JPH0733515A - セラミックス基板およびその製造方法 - Google Patents
セラミックス基板およびその製造方法Info
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- JPH0733515A JPH0733515A JP5175517A JP17551793A JPH0733515A JP H0733515 A JPH0733515 A JP H0733515A JP 5175517 A JP5175517 A JP 5175517A JP 17551793 A JP17551793 A JP 17551793A JP H0733515 A JPH0733515 A JP H0733515A
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K1/02—Details
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
- H05K3/4611—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
- H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
- H05K3/4629—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 ガラスと結晶とからなるセラミックス基板に
おいて、ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2
Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示す）であ
って、結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
を含有し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の骨材
表面、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及びＡ
ｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓ
ｉＯ2 結晶が析出しているセラミックス基板。 【効果】 ガラスの軟化温度が７２０℃以下になり、８
５０〜１０００℃の焼成温度でも気孔率が減少してち密
化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が小さ
く、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミック基板を提供
することができる。
おいて、ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2
Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示す）であ
って、結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
を含有し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の骨材
表面、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及びＡ
ｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓ
ｉＯ2 結晶が析出しているセラミックス基板。 【効果】 ガラスの軟化温度が７２０℃以下になり、８
５０〜１０００℃の焼成温度でも気孔率が減少してち密
化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が小さ
く、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミック基板を提供
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス基板及びそ
の製造方法、より詳細には電子部品を搭載するための多
層配線基板として多く用いられるセラミックス基板及び
その製造方法に関する。
の製造方法、より詳細には電子部品を搭載するための多
層配線基板として多く用いられるセラミックス基板及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高集積化したＬＳＩや各種電子部
品を搭載する多層配線基板において、小型化、信頼性等
の要求から基板材料としてセラミックスが用いられるこ
とが多くなってきている。アルミナは強度が高い等の利
点を有するため、前記基板材料用のセラミックス中に占
める割合は大きい。しかし、一方前記アルミナは比誘電
率が大きいため伝送信号の遅延発生の原因になり、また
熱膨張係数がシリコンに比べて非常に大きいため、部品
を実装する際の信頼性を確保するのが困難であるという
問題点を有している。さらに、アルミナは焼成温度が約
１５５０℃と高いため、内層の配線として融点が高く、
電気抵抗率の大きいＷ又はＭｏを使用する必要があり、
配線を微細化すると電気抵抗値が大きくなるという問題
点をも有している。
品を搭載する多層配線基板において、小型化、信頼性等
の要求から基板材料としてセラミックスが用いられるこ
とが多くなってきている。アルミナは強度が高い等の利
点を有するため、前記基板材料用のセラミックス中に占
める割合は大きい。しかし、一方前記アルミナは比誘電
率が大きいため伝送信号の遅延発生の原因になり、また
熱膨張係数がシリコンに比べて非常に大きいため、部品
を実装する際の信頼性を確保するのが困難であるという
問題点を有している。さらに、アルミナは焼成温度が約
１５５０℃と高いため、内層の配線として融点が高く、
電気抵抗率の大きいＷ又はＭｏを使用する必要があり、
配線を微細化すると電気抵抗値が大きくなるという問題
点をも有している。
【０００３】そこで、このような問題点を解決するため
