JP4794040B2

JP4794040B2 - Ceramic sintered body and wiring board using the same

Info

Publication number: JP4794040B2
Application number: JP2000396297A
Authority: JP
Inventors: 信也川井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002053369A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子収納用パッケージ、多層配線基板等に適用される配線基板等に最適なセラミック焼結体とそれを用いた配線基板に関するものであり、特に、銀、銅、金と同時焼成が可能で、誘電率が低く信号遅延を低減することが可能であり、かつ半導体素子等の能動素子の動作時等に発生する熱を効率よく放散することが可能なセラミック焼結体の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技術の急速な発達に伴い、半導体素子の高速化、大型化が進行している。そのため、半導体素子の高速化に伴い、パッケージや基板等における信号遅延の問題が大きくなっている。同時に、半導体素子の大型化に伴う発熱量の増加による、パッケージや基板等における熱抵抗の問題も大きくなっている。
【０００３】
従来より、セラミック多層配線基板としては、アルミナ質焼結体からなる絶縁層の表面または内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からなる配線層が形成されたアルミナ配線基板が最も普及している。
【０００４】
ところが、従来のアルミナ配線基板では、その導体であるタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大きく、さらにアルミナの誘電率も９程度と高いことから、信号遅延が大きいことが問題となっていた。そこで、Ｗ、Ｍｏなどの金属に代えて、銅、銀、金などの低抵抗金属を導体として使用し、さらに絶縁層の誘電率を低くすることが要求されている。
【０００５】
そのため、最近では、ガラス、または、ガラスとセラミックとの複合材料であるガラスセラミックスを絶縁層として用いることにより、１０００℃以下の低温焼成を可能とし、融点の低い銅、銀、金などの低抵抗金属を導体として使用できるようにし、かつ誘電率をアルミナよりも低くすることが可能な、ガラスセラミック配線基板が開発されつつある。
【０００６】
例えば、特公平４−１２６３９号のように、ガラスにＳｉＯ₂系フィラーを添加した絶縁層と、銅、銀、金などの低抵抗金属からなる配線層とを９００〜１０５０℃の温度で同時焼成した多層配線基板や、特開昭６０−２４０１３５号のように、ホウ珪酸亜鉛系ガラスに、アルミナ、ジルコニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵抗金属と同時焼成したものなどが提案されている。その他、特開平５−２９８９１９号には、ムライトやコージェライトを結晶相として析出させたガラスセラミック材料も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記に挙げたような従来のガラスセラミックスにおいては、熱伝導率が０．５〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低く、熱放散性において従来のアルミナ等に比べて劣っていた。
【０００８】
そこで、特開昭６３−３０７１８２号や特開平４−２５４４７７号等に記載されるような、高熱伝導性を有するＡｌＮとガラスとを焼成したガラスセラミックスを絶縁基板として用いた配線基板が提案されている。
【０００９】
しかしながら、ＡｌＮ等の非酸化物セラミックスをフィラーとして用いると、焼成中にガラスと非酸化物セラミックフィラーとが焼成中に反応し、焼成中に非酸化物セラミックフィラーが分解して、分解ガスが発生し、このガスによって磁器が膨張したり、寸法精度が上がらない等の問題があった。
【００１０】
また、磁器表面に気泡が発生したりして表面が荒れるなどの問題があり、安定して良好な磁器を得ることが難しく、歩留まりが低く、工業製品としての実用上大きな問題があり、事実上量産は困難であった。かかる現象は、特に、大気などの酸化性雰囲気中での焼成で顕著となるため、銀を導体とする配線層の形成が非常に困難であったり、銅配線を行う際に脱バインダー不良が起こり易いなどという問題があった。
【００１１】
しかも、フィラー成分としてそれ自体高熱伝導性を有するＡｌＮ等を添加してもマトリックスが低熱伝導性のガラス相のみであるために、磁器として高熱伝導化が得られにくく、しかも強度が弱いという問題があった。
【００１２】
従って、本発明は、銀、銅、金等の低抵抗金属、なかでも銀と同時に低温で焼成が可能であり、高熱伝導率、低誘電率を有し、且つ高強度を有するガラスセラミック焼結体、およびそれを用いた配線基板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して鋭意検討した結果、少なくともＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３を含むホウ珪酸系ガラス粉末と、ＡｌＮの非酸化物系化合物粉末とからなる混合粉末を焼成し、焼結体として、ガラス相と、スピネル系化合物結晶相と、ＡｌＮの非酸化物系化合物結晶相を分散含有させることによって、銀、銅、金等の低抵抗、低融点金属、なかでも銀と低温で同時焼成を可能としつつ、ガラスと非酸化物系化合物粉末との反応を抑制できるため、高熱伝導率、低誘電率を有するセラミック焼結体、およびそれを用いた配線基板を歩留まりよく提供することができることを知見し、本発明に至った。
【００１４】
即ち、本発明のセラミック焼結体は、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＣａＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を７５重量％と、ＡｌＮ粉末を２５重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＳｒＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を７５〜９５重量％と、ＡｌＮ粉末を５〜２５重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＢａＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を６０〜７５重量％と、ＡｌＮ粉末を２５〜４０重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を１０重量％、ＺｎＯを１５重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１８重量％、ＣａＯを５質量％およびＢａＯを２８重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を６０〜９０重量％と、ＡｌＮ粉末を１０〜４０重量％の割合で含有する混合粉末のうちのいずれか１種の混合粉末を所定形状に成形後、焼成して形成され、ガーナイト（ＺｎＡｌ_２Ｏ_４）および／またはスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）と、ＡｌＮと、ガラス相と、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８およびＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８のうちのいずれか１種とを含有するとともに、酸化銅、酸化鉛、酸化ビスマスおよびアルカリ金属酸化物が合計量で０．５重量％以下であり、かつ、相対密度が９７．９％以上、誘電率が７．２以下、熱伝導率が２．