JPS62128965A - ムライト基板 - 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〕 本発明は電子計算機等に用いられるムライト基板、特に
熱膨張係数が小さく、強度が大きいムライト基板に関す
るものである。

〔発明の背景〕

近年、半導体素子の高集積化に伴って、該半導体素子を
搭載する回路基板に対してますます高密度化、高信頼度
化が要求されるようになってきた。該要求を満足させる
ために＼セラミック回路基板に直接半導体素子を実装す
る方式が採用されるようになった。このような配線基板
用のセラミックとしては、下記のような特性が要求され
る０ （１）　　セラミック基板が微密で気密質であること。

これは回路基板′全体の信頼度に関係する。

（１１）　　セラミック熱膨張係数が、できるだけ半導
体素子に近いこと、すなわち熱膨張係数の差に基因する
応力を低下させて接続部の高信頼化企はかる。

（ｉｌｌ）　　セラミックの強度が十分に大キいコト。

ところが・従来はセラミック基板として、アルミナ基板
が使用されている。該アルミナ基板は上記の気密性と強
度の点では十分に仕様を満足するが、アルミナ基板の熱
膨張係数は６ｘｉｏ’１０Ｃであるので、半導体素子で
あるシリコンは３Ｘ１０’／’Ｏと比較し２倍以上であ
るｏしたがってシリコンとアルミナ基板では、熱膨張係
数差が大き丁ぎるため、搭載可能な半導体サイズに限界
があった。

一方、ムライトは熱膨張係数が５Ｘ１Ｑ’１００で半導
体素子に近いため、大型半導体素子の搭載が可能となる
から、より実装の高密度化企はかることができる。しか
るに、ムライト自体は焼結により緻密化することが困難
である。これはムライト自体が難焼結性であるため１非
常に細かい微粉を用い、加圧焼結等の方法を用いなけれ
ば、級密な基板を得ることが困難である。

そこで、最近では特開昭４９−１１６５９９号公報に記
載されているように、ムライト粉末にコーディエライト
のような焼結助剤を添加してなる材料により回路基板を
製作することが提案されている。

ところが、従来技術では原料として、アルミナ、シリカ
、添加剤の混合物Ｐ焼成した後、粉砕して得られたノ＼
ライト粉末を用いているから、次のような欠点がある。

すなわち原料が固相反応によるムライト粉末であるから
１微視的にみた場合には、組成が均一でないため１基板
焼成時に焼結反応か不均一となって、寸法精度は低下し
１又気孔率の増大により強度が低下するので、高密度実
装用のセラミック基板として使用できない不都合があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような従来技術の問題Ａ３解消し、熱膨
張係数かシリコンに近似して小さく、かつ強度の大であ
るムライト基板を提供することを目的とするものである
。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために１ムライト粉末と焼
結助剤を焼成してなるムライト基板において、該ムライ
ト粉末として、組成がＡｔ２Ｑｓニア７〜７５重量％と
８番０２　：　２３〜２５重量にとからなり、かつ平均
粒径が１．５〜５．０μ扉の合成ムライト粉末３用いる
と共に、焼結助剤としてＳｉＯ２成分を含有するものご
用いることを特徴とする０ 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例について説明する。

本発明は、ムライト原料として溶融合成したムライト粉
末を用いることを主要点としている。

これは、該ムライト粉末が微視的見地より均一な組成で
あるため、焼結基板の寸、法精度は高く、かつ緻密化も
進み強度が大きいからである。

上記の溶融合成したムライト粉末の組成は、Ａｔ２０３
ニア０〜８４重量％と、５Ｌ０２：３０〜１６重量にと
からなり、該ムライト粉末と種々の焼結助剤とを組合わ
せて焼結基板を作製したところ、下記の組合わせが良好
であることが判明した。

すなわち、焼結助剤としては）ＳＬＯ２成分を含むもの
が良く、又溶融合成ムライト粉末としては、組成がＡＬ
ｚｏｓ　：　７７〜７５重量％と、ＳｉＯ２：２３〜２
５重量にとからなり、かつ平均粒径が１．０〜１５．０
μｍのものが良く、特に該平均粒径が１．５〜５．０μ
ｍのものが最適である。上記の範囲外の組成及び粒径で
は、気孔率が大となるため、縫密な基板が得られない。

一方、焼結助剤としてＳｉＯ２成分を含まないと緻密化
が進行しない０この原因は、緻密化ガムライト粉末と焼
結助剤成分中のＳｉＯ２が反応することにあるためであ
る。又該反応性はムライト粉末のＳｉＯ２成分量と密性
な関係を有し、上記の組成範囲では、最も反応性が高く
緻密化も進行する。

次に上記に基づいてなされた本発明の実施例について説
明する。

実施例１ 平均粒径３μｍの溶融合成したムライト粉末８０部と、
平均粒径０．５μｍのフープイエライト粉末２０部と、
ブラチール樹脂６部と、ブラチール樹脂用可里剤２．５
部と、トリクロルエチレン１テトラクロルエチレン、ア
ルコール類など５０部とを加え、アルミナ製内張り及び
アルミナｊ製ボールミルで２４時間連続して湿式混合を
行う。ついで、シリコン系の消泡剤０．１部号添加した
後、１時間混合してスラリー状の混合物を作る。

上記混合物２ボールミルから取出し、減圧下で攪拌しな
がらスラリー中の空気を脱出させる。

このようにして作られた均質なスラリーの粘度ご調整し
てｓ、ｏ　ｏ　ｏ〜ｉｏ、ｏｏｏ　ＣＰＳとした後、ド
クターブレード型キセスティング装置を用いてキャリア
フィルム上に塗布し、最高温度１１０°Ｃで乾燥して厚
さ１３麿のグリーンシートラ作製した。

