JP3793558B2

JP3793558B2 - 高周波用磁器

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Publication number: JP3793558B2
Application number: JP2000054008A
Authority: JP
Inventors: 吉健寺師
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001163668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子収納用パッケージや多層配線基板等に適用される配線基板に関するものであり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であり、また、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板などの有機樹脂からなる外部回路基板に対し、高い信頼性をもって実装可能であり、配線基板における絶縁基板として用いられる高周波用磁器に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、セラミック多層配線基板としては、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からなる配線層が形成されたものが最も普及している。
【０００３】
また、最近に至り、高度情報化時代を迎え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行しつつある。このような、高周波の信号の伝送を必要とする高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこと、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいことが要求される。
【０００４】
ところが、従来のタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大きく、信号の伝搬速度が遅く、また、１ＧＨｚ以上の高周波領域の信号伝搬も困難であることから、Ｗ、Ｍｏなどの金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を使用することが必要となっている。
【０００５】
このような低抵抗金属からなる配線層は、融点が低く、アルミナと同時焼成することが不可能であるため、最近では、ガラス、またはガラスとセラミックスとの複合材料からなる、いわゆる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開発されつつある。例えば、特開昭６０−２４０１３５号のように、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Ａｌ₂Ｏ₃、ジルコニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵抗金属と同時焼成した多層配線基板が提案されている。
【０００６】
また、多層配線基板や半導体素子収納用パッケージなどの配線基板にＧａＡｓなどのチップ部品を実装したり、また配線基板をマザーボードなどの有機樹脂を含むプリント基板に実装する上で、絶縁基板とチップ部品あるいはプリント基板との熱膨張差に起因して発生する応力により実装部分が剥離したり、クラックなどが発生するのを防止する観点から、絶縁基板の熱膨張係数がチップ部品やプリント基板のそれと近似していることが望まれる。
【０００７】
そこで、例えば、特開平１０−１２０４３６号公報、特開平１１−４９５３１号公報では、ディオプサイド型結晶相を析出可能なガラス粉末７０〜１００％に対して、アルミナ、ムライト等のセラミック粉末０〜３０％を添加、混合して焼成した磁器が提案され、マイクロ波帯での誘電損失を低減でき、磁器強度を２２００ｋｇ／ｃｍ²まで高めることができることが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のガラスセラミックスは、銅、銀、金などの低抵抗金属との同時焼成が可能であっても、熱膨張係数が３〜５ｐｐｍ／℃程度と低く、ＧａＡｓ等のチップ部品（熱膨張係数６〜７．５ｐｐｍ／℃）を実装したり、プリント基板（熱膨張係数１２〜１５ｐｐｍ／℃）に実装したりする場合に、実装の信頼性が低く実用上満足できるものではなかった。
【０００９】
また、特開平１０−１２０４３６号公報、特開平１１−４９５３１号公報では、磁器強度がせいぜい２２００ｋｇ／ｃｍ²以下であり、配線基板に種々の電子部品や入出力端子等を実装する工程において、絶縁基板にかかる応力によって絶縁基板に亀裂が生じたり、破損したりする恐れがあるために、さらなる強度向上が求められていた。
【００１０】
従って、本発明は、金、銀、銅を配線導体として多層化が可能な８００〜１０００℃での焼成が可能であるとともに、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有し、高周波領域においても低誘電率、低誘電損失で、かつ磁器強度が高い磁器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を鋭意検討した結果、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、ディオプサイド型結晶相を析出可能なガラスに対して、フィラーとして少なくともＡｌを含有する酸化物を３０重量％より多い所定の比率で配合した組成物を用い、これを成形後、８００〜１０００℃の温度で焼成することによって、少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌを含むディオプサイド型結晶相と、少なくともＡｌを含有する酸化物結晶相とを含む（但し、エンスタタイト結晶相を除く）磁器からなり、磁器中のガラス相を３０重量％以下と低減できるとともに、該ガラス相中のＳｉの含有量を酸化物（ＳｉＯ_２）換算で７０重量％以上含有せしめることができ、低誘電率で、ＧａＡｓ等のチップ部品やプリント基板の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を有し、１ＧＨｚ以上の高周波領域においても低誘電損失を有するとともに、磁器の４点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上の磁器が得られることを知見し、本発明に至った。
