JP2666744B2

JP2666744B2 - アルミナ多層配線基板とその製造方法、及びアルミナ焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP2666744B2
Application number: JP6289960A
Authority: JP
Inventors: 一郎枦山; 一洋生稲; 光木村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JPH08148786A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に低誘電損失を要求
されるマイクロ波集積回路に用いられるセラミックス多
層配線基板とその製造方法、及び低温焼結基板として好
適に用いられるアルミナ焼結体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス多層配線基板は、容易に多
層化が可能であることから広範囲の分野に応用されてき
た。特にアルミナは、誘電率、誘電損失、熱膨張係数、
強度等のバランスがよいことから、従来からセラミック
ス基板の代表的な材料の一つであった。アルミナは高周
波領域における誘電損失が小さいことから、高周波集積
回路（ＭＩＣ）用の配線基板等にも応用される。しかし
ながら、アルミナの焼結温度は通常１６００℃以上と高
いため、同時焼成による内層配線を低抵抗ではあるが低
融点でもあるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等とすることが出来ない
という欠点があった。従来、アルミナ多層配線基板はＷ
等の高融点金属を配線材料として使用することが知られ
ている。

【０００３】アルミナを低温で焼結しようとした試みと
してアルミナ−ガラス複合化によって焼成温度を１００
０°以下とした例や、平均粒径が３μm 以下のアルミナ
原料粉末を用いて１４６０℃程度で焼成した例（特開平
４−１０６９９４号公報）が報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】小型化、高信頼性化が
要求される基板材料の中にあってアルミナは前述した通
り、バランスのとれた材料である。特に誘電損失の点で
は非常に優れているため、高周波モジュールへの応用が
期待されるが、前述の通り高い焼成温度の為に内装可能
な配線材料に制限がある。この欠点は、アルミナの焼成
温度をＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ等の融点以下の温
度域まで下げることを可能にすることにより解決でき
る。しかし、前述の開示されている方法ではアルミナに
ガラス等を多量に混合するため、誘電損失が損なわれる
と言う問題があった。また、アルミナの重量％を１００
％に近づけると、焼結温度は１５００℃付近になってし
まうため低融点金属は使用できなかった。

【０００５】本発明の目的は、アルミナの低温焼成を可
能にすることで、低誘電損失を特徴とする多層配線基板
とその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるアルミナ焼
結体は、平均粒径５〜５０nmのアルミナ微粉末７０〜１
００重量％、平均粒径０．５〜３．０μm であるアルミ
ナ粉末０〜２０重量％及びアルカリ土類金属化合物の添
加剤０〜１０重量％の成形体を作製し、これを分圧にし
て０．００５気圧以上０．８５気圧以下の水蒸気を含む
雰囲気中にて９００〜１２００℃の温度域で焼成するこ
とによって得られる。

【０００７】ここで、平均粒径が５nm未満のアルミナ粉
末を得ることは困難である。また、平均粒径が５０nm以
上であると１２００℃以下での焼結性が著しく低下す
る。この為原料粉末のアルミナ微粉末の粒径は５〜５０
nmの範囲にある必要がある。さらに好適には５〜２０nm
の範囲がよい。

【０００８】アルカリ土類金属化合物の添加は焼結の進
行を促す効果が認められる。添加剤を添加しない場合に
比較して、同等の密度に達するまでの焼成時間は短くな
る。ここで添加量は１０重量％以上とすることは望まし
くない。副成分が多くなることにより焼結体の誘電損率
は大きくなるからであり、従来のアルミナのもつ誘電特
性と遜色ない特性は添加量が１０重量％以下のときに達
成される。

【０００９】焼成雰囲気中の水蒸気含有量の増大に従い
焼結性は向上する。分圧にして０．００５気圧以下では
その効果は全く認められない。一方、０．８５気圧以上
含有する雰囲気を得ることは困難である。したがって、
水蒸気量は分圧にして０．００５気圧以上０．８５気圧
以下が望ましい。更に好適には０．３〜０．７気圧の範
囲が容易に得られ、効果も十分確認されたことから望ま
しい範囲である。以上の条件下で焼成を行うことによ
り、焼成温度を９００〜１２００℃としてアルミナ焼結
体を得ることが出来る。また、アルミナ成分として０．
５〜３．０μm の粒径をもつアルミナ粉末を０〜２０重
量％加えることができる。この添加は焼成によって起こ
る収縮量を制御するのに有効である。しかし、粒径が
０．５μm 以下のアルミナ粉末を添加することは収縮の
制御に関しては効果が認められない。粒径が０．５μm
以上のアルミナ粉末を原料粉末に加えることは焼結性の
低下を招くが、粒径３．０μm 以下のアルミナ粉末２０
重量％以下までの添加量ならば焼結性を著しく低下させ
ることはない。

