JP4540297B2 - Low-temperature fired porcelain composition, low-temperature fired porcelain, and wiring board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温焼成磁器組成物および低温焼成磁器並びに配線基板に関し、特に、低誘電率かつ高強度を有する低温焼成磁器と、それを絶縁層とする半導体素子収納用パッケージなどに使用される配線基板に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年、光通信や高速インターフェースといったGHzレベル以上の高周波信号を処理する電子機器として携帯電話やPDAなどモバイル機器が急速に発達している。このような電子機器等に使用される配線基板としては、誘電損失による伝送信号の減衰を抑制するために、より低い比誘電率を有することとともに、携帯時の不意な落下や衝撃にも耐え得る充分な機械的強度を有する絶縁基板が求められている。
【0003】
そして、従来より用いられてきたアルミナ質セラミックスからなる絶縁基板にかわり、アルミナよりも低誘電率化が可能なガラス成分とフィラー成分とを混合して形成された低温焼成磁器が開発されているが、例えば、下記に示す特許文献1によれば、SiO、Al2O3、B2O3およびアルカリ土類金属酸化物等を含有するガラス粉末とアルミナ粉末とを混合したものを焼成し、結晶相としてストロンチウム長石を析出させることにより、絶縁基板の低誘電率化および高強度化が図られている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−58454号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献1に記載された低温焼成磁器は、比誘電率は最低で5まで低くなっているものの、機械的強度が未だ低いという問題があった。他方、磁器を高強度化する試みも行われているが、この場合には依然として比誘電率が高いものであった。
【0006】
従って、本発明は、低誘電率化とともに、特に、機械的強度の高い低温焼成磁器とそれを用いた配線基板を提供することを目的とすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に対して検討を重ねた結果、SiO2を35〜40モル%とB2O3を13〜18モル%とAl2O3を7〜12モル%とMgOを33〜40モル%とからなるガラス成分とアルミナとを含む組成物を焼成することによって、得られる低温焼成磁器の抗折強度を高めつつ、高周波領域における比誘電率を7.5よりも低くすることができることを見出し、本発明に至った。
【0008】
即ち、本発明の低温焼成磁器組成物は、SiO2を35〜40モル%とB2O3を13〜18モル%とAl2O3を7〜12モル%とMgOを33〜40モル%とを総量で99モル%以上含むガラス成分を45〜59体積%と、球状のアルミナを38〜55体積%との割合で含有することを特徴とする。
【0009】
そして、本発明の低温焼成磁器は上記の低温焼成磁器組成物を850〜1050℃で焼成してなることを特徴とする。
【0010】
このような構成によれば、低温焼成磁器の比誘電率を7.5よりも低くでき、また、このような低温焼成磁器を用いることにより携帯時の不意な落下や衝撃にも耐え得る充分な機械的強度を有する絶縁基板を得ることができる。
【0011】
上記低温焼成磁器では、磁器中に結晶相として、少なくともコーディライト及びサフィリンを含有してなることが望ましい。
【0012】
低温焼成磁器中に、結晶相として少なくともコーディライト及びサフィリンを含有させることにより、1GHzにおける比誘電率を低くでき、さらには磁器の機械的強度(抗折強度)をも高めることができる。
【0013】
上記低温焼成磁器では、前記低温焼成磁器のX線回折測定における前記コーディライトの(2 2 2)回折ピーク強度をC、前記サフィリンの(−2 5 2)回折ピーク強度をSとしたとき、S/Cで表されるピーク比が0.1以上であることが望ましい。
【0014】
低温焼成磁器中に形成されるコーディライトとサフィリンの関係において、サフィリンの生成比率を多くすることにより、磁器を低誘電率化できかつ機械的強度をさらに高めることができる。
【0015】
本発明の配線基板は、セラミック絶縁層が多層に積層された絶縁基板の表面および/または内部にメタライズ配線層が配設されている配線基板において、前記セラミックス絶縁層のうち少なくとも1層が上記の低温焼成磁器からなることを特徴とする。本発明の低誘電率かつ高強度の低温焼成磁器を用いて配線基板を形成することにより伝送特性が高くかつ実装や製品の落下衝撃耐性に優れた配線基板を形成できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の低温焼成磁器は、基本成分としてガラス成分とフィラー成分とから構成されるものである。
【0017】
ガラス成分は、それ自体の比誘電率を低くするという点で、そのガラス成分中にSiO2を35〜40モル%とB2O3を13〜18モル%とAl2O3を7〜12モル%とMgOを33〜40モル%とを総量で99モル%以上含有することを特徴とするものである。
【0019】
さらに、本発明の低温焼成磁器を構成するガラス成分中には、磁器の比誘電率や機械的強度を劣化させなければ上記のSiO2B2O3、Al2O3、MgO以外に、不可避不純物を含有してもよい。
【0020】