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに本発明の配線基板は、絶縁基板と、その表面および／または内部に配設された配線層を具備してなるものであって、絶縁基板を上記のセラミック焼結体によって形成したものであって、前記配線層は、金、銀、銅から選ばれる群の１種以上の導体を主成分とすることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック焼結体は、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＣａＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を７５重量％と、ＡｌＮ粉末を２５重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＳｒＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を７５〜９５重量％と、ＡｌＮ粉末を５〜２５重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＢａＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を６０〜７５重量％と、ＡｌＮ粉末を２５〜４０重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を１０重量％、ＺｎＯを１５重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１８重量％、ＣａＯを５質量％およびＢａＯを２８重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を６０〜９０重量％と、ＡｌＮ粉末を１０〜４０重量％の割合で含有する混合粉末のうちのいずれか１種の混合粉末を所定形状に成形後、焼成して形成され、ガラス相をマトリックスとし、このガラス相中に、ガーナイト（ＺｎＡｌ_２Ｏ_４）および／またはスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）と、ＡｌＮとを分散含有した組織からなり、酸化銅、酸化鉛、酸化ビスマスおよびアルカリ金属酸化物が合計量で０．５重量％以下であり、かつ相対密度が９７．９％以上の緻密質からなる焼結体である。なお、上記ガラス相は完全に結晶化しており実質的に非晶質を含有しなくてもよい。
【００２０】
本発明のセラミック焼結体の組織によれば、焼結体としての高熱伝導化を達成する上で、それ自体、高熱伝導性を有する結晶相を分散していることが必要である。高熱伝導性を有する結晶相としては、ＡｌＮが挙げられるが、この非酸化物系化合物は、ガラス相との反応性が高いため、その焼結過程で非酸化物系化合物が分解してガスなどが発生してしまう。
【００２１】
また、非酸化物系化合物結晶相として、ＡｌＮを選択したのは、この非酸化物系化合物結晶相は熱伝導率が高く、かつガラスとの反応性が比較的低いためである。
【００２２】
ところが、後述するように、少なくともＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃を含有する非晶質ガラスあるいは結晶化ガラスを用いると、非酸化物系化合物との反応性を低く抑えることができ、分解ガスなどの発生を抑制できる。また、かかるガラスは、誘電率が低いために、焼結体全体として誘電率を低下させることができる。
【００２３】
それによって、焼結体の焼結後の寸法変化が小さく、高熱伝導性と低誘電率化を達成できる。具体的には、熱伝導率が２．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、誘電率が７．２以下であることを特徴とする。
【００２５】
各成分組成を上記範囲に限定したのは、前記ホウ珪酸系ガラス粉末が６０重量％未満、即ち非酸化物系化合物粉末が４０重量％を超えると、１０００℃以下の焼成において焼結体を緻密化することが困難となり、前記ホウ珪酸系ガラス粉末が９５重量％を超える、即ち非酸化物系化合物粉末が５重量％よりも少ないと、２．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導化が達成できないためである。
【００２６】
このように、前記セラミック焼結体中に、ＡｌＮに加えて、出発原料組成におけるガラス粉末中の成分として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯおよびＢ_２Ｏ_３に、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯのうちのいずれか１種を含有する。これらの成分を含有するガラスは、焼成中にＡｌＮとの反応性が非常に低いため、ガラスとフィラーの反応によりガスが発生し、焼結体の寸法精度の悪化や焼結体の表面での気泡発生による歩留まりの著しい低下を防ぐことが可能となる。
【００２８】
なお、酸化銅、酸化鉛、酸化ビスマス、アルカリ金属酸化物等は、非酸化物系化合物と反応性が高く、寸法精度の悪化や気泡発生等を招くため、ガラス中に含有させることは望ましくなく、それらは酸化物換算による合計量で０．５重量％以下に抑制することが重要である。
【００２９】
本発明のセラミック焼結体は、上記のように、前記ガラス相中に、前記ＡｌＮに加えて、ガーナイト（ＺｎＡｌ _２Ｏ _４）およびスピネル（ＭｇＡｌ _２Ｏ _４）の少なくとも１種のスピネル系化合物結晶相が存在する。このスピネル系化合物結晶相は、セラミック焼結体の熱伝導率と強度を向上させる作用を有する。このスピネル系化合物結晶相は、前記組成のガラスからの析出結晶相であってもよいし、スピネル系化合物をフィラーとして添加することも可能であるが、ガラスから析出させることがより、緻密な焼結体を得るのに効果的であって、熱伝導率と強度の向上効果も大きい。この場合、前記２つのスピネル系化合物結晶相が相互に固溶した、（Ｍｇ，Ｚｎ）Ａｌ_２Ｏ_４の形で存在していても差し支えない。
【００３０】
さらに、本発明のセラミック焼結体は、前記ガラス相中に分散させる結晶相として、ＡｌＮ、並びにガーナイト（ＺｎＡｌ _２Ｏ _４）およびスピネル（ＭｇＡｌ _２Ｏ _４）のうち少なくとも１種のスピネル系化合物結晶相以外に他の結晶相が存在してもよい。
【００３１】
その中でも、ムライト結晶相およびコーディエライト結晶相のうち少なくとも１種を含有することがセラミック焼結体の熱伝導率と強度を向上させるために効果的である。これらの結晶相も、前記組成のガラスからの析出結晶相であってもよいし、フィラーとして添加することも可能であるが、ガラスから析出させることがより緻密なセラミック焼結体を得るのに効果的であって、熱伝導率と強度の向上効果も大きい。
【００３２】
セラミック焼結体の一例として、図１のセラミック焼結体の組織を説明するための概略図に示すように、ホウ珪酸系ガラス相（Ｇ）と、非酸化物化合物結晶相（Ｎ）、スピネル系化合物結晶相（Ｓ）を必須とし、さらにはムライト結晶相（Ｍｕ）やコーディエライト結晶相（Ｃｏ）等の結晶相を含むものである。
【００３３】
また、本発明のセラミック焼結体においては、前記ガラス粉末中にＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの群から選ばれる少なくとも１種、特にＭｇＯを配合することが望ましい。これらの成分を配合することにより、ガラスの軟化点が低下し、非酸化物系化合物の添加量を増加させることが可能となる結果、セラミック焼結体の熱伝導率をさらに向上させることができる。
【００３４】
上記のように、ＭｇＯと、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯのうちのいずれか１種とを含有する場合、本発明のセラミック焼結体においては、非酸化物系化合物結晶相とスピネル系化合物結晶相に加えて、ガラス相から結晶相として（Ｍ１）Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８（Ｍ１＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうちのいずれか１種）結晶相を析出させると、セラミック焼結体の熱伝導率と強度の向上、特に針状に析出させることが可能であるため、強度の向上に効果的である。
【００３５】
したがって、本発明のセラミック焼結体は、例えば、図２のセラミック焼結体の組織を説明するための概略図に示すように、ホウ珪酸系ガラス相（Ｇ）と、スピネル系化合物結晶相（Ｓ）、非酸化物化合物結晶相（Ｎ）以外に、（Ｍ１）Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８（Ｍ１＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）結晶相（ＭＡＳ）から構成される。
【００３６】
なお、本発明のセラミック焼結体においては、上記のスピネル系化合物結晶相、ＭＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）結晶相、非酸化物系化合物結晶相以外にも、１つあるいは複数の酸化物結晶相を含有していても差し支えない。
【００３７】
これらの酸化物結晶相は、混合粉末の段階でフィラーとして添加してもよいし、またガラスの結晶化により析出させても差し支えなく、これらの酸化物結晶相を焼結体内部に含有させて、得られるセラミック焼結体の特性、例えば誘電率、誘電損失、熱膨張係数、破壊強度、破壊靭性、熱伝導率等、を制御することが可能となる。
【００３８】
これらの酸化物結晶相の例としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、用途に合わせて選択できる。なお、上記酸化物結晶相はここに例示した結晶相に限定されるものではない。
【００３９】
