JPH075359B2 - セラミツク絶縁基板の製法 - Google Patents
セラミツク絶縁基板の製法Info
- Publication number
- JPH075359B2 JPH075359B2 JP60090875A JP9087585A JPH075359B2 JP H075359 B2 JPH075359 B2 JP H075359B2 JP 60090875 A JP60090875 A JP 60090875A JP 9087585 A JP9087585 A JP 9087585A JP H075359 B2 JPH075359 B2 JP H075359B2
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- Japan
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- mullite
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- ceramic insulating
- silica
- strength
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、セラミツク絶縁基板の製法に係り、特に電気
信号の入出力のためのピンを取り付けたり、半導体素子
部品を搭載して機能モジユールを構成するために好適な
セラミツク絶縁基板の製法に関する。
信号の入出力のためのピンを取り付けたり、半導体素子
部品を搭載して機能モジユールを構成するために好適な
セラミツク絶縁基板の製法に関する。
近年、LSI等の集積回路は高速化，高密度化に伴つて、
放熱や素子の高速化を計るために回路基板上に直接チツ
プを実装する方式が用いられるようになつてきている。
しかしながら、この実装方式においては、LSI等の集積
回路のサイズが大きくなるにつれて、LSI等の集積回路
材料と回路基板材料との間で、実装時の温度変化によつ
て生じる応力が大きくなるという問題があつた。
放熱や素子の高速化を計るために回路基板上に直接チツ
プを実装する方式が用いられるようになつてきている。
しかしながら、この実装方式においては、LSI等の集積
回路のサイズが大きくなるにつれて、LSI等の集積回路
材料と回路基板材料との間で、実装時の温度変化によつ
て生じる応力が大きくなるという問題があつた。
すなわち、現在セラミツク多層配線基板の主流であるア
ルミナは、アルミナ自身の熱膨張係数がLSI等の集積回
路材料であるシリコンの熱膨張係数30×10-7／℃（室温
〜500℃）に比べ、約２倍以上アルミナの熱膨張係数が
大きい。このため、アルミナ系多層回路板へLSIなどの
シリコン半導体チツプを直接半田などで接続する場合、
半田接続部に熱膨張係数差に伴う熱応力が発生し、実装
の高寿命が得られない欠点がある。特に、LSIチツプの
大型化、高密度化による半田接続部の微細化は、実装寿
命を益々悪化させる傾向にある。
ルミナは、アルミナ自身の熱膨張係数がLSI等の集積回
路材料であるシリコンの熱膨張係数30×10-7／℃（室温
〜500℃）に比べ、約２倍以上アルミナの熱膨張係数が
大きい。このため、アルミナ系多層回路板へLSIなどの
シリコン半導体チツプを直接半田などで接続する場合、
半田接続部に熱膨張係数差に伴う熱応力が発生し、実装
の高寿命が得られない欠点がある。特に、LSIチツプの
大型化、高密度化による半田接続部の微細化は、実装寿
命を益々悪化させる傾向にある。
この問題を解決するためには、多層配線基板の熱膨張係
数をシリコンに近づけると共に、多層回路板内の電気信
号の伝播速度の高速化をはかるため、低比誘電率の基板
材料を開発する必要がある。この目的のために、ムライ
ト（3Al2O3・2SiO2）系の焼結体を用いた多層配線基板
が考えられる。その理由は、ムライトの熱膨張係数が40
〜55×10-7／℃とシリコンのそれに近く、且つ、比誘電
率が約6.7（1MHz）と低いためである。しかし、ムライ
トの組成であるアルミナとシリカを混合した系で多層配
線板を作製しようとした場合、アルミナ系多層配線板に
