JP3085667B2 - 高周波用磁器組成物および高周波用磁器並びにその製造方法 - Google Patents
高周波用磁器組成物および高周波用磁器並びにその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージや多層配線基板等に適用される配線基板に関
するものであり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であ
り、また、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板など
の有機樹脂からなる外部回路基板に対し、高い信頼性を
もって実装可能であり、配線基板における絶縁基板とし
て用いられる高周波用磁器組成物および高周波用磁器の
製造方法に関するものである。
パッケージや多層配線基板等に適用される配線基板に関
するものであり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であ
り、また、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板など
の有機樹脂からなる外部回路基板に対し、高い信頼性を
もって実装可能であり、配線基板における絶縁基板とし
て用いられる高周波用磁器組成物および高周波用磁器の
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来より、セラミック多層配線基板として
は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る配線層が形成されたものが最も普及している。
は、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内
部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からな
る配線層が形成されたものが最も普及している。
【０００３】また、最近に至り、高度情報化時代を迎
え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行し
つつある。このような、高周波の信号の伝送を必要とす
る高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝
送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行し
つつある。このような、高周波の信号の伝送を必要とす
る高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝
送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
【０００４】ところが、従来のタングステン（Ｗ）や、
モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大き
く、信号の伝搬速度が遅く、また、１ＧＨｚ以上の高周
波領域の信号伝搬も困難であることから、Ｗ、Ｍｏなど
の金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を使用する
ことが必要となっている。このような低抵抗金属からな
る配線層は、融点が低く、アルミナと同時焼成すること
が不可能であるため、最近では、ガラス、またはガラス
とセラミックスとの複合材料からなる、いわゆるガラス
セラミックスを絶縁基板として用いた配線基板が開発さ
れつつある。例えば、特開昭６０−２４０１３５号のよ
うに、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ2 Ｏ3 、ジルコ
ニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵抗
金属と同時焼成した多層配線基板や、特開平５−２９８
９１９号のように、ムライトやコージェライトを結晶相
として析出させたガラスセラミック材料が提案されてい
る。
モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大き
く、信号の伝搬速度が遅く、また、１ＧＨｚ以上の高周
波領域の信号伝搬も困難であることから、Ｗ、Ｍｏなど
の金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を使用する
ことが必要となっている。このような低抵抗金属からな
る配線層は、融点が低く、アルミナと同時焼成すること
が不可能であるため、最近では、ガラス、またはガラス
とセラミックスとの複合材料からなる、いわゆるガラス
セラミックスを絶縁基板として用いた配線基板が開発さ
れつつある。例えば、特開昭６０−２４０１３５号のよ
うに、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ2 Ｏ3 、ジルコ
ニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵抗
金属と同時焼成した多層配線基板や、特開平５−２９８
９１９号のように、ムライトやコージェライトを結晶相
として析出させたガラスセラミック材料が提案されてい
る。
【０００５】また、多層配線基板や半導体素子収納用パ
ッケージなどの配線基板にＧａＡｓなどのチップ部品を
実装したり、また配線基板をマサーボードなどの有機樹
脂を含むプリント基板に実装する上で、絶縁基板とチッ
プ部品あるいはプリント基板との熱膨張差に起因して発
生する応力により実装部分が剥離したり、クラックなど
が発生するのを防止する観点から、絶縁基板の熱膨張係
数がチップ部品やプリント基板のそれと近似しているこ
とが望まれる。
ッケージなどの配線基板にＧａＡｓなどのチップ部品を
実装したり、また配線基板をマサーボードなどの有機樹
脂を含むプリント基板に実装する上で、絶縁基板とチッ
プ部品あるいはプリント基板との熱膨張差に起因して発
生する応力により実装部分が剥離したり、クラックなど
が発生するのを防止する観点から、絶縁基板の熱膨張係
数がチップ部品やプリント基板のそれと近似しているこ
とが望まれる。
【０００６】そこで、本出願人は、先に特開平９−１７
９０４号に開示されるように、結晶化が可能なリチウム
