JPH01197344A - Glass-ceramic compounded body - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は電子部品を搭載するセラミックパッケージある
いはセラミック基板に用いられるガラス−セラミック複
合体に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a glass-ceramic composite used for ceramic packages or ceramic substrates on which electronic components are mounted.
（従来の技術）
近年、電子部品の高密度化および大型化、信号伝送の高
速化にともない、電子部品を搭載するセラミックパッケ
ージおよびセラミック基板は、搭載される半導体チップ
との接合性および熱的な安定性を高めるために、半導体
チップと同程度の熱膨張係数を有すること、また信号伝
送の高速化に対処できるように低誘電率であること等の
特性が要求されている。(Prior art) In recent years, with the increasing density and size of electronic components and the speeding up of signal transmission, ceramic packages and ceramic substrates on which electronic components are mounted are becoming increasingly difficult to bond with the semiconductor chips on which they are mounted. In order to improve stability, they are required to have characteristics such as having a coefficient of thermal expansion comparable to that of a semiconductor chip, and having a low dielectric constant so as to be able to cope with high-speed signal transmission.
従来セラミックパッケージ材料として一般に使用されて
いるものはアルミナセラミックであるが、このアルミナ
セラミックは熱膨張係数が半導体チップの熱膨張係数か
らやや離れているという問題点がある。そこで、従来半
導体チップの熱膨張係数にほぼ近い熱膨張係数を有する
ものとして、アルミナ、ムライト等のセラミック材料に
ガラス材料を混合させた複合材料を焼成して得られるガ
ラスーセラミック複合体が提供されている。このガラス
−セラミック複合体のうち、とくにムライト−ガラス複
合体は半導体チップとの熱膨張係数のマツチングが完全
にとれることと、低誘電率であるという優れた特性を有
するものである。Conventionally, alumina ceramic has been commonly used as a ceramic package material, but this alumina ceramic has a problem in that its coefficient of thermal expansion is somewhat different from that of a semiconductor chip. Therefore, conventionally, a glass-ceramic composite obtained by firing a composite material in which a glass material is mixed with a ceramic material such as alumina or mullite has been provided as having a thermal expansion coefficient almost close to that of a semiconductor chip. ing. Among these glass-ceramic composites, the mullite-glass composite has excellent properties such as perfect matching of thermal expansion coefficient with the semiconductor chip and low dielectric constant.
（発明が解決しようとする課題）
上述したガラス−セラミック複合体によれば、半導体チ
ップと同程度の熱膨張係数となるように熱膨張係数のマ
ツチングがとれるという利点がある反面、その抗折強度
が従来のセラミック基板にくらべて劣るという問題点が
ある２通常のムライト−ガラス複合体の抗折強度は１３
００ｋｇ ／ｃｍ’程度であり、一般に使用されるセラ
ミック基板の抗折強度の約１７２〜１７３程度の強度し
かない。(Problems to be Solved by the Invention) The above-mentioned glass-ceramic composite has the advantage of being able to match the coefficient of thermal expansion so that it has a coefficient of thermal expansion comparable to that of a semiconductor chip. There is a problem that the flexural strength of the ordinary mullite-glass composite is inferior to that of conventional ceramic substrates.
00 kg/cm', which is only about 172 to 173 of the bending strength of commonly used ceramic substrates.
これは、ガラス−セラミック複合体を焼成した後の複合
体内部で、ガラス相とセラミック相との間に生じる圧縮
あるいは引張り応力が小さく、そのために強度が劣って
いるものと考えられる。This is considered to be because the compressive or tensile stress generated between the glass phase and the ceramic phase inside the glass-ceramic composite after firing is small, resulting in poor strength.
そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたもの
であり、その目的とするところは、半導体チップの熱膨
張係数とマツチングする熱膨張係数を有すると同時に、
十分な強度を有するガラス−セラミック複合体を提供す
るにある。Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to have a thermal expansion coefficient that matches the thermal expansion coefficient of a semiconductor chip, and at the same time,
An object of the present invention is to provide a glass-ceramic composite having sufficient strength.
