JPH0629633A - 回路用絶縁基板 - Google Patents

回路用絶縁基板

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Publication number
JPH0629633A
JPH0629633A JP4203124A JP20312492A JPH0629633A JP H0629633 A JPH0629633 A JP H0629633A JP 4203124 A JP4203124 A JP 4203124A JP 20312492 A JP20312492 A JP 20312492A JP H0629633 A JPH0629633 A JP H0629633A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
thermal expansion
silicon
aluminum
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP4203124A
Other languages
English (en)
Inventor
Noriyasu Sugimoto
典康 杉本
Yukihiro Kimura
幸広 木村
Masaharu Seto
政晴 瀬戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】アルミニウムAl成分を含有する窒化珪素Si
34系セラミックスよりなるものにおいて、前記アルミ
ニウムAl成分のうち少なくとも一部をAl23結晶形
態で存在させたことを特徴とする回路用絶縁基板。 【効果】熱膨張係数がシリコンのそれに近いことから、
シリコンチップ搭載時の接続不良やチップ剥離を防止す
ることができる。機械的強度が高いことから、金属リー
ドの接合時や回路用基板の搬送時の割れ、カケを防止す
ることができる。しかも主成分が窒化珪素であって誘電
率が小さいものであるから、信号伝播の高速化を図るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回路用絶縁基板に関す
るもので、特に半導体パッケージなどの絶縁容器に好適
に利用され得る。
【0002】
【従来の技術】回路用絶縁基板においては、信号伝播速
度の高速化、回路の高集積化が要求される。信号伝搬速
度の高速化を図るためには、電気信号の伝播遅延時間t
と比誘電率εの平方根との間に比例関係があることか
ら、比誘電率の小さい絶縁材料を用いる必要がある。ま
た、高集積化のためにシリコンチップをセラミック多層
基板に直接搭載する構造のものがあるが、その場合チッ
プの接続不良や剥離を未然に防止するため、絶縁材料の
熱膨張係数は、シリコンチップのそれ(3.5×10-7
/℃)に近いものが望ましい。加えて絶縁基板には、I
/Oピンや外部金属リードとの接合(通常、鑞付け)に
耐える機械的強度も必要である。
【0003】一方、従来より、比誘電率の小さい絶縁材
料として、窒化珪素系セラミックスがあり、Si34
焼結助剤としてガラスを5〜30%添加した焼結体(特
開昭57−162393号公報)やSi34にアルミ
ナ、窒化アルミニウムを固溶させたサイアロンと称する
焼結体(特開昭62−30663号公報)が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭57−
162393号公報に記載された焼結体は、同公報の最
終行に記載されているように曲げ強度が17kg/mm
2と低く、金属リード等を鑞付けする必要のある回路用
基板としての実用には適さない。この原因は定かでない
が、おそらく焼結体の強度がガラスの強度に依存したも
のと考えられる。
【0005】また、特開昭62−30663号公報に記
載された焼結体は、もともと熱膨張係数がシリコンのそ
れよりも小さい窒化珪素を主成分とするところ、その窒
化珪素が更に低膨張のサイアロンに変化している。従っ
て、同公報には、測定温度範囲を無視して、同焼結体の
熱膨張係数が2.9〜3.3×10-6/℃と記載されて
いるものの、実際に常温〜400℃の範囲で測定してみ
ると2.5×10-6/℃以下であり、これも回路用基板
としての実用には適さない。
【0006】本発明の目的は、このような従来技術の課
