JP2004262741A

JP2004262741A - Glass-ceramic substrate and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004262741A
Application number: JP2003204155A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Mikura; 勉三倉; Katsuhiko Onizuka; 克彦鬼塚
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2004-09-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glass-ceramic substrate provided with a ferrite layer high in magnetic permeability and stable high noise absorption characteristics, and to provide a method for manufacturing the glass-ceramic substrate. <P>SOLUTION: In a wiringboard, a wiring conductor 3 and the ferrite layer 2 which is composed of ferrite covering the upper and the lower surface of the wiring conductor 3 and glass of ≤1 wt.% and has the same weight as the wiring conductor 3 are formed by the simultaneous firing with the insulating base body 1 at least on one of the inside or the surface of an insulation base body 1 composed of a plurality of glass ceramic insulating layer. The ferrite layer 2 has stable high magnetic permeability and effectively absorbs noise passed through the wiring conductor 3 by covering the wiring conductor 3 with the ferrite layer 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に同時焼成による配線導体およびこの配線導体を覆うノイズ吸収のためのフェライト層を備えるガラスセラミック基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理装置は高性能化が急激に進展し、これに伴って情報処理装置に搭載実装される半導体装置や混成集積回路装置も高速駆動が行なわれ、ノイズの影響をきわめて受けやすいものになってきた。そのため外部電気回路から高周波のノイズが入り込んだ場合、そのノイズはそのまま配線導体を通して半導体素子等の電子部品に入り込み、誤動作させてしまう危険がある。従って、そのような誤動作を防ぐためノイズ対策が必要とされる。
【０００３】
従来のガラスセラミック基板におけるノイズ対策としては、ノイズを吸収するフェライトビーズをガラスセラミック基板の表面に実装する方法や、フェライト基板をガラスセラミック基板の裏面に接合する方法が古くから行なわれてきた。
【０００４】
しかしながら、この方法では小型化および実装の簡略化が困難であった。そこで、近年ではガラスセラミック基板そのものにノイズを吸収させることによる表面実装工程の簡略化およびガラスセラミック基板の小型化が図られている。
【０００５】
その方法の一つとして、ガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成する方法が挙げられる。例えば絶縁基体そのものにフェライト粉末を混入させる方法や、絶縁基体の一部にフェライトを含む補助膜を形成する方法がある。これらの方法ではガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成するために、フェライト層と絶縁基体のガラスセラミックスとを同時焼成している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−９７６５６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平７−１９３３６９号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平１１−１６３１８９号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開２０００−２５２３８５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、フェライト層と絶縁基体の主成分であるガラスセラミックスとを同時焼成により密着させるために、またそれぞれの焼成収縮率を合わせるために、フェライト層にガラス粉末またはガラスセラミック粉末を添加しなければならなかった。これは、純粋なフェライト層をガラスセラミックスと同時焼成するとフェライト層とガラスセラミックスとの充分な密着力が得られず、さらに、焼成時のフェライト層の収縮率とガラスセラミックスの収縮率とが異なると、焼成後にガラスセラミック基板が変形する、またはフェライト層がガラスセラミック基板から剥離するというような不具合が発生するからである。
【００１１】
しかしながら、フェライト層に添加されるガラス粉末やガラスセラミック粉末は非磁性体であるため、これらはフェライト層中に非磁性の空間を形成することとなり、フェライト層中のフェライトの密度が低下してしまうという問題点があった。
【００１２】
一般的に、フェライト等の磁性体のノイズ吸収力は透磁率（μ）を指標として表される。透磁率が高ければ、磁性体のノイズ吸収力が高くなる。ただし、透磁率は磁性体中に非磁性部分が存在するとその非磁性部分の体積の３乗に比例して低下する。よって、前述のようにフェライト層にガラス粉末やガラスセラミック粉末を添加すると、フェライト層の透磁率が急激に低下するという問題点があった。
【００１３】
そして、透磁率が低下するとノイズを充分に吸収できなくなり、その結果、外部電気回路から高周波のノイズが入り込んだ場合に、そのノイズが完全に吸収されず配線導体を通して半導体素子等の電子部品に入り込み、誤動作させてしまうという問題点があった。
【００１４】
しかし、ノイズを充分に吸収するためにフェライト層を多量に形成すると、焼成後のフェライト層が剥離しやすくなるという問題点があった。これは焼成時の収縮および熱膨張係数がフェライト層とガラスセラミックスとで異なるためであり、フェライト層が多量に形成されれば剥離の発生は顕著になる。また、フェライト層が増加すると相対的にガラスセラミックスが少なくなり、絶縁基体全体としての誘電率や絶縁特性がガラスセラミック基板本来のものと異なってくるという問題点があった。
【００１５】
さらに、前記のいずれのフェライト層形成手法においても、フェライト層の厚みを再現性良く均一に形成することが困難であるという問題があった。通常、フェライト層のガラスセラミック・グリーンシート上への形成にはフェライトペーストをスクリーン印刷する手法がとられているが、これでは同じようにして作製したガラスセラミック基板のフェライト層間および同一ガラスセラミック基板内の異なるフェライト層間でも厚みがばらついてしまうという問題点があった。また、局所的に厚みの薄いフェライト層が形成されれば、その部分はノイズ吸収効果が充分に得られないので、これを回避するためにはフェライト層の厚みを必要以上に厚くする必要があるが、フェライト層を多量に形成することは前述のように焼成時の剥離を促進してしまうという問題点もあった。
【００１６】
以上のような理由から、絶縁基体の内部のフェライト層は微小体積または低密度のものしか形成できず、また同じように作製したガラスセラミック基板間でのノイズ吸収効果のばらつきもあり、フェライト層を用いて充分なノイズ吸収特性を持ったガラスセラミック基板を安定して得ることが困難であるという問題点があった。
【００１７】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、透磁率の高いフェライト層を備えており、そのノイズ吸収特性が高くかつ安定しているガラスセラミック基板およびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスセラミック基板は、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に、配線導体と、この配線導体の上面および下面を覆うフェライトおよび１重量％以下のガラスから成る、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層とが、前記絶縁基体との同時焼成で形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明のガラスセラミック基板は、上記構成において、前記フェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成ることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明のガラスセラミック基板は、上記構成において、前記ガラスセラミック絶縁層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ１およびＴ２とし、前記フェライト層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ３およびＴ４としたとき、Ｔ３＜Ｔ１およびＴ２＜Ｔ４であることを特徴とするものである。
【００２１】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法は、ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚と、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含む、前記ガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの、間に配線導体を配置した少なくとも２枚のフェライト・グリーンシートとを積層して、ガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体から有機成分を除去し、次いで焼成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法は、ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚と、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含む、前記ガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの、間に配線導体を配置した少なくとも２枚のフェライト・グリーンシートとを積層するとともに、最上層および最下層を前記ガラスセラミック・グリーンシートとしたガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の上下両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程と、前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、前記ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工程とを含み、前記拘束グリーンシートのガラス含有量が、前記焼成時に拘束グリーンシートを前記ガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明のガラスセラミック基板によれば、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に、配線導体と、この配線導体の上面および下面を覆うフェライトおよび１重量％以下のガラスから成る、ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層とが、絶縁基体との同時焼成で形成されていることから、フェライト層中に磁性を持たない空間を形成するガラス成分を１重量％以下としたことでフェライト層の透磁率の低下を抑えることができる。また、このフェライト層が複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体および配線導体と同時焼成によって形成されることから絶縁基体および配線導体との十分な密着性を得ることができる。さらに、このフェライト層がフェライト・グリーンシートを焼結させて形成されており、配線導体の上下面を覆うことによってフェライト層によるノイズ吸収効果を効率良く安定して発揮させることができるので、配線導体を通過するノイズが半導体素子等の電子部品へ侵入するのを効果的に防止することが可能となる。また、基板が焼成収縮挙動が異なる２種のガラスセラミック絶縁層およびフェライト層を積層して成ることから、一定の焼成温度領域において、セラミック絶縁層およびフェライト層がお互いの収縮を抑制して、熱応力を抑えつつ焼結する効果も有している。
【００２４】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライト層を形成するフェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成る場合には、これらのフェライトの結晶相は高い透磁率を発現することから、これらのフェライトから成るフェライト層によってより効果的にノイズ吸収が可能な十分に高い透磁率を得ることができる。
【００２５】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスセラミック絶縁層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ１およびＴ２とし、フェライト層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ３およびＴ４としたとき、Ｔ３＜Ｔ１およびＴ２＜Ｔ４であるものとした場合には、フェライト・グリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔ３がガラスセラミック・グリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔ１よりも低いために、フェライト・グリーンシートはガラスセラミック・グリーンシートよりも先に焼結して収縮しようとするものの、ガラスセラミック・グリーンシートはその焼成収縮開始温度Ｔ１がフェライト・グリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔ３よりも高いために未焼結の状態にあり、収縮がほとんど起こらないこととなる。そのため、フェライト・グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートとが密着して積層されている積層体においては、フェライト・グリーンシートはその厚み方向には収縮するものの、厚み方向に対して直角な方向、すなわち積層面に平行な方向には収縮しようとしてもガラスセラミック・グリーンシートによってその動きが拘束されるため、ほとんど収縮が起こらないものとなる。
