JP3825397B2

JP3825397B2 - Glass ceramic substrate and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3825397B2
Application number: JP2002331241A
Authority: JP
Inventors: 勉三倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004165506A

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／または表面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７−193369号公報
【特許文献２】
特開平11−163189号公報
【特許文献３】
特開2000−252385号公報
【０００７】
【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。
【０００８】
しかしながら、フェライト層に添加されるガラス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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
さらに、フェライト層と絶縁基体のガラスセラミックスとの同時焼成では、フェライト層の熱膨張係数とガラスセラミックスの熱膨張係数とが異なるため、同時焼成過程においてフェライト層に応力がかかることにより磁歪が発生し、フェライト層の透磁率が急激に低下する問題があった。
【００１４】
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得ることが困難であるという問題点があった。
【００１５】
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。
【００１６】
【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、ガラスおよびフィラーを含有する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／または表面に配線導体と、この配線導体の上面および下面を覆う前記絶縁基体のガラスおよびフィラーより熱膨張係数の高いフェライトおよび１質量％以下のガラスから成るフェライト層とが、このフェライト層と前記絶縁基体との間に、前記絶縁基体に含有されるフィラーと同じフィラーおよび前記絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが10μｍ以上の絶縁層を介在させて、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。
【００１７】
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、前記絶縁層は、前記フェライト層との熱膨張係数の差が３×10^-6／℃以下であり、かつ前記絶縁基体との熱膨張係数の差が５×10^-6／℃以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
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、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄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。
【００１９】
さらに、本発明のガラスセラミック基板の製造方法は、ガラス粉末およびフィラーおよび有機バインダを含有する複数枚のガラスセラミック・グリーンシートの少なくとも一枚の表面に配線導体およびこの配線導体の上面および下面を覆うＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄のうちの少なくとも１種を含むフェライト・グリーンシートを、前記ガラスセラミック・グリーンシートに含有されるフィラー粉末と同じフィラー粉末および前記絶縁基体に含有されるガラス粉末より熱膨張係数の高いガラス粉末を含有する絶縁ペースト層を介して配置するとともに、前記複数枚のガラスセラミック・グリーンシートを、前記フェライト・グリーンシートとそれに積層される前記ガラスセラミック・グリーンシートとの間にも前記絶縁ペースト層を介在させて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の両面に、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前記ガラスセラミック・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前記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、前記焼成時に前記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前記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。
【００２０】
本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライト層のガラスを１質量％以下としたことで、フェライト層の内部における磁性を持たない空間が１質量％以下となり、フェライト層の透磁率低下を抑えることができる。また、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体に含有されるフィラーと同じフィラーおよび絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが10μｍ以上の絶縁層をフェライト層と絶縁基体との間に介在させたことから、絶縁基体の熱膨張係数より熱膨張係数が大きく、かつフェライト層の熱膨張係数より熱膨張係数が小さい絶縁層によってフェライト層と絶縁基体との熱膨張差により生じる応力を緩和することができ、磁歪による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、これらフェライト層および絶縁層がガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体および配線導体との同時焼成によって形成されることから、これらと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、このフェライト層は、好適にはフェライト・グリーンシートを焼結させて形成されるが、配線導体の上下面をフェライト層で覆うことによってフェライト層によるノイズ吸収を効率良く安定して機能させることができるので、配線導体へのノイズの侵入を確実に防止することができ、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。
【００２１】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、絶縁層は、フェライト層との熱膨張係数の差が３×10^-6／℃以下であり、かつ絶縁基体との熱膨張係数の差が５×10^-6／℃以下である場合には、絶縁基体およびフェライト層と絶縁層との熱膨張係数差が好適に小さいことから、絶縁層がより一層効果的に応力を緩和することができ、フェライト層の透磁率低下を十分に抑えることができる。
【００２２】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライトが、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄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。
【００２３】
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、ガラスセラミック基板の焼成時に生じる平面方向の収縮を拘束シートによって抑えることができるので、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、ガラスセラミックス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。
【００２４】
【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。
【００２５】
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はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体、２は絶縁層、３はフェライト層、４は配線導体である。
【００２６】
絶縁基体１は、複数のガラスセラミックス層が積層されて構成されており、その内部および／または表面に配線導体４およびその上面および下面を覆うフェライト層３がフェライト層３と絶縁基体１との間に、ガラスおよびフェライトから成る絶縁層２を介在させて形成されている。
【００２７】
ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体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。
【００２８】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系，ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃系，ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹およびＭ²は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ¹Ｏ−Ｍ²Ｏ系（但し、Ｍ¹およびＭ²は前記と同じである），ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系（但し、Ｍ³はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｍ³ ₂Ｏ系（但し、Ｍ³は前記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００２９】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂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。
【００３０】
絶縁層２は、配線導体４の上下面を覆うフェライト層３と絶縁基体１との間に形成されており、絶縁基体１に含有されるフィラー粉末と同じフィラー粉末および絶縁基体１に含有されるガラス粉末より熱膨張係数の高いガラス粉末を絶縁基体１との熱膨張係数の差が５×10^-6／℃以下、およびフェライト層３との熱膨張係数の差が３×10^-6／℃以下になるように配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した絶縁ペーストを、従来周知の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・グリーンシート上のフェライト層３が載置される位置に塗布し、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。
【００３１】
絶縁層２のガラス成分としては、熱膨張係数が６×10^-6〜18×10^-6／℃であるのが好ましい。このような熱膨張係数の高いガラス成分としては、公知の熱膨張係数の高いガラスが使用でき、例えばアルカリ珪酸系ガラス，ＰｂＯ系ガラス，ＢａＯ系ガラス，ＺｎＯ系ガラス等を使用することができる。なお、上記ガラス成分の熱膨張係数は、結晶化ガラスの場合には、焼成温度で熱処理した後の熱膨張係数を指すものである。
【００３２】
アルカリ珪酸系ガラスを用いる場合には、Ｌｉ₂Ｏ等のアルカリ金属酸化物を５〜30質量％、特に５〜20質量％の割合で含有し、焼成後に熱膨張係数の高いアルカリ珪酸塩を析出するものが好適に使用される。また、上記アルカリ珪酸系ガラスとしては、アルカリ金属酸化物以外にＳｉＯ₂を必須の成分として含むが、ＳｉＯ₂はガラス全量中、60〜85質量％の割合で存在し、ＳｉＯ₂とアルカリ金属酸化物との合量がガラス全量中65〜95質量％であることが、アルカリ珪酸結晶を析出させる上で望ましい。
【００３３】
また、これらの成分以外にＡｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＴｉＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃，Ｎａ₂Ｏ，Ｋ₂Ｏ，Ｐ₂Ｏ₅，ＺｎＯ，Ｆ等が配合されていてもよい。なお、リチウム珪酸系ガラス中には、Ｂ₂Ｏ₃は１質量％以下であることが望ましい。
【００３４】
Ｐｂ系ガラスを用いる場合には、ＰｂＯを主成分とし、さらにＢ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂のうち少なくとも一成分を含有し、焼成後にＰｂＳｉＯ₃，ＰｂＺｎＳｉＯ₄等の熱膨張の高い結晶層が析出するものが好適に使用される。とりわけ、熱膨張の高い結晶層を析出しやすいことから、ＰｂＯ（65〜85質量％）−Ｂ₂Ｏ₃（５〜15質量％）−ＺｎＯ（６〜20質量％）−ＳｉＯ₂（0.5〜５質量％）−ＢａＯ（０〜５質量％）から成る結晶性ガラスや、ＰｂＯ（50〜60質量％）−ＳｉＯ₂（35〜50質量％）−Ａｌ₂Ｏ₃（１〜９質量％）から成る結晶系ガラスが望ましい。
【００３５】
