JPS6230663A - 電子回路基板用材料 - Google Patents
電子回路基板用材料Info
- Publication number
- JPS6230663A JPS6230663A JP60169849A JP16984985A JPS6230663A JP S6230663 A JPS6230663 A JP S6230663A JP 60169849 A JP60169849 A JP 60169849A JP 16984985 A JP16984985 A JP 16984985A JP S6230663 A JPS6230663 A JP S6230663A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dielectric constant
- silicon nitride
- electronic circuit
- thermal expansion
- sintered body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の利用分野〕
本発明は、電子回路基板用材料に係り、特に、誘電率、
熱膨張率が小さく１強度が大きな電子回路基板用材料に
関する。
熱膨張率が小さく１強度が大きな電子回路基板用材料に
関する。
電子機器ならびにシステム機能の高度化、小型軽量化に
伴ない、ＬＳＩの高性能化、高集積化が要求されている
。高集積化の１つとして、従来のプリント板に代ってＬ
ＳＩチップを直接塔載するセラミクス多層配線回路基板
がある。
伴ない、ＬＳＩの高性能化、高集積化が要求されている
。高集積化の１つとして、従来のプリント板に代ってＬ
ＳＩチップを直接塔載するセラミクス多層配線回路基板
がある。
この多層配線基板に要求される材料特性としては、■比
誘電率が小さいこと■熱膨張率がシリコンに近いこと■
曲げ強さが大きいこと、があげられる。
誘電率が小さいこと■熱膨張率がシリコンに近いこと■
曲げ強さが大きいこと、があげられる。
電気信号の伝播遅延時間ｔ４と、比誘電率ε。
との間には、ｔ ４ ” ｒの関係があるため、信号
速度の高速化を図るためには、比誘電率の小さい材料が
必要である。
速度の高速化を図るためには、比誘電率の小さい材料が
必要である。
また、多層配線基板には、ＬＳＩシリコンチップが直接
接続されるため、基板材料の熱膨張係数は、シリコンチ
ップノソれ（３，５Ｘ １０−’／℃）に近いものが良
い。
接続されるため、基板材料の熱膨張係数は、シリコンチ
ップノソれ（３，５Ｘ １０−’／℃）に近いものが良
い。
更に、基板には入出力用のピン接続等が必要であり、こ
のため２０ｋｇ／ｎｖｎ”以上の材料強度を持つことも
必要である。
のため２０ｋｇ／ｎｖｎ”以上の材料強度を持つことも
必要である。
現在、基板としてアルミナが採用されている。
このアルミナ基板は、強度は約３０ｋｇ／ａｍ” と大
きいが、比誘電率は９．５ 、熱膨張率は７．５ｘ Ｉ
ＣＭ’／℃程度である。このように、比誘電率、熱膨
張率が大きいため、信号速度が遅く、また、シリコンチ
ップとの熱膨張率の差が大きいため、チップの信頼性に
大きな問題がある。
きいが、比誘電率は９．５ 、熱膨張率は７．５ｘ Ｉ
ＣＭ’／℃程度である。このように、比誘電率、熱膨
張率が大きいため、信号速度が遅く、また、シリコンチ
ップとの熱膨張率の差が大きいため、チップの信頼性に
大きな問題がある。
このような背景に基ずいて電子回路の高速化、高信頼化
の観点から、アルミナ基板に代わる比誘電率が小さく、
熱膨張率がシリコンに近く、かつ高強度な材料の開発が
強く望まれるようになってきている。
