JPS62278145A

JPS62278145A - ガラスセラミツク焼結体

Info

Publication number: JPS62278145A
Application number: JP61120665A
Authority: JP
Inventors: Keizou Makio; 槙尾　圭造; Masayuki Ishihara; 政行石原; Hisamitsu Takahashi; 高橋　久光; Shoichi Oka; 昭一岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1987-12-03

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】３、発明の詳細な説明〔技術分野〕この発明は、ガラスの粉末とフィラーの粉末とが混合さ
れている粉末の成形体を焼成して得られるガラスセラミ
ック焼結体に関する。

〔背景技術〕

近年、高集積化したＬＳＩや各種の素子を多数搭載する
多層配線基板では、小型化や高信頼性の要求が高まるに
つれて、セラミック材の多層配線基板の利用が広がって
きている。

セラミック多層配線基板は、アルミナを主材にしてグリ
ーンシートを形成し、このグリーンシート上に高融点金
属（Ｍｏ、Ｗ等）の導体配線を厚膜技術により印刷形成
する。そのあと、このグリーンシートを貼り合わせて積
層した多層グリーンシートを約１５００〜１６００℃の
高温非酸化雰囲気中で焼成して得られる。

しかし、上述のようなアルミナを主材料とする多層配線
基板では、アルミナの高い比誘電率と、微細化配線導体
（Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属）の高い抵抗によって、多層
的配線中を伝播する信号の伝達時間が長くなり、高速化
の要望に応え難かった。

この問題を解決するために、高抵抗の高融点金属材料の
代わりに、低抵抗金属材料（Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ　　Ｐｄ
、Ｃｕ等）を使って微細化配線を形成することも考えら
れる。しかしながら、上記の各低抵抗金属材料は融点が
１０００℃付近であり、アルミナを主材料とした場合に
は基板の焼成温度よりもはるかに低いので、実際に用い
ることはできない。

前記の問題を解決するため、ガラス、あるいは、ガラス
粉末焼結体（ガラス−セラミックス体）の多層配線基板
が開発されている。この基板の場合、焼成時の温度は、
上記アルミナを主材とする基板の焼成温度よりもはるか
に低い。そのため、Ａ　ｕ　ＳＡ　ｇ　％　Ａ　ｇ　　
Ｐ　ｄ　％　Ｃｕなどの低抵抗金属材料を用いても、焼
結以前に配線パターンが融解して表面張力で収縮し、断
線したり他の配線とつなかったりするということを防止
できる。

この基板に使用されるガラスは、通常、５ｉＱｚ　　Ａ
ｌｚＯｚ　　ＭｇＯ系ガラスであって、その組成は、Ｓ
　ｊｏｇ　、Ａｌｚ　Ｏｘ　、ＭｇＯを主成分とし、さ
ら（ｎ−Ｚ　ｎ　Ｏ％　Ｌ　ｉｚ　Ｏ％　Ｌ　ｉ　Ｆ　
ＳＰ　ｚ　Ｏ３０等の核生成剤と、Ｂｚ　Ｃｈ　、Ｐｇ
　Ｏｓ　、Ｌ　ｉ２０などのガラス化に寄与して焼結度
を高める働きをする金属化合物とが副成分として添加さ
れている。具体的には、特公昭５９−４６９００号公報
、特開昭５１−５２４２２号公報、特開昭５９−９２９
４３号公報などに記載されている。

しかしながら、上記特公昭５９−４６９００号公報や特
開昭５１−５２４２２号公報に示されたガラス粉末焼結
体は、ＬｉｚＱやＬｉＦを核生成剤として含んでいるた
め、Ｌｉ゛イオンのマイグレーション現象によって十分
な絶縁性を保つことができないという問題がある。また
、Ｌｉ゛イオンがガラス成分に入ることにより、比誘電
率の高いβ−スポジュメンやβ−ユークリプタイトの結
晶が析出しやすく、基板全体の比誘電率を上昇させると
いう問題もある。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みて、１０００℃以下
の低い温度での焼成で十分緻密化されていて、誘電率も
低く、低抵抗金属材料による配線形成にも適したガラス
セラミック焼結体を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記の目的を達成するため、発明者らは、新しいタイプ
のガラス（結晶化するガラス）と、フィラーとの組み合
わせで焼結体の性能の向上をはがるべく鋭意検討を行っ
た。その結果、っぎのようなことを見出して、この発明
を完成させた。

