JPH03218944A

JPH03218944A - 結晶化ガラス体および結晶化ガラス―セラミック体並びにこれを用いた回路基板

Info

Publication number: JPH03218944A
Application number: JP1578390A
Authority: JP
Inventors: Yuji Umeda; 勇治梅田; Shinsuke Yano; 信介矢野
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1991-09-26

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、結晶化ガラス体および結晶化ガラセラミック
体並びにこれを用いた回路基板スに関し、一層詳細には、高集積化したＬＳＩや半導体素
子を搭載する配線基板、パッケージ等を構成する絶縁体
を製造する際に用いられる結晶化ガラス体および結晶化
ガラス−セラミック体並びにこれを用いた回路基板に関
する。

［従来の技術］従来より高集積化したＬＳＩや各種の素子を多数搭載す
る配線基板においては小型化と信頼性の向上とが希求さ
れており、その要求に応じてセラミック材を用いた配線
基板の改良が常時試みられている。

初期の段階において、セラミック材を用いた配線基板は
、先ず、基板の主材料としてアルミナを用いたグリーン
シ一トを作製し、グリーンシ一ト上に導体として高融点
のモリブデン、タングステンを印刷形成し、このように
作製されたグリーンシ一トを２以上積層した後に約１５
００〜１６００℃で焼成することにより製造していた。

［発明が解決しようとする課題］然しなから、前記方法で得られる配線基板は、アルミナ
の有する高１ヒ誘電率と、導体として形成されたモリブ
デン、タングステンの高い導通抵抗とにより、電気信号
の伝達速度の遅延化が生じ、また導体幅の微細化が難し
く高速化、高密度化の目的に応えられていない。

この目的を達成するために、配線導体として高い抵抗値
を有するモリブデン、タングステンを排除し、低い抵抗
値を有する金、銀、銅、銀パラジウム合金を導体材料と
して用いることが試みられたが、金、銀、銅、銀−パラ
ジウム合金からなる低抵抗導体の融点は約１０００℃付
近に存在するため、１０００℃よりはるかに高い焼結温
度を有するアルミナ基板との同時焼成を行うことは不可
能であった。

そして、基板の主材料として、高融点のアルミナに代替
して前記低抵抗導体と同時焼成可能な結晶化ガラス、特
に低誘電率を有し且つ再結晶後にコージエライト結晶本
目を生じる結晶化ガラスを用いる技術的思想に到達した
。この種の従来技術は、例えば、特開昭５１−３７６５
５号、特公・昭５９−４６９００号、特公昭６３−６４
９９号、特公昭６３３１４２０号、特公昭６３−３１４
２２号に開示されている。

一般的に、これらコージェライト結晶相を生じる結晶化
ガラスは、７５０℃〜９００℃の狭い温度域で焼結およ
び結晶化が急激に生じる。

これに対し、金、銀、銅、銀−パラジウム合金の導体は
、これより低温の約４００℃付近より緩やかに焼結する
ため、前記結晶化ガラスとこれらの導体との同時焼成の
際に、両者の収縮特性の不整合により、反り（変形）が
生じ易いという問題があった。

また、前記の開示されているコージェライト結晶相を生
じる結晶化ガラスを用いた基板は、ＺｎＯ，Ｐ’ａＯｓ
、Ｔｌ０２、Ｓｎ○２、ＺｒＯ．等の核発生剤を含むた
め、結晶化が必要以上に促進され、ガラスが軟化し、焼
結される以前に結晶相が析出するに至る。

そのため、導体との同時焼成時に素地と導体との収縮特
性の不整合により生じる反り（変形）に対し、焼結段階
でのガラスの軟化による修復が困難となり、さらに反り
（変形）が生じ易いという不都合が露呈している。

また、導体として銅が用いられる場合は、脱バインダの
目的で非酸化的雰囲気において焼成時間を長くしなけれ
ばならないので反り（変形）を生ずるばかりか、緻密に
焼結しないことも判明した。

