JPH01132194A

JPH01132194A - 配線基板

Info

Publication number: JPH01132194A
Application number: JP63210667A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Miyakoshi; 俊伸宮越; Atsushi Yamada; 篤山田; Akio Koyama; 小山　昭雄; Hideaki Ninomiya; 秀明二宮
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1989-05-24
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JP2641521B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、アルミナ質とガラス質から成る新規な配線基
板に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は
、１０００°０以下という低温での焼結で得られ、結晶
化を容易にコントロールでき、耐マイグレーション性に
憂れ、低誘電率であり、しかも高強度を有する絶縁性基
板に関するものである。

従来の技術近年、電子応用機器の急速な発展とともに、半導体チッ
プ用の絶縁性配線基板の需要が急激に増大してきている
。このような基板の材料としては、とれまでアルミナ、
ホルステライト、スラアタイト、コーディエライト、ム
ライトなどが用いられているが、これらに共通した欠点
は焼結温度が１２００°Ｃ以上と高いことである。この
ほか、アルカリ金属及び酸化銅（ＰｂＯ）を含有させる
ことにより焼結温度を低下させた磁器組成物も知られて
いるが（特公昭５９−２２３９９号公報、特公昭６０−
８２２９号公報）、ＰｂＯを主要に用いる材料系は、焼
成温度を低くすることができるが、焼成時にＰｂＯが蒸
発しやすいため、製造上の問題が多い。また、導体や抵
抗材料と同時焼成が困難という問題点を有する。

他方、Ｌｉ、　Ｎａ、　Ｋ等のアルカリ金属を用いる材
料系は耐湿性等の信頼性に問題がある。

さらにＣａ系やＭｇ系のガラス材料を含有させることに
より、焼成温度を低下させるとともに、誘電率を低下さ
せたり、抗折強度を向上させた材料も知られている（特
開昭６０−２５７１９５号公報、特開昭６０−２６０４
６５号公報、特開昭６２−１１３７５８号公報）。

他方、ＡＱ２０３及びＺｒＳｉＯ４から成る無機酸化物
成分と、５１０２．１Ｑ２０３、ＢｚＯｉ、ＺｎＯＺｎ
Ｏ５ＢａＯ１及びＣａＯから成るガラス質成分とを混合
して使用して、焼結温度を低くした配線基板材料も提案
されているが（特開昭６１−２７８１９５号公報）、焼
結後における無機酸化物の焼結生成物とガラス質との熱
膨張率が異なる上に、ガラス質自体の強度が不十分なた
め、得られる配線基板は強度が低いものとなるのを免れ
ない。

また、ガラス−セラミックス系の基板材料においては、
強度向上の点でガラス成分の結晶化度の制御が重要であ
るが、ＭｇＯ系等の他のガラス材料ではこの制御が困難
であるという問題がある。また、この結晶化度の制御（
残存ガラス成分量の制御）は基板に設ける導体、抵抗部
の耐マイグレーション性に影響し、基板寿命の低下とい
う重大な問題につながる。

発明が解決しようとする問題点本発明は、従来の絶縁性配線基板、特に無機酸化物成分
とガラス質成分から成る基板がもつ欠点を克服し、低温
での焼結で製造することができる上に、結晶化度を容易
にコントロールでき、耐マイグレーション性に優れ、低
誘電率であり、しかも高強度を有する新規な絶縁性配線
基板を提供することを目的としてなされｔ二ものである
。

問題点を解決するための手段発明者らは、絶縁性配線基板用の材料について種々研究
を重ねた結果、アルミナ成分と、ＳｒＯを主体としたア
ルカリ土類金属の酸化物を含むガラス成分とから成る絶
縁性磁器は、ｌ０００°Ｃ以下という低温で焼結可能で
あり、高強度を示すということを見出し、この知見に基
づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、アルミナ成分３０〜５０重量％及
びガラス成分７０〜５０重量％とを含み、かつ該ガラス
成分がＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２０．０．５〜５
重量％、ｋＱｘｏｓ　６〜１７．５重量％及びアルカリ
土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アル
カリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯ
である絶縁性磁器から成る配線基板を提供するものであ
る。

