JPH07242439A - 低温焼成ガラスセラミック基板およびその製造方法 - Google Patents
低温焼成ガラスセラミック基板およびその製造方法Info
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- JPH07242439A JPH07242439A JP3620494A JP3620494A JPH07242439A JP H07242439 A JPH07242439 A JP H07242439A JP 3620494 A JP3620494 A JP 3620494A JP 3620494 A JP3620494 A JP 3620494A JP H07242439 A JPH07242439 A JP H07242439A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ等の導体を使用でき、シリ
コンチップと同程度の熱膨張係数を有する、９００℃以
下の温度で３０分以下の短時間で焼成可能な低温焼成ガ
ラスセラミック基板とその製造方法を提供する。 【構成】 重量％でＭｇＯ５〜３０，Ａｌ2 Ｏ3 １０〜
２５，ＳｉＯ2 ４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ2 Ｏ3
１〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌｉ2 Ｏ
０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５〜５か
らなり、コージェライトとして３０〜９５重量％を含有
し１ＭＨｚでの誘電率が７以下であることを特徴とす
る。
コンチップと同程度の熱膨張係数を有する、９００℃以
下の温度で３０分以下の短時間で焼成可能な低温焼成ガ
ラスセラミック基板とその製造方法を提供する。 【構成】 重量％でＭｇＯ５〜３０，Ａｌ2 Ｏ3 １０〜
２５，ＳｉＯ2 ４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ2 Ｏ3
１〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌｉ2 Ｏ
０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５〜５か
らなり、コージェライトとして３０〜９５重量％を含有
し１ＭＨｚでの誘電率が７以下であることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子材料の分野で回路用
基板に用いられる低温焼成ガラスセラミックス基板およ
びその製造方法に関する。
基板に用いられる低温焼成ガラスセラミックス基板およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より広く使われてきたアルミナ基板
は焼成温度が１５００〜１６００℃と高温であるため、
最近電子部品を搭載するセラミックス基板の低温焼結化
が急速に進んでいる。
は焼成温度が１５００〜１６００℃と高温であるため、
最近電子部品を搭載するセラミックス基板の低温焼結化
が急速に進んでいる。
【０００３】またアルミナの多層回路基板を実現するた
めには、層間に入る導体がタングステンやモリブデンな
どの比較的抵抗率の大きい高融点材料に限定され、焼成
にはこれらの材料の酸化を防ぐために還元性雰囲気が必
要となる。結果的には配線抵抗が大きくなり、電気信号
の伝送損失を考えた場合、配線パターンの微細化には限
界が生じる。すなわちアルミナでは基板を焼成し、多層
の導体回路を形成するために多大のエネルギーを消費し
なければならず、製造コストが高くなり、特性的にも大
きな制約がある。
めには、層間に入る導体がタングステンやモリブデンな
どの比較的抵抗率の大きい高融点材料に限定され、焼成
にはこれらの材料の酸化を防ぐために還元性雰囲気が必
要となる。結果的には配線抵抗が大きくなり、電気信号
の伝送損失を考えた場合、配線パターンの微細化には限
界が生じる。すなわちアルミナでは基板を焼成し、多層
の導体回路を形成するために多大のエネルギーを消費し
なければならず、製造コストが高くなり、特性的にも大
きな制約がある。
【０００４】これらの欠点を克服するために、８００〜
１０００℃で、好ましくは８５０〜９００℃で焼成が可
能なセラミックス材料の開発およびその多層化が要求さ
れている。焼結を低温化することによって、従来から使
われてきた低温焼結性材料である抵抗値の低いＡｇ，Ａ
ｕ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄ導体が使用でき、しかも空気雰囲
気中で焼成できる大きなメリットが生まれる。
１０００℃で、好ましくは８５０〜９００℃で焼成が可
能なセラミックス材料の開発およびその多層化が要求さ
