JP2523266B2 - 配線回路用セラミック基板の製造方法 - Google Patents
配線回路用セラミック基板の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は、新規な配線回路用セラミ
ック基板に係り、特に高密度の配線を有し、電気信号の
入出力のためのピンを取り付けたり、半導体部品を搭載
して機能モジュールを構成するために好適な配線回路用
セラミック基板の製造方法に関する。
ック基板に係り、特に高密度の配線を有し、電気信号の
入出力のためのピンを取り付けたり、半導体部品を搭載
して機能モジュールを構成するために好適な配線回路用
セラミック基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の集積回路は、高速化、
高密度化にともなって、放熱や素子の高速化を計るため
にセラミック基板上に直接チップを実装する方式が用い
られるようになってきている。しかしながら、この実装
方式においては、ＬＳＩ等の集積回路のサイズが大きく
なるにつれて、ＬＳＩ等の集積回路材料とセラミック多
層配線回路基板材料との間で実装時の温度変化によって
生ずる応力が大きくなるという問題点があった。すなわ
ち、従来より一般にセラミック多層配線回路基板の絶縁
材料として使用されているアルミナの熱膨張係数７５×
１０-7／℃（室温〜５００℃）であり、この値はＬＳＩ
等の集積回路材料であるシリコンの熱膨張係数３５×１
０〜7／℃（室温〜５００℃）に比べて２倍以上大きい
ため、実装時の温度変化により生ずる応力が大きくな
り、接続部の信頼性低下という問題があった。また、ア
ルミナ系材料の焼成温度は１５００〜１６５０℃であ
り、配線回路をセラミックスの構成と同時に形成するた
めに適用できる導体材料はタングステンまたはモリブデ
ンなどである。しかしながら、タングステンまたはモリ
ブデンの熱膨張係数がそれぞれ４５×１０-7，５４×１
０-7／℃（室温〜５００℃）であり、アルミナ系材料と
同時焼成すると、これらの熱膨張係数の差により、配線
基板の内部にクラックが発生する問題があった。また、
アルミナを主成分とする焼結体を絶縁材料に使った基板
の問題は、電気信号の伝播速度が遅いということであ
り、この原因としては、アルミナ自身の比誘電率が９．
５％（１ＭＨｚ）と大きいためである。
高密度化にともなって、放熱や素子の高速化を計るため
にセラミック基板上に直接チップを実装する方式が用い
られるようになってきている。しかしながら、この実装
方式においては、ＬＳＩ等の集積回路のサイズが大きく
なるにつれて、ＬＳＩ等の集積回路材料とセラミック多
層配線回路基板材料との間で実装時の温度変化によって
生ずる応力が大きくなるという問題点があった。すなわ
ち、従来より一般にセラミック多層配線回路基板の絶縁
材料として使用されているアルミナの熱膨張係数７５×
１０-7／℃（室温〜５００℃）であり、この値はＬＳＩ
等の集積回路材料であるシリコンの熱膨張係数３５×１
０〜7／℃（室温〜５００℃）に比べて２倍以上大きい
ため、実装時の温度変化により生ずる応力が大きくな
り、接続部の信頼性低下という問題があった。また、ア
ルミナ系材料の焼成温度は１５００〜１６５０℃であ
り、配線回路をセラミックスの構成と同時に形成するた
めに適用できる導体材料はタングステンまたはモリブデ
ンなどである。しかしながら、タングステンまたはモリ
ブデンの熱膨張係数がそれぞれ４５×１０-7，５４×１
０-7／℃（室温〜５００℃）であり、アルミナ系材料と
同時焼成すると、これらの熱膨張係数の差により、配線
基板の内部にクラックが発生する問題があった。また、
アルミナを主成分とする焼結体を絶縁材料に使った基板
の問題は、電気信号の伝播速度が遅いということであ
り、この原因としては、アルミナ自身の比誘電率が９．
５％（１ＭＨｚ）と大きいためである。
【０００３】従って、セラミック材料の熱膨張係数がシ
リコンのそれに近く、また比誘電率が小さい基板の一例
として特開昭５５−１３９７０９号「ムライト基板の製
造方法」である。この公報によれば、コージェライトが
ムライト主結晶間に生成されることにより、コージェラ
イトの熱膨張係数が１０〜２０×１０-7／℃（室温〜５
００℃）である事を利用してムライト基板の熱膨張係数
をムライト単体より下げる事によりシリコンに近い熱膨
張係数３８〜３９×１０-7／℃を得ている。
リコンのそれに近く、また比誘電率が小さい基板の一例
として特開昭５５−１３９７０９号「ムライト基板の製
造方法」である。この公報によれば、コージェライトが
ムライト主結晶間に生成されることにより、コージェラ
イトの熱膨張係数が１０〜２０×１０-7／℃（室温〜５
００℃）である事を利用してムライト基板の熱膨張係数
をムライト単体より下げる事によりシリコンに近い熱膨
張係数３８〜３９×１０-7／℃を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような利
点があるにもかかわらずセラミック材料と導体材料とを
同時焼成してなるセラミック回路基板ができないのは、
コージェライト相が存在する１５００℃付近の温度で焼
成しなければならないため、焼結しにくい導体材料であ
るタングステンまたはモリブデンと同時焼成できないか
らである。また、タングステンまたはモリブデンの熱膨
張係数は各々４５×１０-7／℃，５４×１０-7／℃であ
るので、その熱膨張差が大きく、アルミナとの同時焼成
時にクラックが発生するからである。
点があるにもかかわらずセラミック材料と導体材料とを
同時焼成してなるセラミック回路基板ができないのは、
コージェライト相が存在する１５００℃付近の温度で焼
成しなければならないため、焼結しにくい導体材料であ
るタングステンまたはモリブデンと同時焼成できないか
らである。また、タングステンまたはモリブデンの熱膨
張係数は各々４５×１０-7／℃，５４×１０-7／℃であ
るので、その熱膨張差が大きく、アルミナとの同時焼成
時にクラックが発生するからである。
【０００５】そこで、本発明は、タングステンまたはモ
リブデンの熱膨張係数に近く、低比誘電率でかつ高強度
の配線回路用セラミック基板の製造方法を提供すること
を目的とする。
リブデンの熱膨張係数に近く、低比誘電率でかつ高強度
の配線回路用セラミック基板の製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ムライ
トを主成分とし、二酸化珪素、酸化アルミニウムと二酸
化珪素とがモル比で１対０．７〜１の複合酸化物、及び
アルカリ土類金属酸化物を含有するセラミック基板と、
該基板に形成された導体層とを有する配線回路用セラミ
ック基板が提供される。
トを主成分とし、二酸化珪素、酸化アルミニウムと二酸
化珪素とがモル比で１対０．７〜１の複合酸化物、及び
アルカリ土類金属酸化物を含有するセラミック基板と、
該基板に形成された導体層とを有する配線回路用セラミ
ック基板が提供される。
【０００７】前記ムライトは酸化アルミニウム（Ａｌ2
Ｏ3）と二酸化珪素（ＳｉＯ2）とがモル比で３以上４未
満対２の組成であり、含有量は７０重量％以上が好まし
い。特に、ムライトはＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の比が３〜
３．５対２が好ましい。
Ｏ3）と二酸化珪素（ＳｉＯ2）とがモル比で３以上４未
満対２の組成であり、含有量は７０重量％以上が好まし
い。特に、ムライトはＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の比が３〜
３．５対２が好ましい。
【０００８】前記二酸化珪素（ＳｉＯ2）は３０重量％
以下であり、非晶質（ガラス）であり、ムライト結晶の
粒界に形成されているのが好ましい。特に、１５〜３０
重量％が好ましい。
以下であり、非晶質（ガラス）であり、ムライト結晶の
粒界に形成されているのが好ましい。特に、１５〜３０
重量％が好ましい。
【０００９】前記複合酸化物はアンダルサイト、カイア
ナイトおよびシリマナイトの少なくとも１つであるのが
好ましい。ムライトは化学量論的に酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）リッチな３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2が好まし
く、複合酸化物はＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2が好ましい。Ａｌ2
Ｏ3・ＳｉＯ2は１〜１５重量％が好ましい。
ナイトおよびシリマナイトの少なくとも１つであるのが