さらにまた、前記の結晶化ガラスと導体との収縮による
不整合を阻止すべく、結晶化ガラスにアルミナ等をフィ
ラーとして添加し、焼成による収縮を導体の収縮特性に
近づける方法が特開昭６２−２５２００４号、特開昭６
２−２５２３４０号、特開昭６２−２７８１４５号に開
示されている。

しかしながら、前記の開示された従来技術では、結晶化
ガラス中に核発生剤を含み、さらに結晶化ガラスの組成
（５１０２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ）が適正でなく、しか
も導体との同時焼成において焼成収縮と結晶化との時期
の差が適正でないため、前記の欠点を解決するには至っ
ていない。

すなわち、従来技術では配線基板等の絶縁材として用い
られる結晶化ガラス等の素地と低抵抗導体とを同時焼成
する際に結晶化ガラス等の素地と低抵抗導体との間の収
縮、不整合および結晶化の時期の不適合により生ずる反
り（変形）が生じてしまう。

従って、本発明の目的は、導体として低抵抗材料（例え
ば、金、銀、銅、銀−パラジウム合金等）を用い、且つ
基板の絶縁材として結晶化ガラス（例えば、誘電率の低
いコージェライト系結晶ガラス）を用いる結晶化ガラス
において、１０００℃以下の低い温度で前記低抵抗材と
の反り（変形）を生じることなく、また十分緻密に同時
焼成可能であり、さらに誘電率も低く且つ熱膨張係数が
基板に搭載する半導体素子であるシリコンと整合する結
晶化ガラス体および結晶化力゛ラスーセラミック体並び
にこれを用いた回路基板を提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記の課題を解決するために、本発明の目的は、３７〜６３重量％のＳｉ０２と、１８〜４３重量％のＡｌ２Ｏ３と、７〜２５重量％のＭｇＯと、からなり、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合計１００重量％に
対し１〜２０重量％のＢ２０３を含有することを特徴と
する結晶化ガラス体を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、３７〜６３重量％のＳｉｎ２と、１８〜４３重量％のＡｌ２Ｏ３と、７〜２５重量％のＭｇＯと、からなり、Ｓｉ○２とＡ　Ｉ２０　３とＭｇＯとの合計１００重量
％に対し１〜２０重量％のＢ２０３を含有してなる結晶
性ガラス組成物７０〜９５重量％と、フィラー２〜３０
重量％と、からなることを特徴とする結晶化ガラス−セラミック体
並びにこれを用いた回路基板を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、フィラーが石英およびアルミナよりなる群から選ばれた
少なくとも一種であることを特徴とする結晶化ガラス−
セラミック体を提供することにあるを提供することにあ
る。

また、本発明の他の目的は、結晶化ガラス体を用いた絶縁体と、この絶縁体上に金、
銀、銅、銀−パラジウム合金の少なくとも一種以上をメ
タライズした導体とを備えることを特徴とする回路基板
を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、結晶化ガラス−セラミック体を用いた絶縁体と、この絶
縁体上に金、銀、銅、銀−パラジウム合金の少なくとも
一種以上をメタライズした導体とを備えることを特徴と
する回路基板を提供することにある。

［作用］本発明に係る結晶化ガラス体および結晶化ガラス−セラ
ミック体は、主材料として上記結晶化ガラス組成物の組
成を用いるとともに、利用される配線基板等の導体とし
て金、銀、銅、銀パラジウム合金等の抵抗値の低い材料
を用いるが、一方、核発生剤を用いることな＜　１００
０℃以下の低温で十分緻密に且つ反り（変形）を生じる
ことなく同時焼成が出来、誘電率が低く、利用される配
線基板等に搭載する汎用の半導体素子の熱膨張係数に整
合させることが出来る。

