JP3863996B2 - Crystallized glass-ceramic composite, wiring board using the same, and package including the wiring board - Google Patents
Crystallized glass-ceramic composite, wiring board using the same, and package including the wiring board Download PDFInfo
- Publication number
- JP3863996B2 JP3863996B2 JP20116698A JP20116698A JP3863996B2 JP 3863996 B2 JP3863996 B2 JP 3863996B2 JP 20116698 A JP20116698 A JP 20116698A JP 20116698 A JP20116698 A JP 20116698A JP 3863996 B2 JP3863996 B2 JP 3863996B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystallized glass
- parts
- weight
- ceramic composite
- wiring board
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶化ガラス−セラミック複合体及びそれを用いた配線基板並びにその配線基板を具備するパッケージに関する。更に詳しくは、本発明の複合体は高熱膨張であり、低誘電率であり、銀、銅等の低抵抗配線と同時焼成が可能であり、高い機械的強度をもつ、という優れた特性を備えると共に、耐湿性にも優れた結晶化ガラス−セラミック複合体及びそれを用いた配線基板並びにその配線基板を具備するパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、プリント配線板を面実装するタイプのパッケージ或いは圧電素子をパッケージに実装するために、プリント配線板或いは圧電素子との熱膨張係数の差を小さくしたパッケージ材料として、ガラス−セラミック複合体が開発されてきた。例えば、リチウムシリケート結晶を使ったもの（特開平９−１７９０４号公報、特開平９−７４１５３号公報、特開平９−８６９６０号公報、特開平９−１４２８７９号公報、特開平９−１４２８８０号公報、特開平９−１６９５６８号公報、特開平９−２０８２６１号公報、特開平９−２０８２９９号公報）や、フォルステライトを使ったもの（特開平６−１９１８８７号公報、特開平９−２０８２６１号公報等）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのガラス−セラミック複合体では、いずれも、熱膨張差を小さくするために、即ち熱膨張率を大きくするために、このガラス中に５〜２０重量％程度の比較的高濃度のアルカリ金属酸化物が含有されている。従って、これらの複合体においては、結晶化が不十分でガラス中にアルカリ金属酸化物が残留することで、耐湿性が劣化し、誘電損失が増加し、更には絶縁抵抗が低下するので、配線基板材料としては好ましくない。これらの公報のうち、特に、特開平９−１４２８７９号公報、特開平９−１６９５６８号公報及び特開平９−２０８２６１号公報は、ガラスとして結晶化ガラスを用いている。しかし、特開平９−１４２８７９号公報においては、高強度を目的としており、そのためにガラスの屈伏点を４００〜７７０℃とするものである。特開平９−１６９５６８号公報においては、Ｃｒ化合物等を配合することにより焼結体を着色させようとするものである。また、特開平９−２０８２６１号公報においては、結晶化ガラス中にＰ2Ｏ5成分を含有させて十分に結晶化させ、且つフォルステライトを所定量含有させて、圧電部品の熱膨張係数に近似させるとともに高強度を得ようとするものである。以上に示すように、これらの結晶化ガラスを用いた場合においても、耐湿性に加えて、高熱膨張であり、低誘電率であり、低抵抗配線と同時焼成が可能であり且つ高強度な性能を全て備えた結晶化ガラス−セラミック複合体が得られていない。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決したものであり、高熱膨張であり、低誘電率であり、低抵抗配線と同時焼成が可能であり、且つ高い機械的強度を持つと共に、耐湿性にも優れた新たな組成の結晶化ガラス−セラミック複合体及びそれを用いた配線基板並びにその配線基板を具備するパッケージを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、アルカリ金属化合物を含有しない新たな組成において、高熱膨張であり、低誘電率であり、低抵抗配線と同時焼成が可能であり、且つ高い機械的強度を持つと共に、耐湿性にも優れた、結晶化ガラス−セラミック複合体を検討したところ、アルカリ金属化合物を含有しないか又は極めて少量の含量であっても、結晶相としてディオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2）及びエンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）を同時に析出する結晶化ガラス及びＳｉＯ2系のフィラーを所定割合に配合することにより達成できることを見出して、本発明を完成したものである。
【０００６】
本発明の結晶化ガラス−セラミック複合体（以下、「複合体」ともいう。）は、結晶相としてディオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２）及びエンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）の両結晶を含有し、且つワラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）を含有しない結晶化ガラスと、石英、クリストバライト及びトリジマイトから選ばれる少なくとも一種のフィラーと、を含む結晶化ガラス−セラミック複合体であって、上記結晶化ガラスの組成は、該結晶化ガラス成分全体を１００重量部とする場合、ＳｉＯ ２ が４０〜６０重量部、ＭｇＯが１５〜３０重量部、ＣａＯが１５〜３０重量部、Ａｌ ２ Ｏ ３ が０．１〜１０重量部、Ｂ ２ Ｏ ３ が０．１〜１０重量部の範囲であり、該結晶化ガラス−セラミック複合体を１００重量部とする場合、上記結晶化ガラスが３０〜９０重量部（特に好ましくは、５０〜９０重量部）、上記フィラーが１０〜７０重量部（特に好ましくは、１０〜５０重量部）であり、該結晶化ガラス−セラミック複合体全体を１００重量部とする場合、アルカリ金属酸化物を含まない、又は１重量部以下含むものであることを特徴とする。
このアルカリ金属酸化物の含有量が１重量部を超える場合は、耐湿性（耐水性）が低下するからである。尚、この含有量は、アルカリ元素化合物を積極的に含有させずに、即ち不純物程度に含有されるもの又はそれ以下のものである。従って、上記の「含まない」とは、現在の測定限界値（数ｐｐｍオーダー）以下は含まない意味に用いるものとする。
【０００７】
