JPH02226787A

JPH02226787A - 混成回路

Info

Publication number: JPH02226787A
Application number: JP1330930A
Authority: JP
Inventors: Gaylord L Francis; ゲイロード　リー　フランシス; Francis W Martin; フランシス　ウィリス　マーティン
Original assignee: Corning Inc; Corning Glass Works
Current assignee: Corning Inc; Corning Glass Works
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1990-09-10
Also published as: EP0374452A2; CA2000680A1; US4927711A; EP0374452A3

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）この発明は、混成回路と、このような回路を構成するの
に有用なセラミック製絶縁体とに関する。

特に、本発明は、交差橋を含む混成回路を製造する際に
、膨張率の小さい基板と親和し得る熱的に結晶化される
ガラス製コーティングに関スる。

（発明の背景）アルミナＣＡｌ１ｚ　Ｏ８）は、長い寿命と高い信頼性
が要求される電子回路において好まれるセラミック製基
板材料であった。しかし、成る種の高性能が要求される
用途においては、焼結済みアルミナ製基板は不満足なも
のであることが証明されている。

アルミナ体は、研摩されて滑らかに仕上げられることが
可能であるけれども、焼結の際には大きく縮む（約１８
％）。結晶済みアルミナは、約１０と言う比較的大きい
絶縁定数を存しており、このことは、線間の間隔を制限
するとともに、動作時の信号の遅延およびノイズの原因
となる可能性を有するものである。また、その熱膨張係
数（約８５Ｘ１０°７／℃）は、シリコンφチップの熱
膨張係数（約３５ＸＩＯ°７／℃）と比較して、比較的
大きいので、そのようなチップをアルミナ製基板に固着
することは困難になることがある。最後に、焼結を一緒
に行なうには、高温焼結温度（約１６００’Ｃ）が必要
とされる。このことは、モリブデンおよびタングステン
に対して採用されることが可能な金属を制限するととも
に、銀、銅、および金を排除するものである。

たがって、焼結アルミナよりもさらに親和性の良い特性
を有する基板材料が探索されてきている。

特に、約４５ＸｌＯ°７／”Ｃ以下の熱膨張係数を有す
る材料であって、この結果、シリコンに対してさらに密
接に合致するとともに、アルミナよりも小さい絶縁定数
を有するものが追求されてきている。

特に董青石タイプのガラス・セラミック材料は、かなり
の注意を払われてきている。１９８８年８月３１日に出
願され、かつこの出願の譲受人へ譲渡されたと共に係属
中の特許出願連続番号第０７／２３Ｌ５７４号において
、その歴史の幾つかが概観される。

この共に係属中の出願は、変更された董青石の組成を開
示しており、この組成物は、アルミナの特性よりも優れ
た特性を有し、しかも１０００℃以下で焼結されること
が可能である。後者の特性は、緒の焼結、すなわち貴金
属製回路の焼結と、前記基板の焼結とを一度の熱処理で
行なうことを可能にしている。

アルミナ窒化物（Ａ　Ｉ　Ｎ）およびムル石は、基板材
料としてかなりの見込みを有する他のセラミック材料で
ある。ＡＩＮは、熱膨張係数の親和性に加えて、例外的
に高い熱伝導性を有するものである。このことは、回路
の動作時に発生する傾向がある高温点から熱を消散させ
ることができ、こうしないと、この熱は前記回路を損傷
させることがある。米国特許節４．７１９．１８７号は
、ＡＩＮと、これを製造するための改良された方法とを
説明している。

これらの膨張率の低い基板材料が出現したため、交差橋
を含む混成回路を製造するには、親和性のある膨張特性
を有する新しい絶縁体に対する需要が生じている。

（発明の目的）このため、本発明の基本目的は、交差橋を含む混成回路
における厚いフィルム状の絶縁体を提供することである
。

他の目的は、アルミナ窒化物、ムル石、および董青石タ
イプのガラス番セラミックのような、熱膨張率の小さい
基板に親和し得る膨張特性を有する絶縁体を提供するこ
とにある。

さらに他の目的は、アルミナ窒化物、ムル石、および董
青石タイプのガラス・セラミックのような、熱膨張係数
が約４５ＸｌＯ″？／”Ｃ以下である膨張率の小さい基
板を有する改良された混成回路を提供することにある。

