるのに適する組成物は重量％
でつぎの範囲に含まれると述べてある： SiO2 50.6〜52.5 SinO2 ０〜２ Al2O3 21〜22 P2O5 ０〜２ MgO 22〜24.2 ZrO2 ０〜２ B2O3 0.5〜２ これらの範囲は、本発明に必要とする組成範囲から外
れている。
米国特許第4,301,324号は、多層厚膜回路図形用の基
板として実施可能であると主張されるガラスセラミック
組成物の２族を限定している。一つの族は主要結晶相と
してβリシア輝石を含む物体から成り；他の族は、斜方
輝石の二次結晶相と共に主要結晶相としてコーディエラ
イトを含む物体から成る。コーディエライト含有ガラス
セラミックは重要パーセントとして本質的に下記の物質
から成る： SiO2 48〜55 P2O5 ０〜３ Al2O3 18〜23 TiO2 ０〜2.5 MgO 18〜25 SnO2 0〜2.5 ZnO 0〜２ ZrO2 0〜2.5 Li2O 0〜１ TiO2＋SnO2＋ZrO2 ５ B2O3 0〜３ その特許のガラスセラミックの微細構造は、本発明の
製品中に存在する微細構造とは、その特許の製品は多量
の斜方輝石の結晶を含むに反し、本発明の製品の結晶は
本質的にコーディエライトのみから成るという点におい
て全く異なる。したがってその特許の組成は、本発明の
組成の範囲外にあり；その特許に述べられた実施例のど
れ一つとして本発明に必要とする範囲に属する組成を有
するものはない。
板として実施可能であると主張されるガラスセラミック
組成物の２族を限定している。一つの族は主要結晶相と
してβリシア輝石を含む物体から成り；他の族は、斜方
輝石の二次結晶相と共に主要結晶相としてコーディエラ
イトを含む物体から成る。コーディエライト含有ガラス
セラミックは重要パーセントとして本質的に下記の物質
から成る： SiO2 48〜55 P2O5 ０〜３ Al2O3 18〜23 TiO2 ０〜2.5 MgO 18〜25 SnO2 0〜2.5 ZnO 0〜２ ZrO2 0〜2.5 Li2O 0〜１ TiO2＋SnO2＋ZrO2 ５ B2O3 0〜３ その特許のガラスセラミックの微細構造は、本発明の
製品中に存在する微細構造とは、その特許の製品は多量
の斜方輝石の結晶を含むに反し、本発明の製品の結晶は
本質的にコーディエライトのみから成るという点におい
て全く異なる。したがってその特許の組成は、本発明の
組成の範囲外にあり；その特許に述べられた実施例のど
れ一つとして本発明に必要とする範囲に属する組成を有
するものはない。
1986年12月27日、Louis M.HolleranとFrancis W.Mart
in名義により“誘電性基板に適するガラスセラミック”
と題して出願された米国特許出願第923,432号は、集積
回路用多層パッケージにおける基板としての使用に適す
るガラスセラミックを説明している。これらのガラスセ
ラミックは支配的結晶相として珪酸亜鉛鉱（2ZnO・Si
O2）を含み、コーディエライトの副次的結晶相を含むこ
とがある。それらの組成物は本質的に重量パーセントで
表示した下記の物質から成る： SiO2 30〜55 PbO ０〜５ Al2O3 10〜30 CaO＋SrO＋BaO＋PbO ０〜５ ZnO 15〜45 Cs2O ０〜７ B2O3 0〜５ MgO ０〜15 CaO 0〜５ MnO ０〜15 SrO 0〜５ BaO ０〜５ B2O3＋CaO＋SrO＋BaO＋ PbO＋Cs2O＋MgO＋MnO ０〜15 上記の組成範囲と本発明の組成範囲との間には文字上
の重複個所がある反面、前者の組成物は、本発明から生
じる生成物とは異なる生成物を生じることは極めて明白
である。それ故、その特許出願の組成物から造られるガ
ラスセラミックは支配的結晶相として珪酸亜鉛鉱を含
み；これとは対照的にコーディエライトは本発明のガラ
スセラミックの単独結晶相を本質的に構成している。本
発明製品に望まれる微細構造特性を立証するガラスセラ
ミックの発見は偶然のものでも付随的なものでもない
故、その特許出願の実施例のどれ一つとして本発明に必
要な組成範囲に属するものはない。
in名義により“誘電性基板に適するガラスセラミック”
と題して出願された米国特許出願第923,432号は、集積
回路用多層パッケージにおける基板としての使用に適す
るガラスセラミックを説明している。これらのガラスセ
ラミックは支配的結晶相として珪酸亜鉛鉱（2ZnO・Si
O2）を含み、コーディエライトの副次的結晶相を含むこ
とがある。それらの組成物は本質的に重量パーセントで