なお、ガラス成分中に含まれるSiO2、B2O3、Al2O3およびMgOの割合を上記範囲に限定したのは、SiO2が40モル%より多いか、B2O3が18モル%より多いか、Al2O3が7モル%より少ないか、MgOが33モル%より少ないと、ガラスのヤング率乃至は強度が低くなる傾向にあり、磁器の高強度化が困難となるためであり、また、SiO2が35モル%より少ないか、B2O3が13モル%より少ないか、Al2O3が12モル%より多いか、MgOが40モル%より多いと、ガラス成分の比誘電率が高くなる傾向にあり、磁器の比誘電率を7.5よりも低くすることが困難となるためである。また、後者の場合、ガラス化も困難となる傾向がある。
【0021】
また、ガラス成分を主として構成するSiO2、B2O3、Al2O3およびMgOの総量としては、比誘電率を低くしかつ機械的強度を高めるという本発明の低温焼成磁器の特性を向上させるという理由から99モル%以上、特に99.5モル%以上であることが望ましい。なお、本発明の低温焼成磁器を構成するガラス成分は、磁器の比誘電率および機械的強度に影響を与えない程度であれば製造工程中に混入してくる不可避不純物を含有しても差し支えない。
【0022】
また、前記ガラス以外のガラス成分としてはアルミナよりも比誘電率の低いガラスであることが望ましく、例えば、ホウ珪酸ガラス、クォーツ結晶化ガラス、コーディライト結晶化ガラス、エンスタタイト結晶化ガラス、フォルステライト結晶化ガラス、ムライト結晶化ガラス、ジオプサイド結晶化ガラス、アノーサイト結晶化ガラス等が挙げられる。
【0023】
また、本発明の低温焼成磁器中にはフィラー成分としてアルミナを含有することが重要である。これは本発明のガラス成分とともに、ガラス成分との濡れ性がよく比較的低誘電率で高ヤング率を示すアルミナを含有させることにより本発明の低温焼成磁器磁器の比誘電率を低く抑えかつ機械的強度を高めることができる。
【0024】
また、本発明の低温焼成磁器組成物中には、前記アルミナ以外に他のフィラーを含有してもよいが、この場合、アルミナより比誘電率の低い金属酸化物であることが望ましく、例えば、クオーツ(SiO2 )、コーディライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2 )、エンスタタイト(MgO・SiO2 )、フォルステライト(2MgO・SiO2 )、ムライト(3Al2O3・2SiO2 )、ジオプサイド(CaO・MgO・2SiO2 )、アノーサイト(CaO・Al2O3・2SiO2)等の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、クオーツ、コーディライトが磁器の低誘電率化を図る上で望ましい。
【0025】
また、本発明の低温焼成磁器組成物においては、低誘電率及び高強度を得るという理由から前記ガラス成分を45〜59体積%、フィラー成分としてアルミナを38〜55体積%の割合で含有することが重要である。ガラス成分が45体積%より少ないかまたはアルミナが55体積%より多い場合には、焼結性が低下しボイドの多い磁器しか得られず比誘電率も高くなる。
【0026】
一方、ガラス成分が59体積%より多いかまたはアルミナが38体積%より少ない場合には、過剰なガラス成分のために焼成時に溶融しやすくなり、機械的強度も低下し実装工程などにおいてクラックが発生しやすくなる。
【0027】
上述したようにガラス成分とアルミナとを上記のような割合で構成した本発明の低温焼成磁器組成物から得られる低温焼成磁器中には、結晶相として、少なくともコーディライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)及び/またはサフィリン(4MgO・5Al2O3・2SiO2)を含有していることが望ましく、特に、前記低温焼成磁器のX線回折測定における前記コーディライトの(2 2 2)回折ピーク強度をC、前記サフィリンの(−2 5 2)回折ピーク強度をSとしたとき、S/Cで表されるピーク比が0.1以上であることが望ましく、0.13以上、特に、0.17以上、0.21以上、さらには0.33以上であることがより望ましい。
【0028】
磁器中にコーディライトおよび/またはサフィリンを含有することによって比誘電率をさらに低くできかつ機械的強度を高めることができる。上述したように、本磁器中においては前記コーディライトおよびサフィリンが析出する際に、磁器の比誘電率を低下させることができるため、前記低温焼成磁器の平均抗折強度を従来使用されているアルミナ等の磁器と同等にできる。
【0029】
そして、本発明の低温焼成磁器では、1GHzにおける比誘電率は7.5よりも低くでき、機械的強度は280MPa以上に高めることができる。
【0030】
また、本発明の低温焼成磁器は、上記のように機械的強度を高めさらに配線基板としての耐湿性を向上させるという理由から、磁器の表面および/または内部に形成される気孔は最大径が10μm以下であることが望ましく、特に、5μm以下がより望ましい。本発明では、磁器中に結晶相としてコージエライトおよびサフィリンを含有させることにより緻密化した場合にも低い比誘電率が得られかつ高強度化できる。
【0031】
次に、本発明の低温焼成磁器を作製するための方法について説明する。
【0032】
まず、出発原料として、上記のガラス成分となるガラス粉末と、フィラー成分となるアルミナ粉末とを、焼成温度や熱膨張係数等の目的に応じて、前述した所定の比率で混合する。
【0033】
本発明では、かかる低温焼成磁器中のボイドの最大径を小さくし焼結性を高めるという理由から、この磁器にかかるガラス粉末の平均粒径は0.1〜5μm、特に、1〜3μm、一方、アルミナ粉末の平均粒径は0.1〜5μm、特に、1〜3μmであることが望ましい。
【0034】
また、本発明において用いられる上記ガラス粉末は、フィラー粉末であるアルミナを添加しない場合には、焼成収縮開始温度は800℃以下で900℃以上では溶融してしまいメタライズ配線層等を配設することができない。しかし、アルミナを混合することにより焼成過程において結晶の析出が起こり、アルミナを液相焼結させるための液相を適切な温度で形成させることができる。