（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえる。(Means for solving problems) The present invention has the following configuration to achieve the above object.
すなわち、非晶質セラミック粉末と軟化点温度が６５０
℃〜９００℃のガラス粉末とを、該ガラス粉末と前記非
晶質セラミック粉末との体積比を３０＝７０〜９０：１
０の範囲で混合し、前記非晶質セラミック粉末の結晶化
温度よりも高く、前記ガラス粉末の作業温度よりも低い
温度で焼成して得たことを特徴とし、また
前記非晶質セラミック粉末は、アルミナ、シリカ、マグ
ネシアのうちの少なくとも１種から成り、この非晶質セ
ラミック粉末の結晶化温度がガラス粉末の軟化点以上で
あり、かつ、ガラスの作業温度以下の温度範囲にあるこ
とを特徴とする。That is, amorphous ceramic powder and a softening point temperature of 650
°C to 900 °C, and the volume ratio of the glass powder to the amorphous ceramic powder is 30 = 70 to 90:1.
0 and fired at a temperature higher than the crystallization temperature of the amorphous ceramic powder and lower than the working temperature of the glass powder, and the amorphous ceramic powder is , alumina, silica, and magnesia, and the crystallization temperature of this amorphous ceramic powder is above the softening point of glass powder and below the working temperature of glass. shall be.
（作用） 次に１作用について述べる。(effect) Next, one effect will be described.
非晶質セラ、ミンク粉末は非晶質セラミック粉末の結晶
化温度よりも高くかつガラス粉末の作業温度よりも低い
温度で焼成される際に結晶化することにより、複合焼結
体中に内部応力が発生し、内部応力およびガラス−セラ
ミック粒子間のアンカー効果によってガラス−セラミッ
ク複合体の強度が増大する。Amorphous ceramic and mink powders crystallize when fired at a temperature higher than the crystallization temperature of amorphous ceramic powder and lower than the working temperature of glass powder, thereby creating internal stress in the composite sintered body. occurs, and the strength of the glass-ceramic composite increases due to the internal stress and the anchoring effect between the glass-ceramic particles.
（実施例） 以下本発明の好適な実施例を説明する。(Example) Preferred embodiments of the present invention will be described below.
〔実施例１〕
ガラス−セラミック複合体のセラミック粉末として、ア
ルコキシド法によってムライトと同一の組成で合成され
た非晶質のアルミナ−シリカ合成粉末を用いる。このア
ルミナ−シリカ合成粉末に軟化点温度８２０℃、作業温
度１１２０℃のホウケイ酸系ガラスを、体積比（アルミ
ナ−シリカ合成粉末）： （ホウケイ酸系ガラス）＝４
０：６０で混合して複合材料を得る。[Example 1] As the ceramic powder of the glass-ceramic composite, an amorphous alumina-silica composite powder synthesized with the same composition as mullite by the alkoxide method is used. Borosilicate glass with a softening point temperature of 820°C and a working temperature of 1120°C is added to this alumina-silica synthetic powder at a volume ratio (alumina-silica synthetic powder): (borosilicate glass) = 4
Mix at 0:60 to obtain a composite material.
そして、この複合材料を１０００℃で４時間焼成するこ
とにより焼成されたガラス−セラミック複合体を得る。Then, this composite material is fired at 1000°C for 4 hours to obtain a fired glass-ceramic composite.
こうして得られたガラス−セラミック複合体は、Ｘ線回
折装置により統結体中にムライト結晶相が析出されてい
ることが確かめられた。It was confirmed by an X-ray diffraction apparatus that a mullite crystal phase was precipitated in the glass-ceramic composite thus obtained.
