JPH06152085A - 回路用絶縁基板 - Google Patents

回路用絶縁基板

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JPH06152085A
JPH06152085A JP4322708A JP32270892A JPH06152085A JP H06152085 A JPH06152085 A JP H06152085A JP 4322708 A JP4322708 A JP 4322708A JP 32270892 A JP32270892 A JP 32270892A JP H06152085 A JPH06152085 A JP H06152085A
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JP
Japan
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silicon nitride
crystal
circuit
insulating
magnesium oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP4322708A
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English (en)
Inventor
Hidekazu Shigaki
秀和 志垣
Noriyasu Sugimoto
典康 杉本
Yukihiro Kimura
幸広 木村
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】酸化ジルコニウムZrO2及び/又は酸化マグ
ネシウムMgOと、シリコンよりも熱膨張係数の高い絶
縁体結晶とを含有する窒化珪素Si34系セラミックス
よりなることを特徴とする回路用絶縁基板。 【効果】その熱膨張係数がシリコンのそれに近いことか
ら、シリコンチップ搭載時の接続不良やチップ剥離を防
止することができる。また、機械的強度が高いことか
ら、金属リードの接合時や回路用基板の搬送時の割れ、
カケを防止することができる。しかも主成分が窒化珪素
であって誘電率が小さいものであるから、信号伝播の高
速化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回路用絶縁基板に関す
るもので、特に半導体パッケージなどの絶縁容器に好適
に利用され得る。
【0002】
【従来の技術】回路用絶縁基板においては、信号伝播速
度の高速化、回路の高集積化が要求される。信号伝搬速
度の高速化を図るためには、電気信号の伝播遅延時間t
と比誘電率εの平方根との間に比例関係があることか
ら、比誘電率の小さい絶縁材料を用いる必要がある。ま
た、高集積化のためにシリコンチップをセラミック多層
基板に直接搭載する構造のものがあるが、その場合チッ
プの接続不良や剥離を未然に防止するため、絶縁材料の
熱膨張係数は、シリコンチップのそれ(3.4×10-6
/℃)に近いものが望ましい。加えて絶縁基板には、I
/Oピンや外部金属リードとの接合(通常、鑞付け)に
耐える機械的強度も必要である。
【0003】一方、従来より、比誘電率の小さい絶縁材
料として、窒化珪素系セラミックスがあり、Si34
焼結助剤としてガラスを5〜30%添加した焼結体(特
開昭57−162393号公報)やSi34にアルミ
ナ、窒化アルミニウムを固溶させたサイアロンと称する
焼結体(特開昭62−30663号公報)が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭57−
162393号公報に記載された焼結体は、同公報の最
終行に記載されているように曲げ強度が17kg/mm
2と低く、金属リード等を鑞付けする必要のある回路用
基板としての実用には適さない。この原因は定かでない
が、おそらく焼結体の強度がガラスの強度に依存したも
のと考えられる。
【0005】また、特開昭62−30663号公報に記
載された焼結体は、もともと熱膨張係数がシリコンのそ
れよりも小さい窒化珪素を主成分とするところ、その窒
化珪素が更に低膨張のサイアロンに変化している。従っ
て、同公報には、測定温度範囲を無視して、同焼結体の
熱膨張係数が2.9〜3.3×10-6/℃と記載されて
いるものの、実際に常温〜400℃の範囲で測定してみ
ると2.5×10-6/℃以下であり、これも回路用基板
としての実用には適さない。
【0006】本発明の目的は、このような従来技術の課
題を解決し、機械的強度、誘電率及び熱膨張係数の3特
性を兼備した回路用絶縁基板を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】その第1の手段は、酸化
ジルコニウムZrO210〜20重量%を含有する窒化
珪素Si34系セラミックスよりなることを特徴とする
回路用絶縁基板にある。
【0008】第2の手段は、酸化ジルコニウムZrO2
20重量%以下と、シリコンよりも熱膨張係数の高い絶
縁性結晶とを含有する窒化珪素Si34系セラミックス
よりなることを特徴とする回路用絶縁基板にある。
