JPS6379739A

JPS6379739A - ガラスセラミツク焼結体

Info

Publication number: JPS6379739A
Application number: JP61223264A
Authority: JP
Inventors: Hisamitsu Takahashi; 高橋　久光; 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: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0617250B2

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裔まるに
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
に低くなついる。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、５ｉＯｚ　　Ａ
ｌｚ　０５−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５７−６２
５７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Ｎ　ａ　、Ｋ　＋　　Ｌ　ｉ　＋　　Ｐ　ｂ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。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５９−４６９００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を得られる
。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。

〔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
も低く、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か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。

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、５１０ｚ　　４８〜６３重量％、Ａ　ｌｘ　Ｏｓ　　１０〜２５重量％、ＢｉＯ２４〜１
０重量％、ＭｇＯ　１０〜２５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。

母ガラスの組成は、Ｓｉｎ、が４８〜６３重量％、ＡＩ
、Ｏ，が１０〜２５重量％、Ｂ２Ｏ３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ＢａＯ、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（９
６％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。しかも、置換されていないＳｉ
Ｏ□−Ａ　１２０３　　ＭｇＯＢ２０３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、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１４００℃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Ｓｔｏｗ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。

ＡＩ、０３の組成割合が２５重景％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、ＳｉＯ□−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重量％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　Ｃｈ
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、Ｂ２０．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。

ＭｇＯと置換するＲＯの置換率は、２０重量％を越える
と、ＭｇＯ成分が少なくなるため、α−コーディエライ
ト結晶の析出が悪（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。

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
％〜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、比較的イオン伝導性の高い上記元素を
ぶ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（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。

フンラーの粒度も、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、アルミナ賞ボ
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０．２ｍ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、５ｆｉ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、隆温し、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
Ｈｚ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。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦手続補正書（吟１、事件の表示昭和６１年時刻課２２３２６４号２、発明の名称ガラスセラミック焼結体３、補正をする者事件との関係　　　　　特許出願人任　　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　　（侭耕役藤井貞　夫４、代理人５、補正により増加する発明の数な　　　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、補正の対象明細書７、補正の内容＋１１　　明細書第１６頁第９行にｒ５ｍ角」とあるを
、「５０ｆｌ角」と訂正する。

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７０〜９
５重量％、フィラー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
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。