の観点から、アルミナ基板に代わる比誘電率が小さく、
熱膨張率がシリコンに近く、かつ高強度な材料の開発が
強く望まれるようになってきている。
本発明の目的は、熱膨張率がシリコンと同等で、強度が
大きく、シかも比誘電率が小さい、電子回路基板用材料
に好適な材料を提供することにある。
大きく、シかも比誘電率が小さい、電子回路基板用材料
に好適な材料を提供することにある。
アルミナ基板のもつ前述の欠点を解決するために、熱膨
張係数が小さく、強度の大きな非酸化物系の材料につい
て種々検討した。
張係数が小さく、強度の大きな非酸化物系の材料につい
て種々検討した。
その結果、結晶構造としてガラスと類似の珪走塩構造を
持つ窒化珪素は、比誘電率が比較的小さく、熱膨張率は
シリコン並であり強度も大きいこと、電気絶縁性がよい
こと、更にこの材料にＢＮ。
持つ窒化珪素は、比誘電率が比較的小さく、熱膨張率は
シリコン並であり強度も大きいこと、電気絶縁性がよい
こと、更にこの材料にＢＮ。
Ｓｉ○ｉｔ Ｓ １２ＮＺｏ を一種以上添加すると、
比誘電率が更に小さくなり、電子回路基板用材料として
最適な材料になることを見い出した。
比誘電率が更に小さくなり、電子回路基板用材料として
最適な材料になることを見い出した。
以下本発明の詳細な説明する。
窒化珪素と同じ結晶構造を持つ窒化珪素系焼結体には、
窒化珪素を９０ｗｔ％程度以上含み、ＡＱ２０３．希土
類酸化物等を焼結助剤とした窒化珪素焼結体と、ＡＱ２
０．、ＡＱＮ等を含むサイアロン焼結体と呼ばれるもの
がある。サイアロン焼結体の組成は、 Ｓ Ｉ Ｇ−ｘ
Ａ Ｑ ｘｏ、Ｎ、−ｘ （Ｚ≦４）と表わされ、場合
によっては、Ｙ２Ｏ３等の希土類酸化物も添加される。
窒化珪素を９０ｗｔ％程度以上含み、ＡＱ２０３．希土
類酸化物等を焼結助剤とした窒化珪素焼結体と、ＡＱ２
０．、ＡＱＮ等を含むサイアロン焼結体と呼ばれるもの
がある。サイアロン焼結体の組成は、 Ｓ Ｉ Ｇ−ｘ
Ａ Ｑ ｘｏ、Ｎ、−ｘ （Ｚ≦４）と表わされ、場合
によっては、Ｙ２Ｏ３等の希土類酸化物も添加される。
これら窒化珪素系材料について種々検討した結果、１６
００〜１９００℃の温度で、非酸化性雰囲気中で焼成す
ると窒化珪素を主体とする組成であってもサイアロン組
成であっても、比誘電率は８゜２〜８．６、熱膨張率は
３，５ Ｘ １０−’／”Ｃ以下でしかも強度は４０ｋ
ｇ／ｍａ２以上となり、従来のアルミナ基板に比べはる
かに優れたものになることがわかった。
００〜１９００℃の温度で、非酸化性雰囲気中で焼成す
ると窒化珪素を主体とする組成であってもサイアロン組
成であっても、比誘電率は８゜２〜８．６、熱膨張率は
３，５ Ｘ １０−’／”Ｃ以下でしかも強度は４０ｋ
ｇ／ｍａ２以上となり、従来のアルミナ基板に比べはる
かに優れたものになることがわかった。
窒化珪素系焼結体は前述のようにいずれもガラスと類似
の珪酸塩構造を持ち、原子の空間充てん率が低い。この
ため低誘電率を実現できる。
の珪酸塩構造を持ち、原子の空間充てん率が低い。この
ため低誘電率を実現できる。
更に誘電率を下げるために種々検討した結果、ＢＮ、Ｓ
ｉＯ２，５ｉ２Ｎ、○から選ばれた一種以上を上記窒化
珪素基組成に添加すると更に誘電率を小さくできること
がわかった。
ｉＯ２，５ｉ２Ｎ、○から選ばれた一種以上を上記窒化
珪素基組成に添加すると更に誘電率を小さくできること
がわかった。
たとえば、Ｓｉ３Ｎ４９０ｗｔ％、ＡＱ、Ｏ，。
Ｙ２Ｏ３５ｗｔ％の窒化珪素系組成にＢＮを２０ｖｏ１
％添加すると、誘電率は５．３ 、曲げ強度は２３ｋｇ
／ｍｍ”のものが得られた。また、５ｉｎ２゜５ｉ２Ｎ
、Ｏを添加しても同様に基板材料として優れた値が得ら
