JPH0629426A - 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
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- JPH0629426A JPH0629426A JP20752592A JP20752592A JPH0629426A JP H0629426 A JPH0629426 A JP H0629426A JP 20752592 A JP20752592 A JP 20752592A JP 20752592 A JP20752592 A JP 20752592A JP H0629426 A JPH0629426 A JP H0629426A
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- metal
- silicon carbide
- silicon nitride
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低誘電率、気密性及びＳｉ近似の熱膨張係数の
３特性を兼備する。 【構成】タングステンＷ及びタングステン化合物のうち
から選ばれる１種以上を、タングステンＷに換算して３
〜１０重量％含有する窒化珪素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特性を兼備する。 【構成】タングステンＷ及びタングステン化合物のうち
から選ばれる１種以上を、タングステンＷに換算して３
〜１０重量％含有する窒化珪素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。
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。また、基板形状にするには、焼成前のセラミックス
粉末に有機質バインダーを添加してグリーンシートに成
形する必要があるが、この有機質バインダーは、成形工
程の後の脱脂工程で完全に除去することはできず、炭化
した状態で残存する。
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。また、基板形状にするには、焼成前のセラミックス
粉末に有機質バインダーを添加してグリーンシートに成
形する必要があるが、この有機質バインダーは、成形工
程の後の脱脂工程で完全に除去することはできず、炭化
した状態で残存する。
【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成形
体を包囲している関係で有機質バインダーの除去がます
ます困難となる。
トプレス）すると、焼成治具にカーボン型を用いて成形
体を包囲している関係で有機質バインダーの除去がます
ます困難となる。
【０００６】かくして残存する有機質バインダーの炭化
によって生成する残留カーボンが、焼成時に原料の窒化
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。
によって生成する残留カーボンが、焼成時に原料の窒化
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。
【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の課
題を解決し、低誘電率、気密性及びＳｉ近似の熱膨張係
数の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。
題を解決し、低誘電率、気密性及びＳｉ近似の熱膨張係
数の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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】その第１の手段は、タン
グステンＷ及びタングステン化合物のうちから選ばれる
１種以上を、タングステンＷに換算して３〜１０重量％
含有する窒化珪素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。
グステンＷ及びタングステン化合物のうちから選ばれる
１種以上を、タングステンＷに換算して３〜１０重量％
含有する窒化珪素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】第２の手段は、下記の反応（１）によって
生成された場合に、その生成エネルギーΔＧが、下記の
反応（２）における炭化珪素ＳｉＣの生成エネルギーΔ
Ｇよりも小さい関係にある金属炭化物及びそのような金
属炭化物を生成する金属のうちから選ばれる１種以上を
含有する、窒化珪素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。 Ｍ ＋ Ｃ → ＭＣ （１） （Ｍ：金属元素） Ｓｉ3Ｎ4 ＋ ３Ｃ → ３ＳｉＣ ＋ ２Ｎ2 （２） にある。
