JPS62252004A - ガラスセラミツク焼結体 - 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】 （技術分野〕 この発明は、ガラスの粉末とフィラーの粉末とが混合さ
れている粉末の成形体を焼成して得られるガラスセラミ
ック焼結体に関する。

〔背景技術〕

近年、高集積化したＬＳＩや各種の素子を多数搭載する
多層配線基板では、小型化や高信頼性の要求が高まるに
つれて、セラミック材の多層配線基板の利用が広がって
きている。

セラミック多層配線基板は、アルミナを主材にしてグリ
ーンシートを形成し、このグリーンシート上に高融点金
属（Ｍｏ、Ｗ等）の導体配線を厚膜技術により印刷形成
する。そのあと、このグリーンシートを貼り合わせて積
層した多層グリーンシートを約１５００−１６００℃の
高温非酸化雰囲気中で焼成して得られる。

しかし、上述のようなアルミナを主材料とする多層配線
基板では、アルミナの高い比誘電率と、微細化配線導体
（Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属）の高い抵抗によって、多層
的配線中を伝播する信号の伝達時間が長くなり、高速化
の要望に応え難かった。

この問題を解決するために、高抵抗の高融点金属材料の
代わりに、低抵抗金属材料（Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ　　Ｐｄ
、Ｃｕ等）を使って微細化配線を形成することも考えら
れる。しかしながら、上記の各低抵抗金属材料は融点が
１０００℃付近であり、アルミナを主材料とした場合に
は基板の焼成温度よりもはるかに低いので、実際に用い
ることはできない。

前記の問題を解決するため、ガラス、あるいは、ガラス
粉末焼結体（ガラス−セラミックス体）の多層配線基板
が開発されている。この基板の場合、焼成時の温度は、
上記アルミナを主材とする基板の焼成温度よりもはるか
に低い。そのため、Ａ　ｕ　、Ａ　ｇ　ｓ　Ａ　ｇ　　
Ｐ　ｄ　ｓ　Ｃｕなどの低抵抗金属材料を用いても、焼
結以前に配線パターンが融解して表面張力で収縮し、断
線したり他の配線とつながったりするということを防止
できる。

この基板に使用されるガラスは、通常、５ｉＯｚ　−’
Ａｌｘ　０５−ＭｇＯ系カラステアッテ、（−（７）組
成は、Ｓ　ｉ　０ｔＳＡ１□０．　、ＭｇＯを主成分と
し、さらにＺ　ｎ　Ｏ％　Ｌ　ｉｚ　ＯｌＬ　ｉ　Ｆ、
　Ｐｇ　０５等の核生成剤と、Ｂｉ　Ｏｓ　、Ｐｉ　Ｏ
Ｓｓ　Ｌ　ｒｔＯなどのガラス化に寄与して焼結度を高
める働きをする金属化合物とが副成分として添加されて
いる。具体的には、特公昭５９−４６９００号公報、特
開昭５１−５２４２２号公報、特開昭５９−９２９４３
号公報などに記載されている。

しかしながら、上記特公昭５９−４６９００号公報や特
開昭５１−５２４２２号公報に示されたガラス粉末焼結
体は、Ｉ、ｌｔｏやＬｔＦを核生成剤として含んでいる
ため、Ｌ　ｉ　＋イオンのマイグレーシラン現象によっ
て十分な絶縁性を保つことができないという問題がある
。また、Ｌｉ＋イオンがガラス成分に入ることにより、
比誘電率の高いβ−スボジュメンやβ−ユークリプタイ
トの結晶が析出しやすく、基板全体の比誘電率を上昇さ
せるという問題もある。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みて、１０００℃以下
の低い温度での焼成で十分緻密化されていて、誘電率も
低く、低抵抗金属材料による配線形成にも適したガラス
セラミック焼結体を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記の目的を達成するため、発明者らは、新しいタイプ
のガラス（結晶化するガラス）と、フィラーとの組み合
わせで焼結体の性能の向上をはかるべ（鋭意検討を行っ
た。その結果、っぎのようなことを見出して、この発明
を完成させた。