【0035】
また、成形体全体の収縮開始温度を上昇させることができるため、かかるアルミナ粉末の含有量の調整により、用いる金属の種類によりメタライズ配線層との同時焼成条件のマッチングを図ることができる。
【0036】
また、アルミナ粉末の配合量は、上記ガラス粉末の屈伏点に応じ、その配合量を適宜調整することが望ましい。屈伏点とは、ガラスが急激に溶融して最も大きな体積変化を示す温度範囲の中心の温度をいい、通常、ガラス転移点よりも30〜60℃高い温度である。即ち、ガラス粉末の屈伏点が550〜700℃と低い場合には、低温での焼結性が高まるため、アルミナ量は40〜55体積%と比較的多く配合できる。これに対して、ガラス粉末の屈伏点が700〜850℃と高い場合には、焼結性が低下するため、アルミナ量は38〜50体積%と比較的少量配合することが望ましい。ここで用いるアルミナはフィラー粉末の原料コストを低減するという理由から中実球であることが望ましい。
【0037】
また、本発明の低温焼成磁器は、着色成分として、酸化クロム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化鉄および酸化銅の群から選ばれる少なくとも1種を、上記のガラス粉末とアルミナとの混合物100体積%に対して1体積%以下の割合で配合しても良い。
【0038】
本発明によれば、上記のように配合されたガラス粉末とアルミナ粉末との混合物に、適当な成形の有機バインダを添加した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード、圧延法、金型プレス等により所定の形状に成形後、焼成する。
【0039】
焼成にあたっては、まず、成形のために配合した有機バインダ成分を除去する。有機バインダの除去は、700℃前後の大気雰囲気中または窒素雰囲気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は700〜850℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いと有機バインダの除去が困難となるため、成形体中のガラス成分の特性、特に、屈伏点を前述したように制御することが望ましい。
【0040】
焼成は、850℃〜1050℃の酸化性雰囲気中または非酸化性雰囲気中で行われる。この時の焼成温度が850℃より低いと緻密化することが難しく、さらに1050℃を越えると後述する配線基板を作製する場合に、銅や銀などのメタライズ配線層との同時焼成が難しくなる。特に、900〜1000℃、さらには、900〜975℃の温度範囲で焼成することが望ましい。
【0041】
即ち、本発明においては、上記の範囲の平均粒径を有するガラス粉末とアルミナ粉末とを混合したものを用いることにより磁器中の気孔を低減することができ、さらに磁器中にコージェライトおよび/またはサフィリンという特定の低誘電率の結晶相を析出させることにより、低誘電率かつ高強度の低温焼成磁器を得ることができる。
【0042】
図1は本発明の低温焼成磁器の応用例として、配線基板、とりわけ、BGA型の半導体素子収納用パッケージとその実装構造の一実施例を示す概略断面図である。このパッケージは、絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設された、いわゆる配線基板を基礎的構造とするものであり、Aは半導体素子収納用パッケージ、Bは外部回路基板をそれぞれ示す。
【0043】
半導体素子収納用パッケージAは、絶縁基板1と蓋体2とメタライズ配線層3と接続端子4により構成され、絶縁基板1及び蓋体2は半導体素子5を内部に気密に収容するためのキャビティ6を形成する。そして、キャビティ6内にて半導体素子5は、ガラス、樹脂等の接着材を介して絶縁基板1に接着固定される。
【0044】
また、絶縁基板1の表面および内部には、メタライズ配線層3が配設されており、半導体素子5と絶縁基板1の下面に形成された接続端子4と電気的に接続するように配設されている。図1のパッケージによれば、接続端子4は、接続パッド4aを介して高融点の半田(錫−鉛合金)から成るボール状端子4bがロウ材により取着されている。
【0045】
一方、外部回路基板Bは、絶縁体7と配線導体8により構成されており、絶縁体7は、少なくとも有機樹脂を含む絶縁材料からなり、具体的には、ガラス−エポキシ系複合材料などのように40〜400℃の線熱膨張係数が12〜16×10−6/℃の特性を有し、一般にはプリント基板等が用いられる。また、この基板Bの表面に形成される配線導体8は、絶縁体7との熱膨張係数の整合性と、良電気伝導性の点で、通常、Cu、Au、Ag、Al、Ni、Pb−Sn等の金属導体からなる。
【0046】
半導体素子収納用パッケージAを外部回路基板Bに実装するには、パッケージAの絶縁基板1下面のボール状端子4bを外部回路基板Bの配線導体8上に載置当接させ、しかる後、低融点の半田等のロウ材により約250〜400℃の温度で半田を溶融させて配線導体とボール状端子4bとを接合することにより、実装される。この時、配線導体8の表面にはボール状端子4bとのロウ材による接続を容易に行うために予めロウ材が被着形成されていることが望ましい。
【0047】
本発明によって、高強度、低誘電率を有する低温焼成磁器を用いて構成される多層配線基板は、従来使用されているアルミナ等の多層配線基板と同様、機械的特性に優れ、信頼性が高く有用であり、さらに、誘電特性に優れ、高周波信号を扱う上でも、誘電体損失による信号減衰を抑えることが可能である。
【0048】
【実施例】
以下、本発明の低温焼成磁器およびそれを用いた配線基板について実施例に基づき具体的に説明する。まず、ガラス粉末として、表1に示す2種類のガラス粉末と、フィラーとしてアルミナ粉末とクオーツとを用意し、表2に示す割合になるように秤量混合した。ガラス粉末の平均粒径は3μm、アルミナおよびクオーツの平均粒径は1μmとした。
