JPH01203242A - 低温焼成基板 - Google Patents

低温焼成基板

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JPH01203242A
JPH01203242A JP63027624A JP2762488A JPH01203242A JP H01203242 A JPH01203242 A JP H01203242A JP 63027624 A JP63027624 A JP 63027624A JP 2762488 A JP2762488 A JP 2762488A JP H01203242 A JPH01203242 A JP H01203242A
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和夫 近藤
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低温焼成基板、特に低誘電率に係るものに関す
る。
［従来技術及び課題］ 従来、電子機器の基板材料としてアルミナ基板が一般的
であるが、半導体デバイスの高機能化に伴い、ＩＣ素子
（ＬＳ　Ｉ、ＶＬＳ　Ｉ）の高集積化、高速化、大型化
に対応する基板材料として低温焼成基板が注口されてい
る。この低温焼成２！仮には、ガラス複合系、結晶化ガ
ラス系及び非ガラス系があり、アルミナ基板に比して、
低抵抗導体との同時焼成が可能であり、又低誘電率化が
可能であるという利点を有する。
しかし、近時、高速コンピュータ基板等においては電気
素子搭載後の使用周波数（Ｇｔｌｚ）がますます高周波
領域へ向かっているため、より低誘電率の基板材料が要
求されている。
そのため、材料自体の誘電率を下げる種々の提案がなさ
れている他９例えば、結晶質腹合酸化物及びＳｉＯ２を
主成分とし、　３０μｍ以下の気孔を１０〜３０体積％
存在させることにより、比誘電率をＩＭＩＩＺにおいて
５．０以下にしたものも提案されている（特開昭６１−
２７８１９４）。しかし、この基板にあっても強度の関
係上、誘電率は４．０が限界である。又９表面層及び裏
面層が強度１５ｋｇｆ／ｍ３以上の材料、その間の中間
層が誘電率５以下の材料からなり、それらを複合させて
なるものも提案されている（実開昭８１−１３４０８１
）。しかし、二以上の材料を複合化させるものであるた
め、その適合性を選択せねばならず、各層間の接合性劣
化が懸念される。
本発明の課題は、高強度を維持し、かつ熱膨張係数がＳ
ｉチップに近く、シかもより一層の低誘７ｕ率化をも可
能とすることによって信号遅延時間の短縮化を図ること
ができ、もって近時の電子デバイスの高速化に対応し得
る低温焼成基板を開発することにある。又、かかる低温
焼成基板を容易に量産できる製法を開発することにある
。
［課題の解決手段］ 本発明者は、こうした見地に鑑み、鋭意研究を徂ねた結
果１本来組織が著しく緻密なものとなる結晶化ガラス系
材料を多孔質にしたところ極めて優れた結果を得ること
を見出し、本発明を完成するに至ったものであり１本発
明は上述の課題を下記手段によって達成する。
（１）結晶化ガラス系材料を主成分とし。
極微細の気孔を均一に存在させ。
誘電率を低減してなる。低温焼成基板。
（２）結晶化ガラス系原料粉末をカーボンと混合。
成形し。
成形体を加熱処理して、カーボンを焼失させると共に、
結晶化ガラス系原料を焼結することからなる。
上記（’１　）の低温焼成基板の製造方法。
［好適な実施態様及び作用コ 結晶化ガラス系材料とは、ガラスとして成形した後に再
加熱してなるミクロンオーダの微結晶の多結晶集合体を
いい（ガラスセラミックスと同義）、ここではＲＯ−Ａ
ｊ！２０３−Ｓ　１０２（ＲＯはＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｌｉ
　　Ｏ，ＺｒＯ２゜ＢＯ，ＰＯ，ＹＯ，ＢａＯ等の金属 酸化物一種以上を示す）で表わされる系の材料を指ス。
例えばコージェライト系（Ｚ　ｎ　Ｏ−Ｍ　ｇ　０−Ａ
ｊ！　　Ｏ−８ＩＯ）、ＣａＯ−Ｂ２０３−Ｍ　ｇ　Ｏ
Ａ　ｊ！　２０３Ｓ　ｉＯ２系、　Ｙ２０３−Ｍ　ｇ　
ＯＡ　ｊ！　　ＯＳ　ｔ　Ｏ２系が挙げられ、特にコー
ジェライト（２ＭｇＯ−２Ａｊ！２０３−５　Ｓ　ｉＯ
２）を主結晶とするコージェライト系が好ましい（例え