上記「結晶化ガラス」の組成（組成成分種類及び組成割合）は、アルカリ金属酸化物が不純物程度以下に含まれる（又は含まれない。）ものであり且つ結晶化ガラスとなるようなものであればよい。特に、この組成は、結晶化ガラス成分全体を１００重量部とする場合、ＳｉＯ２が４０〜６０重量部（好ましくは、４５〜５７重量部）、ＭｇＯが１５〜３０重量部（好ましくは、１７〜３０重量部、より好ましくは、１８〜２８重量部）、ＣａＯが１５〜３０重量部（好ましくは１８〜２９重量部、特に好ましくは２０〜２９重量部）、Ａｌ２Ｏ３が０．１〜１０重量部（好ましくは０．１〜５重量部）、Ｂ２Ｏ３が０．１〜１０重量部（好ましくは０．１〜８重量部）の範囲とすることができる。
【０００８】
このＳｉＯ2が６０重量部を越えるとガラスの焼成時の粘性が上がり緻密化しにくくなり、４０重量部より少ないとガラス化しにくくなる。このＭｇＯが３０重量部を越えるとガラス化しにくくなり、１５重量部より少ないとディオプサイドの析出が少なくなり、強度が低下する。このＣａＯが３０重量部を越えるとエンスタタイトの結晶がなくなり、１５重量部より少ないとガラスの焼成時の粘性が上がり緻密化しにくくなる。尚、このＣａＯの含有量は２８重量部以下とすることが好ましく、この場合にはワラストナイトの結晶の生成をより確実に防止できる。このＡｌ2Ｏ3が１０重量部を越えると失透しやすくなり、０．１重量部より少ないとガラスの焼成時の粘性が上がり緻密化しにくくなる。このＢ2Ｏ3が１０重量部を越えるとディオプサイドの結晶の析出が少なくなり強度が低下し、０．１重量部より少ないとガラスの焼成時の粘性が上がり緻密化しにくくなる。
【０００９】
本発明の結晶化ガラスの組成成分として、更に、核形成剤を配合することができる。この核形成剤としては、結晶化ガラスの核形成用に用いられるものであればよく、例えば、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＳｎＯ２のうちの少なくとも１種を用いることができ、通常、このうち、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２が用いられる。この核形成剤の配合量は、結晶化ガラス成分全体を１００重量部とする場合、上記ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＳｎＯ２のうちの１種又は２種以上を５重量部以下（通常、３重量部以上、好ましくは１重量部以下）含有するものとすることができる。これが５重量部を越える場合は、緻密化を阻害するため、好ましくない。
更に、本結晶化ガラスには、Ｐｂが含まれていない。これは、毒性の高いＰｂによる被毒を防止するための装置及び管理を不必要にするためである。
【００１０】
上記「フィラー」としては、石英、クリストバライト及びトリジマイトから選ばれる一種又は二種以上であればよいが、通常、石英のみ、石英とクリストバライトとの組み合わせ、石英とトリジマイトとの組み合わせ等が用いられる。また、このフィラーとしては、更にマグネシア及び／又はアルミナを用いることができる。このフィラーの配合量が１０重量部未満の場合は、低誘電率化及び高熱膨張化の効果が少なく、７０重量部を越える場合は、緻密化しにくくなり好ましくない。
【００１１】
本発明の結晶化ガラス−セラミック複合体は、吸水率が０．１％以下、熱膨張係数が８〜１５ｐｐｍ／℃（好ましくは９〜１４ｐｐｍ／℃）、抗折強度が１５０ＭＰａ以上（好ましくは１７０ＭＰａ、且つ誘電率が８以下（好ましくは７以下）とすることができる。
【００１２】
本発明の配線基板は、上記本発明に示される結晶化ガラス−セラミック複合体から成る基板部と、この基板部内又はこの基板部上に形成された配線パターン部と、を備えることを特徴とする。尚、この基板部内に配線パターン部（特に２以上の配線パターン部）を備える場合は、複数のグリーンシートを積層して作製された多層配線基板となる。このグリーンシートの積層数は、特に限定されない。また、上下に隣接する配線パターン部は、ビアにより電気的に接続される。更に、基板部表面のみに配線パターン部を形成させた場合は、単層配線基板となる。
また、本発明のパッケージは、上記の配線基板を備え、更に、例えばこの配線基板に搭載される各種チップ及び密閉用の蓋等を具備する。
【００１３】
本発明の複合体では、結晶相としてディオプサイド及びエンスタタイトを同時に析出する結晶化ガラスと、フィラーとして高熱膨張で低誘電率のＳｉＯ2系の結晶とが複合化されているので、ディオプサイドの結晶化を促進でき、アルカリ金属酸化物を含有しなくても、誘電率が小さく（例えば８以下）、且つ熱膨張係数（例えば８〜１５ppm/℃程度）が大きな複合体が得られる。特に、ＭｇＯの含有量を多くすることにより、ワラストナイト結晶の生成を抑えている。また、結晶化ガラスを用いるので、低温で焼成した場合でも、高い緻密性を備える複合体とでき、これにより耐水性及び高強度を確保できる。更に、本複合体にはアルカリ金属酸化物が含まれないか又は著しく少ないので、上記耐水性は特に向上し、更に誘電損失を低下させることができる。
【００１４】
また、フィラーとしてマグネシア及びアルミナの少なくとも１種を添加することにより、更なる高熱膨張化及び高強度化を図ることができる。更に、結晶化ガラスに核形成剤としてＴｉＯ2、ＺｒＯ2及びＳｎＯ2の少なくとも１種を添加する場合は、結晶化が促進され、高強度化をより一層図ることができる。また、結晶化ガラスの組成において、ディオプサイド組成（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2）よりもＳｉＯ2成分量を少なくすることにより、特にＳｉＯ2系フィラーとの濡れ性及び反応性を向上させ、焼結性を高めることができる。
更に、本発明の配線基板並びにその配線基板を具備するパッケージは、上記に示す有用な結晶化ガラス−セラミック複合体を基板に用いるので、プリント配線板、圧電素子等の高熱膨張素材との熱膨張の整合を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
本実施例は結晶化ガラス−セラミック複合体に関するものである。
（１）ガラス粉末の調製
表１に示す量比の各粉末成分を混合したものを１４５０℃の温度で熔解し、その後、急冷してガラスを得た。このガラスをエタノール中で湿式粉砕した後、平均粒径３〜７μmのガラス粉末Ｎｏ．Ｇ１〜Ｇ２０（本発明品；Ｇ１〜Ｇ１４、比較品；Ｇ１３〜Ｇ２０）を得た。
【００１６】
【表１】
（２）結晶化ガラス−セラミック複合体の製造
上記ガラス粉末と表２〜４に示す各添加フィラーを、この表２〜４に示す量比にし調製して、混合粉末（Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ３１、本発明品；Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ２５、比較品；Ｎｏ．Ｆ２６〜Ｆ３１）を作った。その後、この混合粉末１００重量部（以下、単に「部」という。）にバインダ４部と、エタノール７５部を加えて造粒し、８０ＭＰａの圧力を加えて成形した各成形体を得た。次いで、１５０ＭＰａの圧力で等方静水圧プレス（ＣＩＰ）処理を行い、この各成形体を大気雰囲気中で、８５０〜１０００℃で焼成して、焼結体（結晶化ガラス−セラミック複合体）である各試験品Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ３１（本発明品；Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ２５、比較品；Ｎｏ．Ｆ２６〜Ｆ３１）を得た。