珪酸ガラスを用いることにより、絶縁基板の熱膨張係数
を高めることができることを提案した。
９０４号に開示されるように、結晶化が可能なリチウム
珪酸ガラスを用いることにより、絶縁基板の熱膨張係数
を高めることができることを提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のガラスセラミックスは、銅、銀、金などの低抵抗金
属との同時焼成が可能であっても、熱膨張係数が３〜５
ｐｐｍ／℃程度と低く、ＧａＡｓ等のチップ部品（熱膨
張係数６〜７．５ｐｐｍ／℃）を実装したり、プリント
基板（熱膨張係数１２〜１５ｐｐｍ／℃）に実装する場
合に、実装の信頼性が低く実用上満足できるものではな
かった。
来のガラスセラミックスは、銅、銀、金などの低抵抗金
属との同時焼成が可能であっても、熱膨張係数が３〜５
ｐｐｍ／℃程度と低く、ＧａＡｓ等のチップ部品（熱膨
張係数６〜７．５ｐｐｍ／℃）を実装したり、プリント
基板（熱膨張係数１２〜１５ｐｐｍ／℃）に実装する場
合に、実装の信頼性が低く実用上満足できるものではな
かった。
【０００８】また、特開平９−１７９０４号に開示され
るようにアルカリ金属を含有するガラスを用いる方法で
は、長時間高温多湿雰囲気に曝されると、アルカリ金属
が大気中の水分と反応し表面にシリケート結晶相が析出
して表面が変質してしまう場合があった。
るようにアルカリ金属を含有するガラスを用いる方法で
は、長時間高温多湿雰囲気に曝されると、アルカリ金属
が大気中の水分と反応し表面にシリケート結晶相が析出
して表面が変質してしまう場合があった。
【０００９】また、従来のガラスセラミックスは、ミリ
波などの高周波信号を用いる配線基板の絶縁基板として
具体的に検討されておらず、そのほとんどは誘電損失が
高く、十分満足できる高周波特性を有するものではなか
った。
波などの高周波信号を用いる配線基板の絶縁基板として
具体的に検討されておらず、そのほとんどは誘電損失が
高く、十分満足できる高周波特性を有するものではなか
った。
【００１０】従って、本発明は、金、銀、銅を配線導体
として多層化が可能な８００〜９７５℃での焼成が可能
であるとともに、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基
板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有し、高周波領
域においても低誘電率でかつ誘電損失が低い磁器および
その製造方法並びにそれを作製可能な高周波用磁器組成
物を提供することを目的とする。
として多層化が可能な８００〜９７５℃での焼成が可能
であるとともに、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基
板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有し、高周波領
域においても低誘電率でかつ誘電損失が低い磁器および
その製造方法並びにそれを作製可能な高周波用磁器組成
物を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を鋭意検討した結果、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよ
びＣａＯを含み、ディオプサイド型酸化物結晶相を析出
可能なガラス粉末に対して、クォーツ粉末を特定の比率
で配合した組成物を用い、これを成形後、８００〜９７
５℃の温度で焼成することによって、低誘電率で、かつ
ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板の熱膨張係数と
近似した熱膨張係数を有し、１ＧＨｚ以上の高周波領域
においても低誘電損失を有する磁器が得られることを知
見し、本発明に至った。
を鋭意検討した結果、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよ
びＣａＯを含み、ディオプサイド型酸化物結晶相を析出
可能なガラス粉末に対して、クォーツ粉末を特定の比率
で配合した組成物を用い、これを成形後、８００〜９７
５℃の温度で焼成することによって、低誘電率で、かつ
ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板の熱膨張係数と
近似した熱膨張係数を有し、１ＧＨｚ以上の高周波領域
においても低誘電損失を有する磁器が得られることを知
見し、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の高周波用磁器組成物は、Ｓ
ｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、ディオ
プサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末６０〜
８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重量％との割合
で含有することを特徴とするものである。
ｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、ディオ
プサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末６０〜
８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重量％との割合
で含有することを特徴とするものである。
【００１３】また、前記ガラス粉末は、ＳｉＯ2４５〜
５５重量％と、Ａｌ2Ｏ3３〜１０重量％と、ＭｇＯ１３
〜２４重量％と、ＣａＯ２０〜３０重量％とからなるこ
とが望ましい。
５５重量％と、Ａｌ2Ｏ3３〜１０重量％と、ＭｇＯ１３
〜２４重量％と、ＣａＯ２０〜３０重量％とからなるこ
とが望ましい。
【００１４】また、本発明の高周波用磁器は、少なくと
もＭｇ、Ｃａ、Ｓｉを含むディオプサイド型酸化物結晶
相を主結晶相とするとともに、ＳｉＯ2結晶相を含有
し、且つ室温から４００℃における熱膨張係数が８．５
ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、６０〜７７ＧＨｚで
の誘電損失が１５×１０-4以下であることを特徴とする