【００２６】
次に、フェライト・グリーンシートの焼成収縮終了温度Ｔ４がガラスセラミック・グリーンシートの焼成収縮終了温度Ｔ２よりも高いために、フェライト・グリーンシートはすでに焼結されたガラスセラミック・グリーンシートによりその動きが拘束されるために積層面に平行な方向にはほとんど収縮が起こらず、厚み方向にのみ収縮が起こることとなる。そのため、積層体の焼成による収縮は厚み方向が主となって、積層面に平行な方向では収縮がほとんど発生しないものとなる。その結果、層間接続の不良や電極パターンの位置ずれの発生を抑えることができる。
【００２７】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法によれば、ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚と、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含む、ガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの、間に配線導体を配置した少なくとも２枚のフェライト・グリーンシートとを積層して、ガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、ガラスセラミック・グリーンシート積層体から有機成分を除去し、次いで焼成する工程とを有することから、高い透磁率を発現するフェライトから成るフェライト層が内蔵されるガラスセラミック基板を得ることができ、これらのフェライトから成るフェライト層によってより効果的なノイズ吸収が可能なガラスセラミック基板を得ることができる。また、ガラスセラミック基板の焼成時に生じる積層面に平行な方向の収縮を抑え、またフェライト層の変形を防止することができ、焼成時に熱収縮の異なるフェライト層が形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層体を変形させることなく、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体と配線導体とフェライト層とを同時焼成することができる。
【００２８】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法によれば、上記の各工程を含み、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に積層した拘束グリーンシートのガラス含有量が、焼成時に拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることから、拘束グリーンシートによりガラスセラミック基板を焼成時に生じる積層面に平行な方向で実質的に収縮させず、更に精度よくガラスセラミック基板の焼成時に生じる積層面に平行な方向の収縮を抑え、またフェライト層の変形を防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体、２はフェライト層、３は配線導体である。
【００３１】
絶縁基体１は、複数のガラスセラミック絶縁層が積層されて構成されており、その内部および表面の少なくとも一方に配線導体３ならびにその上面および下面を覆うフェライト層２が形成されている。
【００３２】
複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体１は、まず、ガラス粉末およびフィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってガラスセラミック・グリーンシートを製作し、このガラスセラミック・グリーンシートを複数積層した後、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１１００℃の温度で焼成して作製される。
【００３３】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００３４】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等を用いることができる。
【００３５】
配線導体３は、フェライト層２に上下面を覆われて絶縁基体１の内部および表面の少なくとも一方に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミック・グリーンシート表面に塗布し、ガラスセラミック・グリーンシートと同時に焼成されて形成される。
【００３６】
フェライト層２は、配線導体３の上下面を覆うようにして、絶縁基体１の内部および表面の少なくとも一方に配線導体３とともに形成されており、フェライトおよび１重量％以下のガラスから成るものである。このフェライト層２には、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成るフェライトを用いることが、より効果的にノイズ吸収が可能な十分に高い透磁率を得られる点で好ましい。
【００３７】
フェライト層２の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってフェライト・グリーンシートを製作する。次に、このフェライト・グリーンシートを所定の配線導体３を覆うものとしてガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの同形状にカットし、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の内部および表面の少なくとも一方に、間に配線導体３となる導体パターンを配置して、その配線導体３の上面および下面を覆うようにして積層する。
【００３８】
このとき、外部から配線導体３に侵入するノイズをフェライト層２により完全に吸収するためには、配線導体３の上下面をフェライト層２で完全に覆う必要がある。また、より完全なノイズ吸収のためには、配線導体３の側面もフェライト層２で覆っておくことが好ましい。よって、そのような配線導体３およびフェライト層２を形成するためには、所定のガラスセラミック・グリーンシートの表面に、下面のフェライト層２となるフェライト・グリーンシート，配線導体３となる導体ペーストのパターン，上面のフェライト層２となるフェライト・グリーンシートの順番に各層を配置して積層するとよい。
【００３９】
フェライト層２となるフェライト・グリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末で、粒径が均一で球形状に近い粒が望ましい。これは、均一な焼結状態を得ることができるからであり、例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下してしまい、焼結後に得られるフェライト層２の透磁率が安定しにくい傾向がある。
【００４０】
フェライト層２は、フェライトおよびフェライト層２全体に対して１重量％以下のガラスから成るものである。ただし、この１重量％以下のガラスは焼成時にガラスセラミックスから拡散して流入するものであり、焼成前のフェライト・グリーンシートには含まれない。
【００４１】
本発明のガラスセラミック基板の製造方法においては、まず、フェライト層２および配線導体３を前述の要領でガラスセラミック・グリーンシートの複数枚とともに積層してガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する。
【００４２】
そして、このガラスセラミック・グリーンシート積層体から有機成分を除去し、次いで焼成する。
【００４３】
有機成分の除去は、積層体に荷重をかけつつ１００〜８００℃の温度範囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解し揮散させるとよい。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約８００〜１１００℃の範囲内である。焼成は通常、大気中で行なうが、配線導体３の導体材料にＣｕを使用する場合には、１００〜７００℃の加湿窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次いで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００４４】
また、有機成分の除去時ならびに焼成時には、積層体の反りを防止するために、積層体の上面に重しを載せる等して荷重をかけるとよい。このような重しによる荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が５０Ｐａ未満である場合は、積層体の反りを抑制する作用が充分でなくなる傾向がある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大きくなるため、焼成炉に入らなくなったり、また焼成炉に入っても重しが大きいために熱容量が不足することになり焼成できなくなったりする等の問題をひき起こすおそれがある。
【００４５】
この重しとしては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形，溶融等して荷重が不均一になったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性の多孔質のものが適している。具体的には、セラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。また、積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。
【００４６】
更に、拘束グリーンシートを用いたガラスセラミック基板の製造方法においては、まず、フェライト層２および配線導体３を前述の要領でガラスセラミック・グリーンシートの複数枚とともに積層するとともに、最上層および最下層をガラスセラミック・グリーンシートとしたガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する。
【００４７】
次に、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の上下両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する。
【００４８】
そして、この拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製し、最後にこのガラスセラミック基板から拘束シートを除去する。
【００４９】
本発明における拘束グリーンシートは、難焼結性無機材科とガラスとから成る無機成分に有機バインダ，可塑剤，溶剤等を加えたスラリーを成形して得られる。難焼結性無機材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００５０】
拘束グリーンシートに加えられるガラスについても、特に制限されるものではなく、前述のガラスセラミック・グリーンシートに配合されるガラスと同様のものが使用可能である。また、拘束グリーンシート中のガラスは、ガラスセラミック・グリーンシート中のガラスと同一組成のものであってもよく、異なる組成のものであってもよい。
【００５１】
拘束グリーンシート中のガラス含有量は、この拘束グリーンシート中の全無機成分の０．５〜１５重量％であるのがよい。この範囲が焼成時にガラスセラミック・グリーンシートと結合しかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量となるが、必ずしもこの範囲に制限されるものではなく、使用するガラスの種類等によってガラス含有量は変化する。
【００５２】
拘束グリーンシート中のガラスの軟化点は、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の焼成温度以下で、かつ拘束グリーンシート中の有機成分の分解温度および揮散温度よりも高いのが好ましい。具体的には、拘束グリーンシート中のガラスの軟化点は４５０〜１１００℃程度であるのが好ましい。ガラスの軟化点が４５０℃未満の場合には、ガラスセラミック・グリーンシートからの有機成分の除去時に、軟化したガラスが分解、揮散した有機成分の除去経路を塞ぐことになり有機成分を完全に除去できないおそれがある。一方、ガラスの軟化点が１１００℃を超える場合には、通常のガラスセラミック・グリーンシートの焼成条件ではこのグリーンシートへの結合材として作用しなくなるおそれがある。
【００５３】
拘束グリーンシートは、ガラスセラミック・グリーンシートの作製と同様にして、有機バインダ，可塑剤，溶剤等を用いて成形することによって得られる。有機バインダ，可塑剤，溶剤としては、ガラスセラミック・グリーンシートで使用したのと同様な材料が使用可能である。ここで、可塑剤を添加するのは、拘束グリーンシートに可撓性を付与し、積層時にガラスセラミック・グリーンシートとの密着性を高めるためである。
【００５４】
ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に積層される拘束グリーンシートの厚さは、片面だけでガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さに対して１０％以上であるのが好ましく、これよりも薄いと拘束グリーンシートの拘束性が低下するおそれがある。また、有機成分の揮散を容易にしかつガラスセラミック基板からの拘束シートの除去を考慮すると、拘束グリーンシートの厚さはガラスセラミック・グリーンシート積層体の厚さの約２００％以下であるのがよい。また、積層される拘束グリーンシートは１枚のシートからなるものであってもよく、あるいは所定の厚みになるように複数枚を積層したものであってもよい。
【００５５】
成形された拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に積層するには、積み重ねたグリーンシートに熱と圧力を加えて熱圧着する方法や、有機バインダ，可塑剤，溶剤等からなる密着剤をシート間に塗布して熱圧着する方法等が採用可能である。シート間に密着剤層を介在させる場合には、この密着剤層に拘束グリーンシートと同じガラス成分を含有させてシート間の結合力を高めるようにしてもよい。
【００５６】
拘束グリーンシートを積層した後、有機成分の除去と焼成を行なう。有機成分の除去は、積層体に荷重をかけつつ１００〜８００℃の温度範囲で積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解し揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、約８００〜１１００℃の範囲内である。焼成は大気中で行なうが、導体材料にＣｕを使用する場合には、１００〜７００℃の加湿窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次いで窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００５７】
また、有機成分の除去時ならびに焼成時には、積層体の反りを防止するために、積層体の上面に重しを載せる等して荷重をかけるとよい。このような重しによる荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が５０Ｐａ未満である場合は、積層体の反りを抑制する作用が充分でなくなるおそれがある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大きくなるため、焼成炉に入らなくなったり、また焼成炉に入っても重しが大きいために熱容量が不足することになり焼成できなくなったりする等の問題をひき起こすおそれがある。
