JPH0230641A

JPH0230641A - セラミック基板材料

Info

Publication number: JPH0230641A
Application number: JP63178701A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Uchiumi; 良和内海; Kiyoshi Saito; 清斉藤; Masatomi Okumura; 奥村　正富; Mitsuhiro Harima; 播磨　三弘; Kiichi Yoshiara; 喜市吉新
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-02-01

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〕この発明は例えば高速ＬＳＩを実装するための低誘電率
の低温焼成セラミック多層基板用材料に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、この種の材料として、アルミナ粉末あるいは石英
ガラス粉末または石英粉末とガラスで構成されたものが
あった。すなわち、アルミナ基板が誘電率約１０である
ので、これに代わって、アルミナ粉末にガラスを多量に
入れて誘電率５．６とした基板材料（特開昭５９−９９
５号）、石英ガラスと石英粉末とこれを焼結させるガラ
ス粉末とからなる基板（実開昭６１−１３４０８１号）
、あるいはアルミナと石英ガラス粉末とこれを焼結する
ガラス粉末とからなるもの（特開昭６０−２５４６９７
号）、またアルミナとフォルステライトとガラスからな
るもの（特開昭６０−１０３０７５号）、この他に組成
を工夫したもの（特公昭６０−８２２９号）等があった
。

次にこの種の基板材料の一般的製造方法の例を示すと、
まずガラス粉末を作成する。ガラス粉末の組成としては
Ｓｉｎ、、Ａｌ、Ｏ，、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ１ＣａＯ１Ｚ
ｎＯ，Ｂａｄ、　ＰｂＯ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ、Ｑ、に、０
等からなるが、例えば特開昭６０−２５４６９７号では
Ａｌ２Ｏ，３４，２重量％、ＳＬｎ、　５９．３重量％
、Ｂ、０，４．９重量％、　Ｎａ、０１．３重量％、Ｋ
、ＯＯ，２重量％、　ＣａＯＯ，１重量％からなり、特
開昭６０−１０３０７５号ではＳＬ０□４０〜７０重量
％、Ａ１２０３４〜１５重量％、Ｂ２０．１５〜３５重
量％、ＢａＯＯ，５〜１５重量％からなり、またホウ珪
酸鉛系結晶化ガラスとしたもの（昭和５８年窯業協会年
会講演会予稿集）等がある。これらのガラス粉末とアル
ミナ粉末等のセラミック粉末とを混合し、有機結合剤、
分散剤、可塑剤を添加し、有機溶剤または水を用いてス
ラリーとし、ドクターブレード法により、ポリエチレン
テレフタレートのフィルム上に鋳込み。

乾燥してグリーンシートとする。グリーンシートは適当
な大きさに切断してスルーホールを形成し、導体ペース
トをうめ込み、さらに導体ペーストで回路を形成した後
多層に積層し、導体とグリーンシートを同時焼成するこ
とによって多層基板が形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕従来のセラミック粉末とガラス粉末を焼結して作成する
低温焼結基板材料は以上のように構成されているので、
Ｌｉ、　０、Ｎａ、Ｏ，Ｋ、Ｏ等のアルカリを含むガラ
スを使用するものは連続的に電圧を印加している場合、
アルカリのマイグレーションのため、半導体素子を劣化
させる可能性があるという欠点があった。また、例えば
ＢａＯ１ＰｂＯおよびＺｒＯ。

を含むガラスは、α線放射率が高く、ＬＳＩを搭載する
パッケージおよび多層基板として使用する場合にはソフ
トエラーの原因となるという欠点があった。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、アルカリやα線放射率の高い材
料を使用することなく、低温で焼結でき、このためＡｇ
、　Ａｇ−Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ等の低抵抗導体をグリーン
シートに印刷して積層し、導体と基板とを同時焼成する
ことができるセラミック基板材料を提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のセラミック基板材料は、ムライト粉末１召英
ガラス粉末、石英粉末、コージェライト粉末のうち、い
ずれか少なくとも１種類以上のセラミック粉末と、少な
くともＳｉＯ□、Ｂ２０１、Ａ１□０．。

ＳｒＯを含む組成からなるガラス粉末との混合物で、セ
ラミック粉末が２０〜６０重量％、ガラス粉末が４０〜
８０重量％からなるものを焼結したものである。

この発明の基板材料に用いるセラミック粉末としては、
ムライト粉末、石英ガラス粉末、石英粉末、コージェラ
イト粉末等の低誘電率かつ低α線のセラミック粉末のう
ちいずれか少なくとも１種類の粉末を用いる。