表示した下記の物質から成る： SiO2 30〜55 PbO ０〜５ Al2O3 10〜30 CaO＋SrO＋BaO＋PbO ０〜５ ZnO 15〜45 Cs2O ０〜７ B2O3 0〜５ MgO ０〜15 CaO 0〜５ MnO ０〜15 SrO 0〜５ BaO ０〜５ B2O3＋CaO＋SrO＋BaO＋ PbO＋Cs2O＋MgO＋MnO ０〜15 上記の組成範囲と本発明の組成範囲との間には文字上
の重複個所がある反面、前者の組成物は、本発明から生
じる生成物とは異なる生成物を生じることは極めて明白
である。それ故、その特許出願の組成物から造られるガ
ラスセラミックは支配的結晶相として珪酸亜鉛鉱を含
み；これとは対照的にコーディエライトは本発明のガラ
スセラミックの単独結晶相を本質的に構成している。本
発明製品に望まれる微細構造特性を立証するガラスセラ
ミックの発見は偶然のものでも付随的なものでもない
故、その特許出願の実施例のどれ一つとして本発明に必
要な組成範囲に属するものはない。
（好適実施態様の説明） 表−Ｉは、本発明のガラスを例証する前駆物質の群す
なわち熱的結晶化が可能なガラス組成物を、酸化物基準
の重量部によって提示する。個々の成分の合計は100も
しくはほゞ100になるために、あらゆる実用的な目的に
対して、この表示した数値は重量パーセントを指すもの
とみなしてもよい。実際のバッチ成分は、共融したとき
に適正な比率の所望酸化物に変換される酸化物以外の他
の化合物もしくは酸化物である任意の物質を含んでもよ
い。たとえばBaCO3はBaO源を構成することができる。
なわち熱的結晶化が可能なガラス組成物を、酸化物基準
の重量部によって提示する。個々の成分の合計は100も
しくはほゞ100になるために、あらゆる実用的な目的に
対して、この表示した数値は重量パーセントを指すもの
とみなしてもよい。実際のバッチ成分は、共融したとき
に適正な比率の所望酸化物に変換される酸化物以外の他
の化合物もしくは酸化物である任意の物質を含んでもよ
い。たとえばBaCO3はBaO源を構成することができる。
例証した組成物の各についての成分を配合し、ボール
ミルによって粉砕して均一な融成物の確保に役立つよう
にし、白金製ルツボに供給してその上に蓋を被せた。約
1600℃において操作する炉の中へそのルツボを移し、バ
ッチを約４ないし６時間溶融した。融成物の一部を鋼製
の型の中へ注いで寸法が８×４×0.5インチ（約20.3×1
0.15×1.27cm）のガラス平板を形成し、このガラス平板
を直ちに約700℃において操作する焼鈍器へ移した。融
成物を鋳込んで平板にすることによってガラスの品質を
検査することができる。しかも平板から見本を切り取っ
て、ガラスの各種物理的特性の試験に使うこともでき
る。別の手順においては、融成物を細い流れにして水道
水浴中に注いだが、これはガラス芸術において“ドライ
ゲージング”（drigaging）と称する慣例であり、生じ
たガラス粒子を乾燥した。
ミルによって粉砕して均一な融成物の確保に役立つよう
にし、白金製ルツボに供給してその上に蓋を被せた。約
1600℃において操作する炉の中へそのルツボを移し、バ
ッチを約４ないし６時間溶融した。融成物の一部を鋼製
の型の中へ注いで寸法が８×４×0.5インチ（約20.3×1
0.15×1.27cm）のガラス平板を形成し、このガラス平板
を直ちに約700℃において操作する焼鈍器へ移した。融
成物を鋳込んで平板にすることによってガラスの品質を
検査することができる。しかも平板から見本を切り取っ
て、ガラスの各種物理的特性の試験に使うこともでき
る。別の手順においては、融成物を細い流れにして水道
水浴中に注いだが、これはガラス芸術において“ドライ
ゲージング”（drigaging）と称する慣例であり、生じ
たガラス粒子を乾燥した。
つぎの実施例は実験室的研究を反映するものである
が、表−Ｉに記録された組成物は実用的大規模ガラス製
造用の設備や施設を利用してバッチを作り、溶融しかつ
形づくることが可能であると認識されるであろう。な
お、As2O3および／またはSb2O3の如き清澄化剤は実験室
的融生物中に混合しなかったが、実用的生産においては
清澄化剤を混合すれば最適のガラス品質を達成するのに
有用であろう。
が、表−Ｉに記録された組成物は実用的大規模ガラス製
造用の設備や施設を利用してバッチを作り、溶融しかつ
形づくることが可能であると認識されるであろう。な
お、As2O3および／またはSb2O3の如き清澄化剤は実験室
的融生物中に混合しなかったが、実用的生産においては
清澄化剤を混合すれば最適のガラス品質を達成するのに
有用であろう。
試験用サンプルを調製するには、ガラス平板およびド
ライゲージングした材料を細かく砕いて、平均粒径が約
