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JP2002167270A - 低温焼成磁器およびその製造方法 - Google Patents

低温焼成磁器およびその製造方法

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JP2002167270A
JP2002167270A JP2000364763A JP2000364763A JP2002167270A JP 2002167270 A JP2002167270 A JP 2002167270A JP 2000364763 A JP2000364763 A JP 2000364763A JP 2000364763 A JP2000364763 A JP 2000364763A JP 2002167270 A JP2002167270 A JP 2002167270A
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porcelain
low
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glass
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Yoshitake Terashi
吉健 寺師
Hiromi Iwachi
裕美 岩地
Tsutae Iryo
伝 井料
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】８００〜１０５０℃にて焼成可能で、高周波領
域において誘電率が７以下、低誘電損失、磁器強度２５
０ＭＰａ以上、かつＳｉ、Ｇａ−Ａｓ等のチップ部品や
プリント基板と近似の熱膨張係数を有する高周波用配線
基板の絶縁層用の磁器組成物とその製造方法を提供す
る。 【解決手段】ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯ
を含むディオプサイド結晶相を析出可能なガラス粉末
と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＭｇＯを含有するコージ
ェライト結晶相を析出可能なガラス粉末との混合物を成
形後、８００〜１０５０℃で焼成し、ディオプサイド結
晶相とコージェライト結晶相とを含み、誘電率８以下、
６０ＧＨｚでの誘電損失２０×１０-4以下、磁器強度２
５０ＭＰａ以上、ビッカース硬度６５０以上、室温から
４００℃における熱膨張係数が２．５〜９×１０-6／℃
以上の磁器を配線基板Ａの絶縁基板１として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージや多層配線基板等の配線基板用の絶縁基板と
して好適であり、特に、銅や銀と同時焼成が可能であ
り、特に誘電率および熱膨張係数の調整が容易であり、
かつ磁器の高強度化が図れる低温焼成磁器およびその製
造方法並びに前記磁器を絶縁基板とする配線基板に関す
るものである。
【０００２】
【従来技術】従来、セラミック多層配線基板としては、
アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または内部に
タングステンやモリブデンなどの高融点金属からなる配
線層が形成されたものが最も普及している。
【０００３】また、最近に至り、高度情報化時代を迎
え、使用される周波数帯域はますます高周波化に移行し
つつある。このような、高周波の信号の伝送を必要とす
る高周波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝
送する上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこ
と、また絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいこ
とが要求される。
【０００４】ところが、従来のタングステン（Ｗ）や、
モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大き
く、信号の伝搬速度が遅く、また、１ＧＨｚ以上の高周
波領域の信号伝搬も困難であることから、Ｗ、Ｍｏなど
