JP3786609B2

JP3786609B2 - COMPOSITE CERAMIC COMPONENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

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Publication number: JP3786609B2
Application number: JP2002020161A
Authority: JP
Inventors: 成樹山田; 猛松井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003174115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度、高熱伝導で、低誘電率の部位を有する絶縁層の表面及び／又は内部に低抵抗の導体層を具備し、半導体パッケージ、電子部品実装回路基板又は高周波用回路基板等に好適に使用できる複合セラミック部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体素子の高集積化並びに高周波化に伴い、高密度実装や回路部品内部に機能を内蔵した配線基板が用いられている。一方で、高集積化により半導体装置から発生する熱も増加している。半導体装置の誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に放出可能な配線基板が必要とされている。一方、電気的な特性としては、演算速度の高速化により信号の遅延が問題となり、導体損失の小さい、つまり低抵抗の導体層を用いることが要求されてきた。
【０００３】
このような半導体素子を搭載した配線基板としては、その信頼性の点から、アルミナセラミックスを絶縁基板とし、その表面あるいは内部にＷやＭｏなどの高融点金属からなる導体層を被着形成したセラミック配線基板が多用されている。
【０００４】
しかし、従来から多用されているこれら高融点金属からなる導体層では、抵抗を高々８ｍΩ／□程度までしか低くできず、発熱して配線基板の温度を上昇させ、また、信号が損失し易く、配線長が制限されるという問題があった。
【０００５】
そこで、ＣｕとＷ又はＭｏとを組み合せた導体層と絶縁層を１５００℃以下と低い温度で同時焼成することによって導体層の低抵抗化を図ることが、特開２０００−１５１０４５号に提案されている。
【０００６】
また、低温焼成可能な組成を用いて誘電率の異なる絶縁層を一体化することによって、低抵抗のＣｕ配線を使用可能とするため、信号の高速化に対応することが特開平１０−１０６８８０号に提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−１５１０４５号公報に記載の方法では、導体層にＣｕを含むため、抵抗が低下するものの、絶縁層にアルミナを用いることから誘電率が９程度と高いため、信号の高周波化に伴い、周波数が６０ＧＨｚ程度の領域では入力信号の反射による損失が大きくなり、伝送特性の低下がおこるという問題があった。
【０００８】
また、特開平１０−１０６８８０号公報に記載の方法では、絶縁層がガラスセラミックスからなり、たとえ強化ガラスを用いた場合でも高々２００ＭＰａの曲げ強度でしかなく、また、熱伝導率が低く、放熱性が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明は、高熱伝導、高強度で、且つ高周波領域の信号損失の小さい複合セラミック部品、特に、異種セラミックスの密着性に優れ、信頼性及び寿命を改善した複合セラミック部品と、それを簡便な方法で作製する製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高強度、高熱伝導のアルミナ質焼結体に対して、低誘電率材料の組成を制御した低誘電率層を同時焼成で一体化することによって、入力信号の反射による損失を低減できるとの知見に基づくものである。
【００１１】
さらに、アルミナ質焼結体と低誘電率材料との間にスピネルを主結晶相とする中間層を形成することにより、同時焼成における両者の接着強度を高めることが可能であるとの知見に基づくものである。
【００１２】
即ち、本発明の複合セラミック部品は、アルミナ質絶縁層と、該アルミナ質絶縁層よりも低誘電率の低誘電率層とが一体的に積層され、表面及び／又は内部に導体層が形成された絶縁基板を備え、前記低誘電率層がフォルステライト及びコージェライトを主結晶相とし、副成分として、Ｚｎ、Ｍｎ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも１種及び／又は非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラスを全量中０．１〜１０質量％の割合で含み、さらに前記アルミナ質絶縁層と前記低誘電率層の間に、スピネルを主結晶相とする中間層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
特に、前記中間層と前記アルミナ質絶縁層、前記中間層と前記低誘電率層との間にそれぞれ拡散層が含まれ、さらに前記拡散層の厚みｔに対する前記中間層の厚みｄの比ｔ／ｄが、０．２５〜１であることが好ましい。同時焼成を行っても、中間層とアルミナ質絶縁層との接着強度をより高め、強度劣化を防止することができる。
【００１４】
前記低誘電率層が、ムライト結晶相を含有することが好ましい。これにより、中間層が緻密になりやすくなり、接着強度もさらに上昇する。
【００１５】
また、前記低誘電率層が、コージェライトを全量中２０〜４０質量％の割合で含むことが好ましい。これにより、アルミナ質絶縁層との熱膨張率の差が低減され、アルミナ質絶縁層との剥離やクラックの発生を効果的に抑制し、低誘電率層の比誘電率を抑制してより効果的に信号の損失を低減できる。
【００１６】
さらに、前記アルミナ質絶縁層の３点曲げ強さが３５０ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、素子の自動実装時等に基板が割れ、歩留りが低下することを低減できる。
【００１７】
また、前記アルミナ質絶縁層が、Ｍｎを酸化物換算で２〜１５質量％、Ｓｉを酸化物換算で２〜１５質量％、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒ及びＣｏのうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１〜４質量％含むとともに、相対密度が９５％以上であることが好ましい。これにより、アルミナ質絶縁層の強度及び熱伝導率を維持することが容易となる。
【００１８】
さらに、前記導体層が、Ｃｕを１０〜７０体積％、Ｗ及び／又はＭｏを３０〜９０体積％の割合で含有することが好ましい。これにより、アルミナ質絶縁層の表面又はヴィア内に形成される導体層の抵抗を低減することが容易となる。
【００１９】
また、本発明の複合セラミック部品の製造方法は、フォルステライト粉末及びコージェライト粉末に対して、Ｚｎ、Ｍｎ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも１種を含む酸化物粉末及び／又は非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラス粉末を全量中０．１〜１０質量％の割合で含む低誘電率グリーンシートと、アルミナ質グリーンシートとスピネル質グリーンシートとを作製し、各グリーンシートに導体ペーストを塗布した後、前記低誘電率グリーンシートと前記アルミナ質グリーンシートで前記スピネル質グリーンシートを介在せしめて積層して積層体を作製し、次いで該積層体を１２００〜１５００℃で焼成することを特徴とするものである。これにより、強度及び熱伝導率に優れるアルミナ質絶縁層と、低誘電率の低誘電率層を同時に焼成することが可能であり、さらに基板の内部及び表面に導体層を形成することが可能となる。また、低誘電率層とアルミナ質絶縁体層との間に中間層を挿入するように作製、接着力の強い複合セラミックスが実現できる。
【００２０】
また、フォルステライト粉末及びコージェライト粉末に対して、Ｚｎ、Ｍｎ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも１種を含む酸化物粉末及び／又は非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラス粉末を全量中０．１〜１０質量％の割合で含む低誘電率グリーンシートと、アルミナ質グリーンシートとを作製し、各グリーンシートに導体ペーストを塗布した後、前記低誘電率グリーンシート及び／又は前記アルミナ質グリーンシートの主面にスピネルを主体とするペーストを塗布し、該ペーストを挟むように前記アルミナ質グリーンシートと前記低誘電率グリーンシートとを積層して積層体を作製し、次いで該積層体を１２００〜１５００℃で焼成することを特徴とするものである。これにより、セラミック内部に３次元の配線が可能となり、多層セラミック基板の小型化が容易になるとともに、キャパシタやインダクタなどの機能を内蔵することが可能となる。
【００２１】
特に、拡散層の厚みｔに対する中間層の厚みｄの比ｔ／ｄが、０．２５〜１になるように、前記積層体を焼成することが好ましい。これにより、拡散層を形成し、中間層とアルミナ質絶縁層との接着強度をより高め、強度劣化を防止することができる。
【００２２】
また、前記低誘電率グリーンシートにムライト粉末を含むことが好ましい。これにより、アルミナ質グリーンシートとの熱膨張差を整合させ、焼成時の反りやクラックをより少なくすることができ、また、低誘電率層の比誘電率をより小さくすることができる。
【００２３】
前記低誘電率グリーンシート、前記アルミナ質グリーンシート及び前記スピネル質グリーンシートの積層に先立って、前記低誘電率グリーンシート、前記アルミナ質グリーンシート、前記スピネル質グリーンシートの少なくとも一方にヴィアを形成し、該ヴィア中に導体ペーストを充填することが好ましい。これにより、セラミック内部に３次元の配線が可能となり、多層セラミック基板の小型化が容易になるとともに、キャパシタやインダクタ等の機能を内臓することが可能となる。
【００２４】
さらに、前記低誘電率グリーンシートが、コージェライト粉末を全量中に２０〜４０質量％の割合で含むことが好ましい。これにより、アルミナ質グリーンシートとの熱膨張率の差を整合させ、焼成時の反りやクラックを少なくすることができる。
【００２５】
さらにまた、前記アルミナ質グリーンシートが、Ｍｎ₂Ｏ₃を２〜１５質量％、ＳｉＯ₂を２〜１５質量％、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＭｇＣＯ₃、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、Ｂ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃及びＣｏ₃Ｏ₄のうち少なくとも１種を０．１〜４質量％、残部がアルミナ粉末からなる混合粉末を成形して得られるものであることが好ましい。これにより、焼結後のアルミナ質絶縁層の強度及び熱伝導率をほぼ維持したまま、焼成温度を低減し、製品歩留まりを向上することが容易となる。
【００２６】
また、前記スピネル質グリーンシート又は前記スピネルを主体とするペーストが、全重量に対しスピネル粉末を５０質量％以上含み、さらに前記アルミナ質グリーンシート及び／又は前記低誘電率グリーンシートに含まれる助剤成分のうち少なくとも１種を含むことが好ましい。スピネルが主体となった組成によって、焼成後に、中間層とアルミナ質絶縁層との接着強度、中間層と低誘電率層との接着強度をそれぞれ高めることができる。
【００２７】
また、前記導体ペーストが、金属成分としてＣｕ粉末を１０〜７０体積％、Ｗ粉末及び／又はＭｏ粉末を３０〜９０体積％の割合で含むことが好ましい。これにより、１２００〜１５００℃とＣｕの融点よりも高い焼成温度でも低抵抗の導体層を形成することが容易となり、また、焼成時の剥離やヴィア内の金属欠落等の不具合をより低減できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の複合セラミック部品を、図を用いて説明する。図１は、本発明の複合セラミック部品の概略断面図である。即ち、アルミナを主体とする焼結体であるアルミナ質絶縁層１と、アルミナ質絶縁層１よりも誘電率の低い低誘電率層２が一体的に積層されている。
【００２９】
また、絶縁基板５の表面及び内部に、表面導体層３ａ及び内部導体層３ｂからなる導体層３とヴィア４とが形成されている。
【００３０】