（発明の要約）本発明の一特徴は混成回路であって、この混成回路は、
少なくとも１層の基板材料を具備し、この基板材料は、
約４５Ｘ１Ｇ’以下の熱膨張係数を有するとともに、ア
ルミナ窒化物、ムル石、および董青石タイプのガラス・
セラミックからなるグループより選択され、また前記混
成回路は、前記基板に粘着された厚いフィルム状の絶縁
体を有し、このフィルムは、主要結晶相としての珪酸亜
鉛鉱と、二次相としての董青石とを含むガラス・セラミ
ックからなっている。好ましいのは、前記ガラス・セラ
ミックが、本質的に、Ｌ　１２０　％　Ｎ　ａ２Ｏ５お
よびに、Ｏの無い組成を有するとともに、本質的に、酸
化物ベースで重量パーセントとして計算されるときに、
１５〜４５％のＺｎＯと、３〜１５％のＭｇ　Ｏと、１
０〜３０％のＡｊ！ｚ　０３　と、３０〜５５％の５ｔ
Ｏ２とからなっていることである。前記絶縁フィルムは
、混成回路を形成するために追加の回路の着設が必要と
される場合には、絶縁を行なう交差橋の形態を取ること
ができる。

（従来の技術）発明の背景の欄において先に記載した引用例に加えて、
以下の米国特許が注目される。

第４．２２１．０４７号は、多層ガラス・セラミック上
部構造を開示し、これにおいては、先に形成された多層
ガラス会セラミック・ベース上に導体が多層に亘って分
配されている。これに採用されるガラス・セラミックは
、アルファ董青石とベータ・シリア輝石タイプのもので
ある。

１４．７１４．６８４号は、ガラス・セラミックの用途
を開示し、このガラス・セラミックは、本質的に、１５
〜４５％のＺｎＯと、１０〜３０％のＡＪ２ｚ　ｏ、と
、３０〜５５％のＳｉＯ２とからなり、かつ集積回路パ
ッケージ内の基板として、主要結晶層としての珪酸亜鉛
鉱を含んでいる。

（実　施　例）以下、図面を参照して本発明を説明する。

第１図は、上敷きを含む簡単なハイブリッド（混成）回
路を示す上部平面図である。参照数字１０は基礎基板を
指示し、その基礎基板１０は、アルミニウム窒化物、ム
ル石、または董青石タイプのガラス・セラミックからな
る、焼結され、かつ表面処理された本体からなっていて
もよいものである。

複数の金属化されたライン１２が、複数の端子１４間に
延在し、ライン１２は、貴金属性の金属化用ペーストで
形成されてもよいものである。低膨張率の基板に合致す
るように特に適合されたペーストが、我々の１９８８年
１１月２１日に出願され、かつ発明の名称７＞（ＭＥＴ
ＡＬＬＩＺＥＤ　５ＵＢＳＴＲＡＴＥ　ＦＯＲＥＬＥＣ
ＴＲＯＮＩＣＤＥＶ　Ｉ　ＣＥとなっている共に継続中
の米国特許出願節２７３．５８Ｂ号に記載されている。

第２および３図にさらに示されているように、交差橋１
Ｂが、電気的絶縁を行なうガラス・セラミック製の帯状
材料からなっている。交差橋１６は、ライン１２に対応
する他の回路要素１８のための基板を有効に形成してい
る。この回路要素１８は、ラインエ２に交差し、かつ複
数の端子２０間に延在している。

端子１４および２０は、金のような金属からなる電極で
あってもよいものである。これらの端子は、ロウ接によ
り、または他の方法で他の導電性要素へ接続されること
ができる。そのような接点（端子）を形成することは、
従来の技術で行なわれる。

本発明は、第１．２および３図に示されているように、
主として、ハイブリッド回路に上敷きを設けることに関
する。従来のガラス、およびガラス・セラミック製ペー
ストは、アルミニウム窒化物、ムル石、および董青石タ
イプの基板に合致するように、各特性の必要な組合わせ
を達成していなかった。この特性の組合わせには、貴金
属回路の使用を可能にするために、小さい熱膨張係数と
、小さい絶縁定数と、低損失の脱線と、そして１０００
℃以下で焼結される能力とが含まれている。

