JP3097426B2 - セラミックス基板およびその製造方法 - Google Patents
セラミックス基板およびその製造方法Info
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- glass
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基板及びそ
の製造方法、より詳細には電子部品を搭載するための多
層配線基板として多く用いられるセラミックス基板及び
その製造方法に関する。
の製造方法、より詳細には電子部品を搭載するための多
層配線基板として多く用いられるセラミックス基板及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高集積化したＬＳＩや各種電子部
品を搭載する多層配線基板において、小型化、信頼性等
の要求から基板材料としてセラミックスが用いられるこ
とが多くなってきている。アルミナは強度が高い等の利
点を有するため、前記基板材料用のセラミックス中に占
める割合は大きい。しかし、一方前記アルミナは比誘電
率が大きいため伝送信号の遅延を生じさせ、また熱膨張
係数がシリコンに比べて非常に大きいため、部品を実装
する際の信頼性を確保するのが困難であるという問題点
を有している。さらに、アルミナの焼成温度は約１５５
０℃と高いため、内層の配線として融点が高く、電気抵
抗率の大きいＷ又はＭｏを使用する必要があり、配線を
微細化すると電気抵抗値が大きくなるという問題点をも
有している。
品を搭載する多層配線基板において、小型化、信頼性等
の要求から基板材料としてセラミックスが用いられるこ
とが多くなってきている。アルミナは強度が高い等の利
点を有するため、前記基板材料用のセラミックス中に占
める割合は大きい。しかし、一方前記アルミナは比誘電
率が大きいため伝送信号の遅延を生じさせ、また熱膨張
係数がシリコンに比べて非常に大きいため、部品を実装
する際の信頼性を確保するのが困難であるという問題点
を有している。さらに、アルミナの焼成温度は約１５５
０℃と高いため、内層の配線として融点が高く、電気抵
抗率の大きいＷ又はＭｏを使用する必要があり、配線を
微細化すると電気抵抗値が大きくなるという問題点をも
有している。
【０００３】そこで、このような問題点を解決するため
に比誘電率を小さくすると同時に、熱膨張係数をシリコ
ンに近付け、さらにＣｕ、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の低融点
で低抵抗率の金属材料を内層導体として同時焼成が可能
な低温焼成セラミックス基板の研究開発が進められてい
る。
に比誘電率を小さくすると同時に、熱膨張係数をシリコ
ンに近付け、さらにＣｕ、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の低融点
で低抵抗率の金属材料を内層導体として同時焼成が可能
な低温焼成セラミックス基板の研究開発が進められてい
る。
【０００４】一般に低温焼成セラミックス基板は、ガラ
ス材料と骨材と呼ばれる結晶材料とを混合し、焼成する
ことによって製造される。しかし、ガラス材料と結晶材
料の組合せの数は極めて多い。また両者の組み合わせに
により焼成の際の相乗作用が異なり、得られるセラミッ
クス基板の特性（比誘電率、熱膨張係数、焼成温度、抗
折強度等）が変化するため、最良の組み合せを見つけ、
さらに常に一定の特性を出現する安定した組成や構造を
有するセラミックス基板を製造することは困難であっ
た。
ス材料と骨材と呼ばれる結晶材料とを混合し、焼成する
ことによって製造される。しかし、ガラス材料と結晶材
料の組合せの数は極めて多い。また両者の組み合わせに
により焼成の際の相乗作用が異なり、得られるセラミッ
クス基板の特性（比誘電率、熱膨張係数、焼成温度、抗
折強度等）が変化するため、最良の組み合せを見つけ、
さらに常に一定の特性を出現する安定した組成や構造を
有するセラミックス基板を製造することは困難であっ
た。
【０００５】このような背景の中、前記した比誘電率が
低く、熱膨張係数がシリコンに近いという特性を損なう
ことなく、強度が大きく、信号伝達の高速化や搭載素子
の高集積化に対応できる低温焼結セラミックス基板とし
て、特開平２−２２５３３８号公報に開示されているよ
うなコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 ）系結晶化ガラスや、特開平２−２２５３３９号公
報や特開平２−２２５３４０号公報に開示されているよ
うなコージェライト結晶化ガラスとセラミックス骨材と
の複合材料が注目されるようになってきた。
低く、熱膨張係数がシリコンに近いという特性を損なう
ことなく、強度が大きく、信号伝達の高速化や搭載素子
の高集積化に対応できる低温焼結セラミックス基板とし
て、特開平２−２２５３３８号公報に開示されているよ
うなコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 ）系結晶化ガラスや、特開平２−２２５３３９号公
報や特開平２−２２５３４０号公報に開示されているよ
うなコージェライト結晶化ガラスとセラミックス骨材と
の複合材料が注目されるようになってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平２
−２２５３３８号公報において用いられているコージェ
ライト系結晶化ガラスは、軟化温度が高く、また高温で
の粘度が高いため、基板のち密化が難しく、前記特開平
２−２５５３３９号公報や特開平２−２５５３４０号公
報に開示された前記コージェライト結晶化ガラスとセラ
ミックス骨材との複合材料については、軟化温度の高い
コージェライトにさらに高温でも軟化しにくいセラミッ
クス骨材が添加されているため、ち密化が難しいという
課題があった。
−２２５３３８号公報において用いられているコージェ
ライト系結晶化ガラスは、軟化温度が高く、また高温で
の粘度が高いため、基板のち密化が難しく、前記特開平
２−２５５３３９号公報や特開平２−２５５３４０号公
報に開示された前記コージェライト結晶化ガラスとセラ
ミックス骨材との複合材料については、軟化温度の高い
コージェライトにさらに高温でも軟化しにくいセラミッ
クス骨材が添加されているため、ち密化が難しいという
課題があった。