【００５８】
この重しとしては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形、溶融等して荷重が不均一になったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性の多孔質のものが適している。具体的には、セラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。また、積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。
【００５９】
焼成後、拘束シートを除去する。除去方法としては、ガラスセラミック基板の表面に結合した拘束シートを除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば超音波洗浄，研磨，ウォータージェット，ケミカルブラスト，サンドブラスト，ウェットブラスト（砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法）等が挙げられる。
【００６０】
得られたガラスセラミック基板は、焼成時の収縮が拘束グリーンシートによって厚さ方向だけに抑えられているので、その積層面内の収縮をおよそ０．５％以下にも抑えることが可能となり、しかも、ガラスセラミック・グリーンシートは拘束グリーンシートによって全面にわたって均一にかつ確実に結合されているので、拘束グリーンシートの一部剥離等によってガラスセラミック基板およびフェライト層の反りや変形が起こるのを効果的に防止することができる。
【００６１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００６２】
＜実施例１＞
本実施例では、図１に断面図で示すようなガラスセラミック基板を作製した。
【００６３】
まず、ガラスセラミックス成分として、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０重量％，ＣａＺｒＯ_３粉末２０重量％，ＳｒＴｉＯ_３粉末１７重量％およびＡｌ_２Ｏ_３粉末３重量％を使用した。このガラスセラミック成分１００重量％に有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量％，フタル酸系可塑剤６重量％および溶剤としてトルエン３０重量％を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００６４】
次に、フェライト・グリーンシートとして平均粒径０．５〜１μｍのＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の結晶相から構成される仮焼済みのフェライト粉末に、ブチラール樹脂１０重量％、高分子量のアルコールを希釈剤として添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ８０μｍのフェライト・グリーンシートを成形した。
【００６５】
同様に、配線導体ペーストとしてＣｕ粉末（平均粒径１μｍ）１００重量％に対してガラスセラミック・グリーンシートと同組成のガラス粉末２重量％、さらに所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し配線導体ペーストを作製した。
【００６６】
まず、ガラスセラミック・グリーンシート所定枚数を重ね合わせ、その上にフェライト・グリーンシートを重ね合わせる。さらに導体ペーストをフェライト・グリーンシート全面に塗布し乾燥を行なった。導体ペーストは２０μｍの厚みとした。その後、乾燥した導体ペースト上にフェライト・グリーンシート、ガラスセラミック・グリーンシート所定枚数、の順に重ね合わせてガラスセラミック・グリーンシート積層体を得た。
【００６７】
得られた積層体をアルミナセッターに載置し、その上に重しを載せて約０．５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中にて５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、窒素雰囲気中にて９００℃で１時間焼成した。
【００６８】
このようにして得られたガラスセラミック基板の実施例１について、基板全体の収縮と収縮バラツキについて測定した結果を表１に示す。また、表１には後述の比較例の測定結果も記載している。
【００６９】
＜実施例２＞
本実施例では、図１に断面図で示すようなガラスセラミック基板を作製した。
【００７０】
まず、ガラスセラミックス成分として、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０重量％，ＣａＺｒＯ_３粉末２０重量％，ＳｒＴｉＯ_３粉末１７重量％およびＡｌ_２Ｏ_３粉末３重量％のものを使用した。このガラスセラミック成分１００重量部に、有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量部，フタル酸系可塑剤６重量部および溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３００μｍのガラスセラミック・グリーンシートを成形した。
【００７１】
次に、フェライト・グリーンシートとして、平均粒径０．５〜１μｍのＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の結晶相から構成される仮焼済みのフェライト粉末の９０重量％に、ブチラール樹脂１０重量％、高分子量のアルコールを希釈剤として添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ８０μｍのフェライト・グリーンシートを成形した。
【００７２】
同様に、配線導体用の導体ペーストとして、Ｃｕ粉末（平均粒径１μｍ）１００重量部に対してガラスセラミック・グリーンシートと同組成のガラス粉末２重量部、さらに５重量部のエチルセルロース系樹脂と７重量部のテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し導体ペーストを作製した。
【００７３】
一方、無機成分としてＡｌ_２Ｏ_３粉末９５重量％と軟化点７２０℃のＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末５重量％とを用いて、ガラスセラミック・グリーンシートと同様にしてスラリーを作製し、次いで成形して厚さ２５０μｍの拘束グリーンシートを得た。
【００７４】
まず、ガラスセラミック・グリーンシートを２枚重ね合わせ、その上にフェライト・グリーンシートを重ね合わせる。さらに導体ペーストをフェライト・グリーンシート全面に塗布し乾燥を行なった。導体ペーストは２０μｍの厚みとした。その後、乾燥した導体ペースト上にフェライト・グリーンシート、ガラスセラミック・グリーンシートの３枚を順に重ね合わせて、ガラスセラミック・グリーンシート積層体を得た。このガラスセラミック・グリーンシート積層体の上下両面にそれぞれ拘束グリーンシートを１枚重ね合わせ、温度５５℃，圧力２０ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００７５】
得られた積層体をアルミナセッター上に載置し、その上に積層体上面を覆う大きさで、かつ積層体に０．５ＭＰａの荷重をかけるアルミナセラミックスから成る重しを載せて荷重をかけつつ大気中にて５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、窒素雰囲気中にて９００℃で１時間焼成した。焼成後は、ガラスセラミック基板の両面に拘束シートが付着していた。この状態では、軽く叩いても拘束シートが剥がれることはなかった。
【００７６】
ガラスセラミック基板の表面に付着した拘束シートは、擦り取ることにより大部分は除去できたが、ガラスセラミック基板の表面に薄く残留していた。この残留した拘束シートを、球状Ａｌ_２Ｏ_３微粉末と水との混合物を高圧の空気圧で投射するウェットブラスト法により除去した。拘束シートを除去した後のガラスセラミック基板の表面は、表面粗さＲａが１μｍ以下の平滑な面であった。
【００７７】
また、得られたガラスセラミック基板の積層面内での収縮は０．５％以下であり、内層の全面にフェライト層が形成されているものの、基板に反りや変形も認められなかった。
【００７８】
このようにして得られたガラスセラミック基板の実施例２について、基板全体の収縮と収縮バラツキについて測定した結果を下記の表１に示す。
【００７９】
次に、比較例として、以下の２種類の評価用基板を作製し、同様に基板全体の収縮と収縮バラツキの測定を行なった。
【００８０】
＜比較例１＞
実施例１に対して、フェライト層を積層せず、５層のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体１と配線導体３のみから成る評価用基板を作製した。
【００８１】
＜比較例２＞
実施例１に対して、ガラスセラミック絶縁層を積層せず、フェライト層２と配線導体３のみから成る評価用基板を作製した。
【００８２】
以上のようにして作製した実施例１，２および比較例１，２の評価用基板の収縮と収縮バラツキの測定を、寸法測定機能のついた顕微鏡を用い、基板の外形寸法を測定することにより行なった。なお、表１に示す測定結果のうち基板全体の収縮バラツキは、サンプル数ｎ＝５個のデータによるものである。
【００８３】
【表１】

【００８４】
表１より、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体と配線導体のみから成る比較例１の場合は、その評価用基板の基板全体の収縮は２０％と大きくなり、収縮バラツキも±０．５％と大きくなった。
【００８５】
また、フェライト層と配線導体のみから成る比較例２の場合においても、その評価用基板の基板全体の収縮は２０％と大きくなり、収縮バラツキも±０．６％と大きくなった。
【００８６】
一方、本発明のガラスセラミック基板である実施例１の基板全体の収縮は３％と小さく、収縮バラツキも±０．２％と小さかった。更に拘束グリーンシートを用いて製造したガラスセラミック基板である実施例２の基板全体の収縮は０．５％と実施例１に比べ更に小さく、収縮ばらつきも±０．１％と実施例１に比べ更に小さかった。すなわち、本発明のガラスセラミック基板およびその製造方法によると、ガラスセラミック基板全体の収縮を抑制することができるとともに、収縮バラツキも抑えることができることが分かった。
【００８７】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では配線導体にＣｕを用いたが、配線導体にＡｇ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ合金等を用いてもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明のガラスセラミック基板によれば、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に、配線導体と、この配線導体の上面および下面を覆うフェライトおよび１重量％以下のガラスから成る、ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層とが、絶縁基体との同時焼成で形成されていることから、フェライト層中に磁性を持たない空間を形成するガラス成分を１重量％以下としたことでフェライト層の透磁率の低下を抑えることができる。また、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体および配線導体と同時焼成によって形成されることから絶縁基体および配線導体との十分な密着性を得ることができる。さらに、このフェライト層がフェライト・グリーンシートを焼結させて形成されていることから、安定した透磁率を再現性良く得ることができる。また、このフェライト層で配線導体の上下面を覆うことによってフェライト層によるノイズ吸収効果を効率良く発揮させることができるので、配線導体を通過するノイズが半導体素子等の電子部品へ侵入するのを効果的に防止することが可能となる。また、基板が焼成収縮挙動が異なる２種のガラスセラミック絶縁層およびフェライト層を積層して成ることから、一定の焼成温度領域において、セラミック絶縁層およびフェライト層がお互いの収縮を抑制して、熱応力を抑えつつ焼結する効果も有している。
【００８９】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライト層を形成するフェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成る場合には、これらのフェライトの結晶相は高い透磁率を発現することから、これらのフェライトから成るフェライト層によってより効果的にノイズ吸収が可能な十分に高い透磁率を得ることができる。
【００９０】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスセラミック絶縁層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ１およびＴ２とし、フェライト層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ３およびＴ４としたとき、Ｔ３＜Ｔ１およびＴ２＜Ｔ４であるものとした場合には、フェライト・グリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔ３がガラスセラミック・グリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔ１よりも低いために、フェライト・グリーンシートはガラスセラミック・グリーンシートよりも先に焼結して収縮しようとするものの、ガラスセラミック・グリーンシートはその焼成収縮開始温度Ｔ１がフェライト・グリーンシートの焼成収縮開始温度Ｔ３よりも高いために未焼結の状態にあり、収縮がほとんど起こらないこととなる。そのためフェライト・グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシートとが密着して積層されている積層体においては、フェライト・グリーンシートはその厚み方向には収縮するものの、厚み方向に対して直角な方向、すなわち積層面に平行な方向には収縮しようとしてもガラスセラミック・グリーンシートによってその動きが拘束されるため、ほとんど収縮が起こらないものとなる。
【００９１】
次に、フェライト・グリーンシートの焼成収縮終了温度Ｔ４がガラスセラミック・グリーンシートの焼成収縮終了温度Ｔ２よりも高いために、フェライト・グリーンシートはすでに焼結されたガラスセラミック・グリーンシートによりその動きが拘束されるために積層面に平行な方向にはほとんど収縮が起こらず、厚み方向にのみ収縮が起こることとなる。そのため、積層体の焼成による収縮は厚み方向が主となって、積層面に平行な方向では収縮がほとんど発生しないものとなる。その結果、層間接続の不良や電極パターンの位置ずれの発生を抑えることができる。