３〜15ミクロンのフリットにし、少量の有機性結合剤／
媒体とそのフリットを混合し、その混合物を圧搾して直
径0.5インチ（12.7cm）高さ0.25インチ（6.4mm）のボタ
ン形円板にし、ついでこれらの円板を約950〜1000℃の
温度において約２時間焼成した。上記の組成物はすべ
て、充分に焼結された無孔質物体を生じた。結晶化した
円板のＸ線解析分析は、コーディエライトを象徴するピ
ークを示すパターンを呈したが、化学量論的コーディエ
ライトに比例してわずかに移動しており、それによって
コーディエライトの固溶体を示唆するものであった。
ライゲージングした材料を細かく砕いて、平均粒径が約
３〜15ミクロンのフリットにし、少量の有機性結合剤／
媒体とそのフリットを混合し、その混合物を圧搾して直
径0.5インチ（12.7cm）高さ0.25インチ（6.4mm）のボタ
ン形円板にし、ついでこれらの円板を約950〜1000℃の
温度において約２時間焼成した。上記の組成物はすべ
て、充分に焼結された無孔質物体を生じた。結晶化した
円板のＸ線解析分析は、コーディエライトを象徴するピ
ークを示すパターンを呈したが、化学量論的コーディエ
ライトに比例してわずかに移動しており、それによって
コーディエライトの固溶体を示唆するものであった。
表−IIは、電気加熱炉を利用し、前述の方法によって
圧搾した円板に適用した具体的な熱処理一覧表を提示す
るもので、併せてpsiによる破壊係数（MOR）、×10-7／
℃による線熱膨脹係数（Coef.Exp.）、室温および100kH
zにおける誘電率（D.C.）、および室温と100kHzにおけ
る散逸率（D.F.）を示してあるが、これらはセラミック
技術において慣習的な技法を利用して測定したものであ
る。つぎの一覧表においては、２時間のドエル時間終了
後、炉への電流を断って炉を放冷し、円板は炉内に保留
した。この“炉内放冷速度”の平均は約200〜300℃／時
であった。
圧搾した円板に適用した具体的な熱処理一覧表を提示す
るもので、併せてpsiによる破壊係数（MOR）、×10-7／
℃による線熱膨脹係数（Coef.Exp.）、室温および100kH
zにおける誘電率（D.C.）、および室温と100kHzにおけ
る散逸率（D.F.）を示してあるが、これらはセラミック
技術において慣習的な技法を利用して測定したものであ
る。つぎの一覧表においては、２時間のドエル時間終了
後、炉への電流を断って炉を放冷し、円板は炉内に保留
した。この“炉内放冷速度”の平均は約200〜300℃／時
であった。
既に説明したとおり、多層無機集積回路パッケージ
は、複数の個別回路層を焼結によって共に積層すること
によって形成され、そこで各層は、図形のついた導電層
とバイアス（Vias）と称する通し孔コネクターを構成
し、各層の図形のついた導電層を接続して予定の配線回
路を形成するために穴をあける。一般に個々の層は、有
機性結合剤によって共に結合された無機物質の極めて細
かく分割された粒子によって作られたテープから切断さ
れてきた。このようにしてかゝるパッケージを組立てる
ための一般的慣例は、つぎの工程を含むものであった：
（１）コネクター用に、テープにパンチ穴をあける；
（２）導電層をテープ上の被せる；（３）あらかじめ定
めた個数のテープをバイアスと共に重ね合わせる、すな
わち積層して適正に整合する；および（４）積層物を共
焼結する。
は、複数の個別回路層を焼結によって共に積層すること
によって形成され、そこで各層は、図形のついた導電層
とバイアス（Vias）と称する通し孔コネクターを構成
し、各層の図形のついた導電層を接続して予定の配線回
路を形成するために穴をあける。一般に個々の層は、有
機性結合剤によって共に結合された無機物質の極めて細
かく分割された粒子によって作られたテープから切断さ
れてきた。このようにしてかゝるパッケージを組立てる
ための一般的慣例は、つぎの工程を含むものであった：
（１）コネクター用に、テープにパンチ穴をあける；
（２）導電層をテープ上の被せる；（３）あらかじめ定
めた個数のテープをバイアスと共に重ね合わせる、すな
わち積層して適正に整合する；および（４）積層物を共
焼結する。
この慣例を模擬するために、前述の表−Ｉ中の実施例
のいくつかを、つぎの手順にしたがってテープに作り上
げた： ドライゲージしたガラス粒子を、Al2O3製のボールを
用いるボルミルによって約24時間粉砕し、粒子径を10ミ
クロン未満に減じた。その後その粉体をボールミル内で
24時間、有機媒体と混合し、固体対有機媒体の重量比が
3:2のものを生成した。その有機媒体は結合剤（ポリヴ