生成された場合に、その生成エネルギーΔＧが、下記の
反応（２）における炭化珪素ＳｉＣの生成エネルギーΔ
Ｇよりも小さい関係にある金属炭化物及びそのような金
属炭化物を生成する金属のうちから選ばれる１種以上を
含有する、窒化珪素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。 Ｍ ＋ Ｃ → ＭＣ （１） （Ｍ：金属元素） Ｓｉ3Ｎ4 ＋ ３Ｃ → ３ＳｉＣ ＋ ２Ｎ2 （２） にある。
【００１０】この第１、第２の手段において、窒化珪素
Ｓｉ3Ｎ4系セラミックスとは、アルミナ、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
化珪素に固溶してサイアロンを形成してもよい。
Ｓｉ3Ｎ4系セラミックスとは、アルミナ、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
化珪素に固溶してサイアロンを形成してもよい。
【００１１】同じく課題を解決する製造手段は、窒化珪
素Ｓｉ3Ｎ4を主原料とするセラミックス粉末、下記の反
応（１）によって生成された場合に、その生成エネルギ
ーΔＧが、下記の反応（２）における炭化珪素ＳｉＣの
生成エネルギーΔＧよりも小さい関係にある金属炭化物
を生成する金属（但し、タングステンを除く）及びタン
グステンＷのうちから選ばれる１種以上、並びに有機質
バインダーを含有するグリーンシートを、焼成すること
を特徴とする回路用絶縁基板の製造方法。 Ｍ ＋ Ｃ → ＭＣ （１） （Ｍ：金属元素） Ｓｉ3Ｎ4 ＋ ３Ｃ → ３ＳｉＣ ＋ ２Ｎ2 （２） にある。
素Ｓｉ3Ｎ4を主原料とするセラミックス粉末、下記の反
応（１）によって生成された場合に、その生成エネルギ
ーΔＧが、下記の反応（２）における炭化珪素ＳｉＣの
生成エネルギーΔＧよりも小さい関係にある金属炭化物
を生成する金属（但し、タングステンを除く）及びタン
グステンＷのうちから選ばれる１種以上、並びに有機質
バインダーを含有するグリーンシートを、焼成すること
を特徴とする回路用絶縁基板の製造方法。 Ｍ ＋ Ｃ → ＭＣ （１） （Ｍ：金属元素） Ｓｉ3Ｎ4 ＋ ３Ｃ → ３ＳｉＣ ＋ ２Ｎ2 （２） にある。
【００１２】この製造手段において望ましい手段は、金
属及びタングステンのうちから選ばれる１種以上とし
て、少なくともタングステンが選ばれ、且つその含有量
が、セラミックス粉末との合計量に対して３〜１０重量
％である製造方法にある。
属及びタングステンのうちから選ばれる１種以上とし
て、少なくともタングステンが選ばれ、且つその含有量
が、セラミックス粉末との合計量に対して３〜１０重量
％である製造方法にある。
【００１３】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、セルロースアセテート、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もしく
は積層体の内層に配線パターンが形成されたものでもよ
い。
ーンシートとは、セルロースアセテート、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もしく
は積層体の内層に配線パターンが形成されたものでもよ
い。
【００１４】
【作用】本発明製造方法において、窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4を
主原料とするセラミックス粉末、炭化珪素ＳｉＣよりも
生成エネルギーΔＧの低い金属炭化物を生成する金属及
びタングステンＷのうちから選ばれる１種以上３〜１０
重量％、並びに有機質バインダーを含有するグリーンシ
ートを、焼成することにより、後の焼成過程で炭化珪素
の生成が抑制される。
主原料とするセラミックス粉末、炭化珪素ＳｉＣよりも
生成エネルギーΔＧの低い金属炭化物を生成する金属及
びタングステンＷのうちから選ばれる１種以上３〜１０
重量％、並びに有機質バインダーを含有するグリーンシ
ートを、焼成することにより、後の焼成過程で炭化珪素
の生成が抑制される。
【００１５】すなわち、炭化珪素ＳｉＣよりも生成エネ
ルギーΔＧの低い金属炭化物を生成する金属がグリーン
シート中に存在するので、残存する有機質バインダーの
炭化によって生成する残留カーボンが、焼成時に原料の
窒化珪素と反応して炭化珪素ＳｉＣを生成してしまう前
に当該金属と優先的に反応し、炭化珪素以外の金属炭化
物となって固定される。しかもそのような金属炭化物
は、炭化珪素と異なり、誘電率を高くし、絶縁抵抗を下
げる弊害を招くことがない。
ルギーΔＧの低い金属炭化物を生成する金属がグリーン
シート中に存在するので、残存する有機質バインダーの