れた。
％添加すると、誘電率は５．３ 、曲げ強度は２３ｋｇ
／ｍｍ”のものが得られた。また、５ｉｎ２゜５ｉ２Ｎ
、Ｏを添加しても同様に基板材料として優れた値が得ら
れた。
コレハ、ＢＮ、Ｓｉｎ、、Ｓｉ、Ｎ２０等の化合物の誘
電率が３．６〜４．０程度と小さいために、窒化珪素系
マトリックスと添加物との複合効果によって誘電率が下
がるものと考えられる。なお、１ｖ０１％以上の添加に
より、この効果が顕著になる。しかしながら、これら添
加物量を増すと■一般にこれら添加物の強度が小さい、
■焼結性が低下するために強度が減少する。そこで添加
量について検討した結果、ＢＮ、ＳｉＯ□、Ｓｉ、Ｎ、
Ｏのいずれの場合も２０ｖｏ１％以下の添加量であれば
、強度は２Ｑｋｇ／ａｎ”以上あることがわかった。
電率が３．６〜４．０程度と小さいために、窒化珪素系
マトリックスと添加物との複合効果によって誘電率が下
がるものと考えられる。なお、１ｖ０１％以上の添加に
より、この効果が顕著になる。しかしながら、これら添
加物量を増すと■一般にこれら添加物の強度が小さい、
■焼結性が低下するために強度が減少する。そこで添加
量について検討した結果、ＢＮ、ＳｉＯ□、Ｓｉ、Ｎ、
Ｏのいずれの場合も２０ｖｏ１％以下の添加量であれば
、強度は２Ｑｋｇ／ａｎ”以上あることがわかった。
なお、一般にＳｉ、Ｎ４．ＡＱＮ、ＡＱ２０１．希土類
酸化物、Ｂ Ｎ、 Ｓ ｉ Ｏ２，Ｓ ｉ、Ｎ２０ 中
の不純物としては、Ｆｅ、Ａｍ、Ｃａ等の金属不純物が
ある。この金属不純物は、焼結体中に金属単体として分
散すればもちろんのこと、Ｆｅ、０３゜Ａｆ１２０．、
ＣａＯ等の酸化物の形で分散しても焼結体の誘電率を上
げてしまう。このため、これら不純物量の小ない原料を
極力用いる必要がある。
酸化物、Ｂ Ｎ、 Ｓ ｉ Ｏ２，Ｓ ｉ、Ｎ２０ 中
の不純物としては、Ｆｅ、Ａｍ、Ｃａ等の金属不純物が
ある。この金属不純物は、焼結体中に金属単体として分
散すればもちろんのこと、Ｆｅ、０３゜Ａｆ１２０．、
ＣａＯ等の酸化物の形で分散しても焼結体の誘電率を上
げてしまう。このため、これら不純物量の小ない原料を
極力用いる必要がある。
具体的には原料として９９．９％程度のものを用いるの
が望ましい。
が望ましい。
以上のように、窒化けい素糸焼結体及びこれにＢＮ、Ｓ
ｉＯ，、Ｓ １２Ｎ２０ から選ばれた少なくとも１
種以上を２０ｖｏ１％以下含有させた焼結体は、比誘電
率、強度、熱膨張率とも優れており。
ｉＯ，、Ｓ １２Ｎ２０ から選ばれた少なくとも１
種以上を２０ｖｏ１％以下含有させた焼結体は、比誘電
率、強度、熱膨張率とも優れており。
電子回路基板として最適なものになることがわかる。
実施例１
純度９９．９％、平均粒径０．６μｍの窒化珪素、純度
９９．９％、平均粒径０．５μｍの酸化アルミニウム、
純度９９．９％平均粒径１μｍの窒化アルミニウム、純
度９９．９％、平均粒径３μｍの酸化イツトリウムを表
１に示した割合で秤量した。試料番号１は窒化化珪素、
２と３はそれぞれＺ＝１．Ｚ＝４のサイアロン組成であ
る。これらを、エフノール中で２４時間ボールミル混合
し、乾燥造粒後１０００ｋｇ／ω２の圧力で金型成形し
、１７５０℃、５時間、Ｎ２雰囲気中で焼成した。
９９．９％、平均粒径０．５μｍの酸化アルミニウム、
純度９９．９％平均粒径１μｍの窒化アルミニウム、純
度９９．９％、平均粒径３μｍの酸化イツトリウムを表
１に示した割合で秤量した。試料番号１は窒化化珪素、
２と３はそれぞれＺ＝１．Ｚ＝４のサイアロン組成であ
る。これらを、エフノール中で２４時間ボールミル混合
し、乾燥造粒後１０００ｋｇ／ω２の圧力で金型成形し