すなわち、Ｓ　ｉ　Ｏｔｓ　Ａ　１　ｔ　ＯｓおよびＭ
ｇＯの３つの成分のみからなるものを、重量％組成が、
４５≦Ｓｉｎ、≦６０．１５≦ＡｌｔＯ３≦３５．２０
≦Ｍｇｏ≦３０となるように配合して溶融する。この溶
融体を結晶を析出させないように急冷して透明なガラス
を得たのち、平均粒径１〜１０μｍ程度に微粉砕してガ
ラス粉末とする。このガラス粉末と、電気特性のさらに
良いセラミックフィラー粉末とを混合し、その成形体を
焼成して得られた焼結体は、緻密で比誘電率も小さく、
しかも、それが１ｏｏｏ℃以下の焼成温度でも達成でき
るのである。

したがって、　この発明は、ガラス組成物の粉末とフィ
ラー粉末とが混合されている粉末の成形体を焼成して得
られるガラスセラミック焼結体において、前記ガラス組
成物の組成が、５１０１４５〜６０重量％、ＡＩ！　ａ
ｓ　ｔ５〜３５重量％、ＭｇＯ２０〜３０重量％であり
、前記ガラス組成物とフィラーとの割合が、ガラス組成
物８０〜９５重量％、フィラー５〜２０重量％であるこ
とを特徴とするガラスセラミック焼結体を要旨とする以
下に、この発明にかかるガラスセラミック焼結体を詳し
く説明する。

この発明に用いられるガラス組成物の組成割合が上記の
ように限定されるのは、次の理由によるＳｉＯ□の組成
割合が６０重量％を越えると、上記３成分からなるガラ
ス溶融温度が上昇してしまうばかりか、焼成時の結晶化
が著しく、ガラス粉末表面層が急激に結晶化してしまい
、焼結を高めるガラス成分（相）が不足して緻密な焼結
体とすることができない。４５重量％を下回ると、ガラ
ス粉末の結晶化温度が上昇するので、これに伴って必要
な焼成温度も上昇し、成形体を１０００℃以下の温度で
焼成したのでは、得られた焼結体が未焼結状態となって
しまう。

Ａ１！０３の組成割合が３５重蓋％を越えると、溶融体
を急冷して得られるフリットが失透しやすく　（結晶化
してしまう）、焼成温度も１３００℃を越え、緻密な焼
結体が得られる温度範囲が極めて狭くなる。１５重量％
を下回ると、主結晶相がＳｉｎ、−ＭｇＯ系の結晶（エ
ンスタタイト、フォルステライト）となり、結晶量その
ものも著しく減少して、比誘電率が大きくなり、焼結体
自体の機械的強度も弱くなってしまう。

ＭｇＯの組成割合が３０重量％を越えると、１０００℃
以下の焼成温度では焼結ができないばかりか、結晶の量
も減少してしまう。２０重景％を下回ると、ガラス溶融
温度が上昇し、また、溶融体を急冷して得られるフリッ
トも失透しやすくなる。それだけでなく、成形体の焼成
時において、結晶化が著しく、ガラス粉末の表面層が急
激に結晶化してしまい、焼結を高めるガラス成分（相）
が不足するので、緻密な焼結体とすることができない。

この発明に用いるガラス組成物は、Ｌｉ、Ｎａ、ＫＳＰ
ｂなど比較的イオン伝導性の高い元素を含んでいない。

この発明で用いるフィラーとしては、特に限定するもの
ではないが、α−石英、溶融シリカ、クリストバライト
などのシリカ、コーディエライトから選ばれた少なくと
も１種、および／または、ステアタイト、フォルステラ
イト、ウオラストナイト、アノーサイト、アルミナ、セ
ルジアンから選ばれた少なくとも１種などが挙げられる
。