また、結晶化ガラス−セラミック体においては、再結晶
後にコージェライトが結晶相となる結果生ずる熱膨張係
数の低下という物理化学的特性を熱膨張係数の大きい石
英、アルミナから選択される少なくとも一種をフィラー
として添加することにより阻止し、シリコンにより近い
熱膨張係数で焼成することが出来る。

［構成の具体的説明］？発明に係る結晶化ガラス体の製造に際し、原料の組成
は、ＳｉＯ２：３７〜６３重量％、Δ１■０３：１８〜
４３重量％、ＭｇＯ　：　７〜２５重量％とし、Ｂ２０
３をＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３　、ＭｇＯの合計１００重量
％に対しＢ２０３：１〜２０重量％の重量比で前記三成
分に外配するように調合する。

すなわち、ＳｉＯ２については、３７重量％より少ない
とスピネル相を生じるために焼成後の基板の誘電率およ
び熱膨張係数が大となる。一方、６３重量％より多いと
１０００℃以下の低温で緻密に焼結しなくなるからであ
る。

Ａｌ２Ｏ３については、１８重量％より少なく、一方、
４３重量％より多い場合にはガラスの製造が困難となる
からである。

また、ＭｇＯについては、７重量％より少ないとガラス
の製造が困難になる一方、２５重量％より多いとコージ
エライトの結晶相の析出がガラスの軟化途中またはそれ
以前の温度で生じ、導体との同時焼成により反り（変形
）を生じるからである。

さらに、Ｂ２０３については、１重量％より少ないとガ
ラスの製造が困難となる一方、２０重量％より多いと再
結晶後の残存ガラスの量が多くなるため抗析強度が弱く
なり、また気孔率も犬となるため最終製品として用いる
ことが困難となるとの理由による。

なお、その他の原料の組成成分としてＺｎＯ、Ｐ２０５
、Ｔ１０２、Ｓｎ０２、Ｚｒ０２等の核発生剤は有効量
含んでいない。

ここで「有効量」とは、添加することにより、その添加
物の効果が顕著に発現し、あるいは影晋を生じる量を意
味し、不純物として微量含有される場合は除外される。

つまり、核発生剤を含まないためにガラスの結晶化が必
要以上に早まることがないので、同時焼成時に発生する
反り（変形）が焼成過程のガスラの軟化により修復され
平坦化することが出来る。なお、この修復は基板自身の
重量によりなされるが、焼成の途中過程で重しをのせる
方法も可能である。

そして、前記組成によって配合された原料を溶融し、水
冷またはフレークローラーにより急冷しガラスを得る。

得られたガラスは、ロールクラッシャ、振勤ミル、ボー
ルミル等を用いて平均粒度１〜６μｍの粒度に微粉砕さ
れる。

前記原料粉末の粒度については、粒度が１μｍ以下では
必要以上に結晶化が促進され、前記と同様の理由により
前記低抵抗材を用いた導体との同時焼成により反り（変
形）を生じる一方、６μｍでは焼成体の表面粗さが著し
い粗面を呈し、ＬＳＩや各種半導体素子を搭載する基板
として実用に供することが不可能となる。

また、本発明に係る結晶化ガラス−セラミック体の製造
に際し、本発明で使用されるガラス原料は結晶化後、コ
ージェライト相が主たる結晶相となるため熱膨張係数は
シリコンの持つ示性値よりも低くなる特性を有する場合
がある。

従って、熱膨張係数をシリコンの持つ示性値に近づける
ために熱膨張係数の大きなアルミナおよび石英よりなる
群の少なくとも一種がフィラーとして選択添加される必
要がある。