またガラス粉末としては、少なくともＳｉＯ□、Ｂ２Ｏ
３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＯを含む組成からなるものを用い
る。好ましいガラス粉末の組成範囲は、　５ｕｎ２が４
５〜６０重量％、Ａ１□０３が１０〜２０重量％、　Ｂ
、０．が８〜１７重量％、ＭｇＯが０〜５重量％、　Ｃ
ａＯが０〜５重量％、ＳｒＯが１０〜２５重量％、Ｚｎ
Ｏが０〜１０重量％、　ＣａＦ２が０〜２重量％である
。ＳｉＯ□およびＡ１．０３はそれぞれ上記範囲より多
いとガラス製造時に溶解しにくく、少ないと耐酸性が悪
い。Ｂ２Ｏ３は上記範囲より多いと耐酸性が悪く、少な
いと溶解しにくい。またＭｇ０２ＣａＯ１ＺｎＯは上記
範囲より多いと結晶化しやすく、石英ガラスやコージェ
ライト粉末との基板は（ガラス粉末粒子が細い場合はと
くに）焼結性が悪くなりやすい。ＳｒＯは少ない場合は
ＺｎＯが多いほど入ると耐酸性が高くなるが、多いとＺ
ｎＯが少なくても高い耐酸性ガラスが得られる。ＣａＦ
、はこれを入れるとＳｉＯ□およびＡｌ２Ｏ，が多くて
もガラスになりやすい６ガラス粉末として留意した点は次の４点である。

すなわち（１）］、ＳＩを搭載することを目的とするの
で、マイグレーションによってＬＳＩ素子に悪影響を与
えるアルカリイオンを含まないガラスとすること、（２
）原料として使用する粉末は、ソフトエラーの原因とな
る高α線原料を使用しないこと、（３）基板材料として
構成したものが１０００℃以下で焼結する組成であるこ
と、（４）基板上に導体をメツキしたり、あるいはエツ
チングする可能性を考慮して、酸およびアルカリ等の水
溶液に対する耐久性が高いことである。酸およびアルカ
リ性に耐久性が高いことは耐水性が高いことをも意味す
る。

種々の原料のα線を測定してみると、ＰｂＯ１ＢａＣＯ
，は９９．９９％のものを用いてもα線量を５ｃｏｕｎ
ｔ／ａＪ−ｈｒ以下にすることはできなかった。それに
比べて、５ｉｎ２．　Ｈ，ＢＯ，、Ａ１．０３、ＭｇＯ
１ＣａＯ−ＳｒＯ，ＺｎＯは、いずれも９８％以上の試
薬級原料を用いれば０．１ｃｏｕｎｔ／ｃＪ−ｈｒ以下
となることが確認できた。

そこで、これらの原料を用いて種々の組成のガラスを作
成し、それを粉末とした後、低誘電率低α線セラミック
粉末と混合して基板とし、吸水率、耐酸性、耐アルカリ
性および誘電率を測定した結果、上記組成のガラスが有
効であることがわかった。すなわち上記のガラス組成の
用いることにより、ムライト粉末、石英ガラス粉末、石
英粉末、コージェライト粉末を少なくとも１種類以上用
いてその量を６０〜２０重景％と重量ガラス粉末の量を
４０〜８０重量％とすることにより、その混合物は１０
００℃以下で基板が焼結できる。基板材料の製造方法は
従来と同様であり、多層基板とする場合、Ａｇ、　Ａｇ
−Ｐｂ、　Ａｕ、Ｃｕ等の低抵抗導体をグリーンシート
に印刷して積層し、導体と基板とを同時焼成することが
できる。

〔実施例〕

以下、この発明の詳細な説明する。

実施例ｌ５ｉｎ、　５０重量％、Ａｌ□０３１５重量％、Ｂ、０
．１５重量％、ＣａＯ４重量％、Ｓｒ０１０重量％、Ｚ
ｎＯ６重量％の組成からなるガラスを作成し、粉砕して
粉末とした。次にこのガラス粉末５０重量％とムライト
粉末５０重量％の比で混合したものにトルエンを加え。

さらに結合剤としてポリメタクリル酸メチル、可塑剤と
してフタル酸ブチル、分散剤としてトリオレインを添加
してスラリーを作成した。これをドクターブレード法に
よってポリエチレンテレフタレートフィルムの上に流し
出し、乾燥してグリーンシートを作成した。グリーンシ
ートを５０ｍｍ角に切断し、大気中９００℃で４時間焼
成し、セラミック基板とした。この基板の吸水率を測定
するため、まず基板重量を測定し、１００℃の水中でし
ゃ沸した後、ぬれた布で表面の水分を軽くふき取り、し
や沸前の重量との差により吸水率を測定したところ、測
定誤差の範囲内で０％であった。また、耐酸性を測定す
るため、重量を測定した基板を６０℃。

