JPH07149539A - ガラス−セラミックス複合体およびその製造方法 - Google Patents

ガラス−セラミックス複合体およびその製造方法

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JPH07149539A
JPH07149539A JP29520793A JP29520793A JPH07149539A JP H07149539 A JPH07149539 A JP H07149539A JP 29520793 A JP29520793 A JP 29520793A JP 29520793 A JP29520793 A JP 29520793A JP H07149539 A JPH07149539 A JP H07149539A
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glass
less
ceramic
powder
nitride
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JP29520793A
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English (en)
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Seiji Nakahata
成二 中畑
Koichi Sogabe
浩一 曽我部
Akira Yamakawa
晃 山川
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1200℃以下の低温焼結性、7以下の低誘
電率と20W/mK以上の高熱伝導率、20kg/mm
2以上の高強度を合わせ持ち、かつピール強度が高く信
頼性の高い半導体素子搭載用の基板材料を提供すること
を目的とする。 【構成】 窒素を0.1wt%以上10wt%以下含む
オキシナイトライドガラス中に窒化物セラミックス粒子
が分散されているガラス−セラミックス複合体および酸
化物ガラス原料粉末を窒素雰囲気中300℃以上800
℃以下で処理して0.1wt%以上10wt%以下の窒
素元素を含有させたオキシナイトライドガラス粉末と、
pH5〜10の水で水洗あるいは煮沸した窒化物セラミ
ックス粉末との混合物を所定形状に成形してなる成形体
を800℃以上1200℃以下で焼結することを特徴と
するガラス−セラミックス複合体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子搭載用の基
板材料に適するガラス−セラミックス複合体およびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】情報通信機器の高速化、高密度化さらに
は小型化に対応するため、半導体素子搭載用の基板材料
には以下に示す特性が要求されている。 1.基板材料の焼成温度が1200℃以下であること。
これにより、配線に使用する導体として、金、銀、銅な
どの低抵抗の金属材料が使用でき、信号伝送の高速化を
図ることができる。 2.誘電率が7以下であること。配線の周囲を低誘電率
の材料で形成することにより、信号伝送の高速化を図る
ことができる。
【0003】3.機械的強度が20kg/mm2以上で
あること。これにより基板材料を薄膜化して半導体素子
装置の小型化を図ると同時に、製造時などに生じるカ
ケ、ワレを防止することで歩留りを向上させ安価な製品
を提供できる。 4.熱伝導率が20W/mK以上であること。半導体素
子が生じる熱を効率良く放熱することにより、半導体素
子を高密度に実装でき、小型化を図ることができる。 5.ピール強度が1kgf/mm2以上であること。こ
れにより、金等の配線を基板上に安定にメタライズする
ことができる。
【0004】しかしながら、従来使用されている多層基
板材料は上記の要求特性を満足していなかった。例えば
アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックス材料
は、その焼成温度が1600℃以上であり、また、誘電
率が8〜9以上であるため、上記特性1,3を満たして
いない。コージエライト(2Mg0.2Al23・Si
2)などの結晶化ガラス、あるいは結晶化ガラスとホ
ウケイ酸ガラスなどの非晶質ガラスを複合化させたガラ
ス材料、あるいは酸化アルミニウム・ホウケイ酸ガラス
などの酸化物セラミックス・ガラス複合化材料は機械的
強度が10〜20kg/mm2、熱伝導率が5W/mK
程度と低く、上記特性2,4を満たしていない。又、作
製した基板の吸湿性が高く、フッ素等の不純物元素を含
有していたため基板と配線との密着度の低い、すなわち