【0009】この第2の手段において、望ましいのは、
絶縁性結晶を酸化マグネシウムMgO、イットリアY2
3、アルミナAl23及びシリカSiO2のうちから選
ばれる少なくとも1種とするものである。
【0010】第3の手段は、酸化マグネシウムMgO5
〜20重量%を含有する窒化珪素Si34系セラミック
スよりなることを特徴とする回路用絶縁基板にある。
【0011】第4の手段は、酸化マグネシウムMgO2
0重量%以下と、シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁
性結晶とを含有する窒化珪素Si34系セラミックスよ
りなることを特徴とする回路用絶縁基板にある。
【0012】この第4の手段において、望ましいのは、
絶縁性結晶を酸化ジルコニウムZrO2、イットリアY2
3、アルミナAl23及びシリカSiO2のうちから選
ばれる少なくとも1種とするものである。
【0013】ここで、窒化珪素Si34系セラミックス
とは、主たる結晶がSi34であるものに限らず、これ
にAl、O等が固溶して主たる結晶がサイアロン化した
ものをも指す。
【0014】
【作用】酸化ジルコニウム及び酸化マグネシウムは、熱
膨張係数を高める。また、酸化ジルコニウムにあって
は、機械的強度をも高める。但し、酸化ジルコニウムの
場合、含有量が10%より少ないとその作用に乏しく、
他方、20%より多くなると基板の誘電率が高くなって
好ましくない。また、酸化マグネシウムの場合、含有量
が5%より少ないとその作用に乏しく、他方、20%よ
り多くなると基板の機械的強度が低くなって好ましくな
い。
【0015】このように、酸化ジルコニウムは、過剰に
なると誘電率が高くなりすぎるし、酸化マグネシウム
は、過剰になると機械的強度を下げてしまうので、低誘
電率及び高強度を維持しつつ、更に熱膨張係数を高めた
い場合に、シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁性結晶
を添加含有させる。これら絶縁性結晶の含有量は、酸化
ジルコニウムまたは酸化マグネシウムとの合量で40%
以下となるのが良い。40%より多いとマトリックスの
窒化珪素が相対的に少なくなって、かえって低誘電率及
び高強度を実現できなくなるからである。
【0016】この絶縁性結晶は、例えば当該結晶粉末の
形態でまたは焼成後に当該結晶となる化合物の形態で原
料の窒化珪素に添加されて、焼結後に当該絶縁性結晶の
形態で析出するか又は残ることにより、熱膨張係数の高
い絶縁性結晶が低膨張の窒化珪素と相殺し合って基板全
体の熱膨張係数をシリコンのそれと近いものにする。
【0017】
【実施例】
−実施例1− 純度99.9%、平均粒径0.9μmのβ型窒化珪素、
純度99.9%、平均粒径0.7μmの酸化アルミニウ
ム、純度99.9%、平均粒径2.1μmの酸化イット
リウム及び純度99.9%、平均粒径1.6μmの酸化
ジルコニウムを表1に示す組成割合で秤量し、ボールミ
ルを用いてアセトン中で混合し、ドクターブレードにて
厚さ0.4mmのグリーンシートに成形した。このグリ
ーンシートを18枚積層し熱圧着後、温度1600℃、
圧力200kg/cm2、保持時間30分の条件でホッ
トプレスすることによって、大きさ35×35×3.5
mmのセラミックス焼結体No.1〜6を製造した。
【0018】これら焼結体No.1〜6について、熱膨
張係数(室温〜400℃平均)、抗折強度及び誘電率を
測定した結果を表1に併記する。
【表1】 表1の結果から、酸化ジルコニウムが熱膨張係数を高め
るのに有効であることが判った。また、その含有量が、
10〜20%のときに抗折強度も61kg/mm2以上
と高く、且つ誘電率が10未満となることが判った。
【0019】尚、セラミックスNo.1〜6は、いずれ
も窒化珪素系結晶のほかにアルミナAl23結晶及びイ
ットリアY23結晶を含んでいることがX線回折によっ
て確認された。更にセラミックスNo.2〜6について
は、ZrO2結晶をも含んでいることが確認された。
【0020】−実施例2− 次に組成を表2の割合に変え、場合により原料粉末とし
て純度99.9%、平均粒径2.1μmの酸化ケイ素及
び純度99.9%、平均粒径0.8μmの酸化マグネシ
ウムを追加したこと以外は、実施例1と同じ条件にて混
合、成形及びホットプレスすることによって、セラミッ
クス焼結体No.7〜12を製造した。
【0021】これらセラミックス焼結体No.7〜12
について、熱膨張係数(室温〜400℃平均)、抗折強
度及び誘電率を測定した結果を表2に併記する。
【表2】 表2の結果のうちのセラミックスNo.7,8,10,
11,12と、表1のセラミックスNo.5とを対比す
れば、誘電率を高めるZrO2の一部を他の絶縁性結晶
と置換することにより、誘電率を高めることなく、Si
に近い熱膨張係数と高強度を発揮できることが判った。
【0022】尚、セラミックスNo.7〜12は、いず
れも窒化珪素系結晶のほかにアルミナAl23結晶及び
イットリアY23結晶を含んでいることがX線回折によ
って確認された。更にセラミックスNo.7,8,10
〜12についてはZrO2結晶を、セラミックスNo.