すなわち、Ｓ　１０ｚ　、Ａ　１２０３　、　’Ｍｇ　
０（７）３つの主成分とするものを、重量％組成が、２
ｏ≦ＳｉＯ□≦６０，１０≦Ａ１□０３≦３０．２０≦
ＭｇＯ≦４０となるように配合するとともに、このうち
のＭｇＯの１０〜３０Ｍ量％をＣａｂ。

ＳｒＯ，ＢａＯからなる群より選ばれた少なくとも１種
の成分と置換して溶融する。この溶融体を結晶を析出さ
せないように急冷して透明なガラスを得たのち、平均粒
径１〜ｌＯμｍ程度に微粉砕してガラス粉末とする。こ
のガラス粉末と、電気特性のさらに良いセラミックフィ
ラー粉末とを混合し、その成形体を焼成して得られた焼
結体は、緻密で比誘電率も小さく、しかも、それが１　
’Ｏ’００℃以下の焼成温度でも達成できるのである。

したがって、この発明は、Ｓｉ○ｚ４０〜６０重量％、
ＡｌｚＯｓｌＯ〜３０重量％、ＭｇＯ２０〜４０重量％
を生成分とし、前記ＭｇＯのうちの１０〜３０重量％が
Ｃａｂ、ＳｒＯおよびＢａＯからなる群より選ばれた少
なくとも１つで置換されてなるガラス組成物粉末が７０
〜９５重量％と、フィラーが５〜３０重量％とからなる
混合物を成形し、焼成してなるガラスセラミ・ツク焼結
体を要旨とする。

以下に、この発明にかかるガラスセラミック焼結体を詳
しく説明する。

この発明に用いられるガラス組成物の組成割合が上記の
ように限定されるのは、次の理由にょるＳｉＯ２の組成
割合が６０重量％を越えると、上記３成分からなるガラ
ス溶融温度が上昇してしまうばかりか、焼成時の結晶化
が著しく、ガラス粉末表面層が急激に結晶化してしまい
、焼結を高めるガラス成分（相）が不足して緻密な焼結
体とすることができない。４０重量％を下回ると、ガラ
ス粉末の結晶化温度が上昇するので、これに伴って必要
な焼成温度も上昇し、成形体を１０００℃以下の温度で
焼成したのでは、得られた焼結体が未焼結状態となって
しまう。

ＡＩＺＯ，の組成割合が３０重量％を越えると、溶融体
を急冷して得られるフリットが失透しやすく　（結晶化
してしまう）、焼成温度も１３００℃を越え、緻密な焼
結体が得られる温度範囲が極めて狭くなる。ｔｏｘｔ％
を下回ると、主結晶相がＳ　ｉＯＺ　　Ｍ　ｇ　Ｏ系の
結晶（エンスタタイト、フォルステライト）となり、結
晶量そのものも著しく減少して、比誘電率が大きくなり
、焼結体自体の機械的強度も弱くなってしまう。

Ｍ　ｇ　Ｏの組成割合が４０重量％を越えると、１００
０℃以下の焼成温度では焼結ができないばかりか、結晶
の量も減少してしまう。２０重量％を下回ると、ガラス
溶融温度が上昇し、また、溶融体を急冷して得られるフ
リットも失透しやすくなる。それだけでなく、成形体の
焼成時において、結晶化が著しく、ガラス粉末の表面層
が急激に結晶化してしまい、焼結を高めるガラス成分（
相）が不足するので、緻密な焼結体とすることができな
い。

ＭｇＯと置換するＣａｂ、ＳｒＯ，ＢａＯなどとの置換
率は、３０重量％を越えると、得られた焼結体の結晶量
が減少するため誘電率が大きくなる。１０重量％を下回
ると、ガラスの溶融温度が上昇して１５５０〜１６００
℃程度の溶融温度が必要となり、通常のるつぼや溶融炉
では溶融しにくい。また、得られたガラスについてもガ
ラスのみで１０００℃で焼成しても緻密化しない。

この発明に用いるガラス組成物は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｐ
ｂなど比較的イオン伝導性の高い元素を含んでいない。

この発明で用いるフィラーとしては、特に限定するもの
ではないが、α−石英、溶融シリカ、クリストバライト
、コーディエライト、ステアタイト、フォルステライト
　ウオラストナイト、ムライト、アルミナから選ばれた
少なくとも１種などが挙げられる。

