JPH0793480B2 - 多層ガラスセラミック基板とその製造方法 - Google Patents
多層ガラスセラミック基板とその製造方法Info
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- JPH0793480B2 JPH0793480B2 JP5163928A JP16392893A JPH0793480B2 JP H0793480 B2 JPH0793480 B2 JP H0793480B2 JP 5163928 A JP5163928 A JP 5163928A JP 16392893 A JP16392893 A JP 16392893A JP H0793480 B2 JPH0793480 B2 JP H0793480B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ素子を高密度に実
装するための多層ガラスセラミック基板に関するもので
あり、特に、低温で焼結可能な多層ガラスセラミック基
板とその製造方法に関するものである。
装するための多層ガラスセラミック基板に関するもので
あり、特に、低温で焼結可能な多層ガラスセラミック基
板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体技術の発展とともに電子装置、シ
ステムの小型化、高速化が益々要求されている。すなわ
ち、半導体素子がＶＬＳＩ、ＵＬＳＩと高密度・高集積
化されるに伴って、半導体素子をアセンブリするための
実装技術にも極めて高い密度と微細化とが要求されてい
る。特に、配線密度の増加による微細配線化と、配線の
低抵抗化・高速化に対応した半導体素子搭載用実装基板
材料の低誘電率化と高密度配線化とが要求されている。
ステムの小型化、高速化が益々要求されている。すなわ
ち、半導体素子がＶＬＳＩ、ＵＬＳＩと高密度・高集積
化されるに伴って、半導体素子をアセンブリするための
実装技術にも極めて高い密度と微細化とが要求されてい
る。特に、配線密度の増加による微細配線化と、配線の
低抵抗化・高速化に対応した半導体素子搭載用実装基板
材料の低誘電率化と高密度配線化とが要求されている。
【０００３】従来から広く使用されている多層基板はア
ルミナ多層基板である。このアルミナ多層基板は一般に
厚膜印刷多層法またはグリーンシート積層法で作られ
る。高密度化の要求に対してはグリーンシート積層法が
有利である。グリーンシート積層法は薄い各セラミック
グリーンシートに配線を印刷してから、積層一体化する
方法であり、任意数の配線層数にすることができ、従っ
て、厚膜印刷多層法よりも配線密度を高くすることがで
きる。しかし、アルミナセラミックは焼結温度が1,500
℃以上と高く、配線導体に電気抵抗の比較的高いMo、Ｗ
金属を使わなければならないため、配線の微細化が困難
であった。すなわち、従来のアルミナ多層基板は高温で
しか焼結できないため、導体として電気抵抗の高いMo、
Ｗしか使用できない。そのため配線抵抗が高くなり、微
細配線も不可能であった。また、アルミナの誘電率は約
10と高く信号の高速化には不利であった。
ルミナ多層基板である。このアルミナ多層基板は一般に
厚膜印刷多層法またはグリーンシート積層法で作られ
る。高密度化の要求に対してはグリーンシート積層法が
有利である。グリーンシート積層法は薄い各セラミック
グリーンシートに配線を印刷してから、積層一体化する
方法であり、任意数の配線層数にすることができ、従っ
て、厚膜印刷多層法よりも配線密度を高くすることがで
きる。しかし、アルミナセラミックは焼結温度が1,500
℃以上と高く、配線導体に電気抵抗の比較的高いMo、Ｗ
金属を使わなければならないため、配線の微細化が困難
であった。すなわち、従来のアルミナ多層基板は高温で
しか焼結できないため、導体として電気抵抗の高いMo、
Ｗしか使用できない。そのため配線抵抗が高くなり、微
細配線も不可能であった。また、アルミナの誘電率は約
10と高く信号の高速化には不利であった。
【０００４】最近では、低抵抗導体のAu、Ag−Pd、Ag、
Cu等を用いることが可能な低温焼結型のセラミック材料
が開発されている。例えば、アルミナとホウケイ酸鉛系
ガラスとの複合材料は 1,000℃以下の低温で焼結が可能
で、Au、Ag−Pd、Agを配線導体に用いた多層基板にする
ことができる。しかし、この複合材料は鉛を含んでいる
ため卑金属であるCuを配線に用いるのが困難であり、ま
た、誘電率も 7.5以下に低減することができない。すな
わちアルミナとホウケイ酸鉛系ガラスとの複合材料は低
温焼結ができ、低抵抗導体を配線に使えるが、卑金属導
体配線の実現は困難で、還元雰囲気焼成は不可能であっ
た。
Cu等を用いることが可能な低温焼結型のセラミック材料
が開発されている。例えば、アルミナとホウケイ酸鉛系
ガラスとの複合材料は 1,000℃以下の低温で焼結が可能
で、Au、Ag−Pd、Agを配線導体に用いた多層基板にする
ことができる。しかし、この複合材料は鉛を含んでいる
ため卑金属であるCuを配線に用いるのが困難であり、ま
た、誘電率も 7.5以下に低減することができない。すな
わちアルミナとホウケイ酸鉛系ガラスとの複合材料は低
温焼結ができ、低抵抗導体を配線に使えるが、卑金属導
体配線の実現は困難で、還元雰囲気焼成は不可能であっ
た。
【０００５】ホウケイ酸系ガラスを用いたガラスセラミ
ック材料も開発されている。このガラスセラミック材料
は 1,000℃以下の還元雰囲気で焼成でき、誘電率を 5.5
程度に低誘電率化でき、Cu配線による多層化をガラスセ
ラミックと導体との同時焼結で実現できる。しかし、焼
結で結晶化が起きないため、機械的強度が著しく低いと
いう欠点がある。すなわち、ホウケイ酸系ガラスを用い
たガラスセラミック基板はCu多層配線ができ且つ低誘電
率化が可能であるが、機械的強度が著しく低いという問
題がある。基板の機械的強度は極めて重要な特性であ
る。特に、基板上に多数の半導体素子が実装されるマル
チチップ実装基板では、基板サイズが大面積化するとと
もに入出力端子またはピンが多層接続されるため、基板
の機械的強度が低いと、アセンブリ−工程および製品に
おいて基板破損や金属との接合不良等の問題が発生す
る。
ック材料も開発されている。このガラスセラミック材料
は 1,000℃以下の還元雰囲気で焼成でき、誘電率を 5.5
程度に低誘電率化でき、Cu配線による多層化をガラスセ