11についてはSiO2結晶を、セラミックスNo.1
2についてはMgO結晶をも含んでいることが確認され
た。
【0023】−実施例3− 実施例1において、酸化ジルコニウムZrO2に代えて
酸化マグネシウムMgOを用いたこと以外は、実施例1
と同じ条件にて混合、成形及びホットプレスすることに
よって、セラミックス焼結体No.13〜18を製造し
た。
【0024】これらセラミックス焼結体No.13〜1
8について、熱膨張係数(室温〜400℃平均)、抗折
強度及び誘電率を測定した結果を表3に併記する。
【表3】 表3の結果から、酸化マグネシウムが熱膨張係数を高め
るのに有効であり、しかも酸化ジルコニウム程に誘電率
を高めないことが判った。また、その含有量が、20%
以下のときに抗折強度も50kg/mm2以上と高くな
るとなることが判った。
【0025】尚、セラミックスNo.13〜18は、い
ずれも窒化珪素系結晶のほかにアルミナAl23結晶及
びイットリアY23結晶を含んでいることがX線回折に
よって確認された。更にセラミックスNo.14〜18
については、MgO結晶をも含んでいることが確認され
た。
【0026】−実施例4− 次に組成を表4の割合に変え、場合により原料粉末とし
て純度99.9%、平均粒径2.1μmの酸化ケイ素及
び純度99.9%、平均粒径0.8μmの酸化ジルコニ
ウムを追加したこと以外は、実施例3と同じ条件にて混
合、成形及びホットプレスすることによって、セラミッ
クス焼結体No.19〜24を製造した。
【0027】これらセラミックス焼結体No.19〜2
4について、熱膨張係数(室温〜400℃平均)、抗折
強度及び誘電率を測定した結果を表4に併記する。
【表4】 表4の結果のうちのセラミックスNo.19,20,2
2,23,24と、表3のセラミックスNo.16〜1
8とを対比すれば、強度を弱めるMgOの一部を他の絶
縁性結晶と置換することにより、強度を弱めることな
く、Siに近い熱膨張係数と低誘電率を発揮できること
が判った。
【0028】尚、セラミックスNo.19,20,22
〜24は、いずれも窒化珪素系結晶のほかにアルミナA
23結晶及びイットリアY23結晶を含んでいること
がX線回折によって確認された。更にセラミックスN
o.19,20,22〜24についてはMgO結晶を、
セラミックスNo.23についてはSiO2結晶を、セ
ラミックスNo.24についてはZrO2結晶をも含ん
でいることが確認された。
【0029】−実施例5− 実施例1のセラミックスNo.3及びセラミックスN
o.5並びに実施例2のセラミックスNo.12の組成
のグリーンシートを準備し、各グリーンシートの一辺
4.75mmで囲まれる正方形領域及びその内側に一辺
4.30mmで囲まれる正方形領域の各辺上に直径12
0μmの孔を250μのピッチで144個打ち抜き、W
ペーストで充填し、4枚積層し熱圧着し切断後、温度1
600℃、圧力200kg/cm2、保持時間30分の
条件でホットプレスし、両面研磨することによって、大
きさ20×20×0.5mmのセラミックス基板を製造
した。
【0030】得られた基板は、表と裏とで気密性が良
く、また、孔に充填したWペーストはWCとなってい
た。各基板につき、孔の表面と裏面との間の電気抵抗値
を測定したところ、10個の孔の平均値で、No.3の
組成の基板が3.8×10-5Ωcm、No.5の組成の
基板が3.9×10-5Ωcm、No.12の組成の基板
が4.2×10-5Ωcmであった。
【0031】
【発明の効果】本発明回路用絶縁基板は、その熱膨張係
数がシリコンのそれに近いことから、シリコンチップ搭
載時の接続不良やチップ剥離を防止することができる。
また、機械的強度が高いことから、金属リードの接合時
や回路用基板の搬送時の割れ、カケを防止することがで
きる。しかも主成分が窒化珪素であって誘電率が小さい
ものであるから、信号伝播の高速化を図ることができ
る。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化ジルコニウムZrO210〜20重
    量%を含有する窒化珪素Si34系セラミックスよりな
    ることを特徴とする回路用絶縁基板。
  2. 【請求項2】 酸化ジルコニウムZrO220重量%以
    下と、シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁性結晶とを
    含有する窒化珪素Si34系セラミックスよりなること
    を特徴とする回路用絶縁基板。
  3. 【請求項3】 絶縁性結晶が酸化マグネシウムMgO、
    イットリアY23、アルミナAl23及びシリカSiO
    2のうちから選ばれる少なくとも1種である請求項2の
    回路用絶縁基板。
  4. 【請求項4】 酸化マグネシウムMgO5〜20重量%
    を含有する窒化珪素Si34系セラミックスよりなるこ
    とを特徴とする回路用絶縁基板。
  5. 【請求項5】 酸化マグネシウムMgO20重量%以下
    と、シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁性結晶とを含
    有する窒化珪素Si34系セラミックスよりなることを
    特徴とする回路用絶縁基板。
  6. 【請求項6】 絶縁性結晶が酸化ジルコニウムZr
    2、イットリアY23、アルミナAl23及びシリカ
    SiO2のうちから選ばれる少なくとも1種である請求
    項5の回路用絶縁基板。
JP4322708A 1992-11-05 1992-11-05 回路用絶縁基板 Pending JPH06152085A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100963531B1 (ko) * 2009-12-21 2010-06-15 (주) 젠텍 방폭용 엘이디 조명장치
WO2023084957A1 (ja) * 2021-11-15 2023-05-19 黒崎播磨株式会社 窒化珪素複合材料及びプローブ案内部品

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