(57)【要約】【課題】ＧＨｚオーダーの周波数領域におけるＬＴＣＣ基板用ガラスセラミックスの誘電損失（誘電正接）を低くするためのガラス組成を見出すこと。【解決手段】３ＧＨｚにおいて誘電損失が２０×１０−４以下であり、ＲＯをＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯからなる群の中の１種または２種以上としたとき、ＲＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の基本組成を有し、前記基本組成が、ＲＯとＡｌ２Ｏ３は、いずれも１〜２５ｍｏｌ％の範囲内にあり、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のｍｏｌ％比が１．３以下である。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ＧＨｚにおいて誘電損失が２０×１０−４以下であり、ＲＯをＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯからなる群の中の１種または２種以上としたとき、ＲＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の基本組成を有する低温焼成基板用ガラス組成物であって、
前記基本組成が、
ＲＯとＡｌ２Ｏ３は、いずれも１〜２５ｍｏｌ％の範囲内にあり、
ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のｍｏｌ％比が１．３以下である低温焼成基板用ガラス組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の低温焼成基板用ガラス組成物に骨材を含有するガラスセラミックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低温焼成した多層配線基板（Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ基板：以下ＬＴＣＣ基板と称す）用のガラスセラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、多層配線基板用のセラミックスとしてアルミナが広く使用されている。ところが、従来のアルミナセラミックス多層配線基板は焼成温度が高く、Ｃｕ、Ａｇ等の導電性の良い金属を用いた配線の同時焼成が困難であった。また、省エネルギーの観点からも、高い焼成温度は経済的ではない。昨今、これらの問題を解決できる材料としてガラスセラミックスを用いた低温焼成基板が注目されている。
【０００３】
一方、素子の作動周波数がＭＨｚオーダーよりもさらに高周波であるＧＨｚオーダーの周波数領域になると、伝送損失による信号の劣化が大きな問題となっている。この問題を解決するためには、低誘電損失の材料の設計が不可欠である。例えば、特開平９−２９５８２７号公報には、９５０℃以下で低温焼成が可能で、化学的に安定であり、抗折強度が高く、ＭＨｚオーダーの周波数領域において比誘電率および誘電正接が低いホウケイ酸塩系ガラスが開示されている。
【０００４】
しかしながら、このホウケイ酸塩系ガラスにおいては、ＭＨｚオーダーよりもさらに高周波であるＧＨｚオーダーの周波数領域における低誘電損失化のためのガラスの組成設計指針が明らかにされる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ＧＨｚオーダーの周波数領域におけるＬＴＣＣ基板用ガラスセラミックスの誘電損失（誘電正接）を低くするためのガラス組成を見出すことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ＬＴＣＣ基板用ガラスセラミックスのＧＨｚオーダーの周波数領域における誘電損失の低減化のためには、ガラスを構成している元素が作る骨格構造の違いによる格子振動の大小や、イオン分極あるいは電子分極の強弱までを考慮した構造設計に基づいた組成の決定をしなければならない。具体的には、ガラスの骨格構造の振動や構成成分イオンの移動あるいは電子雲の変形による損失の原因となるアルカリ、アルカリ土類金属酸化物などのいわゆる網目修飾酸化物が少ないガラスがよい。このことは、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）などの網目形成酸化物が多い方がよいことを意味する。
