JP5057644B2 - Glass ceramic composition and method for producing glass ceramic sintered body - Google Patents

Glass ceramic composition and method for producing glass ceramic sintered body Download PDF

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本発明は、電気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ガラスセラミック組成物およびガラスセラミック焼結体の製造方法に関するものである
The present invention is an electrical device housing package, a method of manufacturing a multilayer wiring board optimal glass-ceramic compositions applicable wiring board or the like, and the like and glass sintered ceramic ones.

近年における情報通信技術の急速な発展は、半導体素子等の高速化をもたらし、これに伴って、このような素子を備えた配線基板では、信号の伝送損失を低減するために、配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化が求められている。そこで、1000℃以下での焼成によって緻密化でき、金、銀、銅等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能であり、誘電率がアルミナの9〜10程度よりも低いガラスセラミックを絶縁層とする配線基板が提案されている。   The rapid development of information communication technology in recent years has led to an increase in the speed of semiconductor devices and the like, and in connection with this, in wiring boards equipped with such devices, in order to reduce signal transmission loss, the wiring layer has been reduced. There is a demand for resistance and a low dielectric constant of the insulating substrate. Therefore, it can be densified by firing at 1000 ° C. or lower, and can be simultaneously fired with a wiring layer mainly composed of a low resistance metal such as gold, silver, copper, etc. A wiring board using a low glass ceramic insulating layer has been proposed.

例えば、SiO、Al、B、MgOおよびBaOを含有するガラス粉末に対して、Al、AlNおよびSiOなどのセラミック粉末を添加し、銅、銀、金等を配線層として非酸化性雰囲気中で焼成しても、小さい開気孔率を達成し、かつ高強度、高ヤング率のガラスセラミック焼結体が得られることが記載されている。
特開2003−342060号公報
For example, ceramic powder such as Al 2 O 3 , AlN and SiO 2 is added to glass powder containing SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , MgO and BaO, and copper, silver, gold, etc. It is described that a glass ceramic sintered body having a small open porosity and high strength and high Young's modulus can be obtained even when fired in a non-oxidizing atmosphere as a wiring layer.
JP 2003-342060 A

しかしながら、上記特許文献1に記載されているガラスセラミック焼結体では、高抗折強度、高ヤング率を有しているため、機械的信頼性には優れるものの、未だ、携帯電話等で使用される800MHz以上の周波数帯における誘電損失が大きく、このため高周波での伝送損失が大きくなるという問題があった。   However, the glass-ceramic sintered body described in Patent Document 1 has a high bending strength and a high Young's modulus, so it is excellent in mechanical reliability, but is still used in mobile phones and the like. Therefore, there is a problem that the dielectric loss in the frequency band of 800 MHz or more is large, and thus the transmission loss at high frequency is increased.

従って、本発明は、金、銀、銅等の低抵抗金属との同時焼成が可能で、アルミナよりも低い誘電率を有し、かつ高強度、高ヤング率特性を有し、さらに低い誘電率と低い誘電損失を有するガラスセラミック焼結体を得ることのできるガラスセラミック組成物と、ガラスセラミック焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can be co-fired with a low resistance metal such as gold, silver, copper, has a lower dielectric constant than alumina, has high strength and high Young's modulus characteristics, and has a lower dielectric constant. If an object and the glass ceramic composition capable of obtaining a glass-ceramic sintered body, to provide a manufacturing how the glass ceramic sintered body having a low dielectric loss.

本発明のガラスセラミック組成物は、少なくともSiO 20〜60質量%、B 2〜30質量%、Al 〜25質量%、MgO 8〜35質量%、BaO 10〜35質量%を必須成分として含有し、MgO/SiOの質量比が0.29〜0.85、BaO/Alの質量比が0.88〜2.45およびMgO/BaOの質量比が0.3〜2.07であり、かつ、実質的にZnOおよびTiOを含有していないガラス粉末を35〜80質量%と、セラミック粉末を20〜65質量%とを含有することを特徴とする。
Glass-ceramic composition of the present invention, at least SiO 2 20 to 60 wt%, B 2 O 3 2~30 wt%, Al 2 O 3 8 ~25 wt%, MgO 8 to 35 mass%, BaO 10 to 35 weight % As an essential component, the mass ratio of MgO / SiO 2 is 0.29 to 0.85, the mass ratio of BaO / Al 2 O 3 is 0.88 to 2.45, and the mass ratio of MgO / BaO is 0. .3 6 is ~2.07 and the features and the glass powder 35 to 80 wt% which is not substantially free of ZnO and TiO 2, that the ceramic powder containing a 20 to 65 wt% To do.

また上記ガラスセラミック組成物では、さらに任意成分として、前記ガラス粉末に、希土類酸化物(RE)をその合量で1〜15質量%、CaO+SrOを0〜15質量%、ZrO+SnO2を0〜5質量%、を含有することが望ましく、また上記ガラスセラミック組成物では、前記ガラス粉末中に、AO(A:アルカリ金属元素)を0.05質量%以上含有することが望ましく、さらには、このガラス粉末のガラス転移点(Tg)が500℃〜800℃であることが望ましい。
In the above glass ceramic composition, as further optional components, the glass powder, rare earth oxide (RE 2 O 3) 1~15 wt% in its total amount of the CaO + SrO 0 to 15 wt%, a ZrO 2 + SnO2 It is desirable to contain 0 to 5% by mass, and in the glass ceramic composition, it is desirable to contain 0.05% by mass or more of A 2 O (A: alkali metal element) in the glass powder. Furthermore, it is desirable that the glass transition point (Tg) of this glass powder is 500 ° C to 800 ° C.

さらには、前記セラミック粉末が、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、の群から選ばれる少なくとも1種であることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the ceramic powder is at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, forsterite, and enstatite.

なお本発明のガラスセラミック焼結体の製造方法は、上記のガラスセラミック組成物を混合し、得られた混合粉末を所定の形状に成形し、次いで1000℃以下の温度で焼成ることを特徴とする。
The manufacturing method of a glass ceramic sintered body of the present invention, by mixing the above-mentioned glass ceramic composition, molding mixed powder obtained into a predetermined shape, and then that you fired at 1000 ° C. below the temperature It shall be the feature.

発明によれば、上記組成物を、例えば1000℃以下の低温で焼成することにより、高強度、高ヤング率特性を有し、かつ低い誘電率と低い誘電損失とを兼ね備えたガラスセラミック焼結体を得ることができる。
According to the present invention, the above-mentioned composition is fired at a low temperature of , for example, 1000 ° C. or lower, so that it has high strength and high Young's modulus characteristics, and has a low dielectric constant and low dielectric loss. You can get a body.

なお、こうしたガラスセラミック焼結体を形成する上では、前記ガラスセラミック組成物中において、BaO/Al、およびMgO/BaOを上記の比率とすることにより、焼成後のガラスセラミック焼結体の誘電損失をさらに低くでき、また、上記の構成成分に加えて、さらにRE(希土類酸化物)を含有せしめることよりヤング率と抗折強度をさらに高くでき、また、CaO+SrO若しくはZrO+SnOを含有させることにより、前記ガラス粉末の軟化特性と結晶化挙動を制御することが容易となり、これにより、析出する結晶相の結晶化度を高めることができ、上記高ヤング率、高強度とともに、さらなる低誘電率化および低誘電損失化を図ることができる。 In forming such a glass-ceramic sintered body, the glass-ceramic sintered body after firing is obtained by setting BaO / Al 2 O 3 and MgO / BaO to the above ratio in the glass-ceramic composition. In addition to the above-described constituent components, RE 2 O 3 (rare earth oxide) can be further added to further increase the Young's modulus and the bending strength, and CaO + SrO or ZrO 2. By containing + SnO 2 , it becomes easy to control the softening characteristics and crystallization behavior of the glass powder, thereby increasing the crystallinity of the precipitated crystal phase, and the above-mentioned high Young's modulus, high strength In addition, the dielectric constant and dielectric loss can be further reduced.

さらに、本発明のガラスセラミック組成物を構成するガラス粉末中にAO(A:アルカリ金属元素)を0.05質量%以上含有せしめることにより、ガラスセラミック組成物のガラス転移点を制御し、焼結体の緻密化を図ることができる。即ち、本発明のガラスセラミック組成物では、その上記した金属酸化物の添加により、ガラス転移点を上記した範囲に制御でき、前記ガラス粉末の軟化特性と結晶化挙動を制御することが容易となり、これにより析出する結晶相の結晶化度を高め、しいてはガラスセラミック焼結体の焼結性を高めることができる。こうして高ヤング率、高強度とともに、さらなる低誘電率化および低誘電損失化を図ることができる。 Furthermore, by containing 0.05% by mass or more of A 2 O (A: alkali metal element) in the glass powder constituting the glass ceramic composition of the present invention, the glass transition point of the glass ceramic composition is controlled, The sintered body can be densified. That is, in the glass ceramic composition of the present invention, the glass transition point can be controlled to the above-described range by the addition of the above metal oxide, and it becomes easy to control the softening characteristics and crystallization behavior of the glass powder, Thereby, the crystallinity degree of the crystal phase to precipitate can be raised, and the sinterability of a glass ceramic sintered compact can be improved. In this way, it is possible to further reduce the dielectric constant and loss as well as the high Young's modulus and high strength.

またさらに、本発明によれば、上記したガラス粉末に対して、セラミック粉末として、上記のセラミックフィラーを含有せしめることにより、焼成後に得られるガラスセラミック焼結体を低誘電率および低誘電損失を維持しつつ抗折強度とヤング率をさらに高めることができる。
Furthermore, according to the present invention, the glass ceramic sintered body obtained after firing can be maintained at low dielectric constant and low dielectric loss by including the ceramic filler as ceramic powder in the glass powder described above. However, the bending strength and Young's modulus can be further increased.

なお本発明のガラスセラミック焼結体の製造方法によれば、上記のガラスセラミック組成物を用いると、焼成後に得られるガラスセラミック焼結体高強度、高ヤング率を有するものにできる。
Incidentally, according to the manufacturing method of a glass ceramic sintered body of the present invention, the use of the above glass ceramic composition, possible glass ceramic sintered body obtained after firing to those having high strength, a high Young's modulus.

本発明のガラスセラミック組成物は、少なくともSiO 20〜60質量%、B 2〜30質量%、Al 〜25質量%、MgO 8〜35質量%、BaO 10〜35質量%を必須成分として含有し、MgO/SiOの質量比が0.2〜0.85、BaO/Alの質量比が0.88〜2.45およびMgO/BaOの質量比が0.3〜2.07であり、かつ、実質的にZnOおよびTiOを含有していないガラス粉末を35〜80質量%と、セラミック粉末を20〜65質量%とを含有することを特徴とする。
Glass-ceramic composition of the present invention, at least SiO 2 20 to 60 wt%, B 2 O 3 2~30 wt%, Al 2 O 3 8 ~25 wt%, MgO 8 to 35 mass%, BaO 10 to 35 weight % was contained as essential components, MgO / SiO 2 mass ratio of 0.2 from 9 to 0.85, the weight ratio of BaO / Al 2 O 3 is 0.88 to 2.45 and MgO / BaO mass ratio 0.3 6 a ~2.07 and characterized by containing the glass powder 35 to 80 wt% which is not substantially free of ZnO and TiO 2, and the ceramic powder 20 to 65 wt% And

ここで、SiOは、ガラスのネットワークフォーマーであり、ガラスセラミック焼結体中に含有されるセルシアン(BaAlSi)結晶相とフォルステライト(Mg
SiO)結晶相、エンスタタイト結晶相(MgSiO)の構成成分であり、これらの結晶を焼成中にガラスから析出させるための必須成分である。
Here, SiO 2 is a glass network former, celsian contained in glass ceramic sintered body (BaAl 2 Si 2 O 8) crystal phase and forsterite (Mg
2 SiO 4 ), a constituent component of the enstatite crystal phase (MgSiO 3 ), and an essential component for precipitating these crystals from the glass during firing.