【００１８】
【表２】
【表３】
【表４】
上記各焼結体について、Ｘ線回折により主結晶相の同定を行った。この結果を表５〜７に示す。その代表例として、試験品Ｎｏ．Ｆ１のＸ線チャートを、図１に示す。また、この各焼結体中に含まれるアルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）の酸化物量を測定した。この結果を表５〜７に示す。この測定はＩＣＰ発光法により行った。
【００２２】
更に、上記各焼結体を所定の大きさに研磨し、各試験片Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ３１を得、この各試験品について、吸水率、抗折強度、熱膨張係数及び比誘電率（εr）を測定した。この各測定方法は以下の通りである。これらの結果を表５〜７に示す。
（１）吸水率；ＪＩＳ Ｃ ２１４１による。
（２）抗折強度；ＪＩＳ Ｒ １６０１の３点曲げ法（３×４ｍｍ、スパン：３０ｍｍ）によった。
（３）熱膨張係数；試験片：４ｍｍφ×２０ｍｍ、温度３０〜４００℃、で示差膨張式熱機械分析装置にて測定を行った。
（４）比誘電率；１MHzにおいてＲＦ−インピーダンス法により測定を行った。
【００２３】
【表５】
【表６】
【表７】
（３）実施例１の効果
表１〜７の結果によれば、以下のことが判る。
まず、試験例Ｎｏ．Ｆ２６では、各本発明品に比べて結晶化ガラス中のＳｉＯ2量が多いために、緻密化が不十分となり、吸水率が１６．２％と大きくなる。試験例Ｎｏ．Ｆ２７では、結晶化ガラス中のＡｌ2Ｏ3が多いため、緻密化が不十分となり、吸水率が５．６％と高くなる。試験例Ｎｏ．Ｆ２８では、各本発明品に比べて結晶化ガラス中のＢ2Ｏ3が多いため抗折強度が１４０ＭＰａと低下する。試験例Ｎｏ．Ｆ２９では、各本発明品に比べて結晶化ガラス中のＴｉＯ2が多過ぎるため、緻密化が不十分となり、吸水率が２．１％と高くなる。更に、比較品Ｎｏ．Ｆ２６、２７、２９、３０では９５０℃という高温で焼成しても十分に緻密化しなかった。
【００２７】
一方、本発明品であるＮｏ．Ｆ１〜Ｆ２５の複合体のいずれにも、結晶相としてディオプサイト、エンスタタイト、フォルステライト、ラーナイト及びα-石英を確認（図１参照）し、ワラストナイトの結晶は確認されなかった。尚、ＭｇＯ含有量が本発明品の中で最も少ない（１７．０重量％）結晶化ガラス（Ｎｏ．Ｇ１０）を用いた場合（Ｎｏ．Ｆ１７）でも、ワラストナイトの結晶は確認されなかった。
【００２８】
一方、試験品Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ２５に示した各発明品については、結晶化ガラス組成が、ＳｉＯ2：４２．０〜５７．０重量％（以下、単に「％」と言う。）、ＭｇＯ：１７．０〜２８．０％、ＣａＯ：１６．０〜２８．７％、Ａｌ2Ｏ3：０．３〜８．０％、Ｂ2Ｏ3：０．２〜７．０％、の範囲（表１参照）、結晶化ガラスの配合量が５５〜８０％の範囲（表２及び３参照）、石英系フィラーの添加量が２０〜４０％の範囲（表２及び３参照）であるので、いずれも吸水率が０．１％以下、抗折強度が１７０〜２４０ＭＰａ、熱膨張係数が９．５〜１２．８ｐｐｍ/℃、誘電率が６．０〜７．５（特に６．０〜７．０、更に６．０〜６．７）であり（表５〜７参照）、すべての性能について実用的で優れたものである。そして、これらの全ての本発明品において、ディオプサイド結晶及びエンスタタイト結晶の両方が生成されており、ワラストナイト結晶は生成されなかった。 また、上記全ての本発明品においては、アルカリ金属酸化物の含有量が１．０％以下という少量であった。
【００２９】
特に、ＳｉＯ2系結晶のフィラーの添加量が２０％〜４０％まで順次増大するに伴って（２０％；Ｎｏ．Ｆ２、３、３０％；Ｎｏ．Ｆ１、４、５、４０％；Ｎｏ．Ｆ６、７、１４）、高熱膨張化及び低誘電率化を実現していることが判る。更に、マグネシア又はアルミナをフィラーとして添加した場合（Ｎｏ．Ｆ２、Ｆ８、Ｆ１２等）は、抗折強度が２２０〜２４０ＭＰａと大きい。
また、結晶化ガラスの核形成剤としてＴｉＯ2、ＺｒＯ2又はＳｎＯ2を添加した場合（Ｎｏ．Ｆ１１〜Ｆ１４、Ｆ２０、Ｆ２１）は、結晶化が促進され高強度化、高熱膨張化が可能となる。更に、本発明品においては、８５０〜１０００℃で焼成しており、いずれの場合も緻密体が得られている。特に、石英系フィラーの添加量が３０％以下の多くの場合では、８５０〜９００℃というやや低温で焼成しても緻密体が得られている。
【００３０】
実施例２
本実施例は、配線基板に関するものである。
まず、以下の方法により、配線基板を製造した。
表１中のガラスＮｏ．Ｇ１の組成を持つガラス粉末７０部を、フィラー３０部、アクリル系バインダ１０部、可塑剤５部、及び分散剤１部とともに、トルエンとメチルエチルケトン及びアルコール系の混合溶剤中で十分に混合し、粉砕してスラリーを調製した。このフィラーとしては、石英を用いた。
【００３１】
その後、このスラリーからドクターブレード法によって、厚み０．１〜０．７ｍｍのグリーンシートを作製した。このグリーンシート４枚（いずれも同材料からなる。）に、Ａｇ（又はＣｕ）ペーストを用いて、所定パターンの印刷を行い、また、上下の接続をとるためにビアホールにＡｇ（又はＣｕ）ペーストを充填した後、積層した。この４枚の積層された積層グリーンシートを、温度４５０℃で６０分間の条件下において、樹脂抜きを行った。次いで、Ａｇの場合は大気中（Ｃｕの場合は窒素雰囲気中）、９００℃の温度で３０分間保持しながら焼成した。
【００３２】
この配線基板１は、図２に示すように、所定組成の結晶化ガラス−セラミック複合体から成る基板部２と、この基板部２上及び基板部２内に形成された４層の配線パターン部３ａ〜３ｄ備える。尚、この配線基板１は、４枚のグリーンシートを積層形成された４層配線基板であり、同図中、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ各グリーンシートが焼成されてなる各基板層部を表している。
【００３３】
上記により製造された多層配線基板１は、これを構成する基板部２が実施例１で説明した試験品Ｎｏ．Ｆ１の材料から構成される。従って、この配線基板は、高熱膨張な材料との整合に優れ、接合部の信頼性に欠けることもないし、低誘電率で、低抵抗配線と同時焼成が可能であり、且つ高い機械的強度を持つと共に、耐湿性にも優れ、配線基板並びにその配線基板を具備するパッケージの性能として極めて優れている。
【００３４】
尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、ガラス組成は、表１の示すものに限らず、本発明の範囲内における組成とすることができる。また、ガラス組成の種類と添加フィラーとの組合せは表２〜４に示す場合に限らず、種々の組合せを適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の結晶化ガラス−セラミック複合体は、アルカリ金属酸化物（更にはＰｂ元素化合物）を含有しなくても、高熱膨張、低誘電率、機械的高強度、高吸湿性（高耐水性）及び低温焼成が可能という全ての特徴を同時に有する。従って、この複合体は、高熱膨張材料と表面実装するために用いられる配線基板材料として好適である
