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CN1446768A - 介电材料和介电材料烧结体以及使用该陶瓷的布线板 - Google Patents

介电材料和介电材料烧结体以及使用该陶瓷的布线板 Download PDF

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Abstract

一种介电材料，包括：由包括Si、B和碱金属元素的玻璃构成的玻璃粉末，该玻璃在1050℃或者更低的温度下在烧结中是非晶的；包括SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中至少一种物质和碱金属的陶瓷填料，其中当包含在玻璃中的所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，包含在玻璃中的换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素；当包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低。

Description

介电材料和介电材料烧结体以及使用该陶瓷的布线板
                         技术领域
本发明涉及介电材料和介电材料烧结体，并且涉及使用该烧结体的布线板。更具体地说，本发明涉及介电材料和通过烧结该介电材料得到的介电材料烧结体，该介电材料可以和包括低熔点材料如Ag和Cu的导体一起同时烧结，所述低熔点材料作为布线板材料。尤其是，本发明涉及一种介电材料和通过烧结该介电材料得到的介电材料烧结体，它具有低的介电常数和优异的高频特性，并且具有宽范围的适宜烧结条件。此外，本发明涉及使用此介电材料烧结体作为绝缘层的布线板，该布线板适于具有高处理速度和高频电路的电路。根据本发明的布线板广泛用于高频应用例如高频MPU的封装和光通讯的封装。
此外，本发明还涉及一种包括介电层和导体层的多层布线板及其制造工艺，作为导体层的一部分的整个电极导体层具有1cm2或更大的形成区域。更具体地说，本发明涉及一种多层布线板，其中整个电极导体层是接地电极和/或电容器电极，并且该多层布线板适于具有带状线或微带状线的高频应用。
                         背景技术
近年来，在许多情况下，随着信息通讯速度的增加，布线板广泛用于具有GHz或更高数量级频带的高频区。这样，为了减少电信号的传输损耗，希望布线板使用具有低导体电阻的金属如Ag和Cu作为其导体层，从而减小导体损耗。为此，比较和研究了可以与低熔点金属如Ag和Cu同时烧结并且具有优异的高频特性的低温烧结材料。
现在，已知结晶玻璃作为低温烧结材料具有优异的高频特性，其中在烧结步骤过程中结晶出具有优异的高频特性的晶体。
作为这些结晶玻璃，例如已知有(1)尖晶石型晶体的结晶玻璃(例如，JP-A-9-175853(这里所用的术语“JP-A”指的是“未审公开日本专利申请”))，(2)透辉石的结晶玻璃(例如，JP-A-10-120436)和(3)氧化铝和钙长石的结晶玻璃(例如，JP-A-2000-143332)。
此外，可以实现相当高密度布线的多层布线板广泛用作安装半导体元件例如LSI、IC和分立元件、或者在其内配置有各种厚膜印刷元件的布线板。大部分多层布线板是包括玻璃陶瓷的介电层和主要由金属导体构成的导体层的交替叠层体，所述金属导体例如为Cu、Ag、Au、W和Mo，如果需要，半导体元件安装在该多层布线板的表面。
此外，近年来，在包含手机的无线通信中，为了扩大无线资源且实现传输量的高密度，已经积极采用从微波带到毫米波带的高频带。作为将使用的无线通信工具的一部分，对用于处理高频信号的多层布线板的需求急剧增加。
当处理高频信号时，由于将电子元件的工作电源连接到电子元件的导体层产生电感，因此可能出现对于低频信号来说不是问题的麻烦，例如由导体层中布线上噪音的叠加而产生的故障、电子元件工作响应的延迟和高频信号的传输损耗。为了抑制这种高频信号固有的麻烦，需要使用多层布线板，其中导体层由低电阻率材料构成，而介质层由在高频带具有低比介电常数和低介质损耗的材料构成。
然而，当采用具有低电阻率的Ag或者Cu作为构成导体层的材料时，由于这种金属熔点低，为了通过同时烧结导体层和介电层形成多层布线板，需要使用可以在800-1050℃的低烧结温度下烧结的介电材料。以及提出了这种可以在低温烧结且在高频带具有低比介电常数和低介质损耗的材料可以是各种结晶玻璃，这些结晶玻璃主要由硼硅酸盐玻璃组成，其中在烧结阶段晶化晶体。
作为列举的这种结晶玻璃的例子，一个是结晶尖晶石型结构的晶体(JP-A-9-175853)，一个是结晶透辉石的晶体(JP-A-10-120436)，一个是结晶氧化铝等的晶体(日本专利申请No.10-320612)。
此外，为了加强高频信号的传输特性，提出了一种多层布线板，其中部分导体层构成为带状线或微带状线(例如，JP-A-11-214812)。当形成这种带状线或微带状线时，必须基本上完全覆盖介电层的一个表面，且形成作为导体层一部分的、起接地导体作用的整个电极导体层。从加强高频信号的传输特性的观点来看，希望在多层布线板内部的多层态中形成整个电极导体层。此外，根据布线板的调制，要求将整个电极导体层形成为电容器电极，从而形成具有内置电容器的模块布线板。
                       发明内容
然而，在这些结晶玻璃中，结晶度易于随着烧结条件改变，因此，高频特性受烧结条件变化的影响，产生容易引起分散的问题。为此，如最佳烧结温度等条件的范围窄。
此外，结晶玻璃一旦在烧结步骤中软化，此后随着结晶的发展就失去了流动性。因此，在烧结步骤过程中易于产生翘曲，通过改变烧结条件难以克服翘曲。相反，在使用非结晶玻璃的情况下，几乎不会出现这种问题。然而，在非结晶玻璃中，尽管在大约1MHz的低频区没有问题，但在高频区介质损耗经常突然增加。这样，不希望在高频区使用非结晶玻璃。
为了解决上述问题，已经作出了本发明的第一实施例，其目的在于提供一种具有宽范围烧结条件的介电材料，以便提供介电材料烧结体，其中烧结后的介电材料烧结体既具有低的介电常数，又具有低的介质损耗。此外，本发明第一实施例的目的在于提供一种能够进行高效脱脂的介电材料，从而稳定地得到介电材料烧结体，以便提供利用该介电材料烧结体的布线板。
根据本发明第一实施例的介电材料包括：由包含Si、B和碱金属元素的玻璃构成的玻璃粉末，所述玻璃在1050℃或者更低的温度下在烧结中是非晶的；包含SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质和碱金属元素的陶瓷填料，其中，当包含在玻璃中的所有换算为SiO2的总Si、换算为B2O3的B和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，包含在玻璃中的换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素；当包含在陶瓷填料中的SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低。
根据本发明第一实施例的又一介电材料包括：由包含Si、B和碱金属元素的玻璃构成的玻璃粉末，所述玻璃在1050℃或者更低的温度下在烧结中是非晶的；包含SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质但不包含碱金属元素的陶瓷填料，其中，当包含在玻璃中的所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，包含在玻璃中的换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素。
而且，玻璃还可以包含Al和/或碱土金属元素，当换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B、换算为A2O的碱金属元素、包含Al时换算为Al2O3的Al和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为SiO2的Si和换算为B2O3的B的总和为80-95摩尔％，其中A代表碱金属元素，E代表碱土金属元素。