また、フィラーとしてアルミナを選択添加した場合には
、アルミナは強度が大きく且つヤング率が大きいために
基板全体としての強度が向上する。さらに、導体として
銅、あるいは銅を主体とした金属を使用する場合、銅の
酸化を防ぐために非酸化的雰囲気で焼成する必要があり
、この結果、焼成以前の成形体に含まれる有機バインダ
を除去するために酸化的雰囲気で焼成するのに仕較して
長時間の焼成が必要となる。従って、この長時間の焼成
により導体と基板の焼成時に発生する収縮の不一致が顕
在化し、反り（変形）が生じ易くなる。フィラーの添加
は前記反り（変形）を阻止するので銅および銅を主体と
する金属を導体として用いる場合には特に好適である。

さらにまた、フィラーの粒径は、特に限定しないが、原
料のガラス粉末との混合能を高めるガラス粉末の粒径を
１〜６μｍを平均粒径とする。

また、本発明の回路基板としては、単層または多層配線
基板のいずれでもよい。

［実施例］以下に、本発明の実施例を示し、本発明に係る結晶化ガ
ラス体および結晶化ガラス−セラミック体並びにこれを
用いた回路基板について詳細に説明する。

なお、同時焼成の時に結晶化ガラス体および結晶化ガラ
ス−セラミック体と導体の収縮特性の不整合により生じ
る反り（変形）は第１図に示すように目視によっても明
らかに判定し得るものとし、表１、表２には、第１図（
ａ）のように反り（変形）のないものを○、第１図（ｌ
））のように反り（変形）のあるものを×として記入し
た。

実施例１結晶化ガラス体の作製に際し、ガラス製造後に表１に示
す組成によって配合された原料を１４５０℃〜１５５０
℃で溶融し、水冷またはフレークローラーにより急冷し
ガラスとする。得られたガラスをロールクラッシャ、振
動ミル、ボールミルのいずれかを用いて平均粒度１〜６
μｍに微粉砕し、原料粉末とした。

次いで、前記原料粉末＝１００重量部に対し、アクリル
系パインダ：１２重量部、可塑剤：２重量部、トルエン
：４０重量部、エタノール＝１０重量部、分散剤：１重
量部を加え、ボールミルで２４時間混合してスラリーと
なし、ドクターブレード法により厚さ０．４〜０．７ｍ
ｍのグリーンシ一トを形成した。

さらに前記グリーンシ一トに金、銀、銅、銀パラジウム
合金等の金属粉末よりなる導体ペーストをスクリーン印
刷法を用いて塗布した。

なお、導体ペーストを塗布する方法は、スクリーン印刷
法を含め当業者に知られた任意の手段の全てを採用する
ことが可能である。

ここで導体ペーストは表１に示す実験例１、２、３、４
では銀−パラジウム合金を用い、実験例５、１０、１１
、１２、１３では銅を用い、実験例６、７、８、９では
銀を用いた。

また、焼成は、導体ペーストに銀、銀−パラジウム合金
を用いた場合には、５００℃／１１の速度で昇温し、表
１に示した温度で夫々３０分から２吟間保持した。

さらにまた、導体ペーストに銅を用いた場合は窒素と水
蒸気の混合ガスの存在下に、２００℃／Ｈの速度で７５
０℃迄昇温し、７５０℃で４時間保持した後、再び２０
０℃／Ｈの速度で表１に示した最高温度まで胃温し、夫
々３０分から２時間保持した。そうすることにより銅が
酸化することなく焼成される。

以上の工程により、本発明に係る結晶化ガラス体は、表
１に示す夫々の組成成分、換言すれば、本発明の範囲内
の組成成分によって構成される原料を用いれば、焼成に
より主結晶としてコージエライト相がガラス中より析出
し、表１に示される金、銀、銅、銀−パラジウム合金の
夫々の導体２と同時焼成しても反り（変形）が無く、緻
密で比誘電率が低く、且つシリコンの有する示性ビに近
い熱膨張係数を有する結晶化ガラス体４が得られた。

実施例２結晶化ガラス−セラミック体の作製に際し、表１に示さ
れる夫々のガラス粉末に、平均粒径１〜６μｍのフィラ
ーを表２に示すように所定量添加し、前記結晶化ガラス
体と同様の方法で混合粉末を形成した。

