JP2002128564A - ガラスセラミックスおよびその製造方法並びにそれを用いた配線基板 - Google Patents
ガラスセラミックスおよびその製造方法並びにそれを用いた配線基板Info
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Abstract
率および熱膨張係数の調整が容易にできるガラスセラミ
ックスを提供する。 【解決手段】ガラスおよび/またはそれが結晶化したマ
トリックス中に特定の結晶面方向に配向したセラミック
フィラーを分散し、該フィラーの配向方向と垂直な面と
平行な面で測定されるX線回折ピークを比較して、前記
フィラーに基づく(hk0)面および(00l)面(た
だし、h≧0、k≧0で、h、kの一方が1以上の整
数、lは1以上の整数)のピークのうち、2つの測定面
でのピーク強度の変化が最も大きい特定結晶面のピーク
強度I(hk0)、I(00l)から、p=I(0 0l)/(I(hk0)+
I(00l))で求められる2つの測定面でのp1、p2の比
(p1/p2、但しp1>p2)が2以上、かつ一方の測定
面から0.1mm研磨した研磨面でのp’値との比
(p’/p)が0.8以上のガラスセラミックスを配線
基板1の絶縁基板2とする。
Description
子収納用パッケージなど配線基板用の絶縁基板、フェル
ール等のコネクタ部品あるいは磁気ディスク保持部材等
のスペーサ部品等に好適に使用されるガラスセラミック
スに関するものであり、特に、低温での焼成が可能で、
高周波帯で低い誘電損失を有し、高強度、誘電率および
熱膨張係数の調整が容易にできるガラスセラミックスお
よびその製造方法並びにそれを用いた配線基板に関す
る。
末とセラミックフィラー粉末とを混合し、成形、焼成し
て作製されるが、低温焼成が可能であること、平滑な表
面を有すること、ガラスとフィラーの種類を変えること
によって多様な特性を得ることが可能である等の優れた
特性を有することから、最近種々の用途に用いられてい
る。
導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各
種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用され
る配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量
化が要求されており、アルミナ系セラミック材料に比較
して低温での焼成が可能で、低抵抗金属との同時焼成が
可能なガラスセラミックスを絶縁基板として用いた配線
基板が一層注目されている。
て用いた配線基板として、例えば、特開平9−7147
2号公報では、ガラス粉末と扁平なセラミックフィラー
粉末とを混合し、ドクターブレード法や押出成形法等に
より成形してグリーンシートを作製し、該グリーンシー
トの面方向に平行にセラミックフィラーを配向させ、こ
れを焼成することによって、焼成時のグリーンシートの
面方向への焼成収縮を小さくでき、寸法精度の高い配線
基板を作製できることが記載されている。
9−71472号公報の扁平なセラミックフィラー粉末
を用いてドクターブレード法や押出成形法等により成形
し焼成した絶縁基板では、扁平なセラミックフィラー粉
末同士が絡まったり球状のガラス粉末が共存するため
に、フィラー粉末をグリーンシート中に均一に分散させ
ることが困難であり、また、厚み方向でフィラー粉末の
配向度が変化してグリーンシートの表面付近での配向度
は高いものの中央部では配向度が低下するという問題が
あった。
波信号を伝送する配線基板の絶縁基板材料として用いる
場合、信号の伝送特性を高めるために高周波帯での誘電
損失を低減することが求められ、また、基板強度および
熱伝導率の向上、誘電率および熱膨張係数が容易に調整
できることが求められていた。
るためになされたもので、その目的は、特に高周波帯で
の誘電損失が低く、高強度、高熱伝導率で、誘電率およ
び熱膨張係数の調整が容易にできるガラスセラミックス
およびその製造方法並びにそれを用いた配線基板を提供
することにある。
対して鋭意検討した結果、ガラス粉末とセラミックフィ
ラー粉末とを含有するスラリーを用いて成形時に1テス
ラ(T)以上の高い磁場を印加することにより、セラミ
ックフィラー粉末が磁場の印加方向に対して特定の向き
に配向する結果、厚み方向等によらずセラミックフィラ
ー粉末を均一に配向させることができ、特に高周波帯で
の誘電損失が低く、高強度、高熱伝導率で、誘電率およ
び熱膨張係数の調整が容易にできるガラスセラミックス
が得られることを知見した。
は、ガラスおよび/またはそれが結晶化したマトリック
ス中にセラミックフィラーを分散したガラスセラミック