【００１２】
即ち、本発明の高周波用磁器は、少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌを含むディオプサイド型結晶相と、少なくともＡｌを含有する酸化物結晶相と、少なくともＳｉを酸化物（ＳｉＯ_２）換算で７０重量％以上含有するガラス相を３０重量％以下とを含有する（但し、エンスタタイト結晶相を除く）磁器からなり、且つ該磁器の室温から４００℃における熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が１０以下、６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０^−４以下、４点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上と優れた特性を実現できることを見出した。
【００１３】
ここで、前記少なくともＡｌを含有する酸化物は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂のうち選ばれる少なくとも一種であることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記高周波用磁器のヤング率が１４０ＧＰａ以上であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用磁器は、少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌを含むディオプサイド型結晶相と、少なくともＡｌを含有する酸化物結晶相と、少なくともＳｉを酸化物（ＳｉＯ_２）換算で７０重量％以上含有するガラス相を３０重量％以下とを含有する（但し、エンスタタイト結晶相を除く）磁器からなるものである。
【００１６】
上記結晶相のうち、ガラスから析出する少なくともＭｇＯとＣａＯとＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３を含むディオプサイド結晶相Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）_２Ｏ_６（ＤＩ）は、約８〜９ｐｐｍ／℃の高熱膨張および誘電率６．５〜７．５の特性を有する結晶であることから、上記組成のガラスよりディオプサイド型結晶相を析出させるとともに、少なくともＡｌを含有する酸化物を特定量添加して磁器中に析出させることにより、磁器の熱膨張係数を５ｐｐｍ／℃以上に高めるとともに、磁器の誘電率を１０以下、特に８以下に、磁器の４点曲げ強度を２５０ＭＰａ以上、特に３００ＭＰａ以上に高めることが可能である。
【００１７】
また、磁器中には、上記ディオプサイド結晶相以外に、Ｃａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇（ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）、ＣａＭｇＳｉＯ₄（ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅ）、Ｃａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈（ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）等の類似の相が析出してもよい。
【００１８】
また、ガラス中にＳｒＯを含有する場合、ＳｒＯは上記ディオプサイド型結晶相内に固溶してもよく、また、（Ｃａ，Ｓｒ）ＳｉＯ₃、ＳｒＳｉＯ_3、（Ｃａ，Ｓｒ）Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈等の別の結晶相として析出してもよい。
【００１９】
さらに、Ａｌを含有する酸化物結晶相は、強度向上の点で、平均粒径１〜２．９μｍ、特に１．５〜２．５μｍの粒子が磁器中に分散して存在することが望ましい。
【００２０】
なお、磁器中には、特にガラスの表面のみが結晶化して中心部に非晶質ガラス（Ｇ）が残在するが、磁器強度向上の点で磁器中のガラスの存在割合を３０重量％以下、特に１５重量％以下、さらに７重量％以下に低めることが重要であり、かつ、非晶質ガラス（Ｇ）は、誘電損失の低減および高熱膨張係数化の点でガラス中のＳｉ成分の含有量がＳｉＯ₂換算で７０重量％以上、特に８０重量％であることが望ましい。
【００２１】
これによって、磁器の誘電損失を低減することができ、６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失を５０×１０^-4以下、特に３０×１０^-4以下、さらに２０×１０^-4以下に低減することができる。
【００２２】
特に、ガラス中にＳｒＯを含有しめた場合には、磁器を低い焼成温度で緻密化させることが可能であるが、磁器中に非晶質ガラス（Ｇ）が残存しやすい。これに対して、本発明によれば、ガラス中にＳｒＯを含有しめた場合においても非晶質ガラス量を３０重量％以下に低減して低誘電損失化、高強度化、高ヤング率化を図ることができる。なお、ガラス中には、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等の他の成分が総量で３重量％以下含有されていてもよい。
【００２３】