【0049】
次に、この混合物を粉砕後、有機バインダ、有機溶剤を添加し十分混合してスラリーを作製しドクターブレード法により厚み300μmのグリーンシートを作製した。
【0050】
得られたグリーンシートを8枚及び15枚積層圧着した後、60mm×60mm×2.4mm及び5.5mm×60mm×4.5mmのサンプルを作製し、700℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中にて脱バインダ処理後、表2に示す焼成温度×1時間の窒素雰囲気中にて焼成を行った。
【0051】
次に、上記のようにして得られた低温焼成磁器に対して、1GHzにおける比誘電率及び三点曲げ抗折強度を測定した。また、この低温焼成磁器に対して、X線回折測定を行いX線回折パターンより結晶相の同定を行った。さらに、コーディライトおよびサフィリンが検出された試料に関しては、コーディライトの(22 2)回折ピークの強度Cとサフィリンの(−2 5 2)回折ピークの強度Sとの比S/Cを求めた。その結果を表2に示した。
【0052】
【表1】
【0053】
【表2】
【0054】
表2の結果から明らかなように、本発明の試料No.2〜8、11、14では、何れも1GHzにおける比誘電率が7.3以下と低くなり、かつ、抗折強度が280MPa以上と高かった。これに焼成温度を900〜975℃とした本発明の試料No.3〜8、および14では、何れもコーディライトおよびサフィリンが検出され、そのX線回折におけるピーク強度比S/Cが0.17以上となり、1GHzにおける比誘電率を7以下で抗折強度を285MPa以上にできた。特に、試料No.6、7では、X線回折におけるピーク強度比S/Cが0.33以上となり、比誘電率は6.9以下とさらに低くでき、かつ、機械的強度を315MPa以上にまで高めることができた。
【0055】
一方、磁器の組成範囲を本発明の範囲外とした試料No.1、9、10、12、13、15では、焼成後の磁器が未焼結かまたは過焼結となった。または比誘電率が高いかまたは低い抗折強度しか得られなかった。
【0056】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の低温焼成磁器組成物及び低温焼成磁器では、SiO2、B2O3、Al2O3およびMgOを主成分として含むガラス成分とアルミナとを所定の割合で組み合わせることにより磁器の低誘電率化を図ることができる。特に、磁器中に少なくともコーディライト及び/またはサフィリンを含有させることにより、低誘電率かつ高強度化を図ることができる。
【0057】
以上詳述したように、本発明の低温焼成磁器組成物では、SiO2、B2O3、Al2O3およびMgOを主成分として含むガラス成分とアルミナとを所定の割合で組み合わせることにより、得られる低温焼成磁器の1GHzにおける比誘電率を7.5よりも低くでき、機械的強度を280MPa以上に高めることができる。特に、低温焼成磁器中に少なくともコーディライト及び/またはサフィリンを含有させることにより、さらに低誘電率かつ高強度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の配線基板の一実施例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁基板
2 蓋体
3 メタライズ配線層
4 接続端子
4a 電極パッド
4b ボール状端子
5 半導体素子
6 キャビティ
7 絶縁体
8 配線導体
9 電極層
10 ビアホール導体
A 半導体素子収納用パッケージ
B 外部電気回路基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low-temperature fired ceramic composition, a low-temperature fired ceramic, and a wiring board, and in particular, a low-temperature fired ceramic having a low dielectric constant and high strength, and a wiring used for a semiconductor element storage package using the same as an insulating layer. It relates to a substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile devices such as mobile phones and PDAs have been rapidly developed as electronic devices that process high-frequency signals of the GHz level or higher, such as optical communication and high-speed interfaces. As a wiring board used for such electronic devices, it has a lower relative dielectric constant and can withstand unexpected drops and impacts when being carried in order to suppress attenuation of transmission signals due to dielectric loss. There is a need for an insulating substrate having sufficient mechanical strength.
