JPS63107838A

JPS63107838A - ガラスセラミツク焼結体

Info

Publication number: JPS63107838A
Application number: JP61254325A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼橋　久光; Hisamitsu Takahashi; Masayuki Ishihara; 政行石原; Keizou Makio; 槙尾　圭造; Shoichi Oka; 昭一岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-05-12
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPH0676227B2

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】〔技術分野〕この発明は、銀、銀−パラジウム、金などの低抵抗金属
と同時焼成でき、高集積化したＬＳＩを多数搭載するた
めの多層配線基板などの絶縁材料を製造するのに用いら
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、アルミナを主材料とする上述のような多層配線
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
構造の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１
０００℃付近であり、アルミナの焼結温度よりもはるか
に低（なついる。そのため、仮に用いたとしても、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
てしまうという問題があった。

こ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−セラミック体）の多層配線基板が提案
されている。

このようなガラス粉末焼結体、とくに、５ｉＯｔ　　Ａ
ｌ１０３−ＭｇＯ系（以下に、「コーディエライト系」
と記す）の具体例が、特公昭５９−２２３９９号公報、
特開昭５９−１７８７５２号公報、特公昭５７−６２５
７号公報、および、特公昭５９−４６９００号公報に記
載されている。

しかし、特公昭５９−２２３９９号公報、特公昭５７−
６２５７号公報および特開昭５９−１７８７５２号公報
公報に記載されているガラス粉末焼結体は、いずれも、
組成にＮａ、に、Ｌｉ、Ｐｂという比較的イオン伝導性
の高い元素を含んでいることから、マイグレーション現
象が生ずる。そのため、基板としてもっとも重要な特性
である絶縁性の劣化が生じやすいという問題がある。一
方、特公昭５９−４６９００号公報に記載されているガ
ラス粉末焼結体は、イオン伝導性の高い上記の元素をほ
とんど含んでおらず、上記マイグレーションに伴う絶縁
性の劣化というものはない。しかも、特公昭５９−４６
９００号公報記載のガラス粉末焼結体は、９５０℃近辺
の焼成温度で緻密な焼結体となる。しかしながら、実際
には、焼成は１０００℃をかなり超える温度で行うよう
にしなければ、析出結晶が完全なα−コーディエライト
にならず、μｍコーディエライトが多くなり、目的に合
うような電気特性や熱膨張率が得られない。そればかり
か、α型とμ型の混在した再現性の悪い結晶体しか得ら
れないと言う問題があった。また、従来のガラスセラミ
ック粉末の中には、導体配線と成形体との焼成収縮率が
うまく合致しないために、低抵抗金属配線を成形体（グ
リーンシート）上に印刷形成しておいて同時焼成を行う
ときに、焼成後の基板が反ったり、寸法精度が悪（なる
という欠点を持つものもあった。しかも、原料配合物を
融解するときの温度が高＜（１５００℃以上）、通常の
製造方法で製造する場合には難点があった。

〔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も十分緻密化されていて、誘電率
も低（、しかも、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劣化が起こらないばかり
か、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、この発明を完成させた。

すなわち、この発明は、ガラス組成物粉末とフィラーと
の混合物を焼成して得られるガラスセラミック焼結体で
あって、前記ガラス組成物粉末がＳｔＯ□　　４８〜６
３重量％、ＡｌｚＯｓ　　１０〜２５重量％、８２０３４〜１０重量％、ＭｇＯ１０〜２５重量％、重量なる母ガラスの前記ＭｇＯのうち３〜２０重量％が
ＢａＯ，ＳｒＯおよびＣａＯ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主成分に対し、Ｔ　１０
　ｔ　ｒ　　Ｚ　ｒ　Ｏｚ　＊　　Ｓ　ｎ　Ｏｔ　＊　
　Ｐ　ｔ０５　、ＺｎＯ，ＭＯＯ！　＋　Ｔａｇ　Ｏｓ
　＊　Ｎｂｚ　Ｏ、、ＡｓｔｏｌおよびＬｉ、Ｏからな
る群より選ばれた少なくとも１つの核発生剤が３重量％
以下の割合で添加されてなる組成を有し、このガラス組
成物粉末とフィラーとが、ガラス組成物粉末　７０〜９５重量％、フィラー　５〜
３０重量％、の割合で混合されていることを特徴とするガラスセラミ
ッ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。