本発明の配線基板並びにその配線基板を具備するパッケージは、上記に示す優れた性能をバランスよく備えた結晶化ガラス−セラミック複合体を基板部に用いるので、プリント配線板、圧電素子等の高熱膨張素材との熱膨張の整合を図ることができ、そのため、高熱膨張素材を表面実装しても不具合が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における試験例Ｎｏ．Ｆ１に係わる結晶化ガラスーセラミック複合体のＸ線回折結果を示すチャートである。
【図２】実施例２において製造された多層配線基板の縦断面図である。
【符号の説明】
１；配線基板、２；基板部、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ；配線パターン部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystallized glass-ceramic composite, a wiring board using the same, and a package including the wiring board. More specifically, the composite of the present invention has excellent properties such as high thermal expansion, low dielectric constant, simultaneous firing with low resistance wiring such as silver and copper, and high mechanical strength. In addition, the present invention relates to a crystallized glass-ceramic composite excellent in moisture resistance, a wiring board using the same, and a package including the wiring board.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a glass-ceramic composite has been used as a package material in which a difference in thermal expansion coefficient from a printed wiring board or a piezoelectric element is reduced in order to mount a package or a piezoelectric element of a surface mounting type on a printed wiring board. Has been developed. For example, those using lithium silicate crystals (Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-17904, 9-74153, 9-86960, 9-142879, 9-142880, JP-A-9-169568, JP-A-9-208261, JP-A-9-208299, and those using forsterite (JP-A-6-191887, JP-A-9-208261, etc.) It has been known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these glass-ceramic composites, in order to reduce the difference in thermal expansion, that is, to increase the coefficient of thermal expansion, a relatively high concentration alkali of about 5 to 20% by weight in the glass is used. Metal oxide is contained. Therefore, in these composites, the crystallization is insufficient and the alkali metal oxide remains in the glass, so that the moisture resistance is deteriorated, the dielectric loss is increased, and the insulation resistance is lowered. It is not preferable as a substrate material. Among these publications, in particular, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-142879, 9-169568, and 9-208261 use crystallized glass. However, Japanese Patent Laid-Open No. 9-142879 aims at high strength, and for that purpose, the yield point of glass is set to 400 to 770 ° C. In JP-A-9-169568, an attempt is made to color a sintered body by blending a Cr compound or the like. In JP-A-9-208261, the crystallized glass is sufficiently crystallized by containing a P 2 O 5 component, and a predetermined amount of forsterite is contained to approximate the thermal expansion coefficient of a piezoelectric component. And is intended to obtain high strength. As shown above, even when using these crystallized glasses, in addition to moisture resistance, high thermal expansion, low dielectric constant, simultaneous firing with low resistance wiring, and high strength performance A crystallized glass-ceramic composite having all of the above has not been obtained.
[0004]
