JP3125500B2 - セラミックス基板 - Google Patents

セラミックス基板

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JP3125500B2
JP3125500B2 JP05015079A JP1507993A JP3125500B2 JP 3125500 B2 JP3125500 B2 JP 3125500B2 JP 05015079 A JP05015079 A JP 05015079A JP 1507993 A JP1507993 A JP 1507993A JP 3125500 B2 JP3125500 B2 JP 3125500B2
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善章 山出
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基板、より
詳細には電子部品を多数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に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より電子機器産業分野において、セ
ラミックス多層配線基板及びセラミックスパッケージに
はアルミナ焼結体が多く用いられてきた。しかし、アル
ミナは比誘電率εが10程度と高く、信号遅延を生じさ
せるため、コンピュータなどの信号処理の高速化に伴い
前記信号遅延の発生が問題となってきている。
【0003】またアルミナは焼結温度が1500℃以上
と高いため、内層導体として使用可能な金属がW、Mo
等の高融点金属に限られてしまい、これらの金属は電気
抵抗率が高いため微細配線化等の要求を満たすことがで
きないという問題を有している。
【0004】このような問題を解決するために、焼結温
度が1000℃以下のガラス系複合材料を用いた、C
u、Ag、Ag−Pd等の低電気抵抗率導体との同時焼
成が可能な低温焼成基板の開発、実用化が行われてい
る。
【0005】例えば特開昭59−162169号公報に
おいては、低融点ガラスと無機フィラーとの混合体を1
000℃以下の温度で焼成する方法が提案されている。
前記方法を用いることにより内層導体として銀、銅及び
金の使用が可能となるが、強度については検討されてお
らず、実際の部品として使用するには強度の点において
問題がある。
【0006】このような強度に関する問題を解決するた
め、例えば特公平3−53269号公報においては、Al
2O3 、SiO2、CaO 、B2O3及びその他不純物からなるガラ
ス粉末とアルミナ粉末との混合物を低温で焼成して結晶
化させ、アノーサイト(CaO・Al2O3・2SiO2結晶)あるい
はコーディライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2結晶)を析出
させることにより、20kgf/mm2 以上の強度を有する材
料を得る方法が提案されている。また特開昭62−11
3758号公報においては、添加するアルミナの量を最
大60%まで増やし、同時に前記ガラス粉末の粒度と添
加するアルミナ粉末の粒度を調整することにより、30
kgf/mm2 以上の強度を有する材料を得る方法が提案され
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平3−53269号公報に記載のものでは比誘電率が
大きいという課題があった。また、上記特開昭62−1
13758号公報に記載のものにおいてもフィラーとし
てアルミナを添加しているので比誘電率が大きくなると
いう課題があった。
【0008】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであり、気孔率が極めて小さいこと、比誘電率が低
く信号処理の高速化に対応することができること及び抗
折強度が大きいことの3つの条件を同時に満足するセラ
ミックス基板を提供することを目的としている。
【0009】
【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、ガラスと結晶質と
からなるセラミックス基板において、前記ガラスはCaO-
Al2O3-SiO2-B2O3 系ガラスからなり、前記結晶質には
0〜60wt%の3Al2O3・2SiO2結晶及び5〜20wt
%のCaO・Al2O3・2SiO2結晶を含有していることを特徴と
している。
【0010】
【作用】前記セラミックス基板中に含まれる前記ガラス
