JP2666744C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、特に低誘電損失を要求されるマイクロ波集積回
路に用いられるセラミックス多層配線基板とその製造方法、及び低温焼結基板と
して好適に用いられるアルミナ焼結体の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】セラミックス多層配線基板は、容易に多層化が可能であることか
ら広範囲の分野に応用されてきた。特にアルミナは、誘電率、誘電損失、熱膨張
係数、強度等のバランスがよいことから、従来からセラミックス基板の代表的な
材料の一つであった。アルミナは高周波領域における誘電損失が小さいことから
、高周波集積回路（ＭＩＣ）用の配線基板等にも応用される。しかしながら、ア
ルミナの焼結温度は通常１６００℃以上と高いため、同時焼成による内層配線を
低抵抗ではあるが低融点でもあるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等とすることが 出来ない という欠点があった。従来、アルミナ多層配線基板はＷ等の高融点金属を配線材
料として使用することが知られている。 【０００３】アルミナを低温で焼結しようとした試みとしてアルミナ−ガラス複
合化によって焼成温度を１０００°以下とした例や、平均粒径が３μm 以下のア
ルミナ原料粉末を用いて１４６０℃程度で焼成した例（特開平４−１０６９９４
号公報）が報告されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】小型化、高信頼性化が要求される基板材料の中
にあってアルミナは前述した通り、バランスのとれた材料である。特に誘電損失
の点では非常に優れているため、高周波モジュールへの応用が期待されるが、前
述の通り高い焼成温度の為に内装可能な配線材料に制限がある。この欠点は、ア
ルミナの焼成温度をＡｕ、Ａｇ，Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ等の融点以下の温度域まで下
げることを可能にすることにより解決できる。しかし、前述の開示されている方
法ではアルミナにガラス等を多量に混合するため、誘電損失が損なわれると言う
問題があった。また、アルミナの重量％を１００％に近づけると、焼結温度は１
５００℃付近になってしまうため低融点金属は使用できなかった。 【０００５】本発明の目的は、アルミナの低温焼成を可能にすることで、低誘電
損失を特徴とする多層配線基板とその製造方法を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明によるアルミナ焼結体は、平均粒径５〜５
０nmのアルミナ微粉末７０〜１００重量％、平均粒径０．５〜３．０μm である
アルミナ粉末０〜２０ 重量％及びアルカリ土類金属化合物の添加剤０〜１０重量％の成形体を作製し、
これを分圧にして０．００５気圧以上０．８５気圧以下の水蒸気を含む雰囲気中
にて９００〜１２００℃の温度域で焼成することによって得られる。 【０００７】ここで、平均粒径が５nm未満のアルミナ粉末を得ることは困難であ
る。また、平均粒径が５０nm以上であると１２００℃以下での焼結性が著しく低
下する。この為原料粉末のアルミナ微粉末の粒径は５〜５０nmの範囲にある必要
がある。さらに好適には５〜２０nmの範囲がよい。 【０００８】アルカリ土類金属化合物の添加は焼結の進行を促す効果が認められ
る。添加剤を添加しない場合に比較して、同等の密度に達するまでの焼成時間は
短くなる。ここで添加量は１０重量％以上とすることは望ましくない。副成分が
多くなることにより焼結体の誘電損率は大きくなるからであり、従来のアルミナ
のもつ誘電特性と遜色ない特性は添加量が１０重量％以下のときに達成される。 【０００９】焼成雰囲気中の水蒸気含有量の増大に従い焼結性は向上する。分圧
にして０００５気圧以下ではその効果は全く認められない。一方、０．８５気圧
以上含有する雰囲気を得ることは困難である。したがって、水蒸気量は分圧にし
て０．００５気圧以上０．８５気圧以下が望ましい。更に好適には０．３〜０．
７気圧の範囲が容易に得られ、効果も十分確認されたことから望ましい範囲であ
る。以上の条件下で焼成を行うことにより、焼成温度を９００〜１２００℃とし
てアルミナ焼結体を得ることが出来る。また、アルミナ成分として０．５〜３．
０μm の粒径をもつアルミナ粉末を０〜２０重量％加えることができる。この添
加は焼成によって起こる収縮量を制御するのに有効である。しかし、粒径が０．
５μm 以 下のアルミナ粉末を添加することは収縮の制御に関しては効果が認められない。
粒径が０．５μm 以上のアルミナ粉末を原料粉末に加えることは焼結性の低下を
招くが、粒径３．０μm 以下のアルミナ粉末２０重量％以下までの添加量ならば