我々は、現在、珪酸亜鉛鉱の一次結晶相、および董青石
の二次相でガラス・セラミックを製造するために熱的に
結晶化するガラスが、種々な要件に合致することを見出
している。これらのガラスは、酸化物ベースで計算され
るときの重量パーセントで示すと、本質的に、１５〜４
５％のＺｎ０，３〜１５％のＭｇ　０１１０〜３０％の
Ａｊ！ｚ　ｏ、　、および３０〜５５％のＳｉｎ、から
なることができ、そして本質的に、アルカリ金属酸化物
であるＮ　ａ　２０５Ｌ１２０、およびに２０を含まな
いものである。

また、８〜１２％のＺｎ　０２から選択される核形成材
、またはＡｕ、Ｐｄｓおよびｐｔから選択される０、０
０１〜０．０５％の貴金属からなる核形成材も存在して
もよい。他の選択可能な成分としては、５％までのＢ、
ｏ、　、５％までのＣａＯおよび／またはＳｒＯおよび
／またはＢａＯおよび／またはＰｂＯ１７％までのＣｓ
　０２　、ならびに１５％までのＭｎ　Ｏがあるが、そ
のような選択可能な酸化物の総量は、約１５％を越えな
いことを前提としている。

（別の実施例） −続きの４枚の厚いフィルムからなる絶縁性ペーストを
用意するために、粉末化された４種の異なるガラス・フ
リットの各々が、重量での分量に基づいて、篩分は済み
媒体に混合された。各場合における篩分は済み媒体は、
アルコール溶剤中に溶解された６重量％のエチル中セル
ロースであった。その溶剤は、Ｅａｓｔｍａｎ　Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｃｏｒｐ、と言う会社からＴｅｘａｎｏｌ
の商標で入手可能である。

４つの異なるガラス・フリットが採用された。

それらの各々は、珪酸亜鉛鉱の一次結晶相、および董青
石の二次相により特徴付けられるガラス・セラミックを
製造するために、熱的結晶化の可能なものであった。

上記フリットの成分は、−窯分から酸化物ベースで重量
部により計算されるとき、以下の表１に記載されたもの
である。

表　　　１ＢＣＤＭｇ０　８．６７．２９．９１３．８Ｚｎ　Ｏ３７，７３９，０２Ｂ、１３１８．５ＡＪ！ｚ
　０３　１７．８１４．３１９．４２３．２ＳＩ　０２
３７．８３９．５４４．１４４．４各組成物は、対応す
る酸化物に基づき、−窯分のガラスとして混合された。

これらの−窯分のガラスは、１５５０℃で溶解され、冷
却され、そして粒状化され、それから、アルミナ玉を用
いてボールミルにかけられ、約３．３ミクロンの平均サ
イズを有する粒子にされた。各ガラスは、粉末状態で前
記篩分は済み媒体に混合され、これによりペースト状（
糊状）の混合物が作られた。各混合物は、約５分間、３
０一ル式製粉機にかけられて均質化され、滑らかなペー
ストにされた。これらのペーストでは、４０重量％め篩
分は済み媒体に対して、６０重量％のガラス・フリット
の比率となっている。

しかし、前記篩分は済み媒体は、望まれる粘度に従って
、僅か１０重量％から５０重量％まで変えられることが
可能である。

そのように製造された各ペーストは、膨張率が小さい２
つの異なるタイプの基板の表面上に塗布された。これら
の基板は、予め焼結された帯状材料の形態となっていた
。これらの帯状材料は、アルミニウム窒化物（ＡＩＮ）
、または董青石タイプのガラスφセミツクからなり、か
つ重量パーセントで計算された次の成分を有している。

すなわち、５１．０％の５ｉｎ２と、２４．８％のＡＪ
ｌ□０．と、１３．１％のＭｇ　Ｏと、３４１％のＢａ
Ｏと、１．４％の８２０３と、６．６％のＺｎＯである
。

前記ペーストで被覆された各基板は、９５０℃で焼結さ
れた。各基板サンプルは、粘着性があって無孔質のガラ
ス舎セラミック性コーティングをその表面に有していた
。これらのコーティングされたサンプルは、割れまたは
破けが観察されない状態で、＋１２５℃および一５５℃
の間の熱サイクルを数回受けた。