その含有量が上記範囲よりも少ないとガラス粉末の製造が困難となり、逆に、その含有量が上記範囲よりも多いと、ガラス転移点が上昇し、1000℃以下の焼成にて焼結体の開気孔率が大きくなる恐れがある。SiOの特に望ましい範囲は25〜55質量%である。 If the content is less than the above range, it becomes difficult to produce glass powder. Conversely, if the content is more than the above range, the glass transition point rises and the sintered body is sintered at 1000 ° C. or less. The open porosity may be increased. A particularly desirable range of SiO 2 is 25 to 55% by mass.

また、Bは、SiOと同様にガラスのネットワークフォーマーであり、ガラス粉末の作製を容易にすると同時に、ガラス転移点を低下させる効果がある。 Further, B 2 O 3 is a glass network former like SiO 2 and has the effect of facilitating the production of glass powder and at the same time lowering the glass transition point.

その含有量が上記範囲よりも少ない場合には、ガラス粉末の製造が困難となり、逆に、その含有量が上記範囲よりも多い場合には焼結体の耐薬品性が低下する。Bの特に望ましい範囲は4〜25質量%である。 When the content is less than the above range, it is difficult to produce glass powder. Conversely, when the content is more than the above range, the chemical resistance of the sintered body is lowered. A particularly desirable range of B 2 O 3 is 4 to 25% by mass.

Alもセルシアン結晶相の構成成分であり、セルシアン結晶相を焼成中にガラスから析出するための必須成分である。その含有量が上記範囲よりも少ない場合には、セルシアン結晶相の析出量が不充分となり抗折強度が低下する。逆に、その含有量が上記範囲よりも多い場合には、ガラス転移点が望ましい範囲よりも高温となり、1000℃以下の低温で緻密化することが困難となる。Alの特に望ましい範囲は8〜20質量%である。 Al 2 O 3 is also a constituent component of the celsian crystal phase, and is an essential component for precipitating the celsian crystal phase from the glass during firing. When the content is less than the above range, the precipitation amount of the celsian crystal phase becomes insufficient and the bending strength is lowered. On the contrary, when the content is larger than the above range, the glass transition point becomes higher than the desired range, and it becomes difficult to achieve densification at a low temperature of 1000 ° C. or lower. A particularly desirable range of Al 2 O 3 is 8 to 20% by mass.

また、MgOは、フォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相の構成成分であり、特にフォルステライト結晶相やエンスタタイト結晶相を焼成中にガラスから析出するための必須成分であると同時に、単斜晶のセルシアン結晶相の析出を抑制する成分である。   MgO is a constituent component of the forsterite crystal phase, spinel crystal phase, and enstatite crystal phase, and in particular, is an essential component for precipitating the forsterite crystal phase and the enstatite crystal phase from the glass during firing. It is a component that suppresses the precipitation of monoclinic celsian crystal phase.

その含有量が上記範囲よりも少ない場合には、フォルステライト結晶相やエンスタタイト結晶相が析出し難くなり、誘電率が増加すると同時に、単斜晶のセルシアン結晶相の析出量が増加し、抗折強度が低下する。逆に、その含有量が上記範囲よりも多い場合には、ガラス粉末作製時に溶解残滓が残りやすくなり、ガラス粉末の製造が困難となる。MgOの特に望ましい範囲は10〜30質量%である。   When the content is less than the above range, the forsterite crystal phase and the enstatite crystal phase are difficult to precipitate, the dielectric constant increases, and at the same time, the precipitation amount of the monoclinic celsian crystal phase increases. Folding strength is reduced. On the other hand, when the content is larger than the above range, dissolution residue tends to remain during the production of the glass powder, and it becomes difficult to produce the glass powder. A particularly desirable range of MgO is 10 to 30% by mass.

また、BaOもセルシアン結晶相の構成成分であり、セルシアン結晶相を焼成中にガラスから析出するための必須成分であると同時にガラス転移点を低下させる効果がある。その含有量が上記範囲よりも少ない場合には、セルシアン結晶相の析出量が不充分となり抗折強度が低下する。逆に、その含有量が上記範囲よりも多い場合には、ガラス転移点が低下して焼成時の脱バインダ性が悪くなるとともに、開気孔率が大きくなる恐れがあると同時に、残留ガラス相中に多量に含有される結果、誘電損失の低下を招く恐れがある。BaOの特に望ましい範囲は13〜30質量%である。   BaO is also a constituent component of the celsian crystal phase, and is an essential component for precipitating the celsian crystal phase from the glass during firing, and at the same time has an effect of lowering the glass transition point. When the content is less than the above range, the precipitation amount of the celsian crystal phase becomes insufficient and the bending strength is lowered. On the contrary, if the content is more than the above range, the glass transition point is lowered and the binder removal property at the time of firing is deteriorated, and the open porosity may be increased, and at the same time, in the residual glass phase As a result, the dielectric loss may be reduced. A particularly desirable range of BaO is 13 to 30% by mass.

また本発明においては、上記必須成分のうち、MgO/SiOの質量比が、0.2〜0.8であることが重要である。MgO/SiOの質量比を上記範囲内にすることにより、セルシアン結晶相とフォルステライト結晶相の析出量を適正に制御できるため、ガラスセラミック焼結体の結晶化度を向上させることができる結果、そのガラスセラミック焼結体の誘電損失を低下させることができる。上記質量比が上記範囲外となる場合には、特に、誘電損失が増加し、特に、高周波における誘電損失の増大が著しいものとなる。MgO/SiOの質量比の特に望ましい範囲は0.40〜0.8である。
In the present invention, among the above-mentioned essential components, the weight ratio of MgO / SiO 2 is important to be 0.2 from 9 to 0.8 5. By the mass ratio of MgO / SiO 2 in the above range, it is possible to properly control the amount of precipitation of celsian crystal phase and forsterite crystal phase, it is possible to improve the crystallinity of the glass ceramic sintered body As a result, the dielectric loss of the glass ceramic sintered body can be reduced. When the mass ratio is out of the above range, the dielectric loss increases, and particularly, the increase in the dielectric loss at a high frequency becomes remarkable. A particularly desirable range of the mass ratio of MgO / SiO 2 is 0 . 40-0.8.

本発明においては、前記ガラス粉末を35〜80質量%と、セラミック粉末を25〜65質量%含有する混合粉末を1000℃以下の低温で焼成することによりガラスセラミック焼結体を得ることができる。これは、上記ガラス粉末の軟化流動により、セラミック粉末の再配列による焼成収縮が効率良く行われる結果1000℃以下の低温で緻密
化することが可能であるためである。
In the present invention, to obtain a 35 to 80 wt% of the glass powder, the Riga Las ceramic sintered body by the firing a mixed powder containing ceramic powder 25 to 65 wt% at a low temperature of 1000 ° C. or less Can do. This is because the glass powder can be densified at a low temperature of 1000 ° C. or lower as a result of efficient shrinkage of the ceramic powder due to the rearrangement of the ceramic powder due to the softening flow of the glass powder.

ここで、前記ガラス粉末の含有量が上記範囲よりも少ない場合、即ち前記セラミック粉末の含有量が上記範囲よりも多い場合には、1000℃以下の焼成により緻密なガラスセラミック焼結体を得ることが困難となる。逆に、前記ガラス粉末の含有量が上記範囲よりも多い場合、即ち前記セラミック粉末の含有量が上記範囲よりも少ない場合には、ガラスセラミック焼結体の抗折強度、ヤング率の低下と、誘電損失の増大を招く恐れがある。   Here, when the content of the glass powder is less than the above range, that is, when the content of the ceramic powder is more than the above range, a dense glass ceramic sintered body is obtained by firing at 1000 ° C. or less. It becomes difficult. Conversely, when the content of the glass powder is larger than the above range, that is, when the content of the ceramic powder is less than the above range, the bending strength of the glass ceramic sintered body, the Young's modulus is reduced, There is a risk of increasing the dielectric loss.

前記ガラス粉末の特に望ましい範囲は、40〜75質量%、最適には45〜70質量%であり、前記セラミック粉末の特に望ましい範囲は、特に、25〜60質量%、最適には30〜55質量%である。   A particularly desirable range of the glass powder is 40 to 75% by mass, optimally 45 to 70% by mass, and a particularly desirable range of the ceramic powder is particularly 25 to 60% by mass, optimally 30 to 55% by mass. %.

さらに本発明のガラスセラミック組成物を構成するガラス粉末は、実質的にZnOおよびTiOを含有しないものであることが重要である。即ち、実質的に含有しないとは、不純物として以外に意図的に含有せしめないことを指し、特に、ZnOおよびTiOの含有量を0.1質量%以下、特に、0.05質量%以下とするものである。 Furthermore, it is important that the glass powder constituting the glass ceramic composition of the present invention does not substantially contain ZnO and TiO 2 . That is, the term “substantially not contained” means that it is not intentionally contained other than as an impurity. In particular, the content of ZnO and TiO 2 is 0.1% by mass or less, particularly 0.05% by mass or less. To do.

ここで、BaO/Alの質量比を上記範囲内とすることにより、セルシアン結晶相の析出量を増加させると同時に、後述する残留ガラス中のBaOの含有量を低減することができる結果、高い抗折強度と低い誘電損失とを両立できる
Here, by setting the mass ratio of BaO / Al 2 O 3 within the above range, the amount of precipitation of the celsian crystal phase can be increased, and at the same time, the content of BaO in the residual glass described later can be reduced. It is possible to achieve both high bending strength and low dielectric loss .

また、MgO/BaOの質量比についても、その上記範囲内とすることにより、セルシアン結晶相とフォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相の各結晶相の析出量を適正な範囲内とすることができる結果、高い抗折強度と低誘電率、低誘電損失とを両立することが可能となる。MgO/BaOの質量比の、特に望ましい範囲は0.4〜1.5である。   Further, by setting the mass ratio of MgO / BaO within the above range, the precipitation amount of each crystal phase of the celsian crystal phase, the forsterite crystal phase, the spinel crystal phase, and the enstatite crystal phase is within an appropriate range. As a result, it is possible to achieve both high bending strength, low dielectric constant, and low dielectric loss. A particularly desirable range of the mass ratio of MgO / BaO is 0.4 to 1.5.

さらに本発明のガラスセラミック組成物においては、前記ガラス粉末中の任意成分として、希土類酸化物(RE)を1〜15質量%、CaO+SrOを0〜15質量%、ZrO+SnOを0〜5質量%を含有することが望ましい。 In yet glass ceramic composition of the present invention, as an optional component of the glass powder, rare earth oxide (RE 2 O 3) 1 to 15 wt%, 0-15 wt% of CaO + SrO, a ZrO 2 + SnO 2 0 It is desirable to contain -5 mass%.

ここで、希土類酸化物はガラス転移点を上昇させる効果と結晶化促進剤としての機能を有しており、セルシアン結晶相やフォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相のガラス中からの析出を促進させ、これら結晶相の含有量を増大させることができる。それと同時に、残留ガラス中に含有せしめることにより、残留ガラス相のヤング率を向上させる効果があるため、ガラスセラミック焼結体のヤング率および抗折強度を向上させる効果がある。   Here, the rare earth oxide has an effect of raising the glass transition point and a function as a crystallization accelerator. From the glass of the celsian crystal phase, the forsterite crystal phase, the spinel crystal phase, and the enstatite crystal phase. Precipitation can be promoted and the content of these crystal phases can be increased. At the same time, the inclusion in the residual glass has the effect of improving the Young's modulus of the residual glass phase, and therefore has the effect of improving the Young's modulus and the bending strength of the glass ceramic sintered body.

特に、希土類酸化物の特に望ましい範囲は2〜10質量%であり、また、希土類酸化物のうち、特にY、Laがヤング率向上の効果が大きくかつ比較的安価なため望ましい。なおここではY3、Laも希土類酸化物の1種とする。 In particular, the particularly desirable range of the rare earth oxide is 2 to 10% by mass, and among the rare earth oxides, Y 2 O 3 and La 2 O 3 are particularly effective in improving Young's modulus and are relatively inexpensive. desirable. Here, Y 2 O 3 and La 2 O 3 are also one kind of rare earth oxides.