れている。焼結を低温化することによって、従来から使
われてきた低温焼結性材料である抵抗値の低いＡｇ，Ａ
ｕ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄ導体が使用でき、しかも空気雰囲
気中で焼成できる大きなメリットが生まれる。
【０００５】また近年、この他に低温焼成基板が具備す
べき条件として、信号配線の遅延時間を基板の低誘電率
化によって低減させる傾向である。
べき条件として、信号配線の遅延時間を基板の低誘電率
化によって低減させる傾向である。
【０００６】次式のように伝播遅延時間（Ｔ）は基板の
誘電率εと正相関を有する。
誘電率εと正相関を有する。
【０００７】
【数１】 ただし、Ｔ：伝播遅延時間（ｎｓ／ｍ）、ε：基板の誘
電率、Ｃ：光速である。
電率、Ｃ：光速である。
【０００８】方策として、結晶化ガラス（ガラスセラミ
ックス）中に析出させる結晶相の誘電率を下げることや
シリカガラス、ムライトなどの誘電率の低いセラミック
フィラーを基板材料に添加することが、その要求を満足
させるために必要となる。誘電率の大きいアルミナ基板
（９〜１１）に比較して、誘電率が小さいセラミックと
してコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 ）（誘電率が５〜５．５）が広く知られ、コージェ
ライト結晶相を主相として析出させる結晶化ガラスの組
成が国内外の多くの特許に記載されている。
ックス）中に析出させる結晶相の誘電率を下げることや
シリカガラス、ムライトなどの誘電率の低いセラミック
フィラーを基板材料に添加することが、その要求を満足
させるために必要となる。誘電率の大きいアルミナ基板
（９〜１１）に比較して、誘電率が小さいセラミックと
してコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 ）（誘電率が５〜５．５）が広く知られ、コージェ
ライト結晶相を主相として析出させる結晶化ガラスの組
成が国内外の多くの特許に記載されている。
【０００９】しかし、特開平５−２５４８６３、特開平
５−２３８７７４に見られるように、概してガラスの結
晶化温度が高く（前者では焼成温度が１０００〜１２５
０℃）、また長時間の熱処理を必要（後者では８５０〜
１０００℃の最高温度で２時間保持）とする例が多い。
５−２３８７７４に見られるように、概してガラスの結
晶化温度が高く（前者では焼成温度が１０００〜１２５
０℃）、また長時間の熱処理を必要（後者では８５０〜
１０００℃の最高温度で２時間保持）とする例が多い。
【００１０】低温焼成基板の焼成温度が１，０００℃以
下、好ましくは９００℃以下にしないと、抵抗率の小さ
いＡｇ（融点９６０℃）、Ａｕ（同１０６３℃）、Ｃｕ
（同１０８３℃）などとの同時焼成が難しくなり、これ
らの導体材料の優れた特性が充分に引き出せない。
下、好ましくは９００℃以下にしないと、抵抗率の小さ
いＡｇ（融点９６０℃）、Ａｕ（同１０６３℃）、Ｃｕ
（同１０８３℃）などとの同時焼成が難しくなり、これ
らの導体材料の優れた特性が充分に引き出せない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題を解決するために、基板の焼成が９００℃以下の温
度で極めて短時間で可能であり、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａ
ｇ−Ｐｄを導体として使用でき、しかも誘電率を７以下
にすることができる改良された低温焼成セラミック基板
およびその製造方法を提供することにある。
問題を解決するために、基板の焼成が９００℃以下の温
度で極めて短時間で可能であり、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａ
ｇ−Ｐｄを導体として使用でき、しかも誘電率を７以下
にすることができる改良された低温焼成セラミック基板
およびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次の２点に特徴がある。
するために、次の２点に特徴がある。
【００１３】１．重量％でＭｇＯ５〜３０，Ａｌ2 Ｏ3
１０〜２５，ＳｉＯ2 ４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ
2 Ｏ3 １〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌ
ｉ2Ｏ０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５
〜５からなり、α−コージェライトとして３０〜９５重
量％を含有し１ＭＨｚでの誘電率が７以下であることを
特徴とする。
１０〜２５，ＳｉＯ2 ４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ
2 Ｏ3 １〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌ
ｉ2Ｏ０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５
〜５からなり、α−コージェライトとして３０〜９５重
量％を含有し１ＭＨｚでの誘電率が７以下であることを
特徴とする。
【００１４】２．重量％でＭｇＯ５〜３０，Ａｌ2 Ｏ3
１０〜２５，ＳｉＯ2 ４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ
2 Ｏ3 １〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌ
ｉ2Ｏ０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５
〜５からなるガラス混合物に、粒径５〜０．１μｍのコ
ージェライト粉末を５〜４０重量％含有させ、８００℃
〜９００℃で２０〜３０分間保持して焼結させることを
特徴とする。
１０〜２５，ＳｉＯ2 ４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ
2 Ｏ3 １〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌ
ｉ2Ｏ０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５
〜５からなるガラス混合物に、粒径５〜０．１μｍのコ
ージェライト粉末を５〜４０重量％含有させ、８００℃
〜９００℃で２０〜３０分間保持して焼結させることを
特徴とする。
【００１５】
【作用】コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５
ＳｉＯ2 ）を三成分だけによる化学量論組成で焼結させ
るためには、約１４００℃以上の高温度が必要である。
ＳｉＯ2 ）を三成分だけによる化学量論組成で焼結させ
るためには、約１４００℃以上の高温度が必要である。
【００１６】この弊害を改善して、できるだけ低温度で
の焼結を可能にするための手法が、非晶質ガラス中に、
意図する一定量の結晶相を緻密に析出させうる結晶化ガ
ラス技術を応用することである。そのためには最適なガ
ラス組成を設計する必要がある。
の焼結を可能にするための手法が、非晶質ガラス中に、
意図する一定量の結晶相を緻密に析出させうる結晶化ガ
ラス技術を応用することである。そのためには最適なガ
ラス組成を設計する必要がある。
【００１７】焼結温度を低下させるために、上記三成分
のほかに他のガラス成分を添加して製造しなければなら
ない。そこで融剤としてＺｎＯ，Ｂ2 Ｏ3 、アルカリ土
類金属酸化物（ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）、アルカリ金
属酸化物（Ｌｉ2 Ｏ，Ｎａ2Ｏ，Ｋ2 Ｏ）等を選択して
使用することができる。
のほかに他のガラス成分を添加して製造しなければなら
ない。そこで融剤としてＺｎＯ，Ｂ2 Ｏ3 、アルカリ土
類金属酸化物（ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）、アルカリ金
属酸化物（Ｌｉ2 Ｏ，Ｎａ2Ｏ，Ｋ2 Ｏ）等を選択して
使用することができる。
【００１８】これらのガラス組成を最適化することによ
って確かに９００℃前後の温度範囲でもコージェライト
結晶相を析出させることが可能である。
って確かに９００℃前後の温度範囲でもコージェライト
結晶相を析出させることが可能である。
【００１９】しかし、析出する結晶相は熱膨張係数、誘
電率の大きい、熱的に不安定なμコージェライトであ
る。μコージェライトは繰り返し熱処理によって、他の
相へ徐々に相転移現象を起こす。またガラス組成の複雑
さから、コージェライト以外の結晶相をも析出させてし
まうことが多い。
電率の大きい、熱的に不安定なμコージェライトであ
る。μコージェライトは繰り返し熱処理によって、他の
相へ徐々に相転移現象を起こす。またガラス組成の複雑
さから、コージェライト以外の結晶相をも析出させてし
まうことが多い。
【００２０】低温焼成基板用ガラスセラミックスとして
真に望ましいコージェライト結晶相はα型のものであ
る。しかし、このαコージェライトはガラスの結晶化技
術を応用しても、１０００℃以上になって初めて析出合
成できる高温焼結性をもっている。
真に望ましいコージェライト結晶相はα型のものであ
る。しかし、このαコージェライトはガラスの結晶化技
術を応用しても、１０００℃以上になって初めて析出合
成できる高温焼結性をもっている。
【００２１】本発明の骨子の一つは、以上の不備点を解
決し、９００℃前後の焼結温度で、しかも短時間の熱処