母ガラスの組成は、Ｓｉｎ、が４８〜６３重量％、Ａｔ
、Ｏ，が１０〜２５重量％、重量ｕｓが４〜１０重量％
、ＭｇＯが１０〜２５重量％からなる。このような母ガ
ラスにおいて、ＭｇＯの３〜２０重量％がＢａｄ、Ｓｒ
ＯおよびＣａＯからなる群より選ばれた少なくとも１つ
（以下、「ＲＯ」とのみ記す）で置換されている。この
ようにすれば、アルミナの持つ比較的高い誘電率（９６
％アルミナで約１０）に比べかなり低いレベルの誘電率
を有するようになる。上記のように、５ｉＯｔ　　Ａｌ
ｚＣｈ　　ＭｇＯＢｔｕｓ系のガラス組成物のうちＭｇ
Ｏを、Ｂａｄ、ＳｒＯ，ＣａＯなどのアルカリ土類金属
酸化物で３〜２０重量％重量しても、置換されていない
上記組成範囲の５ｉＯｔ　Ａ　１！　Ｏｓ　　ＭｇＯＢ
ｚ　Ｏｘ系のガラス組成物と同様に、８５０℃付近、高
々９５０℃までの焼成温度で非多孔質の焼結を行うこと
ができる。そして、上記したように、焼結体の主結晶相
はコーディエライトとなるため、誘電率が低く、機械的
強度も大きくなる。また、ガラス原料の溶解温度も１４
００℃で十分できるため、溶融が通常の粘土ルツボや溶
解炉で十分間にあうので、製造上からも都合がよい、こ
のガラス組成物にさらに、３重量％以下、好ましくは、
０．５〜２重量％の核発生剤を添加するようにすると、
焼結体の結晶をより確実にα−コーディエライトとする
ことができる。核発生剤としては、ＴｉＯ□、　　Ｚｒ
ＯＨ、Ｓｎｏｗ　、Ｐｚ　Ｏｓ　、ＺｎＯ，ＭｏＯ３。

７’ａｚ　ｏｓ　、Ｎｂｚ　Ｏｓ　ｈ　Ａｓｚ　Ｏ３お
よびＬｉ！０などが挙げられる。

ＳｉＯ□の組成割合が６３重量％を越えると、緻密な焼
結体となり難い。４８重量％を下回ると、ガラス粉末の
結晶化温度が上昇して、９５０℃以下の焼成温度では十
分に結晶化することができなかったり、緻密化が難しく
なる。

Ａｌｚｏｓの組成割合が２５重量％を越えると、焼結で
きる温度が上昇し、９５０℃以下の焼成温度では十分な
焼結が行えない。１０重量％を下回ると、コーディエラ
イト結晶が少なくなり、Ｓｔｏ、−ＭｇＯ系の結晶が多
く析出するので、比誘電率が上昇する。

ＭｇＯの組成割合が２５重量％を越えると、恐らくは、
ケイ酸マグネシウムが析出するためと思われるが、変形
が大きくなり実用性に乏しい。１０重世％を下回ると、
緻密な焼結体となり難い。

コーディエライト系のガラス組成物に対してＢｔ　０３
を添加するようにすれば、さらに、低温で焼成でき、μ
ｍコーディエライトからα−コーディエライトへの相変
化も１０００℃以下で行えるのであるが、Ｂｚ　０３の
組成割合が１０重量％を越えると、ガラス相が多く、発
泡しやすくなり、焼成可能な温度範囲も狭くなる。また
、機械的強度も弱く実用性に乏しくなる。４重量％を下
回ると、ガラス粉末の表面層の結晶化が急激に進みすぎ
るため、緻密な焼結体となり難い。

Ｍ　ｇ　Ｏと置換するＲＯの置換率は、２０重貴簡を越
えると、ＭｇＯ成分が少な（なるため、α−コーディエ
ライト結晶の析出が悪くなり、電気特性が悪くなる。３
重量％を下回ると、効果が現れない。

核発生剤は、３重量％を越えると、結晶化が急激に進み
すぎて緻密な焼結体とならない。

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、アノーサイト、セルジアン、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。添
加割合は、５重量％〜３０重量％、好ましくは、５重量
％〜２０ｔｆｆｉ％である。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（なる。また、焼結体バルク内部にポ
アーを多（含むようになる。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
にくくなる。