また、他の任意成分として含まれるCaOおよびSrOは、ガラスの軟化挙動を制御する作用を有するとともに、その含有量により、CaAlSi結晶相、SrAlSi結晶相、CaMgSi結晶相、CaMgSi、SrMgSi結晶相等のCaOやSrOを含有する他の結晶相を、ガラス中から析出させる作用をも有しているという点で好ましい。従って、上記成分を添加することにより、用途に応じてガラスセラミック焼結体の抗折強度や誘電率、熱膨張係数等を制御することが可能となる。そして、CaO+SrOの望ましい範囲は0〜10質量%である。 Further, CaO and SrO contained as other optional components have an effect of controlling the softening behavior of the glass, and depending on the content thereof, CaAl 2 Si 2 O 8 crystal phase, SrAl 2 Si 2 O 8 crystal phase, Ca 2 MgSi 2 O 7 crystal phase, CaMgSi 2 O 6 , Sr 2 MgSi 2 O 7 crystal phase and other crystal phases containing CaO and SrO are preferable in that they also have an action of precipitating from the glass. . Therefore, by adding the above components, it is possible to control the bending strength, dielectric constant, thermal expansion coefficient, etc. of the glass ceramic sintered body according to the application. And the desirable range of CaO + SrO is 0-10 mass%.

さらに、他の任意成分として含まれるZrOおよびSnOは、ガラス転移点を上昇させる効果と、結晶化促進剤としての機能を有しており、セルシアン結晶相やフォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相のガラス中からの析出を促進させ、また、これら結晶相の含有量を増大させることができる。それと同時に、残留ガラス中に含有せしめることにより、耐薬品性を向上させる効果がある。ZrO+SnOの望ましい範囲は0〜2.5質量%である。 Furthermore, ZrO 2 and SnO 2 contained as other optional components have an effect of increasing the glass transition point and a function as a crystallization accelerator, such as celsian crystal phase, forsterite crystal phase, spinel crystal phase. Further, precipitation of enstatite crystal phase from the glass can be promoted, and the content of these crystal phases can be increased. At the same time, it is effective in improving chemical resistance by being contained in the residual glass. A desirable range of ZrO 2 + SnO 2 is 0 to 2.5% by mass.

さらに、本発明のガラスセラミック組成物においては、焼結体の緻密化を図るという点で、前記ガラス粉末中に、AO(A:アルカリ金属元素)を、0.05質量%以上含有することが望ましく、焼結体の絶縁性を低下させない程度として1質量%以下が望ましい。特には、0.1〜0.5質量%がより望ましい。なお、アルカリ金属元素としては好適にはNa、Kが用いられる。 Further, in the glass ceramic composition of the present invention, in that densified sintered body, the glass powder, A 2 O: the (A alkali metal element), containing not less than 0.05 wt% Desirably, the amount is preferably 1% by mass or less as the degree of not lowering the insulating property of the sintered body. In particular, 0.1 to 0.5% by mass is more desirable. Note that Na and K are preferably used as the alkali metal element.

また、上記のガラスセラミック組成物が、PbO、CdO、Asを実質的に含有しないことが、人体や環境への影響を抑えるという点で望ましく、また、ガラスセラミック焼結体として高い絶縁性を得るという点でも望ましい。なお実質的に含有しないとは、意図的に該組成物中に含有せしめないことを指し、不可避不純物は含有しても差し支えない。
In addition, it is desirable that the glass ceramic composition does not substantially contain PbO, CdO, As 2 O 3 from the viewpoint of suppressing the influence on the human body and the environment, and high insulation as a glass ceramic sintered body. It is desirable also in terms of obtaining sex. “Substantially not contained” means that the composition is not intentionally contained, and unavoidable impurities may be contained.

また、本発明のガラスセラミック組成物においては、前記ガラス粉末のガラス転移点が500℃〜800℃であることが、用いるガラス粉末の軟化特性と結晶化挙動を制御することに加え、さらには脱バインダ性を高めるという点で望ましい。即ち、ガラス転移点が上記範囲よりも低い場合には、焼成収縮の開始温度が低温となり過ぎて、大気焼成であっても脱バインダ性が損なわれるおそれがあると同時に、焼成収縮が急激に起こり、寸法精度を確保することが困難となる。なお、配線導体に耐マイグレーション性に優れる銅を使用する際には、銅の酸化を抑制するために窒素雰囲気中での焼成が行われるが、その際には、脱バインダに必要な温度が上昇するため、ガラス転移点は630〜800℃である事が望ましい。   In the glass ceramic composition of the present invention, the glass transition point of the glass powder is from 500 ° C. to 800 ° C. In addition to controlling the softening characteristics and crystallization behavior of the glass powder used, the glass powder is further removed. This is desirable in terms of enhancing the binder property. That is, when the glass transition point is lower than the above range, the firing shrinkage start temperature becomes too low, and there is a possibility that the binder removal property may be impaired even in the air firing, and at the same time, the firing shrinkage occurs rapidly. It becomes difficult to ensure dimensional accuracy. When copper with excellent migration resistance is used for the wiring conductor, firing in a nitrogen atmosphere is performed to suppress copper oxidation. In this case, the temperature required for the binder removal increases. Therefore, the glass transition point is preferably 630 to 800 ° C.

一方、ガラス転移点が上記範囲よりも高い場合には、1000℃以下の低温で緻密なガラスセラミック焼結体を得ることが困難となる。ガラス転移点の特に望ましい範囲は、大気焼成の場合で550〜750℃、窒素焼成の場合で650〜750℃である。   On the other hand, when the glass transition point is higher than the above range, it becomes difficult to obtain a dense glass ceramic sintered body at a low temperature of 1000 ° C. or lower. A particularly desirable range of the glass transition point is 550 to 750 ° C. in the case of air firing and 650 to 750 ° C. in the case of nitrogen firing.

また本発明のガラスセラミック組成物においては、前記セラミック粉末が、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、エンスタタイト、の群から選ばれる少なくとも1種であることが望ましい。   In the glass ceramic composition of the present invention, it is desirable that the ceramic powder is at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, forsterite and enstatite.

これらのセラミック粉末はヤング率が高く、耐薬品性に優れ、前記ガラス粉末と混合、成形、焼成することにより、ガラスセラミック焼結体の抗折強度およびヤング率ならびに耐薬品性を向上させる効果がある。特に、アルミナ、フォルステライト、エンスタタイトの各粉末は、結晶相自体の誘電損失も低く、ガラスセラミック焼結体の誘電損失を低下させる効果がある。   These ceramic powders have a high Young's modulus and excellent chemical resistance, and are effective in improving the bending strength, Young's modulus and chemical resistance of the glass ceramic sintered body by mixing, molding and firing with the glass powder. is there. In particular, alumina, forsterite and enstatite powders have a low dielectric loss of the crystal phase itself, and have the effect of reducing the dielectric loss of the glass ceramic sintered body.

さらに、アルミナ粉末は前記ガラス粉末と一部反応してセルシアン結晶相の析出量を増大させる効果があり、フォルステライト粉末、エンスタタイト粉末は、これを核として前記ガラス粉末からのフォルステライト結晶相やエンスタタイト結晶相の析出量を増大させる効果がある。   Further, the alumina powder has an effect of partially reacting with the glass powder to increase the precipitation amount of the celsian crystal phase, and the forsterite powder and enstatite powder have the forsterite crystal phase from the glass powder as a core. There is an effect of increasing the precipitation amount of the enstatite crystal phase.

抗折強度を高める効果が最も大きいという点で、前記セラミック粉末として最も望ましいのはアルミナであり、前記セラミック粉末として少なくともアルミナを含有すること、特に主成分として含有することが望ましい。   Alumina is the most desirable as the ceramic powder in that the effect of increasing the bending strength is greatest, and it is desirable that the ceramic powder contains at least alumina, particularly as a main component.

さらに、本発明においては、前記ガラス粉末と前記セラミック粉末との混合比が上述した量比を満足しており、且つ焼結体の抗折強度、ヤング率、誘電率、誘電損失が損なわれない限りにおいて、上記以外の他のセラミック粉末、例えばCaAlSi、SrAlSi、CaMgSi、SrMgSi、BaMgSi、ZrSiO、CaMgSi、CaSiO、CaZrO、SrSiO、BaSiO等を混合することもできる。 Furthermore, in the present invention, the mixing ratio of the glass powder and the ceramic powder satisfies the quantitative ratio described above, and the bending strength, Young's modulus, dielectric constant, and dielectric loss of the sintered body are not impaired. Insofar as other ceramic powders other than those mentioned above, such as CaAl 2 Si 2 O 8 , SrAl 2 Si 2 O 8 , Ca 2 MgSi 2 O 7 , Sr 2 MgSi 2 O 7 , Ba 2 MgSi 2 O 7 , ZrSiO 4 , CaMgSi 2 O 6 , CaSiO 3 , CaZrO 3 , SrSiO 3 , BaSiO 3 and the like can also be mixed.

続いて、本発明のガラスセラミック焼結体の製造方法に関して以下に詳述する。   Next, the method for producing a glass ceramic sintered body of the present invention will be described in detail below.

まず、本発明のガラスセラミック組成物に従い、ガラス粉末とセラミック粉末を準備する。これに、所望により有機バインダ、可塑剤、溶媒を添加、混合することにより、成形用のスラリーを調整する。 First, glass powder and ceramic powder are prepared according to the glass ceramic composition of the present invention. If desired, an organic binder, a plasticizer, and a solvent are added and mixed to adjust the molding slurry.

その後、公知既存の成形法、例えば、ドクターブレード法、カレンダーロール法、引き上げ法、圧延法、プレス成形、押し出し成形、射出成形、鋳込み成形、等により、所定形状の成形体を成形する。   Thereafter, a molded body having a predetermined shape is formed by a known existing forming method, for example, a doctor blade method, a calender roll method, a pulling method, a rolling method, press forming, extrusion forming, injection forming, casting forming, or the like.

上記で得られた成形体を、450〜750℃、特に大気雰囲気中では450〜700℃、窒素雰囲気中では、650〜750℃で脱バインダ処理した後、大気中あるいは窒素雰囲気中、1000℃以下、好ましくは700〜1000℃、さらに好ましくは800〜950℃の温度で焼成することにより、本発明のガラスセラミック焼結体が得られる。   The molded body obtained above was subjected to binder removal treatment at 450 to 750 ° C., particularly 450 to 700 ° C. in an air atmosphere and 650 to 750 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then 1000 ° C. or less in the air or in a nitrogen atmosphere. The glass-ceramic sintered body of the present invention is obtained by firing at a temperature of preferably 700 to 1000 ° C, more preferably 800 to 950 ° C.

なお、ガラスセラミック焼結体中に特定の結晶相(a)アスペクト比3以上の異方性結晶からなるセルシアン結晶相と、(b)フォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相、の群から選ばれる少なくとも1種とを析出させるため、また、ガラスセラミック焼結体の開気孔率を低減するためには、脱バインダ処理後の昇温速度を20℃/時間以上、特に50℃/時間以上、最適には100℃/時間以上とすることが望ましく、また、焼成温度での保持時間を0.2〜10時間、特に0.5〜5時間、最適には0.5〜2時間とすることが望ましい。
In the glass ceramic sintered body, a specific crystal phase (a) a celsian crystal phase comprising an anisotropic crystal having an aspect ratio of 3 or more, and (b) a forsterite crystal phase, a spinel crystal phase, an enstatite crystal phase, In order to precipitate at least one selected from the group of the above, and to reduce the open porosity of the glass ceramic sintered body, the temperature increase rate after the binder removal treatment is 20 ° C./hour or more, particularly 50 ° C. / Hour or more, optimally 100 ° C./hour or more, and the holding time at the firing temperature is 0.2 to 10 hours, particularly 0.5 to 5 hours, optimally 0.5 to 2 Time is desirable.

以上のような製造方法を採用することにより、本発明のガラスセラミック組成物から所望とするガラスセラミック焼結体を得ることができる。
By adopting the manufacturing method described above, it can be a glass ceramic composition of the present invention to obtain a desired and to Ruga Las ceramic sintered body.

