JP3327556B2 - 低誘電損失ガラス - Google Patents

低誘電損失ガラス

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、合衆国陸軍省から授与されたDAAB07−94−
Ｃ−C009号に基づく政府支援より達成された。合衆国政
府は本発明に対して一定の権利を有する。
本発明は、多層セラミック回路基板及びその製作方法
に関する。とりわけ、本発明は、熱膨張係数が適当な値
であり、低比誘電率とギガヘルツ領域の周波数において
非常に低い誘電損失値を有するガラス／セラミックス製
の多層セラミック回路基板に関する。
背景技術 多層セラミック回路基板は、数十年間にわたってメイ
ンフレーム・コンピュータなどの高性能システムに使用
されてきた。これらの回路基板は、有機接着剤や鋳型と
混合されたセラミック及びガラス粉末からグリーンテー
プ合成物を作成することによって製造される。成形した
テープにビア・ホールを穿ち、導電性金属の配線パター
ンをテープ上にスクリーン印刷する。異なる層の回路パ
ターン間を電気的に相互接続するために、導電性金属イ
ンクがビア・ホールにもスクリーン印刷される。グリー
ンテープを適切な順番で積み重ね、一緒にプレスするこ
とにより、ビア及び配線を相互に接触させる。この多層
積層体を次に焼結して高分子接着剤やその他の有機材料
を焼き払い、金属パターン及びセラミック層を焼結す
る。こうして、相互接続された集積回路を数層有するセ
ラミック基板が形成される。
セラミックス材料の選定により、金属パターンを形成
するため使用できる導電性金属の種類が決まる。アルミ
ナなどのセラミックスは焼結温度が高い、例えば約1500
℃、ので、回路パターンを作成するためには、モリブデ
ンやタングステンなど融点の高い耐火性金属粉末が必要
である。最近は、焼結温度が低いガラス及びガラスとセ
ラミックの混合物が使用されるようになってきた。この
場合、ガラスはかなり低い温度、例えば約1000℃未満、
で焼結する。このようなガラス及びガラス／セラミック
混合物により、耐火性金属より導電性が高いが比較的溶
融温度が低い金属、例えば銀や金、銅、これらの混合物
及び合金などを使用することが可能になった。これらの
低温セラミック基板は、例えばシリコンの熱膨張係数と
ほぼ一致する熱膨張係数を持つものを選択することがで
き、したがって、低溶融温度のはんだやその他の接着剤
を用いてシリコン素子が回路基板に直接固着される回路
基板に使用されるようになってきた。
銀、金または銅などの導電性金属の厚膜配線パターン
を持つこのような低温同時焼結セラミック基板を作成す
るには、マグネシウム−アルミノ珪酸塩系及びリチウム
−アルミノ珪酸塩系の結晶化可能なガラスが使用されて
きた。ガラス−セラミック絶縁体基板は誘電率が低いの
で、高速デジタル・コンピュータにおける信号伝搬遅延
を低下させ、また金属導体に対する抵抗率が低く、熱膨
張率（CTE）はシリコンの熱膨張率とほぼ一致するの
で、はんだ結合部の信頼性が向上する。しかし、これら
のガラス／ガラス・セラミック基板は、アルミナほどの
強度がなく、また熱伝導率がアルミナに比べて著しく低
い。
アルミナ及びガラスまたはガラス／セラミック基板の
両方の別の短所は、これらが焼結中に全方向に収縮する
ために、層の歪み及び結果的には回路パターンの歪みの
問題が発生することである。
低強度の問題を克服するために、積層グリーンテープ
積層体は、用意された金属板上で焼結される。これらの
金属板は、モリブデン、タングステン、コバール、イン
バールなど、機械的に強い心材を含むことが望ましい。
これらの材料を銅などの高導電性金属層にめっきするか
積層することにより、熱伝導を向上させることができ
る。グリーンテープ層をこの金属板の上に積み重ねて焼
結すると、ガラス層は金属板に接着する。これにより少
なくとも横つまりｘ及びｙ方向の収縮は抑制され、その
結果収縮が発生するのは厚み、つまりｚ方向だけとな
る。この横方向の収縮の除去により、良好な素子生成に
悪影響を及ぼす歪み、反り、及び寸法上の問題は回避さ