スであって、該ガラスセラミックス中の前記セラミック
フィラーが特定の結晶面方向に配向し、該配向方向と垂
直な面で測定されるX線回折ピークと前記配向方向と平
行な面で測定されるX線回折ピークとを比較したとき、
前記セラミックフィラーに基づく(hk0)結晶面およ
び(00l)結晶面(ただし、h≧0、k≧0で、hま
たはkのいずれか一方が1以上の整数、lは1以上の整
数)のピークのうち、前記2つの測定面でのピーク強度
の変化が最も大きい特定の(hk0)結晶面のピーク強
度I(hk0)、および前記2つの測定面でのピーク強度の
変化が最も大きい特定の(00l)結晶面のピーク強度
I(00l)から、以下の式により求められる前記2つの測
定面でのp値、p1、p2 p=I(00l)/(I(hk0)+I(00l)) の比(p1/p2、但しp1>p2)が2以上であり、かつ
前記2つの測定面のうちの一方の測定面から0.1mm
研磨した研磨面におけるX線回折ピークから求められる
p’値との比(p’/p)が0.8以上であることを特
徴とするものである。
スペクト比が3以下であること、開気孔率が5%以下で
あることが望ましい。
×10-4以下、熱伝導率が3W/m・K以上、強度25
0MPa以上であること、前記セラミックフィラーの配
向方向と、該配向方向と垂直な方向における誘電率およ
び/または熱膨張係数が異なることが望ましい。
ミナ、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、
ディオプサイド、コージエライト、アノーサイト、スラ
イソナイト、セルシアン、スピネル、ガーナイト、シリ
カ、ジルコニア、チタニア、MgTiO3、(MgZ
n)TiO3、Mg2TiO4、Zn2TiO4、CaTi
O 3、SrTiO3、Si3N4、SiCおよびAlNの群
から選ばれる少なくとも1種を含有することが望まし
く、マトリックス中に存在するセラミックフィラーの比
率が30〜80重量%であることが望ましい。
方法は、ガラス粉末とセラミックフィラー粉末を含有す
るスラリーを作製した後、該スラリーに1テスラ以上の
磁場を印加しつつ成形体を作製し、焼成することを特徴
とするものである。
均アスペクト比が3以下であること、前記成形体を特に
200μm以下の板状体とし、該成形体の少なくとも一
方の表面に前記成形体の焼結温度では焼結しない無機組
成物グリーンシートを積層して、該積層物を焼成するこ
とが望ましく、前記板状の成形体の焼成による厚み方向
の収縮率が35%以上であることが望ましい。
面および/または内部に配線層を形成した配線基板であ
って、前記絶縁基板が上記ガラスセラミックスからなる
ことを特徴とするものである。
であること、前記絶縁基板の表面および/または内部
に、前記セラミックフィラーの配向面と直行する方向に
サーマルビアを形成すること、前記配線層が純度99%
以上の高純度金属からなることが望ましい。
ガラスおよび/またはそれが結晶化したマトリックス中
にセラミックフィラーを分散したガラスセラミックスで
あって、該ガラスセラミックス中の前記セラミックフィ
ラーが特定の結晶方向に配向し、該配向方向と垂直な面
で測定されるX線回折ピークと前記配向方向と平行な面
で測定されるX線回折ピークとを比較したとき、前記セ
ラミックフィラーに基づく(hk0)結晶面および(0
0l)結晶面(ただし、h≧0、k≧0で、hまたはk
のいずれか一方が1以上の整数、l(エル)は1以上の
整数)のピークのうち、前記2つの測定面でのピーク強
度の変化が最も大きい特定の(hk0)結晶面のピーク
強度I(hk0)、および前記2つの測定面でのピーク強度
の変化が最も大きい特定の(00l)結晶面のピーク強
度I(00l)から、以下の式により求められる前記2つの
測定面でのp値、p1、p2 p=I(00l)/(I(hk0)+I(00l)) の比(p1/p2、但しp1>p2)が2以上、特に5以
上、さらに10以上、さらには20以上であり、かつ前
記2つの測定面のうちの一方の測定面から0.1mm研
磨した研磨面におけるX線回折ピークから求められる
p’値との比(p’/p)が0.8以上、特に0.90
以上、さらに0.95以上であることが大きな特徴であ
る。
クフィラー粒子を規則的に配列させることができること
から、高周波帯での誘電損失の低減、強度、熱伝導率の
向上、誘電率および熱膨張係数の容易な調整等を図るこ
とができる。
酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、Pb系ガラス、Bi
系ガラス、アルカリ系ガラス、アルカリ土類系ガラス、
アルミノホウケイ酸ガラス等が使用でき、特に、銅や銀
等の低抵抗金属との同時焼成性の点で、アルミノケイ酸
ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルカリ系ガラ
ス、アルカリ土類系ガラス等のガラスが望ましい。
の点で、Al2O3とSiO2とMO(M:アルカリ土類
元素)とを含有するアルミノケイ酸ガラスまたはアルミ
ノホウケイ酸ガラスを含有することが望ましい。中で
も、各成分の望ましい範囲は、Al2O3が2.5〜40
重量%、SiO2が35〜60重量%、MO(M:アル
カリ土類元素)が総量で5〜55重量%との比率からな
ることが望ましい。なお、上記アルカリ土類元素として
は、Mg、Ca、SrおよびBaの群から選ばれる少な
くとも1種を指す。
O3等の他の成分を総量で20重量%以下の割合で含有
してもよいが、特に、B2O3の含有量は誘電損失の低減
の点から、B2O3換算量で7重量%以下、特に3重量%
以下であることが望ましく、また、PbO、B2O3以外
にも高周波帯での誘電損失を増大させるLi、Na、K
などのアルカリ金属元素、ZrO2、Mn2O3、Cr2O
3、NiO成分はガラスに対して、酸化物換算による総
量で3重量%以下であることが望ましい。
しては、SiO2結晶相、MgAl2O4等のスピネル結
晶相、ZnAl2O4等のガーナイト結晶相、Ca(M
g,Al)(Si,Al)2O6等のディオプサイド型結
晶相、CaMgSi2O7(akermanite)、C
aMgSiO4(monticellite)、Ca3M
gSi2O8(merwinite)、MgSiO3、3
Al2O3・2SiO2、Mg2Al4Si5O18、SrAl
2Si2O8、(Sr,Ca)Al2Si2O8(スラウソナ
イト)、CaAl2Si2O8(アノーサイト)、BaA
l2Si2O8(セルジアン)、(Ca,Sr)SiO3、
SrSiO3等が好適に使用できるが、中でも低誘電損
失化、高強度化の点では、ディオプサイド型結晶相、M
gAl2O4、ZnAl2O4、コージェライト、ムライ
ト、エンスタタイト、ウイレマイト、CaAl2Si2O
8、SrAl2Si2O8、(Sr,Ca)Al2Si
2O8、フォルステライト、特に、ディオプサイド型結晶
相、ガーナイト、TiO2、(Zn,Mg)TiO3、
(Zn,Mg)2TiO4、nZnO・B2O3等の結晶相
が析出してもよい。
出可能なガラスの組成は、上記のガラスからのディオプ
サイド型結晶相の析出割合を高める上では、ガラス中に
おけるCaOとMgOの合計量が35〜50重量%であ
ることが望ましく、さらにはSiO230〜55重量
%、Al2O34.5〜15重量%、MgO16〜35重
量%、CaO24〜40重量%の割合であることが望ま
しい。
可能なガラス中には磁器の低温焼成化を促進する上では
SrOを含有してもよく、この場合、ガラスの組成とし
ては、SiO230〜55重量%、Al2O34〜15重
量%、MgO14〜30重量%、CaO5〜20重量
%、SrO10〜25重量%の割合であることが望まし
い。
での緻密化が促進されるが、脱バインダ特性が悪化し、
磁器中に多量の気孔や残留炭素が残存して変色、絶縁特
性、誘電損失、磁器強度の低下等を引き起こす。特に、
Cuメタライズとの同時焼成を行う場合、Cuの酸化を
抑制するために非酸化性雰囲気中にて焼成する必要があ
るために脱バインダ特性はさらに低下する点で、上記ガ
ラスの軟化点は、(Pbガラスより高く)700〜85
0℃、特に800〜830℃であることが望ましい。
アルミナ、ムライト、フォルステライト、エンスタタイ
ト、ディオプサイド、コージエライト、アノーサイト、
スライソナイト、セルシアン、スピネル、ガーナイト、
シリカ、ジルコニア、チタニア、MgTiO3、(Mg
Zn)TiO3、Mg2TiO4、Zn2TiO4、CaT
iO3、SrTiO3、Si3N4、SiCおよびAlNの
群から選ばれる少なくとも1種を含有することが望まし
い。
向上、低温焼結性、誘電率、熱膨張係数等の点で、前記
フィラーの含有量は30〜80重量%であることが望ま
しく、セラミックフィラーの平均粒径は0.5〜5μ
m、特に0.5〜3μmであることが望ましい。
ラー粉末同士が絡み合ったり凝集したりすることを防止
するためには、セラミックフィラー粉末の平均アスペク
ト比が3以下、特に2以下であることが望ましく、ま
た、強度、熱伝導率および耐湿性等を向上させるために
は、ガラスセラミックスの開気孔率が5%以下、特に3
%以下、さらに1%以下であることが望ましい。
特に、60GHzにおける誘電損失が10×10-4以
下、特に、9×10-4以下、熱伝導率が3W/m・K以
上、特に4W/m・K以上、さらに5W/m・K以上の
優れた特性を有するものとなる。
コネクタ部材、スペーサ部材等として用いることがで
き、中でも、1GHz以上、特に20GHz以上、さら