理によって、熱的に安定なαコージェライトを析出させ
うるガラスセラミックス基板を製造できる技術を確立し
たことにある。
決し、９００℃前後の焼結温度で、しかも短時間の熱処
理によって、熱的に安定なαコージェライトを析出させ
うるガラスセラミックス基板を製造できる技術を確立し
たことにある。
【００２２】粘稠ガラスから結晶が析出するとき、核形
成と結晶成長の二つのプロセスが含まれる。しかし、コ
ージェライト結晶相の析出能のある結晶性ガラスに適量
のコージェライト微粉末を予め添加して、熱処理するこ
とによって、他の結晶相の析出を抑止し、添加したコー
ジェライト粒子を芯にしてコージェライト結晶相の析出
を促進し、優先させる。
成と結晶成長の二つのプロセスが含まれる。しかし、コ
ージェライト結晶相の析出能のある結晶性ガラスに適量
のコージェライト微粉末を予め添加して、熱処理するこ
とによって、他の結晶相の析出を抑止し、添加したコー
ジェライト粒子を芯にしてコージェライト結晶相の析出
を促進し、優先させる。
【００２３】この操作によって、コージェライト結晶相
の析出の開始温度が下がり、析出量も大幅に増えること
になる。その結果、焼結体の熱膨張係数が４０×１０-7
／℃以下に低下し、シリコンチップの熱膨張係数（３５
×１０-7／℃）と同等レベルになる。両者間の熱膨張係
数の不適合が払拭され、チップの直接マウント用の基板
材料としての適合性が得られる。
の析出の開始温度が下がり、析出量も大幅に増えること
になる。その結果、焼結体の熱膨張係数が４０×１０-7
／℃以下に低下し、シリコンチップの熱膨張係数（３５
×１０-7／℃）と同等レベルになる。両者間の熱膨張係
数の不適合が払拭され、チップの直接マウント用の基板
材料としての適合性が得られる。
【００２４】コージェライト粉末の添加量は、５〜４０
重量％、好ましくは１０〜３０重量％が望ましい。５重
量％未満ではコージェライト結晶相の析出効果が少なく
なり、該低温焼成ガラスセラミック基板の非晶質ガラス
相が大幅に増加し、内蔵素子（導体、抵抗体、コンデン
サなど）との相互拡散が大きくなる。その結果、各素子
の充分な特性を発揮させにくくなる。４０重量％を越え
ると焼結性が劣り、焼結体が多孔質になりやすくなる。
重量％、好ましくは１０〜３０重量％が望ましい。５重
量％未満ではコージェライト結晶相の析出効果が少なく
なり、該低温焼成ガラスセラミック基板の非晶質ガラス
相が大幅に増加し、内蔵素子（導体、抵抗体、コンデン
サなど）との相互拡散が大きくなる。その結果、各素子
の充分な特性を発揮させにくくなる。４０重量％を越え
ると焼結性が劣り、焼結体が多孔質になりやすくなる。
【００２５】添加するコージェライト粉末はα型の結晶
がふさわしく、その粒径は、平均粒径で５〜０．１μ
ｍ、好ましくは３〜０．５μｍの範囲が好適である。５
μｍを越えるとコージェライト結晶粒の成長が粗大にな
り過ぎて、焼結体の緻密性が損なわれるようになる。
０．１μｍ未満では結晶析出効果が微小となり不都合で
ある。
がふさわしく、その粒径は、平均粒径で５〜０．１μ
ｍ、好ましくは３〜０．５μｍの範囲が好適である。５
μｍを越えるとコージェライト結晶粒の成長が粗大にな
り過ぎて、焼結体の緻密性が損なわれるようになる。
０．１μｍ未満では結晶析出効果が微小となり不都合で
ある。
【００２６】コージェライト粉末と共に、他のセラミッ
クフィラーとしてアルミナ、シリカガラス、ムライト、
ジルコン、β−スポジュメンなどとの粉末を併用して添
加し、熱膨張係数、誘電率、焼結性などの調整をしても
差し支えない。
クフィラーとしてアルミナ、シリカガラス、ムライト、
ジルコン、β−スポジュメンなどとの粉末を併用して添
加し、熱膨張係数、誘電率、焼結性などの調整をしても
差し支えない。
【００２７】ＭｇＯはコージェライトの構成成分であ
り、５重量％未満ではコージェライトの析出相が少なく
なる。３０重量％を越えると、ガラスを溶融した後冷却
する時にすでにガラスの分相を起こしてしまう。
り、５重量％未満ではコージェライトの析出相が少なく
なる。３０重量％を越えると、ガラスを溶融した後冷却
する時にすでにガラスの分相を起こしてしまう。
【００２８】Ａｌ2 Ｏ3 はコージェライトの構成成分で
あり、１０重量％未満ではコージェライトの析出相が少
ない。２５重量％を越えるとガラスの軟化点が上がり、
９００℃前後での焼結が困難になる。
あり、１０重量％未満ではコージェライトの析出相が少
ない。２５重量％を越えるとガラスの軟化点が上がり、
９００℃前後での焼結が困難になる。
【００２９】ＳｉＯ2 はコージェライトの構成成分であ
り、４０重量％未満ではコージェライトの析出相が少な
い。６５重量％を越えるとガラスの軟化点が上がり、９
００℃前後での焼結が困難になる。
り、４０重量％未満ではコージェライトの析出相が少な
い。６５重量％を越えるとガラスの軟化点が上がり、９
００℃前後での焼結が困難になる。