炭化によって生成する残留カーボンが、焼成時に原料の
窒化珪素と反応して炭化珪素ＳｉＣを生成してしまう前
に当該金属と優先的に反応し、炭化珪素以外の金属炭化
物となって固定される。しかもそのような金属炭化物
は、炭化珪素と異なり、誘電率を高くし、絶縁抵抗を下
げる弊害を招くことがない。
【００１６】炭化珪素よりも優先的に製造される金属炭
化物として典型的なものは、炭化タングステンＷＣであ
る。炭化タングステンは、適量であれば、絶縁抵抗を下
げること無く、熱膨張係数が窒化珪素のそれとほぼ一致
するばかりか、焼結体全体の誘電率を更に低くする利点
をもたらす。但し、未反応タングステンとの合計で、そ
の含有量が、タングステンに換算して３重量％に満たな
いと誘電率を下げる作用に乏しく、１０重量％を越える
と絶縁抵抗が低下して回路基板としての実用が困難とな
る。
化物として典型的なものは、炭化タングステンＷＣであ
る。炭化タングステンは、適量であれば、絶縁抵抗を下
げること無く、熱膨張係数が窒化珪素のそれとほぼ一致
するばかりか、焼結体全体の誘電率を更に低くする利点
をもたらす。但し、未反応タングステンとの合計で、そ
の含有量が、タングステンに換算して３重量％に満たな
いと誘電率を下げる作用に乏しく、１０重量％を越える
と絶縁抵抗が低下して回路基板としての実用が困難とな
る。
【００１７】
【実施例】純度９９．９％、平均粒径０．９μｍのα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２．１μ
ｍのタングステン及び純度９９．９％、平均粒径１．０
μｍのチタニウムを表１の組成となるように秤量し、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。これらのグ
リーンシートをＸ線回折にかけて分析したところ、タン
グステンＷまたはチタニウムＴｉの回折ピークは確認さ
れたが、ＷＣ，ＴｉＣ等の炭化物のピークは一切確認さ
れなかった。
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２．１μ
ｍのタングステン及び純度９９．９％、平均粒径１．０
μｍのチタニウムを表１の組成となるように秤量し、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。これらのグ
リーンシートをＸ線回折にかけて分析したところ、タン
グステンＷまたはチタニウムＴｉの回折ピークは確認さ
れたが、ＷＣ，ＴｉＣ等の炭化物のピークは一切確認さ
れなかった。
【００１８】次にこれらのグリーンシートを５枚または
１８枚積層し熱圧着し大きさ３５×３５×２ｍｍまたは
３５×３５×７ｍｍに切断後、大気中温度６００℃、保
持時間２０時間の条件で脱脂し、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３５×３５×１ｍｍまた
は３５×３５×３．５ｍｍのセラミックス焼結体Ｎｏ．
１〜６を製造した。これらセラミックス焼結体をＸ線回
折にかけて分析したところ、Ｎｏ．１のものを除いてβ
型窒化珪素のピークのほかにＷＣまたはＴｉＣのピーク
が確認された。
１８枚積層し熱圧着し大きさ３５×３５×２ｍｍまたは
３５×３５×７ｍｍに切断後、大気中温度６００℃、保
持時間２０時間の条件で脱脂し、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３５×３５×１ｍｍまた
は３５×３５×３．５ｍｍのセラミックス焼結体Ｎｏ．
１〜６を製造した。これらセラミックス焼結体をＸ線回
折にかけて分析したところ、Ｎｏ．１のものを除いてβ
型窒化珪素のピークのほかにＷＣまたはＴｉＣのピーク
が確認された。
【００１９】
【表１】 これら焼結体Ｎｏ．１〜６について、熱膨張係数、絶縁
抵抗及び誘電率を測定した結果を表２に示す。尚、熱膨
張係数の測定は、前記厚さ３．５ｍｍの焼結体を大きさ
３×３×２０ｍｍに切断したものを試料とした。また、
絶縁抵抗及び誘電率の測定は、前記厚さ１ｍｍの焼結体
を用いて行った。
抵抗及び誘電率を測定した結果を表２に示す。尚、熱膨
張係数の測定は、前記厚さ３．５ｍｍの焼結体を大きさ
３×３×２０ｍｍに切断したものを試料とした。また、
絶縁抵抗及び誘電率の測定は、前記厚さ１ｍｍの焼結体
を用いて行った。
【００２０】
【表２】 表２の結果から、本発明焼結体は、熱膨張係数が３．０
×１０-6／℃前後で、誘電率が１１．４〜１９．２と、
金属を添加していない従来の焼結体Ｎｏ．１の誘電率１
９．６よりも低誘電率となった。尚、本発明範囲内で絶
縁抵抗が１０10Ωｃｍまで低下したものがあったが、回
路用絶縁基板として使用するのに支障の無いものであ
る。
×１０-6／℃前後で、誘電率が１１．４〜１９．２と、
金属を添加していない従来の焼結体Ｎｏ．１の誘電率１
９．６よりも低誘電率となった。尚、本発明範囲内で絶