ものである。
もＭｇ、Ｃａ、Ｓｉを含むディオプサイド型酸化物結晶
相を主結晶相とするとともに、ＳｉＯ2結晶相を含有
し、且つ室温から４００℃における熱膨張係数が８．５
ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、６０〜７７ＧＨｚで
の誘電損失が１５×１０-4以下であることを特徴とする
ものである。
【００１５】さらに、本発明の高周波用磁器の製造方法
は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、
ディオプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末
６０〜８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重量％と
の割合で含有する混合物を成形後、８００〜９７５℃の
温度で焼成してなるものである。
は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、
ディオプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末
６０〜８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重量％と
の割合で含有する混合物を成形後、８００〜９７５℃の
温度で焼成してなるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の高周波用磁器組成物は、
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、ディ
オプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末６０
〜８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重量％との割
合で含有するものである。
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、ディ
オプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラス粉末６０
〜８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重量％との割
合で含有するものである。
【００１７】各成分組成を上記の範囲に限定したのは、
上記ガラス粉末が６０重量％よりも少ないと、９７５℃
以下の温度での焼成により磁器を緻密化させることが困
難であり、８５重量％よりも多いと、ガラスの結晶化が
不十分となり、誘電損失の大きなガラス相が残留し、磁
器の高周波での誘電損失が増大するためである。
上記ガラス粉末が６０重量％よりも少ないと、９７５℃
以下の温度での焼成により磁器を緻密化させることが困
難であり、８５重量％よりも多いと、ガラスの結晶化が
不十分となり、誘電損失の大きなガラス相が残留し、磁
器の高周波での誘電損失が増大するためである。
【００１８】ここで、前記ガラス粉末は、ガラスの軟化
点が５００〜８００℃であることが望ましく、その組成
はＳｉＯ2 ４５〜５５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３〜１０重量
％、ＭｇＯ１３〜２４重量％、ＣａＯ２０〜３０重量％
の割合であることが望ましい。
点が５００〜８００℃であることが望ましく、その組成
はＳｉＯ2 ４５〜５５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ３〜１０重量
％、ＭｇＯ１３〜２４重量％、ＣａＯ２０〜３０重量％
の割合であることが望ましい。
【００１９】一般に、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 を含むガラ
ス相の熱膨張係数は４〜５ｐｐｍ／℃と低い。これに対
し、ＭｇＣａＳｉ2 Ｏ6 のディオプサイド型酸化物結晶
相は約８〜９ｐｐｍ／℃の高熱膨張特性を有することか
ら、上記組成のガラス粉末よりディオプサイド型酸化物
結晶相を析出させるとともに、さらに１３〜２０ｐｐｍ
／℃の高熱膨張係数を有するクォーツを特定量添加する
ことにより、熱膨張係数を８．５ｐｐｍ／℃以上に高め
ることが可能である。
ス相の熱膨張係数は４〜５ｐｐｍ／℃と低い。これに対
し、ＭｇＣａＳｉ2 Ｏ6 のディオプサイド型酸化物結晶
相は約８〜９ｐｐｍ／℃の高熱膨張特性を有することか
ら、上記組成のガラス粉末よりディオプサイド型酸化物
結晶相を析出させるとともに、さらに１３〜２０ｐｐｍ
／℃の高熱膨張係数を有するクォーツを特定量添加する
ことにより、熱膨張係数を８．５ｐｐｍ／℃以上に高め
ることが可能である。
【００２０】なお、磁器の低誘電率が必要な場合には、
ガラスとクォーツの含有割合を変えればよく、目的に応
じて適宜調整すればよい。
ガラスとクォーツの含有割合を変えればよく、目的に応
じて適宜調整すればよい。
【００２１】しかも、ディオプサイド並びにクォーツは
ミリ波帯での誘電損失が小さいものであることから、磁
器の低誘電損失化をも図ることができる。
ミリ波帯での誘電損失が小さいものであることから、磁
器の低誘電損失化をも図ることができる。
【００２２】また、ＭｇＣａＳｉ2Ｏ6のディオプサイド
型結晶相は、誘電率６〜８を有するものであるが、これ
に誘電率４〜４．５のクォーツ粉末を特定量添加するこ
とにより、誘電率を５．９以下に低誘電率化することも
可能である。
型結晶相は、誘電率６〜８を有するものであるが、これ
に誘電率４〜４．５のクォーツ粉末を特定量添加するこ
とにより、誘電率を５．９以下に低誘電率化することも
可能である。
【００２３】上記のガラスからのディオプサイド型酸化
物結晶相の析出割合を高める上では、ガラス中における
ＣａＯとＭｇＯの合計量が３５〜５０重量％であること
が望ましい。
物結晶相の析出割合を高める上では、ガラス中における
ＣａＯとＭｇＯの合計量が３５〜５０重量％であること
が望ましい。
【００２４】クォーツ粉末が１５重量％よりも少ない
と、ガラスの残存率が高くなり、誘電損失が大きくな
る。逆に、４０重量％を越えると、難焼結性となり、９
７５℃以下の焼成温度で緻密化することができない。