焼結性を著しく低下させることはない。 【００１０】多層配線基板を製造する場合には、グリーンシートを作製し、これ
に配線及びヴィア配線を形成した後積層し、次いで積層体を焼成することにより
一体化して多層配線基板を得ることが出来る。ここで配線材料はＡｕ，Ａｇ，Ａ
ｇ−Ｐｄ選ばれた材料もしくは、Ａｕ，Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕより選ばれた２
種類以上の材料より選択することが望ましい。これは、これらの金属が特に高周
波特性が良好であるためである。 【００１１】 【実施例】以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその
要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 【００１２】(実施例１)平均粒径が５nmであるアルミナ微粉末９０重量％とマグ
ネシア１０重量％を秤量(図１点ｂ)、混合を行い、原料となる混合粉末を作製し
た。エチルセロソルブを主成分とする溶剤に前述の混合粉末とバインダーとして
ポリビニルブチラールを加えて混合を行い、粘度が３０００〜１００００ｃｐｓ
であるスラリーを作製した。これをスリップキャスティング成膜法により５０μ
m から２００μm の厚みになるようにグリーンシート化する。作製したグリーン
シートを熱プレスすることにより生積層体を得た。この生積層体を分圧にして０
．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中９００℃２５時間及び１２００℃１０時間焼成
を行った。 【００１３】得られた焼結体の到達密度はそれぞれ９８．０％、９９．０％であ
った。また、空洞共振器法により各焼成体の誘電損失を測定したところ、ともに
ｔａｎδ＝１．０×１０^-4であった。また、添加剤としてマグネシアの他に、カ
ルシア、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム等を用いてもほぼ同様の結果が得
られた。 【００１４】(実施例２)平均粒径が５０nmであるアルミナ微粉末９０重量％とマ
グネシア１０重量％を秤量(図２点ｆ)、混合を行い、原料となる混合粉末を作製
した。この混合粉末を用い、実施例１と同様のプロセスにより生積層体を作製し
た。この生積層体を分圧にして０．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中、１２００℃
にて２０時間焼成を行った。 【００１５】こうして得られたアルミナ焼結体の相対密度は９８．５％であった
。また、このアルミナ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡により観察を行ったと
ころ、１μm 以下の空孔が若干存在することが観察されたが、十分に緻密な焼結
体であることが確認された。 【００１６】(実施例３)原料粉末として平均粒径５nmであるアルミナ微粉末を用
い(図１点ａ)、実施例１と同様のプロセスにて生積層体を作製した。この生積層
体を分圧にして０．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中、９００℃５０時間及び１２
００℃２０時間の焼成を行った。 【００１７】こうして得られたアルミナ焼結体の密度はそれぞれ９８．５％、９
９．０％に達していた。また、実施例２と同様の破断面観察により、緻密な焼結
体であることが確認された。 【００１８】(実施例４)実施例１と同様のプロセスにて作製した生積層体を焼成
温度を１０００℃として焼成を行った。この際、焼成雰囲気に含有する水蒸気量
を０．００５気圧としたところ、焼成時間が３０時間となったところで焼結体密
度が９８．０％に達した。また、 水蒸気量を０．８５気圧まで高めて焼成を行ったところ、焼成時間が１０時間の
ときに焼結体密度が９８．０％に達した。 【００１９】これらのアルミナ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡にて観察した
ところ、緻密な焼結体であることが観察され、水蒸気量は０．００５気圧以上で
効果があることが確認された。 【００２０】(実施例５)平均粒径が５nmであるアルミナ微粉末７０重量％、平均
粒径が３．０μm であるアルミナ粉末２０重量％、及びマグネシア１０重量％を
秤量(図１点ｃ)、混合を行い、原料となる混合粉末を作製した。この混合粉末に
バインダーとしてポリビニルアルコールを添加して造粒を行った後、一軸プレス
成形により圧粉体を作製した。この圧粉体を分圧にして０．７気圧の水蒸気を含
む雰囲気中、９００℃２５時間及び１２００℃１０時間焼成を行った。得られた
アルミナ焼結体は、それぞれ９８．０％、９８．５％の密度に達していた。 【００２１】(実施例６)実施例１と同様のプロセスにて、厚みが１００μm であ
