JP3825397B2 - ガラスセラミック基板およびその製造方法 - Google Patents
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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
【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】
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
Claims (4)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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