好ましい。ムライトは化学量論的に酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）リッチな３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2が好まし
く、複合酸化物はＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2が好ましい。Ａｌ2
Ｏ3・ＳｉＯ2は１〜１５重量％が好ましい。
【００１０】本発明によれば、ムライトを主成分とし、
二酸化珪素、酸化アルミニウムと二酸化珪素とがモル比
で１対０．７〜１の複合酸化物、酸化アルミニウム、お
よびアルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の群
から選ばれた少なくとも１種を含有するセラミック基板
と、該基板に形成された導体層とを有する配線回路用セ
ラミック基板が提供される。
二酸化珪素、酸化アルミニウムと二酸化珪素とがモル比
で１対０．７〜１の複合酸化物、酸化アルミニウム、お
よびアルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の群
から選ばれた少なくとも１種を含有するセラミック基板
と、該基板に形成された導体層とを有する配線回路用セ
ラミック基板が提供される。
【００１１】上記セラミック基板は、重量で、ムライト
（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）７０％以上、二酸化珪素
（ＳｉＯ2）３０％以下、複合酸化物（Ａｌ2Ｏ3・Ｓｉ
Ｏ2）３０％以下、酸化アルミニウム１５％以下、アル
カリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物から選ば
れた少なくとも１種を１％以下含むことが好ましい。
（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）７０％以上、二酸化珪素
（ＳｉＯ2）３０％以下、複合酸化物（Ａｌ2Ｏ3・Ｓｉ
Ｏ2）３０％以下、酸化アルミニウム１５％以下、アル
カリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物から選ば
れた少なくとも１種を１％以下含むことが好ましい。
【００１２】特に、ムライト７０％以上、ＳｉＯ2１５
％以下、Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2１０％以下からなり、Ａｌ2
Ｏ3５％以下およびアルカリ土類金属酸化物またはアル
カリ金属酸化物１％以下がムライト中に実質的に固溶し
ており、別の結晶相として存在しないものが好ましい。
％以下、Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2１０％以下からなり、Ａｌ2
Ｏ3５％以下およびアルカリ土類金属酸化物またはアル
カリ金属酸化物１％以下がムライト中に実質的に固溶し
ており、別の結晶相として存在しないものが好ましい。
【００１３】前記アルカリ金属酸化物およびアルカリ土
類金属酸化物は前記ムライト中に実質的に全部固溶して
いるのが好ましい。アルカリ金属酸化物には、リチウ
ム，ナトリウム，カリウム，ルビジウム，セシウム酸化
物があり、アルカリ土類金属酸化物にはベリリウム，マ
グネシウム，カルシウム，ストロンチウム，バリウム酸
化物がある。
類金属酸化物は前記ムライト中に実質的に全部固溶して
いるのが好ましい。アルカリ金属酸化物には、リチウ
ム，ナトリウム，カリウム，ルビジウム，セシウム酸化
物があり、アルカリ土類金属酸化物にはベリリウム，マ
グネシウム，カルシウム，ストロンチウム，バリウム酸
化物がある。
【００１４】本発明は、重量で、平均粒径５μｍ以下の
ムライト粉末７０％以上、平均粒径２μｍ以下の二酸化
珪素粉末３０％以下、平均粒径１μｍ以下の酸化アルミ
ニウム粉末１５％以下、およびアルカリ土類金属酸化物
粉末１％以下を含んだ混合粉末を加圧成形した後、焼成
し、次いで得られたセラミック基板に導体層を形成させ
る配線回路用セラミック基板の製造方法にある。
ムライト粉末７０％以上、平均粒径２μｍ以下の二酸化
珪素粉末３０％以下、平均粒径１μｍ以下の酸化アルミ
ニウム粉末１５％以下、およびアルカリ土類金属酸化物
粉末１％以下を含んだ混合粉末を加圧成形した後、焼成
し、次いで得られたセラミック基板に導体層を形成させ
る配線回路用セラミック基板の製造方法にある。
【００１５】前記焼成温度は１５５０〜１６８０℃が好
ましく、特に１５８０〜１６２０℃が好ましい。
ましく、特に１５８０〜１６２０℃が好ましい。
【００１６】
【作用】前記酸化アルミニウムはムライトの焼結助剤と
して用いられ、ムライト，シリマナイトを生成する。
して用いられ、ムライト，シリマナイトを生成する。
【００１７】ＳｉＯ2の添加は比誘電率を低め、かつム
ライトの焼結に際し粒成長を押え、強度を向上させる。
ＳｉＯ2は１０〜３０％が好ましい。４０％では強度上
好ましくない。特に、セラミック多層配線回路基板を作
製する場合には、導体配線材料を印刷したグリーンシー
トを多数枚積層する方法により、高密度に配線されたセ
ラミック多層配線回路基板が作製される。しかし、内部
配線導体を高密度に配線しようとすると、セラミック絶
縁材料と配線導体材料との熱膨張係数差によりクラック
が発生する。セラミック絶縁材料としてアルミナを用
い、配線導体材料としてタングステンを用いて高密度に
配線した場合には、アルミナの熱膨張係数７５×１０-7
／℃（室温〜５００℃）とタングステンの熱膨張係数４
５×１０-7／℃（室温〜５００℃）の差による熱応力の
ために、基板内部にクラックが発生するという問題が生
じた。そこで、内部配線導体材料に用いるタングステン
またはモリブデンの熱膨張係数４５×１０-7および５４
×１０-7／℃に近いセラミック絶縁材料を開発する必要
がある。また、セラミック多層配線回路基板に直接はん
だ等で搭載する半導体部品の熱膨張係数にも近いセラミ
ック絶縁材料が要求される。アルミナを主成分としたセ
ラミック絶縁材料の熱膨張係数は７５×１０-7／℃（室
温〜５００℃）であるため、半導体部品であるシリコン
半導体素子の熱膨張係数３５×１０-7／℃（室温〜５０
０℃）の２倍以上熱膨張係数が異なる。そのため、実装
時の温度変化により生ずる応力が大きくなり、接続部の
信頼性が低下し、断線等が生じる問題があった。また、
近年半導体部品にガリウム−ヒ素半導体素子が用いられ
つつある。このガリウム−ヒ素半導体素子の熱膨張係数
は６５×１０-7／℃である。そのため、シリコン半導体
素子とガリウム−ヒ素半導体素子を同一基板上に搭載す
る場合には、これらの半導体素子の熱膨張係数に近いセ
ラミック絶縁材料である必要がある。シリコン半導体素
子の熱膨張係数３５×１０-7／℃とガリウム−ヒ素半導
体素子の熱膨張係数６５×１０-7／℃のどちらにも近い
セラミック絶縁材料すなわち、熱膨張係数が３５〜６５
×１０-7／℃であること、好ましくは、４０〜６０×１
０-7／℃であることが必要である。この値は、内部配線
導体材料を用いるタングステンまたはモリブデンの熱膨
張係数４５×１０-7／℃と５４×１０-7／℃に近い。こ
のような熱膨張係数をもつセラミック絶縁材料として
は、４２〜４５×１０-7／℃の熱膨張係数をもつ３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2や３５〜７５×１０-7／℃の熱膨張係
数をもつＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2等がある。これらの結晶相
を主成分とした焼結体は、熱膨張係数４０〜６０×１０
-7／℃のセラミック絶縁材料となる。また、Ａｌ2Ｏ3・
ＳｉＯ2としては、アンダルサイト，カイアナイトおよ
びシリマナイトなる結晶相があるが、いずれも熱膨張係
数がほぼ同じであり、いずれの結晶相であっても熱膨張
係数はほとんど変らない。一方、アルミナを主成分とす
る焼結体をセラミック絶縁材料に用いたセラミック多層
配線回路基板は、アルミナの比誘電率が９．５（１ＭＨ
ｚ）と大きいために、電気信号の伝播速度が遅いという
問題がある。比誘電率を低くするためには、セラミック
絶縁材料を構成する結晶相の比誘電率を低くする必要が
ある。配線導体材料として用いられるタングステンまた
はモリブデン導体材料と同時に構成できる可能性があり
比誘電率が小さいアルミノシリケート材料として３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2等がある。これら
のセラミック絶縁材料は、それ自身の比誘電率は６〜７
（１ＭＨｚ）である。これらの結晶相からなるセラミッ
