JPH0489328A - ガラスセラミック焼結体の製法 - 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］ 本発明は、例えば、各種半導体部品を搭載したり、電気
信号の入出力端子などを取りつける多層配線基板の製造
に用いられるガラスセラミック焼結体の製法に関する。

［従来の技術］ ＬＳＩなどの各種電子部品を多数搭載する多層配線基板
においては小型化や高信幀性の要求に対応するために、
基板材料としてセラミックを利用することが広まってき
ている。セラミック材料としては比較的に高い強度を有
するアルミナが割れや欠けの生じにくい、好ましい材料
として多く使用されている。しかしアルミナ基板は比誘
電率が高く、多層配線板における電気信号の伝播速度が
遅く、高速化を要求される機器ではアルミナ基板より比
誘電率の低い基板が求められている。またアルミナの熱
膨張係数は搭載されるＬＳＩなどの材料であるシリコン
の熱膨張係数の約２倍と高いため、熱膨張係数の差に起
因する故障の発生の問題がある。

これらの問題を解決するために、発明者らは比誘電率お
よび、熱膨張係数の低い基板材料として焼結後の結晶構
造が主としてα−コージェライトとなるガラス組成物の
開発を行ったが、このガラス組成物を用いて得られる基
板の性能は比誘電率および熱膨張係数については低く、
優れているが抗折強度は１２０〜１７０ＭＰａと低く、
そのために配線板とした場合、配線板に電気信号の入出
力用ピンをろう付は等で取りつける際に、ろう材と基板
との熱膨張差で生じる熱応力で割れが生じる問題や、ろ
う付は後に負荷応力が加わった時ろう付は部で基板の剥
離などが生じ、そのため導通不良などの故障が発生する
問題があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は比誘電率および熱膨張係数が低く、かつ
強度の強い焼結体が得られるガラスセラミンク焼結体の
製法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、組成が、 ５ｉｏｘ　　　：４Ｂ〜６３重量％ Ａ１１０ｘ：１０〜２５重量％ ＭｇＯ：１０〜２５重量％ Ｂ、Ｏ！　　　：　　４〜１０重量％ の成分を有し、かつＭｇＯ成分全体に対して０〜２０重
量％のＭｇＯが、Ｃａ０２ＢａＯ１ＳｒＯの中から選ば
れた一種類以上の成分で置換さているガラス組成物粉末
に、ウィスカーを配合して得られるウィスカー配合ガラ
ス組成物を焼結することを特徴とするガラスセラミック
焼結体の製法である。

本発明のガラス組成物粉末は焼結後の結晶構造が主とし
てα−コージェライトとなるＳｉｎｇＡｌｇＯｓ　　Ｍ
ｇＯを主成分とするガラス組成物の一種である。Ｓ　ｉ
ｏｚ　　Ａｌｇ　Ｏｓ　　ＭｇＯを主成分とするガラス
組成物粉末を用いて得られる焼結体は比誘電率が低（、
熱膨張係数がシリコンに近い値となるが、成分の配合割
合によっては１ｏ　ｏ　ｏ　’ｃ以下の焼結温度では緻
密な焼結体が得られない場合がある。

ガラス組成物の焼結法により製造される多層配線基板は
、通常導体をガラス組成物および有機バインダーなどよ
りなるグリーンシート上に形成したものを焼結して製造
される。このグリーンシート上に形成する導体としては
Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕなどの低抵抗の金属が好
ましい、これらの金属の融点は１０００℃付近にあるた
め、導体を溶融させずに多層配線基板を得るためには、
グリーンシートの焼結温度は１０００℃以下であること
が望ましい０本発明ではこの点に鑑み、焼結を１０００
℃以下で行った場合でも、緻密な焼結体となるＳ　ｌｏ
ｚ　−Ａｌ１　Ｏｓ　−ＭｇＯを主成分とするガラス組
成物粉末を原料に用いるものである。このようなガラス
組成物粉末の組成はＳｔｏｗ　　　：４８〜６３重量％ Ａ１ｔＯ，：ｉ０〜２５重量％ ＭｇＯ：１０〜２５重量％ ＢｘＯｓ　　　：４〜１０重量％ の成分を有し、かつＭｇＯ成分全体の０〜２０重量％の
ＭｇＯがＣａＯ，ＢａＯ１ＳｒＯの中から選ばれたアル
カリ土類金属酸化物の少なくとも一種類以上ので置換さ
れてなる組成である。ガラス組成物粉末の組成が上記の
組成内であることが重要である理由を以下に各成分毎に
説明する。