本発明の配線基板の素材である絶縁性磁器は、アルミナ
成分３０〜５０重量％、好ましくは３５〜４５重量％及
びガラス成分７０〜５０重量％、好ましくは６５〜５５
重量％から成ることが必要である。アルミナ成分が３０
重量％未満すなわちガラス成分が７０重量％よりも多く
なると焼結可能な温度範囲が著しく狭くなり、実用性が
低下するし、またガラス成分が５０重量％未満すなわち
アルミナ成分が５０重量％よりも多くなると、１０００
℃以下でち密な焼結体が得られなくなる。

次に、本発明における前記のガラス成分は、ＳＬ０□４
６〜６０重量％、好ましくは４７〜５５重量％、Ｂ２０
゜０．５〜５重量％、好ましくは１〜３重量％、ＡＱ２
Ｏ３０゜６〜１７．５重量％、好ましくは７〜１６．５
重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％好
ましくは３０〜４０重量％の組成を有することが必要で
ある。

このＳｉＯ□が４６重量％未満ではガラス化が困難にな
るし、６０重量％を超えると融点が高くなりすぎて低温
焼結ができなくなる。また、Ｂ２０．は５重量％よりも
多くすると、焼結後における耐湿性の低下を招くし、ま
た０、５重量％よりも少なすぎるとガラス化温度が若干
高くなるとともに焼結温度が高くなりすぎるので好まし
くない。さらにＡＱ２０．が６重量％未満では、ガラス
成分の強度が低下するし、１７．５重量％を超えるとガ
ラス化が困難になる。

このガラス成分中のアルカリ土類金属酸化物としては、
ｌＪｇＱ、ＣａＯ，ＢａＯ及びＳｒＯがあるが、その合
計量の少なくとも６０重量％、好ましくは８０重量％以
上がＳｒＯであることが必要である。この量が６０重量
％未満では、熱膨張係数の整合性がとれなくなり、アル
ミナ成分の熱膨張係数との差が大きくなるため高強度の
磁器が得られない。

そして、他のＣａｂ、　ＭｇＯ，ＢａＯの若干を複合添
加することにより、溶解ガラスの粘性を低下させ、焼結
温度幅を拡大することができ、製造が容易になるので、
これらを混合使用することが好ましい。

添加効果の点では、前記アルカリ土類金属酸化物中のＣ
ａＯとＭｇＯとＢａＯは合計で１重量％以上にするのが
好ましく、さらにＣａＯとＭｇＯはそれぞれ０．２重量
％以上、特に０．５重量％以上にするのが好ましい。前
記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯは、１０重量％未
満、ＭｇＯは４重量％以下にするのが好ましい。

これらの酸化物の量がそれよりも多くなると熱膨張係数
が小さくなりすぎて、前記したように、高強度の磁器が
得られず、また、ガラスの結晶化度の制御が困難になる
。製造の容易性と磁器の強度のバランスの点からは、ア
ルカリ土類金属酸化物中ＣａＯとＭｇＯの合計で１０重
量％未満、ＣａＯは５重量％がさらに好ましい。

また、この中のＢａＯは５重量％以下にするのが好まし
く、５重量％よりも多くすると誘電率が高くなりすぎて
好ましくない。

本発明の配線基板を製造するには、例えば前記のアルミ
ナ成分及びガラス成分の原料をそれぞれ平均粒径ｌＯｐ
ｍ以下、好ましくは１〜４μｍの粉末として混合し、こ
れに水若しくは溶剤及び必要に応じ適当なバインダーを
加えてペーストを調製する。次にこのペーストをドクタ
ーブレード、押出機などを用いて厚さ帆１−１．０ｍｍ
程度のシート状に成形し、８００〜１０００°Ｃで焼結
する。また、各成分の粉末状混合物をそのまま乾式プレ
スしてシート状に成形し焼結してもよい。この際、導体
、抵抗体、オーバーコート、サーミスターなどを施し、
同時焼成することもできる。