には50GHz以上、またさらには70GHz以上の高
周波信号を伝送する配線基板の絶縁層を形成するのに好
適な磁器である。
熱膨張係数は、5×10-6/℃以上、特に6×10-6/
℃以上、さらに8×10-6/℃以上、さらには10×1
0-6/℃以上であることが望ましく、例えば、配線基板
の絶縁基板として用いる場合、基板の面方向の熱膨張係
数を実装するチップ部品等やプリント基板等の熱膨張係
数に近似するように適宜調整することが望ましい。これ
は、上記の磁器の熱膨張係数が実装されるチップ部品等
やプリント基板のそれと差がある場合、半田実装時や半
導体素子の作動停止による繰り返し温度サイクルによっ
て、チップ部品等やプリント基板と配線基板(パッケー
ジ)との実装部に熱膨張差に起因する応力が発生し、実
装部にクラック等が発生し、実装構造の信頼性を損ねて
しまうためである。
スの前記配向面と該配向面と垂直な面における熱膨張係
数が異なるように形成することが可能であることから、
例えば、絶縁基板の主平面方向の熱膨張係数を厚み方向
の熱膨張係数よりも大きくすることにより、少ないフィ
ラー量で磁器の熱膨張係数を容易に調整でき、低温で磁
器を緻密化できるとともに、プリント基板と配線基板と
の熱膨張係数差を小さくすることができる。
300MPa以上、さらに350MPa以上と高いため
に、例えば、配線基板の絶縁基板として用いる場合、半
導体素子等の電子部品の実装時、または入出力端子部に
施すリード接続時に磁器にかかる応力による破損やはが
れ等を防止することができる。
上と高く、配線基板、またはこれに実装される半導体素
子等の電子部品から発生した熱を効率よく放熱して電子
部品の温度上昇による誤作動を防止することができる。
なお、本発明によれば、例えば、主平面方向の熱伝導率
が厚み方向の熱伝導率よりも高い場合、絶縁基板に対し
てその厚み方向にサーマルビアを形成することが望まし
い。
によって誘電率を異ならせることが可能であり、例え
ば、配線基板の絶縁基板として用いる場合、配線基板の
小型化、伝送特性の向上等用途に応じて誘電率を調整す
ることができ、また、配向面および誘電率が異なる2つ
の部材の積層体を作製することも可能である。
セラミックスを製造する方法について説明する。まず、
出発原料として、上述したガラス粉末、特に結晶化ガラ
ス粉末とセラミックフィラー粉末とを所定の割合で秤量
し、これに、溶媒を添加、混合してスラリーを調整す
る。溶媒としては、水、イソプロピルアルコール(IP
A)等のアルコール類、アセトン等が使用可能であり、
特に安全性、対環境面では水が望ましい。また、溶媒と
ともにポリビニルアルコール(PVA)等の有機バイン
ダや可塑剤、分散剤を加えてもよく、PVAは分散剤と
しての機能をも有し、後述するセラミックフィラー粉末
の配向性を高める働きをなす。
ともに、フィラー粉末のスラリー中の分散性を高め、か
つフィラー粉末を後述する磁場中で容易に配列させるた
めに、セラミックフィラー粉末の平均粒径は0.5〜5
μm、特に0.5〜3μm、さらに0.5〜1.5μ
m、さらに0.5〜1.0μmであることが望ましい。
なお、フィラー粉末の平均粒径とはマイクロトラック法
によって求められるd50値の意である。また、後述する
磁場中でのセラミックフィラー粉末の配向度を高める上
で、セラミックフィラー粉末のアスペクト比は3以下、
特に2以下であることが望ましい。
行磁場Hを印加しつつ成形を行う。ここで、印加する磁
場Hの強さは、フィラー粉末を所望の向きに配向させる
ためには、1テスラ(T)以上、特に9テスラ(T)以
上であることが重要である。かかる磁場を発生させる装
置としては、例えば高磁場を発生できる超伝導磁石を備
えた磁場発生装置を使用することが望ましい。印加する
磁場が1テスラ(T)より小さいとセラミックフィラー
粉末が所定の方向に配向しない。
法、押出成形法やドクターブレード法、カレンダーロー
ル法等のテープ成形法が採用できる。このとき得られる
成形体は、磁場の印加方向に対して特定面が垂直となる
ように配向する。
短時間で完了するが、成形体中のセラミックフィラー粉
末の配向度を維持するためには、スラリー中の溶媒が揮
発してスラリーが固化する、あるいは鋳込成形等にて成
形する場合には、石膏等の多孔質体からなる成形型を用
いてスラリー中の溶媒が成形型の細孔を通して除去され
ることにより着肉し、粉末が流動せず固定される硬さま
で磁場を印加することが望ましい。このために、成形体
をなすスラリーの固化を早めるために、スラリー中に紫
外線硬化性樹脂を含有して磁場を印加してから紫外線を
照射させることによりスラリーの固化を早めたり、熱硬
化性樹脂や熱可塑性樹脂を添加して磁場を印加してから
温度を変化させることでスラリーの固化を早めることが
できる。