此外，陶瓷填料可以不含量碱土金属元素。
而且，陶瓷填料可以进一步包含碱土金属元素，当包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、包含碱金属元素时换算为A2O的碱金属元素和换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为EO的碱土金属元素的含量为1摩尔％或者更低，其中E代表碱土金属元素。
此外，当玻璃粉末和陶瓷填料的总和为100体积％时，玻璃粉末可以占55-70体积％，陶瓷填料可以占30-45体积％。
根据本发明第一实施例的介电材料烧结体是通过烧结所述介电材料而得到，其中当包含在玻璃中所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B、换算为A2O的碱金属元素、包含Al时换算为Al2O3的Al和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、包含碱金属元素时换算为A2O的碱金属元素和换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为A2O碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素，E代表碱土金属元素。
根据本发明第一实施例的布线板包括：包括介电材料烧结体的介电层和在介电层表面上或者内部提供的导体层，导体层包括选自Ag、Au和Cu中的至少一种金属。
如图4的示意图所示，当包含整个电极导体层(下文有时缩写为“电极层”)的导体层和使用玻璃的介电层同时烧结以便制备多层布线板时(本发明的第二实施例)，出现一个问题是，由于介电层和导体层之间烧结温度和烧结收缩性能差异，易于产生气泡或者裂缝。这是因为由于结晶玻璃具有在烧结步骤过程中突然烧结和收缩的特性，因此整个电极导体层的烧结收缩性能不能匹配。尤其是，这种气泡或者裂缝易于在与介电层具有大接触面积的整个电极导体层(形成面积：1cm2或者更大)中产生。这种气泡或者裂缝的产生会产生一些麻烦，例如由于导体层和介电层之间粘附强度的减小而导致的机械强度降低和电阻率的增加。此外，当整个电极导体层在多层布线板中以多层状态形成时，这些麻烦变得更明显。
由于烧结过程中介电层和导体层之间烧结温度和烧结收缩性能差异引起的收缩性能差异，在电极中产生气泡或者裂缝。这样，从减小收缩性能差异的观点来看，试图控制构成导体层的主要金属导体成份的量，或者将与构成导体层的主要金属导体不同的金属导体添加到导体层中。例如，JP-A-63-168904和JP-A-62-48097提出了这种器件。
然而，在关于导体层构成元件的纯粹器件(mere device)中，在许多情况下，不能抑制如在电极层中产生气泡这样的麻烦。此外，为了抑制上述麻烦，必须将与构成导体层的主要金属导体不同的大量添加剂(例如金属氧化物)添加到导体层中，这样产生了另一个问题，即使导体层的电阻率增加。
此外，当同时烧结主要由低电阻率的Cu或Ag形成的导体层和利用玻璃形成的介电层时，需要在低于金属熔点的烧结温度下即在800-1050℃的低烧结温度下进行烧结。据此，由构成导体层的金属的种类限制了可以与介电层同时烧结的烧结温度区。此外，当处理高频信号时，需要介电层具有适于高频信号的低比介电常数和低介电损耗。据此必须调整结晶玻璃中的结晶程度，因此烧结温区将变得更窄。结果，利用如相关技术中关于导体层构成元件的纯粹器件，抑制在电极层中产生的麻烦而不使电特性例如导体层的电阻率变差变得更困难。根据上面的描述，在同时烧结介电层和主要由Cu或Ag构成的导体层的过程中，最好烧结条件的最佳化的范围例如烧结温度尽可能地宽。此外，在同时烧结介电层和使用Cu的导体层以便形成布线板的过程中，为了防止Cu的氧化，在中性气氛或者还原性气氛中进行烧结。为此，尤其优选烧结条件的最佳化范围尽可能地宽。
在进行同时烧结的过程中，在除构成成份之外包含通常由有机材料构成的粘合剂的状态下、或者在预先进行某种程度的脱去粘合剂的状态下烧结且形成介电层。在烧结阶段或者预先的脱去粘合剂阶段中脱脂且除去粘合剂。然而，当在脱去粘合剂未完成的状态下进行烧结时，在粘合剂已经完全除去之前，形成介电层的构成成份就变得很微小，从而阻塞了粘合剂排出通路，产生脱去粘合剂变困难的问题。考虑这些问题，最好同时烧结中烧结条件的最佳化范围尽可能宽。
在这些情况下，作出了本发明的第二实施例。本发明的第二实施例的目的是提供一种布线板及其制造方法，其中即使在介电层和导体层同时烧结的情况下，不仅抑制了如在导体层(尤其是具有1cm2或更大的形成面积的整个电极导体层)和介电层之间产生气泡的麻烦，而且可以加强以将形成的导体层的电阻率为代表的电特性，尤其可以形成适于高频信号的介电层和导体层，并且可以提高生产率。
为了克服上述问题，根据本发明第二实施例的多层布线板包括：由结晶温度超过1000℃的玻璃和陶瓷填料构成的介电层和主要由金属导体构成的导体层，其中部分导体层构成为具有1cm2或更大的形成面积的整个电极导体层。
在根据本发明第二实施例的多层布线板中，作为构成介电层的玻璃基体的原材料的玻璃，使用结晶温度超过1000℃的玻璃。据此，当在800-1000℃与主要由低熔融金属导体例如Ag和Cu构成的导体层同时烧结介电层时，构成介电层的玻璃基体可以形成为其中在烧结过程中抑制晶体结晶的玻璃基体，或者形成为其中没有结晶化出现的玻璃基体。为此，能够抑制烧结过程中由介电层和导体层的构成成份的颗粒引起的收缩性能差异，结果，对介电层和导体层同时烧结，能够抑制如在导体层、尤其是构成导体层一部分的且具有1cm2或更大的形成面积的整个电极导体层(以下称“电极层”)中产生气泡和剥落的麻烦。此外能够提高导体层的电特性例如电阻率。
如本发明的第二实施例所述，当利用其中在烧结过程中抑制结晶的玻璃、或者其中没有结晶出现的玻璃形成介电层时，对于同时烧结介电层和导体层来说，能够拓宽烧结条件例如烧结温度的范围。此外，能够提高将形成的多层布线板的生产率。
在将成为构成本发明第二实施例的介电层的玻璃基体的玻璃中，至少需要抑制烧结过程中的结晶。更好的是，需要没有结晶出现。当烧结温度提高到结晶温度以上时，晶体结晶易于出现。为此，为了形成精细的介电层，最好在本发明第二实施例中将使用的玻璃的结晶温度尽可能的高。顺便说一下，在烧结过程中抑制玻璃的晶体结晶指的是在介电层变精细的过程中基本上不出现玻璃的结晶。据此，在本发明第二实施例的介电层的概念中应包含通过在介电层已经变精细之后的后处理(例如，在烧结温度下延长保温时间)使玻璃结晶。此外，即使在介电层已经变精细之后使玻璃结晶的情况下，由于介电层和导体层的同时烧结已经完成，因此不会出现由烧结收缩不匹配而引起的翘曲。
当然，希望根据本发明第二实施例多层布线板中构成导体层的主要金属导体具有低电阻率。尤其是，在处理高频信号的情况下，从高频信号传输特性的观点来看，希望导体层的电阻率低。可以列举的上述金属导体有银基导体(例如纯银，银-金属氧化物(例如锰、钒、铋、铝、硅、铜的氧化物(下文简单地称为“金属氧化物”))、银-玻璃、银-钯、银-铂和银-铑)、金基导体(纯金、金-金属氧化物、金-钯、金-铂和金-铑)和铜基导体(例如纯铜、铜-金属氧化物、铜-钯、铜-铂和铜-铑)。
从将使用的金属导体的电阻率和熔点的观点来看，在上述金属导体中，由Au、Ag和Cu中的至少一种金属形成的金属导体是最佳的。
此外，在Cu、Ag和Au中，Cu和Ag具有低电阻率。据此，那些主要由Cu或Ag构成的金属导体适于作为主要构成导体层的金属导体。尤其是，那些主要由在抗迁移方面优于Ag的Cu构成的金属导体适于作为主要构成导体层的金属导体。此外，在本发明的第二实施例中，由于使用结晶温度超过1000℃的玻璃在800-1000℃烧结介电层，因此与使用具有低结晶温度玻璃的情况相比，烧结缓慢地进行。据此，即使当利用主要由Cu构成的金属导体在中性气氛或者还原性气氛中同时进行烧结，粘合剂逸出的通路也基本不会阻塞，因此可以制备脱去粘合剂性能优异的导体层。
然后，根据本发明第二实施例的多层布线板的特征在于，整个电极导体层是接地电极和/或电容器电极。