適用されている焼成温度1600℃付近では、アルミナ，シ
リカなどが未反応の状態で残り、多孔質である。ち密質
のムライト材料を作製するためには、1800℃以上の高温
で焼成しなければならず、量産する上で適する炉がない
などの問題がある。そこで、1600℃付近の温度で焼成で
きるムライト系材料の開発が必要であつた。この目的の
ため、ムライトがガラスとからなる材料が考えられる。
その一例として、ムライト焼結体及びその製造法（特開
昭57−115895号）がある。しかし、この材料は、ムライ
ト結晶がガラス又はガラスから生成する結晶により、結
合されたものである。したがつて、材料の強度は、ムラ
イト結晶を結合するガラス又は、それから生成する結晶
に左右される。実際、この材料の強度は最大16kg/mm2で
ある。このため、多層配線板に信号の入出力用のピンを
ろう付けした場合、ろう材料と多層配線板との熱膨張差
により配線板にクラツクが生ずる。
数をシリコンに近づけると共に、多層回路板内の電気信
号の伝播速度の高速化をはかるため、低比誘電率の基板
材料を開発する必要がある。この目的のために、ムライ
ト（3Al2O3・2SiO2）系の焼結体を用いた多層配線基板
が考えられる。その理由は、ムライトの熱膨張係数が40
〜55×10-7／℃とシリコンのそれに近く、且つ、比誘電
率が約6.7（1MHz）と低いためである。しかし、ムライ
トの組成であるアルミナとシリカを混合した系で多層配
線板を作製しようとした場合、アルミナ系多層配線板に
適用されている焼成温度1600℃付近では、アルミナ，シ
リカなどが未反応の状態で残り、多孔質である。ち密質
のムライト材料を作製するためには、1800℃以上の高温
で焼成しなければならず、量産する上で適する炉がない
などの問題がある。そこで、1600℃付近の温度で焼成で
きるムライト系材料の開発が必要であつた。この目的の
ため、ムライトがガラスとからなる材料が考えられる。
その一例として、ムライト焼結体及びその製造法（特開
昭57−115895号）がある。しかし、この材料は、ムライ
ト結晶がガラス又はガラスから生成する結晶により、結
合されたものである。したがつて、材料の強度は、ムラ
イト結晶を結合するガラス又は、それから生成する結晶
に左右される。実際、この材料の強度は最大16kg/mm2で
ある。このため、多層配線板に信号の入出力用のピンを
ろう付けした場合、ろう材料と多層配線板との熱膨張差
により配線板にクラツクが生ずる。
ムライト系材料を用いて有用な多層配線板を得るために
は、更に強度の大きいムライト系の材料を開発する必要
がある。
は、更に強度の大きいムライト系の材料を開発する必要
がある。
本発明の目的は、低比誘電率で且つ高強度のムライト系
セラミツク絶縁基板を提供することにある。
セラミツク絶縁基板を提供することにある。
本発明を概説すれば、本発明はセラミツク絶縁基板に関
する発明であつて、ムライト粉末をシリカで被覆した該
原料に焼結助剤を添加して焼成することを特徴とする。
する発明であつて、ムライト粉末をシリカで被覆した該
原料に焼結助剤を添加して焼成することを特徴とする。
本発明者らは、ムライト系材料の高強度化向上を目的
に、ムライト量とガラス量、焼成温度等について種々検
討を行つた結果、目的を達成するまでに至らなかつた。
その原因として、ムライトに焼結助剤として添加してい
るガラスが焼結過程中に液相となり、ムライト粒子を粒
成長させるためにムライト系材料の強度低下が起るもの
と推定される。しかし、ムライトに焼結助剤として添加
しているガラスは、ムライトの焼結を助けるばかりでな
く、多層回路板の導体材料である例えば高融点金属のタ
ングステン及びモリブデン等を印刷して同時焼成する場
合、それら導体材料のぬれ性を向上し、焼結を促進する
効果がある。
に、ムライト量とガラス量、焼成温度等について種々検
討を行つた結果、目的を達成するまでに至らなかつた。
その原因として、ムライトに焼結助剤として添加してい
るガラスが焼結過程中に液相となり、ムライト粒子を粒
成長させるためにムライト系材料の強度低下が起るもの
と推定される。しかし、ムライトに焼結助剤として添加