【００３０】ＺｎＯはガラスの優れた融剤として作用
し、ガラスの軟化点を下げる。１重量％未満ではその効
果が薄く、１０重量％を越えるとガラスの分相を発生さ
せる。またＺｎＯはガラス中で結晶の析出反応を促進さ
せる効果をもっている。
し、ガラスの軟化点を下げる。１重量％未満ではその効
果が薄く、１０重量％を越えるとガラスの分相を発生さ
せる。またＺｎＯはガラス中で結晶の析出反応を促進さ
せる効果をもっている。
【００３１】Ｂ2 Ｏ3 もまたガラスの優れた融剤として
作用し、ガラスの軟化点を下げる。１重量％未満ではそ
の効果が弱く、１５重量％を越えるとコージェライト結
晶相の成長を妨げる。
作用し、ガラスの軟化点を下げる。１重量％未満ではそ
の効果が弱く、１５重量％を越えるとコージェライト結
晶相の成長を妨げる。
【００３２】またＢ2 Ｏ3 はガラス中での含有量によっ
てコージェライト結晶成長温度を適宜に高温側や低温側
へ寄せる効果をもつ。Ｂ2 Ｏ3 含有量が多くなると高温
側へ移行する。ＣａＯはガラスの優れた融剤として作用
し、ガラスの軟化点を下げ、またガラスに耐候性を持た
せる性質がある。１重量％未満ではその効果が弱く、１
０重量％を越えるとガラスの熱膨張係数を大きくし過ぎ
る。
てコージェライト結晶成長温度を適宜に高温側や低温側
へ寄せる効果をもつ。Ｂ2 Ｏ3 含有量が多くなると高温
側へ移行する。ＣａＯはガラスの優れた融剤として作用
し、ガラスの軟化点を下げ、またガラスに耐候性を持た
せる性質がある。１重量％未満ではその効果が弱く、１
０重量％を越えるとガラスの熱膨張係数を大きくし過ぎ
る。
【００３３】ＢａＯはガラスの高温での粘度傾斜を緩や
かにし、焼結時の緻密性を促進させる。１重量％未満で
はその効果が弱く、１０重量％を越えるとガラスの熱膨
張係数を大きくし過ぎてしまう。
かにし、焼結時の緻密性を促進させる。１重量％未満で
はその効果が弱く、１０重量％を越えるとガラスの熱膨
張係数を大きくし過ぎてしまう。
【００３４】Ｌｉ2 Ｏ，Ｎａ2 Ｏ，Ｋ2 Ｏはガラスの溶
融性を高める。規定範囲より小さいとその効果はない。
また規定範囲を越えると、熱膨張係数が急激に大きくな
り過ぎる。また耐候性も劣化してくる。特にＬｉイオン
は他のアルカリイオン（Ｎａ+ ，Ｋ+ ）に比べて、分極
作用が大きく、ガラスの結晶化を促進させる。
融性を高める。規定範囲より小さいとその効果はない。
また規定範囲を越えると、熱膨張係数が急激に大きくな
り過ぎる。また耐候性も劣化してくる。特にＬｉイオン
は他のアルカリイオン（Ｎａ+ ，Ｋ+ ）に比べて、分極
作用が大きく、ガラスの結晶化を促進させる。
【００３５】また結晶化を促進するために、核形成剤と
なる成分としてのＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＳｎＯ2 ，ＷＯ
3 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 などの多価酸化物をガラス
成分として使っても何らさしつかえない。さらに、他の
アルカリ土類金属酸化物として、ガラス成分にＳｒＯを
使用してもその効果は変わるものではない。ガラスの塩
基性度を調整するために、酸性度の大きいＰ2 Ｏ5 成分
をガラス組成に加えてもさしつかえない。
なる成分としてのＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 ，ＳｎＯ2 ，ＷＯ
3 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 などの多価酸化物をガラス
成分として使っても何らさしつかえない。さらに、他の
アルカリ土類金属酸化物として、ガラス成分にＳｒＯを
使用してもその効果は変わるものではない。ガラスの塩
基性度を調整するために、酸性度の大きいＰ2 Ｏ5 成分
をガラス組成に加えてもさしつかえない。
【００３６】
【実施例】表１に示すように、それぞれの組成の酸化物
を合計１ｋｇになるように精秤し、混合素原料粉を混合
機で１〜２時間混合する。
を合計１ｋｇになるように精秤し、混合素原料粉を混合
機で１〜２時間混合する。
【００３７】ＣａＯ，ＢａＯ，Ｌｉ2 Ｏ，Ｎａ2 Ｏ，Ｋ
2 ＯはＣａＣＯ3 ，ＢａＣＯ3 ，Ｌｉ2 ＣＯ3 ，Ｎａ2
ＣＯ3 ，Ｋ2 ＣＯ3 等の炭酸化合物が純度がよく、しか
も扱いやすい。
2 ＯはＣａＣＯ3 ，ＢａＣＯ3 ，Ｌｉ2 ＣＯ3 ，Ｎａ2
ＣＯ3 ，Ｋ2 ＣＯ3 等の炭酸化合物が純度がよく、しか
も扱いやすい。
【００３８】
【表１】
【００３９】混合の終了した粉末を白金坩堝に入れて、
抵抗加熱炉中で１３００〜１４００℃の温度で１〜２時
間溶融する。途中で数回、白金パドルで溶融ガラスを攪
拌し、ガラスの均質性を充分に高めてやる。ガラスが清
澄したら、溶融ガラスをステンレス板上に流出させ、室
温中で急冷する。ガラスの熱膨張係数、転移点、屈伏点