に比誘電率を小さくすると同時に、熱膨張係数をシリコ
ンに近付け、さらにＣｕ、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の低融点
で低抵抗率の金属材料を内層導体として焼成が可能な低
温焼成セラミックス基板の研究開発が進められている。
に比誘電率を小さくすると同時に、熱膨張係数をシリコ
ンに近付け、さらにＣｕ、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の低融点
で低抵抗率の金属材料を内層導体として焼成が可能な低
温焼成セラミックス基板の研究開発が進められている。
【０００４】一般に低温焼成セラミックス基板は、ガラ
ス材料と骨材と呼ばれる結晶材料とを混合し、焼成する
ことによって製造される。しかし、ガラス材料と結晶材
料の組合せの数は極めて多い。また両者の組み合わせに
により焼成の際の相乗作用が異なり、得られるセラミッ
クス基板の特性（比誘電率、熱膨張係数、焼成温度、抗
折強度等）が変化するため、最良の組み合せを見つけ、
さらに常に一定の特性を出現する安定した組成や構造を
有するセラミックス基板を製造することは困難であっ
た。
ス材料と骨材と呼ばれる結晶材料とを混合し、焼成する
ことによって製造される。しかし、ガラス材料と結晶材
料の組合せの数は極めて多い。また両者の組み合わせに
により焼成の際の相乗作用が異なり、得られるセラミッ
クス基板の特性（比誘電率、熱膨張係数、焼成温度、抗
折強度等）が変化するため、最良の組み合せを見つけ、
さらに常に一定の特性を出現する安定した組成や構造を
有するセラミックス基板を製造することは困難であっ
た。
【０００５】このような背景の中、前記した比誘電率が
低く、熱膨張係数がシリコンに近いという特性を損なう
ことなく、強度が大きく、信号伝達の高速化や搭載素子
の大型化に対応できる低温焼結セラミックス基板とし
て、特開平２−２２５３３８号公報に開示されているよ
うなコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 ）系結晶化ガラスや、特開平２−２２５３３９号公
報や特開平２−２２５３４０号公報に開示されているよ
うなコージェライト結晶化ガラスとセラミックス骨材と
の複合材料が注目されるようになってきた。
低く、熱膨張係数がシリコンに近いという特性を損なう
ことなく、強度が大きく、信号伝達の高速化や搭載素子
の大型化に対応できる低温焼結セラミックス基板とし
て、特開平２−２２５３３８号公報に開示されているよ
うなコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓｉ
Ｏ2 ）系結晶化ガラスや、特開平２−２２５３３９号公
報や特開平２−２２５３４０号公報に開示されているよ
うなコージェライト結晶化ガラスとセラミックス骨材と
の複合材料が注目されるようになってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平２
−２２５３３８号公報において用いられているコージェ
ライト系結晶化ガラスは、軟化温度が高く、また高温で
の粘度が高いため、基板のち密化が難しく、前記特開平
２−２５５３３９号公報や特開平２−２５５３４０号公
報に開示された前記コージェライト結晶化ガラスとセラ
ミックス骨材との複合材料については、軟化温度の高い
コージェライトにさらに高温でも軟化しにくいセラミッ
クス骨材が添加されているため、ち密化が難しいという
課題があった。
−２２５３３８号公報において用いられているコージェ
ライト系結晶化ガラスは、軟化温度が高く、また高温で
の粘度が高いため、基板のち密化が難しく、前記特開平
２−２５５３３９号公報や特開平２−２５５３４０号公
報に開示された前記コージェライト結晶化ガラスとセラ
ミックス骨材との複合材料については、軟化温度の高い
コージェライトにさらに高温でも軟化しにくいセラミッ
クス骨材が添加されているため、ち密化が難しいという
課題があった。
【０００７】このような点から、Ａｇを内層するのに必
要な９５０℃以下の温度やＣｕ等を内層するのに必要な
１０００℃以下の温度でコージェライト系結晶化ガラス
が析出するように焼成を行った場合には、得られるセラ
ミックス基板は、気孔率が充分に小さくならず、抗折強
度や耐湿性等が充分でなく、内層導体の酸化やマイグレ
ーションが発生し易く、信頼性に乏しいものになるとい
う課題があった。
要な９５０℃以下の温度やＣｕ等を内層するのに必要な
１０００℃以下の温度でコージェライト系結晶化ガラス
が析出するように焼成を行った場合には、得られるセラ
ミックス基板は、気孔率が充分に小さくならず、抗折強
度や耐湿性等が充分でなく、内層導体の酸化やマイグレ
ーションが発生し易く、信頼性に乏しいものになるとい
う課題があった。
【０００８】また従来、前記したガラスから結晶を析出
させる方法においては、ガラス中から結晶核が生成しや
すいようにガラス成分に核形成剤（骨材）を添加するの
が一般的であったが、この方法を採用した場合、通常は
結晶生成温度で一定時間保持する等の核生成のための熱
処理が必要であり、結果として基板の焼成時間が長くな
り、生産性が悪いという課題があった。
させる方法においては、ガラス中から結晶核が生成しや
すいようにガラス成分に核形成剤（骨材）を添加するの
が一般的であったが、この方法を採用した場合、通常は
結晶生成温度で一定時間保持する等の核生成のための熱
処理が必要であり、結果として基板の焼成時間が長くな
り、生産性が悪いという課題があった。
【０００９】本発明は上記した課題に鑑み発明されたも
のであって、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が
小さく、抗折強度、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミ
ック基板、及び焼成温度が１０００℃以下、さらには９
００℃前後でも短時間でち密化させることができる、生
産性に優れた前記セラミックス基板の製造方法を提供す
ることを目的としている。