次に、上記のセラミック焼結体を用いた配線基板について、半導体素子を収納搭載した半導体素子収納用パッケージを例として図３をもとに説明する。図３によれば、パッケージＡは、絶縁基板１の表面および／あるいは内部にメタライズ配線層２が形成され、パッケージＡの下面には、複数の接続用電極３が配列されている。絶縁基板の上面中央部には、半導体素子４がガラス、樹脂等の接着剤を介して絶縁基板１に接着固定され、半導体素子４はメタライズ配線層２とボンディングワイヤ５を介して電気的に接続され、さらにその上から封止樹脂６により覆うことにより封止されている。そして、半導体素子４と、絶縁基板１の下面に形成された複数の接続用電極３とは、メタライズ配線層２を介して電気的に接続されている。
【００４０】
本発明によれば、図３に示されるようなパッケージにおける前記絶縁基板１が上記のセラミック焼結体からなるものであり、特に熱伝導率が、従来のセラミックの平均的な値である約１Ｗ／ｍ・Ｋよりも高い２．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、誘電率が７．２以下である。
【００４１】
かかる配線基板は、例えば、上記のセラミック焼結体を形成し得る混合粉末を用いて、適当な有機溶剤、溶媒を用いて混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。そして、このシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも１種を含む金属ペーストを充填する。そして、シート状成形体表面には、高周波信号が伝送可能な高周波線路パターンを金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などの配線層の厚みが５〜３０μｍとなるように、印刷塗布する。その後、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、１０００℃の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で焼成することにより、配線基板を作製することができる。
【００４２】
なお、本発明のセラミック焼結体は、酸化性雰囲気での焼成であってもガラスと非酸化物系化合物との反応を抑制できるために、配線層を銀で形成することが可能であり、その場合には有機バインダを除去する工程を４００〜６００℃の酸化性雰囲気で行い、焼成を９５０℃以下の酸化性雰囲気で行なうことができる。また、配線層を銅で形成する場合には、有機バインダを除去する工程を７００〜８００℃のＮ_２雰囲気で行い、焼成を１０００℃以下のＮ_２などの非酸化性雰囲気で行なうことができる。
【００４３】
そして、この配線基板の表面には、半導体素子が搭載され配線層と信号の伝達が可能なように接続される。接続方法としては、配線層上に直接搭載させて接続させたり、あるいはワイヤーボンディングや、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子とが接続される。
【００４４】
さらに、半導体素子が搭載された配線基板表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等からなるキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、半導体素子を気密に封止することができ、これにより半導体素子収納用パッケージを作製することができる。
【００４５】
【実施例】
表１からなる７種のガラスを準備した。
【００４６】
【表１】

【００４７】
そして、これらのガラス粉末に対して、平均粒径が２μｍの非酸化物系化合物粉末として、ＡｌＮ粉末、Ｓｉ₃Ｎ₄粉末、ＳｉＣ粉末、ＢＮ粉末を用いて、表１の組成に従い混合した。
【００４８】
そして、この混合物に有機バインダー、可塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのグリーンシートを作製した。そして、このグリーンシートを５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を大気中、５００℃で脱バインダーした後、大気中で表２の条件において焼成して絶縁基板用のセラミック焼結体を得た。
【００４９】
得られたセラミック焼結体の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法にて測定した。また、セラミック焼結体にＩｎ−Ｇａペーストを塗布して電極とし、ＬＣＲメーターを用いて、測定周波数１ＭＨｚにおいて誘電率を測定した。測定の結果は表２に示した。
【００５０】
また、得られたセラミック焼結体中には、用いたガラス中の構成金属元素および酸素を含むガラス相以外に種々の結晶相が確認された。その結晶相をＸ線回折測定から同定し、ピーク強度の大きい順にガラス相と合わせて表２に示した。なお、ガーナイト結晶相とスピネル結晶相はピークが重なるため表中では区別せずにまとめてガーナイト結晶相として記述した。
【００５１】
さらに、上記のグリーンシートに対して、ビアホールを形成して銀ペーストを充填し、シート表面に銀ペーストを配線パターンとして印刷塗布し、また、最下層のグリーンシートの底面には、内部の配線層と導通する電極層を形成した後、これを５層積層して、上記と同様な条件で焼成して３５ｍｍ角、厚み１．２ｍｍの多層配線基板をそれぞれ２００個作成した。
【００５２】
このときの、寸法ばらつきを測定し、±３５０μｍを規格とした際の寸法精度について良品率を算出した結果を表２に示した。
【００５３】
また、一部の試料については、フィラー成分として、非酸化物系化合物粉末に代わり、コーディエライト粉末、ＺｒＯ_２粉末を用いて同様にセラミック焼結体を作製し評価した。
【００５４】
さらに、ＪＩＳＲ１６０１に基づき、セラミック焼結体の抗折強度を３点曲げ試験によって測定した。また、セラミック焼結体を粉砕し、気相中で真比重を求め、アルキメデス法でかさ比重を求めて相対密度を算出し表２に示した。
【００５５】
【表２】

【００５６】
表１、表２の結果から明らかなように、本発明に基づき、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＣａＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を７５重量％と、ＡｌＮ粉末を２５重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＳｒＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を７５〜９５重量％と、ＡｌＮ粉末を５〜２５重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を７重量％、ＺｎＯを１６重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１３重量％、ＭｇＯを８重量％およびＢａＯを３２重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を６０〜７５重量％と、ＡｌＮ粉末を２５〜４０重量％の割合で含有する混合粉末、ＳｉＯ _２を２４重量％、Ａｌ _２Ｏ _３を１０重量％、ＺｎＯを１５重量％、Ｂ _２Ｏ _３を１８重量％、ＣａＯを５質量％およびＢａＯを２８重量％含むホウ珪酸系ガラス粉末を６０〜９０重量％と、ＡｌＮ粉末を１０〜４０重量％の割合で含有する混合粉末のうちのいずれか１種の混合粉末を所定形状に成形後、焼成して形成され、ガーナイト（ＺｎＡｌ_２Ｏ_４）および／またはスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）と、ＡｌＮと、ガラス相と、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＳｒＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８およびＢａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８のうちのいずれか１種とを含有するとともに、酸化銅、酸化鉛、酸化ビスマスおよびアルカリ金属酸化物が合計量で０．５重量％以下である場合においては、相対密度が９７．９％以上であるとともに、熱伝導率が２．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い値を示し、さらに誘電率が７．２以下の低誘電率と、高強度を示しつつ高い寸法精度を有するセラミック焼結体およびそれを用いた配線基板が得られることが分かる。
【００５７】
それに対して、ホウ珪酸系ガラスが９５重量％よりも多い、即ち非酸化物系化合物が５重量％よりも少ない試料Ｎｏ．１、８においては、非酸化物系化合物による熱伝導率の向上効果が不十分となり、２Ｗ／ｍ・Ｋよりも低い熱伝導率を示す。
【００５８】
また、上記ガラスが３０重量％よりも少ない、即ち非酸化物系化合物が７０重量％よりも多い試料Ｎｏ．１４においては、緻密な焼結体が得られないものであった。さらに、非酸化物系化合物に変えてコーディエライト、ＺｒＯ₂を用いた試料Ｎｏ．２３、２４においても２Ｗ／ｍ・Ｋよりも低い熱伝導率を示す。