The present invention solves the above problems, has high thermal expansion, low dielectric constant, can be simultaneously fired with low resistance wiring, has high mechanical strength, and is excellent in moisture resistance. It is an object of the present invention to provide a crystallized glass-ceramic composite having a new composition, a wiring board using the same, and a package including the wiring board.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have a new composition that does not contain an alkali metal compound, high thermal expansion, low dielectric constant, simultaneous firing with low resistance wiring, high mechanical strength, and moisture resistance. Of the crystallized glass-ceramic composite, which is excellent in the production of diopside (CaO · MgO · 2SiO 2 ) and ensta The present invention has been completed by finding out that it can be achieved by blending crystallized glass and SiO 2 -based fillers that simultaneously precipitate tight (MgO · SiO 2 ) in a predetermined ratio.
[0006]
The crystallized glass-ceramic composite of the present invention (hereinafter also referred to as “composite”) has both crystals of diopside (CaO · MgO · 2SiO 2 ) and enstatite (MgO · SiO 2 ) as crystal phases. A crystallized glass-ceramic composite containing a crystallized glass containing and not containing wollastonite (CaO.SiO 2 ) and at least one filler selected from quartz, cristobalite and tridymite, wherein the crystal the composition of the glass, when it is 100 parts by weight of the entire said crystallized glass component, SiO 2 is 40 to 60 parts by weight, MgO is 15 to 30 parts by weight, CaO 15 to 30 parts by weight, Al 2 O 3 When 0.1 to 10 parts by weight, B 2 O 3 is in the range of 0.1 to 10 parts by weight, and the crystallized glass-ceramic composite is 100 parts by weight The crystallized glass is 30 to 90 parts by weight (particularly preferably, 50 to 90 parts by weight), and the filler is 10 to 70 parts by weight (particularly preferably 10 to 50 parts by weight). When the total ceramic composite is 100 parts by weight, it is characterized by not containing an alkali metal oxide or containing 1 part by weight or less.
This is because when the content of the alkali metal oxide exceeds 1 part by weight, the moisture resistance (water resistance) decreases. In addition, this content does not contain an alkali element compound positively, ie, is contained to the extent of impurities, or less. Therefore, the above “not including” is used to mean not including the current measurement limit value (several ppm order) or less.
[0007]
The composition (type of composition component and composition ratio) of the above “crystallized glass” is such that the alkali metal oxide is included (or not included) below the impurity level and becomes a crystallized glass. That's fine. In particular, in this composition, when the entire crystallized glass component is 100 parts by weight, SiO 2 is 40 to 60 parts by weight (preferably 45 to 57 parts by weight), and MgO is 15 to 30 parts by weight (preferably 17 parts by weight). To 30 parts by weight, more preferably 18 to 28 parts by weight), CaO to 15 to 30 parts by weight (preferably 18 to 29 parts by weight, particularly preferably 20 to 29 parts by weight), and Al 2 O 3 to 0.1 To 10 parts by weight (preferably 0.1 to 5 parts by weight), and B 2 O 3 can be in the range of 0.1 to 10 parts by weight (preferably 0.1 to 8 parts by weight).