前記フィラーは、焼結体の機械的強度を上昇させるばか
りでなく、比誘電率を減少させるなどの働きがある。フ
ィラーの添加割合が２０重量％を越えると、焼結しにく
くなり、１０００℃以下での焼結ができなくなる。また
、焼結体バルク内部にボアーを多く含むようになる。５
重量％を下回ると、フィラーを添加する狙いである、誘
電率の低下、熱膨張率の調整、熱伝導率の向上などの効
果が認められなくなる。

フィラーとして、上記比較的イオン伝導性の高い元素を
ふくんでいないものを用いるようにすると、焼結体を多
層配線基板材料として用いても、マイグレーション現象
による絶縁性の劣化が生じるおそれがない。

上記ガラス組成物の粉末は、たとえば、重量％組成が上
記範囲内となるように各成分を配合して溶融し、この溶
融体を結晶を析出させないように急冷して透明なガラス
を得たのち、微粉砕して得られるが、他の方法によって
得るようにしてもよい。ガラス組成物の粉末の粒度は、
特に限定されないが、平均粒径として１〜１０μｍとす
るのが好ましい。平均粒径が１０μｍを越えると、ガラ
スセラミック焼結体の表面凹凸がはげしくなり、配線基
板とした場合、回路の導体精度も悪くなることがある。

また、結晶化温度が高くなることがあるので、１０００
℃以下の焼成では充分な結晶析出が起こらず、結晶量の
低い焼結体となるため、誘電率の低下が望めなくなるお
それがある。同時に、機械的強度が低くなることがある
ので、実用性に欠けるおそれがある。他方、１μｍを下
回ると、ガラス組成物の結晶化速度が早まることがあり
、充分な焼結が起こるまでに、結晶化が終了してしまう
ということが発生し、焼結密度が上がりにくくなるおそ
れがある。

フィラーの粒度も、特に限定はしないが、概ね上記ガラ
ス組成物の粒度と同等か、若干小さいめに設定するのが
好ましい。

上記ガラス組成物とフィラーを混合する方法は、特に限
定されず、湿式または乾式のいずれによっても良い。成
形体を得るのに樹脂、溶媒などの有機物を用いた場合に
は、あらかじめ前焼成を行って有機物を除去したのちに
、焼結のための焼成を行うようにするのがよい。なお、
前記有機物は特に限定されず、種々のものが用いられる
。また、有機物以外のものが用いられたり、何も用いず
に成形体を得てもよい。

上記ガラス組成物の粉末とフィラーが混合されている粉
末の成形体は、たとえば、グリーンシートまたはこれを
複数枚積層したものなどがあるが、これらに限るもので
はない。

前記成形体を焼成する条件は、特に限定されないが、上
述の低抵抗金属材料の融点（１０００℃前後）よりも低
い温度で焼成を行っても焼結できるので、その温度で焼
成するようにすれば、低抵抗金属材料を印刷などして同
時焼成できる。同時焼成でなくてもよい、また、用途は
多層配線基板などの配線基板に限定されない。

つぎに、この発明にかかるガラスセラミック焼結体を実
施例に基づいて詳しく説明する。

第１表のガラスフリットＧ−１〜Ｇ−９（Ｇ−８および
Ｇ−９は比較例用）に示す割合に調合された５ｉＯｚ　
、ＡＩ、Ｏ，およびＭｇＯ（７）３成分のみからなる原
料それぞれをアルミナ質るつぼ内に入れて約１５００℃
の加熱温度下で溶融した。

このようにして得られた溶融液を水中に投下して、ガラ
ス組成物（フリット）を得た。この組成物を、湿式また
は乾式で、アルミナ質ボールミル中で充分粉砕して、平
均粒径１〜１０μｍのガラス粉末とした。