題を解決し、機械的強度、誘電率及び熱膨張係数の3特
性を兼備した回路用絶縁基板を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】その手段は、アルミニウ
ムAl成分を含有する窒化珪素Si34系セラミックス
よりなるものにおいて、前記アルミニウムAl成分のう
ち少なくとも一部をAl23結晶形態で存在させたこと
を特徴とする回路用絶縁基板にある。
【0008】望ましい手段は、上記回路用基板におい
て、アルミニウム成分の総量が、Al23に換算したと
きに重量基準で、0.5≦Al23/Si34≦1.6
を充足するように定めたところにある。
【0009】別の望ましい手段は、アルミニウム成分の
総量が、Al23に換算したときに重量基準で、Si3
4との合計量で70%以上90%以下であるように定
めたところにある。
【0010】ここで、窒化珪素Si34系セラミックス
とは、イットリア、マグネシア、アルミナ等の公知の焼
結助剤を含んで焼結されたものである。これら焼結助剤
の一部は、ガラス化したり、窒化珪素に固溶してもよい
が、その量は、前記Al23結晶の量よりも少なくする
必要がある。また、上記各手段において、Si34の含
有量としては、Si成分をSi34に換算したときの重
量を用いた。
【0011】
【作用】アルミニウム成分は、例えばAl23結晶粉末
の形態または焼成後にAl23結晶となる化合物の形態
で原料の窒化珪素に添加されて焼結助剤として作用し、
セラミックスの機械的強度を高めるほか、一部はSi3
4に固溶するが、他部は焼結後にAl23結晶の形態
で析出するか叉は残ることにより、熱膨張係数の大きい
Al23結晶が低膨張の窒化珪素あるいはサイアロン
(Al23が固溶したもの)と相殺し合って基板全体の
熱膨張係数をシリコンのそれと近いものにする。しかも
主成分は窒化珪素であるから、誘電率は依然として低
い。そして、アルミニウム成分の総量が、前記範囲内の
とき、析出叉は残存するAl23結晶の量が、かかる作
用を生ずるのに最適となる。
【0012】
【実施例】純度99.9%、平均粒径0.9μmのβ型
窒化珪素、純度99.9%、平均粒径2.1μmの酸化
イットリウム及び純度99.9%、平均粒径0.7μm
の酸化アルミニウムを表1に示す組成割合で秤量し、ボ
ールミルを用いてアセトン中で混合し、ドクターブレー
ドにて厚さ0.4mmのグリーンシートに成形した。こ
のグリーンシートを18枚積層し熱圧着後、温度170
0℃、圧力200kg/cm2、保持時間30分の条件
でホットプレスすることによって、大きさ35×35×
3.5mmのセラミックス焼結体No.1〜9を製造し
た。
【0013】
【表1】 これら焼結体の熱膨張係数(室温〜400℃平均)及び
抗折強度を測定した結果を表2に示す。また、抗折強度
及び熱膨張係数と酸化アルミニウム添加量との関係をそ
れぞれ図1及び図2に示す。尚、抗折強度は、JIS
R1601に準拠し、3点曲げ強度により測定した。
【0014】
【表2】 表2にみられるように、本発明に係わるセラミックスN
o.1〜9は、熱膨張係数が2.7〜5.0×10-6
℃とシリコンのそれに近いものであった。また、抗折強
度がいずれも30kg/mm2以上であり、シリコンチ
ップを支持したり、金属リードを取り付けるのに十分な
値であった。特に請求項2及び3の範囲内のものは、熱
膨張係数が3〜4×-6/℃、抗折強度が38kg/mm
2以上となり、優れていた。尚、セラミックスNo.1
〜9は、いずれも窒化珪素Si34系結晶のほかにアル
ミナAl23結晶を含んでいることがX線回折によって
確認された。
【0015】比較のために、原料の組成割合が、窒化珪
素91%、酸化アルミニウム1%、窒化アルミニウムA
lN3%及び酸化イットリウム5%であるほかは、上記
セラミックスNo.1〜9と同じ条件で比較用セラミッ
クスNo.10を製造したところ、抗折強度は98.5
kg/mm2で高かったが、その熱膨張係数は2.2×
-6/℃と低かった。そしてX線回折にて分析したとこ
ろ、Si34系結晶のピークのみが確認された。更に比
較のために、原料の組成割合が、窒化珪素80%及びガ
ラス(SiO2:40,Al23:40,MgO:1
3,CaO:7)20%であるほかは、上記セラミック
スNo.1〜9と同じ条件で比較用セラミックスNo.