しているガラスは、ムライトの焼結を助けるばかりでな
く、多層回路板の導体材料である例えば高融点金属のタ
ングステン及びモリブデン等を印刷して同時焼成する場
合、それら導体材料のぬれ性を向上し、焼結を促進する
効果がある。
したがつて、焼結助剤であるガラスを添加しても強度低
下の小さい高強度のムライト系材料を開発する必要があ
る。
下の小さい高強度のムライト系材料を開発する必要があ
る。
前述の検討結果より、ムライトに焼結助剤中のシリカ添
加量が増すにつれてムライト系材料の強度が向上する傾
向がある。これに着目して、ムライトに直接シリカを被
覆し、焼結助剤を添加して焼結することを検討した結
果、従来よりもち密質で且つムライトの粒成長が小さい
高強度のムライト系材料を開発することが可能となつ
た。
加量が増すにつれてムライト系材料の強度が向上する傾
向がある。これに着目して、ムライトに直接シリカを被
覆し、焼結助剤を添加して焼結することを検討した結
果、従来よりもち密質で且つムライトの粒成長が小さい
高強度のムライト系材料を開発することが可能となつ
た。
ムライトにシリカを被覆する方法としては、色色あるが
主な例としては、スパツタ法，ゾルゲル中への浸漬法，
スプレーコーテイング法，蒸着法等があるが、多量の粉
末を被覆する場合などは、ゾルゲル法やスプレーコーテ
イング法等が適している。
主な例としては、スパツタ法，ゾルゲル中への浸漬法，
スプレーコーテイング法，蒸着法等があるが、多量の粉
末を被覆する場合などは、ゾルゲル法やスプレーコーテ
イング法等が適している。
以上の被覆法を用い、ムライトにシリカを被覆した該ム
ライト原料に焼結助剤であるガラスを添加して焼成する
ことにより、被覆したシリカが、焼結時のムライトの粒
成長を抑制し、得られた焼結体は、結晶粒が微細となり
高強度のムライト系絶縁基板が得られる。
ライト原料に焼結助剤であるガラスを添加して焼成する
ことにより、被覆したシリカが、焼結時のムライトの粒
成長を抑制し、得られた焼結体は、結晶粒が微細となり
高強度のムライト系絶縁基板が得られる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明はこれら実施例に限定されない。
なお、文中に部とあるのは重量部を、％とあるのは重量
％を示す。
％を示す。
まず、ムライトへ被覆するシリカとしてシリカガラスと
なるアルコキシド溶液を作製した。溶液の組成は、一般
的にシリカガラスをつくるためのコーテイング用とし
た。Si(OC2H5)4:25g,C2H5OH:37.6g,H2O:23.7g,HCl:0.3g
を混合し、溶接の粘度を上げるために、加水分解を進ま
せ、ある程度粘度の高くなつた所へ、ムライト70％（平
均粒径:5μｍ）を添加撹拌して、均一混合したのち、電
気炉にて500℃に加熱して、ムライトへのシリカガラス
の接着強度を高めた。次に、シリカガラウで被覆したム
ライトに、30％コージエライトを添加した混合粉に重合
度1000のポリビニルブチラール5.9部，トリクロロエチ
レン124部，テトラクロロエチレン32部,n−ブチルアル
コール44部を加え、ボールミルで20時間湿式混合し、ス
ラリーを作る。真空脱気処理により、スラリー気泡を除
去する。次にスラリーをドクターブレードを用いて、ポ
リエステリフイルム支持体上に0.2mm厚さに塗布し、炉
を通して乾燥しムライト系セラミクツ多層配線基板材料
用のグリンシートを作成する。
なるアルコキシド溶液を作製した。溶液の組成は、一般
的にシリカガラスをつくるためのコーテイング用とし
た。Si(OC2H5)4:25g,C2H5OH:37.6g,H2O:23.7g,HCl:0.3g
を混合し、溶接の粘度を上げるために、加水分解を進ま
せ、ある程度粘度の高くなつた所へ、ムライト70％（平
均粒径:5μｍ）を添加撹拌して、均一混合したのち、電
気炉にて500℃に加熱して、ムライトへのシリカガラス
の接着強度を高めた。次に、シリカガラウで被覆したム
ライトに、30％コージエライトを添加した混合粉に重合
度1000のポリビニルブチラール5.9部，トリクロロエチ
レン124部，テトラクロロエチレン32部,n−ブチルアル
