(57)【要約】【課題】アルミナよりも高い熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラミック焼結体、およびこのガラスセラミック焼結体を高誘電率層とし、外部回路基板への実装信頼性に優れた多層配線基板を提供する。【解決手段】バリウムホウ珪酸ガラス相３５〜６５質量％と、チタン酸バリウムストロンチウム相１５〜６０質量％と、珪酸ストロンチウム相１０〜３５質量％を含有してなり、４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１３以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリウムホウ珪酸ガラス相３５〜６５質量％と、チタン酸バリウムストロンチウム相１５〜６０質量％と、珪酸ストロンチウム相１０〜３５質量％とを含有してなることを特徴とするガラスセラミック焼結体。
【請求項２】
スピネル相を５〜２５質量％含有する請求項１に記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項３】
４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１３以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項４】
バリウムホウ珪酸ガラス相が、各酸化物換算で、Ｓｉを５〜４０モル％、Ｂａを５〜６５モル％、Ｂを５〜２０モル％、Ｔｉを０〜２０モル％、の割合で含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項５】
チタン酸バリウムストロンチウム相が、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０２〜０．７）からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載のガラスセラミック焼結体。
【請求項６】
高誘電率層と低誘電率層とが多層に積層された絶縁基板の表面および／または内部にメタライズ配線層が配設されている多層配線基板において、前記高誘電率層が請求項１乃至５のうちいずれか記載のガラスセラミック焼結体からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項７】
前記低誘電率層の４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８×１０−６／℃、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１０未満であることを特徴とする請求項６に記載の多層配線基板。
【請求項８】
前記高誘電率層が、一対のメタライズ配線層間に配設されており、該一対のメタライズ配線層によって所定の静電容量が引き出されることを特徴とする請求項６または７に記載の多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスセラミック焼結体および多層配線基板に関し、特に、高誘電率、高熱膨張係数を有するガラスセラミック焼結体と、かかるガラスセラミック焼結体を具備した多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体素子収納用パッケージは絶縁基板用の材料として、アルミナ等のセラミックスや、さらに最近では銅メタライズと同時焼成を可能としたガラスセラミック焼結体が多用され、一方で、ＬＳＩの高速、高周波化に伴うゲート数の増加に対応するために接続端子を増やす工夫がなされ、最も高密度化できる構造としてボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が実用化されている。
【０００３】
また、近年では、携帯電話などモバイルコンピューティングの発達に伴い、電子機器は小型化、高密度実装化の要求が強まっており、従来、半導体素子収納用パッケージの近傍に配置させていたコンデンサ等の電子部品をパッケージ内に内蔵し、パッケージ自体に機能性を付与することが行われている。
【０００４】
そして、このような高密度実装および高機能化に対応する多層配線基板として、例えば、特開２０００−５８３８１号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示された多層配線基板では、基板内にコンデンサを内蔵する工夫がなされ、そのため高誘電率層として、予め合成されたＢａＴｉＯ３と、ＢａＯ、ＳｉＯ２を主成分とするガラス成分とを混合して調製されたガラスセラミック焼結体が用いられることが記載されている。
【０００５】
また、最近では、上記のＢＧＡ型のような半導体素子収納用パッケージを、プリント基板等の外部回路基板の表面に接続した状態でも高い実装信頼性が得られるように、絶縁基板材料を高熱膨張化する試みが行われているが、上記特開２０００−５８３８１号公報に開示されたガラスセラミック焼結体のように、ＢａＯ、ＳｉＯ２を主成分とするガラス成分に対して、元来高誘電率を有する誘電体材料の代表であるＢａＴｉＯ３を混在させるようなものでは、ガラスセラミック焼結体の高誘電率化を図ることができるものの、プリント基板の熱膨張係数（１２〜１５×１０−６／℃）に近づけるほどの高熱膨張化はできなかった。
【０００６】
そこで、高誘電率化したガラスセラミック焼結体を高熱膨張化するために、ＢａＯやＳｉＯ２を主成分とするようなガラス成分とＢａＴｉＯ３等の誘電体材料とを混合したものに、さらに、高熱膨張化用の第３成分として、例えば、熱膨張係数が１８×１０−６／℃と高いクオーツを添加することが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、ガラス成分とＢａＴｉＯ３とを混合したものに、上記のようにクオーツを添加して焼成した場合には、クオーツが、変極点を有し熱膨張係数が低下してしまうクリストバライト等に変態するために高熱膨張化できない、あるいは、クオーツがＢａＴｉＯ３と反応し高誘電率相の割合が減少するために高誘電率を維持できないという問題があった。
【０００８】
また、熱膨張係数が実用に対して十分でないガラスセラミック焼結体を用いて多層配線基板を形成し、プリント基板等の外部回路基板に実装して半導体素子の動作試験や熱サイクル試験を行った場合、多層配線基板と外部回路基板との間の熱膨張差に起因する熱応力の発生により実装信頼性が低下するという問題があった。
【０００９】
さらに、ガラスセラミック焼結体の比誘電率が低ければ多層配線基板の内部に形成されたコンデンサから高い静電容量を引き出すことができないことから、同時焼成によって多層配線基板の内部にコンデンサを形成する利点が薄れるという問題があった。
【００１０】
従って、本発明は、アルミナよりも高い熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラミック焼結体、およびこのガラスセラミック焼結体を高誘電率層とし、外部回路基板への実装信頼性に優れた多層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】
本発明者は、上記課題に対して種々検討を重ねた結果、高誘電率層用材料として、バリウムホウ珪酸ガラス相と、チタン酸バリウムストロンチウム相と、珪酸ストロンチウム相との混合組織によって構成することにより、アルミナより高い熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラミック焼結体を得ることができ、さらに、このガラスセラミック焼結体を高誘電率層とし低誘電率層とともに同時焼成すると、高誘電率、高熱膨張係数を併せ持つ多層配線基板の形成を可能にした。
【００１２】
即ち、本発明のガラスセラミック焼結体は、バリウムホウ珪酸ガラス相３５〜６５質量％と、チタン酸バリウムストロンチウム相１５〜６０質量％と、珪酸ストロンチウム相１０〜３５質量％とを含有してなることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、チタン酸バリウムストロンチウム相自体高誘電率および高熱膨張係数を有する化合物であり、かつ低温から４００℃まで高熱膨張性を有する珪酸ストロンチウム相を添加することによりさらに高い熱膨張率を有することができる。そのため従来、ガラス成分とＢａＴｉＯ３とを混合したものに、高熱膨張化のために、例えば、クオーツなどを添加して焼成されたガラスセラミック焼結体と比較して、高い熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラミック焼結体を得ることができる。
【００１４】
また、上記ガラスセラミック焼結体では、さらなる高熱膨張化および高誘電率化に対して、さらに、スピネル相を５〜２５質量％含有せしめることが望ましい。
【００１５】
そして、上記ガラスセラミック焼結体では、４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１３以上であることが望ましい。
【００１６】
また、上記ガラスセラミック焼結体では、バリウムホウ珪酸ガラスが、各酸化物換算で、Ｓｉを５〜４０モル％、Ｂａを５〜６５モル％、Ｂを５〜２０モル％、Ｔｉを０〜２０モル％の割合で含むことが望ましく、一方、チタン酸バリウムストロンチウム相は、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０２〜０．７）であることが望ましい。
【００１７】
本発明の多層配線基板は、高誘電率層と低誘電率層とが多層に積層された絶縁基板の表面および／または内部にメタライズ配線層が配設されている配線基板において、前記高誘電率層が上記のガラスセラミック焼結体からなることを特徴とする。
【００１８】
また、上記多層配線基板では、前記低誘電率層が、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８×１０−６／℃、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１０未満であることが望ましく、さらには、前記高誘電率層が、一対のメタライズ配線層間に配設されており、該一対のメタライズ配線層によって所定の静電容量が引き出されることが望ましい。
【００１９】
かかる発明によれば、絶縁基板として用いるガラスセラミック焼結体が、いずれも高熱膨張特性を具備することから、プリント基板等の有機樹脂を含む絶縁基体からなる外部回路基板に実装した状態で、熱サイクルが印加されても、熱膨張差に起因する熱応力の発生を抑制することができる結果、長期にわたり安定した実装が可能となる。しかも、このガラスセラミック焼結体は、高熱膨張特性に加え、高誘電率を有することから、コンデンサとして高い静電容量を引き出すことできるためにコンデンサ等の部品を基板に実装する必要がなく、配線基板を含めた電子機器の小型化に寄与することができ、しかも信号の伝送損失を低減することができる。
【００２０】
さらには、このようなガラスセラミック焼結体は、低誘電率の高熱膨張ガラスセラミック焼結体との同時焼成が可能であるために、配線基板内に高誘電率のガラスセラミック焼結体を内蔵させることができ、多層配線基板を小型化できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスセラミック焼結体は、バリウムホウ珪酸ガラス相３５〜６５質量％と、チタン酸バリウムストロンチウム相１５〜６０質量％と、珪酸ストロンチウム相１０〜３５質量％と、を含有してなることが重要である。
【００２２】
これらの成分を含むガラスセラミック焼結体の特性としては、４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１３以上であることが望ましいが、より望ましくは、バリウムホウ珪酸ガラス相４０〜６０質量％と、チタン酸バリウムストロンチウム相２０〜５０質量％と珪酸ストロンチウム相１５〜３０質量％の割合において、同条件での熱膨張係数が９．６×１０−６／℃以上、比誘電率が２９以上であり、かつガラスセラミック焼結体の開気孔率を１．５％以下とする上でより望ましい。
【００２３】
この場合、バリウムホウ珪酸ガラス相が３５質量％よりも少なく、かつチタン酸バリウムストロンチウム相と珪酸ストロンチウム相の合計が６５質量％よりも多いと、銅と同時焼成可能な温度域において良好な緻密体が得られず開気孔率が高くなる。
【００２４】
一方、バリウムホウ珪酸ガラス相が６５質量％よりも多く、かつチタン酸バリウムストロンチウム相と珪酸ストロンチウム相の添加量合計が３５質量％よりも少ない場合には、焼成過程においてガラスセラミック焼結体が外部と著しく反応しやすくなり製造することが困難になる。
【００２５】
本発明におけるバリウムホウ珪酸ガラス相としては、Ｂａを、酸化物換算で５〜６５モル％の割合で含有するものであって、特に、各酸化物換算で、Ｓｉを５〜４０モル％、Ｂを５〜２０モル％、Ｔｉを０〜２０モル％の割合で含有することが望ましい。さらに、このガラス相は非晶質相でも結晶質相であってもよい。
【００２６】
さらに、ガラス成分は、４０〜４００℃における熱膨張係数が８〜１８／℃であり、まためっき工程等において耐薬品性を有する。ここで、ガラス成分の熱膨張係数とは、所定の焼成温度で熱処理された後の熱膨張係数を指すものであり、線膨張係数を意味する。
【００２７】
一方、チタン酸バリウムストロンチウム相としては、上記ガラス成分との焼結性が良好であり、化学式で、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３で表されるものが好ましい。ここで、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３の特性は、Ｘの値によることが知られ、所望の熱膨張係数および比誘電率を達成するためには、フィラーとしての組成も適宜調整することが必要であり、Ｘ＝０．０２〜０．７の範囲であることが望ましい。
【００２８】
即ち、ＢａＴｉＯ３は熱膨張係数が１４×１０−６／℃であるが、このＢａＴｉＯ３のＢａサイトをＳｒで置換すると熱膨張係数が大きくなるという特異性質を有する。そして、本発明では、特に、Ｘ≧０．０２であることが望ましいが、ｘ＞０．７では、熱膨張係数の大きいガラスを用いないと高熱膨張化が難しくなる。
【００２９】
つまり、チタン酸バリウムストロンチウム相（Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３）は、例えば、Ｘ＝０．０３とする単体での特性として、４０〜４００℃における熱膨張係数が１４．７×１０−６／℃以上で、且つ、１ＭＨｚにおける比誘電率が３００以上であることが望ましく、このため、Ｘ＝０．０３〜０．１５の範囲であることが特に望ましい。
【００３０】
さらには、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を９×１０−６／℃以上とするためには、より高熱膨張なガラス成分を使用すればよく、熱膨張係数の設定は、外部回路基板の熱膨張係数に合わせて行う。
【００３１】
尚、本発明では、チタン酸バリウムストロンチウム相はバリウムホウ珪酸ガラス相との間で反応が抑制され、そのままの形で結晶が残っているものであり、チタン酸バリウムストロンチウム相そのものが持つ高い熱膨張率、比誘電率がそのまま材料特性に反映された形で特性が発現されるものである。
【００３２】
また、珪酸ストロンチウム相もまた、バリウムホウ珪酸ガラス相との間で一部反応が抑制され、そのままの形で結晶が残ることにより、開気孔率を低減するとともに、比誘電率および熱膨張係数を高める作用をなす。この珪酸ストロンチウム相としては、化学式で、ＳｒＳｉＯ３で表わされ、ＳｒとＳｉとの比が化学量論組成であることが好ましいが、化学量論組成のときの比誘電率や熱膨張係数と実質的に同等であればよく、そこで、ＳｒおよびＳｉの組成比が０．９〜１．１の範囲であっても良い。
【００３３】
また、上記の混合系には、比誘電率、誘電正接、比誘電率の温度変化率、熱膨張係数などの制御のために、他のフィラー成分を２０質量％以下の割合で含有させることもできる。
【００３４】
用いられる他のフィラー成分としては、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ペタライト、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）、ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）、モンティセライト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ネフェリン（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２）、リチウムシリケート（Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２）、ジオプサイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２）、メルビナイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２）、アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２）、カーネギアイト（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ホウ酸マグネシウム（２ＭｇＯ・Ｂ２Ｏ３）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ２、ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３）、ペタライト（ＬｉＡｌＳｉ４Ｏ１０）などが挙げられる。
【００３５】
ここで、本発明のガラスセラミック焼結体においては、チタン酸バリウムストロンチウム相とともに添加しても開気孔率を低く維持した状態で、比誘電率および熱膨張係数を高めることができるという理由から特にスピネルが望ましく、その含有量は５〜２５質量％、特には１０〜１５質量％であることが望ましい。
【００３６】
本発明におけるガラスセラミック焼結体は、前述した組成からなるバリウムホウ珪酸ガラスの粉末と、チタン酸バリウムストロンチウムの粉末と、珪酸ストロンチウムの粉末とを混合、成形、焼成して作製される。なお本発明では、原料組成がガラスセラミック焼結体の構成相となる。
【００３７】
そして、バリウムホウ珪酸ガラスの粉末とチタン酸バリウムストロンチウムの粉末と珪酸ストロンチウム粉末とは、これらがバリウムホウ珪酸ガラスの粉末：３５〜６５質量％と、チタン酸バリウムストロンチウムの粉末：１５〜６０質量％、珪酸ストロンチウム：１０〜３５質量％の割合で混合、調合する。これは、ガラス粉末が３５質量％よりも少なく、チタン酸バリウムストロンチウムの粉末と珪酸ストロンチウムの合計が６５質量％よりも多いと、銅と同時焼成可能な温度域において良好な緻密体が得られず、ガラス粉末が６５質量％よりも多く、チタン酸バリウムストロンチウムの粉末と珪酸ストロンチウムの粉末との合計が３５質量％よりも少ない場合、ガラスセラミック焼結体として製造することが難しくなるためである。
【００３８】
本発明のチタン酸バリウムストロンチウムの粉末は、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＴｉＯ２を所定の組成になるように混合したものを一旦、温度１２００〜１４００℃で１〜３時間仮焼を行い、チタン酸バリウムストロンチウムの粉末を合成する。この後、アルミナ製磁器のボールミルを用い、溶媒にアセトンを使用して平均粒径１〜３μｍになるまで粉砕することにより調製する。
【００３９】
また、珪酸ストロンチウム粉末もまた、ＳｒＯ、ＳｉＯ２を所定の組成になるように混合したものを一旦、温度１２００〜１４００℃で１〜３時間仮焼を行い珪酸ストロンチウム粉末を合成する。この後、アルミナ製磁器のボールミルを用い、溶媒にアセトンを使用して平均粒径１〜３μｍになるまで粉砕することにより調製する。
【００４０】
上記のガラス粉末と、フィラー粉末との混合物は、適当な有機樹脂バインダーを添加した後、所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、射出成形、押し出し成形、ドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等により任意の形状に成形する。
【００４１】
その後、上記の成形体を焼成する。焼成にあたっては、まず焼成工程Ａとして、７３０〜７７０℃にて１〜５時間程度保持する。この工程は、成形のために配合した有機樹脂バインダーを除去するもので、バインダーの除去は、配線導体として銅系の金属成分を用いる場合などには、５００℃以上にて水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。この時の保持温度が７３０℃より低いと、水蒸気によるバインダー成分の除去が十分行われず、残留カーボンが多くなってしまう。また７７０℃より高いとガラスの軟化や成形体の収縮が開始し、バインダー成分が系内に閉じ込められ除去が十分に行われなくなる。
【００４２】
また、この時、成形体の収縮開始温度は７００℃以上程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いとバインダーの除去が困難となるため、成形体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要となる。
【００４３】
次に、焼成工程Ｂとして、８５０〜９５０℃にて１〜３時間程度保持する。この焼成工程Ｂは、非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻密化する。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻密化することができず、９５０℃を超えると成形体からガラス成分が溶出し、焼成用棚板などと反応してしまう。
【００４４】
このようにして作製された本発明のガラスセラミック焼結体は、４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１３以上、しかも１０００℃以下での焼成温度で焼成可能であるため、Ｃｕ等の低抵抗金属との同時焼成が可能である。
【００４５】
また、本発明によれば、上記ガラスセラミック焼結体は、高絶縁性、高誘電率、高熱膨張性を有することから多層配線基板の絶縁基板材料として好適に用いることができる。
【００４６】
上記ガラスセラミック焼結体は、多層配線基板の絶縁基板として好適に使用可能である。そこで、図１に本発明のガラスセラミック焼結体からなる絶縁層を具備する多層配線基板の一例である多層配線基板の概略断面図を示す。
【００４７】
図１の多層配線基板によれば、絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃが多層に積層された絶縁基板１の表面および／また内部にメタライズ配線層２が配設されている。そして、絶縁層１ａ〜１ｃのうち絶縁層１ｂを上記高誘電率のガラスセラミック焼結体からなる高誘電率のガラスセラミック焼結体によって形成する。また、この高誘電率層１ｂの上下にＣｕなどの導体から成る電極３を形成し、スルーホール導体４などを経由して絶縁基板１表面のメタライズ配線層２と接続することにより、配線層２間で所定の静電容量を取り出すことができる。
【００４８】
この時、高誘電率層１ｂは、比誘電率が１０未満の低誘電率のガラスセラミック焼結体から成る絶縁層（以下、低誘電率層という）１ａ、１ｃ間に積層されていることが望ましい。
【００４９】
低誘電率層１ａ、１ｃは、４０〜４００℃における熱膨張係数が６〜１８×１０−６／℃以上であり、かつ１ＭＨｚ〜３ＧＨｚにおける比誘電率が１０未満、誘電正接が５０×１０−４以下であることが、前記高誘電率層１ｂとの同時焼結性、積層安定性などの点から望ましい。
【００５０】
この低誘電率層１ａ、１ｃを形成するガラスセラミック焼結体は、前記高誘電率層１ｂを構成する前記ガラスセラミック焼結体におけるチタン酸バリウムストロンチウム相に換えて、前記他のフィラー成分を配合したもの、特に、フォルステライト、エンスタタイト、リチウムシリケート、セルジアンによって置換した組成物からなることが高熱膨張化の点で望ましい。
【００５１】
これによって、同一のガラス成分から形成されることから、低誘電率層１ａ、１ｃと高誘電率層１ｂとを同時焼成によって形成することができる。
【００５２】
このような高誘電率層１ｂおよび低誘電率層１ａ、１ｃを具備する多層配線基板は、前述したガラス粉末、およびフィラー粉末からなる低誘電率のセラミックス組成物に、適当な有機バインダー、溶剤、可塑材を添加混合することによりスラリーを作製し、かかるスラリーを周知のドクターブレード等の塗工方式によるグリーンシート成形法により、低誘電率層１ａ、１ｃ用のグリーンシート（低誘電率グリーンシート）を作製する。
【００５３】
そして、メタライズ配線層２として、適当な金属粉末に有機バインダー、溶剤、可塑材を添加混合して得た金属ペーストを前記低誘電率グリーンシートに周知のスクリーン印刷法により、所定のパターンに印刷塗布する。また、場合によっては、前記グリーンシートに適当な打ち抜き加工によって貫通孔を形成し、この貫通孔内に導体ペーストを充填する。
【００５４】
一方、上記と同様の方法により高誘電率層１ｂ形成用のグリーンシートを作製し、打ち抜き加工による貫通孔の形成や、導体ペーストの印刷によって電極３を形成する。
【００５５】
そして、上記低誘電率セラミックグリーンシートと高誘電率セラミックグリーンシートとを積層し、グリーンシート積層体とメタライズを同時焼成することにより、コンデンサとして機能する高誘電率層１ｂを内蔵する多層配線基板を得ることができる。
【００５６】
本発明によって、コンデンサとして機能する高誘電率層１ｂを内蔵した多層配線基板は、４０〜４００℃における熱膨張係数が９×１０−６／℃以上、特に９．６×１０−６／℃以上であることから、有機樹脂を含有するプリント基板（４０〜４００℃における熱膨張係数が約１２〜１５×１０−６／℃）に、ＢＧＡやＬＣＣなどのボール状半田端子や半田を介して実装した場合においても、温度サイクルに対する長期信頼性の実装が可能である。しかも、コンデンサとして機能する高誘電率層１ｂを内蔵することにより、配線基板やプリント基板の表面にコンデンサ素子などを別途実装する必要がないために、配線基板やプリント基板などの外部回路基板の小型化を同時に図ることができる。
【００５７】
また、本発明の多層配線基板は、半導体素子を搭載するための半導体素子収納用パッケージ等として利用するだけでなく、弾性表面波、水晶振動子などを搭載可能な配線基板としても利用でき、さらにガラスセラミック焼結体は、ＬＣフィルタなどの積層電子部品における絶縁体として活用することもできる。
【００５８】
【実施例】
実施例１
まず、焼成後にバリウムホウ珪酸ガラス相となるガラス粉末として、ＳｉＯ２１３．６モル％、ＢａＯ５９．１モル％、Ｂ２Ｏ３１８．２モル％、ＴｉＯ２９．１モル％、の組成を有するガラス粉末を準備した。
【００５９】
次に、チタン酸バリウムストロンチウム粉末は、化合物組成として、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０１〜０．７）になるように、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＴｉＯ２を所定量混合して、温度１３００℃で２時間仮焼を行って合成した。
【００６０】
また、珪酸ストロンチウムは、化合物組成として、ＳｒＳｉＯ３となるように、ＳｒＯ、ＳｉＯ２を所定の組成になるように混合したものを一旦、温度１３００℃で２時間仮焼を行い珪酸ストロンチウムを合成した。
【００６１】
この後、アルミナ製磁器のボールミルを用い、溶媒にアセトンを使用して平均粒径２．０μｍになるまで粉砕することにより調製した。
【００６２】
そして、ガラス粉末に、平均粒径がそれぞれ２μｍのチタン酸バリウムストロンチウム粉末と珪酸ストロンチウム粉末、および、一部にはさらにスピネル粉末を、表１に示す割合でそれぞれ添加し、有機バインダー、溶剤、可塑材を加えて十分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み１００μｍのグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートより、６０ｍｍ×６０ｍｍ×２ｍｍのサンプルを作製し焼成した。
【００６３】
得られた焼結体に対して、４０〜４００℃における熱膨張係数（α）、３ＧＨｚにおける比誘電率（εｒ）をそれぞれ測定した。なお、ガラスセラミック焼結体内部のフィラーについては分析電子顕微鏡を用いて組成を同定し、その結晶相の確認および面積比率の評価を行った。ガラスセラミック焼結体中の組成はいずれも配合組成と一致した。また、アルキメデス法により開気孔率を測定した。
【００６４】
一方、比較例として、フィラーとして、チタン酸バリウムストロンチウム化合物の代わりに、ＢａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３を用いた場合、さらに、ＢａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３にクオーツを添加した試料を作製して本発明品と同様の評価を行った。その結果を表１に示した。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
表１の結果から明らかなように、バリウムホウ珪酸ガラス粉末を３５〜６５質量％とフィラー成分として、Ｂａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３（ｘ＝０．０１〜０．７）粉末を１５〜６０質量％、および珪酸ストロンチウムを１０〜３５質量％含有して調製した試料Ｎｏ．３〜８、１０〜２２では、比誘電率２５以上、膨張係数が９．１×１０−６／℃で、開気孔率４％以下の緻密なガラスセラミック焼結体を得ることができた。
【００６７】
特に、バリウムホウ珪酸ガラス粉末４０〜６０質量％に対して、ｘ＝０．０３〜０．１５としたＢａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３粉末を２０〜５０質量％、珪酸ストロンチウム粉末を１５〜３０質量％含有して調製した試料Ｎｏ．４〜７、１１、１２、１６、１７では、開気孔率を１．５％以下に低減でき、比誘電率を２９以上、熱膨張係数を９．６×１０−６／℃以上に向上できた。
【００６８】
さらに、バリウムホウ珪酸ガラス粉末、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０５）粉末、珪酸ストロンチウム粉末とともにスピネルを含有させた試料Ｎｏ．２０〜２２では、開気孔率を０．５％以下と低くした状態で、比誘電率を最大３８、熱膨張係数を最大１０．４×１０−６／℃まで向上できた。
【００６９】
一方、バリウムホウ珪酸ガラス粉末を３０質量％、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０５粉末）を５０質量％、珪酸ストロンチウム粉末を２０質量％とした試料Ｎｏ．２では、ガラス粉末量が少なかったために未焼結となり、また、、バリウムホウ珪酸ガラス粉末を３５質量％、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０５粉末）を６０質量％としても珪酸ストロンチウム粉末を５質量％とした試料Ｎｏ．１では、開気孔率が５％と高かった。一方、バリウムホウ珪酸ガラス粉末を７０質量％、Ｂａ１−ＸＳｒＸＴｉＯ３（Ｘ＝０．０５粉末）を１０質量％、珪酸ストロンチウム粉末を２０質量％とした試料Ｎｏ．９では、ガラス粉末量が多すぎたために試料が溶融反応してしまい、いずれにおいても所望の試料が得られなかった。
【００７０】
また、バリウムホウ珪酸ガラス粉末に対して、チタン酸塩系のフィラーとして、珪酸ストロンチウム粉末とともに、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３を単体で添加した試料Ｎｏ．２３では比誘電率は４３まで高くなったが、熱膨張係数が８．１×１０−６／℃であった。
【００７１】
さらに、バリウムホウ珪酸ガラス粉末に対して、チタン酸塩系フィラーとして、ＢａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３を単体で添加し、さらに、熱膨張係数を高めるためにクオーツを添加した試料Ｎｏ．２４、２５では、クオーツを添加しなかった試料に比較して熱膨張係数は僅かに高くなったが、添加したクオーツがそのままの形で残る事はなく、クリストバライトなどに変態してしまうために比誘電率がクオーツを添加しなかった試料（Ｎｏ．２３）に比較して低下した。
【００７２】
実施例２
実施例１記載のガラスＡ５０重量％に対して、フィラーとしてクオーツを５０重量％添加してなる組成物Ｂ（焼成後の４０〜４００℃における線熱膨張係数：９．０×１０−６／℃、１ＭＨｚにおける比誘電率：５．７）を用意し、実施例１と全く同様な方法で厚さ１００μｍの低誘電率層用のグリーンシートを作製した。
【００７３】
また、実施例１において作製した厚み１００μｍの高誘電率層用のグリーンシートの両面および、前記低誘電率層用グリーンシートに銅メタライズペーストをスクリーン印刷法に基づき電極用の塗布した。また、グリーンシートの所定箇所にビアホールを形成しその中にも銅メタライズペーストを充填した。
【００７４】
次に、上記高誘電率層用のグリーンシートの上下に、上記低誘電率層用グリーンシートを１枚ずつ、計３枚を積層圧着した後、１０ｍｍ×１５ｍｍのサンプルを作製し焼成を行い多層配線基板を作製した。磁器クラックの有無を調べ、同時焼成可能かを確認した。その結果、焼成後に多層配線基板の内外部にクラックは見られず、且つ低誘電率層間に積層された高誘電率層の特性はガラスセラミック焼結体単味での特性を示し電気特性を損なうことはなかった。
【００７５】
さらに、この多層配線基板に半田ボールを用いて接続端子を形成し、外部回路基板に接続して、温度範囲０〜１００℃で２０００サイクルまでの熱サイクル試験を行った。本発明の多層配線基板では接続不良は無かった。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高誘電率層用材料としてバリウムホウ珪酸ガラス相とチタン酸バリウムストロンチウム相と珪酸ストロンチウム相を混合することにより、アルミナより高い熱膨張係数および高誘電率を有するガラスセラミック焼結体を得ることができ、さらに、このガラスセラミック焼結体を高誘電率層とし低誘電率層とともに同時焼成すると、高誘電率、高熱膨張係数を併せ持つ多層配線基板の形成を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の多層配線基板における一実施例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１　絶縁基板
１ａ、１ｃ　絶縁層（低誘電率相）
１ｂ　絶縁層（高誘電率相）
２　メタライズ配線層
３　電極
４　スルーホール導体
【図１】
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