ク絶縁材料は、比誘電率が小さく、電気信号の伝播速度
が速いセラミック多層配線回路基板が得られる。
ライトの焼結に際し粒成長を押え、強度を向上させる。
ＳｉＯ2は１０〜３０％が好ましい。４０％では強度上
好ましくない。特に、セラミック多層配線回路基板を作
製する場合には、導体配線材料を印刷したグリーンシー
トを多数枚積層する方法により、高密度に配線されたセ
ラミック多層配線回路基板が作製される。しかし、内部
配線導体を高密度に配線しようとすると、セラミック絶
縁材料と配線導体材料との熱膨張係数差によりクラック
が発生する。セラミック絶縁材料としてアルミナを用
い、配線導体材料としてタングステンを用いて高密度に
配線した場合には、アルミナの熱膨張係数７５×１０-7
／℃（室温〜５００℃）とタングステンの熱膨張係数４
５×１０-7／℃（室温〜５００℃）の差による熱応力の
ために、基板内部にクラックが発生するという問題が生
じた。そこで、内部配線導体材料に用いるタングステン
またはモリブデンの熱膨張係数４５×１０-7および５４
×１０-7／℃に近いセラミック絶縁材料を開発する必要
がある。また、セラミック多層配線回路基板に直接はん
だ等で搭載する半導体部品の熱膨張係数にも近いセラミ
ック絶縁材料が要求される。アルミナを主成分としたセ
ラミック絶縁材料の熱膨張係数は７５×１０-7／℃（室
温〜５００℃）であるため、半導体部品であるシリコン
半導体素子の熱膨張係数３５×１０-7／℃（室温〜５０
０℃）の２倍以上熱膨張係数が異なる。そのため、実装
時の温度変化により生ずる応力が大きくなり、接続部の
信頼性が低下し、断線等が生じる問題があった。また、
近年半導体部品にガリウム−ヒ素半導体素子が用いられ
つつある。このガリウム−ヒ素半導体素子の熱膨張係数
は６５×１０-7／℃である。そのため、シリコン半導体
素子とガリウム−ヒ素半導体素子を同一基板上に搭載す
る場合には、これらの半導体素子の熱膨張係数に近いセ
ラミック絶縁材料である必要がある。シリコン半導体素
子の熱膨張係数３５×１０-7／℃とガリウム−ヒ素半導
体素子の熱膨張係数６５×１０-7／℃のどちらにも近い
セラミック絶縁材料すなわち、熱膨張係数が３５〜６５
×１０-7／℃であること、好ましくは、４０〜６０×１
０-7／℃であることが必要である。この値は、内部配線
導体材料を用いるタングステンまたはモリブデンの熱膨
張係数４５×１０-7／℃と５４×１０-7／℃に近い。こ
のような熱膨張係数をもつセラミック絶縁材料として
は、４２〜４５×１０-7／℃の熱膨張係数をもつ３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2や３５〜７５×１０-7／℃の熱膨張係
数をもつＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2等がある。これらの結晶相
を主成分とした焼結体は、熱膨張係数４０〜６０×１０
-7／℃のセラミック絶縁材料となる。また、Ａｌ2Ｏ3・
ＳｉＯ2としては、アンダルサイト，カイアナイトおよ
びシリマナイトなる結晶相があるが、いずれも熱膨張係
数がほぼ同じであり、いずれの結晶相であっても熱膨張
係数はほとんど変らない。一方、アルミナを主成分とす
る焼結体をセラミック絶縁材料に用いたセラミック多層
配線回路基板は、アルミナの比誘電率が９．５（１ＭＨ
ｚ）と大きいために、電気信号の伝播速度が遅いという
問題がある。比誘電率を低くするためには、セラミック
絶縁材料を構成する結晶相の比誘電率を低くする必要が
ある。配線導体材料として用いられるタングステンまた
はモリブデン導体材料と同時に構成できる可能性があり
比誘電率が小さいアルミノシリケート材料として３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2等がある。これら
のセラミック絶縁材料は、それ自身の比誘電率は６〜７
（１ＭＨｚ）である。これらの結晶相からなるセラミッ
ク絶縁材料は、比誘電率が小さく、電気信号の伝播速度
が速いセラミック多層配線回路基板が得られる。
【００１８】以上のように、多層配線を行う場合でも、
本願発明のセラミック基板は好適である。
本願発明のセラミック基板は好適である。
【００１９】また、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2をＡｌ
2Ｏ3，ＳｉＯ2，アルカリ土類金属酸化物またはアルカ
リ金属酸化物で焼結する系として添加するＳｉＯ2量を
多くして、焼成後に３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3
・ＳｉＯ2の結晶相を形成することにした。しかし、ア
ルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物の量が多い
と、焼結性は良くなるが、これらの酸化物とＡｌ2Ｏ3ま
たはＳｉＯ2との結晶相もしくは非晶質複合酸化物が生
成されセラミック絶縁材料の強度が低下した。また、比
誘電率も高いことから、アルカリ金属酸化物とアルカリ
土類金属酸化物の合計量は１ｗｔ％以下で、３Ａｌ2Ｏ3
・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2の固溶限を越えないこ
とが要求される。すなわち、アルカリ金属酸化物やアル
カリ土類金属酸化物からなる結晶相を含まないセラミッ
ク絶縁材料としなければならない。また、アルカリ金属
酸化物とアルカリ土類金属酸化物を１ｗｔ％より多く含
んだセラミック絶縁材料では、焼成が十分に行える温度
範囲で、焼成収縮率がばらつき、安定した焼結体を得る
ことができなかった。これは、焼結体中の結晶相が安定
しないためであることがＸ線回折により確認された。
2Ｏ3，ＳｉＯ2，アルカリ土類金属酸化物またはアルカ
リ金属酸化物で焼結する系として添加するＳｉＯ2量を
多くして、焼成後に３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3
・ＳｉＯ2の結晶相を形成することにした。しかし、ア
ルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物の量が多い
と、焼結性は良くなるが、これらの酸化物とＡｌ2Ｏ3ま
たはＳｉＯ2との結晶相もしくは非晶質複合酸化物が生
成されセラミック絶縁材料の強度が低下した。また、比
誘電率も高いことから、アルカリ金属酸化物とアルカリ
土類金属酸化物の合計量は１ｗｔ％以下で、３Ａｌ2Ｏ3
・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2の固溶限を越えないこ
とが要求される。すなわち、アルカリ金属酸化物やアル
カリ土類金属酸化物からなる結晶相を含まないセラミッ
ク絶縁材料としなければならない。また、アルカリ金属
酸化物とアルカリ土類金属酸化物を１ｗｔ％より多く含
んだセラミック絶縁材料では、焼成が十分に行える温度
範囲で、焼成収縮率がばらつき、安定した焼結体を得る
ことができなかった。これは、焼結体中の結晶相が安定
しないためであることがＸ線回折により確認された。
【００２０】また、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類
金属酸化物は大気中では非常に不安定な物質であり、放
置していると水分等を吸収する。そのため、これらの酸
化物を添加する時には、炭酸化物または水酸化物として
添加する方法がとられる。炭酸化物または水酸化物は、
昇温過程で分解し、炭酸ガスまたは水分を放出する。こ
の際、酸化物は活性な状態となり、焼結性をよくする効
果もある。
金属酸化物は大気中では非常に不安定な物質であり、放
置していると水分等を吸収する。そのため、これらの酸
化物を添加する時には、炭酸化物または水酸化物として
添加する方法がとられる。炭酸化物または水酸化物は、
昇温過程で分解し、炭酸ガスまたは水分を放出する。こ
の際、酸化物は活性な状態となり、焼結性をよくする効
果もある。
【００２１】二酸化珪素（ＳｉＯ2）は酸化物中最も比
誘電率が小さく、添加する量を多くすることによりセラ
ミック絶縁材料の比誘電率を小さくできる。すなわち、
３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2にＳｉＯ2を添加することによ
り、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の比誘電率より低くするこ
とになる。また、ＳｉＯ2を添加することにより同時に
添加したＡｌ2Ｏ3もしくは３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2と拡