の金属に代えて銅、銀、金などの低抵抗金属を使用する
ことが必要となっている。
【０００５】このような低抵抗金属からなるメタライズ
配線層は、融点が低く、アルミナと同時焼成することが
不可能であるため、最近では、ガラス、またはガラスと
セラミックスとの複合材料からなる、いわゆるガラスセ
ラミックスを絶縁基板として用いた配線基板が開発され
つつある。
【０００６】しかしながら、従来のガラスセラミックス
は磁器強度が低いために、機械的信頼性が低く、また、
これを絶縁基板として用いると、該絶縁基板表面に形成
した配線層に引っ張り応力がかかって配線層が絶縁基板
ごともげてしまいメタライズ強度を高めることができな
いという問題があった。
【０００７】一方、特開平１０−１２０４３６号公報、
特開平１１−４９５３１号公報では、ディオプサイド結
晶相を析出可能なガラス粉末７０〜１００％に対して、
アルミナ、ムライト等のセラミック粉末０〜３０％を添
加、混合して焼成した磁器が提案され、マイクロ波帯で
の誘電損失を低減でき、磁器強度を２２００ｋｇ／ｃｍ
2まで高めることができることが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１２０４３６号公報、特開平１１−４９５３１号
公報では、磁器強度がせいぜい２２００ｋｇ／ｃｍ2以
下であり、配線層のメタライズ強度のを高める観点から
磁器強度のさらなる向上が求められていた。また、フィ
ラーとしてアルミナやムライトを添加した磁器では高周
波帯での誘電率および誘電損失が高く、誘電率および誘
電損失を低下させることも求められていた。
【０００９】さらに、ディオプサイド結晶相を析出可能
なガラス粉末に対して、フィラーとしてコージェライト
を添加する方法では、両者間の濡れ性が悪いために磁器
密度を高めることができず、開気孔率が大きくなるため
に磁器強度は低下してしまうという問題があった。
【００１０】従って、本発明は、金、銀、銅を配線層を
構成する導体として多層化が可能な８００〜１０５０℃
での焼成で磁器を緻密化できるとともに、高周波領域に
おいても良好な誘電特性を示し、かつ磁器強度が高い低
温焼成磁器およびその製造方法並びにそれを用いた配線
基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を鋭意検討した結果、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよ
びＣａＯを含み、ディオプサイド結晶相を析出可能なガ
ラスとコージェライト結晶相を析出可能なガラスの混合
物を用い、これを成形後、所定の条件にて焼成すること
によって、銅や銀と同時焼成ができ、高周波帯での誘電
特性に優れ、かつ磁器強度の高い磁器を得られることを
知見し、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の低温焼成磁器は、ディオプ
サイド結晶相とコージェライト結晶相を含有し、残部が
ガラス相および／または他のセラミック結晶相からなる
とともに、開気孔率が１％以下であることを特徴とする
ものである。
【００１３】ここで、前記ディオプサイド結晶相と前記
コージェライト結晶相の総含有量が５０重量％以上であ
ること、前記ディオプサイド結晶相と前記コージェライ
ト結晶相がガラスから析出したものであること、抗折強
度２５０ＭＰａ以上、ビッカース硬度が６５０以上、か
つ誘電率８以下、６０ＧＨｚにおける誘電損失が２０×
１０-4以下であることが望ましい。
【００１４】また、本発明の低温焼成磁器の製造方法
は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含み、
ディオプサイド結晶相を析出可能なガラス粉末とコージ
ェライト結晶相を析出可能なガラス粉末を含有する混合
粉末を、成形後、８００〜１０５０℃の温度で焼成し
て、前記ガラスよりディオプサイド結晶相とコージェラ
イト結晶相とをそれぞれ析出させた磁器を作製すること
を特徴とするものである。
【００１５】ここで、前記ガラス粉末から前記ディオプ
サイド結晶相とコージェライト結晶相が８０重量％以上
結晶化すること、前記焼成が、８００〜９００℃の第１
の焼成温度で保持した後、９１０〜１０００℃の第２の
焼成温度で保持してなること、前記混合粉末中に、前記