れる。金属板または支持基板は、機械的強度及びヒート
シンク機能の両方をセラミック多層回路基板に与える。
しかし、この技術を使用する場合、得られる複合基板の
反りや亀裂を防止するために、ガラス−セラミックスの
熱膨張率が選択された支持基板の熱膨張率と一致するこ
とが絶対必要となる。
低温セラミック基板、特に金属支持セラミック回路基
板の製造に適した材料として、結晶化可能なガラスまた
は1000℃未満の温度で焼結することのできるガラスとセ
ラミックの混合物がある。初期ガラス組成は、焼結によ
り完全な高密度化及び結晶化が行われ、要求される熱
的、電気的、及び機械的特性を備えたガラス−セラミッ
クスが得られるように選択される。これらのガラスの結
晶化挙動は、その組成や熱的履歴、処理開始時のガラス
粉末の粒径など、多くの要素に依存する。ガラスとセラ
ミックの混合物を使用する場合には、昇温時のガラス相
の軟化により、ほとんどまたは全く結晶化することなく
高密度化が達成される。ここで得られるセラミックの性
質は、処理開始時の材料及びセラミック中のそれらの既
知の割合から予測することができる。
現在まで、低温セラミック基板の誘電体組成物の選択
を支配する主な要素は、高速デジタル分野における信号
伝搬遅延を低減するための低誘電率の必要性、及びセラ
ミック基板とシリコンの熱膨張係数を一致させる必要性
であった。熱膨張係数の一致は、シリコン集積回路チッ
プとセラミック基板との間の直接はんだ接続部の信頼性
向上のためである。
過去には、マグネシウム−アルミノ珪酸塩系の結晶化
可能なガラス、特にコージエライト結晶相を有するガラ
スが選択されてきた。これは、コージエライト結晶相の
熱膨張率が低いことは公知であり、比誘電率も低いため
である。しかし、コージエライトの化学量論的組成は、
1000℃未満の温度では良好に焼結しない。また、これら
の熱膨張係数は容認できないほど低く、７〜10×10-7/
℃の範囲である。
得られるガラス−セラミックスの焼結性を向上し、か
つ熱膨張係数を増大させるため、クマール（Kumar）ら
は、マグネシウム成分を多く含むが、完全にコージエラ
イト結晶相のままである組成を選択した（米国特許第4,
301,324号参照）。これらの組成は、形成される基板の
熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数によって限定し、20
〜40×10-7/℃の範囲となるように調整された。
近藤らは、「多層基板用の低焼結温度セラミック材料
（Low Firing Temperature Ceramic Material for Mult
ilayers Substrate）」（Multilayer Ceramic Device,A
dvances in Ceramics,Vol.19）と題する論文で、焼結性
を向上し、熱膨張係数をまだシリコンのそれに一致する
24×10-7/℃にまで高めるために、亜鉛酸化物を追加成
分として含む改良コージエライト・ガラス組成を教示し
た。これらの組成は、マグネシウム酸化物−アルミノ珪
酸塩の３成分系のコージエライト結晶相またはムライト
結晶相領域のいずれかに完全に位置する。ホレーラン
（Holleran）らは、「電子部品実装用のガラス・セラミ
ックス（Glass Ceramics for Electronic Packagin
g）」と題する欧州特許出願題0 289 222 A1号（1988
年）で、同一の結果を達成するために、マグネシウム酸
化物−アルミノ珪酸塩系コージエライト組成物に特定の
アルカリ及びアルカリ土類の酸化物を添加した。
先行技術のコージエライト・ガラス−セラミックスの
支配的な結晶相は、アルファ・コージエライトであり、
２次相はエンスタタイトMgSiO3であることが突き止めら
れている。ガラス組成物へのその他の添加物によって形
成されるわずかな結晶相及び残りのガラスから、ガラス
・セラミック構造が形成される。第１図は、MgO−Al2O3
−SiO3の３成分系の状態図であり、存在可能な様々なガ
ラス及びそれらの結晶相領域を示す。コージエライト系