[0003]
In place of the conventionally used insulating substrate made of alumina ceramics, low-temperature fired porcelain formed by mixing a glass component and a filler component capable of lowering the dielectric constant than alumina has been developed. For example, according to Patent Document 1 shown below, a mixture of glass powder containing alumina, SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3, alkaline earth metal oxide, and the like and alumina powder is baked and crystallized. By depositing strontium feldspar as a phase, an insulating substrate is reduced in dielectric constant and strength.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-58454
[Problems to be solved by the invention]
However, the low-temperature fired ceramic described in Patent Document 1 described above has a problem that the mechanical strength is still low although the relative dielectric constant is as low as 5 at the minimum. On the other hand, attempts have been made to increase the strength of porcelain, but in this case, the relative dielectric constant was still high.
[0006]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a low-temperature fired porcelain having high mechanical strength and a wiring board using the same, as well as lowering the dielectric constant.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have made extensive studies with respect to the object, the a SiO 2 35 ~ 40 mol% and B 2 O 3 and 13-18 mol% and Al 2 O 3 7 to 12 mol% and MgO By firing a composition containing a glass component of 33 to 40 mol% and alumina, the dielectric strength in the high frequency region is made lower than 7.5 while increasing the bending strength of the resulting low-temperature fired ceramic. The present inventors have found that it is possible to achieve the present invention.
[0008]
That is, the low-temperature fired ceramic composition of the present invention, the SiO 2 35-40 mole% and B 2 O 3 and 13 to 18 mol% and Al 2 O 3 7 to 12 mol% and MgO of 33 to 40 mol% Is contained in a proportion of 45 to 59% by volume of a glass component containing 99 mol% or more in total and 38 to 55% by volume of spherical alumina.
[0009]
The low-temperature fired ceramic of the present invention is characterized by firing the above-mentioned low-temperature fired ceramic composition at 850 to 1050 ° C.
[0010]
According to such a configuration, the relative permittivity of the low-temperature fired porcelain can be made lower than 7.5, and the use of such a low-temperature fired porcelain is sufficient to withstand unexpected drops and impacts when being carried. An insulating substrate having mechanical strength can be obtained.
[0011]
The low-temperature fired porcelain preferably contains at least cordierite and saphirin as crystal phases in the porcelain.
[0012]
By including at least cordierite and saphirin as crystal phases in the low-temperature fired porcelain, the relative dielectric constant at 1 GHz can be lowered, and the mechanical strength (bending strength) of the porcelain can be increased.
[0013]
In the low-temperature fired porcelain, when the (2 2 2) diffraction peak intensity of the cordierite in the X-ray diffraction measurement of the low-temperature fired porcelain is C and the (−2 5 2) diffraction peak intensity of the saphirin is S, S The peak ratio represented by / C is desirably 0.1 or more.
[0014]
In the relationship between cordierite and sapphirine formed in the low-temperature fired porcelain, the dielectric constant of the porcelain can be lowered and the mechanical strength can be further increased by increasing the generation ratio of saphirin.
[0015]
Wiring board of the present invention is the wiring board surface and / or inside the metallized wiring layer of an insulating substrate ceramic insulating layers are laminated in multiple layers are disposed, at least one layer of the ceramic insulating layers It consists of said low-temperature baking ceramics. By forming a wiring board using the low dielectric constant and high strength low-temperature sintered porcelain of the present invention, it is possible to form a wiring board having high transmission characteristics and excellent resistance to mounting and drop impact of products.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The low-temperature fired ceramic of the present invention is composed of a glass component and a filler component as basic components.