さらに、上記ディオプサイド結晶相のヤング率は１６０ＧＰａ程度と高いものであるから、上記磁器中のディオプサイド型結晶相の析出割合を高めるとともに、Ａｌを含有する酸化物結晶相を所定量含有せしめることによって、磁器のヤング率を高めることができ、特にヤング率が１４０ＧＰａ以上、特に１５０ＧＰａ以上であることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の高周波用磁器の全体組成としては、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＣａの各金属元素の酸化物換算による合量を１００重量％とした時、ＳｉＯ₂を１５〜４７．６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を３２．４〜６５重量％、ＭｇＯを８〜３５重量％、ＣａＯ１２〜４０重量％であるか、またはＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒの各金属元素の酸化物換算による合量を１００重量％とした時、ＳｉＯ₂を１５〜４９．６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を３２．４〜６５重量％、ＭｇＯを８〜３５重量％、ＣａＯ２．５〜２０重量％、ＳｒＯ７．５〜２５重量％の割合から構成されることが望ましい。
【００２５】
これによって、本発明の高周波用磁器は、１ＧＨｚ以上、特に２０ＧＨｚ以上、さらには５０ＧＨｚ以上、またさらには７０ＧＨｚ以上の高周波用配線基板の絶縁層を形成するのに好適な磁器である。
【００２６】
本発明の磁器を配線基板の絶縁基板として用いる場合、誘電率が１０以下、特に８以下と低いために高周波伝送線路やアンテナの伝送損失を低めることができる。
【００２７】
また、磁器の室温から４００℃における熱膨張係数は、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。
【００２８】
具体的には、ＧａＡｓ系のチップ部品との整合を図る上ではＧａＡｓ系のチップ部品との熱膨張係数の差が２ｐｐｍ／℃以下であり、一方、プリント基板との整合を図る上ではプリント基板との熱膨張係数の差が２ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
【００２９】
また、磁器の４点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上、ヤング率が１４０ＧＰａ以上と高いために、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等を防止することができる。
【００３０】
上記磁器を作製するには、まず、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、ディオプサイド型結晶相を析出可能なガラスを４０〜６９．９重量％、特に５０〜６９．９重量％と、フィラーとして少なくともＡｌを含有する酸化物原料を３０．１〜６０重量％との割合で含有する磁器組成物を準備する。
【００３１】
なお、各成分組成のうち、上記ガラスが４０重量％よりも少ないと、１０００℃以下の温度での焼成により磁器を緻密化させることが困難であり、６９．９重量％よりも多いと、磁器中の結晶化度が低下し、磁器の４点曲げ強度が２５０ＭＰａより低くなるためである。ガラスの特に望ましい範囲は、５５〜６５重量％である。
【００３２】
ここで、前記ガラスは、ガラスの軟化点が５００〜８００℃であることが望ましく、さらなる低温焼成化の点で、ＳｒＯを含有してもよい。
【００３３】
さらに、ガラスの組成はＳｉＯ₂３０〜５５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃４．５〜１５重量％、ＭｇＯ１６〜３５重量％、ＣａＯ２４〜４０重量％の割合か、または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。
【００３４】
なお、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い。
【００３５】
また、フィラーとして添加されるＡｌを含有する酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈のうち選ばれる少なくとも一種からなることが望ましく、特にＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、さらにはＡｌ₂Ｏ₃であることが望ましい。
【００３６】
フィラーとして少なくともＡｌを含有する酸化物が３０．１重量％よりも少ないと、磁器中の結晶化率が低下するとともに、高強度化のために寄与するフィラーの割合が減少して磁器中に存在する酸化物結晶相の割合が低下する結果、磁器強度を高めることができない。逆に、少なくともＡｌを含有する酸化物が６０重量％を越えると、難焼結性となり、１０００℃以下の焼成温度で緻密化することができず、誘電損失、磁器強度ともに低下する。少なくともＡｌを含有する酸化物の望ましい範囲は、３５〜４５重量％である。
【００３７】
さらに、８００〜１０００℃の焼成で磁器の相対密度を９７％以上、特に９９％以上に高めることが可能であり、また、高周波領域での誘電損失を低減し、機械的強度を高める上で、Ａｌを含有する酸化物原料粉末の平均粒径は、１μｍ以上であることが望ましい。
【００３８】
次に、本発明における高周波用磁器組成物を用い磁器を製造する方法について説明する。
まず、出発原料として、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯを含みディオプサイド型結晶相を析出可能な結晶化ガラス粉末４０〜６９．９重量％と、少なくともＡｌを含有する酸化物粉末を３０．１〜６０重量％との割合で秤量混合する。
【００３９】
なお、上記Ａｌを含有する酸化物粉末中には低温焼成化の点で、例えばＳｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等の不可避不純物が８重量％以下、特に１重量％以下含有されていてもよい。
【００４０】
そして、この混合粉末を用いてドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法の周知の成型法により所定形状の成形体を作製した後、該成形体を８００〜１０００℃の酸化性雰囲気または不活性雰囲気中で焼成することにより作製することができる。
【００４１】
ここで、焼成温度が８００℃より低いと、磁器を緻密化できないとともに結晶化度が低く磁器中のガラス相の割合を３０重量％以下とすることができず、高周波領域での誘電損失が増大し、逆に１０００℃を越えるとＣｕやＡｇ等の低抵抗金属との同時焼成ができない。
【００４２】