ラー粉末を配向させた後、すばやく溶媒等の液体成分を
除去してセラミックフィラー粉末の配向度を維持できる
テープ成形法を用い、特に厚み200μm以下の板状の
成形体を作製することが望ましい。なお、スラリーの1
00sec-1での粘度は0.3〜0.7Pa・s、特に
0.4〜0.6Pa・sであることが望ましい。
法では、表面のみならず成形体の内部にまでわたって容
易にセラミックフィラー粉末の配向度を高めることがで
き、セラミックフィラー粉末が特定面に均一に配向した
成形体を作製できる。
050℃の酸化性雰囲気または不活性雰囲気中で、特に
30分以上焼成することによりガラスセラミックスを作
製することができる。
板状体の場合、セラミックフィラー粉末を板状の成形体
の主平面に対して配向させるとともに、該成形体の少な
くとも一方の表面に前記成形体の焼結温度では焼結しな
い無機組成物グリーンシートを積層して、該積層物を焼
成することにより、焼成時に無機組成物の拘束力によっ
て成形体の焼成時における特定方向の収縮を抑制でき
る。
の収縮率を特に35%以上、さらに40%以上に高めて
ガラスセラミックスの密度を高めることができるととも
に、焼成中にガラスセラミックス中のガラス粉末が軟化
する際、成形体の面方向への拘束力および厚み方向への
収縮率によってセラミックフィラーの配向度を高めるこ
とができる。特に成形体が200μm以下の板状体の場
合、さらに配向度を高めることができる。なお、前記無
機組成物は、所望により、焼成後研磨や超音波洗浄によ
って容易に除去することができる。
の好適例であるこれを絶縁基板として用いた配線基板の
一例について、その概略断面図である図1を基に説明す
る。図1によれば、配線基板1は、複数枚の絶縁層2
a、2bの積層体からなる絶縁基板2の表面および内部
に配線層3が形成された構成からなる。
縁層2a、2bが上述したガラスセラミックスからなる
ことが大きな特徴であり、これによって、絶縁基板2の
高周波帯における誘電損失の低減、強度および熱伝導率
の向上、誘電率および熱膨張係数の調整が容易に行え
る。
は、絶縁基板2の厚みが1mm以下、特に500μm以
下、さらに200μm以下であることが望ましく、ま
た、それぞれの絶縁層2a、2bの厚みは、200μm
以下、特に150μm以下、さらに120μm以下であ
ることが望ましい。
とは、配線層3等の他の部材を含まない実質的に絶縁基
板2のみの厚みを指し、具体的には、配線基板1の断面
写真にて測定される絶縁基板の断面積(幅w×厚み
t1)S1から配線層3等の他の部材の面積の総和S2を
差し引いた断面積(S1−S2)を幅wで割ったものt=
(S1−S2)/wで求められる。また、配線基板1内に
凹部を形成するような場合には、該凹部底面から絶縁基
板底面までの厚みを指す。
主成分としてなるが、信号の伝送速度を高め、特に高周
波信号の伝送損失を低減するために、銅、銀、金、アル
ミニウムの群から選ばれる少なくとも1種の低抵抗金属
を主成分とし、特に純度が99%以上の高純度金属、さ
らには金属箔からなることが望ましい。さらに、図1に
よれば、絶縁層2aおよび絶縁層2bの上下面に形成さ
れる配線層3、3間がビアホール導体4によって電気的
に接続されている。
は、Si、Si−Ge、Ga−As等の半導体素子等の
素子5が搭載されており、本発明によれば、素子5の動
作によって発生した発熱を絶縁基板2を介して絶縁基板
2の外部に放熱することができる。
めるためには、絶縁基板2をなす上述したガラスセラミ
ックス中のセラミックフィラーが特定の結晶面に配向し
て、特に面方向と厚み方向で熱伝導率が異なる場合、熱
伝導率の低い方向にサーマルビア6等の放熱用導体層を
形成することが望ましい。また、サーマルビア6は絶縁
基板2の表面および/または内部に形成され、図1によ
れば、サーマルビア6は絶縁基板2の厚み方向で素子5
搭載部の直下に形成されている。
号、特に1GHz以上、さらに20GHz以上の高周波
信号を伝送する場合には、高周波信号の伝送損失を低減
するために、配線層3がストリップ線路、マイクロスト
リップ線路、コプレーナ線路および誘電体導波管のうち
の1種から構成されることが望ましい。
線層を具備する配線基板を作製するには、前記混合粉末
に、適当な有機溶剤、溶媒を用い混合してスラリーを調
製し、これに上述した平行磁場を印加しつつ、従来周知
のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは
押出成形法、鋳込成形法によりシート状の成形体、いわ
ゆるグリーンシートを作製する。
の溶媒を素早く除去してセラミックフィラーを成形体中
で固定し、セラミックフィラーの配向度を向上させるた
めに、グリーンシートの厚みが200μm以下、特に1