[0017]
The glass component has a lower relative dielectric constant of itself , so that the glass component contains 35 to 40 mol% of SiO 2 , 13 to 18 mol% of B 2 O 3 , and 7 to 12 of Al 2 O 3. It is characterized by containing 99 mol% or more of mol% and MgO in a total amount of 33 to 40 mol%.
[0019]
Further, in the glass component constituting the low-temperature fired porcelain of the present invention, in addition to the above-mentioned SiO 2 B 2 O 3 , Al 2 O 3 , and MgO, the dielectric constant and mechanical strength of the porcelain are not deteriorated. Impurities may be contained.
[0020]
The ratio of SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 and MgO contained in the glass component is limited to the above range because SiO 2 is more than 40 mol% or B 2 O 3 is 18 mol. %, Al 2 O 3 is less than 7 mol%, or MgO is less than 33 mol%, the Young's modulus or strength of the glass tends to be low, and it is difficult to increase the strength of the porcelain. In addition, when SiO 2 is less than 35 mol%, B 2 O 3 is less than 13 mol%, Al 2 O 3 is more than 12 mol%, or MgO is more than 40 mol%, the glass component This is because it is difficult to make the relative dielectric constant of porcelain lower than 7.5. In the latter case, vitrification tends to be difficult.
[0021]
In addition, as the total amount of SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 and MgO mainly constituting the glass component, the characteristics of the low-temperature fired ceramic according to the present invention that lower the relative dielectric constant and increase the mechanical strength are improved. It is desirable that the amount is 99 mol% or more, particularly 99.5 mol% or more. The glass component constituting the low-temperature fired porcelain of the present invention may contain inevitable impurities mixed in during the manufacturing process as long as it does not affect the dielectric constant and mechanical strength of the porcelain. .
[0022]
Further, the glass component other than the glass is preferably a glass having a relative dielectric constant lower than that of alumina. For example, borosilicate glass, quartz crystallized glass, cordierite crystallized glass, enstatite crystallized glass, forsterite Examples thereof include crystallized glass, mullite crystallized glass, diopside crystallized glass, and anorthite crystallized glass.
[0023]
Further, it is important that the low-temperature fired ceramic of the present invention contains alumina as a filler component. This is because, together with the glass component of the present invention, alumina having good wettability with the glass component and a relatively low dielectric constant and a high Young's modulus is contained, thereby suppressing the relative dielectric constant of the low-temperature fired ceramic porcelain of the present invention and Strength can be increased.
[0024]
In addition, the low-temperature fired ceramic composition of the present invention may contain other fillers in addition to the alumina. In this case, it is desirable that the metal oxide has a relative dielectric constant lower than that of alumina, for example, Quartz (SiO 2 ), cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ), enstatite (MgO · SiO 2 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ), mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ), diopside Examples thereof include metal oxides such as (CaO · MgO · 2SiO 2 ) and anorthite (CaO · Al 2 O 3 · 2SiO 2 ). Among these, quartz and cordierite are desirable for reducing the dielectric constant of the porcelain.
[0025]
The low-temperature fired ceramic composition of the present invention contains 45 to 59 % by volume of the glass component and 38 to 55% by volume of alumina as a filler component for the purpose of obtaining a low dielectric constant and high strength. is Ru important. When the glass component is less than 45% by volume or the alumina is more than 55% by volume, the sinterability is lowered and only a porcelain with many voids is obtained, and the relative dielectric constant is also increased.
[0026]
On the other hand, when the glass component is more than 59 % by volume or alumina is less than 38 % by volume, the excess glass component makes it easy to melt at the time of firing, and the mechanical strength also decreases, and cracks occur in the mounting process. It becomes easy to do.
[0027]
As described above, in the low-temperature fired ceramic obtained from the low-temperature fired ceramic composition of the present invention in which the glass component and the alumina are configured in the above ratio, at least cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3) is used as a crystalline phase. · 5SiO 2) and / or sapphirine (it is desirable to contain the 4MgO · 5Al 2 O 3 · 2SiO 2), in particular, the low temperature sintering of ceramic of the cordierite in the X-ray diffraction measurement (2 2 2) diffraction When the peak intensity is C and the (−2 5 2) diffraction peak intensity of the saphirin is S, the peak ratio represented by S / C is preferably 0.1 or more, particularly 0.13 or more, It is more desirable that it is 0.17 or more, 0.21 or more, and further 0.33 or more.
[0028]
By including cordierite and / or sapphirine in the porcelain, the dielectric constant can be further lowered and the mechanical strength can be increased. As described above, since the relative permittivity of the porcelain can be reduced when the cordierite and sapphirine are precipitated in the porcelain, the average bending strength of the low-temperature fired porcelain is conventionally used. It can be equivalent to porcelain such as.
[0029]
In the low-temperature fired ceramic according to the present invention, the relative dielectric constant at 1 GHz can be lower than 7.5, and the mechanical strength can be increased to 280 MPa or more .