【００５９】
そして、ガラス粉末中に、Ｂｉ₂Ｏ₃やアルカリ金属酸化物を多量に含有するガラスＥ、Ｆを用いた試料Ｎｏ．２５〜２８においては、ガラスと非酸化物化合物が反応してしまい、十分な寸法精度が得られないものであった。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、銀、銅、金等の低抵抗、低融点金属、なかでも銀と同時に低温で１０００℃以下での焼成を可能とし、緻密で、高熱伝導率、低誘電率を有するセラミック焼結体と、それを用いた配線基板を歩留まりよく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック焼結体の組織を説明するための概略図である。
【図２】本発明のセラミック焼結体の組織を説明するための概略図である。
【図３】本発明の配線基板の一例として半導体素子収納用パッケージの概略断面図である。
【符号の説明】
Ｇホウ珪酸系ガラス相
Ｎ非酸化物系化合物結晶相
Ｓスピネル系化合物結晶相
Ｍｕムライト結晶相
Ｃｏコーディエライト結晶相
ＭＡＳ（Ｍ１）Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８（Ｍ１＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）結晶相
ＭＭＳ（Ｍ２）_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７（Ｍ２＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）結晶相
Ａ半導体素子収納用パッケージ
１絶縁基板
２配線層
３接続用電極
４半導体素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic sintered body that is optimal for a semiconductor element storage package, a wiring board applied to a multilayer wiring board, and the like, and a wiring board using the ceramic sintered body, and in particular, simultaneous firing with silver, copper, and gold. It is possible to improve the ceramic sintered body that has a low dielectric constant, can reduce signal delay, and can efficiently dissipate heat generated during operation of active elements such as semiconductor elements. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the era of advanced information technology, with the rapid development of information communication technology, the speed and size of semiconductor devices are increasing. For this reason, with the increase in the speed of semiconductor elements, the problem of signal delay in packages, substrates, and the like has increased. At the same time, the problem of thermal resistance in packages, substrates and the like due to an increase in the amount of heat generated with the increase in the size of semiconductor elements is also increasing.
[0003]
Conventionally, as a ceramic multilayer wiring board, an alumina wiring board in which a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is formed on the surface or inside of an insulating layer made of an alumina sintered body is most popular.
[0004]
However, in a conventional alumina wiring board, a high melting point metal such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), which is a conductor, has a large conductor resistance, and the dielectric constant of alumina is as high as about 9, so signal delay is low. The big thing was a problem. Therefore, it is required to use a low-resistance metal such as copper, silver, or gold as a conductor instead of a metal such as W or Mo, and further reduce the dielectric constant of the insulating layer.
[0005]
Therefore, recently, by using glass or glass ceramics, which is a composite material of glass and ceramic, as an insulating layer, low temperature firing at 1000 ° C. or lower is possible, and low resistance such as copper, silver, and gold having a low melting point. Glass ceramic wiring boards are being developed that allow metals to be used as conductors and that have a lower dielectric constant than alumina.
[0006]
For example, as in Japanese Patent Publication No. 4-12639, an insulating layer obtained by adding a SiO ₂ filler to glass and a wiring layer made of a low-resistance metal such as copper, silver, or gold are simultaneously fired at a temperature of 900 to 1050 ° C. Multilayered wiring boards, and those obtained by co-firing zinc borosilicate glass with fillers such as alumina, zirconia, mullite and the like with a low resistance metal as disclosed in JP-A-60-240135 have been proposed. Yes. In addition, JP-A-5-298919 also proposes a glass ceramic material in which mullite or cordierite is precipitated as a crystal phase.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional glass ceramics as described above have a low thermal conductivity of about 0.5 to 1.5 W / m · K, and are inferior to conventional alumina or the like in heat dissipation.
