JPH10158032A - ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた多層配線基板 - Google Patents
ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた多層配線基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高誘電率を有するとともに、銅配線が可能であ
り、しかもプリント基板等の外部電気回路基板との実装
においても長期信頼性に優れたガラスセラミック焼結体
とそれを具備する配線基板を提供する。 【解決手段】４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜
１８ｐｐｍ／℃のガラス成分２０〜６０体積％と、４０
〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上かつ
誘電率が１０以上の誘電体を含むフィラー成分４０〜８
０体積％とからなる組成物を成形、焼成してなり、４０
〜４００℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ以上、誘電率
が８以上のガラスセラミック焼結体であり、絶縁層が多
層に積層された絶縁基板の表面あるいは内部にメタライ
ズ配線層が配設されてなる多層配線基板において、絶縁
層の少なくとも１層をこのガラスセラミック焼結体によ
って構成する。
り、しかもプリント基板等の外部電気回路基板との実装
においても長期信頼性に優れたガラスセラミック焼結体
とそれを具備する配線基板を提供する。 【解決手段】４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜
１８ｐｐｍ／℃のガラス成分２０〜６０体積％と、４０
〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上かつ
誘電率が１０以上の誘電体を含むフィラー成分４０〜８
０体積％とからなる組成物を成形、焼成してなり、４０
〜４００℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ以上、誘電率
が８以上のガラスセラミック焼結体であり、絶縁層が多
層に積層された絶縁基板の表面あるいは内部にメタライ
ズ配線層が配設されてなる多層配線基板において、絶縁
層の少なくとも１層をこのガラスセラミック焼結体によ
って構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電率および高
熱膨張係数を有するガラスセラミック焼結体と、かかる
ガラスセラミック焼結体を具備した多層配線基板に関す
るものである。
熱膨張係数を有するガラスセラミック焼結体と、かかる
ガラスセラミック焼結体を具備した多層配線基板に関す
るものである。
【０００２】
【従来技術】従来、多層配線基板は、絶縁層が多層に積
層された絶縁基板の表面または内部にメタライズ配線層
が配設された構造からなる。また、この多層配線基板を
用いた代表的な例として、ＬＳＩなどの半導体集積回路
素子を収納するための半導体素子収納用パッケージが挙
げられる。このパッケージとしては、高集積化が可能な
パッケージとしてセラミックパッケージ、とりわけ絶縁
基板がアルミナやムライトなどのセラミックスからなる
ものが多用され、さらに最近では、銅メタライズ配線層
と同時焼成を可能にしたガラスセラミックスを絶縁基板
とするものも実用化されている。
層された絶縁基板の表面または内部にメタライズ配線層
が配設された構造からなる。また、この多層配線基板を
用いた代表的な例として、ＬＳＩなどの半導体集積回路
素子を収納するための半導体素子収納用パッケージが挙
げられる。このパッケージとしては、高集積化が可能な
パッケージとしてセラミックパッケージ、とりわけ絶縁
基板がアルミナやムライトなどのセラミックスからなる
ものが多用され、さらに最近では、銅メタライズ配線層
と同時焼成を可能にしたガラスセラミックスを絶縁基板
とするものも実用化されている。
【０００３】このようなセラミックパッケージにおいて
は、半導体素子の集積度が高まるに従い、半導体素子収
納用パッケージにおけるプリント基板などの外部電気回
路基板との接続するための接続端子数も増大する傾向に
あり、より小型化を図るために、パッケージ接続端子と
して種々の形態が提案されており、接続端子がコバール
などの金属ピンからなるピングリッドアレイ（ＰＧ
Ａ）、パッケージの側面にＬ字状の金属ピンが導出され
たクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、絶縁基板の
下面に半田から成る球状の接続端子を取り付けたボール
グリッドアレイ（ＢＧＡ）等が知られ、これらの中でも
ＢＧＡが最も高密度化が可能であると言われている。こ
のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）では、パッケージの
絶縁基板に形成された半田からなる球状の接続端子を外
部電気回路基板の配線導体上に載置当接させた後、加熱
処理して前記球状端子を溶融させて接続するか、または
球状端子を低融点の半田によって接続し、実装される。
は、半導体素子の集積度が高まるに従い、半導体素子収
納用パッケージにおけるプリント基板などの外部電気回
路基板との接続するための接続端子数も増大する傾向に
あり、より小型化を図るために、パッケージ接続端子と
して種々の形態が提案されており、接続端子がコバール
などの金属ピンからなるピングリッドアレイ（ＰＧ
Ａ）、パッケージの側面にＬ字状の金属ピンが導出され
たクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、絶縁基板の
下面に半田から成る球状の接続端子を取り付けたボール
グリッドアレイ（ＢＧＡ）等が知られ、これらの中でも
ＢＧＡが最も高密度化が可能であると言われている。こ
のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）では、パッケージの
絶縁基板に形成された半田からなる球状の接続端子を外
部電気回路基板の配線導体上に載置当接させた後、加熱
処理して前記球状端子を溶融させて接続するか、または
球状端子を低融点の半田によって接続し、実装される。
【０００４】一方、高度情報化時代を迎え、情報伝送は
より高速化・高周波化の傾向にある。自動車電話やパー
ソナル無線等の移動無線、衛星放送、衛星通信やＣＡＴ
Ｖ等のニューメディアでは、機器のコンパクト化が推し
進められており、これに伴い誘電体共振器等のマイクロ
波用回路素子に対しても小型化が強く望まれているが、
マイクロ波用回路素子の大きさは、使用電磁波の波長が
基準となる。誘電率（εｒ）の誘電体中を伝播する電磁
波の波長（λ）は、真空中の伝播波長をλ0 とするとλ
＝λ0 ／（εｒ）1/2 となる。したがって、素子は、使
用される基板の誘電率が大きいほど、小型になる。
より高速化・高周波化の傾向にある。自動車電話やパー
ソナル無線等の移動無線、衛星放送、衛星通信やＣＡＴ
Ｖ等のニューメディアでは、機器のコンパクト化が推し
進められており、これに伴い誘電体共振器等のマイクロ
波用回路素子に対しても小型化が強く望まれているが、
マイクロ波用回路素子の大きさは、使用電磁波の波長が
基準となる。誘電率（εｒ）の誘電体中を伝播する電磁
波の波長（λ）は、真空中の伝播波長をλ0 とするとλ
＝λ0 ／（εｒ）1/2 となる。したがって、素子は、使
用される基板の誘電率が大きいほど、小型になる。
【０００５】そこで、高誘電率系セラミック材料として
は、従来より主としてコンデンサ材料とし使用されてい
るＢａＯ−ＴｉＯ2 系、ＰｂＯ−ＴｉＯ2 系などを主と
する複合ペロブスカイト系誘電体材料が知られている
が、アルミナ系材料としては、特開平３−８７０９１号
や特開昭５９−１０８３９７号により、アルミナにタン
グステン等の金属を分散させて高誘電率化すること、ガ
ラスセラミック材料系では、特開平８−５５５１６号公
報や特開平７−１１８０６０号等において、ＳｉＯ2 、
ＢａＯ、ＴｉＯ2 等を主成分とするガラス粉末と、高誘
電率、低誘電損失のセラミックスフィラー粉末を組み合
わせたガラスセラミック材料が提案されている。
は、従来より主としてコンデンサ材料とし使用されてい
るＢａＯ−ＴｉＯ2 系、ＰｂＯ−ＴｉＯ2 系などを主と
する複合ペロブスカイト系誘電体材料が知られている
が、アルミナ系材料としては、特開平３−８７０９１号
や特開昭５９−１０８３９７号により、アルミナにタン
グステン等の金属を分散させて高誘電率化すること、ガ
ラスセラミック材料系では、特開平８−５５５１６号公
報や特開平７−１１８０６０号等において、ＳｉＯ2 、
ＢａＯ、ＴｉＯ2 等を主成分とするガラス粉末と、高誘
電率、低誘電損失のセラミックスフィラー粉末を組み合
わせたガラスセラミック材料が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらのパッケージに
おける絶縁基板として使用されているアルミナ、ムライ
トなどのセラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強度を
有し、しかもメタライズ配線層などとの多層化技術とし
て信頼性の高いことで有用ではあるが、その熱膨張係数
は約４〜７ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケー
ジが実装される外部電気回路基板として最も多用されて
いるガラス−エポキシ等から成るプリント基板の熱膨張
係数は１２〜１８ｐｐｍ／℃と非常に大きい。
おける絶縁基板として使用されているアルミナ、ムライ
トなどのセラミックスは、２００ＭＰａ以上の高強度を
有し、しかもメタライズ配線層などとの多層化技術とし
て信頼性の高いことで有用ではあるが、その熱膨張係数
は約４〜７ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、パッケー
ジが実装される外部電気回路基板として最も多用されて
いるガラス−エポキシ等から成るプリント基板の熱膨張
係数は１２〜１８ｐｐｍ／℃と非常に大きい。
【０００７】そのため、絶縁基板がアルミナやムライト
からなるパッケージ等をプリント基板などの外部電気回
路基板に半田実装した場合、半導体素子の作動時に発す
る熱にパッケージと外部電気回路基板との間に熱膨張差
に起因する大きな熱応力が発生する。この熱応力は、パ
ッケージにおける端子数が増加するほど、またはパッケ
ージそのものが大型化するに従い、その影響が増大する
傾向にある。そして、半導体素子の作動および停止の繰
り返しにより熱応力が繰り返し印加されると、熱応力が
パッケージと回路基板の実装部に作用し、接続端子が絶
縁基板より剥離したり、端子が配線導体より剥離して、
実装不良を来すという問題があった。
からなるパッケージ等をプリント基板などの外部電気回
路基板に半田実装した場合、半導体素子の作動時に発す
る熱にパッケージと外部電気回路基板との間に熱膨張差
に起因する大きな熱応力が発生する。この熱応力は、パ
ッケージにおける端子数が増加するほど、またはパッケ
ージそのものが大型化するに従い、その影響が増大する
傾向にある。そして、半導体素子の作動および停止の繰
り返しにより熱応力が繰り返し印加されると、熱応力が
パッケージと回路基板の実装部に作用し、接続端子が絶
縁基板より剥離したり、端子が配線導体より剥離して、
実装不良を来すという問題があった。
【０００８】また、上記の高誘電率系セラミック材料に
よれば、アルミナやムライト系材料の場合、上記の実装
不良を生じることは免れず、また、複合ペロブスカイト
系セラミックスでは、１２００℃以上の温度で焼成する
必要があるため、電極や導体材料として銀や銅を使用す
ることができないものであった。
よれば、アルミナやムライト系材料の場合、上記の実装
不良を生じることは免れず、また、複合ペロブスカイト
系セラミックスでは、１２００℃以上の温度で焼成する
必要があるため、電極や導体材料として銀や銅を使用す
ることができないものであった。
【０００９】銅等の導体材料を使用できる点において、
前記ガラスセラミック材料は有利であるが、特開平８−
５５５１６号公報や特開平７−１１８０６０号等に記載
されたガラスセラミックスでは、熱膨張係数が小さく、
外部電気回路基板との熱膨張係数差が大きく、前述した
理由により実装時の信頼性に欠けるという問題があっ
た。
前記ガラスセラミック材料は有利であるが、特開平８−
５５５１６号公報や特開平７−１１８０６０号等に記載
されたガラスセラミックスでは、熱膨張係数が小さく、
外部電気回路基板との熱膨張係数差が大きく、前述した
理由により実装時の信頼性に欠けるという問題があっ
た。
【００１０】従って、本発明は、高誘電率を有するとと
もに、銅配線が可能であり、しかもプリント基板等の外
部電気回路基板との実装においても長期信頼性に優れた
ガラスセラミック焼結体と、それを具備する配線基板を
提供することを目的とするものである
もに、銅配線が可能であり、しかもプリント基板等の外
部電気回路基板との実装においても長期信頼性に優れた
ガラスセラミック焼結体と、それを具備する配線基板を
提供することを目的とするものである
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガラス
成分として、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜
１８ｐｐｍ／℃のガラス成分を用い、さらに、フィラー
成分として、高誘電率および高熱膨張特性を有するセラ
ミックフィラーを選択し、これらを混合、焼成すること
により、上記目的を達成し得ることを見いだした。
成分として、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜
１８ｐｐｍ／℃のガラス成分を用い、さらに、フィラー
成分として、高誘電率および高熱膨張特性を有するセラ
ミックフィラーを選択し、これらを混合、焼成すること
により、上記目的を達成し得ることを見いだした。
【００１２】即ち、本発明のガラスセラミック焼結体
は、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８ｐｐ
ｍ／℃のガラス成分２０〜６０体積％と、４０〜４００
℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上かつ誘電率が
１０以上の誘電体を含むフィラー成分４０〜８０体積％
とからなる組成物を成形、焼成してなり、４０〜４００
℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ以上、誘電率が８以上
であることを特徴とするものである。
は、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８ｐｐ
ｍ／℃のガラス成分２０〜６０体積％と、４０〜４００
℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上かつ誘電率が
１０以上の誘電体を含むフィラー成分４０〜８０体積％
とからなる組成物を成形、焼成してなり、４０〜４００
℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ以上、誘電率が８以上
であることを特徴とするものである。
【００１３】さらに、絶縁層が多層に積層された絶縁基
板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設されて
なる多層配線基板において、前記絶縁層の少なくとも１
層が、前記高誘電率、高熱膨張係数のガラスセラミック
焼結体からなることを特徴とするものである。
板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設されて
なる多層配線基板において、前記絶縁層の少なくとも１
層が、前記高誘電率、高熱膨張係数のガラスセラミック
焼結体からなることを特徴とするものである。
【００１４】本発明のガラスセラミック焼結体は、高い
熱膨張係数を有するために、配線基板の絶縁基板として
用いた場合、パッケージ等の配線基板をプリント基板な
どの有機樹脂を含む絶縁基体からなる外部電気回路基板
に実装した状態で、熱サイクルが印加されても、熱膨張
差に起因する熱応力の発生を抑制することができる結
果、長期にわたり安定した実装が可能となる。しかも、
かかるガラスセラミック焼結体は、高誘電率であること
から、パッケージ等の配線基板を小型化することができ
る。
熱膨張係数を有するために、配線基板の絶縁基板として
用いた場合、パッケージ等の配線基板をプリント基板な
どの有機樹脂を含む絶縁基体からなる外部電気回路基板
に実装した状態で、熱サイクルが印加されても、熱膨張
差に起因する熱応力の発生を抑制することができる結
果、長期にわたり安定した実装が可能となる。しかも、
かかるガラスセラミック焼結体は、高誘電率であること
から、パッケージ等の配線基板を小型化することができ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明のガラスセラミック焼結体
は、ガラス成分とフィラー成分によって構成される。ま
ず、ガラス成分としては、４０〜４００℃における熱膨
張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃であることが重要である。
このようなガラス成分としては、リチウム珪酸系ガラ
ス、ＰｂＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラス、ＺｎＯ系ガラス
等が好適に使用される。なお、上記ガラス成分の熱膨張
係数は、結晶化ガラスの場合には、焼成温度で熱処理し
た後の熱膨張係数を指すものであり、線熱膨張係数を意
味する。
は、ガラス成分とフィラー成分によって構成される。ま
ず、ガラス成分としては、４０〜４００℃における熱膨
張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃であることが重要である。
このようなガラス成分としては、リチウム珪酸系ガラ
ス、ＰｂＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラス、ＺｎＯ系ガラス