50μm以下、さらに120μm以下であることが望ま
しい。
クフィラー粉末の磁場に対する配向性に応じて決定さ
れ、例えば、セラミックフィラー粉末としてアルミナ粉
末を用いる場合、アルミナは磁場の印加方向に対してc
軸が向くように配列することから、グリーンシートの主
平面に対して垂直な方向、すなわちグリーンシートの厚
み方向に磁場を印加することによって、アルミナ粉末を
主平面に対してc軸が配向させることができる。
スルーホールを形成した後、スルーホール内に、銅、
金、銀のうちの少なくとも1種を主成分とする金属ペー
ストを充填する。そして、シート状成形体表面には、高
周波信号が伝送可能な高周波線路パターン等に前記金属
ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法な
どによって配線層の厚みが5〜30μmとなるように、
印刷塗布する。
所望により、複数枚積層して、例えば、40〜120
℃、5〜40MPaにて加熱圧着する。そして、上記積
層体を酸化性雰囲気または弱酸化性雰囲気中、500〜
750℃にて脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気また
は非酸化性雰囲気中、例えば、800〜1050℃、特
に850〜950℃にて0.2〜10時間、特に0.5
〜2時間焼成することによって配線基板を作製すること
ができる。
導体素子等の素子が搭載され配線層と信号の伝達が可能
なように接続される。接続方法としては、配線層上に直
接搭載させて接続させたり、あるいは樹脂、Ag−エポ
キシ、Ag−ガラス、Au−Si等の樹脂、金属、セラ
ミックス等の厚み50μm程度の接着剤によりチップ部
品を絶縁基板表面に固着し、ワイヤーボンディング、T
ABテープなどにより配線層と半導体素子等とを接続さ
せたりする。
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなり、電磁波遮
蔽性を有するキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着
剤により接合してもよく、これにより半導体素子を気密
に封止することができる。
方法として、上述したように金属ペーストを用い印刷法
等にてグリーンシート表面に塗布する方法に代えて、微
細で高精度の配線層が形成可能である高純度金属導体、
特に金属箔にて配線層を形成する方法も好適に採用でき
る。
方法は、例えば、スパッタ法や蒸着法等の薄膜形成法に
よって所定パターンの配線層を形成することもできる
が、樹脂フィルム上に金属箔を貼り付け、メッキ法等に
よって金属箔を所定パターンに加工した後、この金属箔
付の樹脂フィルムをグリーンシート表面に位置合わせし
て転写することによってグリーンシート表面に配線層を
形成する方法によって容易に形成することができる。
際に、前記配線回路層を形成した絶縁基板用グリーンシ
ートの少なくとも一方の表面、望ましくは両面に前記絶
縁基板用グリーンシートの焼結温度では焼結しない無機
組成物のグリーンシートを積層して、該積層物を焼成す
ることにより、絶縁基板用グリーンシートの焼成時に無
機組成物の拘束力によって絶縁基板の焼成時における面
方向の収縮を抑制できるとともに、厚み方向への収縮率
を特に35%以上、さらに40%以上に高めてガラスセ
ラミックスの密度を高めることができるとともに、ガラ
スセラミックス中のセラミックフィラーの配向度を高め
ることができる。
超音波洗浄によって容易に除去することができる。
ド結晶を析出可能なガラス70重量%と、セラミックフ
ィラーとしてAl2O3粉末30重量%との比率で混合
し、有機バインダ、可塑剤、トルエンを添加、混合し
て、スラリーを調製した。なお、Al2O3粉末の平均粒
径は1.8μm、平均アスペクト比は1.3、スラリー
の粘度は100sec-1において0.4Pa・sであっ
た。
膏型に10cc(厚み5mm)注ぎ、ボア径100m
m、10Tの磁場が発生可能な冷凍機型磁場装置中に入
れて、スラリーの厚み方向が磁場の印加方向に対して平
行となるように表1に示す磁場を印加した状態でスラリ
ー中の溶媒を除去して鋳込み成形を行った。磁場の大き
さは超伝導磁石に通電させる電流値を変化させることに
より変化させた。
含有/窒素雰囲気中、700℃で脱バインダ処理を行っ
た後、乾燥窒素中で950℃で1時間焼成しガラスセラ
ミックスを作製した。なお、焼成に際しては昇温速度、
降温速度を300℃/hとした。
により焼結体の開気孔率を測定したところ0.5%であ
った。また、焼結体表面(主平面)および厚み方向(側
面)の任意の5カ所にてX線回折測定(2θ=10〜8
0°)を行い、そのチャートから、前記セラミックフィ