希望当部分导体层起带状线或微带状线作用时需要的接地电极、或者当电容器(包含机理上已知的电容器例如叠层型电容器)对应于高频信号内置于多层布线板时需要的电容器电极不仅形成为导体层的一部分，而且具有尽可能大的形成面积，即至少1cm2的形成面积。这种接地电极和电容器电极对应于整个电极导体层。
如上所述，在本发明的第二实施例中，由于虽然使用结晶玻璃，但介电层是在抑制烧结过程中晶体结晶的同时烧结的，因此能够抑制惯常由于随着烧结过程中结晶玻璃的结晶的进行而产生的突然收缩性能差异，在导体层、尤其是整个电极导体层(形成面积：1cm2或更大)中产生的气泡或裂缝。为此，起接地电极或者电容器电极作用的整个电极导体层可以具有至少1cm2的形成面积。结果，不仅可以加强作为接地电极和电容器电极的功能，而且可以加强将形成的多层布线板中高频信号的传输特性。
而且，除了电极层的形成面积之外，即使在多层布线板内部中心多层态形成电极层的情况下，也能够有效地抑制在电极层中产生的气泡或者裂缝。
此外，由于不需要为抑制气泡或裂缝将大量的不同于金属导体的添加剂添加到导体层中，因此能够减小导体层的电阻率。通过使用上述任何一种金属导体，导体层可以具有4×10-6Ωcm或者更低的体积电阻率(尤其是3×10-6Ωcm或者更低，进一步是2.5×10-6Ωcm或者更低)。结果，不仅可以加强多层布线板的介电特性，而且可以抑制高频信号的传输损耗。
在本发明的第二实施例中，为了使多层布线板更适于高频信号，希望比介电常数和介质损耗尽可能的低。具体地说，比介电常数可以是7或者更小，10GHz或者更高的高频带的介质损耗可以为0.002或者更小。
为了使介电层具有上面规定的比介电常数和介质损耗，作为介电层的构成成份的玻璃可以包括作为主成份的SiO2和B2O3以及作为次要成份的Al2O3和碱土金属氧化物，主要成份的含量为80-95摩尔％。较好的是，玻璃基本由作为主成份的SiO2和B2O3以及作为次要成份的Al2O3和碱土金属氧化物构成。更好的是，该玻璃由SiO2和B2O3作为主成分和Al2O3和碱土金属氧化物作为次要成份构成。此外，通过使用包括这种成份的玻璃，即使当结晶温度超过1000℃，并且在800-1000℃进行烧结，玻璃也不会结晶。据此，能够有效地减轻在与金属导体例如Cu同时烧结过程中烧结收缩性能的不匹配。
在本发明的第二实施例中，作为玻璃主成份的SiO2和B2O3(下文有时缩写为“主成份”)的含量为80-95摩尔％。当主成份的含量超过95摩尔％时，由SiO2引起的晶体例如方石英存在于烧结步骤(烧结温度：1000℃或者更低)。另一方面，当主成份的含量低于80摩尔％时，出现例如形成的介质层在高频带的比介电常数或者介质损耗变高的麻烦。考虑这些情况，希望主成份的含量为80-95摩尔％。
此外，在本发明的第二实施例中，作为玻璃的次要成份的Al2O3和碱土金属氧化物具有在烧结步骤中抑制由主成份引起的晶体结晶的作用，因此希望Al2O3和碱土金属氧化物的含量为3-10摩尔％。
当Al2O3的含量低于3摩尔％时，在烧结步骤中存在由SiO2引起的晶体。另一方面，当Al2O3的含量超过10摩尔％时，出现例如由Al2O3引起的Al2O3晶体和长石存在于烧结步骤中的麻烦。考虑这些因素，玻璃中Al2O3的含量在3-10摩尔％合适。
当碱土金属氧化物的含量低于3摩尔％时，在烧结步骤中作为主成份的玻璃的熔融变难。另一方面，当超过10摩尔％时，出现例如由碱土金属氧化物引起的晶体在烧结步骤中存在的麻烦。考虑上述因素，希望碱土金属氧化物的含量在3-10摩尔％。
可以列举的碱土金属氧化物为MgO、CaO、SrO和BaO。其中，MgO易于在烧结步骤中引起晶体结晶，SrO和BaO过分地增加了形成的介电层的比介电常数。因此，选择CaO尤佳。当选择CaO作为碱土金属氧化物时，不仅能够容易地抑制由玻璃的构成成份在烧结过程中引起的结晶，而且能够减小介电层的比介电常数。
在惯常的玻璃中，为了降低玻璃的熔融温度，需要将碱金属和金属成份例如Pb和Sb添加到玻璃中。然而，在烧结步骤中由这些金属成份引起的氧化物的形成增加了高频带中介电层的介质损耗。然而，在本发明的第二实施例中，可以通过在玻璃粉末中不包含碱金属和金属成份例如Pb和Sb的情况下，利用1000℃或者更低的烧结温度烧结和形成介电层。结果，能够抑制例如由金属成份引起的氧化物导致高频带介质损耗增加的麻烦。此外，能够进一步减小形成的介电层在高频带的介质损耗。
而且，在本发明的第二实施例中，关于整个电极导体层，除了例如对应于高频信号的带状线的接地导体的作用之外，还可以将整个电极导体层形成为接地导体，作为与高频信号的频率无关的用于噪声保护的屏蔽部分。即使在这种情况下，如本发明第二实施例所描述的，也能够抑制例如在烧结过程中产生的气泡和裂缝的麻烦。
根据本发明第二实施例的低温多层布线板的制造方法包括：在低于玻璃的结晶温度的温度下，烧结包括生片材料和导体层的多层布线板成型体，生片材料主要由结晶温度超过1000℃的玻璃和陶瓷填料构成，导体层主要由金属导体构成，部分导体层构成为具有1cm2或更大的形成面积的整个电极导体层。
由于构成生片材料的玻璃的结晶温度超过1000℃，所述生片材料通过烧结将成为介电层，因此即使通过800-1000的低温与主要由具有低熔点的金属如Ag和Cu构成的导体层同时进行烧结，也能够形成构成介电层的玻璃，在该玻璃中抑制了在烧结过程的晶体结晶，或者在该玻璃中没有出现晶体结晶。为此，能够抑制烧结过程中在介电层和导体层之间构成成份的粒子中引起收缩性能差异。结果，当对介电层和导体同时进行烧结时，能够抑制例如在导体层、尤其在构成导体层的一部分且具有1cm2或更大的形成面积的整个电极导体层中产生气泡和剥落的麻烦。此外，能够制造一种多层布线板，即多层布线板，具有增强的导体层的电特性，例如电阻率。
此外，在根据本发明第二实施例的制造方法中，由于构成生片材料的玻璃是其中在烧结步骤过程中抑制了结晶的玻璃，或者是其中没有出现结晶的玻璃，因此能够拓宽介电层和导体层同时烧结的烧结条件例如烧结温度。结果，通过拓宽烧结条件，在烧结步骤中能够加强包含在生片材料中的、包括有机材料的粘合剂的脱去粘合剂性能。
通过根据本发明第二实施例的制造方法制备的多层布线板具有与上述根据本发明第二实施例的多层布线板相同的效果。然而，为了使介电层在10GHz或者更高的高频带中具有7或者更小的比介电常数和0.002或者更小的介质损耗，可以使根据本发明第二实施例的制造方法中的玻璃粉末具有作为主成份的SiO2和B2O3以及作为次要成份的Al2O3和碱土金属氧化物，主要成份的含量为80-95摩尔％。
                     附图的简要描述
[图1]
玻璃B的未烧结和烧结材料的X射线衍射结果图。
[图2]
根据本发明第二实施例的多层布线板的一个实施例的截面示意图。
[图3]
举例(实施例)中的多层布线板的示意图。
[图4]
说明在导体层中产生的麻烦的示意图。
[参考标号和符号的描述]
1：多层布线板
2：介电层
3：导体层
11：整个电极导体层
                         发明的详细描述[1]介电材料
根据本发明第一实施例的介电材料(烧结前的，下文有时简单地称为“原料”)包含玻璃粉末和陶瓷填料。该玻璃粉末具有0.5-5μm的平均粒径较好，1-3μm更好。
“玻璃粉末”由包含Si、B和碱金属元素的玻璃构成，在1050℃或者更低温度下的烧结中玻璃呈非晶态。
术语“非晶态”指的是在X射线衍射中确认没有峰。即，可以通过下列事实确认“玻璃”是否是非晶态，即当在1050℃烧结玻璃粉末2小时，然后进行X射线衍射测量时，在X射线衍射中没有峰。
此外，包含Si和B指的是：玻璃由硼硅酸盐玻璃构成。据此，主要包含Si和B的氧化物。
此外，包含在玻璃中的碱金属的例子包括Li、Na和K。而且，通常包含碱金属元素的氧化物形式。另外，可以包含一种碱金属元素或者包含两种或更多种碱金属元素的混合物。
此外，当换算为SiO2的Si(下文称为“换算为氧化物的Si”)、换算为B2O3的B(下文称为“换算为氧化物的B”)和换算为A2O的碱金属元素(下文称为“换算为氧化物的碱金属元素”)的总和为100摩尔％时，包含在玻璃中的、换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或更低，0.3摩尔％或更低较好，0.2摩尔％或更低更好，其中A代表碱金属元素。当换算为氧化物的碱金属元素的含量超过0.5摩尔％时，烧结后的介电材料烧结体的介质损耗变大。