等が好適に使用される。なお、上記ガラス成分の熱膨張
係数は、結晶化ガラスの場合には、焼成温度で熱処理し
た後の熱膨張係数を指すものであり、線熱膨張係数を意
味する。
【００１６】リチウム珪酸系ガラスとしては、Ｌｉ2 Ｏ
を５〜３０重量％、特に５〜２０重量％の割合で含有す
るものであり、焼成後に高熱膨張係数を有するリチウム
珪酸を析出させることができる。また、上記のリチウム
珪酸ガラスとしては、Ｌｉ2Ｏ以外にＳｉＯ2 を必須の
成分として含むが、ＳｉＯ2 はガラス全量中、６０〜８
５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ2 とＬｉ2 Ｏとの合量
がガラス全量中、６５〜９５重量％であることがリチウ
ム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。また、これらの
成分以外に、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 、Ｂ
2 Ｏ3 、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、Ｐ2 Ｏ5 、ＺｎＯ、Ｆ等が
配合されていてもよい。なお、このリチウム珪酸ガラス
中には、Ｂ2 Ｏ3 は１重量％以下であることが望まし
い。
を５〜３０重量％、特に５〜２０重量％の割合で含有す
るものであり、焼成後に高熱膨張係数を有するリチウム
珪酸を析出させることができる。また、上記のリチウム
珪酸ガラスとしては、Ｌｉ2Ｏ以外にＳｉＯ2 を必須の
成分として含むが、ＳｉＯ2 はガラス全量中、６０〜８
５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ2 とＬｉ2 Ｏとの合量
がガラス全量中、６５〜９５重量％であることがリチウ
ム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。また、これらの
成分以外に、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 、Ｂ
2 Ｏ3 、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、Ｐ2 Ｏ5 、ＺｎＯ、Ｆ等が
配合されていてもよい。なお、このリチウム珪酸ガラス
中には、Ｂ2 Ｏ3 は１重量％以下であることが望まし
い。
【００１７】ＰｂＯ系ガラスとしては、ＰｂＯを主成分
とし、さらにＢ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 のうちの少なくとも１
種を含有するガラス粉末であり、焼成後にＰｂＳｉ
Ｏ3 、ＰｂＺｎＳｉＯ4 等の高熱膨張の結晶相が析出す
るものが好適に使用される。とりわけ、ＰｂＯ（６５〜
８５重量％）−Ｂ2 Ｏ3 （５〜１５重量％）−ＺｎＯ
（６〜２０重量％）−ＳｉＯ2 （０．５〜５重量％）−
ＢａＯ（０〜５重量％）からなる結晶性ガラスや、Ｐｂ
Ｏ（５０〜６０重量％）−ＳｉＯ2 （３５〜５０重量
％）−Ａｌ2 Ｏ3 （１〜９重量％）からなる結晶性ガラ
スが望ましい。
とし、さらにＢ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 のうちの少なくとも１
種を含有するガラス粉末であり、焼成後にＰｂＳｉ
Ｏ3 、ＰｂＺｎＳｉＯ4 等の高熱膨張の結晶相が析出す
るものが好適に使用される。とりわけ、ＰｂＯ（６５〜
８５重量％）−Ｂ2 Ｏ3 （５〜１５重量％）−ＺｎＯ
（６〜２０重量％）−ＳｉＯ2 （０．５〜５重量％）−
ＢａＯ（０〜５重量％）からなる結晶性ガラスや、Ｐｂ
Ｏ（５０〜６０重量％）−ＳｉＯ2 （３５〜５０重量
％）−Ａｌ2 Ｏ3 （１〜９重量％）からなる結晶性ガラ
スが望ましい。
【００１８】ＺｎＯ系ガラスとしては、ＺｎＯを１０重
量％以上含有するガラスであり、焼成後にＺｎＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 、ＺｎＯ・ｎＢ2 Ｏ3 等の高熱膨張係数の結晶相
が析出し得るものであり、ＺｎＯ以外の他成分として、
ＳｉＯ2 （６０重量％以下）、Ａｌ2 Ｏ3 （６０重量％
以下）、Ｂ2 Ｏ3 （３０重量％以下）、Ｐ2 Ｏ5 （５０
重量％以下）、アルカリ土類酸化物（２０重量％以
下）、Ｂｉ2 Ｏ3 （３０重量％以下）等の少なくとも１
種を含み得る。特に、ＺｎＯ１０〜５０重量％−Ａｌ2
Ｏ3 １０〜３０重量％−ＳｉＯ2 ３０〜６０重量％から
なる結晶性ガラスや、ＺｎＯ１０〜５０重量％−ＳｉＯ
2 ５〜４０重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ０〜１５重量％−ＢａＯ
０〜６０重量％−ＭｇＯ０〜３５重量％からなる結晶性
ガラスが好適に使用される。
量％以上含有するガラスであり、焼成後にＺｎＯ・Ａｌ
2 Ｏ3 、ＺｎＯ・ｎＢ2 Ｏ3 等の高熱膨張係数の結晶相
が析出し得るものであり、ＺｎＯ以外の他成分として、
ＳｉＯ2 （６０重量％以下）、Ａｌ2 Ｏ3 （６０重量％
以下）、Ｂ2 Ｏ3 （３０重量％以下）、Ｐ2 Ｏ5 （５０
重量％以下）、アルカリ土類酸化物（２０重量％以
下）、Ｂｉ2 Ｏ3 （３０重量％以下）等の少なくとも１
種を含み得る。特に、ＺｎＯ１０〜５０重量％−Ａｌ2
Ｏ3 １０〜３０重量％−ＳｉＯ2 ３０〜６０重量％から
なる結晶性ガラスや、ＺｎＯ１０〜５０重量％−ＳｉＯ
2 ５〜４０重量％−Ａｌ2 Ｏ3 ０〜１５重量％−ＢａＯ
０〜６０重量％−ＭｇＯ０〜３５重量％からなる結晶性
ガラスが好適に使用される。
【００１９】さらに、ＢａＯ系ガラスとしては、ＢａＯ
を１０重量％以上含有し、焼成後にＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ
8 、ＢａＳｉ2 Ｏ5 、ＢａＢ2 Ｓｉ2 Ｏ8 などの結晶相
が析出するものが採用される。ＢａＯ以外の成分として
は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、アル
カリ土類酸化物、アルカリ金属酸化物等を含む場合もあ
る。
を１０重量％以上含有し、焼成後にＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ
8 、ＢａＳｉ2 Ｏ5 、ＢａＢ2 Ｓｉ2 Ｏ8 などの結晶相
が析出するものが採用される。ＢａＯ以外の成分として
は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、アル
カリ土類酸化物、アルカリ金属酸化物等を含む場合もあ
る。
【００２０】さらに、上記ガラス成分の屈伏点は４００
℃〜８００℃、特に４００〜６５０℃であることが望ま
しい。これは、ガラス成分とフィラー成分からなる混合
物を成形する時に添加される有機樹脂等の成形用バイン
ダーを効率的に除去するとともに、銅等のメタライズと
の同時焼成条件のマッチングを図るためであり、屈伏点
が４００℃より低いと結晶性ガラスが低い温度で焼結が
開始されるために、例えばＡｇ、Ｃｕ等の焼結開始温度
が６００〜８００℃のメタライズとの同時焼成が難し
く、また成形体の緻密化が低温で開始するためにバイン
ダーは分解揮散できなくなりバインダー成分が残留し特
性に影響を及ぼす結果になるためである。一方、屈伏点
が８００℃より高いとガラス量を多くしないと焼結しに
くくなるため、高価なガラスを大量に必要とし、焼結体
のコストを高めることになる。
℃〜８００℃、特に４００〜６５０℃であることが望ま
しい。これは、ガラス成分とフィラー成分からなる混合
物を成形する時に添加される有機樹脂等の成形用バイン
ダーを効率的に除去するとともに、銅等のメタライズと
の同時焼成条件のマッチングを図るためであり、屈伏点
が４００℃より低いと結晶性ガラスが低い温度で焼結が
開始されるために、例えばＡｇ、Ｃｕ等の焼結開始温度
が６００〜８００℃のメタライズとの同時焼成が難し
く、また成形体の緻密化が低温で開始するためにバイン
ダーは分解揮散できなくなりバインダー成分が残留し特
性に影響を及ぼす結果になるためである。一方、屈伏点
が８００℃より高いとガラス量を多くしないと焼結しに
くくなるため、高価なガラスを大量に必要とし、焼結体
のコストを高めることになる。
【００２１】一方、フィラー成分としては、４０〜４０
０℃における熱膨張係数（α）が６ｐｐｍ／℃以上かつ
誘電率が１０以上、特に１５以上、さらには２０以上で
あることが重要である。この熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃
よりも低いと焼結体としての熱膨張係数を８ｐｐｍ／℃
以上に制御することが難しくなる。用いるフィラーとし
ては、これに限定するものではないが、例えば、 ＣａＴｉＯ3 （α＝１３ｐｐｍ／℃、ε＝１８０）、 ＢａＴｉＯ3 （α＝１４ｐｐｍ／℃、ε＝３０００〜８
０００） ＳｒＴｉＯ3 （α＝ ｐｐｍ／℃、ε＝ ） ＴｉＯ2 （α＝９ｐｐｍ／℃、ε＝８０）、 ＺｒＯ2 （α＝１０ｐｐｍ／℃、ε＝３０）、 等が挙げられ、上記の高誘電率および高熱膨張係数を有
する上で、これらをベースとする他の金属酸化物との複