絶縁層１は、アルミナを主体とするアルミナ質焼結体からなり、具体的には、酸化アルミニウムを８４質量％以上の割合で含み、Ｍｎを酸化物換算で２〜１５質量％、Ｓｉを酸化物換算で２〜１５質量％、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、Ｎｂ、Ｃｒ及びＣｏのうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１〜４質量％含むことが好ましい。この組成を用いると、低温でも緻密化し、高強度且つ高熱伝導率を維持することが容易となる。
【００３１】
本発明によれば、絶縁基板５の熱伝導率と強度を高めるため、アルミナ質絶縁層１の相対密度が９５％以上、特に９７％以上、更には９８％以上が好ましく、また曲げ強度は３５０ＭＰａ以上、特に４００ＭＰａ以上、更には４５０ＭＰａ以上であることが好ましい。さらに、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、更には１７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。
【００３２】
絶縁層１を形成するアルミナ主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、この主結晶相の平均結晶粒径は、１．５〜５μｍであることが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶からなる場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものである。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍよりも小さいと、高熱伝導化が難しくなる傾向があり、また平均粒径が５μｍよりも大きいと基板材料として用いる場合に要求される十分な強度が得られにくくなる傾向にあるためである。
【００３３】
また、この絶縁層１中に、ＳｉＯ₂およびＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物をＣｕ含有導体との同時焼結性を高める上で合計で０．１〜４質量％の割合で含有せしめることが望ましい。
【００３４】
さらに着色成分として、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等の遷移金属を２質量％以下の割合で含んでもよい。
【００３５】
低誘電率層２は、フォルステライト及びコージェライトを主結晶相とすることが重要である。フォルステライトは、アルミナ質絶縁層１よりも低誘電率にするために必要であり、さらにコージェライトは、アルミナ質絶縁層１とフォルステライトの熱膨張係数の差を小さくし、焼成による残留応力を低減して基板の反りや割れの発生を抑制することができる。
【００３６】
低誘電率層２の熱膨張係数は、フォルステライトとコージェライトとの含有量を調整して決定することができ、特にコージェライトを２０〜４０質量％、更には２５〜３５質量％であることが好ましい。
【００３７】
また、副成分として、Ｚｎ、Ｍｎ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも１種及び／又は非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラスを含むことが重要である。この副成分は、焼成時にアルミナ質グリーンシートとの反応を促進し、アルミナ質絶縁層１との接着強度を高め、アルミナ質絶縁層１と低誘電率層２との一体化を確保する。
【００３８】
特に、上記の副成分が、低誘電率層２における全量中０．１〜１０質量％、特に１〜８質量％、更には３〜６質量％の割合で含まれることが好ましい。これは、０．１質量％未満では添加効果が十分得られない場合があり、また１０質量％を超えると焼成時に液相が流出してしまう傾向があるためである。
【００３９】
そして、本発明によれば、アルミナ質絶縁層１と低誘電率層２の間に接着強度を高めるため、中間層７が一体的に積層されていることが重要である。
【００４０】
中間層７は、アルミナ質絶縁層１と低誘電率層２との接着強度を改善するために設けられるものであり、スピネル質層を主結晶相とすることが重要である。例えば、スピネル結晶単独でも良いが、緻密化を促進するため、Ｍｎ、アルカリ土類金属、ホウ珪酸ガラス等の焼結助剤を添加しても良い。
【００４１】
本発明によれば、図２に示すように、アルミナ質絶縁層１１と中間層１７との間に拡散層１８が存在することが好ましい。拡散層１８は、アルミナ質絶縁層１１を構成するアルミナ結晶相と中間層１７を構成するスピネル結晶相とが主体となり、これらが混合された状態となっている。
【００４２】
また、低誘電率層１２と中間層１７との間に拡散層１８が存在することが好ましい。拡散層１８は、低誘電率層１２の主結晶相であるフォルステライト及びコージェライトと中間層１７を構成するスピネル結晶相及びマンガンシリケートが主体となり、これらが混合された状態となっている。
【００４３】
アルミナは低誘電率層１２のフォルステライト又はコージェライトと反応してスピネルを形成するが、微量であったり、部分的であったり、また比較的多量に形成されても多孔質であるため、アルミナ質絶縁層１１と低誘電率層１２との界面の接着強度が低下するが、スピネルを主結晶とする中間層１７を設けることにより、中間層１７が緻密であるため、界面の接着強度を非常に高くすることができる。
【００４４】
拡散層１８の形成は、アルミナ質絶縁層１１と中間層１７との反応、またはアルミナ質絶縁層１１と低誘電率層１２との反応によるが、特に副成分が反応に関与するため、副成分が拡散し、密着力を向上するとともに、拡散層１８は両者の結晶相が混合された状態であり、応力を緩和して密着性を向上するとともに、強度劣化を防止できる。
【００４５】
また、低誘電率層２にムライトを添加することが望ましい。これにより、低誘電率層２と中間層７の密着性が高まり、接着強度を向上することが可能となる。ムライトの添加量は、中間層７の組成にもよるが、上記の副成分を含む低誘電率層２の成分１００質量部に対して、１〜２０質量部、特に２〜１５質量部、更には３〜１０質量部であることが好ましい。
【００４６】
スピネル質グリーンシート又はスピネルを主体とするペーストが、スピネルに加えて、アルミナ質グリーンシート及び／又は低誘電率グリーンシートに含まれる助剤成分のうち少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００４７】
導体層３は、Ｃｕを１０〜７０体積％、特に３０〜６０体積％、Ｗ及び／又はＭｏを３０〜９０体積％、特に４０〜７０体積％の割合で含有することが好ましい。このような組成を有する導体層３は、その電気抵抗が十分低く、信号遅延を抑制するとともに、導体層３及び／又は低誘電率層２との密着性を確保し、導体層３の剥離が発生したり、ヴィア４の表面の凹凸が大きくなり、更には焼成時にヴィア４の金属が欠落する不具合を抑制することが容易になる。
【００４８】
また、上記組成のＣｕとＷ及び／又はＭｏに加えて、Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎのうち少なくとも１種を金属元素換算で０．０５〜３．０質量％を含有させることが望ましい。これにより、導体層３の低抵抗化を容易にし、絶縁層１及び／又は低誘電率層２との密着性をさらに高める効果がある。
【００４９】
さらに、本発明によれば、この導体層３中において、Ｗ及び／又はＭｏが、平均粒径１〜１０μｍの球状結晶の状態で、又は数個の粒子が焼結して結合した状態としてＣｕからなるマトリックス中に分散含有している組織を有していることが、低抵抗と保形性の観点で望ましい。特に、導体層３の抵抗、Ｃｕ成分の分離、にじみなどの観点からＷ及び／またはＭｏの平均粒子径は１．３〜５μｍ、更には１．５〜３μｍの大きさで分散されていることがより望ましい。
【００５０】
なお、本発明のセラミック複合部品においては、Ｃｕの融点を越える温度での同時焼成によって、表面導体層３ａや内部導体層３ｂ中のＣｕ成分が絶縁層１及び低誘電率層２に拡散する場合があるが、本発明によれば、上記少なくともＣｕを含む導体層３の周囲の低誘電率層２及び／又は絶縁層１へのＣｕの拡散距離が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが望ましい。これにより、導体層３間の絶縁性を確保し、配線基板としての信頼性を高めるためである。
【００５１】
上記の構成を有する本発明の複合セラミック部品は、強度及び熱伝導性に優れ、高周波信号の反射損失が小さいので、半導体パッケージ、電子部品実装回路基板及び高周波用配線基板等に好適に用いることができる。
【００５２】
次に、本発明の複合セラミック部品の製造方法について説明する。
【００５３】
まず、絶縁層１を形成するために、主成分となるアルミナ原料として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いることが望ましい。平均粒径は０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱い難く、また粉末のコストが高くなる傾向があり、２．５μｍよりも大きいと、１５００℃以下の温度で焼成することが難しくなることが多いためである。
【００５４】
また、上記酸化アルミニウム粉末に対して、Ｍｎ₂Ｏ₃粉末を２〜１５質量％、特に３〜７質量％、ＳｉＯ₂粉末を２〜１５質量％、特に３〜７質量％の割合で添加する。また、適宜、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＭｇＣＯ₃、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、Ｂ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃及びＣｏＯ₃のうち少なくとも１種の粉末を０．１〜４質量％となるように加えることが好ましい。これにより、低温での焼成を可能とするため、緻密なアルミナ質絶縁層１が得られ、強度及び熱伝導率をほぼ維持したまま、焼成時に導体層３及びヴィア４の金属が溶融して流出することを防止し、製品歩留まりを高め易くすることができる。
【００５５】
さらに、上記の粉末組成に、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒなどの遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で２質量％以下の割合で添加することができる。
【００５６】
一方、低誘電率層２を形成するために、フォルステライト粉末、コージェライト粉末、さらに副成分としてＺｎ、Ｍｎ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも１種を含む酸化物粉末及び／又は非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラス粉末を全量中０．１〜１０質量％の割合で含むように添加することが重要であり、特に１〜８質量％、更には３〜６質量％の割合で添加することが好ましい。
【００５７】
副成分を全量中０．１〜１０質量％の割合で添加することによって、焼成時にアルミナ質グリーンシートとの反応が促進され、強固な反応層を作り、密着性を向上することが可能となる。また、上記コージェライト粉末は、焼結性を高め、焼成時の残留応力を低減させるために２０〜４０質量％、特に２５〜３５質量％の割合で加えることが好ましい。
【００５８】
ここで、副成分のアルカリ土類金属は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等の酸化物粉末であり、また非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラス粉末を用いるのは、鉛は環境への負担が著しく、アルカリは配線間の絶縁不良を生じるためであり、例えばＳｉ−Ａｌ−Ｂ−Ｏ系、Ｓｉ−Ｂ−Ｃａ−Ｏ系、Ｓｉ−Ａｌ−Ｂ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｏ系等を例示できる。
【００５９】
さらに、上記の副成分を含む低誘電率層２の成分１００質量部に対して、１〜２０質量部、特に２〜１５質量部、更には３〜１０質量部であることが好ましい。ムライト粉末を加えることによって、低誘電率層２と中間層２との接着強度を高める効果がある。
【００６０】
なお、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂およびこれらの複合酸化物でフォルステライト及びコージェライトを析出するような組成になるように、フォルステライト粉末及びコージェライト粉末の少なくとも一部を置換しても良い。また、上記酸化物の添加に当たっては、酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加しても良い。