のであって、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が
小さく、抗折強度、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミ
ック基板、及び焼成温度が１０００℃以下、さらには９
００℃前後でも短時間でち密化させることができる、生
産性に優れた前記セラミックス基板の製造方法を提供す
ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミックス基板は、ガラスと結晶とか
らなるセラミックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス
（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結晶は２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を含有し、２Ｍｇ
Ｏ・２Ａｌ2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は２Ｍｇ
Ｏ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及びＡｌ2Ｏ3 の骨材表
面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶が析出
していることを特徴としている。
に本発明に係るセラミックス基板は、ガラスと結晶とか
らなるセラミックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス
（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結晶は２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を含有し、２Ｍｇ
Ｏ・２Ａｌ2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は２Ｍｇ
Ｏ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及びＡｌ2Ｏ3 の骨材表
面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶が析出
していることを特徴としている。
【００１１】また、本発明に係る前記セラミックス基板
の製造方法は、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3
及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガラ
ス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２
ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるこ
とを特徴としている。
の製造方法は、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3
及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガラ
ス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２
ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるこ
とを特徴としている。
【００１２】
【作用】上記構成のセラミックス基板によれば、ガラス
と結晶とからなるセラミックス基板において、前記ガラ
スはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ
系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結
晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を含有
し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の骨材表面、
又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ
3 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2
結晶（コージェライト）が析出しており、ガラスの軟化
温度が７２０℃以下になり、８５０〜１０００℃の焼成
温度でも気孔率が減少してち密化し、熱膨張係数がシリ
コンに近く、比誘電率が小さく、耐湿性、耐水性等にも
優れたセラミック基板となる。
と結晶とからなるセラミックス基板において、前記ガラ
スはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ
系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示す）であって、前記結
晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を含有
し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の骨材表面、
又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ
3 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2
結晶（コージェライト）が析出しており、ガラスの軟化
温度が７２０℃以下になり、８５０〜１０００℃の焼成
温度でも気孔率が減少してち密化し、熱膨張係数がシリ
コンに近く、比誘電率が小さく、耐湿性、耐水性等にも
優れたセラミック基板となる。
【００１３】また上記構成の前記セラミックス基板の製
造方法によれば、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2
Ｏ3 及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガ
ラス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面からコ
ージェライトを析出させるので、前記焼成により気孔率
が減少してち密化し、前記した種々の優れた特性を有す
るセラミックス基板が製造される。また、析出するコー
ジェライトの核となり得る結晶粒を予め骨材として添加
してあるので、核生成のため熱処理時間が不用になり、
従来の結晶化ガラス基板材料に比較して生産性を大きく
向上させることができる。さらに、Ａｌ2 Ｏ3 骨材を添
加した場合には、前記Ａｌ2 Ｏ3 骨材も析出するコージ
ェライトの核として作用する。
造方法によれば、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2
Ｏ3 及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガ
ラス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面からコ
ージェライトを析出させるので、前記焼成により気孔率
が減少してち密化し、前記した種々の優れた特性を有す
るセラミックス基板が製造される。また、析出するコー
ジェライトの核となり得る結晶粒を予め骨材として添加
してあるので、核生成のため熱処理時間が不用になり、
従来の結晶化ガラス基板材料に比較して生産性を大きく
向上させることができる。さらに、Ａｌ2 Ｏ3 骨材を添
加した場合には、前記Ａｌ2 Ｏ3 骨材も析出するコージ
ェライトの核として作用する。
【００１４】前記セラミックス基板の製造方法におい
て、原料となる前記ガラス粉末としては、ＭｇＯを１０
〜３０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 を５〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2
を４０〜５５ｗｔ％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、ア
ルカリ金属（Ｒ2 Ｏ）を０＜Ｒ2 Ｏ≦５ｗｔ％の範囲に
なるように混合したものが好ましい。
て、原料となる前記ガラス粉末としては、ＭｇＯを１０
〜３０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 を５〜２０ｗｔ％、ＳｉＯ2
を４０〜５５ｗｔ％、Ｂ2 Ｏ3 を１０〜２０ｗｔ％、ア
ルカリ金属（Ｒ2 Ｏ）を０＜Ｒ2 Ｏ≦５ｗｔ％の範囲に
なるように混合したものが好ましい。
【００１５】前記ガラス粉末中のＭｇＯが３０ｗｔ％を
超えると軟化温度が高くなり、ち密化が不十分になると
ともに比誘電率が大きくなる傾向が生じ、また１０ｗｔ
％未満ではコージェライトが析出せず熱膨張係数が大き
くなる傾向が生じる。前記ガラス粉末中のＡｌ2 Ｏ3 が
２０ｗｔ％を超えると軟化温度が高くなり、１０００℃
以下の焼成温度ではち密化が不充分となって抗折強度が
小さくなる傾向が生じ、また５ｗｔ％未満ではコージェ
ライトが析出せず比誘電率が大きくなる傾向が生じる。
前記ガラス粉末中のＳｉＯ2 が５５ｗｔ％を超えると軟
化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度ではち密
化が不十分となって抗折強度が小さくなる傾向が生じ、
また４０ｗｔ％未満では比誘電率と熱膨張係数が大きく
なる傾向が生じる。前記ガラス粉末中のＢ2 Ｏ3 が２０
ｗｔ％を超えるとガラスの化学的安定性が低下する傾向
が生じ、また１０ｗｔ％未満では軟化温度が高くなり、
１０００℃以下の焼成温度ではち密化が不十分となって
抗折強度が小さくなる傾向が生じる。前記ガラス粉末中
のアルカリ金属はＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 及びＢ
2 Ｏ3 と相互に作用し、特にＢ2 Ｏ3 との相乗作用によ
り軟化温度を低下させるため、前記ガラス粉末中に含有
させる必要があるが、５ｗｔ％を超えると耐水性が劣化
する傾向が生じる。
超えると軟化温度が高くなり、ち密化が不十分になると
ともに比誘電率が大きくなる傾向が生じ、また１０ｗｔ
％未満ではコージェライトが析出せず熱膨張係数が大き
くなる傾向が生じる。前記ガラス粉末中のＡｌ2 Ｏ3 が
２０ｗｔ％を超えると軟化温度が高くなり、１０００℃
以下の焼成温度ではち密化が不充分となって抗折強度が
小さくなる傾向が生じ、また５ｗｔ％未満ではコージェ
ライトが析出せず比誘電率が大きくなる傾向が生じる。
前記ガラス粉末中のＳｉＯ2 が５５ｗｔ％を超えると軟
化温度が高くなり、１０００℃以下の焼成温度ではち密
化が不十分となって抗折強度が小さくなる傾向が生じ、
また４０ｗｔ％未満では比誘電率と熱膨張係数が大きく
なる傾向が生じる。前記ガラス粉末中のＢ2 Ｏ3 が２０
ｗｔ％を超えるとガラスの化学的安定性が低下する傾向
が生じ、また１０ｗｔ％未満では軟化温度が高くなり、
１０００℃以下の焼成温度ではち密化が不十分となって
抗折強度が小さくなる傾向が生じる。前記ガラス粉末中
のアルカリ金属はＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 及びＢ
2 Ｏ3 と相互に作用し、特にＢ2 Ｏ3 との相乗作用によ
り軟化温度を低下させるため、前記ガラス粉末中に含有
させる必要があるが、５ｗｔ％を超えると耐水性が劣化
する傾向が生じる。
【００１６】骨材の結晶としてコージェライトを選定し
たのは、添加したコージェライトを焼成時に結晶核とし
て作用させることにより、ガラスからのコージェライト
の析出速度が著しく早められ、得られる焼結体の熱膨張
係数が短時間の焼成でシリコンの値（３．５×１０-6／
℃）に近付き、フリップチップ方式等のチップ実装等に
適した基板材料が得られるためである。
たのは、添加したコージェライトを焼成時に結晶核とし
て作用させることにより、ガラスからのコージェライト
の析出速度が著しく早められ、得られる焼結体の熱膨張