ィニルブチラール）、溶剤（トルエン）および界面活性
剤（リン酸エステル）から成るものであった。生成スラ
リーを、ドクターを使ってポリエステルフィルム上に連
続的に塗りつけて約0.005〜0.02インチ（0.13〜0.51m
m）の厚みとし、約25℃の空気中で乾燥して有機溶剤を
蒸発させた。このようにして形成したテープを切断して
約３×３インチ（7.62×7.62cm）の寸法のシートとし、
このシート８〜10枚を積み重ねた。この積み重ねを950
℃において２時間焼成し、約0.06インチ（1.52mm）の厚
みを有する一体化複合積層品に焼結した。その積層品を
焼成するとその場でガラス粉体が同時に結晶化し、それ
によって集積回路パッケージ用の基板として機能するこ
とができるガラスセラミック体が生じる。
のいくつかを、つぎの手順にしたがってテープに作り上
げた： ドライゲージしたガラス粒子を、Al2O3製のボールを
用いるボルミルによって約24時間粉砕し、粒子径を10ミ
クロン未満に減じた。その後その粉体をボールミル内で
24時間、有機媒体と混合し、固体対有機媒体の重量比が
3:2のものを生成した。その有機媒体は結合剤（ポリヴ
ィニルブチラール）、溶剤（トルエン）および界面活性
剤（リン酸エステル）から成るものであった。生成スラ
リーを、ドクターを使ってポリエステルフィルム上に連
続的に塗りつけて約0.005〜0.02インチ（0.13〜0.51m
m）の厚みとし、約25℃の空気中で乾燥して有機溶剤を
蒸発させた。このようにして形成したテープを切断して
約３×３インチ（7.62×7.62cm）の寸法のシートとし、
このシート８〜10枚を積み重ねた。この積み重ねを950
℃において２時間焼成し、約0.06インチ（1.52mm）の厚
みを有する一体化複合積層品に焼結した。その積層品を
焼成するとその場でガラス粉体が同時に結晶化し、それ
によって集積回路パッケージ用の基板として機能するこ
とができるガラスセラミック体が生じる。
表−IIIは、セラミック技術における慣用技法を用い
最終積層品について測定した数件の物理的特性を掲げた
ものである。密度はg/cm3により、破壊係数（MOR）はps
iにより、線熱膨脹係数（Coef.Exp.）は×10-7／℃によ
り、誘電率（D.C.）は室温と100kHzにおける値を、散逸
率は室温と100kHzにおける値を示す。
最終積層品について測定した数件の物理的特性を掲げた
ものである。密度はg/cm3により、破壊係数（MOR）はps
iにより、線熱膨脹係数（Coef.Exp.）は×10-7／℃によ
り、誘電率（D.C.）は室温と100kHzにおける値を、散逸
率は室温と100kHzにおける値を示す。
本発明の組成物の粉体は、共焼結して一体化物品と
し、その場で同時に極めて迅速に結晶化することができ
る；すなわち、曝露期間は、850〜1000℃の温度におい
て約10〜15分もあれば充分であり、焼成サイクル一式
は、室温（R.T25℃）を一回通過し結晶化温度を経て
室温に戻るまで約１時間以下を要するにすぎない。この
迅速な結晶化能力は、集積回路パッケージの製作には特
に望ましい。その理由は、厚膜混成回路の実用規模の製
作に用いられる形式の厚膜用インキに同じ程度に有用な
熱処理計画を利用して結晶化が確実に行なわれるからで
ある。
し、その場で同時に極めて迅速に結晶化することができ
る；すなわち、曝露期間は、850〜1000℃の温度におい
て約10〜15分もあれば充分であり、焼成サイクル一式
は、室温（R.T25℃）を一回通過し結晶化温度を経て
室温に戻るまで約１時間以下を要するにすぎない。この
迅速な結晶化能力は、集積回路パッケージの製作には特
に望ましい。その理由は、厚膜混成回路の実用規模の製
作に用いられる形式の厚膜用インキに同じ程度に有用な
熱処理計画を利用して結晶化が確実に行なわれるからで
ある。
テープの積層数が４をこえ、しかも／もしくは、積層
品の焼成が実質的に非酸化性雰囲気、たとえば窒素中や
還元性雰囲気、たとえば水素中で行なわれゝば、結晶化
の焼成操作に先立ち、積層品を250℃よりも若干高い温
度に、有機成分を実質的に完全に除去するに足りる時間
だけ最初に曝すのが望ましいであろう。
品の焼成が実質的に非酸化性雰囲気、たとえば窒素中や
還元性雰囲気、たとえば水素中で行なわれゝば、結晶化
の焼成操作に先立ち、積層品を250℃よりも若干高い温
度に、有機成分を実質的に完全に除去するに足りる時間
だけ最初に曝すのが望ましいであろう。
表−IVは、表−Ｉの実施例９を前述の手順にしたがっ
てテープに製作し、そのテープを積み重ね、ついでその
積み重ねたものをガラス焼鈍器に入れて下記の熱処理案