コール44部を加え、ボールミルで20時間湿式混合し、ス
ラリーを作る。真空脱気処理により、スラリー気泡を除
去する。次にスラリーをドクターブレードを用いて、ポ
リエステリフイルム支持体上に0.2mm厚さに塗布し、炉
を通して乾燥しムライト系セラミクツ多層配線基板材料
用のグリンシートを作成する。
次に、そのグリンシートを50角に切断し、30層積層した
のち、熱間プレスにより圧着した。圧着条件は、温度12
0℃、圧力は40kg/cm2である。圧着後、樹脂抜きのため1
200℃×１時間の脱脂を行つたのち、1500℃×１時間で
焼結を行つた。雰囲気は、大気中である。次にその焼結
された焼結体を比誘電率及び曲げ強さ測定試験片に切断
したのち、ダイヤモンドラツプ盤を用いて、研磨を行つ
た。表１に本法によるシリカガラスコーテイングをした
ムライト系材料及び比較するために、従来のムライト系
材料の公知例（特開昭57−115895号）、通常のアルミナ
基板の特性を示す。
のち、熱間プレスにより圧着した。圧着条件は、温度12
0℃、圧力は40kg/cm2である。圧着後、樹脂抜きのため1
200℃×１時間の脱脂を行つたのち、1500℃×１時間で
焼結を行つた。雰囲気は、大気中である。次にその焼結
された焼結体を比誘電率及び曲げ強さ測定試験片に切断
したのち、ダイヤモンドラツプ盤を用いて、研磨を行つ
た。表１に本法によるシリカガラスコーテイングをした
ムライト系材料及び比較するために、従来のムライト系
材料の公知例（特開昭57−115895号）、通常のアルミナ
基板の特性を示す。
表からも、わかるように、本法のシリカガラスでムライ
トを被覆した系に30％コージエライト組成の焼結助剤を
添加した材料は、比誘電率（1MHz）6.0、曲げ強さが20k
g/mm2以上が可能である。従来のムライトに単純に30％
コージエライト組成の焼結助剤を添加した系では、比誘
電率（1MHz）6.0と同じであるが、曲げ強さが15kg/mm2
程度しか得られない。また、アルミナでは、曲げ強さは
30kg/mm2と大きな値を示しているが、比誘電率（1MHz）
9.5と非常に大きく、信号伝播速度を遅くする要因とな
つている。
トを被覆した系に30％コージエライト組成の焼結助剤を
添加した材料は、比誘電率（1MHz）6.0、曲げ強さが20k
g/mm2以上が可能である。従来のムライトに単純に30％
コージエライト組成の焼結助剤を添加した系では、比誘
電率（1MHz）6.0と同じであるが、曲げ強さが15kg/mm2
程度しか得られない。また、アルミナでは、曲げ強さは
30kg/mm2と大きな値を示しているが、比誘電率（1MHz）
9.5と非常に大きく、信号伝播速度を遅くする要因とな
つている。
従つて、信号伝播速度を速くするためには、材料自身の
比誘電率が小さいことを望まれ、例えば、ムライト等が
良いわけであるからムライト系等の強度を向上すれば、
適用可変である。本法の適用により、シリカガラスをム
ライトへ被覆した系にコージエライトを添加して焼成す
ることにより、従来ムライトに30％コージエライト組成
の焼結助剤を添加していた系（特開昭57−115895号）よ
りも、曲げ強さの大きいムライト系セラミツクスの製造
が可能となつた。
比誘電率が小さいことを望まれ、例えば、ムライト等が
良いわけであるからムライト系等の強度を向上すれば、
適用可変である。本法の適用により、シリカガラスをム
ライトへ被覆した系にコージエライトを添加して焼成す
ることにより、従来ムライトに30％コージエライト組成
の焼結助剤を添加していた系（特開昭57−115895号）よ
りも、曲げ強さの大きいムライト系セラミツクスの製造
が可能となつた。
また、本法によるムライト系と、従来のムライト系（特
開昭57−115895号）の微構造をSEMで観察比較すると、
本法のシリカガラスで被覆したムライト系の方が、結晶
粒も小さく、ち密化された様相を示し、曲げ強さが大き
くなるという理由も明確となつた。
開昭57−115895号）の微構造をSEMで観察比較すると、
本法のシリカガラスで被覆したムライト系の方が、結晶
粒も小さく、ち密化された様相を示し、曲げ強さが大き