と、ガラスの残存率が高くなり、誘電損失が大きくな
る。逆に、４０重量％を越えると、難焼結性となり、９
７５℃以下の焼成温度で緻密化することができない。
【００２５】また、添加したクォーツは、焼成によりク
オーツの他にクリストバライト、トリジマイトなどに相
変態してもよいが、クリストバライトは、２００℃付近
に熱膨張係数の屈曲点を有することから熱膨張挙動、誘
電特性の点でクォーツとして残存することが望ましい。
オーツの他にクリストバライト、トリジマイトなどに相
変態してもよいが、クリストバライトは、２００℃付近
に熱膨張係数の屈曲点を有することから熱膨張挙動、誘
電特性の点でクォーツとして残存することが望ましい。
【００２６】上記の態様の磁器組成物は、８００〜９７
５℃の温度範囲での焼成によって相対密度９７％以上ま
で緻密化することができ、これによって形成される磁器
の全体組成としては、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＣａの各
金属元素の酸化物換算による合量を１００重量％とした
時、ＳｉＯ2を５５〜７５重量％、Ａｌ2Ｏ3を３〜５重
量％、ＭｇＯを１０〜１４重量％、ＣａＯ１５〜２１重
量％の割合から構成されることが望ましい。
５℃の温度範囲での焼成によって相対密度９７％以上ま
で緻密化することができ、これによって形成される磁器
の全体組成としては、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＣａの各
金属元素の酸化物換算による合量を１００重量％とした
時、ＳｉＯ2を５５〜７５重量％、Ａｌ2Ｏ3を３〜５重
量％、ＭｇＯを１０〜１４重量％、ＣａＯ１５〜２１重
量％の割合から構成されることが望ましい。
【００２７】また、上記磁器は、図１の磁器組織の概略
図に示すように、結晶相として、ガラスから析出する少
なくともＭｇＯとＣａＯとＳｉＯ2 とを含むディオプサ
イド型酸化物結晶相ＭｇＣａＳｉ2 Ｏ6 （ＤＩ）以外
に、ＳｉＯ2 系結晶相（Ｓｉ）を含有するものであり、
それ以外にも、Ｃａ2 ＭｇＳｉ2 Ｏ7 （ａｋｅｒｍａｎ
ｉｔｅ）、ＣａＭｇＳｉＯ4 （ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔ
ｅ）、Ｃａ3 ＭｇＳｉ2Ｏ8 （ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）等
高熱膨張を有する類似の相が析出してもよい。
図に示すように、結晶相として、ガラスから析出する少
なくともＭｇＯとＣａＯとＳｉＯ2 とを含むディオプサ
イド型酸化物結晶相ＭｇＣａＳｉ2 Ｏ6 （ＤＩ）以外
に、ＳｉＯ2 系結晶相（Ｓｉ）を含有するものであり、
それ以外にも、Ｃａ2 ＭｇＳｉ2 Ｏ7 （ａｋｅｒｍａｎ
ｉｔｅ）、ＣａＭｇＳｉＯ4 （ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔ
ｅ）、Ｃａ3 ＭｇＳｉ2Ｏ8 （ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）等
高熱膨張を有する類似の相が析出してもよい。
【００２８】本発明の磁器は、少なくともＭｇ、Ｃａ、
Ｓｉを含むディオプサイド型酸化物結晶相を主結晶相と
するとともに、ＳｉＯ2結晶相を含有し、且つ室温から
４００℃における熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃以上、
特に９ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、特に６．５以
下、６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失が１５×１０-4以下
であることが重要である。
Ｓｉを含むディオプサイド型酸化物結晶相を主結晶相と
するとともに、ＳｉＯ2結晶相を含有し、且つ室温から
４００℃における熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃以上、
特に９ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、特に６．５以
下、６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失が１５×１０-4以下
であることが重要である。
【００２９】
【００３０】したがって、本発明の磁器組成物は、１Ｇ
Ｈｚ以上、特に２０ＧＨｚ以上、さらには５０ＧＨｚ以
上、またさらには７０ＧＨｚ以上の高周波用配線基板の
絶縁層を形成するのに好適な磁器である。本発明の磁器
を配線基板の絶縁基板として用いる場合、高周波信号の
伝送特性への影響を低減するため、誘電率が７以下、特
に６以下と低いことが望ましい。
Ｈｚ以上、特に２０ＧＨｚ以上、さらには５０ＧＨｚ以
上、またさらには７０ＧＨｚ以上の高周波用配線基板の
絶縁層を形成するのに好適な磁器である。本発明の磁器
を配線基板の絶縁基板として用いる場合、高周波信号の
伝送特性への影響を低減するため、誘電率が７以下、特
に６以下と低いことが望ましい。
【００３１】また、磁器の室温から４００℃における熱
膨張係数は、実装するチップ部品等やプリント基板等の
熱膨張係数に近似するように適宜調整することが望まし
い。これは、上記の磁器の熱膨張係数が実装されるチッ
プ部品等やプリント基板のそれと差がある場合、半田実
装時や半導体素子の作動停止による繰り返し温度サイク
ルによって、チップ部品等やプリント基板とパッケージ
との実装部に熱膨張差に起因する応力が発生し、実装部
にクラック等が発生し、実装構造の信頼性を損ねてしま
うためである。
膨張係数は、実装するチップ部品等やプリント基板等の
熱膨張係数に近似するように適宜調整することが望まし
い。これは、上記の磁器の熱膨張係数が実装されるチッ
プ部品等やプリント基板のそれと差がある場合、半田実
装時や半導体素子の作動停止による繰り返し温度サイク
ルによって、チップ部品等やプリント基板とパッケージ
との実装部に熱膨張差に起因する応力が発生し、実装部
にクラック等が発生し、実装構造の信頼性を損ねてしま
うためである。
【００３２】具体的には、ＧａＡｓ系のチップ部品との
整合を図る上ではＧａＡｓ系のチップ部品との熱膨張係
