JP2010037165A - 陽極接合可能な磁器及び前記磁器用組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
1)ウエハ状態で製造されたMEMS素子をダイシングしチップ(個片)化させる。
2)ウエハからチップを取り出し、パッケージ基板に結合材を介して取り付け、MEMSチップの電極とパッケージの電極を金属ワイヤーで接続させる。
3)MEMSチップは可動部をもつためパッケージに蓋をして気密封止する。
パッケージ実装による製造方法は、このように多くの工程があるだけでなく、可動部のあるMEMSチップを工程中に保護なしで取り扱うため壊れやすく歩留まり低下の原因にもなっている。また、チップに比べパッケージは大きく、これが小型・低背化の大きな阻害要因ともなっている。
ガラスやシリコンでは多層配線が困難であるが、LTCC基板はグリーンシートを何枚も積み重ねて製造するので容易に多層基板とすることができる。内層で再配線設計が可能なのでMEMSチップ側の電極パッド位置と2次実装側の電極パッドの位置を気にする必要がなく配線設計の自由度が上がる。必要があればLTCC基板でよく用いられているようにコンデンサやコイルなどの受動部品を内蔵させて高機能化させることも可能である。
このようにLTCC基板は現在使われているMEMS貫通配線電極基板材料であるガラスやシリコンと比べると製造が容易でコストも低減できると考えられる。
しかし、熱膨張係数がシリコンと整合していなかったり、シリコンとの接合方法が半田、ロウ材、ガラス、有機系接着剤など介在物を用いる方法しかないためウエハと接合させる際の信頼性の観点で採用が難しかった。
(a)MEMSに与える影響が少ないため、低い陽極接合温度が要望されている。この低温化は、陽極接合時の伝導イオンを、Naから、よりイオン半径の小さいLiに変えることで実現出来ることが判った。
(b)試作の中で、薄い大口径基板は割れ易くハンドリング性に不安があり、高強度の材料が必要であることが判った。
1.陽極接合時の伝導イオンをLiイオンとし、陽極接合可能な、式(1)
で示される組成を有する複合酸化物を含む低温焼成高強度低熱膨張性磁器。
2.シリコンと陽極接合可能な、前記式(1)
で示される組成を有する複合酸化物を含む前記1に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器。
3.抗折強度が150MPa以上である前記1または2に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器。
(B)Bi2O31〜10質量%を含有し、
850〜900℃の温度で焼成して式(1)
で示される組成を有する複合酸化物を含む陽極接合可能な磁器を生成する低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
5.焼成したときにLi2Oとなるリチウム化合物が、炭酸リチウムである前記4に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
6.焼成したときにMgOとなるマグネシウム化合物が、水酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウムである前記4に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
7.前記混合物の一部として、Li2OとAl2O3とSiO2との複合酸化物であるβ−スポジュメンを含む前記4に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
8.前記4〜7のいずれかに記載の磁器用組成物を850〜900℃の温度で焼成して生成する式(1)
で示される組成を有する複合酸化物を含むことを特徴とする陽極接合可能な磁器。
9.前記4〜7のいずれかに記載の磁器用組成物及び有機バインダーを含むことを特徴とするグリーンシート。
10.前記4〜7のいずれかに記載の磁器用組成物を成形及び焼成してなり、熱膨張係数が0〜5.0ppm/℃であることを特徴とする焼結基板。
11.前記9に記載のグリーンシートを1枚または複数枚用いてなる貫通配線基板
12.前記11に記載の貫通配線基板とMEMS素子が形成されたシリコンウエハとを陽極接合した後ダイシングしてなるMEMS素子。
(1)350℃以下の低温でも陽極接合でき、
(2)従来の低熱膨張LTCCよりも高い抗折強度を有するので、
(3)MEMSに与える影響が少ない、
(4)薄い大口径基板でも割れにくくハンドリング性がよい、
LTCCを提供することができる。
焼成したときにMgOとなるマグネシウム化合物としては、水酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウムが好適である。
前記混合物の一部として、Li2OとAl2O3とSiO2との複合酸化物であるβ−スポジュメンを含むことができる。
本発明のグリーンシートの製造は常法により行うことができ、例えば、前記組成物からなる原料粉を仮焼後粉砕した混合粉末にトルエン、イソプロピルアルコールなどの溶剤を加えてボールミル中で分散した後、無機粉末の合計100質量部に対してポリビニルアルコール等の有機バインダーを、例えば、1〜20質量部および可塑剤(例えばジブチルフタレート)1〜10質量部を加え、さらに必要に応じて分散剤等を加えて分散させスラリーを製造する。得られたスラリーをドクターブレード法等の成形法にてシート状に成形し、乾燥することによりグリーンシートを得る。グリーンシートの厚みは用途等に応じて設計すればよいが、通常は80〜150μm程度である。