くなるという理由も明確となつた。
ムライトへ被覆したシリカガラスの膜厚は、ムライトの
重量及び比表面積から計算して求めた。この場合、但
し、ムライトに均一な膜厚が付着出来たものと想定し
た。実施例のムライト70％の場合シリカガラスの膜厚
は、約0.1μｍ以下である。
重量及び比表面積から計算して求めた。この場合、但
し、ムライトに均一な膜厚が付着出来たものと想定し
た。実施例のムライト70％の場合シリカガラスの膜厚
は、約0.1μｍ以下である。
シリカガラスの膜厚の厚さは、溶接の粘度を増すことに
よつて膜厚は厚くなるが、あまり厚くすると、膜にき裂
が生じたり、接着が悪くなる原因になりやすいので適当
な膜厚を検討する必要がある。膜厚は0.1μｍ〜１μ程
度が適当である。
よつて膜厚は厚くなるが、あまり厚くすると、膜にき裂
が生じたり、接着が悪くなる原因になりやすいので適当
な膜厚を検討する必要がある。膜厚は0.1μｍ〜１μ程
度が適当である。
本発明によれば、セラミツク絶縁基板の製法として、ム
ライトにシリカガラスを被覆した材料に、焼結助剤を添
加して焼成することにより、ムライトに被覆してあるシ
リカガラスが、焼成時にムライトの粒成長を抑制する効
果があるため、得られた焼結体は、結晶粒も微細化で且
つち密化なため機械的性質の優れたムライト系セラミツ
クス絶縁基板が得られる。
ライトにシリカガラスを被覆した材料に、焼結助剤を添
加して焼成することにより、ムライトに被覆してあるシ
リカガラスが、焼成時にムライトの粒成長を抑制する効
果があるため、得られた焼結体は、結晶粒も微細化で且
つち密化なため機械的性質の優れたムライト系セラミツ
クス絶縁基板が得られる。
Claims (2)
- 【請求項１】セラミツク絶縁基板の製法において、ムラ
イト粉末をSiO2で被覆した原料に、焼結助剤を添加して
焼成することを特徴とするセラミツク絶縁基板の製法。 - 【請求項２】前記焼結助剤がコージエライトであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミツク絶
縁基板の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60090875A JPH075359B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | セラミツク絶縁基板の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60090875A JPH075359B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | セラミツク絶縁基板の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61251559A JPS61251559A (ja) | 1986-11-08 |
| JPH075359B2 true JPH075359B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=14010662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60090875A Expired - Lifetime JPH075359B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | セラミツク絶縁基板の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075359B2 (ja) |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP60090875A patent/JPH075359B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61251559A (ja) | 1986-11-08 |
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