さらに、ＺｎＯ系ガラスを用いる場合には、ＺｎＯを10質量％以上含有し、焼成後にＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｎＯ・ｎＢ₂Ｏ₃等の高熱膨張の結晶層が析出するものが好適に使用される。ＺｎＯ成分以外に、ＳｉＯ₂（60質量％以下），Ａｌ₂Ｏ₃（60質量％以下），Ｂ₂Ｏ₃（30質量％以下），Ｐ₂Ｏ₅（50質量％以下），アルカリ土類酸化物（20質量％以下），Ｂｉ₂Ｏ₃（30質量％以下）等が配合されていてもよい。とりわけ、熱膨張の高い結晶層を析出しやすいことから、ＺｎＯ（10〜50質量％）−Ａｌ₂Ｏ₃（10〜30質量％）−ＳｉＯ₂（30〜60質量％）から成る結晶性ガラスやＺｎＯ（10〜50質量％）−ＳｉＯ₂（５〜40質量％）−Ａｌ₂Ｏ₃（０〜15質量％）−ＢａＯ（０〜60質量％）−ＭｇＯ（０〜35質量％）から成る結晶性ガラスが望ましい。
【００３６】
ＢａＯ系ガラスを用いる場合には、ＢａＯを５質量％以上含有し、非結晶ガラス、または焼成後にＢａＯ・２ＳｉＯ₂，ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈，ＢａＢ₂Ｓｉ₂Ｏ₈等の結晶層を析出する結晶化ガラスが採用される。ＢａＯ以外の成分としてＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃，Ｐ₂Ｏ₅，アルカリ土類金属酸化物，アルカリ金属酸化物，ＺｒＯ₂等を含む場合もある。とりわけ、熱膨張の高い結晶層を析出しやすいことから、ＳｉＯ₂を25〜60質量％、ＢａＯを５〜60質量％、およびＺｒ酸化物をＺｒＯ₂換算で0.1〜30質量％の割合で含有するものが好適に使用される。
【００３７】
また、絶縁層２のフィラーとしては、絶縁基体１のガラスセラミックスと同じフィラーが用いられ、例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ₂とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂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。
【００３８】
絶縁層２は、10μｍ以上の厚みで構成するのが望ましい。厚みが10μｍ未満であると、応力緩和が不十分となり磁歪が発生することにより透磁率が低下しやすい。ただし、絶縁層２の厚みはガラスセラミック基板全体を厚くしない程度であることが望ましい。
【００３９】
フェライト層３は、配線導体４の上下面を覆うように絶縁基体１の表面および／または内部に形成された配線導体４とともに絶縁層２を介在させて形成されており、フェライトおよび１質量％以下のガラスから成るものである。このフェライト層３には、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄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。
【００４０】
フェライト層３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４を覆う形状にカットし、ガラスセラミック・グリーンシート上の配線導体４が形成される位置に配線導体４の上面および下面を覆うようにして載置する。
【００４１】
フェライト層３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３の透磁率が安定しにくい傾向がある。
【００４２】
フェライト層３は、フェライトおよびフェライト層３全体に対して１質量％以下のガラスから成るものである。ただし、この１質量％以下のガラスは焼成時に絶縁基体１および絶縁層２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。
【００４３】
配線導体４は、フェライト層３に上下面を覆われて絶縁基体１の内部および／または表面に絶縁層２を介在させて形成されており、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、従来周知の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およびガラスセラミック・グリーンシート表面に絶縁ペーストを介在させて配置されたフェライト・グリーンシート上に塗布し、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。このとき、配線導体４から侵入するノイズを完全に吸収するためには、配線導体４の上下面をフェライト層３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４の側面もフェライト層３で覆っておくことが好ましい。さらに、フェライト層３の上下面を絶縁層２で完全に覆う必要がある。よって、そのような配線導体４、フェライト層３および絶縁層２を形成するためには、所定のガラスセラミック・グリーンシート表面に、下面の絶縁層２となる絶縁ペースト，下面のフェライト層３となるフェライト・グリーンシート，配線導体４となる導体ペースト，上面のフェライト層３となるフェライト・グリーンシート，上面の絶縁層２となる絶縁ペーストの順番に各層を形成して配置するとよい。
【００４４】
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３，絶縁層２および配線導体４を前述の要領でガラスセラミック・グリーンシートに配置した後、このガラスセラミック・グリーンシートの複数枚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。
【００４５】
次に、ガラスセラミック・グリーンシート積層体の両面に、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂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。
【００４８】
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。
【００４９】
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質量％であるのがよい。通常は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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も容易にすることを考慮すると、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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スの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、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００６０】
＜実施例１＞
本実施例では、図２に断面図で示すような、外径20ｍｍ，内径５ｍｍのリング形状の評価用試験片を作製し、透磁率を測定した。なお、図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体、２は絶縁層、３はフェライト層、４は配線導体である。透磁率の測定はヒューレットパッカード社製のインピーダンスアナライザーＨＰ−4291Ａを用い、高周波電流電圧法にて測定した。
【００６１】
まず、ガラスセラミックス成分として、熱膨張係数が8.5×10^-6／℃であるＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末75質量％および熱膨張係数が6.5×10^-6／℃であるＡｌ₂Ｏ₃粉末25質量％を使用した。このガラスセラミックス成分100質量％に有機バインダとしてアクリル樹脂12質量％，フタル酸系可塑剤６質量％および溶剤としてトルエン30質量％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。
【００６２】
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ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄の結晶相から構成される透磁率22.0、熱膨張係数12×10^-6／℃の仮焼済みのフェライト粉末に、ブチラール樹脂10質量％、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。
【００６３】
次に絶縁ペーストとして、熱膨張係数が12×10^-6／℃であるＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末75質量％，およびガラスセラミックスに含有されるフィラー粉末と熱膨張係数が同じ6.5×10^-6／℃であるＡｌ₂Ｏ₃粉末25質量％を用い、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作製した。
【００６４】
同様に、配線導体ペーストとしてＣｕ粉末（平均粒径1.0μｍ）100質量％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質量％、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。
【００６５】
一方、無機成分としてＡｌ₂Ｏ₃粉末95質量％と軟化点720℃のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラス粉末５質量％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。
【００６６】
なお、ガラスセラミック・グリーンシートおよびフェライト・グリーンシート，拘束グリーンシートは、ともに透磁率の評価用試験片形状である外径20ｍｍ，内径５ｍｍのリング形状に加工しておいた。
【００６７】
まず、ガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。絶縁ペースト層は40μｍの厚みとした。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にフェライト・グリーンシートを重ね合わせ、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・グリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。絶縁ペースト層は40μｍの厚みとした。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にガラスセラミック・グリーンシートの所定枚数を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両面に拘束グリーンシートを重ね合わせ、温度55℃，圧力20ＭＰａで圧着して積層体を得た。
【００６８】
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。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。
【００６９】
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Ａｌ₂Ｏ₃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（中心線平均粗さ）Ｒａが１μｍ以下の平滑な面であった。
【００７０】
さらに、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３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。
【００７１】
また、得られたガラスセラミック基板の絶縁層２の焼成後の厚みは20μｍであった。
【００７２】
なお、このようにして作製した絶縁基体１の熱膨張係数は８×10^-6／℃、フェライト層３の熱膨張係数は12×10^-6／℃、絶縁層２の熱膨張係数は11×10^-6／℃であった。
【００７３】
このようにして作製した評価用試験片にて、透磁率を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】

【００７５】
表１の結果より、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄の結晶相から構成される透磁率が22.0のフェライトに対し、実施例１の場合は透磁率が21.6であり透磁率の低下がほとんどないことが分かる。また、表１においては、測定された透磁率を測定サンプルのそれぞれについて記載している。また、後述の実施例および比較例のサンプル測定結果も記載している。
【００７６】
＜実施例２および３＞
熱膨張係数が９×10^-6／℃および10×10^-6／℃になるように、熱膨張係数が12×10^-6／℃であるＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯ系ガラス粉末55質量％および35質量％，ならびにガラスセラミックスに含有されるフィラー粉末と熱膨張係数が同じ6.5×10^-6／℃であるＡｌ₂Ｏ₃粉末45質量％および65質量％を用いて絶縁層２を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例２および３の評価用試験片を作製した。
【００７７】
このようにして作製した実施例２および３の評価用試験片の透磁率を測定した。その測定結果も表１に記載した。
【００７８】
表１の結果より、実施例２および３の場合は、透磁率がそれぞれ21.2および21.3であり透磁率の低下がほとんどないことが分かる。
【００７９】
＜実施例４および５＞
焼成後の厚みが10μｍおよび50μｍになるように絶縁層２を作製した以外は実施例１と同様にして、実施例４および５の評価用試験片を作製した。
【００８０】
このようにして作製した実施例４および５の評価用試験片の透磁率を測定した。その測定結果も表１に記載した。
【００８１】
表１の結果より、実施例４および５の場合は、透磁率がそれぞれ21.2および21.5であり透磁率の低下がほとんどないことが分かる。
【００８２】
＜比較例１＞