るグリーンシートを作製した。このグリーンシートに直径２００μm のヴィアホ
ールを形成し、Ｃｕペーストを埋め込んだ。また、このグリーンシート上にＣｕ
ペーストにより配線パターンをスクリーン印刷法により印刷を行った。こうして
作製されたグリーンシート２０枚を積層し、熱プレスを行うことにより生積層体
を得た。この生積層体を分圧にして０．７気圧の水蒸気を含む雰囲気中、１００
０℃の焼成温度にして２０時間焼成を行った。 【００２２】こうして得られた多層配線基板の絶縁層であるアルミナ焼結体は破
断面を観察することにより、緻密な焼結体であることが確認された。 【００２３】また、Ｃｕ導体の比抵抗を測定したところ、３μΩ・ｃｍであり、
低抵抗導体として良好であることが確認された。 【００２４】(比較例１)実施例１と同様のプロセスにて作製した生積層体を水蒸
気が分圧にして０．００３気圧以下の焼成雰囲気中、１０００℃５０時間焼成を
行った。得られた焼成対は密度が９５％以下であり、十分な焼結には至らなかっ
たことが判った。水蒸気が少ない場合、十分なアルミナ焼結体は得られないこと
が判明した。 【００２５】(比較例２)平均粒径５０nmのアルミナ微粉末７０重量％、平均粒径
０．５μm のアルミナ粉末２５重量％、マグネシア５重量％を秤量(図２点ｉ)、
混合を行い、原料混合粉末とした。この原料混合粉末を用い、実施例１と同様の
方法により作製した生積層体を１２００℃の焼成温度にて、分圧にして０．７気
圧の水蒸気を含む焼成雰囲気中５０時間焼成を行った。しかしながら、得られた
焼成体の密度は９６．０％であり、十分緻密な焼結体ではなかった。 【００２６】以上の焼成条件をまとめて表１に示す。 【００２７】 【表１】 【００２８】 【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、誘電損失の小さい多層配線基
板及びアルミナ焼結体を得ることができる。また、焼成温度が、１２００℃以下
であることから、低抵抗導体を内装することが容易であり、低誘電損失な多層配
線基板を作製することが可能となった。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施例の試料組成を表す図である。 【図２】実施例の試料組成を表す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】絶縁層がアルミナ９０．０重量％以上よりなり、かつ前記絶縁層中
   の内層配線が、同時焼成にて形成される融点９００〜１２００℃のＡｕ，Ａｇ，
   Ａｇ−Ｐｄより選ばれた材料よりなることを特徴とするアルミナ多層配線基板。 【請求項２】絶縁層がアルミナ９０．０重量％以上よりなり、かつ前記絶縁層中
   の内層配線が、同時焼成にて形成される融点９００〜１２００℃のＡｕ，Ａｇ，
   Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕより選ばれた２種類以上の材料よりなることを特徴とするアル
   ミナ多層配線基板。 【請求項３】平均粒径が５〜５０nmであるアルミナの微粉末７０〜１００重量％
   、平均粒径が０．５〜３．０μm であるアルミナの粉末０〜２０重量％及びアル
   カリ土類金属化合物の添加剤０〜１０重量％をあわせて１００重量％となるよう
   に調製し、バインダー・溶剤と共に混合したスラリーを用いてグリーンシートを
   作製し、このグリーンシート上に融点９００〜１２００℃の金属よりなる導体層
   を形成した複数のシート、もしくは該シートとグリーンシートにヴィア導体を形
   成したシートとを積層、プレス成形した後、分圧にして０．００５気圧以上０．
   ８５気圧以下の水蒸気を含む雰囲気中、９００〜１２００℃にて焼成することを
   特徴とする請求項１記載の多層配線基板の製造方法。 【請求項４】平均粒径が５〜５０nmであるアルミナの微粉末７０〜１００重量％
   、平均粒径が０．５〜３．０μm であるアルミナの粉末０〜２０重量％及びアル
   カリ土類金属化合物の添加剤０〜１０重量％をあわせて１００重量％となるよう
   に調製し、バインダー・溶剤と共 に混合してスラリーとし、これを成形した後分圧にして０．００５気圧以上０．
   ８５気圧以下の水蒸気を含む雰囲気中９００〜１２００℃にて焼成することを特
   徴とするアルミナ焼結体の製造方法。 【請求項５】平均粒径が５〜５０nmであるアルミナの微粉末７０〜１００重量％
   、平均粒径が０．５〜３．０μm であるアルミナの粉末０〜２０重量％及びアル
   カリ土類金属化合物の添加剤０〜１０重量％をあわせて１００重量％とした混合
   物をプレス成形した後、分圧にして０．００５気圧以上０．８５気圧以下の水蒸
   気を含む雰囲気中９００〜１２００℃にて焼成することを特徴とするアルミナ焼
   結体の製造方法。