ラミックと導体との同時焼結で実現できる。しかし、焼
結で結晶化が起きないため、機械的強度が著しく低いと
いう欠点がある。すなわち、ホウケイ酸系ガラスを用い
たガラスセラミック基板はCu多層配線ができ且つ低誘電
率化が可能であるが、機械的強度が著しく低いという問
題がある。基板の機械的強度は極めて重要な特性であ
る。特に、基板上に多数の半導体素子が実装されるマル
チチップ実装基板では、基板サイズが大面積化するとと
もに入出力端子またはピンが多層接続されるため、基板
の機械的強度が低いと、アセンブリ−工程および製品に
おいて基板破損や金属との接合不良等の問題が発生す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
公知の実装基板の課題を解決して、 1,000℃以下の低温
で酸化性雰囲気のみならず、中性雰囲気または還元雰囲
気でも焼成できる誘電率が低く、しかも機械的強度に優
れた多層ガラスセラミック基板を提供することにある。
本発明の多層ガラスセラミック基板では、配線導体に低
抵抗のAu、Ag、Cu、Ag−Pd等の金属が使用できるので、
高密度微細配線でしかも高速化に対応した実装基板が期
待できる。
公知の実装基板の課題を解決して、 1,000℃以下の低温
で酸化性雰囲気のみならず、中性雰囲気または還元雰囲
気でも焼成できる誘電率が低く、しかも機械的強度に優
れた多層ガラスセラミック基板を提供することにある。
本発明の多層ガラスセラミック基板では、配線導体に低
抵抗のAu、Ag、Cu、Ag−Pd等の金属が使用できるので、
高密度微細配線でしかも高速化に対応した実装基板が期
待できる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の提供する複数の
導体層をガラスセラミック層を介して積層した多層ガラ
スセラミック基板は、ガラスセラミック層がアルミナ
と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラスと、アルミナとホ
ウケイ酸ガラスとの化学反応で生成するコーディエライ
ト結晶とを含む組成物で作られ、この組成物中でアルミ
ナは12〜59.6重量％、ホウケイ酸系ガラスは18〜69.6重
量％、コーディエライト結晶は１〜50重量％の範囲内に
あり、各成分の総量は 100重量％である点に特徴があ
る。
導体層をガラスセラミック層を介して積層した多層ガラ
スセラミック基板は、ガラスセラミック層がアルミナ
と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラスと、アルミナとホ
ウケイ酸ガラスとの化学反応で生成するコーディエライ
ト結晶とを含む組成物で作られ、この組成物中でアルミ
ナは12〜59.6重量％、ホウケイ酸系ガラスは18〜69.6重
量％、コーディエライト結晶は１〜50重量％の範囲内に
あり、各成分の総量は 100重量％である点に特徴があ
る。
【０００８】上記組成物は10〜30重量％の範囲内で石英
ガラス、α−石英およびムライトによって構成される群
の中から選択される第４成分をさらに含むことができ
る。この場合にも各成分の総量は 100重量％にする。
ガラス、α−石英およびムライトによって構成される群
の中から選択される第４成分をさらに含むことができ
る。この場合にも各成分の総量は 100重量％にする。
【０００９】本発明は、さらに、上記多層ガラスセラミ
ック基板の製造方法を提供する。本発明方法は、原料粉
末を混合し、混合した粉末をスラリーにしてグリーンシ
ート化し、グリーンシートにヴァイアホールを形成し、
グリーンシートに導体を印刷・穴埋めし、印刷されたシ
ートを複数枚積層・熱圧着し、 1,000℃以下の温度で焼
成する各工程を含む多層ガラスセラミック基板の製造方
法において、原料粉末として30〜60重量％のアルミナ粉
末と、70〜40重量％のホウケイ酸マグネシウム系ガラス
粉末とからなる混合粉末を用いる点に特徴がある。本発
明方法では、原料粉末のアルミナ粉末とホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス粉末とを焼結する工程でコーディエラ
イト結晶が生成する。
ック基板の製造方法を提供する。本発明方法は、原料粉
末を混合し、混合した粉末をスラリーにしてグリーンシ
ート化し、グリーンシートにヴァイアホールを形成し、
グリーンシートに導体を印刷・穴埋めし、印刷されたシ
ートを複数枚積層・熱圧着し、 1,000℃以下の温度で焼
成する各工程を含む多層ガラスセラミック基板の製造方
法において、原料粉末として30〜60重量％のアルミナ粉
末と、70〜40重量％のホウケイ酸マグネシウム系ガラス
粉末とからなる混合粉末を用いる点に特徴がある。本発
明方法では、原料粉末のアルミナ粉末とホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス粉末とを焼結する工程でコーディエラ
イト結晶が生成する。
【００１０】アルミナ粉末の平均粒径は 0.5〜３μｍ
で、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末の平均粒径は
１〜５μｍであるのが好ましい。
で、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末の平均粒径は
１〜５μｍであるのが好ましい。
【００１１】変形例では、原料粉末として石英ガラス、
α−石英およびムライトによって構成される群の中から
選択される粉末をさらに用い、この場合には、10〜50重
量％のアルミナ粉末と、40〜70重量％のホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス粉末と、10〜50重量％の石英ガラス、
α−石英またはムライトの粉末とを用い、各粉末の総量
を 100重量％とする。石英ガラス、α−石英およびムラ
イトによって構成される群の中から選択される粉末の平
均粒径は 0.5〜10μｍにするのが好ましい。ホウケイ酸
マグネシウム系ガラス中のマグネシウムの比率は酸化マ
グネシウム換算で５重量％以上にするのが好ましい。
α−石英およびムライトによって構成される群の中から
選択される粉末をさらに用い、この場合には、10〜50重
量％のアルミナ粉末と、40〜70重量％のホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス粉末と、10〜50重量％の石英ガラス、