次いで、表２に示される夫々の導体ペーストを前記結晶
化ガラス体と同様の方法で塗布し、表２に示すように９
００℃〜１０００℃の夫々の温度で同時焼成することに
より、α−コージェライトを主結晶とし、残留ガラスか
らなるマトリックス中にフィラー粉末が分散する夫々の
導体と反り（変形）がない緻密で比誘電率が低く、且つ
シリコンの有する示性値に近い熱膨張係数を有する結晶
化ガラス−セラミック体を得た。

なお、比較例として、表１に示す比較例１４、ｌ５、１
６、１７および表２に示す比較例３２、３３、３４の成
分組成で実験を試みたが、焼成の際に緻密化することな
く、またはガラス化不能であることが判明した。

［発明の効果］以上のように、本発明に係る結晶化ガラス体および結晶
化ガラス−セラミック体は、導体である導通抵抗の低い
金、銀、銅、銀−パラジウム合金と反り（変形）を生じ
ること無く緻密に同時焼成を行うことが出来、さらに誘
電率が低く、また半導体素子として使用されるシリコン
の示性値に近い熱膨張係数を有する。

従って、本発明に係る結晶化ガラス体および結晶化ガラ
ス−セラミック体は、電子回路における電気信号の伝達
の高速化および高密度化を必要とする回路基板の用途に
最適であり、またシリコン半導体チップと整合し、基板
とダイレクトにボンディングし易いため、高密度配線基
板や半導体パッケージ等の用途にも最適である。

従って、本発明は高集積化したｔｓＩや各種の素子を多
数搭載する回路基板の小型化と信頼性の向上に寄与する
ところも大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は同時焼成の際に結晶化ガラス体および結
晶化ガラス−セラミック体と導体の収縮特性の不整合に
より反り（変形）が生じなかったときの判定の基準とす
る状態を示す説明図、第１図ら〕は同時焼成の際に結晶
化ガラス体および結晶化ガラス−セラミック体と導体の
収縮特性の不整合により反り（変形）が生じたときの判
定の基準とする状態を示す説明図である。２・・・導体４・・・結晶化ガラスおよび結晶化ガラスセラミック体

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　３７〜６３重量％のＳｉＯ＿２と、１８〜４３
重量％のＡｌ＿２Ｏ＿３と、７〜２５重量％のＭｇＯと、からなり、ＳｉＯ＿２とＡｌ＿２Ｏ＿３とＭｇＯとの合計１００重
量％に対し１〜２０重量％のＢ＿２Ｏ＿３を含有するこ
とを特徴とする結晶化ガラス体。
（２）　３７〜６３重量％のＳｉＯ＿２と、１８〜４３
重量％のＡｌ＿２Ｏ＿３と、７〜２５重量％のＭｇＯと、からなり、ＳｉＯ＿２とＡｌ＿２Ｏ＿３とＭｇＯとの合計１００重
量％に対し１〜２０重量％のＢ＿２Ｏ＿３を含有してな
る結晶性ガラス組成物７０〜９５重量％と、フィラー２〜３０重量％と、からなることを特徴とする結晶化ガラス−セラミック体
。
（３）　請求項２記載の結晶化ガラス−セラミック体に
おいて、フィラーが石英およびアルミナよりなる群から
選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする結晶化
ガラス−セラミック体。
（４）　請求項１記載の結晶化ガラス体を用いた絶縁体
と、この絶縁体上に金、銀、銅、銀−パラジウム合金の
少なくとも一種以上をメタライズした導体とを備えるこ
とを特徴とする回路基板。
（５）　請求項２または３記載の結晶化ガラス−セラミ
ック体を用いた絶縁体と、この絶縁体上に金、銀、銅、
銀−パラジウム合金の少なくとも一種以上をメタライズ
した導体とを備えることを特徴とする回路基板。