数の差が２ｐｐｍ／℃以下であり、一方、プリント基板
との整合を図る上ではプリント基板との熱膨張係数の差
が２ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
整合を図る上ではＧａＡｓ系のチップ部品との熱膨張係
数の差が２ｐｐｍ／℃以下であり、一方、プリント基板
との整合を図る上ではプリント基板との熱膨張係数の差
が２ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
【００３３】次に、本発明における高周波磁器組成物を
用い磁器を製造する方法について説明する。まず、出発
原料として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯを含
みディオプサイド型結晶相を析出可能な結晶化ガラス粉
末６０〜８５重量％と、クォーツ１５〜４０重量％との
割合で秤量混合する。
用い磁器を製造する方法について説明する。まず、出発
原料として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯを含
みディオプサイド型結晶相を析出可能な結晶化ガラス粉
末６０〜８５重量％と、クォーツ１５〜４０重量％との
割合で秤量混合する。
【００３４】そして、この混合粉末を用いてドクターブ
レード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレ
ス成形法の周知の成型法により所定形状の成形体を作製
した後、該成形体を８００〜９７５℃の酸化性雰囲気ま
たは不活性雰囲気中で焼成することにより作製すること
ができる。
レード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレ
ス成形法の周知の成型法により所定形状の成形体を作製
した後、該成形体を８００〜９７５℃の酸化性雰囲気ま
たは不活性雰囲気中で焼成することにより作製すること
ができる。
【００３５】また、配線層を具備する配線基板を作製す
るには、前記混合粉末に、適当な有機溶剤、溶媒を用い
混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクター
ブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プ
レス成形法により、シート状に成形する。そして、この
シート状成形体に所望によりスルーホールを形成した
後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも
１種を含む金属ペーストを充填する。そして、シート状
成形体表面には、高周波信号が伝送可能な高周波線路パ
ターン等に前記金属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によって配線層の厚みが５〜３
０μｍとなるように、印刷塗布する。
るには、前記混合粉末に、適当な有機溶剤、溶媒を用い
混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクター
ブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プ
レス成形法により、シート状に成形する。そして、この
シート状成形体に所望によりスルーホールを形成した
後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも
１種を含む金属ペーストを充填する。そして、シート状
成形体表面には、高周波信号が伝送可能な高周波線路パ
ターン等に前記金属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によって配線層の厚みが５〜３
０μｍとなるように、印刷塗布する。
【００３６】その後、複数のシート状成形体を位置合わ
せして積層圧着し、８００〜９７５℃の窒素ガスや窒素
−酸素混合ガス等の非酸化性雰囲気で焼成することによ
り、配線基板を作製することができる。そして、この配
線基板の表面には、適宜半導体素子等のチップ部品が搭
載され配線層と信号の伝達が可能なように接続される。
接続方法としては、配線層上に直接搭載させて接続させ
たり、あるいは５０μｍ程度の樹脂、Ａｇ−エポキシ、
Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ等の樹脂、金属、セラミック
ス等の接着剤によりチップ部品を絶縁基板表面に固着
し、ワイヤーボンディングや、ＴＡＢテープなどにより
配線層と半導体素子とを接続する。
せして積層圧着し、８００〜９７５℃の窒素ガスや窒素
−酸素混合ガス等の非酸化性雰囲気で焼成することによ
り、配線基板を作製することができる。そして、この配
線基板の表面には、適宜半導体素子等のチップ部品が搭
載され配線層と信号の伝達が可能なように接続される。
接続方法としては、配線層上に直接搭載させて接続させ
たり、あるいは５０μｍ程度の樹脂、Ａｇ−エポキシ、
Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ等の樹脂、金属、セラミック
ス等の接着剤によりチップ部品を絶縁基板表面に固着
し、ワイヤーボンディングや、ＴＡＢテープなどにより
配線層と半導体素子とを接続する。
【００３７】なお、この半導体素子としては、Ｓｉ系や
ＧａＡｓ系等のチップ部品が使用できるが、特に熱膨張
係数の近似性の点では、最もＧａＡｓ系のチップ部品の
実装に有効である。
ＧａＡｓ系等のチップ部品が使用できるが、特に熱膨張
係数の近似性の点では、最もＧａＡｓ系のチップ部品の
実装に有効である。
【００３８】さらに、半導体素子が搭載された配線基板
表面に、絶縁基板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り、電磁波遮
蔽性を有するキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着
剤により接合してもよく、これにより半導体素子を気密
に封止することができる。本発明の磁器組成物を好適に
使用しうる高周波用配線基板の一例である半導体素子収
納用パッケージの具体的な構造とその実装構造について
図２をもとに説明する。図２は、半導体収納用パッケー