焼成後の厚みが５μｍになるように絶縁層２を作製した以外は実施例１と同様にして、比較例１の評価用試験片を作製した。
【００８３】
このようにして作製した比較例１の評価用試験片の透磁率を測定した。その測定結果も表１に記載した。
【００８４】
表１の結果より、焼成後の厚みが５μｍになるように絶縁層２を作製した比較例１の場合は、透磁率が14.8であり、焼成後の厚みが10μｍ，20μｍおよび50μｍになるように絶縁層２を作製した実施例４，１および実施例５の場合に比べて、透磁率が大きく低下していることが分かる。これは、絶縁層２の厚みが薄いため、絶縁基体とフェライト層３との熱膨張差によるフェライトの内部応力を緩和できず、フェライト層３に磁歪が発生したためである。
【００８５】
＜比較例２＞
拘束シートを積層せずに焼成した以外は実施例１と同様にして、比較例２の評価用試験片を作製した。
【００８６】
拘束シートを積層せずに焼成した比較例２では、評価用試験片が焼成時に大きく変形してしまい、透磁率は測定できず、ガラスセラミック基板としても使えないことが分かった。
【００８７】
なお、本発明は上述の実施の形態の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４にＣｕを用いたが、配線導体４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、ガラスおよびフィラーを含有する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／または表面に配線導体と、配線導体の上面および下面を覆う絶縁基体のガラスおよびフィラーより熱膨張係数の高いフェライトおよび１質量％以下のガラスから成るフェライト層とが、フェライト層と絶縁基体との間に、絶縁基体に含有されるフィラーと同じフィラーおよび絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが10μｍ以上の絶縁層を介在させて、絶縁基体との同時焼成で形成されていることから、フェライト層の内部に磁性を持たない空間を形成するガラス成分を１質量％以下としたこと、および絶縁基体より熱膨張係数が大きく、かつフェライト層より熱膨張係数が小さい絶縁層をフェライト層とガラスセラミックス間に設け、フェライト層と絶縁基体との熱膨張差による応力を緩和することによって、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、フェライト層および絶縁層がガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体および配線導体との同時焼成によって形成されることによって、これらの層と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、このフェライト層をフェライト・グリーンシートを焼結させて形成することによって、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を効率良く機能させることができるので、配線導体へのノイズの侵入を確実に防止することができ、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。
【００８９】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライトが、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄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の製造方法によれば、ガラスセラミック基板の焼成時に生じる平面方向の収縮を拘束シートによって抑え、またＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄のうちの少なくとも１種を含む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、ガラスセラミックス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して本発明のガラスセラミック基板を得ることができる。
【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。
【図２】本発明の実施例の透磁率測定に用いた評価用試験片を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：絶縁層
３：フェライト層
４：配線導体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass ceramic substrate provided with a wiring conductor by simultaneous firing and a ferrite layer for noise absorption covering the wiring conductor in and / or on the surface of an insulating substrate made of a glass ceramic sintered body, and a method for manufacturing the same. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, the performance of information processing devices has advanced rapidly, and along with this, semiconductor devices and hybrid integrated circuit devices mounted on information processing devices are also driven at high speed, making them extremely susceptible to noise. It has become. For this reason, when high-frequency noise enters from an external electric circuit, the noise directly enters an electronic component such as a semiconductor element through a wiring conductor and may cause a malfunction. Therefore, noise countermeasures are required to prevent such malfunctions.
[0003]
As countermeasures against noise in a conventional glass ceramic substrate, a method of mounting a ferrite bead that absorbs 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 long been performed.
[0004]
However, with this method, it is difficult to reduce the size and simplify the mounting. Therefore, in recent years, the surface mounting process is simplified and the glass ceramic substrate is miniaturized by absorbing noise in the glass ceramic substrate itself.
[0005]
One method is to form a ferrite layer inside a glass ceramic substrate. For example, there are a method of mixing ferrite powder into the insulating substrate itself and 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 a glass ceramic substrate, the ferrite layer and the glass ceramic of the insulating base are simultaneously fired.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-193369
[Patent Document 2]
JP-A-11-163189
[Patent Document 3]
JP 2000-252385 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method, glass powder must be added to the ferrite layer in order to adhere the ferrite layer and the glass ceramic, which is the main component of the insulating substrate, by simultaneous firing and to match the respective firing shrinkage rates. It was. This is because, when a pure ferrite layer is co-fired with glass ceramics, sufficient adhesion between the ferrite layer and glass ceramics cannot be obtained, and furthermore, the shrinkage rate of the ferrite layer during firing and the shrinkage rate of the glass ceramics are different. This is because such a problem occurs that the glass ceramic substrate is deformed after firing, or the ferrite layer is peeled off from the glass ceramic substrate.
[0008]
However, since the glass 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 the ferrite in the ferrite layer is reduced. there were.
[0009]
In general, the noise absorbing power of a magnetic material such as ferrite is expressed using the magnetic permeability (μ) as an index. If the magnetic permeability is high, the noise absorbing power of the magnetic material is increased. However, the magnetic permeability decreases in proportion to the cube of the volume of the nonmagnetic portion when a nonmagnetic portion exists in the magnetic material. Therefore, when glass powder is added to the ferrite layer as described above, there is a problem that the magnetic permeability of the ferrite layer is rapidly reduced.
[0010]
When 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 component such as a semiconductor element through the wiring conductor. There was a problem of causing malfunction.
[0011]
However, if a large amount of ferrite layer is formed in order to sufficiently absorb noise, there is a problem that the fired ferrite layer is easily peeled off. This is because the shrinkage and thermal expansion coefficient during firing differ between the ferrite layer and the glass ceramic, and if a large amount of ferrite layer is formed, the occurrence of peeling becomes significant. Further, when the ferrite layer increases, there is a problem that the glass ceramic is relatively reduced, and the dielectric constant and insulating characteristics of the entire insulating base are different from the original glass ceramic substrate.