在本发明的第一实施例中，每个都换算为氧化物的Si、B和碱金属元素(A)的总和为100摩尔％的含义指的是换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B和换算为A2O的A的总和为100摩尔％，而不是指包含在氧化物中的Si、B和碱金属元素的摩尔％。具体是，假设在玻璃中包含10摩尔％的B2O3，那么“换算为B2O3的B”的摩尔％为10摩尔％，而不是“包含在B2O3中的B”的摩尔％(即20摩尔％)。
该玻璃具有700-850℃的屈服点较好，720-800℃更好。当屈服点低于700℃时，难以除去烧结过程中由粘合剂产生的碳。另一方面，当超过850℃时，烧结温度太高，以至于难以与金属如Au、Ag和Cu同时进行烧结，因此，这种情况不是优选的。
对玻璃没有特殊限定，只要是在1050℃或更低的温度烧结中是非晶态的硼硅酸盐玻璃即可。但是，还可以包含Al和/或碱土金属元素。
此时，在包含Al和碱土金属元素的情况下，当所有包含在玻璃中的换算为氧化物的Si、换算为氧化物的B、换算为氧化物的碱金属、换算为Al2O3的Al(下文也称为“换算为氧化物的Al)和换算为EO的碱土金属元素(下文称为“换算为氧化物的碱土金属元素”，E代表碱土金属元素(下文一样))的总和为100摩尔％时，每个都换算为氧化物的Si和B的总和为80-95摩尔％较好，82-93摩尔％更好，85-90摩尔％最好。当每个都换算为氧化物的Si和B的总和低于80摩尔％时，介质损耗变大，而当它超过95摩尔％时，SiO2基晶体(例如方石英)结晶，因此，这两种情况都不是优选的。
此外，当所有包含在玻璃中的换算为氧化物的Si、换算为氧化物的B、换算为氧化物的碱金属元素、换算为氧化物的Al和在包含碱土金属元素的情况下换算为氧化物的碱土金属元素为100摩尔％时，换算为氧化物的Al的含量为3-10摩尔％较好。当换算为氧化物的Al的含量低于3摩尔％时，SiO2基晶体在烧结过程中易于结晶，而当超过10摩尔％时，Al2O3晶体或长石在烧结过程中易于结晶，因此，这两种情况都不是优选的。
尽管碱土金属元素的例子包含Ca、Mg、Sr和Ba，但优选Ca。Mg在烧结过程中易于结晶Mg基晶体例如顽辉石和堇青石，Sr和Ba在烧结后易于增加介电材料烧结体的介电常数，因此，这两种都不是优选。
此外，在包含Al的情况下，当玻璃中包含的所有换算为氧化物的Si、换算为氧化物的B、换算为氧化物的碱金属元素、换算为氧化物的Al和换算为氧化物的碱土金属元素为100摩尔％时，换算为氧化物的碱土金属元素的含量为3-10摩尔％较好。当转换为氧化物的碱土金属元素的含量低于3摩尔％时，玻璃的熔融困难，而当超过10摩尔％时，晶体易于在烧结过程中结晶，因此两种情况都不是优选的。
“陶瓷填料”指的是包含选自SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2(莫来石)中的至少一种物质的填料。
虽然陶瓷填料可以是包含碱金属元素的填料，但是那些不包含碱金属元素的填料是优选的。这是因为当包含碱金属元素时，易于出现烧结后介电材料烧结体的介质损耗增加。这里，不包含碱金属元素指的是在化学分析(ICP发射)中，其检测量低于测量极限。此外，在包含碱金属元素的情况下，当包含在陶瓷填料中的所有选自SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质和换算为氧化物的碱金属元素的总和为100摩尔％时，换算为氧化物的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或更低，0.3摩尔％或更低较好，0.2摩尔％或更低更好。当换算为氧化物的碱金属元素的含量超过0.5摩尔％时，烧结后介电材料烧结体的介质损耗变大，因此，这种情况不是优选的。
此外，虽然陶瓷填料可以是包含碱土金属元素的填料，但是那些不包含碱土金属元素的填料是优选的。这是因为当包含碱土金属元素时，易于出现烧结后介电材料烧结体的介质损耗增加。这里，不包含碱土金属元素指的是在化学分析(ICP发射)中，其检测量低于测量极限。
此外，在包含碱土金属元素的情况下，当包含在陶瓷填料中的所有选自SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、在包含碱金属元素的情况下换算为氧化物的碱金属元素和换算为氧化物的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为氧化物的碱土金属元素的含量为1摩尔％或更低，0.5摩尔％或更低较好，0.2摩尔％或更低更好。当换算为氧化物的碱金属元素的含量超过1摩尔％时，增大了烧结后介电材料烧结体的介质损耗，因此，这不是优选的。
陶瓷填料可以呈粉末态或纤维态，但粉末态较好。在陶瓷填料呈粉末态的情况下，平均粒径为0.5-5μm较好，1-3μm更好。
陶瓷填料的例子包含氧化铝粉末、莫来石粉末、石英粉末和石英玻璃粉末。在这些粉末中，优选氧化铝粉末，因为它可以增加介电材料烧结体的强度。顺便说一下，根据介电材料烧结体所需要的介电常数、强度和热膨胀系数，可以使用上述一种陶瓷填料或者使用两种或多种陶瓷填料的混合物。此外，当组合使用两种或多种陶瓷填料时，优选混有氧化铝粉末的填料，因为它们可以增加烧结后的介电材料烧结体的强度。
至于包含的玻璃粉末和陶瓷填料的比例，当玻璃粉末和陶瓷填料的总和为100体积％时，较好的是玻璃粉末占55-70体积％，陶瓷填料占30-70体积％，更好的是玻璃粉末占55体积％或更高，但低于65体积％，陶瓷填料占35体积％以上，但45体积％以下。当玻璃粉末的量低于55体积％时，很难在烧结过程中得到微小的烧结体，而当超过70体积％时，降低了脱去粘合剂性能，因此两种情况都不是优选的。顺便说一下，术语“体积％”指的是实际体积(true volume)的体积比，每种玻璃粉末和陶瓷填料的实际体积是通过由每种粉末的重量除以每种粉末的颗粒密度来判定的。粉末的颗粒密度可以通过已知的方法测量(例如JIS R 1620中“精细陶瓷粉末粒子密度的测量方法”的比重瓶法)。
根据本发明第一实施例的介电材料通常是通过混合玻璃粉末和陶瓷填料并进一步至少混有溶剂和粘合剂而得到的。
粘合剂没有特殊限制，只要它是通常使用的粘合剂即可。但是，优选丙烯酸树脂基粘合剂例如丙烯酸树脂和丁缩醛树脂，尤其优选使用丙烯酸树脂。可以使用一种粘合剂或者使用两种或多种粘合剂。
当玻璃粉末和陶瓷填料的总和为100重量份时，粘合剂的混合量为1-30重量份，3-25重量份较好。
此外，溶剂没有特别的限制，只要它是通常用于介电材料的溶剂即可。但是，溶剂的举例包括甲苯、甲乙酮、丙酮和异丙醇，其中甲苯和甲乙酮较好。可以使用一种溶剂或者使用两种或多种溶剂的混合物。
当玻璃粉末和陶瓷填料的总和是100重量份时，溶剂的混合量为10-150重量份，20-120重量份较好。
如果需要，根据本发明第一实施例的介电材料还可以与增塑剂混合。这种混合是为了增强生片的工艺性能而进行的。
可以使用的增塑剂的例子包含邻苯二甲酸二丁酯、2-乙基己基邻苯二甲酸酯和2-乙基己基己二酸酯，邻苯二甲酸二丁酯较好，可以使用一种增塑剂或者使用两种或多种增塑剂的混合物。当玻璃粉末和陶瓷填料的总和为100重量份时，增塑剂的混合量为3-20重量份，5-15重量份较好。[2]介电材料烧结体
根据苯发明第一实施例的介电材料烧结体是通过烧结介电材料而得到的。
当由根据本发明第一实施例的介电材料得到介电材料烧结体时，通常在烧结前成型介电材料。
可以利用已知的成型方法进行成型，典型的有利用流延工艺的片成型(包含多个片的叠层体)、利用丝网印刷工艺的膜形成和加压成型。
至于进行“烧结”的条件，在800-1050℃(900-1000℃较好)进行烧结0.5-10小时，1-5小时较好。当烧结温度低于800℃时，难以实现充分烧结，而当超过1050℃时，出现同时烧结的金属化异常粒子(Cu)的生长，因此，这两种情况都不是优选的。此外，当烧结时间短于0.5小时时，难以实现充分的烧结，而当超过10小时时，出现同时烧结的金属化异常粒子(Cu)的生长，因此，这两种情况都不是优选的。
此外，根据本发明第一实施例的介电材料烧结体可以包含碱金属元素，例如Li、Na和K。但是，最好碱金属元素的含量低。