散反応し、Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2結晶相を生成する。その
ため、セラミック絶縁材料中に３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2
とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2なる結晶相ができる。これらの結
晶相は非常に安定であり、１６００℃付近の温度では変
化しない。このことにより焼成収縮率がある温度以上で
の焼成によって安定し、セラミック多層配線回路基板材
料としては有望である。また、ＳｉＯ2を多く添加する
と、焼成時に３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の粒成長を抑制す
る効果があることがわかった。このことにより比誘電率
の低下とともに強度の向上が得られた。ＳｉＯ2の添加
量としては、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2以外の原料成分中
７５ｗｔ％より多く添加することにより最も効果が大き
いことがわかった。
誘電率が小さく、添加する量を多くすることによりセラ
ミック絶縁材料の比誘電率を小さくできる。すなわち、
３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2にＳｉＯ2を添加することによ
り、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の比誘電率より低くするこ
とになる。また、ＳｉＯ2を添加することにより同時に
添加したＡｌ2Ｏ3もしくは３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2と拡
散反応し、Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2結晶相を生成する。その
ため、セラミック絶縁材料中に３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2
とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2なる結晶相ができる。これらの結
晶相は非常に安定であり、１６００℃付近の温度では変
化しない。このことにより焼成収縮率がある温度以上で
の焼成によって安定し、セラミック多層配線回路基板材
料としては有望である。また、ＳｉＯ2を多く添加する
と、焼成時に３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の粒成長を抑制す
る効果があることがわかった。このことにより比誘電率
の低下とともに強度の向上が得られた。ＳｉＯ2の添加
量としては、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2以外の原料成分中
７５ｗｔ％より多く添加することにより最も効果が大き
いことがわかった。
【００２２】セラミック多層配線回路基板の作製方法に
は、まずグリーンボディ（生の成形体）を作製し、これ
に配線導体を形成し多数枚一括積層し同時焼成を行う必
要がある。それには、グリーンシート法の他にスリップ
キャスティング法，プレス法による金型成形法，インジ
ェクションモールド法等がある。
は、まずグリーンボディ（生の成形体）を作製し、これ
に配線導体を形成し多数枚一括積層し同時焼成を行う必
要がある。それには、グリーンシート法の他にスリップ
キャスティング法，プレス法による金型成形法，インジ
ェクションモールド法等がある。
【００２３】グリーンシート法は、原料粉に溶剤および
熱可塑性の樹脂を添加し、攪拌したスラリを脱気した後
ドクタープレードを有したグリーンシート作製装置によ
りグリーンシートを作製する方法である。
熱可塑性の樹脂を添加し、攪拌したスラリを脱気した後
ドクタープレードを有したグリーンシート作製装置によ
りグリーンシートを作製する方法である。
【００２４】スリップキャスティング法は、原料粉に
水，分散剤および熱可塑性等の樹脂を添加し攪拌したス
ラリを例えば石こう型内へ流し込んで作製する方法であ
る。
水，分散剤および熱可塑性等の樹脂を添加し攪拌したス
ラリを例えば石こう型内へ流し込んで作製する方法であ
る。
【００２５】プレスによる金型成形法は、原料粉に溶剤
および熱可塑性等の樹脂を添加し、らいかい機等で混合
攪拌した原料粉をふるい、造粒した後、金属内に入れて
荷重を加えて作製する方法である。
および熱可塑性等の樹脂を添加し、らいかい機等で混合
攪拌した原料粉をふるい、造粒した後、金属内に入れて
荷重を加えて作製する方法である。
【００２６】インジェクションモールド法は、原料粉に
熱可塑性樹脂またはワックス等を加えて射出成形する方
法である。
熱可塑性樹脂またはワックス等を加えて射出成形する方
法である。
【００２７】もちろん、多層化しない場合の配線回路用
セラミック基板であれば、グリーンボディに配線導体を
形成し、焼成することによって作製できる。
セラミック基板であれば、グリーンボディに配線導体を
形成し、焼成することによって作製できる。
【００２８】
（実施例１）本発明の配線回路用セラミック基板の一実
施例を図１に断面図として示す。図において、１はセラ
ミック絶縁材料であり、図中の太線で示されているのが
配線導体材料８である。また、これらの導体層の相互間
は図中の上下方向の太線で示した所定のスルーホール導
体で接続されている。４は、金−インジウムろう５で接
続されたコバールピン、６は、はんだ７で接続された半
導体部品を示している。
施例を図１に断面図として示す。図において、１はセラ
ミック絶縁材料であり、図中の太線で示されているのが
配線導体材料８である。また、これらの導体層の相互間
は図中の上下方向の太線で示した所定のスルーホール導
体で接続されている。４は、金−インジウムろう５で接
続されたコバールピン、６は、はんだ７で接続された半
導体部品を示している。
【００２９】次に、本発明の配線回路用セラミック基板
の製造方法の実施例を説明する。なお、以下の記載中、
部とあるのは重量部を、％とあるのは重量％を意味す
る。
の製造方法の実施例を説明する。なお、以下の記載中、
部とあるのは重量部を、％とあるのは重量％を意味す
る。
【００３０】平均粒径２μｍの若干アルミナリッチのム
ライト粉末（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）７２部、平均粒
径１μｍの石英粉末（ＳｉＯ2）２５．３部、平均粒径
０．４μｍのアルミナ粉末（Ａｌ2Ｏ3）１．９部及び平
均粒径０．３μｍの炭酸マグネシウム（Ｍｇ3（ＣＯ3）
4（ＯＨ）3・５Ｈ2Ｏ）をＭｇＯに換算して０．８部
に、樹脂として平均重合度１０００のポリビニルブチラ
ール５．９部をボールミルに入れ、３時間乾式混合す
る。さらに、可塑剤としてブチルフタリルグリコール酸
ブチル１．９ｍｌ、溶媒としてトリクロロエチレン４６
部、テトラクロロエチレン１７部、ｎ−ブチルアルコー
ル１８部を加え２０時間湿式混合しスラリを作製する。
次に真空脱気処理によりスラリから気泡を除去し、粘度
調整を行う。次いで、スラリをドクターブレードを用い
てシリコン処理したポリエステルフィルム支持体上に
０．２３ｍｍの厚さに塗布し、炉を通して乾燥し、セラ
ミックグリーンシートを作製する。このセラミックグリ
ーンシートをシリコン処理したポリエステルフィルム支
持体より取りはずし、２２０ｍｍ間隔に切断する。この
ようにして作製したセラミックグリーンシートをグリー
ンシートパンチ部を用いて、２００ｍｍ角に切断し、ガ
イド用の穴を施す。その後、このガイド用の穴を利用し
てセラミックグリーンシートを固定し、パンチ法により
直径０．１５ｍｍのスルーホールを所定位置にあけた。
さらにタングステン粉末：ニトロセルロース：エチルセ
ルロース：ポリビニルブチラール：トリクロロエチレン
＝１００：３：１：２：２３（重量比）の導体ペースト
をセラミックグリーンシートにあけたスルーホールに充
填し、次に、スクリーン印刷法により所定回路パターン
にしたがって上述した導体ペーストを印刷する。これら
のセラミックグリーンシートをガイド用の穴の位置を合
わせて図１のように３０枚積層し、温度１２０℃，２０
〜３０ｋｇ／ｃｍ2で加圧し積層した。次に、積層され
たセラミックグリーンシートを焼成炉内に入れ、水素３
〜７容量％を含みかつ微量の水蒸気を含む窒素雰囲気中
で、１２００℃まで５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、セ
ラミックグリーンシートを作製する際に使用した樹脂分