[0012]
Furthermore, in any of the above-described methods for forming a ferrite layer, there is a problem that it is difficult to form the thickness of the ferrite layer uniformly with good reproducibility. Normally, ferrite paste is screen-printed to form a ferrite layer on a glass-ceramic green sheet. In this method, however, the ferrite layer of a glass-ceramic substrate produced in the same way and within the same glass-ceramic substrate are used. There is a problem that the thickness varies even between different ferrite layers. Further, if a ferrite layer having a thin thickness is formed locally, the noise absorbing effect cannot be sufficiently obtained in that portion. Therefore, 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 of promoting peeling during firing as described above.
[0013]
Furthermore, in the simultaneous firing of the ferrite layer and the glass ceramic of the insulating substrate, the thermal expansion coefficient of the ferrite layer and the thermal expansion coefficient of the glass ceramic are different, so magnetostriction occurs due to stress applied to the ferrite layer during the simultaneous firing process. There has been a problem that the permeability of the ferrite layer rapidly decreases.
[0014]
For the reasons described above, 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 glass ceramic substrates produced in the same way. There is a problem that it is difficult to obtain a glass ceramic substrate having sufficient noise absorption characteristics.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a glass ceramic having a ferrite layer having a high magnetic permeability and having a high noise absorption characteristic and being stable. It is to provide a substrate and a manufacturing method thereof.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The glass-ceramic substrate of the present invention includes a wiring conductor on the inside and / or surface of a glass ceramic sintered body containing glass and filler, and the glass and filler of the insulating base covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor. Ferrite having a higher thermal expansion coefficient and a ferrite layer made of glass of 1% by mass or less are contained in the same insulating filler and the same filler as the filler contained in the insulating substrate between the ferrite layer and the insulating substrate. It is characterized in that it is formed by co-firing with the insulating substrate with an insulating layer having a thickness of 10 μm or more containing glass having a higher thermal expansion coefficient than the glass to be formed.
[0017]
In the glass ceramic substrate of the present invention, the insulating layer has a thermal expansion coefficient difference of 3 × 10 5 from the ferrite layer.^-6/ ° C. or less, and the difference in thermal expansion coefficient from the insulating substrate is 5 × 10^-6/ ° C. or less.
[0018]
Further, the glass ceramic substrate of the present invention has the above structure, wherein the ferrite is ZnFe.₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, CoFe₂O_Four, NiFe₂O_Four, BaFe₁₂O_Four, SrFe₁₂O_FourAnd CuFe₂O_FourIt consists of at least one of the above.
[0019]
Furthermore, in the method for producing a glass ceramic substrate of the present invention, the wiring conductor and the upper and lower surfaces of the wiring conductor are covered on at least one surface of the plurality of glass ceramic green sheets containing glass powder, a filler, and an organic binder. ZnFe₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, CoFe₂O_Four, NiFe₂O_Four, BaFe₁₂O_Four, SrFe₁₂O_FourAnd CuFe₂O_FourFerrite green sheet containing at least one of the above, the same filler powder as the filler powder contained in the glass ceramic green sheet, and a glass powder having a higher thermal expansion coefficient than the glass powder contained in the insulating substrate The plurality of glass ceramic green sheets are disposed between the ferrite green sheets and the glass ceramic green sheets laminated thereon, with the insulating paste layers interposed therebetween. Laminating and laminating a glass ceramic / green sheet laminate, and laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both sides of the glass ceramic / green sheet laminate And the restraining green sheet and the glass ceramic Removing the organic component from the laminate with the green sheet laminate, and then firing to produce a glass ceramic substrate holding the restraint sheet, and removing the restraint sheet from the glass ceramic substrate. The glass content of the constrained green sheet is an amount that binds the constrained green sheet with the glass ceramic green sheet during the firing and does not substantially shrink the constrained green sheet in its laminated surface. It is what.
[0020]
According to the glass ceramic substrate of the present invention, by setting the ferrite layer glass to 1% by mass or less, the space having no magnetism in the ferrite layer becomes 1% by mass or less, and the decrease in the permeability of the ferrite layer is suppressed. Can do. Further, an insulating layer having a thickness of 10 μm or more containing the same filler as the filler contained in the insulating base made of a glass ceramic sintered body and a glass having a higher thermal expansion coefficient than that of the glass contained in the insulating base is formed as a ferrite layer and an insulating base. Between the ferrite layer and the insulating base due to the insulating layer having a thermal expansion coefficient larger than that of the insulating base and smaller than that of the ferrite layer. The generated stress can be relaxed, and a decrease in the permeability of the ferrite layer due to magnetostriction can be suppressed. In addition, since the ferrite layer and the insulating layer are formed by simultaneous firing of the insulating base and the wiring conductor made of the glass ceramic sintered body, sufficient adhesion between them and the insulating base and the wiring conductor can be obtained. . Furthermore, this ferrite layer is preferably formed by sintering a ferrite green sheet, but by covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor with a ferrite layer, the noise absorption by the ferrite layer can be functioned efficiently and stably. Therefore, noise can be reliably prevented from entering the wiring conductor, and noise can be effectively prevented from entering the electronic component such as a semiconductor element.
[0021]
Further, according to the glass ceramic substrate of the present invention, the insulating layer has a difference in thermal expansion coefficient of 3 × 10 5 from that of the ferrite layer.^-6/ ° C or less, and the difference in thermal expansion coefficient from the insulating substrate is 5 × 10^-6/ ° C. or less, since the difference in thermal expansion coefficient between the insulating substrate and the ferrite layer and the insulating layer is suitably small, the insulating layer can relieve stress more effectively, and the permeability of the ferrite layer can be reduced. A decrease in magnetic susceptibility can be sufficiently suppressed.
[0022]
Further, according to the glass ceramic substrate of the present invention, the ferrite is ZnFe.₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, CoFe₂O_Four, NiFe₂O_Four, BaFe₁₂O_Four, SrFe₁₂O_FourAnd CuFe₂O_FourWhen the ferrite phase is composed of at least one of these, the ferrite crystal phase exhibits a high magnetic permeability. Therefore, the ferrite layer composed of these ferrites has a sufficiently high permeability capable of absorbing noise more effectively. Magnetic susceptibility can be obtained.
[0023]
Furthermore, according to the method for producing a glass ceramic substrate of the present invention, the glass content of the constrained green sheet including the above steps and laminated on both surfaces of the glass ceramic / green sheet laminate is obtained by Since it is an amount that is bonded to the ceramic green sheet and does not substantially shrink the constrained green sheet within its laminated surface, the constraining sheet can suppress the shrinkage in the planar direction that occurs during firing of the glass ceramic substrate. The insulating substrate made of glass ceramics, the wiring conductor, and the ferrite layer can be fired at the same time without deforming the glass ceramic / green sheet laminate on which the ferrite layers having different thermal shrinkage are sometimes formed.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0025]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a glass ceramic substrate of the present invention, wherein 1 is an insulating base made of a glass ceramic sintered body, 2 is an insulating layer, 3 is a ferrite layer, and 4 is a wiring conductor. .
[0026]
The insulating substrate 1 is configured by laminating a plurality of glass ceramic layers, and a ferrite layer 3 covering the wiring conductor 4 and its upper and lower surfaces is provided between the ferrite layer 3 and the insulating substrate 1 inside and / or on the surface thereof. And an insulating layer 2 made of glass and ferrite.
[0027]
The insulating substrate 1 made of a glass ceramic sintered body is firstly mixed with glass powder and filler powder (ceramic powder), and an organic binder, plasticizer, organic solvent, etc. to obtain a slurry, from which a doctor blade method and a rolling method are obtained. The glass ceramic green sheet is manufactured by calender roll method, etc., and the glass ceramic green sheet is laminated and then fired at a temperature of 800-1100 ° C in air or humidified nitrogen atmosphere. .