ここで、本発明では、前記結晶相(a)および(b)が、1000℃以下の温度での焼成中に、前記ガラス粉末中から析出することが望ましく、これにより、ガラスの結晶化度が高められ、残留ガラス相(d)の含有量を少なくし、かつ焼結性を阻害することなく、焼結体中の結晶相の含有率を向上させることができることから、開気孔率を低下させると同時に、ヤング率と抗折強度を高めることができる。   Here, in the present invention, it is desirable that the crystal phases (a) and (b) are precipitated from the glass powder during firing at a temperature of 1000 ° C. or less, whereby the crystallinity of the glass is increased. Since the content of the crystal phase in the sintered body can be improved without increasing the content of the residual glass phase (d) and without inhibiting the sinterability, the open porosity is lowered. At the same time, Young's modulus and bending strength can be increased.

次に上記製造方法により得られるガラスセラミック焼結体に関して図1を基に説明する。即ち、このガラスセラミック焼結体は、(a)アスペクト比3以上の異方性結晶からなるセルシアン結晶相と、(b)フォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相の群から選ばれる少なくとも1種と、(c)アルミナ結晶相、ジルコニア結晶相のうち少なくとも1種の結晶相と、(d)BaOの含有量が質量%以下である残留ガラス相、とを含有してなり、かつ開気孔率が0.3%以下である。
It will be described based on FIG. 1 with respect to the resulting Ruga Las ceramic sintered body by the above production method. That is , this glass ceramic sintered body is selected from the group consisting of (a) a celsian crystal phase comprising an anisotropic crystal having an aspect ratio of 3 or more, and (b) a forsterite crystal phase, a spinel crystal phase, and an enstatite crystal phase. At least one kind, (c) at least one kind of crystal phase among alumina crystal phase and zirconia crystal phase, and (d) a residual glass phase having a BaO content of 8 % by mass or less, and open porosity of Ru der 0.3% or less.

結晶相(a)は、セルシアン結晶相であり、化学量論組成としてBaAlSiで表されるものである。本発明においては、このセルシアン結晶相として、アスペクト比が3以上、好ましくは4以上、さらに好ましくは5以上の異方性結晶(図1において11aで示す)を含有していることが、ガラスセラミック焼結体の破壊エネルギーを向上させることができる結果、抗折強度を向上できるという点で望ましい。尚、異方性結晶のアスペクト比とは、焼結体の断面SEMおよびEPMA分析によって観察されるセルシアン(BaAlSi)結晶相のうち、アスペクト比(長径/短径比)が大きいものから10個を選択したときの平均値を指し、特に針状晶11aは、長径1〜10μm、短径0.1〜2μm程の大きさであることが望ましく、特に、クラックの進展を偏向させて破壊エネルギーを向上させることにより抗折強度を向上させる点で針状晶11aがランダムに分散したものであることが望ましい。 The crystal phase (a) is a celsian crystal phase and is represented by BaAl 2 Si 2 O 8 as a stoichiometric composition. In the present invention, it is a glass ceramic that the celsian crystal phase contains an anisotropic crystal (shown as 11a in FIG. 1) having an aspect ratio of 3 or more, preferably 4 or more, and more preferably 5 or more. As a result of being able to improve the fracture energy of the sintered body, it is desirable in that the bending strength can be improved. The aspect ratio of the anisotropic crystal is large in the aspect ratio (major axis / minor axis ratio) of the celsian (BaAl 2 Si 2 O 8 ) crystal phase observed by the cross-sectional SEM and EPMA analysis of the sintered body. It means the average value when 10 are selected, and the needle-like crystal 11a is particularly desirable to have a major axis of 1 to 10 μm and a minor axis of 0.1 to 2 μm. It is desirable that the acicular crystals 11a are randomly dispersed in that the bending strength is improved by improving the breaking energy.

また、セルシアン結晶相(a)としては、異方性結晶11a以外に、粒状晶(図1において11bで示す)を含んでいてもよい。なお、ここでいう異方性結晶とは、結晶粒の形状が異方性を有していることを指し、具体的には針状や板状の形状を有していることを指す。   Further, the celsian crystal phase (a) may include granular crystals (indicated by 11b in FIG. 1) in addition to the anisotropic crystals 11a. In addition, the anisotropic crystal here refers to that the shape of a crystal grain has anisotropy, and specifically refers to having a needle-like or plate-like shape.

そして、上記セルシアン結晶相(a)が六方晶(hex)、もしくは六方晶(hex)と単斜晶(mon)両方の結晶相を含有してなり、X線回折測定にて得られるX線回折パ
ターンについて、右記式:I(hex)/I(mon) (式中、I(hex)は六方晶のメインピーク強度、I(mon)は単斜晶のメインピーク強度を示す)で表されるメインピーク強度比が3以上、好ましくは5以上、最も好適には7以上を示すことがガラスセラミック焼結体の抗折強度を向上できる点で望ましい。
And it becomes contain the celsian crystal phase (a) is hexagonal (hex), or hexagonal (hex) and monoclinic (mon) both crystalline phase, X-rays obtained by the X-ray diffraction measurement The diffraction pattern is represented by the right formula: I (hex) / I (mon) (where I (hex) is the hexagonal main peak intensity and I (mon) is the monoclinic main peak intensity). The main peak intensity ratio of 3 or more, preferably 5 or more, and most preferably 7 or more is desirable from the viewpoint of improving the bending strength of the glass ceramic sintered body.

即ち、六方晶は上記の異方性結晶11aを形成し、単斜晶は上記の粒状晶11bを形成する。従って、メインピーク強度比が上記範囲内であるときは、異方性結晶11aが多く析出しており、この結果、焼結体の抗折強度を高めることができる。   That is, the hexagonal crystal forms the anisotropic crystal 11a, and the monoclinic crystal forms the granular crystal 11b. Therefore, when the main peak intensity ratio is within the above range, a large amount of anisotropic crystal 11a is precipitated, and as a result, the bending strength of the sintered body can be increased.

なお、六方晶とはJCPDSカード28−0124の結晶相を示し、単斜晶とは、同38−1450の結晶相を示し、それぞれのメインピークとは、X線回折図において、これら結晶相の最も強度の高いピークを意味し、六方晶のメインピークは、d値が3.900のピークに対応し、単斜晶のメインピークは、d値が3.355のピークに対応する。従って、上記のピーク強度比は、I(d=3.900)/I(d=3.355)として算出される。   The hexagonal crystal indicates the crystal phase of JCPDS card 28-0124, the monoclinic crystal indicates the crystal phase of 38-1450, and each main peak is the X-ray diffraction diagram of these crystal phases. It means the peak with the highest intensity. The hexagonal main peak corresponds to a peak with a d value of 3.900, and the monoclinic main peak corresponds to a peak with a d value of 3.355. Therefore, the peak intensity ratio is calculated as I (d = 3.900) / I (d = 3.355).

次に、結晶相(b)は、フォルステライト結晶相、スピネル結晶相、エンスタタイト結晶相、の群から選ばれる少なくとも1種であり(図1において符号12)、化学量論組成としてそれぞれ、MgSiO、MgAl、MgSiOで表される化学組成を有する。これらの結晶相は単結晶としてのヤング率が高いことから、これらの結晶相を析出させることによりガラスセラミック焼結体のヤング率を高めることができる。 Next, the crystal phase (b) is at least one selected from the group of forsterite crystal phase, spinel crystal phase, and enstatite crystal phase (reference numeral 12 in FIG. 1), and the stoichiometric composition is Mg, respectively. It has a chemical composition represented by 2 SiO 4 , MgAl 2 O 4 , MgSiO 3 . Since these crystal phases have a high Young's modulus as a single crystal, it is possible to increase the Young's modulus of the glass ceramic sintered body by precipitating these crystal phases.

また、この結晶相(b)は平均粒径1μm以下であることが好ましい。このような微結晶を焼結体中に分散させることにより、焼結体組織を微細化、緻密化できることから、抗折強度を高めることができる。   The crystal phase (b) preferably has an average particle size of 1 μm or less. By dispersing such fine crystals in the sintered body, the structure of the sintered body can be refined and densified, so that the bending strength can be increased.

さらに結晶相(c)は、前記セラミック粉末に起因するセラミック結晶相であり、特に、アルミナ、ジルコニアのうち少なくとも1種の結晶相である(図1において符号13)。かかる結晶相(c)は、上述の様に、ガラスセラミック焼結体の抗折強度と耐薬品性を向上させる効果がある。   Furthermore, the crystal phase (c) is a ceramic crystal phase resulting from the ceramic powder, and in particular, is at least one crystal phase of alumina and zirconia (reference numeral 13 in FIG. 1). As described above, the crystal phase (c) has an effect of improving the bending strength and chemical resistance of the glass ceramic sintered body.

さらに、ガラスセラミック焼結体の抗折強度、ヤング率、誘電率、誘電損失が損なわれない限りにおいて、上記以外の他のセラミック結晶相、例えばCaAlSi、SrAlSi、CaMgSi、SrMgSi、BaMgSi、ZrSiO、CaMgSi、CaSiO、CaZrO、SrSiO、BaSiO、YAlO、YAl、BaY、YZr12、YZrO11等を含有していても差し支えない。
Furthermore, the bending strength of the glass ceramic sintered body, the Young's modulus, dielectric constant, as long as the dielectric loss is not impaired, other ceramic crystal phases other than the above, for example, CaAl 2 Si 2 O 8, SrAl 2 Si 2 O 8 , Ca 2 MgSi 2 O 7 , Sr 2 MgSi 2 O 7 , Ba 2 MgSi 2 O 7 , ZrSiO 4 , CaMgSi 2 O 6 , CaSiO 3 , CaZrO 3 , SrSiO 3 , BaSiO 3 , YAlO 3 , Y 4 Al 2 O 9 , BaY 2 O 4 , Y 4 Zr 3 O 12 , Y 6 ZrO 11 or the like may be contained.

また、そのガラスセラミック焼結体中に、AO(A:アルカリ金属元素)が0.04質量%以上含まれていてもよく、焼結体の絶縁性を損なわないという点で、0.8質量%以下、特には、0.08〜0.4質量%がより望ましい。
Further, in the glass ceramic sintered body of that, A 2 O (A: alkali metal element) may be contained 0.04 wt%, in that it does not impair the insulating properties of the sintered body, 0 .8% by mass or less, and more preferably 0.08 to 0.4% by mass.

なお、前記したように、ガラスセラミック組成物である混合粉末が、PbO、CdO、Asを実質的に含有しないことが、環境負荷を低減し、高い絶縁性を得るために望ましいとしたと同様、この焼結体においても、上記金属酸化物を実質的に含有しないことが望ましい。 As described above, it is desirable that the mixed powder, which is a glass ceramic composition, does not substantially contain PbO, CdO, As 2 O 3 in order to reduce environmental burden and obtain high insulation. Similarly to this, it is desirable that this sintered body does not substantially contain the metal oxide.

さらに、図1中、残留ガラス相(d)は、前記ガラス粉末と前記セラミック粉末の混合粉末を成形、焼成することにより、前記ガラス粉末中から、焼成中に結晶相(a)(b)を析出した後に焼結体中に非晶質のガラス相として残留する相である(図1において符号RG)。   Further, in FIG. 1, the residual glass phase (d) is obtained by forming and firing the mixed powder of the glass powder and the ceramic powder, thereby changing the crystal phase (a) and (b) from the glass powder during firing. This is a phase that remains as an amorphous glass phase in the sintered body after precipitation (reference numeral RG in FIG. 1).

また、この残留ガラス相(d)中のBaOの含有量が質量%以下であることが、低い誘電損失を実現する上でよい。即ち、残留ガラス相(d)中に含まれるBaOの量を低減することにより、特に高周波での誘電損失を低下させることができる。
Further, the content of BaO in the residual glass phase (d) is not more than 8 wt% may in order to achieve a low dielectric loss. That is, by reducing the amount of BaO contained in the residual glass phase (d), it is possible to reduce dielectric loss particularly at high frequencies.

