JP4845675B2 - Glass ceramic multilayer circuit board - Google Patents

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Description

本発明は、ガラスセラミック多層回路基板に関するものであり、特に、焼成における収縮曲線(挙動)が異なる複数のガラスセラミックグリーンシートを積層して焼成することにより、ガラスセラミックグリーンシートの平面方向の焼成収縮を抑制した寸法精度に優れたガラスセラミック多層回路基板に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a glass ceramic multilayer circuit board, and in particular, by firing a plurality of glass ceramic green sheets having different shrinkage curves (behaviors) in firing, firing in a plane direction of the glass ceramic green sheet. The present invention relates to a glass-ceramic multilayer circuit board with excellent dimensional accuracy in which the above is suppressed.

従来、移動体通信分野などで使用される多層回路基板において、導体材料として導電率の高いAg、Cu、Au、Pd、Ptあるいはそれらの混合物を用い、絶縁層の材料として上記導体材料の融点より低い温度で焼成が可能なガラスセラミックスを用いたガラスセラミック多層回路基板が広く用いられている。   Conventionally, in a multilayer circuit board used in the field of mobile communication, etc., Ag, Cu, Au, Pd, Pt or a mixture thereof having high conductivity is used as a conductor material, and the melting point of the conductor material is used as an insulating layer material. Glass ceramic multilayer circuit boards using glass ceramics that can be fired at a low temperature are widely used.

近年、ガラスセラミック多層回路基板において、基板寸法精度を向上させることが重要な技術の一つとなっている。ガラスセラミック多層回路基板は焼成により体積が40〜50%程度収縮する。このときのガラスセラミック多層回路基板の主面と平行な方向(平面方向)における収縮率(1方向において平均15〜20%程度)のばらつきが配線層の位置ばらつきとなり、基板寸法精度が悪くなる。   In recent years, in a glass ceramic multilayer circuit board, it has become one of important techniques to improve the board dimensional accuracy. A glass ceramic multilayer circuit board shrinks in volume by about 40 to 50% by firing. At this time, the variation in the shrinkage rate (average of 15 to 20% in one direction) in the direction parallel to the main surface of the glass ceramic multilayer circuit board (average in one direction is about 15 to 20%) becomes the positional variation of the wiring layer, resulting in poor substrate dimensional accuracy.

なお、ここでいう収縮率は、焼成前の寸法から焼成後の寸法を減じた値を焼成前の寸法で除した値で定義されるものである。   Here, the shrinkage rate is defined as a value obtained by dividing a value obtained by subtracting a dimension after firing from a dimension before firing by a dimension before firing.

また、これらガラスセラミック多層回路基板においては高密度化、小型軽量化についても非常に強く要求されており、携帯電話に代表される携帯型の情報通信機器へ搭載されるガラスセラミック多層回路基板においては、その要求が特に強い。小型化の要求の中でも、低背化に対してはセラミック多層回路基板を構成する絶縁層の厚みを薄くすることで対応しなければならないが、基板を薄くすると落下衝撃を与えた際に基板が割れやすくなるという問題が発生する。   In addition, these glass ceramic multilayer circuit boards are very demanded for high density, small size and light weight, and in glass ceramic multilayer circuit boards mounted on portable information communication devices represented by mobile phones, The demand is particularly strong. Among the demands for miniaturization, the low profile must be dealt with by reducing the thickness of the insulating layers that make up the ceramic multilayer circuit board. The problem that it becomes easy to break occurs.

そこで、前者の問題に対しては、基板寸法精度を向上させる方法として、焼成収縮開始温度が異なる2種以上のグリーンシートを積層し、焼成することにより、平面方向の収縮を抑制し、主に厚み方向に収縮させることにより平面方向の収縮を少なくする方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。   Therefore, for the former problem, as a method for improving the substrate dimensional accuracy, two or more types of green sheets having different firing shrinkage start temperatures are stacked and fired to suppress shrinkage in the plane direction. A method of reducing the shrinkage in the planar direction by shrinking in the thickness direction has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、特許文献1には、焼成収縮開始温度が低い方の絶縁層を多層回路基板の最外層に配置し、この最外層の絶縁層の厚みを焼成収縮開始温度の高い絶縁層の厚みに比して50%以上薄くすることにより、平面方向の収縮をさらに小さくすることができることも記載されている。   In Patent Document 1, an insulating layer having a lower firing shrinkage start temperature is disposed on the outermost layer of the multilayer circuit board, and the thickness of the outermost insulating layer is compared with the thickness of the insulating layer having a higher firing shrinkage start temperature. It is also described that the shrinkage in the planar direction can be further reduced by reducing the thickness by 50% or more.

また、後者の問題に対しては、絶縁層を構成するガラスセラミック材料における結晶相の割合を高くすることにより基板強度を向上させることが提案されている(例えば、特許文献2を参照。)。
特開2004−200679号公報 特開2002−338341号公報
Also, for the latter problem, it has been proposed to improve the substrate strength by increasing the proportion of the crystal phase in the glass ceramic material constituting the insulating layer (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-200679 JP 2002-338341 A

しかしながら、焼成収縮開始温度が低い方の絶縁層を多層回路基板の最外層に配置し、この最外層の絶縁層の厚みを焼成収縮開始温度の高い絶縁層の厚みに比して50%以上薄くし、さらに最外層の絶縁層の結晶相の割合を高くした場合には、最外層の絶縁層の厚みが30μm以下の範囲において、絶縁層における結晶相の再配列が十分に行われないことがあり、その結果、焼成後に絶縁層を貫通するボイドや、あるいは最大開口径が15μm以上の非常に大きなボイドが発生し、このボイドが破壊源となって結果的に基板強度を低下させたり、強度バラツキを発生させたりしてしまうという問題があった。このような現象は、最外絶縁層においては表面が雰囲気にさらされるため、この表面からガラス成分が蒸発したり、表面から結晶化が進行したりして発生するものである。この現象はガラス成分が少ない場合には顕著に発生する。   However, the insulating layer having the lower firing shrinkage start temperature is disposed on the outermost layer of the multilayer circuit board, and the thickness of the outermost insulating layer is 50% or more thinner than the thickness of the insulating layer having the higher firing shrinkage start temperature. In addition, when the ratio of the crystal phase of the outermost insulating layer is further increased, the rearrangement of the crystal phase in the insulating layer may not be sufficiently performed in the range where the thickness of the outermost insulating layer is 30 μm or less. As a result, voids penetrating the insulating layer after firing, or very large voids with a maximum opening diameter of 15 μm or more are generated. There was a problem of causing variation. Such a phenomenon occurs when the surface of the outermost insulating layer is exposed to the atmosphere, and the glass component evaporates from the surface or crystallization proceeds from the surface. This phenomenon occurs remarkably when the glass component is small.

本発明は、このような事情を鑑みた結果提案するものであり、その目的は、絶縁層の厚みが薄くなったときでも寸法精度が高く、かつ安定して高い基板強度を有するガラスセラミック多層回路基板を提供することである。   The present invention is proposed as a result of taking such circumstances into consideration, and the object is to provide a glass ceramic multilayer circuit having high dimensional accuracy and stable high substrate strength even when the thickness of the insulating layer is reduced. It is to provide a substrate.