Ｓｉｎ、の組成割合が６３重量％を越えるとガラス溶融
温度が上昇するとともに、焼結時にガラス粒子表面が急
激に結晶化するため焼結を助けるガラス相が不足し、緻
密な焼結体が得難（なる。

４８重量％未満であるとガラス粉末の結晶化温度が上昇
し、緻密な焼結体が得られる焼結温度が高くなり、１０
００°Ｃ以下で焼結した場合、未焼結の状態の焼結体し
か得られない問題が生じる。

Ａ１．Ｏ，の組成割合については、２５重量％を越える
と緻密な焼結体が得られる焼結温度が高くなり、１００
０℃以下で焼結した場合、未焼結の状態の焼結体しか得
られない問題が生じる。１０重量％未満であるとα−コ
ージェライト結晶が少なくなり、Ｓｉｎｇ　　ＭｇＯ系
の結晶が多く析出し、比誘電率が高くなる問題を生じる
。

ＭｇＯの組成割合については２５重量％を越えると、ケ
イ酸マグネシウムが析出するためと推定されるが、焼結
時の変形が大きくなり、実用性に乏しくなる。１０重量
％未満であると緻密な焼結体を得られないという問題を
生じる。

Ｂ、Ｏ，の組成割合については、１０重量％を越えると
、焼結時に発泡しやすくなり、焼結可能な温度範囲が狭
くなると共に、焼結体の強度が低下する問題が生じる。

４重量％未満であると、ガラス粒子表面層の結晶化が２
．激に進み、１０００℃以下の焼結では緻密な焼結体が
得られない問題が生じる。

ＭｇＯを置換するアルカリ土類金属酸化物に関しては、
緻密な焼結体が得られるように、必要に応じ適宜用いう
るが、アルカリ土類金属酸化物がＭｇＯの２０重量％を
越えると、ＭｇＯ成分が少なくなり、α−コージェライ
ト結晶の析出が悪くなり比誘電率が高くなる問題が生じ
る。

本発明は、前記のガラス組成物粉末とウィスカーとから
なるウィスカー配合ガラス組成物を焼結してガラスセラ
ミック焼結体とするものであり、このようにして得られ
る焼結体は、ウィスカーを配合していないガラス組成物
の焼結体に比べ、強度が大幅に改善される特徴を有する
。これはウィスカーが焼結体において破壊エネルギーの
散逸源として作用し、破壊に必要なエネルギーを増大さ
せるため焼結体の強度が向上するものと考えられる。

本発明における、ウィスカーの配合割合は密度換算でウ
ィスカーを配合したガラス組成物全体の５０体積％以下
であることが重要である。（以下の体積％はすべで密度
換算により求めた値である）ウィスカーの配合割合が５
０体積％を越えると、焼結性が阻害され、緻密な焼結体
が得られず、焼結体の強度が低くなる問題が生じるため
である。

ただし、ウィスカーが炭化珪素である場合は炭化珪素の
比誘電率が比較的大きいため、ウィスカー配合ガラス組
成物全体の１０体積％以下の割合にとどめることが低い
比誘電率の焼結体を得るためには望ましい。

また、ウィスカーの配合割合が少なすぎると、焼結体の
強度を向上させる効果が乏しくなるため、ウィスカーを
配合ガラス組成物全体の２体積％以上のウィスカーが配
合されていることが望ましい。

ウィスカーが焼結体において、破壊エネルギーの散逸源
として作用するには、ウィスカーは焼結後の焼結体中に
ウィスカーとして分散していることが望ましく、ガラス
組成物粉末の焼結温度では溶融し難い窒化珪素、ホウ酸
アルミ、炭化珪素のウィスカーが好適である。

本発明の製法によるガラスセラミック焼結体の用途は前
記した多層配線基板が好適であるが、これに限定される
ものではなく、高強度、低い比誘電率、低い熱膨張係数
を必要とする各種分野に適用可能である。

［作用］ 本発明ガラス組成物粉末は焼結後の焼結体が低い比誘電
率、低い熱膨張係数となる作用をする。

また、このガラス組成物粉末と複合するウィスカーは焼
結体中に分散させられていることにより、破壊エネルギ
ーの散逸源として作用し、焼結体の破壊に必要なエネル
ギーを増大させる作用をする。