前記フィラーは、焼結体の機械的強度を上昇させるばか
りでなく、比誘電率を減少させるなどの働きがある。フ
ィラーの添加割合が３０重量％を越えると、焼結しにく
くなり、１０００℃以下での焼結ができなくなる。また
、焼結体バルク内部にポアーを多く含むようになる。な
お、フィラーの添加割合を２０重量％を越えるようにす
る場合には、Ｓ　ｉｏｚ　、　Ａｌｇ　Ｃｈ　、　Ｍｇ
Ｏ（うち１０〜３０重量％がＣａｂ、ＳｒＯ，ＢａＯか
らなる群より選ばれた少なくとも１種で置換されている
）の配合割合が、重量％で５０≦５ｉＯｚ≦６０．１０
≦Ａｌｔｏｓ≦２０．２５≦ＭｇＯ≦４０となるように
することが、以下の理由により好ましい。つまり、Ｓ　
ｉ　Ｏｚが５０重量％を下回ると１０００℃の焼成温度
では焼結しにくくなる傾向にある。Ａ　１　ｚ　０３が
２０重量％を越えると、焼成時にガラス相（液相）の量
が減少するので、緻密化しにくくなる傾向にある。Ｍｇ
Ｏが２５重量％を下回っても緻密化しに（くなる傾向に
ある。

一方、フィラーが５重量％を下回ると、フィラーを添加
する狙いである、誘電率の低下、熱膨張率の調整、熱伝
導率の向上などの効果が認められな（なる。

フィラーとして、上記比較的・イオン伝導性の高い元素
をふくんでいないものを用いるようにすると、焼結体を
多層配線基板材料として用いても、マイグレーション現
象による絶縁性の劣化が生じるおそれがない。

上記ガラス組成物の粉末は、たとえば、重量％組成が上
記範囲内となるように各成分を配合して溶融し、この溶
融体を結晶を析出させないように急冷して透明なガラス
を得たのち、微粉砕して得られるが、他の方法によって
得るようにしてもよい。ガラス組成物の粉末の粒度は、
特に限定されないが、平均粒径として１〜１０Ｉ！ｍと
するのが好ましい。平均粒径が１０μｍを越えると、ガ
ラスセラミック焼結体の表面凹凸がはげしくなり、配線
基板とした場合、回路の導体精度も悪くなることがある
。また、結晶化温度が高くなることがあるので、１００
０℃以下の焼成では充分な結晶析出が起こらず、結晶量
の低い焼結体となるため、誘電率の低下が望めな（なる
おそれがある。同時に、機械的強度が低くなることがあ
るので、実用性に欠けるおそれがある。他方、１μｍを
下回ると、ガラス組成物の結晶化速度が早まることがあ
り、充分な焼結が起こるまでに、結晶化が終了してしま
うということが発生し、焼結密度が上がりにくくなるお
それがある。

フィラーの粒度も、特に限定はしないが、概ね上記ガラ
ス組成物の粒度と同等か、若干小さいめに設定するのが
好ましい。

上記ガラス組成物とフィラーを混合する方法は、特に限
定されず、湿式または乾式のいずれによっても良い。成
形体を得るのに樹脂、溶媒などの有機物を用いた場合に
は、あらかじめ前焼成を行って有機物を除去したのちに
、焼結のための焼成を行うようにするのがよい。なお、
前記有機物は特に限定されず、種々のものが用いられる
。また、有機物以外のものが用いられたり、何も用いず
に成形体を得てもよい。

上記ガラス組成物の粉末とフィラーが混合されている粉
末の成形体は、たとえば、グリーンシートまたはこれを
複数枚積層したものなどがあるが、これらに限るもので
はない。

前記成形体を焼成する条件は、特に限定されないが、上
述の低抵抗金属材料の融点（１０００°Ｃ前後）よりも
低い温度で焼成を行っても焼結できるので、その温度で
焼成するようにすれば、低抵抗金属材料を印刷などして
同時焼成できる。同時焼成でなくてもよい。また、用途
は多層配＆’［板などの配線基板に限定されない。

つぎに、この発明にかかるガラスセラミック焼結体を実
施例に基づいて詳しく説明する。

第１表のガラスフリフトＧ−１〜Ｇ−２３（このうち、
Ｇ−１−Ｃ；−１９は実施例のもの、Ｇ−２０〜Ｇ−２
３は比較例のものである）に示す割合に調合さレタｓ　
ｉ　Ｏｚ　、Ａ　Ｉｔ　Ｏｗｌ　、　ＭｇＯ，および、
Ｃａｂ、ＳｒＯ，ＢａＯのうちの少なくとも１種などか
らなる原料それぞれをアルミナ質るつぼ内に入れて約１
４５０〜１り００℃の加熱温度下で溶融した。このよう
にして得られた溶融液を水中に投下して、ガラス組成物
（フリット）を得た。