【００６１】
さらに、中間層７として緻密なスピネル質焼結体を形成するために、中間層７の主原料として、平均粒径が０．５〜１０μｍ、特に１．０〜５．０μｍのスピネル粉末を用いることが望ましい。平均粒径が０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱いが難しく、また粉末のコストが高くなる傾向があり、１０μｍよりも大きいと、１５００℃以下の温度で緻密な中間層７を得るのが困難になることが多いためである。
【００６２】
また、上記スピネル粉末に対して、アルミナ質絶縁層１の助剤成分及び／又は低誘電率層２の含有成分、特に助剤成分を５〜５０質量％、特に１０〜４０質量％の割合で添加することが望ましい。このように、アルミナ質絶縁層１や低誘電率層２に含まれる成分が中間層７に含まれると、アルミナ質絶縁層１及び低誘電率層２と中間層７との界面の密着性をそれぞれ高くすることができる。特に、全量中５〜５０質量％の割合でこれらの成分を添加することによって、焼成時に中間層７を容易に緻密化する事が可能となり、さらに助剤成分をアルミナ質絶縁層１及び／又は低誘電率層２と近い組成にする事により、これらのグリーンシートとの密着性をさらに高めることが可能となる。
【００６３】
次に、各々の混合粉末を用いてアルミナ質絶縁層１及び低誘電率層２を形成するためのシート状成形体を、それぞれアルミナ質グリーンシート及び低誘電率グリーンシートとして作製する。シート状成形体は、周知の成形方法によって作製することができる。例えば、上記の混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によって形成したり、混合粉末に有機バインダーを加え、プレス成形、圧延成形、押出し成形等により所定の厚みのシート状成形体を作製できる。そしてこのシート状成形体に対して、マイクロドリル、レーザー等によりヴィア導体用スルーホールを形成しても良い。
【００６４】
このようにして作製したシート状成形体に対して、導体成分として、平均粒径が１〜１０μｍのＣｕ粉末を１０〜７０体積％、特に３０〜６０体積％、平均粒径が１〜１０μｍのＷ粉末及び／またはＭｏ粉末を３０〜９０体積％、特に４０〜７０体積％の割合で含有し、且つ所望によりＺｒ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ及びＺｎのうち少なくとも１種を金属元素換算で０．０５〜３体積％、特に０．２〜２体積％含有してなる導体ペーストを調製する。
【００６５】
Ｃｕ粉末が１０体積％未満では導体層３の抵抗が高くなり易く、また、７０体積％よりも多いと、アルミナ質絶縁層１、低誘電率層２、中間層７及び導体層３の同時焼成において保形性を維持し難くなって、にじみや断線が発生しやすい。また、アルミナ質絶縁層１、低誘電率層２及び中間層７等から導体層３の剥離が発生し、ヴィア４内部の金属が欠落する等の不具合が生じやすい。
【００６６】
そして、このペーストを各シート状成形体に施したヴィア４内に充填し、また、各シート状成形体表面に塗布する。なお、導体層３を形成する際は、上記導体ペーストを絶縁層１、低誘電率層２又は中間層７に対して、スクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により印刷塗布する。
【００６７】
これらの導体ペースト中には、絶縁層１との密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、絶縁層１を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００６８】
次いで、導体ペーストを表面及び／又はヴィア４に有するシート状成形体を位置合わせして積層圧着する。この時、アルミナ質グリーンシート（Ａ）と低誘電率グリーンシート（Ｄ）の間にスピネル質グリーンシート（Ｓ）をスピネル質組成物として介在させる。この中間層は、上記のスピネル質組成物を用いて厚さ５０〜１００μｍ程度のシート状成形体から作製し、これをアルミナ質グリーンシートと誘電体用グリーンシート２との間に挿入し、積層する。例えば、グリーンシートをＤ、Ｓ、Ａ、Ｓ、Ｄ、Ｓ、Ａ、Ａ、Ａの順に重ねて積層する。
【００６９】
また、上記スピネル質グリーンシートの代わりに、スピネル組成物として中間層用ペーストを用いても良い。この中間層用ペーストをアルミナ質グリーンシート１及び／又は誘電率グリーンシート２の表面に塗布し、上述したように積層すれば良い。
【００７０】
中間層用ペーストは、周知の方法によって作成することが出来る。例えば、スピネル粉末及び助剤粉末の混合粉末に有機バインダーや溶剤を添加してスラリーを調整し、その後に溶剤を蒸発させたり、または混合粉末に有機バインダーを添加した後、攪拌脱泡器を用いて適当な時間混合し、ペーストを作製する。
【００７１】
このペーストを、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などの方法によりアルミナ質グリーンシート及び／又は低誘電率グリーンシートの上に印刷塗布する。その際、グリーンシートに形成されたヴィア４の形状を維持するため、ヴィア４には塗布を行わないようにすれば良い。次いで、導体ペーストを表面及び／又はヴィア４に有するシート状成形体を位置合わせして積層圧着し、積層体を作製する。
【００７２】
スピネル質グリーンシート又は中間層用ペーストは、含有する粉末の合計量に対し、スピネル粉末を５０質量％以上含み、さらに前記アルミナ質グリーンシートと前記低誘電率グリーンシートの助剤成分のうち少なくとも１種を含むことが好ましい。スピネルが主体となった組成により、中間層とアルミナ質絶縁層との接着強度及び中間層と低誘電率層との接着強度をそれぞれ高めることができる。
【００７３】
得られた積層体を焼成温度が１２００〜１５００℃の温度となる条件で焼成することが重要で、特に、１２２５〜１４５０℃、更には１２５０〜１４００℃、より好適には１２７５〜１３５０℃で焼成することが好ましい。
【００７４】
この焼成温度が１２００℃よりも低いと、アルミナ質絶縁層１が相対密度９５％まで達することができず、熱伝導性と強度が低下するとともに、低誘電率層２も十分に緻密化することができない。一方、焼成温度が１５００℃よりも高いと、ＷあるいはＭｏ自体の焼結が進み、Ｃｕの流動により導体層３の均一組織を維持することが困難となり、その結果、低抵抗を維持することができない。
【００７５】
特に、拡散層の厚みｔに対する中間層の厚みｄの比ｔ／ｄが、０．２５〜１になるように焼成することが好ましい。拡散層の厚みを充分に確保すると共に、中間層がアルミナ質絶縁層又は低誘電率層に拡散しすぎることによる接合強度の低下を防止することができる。なお、焼成温度は、拡散層の形成及びその比ｔ／ｄの制御の容易さから、特に１２５０〜１４００℃に設定することが望ましい。
【００７６】
また、この焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましいが、特に、導体層３中のＣｕの拡散を抑制する上では、水素及び窒素を含み露点＋３０℃以下、特に０〜２５℃の非酸化性雰囲気であることが望ましい。焼成時の露点が＋３０℃より高いと、焼成中に導体材料と雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、アルミナ質絶縁層１とＣｕ含有導体のＣｕが反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、Ｃｕの拡散を助長してしまうためである。なお、焼成雰囲気には所望により、アルゴンガス等の不活性ガスを混入してもよい。
【００７７】
以上のような構成による本発明の複合セラミック部品の製造方法は、アルミナ質絶縁層１、低誘電率層２及び電気抵抗の小さな導体層３を同時焼成することができ、この方法によって、信号の損失が少なく、高強度且つ高熱伝導性絶縁基板を備えた複合セラミック部品を実現できる。
【００７８】
また、中間層７を形成することによって、アルミナ質絶縁層１と低誘電率層２との接着強度を著しく高めることができる。
【００７９】
【実施例】
実施例１
アルミナ質絶縁層を作製するために、平均粒径が１．８μｍのアルミナ粉末、平均粒径が４μｍのＭｎ₂Ｏ₃粉末、平均粒径が１μｍのＳｉＯ₂粉末、平均粒径が２μｍのＭｇＯ粉末及びＣａＯ粉末、Ｂ₂Ｏ₅粉末、Ｎｂ₂Ｏ₅粉末、Ｃｒ₂Ｏ₃粉末及びＣｏＯ₃粉末を、表１、３のような組成に調合し、成形用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形し、絶縁層用グリーンシートを得た。そして、所定箇所に焼成後のホール径が１００〜２００μｍのヴィアを形成した。
【００８０】
低誘電率層として、平均粒径が３μｍのフォルステライト粉末、平均粒径が２．２μｍのコージェライト粉末、平均粒径が４μｍのＺｎ₂ＳｉＯ₄粉末及びＭｎ₂Ｏ₃粉末、平均粒径が２μｍのＣａＯ粉末、ＭｇＯ粉末及びＢａＯ粉末及び平均粒径が１．７μｍの非鉛・非アルカリホウ珪酸ガラス粉末を、表１のような組成に調合し、さらにこれらの合計１００質量部に対して、平均粒径が２．５μｍのムライト粉末を表１に示す量だけ加え、成形用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した。これらのスラリーをドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形し、低誘電率グリーンシートを得た。そして、所定箇所に焼成後のホール径が１００〜２００μｍのヴィアを形成した。
【００８１】
中間層は、スピネル質グリーンシート（Ｓ）及びペースト（Ｐ）塗布により形成した。スピネル質グリーンシートとして、平均粒径０．９８μｍのスピネル粉末、上記のアルミナ質絶縁層及び／又は前記低誘電率層の助剤成分を表１のような組成に調合し、成形用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した。これらのスラリーをドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形し、スピネル質グリーンシートを得た。そして、所定箇所に焼成後のホール径が１００〜２００μｍのヴィアを形成した。
【００８２】
また、中間層用ペーストとして、上記のスピネル粉末、上記のアルミナ質絶縁層及び／又は上記の低誘電率層の助剤成分を表１、３のような組成に調合し、アクリル系バインダーと、アセトンを溶媒として混合してペーストを作製した。
【００８３】
次に、平均粒径が５μｍのＣｕ粉末と、平均粒径が５μｍのＷ粉末又はＭｏ粉末とを表１、３に示す比率で混合し、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを作製した。
【００８４】
次に、各シート状成形体上に上記導体ペーストを印刷塗布し、各シート状成形体のヴィアに上記導体ペーストを充填した。上記のようにして作製した各シート状成形体を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製した。
【００８５】
なお、中間層用ペーストを用いる場合、アルミナ質グリーンシート及び／又は低誘電率グリーンシートの表面に中間層用ペーストを周知の方法により塗布した後、各シート状成形体を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製した。
【００８６】
その後、この成形体積層体を実質的に水分を含まない酸素含有雰囲気中で脱脂を行った後、表１に示す焼成温度、２５℃の露点の窒素水素混合雰囲気にて焼成して図１のような複合セラミック部品を作製した。
【００８７】
得られた焼結体の比重をアルキメデス法によって測定し、真比重から相対密度を算出した。また、作製した複合セラミック部品全体の反り、割れを確認し、配線・ヴィアの外観の確認を行った。
【００８８】
比誘電率は、ＪＩＳＲ１６２７に基づいて空洞共振器法により測定周波数６０ＧＨｚで比誘電率を測定した。また、アルミナ質絶縁層の曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１に基づいて室温における３点曲げ強度を測定した。
【００８９】
拡散層の元素分析をＥＰＭＡにて行い、走査型電子顕微鏡を用いて中間層の厚み（ｄ）及び拡散層の厚み（ｔ）を測定し、比ｔ／ｄを算出した。
【００９０】
また、反射損失はネットワークアナライザとウエハープローブを用いて６０ＧＨｚの信号に対する反射損失を測定した。詳細にはセラミック部品を実装する基板とセラミック部品内に設けた測定用電極間の値を測定した。結果を表１〜４に示した。
【００９１】
【表１】