等の物性評価には、徐冷操作の終わった脈理、泡のない
ガラスを切りだして使う。表１にそれぞれのガラスの熱
膨張係数（ＲＴ〜４００℃）、転移点、屈伏点を記す。
抵抗加熱炉中で１３００〜１４００℃の温度で１〜２時
間溶融する。途中で数回、白金パドルで溶融ガラスを攪
拌し、ガラスの均質性を充分に高めてやる。ガラスが清
澄したら、溶融ガラスをステンレス板上に流出させ、室
温中で急冷する。ガラスの熱膨張係数、転移点、屈伏点
等の物性評価には、徐冷操作の終わった脈理、泡のない
ガラスを切りだして使う。表１にそれぞれのガラスの熱
膨張係数（ＲＴ〜４００℃）、転移点、屈伏点を記す。
【００４０】室温に冷えたガラスをセラミック製のロー
ラークラッシャーで粗粉砕する。次に耐摩耗性の優れて
いるボールミルでエチルアルコールあるいはイソプロパ
ノール等の有機溶剤を適当量加えて、回転数１００ｒｐ
ｍ、約３日間湿式微粉砕する。スラリー状になった懸濁
液を容器に移して、温度６０〜１２０℃の防爆型乾燥炉
中で有機溶剤を揮散させて、平均粒径約２μｍの乾燥ガ
ラスフリットを得る。このガラスフリットに平均粒径が
約１．２μｍのαコージェライト粉末３０重量％を有機
バインダーとボールミルで混合し、このスラリーをドク
ター・ブレード方式によって約１００μｍのグリーンシ
ートに成形し、複数枚を積層し、加熱圧着する。
ラークラッシャーで粗粉砕する。次に耐摩耗性の優れて
いるボールミルでエチルアルコールあるいはイソプロパ
ノール等の有機溶剤を適当量加えて、回転数１００ｒｐ
ｍ、約３日間湿式微粉砕する。スラリー状になった懸濁
液を容器に移して、温度６０〜１２０℃の防爆型乾燥炉
中で有機溶剤を揮散させて、平均粒径約２μｍの乾燥ガ
ラスフリットを得る。このガラスフリットに平均粒径が
約１．２μｍのαコージェライト粉末３０重量％を有機
バインダーとボールミルで混合し、このスラリーをドク
ター・ブレード方式によって約１００μｍのグリーンシ
ートに成形し、複数枚を積層し、加熱圧着する。
【００４１】この積層シートを空気中で最高温度９００
℃で、最高温度で２０分間保持して焼結し、結晶化させ
る。このガラスセラミック焼結体の熱膨張係数（ＲＴ〜
４００℃）を表２に記す。ガラスフリットとαコージェ
ライト微粒子との混合粉末を、適切な温度スケジールで
結晶化させることによって、αコージェライト相の析出
が増長され、複合焼結体の熱膨張係数が大幅に低下して
いることがわかる。
℃で、最高温度で２０分間保持して焼結し、結晶化させ
る。このガラスセラミック焼結体の熱膨張係数（ＲＴ〜
４００℃）を表２に記す。ガラスフリットとαコージェ
ライト微粒子との混合粉末を、適切な温度スケジールで
結晶化させることによって、αコージェライト相の析出
が増長され、複合焼結体の熱膨張係数が大幅に低下して
いることがわかる。
【００４２】
【表２】
【００４３】またガラスの結晶化温度を調べるために、
示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いた。該ガラスフリ
ットとαコージェライトとの混合粉末を白金セルに入
れ、２０℃／分の昇温速度で発熱ピークを観察した。ガ
ラスの結晶化挙動は発熱ピークを示すので、種々のサン
プルのピーク温度を表２に記す。母ガラスの結晶化温度
に比較して、αコージェライト微粒子を添加することに
よって、新しく生成するαコージェライトの結晶化温度
は通常の結晶化温度よりも５００〜６００℃も低下でき
ることが確認された。
示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）を用いた。該ガラスフリ
ットとαコージェライトとの混合粉末を白金セルに入
れ、２０℃／分の昇温速度で発熱ピークを観察した。ガ
ラスの結晶化挙動は発熱ピークを示すので、種々のサン
プルのピーク温度を表２に記す。母ガラスの結晶化温度
に比較して、αコージェライト微粒子を添加することに
よって、新しく生成するαコージェライトの結晶化温度
は通常の結晶化温度よりも５００〜６００℃も低下でき
ることが確認された。
【００４４】またαコージェライトを添加したガラス・
セラミック焼結体を粉末法によるＸ線回折法で結晶相を
同定する。主結晶相はαコージェライトであり、その他
に微量のスピネル相（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）が検出され
た。αコージェライトを添加しないガラスフリット単独
の結晶化では、αコージェライトの析出はなかった。
セラミック焼結体を粉末法によるＸ線回折法で結晶相を
同定する。主結晶相はαコージェライトであり、その他
に微量のスピネル相（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）が検出され
た。αコージェライトを添加しないガラスフリット単独
の結晶化では、αコージェライトの析出はなかった。