本発明のガラスセラミック多層回路基板は、ガラスセラミック材料からなり、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層からなる絶縁基板と、配線とを備えたガラスセラミック多層回路基板であって、前記絶縁基板が、表層の厚み5〜30μmの最外絶縁層と、該最外絶縁層に接する第1の絶縁層と、該第1の絶縁層に接する第2の絶縁層とを有し、前記第1の絶縁層の焼成収縮開始温度が前記第2の絶縁層および前記最外絶縁層の焼成収縮開始温度より低く、前記第1の絶縁層における非晶質相の割合が前記最外絶縁層および前記第2の絶縁層における非晶質相の割合より小さく、前記最外絶縁層の厚みが前記第2の絶縁層の厚みより薄いことを特徴とする。   The glass-ceramic multilayer circuit board of the present invention is a glass-ceramic multilayer circuit board comprising a plurality of insulating layers made of a glass-ceramic material and having different firing shrinkage start temperatures, and wiring, wherein the insulating board The outermost insulating layer having a thickness of 5 to 30 μm, a first insulating layer in contact with the outermost insulating layer, and a second insulating layer in contact with the first insulating layer, The firing shrinkage start temperature of the insulating layer is lower than the firing shrinkage start temperatures of the second insulating layer and the outermost insulating layer, and the ratio of the amorphous phase in the first insulating layer is the outermost insulating layer and the first insulating layer. And the thickness of the outermost insulating layer is smaller than the thickness of the second insulating layer.

また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記最外絶縁層の表面に開口したボイドの最大開口径が10μm以下であり、かつ該最大開口径が前記最外絶縁層の厚みの80%以下であることが望ましい。   In the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention, the maximum opening diameter of the voids opened on the surface of the outermost insulating layer is 10 μm or less, and the maximum opening diameter is 80% or less of the thickness of the outermost insulating layer. It is desirable that

また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記最外絶縁層を構成するガラスセラミック材料と、前記第2の絶縁層を構成するガラスセラミック材料とが同一であることが望ましい。   In the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention, it is desirable that the glass ceramic material constituting the outermost insulating layer and the glass ceramic material constituting the second insulating layer are the same.

また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記第2の絶縁層の厚みが、前記第1の絶縁層の厚みよりも厚いことが望ましい。   In the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention, it is desirable that the thickness of the second insulating layer is thicker than the thickness of the first insulating layer.

本発明のガラスセラミック多層回路基板は、ガラスセラミックス材料からなる絶縁層の焼成収縮開始温度に差をもたせることで、第1の絶縁層が焼成収縮を開始する際には、焼成収縮を開始していない第1の絶縁層に接する最外絶縁層および第2の絶縁層により平面方向の収縮が抑制され、第1の絶縁層に接する最外絶縁層および第2の絶縁層が収縮する際には、第1の絶縁層によって、最外絶縁層および第2の絶縁層の平面方向の収縮が抑制されるため、本発明のガラスセラミック多層回路基板は平面方向の収縮が抑制されたものとなる。   The glass ceramic multilayer circuit board of the present invention has a difference in the firing shrinkage start temperature of the insulating layer made of the glass ceramic material, so that the firing shrinkage is started when the first insulating layer starts firing shrinkage. When the outermost insulating layer and the second insulating layer in contact with the first insulating layer are not contracted in the planar direction by the outermost insulating layer and the second insulating layer in contact with the first insulating layer, the outermost insulating layer and the second insulating layer in contact with the first insulating layer are contracted. Since the first insulating layer suppresses shrinkage in the planar direction of the outermost insulating layer and the second insulating layer, the shrinkage in the planar direction of the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention is suppressed.

さらに、最外絶縁層として、第1の絶縁層よりも非晶質相の割合が多いものを用いることで、表面に大きなボイドや傷が発生することを抑制することができる。   Furthermore, by using a layer having a higher proportion of the amorphous phase than the first insulating layer as the outermost insulating layer, generation of large voids or scratches on the surface can be suppressed.

しかも、この最外絶縁層の内側に隣接させて、最外絶縁層よりも結晶質相の割合の多い第1の絶縁層を設けることで応力の印可されやすい絶縁基板の表層近傍に強度の高い第1の絶縁層を配置することができるため、表面付近に高強度の絶縁層が配置されるため、表面に大きなボイドや傷が存在しないことと相まって、最外絶縁層の厚みが厚み5〜30μmに薄くなった場合であっても強度の高い絶縁基板となる。   In addition, by providing a first insulating layer having a higher proportion of crystalline phase than the outermost insulating layer adjacent to the inner side of the outermost insulating layer, the strength is high in the vicinity of the surface layer of the insulating substrate where stress is easily applied. Since the first insulating layer can be disposed, a high-strength insulating layer is disposed in the vicinity of the surface, so that the outermost insulating layer has a thickness of 5 to 5 in combination with the absence of large voids or scratches on the surface. Even when the thickness is reduced to 30 μm, the insulating substrate has high strength.

本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記最外絶縁層の表面に開口したボイドの最大開口径が10μm以下であり、かつ該最大開口径が前記最外絶縁層の厚みの80%以下であることが望ましい。これにより、ガラスセラミック多層回路基板の強度の低下やバラツキを防ぐことができ、安定して高強度を有するガラスセラミック多層回路基板となる。   In the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention, the maximum opening diameter of the void opened on the surface of the outermost insulating layer is 10 μm or less, and the maximum opening diameter is 80% or less of the thickness of the outermost insulating layer. It is desirable. Thereby, the strength reduction and variation of the glass ceramic multilayer circuit board can be prevented, and the glass ceramic multilayer circuit board having high strength can be stably obtained.

本発明のガラスセラミック多層回路基板は、最外絶縁層を構成するガラスセラミック材料と、第2の絶縁層を構成するガラスセラミック材料とが同一であることが望ましい。最外絶縁層および第2の絶縁層の焼成による平面方向の収縮は、ともに既に焼結を開始している第1の絶縁層により拘束されるものであり、最外絶縁層と第2の絶縁層とを同一材料とすることで第1の絶縁層の両面において同じタイミングで最外絶縁層と第2の絶縁層とが収縮を開始させることでガラスセラミック多層回路基板の反りを小さくすることができる。   In the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention, it is desirable that the glass ceramic material constituting the outermost insulating layer and the glass ceramic material constituting the second insulating layer are the same. The shrinkage in the planar direction due to firing of the outermost insulating layer and the second insulating layer is constrained by the first insulating layer that has already started sintering, and the outermost insulating layer and the second insulating layer are restrained. By using the same material for the layers, the warpage of the glass ceramic multilayer circuit board can be reduced by causing the outermost insulating layer and the second insulating layer to start shrinking at the same timing on both surfaces of the first insulating layer. it can.

また、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、前記第2の絶縁層の厚みが、前記第1の絶縁層の厚みよりも厚いことが望ましい。   In the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention, it is desirable that the thickness of the second insulating layer is thicker than the thickness of the first insulating layer.

第1の絶縁層の焼成による平面方向の収縮の抑制は、剛性の小さい未焼成状態の最外絶縁層および第2の絶縁層によるものであるため、第1の絶縁層の基板における体積分率を第2の絶縁層よりも小さくすることで、第2の絶縁層によって第1の絶縁層の平面方向の収縮をより効果的に抑制することができる。 Since the suppression of the shrinkage in the planar direction due to the firing of the first insulating layer is due to the unfired outermost insulating layer and the second insulating layer having a low rigidity, the volume fraction of the first insulating layer in the substrate By making the value smaller than that of the second insulating layer, the contraction in the planar direction of the first insulating layer can be more effectively suppressed by the second insulating layer.