【０００７】このような点から、Ａｇを内層するのに必
要な９５０℃以下の温度やＣｕ等を内層するのに必要な
１０００℃以下の温度でコージェライト系結晶化ガラス
が析出するように焼成を行った場合には、得られるセラ
ミックス基板は、気孔率が充分に小さくならず、抗折強
度や耐湿性等が充分でなく、内層導体の酸化やマイグレ
ーションが発生し易く、信頼性に乏しいものになるとい
う課題があった。
要な９５０℃以下の温度やＣｕ等を内層するのに必要な
１０００℃以下の温度でコージェライト系結晶化ガラス
が析出するように焼成を行った場合には、得られるセラ
ミックス基板は、気孔率が充分に小さくならず、抗折強
度や耐湿性等が充分でなく、内層導体の酸化やマイグレ
ーションが発生し易く、信頼性に乏しいものになるとい
う課題があった。
【０００８】また従来、前記したガラスから結晶を析出
させる方法においては、ガラス中から結晶核が生成しや
すいようにガラス成分に核形成剤（骨材）を添加するの
が一般的であったが、この方法を採用した場合、通常は
結晶生成温度で一定時間保持する等の核生成のための熱
処理が必要であり、結果として基板の焼成時間が長くな
り、生産性が悪いという課題があった。
させる方法においては、ガラス中から結晶核が生成しや
すいようにガラス成分に核形成剤（骨材）を添加するの
が一般的であったが、この方法を採用した場合、通常は
結晶生成温度で一定時間保持する等の核生成のための熱
処理が必要であり、結果として基板の焼成時間が長くな
り、生産性が悪いという課題があった。
【０００９】本発明は上記した課題に鑑み発明されたも
のであって、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が
小さく、抗折強度、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミ
ック基板、及び焼成温度が１０００℃以下、さらには９
００℃前後でも短時間でち密化させることができる、生
産性に優れた前記セラミックス基板の製造方法を提供す
ることを目的としている。
のであって、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が
小さく、抗折強度、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミ
ック基板、及び焼成温度が１０００℃以下、さらには９
００℃前後でも短時間でち密化させることができる、生
産性に優れた前記セラミックス基板の製造方法を提供す
ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミックス基板は、ガラスと結晶とか
らなるセラミックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス
（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結晶は２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 を含有し、前記２Ｍｇ
Ｏ・２Ａｌ2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｓ
ｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 結晶が析出していることを特徴としている（１）。
に本発明に係るセラミックス基板は、ガラスと結晶とか
らなるセラミックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス
（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結晶は２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 を含有し、前記２Ｍｇ
Ｏ・２Ａｌ2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｓ
ｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 結晶が析出していることを特徴としている（１）。
【００１１】また、本発明に係る前記セラミックス基板
の製造方法は、上記（１）記載のセラミックス基板の製
造方法であって、ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ
3 を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ％、
Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒはアル
カリ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有する
ガラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・２Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及び３
Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％とを混合
して８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成し、
前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ
2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させることを特徴として
いる（２）。
の製造方法は、上記（１）記載のセラミックス基板の製
造方法であって、ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ
3 を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ％、
Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒはアル
カリ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有する
ガラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・２Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及び３
Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％とを混合
して８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成し、
前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ
2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させることを特徴として
いる（２）。
【００１２】
【作用】上記構成のセラミックス基板によれば、ガラス
と結晶とからなるセラミックス基板において、前記ガラ
スはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ
系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結
晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 を含有し、前
記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ
3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 結晶（コージェライト）が析出しており、
ガラスの軟化温度が７２０℃以下になり、８５０〜１０
００℃の焼成温度でも気孔率が減少してち密化し、熱膨
張係数がシリコンに近く、比誘電率が小さく、耐湿性、
耐水性等にも優れたセラミック基板となる。
と結晶とからなるセラミックス基板において、前記ガラ
スはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ
系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結
晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 を含有し、前
記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ
3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 結晶（コージェライト）が析出しており、
ガラスの軟化温度が７２０℃以下になり、８５０〜１０
００℃の焼成温度でも気孔率が減少してち密化し、熱膨
張係数がシリコンに近く、比誘電率が小さく、耐湿性、
耐水性等にも優れたセラミック基板となる。
【００１３】また上記構成の前記セラミックス基板の製
造方法によれば、上記（１）記載のセラミックス基板の
製造方法であって、ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2
Ｏ3を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ
％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒは
アルカリ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有
するガラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及
び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％を混
合して８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成
し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記
３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２
Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるので、前記焼
成により気孔率が減少してち密化し、前記した種々の優
れた特性を有するセラミックス基板が製造される。ま
た、析出するコージェライトの核となり得る結晶粒を予
め骨材として添加してあるので、核生成のための熱処理
時間が不用になり、従来の結晶化ガラス基板材料に比較
して生産性を大きく向上させることができる。
造方法によれば、上記（１）記載のセラミックス基板の
製造方法であって、ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2
Ｏ3を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ
％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒは
アルカリ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有
するガラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及
び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％を混
合して８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成
し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記
３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２
Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるので、前記焼
成により気孔率が減少してち密化し、前記した種々の優
れた特性を有するセラミックス基板が製造される。ま
た、析出するコージェライトの核となり得る結晶粒を予
め骨材として添加してあるので、核生成のための熱処理
時間が不用になり、従来の結晶化ガラス基板材料に比較
して生産性を大きく向上させることができる。
【００１４】前記セラミックス基板の製造方法におい
て、原料となる前記ガラス粉末としては、ＭｇＯを１０
