JP2610375B2 - 多層セラミック基板の製造方法 - Google Patents
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Description
I)素子を搭載するための、低誘電率の多層セラミック
基板を製造するための方法に関する。より詳しく言え
ば、本発明は、組成の相異なるセラミックグリーンシー
トを混成積層したタイプの低誘電率の多層セラミック基
板の製造方法に関する。
積層したタイプの基板は、近年の回路基板の高性能化の
要請に伴って研究開発されており、例えば低誘電率材料
のグリーンシートと高強度材料のグリーンシートとを混
合積層することで、低誘電率で且つ高強度の多層基板を
得る試みがなされている(例えば特開平3−15169
0号公報参照)。
空シリカを含有する低誘電率のガラスセラミックスが開
示されている。この低誘電率ガラスセラミックスは、中
空シリカ以外の無機成分として、硼珪酸ガラス粉末と、
例えばアルミナのようなセラミック粉末とを含有する組
成物である。このような低誘電率の中空シリカ含有ガラ
スセラミックスのグリーンシートを積層して作られた基
板は、誘電率の観点からは十分実用的である。ところ
が、この基板をその上に例えば化学気相成長(CVD)
のような技術で薄膜をつけるために研磨すると、内部の
中空シリカのポアが露出されて十分に平滑な表面を得る
ことができない。そのため、基板の表面付近には中空シ
リカを含まないセラミック層を配した構造の多層基板が
提案されている(特願平3−55188号明細書)。
号明細書に記載されたセラミック多層基板では、十分平
滑な表面を実現することができた。とは言うものの、こ
のような多層基板は、焼成過程において層間剥離や割れ
が発生することがあり、それゆえに歩留りの低下を招き
やすいということが次第に明らかになってきた。
十分な平滑化が可能な多層セラミック基板を、層間剥離
や割れ等の破壊を招来することなく都合よく製造するこ
とのできる方法の提供を目的とする。
基板の製造方法は、中空シリカを含有してなる低誘電率
の第一のセラミック粉末材料のグリーンシートと、中空
シリカを含有しない第二のセラミック粉末材料のグリー
ンシートとを混成積層し、次いでこの積層体を一体焼成
して低誘電率の多層セラミック基板を製造する方法であ
って、第一のセラミック材料として、無機成分の体積比
率で、10〜50%の中空シリカ、20〜50%の硼珪
酸ガラス、0%より多く55%以下の石英ガラス及び1
0〜30%のアルミナを含んでなる組成物を、そして第
二のセラミック材料として、無機成分の体積比率で、2
0〜60%の硼珪酸ガラス、0%より多く65%以下の
石英ガラス及び10〜30%のアルミナを含んでなる組
成物を、これらのセラミック材料のグリーンシートの焼
成時の収縮率の差が1%以内となるように、おのおのの
組成を調節して使用することを特徴とする。
ミック材料のグリーンシートを使用するとともに、基板
の表面近くには中空シリカを含まないセラミック材料の
グリーンシートを配して多層基板を製造した場合に観察
される層間剥離や割れの原因は、焼成時に中空シリカ含
有グリーンシートの収縮が異常に小さいことにあるとい
うことを突き止めた末になされたものである。そして中
空シリカを含有するガラスセラミックスの焼成収縮率が
小さいのは、中空シリカがほぼ完全な球形であるため、
グリーンシートを形成する段階で、中空シリカを含まな
い他のガラスセラミックスに比べて密に充填されやすい
ことに原因がある。
料組成物中の中空シリカを、部分的に石英ガラスで置き
換えることで、焼成基板の誘電率を上昇させることなし
に第一及び第二のセラミック材料のグリーンシートの焼
成収縮率の差を1%以内に制限する。
る低誘電率の第一のセラミック粉末材料組成物は、無機
成分として、10〜50体積%の中空シリカ、20〜5
0体積%の硼珪酸ガラス及び10〜30体積%のアルミ
ナのほかに、0体積%より多く55体積%以下の石英ガ