、１７５０℃、５時間、Ｎ２雰囲気中で焼成した。
これら焼結体の比誘電率、熱膨張率、曲げ強度を測定し
た結果を表１に示す。
た結果を表１に示す。
表１かられかるように、窒化珪素系焼結体としては、９
０ｗｔ％と窒化珪素含有量の多いものでも、３０ｗｔ％
程度の少ないもの（サイアロン）でも、比誘電率はいず
れも８．６以下となる。また、熱膨張率も３．０〜３．
３ Ｘ １０−’／’Ｃ程度である。このため、従来の
アルミナ基板と比較しても、誘電率、強度、熱膨張のす
べての点で優れたものになることがわかる。
０ｗｔ％と窒化珪素含有量の多いものでも、３０ｗｔ％
程度の少ないもの（サイアロン）でも、比誘電率はいず
れも８．６以下となる。また、熱膨張率も３．０〜３．
３ Ｘ １０−’／’Ｃ程度である。このため、従来の
アルミナ基板と比較しても、誘電率、強度、熱膨張のす
べての点で優れたものになることがわかる。
第１表
実施例２
純度９９．９％、平均粒径０．６μｍの窒化珪素粉末に
、純度９９．９％、平均粒径１μｍの窒化アルミニウム
４ ｗ ｔ％、純度９９．９％、平均粒径０．５μｍの
酸化アルミニウム４ｗｔ％、純度９９．９％、平均粒径
３μｍの酸化イツトリウム５ｗｔ％エタノール中で２４
時間ボールミル混合した。この混合粉末に対して純度９
９．９％。
、純度９９．９％、平均粒径１μｍの窒化アルミニウム
４ ｗ ｔ％、純度９９．９％、平均粒径０．５μｍの
酸化アルミニウム４ｗｔ％、純度９９．９％、平均粒径
３μｍの酸化イツトリウム５ｗｔ％エタノール中で２４
時間ボールミル混合した。この混合粉末に対して純度９
９．９％。
平均粒低２μｍの窒化硼素が５，１０，１５゜２０Ｖｏ
ｌ％含まれるように混合し、表２に示す試料４〜８を作
製した。焼成条件は、１６００℃、１時間、Ｎ２気流中
での常圧焼成である。
ｌ％含まれるように混合し、表２に示す試料４〜８を作
製した。焼成条件は、１６００℃、１時間、Ｎ２気流中
での常圧焼成である。
この焼結体の比誘電率、熱膨張率、曲げ強度を測定した
結果を表２に示す。
結果を表２に示す。
表２より、ＢＮ量を増すと誘電率が急激に小さくなり、
２０ｖｏ１％添加すると５．３ になることがわかる。
２０ｖｏ１％添加すると５．３ になることがわかる。
この誘電率はＡｇ２Ｏ，の５５％であり、伝播遅延時間
として７５％の短縮を図ることができる。
として７５％の短縮を図ることができる。
しかしながら、ＢＮ量の増加によって曲げ強度も減少し
２０ｖｏ１％で２３ ｋ ｇ／ｍｍ”、 ２５ｖｏ１％
で１６ｋｇ／ｍｎ＋” まで小さくなる。電子回路基板
として用いるためには少なくとも２Ｑｋｇ／ｍｍ”以上
の強度が必要である。このため、ＢＮ添加量は２０ｖｏ
１％以下が良い。
２０ｖｏ１％で２３ ｋ ｇ／ｍｍ”、 ２５ｖｏ１％
で１６ｋｇ／ｍｎ＋” まで小さくなる。電子回路基板
として用いるためには少なくとも２Ｑｋｇ／ｍｍ”以上
の強度が必要である。このため、ＢＮ添加量は２０ｖｏ
１％以下が良い。
第２表
矢は本発明外
実施例３
実施例２と同じ窒化珪素基粉末をマトリックス材として
、純度９９．９％、平均粒径５μｍのＳｉＯ２及び、５
ｉ２Ｎ、○を１０．２０，２５Ｖｏｌ％含まれるように
混合し、表３に示す試料番号９〜１４を作製した。焼成
条件は実施例２と同一である。
、純度９９．９％、平均粒径５μｍのＳｉＯ２及び、５
ｉ２Ｎ、○を１０．２０，２５Ｖｏｌ％含まれるように
混合し、表３に示す試料番号９〜１４を作製した。焼成
条件は実施例２と同一である。
表３に示すように、誘電率はＢＮ添加の場合はど顕著で
はないが、添加量の増加とともに急激に減少し、Ａｆ１
２０３基板に比べはるかに小さくなっている。