【００９２】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法によれば、ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚と、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含む、ガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの、間に配線導体を配置した少なくとも２枚のフェライト・グリーンシートとを積層して、ガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、ガラスセラミック・グリーンシート積層体から有機成分を除去し、次いで焼成する工程とを有することから、高い透磁率を発現するフェライトから成るフェライト層が内蔵されるガラスセラミック基板を得ることができ、これらのフェライトから成るフェライト層によってより効果的なノイズ吸収が可能なガラスセラミック基板を得ることができる。また、ガラスセラミック基板の焼成時に生じる積層面に平行な方向の収縮を抑え、またフェライト層の変形を防止することができ、焼成時に熱収縮の異なるフェライト層が形成されたガラスセラミック・グリーンシート積層体を変形させることなく、複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体と配線導体とフェライト層とを同時焼成することができる。
【００９３】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法によれば、上記の各工程を含み、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の上下両面に積層した拘束グリーンシートのガラス含有量が、焼成時に拘束グリーンシートをガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることから、拘束グリーンシートによりガラスセラミック基板を焼成時に生じる積層面に平行な方向で実質的に収縮させず、更に精度よくガラスセラミック基板の焼成時に生じる積層面に平行な方向の収縮を抑え、またフェライト層の変形を防止することができる。
【００９４】
以上により、本発明によれば、透磁率の高いフェライト層を備えており、そのノイズ吸収特性が高くかつ安定しているガラスセラミック基板およびその製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：フェライト層
３：配線導体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass ceramic substrate provided with a wiring conductor formed by simultaneous firing on at least one of the inside and the surface of an insulating substrate made of a glass ceramic sintered body, a ferrite layer for covering the wiring conductor for absorbing noise, and a method of manufacturing the same. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, information processing devices have rapidly advanced in performance, and with this, semiconductor devices and hybrid integrated circuit devices mounted on information processing devices have also been driven at high speeds, making them extremely susceptible to noise. It has become. Therefore, when high-frequency noise enters from an external electric circuit, the noise may enter electronic components such as a semiconductor element through the wiring conductor as it is, causing a malfunction. Therefore, noise countermeasures are required to prevent such malfunctions.
[0003]
As a countermeasure against noise in a conventional glass ceramic substrate, a method of mounting ferrite beads for absorbing noise on the surface of the glass ceramic substrate and a method of bonding the ferrite substrate to the back surface of the glass ceramic substrate have been used for a long time.
[0004]
However, this method has made it difficult to reduce the size and simplify the mounting. Therefore, in recent years, the surface mounting process has been simplified by absorbing noise into the glass ceramic substrate itself, and the size of the glass ceramic substrate has been reduced.
[0005]
One of the methods is a method of forming a ferrite layer inside a glass ceramic substrate. For example, there is a method of mixing ferrite powder into the insulating substrate itself, or a method of forming an auxiliary film containing ferrite on a part of the insulating substrate. In these methods, in order to form a ferrite layer inside the glass ceramic substrate, the ferrite layer and the glass ceramic of the insulating base are simultaneously fired.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-97656
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-7-193369
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-11-163189
[0009]
[Patent Document 4]
JP-A-2000-252385
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method, glass powder or glass ceramic powder is added to the ferrite layer so that the ferrite layer and the glass ceramic that is the main component of the insulating base are adhered together by simultaneous firing, and in order to match their firing shrinkage. I had to. This is because if the pure ferrite layer is fired simultaneously with the glass ceramic, sufficient adhesion between the ferrite layer and the glass ceramic cannot be obtained, and the shrinkage of the ferrite layer and the glass ceramic shrinkage during firing differ. This is because such a problem occurs that the glass ceramic substrate is deformed after firing or the ferrite layer is separated from the glass ceramic substrate.
[0011]
However, since the glass powder or glass ceramic powder added to the ferrite layer is a non-magnetic material, they form a non-magnetic space in the ferrite layer, and the density of ferrite in the ferrite layer decreases. There was a problem.
[0012]
In general, the noise absorbing power of a magnetic material such as ferrite is expressed using the magnetic permeability (μ) as an index. The higher the magnetic permeability, the higher the noise absorbing power of the magnetic material. However, if a magnetic material has a non-magnetic portion, the magnetic permeability decreases in proportion to the cube of the volume of the non-magnetic portion. Therefore, as described above, when glass powder or glass ceramic powder is added to the ferrite layer, there is a problem that the magnetic permeability of the ferrite layer is rapidly reduced.
[0013]
If the magnetic permeability decreases, noise cannot be sufficiently absorbed. As a result, when high-frequency noise enters from an external electric circuit, the noise is not completely absorbed and enters the electronic components such as semiconductor elements through wiring conductors. However, there is a problem that a malfunction is caused.
[0014]
However, when the ferrite layer is formed in a large amount in order to sufficiently absorb noise, there is a problem that the ferrite layer after firing is easily peeled. This is because the shrinkage and the coefficient of thermal expansion during firing are different between the ferrite layer and the glass ceramic. If a large amount of the ferrite layer is formed, the occurrence of peeling becomes remarkable. Further, when the number of ferrite layers increases, the amount of glass ceramics relatively decreases, and there is a problem that the dielectric constant and the insulating properties of the entire insulating substrate differ from those inherent in the glass ceramic substrate.
[0015]
Further, in any of the above ferrite layer forming methods, there is a problem that it is difficult to uniformly form the thickness of the ferrite layer with good reproducibility. Usually, a ferrite layer is formed on a glass ceramic green sheet by screen printing a ferrite paste. However, in this method, a ferrite layer is formed in the same manner between glass ferrite layers of a glass ceramic substrate and the same glass ceramic substrate. However, there is a problem that the thickness varies between ferrite layers different from each other. In addition, if a locally thin ferrite layer is formed, a sufficient noise absorbing effect cannot be obtained in that portion, so that in order to avoid this, it is necessary to increase the thickness of the ferrite layer more than necessary. However, forming a large amount of the ferrite layer also has a problem that the peeling during firing is promoted as described above.