を施したものについて測定した物理的特性を列挙したも
のである： 室温―800℃、60℃／分の昇温にて 800―925℃、25℃／分の昇温にて 925―800℃、25℃／分の降温にて 800―室温、70℃／分の降温にて 見本を焼鈍炉の中へ導入してから取り出すまでの合計
時間は、約１時間よりも若干短かい程度であった。
てテープに製作し、そのテープを積み重ね、ついでその
積み重ねたものをガラス焼鈍器に入れて下記の熱処理案
を施したものについて測定した物理的特性を列挙したも
のである： 室温―800℃、60℃／分の昇温にて 800―925℃、25℃／分の昇温にて 925―800℃、25℃／分の降温にて 800―室温、70℃／分の降温にて 見本を焼鈍炉の中へ導入してから取り出すまでの合計
時間は、約１時間よりも若干短かい程度であった。
表−IIIと同様にして表−IVは、密度をg/cm3により、
破壊係数（MOR）をpsiにより、線熱膨脹係数（Coef.Ex
p.）を×10-7／℃により、誘電率（D.C.）を室温および
100kHzにおいて、散逸率（D.F.）を室温および100kHzに
おいて表示する。
破壊係数（MOR）をpsiにより、線熱膨脹係数（Coef.Ex
p.）を×10-7／℃により、誘電率（D.C.）を室温および
100kHzにおいて、散逸率（D.F.）を室温および100kHzに
おいて表示する。
表−IIIおよび表−IVに提示された特性値を比較する
と、本発明の狭に組成間隔以内において実施可能な比較
的広い範囲が明瞭に示されている。したがって、母材組
成および熱処理を綿密に制御することによって本発明の
組成物の物理的特性は可なり正確に調整することができ
る。
と、本発明の狭に組成間隔以内において実施可能な比較
的広い範囲が明瞭に示されている。したがって、母材組
成および熱処理を綿密に制御することによって本発明の
組成物の物理的特性は可なり正確に調整することができ
る。
前述の説明は、母材組成および熱処理パラメータを綿
密に制御することによって本発明のガラスセラミックの
物理的特性を可なり正確に調整できることを例証してい
る。実施例の10は最も好ましい組成物である。
密に制御することによって本発明のガラスセラミックの
物理的特性を可なり正確に調整できることを例証してい
る。実施例の10は最も好ましい組成物である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランシス ウィリス マーチン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870 ペインテッド ポスト ホーン ビー ドライブ 101 (56)参考文献 特開 昭59−83957（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】熱的に結晶化可能なガラスであって、その
場で焼結され結晶化されて、実質的に単一な結晶相とし
てコーディエライト固溶体を含む完全なガラスセラミッ
ク体となることが可能であり、熱的線膨脹係数が約12〜
60×10-7／℃、誘電率が約６未満を示し、該ガラスは実
質的にLi2OとNa2OとZrO2を含まず、酸化物基準による重
量パーセントによって表示するとき２〜18％MgO＋０〜2
1％ZnOから成る10〜25％のMgO＋ZnO;20〜38％のAl2O3;4
0〜52％のSiO2；K2OとRb2OとCs2Oとから成る群から選ば
れるアルカリ金属酸化物が最大８％、CaOとSrOとBaOとP
bOとから成る群から選ばれる二価金属酸化物が最大10％
およびB2O3が最大５％から成る群から選ばれる少なくと
も１種の酸化物が指定比率において合計２〜15％から本
質的に構成されることを特徴とする熱的に結晶化可能な
ガラス。 - 【請求項２】MgO＋ZnOを＞16〜25％、Al2O3を20〜35
％、および存在する場合はBaOを最大５％まで含むこと
を特徴とする請求項１記載の熱的に結晶化可能なガラ
ス。 - 【請求項３】ガラスセラミック体であって、誘電率が約
６未満および熱的線膨脹係数が約12〜60×10-7／℃を示
し、実質的に単一な結晶相としてコーディエライト固溶
体を含み、該ガラスセラミック体は実質的にLi2OとNa2O
とZrO2を含まない組成を有し、酸化物基準による重量パ
ーセントによって表示するとき２〜18％MgO＋０〜21％Z
nOから成る10〜25％のMgO＋ZnO;20〜38％のAl2O3;40〜5
2％のSiO2；K2OとRb2OとCs2Oとから成る群から選ばれる
アルカリ金属酸化物が最大８％、CaOとSrOとBaOとPbOと
