JPH0360443A - 低温焼成ガラスセラミック体 - Google Patents

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１ 本発明は半導体集積回路素子を搭載する多層配線基板等
の絶縁基体として利用し得る低温焼成ガラスセラミック
体に関するものである。

［従来の技術１ 従来、半導体素子、特にシリコンで構成された半導体集
積回路素子を搭載する多層配線基板等の絶縁基体には、
一般に電気絶縁性及び耐熱性に優れ、強度の大なるアル
ミナセラｌ　ツクス等の電気絶縁＋ａ　ｎが使用されて
おり、該アルミナセラミックス等から成る基板上にモリ
ブデン（Ｎｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属か
ら成るメタライズ金属層を厚膜印刷して電気配線回路を
形成したものを多層化し、一体化焼威されて多層セラミ
ック配線基板が得られていた。

しかし／ＴＥら、近時、半導体素子の大型化、信号の伝
線速度の高速化が急激に進み、該半導体素子を上記従来
の多層セラよツク配線基板に搭載した場合、半導体集積
回路素子を構成するシリコンと多層セラミック配線基板
の絶縁基体を構成するアルミナセラミックスの熱膨張率
が夫々３．０〜３．５ＸＩＯ−６／”Ｃ及び６．０〜７
．５　ｘｌＯ−’／”ｃであり、互いに大きく相違する
ことから、両者に半導体集積回路素子を作動させた際等
に発生する熱が印加されると大きな熱応力が発生し、該
熱応力によって半導体集積回路素子が破損したり、絶縁
基体より剥離する等の問題があった。

また、前記絶縁基体を構成するアルくナセラξックスは
その誘電率が９〜１０（室温、ＩＭＨ２）と高く、高周
波伝播の遅延時間は誘電率の平方根に比例することから
、絶縁基体に設けたメタライズ金属層を伝わる信号の伝
播速度が遅く、信号の高速伝播のためにはより誘電率の
低い絶縁基体が要求されていた。

更に、前記アルミナセラ柔ツクスから成る絶縁基体は焼
成温度が１６００℃前後と高いことから、電気配線回路
を形成するメタライズ金属層も高融点金属のモリブデン
、タングステン等に限定され、高い電気抵抗率と高密度
配線から電気配線回路の配線抵抗が大となり、それに伴
い電圧降下が増大し、信号の伝播速度の遅延を招くため
、低抵抗率の例えば金、銅等の金属が電気配線回路用材
料として使用できることが要求されていた。

そこで上記課題を解消するために、特開昭６３−４０３
９７号公報には多層配線基板の絶縁基体をアルミナセラ
≧ツクスに代えて半導体集積回路素子を１１１Ｉ或する
シリコンの熱膨張率と近似した熱膨張率を有し、かつ誘
電率が４．８程度と低く、焼成温度をｔｏｏｏ’ｃとす
ることを可能とした硼珪酸ガラスにアルミナ粉末を重力
１１シて成るガラスセラミック多層配線基板が提案され
ている。

［発明が解決しようとする課題１ しかし′ｆら、前記硼珪酸ガラスにアルミナ粉末を添加
して成るガラスセラミック多層配線基板では、硼珪酸ガ
ラスの抗折強度がたかだか４〜６　ｋｇｌ鵬２程度と低
いことから、前記ガラスセラミック多層配線基板では抗
折強度が５〜１０ｋｇ／　ｍｍ２程度となり、たとえ基
板の厚みを増すことにより実用上の基板としての機械的
強度を得んとしても、前記基板を外部回路と電気的に接
続するための電気信号の入出力用ピン等をろう付けする
工程で局所的に加熱されると、ろう付は材料と基板材料
との熱膨張差により生じる熱応力が原因となって、前記
基板にクランクや基板表面のメタライズ金属層の剥離等
が発生し、信頼性に優れた高品質の多層配線基板が得ら
れないという課題を有していた。