従って、その含有量が上記範囲よりも多い場合には、ガラスセラミック焼結体の誘電損失が大きくなり望ましい範囲を逸脱する。BaOの含有量の特に望ましい範囲は、8質量%以下、最適には4質量%以下である。   Therefore, when the content is larger than the above range, the dielectric loss of the glass ceramic sintered body becomes large and deviates from a desirable range. A particularly desirable range of the BaO content is 8% by mass or less, and optimally 4% by mass or less.

また、のガラスセラミック焼結体では、その開気孔率が0.3%以下である。即ち、緻密なガラスセラミック焼結体とすることにより、抗折強度、ヤング率を高めることができると同時に、後述する微細な薄膜配線層を均一な厚みで精度よく形成できる。
Further, the glass-ceramic sintered body this, the open porosity of Ru der 0.3% or less. That is, by using a dense glass ceramic sintered body, the bending strength and Young's modulus can be increased, and at the same time, a fine thin-film wiring layer to be described later can be formed with a uniform thickness with high accuracy.

開気孔率が上記範囲よりも大きい場合には、抗折強度、ヤング率の値が、望ましい範囲よりも低下する恐れがあり、また、前記薄膜配線層を均一な厚みで精度良く形成することが難しくなる。開気孔率の特に望ましい範囲は0.25%以下、最適には0.2%以下である。   When the open porosity is larger than the above range, the bending strength and Young's modulus may be lower than desired ranges, and the thin film wiring layer can be formed with a uniform thickness and high accuracy. It becomes difficult. A particularly desirable range of open porosity is 0.25% or less, and optimally 0.2% or less.

そして、上述のガラスセラミック焼結体においては、以上詳述してきた様な構成とすることにより、800MHz〜10GHzにおける比誘電率が9以下、特に8.5以下、最適には8.0以下、また同周波数帯域における誘電損失が0.002以下、特に0.0018以下、最適には0.0015以下とすることができ、また、測定周波数を1MHzとした場合には、誘電損失の値を0.001以下、特に0.0008以下、最適には0.0005以下とすることができる。
And in the above-mentioned glass-ceramic sintered compact, by setting it as the structure explained in full detail above, the relative dielectric constant in 800 MHz-10 GHz is 9 or less, Especially 8.5 or less, Optimally 8.0 or less, The dielectric loss in the same frequency band can be 0.002 or less, particularly 0.0018 or less, and optimally 0.0015 or less. When the measurement frequency is 1 MHz, the dielectric loss value is 0. 0.001 or less, particularly 0.0008 or less, and optimally 0.0005 or less.

さらに、ヤング率が100GPa以上、特に120GPa以上、最適には140GPa以上、抗折強度が280GPa以上、特に300MPa以上、最適には320MPa以上とすることができる。   Furthermore, the Young's modulus can be 100 GPa or more, particularly 120 GPa or more, optimally 140 GPa or more, and the bending strength can be 280 GPa or more, particularly 300 MPa or more, optimally 320 MPa or more.

次に、上述したガラスセラミック焼結体は、各種配線基板の絶縁基板として極めて有用である。図2には、このような配線基板として代表的な電気素子収納用パッケージを例にとって、その概略断面図を示した。
Next, glass ceramic sintered body described above, is very useful as an insulating substrate for various wiring board. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a typical electrical element storage package as an example of such a wiring board.

図2において、このパッケージAは、複数の絶縁層1a〜1dからなる絶縁基板1を備えており、この絶縁基板1の表面及び内部には、銀、銅、金等の低抵抗金属から成る配線層2が形成されている。また、上記の配線層2を電気的に接続するためのビアホール導体3が、絶縁層1a〜1dを貫通するように形成されている。このビアホール導体3は、金、銀、銅等の低抵抗金属を含有している。さらに、パッケージAの下面には複数の接続用電極4が配列されており、この接続用電極4は、プリント基板等の外部回路基板Bの接続用電極8と接続されている。なお電気素子としてはSiやGaAsなどの半導体素子やSAWデバイスなどの素子が含まれる。   In FIG. 2, the package A includes an insulating substrate 1 composed of a plurality of insulating layers 1a to 1d, and a wiring made of a low resistance metal such as silver, copper, or gold on the surface and inside of the insulating substrate 1. Layer 2 is formed. A via-hole conductor 3 for electrically connecting the wiring layer 2 is formed so as to penetrate the insulating layers 1a to 1d. The via-hole conductor 3 contains a low resistance metal such as gold, silver, or copper. Further, a plurality of connection electrodes 4 are arranged on the lower surface of the package A, and the connection electrodes 4 are connected to connection electrodes 8 of an external circuit board B such as a printed circuit board. The electric element includes a semiconductor element such as Si or GaAs or an element such as a SAW device.

絶縁基板1の上面中央部には、電気素子等のデバイス5がガラス、アンダーフィル剤等の接着剤(図示せず)を介して接着固定され、このデバイス5の表面はポッティング剤等からなる封止樹脂7により封止されている。デバイス5は配線層2とワイヤボンディング6等を介して電気的に接続され、従って、デバイス5と、絶縁基板1の下面に形成された複数の接続用電極4とは、配線層2およびビアホール導体3を介して電気的に接続されている。   At the center of the upper surface of the insulating substrate 1, a device 5 such as an electric element is bonded and fixed via an adhesive (not shown) such as glass or an underfill agent, and the surface of the device 5 is sealed with a potting agent or the like. Sealed with a stop resin 7. The device 5 is electrically connected to the wiring layer 2 through the wire bonding 6 or the like. Therefore, the device 5 and the plurality of connection electrodes 4 formed on the lower surface of the insulating substrate 1 are connected to the wiring layer 2 and via-hole conductors. 3 is electrically connected.

このように、絶縁基板1を、上述したガラスセラミック焼結体を用いて形成することにより、絶縁基板1の抗折強度、ヤング率を高めることができると同時に、誘電率と誘電損失を低減することができる結果、パッケージAの機械的信頼性と高周波特性、特に伝送特性を高めることができる。
Thus, by forming the insulating substrate 1 using the glass ceramic sintered body described above, the bending strength and Young's modulus of the insulating substrate 1 can be increased, and at the same time, the dielectric constant and the dielectric loss are reduced. As a result, the mechanical reliability and high-frequency characteristics, particularly the transmission characteristics, of the package A can be improved.

また、絶縁基板1は、1000℃以下の低温焼成によって作成することができるため、金、銀、銅の群から選ばれる少なくとも1種の低抵抗金属を特に主成分とする低抵抗導体を用いての同時焼成により配線層2を形成することができる。従って、配線層2を低抵抗化でき信号の遅延を小さくできる。   Moreover, since the insulating substrate 1 can be produced by low-temperature firing at 1000 ° C. or lower, a low-resistance conductor that has at least one low-resistance metal selected from the group of gold, silver, and copper as a main component is used. The wiring layer 2 can be formed by simultaneous firing. Therefore, the resistance of the wiring layer 2 can be reduced and the signal delay can be reduced.

なお、図2においては、デバイス5はワイヤボンディング6を介して配線層2と接続されているが、デバイス5を半田等により、絶縁基板1表面の配線層2に直接接続する、いわゆるフリップチップ実装をすることもできる。更に封止樹脂7を用いず、絶縁基板1の表面にキャビティを形成してデバイス5を収納し、封止金具(図示せず。)等を用い、蓋体によってデバイス5が収納されたキャビティを封止することもできる。また、必要に応じて各種放熱板を、絶縁基板表面にロウ材を介して被着形成することも可能である。   In FIG. 2, the device 5 is connected to the wiring layer 2 via the wire bonding 6, but the so-called flip chip mounting in which the device 5 is directly connected to the wiring layer 2 on the surface of the insulating substrate 1 by soldering or the like. You can also Further, without using the sealing resin 7, a cavity is formed on the surface of the insulating substrate 1 to store the device 5, and a sealing metal fitting (not shown) or the like is used to form a cavity in which the device 5 is stored by the lid. It can also be sealed. Further, if necessary, various heat sinks can be deposited on the surface of the insulating substrate via a brazing material.

上述のガラスセラミック焼結体から成る絶縁基板1はヤング率が100GPa以上と高いことから、この絶縁基板1に封止金具や放熱板等を被着形成しても絶縁基板1の変形や反りを抑制でき、さらに、抗折強度が280MPa以上と高いことから、封止金具や放熱板等を被着形成した場合や、落下試験等による絶縁基板1の破壊を抑止することができる結果、非常に優れた機械的信頼性を得ることが可能である。
Since the insulating substrate 1 made of the glass ceramic sintered body has a high Young's modulus of 100 GPa or more, the insulating substrate 1 can be deformed or warped even if a sealing metal fitting, a heat sink, or the like is formed on the insulating substrate 1. Furthermore, since the bending strength is as high as 280 MPa or more, it is possible to suppress the breakdown of the insulating substrate 1 when a sealing metal fitting, a heat sink, or the like is deposited, or due to a drop test or the like. It is possible to obtain excellent mechanical reliability.

上記パッケージのような配線基板は、前述したガラスセラミック焼結体を製造するのと同様にして製造することができる。即ち、前述したガラス粉末とセラミック粉末とを一定の量比で混合した混合粉末を用いて成形用スラリーを調製し、この成形用スラリーを用いて、例えば厚みが50〜500μmのセラミックグリーンシート(絶縁層1a〜1d用のシート)を成形する。   A wiring board such as the above-described package can be manufactured in the same manner as the above-described glass ceramic sintered body is manufactured. That is, a molding slurry is prepared using a mixed powder obtained by mixing the glass powder and ceramic powder described above in a certain quantitative ratio, and a ceramic green sheet (insulating) having a thickness of, for example, 50 to 500 μm is prepared using the molding slurry. Sheets for layers 1a-1d) are formed.

このグリーンシートの所定位置にスルーホールを形成し、このスルーホール内に、銅や銀、金等の低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。また、表面に配線層2が形成される絶縁層に対応するグリーンシートの表面には、上記の導体ペーストを用いて、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を用いて配線層2の厚みが5〜30μmとなるように、配線パターンを印刷塗布する。   A through hole is formed at a predetermined position of the green sheet, and a conductive paste containing a low resistance metal such as copper, silver, or gold is filled in the through hole. Further, on the surface of the green sheet corresponding to the insulating layer on which the wiring layer 2 is formed, the wiring layer 2 using the above-mentioned conductor paste and a known printing method such as a screen printing method or a gravure printing method. The wiring pattern is printed and applied so that the thickness of the film becomes 5 to 30 μm.

そして、上記のようにして作成された複数のグリーンシートを位置合わせして積層圧着し、次いで、大気中、あるいは水蒸気を含有した窒素雰囲気中にて450〜750℃の温度にて脱バインダ処理した後、1000℃以下の大気中または窒素雰囲気で焼成することにより、配線層2を備えた絶縁基板1が作製される。   Then, the plurality of green sheets prepared as described above were aligned and laminated and pressure-bonded, and then subjected to binder removal treatment at a temperature of 450 to 750 ° C. in the atmosphere or in a nitrogen atmosphere containing water vapor. Then, the insulating substrate 1 provided with the wiring layer 2 is produced by firing in the air at 1000 ° C. or lower or in a nitrogen atmosphere.

なお、脱バインダ雰囲気や焼成雰囲気は、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例えば、銅を配線導体として用いた場合には大気中での焼成により酸化するため、窒素雰囲気中にて脱バインダ或いは焼成が行なわれる。   Note that the binder removal atmosphere and firing atmosphere are appropriately determined according to the type of low-resistance metal used. For example, when copper is used as the wiring conductor, it is oxidized by firing in the air. Binder removal or firing is performed.