のガラスは、符号Ａで示されている。
前述の先行技術の組成は、自立構造の同時焼結多層基
板の製造には適しているが、コバールやインバール等製
または銅−モリブデン−銅、銅−タングステン−銅、銅
／コバール／銅、銅／インバール／銅等の複合材製の公
知の支持基板、または窒化アルミニウム、シリコンカー
バイド等のセラミック材料の支持基板に対しては使用で
きない。これらの支持基板は全て、30〜60×10-7/℃の
範囲の熱膨張係数を有する。
このような複合構造の製造に適したガラス組成物を開
発することが望ましい。誘電ガラス−セラミックは、選
択された支持板及び回路パターンや回路間のビア相互接
続形成に用いられる厚膜導体に良好に接着しなければな
らない。
本発明の別の目的は、ガリウムひ素（GaAs）素子に一
致する熱膨張係数を有するセラミック基板構造を製造す
ることである。これらのガラス−セラミック基板は低比
誘電率を有し、マイクロ波周波数範囲においても非常に
低い誘電損失を有する必要がある。適切な比誘電率は５
〜７の範囲である。tan∂で表わされる誘電損失は、２
×10-3以下でなければならない。
したがって、高周波デジタルまたはマイクロ波信号を
伝達する導体の絶縁体として適切な誘電材であって、低
誘電損失損率と低比誘電率を有し、さらに金属基板、特
に前述の銅被覆複合基板、セラミック基板、及びマイク
ロ波素子の作成に幅広く使用されるガリウムひ素と親和
する熱膨張率を有する誘電材を提供することがきわめて
望ましい。先行技術のマグネシウム−アルミノ珪酸塩、
コージエライト系ガラスは、幾つかの興味深い特性を備
えている。例えば、焼結により細孔の無い材料を形成す
る能力、低焼結温度、高破断強度、めっき時に使用され
る化学薬品に対する適正な耐性、及び優れた表面仕上な
どである。しかし、コージエライト・ガラスは、金属ま
たはセラミック支持基板ともガリウムひ素とも親和する
熱膨張係数を有しない。
発明の開示 我々は、酸化マグネシウム−アルミノ珪酸塩３成分系
でフォルステライト結晶相領域の組成を有するガラス
は、焼結した場合に1000℃未満の温度で良好な焼結性を
示し、支持基板に良好に接着し、金属またはセラミック
支持基板に適合する適正な熱膨張係数を有し、低比誘電
率及び低誘電損失特性を特徴とするグリーンテープを形
成できることを見出した。
さらに我々は、これらのガラスを含むグリーンテープ
を段階的に昇温し、最初はガラスの転移温度より約10〜
30℃高い温度に加熱し、その温度に維持してガラス全体
で結晶核を生成し、次に温度を上げてガラスの結晶化を
完了させることにより、ガラスの誘電損失の値を低くす
ることができることを見出した。
本発明のガラスは、低い、すなわち６未満の比誘電率
と、GHz周波数範囲において非常に低い誘電損失係数（t
an∂＜２×10-3）と、ガリウムひ素（GaAs）素子及び前
述の支持基板と適合する熱膨張率である45〜60×10-7/
℃範囲の熱膨張係数とを有する、マグネシウム成分の含
有率が高いマグネシウム−アルミノ珪酸塩ガラスであ
る。
本発明の内容は、添付の図面と共に以下の詳細な説明
を検討することにより、容易に理解することができる。
図面の簡単な説明 図１は、酸化マグネシウム−アルミナ珪酸塩系の３成
分状態図であり、本発明及び先行技術の組成物の組成を
示している。
図２は、本発明で有用なガラスの示差熱分析曲線であ
る。
図３は、本発明のガラスの50Ω伝送線における対周波
数（ギガヘルツ単位）損失を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態 本発明のガラスは、少なくとも26重量％のMgOを含むM
gO−Al2O3−SiO2ガラスであり、特定の特性とするため
他の金属酸化物を任意に含めることができる。これらの
ガラスにおける高MgO含有率は、高熱膨張係数、低誘電
損失、向上された焼結性、及び優れた表面仕上げを得る
のに役立つ。酸化鉛（PbO）や酸化バリウム（BaO）など
の追加酸化物の含有により、例えば特に支持基板への接
着性を向上させたり、誘電損失係数を低下させることが
できる。