[0008]
Accordingly, wiring boards using glass ceramics obtained by firing AlN having high thermal conductivity and glass as described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-307182 and 4-254477 have been proposed. Yes.
[0009]
However, when non-oxide ceramics such as AlN are used as fillers, the glass and non-oxide ceramic filler react during firing, and the non-oxide ceramic filler decomposes during firing, generating decomposition gas. However, there have been problems such as expansion of porcelain by this gas and increase in dimensional accuracy.
[0010]
In addition, there are problems such as the generation of bubbles on the surface of the porcelain, and the surface becomes rough. It is difficult to obtain a stable and good porcelain, the yield is low, and there is a big problem in practical use as an industrial product. Mass production was difficult. This phenomenon is particularly noticeable when firing in an oxidizing atmosphere such as the atmosphere. Therefore, it is very difficult to form a wiring layer using silver as a conductor, or a debinding defect occurs when copper wiring is performed. There was a problem that it was easy.
[0011]
Moreover, even when AlN or the like having high thermal conductivity is added as a filler component, the matrix is only a low thermal conductive glass phase, so that it is difficult to obtain high thermal conductivity as a porcelain and the strength is weak. there were.
[0012]
Therefore, the present invention is a low-resistance metal such as silver, copper, and gold, and in particular, can be fired at a low temperature simultaneously with silver, and has high thermal conductivity, low dielectric constant, and high strength. An object is to provide a body and a wiring board using the same.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventor has obtained from a borosilicate glass powder containing at least SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZnO, B ₂ O ₃ and a non-oxide compound powder of Al N. The mixed powder is fired, and as a sintered body, a glass phase, a spinel compound crystal phase, and a non-oxide compound crystal phase of AlN are dispersed and contained, thereby reducing low resistance of silver, copper, gold, etc. A ceramic sintered body having a high thermal conductivity and a low dielectric constant, because it can suppress the reaction between a low melting point metal, in particular silver and a low temperature, while suppressing the reaction between the glass and the non-oxide compound powder. The present inventors have found that the used wiring board can be provided with a high yield, and have reached the present invention.
[0014]
That is, the ceramic sintered body of the present invention is composed of 24 wt% SiO ₂ , 7 wt% Al ₂ O ₃ , 16 wt% ZnO , 13 wt% B ₂ O ₃ , 8 wt% MgO and CaO. 75% by weight of borosilicate glass powder containing 32% by weight, mixed powder containing AlN powder in a proportion of 25% by weight, 24% by weight of SiO ₂ , 7% by weight of Al ₂ O ₃ and 16% by weight of ZnO A mixed powder containing 75 to 95% by weight of borosilicate glass powder containing 13% by weight of B ₂ O ₃ , 8% by weight of MgO and 32% by weight of SrO, and 5 to 25% by weight of AlN powder. A borosilicate glass powder containing 24 wt% SiO ₂ , 7 wt% Al ₂ O ₃ , 16 wt% ZnO , 13 wt% B ₂ O ₃ , 8 wt% MgO and 32 wt% BaO. 60-75% by weight, AlN powder Mixed powder containing powder in a proportion of 25-40 wt%, SiO ₂ 24 wt%, Al ₂ O ₃ 10 wt%, ZnO 15 wt%, B ₂ O ₃ 18 wt%, CaO 5 mass % Of borosilicate glass powder containing 28% by weight of BaO and BaO and 60% by weight of mixed powder containing 10% to 40% by weight of AlN powder in a predetermined shape Formed and then fired to form garnite (ZnAl ₂ O ₄ ) and / or spinel (MgAl ₂ O ₄ ), AlN, glass phase, CaAl ₂ Si ₂ O ₈ , SrAl ₂ Si ₂ O ₈ and BaAl ₂ Si ₂ O ₈ and any one of ₂ Si ₂ O _8, the total amount of copper oxide, lead oxide, bismuth oxide and alkali metal oxide is 0.5% by weight or less, and the relative density is It is characterized by being 97.9% or more, a dielectric constant of 7.2 or less, and a thermal conductivity of 2.3 W / m · K or more.
[0018]
Furthermore, the wiring board of the present invention comprises an insulating substrate and a wiring layer disposed on the surface and / or inside thereof, and the insulating substrate is formed of the ceramic sintered body. The wiring layer is preferably composed mainly of one or more kinds of conductors selected from gold, silver and copper.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ceramic sintered body of the present invention is composed of 24 wt% SiO ₂ , 7 wt% Al ₂ O ₃ , 16 wt% ZnO , 13 wt% B ₂ O ₃ , 8 wt% MgO and 32 wt% CaO. A mixed powder containing 75% by weight of borosilicate glass powder and 25% by weight of AlN powder , 24% by weight of SiO ₂ , 7% by weight of Al ₂ O ₃ , 16% by weight of ZnO, B ₂ O ₃ of 13 wt%, and 75 to 95 wt% borosilicate glass powder containing MgO 8 wt% and SrO 32% by weight, mixed powder containing a proportion of 5 to 25 wt% of AlN powder, SiO ₂ 24 wt%, the _Al 2 _{O 3} 7 wt%, ZnO 16 _wt.%, B 2 _{O 3} to 13 wt%, 60 to a borosilicate glass powder containing MgO 8% by weight and BaO 32 wt% 75 wt% and 2 AlN powder Mixed powder in a proportion of 5 to 40 wt%, a SiO ₂ 24 wt%, the _Al 2 _{O 3} 10 wt%, ZnO 15 _wt%, B 2 _{O 3} 18 wt%, 5 wt% of CaO and After forming any one of the mixed powders containing 60 to 90% by weight of borosilicate glass powder containing 28% by weight of BaO and 10 to 40% by weight of AlN powder into a predetermined shape , made by firing a glass phase as a matrix, in the glass phase, and gahnite (ZnAl ₂ O ₄₎ and / or spinel (MgAl ₂ O _4), becomes the AlN from dispersion containing tissue, copper oxide In addition, the sintered body is a dense body having a total amount of lead oxide, bismuth oxide and alkali metal oxide of 0.5% by weight or less and a relative density of 97.9% or more. The glass phase is completely crystallized and does not have to be substantially amorphous.