例えば、図1に示すように、本発明のガラスセラミック多層回路基板1は、ガラスセラミックス材料からなり、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層3、5、7からなる絶縁基板9と、配線11、13とを備えたガラスセラミック多層回路基板1であって、絶縁基板9の最外層の最外絶縁層3と、最外絶縁層3の内側に接して配置された第1の絶縁層5と、第1の絶縁層5と接する第2の絶縁層7とを積層してなる絶縁基板9と、絶縁基板9の表面に形成された表面導体11、絶縁基板9の内部に形成された内部導体13、ビアホール導体15とを具備している。   For example, as shown in FIG. 1, a glass ceramic multilayer circuit board 1 of the present invention is made of a glass ceramic material, and includes an insulating substrate 9 made of a plurality of insulating layers 3, 5, 7 having different firing shrinkage start temperatures, and wiring 11. , 13, 13 is a glass ceramic multilayer circuit board 1, wherein the outermost insulating layer 3 is the outermost layer of the insulating substrate 9, and the first insulating layer 5 is disposed in contact with the inner side of the outermost insulating layer 3. An insulating substrate 9 formed by laminating a second insulating layer 7 in contact with the first insulating layer 5, a surface conductor 11 formed on the surface of the insulating substrate 9, and an internal conductor formed inside the insulating substrate 9 13 and via-hole conductor 15.

本発明のガラスセラミック多層回路基板1では、第1の絶縁層5の焼成収縮開始温度が最外絶縁層3および第2の絶縁層7の焼成収縮開始温度より低いこと、第1の絶縁層5における非晶質相の割合が最外絶縁層3および第2の絶縁層7における非晶質相の割合より小さいこと、最外絶縁層3の厚みが第1の絶縁層5の厚みより薄く、最外絶縁層3の厚みが5〜30μmであることが重要である。   In the glass ceramic multilayer circuit board 1 of the present invention, the firing shrinkage start temperature of the first insulating layer 5 is lower than the firing shrinkage start temperatures of the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7, and the first insulating layer 5. The ratio of the amorphous phase is smaller than the ratio of the amorphous phase in the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7, and the thickness of the outermost insulating layer 3 is thinner than the thickness of the first insulating layer 5, It is important that the thickness of the outermost insulating layer 3 is 5 to 30 μm.

本発明によれば、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層を用いることで、例えば、第1の絶縁層5が焼成収縮を開始する際には、第1の絶縁層5が、焼成収縮を開始していない最外絶縁層3および第2の絶縁層7により拘束され、最外絶縁層3および第2の絶縁層7が焼成収縮を開始する際には、最外絶縁層3および第2の絶縁層7が、すでに焼成収縮を開始している第1の絶縁層5により拘束されるため、結果としてガラスセラミック多層回路基板1の焼成による平面方向の収縮が抑制される。特に、最外絶縁層3および第2の絶縁層7が焼成収縮を開始する際に、第1の絶縁層5の焼成収縮をほとんど完了させた(最終焼成体積収縮量の98%以上)場合には、焼成による平面方向の収縮を5%以下、更には2%以下、特には1%以下にすることが可能である。   According to the present invention, by using a plurality of insulating layers having different firing shrinkage start temperatures, for example, when the first insulating layer 5 starts firing shrinkage, the first insulating layer 5 undergoes firing shrinkage. When the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 are restrained by the unstarted outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 and the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 start firing shrinkage, the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 This insulating layer 7 is constrained by the first insulating layer 5 which has already started firing shrinkage, and as a result, shrinkage in the planar direction due to firing of the glass ceramic multilayer circuit board 1 is suppressed. In particular, when the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 start firing shrinkage, the firing shrinkage of the first insulating layer 5 is almost completed (98% or more of the final firing volume shrinkage). Can reduce the shrinkage in the planar direction by firing to 5% or less, further 2% or less, and particularly 1% or less.

なお、ここでいう焼成収縮開始温度とは、対象とする材料を単独で焼成した時に、最終焼成体積収縮量の2%収縮した温度で定義されるものである。なお、体積収縮は、最外絶縁層3、第1の絶縁層5、第2の絶縁層7を、それぞれ単独でプレス成形し、TMA(熱機械分析)により測定されるものである。このとき、それぞれは等方的に収縮するものとし、TMAの線収縮から体積収縮に換算することで体積収縮を求めることができる。   Note that the firing shrinkage start temperature here is defined as a temperature at which the target material is fired alone and contracted by 2% of the final fired volume shrinkage. The volume shrinkage is measured by TMA (thermomechanical analysis) by pressing the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5, and the second insulating layer 7 independently. At this time, each contracts isotropically, and volume contraction can be obtained by converting from linear contraction of TMA to volume contraction.

また、本発明によれば、絶縁基板9の表面に第1の絶縁層5よりも非晶質相が多く、厚みが厚み5〜30μmの最外絶縁層3を設けて、最外絶縁層3よりも高強度の第1の絶縁層5の表面に、表面がなめらかで大きなボイドや開口孔のない最外絶縁層3を設けることで、あたかも第1の絶縁層5の表面の破壊源となるボイドや開口孔を最外絶縁層3が覆うような構造のガラスセラミック多層回路基板1となる。   Further, according to the present invention, the outermost insulating layer 3 having an amorphous phase more than the first insulating layer 5 and having a thickness of 5 to 30 μm is provided on the surface of the insulating substrate 9. By providing the outermost insulating layer 3 with a smooth surface and no large voids or opening holes on the surface of the first insulating layer 5 having higher strength, it becomes a source of destruction of the surface of the first insulating layer 5. The glass ceramic multilayer circuit board 1 has a structure in which the outermost insulating layer 3 covers the voids and the opening holes.

そして、これにより、ガラスセラミック多層回路基板1の高強度化を達成することができる。   Thus, the strength of the glass ceramic multilayer circuit board 1 can be increased.

すなわち、本発明のガラスセラミック多層回路基板1は、低背化に対応した場合であっても、強度を維持することができ、しかも、寸法精度に優れたものとなる。   That is, the glass-ceramic multilayer circuit board 1 of the present invention can maintain strength and is excellent in dimensional accuracy even when it corresponds to a reduction in height.

この最外絶縁層3の厚みが30μmを越えてしまうと、最外絶縁層3そのものの強度が支配的となり、絶縁基板9の強度は低下する傾向にある。一方、最外絶縁層3の厚みが5μm未満であると第1の絶縁層5の表面を十分に覆うことが困難となり、強度のばらつきが大きくなる傾向にある。この最外絶縁層3の厚みは10〜15μmとすることが望ましい。   When the thickness of the outermost insulating layer 3 exceeds 30 μm, the strength of the outermost insulating layer 3 itself becomes dominant, and the strength of the insulating substrate 9 tends to decrease. On the other hand, when the thickness of the outermost insulating layer 3 is less than 5 μm, it becomes difficult to sufficiently cover the surface of the first insulating layer 5 and the variation in strength tends to increase. The thickness of the outermost insulating layer 3 is preferably 10 to 15 μm.

また、最外絶縁層3の結晶質相の割合が大きくなると、絶縁基板9の表面をなめらかとすることが困難となり、最外絶縁層3の表面に開口孔が形成されやすくなり、最外絶縁層3を設けた効果が失われてしまう。   Further, when the proportion of the crystalline phase of the outermost insulating layer 3 is increased, it becomes difficult to smooth the surface of the insulating substrate 9, and an opening hole is easily formed on the surface of the outermost insulating layer 3. The effect of providing the layer 3 is lost.

例えば、特許文献2に記載された発明のように、最外層に結晶質相の多い絶縁層を配置した場合には、絶縁層を厚くしないと、その効果が十分に発現しないのである。これは、最外層は雰囲気と接触しているため、ガラス成分が結晶化しやすく、薄い場合には緻密化が阻害されることに起因している。   For example, as in the invention described in Patent Document 2, in the case where an insulating layer having a large crystalline phase is disposed as the outermost layer, the effect is not sufficiently exhibited unless the insulating layer is thickened. This is because the outermost layer is in contact with the atmosphere, so that the glass component is easily crystallized, and when it is thin, densification is hindered.