【００４５】なお誘電率、誘電損失の測定には、１５ｍ
ｍφの有底の筒状金型に粉末を充填し、上方から５００
ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧して平均厚さ０．５〜１ｍｍ
になるようにプレス成形したサンプルを準備した。得ら
れたプレスダブレットを前述の条件で焼結し、焼結タブ
レットの両面に銀ペーストを印刷法によって塗布し、６
００℃で焼成して電極を形成した。誘電率、誘電損失の
測定には、ＹＨＰ社製４２７８Ａ型キャパシタンス・メ
ーターを使用して評価した。誘電率は６以下であり、ア
ルミナのそれに比較して確実に小さくなっている。
ｍφの有底の筒状金型に粉末を充填し、上方から５００
ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で加圧して平均厚さ０．５〜１ｍｍ
になるようにプレス成形したサンプルを準備した。得ら
れたプレスダブレットを前述の条件で焼結し、焼結タブ
レットの両面に銀ペーストを印刷法によって塗布し、６
００℃で焼成して電極を形成した。誘電率、誘電損失の
測定には、ＹＨＰ社製４２７８Ａ型キャパシタンス・メ
ーターを使用して評価した。誘電率は６以下であり、ア
ルミナのそれに比較して確実に小さくなっている。
【００４６】焼成試料を鏡面研磨して、弱い弗・塩酸で
化学エッチングし、ＳＥＭで結晶粒子を観察すると添加
したαコージェライト微粒子が結晶成長の核となってい
て、粒径が約３μｍの均一でしかも緻密な結晶成長をも
つ微細焼結構造が観察される。また析出粒子と残留アモ
ルファス相との間には、熱膨張係数のマッチングがとれ
ていて、両相にはマイクロクラックの発生は認められな
かった。
化学エッチングし、ＳＥＭで結晶粒子を観察すると添加
したαコージェライト微粒子が結晶成長の核となってい
て、粒径が約３μｍの均一でしかも緻密な結晶成長をも
つ微細焼結構造が観察される。また析出粒子と残留アモ
ルファス相との間には、熱膨張係数のマッチングがとれ
ていて、両相にはマイクロクラックの発生は認められな
かった。
【００４７】表１の比較例（試料番号７）に記載するよ
うに、ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 組成だけの三成分
系ではガラスの溶融温度が１６００℃以上になる。この
ガラスフリット単独での結晶化挙動をＤＳＣで調べると
結晶化のピーク温度は１０２７℃になり、前述したよう
にＡｇなどの優れた特性をもつ低温焼結性金属がもはや
応用できない焼成温度に達してしまうことが理解でき
る。また比較例（試料番号８）に示すような工夫したガ
ラス組成にして、転移温度を下げたガラスフリット単独
の結晶化のピーク温度のひとつは８１６℃である。この
温度での結晶相はコージェライトであったが、μ型のも
のであり、希望するα型の析出相ではなかった。
うに、ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 組成だけの三成分
系ではガラスの溶融温度が１６００℃以上になる。この
ガラスフリット単独での結晶化挙動をＤＳＣで調べると
結晶化のピーク温度は１０２７℃になり、前述したよう
にＡｇなどの優れた特性をもつ低温焼結性金属がもはや
応用できない焼成温度に達してしまうことが理解でき
る。また比較例（試料番号８）に示すような工夫したガ
ラス組成にして、転移温度を下げたガラスフリット単独
の結晶化のピーク温度のひとつは８１６℃である。この
温度での結晶相はコージェライトであったが、μ型のも
のであり、希望するα型の析出相ではなかった。
【００４８】
【発明の効果】本発明を実施すると、Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ
−Ｐｄを導体として使用でき、誘電率が７以下の低温焼
成基板が得られる。該基板の熱膨張係数は４０×１０-7
／℃以下でシリコンチップ搭載用にふさわしい。本発明
方法は９００〜８００℃で３０分以下の短時間でガラス
セラミック基板を焼成して得ることができる。
−Ｐｄを導体として使用でき、誘電率が７以下の低温焼
成基板が得られる。該基板の熱膨張係数は４０×１０-7
／℃以下でシリコンチップ搭載用にふさわしい。本発明
方法は９００〜８００℃で３０分以下の短時間でガラス
セラミック基板を焼成して得ることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％でＭｇＯ５〜３０，Ａｌ2 Ｏ3 １
０〜２５，ＳｉＯ2４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ2
Ｏ3 １〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌｉ
2 Ｏ０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５〜