ラスを含有することによって上述の1%以内の収縮率の
差を実現する。
スの含有量は、0体積%より多くなければならないが、
第二のセラミック材料のグリーンシートの焼成収縮率と
の差を1%以内とするためには、第一のセラミック材料
は好ましくは少なくとも5体積%、より好ましくは少な
くとも10体積%、最も好ましくは少なくとも20体積
%の石英ガラスを含有すべきである。また石英ガラスの
含有量は、55体積%を超えるべきでない。石英ガラス
がそれより多くなると、その分だけ中空シリカや硼珪酸
ガラスが減少して、焼成基板の誘電率が上昇し、あるい
は焼成による緻密化が妨げられる。石英ガラスの含有量
は、好ましくは50体積%以下、より好ましくは40体
積%以下である。
する不純物を含有することを除いて純粋である石英ガラ
スを使用することができるのはもちろん、石英(SiO
2 )分が96%以上のものも同様に使用することができ
る。石英ガラスの平均粒径は、一般には0.5〜10μ
m、好ましくは1〜5μmの範囲である。
カは、10体積%未満では焼成基板の誘電率を低下させ
る効果がなく、また50体積%を超えると相対的に硼珪
酸ガラスが減少してしまうため焼成による緻密化を促進
することができなくなる。中空シリカ含有量は、好まし
くは10〜30体積%である。
(Si(OCH3 )4 )やテトラエトキシシラン(Si
(OC2 H5 )4 )などの有機珪素化合物を熱分解する
際、構成成分が分離して気泡となるのを利用して製造す
ることができる。粒径20μm以下の中空シリカ粉末を
用いることで、ガラスセラミック基板の誘電率を都合よ
く低下させることができる。
硼珪酸ガラスの含有量は、20〜50体積%でよい。硼
珪酸ガラスの含有量が20体積%未満では焼成時に緻密
化が促進されず、50体積%を超えると焼成時に組成物
が流動しやすくなってしまい、思い通りの形状寸法の基
板を得ることが困難になる。硼珪酸ガラスの含有量は、
好ましくは30〜45体積%である。またその平均粒径
は、一般には0.5〜10μmの範囲であるのが好まし
く、より好ましくは1〜5μmの範囲である。
アルミナが存在する。アルミナ含有量が10体積%未満
では硼珪酸ガラスが結晶化しやすくなる。また、30体
積%を超えると焼成基板の誘電率が上昇してしまうので
好ましくない。アルミナのより好ましい含有量は、10
〜20体積%である。またアルミナの平均粒径は、一般
には0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmの範囲で
ある。
ラミック粉末材料組成物は、中空シリカを含有しないこ
とを除いて、無機成分として第一のセラミック粉末材料
組成物と同様の成分を含んでなり、すなわち20〜60
体積%の硼珪酸ガラス、0体積%より多く65体積%以
下の石英ガラス、そして10〜30体積%のアルミナを
含有する。
ス含有量は、第一のセラミック材料組成物のそれと同様
に、0体積%より多く65体積%以下の量に限定され、
20〜50体積%の範囲内にあるのがより好ましい。ま
たその平均粒径も、同様に一般には0.5〜10μm、
好ましくは1〜5μmの範囲である。
酸ガラス含有量も、第一のセラミック材料組成物の場合
と同様に、20〜60体積%の範囲であり、そのより好
ましい含有量は30〜45体積%である。その平均粒径
も、同じように一般には0.5〜10μmであり、好ま
しくは1〜5μmである。
も、やはり10〜30体積%の範囲内である。その平均
粒径は、一般には0.5〜10μmの範囲内、好ましく
は1〜5μmの範囲内である。
シートは、一般には、前者の複数層のグリーンシートを
後者の何層かのグリーンシートで挟んで積層され、そし
てこの積層体を一体焼成して多層セラミック基板にされ
る。
低誘電率の第一のセラミック材料組成物と中空シリカを
含有しない第二のセラミック材料組成物とを、これらの
材料組成物から作製したグリーンシートの焼成時の収縮