[0028]
Examples of glass powder include SiO.₂-B₂O_ThreeSystem, SiO₂-B₂O_Three-Al₂O_ThreeSystem, SiO₂-B₂O_Three-Al₂O_Three-MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO₂-Al₂O_Three-M¹OM²O system (however, M¹And M²Are the same or different and represent Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO₂-B₂O_Three-Al₂O_Three-M¹OM²O system (however, M¹And M²Is the same as above), SiO₂-B₂O_Three-M^Three ₂O system (however, M^ThreeRepresents Li, Na or K), SiO₂-B₂O_Three-Al₂O_Three-M^Three ₂O system (however, M^ThreeIs the same as described above), Pb-based glass, Bi-based glass, or the like can be used.
[0029]
Moreover, as filler powder, for example, Al₂O_Three, SiO₂, ZrO₂And alkaline earth metal oxides, TiO₂Oxide of Al and alkaline earth metal oxides, Al₂O_ThreeAnd SiO₂A composite oxide containing at least one selected from (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like can be used.
[0030]
The insulating layer 2 is formed between the ferrite layer 3 covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4 and the insulating base 1, and is contained in the same filler powder and insulating base 1 as the filler powder contained in the insulating base 1. The difference in thermal expansion coefficient between the insulating powder 1 and the glass powder having a higher thermal expansion coefficient than that of the glass powder is 5 × 10^-6/ ° C or less, and the difference in thermal expansion coefficient from the ferrite layer 3 is 3 × 10^-6The ferrite layer 3 on the glass ceramic green sheet is placed on an insulating paste prepared by kneading an appropriate organic binder and solvent and blended so that the temperature is less than / ° C. by a conventionally known screen printing method or gravure printing method. It is applied at the position where it is placed and fired at the same time as the glass ceramic green sheet.
[0031]
The glass component of the insulating layer 2 has a thermal expansion coefficient of 6 × 10^-6~ 18 × 10^-6/ ° C is preferred. As such a glass component having a high thermal expansion coefficient, a known glass having a high thermal expansion coefficient can be used. For example, alkali silicate glass, PbO glass, BaO glass, ZnO glass, or the like can be used. In addition, the thermal expansion coefficient of the said glass component points out the thermal expansion coefficient after heat-processing at a calcination temperature in the case of crystallized glass.
[0032]
When using alkali silicate glass, Li₂What contains 5-30 mass%, especially 5-20 mass% of alkali metal oxides, such as O, and deposits an alkali silicate with a high thermal expansion coefficient after baking is used suitably. Moreover, as said alkali silicate type glass, it is SiO other than an alkali metal oxide.₂Is contained as an essential component, but SiO₂Is present in a proportion of 60 to 85% by mass in the total amount of glass, and SiO₂When the total amount of the alkali metal oxide is 65 to 95% by mass in the total amount of the glass, it is desirable to precipitate the alkali silicate crystals.
[0033]
In addition to these components, Al₂O_Three, MgO, TiO₂, B₂O_Three, Na₂O, K₂O, P₂O_Five, ZnO, F, etc. may be blended. In lithium silicate glass, B₂O_ThreeIs desirably 1% by mass or less.
[0034]
When Pb-based glass is used, PbO is the main component and B₂O_Three, SiO₂Of PbSiO after firing._Three, PbZnSiO_FourA material in which a crystal layer having a high thermal expansion is deposited is preferably used. In particular, PbO (65 to 85% by mass) -B₂O_Three(5-15 mass%)-ZnO (6-20 mass%)-SiO₂(0.5-5 mass%)-crystalline glass composed of BaO (0-5 mass%), PbO (50-60 mass%)-SiO₂(35-50% by mass) -Al₂O_ThreeCrystalline glass composed of (1 to 9% by mass) is desirable.
[0035]
Furthermore, in the case of using ZnO-based glass, it contains 10% by mass or more of ZnO, and after firing, ZnO.Al₂O_Three, ZnO · nB₂O_ThreeThose in which a crystal layer having a high thermal expansion such as a deposit is preferably used. In addition to the ZnO component, SiO₂(60 mass% or less), Al₂O_Three(60 mass% or less), B₂O_Three(30% by mass or less), P₂O_Five(50 mass% or less), alkaline earth oxide (20 mass% or less), Bi₂O_Three(30 mass% or less) etc. may be mix | blended. In particular, ZnO (10 to 50% by mass) -Al is easy to deposit a crystal layer with high thermal expansion.₂O_Three(10-30% by mass) -SiO₂(30-60 mass%) crystalline glass or ZnO (10-50 mass%)-SiO₂(5-40% by mass) -Al₂O_ThreeA crystalline glass composed of (0-15 mass%)-BaO (0-60 mass%)-MgO (0-35 mass%) is desirable.
[0036]
When BaO-based glass is used, it contains 5% by mass or more of BaO, is amorphous glass, or BaO.2SiO after firing.₂, BaAl₂Si₂O₈, BaB₂Si₂O₈A crystallized glass that precipitates a crystal layer such as is employed. SiO as a component other than BaO₂, Al₂O_Three, B₂O_Three, P₂O_Five, Alkaline earth metal oxides, alkali metal oxides, ZrO₂Etc. may be included. In particular, since it is easy to deposit a crystal layer with high thermal expansion, SiO₂25-60 mass%, BaO 5-60 mass%, and Zr oxide ZrO₂What contains in the ratio of 0.1-30 mass% in conversion is used suitably.
[0037]
Further, as the filler of the insulating layer 2, the same filler as the glass ceramic of the insulating base 1 is used, for example, Al₂O_Three, SiO₂, ZrO₂And alkaline earth metal oxides, TiO₂Oxide of Al and alkaline earth metal oxides, Al₂O_ThreeAnd SiO₂A composite oxide containing at least one selected from (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like can be used.
[0038]
The insulating layer 2 is preferably formed with a thickness of 10 μm or more. If the thickness is less than 10 μm, the stress relaxation is insufficient and magnetostriction is generated, so that the magnetic permeability tends to decrease. However, it is desirable that the thickness of the insulating layer 2 is such that the entire glass ceramic substrate is not thickened.
[0039]
The ferrite layer 3 is formed by interposing the insulating layer 2 together with the wiring conductor 4 formed on the surface and / or inside of the insulating base 1 so as to cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4, and ferrite and 1% by mass or less. Made of glass. This ferrite layer 3 has ZnFe₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, CoFe₂O_Four, NiFe₂O_Four, BaFe₁₂O_Four, SrFe₁₂O_FourAnd CuFe₂O_FourIt is preferable to use a ferrite composed of at least one of them from the viewpoint of obtaining a sufficiently high magnetic permeability capable of absorbing noise more effectively.
[0040]
The ferrite layer 3 is formed by first mixing a ferrite powder with a suitable organic binder, plasticizer, organic solvent, etc. to obtain a slurry, from which a ferrite green sheet is produced by the doctor blade method, rolling method, calendar roll method, etc. To do. Next, the ferrite green sheet is cut into a shape covering the predetermined wiring conductor 4 and mounted so as to cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4 at positions where the wiring conductor 4 is formed on the glass ceramic green sheet. Put.
[0041]
The ferrite powder used to form the ferrite green sheet used as the ferrite layer 3 is a calcined ferrite powder, preferably having 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 small particle size, the growth of crystal grains is reduced only in that portion. There is a tendency that the magnetic permeability of the ferrite layer 3 is not stable.