を除去した。その後１００℃／ｈの昇温速度で昇温し最
高温度１６２０℃で１時間保持し、無加圧焼成して図１
のようなセラミック多層配線回路基板を完成した。この
ムライト多層板は重量で、ムライト約６７％、Ａｌ2Ｏ3
・ＳｉＯ2９％及びＳｉＯ2ガラス成分が約２４％であっ
た。
ライト粉末（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）７２部、平均粒
径１μｍの石英粉末（ＳｉＯ2）２５．３部、平均粒径
０．４μｍのアルミナ粉末（Ａｌ2Ｏ3）１．９部及び平
均粒径０．３μｍの炭酸マグネシウム（Ｍｇ3（ＣＯ3）
4（ＯＨ）3・５Ｈ2Ｏ）をＭｇＯに換算して０．８部
に、樹脂として平均重合度１０００のポリビニルブチラ
ール５．９部をボールミルに入れ、３時間乾式混合す
る。さらに、可塑剤としてブチルフタリルグリコール酸
ブチル１．９ｍｌ、溶媒としてトリクロロエチレン４６
部、テトラクロロエチレン１７部、ｎ−ブチルアルコー
ル１８部を加え２０時間湿式混合しスラリを作製する。
次に真空脱気処理によりスラリから気泡を除去し、粘度
調整を行う。次いで、スラリをドクターブレードを用い
てシリコン処理したポリエステルフィルム支持体上に
０．２３ｍｍの厚さに塗布し、炉を通して乾燥し、セラ
ミックグリーンシートを作製する。このセラミックグリ
ーンシートをシリコン処理したポリエステルフィルム支
持体より取りはずし、２２０ｍｍ間隔に切断する。この
ようにして作製したセラミックグリーンシートをグリー
ンシートパンチ部を用いて、２００ｍｍ角に切断し、ガ
イド用の穴を施す。その後、このガイド用の穴を利用し
てセラミックグリーンシートを固定し、パンチ法により
直径０．１５ｍｍのスルーホールを所定位置にあけた。
さらにタングステン粉末：ニトロセルロース：エチルセ
ルロース：ポリビニルブチラール：トリクロロエチレン
＝１００：３：１：２：２３（重量比）の導体ペースト
をセラミックグリーンシートにあけたスルーホールに充
填し、次に、スクリーン印刷法により所定回路パターン
にしたがって上述した導体ペーストを印刷する。これら
のセラミックグリーンシートをガイド用の穴の位置を合
わせて図１のように３０枚積層し、温度１２０℃，２０
〜３０ｋｇ／ｃｍ2で加圧し積層した。次に、積層され
たセラミックグリーンシートを焼成炉内に入れ、水素３
〜７容量％を含みかつ微量の水蒸気を含む窒素雰囲気中
で、１２００℃まで５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、セ
ラミックグリーンシートを作製する際に使用した樹脂分
を除去した。その後１００℃／ｈの昇温速度で昇温し最
高温度１６２０℃で１時間保持し、無加圧焼成して図１
のようなセラミック多層配線回路基板を完成した。この
ムライト多層板は重量で、ムライト約６７％、Ａｌ2Ｏ3
・ＳｉＯ2９％及びＳｉＯ2ガラス成分が約２４％であっ
た。
【００３１】このようにして作製した配線回路用セラミ
ック基板に、無電解ニッケルメッキおよび金メッキを施
した後、カーボン治具を用いた通常の方法でコバールピ
ン４を金−インジウムろう５にて接続した。また、半導
体部品６をフェースダウンにて直接はんだ７で接続して
搭載した。このようにして図１に示す機能モジュールを
作製した。
ック基板に、無電解ニッケルメッキおよび金メッキを施
した後、カーボン治具を用いた通常の方法でコバールピ
ン４を金−インジウムろう５にて接続した。また、半導
体部品６をフェースダウンにて直接はんだ７で接続して
搭載した。このようにして図１に示す機能モジュールを
作製した。
【００３２】配線回路用セラミック基板に用いたセラミ
ック絶縁材料の熱膨張係数は５０×１０-7／℃（室温〜
５００℃）であり、内部配線導体材料に用いたタングス
テンの熱膨張係数４５×１０-7／℃（室温〜５００℃）
と一致しており、セラミック絶縁材料と配線導体材料の
熱膨張係数の差による熱応力が発生せず、全くクラック
が生じなかった。また、スルーホールピッチが０．３ｍ
ｍの高密度配線も可能であった。また、焼成法のセラミ
ック絶縁材料の中の、結晶相は、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3
・２ＳｉＯ2）とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2であった。これらの
安定した結晶相は、互いに熱膨張係数が同様の値である
ため、内部応力がほどんどかからない。また、添加した
Ｍｇ3（ＣＯ3）4（ＯＨ）2・５Ｈ3Ｏは、昇温中にＭｇ
Ｏとなるが、焼成法により得られるセラミック絶縁材料
には、ＭｇＯと他の成分との複合酸化物は存在しないこ
とが、Ｘ線回折法およびＸ線マイクロアナライザにより
確認された。
ック絶縁材料の熱膨張係数は５０×１０-7／℃（室温〜
５００℃）であり、内部配線導体材料に用いたタングス
テンの熱膨張係数４５×１０-7／℃（室温〜５００℃）
と一致しており、セラミック絶縁材料と配線導体材料の
熱膨張係数の差による熱応力が発生せず、全くクラック
が生じなかった。また、スルーホールピッチが０．３ｍ
ｍの高密度配線も可能であった。また、焼成法のセラミ
ック絶縁材料の中の、結晶相は、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3
・２ＳｉＯ2）とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2であった。これらの
安定した結晶相は、互いに熱膨張係数が同様の値である
ため、内部応力がほどんどかからない。また、添加した
Ｍｇ3（ＣＯ3）4（ＯＨ）2・５Ｈ3Ｏは、昇温中にＭｇ
Ｏとなるが、焼成法により得られるセラミック絶縁材料
には、ＭｇＯと他の成分との複合酸化物は存在しないこ
とが、Ｘ線回折法およびＸ線マイクロアナライザにより
確認された。
【００３３】コバールピンの引張り強度は４ｋｇ／ピン
以上あり、十分実使用に耐えうる強度であった。また、
半導体部品６のはんだ接続部７は−６５℃〜１５０℃で
の２０００サイクル以上の温度サイクル後にも断線が生
じなかった。このように過酷な使用条件下においても十
分な接続寿命を保証できる強度であった。この原因は、
３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2からなる焼
結体の熱膨張係数が５０×１０-7／℃であって半導体部
品として使用するシリコン半導体の熱膨張係数３５×１
０-7／℃（室温〜５００℃）に近く、また、ガリウム−
ヒ素半導体の熱膨張係数６５×１０-7／℃（室温〜５０
０℃）に近くシリコン半導体とガリウム−ヒ素半導体を
混成した配線回路用セラミック基板において、加熱され
た場合の基板と半導体部品の伸び量の差が少なく、はん
だ接続部に熱応力があまり加わらないためである。従来
のアルミナを主成分とする基板の場合は、アルミナの熱
膨張係数が７５×１０-7／℃であって、現在半導体部品
として主成分のシリコン半導体素子の熱膨張係数と大き
く異なり、このため加熱された場合にはんだ接続部に熱
応力が加わって早期に断線が起こっていた。
以上あり、十分実使用に耐えうる強度であった。また、
半導体部品６のはんだ接続部７は−６５℃〜１５０℃で
の２０００サイクル以上の温度サイクル後にも断線が生
じなかった。このように過酷な使用条件下においても十
分な接続寿命を保証できる強度であった。この原因は、
３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2からなる焼
結体の熱膨張係数が５０×１０-7／℃であって半導体部
品として使用するシリコン半導体の熱膨張係数３５×１
０-7／℃（室温〜５００℃）に近く、また、ガリウム−
ヒ素半導体の熱膨張係数６５×１０-7／℃（室温〜５０
０℃）に近くシリコン半導体とガリウム−ヒ素半導体を
混成した配線回路用セラミック基板において、加熱され
た場合の基板と半導体部品の伸び量の差が少なく、はん
だ接続部に熱応力があまり加わらないためである。従来
のアルミナを主成分とする基板の場合は、アルミナの熱
膨張係数が７５×１０-7／℃であって、現在半導体部品
として主成分のシリコン半導体素子の熱膨張係数と大き
く異なり、このため加熱された場合にはんだ接続部に熱
応力が加わって早期に断線が起こっていた。
【００３４】一方、内部配線導体２による信号の伝播遅
延時間は８．１ｎｓ／ｍであった。この値は、セラミッ
ク絶縁材料の比誘電率が６．２であったことに対応して
いる。アルミナを主成分となる絶縁体でできている従来
の配線回路基板では、セラミック絶縁材料の比誘電率が
約９．５であり、信号の伝播遅延時間が１０．２ｎｓ／
ｍであるため、本実施例によれば信号の伝播遅延時間が