【００１０】多層配線基板を製造する場合には、グリー
ンシートを作製し、これに配線及びヴィア配線を形成し
た後積層し、次いで積層体を焼成することにより一体化
して多層配線基板を得ることが出来る。ここで配線材料
はＡｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕのうち少なくとも１種
類以上より選択することが望ましい。これは、これらの
金属が特に高周波特性が良好であるためである。

【００１１】

【実施例】以下に本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。

【００１２】（実施例１）平均粒径が５nmであるアルミ
ナ微粉末９０重量％とマグネシア１０重量％を秤量（図
１点ｂ）、混合を行い、原料となる混合粉末を作製し
た。エチルセロソルブを主成分とする溶剤に前述の混合
粉末とバインダーとしてポリビニルブチラールを加えて
混合を行い、粘度が３０００〜１００００ｃｐｓである
スラリーを作製した。これをスリップキャスティング成
膜法により５０μm から２００μm の厚みになるように
グリーンシート化する。作製したグリーンシートを熱プ
レスすることにより生積層体を得た。この生積層体を分
圧にして０．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中９００℃２
５時間及び１２００℃１０時間焼成を行った。

【００１３】得られた焼結体の到達密度はそれぞれ９
８．０％、９９．０％であった。また、空洞共振器法に
より各焼成体の誘電損失を測定したところ、ともにｔａ
ｎδ＝１．０×１０^-4であった。また、添加剤としてマ
グネシアの他に、カルシア、炭酸カルシウム、炭酸スト
ロンチウム等を用いてもほぼ同様の結果が得られた。

【００１４】（実施例２）平均粒径が５０nmであるアル
ミナ微粉末９０重量％とマグネシア１０重量％を秤量
（図２点ｆ）、混合を行い、原料となる混合粉末を作製
した。この混合粉末を用い、実施例１と同様のプロセス
により生積層体を作製した。この生積層体を分圧にして
０．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中、１２００℃にて２
０時間焼成を行った。

【００１５】こうして得られたアルミナ焼結体の相対密
度は９８．５％であった。また、このアルミナ焼結体の
破断面を走査型電子顕微鏡により観察を行ったところ、
１μm 以下の空孔が若干存在することが観察されたが、
十分に緻密な焼結体であることが確認された。

【００１６】（実施例３）原料粉末として平均粒径５nm
であるアルミナ微粉末を用い（図１点ａ）、実施例１と
同様のプロセスにて生積層体を作製した。この生積層体
を分圧にして０．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中、９０
０℃５０時間及び１２００℃２０時間の焼成を行った。

【００１７】こうして得られたアルミナ焼結体の密度は
それぞれ９８．５％、９９．０％に達していた。また、
実施例２と同様の破断面観察により、緻密な焼結体であ
ることが確認された。

【００１８】（実施例４）実施例１と同様のプロセスに
て作製した生積層体を焼成温度を１０００℃として焼成
を行った。この際、焼成雰囲気に含有する水蒸気量を
０．００５気圧としたところ、焼成時間が３０時間とな
ったところで焼結体密度が９８．０％に達した。また、
水蒸気量を０．８５気圧まで高めて焼成を行ったとこ
ろ、焼成時間が１０時間のときに焼結体密度が９８．０
％に達した。

【００１９】これらのアルミナ焼結体の破断面を走査型
電子顕微鏡にて観察したところ、緻密な焼結体であるこ
とが観察され、水蒸気量は０．００５気圧以上で効果が
あることが確認された。

【００２０】（実施例５）平均粒径が５nmであるアルミ
ナ微粉末７０重量％、平均粒径が３．０μm であるアル
ミナ粉末２０重量％、及びマグネシア１０重量％を秤量
（図１点ｃ）、混合を行い、原料となる混合粉末を作製
した。この混合粉末にバインダーとしてポリビニルアル
コールを添加して造粒を行った後、一軸プレス成形によ
り圧粉体を作製した。この圧粉体を分圧にして０．７気
圧の水蒸気を含む雰囲気中、９００℃２５時間及び１２
００℃１０時間焼成を行った。得られたアルミナ焼結体
は、それぞれ９８．０％、９８．５％の密度に達してい
た。