[0008]
If this SiO 2 exceeds 60 parts by weight, the viscosity during firing of the glass will increase and it will be difficult to densify, and if it is less than 40 parts by weight, it will be difficult to vitrify. If this MgO exceeds 30 parts by weight, it becomes difficult to vitrify, and if it is less than 15 parts by weight, precipitation of diopside is reduced and the strength is lowered. If this CaO exceeds 30 parts by weight, the enstatite crystals disappear, and if it is less than 15 parts by weight, the viscosity at the time of firing the glass increases and it becomes difficult to densify. The CaO content is preferably 28 parts by weight or less. In this case, the formation of wollastonite crystals can be more reliably prevented. If this Al 2 O 3 exceeds 10 parts by weight, devitrification tends to occur, and if it is less than 0.1 parts by weight, the viscosity at the time of firing of the glass increases and it becomes difficult to make it dense. If this B 2 O 3 exceeds 10 parts by weight, the precipitation of diopside crystals is reduced and the strength is lowered, and if it is less than 0.1 parts by weight, the viscosity at the time of firing the glass increases and it becomes difficult to make it dense.
[0009]
As a composition component of the crystallized glass of the present invention, a nucleating agent can be further blended. Any nucleating agent may be used as long as it is used for nucleation of crystallized glass. For example, at least one of TiO 2 , ZrO 2 and SnO 2 can be used. TiO 2 or ZrO 2 is used. The compounding amount of the nucleating agent is 5 parts by weight or less (usually 3 parts by weight) of one or more of TiO 2 , ZrO 2 and SnO 2 when the entire crystallized glass component is 100 parts by weight. Part or more, preferably 1 part by weight or less). When this exceeds 5 weight part, since densification is inhibited, it is unpreferable.
Further, the crystallized glass does not contain Pb. This is because an apparatus and management for preventing poisoning due to highly toxic Pb are unnecessary.
[0010]
The “filler” may be one or more selected from quartz, cristobalite, and tridymite. Usually, only quartz, a combination of quartz and cristobalite, a combination of quartz and tridymite, and the like are used. Further, magnesia and / or alumina can be used as the filler. If the blending amount of the filler is less than 10 parts by weight, the effect of lowering the dielectric constant and increasing the thermal expansion is small, and if it exceeds 70 parts by weight, it becomes difficult to densify, which is not preferable.
[0011]
The crystallized glass-ceramic composite of the present invention has a water absorption of 0.1% or less, a thermal expansion coefficient of 8 to 15 ppm / ° C. (preferably 9 to 14 ppm / ° C.), and a bending strength of 150 MPa or more (preferably 170 MPa. The dielectric constant can be 8 or less (preferably 7 or less).
[0012]
Wiring board of the present invention, crystallized glass shown in the present invention - characterized in that it comprises a substrate portion made of a ceramic composite body, and the substrate portion or the wiring pattern formed on the substrate portion on the . In addition, when a wiring pattern part (especially two or more wiring pattern parts) is provided in this board part, it becomes a multilayer wiring board produced by laminating a plurality of green sheets. The number of stacked green sheets is not particularly limited. Further, the wiring pattern portions adjacent in the vertical direction are electrically connected by vias. Further, when the wiring pattern portion is formed only on the surface of the substrate portion, a single-layer wiring substrate is obtained.
The package of the present invention includes the above wiring board, and further includes, for example, various chips mounted on the wiring board, a sealing lid, and the like.
[0013]
In the composite of the present invention, a crystallized glass in which diopside and enstatite are simultaneously precipitated as a crystal phase and a SiO 2 -based crystal having a high thermal expansion and a low dielectric constant are combined as a filler. Even if it does not contain an alkali metal oxide, a composite having a small dielectric constant (for example, 8 or less) and a large thermal expansion coefficient (for example, about 8 to 15 ppm / ° C.) can be obtained. In particular, the generation of wollastonite crystals is suppressed by increasing the content of MgO. In addition, since crystallized glass is used, even when fired at a low temperature, a composite having high density can be obtained, thereby ensuring water resistance and high strength. Furthermore, since the present composite does not contain or significantly contains an alkali metal oxide, the water resistance is particularly improved, and the dielectric loss can be further reduced.
[0014]
Further, by adding at least one of magnesia and alumina as a filler, it is possible to achieve further higher thermal expansion and higher strength. Furthermore, when at least one of TiO 2 , ZrO 2 and SnO 2 is added to the crystallized glass as a nucleating agent, crystallization is promoted and the strength can be further increased. Further, in the composition of the crystallized glass, the wettability and reactivity with the SiO 2 filler are improved particularly by reducing the amount of SiO 2 component compared to the diopside composition (CaO · MgO · 2SiO 2 ). It can increase the ligation.
Furthermore, the wiring board of the present invention and the package including the wiring board use the above-described useful crystallized glass-ceramic composite for the board, so that thermal expansion with a high thermal expansion material such as a printed wiring board and a piezoelectric element is possible. Can be achieved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be specifically described below with reference to examples.
Example 1
This example relates to a crystallized glass-ceramic composite.
(1) Preparation of glass powder A mixture of powder components having a quantitative ratio shown in Table 1 was melted at a temperature of 1450 ° C, and then rapidly cooled to obtain glass. After this glass was wet pulverized in ethanol, glass powder No. 3 having an average particle size of 3 to 7 μm was obtained. G1 to G20 (invention product; G1 to G14, comparative product; G13 to G20) were obtained.
