JPH0629425A - 回路用絶縁基板 - Google Patents
回路用絶縁基板Info
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- JPH0629425A JPH0629425A JP20312392A JP20312392A JPH0629425A JP H0629425 A JPH0629425 A JP H0629425A JP 20312392 A JP20312392 A JP 20312392A JP 20312392 A JP20312392 A JP 20312392A JP H0629425 A JPH0629425 A JP H0629425A
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- JP
- Japan
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- silicon
- thermal expansion
- crystal
- expansion coefficient
- silicon nitride
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Abstract
(57)【要約】
【構成】シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁体結晶で
あるアルミナＡｌ2Ｏ3と、炭化珪素ＳｉＣ３〜１３重量
％とを含有する窒化珪素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 【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。
あるアルミナＡｌ2Ｏ3と、炭化珪素ＳｉＣ３〜１３重量
％とを含有する窒化珪素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 【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
【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。
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。
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。
【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。
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。
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。
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】その手段は、シリコンよ
りも熱膨張係数の高い絶縁体結晶と、炭化珪素ＳｉＣと
を含有する窒化珪素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。望ましい手段
は、上記回路用基板において、炭化珪素ＳｉＣの含有量
を３〜１３重量％とするところにある。別の望ましい手
段は、絶縁体結晶をアルミナＡｌ2Ｏ3とするところにあ
る。
りも熱膨張係数の高い絶縁体結晶と、炭化珪素ＳｉＣと
を含有する窒化珪素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。望ましい手段
は、上記回路用基板において、炭化珪素ＳｉＣの含有量
を３〜１３重量％とするところにある。別の望ましい手
段は、絶縁体結晶をアルミナＡｌ2Ｏ3とするところにあ
る。
【０００８】ここで、窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4系セラミックス
とは、イットリア、マグネシア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もよいが、その量
は、イットリアの場合、５〜１５重量％が望ましい。５
％に満たないと焼結体の強度が向上せず、１５％を越え
るとかえって焼結しにくいからである。
とは、イットリア、マグネシア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もよいが、その量
は、イットリアの場合、５〜１５重量％が望ましい。５
％に満たないと焼結体の強度が向上せず、１５％を越え
るとかえって焼結しにくいからである。
【０００９】
【作用】シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁体結晶
は、例えばＡｌ2Ｏ3結晶粉末の形態でまたは焼成後にＡ
ｌ2Ｏ3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、焼結後に当該絶縁体結晶の形態で析出するか叉
は残ることにより、熱膨張係数の高い絶縁体結晶が低膨
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。炭化珪素は、絶縁体結
晶の添加含有に伴う機械的強度の低下を防止する。しか
も主成分は窒化珪素であるから、誘電率は依然として低
い。
は、例えばＡｌ2Ｏ3結晶粉末の形態でまたは焼成後にＡ
ｌ2Ｏ3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、焼結後に当該絶縁体結晶の形態で析出するか叉
は残ることにより、熱膨張係数の高い絶縁体結晶が低膨
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。炭化珪素は、絶縁体結
晶の添加含有に伴う機械的強度の低下を防止する。しか
も主成分は窒化珪素であるから、誘電率は依然として低
い。
【００１０】そして、炭化珪素含有量が前記範囲内のと
き、抗折強度が４０ｋｇ／ｍｍ2以上、誘電率が１０〜
２０となる。尚、前記絶縁体結晶の含有量は、絶縁体結
晶がＡｌ2Ｏ3の場合、１０〜５０重量％が望ましい。こ
の範囲で熱膨張係数が３．０×１０-6／℃前後となるか
らである。
き、抗折強度が４０ｋｇ／ｍｍ2以上、誘電率が１０〜
２０となる。尚、前記絶縁体結晶の含有量は、絶縁体結
晶がＡｌ2Ｏ3の場合、１０〜５０重量％が望ましい。こ
の範囲で熱膨張係数が３．０×１０-6／℃前後となるか
らである。
【００１１】