〜２０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ
2 を４０〜５５ｗｔ％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、
アルカリ金属（Ｒ2 Ｏ）を０．５〜５ｗｔ％の範囲にな
るように混合したものが好ましい。
て、原料となる前記ガラス粉末としては、ＭｇＯを１０
〜２０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ
2 を４０〜５５ｗｔ％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、
アルカリ金属（Ｒ2 Ｏ）を０．５〜５ｗｔ％の範囲にな
るように混合したものが好ましい。
【００１５】前記ガラス粉末中のＭｇＯが２０ｗｔ％を
超えると軟化温度が高くなり、ち密化が不十分になると
ともに抗折強度が小さくなり、また１０ｗｔ％未満では
コージェライトが析出せず熱膨張係数が大きくなる。前
記ガラス粉末中のＡｌ2 Ｏ3が２０ｗｔ％を超えると軟
化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度でち密化
が不充分となって抗折強度が小さくなり、また１０ｗｔ
％未満ではコージェライトが析出せず熱膨張係数が大き
くなる。前記ガラス粉末中のＳｉＯ2 が５５ｗｔ％を超
えると軟化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度
ではち密化が不十分となって抗折強度が小さくなる、ま
た４０ｗｔ％未満では比誘電率と熱膨張係数が大きくな
る。前記ガラス粉末中のＢ2 Ｏ3 が２０ｗｔ％を超える
とガラスの化学的安定性が低下し、また１０ｗｔ％未満
では軟化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度で
はち密化が不十分となって抗折強度が小さくなる。前記
ガラス粉末中のアルカリ金属はＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓ
ｉＯ2 及びＢ2 Ｏ3 と相互に作用し、特にＢ2 Ｏ3 との
相乗作用により軟化温度を低下させるため、前記ガラス
粉末中に０．５ｗｔ％以上含有させる必要があるが、５
ｗｔ％を超えると耐水性が劣化する。
超えると軟化温度が高くなり、ち密化が不十分になると
ともに抗折強度が小さくなり、また１０ｗｔ％未満では
コージェライトが析出せず熱膨張係数が大きくなる。前
記ガラス粉末中のＡｌ2 Ｏ3が２０ｗｔ％を超えると軟
化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度でち密化
が不充分となって抗折強度が小さくなり、また１０ｗｔ
％未満ではコージェライトが析出せず熱膨張係数が大き
くなる。前記ガラス粉末中のＳｉＯ2 が５５ｗｔ％を超
えると軟化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度
ではち密化が不十分となって抗折強度が小さくなる、ま
た４０ｗｔ％未満では比誘電率と熱膨張係数が大きくな
る。前記ガラス粉末中のＢ2 Ｏ3 が２０ｗｔ％を超える
とガラスの化学的安定性が低下し、また１０ｗｔ％未満
では軟化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度で
はち密化が不十分となって抗折強度が小さくなる。前記
ガラス粉末中のアルカリ金属はＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓ
ｉＯ2 及びＢ2 Ｏ3 と相互に作用し、特にＢ2 Ｏ3 との
相乗作用により軟化温度を低下させるため、前記ガラス
粉末中に０．５ｗｔ％以上含有させる必要があるが、５
ｗｔ％を超えると耐水性が劣化する。
【００１６】骨材の結晶としてコージェライトを選定し
たのは、添加したコージェライトを焼成時に結晶核とし
て作用させることにより、ガラスからのコージェライト
の析出が促進され、得られる焼結体の熱膨張係数が短時
間の焼成でシリコンの値（３．５×１０-6／℃）に近付
き、フリップチップ方式等のチップ実装等に適した基板
材料が得られるためである。
たのは、添加したコージェライトを焼成時に結晶核とし
て作用させることにより、ガラスからのコージェライト
の析出が促進され、得られる焼結体の熱膨張係数が短時
間の焼成でシリコンの値（３．５×１０-6／℃）に近付
き、フリップチップ方式等のチップ実装等に適した基板
材料が得られるためである。
【００１７】骨材の結晶として３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ
2 （ムライト）を選定したのは、ガラスとの相互作用の
結果、コージェライトが析出し易くなると共に、セラミ
ックス基板の熱膨張係数をＳｉの熱膨張係数に近づける
ことができるからである。
2 （ムライト）を選定したのは、ガラスとの相互作用の
結果、コージェライトが析出し易くなると共に、セラミ
ックス基板の熱膨張係数をＳｉの熱膨張係数に近づける
ことができるからである。
【００１８】結晶及びガラスの割合については、抗折強
度を１７ｋｇｆ／ｍｍ2 以上にするため、骨材としてム
ライトを５〜３０ｗｔ％及びコージェライトを０．１〜
２０ｗｔ％とし、残りをガラスとし、合計で１００ｗｔ
％とするのが好ましい。
度を１７ｋｇｆ／ｍｍ2 以上にするため、骨材としてム
ライトを５〜３０ｗｔ％及びコージェライトを０．１〜
２０ｗｔ％とし、残りをガラスとし、合計で１００ｗｔ
％とするのが好ましい。
【００１９】なお、ここで耐水性とは、ガラスが水に対
して溶解しない性質のことをいい、耐湿性とは、ガラス
の多孔質部分に染み込んだ液体が内層導体に影響（酸化
やマイグレーション）を与えない性質のことをいう。
して溶解しない性質のことをいい、耐湿性とは、ガラス
の多孔質部分に染み込んだ液体が内層導体に影響（酸化
やマイグレーション）を与えない性質のことをいう。
【００２０】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るセラミックス
基板及びその製造方法の実施例及び比較例を説明する。
基板及びその製造方法の実施例及び比較例を説明する。