５からなり、α−コージェライトとして３０〜９５重量
％を含有し１ＭＨｚでの誘電率が７以下であることを特
徴とする低温焼成ガラスセラミック基板。 - 【請求項２】 重量％でＭｇＯ５〜３０，Ａｌ2 Ｏ3 １
０〜２５，ＳｉＯ2４０〜６５，ＺｎＯ１〜１０，Ｂ2
Ｏ3 １〜１５，ＣａＯ１〜１０，ＢａＯ１〜１０，Ｌｉ
2 Ｏ０．１〜３，Ｎａ2 Ｏ０．５〜５，Ｋ2 Ｏ０．５〜
５からなるガラス混合物に、粒径５〜０．１μｍのコー
ジェライト粉末を５〜４０重量％含有させ、８００℃〜
９００℃で２０〜３０分間保持して焼結させることを特
徴とする低温焼成ガラスセラミック基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3620494A JPH07242439A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 低温焼成ガラスセラミック基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3620494A JPH07242439A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 低温焼成ガラスセラミック基板およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07242439A true JPH07242439A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12463219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3620494A Pending JPH07242439A (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 低温焼成ガラスセラミック基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07242439A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09142879A (ja) * | 1995-11-29 | 1997-06-03 | Kyocera Corp | ガラスセラミック焼結体の製造方法および配線基板の製造方法 |
| JPH10338540A (ja) * | 1997-06-03 | 1998-12-22 | Tokuyama Corp | ガラスおよび歯科用陶材 |
| JP2002220255A (ja) * | 2001-01-22 | 2002-08-09 | Asahi Glass Co Ltd | 無鉛ガラス、電子回路基板用組成物および電子回路基板 |
| JP2010503601A (ja) * | 2006-09-18 | 2010-02-04 | コロロッビア イタリア ソシエタ ペル アチオニ | 薄板形状でのガラスセラミック素材の製造方法、それらを含んだ薄板及びそれらの使用方法 |
| WO2024143283A1 (ja) * | 2022-12-26 | 2024-07-04 | 日本電気硝子株式会社 | ガラスセラミック基板及びガラスセラミック基板の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP3620494A patent/JPH07242439A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09142879A (ja) * | 1995-11-29 | 1997-06-03 | Kyocera Corp | ガラスセラミック焼結体の製造方法および配線基板の製造方法 |
| JPH10338540A (ja) * | 1997-06-03 | 1998-12-22 | Tokuyama Corp | ガラスおよび歯科用陶材 |
| JP2002220255A (ja) * | 2001-01-22 | 2002-08-09 | Asahi Glass Co Ltd | 無鉛ガラス、電子回路基板用組成物および電子回路基板 |
| JP2010503601A (ja) * | 2006-09-18 | 2010-02-04 | コロロッビア イタリア ソシエタ ペル アチオニ | 薄板形状でのガラスセラミック素材の製造方法、それらを含んだ薄板及びそれらの使用方法 |
| WO2024143283A1 (ja) * | 2022-12-26 | 2024-07-04 | 日本電気硝子株式会社 | ガラスセラミック基板及びガラスセラミック基板の製造方法 |
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