JP4655715B2 - 低温焼成基板材料及びそれを用いた多層配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成分とセラミックス成分とからなるガラス−セラミックス基板、すなわち低温焼成基板材料と、これを用いた多層配線基板に関する。

半導体チップ用の絶縁性配線基板において、導体材料や抵抗材料と同時焼成を行なうために、１０００℃以下の低温で焼成が可能なガラス−セラミックス基板（低温焼成基板、ＬＴＣＣ基板）に関する技術の開示がある（例えば特許文献１又は特許文献２を参照。）。この基板は、まず、グリーンシートを成形した後、その表面に導体材料や抵抗材料で配線を印刷し、これを複数枚積層してプレスし、その積層体を焼成することで得られ、多層配線基板を構成する。この基板は、高周波重畳モジュール、アンテナスイッチモジュール、フィルタモジュール等のＬＴＣＣモジュールとして利用される。
特開平１−１３２１９４号公報 特開平５−２１１００６号公報

近年、生産効率を上げるために１つの基板から複数の製品が得られるように集合基板形態で焼成を行なうことが多い。このとき集合基板から得られる製品の精度を保つために、集合基板の平面性がますます要求されるようになっている。

同時に、ＬＴＣＣモジュールの高集積化、小型化を進めるためには、同じ比誘電率のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板のみならず、比誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板を形成することが望まれる。

しかし、比誘電率に違いを持たせるために異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板とすると、異なる組成のガラス−セラミックス混合層では線熱膨張係数も異なることから、焼成品に反りが発生するという問題が生ずる。

焼成品の反りの問題を解決するため、グリーンシートを積層するに際して、積層方向に対称構造となるようにすることで、線熱膨張係数の違いをキャンセルし、焼成品の反りを防止している。しかし、設計の自由度を向上させ、需要の要求に柔軟に対応できるようにするために、対称構造をとらなくても反りが小さいことが望まれる。

そこで本発明の第１の目的は、線熱膨張係数を一定の範囲に制御でき、且つ、高い比誘電率を有する低温焼成基板材料を提供することである。多層配線基板に高容量のキャパシター層を含ませることで、モジュールの薄型・小型化をはかるものである。さらに本発明の第２の目的は、設計の自由度の向上のために異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、積層構造を対称構造としなくても焼成品の反りを小さくすることである。

本発明者らは、ムライトをフィラーとして含有させ、その含有量を増減させることで、低温焼成基板材料の線熱膨張係数を容易に制御することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る低温焼成基板材料は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスを６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満、チタニアを１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満、及び、ムライトを２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満含有することを特徴とする。

高比誘電率の基板材料として特許文献２に開示されるようにガラスとフィラーからなる材料で、フィラーをチタニアとアルミナで構成するものが知られている。チタニアは比誘電率を上げるために添加され、アルミナは比誘電率の調整として添加される。しかし、チタニアもアルミナも線熱膨張係数が大きいため、チタニアとアルミナを含むガラス−セラミックス混合層を線熱膨張係数の小さい異組成のガラス−セラミックス混合層と積層させた多層配線基板では、焼結時に反りを生ずる。この反りを低減するためには、線熱膨張係数の大きいチタニアの含有量を減らすことも考えられるが、チタニアの高い誘電率特性を失うことになり好ましくない。そこで本発明者らはチタニアと同様に線熱膨張係数の高いアルミナを含有させず、線熱膨張係数の小さいムライトを添加することで高い比誘電率を維持しつつ、線熱膨張係数を制御することに成功した。本発明に係る低温焼成基板材料では、ムライトの含有量を増減させることで高比誘電率を保ちつつ、容易に線熱膨張係数を制御することができる。

また、本発明に係る低温焼成基板材料では、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６／℃〜６．４０×１０^−６／℃であることが好ましい。前記の範囲の線熱膨張係数とすることで、従来の低温焼成基板材料と同程度の線熱膨張係数とすることができる。

さらに、本発明に係る低温焼成基板材料では、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることが好ましい。比誘電率を１０以上とすることで、従来の低比誘電率の低温焼成基板材料と組み合わせて高容量のキャパシターとすることができる。

本発明に係る多層配線基板は、ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスを６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満、チタニアを１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満、及び、ムライトを２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満含有する低温焼成基板材料からなることを特徴とする。