焼成によって分解しないセラミック粉末を添加すること
が望ましい。
【００１６】また、本発明の配線基板は、絶縁基板の表
面および／または内部に配線層を形成してなるものであ
って、前記絶縁基板が請求項１乃至５のいずれか記載の
低温焼成磁器からなることを特徴とするものであり、特
に、前記配線層が銅または銀を主成分とすることが望ま
しい。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の低温焼成磁器は、結晶相
としてディオプサイド結晶相Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓ
ｉ，Ａｌ）2Ｏ6とコージェライト結晶相Ｍｇ2Ａｌ4Ｓｉ
5Ｏ18を含有し、かつ開気孔率が１％以下、特に０．５
％以下であることが大きな特徴であり、これによって、
磁器強度が高く、かつ低誘電率で、ミリ波帯での誘電損
失を低減することができるとともに、耐水性、耐薬品性
に優れ、平滑な表面を有する磁器となる。
【００１８】また、磁器強度を高め、かつ誘電特性を高
めるために、前記ディオプサイド結晶相と前記コージェ
ライト結晶相の総含有量が５０重量％以上、特に５５重
量％以上、さらに６０重量％以上であることが望まし
い。
【００１９】さらに、磁器の開気孔率を低めるために
は、前記ディオプサイド結晶相と前記コージェライト結
晶相がガラスから析出したものであることが望ましい。
【００２０】なお、磁器中には、上記結晶相に加えて、
ガラスおよび／または他のセラミック結晶相を含有して
もよく、例えば、ディオプサイド結晶相の類似の結晶相
として、Ｃａ2ＭｇＳｉ2Ｏ7（ａｋｅｒｍａｎｉｔ
ｅ）、ＣａＭｇＳｉＯ4（ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔ
ｅ）、Ｃａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8（ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）等が
含有されていてもよく、また、ディオプサイド結晶相に
ＳｒＯが固溶していてもよい。
【００２１】一方、コージェライト結晶相としては、低
温型コージェライト（α−コージェライト）結晶、高温
型コージェライト（β−コージェライト）結晶、インデ
ィアライト結晶などが含まれる場合もある。また、Ｍｇ
2Ａｌ4Ｓｉ5Ｏ18組成からなりコージェライト結晶以外
の結晶相をなす結晶相が出る場合があるが、この相は誘
電損失を低減する上で析出割合としては２０重量％以
下、特に１０重量％と減じることが望ましい。
【００２２】さらに、誘電損失の低減かつ磁器強度向上
の点で、磁器中、前記結晶相の粒界に存在するガラスの
割合を１０重量％以下、特に５重量％以下、さらに２重
量％以下に低めることが望ましく、磁器の誘電損失を低
減するために希土類元素酸化物をＲＥ2Ｏ3（ＲＥは希土
類元素）換算で０．１〜２０重量％含有していてもよ
い。なお、希土類元素（ＲＥ）としては、Ｙ、Ｙｂ、Ｃ
ｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｄｙの群から選ば
れる少なくとも１種からなるが、特に誘電損失を低減す
る点で、Ｙｂを含有することが望ましい。
【００２３】また、磁器中には、磁器強度を高めるた
め、他のセラミック結晶相として、アルミナ、ムライ
ト、フォルステライト、エンスタタイト、ディオプサイ
ド、コージェライト、アノーサイト、スラウソナイト、
セルシアン、スピネル、ガーナイト、シリカ、ジルコニ
ア、チタニア、ＭｇＴｉＯ３、（Ｍｇ，Ｚｎ）ＴｉＯ
３、Ｍｇ２ＴｉＯ４、Ｚｎ２ＴｉＯ４、ＣａＴｉＯ３、
ＳｒＴｉＯ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣおよびＡｌＮの群か
ら選ばれる少なくとも１種を総量で５０重量％以下、特
に４５重量％以下、さらに１０〜４０重量％の割合で含
有することが望ましい。
【００２４】これによって形成される磁器の全体組成と
しては、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＣａの各金属
元素の酸化物換算による合量を１００重量％とした時、
ＳｉＯ2を１６〜５６重量％、特に３２〜５６重量％、