【０００７】
一方、ＬＴＣＣ基板を作製するに当たっては、従来のアルミナ基板と比較して低温で基板を焼成するためにはガラスの軟化温度の最適値を考慮する必要がある。　例えば、最も誘電損失が少ないと考えれられるＳｉＯ２（シリカ）ガラスは、軟化温度が高く低温で基板を焼成することができない。
【０００８】
本願発明は、係る前提に立って、
１．　Ｂ（ホウ素）イオンのイオン半径がＳｉ（ケイ素）イオンのイオン半径よりも小さいことから、酸素イオンとの結合力が強く、損失の原因となるガラスの骨格構造の振動が小さいこと、
２．　ホウ酸塩系（Ｂ２Ｏ３）ガラスにおいては、Ｂイオンに対する酸素イオンの配位形態が特殊（３配位）であり、網目修飾酸化物が少ない組成領域では、他の網目形成酸化物（例えばＳｉＯ２）とＢ２Ｏ３との特定比、あるいは、網目修飾酸化物（例えばＣａＯ）とＢ２Ｏ３との特定比において、Ｂイオンに対する酸素イオンの配位形態が４配位化するいわゆるボロン異常を示すこと
等の理由から、同じ網目形成酸化物の中でも、ＳｉＯ２を減らし、Ｂ２Ｏ３を増やすことが誘電損失の低減化と、ＳｉＯ２ガラスの軟化温度を下げるのに有効な手段でもあるという考えに基づいて完成した。
【０００９】
この考え方に基づいて、網目形成酸化物であるＳｉＯ２とＢ２Ｏ３以外の成分の量を極力抑えて、ＳｉＯ２をＢ２Ｏ３で置換してその軟化温度の降下、誘電特性の変化を調べた。その結果、ＧＨｚオーダーの周波数領域におけるＬＴＣＣ基板用ガラスセラミックスの誘電損失（誘電正接）を低くするための組成設計の指針を見出し、低誘電損失であるＬＴＣＣ基板用ガラスセラミックスが得られるガラスの組成範囲が明らかになった。
【００１０】
すなわち、本願発明の低温焼成基板用ガラス組成物は、３ＧＨｚにおいて、誘電損失が２０×１０−４以下であり、ＲＯをＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯからなる群の中の１種または２種以上としたとき、ＲＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の基本組成を有し、その基本組成が、ＲＯとＡｌ２Ｏ３は、いずれも１〜２５ｍｏｌ％の範囲内にあり、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のｍｏｌ％の比が１．３以下であることを特徴とする。
【００１１】
本願発明において、ＲＯは、誘電特性とガラス化との両面からの機能のために配合されるもので、その組成範囲が２５ｍｏｌ％以上では誘電特性は悪くなり、１ｍｏｌ％以下の場合には、ガラス化が困難になる。
【００１２】
また、Ａｌ２Ｏ３は、均一なガラスを得るために配合されるが、１ｍｏｌ％以下の場合にはガラス調製時に分相が見られ、２５ｍｏｌ％以上ではガラス調製時に結晶化してしまう。
【００１３】
しかしながら、ＲＯおよびＡｌ２Ｏ３が少ない組成でも、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３の比によって誘電特性と低温焼成条件に大きく影響する。言い換えれば、ＳｉＯ２の比率が多い領域では誘電特性は悪く、軟化温度も高くなりすぎて、低温での基板焼成が困難となるため、そのｍｏｌ％比は１．３より小さいことが必要である。
【００１４】
以上のことから、ＧＨｚオーダーの周波数領域におけるＬＴＣＣ基板用ガラスセラミックスの誘電損失（誘電正接）を低くするためのガラス組成として、配合原料から混入する可能性が考えられるアルカリ金属の化合物や鉛の化合物等の不純物の量を極力抑えた上で、ＲＯおよびＡｌ２Ｏ３の量と、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３の比を特定範囲にすることによって、１０００℃以下で焼成が可能で、且つ、ガラス単独の誘電特性を著しく損なうことのないガラスセラミックスが得られる。
【００１５】
得られたガラスセラミックスは、基本的には非晶質であるが、熱処理条件によっては結晶化する物も見られる。しかしながら、低誘電損失が維持でき、かつ低温で焼成可能ならば、結晶質でも構わない。しかしながら、その誘電特性は、晶出する結晶の物性の影響を受けることに留意しなければならない。
【００１６】
