JPS61101457A - セラミツク絶縁基板材料 - Google Patents

セラミツク絶縁基板材料

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JPS61101457A
JPS61101457A JP59222110A JP22211084A JPS61101457A JP S61101457 A JPS61101457 A JP S61101457A JP 59222110 A JP59222110 A JP 59222110A JP 22211084 A JP22211084 A JP 22211084A JP S61101457 A JPS61101457 A JP S61101457A
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JP
Japan
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mullite
insulating substrate
ceramic insulating
mgo
added
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Pending
Application number
JP59222110A
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English (en)
Inventor
浩一 篠原
信之 牛房
永山 更成
荻原 覚
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61101457A publication Critical patent/JPS61101457A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、セラきンク絶縁基板に係り、特に電気信号の
入出力のためのビンを取シ付けたシ半導体部品を塔載し
て機能モジュールを構成するのに好適な、セラミック基
板材料に関する。
〔発明の背景〕
近年、LSI等の集積回路は、高速化、高密度化に伴っ
て、放熱や素子の高速化を計るため釦回路基板上に直接
チップを実装する方式が用いられるようになってきてい
る。従来よシ一般に回路基板としては、アルミナが使用
されているが、アルミナを主成分とする焼結体を絶縁体
に使った基板の最大の欠点は、伝号伝播速度が遅いとい
うことであり、その原因としては、アルミナの比誘電率
が約10 (IMHz)と大きいためである。
従って、この信号伝播連間が遅いという欠点を取り除く
ためには、比誘電率の小さい絶縁体を使った基板が研究
開発されている。さらにLSI材料であるSiチップは
、セラミック多層回路板にCCBCノボィング等の技術
を用いて直接はんだで接続されているが、信頼性という
点からセラミック多層回路板材料の熱膨張係数は、LS
I材料であるSiのaoxto−’/ll室温〜500
C)に近いものが望まれる。その−例が特開昭57−1
15895号「ムライト焼結体及びその製造方法」であ
る。これによれば、ムライトを主成分とする焼結体を絶
縁体に使えば比誘電率が5.4〜5.9の基板が得られ
ることがわかる。しかしこのような利点があるにもかか
わらず、ムライトが多層配線基板の分野で適用されにく
い理由は、アルミナ基板はど熱的、砲械的性質が式:<
基板への入出力用ビン等のろう付は工程で、熱応力で発
生するクラック及び表面メタライズのはがれ等が発生し
、高信頼性でかつ高品質の多層配線基板材料が歩留りよ
く得られない難点があった。さらにこのムライト焼結体
は、焼結時における焼成収縮率が、アルミナに比べて大
きい。回路板の導体の配線精度は、一般にセラミックス
の焼結時における焼成収縮率が小さいほど精度良く配線
できる。この点からムライト系回路板の導体の配線精度
はアルミナに比べて劣るという難点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、低比誘電率でかつ高強度で、信頼性の
高いムライト系セラミック絶縁基板材料を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
本発明の要旨とするところは、セラミック絶縁基板材料
としてムライトを主成分とし、焼結助剤としてA1*O
s″または5insとアルカリ金属またはアルカリ土類
金属を含む複合酸化物を含有することを特徴とすること
にある。
一般にムライト系セラミックスは、焼結助剤として例え
ばコージェライトが添加されている。この際コージェラ
イトは、コージェライトガラスとして添加しても、コー
ジェライト組成である8i0* 、Ah Os及びMg
Oを単体で添加して焼成時にコージェライトにする場合
でもムライトは焼結できる。コージェライトガラスは安
定であるが、コージェライト組成であるS io雪、 
Altos。
M g Oを単体で添加する場合には原料混合時にMg
Oが非常に不安定な原料であるという開−がある。それ
は、MgO粉末は吸水性が有り水分を吸収してMg(O
H)rとなりやすい。このことは。
生産する立場においては、粉末の管理方法や焼結助剤に