なお、１０００℃以下での焼成で磁器を緻密化させるためには、焼成時の昇温速度を１０００℃／時間以下で、かつ焼成時間を１０分以上とすることが望ましく、また、磁器中のガラスの含有量を３０重量％以下で、該ガラス中のＳｉＯ₂の比率を７０重量％以上に高めるためには、焼成時の降温速度を１０００℃／時間以下とすることが望ましい。
【００４３】
また、配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、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。そして、このシート状成形体に所望により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種を含む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、前記金属ペーストまたはこれら金属の金属箔を用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法、転写法などによって高周波信号が伝送可能な高周波線路パターン等に配線層の厚みが５〜３０μｍとなるように、印刷塗布する。
【００４４】
その後、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着し、８００〜１０００℃の窒素ガスや窒素−酸素混合ガス等の非酸化性雰囲気で焼成することにより、高周波用配線基板を作製することができる。
【００４５】
そして、この配線基板の表面には、適宜半導体素子等のチップ部品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、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子とを接続する。
【００４６】
なお、半導体素子としては、Ｓｉ系やＧａＡｓ系等のチップ部品が使用できるが、特に熱膨張係数の近似の点で、ＧａＡｓ系のチップ部品の実装に有効である。
【００４７】
さらに、半導体素子が搭載された配線基板表面に、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。
【００４８】
（配線基板の構成）本発明の高周波用磁器を好適に使用しうる高周波用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの具体的な構造とその実装構造について図１をもとに説明する。図１は、半導体収納用パッケージ、特に、接続端子がボール状端子からなるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図である。図１によれば、パッケージＡは、絶縁材料からなる絶縁基板１と蓋体２によりキャビティ３が形成されており、そのキャビティ３内には、ＧａＡｓ等のチップ部品４が前述の接着剤等により実装されている。
【００４９】
また、絶縁基板１の表面および内部には、チップ部品４と電気的に接続された配線層５が形成されている。この配線層５は、高周波信号の伝送時に導体損失を極力低減するために、銅、銀あるいは金などの低抵抗金属を主成分とすることが望ましい。また、この配線層５に１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高周波信号が損失なく伝送されることが必要となるため、配線層５は周知のストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なくとも１種から構成される。
【００５０】
さらに、図１のパッケージＡにおいて、絶縁基板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されており、パッケージＡ内の配線層５と接続されている。そして、接続用電極層６には、半田などのロウ材７によりボール状端子８が被着形成されている。
【００５１】
また、上記パッケージＡを外部回路基板に実装するには、図１に示すように、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁材料からなる絶縁基板９の表面に配線導体１０が形成された外部回路基板Ｂに対して、ロウ材を介して実装される。具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底面に取付けられているボール状端子８と、外部回路基板Ｂの配線導体１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田１１によりロウ付けして実装される。また、ボール状端子８自体を溶融させて配線導体１０と接続させてもよい。
【００５２】
なお、図１では、ボール状端子を用いたものであったが、半田にて直接接合することも可能である。
【００５３】
本発明によれば、ＧａＡｓ等のチップ部品４のロウ付けや接着剤により実装したり、このようなボール状端子８を介在したロウ付けによりプリント基板等の外部回路基板に実装されるような表面実装型パッケージにおいて、ＧａＡｓ等のチップ部品や外部回路基板の絶縁基板との熱膨張差を従来のセラミック材料よりも小さくできることから、かかる実装構造に対して、熱サイクルが印加された場合においても実装部での応力の発生を抑制することができる結果、実装構造の長期信頼性を高めることができる。
【００５４】
【実施例】
下記の組成

からなるディオプサイド結晶相析出可能なガラス３種（ガラスＡ〜Ｃ）と、ディオプサイド結晶相が析出しないガラスＤを準備した。
【００５５】
そして、上記ガラスに対して表１〜３のフィラー（純度９９％）を添加し、さらに、この混合物に有機バインダ、可塑剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、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のグリーンシートを作製した。そして、このグリーンシートを１０〜１５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加えて熱圧着した。得られた積層体を水蒸気含有／窒素雰囲気中、７００℃で脱バインダ処理を行った後、乾燥窒素中で表１〜３の条件で焼成し絶縁基板用磁器を得た。なお、焼成に際しては昇温速度、降温速度を３００℃／ｈとした。