[0016]
[Table 1]
(2) Manufacture of crystallized glass-ceramic composite The above glass powder and each additive filler shown in Tables 2 to 4 were prepared in the quantitative ratios shown in Tables 2 to 4, and mixed powders (No. F1 to F31, Invention product: No. F1 to F25, Comparative product: No. F26 to F31). Thereafter, 4 parts of a binder and 75 parts of ethanol were added to 100 parts by weight of the mixed powder (hereinafter simply referred to as “parts”), granulated, and each molded body formed by applying a pressure of 80 MPa was obtained. Subsequently, an isotropic hydrostatic press (CIP) process is performed at a pressure of 150 MPa, and each molded body is fired at 850 to 1000 ° C. in an air atmosphere to obtain a sintered body (crystallized glass-ceramic composite). Each test product No. F1-F31 (the product of the present invention; No. F1-F25, comparative product; No. F26-F31) was obtained.
[0018]
[Table 2]
[Table 3]
[Table 4]
About each said sintered compact, the main crystal phase was identified by X-ray diffraction. The results are shown in Tables 5-7. As a representative example, the test product No. An X-ray chart of F1 is shown in FIG. Moreover, the oxide amount of the alkali metal (Li, Na, K) contained in each sintered body was measured. The results are shown in Tables 5-7. This measurement was performed by ICP emission method.
[0022]
Furthermore, each said sintered compact was grind | polished to the predetermined magnitude | size, and each test piece No. F1 to F31 were obtained, and the water absorption, the bending strength, the thermal expansion coefficient, and the relative dielectric constant (εr) of each test product were measured. Each measuring method is as follows. These results are shown in Tables 5-7.
(1) Water absorption rate: According to JIS C 2141.
(2) Folding strength: According to JIS R 1601 three-point bending method (3 × 4 mm, span: 30 mm).
(3) Thermal expansion coefficient: Test piece: 4 mmφ × 20 mm,
(4) Dielectric constant: Measured by RF-impedance method at 1 MHz.
[0023]
[Table 5]
[Table 6]
[Table 7]
(3) Effects of Example 1 According to the results in Tables 1 to 7, the following can be understood.
First, Test Example No. In F 26, in order SiO 2 content in the crystallized glass as compared to the present invention product is large, the densification becomes insufficient, water absorption increases as 16.2%. Test Example No. In F 27, since Al 2 O 3 of the crystallized glass is high, the densification becomes insufficient, water absorption is as high as 5.6%. Test Example No. In F28, since the amount of B 2 O 3 in the crystallized glass is larger than that of each product of the present invention, the bending strength is lowered to 140 MPa. Test Example No. In F29, since there is too much TiO 2 in the crystallized glass as compared with the products of the present invention, the densification is insufficient and the water absorption is as high as 2.1%. Furthermore, comparative product No. F26, 27, 29, and 30 were not sufficiently densified even when fired at a high temperature of 950 ° C.
[0027]
On the other hand, no. Diopsite, enstatite, forsterite, larnite and α-quartz were confirmed as crystal phases in any of the composites F1 to F25 (see FIG. 1), and no wollastonite crystals were confirmed. Even when the crystallized glass (No. G10) having the lowest MgO content (17.0% by weight) among the products of the present invention was used (No. F17), no wollastonite crystals were observed. .
[0028]
On the other hand, the test product No. Each inventions shown in F1～F25, crystallized glass composition, SiO 2: 42.0 to 57.0 wt% (hereinafter, simply referred to as "%".), MgO: 17.0~28. 0%, CaO: 16.0 to 28.7%, Al 2 O 3 : 0.3 to 8.0%, B 2 O 3 : 0.2 to 7.0% (see Table 1), Since the blending amount of the crystallized glass is in the range of 55 to 80% (see Tables 2 and 3) and the addition amount of the quartz filler is in the range of 20 to 40% (see Tables 2 and 3), both have a water absorption rate. 0.1% or less, flexural strength of 170 to 240 MPa, thermal expansion coefficient of 9.5 to 12.8 ppm / ° C., dielectric constant of 6.0 to 7.5 (especially 6.0 to 7.0, further 6 0.0 to 6.7) (see Tables 5 to 7), which is practical and excellent for all performance. In all these products of the present invention, both diopside crystals and enstatite crystals were generated, and wollastonite crystals were not generated. Moreover, in all the said products of this invention, content of the alkali metal oxide was a small amount of 1.0% or less.
[0029]
In particular, as the amount of SiO 2 -based crystal filler gradually increases from 20% to 40% (20%; No. F2, 3, 30%; No. F1, 4, 5, 40%; F6, 7, 14), it can be seen that high thermal expansion and low dielectric constant are realized. Furthermore, when magnesia or alumina is added as a filler (No. F2, F8, F12, etc.), the bending strength is as large as 220 to 240 MPa.
In addition, when TiO 2 , ZrO 2 or SnO 2 is added as a nucleating agent for crystallized glass (No. F11 to F14, F20, F21), crystallization is promoted and high strength and high thermal expansion are possible. Become. Furthermore, in this invention product, it baked at 850-1000 degreeC, and the dense body is obtained in any case. In particular, in many cases where the addition amount of the quartz filler is 30% or less, a dense body is obtained even when firing at a slightly low temperature of 850 to 900 ° C.
[0030]
Example 2
The present embodiment relates to a wiring board.
First, a wiring board was manufactured by the following method.
Glass No. in Table 1
[0031]
Thereafter, a green sheet having a thickness of 0.1 to 0.7 mm was produced from this slurry by a doctor blade method. On these four green sheets (both are made of the same material), a predetermined pattern is printed using Ag (or Cu) paste, and Ag (or Cu) paste is placed in the via holes to make the upper and lower connections. And then laminated. The resin was removed from the four laminated green sheets at a temperature of 450 ° C. for 60 minutes. Next, in the case of Ag, it was fired in the air (in the case of Cu, in a nitrogen atmosphere) while being held at 900 ° C. for 30 minutes.