なお、このガラス−セラミック複合体の抗折強度は２０
００ｋＨ／ｃｍ ’以上であり、これは従来のムライト
結晶相の析出しないガラス−ムライ１〜複合体の抗折強
度１３００ｋｇ／ｃｍ’と比べて５０％以上強度が向上
している。The bending strength of this glass-ceramic composite is 20
00 kHz/cm' or more, which is an improvement of 50% or more compared to the bending strength of the conventional glass-Mullai 1~ composite in which no mullite crystal phase precipitates, which was 1300 kg/cm'.
〔実施例２〕
ムライトと同一の組成で合成された非晶質のアルミナ−
シリカ合成粉末とホウケイ酸系ガラスとを体積比（アル
ミナ−シリカ合成粉末）：（ホウケイ酸系ガラス）＝７
０：３０で混合して複合材料を得る。この複合材料を１
０００℃、４時間焼成してガラス−セラミック複合体を
得た。得られたガラス−セラミック複合体の抗折強度は
約１５００ｋｇ／Ｃｍ’であった。この抗折強度は従来
の、体積比（ムライト）＝（ホウケイ酸系ガラス）＝７
０：３０の複合材料を焼成して得られるムライト−ガラ
ス複合体の抗折強度にくらべて約２０〜３０％向上して
いる。[Example 2] Amorphous alumina synthesized with the same composition as mullite
Volume ratio of silica synthetic powder and borosilicate glass (alumina-silica synthetic powder): (borosilicate glass) = 7
Mix at 0:30 to obtain composite material. This composite material is 1
A glass-ceramic composite was obtained by firing at 000°C for 4 hours. The resulting glass-ceramic composite had a bending strength of about 1500 kg/Cm'. This bending strength is based on the conventional volume ratio (mullite) = (borosilicate glass) = 7
The flexural strength is improved by about 20 to 30% compared to the flexural strength of a mullite-glass composite obtained by firing a 0:30 composite material.
〔実施例３〕
ムライトと同一の組成で合成された非晶質のアルミナ−
シリカ合成粉末とホウケイ酸系ガラスとを体積比（アル
ミナ−シリカ合成粉末）：（ホウケイ酸系ガラス）＝１
０：９０で混合して複合材料を得る。この複合材料を１
０００℃、４時間焼成してガラス−セラミック複合体を
得た。得られたガラス−セラミック複合体の抗折強度は
約１５００ｋｇ／ｃｍ２であった。この抗折強度は従来
のムライトとホウケイ酸系ガラスとを体積比で（ムライ
ト）：（ホウケイ酸系ガラス）＝１０：９０とした複合
材料を焼成して得られ、るムライト−ガラス複合体の抗
折強度にくらべて約３０〜４０％向上している。[Example 3] Amorphous alumina synthesized with the same composition as mullite
Volume ratio of silica synthetic powder and borosilicate glass (alumina-silica synthetic powder): (borosilicate glass) = 1
A composite material is obtained by mixing at a ratio of 0:90. This composite material is 1
A glass-ceramic composite was obtained by firing at 000°C for 4 hours. The resulting glass-ceramic composite had a bending strength of about 1500 kg/cm2. This bending strength is obtained by firing a conventional composite material of mullite and borosilicate glass in a volume ratio of (mullite): (borosilicate glass) = 10:90. The bending strength is improved by about 30 to 40%.
これら各実施例のガラス−セラミック複合体は、セラミ
ック粉末として非晶質のセラミック材料（組成的にはム
ライトと同一）を使用し、焼成時にムライトの結晶相を
析出させることによって抗折強度を増大させている。こ
れは、焼成時のムライトの結晶化により体積変化が生じ
、この体積変化がムライト相とガラス相聞で応力の増大
をひきおこすことと、ムライトとガラ久粒子間における
アンカー効果によって抗折強度が増大するものと考えら
れる。The glass-ceramic composites of these examples use an amorphous ceramic material (compositionally the same as mullite) as the ceramic powder, and increase the flexural strength by precipitating the crystalline phase of mullite during firing. I'm letting you do it. This is because a volume change occurs due to the crystallization of mullite during firing, and this volume change causes an increase in stress between the mullite phase and the glass phase, and the flexural strength increases due to the anchoring effect between the mullite and the glass particles. considered to be a thing.