合物であってもよい。なお、上記誘電率とは、正確に
は、比誘電率、熱膨張係数とは線熱膨張係数のことであ
る。
０℃における熱膨張係数（α）が６ｐｐｍ／℃以上かつ
誘電率が１０以上、特に１５以上、さらには２０以上で
あることが重要である。この熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃
よりも低いと焼結体としての熱膨張係数を８ｐｐｍ／℃
以上に制御することが難しくなる。用いるフィラーとし
ては、これに限定するものではないが、例えば、 ＣａＴｉＯ3 （α＝１３ｐｐｍ／℃、ε＝１８０）、 ＢａＴｉＯ3 （α＝１４ｐｐｍ／℃、ε＝３０００〜８
０００） ＳｒＴｉＯ3 （α＝ ｐｐｍ／℃、ε＝ ） ＴｉＯ2 （α＝９ｐｐｍ／℃、ε＝８０）、 ＺｒＯ2 （α＝１０ｐｐｍ／℃、ε＝３０）、 等が挙げられ、上記の高誘電率および高熱膨張係数を有
する上で、これらをベースとする他の金属酸化物との複
合物であってもよい。なお、上記誘電率とは、正確に
は、比誘電率、熱膨張係数とは線熱膨張係数のことであ
る。
【００２２】上記のガラス成分およびフィラー成分は、
ガラス成分２０〜６０体積％と、フィラー成分４０〜８
０体積％の割合で配合する。ガラス量が２０体積％より
も少なく、フィラー量が８０重量％よりも多いと、銅と
の同時焼成ができず、ガラス量が６０重量％よりも多
く、フィラー量が４０重量％よりも少ないと、焼結体と
しての誘電率を高めることが難しくなるためである。
ガラス成分２０〜６０体積％と、フィラー成分４０〜８
０体積％の割合で配合する。ガラス量が２０体積％より
も少なく、フィラー量が８０重量％よりも多いと、銅と
の同時焼成ができず、ガラス量が６０重量％よりも多
く、フィラー量が４０重量％よりも少ないと、焼結体と
しての誘電率を高めることが難しくなるためである。
【００２３】なお、フィラー成分としては、前記高誘電
率フィラー量を上記の範囲から逸脱しない範囲で、熱膨
張係数制御のために、他のフィラー成分を配合すること
ができる。特に、それらのフィラーとしては、４０〜４
００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の化合
物、具体的には、クリストバライト（ＳｉＯ2 ）、クォ
ーツ（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ2 ）、フォル
ステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯん）、スピネル（ＭｇＯ
・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ
2 ）、ネフェリン（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｓｉ
Ｏ2 ）、リチウムシリケート（Ｌｉ2 Ｏ・ＳｉＯ2 ）、
ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、メルビ
ナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、アケルマイ
ト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、マグネシア（Ｍ
ｇＯ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、カーネギアイト（Ｎ
ａ2 Ｏ・Ａｌ2Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、エンスタタイト
（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ
・Ｂ2 Ｏ3 ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｓ
ｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 、ガーナイ
ト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ
4 Ｏ10）の群から選ばれる少なくとも１種以上が好適に
用いられる。
率フィラー量を上記の範囲から逸脱しない範囲で、熱膨
張係数制御のために、他のフィラー成分を配合すること
ができる。特に、それらのフィラーとしては、４０〜４
００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の化合
物、具体的には、クリストバライト（ＳｉＯ2 ）、クォ
ーツ（ＳｉＯ2 ）、トリジマイト（ＳｉＯ2 ）、フォル
ステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯん）、スピネル（ＭｇＯ
・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ウォラストナイト（ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ2 ）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ
2 ）、ネフェリン（Ｎａ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｓｉ
Ｏ2 ）、リチウムシリケート（Ｌｉ2 Ｏ・ＳｉＯ2 ）、
ジオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、メルビ
ナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、アケルマイ
ト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 ）、マグネシア（Ｍ
ｇＯ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、カーネギアイト（Ｎ
ａ2 Ｏ・Ａｌ2Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）、エンスタタイト
（ＭｇＯ・ＳｉＯ2 ）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ
・Ｂ2 Ｏ3 ）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｓ
ｉＯ2 ）、Ｂ2 Ｏ3 ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 、ガーナイ
ト（ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ
4 Ｏ10）の群から選ばれる少なくとも１種以上が好適に
用いられる。
【００２４】このガラス成分とフィラー成分との混合物
は、適当な成形の有機樹脂バインダーを添加した後、所
望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレ
ス、射出成形、押出し成形、ドクターブレード法、カレ
ンダーロール法、圧延法等により任意の形状に成形す
る。
は、適当な成形の有機樹脂バインダーを添加した後、所
望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレ
ス、射出成形、押出し成形、ドクターブレード法、カレ
ンダーロール法、圧延法等により任意の形状に成形す
る。
【００２５】次に、上記の成形体の焼成にあたっては、
まず、成形のために配合したバインダー成分を除去す
る。バインダーの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中
で行われるが、配線導体として例えばＣｕを用いる場合
には、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気
中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００
〜８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始
温度がこれより低いとバインダーの除去が困難となるた
め、成形体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を前述
したように制御することが必要となる。
まず、成形のために配合したバインダー成分を除去す
る。バインダーの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中
で行われるが、配線導体として例えばＣｕを用いる場合
には、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気
中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００
〜８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始
温度がこれより低いとバインダーの除去が困難となるた
め、成形体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を前述
