JP3341782B2 - 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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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
- H05K3/4629—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets
Description
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。
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発生の原因になり、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、アルミナは焼成温度が約
1550℃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。
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。
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。
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
の大型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。
−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。
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。
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。
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。
コージェライト及びアルミナからなる骨材とを、 アルミナ:0 〜40wt% コージェライト:0.1 〜20wt% 残部がガラス粉末 となるよう混合した混合物を焼成して得られるガラスと
結晶とからなるセラミックス基板であって、コージェラ
イトの骨材表面、またはコージェライトおよびアルミナ
の骨材表面からコージェライト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である。別の面からは、
本発明は上記混合物を、850 ℃以上1000℃未満の温度範
囲で焼成することを特徴とする、コージェライトの骨材
表面、またはコージェライトおよびアルミナの骨材表面
からコージェライト結晶が析出しているセラミックス基
板の製造方法である。
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 結晶を含有
し、2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 の骨材表面、
又は2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 及びAl2 O
3 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、850〜1000℃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、耐湿性、耐水性等にも
優れたセラミック基板となる。
造方法によれば、MgO、Al2 O3 、SiO2 、B2
O3 及びR2 O(Rはアルカリ金属を示す)からなるガ
ラス粉末と、2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 結晶
粒、又は2MgO・2Al2O3 ・5SiO2 結晶粒及
びAl2 O3 結晶粒を混合して850℃以上1000℃
未満の温度範囲で焼成し、前記2MgO・2Al2 O3
・5SiO2 の骨材表面、又は前記2MgO・2Al2
O3 ・5SiO2 及び前記Al2 O3 の骨材表面からコ
ージェライトを析出させるので、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。さらに、Al2 O3 骨材を添
加した場合には、前記Al2 O3 骨材も析出するコージ
ェライトの核として作用する。
て、原料となる前記ガラス粉末としては、MgOを10
〜30wt%、Al2 O3 を5〜20wt%、SiO2
を40〜55wt%、B2 O3 を10〜20wt%、ア
ルカリ金属(R2 O)を0<R2 O≦5wt%の範囲に
なるように混合したものが好ましい。
と軟化温度が高くなり、ち密化が不十分になり、また10
wt%未満ではコージェライトが析出せず熱膨張係数が大
きくなる傾向が生じる。前記ガラス粉末中のAl2O3 が20
wt%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充分となって抗析強度が小さくなる
傾向が生じ、また5wt%未満ではコージェライトが析出
しない。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
不十分となって抗析強度が小さくなる傾向が生じ、また
40wt%未満では比誘電率と熱膨張係数が大きくなる傾向
が生じる。前記ガラス粉末中のB2O3が20wt%を超えると
ガラスの化学的安定性が低下する傾向が生じ、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析強度が小さくなる傾向
が生じる。前記ガラス粉末中のアルカリ金属はMgO 、Al
2O3 、SiO2及びB2O3と相互に作用し、特にB2O3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
中に含有させる必要があるが、R 2 O として5wt%を超え
ると耐水性が劣化する傾向が生じる。
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
の析出速度が著しく早められ、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。
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強度特性が向上
するためである。
度を19kgf/mm2 以上にするため、骨材としてア
ルミナを0〜40wt%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。
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。
基板及びその製造方法の実施例及び比較例を説明する。
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Al2O3 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ではアルミナ骨材を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。
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℃/minの速度で昇温させ、850〜980℃で5
〜240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。
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
図1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。
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。
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2に示している。
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。
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。
たサンプルのX線回折を測定したデータであるが、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。
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の表面からコージェライ
ト12が析出していることがわかる。なお、13はアル
ミナ骨格であり、14はガラス層である。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。
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。
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 結晶を含有し、2MgO・2Al2 O
3 ・5SiO2 の骨材表面、又は2MgO・2Al2 O
3 ・5SiO2 及びAl2 O3 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、850〜1000℃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、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。
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。
方法にあっては、MgO、Al2 O3 、SiO2 、B2
O3 及びR2 O(Rはアルカリ金属を示す)からなるガ
ラス粉末と、2MgO・2Al2 O3 ・5SiO2 結晶
粒、又は2MgO・2Al2O3 ・5SiO2 結晶粒及
びAl2 O3 結晶粒を混合して850℃以上1000℃
未満の温度範囲で焼成し、前記2MgO・2Al2 O3
・5SiO2 の骨材表面、又は前記2MgO・2Al2
O3 ・5SiO2 及び前記Al2 O3 の骨材表面からコ
ージェライトを析出させるので、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、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。
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。
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。
Claims (2)
- 【請求項1】MgO :10〜30wt% Al2O3 : 5〜20wt% SiO2 :40〜55wt% B2O3 :10〜20wt% R2O :5 wt%以下 (但し、Rはアルカリ金属) の組成からなるガラス粉末と、 コージェライト、またはコージェライト及びアルミナか
らなる骨材とを、 アルミナ:0 〜40wt% コージェライト:0.1 〜20wt% 残部がガラス粉末 となるよう混合した混合物を焼成して得られるガラスと
結晶とからなるセラミックス基板であって、コージェラ
イトの骨材表面、またはコージェライトおよびアルミナ
の骨材表面からコージェライト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 :10〜30wt% Al2O3 : 5〜20wt% SiO2 :40〜55wt% B2O3 :10〜20wt% R2O :5 wt%以下 (但し、Rはアルカリ金属) の組成からなるガラス粉末と、 コージェライト、またはコージェライト及びアルミナか
らなる骨材とを、 アルミナ:0 〜40wt% コージェライト:0.1 〜20wt% 残部がガラス粉末 となるよう混合した混合物を850 ℃以上1000℃未満の温
度範囲で焼成することを特徴とする、コージェライトの
骨材表面、またはコージェライトおよびアルミナの骨材
表面からコージェライト結晶が析出しているセラミック
ス基板の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17551793A JP3341782B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | 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 |
---|---|---|---|
JP17551793A JP3341782B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | セラミックス基板およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0733515A JPH0733515A (ja) | 1995-02-03 |
JP3341782B2 true JP3341782B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=15997442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17551793A Expired - Lifetime JP3341782B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-07-15 | セラミックス基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3341782B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-15 JP JP17551793A patent/JP3341782B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0733515A (ja) | 1995-02-03 |
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