Ａｌ2Ｏ3を９〜８９重量％、特に９〜３９重量％、Ｍｇ
Ｏを５〜２９重量％、特に１０〜２９重量％、ＣａＯ１
〜１９重量％、特に２〜１９重量％の割合から構成され
ることが望ましい。
【００２５】上記態様の磁器は、誘電率が８以下、特に
７以下、さらに６以下、６０ＧＨｚでの誘電損失が２０
×１０-4以下、特に１５×１０-4以下、さらに１２×１
０-4以下、さらには１０×１０-4以下であることが望ま
しい。
【００２６】これによって、本発明の磁器組成物は、１
ＧＨｚ以上、特に２０ＧＨｚ以上、さらには５０ＧＨｚ
以上、またさらには６０ＧＨｚ以上であることが望まし
く、これによって高周波用配線基板の絶縁層として好適
な磁器となる。また、この磁器の室温から４００℃にお
ける熱膨張係数は２．５×１０-6〜９×１０-6／℃、特
に４×１０-6〜７．５×１０-6／℃であることが、Ｓｉ
やＧａ−Ａｓ等の半導体素子の熱膨張係数との整合性の
点で望ましい。
【００２７】本発明の磁器を配線基板の絶縁基板として
用いる場合、磁器強度が２５０ＭＰａ以上、特に３００
ＭＰａ以上と高く、磁器のビッカース硬度が６５０以
上、特に７００以上と高いために、半導体素子等の電子
部品の実装に伴い発生する熱応力によるクラックを防止
し、メタライズ強度を高め、かつ配線基板の機械的信頼
性を高めることができる。
【００２８】また、この磁器は誘電率が８以下と低く、
かつミリ波帯における誘電損失を低減できるために、高
周波伝送線路やアンテナの伝送損失を低めることができ
る。
【００２９】さらに、磁器の室温から４００℃における
熱膨張係数が、実装する半導体素子等と近似するため
に、半田実装時や半導体素子の作動停止による繰り返し
温度サイクルによって両者間の熱応力に起因するクラッ
クや剥離の発生を防止し、両者間を接続する配線の電気
的信頼性を向上させることができる。（製造方法）次
に、本発明における高周波用磁器組成物を用い磁器を製
造する方法について説明する。
【００３０】まず、出発原料として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、ＭｇＯ、ＣａＯを含みディオプサイド結晶相を析出
可能なガラス粉末と少なくともＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇを含有
するコージェライト結晶相可能な結晶化ガラス粉末とを
混合する。
【００３１】ここで、上記混合粉末の望ましい混合比率
は、１０００℃以下の焼成によって磁器の開気孔率を１
％以下に緻密化するため、磁器強度を向上させるため、
磁器の誘電率および誘電損失を低下させるために、ディ
オプサイド結晶相を析出するガラス粉末０．５〜９９．
５重量％、特に３０〜８０重量％、さらに４０〜６０重
量％と、コージェライト結晶相を析出するガラス粉末
０．５〜９９．５重量％、特に３０〜８０重量％、さら
に４０〜６０重量％となることが望ましい。
【００３２】ここで、前記ディオプサイド結晶相を析出
可能なガラスは、脱バインダの容易性および結晶化度を
高めるために、ガラスの軟化点が５００〜８００℃であ
ることが望ましく、さらなる低温焼成化の点で、ＳｒＯ
を含有してもよい。
【００３３】また、上記のガラスからのディオプサイド
結晶相の析出割合を高める上では、ディオプサイド結晶
相を析出するガラス中におけるＣａＯとＭｇＯの合計量
が３５〜５０重量％であることが望ましい。
【００３４】さらに、ガラスの組成はＳｉＯ2３０〜５
５重量％、Ａｌ2Ｏ3４．５〜１５重量％、ＭｇＯ１６〜
３５重量％、ＣａＯ２４〜４０重量％の割合か、または
ＳｉＯ2３０〜５５重量％、Ａｌ2Ｏ3４〜１５重量％、
ＭｇＯ１４〜３０重量％、ＣａＯ５〜２０重量％、Ｓｒ
Ｏ１５〜２５重量％の割合であることが望ましい。
【００３５】また、前記コージェライト結晶相を析出可
能なガラスの組成はＳｉＯ2４０〜５７重量％、Ａｌ2Ｏ
3２７〜４０重量％、ＭｇＯ１０〜１９重量％からな
り、これに他の添加物、例えば、Ｙ、ＹｂＣｅ、Ｎｄ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｄｙ等の希土類元素から選ば
れる少なくとも１種の酸化物を０〜２０重量％の割合で
あることが望ましい。また、ガラスの軟化点は６００〜
９８０℃、特に８５０〜９８０℃であることが望まし
い。
