JPH02239168A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

回路基板の製造方法

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JPH02239168A
JPH02239168A JP1057821A JP5782189A JPH02239168A JP H02239168 A JPH02239168 A JP H02239168A JP 1057821 A JP1057821 A JP 1057821A JP 5782189 A JP5782189 A JP 5782189A JP H02239168 A JPH02239168 A JP H02239168A
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JP
Japan
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glass
dielectric constant
mullite
sheet
circuit board
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Pending
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JP1057821A
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English (en)
Inventor
Noboru Ichinose
昇 一ノ瀬
Osamu Arai
治 新井
Masami Sakamoto
坂本 正美
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Shoei Chemical Inc
Original Assignee
Shoei Chemical Inc
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/005Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles obtained by leaching after a phase separation step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

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】 11五二五月±ヱ 本発明はエレクトロニクス回路用のガラス−セラミック
ス基板に関するものであり、特にムライトーガラス複合
体基板の誘電率を低下させる方法に関する. 従迷!リ1酉 エレクトロニクス回路の基板材料としては、アルミナ、
フォルステライト、ステアタイト、コージエライト、ム
ライト、ジルコンなどのセラミック材料が古くから利用
されてきた.特にアルミナは、優れた絶縁性、耐食性、
機械的強度等を有しており、代表的なIC用基板材料と
して広く使用されている.しかし、アルミナの問題点の
一つは、焼結温度が1500〜1700℃と高温である
ため焼結に多量のエネルギーを必要とし、又多層回路な
どでは導体材料としてタングステンやモリブデンなど比
較的抵抗率の大きい材料を用いて還元雰囲気中で焼結し
なくてはならず、融点の低い金や銀、銅など導電性の優
れた導体と同時焼結ができない.このため、低軟化点の
ガラスを用いて焼結温度を1000℃付近にまで低下さ
せたアルミナーガラス系複合体、結晶化ガラス、又非ガ
ラス系の低温焼結セラミックス材料としてBa O−S
n 02 −B203系、Ba O−Zr 02 −B
2 03系などの新しい材料の研究が進められている. 一方、基板の誘電率は回路の信号の伝播速度に大きく影
響するが、近年コンピュータシステムの高遠化に伴い、
アルミナの高い誘電率(ε押10)が信号の大きな伝播
遅延の原因となっており、この遅れをできるだけ減らす
ため、アルミナに代わる低誘電率の基板材料が求められ
ている。
アルミナのもう一つの問題点として、熱膨張係数が7.
5x104/”Cと大きく、シリコンの3.5×10’
/’Cと比べて差があるため、シリコンチッグを直接実
装するのが困難なことである.これらの問題点を克服す
るため、最近ムライトーガラス複合材料が注目されてい
る.ムライトは?電率が7.0〜8.0程度であり、ア
ルミナに匹敞する機械的強度のものも得られている.又
熱膨張係数も4■0〜4.5X 1(1−6/’Cと、
シリコンに近い.しかしやはり焼結温度が1650〜1
750℃と高温であるため、硼珪酸ガラスを用いて焼結
温度を低下させた基板材料が知られており、例えば特開
昭60−240135号公報には、硼珪酸ガラスとアル
ミナとムライトの焼結体である多層基板が開示されてい
る.又特開昭63−107095号公報には、ムライト
5〜75重量%、硼珪酸ガラス25〜95重量%、及び
石英ガラス0〜70重量%からなるガラス−セラミック
ス焼結体を使用した多層回路基板が記載されており、比
誘電率4.6、熱膨張係数3x10−6/”C程度の値
が得られている.しかしながら誘電率がまだ高く、充分
に満足できるものではない. が ゛ しようと る 題 本発明は、従来知られているムライ1・−ガラス系焼結
体基板を特殊な方法で多孔質化することにより、一層の
低誘電率化を図ることを目的とするものである。
ー を ゞ るための 本発明は、(a)ムライト粉末と、(b)熱処理により
分相を起こす硼珪酸ガラス粉末との混合物からなるグリ
ーンシートを焼結させた後、ガラスが分相を起こす温度
で熱処理してガラスを分相させ、次いで酸処理又は熱水
処理することにより可溶性成分を溶出させて多孔質体と
することを特徴とする、低誘電率ガラス−セラミックス
回路基板の製造方法である。
熱処理により分相を起こす硼珪酸ガラスとしては、例え
ば重量でSiO230〜80%、82 03 8〜50
%、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物か
らなる群より選ばれた1種又は2種以上の酸化物2〜2
5%、AI2030〜25%からなる組成を有するガラ
スがあげられる.代表的なアルカリ金属酸化物及びアル
カリ土類金属酸化物は、L120、Na20、K2 0
,ca o.MQ Oなどである. 分相のための熱処理温度は、ガラスの組成によって異な
るが、例えば上記組成のガラスではおよそ600〜80
0℃程度の温度が好ましい.分離した相のうち、酸又は
熱水に可溶な成分を含む相、即ちB203やアルカリ金
属酸化物を多く含有する相を、酸又は熱水に浸漬するこ
とにより溶出させる.酸としては塩酸、硝酸、硫酸など
が使用される. 分相、溶出処理後の焼結体の気孔率は、10体積%以下
となるようにするのが望ましい.これは、10体積%を
越えると機械的強度が低下する傾向があるためである.