また、本発明の低温焼成基板用ガラスの基本組成には、特性改良のための添加物を適宜配合することもできる。例えば、Ｂ２Ｏ３の配合量が多い場合、空気中の水分等との反応により、ガラス粉末の作製時、あるいはシート成形時の取扱いが困難になったり、焼成後の基板の耐蝕性が悪くなる恐れがある。これらを防止するために、誘電特性を著しく損なわない範囲で、添加物を適宜配合してもよい。　このとき配合する添加物は、酸化アルミ（アルミナ）、酸化チタン、酸化ジルコニア、酸化ランタン等が考えられるが、特にこれらに限定されるものではない。　この場合、焼成時に熱処理条件によっては結晶化する物も見られる。しかしながら、前述のとおり、低誘電損失が維持でき、かつ低温で焼成可能ならば、結晶質でも構わない。しかしながら、その誘電特性は、晶出する結晶の物性の影響を受ける。
【００１７】
また、本発明の低温焼成基板用ガラスの基本組成あるいは特性改良のための添加物を適宜配合したものを単独で焼成してガラスセラミックスを得てもよいが、誘電特性、熱膨張特性、強度等の特性改良のために、骨材（フィラー）を適宜混合し焼成することもできる。その骨材としては、特に限定されるものではないが、アルミナ、酸化チタン、石英、シリカガラス、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等が考えられる。また、その混合量も、誘電特性および低温焼成の条件を著しく損なわない範囲であれば、特に限定されるものではない。この場合、焼成時の熱処理条件によっては結晶化する物も見られる。しかしながら、低誘電損失が維持でき、かつ低温で焼成可能ならば、結晶質でも構わない。しかしながら、その特性は、前述のように、晶出する結晶の物性の影響を受ける。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例によって本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
ＲＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の基本組成におけるＲＯの種類および量、Ａｌ２Ｏ３の量、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３の比を変化させて、軟化温度および誘電特性に対する影響を見た。
【００２０】
一般的なガラスの調製法である溶融法に依ってガラスを調製した。構成原料を目的の組成になるように調合し、その組成に応じて１２００〜１６００℃で３０〜６０分間熔解した。これを急冷し得られたガラスを、ボールミルによる乾式粉砕で１０μｍ程度に粉砕し、示差熱分析装置（ＤＴＡ）により軟化温度を測定した。さらに、粉末を成形後、組成に応じて７５０〜９５０℃で１５〜３０分間焼成し、誘電特性の評価用のガラスセラミックスを得た。誘電特性の評価では、空胴共振器を用いた摂動法により、３ＧＨｚにおける比誘電率と誘電損失（誘電正接）を測定した。
【００２１】
その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2004026529.tif 000002
同表における実施例１（ＮＯ．１〜８）はＲＯおよびＡｌ２Ｏ３の量をいずれも一定（９．１ｍｏｌ％）として、ＲＯの種類とＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のｍｏｌ％比を変化させた例である。
【００２３】
まず、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３比を固定して、ＲＯの種類を変化させる観点で見ると、いずれのＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３比においてもＲＯがＣａＯからＢａＯに替わると、軟化温度は下がり、誘電正接は、同じか、少し高くなる程度変化しているのがわかる。
【００２４】
次に、ＲＯの種類を固定して、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のｍｏｌ％比を変化させた観点で見る。実施例１に示すように、Ｂ２Ｏ３の比率が多くなるほど、軟化温度は下がり、誘電正接は低くなる傾向にあるのがわかる。
【００２５】
比較例１（ＮＯ．１３〜１６）は、実施例１で示した組成のＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３比よりもＳｉＯ２比が多い組成の例を示す。誘電正接は実施例１に示した値よりも高くなる傾向にあるのがわかる。また、極端にＳｉＯ２比が多い組成の例を示す比較例１（ＮＯ．１７）では軟化温度が高くなり、ＬＴＣＣ基板として焼成する温度（１０００℃以下）では、焼結できないことがわかる。