【００９２】
【表２】

【００９３】
【表３】

【００９４】
【表４】

【００９５】
本発明の試料Ｎｏ．１〜３、５、６、８〜１４、１６〜１８及び２０〜６０は、配線・ヴィアの外観、基板の反り、割れが無く、反射損失も−１２．５ｄＢ以下であった。
【００９６】
一方、低誘電率層に副成分のない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．４は、緻密な低誘電率層が得られず、また、基板の割れが見られた。
【００９７】
また、副成分が１０質量％を超える本発明の範囲外の試料Ｎｏ．７、１５及び１９は、いずれも配線の断線が見られた。
実施例２
実施例１における試料Ｎｏ．４７の組成を用いて、中間層のある複合セラミック部品と、中間層の無い複合セラミック部品を作製し、ヒートサイクル試験を行った。なお、中間層の無い複合セラミック部品の低誘電率層にはムライトは添加しなかった。
【００９８】
ヒートサイクル試験は、−６５〜１５０℃を１００回毎にアルミナ質絶縁層と低誘電率層の間にクラックがあるかどうかを観察し、１０００回まで繰り返した。
【００９９】
その結果、中間層の無い複合セラミック部品では、５００回でクラックが観察されたが、中間層のある複合セラミック部品では、１０００回でもクラックは発生しなかった。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミナ質絶縁層と、低誘電率の低誘電率層とを一体的に積層し、表面及び／又は内部に導体層が形成された絶縁基板を備えた構造を有し、低誘電率層の組成を制御したことにより、高周波領域に対応できる高強度、高熱伝導、低抵抗導体配線の複合セラミック部品を実現した。
【０１０１】
また、アルミナ質絶縁層と、低誘電率の低誘電率層の間に中間層及び／又は拡散層を具備することより、アルミナ質絶縁層と低誘電率層の接着強度が向上し、信頼性及び寿命を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合セラミック部品の一実施態様を示す概略断面図である。
【図２】本発明の複合セラミック部品の一部分を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、１１・・・アルミナ質絶縁層
２、１２・・・低誘電率層
３・・・導体層
３ａ・・・表面導体層
３ｂ・・・内部導体層
４・・・ヴィア
５・・・絶縁基板
７、１７・・・中間層
１８・・・拡散層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention comprises a low-resistance conductor layer on the surface and / or inside of an insulating layer having a high strength, high thermal conductivity, and a low dielectric constant, and includes a semiconductor package, an electronic component mounting circuit board, a high-frequency circuit board, etc. The present invention relates to a composite ceramic part which can be suitably used for the manufacturing method and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with high integration and high frequency of semiconductor elements, high density mounting and wiring boards with built-in functions inside circuit components are used. On the other hand, heat generated from the semiconductor device is also increasing due to high integration. In order to eliminate the malfunction of the semiconductor device, a wiring substrate capable of releasing such heat to the outside of the device is required. On the other hand, as an electrical characteristic, signal delay becomes a problem due to an increase in calculation speed, and it has been required to use a conductor layer having a small conductor loss, that is, a low resistance.
[0003]
As a wiring board on which such a semiconductor element is mounted, a ceramic in which alumina ceramics is used as an insulating board and a conductor layer made of a refractory metal such as W or Mo is deposited on the surface or inside thereof from the viewpoint of reliability. Wiring boards are frequently used.
[0004]
However, in the conductor layer made of these refractory metals, which has been widely used in the past, the resistance can only be lowered to about 8 mΩ / □ at most, heat is generated, the temperature of the wiring board is increased, and signals are easily lost. There was a problem that the wiring length was limited.
[0005]
Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-151045 proposes to reduce the resistance of the conductor layer by simultaneously firing the conductor layer and the insulating layer in which Cu and W or Mo are combined at a temperature as low as 1500 ° C. or less. Yes.
[0006]
Further, by integrating insulating layers having different dielectric constants using a composition that can be fired at a low temperature, a low-resistance Cu wiring can be used. Has been proposed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-151045, although the conductor layer contains Cu, the resistance is lowered, but since the dielectric constant is as high as about 9 because alumina is used for the insulating layer, the frequency of signals is increased. As a result, in the region where the frequency is about 60 GHz, there is a problem that loss due to reflection of the input signal increases and transmission characteristics deteriorate.
[0008]
Further, in the method described in JP-A-10-106880, the insulating layer is made of glass ceramics, and even when tempered glass is used, it has a bending strength of at most 200 MPa, has a low thermal conductivity, and has a heat dissipation property. There was a problem of being bad.
[0009]
The present invention relates to a composite ceramic component having high thermal conductivity, high strength, and low signal loss in a high frequency region, in particular, a composite ceramic component excellent in adhesion of dissimilar ceramics and improved in reliability and life, and a simple method thereof. It aims at providing the manufacturing method produced by this.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention reduces the loss due to the reflection of the input signal by integrating the low dielectric constant layer with a controlled composition of the low dielectric constant material into the high strength, high thermal conductivity alumina sintered body by simultaneous firing. It is based on the knowledge that it can be done.
[0011]
Furthermore, based on the knowledge that it is possible to increase the adhesive strength of both in the simultaneous firing by forming an intermediate layer with spinel as the main crystal phase between the alumina sintered body and the low dielectric constant material Is.
[0012]
That is, in the composite ceramic component of the present invention, an alumina insulating layer and a low dielectric constant layer having a lower dielectric constant than the alumina insulating layer are integrally laminated, and a conductor layer is formed on the surface and / or inside thereof. The low dielectric constant layer has forsterite and cordierite as the main crystal phase, and as a secondary component, at least one of Zn, Mn and alkaline earth metal and / or lead-free / non-alkali borosilicate The glass is contained in a proportion of 0.1 to 10% by mass in the total amount, and an intermediate layer having spinel as a main crystal phase is formed between the alumina insulating layer and the low dielectric constant layer. To do.
[0013]
In particular, a diffusion layer is included between the intermediate layer and the alumina insulating layer, and between the intermediate layer and the low dielectric constant layer, and the ratio of the thickness d of the intermediate layer to the thickness t of the diffusion layer t / d is preferably 0.25 to 1. Even if the co-firing is performed, the adhesive strength between the intermediate layer and the alumina insulating layer can be further increased, and strength deterioration can be prevented.
[0014]
The low dielectric constant layer preferably contains a mullite crystal phase. As a result, the intermediate layer is likely to be dense, and the adhesive strength is further increased.
[0015]
Moreover, it is preferable that the said low dielectric constant layer contains a cordierite in the ratio of 20-40 mass% in the whole quantity. This reduces the difference in coefficient of thermal expansion with the alumina insulating layer, effectively suppresses peeling and cracking from the alumina insulating layer, and suppresses the relative dielectric constant of the low dielectric constant layer, resulting in more effectiveness. Thus, signal loss can be reduced.
[0016]
Further, the three-point bending strength of the alumina insulating layer is preferably 350 MPa or more. Thereby, it can reduce that a board | substrate breaks at the time of automatic mounting of an element, etc., and a yield falls.
[0017]
In addition, the alumina insulating layer includes at least one of Mn in an oxide conversion of 2 to 15 mass%, Si in an oxide conversion of 2 to 15 mass%, Mg, Ca, B, Nb, Cr, and Co. While containing 0.1 to 4% by mass in terms of oxide, the relative density is preferably 95% or more. Thereby, it becomes easy to maintain the strength and thermal conductivity of the alumina insulating layer.
[0018]
Furthermore, it is preferable that the conductor layer contains Cu in a proportion of 10 to 70% by volume and W and / or Mo in a proportion of 30 to 90% by volume. Thereby, it becomes easy to reduce the resistance of the conductor layer formed on the surface of the alumina insulating layer or in the via.
[0019]
In addition, the method for producing a composite ceramic component of the present invention includes oxide powder and / or non-lead / non-alkali containing at least one of Zn, Mn, and alkaline earth metal with respect to forsterite powder and cordierite powder. After producing a low dielectric constant green sheet containing a borosilicate glass powder in a proportion of 0.1 to 10% by mass, an alumina green sheet and a spinel green sheet, and applying a conductive paste to each green sheet, A laminate is produced by laminating the low dielectric constant green sheet and the alumina green sheet with the spinel green sheet interposed, and then the laminate is fired at 1200 to 1500 ° C. is there. As a result, it is possible to simultaneously fire an alumina insulating layer having excellent strength and thermal conductivity and a low dielectric constant low dielectric constant layer, and further to form a conductor layer inside and on the surface of the substrate. Become. Further, it is possible to realize a composite ceramic having a strong adhesive force produced by inserting an intermediate layer between the low dielectric constant layer and the alumina insulator layer.
[0020]
Further, with respect to forsterite powder and cordierite powder, oxide powder containing at least one of Zn, Mn and alkaline earth metal and / or non-lead / non-alkali borosilicate glass powder is 0.1 to 0.1% in total amount. After producing a low dielectric constant green sheet containing 10% by mass and an alumina green sheet and applying a conductive paste to each green sheet, the low dielectric constant green sheet and / or the alumina green sheet A paste mainly composed of spinel is applied to the surface, and the alumina green sheet and the low dielectric constant green sheet are laminated so as to sandwich the paste, and then a laminate is manufactured, and then the laminate is 1200 to 1500 ° C. It is characterized by firing with. As a result, three-dimensional wiring becomes possible inside the ceramic, and the multilayer ceramic substrate can be easily miniaturized, and functions such as capacitors and inductors can be incorporated.
[0021]