ＰＨ１の塩酸水溶液中に６０分間浸漬した後、水洗し、
乾燥して再び重量を測定し、浸漬前の重量との差を測定
したところ、減量は０．１ｍｇ／ａｌｆ以下であった。

耐アルカリ性は重量を測定した基板を６０℃、ＰＨ４の
苛性ソーダ水溶液中に６０分間浸漬した後水洗し、乾燥
して重量を測定し、浸漬前の重量と比較し、減量を測定
したところ、０，１ｍｇ／ａｄ以下であった。

さらにこの基板表面に電極を塗布して誘電率を測定した
ところ、Ｉ　ＭＨｚで約５．９であった。

実施例２ＳＬ０□５０重量％、Ａ１．０．１５重量％、　Ｂ、０
．１５重量％、５ｒＯ１５重量％、ＺｎＯ５重量％の組
成からなるガラスを作成し、粉砕してガラス粉末とした
。次にこのガラス粉末７０重量％と石英ガラス粉末３０
重量％の比で混合したものを、実施例１と同様の方法で
スラリーを作成し、グリーンシートを作成した後、焼成
して基板とした。この基板の吸水率を実施例１と同様の
方法で測定したところ、０％であった。また耐酸性減量
および耐アルカリ性減量を実施例１と同様の方法で測定
したところ、いずれもＯ，１ｍｇ／ａＪ以下であった。

さらにこの基板に電極を塗布して誘電率を測定したとこ
ろ、ＩＭＨｚで約４．６であった。

実施例３Ｓｉ０２５４重量％、Ａ１□０，１３重量％、Ｂ２０．
１３重量％、Ｓｒ０２０重量％の組成からなるガラスを
作成し、粉砕してガラス粉末とした。次にこのガラス粉
末７０重量％とコージェライトを主成分とする粉末３０
重量％を混合し、実施例１と同様の方法でスラリーを作
成し、グリーンシートを作成した後、焼成して基板とし
た。その後、この基板の吸水率を実施例１と同様の方法
で測定したところ、０％であった。また実施例１と同様
の方法で、耐酸性および耐アルカリ性を測定したところ
、いずれも減量０．１ｍｇ／ｃｎ以下であった。またこ
の基板に電極を塗布し、誘電率を測定したところ、ＩＭ
ｔ（ｚで約５．３であった。

実施例４Ｓｉ０２５５重量％、Ａ１２０３１７重量％、　Ｂ、０
．１０重量％、　Ｃａ０２重量％、ＳｒＯ１０重量％、
ＺｎＯ６重量％で、ＣａＯの一部をＣａＦ２で置換した
組成からなるガラスを作成し、粉砕してガラス粉末とし
た。次にこのガラス粉末６０重量％にムライト粉末２０
重量％および石英ガラス粉末２０重量％を混合し、実施
例１と同様の方法でスラリーを作成し、グリーンシート
を作成した後、焼成して基板とした。その後この基板の
吸水率を実施例１と同様の方法で測定したところ、０％
であった。また実施例１と同様の方法で、耐酸性および
耐アルカリ性を測定したところ、いずれも減量は０．１
ｍｇ／ａＺ以下であった。またこの基板に電極を塗布し
、誘電率を測定したところ、　　ＩＭＨｚで約５．２で
あった。

なお、上記実施例では、ムライト粉末、石英ガラス粉末
、コージェライト粉末とガラス粉末の組み合せを示した
が、石英粉末が石英ガラスの代りに使われてもよい。ま
た、上記実施例のガラスは５ｉ０２　、　　ＡｌｚＯｚ
、Ｂ、Ｏ，、ＭｇＯ，Ｃａｂ、　ＣａＦ、、　ＳｒＯ，
ＺｎＯの組成からなるものを示したが、これに限定され
ない。

上記実施例では一枚の基板の大気中焼成の例のみを示し
たが、多層基板が本来の目的であり、スルーホールをあ
けたグリーンシートに導体を印刷し、積層して導体と共
に同時焼成しても何ら問題は起らなかった。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、α線放射率の低い原
料を用いた組成によりガラスを作成し。

このガラス粉末とα線放射率の低い、低誘電率セラミッ
ク粉末とから基板を構成するようにしたので、アルカリ
およびα線放射率の高い材料を使用することなく、低誘
電率のセラミック基板を低温で焼成でき、これにより超
高速ＬＳＩの実装に適した多層基板を安価に得ることが
できる効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

　（１）ムライト粉末、石英ガラス粉末、石英粉末、コ
ージェライト粉末のうち、いずれか少なくとも１種類以
上のセラミック粉末と、少なくともＳｉＯ＿２、Ｂ＿２
Ｏ＿３、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｒＯを含む組成からなるガ
ラス粉末との混合物で、セラミック粉末が２０〜６０重
量％、ガラス粉末が４０〜８０重量％からなるものを焼
結したことを特徴とするセラミック基板材料。