また、本発明に係る多層配線基板では、前記低温焼成基板材料は、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６／℃〜６．４０×１０^−６／℃であり、且つ、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることが好ましい。高い比誘電率を有しつつ、線熱膨張係数を５．９０×１０^−６／℃〜６．４０×１０^−６／℃に制御することで、例えば低比誘電率の低温焼成基板材料と組み合わせる際、線熱膨張係数を合致させ、反りを低減できる。

本発明に係る多層配線基板では、前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層と、該ガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層との５０〜３００℃における線熱膨張係数の差が０．２５×１０^−６／℃以下であることが好ましい。線熱膨張係数の差を上記の範囲に制御することで、多層配線基板の反りを低減できる。

また本発明に係る多層配線基板では、前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が５〜８であることが好ましい。比誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板を形成し、ＬＴＣＣモジュールの高集積化、小型化を進めることができる。

また本発明に係る多層配線基板では、前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、アルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層であることが好ましい。

また本発明に係る多層配線基板では、前記多層配線基板の反りは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下である場合が含まれる。反りを前記の値以下とすることで、多層配線基板の表面に精度良く電子部品を積載することができる。

本発明は、ムライトを線熱膨張係数の制御用フィラーとして低温焼成基板材料に含有させることで、高膨張性磁器となることを阻止し、且つ、高い比誘電率を有する低温焼成基板材料とすることができる。また本発明は、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、積層構造を対称構造としなくても焼成品の反りを小さくすることができる。これにより、多層配線基板に高容量のキャパシター層を入れることで、モジュールの薄型・小型化をはかりつつ、設計の自由度を向上させることができる。

以下、本発明に実施の形態を示して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。

本実施形態に係る低温焼成基板材料は、６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満のガラス成分と、３４ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下のセラミックス成分、すなわちチタニア（ＴｉＯ_２）及びムライト（Ａｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３）を含むセラミックス成分とからなる。

ここでガラスは、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、好ましくは４７〜５５質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、好ましくは１〜４質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％、好ましくは７〜１６．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％、好ましくは３０〜４０質量％の組成を有することが必要である。このＳｉＯ_２が４６質量％未満ではガラス化が困難になるし、６０質量％を超えるとガラス軟化点が高くなりすぎて低温焼結ができなくなる。また、Ｂ_２Ｏ_３は５質量％よりも多くすると、焼結後における耐湿性の低下を招くし、また０．５質量％よりも少なすぎるとガラス化温度が若干高くなるとともに焼結温度が高くなりすぎるので好ましくない。さらにＡｌ_２Ｏ_３が６質量％未満では、ガラス成分の強度が低下するし、１７．５質量％を超えるとガラス化が困難になる。このガラス成分中のアルカリ土類金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯがあるが、その合計量の少なくとも６０質量％、好ましくは８０質量％以上がＳｒＯであることが必要である。この量が６０質量％未満では、ガラス軟化点が高くなり、低温焼成化が困難となる。そして、他のＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯの若干を複合添加することにより、溶解ガラスの粘性を低下させ、焼結温度幅を拡大することができ、製造が容易になるので、これらを混合使用することが好ましい。添加効果の点では、前記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯとＭｇＯとＢａＯは合計で１質量％以上にするのが好ましく、さらにＣａＯとＭｇＯはそれぞれ０．２質量％以上、特に０．５質量％以上にするのが好ましい。前記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯは、１０質量％未満、ＭｇＯは６質量％以下にするのが好ましい。これらの酸化物の量がそれよりも多くなると高強度の磁器が得られず、また、ガラスの結晶化度の制御が困難になる。

本実施形態に係る低温焼成基板材料において、ガラス成分は、６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満とすることが好ましい。ガラス成分が６０ｖｏｌ％未満、すなわちセラミックス成分が４０ｖｏｌ％を超えると１０００℃以下でち密な焼結体が得られなくなる。一方、ガラス成分が６６ｖｏｌ％以上であると、セラミックス成分の含有量が少なくなるので、比誘電率と線熱膨張係数がガラス成分の比誘電率と線熱膨張係数に近づき、低温焼成基板材料に要求される比誘電率と線熱膨張係数を同時に満たすことが困難になる。

セラミックス成分の一つであるチタニアの含有量は、１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満とすることが好ましい。チタニアは比誘電率を高めるために添加し、１０ｖｏｌ％以下では比誘電率が低い。一方、１３ｖｏｌ％以上添加されると、低温焼成基板材料の線熱膨張係数が大きくなりすぎる。