したように制御することが必要となる。
【００２６】焼成は、８５０℃〜１０５０℃の酸化性雰
囲気または非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対
密度９０％以上まで緻密化される。この時の焼成温度が
８５０℃より低いと緻密化することができず、１０５０
℃を越えるとメタライズ配線層との同時焼成でメタライ
ズ層が溶融してしまう。但し、Ｃｕ等の配線導体と同時
焼成する場合には、非酸化性雰囲気中で焼成される。
囲気または非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対
密度９０％以上まで緻密化される。この時の焼成温度が
８５０℃より低いと緻密化することができず、１０５０
℃を越えるとメタライズ配線層との同時焼成でメタライ
ズ層が溶融してしまう。但し、Ｃｕ等の配線導体と同時
焼成する場合には、非酸化性雰囲気中で焼成される。
【００２７】このようにして作製されたガラスセラミッ
ク焼結体中には、ガラス成分から生成した結晶相、ガラ
ス成分とフィラー成分との反応により生成した結晶相、
あるいはフィラー成分、あるいはフィラー成分が分解し
て生成した結晶相等が存在し、これらの結晶相の粒界に
はガラス相が存在する。
ク焼結体中には、ガラス成分から生成した結晶相、ガラ
ス成分とフィラー成分との反応により生成した結晶相、
あるいはフィラー成分、あるいはフィラー成分が分解し
て生成した結晶相等が存在し、これらの結晶相の粒界に
はガラス相が存在する。
【００２８】このようにして作製された本発明のガラス
セラミック焼結体は、４０〜４００℃における熱膨張係
数が８〜１８ｐｐｍ／℃、誘電率が８以上の高熱膨張、
高誘電率のガラスセラミック焼結体である。しかも、８
５０℃〜１０５０℃の焼成温度で焼成可能であるため
に、銅等の低抵抗金属によるメタライズとの同時焼成が
可能である。
セラミック焼結体は、４０〜４００℃における熱膨張係
数が８〜１８ｐｐｍ／℃、誘電率が８以上の高熱膨張、
高誘電率のガラスセラミック焼結体である。しかも、８
５０℃〜１０５０℃の焼成温度で焼成可能であるため
に、銅等の低抵抗金属によるメタライズとの同時焼成が
可能である。
【００２９】また、上記焼結体を絶縁基板として、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの１種以上からなるメタライズ配
線層を配設した配線基板やパッケージを製造するには、
絶縁基板を構成するための前述したような結晶化ガラス
とフィラーからなる原料粉末に適当な有機バインダー、
可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥
漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用
することによってグリーンシート（生シート）と作製す
る。そして、メタライズ配線層３及び接続パッドとし
て、適当な金属粉末に有機バインダー、可塑剤、溶剤を
添加混合して得た金属ペーストを前記グリーンシートに
周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布
する。また、場合によっては、前記グリーンシートに適
当な打ち抜き加工してスルーホールを形成し、このホー
ル内にもメタライズペーストを充填する。そしてこれら
のグリーンシートを複数枚積層し、グリーンシートとメ
タライズとを同時焼成することにより多層構造のパッケ
ージを得ることができる。
ｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの１種以上からなるメタライズ配
線層を配設した配線基板やパッケージを製造するには、
絶縁基板を構成するための前述したような結晶化ガラス
とフィラーからなる原料粉末に適当な有機バインダー、
可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥
漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用
することによってグリーンシート（生シート）と作製す
る。そして、メタライズ配線層３及び接続パッドとし
て、適当な金属粉末に有機バインダー、可塑剤、溶剤を
添加混合して得た金属ペーストを前記グリーンシートに
周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布
する。また、場合によっては、前記グリーンシートに適
当な打ち抜き加工してスルーホールを形成し、このホー
ル内にもメタライズペーストを充填する。そしてこれら
のグリーンシートを複数枚積層し、グリーンシートとメ
タライズとを同時焼成することにより多層構造のパッケ
ージを得ることができる。
【００３０】次に、本発明のガラスセラミックスを多層
配線基板に応用した例として、ボールグリッドアレイ型
の半導体素子収納用パッケージへの応用例について説明
する。図１は、その半導体素子収納用パッケージとその
実装構造の一実施例を示した概略図であり、Ａは半導体
素子収納用パッケージ、Ｂは外部電気回路基板をそれぞ
れ示す。
配線基板に応用した例として、ボールグリッドアレイ型
の半導体素子収納用パッケージへの応用例について説明
する。図１は、その半導体素子収納用パッケージとその
実装構造の一実施例を示した概略図であり、Ａは半導体
素子収納用パッケージ、Ｂは外部電気回路基板をそれぞ
れ示す。
【００３１】図１において、半導体素子収納用パッケー
ジＡは、絶縁基板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接
続端子４及びパッケージの内部に収納される半導体素子
５により構成され、絶縁基板１及び蓋体２は半導体素子
５を内部に気密に収納するためのキャビティ６を構成す
る。また、絶縁基板１のキャビティ６内の表面には、載
置収納された半導体素子５とメタライズ配線層３とがボ
ンディングワイヤ等によって電気的に接続されている。
絶縁基板１の下面には、外部電気回路基板Ｂと電気的に
接続するための接続端子４が複数個形成されている。
ジＡは、絶縁基板１と蓋体２とメタライズ配線層３と接
続端子４及びパッケージの内部に収納される半導体素子
５により構成され、絶縁基板１及び蓋体２は半導体素子
５を内部に気密に収納するためのキャビティ６を構成す
る。また、絶縁基板１のキャビティ６内の表面には、載
置収納された半導体素子５とメタライズ配線層３とがボ
ンディングワイヤ等によって電気的に接続されている。
絶縁基板１の下面には、外部電気回路基板Ｂと電気的に
接続するための接続端子４が複数個形成されている。
【００３２】この接続端子４は、図２に示すように、電
極パッド７に対して高融点材料からなる球状端子８が低
融点のロウ材９によりロウ付けされている。この高融点
材料は、ロウ付けに使用される低融点ロウ材よりも高融
点であることが必要で、ロウ付け用ロウ材が例えばＰｂ
４０重量％−Ｓｎ６０重量％の低融点の半田からなる場
合、球状端子は、例えばＰｂ９０重量％−Ｓｎ１０重量
％の高融点半田や、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆ
ｅ等の金属により構成される。
極パッド７に対して高融点材料からなる球状端子８が低
融点のロウ材９によりロウ付けされている。この高融点
材料は、ロウ付けに使用される低融点ロウ材よりも高融
点であることが必要で、ロウ付け用ロウ材が例えばＰｂ
４０重量％−Ｓｎ６０重量％の低融点の半田からなる場
合、球状端子は、例えばＰｂ９０重量％−Ｓｎ１０重量
％の高融点半田や、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆ
ｅ等の金属により構成される。
【００３３】また、絶縁基板１は、通常、複数の絶縁層
によって構成され、キャビティ６内の半導体素子５と接
続端子４とを電気的に接続させるために、基板表面およ
び絶縁層間に導体層３ａや層間を接続するためのビアホ
ール導体３ｂ等からなるメタライズ配線層３を具備して
いる。
によって構成され、キャビティ６内の半導体素子５と接
続端子４とを電気的に接続させるために、基板表面およ
び絶縁層間に導体層３ａや層間を接続するためのビアホ
ール導体３ｂ等からなるメタライズ配線層３を具備して
いる。
【００３４】一方、外部電気回路基板Ｂは、絶縁体１０
と配線導体１１により構成されており、絶縁体１０は、
少なくとも有機樹脂を含む材料からなり、具体的には、
ガラス−エポキシ系複合材料からなり、一般にはプリン
ト基板等が用いられる。また、この基板Ｂの表面に形成
される配線導体１１は、絶縁体１０との熱膨張係数との
整合性と、良電気伝導性の点で、通常、Ｃｕ、Ａｕ、Ａ
ｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体からなる。
と配線導体１１により構成されており、絶縁体１０は、
少なくとも有機樹脂を含む材料からなり、具体的には、
ガラス−エポキシ系複合材料からなり、一般にはプリン
ト基板等が用いられる。また、この基板Ｂの表面に形成
される配線導体１１は、絶縁体１０との熱膨張係数との
整合性と、良電気伝導性の点で、通常、Ｃｕ、Ａｕ、Ａ
ｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの金属導体からなる。
【００３５】かかる構成において、パッケージＡの絶縁
基板１下面の球状端子８を外部電気回路基板Ｂの配線導
体１１上に載置当接させ、しかる後、球状端子８を半田
などのロウ材１２により配線導体１１に接着させて外部
電気回路基板Ｂ上に実装することができる。また、低融
点のロウ材としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いて接続端子を外
部電気回路基板に接続してもよく、さらに上記球状端子
に代わりに柱状の端子を用いてもよい。
基板１下面の球状端子８を外部電気回路基板Ｂの配線導
体１１上に載置当接させ、しかる後、球状端子８を半田
などのロウ材１２により配線導体１１に接着させて外部
電気回路基板Ｂ上に実装することができる。また、低融
点のロウ材としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いて接続端子を外
部電気回路基板に接続してもよく、さらに上記球状端子
に代わりに柱状の端子を用いてもよい。
【００３６】本発明における高誘電率、高熱膨張係数の
ガラスセラミック焼結体の利用形態の１つとしては、上
記絶縁基板すべてを前述したガラスセラミック焼結体を
用いる。この場合、半導体素子収納用パッケージの絶縁
基板１が４０〜４００℃の温度範囲における熱膨張係数
が８〜１８ｐｐｍ／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃であ
り、かつ誘電率が８以上の焼結体からなることによっ
て、前述した外部電気回路基板Ｂとの熱膨張差により熱
応力の発生を緩和し、外部電気回路基板Ｂとパッケージ
Ａとの電気的接続状態を長期にわたり良好な状態に維持
することができる。しかも、誘電率が８以上と大きいた
めに、パッケージのサイズを小型化でき、例えば、一般
的な誘電率が５程度のガラスセラミックスの場合と比較
すると、パッケージサイズを２０％以上小型化できる。
ガラスセラミック焼結体の利用形態の１つとしては、上
記絶縁基板すべてを前述したガラスセラミック焼結体を
用いる。この場合、半導体素子収納用パッケージの絶縁
基板１が４０〜４００℃の温度範囲における熱膨張係数
が８〜１８ｐｐｍ／℃、特に９〜１４ｐｐｍ／℃であ
り、かつ誘電率が８以上の焼結体からなることによっ
て、前述した外部電気回路基板Ｂとの熱膨張差により熱
応力の発生を緩和し、外部電気回路基板Ｂとパッケージ
Ａとの電気的接続状態を長期にわたり良好な状態に維持
することができる。しかも、誘電率が８以上と大きいた
めに、パッケージのサイズを小型化でき、例えば、一般
的な誘電率が５程度のガラスセラミックスの場合と比較
すると、パッケージサイズを２０％以上小型化できる。
【００３７】この場合、絶縁基板の熱膨張係数が８ｐｐ
ｍ／℃より小さいと熱膨張差に起因する熱応力が大きく
なり、外部電気回路基板ＢとパッケージＡとの電気的接
続状態が悪化することを防止することができない。ま
た、熱膨張係数が１８ｐｐｍ／℃よりも大きいと、搭載
される半導体素子との熱膨張係数差が大きくなり、半導
体素子との接続不良が生じやすくなる。また、誘電率が
８より小さいと、パッケージサイズを小型化することが
できない。
ｍ／℃より小さいと熱膨張差に起因する熱応力が大きく
なり、外部電気回路基板ＢとパッケージＡとの電気的接
続状態が悪化することを防止することができない。ま
た、熱膨張係数が１８ｐｐｍ／℃よりも大きいと、搭載
される半導体素子との熱膨張係数差が大きくなり、半導
体素子との接続不良が生じやすくなる。また、誘電率が
８より小さいと、パッケージサイズを小型化することが
できない。
【００３８】また、本発明における第２の利用形態とし
ては、パッケージ等の配線基板の内部に、高誘電率、高
熱膨張係数のガラスセラミックスからなる絶縁層を配設
する。この形態においては、この高誘電率ガラスセラミ
ックスは、いわゆるコンデンサ層として機能する。この
コンデンサ層は、半導体素子と接続され、ノイズ除去の
ために利用されるもので、図３に示すように、高誘電
率、高熱膨張係数のガラスセラミック焼結体からなるコ
ンデンサ層１３の両側に、一対の電極層１４を設け、こ
の電極層１４をビアホール導体１５を介して静電容量を
抽出することができる。この第２の利用形態において、
前記コンデンサ層１３以外の絶縁層１６は、コンデンサ
層１３と同一材質であってもよいし、コンデンサ層１３
よりも低誘電率の絶縁材料から構成されていてもよい。
好ましくは、コンデンサ層１３や電極層１４との同時焼
成を実現する上では、４０〜４００℃における熱膨張係
数がほぼ同様の材料からなることが望ましく、例えば、
前述した４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８
ｐｐｍ／℃のガラス成分２０〜８０体積％と、前述した
４０〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上
のフィラー成分８０〜２０体積％からなる混合物を成形
し焼成したものが好適に使用される。
ては、パッケージ等の配線基板の内部に、高誘電率、高
熱膨張係数のガラスセラミックスからなる絶縁層を配設
する。この形態においては、この高誘電率ガラスセラミ
ックスは、いわゆるコンデンサ層として機能する。この
コンデンサ層は、半導体素子と接続され、ノイズ除去の
ために利用されるもので、図３に示すように、高誘電
率、高熱膨張係数のガラスセラミック焼結体からなるコ
ンデンサ層１３の両側に、一対の電極層１４を設け、こ
の電極層１４をビアホール導体１５を介して静電容量を
抽出することができる。この第２の利用形態において、
前記コンデンサ層１３以外の絶縁層１６は、コンデンサ
層１３と同一材質であってもよいし、コンデンサ層１３
よりも低誘電率の絶縁材料から構成されていてもよい。
好ましくは、コンデンサ層１３や電極層１４との同時焼
成を実現する上では、４０〜４００℃における熱膨張係
数がほぼ同様の材料からなることが望ましく、例えば、
前述した４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８
ｐｐｍ／℃のガラス成分２０〜８０体積％と、前述した
４０〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上
のフィラー成分８０〜２０体積％からなる混合物を成形
し焼成したものが好適に使用される。
【００３９】また、第３の利用形態としては、パッケー
ジなどの多層配線基板において、コンデンサのみなら
ず、アンテナ回路やフィルター回路などの素子を形成す
る場合に、これらの回路形成箇所を前述したような低誘
電率ガラスセラミック焼結体からなる絶縁層間に形成
し、それら以外を高誘電率のガラスセラミック焼結体に
よって構成することも可能である。かかる場合において
も、多層配線基板を有機樹脂を含む絶縁体を具備する外
部電気回路基板に実装する上では、両ガラスセラミック
焼結体は、いずれも４０〜４００℃における熱膨張係数
が８ｐｐｍ／℃以上であることが望ましい。
ジなどの多層配線基板において、コンデンサのみなら
ず、アンテナ回路やフィルター回路などの素子を形成す
る場合に、これらの回路形成箇所を前述したような低誘
電率ガラスセラミック焼結体からなる絶縁層間に形成
し、それら以外を高誘電率のガラスセラミック焼結体に
よって構成することも可能である。かかる場合において
も、多層配線基板を有機樹脂を含む絶縁体を具備する外
部電気回路基板に実装する上では、両ガラスセラミック
焼結体は、いずれも４０〜４００℃における熱膨張係数
が８ｐｐｍ／℃以上であることが望ましい。
【００４０】
【実施例】結晶性ガラスとして、表１、２に示す種々の
ガラスを準備した。なお、表１、２中、熱膨張係数は、
ガラスを各焼成温度で１時間加熱後、５℃／ｈｒの降温
速度で冷却した後の４０〜４００℃における熱膨張係数
の値である。
ガラスを準備した。なお、表１、２中、熱膨張係数は、
ガラスを各焼成温度で１時間加熱後、５℃／ｈｒの降温
速度で冷却した後の４０〜４００℃における熱膨張係数
の値である。
【００４１】、このガラスに対して表１、２に示すよう
にフィラー成分として、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＢａＴｉ
Ｏ3 、ＣａＴｉＯ3 の高誘電率、高熱膨張係数のフィラ
ーと、場合によっては、高熱膨張係数の下記 フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 、熱膨張係数１
０ｐｐｍ／℃）、クォーツ（ＳｉＯ2 、熱膨張係数１５
ｐｐｍ／℃）、クリストバライト（ＳｉＯ2 、熱膨張係
数２０ｐｐｍ／℃）、ウォラストナイト（ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ2 、熱膨張係数９ｐｐｍ／℃）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ、熱膨張係数９ｐｐｍ／℃）、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 、熱膨張係数７ｐｐｍ／℃）を用いて表１、２に