一方、本発明によれば、特許文献1に記載の発明よりも、さらに最外絶縁層3の厚みを薄くすることができ、5〜30μm以下の領域でも強度を維持することができる。   On the other hand, according to the present invention, the thickness of the outermost insulating layer 3 can be further reduced as compared with the invention described in Patent Document 1, and the strength can be maintained even in a region of 5 to 30 μm or less.

なお、ここでいう非晶質相の割合とは各絶縁層中の(「絶縁層の質量」−「全結晶層の質量の合計」)/「絶縁層の質量」により定義されるものであり、各絶縁層中に含まれる非晶質相の質量の割合を表したものである。絶縁層中の結晶相の質量はリートベルト解析により算出され、ZnOやSi、CaF等を内部標準試料として使用することにより、測定精度の向上が図れるものであるが、±3質量%程度の誤差を含む。   Here, the ratio of the amorphous phase is defined by (“mass of insulating layer” − “total of mass of all crystal layers”) / “mass of insulating layer” in each insulating layer. The ratio of the mass of the amorphous phase contained in each insulating layer is represented. The mass of the crystalline phase in the insulating layer is calculated by Rietveld analysis. By using ZnO, Si, CaF, etc. as an internal standard sample, the measurement accuracy can be improved, but an error of about ± 3% by mass including.

なお、全結晶相は、フィラーとして原料粉末の段階で存在するもの、ガラスから焼成中に結晶化し析出したもの、ガラスとフィラーとの反応により生成したもの等の全ての結晶相を含んでいる。   The total crystal phase includes all crystal phases such as those existing as fillers in the raw material powder stage, those crystallized and precipitated from glass during firing, and those produced by the reaction between glass and filler.

なお、本発明における第1の絶縁層5と同じ組成の絶縁層および第2の絶縁層7と同じ組成の絶縁層を複数交互に配置して、ガラスセラミック多層回路基板1の厚みを制御してもよいことはいうまでもない。   In addition, the insulating layer having the same composition as the first insulating layer 5 and the insulating layer having the same composition as the second insulating layer 7 are alternately arranged in the present invention to control the thickness of the glass ceramic multilayer circuit board 1. It goes without saying.

また、ガラスセラミック多層回路基板1の表裏面に開口したボイドの最大開口径が10μm以下であり、かつ最大開口径が最外絶縁層3の厚みの80%以下であることが望ましい。これにより、ガラスセラミック多層回路基板1の強度の低下やバラツキを格段に小さくすることができ、安定して高強度を有するガラスセラミック多層回路基板1となる。更に好ましくは最大開口径は7μm以下であり、かつ最大開口径が最外絶縁層3の厚みの75%以下、特には最大開口径が5μm以下であり、かつ最大開口径が最外絶縁層3の厚みの70%以下であることが望ましい。   Further, it is desirable that the maximum opening diameter of the voids opened on the front and back surfaces of the glass ceramic multilayer circuit board 1 is 10 μm or less and the maximum opening diameter is 80% or less of the thickness of the outermost insulating layer 3. Thereby, the strength reduction and variation of the glass ceramic multilayer circuit board 1 can be remarkably reduced, and the glass ceramic multilayer circuit board 1 having high strength stably can be obtained. More preferably, the maximum opening diameter is 7 μm or less, the maximum opening diameter is 75% or less of the thickness of the outermost insulating layer 3, particularly the maximum opening diameter is 5 μm or less, and the maximum opening diameter is the outermost insulating layer 3. It is desirable that it is 70% or less of the thickness.

また、最外絶縁層3を構成するガラスセラミック材料と第2の絶縁層7を構成するガラスセラミック材料とが同一であることが望ましい。最外絶縁層3および第2の絶縁層7の焼成による平面方向の収縮は、ともに既に焼結を開始している第1の絶縁層5により拘束されるものであるから、最外絶縁層3と第2の絶縁層7とを同一材料とすることで第1の絶縁層5の両面において同じタイミングで最外絶縁層3と第2の絶縁層7の収縮を開始させることでガラスセラミック多層回路基板の反りを小さくすることができる。   Further, it is desirable that the glass ceramic material constituting the outermost insulating layer 3 and the glass ceramic material constituting the second insulating layer 7 are the same. Since the shrinkage in the plane direction due to the firing of the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 is both restrained by the first insulating layer 5 which has already started sintering, the outermost insulating layer 3 And the second insulating layer 7 are made of the same material, and the shrinkage of the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 is started at the same timing on both surfaces of the first insulating layer 5, thereby forming a glass ceramic multilayer circuit. The warpage of the substrate can be reduced.

また、異なる組成の絶縁層を積層して同時焼成した場合には、両者の間で相互拡散が起こり、複雑な焼結挙動を起こしやすいが、用いる絶縁層の種類を少なくすることで、技術的に検討すべき項目を減らすことができる。   In addition, when insulating layers with different compositions are stacked and fired simultaneously, mutual diffusion occurs between the two, and complex sintering behavior is likely to occur. However, by reducing the types of insulating layers used, Items to be considered can be reduced.

また、絶縁基板9において、第1の絶縁層5の厚みが、第2の絶縁層7の厚みより薄いことが望ましい。第1の絶縁層5の焼成による平面方向の収縮の抑制は、剛性の小さい未焼成状態の最外絶縁層3および最外第2の絶縁層7によるものであるため、第1の絶縁層5の基板における体積分率を小さくする、すなわち第1の絶縁層5の厚みを薄くし、収縮の絶対量をより小さくすることで、最外絶縁層3の平面方向の収縮をより効果的に抑制することができる。具体的には、第1の絶縁層5の厚みが第2の絶縁層7の厚みの60%以下、特には50%以下とすることで上記効果を得ることが容易となる。   In the insulating substrate 9, the thickness of the first insulating layer 5 is preferably thinner than the thickness of the second insulating layer 7. Since the suppression of the shrinkage in the planar direction due to the firing of the first insulating layer 5 is due to the outermost insulating layer 3 and the outermost second insulating layer 7 in the unfired state having a low rigidity, the first insulating layer 5 By reducing the volume fraction of the substrate, that is, by reducing the thickness of the first insulating layer 5 and reducing the absolute amount of shrinkage, the shrinkage in the planar direction of the outermost insulating layer 3 is more effectively suppressed. can do. Specifically, when the thickness of the first insulating layer 5 is 60% or less, particularly 50% or less of the thickness of the second insulating layer 7, the above effect can be easily obtained.

なお、最外絶縁層3、第1の絶縁層および第2の絶縁層7はガラス相と結晶相とを含有するガラスセラミック材料から構成されていることが望ましく、本発明の範囲内であれば、その構成成分やガラス相と結晶相との種類、組み合わせおよび組成比等は任意に選択できるものであり、それにより、最外絶縁層3、第1の絶縁層5および第2の絶縁層7の機械的特性、電気的特性、熱的特性等の特性を制御することが可能となる。   The outermost insulating layer 3, the first insulating layer, and the second insulating layer 7 are desirably made of a glass ceramic material containing a glass phase and a crystal phase, and are within the scope of the present invention. The types, combinations, composition ratios, and the like of the constituent components and the glass phase and the crystal phase can be arbitrarily selected, whereby the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5 and the second insulating layer 7 can be selected. It is possible to control characteristics such as mechanical characteristics, electrical characteristics, and thermal characteristics.

上記ガラスセラミック材料について以下に詳細を説明する。   Details of the glass ceramic material will be described below.