セラミックス成分の一つであるムライトの含有量は、ムライトを２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満とすることが好ましい。ムライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が５．０×１０^−６／℃と低く、比誘電率は７．４と低い。したがって、低温焼成基板材料中の含有量を変化させることで、線熱膨張係数を低くする方向への制御を行なうことができる。ムライトの含有量が２２ｖｏｌ％以下とすると、低温焼成基板材料の線熱膨張係数が大きくなってしまい、一方、３０ｖｏｌ％以上とするとガラスの含有量が減少し焼結しづらくなるか、或いは、チタニアの含有量が減少し比誘電率が小さくなる。

本実施形態に係る低温焼成基板材料は、各成分を調整することで、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６〜６．４０×１０^−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を１０以上とすることが良い。特に線熱膨張係数の制御はムライトで行なう。低温焼成基板材料として、高線熱膨張性化を抑制し、且つ高比誘電率の材料を提供しうる。

本実施形態の低温焼成基板材料は、本発明の目的に反しない限り、他の成分を含有させても良い。

続いて、本実施形態の低温焼成基板材料を多層配線基板に用いた場合について説明する。本実施形態に係る多層配線基板は、ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスを６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満、チタニアを１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満、及び、ムライトを２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満を含有する低温焼成基板材料からなる。さらに、前記低温焼成基板材料は、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６／℃〜６．４０×１０^−６／℃であり、且つ、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることが好ましい。

本実施形態に係る低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層のみを積層して多層配線基板としても良いが、図１に示すように本実施形態では、ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層が本実施形態に係る低温焼成基板材料からなることとし、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層して多層配線基板とすることができる。図１に、多層配線基板の断面概略図を示した。（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を非対称構造に積層した場合の具体例であり、（３）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を対称構造に積層した場合の具体例である。図１では２組成のガラス−セラミックス混合層を積層して多層配線基板を得た場合を示し、例えば網掛け部分で示したガラス−セラミックス混合層が本実施形態に係る低温焼成基板材料からなり、網掛けのない部分で示したガラス−セラミックス混合層が他の低温焼成基板材料からなる。なお、３種類以上の異なる組成のガラス−セラミックス混合層からなる多層配線基板としても良い。

本実施形態に係る低温焼成基板材料は５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６〜６．４０×１０^−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上という物性を有するが、別組成のガラス−セラミックス混合層と組み合わせて多層基板とする場合、ガラス−セラミックス混合層間の５０〜３００℃における線熱膨張係数の差を０．２５×１０^−６／℃以下とすることで、集合基板の反りを抑制することができる。反りは図２のｗで示される。積層された各ガラス−セラミックス混合層の線熱膨張係数の差を０．２５×１０^−６／℃以下とすることで、多層配線基板の反りＷは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下とすることができる。このとき、基板の一辺の長さ（長辺と短辺があるときは長辺）をｔとして、ｗ／ｔで求められる反り率を、０．４％以下、好ましくは０．２％以下とできる。反りを前記の値以下とすることで、多層配線基板の表面に精度良く電子部品を積載することができる。

線熱膨張係数の差が０．２５×１０^−６／℃を超える場合には、反りを小さくするために、例えば図１（３）の（ａ）〜（ｅ）で示す積層構造のように、積層方向の中心で対称となるようにガラス−セラミックス混合層を配置せざるを得ない。しかし、本実施形態に係る多層配線基板では、線熱膨張係数の差をムライトの含有量により０．２５×１０^−６／℃以内に制御できるので、図１（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示す積層構造のように非対称構造に積層しても、反りを小さく保つことができる。

さらに、本実施形態に係る低温焼成基板材料以外からなる他のガラス−セラミックス混合層の室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を５〜８とすれば、比誘電率の差を少なくとも２以上とすることができるので、基板設計の自由度がより増すこととなる。

例えば、本実施形態に係る低温焼成基板材料以外からなる他のガラス−セラミックス混合層として特許文献１記載の低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層を選択することができる。特許文献１記載の低温焼成基板材料は、５０〜３００℃における線熱膨張係数は５．９０×１０^−６〜６．４０×１０^−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率は、５〜８である。よって本発明に係る低温焼成基板材料と組み合わせて多層基板とするためには好適である。特許文献１記載の低温焼成基板材料は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、フィラーとしてアルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている。ガラス成分を５８〜７６ｖｏｌ％とするのは、５８ｖｏｌ％未満ではち密な焼結体が得られず、７６ｖｏｌ％を超えるとセラミックス成分の含有量が少なくなるので、比誘電率と線熱膨張係数がガラス成分の比誘電率と線熱膨張係数に近づき、他のガラス−セラミックス混合層に要求される比誘電率と線熱膨張係数を同時に満たすことが困難になる。