[0016]
For the above reasons, the ferrite layer inside the insulating substrate can only be formed with a small volume or low density, and there is also a variation in the noise absorption effect between similarly manufactured glass ceramic substrates. There is a problem that it is difficult to stably obtain a glass ceramic substrate having sufficient noise absorption characteristics using the same.
[0017]
The present invention has been made in view of the above-described problems in the related art, and an object thereof is to provide a glass ceramic having a ferrite layer having a high magnetic permeability and having high and stable noise absorption characteristics. It is to provide a substrate and a method for manufacturing the same.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The glass-ceramic substrate of the present invention comprises, on at least one of the inside and the surface of an insulating base made of a plurality of glass-ceramic insulating layers, a wiring conductor, a ferrite covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor, and 1% by weight or less of glass. And a ferrite layer having the same size as the glass ceramic insulating layer is formed by simultaneous firing with the insulating base.
[0019]
Further, in the glass ceramic substrate of the present invention, in the above structure, the ferrite may be ZnFe.₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄And at least one of them.
[0020]
Further, in the glass ceramic substrate of the present invention, the firing shrinkage start temperature and the firing shrink end temperature of the glass ceramic insulating layer are set to T1 and T2, respectively, and the firing shrinkage start temperature and the firing shrink end temperature of the ferrite layer are set to T1 and T2, respectively. When T3 and T4, respectively, T3 <T1 and T2 <T4.
[0021]
Further, the method for manufacturing a glass ceramic substrate according to the present invention includes the steps of:₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄And at least two ferrite green sheets having the same size as the glass ceramic green sheet and having a wiring conductor disposed therebetween are laminated to form a glass ceramic green sheet laminate. The method is characterized by comprising a step of producing, and a step of removing an organic component from the glass-ceramic green sheet laminate and then firing.
[0022]
Further, the method for manufacturing a glass ceramic substrate according to the present invention includes the steps of:₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄And at least two ferrite green sheets having the same size as the glass-ceramic green sheet and having a wiring conductor disposed therebetween are laminated, and the uppermost layer and the lowermost layer are formed of the glass ceramic green sheet. A step of producing a glass-ceramic green sheet laminate as a ceramic green sheet; and, on both upper and lower surfaces of the glass-ceramic green sheet laminate, a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass, and an organic binder. Laminating, removing an organic component from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then firing to produce a glass ceramic substrate holding the constrained sheet; Removing the restraint sheet from the Glass content of the sheet is characterized in that an amount that does not substantially shrink in the glass ceramic green sheet and is bonded and in that the stacking plane constraint green sheet constraining green sheet during the sintering.
[0023]
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, at least one of the inside and the surface of the insulating base made of a plurality of glass-ceramic insulating layers, the wiring conductor, the ferrite covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor, and 1% by weight or less of glass And a ferrite layer of the same size as the glass-ceramic insulating layer, which is formed by co-firing with the insulating base, so that the glass component forming a non-magnetic space in the ferrite layer is 1% by weight or less. By doing so, a decrease in the magnetic permeability of the ferrite layer can be suppressed. Further, since the ferrite layer is formed by simultaneous firing with the insulating base and the wiring conductor formed of a plurality of glass ceramic insulating layers, sufficient adhesion to the insulating base and the wiring conductor can be obtained. Furthermore, the ferrite layer is formed by sintering a ferrite green sheet, and by covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor, the noise absorption effect of the ferrite layer can be efficiently and stably exhibited. It is possible to effectively prevent noise passing through the electronic component from invading electronic components such as a semiconductor element. Further, since the substrate is formed by laminating two types of glass ceramic insulating layers and ferrite layers having different firing shrinkage behavior, the ceramic insulating layer and the ferrite layer suppress the mutual shrinkage in a certain firing temperature range, and It also has the effect of sintering while suppressing stress.
[0024]
Further, according to the glass ceramic substrate of the present invention, the ferrite forming the ferrite layer is made of ZnFe.₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄When at least one of the ferrites comprises at least one of the following, the crystal phase of these ferrites exhibits a high magnetic permeability, so that the ferrite layer made of these ferrites has a sufficiently high magnetic permeability so that noise can be more effectively absorbed. Can be obtained.
[0025]
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, the firing shrinkage start temperature and firing shrinkage end temperature of the glass ceramic insulating layer are T1 and T2, respectively, and the firing shrinkage start temperature and firing shrinkage end temperature of the ferrite layer are T3 and T4, respectively. When T3 <T1 and T2 <T4, the firing shrinkage starting temperature T3 of the ferrite green sheet is lower than the firing shrinkage starting temperature T1 of the glass ceramic green sheet. Although the green sheet sinters and shrinks earlier than the glass ceramic green sheet, the glass ceramic green sheet has a firing shrinkage start temperature T1 higher than the firing shrinkage start temperature T3 of the ferrite green sheet. Unsintered, almost no shrinkage And thus. Therefore, in a laminate in which the ferrite green sheet and the glass ceramic green sheet are laminated in close contact, the ferrite green sheet shrinks in its thickness direction, but in a direction perpendicular to the thickness direction, that is, Even if an attempt is made to shrink in the direction parallel to the lamination plane, the movement is restricted by the glass ceramic green sheet, so that shrinkage hardly occurs.
[0026]
Next, since the firing shrinkage end temperature T4 of the ferrite green sheet is higher than the firing shrinkage end temperature T2 of the glass ceramic green sheet, the movement of the ferrite green sheet is caused by the already sintered glass ceramic green sheet. Due to the restraint, shrinkage hardly occurs in the direction parallel to the lamination surface, and shrinkage occurs only in the thickness direction. Therefore, shrinkage due to firing of the laminate is mainly in the thickness direction, and shrinkage hardly occurs in the direction parallel to the lamination surface. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defective interlayer connection and displacement of the electrode pattern.
[0027]
Further, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, a plurality of glass ceramic green sheets and ZnFe₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄And at least two ferrite green sheets having the same size as the glass ceramic green sheet and having a wiring conductor interposed therebetween, containing at least one of the above, to produce a glass ceramic green sheet laminate And removing the organic components from the glass-ceramic green sheet laminate, and then firing, to obtain a glass-ceramic substrate having a built-in ferrite layer made of ferrite exhibiting high magnetic permeability. As a result, a glass ceramic substrate capable of more effectively absorbing noise can be obtained by the ferrite layer composed of these ferrites. In addition, it is possible to suppress shrinkage in the direction parallel to the lamination plane that occurs during firing of the glass ceramic substrate, prevent deformation of the ferrite layer, and form a glass ceramic green sheet laminated with ferrite layers having different heat shrinkage during firing. The insulating base composed of a plurality of glass ceramic insulating layers, the wiring conductor, and the ferrite layer can be simultaneously fired without deforming the body.
[0028]
Further, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, the method includes the above-described steps, and the glass content of the constrained green sheets laminated on both sides of the glass ceramic green sheet laminate is such that the constrained green sheets are glass The amount that binds to the ceramic green sheet and does not substantially shrink the constrained green sheet within its lamination plane causes the constrained green sheet to substantially shrink in the direction parallel to the lamination plane generated during firing of the glass ceramic substrate. Without doing so, it is possible to more accurately suppress shrinkage in the direction parallel to the lamination surface that occurs when the glass ceramic substrate is fired, and prevent deformation of the ferrite layer.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0030]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a glass ceramic substrate according to the present invention, wherein 1 is an insulating base made of a plurality of glass ceramic insulating layers, 2 is a ferrite layer, and 3 is a wiring conductor.
[0031]
The insulating base 1 is formed by laminating a plurality of glass ceramic insulating layers, and a wiring conductor 3 and a ferrite layer 2 covering the upper and lower surfaces thereof are formed on at least one of the inside and the surface thereof.
[0032]
The insulating substrate 1 composed of a plurality of glass ceramic insulating layers is prepared by first mixing a glass powder, a filler powder (ceramic powder), an organic binder, a plasticizer, an organic solvent, and the like to obtain a slurry, and then using a doctor blade method and rolling. A glass ceramic green sheet is manufactured by a method, a calendar roll method, or the like, a plurality of the glass ceramic green sheets are laminated, and then fired at a temperature of 800 to 1100 ° C. in the air or a humidified nitrogen atmosphere. You.
[0033]
As the glass powder, for example, SiO₂-B₂O₃System, SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃System, SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO₂-Al₂O₃-M¹OM²O type (however, M¹And M²Represent the same or different Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-M¹OM²O type (however, M¹And M²Is the same as above), SiO₂-B₂O₃-M³ ₂O type (however, M³Represents Li, Na or K), SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-M³ ₂O type (however, M³Is the same as above), Pb-based glass, Bi-based glass, and the like can be used.
[0034]
As the filler powder, for example, Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂Oxides of alkaline earth metal oxides and TiO₂Oxide of aluminum and alkaline earth metal oxide, Al₂O₃And SiO₂Complex oxides containing at least one selected from the group consisting of spinel, mullite, cordierite and the like can be used.
[0035]
The wiring conductor 3 is formed on at least one of the inside and the surface of the insulating base 1 by covering the upper and lower surfaces with the ferrite layer 2. A metal powder such as Cu, Ag, Au, or Ag alloy is added to a suitable organic binder, A conductive paste prepared by kneading a solvent is applied to the surface of a glass ceramic green sheet by a screen printing method, a gravure printing method, or the like, and is formed by firing simultaneously with the glass ceramic green sheet.