ジ、特に、接続端子がボール状端子からなるボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図であ
る。
表面に、絶縁基板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り、電磁波遮
蔽性を有するキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着
剤により接合してもよく、これにより半導体素子を気密
に封止することができる。本発明の磁器組成物を好適に
使用しうる高周波用配線基板の一例である半導体素子収
納用パッケージの具体的な構造とその実装構造について
図２をもとに説明する。図２は、半導体収納用パッケー
ジ、特に、接続端子がボール状端子からなるボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図であ
る。
【００３９】図２によれば、パッケージＡは、絶縁材料
からなる絶縁基板１と蓋体２によりキャビティ３が形成
されており、そのキャビティ３内には、ＧａＡｓ等のチ
ップ部品４が前述の接着剤により実装されている。
からなる絶縁基板１と蓋体２によりキャビティ３が形成
されており、そのキャビティ３内には、ＧａＡｓ等のチ
ップ部品４が前述の接着剤により実装されている。
【００４０】また、絶縁基板１の表面および内部には、
チップ部品４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、高周波信号の伝送時に導体損
失を極力低減するために、銅、銀あるいは金などの低抵
抗金属からなることが望ましい。また、この配線層５に
１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高周波
信号が損失なく伝送されることが必要となるため、配線
層５は周知のストリップ線路、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なく
とも１種から構成される。
チップ部品４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、高周波信号の伝送時に導体損
失を極力低減するために、銅、銀あるいは金などの低抵
抗金属からなることが望ましい。また、この配線層５に
１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高周波
信号が損失なく伝送されることが必要となるため、配線
層５は周知のストリップ線路、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なく
とも１種から構成される。
【００４１】また、図２のパッケージＡにおいて、絶縁
基板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されてお
り、パッケージＡ内の配線層５と接続されている。そし
て、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボ
ール状端子８が被着形成されている。
基板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されてお
り、パッケージＡ内の配線層５と接続されている。そし
て、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボ
ール状端子８が被着形成されている。
【００４２】また、上記パッケージＡを外部回路基板に
実装するには、図２に示すように、ポリイミド樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁
材料からなる絶縁基板９の表面に配線導体１０が形成さ
れた外部回路基板Ｂに対して、ロウ材を介して実装され
る。具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底
面に取付けられているボール状端子８と、外部回路基板
Ｂの配線導体１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
等のロウ材１１によりロウ付けして実装される。また、
ボール状端子８自体を溶融させて配線導体１０と接続さ
せてもよい。
実装するには、図２に示すように、ポリイミド樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁
材料からなる絶縁基板９の表面に配線導体１０が形成さ
れた外部回路基板Ｂに対して、ロウ材を介して実装され
る。具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底
面に取付けられているボール状端子８と、外部回路基板
Ｂの配線導体１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
等のロウ材１１によりロウ付けして実装される。また、
ボール状端子８自体を溶融させて配線導体１０と接続さ
せてもよい。
【００４３】本発明によれば、ＧａＡｓ等のチップ部品
４をロウ付けや接着剤により実装したり、このようなボ
ール状端子８を介在したロウ付けによりプリント基板等
の外部回路基板に実装されるような表面実装型のパッケ
ージにおいて、ＧａＡｓ等のチップ部品や外部回路基板
の絶縁基板との熱膨張差を従来のセラミック材料よりも
小さくできることから、かかる実装構造に対して、熱サ
イクルが印加された場合においても、実装部での応力の
発生を抑制することができる結果、実装構造の長期信頼
性を高めることができる。
４をロウ付けや接着剤により実装したり、このようなボ
ール状端子８を介在したロウ付けによりプリント基板等
の外部回路基板に実装されるような表面実装型のパッケ
ージにおいて、ＧａＡｓ等のチップ部品や外部回路基板
の絶縁基板との熱膨張差を従来のセラミック材料よりも
小さくできることから、かかる実装構造に対して、熱サ
イクルが印加された場合においても、実装部での応力の
発生を抑制することができる結果、実装構造の長期信頼
性を高めることができる。
【００４４】
【実施例】下記の組成からなる２種のディオプサイド型
酸化物結晶相を析出可能な結晶化ガラスを準備した。