係数が短時間の焼成でシリコンの値（３．５×１０-6／
℃）に近付き、フリップチップ方式等のチップ実装等に
適した基板材料が得られるためである。
【００１７】骨材の結晶としてＡｌ2 Ｏ3 を選定したの
は、ガラスとの相互作用の結果、コージェライトが析出
し易くなると共に、セラミックス基板の強度特性が向上
するためである。
は、ガラスとの相互作用の結果、コージェライトが析出
し易くなると共に、セラミックス基板の強度特性が向上
するためである。
【００１８】結晶及びガラスの割合については、抗折強
度を１９ｋｇｆ／ｍｍ2 以上にするため、骨材としてア
ルミナを０〜４０ｗｔ％及びコージェライトを０．１〜
２０ｗｔ％とし、残りをガラスとし、合計で１００ｗｔ
％とする。
度を１９ｋｇｆ／ｍｍ2 以上にするため、骨材としてア
ルミナを０〜４０ｗｔ％及びコージェライトを０．１〜
２０ｗｔ％とし、残りをガラスとし、合計で１００ｗｔ
％とする。
【００１９】なお、ここで耐水性とは、ガラスが水に対
して溶解しない性質のことをいい、耐湿性とは、ガラス
の多孔質部分に染み込んだ液体が内層導体に影響（酸化
やマイグレーション）を与えない性質のことをいう。
して溶解しない性質のことをいい、耐湿性とは、ガラス
の多孔質部分に染み込んだ液体が内層導体に影響（酸化
やマイグレーション）を与えない性質のことをいう。
【００２０】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るセラミックス
基板及びその製造方法の実施例及び比較例を説明する。
基板及びその製造方法の実施例及び比較例を説明する。
【００２１】ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3
及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなり、その
組成比が下記の表１に示した割合となる平均粒径が０．
１〜１０μｍのガラス粉末と、コージェライトからなる
平均粒径が０．１〜１０μｍの結晶粒及びＡｌ2 Ｏ3 か
らなるからなる平均粒径が０．１〜１０μｍの結晶粒を
混合した。ガラス粉末と結晶粒の混合比は、結晶粒の割
合を表１のとおりとし、残りをガラス粉末とした。例え
ば、実施例１ではアルミナ骨材を２０ｗｔ％、コージェ
ライト骨材を５ｗｔ％とし、ガラス材料は残りの７５ｗ
ｔ％とした。
及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなり、その
組成比が下記の表１に示した割合となる平均粒径が０．
１〜１０μｍのガラス粉末と、コージェライトからなる
平均粒径が０．１〜１０μｍの結晶粒及びＡｌ2 Ｏ3 か
らなるからなる平均粒径が０．１〜１０μｍの結晶粒を
混合した。ガラス粉末と結晶粒の混合比は、結晶粒の割
合を表１のとおりとし、残りをガラス粉末とした。例え
ば、実施例１ではアルミナ骨材を２０ｗｔ％、コージェ
ライト骨材を５ｗｔ％とし、ガラス材料は残りの７５ｗ
ｔ％とした。
【００２２】次にこの混合物に有機バインダ、可塑剤及
び溶剤をそれぞれ適量添加し、混練して約１０，０００
ｃｐｓのスラリとした。このスラリを用いてドクターブ
レード法により、約０．２ｍｍ厚のシートに成形し、８
０℃で約１０分間乾燥させた。その後、このシートを１
０℃／ｍｉｎの速度で昇温させ、８５０〜９８０℃で５
〜２４０分間焼成し、セラミックス基板の焼結体の製造
を完了した。
び溶剤をそれぞれ適量添加し、混練して約１０，０００
ｃｐｓのスラリとした。このスラリを用いてドクターブ
レード法により、約０．２ｍｍ厚のシートに成形し、８
０℃で約１０分間乾燥させた。その後、このシートを１
０℃／ｍｉｎの速度で昇温させ、８５０〜９８０℃で５
〜２４０分間焼成し、セラミックス基板の焼結体の製造
を完了した。
【００２３】次に、製造したセラミックス基板にコージ
ェライト結晶が析出していることを焼成前の原料粉末及
び焼結体のＸ線回折により確認し、また前記セラミック
ス基板の気孔率、比誘電率、熱膨張係数及び抗折強度の
特性を測定した。実施例６における焼成前の原料粉末及
び得られたセラミックス基板のＸ線回折強度のデータを
図１に示し、上記したセラミックス基板の製造条件及び
得られたセラミックス基板の特性を下記の表１に示して
いる。
ェライト結晶が析出していることを焼成前の原料粉末及
び焼結体のＸ線回折により確認し、また前記セラミック
ス基板の気孔率、比誘電率、熱膨張係数及び抗折強度の
特性を測定した。実施例６における焼成前の原料粉末及
び得られたセラミックス基板のＸ線回折強度のデータを
図１に示し、上記したセラミックス基板の製造条件及び
得られたセラミックス基板の特性を下記の表１に示して
いる。
【００２４】なお、気孔率はアルキメデス法により測定
し、比誘電率はインピーダンスアナライザにより測定し
た。また熱膨張係数は接触式の線膨張係計により室温か
ら３５０℃までの平均値を測定し、抗折強度は３点曲げ
試験により測定し、耐水性は煮沸水中に一定期間試験片
を保持して、その重量減少により評価した。また耐湿性
は薄板状のサンプルの片面から水又は水蒸気を接触さ
せ、反対側における湿度の上昇により評価した。
し、比誘電率はインピーダンスアナライザにより測定し
た。また熱膨張係数は接触式の線膨張係計により室温か
ら３５０℃までの平均値を測定し、抗折強度は３点曲げ
試験により測定し、耐水性は煮沸水中に一定期間試験片
を保持して、その重量減少により評価した。また耐湿性
は薄板状のサンプルの片面から水又は水蒸気を接触さ
せ、反対側における湿度の上昇により評価した。
【００２５】さらに、実施例６で得られたセラミックス
を破断し、その一部をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用
いて観察した。得られたＴＥＭ写真をスケッチしたもの
を図２に示している。
を破断し、その一部をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用
いて観察した。得られたＴＥＭ写真をスケッチしたもの
を図２に示している。
【００２６】
【表１の１】
【００２７】