はないが、添加量の増加とともに急激に減少し、Ａｆ１
２０３基板に比べはるかに小さくなっている。
一方、曲げ強度はいずれの場合も２０Ｖｏｌ％ を越え
ると２０ｋｇ／ｓ＋”以下の値となった。このため、Ｂ
Ｎ添加の場合と同様、添加量は２０Ｖｏｌ％以下が良い
。
ると２０ｋｇ／ｓ＋”以下の値となった。このため、Ｂ
Ｎ添加の場合と同様、添加量は２０Ｖｏｌ％以下が良い
。
第３表
Ｘは本発明外
〔発明の効果〕
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電子回路を形成する基板において、窒化けい素焼結
体あるいはサイアロン焼結体（Ｓｉ＿６＿−＿ＸＡｌ＿
ＺＯ＿ＺＮ＿８＿−＿Ｘ０≦Ｚ≦４．２）を用いたこと
を特徴とする電子回路基板用材料。 ２、特許請求の範囲第１項において、窒化けい素焼結体
あるいはサイアロン焼結体がＢＮ、ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿
２Ｈ＿２Ｏから選ばれる少なくとも１種以上の化合物０
Ｖｏｌ％より多く２０Ｖｏｌ％以下含有することを特徴
とする電子回路基板用材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60169849A JPS6230663A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 電子回路基板用材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60169849A JPS6230663A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 電子回路基板用材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6230663A true JPS6230663A (ja) | 1987-02-09 |
Family
ID=15894073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60169849A Pending JPS6230663A (ja) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | 電子回路基板用材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6230663A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05330920A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-12-14 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | 規定の熱膨張を有するセラミック複合材 |
-
1985
- 1985-08-02 JP JP60169849A patent/JPS6230663A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05330920A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-12-14 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | 規定の熱膨張を有するセラミック複合材 |
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