上記のようにして形成された絶縁基板1の表面に、半導体素子等のデバイス5を搭載し、配線層2と信号の伝達が可能なように接続される。先にも述べた通り、配線層2上にデバイス5を直接搭載させて両者を接続することもできるし、あるいはワイヤボンディング6を用いてデバイス5と絶縁基板1表面の配線層2とを接続させることもできる。また、フリップチップ実装などにより、両者を接続することも可能である。   A device 5 such as a semiconductor element is mounted on the surface of the insulating substrate 1 formed as described above, and is connected to the wiring layer 2 so that signals can be transmitted. As described above, the device 5 can be directly mounted on the wiring layer 2 to connect them, or the device 5 and the wiring layer 2 on the surface of the insulating substrate 1 are connected using the wire bonding 6. You can also Moreover, it is also possible to connect both by flip chip mounting.

さらに、デバイス5が搭載された絶縁基板1表面に、封止樹脂7を塗布して硬化させるか、絶縁基板1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蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、デバイス5を気密に封止することができ、これによりパッケージAを作製することができる。また、必要に応じて各種放熱板を、絶縁基板表面にロウ材を介して被着形成することも可能である。   Further, the sealing resin 7 is applied to the surface of the insulating substrate 1 on which the device 5 is mounted and cured, or from the same type of insulating material as the insulating substrate 1, other insulating materials, or a metal with good heat dissipation. The device 5 can be hermetically sealed by bonding the lid body to be formed with an adhesive such as glass, resin, or brazing material, whereby the package A can be manufactured. Further, if necessary, various heat sinks can be deposited on the surface of the insulating substrate via a brazing material.

このように、上述のガラスセラミック焼結体は、1000℃以下の低温での焼成により製造することができるため、かかるガラスセラミック焼結体を絶縁基板材料として用いることにより、金、銀、銅等の低抵抗導体との同時焼成により、これら低抵抗導体から成る配線層と絶縁基板とを一体的に製造することができ、各種配線基板の生産効率を高めることができる。
Thus, since the above-mentioned glass ceramic sintered body can be manufactured by firing at a low temperature of 1000 ° C. or lower, by using such a glass ceramic sintered body as an insulating substrate material, gold, silver, copper, etc. By simultaneous firing with the low-resistance conductor, the wiring layer made of these low-resistance conductors and the insulating substrate can be integrally manufactured, and the production efficiency of various wiring boards can be increased.

また、上述のガラスセラミック焼結体は、高い抗折強度と高いヤング率を有し、優れた機械的信頼性を発現するため、上記のような絶縁基板1の厚みを0.5mm以下、特に0.4mm以下、更には0.2mm以下とすることもでき、薄型で且つ機械的信頼性の高い配線基板の製造にも有用である。
Moreover, since the above-mentioned glass ceramic sintered body has a high bending strength and a high Young's modulus and exhibits excellent mechanical reliability, the thickness of the insulating substrate 1 as described above is 0.5 mm or less, particularly It can also be 0.4 mm or less, and further 0.2 mm or less, and is useful for manufacturing a thin and highly reliable wiring board.

さらに、特に高周波における誘電率と誘電損失が低いため、高周波信号の損失が小さく、高周波特性に優れるため、例えば、携帯電話等で用いられる高周波用部品を搭載するモジュール基板等にも好適に使用可能である。   Furthermore, since the dielectric constant and dielectric loss at high frequencies are particularly low, the loss of high-frequency signals is small and the high-frequency characteristics are excellent. It is.

以上詳述した通り、本発明に従い、少なくともSiO:20〜60質量%、B:2〜30質量%、Al:5〜25質量%、MgO:8〜35質量%、BaO:10〜35質量%、を必須成分として含有し、かつMgO/SiOの質量比が0.20〜0.85であり、かつ、実質的にZnOおよびTiOを含有しないガラス粉末:35〜80質量%と、セラミック粉末:20〜65質量%、とを含有することを特徴とするガラスセラミック組成物を1000℃以下の低温で焼成可能であるため、金、銀、銅等の低抵抗金属との同時焼成が可能であり、小さい開気孔率を達成し、かつ、高い抗折強度、高いヤング率、低い誘電率、低い誘電損失を有する焼結体を得ることができる。 As detailed above, according to the present invention, at least SiO 2 : 20 to 60% by mass, B 2 O 3 : 2 to 30% by mass, Al 2 O 3 : 5 to 25% by mass, MgO: 8 to 35% by mass, Glass powder containing BaO: 10 to 35% by mass as an essential component, MgO / SiO 2 mass ratio of 0.20 to 0.85, and substantially free of ZnO and TiO 2 : 35 Since glass ceramic composition characterized by containing -80 mass% and ceramic powder: 20-65 mass% can be baked at low temperature of 1000 degrees C or less, it is low resistance, such as gold | metal | money, silver, copper A sintered body that can be co-fired with a metal, achieves a small open porosity, and has high bending strength, high Young's modulus, low dielectric constant, and low dielectric loss can be obtained.

また、上記のガラスセラミック焼結体を配線基板における絶縁基板として用いることによって基板強度を高め、落下試験等に耐えうる高信頼性の配線基板が得ることができ、また、特に高周波での誘電率、誘電損失が低いことから、良好な高周波特性を示す絶縁基板を得ることができるため、あらゆる配線基板に好適に使用される。
Further, by using the above glass ceramic sintered body as an insulating substrate in a wiring substrate, it is possible to obtain a highly reliable wiring substrate that can withstand a drop test and the like, and a dielectric constant particularly at a high frequency. Since the dielectric loss is low, an insulating substrate exhibiting good high frequency characteristics can be obtained, so that it is suitably used for any wiring substrate.

以下、薄膜配線基板について、実施例を示す添付図面に基づき詳細に説明する。図3は、配線基板の応用の一例である半導体素子収納用パッケージの表面に形成される薄膜配線層Yの構造を説明するための一部拡大断面図である。
Hereinafter, the thin film wiring board, based on the accompanying drawings which illustrate an embodiment will be described in detail. Figure 3 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the structure of the thin-film wiring layer Y formed on the surface of the semiconductor device package for housing, which is an example of the application of the wiring substrate.

薄膜配線基板Cは、配線基板Xとその表面に形成される薄膜金属層14と薄膜絶縁層15との積層構造からなる薄膜配線層Yとから構成され、薄膜配線層Yは配線基板Xの表面に、薄膜金属層−薄膜絶縁層−・・・−薄膜絶縁層−薄膜金属層の順で、薄膜金属層と薄膜絶縁層とが交互に積層された構造からなり、図3によれば薄膜金属層14a、14b、14cが形成されており、薄膜絶縁層15の一部が除去された位置にて、薄膜金属層14a−14b、14b−14cとが電気的に接続された構造からなる。そして、デバイス5である半導体素子5の電極端子16は、この薄膜配線層Yの最表面の薄膜金属層14aに実装接続されている。   The thin film wiring substrate C includes a wiring substrate X and a thin film wiring layer Y having a laminated structure of a thin film metal layer 14 and a thin film insulating layer 15 formed on the surface of the wiring substrate X. The thin film wiring layer Y is a surface of the wiring substrate X. In addition, the thin film metal layer-thin film insulation layer --- thin film insulation layer-thin film metal layer are laminated in this order, and according to FIG. The layers 14a, 14b, and 14c are formed, and the thin film metal layers 14a-14b and 14b-14c are electrically connected at a position where a part of the thin film insulating layer 15 is removed. The electrode terminal 16 of the semiconductor element 5 as the device 5 is mounted and connected to the thin-film metal layer 14a on the outermost surface of the thin-film wiring layer Y.

記配線基板Xを構成する絶縁基板17を、上述した開気孔率の小さい上述のガラスセラミック焼結体を用いて形成することにより、上記絶縁基板17の表面を平滑にできる結果、その表面に銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも1種から選ばれる金属を含有する、例えば、配線幅20μm以下、特に15μm以下、配線間の間隔が20μm以下、特に10μm以下の微細な薄膜金属層14を均一な厚みで精度よく形成できることから、高い抗折強度と、高いヤング率、低い誘電率と低い誘電損失を兼ね備えた、薄
膜配線層Yが形成された薄膜配線基板Cを作製することができる。
The insulating substrate 17 constituting the front Symbol wiring board X, by forming a glass ceramic sintered body of low above the open porosity described above, a result of the surface can be smooth in the insulating substrate 17, on its surface A fine thin-film metal containing a metal selected from at least one selected from the group consisting of copper, silver, gold, and aluminum, for example, a wiring width of 20 μm or less, particularly 15 μm or less, and an interval between wirings of 20 μm or less, particularly 10 μm or less. Since the layer 14 can be accurately formed with a uniform thickness, a thin film wiring substrate C on which the thin film wiring layer Y is formed, which has a high bending strength, a high Young's modulus, a low dielectric constant, and a low dielectric loss, is produced. Can do.

即ち、絶縁基板17の開気孔率が前述の範囲を越えると、上記薄膜配線層Yの位置精度が低下して、微細配線が形成できないとともに、配線層の厚みや配線の幅のばらつきが大きくなり、配線層内を伝送する信号のインピーダンス特性が悪化し、最悪の場合オープンやショート不良の原因となる。   That is, when the open porosity of the insulating substrate 17 exceeds the above range, the positional accuracy of the thin film wiring layer Y is lowered, fine wiring cannot be formed, and variations in the wiring layer thickness and wiring width increase. The impedance characteristics of the signal transmitted through the wiring layer deteriorate, and in the worst case, it may cause an open or short circuit failure.

さらには、絶縁基板17に上述のガラスセラミック焼結体を用いることにより、開気孔だけでなく閉気孔も低減することが可能であり、そのため、特に研磨加工を行うことにより、研磨面の表面粗さ(Ra)を0.1μm以下、特に0.07μm以下、最適には0.05μm以下、研磨面に存在する気孔の面積率を10%以下、特に8%以下、最適には5%以下とすることができる。
Furthermore, it is possible to reduce not only the open pores but also the closed pores by using the above-mentioned glass ceramic sintered body for the insulating substrate 17, and therefore the surface roughness of the polished surface can be reduced especially by performing a polishing process. (Ra) is 0.1 μm or less, particularly 0.07 μm or less, optimally 0.05 μm or less, and the area ratio of pores existing on the polished surface is 10% or less, particularly 8% or less, optimally 5% or less. can do.

一方、絶縁基板17表面の研磨工程を省いて生産性を高め、工程を簡略化するため、ガラスセラミックスの焼肌面での表面粗さ(Ra)が1.0μm以下、特に0.7μm以下であることが望ましい。   On the other hand, in order to omit the polishing process of the surface of the insulating substrate 17 to improve productivity and simplify the process, the surface roughness (Ra) of the surface of the glass ceramic is 1.0 μm or less, particularly 0.7 μm or less. It is desirable to be.

さらに、薄膜配線層Yにおける薄膜金属層14は、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも1種の低抵抗金属を含み、他の成分としてTi、W、Mo、Cr、Ni、Ta、Snの群から選ばれる少なくとも1種の金属層が複数に積層された構造からなることが望ましい。なお、上記の薄膜金属層14のうち、配線基板Xの表面に直接形成される薄膜金属層14c中に接着強度を高めるために0.1〜3μm、特に0.3〜1.5μmの厚みのWもしくはMoを含有する金属層を形成することが望ましく、これによって薄膜金属層14の配線基板への密着強度を高めることができる。   Furthermore, the thin film metal layer 14 in the thin film wiring layer Y contains at least one low resistance metal selected from the group of copper, silver, gold, and aluminum, and includes Ti, W, Mo, Cr, Ni, Ta as other components. It is desirable that at least one metal layer selected from the Sn group has a structure in which a plurality of layers are stacked. Of the thin film metal layer 14, the thickness of the thin film metal layer 14c directly formed on the surface of the wiring board X is 0.1 to 3 μm, particularly 0.3 to 1.5 μm in order to increase the adhesive strength. It is desirable to form a metal layer containing W or Mo, whereby the adhesion strength of the thin film metal layer 14 to the wiring board can be increased.

また、上記W,Mo含有層は、Wおよび/またはMoを50重量%以上、特に70重量%以上含有することが望ましく、特にTiとの合金層からなることが望ましい。   Further, the W, Mo-containing layer preferably contains W and / or Mo in an amount of 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more, and particularly preferably an alloy layer with Ti.