はCaO-Al2O3-SiO2-B2O3 系ガラスであり、前記ガラス中
の各成分の量は特に限定されないが、基板を1000℃以下
の焼成により緻密化させ、かつ焼成によりアノーサイト
を充分析出させる点から、例えばCaO の含有量は10〜
55wt%、Al2O3 の含有量は0〜30wt%、SiO2
含有量は45〜70wt%、B2O3の含有量は0〜30w
t%が好ましい。また前記ガラス成分は、1000℃以下の
焼成により充分緻密化させる点から、セラミックス基板
中に40〜70wt%程度含まれるのが好ましい。一
方、前記結晶質には前記3Al2O3・2SiO2結晶(ムライ
ト)及び前記CaO・Al2O3・2SiO2結晶(アノーサイト)を
含有する。前記ムライトは原料中に添加されたムライト
をほぼそのまま含有しているものであるが、アノーサイ
トは焼成工程によりセラミックス基板中に析出する。こ
れらムライト及びアノーサイトの含有量は、特に限定さ
れるものでないが、緻密化及び基板強度の発現のために
は、ムライトの含有量は30〜60wt%が好ましく、
また基板に充分な強度を与える点から、アノーサイトの
含有量は5〜20wt%が好ましい。
【0011】本発明に係る前記セラミックス基板を製造
するには、まず前記ガラスの原料であるCaO 、SiO2、Al
2O3 、B2O3の各粉末を所定の配合比になるように混合
し、この後1500〜1600℃で溶解させて急冷し、
ガラス化する。次に得られた前記ガラスを粉砕し、ガラ
ス粉末とする。前記ガラス粉末の製造において、前記原
料は炭酸塩、酸化物、水酸化物のいずれでもよい。また
前記溶解時の温度範囲は炉材料等の関係から前記温度範
囲が好ましい。
【0012】次に得られた前記ガラス粉末に前記ムライ
トを所定の割合で混合し、成形粉末とする。この成形粉
末を冷間プレス、テープキャスティングまたはスラリー
キャスティング等の通常のセラミック成形法により成形
し、800〜1100℃の温度で焼成する。
【0013】本発明に係る上記セラミックス基板を多層
配線基板として利用する場合は、成形したグリーンシー
ト上に、例えばAg系の導体ペーストを印刷し、必要な枚
数を重ね合わせて熱圧着により一体化し、前記導体ペー
スト及び前記セラミック基板を同時に焼成する。また、
導体材料としてCu粉末を用い、窒素雰囲気中で焼成し、
Cu内層回路多層基板を作成することも可能である。
【0014】前記セラミックス基板の原料中には、骨材
としてムライトが添加されているので、ガラス単体と比
べて焼成中の基板のダレや変形がなくなり、その結果焼
成条件(温度、時間など)の管理が容易になる。
【0015】本発明に係るセラミックス基板によれば、
ガラスと結晶質とからなるセラミックス基板において、
前記ガラスはCaO-Al2O3-SiO2-B2O3 系ガラスからなり、
前記結晶質にはムライト及びアノーサイトを含有してい
るので、前記セラミックス基板中に存在する前記アノー
サイト及び前記ムライトにより抗折強度が高くなり、ま
た比誘電率の低い前記ムライトの存在により基板全体の
比誘電率も低くなる。さらにCaO-Al2O3-SiO2-B2O3 系ガ
ラスと前記ムライト及び前記アノーサイトからなる結晶
質とが組み合わされているので、気孔率が極めて小さく
なる。
【0016】前記セラミックス基板の気孔率は3%以下
が好ましい。気孔率が3%を超えると、基板洗浄の工程
等で液体がセラミックス基板中に染み込み、後に表面に
にじみ出てくるため表面がメッキ液成分で汚染されると
いう問題が生じる。また、前記セラミックス基板の比誘
電率は、基板上の回路の信号遅延を防止するため7.5
以下が好ましい。さらに、前記セラミックス基板の抗折
強度は、組み立て工程におけるハンドリングで破損等が
生じないようにし、さらに半田付け強度の向上のために
も20kgf/mm2 以上が好ましい。
【0017】
【実施例及び比較例】以下本発明に係るセラミックス基
板の実施例及び比較例を説明する。まず、CaCO3 が35
wt%、Al2O3 が5wt%、SiO2が45wt%及びH3BO
3が15wt%からなるガラスの原料粉末をポットミル
を用いて混合した。次に、前記混合物を1550℃で溶
解し、カーボンの板の上に広げ急冷し、ガラスを作製し
た。このガラスをボールミルによる湿式粉砕にて平均粒
径が0.2 〜10μm程度になるように粉砕し、このガラ
ス粉末とムライト粉末を下記の表1に示した割合で混合
した。
【0018】
【表1】
【0019】その後、有機バインダーを添加してスラリ
ー化し、ドクターブレード装置を用いて厚み約200μ
mのシートを作製した。このシート5枚を積層し、熱圧
着した後、大気雰囲気下、800〜1100℃の温度範