【表１の２】
【００２８】表１からも明らかなように、焼成温度が１
０００℃以下でも充分にち密化し、比誘電率が小さく、
熱膨張係数がシリコンに近く、抗折強度、耐水性、耐湿
性に優れたセラミックス基板が得られていることがわか
る。
０００℃以下でも充分にち密化し、比誘電率が小さく、
熱膨張係数がシリコンに近く、抗折強度、耐水性、耐湿
性に優れたセラミックス基板が得られていることがわか
る。
【００２９】なお、内層導体が溶融しなければ、セラミ
ックス基板の焼成温度が高いほど、ち密化するので大き
な抗折強度を得ることができる。
ックス基板の焼成温度が高いほど、ち密化するので大き
な抗折強度を得ることができる。
【００３０】図１は、実施例６について、原料と得られ
たサンプルのＸ線回折を測定したデータであるが、これ
より原料の焼成を行うことによりコージェライトが析出
していることがわかる。
たサンプルのＸ線回折を測定したデータであるが、これ
より原料の焼成を行うことによりコージェライトが析出
していることがわかる。
【００３１】また、図２は、実施例６で得られたサンプ
ルの内部構造を示すＴＥＭ写真のスケッチであるが、こ
れよりコージェライト骨材１１の表面からコージェライ
ト１２が析出していることがわかる。なお、１３はアル
ミナ骨格であり、１４はガラス層である。このような内
部構造のセラミックス基板を製造することにより、骨材
と生成した結晶とマトリックスであるガラスとの複合化
により抗折強度等の機械的性質をさらに改善することが
できる。
ルの内部構造を示すＴＥＭ写真のスケッチであるが、こ
れよりコージェライト骨材１１の表面からコージェライ
ト１２が析出していることがわかる。なお、１３はアル
ミナ骨格であり、１４はガラス層である。このような内
部構造のセラミックス基板を製造することにより、骨材
と生成した結晶とマトリックスであるガラスとの複合化
により抗折強度等の機械的性質をさらに改善することが
できる。
【００３２】比較例１は、特開平２−２２５３３８号公
報に開示された内容に基づいて試作した比較例で、銀や
銅などを内層するのに必要な温度範囲である９００℃以
下の焼成では気孔率が充分に小さくならず、ち密化しな
いため抗折強度が小さいことがわかる。
報に開示された内容に基づいて試作した比較例で、銀や
銅などを内層するのに必要な温度範囲である９００℃以
下の焼成では気孔率が充分に小さくならず、ち密化しな
いため抗折強度が小さいことがわかる。
【００３３】また、比較例２にはガラス粉末にアルミナ
のみを骨材として添加した場合を示しているが、表１に
示した特性のセラミックス基板を製造するために、焼成
時間が６００分必要であった。一方、上記実施例におい
て、例えば実施例１では焼成の時間は３０分であり、比
較例２に対して焼成のための時間がかなり短縮されてい
ることがわかる。
のみを骨材として添加した場合を示しているが、表１に
示した特性のセラミックス基板を製造するために、焼成
時間が６００分必要であった。一方、上記実施例におい
て、例えば実施例１では焼成の時間は３０分であり、比
較例２に対して焼成のための時間がかなり短縮されてい
ることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るセラミ
ックス基板にあっては、ガラスと結晶とからなるセラミ
ックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ
金属を示す）であって、前記結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を含有し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２ＭｇＯ
・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶（コージェライト）が
析出しており、ガラスの軟化温度が７２０℃以下にな
り、８５０〜１０００℃の焼成温度でも気孔率が減少し
てち密化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が
小さく、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミック基板を
提供することができる。
ックス基板にあっては、ガラスと結晶とからなるセラミ
ックス基板において、前記ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ
金属を示す）であって、前記結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を含有し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ
3 ・５ＳｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２ＭｇＯ
・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶（コージェライト）が
析出しており、ガラスの軟化温度が７２０℃以下にな
り、８５０〜１０００℃の焼成温度でも気孔率が減少し
てち密化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が
小さく、耐湿性、耐水性等にも優れたセラミック基板を
提供することができる。
【００３５】従って、本発明により低融点で低電気抵抗
率の銀や銅等を内部回路配線に有するセラミックス基板
を提供することができる。
率の銀や銅等を内部回路配線に有するセラミックス基板
を提供することができる。
【００３６】また本発明に係るセラミックス基板の製造
方法にあっては、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2
Ｏ3 及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガ
ラス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面からコ