上記に挙げられたフィラーのうち、α−石英。

溶融シリカ、クリストバライト、コーディエライトなど
のグループのものを用いれば、特に、熱膨張率がシリコ
ン並に近い値を有するようになるので、高密度多層基板
として有用で、上記以外のグループのものを用いれば、
特に、熱伝導率が向上するので、多Ｎ基板として有用で
あるという傾向がある。

フィラーとして、比較的イオン伝導性の高い上記元素を
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、マイグレーシラン現象
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、微粉砕すれば得られるが、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１〜１０μｍ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、１０００℃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くなるおそれがある。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なる粉
末の成形体としては、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℃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。もちろん、同時焼成でなくてもよい。

この発明にかかるガラスセラミック焼結体の用途は多層
配線基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表の配合割合で、ガラス組成物Ｇ−１〜Ｇ−１８（
このうち、Ｇ−１〜Ｇ−１４は実施例のもの、Ｇ−１５
〜Ｇ−１８は比較例のものである）の原料を調合し、ア
ルミナ質ルツボ内に入れて約１４００〜１５００℃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、透明性のガラス組成物（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。

このようにして得た各ガラス粉末と各フィラーとを、第
２表に示す割合で調合し、さらに、有機バインダとして
ポリブチルメタクリレート樹脂、可塑剤としてフタル酸
ジブチル、溶剤としてトルエン等を加え混練し、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
ブレード法によりフィルムシート上に０．２　ｍｍ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　ｍｍ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。

つぎに、個々のグリーンシートにスルホールおよび低抵
抗金属材料による配線パターンを印刷形成した。この配
線パターンなどが形成されたグリーンシートを複数枚積
層し、プレス成形により成形体とした。

この積層グリーンシートを、まず、毎時１５０℃の速度
で５００℃まで昇温し、２時間４５分そのままで保持し
てグリーンシート中の有機物質を除去した。その後毎時
２００℃／時間の速度で、第２表に示した所定の焼成温
度温度まで昇温し、この状態を３時間保持したあと、毎
時１１０℃の速度で４００℃まで、降温し、以後、自然
放冷して焼結体を得た。　　　・このようにして得た実施例１〜２０および比較例１〜８
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表に併せて示した。なお、熱膨張
率、熱伝導率も併せて示した。比誘電率の測定は、ＩＭ
Ｉｌｚの周波数で行った。吸水率の測定は、ＪＩＳ　Ｃ
−２１４１に従って行った。

第２表にみるように、実施例１〜２０の焼結体では、比
較例１〜８の焼結体と比べて、９５０℃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１〜８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１〜８の焼結体は緻密な焼結状態ではないので
、その比誘電率の値は見掛は上の値（測定値は小さめに
出る）であって、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、熱膨張率、熱伝導率は表
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、以上にみたよう
に、特別に選ばれた組成を有するガラス組成物の粉末と
フィラー粉末とが混合されてなる粉末の成形体を焼成し
てなるので、緻密で、しかも、比誘電率の小さいものと
なっている。しかも、それが１０００℃以下の焼結温度
で達成することができる。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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラス組成物粉末とフィラーとの混合物を焼成し
て得られるガラスセラミック焼結体であって、前記ガラ
ス組成物粉末が、ＳｉＯ＿２４８〜６３重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１０〜２５重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３４〜１０重量％、ＭｇＯ１０〜２５重量％、からなる母ガラスの前記ＭｇＯのうち３〜２０重量％が
ＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯ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主成分に対し、ＴｉＯ＿
２、ＺｒＯ＿２、ＳｎＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５、ＺｎＯ、
ＭｏＯ＿３、Ｔａ、Ｏ＿５、Ｎｂ＿２Ｏ＿５、Ａｓ＿２
Ｏ＿３およびＬｉ＿２Ｏからなる群より選ばれた少なく
とも１つの核発生剤が３重量％以下の割合で添加されて
なる組成を有し、このガラス組成物粉末とフィラーとが
、ガラス組成物粉末７０〜９５重量％、フィラー５〜３０重量％、の割合で混合されていることを特徴とするガラスセラミ
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、アノーサイト、セルジアン
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。