α−石英またはムライトの粉末とを用い、各粉末の総量
を 100重量％とする。石英ガラス、α−石英およびムラ
イトによって構成される群の中から選択される粉末の平
均粒径は 0.5〜10μｍにするのが好ましい。ホウケイ酸
マグネシウム系ガラス中のマグネシウムの比率は酸化マ
グネシウム換算で５重量％以上にするのが好ましい。
【００１２】
【作用】本発明方法では、原料粉末（グリーンシート）
を 1,000℃以下の温度で焼結して、優れた特性を有する
多層ガラスセラミック基板が得られる。すなわち、ホウ
ケイ酸マグネシウム系ガラスは焼成時に約 700℃以上に
なると軟化を開始し、液相化する。こうして液相化した
ガラスがアルミナのセラミック粉末間、アルミナおよび
コーディエライト結晶のセラミック粉末間、石英ガラ
ス、α−石英またはムライトのセラミック粉末を同時に
用いた場合には、アルミナ、コーディエライト結晶およ
び石英ガラス、α−石英またはムライトのセラミック粉
末間の空隙を埋めて緻密化が進行する。そして 800〜1,
000 ℃の温度領域で十分な緻密なガラスセラミック体が
形成され、焼結が完了する。
を 1,000℃以下の温度で焼結して、優れた特性を有する
多層ガラスセラミック基板が得られる。すなわち、ホウ
ケイ酸マグネシウム系ガラスは焼成時に約 700℃以上に
なると軟化を開始し、液相化する。こうして液相化した
ガラスがアルミナのセラミック粉末間、アルミナおよび
コーディエライト結晶のセラミック粉末間、石英ガラ
ス、α−石英またはムライトのセラミック粉末を同時に
用いた場合には、アルミナ、コーディエライト結晶およ
び石英ガラス、α−石英またはムライトのセラミック粉
末間の空隙を埋めて緻密化が進行する。そして 800〜1,
000 ℃の温度領域で十分な緻密なガラスセラミック体が
形成され、焼結が完了する。
【００１３】本発明の原料粉末には焼結条件下で酸化物
から金属元素へ還元される元素は含まれていないので、
本発明の多層ガラスセラミック基板の原料粉末（グリー
ンシート）は還元雰囲気でも焼結できる。これに対し
て、例えば酸化鉛を含んだ従来の粉末原料の場合には、
酸化鉛が還元雰囲気下で金属鉛に変化してガラスセラミ
ック体の絶縁性を著しく低下させる。
から金属元素へ還元される元素は含まれていないので、
本発明の多層ガラスセラミック基板の原料粉末（グリー
ンシート）は還元雰囲気でも焼結できる。これに対し
て、例えば酸化鉛を含んだ従来の粉末原料の場合には、
酸化鉛が還元雰囲気下で金属鉛に変化してガラスセラミ
ック体の絶縁性を著しく低下させる。
【００１４】本発明の多層ガラスセラミック基板は機械
的強度が特に優れている。半導体素子搭載用実装基板で
は機械的強度は一つの重要な特性であり、一般には少な
くとも 2,000kg／cm2 以上の抗折強度が必要である。本
発明の多層ガラスセラミック基板は焼結によって上記の
緻密な構造となるので、この基準を十分に満たすことが
できる。すなわち、焼結時にアルミナと液相化したガラ
スとが化学反応してコーディエライト結晶を生成する。
従って、焼結後のガラスセラミック体はアルミナ粒子
と、ガラス質部分と、コーディエライト結晶と（石英ガ
ラス、α−石英およびムライトによって構成される群の
中から選択される第４成分をさらに含む場合には、さら
に、これらの粒子と）が三次元的に緻密に結合したセラ
ミックとガラスとが強固に結合した構造となり、基板と
して抗折強度が高くなる。以下、本発明の実施例を示す
が、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
的強度が特に優れている。半導体素子搭載用実装基板で
は機械的強度は一つの重要な特性であり、一般には少な
くとも 2,000kg／cm2 以上の抗折強度が必要である。本
発明の多層ガラスセラミック基板は焼結によって上記の
緻密な構造となるので、この基準を十分に満たすことが
できる。すなわち、焼結時にアルミナと液相化したガラ
スとが化学反応してコーディエライト結晶を生成する。
従って、焼結後のガラスセラミック体はアルミナ粒子
と、ガラス質部分と、コーディエライト結晶と（石英ガ
ラス、α−石英およびムライトによって構成される群の
中から選択される第４成分をさらに含む場合には、さら
に、これらの粒子と）が三次元的に緻密に結合したセラ
ミックとガラスとが強固に結合した構造となり、基板と
して抗折強度が高くなる。以下、本発明の実施例を示す
が、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【００１５】
【実施例】実施例１（アルミナ粉末＋ホウケイ酸マグネ
シウム系ガラス） 原料粉末としてアルミナ粉末とホウケイ酸マグネシウム
系ガラスとの混合粉末を用いた。アルミナ粉末：ホウケ
イ酸マグネシウム系ガラス粉末を30重量％：70重量％〜
60重量％：40重量％の比率で十分に混合し、グリーンシ
ート集積法によってシート状に成形した。アルミナ粉末
の平均粒径は 0.5μｍ〜３μｍであり、ホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス粉末の平均粒径は１〜５μｍである。
なお、使用したホウケイ酸系マグネシウム系ガラスの組
成は下記の通りである： 成分 重量％ 成分 重量％ Ｂ2 Ｏ3 15 ＣａＯ 1 ＳｉＯ2 65 ＢａＯ 1 ＭｇＯ 12 ＴｉＯ2 1 Ｎａ2 Ｏ 2 ＺｒＯ2 1 Ｋ2 Ｏ 2 混合した原料粉末をポリビニルブチラール、ポリビニル
アルコールまたはポリアクリル系樹脂等の有機バインダ
ーとともに溶媒中に分散し、泥漿化した後、スリップキ
ャスティング法でグリーンシートにする。グリーンシー
トの厚さは10〜400 μｍの範囲で自由にコントロールで
きる。
シウム系ガラス） 原料粉末としてアルミナ粉末とホウケイ酸マグネシウム
系ガラスとの混合粉末を用いた。アルミナ粉末：ホウケ
イ酸マグネシウム系ガラス粉末を30重量％：70重量％〜
60重量％：40重量％の比率で十分に混合し、グリーンシ
ート集積法によってシート状に成形した。アルミナ粉末
の平均粒径は 0.5μｍ〜３μｍであり、ホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス粉末の平均粒径は１〜５μｍである。
なお、使用したホウケイ酸系マグネシウム系ガラスの組