なお、セラミック粉末の結晶化はガラス粉末の収縮がは
じまった後におこる必要があり、いいかえれば、セラミ
ック粉末の結晶化温度はガラス粉末の軟化点以上でかつ
作業温度以下の範囲内である必要がある。Note that the crystallization of the ceramic powder must occur after the shrinkage of the glass powder begins; in other words, the crystallization temperature of the ceramic powder must be within the range of above the softening point of the glass powder and below the working temperature. .
〔実施例４〕
ガラス−セラミック複合体のセラミック粉末として、ア
ルコキシド法によってコープイエライ１−と同一の組成
で合成された非晶質のアルミナ−シリカ−マグネシア合
成粉末を用いる。このアルミナ−シリカ−マグネシア合
成粉末とホウケイ酸系ガラスとを体積比（アルミナ−シ
リカ−マグネシア合成粉末）：（ホウケイ酸系ガラス）
＝３０ニア０で混合して複合材料を得る。この複合材料
を９５０℃、４時間焼成してガラス−セラミック複合体
を得た。得られたガラス−セラミック複合体の抗折強度
は約１５００ｋｇ／ｃｍ’であった。この抗折強度は従
来のコーディエライトとホウケイ酸系ガラスとを体積比
で（コープイエライＩ−） ： （ホウケイ酸系ガ
ラス）＝３０ニア０とした複合材料を焼成して得られる
ガラス−セラミック複合体の抗折強度にくらべて約４０
〜５０％向上している。[Example 4] As the ceramic powder of the glass-ceramic composite, an amorphous alumina-silica-magnesia composite powder synthesized by the alkoxide method with the same composition as Coop Yeley 1- is used. Volume ratio of this alumina-silica-magnesia composite powder and borosilicate glass (alumina-silica-magnesia composite powder): (borosilicate glass)
= 30 near 0 to obtain a composite material. This composite material was fired at 950°C for 4 hours to obtain a glass-ceramic composite. The resulting glass-ceramic composite had a bending strength of about 1500 kg/cm'. This bending strength is determined by the conventional glass-ceramic composite material obtained by firing a composite material of cordierite and borosilicate glass in a volume ratio of (Cordierite I-): (borosilicate glass) = 30 near 0. Approximately 40 compared to the bending strength of the body
~50% improvement.
なお、上述した各実施例で用いた非晶質のセラミック粉
末の他に、アルコキシド法によって合成されたフォルス
テライト、ステアタイ１〜、アルミナ、シリカ、マグネ
シア等と同一の組成を有する非晶質の合成粉末を用いる
ことにより、従来のガラス−セラミック複合体とくらべ
て抗折強度を約１０〜５０％向上させたガラス−セラミ
ック複合体を得ることができる。In addition to the amorphous ceramic powder used in each of the above-mentioned examples, forsterite synthesized by the alkoxide method, steatite 1~, alumina, silica, magnesia, etc., having the same composition as the amorphous ceramic powder, By using the powder, it is possible to obtain a glass-ceramic composite whose flexural strength is improved by about 10 to 50% compared to conventional glass-ceramic composites.
上述したように、非晶質のセラミック粉末としてはアル
ミナ、シリカ、マグネシアのうち、少なくとも１種から
成るものが使用でき、ガラスの軟化点よりも高くガラス
の作業温度よりも低い温度範囲内で結晶化するものが使
用できる。そして、これらアルミナ、シリカ、マグネシ
アから得られるガラス−セラミック複合体のセラミック
結晶相としではムライト（アルミナ、シリカ）、コーデ
ィエライト（アルミナ、マグネシア、シリカ）。As mentioned above, the amorphous ceramic powder can be made of at least one of alumina, silica, and magnesia, and crystallizes within a temperature range higher than the softening point of glass and lower than the working temperature of glass. You can use anything that can be converted into Ceramic crystal phases of glass-ceramic composites obtained from these alumina, silica, and magnesia include mullite (alumina, silica) and cordierite (alumina, magnesia, silica).