[0030]
In addition, the low-temperature fired porcelain of the present invention has a maximum diameter of 10 μm on the surface and / or inside of the porcelain because it increases the mechanical strength as described above and further improves the moisture resistance as a wiring board. It is desirable that the thickness be 5 μm or less. In the present invention, a low relative dielectric constant can be obtained and the strength can be increased even when densification is carried out by incorporating cordierite and sapphirine as crystal phases in the porcelain.
[0031]
Next, a method for producing the low-temperature fired porcelain of the present invention will be described.
[0032]
First, as a starting material, the glass powder as the glass component and the alumina powder as the filler component are mixed at the predetermined ratio described above according to the purpose such as the firing temperature and the thermal expansion coefficient.
[0033]
In the present invention, the average particle size of the glass powder applied to the porcelain is 0.1 to 5 μm, particularly 1 to 3 μm, because the maximum diameter of voids in the low-temperature fired porcelain is reduced and the sinterability is increased. The average particle size of the alumina powder is preferably 0.1 to 5 μm, particularly preferably 1 to 3 μm.
[0034]
In addition, when the glass powder used in the present invention does not add alumina as a filler powder, the firing shrinkage start temperature is 800 ° C. or lower and melts at 900 ° C. or higher, and a metallized wiring layer is disposed. I can't. However, by mixing alumina, crystal precipitation occurs in the firing process, and a liquid phase for liquid phase sintering of alumina can be formed at an appropriate temperature.
[0035]
Moreover, since the shrinkage start temperature of the whole compact can be raised, matching of the simultaneous firing conditions with the metallized wiring layer can be achieved by adjusting the content of the alumina powder depending on the type of metal used.
[0036]
Moreover, it is desirable that the blending amount of the alumina powder is appropriately adjusted according to the yield point of the glass powder. The yield point refers to the temperature at the center of the temperature range in which the glass melts rapidly and exhibits the largest volume change, and is usually 30 to 60 ° C. higher than the glass transition point. That is, when the yield point of the glass powder is as low as 550 to 700 ° C., the sinterability at a low temperature is enhanced, so that the amount of alumina can be blended relatively as high as 40 to 55% by volume. On the other hand, when the yield point of the glass powder is as high as 700 to 850 ° C., the sinterability is lowered. Therefore, it is desirable that the amount of alumina is relatively small as 38 to 50% by volume. The alumina used here is preferably a solid sphere for the reason of reducing the raw material cost of the filler powder.
[0037]
The low-temperature fired ceramic of the present invention is a mixture of the above glass powder and alumina containing at least one selected from the group consisting of chromium oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide, iron oxide and copper oxide as a coloring component. You may mix | blend in the ratio of 1 volume% or less with respect to 100 volume%.
[0038]
According to the present invention, an organic binder having an appropriate shape is added to the mixture of the glass powder and the alumina powder blended as described above, and then a desired forming means such as a doctor blade, a rolling method, and a die press. After forming into a predetermined shape, etc., firing is performed.
[0039]
In baking, the organic binder component mix | blended for shaping | molding is removed first. The removal of the organic binder is performed in an air atmosphere around 700 ° C. or in a nitrogen atmosphere. At this time, the shrinkage start temperature of the molded body is desirably about 700 to 850 ° C. If the shrinkage start temperature is lower than this, it becomes difficult to remove the organic binder. It is desirable to control the yield point as described above.
[0040]
Firing is performed in an oxidizing atmosphere at 850 ° C. to 1050 ° C. or in a non-oxidizing atmosphere. If the firing temperature at this time is lower than 850 ° C., it is difficult to densify, and if it exceeds 1050 ° C., simultaneous firing with a metallized wiring layer such as copper or silver becomes difficult when a wiring board described later is produced. In particular, it is desirable to bake in a temperature range of 900 to 1000 ° C., more preferably 900 to 975 ° C.
[0041]
That is, in the present invention, pores in the porcelain can be reduced by using a mixture of glass powder having an average particle diameter in the above range and alumina powder, and cordierite and / or in the porcelain. By depositing a specific low dielectric constant crystalline phase called safilin, a low dielectric constant and high strength low temperature fired ceramic can be obtained.
[0042]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a wiring board, in particular, a BGA type semiconductor element housing package and its mounting structure, as an application example of the low-temperature fired porcelain of the present invention. This package has a basic structure of a so-called wiring board in which a metallized wiring layer is disposed on the surface or inside of an insulating board, A is a package for housing a semiconductor element, and B is an external circuit board.