In particular, the laminate is preferably fired so that the ratio t / d of the thickness d of the intermediate layer to the thickness t of the diffusion layer is 0.25-1. Thereby, a diffusion layer can be formed, the adhesive strength between the intermediate layer and the alumina insulating layer can be further increased, and strength deterioration can be prevented.
[0022]
The low dielectric constant green sheet preferably contains mullite powder. Thereby, the difference in thermal expansion with the alumina green sheet can be matched, warpage and cracks during firing can be reduced, and the relative dielectric constant of the low dielectric constant layer can be further reduced.
[0023]
Prior to the lamination of the low dielectric constant green sheet, the alumina green sheet, and the spinel green sheet, vias are formed on at least one of the low dielectric constant green sheet, the alumina green sheet, and the spinel green sheet. The via paste is preferably filled with a conductor paste. As a result, three-dimensional wiring can be made inside the ceramic, the multilayer ceramic substrate can be easily downsized, and functions such as a capacitor and an inductor can be incorporated.
[0024]
Furthermore, it is preferable that the said low dielectric constant green sheet contains a cordierite powder in the ratio of 20-40 mass% in the whole quantity. Thereby, the difference in thermal expansion coefficient with the alumina green sheet can be matched, and warpage and cracks during firing can be reduced.
[0025]
Furthermore, the alumina green sheet is Mn. ₂ O _Three 2 to 15% by mass, SiO ₂ 2 to 15% by mass, MgO, Mg (OH) ₂ , MgCO _Three , CaO, Ca (OH) ₂ , CaCO _Three , B ₂ O _Five , Nb ₂ O _Five , Cr ₂ O _Three And Co _Three O _Four It is preferable that at least one of them is obtained by molding a mixed powder of 0.1 to 4% by mass and the balance of alumina powder. As a result, it is easy to reduce the firing temperature and improve the product yield while maintaining the strength and thermal conductivity of the alumina-based insulating layer after sintering.
[0026]
The spinel green sheet or the paste mainly composed of the spinel contains spinel powder in an amount of 50% by mass or more based on the total weight, and is further included in the alumina green sheet and / or the low dielectric constant green sheet. It is preferable to include at least one of the components. The composition mainly composed of spinel can increase the adhesive strength between the intermediate layer and the alumina insulating layer and the adhesive strength between the intermediate layer and the low dielectric constant layer after firing.
[0027]
Moreover, it is preferable that the said conductor paste contains 10-70 volume% of Cu powder as a metal component, and 30-90 volume% of W powder and / or Mo powder. As a result, it becomes easy to form a low-resistance conductor layer even at a firing temperature of 1200 to 1500 ° C. and higher than the melting point of Cu, and it is possible to further reduce problems such as peeling during firing and lack of metal in the via.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The composite ceramic component of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a composite ceramic component of the present invention. That is, the alumina insulating layer 1 which is a sintered body mainly composed of alumina and the low dielectric constant layer 2 having a lower dielectric constant than the alumina insulating layer 1 are integrally laminated.
[0029]
In addition, on the surface and inside of the insulating substrate 5, a conductor layer 3 and a via 4 made of a surface conductor layer 3a and an inner conductor layer 3b are formed.
[0030]
The insulating layer 1 is made of an alumina sintered body mainly composed of alumina. Specifically, the insulating layer 1 contains aluminum oxide in a proportion of 84% by mass or more, Mn is oxidized in an amount of 2 to 15% by mass, and Si is oxidized. It is preferable to contain 2 to 15% by mass in terms of product, and 0.1 to 4% by mass of at least one of Mg, Ca, B, Nb, Cr and Co in terms of oxide. When this composition is used, it becomes easy to densify even at a low temperature and maintain high strength and high thermal conductivity.
[0031]
According to the present invention, in order to increase the thermal conductivity and strength of the insulating substrate 5, the relative density of the alumina insulating layer 1 is preferably 95% or higher, particularly 97% or higher, more preferably 98% or higher, and the bending strength is 350 MPa. As described above, it is particularly preferably 400 MPa or more, and more preferably 450 MPa or more. Furthermore, the thermal conductivity is preferably 10 W / m · K or more, more preferably 15 W / m · K or more, and further preferably 17 W / m · K or more.
[0032]
The alumina main crystal phase forming the insulating layer 1 exists as granular or columnar crystals, and the average crystal grain size of the main crystal phase is preferably 1.5 to 5 μm. In addition, when the main crystal phase is composed of columnar crystals, the average crystal grain size is based on the minor axis diameter. If the average crystal grain size of this main crystal phase is smaller than 1.5 μm, it tends to be difficult to achieve high thermal conductivity, and if the average grain size is larger than 5 μm, sufficient strength required for use as a substrate material is required. This is because it tends to be difficult to obtain.
[0033]
Further, in this insulating layer 1, SiO 2 ₂ In addition, it is desirable to add alkaline earth element oxides such as MgO, CaO, and SrO in a proportion of 0.1 to 4% by mass in total in order to enhance the co-sinterability with the Cu-containing conductor.
[0034]
Furthermore, you may contain transition metals, such as W, Mo, Cr, as a coloring component in the ratio of 2 mass% or less.
[0035]
The low dielectric constant layer 2 is important to have forsterite and cordierite as the main crystal phase. Forsterite is necessary to make the dielectric constant lower than that of the alumina insulating layer 1, and cordierite reduces the difference in thermal expansion coefficient between the alumina insulating layer 1 and forsterite, and reduces the residual stress due to firing. This can reduce the occurrence of warpage and cracking of the substrate.
[0036]
The thermal expansion coefficient of the low dielectric constant layer 2 can be determined by adjusting the content of forsterite and cordierite, and in particular, cordierite is 20 to 40% by mass, and further 25 to 35% by mass. Is preferred.
[0037]
Further, it is important that at least one of Zn, Mn, and alkaline earth metal and / or a non-lead / non-alkali borosilicate glass is included as a subcomponent. This subcomponent promotes the reaction with the alumina green sheet during firing, enhances the adhesive strength with the alumina insulating layer 1, and ensures the integration of the alumina insulating layer 1 and the low dielectric constant layer 2.
[0038]
In particular, it is preferable that the subcomponent is contained in a proportion of 0.1 to 10% by mass, particularly 1 to 8% by mass, and more preferably 3 to 6% by mass in the total amount in the low dielectric constant layer 2. This is because if the amount is less than 0.1% by mass, the effect of addition may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 10% by mass, the liquid phase tends to flow out during firing.
[0039]
According to the present invention, in order to increase the adhesive strength between the alumina insulating layer 1 and the low dielectric constant layer 2, it is important that the intermediate layer 7 is laminated integrally.
[0040]
The intermediate layer 7 is provided in order to improve the adhesive strength between the alumina insulating layer 1 and the low dielectric constant layer 2, and it is important that the spinel layer is the main crystal phase. For example, spinel crystals alone may be used, but a sintering aid such as Mn, alkaline earth metal, borosilicate glass, etc. may be added to promote densification.
[0041]
According to the present invention, it is preferable that a diffusion layer 18 exists between the alumina insulating layer 11 and the intermediate layer 17 as shown in FIG. The diffusion layer 18 is mainly composed of an alumina crystal phase constituting the alumina insulating layer 11 and a spinel crystal phase constituting the intermediate layer 17, and these are mixed.
[0042]
Further, it is preferable that a diffusion layer 18 exists between the low dielectric constant layer 12 and the intermediate layer 17. The diffusion layer 18 is mainly composed of forsterite and cordierite, which are the main crystal phases of the low dielectric constant layer 12, and the spinel crystal phase and manganese silicate constituting the intermediate layer 17, and these are mixed.
[0043]
Alumina reacts with the forsterite or cordierite of the low dielectric constant layer 12 to form a spinel, but it is porous even if formed in a trace amount, a part, or a relatively large amount. Although the adhesive strength at the interface between the porous insulating layer 11 and the low dielectric constant layer 12 is reduced, the intermediate layer 17 having the spinel as the main crystal is provided, so that the intermediate layer 17 is dense. Can be high.
[0044]
The formation of the diffusion layer 18 is based on the reaction between the alumina insulating layer 11 and the intermediate layer 17 or the reaction between the alumina insulating layer 11 and the low dielectric constant layer 12. Is diffused to improve the adhesion, and the diffusion layer 18 is in a state in which both crystal phases are mixed, so that stress can be relaxed to improve adhesion and strength deterioration can be prevented.
[0045]
It is desirable to add mullite to the low dielectric constant layer 2. Thereby, the adhesiveness between the low dielectric constant layer 2 and the intermediate layer 7 is increased, and the adhesive strength can be improved. The amount of mullite added depends on the composition of the intermediate layer 7 but is 1 to 20 parts by weight, particularly 2 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the component of the low dielectric constant layer 2 containing the above subcomponents. Is preferably 3 to 10 parts by mass.
[0046]
The spinel green sheet or the paste mainly composed of spinel preferably contains at least one of auxiliary components contained in the alumina green sheet and / or the low dielectric constant green sheet in addition to the spinel.
[0047]