［発明の目的］ 本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は
絶縁基体の機械的強度が高く、該絶縁基体に設けたメタ
ライズ金属層にピン等の外部リード端子を強固にろう付
けすることを可能とするとともに、絶縁基体の熱膨張率
が低く、誘電率が更に低くかつ１０００℃近辺の低温焼
成を可能とすることから、極めて信頼性の高い多層配ｖ
Ａ基板用絶縁基体として利用し得る低温焼成ガラスセラ
ミック体を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明は低温焼成ガラスセラミック体は硼珪酸ガラスに
セラミック絶縁材料を添加し、焼ｅ、温度が９００〜１
０５０℃から成るガラスセラミック焼結体の結晶相が、
８〜１８重量％のアルミナ（ＡｌｚＣｈ）、８〜１７重
景％の石英（ＳｉＯ□）及び１３〜２５重景％のコージ
ェライト（２Ｍｇ０　　・２Ａ１２０３・５ＳｉＯ□）
を含有し、残部が硼珪酸ガラスより成ることを特徴とす
るものである。

即ち、前記ガラスセラミック焼結体の結晶相はアルミナ
（ＡＩ！０３）の含有量が８重量％未満では、焼結体の
耐酸性が悪く、めっき等の工程で導体層と焼結体との界
面のガラスが侵され、該侵食部に残留する微量な水分が
後の工程で加熱されるとメタライズ金属層にフクレを生
じたり、該メタライズ金属層が剥離してしまい、１８重
量％を越えると焼結体の誘電率が大となり実用範囲外と
なる。

また、石英（ＳｉＯ□）の含有量が８重量％未満では、
焼成温度が１０５０℃越えると共に、誘電率が大となり
、１７重景％を越えると焼結体の耐酸性が悪くなるか、
もしくは熱膨張率が大となる。

一方、コージェライト（２Ｍｇ０　　・２Ａ１ｚＯ＋・
５ＳｉＯ□）の含有量が１３重量％未満では、焼結体の
熱膨張率が大となり、２５重量％を越えると焼結体の熱
膨張率が半導体集積回路素子を槽底するシリコンの熱膨
張率より小さくなり過ぎ、いずれも実用的ではない。

また、前記焼成温度が９００℃未満では、低抵抗率を有
する金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属から
成る導体層を十分に被着形成することができず、１０５
０’Ｃを越えると、前記低抵抗を有する金属が溶融して
しまい、電気配線回路を形成することができない。

故に、前記ガラスセラミック焼結体の結晶相の含有量及
び焼成温度は前記範囲に特定される。

尚、焼成温度、熱膨張率、誘電率及び耐酸性の緒特性の
点から、低温焼成ガラスセラミック体としては１１〜１
５重量％のアルミナ（Ａｈａ、）　、１１〜１４重量％
の石英及び１６〜２３重量％のコージェライトの結晶相
と残部が硼珪酸ガラスより成ることがより望ましい。

［作用ｌ 硼珪酸ガラスにセラミック絶縁材料を添加して成る低温
焼成ガラスセラミック体中に、強度は低いが誘電率が小
さい硼珪酸ガラスを主成分とし、該硼珪酸ガラスに誘電
率及び熱膨張率は共に大だが強度が大なるアル主すの結
晶相と誘電率が小なる石英の結晶相及び熱膨張率、誘電
率がともに小なるコージェライトの結晶相を含有させる
ことにより、前記ガラスセラミック焼結体の誘電率及び
熱膨張率は低くなおかつ強度は高く調整できることとな
る。

１実施例］ 次に本発明の低温焼成ガラスセラミック体を実施例に基
づき詳細に説明する。

原料粉末の組成が重量比でＳｉＯ□が６３〜６５％、Ｂ
２０、が１９〜２２％、Ａｌ２Ｏ３が６％、ＭｇＯが５
％、ＺｒＯ。

がｏ、ｓ　〜ｔ、ｉ％、Ｎａ、０、Ｋ、Ｏ及びＬｉ　、
０の合計量が２．７〜３．７％から戒る硼珪酸ガラス粉
末にアル處す（ＡｌｚＯｉ）　、石英（Ｓｔｏｔ）及び
コージェライト（２Ｍｇｏ　・２ＡｌｚＯｉ・５ＳｉＯ
□）の各粉末をガラスセラミック焼結体の組成が第１表
に示す値となる様に調合し、該調合粉末をメタノールを
溶媒としてボールミルを用いて湿式混合した後、乾燥し
た混合粉末にパラフィンワックスを加えて造粒し、約１
０００ｋｇ／　ｃ＋ｆｉの成形圧力にて円板状及び２種
類の角柱状の各成形体をプレス成形した。次いで、前記
成形体を３５０℃の温度で脱脂した後、８８０〜１１０
０℃の温度にて焼成し、夫々円板状と２種類の角柱状の
ガラスセラミック焼結体を得た。