本発明のガラスは、必要な量の適切な金属酸化物粉末
を混合し、一緒に溶融することによって生成される。本
発明のガラス作成に使用した酸化物は、酸化物全体重量
の少なくとも26％の量の酸化マグネシウムを含む。
例えばCu/Mo/Cu、Cu/インバール/Cu、またはCu/コバ
ール/Cuなどの銅被覆複合基板にセラミックスを適合さ
せる場合は、MgOに加えて、酸化物全体の重量の約45〜5
2％の酸化シリコンと、五酸化リンP2O5、酸化ホウ素B2O
3、酸化鉛PbO、及び酸化ジルコニウムZrO2をはじめとす
る微量の酸化物と、釣り合いを保つ酸化アルミニウムAl
2O3を含む組成のガラスを使用することができる。
このセラミックスを、例えばコバール等の金属の支持
基板に適合させる場合には、比較的大量の酸化バリウム
を含むガラスが追加される。代表的な適切なガラスは、
26〜34重量％のMgO、12〜18重量％のBaO、５〜20重量％
のAl2O3、20〜26重量％のSiO2、10〜16重量％の酸化ホ
ウ素B2O3、及び微量の追加酸化物からなる組成を有す
る。
酸化物は、1500〜1650℃の範囲の温度で共に溶融し
て、急冷されることによりガラスを生成する。このガラ
スをボールミルで粉砕して、微細なガラス粉末が得られ
る。
次に、ガラス粉末を在来型の結合剤、可塑剤、及び界
面活性剤と混合し、グリーンテープ組成物を形成する。
幾つかのグリーンテープ層を一つに重ね合わせ、プラテ
ン・プレスにより90℃で約1500psi（約10MPa）の圧力で
プレスし、積層グリーンテープを形成する。本発明の工
程に従って、積層グリーンテープを３段階で焼結する。
最初に約500℃の温度を約１時間維持し、有機材料を焼
却除去する。次に温度をガラスのガラス転移温度より約
10〜30℃高い温度にまで上げ、さらに30〜120分間維持
し、ガラスの結晶核生成を完了させる。最後に温度をガ
ラスの軟化点近くの温度にまで上昇し、さらに30〜120
分間かけてガラスの結晶化を完了させる。特定のガラス
のガラス転移温度及び結晶化温度は、従来の示差熱分析
曲線を用いて決定することができる。この結晶化段階
は、ガラスの低比誘電率及び低誘電損失係数を確保する
ために重要である。
我々は、複合支持基板と共に使用するのに有用な本発
明のガラスを、以下に述べる組成領域内の組成になるよ
うにした。それは、図１の符号Ｂで示される酸化マグネ
シウム−アルミノ珪酸塩３成分系のフォルステライト結
晶相領域内であり、約26〜35重量％の酸化マグネシウム
と、約10〜25重量％の酸化アルミニウムと、約45〜52重
量％の酸化シリコンと、さらに酸化ホウ素、五酸化リ
ン、ジルコニア、酸化鉛、アルカリ金属酸化物、アルカ
リ土類金属酸化物等を含む10重量％以下の調整酸化物と
からなる。
コバール等の金属支持基板と共に使用するのに好適な
本発明のガラスは、以下の領域の組成を有する。約26〜
34重量％の酸化マグネシウムと、約12〜18重量％の酸化
バリウムと、約５〜20重量％の酸化アルミニウムと、約
20〜26重量％の酸化シリコンと、約10〜16重量％の酸化
ホウ素、約１〜３重量％の酸化ジルコニウム及び約２重
量％以下の五酸化リンからなる。
本発明のガラスは、前述の一連の焼結手順に従って焼
結した後、主に２種類の結晶相すなわちアルファ−コー
ジエライト及びフォルステライトMg2SiO4を有する。フ
ォルステライト・ガラスはコージエライトより高い熱膨
張係数を有するが、強度はコージエライトに及ばないの
で、今日までセラミック多層回路基板を作成する上であ
まり関心を持たれなかった。しかし、ここでは機械的に
強固な支持基板上に支持される多層セラミック回路に使
用されるので、ガラスの強度は重要ではない。高い熱膨
張係数の支持基板を使用する本願では、高い熱膨張係数
がまた非常に望ましく、シリコンよりむしろガリウムひ
素に適合する熱膨張係数が要求される。
以下、実施例を示しながら本発明をさらに詳しく説明
するが、本発明をここで説明する詳細に限定するもので
はない。
例１ ガラスは、以下の各重量％の酸化物から製造した。