ピール強度の低い基板しか提供できていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は1200℃以
下の低温焼結性、7以下の低誘電率と20W/mK以上
の高熱伝導率、20kg/mm2以上の高強度を合わせ
持ち、かつピール強度が高く、信頼性の高い半導体素子
搭載用の基板材料を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、窒素を
0.1wt%以上10wt%以下含むオキシナイトライ
ドガラス中に窒化物セラミックス粒子が分散されている
ことを特徴とするガラス−セラミックス複合体である。
そして、上記窒化物セラミックスは窒化アルミニウム又
は/および窒化ケイ素であり、その合計量が20wt%
以上90wt%以下のものが良い。又、ガラス材料とし
てはSiO2とB23を主成分とするホウケイ酸ガラス
やホウケイ酸ガラスにPb,Zn,Na,Fe等を加え
たものに、窒素を0.1wt%以上10wt%以下含有
させたオキシナイトライドガラスが挙げられる。このよ
うな材料は、1200℃以下で焼結されたものであり、
誘電率が7以下かつ機械的強度が20kg/mm2
上、熱伝導率が20W/mK以上である。
【0007】オキシナイトライドガラス中の窒素の量が
0.1wt%より少ないと窒化物セラミックスとの反応
が進行し、又、10wt%より多い場合、ガラスの粘性
流動が抑制され焼結不十分となるため、窒素量は0.1
wt%以上10wt%以下とする。又、窒化物セラミッ
クスの量が20wt%より少ないと窒化物セラミックス
の特徴が十分に発現しなくなり、又、90wt%を超え
るとガラスの低温焼結性が失われてしまい、焼結不十分
となる。本発明の第2は酸化物ガラス原料粉末を窒素雰
囲気中300℃以上800℃以下で処理して0.1wt
%以上10wt%以下の窒素元素を含有させたオキシナ
イトライドガラス粉末と、pH5〜10の水で水洗ある
いは煮沸した窒化物セラミックス粉末との混合物を所定
形状に成形してなる成形体を800℃以上1200℃以
下で焼結することを特徴とするガラス−セラミックス複
合体の製造方法である。
【0008】SiO2とB23を主成分とする酸化物ガ
ラスと窒化物セラミックスを単に混合・焼結した場合、
焼結中にガラス中に含有されている水分が蒸発したり、
窒化物セラミックスがガラス中に含まれる酸素と反応し
てCO,N2,NH3ガス等を発生して発泡したり、セラ
ミックスが酸化物に変って窒化物セラミックスとしての
特性を消失してしまい、強度や熱伝導率が低くなる。さ
らにセラミックス原料粉末中に含まれる硫黄、フッ素等
の元素により機械的強度やピール強度が低下してしま
う。そこで、本発明者らは数多くの試験を重ねた結果、
酸化物ガラス原料粉末中に窒素元素を含有させる工程
と、窒化物セラミックス原料粉末の表面上に存在する硫
黄、フッ素、NH3基の粉末表面不純物をpH5〜10
の水で水洗あるいは煮沸する工程を取り入れることによ
り、800〜1200℃で焼成可能な高熱伝導率、高強
度、低誘電率、高ピール強度を有する材料を提供できる
上記第2発明に到達した。上記2つの工程について以下
に説明する。
【0009】 酸化物ガラス原料粉末に窒素元素を含
有させる工程 酸化物ガラス原料粉末を窒素雰囲気中300℃以上80
0℃以下で処理することにより、ガラス粉末中に0.1
wt%以上10wt%以下の窒素元素を含有させオキシ
ナイトライドガラスとし、これによって窒化物セラミッ
クスとの反応を抑制し、窒化物セラミックスが有する高
強度・高熱伝導率の特性を発揮することが可能となる。
さらには酸化物ガラスが窒化されることにより、ガラス
−セラミックス複合体の吸湿性を低減させることができ
るため、ピール強度を上げることができる。含有させる
窒素量の限定理由については、前記第1発明に関して述
べたとおりである。
【0010】 窒化物セラミックス原料粉末を水洗・
煮沸する工程 窒化物セラミックス中の硫黄、フッ素元素の存在はピー
ル強度の低下を招くことから、1000ppm以下に、
又、炭素あるいは硫黄の存在は焼結途中でCO,C
2,SO,SO2等のガスを発生させ、気孔生成の原因
となり機械的強度、熱伝導率の低下を招くため、炭素は
1000ppm以下に、硫黄は100ppm以下にしな
ければならない。又、窒化物セラミックス原料粉末表面
に酸化物層を生成させることにより、ガラスとの濡れ性
を向上すなわち焼結性を向上することができ、さらには
ガラス成分が窒化物セラミックス結晶粒子内へ固溶する
ことを防止でき、窒化物セラミックスの特性を発揮する
ことができる。ただし、窒化物セラミックス結晶粒子内
の酸素が1wt%より多くなると熱伝導率は20W/m
Kより低くなるため、1wt%以下にする必要がある。