[0042]
The ferrite layer 3 is made of 1% by mass or less of glass with respect to the ferrite and the entire ferrite layer 3. However, the glass of 1% by mass or less diffuses and flows in from the insulating base 1 and the insulating layer 2 during firing, and is not included in the ferrite green sheet before firing.
[0043]
The wiring conductor 4 is formed by covering the upper and lower surfaces of the ferrite layer 3 and interposing the insulating layer 2 inside and / or on the surface of the insulating base 1, and is made of metal powder such as Cu, Ag, Au, and Ag alloy. Conductor paste prepared by kneading an appropriate organic binder and solvent is placed with the insulating paste on the surface of the glass ceramic green sheet and the surface of the glass ceramic green sheet by a conventionally known screen printing method or gravure printing method. It is applied on the ferrite green sheet thus formed and fired simultaneously with the glass ceramic green sheet. At this time, in order to completely absorb the noise entering from the wiring conductor 4, it is necessary to completely cover the upper and lower surfaces of the wiring conductor 4 with the ferrite layer 3. In order to absorb noise more completely, it is preferable to cover the side surface of the wiring conductor 4 with the ferrite layer 3. Furthermore, it is necessary to completely cover the upper and lower surfaces of the ferrite layer 3 with the insulating layer 2. Therefore, in order to form such wiring conductor 4, ferrite layer 3, and insulating layer 2, an insulating paste that becomes the lower insulating layer 2 and a lower ferrite layer 3 are formed on the surface of a predetermined glass ceramic green sheet. Each layer may be formed and arranged in the order of the ferrite green sheet, the conductor paste to be the wiring conductor 4, the ferrite green sheet to be the upper ferrite layer 3, and the insulating paste to be the upper insulating layer 2.
[0044]
In the method for producing a glass ceramic substrate of the present invention, first, the ferrite layer 3, the insulating layer 2 and the wiring conductor 4 are arranged on the glass ceramic green sheet in the manner described above, and then a plurality of the glass ceramic green sheets are prepared. A glass ceramic / green sheet laminate is prepared by laminating.
[0045]
Next, constrained green sheets containing a hardly sinterable inorganic material, glass and an organic binder are laminated on both surfaces of the glass ceramic / green sheet laminate.
[0046]
Then, an 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. Finally, the constrained sheet is formed from the glass ceramic substrate. Remove.
[0047]
The constrained green sheet in the present invention is obtained by molding a slurry obtained by adding an organic binder, a plasticizer, a solvent and the like to an inorganic component composed of a hardly sinterable inorganic material and glass. As a hardly sinterable inorganic material, Al₂O_ThreeAnd SiO₂Although at least 1 sort (s) chosen from these is mentioned, It is not restrict | limited to these.
[0048]
The glass added to the constraining green sheet is not particularly limited, and the same glass as that used in the glass ceramic green sheet can be used. The glass in the constrained green sheet may have the same composition as that of the glass in the glass ceramic green sheet or may have a different composition.
[0049]
The glass content in the constrained green sheet is preferably 0.5 to 15% by mass of the total inorganic components in the constrained green sheet. Usually, this range is an amount that is bonded to the glass ceramic green sheet at the time of firing and does not substantially shrink the constrained green sheet within the laminated surface, but is not necessarily limited to this range, and the glass used The glass content varies depending on the type of the glass.
[0050]
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 organic component is completely removed by removing the organic component from the decomposed and volatilized glass when the organic component is removed from the glass ceramic green sheet. It may not be possible. On the other hand, if the softening point of the glass exceeds 1100 ° C., it may not function as a binder to the green sheet under normal glass ceramic green sheet firing conditions.
[0051]
The constrained green sheet is obtained by molding using an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like in the same manner as the production of the glass ceramic green sheet. As the organic binder, plasticizer, and solvent, the same materials as those used for the glass ceramic green sheet can be used. Here, the plasticizer is added in order to impart flexibility to the constraining green sheet and to enhance adhesion with the glass ceramic green sheet during lamination.
[0052]
The thickness of the constrained green sheet laminated on both sides of the glass ceramic / green sheet laminate is preferably 10% or more with respect to the thickness of the glass ceramic / green sheet laminate on one side only, and is thinner than this. There is a risk that the restraining property of the constraining green sheet is lowered. Moreover, considering the ease of volatilization of organic components and the easy removal of the restraint sheet from the glass ceramic substrate, the thickness of the restraint green sheet is approximately 200% of the thickness of the glass ceramic / green sheet laminate. It should be: Further, the constraining sheets to be laminated may be composed of a single sheet, or may be a laminate of a plurality of sheets so as to have a predetermined thickness.
[0053]
In order to laminate the formed constrained green sheets on both sides of the glass ceramic / green sheet laminate, heat and pressure are applied to the stacked green sheets, and adhesion with organic binder, plasticizer, solvent, etc. A method of applying an agent between sheets and thermocompression bonding can be employed. When an adhesive layer is interposed between the sheets, the adhesive layer may contain the same glass component as that of the constraining green sheet to increase the bonding force between the sheets.
[0054]
After stacking the constrained green sheets, the organic components are removed and fired. 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 composition of the glass ceramic, but is usually in the range of about 800 to 1100 ° C. Firing is usually performed in the air, but when Cu is used as the conductor material, organic components are removed in a humidified nitrogen atmosphere at 100 to 700 ° C., and then the firing is performed in a nitrogen atmosphere.
[0055]
Further, at the time of removing the organic component and at the time of firing, a load may be applied by placing a weight on the upper surface of the laminated body in order to prevent warping of the laminated body. The load due to such weight is suitably about 50 Pa to 1 MPa. When the load is less than 50 Pa, there is a possibility that the effect of suppressing the warpage of the laminate is not sufficient. In addition, when the load exceeds 1 MPa, the weight to be used becomes large, so that it cannot enter the firing furnace, or even if it enters the firing furnace, the weight is so large that the heat capacity is insufficient and firing cannot be performed. There is a risk of causing problems.
[0056]
This weight is a heat-resistant porous material that does not deform or melt during the firing of the glass-ceramic substrate, resulting in non-uniform loads or hindering the volatilization of decomposed organic components. Is suitable. Specifically, a refractory material such as ceramics or a high melting point metal can be used. Further, a porous weight may be placed on the upper surface of the laminate, and a non-porous weight may be placed thereon.
[0057]
After firing, the constraining sheet is removed. The removal method is not particularly limited as long as the constraining sheet bonded to the surface of the glass ceramic substrate can be removed. For example, ultrasonic cleaning, polishing, water jet, chemical blasting, sand blasting, wet blasting (with abrasive grains and water) And the like).
[0058]
In the obtained glass ceramic substrate, shrinkage during firing is restrained only in the thickness direction by the constraining green sheet, so that shrinkage in the laminated surface can be suppressed to about 0.5% or less, and glass Since the ceramic green sheet is uniformly and reliably bonded to the entire surface by the constraining green sheet, it effectively prevents the glass ceramic substrate and the ferrite layer from warping or deformation due to partial peeling of the constraining green sheet. be able to.
[0059]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0060]
<Example 1>
In this example, a test piece having a ring shape having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 5 mm as shown in a sectional view in FIG. 2 was prepared, and the magnetic permeability was measured. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, 1 is an insulating substrate made of a sintered glass ceramic, 2 is an insulating layer, 3 is a ferrite layer, and 4 is a wiring conductor. . The permeability was measured by using a high frequency current voltage method using an impedance analyzer HP-4291A manufactured by Hewlett-Packard Company.
