JPS6350345A

JPS6350345A - ガラスセラミツク焼結体

Info

Publication number: JPS6350345A
Application number: JP61191889A
Authority: JP
Inventors: Hisamitsu Takahashi; 高橋　久光; Masayuki Ishihara; 政行石原; ▲槙▼尾　圭造; Keizou Makio; Shoichi Oka; 昭一岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1988-03-03
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0617249B2

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、ガラスの粉末とフィラーの粉末とが混合さ
れてなる混合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、筒集積化した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
内の配線中を伝播する信号の伝達時間が長（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
ことばできない。

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。

この基板に使用されるガラスは、通常、５ｉＯｚ　　Ａ
ｌｚＯｓ　　ＭｇＯ系ガラスであって、その組成は、３
１０　Ｚ　、Ａ　１□Ｏｘ　、Ｍ　ｇ　Ｏを主成分とし
、さらにＺ　ｎ　Ｏ％　Ｌ　ｉ　ｚ　Ｏ１Ｌ　ｉ　Ｆ　
％　Ｐ　２０３１等の核生成剤と、Ｂｚ　Ｏｙ　、Ｐ２
０５　％　Ｌ　ｉｚＯ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。

このようなガラス粉末焼結体の具体例が、特公昭５９−
２２３９９号公報、特開昭５９−１７７５２号公報、特
公昭５７−６２５７号公報、および特公昭５９−４６９
００号公報などに記載されている。しかし、特公昭５９
−４６９００号公稚以外の上記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なとの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。

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、上記のイオン伝導性の高い元素を含んで
おらず、上記マイグレーションに伴う絶縁性の劣化はな
いものであると、考えられる。しかしながら、特公昭５
９−４６９００号公報のガラス粉末焼結体は、低抵抗金
属配線を成形体（グリーンシート）上に印刷しておいて
、同時に焼成を行うときに、配線と成形体の収縮率がう
まく合致しないため、焼成完成後の基板がそったり、寸
法精度が良くないなど問題があった。

〔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かるべく鋭意検討を行っ
た。その結果、つぎのようなことを見出して、この発明
を完成させた。

したがって、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、ＳｉＯ□が４８〜６３重量％、Ａ　１　ｚ　Ｏｙが１０〜２５重量％、ＭｇＯが１０〜
２５重量％、Ｂ２Ｏ３が４〜１０重量％全部らなる母ガラスに、Ｔ　ｉ　Ｏｚ　、　　Ｚ　ｒ　０
２　、　　Ｓ　ｎＯｚ　、Ｐｇ　Ｏｓ　、ＺｎＯ，Ｍｏ
○、およびＡｓｚＯ３からなる群より選ばれた少なくと
も１つよりなる核発生剤が５重量％以下含まれる組成で
あり、ガラス組成物粉末とフィラーとが、ガラス組成物粉末が７０〜９５重量％、フィラーが５〜
３０重量％、の混合割合となっ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。

粉末化されるＳｉＯ□−Ａ１□０３−ＭｇＯ−８２０３
系のガラス組成物が上記組成範囲にあるものであると、
好ましくは、８５０℃付近、少なくとも９５０℃以下の
焼成温度で非多孔質の焼結を行うことができる。そして
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（、機械的強度も大きくなる。また、ガラス原料
の溶解温度も１４００℃で十分できるため、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。

第１図は低抵抗金属材料配線の温度と収縮率の関係をあ
られすグラフであって、曲線イはＡｕの収縮曲線であり
、曲線口はＡｇ−Ｐｄ合金（Ａｇ：８０重量％、Ｐｄ：
２０重量％）の収縮曲線である。第２図は、ガラス粉末
焼結体の温度と収縮率の関係をあられすグラフであって
、曲線ハは後述する実施例２におけるガラス粉末成形体
の収縮曲線であり、曲線二は、後述する比較例３のガラ
ス粉末成形体の収縮曲線である。配線の方は、４００℃
ですでに収縮が始まっており、実施例２の方は低い温度
から収縮がはじまっているため、うまく配線と成形体の
収縮を合わせることができる。

比較例３の方は、高い温度でないと収縮が始まらないた
め、低い焼成温度でうまく収縮を合わせることは難しい
のである。

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、次の理由によるＳｉＯ２の組成
割合が６３重貴簡を越えると、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。４８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９５０″Ｃ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。

Ａｌ２Ｏ３の組成割合が２５重全部を越えると、焼結で
きる温度が上昇し、９５０”Ｃ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、５１０２−Ｍｇ０系の結晶が
多（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、おそらくは
、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重量％を下回ると１、緻密な焼結体となりがたい。

Ｂ２０．の組成割合が１０重世％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（
なる。また、機械的強度も弱く実用性に乏しくなる。４
重世％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がたい。

Ｔｉ０ｚ　、Ｚｒ０ｚ　、５ｎｏＺ　、ＰＺ　Ｏ５、Ｚ
ｎｏ、Ｍｏｂ、およびＡｓ２Ｏ，などの核発生剤は、結
晶化を促進するものであるが、これらが、５重量％を越
えると、結晶化が進みすぎるため緻密な焼結体となりが
たい。

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、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。添
加割合は、５重量％〜３０全部％、好ましくは、５重量
％〜２０重量％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
焼結ができなくなる。また、焼結体バルク内部にボアー
を多く含むようになる。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なく
なる。

上記に挙げられたフィラーのうち、α−石英。

ｉＭ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、高密度釜Ｊｉ！
ｉ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、多層基板として
有用であるという傾向がある。

フィラーとして、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’１Ｂ融し、こ
の溶融体を結晶を析出させないようにｅ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１〜１０μｆ
ｆ１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′ｆａ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、）２ｔ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シよ、特に
限定されず、ン是式または乾式のいずれによっても良い
、成形体を得るのに用脂、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℃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表のガラス組成物Ｇ−１〜Ｇ−１８（このうち、Ｇ
−１〜Ｇ−９は実施例のもの、Ｇ−１０−Ｇ−１８は比
較例のものである）に示す割合に調合されたＳｉＯ□、
Ａ　Ｉｔ　Ｃｈ　、ＭｇＯ１および、核発生剤からなる
原料それぞれをアルミナ質ルツボ内に入れて約１５００
〜１５５０℃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〜ＩＯ
μｍのガラス粉末とした。

このガラス粉末に、第２表の実施例１〜２０および比較
例１〜８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
いてドクタブレード法によりフィルムシート上に０．２
富−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璽■角となるように打ち凄
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１〜２０および比較例１〜１
５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（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、ＩＭＨｚ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１〜１５の焼結体と比べて、１０００　’ｃ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１〜１５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１〜１５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、り焼結体は、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１０００℃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。

【図面の簡単な説明】

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＿２が４８〜６３重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３が１０〜２５重量％、ＭｇＯが１０〜２５重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３が４〜１０重量％、からなる母ガラスに、ＴｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、ＳｎＯ
＿２、Ｐ＿２Ｏ＿３、ＺｎＯ、ＭｏＯ＿３およびＡｓ＿
２Ｏ＿３からなる群より選ばれた少なくとも１つよりな
る核発生剤が５重量％以下含まれるような組成であり、
ガラス組成物粉末とフィラーとが、ガラス組成物粉末が
７０〜９５重量％、フィラーが５〜３０重量％、の混合割合となっ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
、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。