フォルステライ１−（マグネシア、シリカ）等である。Forsterei 1- (magnesia, silica) and the like.
なお、上記実施例においてはアルコキシド法によって形
成された非晶質セラミック粉末を使用したが、もちろん
その他の方法によって得られたセラミック粉末を使用で
きることはいうまでもない。In the above embodiments, amorphous ceramic powder formed by an alkoxide method was used, but it goes without saying that ceramic powder obtained by other methods can also be used.
（発明の効果）
上述したように、本発明によれば非晶質セラミック粉末
とガラス粉末からなる複合材料を焼成することにより、
従来のガラス−セラミック複合体の抗折強度よりも一層
抗折強度の高いガラス−セラミック複合体を得ることが
可能となる。これにより、低熱膨張係数と低誘電率をも
つというガラス−セラミック複合体が有する優れた特性
と合わせて、高抗折強度であることを備えることができ
、半導体装置用セラミックパッケージあるいはセラミッ
ク基板用として好適に使用することができるという著効
を奏する。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, by firing a composite material made of amorphous ceramic powder and glass powder,
It becomes possible to obtain a glass-ceramic composite having a higher flexural strength than that of conventional glass-ceramic composites. As a result, in addition to the excellent properties of glass-ceramic composites such as a low coefficient of thermal expansion and a low dielectric constant, it also has high flexural strength, making it suitable for use in ceramic packages for semiconductor devices or ceramic substrates. It has a remarkable effect that it can be used suitably.
以上、本発明の好適な実施例を挙げて種々説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の
精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはも
ちろんのことである。Various embodiments of the present invention have been described above, but
It goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments, and that many modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
Claims (2)
００℃のガラス粉末とを、該ガラス粉末と前記非晶質セ
ラミック粉末との体積比を３０：７０〜９０：１０の範
囲で混合し、前記非品質セラミック粉末の結晶化温度よ
りも高く、前記ガラス粉末の作業温度よりも低い温度で
焼成して得たことを特徴とするガラス−セラミック複合
体。1. Amorphous ceramic powder and softening point temperature 650℃~9
00° C. in a volume ratio of 30:70 to 90:10, and the temperature is higher than the crystallization temperature of the non-quality ceramic powder. A glass-ceramic composite obtained by firing at a temperature lower than the working temperature of glass powder.
マグネシアのうちの少なくとも１種から成り、この非晶
質セラミック粉末の結晶化温度がガラス粉末の軟化点以
上であり、かつ、ガラスの作業温度以下の温度範囲にあ
ることを特徴とする請求項１記載のガラス−セラミック
複合体。2. The amorphous ceramic powder includes alumina, silica,
Claim 1: The amorphous ceramic powder is made of at least one type of magnesia, and the crystallization temperature of the amorphous ceramic powder is above the softening point of glass powder and below the working temperature of glass. The described glass-ceramic composite.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019972A JPH01197344A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Glass-ceramic compounded body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019972A JPH01197344A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Glass-ceramic compounded body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01197344A true JPH01197344A (en) | 1989-08-09 |
Family
ID=12014110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63019972A Pending JPH01197344A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Glass-ceramic compounded body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01197344A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100434416B1 (en) * | 2000-07-21 | 2004-06-04 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | Insulating ceramic compact, ceramic multilayer substrate, and ceramic electronic device |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP63019972A patent/JPH01197344A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100434416B1 (en) * | 2000-07-21 | 2004-06-04 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | Insulating ceramic compact, ceramic multilayer substrate, and ceramic electronic device |
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