[0061]
First, as a glass ceramic component, the thermal expansion coefficient is 8.5 × 10^-6SiO which is / ° C₂-Al₂O_Three-MgO-B₂O_Three-ZnO-based glass powder 75% by mass and thermal expansion coefficient 6.5 × 10^-6Al that is / ℃₂O_Three25% by weight of powder was used. To 100% by mass of the glass ceramic component, 12% by mass of an acrylic resin as an organic binder, 6% by mass of a phthalic acid plasticizer and 30% by mass of toluene as a solvent were added and mixed by a ball mill method to form a slurry. Using this slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 300 μm was formed by a doctor blade method.
[0062]
Next, ZnFe with an average particle size of 0.5-1 μm as a ferrite green sheet₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, NiFe₂O_FourPermeability 22.0, thermal expansion coefficient 12 × 10^-6To the calcined ferrite powder at / ° C., 10% by weight of a butyral resin and a high molecular weight alcohol were added as a diluent and mixed by a ball mill method to obtain a slurry. Using this slurry, a ferrite green sheet having a thickness of 80 μm was formed by a doctor blade method.
[0063]
Next, as an insulating paste, the coefficient of thermal expansion is 12 × 10^-6SiO which is / ° C₂-BaO-B₂O_Three-Al₂O_Three-75% by mass of ZnO-based glass powder and 6.5 x 10 with the same thermal expansion coefficient as filler powder contained in glass ceramics^-6Al that is / ℃₂O_ThreeUsing 25% by mass of the powder, a predetermined amount of ethyl cellulose resin and terpineol were added, and mixed by a three roll so as to obtain an appropriate viscosity.
[0064]
Similarly, 2% by mass of glass powder having the same composition as the glass ceramic green sheet is added to 100% by mass of Cu powder (average particle size: 1.0 μm) as a wiring conductor paste, and a predetermined amount of ethyl cellulose resin and terpineol are added. A wiring conductor paste was prepared by mixing with this roll so as to obtain an appropriate viscosity.
[0065]
On the other hand, Al as an inorganic component₂O_ThreeSiO with 95% by mass of powder and 720 ° C softening point₂-Al₂O_Three-MgO-B₂O_ThreeA slurry was prepared using 5% by mass of 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.
[0066]
The glass ceramic green sheet, the ferrite green sheet, and the constrained green sheet were all processed into a ring shape having an outer diameter of 20 mm and an inner diameter of 5 mm, which is the shape of a test piece for permeability evaluation.
[0067]
First, a predetermined number of glass ceramic green sheets were superposed, and an insulating paste layer was applied over the entire surface, followed by drying. The insulating paste layer was 40 μm thick. Thereafter, a ferrite green sheet was superposed on the dried insulating paste layer, and a conductor paste was applied to the entire surface of the ferrite green sheet and dried. The conductor paste had a thickness of 20 μm. Thereafter, a predetermined number of ferrite green sheets were superposed on the dried conductor paste, and an insulating paste layer was applied over the entire surface and dried. The insulating paste layer was 40 μm thick. Thereafter, a predetermined number of glass ceramic / green sheets were superposed on the dried insulating paste layer to obtain a glass ceramic / green sheet laminate. A constrained green sheet was superposed on both surfaces of the glass ceramic green sheet laminate, and pressure-bonded at a temperature of 55 ° C. and a pressure of 20 MPa to obtain a laminate.
[0068]
The obtained laminate was placed on an alumina setter, a weight was placed thereon, and the organic component was removed by heating at 500 ° C. for 2 hours in air while applying a load of about 0.5 MPa, and then a nitrogen atmosphere Baked at 900 ° C. for 1 hour. After firing, constraining sheets were attached to both surfaces of the glass ceramic substrate. In this state, the restraint sheet did not peel off even when tapped lightly.
[0069]
Most of the constraining sheet attached to the surface of the glass ceramic substrate could be removed by rubbing, but it remained thin on the surface of the glass ceramic substrate. This remaining restraint sheet is made of spherical Al₂O_ThreeThe mixture of fine powder and water was removed by the wet blast method in which the mixture was projected with high pressure air pressure. The surface of the glass ceramic substrate after removing the constraining sheet was a smooth surface having a surface roughness (centerline average roughness) Ra of 1 μm or less.
[0070]
Further, the shrinkage in the laminated surface of the obtained glass ceramic substrate was 0.5% or less, and although the ferrite layer 3 was formed on the entire inner layer, no warpage or deformation was observed in the substrate.
[0071]
Moreover, the thickness after baking of the insulating layer 2 of the obtained glass ceramic substrate was 20 micrometers.
[0072]
Note that the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 1 manufactured in this way is 8 × 10.^-6/ ℃, the thermal expansion coefficient of ferrite layer 3 is 12 × 10^-6/ ℃, thermal expansion coefficient of insulating layer 2 is 11 × 10^-6/ ° C.
[0073]
The permeability was measured with the evaluation test piece thus produced. The measurement results are shown in Table 1.
[0074]
[Table 1]

[0075]
From the results of Table 1, ZnFe₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, NiFe₂O_FourIt can be seen that in contrast to the ferrite having a magnetic permeability of 22.0, which is composed of the crystal phase of Example 1, in the case of Example 1, the magnetic permeability is 21.6, and the permeability is hardly lowered. Moreover, in Table 1, the measured magnetic permeability is described for each measurement sample. Moreover, the sample measurement result of the below-mentioned Example and comparative example is also described.
[0076]
<Examples 2 and 3>
Thermal expansion coefficient is 9 × 10^-6/ ℃ and 10 × 10^-6The coefficient of thermal expansion is 12 × 10^-6SiO which is / ° C₂-BaO-B₂O_Three-Al₂O_Three-CaO-based glass powder 55% by mass and 35% by mass, and the same thermal expansion coefficient as filler powder contained in glass ceramics 6.5 × 10^-6Al that is / ℃₂O_ThreeTest specimens for evaluation of Examples 2 and 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 2 was produced using 45% by mass and 65% by mass of the powder.
[0077]
The magnetic permeability of the test pieces for evaluation of Examples 2 and 3 produced in this manner was measured. The measurement results are also shown in Table 1.
[0078]
From the results of Table 1, it can be seen that in Examples 2 and 3, the magnetic permeability is 21.2 and 21.3, respectively, and there is almost no decrease in the magnetic permeability.
[0079]
<Examples 4 and 5>
Test specimens for evaluation of Examples 4 and 5 were produced in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 2 was produced so that the thickness after firing was 10 μm and 50 μm.
[0080]
The magnetic permeability of the test specimens for evaluation of Examples 4 and 5 thus produced was measured. The measurement results are also shown in Table 1.
[0081]
From the results of Table 1, it can be seen that in Examples 4 and 5, the magnetic permeability is 21.2 and 21.5, respectively, and there is almost no decrease in the magnetic permeability.
[0082]
<Comparative Example 1>
A test piece for evaluation of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 2 was produced so that the thickness after firing was 5 μm.
[0083]
The permeability of the evaluation test piece of Comparative Example 1 produced in this way was measured. The measurement results are also shown in Table 1.
[0084]
From the results of Table 1, in the case of Comparative Example 1 in which the insulating layer 2 was fabricated so that the thickness after firing was 5 μm, the magnetic permeability was 14.8, and the thickness after firing was 10 μm, 20 μm, and 50 μm. It can be seen that the magnetic permeability is greatly reduced as compared with Examples 4, 1 and Example 5 in which the insulating layer 2 was produced. This is because since the thickness of the insulating layer 2 is thin, the internal stress of the ferrite due to the difference in thermal expansion between the insulating base and the ferrite layer 3 cannot be relaxed, and magnetostriction occurs in the ferrite layer 3.