他のガラス−セラミックス混合層として特許文献１記載の低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層とした場合、５０〜３００℃における層間での線熱膨張係数の差を０．２５×１０^−６／℃以内、より好ましくは０．１０×１０^−６／℃とし、且つ、層間での比誘電率の差を２以上確保するためには、本実施形態に係る低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層において、セラミックス成分の一つであるチタニアの含有量を好ましくは１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満、より好ましくは１１〜１２ｖｏｌ％とする。さらにセラミックス成分の一つであるムライトの含有量を好ましくは２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満、より好ましくは２７．５〜２９．５ｖｏｌ％とする。また、ガラス成分は６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満、より好ましくは６０〜６４ｖｏｌ％とする。ここでガラスの組成は、好ましくは、ＳｉＯ_２４７〜５５質量％、Ｂ_２Ｏ_３１〜３質量％、Ａｌ_２Ｏ_３７〜１６．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物３０〜４０質量％である。

本発明に係る低温焼成材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、少なくとも１層以上について、例えば特許文献１記載の配線基板に係る低温焼成基板材料により形成する。好ましくは全ての他のガラス−セラミックス混合層を特許文献１記載の配線基板に係る低温焼成基板材料により形成する。

本実施形態の多層配線基板を製造するには、例えば前記のセラミックス成分及びガラス成分の原料をそれぞれ平均粒径１０μｍ以下、好ましくは１〜４μｍの粉末として混合し、これに水若しくは溶剤及び必要に応じ適当なバインダーを加えてペーストを調製する。次にこのペーストをドクターブレード、押出機などを用いて厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度のシート状に成形し、セラミックスグリーンシートを得る。このセラミックスグリーンシートを複数枚積層し、４０〜１２０℃の加温状態でプレスし、積層体を得る。この積層体を８００〜１０００℃で同時に焼結する。これにより、多層基板が得られる。また、各成分の粉末状混合物そのまま乾式プレスしてシート状に成形し、これを複数枚積層した後プレスして積層体を得て、これを焼結しても良い。この際、導体、抵抗体、オーバーコート、サーミスターなどを施し、同時焼成することで、多層配線基板としても良い。

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。表１で示す組成となるように、ガラス、チタニア及びムライトの各粉末をボールミルで１６時間混合し、得られた混合粉末（平均粒径１．５μｍ）をトルエン、エタノール等の有機溶剤及びバインダーを加えてペースト化して塗料を得る。ここでガラスの組成は、酸化物換算で、５０質量％ＳｉＯ_２＋２質量％Ｂ_２Ｏ_３＋１１質量％Ａｌ_２Ｏ_３＋１質量％ＭｇＯ＋３質量％ＣａＯ＋３３質量％ＳｒＯとした。この塗料を用いてドクターブレード法でセラミックスグリーンシートを成形した。セラミックスグリーンシートの厚さは、焼成後８０μｍとなるように調整した。このセラミックスグリーンシートを６層積層した後、プレスし、８５０〜９５０℃で２時間焼成を行なった。これにより、厚さ４８０μｍの単独組成の多層基板を得た。得られた多層基板の室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、Ｑ（１／ｔａｎδ）、５０〜３００℃における線熱膨張係数αを表１に示す。比誘電率及びｔａｎδは、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製装置名ネットワークアナライザ型番ＨＰ８５１０Ｃを用いて、摂動法により測定した。線熱膨張係数は、ＭＡＣ社製装置名ＤＩＬＡＴＯＭＥＴＥＲ型番５０００を用いて測定した。

（ムライト添加による線熱膨張係数の制御）
まず、比較例１と比較例２及び実施例１〜実施例４によって示されるように、ガラスをムライトで置換した場合、すなわち、組成式（０．８８−ｘ）ガラス＋０．１２ＴｉＯ_２＋ｘＡｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３において、ｘを変化させた場合は、線熱膨張係数は図３に示すように変化し、比誘電率は図４に示すように変化する。さらに、比較例３と比較例４及び実施例５〜実施例７によって示されるように、チタニアをムライトで置換した場合、すなわち、組成式０．６０ガラス＋（０．４０−ｘ）ＴｉＯ_２＋ｘＡｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３において、ｘを変化させた場合は、線熱膨張係数は図５に示すように変化し、比誘電率は図６に示すように変化する。ムライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が５．０×１０^−６／℃、比誘電率が７．４であり、一方、本実施例で用いたガラスは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が５．７×１０^−６／℃、比誘電率が６．４である。したがって、ガラスをムライトで置換する置換量を増やすと、図３に示すように線熱膨張係数はムライトの添加量の増加にしたがって低下し、図４に示すように比誘電率はムライトの添加量の増加に影響されない。一方、チタニアは５０〜３００℃の線熱膨張係数が１１．５×１０^−６／℃、比誘電率が１０４である。したがって、チタニアをムライトで置換する置換量を増やすと、図５に示すように線熱膨張係数はムライトの添加量の増加にしたがって低下し、図６に示すように比誘電率はムライトの添加量の増加にしたがって低下する。ただし、図６においてムライトの含有量を３０ｖｏｌ％未満とした場合、比誘電率は１０以上であるので、いずれも比誘電率１０以上を確保できる。したがって、ガラス或いはチタニアをムライトで置換することにより、低温焼成基板材料の比誘電率を１０以上有しつつ、線熱膨張係数を低下させるように制御ができることが明らかとなった。