[0036]
The ferrite layer 2 is formed together with the wiring conductor 3 on at least one of the inside and the surface of the insulating base 1 so as to cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 3, and is made of ferrite and 1% by weight or less of glass. . This ferrite layer 2 includes ZnFe₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄It is preferable to use a ferrite composed of at least one of the above in that a sufficiently high magnetic permeability capable of more effectively absorbing noise can be obtained.
[0037]
The ferrite layer 2 is formed by first mixing a ferrite powder with an appropriate organic binder, a plasticizer, an organic solvent, etc. to obtain a slurry, and then manufacturing a ferrite green sheet by a doctor blade method, a rolling method, a calender roll method, or the like. I do. Next, this ferrite green sheet is cut into the same shape and the same size as the glass ceramic green sheet as covering the predetermined wiring conductor 3, and at least one of the inside and the surface of the glass ceramic green sheet laminate, A conductor pattern serving as the wiring conductor 3 is disposed between the wiring conductors 3, and the wiring conductors 3 are laminated so as to cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 3.
[0038]
At this time, it is necessary to completely cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 3 with the ferrite layer 2 in order to completely absorb the noise that enters the wiring conductor 3 from the outside by the ferrite layer 2. Further, for more complete noise absorption, it is preferable that the side surface of the wiring conductor 3 is also covered with the ferrite layer 2. Therefore, in order to form such a wiring conductor 3 and a ferrite layer 2, a ferrite green sheet serving as the lower ferrite layer 2 and a conductor paste serving as the wiring conductor 3 are formed on the surface of a predetermined glass ceramic green sheet. The layers are preferably arranged and laminated in the order of the pattern and the ferrite green sheet to be the ferrite layer 2 on the upper surface.
[0039]
The ferrite powder used to form the ferrite green sheet to be the ferrite layer 2 is a calcined ferrite powder, and preferably has a uniform particle size and a nearly spherical shape. This is because a uniform sintered state can be obtained.For example, in the case where a ferrite powder has a partially small particle size, the growth of crystal grains is reduced only in that portion, and it is obtained after sintering. The magnetic permeability of the resulting ferrite layer 2 tends to be less stable.
[0040]
The ferrite layer 2 is made of ferrite and 1% by weight or less of glass with respect to the entire ferrite layer 2. However, the glass of 1% by weight or less diffuses and flows in from the glass ceramic during firing and is not included in the ferrite green sheet before firing.
[0041]
In the method for manufacturing a glass ceramic substrate according to the present invention, first, a ferrite layer 2 and a wiring conductor 3 are laminated together with a plurality of glass ceramic green sheets in the above-described manner to produce a glass ceramic green sheet laminate.
[0042]
Then, the organic components are removed from the glass ceramic green sheet laminate, and then fired.
[0043]
The removal of the organic component may be performed by heating the laminate in a temperature range of 100 to 800 ° C. while applying a load to the laminate to decompose and volatilize the organic component. The firing temperature varies depending on the glass ceramic composition, but is usually in the range of about 800 to 1100 ° C. The sintering is usually performed in the air, but when Cu is used as the conductor material of the wiring conductor 3, the organic components are removed in a humidified nitrogen atmosphere at 100 to 700 ° C., and then the sintering is performed in a nitrogen atmosphere. .
[0044]
Further, at the time of removing the organic component and firing, it is preferable to apply a load by placing a weight on the upper surface of the laminate in order to prevent the laminate from warping. The load due to such weight is suitably about 50 Pa to 1 MPa. If the load is less than 50 Pa, the effect of suppressing the warpage of the laminate tends to be insufficient. If the load exceeds 1 MPa, the weight to be used will be large, and it will not be able to enter the sintering furnace. May cause problems.
[0045]
The weight used should be a heat-resistant porous material that will not deform or melt during firing of the glass-ceramic substrate, resulting in a non-uniform load or preventing the volatilization of decomposed organic components. Are suitable. Specific examples include refractory materials such as ceramics and high melting point metals. Further, a porous weight may be placed on the upper surface of the laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.
[0046]
Further, in the method for manufacturing a glass ceramic substrate using the constrained green sheet, first, the ferrite layer 2 and the wiring conductor 3 are laminated together with a plurality of glass ceramic green sheets in the above-described manner, and the uppermost layer and the lowermost layer are formed. A glass-ceramic-green-sheet laminate is manufactured as a glass-ceramic-green sheet.
[0047]
Next, constrained green sheets containing a non-sinterable inorganic material, glass, and an organic binder are laminated on both upper and lower surfaces of the glass ceramic green sheet laminate.
[0048]
Then, the organic component is removed from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then fired to produce a glass ceramic substrate holding the constrained sheet. Is removed.
[0049]
The constrained green sheet in the present invention is obtained by molding a slurry in which an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like are added to an inorganic component composed of a non-sinterable inorganic material family and glass. Al as a non-sinterable inorganic material,₂O₃And SiO₂At least one member selected from the group consisting of, but not limited to,
[0050]
The glass added to the constrained green sheet is not particularly limited, and the same glass as that used for the glass ceramic green sheet described above can be used. The glass in the constrained green sheet may have the same composition as the glass in the glass ceramic green sheet, or may have a different composition.
[0051]
The glass content in the constrained green sheet is preferably 0.5 to 15% by weight of all the inorganic components in the constrained green sheet. This range is the amount that bonds with the glass ceramic green sheet during firing and does not substantially shrink the constrained green sheet in the lamination plane, but is not necessarily limited to this range, and the type of glass used, etc. Changes the glass content.
[0052]
The softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably lower than the firing temperature of the glass-ceramic green sheet laminate and higher than the decomposition temperature and volatilization temperature of the organic component in the constrained green sheet. Specifically, the softening point of the glass in the constrained green sheet is preferably about 450 to 1100 ° C. If the softening point of the glass is less than 450 ° C, the softened glass will block the removal path of the organic components decomposed and volatilized when removing the organic components from the glass ceramic green sheet, and the organic components will be completely removed. It may not be possible. On the other hand, if the softening point of the glass exceeds 1100 ° C., the glass ceramic green sheet may not function as a binder to the green sheet under ordinary firing conditions.
[0053]
The constrained green sheet can be obtained by molding using an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like in the same manner as in the production of the glass ceramic green sheet. As the organic binder, the plasticizer, and the solvent, the same materials as those used in the glass ceramic green sheet can be used. Here, the plasticizer is added in order to impart flexibility to the constrained green sheet and to enhance adhesion to the glass ceramic green sheet during lamination.
[0054]
The thickness of the constrained green sheets laminated on both sides of the glass-ceramic green sheet laminate is preferably at least 10% of the thickness of the glass-ceramic green sheet laminate on one side only, and is thinner than this. And the restraint of the restraint green sheet may be reduced. Further, in consideration of facilitating the volatilization of the organic component and removing the constrained sheet from the glass ceramic substrate, the thickness of the constrained green sheet is preferably about 200% or less of the thickness of the glass ceramic green sheet laminate. . Further, the constrained green sheets to be laminated may be composed of one sheet, or may be composed of a plurality of laminated green sheets having a predetermined thickness.
[0055]
In order to laminate the formed constrained green sheets on both sides of the glass-ceramic green sheet laminate, a method of applying heat and pressure to the laminated green sheets and thermocompressing them, or an adhesion method comprising an organic binder, a plasticizer, a solvent, etc. For example, a method of applying an agent between sheets and performing thermocompression bonding can be adopted. When an adhesive layer is interposed between the sheets, the adhesive layer may contain the same glass component as that of the constrained green sheet to increase the bonding force between the sheets.
[0056]
After laminating the constrained green sheets, the organic components are removed and baked. The removal of the organic component is performed by heating the laminate in a temperature range of 100 to 800 ° C. while applying a load to the laminate to decompose and volatilize the organic component. The firing temperature varies depending on the glass ceramic composition, but is in the range of about 800 to 1100 ° C. The firing is performed in the air. When Cu is used as the conductor material, the organic components are removed in a humidified nitrogen atmosphere at 100 to 700 ° C., and then the firing is performed in a nitrogen atmosphere.
[0057]
Further, at the time of removing the organic component and firing, it is preferable to apply a load by placing a weight on the upper surface of the laminate in order to prevent the laminate from warping. The load due to such weight is suitably about 50 Pa to 1 MPa. If the load is less than 50 Pa, the function of suppressing the warpage of the laminate may not be sufficient. If the load exceeds 1 MPa, the weight to be used will be large, and it will not be able to enter the sintering furnace. May cause problems.
[0058]
As the weight, a heat-resistant porous material that does not deform or melt during firing of the glass ceramic substrate to make the load non-uniform or hinder the volatilization of the decomposed organic component is used. Are suitable. Specific examples include refractory materials such as ceramics and high melting point metals. Further, a porous weight may be placed on the upper surface of the laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.
[0059]
After firing, the restraint sheet is removed. The removal method is not particularly limited as long as it can remove the restraint sheet bonded to the surface of the glass ceramic substrate. For example, ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blast, sand blast, wet blast (abrasive and water and By air pressure).