率の差が1%以内となるようにおのおのの組成を調節し
て使用することが、層間剥離や割れなどの破壊を引き起
こすことなしにそれらのグリーンシートから、誘電率が
低く且つ表面の平滑化の可能な多層セラミック基板を製
造することを可能にする。
する。
〜A5)及びそれを含有する組成物(組成物B1〜B1
8)の調製と、それらから成形したグリーンシートの焼
成時の収縮率及び焼成体の誘電率を例示する。
m)、硼珪酸ガラス粉末(同3μm)、石英ガラス粉末
(同3μm)及び中空シリカ粉末(同15μm)を表1
に示す体積比率で混合し、有機成分を添加し、そしてミ
キサーで混練してスラリー組成物を調製した。有機成分
としては、無機成分100mlに対して、ポリビニルブチ
ラール(バインダ)10g、ジブチルフタレート(可塑
剤)10g及びエタノール(溶剤)300gを加えた。
により厚さ300μmのグリーンシートを成形した。こ
れらを1000℃の大気中で焼成し、焼成時の収縮率を
測定した。また得られた焼成体の誘電率を測定した。結
果を表1に示す。
トを使用して、混成積層板を作製した。各積層板の層構
成は、中空シリカを含有している組成物B系のグリーン
シート10枚を、中空シリカを含有していない組成物A
系のグリーンシート5枚ずつで上下から挟み込んだもの
とした。これらを50℃及び10MPa の条件で加圧積層
した後、1000℃の大気中で焼成し、得られた多層基
板の層間剥離及び割れの有無を観察した。
グリーンシート及び含有しないグリーンシートの焼成時
の収縮率の差を1%以内とすることによって、製造され
た多層セラミック基板の層間剥離や割れ等の破壊を首尾
よく防ぐことができることが分る。
ートを混成積層して得られた多層基板と、組成物A2及
びB10に対応するグリーンシートから同様に得られた
多層基板について、中空シリカを含む層の誘電率を、そ
の層上に形成した配線に供給した信号の伝送速度の測定
から求めた。得られた誘電率データは、前者の多層基板
にあっては4.7、後者にあっては4.2であった。
い層に中空シリカが含まれていないので、都合よく研磨
を行って表面を平滑にし、その上にCVD法で薄膜をう
まくつけることができた。
誘電率が低く且つ表面を十分に平滑化することができる
多層セラミック基板を、層間剥離や割れなどの破壊を引
き起こすことなく製造することが可能になる。
Claims (3)
- 【請求項1】 中空シリカを含有してなる低誘電率の第
一のセラミック粉末材料のグリーンシートと、中空シリ
カを含有しない第二のセラミック粉末材料のグリーンシ
ートとを混成積層し、次いでこの積層体を一体焼成して
低誘電率の多層セラミック基板を製造する方法であっ
て、第一のセラミック材料として、無機成分の体積比率
で、10〜50%の中空シリカ、20〜50%の硼珪酸
ガラス、0%より多く55%以下の石英ガラス及び10
〜30%のアルミナを含んでなる組成物を、そして第二
のセラミック材料として、無機成分の体積比率で、20
〜60%の硼珪酸ガラス、0%より多く65%以下の石
英ガラス及び10〜30%のアルミナを含んでなる組成
物を、これらのセラミック材料のグリーンシートの焼成
時の収縮率の差が1%以内となるように、おのおのの組
成を調節して使用することを特徴とする多層セラミック
基板の製造方法。 - 【請求項2】 前記第一のセラミック材料として、無機
成分の体積比率で、10〜30%の中空シリカ、30〜
45%の硼珪酸ガラス、10〜40%の石英ガラス及び
10〜20%のアルミナを含有する組成物を使用する、
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記第二のセラミック材料として、無機
成分の体積比率で、30〜45%の硼珪酸ガラス、20
〜50%の石英ガラス及び10〜30%のアルミナを含
有する組成物を使用する、請求項1又は2記載の方法。
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