先づ、上記ガラスセラミック焼結体の１種を用いてＸ線
回折を行い、アルミナ、石英、コージェライトの標準試
料の回折パターンのピーク比から作成した各結晶相の検
量線図と対照し、各結晶相の含有量を確認した。

次いで、前記円板状のガラスセラミック焼結体を研磨し
て直径６０Ｍ、厚さ２柑の評価試料を作製し、該評価試
料によりＪＩＳ　Ｃ２１４１の規定に準じて周波数ＩＭ
Ｈｚ、人力信号レベルｌ、Ｑ　Ｖｒｍｓの測定条件にて
誘電率を測定した。

同様に、角柱状ガラスセラミック焼結体から縦６ｍａｉ
、横６ｍｍ、長さ５０＋ｎｍに研磨した評価試料を用い
て４０〜４００℃の温度範囲における平均熱膨張率を測
定した。

また、同様にして縦３Ｍ、横４Ｍ、長さ４０間に研磨し
た評価試料を使用して、ＪＩＳ　Ｒ１６０１の規定に準
じ３点曲げ試験を行い、抗折強度を求めた。

更に、上記評価試料を室温のｌＯ％濃度の塩酸溶液中に
１５分間浸漬し、浸漬前後の重量変化を測定して耐酸性
評価を行った。

一方、ガラスセラミック焼結体の組成が前記と同様にし
て第１表に示す値となる様に調合粉砕した混合粉末に、
アクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可
塑剤、有機溶剤を加えて泥漿化し、該泥漿をドクターブ
レード法により厚さ約０．２　ｍｍのグリーンシート戊
形体を得た。次いで、前記グリーンシート表面に銅を主
成分とする導体ペーストを用いてスクリーン印刷法によ
り評価用配線パターンを厚膜印刷し、乾燥後、該評価用
配線パターンを有するグリーンシート複数枚を５５℃の
温度下で１００　ｋｇ／　ｃＪの圧力を加えて熱圧着し
、窒素雰囲気中、８８０〜１１００℃の温度にて焼成し
た。

かくして得られた評価試料から配線パターンの導通抵抗
を測定し、単位面積当りの抵抗値をシート抵抗（ｍΩ／
　ｍｍ”）として算出し、該シート抵抗が１．５〜２．
５ｍΩ／　ｍｍ”であれば良とし、２．５ｍΩ／　ｍｍ
２を越える場合を不良として評価した。

以上の結果を第１表に示す。

（以下余白） 〔発明の効果〕 畝上の如く、本発明の低温焼成ガラスセラミック体は、
硼珪酸ガラスにセラミック絶縁材料を添加し、焼成温度
を９００〜１０５０℃と低温で焼成して成るガラスセラ
ミック焼結体の結晶相が、８〜１８重量％のアルミナ（
ＡｌｚＯ２）　、８〜１７重量％の石英（ＳｉＯ□）及
び１３〜２５重量％のコージェライト（２ｔ４ｇＯ・２
ＡＩ、０３・５５　ｉ０□）と残部が硼珪酸ガラスより
成ることから、絶縁基体の機械的強度を高くすることが
可能となる上、熱膨張率も半導体集積回路素子を構成す
るシリコンの熱膨張率と同程度となり、誘電率も４未満
と更に低く、かつ低抵抗率の金属から成る導体層を被着
形成することが可能となる等、信号の高速伝播を可能と
する極めて信頼性が高く、高品質の多層配線基板用等の
絶縁材料としての緒特性を満足した低温焼成ガラスセラ
旦ツタ体を提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　硼珪酸ガラスにセラミック絶縁体材料を添加して成る
   ガラスセラミック焼結体において、焼成温度が９００〜
   １０５０℃から成るガラスセラミック焼結体が結晶相と
   して８〜１８重量％のアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）、８
   〜１７重量％の石英（ＳｉＯ＿２）及び１３〜２５重量
   ％のコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ＿２Ｏ＿３・５
   ＳｉＯ＿２）を含有し、残部が硼珪酸ガラスより成るこ
   とを特徴とする低温焼成ガラスセラミック体。