JPH082964A - ハイブリッド集積回路用セラミック基板 - Google Patents

ハイブリッド集積回路用セラミック基板

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JPH082964A
JPH082964A JP7135525A JP13552595A JPH082964A JP H082964 A JPH082964 A JP H082964A JP 7135525 A JP7135525 A JP 7135525A JP 13552595 A JP13552595 A JP 13552595A JP H082964 A JPH082964 A JP H082964A
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Jr Henry M O'bryan
マイルズ オーブリアン,ジュニヤ ヘンリー
Warren William Rhodes
ウィリアム ローデス ウォーレン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ハイブリッド集積回路用セラミッ
ク基板を提供する。 【構成】 薄膜メタライゼーションを有するラジオ周波
モジュールで使用するのに適した薄いBa2Ti9O20 セラミ
ック基板の作製プロセスが、明らかにされている。9
8.5%密度(4.56g/cm3 )、高損失特性、平滑
な表面を有するほぼ単一相セラミックの形成が、102
0℃ないし1090℃、好ましくは1030℃ないし1
075℃、最も好ましくは1045℃ないし1075℃
の範囲内の温度で、プリカーサ粉末を前処理し、前処理
した粉末を所望の型に形成し、前処理した粉末の形状
を、1330℃ないし1350℃、好ましくは1340
℃ないし1350℃の範囲の温度でシンタすることによ
り、確実になる。わずかにTiO2過剰のBa2Ti9O20 組成
は、化学量論的組成又はBa過剰の組成より、平滑である
ことがわかる。そのような粉末から作られた基板は、1
075℃以上の温度で前処理された粉末より、表面欠陥
は少い。シンタ温度を下ることにより、基板/固定具反
応の可能性も減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はハイブリッド集積回路用
セラミック基板に係る。
【0002】
【従来技術】ラジオ周波モジュールで用いるために、大
きな薄いセラミック基板が必要とされている。これらの
モジュール(ストリップ線)の技術は、回路の寸法を小
さくし、価格を下げ、設計を簡単にするために、高誘電
率基板上に印刷された回路を用いる。薄膜の受動的な支
持として用いられる時、たとえば表面荒さ、電気抵抗、
熱伝導率及び密度といったセラミック基板の物理的特性
は、重要である。表面荒さは、薄膜導電体の均一性に影
響を与え、一方高い電気抵抗は漏れ電流又は短絡を防止
するために、必要である。適切な熱伝導率はデバイスを
破壊しうる温度上昇を防止し、一方高密度はたわみ強さ
を増進する。
【0003】上に薄膜回路(FICプロセス)やハイブ
リッド集積回路(HIPプロセス)をマウントする従来
用いられているAl2O3 基板は、高い熱伝導率と高い電気
抵抗をもつ不活性な強い土台となる。しかし、かなり低
い誘電率(k〜9.6)のため、回路特性に与える影響
は限られている。ストリップ線で用いようとすると、セ
ラミックは導電体間の相互作用が強いように、高い誘電
率をもつ必要がある。Ba2Ti9O2 0 セラミックは、高い誘
電率、k=40、低いマイクロ破損、4GHzでQ=1
0000及び温度に対し安定な誘電率が組合さって、共
振器用に用いられてきた。このセラミックから有用な基
板を作るために必要なことは、欠陥や大きな結晶粒がな
い滑らかな表面である。
【0004】本発明の要約 本発明は薄膜メタライゼーションを有するラジオ周波モ
ジュール用の薄いBa2Ti9O2 0 セラミック基板を、実現す
る。98.5%密度(4.56g/cm3 )、高損失特性
及び平滑な表面を有するほぼ単一相のセラミックが、以
下のプロセスにより、確実に形成される。すなわち、1
020℃ないし1090℃の範囲、好ましくは1030