【実施例】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、純度９９．９％、平均粒径０．９μ
ｍの炭化珪素、純度９９．９％、平均粒径１．０μｍの
窒化チタニウム、純度９９．９％、平均粒径１．４μｍ
の炭化チタニウム及び純度９９．９％、平均粒径０．９
μｍの炭化タングステンを表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
１７００℃、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×
３５×３．５ｍｍのセラミックス焼結体Ｎｏ．１〜４を
製造した。これら焼結体Ｎｏ．１〜４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１に併記する。
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、純度９９．９％、平均粒径０．９μ
ｍの炭化珪素、純度９９．９％、平均粒径１．０μｍの
窒化チタニウム、純度９９．９％、平均粒径１．４μｍ
の炭化チタニウム及び純度９９．９％、平均粒径０．９
μｍの炭化タングステンを表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
１７００℃、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×
３５×３．５ｍｍのセラミックス焼結体Ｎｏ．１〜４を
製造した。これら焼結体Ｎｏ．１〜４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１に併記する。
【００１２】
【表１】 表１の結果から、非酸化物の中でも炭化珪素が抗折強度
を高めるのに最も有効であることが判った。
を高めるのに最も有効であることが判った。
【００１３】次に原料の組成割合が表２に示す通りであ
る以外は、上記Ｎｏ．１〜４と同一条件でセラミックス
焼結体Ｎｏ．５〜８を製造した。これら焼結体Ｎｏ．５
〜８及びＮｏ．１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。また、抗折強度及び誘電率と炭化珪素添加量
との関係をそれぞれ図１及び図２に示す。
る以外は、上記Ｎｏ．１〜４と同一条件でセラミックス
焼結体Ｎｏ．５〜８を製造した。これら焼結体Ｎｏ．５
〜８及びＮｏ．１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。また、抗折強度及び誘電率と炭化珪素添加量
との関係をそれぞれ図１及び図２に示す。
【００１４】
【表２】 表２にみられるように、炭化珪素の含有量が３〜１３重
量％のときに、誘電率を異常に高めること無く抗折強度
が向上した。また、熱膨張係数は、２．９×１０-6／℃
とシリコンのそれに近いものであった。尚、セラミック
スＮｏ．１、６〜７は、いずれも窒化珪素系結晶のほか
にアルミナＡｌ2Ｏ3結晶及び炭化珪素ＳｉＣ結晶を含ん
でいることがＸ線回折によって確認された。
量％のときに、誘電率を異常に高めること無く抗折強度
が向上した。また、熱膨張係数は、２．９×１０-6／℃
とシリコンのそれに近いものであった。尚、セラミック
スＮｏ．１、６〜７は、いずれも窒化珪素系結晶のほか
にアルミナＡｌ2Ｏ3結晶及び炭化珪素ＳｉＣ結晶を含ん
でいることがＸ線回折によって確認された。
【００１５】次に原料の組成割合が表３に示す通りであ
る以外は、上記Ｎｏ．１〜４と同一条件でセラミックス
焼結体Ｎｏ．９〜１２を製造した。これら焼結体Ｎｏ．
９〜１２及びＮｏ．７について、熱膨張係数（室温〜４
００℃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。
る以外は、上記Ｎｏ．１〜４と同一条件でセラミックス
焼結体Ｎｏ．９〜１２を製造した。これら焼結体Ｎｏ．
９〜１２及びＮｏ．７について、熱膨張係数（室温〜４
００℃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。
【００１６】
【表３】 表３にみられるように、焼結助剤がイットリアの場合
は、その含有量が５〜１５％のときに緻密焼結して強度
向上に寄与することが判った。尚、セラミックスＮｏ．
９〜１２も、いずれも窒化珪素系結晶のほかにアルミナ
Ａｌ2Ｏ3結晶及び炭化珪素ＳｉＣ結晶を含んでいること
がＸ線回折によって確認された。
は、その含有量が５〜１５％のときに緻密焼結して強度
向上に寄与することが判った。尚、セラミックスＮｏ．
９〜１２も、いずれも窒化珪素系結晶のほかにアルミナ
Ａｌ2Ｏ3結晶及び炭化珪素ＳｉＣ結晶を含んでいること
がＸ線回折によって確認された。
【００１７】比較のために、原料の組成割合が、窒化珪
素９１％、酸化アルミニウム１％、窒化アルミニウムＡ
ｌＮ３％及び酸化イットリウム５％であるほかは、上記
セラミックスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミ
ックスＮｏ．１３を製造したところ、抗折強度は９８．
５ｋｇ／ｍｍ2で高かったが、その熱膨張係数は２．２
×-6／℃と低かった。そしてＸ線回折にて分析したとこ
ろ、窒化珪素系結晶のピークしか検出されなかった。更
に比較のために、原料の組成割合が、窒化珪素８０％及
びガラス（ＳｉＯ2：４０，Ａｌ2Ｏ3：４０，ＭｇＯ：
１３，ＣａＯ：７）２０％であるほかは、上記セラミッ
クスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミックスＮ
ｏ．１４を製造したところ、抗折強度が１８．１ｋｇ／
ｍｍ2と低く、その熱膨張係数も２．６×-6／℃と低か
った。そしてＸ線回折にて分析したところ、主結晶が窒
化珪素となっていたものの、アルミナＡｌ2Ｏ3結晶は確
認されなかった。
素９１％、酸化アルミニウム１％、窒化アルミニウムＡ
ｌＮ３％及び酸化イットリウム５％であるほかは、上記
セラミックスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミ
ックスＮｏ．１３を製造したところ、抗折強度は９８．
５ｋｇ／ｍｍ2で高かったが、その熱膨張係数は２．２
×-6／℃と低かった。そしてＸ線回折にて分析したとこ
ろ、窒化珪素系結晶のピークしか検出されなかった。更
に比較のために、原料の組成割合が、窒化珪素８０％及
びガラス（ＳｉＯ2：４０，Ａｌ2Ｏ3：４０，ＭｇＯ：
１３，ＣａＯ：７）２０％であるほかは、上記セラミッ
クスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミックスＮ
ｏ．１４を製造したところ、抗折強度が１８．１ｋｇ／
ｍｍ2と低く、その熱膨張係数も２．６×-6／℃と低か
った。そしてＸ線回折にて分析したところ、主結晶が窒
化珪素となっていたものの、アルミナＡｌ2Ｏ3結晶は確
認されなかった。
【００１８】
【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。
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。
【図１】抗折強度と炭化珪素添加量との関係を示す図で
ある。
ある。
【図２】誘電率と炭化珪素添加量との関係を示す図であ
る。
る。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年８月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【表３】 表３にみられるように、焼結助剤がイットリアの場合
は、その含有量が５〜１５％のときに緻密焼結して強度
向上に寄与することが判った。尚、セラミックスＮｏ．
９〜１２も、いずれも窒化珪素系結晶のほかにアルミナ
Ａｌ2Ｏ3結晶及び炭化珪素ＳｉＣ結晶を含んでいること
がＸ線回折によって確認された。
は、その含有量が５〜１５％のときに緻密焼結して強度
向上に寄与することが判った。尚、セラミックスＮｏ．
９〜１２も、いずれも窒化珪素系結晶のほかにアルミナ
Ａｌ2Ｏ3結晶及び炭化珪素ＳｉＣ結晶を含んでいること
がＸ線回折によって確認された。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】比較のために、原料の組成割合が、窒化珪
素９１％、酸化アルミニウム１％、窒化アルミニウムＡ
ｌＮ３％及び酸化イットリウム５％であるほかは、上記
セラミックスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミ
ックスＮｏ．１３を製造したところ、抗折強度は９８．
５ｋｇ／ｍｍ2で高かったが、その熱膨張係数は２．２
×１０-6／℃と低かった。そしてＸ線回折にて分析した
ところ、窒化珪素系結晶のピークしか検出されなかっ
た。更に比較のために、原料の組成割合が、窒化珪素８
０％及びガラス（ＳｉＯ2：４０，Ａｌ2Ｏ3：４０，Ｍ
ｇＯ：１３，ＣａＯ：７）２０％であるほかは、上記セ
ラミックスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミッ
クスＮｏ．１４を製造したところ、抗折強度が１８．１
ｋｇ／ｍｍ2と低く、その熱膨張係数も２．６×１０-6
／℃と低かった。そしてＸ線回折にて分析したところ、
主結晶が窒化珪素となっていたものの、アルミナＡｌ2
Ｏ3結晶は確認されなかった。
素９１％、酸化アルミニウム１％、窒化アルミニウムＡ
ｌＮ３％及び酸化イットリウム５％であるほかは、上記
セラミックスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミ
ックスＮｏ．１３を製造したところ、抗折強度は９８．
５ｋｇ／ｍｍ2で高かったが、その熱膨張係数は２．２
×１０-6／℃と低かった。そしてＸ線回折にて分析した
ところ、窒化珪素系結晶のピークしか検出されなかっ
た。更に比較のために、原料の組成割合が、窒化珪素８
０％及びガラス（ＳｉＯ2：４０，Ａｌ2Ｏ3：４０，Ｍ
ｇＯ：１３，ＣａＯ：７）２０％であるほかは、上記セ
ラミックスＮｏ．１〜１２と同じ条件で比較用セラミッ
クスＮｏ．１４を製造したところ、抗折強度が１８．１
ｋｇ／ｍｍ2と低く、その熱膨張係数も２．６×１０-6
／℃と低かった。そしてＸ線回折にて分析したところ、
主結晶が窒化珪素となっていたものの、アルミナＡｌ2
Ｏ3結晶は確認されなかった。
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコンよりも熱膨張係数の高い絶縁体
結晶と、炭化珪素ＳｉＣとを含有する窒化珪素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】 炭化珪素ＳｉＣの含有量が３〜１３重量
％である請求項１の回路用絶縁基板。 - 【請求項３】 絶縁体結晶がアルミナＡｌ2Ｏ3である請
求項１の回路用絶縁基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20312392A JPH0629425A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 回路用絶縁基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20312392A JPH0629425A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 回路用絶縁基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629425A true JPH0629425A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16468789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20312392A Pending JPH0629425A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 回路用絶縁基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629425A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6756910B2 (en) * | 2001-02-27 | 2004-06-29 | Optex Co., Ltd. | Sensor for automatic doors |
-
1992
- 1992-07-06 JP JP20312392A patent/JPH0629425A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6756910B2 (en) * | 2001-02-27 | 2004-06-29 | Optex Co., Ltd. | Sensor for automatic doors |
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