おけるMgOの組成比を目的にすることにおいて問題に
なる。
また、MgOの添加K M g COsというような炭
酸化物で添加することも考えられるが、MgCO5は、
高温でMgOとCO宜ガスに分解して、発生した00w
ガスによりセラミックス内部にボイドを発生したり、M
gCO5の分解によってCO意ガスが抜は出てしまうた
めに焼成収縮率を大きくし、てしまう。焼成収縮率が大
きいということは1寸法安定性の点から考えて好ましく
ない。現在開発が進んでいる大型コンピューターの高密
度に配線された多層回路基板においては、均一な焼成収
縮つまり寸法安定性が重要になってくる。寸法安定性は
焼成収縮率が小さい方が一般によくなる。
信頼性のあるムライト系セラミック絶縁基板を作るには
、以上のような問題点を解決するものでなければならな
い。以上のような問題点を解決するためには、焼結助剤
の成分を添加する方法においてMgOのように不安定な
1″11で添加するのではなく、室温では比較的安定な
化合物の形で添加すればよいのではないかと考えた。例
えば、焼結助剤の成分にMgOとAItosを含む場合
、MgOとAhOsの化合物としてスピネル(MgAl
mOn)がある。スピネルは、室温においては比較的安
定であり、高温においてはMgOとAI!01に分解す
る。このような化合物を原料に用いることにより、ムラ
イト系セラミック絶縁基板材料の成分組成変動を少なく
することができる。しかし化合物としてMgCO5のよ
うに炭酸化物で添加した場合は、高温で分解して炭酸ガ
スを発生し、セラミックス内部にボイドを発生したり、
焼成収縮率が大きくなってしまって好ましくない。
また、化合物を添加することによって得られたムライト
系セラミックスの熱膨張係数や比誘電率は、従来のもの
とほとんど変わらずムライトそのものの特徴を備えてい
る。
本発明においてムライト系セラミックスに含まれるムラ
イト量が、70〜90!t%としであるのは、ムライト
量が70%より少ないとガラス成分の古める割合が多く
なるために材料の抗折強度が20kgf/mm’以下と
なってしまいビン付工程などで発生する熱応力に耐えら
れなくなってしまって好ましくない。またムライト量を
90%以上にすると焼結温度が、高くなってしまって実
際に量産する上においては好ましくない。
5insとアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む
複合酸化物の重量比を0.2〜5としであるのけ、S、
縦比が0.2以下であると抗折強度が20k g f/
mm”以下となってしまって好ましくない。
また重量比が5以上であると焼結温度が高くなってしま
って実際に量産する上においては好ましくない。Al*
0*とアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む複合
酸化物の重量比を0.2〜0.5としであるのは、重量
比が0.2以下であるとセラミックスの耐水性や耐薬品
性が悪くなってしまって好ましくない。重量比が0.5
以上であるとセラミックスの焼結温度が上がってしまう
ために量産する上において好ましくない。
ムライト系セラミックス絶縁基板の製造方法には、まず
グリーンボディ、(生の成形体)を製造する必要がある
。それにはグリーンシート法、スリップキャスティング
法、プレスによる金型成形法。
インジェクションモールド法等がある。
グリーンシート法は、原料粉に溶剤及び熱可塑性等の樹
脂を添加し、かくはんしたスラリーを脱気したのち、グ
リーンシート作製機によりグリーンシートを作製する方
法である。
スリップキャスティング法は、原料粉に水1分散剤及び
熱可塑性等の樹脂を添加しかくはんしたスラリーを、例
えば石こう型内へ流し込んで製造する方法である。
プレスによる金型成形法は、原料粉に溶剤及び熱可塑性
等の樹脂を添加し、らいかい機等で混合。
かくはんした原料粉をふるい等で造粒したのち、金型内
に入れて荷重を加えて製造する方法である。
インジェクションモールド法は、原料粉に熱可塑性等の
樹脂及びワックス等を添加し、温度を加えて原料粉に樹
脂等を付着させた原料粉をインジェクションマシンのホ
ッパ部等に入れ、原料粉の回りに付着している樹脂を溶
融させながら、スクリューにより射出ノズル部まで押出
し、圧力を与えて、金型内に打込む方法である。
以上の製造方法等により製造されたグリーンボディを積
層あるいは、脱脂工程をしたのち、焼成してムライト系
セラミック絶縁基板を製造する。
〔発明の実施例〕
実施例1゜ 以下、本発明の実施例について説明する。なお文中に部
とあるのは重量部を、俤とあるのは重量%を示す。
セラミック絶縁基板の製造方法は、まずムライト粉平均
粒径2μmを70チ、シリカ平均粒径1pmを14.6
%、スピネル(MgA Is Oa)平均粒径0.3μ
mを15.4%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、トリクロルエチレy124
fRS、テトラクロルエチレン32部、n−ブチルアル
コール44部を加え、ボールミルで20時時間式混合し
、スラリーを作る。
次に真空脱気処理により、適当な粘度に調節する。
次にスラリーをドクターブレードを用いて、シリコンコ