℃ないし1075℃、最も好ましくは1045℃ないし
1075℃の範囲の温度で、プリカーサ粉末を準備し、
準備した粉末を所望の形に形成し、あらかじめ形にした
粉末を、1330℃ないし1350℃、好ましくは13
40℃ないし1350℃の範囲の温度で、シンタする。
わずかに過剰のTiO2を有するBa2Ti9O2 0 組成は、化学量
論的組成又はBa過剰の組成より、滑らかであることが、
わかっている。そのような粉末から作製した基板は、1
075℃以上の温度であらかじめ反応させた粉末より、
表面欠陥が少い。シンタ温度がより低いことによって、
基板/固定具の反応の可能性も、減少する。
【0005】本発明の詳細な記述 大きなBa2Ti9O2 0 セラミック基板は、ラジオ周波モジュ
ールに使用するためと、考えられている。0.010な
いし0.080インチ、好ましくは0.025ないし
0.030インチの範囲の厚さが、考えられている。基
板は一定の誘電率、強度、厚さ及び平滑さの指定にあう
必要がある。誘電率の条件にあうためには、Ba2Ti9O2 0
セラミックの密度は、一定でなければならず、一方少く
とも4.56g/cm3 の密度の時、適切な強度が得られ
る。この密度を得るためには、従来の粉末プロセスで
は、1135ないし1145℃の高い前処理温度と、約
1390℃の高いシンタ温度を、必要とする。従来、Ba
TiO3及びTiO2粉末は、共振器に適したセラミック基板を
得るために、1100℃ないし1150℃において6時
間前処理し、酸素中で1380℃ないし1390℃にお
いて、6時間シンタしていた。
【0006】比較的薄い(0.025−0.030イン
チ)Ba2Ti9O20 基板を作製する従来のプロセスにあった
1つの問題は、Ba2Ti9O20 セラミックと、シンタ中基板
を保持する固定具(セラミック支持具)との間の反応で
ある。そのような反応により、セラミック固定具又はカ
バー重しと接触している位置で、基板表面上に、欠陥が
生じる。第2の型の欠陥、すなわち≧0.002インチ
の直径又は深さを有する大きな表面結晶粒も、≧0.0
04インチの線幅と〜0.0003インチの厚さを有す
る誘電体をもつ薄膜メタライゼーションと、相互干渉す
る。後者の欠陥は、Ba2Ti9O20 結晶粒が、前処理が不適
切か、陽イオンの化学量論的組成が不適切であるため
に、急速に成長した時に起る。
【0007】Ba2Ti9O20 はBaCO3 及びTiO2又はBaTiO3及
びTiO2が高温で反応した時形成されるいくつかのBa−Ti
−O化合物の1つである。もし出発材料の粉末が、よく
混合され、適切な比率をもつなら、前処理された粉末中
の化合物の分布は、加熱の温度と時間に依存する。Ba2T
i9O2 0 以外に他の相が前処理中に形成され、それらには
Ba4Ti1 3O30、BaTi4O9 及びBaTi5O11が含まれる。少くと
も15%のBa2Ti9O2 0相が前処理中形成されなければ、
シンタリングによって高損失特性をもつ高密度の、ほぼ
単一相のBa2Ti9O2 0 セラミックは生じない。この状況
は、BaTi4O9 に比べBa2Ti9O2 0 の形成が遅れ、前処理及
びシンタの両工程中、BaTi4O9 結晶粒が急速に成長する
ことから生じる。一度大きな結晶粒として形成される
と、BaTi4O9は比較的安定で、焼結される表面において
凝集する傾向があり、そこで表面の荒さを増す。
【0008】たとえば低損失、高誘電率共振セラミック
としてBa2Ti9O20 を使用するための、従来のBa−Ti−O
セラミックプロセスにおいて、目的は機械的に安定で、
非常に高い損失特性と、共振周波数の低い温度係数をも
つセラミックを形成することであった。これらの目的
は、陽イオンの化学量論的組成を注意深く制御し、高純
度の原料を用い、高密度で完全な酸化プロセスを行い、
TiO2第2相を抑えることにより、達成された。1390
℃程度の高いシンタ温度が、そのようなセラミックを生
成するために、必要であった。ある程度のBa2Ti9O2 0 を
含まない粉末を生じた低温前処理によって、適切な共振
セラミックは生成しなかった。これらのセラミックはし
ばしば著しい量のBaTi4O9 第2層を含み、それは誘電率
を下げ、温度係数を上昇させた。BaTi4O9 を形成するた