このガラス粉末に、第２表の実施例１〜２０および第４
表の比較例１〜８に示す割合にフィラー粉末を調合し、
さらに、有機バインダーとして、たとえば、ポリブチル
メタクリレート櫂脂、フタル酸ジブチル、キシレン等を
加え混練し、減圧下で脱泡処理した。そのあと、この混
練体を用いてドクタブレード法によりフィルムシート上
に０．２闘厚の連続シートを作製した。これを乾燥した
後、フィルムシートからはがし、５鶴角となるように打
ち抜きしてグリーンシートを作製した。

このグリーンシート複数枚を重ねて金型ブレスで成形し
て成形体としたのち、焼成した。焼成時には、２００℃
／時間の速度で、それぞれ第３表および第５表に示した
８５０〜１ｏｏｏ℃の温度まで昇温し、この状態を３時
間保持したあと、２００℃／時間の速度で降温した。

このようにして得た実施例１〜２ｏおよび比較例１〜８
の焼結体について誘電率（比誘電率）および吸水率を測
定し、その結果を第３表および第５表に示した。なお、
ガラスフリフト作製時の失透（結晶化）の存無、熱膨張
率、熱伝導率も併せて示した。比誘電率の測定は、ＩＭ
Ｈｚの周波数で行った。吸水率の測定は、ＪＩＳ　Ｃ−
２１４１に従って行った。

第１表〜第５表にみるように、実施例１〜２０の焼結体
では、比較例１〜８の焼結体と比べて、１０００℃以下
の焼成温度であるにもかかわらず極めて緻密な焼結状態
が達成されている。比誘電率も、充分に実用性のある小
さな値となっている。熱膨張率、熱伝導率も良好である
。

なお、比較例１〜８の焼結体は、１１００℃以上の温度
で焼成しないと、緻密な焼結体とはならなかった。また
、比較例１〜８の焼結体は緻密な焼結状態ではないので
、比誘電率の値は見掛は上の値（測定値は小さめに出る
）で、材料そのものの真の値ではない、このため、他の
比較例では、比誘電率は表示していない。

〔発明の効果〕

この発明のガラスセラミック焼結体は、以上にみるよう
に、上記の組成のガラス組成物の粉末とフィラー粉末と
が上記割合で混合されている粉末の成形体を焼成してな
るので、緻密でしかも、小さい比誘電率となっているだ
けでな（、それが１０００℃以下の焼結温度で達成する
ことができる。したがって、緻密で低比誘電率であるこ
とから、この焼結体は多層配線基板材料に適するものと
なり、１０００℃以下の焼成温度であるため、低抵抗金
属材料を印刷するなどして同時に焼成を行い、配線を形
成することもできる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス組成物の粉末とフィラー粉末とが混合され
   ている粉末の成形体を焼成して得られるガラスセラミッ
   ク焼結体において、前記ガラス組成物の組成が、ＳｉＯ
   ＿２４５〜６０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１５〜３５重量
   ％、ＭｇＯ２０〜３０重量％であり、前記ガラス組成物
   とフィラーとの割合が、ガラス組成物８０〜９５重量％
   、フィラー５〜２０重量％であることを特徴とするガラ
   スセラミック焼結体。
2. （２）フィラーが、α−石英、溶融シリカ、クリストバ
   ライト、コーディエライト、ステアタイト、フォルステ
   ライト、ウォラストナイト、アノーサイト、アルミナお
   よびセルジアンからなる群より選ばれた少なくとも１種
   であ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。
3. （３）焼成が１０００℃以下の温度で行われる特許請求
   の範囲第１項または第２項記載のガラスセラミック焼結
   体。
4. （４）ガラス組成物の粉末が、平均粒径１〜１０μｍの
   ものである特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載のガラスセラミック焼結体（５）フィラー粉末
   が、平均粒径１〜１０μｍのものである特許請求の範囲
   第１項ないし第４項のいずれかに記載のガラスセラミッ
   ク焼結体。