[0085]
<Comparative example 2>
A test piece for evaluation of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that firing was performed without laminating the constraining sheets.
[0086]
In Comparative Example 2 fired without laminating the constraining sheets, it was found that the test specimen for evaluation was greatly deformed during firing, the magnetic permeability could not be measured, and it could not be used as a glass ceramic substrate.
[0087]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, although Cu is used for the wiring conductor 4 in the example of the above-described embodiment, Ag, Au, Ag—Pd alloy or the like may be used for the wiring conductor 4.
[0088]
【The invention's effect】
According to the glass ceramic substrate of the present invention, the insulating substrate glass and filler covering the wiring conductor and the upper and lower surfaces of the wiring conductor inside and / or on the surface of the insulating substrate made of a glass ceramic sintered body containing glass and filler. A ferrite layer having a higher thermal expansion coefficient and a ferrite layer made of glass of 1% by mass or less than the filler contained in the insulating substrate and the glass contained in the insulating substrate between the ferrite layer and the insulating substrate. A glass component that forms a space without magnetism inside the ferrite layer because it is formed by co-firing with an insulating substrate with an insulating layer containing glass with a high thermal expansion coefficient and a thickness of 10 μm or more interposed. Of 1% by mass or less, a coefficient of thermal expansion greater than that of the insulating base, and a coefficient of thermal expansion greater than that of the ferrite layer. By providing a small insulating layer between the ferrite layer and the glass ceramic and relieving the stress due to the difference in thermal expansion between the ferrite layer and the insulating substrate, it is possible to suppress a decrease in the permeability of the ferrite layer. In addition, the ferrite layer and the insulating layer are formed by simultaneous firing of the insulating substrate and the wiring conductor made of the glass ceramic sintered body, so that sufficient adhesion between these layers and the insulating substrate and the wiring conductor can be obtained. it can. Further, by forming this ferrite layer 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 by the ferrite layer can be made to function efficiently, so that it is possible to reliably prevent noise from entering the wiring conductor, and the noise is a semiconductor It is possible to effectively prevent intrusion into an electronic component such as an element.
[0089]
Further, according to the glass ceramic substrate of the present invention, the ferrite is ZnFe.₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, CoFe₂O_Four, NiFe₂O_Four, BaFe₁₂O_Four, SrFe₁₂O_FourAnd CuFe₂O_FourWhen the ferrite phase is composed of at least one of these, the ferrite crystal phase exhibits a high magnetic permeability. Therefore, the ferrite layer composed of these ferrites has a sufficiently high permeability capable of absorbing noise more effectively. Magnetic susceptibility can be obtained.
[0090]
Further, according to the method for manufacturing a glass ceramic substrate of the present invention, the shrinkage in the planar direction that occurs during firing of the glass ceramic substrate is suppressed by the restraint sheet, and ZnFe₂O_Four, MnFe₂O_Four, FeFe₂O_Four, CoFe₂O_Four, NiFe₂O_Four, BaFe₁₂O_Four, SrFe₁₂O_FourAnd CuFe₂O_FourInsulating substrate made of glass ceramics, which can prevent deformation of the ferrite layer containing at least one of the above, and does not deform the glass ceramic / green sheet laminate formed with the ferrite layers having different thermal shrinkage during firing Further, the glass conductor substrate of the present invention can be obtained by simultaneously firing the wiring conductor and the ferrite layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a glass ceramic substrate of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a test piece for evaluation used for permeability measurement of an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Insulating substrate
2: Insulating layer
3: Ferrite layer
4: Wiring conductor

Claims

ガラスおよびフィラーを含有する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／または表面に配線導体と、該配線導体の上面および下面を覆う前記絶縁基体のガラスおよびフィラーより熱膨張係数の高いフェライトおよび１質量％以下のガラスから成るフェライト層とが、該フェライト層と前記絶縁基体との間に、前記絶縁基体に含有されるフィラーと同じフィラーおよび前記絶縁基体に含有されるガラスより熱膨張係数の高いガラスを含有する厚みが１０μｍ以上の絶縁層を介在させて、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。A wiring conductor inside and / or on the surface of an insulating substrate made of a glass ceramic sintered body containing glass and filler, and ferrite having a higher thermal expansion coefficient than the glass and filler of the insulating substrate covering the upper and lower surfaces of the wiring conductor, and A ferrite layer made of 1% by mass or less of glass has a thermal expansion coefficient between the ferrite layer and the insulating substrate, which is the same as the filler contained in the insulating substrate and the glass contained in the insulating substrate. A glass-ceramic substrate characterized by being formed by co-firing with the insulating substrate with an insulating layer containing high glass and having a thickness of 10 μm or more interposed.

前記絶縁層は、前記フェライト層との熱膨張係数の差が３×１０^-6／℃以下であり、かつ前記絶縁基体との熱膨張係数の差が５×１０^-6／℃以下であることを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック基板。The insulating layer has a thermal expansion coefficient difference of 3 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less with the ferrite layer, and a thermal expansion coefficient difference with the insulating substrate of 5 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. The glass ceramic substrate according to claim 1.

前記フェライトが、ＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄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 made of 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.

ガラスおよびフィラーおよび有機バインダを含有する複数枚のガラスセラミック・グリーンシートの少なくとも一枚の表面に配線導体および該配線導体の上面および下面を覆うＺｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＦｅ₂Ｏ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｉＦｅ₂Ｏ₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₄，ＳｒＦｅ₁₂Ｏ₄およびＣｕＦｅ₂Ｏ₄のうちの少なくとも１種を含むフェライト・グリーンシートを、前記ガラスセラミック・グリーンシートに含有されるフィラー粉末および前記ガラスセラミック・グリーンシートに含有されるガラス粉末より熱膨張係数の高いガラス粉末を含有する絶縁ペースト層を介して配置するとともに、前記複数枚のガラスセラミック・グリーンシートを、前記フェライト・グリーンシートとそれに積層される前記ガラスセラミック・グリーンシートとの間にも前記絶縁ペースト層を介在させて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の両面に、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前記ガラスセラミック・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前記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、前記焼成時に前記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前記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。ZnFe ₂ O ₄ , MnFe ₂ O ₄ , FeFe ₂ O ₄ covering the wiring conductor and the upper and lower surfaces of the wiring conductor on at least one surface of a plurality of glass ceramic green sheets containing glass, filler and organic binder , CoFe ₂ O ₄ , NiFe ₂ O ₄ , BaFe ₁₂ O ₄ , SrFe ₁₂ O _4, and a ferrite green sheet containing CuFe ₂ O ₄ , a filler contained in the glass ceramic green sheet The plurality of glass ceramic green sheets are disposed on the ferrite green and the glass ceramic green sheets are disposed via an insulating paste layer containing glass powder having a higher thermal expansion coefficient than the glass powder contained in the glass ceramic green sheets. Sheet and said glass ceramic laminated on it A step of preparing a glass-ceramic green sheet laminate be laminated by interposing the insulating paste layer between the green sheet,
Laminating a constrained green sheet containing a non-sinterable inorganic material, glass and an organic binder on both surfaces of the glass ceramic green sheet laminate;
Removing organic components 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 restraint sheet;
Removing the constraining sheet from the glass ceramic substrate,
The glass content of the constrained green sheet is an amount that binds the constrained green sheet with the glass ceramic green sheet during the firing and does not substantially shrink the constrained green sheet in its laminated surface. A method for manufacturing a glass ceramic substrate.