め、シンタリング温度を下げた時、密度及び損失特性は
減少した。
【0009】ラジオ周波モジュール中でBa2Ti9O20 基板
を用いるためには、固有の損失特性は重要ではない。な
ぜなら、基板はメタライゼーションされない表面より、
メタライゼーションされた表面を有するからである。ま
た、共振器セラミックでは、薄膜基板中の微細クラック
を避けるため、Baが過剰な組成を必要とされるが、ラジ
オ周波モジュール基板中では、化学量論的組成への依存
性がないことを、見い出した。すなわち、基板の薄い断
面(0.010ないし0.080インチ)は、再酸化の
必要性と、微細クラックの傾向の両方を減す。また、も
し前処理温度を、十分な反応性が保たれる範囲に低下さ
せるなら、より低い前処理温度によって、シンタリング
温度は低くなり、セラミック基板は改善されることも、
見い出した。また、シンタリング温度を下ることによ
り、基板/固定具反応の程度も、減少する。温度が下る
ことによって、そりのような歪やクラックが減少し、表
面結晶粒がより小さくなるため、二次的な効果として、
平坦さと平滑な表面が改善されるはずである。発明者は
1020ないし1090℃、好ましくは1030ないし
1075℃の範囲の温度での前処理と、それに続く13
30ないし1350℃の範囲の温度におけるシンタリン
グにより、高密度(≧4.55g/cm3 )及び平滑な表
面を有する薄い基板の生成が可能になることを、発見し
た。TiO2がわずかに過剰な組成により、化学量論的又は
Ba過剰の組成より、平滑な表面が得られた。
【0010】基板作製に適した粉末は、よく混合された
BaTiO3+TiO2から作成される。全体的な化学式はBaTiO3
+3.5xTiO2で、xは1.001ないし1.01であ
る。xの値は、シンタリングしたとき、少量のTiO2第2
相を有するセラミックを生じるよう、経験的に決めた。
容量の温度係数が大きくなるため、大きなxの値は望ま
しくない。混合した粉末は、1030ないし1075℃
の範囲の温度において、6時間、前処理した。
【0011】水中の前処理した粉末を、1/2インチZr
O2媒体で5時間ひいた後、粉末を乾燥させ、粒状にし
た。空気中900℃において、あらゆる可塑性含有物を
除去するのに十分な時間、加熱するのに続き、前処理し
た粉末を、各種の形及び寸法に形成した。薄い形を形成
する各種の方法が、これらの粉末とともに、使用でき
る。たとえば、加圧、テープ鋳造又はロール圧密成形が
使用できる。シタンリングは1330℃ないし1390
℃において、6時間、酸素中で行った。
【0012】粒径は研磨された円盤又はクーポン上で測
定し、1150℃で熱的にエッチングし、液浸法によ
り、密度を得た。研磨された円盤の微細構造を、第2相
を明らかにするための熱的エッチングの前及び後に、光
学的に調べた。表面荒さは、2mmトレース上の分布測定
器(デクタクII、ベッコ社)で、12μm径の探針で
測定した。不安定な誘電体特性を生じる微細クラックの
存在(又はなし)を、色素ステイニングにより、決め
た。
【0013】シンタされた密度に対する前処理及びシン
タリング温度の効果が、図1に示されている。>4.5
5g/cm3 の密度の場合、≦1045℃で前処理した粉
末は、1370℃以下でシンタしなければならず、一方
1135℃で前処理した粉末は、1350℃以上でシン
タしなければならない。1030℃ないし1075℃で
前処理した粉末は、1350℃のシンタで最も高い密度
を得る粉末を生じる。第2相を生じる条件は、特別な記
号(大きな円)により、示されている。
【0014】表Iは1135℃、1100℃及び107
5℃において前処理し、1330℃ないし1400℃の
範囲内の温度でシンタした粉末から作った基板クーポン
(1×1×.027インチ)の密度及び表面荒さを比較
したものである。同様の密度の場合、より低い温度で前
処理した粉末で作製した高密度セラミックで、表面荒さ
のより小さいものが、得られた。
【0015】
【表1】 前処理した粉末から得られたセラミックの微細構造は、
通常>95%Ba2Ti9O2 0 相である。≦1045℃で前処
理し、≧1370℃でシンタした粉末からは、例外が生
じた。これらの温度はBaTi4O9 結晶粒の成長に適し、非
常に大きなBaTi4O9 結晶粒(〜500μm×100μ
m)が、小さなBa2Ti9O2 0 及びTiO2結晶粒の母体中に、
見い出された。Ba2Ti9O2 0 の粒径は、シンタ温度ととも
に増加し、1330℃で3−5μmになり、≧1090
℃で前処理した粉末の場合、1390℃で10−15μ
mに増加した。
【0016】つけ加えられる利点及び修正点は、当業者
には容易に明らかであろう。従って、本発明は広義に
は、ここで示し述べた具体的な詳細、デバイス例及び各
種の例には、限定されない。添付された特許請求の範囲
及びそれらと等価なものにより規定される本発明の一般
的な概念の精神又は視野を離れることなく、各種の修正
ができる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】1330℃ないし1390℃においてシンタし
た粉末について、前処理温度対シンタ密度をプロット
し、円の点は主な相として、BaTi4O9 の大きな結晶粒を
もつことを示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 1/03 610 D 7511−4E (72)発明者 ウォーレン ウィリアム ローデス アメリカ合衆国 08869 ニュージャーシ ィ,ラリタン,バーウィック ストリート 15

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TiO2とBaCO3 及びBaTiO3の少くとも1つ
    を含むプリカーサ材料を前処理し、前処理した材料を、
    所望の薄い形状に形成し、かつ形成された前処理の済ん
    だ材料をシンタすることを含むBa2Ti9O2 0 セラミック基
    板の作製プロセスにおいて、 平滑な表面を有する高密度基板の形成を確実にするため
    に、前記前処理は1020℃ないし1090℃の範囲の
    温度で行われ、前記シンタは1330ないし1350℃
    の範囲の温度で行われることを特徴とするプロセス。
  2. 【請求項2】 前記プリカーサ材料はBaTiO3及びTiO2で
    ある請求項1記載のプロセス。
  3. 【請求項3】 プリカーサ材料は、xが1.001ない
    し1.01パーセントである時、全体を表わす化学式Ba
    TiO3+3.5xTiO2に従うよう組合される請求項2記載
    のプロセス。
  4. 【請求項4】 前記前処理温度は、1045ないし10
    75℃の範囲である請求項1記載のプロセス。
  5. 【請求項5】 前記シンタ温度は1340℃ないし13
    50℃の範囲である請求項1記載のプロセス。
  6. 【請求項6】 前記薄い形状は0.010ないし0.0
    80インチの範囲の厚さを有する請求項1記載のプロセ
    ス。
  7. 【請求項7】 前記厚い形状は0.025ないし0.0
    30インチの範囲の厚さを有する請求項1記載のプロセ
    ス。
  8. 【請求項8】 シンタされた形状の表面の荒さは、30
    μインチより小さい請求項1記載のプロセス。
  9. 【請求項9】 前記基板は4.55g/cm3 以上の密度
    と、30μインチ以下の基板主表面の荒さを有する請求
    項1記載の方法により作製されたBa2Ti9O2 0基板。
JP7135525A 1994-06-02 1995-06-02 ハイブリッド集積回路用セラミック基板 Withdrawn JPH082964A (ja)

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US25279694A 1994-06-02 1994-06-02
US08/252796 1994-06-02

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KR960000825A (ko) 1996-01-25
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TW277053B (ja) 1996-06-01
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