成は下記の通りである： 成分 重量％ 成分 重量％ Ｂ2 Ｏ3 15 ＣａＯ 1 ＳｉＯ2 65 ＢａＯ 1 ＭｇＯ 12 ＴｉＯ2 1 Ｎａ2 Ｏ 2 ＺｒＯ2 1 Ｋ2 Ｏ 2 混合した原料粉末をポリビニルブチラール、ポリビニル
アルコールまたはポリアクリル系樹脂等の有機バインダ
ーとともに溶媒中に分散し、泥漿化した後、スリップキ
ャスティング法でグリーンシートにする。グリーンシー
トの厚さは10〜400 μｍの範囲で自由にコントロールで
きる。
【００１６】次に、打ち抜き装置を用いて上下導体を接
続するためのヴィアホールをグリーンシートに形成し、
ヴィアホールに電気的接続を行うための導体ペーストの
埋め込みと、配線パターン印刷を行う。導体はAu、Ag、
Ag−Pd、Cu、Ni、Ag−Ptを主成分とした導体ペーストを
用いてスクリーン印刷法で所定の位置に印刷した。導体
パターンが印刷され且つヴィアフィルされたグリーンシ
ートを所定の層数になるように積層し、熱圧着する。成
形時に添加した有機バインダーおよび溶剤は脱バインダ
ー工程で 400℃〜700 ℃の温度に加熱して除去する。次
いで、 800〜1,000 ℃の温度範囲で焼成して多層ガラス
セラミック基板を得た。焼成時には、アルミナとガラス
との化学反応でコーディエライト結晶が生成し、また、
ガラスが軟化し、結晶粒子間の空隙に生成したガラスが
侵入して緻密化が進行する。焼結後の基板のガラスセラ
ミック層の組成は〔表１〕にまとめて示してある。この
組成はＸ線回折法によって決定した。Ｘ線回折ではＳｉ
を標準試料とし、これとピーク比からアルミナおよびコ
ーディエライト結晶の量を求め、全体からこれらの量を
引くことによってホウケイ酸ガラスの量を求めた。
続するためのヴィアホールをグリーンシートに形成し、
ヴィアホールに電気的接続を行うための導体ペーストの
埋め込みと、配線パターン印刷を行う。導体はAu、Ag、
Ag−Pd、Cu、Ni、Ag−Ptを主成分とした導体ペーストを
用いてスクリーン印刷法で所定の位置に印刷した。導体
パターンが印刷され且つヴィアフィルされたグリーンシ
ートを所定の層数になるように積層し、熱圧着する。成
形時に添加した有機バインダーおよび溶剤は脱バインダ
ー工程で 400℃〜700 ℃の温度に加熱して除去する。次
いで、 800〜1,000 ℃の温度範囲で焼成して多層ガラス
セラミック基板を得た。焼成時には、アルミナとガラス
との化学反応でコーディエライト結晶が生成し、また、
ガラスが軟化し、結晶粒子間の空隙に生成したガラスが
侵入して緻密化が進行する。焼結後の基板のガラスセラ
ミック層の組成は〔表１〕にまとめて示してある。この
組成はＸ線回折法によって決定した。Ｘ線回折ではＳｉ
を標準試料とし、これとピーク比からアルミナおよびコ
ーディエライト結晶の量を求め、全体からこれらの量を
引くことによってホウケイ酸ガラスの量を求めた。
【００１７】多層ガラスセラミック基板を製作したとき
の導体、焼成条件、積層数、配線仕様および得られた特
性は〔表２〕〔表３〕にまとめて示してある。なお、
〔表１〕の試料番号と〔表２〕〔表３〕の試料番号は対
応している。
の導体、焼成条件、積層数、配線仕様および得られた特
性は〔表２〕〔表３〕にまとめて示してある。なお、
〔表１〕の試料番号と〔表２〕〔表３〕の試料番号は対
応している。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】〔表１〕に示す本発明の組成物を有する多
層ガラスセラミック基板は〔表２〕〔表３〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
層ガラスセラミック基板は〔表２〕〔表３〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
【００２２】なお、アルミナが12重量％未満の場合には
抗折強度が不充分(2,000kg／cm2 未満) になる。また、
アルミナが59.6重量％を越えると 1,000℃以下の温度で
は焼結が不充分なため絶縁抵抗が低下し、抗折強度も
2,000kg／cm2 未満になり、誘電率も７を越えるため、
高速化に不利となる。従って、いずれの場合も実用的な
多層ガラスセラミック基板が得られない。
抗折強度が不充分(2,000kg／cm2 未満) になる。また、
アルミナが59.6重量％を越えると 1,000℃以下の温度で
は焼結が不充分なため絶縁抵抗が低下し、抗折強度も
2,000kg／cm2 未満になり、誘電率も７を越えるため、
高速化に不利となる。従って、いずれの場合も実用的な
多層ガラスセラミック基板が得られない。
【００２３】また、ホウケイ酸マグネシウム系ガラスが
18重量％未満の場合にはアルミナ粒子間の空隙を占有す
るに十分なガラス相を得ることができなくなるため、強
度が低下し、信頼性が得られなくなり、逆に、ホウケイ
酸マグネシウム系ガラスの量が69.6重量％を越えと、ガ
ラス本来の強度が支配的となって抗折強度は 2,000kg／
cm2 未満になってしまう。
18重量％未満の場合にはアルミナ粒子間の空隙を占有す
るに十分なガラス相を得ることができなくなるため、強
度が低下し、信頼性が得られなくなり、逆に、ホウケイ
酸マグネシウム系ガラスの量が69.6重量％を越えと、ガ
ラス本来の強度が支配的となって抗折強度は 2,000kg／
cm2 未満になってしまう。
【００２４】また、コーディエライト結晶が１重量％未
満の場合にはコーディエライト結晶による強度補強効果
がなくなるため 2,000kg／cm2 以上の抗折強度は得られ
ず、逆に、コーディエライト結晶が50重量％を越えると
多層ガラスセラミック基板の収縮性が不均一になり信頼
性が低下する。
満の場合にはコーディエライト結晶による強度補強効果
がなくなるため 2,000kg／cm2 以上の抗折強度は得られ
ず、逆に、コーディエライト結晶が50重量％を越えると
多層ガラスセラミック基板の収縮性が不均一になり信頼
性が低下する。
【００２５】なお、原料粉末として用いるホウケイ酸マ
グネシウム系ガラスのマグネシウム比率が酸化マグネシ
ウム換算で５重量％未満になると、焼成時にコーディエ
ライト結晶はほとんど生成されない。
グネシウム系ガラスのマグネシウム比率が酸化マグネシ
ウム換算で５重量％未満になると、焼成時にコーディエ
ライト結晶はほとんど生成されない。
【００２６】さらに、原料粉末として用いるアルミナ粉
末が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合およ
びホウケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５
μｍを越える場合には、混合物の焼結性が悪く、多層ガ
ラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下する
ため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られな
い。
末が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合およ
びホウケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５
μｍを越える場合には、混合物の焼結性が悪く、多層ガ
ラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下する
ため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られな
い。
【００２７】実施例２（アルミナ粉末＋ホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス＋石英ガラス） 実施例１の操作を繰り返すが、原料粉末に石英ガラス粉
末を加えた。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末
と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末と、石英ガラ
ス粉末とを用い、（アルミナ粉末＋石英ガラス粉末）：
ホウケイ酸マグネシウム系ガラスの比が30重量％：70重
量％〜60重量％：40重量％の比率となるように十分に混
合した。この場合、アルミナ粉末は少なくとも10重量％
以上含まれるようにした。焼結後の基板のガラスセラミ
ック層の組成は〔表４〕にまとめて示してある。また、
多層ガラスセラミック基板を製作したときの導体、焼成
条件、積層数、配線仕様および得られた特性は〔表５〕
〔表６〕にまとめて示してある。なお、〔表４〕の試料
番号と〔表５〕〔表６〕の試料番号は対応している。
ネシウム系ガラス＋石英ガラス） 実施例１の操作を繰り返すが、原料粉末に石英ガラス粉
末を加えた。すなわち、原料粉末としてアルミナ粉末
と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末と、石英ガラ
ス粉末とを用い、（アルミナ粉末＋石英ガラス粉末）：
ホウケイ酸マグネシウム系ガラスの比が30重量％：70重
量％〜60重量％：40重量％の比率となるように十分に混
合した。この場合、アルミナ粉末は少なくとも10重量％
以上含まれるようにした。焼結後の基板のガラスセラミ
ック層の組成は〔表４〕にまとめて示してある。また、
多層ガラスセラミック基板を製作したときの導体、焼成
条件、積層数、配線仕様および得られた特性は〔表５〕
〔表６〕にまとめて示してある。なお、〔表４〕の試料
番号と〔表５〕〔表６〕の試料番号は対応している。
【００２８】
【表４】
【００２９】
【表５】
【００３０】
【表６】
【００３１】〔表４〕に示す本発明の組成物を有する多
層ガラスセラミック基板は〔表５〕〔表６〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
層ガラスセラミック基板は〔表５〕〔表６〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
【００３２】なお、石英ガラスが10重量％未満の場合に
は、誘電率が７を越えてしまい、逆に石英ガラスが30重
量％を越えると、焼結が不十分になって絶縁抵抗を低下
し、抗折強度も 2,000kg／cm2 未満に低下する。
は、誘電率が７を越えてしまい、逆に石英ガラスが30重
量％を越えると、焼結が不十分になって絶縁抵抗を低下
し、抗折強度も 2,000kg／cm2 未満に低下する。
【００３３】また、原料粉末として用いるアルミナ粉末
が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合、ホウ
ケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５μｍを
越える場合、そして、石英ガラス粉末が 0.5μｍ未満の
場合および10μｍを越えた場合には、混合物の焼結性が
悪く、多層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著
しく低下するため、実用的な多層ガラスセラミック基板
は得られない。
が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合、ホウ
ケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５μｍを
越える場合、そして、石英ガラス粉末が 0.5μｍ未満の
場合および10μｍを越えた場合には、混合物の焼結性が
悪く、多層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著
しく低下するため、実用的な多層ガラスセラミック基板
は得られない。
【００３４】なお、アルミナを12重量％未満の場合およ
び59.6重量％を越えた場合と、ホウケイ酸マグネシウム
系ガラスが18重量％未満の場合および69.6重量％を越え
た場合と、コーディエライト結晶が１重量％未満の場合
に優れた特性が得られない理由は実施例１の場合と同じ
である。また、原料粉末のホウケイ酸マグネシウム系ガ
ラスのマグネシウム比率が酸化マグネシウム換算で５重
量％未満になると、焼成時にコーディエライト結晶はほ
とんど生成されないことと、混合物の焼結性が悪く、多
層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下
するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られ
ない理由も実施例１の場合と同じである。
び59.6重量％を越えた場合と、ホウケイ酸マグネシウム
系ガラスが18重量％未満の場合および69.6重量％を越え
た場合と、コーディエライト結晶が１重量％未満の場合
に優れた特性が得られない理由は実施例１の場合と同じ
である。また、原料粉末のホウケイ酸マグネシウム系ガ