ば特開昭５９−　８３９５７．同５９−９２９４３、同
５９−１３７３４１参照）。結晶化ガラス系材料は、ガ
ラス複合系（ガラスにセラミックス等の充填材を添加し
てなるもの）又は非ガラス系材料との複合系材料であっ
てもよい（例えば特開昭５９−０４５４５参照）。平均
結晶粒径が５−以下、好ましくは３μＩ以下にするとよ
い。高気孔率化においても強度を維持するためである。
これらの材料のうち、緻密質（ブロック状）の状態で誘
電率（Ｉ　ＭＨｚ）　６以下、好ましくは５以下のもの
を選択するとよい。
気孔率は５〜９５％にするとよい。５％未満では誘電率
低減作用が少なく、又９５％を越えると短絡を防止でき
ず２強度低下が著しいためである。好ましくは３０％以
上、より好ましくは６０％程度にするとよく、誘電率を
４．０以下、更には３．０以下にできる。ただし、３０
％以上にする場合、その多孔質層を緻密質層サンドイッ
チ構造にするとよい。
使用時の短絡を防止し、又表面平滑度を高めるためであ
る。平均孔径は１０μｍ以下にするとよい。１０μｍを
越えると短絡のおそれがあるからである。好ましくは５
μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下である。又、同様
な見地で、孔径１０趣以下の気孔が全気孔の５０％以上
になるとよい。好ましくは全気孔の８０％以」二にする
とよい。
前述のサンドイッチ構造にする場合、多孔質層と緻密質
層とは同質の材料であることが好ましい。接合性の低下
を防止し、短絡を極力抑制するためである。両層の厚み
比、即ち緻密質層の厚み／多孔質層（片側）の厚みは１
／２５〜２１１５にするとよい。具体的寸法で云えば、
焼成処理後において多孔質層の厚みを　１５０〜２５０
μ−にする六よい。
１５０μｍ未満では絶縁が不十分となり、一方２５０μ
ｌを越えると強度に悪影響が生じるおそれがあるからで
ある。又、緻密質層（片側）の厚°みを１０〜２０μｍ
にするとよい。１０８１未満では短絡を確実に防止でき
ず、一方２０μｍを越えると誘電率が４．０以上になる
からである。気孔は独立孔（閉気孔）として基板全体に
均一に存在することが好ましい。連通孔が存在すると短
絡のおそれが生じ、又不拘−に存在すると低誘電率化に
バラツキを生ずるからである。
このように結晶化ガラス系材料に気孔を存在させた場合
、気孔の存在部位は誘電率が１であり。
しかも本発明では結晶化ガラス系材料を主成分として気
孔率を極めて高く維持できるので。
誘電率を４．０以下とすることができる。好ましい態様
においては３．５以下、さらには３以下にできる。又９
強度も実用上充分なレベル１０〜１３ｋｇ／ｌｌｌ１１
２であり、熱膨張係数についてもＳｔチップ（α−３，
５Ｘ　１０−６／　’Ｃ）に近い値であるα−２〜５　
ｘ　ｌＯ＝／　’Ｃとすることができる。
製法について云えば９次の通りである。原料としては結
晶化ガラス系粉末を主成分とし、これを溶剤１分散剤、
可塑剤及びカーボン粉末とトロンメルで混合してスラリ
ー化する。カーボン粉末としてはカーボンブラック等を
用いる。結晶化ガラス系材料の粉末粒径は２　＃Ｉｌ〜
３μｍが好ましい。
カーボンの粉末粒径は結晶化ガラス系材料の粒径と同等
以下１例えば２μｌ以下にすることが好ましい。カーボ
ン粉末は結晶化ガラス系材料粉末に対して３０〜７０ν
ｔ％、好ましくは４０〜Ｈνｔ％混合させるとよい。こ
のスラリーを用いてドクターブレード法によって０　、
５　ｍｍ厚以下、好ましくは０．１〜０　、３　ｍｍ厚
のグリーンシートを作成する。カーボン粉末と結晶化ガ
ラス粉末は比重が近似しているので、シート化する際に
カーボンが均質に分散する。
次に、このシートを酸化雰囲気中例えば大気中にて５０
０℃以下、好ましくは９００℃以下の温度で加熱処理す
ることにより、まずカーボンが酸化されて焼失し、結晶
化ガラス系粉末が焼成されて多−孔質の基板が得られる
。仮焼した後本焼成する多段階焼成であってもよいし、
特にＣｕ　Ｏ／　Ｃｕメタライズ印刷の場合には、還元
雰囲気中で焼成してもよい。仮焼温度は５００°Ｃ〜７
００℃にするとよい。又前記サンドイッチ構造の基板を
製造する場合、上記多孔質層用材料と同様なもの（カー
ボン粉末金含有しないこと以外、同一の成分からなるも
の）を用いてスラリー得、このスラリーを上記多孔質層
