JPH0489329A - ウイスカー配合ガラス組成物 - 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
用いられるガラス組成物に関する。

［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鯨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、好ましい有料
として多（使用されている。　しかしアルミナ基板は比
誘電率が高（、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
起因する故障が発生する問題がある。

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組成物を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ウィスカーと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粉末とからなり、
密度換算によるウィスカーの配合割合が５０体積％以下
であるウィスカー配合ガラス組成物である。

本発明のウィスカーとガラス組成物粉末とからなるガラ
ス組成物はウィスカーを配合していないガラス組成物に
比べ、焼結により得られる焼結体の強度が大幅に改善さ
れる。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
。ウィスカーが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。

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％以下である点に本発明
の特徴がある。（以下の体積％はすぺで密度換算により
求めた値である）すなわち、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
比誘電率が比較的に大きいため、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。

本発明では上記の例示したウィスカー以外のウィスカー
であっても例示したウィスカーと同様な性賀を有するも
のであれば使用可能である。

本発明の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粉末とはＳ　ｔ　Ｏ。

ＡｌｇＯｓ　　ＭｇＯを主成分とするガラス組成物粉末
であり、好ましくは次に示す成分を主成分として含有す
るガラス組成物粉末である。

ＳｉＯ□　　：４０〜６３重量％ Ａ　１ｍ　Ｏｓ　　：　１０〜２５重量％ＭｇＯ：１０
〜２５重量％ このようなガラス組成物粉末を用いて得られる焼結体は
比誘電率が低く、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１０００℃以上の焼結温
度で焼結しないと、緻密な焼結体が得られない場合があ
る。

本発明のガラス組成物を用いて製造する多層配線基板は
、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
Ａ−ｕ、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℃以下が望まし
い、但し、導体をグリーンシート上に形成しない場合や
前記に例示した金属より高融点の金属を導体に使用する
場合はグリーンシートの焼結温度を１０００℃以上にし
ても問題は生じない、グリーンシートの焼結を１０００
℃以下で行うことが望ましい場合、用いるｓｉｏ□−Ａ
　Ｉ　＊　０５−ＭｇＯを主成分とするガラス組成物粉
末はその組成として ｓｔｏ、　　：４８〜６３重量％ Ａ１．０３：１０〜２５重量％ ＭｇＯ：１０〜２５重量％ Ｂｔｕｓ　　：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ＣａＯ１ＢａＯ１ＳｒＯ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で置
換されてなる組成を有していることが好適である。

すなわち、Ｓｉｎｇ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くなる。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、したがって１０００℃
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、したが
って１０００℃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、Ｓ　ｔｏ、
−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
時の変形が太き（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。

Ｂ２０．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急
激に進み、１０００°Ｃ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、置換する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。

なお、　本発明のウィスカー配合ガラス組成物の用途は
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］ 本発明の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粉末はその焼結体が低い比誘電率
、低い熱膨張係数となる作用をし、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。

請求項第３項に示す組成のガラス組成物粉末は１０００
℃以下の焼結温度で焼結が可能となる。

［実施例］ 本発明の実施例および比較例について、その製造方法お
よび行った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
組成物の製法ならびに焼結体の製法は次のようにして行
った。

各配合成分（Ｓ　１０ｘ　、Ａ　１１０３　、Ｍｇ　０
２Ｂ８０．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１５００〜１５５０℃
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Ｇ−１〜Ｇ−１０のガラス組成物粉末は本発明
の請求項第３項に示す組成範囲内の組成のガラス組成物
粉末であり、Ｇ−１１〜Ｇ−１４のガラス組成物粉末は
請求項第３項に示す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、ナイロン質ボールミル
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１０〜１００μｍ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５０ｍｍ−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ＪＩＳＲ１６０１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は本発明の請求項第３項に
示す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２０
９〜３９１ＭＰａ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ウィスカー配合ガラス組成物
により得られる焼結体は、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請求項
第３項に示す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
わらず１０００℃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］ 本発明の、ウィスカー配合ガラス組成物による焼結体は
、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材料の
提供が可能となった。

また、請求項第３項の組成のガラス組成物粉末を用いた
場合、１０００℃以下の温度で焼結して強い強度を有す
るウィスカー複合ガラスセラミック焼結体を得ることが
できるため、グリーンシート上に低抵抗の金属の導体を
形成し、このグリーンシートを焼結して低抵抗の金属を
溶融させることなく、多層配線基板とすることが可能で
あり、低抵抗の導体を有する多層配線基板とするに好適
な材料の提供が可能となった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウィスカーと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粉末とからなり、密度
   換算によるウィスカーの配合割合が５０体積％以下であ
   るウィスカー配合ガラス組成物。
2. （２）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項記載のウィスカー配合ガ
   ラス組成物。
3. （３）ガラス組成物粉末が 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
   たアルカリ土類金属酸化物の少なくとも一種類以上で置
   換されてなる組成を有する粉末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項記載のウィスカー配
   合ガラス組成物。