酸化物結晶相を析出可能な結晶化ガラスを準備した。
【００４５】下記の組成からなる２種のディオプサイド
型酸化物結晶相を析出可能な結晶化ガラスを準備した。 ガラスＡ：ＳｉＯ2５０重量％−Ａｌ2Ｏ3５．５重量％ −ＭｇＯ１８．５重量％−ＣａＯ２６重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2５２重量％−Ａｌ2Ｏ3５重量％ −ＭｇＯ１８重量％−ＣａＯ２５重量％ そして、この結晶化ガラス粉末に対して、平均粒径が５
μｍのクオーツ粉末を用いて、焼成後の磁器が表１、表
２の組成となるように混合した。そして、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のグリーンシートを作製した。そ
して、このグリーンシートを１０〜１５枚積層し、５０
℃の温度で１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を加えて熱圧着し
た。得られた積層体を水蒸気含有／窒素雰囲気中、７０
０℃で脱バインダ処理を行った後、乾燥窒素中で表１、
表２の条件で焼成し絶縁基板用磁器を得た。
型酸化物結晶相を析出可能な結晶化ガラスを準備した。 ガラスＡ：ＳｉＯ2５０重量％−Ａｌ2Ｏ3５．５重量％ −ＭｇＯ１８．５重量％−ＣａＯ２６重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2５２重量％−Ａｌ2Ｏ3５重量％ −ＭｇＯ１８重量％−ＣａＯ２５重量％ そして、この結晶化ガラス粉末に対して、平均粒径が５
μｍのクオーツ粉末を用いて、焼成後の磁器が表１、表
２の組成となるように混合した。そして、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のグリーンシートを作製した。そ
して、このグリーンシートを１０〜１５枚積層し、５０
℃の温度で１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を加えて熱圧着し
た。得られた積層体を水蒸気含有／窒素雰囲気中、７０
０℃で脱バインダ処理を行った後、乾燥窒素中で表１、
表２の条件で焼成し絶縁基板用磁器を得た。
【００４６】得られた磁器について誘電率、誘電正接を
以下の方法で評価した。測定は形状、直径２〜７ｍｍ、
厚み１．５〜２．５ｍｍの形状に切り出し、６０ＧＨｚ
にてネットワークアナライザー、シンセサイズドスイー
パーを用いて誘電体円柱共振器法により行った。測定で
は、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）で、誘電体共
振器の励起を行い、ＴＥ０２１、ＴＥ０３１モードの共
振特性より、誘電率、誘電損失を算出した。
以下の方法で評価した。測定は形状、直径２〜７ｍｍ、
厚み１．５〜２．５ｍｍの形状に切り出し、６０ＧＨｚ
にてネットワークアナライザー、シンセサイズドスイー
パーを用いて誘電体円柱共振器法により行った。測定で
は、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）で、誘電体共
振器の励起を行い、ＴＥ０２１、ＴＥ０３１モードの共
振特性より、誘電率、誘電損失を算出した。
【００４７】また、室温から４００℃における熱膨張曲
線をとり、熱膨張係数を算出した。さらに、焼結体中に
おける結晶相をＸ線回折チャートから同定した。結果は
表１、表２に示した。
線をとり、熱膨張係数を算出した。さらに、焼結体中に
おける結晶相をＸ線回折チャートから同定した。結果は
表１、表２に示した。
【００４８】また、一部の試料については、フィラー成
分として、クォーツに代わり、ＺｒＯ2粉末、ＣａＺｒ
Ｏ3粉末を用いて同様に磁器を作製し評価した（試料Ｎ
o.８〜１０、２２〜２４）。また、上記結晶化ガラス
Ａ、Ｂに代わり、以下の組成からなるガラスＣを用いて
同様に評価を行った（試料Ｎo.２５、２６）。
分として、クォーツに代わり、ＺｒＯ2粉末、ＣａＺｒ
Ｏ3粉末を用いて同様に磁器を作製し評価した（試料Ｎ
o.８〜１０、２２〜２４）。また、上記結晶化ガラス
Ａ、Ｂに代わり、以下の組成からなるガラスＣを用いて
同様に評価を行った（試料Ｎo.２５、２６）。
【００４９】ガラスＣ：ＳｉＯ2 １０．４重量％−Ａｌ
2 Ｏ3 ２．５重量％−Ｂ2 Ｏ3 ４５．３重量％−ＣａＯ
３５．２重量％−Ｎａ2 Ｏ６．６重量％
2 Ｏ3 ２．５重量％−Ｂ2 Ｏ3 ４５．３重量％−ＣａＯ
３５．２重量％−Ｎａ2 Ｏ６．６重量％
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】表１、２の結果から明らかなように、Ｓｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯを含むガラス量が、８
５重量％を越える試料Ｎｏ．１、２、１４〜１６では、
誘電損失が１５×１０-4を越えてしまい、ガラス量が６
０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．７、１１、１２、２
０、２１では、低温で焼結することが困難であり、緻密
化しなかった。試料Ｎｏ．８〜１０、２２〜２４は、ガ
ラスへの添加成分として、ＺｒＯ2やＣａＺｒＯ3を配合
したものであるが、焼結体中にＺｒＯ2やＣａＺｒＯ3な
どが析出し誘電損失が増大した。また、ガラスとして、
Ｂ2Ｏ3を多く含むガラスＣを用いた試料Ｎｏ．２５、２
６では、Ｂを含むガラスが多く残留し、誘電損失が大き
くなる傾向にあった。
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯを含むガラス量が、８
５重量％を越える試料Ｎｏ．１、２、１４〜１６では、
誘電損失が１５×１０-4を越えてしまい、ガラス量が６
０重量％よりも少ない試料Ｎｏ．７、１１、１２、２
０、２１では、低温で焼結することが困難であり、緻密
化しなかった。試料Ｎｏ．８〜１０、２２〜２４は、ガ
ラスへの添加成分として、ＺｒＯ2やＣａＺｒＯ3を配合
したものであるが、焼結体中にＺｒＯ2やＣａＺｒＯ3な
どが析出し誘電損失が増大した。また、ガラスとして、
Ｂ2Ｏ3を多く含むガラスＣを用いた試料Ｎｏ．２５、２
６では、Ｂを含むガラスが多く残留し、誘電損失が大き
くなる傾向にあった。