ガラス相としては、少なくともSiOを含有し、更にCeO、ZrO、TiO、SnOといった4価金属酸化物や、Al、B、Y、Laといった3価金属酸化物や、アルカリ土類酸化物(以下MO)、ZnO、PbOなどの2価金属酸化物、アルカリ金属酸化物(以下MO)等の1価金属酸化物、更には遷移金属酸化物、等のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。 As the glass phase, at least SiO 2 is contained, and further tetravalent metal oxides such as CeO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O. 3 such trivalent metal oxides or alkaline earth oxides (hereinafter MO), ZnO, 2-valent metal oxides, such as PbO, alkali metal oxides (hereinafter M 2 O) 1-valent metal oxides, such as, more It is preferable to include at least one of transition metal oxides and the like.

絶縁層の非晶質相の割合を低下させるためには、ガラス粉末を結晶化しやすい組成に制御し、あるいはガラス粉末とセラミック粉末との反応により結晶層が生成しやすい組み合わせを選択する必要がある。例えば、ガラス中の成分を析出結晶相の化学量論組成に近しい組成とすることや、ZrOやTiO等の核形成剤を含有させることや、ガラスと反応しやすいセラミック粉末を選択すること、等により達成できる。 In order to reduce the proportion of the amorphous phase in the insulating layer, it is necessary to control the glass powder to a composition that facilitates crystallization, or to select a combination in which a crystal layer is likely to be formed by the reaction between the glass powder and the ceramic powder. . For example, the composition in the glass should be a composition close to the stoichiometric composition of the precipitated crystal phase, contain a nucleating agent such as ZrO 2 or TiO 2, or select a ceramic powder that easily reacts with the glass. , Etc.

用いるガラスの例としては、SiO−B系ガラス、SiO−B−MO系ガラス、SiO−B−Al−MO系ガラス等のほう珪酸系ガラスやBi系ガラス等を例示できる。これらのガラス相は、ガラスセラミック材料中のガラスが、未焼成粉末状態時から焼成の際の結晶化に伴ってその組成が変化した、いわゆる残留ガラス相であってもよい。 Examples of the glass used include borosilicate systems such as SiO 2 —B 2 O 3 glass, SiO 2 —B 2 O 3 —MO glass, and SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO glass. Examples thereof include glass and Bi-based glass. These glass phases may be so-called residual glass phases in which the composition of the glass in the glass ceramic material is changed with the crystallization during firing from the unfired powder state.

最外絶縁層3、第1の絶縁層5あるいは第2の絶縁層7に含まれる結晶相としては、アルミナ、ジルコニア、クオーツ、クリストバライト、コーディエライト、ムライト、スピネル、ガーナイト、エンスタタイト、フォルステライト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ディオプサイド、モンティセライト、アケルマナイト、ウイレマイト、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、炭化ホウ素やその固溶体、置換誘導体などを例示できる。   Crystal phases contained in the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5 or the second insulating layer 7 include alumina, zirconia, quartz, cristobalite, cordierite, mullite, spinel, garnite, enstatite, forsterite. And anorthite, slausonite, serdian, diopside, montericite, akermanite, willemite, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, boron carbide, solid solutions thereof, substituted derivatives, and the like.

これら結晶相のうち、抗折強度を向上させるという点で、アルミナやジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアンを採用するのが好ましく、特に、アルミナ、ジルコニア、セルジアンが好ましい。また、耐酸性を向上させるという点では、アルミナやジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、コーディエライトが好ましく、特に、アルミナ、ジルコニアが好ましい。   Of these crystal phases, it is preferable to employ alumina, zirconia, forsterite, enstatite, spinel, anorthite, slusonite, and serdian, particularly alumina, zirconia, and serdian are preferred in terms of improving the bending strength. . In terms of improving acid resistance, alumina, zirconia, forsterite, enstatite, spinel, anorthite, slausonite, serdian, cordierite are preferable, and alumina and zirconia are particularly preferable.

さらには、誘電率を低下させ高周波信号の伝送損失を低減させるためには、フォルステライト、エンスタタイト、クオーツ、クリストバライト、コーディエライトが好ましい。また、熱伝導率を向上させるためには、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素が好ましく、特に、窒化アルミニウムが好ましい。   Furthermore, forsterite, enstatite, quartz, cristobalite, and cordierite are preferred in order to lower the dielectric constant and reduce transmission loss of high-frequency signals. In order to improve thermal conductivity, alumina, silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide are preferable, and aluminum nitride is particularly preferable.

また、ガラスセラミック材料を上記組成とすることで、1000℃以下での低温焼結が可能となると共に、表面導体11、絶縁基板9の内部に形成された内部導体13、ビアホール導体15として、Cu、Agなどの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、信号の高速伝送化が可能となる。   Further, by setting the glass ceramic material to the above composition, low-temperature sintering at 1000 ° C. or less is possible, and as the surface conductor 11, the internal conductor 13 formed inside the insulating substrate 9, and the via-hole conductor 15, Cu , Ag and the like can be formed using a low-resistance conductor, and high-speed signal transmission is possible.

次に、本発明のガラスセラミック多層回路基板1を製造する方法について説明する。   Next, a method for producing the glass ceramic multilayer circuit board 1 of the present invention will be described.

まず、原料粉末として、最外絶縁層3を構成するためのガラス粉末A、第1の絶縁層5を構成するためのガラス粉末B、および第2の絶縁層7を構成するためのガラス粉末Cと、所望によりセラミック粉末とを準備する。   First, glass powder A for constituting outermost insulating layer 3, glass powder B for constituting first insulating layer 5, and glass powder C for constituting second insulating layer 7 as raw material powders. And ceramic powder as required.

ガラス粉末A、BおよびCとしては、少なくともSiOを含有し、更にCeO、ZrO、TiO、SnOといった4価金属酸化物や、Al、B、Y、Laといった3価金属酸化物や、アルカリ土類酸化物、ZnO、PbOなどの2価金属酸化物、アルカリ金属酸化物等の1価金属酸化物、更には遷移金属酸化物、等のうち少なくとも1種を含むものが好適に用いられる。このとき、第1の絶縁層5の焼成収縮開始温度が最外絶縁層3および第2の絶縁層7の焼成収縮開始温度より低く、かつ第1の絶縁層5における非晶質相の割合が最外絶縁層3および第2の絶縁層7における非晶質相の割合より小さくなるように、各絶縁層を構成するためのガラスセラミック材料を調整する必要がある。 The glass powders A, B, and C contain at least SiO 2 , and further tetravalent metal oxides such as CeO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , SnO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Y 2 O. 3 , trivalent metal oxides such as La 2 O 3 , alkaline earth oxides, divalent metal oxides such as ZnO and PbO, monovalent metal oxides such as alkali metal oxides, further transition metal oxides, Of these, those containing at least one kind are preferably used. At this time, the firing shrinkage starting temperature of the first insulating layer 5 is lower than the firing shrinkage starting temperatures of the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7, and the ratio of the amorphous phase in the first insulating layer 5 is It is necessary to adjust the glass ceramic material for constituting each insulating layer so as to be smaller than the ratio of the amorphous phase in the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7.

最外絶縁層3、第1の絶縁層5および第2の絶縁層7の焼成収縮開始温度を調整する方法としては、最外絶縁層3、第1の絶縁層5および第2の絶縁層7を形成するためのガラスセラミック材料A、B、Cに含まれるガラス粉末の粒径およびガラス転移点を変化させることが有効である。一般に、ガラス粉末の粒径は小さい方が、ガラス転移点は低い方が焼成収縮開始温度が低下する。特に、ガラス転移点を変化させることが焼成収縮開始温度への影響が大きい。   As a method for adjusting the firing shrinkage start temperature of the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5, and the second insulating layer 7, the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5, and the second insulating layer 7 are used. It is effective to change the particle size and glass transition point of the glass powder contained in the glass ceramic materials A, B, and C for forming the glass. In general, the smaller the particle size of the glass powder and the lower the glass transition point, the lower the firing shrinkage start temperature. In particular, changing the glass transition point has a great influence on the firing shrinkage start temperature.