の両面に塗布し、上記と同様の温度域で焼成するとよい
。カーボンの焼失によって気孔が形成されるので、微細
気孔を均一に存在させることができ、しかも揮発して残
存しないため結晶化ガラス特性に悪影響を与えない。
その後１通常のメタライズ処理即ち厚膜配線法、同時焼
成法、薄膜配線法によってメタライズ化する。尚、同時
焼成する場合、グリーンシートに導体ペーストでパター
ン形成し、同時焼成に供することは勿論である。
導体材料としては厚膜用の場合Ａｕ、Ｃｕ。
Ａｇ／Ｐｄ系、同時焼成の内層導体用の場合Ａｕ、Ｐｔ
、Ｐｄ、Ｃｕ系、薄膜用の場合。
Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗが好ましい。
本発明の低温焼成基板は、ＩＣパッケージ、多層回路基
板、トランジスタ容器に使用でき、高速コンピュータ用
ＩＣ素子基板として好適である。
［実施例］ 以ド１本発明の詳細な説明する。
ＺｎＯ・Ｍｇｏ−Ａ（０・ＳｉＯ２１００部。
バインダ（何機質バインダ）１０部、溶剤３０部２分散
剤１部、カーボン５０部、（尚、各成分粉末は５μｍ以
下である）を湿式混合してスラリー化し、ドクターブレ
ード法で０．３市厚のグリーンシートを作製する。又、
上記成分と同様な成分（カーボンを含何しない）を用い
て印刷ペーストを作製する。次に、グリーンシートの表
裏に印刷ペーストを塗布し、金型ブレスにてパンチング
して所定位置にスルーホールをあける。次に、このシー
トのスルーホールに導体ペースト（Ｐｔ／Ｃｕ。
Ｐｄ／Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ。
Ｐ　ｔ　／　Ａ　ｕ　、　　Ｐ　ｄ　／　Ａ　ｕ等）を
充填し、スクリーン印刷によって所定回路パターンに印
刷する。次に、導体印刷されたグリーンシートを順次積
層して４層構造とした後、所定の大きさに切断する。
次に、この４層体を樹脂抜した後ベルト炉で大気中ガ温
速度り℃／分、０５０℃で２時間保持して加熱処理して
、第１図に示すように絶縁層１が多孔質層１ａ、緻密質
層１ｂのサンドイッチ構造からなる多層回路基板を得る
。絶縁層１の厚みは多孔質層１ａが２５０μｍ、緻密層
１ｂが、１５μｍであった。尚、第１図において、２は
導体、３はスルーホールを示す。また、こうした処理手
順をフローチャートとして第２図に示す。比較例として
。
カーボン粉末を含有しないものを用い、絶縁層が緻密質
層（厚み２８０μ１１）のみからなる多層回路基板を得
た。
その結果１本実施例のものは気孔率８０％。
誘電率（ε　）−３［ＩＭＩＩｚ］であるのに対し。
比較例のものは気孔率１％、ε　ζ６［ＩＭＨｚｌであ
った。又２本実施例のものは高気孔率でありながら、実
用上充分な強度１１ｋｇ／ｃｍ２を維持し、しかもＳＬ
素子の熱膨張係数（α−３，５ＸＩＯ／’Ｃ）に近いα
値α−３，ＯＸ　ｌロー６／℃を示す。
［発明の効果コ 以上の如く本発明によれば、高強度を維持しつつ、極め
て低誘電率（好適な態様によってはξ８−３以下を達成
）の低温焼成回路基板を得ることができ、信号遅延時間
を短縮し得るので、近時の半導体デバイスの高速化に対
応できる。高気孔率でありでも実用ヒ充分な強度（１０
〜１３ｋｇ　／　ｍｍ　２）を維持し、又膨張係数につ
いてもＳｔ素子に近い値（２〜５　Ｘ　１ｏ−６／　”
Ｃ）を示すので、工業上極めてａ用である。
【図面の簡単な説明】
第１図は実施例に係る多層回路基板を示す断面図、及び 第２図は、実施例に係る製造手順を示すフローチャート
。 を夫々表わす。 出願人　　日本特殊陶業株式会社 代理人　　　弁理士　　加　藤　朝　道（外１名） 第１図 第　　２　　図 手続補正書（自発） 昭和６３年３月２５日

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）結晶化ガラス系材料を主成分とし， 極微細気孔を均一に存在させ， 誘電率を低減してなる，低温焼成基板。
  2. （２）結晶化ガラス系原料粉末をカーボンと混合，成形
    し， 成形体を加熱処理して，カーボンを焼失させると共に，
    結晶化ガラス系原料を焼結することからなる， 請求項１記載の低温焼成基板の製造方法。
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