約２０％低下されたことになる。
延時間は８．１ｎｓ／ｍであった。この値は、セラミッ
ク絶縁材料の比誘電率が６．２であったことに対応して
いる。アルミナを主成分となる絶縁体でできている従来
の配線回路基板では、セラミック絶縁材料の比誘電率が
約９．５であり、信号の伝播遅延時間が１０．２ｎｓ／
ｍであるため、本実施例によれば信号の伝播遅延時間が
約２０％低下されたことになる。
【００３５】（実施例２）セラミック原料粉末の配合量
を表１〜３に重量％で示すようにした以外は、実施例１
と同様の方法で配線回路用セラミック基板を作製した。
表１〜３中のアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金
属酸化物の量は、実際に用いた炭酸化物または水酸化物
を酸化物に換算して示した。実施例１と同様の方法を用
いて、図１に示す機能モジュールを作製した。ムライト
以外の添加原料をフラックスとする。
を表１〜３に重量％で示すようにした以外は、実施例１
と同様の方法で配線回路用セラミック基板を作製した。
表１〜３中のアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金
属酸化物の量は、実際に用いた炭酸化物または水酸化物
を酸化物に換算して示した。実施例１と同様の方法を用
いて、図１に示す機能モジュールを作製した。ムライト
以外の添加原料をフラックスとする。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】表４は得られた基板のＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2
相の含有量（重量％）を示し、表５は同じく得られた基
板のガラス成分の含有量（重量％）を示す。
相の含有量（重量％）を示し、表５は同じく得られた基
板のガラス成分の含有量（重量％）を示す。
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】得られた基板の組織は主成分としてムライ
トであり、ＭｇＯはムライト中、あるいはＡｌ2Ｏ3・Ｓ
ｉＯ2中に固溶するが、その固溶量は原料のＭｇＯに換
算して１％以下である。それを越えると別の結晶相が形
成され、基質と異なる熱膨張係数となるので好ましくな
い。ムライト量７０ｗｔ％（Ｎｏ．１〜７）および８０
ｗｔ％（Ｎｏ．２２〜２８）について、フラックス中の
ＳｉＯ2量と曲げ強さの関係を図２に示す。曲げ試験
は、ＪＩＳに基づき４点曲げ法とした。図より、ガラス
成分を増加するに従い、曲げ強さが急激に増加する方向
にあることがわかる。すなわち、ムライト量７０ｗｔ％
の場合には、曲げ強さ１８０ＭＰａ以上となるのは、フ
ラックス中のＳｉＯ2量が８０ｗｔ％より多い組成であ
り、また、ムライト量８０ｗｔ％の場合は、フラックス
中のＳｉＯ2量が７５ｗｔ％より多い組成である。
トであり、ＭｇＯはムライト中、あるいはＡｌ2Ｏ3・Ｓ
ｉＯ2中に固溶するが、その固溶量は原料のＭｇＯに換
算して１％以下である。それを越えると別の結晶相が形
成され、基質と異なる熱膨張係数となるので好ましくな
い。ムライト量７０ｗｔ％（Ｎｏ．１〜７）および８０
ｗｔ％（Ｎｏ．２２〜２８）について、フラックス中の
ＳｉＯ2量と曲げ強さの関係を図２に示す。曲げ試験
は、ＪＩＳに基づき４点曲げ法とした。図より、ガラス
成分を増加するに従い、曲げ強さが急激に増加する方向
にあることがわかる。すなわち、ムライト量７０ｗｔ％
の場合には、曲げ強さ１８０ＭＰａ以上となるのは、フ
ラックス中のＳｉＯ2量が８０ｗｔ％より多い組成であ
り、また、ムライト量８０ｗｔ％の場合は、フラックス
中のＳｉＯ2量が７５ｗｔ％より多い組成である。
【００４３】図３は、添加したＳｉＯ2量と曲げ強度と
の関係を示す線図である。図に示す如く、ＳｉＯ2の添
加によってムライトの焼結性が向上し、急激に強度が向
上するが、３０％以上になると逆に急激に強度が低下す
るので、過剰に添加するのは好ましくない。特に、４０
％以上になると焼結性が低下し強度が低下する。ＳｉＯ
2の添加によってムライトの焼結性を向上させ強度を高
めるのはガラス成分の形成によるものと考えられる。
の関係を示す線図である。図に示す如く、ＳｉＯ2の添
加によってムライトの焼結性が向上し、急激に強度が向
上するが、３０％以上になると逆に急激に強度が低下す
るので、過剰に添加するのは好ましくない。特に、４０
％以上になると焼結性が低下し強度が低下する。ＳｉＯ
2の添加によってムライトの焼結性を向上させ強度を高
めるのはガラス成分の形成によるものと考えられる。
【００４４】図４は曲げ強さとＡｌ2Ｏ3添加量との関係
を示す線図である。図に示す如く、Ａｌ2Ｏ3の添加によ
って強度が急激に低下する。従って、Ａｌ2Ｏ3の添加量
を５％以下が好ましい。
を示す線図である。図に示す如く、Ａｌ2Ｏ3の添加によ
って強度が急激に低下する。従って、Ａｌ2Ｏ3の添加量
を５％以下が好ましい。
【００４５】次に、ムライト量７０ｗｔ％および８０ｗ
ｔ％について、フラックス中のＳｉＯ2量と比誘電率の
関係を図５に示す。比誘電率の測定は１ＭＨｚで一定と
した。フラックス中のＳｉＯ2量を増加するに従い、比
誘電率も減少する傾向を示す。すなわち、ムライト量８
０ｗｔ％の場合には、比誘電率６．７以下となるのは、
フラックス中のＳｉＯ2量８５ｗｔ％より多い組成であ
り、また、ムライト量７０ｗｔ％の場合は、フラックス
中のＳｉＯ2量約５０ｗｔ％でも比誘電率は６．７より
小さくなっている。
ｔ％について、フラックス中のＳｉＯ2量と比誘電率の
関係を図５に示す。比誘電率の測定は１ＭＨｚで一定と
した。フラックス中のＳｉＯ2量を増加するに従い、比
誘電率も減少する傾向を示す。すなわち、ムライト量８
０ｗｔ％の場合には、比誘電率６．７以下となるのは、
フラックス中のＳｉＯ2量８５ｗｔ％より多い組成であ
り、また、ムライト量７０ｗｔ％の場合は、フラックス
中のＳｉＯ2量約５０ｗｔ％でも比誘電率は６．７より
小さくなっている。
【００４６】図６は比誘電率とＳｉＯ2添加量との関係
を示す線図である。ＳｉＯ2の添加によって比誘電率が
顕著に低下する。特に、１５％以上で急激に比誘電率が
低下するので、それ以上の添加が好ましい。
を示す線図である。ＳｉＯ2の添加によって比誘電率が
顕著に低下する。特に、１５％以上で急激に比誘電率が
低下するので、それ以上の添加が好ましい。
【００４７】図７は各試料の焼成温度と焼成収縮率との
関係を示す線図である。図に示す如く、実施例１の試料
は１５８０℃以上の焼成温度で一定の収縮率となるが、
ＭｇＯ量がＮｏ．１の４．１％およびＣａＯ量とＮａ2
Ｏ量の合計量が２．７％であるものは焼成温度が１４０
０〜１７００℃の間で変化して一定にならない。このこ
とは電気炉中に大量に焼成する場合に、炉中に温度が場
所によって異なることから同じ組成のものでも異なる焼
成収縮率のものが得られ、製品にバラツキを生じるので
まずい。
関係を示す線図である。図に示す如く、実施例１の試料
は１５８０℃以上の焼成温度で一定の収縮率となるが、
ＭｇＯ量がＮｏ．１の４．１％およびＣａＯ量とＮａ2
Ｏ量の合計量が２．７％であるものは焼成温度が１４０
０〜１７００℃の間で変化して一定にならない。このこ
とは電気炉中に大量に焼成する場合に、炉中に温度が場
所によって異なることから同じ組成のものでも異なる焼
成収縮率のものが得られ、製品にバラツキを生じるので
まずい。
【００４８】図８はＡｌ2Ｏ3添加量と基板に生成するＡ
ｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2量との関係を示す線図である。図に示
す如く、Ａｌ2Ｏ3の添加量によってＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2
が増加する。このＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2はムライトと同等
の性質を有する。
ｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2量との関係を示す線図である。図に示
す如く、Ａｌ2Ｏ3の添加量によってＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2
が増加する。このＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2はムライトと同等
の性質を有する。
【００４９】これらの結果より、曲げ強さが大きく比誘
電率が小さい組成は、ムライト量７０ｗｔ％の場合に
は、フラックス中のＳｉＯ2量が８０ｗｔ％より多い組
成であり、また、ムライト量８０ｗｔ％の場合は、フラ