ラーに基づく2つの測定面でのピーク強度の変化が最も
大きい(300)結晶面と(006)結晶面のピーク強
度I(300)、I(006)から、p=I(006)/(I(300)+I
(006))より求められる2つの測定面でのp値を算出し
たところ、p1(主平面)=0.31、p2(側面)=
0.006であり、その比(p1/p2)は52であり、
かつ前記2つの測定面のうちの一方の測定面から0.1
mm研磨した研磨面におけるX線回折ピークから求めら
れるp’値との比(p’/p)が0.95以上であっ
た。
わち厚み方向でのSEM測定により、一視野内に存在す
るセラミックフィラーの長径d1および短径d2の比(d
1/d2)の平均値であるアスペクト比を測定したところ
1.2であった。
イザー、シンセサイズドスイーパーを用いて誘電体円柱
共振器法により、(1)配向度f1測定面を表面とする
方向すなわち磁場の印加方向が表面方向となるもの、お
よび(2)配向度f1測定面と垂直な面を表面とする方
向すなわち磁場の印加方向が厚み方向となるものの2種
の試料を表面が直径2〜7mmの円形、厚み1.5〜
2.5mmの形状に切り出し、誘電率および誘電損失を
測定したところ、(1)の試料の誘電率7.0、誘電損
失5×10-4、(2)の試料の誘電率8.5、誘電損失
5×10-4であった。
み方向が磁場の印加方向をなす1mm厚みの試料につい
て熱伝導率を測定したところ5W/m・K、JISR1
601に基づいて配向度f1測定面が引っ張り面となる
ように磁器の4点曲げ強度を測定したところ350MP
aであった。また、20〜400℃における平均熱膨張
係数を測定したところ、(1)の試料が7.0×10-6
/℃、(2)の試料が8.5×10-6/℃であった。
に対して、磁場を印加しない以外は実施例1と同様にガ
ラスセラミックスを作製した。
施例1と同様に評価した結果、開気孔率1%、p1(主
平面)=0.017、p2(側面)=0.016であ
り、その比(p1/p2)は1.06であり、かつ前記2
つの測定面のうちの一方の測定面から0.1mm研磨し
た研磨面におけるX線回折ピークから求められるp’値
との比(p’/p)が0.90、(1)の試料の60G
Hzでの誘電率8.0、誘電損失17×10-4、(2)
の試料の誘電率8.0、誘電損失18×10-4、熱伝導
率3.2w/m・K、強度210MPaであった。
て、ドクターブレード法によりテープ状にスラリーを成
形しつつ、実施例1の超伝導マグネットを用いて該テー
プ状のスラリーの厚み方向に平行に10Tの平行磁場を
印加して成形を行い、厚み250μmのグリーンシート
を作製した。該グリーンシートの所定位置にビアホール
を形成し、該ビアホール内にスクリーン印刷法により銅
粉末を主成分とする導体ペーストを充填した。
ッチングにより所定の配線層のパターンに加工した後、
前記ビアホール導体に位置合わせしながら前記グリーン
シート表面に転写して配線層を形成し、実施例1と同様
に積層した後、アルミナ粉末を主成分としてガラス粉末
と有機バインダと可塑剤と溶剤とを含有する無機組成物
グリーンシートを前記積層体の両面に積層し、圧着し
て、実施例1と同様に焼成した後、絶縁基板の両面のア
ルミナ粉末を除去して配線基板を作製した。
0.1%であり、厚み方向の収縮率は40%であり、ま
た、絶縁基板の厚みは180μmであった。また、ビア
ホール導体を介して導体層間の導通を確認したところ、
良好な導通を示した。
けない以外は同様に基板(ガラスセラミックス)を作製
し、実施例1と同様に評価したところ、開気孔率0.5
%、p1(主平面)=0.70、p2(側面)<0.00
1であり、その比(p1/p2)は700を越え、かつ前
記2つの測定面のうちの一方の測定面から0.1mm研
磨した研磨面におけるX線回折ピークから求められる
p’値との比(p’/p)が0.98、(1)の試料の
60GHzでの誘電率6.9、誘電損失4.5×1
0-4、(2)の試料の誘電率8.7、誘電損失4.4×
10-4、熱伝導率5.3w/m・K、強度370MPa
であった。
ミックスによれば、ガラス粉末とセラミックフィラー粉
末とを含有するスラリーを用いて成形時に1テスラ以上
の高い磁場を印加することにより、セラミックフィラー
粉末が磁場の印加方向に対して特定の向きに配向する結
果、厚み方向等によらずセラミックフィラー粉末を均一
に配向させることができ、特に高周波帯での誘電損失が
低く、高強度、高熱伝導率で、誘電率および熱膨張係数
の調整が容易にできるガラスセラミックスが得られる。
方法によれば、板状の成形体に対して、少なくとも一方
の表面に前記成形体の焼結温度では焼結しない無機組成
物グリーンシートを積層して、該積層物を焼成すること
により、セラミックフィラー粉末を焼成時にさらに配向
