JPH0624850A - 回路用絶縁基板及びその製造方法 - Google Patents
回路用絶縁基板及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0624850A JPH0624850A JP4207526A JP20752692A JPH0624850A JP H0624850 A JPH0624850 A JP H0624850A JP 4207526 A JP4207526 A JP 4207526A JP 20752692 A JP20752692 A JP 20752692A JP H0624850 A JPH0624850 A JP H0624850A
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- JP
- Japan
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- sintering
- carbon
- silicon nitride
- degreasing
- circuit
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】低誘電率、気密性及び生産性の３特性を兼備し
た回路用絶縁基板を提供する。 【構成】窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、且つ有機質バ
インダーを含有するグリーンシートを、炭素含有量が１
重量％以下となるまで焼成治具内で脱脂し、同じ焼成治
具を用いて加圧焼結することを特徴とする回路用絶縁基
板の製造方法。
た回路用絶縁基板を提供する。 【構成】窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、且つ有機質バ
インダーを含有するグリーンシートを、炭素含有量が１
重量％以下となるまで焼成治具内で脱脂し、同じ焼成治
具を用いて加圧焼結することを特徴とする回路用絶縁基
板の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回路用絶縁基板及びそ
の製造方法に関するもので、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。
の製造方法に関するもので、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。
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、Ｓｉ3Ｎ4に
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Ｓｉ3Ｎ4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。そして、これら各公報に記載された焼結体は、窒素
ガス中常圧で焼成されたものである。
料として、窒化珪素系セラミックスがあり、Ｓｉ3Ｎ4に
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Ｓｉ3Ｎ4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。そして、これら各公報に記載された焼結体は、窒素
ガス中常圧で焼成されたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化珪素は難
焼結材料であるから、導電ビアやメタライズ配線を備え
る必要のある回路用絶縁基板の製造方法に、上記公報に
記載されているような常圧焼成法を適用すると、主成分
の窒化珪素がメタライズインクと十分に反応せず、導電
ビアや層間メタライズ配線の部分の気密性に欠けてしま
う。
焼結材料であるから、導電ビアやメタライズ配線を備え
る必要のある回路用絶縁基板の製造方法に、上記公報に
記載されているような常圧焼成法を適用すると、主成分
の窒化珪素がメタライズインクと十分に反応せず、導電
ビアや層間メタライズ配線の部分の気密性に欠けてしま
う。
【０００５】かといって、通常の方法で加圧焼結（ホッ
トプレス）すると、焼成治具にカーボン型を用いている
関係で有機質バインダーの残留カーボンが原料の窒化珪
素と反応して炭化珪素ＳｉＣを生成してしまうことが本
発明者の研究により判明した。こうして生成された炭化
珪素は、誘電率を高くし、絶縁抵抗を下げる弊害を招く
ばかりで、今のところ有害無益の成分である。残留カー
ボンを除去する方法として、主成分がアルミナであれ
ば、水素ガス中に小量の水蒸気を混合した還元雰囲気中
で常圧焼成し、メタライズ金属を酸化させないようにし
てカーボンのみ酸化させＣＯもしくはＣＯ2ガスとして
放出する方法が知られているが、前記の通り窒化珪素セ
ラミックスよりなる回路用絶縁基板に常圧焼成法を適用
できない以上、同方法を転用する訳にはいかない。
トプレス）すると、焼成治具にカーボン型を用いている
関係で有機質バインダーの残留カーボンが原料の窒化珪
素と反応して炭化珪素ＳｉＣを生成してしまうことが本
発明者の研究により判明した。こうして生成された炭化
珪素は、誘電率を高くし、絶縁抵抗を下げる弊害を招く
ばかりで、今のところ有害無益の成分である。残留カー
ボンを除去する方法として、主成分がアルミナであれ