11を製造したところ、抗折強度が18.1kg/mm
2と低く、その熱膨張係数も2.6×-6/℃と低かっ
た。そしてX線回折にて分析したところ、主結晶が窒化
珪素Si34となっていたものの、アルミナAl23
晶は確認されなかった。
【0016】シリコン、セラミックスNo.3、セラミ
ックスNo.10及びアルミナセラミックスについて、
室温から各温度までの平均線熱膨張係数を測定した結果
を図3に示す。本発明に係わるセラミックスNo.3が
シリコンに最も近い挙動を示すことが判る。
【0017】
【発明の効果】本発明回路用絶縁基板は、その熱膨張係
数がシリコンのそれに近いことから、シリコンチップ搭
載時の接続不良やチップ剥離を防止することができる。
また、機械的強度が高いことから、金属リードの接合時
や回路用基板の搬送時の割れ、カケを防止することがで
きる。しかも主成分が窒化珪素であって誘電率が小さい
ものであるから、信号伝播の高速化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】抗折強度と酸化アルミニウム添加量との関係を
示す図である。
【図2】熱膨張係数と酸化アルミニウム添加量との関係
を示す図である。
【図3】シリコン、セラミックスNo.3、セラミック
スNo.10及びアルミナセラミックスについて、室温
から各温度までの平均線熱膨張係数を測定した結果を示
す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年8月21日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】回路用絶縁基板においては、信号伝播速
度の高速化、回路の高集積化が要求される。信号伝搬速
度の高速化を図るためには、電気信号の伝播遅延時間t
と比誘電率εの平方根との間に比例関係があることか
ら、比誘電率の小さい絶縁材料を用いる必要がある。ま
た、高集積化のためにシリコンチップをセラミック多層
基板に直接搭載する構造のものがあるが、その場合チッ
プの接続不良や剥離を未然に防止するため、絶縁材料の
熱膨張係数は、シリコンチップのそれ(3.4×10-6
/℃)に近いものが望ましい。加えて絶縁基板には、I
/Oピンや外部金属リードとの接合(通常、鑞付け)に
耐える機械的強度も必要である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】
【表2】表2にみられるように、本発明に係わるセラミ
ックスNo.1〜9は、熱膨張係数が2.7〜5.0×
10-6/℃とシリコンのそれに近いものであった。ま
た、抗折強度がいずれも30kg/mm2以上であり、
シリコンチップを支持したり、金属リードを取り付ける
のに十分な値であった。特に請求項2及び3の範囲内の
ものは、熱膨張係数が3〜4×10-6/℃、抗折強度が
38kg/mm2以上となり、優れていた。尚、セラミ
ックスNo.1〜9は、いずれも窒化珪素Si34系結
晶のほかにアルミナAl23結晶を含んでいることがX
線回折によって確認された。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】比較のために、原料の組成割合が、窒化珪
素91%、酸化アルミニウム1%、窒化アルミニウムA
lN3%及び酸化イットリウム5%であるほかは、上記
セラミックスNo.1〜9と同じ条件で比較用セラミッ
クスNo.10を製造したところ、抗折強度は98.5
kg/mm2で高かったが、その熱膨張係数は2.2×
10-6/℃と低かった。そしてX線回折にて分析したと
ころ、Si34系結晶のピークのみが確認された。更に
比較のために、原料の組成割合が、窒化珪素80%及び
ガラス(SiO2:40,Al23:40,MgO:1
3,CaO:7)20%であるほかは、上記セラミック
スNo.1〜9と同じ条件で比較用セラミックスNo.
11を製造したところ、抗折強度が18.1kg/mm
2と低く、その熱膨張係数も2.6×10-6/℃と低か
った。そしてX線回折にて分析したところ、主結晶が窒
化珪素Si34となっていたものの、アルミナAl23
結晶は確認されなかった。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】
【表2】 表2にみられるように、本発明に係わるセラミックスN
o.1〜9は、熱膨張係数が2.7〜5.0×10−6
/℃とシリコンのそれに近いものであった。また、抗折
強度がいずれも30kg/mm以上であり、シリコン
チップを支持したり、金属リードを取り付けるのに十分
な値であった。特に請求項2及び3の範囲内のものは、
熱膨張係数が3〜4×10−6/℃、抗折強度が38k
g/mm以上となり、優れていた。尚、セラミックス
No.1〜9は、いずれも窒化珪素Si系結晶の
ほかにアルミナAl結晶を含んでいることがX線
回折によって確認された。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムAl成分を含有する窒化珪
    素Si34系セラミックスよりなるものにおいて、前記
    アルミニウムAl成分のうち少なくとも一部をAl23
    結晶形態で存在させたことを特徴とする回路用絶縁基
    板。
  2. 【請求項2】 アルミニウム成分の総量が、Al23
    換算したときに重量基準で、0.5≦Al23/Si3
    4≦1.6を充足していることを特徴とする請求項1
    の回路用絶縁基板。
  3. 【請求項3】 アルミニウム成分の総量が、Al23
    換算したときに重量基準で、Si34との合計量で70
    %以上90%以下であることを特徴とする請求項1の回
    路用絶縁基板。
JP4203124A 1992-07-06 1992-07-06 回路用絶縁基板 Pending JPH0629633A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103420678A (zh) * 2013-07-23 2013-12-04 株洲钻石切削刀具股份有限公司 采用非均相沉淀法制备SiAlON陶瓷材料的方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103420678A (zh) * 2013-07-23 2013-12-04 株洲钻石切削刀具股份有限公司 采用非均相沉淀法制备SiAlON陶瓷材料的方法

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