The conductor layer 3 preferably contains 10 to 70% by volume of Cu, particularly 30 to 60% by volume, and 30 and 90% by volume, and particularly 40 to 70% by volume of W and / or Mo. The conductor layer 3 having such a composition has a sufficiently low electric resistance, suppresses signal delay, and ensures adhesion with the conductor layer 3 and / or the low dielectric constant layer 2 so that the conductor layer 3 can be peeled off. It becomes easy to suppress the generation | occurrence | production or the unevenness | corrugation of the surface of the via | veer 4, and also the defect | deletion of the metal of the via | veer 4 missing at the time of baking.
[0048]
Further, in addition to Cu and W and / or Mo having the above composition, it is desirable to contain at least one of Zr, Al, Li, Mg, and Zn in an amount of 0.05 to 3.0% by mass in terms of metal element. . Thereby, the resistance of the conductor layer 3 can be easily reduced, and the adhesiveness with the insulating layer 1 and / or the low dielectric constant layer 2 can be further improved.
[0049]
Furthermore, according to the present invention, in this conductor layer 3, W and / or Mo are in a state of spherical crystals having an average particle diameter of 1 to 10 μm, or a state in which several particles are sintered and bonded together. It is desirable from the viewpoint of low resistance and shape retention that it has a structure that is dispersed and contained in the matrix. In particular, the average particle diameter of W and / or Mo is 1.3 to 5 μm, more preferably 1.5 to 3 μm, from the viewpoint of resistance of the conductor layer 3, separation of Cu component, bleeding, etc. Is more desirable.
[0050]
In the ceramic composite part of the present invention, the Cu component in the surface conductor layer 3a and the inner conductor layer 3b diffuses into the insulating layer 1 and the low dielectric constant layer 2 by simultaneous firing at a temperature exceeding the melting point of Cu. However, according to the present invention, it is desirable that the diffusion distance of Cu to the low dielectric constant layer 2 and / or the insulating layer 1 around the conductor layer 3 containing at least Cu is 20 μm or less, particularly 10 μm or less. . Thereby, the insulation between the conductor layers 3 is ensured, and the reliability as a wiring board is enhanced.
[0051]
The composite ceramic component of the present invention having the above configuration is excellent in strength and thermal conductivity and has low reflection loss of high-frequency signals. Therefore, it can be suitably used for semiconductor packages, electronic component mounting circuit boards, high-frequency wiring boards, and the like. it can.
[0052]
Next, the manufacturing method of the composite ceramic component of this invention is demonstrated.
[0053]
First, in order to form the insulating layer 1, it is desirable to use a powder having an average particle size of 0.5 to 2.5 μm, particularly 0.5 to 2.0 μm, as an alumina raw material as a main component. When the average particle size is smaller than 0.5 μm, it is difficult to handle the powder and the cost of the powder tends to increase. When larger than 2.5 μm, it may be difficult to fire at a temperature of 1500 ° C. or less. This is because there are many.
[0054]
Also, with respect to the aluminum oxide powder, Mn ₂ O _Three 2-15% by weight of powder, especially 3-7% by weight, SiO ₂ The powder is added in a proportion of 2 to 15% by weight, in particular 3 to 7% by weight. Also, MgO, Mg (OH) as appropriate ₂ , MgCO _Three , CaO, Ca (OH) ₂ , CaCO _Three , B ₂ O _Five , Nb ₂ O _Five , Cr ₂ O _Three And CoO _Three Of these, it is preferable to add at least one powder in an amount of 0.1 to 4 mass%. As a result, in order to enable firing at a low temperature, a dense alumina insulating layer 1 is obtained, and the metal of the conductor layer 3 and the via 4 melts and flows out during firing while substantially maintaining the strength and thermal conductivity. Can be prevented and the product yield can be easily increased.
[0055]
Furthermore, a metal powder or oxide powder of a transition metal such as W, Mo, or Cr can be added to the above powder composition as a coloring component at a ratio of 2% by mass or less in terms of metal.
[0056]
On the other hand, in order to form the low dielectric constant layer 2, forsterite powder, cordierite powder, oxide powder containing at least one of Zn, Mn, and alkaline earth metal as an accessory component and / or lead-free / non-lead It is important to add the alkali borosilicate glass powder so as to contain 0.1 to 10% by mass in the total amount, and particularly 1 to 8% by mass, and further 3 to 6% by mass. preferable.
[0057]
By adding the subcomponent at a ratio of 0.1 to 10% by mass in the total amount, the reaction with the alumina green sheet is promoted at the time of firing, and it becomes possible to create a strong reaction layer and improve the adhesion. . Further, the cordierite powder is preferably added in a proportion of 20 to 40% by mass, particularly 25 to 35% by mass in order to enhance the sinterability and reduce the residual stress during firing.
[0058]
Here, the alkaline earth metal of the accessory component is an oxide powder such as Mg, Ca, Sr, Ba, etc. Further, the use of a non-lead / non-alkali borosilicate glass powder has a significant burden on the environment. This is because alkali causes insulation failure between wirings, and examples thereof include Si—Al—B—O, Si—B—Ca—O, and Si—Al—B—Mg—Zn—O.
[0059]
Furthermore, it is preferable that it is 1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of components of the low dielectric constant layer 2 containing said subcomponent, 2-15 mass parts especially 3-10 mass parts. By adding mullite powder, there is an effect of increasing the adhesive strength between the low dielectric constant layer 2 and the intermediate layer 2.
[0060]
MgO, Al ₂ O _Three , SiO ₂ In addition, at least a part of the forsterite powder and the cordierite powder may be substituted so as to have a composition that precipitates forsterite and cordierite with these composite oxides. In addition to the oxide powder, the oxide may be added as carbonate, nitrate, acetate, or the like capable of forming an oxide by firing.
[0061]
Further, in order to form a dense spinel sintered body as the intermediate layer 7, a spinel powder having an average particle size of 0.5 to 10 μm, particularly 1.0 to 5.0 μm is used as the main raw material of the intermediate layer 7. It is desirable. When the average particle size is smaller than 0.5 μm, it is difficult to handle the powder and the cost of the powder tends to increase. When larger than 10 μm, it is possible to obtain a dense intermediate layer 7 at a temperature of 1500 ° C. or lower. This is because it often becomes difficult.
[0062]
The content of the auxiliary component of the alumina insulating layer 1 and / or the content of the low dielectric constant layer 2, particularly the auxiliary component, is 5 to 50% by mass, particularly 10 to 40% by mass with respect to the spinel powder. It is desirable to add. Thus, when the component contained in the alumina insulating layer 1 or the low dielectric constant layer 2 is included in the intermediate layer 7, the adhesion of the interface between the alumina insulating layer 1, the low dielectric constant layer 2 and the intermediate layer 7 is improved. Each can be raised. In particular, by adding these components in a proportion of 5 to 50% by mass in the total amount, it becomes possible to easily densify the intermediate layer 7 during firing, and further, the auxiliary component is added to the alumina insulating layer 1 and / or By making the composition close to that of the low dielectric constant layer 2, it is possible to further improve the adhesion to these green sheets.
[0063]
Next, a sheet-like molded body for forming the alumina insulating layer 1 and the low dielectric constant layer 2 using each mixed powder is produced as an alumina green sheet and a low dielectric constant green sheet, respectively. The sheet-like molded body can be produced by a known molding method. For example, an organic binder or solvent is added to the above mixed powder to prepare a slurry, and then formed by a doctor blade method, or an organic binder is added to the mixed powder, and a predetermined thickness is obtained by press molding, rolling molding, extrusion molding, or the like. The sheet-like molded body can be produced. Then, via conductor through-holes may be formed on the sheet-like molded body by a micro drill, a laser, or the like.
[0064]
Thus, with respect to the produced sheet-like molded object, as a conductor component, Cu powder with an average particle diameter of 1-10 micrometers is 10-70 volume%, especially 30-60 volume%, and an average particle diameter is 1-10 micrometers. W powder and / or Mo powder is contained in an amount of 30 to 90% by volume, particularly 40 to 70% by volume, and at least one of Zr, Al, Li, Mg, and Zn is optionally added in an amount of 0. A conductor paste containing 05 to 3% by volume, particularly 0.2 to 2% by volume is prepared.
[0065]
If the Cu powder is less than 10% by volume, the resistance of the conductor layer 3 tends to be high, and if it exceeds 70% by volume, the alumina insulating layer 1, the low dielectric constant layer 2, the intermediate layer 7 and the conductor layer 3 are simultaneously fired. In this case, it becomes difficult to maintain shape retention, and bleeding and disconnection are likely to occur. In addition, the conductor layer 3 is peeled off from the alumina insulating layer 1, the low dielectric constant layer 2, the intermediate layer 7, and the like, and a defect such as lack of metal inside the via 4 is likely to occur.
[0066]
Then, the paste is filled in the vias 4 applied to the respective sheet-like molded bodies, and is applied to the surface of each sheet-like molded body. When the conductor layer 3 is formed, the conductor paste is printed and applied to the insulating layer 1, the low dielectric constant layer 2 or the intermediate layer 7 by a method such as screen printing or gravure printing.
[0067]
In these conductor pastes, 0.05 to 2% by volume of aluminum oxide powder or the same composition powder as the oxide ceramic component forming the insulating layer 1 is used in order to enhance the adhesion to the insulating layer 1. It is also possible to add in proportions.