ラスのマグネシウム比率が酸化マグネシウム換算で５重
量％未満になると、焼成時にコーディエライト結晶はほ
とんど生成されないことと、混合物の焼結性が悪く、多
層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下
するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られ
ない理由も実施例１の場合と同じである。
【００３５】実施例３（アルミナ粉末＋ホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス＋ムライト） 実施例２の操作を繰り返すが、石英ガラス粉末の代わり
にムライトを用いた。すなわち、原料粉末としてアルミ
ナ粉末と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末と、ム
ライト粉末とを用い、（アルミナ粉末＋ムライト粉
末）：ホウケイ酸マグネシウム系ガラスの比が30重量
％：70重量％〜60重量％：40重量％の比率となるように
十分に混合した。この場合、アルミナ粉末は少なくとも
10重量％以上含まれるようにした。焼結後の基板のガラ
スセラミック層の組成は〔表７〕にまとめて示してあ
る。また、多層ガラスセラミック基板を製作したときの
導体、焼成条件、積層数、配線仕様および得られた特性
は〔表８〕〔表９〕にまとめて示してある。なお、〔表
７〕の試料番号と〔表８〕〔表９〕の試料番号は対応し
ている。
ネシウム系ガラス＋ムライト） 実施例２の操作を繰り返すが、石英ガラス粉末の代わり
にムライトを用いた。すなわち、原料粉末としてアルミ
ナ粉末と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末と、ム
ライト粉末とを用い、（アルミナ粉末＋ムライト粉
末）：ホウケイ酸マグネシウム系ガラスの比が30重量
％：70重量％〜60重量％：40重量％の比率となるように
十分に混合した。この場合、アルミナ粉末は少なくとも
10重量％以上含まれるようにした。焼結後の基板のガラ
スセラミック層の組成は〔表７〕にまとめて示してあ
る。また、多層ガラスセラミック基板を製作したときの
導体、焼成条件、積層数、配線仕様および得られた特性
は〔表８〕〔表９〕にまとめて示してある。なお、〔表
７〕の試料番号と〔表８〕〔表９〕の試料番号は対応し
ている。
【００３６】
【表７】
【００３７】
【表８】
【００３８】
【表９】
【００３９】〔表７〕に示す本発明の組成物を有する多
層ガラスセラミック基板は〔表８〕〔表９〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
層ガラスセラミック基板は〔表８〕〔表９〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
【００４０】なお、ムライトが10重量％未満の場合には
誘電率が７を越えてしまい、逆に、ムライトスが30重量
％を越えると焼結が不十分になって絶縁抵抗を低下し、
抗折強度も 2,000kg／cm2 未満に低下する。
誘電率が７を越えてしまい、逆に、ムライトスが30重量
％を越えると焼結が不十分になって絶縁抵抗を低下し、
抗折強度も 2,000kg／cm2 未満に低下する。
【００４１】また、原料粉末として用いるアルミナ粉末
が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合、ホウ
ケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５μｍを
越える場合、そして、ムライト粉末が 0.5μｍ未満の場
合および10μｍを越えた場合には、混合物の焼結性が悪
く、多層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著し
く低下するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は
得られない。
が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合、ホウ
ケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５μｍを
越える場合、そして、ムライト粉末が 0.5μｍ未満の場
合および10μｍを越えた場合には、混合物の焼結性が悪
く、多層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著し
く低下するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は
得られない。
【００４２】なお、アルミナを12重量％未満の場合およ
び59.6重量％を越えた場合と、ホウケイ酸マグネシウム
系ガラスが18重量％未満の場合および69.6重量％を越え
た場合と、コーディエライト結晶が１重量％未満の場合
に優れた特性が得られない理由は実施例２の場合と同じ
である。また、原料粉末のホウケイ酸マグネシウム系ガ
ラスのマグネシウム比率が酸化マグネシウム換算で５重
量％未満になると、焼成時にコーディエライト結晶はほ
とんど生成されないことと、混合物の焼結性が悪く、多
層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下
するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られ
ない理由も実施例２の場合と同じである。
び59.6重量％を越えた場合と、ホウケイ酸マグネシウム
系ガラスが18重量％未満の場合および69.6重量％を越え
た場合と、コーディエライト結晶が１重量％未満の場合
に優れた特性が得られない理由は実施例２の場合と同じ
である。また、原料粉末のホウケイ酸マグネシウム系ガ
ラスのマグネシウム比率が酸化マグネシウム換算で５重
量％未満になると、焼成時にコーディエライト結晶はほ
とんど生成されないことと、混合物の焼結性が悪く、多
層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下
するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られ
ない理由も実施例２の場合と同じである。
【００４３】実施例４（アルミナ粉末＋ホウケイ酸マグ