ば、水素ガス中に小量の水蒸気を混合した還元雰囲気中
で常圧焼成し、メタライズ金属を酸化させないようにし
てカーボンのみ酸化させＣＯもしくはＣＯ2ガスとして
放出する方法が知られているが、前記の通り窒化珪素セ
ラミックスよりなる回路用絶縁基板に常圧焼成法を適用
できない以上、同方法を転用する訳にはいかない。
【０００６】また、一旦脱脂を行った後で脱脂体を焼成
治具中にセットしようとすると、脱脂体が脆いためセッ
ト中にワレ、カケが生じてしまう。本発明の目的は、こ
のような従来技術の課題を解決し、誘電率、気密性及び
生産性の３特性を兼備した回路用絶縁基板及びその製造
方法を提供することにある。
治具中にセットしようとすると、脱脂体が脆いためセッ
ト中にワレ、カケが生じてしまう。本発明の目的は、こ
のような従来技術の課題を解決し、誘電率、気密性及び
生産性の３特性を兼備した回路用絶縁基板及びその製造
方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】その手段は、炭素及び炭
素化合物の含有量が炭素に換算して１重量％以下である
窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4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。
素化合物の含有量が炭素に換算して１重量％以下である
窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4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】ここで炭素化合物とは、例えば炭化珪素の
ように、窒化珪素よりも誘電率が高く絶縁抵抗の低い化
合物をいう。窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4系セラミックスとは、イ
ットリア、マグネシア、アルミナ等の公知の焼結助剤を
含んで焼結されたものである。これら焼結助剤の一部
は、ガラス化したり、窒化珪素に固溶してサイアロンを
形成してもよい。
ように、窒化珪素よりも誘電率が高く絶縁抵抗の低い化
合物をいう。窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4系セラミックスとは、イ
ットリア、マグネシア、アルミナ等の公知の焼結助剤を
含んで焼結されたものである。これら焼結助剤の一部
は、ガラス化したり、窒化珪素に固溶してサイアロンを
形成してもよい。
【０００９】同じく課題を解決する製造手段は、窒化珪
素Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、且つ有機質バインダーを含有
するグリーンシートを、炭素含有量が１重量％以下とな
るまで焼成治具内で脱脂し、同じ焼成治具を用いて加圧
焼結することを特徴とする回路用絶縁基板の製造方法に
ある。
素Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、且つ有機質バインダーを含有
するグリーンシートを、炭素含有量が１重量％以下とな
るまで焼成治具内で脱脂し、同じ焼成治具を用いて加圧
焼結することを特徴とする回路用絶縁基板の製造方法に
ある。
【００１０】ここで、有機質バインダーを含有するグリ
ーンシートとは、セルローズアセテート、ポリメタアク
リレート、ポリビニールブチラール等の公知のバインダ
ーを添加して成形されたものをいい、一枚でもよいし、
複数枚積層して圧着した多層構造のものでもよい。ま
た、Ｗ，Ｍｏ等のメタライズインクを用いて表面に配線
パターンが形成されたものでもよい。そして、この製造
方法において望ましいのは、脱脂の雰囲気を減圧加熱下
とするところにある。
ーンシートとは、セルローズアセテート、ポリメタアク
リレート、ポリビニールブチラール等の公知のバインダ
ーを添加して成形されたものをいい、一枚でもよいし、
複数枚積層して圧着した多層構造のものでもよい。ま
た、Ｗ，Ｍｏ等のメタライズインクを用いて表面に配線
パターンが形成されたものでもよい。そして、この製造
方法において望ましいのは、脱脂の雰囲気を減圧加熱下
とするところにある。
【００１１】
【作用】本発明製造方法において、窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4を
主成分とし、且つ有機質バインダーを含有するグリーン
シートを、炭素含有量が１重量％以下となるまで脱脂す
ることにより、後の焼成過程で炭化珪素の生成が抑制さ
れる。そして、脱脂時と同じ治具を用いて脱脂に引き続
いて加圧焼結するので、工程途中で脱脂体の割れ、カケ
を防止することができる。しかも焼結方法が、加圧焼結
であるから、焼結助剤が少なくても緻密で高強度の焼結
体を得ることができる。
主成分とし、且つ有機質バインダーを含有するグリーン
シートを、炭素含有量が１重量％以下となるまで脱脂す
ることにより、後の焼成過程で炭化珪素の生成が抑制さ
れる。そして、脱脂時と同じ治具を用いて脱脂に引き続
いて加圧焼結するので、工程途中で脱脂体の割れ、カケ
を防止することができる。しかも焼結方法が、加圧焼結
であるから、焼結助剤が少なくても緻密で高強度の焼結
体を得ることができる。
【００１２】脱脂の雰囲気を減圧加熱下とすれば、グリ