当包含在介电材料烧结体的玻璃中的所有换算为氧化物的Si、换算为氧化物的B、换算为氧化物的碱金属元素、换算为氧化物的Al(当包含Al时)和换算为氧化物的碱土金属元素(当包含碱土金属元素时)以及包含在陶瓷填料中的所有选自SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、换算为氧化物的碱金属元素(当包含碱金属元素时)和换算为氧化物的碱土金属元素(当包含碱土金属元素时)的总和为100摩尔％时，换算为氧化物的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或更低，0.3摩尔％或更低较好，0.2摩尔％或更低更好。当换算为氧化物的碱金属元素的含量超过0.5摩尔％时，介质损耗变大，因此这种情况不是优选的。[3]布线板
根据本发明第一实施例的布线板包括介电层和导体层，介电层包括本发明第一实施例的介电材料烧结体，导体层设置在绝缘层的表面上或其内部。
此外，导体层包括选自Ag、Au和Cu中的至少一种金属。
例如，布线板可以通过下列方法制备。
即，当布线板具有形成在绝缘层表面上的导体层时，按如上所述的预定比例混合玻璃粉末、陶瓷填料、粘合剂和溶剂。此时，如果需要，可以混合上述增塑剂等。此后，利用上述成型方法将该混合物成型为介电材料的生片。然后，利用丝网印刷等在生片的表面上形成导体层图形，该导体层图形包括Au、Ag和Cu中至少一种金属。
然后，在如上所述的烧结条件下烧结其表面上形成有导体层的生片。这样就得到了根据本发明第一实施例的布线板。
此外，当布线板具有形成在绝缘层内部的导体层时，将其表面上形成有导体层的生片与其它生片层叠，使其覆盖导体层，在如上所述的烧结条件下烧结该叠层体。这样就得到了在绝缘层的内部形成有导体层的布线板。
当根据JIS R 1627在TE011模式和8-12GHz的谐振频率下测量根据本发明第一实施例的介电材料烧结体时，它具有5.8或更低的比介电常数(5.7或更低较好)和0.0015或更低的介质损耗(0.0013或更低较好，0.0011或更低更好)。
下面将描述根据本发明第二实施例的多层布线板的一个实施例。
图2示意性地示出了多层布线板1(下文有时缩写为“板1”)的截面图，其中介质层2和导体层3交替形成，如果需要，将半导体元件51安装在其表面。在导体层3中起布线作用的各个布线层通过通路孔35彼此电连接，其中每个通路孔35都在厚度方向穿透布线层。此外，在图2中，构成有整个电极导体层11，其中一部分导体层3起用于噪声保护的接地导体的作用。为了板1作为高频板使用，可以将导体层3中的布线层的一部分构成为带状线。例如，布线板1可以是高频封装，或者可以是配置有有源元件功能的布线板，自身能够处理高频信号，或者可以是安装独立构成的高频元件的布线板，例如天线开关组件。
此外，除了导体层3之外，该实施例的板1还配置有各种厚膜电路元件例如电容器54、电感器53和电阻器55，但也可以构成为仅具有导体层3而不具有厚膜电路元件的板。此外，可以将板1应用于已知的布线板，例如包括高频布线层10(如高频微带线)的模式。此外，可以使图2中电容器54的电容器电极成为整个电极导体层11。
图2中，需要作为噪声保护的屏蔽部分、作为接地导体例如带状线或者作为电容器电极的电极层11大到具有1cm2或更大的形成面积。然而，当使用结晶玻璃的介电层2和包含电极层11的导体层3同时烧结时，至今有一个问题是在形成的导体层3中易于产生气泡或者裂缝，尤其在电极层11中，导致电极层11的功能减弱。
在本发明的第二实施例中，由于作为介电层2的构成成份的玻璃具有超过1000℃的结晶温度，因此在该玻璃中，晶体结晶在烧结过程中被抑制，或者在800-1000℃的烧结温度下没有晶体结晶出现。因此，能够抑制如惯常观察到的在形成的导体层中由于介电层和导体层之间的烧结收缩性能差异而产生的气泡或裂缝。结果，能够增强电特性，例如导体层中的电阻率，尤其是能够形成适于高频信号的导体层。此外，由于电极层具有1cm2或更大的形成面积，可以增加形成的层的数量，因此不仅可以增强电极层的功能，而且还可以提供适于高频信号的多层布线板。
构成本发明第二实施例的介电层的玻璃可以采用包括SiO2和B2O3作为主要成份以及Al2O3和碱土金属氧化物作为次要成份的玻璃，其中主要成份的含量为80-95摩尔％。
构成导体层的除了主要是金属导体之外，为了在烧结过程中提高与介电层的匹配，例如，可以添加二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛、多铝红柱石、尖晶石和玻璃料。
对本发明第二实施例中的玻璃的制造工艺没有特殊的限制，下面将描述一个例子。称量和混合构成玻璃的原材料中原材料元素的氧化物，使得烧结之后的成份如预先规定的；例如在坩埚中1600℃下煅烧该混合物，然后通过球磨等研磨成粉，以便得到玻璃粉末。在这种情况下，可以研磨成粉使得玻璃粉末具有1-3μm的平均粒径。当玻璃粉末的平均粒径大于3μm时，形成的介电层的机械强度降低，而当玻璃粉末的平均粒径小于1μm时，降低了脱去粘合剂性能。顺便说一下，形成的玻璃粉末具有超过1000℃的结晶温度。
下面将描述根据本发明实施例的、用于制备图2所示的多层布线板的制造工艺的一个实施例。
制备将成为介电层的生片。生片是通过下列步骤制备的：将通过上述步骤形成的、平均粒径为1-3μm的玻璃粉末与陶瓷填料和添加剂混合，陶瓷填料例如可以是氧化铝、多铝红柱石、氮化铝和氮化硅，添加剂例如可以是粘合剂、溶剂、增塑剂、抗絮凝剂、表面活性剂和润湿剂，然后通过流延工艺等将上述混合物成型为片状。
粘合剂的例子包含丙烯酸树脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸叔丁酯(poly(t-butyl methacrylate))、乙酸丁酸纤维素、聚乙烯、聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛；溶剂的例子包含丙酮、甲乙酮、乙酰丙酮、甲基异丁基酮、苯、溴氯乙烷、乙醇、丁醇、丙醇、甲苯和二甲苯。
此外，增塑剂的例子包含丁苄邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯、脂肪酯、聚乙二醇衍生物和磷酸三(邻甲苯酯)；抗絮凝剂的例子包含脂肪酸(例如glycerin triolate)；表面活性剂的例子包含苯磺酸；润湿剂的例子包含烷基芳基聚醚醇、聚乙二醇乙醚、乙基苯基乙二醇和聚氧乙烯酯。
在如此得到的生片上，通过已知的丝网印刷工艺形成多个布线图形，该布线图形将成为包含整个电极导电层且具有1cm2或更大的形成面积的导体层(当具有厚膜电路元件时，也包含它的元件图形)。此后，在其上覆盖另一个陶瓷生片，重复生片形成步骤和生片层叠步骤，接着加压热层叠。这样得到了具有生材料的多层布线成型体，所述生材料主要由玻璃粉末和陶瓷填料及导体层构成。顺便说一下，在形成通路孔35的情况下，在将形成通路的位置通过钻孔机等在生片上钻孔，然后将金属膏填入孔中。在比玻璃粉末的结晶温度低的烧结温度下烧结如此形成的多层布线成型体，以便得到多层布线板，该多层布线板将成为多层布线板。
根据本发明第二实施例的多层布线板具有包含根据本发明第一实施例的介电材料烧结体的介电层。在这种情况下，导体层最好设置在介电层的表面上和/或介电层内部。
                           举例
下面将参考例子详细描述本发明。[1]例1
(1)例1中使用的玻璃粉末的评估
混合由表1所示的玻璃A构成的玻璃粉末(粒径：2.5μm)、粘合剂(丙烯酸树脂)和溶剂(丙酮)，然后使混合物成为粒状，以便得到玻璃A的颗粒状粉末。此时，基于100重量％的混合粉末，粘合剂的量为4重量％。此外，基于100重量％的混合粉末，溶剂的量为100重量％。此后，对颗粒状粉末进行单轴成型，然后在150Mpa进行CIP。然后，在空气中950℃的温度下，在陶瓷定位器(ceramic setter)上烧结上述成型体2小时，以便得到玻璃A的烧结材料。类似的，得到了玻璃B粉末和玻璃C粉末的烧结材料，每种材料都具有2.5μm的粒径。顺便说一下，在表1中，标有、“*”的玻璃中碱金属元素的含量落在预定量的范围之外。此外，在表1中，基于换算为氧化物的Si、B、Al、Na、K、Ca和Mg的每种元素的总和为100摩尔％，“成份(摩尔％)”栏表示上述换算为氧化物的每个元素的含量；基于换算为氧化物的Si、B、Na和K的每种元素的总和为100摩尔％，“In(SiO2+B2O3+Na2O+K2O)(摩尔％)”栏表示换算为氧化物的Na、K或者Na和K的和的含量。由原材料和熔融坩埚条件的差异导致玻璃成份的差异。此外，通过化学分析(ICP发射)鉴别玻璃成份。