【００３６】さらに、本発明によれば、所望により、上
記２種のガラスに対して、上述した他のセラミック結晶
相を形成するために、焼成によって分解しない上述した
セラミック粉末（セラミックフィラー）を望ましくは５
０重量％以下、特に４５重量％以下、さらに１０〜４０
重量％添加する。
【００３７】そして、この混合粉末を用いてドクターブ
レード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレ
ス成形法の周知の成型法により所定形状の成形体を作製
した後、該成形体を５００〜７５０℃で脱バインダ処理
し、８００〜１０５０℃の酸化性雰囲気または不活性雰
囲気中で焼成することにより作製することができる。な
お、導体として銅等の焼成により酸化する恐れもあるも
のについては脱バインダ処理を水蒸気含有雰囲気等の弱
酸化性雰囲気、焼成を窒素、窒素−水素あるいは窒素−
不活性ガス等の非酸化性雰囲気中にて焼成することがで
きる。
【００３８】ここで、焼成温度を上記範囲に限定した理
由は、焼成温度が８００℃より低いと、磁器を緻密化で
きないとともに結晶化度が低く磁器中のガラス相の割合
を５重量％以下とすることができず、高周波領域での誘
電損失が増大するためであり、逆に１０００℃を越える
と、ＣｕやＡｇ等の低抵抗金属との同時焼成ができない
ためである。
【００３９】また、本発明によれば、前記焼成が、８０
０〜９００℃、特に８５０〜８７５℃で保持する第１の
焼成温度で保持した後、９１０〜１０５０℃、特に９５
０〜９７５℃の第２の焼成温度で保持してなる、すなわ
ち２段階焼成であることが、ディオプサイド結晶相およ
びコージェライト結晶相の結晶化度を、特に８０％以
上、さらに９０％以上と高める上で望ましい。
【００４０】なお、１０００℃以下での焼成で磁器を緻
密化させるためには、焼成時の昇温速度を１０００℃／
時間以下で、かつ焼成時間を１０分以上とすることが望
ましく、また、磁器中のディオプサイド結晶相およびコ
ージェライト結晶相の結晶化度を高めるためには、焼成
時の昇温速度を１０００℃／時間以下とすることが望ま
しい。
【００４１】さらに、本発明によれば、上記焼成条件に
て焼成することにより、ガラス原料粉末が焼成中に磁器
帳面にしみ出させることができ、磁器表面の気孔率を磁
器の内部の気孔率よりも低め、かつ磁器表面のガラスの
含有比率を磁器内部のそれよりも高めることができるこ
とから、絶縁基板表面に形成される配線層のメタライズ
強度を高めることができる。
【００４２】また、配線層を具備する配線基板を作製す
るには、前記混合粉末に、適当な有機溶剤、溶媒を用い
混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクター
ブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プ
レス成形法により、シート状に成形する。そして、この
シート状成形体に所望によりスルーホールを形成した
後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも
１種を含む金属ペーストを充填する。そして、シート状
成形体表面には、高周波信号が伝送可能な高周波線路パ
ターン等に前記金属ペーストを用いてスクリーン印刷
法、グラビア印刷法などによって配線層の厚みが５〜３
０μｍとなるように、印刷塗布する。
【００４３】その後、複数のシート状成形体を位置合わ
せして積層圧着し、窒素ガスや窒素−酸素混合ガス等の
非酸化性雰囲気中、上述した条件で焼成することによ
り、高周波用配線基板を作製することができる。
【００４４】そして、この配線基板の表面には、適宜半
導体素子等のチップ部品が搭載され配線層と信号の伝達
が可能なように接続される。接続方法としては、配線層
上に直接搭載させて接続させたり、あるいは樹脂、Ａｇ
−エポキシ、Ａｇ−ガラス、Ａｕ−Ｓｉ等の樹脂、金
属、セラミックス等の厚み５０μｍ程度の接着剤により
チップ部品を絶縁基板表面に固着し、ワイヤーボンディ
ング、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子とを
接続する。なお、半導体素子としては、Ｓｉ系やＧａ−
Ａｓ系等のチップ部品の実装に有効である。
【００４５】さらに、半導体素子が搭載された配線基板