特に気孔率5〜10体積%の範囲が効果的である. 又、ムライトとガラスの比率は重量比で20:80〜8
0:20程度が実用的である. 1月 本発明は、ムライトと硼珪酸ガラスの混合物をまず焼結
させ、更に硼珪酸ガラスが熱処理によってWI#!iガ
ラス成分と珪酸ガラス成分とに相分・離する性質を利用
して、硼酸成分を溶出させて多孔質化することを特徴と
する. 硼珪酸ガラスが、熱処理によって硼酸ガラス成分と珪酸
ガラス成分とに相分離することは公知であり、例えば米
国特許第2106744号明細書及び同第22i503
9号明細書には、R20−82 0S−Si 02ガラ
ス《但しRはLl、Na、Kの少なくとも1種》を熱処
理して可溶性相と難溶性相の2相に分離させ、一方の相
を溶出させて、微細な気孔を形成することが記載されて
いる.このような分相を起こすガラスは種々知られてお
り、硼珪酸系では他に特公昭62−25618号公報の
Ca O−B2 03 −Si 02 −AI 2 0
3ガラスや特公昭63−66777号公報のNa20−
Ca O−B2 03 −Si 02 −AI 2 0
3ガラスなどがある.しかしながらムライトーガラス複
合体を熱処理して分相させ、多孔質体とすることは全く
知られていない. 本発明者等は、ムライトーガラス複合体に上記の方法で
気孔を設けることにより、機械的強度、絶縁特性等基板
としての特性を劣化させることなく、誘電率を低下させ
ることに成功したものである. 即ちムライトーガラス焼結体を熱処理し、ガラス成分を
分相させた後、焼結体を酸に浸漬するか又は熱水に浸漬
することにより、可溶性成分であるB203を多く含む
相、例えばB203−アルカリ金属酸化物又はアルカリ
土類金属酸化物相が溶出し、基板全体に均一に微細な気
孔が形成されて多孔質化する.この多孔質化処理により
誘電率が低下するのは、誘電率の低い空気との複合誘電
体となるためと考えられる.従って又、気孔率を制御す
ることによって誘電率を変化させることができる.即ち
、例えば後述する実施例及び第3図に示されるように、
気孔率の比誘電率との間には相関関係があり、気孔率が
大きいほど誘電率が低下する. ガラスの分相のしかたには、熱処理温度の違いにより、
単一相中に最初に生じた微小な組成変動が分相を助長し
、拡散支配により進行するスビノーダル分解機構と、単
一相中に生じた組成変動のうちある限界値以上の組成変
動のみが安定に残つて核となり、その成長によって分相
が進行するパイノーダル分解機構(又は核生成一成長機
構)とがあるが、前者の分相が連続な絡みあった梢遣を
持つため、基板内部の可溶性成分まで溶出することがで
きるのに対して、後者は分離相が独立した球状の形で多
層のマトリックス中に分散した形態をとるので、基板内
部の分離相は酸処理等によって溶解しに<<、誘電率を
低下させる効果が減少する.従って分相処理は、なるべ
くスビノーダル領域の温度内で行うのが望ましい. 尚、気孔率と誘電率の関係は、下記に示す複合体の誘電
率に適用した複合材料の物理定数に関するL icht
neckerの式(スビノーダル領域)やMaX−me
ltの式(パイノーダル領域)などの近似式から算出さ
れる理論値とよく一致する. (1−Vd)   Vd c   ra    ’d − − t, icfitr+eckerの式ε =ε
 {ε ÷2ε −2V  (ε 一εd)}cidi
d   l /  { ε   +2ε   + V   《 ε 
  − ε d )}d  l  d  I1 Maxwellの式 但しε。は複合材料の誘電率 ε はマトリックスの誘電率 ■ ε。は分散相の誘電率 ■,は分散相の体積含有率 本発明の別の利点は、基板焼結後に多孔質化させるので
、焼結そのものは十分緻密に行うことが可能であり、強
度も大きく、組成も均一になることである.又分相は均
一に起こるので構造的な均一性も優れている.更に出発
の誘電体材料の組成を変えずに、温度、時間等の熱処理
条件を変えるだけで気孔率を制御することができるので
、誘電率の制御が簡単に行える利点もある. K土■ 例1 ムライト粉末40重量部及び下記組成の硼珪酸ガラス粉
末(軟化点825℃)60重量部とをボールミルを用い
て混合し、1gを秤量して直径18mのダイを用いて成
形した後、tooolqr/dfの圧力で加圧してベレ
ットを作製し、これを1100℃で4時間焼結させた. [ガラス組成] (重量基準) SiO2 78.0%、B2O3  19.f3%K2
02.O%、AI2OS  0.3%MIJO0.1% この焼結体の密度は2.45g/7であり、比誘電率は
l M H Zで4.78であった.尚比誘電率は、厚
さ2.0mの焼結体の両面にインジウム電極を塗布して
インピーダンスアナライザーにより電気容量を測定し、
その結果から算出したものである.別個に同様にしてム
ライトー硼珪酸ガラス焼結体を作製し、650℃で64
時間熱処理した後、90゜Cに加温した塩酸中に1時間
浸漬して、可溶性成分を溶出させた,得られた多孔質体
の密度は2.31g/一、気孔率は9.4%であり、比
誘電率は4.15と、熱処理しないものと比較して大幅
に低下した.例2 熱処理温度を550℃、eoo℃、700℃と変化させ
る以外は例1と同様にしてムライトー硼珪酸ガラス焼結
体を処理し、密度と比誘電率とを測定しなところ、密度
はそれぞれ2.44g/cji、2.40g/d、2.