【００２１】（実施例６）実施例１と同様のプロセスに
て、厚みが１００μm であるグリーンシートを作製し
た。このグリーンシートに直径２００μm のヴィアホー
ルを形成し、Ｃｕペーストを埋め込んだ。また、このグ
リーンシート上にＣｕペーストにより配線パターンをス
クリーン印刷法により印刷を行った。こうして作製され
たグリーンシート２０枚を積層し、熱プレスを行うこと
により生積層体を得た。この生積層体を分圧にして０．
７気圧の水蒸気を含む雰囲気中、１０００℃の焼成温度
にして２０時間焼成を行った。

【００２２】こうして得られた多層配線基板の絶縁層で
あるアルミナ焼結体は破断面を観察することにより、緻
密な焼結体であることが確認された。

【００２３】また、Ｃｕ導体の比抵抗を測定したとこ
ろ、３μΩ・ｃｍであり、低抵抗導体として良好である
ことが確認された。

【００２４】（比較例１）実施例１と同様のプロセスに
て作製した生積層体を水蒸気が分圧にして０．００３気
圧以下の焼成雰囲気中、１０００℃５０時間焼成を行っ
た。得られた焼成対は密度が９５％以下であり、十分な
焼結には至らなかったことが判った。水蒸気が少ない場
合、十分なアルミナ焼結体は得られないことが判明し
た。

【００２５】（比較例２）平均粒径５０nmのアルミナ微
粉末７０重量％、平均粒径０．５μm のアルミナ粉末２
５重量％、マグネシア５重量％を秤量（図２点ｉ）、混
合を行い、原料混合粉末とした。この原料混合粉末を用
い、実施例１と同様の方法により作製した生積層体を１
２００℃の焼成温度にて、分圧にして０．７気圧の水蒸
気を含む焼成雰囲気中５０時間焼成を行った。しかしな
がら、得られた焼成体の密度は９６．０％であり、十分
緻密な焼結体ではなかった。

【００２６】以上の焼成条件をまとめて表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、誘電
損失の小さい多層配線基板及びアルミナ焼結体を得るこ
とができる。また、焼成温度が、１２００℃以下である
ことから、低抵抗導体を内装することが容易であり、低
誘電損失な多層配線基板を作製することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の試料組成を表す図である。

【図２】実施例の試料組成を表す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層がアルミナ９０．０重量％以上より
なり、かつ前記絶縁層中の内層配線が、同時焼成にて形
成される融点９００〜１２００℃の金属よりなることを
特徴とするアルミナ多層配線基板。
【請求項２】配線材料がＡｕ，Ａｇ，Ａｇ／Ｐｄ及びＣ
ｕより選ばれた１種以上の材料よりなることを特徴とす
る請求項１記載のアルミナ多層配線基板。
【請求項３】平均粒径が５〜５０nmであるアルミナの微
粉末７０〜１００重量％、平均粒径が０．５〜３．０μ
m であるアルミナの粉末０〜２０重量％及びアルカリ土
類金属化合物の添加剤０〜１０重量％をあわせて１００
重量％となるように調製し、バインダー・溶剤と共に混
合したスラリーを用いてグリーンシートを作製し、この
グリーンシート上に融点９００〜１２００℃の金属より
なる導体層を形成した複数のシート、もしくは該シート
とグリーンシートにヴィア導体を形成したシートとを積
層、プレス成形した後、分圧にして０．００５気圧以上
０．８５気圧以下の水蒸気を含む雰囲気中、９００〜１
２００℃にて焼成することを特徴とする請求項１記載の
多層配線基板の製造方法。
【請求項４】平均粒径が５〜５０nmであるアルミナの微
粉末７０〜１００重量％、平均粒径が０．５〜３．０μ
m であるアルミナの粉末０〜２０重量％及びアルカリ土
類金属化合物の添加剤０〜１０重量％をあわせて１００
重量％となるように調製し、バインダー・溶剤と共に混
合してスラリーとし、これを成形した後分圧にして０．
００５気圧以上０．８５気圧以下の水蒸気を含む雰囲気
中９００〜１２００℃にて焼成することを特徴とするア
ルミナ焼結体の製造方法。
【請求項５】平均粒径が５〜５０nmであるアルミナの微
粉末７０〜１００重量％、平均粒径が０．５〜３．０μ
m であるアルミナの粉末０〜２０重量％及びアルカリ土
類金属化合物の添加剤０〜１０重量％をあわせて１００
重量％とした混合物をプレス成形した後、分圧にして
０．００５気圧以上０．８５気圧以下の水蒸気を含む雰
囲気中９００〜１２００℃にて焼成することを特徴とす
るアルミナ焼結体の製造方法。