また、薄膜金属層14cは、銅層とW,Mo含有層との積層体でもよいが、配線基板Xにおける絶縁基板17との接着力を高める上で、配線基板X表面に厚さ0.05〜0.5μmのTi層を介してW,Mo含有層を積層し、さらに主導体層として厚さ1〜10μmのCu含有層を形成し、全体として1.5〜15μmの厚みとすることが望ましい。また、薄膜絶縁層15との密着性を高める上で絶縁膜と接触する表面にCr層を形成してもよい。   The thin metal layer 14c may be a laminated body of a copper layer and a W, Mo-containing layer. However, in order to increase the adhesive force between the wiring substrate X and the insulating substrate 17, a thickness of 0.05 on the surface of the wiring substrate X is provided. A W, Mo-containing layer is laminated through a Ti layer having a thickness of ˜0.5 μm, and a Cu-containing layer having a thickness of 1 to 10 μm is formed as the main conductor layer, so that the thickness is 1.5 to 15 μm as a whole. desirable. Further, a Cr layer may be formed on the surface in contact with the insulating film in order to improve the adhesion with the thin film insulating layer 15.

さらに薄膜金属層14a,14bとしては、少なくとも1〜10μmのCu、AgおよびAuの群から選ばれる少なくとも1種の金属層を含み、さらに、Ti、W、Mo、Cr、Ni、Taの群から選ばれる少なくとも1種の金属層を具備することが望ましく、特に、Cu層と薄膜絶縁層15との間にCr層を介在させることによって絶縁膜との接着力を高めることができる。また、同様に薄膜金属層14a、14bの厚みは1.5〜15μmが適当である。   Furthermore, the thin film metal layers 14a and 14b include at least one metal layer selected from the group of Cu, Ag and Au of at least 1 to 10 μm, and further from the group of Ti, W, Mo, Cr, Ni and Ta. It is desirable to include at least one selected metal layer, and in particular, by interposing a Cr layer between the Cu layer and the thin film insulating layer 15, the adhesive force with the insulating film can be enhanced. Similarly, the thickness of the thin metal layers 14a and 14b is suitably 1.5 to 15 μm.

また、薄膜配線層Yにおける薄膜絶縁層15としては、ポリイミド系、エポキシ系の有機高分子材料などが用いることができるが、とりわけ、誘電率が低く、誘電損失が低い点でポリイミド系有機高分子材料を用いることが望ましい。なお、この薄膜絶縁層15の厚みは、5〜100μm、特に10〜50μmであることが望ましい。   In addition, as the thin film insulating layer 15 in the thin film wiring layer Y, a polyimide-based or epoxy-based organic polymer material can be used. In particular, the polyimide-based organic polymer is low in terms of low dielectric constant and low dielectric loss. It is desirable to use materials. The thickness of the thin film insulating layer 15 is preferably 5 to 100 μm, particularly 10 to 50 μm.

記の配線基板Xの主面に、薄膜配線層Yを形成する。この薄膜配線層Yは以下の工程によって形成される。
The main surface of the wiring board X above SL, a thin film wiring layer Y. The thin film wiring layer Y is formed by the following process.

(1)配線基板Xの上面全面に、所定の金属からなる薄膜金属層14をスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の薄膜法によって異なる蒸着源を用いながら複数の金属層からなる薄膜金属層14を1.5〜15μmの厚みで成膜する。次に、この薄膜上に感光性フォトレジストを一面に塗布する。そして周知のフォトリソグラフィー技術によりエッチングマスクを作成し、薄膜金属層14の一部を酸性エッチング液、あるいは反応ガス(CCl、BCl)を用いた反応性イオンドライエッチングにより不要部の薄膜金属層を除去して所定パターンの薄膜金属層14cを得る。この後、エッチングマスクを剥離により除去する。 (1) A thin film composed of a plurality of metal layers on the entire upper surface of the wiring board X using a different deposition source by a thin film method such as sputtering, ion plating, vacuum deposition, etc. The metal layer 14 is formed with a thickness of 1.5 to 15 μm. Next, a photosensitive photoresist is applied on the entire surface of the thin film. Then, an etching mask is prepared by a well-known photolithography technique, and an unnecessary portion of the thin film metal layer is formed on the thin film metal layer 14 by reactive ion dry etching using an acidic etchant or a reactive gas (CCl 4 , BCl 3 ). Is removed to obtain a thin film metal layer 14c having a predetermined pattern. Thereafter, the etching mask is removed by peeling.

(2)次に、薄膜金属層14cの上に、ポリイミド系などの有機高分子絶縁材料からなる薄膜絶縁層15を形成する。例えば、有機高分子材料のポリマー溶液を配線基板X上面にスピンコーティング法などによって均一に塗布し、有機高分子材料が硬化する温度に加熱する。 (2) Next, the thin film insulating layer 15 made of an organic polymer insulating material such as polyimide is formed on the thin film metal layer 14c. For example, a polymer solution of an organic polymer material is uniformly applied to the upper surface of the wiring board X by a spin coating method or the like, and heated to a temperature at which the organic polymer material is cured.

(3)次に、従来から周知のフォトリソグラフィー技術を用いて上下の薄膜金属層14を接続するための接続用スルーホールを形成する。 (3) Next, connection through holes for connecting the upper and lower thin film metal layers 14 are formed by using a conventionally well-known photolithography technique.

以上の(1)(2)(3)の工程を繰り返し実施することによって、所定の複数層の薄膜金属層14および薄膜絶縁層15を形成することができ、これによって本発明の薄膜配線基板Cを作製することができる。   By repeatedly performing the above steps (1), (2) and (3), a predetermined plurality of thin-film metal layers 14 and thin-film insulation layers 15 can be formed, whereby the thin-film wiring board C of the present invention. Can be produced.

まず、表1〜3に示す組成およびガラス転移点を有するガラス粉末(平均粒径はいずれも2μm)と表4〜6に示す4種のセラミック粉末(平均粒径はアルミナ、フォルステライト、エンスタタイトがそれぞれ2μm、ジルコニアが0.8μm)を準備した。   First, glass powder having the composition and glass transition point shown in Tables 1 to 3 (average particle size is 2 μm) and four ceramic powders shown in Tables 4 to 6 (average particle size is alumina, forsterite, enstatite) 2 μm and zirconia 0.8 μm).

そして、上記ガラス粉末とセラミック粉末を用いて、表4〜6の組成に従い混合し、この混合物に有機バインダ、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のシート状成形体を作製した。さらに、このシート状成形体を所望の厚さになるように複数枚積層し、60℃の温度で10MPaの圧力を加えて熱圧着した。   And using the said glass powder and ceramic powder, it mixed according to the composition of Tables 4-6, an organic binder, a plasticizer, and toluene were added to this mixture, and after preparing a slurry, doctor blade method was used using this slurry. Thus, a sheet-like molded body having a thickness of 300 μm was produced. Further, a plurality of the sheet-like molded bodies were laminated so as to have a desired thickness, and thermocompression bonding was performed by applying a pressure of 10 MPa at a temperature of 60 ° C.

得られた積層体を大気中、500℃で脱バインダ処理した後、200℃/時間で昇温して、大気中で表4〜6の条件にて焼成してガラスセラミック焼結体を得た。   The obtained laminate was treated to remove the binder at 500 ° C. in the air, then heated at 200 ° C./hour, and fired in the air under the conditions shown in Tables 4 to 6 to obtain a glass ceramic sintered body. .

次に、得られたガラスセラミック焼結体について、アルキメデス法により開気孔率を測定した。また、このガラスセラミック焼結体を3mm×4mm×50mmに加工し超音波パルス法にてヤング率を測定した。また、同一の試料を用いてオートグラフを用いてJIS R−1601に基づく3点曲げ強度を測定した。   Next, the open porosity of the obtained glass ceramic sintered body was measured by Archimedes method. Further, this glass ceramic sintered body was processed into 3 mm × 4 mm × 50 mm, and Young's modulus was measured by an ultrasonic pulse method. Moreover, the three-point bending strength based on JIS R-1601 was measured using the same sample using the autograph.

また、ガラスセラミック焼結体を50mm×50mm×1mmの大きさに加工し、誘電体充填空洞共振器法にて、2GHzにおける誘電率と誘電損失を測定した。さらに、20mmφ×1mmtに加工したセラミック焼結体の表裏面に、In−Gaペーストを塗布し、LCRメーターを使用して、1MHzにおける誘電損失を測定した。なお、このときサファイア基板の誘電損失を0とした。   Further, the glass ceramic sintered body was processed into a size of 50 mm × 50 mm × 1 mm, and the dielectric constant and dielectric loss at 2 GHz were measured by a dielectric-filled cavity resonator method. Furthermore, an In—Ga paste was applied to the front and back surfaces of the ceramic sintered body processed to 20 mmφ × 1 mmt, and dielectric loss at 1 MHz was measured using an LCR meter. At this time, the dielectric loss of the sapphire substrate was set to zero.

さらに、ガラスセラミック焼結体を粉砕し、結晶相をX線回折測定から同定し、メインピーク強度の大きさを比較した。   Furthermore, the glass ceramic sintered body was pulverized, the crystal phase was identified from the X-ray diffraction measurement, and the magnitude of the main peak intensity was compared.

また、BaAlSi結晶相に関しては、六方晶のメインピークをd=3.900とし、単斜晶のメインピークをd=3.355として、ピーク強度比I(d=3.900)/I(d=3.355)を算出した。 For the BaAl 2 Si 2 O 8 crystal phase, the hexagonal main peak is d = 3.900, the monoclinic main peak is d = 3.355, and the peak intensity ratio I (d = 3.900). ) / I (d = 3.355).

さらに、セラミック焼結体を鏡面研磨し、走査型電子顕微鏡(SEM)写真からBaAlSi結晶相(針状晶)のアスペクト比を算出した。これらの結果を表4〜6に示した。 Furthermore, the ceramic sintered body was mirror-polished, and the aspect ratio of the BaAl 2 Si 2 O 8 crystal phase (needle crystals) was calculated from a scanning electron microscope (SEM) photograph. These results are shown in Tables 4-6.

また、透過型電子顕微鏡に付属するX線マイクロアナライザー(TEM−XMA)を用いて、残留ガラス相のBaOの含有量を測定した。以上の測定結果を表4〜6に示した。   Further, the BaO content of the residual glass phase was measured using an X-ray microanalyzer (TEM-XMA) attached to the transmission electron microscope. The above measurement results are shown in Tables 4-6.

一方、比較例として表1に示したガラスN、Pを用いて同様に評価を行った。さらに、セラミック粉末として上記結晶相(c)に代わり、石英ガラスを用いて同様の評価を行った。結果を表4〜6に示す。   On the other hand, it evaluated similarly using the glass N and P shown in Table 1 as a comparative example. Furthermore, the same evaluation was performed using quartz glass as the ceramic powder instead of the crystal phase (c). The results are shown in Tables 4-6.

なお、表中に示す析出結晶相は、H:セルシアン(六方晶)、M:セルシアン(単斜晶)、Fo:フォルステライト、SP:スピネル、En:エンスタタイト、A:アルミナ、Z:ジルコニア、DI:ディオプサイト(CaMgSi)、An:アノーサイト(CaAlSi)、YZ:YZrO11として略記している。

Figure 0005057644
The precipitated crystal phases shown in the table are H: celsian (hexagonal), M: celsian (monoclinic), Fo: forsterite, SP: spinel, En: enstatite, A: alumina, Z: zirconia, Abbreviated as DI: diopsite (CaMgSi 2 O 6 ), An: anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ), YZ: Y 6 ZrO 11 .
Figure 0005057644

Figure 0005057644
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表1〜6の結果から明らかなように、本発明のガラスセラミック組成物を用いて、1000℃以下の焼成にて得られたガラスセラミック焼結体である試料No.2〜20、22〜29、34〜52、54〜63、64〜85については、前述した結晶相(a)〜(c)に相当する結晶相を含有し、残留ガラス(d)中のBaOの含有量が質量%以下となり、開気孔率が0.3%以下であった。
As is apparent from the results of Tables 1 to 6, Sample No. which is a glass ceramic sintered body obtained by firing at 1000 ° C. or lower using the glass ceramic composition of the present invention. About 2-20 , 22-29 , 34-52 , 54-63 , 64-85 , the crystal phase corresponding to the crystal phase (a)-(c) mentioned above is contained, and in residual glass (d) The BaO content was 8 % by mass or less, and the open porosity was 0.3% or less.