示す調合組成になるように秤量混合した。この混合物を
粉砕後、有機バインダーを添加して十分に混合した後、
１軸プレス法により３．５×３．５×１５ｍｍの形状の
成形体を作製し、この成形体を７００℃のＮ2 ＋Ｈ2Ｏ
中で脱バインダ処理した後、窒素雰囲気中で表１に示す
温度で焼成して焼結体を作製した。
にフィラー成分として、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＢａＴｉ
Ｏ3 、ＣａＴｉＯ3 の高誘電率、高熱膨張係数のフィラ
ーと、場合によっては、高熱膨張係数の下記 フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2 、熱膨張係数１
０ｐｐｍ／℃）、クォーツ（ＳｉＯ2 、熱膨張係数１５
ｐｐｍ／℃）、クリストバライト（ＳｉＯ2 、熱膨張係
数２０ｐｐｍ／℃）、ウォラストナイト（ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ2 、熱膨張係数９ｐｐｍ／℃）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ、熱膨張係数９ｐｐｍ／℃）、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 、熱膨張係数７ｐｐｍ／℃）を用いて表１、２に
示す調合組成になるように秤量混合した。この混合物を
粉砕後、有機バインダーを添加して十分に混合した後、
１軸プレス法により３．５×３．５×１５ｍｍの形状の
成形体を作製し、この成形体を７００℃のＮ2 ＋Ｈ2Ｏ
中で脱バインダ処理した後、窒素雰囲気中で表１に示す
温度で焼成して焼結体を作製した。
【００４２】次に、上記のようにして得られた焼結体に
対して４０〜４００℃の熱膨張係数を測定し表１、２に
示した。また、焼結体を直径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍに加
工し、ＪＩＳＣ２１４１の手法で誘電率と誘電損失を求
めた。測定はＬＣＲメータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ４２８４Ａ）を
用いて行い、１ＭＨｚ，１．０Ｖｒｓｍの条件で２５℃
における静電容量を測定し、この静電容量から２５℃に
おける誘電率を測定した。
対して４０〜４００℃の熱膨張係数を測定し表１、２に
示した。また、焼結体を直径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍに加
工し、ＪＩＳＣ２１４１の手法で誘電率と誘電損失を求
めた。測定はＬＣＲメータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ４２８４Ａ）を
用いて行い、１ＭＨｚ，１．０Ｖｒｓｍの条件で２５℃
における静電容量を測定し、この静電容量から２５℃に
おける誘電率を測定した。
【００４３】（実装時の熱サイクル試験）また、表１、
２における各原料組成物を用いて、ドクターブレード法
により厚み５００μｍのグリーンシートを作製し、この
シート表面にＣｕメタライズペーストをスクリーン印刷
法に基づき塗布した。また、グリーンシートの所定箇所
にスルーホールを形成しその中ににもＣｕメタライズペ
ーストを充填した。そして、メタライズペーストが塗布
されたグリーンシートをスルーホールの位置合わせを行
いながら６枚積層し圧着した。この積層体を７００℃で
Ｎ2 ＋Ｈ2 Ｏ中で脱バインダ後、各焼成温度で窒素雰囲
気中でメタライズ配線層と絶縁基板とを同時に焼成し配
線基板を作製した。また、同時焼成によるＣｕメタライ
ズ層に対して、メタライズ層の剥離、溶融、焼結不良に
ついての評価を行った。
２における各原料組成物を用いて、ドクターブレード法
により厚み５００μｍのグリーンシートを作製し、この
シート表面にＣｕメタライズペーストをスクリーン印刷
法に基づき塗布した。また、グリーンシートの所定箇所
にスルーホールを形成しその中ににもＣｕメタライズペ
ーストを充填した。そして、メタライズペーストが塗布
されたグリーンシートをスルーホールの位置合わせを行
いながら６枚積層し圧着した。この積層体を７００℃で
Ｎ2 ＋Ｈ2 Ｏ中で脱バインダ後、各焼成温度で窒素雰囲
気中でメタライズ配線層と絶縁基板とを同時に焼成し配
線基板を作製した。また、同時焼成によるＣｕメタライ
ズ層に対して、メタライズ層の剥離、溶融、焼結不良に
ついての評価を行った。
【００４４】次に、配線基板の下面に設けられた電極パ
ッドに図１に示すようにＰｂ９０重量％、Ｓｎ１０重量
％からなる球状半田ボールを低融点半田（Ｐｂ３７％−
Ｓｎ６３％）により取着した。なお、接続端子は、１ｃ
ｍ2 当たり３０端子の密度で配線基板の下面全体に形成
した。
ッドに図１に示すようにＰｂ９０重量％、Ｓｎ１０重量
％からなる球状半田ボールを低融点半田（Ｐｂ３７％−
Ｓｎ６３％）により取着した。なお、接続端子は、１ｃ
ｍ2 当たり３０端子の密度で配線基板の下面全体に形成
した。
【００４５】そして、この配線基板を、ガラス−エポキ
シ基板からなる４０〜８００℃における熱膨張係数が１
３ｐｐｍ／℃の絶縁体の表面に銅箔からなる配線導体が
形成されたプリント基板表面に実装した。実装は、プリ
ント基板の上の配線導体と配線基板の球状端子とを位置
合わせし、低融点半田によって接続実装した。
シ基板からなる４０〜８００℃における熱膨張係数が１
３ｐｐｍ／℃の絶縁体の表面に銅箔からなる配線導体が
形成されたプリント基板表面に実装した。実装は、プリ
ント基板の上の配線導体と配線基板の球状端子とを位置
合わせし、低融点半田によって接続実装した。
【００４６】次に、上記のようにしてパッケージ用配線
基板をプリント基板表面に実装したものを大気の雰囲気
にて−４０℃と１２５℃の各温度に制御した恒温槽に試
験サンプルを１５分／１５分の保持を１サイクルとして
最高１０００サイクル繰り返した。そして、各サイクル
毎にプリント基板の配線導体とパッケージ用配線基板と
の電気抵抗を測定し電気抵抗に変化が現れるまでのサイ
クル数を表１、２に示した。
基板をプリント基板表面に実装したものを大気の雰囲気
にて−４０℃と１２５℃の各温度に制御した恒温槽に試
験サンプルを１５分／１５分の保持を１サイクルとして
最高１０００サイクル繰り返した。そして、各サイクル
毎にプリント基板の配線導体とパッケージ用配線基板と
の電気抵抗を測定し電気抵抗に変化が現れるまでのサイ
クル数を表１、２に示した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】表１より明らかなように、フィラー量が２
０体積％より少ない試料Ｎo.１、２では、焼成温度が低
く、銅との同時焼成でできず、フィラー量４０体積％よ
り少ない試料Ｎo.３を含め、誘電率が低いものであっ
た。また、フィラー量が８０体積％を越える試料Ｎo.６
では、メタライズ層が溶融しＣｕと同時焼成できなかっ
た。
０体積％より少ない試料Ｎo.１、２では、焼成温度が低
く、銅との同時焼成でできず、フィラー量４０体積％よ
り少ない試料Ｎo.３を含め、誘電率が低いものであっ
た。また、フィラー量が８０体積％を越える試料Ｎo.６
では、メタライズ層が溶融しＣｕと同時焼成できなかっ
た。
【００５０】また、ガラスの熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃
以下の試料Ｎo.１５では、熱膨張係数８ｐｐｍ／℃以上
の焼結体を得ることができず、熱サイクル試験で不良が
生じた。さらに、熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃のフィラー
のみからなる試料Ｎo.１１、２０、２３、２８、３３で
は、いずれも誘電率８以上の焼結体を作製することがで
きなかった。
以下の試料Ｎo.１５では、熱膨張係数８ｐｐｍ／℃以上
の焼結体を得ることができず、熱サイクル試験で不良が
生じた。さらに、熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃のフィラー
のみからなる試料Ｎo.１１、２０、２３、２８、３３で
は、いずれも誘電率８以上の焼結体を作製することがで
きなかった。
【００５１】これらの比較例以外の本発明品は、いずれ
も熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃を示し、誘電率が８
以上の高誘電率を有するものであった。しかもＣｕメタ
ライズの同時焼成も良好であり、熱サイクル試験におい
ても全く問題のない優れた耐久性を示した。さらに、本
発明の焼結体は、いずれも誘電損失が３０×１０-4以下
の良好な特性を示した。
も熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃を示し、誘電率が８
以上の高誘電率を有するものであった。しかもＣｕメタ
ライズの同時焼成も良好であり、熱サイクル試験におい
ても全く問題のない優れた耐久性を示した。さらに、本
発明の焼結体は、いずれも誘電損失が３０×１０-4以下
の良好な特性を示した。