この組成物を、湿式または乾式で、アルミナ質ボールミ
ル中で充分粉砕して、平均粒径１〜１０μｍのガラス粉
末とした。

このガラス粉末に、第２表の実施例１〜２８および比較
例１〜６に示す割合にフィラー粉末を調合し、さらに、
有機バインダーとして、たとえば、ポリブチルメタクリ
レート樹脂、フタル酸ジブチル、キシレン等を加え混練
し、減圧下で脱泡処理した。そのあと、この混練体を用
いてドクタブレート法によりフィルムシート上に０．２
龍厚の連続シートを作製した。これを乾燥した後、フィ
ルムシートからはがし、５酊角となるように打ち抜きし
てグリーンシートを作製した。

このグリーンシート複数枚を重ねて金型プレスで成形し
て成形体としたのち、焼成した。焼成時には、２００℃
／時間の速度で、それぞれ第３表および第５表に示した
８５０〜１０００℃の温度まで昇温し、この状態を３時
間保持したあと、２００℃／時間の速度で降温した。

このようにして得た実施例１〜２８および比較例１〜６
の焼結体について誘電率（比誘電率）および吸水率を測
定し、その結果を第２表に示した。なお、ガラスフリフ
ト作製時の失透く結晶化）の有無、熱膨張率、熱伝導率
も併せて示した。比誘電率の測定は、ＩＭ）ｌｚの周波
数で行った。吸水率の測定は、ＪＩＳ　Ｃ−２１４１に
従ワて行った。

第２表にみるように、実施例１〜２８の焼結体では、比
較例１〜６の焼結体と比べて、１０００℃以下の焼成温
度であるにもかかわらず極めて緻密な焼結状態が達成さ
れている。比誘電率も、充分に実用性のある小さな値と
なっている。熱膨張率、熱伝導率も良好である。

なお、比較例１〜６の焼結体は、１１００℃以上の温度
で焼成しないと、緻密な焼結体とはならなかった。また
、比較例１〜６の焼結体は緻密な焼結状態ではないので
、比誘電率の値は見掛は上の値（測定値は小さめに出る
）で、材料そのものの真の値ではない。このため、比較
例では、比誘電率は表示していない。

〔発明の効果〕

この発明のガラスセラミック焼結体は、以上にみるよう
に、上記の組成のガラス組成物の粉末とフィラー粉末と
が上記割合で混合されている粉末の成形体を焼成してな
るので、緻密でしかも、小さい比誘電率となっているだ
けでなく、それが１ＯＯＯ℃以下の焼結温度で達成する
ことができる。したがって、緻密で低比誘電率であるこ
とから、この焼結体は多層配線基板材料に適するものと
なり、１０００℃以下の焼成温度であるため、低抵抗金
属材料を印刷するなどして同時に焼成を行い、配線を形
成することもできる。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦手続補正書（自発昭和６１年　８月１６日ガラスセラミック焼結体３、補正をする者羽生との関係　　　　　特許出願火柱　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称（５８３）松下電工株式会社代表者　　（（Ｊｉ帝役藤井貞夫４、代理人な　　　し６、補正の対象　　　　　　　別紙のとおり７、補正の
内容　　　　　　　別紙のとおり６、補正の対象Ｐ　６
１−１２０６　ｂ　Ｓ明細書７、補正の内容 ■　明細書第５頁第１５行ないし第１６行に「２０≦５
ｉ０２≦６０」とあるを、ｒ４０≦ｓｉＯ□≦６０」と
訂正する。

■　明細書第１６頁第２表の１の実施例７の熱伝導率の
欄にｒｏ、０２Ｊとあるを、ｒｏ、０１２Ｊと訂正する
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＳｉＯ＿２４０〜６０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１
０〜３０重量％、ＭｇＯ２０〜４０重量％を主成分とし
、前記ＭｇＯのうちの１０〜３０重量％がＣａＯ、Ｓｒ
ＯおよびＢａＯからなる群より選ばれた少なくとも１つ
で置換されてなるガラス組成物粉末が７０〜９５重量％
と、フィラーが５〜３０重量％とからなる混合物を成形
し、焼成してなるガラスセラミック焼結体。
（２）フィラーが、α−石英、溶融シリカ、クリストバ
ライト、コーディエライト、ステアタイト、フォルステ
ライト、ウォラストナイト、ムライトおよびアルミナか
らなる群より選ばれた少なくとも１種である特許請求の
範囲第１項記載のガラスセラミック焼結体。
（３）焼成が１０００℃以下の温度で行われる特許請求
の範囲第１項または第２項記載のガラスセラミック焼結
体。