囲で焼成し、セラミックス基板の焼結体を製造した。
【0020】得られたセラミックス基板を用いて、アノ
ーサイト、ムライトの存在をX線回折分析により確認し
た。実施例3における測定結果を図1に示す。図1より
明らかなように、ムライト及びアノーサイトの存在がは
っきり確認できる。
【0021】また前記セラミックス基板の気孔率、抗折
強度、比誘電率、熱膨張係数を測定し、これらの結果を
X線回折分析の結果と併せて下記の表2に示した。
【0022】
【表2】
【0023】上記の表2から明らかなように、No.1
〜5に示す実施例のものは前記セラミックス基板にアノ
ーサイトの析出、ムライトの含有がX線回折分析により
確認されており、抗折強度が20kgf/mm2 以上となり、
部品実装に十分な強度が得られている。また比誘電率が
7.5以下となっており、低誘電率化が図られている。
さらに気孔率が3%以下であり、十分緻密化されてい
る。
【0024】No.6〜8は比較例を示している。N
o.6では前記セラミックス基板にアノーサイトの析出
及びAl2O3 の結晶の含有がX線回折分析により確認され
ており、抗折強度が20kgf/mm2 以上となっているの
で、部品実装に十分な強度は得られている。しかし、ム
ライトが含有されておらず、代わりにAl2O3 結晶が含有
されているために、比誘電率が7.5より大きくなって
いる。またNo.7では前記セラミックス基板にアノー
サイトの析出、ムライトの含有がX線回折分析により確
認されておらず、抗折強度が20kgf/mm2 より小さく、
部品実装に十分な強度が得られていない。さらにNo.
8は前記セラミックス基板にアノーサイトの析出及びム
ライトの含有が確認されているが、ガラス量が不足して
いるために基板としては緻密化が不十分であり、気孔率
が15%と高い。
【0025】このように実施例に係るセラミックス基板
にあっては、ムライトが含有されているので、焼結過程
でアノーサイトが析出し、部品実装に十分な抗折強度
(20kgf/mm2 )が得られている。またムライトが含有
されているので、十分小さい比誘電率が得られ、前記セ
ラミックス基板を用いることにより信号処理の高速化に
対応することができる。
【0026】さらに、実施例に係るセラミックス基板は
CaO-Al2O3-SiO2-B2O3 系ガラスと3Al2O3・2SiO2の結晶
及びCaO・Al2O3・2SiO2 結晶からなる結晶質との組み合わ
せにより構成されているので、気孔率を極めて小さくす
ることができ、耐熱衝撃性等の特性にも優れている。
【0027】
【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、ガラスと結晶質とからなるセラ
ミックス基板において、前記ガラスはCaO-Al2O3-SiO2-B
2O3 系ガラスからなり、前記結晶質には30〜60wt
%のムライト及び5〜20wt%のアノーサイトを含有
しているので、前記セラミックス基板中に含有された前
記アノーサイト及び前記ムライトにより抗折強度を高く
することができ、また比誘電率の低い前記ムライトの存
在により基板全体の比誘電率を低くすることができる。
さらに前記CaO-Al2O3-SiO2-B2O3 系ガラスと前記ムライ
ト及び前記アノーサイトからなる結晶質との組み合わせ
により、気孔率を極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例3により得られたセラミックス基板を用
いてX線回折を行った際の結果を示すX線回折図であ
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラスと結晶質とからなるセラミックス
    基板において、前記ガラスはCaO-Al2O3-S iO2-B2O3
    ガラスからなり、前記結晶質には30〜60wt%の
    Al2O3 ・2SiO2結晶および5〜20wt%のCaO・Al2O3
    2SiO2結晶を含有していることを特徴とするセラミック
    ス基板。
JP05015079A 1993-02-02 1993-02-02 セラミックス基板 Expired - Lifetime JP3125500B2 (ja)

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CN111732426A (zh) * 2020-06-16 2020-10-02 电子科技大学 一种高密度封装用钙铝硅基陶瓷材料及其制备方法

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