ネシウム系ガラス＋α−石英） 実施例２の操作を繰り返すが、石英ガラス粉末の代わり
にα−石英を用いた。すなわち、原料粉末としてアルミ
ナ粉末と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末と、α
−石英粉末とを用い、（アルミナ粉末＋ムライト粉
末）：ホウケイ酸マグネシウム系ガラスの比が30重量
％：70重量％〜60重量％：40重量％の比率となるように
十分に混合した。この場合、アルミナ粉末は少なくとも
10重量％以上含まれるようにした。焼結後の基板のガラ
スセラミック層の組成は〔表10〕にまとめて示してあ
る。また、多層ガラスセラミック基板を製作したときの
導体、焼成条件、積層数、配線仕様および得られた特性
は〔表11〕〔表12〕にまとめて示してある。なお、〔表
10〕の試料番号と〔表11〕〔表12〕の試料番号は対応し
ている。
ネシウム系ガラス＋α−石英） 実施例２の操作を繰り返すが、石英ガラス粉末の代わり
にα−石英を用いた。すなわち、原料粉末としてアルミ
ナ粉末と、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末と、α
−石英粉末とを用い、（アルミナ粉末＋ムライト粉
末）：ホウケイ酸マグネシウム系ガラスの比が30重量
％：70重量％〜60重量％：40重量％の比率となるように
十分に混合した。この場合、アルミナ粉末は少なくとも
10重量％以上含まれるようにした。焼結後の基板のガラ
スセラミック層の組成は〔表10〕にまとめて示してあ
る。また、多層ガラスセラミック基板を製作したときの
導体、焼成条件、積層数、配線仕様および得られた特性
は〔表11〕〔表12〕にまとめて示してある。なお、〔表
10〕の試料番号と〔表11〕〔表12〕の試料番号は対応し
ている。
【００４４】
【表１０】
【００４５】
【表１１】
【００４６】
【表１２】
【００４７】〔表10〕に示す本発明の組成物を有する多
層ガラスセラミック基板は〔表11〕〔表12〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
層ガラスセラミック基板は〔表11〕〔表12〕の結果から
も明らかなように、実用上必要な機械的強度も充分満足
し、高密度で微細な配線が容易に形成でき、その他の特
性上も優れている。
【００４８】なお、α−石英が10重量％未満の場合には
誘電率が７を越えてしまい、逆に、α−石英が30重量％
を越えると焼結が不十分になって絶縁抵抗を低下し、抗
折強度も 2,000kg／cm2 未満に低下する。
誘電率が７を越えてしまい、逆に、α−石英が30重量％
を越えると焼結が不十分になって絶縁抵抗を低下し、抗
折強度も 2,000kg／cm2 未満に低下する。
【００４９】また、原料粉末として用いるアルミナ粉末
が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合、ホウ
ケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５μｍを
越える場合、そして、α−石英粉末が 0.5μｍ未満の場
合および10μｍを越えた場合には、混合物の焼結性が悪
く、多層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著し
く低下するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は
得られない。
が 0.5μｍ未満の場合および３μｍを越える場合、ホウ
ケイ酸系ガラス粉末が１μｍ未満の場合および５μｍを
越える場合、そして、α−石英粉末が 0.5μｍ未満の場
合および10μｍを越えた場合には、混合物の焼結性が悪
く、多層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著し
く低下するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は
得られない。
【００５０】なお、アルミナを12重量％未満の場合およ
び59.6重量％を越えた場合と、ホウケイ酸マグネシウム
系ガラスが18重量％未満の場合および69.6重量％を越え
た場合と、コーディエライト結晶が１重量％未満の場合
に優れた特性が得られない理由は実施例２の場合と同じ
である。また、原料粉末のホウケイ酸マグネシウム系ガ
ラスのマグネシウム比率が酸化マグネシウム換算で５重
量％未満になると、焼成時にコーディエライト結晶はほ
とんど生成されないことと、混合物の焼結性が悪く、多
層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下
するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られ
ない理由も実施例２の場合と同じである。
び59.6重量％を越えた場合と、ホウケイ酸マグネシウム
系ガラスが18重量％未満の場合および69.6重量％を越え
た場合と、コーディエライト結晶が１重量％未満の場合
に優れた特性が得られない理由は実施例２の場合と同じ
である。また、原料粉末のホウケイ酸マグネシウム系ガ
ラスのマグネシウム比率が酸化マグネシウム換算で５重
量％未満になると、焼成時にコーディエライト結晶はほ
とんど生成されないことと、混合物の焼結性が悪く、多
層ガラスセラミック基板の特性上の信頼性が著しく低下
するため、実用的な多層ガラスセラミック基板は得られ
ない理由も実施例２の場合と同じである。
【００５１】
【発明の効果】本発明の粉末原料（グリーンシート）は
1,000℃以下の温度で焼結でき、所望のグリーンシート
積層法によって容易に多層化ができ、導体としてAu、A
g、Pd、Pt等の金属は勿論、中性雰囲気または還元雰囲
気で焼成する必要のあるCu、Ni等の卑金属とこれらの合
金も使用することができる。本発明の多層ガラスセラミ
ック基板は機械的強度に優れ、誘電率が低く、実装密度
の高い微細配線を形成できる。
1,000℃以下の温度で焼結でき、所望のグリーンシート
積層法によって容易に多層化ができ、導体としてAu、A
g、Pd、Pt等の金属は勿論、中性雰囲気または還元雰囲
気で焼成する必要のあるCu、Ni等の卑金属とこれらの合
金も使用することができる。本発明の多層ガラスセラミ
ック基板は機械的強度に優れ、誘電率が低く、実装密度
の高い微細配線を形成できる。