から成る群から選ばれる二価金属酸化物が最大10％およ
びB2O3が最大５％から成る群から選ばれる少なくとも１
種の酸化物が指定比率において合計２〜15％から本質的
に構成されることを特徴とするガラスセラミック体。 - 【請求項４】MgO＋ZnOを＞16〜25％、Al2O3を20〜35％
および存在する場合はBaOを最大５％まで含むことを特
徴とする請求項３記載のガラスセラミック体。 - 【請求項５】ガラスセラミック材から成る集積回路パッ
ケージ用の基板であって、該ガラスセラミック材は誘電
率が約６未満および熱的線膨脹係数が約12〜60×10-7／
℃を示し、実質的に単一な結晶相としてコーディエライ
ト固溶体を含み、実質的にLi2OとNa2OとZrO2を含まない
組成を有し、酸化物基準による重量パーセントによって
表示するとき２〜18％のMgO＋０〜21％のZnOから成る10
〜25％のMgO＋ZnO;20〜38％のAl2O3;40〜52％のSi2O；K
2OとRb2OとCs2Oとから成る群から選ばれるアルカリ金属
酸化物が最大８％、CaOとSrOとBaOとPbOとから成る群か
ら選ばれる二価金属酸化物が最大10％およびB2O3が最大
５％から成る群から選ばれる少なくとも１種の酸化物が
指定比率において合計２〜15％から本質的に構成される
ことを特徴とする基板。 - 【請求項６】該ガラスセラミック材がMgO＋ZnOを＞16〜
25％、Al2O3を20〜35％および存在する場合にはBaOを最
大５％まで含むことを特徴とする請求項５記載の基板。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US4298087A | 1987-04-27 | 1987-04-27 | |
| US042980 | 1987-04-27 | ||
| US42980 | 1987-04-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63291834A JPS63291834A (ja) | 1988-11-29 |
| JP2521124B2 true JP2521124B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=21924805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63105355A Expired - Lifetime JP2521124B2 (ja) | 1987-04-27 | 1988-04-27 | 電子パッキング用のガラス−セラミックス、それに用いる熱的に結晶可能なガラス、および同ガラス−セラミックスを用いた基板 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0289222B1 (ja) |
| JP (1) | JP2521124B2 (ja) |
| KR (1) | KR880013242A (ja) |
| BR (1) | BR8801994A (ja) |
| CA (1) | CA1300648C (ja) |
| DE (1) | DE3886581T2 (ja) |
| HK (1) | HK58194A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794048A (en) * | 1987-05-04 | 1988-12-27 | Allied-Signal Inc. | Ceramic coated metal substrates for electronic applications |
| JP2736463B2 (ja) * | 1989-11-30 | 1998-04-02 | 京セラ株式会社 | 半導体素子収納用パッケージ |
| JP2736462B2 (ja) * | 1989-11-30 | 1998-04-02 | 京セラ株式会社 | 半導体素子収納用パッケージ |
| JP2736454B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1998-04-02 | 京セラ株式会社 | 半導体素子収納用パッケージ |
| JP2747613B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1998-05-06 | 京セラ株式会社 | 半導体素子収納用パッケージ |
| JP2736453B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1998-04-02 | 京セラ株式会社 | 半導体素子収納用パッケージ |