[0060]
In the obtained glass ceramic substrate, the shrinkage during firing is suppressed only in the thickness direction by the constrained green sheet, so that the shrinkage in the lamination plane can be suppressed to about 0.5% or less, and Since the glass ceramic green sheet is uniformly and securely bonded to the entire surface by the constrained green sheet, it is possible to effectively prevent the glass ceramic substrate and the ferrite layer from warping or deforming due to partial peeling of the constrained green sheet. Can be prevented.
[0061]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0062]
<Example 1>
In this example, a glass ceramic substrate as shown in a cross-sectional view in FIG. 1 was manufactured.
[0063]
First, SiO 2 was used as a glass ceramic component.₂-Al₂O₃-MgO-B₂O₃-60 wt% ZnO-based glass powder, CaZrO₃20% by weight powder, SrTiO₃17% by weight of powder and Al₂O₃3% by weight of powder was used. To 100% by weight of this glass ceramic component, 12% by weight of an acrylic resin as an organic binder, 6% by weight of a phthalic acid-based plasticizer, and 30% by weight of toluene as a solvent were mixed by a ball mill method to form a slurry. Using the slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
[0064]
Next, as a ferrite green sheet, ZnFe having an average particle size of 0.5 to 1 μm was used.₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, NiFe₂O₄10 wt% of butyral resin and a high molecular weight alcohol were added as diluents to the calcined ferrite powder composed of the crystalline phase of above, and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a ferrite green sheet having a thickness of 80 μm was formed by a doctor blade method.
[0065]
Similarly, 2% by weight of glass powder having the same composition as the glass ceramic green sheet and 100% by weight of Cu powder (average particle size: 1 μm) as a wiring conductor paste, and a predetermined amount of an ethylcellulose-based resin and terpineol are added. The mixture was mixed with a roll so as to have an appropriate viscosity to prepare a wiring conductor paste.
[0066]
First, a predetermined number of glass ceramic green sheets are overlaid, and a ferrite green sheet is overlaid thereon. Further, a conductor paste was applied to the entire surface of the ferrite green sheet and dried. The conductive paste had a thickness of 20 μm. After that, a ferrite green sheet and a predetermined number of glass ceramic green sheets were laminated on the dried conductor paste in this order to obtain a glass ceramic green sheet laminate.
[0067]
The obtained laminate was placed on an alumina setter, and a weight was placed thereon and heated at 500 ° C. for 2 hours in the air while applying a load of about 0.5 MPa to remove organic components. It was baked at 900 ° C. for 1 hour in an atmosphere.
[0068]
Table 1 shows the measurement results of the shrinkage and shrinkage variation of the entire substrate of Example 1 of the glass ceramic substrate thus obtained. Table 1 also shows measurement results of a comparative example described later.
[0069]
<Example 2>
In this example, a glass ceramic substrate as shown in a cross-sectional view in FIG. 1 was manufactured.
[0070]
First, SiO 2 was used as a glass ceramic component.₂-Al₂O₃-MgO-B₂O₃-60 wt% ZnO-based glass powder, CaZrO₃20% by weight powder, SrTiO₃17% by weight of powder and Al₂O₃A powder of 3% by weight was used. To 100 parts by weight of this glass ceramic component, 12 parts by weight of an acrylic resin as an organic binder, 6 parts by weight of a phthalic acid-based plasticizer, and 30 parts by weight of toluene as a solvent were mixed by a ball mill method to form a slurry. Using the slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
[0071]
Next, as a ferrite green sheet, ZnFe having an average particle size of 0.5 to 1 μm was used.₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, NiFe₂O₄To 90% by weight of the calcined ferrite powder composed of the crystalline phase described above, 10% by weight of butyral resin and a high molecular weight alcohol were added as a diluent, and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a ferrite green sheet having a thickness of 80 μm was formed by a doctor blade method.
[0072]
Similarly, as a conductor paste for a wiring conductor, 2 parts by weight of glass powder having the same composition as the glass ceramic green sheet and 100 parts by weight of Cu powder (average particle size: 1 μm), and further 5 parts by weight of ethyl cellulose resin A part by weight of terpineol was added and mixed with a three-roll mill so as to have an appropriate viscosity to prepare a conductor paste.
[0073]
On the other hand, Al as an inorganic component₂O₃95% by weight of powder and SiO having a softening point of 720 ° C₂-Al₂O₃-MgO-B₂O₃A slurry was prepared using 5% by weight of a ZnO-based glass powder in the same manner as the glass ceramic green sheet, and then molded to obtain a constrained green sheet having a thickness of 250 μm.
[0074]
First, two glass ceramic green sheets are stacked, and a ferrite green sheet is stacked thereon. Further, a conductor paste was applied to the entire surface of the ferrite green sheet and dried. The conductive paste had a thickness of 20 μm. Thereafter, three sheets of a ferrite green sheet and a glass ceramic green sheet were sequentially laminated on the dried conductor paste to obtain a glass ceramic green sheet laminate. One constrained green sheet was laminated on each of the upper and lower surfaces of the glass ceramic green sheet laminate, and pressed at a temperature of 55 ° C. and a pressure of 20 MPa to obtain a laminate.
[0075]
The obtained laminate is placed on an alumina setter, and a weight of alumina ceramic, which is large enough to cover the top surface of the laminate and applies a load of 0.5 MPa, is placed on the laminate while applying a load. After heating at 500 ° C. in the air for 2 hours to remove organic components, baking was performed at 900 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. After the firing, the constraint sheets were adhered to both surfaces of the glass ceramic substrate. In this state, the restraining sheet did not peel off even if the ball was hit lightly.
[0076]
Most of the constraining sheet adhered to the surface of the glass ceramic substrate could be removed by scraping off, but it remained thinly on the surface of the glass ceramic substrate. This remaining constrained sheet is replaced with spherical Al₂O₃The mixture of the fine powder and water was removed by a wet blast method in which the mixture was sprayed with high air pressure. The surface of the glass ceramic substrate from which the restraining sheet was removed was a smooth surface having a surface roughness Ra of 1 μm or less.
[0077]
The shrinkage in the lamination plane of the obtained glass ceramic substrate was 0.5% or less, and although the ferrite layer was formed on the entire inner layer, no warping or deformation was observed in the substrate.
[0078]
Table 1 below shows the results obtained by measuring the shrinkage and shrinkage variation of the entire glass ceramic substrate obtained in Example 2 for the glass ceramic substrate.
[0079]
Next, as comparative examples, the following two types of substrates for evaluation were prepared, and the shrinkage and shrinkage variation of the entire substrate were measured in the same manner.
[0080]
<Comparative Example 1>
As compared with Example 1, an evaluation substrate including only an insulating base 1 composed of five glass ceramic insulating layers and a wiring conductor 3 without laminating a ferrite layer was produced.
[0081]
<Comparative Example 2>
As compared with Example 1, an evaluation board including only the ferrite layer 2 and the wiring conductor 3 was manufactured without laminating the glass ceramic insulating layer.
[0082]
The shrinkage and shrinkage variation of the evaluation substrates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 produced as described above were measured by measuring the outer dimensions of the substrates using a microscope having a dimension measurement function. Done. Note that, among the measurement results shown in Table 1, the shrinkage variation of the entire substrate is based on data of n = 5 samples.
[0083]
[Table 1]

[0084]
From Table 1, in the case of Comparative Example 1 consisting of only an insulating base composed of a plurality of glass ceramic insulating layers and a wiring conductor, the shrinkage of the entire evaluation substrate was as large as 20% and the shrinkage variation was ± 0.5. %.
[0085]
Also, in the case of Comparative Example 2 including only the ferrite layer and the wiring conductor, the shrinkage of the entire evaluation substrate was as large as 20%, and the shrinkage variation was as large as ± 0.6%.
[0086]
On the other hand, the shrinkage of the entire substrate of Example 1 which is the glass ceramic substrate of the present invention was as small as 3%, and the shrinkage variation was as small as ± 0.2%. Further, the shrinkage of the entire substrate of Example 2, which is a glass ceramic substrate manufactured using the constrained green sheet, is 0.5%, which is smaller than that of Example 1, and the shrinkage variation is ± 0.1%, which is smaller than that of Example 1. It was even smaller. That is, according to the glass ceramic substrate and the method of manufacturing the same of the present invention, it was found that the shrinkage of the entire glass ceramic substrate can be suppressed and the shrinkage variation can be suppressed.
[0087]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, although Cu is used for the wiring conductor in the above-described embodiment, Ag, Au, an Ag-Pd alloy, or the like may be used for the wiring conductor.