基板の熱膨張係数は、前記の通り、成形焼成後の材料の熱膨張率が相手材の熱膨張率の0.5%以内であることが好まく、陽極接合の相手材がシリコンである場合は、0〜5.0ppm/℃、好ましくは3.0〜4.0ppm/℃である。
本発明の陽極接合可能な低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物は、
(A)Li2Oまたは焼成したときにLi2Oとなるリチウム化合物(a1)とMgOまたは焼成したときにMgOとなるマグネシウム化合物(a2)とAl2O3(a3)とSiO2(a4)との混合物であって、a1とa2とa3とa4のモル比α:β:γ:δが2〜5:1〜2:1〜2:7〜17の範囲にある混合物90〜99質量%と
(B)Bi2O31〜10質量%を含有し、
850〜900℃の温度で焼成して式(1)
x:0.01〜0.1
である。xは、0.01より不足すると焼結しない。xは、0.1より過剰だと溶融してしまう。
α:2〜5、
β:1〜2、
γ:1〜2、
δ:7〜17。
本発明の陽極接合可能な低温焼成高強度低熱膨張性磁器は、前記組成物からなる原料粉を750〜850℃で仮焼後粉砕して粉末とし、これにバインダーを含む成形助剤を加え所定形状に成形後、850〜900℃で低温焼成して複合酸化物を形成することにより製造できる。
平均粒径が1μm以下の、Li2CO3、MgO、Al2O3、SiO2、Bi2O3を酸化物換算の含有比が表1の割合となるように混合し、750〜850℃で仮焼後粉砕して粉末とした。これらの仮焼物に有機バインダー、可塑剤、トルエンを添加し、ドクターブレード法により厚さ150μmのグリーンシートを作成した。そして、このグリーンシートを5枚積層し、70℃の温度で150kg/cm2の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を大気中で、500℃で脱バインダーした後、大気中で表1の条件下に焼成した磁器からなる多層基板を得た。
比較のため、Naを陽極接合時の伝導イオンとする低温焼成セラミックス(BSW)を用いて、これとシリコンとを陽極接合した接合体のデラミネーション確認を、前記と同様にして行った結果を表3に示す。なお、前記比較のためのLTCC(BSW)は、次のようにして作製した。すなわち、陽極接合できるガラスとして市販されているガラス(SiO2:81.9〜82.4質量%、Al2O3:2.9〜3.2質量%、B2O3:10.5〜11.0質量%、Na2O:3.9〜4.7質量%、K2O、Fe2O3、CaO、MgOはいずれも0.1%以下)を平均粒径(D50)で0.6〜2.5μmに粉砕し、平均粒径1〜3μmのアルミナ粉末および平均粒径1〜3μmのコージェライト粉末(ガラス再結晶タイプ)と混合した。この混合物にトルエン、イソプロピルアルコールなどの溶剤を加えてボールミル中で分散したあと、バインダーとしてポリビニルアルコール、可塑剤としてジブチルフタレート(DBP)を加えスラリーを作製した。得られたスラリーをドクターブレード法でシート状に成形し、乾燥し、厚み125μmのグリーンシートを得た。これを所定の大きさに切断し、8層に積層後、大気中、835℃または850℃で1時間焼成を行い、Naを陽極接合時の伝導イオンとする低温焼成セラミックス(BSW)を作製した。この基板(BSW)は、330℃で陽極接合できなかった(NG)。
2 シリコン
Claims (12)
- 抗折強度が150MPa以上である請求項1または2に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器。
- (A)Li2Oまたは焼成したときにLi2Oとなるリチウム化合物(a1)とMgOまたは焼成したときにMgOとなるマグネシウム化合物(a2)とAl2O3(a3)とSiO2(a4)との混合物であって、a1とa2とa3とa4のモル比α:β:γ:δが2〜5:1〜2:1〜2:7〜17の範囲にある混合物90〜99質量%と
(B)Bi2O31〜10質量%を含有し、
850〜900℃の温度で焼成して式(1)
で示される組成を有する複合酸化物を含む陽極接合可能な磁器を生成する低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。 - 焼成したときにLi2Oとなるリチウム化合物が、炭酸リチウムである請求項4に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
- 焼成したときにMgOとなるマグネシウム化合物が、水酸化マグネシウムまたは炭酸マグネシウムである請求項4に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
- 前記混合物の一部として、Li2OとAl2O3とSiO2との複合酸化物であるβ−スポジュメンを含む請求項4に記載の低温焼成高強度低熱膨張性磁器用組成物。
- 請求項4〜7のいずれかに記載の磁器用組成物及び有機バインダーを含むことを特徴とするグリーンシート。
- 請求項4〜7のいずれかに記載の磁器用組成物を成形及び焼成してなり、熱膨張係数が0〜5.0ppm/℃であることを特徴とする焼結基板。
- 請求項9に記載のグリーンシートを1枚または複数枚用いてなる貫通配線基板
- 請求項11に記載の貫通配線基板とMEMS素子が形成されたシリコンウエハとを陽極接合した後ダイシングしてなるMEMS素子。
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