| US5001086A (en) * | 1989-10-26 | 1991-03-19 | Corning Incorporated | Sintered glass-ceramic body and method |
| US5498580A (en) * | 1993-03-30 | 1996-03-12 | Sumitomo Metal Industries Ltd. | Ceramic substrate and a method for producing the same |
| KR100320630B1 (ko) * | 1995-01-27 | 2002-07-02 | 윌리암 제이. 버크 | 유전손실이낮은유리 |
| JP7339605B2 (ja) * | 2017-02-28 | 2023-09-06 | 日本電気硝子株式会社 | アルミノケイ酸塩ガラス |
| WO2020071193A1 (ja) * | 2018-10-05 | 2020-04-09 | 日本電気硝子株式会社 | 無アルカリガラス板 |
| US11731907B2 (en) | 2020-08-04 | 2023-08-22 | Applied Materials, Inc. | Ceramic material with high thermal shock resistance and high erosion resistance |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1459178A (en) * | 1972-11-21 | 1976-12-22 | Dostal K V | Glass and glass-ceramics and compositions therefor |
| US3926648A (en) * | 1974-06-07 | 1975-12-16 | Corning Glass Works | Sintered cordierite glass-ceramic bodies |
| JPS5983957A (ja) * | 1982-10-30 | 1984-05-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 結晶化ガラス体 |
-
1988
- 1988-03-22 CA CA000562044A patent/CA1300648C/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-04-21 EP EP88303621A patent/EP0289222B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-04-21 DE DE3886581T patent/DE3886581T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-04-25 KR KR1019880004706A patent/KR880013242A/ko not_active Application Discontinuation
- 1988-04-26 BR BR8801994A patent/BR8801994A/pt unknown
- 1988-04-27 JP JP63105355A patent/JP2521124B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-06-04 HK HK58194A patent/HK58194A/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| HK58194A (en) | 1994-06-17 |
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| KR880013242A (ko) | 1988-11-30 |
| DE3886581T2 (de) | 1994-07-21 |
| CA1300648C (en) | 1992-05-12 |
| EP0289222B1 (en) | 1993-12-29 |
| DE3886581D1 (de) | 1994-02-10 |
| BR8801994A (pt) | 1988-11-29 |
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