このような焼成操作中において、一部アルミナを核形成
材として結晶化し、長石が形成されると考えられる。こ
の際の結晶化は容易にコントロールできる。他のガラス
、特にＭｇＯ系のものでは結晶化のコントロールが困難
である。前記の形成された長石と残ガラスとアルミナの
バランスが良好であると、これらの間の接合が極めて良
好になり、強度が向上するとともに配線された基板とし
て用いた時に導体のマイグレーション性が抑制されるも
のと考えられる。

また、結晶化が進みすぎるとち密化する前に結晶化して
しまってち密にならないため強度が不十分となるし、ま
たガラス分が多く残りすぎると強度が弱くなるものと考
えられる。

また、添付図面はガラス成分とアルミナ成分とを含む絶
縁性磁器から成る配線基板の誘電率を、ガラス成分中に
含まれるＳｒＯとＢａＯとＣａＯの三成分に基づく三元
図で示したものである。これからみて、ＳｒＯの割合が
多くなるほど誘電率が低下することが明らかであり、本
発明の配線基板が誘電率においても優れていることが分
る。

発明の効果本発明に従えば、１０００°Ｃ以下という低い焼結温度
を用いて、結晶化を容易にコントロールでき、耐マイグ
レーション性に優れ、ＣａＯ系やＢａＯ系のものに比し
低誘電率であり、しかも２４００ｋｇｆ／ｃｍ２という
アルミナ基板に匹敵する抗折強度等の高強度を有する絶
縁性配線基板が得られるので、導体、碍子などの絶縁材
、チップ低抗体などの抵抗体、オーバーコート、サーミ
スターなどの厚膜ペーストと′の同時焼成による各種電
子装置の製造に好適に利用することができ、これらの工
業的な生産に大きなメリットをもたらすことができる。

実施例次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

参考例１酸化物換算で、第１表に示すガラス組成になるように、
ＳｉＯ□、Ｂ２Ｏ３、ＡＱ２０３及びアルカリ土類金属
炭酸塩を秤量し、これらをボールミルで混合し、乾燥す
る。次いでこの混合物を１４００℃以上の温度に加熱し
て融解後冷却してガラス試料を調製し、その熱膨張係数
を測定した。その結果を第１表に示す。

本発明のガラス成分としては、熱膨張係数が６．ＯＸ　
ｔｏ−’〜７．２Ｘ　ｔｏ−’の範囲が適当であるので
、Ｎｏ、７は不適当である。

参考例２Ｓｉ０２５２．５重量％及びＢ２Ｏ３１−５重量％のほ
か、第２表に示す成分になるような割合で原料を混合し
、参考例１と同様にしてガラス成分を調製した。

このガラス成分の熱膨張係数を第２表に示す。

Ｎｏ、１１はアルカリ土類金属酸化物の合計量に対する
ＳｒＯの割合が６０重量％未満であるため熱膨張係数が
小さくなりすぎ、またＮｏ、１２はＡＱ２０．の含有量
が６．０重量％未満であるためガラス成分の強度が低く
、いずれも不適当である。

参考例３参考例１と同様にして、第３表に示す組成のガラス成分
を調製した。このガラス成分の熱膨張係数を第３表に示
す。

Ｎｏ、１６はＡＯ，２０，の含有量が１７．５重量％を
超えているため、ガラス化することができなかった。

Ｎｏ、１７はＳｉＯ□の含有量が４６重量％未満のため
、ガラス化することができなかった。

Ｎｏ、１８はＢ、Ｏ，の含有量か５重量％を超えている
ため、吸湿性が高く、かつ強度が不足し絶縁性配線基板
としては不適当であった。

実施例１〜７、比較例１〜６各参考例で得たガラス試料を粗粉砕後、ボールミルで２
４時間微粉砕し、平均粒径２μｍのガラス粉末を調製し
た。次にこのガラス粉末とアルミナ粉末（平均粒径１．
５μｍ）とを、第４表に示す割合で混合し、水を加えて
ペースト化し、ドクターブレードで厚さ帆５ｍｍに展延
し、シート状に成形後、第４表に示す温度で帆５時間焼
成し、配線基板を作成し　ｌ二。