ーンシートをカーボン型のような焼成治具の中にいれた
状態でも、有機質バインダーの熱分解及び治具外への排
出が容易に進行する。従って、脱脂体の炭素含有量が短
時間で１重量％以下となる。かくして得られる回路用絶
縁基板は、よしんば炭化珪素のような炭素化合物が存在
したとしても、その含有量は、炭素に換算して１重量％
以下であり、回路用絶縁基板としての性能に悪影響をも
たらさない程度のものである。
ーンシートをカーボン型のような焼成治具の中にいれた
状態でも、有機質バインダーの熱分解及び治具外への排
出が容易に進行する。従って、脱脂体の炭素含有量が短
時間で１重量％以下となる。かくして得られる回路用絶
縁基板は、よしんば炭化珪素のような炭素化合物が存在
したとしても、その含有量は、炭素に換算して１重量％
以下であり、回路用絶縁基板としての性能に悪影響をも
たらさない程度のものである。
【００１３】
【実施例】純度９９．９％、平均粒径０．９μｍのβ型
窒化珪素６０重量％、純度９９．９％、平均粒径０．７
μｍの酸化アルミニウム３０重量％及び純度９９．９
％、平均粒径２．１μｍの酸化イットリウム１０重量％
を秤量し、この秤量物１００重量部に対して有機質バイ
ンダーとしてポリビニールブチラールを１２重量部添加
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５枚積層し熱圧着し大きさ３
５×３５×２．１ｍｍに切断後、表１の条件で脱脂し、
温度１６００℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2、保持時間３
０分の条件でホットプレスすることによって、大きさ３
５×３５×１．１ｍｍのセラミックス焼結体Ｎｏ．１〜
５を製造した。
窒化珪素６０重量％、純度９９．９％、平均粒径０．７
μｍの酸化アルミニウム３０重量％及び純度９９．９
％、平均粒径２．１μｍの酸化イットリウム１０重量％
を秤量し、この秤量物１００重量部に対して有機質バイ
ンダーとしてポリビニールブチラールを１２重量部添加
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５枚積層し熱圧着し大きさ３
５×３５×２．１ｍｍに切断後、表１の条件で脱脂し、
温度１６００℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2、保持時間３
０分の条件でホットプレスすることによって、大きさ３
５×３５×１．１ｍｍのセラミックス焼結体Ｎｏ．１〜
５を製造した。
【００１４】
【表１】 比較のために、上記秤量物に有機質バインダーを添加す
ること無く、温度１６００℃、圧力２００ｋｇ／ｃ
ｍ2、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３５×３５×１．１ｍｍのセラミックス
焼結体Ｎｏ．６を製造した。
ること無く、温度１６００℃、圧力２００ｋｇ／ｃ
ｍ2、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３５×３５×１．１ｍｍのセラミックス
焼結体Ｎｏ．６を製造した。
【００１５】更に比較のために、焼成条件が、温度１６
００℃、保持時間３０分の常圧焼成であることと、ヒー
ターからの炭素混入防止のためにペースト状の被膜をグ
リーンシートに塗布したこと以外は、上記焼結体Ｎｏ．
６と同一条件で焼結体Ｎｏ．７を製造した。
００℃、保持時間３０分の常圧焼成であることと、ヒー
ターからの炭素混入防止のためにペースト状の被膜をグ
リーンシートに塗布したこと以外は、上記焼結体Ｎｏ．
６と同一条件で焼結体Ｎｏ．７を製造した。
【００１６】これら焼結体Ｎｏ．１〜７について、遊離
炭素及び化合物としての炭素の総炭素量、誘電率並びに
気密性を測定した結果を表２に示す。尚、総炭素量の測
定は、助燃剤を用いてサンプルを酸素ガス気流中で燃焼
させ、サンプル中の炭素をＣＯ2とし、このＣＯ2の量を
赤外線吸収法により定量する事で行った。また、気密性
は、Ｈｅリークの有無をもって判定した。
炭素及び化合物としての炭素の総炭素量、誘電率並びに
気密性を測定した結果を表２に示す。尚、総炭素量の測
定は、助燃剤を用いてサンプルを酸素ガス気流中で燃焼
させ、サンプル中の炭素をＣＯ2とし、このＣＯ2の量を
赤外線吸収法により定量する事で行った。また、気密性
は、Ｈｅリークの有無をもって判定した。
【００１７】
【表２】 表２の結果から、脱脂後の総炭素量が１重量％以下の場
合は、焼成後の総炭素量も１重量％以下となることが明
らかとなった。また、焼成後の総炭素量が１重量％以下
のときに誘電率が１２以下となることが判った。尚、ど
の焼結体にも割れ、カケは、生じていなかった。
合は、焼成後の総炭素量も１重量％以下となることが明
らかとなった。また、焼成後の総炭素量が１重量％以下
のときに誘電率が１２以下となることが判った。尚、ど
の焼結体にも割れ、カケは、生じていなかった。
【００１８】但し、焼結体Ｎｏ．４は、水蒸気含有窒素
中で脱脂温度が８００℃と高温であることから、カーボ
ン製焼成治具を使用して脱脂すると治具が燃焼してしま
うので、治具外で脱脂後に治具に詰める必要があり、焼
成前に割れ、カケを生じるおそれのある条件のものであ
る。尚、焼結体Ｎｏ．６及びＮｏ．７は、有機質バイン
ダーを添加していないものであるにもかかわらず、焼成