33g/cIiであり、比誘電率はそれぞれ4.69、
4,60、4.17であった.又気孔率はそれぞれ0.
2体積%、3.5体積%、8.1体積%であった.ここ
で、550℃熱処理の場合は、熱処理しないものと比べ
て誘電率はやや低下するものの、密度の変化が微少であ
ることから、分相は殆ど起こっていないものと考えられ
る.ス650℃処理と 700℃処理では密度、誘電率
ともに殆ど差がみられないことから、このガラスは70
0゜Cではパイノーダル領域にあり、分相しても内部に
気孔を十分作れなくなるものと考えられる。
例1及び例2の、熱処理温度による誘電率の変化を第1
図に示す. 例3 例1と同様にして作製したムライトー硼珪酸ガラス焼結
体について、温度600℃において時間を8、16、3
2時間と変化させて熱処理を行い、次いで酸処理して得
られた多孔質体についてそれぞれ比誘電率を測定し、例
1(熱処理時間=0及び64時間)の結果と併せて第2
図に示した.例4 例1と同様にして作製したムライト−S珪酸ガラス焼結
体について、温度650℃において時間を8、16、3
2時間と変化させて熱処理を行い、次いで酸処理して得
られた多孔質体についてそれぞれ比誘電率を測定し、例
1の結果と併せて第2図に示した. 例5 例1と同様にして作製したムライトー硼珪酸ガラス焼結
体について、温度700℃において時間を8、16、3
2時間と変化させて熱処理を行い、次いで酸処理して得
られた多孔質体についてそれぞれ比誘電率を測定し、例
1の結果と併せて第2図に示した. 第2図から明らかなように、いずれの処理温度において
も処理時間が長くなるにつれて比誘電率も減少していく
が、数十時間を越えると変化がわずかになってくる. 第3図に例1〜5で得られた多孔質体の、気孔率と比誘
電率との関係を示す.この図から、気孔率が大きいほど
誘電率が低下していることがわかる. 王」廊L丸生 本発明は熱膨張係数がシリコンに近く、低温での焼結が
可能なムライトーガラス系低誘電率基板材料を焼結させ
た後、ガラス成分を分相させて多孔質化することにより
、基板としての特性を損うことなく、より一層低誘電率
化することができたものであり、エレクトロニクス回路
の信号伝送の高速化が可能な実装基板やバッゲージ材料
を提供する有用な方法である.
【図面の簡単な説明】
第1図は、熱処理温度による比誘電率の変化を示すグラ
フであり、第2図は、熱処理温度を一定にしたときの処
理時間と比誘電率の関係を示すグラフである.又第3図
は本発明の方法で製造された多孔質体の、気孔率と比誘
電率との関係を示したものである. 比誘電率 getτ 比誘電率

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a)ムライト粉末と、(b)熱処理により分相を
    起こす硼珪酸ガラス粉末との混合物からなるグリーンシ
    ートを焼結させた後、ガラスが分相を起こす温度で熱処
    理してガラスを分相させ、次いで酸処理又は熱水処理す
    ることにより可溶性成分を溶出させて多孔質体とするこ
    とを特徴とする、低誘電率ガラス−セラミックス回路基
    板の製造方法。 2 硼珪酸ガラスが、重量でSiO_2 30〜80%
    、B_2O_3 8〜50%、アルカリ金属酸化物及び
    アルカリ土類金属酸化物からなる群より選ばれた1種又
    は2種以上の酸化物2〜25%、Al_2O_3 0〜
    25%からなる組成を有するものである、請求項1に記
    載された低誘電率ガラス−セラミックス回路基板の製造
    方法。 3 多孔質体の気孔率が10体積%以下(但し0を含ま
    ない)である、請求項1又は2に記載された低誘電率ガ
    ラス−セラミックス回路基板の製造方法。
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