JPS61251559A - セラミツク絶縁基板の製法 - Google Patents

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、セラミック絶縁基板に係り、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
搭載して機能モジュールを構成するために好適なセラミ
ック基板に関する。

〔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に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
。しがしながら、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
によって生じる応力が大きくなるという問題があった。

すなわち、現在セラミッ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３０Ｘ１０−’／
’Ｃ（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
ッ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チップの大型化、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（３ＡＱ、Ｏ，・２ＳｉＯ
□）系の焼結体を用いた多層配線基板が材料の強度は最
大１６ｋｇ／＋ｍｍ”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ックが生ず
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。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低比誘電率で且つ高強度のムライト系
セラミック絶縁基板を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば１本発明ｉ±セラミック絶縁基板に
関する発明であって、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
を行った結果、目的を達成するまでに至らなかった。そ
の原因として、ムライトに考えられる。その理由は、ム
ライトの熱膨張係数が４０〜５５　Ｘ　１０−’／”Ｃ
とシリコンのそれに近く、且つ、比誘電率が約６．７　
　（ＩＭＨｚ）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っ
た。この目的のため、ムライトとガラスとからなる材料
が考えられる。その−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。したがっ
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６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。

したがって、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。

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った。

ムライトにシリカを被覆する方法としては１色色あるが
主な例としては、スパッタ法、ゾルゲル中への浸漬法、
スプレーコーティング法、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
ィ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°す、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。

〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが１
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。

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ィング用とした
ｍ　ｓ　ｉ（ｏ　ｃａ　Ｈｓ）＊　：　２５ｇ＊Ｃ２Ｈ
，○Ｈ：　３７．６ｇ　、Ｈ２Ｏ：　２３．７ｇ　、Ｈ
ＣＱ　　：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った所へ
、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１次に、
シリカガラスで被覆したムライトに、３０％コージェラ
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時時間式混合し、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
ルフィルム支持体上に０．２　ｍ＋＊厚さに塗布し、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
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１２０’Ｃ１圧力は４０ｋｇ／ａｍ”
である。圧着後、樹脂抜きのため１２００℃×１時間の
脱脂を行ったのち、１５００℃×１時間で焼結を行った
。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
イヤモンドラップ盤を用いて、研磨を行った０表１に本
法によるシリカガラスコーティ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。

でムライトを被覆した系に３０％コージェライト組成の
焼結助剤を添加した材料は、比誘電率（ＩＭＨｚ）６，
０　、曲げ強さが２０ｋｇ／ｌｒｒｍ２以上が可能であ
る。従来のムライトに単純に３０％コージェライト組成
の焼結助剤を添加した系では、比誘電率（Ｉ　ＭＨｚ　
）　６．０と同じであるが、曲げ強さが１５ｋｇ／＋ａ
ｍ”程度しか得られない。また、アルミナでは、曲げ強
さは３０　ｋｇ／ＩＩＩｍ”と大きな値を示しているが
、比誘電率（ＩＭＨｚ）９．５と非常に大きく、信号伝
播速度を遅くする要因となっている。

従って、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ェ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％コージェ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ックスの製造が可
能となった。

また５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１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１曲げ
強さが大きくなるという理由も明確となった。

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０．１　μｍ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
よっ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０．１　μｍ〜１
μｍ程度が適当である。

〔発明の効果〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミック絶縁基板において、ムライト粉末をＳｉ
   Ｏ＿２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セラミック絶縁基板の製法。