[0068]
Next, the sheet-like molded body having the conductor paste on the surface and / or the via 4 is aligned and laminated and pressure-bonded. At this time, the spinel green sheet (S) is interposed as a spinel composition between the alumina green sheet (A) and the low dielectric constant green sheet (D). This intermediate layer is prepared from a sheet-like molded body having a thickness of about 50 to 100 μm using the above spinel composition, and is inserted between the alumina green sheet and the dielectric green sheet 2 to form a laminate. To do. For example, green sheets are stacked in the order of D, S, A, S, D, S, A, A, and A.
[0069]
Further, instead of the spinel green sheet, an intermediate layer paste may be used as the spinel composition. The intermediate layer paste may be applied to the surface of the alumina green sheet 1 and / or the dielectric constant green sheet 2 and laminated as described above.
[0070]
The intermediate layer paste can be prepared by a known method. For example, an organic binder or solvent is added to the mixed powder of spinel powder and auxiliary powder to adjust the slurry, and then the solvent is evaporated, or the organic binder is added to the mixed powder and then a stirring deaerator is used. Mix for an appropriate time to make a paste.
[0071]
This paste is printed and applied onto an alumina green sheet and / or a low dielectric constant green sheet by a method such as a screen printing method or a gravure printing method. At this time, in order to maintain the shape of the via 4 formed on the green sheet, the via 4 may be not applied. Subsequently, the sheet-like molded body having the conductor paste on the surface and / or the via 4 is aligned and laminated and pressure-bonded to produce a laminated body.
[0072]
The spinel green sheet or the intermediate layer paste contains 50% by mass or more of spinel powder with respect to the total amount of powder contained, and at least one of the auxiliary components of the alumina green sheet and the low dielectric constant green sheet. Preferably it contains seeds. The composition mainly composed of spinel can increase the adhesive strength between the intermediate layer and the alumina insulating layer and the adhesive strength between the intermediate layer and the low dielectric constant layer.
[0073]
It is important that the obtained laminate is fired under conditions where the firing temperature is 1200 to 1500 ° C., in particular, 1225 to 1450 ° C., more preferably 1250 to 1400 ° C., and more preferably 1275 to 1350 ° C. It is preferable to do.
[0074]
When the firing temperature is lower than 1200 ° C., the alumina insulating layer 1 cannot reach the relative density of 95%, the thermal conductivity and strength are lowered, and the low dielectric constant layer 2 is sufficiently densified. I can't. On the other hand, if the firing temperature is higher than 1500 ° C., the sintering of W or Mo itself proceeds and it becomes difficult to maintain the uniform structure of the conductor layer 3 due to the flow of Cu, and as a result, low resistance can be maintained. Can not.
[0075]
In particular, firing is preferably performed so that the ratio t / d of the thickness d of the intermediate layer to the thickness t of the diffusion layer is 0.25 to 1. It is possible to ensure a sufficient thickness of the diffusion layer and to prevent a decrease in bonding strength due to the intermediate layer being excessively diffused into the alumina insulating layer or the low dielectric constant layer. The firing temperature is particularly preferably set to 1250 to 1400 ° C. from the viewpoint of easy formation of the diffusion layer and control of the ratio t / d.
[0076]
The non-oxidizing atmosphere at the time of firing is preferably nitrogen or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen. In particular, in order to suppress the diffusion of Cu in the conductor layer 3, hydrogen and nitrogen are used. A non-oxidizing atmosphere with a dew point of + 30 ° C. or lower, particularly 0 to 25 ° C. is desirable. If the dew point during firing is higher than + 30 ° C., the conductor material reacts with moisture in the atmosphere during firing to form an oxide film, and the alumina insulating layer 1 and Cu of the Cu-containing conductor react to each other. This is because it not only hinders resistance reduction but also promotes Cu diffusion. Note that an inert gas such as an argon gas may be mixed in the firing atmosphere as desired.
[0077]
In the method for manufacturing a composite ceramic component of the present invention having the above-described configuration, the alumina insulating layer 1, the low dielectric constant layer 2, and the conductor layer 3 having a small electric resistance can be simultaneously fired. A composite ceramic component having a low strength, high strength and high thermal conductivity insulating substrate can be realized.
[0078]
Further, by forming the intermediate layer 7, the adhesive strength between the alumina insulating layer 1 and the low dielectric constant layer 2 can be remarkably increased.
[0079]
【Example】
Example 1
In order to produce an alumina insulating layer, alumina powder having an average particle size of 1.8 μm, Mn having an average particle size of 4 μm ₂ O _Three Powder, SiO with an average particle size of 1 μm ₂ Powder, MgO powder and CaO powder having an average particle diameter of 2 μm, B ₂ O _Five Powder, Nb ₂ O _Five Powder, Cr ₂ O _Three Powder and CoO _Three The powder was prepared in the composition shown in Tables 1 and 3, and an acrylic binder as a molding organic resin (binder) and toluene were mixed as a solvent to prepare a slurry, and then the thickness was 250 μm by a doctor blade method. The sheet was formed into a sheet to obtain an insulating layer green sheet. And the via | veer whose hole diameter after baking was 100-200 micrometers was formed in the predetermined location.
[0080]
As a low dielectric constant layer, forsterite powder with an average particle size of 3 μm, cordierite powder with an average particle size of 2.2 μm, Zn with an average particle size of 4 μm ₂ SiO _Four Powder and Mn ₂ O _Three Powder, CaO powder having an average particle diameter of 2 μm, MgO powder and BaO powder, and non-lead / non-alkali borosilicate glass powder having an average particle diameter of 1.7 μm were prepared in the composition shown in Table 1, and the total of these To 100 parts by mass, mullite powder having an average particle size of 2.5 μm was added in an amount shown in Table 1, and an acrylic binder as a molding organic resin (binder) and toluene as a solvent were mixed to prepare a slurry. . These slurries were formed into a sheet having a thickness of 250 μm by a doctor blade method to obtain a low dielectric constant green sheet. And the via | veer whose hole diameter after baking was 100-200 micrometers was formed in the predetermined location.
[0081]
The intermediate layer was formed by applying spinel green sheet (S) and paste (P). As a spinel green sheet, spinel powder having an average particle size of 0.98 μm, the above-mentioned alumina insulating layer and / or auxiliary component of the low dielectric constant layer were prepared in the composition shown in Table 1, and an organic resin for molding ( A slurry was prepared by mixing an acrylic binder as a binder and toluene as a solvent. These slurries were formed into a sheet having a thickness of 250 μm by a doctor blade method to obtain a spinel green sheet. And the via | veer whose hole diameter after baking was 100-200 micrometers was formed in the predetermined location.
[0082]
Further, as an intermediate layer paste, the above spinel powder, the above-mentioned alumina insulating layer and / or the above-mentioned low dielectric constant layer auxiliary components are prepared in the compositions shown in Tables 1 and 3, and an acrylic binder, A paste was prepared by mixing acetone as a solvent.
[0083]
Next, Cu powder having an average particle diameter of 5 μm and W powder or Mo powder having an average particle diameter of 5 μm are mixed in the ratios shown in Tables 1 and 3, and a conductive paste is prepared using acetone as a solvent with an acrylic binder. did.
[0084]
Next, the conductor paste was printed and applied onto each sheet-like molded body, and the vias of each sheet-like molded body were filled with the conductor paste. Each sheet-like molded body produced as described above was positioned and laminated and pressure-bonded to produce a molded body laminate.
[0085]
When using the intermediate layer paste, the intermediate layer paste is applied to the surface of the alumina green sheet and / or the low dielectric constant green sheet by a well-known method, and then each sheet-shaped molded body is aligned and laminated. Thus, a molded body laminate was produced.
[0086]
Thereafter, this molded body laminate was degreased in an oxygen-containing atmosphere substantially free of moisture, and then fired in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere having a dew point of 25 ° C. as shown in Table 1. Such composite ceramic parts were produced.
[0087]
The specific gravity of the obtained sintered body was measured by the Archimedes method, and the relative density was calculated from the true specific gravity. In addition, warpage and cracking of the entire composite ceramic part were confirmed, and the appearance of wiring and vias was confirmed.
[0088]
The relative dielectric constant was measured at a measurement frequency of 60 GHz by the cavity resonator method based on JIS R1627. Further, the bending strength of the alumina insulating layer was measured at a three-point bending strength at room temperature based on JIS R1601.
[0089]
Elemental analysis of the diffusion layer was performed with EPMA, and the thickness (d) of the intermediate layer and the thickness (t) of the diffusion layer were measured using a scanning electron microscope, and the ratio t / d was calculated.
[0090]
The reflection loss was measured for a 60 GHz signal using a network analyzer and a wafer probe. Specifically, the value between the substrate on which the ceramic component was mounted and the measurement electrode provided in the ceramic component was measured. The results are shown in Tables 1-4.
[0091]
[Table 1]