【００２１】ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3
及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなり、その
組成比が下記の表１に示した割合となる平均粒径が０．
１〜１０μｍのガラス粉末と、コージェライトからなる
平均粒径が０．１〜１０μｍの結晶粒及び３Ａｌ2 Ｏ3
・２ＳｉＯ2 からなる平均粒径が０．１〜１０μｍの結
晶粒を混合した。ガラス粉末と結晶粒の混合比は、結晶
粒の割合を表１のとおりとし、残りをガラス粉末とし
た。例えば、実施例１では３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2
（ムライト骨材）を２０ｗｔ％、コージェライト骨材を
５ｗｔ％とし、ガラス材料は残りの７５ｗｔ％とした。
及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなり、その
組成比が下記の表１に示した割合となる平均粒径が０．
１〜１０μｍのガラス粉末と、コージェライトからなる
平均粒径が０．１〜１０μｍの結晶粒及び３Ａｌ2 Ｏ3
・２ＳｉＯ2 からなる平均粒径が０．１〜１０μｍの結
晶粒を混合した。ガラス粉末と結晶粒の混合比は、結晶
粒の割合を表１のとおりとし、残りをガラス粉末とし
た。例えば、実施例１では３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2
（ムライト骨材）を２０ｗｔ％、コージェライト骨材を
５ｗｔ％とし、ガラス材料は残りの７５ｗｔ％とした。
【００２２】次にこの混合物に有機バインダ、可塑剤及
び溶剤をそれぞれ適量添加し、混練して約１０，０００
ｃｐｓのスラリとした。このスラリを用いてドクターブ
レード法により、約０．２ｍｍ厚のシートに成形し、８
０℃で約１０分間乾燥させた。その後、このシートを１
０℃／分の速度で昇温させ、８５０〜９８０℃で５〜２
４０分間焼成し、セラミックス基板の焼結体の製造を完
了した。
び溶剤をそれぞれ適量添加し、混練して約１０，０００
ｃｐｓのスラリとした。このスラリを用いてドクターブ
レード法により、約０．２ｍｍ厚のシートに成形し、８
０℃で約１０分間乾燥させた。その後、このシートを１
０℃／分の速度で昇温させ、８５０〜９８０℃で５〜２
４０分間焼成し、セラミックス基板の焼結体の製造を完
了した。
【００２３】次に、製造したセラミックス基板にコージ
ェライト結晶が析出していることを焼成前の原料粉末及
び焼結体のＸ線回折により確認し、また前記セラミック
ス基板の気孔率、比誘電率、熱膨張係数及び抗折強度の
特性を測定した。実施例６における焼成前の原料粉末及
び得られたセラミックス基板のＸ線回折強度のデータを
それぞれ図１及び図２に示し、上記したセラミックス基
板の製造条件及び得られたセラミックス基板の特性を下
記の表１に示している。
ェライト結晶が析出していることを焼成前の原料粉末及
び焼結体のＸ線回折により確認し、また前記セラミック
ス基板の気孔率、比誘電率、熱膨張係数及び抗折強度の
特性を測定した。実施例６における焼成前の原料粉末及
び得られたセラミックス基板のＸ線回折強度のデータを
それぞれ図１及び図２に示し、上記したセラミックス基
板の製造条件及び得られたセラミックス基板の特性を下
記の表１に示している。
【００２４】なお、気孔率はアルキメデス法により測定
し、比誘電率はインピーダンスアナライザにより測定し
た。また熱膨張係数は接触式の線膨張係数計により室温
から３５０℃までの平均値を測定し、抗折強度は３点曲
げ試験により測定し、耐水性は煮沸水中に一定期間試験
片を保持して、その重量減少により評価した。また耐湿
性は薄板状のサンプルの片面から水又は水蒸気を接触さ
せ、反対側における湿度の上昇により評価した。
し、比誘電率はインピーダンスアナライザにより測定し
た。また熱膨張係数は接触式の線膨張係数計により室温
から３５０℃までの平均値を測定し、抗折強度は３点曲
げ試験により測定し、耐水性は煮沸水中に一定期間試験
片を保持して、その重量減少により評価した。また耐湿
性は薄板状のサンプルの片面から水又は水蒸気を接触さ
せ、反対側における湿度の上昇により評価した。
【００２５】なお、比較例２において得られたセラミッ
クス基板のＸ線回折強度のデータを図３に示している。
クス基板のＸ線回折強度のデータを図３に示している。
【００２６】さらに、実施例６で得られたセラミックス
を破断し、その一部をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用
いて観察した。得られたＴＥＭ写真をスケッチしたもの
を図４に示した。
を破断し、その一部をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用
いて観察した。得られたＴＥＭ写真をスケッチしたもの
を図４に示した。
【００２７】
【表１の１】
【００２８】
【表１の２】
【００２９】表１からも明らかなように、焼成温度が１
０００℃以下でも充分にち密化し、比誘電率が小さく、
熱膨張係数がシリコンに近く、抗折強度、耐水性、耐湿
性に優れたセラミックス基板が得られていることがわか
る。
０００℃以下でも充分にち密化し、比誘電率が小さく、
熱膨張係数がシリコンに近く、抗折強度、耐水性、耐湿
性に優れたセラミックス基板が得られていることがわか
る。
【００３０】なお、内層導体が溶融しなければ、セラミ
ックス基板の焼成温度が高いほど、ち密化するので大き
な抗折強度を得ることができる。
ックス基板の焼成温度が高いほど、ち密化するので大き
な抗折強度を得ることができる。
【００３１】図１は実施例６について原料のＸ線回折を
測定したデータを示したグラフであり、図２は実施例６
について得られたサンプルのＸ線回折を測定したデータ
を示したグラフであるが、これより原料の焼成を行うこ
とによりコージェライトが析出していることがわかる。
一方、比較例２においては図３に示したようにコージェ
ライトの析出が認められない。
測定したデータを示したグラフであり、図２は実施例６
について得られたサンプルのＸ線回折を測定したデータ
を示したグラフであるが、これより原料の焼成を行うこ
とによりコージェライトが析出していることがわかる。
一方、比較例２においては図３に示したようにコージェ
ライトの析出が認められない。