[0088]
【The invention's effect】
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, at least one of the inside and the surface of the insulating base made of a plurality of glass-ceramic insulating layers, the wiring conductor, the ferrite covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor, and 1% by weight or less of glass And a ferrite layer of the same size as the glass-ceramic insulating layer, which is formed by co-firing with the insulating base, so that the glass component forming a non-magnetic space in the ferrite layer is 1% by weight or less. By doing so, a decrease in the magnetic permeability of the ferrite layer can be suppressed. Further, since the insulating substrate and the wiring conductor formed of a plurality of glass ceramic insulating layers are formed by simultaneous firing, sufficient adhesion to the insulating substrate and the wiring conductor can be obtained. Further, since the ferrite layer is formed by sintering a ferrite green sheet, a stable magnetic permeability can be obtained with good reproducibility. Also, by covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor with this ferrite layer, the noise absorption effect of the ferrite layer can be efficiently exhibited, so that the noise passing through the wiring conductor can be prevented from penetrating into electronic components such as semiconductor elements. Can be prevented. Further, since the substrate is formed by laminating two types of glass ceramic insulating layers and ferrite layers having different firing shrinkage behavior, the ceramic insulating layer and the ferrite layer suppress the mutual shrinkage in a certain firing temperature range, and It also has the effect of sintering while suppressing stress.
[0089]
Further, according to the glass ceramic substrate of the present invention, the ferrite forming the ferrite layer is made of ZnFe.₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄When at least one of the ferrites comprises at least one of the following, the crystal phase of these ferrites exhibits a high magnetic permeability, so that the ferrite layer made of these ferrites has a sufficiently high magnetic permeability so that noise can be more effectively absorbed. Can be obtained.
[0090]
According to the glass-ceramic substrate of the present invention, the firing shrinkage start temperature and firing shrinkage end temperature of the glass ceramic insulating layer are T1 and T2, respectively, and the firing shrinkage start temperature and firing shrinkage end temperature of the ferrite layer are T3 and T4, respectively. When T3 <T1 and T2 <T4, the firing shrinkage starting temperature T3 of the ferrite green sheet is lower than the firing shrinkage starting temperature T1 of the glass ceramic green sheet. Although the green sheet sinters and shrinks earlier than the glass ceramic green sheet, the glass ceramic green sheet has a firing shrinkage start temperature T1 higher than the firing shrinkage start temperature T3 of the ferrite green sheet. Unsintered, almost no shrinkage And thus. Therefore, in a laminate in which the ferrite green sheet and the glass ceramic green sheet are laminated in close contact, the ferrite green sheet shrinks in its thickness direction, but the direction perpendicular to the thickness direction, that is, the lamination Even if an attempt is made to shrink in the direction parallel to the plane, the movement is restricted by the glass ceramic green sheet, so that shrinkage hardly occurs.
[0091]
Next, since the firing shrinkage end temperature T4 of the ferrite green sheet is higher than the firing shrinkage end temperature T2 of the glass ceramic green sheet, the movement of the ferrite green sheet is caused by the already sintered glass ceramic green sheet. Due to the restraint, shrinkage hardly occurs in the direction parallel to the lamination surface, and shrinkage occurs only in the thickness direction. Therefore, shrinkage due to firing of the laminate is mainly in the thickness direction, and shrinkage hardly occurs in the direction parallel to the lamination surface. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defective interlayer connection and displacement of the electrode pattern.
[0092]
Further, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, a plurality of glass ceramic green sheets and ZnFe₂O₄, MnFe₂O₄, FeFe₂O₄, CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, BaFe₁₂O₄, SrFe₁₂O₄And CuFe₂O₄And at least two ferrite green sheets having the same size as the glass ceramic green sheet and having a wiring conductor interposed therebetween, containing at least one of the above, to produce a glass ceramic green sheet laminate And removing the organic components from the glass-ceramic green sheet laminate, and then firing, to obtain a glass-ceramic substrate having a built-in ferrite layer made of ferrite exhibiting high magnetic permeability. As a result, a glass ceramic substrate capable of more effectively absorbing noise can be obtained by the ferrite layer composed of these ferrites. In addition, it is possible to suppress shrinkage in the direction parallel to the lamination plane that occurs during firing of the glass ceramic substrate, prevent deformation of the ferrite layer, and form a glass ceramic green sheet laminated with ferrite layers having different heat shrinkage during firing. The insulating base composed of a plurality of glass ceramic insulating layers, the wiring conductor, and the ferrite layer can be simultaneously fired without deforming the body.
[0093]
Furthermore, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, the above-mentioned steps are included, and the glass content of the constrained green sheets laminated on the upper and lower surfaces of the glass ceramic green sheet laminate is such that the constrained green sheets are fired during firing. Since the amount is such that it binds to the glass ceramic green sheet and does not substantially shrink the constrained green sheet in the laminating plane thereof, the constrained green sheet causes the glass ceramic substrate to be substantially parallel to the laminating plane generated during firing. Without shrinking, shrinkage in the direction parallel to the lamination plane, which occurs during firing of the glass-ceramic substrate, can be suppressed more accurately, and deformation of the ferrite layer can be prevented.
[0094]
As described above, according to the present invention, it was possible to provide a glass-ceramic substrate having a ferrite layer having high magnetic permeability, having high and stable noise absorption characteristics, and a method of manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a glass ceramic substrate of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Insulating substrate
2: Ferrite layer
3: Wiring conductor

Claims

複数のガラスセラミック絶縁層から成る絶縁基体の内部および表面の少なくとも一方に、配線導体と、該配線導体の上面および下面を覆うフェライトおよび１重量％以下のガラスから成る、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層とが、前記絶縁基体との同時焼成で形成されていることを特徴とするガラスセラミック基板。At least one of the inside and the surface of an insulating base made of a plurality of glass ceramic insulating layers, the same as the glass ceramic insulating layer, comprising a wiring conductor, ferrite covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor, and 1% by weight or less of glass. A glass ceramic substrate, wherein a ferrite layer having a size is formed by co-firing with the insulating base.

前記フェライトが、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック基板。The ferrite is selected from at least one of ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and CuFe ₂ O ₄ The glass-ceramic substrate according to claim 1, wherein the glass-ceramic substrate is formed.

前記ガラスセラミック絶縁層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ１およびＴ２とし、前記フェライト層の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度をそれぞれＴ３およびＴ４としたとき、Ｔ３＜Ｔ１およびＴ２＜Ｔ４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基板。When the firing shrinkage start temperature and firing shrinkage end temperature of the glass ceramic insulating layer are T1 and T2, respectively, and the firing shrinkage start temperature and firing shrinkage end temperature of the ferrite layer are T3 and T4, respectively, T3 <T1 and T2 < The glass ceramic substrate according to claim 1, wherein the glass ceramic substrate is T4.

ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚と、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含む、前記ガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの、間に配線導体を配置した少なくとも２枚のフェライト・グリーンシートとを積層して、ガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、
前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体から有機成分を除去し、次いで焼成する工程と
を有することを特徴とするガラスセラミック基板の製造方法。Plural sheets of glass ceramic green sheets and ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and CuFe ₂ O ₄ At least two ferrite green sheets each including at least one of them and having the same size as the glass ceramic green sheet and having a wiring conductor disposed therebetween are laminated to form a glass ceramic green sheet laminate. The process of
Removing the organic component from the glass ceramic green sheet laminate, and then firing the glass ceramic green sheet laminate.

ガラスセラミック・グリーンシートの複数枚と、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＭｎＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＣｏＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４，ＢａＦｅ_１２Ｏ_４，ＳｒＦｅ_１２Ｏ_４およびＣｕＦｅ_２Ｏ_４のうちの少なくとも１種を含む、前記ガラスセラミック・グリーンシートと同じ大きさの、間に配線導体を配置した少なくとも２枚のフェライト・グリーンシートとを積層するとともに、最上層および最下層を前記ガラスセラミック・グリーンシートとしたガラスセラミック・グリーンシート積層体を作製する工程と、
前記ガラスセラミック・グリーンシート積層体の上下両面に、難焼結性無機材料とガラスと有機バインダとを含む拘束グリーンシートを積層する工程と、
前記拘束グリーンシートとガラスセラミック・グリーンシート積層体との積層体から有機成分を除去し、次いで焼成して拘束シートを保持したガラスセラミック基板を作製する工程と、
前記ガラスセラミック基板から拘束シートを除去する工程とを含み、
前記拘束グリーンシートのガラス含有量が、前記焼成時に拘束グリーンシートを前記ガラスセラミック・グリーンシートと結合させかつ拘束グリーンシートをその積層面内で実質的に収縮させない量であることを特徴とするガラスセラミック基板の製造方法。Plural sheets of glass ceramic green sheets and ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O ₄ and CuFe ₂ O ₄ At least two ferrite green sheets each having at least one of them and having the same size as the glass ceramic green sheet and having wiring conductors disposed therebetween are laminated, and the uppermost layer and the lowermost layer are formed of the glass ceramic green sheet. A step of producing a glass ceramic / green sheet laminate as a green sheet;
Laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on the upper and lower surfaces of the glass ceramic green sheet laminate,
Removing the organic component from the laminate of the constrained green sheet and the glass ceramic green sheet laminate, and then firing to produce a glass ceramic substrate holding the constrained sheet,
Removing the restraint sheet from the glass ceramic substrate,
A glass characterized in that the glass content of the constrained green sheet is an amount that binds the constrained green sheet to the glass ceramic green sheet during the firing and does not substantially shrink the constrained green sheet in its lamination plane. Manufacturing method of ceramic substrate.