以上により、ムライト添加による線熱膨張係数の制御ができることが明らかとなったが、低温焼成基板として焼成されなければならない。また５０〜３００℃における線熱膨張係数を５．９０×１０^−６〜６．４０×１０^−６／℃とし、且つ、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を１０以上とすることが要求される。比較例１は、ガラス成分が５８ｖｏｌ％と少なすぎるため、ち密な焼結体が得られなかった。比較例２は、ムライトが２２ｖｏｌ％であり、線熱膨張係数が６．４１×１０^−６／℃と高い。比較例３は、ムライトが３０ｖｏｌ％であり、比誘電率が９．８と低い。比較例４は、チタニアが１３ｖｏｌ％であり、線熱膨張係数が６．４２×１０^−６／℃と高い。したがって、これらは比較例となる。

（異組成多層基板の反りの予備検討）
組成の異なる２種類のセラミックスグリーンシートをそれぞれ１０ｍｍ角で成形し、６層の積層構造となるように積層体を形成した後、同時焼成を行ない、６層からなる厚さ４８０μｍの異組成の層からなる多層基板を作製した。ここで一方のガラス−セラミックス混合層の組成は７０ｖｏｌ％ガラス−３０ｖｏｌ％アルミナ（Ｓ組成と表記する）とし、他方のガラス−セラミックス混合層の組成は、７０ｖｏｌ％ガラス−１５ｖｏｌ％アルミナ−１５ｖｏｌ％チタニア（Ｔ組成と表記する）とした。ここでいずれのガラスの組成も、酸化物換算で、５０質量％ＳｉＯ_２＋２質量％Ｂ_２Ｏ_３＋１１質量％Ａｌ_２Ｏ_３＋１質量％ＭｇＯ＋３質量％ＣａＯ＋３３質量％ＳｒＯとした。多層基板の積層構造は、図７の（ａ）〜（ｇ）に示す積層構造とした。そのときの反りの大きさ（平均値）を図７に合わせて示した。図７を参照すると、最も非対称構造となっている（ｄ）で示した積層構造において反りが最も大きく、同一組成のみからなる多層基板である（ａ）と（ｇ）で示した積層構造において反りが最も小さいことがわかる。

図７で示した結果から、図１（１）の（ａ）〜（ｅ）の積層構造を有する多層基板のうち、（ｃ）の積層構造が最も非対称構造で、反りが大きくなることを確認したため、以降、図１（１）の（ｃ）の積層構造を評価対象とした。図１（１）の（ｃ）の積層構造として、反りを小さくできれば、その他の積層構造では反りがより小さくなるからである。

（異組成多層基板の反りの検討）
組成の異なる２種類のセラミックスグリーンシートをそれぞれ成形し、図１（１）（ｃ）の６層の積層構造となるように積層体を形成した後、同時焼成を行なうことで、６層からなる厚さ４８０μｍの異組成のガラス−セラミックス混合層からなる多層基板を作製した。多層基板の大きさは、１０ｍｍ角及び５０ｍｍ角の２水準を作製した。ここで一方のガラス−セラミックス混合層の組成は表１に示した各組成とした。他方のガラス−セラミックス混合層の組成は、ガラス７０ｖｏｌ％とアルミナ３０ｖｏｌ％を含有するガラス−セラミックス混合層とした。ここでいずれのガラス−セラミックス混合層においても、ガラスの組成は、酸化物換算で、５０質量％ＳｉＯ_２＋２質量％Ｂ_２Ｏ_３＋１１質量％Ａｌ_２Ｏ_３＋１質量％ＭｇＯ＋３質量％ＣａＯ＋３３質量％ＳｒＯとした。他方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数は、６．１５×１０^−６／℃、比誘電率は７．３であった。

ガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数αと、多層基板１０ｍｍ角及び５０ｍｍ角それぞれの基板の反り量及び多層基板の反り評価を表２にまとめた。多層基板の反り評価は５０ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下のサンプルを○とし、２００μｍ超の場合を×とした。さらにガラス−セラミックス混合層の層間の比誘電率εｒの差が所定値以上であるか否かを多層基板の評価に加えた。そして、５０ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下、且つ、一方のガラス−セラミックス混合層の比誘電率が１０以上を満たす場合に、多層基板としての総合評価○を与え、満たさない場合を×とし、結果を表２に示した。

表２の結果から他方のガラス−セラミックス混合層と一方のガラス−セラミックス混合層との線熱膨張係数の差が小さいほど基板の反りが小さいことがわかる。他方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数が、６．１５×１０^−６／℃であることに対して、一方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数が、５．９０×１０^−６〜６．４０×１０^−６／℃にあるときは、基板の反りが小さい。すなわち、線熱膨張係数の差を０．２５×１０^−６／℃以内とすれば、５０ｍｍ角の基板の反りを２００μｍ以下と小さくすることができる。より好ましくは、線熱膨張係数の差を０．２１×１０^−６／℃以内とすることで、５０ｍｍ角の基板の反りが１００μｍとなる。比較例２、４は、線熱膨張係数の差が大きく、反りが大きい。比較例１はち密な焼結体が得られない。比較例３は比誘電率が９．８と低い。実施例で示されるように、誘電率の異なるガラスーセラミックス混合層を設け、且つ、反りの小さい多層基板を作製できた。これにより、精度を保ちながら多層配線基板に高容量のキャパシター層を入れてモジュールの薄型・小型化をはかりつつ、設計の自由度を向上させることができる。

本発明に係る低温焼成基板材料を用いた多層配線基板は、高周波重畳モジュール、アンテナスイッチモジュール、フィルタモジュール等のＬＴＣＣモジュールとして利用することができる。

多層配線基板の断面概略図を示し、（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を非対称構造に積層した場合の具体例であり、（３）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を対称構造に積層した場合の具体例である。 基板の反り量を求めるときの測定箇所を示す概略図である。 組成式（０．８８−ｘ）ガラス＋０．１２ＴｉＯ_２＋ｘＡｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３において、ｘによる線熱膨張係数の変化を示す図である。 組成式（０．８８−ｘ）ガラス＋０．１２ＴｉＯ_２＋ｘＡｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３において、ｘによる比誘電率の変化を示す図である。 組成式０．６０ガラス＋（０．４０−ｘ）ＴｉＯ_２＋ｘＡｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３において、ｘによる線熱膨張係数の変化を示す図である。 組成式０．６０ガラス＋（０．４０−ｘ）ＴｉＯ_２＋ｘＡｌ_６Ｓｉ_２Ｏ_１３において、ｘによる比誘電率の変化を示す図である。 多層基板の積層構造と、基板の反りとの関係を示す図である。

Claims (9)

1. ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスを６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満、チタニアを１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満、及び、ムライトを２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満含有することを特徴とする低温焼成基板材料。
2. ５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６／℃〜６．４０×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項１に記載の低温焼成基板材料。
3. 室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低温焼成基板材料。
4. ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスを６０ｖｏｌ％以上６６ｖｏｌ％未満、チタニアを１０ｖｏｌ％を超えて１３ｖｏｌ％未満、及び、ムライトを２２ｖｏｌ％を超えて３０ｖｏｌ％未満含有する低温焼成基板材料からなることを特徴とする多層配線基板。
5. 前記低温焼成基板材料は、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０^−６／℃〜６．４０×１０^−６／℃であり、且つ、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることを特徴とする請求項４に記載の多層配線基板。
6. 前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層と、該ガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層との５０〜３００℃における線熱膨張係数の差が０．２５×１０^−６／℃以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の多層配線基板。
7. 前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が５〜８であることを特徴とする請求項４、５又は６に記載の多層配線基板。
8. 前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、ＳｉＯ_２４６〜６０質量％、Ｂ_２Ｏ_３０．５〜５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３６〜１７．５質量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５質量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０質量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、アルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層であることを特徴とする請求項４、５、６又は７に記載の多層配線基板。
9. 前記多層配線基板の反りは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４、５、６、７又は８に記載の多層配線基板。

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