ガラスセラミックグリーンシートの作製にあたり、まず、最外絶縁層3、第1の絶縁層5および第2の絶縁層7に用いるガラス粉末、セラミック粉末、有機バインダ、有機溶剤および必要に応じて可塑剤を混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などにより薄層に成形し、所定寸法に切断しガラスセラミックグリーンシートA、B、Cを作製する。このとき、ガラスセラミックグリーンシートAの厚みは、焼成後の最外絶縁層3の厚みを第1の絶縁層5の厚みより薄くするために、ガラスセラミックグリーンシートBの厚みより薄く成形することが重要である。   In producing the glass ceramic green sheet, first, glass powder, ceramic powder, an organic binder, an organic solvent, and a plasticizer as necessary are used for the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5 and the second insulating layer 7. Mix and slurry. Using this slurry, a thin layer is formed by a doctor blade method or the like, and cut into predetermined dimensions to produce glass ceramic green sheets A, B, and C. At this time, the thickness of the glass ceramic green sheet A can be formed thinner than the thickness of the glass ceramic green sheet B in order to make the outermost insulating layer 3 after firing thinner than the thickness of the first insulating layer 5. is important.

なお、場合によっては、第1の絶縁層5および第2の絶縁層7を形成するガラスセラミックグリーンシートを圧着して、あるいはガラスセラミックグリーンシートBを成形した後その表面に直接ガラスセラミックグリーンシートCを成形して(BとCの順序は入れ替わっても良い)ガラスセラミックグリーンシート複合体とし、この複合体を層単位として以後の工程に投入することも可能である。なお、最外絶縁層3を形成するためのグリーンシートは、上記複合体中のガラスセラミックグリーンシートB側にガラスセラミックグリーンシートAを圧着して、あるいは複合体中のガラスセラミックグリーンシートB側の表面に直接ガラスセラミックグリーンシートAを成形して、最外層用ガラスセラミックグリーンシート複合体としても良い。   In some cases, the glass ceramic green sheet C for forming the first insulating layer 5 and the second insulating layer 7 is pressure-bonded, or after the glass ceramic green sheet B is formed, the glass ceramic green sheet C is directly applied to the surface thereof. (The order of B and C may be switched) to form a glass ceramic green sheet composite, and this composite can be put into subsequent steps as a layer unit. The green sheet for forming the outermost insulating layer 3 is formed by pressing the glass ceramic green sheet A on the glass ceramic green sheet B side in the composite, or on the glass ceramic green sheet B side in the composite. The glass ceramic green sheet A may be directly formed on the surface to form a glass ceramic green sheet composite for the outermost layer.

次にこのガラスセラミックグリーンシートにパンチングなどによって貫通孔を形成する。その貫通孔内にビアホール導体となる導体ペーストを充填する。導体ペーストとして、Ag粉末、Cu粉末のいずれかに対して、有機バインダ、有機溶剤、必要に応じて添加剤を加えて、3本ロール等で混練したものを用いる。充填には、貫通導体形成位置に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。さらに、表面導体層や内部導体層を導体ペーストを用いてスクリーン印刷法などによって被着形成する。   Next, through holes are formed in the glass ceramic green sheet by punching or the like. The through-hole is filled with a conductor paste that becomes a via-hole conductor. As the conductor paste, an organic binder, an organic solvent, and additives as required are added to either Ag powder or Cu powder and kneaded with three rolls or the like. For the filling, a screen printing method is used by using a metal mask or an emulsion mesh screen mask perforated at a position corresponding to the through conductor forming position. Furthermore, the surface conductor layer and the inner conductor layer are deposited by screen printing using a conductor paste.

内部導体および表層導体については、主成分となる金属粉末はビアホール導体の主成分とおなじものを用いることができる。両導体とも、導体用ペーストとして金属粉末に添加する有機ビヒクル、有機溶剤、ガラス粉末等その添加の有無および量について特に限定されず、適宜調整して添加することができる。   For the internal conductor and the surface layer conductor, the same metal powder as the main component of the via-hole conductor can be used as the main component. Both conductors are not particularly limited in terms of the presence and amount of the organic vehicle, organic solvent, glass powder and the like added to the metal powder as a conductor paste, and can be appropriately adjusted and added.

このようにして得られた各ガラスセラミックグリーンシートまたはガラスセラミックグリーンシート複合体を所定の積層順序に応じて積層して積層成形体を形成した後、焼成する。   Each glass ceramic green sheet or glass ceramic green sheet composite thus obtained is laminated according to a predetermined lamination order to form a laminated molded body, and then fired.

焼成にあたっては、昇温して、第1の絶縁層5の収縮開始温度に到達後、徐々に昇温するか、または収縮開始温度、あるいは収縮開始温度以上かつ最外絶縁層3および第2の絶縁層7の収縮開始温度よりも低い温度で、一次的に炉内温度を保持して第1の絶縁層5が最終焼成体積収縮量の98%以上焼成収縮が進行するまで保持する。この時、第1の絶縁層5は、その温度で焼成収縮しない最外絶縁層3および第2の絶縁層7によって平面方向への収縮が抑制され厚み方向に焼成収縮する。その後、第1の絶縁層5が最終焼成体積収縮量の90%以上収縮した後、最外絶縁層3および第2の絶縁層7の収縮開始温度以上に昇温して焼成する。この焼成によって、最外絶縁層3および第2の絶縁層7は、焼結がほぼ完了した第1の絶縁層5によって平面方向への焼成収縮が抑制され厚み方向に焼成収縮する。その結果、最外絶縁層3、第1の絶縁層5および第2の絶縁層7ともに平面方向への焼成収縮が抑制され厚み方向に焼成収縮した、寸法精度の高い基板を作製することができる。   In firing, the temperature is raised, and after reaching the shrinkage start temperature of the first insulating layer 5, the temperature is gradually raised, or the shrinkage start temperature, or the shrinkage start temperature or higher and the outermost insulating layer 3 and the second insulation layer The temperature in the furnace is temporarily maintained at a temperature lower than the shrinkage start temperature of the insulating layer 7, and the first insulating layer 5 is maintained until the firing shrinkage of 98% or more of the final firing volume shrinkage proceeds. At this time, the first insulating layer 5 is shrunk in the thickness direction while being shrunk in the plane direction by the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 that are not fired and shrunk at that temperature. Thereafter, after the first insulating layer 5 contracts by 90% or more of the final firing volume shrinkage, the temperature is raised to the shrinkage start temperature of the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 and fired. By this firing, the outermost insulating layer 3 and the second insulating layer 7 are fired and shrunk in the thickness direction while firing shrinkage in the plane direction is suppressed by the first insulating layer 5 whose sintering is almost completed. As a result, it is possible to manufacture a substrate with high dimensional accuracy in which the outermost insulating layer 3, the first insulating layer 5, and the second insulating layer 7 are all prevented from firing shrinkage in the planar direction and are fired shrinkage in the thickness direction. .

このようにして作製したガラスセラミック多層回路基板1は、焼成における収縮曲線(挙動)が異なる絶縁層同士を一体して焼成することにより、互いの平面方向の焼成収縮を抑制した寸法精度に優れたガラスセラミック多層回路基板1であると共に、最外層に形成した絶縁層の焼成中のガラス流動性を高く保つことができるため、基板厚みを薄く、すなわち絶縁層の厚みを薄くした時でも基板表面に特異的なボイドが発生しない高い基板強度を安定して発揮するガラスセラミック多層回路基板1を製造することができる。   The glass-ceramic multilayer circuit board 1 produced in this way is excellent in dimensional accuracy in which the firing shrinkage in the planar direction is suppressed by integrally firing insulating layers having different shrinkage curves (behaviors) in firing. Since the glass ceramic multilayer circuit board 1 and the glass fluidity during firing of the insulating layer formed in the outermost layer can be kept high, the substrate thickness is reduced, that is, even when the insulating layer is reduced in thickness, The glass-ceramic multilayer circuit board 1 that stably exhibits high substrate strength that does not generate specific voids can be manufactured.