【0011】窒化物セラミックス原料粉末をpH5〜1
0の水で水洗あるいは煮沸を行うことで、粉末表面のフ
ッ素、炭素、硫黄の除去さらに酸素化物層を生成するこ
とができ、所定の性質を備えた複合体が得られる。窒化
物セラミックス原料粉末の量を20wt%以上90wt
%以下とするとよいのは前記第1発明に関して述べたと
おりである。又、pH5〜10と限定したのは、pH5
未満およびpH10を超える水での水洗、煮沸は窒化物
セラミックス原料粉末粒を必要以上に酸化してしまい、
窒化物セラミックス結晶粒子内の酸素が1wt%以上と
なってしまうため、pH5〜10が良い。このような方
法により得られた複合体は、20W/mK以上の熱伝導
率、20kg/mm2以上の機械的強度、7以下の誘電
率、1kgf/mm2以上のピール強度を有しており、
多層基板材料としての特性を十分に満たすものである。
【0012】
【実施例】以下に実施例並びに比較例によって本発明を
説明する。 実施例1 SiO2とB23を主成分とする酸化物ガラス粉末を窒
素気流中、600℃で2時間窒化処理し、窒素元素を含
有するオキシナイトライドガラス粉末を得た。次に得ら
れたオキシナイトライドガラス粉末にpH7の水流中で
30分水洗した窒化ケイ素原料粉末(平均粒径0.5μ
m)60wt%、アクリル系バインダー5wt%を添加
し、アルコール中で10時間ボールミル混合を行った。
こうして得られたスラリーを乾燥成形後、窒素気流中1
000℃で3時間焼結することにより焼結体を作製し
た。この焼結体の特性(機械的強度、熱伝導率、誘電
率、ピール強度)を測定した結果を表1に示す。なお、
機械的強度は3点曲げ、熱伝導率はレーザーフラッシュ
法、誘電率は三電極法(1MHz)により、いずれも室
温において測定した。
【0013】実施例2〜10 表1に示す条件でSiO2とB23を主成分とする酸化
物ガラス原料粉末およびセラミックス原料粉末を処理
後、実施例1と同じ方法で混合、成形、焼結し、その特
性を測定した。その結果を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】比較例1〜8 表2に示すSiO2とB23を主成分とする酸化物ガラ
ス原料粉末とセラミックス原料粉末を処理後、実施例1
と同じ方法で混合、成形、焼結し、その特性を測定し
た。結果を表2に示す。
【0016】
【表2】
【0017】以上の実施例と比較例とを対比して明らか
なとおり、本発明で窒素処理したオキシナイトライドガ
ラス粉末とpH5〜10の水で水洗あるいは煮沸処理し
た窒化物セラミックスとを複合することにより、低温焼
結ができ、高強度、光熱導率、低誘電率である材料を作
製できる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、低温焼成、高強度、高
熱伝導率、低誘電率、高ピール強度を有する複合体を提
供することができる。かかる材料は半導体素子搭載用の
基板材料としての特性を十分満たすものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素を0.1wt%以上10wt%以下
    含むオキシナイトライドガラス中に窒化物セラミックス
    粒子が分散されていることを特徴とするガラス−セラミ
    ックス複合体。
  2. 【請求項2】 オキシナイトライドガラスに分散してい
    るセラミックスが窒化アルミニウム又は/および窒化ケ
    イ素であり、その合計量が20wt%以上90wt%以
    下である請求項1記載のガラス−セラミックス複合体。
  3. 【請求項3】 1200℃以下で焼結されたものであ
    り、誘電率が7以下かつ機械的強度が20kg/mm2
    以上、熱伝導率が20W/mK以上である請求項2記載
    のガラス−セラミックス複合体。
  4. 【請求項4】 酸化物ガラス原料粉末を窒素雰囲気中3
    00℃以上800℃以下で処理して0.1wt%以上1
    0wt%以下の窒素元素を含有させたオキシナイトライ
    ドガラス粉末と、pH5〜10の水で水洗あるいは煮沸
    した窒化物セラミックス粉末との混合物を所定形状に成
    形してなる成形体を800℃以上1200℃以下で焼結
    することを特徴とするガラス−セラミックス複合体の製
    造方法。
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DE69404956D1 (de) 1997-09-18
EP0655426A1 (en) 1995-05-31
DE69404956T2 (de) 1998-01-29

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