[0032]
As shown in FIG. 2, the wiring board 1 includes a
[0033]
In the multilayer wiring board 1 manufactured as described above, the
[0034]
The present invention is not limited to the specific examples described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application. That is, the glass composition is not limited to that shown in Table 1, and can be a composition within the scope of the present invention. Moreover, the combination of the kind of glass composition and an addition filler is not restricted to the case shown in Tables 2-4, A various combination is applicable.
[0035]
【The invention's effect】
The crystallized glass-ceramic composite of the present invention has high thermal expansion, low dielectric constant, high mechanical strength, high hygroscopicity (high water resistance) even if it does not contain an alkali metal oxide (or Pb element compound). And all the features that low temperature firing is possible. Therefore, this composite body is suitable as a wiring board material used for surface mounting with a high thermal expansion material, and the wiring board of the present invention and the package including the wiring board have the above-described excellent performance in a balanced manner. Because the crystallized glass-ceramic composite is used for the substrate part, thermal expansion matching with high thermal expansion materials such as printed wiring boards and piezoelectric elements can be achieved. Does not occur.
[Brief description of the drawings]
1 shows test example No. 1 in Example 1. FIG. It is a chart which shows the X-ray-diffraction result of the crystallized glass ceramic composite concerning F1.
2 is a longitudinal sectional view of a multilayer wiring board manufactured in Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Wiring board, 2; Board | substrate part, 3a, 3b, 3c, 3d; Wiring pattern part.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20116698A JP3863996B2 (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Crystallized glass-ceramic composite, wiring board using the same, and package including the wiring board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20116698A JP3863996B2 (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Crystallized glass-ceramic composite, wiring board using the same, and package including the wiring board |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000016837A JP2000016837A (en) | 2000-01-18 |
| JP3863996B2 true JP3863996B2 (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=16436471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20116698A Expired - Fee Related JP3863996B2 (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Crystallized glass-ceramic composite, wiring board using the same, and package including the wiring board |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3863996B2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6753277B2 (en) * | 2000-02-29 | 2004-06-22 | Kyocera Corporation | Ceramics having excellent high-frequency characteristics and method of producing the same |
| JP4929534B2 (en) * | 2001-05-18 | 2012-05-09 | 株式会社村田製作所 | Low temperature fired ceramic substrate |
| WO2003040057A1 (en) | 2001-11-05 | 2003-05-15 | Asahi Glass Company, Limited | Glass ceramic composition |
| JP4637017B2 (en) * | 2003-02-28 | 2011-02-23 | 太陽誘電株式会社 | Ceramic composition and ceramic wiring board |
| KR101069952B1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-10-04 | 삼성전기주식회사 | Low Temperature Co-fired Ceramic Substrate and manufacturing method thereof |
| WO2011105519A1 (en) | 2010-02-24 | 2011-09-01 | 日本山村硝子株式会社 | Glass composition and sealing material |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP20116698A patent/JP3863996B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000016837A (en) | 2000-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3358589B2 (en) | Composition for ceramic substrate, green sheet and ceramic circuit component | |
| EP1369402B2 (en) | Tape composition for constrained sintering of low temperature co-fired ceramic | |
| US4749665A (en) | Low temperature fired ceramics | |
| JP3240271B2 (en) | Ceramic substrate | |
| US7722732B2 (en) | Thick film paste via fill composition for use in LTCC applications | |
| JPH11335134A (en) | Production of glass composition and dielectric composition, and formation of green tape | |
| JPH04231363A (en) | Conductive composition containing iolite and glass | |
| EP1505040B1 (en) | Thick film dielectric compositions for use on aluminium nitride substrates | |
| JPH0881265A (en) | Aluminum nitride sintered compact, its production, circuit board and its production | |
| JP3863996B2 (en) | Crystallized glass-ceramic composite, wiring board using the same, and package including the wiring board | |
| EP0960866B1 (en) | Ceramic substrate composition and ceramic circuit component | |
| EP1435651A2 (en) | Process for the constrained sintering of asymetrically configured dielectric layers | |
| JP3419291B2 (en) | Low-temperature sintered ceramic composition and multilayer ceramic substrate using the same | |
| JP2001287984A (en) | Glass ceramic composition | |
| JP7348587B2 (en) | glass ceramic dielectric | |
| JP2000086288A (en) | Crystallized glass-ceramic composite, wiring substrate using the same and package arranged with the wiring substrate | |
| JP4569000B2 (en) | Low-frequency sintered dielectric material for high frequency and its sintered body | |
| JPS62278145A (en) | Sintered material of glass ceramic | |
| JPH0676227B2 (en) | Glass ceramic sintered body | |
| JP3890779B2 (en) | Glass ceramic composition | |
| JPH0617249B2 (en) | Glass ceramic sintered body | |
| JPH0617250B2 (en) | Glass ceramic sintered body | |
| JPH0758454A (en) | Glass ceramic multilayered substrate | |
| JPS63295473A (en) | Dielectric material for circuit board | |
| JP2014529573A (en) | Low K low temperature co-fired composite (LTCC) tape composition and low shrinkage multilayer LTCC structure formed therefrom |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050530 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060516 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060711 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060801 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060811 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060906 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061002 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091006 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091006 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |