JPS61168564A - セラミツク絶縁基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、セラミック絶縁基板に係プ、特に電気信号の
入出力の丸めのビンを取シ付けたシ、半導体部品を搭載
して機能モジュ、ルを構成するために好適なセラミック
基板に関する。

〔発明の背景〕

近年、Ｌ、９Ｉ等の集積回路は高速化、高密度化に伴っ
て、放熱や素子の高密度化を計るため回路基板上に直接
チップを実装する方式が用いられているようになってき
ている。しかし、この実装方式においては、ＬＳＩ等の
集積回路のサイズが大きくなるにつれ−（、ＬＳＩ等の
集積回路材料と回路板材料との間で、実装時の温度変化
によって生じる応力が大きくなるという問題があった。

すなわち、現在セラミック多層配線基板の主流であるＡ
４０ｇ　　は、ＡｔｚＯｓ自身の熱膨張係数がＬＳＩ等
の集積回路材料であるシリコンの熱膨張係数３０ｘ１０
−’／Ｃ（室温〜５００Ｃ）に比べ、約２倍以上ｋＨ２
Ｏ３の熱膨張係数が大きい。このため、ＡｔｍＯｓ系多
層回路板へＬＳＩ等のシリコン半導体チップを直接半田
等で接続部の微細化は、実装寿命を悪化させる傾向にあ
る。この問題を解決するためには、多層配線基板の熱膨
張係数をシリコンに近づけると共に、多層回路板内の電
気信号の伝播速度の高速化をはかるため、低比誘電率の
基板材料を開発する必要がある。この目的のために、ム
ライト（３Ａ！４０ｓ・２３ｉ０１）系の焼結体を用い
た多層配線基板が考えられる。その理由は、ムライトの
熱膨張係数が４０〜５５Ｘ１０−’／Ｃとシリコンのそ
れに近く且つ、比誘電率が約６．７（ＩＭＨｚ）と低い
ためである。

しかし、ムライトの組成であるＡＬｘ’ｓ　とＳ１０２
を混合した系で、多層配線板を作製しようとした場合、
ＬＬ２ｏｓ系多層配線板に適用されている焼成温度１６
００Ｃ付近では、ｋ４　Ｑ３　、　Ｓ　ｌ　ｏｚ等が未
反応の状態で残シ、多孔質で且つ、熱膨張係数が大きい
などの欠点がある。ち密質のムライト材料を作製するた
めには、約１８００ｃ以上の高温で焼結しなければなら
ず、量産する上で能率が悪い。

そこで、１６００ｔＺ’付近゛の温度で焼結できるムラ
イト系材料の開発が必要であった。この目的のため、ム
ライトとガラスとからなる材料が考えられる。

その−例としてムライト焼結体及びその製造法（特開昭
５７−１１５８９５号）である。この例は、カラスとし
て例えばコージエ？イト（２ＭｇＯ・２ＡｌｚＯｓ　・
５８ｉ０ｚ　）　　組成ニジなっている。

しかし、この材料はムライト結晶が、ガラスまたは、ガ
ラスから生成する結晶によシ結合されたものである。し
たがって、材料の強度は、ムライト結晶を結合するガラ
ス、または、それから生成する結晶に左右され、実際こ
の材料の強度は、最大で１６に９／−である。このため
、多層配線板の信号の入出力用ピンをろう付けした場合
、ろう材料と多層配線板との熱膨張差にょシ配線板にク
ラックを生ずる。ムライト系材料を用いて、有用な多層
配線板を得るためには、更に強度の大きい材料を開発す
る必要があるう 〔発明の目的〕 本発明の目的は、低比誘電率で且つ、高強度のムライト
系セラミック絶縁基板を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば、本発明はセラミック絶縁基板に関
する発明であって、ムライト系セラミック絶縁基板にお
いて、ムライトに焼結助剤として金属Ｓｉを添加して大
気中で焼結することを特徴とするものである。

従来、ムライトを焼結するための材料として、ガラスで
なければ焼結が困難であると考えられていたが、ムライ
トに金属Ｓｉを添加して、大気中で焼成を行うことによ
シ酸化反応で金属ｓ１が、ムライト（３Ａ４０ｓ・２３
　ｔｏ意）の−成分であるｓｉｏｗとなり、その５１０
２がムライトと固相で拡散反応を行い、十分焼結が可能
であることを確認した。しかも、そのムライト系材料は
、気孔も小さく、強度の大きい材料を開発することが可
能となった。また、従来の原料粉の混合粉に対し、本発
明は、原料粉としてムライトと金属Ｓ１であるため非常
に単純である。また、従来のムライ）Ｋガラス添加（特
開昭５７−１１５８９５号；）はＭｇＯが添加されてい
るがＭｇＯは非常に不安定であシ、水の吸収性が良いた
め水酸化マグネシウムになプやすく保存に問題がある。

次に、ムライトに添加する金属３ｉ量は、８１０２量に
換算して１０〜３０ｗｔ１が良好である。その理由とし
ては、５ｌｏｔ量が１０ｗｔ＊よシ少ない場合は、焼結
温度が亮くなシ好ましくない。Ｓｉｇｈ量が３０ｗｔチ
よシ多い場合は、比誘電率は低くなる傾向にあるが、強
度が小さい。

したがって、ムライトに焼結助剤として添加する金属５
ｉＪｉは、５ｉＣｈ量に換算して１０〜３０ｗｔ％が適
当である。この場合には、ち密で且つ比誘電率の低い、
高強度の多層配線回路板用材料及び配線板が製造可能に
なる。次に、ムライト系セラミック絶縁基板の製造方法
には、まずグリンシート（生の成形体）を製造する方法
がある。それＫは、グリンシート法、スリップキャステ
ング法、プレスによる金型成形法、インジェクションモ
ールド法等がある。

グリンシート法は、原料粉に溶剤及び熱可塑性等の樹脂
を添加し、攪拌し九スラリーを真空脱気したのち、グリ
ンシート作製機にょシ、グリンシ・中トを作製する方法
である。スリップキャステング法は、原料粉に、水１分
散剤及び熱可塑性の樹脂を添加し、攪拌したスラリーを
例えば、石こう屋内へ流し込んで製造する方法である。

プレスによる金型成形法は、原料粉に溶剤及び熱可塑性
の樹脂を添加し、らいかい機で混合攪拌した原料粉を、
ふるい等によシ造粒したのち、金型内に入れて荷重を加
えて製造する方法である。インジェクションモールド法
は、原料粉に、熱り塑性等の樹脂及びワックス等を添加
し、温度を加えて原料粉に樹脂等を付着させた原料粉を
インジェクションマシン機のホッパ部内に入れ、加熱し
、原料粉の回りに付着している樹脂等を溶融させながら
スクリューによシ射出ノズル部まで送り圧力を与えて金
型内に打ち込む方法である。以上の方法によシ、製造さ
れたグリンシートを積層あるいは、脱脂工程をしたのち
、焼成してムライト系セラミック絶縁基板を製造する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明は、これら実施例に限定されない。

なお、文中に部とあるのは重量部を、チとあるのは重量
％を示す。多層配線基板の製造方法は、まずムライト粉
（平均粒径：５μｍ）に金属Ｓｔ（平均粒径；３μｍ）
を４．６６．７．０，９．３３゜１Ｌ６６．１４．０％
を添加した。上記の金属Ｓｉ量は、５ｉＯｚに換算して
１０．０，１５．０，２０．０゜２５．０，３０．０１
である。次に各々の混合粉に重合度１０００のポリビニ
ルブチラール５．９部、トリクロロエチレン１２４部、
テトラクロロエチレン３２部、ｎ−ブチルアルコール４
４部を加え、ボールミルで２４時時間式混合レスラリー
を作成する。真空脱気によシ、スラリーから気泡を除去
する。次にスラリーをドクターブレードを用いて、ポリ
エステルフィルム支持体上に０．２　ｗｓ厚さに塗布し
、炉を通して乾燥し、ムライト系セラミック多層配線基
板用のグリンシートを作成する。

次にそのグリンシートを５０角に切断し、３０層積層し
たのち熱間プレスによシ圧着した。圧着啼件は、温度１
２（Ｉｃ、圧力は４０Ｋｇ／ｃｍ”である。圧着後、樹
脂抜きのため１２００ｔｌｌ”Ｘ１時間の脱脂をしたの
ち、焼結を行ったう焼結温度は１６００〜１６５０Ｃで
保持時間は１時間である。雰囲気は、大気中である。焼
結された基板を比誘電率及び曲げ強さ測定試験片用に切
断したのち、ダイヤモンドラップ盤を用いて荒研摩及び
仕上研摩を行った。

表１に各セラミックにおける緒特性を示す。また、比較
するためにムライトにコージェライトなるガラス成分を
３０チ添加したムライト系セラミック（特開昭５７−１
１５８９５号）　、Ａｌ４０ａ　　も併せて示す。図は
、ムライトに金属５ｉ（ＳｉＯｓ量に換算）量（重量％
）と曲げ強さくＫｙ／ｗａｓ”　）との関係を示すグラ
フである。

表１から、わかるように現在多ｌ−配線基板の主流であ
るｋｔｚｏｓは、比誘電率９．５（ＩＭＨｚ）、路板の
電気信号の伝播速度を遅くする原因になっている。ムラ
イトに３０％コージェライトが添加されているムライト
系セラミック（特開昭５７−１１５８９５号）では、比
誘電率６−０　（ＩＭＨｚ　）と低く良好であるが、曲
げ強さが１６．ＯＫ９／■２と、ＡＬｚＯｓの強度の約
１／２程度しか得られない。つそれに比べ、本発明のセ
ラミック絶嫌材料であるムライトに金ｔＡｓｉを８ｉＣ
ｈに換算して１０〜３０チ添加した材料は、ムライトに
３０チコージライトを添加した材料（特開昭５７−１１
５８９５号）の比誘電率６．０　（ＩＭＨｚ）Ｋ比べ、
０．２〜０．７と僅かに高い比誘電率でめるが、それほ
ど大きな影響はない。曲げ強さに関しては、金属Ｓ１を
４．６６チ（Ｓｔ（ｈ）に換算して１０チ）添加した焼
結体の曲げ強さは２０．１Ｋｇ／■２、金属ｓ１を９．
３３チ（ｓｔｏｎに換算して２０チ）添加した焼結体ノ
曲げ強さは２ＺＯＫｇ／ｙｍ”、金属ｓｉを１４１（８
４０，に換算して３０チ）添加した焼結体の曲げ強さ２
０．０　Ｋｇ　／　ｌａｌ＋２　とそれぞれ高い曲げ強
さになっておシ、ムライトに３０１コージエライト添加
した材料の曲げ強さ１６．Ｑ１４／■２に対し約１．３
〜１．４倍曲げ強さが向上しておシ、低比誘電率と曲げ
強さの大きい優れた材料であることが確認された。

次に各々の焼結体のＸ線回折結果について説明するラム
ライトに３０％コージェライトした材料（特開昭５７−
１１５８９５号′）のＸ線回折結果では、ムライト以外
にＡｔ５Ｏｓ　、　Ｓ　ｉ　Ｏｘ　、　Ｍｇ　００少な
くとも２種以上の結晶相であるスピネル（Ａｔ４８１ｔ
）　Ｉ５サファリ７　（Ｍｌｌｓ、ｓ　Ａｔ４８１ｔ　
、５０２ｏｉ）、コージェライト（ＭｇｓＡ４８輸０目
）、シリマナイト（Ａ４８ｊへ）等、数多くの複雑な相
からなっている。これは、ムライトを焼成するために含
有したガラス成分（コージェライト等）が相となシ、ム
ライトとの界面で反応生成したものであろう一万、本発
明であるムライトに金属Ｓ　ｉ　（３１Ｃｈに換して１
０〜３０チ９を添加した焼結体は、ムライトにＳｉｇｈ
その池に固相拡散によシ生成されたシリマナイト（ＡＩ
４ＳｉＯｓ）相・５のみであることが確認された。した
がって、焼結助剤としてガラス（コージェライト等）を
用いたものと金属Ｓｔを用いたものとでは、焼結体中に
生成された結晶相が明らかに異なっていることがわかる
。

次に、ムライト系セラミック破断面を走査電子型顕微鏡
（ＳＥＭ）で観察すると、従来のムライトに３０％コー
ジェライトを添加させた焼結体の破断面は、ボイドも大
きく、結晶粒も粗大化された様相を示している。しかし
、本発明組成であるムライトに金属Ｓ１を８’ｉ０＊量
に換算して１０〜３０チ添加した焼結体の破断面は、ボ
イドも小さく分散し、結晶粒も微細化され良好様相を示
している。

図は、金属５ｉｉｔ（重量チ）または５ｉ０２量（重量
％）に換算したものと焼結体の曲げ強さとの関係を示す
グラフである。このグラフからも、わかるように本発明
組成であるムライトに金属Ｓ１をＳ　ｒ　Ｏｔに換算し
てｌＯ〜３０チ添加したものは、従来の３０チガラスを
添加した焼結体の曲げ強さ１６　Ｋ４／＋ｗ”　よシも
大きな曲げ強さを示している。またいずれの本発明組成
においても、曲げ強さは２０　Ｋｇ　／　ｗｓ　”以上
をクリアーし安定した曲げ強さを示している。したがっ
て、焼結助剤としてムライトに金属ｓｉを４．６６〜１
４チ（８ｒ　Ｏｚに換算して１０〜３０％）添加して大
気中で焼成することにより、金属Ｓ１が酸化反応によｐ
ｓｉｏ。

となシ、そのｓｈｏ、がムライトと固相で反応し焼結す
るため、ち密で且つ低比誘電率の高強度ムライト系セラ
ミック多層基板材料が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セラミック絶縁基板としてムライトに
焼結助剤として金属３ｉ′１ｒＳｉＯｘＫ換算して１０
〜３０重量饅添加して大気中で焼結することにより、金
属３ｉが酸化反応によ１）ＳｉＯｘとなシ、ムライトと
その５ＩＣｈが固相拡散で焼結が進行するため、ムライ
ト粒子の粒成長が小さく微細である。したがって、高強
度で且つ比誘電率６．７（ＩＭＨ２）以下の優れたムラ
イト系ＩｆＩＡ＊基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明のセラミック絶縁基板の実施例の金属Ｓｉ
量または５ｆＣｈに換算した量と、焼結体の曲げ強さと
の関係説明図である。 ５ＬＯ２４Ｊ−（’ｌＩ　Ｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ムライト系セラミック絶縁基板において、ムライト
   に焼結助剤として金属珪素を添加し残りがムライトから
   なり、大気中で焼成することを特徴とするセラミック絶
   縁基板。