[0020]
According to the structure of the ceramic sintered body of the present invention, in order to achieve high thermal conductivity as the sintered body, it is necessary that the crystalline phase having high thermal conductivity is dispersed by itself. As the crystalline phase having high thermal conductivity, Al N can be cited. However, since this non-oxide compound is highly reactive with the glass phase, the non-oxide compound is decomposed during the sintering process to cause gas. Etc. will occur.
[0021]
Further, as a non-oxide compound crystal phase, it was selected Al N, the non-oxide compound crystal phase has a high thermal conductivity, and Ru der due to the relatively low reactivity with glass.
[0022]
However, as will be described later, when an amorphous glass or crystallized glass containing at least SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZnO, or B ₂ O ₃ is used, the reactivity with non-oxide compounds is kept low. And generation of cracked gas can be suppressed. Moreover, since such glass has a low dielectric constant, the dielectric constant of the sintered body as a whole can be reduced.
[0023]
Accordingly, the dimensional change after sintering of the sintered body is small, and high thermal conductivity and low dielectric constant can be achieved. Specifically, the thermal conductivity is 2 . 3 W / m · K is the following, characterized in that dielectric constant of below 7.2 or less.
[0025]
Each component composition is limited to the above range because the borosilicate glass powder is less than 60 % by weight, that is, when the non-oxide compound powder exceeds 40 % by weight, the sintered body is fired at 1000 ° C. or less. If the borosilicate glass powder exceeds 95% by weight, that is, the non-oxide compound powder is less than 5% by weight, 2 . This is because high thermal conductivity of 3 W / m · K or more cannot be achieved.
[0026]
Thus, the in the ceramic sintered body, in addition to AlN, as a component in the glass powder in the departure raw material composition, the _{_{_{S iO 2, Al 2 O 3}}} , ZnO and B ₂ O _3, CaO, SrO and to containing organic any one of the B aO. Glasses containing these components, because of very low reactivity with AlN during firing, gas Ri by the reaction between the glass and the filler is generated, the surface of the dimensional accuracy of the deterioration and the sintered body of the sintered body It is possible to prevent a significant decrease in yield due to the generation of bubbles in
[0028]
Copper oxide, lead oxide, bismuth oxide, alkali metal oxides, etc. are highly reactive with non-oxide compounds, leading to deterioration of dimensional accuracy and bubble generation. It is important that they are controlled to a total amount of 0.5% by weight or less in terms of oxide.
[0029]
As described above, the ceramic sintered body of the present invention includes at least one spinel compound crystal of garnite (ZnAl ₂ O ₄ ) and spinel (MgAl ₂ O ₄ ) in addition to the AlN in the glass phase. phases that exist. This spinel compound crystal phase has the effect of improving the thermal conductivity and strength of the ceramic sintered body . Spinel compound crystal phase of this may be a precipitated crystal phase from the glass of the composition, although it is also possible to add a spinel type compound as a filler, more it is precipitated from the glass, dense It is effective for obtaining a sintered body and has a great effect of improving thermal conductivity and strength. In this case , the two spinel compound crystal phases may exist in the form of (Mg, Zn) Al ₂ O ₄ in which they are solid-solved with each other.
[0030]
Furthermore, the ceramic sintered body according to the present invention includes, as a crystal phase dispersed in the glass phase, AlN, and at least one spinel compound crystal of garnite (ZnAl ₂ O ₄ ) and spinel (MgAl ₂ O ₄ ). In addition to the phase, other crystal phases may be present.
[0031]
Among these, containing at least one of a mullite crystal phase and a cordierite crystal phase is effective for improving the thermal conductivity and strength of the ceramic sintered body. These crystal phases may also be precipitated crystal phases from the glass having the above composition and can be added as fillers. However, precipitation from the glass can provide a denser ceramic sintered body. It is effective and has a great effect of improving thermal conductivity and strength.
[0032]
An example of a ceramic sintered body, as shown in the schematic view for explaining the structure of the ceramic sintered body of Figure 1, borosilicate glass phase and (G), non-oxide compound crystal phase (N), The spinel compound crystal phase (S) is essential, and further includes a crystal phase such as a mullite crystal phase (Mu) and a cordierite crystal phase (Co).
[0033]
In the ceramic sintered body of the present invention, MgO in the glass powder, CaO, SrO, at least one selected from the group of BaO, it is desirable to particularly blended MgO. By blending these components, the softening point of the glass is lowered and the amount of non-oxide compound added can be increased. As a result, the thermal conductivity of the ceramic sintered body can be further improved. .
[0034]
As described above, when MgO and any one of CaO, SrO, and BaO are contained, in the ceramic sintered body of the present invention, the non-oxide compound crystal phase and the spinel compound crystal phase In addition, when (M1) Al ₂ Si ₂ O ₈ (M1 = any one of Ca, Sr, Ba) crystal phase is precipitated as a crystal phase from the glass phase, the thermal conductivity of the ceramic sintered body Since it is possible to improve the strength, particularly in the form of needles, it is effective for improving the strength.
[0035]
Therefore, ceramic sintered body of the present invention, for example, as shown in the schematic view for explaining the structure of the ceramic sintered body of FIG. 2, borosilicate glass phase and (G), spinel compound crystal phase (S), in addition to non-oxide compound crystal phase _{_{_{(N), (M1) Al}}} 2 Si 2 O 8 (M1 = Ca, Sr, Ba) that consists of crystalline phase (MAS).
[0036]
In the ceramic sintered body of the present invention, in addition to the above spinel compound crystal phase , M Al ₂ Si ₂ O ₈ (M = Ca, Sr, Ba) crystal phase, non-oxide compound crystal phase, One or a plurality of oxide crystal phases may be contained.
[0037]
These oxide crystal phases may be added as fillers in the mixed powder stage, or may be precipitated by crystallization of glass. These oxide crystal phases may be contained inside the sintered body. Thus, it is possible to control the characteristics of the obtained ceramic sintered body, such as dielectric constant, dielectric loss, thermal expansion coefficient, fracture strength, fracture toughness, thermal conductivity, and the like.