我々の好ましい組成である組成りに基づくペーストは、
９２５℃で焼結されたときに、割れのないコーティング
を形成した。したがって、このペーストは、電気的特性
をチエツクするために使用されるキャパシタ型の構造を
作るために、董青石製基板上の金製電極に対して採用さ
れた。

上記構造においては、厚いフィルム状の金製電極（Ｅｎ
ｇｌｅｈａｒｄ　Ａ−３３８０）が、シルクスクリーン
法により前記基板上に形成され、そして９２５℃で焼結
された。組成りから用意されたペーストからなる４種の
被覆材が、前記金製電極上にスクリーン法により着設さ
れ、それから、各被覆材は、次の被覆材の塗布の前に、
１２５℃で乾燥された。つぎに、その被覆材をコーティ
ングされた基板は、９２５℃で焼結され、それから前記
底部の電極に対応する上部の電極の塗布が行なわれた。

そのように製造されたキャパシタ構造上で測定を行なっ
た結果、次のようなデータが得られた。

焼結厚さ　　　　４７ミクロン絶縁破壊電圧　　１０００ボルト／ミル（子分の２．５
４ｚ）以上エネルギ散逸率　１ｋｈ、から１■ｈ、までで０．００
３絶縁定数　　　　１ｋｈ、から１−ｈ、までで約７．
５ＡＩＮ製基板上の同様の構造に関しても、同様のデー
タかえられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、上敷きを示す混成回路の簡単な形態の上部平
面図である。第２図は、第１図の側面立面図である。第３図は、第１図の３−３線に沿って取られた断面図で
ある。１Ｇ・・・基板　　　　　　　　１２・・・金属ライン
ｔａ・・・交差橋

Claims

【特許請求の範囲】

（１）混成回路であって、アルミニウム窒化物、ムル石
、および董青石タイプのガラス・セラミックから選択さ
れた材料で構成された基板と、この基板の表面に粘着し
た絶縁性の厚いフィルムとを具備し、このフィルムは、
珪酸亜鉛鉱の一次結晶相、および董青石の二次相を有す
るガラス・セラミックで構成されていることを特徴とす
る混成回路。
（２）前記絶縁性の厚いフィルムが、交差橋を形成して
いることを特徴とする請求項１記載の混成回路。
（３）前記絶縁性の厚いフィルムが基本的にＮａ＿２Ｏ
と、Ｌｉ＿２Ｏと、Ｋ＿２Ｏの無い組成を有するととも
に、本質的に、酸化物ベースで重量％として計算される
ときに、１５〜４５％のＺｎＯと、３〜１５％のＭｇＯ
と、１０〜３０％のＡｌ＿２Ｏ＿３と、３０〜５５％の
ＳｉＯ＿２とからなっていることを特徴とする請求項１
記載の混成回路。
（４）混成回路であって、アルミニウム窒化物、ムル石
、および董青石タイプのガラス・セラミックから選択さ
れた材料で構成された基板と、この基板の表面の一部の
上に塗布された金属製回路と、前記基板に粘着し、かつ
前記回路の少なくとも一部を被覆した電気的に絶縁を行
なう厚いフィルム状絶縁体の層とを具備し、前記絶縁体
は、珪酸亜鉛鉱の一次結晶相と、董青石の二次相とを有
するガラス・セラミックで構成されていることを特徴と
する混成回路。
（５）前記金属製回路が、焼結された貴金属製ペースト
で形成されていることを特徴とする請求項４記載の混成
回路。
（６）前記厚いフィルム状の絶縁体が、前記基板上の金
属製回路に交差した帯状材料の形態となっていることを
特徴とする請求項４記載の混成回路。
（７）前記厚いフィルム状の絶縁体が、その表面上に前
記金属製回路を担持していることを特徴とする請求項４
記載の混成回路。
（８）前記帯状材料の形態となっている厚いフィルム状
の絶縁体からなる交差体が、焼結された貴金属製のペー
ストで形成された回路を担持していることを特徴とする
請求項６記載の混成回路。