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなり、電磁波遮
蔽性を有するキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着
剤により接合してもよく、これにより半導体素子を気密
に封止することができる。
【００４６】（配線基板の構成）本発明の磁器組成物を
好適に使用しうる高周波用配線基板の一例である半導体
素子収納用パッケージの具体的な構造とその実装構造に
ついて図１をもとに説明する。図１は、半導体収納用パ
ッケージ、特に、接続端子がボール状端子からなるボー
ルグリッドアレイ（ＢＧＡ）型パッケージの概略断面図
である。図１によれば、パッケージＡは、絶縁材料から
なる絶縁基板１と蓋体２によりキャビティ３が形成され
ており、そのキャビティ３内には、Ｓｉ、Ｇａ−Ａｓ等
のチップ部品４が前述の接着剤等により実装されてい
る。
【００４７】また、絶縁基板１の表面および内部には、
チップ部品４と電気的に接続された配線層５が形成され
ている。この配線層５は、高周波信号の伝送時に導体損
失を極力低減するために、銅、銀あるいは金などの低抵
抗金属からなることが望ましい。また、この配線層５に
１ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する場合には、高周波
信号が損失なく伝送されることが必要となるため、配線
層５は周知のストリップ線路、マイクロストリップ線
路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のうちの少なく
とも１種から構成される。
【００４８】さらに、図１のパッケージＡにおいて、絶
縁基板１の底面には、接続用電極層６が被着形成されて
おり、パッケージＡ内の配線層５と接続されている。そ
して、接続用電極層６には、半田などのロウ材７により
ボール状端子８が被着形成されている。
【００４９】また、上記パッケージＡを外部回路基板に
実装するには、図１に示すように、ポリイミド樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂などの有機樹脂を含む絶縁
材料からなる絶縁基板９の表面に配線導体１０が形成さ
れた外部回路基板Ｂに対して、ロウ材を介して実装され
る。具体的には、パッケージＡにおける絶縁基板１の底
面に取付けられているボール状端子８と、外部回路基板
Ｂの配線導体１０とを当接させてＰｂ−Ｓｎなどの半田
１１によりロウ付けして実装される。また、ボール状端
子８自体を溶融させて配線導体１０と接続させてもよ
い。
【００５０】本発明によれば、Ｇａ−Ａｓ等のチップ部
品４のロウ付けや接着剤により実装されるような表面実
装型パッケージにおいて、Ｇａ−Ａｓ等のチップ部品４
の絶縁基板１との熱膨張差を従来のセラミック材料より
も小さくできることから、かかる実装構造に対して、熱
サイクルが印加された場合においても実装部での応力の
発生を抑制することができる結果、実装構造の長期信頼
性を高めることができる。なお、図１のボール状端子８
に代えて柱状端子を用いる（ランドグリッドアレイ（Ｌ
ＧＡ））ことも可能である。
【００５１】
【実施例】下記の組成 ガラスＡ：ＳｉＯ2５０重量％−Ａｌ2Ｏ3５．５重量％
−ＭｇＯ１８．５重量％−ＣａＯ２６重量％ ガラスＢ：ＳｉＯ2５０．２重量％−Ａｌ2Ｏ3５．０重
量％ −ＭｇＯ１６．１重量％−ＣａＯ１５．１重量％ −ＳｒＯ１３．６重量％ ガラスＣ：ＳｉＯ2５１．４重量％−Ａｌ2Ｏ3３４．８
重量％ −ＭｇＯ１３．８重量％ ガラスＤ：ＳｉＯ2１０．４重量％−Ａｌ2Ｏ3２．５重
量％ −ＺｎＯ３５．２重量％−Ｂ2Ｏ3４５．３重量％−Ｌｉ
2Ｏ６．６重量％ からなるディオプサイド結晶相が析出可能なガラス
（Ａ、Ｂ）と、コージェライト結晶相が析出可能なガラ
ス（Ｃ）および非結晶化ガラスＤを準備した。
【００５２】そして、上記ガラスに対して表１のセラミ
ックフィラー（純度９９％）を添加し、さらに、この混
合物に有機バインダ、可塑剤、トルエンを添加し、スラ
リーを調製した後、このスラリーを用いてドクターブレ
ード法により厚さ３００μｍのグリーンシートを作製し
た。そして、このグリーンシートを１０〜１５枚積層
し、５０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着し