ートしたポリエステルフィルム支持体上に0.2mm厚
さに塗布し、その後炉を通して乾燥し、ムライト系セラ
ミック多層配線基板材料のグリーンシートを作製する。
次に、そのグリーンシートを50mrr3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120C1圧力は40kg/ c m”で
ある。圧着後、樹脂抜きのため100C/h以下の昇温
速度で昇温し1200CX1hの脱脂を行った後、20
0 C/hの昇温速度で昇温し1600tZ’X1hで
焼結を行った。雰囲気は大気中である。次にその焼結さ
れた基板材料を比誘電率及び曲げ強さ測定試験片用に切
断【7たのち、ダイヤモンドラップ板を用いて粗研磨及
び仕上げ研磨を行った。
現在セラミック絶線基板材料の主流であるアルミナは、
比誘電率約9.5(IMHz)であるが、ムライト75
%に、25チコージエライトが含有されているムライト
系では、比誘電率約6.0(IMHz)となり、アルミ
ナに比べてムライトの方が信号伝播速度を速くすること
が可能となる。
第1図は、ムライトを主成分として焼結助剤の5i(h
とAl*O+MgOの成分比(重量比)に対する焼成収
縮率の関係を示したものである。ここで従来法は、焼結
助剤をそれぞれ単体で添加しているが、本発明法では、
スピネル(MgALO4)のような複合酸化物の形で添
加している。ここで従来と焼成収縮率に差が出ているの
は、従来は、MgOのように不安定な形で添加している
ために、ボールミル湿式混合の場合などにM g Oが
Mg(OHhとなる。さらにM g (OHbが焼成時
において分解してMgOとHloにな、!1)HtOが
蒸気となって抜は出るために焼成収縮率が大きくなる。
化合物の場合はこのようなことがないために従来に比べ
焼成′収縮率は小さい。なお焼成収縮率は、50mm角
のシートを30層に重ねて圧着したものの縦と横の平均
の焼成収縮率とした。
第2図は、ムライトを主成分として焼結助剤の8i0*
とAltOs+MgOの成分比(重量比)に対するボイ
ド率と抗折強度の関係を示している。
ここでは化合物としてスピネルを添加しているが、スピ
ネルは、ムライトの粒成長を抑制するために従来法に比
べ抗折強度が向上している。また粒成長が抑制されたこ
とによりボイド率も減少している。ここでいう従来法と
は、焼結助剤の成分をそれぞれ単体で添加しているもの
のことである。
作製されたムライト系セラミック絶縁基板は、比誘電率
6.3 (IMHz)、熱膨張係数35〜45X 10
−’ /C1抗折強度は、組成範囲内では20kgf/
mm!以上となり、良好なムライト系セラミックス基板
が得られる。
実施例2 表にムライト量80重量%に複合酸化物とSin!また
はAItosを添加して焼結させたセラはツクについて
の特性を示す。
焼成温度は、1600CX1hである。
表かられかるように、表に示した複合酸化物を焼結助剤
として添加した場合、熱膨張係数は。
35X10−” 〜45X10−’/C1抗折強度22
kgf/mrn”、比誘電率6.1〜6.3である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ムライトを主成分とし、焼結助剤とし
て、AItosまたは5iftとアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属を含む複合酸化物を添加することKより
、比誘電率的6.5以下(IMHz)で熱膨張係数が8
iに近く、高強度で、焼成収縮率が小さく組成変動が少
ない信頼性の高いムライト系絶縁材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における焼、詰助剤の成分比
(重量比)と焼成収縮率の関係線図、第2桔1閃 従来汰

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、ムライトを主成分とするセラミック絶縁基板におい
    て、ムライトに焼結助剤としてAl_2O_3またはS
    iO_2とアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む
    複合酸化物を含有することを特徴とするセラミック絶縁
    基板材料。
JP59222110A 1984-10-24 1984-10-24 セラミツク絶縁基板材料 Pending JPS61101457A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861691A (en) * 1996-04-12 1999-01-19 Denso Corporation Starter with thermal insulation cover

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57115895A (en) * 1981-01-12 1982-07-19 Hitachi Ltd Mullite sintered material and method of producing same

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