まず、表1に示す組成を有する平均粒径2.0μmのガラス粉末を準備し、表2に従い粒径2.0μmのセラミック粉末と秤量、混合し、この混合物にアクリル系樹脂からなる有機バインダ、可塑剤、有機溶剤を添加してスラリーを調整した後、このスラリーを用いてドクターブレード法により最外絶縁層、第1の絶縁層、第2の絶縁層を一体焼成した時の焼成後の厚みが表2の通りになるようにシート状に成形し、焼成後に最外絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートAと、焼成後に第1の絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートB、焼成後に第2の絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートCを作製した。   First, a glass powder having an average particle size of 2.0 μm having the composition shown in Table 1 is prepared, weighed and mixed with a ceramic powder having a particle size of 2.0 μm according to Table 2, and an organic binder made of an acrylic resin is added to this mixture. After preparing a slurry by adding a plasticizer and an organic solvent, a thickness after firing when the outermost insulating layer, the first insulating layer, and the second insulating layer are integrally fired by the doctor blade method using this slurry. Is formed into a sheet shape as shown in Table 2, and the glass ceramic green sheet A that becomes the outermost insulating layer after firing, the glass ceramic green sheet B that becomes the first insulating layer after firing, the second after firing A glass ceramic green sheet C to be an insulating layer was produced.

なお、ガラスセラミックグリーンシートB、Cについては、第1の絶縁層とはならない配置、第2の絶縁層とはならない配置の絶縁層にも用いた。   Note that the glass ceramic green sheets B and C were also used for the insulating layer that is not the first insulating layer and the insulating layer that is not the second insulating layer.

次に、ガラスセラミックグリーンシートB1枚とガラスセラミックグリーンシートC1枚とを加熱圧着して複合グリーンシートD2〜D6を作製した。また、ガラスセラミックグリーンシートA1枚とガラスセラミックグリーンシートB1枚とガラスセラミックグリーンシートC1枚と、を積層状態がABCとなるように加熱圧着し、複合グリーンシートD1を作製した。またガラスセラミックグリーンシートA1枚とガラスセラミックグリーンシートB2枚とガラスセラミックグリーンシートC1枚と、を積層状態がBCBAとなるように加熱圧着し、複合グリーンシートD7を作製した。   Next, one glass ceramic green sheet B and one glass ceramic green sheet C were thermocompression bonded to produce composite green sheets D2 to D6. Further, one glass ceramic green sheet A, one glass ceramic green sheet B, and one glass ceramic green sheet C were heat-pressed so that the laminated state would be ABC, to produce a composite green sheet D1. Further, one glass ceramic green sheet A, two glass ceramic green sheets B, and one glass ceramic green sheet C were heat-pressed so that the laminated state would be BCBA, to produce a composite green sheet D7.

次に、Ag粉末に、β石英、有機バインダとしてエチルセルロース、有機溶剤として2−2−4−トリメチル−3−3−ペンタジオールモノイソブチレートを添加し、これらを攪拌した後、Ag粉末および有機バインダの凝集体がなくなるまで3本ロールミルで混合し、ペースト化し、ビアホール導体用導体ペーストおよび配線パターン用導体ペーストを作製した。   Next, β quartz, ethyl cellulose as an organic binder, and 2-2-4-trimethyl-3-3-pentadiol monoisobutyrate as an organic solvent are added to Ag powder, and after stirring these, Ag powder and organic The paste was mixed with a three-roll mill until binder aggregates disappeared, and a paste for via-hole conductors and a conductor paste for wiring patterns were prepared.

次に、上記のガラスセラミックグリーンシート複合体D1〜D7に、ビアホールとなる貫通孔をレーザーによって形成し、上記の導体ペーストをこの貫通孔に充填した。更に、ガラスセラミックグリーンシート複合体D1〜D6の一方の主面に、さらにD7の両主面に配線パターンとなる導体ペーストをスクリーン印刷法により被着させて形成した。   Next, a through hole serving as a via hole was formed in the glass ceramic green sheet composites D1 to D7 with a laser, and the through hole was filled with the conductive paste. Further, a conductive paste serving as a wiring pattern was formed on one main surface of each of the glass ceramic green sheet composites D1 to D6 and further on both main surfaces of D7 by screen printing.

その後、積層形態がABCBCBCBCBCBCBCBAとなるように、ガラスセラミックグリーンシート複合体D1〜D7を位置合わせした後、積層して積層体1(図示せず)を作製した。 Then, after aligning glass ceramic green sheet composites D1-D7 so that a lamination | stacking form might be ABCBCBCBCBCBCBCBA, it laminated | stacked and the laminated body 1 (not shown) was produced.

これを、大気中400℃で脱バインダ処理し、さらに、大気中910℃で焼成してガラスセラミック多層回路基板を作製した。   This was treated to remove the binder at 400 ° C. in the atmosphere, and further fired at 910 ° C. in the atmosphere to produce a glass ceramic multilayer circuit board.

同様のガラスセラミック多層回路基板を試料あたり1000個作製した。   1000 similar glass ceramic multilayer circuit boards were produced per sample.

また、各試料について、層構成、各絶縁層を構成するガラスセラミック材料が全く同様で、配線パターンおよびビアホールを具備しない絶縁基板を作製した。   In addition, for each sample, an insulating substrate having the same layer configuration and the same glass ceramic material constituting each insulating layer and having no wiring pattern and via hole was produced.

ガラスセラミック多層回路基板において、1000基板全てについて、焼成前と焼成後に所定のポイント間の長さを測定し、焼成前のポイント間の距離を焼成後のポイント間の距離で除すことにより、平面方向のセラミック多層回路基板の収縮率を算出した。1000個の基板の収縮率の最大収縮率と最小収縮率の差を収縮バラツキとして評価した。   In a glass ceramic multilayer circuit board, for all 1000 substrates, the length between predetermined points before firing and after firing is measured, and the distance between points before firing is divided by the distance between points after firing. The shrinkage of the ceramic multilayer circuit board in the direction was calculated. The difference between the maximum shrinkage rate and the minimum shrinkage rate of 1000 substrates was evaluated as shrinkage variation.

また、別の5基板を無作為に選択し、絶縁層部表裏面に開口したボイドをSEMにより観察し、画像解析装置を用いて画素濃度があらかじめ定めた閾値以上のものをボイドによる画素と定義し、最大開口径を算出した。SEMの観察領域は1基板1表面あたり3mm×3mmとし、これを表裏面および5基板について繰り返し、この中で最大のものを最大開口径として評価した。結果を表3に示す。   In addition, another 5 substrates are selected at random, voids opened on the front and back surfaces of the insulating layer are observed with an SEM, and a pixel having a pixel density equal to or higher than a predetermined threshold is defined as a void pixel using an image analyzer. The maximum opening diameter was calculated. The SEM observation area was 3 mm × 3 mm per substrate 1 surface, and this was repeated for the front and back surfaces and 5 substrates, and the largest of these was evaluated as the maximum aperture diameter. The results are shown in Table 3.