た。得られた積層体を水蒸気含有／窒素雰囲気中、７０
０℃で脱バインダ処理を行った後、乾燥窒素中で表１の
条件で焼成し絶縁基板用磁器を得た。なお、焼成に際し
ては焼成を第１の焼成温度での保持と第２の焼成温度で
の保持との２段階とし、また、昇温速度、降温速度を３
００℃／時間（ｈ）とした。
【００５３】得られた磁器について誘電率、誘電損失を
以下の方法で評価した。測定は形状、直径２〜７ｍｍ、
厚み１．５〜２．５ｍｍの形状に切り出し、６０ＧＨｚ
にてネットワークアナライザー、シンセサイズドスイー
パーを用いて誘電体円柱共振器法により行った。測定で
は、ＮＲＤガイド（非放射性誘電体線路）で、誘電体共
振器の励起を行い、ＴＥ021、ＴＥ031モードの共振特性
より、誘電率、誘電損失（ｔａｎδ）を算出した。
【００５４】また、アルキメデス法により開気孔率を測
定した。また、室温から４００℃における熱膨張曲線を
とり、熱膨張係数（α）を算出した。さらに、焼結体中
における結晶相をＸ線回折チャートから同定するととも
に、リートベルト法によってディオプサイド結晶相（Ｄ
ｉ）およびコージェライト結晶相（Ｃｏ）の含有比率を
求め、その合計量を算出した。また、ＪＩＳ−Ｒ１６０
１に基づき、磁器の４点曲げ強度を測定し、さらに、Ｊ
ＩＳ−Ｒ１６１０に基づいてビッカース硬度を測定し
た。
【００５５】さらに、表１の組成物を用いて、ドクター
ブレード法により厚み５００μｍのグリーンシートを作
製し、このシート表面に厚み１０μｍのＣｕメタライズ
ペーストをスクリーン印刷法を用いて塗布しメタライズ
配線層を形成した。また、グリーンシートの所定箇所に
スルーホールを形成しその中にもＣｕメタライズペース
トを充填した。そして、メタライズペーストが塗布され
たグリーンシートをスルーホール間で位置合わせしなが
ら６枚積層し圧着した。この積層体を上述した焼成条件
でメタライズ配線層と絶縁基板とを同時焼成し、表面に
メタライズ配線層が形成された配線基板を作製した。
【００５６】得られた配線基板表面の２ｍｍ角のメタラ
イズ配線層の表面にニッケルメッキおよび金メッキを施
し、該メッキ膜上に銅リード線を半田付けした後、該リ
ード線をメタライズ配線層と垂直に１０ｍｍ／秒の速度
で引っ張ってメタライズ配線層が剥がれまたは破損する
引っ張り荷重（Ｆ）を測定し、メタライズ配線層の形成
面積（Ｓ）との比であるＦ／Ｓ（ＭＰａ）をメタライズ
強度として算出した。結果は表１に示した。
【００５７】
【表１】
【００５８】表１の結果から明らかなように、ディオプ
サイド結晶相析出ガラスに対して、コージェライト結晶
相析出ガラスを添加せず、磁器中にコージェライト結晶
相を含有しない試料Ｎｏ．１では、誘電率および誘電損
失が高く、また、抗折強度およびビッカース硬度も低い
ものであり、メタライズ強度も低かった。また、ディオ
プサイド結晶相析出ガラスに対して、非結晶化ガラスの
みを添加した試料Ｎｏ．１９では、ガラス同士が反応分
解してディオプサイド結晶相が析出せず、誘電損失が高
く、抗折強度、メタライズ強度およびビッカース硬度が
低いものであった。また、コージェライトをフィラーと
して添加した試料Ｎｏ．１７では、磁器の開気孔率が１
％を越え、誘電損失が高く、抗折強度およびビッカース
硬度も低いものであった。さらに、ディオプサイド結晶
相析出ガラスを添加せず、磁器中にディオプサイド結晶
相を含有しない試料Ｎｏ．１８では、１０００℃の焼成
によっても緻密化することができず、磁器の開気孔率が
増大した。
【００５９】これに対して、本発明に従いディオプサイ
ド結晶相とコージェライト結晶相とを含有し、かつ開気
孔率が１％以下の試料Ｎｏ．２〜１６では、６０ＧＨｚ
の測定周波数における誘電率が８以下、誘電損失が２０
×１０-4以下で、熱膨張係数が２．５〜９×１０-6／℃
以上、磁器強度２５０ＭＰａ以上、ビッカース硬度６５
０以上、メタライズ強度が２０ＭＰａ以上の優れた特性
を有するものであった。
【００６０】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高周波用磁
器組成物によれば、１０００℃以下の低温にて焼成でき
ることから、銅などの低抵抗金属による配線層を形成で
き、しかも１ＧＨｚ以上の高周波領域において、誘電率