SiO2 Al2O3 MgO P2O5 B2O3 ZrO2 45 22 29 1.5 1.0 1.5 上記のガラスを平均径7.5ミクロンの粒子に粉砕し
た。このガラスの示差熱分析曲線を図２に示す。このグ
ラフは、このガラスが875℃のガラス転移温度を有し、8
80〜915℃の結晶核生成範囲を有することを示す。ピー
ク焼結温度は960℃である。
粉末状にしたガラスに在来型の結合剤、界面活性剤、
可塑剤及び溶剤を添加してグリーンテープ・スラリに
し、ドクター・ブレードを用いる周知の方法でグリーン
テープに成形する。グリーンテープ数層をプラテン・プ
レスにより90℃、約1500psi（約10MPa）の圧力で一緒に
プレスして積層グリーンテープを形成する。積層グリー
ンテープを炉内の空気中で加熱する。最初は500℃で１
時間、次に900℃（ガラス転移温度より約25℃高い温
度）で１時間そして925℃で１時間である。
上記のようにして焼結したガラスは、熱膨張係数45×
10-7/℃、比誘電率5.7及び誘電損失（tan∂×103）1.6
を有する。
同一組成のグリーンテープを900℃で１時間加熱する
ことにより、同一の積層グリーンテープ標本を焼結した
（標本Ａ）。
実施例１及び標本Ａのガラスの熱膨張係数及び誘電特
性を比較して以下にまとめる。
実施例１ 標本Ａ 熱膨張係数（参照温度300℃）×10-7/℃ 45 56 比誘電率（15GHz） 5.7 6.9 誘電損失（15GHz）×103 1.6 12.7 間隙率 ＜１％ ＜１％ 結晶度 95％ 10％ このように、本発明の３段階プロセスに従って形成し
たガラス−セラミックは、焼結温度はより高かったが、
熱膨張係数、比誘電率及び誘電損失の値はより低くなっ
た。
標本Ａのガラスを925℃に再加熱して１時間維持した
後、室温にまで冷却したところ、標本Ａの特性及びミク
ロ構造は、実施例１のガラスと同様になった。これは、
２段階加熱が本発明に関わる特性に影響を及ぼすことを
示している。
実施例２〜４ 本発明により形成される実施例１と同様の特性及び組
成を有するその他のガラスの組成をまとめると次の通り
である。
ガラス２ ガラス３ ガラス４ SiO2 45 50 51 Al2O3 22 13 13 MgO 26 34 32 P2O5 1.5 B2O3 1.5 ３ １ ZrO2 ４ ３ 925℃で焼結した上記ガラスの特性は次の通りであ
る。
熱膨張係数×10-7/℃ 47 50 52 比誘電率 5.7 6.1 6.1 tan∂ 2.1 1.9 1.75 上記のガラス組成は、適切な金属やセラミックの支持
基板上に固着される在来型の低温多層回路基板、あるい
は積層グリーンテープの双方の形成に使用することがで
きる。これらのガラスは、本発明のガラス粉末、粉末上
の導電性銀金属、及び充分な溶剤と他の従来成分からな
る銀厚膜インク及びビア・ホール埋込みインクへの使用
に見事に適しており、成形されたグリーンテープ上にイ
ンクをスクリーン印刷することができる。
マイクロ波ストリップライン及びその他の薄膜構造
は、真空蒸着、スパッタリング、めっき、平板印刷及び
エッチングをはじめとする従来の薄膜製法によって、本
発明のガラス−セラミック基板の焼結後研磨した表面上
に作成することができる。
最高40GHzまでの周波数における信号損失特性を測定
し、アルミナの場合と比較した。その結果を図３に示
す。本発明のガラス−セラミックスは、この範囲全体に
わたってアルミナに充分匹敵し、他の周知のマグネシウ
ム・アルミノ珪酸塩ガラス−セラミックと比較して非常
に低い。
本発明の高MgO含有率のマグネシウム−アルミノ珪酸
塩ガラスの結晶化温度は、本発明のグリーンテープ組成
物に約１〜10重量％の結晶化コージエライトを追加する
ことにより、多少変えることができる。
実施例５ 実施例１でグリーンテープを形成するために使用した
スラリのガラス粉末に、結晶コージエライト粉末（2.0
重量％）を添加した。これによって得られる組成物を90
0℃で焼結したときの熱膨張係数及び誘電特性は、925℃
で焼結した実施例１の場合と同一であった。このよう
に、少量の結晶コージエライトを添加すると、ガラスの