後に炭素が存在しているのは、離型剤（窒化ホウ素Ｂ
Ｎ）ペースト中の有機成分、カーボン製治具、ペースト
状被膜などから混入したものと考えられる。
中で脱脂温度が８００℃と高温であることから、カーボ
ン製焼成治具を使用して脱脂すると治具が燃焼してしま
うので、治具外で脱脂後に治具に詰める必要があり、焼
成前に割れ、カケを生じるおそれのある条件のものであ
る。尚、焼結体Ｎｏ．６及びＮｏ．７は、有機質バイン
ダーを添加していないものであるにもかかわらず、焼成
後に炭素が存在しているのは、離型剤（窒化ホウ素Ｂ
Ｎ）ペースト中の有機成分、カーボン製治具、ペースト
状被膜などから混入したものと考えられる。
【００１９】
【発明の効果】本発明回路用絶縁基板は、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。脱脂と焼結とを同じ治具
の中で行うので、割れ、カケ等の不良率を低減すること
ができる。
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。脱脂と焼結とを同じ治具
の中で行うので、割れ、カケ等の不良率を低減すること
ができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素及び炭素化合物の含有量が炭素に換
算して１重量％以下である窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4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。 - 【請求項２】 窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、且つ有
機質バインダーを含有するグリーンシートを、炭素含有
量が１重量％以下となるまで焼成治具内で脱脂し、同じ
焼成治具を用いて加圧焼結することを特徴とする回路用
絶縁基板の製造方法。 - 【請求項３】 脱脂の雰囲気が減圧加熱下である請求項
２の回路用絶縁基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207526A JPH0624850A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 回路用絶縁基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207526A JPH0624850A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 回路用絶縁基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0624850A true JPH0624850A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=16541183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4207526A Pending JPH0624850A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 回路用絶縁基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0624850A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017170247A1 (ja) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 日立金属株式会社 | 窒化ケイ素焼結基板、窒化ケイ素焼結基板片、回路基板および窒化ケイ素焼結基板の製造方法 |
| JP2022010369A (ja) * | 2017-09-26 | 2022-01-14 | 日立金属株式会社 | 窒化ケイ素焼結基板 |
-
1992
- 1992-07-08 JP JP4207526A patent/JPH0624850A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017170247A1 (ja) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 日立金属株式会社 | 窒化ケイ素焼結基板、窒化ケイ素焼結基板片、回路基板および窒化ケイ素焼結基板の製造方法 |
| US10669210B2 (en) | 2016-03-28 | 2020-06-02 | Hitachi Metals, Ltd. | Silicon nitride sintered substrate, silicon nitride sintered substrate sheet, circuit substrate, and production method for silicon nitride sintered substrate |
| JP2022010369A (ja) * | 2017-09-26 | 2022-01-14 | 日立金属株式会社 | 窒化ケイ素焼結基板 |
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