ックス中のＳｉＯ2量が８５ｗｔ％より多い組成であ
る。すなわち、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ）とし
て、１ｗｔ％以下の組成である。
電率が小さい組成は、ムライト量７０ｗｔ％の場合に
は、フラックス中のＳｉＯ2量が８０ｗｔ％より多い組
成であり、また、ムライト量８０ｗｔ％の場合は、フラ
ックス中のＳｉＯ2量が８５ｗｔ％より多い組成であ
る。すなわち、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ）とし
て、１ｗｔ％以下の組成である。
【００５０】次に、これらの組成のセラミック絶縁材料
について、焼結体中の結晶相の同定を行うためにＸ線回
折を行った。アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ）量が１
ｗｔ％より多い場合には、焼成過程で、Ａｌ2Ｏ3・Ｍｇ
Ｏと２Ａｌ2Ｏ3・２ＭｇＯ・５ＳｉＯ2ができるが、焼
成を十分行うことができる１６００℃付近では、３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2の他にＡｌ2Ｏ3，
ＭｇＯおよびＳｉＯ2からなる結晶相が数多くできるた
め同定することができない。そのため、各温度における
焼成収縮率が一定とならず、ばらつきが大きいという問
題点がある。
について、焼結体中の結晶相の同定を行うためにＸ線回
折を行った。アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ）量が１
ｗｔ％より多い場合には、焼成過程で、Ａｌ2Ｏ3・Ｍｇ
Ｏと２Ａｌ2Ｏ3・２ＭｇＯ・５ＳｉＯ2ができるが、焼
成を十分行うことができる１６００℃付近では、３Ａｌ
2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2の他にＡｌ2Ｏ3，
ＭｇＯおよびＳｉＯ2からなる結晶相が数多くできるた
め同定することができない。そのため、各温度における
焼成収縮率が一定とならず、ばらつきが大きいという問
題点がある。
【００５１】一方、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ）
量が１ｗｔ％以下の場合には、焼成過程で、多量に添加
したＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＭｇＯ，２Ａｌ2Ｏ3・２Ｍｇ
Ｏ・５ＳｉＯ2ができるが、焼成を十分行うことができ
る１６００℃付近では、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2および
Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2のみとなり安定な結晶相となる。そ
のため、１５５０℃よりも高い焼成温度、すなわち十分
焼成できる温度では結晶相の変化がなく焼成収縮量も安
定している。また、表２〜３のＮｏ．２９〜５６に示し
た組成についても同様の結果であった。すなわち、アル
カリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の合計量が１
ｗｔ％より多い場合には、曲げ強さが１８０ＭＰａより
低いか、比誘電率が６．７より大きくなる。また、焼成
後の結晶相も安定せず、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2
Ｏ3・ＳｉＯ2以外にも不安定な結晶相ができた。
量が１ｗｔ％以下の場合には、焼成過程で、多量に添加
したＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3・ＭｇＯ，２Ａｌ2Ｏ3・２Ｍｇ
Ｏ・５ＳｉＯ2ができるが、焼成を十分行うことができ
る１６００℃付近では、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2および
Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2のみとなり安定な結晶相となる。そ
のため、１５５０℃よりも高い焼成温度、すなわち十分
焼成できる温度では結晶相の変化がなく焼成収縮量も安
定している。また、表２〜３のＮｏ．２９〜５６に示し
た組成についても同様の結果であった。すなわち、アル
カリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の合計量が１
ｗｔ％より多い場合には、曲げ強さが１８０ＭＰａより
低いか、比誘電率が６．７より大きくなる。また、焼成
後の結晶相も安定せず、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2
Ｏ3・ＳｉＯ2以外にも不安定な結晶相ができた。
【００５２】一方、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類
金属酸化物の合計量が１ｗｔ％以下であれば、曲げ強さ
が１８０ＭＰａ以上で、かつ比誘電率が６．７以下であ
った。また、焼成後の結晶相も安定しており、１５５０
℃以上の焼成温度では、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2
Ｏ3・ＳｉＯ2の２種類の結晶相のみであった。すなわ
ち、添加したアルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸
化物は、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3・Ｓｉ
Ｏ2結晶相中に拡散固溶している。
金属酸化物の合計量が１ｗｔ％以下であれば、曲げ強さ
が１８０ＭＰａ以上で、かつ比誘電率が６．７以下であ
った。また、焼成後の結晶相も安定しており、１５５０
℃以上の焼成温度では、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2とＡｌ2
Ｏ3・ＳｉＯ2の２種類の結晶相のみであった。すなわ
ち、添加したアルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸
化物は、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3・Ｓｉ
Ｏ2結晶相中に拡散固溶している。
【００５３】表１〜３に示した組成のセラミック絶縁材
料の熱膨張係数は４０〜６０×１０-7／℃（室温〜５０
０℃）の範囲であり、内部配線導体材料に用いたタング
ステンの熱膨張係数４５×１０-7／℃（室温〜５００
℃）とほぼ一致しており、セラミックス絶縁材料と配線
導体材料の熱膨張係数の差による熱応力が小さく、全く
クラックが認められなかった。
料の熱膨張係数は４０〜６０×１０-7／℃（室温〜５０
０℃）の範囲であり、内部配線導体材料に用いたタング
ステンの熱膨張係数４５×１０-7／℃（室温〜５００
℃）とほぼ一致しており、セラミックス絶縁材料と配線
導体材料の熱膨張係数の差による熱応力が小さく、全く
クラックが認められなかった。
【００５４】アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸
化物の合計量が１ｗｔ％以下の組成（表１〜３）におい
ては、コバールピンの引張り強度は４ｋｇ／ピン以上あ
り、十分実使用に耐えうる強度であった。また、半導体
部品のはんだ接続部は−６５℃〜１５０℃での２０００
サイクル以上の温度サイクル後にも断線が生じなかっ
た。このような苛酷な使用条件下においても十分な接続
寿命を保証できる強度であった。これは、半導体部品と
して使用するシリコン半導体の熱膨張係数３５×１０-7
／℃（室温〜５００℃）に近く、また、ガリウム−ヒ素
半導体の熱膨張係数６５×１０-7／℃（室温〜５００
℃）にも近く、これらの混成した配線回路用セラミック
基板においても、加熱された場合の基板と半導体部品の
伸び量の量が少なく、はんだ接続部に応力があまり加わ
らないためである。
化物の合計量が１ｗｔ％以下の組成（表１〜３）におい
ては、コバールピンの引張り強度は４ｋｇ／ピン以上あ
り、十分実使用に耐えうる強度であった。また、半導体
部品のはんだ接続部は−６５℃〜１５０℃での２０００
サイクル以上の温度サイクル後にも断線が生じなかっ
た。このような苛酷な使用条件下においても十分な接続
寿命を保証できる強度であった。これは、半導体部品と
して使用するシリコン半導体の熱膨張係数３５×１０-7
／℃（室温〜５００℃）に近く、また、ガリウム−ヒ素
半導体の熱膨張係数６５×１０-7／℃（室温〜５００
℃）にも近く、これらの混成した配線回路用セラミック