ピーク結晶化温度が低下する。この例では、970℃から9
37℃にまで低下した。焼結温度の低下により、銀導体の
局所的溶融の危険性が低減する。
得られたガラス−セラミック基板の熱膨張係数、比誘
電率、及び誘電損失係数は、実施例１のガラス−セラミ
ック基板の場合とほぼ同一値となった。
実施例６ 実施例１のガラス粉末を含む10枚のばらばらのグリー
ンテープを、1500ポンド／平方インチ（約10MPa）の圧
力及び90℃の温度で積層プレスにより一緒にプレスする
ことにより、１つの積層グリーンテープが形成された。
こうしてできた積層板を、適切に用意された同一サイズ
で厚さ0.020インチ（約0.5mm）の銅−モリブデン−銅支
持基板上に載せ、室温で500ポンド／平方インチ（3.45M
Pa）未満の圧力で積層板と支持板を一緒にプレスした。
この複合板をベルト加熱炉内の空気中で925℃のピーク
焼結温度にまで徐々に加熱した。室温にまで冷却した
後、支持基板にしっかりと接着した一体構造の焼結ガラ
ス−セラミック積層板から成る複合基板が得られた。積
層板は焼結中にｘ方向及びｙ方向には収縮しなかった
が、厚さ方向には約45％収縮した。
標本Ｂ ここでは、酸化マグネシウム−アルミノ珪酸塩の３成
分系でコージエライト結晶相に該当する先行技術の組成
を持つガラス粉末から成る積層グリーンテープを代用し
て、実施例６と同じ手順に従った。このガラスは、22重
量％のMgO、25重量％のAl2O3、50重量％のSiO2、1.5重
量％のB2O3、及び1.5重量％のP2O5からなる。このガラ
ス−セラミック基板の熱膨張係数は、34×10-7/℃であ
る。焼結後、反りが著しい複合構造が得られ、このガラ
ス−セラミック基板は、ガラス−セラミック基板と支持
基板のそれぞれの熱膨張係数の大きな不適合のために、
金属板によって生じた引張り応力により、多くの亀裂が
発生した。
実施例７〜９ コバール等の特定の金属支持基板は、約300℃を超え
ると熱膨張係数が急激に増大するので、コバール等の金
属に接着して使用する場合は、さらに高い酸化マグネシ
ウム含有量のガラスを使用することができる。その組成
を下表に示す。
実施例７ 実施例８ 実施例９ MgO 32.5 34 29 BaO 17 15 18 Al2O3 ７ 6.5 ８ SiO2 24 25 26 B2O3 16 16 15 ZrO2 2.5 2.5 ３ P2P5 １ １ １ 実施例10 実施例７のガラス粉末から成る10枚のグリーンテープ
を1500psi（約10MPa）の圧力及び90℃の温度で積層プレ
スにより一緒にプレスすることにより、１枚の積層グリ
ーンテープが形成された。こうして得られた積層テープ
を、適切に用意された厚さ0.020インチ（約0.5mm）のコ
バール製支持基板上に載せた。積層グリーンテープとコ
バール支持基板とを室温で500psi（3.45MPa）の圧力で
一緒にプレスした。この複合基板を次にベルト加熱炉内
で、空気中で最高温度900℃にまで加熱した。
室温にまで冷却した後、コバール支持基板にしっかり
と接着した焼結ガラス−セラミックを備える複合基板が
得られた。積層基板はｘ方向及びｙ方向には収縮しなか
ったが、厚さ方向には約45.5％収縮した。複合基板に湾
曲や反りは見られなかった。このように、ガラス−セラ
ミック板とコバール支持板の熱収縮率はぴったり一致し
た。
以上、本発明を特定の実施例に則して説明したが、当
業者は様々な代替組成や代替反応条件を思いつくことが
できる。そうした代替例は、本発明に含まれるものとす