【００５６】
得られた磁器について誘電率、誘電損失を以下の方法で評価した。測定は形状、直径２〜７ｍｍ、厚み１．５〜２．５ｍｍの形状に切り出し、６０ＧＨｚにてネットワークアナライザー、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行った。測定では、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）で、誘電体共振器の励起を行い、ＴＥ₀₂₁、ＴＥ₀₃₁モードの共振特性より、誘電率、誘電損失を算出した。
【００５７】
また、室温から４００℃における熱膨張曲線をとり、熱膨張係数を算出した。さらに、焼結体中における結晶相をＸ線回折チャートから同定した。
【００５８】
また、磁器中のガラス相の比率をリートベルト法によって評価した。具体的には、評価する磁器を粉砕した後、内部標準試料としてＺｎＯを所定の比率で添加し、エタノールを加えて湿式混合した。これを乾燥した後、Ｘ線回折測定を行い、ＺｎＯの添加比率と、リートベルト法によって得られるＺｎＯと磁器中の結晶相との比率から磁器中に存在するガラス相の比率を算出し、ＴＥＭによりガラス相中のＳｉの比率を測定してＳｉＯ₂換算での比率を算出した。また、ＪＩＳＲ１６０１に基づいて磁器の４点曲げ強度を測定し、超音波パルス法により磁器のヤング率を測定した。結果は表１〜３に示した。
【００５９】
【表１】

【００６０】
【表２】

【００６１】
【表３】

【００６２】
表１〜３の結果から明らかなように、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯを含むガラスＡ、Ｂ、Ｃの量が、５０重量％より少ない試料Ｎｏ．１、２０、３０、３３では、低温で焼結することが困難であり、緻密化しなかった。
【００６３】
また、Ａｌを含有する酸化物の添加量が３０．１重量％よりも少ない試料Ｎｏ．７、８、１３、１６、２６、２７、４０、４４、４７では、磁器の４点曲げ強度が低下した。さらに、フィラーとして平均粒径０．６μｍのＡｌ_２Ｏ_３を用いた試料Ｎｏ．１０、４１では、１０００℃の焼成で磁器を緻密化させることができず、ガラス相の割合が３０重量％を越えてしまい、誘電損失が増大した。
【００６４】
また、ガラスとして、Ｂ₂Ｏ₃を多く含むガラスＤを用いた試料Ｎｏ．５１は溶融してしまい、また、試料Ｎｏ．５２では、ディオプサイド型結晶相が消失することによって、ホウ素を含むガラスが多く残留し、誘電損失が大きくなる傾向にあった。
【００６５】
これに対して、本発明に従い、特定量の少なくともＡｌを含有する酸化物を添加した試料では、磁器中に少なくともＡｌを含有する酸化物結晶相の析出が見られ、また、いずれも熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以上、６０ＧＨｚの測定周波数にて、誘電率８が以上、誘電損失が５０×１０^−４以下、磁器の４点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上、ヤング率が１４０ＧＰａ以上の優れた特性を有するものであった。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の高周波用磁器組成物によれば、１０００℃以下の低温にて焼成できることから、銅などの低抵抗金属による配線層を形成でき、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域において、誘電率が１０以下で、６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０^-4以下と誘電損失が低いことから、高周波信号を極めて良好に損失なく伝送することができる。
【００６７】
しかも、この組成物を用いて得られる磁器は、磁器強度が２５０ＭＰａ以上と高く、ヤング率が１４０ＧＰａ以上と高く、かつＧａＡｓチップあるいはプリント基板と近似した熱膨張特性に制御できることから、ＧａＡｓチップを実装した場合、あるいは有機樹脂を含む絶縁基板を具備するプリント基板などのマザーボードに対してロウ材等により実装した場合において優れた耐熱サイクル性を有し、高信頼性の実装構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用磁器を用いた高周波用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの実装構造の一例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ半導体素子収納用パッケージ
Ｂ外部回路基板
１絶縁基板
２蓋体
３キャビティ
４チップ部品
５配線層
６接続用電極層
７ロウ材
８ボール状端子
９絶縁基板
１０配線導体
１１ロウ材

Claims

少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌを含むディオプサイド型結晶相と、少なくともＡｌを含有する酸化物結晶相と、少なくともＳｉを酸化物（ＳｉＯ_２）換算で７０重量％以上含有するガラス相を３０重量％以下とを含有する（但し、エンスタタイト結晶相を除く）磁器からなり、且つ該磁器の室温から４００℃における熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以上、誘電率が１０以下、６０〜７７ＧＨｚでの誘電損失が５０×１０^−４以下、４点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上であることを特徴とする高周波用磁器。
前記少なくともＡｌを含有する酸化物結晶相が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、Ｍｇ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８のうち選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載の高周波用磁器。
ヤング率が１４０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高周波用磁器。