用X射线衍射测量玻璃A、B和C的烧结材料。在结果中，玻璃B的未烧结材料和烧结材料的X射线衍射结果示于图1。顺便说一下，在图1中，曲线图(1)表示烧结前的X射线衍射结果，曲线图(2)表示烧结后的X射线衍射结果。从图1应理解，玻璃B的烧结材料具有与未烧结材料中的晶体一样的晶体。此外，在玻璃B的烧结材料和未烧结材料中，曲线图上不存在当产生晶体时应具有的峰。这样，可以理解，玻璃B的烧结材料是非晶的。顺便说一下，玻璃A和C显示出类似的结果。这样，确信玻璃A、B和C的烧结材料是非晶的。
表1
组成(摩尔％) In(SiO2+B2O3+Na2O+K2O)(摩尔％)
 SiO2  B2O3  Al2O3  MgO  CaO  Na2O  K2O  Na2O  K2O  Na2O+K2O
玻璃A  63.39  24.11  5.70  0.08  6.67  0.05  0.00  0.06  0.00  0.06
玻璃B  65.77  23.59  5.39  0.07  5.05  0.06  0.06  0.07  0.07  0.13
玻璃C*  62.81  24.14  6.40  0.06  6.03  0.42  0.14  0.48  0.16  0.64*
(2)介电材料和介电材料烧结体的制备和评估
按如表3所示的混合比混合由具有表1所示成份的玻璃构成的玻璃粉末和具有表2所示成份的陶瓷填料(粒径3μm)。顺便说一下，在表2和表3中，标有“*”的玻璃或陶瓷填料中的碱金属元素的含量落在预定量的范围之外。此外，标有“*”的陶瓷填料中的碱土金属元素的含量落在预定量的范围之外。此外，基于如表2所示的这些化合物的总和为100摩尔％，“成份(摩尔％)”栏表示每种化合物的含量；在表2中，基于SiO2、Al2O3、Na2O和K2O的总和为100摩尔％，“In(SiO2+Al2O3+Na2O+K2O)(摩尔％)”栏表示Na2O、K2O或者Na2O和K2O的和的含量。由原材料和熔融坩埚条件的差异导致陶瓷填料成份的差异。此外，通过化学分析(ICP发射)鉴别陶瓷填料的成份。
此后，将混合粉末与粘合剂(丙烯酸树脂)和溶剂(丙酮)混合，然后使混合物成为粒状，以便得到介电材料的颗粒状粉末。此时，基于100重量％的混合粉末，粘合剂的量为4重量％。此外，基于100重量％的混合粉末，溶剂的量为100重量％。此后，对颗粒状粉末进行单轴成型，然后在150Mpa进行CIP。然后，在空气中950℃的温度下，在陶瓷定位器上烧结上述成型体2小时，以便得到介电材料烧结体。然后，将介电材料烧结体加工为具有15-16mm直径和7.5-8mm厚度的尺寸。此后，根据JIS R 1627在TE011模式和8-12GHz的谐振频率测量介电材料烧结体的比介电常数和介质损耗。结果示于表3。
表2
    组成(摩尔％) In(SiO2+Al2O3+Na2O+K2O)(摩尔％)
 SiO2  B2O3  Al2O3  MgO  CaO  Na2O  K2O  MgO+CaO  Na2O  K2O  Na2O+K2O
氧化铝A  0.00  0.00  100.0  0.00  0.00  0.00  0.00  0.00  0.00  0.00  0.00
氧化铝B  0.03  0.00  99.89  0.00  0.00  0.08  0.00  0.00  0.08  0.00  0.08
氧化铝C*  0.03  0.00  99.29  0.00  0.00  0.68  0.00  0.00  0.68  0.00  0.68*
氧化铝D**  0.03  0.00  97.97  0.50  1.42  0.08  0.00  1.92** 0.08  0.00  0.08
石英  99.97  0.00  0.02  0.00  0.00  0.01  0.00  0.00  0.01  0.00  0.01
硅灰石**  50.36  0.00  0.05  0.03  49.52  0.01  0.01  49.55** 0.02  0.02  0.04
表3评估结果
 玻璃 填料  玻璃∶填料(体积％)  比介电常数  介质损耗
例1-1  A 氧化铝B  64∶36  5.7  0.0010
例1-2  B 氧化铝B  64∶36  5.7  0.0012
例1-3  C* 氧化铝B  64∶36  5.7  0.0016
例1-4  B 氧化铝A  64∶36  5.7  0.0010
例1-5  B 氧化铝C*  64∶36  5.7  0.0017
例1-6  B 氧化铝D**  64∶36  5.7  0.0016
例1-7  B 石英  64∶36  4.1  0.0014
例1-8  B 硅灰石**  60∶40  6.1  0.0052
(3)例1的优点
如表3所示，当玻璃中换算为氧化物的Si、B、Na和K每种元素的总和为100摩尔％时，当使用换算为氧化物的碱金属元素的含量超过0.5摩尔％的玻璃时(例1-3)，比介电常数显示了优异的值5.7，但介质损耗显示了0.0016的大值。此外，即使使用换算为氧化物的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低的玻璃，当陶瓷填料中的SiO2、Al2O3、Na2O和K2O的总和为100摩尔％时，在使用包含氧化铝作为主要成份并且换算为氧化物的碱金属含量超过0.5摩尔％的陶瓷填料的情况下(例1-5)，比介电常数显示了优异的值5.7，但介质损耗显示了0.0017的大值。据此，可以理解，使用碱金属元素的含量超过0.5摩尔％的玻璃、或者使用碱金属元素的含量超过0.5摩尔％的陶瓷填料的玻璃的介电材料烧结体在高频区的介电特性方面比较差。
此外，即使换算为氧化物的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，当图2所示的所有成份的总和为100摩尔％时，在换算为氧化物的碱土金属元素的含量大大超过1摩尔％的情况下(例1-8)，比介电常数大到6.1，介电损耗明显增大为0.0052。此外，在换算为氧化物的碱金属元素的含量稍微超过1摩尔％时(例1-6)，比介电常数显示了优异的值5.7，但介质损耗显示为大值0.0016。这样，可以理解当碱土金属元素的含量超过1摩尔％时，高频区的介电特性差。
另一方面，在包含在玻璃中且换算为氧化物的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低、包含在陶瓷填料中且换算为氧化物的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低以及包含在陶瓷填料中且换算为氧化物的碱土金属的含量为1摩尔％或者更低的情况下(例1-4至1-6)，比介电常数为5.7或者更小，介质损耗为0.0014或者更小。据此，可以理解，这些介电材料烧结体在高频区的介电特性方面是优异的。
根据上面的描述，可以理解，虽然使用非晶玻璃作为材料，但是此例的介电材料烧结体在高频区的介电特性方面是优异的。[2]例2：(1)布线板的制备和评估
按照表4所示的混合比混合表1所示的玻璃B的玻璃粉末(粒径：2.5μm)和表2所示的氧化铝B的陶瓷填料，以便得到混合粉末。顺便说一下，这里所称的“体积％”指的是实际体积的比。此外，实际体积是通过每种粉末的重量除以颗粒密度而计算出来的。此外，每种玻璃粉末和陶瓷填料的颗粒密度都是通过JIS R 1620中“精细陶瓷粉末粒子密度的测量方法”描述的比重瓶法测量的。