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プラビュー，アショク，ナラヤン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 イースト ウィンザー メドウ レーン 21 (72)発明者 トーメイ，エレン，シュワルツ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 プリンストン ジャンクション ジェフ リー レーン ８ (56)参考文献 特開 昭63−79739（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−179741（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−1653（ＪＰ，Ａ) 米国特許5099174（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開351097（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/195,35/20 C04B 35/622,35/64 H05K 3/46

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フォルステライト及びコージエライト結晶
    相を有し、約26〜35重量％の酸化マグネシウムと、約45
    〜52重量％の酸化シリコンと、約10〜25重量％の酸化ア
    ルミニウムと、酸化ホウ素、五酸化リン、ジルコニア、
    酸化鉛のうちから選ばれた10重量％までの調整酸化物と
    を組成として含むガラス粉末から形成された焼結ガラス
    であって、比誘電率が６以下、GHz周波数帯域における
    誘電損失係数が２（tanδ×10-3）以下、熱膨張係数が4
    5〜60×10-7/℃である、前記焼結ガラス。
  2. 【請求項２】前記ガラス粉末に、10重量％までの結晶化
    コージエライトのガラス粉末がさらに含まれる、請求項
    １記載の焼結ガラス。
  3. 【請求項３】フォルステライト及びコージエライト結晶
    相を有し、約26〜34重量％の酸化マグネシウムと、約12
    〜18重量％の酸化バリウムと、約５〜20重量％の酸化ア
    ルミニウムと、約20〜26重量％の酸化シリコンと、約10
    〜16重量％の酸化ホウ素とを組成として含むガラス粉末
    から形成された焼結ガラスであって、比誘電率が６以
    下、GHz周波数帯域における誘電損失係数が２（tanδ×
    10-3）以下、熱膨張係数が45〜60×10-7/℃である、前
    記焼結ガラス。
  4. 【請求項４】ガラス粉末と有機結合剤とを含有するグリ
    ーンテープであって、前記ガラス粉末は、約26〜35重量
    ％の酸化マグネシウムと、約45〜52重量％の酸化シリコ
    ンと、約10〜25重量％の酸化アルミニウムと、酸化ホウ
    素、五酸化リン、ジルコニア、酸化鉛のうちから選ばれ
    た10重量％までの調整酸化物とを組成として含むもので
    あり、 焼結により、フォルステライト及びコージエライト結晶
    相を有し、比誘電率が６以下、GHz周波数帯域における
    誘電損失係数が２（tanδ×10-3）以下、熱膨張係数が4
    5〜60×10-7/℃である焼結ガラスが形成される、 前記グリーンテープ。
  5. 【請求項５】前記ガラス粉末に、10重量％までの結晶化
    コージエライトのガラス粉末がさらに含まれる、請求項
    ４記載のグリーンテープ。
  6. 【請求項６】ガラス粉末と有機結合剤とを含有するグリ
    ーンテープであって、前記ガラス粉末は、約26〜34重量
    ％の酸化マグネシウムと、約12〜18重量％の酸化バリウ
    ムと、約５〜20重量％の酸化アルミニウムと、約20〜26
    重量％の酸化シリコンと、約10〜16重量％の酸化ホウ素
    とを組成として含むものであり、 焼結により、フォルステライト及びコージエライト結晶
    相を有し、比誘電率が６以下、GHz周波数帯域における
    誘電損失係数が２（tanδ×10-3）以下、熱膨張係数が4
    5〜60×10-7/℃である焼結ガラスが形成される、 前記グリーンテープ。
  7. 【請求項７】ガラス粉末と有機結合剤との混合物から、
    フォルステライト及びコージエライト結晶相を有し、熱
    膨張係数が45〜60×10-7/℃であり、比誘電率とGHz周波