[0092]
[Table 2]

[0093]
[Table 3]

[0094]
[Table 4]

[0095]
Sample No. of the present invention. 1 to 3, 5, 6, 8 to 14, 16 to 18, and 20 to 60 had no external appearance of wiring / via, no warpage of the substrate, no cracks, and a reflection loss of −12.5 dB or less.
[0096]
On the other hand, a sample No. outside the scope of the present invention having no low component in the low dielectric constant layer. In No. 4, a dense low dielectric constant layer was not obtained, and cracking of the substrate was observed.
[0097]
In addition, the sample No. out of the scope of the present invention in which the minor component exceeds 10% by mass. As for 7, 15, and 19, the disconnection of wiring was seen.
Example 2
Sample No. 1 in Example 1 Using the composition of 47, a composite ceramic part having an intermediate layer and a composite ceramic part having no intermediate layer were prepared and subjected to a heat cycle test. Note that mullite was not added to the low dielectric constant layer of the composite ceramic part having no intermediate layer.
[0098]
In the heat cycle test, −65 to 150 ° C. was observed every 100 times to see if there was a crack between the alumina insulating layer and the low dielectric constant layer, and was repeated up to 1000 times.
[0099]
As a result, in the composite ceramic part having no intermediate layer, cracks were observed 500 times, but in the composite ceramic part having the intermediate layer, cracks were not generated even 1000 times.
[0100]
【The invention's effect】
According to the present invention, an alumina insulating layer and a low dielectric constant low dielectric constant layer are integrally laminated, and the structure includes an insulating substrate having a conductor layer formed on the surface and / or inside thereof. By controlling the composition of the low dielectric constant layer, we realized a composite ceramic component with high strength, high thermal conductivity, and low resistance conductor wiring that can be used in the high frequency region.
[0101]
In addition, by providing an intermediate layer and / or a diffusion layer between the alumina insulating layer and the low dielectric constant low dielectric constant layer, the adhesive strength between the alumina insulating layer and the low dielectric constant layer is improved and reliability is improved. And lifespan can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a composite ceramic component of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a part of the composite ceramic component of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 11 ... Alumina insulating layer
2, 12 ... Low dielectric constant layer
3. Conductor layer
3a ... surface conductor layer
3b ... Inner conductor layer
4 ... Via
5 ... Insulating substrate
7, 17 ... Intermediate layer
18 ... Diffusion layer

Claims

An alumina insulating layer and a low dielectric constant layer having a lower dielectric constant than that of the alumina insulating layer are integrally laminated, and includes an insulating substrate having a conductor layer formed on the surface and / or inside thereof. The layer has forsterite and cordierite as the main crystal phase, and as a secondary component, at least one of Zn, Mn and alkaline earth metal and / or non-lead / non-alkaline borosilicate glass in a total amount of 0.1 to 10 mass %, And an intermediate layer having spinel as a main crystal phase is formed between the alumina insulating layer and the low dielectric constant layer.

The composite ceramic component according to claim 1, wherein a diffusion layer is included between the intermediate layer and the alumina insulating layer, and between the intermediate layer and the low dielectric constant layer.

The composite ceramic component according to claim 1 or 2, wherein a ratio t / d of the thickness d of the intermediate layer to the thickness t of the diffusion layer is 0.25 to 1.

4. The composite ceramic component according to claim 1, wherein the low dielectric constant layer contains a mullite crystal phase.

5. The composite ceramic component according to claim 1, wherein the low dielectric constant layer contains cordierite at a ratio of 20 to 40 mass% in the total amount.

6. The composite ceramic part according to claim 1, wherein the alumina insulating layer has a three-point bending strength of 350 MPa or more.

The alumina insulating layer is an oxide of at least one of Mg, Ca, B, Nb, Cr and Co, Mn being 2 to 15% by mass in terms of oxide, Si being 2 to 15% by mass in terms of oxide The composite ceramic component according to any one of claims 1 to 6, wherein the composite ceramic component is contained in an amount of 0.1 to 4% by mass in terms of conversion and has a relative density of 95% or more.

The composite ceramic component according to any one of claims 1 to 7, wherein the conductor layer contains Cu in a proportion of 10 to 70% by volume and W and / or Mo in a proportion of 30 to 90% by volume.

0.1-10 mass in the total amount of oxide powder and / or non-lead / non-alkali borosilicate glass powder containing at least one of Zn, Mn and alkaline earth metal with respect to forsterite powder and cordierite powder % Low dielectric constant green sheet, alumina green sheet and spinel green sheet are prepared, and after applying a conductive paste to each green sheet, the low dielectric constant green sheet and the alumina green sheet A method for producing a composite ceramic component, comprising producing a laminate by laminating the spinel green sheets and then firing the laminate at 1200 to 1500 ° C.

0.1-10 mass in the total amount of oxide powder and / or non-lead / non-alkali borosilicate glass powder containing at least one of Zn, Mn and alkaline earth metal with respect to forsterite powder and cordierite powder % Low dielectric constant green sheet and alumina green sheet are prepared, and after applying a conductive paste to each green sheet, on the main surface of the low dielectric constant green sheet and / or the alumina green sheet A paste mainly composed of spinel is applied, the alumina green sheet and the low dielectric constant green sheet are laminated so as to sandwich the paste, and a laminate is manufactured, and then the laminate is fired at 1200 to 1500 ° C. A method for producing a composite ceramic component, comprising:

11. The composite ceramic according to claim 9, wherein the laminate is fired so that a ratio t / d of the thickness d of the intermediate layer to the thickness t of the diffusion layer is 0.25 to 1. 11. A manufacturing method for parts.

The method for producing a composite ceramic component according to claim 9, wherein the low dielectric constant green sheet contains mullite powder.

Prior to the lamination of the low dielectric constant green sheet, the alumina green sheet, and the spinel green sheet, vias are formed on at least one of the low dielectric constant green sheet, the alumina green sheet, and the spinel green sheet. The method for producing a composite ceramic component according to claim 9, wherein the via is filled with a conductive paste.

The method for producing a composite ceramic component according to any one of claims 9 to 13, wherein the low dielectric constant green sheet contains cordierite powder in a proportion of 20 to 40% by mass in the total amount.

The alumina green sheet is ₂ to 15% by mass of Mn ₂ O ₃ , 2 to 15% by mass of SiO ₂ , MgO, Mg (OH) ₂ , MgCO ₃ , CaO, Ca (OH) ₂ , CaCO ₃ , B It must be obtained by molding a mixed powder composed of 0.1 to 4% by mass of at least one of ₂ O ₅ , Nb ₂ O ₅ , Cr ₂ O ₃ and Co ₃ O ₄ and the balance of alumina powder. The method for producing a composite ceramic component according to claim 9, wherein:

The spinel green sheet or the paste mainly composed of the spinel contains spinel powder in an amount of 50% by mass or more based on the total weight, and further includes an auxiliary component contained in the alumina green sheet and / or the low dielectric constant green sheet. The method for producing a composite ceramic component according to claim 9, comprising at least one of them.

The conductive paste contains Cu powder as a metal component in a proportion of 10 to 70% by volume, and W powder and / or Mo powder in a proportion of 30 to 90% by volume. Manufacturing method for composite ceramic parts.