【００３２】また図４は、実施例６で得られたサンプル
の内部構造を示すＴＥＭ写真のスケッチであるが、これ
よりコージェライト骨材１１及びムライト骨材１２か
ら、コージェライト１３が析出していることがわかる。
なお、１４はガラスである。このような内部構造のセラ
ミックス基板を製造することにより、骨材と生成した結
晶とマトリックスであるガラスとの複合化により抗折強
度等の機械的性質をさらに改善することができる。
の内部構造を示すＴＥＭ写真のスケッチであるが、これ
よりコージェライト骨材１１及びムライト骨材１２か
ら、コージェライト１３が析出していることがわかる。
なお、１４はガラスである。このような内部構造のセラ
ミックス基板を製造することにより、骨材と生成した結
晶とマトリックスであるガラスとの複合化により抗折強
度等の機械的性質をさらに改善することができる。
【００３３】比較例１は、特開平２−２２５３３８号公
報に開示された内容に基づいて試作した比較例で、銀や
銅などを内層するのに必要な温度範囲である９００℃以
下の焼成では気孔率が充分に小さくならず、ち密化しな
いため抗折強度が小さいことがわかる。
報に開示された内容に基づいて試作した比較例で、銀や
銅などを内層するのに必要な温度範囲である９００℃以
下の焼成では気孔率が充分に小さくならず、ち密化しな
いため抗折強度が小さいことがわかる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るセラミ
ックス基板にあっては、ガラスと結晶とからなるセラミ
ックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ
金属を示す）であって、前記結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 を含有し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表
面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶（コー
ジェライト）が析出しており、ガラスの軟化温度が７２
０℃以下になり、８５０〜１０００℃の焼成温度でも気
孔率が減少してち密化し、熱膨張係数がシリコンに近
く、比誘電率が小さく、機械的強度、耐湿性、耐水性等
にも優れたセラミック基板を提供することができる。
ックス基板にあっては、ガラスと結晶とからなるセラミ
ックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ
金属を示す）であって、前記結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 を含有し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表
面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶（コー
ジェライト）が析出しており、ガラスの軟化温度が７２
０℃以下になり、８５０〜１０００℃の焼成温度でも気
孔率が減少してち密化し、熱膨張係数がシリコンに近
く、比誘電率が小さく、機械的強度、耐湿性、耐水性等
にも優れたセラミック基板を提供することができる。
【００３５】従って、本発明により低融点で低電気抵抗
率の銀や銅等を内部回路配線に有するセラミックス基板
を提供することができる。
率の銀や銅等を内部回路配線に有するセラミックス基板
を提供することができる。
【００３６】また本発明に係るセラミックス基板の製造
方法にあっては、上記（１）記載のセラミックス基板の
製造方法であって、ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2
Ｏ3を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ
％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒは
アルカリ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有
するガラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及
び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％を混
合して８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成
し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記
３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２
Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるので、気孔率
が減少してち密化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比
誘電率が小さく、機械的強度、耐湿性、耐水性等にも優
れた前記セラミック基板を製造することができる。
方法にあっては、上記（１）記載のセラミックス基板の
製造方法であって、ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2
Ｏ3を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ
％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒは
アルカリ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有
するガラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及
び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％を混
合して８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成
し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記