    数帯域における誘電損失が低い焼結ガラスを調製する方
    法であって、前記ガラス粉末は、約26〜35重量％の酸化
    マグネシウムと、約45〜52重量％の酸化シリコンと、約
    10〜25重量％の酸化アルミニウムと、酸化ホウ素、五酸
    化リン、ジルコニア、酸化鉛のうちから選ばれた10重量
    ％までの調整酸化物とを組成として含むものであり、 前記混合物を500℃まで加熱して有機材料を焼却除去す
    る工程と、 有機材料除去後の混合物をガラスのガラス転移温度より
    10〜30℃高い温度までさらに加熱することで、ガラスの
    結晶核を形成する工程と、 結晶核形成後、より高い温度であってガラスの軟化温度
    以下の温度までさらに加熱することでガラスの結晶化を
    完了させる工程と、 を順番に備える前記方法。
  8. 【請求項８】ガラス粉末と有機結合剤との混合物から、
    フォルステライト及びコージエライト結晶相を有し、熱
    膨張係数が45〜60×10-7/℃であり、比誘電率とGHz周波
    数帯域における誘電損失が低い焼結ガラスを調製する方
    法であって、前記ガラス粉末は、約26〜34重量％の酸化
    マグネシウムと、約12〜18重量％の酸化バリウムと、約
    ５〜20重量％の酸化アルミニウムと、約20〜26重量％の
    酸化シリコンと、約10〜16重量％の酸化ホウ素とを組成
    として含むものであり、 前記混合物を500℃まで加熱して有機材料を焼却除去す
    る工程と、 有機材料除去後の混合物をガラスのガラス転移温度より
    10〜30℃高い温度までさらに加熱することで、ガラスの
    結晶核を形成する工程と、 結晶核形成後、より高い温度であってガラスの軟化温度
    以下の温度までさらに加熱することでガラスの結晶化を
    完了させる工程と、 を順番に備える前記方法。
  9. 【請求項９】約26〜35重量％の酸化マグネシウムと、約
    45〜52重量％の酸化シリコンと、約10〜25重量％の酸化
    アルミニウムと、酸化ホウ素、五酸化リン、ジルコニ
    ア、酸化鉛のうちから選ばれた10重量％までの調整酸化
    物とを組成として含む、フォルステライト及びコージエ
    ライト結晶相を有する複数の焼結ガラス層であって、各
    層の上には回路パターンがある前記焼結ガラス層を、銅
    被膜支持基板上に備えた多層セラミック回路基板。
  10. 【請求項１０】前記支持基板が、窒化アルミニウム、シ
    リコンカーバイド、アルミナ及びダイアモンドよりなる
    群から選ばれたセラミックである、請求項９記載の多層
    セラミック回路基板。
  11. 【請求項１１】前記焼結ガラス層は、比誘電率が６以
    下、GHz周波数帯域における誘電損失係数が２（tanδ×
    10-3）以下、熱膨張係数が45〜60×10-7/℃である、請
    求項９又は請求項10に記載の多層セラミック回路基板。
  12. 【請求項１２】約26〜34重量％の酸化マグネシウムと、
    約12〜18重量％の酸化バリウムと、約５〜20重量％の酸
    化アルミニウムと、約20〜26重量％の酸化シリコンと、
    約10〜16重量％の酸化ホウ素とを組成として含む、フォ
    ルステライト及びコージエライト結晶相を有する複数の
    焼結ガラス層を、金属の支持基板上に備えた多層セラミ
    ック回路基板。
  13. 【請求項１３】前記支持基板が、モリブデン、タングス
    テン、コバール及びインバールよりなる群から選ばれた
    金属である、請求項12記載の多層セラミック回路基板。
  14. 【請求項１４】前記焼結ガラス層は、比誘電率が６以
    下、GHz周波数帯域における誘電損失係数が２（tanδ×
    10-3）以下、熱膨張係数が45〜60×10-7/℃である、請
    求項12又は請求項13に記載の多層セラミック回路基板。
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