Claims (7)
- 【請求項１】 複数の導体層をガラスセラミック層を介
して積層した多層ガラスセラミック基板において、 ガラスセラミック層がアルミナと、ホウケイ酸マグネシ
ウム系ガラスと、アルミナとホウケイ酸ガラスとの化学
反応で生成するコーディエライト結晶とを含む組成物で
作られており、この組成物中でアルミナは12〜59.6重量
％、ホウケイ酸マグネシウム系ガラスは18〜69.6重量
％、コーディエライト結晶は１〜50重量％の範囲内にあ
り、各成分の総量は 100重量％であることを特徴とする
多層ガラスセラミック基板。 - 【請求項２】 上記組成物が石英ガラス、α−石英およ
びムライトによって構成される群の中から選択される第
４成分をさらに含み、この第４成分の比率は10〜30重量
％の範囲内にあり、各成分の総量は 100重量％である請
求項１に記載の多層ガラスセラミック基板。 - 【請求項３】 原料粉末を混合し、混合した粉末をスラ
リーにしてグリーンシート化し、グリーンシートにヴァ
イアホールを形成し、グリーンシートに導体を印刷・穴
埋めし、印刷されたシートを複数枚積層・熱圧着し、
1,000℃以下の温度で焼成する各工程を含む多層ガラス
セラミック基板の製造方法において、 原料粉末として30〜60重量％のアルミナ粉末と、70〜40
重量％のホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末との混合
粉末を用いることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 アルミナ粉末の平均粒径が 0.5〜３μｍ
で、ホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末の平均粒径が
１〜５μｍである請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 原料粉末としてα−石英およびムライト
によって構成される群の中から選択される粉末をさらに
用い、この場合には、10〜50重量％のアルミナ粉末と、
40〜70重量％のホウケイ酸マグネシウム系ガラス粉末
と、10〜50重量％の石英ガラス、α−石英またはムライ
トの粉末とを用い、各粉末の総量を 100重量％とする請
求項４項に記載の方法。 - 【請求項６】 石英ガラス、α−石英またはムライトの
平均粒径が 0.5〜10μｍである請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 ホウケイ酸マグネシウム系ガラス中のマ
グネシウムの比率が酸化マグネシウム換算で５重量％以
上である請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5163928A JPH0793480B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-08 | 多層ガラスセラミック基板とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14702992 | 1992-06-08 | ||
| JP14703092 | 1992-06-08 | ||
| JP14703192 | 1992-06-08 | ||
| JP4-147030 | 1992-06-18 | ||
| JP4-147029 | 1992-06-18 | ||
| JP15907092 | 1992-06-18 | ||
| JP4-159070 | 1992-06-18 | ||
| JP4-147031 | 1992-06-18 | ||
| JP5163928A JPH0793480B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-08 | 多層ガラスセラミック基板とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112604A JPH06112604A (ja) | 1994-04-22 |
| JPH0793480B2 true JPH0793480B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=27527784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5163928A Expired - Lifetime JPH0793480B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-08 | 多層ガラスセラミック基板とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793480B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4693284B2 (ja) * | 2001-05-28 | 2011-06-01 | 京セラ株式会社 | 多層配線基板およびその製造方法 |
| DE10145363A1 (de) | 2001-09-14 | 2003-04-10 | Epcos Ag | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Substrats und keramisches Substrat |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01179740A (ja) * | 1988-01-06 | 1989-07-17 | Fujitsu Ltd | ガラス−セラミックス複合体 |
| JPH0230641A (ja) * | 1988-07-18 | 1990-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | セラミック基板材料 |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP5163928A patent/JPH0793480B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06112604A (ja) | 1994-04-22 |
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