此后，将混合粉末与粘合剂(丙烯酸树脂粘合剂)、增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)和溶剂(甲苯和甲乙酮)混合，以便得到浆料态的介电材料。此时，当混合粉末的重量为100重量％时，粘合剂的量为20重量％。此外，当混合粉末的重量为100重量％时，增塑剂的量为10重量％。此外，关于溶剂的量，当混合粉末的重量为100重量％时，甲苯的量为25重量％，甲乙酮的量为25重量％。然后，由浆料态的原料通过流延工艺形成厚250μm的生片。此后，在生片的表面上丝网印刷Cu膏，以便形成作为导体层的未烧结图形。然后，在加湿氮气氛中850℃下给得到的未烧结叠层体脱脂，然后在氮气氛中1000℃烧结2小时，以便得到布线板。
目视观察所得到的布线板的翘曲和介电层的表面状态。结果示于表4。此外，利用SEM对介电层的截面进行结构观测。结果也示于表4。表4：评估结果
玻璃∶填料(体积％)   翘曲   表面状态   结构观测
例2-1     75∶25    有  灰暗且膨胀     起泡
例2-2     69∶31   没有     灰暗     细小
例2-3     64∶36   没有     良好     细小
例2-4     60∶40   没有     良好     细小
例2-5     54∶46   没有     良好     多孔
(2)例2的优点
如图4所示，在玻璃粉末的混合量超过70体积％的情况下(例2-1)，确认在布线板中产生翘曲，并且在介电层的截面和表面上产生气泡。考虑这是由于玻璃的高含量导致粘合剂没有完全除去而引起的。该原料不适合用作布线板材料。
此外，在玻璃粉末的混合量低于55体积％的情况下(即陶瓷填料的混合量超过45体积％)，由于陶瓷填料的混合量太高，因此布线板没有烧结。该原料也不适合用作布线板材料。
另一方面，在玻璃粉末的混合量为55-70体积％的情况下(例2-2至2-4)，没有确认出现翘曲，并且表面和截面状态良好。
尤其是，在玻璃粉末的混合量为60-64体积％的情况下(例2-3至2-4)，没有检测到作为烧结过程中粘合剂残余的碳。因此，这些电路板尤其好。
根据上面的描述，玻璃粉末的混合量为55-70体积％的原料非常适合作为布线板材料。
顺便说一下，应当理解本发明并不限于这些具体的例子。根据目的和实用性，通过在本发明范围内的变化可以提供各种具体的实施例。例如，如果基本上不明显影响高频区的特性，可以包含其它的成份或者不可避免的杂质。
由于根据本发明的介电材料及其它发明主题由其中玻璃粉末呈非晶态的玻璃的构成，因此具有宽的烧结条件，例如烧结温度和压力，其中烧结后的介电材料烧结体的比介电常数小且高频区的介质损耗小。这样，可以得到具有优越的高频区介电特性的介电材料烧结体。此外，通过包含预定比例的玻璃粉末和陶瓷填料，可以得到能够进行高效脱脂的介电材料。此外，由于其宽的烧结条件，因此可以使用烧结工艺复杂的Cu作为导体层。此外，根据本发明的布线板基本上不会翘曲，并且介电层中的高频特性优异。[3]例3
根据如上所述的制造步骤，将100重量份的混合粉末与20重量份的粘合剂(丙烯酸树脂)、10重量份的增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)和75重量份的溶剂(甲苯和异丙醇的混和物)充分混合，以便制备浆料，所述混和粉末包括50重量份的具有2.5微米的平均粒径的包括SiO2、B2O3、Al2O3和CaO作为碱土金属氧化物的玻璃粉末和50重量份的包括氧化铝的陶瓷填料。然后，使用该浆料，通过流延工艺制备厚250μm的生片。在得到的生片表面上通过丝网印刷工艺布图印刷Cu膏，以便形成作为导体层的3.6×2.6cm2的电极层。此外，重复生片形成和生片层叠步骤，以便形成三层的电极层。此后，层叠生片使得覆盖电极层，以便形成多层布线成型体。接着，在氮气氛(还原气氛)中850℃下使该多层布线成型体脱脂并在1000℃烧结该多层布线成型体2小时。这样就得到了其内形成有电极层的多层板。
顺便说一下，Cu膏是通过使用三辊磨机充分混合100重量份的构成电极层的主要组分铜粉(粒径：5μm)、30重量份的载体(vehicle)和0.5重量份的氧化硅而制备的。[4]例4：
在与例3相同的条件下制备多层布线板，但不同的是使用由60重量份添加了MgO及ZnO(用以代替例3中构成玻璃粉末的CaO)的玻璃粉末和40重量份包括氧化铝的陶瓷填料构成的混合粉末所代替。[5]比较例1：
在与例3一样的条件下制备多层布线板，但不同的是使用包括60重量份的玻璃粉末和40重量份包括氧化铝的陶瓷填料，其中在玻璃粉末中，将MgO添加到作为例3中构成玻璃粉末的成份的CaO中。[6]比较例2：
在与例3一样的条件下制备多层布线板，但不同的是使用由65重量份添加了MgO(用以代替例3中构成玻璃粉末的CaO)的玻璃粉末和35重量份包括氧化铝的陶瓷填料构成的混合粉末所代替。
表5示出了例子和比较例中的玻璃粉末的构成成份的含量。表5中的结晶温度对应于差热曲线的放热峰温度，该差热曲线是在每个例子和比较例进行之前、通过已知的差热分析(DTA)测量与每个例子和比较例的玻璃粉末的成份及含量一样的玻璃粉末而得到的。在25-1100℃的温度范围内，在10℃/分钟的升温速率下进行差热曲线的测量。此外，在例3中的玻璃粉末中，由于结晶温度超过1100℃，因此在25-1100℃的温度范围内没有观察到放热峰。
顺便说一下，在本申请的说明书和权利要求中所称的玻璃粉末的结晶温度对应于如上所述的差热曲线的放热峰温度。表5：玻璃粉末的构成成份的含量(摩尔％)
SiO2  B2O3  Al2O3  MgO  CaO  ZnO 结晶温度(℃)
例3  63.3  24.1  5.7  -  6.9  -  ＞1100
例4  44.8  9.7  19.2  20.2  -  4.1  1007
比较例1  46.3  7.4  17.8  19.3  9.2  -  983
比较例2  35.5  13.2  9.6  41.7  -  -  906
切割在例子和比较例中制备的每个多层布线板，在20倍放大镜下目视观察电极层。
结果，从表5明显看出，在例3中制备的多层布线板中，结晶温度超过1000℃，在电极层中没有气泡或剥落。此外，在例4中制备的多层布线板中，结晶温度也超过1000℃。然而，由于玻璃粉末的结晶温度低于例3的，在电极层的端部稍微出现气泡。另一方面，在比较例1和2中制备的多层布线板中，由于结晶温度为1000℃或者更低，因此在电极层明显出现气泡和剥落。
从前面的结果可以理解，在例3和4中制备的每个多层布线板都由结晶温度超过1000℃的玻璃粉末形成，这些多层布线板可以抑制电极层中的气泡和剥落。此外，应理解由具有更高结晶温度的玻璃粉末形成的、在例3中制备的多层布线板可以更有效地抑制电极层中的气泡或者剥落。[7]例5
使用与例3一样的生片和Cu膏，以便形成在图3的示意图中所示的多层布线成型体，在生片的表面上丝网印刷Cu膏，以便形成具有6mm2形成面积的电极层图形，然后，重复生片形成和生片层叠步骤，以便形成在其内具有电极层图形和布线图形的多层布线成型体。此后，在氮气氛(还原气氛)中850℃下使该多层布线成型体脱脂并在1000℃烧结该多层布线成型体2小时。这样就得到了具有对应于高频信号的带状线和微带状线的多层布线板。
对在例6中得到的多层布线板进行介电特性测量，测量其比介电常数和介电层的介质损耗，并且对作为导体层的导体布线的电阻率进行测量。在TE011模式(根据JIS R 1627)和8-12GHz的谐振频率下，利用端基短路介质谐振器法进行介电特性的测量。由通过电阻率测量而得到的导体布线的电阻率值和测量导体布线的长度、宽度及高度来判定导体层的体电阻率。两种测量都在25℃的测量温度下进行。
介电特性测量显示出比介电常数为5.8，10GHz下的介质损耗为0.0014。另一方面，电阻率测量显示出体电阻率为2.4×10-6Ωcm。
从例6的测量结果可以确认：在例6中形成的具有带状线和微带状线的多层布线板在介电层的高频带具有低的比介电常数和介质损耗，并且导体层的电阻率低，因此，适用于高频信号。
顺便说一下，在本申请的说明书和权利要求书中所称的高频指的是1GHz或者更高的频率。
从上述例子可以看出，在根据本发明的多层布线板中，即使导体层由具有低电阻率和低熔点的材料构成，例如由Cu构成，也能够抑制在部分导体层的电极层中产生如气泡或者裂缝等的麻烦，此外，还能够减小导体层的电阻率，从而加强高频信号的传输特性。
本申请基于2002年4月11日申请的日本专利申请JP2002-109646和2001年12月25日申请的日本专利申请JP2001-390735，因此引入这些文件的全部内容作为参考。