[0038]
Examples of these oxide crystal _{_{_{phase, SiO 2, Al 2 O 3}}} , ZrO 2, TiO 2, ZnO, MgSiO 3, Mg 2 SiO 4, Zn 2 SiO 4, CaMgSi 2 O 6, Zn 2 Al 4 Si There may be mentioned at least one selected from the group of ₅ O ₁₈ , which can be selected according to the application. The oxide crystal phase is not limited to the crystal phases exemplified here.
[0039]
Next, a wiring board using the ceramic sintered body will be described with reference to FIG. 3 by taking as an example a package for housing a semiconductor element in which a semiconductor element is housed. According to FIG. 3, the package A has a metallized wiring layer 2 formed on the surface and / or inside of the insulating substrate 1, and a plurality of connection electrodes 3 are arranged on the lower surface of the package A. The semiconductor element 4 is bonded and fixed to the insulating substrate 1 through an adhesive such as glass or resin at the center of the upper surface of the insulating substrate, and the semiconductor element 4 is electrically connected to the metallized wiring layer 2 via the bonding wires 5. Further, it is sealed by covering with a sealing resin 6 from above. The semiconductor element 4 and the plurality of connection electrodes 3 formed on the lower surface of the insulating substrate 1 are electrically connected through the metallized wiring layer 2.
[0040]
According to the present invention, the insulating substrate 1 in the package as shown in FIG. 3 is made of the ceramic sintered body described above, and in particular, the thermal conductivity is about 1 W, which is an average value of a conventional ceramic. Higher than / m · K 2 . 3 W / m · K is on more than a dielectric constant of Ru Oh under 7.2 or less.
[0041]
Such a wiring board is prepared, for example, by using a mixed powder capable of forming the above-mentioned ceramic sintered body and mixing it with an appropriate organic solvent or solvent to prepare a slurry, which is prepared by a conventionally known doctor blade method or calendar. It is formed into a sheet by a roll method, a rolling method, or a press forming method. And after forming a through hole as needed in this sheet-like molded object, the metal paste containing at least 1 sort (s) of copper, gold | metal | money, and silver is filled in a through hole. Then, on the surface of the sheet-like molded body, a high frequency line pattern capable of transmitting a high frequency signal is printed and applied using a metal paste so that the thickness of a wiring layer such as a screen printing method or a gravure printing method becomes 5 to 30 μm. . Thereafter, the plurality of sheet-like molded bodies are aligned and laminated and pressure-bonded, and then fired in an oxidizing atmosphere or non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C., whereby a wiring board can be manufactured.
[0042]
In addition, since the ceramic sintered body of the present invention can suppress the reaction between the glass and the non-oxide compound even when firing in an oxidizing atmosphere, the wiring layer can be formed of silver, In that case, the step of removing the organic binder can be performed in an oxidizing atmosphere of 400 to 600 ° C., and the baking can be performed in an oxidizing atmosphere of 950 ° C. or less. When the wiring layer is formed of copper, the step of removing the organic binder can be performed in a N ₂ atmosphere at 700 to 800 ° C., and the baking can be performed in a non-oxidizing atmosphere such as N ₂ at 1000 ° C. or less. .
[0043]
A semiconductor element is mounted on the surface of the wiring board and connected to the wiring layer so that signals can be transmitted. As a connection method, the wiring layer and the semiconductor element are connected by mounting directly on the wiring layer or by wire bonding or TAB tape.
[0044]
In addition, a cap made of the same insulating material as the insulating substrate, other insulating materials, or a metal with good heat dissipation is attached to the surface of the wiring board on which the semiconductor element is mounted with an adhesive such as glass, resin, or brazing material. By bonding, the semiconductor element can be hermetically sealed, whereby a package for housing a semiconductor element can be manufactured.
[0045]
【Example】
Seven types of glasses from Table 1 were prepared.
[0046]
[Table 1]

[0047]
These glass powders were mixed according to the composition shown in Table 1 using AlN powder, Si ₃ N ₄ powder, SiC powder, and BN powder as non-oxide compound powder having an average particle diameter of 2 μm.
[0048]
Then, an organic binder, a plasticizer, and toluene were added to this mixture to prepare a slurry, and then a green sheet having a thickness of 300 μm was produced using this slurry by a doctor blade method. Then, five green sheets were laminated and thermocompression bonded by applying a pressure of 100 kg / cm @ 2 at a temperature of 50.degree. The obtained laminate was debindered at 500 ° C. in the air, and then fired in the air under the conditions shown in Table 2 to obtain a ceramic sintered body for an insulating substrate.
[0049]
The thermal conductivity of the obtained ceramic sintered body was measured by a laser flash method. In addition, an In—Ga paste was applied to the ceramic sintered body to form an electrode, and the dielectric constant was measured at a measurement frequency of 1 MHz using an LCR meter. The measurement results are shown in Table 2.
[0050]
Moreover, in the obtained ceramic sintered body, various crystal phases were confirmed in addition to the glass phase containing the constituent metal elements and oxygen in the used glass. The crystal phase was identified from the X-ray diffraction measurement and is shown in Table 2 together with the glass phase in descending order of peak intensity. Since the garnite crystal phase and the spinel crystal phase have overlapping peaks, they are collectively described as a garnite crystal phase without being distinguished in the table.
[0051]
Furthermore, via holes are formed and filled with silver paste on the green sheet, and the silver paste is printed and applied as a wiring pattern on the surface of the sheet, and the inner wiring layer is formed on the bottom surface of the lowermost green sheet. Then, five layers were laminated and fired under the same conditions as described above to prepare 200 multilayer wiring boards each having a 35 mm square and a thickness of 1.2 mm.
[0052]
Table 2 shows the result of measuring the dimensional variations at this time and calculating the yield rate with respect to the dimensional accuracy when ± 350 μm is used as the standard.
[0053]
For some samples, ceramic sintered bodies were similarly prepared and evaluated using cordierite powder and ZrO ₂ powder instead of non-oxide compound powder as a filler component.
[0054]
Furthermore, based on JISR1601, the bending strength of the ceramic sintered body was measured by a three-point bending test. Further, the ceramic sintered body was pulverized, the true specific gravity was obtained in the gas phase, the bulk specific gravity was obtained by the Archimedes method, and the relative density was calculated and shown in Table 2.