得られた配線基板の相対焼成密度及び抗折強度を第４表
に示す。

比較例１はアルミナ成分の含有量が少ないため強度が低
く、比較例２は逆にアルミナ成分の含有量が多いため焼
成温度が高い。

また、比較例３はアルカリ土類金属酸化物含有量の低い
ガラス成分を用いているため強度が低くなっている。

比較例４は、ＡＱ２０．含有量の多いガラス成分を用い
ているためガラス化が不十分で焼成温度を低下させるこ
とができなかった。

比較例５は、Ｂ２０．の含有量が多いガラス成分を用い
ているため強度か不足する上に、熱水に溶解するという
欠点を示す。

比較例６は、ＳｒＯの占有率の低いガラス成分を用いて
いるため、強度が低い。

また、比較例２及び４における焼成温度を、他の例の、
あるいはそれに近い、９５０°Ｃに低下させるとそれぞ
れ相対焼成密度が８１％及び８５％、抗折強度が１５０
０′に９ｆ　、７ｃｍ２及び１７００ｋｇｆ／　ｃｍ２
といずれも大幅に低下する。

実施例８、比較例７Ｓｉ０２５３ｗｔ％、ＡＱ２０３　１１ｗｔ％、Ｂ２Ｏ
３４ｗｔ％、Ｍｇ０２ｗｔ％、Ｃａ０２ｗｔ％、ＳｒＯ
２７ｗｔ％及びＢａＯｌ　ｗｔ％から成るガラス成分６
０重量％とアルミナ成分４０重量％とを実施例１〜７と
同様に処理して成形後、得られた成形体を、Ａｇ９５重
量部とＰｄ５重量部とガラス２０重量部から成る少なく
とも２個の導体とともに成形体−導体一成形体一導体一
成形体・・・の順序に積層して９００°Ｃで１５分焼成
し、各導体の間隔が３０μｍの配線基板を作成した。こ
のものはガラス残存量が原料ガラス成分に対し２０％で
あり、３００°Ｃで３００■の電圧を印加して加速信頼
性試験を行ったところ、平均寿命は１４００時間と極め
て優れた耐マイグレーション性を示した。

次に比較のため、ガラス成分としてＳｉｎ２５３ｗｔ％
、ＡＩＡｌ２２（ｈｌ１％、Ｂｚ（ｈ　４　ｗｔ％、Ｍ
ｇ０２ｗｔ％、ＣａＯ２７，５ｗｔ％、ＳｒＯｏ、ｓｗ
ｔ％及びＢａ０２ｗＬ％から成るものを用いｔ：以外は
、実施例８と同様にして作成したガラス残存量５０％の
配線基板に実施例８と同様の試験を行った結果、平均寿
命は５３時間にすぎなかった。

【図面の簡単な説明】

添付図面はガラス成分とアルミナ成分とを含む絶縁性磁
器から成る配線基板の誘電率を、ガラス成分中に含まれ
るＳｒＯとＢａＯとＣａＯの三成分に基づく三元図で示
したものである。

Claims

【特許請求の範囲】

１　アルミナ成分３０〜５０重量％及びガラス成分７０
〜５０重量％とを含み、かつ該ガラス成分がＳｉＯ＿２
４６〜６０重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３０．５〜５重量％、Ａ
ｌ＿２Ｏ＿３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属
酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類
金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯである絶
縁性磁器から成る配線基板。