させることができる。
納用パッケージの一例を示す概略断面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】ガラスおよび/またはそれが結晶化したマ
トリックス中にセラミックフィラーを分散したガラスセ
ラミックスであって、該ガラスセラミックス中の前記セ
ラミックフィラーが特定の結晶面方向に配向し、該配向
方向と垂直な面で測定されるX線回折ピークと前記配向
方向と平行な面で測定されるX線回折ピークとを比較し
たとき、前記セラミックフィラーに基づく(hk0)結
晶面および(00l)結晶面(ただし、h≧0、k≧0
で、hまたはkのいずれか一方が1以上の整数、lは1
以上の整数)のピークのうち、前記2つの測定面でのピ
ーク強度の変化が最も大きい特定の(hk0)結晶面の
ピーク強度I(hk0)、および前記2つの測定面でのピー
ク強度の変化が最も大きい特定の(00l)結晶面のピ
ーク強度I(00l)から、以下の式により求められる前記
2つの測定面でのp値、p1、p2 p=I(00l)/(I(hk0)+I(00l)) の比(p1/p2、但しp1>p2)が2以上であり、かつ
前記2つの測定面のうちの一方の測定面から0.1mm
研磨した研磨面におけるX線回折ピークから求められる
p’値との比(p’/p)が0.8以上であることを特
徴とするガラスセラミックス。 - 【請求項2】前記セラミックフィラーの平均アスペクト
比が3以下であることを特徴とする請求項1記載のガラ
スセラミックス。 - 【請求項3】開気孔率が5%以下であることを特徴とす
る請求項1または2記載のガラスセラミックス。 - 【請求項4】60GHzにおける誘電損失が10×10
-4以下、熱伝導率が3W/m・K以上、強度250MP
a以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
か記載のガラスセラミックス。 - 【請求項5】前記セラミックフィラーの配向方向と、該
配向方向と垂直な方向における誘電率および/または熱
膨張係数が異なることを特徴とする請求項1乃至4のい
ずれか記載のガラスセラミックス。 - 【請求項6】前記セラミックフィラーが、アルミナ、ム
ライト、フォルステライト、エンスタタイト、ディオプ
サイド、コージエライト、アノーサイト、スライソナイ
ト、セルシアン、スピネル、ガーナイト、シリカ、ジル
コニア、チタニア、MgTiO3、(MgZn)Ti
O3、Mg2TiO4、Zn2TiO4、CaTiO3、Sr
TiO3、Si3N4、SiCおよびAlNの群から選ば
れる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項
1乃至5のいずれか記載のガラスセラミックス。 - 【請求項7】マトリックス中に存在するセラミックフィ
ラーの比率が30〜80重量%であることを特徴とする
請求項1乃至6のいずれか記載のガラスセラミックス。 - 【請求項8】ガラス粉末とセラミックフィラー粉末を含
有するスラリーを作製した後、該スラリーに1テスラ以
上の磁場を印加しつつ成形体を作製し、焼成することを
特徴とするガラスセラミックスの製造方法。 - 【請求項9】前記セラミックフィラー粉末の平均アスペ
クト比が3以下であることを特徴とする請求項8記載の
ガラスセラミックスの製造方法。 - 【請求項10】前記成形体を200μm以下の板状体と
することを特徴とする請求項8または9記載のガラスセ
ラミックスの製造方法。 - 【請求項11】前記成形体が板状体からなり、該成形体
の少なくとも一方の表面に前記成形体の焼結温度では焼
結しない無機組成物グリーンシートを積層して、該積層
物を焼成することを特徴とする請求項8乃至10のいず
れか記載のガラスセラミックスの製造方法。 - 【請求項12】前記板状の成形体の焼成による厚み方向
の収縮率が35%以上であることを特徴とする請求項1
1記載のガラスセラミックスの製造方法。 - 【請求項13】絶縁基板の表面および/または内部に配
線層を形成した配線基板であって、前記絶縁基板が請求
項1乃至7のいずれか記載のガラスセラミックスからな
ることを特徴とする配線基板。 - 【請求項14】前記絶縁基板の厚みが1mm以下である
ことを特徴とする請求項13記載の配線基板。 - 【請求項15】前記絶縁基板の表面および/または内部
に、前記セラミックフィラーの配向面と直行する方向に
サーマルビアを形成することを特徴とする請求項13ま
たは14記載の配線基板。 - 【請求項16】前記配線層が純度99%以上の高純度金
属からなることを特徴とする請求項13乃至15のいず
れか記載の配線基板。
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