Claims (23)

1.一种介电材料，包括：
由包含Si、B和碱金属元素的玻璃构成的玻璃粉末，所述玻璃在1050℃或者更的低温度下在烧结中是非晶的；
包含SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质和碱金属元素的陶瓷填料，
其中，当包含在玻璃中的所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，包含在玻璃中的换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素；并且当包含在陶瓷填料中的SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，含于该陶瓷填料中的换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低。
2.一种介电材料，包括：
由包含Si、B和碱金属元素的玻璃构成的玻璃粉末，所述玻璃在1050℃或者更低的温度下在烧结中是非晶的；
包含SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质但不包含碱金属元素的陶瓷填料，
其中，当包含在玻璃中的所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B和换算为A2O的碱金属元素的总和为100摩尔％时，包含在玻璃中的换算为A2O的碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素。
3.根据权利要求1的介电材料，其中玻璃进一步包含Al和碱土金属元素中的至少一种，当换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B、换算为A2O的碱金属元素、包含Al时换算为Al2O3的Al和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为SiO2的Si和换算为B2O3的B的总和为80-95摩尔％，其中A代表碱金属元素，E代表碱土金属元素。
4.根据权利要求2的介电材料，其中玻璃进一步包含Al和碱土金属元素中的至少一种，当换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B、换算为A2O的碱金属元素、包含Al时换算为Al2O3的Al和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为SiO2的Si和换算为B2O3的B的总和为80-95摩尔％，其中A代表碱金属元素，E代表碱土金属元素。
5.根据权利要求1的介电材料，其中陶瓷填料不包含碱土金属元素。
6.根据权利要求2的介电材料，其中陶瓷填料不包含碱土金属元素。
7.根据权利要求1的介电材料，其中陶瓷填料进一步包含碱土金属元素，当包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、包含碱金属元素时换算为A2O的碱金属元素和换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为EO的碱土金属元素的含量为1摩尔％或者更低，其中E代表碱土金属元素。
8.根据权利要求2的介电材料，其中陶瓷填料进一步包含碱土金属元素，当包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3.2SiO2中的至少一种物质、包含碱金属元素时换算为A2O的碱金属元素和换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为EO的碱土金属元素的含量为1摩尔％或者更低，其中E代表碱土金属元素。
9.根据权利要求1的介电材料，其中当玻璃粉末和陶瓷填料的总和为100体积％时，玻璃粉末占55-70体积％，陶瓷填料占30-45体积％。
10.根据权利要求2的介电材料，其中当玻璃粉末和陶瓷填料的总和为100体积％时，玻璃粉末占55-70体积％，陶瓷填料占30-45体积％。
11.通过在800-1050℃烧结根据权利要求1的介电材料而得到的介电材料烧结体，其中当包含在玻璃中所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B、换算为A2O的碱金属元素、包含Al时换算为Al2O3的Al和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素，以及包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、包含碱金属元素时换算为A2O的碱金属元素和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为A2O碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素，E代表碱土金属元素。
12.通过在800-1050℃烧结根据权利要求2的介电材料而得到的介电材料烧结体，其中当包含在玻璃中所有换算为SiO2的Si、换算为B2O3的B、换算为A2O的碱金属元素、包含Al时换算为Al2O3的Al和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素，以及包含在陶瓷填料中的所有SiO2、Al2O3和3Al2O3·2SiO2中的至少一种物质、包含碱金属元素时换算为A2O的碱金属元素和包含碱土金属元素时换算为EO的碱土金属元素的总和为100摩尔％时，换算为A2O碱金属元素的含量为0.5摩尔％或者更低，其中A代表碱金属元素，E代表碱土金属元素。
13.一种布线板，包括：包括根据权利要求11的介电材料烧结体的介电层；在介电层的表面上和绝缘层内部的至少一种情况下提供的导体层，导体层包括选自Ag、Au和Cu中的至少一种金属。
4.一种布线板，包括：包括根据权利要求12的介电材料烧结体的介电层；在介电层的表面上和绝缘层内部的至少一种情况下提供的导体层，导体层包括选自Ag、Au和Cu中的至少一种金属。
15.一种多层布线板，包括：
包括玻璃和陶瓷填料的介电层，玻璃具有超过1000℃结晶温度；
包括金属导体的导体层，
其中一部分导体层是具有1cm2或者更大的形成面积的整个电极导体层。
16.根据权利要求15的多层布线板，其中整个电极导体层是接地电极和电容器电极中的至少一种。
17.根据权利要求15的多层布线板，其中介电层在10GHz或者更高的高频带中具有0.002或者更小的介质损耗和7或者更小的比介电常数。
18.根据权利要求15的多层布线板，其中玻璃包括SiO2、B2O3、Al2O3和碱土金属氧化物，其中SiO2和B2O3的和的含量为80-95摩尔％，由玻璃结晶引起的晶体相不存在于介电层中。
19.根据权利要求15的多层布线板，其中玻璃主要由SiO2、B2O3、Al2O3和碱土金属氧化物构成，其中SiO2和B2O3的和的含量为80-95摩尔％，由玻璃结晶引起的晶体相不存在于介电层中。
20.一种多层布线板的制造方法，包括：在低于以下玻璃的结晶温度的温度下，烧结包括生片材料和导体层的多层布线板成型体，以便形成多层布线板，其中生片材料包括结晶温度超过1000℃的玻璃和陶瓷填料，导体层包括金属导体，部分导体层是具有1cm2或更大的形成面积的整个电极导体层。
21.根据权利要求20的方法，其中玻璃包括SiO2、B2O3、Al2O3和碱土金属氧化物，其中SiO2和B2O3的和的含量为80-95摩尔％。
22.根据权利要求15的多层布线板，进一步包括根据权利要求11的介电材料烧结体，其中在下列至少一个上提供导体层：介电层的表面上；介电层的内部，导体层包括选自Ag、Au和Cu中的至少一种金属。
23.根据权利要求15的多层布线板，进一步包括根据权利要求12的介电材料烧结体，其中在下列至少一个上提供导体层：介电层的表面上；介电层的内部，导体层包括选自Ag、Au和Cu中的至少一种金属。
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