ージェライトを析出させるので、気孔率が減少してち密
化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が小さ
く、耐湿性、耐水性等にも優れた前記セラミック基板を
製造することができる。
方法にあっては、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2
Ｏ3 及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガ
ラス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面からコ
ージェライトを析出させるので、気孔率が減少してち密
化し、熱膨張係数がシリコンに近く、比誘電率が小さ
く、耐湿性、耐水性等にも優れた前記セラミック基板を
製造することができる。
【図１】実施例６における焼成前の原料粉末及び得られ
た焼結体のＸ線回折強度のデータを示したグラフであ
る。
た焼結体のＸ線回折強度のデータを示したグラフであ
る。
【図２】実施例６で得られたセラミックス基板を破断し
て、その一部をＴＥＭを用いて観察し、得られたＴＥＭ
写真をスケッチしたものである。
て、その一部をＴＥＭを用いて観察し、得られたＴＥＭ
写真をスケッチしたものである。
１１ コージェライト骨材 １２ コージェライト １３ アルミナ骨材 １４ ガラス層
Claims (2)
- 【請求項１】 ガラスと結晶とからなるセラミックス基
板において、前記ガラスはＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ
2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｒ2 Ｏ系ガラス（Ｒはアルカリ金属を示
す）であって、前記結晶は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５
ＳｉＯ2 結晶を含有し、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓ
ｉＯ2 の骨材表面、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５Ｓ
ｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２ＭｇＯ・２Ａｌ
2 Ｏ3・５ＳｉＯ2 結晶が析出していることを特徴とす
るセラミックス基板。 - 【請求項２】 ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ
3 及びＲ2 Ｏ（Ｒはアルカリ金属を示す）からなるガラ
ス粉末と、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶
粒、又は２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶粒及
びＡｌ2 Ｏ3 結晶粒を混合して８５０℃以上１０００℃
未満の温度範囲で焼成し、前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3
・５ＳｉＯ2 の骨材表面、又は前記２ＭｇＯ・２Ａｌ2
Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 及び前記Ａｌ2 Ｏ3 の骨材表面から２
ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 結晶を析出させるこ
とを特徴とする請求項１記載のセラミックス基板の製造
方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17551793A JP3341782B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | セラミックス基板およびその製造方法 |
| US08/219,549 US5498580A (en) | 1993-03-30 | 1994-03-29 | Ceramic substrate and a method for producing the same |
| DE4411127A DE4411127A1 (de) | 1993-03-30 | 1994-03-30 | Keramisches Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17551793A JP3341782B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | セラミックス基板およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0733515A true JPH0733515A (ja) | 1995-02-03 |
| JP3341782B2 JP3341782B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=15997442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17551793A Expired - Lifetime JP3341782B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-07-15 | セラミックス基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341782B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-15 JP JP17551793A patent/JP3341782B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3341782B2 (ja) | 2002-11-05 |
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