３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２
Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるので、気孔率
が減少してち密化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比
誘電率が小さく、機械的強度、耐湿性、耐水性等にも優
れた前記セラミック基板を製造することができる。
【図１】実施例６における焼成前の原料粉末のＸ線回折
強度のデータを示したグラフである。
強度のデータを示したグラフである。
【図２】実施例６において得られた焼結体のＸ線回折強
度のデータを示したグラフである。
度のデータを示したグラフである。
【図３】比較例２において得られた焼結体のＸ線回折強
度のデータを示したグラフである。
度のデータを示したグラフである。
【図４】実施例６で得られたセラミックス基板を破断し
て、その一部をＴＥＭを用いて観察し、得られたＴＥＭ
写真をスケッチしたものである。
て、その一部をＴＥＭを用いて観察し、得られたＴＥＭ
写真をスケッチしたものである。
１１ コージェライト骨材 １２ ムライト骨材 １３ コージェライト １４ ガラス
Claims (2)
- 【請求項１】 ガラスと結晶とからなるセラミックス基
板において、前記ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ
2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示
す）であって、前記結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５
ＳｉＯ2 を含有し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓ
ｉＯ2 及び３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2の骨材表面から２
ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶が析出している
ことを特徴とするセラミックス基板。 - 【請求項２】 ＭｇＯを１０〜２０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3
を１０〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2 を４０〜５５ｗｔ％、Ｂ
2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、Ｒ2 Ｏ（但し、Ｒはアルカ
リ金属を示す）を０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有するガ
ラス粉末９４．９〜５０．０ｗｔ％、２ＭｇＯ・２Ａｌ
2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒０．１〜２０ｗｔ％及び３Ａ
ｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 結晶粒５〜３０ｗｔ％を混合して
８５０℃以上１０００℃未満の温度範囲で焼成し、前記
２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記３Ａｌ2
Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させることを特徴とする請求
項１記載のセラミックス基板の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05298616A JP3097426B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | セラミックス基板およびその製造方法 |
| US08/219,549 US5498580A (en) | 1993-03-30 | 1994-03-29 | Ceramic substrate and a method for producing the same |
| DE4411127A DE4411127A1 (de) | 1993-03-30 | 1994-03-30 | Keramisches Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05298616A JP3097426B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | セラミックス基板およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07149561A JPH07149561A (ja) | 1995-06-13 |
| JP3097426B2 true JP3097426B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=17862039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05298616A Expired - Lifetime JP3097426B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-11-29 | セラミックス基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097426B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210035828A (ko) * | 2018-07-23 | 2021-04-01 | 코닝 인코포레이티드 | 마그네슘 알루미노실리케이트 유리 세라믹 |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP05298616A patent/JP3097426B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07149561A (ja) | 1995-06-13 |
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