【００５２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のガラスセ
ラミック焼結体は、誘電率８以上、４０〜４００℃のお
ける熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の高熱膨張係数を
有することから、パッケージなどの配線基板における絶
縁基板として用いることにより、熱膨張係数が大きいプ
リント基板などの外部電気回路基板への実装した場合
に、両者の熱膨張係数の差に起因する応力発生を抑制
し、パッケージと外部電気回路とを長期間にわたり正
確、かつ強固に電気的接続させることが可能となる。し
かも絶縁基板全体をこのガラスセラミック焼結体によっ
て構成すれば、基板の小型化が可能であり、その他、上
記外部電気回路基板との長期的に安定な接続構造を維持
しつつコンデンサ層として機能を付加することができ
る。
ラミック焼結体は、誘電率８以上、４０〜４００℃のお
ける熱膨張係数が８〜１８ｐｐｍ／℃の高熱膨張係数を
有することから、パッケージなどの配線基板における絶
縁基板として用いることにより、熱膨張係数が大きいプ
リント基板などの外部電気回路基板への実装した場合
に、両者の熱膨張係数の差に起因する応力発生を抑制
し、パッケージと外部電気回路とを長期間にわたり正
確、かつ強固に電気的接続させることが可能となる。し
かも絶縁基板全体をこのガラスセラミック焼結体によっ
て構成すれば、基板の小型化が可能であり、その他、上
記外部電気回路基板との長期的に安定な接続構造を維持
しつつコンデンサ層として機能を付加することができ
る。
【図１】本発明における半導体素子収納用パッケージの
実装構造を説明するための概略図である。
実装構造を説明するための概略図である。
【図２】図１の接続端子の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の多層配線基板の一実施例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
１・・・絶縁基板 ２・・・蓋体 ３・・・メタライズ配線層 ４・・・接続端子 ５・・・半導体素子 ６・・・キャビティ ７・・・電極パッド ８・・・球状端子 ９、１２・・・低融点ロウ材 １０・・絶縁体 １１・・配線導体 １３・・コンデンサ層 １４・・電極層 １５・・ビアホール導体 １６・・絶縁層 Ａ・・・半導体素子収納用パッケージ Ｂ・・・外部電気回路基板
Claims (3)
- 【請求項１】４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜
１８ｐｐｍ／℃のガラス成分２０〜６０体積％と、４０
〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上かつ
誘電率が１０以上の誘電体を含むフィラー成分４０〜８
０体積％とからなる組成物を成形、焼成してなり、４０
〜４００℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ以上、誘電率
が８以上であることを特徴とするガラスセラミック焼結
体。 - 【請求項２】絶縁層が多層に積層された絶縁基板の表面
あるいは内部にメタライズ配線層が配設されてなる多層
配線基板において、前記絶縁層の少なくとも１層が、４
０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃
のガラス成分２０〜６０体積％と、４０〜４００℃にお
ける熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上かつ誘電率が１０以
上の誘電体を含むフィラーを４０〜８０体積％からなる
組成物を成形、焼成してなる焼結体であって、４０〜４
００℃における熱膨張係数が８ｐｐｍ以上、誘電率が８
以上のガラスセラミック焼結体からなることを特徴とす
る多層配線基板。 - 【請求項３】前記メタライズ配線層が、銅を主成分とす
ることを特徴とする請求項２記載の多層配線基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31495796A JP3559407B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた多層配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31495796A JP3559407B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた多層配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10158032A true JPH10158032A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3559407B2 JP3559407B2 (ja) | 2004-09-02 |
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ID=18059708
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|---|---|---|---|
| JP31495796A Expired - Fee Related JP3559407B2 (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた多層配線基板 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3559407B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002047059A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-12 | Kyocera Corp | ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた配線基板 |
| JP2002326863A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-12 | Kyocera Corp | セラミック組成物およびそれを用いた多層配線基板 |
| EP2952486A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-09 | Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC | Dielectric glass composition |
| JP2021155235A (ja) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | Tdk株式会社 | 誘電体磁器組成物および電子部品 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP31495796A patent/JP3559407B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002047059A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-12 | Kyocera Corp | ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた配線基板 |
| JP4577956B2 (ja) * | 2000-07-31 | 2010-11-10 | 京セラ株式会社 | ガラスセラミック焼結体およびそれを用いた配線基板 |
| JP2002326863A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-12 | Kyocera Corp | セラミック組成物およびそれを用いた多層配線基板 |
| EP2952486A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-09 | Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC | Dielectric glass composition |
| US10074456B2 (en) | 2014-06-03 | 2018-09-11 | Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc | Dielectric glass composition |
| JP2021155235A (ja) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | Tdk株式会社 | 誘電体磁器組成物および電子部品 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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