また、これらの試料では、2GHzでの誘電損失が0.002以下の低い値となった。
In these samples, the dielectric loss at 2 GHz was a low value of 0.002 or less .

またこれらの試料については、X線回折測定における六方晶(hex.)と単斜晶(mon.)とのメインピークの強度比I(hex.)/I(mon.)が3以上であり、セルシアン結晶相(a)が少なくともアスペクト比が5以上の針状晶を含み、ヤング率が122GPa以上、抗折強度が280MPa以上、2GHzにおける誘電率が以下であった。
Further, for these samples, hexagonal in X-ray diffraction measurement (hex.) And monoclinic (mon.) And the main peak intensity ratio I of (hex.) / I (mon .) There are at least 3 comprises celsian crystal phase (a) is at least an aspect ratio of 5 or more needles, a Young's modulus of 1 22 GPa or more, flexural strength than 280 MPa, dielectric constant at 2GHz 8. It was 5 or less.

一方、ガラス粉末の量が、本発明の80重量%よりも多い試料No.1では、フィラーが不充分で抗折強度が280MPa未満となり、逆に、ガラス粉末の量が本発明の35質量%未満の試料No.30では、1000℃以下の温度で緻密な焼結体を得ることができなかった。   On the other hand, the amount of the glass powder is more than 80% by weight of the sample No. In No. 1, the filler was insufficient and the bending strength was less than 280 MPa. In No. 30, a dense sintered body could not be obtained at a temperature of 1000 ° C. or lower.

また、試料No.21、53は、結晶相(c)のいずれをも含有しないことから、ヤング率が100GPaよりも低く、抗折強度が280MPaよりも低く、かつ2GHzにおける誘電損失が0.002よりも大きいものとなった。   Sample No. 21 and 53 do not contain any of the crystal phase (c), so that the Young's modulus is lower than 100 GPa, the bending strength is lower than 280 MPa, and the dielectric loss at 2 GHz is higher than 0.002. became.

さらに、ガラス粉末として所定量の本発明の組成範囲外にあるガラスN、Pを用いた試料No.31、33では、いずれも2GHzにおける誘電損失が0.002よりも大きくなった。   Furthermore, sample No. using glass N and P which are outside the composition range of this invention as glass powder of predetermined amount. In both 31 and 33, the dielectric loss at 2 GHz was larger than 0.002.

実施例1の試料No.16の試料の原料粉末に対して、アクリル系バインダと可塑剤とトルエンを添加、混合し、ドクターブレード法によって厚み250μmのシート状成形体を作製した。次に、該シート状成形体の所定位置にビアホールを形成し、銅を主成分とする導体ペーストを充填した後、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを用いてシート状成形体の表面に配線パターンを形成した。   Sample No. 1 of Example 1 An acrylic binder, a plasticizer, and toluene were added to and mixed with the raw material powder of 16 samples, and a sheet-like molded body having a thickness of 250 μm was produced by a doctor blade method. Next, a via hole is formed at a predetermined position of the sheet-shaped molded body, and after filling a conductor paste mainly composed of copper, a wiring pattern is formed on the surface of the sheet-shaped molded body using the conductor paste by a screen printing method. Formed.

そして、前記配線パターンを形成したシート状成形体を位置合わせしながら4枚積層、熱圧着した。この積層体をN/HO雰囲気中、700℃で脱バインダ処理した後、200℃/時間で昇温し、N/HO雰囲気中、900℃で1時間焼成して銅を主成分とする配線層を具備し、外形寸法5mm□×0.8mmtのキャビティ構造を有する配線基板を100個作製した。 And 4 sheets were laminated | stacked and thermocompression bonded, aligning the sheet-like molded object in which the said wiring pattern was formed. During this laminate N 2 / H 2 O atmosphere, after binder removal treatment at 700 ° C., the temperature was raised at 200 ° C. / time, in N 2 / H 2 O atmosphere, copper and calcined 1 hour at 900 ° C. 100 wiring boards having a cavity structure with an outer dimension of 5 mm □ × 0.8 mmt were prepared.

得られた配線基板について、半導体素子を実装した後、Fe−Ni−Co合金製の封止金具を用いて封止したところ反りや変形、絶縁基板の割れ等を示さず、また良好な気密封止特性を有していることを確認した。さらに、配線層の導通と高周波特性を確認したところ、断線等がなく、低抵抗で良好な導通特性と伝送特性を示した。   About the obtained wiring board, after mounting a semiconductor element, it was sealed with a metal fitting made of Fe-Ni-Co alloy, and showed no warpage, deformation, cracking of the insulating board, etc., and good airtightness It was confirmed that it has a stopping property. Furthermore, when the continuity and high frequency characteristics of the wiring layer were confirmed, there was no disconnection or the like, and good continuity and transmission characteristics were exhibited with low resistance.

さらに、上記配線基板を100mm×40mm×1mmtのプリント基板上に実装し、それをプラスチック性の筐体にネジ止めし、2mの高さから落下試験を6方向×3回行い、絶縁基板や実装部の破壊がないことを確認した。   Furthermore, the above wiring board is mounted on a printed board of 100 mm × 40 mm × 1 mmt, screwed to a plastic case, and subjected to a drop test 6 times × 3 times from a height of 2 m. It was confirmed that there was no destruction of the part.

実施例2と同様の方法にて、キャビティのない平板状の前記配線基板の絶縁基板表面に、真空蒸着法によって、Ti層を0.2μmの厚さで形成した後、種々のTiW,TiMo,Ni,Cr,Taの種々の金属層を厚み10μmで形成した後、銅層を3μmの厚みで形成した。なお、TiWおよびTiMoの合金層中のW、Mo含有量は90重量%である。   A Ti layer having a thickness of 0.2 μm was formed on the insulating substrate surface of the flat wiring board without a cavity by a vacuum evaporation method in the same manner as in Example 2, and then various TiW, TiMo, After forming various metal layers of Ni, Cr, and Ta with a thickness of 10 μm, a copper layer was formed with a thickness of 3 μm. The contents of W and Mo in the alloy layer of TiW and TiMo are 90% by weight.

その後、この薄膜金属層に感光性フォトレジストを一面に塗布し、フォトリソグラフィー技術によりエッチングマスクを作成し、薄膜層の一部を酸性エッチング液により不要部の薄膜を除去して、大きさが1×1mmの評価用パッドを形成した。   Thereafter, a photosensitive photoresist is applied to the entire surface of the thin film metal layer, an etching mask is formed by photolithography technique, and an unnecessary portion of the thin film is removed from the thin film layer with an acidic etching solution. A 1 mm evaluation pad was formed.

そして、このパッドに対して、銅からなるピンを半田付けして、−40℃と125℃の各温度に制御した恒温槽に配線基板を15分/15分の保持を1サイクルとして100サイクルの熱サイクルを施した後に、このピンを垂直に引き上げ、半田もしくは薄膜金属層が離れた時の強度を薄膜金属層の接着強度として評価したところ、接着強度は22.5MPa以上であり、良好な接着性を示した。   Then, a copper pin is soldered to the pad, and the circuit board is held in a thermostat controlled at -40 ° C. and 125 ° C. for 15 minutes / 15 minutes. One cycle is 100 cycles. After the thermal cycle, this pin was pulled up vertically and the strength when the solder or thin film metal layer was separated was evaluated as the adhesion strength of the thin film metal layer. The adhesion strength was 22.5 MPa or more, and good adhesion Showed sex.

ガラスセラミック焼結体の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a glass ceramic sintered compact. ガラスセラミック焼結体を絶縁基板とする配線基板(半導体素子収納パッケージ)の一例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows an example of the wiring board (semiconductor element storage package) which uses a glass ceramic sintered compact as an insulating substrate. 膜配線基板の一例を示す側断面図である。It is a side sectional view showing an example of the thin film wiring board.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁基板
2 配線層
3 ビアホール導体
4 接続用電極
5 デバイス、半導体素子
11 結晶相(a)
12 結晶相(b)
13 結晶相(c)
RD 残留ガラス(d)
14 薄膜金属層
15 薄膜絶縁層
16 電極端子
17 絶縁基板
A 半導体素子収納用パッケージ(配線基板)
B 外部回路基板
C 半導体素子収納用パッケージ(薄膜配線基板)
X 配線基板
Y 薄膜配線層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Wiring layer 3 Via-hole conductor 4 Connection electrode 5 Device, semiconductor element 11 Crystal phase (a)
12 Crystalline phase (b)
13 Crystalline phase (c)
RD Residual glass (d)
14 Thin Metal Layer 15 Thin Film Insulating Layer 16 Electrode Terminal 17 Insulating Substrate A Semiconductor Device Storage Package (Wiring Board)
B External circuit board C Package for housing semiconductor elements (thin film wiring board)
X Wiring board Y Thin film wiring layer

Claims (6)

少なくとも
SiO 20〜60質量%、
2〜30質量%、
Al 〜25質量%、
MgO 8〜35質量%、
BaO 10〜35質量%
を必須成分として含有し、
MgO/SiOの質量比が0.29〜0.85、
BaO/Alの質量比が0.88〜2.45およびMgO/BaOの質量比が0.3〜2.07であり、
かつ、実質的にZnOおよびTiOを含有していないガラス粉末を35〜80質量%と、セラミック粉末を20〜65質量%とを含有することを特徴とするガラスセラミック組成物。
At least SiO 2 20-60% by mass,
B 2 O 3 2-30% by mass,
Al 2 O 3 8 ~25 wt%,
MgO 8-35% by mass,
BaO 10-35% by mass
As an essential component,
The mass ratio of MgO / SiO 2 is 0.29 to 0.85,
BaO / Al mass ratio 2 O 3 is 0.88 to 2.45 and MgO / BaO weight ratio is 0.3 from 6 to 2.07,
And substantially and 35 to 80 wt% of a glass powder containing no ZnO and TiO 2, glass ceramic composition characterized by containing a 20 to 65% by weight of ceramic powder.
さらに任意成分として、前記ガラス粉末に、
希土類酸化物(RE)をその合量で1〜15質量%、
CaO+SrOを0〜15質量%、
ZrO+SnOを0〜5質量%、
とを含有す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組成物。
Furthermore, as an optional component, the glass powder
1 to 15% by mass of the total amount of rare earth oxide (RE 2 O 3 ),
0-15 mass% of CaO + SrO,
0-5% by mass of ZrO 2 + SnO 2 ,
The glass ceramic composition according to claim 1, comprising:
前記ガラス粉末中に、AO(A:アルカリ金属元素)を0.05質量%以上含有す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組成物。 The glass ceramic composition according to claim 1, wherein the glass powder contains 0.05% by mass or more of A 2 O (A: alkali metal element). 前記ガラス粉末のガラス転移点(Tg)が500℃〜800℃であることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか記載のガラスセラミック組成物。   4. The glass ceramic composition according to claim 1, wherein the glass powder has a glass transition point (Tg) of 500 ° C. to 800 ° C. 5. 前記セラミック粉末が、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、エンスタタイトの群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか記載のガラスセラミック組成物。 The glass ceramic composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic powder is at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, forsterite, and enstatite. 請求項1乃至5のいずれかに記載のガラスセラミック組成物を混合し、得られた混合粉末を所定の形状に成形し、次いで1000℃以下の温度で焼成することを特徴とするガラ
スセラミック焼結体の製造方法。
A glass-ceramic sintering comprising mixing the glass-ceramic composition according to any one of claims 1 to 5, molding the obtained mixed powder into a predetermined shape, and then firing at a temperature of 1000 ° C or lower. Body manufacturing method.
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