が８以下で、６０ＧＨｚでの誘電損失が２０×１０-4以
下と誘電損失が低いことから、高周波信号を極めて良好
に損失なく伝送することができる。
【００６１】しかも、この組成物を用いて得られる磁器
は、磁器強度が２５０ＭＰａ以上、ビッカース硬度が６
５０以上と高く、かつＳｉ、Ｇａ−Ａｓチップ等の半導
体素子と近似した熱膨張特性に制御できることから、Ｓ
ｉ、Ｇａ−Ａｓチップを実装した場合において優れた耐
熱サイクル性を有し、高信頼性の実装構造を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組成物を焼成した磁器を用いた高周波
用配線基板の一例である半導体素子収納用パッケージの
実装構造の一例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ 半導体素子収納用パッケージ Ｂ 外部回路基板 １ 絶縁基板 ２ 蓋体 ３ キャビティ ４ チップ部品 ５ 配線層 ６ 接続用電極層 ７ ロウ材 ８ ボール状端子 ９ 絶縁基板 １０ 配線導体 １１ 半田
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/15 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 BA12 CA01 GA27 GA28 5G303 AA05 AB06 AB07 AB12 AB15 BA12 CA01 CB01 CB06 CB17 CB30 DA05

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディオプサイド結晶相とコージェライト結
    晶相を含有し、残部がガラス相および／または他のセラ
    ミック結晶相からなるとともに、開気孔率が１％以下で
    あることを特徴とする低温焼成磁器。
  2. 【請求項２】前記ディオプサイド結晶相と前記コージェ
    ライト結晶相の総含有量が５０重量％以上であることを
    特徴とする請求項１記載の低温焼成磁器。
  3. 【請求項３】前記ディオプサイド結晶相と前記コージェ
    ライト結晶相がガラスから析出したものであることを特
    徴とする請求項１または２記載の低温焼成磁器。
  4. 【請求項４】抗折強度２５０ＭＰａ以上、ビッカース硬
    度が６５０以上、かつ誘電率８以下、６０ＧＨｚにおけ
    る誘電損失が２０×１０-4以下であることを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれか記載の低温焼成磁器。
  5. 【請求項５】ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯ
    を含み、ディオプサイド結晶相を析出可能なガラス粉末
    とコージェライト結晶相を析出可能なガラス粉末を含有
    する混合粉末を、成形後、８００〜１０５０℃の温度で
    焼成して、前記ガラスよりディオプサイド結晶相とコー
    ジェライト結晶相とをそれぞれ析出させた磁器を作製す
    ることを特徴とする低温焼成磁器の製造方法。
  6. 【請求項６】前記ガラス粉末から前記ディオプサイド結
    晶相とコージェライト結晶相が８０重量％以上結晶化す
    ることを特徴とする請求項５記載の低温焼成磁器の製造
    方法。
  7. 【請求項７】前記焼成が、８００〜９００℃の第１の焼
    成温度で保持した後、９１０〜１０００℃の第２の焼成
    温度で保持してなることを特徴とする請求項５または６
    記載の低温焼成磁器の製造方法。
  8. 【請求項８】前記混合粉末中に、前記焼成によって分解
    しないセラミック粉末を添加することを特徴とする請求
    項６乃至８のいずれか記載の低温焼成磁器の製造方法。
  9. 【請求項９】絶縁基板の表面および／または内部に配線
    層を形成してなる配線基板であって、前記絶縁基板が請
    求項１乃至５のいずれか記載の低温焼成磁器からなるこ
    とを特徴とする配線基板。
  10. 【請求項１０】前記配線層が銅または銀を主成分とする
    ことを特徴とする請求項１０記載の配線基板。
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