【００５３】これに対して、本発明に従い、特定量のク
ォーツ粉末を添加した試料Ｎｏ．３〜６、１３、１７〜
１９では、磁器中にクォーツ相の析出が見られ、また、
いずれも熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃以上、６０ＧＨ
ｚの測定周波数にて、誘電率７以下、誘電損失が１５×
１０-4以下の優れた特性を有するものであった。
ォーツ粉末を添加した試料Ｎｏ．３〜６、１３、１７〜
１９では、磁器中にクォーツ相の析出が見られ、また、
いずれも熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃以上、６０ＧＨ
ｚの測定周波数にて、誘電率７以下、誘電損失が１５×
１０-4以下の優れた特性を有するものであった。
【００５４】
【００５５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高周波用磁
器組成物によれば、９７５℃以下の低温にて焼成できる
ことから、銅などの低抵抗金属による配線層を形成で
き、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域において、低誘電
率、低誘電損失を有することから、高周波信号を極めて
良好に損失なく伝送することができる。しかも、この組
成物を用いて得られる磁器は、ＧａＡｓチップあるいは
プリント基板と近似した熱膨張特性に制御できることか
ら、ＧａＡｓチップを実装した場合、あるいは有機樹脂
を含む絶縁基板を具備するプリント基板などのマザーボ
ードに対してロウ材等により実装した場合において優れ
た耐熱サイクル性を有し、高信頼性の実装構造を提供で
きる。
器組成物によれば、９７５℃以下の低温にて焼成できる
ことから、銅などの低抵抗金属による配線層を形成で
き、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域において、低誘電
率、低誘電損失を有することから、高周波信号を極めて
良好に損失なく伝送することができる。しかも、この組
成物を用いて得られる磁器は、ＧａＡｓチップあるいは
プリント基板と近似した熱膨張特性に制御できることか
ら、ＧａＡｓチップを実装した場合、あるいは有機樹脂
を含む絶縁基板を具備するプリント基板などのマザーボ
ードに対してロウ材等により実装した場合において優れ
た耐熱サイクル性を有し、高信頼性の実装構造を提供で
きる。
【図１】本発明の組成物を焼成して得られる磁器の組織
を説明するための概略図である。
を説明するための概略図である。
【図２】本発明の組成物を焼成した磁器を用いた高周波
用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの
実装構造の一例を説明するための概略断面図である。
用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの
実装構造の一例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】 Ｓｉ ＳｉＯ２結晶相 ＤＩ ディオプサイド型酸化物結晶相 Ｇ 非晶質（ガラス）相 ＡＭ アモルファスシリカ相 Ａ 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部回路基板 １ 絶縁基板 ２ 蓋体 ３ キャビティ ４ チップ部品 ５ 配線層 ６ 接続用電極層 ７ ロウ材 ８ ボール状端子 ９ 絶縁基板 １０ 配線導体 １１ ロウ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/15 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ (72)発明者 民 保秀 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ 株式会社総合研究所内 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 平10−120436（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−212136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/16 - 35/195 C03C 10/14
Claims (4)
- 【請求項１】ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯ
を含み、ディオプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガ
ラス粉末６０〜８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０
重量％との割合で含有することを特徴とする高周波用磁
器組成物。 - 【請求項２】前記ガラス粉末が、ＳｉＯ2４５〜５５重
量％と、Ａｌ2Ｏ3３〜１０重量％と、ＭｇＯ１３〜２４
重量％と、ＣａＯ２０〜３０重量％とからなることを特
徴とする請求項１記載の高周波用磁器組成物。 - 【請求項３】少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｓｉを含むディオ
プサイド型酸化物結晶相を主結晶相とするとともに、Ｓ
ｉＯ2結晶相を含有し、且つ室温から４００℃における
熱膨張係数が８．５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が７以下、
６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失が１５×１０-4以下であ
ることを特徴とする高周波用磁器。 - 【請求項４】ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯ
を含むディオプサイド型酸化物結晶相を析出可能なガラ
ス粉末６０〜８５重量％と、クォーツ粉末１５〜４０重
量％とからなる混合物を成形後、８００〜９７５℃の温
度で焼成してなることを特徴とする高周波用磁器の製造
方法。
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