【００２６】
また、比較例２（ＮＯ．１８、１９）は、誘電正接が低かった組成（実施例１のＮＯ．５、６）を基本として、ＲＯの量を３倍の２７．３ｍｏｌ％に増した組成について示す。これらの組成では、基本となる組成と比較して、軟化温度は上がり、誘電正接は高くなる傾向にあるのがわかる。即ち、Ｂ２Ｏ３によるＳｉＯ２の置換量が多くても、言い換えれば、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３比のＢ２Ｏ３の比率が多くても、ＲＯの量が多ければ、誘電損失が高くなることがわかる。
【００２７】
実施例２（ＮＯ．９、１０）は、、実施例１（ＮＯ．１、３）を基本として、Ａｌ２Ｏ３の量を約２倍の１６．７ｍｏｌ％に増した組成の例を示す。表に示されているとおり、実施例２に示す範囲でＡｌ２Ｏ３の量を増やしても誘電特性は大きく変化しないことがわかる。
【００２８】
更に、Ａｌ２Ｏ３の量を変化させた場合、Ａｌ２Ｏ３の量が１ｍｏｌ％よりも少ない場合は、溶解時に融体が２液に分相し、均一なガラスを得ることができなかった。また、Ａｌ２Ｏ３の量が２５ｍｏｌ％よりも多い場合は、溶解後の急冷過程で結晶化し、均一なガラスを得ることができなかった。
【００２９】
実施例３（ＮＯ．１１）は、ＲＯをＺｎＯとした組成の例を示す。この系では、焼成時に結晶化（Ｇａｈｎｉｔｅ：ＺｎＡｌ２Ｏ４）するが、それでも誘電正接は比較的低いことがわかる。
【００３０】
以上のことから、誘電損失が低いのは、ＲＯおよびＡｌ２Ｏ３の量が少なく、ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３比のＢ２Ｏ３の比率が多い組成であることがわかる。
【００３１】
ここで、低誘電損失の目安を、ガラスセラミックスの焼成時に結晶化しない組成において、３ＧＨｚにおける誘電正接が２０×１０−４以下であるとした場合、その特性が得られる組成範囲は、
１．ＲＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ）の量の合計を１〜２５ｍｏｌ％、
２．Ａｌ２Ｏ３の量を１〜２５ｍｏｌ％の限定した上で、
３．　ＳｉＯ２／Ｂ２Ｏ３のｍｏｌ％比が１．３以下（≦１．３）
に特定される。
【００３２】
さらに、実施例５（ＮＯ．２０，２１）は、実施例１（ＮＯ．１，２）で示したガラス６０ｗｔ％とアルミナ４０ｗｔ％を混合して焼成した例である。これより、誘電損失が低いガラスセラミックスが得られることがわかる。このアルミナに代えて、石英、シリカ等の化合物を混合しても同様の効果が得られた。
【００３３】
以上のようにして得られた結果を基に、ガラス調製時の調合組成に、高誘電率の物質（結晶）が晶出する成分を添加するか、あるいは得られたガラスに、高誘電率の物質を混合することによって、高誘電率かつ低誘電損失のガラスセラミックスを得ることもできる。
【００３４】
実施例４（ＮＯ．１２）は、高誘電率の結晶であるルチル結晶が晶出するように酸化チタン（ＴｉＯ２）をガラス調製時の調合物に添加し、焼成した例を示す。　これより、誘電損失を比較的低く抑え、誘電率を上げたガラスセラミックスが得られることがわかる。
【００３５】
ここではルチル結晶が晶出する系について例示しているが、他にチタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等の結晶が晶出する化合物を配合しても同様の効果が得られた。
【００３６】
さらに、実施例６（ＮＯ．２２，２３）　は、実施例１（ＮＯ．１，２）で示したガラス６０ｗｔ％と高誘電率の結晶である酸化チタン（ルチル型結晶）を４０ｗｔ％混合して焼成した例である。これより、誘電損失を比較的低く抑え、誘電率を上げたガラスセラミックスが得られることがわかる。この酸化チタンに代えて、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等の化合物を混合しても同様の効果が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を奏する。
【００３８】
１．　低温焼成によって得られたガラスセラミックス基板（ＬＴＣＣ基板）のマイクロ波及びミリ波領域の周波数における低誘電損失化が達成できる。
【００３９】
２．多層配線基板用として最も適した低温焼成ガラスセラミックスが得られる。