また、ガラスセラミック材料A、ガラスセラミック材料Bおよびガラスセラミック材料Cについてそれぞれワックスを添加し、1×10MPaでプレスすることにより直径10mm、高さ8mmの円柱状圧粉体を形成した。この圧粉体に対して室温〜1000℃の温度範囲でTMA(熱機械分析)により各材料の収縮開始温度を評価した。このとき、雰囲気をAir中、昇温速度を10℃/minとした。結果を表2に示す。 Moreover, the glass-ceramic material A, the glass-ceramic material B, and the glass-ceramic material C were respectively added with wax, and pressed at 1 × 10 3 MPa to form a cylindrical green compact having a diameter of 10 mm and a height of 8 mm. The shrinkage start temperature of each material was evaluated by TMA (thermomechanical analysis) in the temperature range of room temperature to 1000 ° C. for this green compact. At this time, the temperature was set to 10 ° C./min in an air atmosphere. The results are shown in Table 2.

また、ガラスセラミックグリーンシートシートA、BおよびCを焼成後の厚みが、配線パターンおよびビアホールを具備しない絶縁基板と同じになるように複数枚積層し、大気中400℃で脱バインダ処理し、さらに、大気中910℃で焼成して単一材料絶縁基板を作製した。   Further, a plurality of glass ceramic green sheet sheets A, B and C are laminated so that the thickness after firing is the same as that of an insulating substrate having no wiring pattern and via holes, and subjected to binder removal treatment at 400 ° C. in the atmosphere. Then, it was baked at 910 ° C. in the atmosphere to produce a single material insulating substrate.

次に、配線パターンおよびビアホールを具備しない絶縁基板と、単一材料の絶縁基板を、厚み方向は加工せずに幅4.0mm×長さ30mmの形状に30本ずつ切り出した。切り出したサンプルについて、ロードセル下降速度5mm/min.、スパン20mmの条件で3点曲げ抗折強度を測定した。得られた抗折強度データより、ワイブル係数を算出した。結果を表3に示す。

Figure 0004845675
Next, 30 insulating substrates each having no wiring pattern and via holes and a single material insulating substrate were cut into a shape of width 4.0 mm × length 30 mm without being processed in the thickness direction. For the cut sample, the load cell descending speed of 5 mm / min. The 3-point bending strength was measured under the condition of a span of 20 mm. The Weibull coefficient was calculated from the obtained bending strength data. The results are shown in Table 3.
Figure 0004845675

Figure 0004845675
Figure 0004845675

Figure 0004845675
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表3に示すように、本発明のガラスセラミック多層回路基板である試料No.1〜5、9、10、19、20においては、収縮率が1.38%以下と小さく、収縮バラツキが0.1%以下であり、端部突起高さが3μm以下であった。また、絶縁基板の抗折強度と、第1の絶縁層単体の抗折強度にほとんど差がなく、ワイブル係数も13以上であった。以上より、本発明のガラスセラミック多層回路基板は、寸法精度が高く、かつ安定して高い基板強度を有することが分かった。   As shown in Table 3, Sample No. which is the glass ceramic multilayer circuit board of the present invention. In 1 to 5, 9, 10, 19, and 20, the shrinkage rate was as small as 1.38% or less, the shrinkage variation was 0.1% or less, and the end protrusion height was 3 μm or less. Further, there was almost no difference between the bending strength of the insulating substrate and the bending strength of the first insulating layer alone, and the Weibull coefficient was 13 or more. From the above, it was found that the glass-ceramic multilayer circuit board of the present invention has high dimensional accuracy and stably has high substrate strength.

一方、最外絶縁層の厚みが5〜30μmの範囲にない本発明の範囲外の試料No.6、7、8および最外絶縁層の非晶質の割合が第1の絶縁層よりも小さい本発明の範囲外の試料No.6〜8、11〜18は、絶縁基板の抗折強度が第1の絶縁層よりも大きく低下するか、あるいは平面方向の収縮率、収縮ばらつきが大きくなった。   On the other hand, the sample No. outside the range of the present invention in which the thickness of the outermost insulating layer is not in the range of 5 to 30 μm. 6, 7, 8 and the outermost insulating layer having an amorphous ratio smaller than that of the first insulating layer. In Nos. 6 to 8 and 11 to 18, the bending strength of the insulating substrate was significantly lower than that of the first insulating layer, or the shrinkage rate and shrinkage variation in the planar direction were large.

また、本発明の範囲外の試料No.15、18は、絶縁基板の抗折強度の低下は小さいが、最外絶縁層の厚みが厚く、低背化には難がある。   In addition, sample No. outside the scope of the present invention. In Nos. 15 and 18, the decrease in the bending strength of the insulating substrate is small, but the thickness of the outermost insulating layer is large and it is difficult to reduce the height.

本発明のガラスセラミック多層回路基板を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the glass ceramic multilayer circuit board of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・ガラスセラミック多層回路基板
3・・・最外絶縁層
5・・・第1の絶縁層
7・・・第2の絶縁層
9・・・絶縁基板
11、13・・・配線層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass ceramic multilayer circuit board 3 ... Outermost insulating layer 5 ... 1st insulating layer 7 ... 2nd insulating layer 9 ... Insulating substrate 11, 13 ... Wiring layer

Claims (4)

ガラスセラミック材料からなり、焼成収縮開始温度の異なる複数の絶縁層からなる絶縁基板と、配線とを備えたガラスセラミック多層回路基板であって、前記絶縁基板が、表層の厚み5〜30μmの最外絶縁層と、該最外絶縁層に接する第1の絶縁層と、該第1の絶縁層に接する第2の絶縁層とを有し、前記第1の絶縁層の焼成収縮開始温度が前記第2の絶縁層および前記最外絶縁層の焼成収縮開始温度より低く、前記第1の絶縁層における非晶質相の割合が前記最外絶縁層および前記第2の絶縁層における非晶質相の割合より小さく、前記最外絶縁層の厚みが前記第2の絶縁層の厚みより薄いことを特徴とするガラスセラミック多層回路基板。 A glass ceramic multilayer circuit board made of a glass ceramic material, comprising an insulating substrate comprising a plurality of insulating layers having different firing shrinkage start temperatures, and wiring, wherein the insulating substrate is an outermost layer having a surface layer thickness of 5 to 30 μm An insulating layer; a first insulating layer in contact with the outermost insulating layer; and a second insulating layer in contact with the first insulating layer, wherein a firing shrinkage start temperature of the first insulating layer is the first insulating layer. 2 is lower than the firing shrinkage start temperature of the outer insulating layer and the outermost insulating layer, and the ratio of the amorphous phase in the first insulating layer is the amorphous phase in the outermost insulating layer and the second insulating layer. A glass-ceramic multilayer circuit board, wherein the thickness is smaller than the ratio, and the thickness of the outermost insulating layer is thinner than the thickness of the second insulating layer. 前記最外絶縁層の表面に開口したボイドの最大開口径が10μm以下であり、かつ該最大開口径が前記最外絶縁層の厚みの80%以下であることを特徴とする請求項1に記載のガラスセラミック多層回路基板。 The maximum opening diameter of the void opened on the surface of the outermost insulating layer is 10 μm or less, and the maximum opening diameter is 80% or less of the thickness of the outermost insulating layer. Glass ceramic multilayer circuit board. 前記最外絶縁層を構成するガラスセラミック材料と、前記第2の絶縁層を構成するガラスセラミック材料とが同一であることを特徴とする請求項1または2に記載のガラスセラミック多層回路基板。 3. The glass ceramic multilayer circuit board according to claim 1, wherein the glass ceramic material constituting the outermost insulating layer and the glass ceramic material constituting the second insulating layer are the same. 前記第2の絶縁層の厚みが、前記第1の絶縁層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のガラスセラミック多層回路基板。

4. The glass ceramic multilayer circuit board according to claim 1, wherein a thickness of the second insulating layer is larger than a thickness of the first insulating layer. 5.

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