［実施例］ 本発明の実施例および比較例について、その製法および
得られた焼結体の性能試験の結果について説明する。

各実施例および比較例についてのウィスカー配合ガラス
組成物の製法および焼結体の製法は次のようにして行っ
た。

各配合成分（Ｓ　１０　ｔ　、Ａ　Ｉ　！　Ｏｓ　、Ｍ
　ｇ　Ｏ５Ｂ２０．など）を第１表に示す割合で配合し
、それぞれをアルミナ質ルツボに入れ、約１５００〜１
５５０℃で加熱し溶解した。得られた溶融液を水中に投
下し、ガラス組成物とした後、アルミナ質ボールミル中
で湿式粉砕または乾式粉砕をし、平均粒径２〜４μｍの
ガラス組成物粉末を得た。

第１表のｃ−１〜Ｇ−１０のガラス組成物粉末は本発明
の組成範囲内の組成のガラス組成物粉末であり、Ｇ−１
１〜Ｇ−１４のガラス組成物粉末は本発明の組成範囲を
外れた組成のガラス組成物粉末である。

こうして得られたガラス組成物粉末に対して、各種のウ
ィスカーを第２表および第３表に示す体積分率（配合物
全体に対する体積％）で配合し、ナイロン賞ボールミル
中でエチルアルコールを添加して２４時時間式混合し、
乾燥し、ウィスカー配合ガラス組成物を得た。なお、各
種のウィスカーはいずれも市販の、平均直径０．５〜１
．０μｍ、平均長さｌＯ〜１１００ｔＩ前後のものであ
り、ガラス組成物粉末と配合する前に、純水中で超音波
を照射した後、開口径５０μｍ（＃３２５メツシュ）の
フィルターを通過させたものを用いた。

こうして得られたウィスカー配合ガラス組成物を黒鉛製
モールドを用いて、アルゴン雰囲気中、昇温スピード１
０℃／分、焼結温度１０００℃、保持時間１時間、プレ
ス圧力３５ＭＰａの条件下でホットプレス焼結し、５０
ｍｍ−の円盤状のウィスカー複合ガラスセラミック焼結
体を得た。得られた５０ｍｍφの円盤状のウィスカー複
合ガラスセラミック焼結体について、周波数ＩＭＨｚに
おける比誘電率を測定した。またこの焼結体から切断お
よび研削加工により、４Ｘ３Ｘ３５ｍｍの寸法の試験片
を作成し、熱膨張係数およびＪＩＳ−Ｒ１６０１の３点
曲げによる抗折強度の測定を行った。その結果を第２表
、第３表に示す。

第２表に示す実施例１〜１１は本発明の組成範囲内の組
成のガラス組成物粉末を用いて実施したものであり、何
れの場合も得られた抗折強度は２０９〜３９１ＭＰａと
高い値を示しており、また比誘電率および熱膨張係数も
実用上、十分な値が得られた。この結果から本発明の実
施例の焼結体は、比誘電率が低く、熱膨張係数が低（、
かつ強度が強いことが実証された。

これに対し、第３表の比較例１〜４ではウィスカーの配
合割合が６０〜７０体積％と５０体積％より多いため、
緻密な焼結体が得られず、抗折強度は４７〜１１８ＭＰ
ａと低い値であった。また、第３表の比較例５〜８では
ガラス組成物粉末の各成分の配合割合が本発明の組成範
囲を外れたものであり、この場合ウィスカーを配合する
ことにより、さらに焼結性が悪くなり、ウィスカーの配
合割合が１０体積％であるにもかかわらす１０００°Ｃ
の焼結では緻密な焼結体が得られず、抗折強度は７８〜
１４８ＭＰａと低い値であった。

［発明の効果コ 本発明の製法によるガラスセラミック焼結体は、比誘電
率が低く、熱膨張係数が低く、かつ強度が強い焼結体と
なるため、多層配線基板とするに好適なガラスセラミッ
ク焼結体の提供が可能となった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成が、 ＳｉＯ＿２：４８〜６３重量％ Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２５重量％ ＭｇＯ：１０〜２５重量％ Ｂ＿２Ｏ＿３：４〜１０重量％ の成分を有し、かつＭｇＯ成分全体に対して０〜２０重
   量％のＭｇＯが、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯの中から選ば
   れた一種類以上の成分で置換さているガラス組成物粉末
   に、ウィスカーを配合して得られるウィスカー配合ガラ
   ス組成物を焼結することを特徴とするガラスセラミック
   焼結体の製法。
2. （２）ウィスカーの配合割合が密度換算でウィスカー配
   合ガラス組成物全体の５０体積％以下であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のガラスセラミック焼
   結体の製法。
3. （３）ウィスカーが、窒化珪素、ホウ酸アルミ、炭化珪
   素の中から選ばれた少なくとも一種以上であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項の記載のガ
   ラスセラミック焼結体の製法。