この場合飄使用したムライト粉末の組成は下記の第１表
の通りで、組成が異なる１０種類の粉末を使用した。

なお、ムライト粉末の上記組成以外の不純物としては、
Ｎα２０　、　Ｆｅ２（Ｃなどで、その含有量はそれぞ
れ０１〜０．２重量％である。

上記のように作製した厚さ０．３閣のグリーンシートを
１００■角に切断した後、これらを２０枚重ねて接着し
一体化した。該一体化は温度＝１２０°Ｃ圧カニ　６Ｏ
Ｋ４／備２で行った。

このように作製した１００７７１７７！角、約６ｍｍ厚
さのムライト、グリーンシートの積層体企焼成した。

該焼成は該積層体ごアルミナ製の合板上に載置し、昇温
速度毎時＝２００°Ｃ１雰囲気：窒素、水素、水蒸気の
混合ガス、最高温度：　１５５０〜１６００°ａで１時
間保持し、モリブデン発熱体の箱型タイプの電気炉で行
った。

上記のようにして焼成したムライト粉末の組成が異なる
１０種類の焼結体について、気孔率ご測定した結果は第
１図に示すとおりである。この図より気孔率は５１０２
の含有量と密接な関係があり、ＳｉＯ２が２４重量％付
近において、気孔率は急激に低減し、焼結体の緻密化が
進行することを容易に理解できる。すなわち原料である
ムライト粉末の組成と関係があり、Ｓ！０２の含有量が
２３〜２５重量％のものは、焼結成の良いことが分かる
。

実施例２ 上記実施例１では、焼結助剤としてフープイエライト（
組成がＡｔ２０３：　５５．９重量％と、５ｔＯ２：５
１．０重量％と、Ｍρ：１２．９重量％とからなるもの
）を用いたが、本実施例では次の第２表に示す組成の焼
結助剤を用いた。

第　　２　　表 なお蔦不純物はＦｅ２Ｏ２，Ｃα０．に２０等で、その
含有量は０．１〜０２重量にであった。

上記組成の焼結助剤粉末（平均粒径０．５μｍ）を用い
１その他は実施例１と同様にしてムライトの焼結体を作
製した。その結果、焼結助剤の種類と関係なく、実施例
１と同様の結果を得た。

すなわち、ムライトは５ＬＱ２成分の含有量２４重量％
を境にして、焼結性が急激に向上し、該傾向は焼結助剤
の種類と無関係であった。このことは１焼結助剤の成分
にＳｉＯ２成分が含まれていれば１用１図と同様な結果
が得られること？示している。

実施例３ 実施例１の結果に基づき、Ａｔ２０５　：　７５．９重
量％と、５ＬＱ２：　２３．９重量％とからなる溶融合
成したムライト粉末で、次の第３表に示す８踵類の異っ
た粒径のもの３用い、実施例１と同様にして焼結体を作
製した。

上記８種類の焼結体について、気孔率を測定した結果は
第２図に示すとおりである。第２図より気孔率は原料で
あるムライト粉末の粒径に依存し、平均粒径１．５〜５
．０μｍのものの焼結性が良いことを容易に理解できる
。

比較例 次に上述した実施例と比較するための比較例について説
明する。

ムライト粉末としては、アルミナ粉末及びシリカ粉末か
ら固相反応により合成した粉末を用いた。すなわち１実
施例１で用いた組成の異なる１０種類の溶融合成ムライ
トと同じ列成となるように、アルミナ粉末とシリカ粉末
を秤量した後、アルミナ製ボールミルにアルミナポール
と共に投入して６時間混合する。その後、空気中で１５
００〜１４００°０で１時間加熱して再びアルミナ製ボ
ールミルに移し、アルミナボールと共に５０時間粉砕し
た粉末を用いた。このように合成した粉末は、Ｘ線回折
法によりムライトの生成が確認され、平均粒径は４μｍ
であった。

上記のように固相反応により合成したムライト粉末１０
種類を用いて、前記実施例１と同様の方法で焼結体を作
製し、該ムライト焼結体の１０種類について・その気孔
率を測定した。その結果、気孔率は１５〜２０％であり
、また抗折強度は１５１２以下であった。

このような比較例に対し・前述の実施例１〜３のように
Ｓｉ　０２の含有量が２３．０〜２５．０の重量％の範
囲の組成を有するムライト粉末（原料）を用いた焼結体
の線膨張係数は５．ＯＸ　１０　’（１ｄｅｙ）であり
、かつ抗折強度は２０Ｋｆ／ＷｒＩＲ以上であった。

すなわち１本実施例によれば、先の発明の背景の項にお
いて述べた配線基板用セラミックとしての必要特性であ
る条件（１）〜（ｉｌｌ）を十分に満足させることが可
能である。一方、ムライト粉末の組成が上記範囲外では
、比較例と同様に抗折強度が２０Ｋｆ／ｍｍ２に達しな
いため、配礫基板用セラミックとしては不適格である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、原料であるムラ
イト粉末の組成および粒径ご調整するのみで、熱膨張係
数がシリコンに近似して小さく、かつ強度が大であるム
ライ基板？得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はムライト粉末中のＳｉＯ２含有量と焼結体の気
孔率との関係を示すグラフ、第２図はムライト粉末の平
均粒径と焼結体の気孔率との関係？示すグラフである０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ムライト粉末と焼結助剤を焼成してなるムライト基板に
   おいて、該ムライト粉末として、組成がＡｌ＿２Ｏ＿３
   ：７７〜７５重量％とＳｉＯ＿２２３〜２５重量にとか
   らなり、かつ平均粒径が１．５〜５．０μｍの合成ムラ
   イト粉末を用いると共に、焼結助剤としてＳｉＯ＿２成
   分を含有するものを用いることを特徴とするムライト基
   板。