[0043]
The semiconductor element storage package A includes an insulating substrate 1, a
[0044]
A metallized
[0045]
On the other hand, the external circuit board B is composed of an
[0046]
In order to mount the semiconductor element housing package A on the external circuit board B, the ball-like terminals 4b on the lower surface of the insulating substrate 1 of the package A are placed on and contacted with the
[0047]
According to the present invention, a multilayer wiring board constituted by using a low-temperature fired porcelain having high strength and low dielectric constant is excellent in mechanical characteristics and high in reliability as the multilayer wiring board such as alumina conventionally used. It is useful and has excellent dielectric characteristics, and can suppress signal attenuation due to dielectric loss even when handling high-frequency signals.
[0048]
【Example】
Hereinafter, the low-temperature fired porcelain of the present invention and a wiring board using the same will be described in detail based on examples. First, two types of glass powders shown in Table 1 were prepared as glass powders, and alumina powder and quartz were prepared as fillers, and weighed and mixed so that the ratios shown in Table 2 were obtained. The average particle size of the glass powder was 3 μm, and the average particle size of alumina and quartz was 1 μm.
[0049]
Next, after pulverizing this mixture, an organic binder and an organic solvent were added and mixed well to prepare a slurry, and a green sheet having a thickness of 300 μm was prepared by a doctor blade method.
[0050]
After the obtained green sheets and 15 sheets were laminated and pressure-bonded, samples of 60 mm × 60 mm × 2.4 mm and 5.5 mm × 60 mm × 4.5 mm were prepared and placed in a nitrogen atmosphere containing 700 ° C. water vapor. After the binder removal treatment, firing was performed in a nitrogen atmosphere having a firing temperature × 1 hour shown in Table 2.
[0051]
Next, the relative dielectric constant and three-point bending strength at 1 GHz were measured for the low-temperature fired ceramics obtained as described above. Moreover, X-ray diffraction measurement was performed on this low-temperature fired ceramic, and the crystal phase was identified from the X-ray diffraction pattern. Further, for the sample in which cordierite and sapphirine were detected, the ratio S / C between the intensity C of cordierite (222) diffraction peak and the intensity S of saphirin (−25 2) diffraction peak was determined. The results are shown in Table 2.
[0052]
[Table 1]
[0053]
[Table 2]
[0054]
As is apparent from the results in Table 2, the sample No. 2~8,11, in 14, both the relative dielectric constant at 1GHz as low as 7.3 or less, and flexural strength was as high as 280 MPa or more. For this, the sample No. of the present invention was baked at 900 to 975 ° C. In each of 3 to 8 and 14, cordierite and sapphirine are detected, the peak intensity ratio S / C in the X-ray diffraction is 0.17 or more, the relative dielectric constant at 1 GHz is 7 or less, and the bending strength is 285 MPa. It was done above. In particular, sample no. 6 and 7, the peak intensity ratio S / C in X-ray diffraction was 0.33 or more, the relative dielectric constant could be further lowered to 6.9 or less, and the mechanical strength could be increased to 315 MPa or more. .
[0055]
Meanwhile, sample no. In 1, 9, 10, 12, 13 , and 15 , the sintered porcelain was unsintered or oversintered. Alternatively, only a high dielectric constant or a low bending strength was obtained.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the low-temperature fired ceramic composition and low-temperature fired ceramic of the present invention, a glass component containing SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3, and MgO as main components and alumina at a predetermined ratio. By combining them, the dielectric constant of the porcelain can be reduced. In particular, by including at least cordierite and / or sapphirine in the porcelain, a low dielectric constant and high strength can be achieved.
[0057]
As described above in detail, in the low-temperature fired ceramic composition of the present invention, by combining a glass component containing alumina, SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 and MgO as main components with alumina in a predetermined ratio, The relative dielectric constant at 1 GHz of the obtained low-temperature fired ceramic can be made lower than 7.5, and the mechanical strength can be increased to 280 MPa or more. In particular, by including at least cordierite and / or sapphirine in the low-temperature fired ceramic, it is possible to further reduce the dielectric constant and increase the strength.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of a wiring substrate of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulation board |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0582963A (en) * | 1985-05-30 | 1993-04-02 | Narumi China Corp | Manufacture of ceramic substrate baked at low temperature |
JPH0616470A (en) * | 1992-03-30 | 1994-01-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ceramic substrate and its production |
JPH10209334A (en) * | 1996-12-11 | 1998-08-07 | Toray Ind Inc | Ceramic substrate and its manufacture |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0582963A (en) * | 1985-05-30 | 1993-04-02 | Narumi China Corp | Manufacture of ceramic substrate baked at low temperature |
JPH0616470A (en) * | 1992-03-30 | 1994-01-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ceramic substrate and its production |
JPH10209334A (en) * | 1996-12-11 | 1998-08-07 | Toray Ind Inc | Ceramic substrate and its manufacture |
JP2002111210A (en) * | 2000-09-28 | 2002-04-12 | Kyocera Corp | Wiring board and its manufacturing method |
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