縁抵抗が１０10Ωｃｍまで低下したものがあったが、回
路用絶縁基板として使用するのに支障の無いものであ
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明回路用絶縁基板は、有機質バイン
ダーを成形助剤として用いて製造されたものであって
も、有害な炭化珪素の生成が抑制されて、窒化珪素を主
成分とする誘電率の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。また、本発明製造方法で
は、有機質バインダーを除去するのに、特別注意を払っ
て脱脂する必要がないし、有機質バインダーの材質を特
定する必要もない。従って、生産効率が向上する。
ダーを成形助剤として用いて製造されたものであって
も、有害な炭化珪素の生成が抑制されて、窒化珪素を主
成分とする誘電率の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。また、本発明製造方法で
は、有機質バインダーを除去するのに、特別注意を払っ
て脱脂する必要がないし、有機質バインダーの材質を特
定する必要もない。従って、生産効率が向上する。
Claims (4)
- 【請求項１】 タングステンＷ及びタングステン化合物
のうちから選ばれる１種以上を、タングステンＷに換算
して３〜１０重量％含有する窒化珪素系セラミックスよ
りなることを特徴とする回路用絶縁基板。 - 【請求項２】 下記の反応（１）によって生成された場
合に、その生成エネルギーΔＧが、下記の反応（２）に
おける炭化珪素ＳｉＣの生成エネルギーΔＧよりも小さ
い関係にある金属炭化物及びそのような金属炭化物を生
成する金属のうちから選ばれる１種以上を含有する、窒
化珪素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。 Ｍ ＋ Ｃ → ＭＣ （１） （Ｍ：金属元素） Ｓｉ3Ｎ4 ＋ ３Ｃ → ３ＳｉＣ ＋ ２Ｎ2 （２） - 【請求項３】 窒化珪素Ｓｉ3Ｎ4を主原料とするセラミ
ックス粉末、下記の反応（１）によって生成された場合
に、その生成エネルギーΔＧが、下記の反応（２）にお
ける炭化珪素ＳｉＣの生成エネルギーΔＧよりも小さい
関係にある金属炭化物を生成する金属（但し、タングス
テンを除く）及びタングステンＷのうちから選ばれる１
種以上、並びに有機質バインダーを含有するグリーンシ
ートを、焼成することを特徴とする回路用絶縁基板の製
造方法。 Ｍ ＋ Ｃ → ＭＣ （１） （Ｍ：金属元素） Ｓｉ3Ｎ4 ＋ ３Ｃ → ３ＳｉＣ ＋ ２Ｎ2 （２） - 【請求項４】 請求項３の回路用絶縁基板の製造方法に
おいて、金属及びタングステンのうちから選ばれる１種
以上として、少なくともタングステンが選ばれ、且つそ
の含有量が、セラミックス粉末との合計量に対して３〜
１０重量％である製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20752592A JPH0629426A (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 |
|---|---|---|---|
| JP20752592A JPH0629426A (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 |
|---|---|
| JPH0629426A true JPH0629426A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16541165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20752592A Pending JPH0629426A (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) | JPH0629426A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62100580A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-11 | Casio Comput Co Ltd | 液晶組成物 |
-
1992
- 1992-07-08 JP JP20752592A patent/JPH0629426A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62100580A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-11 | Casio Comput Co Ltd | 液晶組成物 |
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