[0055]
[Table 2]

[0056]
As is apparent from the results of Tables 1 and 2, based on the present invention, SiO ₂ is 24 wt%, Al ₂ O ₃ is 7 wt%, ZnO is 16 wt%, B ₂ O ₃ is 13 wt%, MgO A mixed powder containing 75% by weight of borosilicate glass powder containing 8% by weight and 32% by weight of CaO and 25% by weight of AlN powder , 24% by weight of SiO ₂ and 7 % by weight of Al ₂ O ₃ %, ZnO 16 wt%, B ₂ O ₃ 13 wt%, MgO 8 wt% and SrO 32 wt% borosilicate glass powder 75-95 wt%, AlN powder 5-25 wt% Mixed powder containing 24% by weight of SiO ₂ , 7% by weight of Al ₂ O ₃ , 16% by weight of ZnO , 13% by weight of B ₂ O ₃ , 8% by weight of MgO and 32% by weight of BaO 60 to 75 containing borosilicate glass powder And weight%, mixed powder containing a proportion of 25 to 40 wt% of AlN powder, a SiO ₂ 24 wt%, the _Al 2 _{O 3} 10 wt%, ZnO 15 _wt%, B 2 _{O 3} 18 wt% Mixing any one of mixed powders containing 60 to 90% by weight of borosilicate glass powder containing 5% by weight of CaO and 28% by weight of BaO and 10 to 40% by weight of AlN powder The powder is formed into a predetermined shape and fired to form garnite (ZnAl ₂ O ₄ ) and / or spinel (MgAl ₂ O ₄ ), AlN, a glass phase, CaAl ₂ Si ₂ O ₈ , SrAl ₂ Si. ₂ O ₈ and BaAl ₂ Si ₂ O ₈ are contained , and the total amount of copper oxide, lead oxide, bismuth oxide and alkali metal oxide is 0.5 wt% or less. In some cases, the relative density is 97.9% or more, the thermal conductivity is a high value of 2.3 W / m · K or more, the dielectric constant is 7.2 or less, and the high dielectric strength. It can be seen that a ceramic sintered body having a high dimensional accuracy and a wiring board using the same are obtained.
[0057]
On the other hand, the sample No. 5 contained more than 95% by weight of borosilicate glass, that is, less than 5% by weight of non-oxide compound. In 1 and 8, the effect of improving the thermal conductivity by the non-oxide compound is insufficient, and the thermal conductivity is lower than 2 W / m · K.
[0058]
In addition, the sample No. 1 is less than 30% by weight of the glass, that is, more than 70% by weight of the non-oxide compound. In No. 14, a dense sintered body could not be obtained. Further, in place of the non-oxide compound, the sample No. using cordierite and ZrO ₂ was used. 23 and 24 also show a thermal conductivity lower than 2 W / m · K.
[0059]
Then, in the glass powder, Bi ₂ O ₃ and alkali metal oxides large amount of glass-containing E, with F Sample No. In 25-28, glass and a non-oxide compound reacted, and sufficient dimensional accuracy was not obtained.
[0060]
【The invention's effect】
According to detail the above, the present invention above, silver, and copper, low resistance, such as gold, low-melting-point metal, enables firing at 1000 ° C. or less at low temperature among others silver Simultaneously, a dense, high thermal conductivity a ceramic sintered body having a low dielectric constant, the Re their wiring board can good yield obtained Rukoto used.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic diagram for explaining the structure of the ceramic sintered body.
Is a schematic diagram for explaining the structure of the ceramic sintered body of the present invention; FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a package for housing a semiconductor element as an example of a wiring board according to the present invention.
[Explanation of symbols]
G borosilicate glass phase N non-oxide compound crystal phase S spinel compound crystal phase Mu mullite crystal phase Co cordierite crystal phase MAS (M1) Al ₂ Si ₂ O ₈ (M1 = Ca, Sr, Ba) crystal Phase MMS (M2) ₂ MgSi ₂ O ₇ (M2 = Ca, Sr, Ba) Crystal phase A Package for housing semiconductor element 1 Insulating substrate 2 Wiring layer 3 Electrode for connection 4 Semiconductor element

Claims

75 borosilicate glass powder containing 24 wt% SiO ₂ , 7 wt% Al ₂ O ₃ , 16 wt% ZnO , 13 wt% B ₂ O ₃ , 8 wt% MgO and 32 wt% CaO And a mixed powder containing 25% by weight of AlN powder,
75 borosilicate glass powder containing 24 wt% SiO ₂ , 7 wt% Al ₂ O ₃ , 16 wt% ZnO , 13 wt% B ₂ O ₃ , 8 wt% MgO and 32 wt% SrO -95 wt% and mixed powder containing AlN powder in a proportion of 5-25 wt%
A borosilicate glass powder containing 24 wt% SiO ₂ , 7 wt% Al ₂ O ₃ , 16 wt% ZnO , 13 wt% B ₂ O ₃ , 8 wt% MgO and 32 wt% BaO. 60-75 wt% mixed powder containing AlN powder in a proportion of 25-40 wt%
The SiO ₂ 24 wt%, the _Al 2 _{O 3} 10 wt%, ZnO 15 _wt%, B 2 _{O 3} 18 wt%, 5 wt% of CaO and borosilicate glass powder containing BaO 28 wt% 60-90% by weight and mixed powder containing AlN powder in a proportion of 10-40% by weight
Formed by firing any one of the mixed powders into a predetermined shape,
Garnite (ZnAl ₂ O ₄ ) and / or spinel (MgAl ₂ O ₄ ), AlN, glass phase, any of CaAl ₂ Si ₂ O ₈ , SrAl ₂ Si ₂ O ₈ and BaAl ₂ Si ₂ O ₈ In addition, the total amount of copper oxide, lead oxide, bismuth oxide and alkali metal oxide is 0.5% by weight or less , the relative density is 97.9% or more, and the dielectric constant is 7 A ceramic sintered body characterized by having a thermal conductivity of 2.3 W / m · K or more.

An insulating substrate, the wiring board in the wiring board formed by including the surface and / or inside arranged the wiring layer, wherein the insulating substrate is characterized by comprising the ceramic sintered body according to claim 1 Symbol placement .

The wiring board according to claim 2 , wherein the wiring layer has as a main component one or more kinds of conductors selected from gold, silver, and copper.