基板においても、加熱された場合の基板と半導体部品の
伸び量の量が少なく、はんだ接続部に応力があまり加わ
らないためである。
【００５５】一方、回路基板を多層化した場合の内部配
線導体による信号の伝播遅延時間は８．４ｎｓ／ｍ以下
であった。この値は、セラミック絶縁材料の比誘電率が
６．７以下であることに対応している。アルミナ系のセ
ラミック絶縁材料が約９．５％であり、信号の伝播遅延
時間が１０．２ｎｓ／ｍであるため、本実施例によれ
ば、信号の伝播遅延時間が約１７％以上低減されたこと
になる。
線導体による信号の伝播遅延時間は８．４ｎｓ／ｍ以下
であった。この値は、セラミック絶縁材料の比誘電率が
６．７以下であることに対応している。アルミナ系のセ
ラミック絶縁材料が約９．５％であり、信号の伝播遅延
時間が１０．２ｎｓ／ｍであるため、本実施例によれ
ば、信号の伝播遅延時間が約１７％以上低減されたこと
になる。
【００５６】図９は本発明の実施例１で製作した基板を
用いた半導体装置実装の構成図である。１１：ＬＳＩチ
ップ、１２：本発明基板、１３：ＣＣＢ（はんだ３５０
〜４００℃）、１４：炭化ケイ素封止体、１５：プリン
ト回路板、１６：バックボード（プリント回路板）、１
７：はんだ（２５０〜３００℃）、１８：冷却水、１
９：低温はんだ（１５０〜２００℃）。
用いた半導体装置実装の構成図である。１１：ＬＳＩチ
ップ、１２：本発明基板、１３：ＣＣＢ（はんだ３５０
〜４００℃）、１４：炭化ケイ素封止体、１５：プリン
ト回路板、１６：バックボード（プリント回路板）、１
７：はんだ（２５０〜３００℃）、１８：冷却水、１
９：低温はんだ（１５０〜２００℃）。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、ムライトを主成分と
し、二酸化珪素、酸化アルミニウムと二酸化珪素とがモ
ル比で１対０．７〜１の複合酸化物、およびアルカリ土
類金属酸化物を含有するセラミック基板を用いることに
より、セラミック絶縁材料と配線導体材料の熱膨張係数
の差によるクラックの発生がなく、また、熱による応力
で発生する基板のクラックおよび基板と半導体部品の接
続部の断線等を防止し、高品質でかつ高信頼性の配線回
路用セラミック基板が得られる。
し、二酸化珪素、酸化アルミニウムと二酸化珪素とがモ
ル比で１対０．７〜１の複合酸化物、およびアルカリ土
類金属酸化物を含有するセラミック基板を用いることに
より、セラミック絶縁材料と配線導体材料の熱膨張係数
の差によるクラックの発生がなく、また、熱による応力
で発生する基板のクラックおよび基板と半導体部品の接
続部の断線等を防止し、高品質でかつ高信頼性の配線回
路用セラミック基板が得られる。
【図１】 本発明の一実施例を示す配線回路用セラミッ
ク基板およびそれを用いた絶縁モジュールの断面図であ
る。
ク基板およびそれを用いた絶縁モジュールの断面図であ
る。
【図２】 フラックス中のＳｉＯ2量と曲げ強さの関係
を示す線図である。
を示す線図である。
【図３】 各々曲げ強さとＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3量と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
【図４】 各々曲げ強さとＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3量と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
【図５】 フラックス中のＳｉＯ2量と比誘電率の関係
を示す線図である。
を示す線図である。
【図６】 比誘電率とＳｉＯ2量との関係を示す線図で
ある。
ある。
【図７】 焼成温度と焼成収縮率との関係を示す線図で
ある。
ある。
【図８】 Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との関係
を示す線図である。
を示す線図である。
【図９】 本発明の基板を用いた半導体装置の実装構造
の一例を示す構成図である。
の一例を示す構成図である。
１…本発明のセラミック絶縁材料、 ２…配線導体材
料、 ３…本発明の配線回路用セラミック基板、 ４…
コバールピン、 ５…金−インジウムろう、 ６…半導
体部品、 ７…はんだ。
料、 ３…本発明の配線回路用セラミック基板、 ４…
コバールピン、 ５…金−インジウムろう、 ６…半導
体部品、 ７…はんだ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 浩一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 戸田 堯三 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内
Claims (3)
- 【請求項１】平均粒径５μｍ以下のムライト粉末を７０
重量％以上、平均粒径２μｍ以下の二酸化珪素粉末を３
０重量％以下、平均粒径１μｍ以下の酸化アルミニウム
粉末を１５重量％以下、ならびに、アルカリ土類金属酸
化物およびアルカリ金属酸化物のうちの少なくとも一方
の粉末を合計１重量％以下含んだ混合粉末を成形して成
形体を得る工程と、 上記成形体を焼成し、焼結体からなるセラミック基板を
得る工程と、 上記セラミック基板に導体層を形成する工程とをこの順
で有することを特徴とする配線回路用セラミック基板の
製造方法。 - 【請求項２】請求項１において、 前記セラミック基板を得る工程における焼成温度は、１
５５０〜１６８０℃であることを特徴とする配線回路用
セラミック基板の製造方法。 - 【請求項３】請求項１において、 前記アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物
のうちの少なくとも一方の粉末は、アルカリ土類金属酸
化物の粉末であることを特徴とする配線回路用セラミッ
ク基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6086578A JP2523266B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 配線回路用セラミック基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6086578A JP2523266B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 配線回路用セラミック基板の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60109112A Division JPS61266350A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 配線回路用セラミック基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07237966A JPH07237966A (ja) | 1995-09-12 |
| JP2523266B2 true JP2523266B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=13890897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6086578A Expired - Lifetime JP2523266B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 配線回路用セラミック基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523266B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014227326A (ja) * | 2013-05-24 | 2014-12-08 | 東京窯業株式会社 | 熱処理容器 |
| CN114478052A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-05-13 | 刘松青 | 一种高强度电子烟陶瓷雾化芯制备方法 |
-
1994
- 1994-04-25 JP JP6086578A patent/JP2523266B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07237966A (ja) | 1995-09-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |