(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーディエライトと、ＳｉＯ２を８０〜９５質量％含有するとともに、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＢａＯの群から選ばれる少なくとも１種以上を合計量で１〜５質量％含むガラス相α１と、該ガラス相とは組成の異なるガラス相α２とを有し、２ＧＨｚにおける誘電損失が２０×１０−４以下、誘電率が７以下であるとともに、４０〜４００℃における熱膨張係数が５×１０−６／℃以下であることを特徴とするガラスセラミック焼結体。
【請求項２】
請求項１に記載のガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板と、少なくともその表面に金、銀、銅のいずれかを主体とする配線層とを具備することを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気素子収納用パッケージ、多層配線基板等に適用される配線基板等に最適なガラスセラミック焼結体およびそれを絶縁基板として用いた配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における情報通信技術の急速な発展は、情報通信機器の高周波数化をもたらし、これに伴って、高周波信号を伝送する配線基板では、特に周波数が１００ＭＨｚ以上の高周波信号の伝送損失を低減するために、配線層の低抵抗化と絶縁基板の低誘電率化、低誘電損失化が求められている。そこで、１０００℃以下での焼成によって緻密化でき、金、銀、銅等の低抵抗金属を主成分とする配線層との同時焼成が可能であり、誘電率がアルミナの９〜１０程度よりも低いガラスセラミックスを絶縁層とする配線基板が提案されている。
【０００３】
また、シリコンを主体とする半導体素子に関して、近年、微細配線化、高速化が急速に進行している。半導体素子の絶縁膜としては、従来はＳｉＯ２が用いられてきたが、この絶縁膜をさらに低誘電率化するため、例えば多孔質化すると、その機械的特性が著しく低下することが良く知られている。
【０００４】
そこで、このような低誘電率の絶縁膜を使用した半導体素子を半導体素子収納用パッケージ上に実装（以下一次実装と称す）する際に、アンダーフィル剤を硬化させる（キュア工程）際に必要な熱処理や、素子のＯＮ／ＯＦＦに伴う素子の発熱／冷却に伴って、素子とパッケージ間の熱膨張係数のミスマッチにより熱応力が発生し、半導体素子が破壊してしまうといった問題が懸念されている。さらに、素子が大型化すると熱応力がそれに伴い大きくなるため、素子が破壊する危険性が増大する。
【０００５】
そのため、一次実装に関わる熱応力を低減するために、パッケージの熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数（２〜４ｐｐｍ／℃：４０〜４００℃）に合わせることが求められている。
【０００６】
例えば、ムライト、石英ガラス、ほう珪酸ガラスからなるガラスセラミック焼結体を絶縁材料とすることで、低熱膨張係数の多層セラミック回路基板が得られることが記載されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、例えば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３からなる硼珪酸ガラスとアルミナ、コージェライト（コーディエライトと同意）、石英ガラスとを組み合わせることにより、低抵抗配線が可能な低誘電率のガラスセラミック基板が得られることが記載されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平４−０５８１９８号公報
【特許文献２】特開平５−２５４９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２において、用いた原料である、石英ガラス、ほう珪酸ガラスの２種以上のガラスのうち、石英ガラスとは、一般に、網目形成酸化物であるＳｉＯ２の含有量が９９．５質量％以上のガラスを指し、非晶質ではあるものの、例えば、代表的には、アルカリ金属酸化物や、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ２Ｏ３などの１価の金属元素、２価の金属元素、および３価の金属元素からなり、ガラスの軟化点を低下させる軟化成分をほとんど含んでおらず、非軟化成分であるＳｉＯ２を９９．５質量％以上含有するため、その軟化点が１６００度以上と非常に高く、１０００℃程度の温度では軟化することはないのであるから、石英ガラスは、ガラスと記載されてはいるもののフィラーとして振る舞い、焼結に寄与することはない。
【０００９】
このような軟化成分を実質的に含有しない、例えば、石英ガラスは製造が困難であるため、一般的なガラスに比べ、２倍以上の単価を有し、非常に高価である。また、一般的なフィラーと比較すると数十倍の単価になる。
【００１０】
つまり、このよう軟化成分を実質的に含有しない、例えば、石英ガラスなどのガラスは、焼結性を向上させる機能を具備せず、高価であるため、製造が困難で、しかも、非常に高価なガラスセラミック焼結体となるという課題がある。
【００１１】
しかも、従来の軟化成分を含んだ１種以上のガラスと、軟化成分を実質的に含まない石英ガラスとを用いた上記特許文献１、２に記載されているガラスセラミック焼結体では、低抵抗金属を導体として使用し、かつ低誘電率であるため、比較的周波数の低い信号の伝
送損失を低減するには優れるものの、未だ、１００ＭＨｚ以上の高周波における誘電損失が大きく、このため高周波での伝送損失が大きくなるという問題がある。
【００１２】
例えば、特許文献１、２で用いた石英ガラスに換えて、１０００℃以下の温度で軟化する、軟化成分を含んだガラスを用いたとしても、この２種のガラスは焼成の過程で互いに軟化流動して一体化するため、２種以上の異なる組成のガラス相がガラスセラミック焼結体に残存することはなく、ガラスセラミック焼結体には１種のガラス相のみが残ることになる。
【００１３】
つまり、実質的に軟化成分を含んだ２種以上のガラス相と、結晶とを含むガラスセラミック焼結体については、未だ、報告されていないのである。
【００１４】
このような実質的に軟化成分を含んだ２種以上のガラス相と、結晶とを含むガラスセラミック焼結体は、従来にない構造を具備することから、従来にない優れた特性を具備するガラスセラミック焼結体となることが期待される。
【００１５】
従って、本発明は、軟化成分を酸化物換算した合量で１質量％以上含有する２種以上のガラス相と、結晶とを含み、低誘電率、低誘電損失かつ低熱膨張係数を有するガラスセラミック焼結体およびそれを用いた配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のガラスセラミック焼結体は、コーディエライトと、ＳｉＯ２を８０〜９５質量％含有するとともに、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＢａＯの群から選ばれる少なくとも１種以上を合計量で１〜５質量％含むガラス相α１と、該ガラス相とは組成の異なるガラス相α２とを有し、２ＧＨｚにおける誘電損失が２０×１０−４以下、誘電率が７以下であるとともに、４０〜４００℃における熱膨張係数が５×１０−６／℃以下であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の配線基板は、以上説明したガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板と、少なくともその表面に金、銀、銅のいずれかを主体とする配線層とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低誘電率、低誘電損失かつ低熱膨張係数を有するガラスセラミック焼結体およびそれを用いた配線基板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のガラスセラミック焼結体は、図１に示すように、ガラス相αと結晶相βとを有し、前記ガラス相として組成の異なる２相以上（図中α１およびα２）を含有するものであり、コーディエライトと、ＳｉＯ２を８０〜９５質量％含有するとともに、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＢａＯの群から選ばれる少なくとも１種以上を合計量で１〜５質量％含むガラス相α１と、該ガラス相とは組成の異なるガラス相α２とを有することを特徴とする。ここで、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＢａＯは、ガラス相の軟化点を低下させることのできる軟化成分の金属酸化物である。
【００２０】
なお、この軟化成分を酸化物換算した合量は、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析）やＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析、原子吸光光度分析、等の組成分析手段、と、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）およびそれに付帯したＸＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）を用いて求めることができる。
【００２１】
具体的には、ＴＥＭを用いてガラス相を特定し、ＴＥＭに付帯したＸＭＡを用いて、ガラス相の組成分析を行うことにより各元素の含有量を測定することができる。
【００２２】
但し、ＸＭＡでは、Ｎ（窒素）よりも原子番号の小さい軽元素の測定が不可能なため、そのような軽元素が含有している場合には、直接ＴＥＭ−ＸＭＡを用いた測定により、各成分の含有量を測定することが不可能である。
【００２３】
従って、その場合には、以下の方法で各成分の含有量を算出する。まず、ＸＲＦやＩＣＰ、原子吸光光度分析法により、ガラスセラミック中に含有している成分の特定を行う。その後、前記と同様にＴＥＭ−ＸＭＡを用いて各元素の含有量を測定する。
【００２４】
そして、軽元素以外の元素に化学両論組成となる様に酸素を割り当てる。例えば、Ｓｉ１モル％に対して酸素は２ｍｏｌ％、Ａｌ２モルに対して酸素３ｍｏｌを割り当てる。こうして全元素に酸素を割り当てた後、残った酸素のモル数に対応した軽元素を割り当て、その割り当てたモル数を、軽元素の含有量として算出する。
【００２５】
従来のガラスセラミック焼結体では、ガラス成分のＳｉＯ２の含有量を高めるとガラスの軟化点が高くなりすぎるため、１０５０℃以下での焼結性に対して、ガラス成分のＳｉＯ２の含有量を増大させるには自ずと限界があった。また、フィラーとして石英ガラスを用いた場合には、コストが増加するという問題があった。
【００２６】
これに対して、本発明のガラスセラミック焼結体によれば、ＳｉＯ２の含有量の多いガラス相を含有したガラスセラミック焼結体を、１０５０℃以下での焼結性を維持したまま実現することができ、これにより低誘電率、低誘電損失かつ低熱膨張係数を実現できるのである。
【００２７】
ここで、本発明のガラスセラミック焼結体においては、ガラス相がＳｉＯ２を８０〜９５質量％以上含有するものであるために、低誘電率と高周波における誘電損失の低減に効果的である。
【００２８】
さらに、ＳｉＯ２を８０〜９５質量％含有するガラス相の割合は、２種以上であっても良く、全ガラス相中に２０％以上、さらに３０％以上であることが望ましい。
【００２９】
さらには、このＳｉＯ２を８０〜９５質量％含有するガラス相は、ＺｎＯ、ＣａＯおよびＢａＯの群から選ばれる少なくとも１種を１〜５質量％含む。これにより低誘電損失を実現できる。
【００３０】
ＺｎＯ、ＣａＯおよびＢａＯの群から選ばれる少なくとも１種は、ガラス相の誘電率と誘電損失を増大させる成分であるため、その含有量が前記範囲よりも多い場合には、誘電率と、誘電損失、特に、高周波における誘電損失が大きくなる恐れがある。
【００３１】
また、本発明のガラスセラミック焼結体は、２ＧＨｚにおける誘電損失が２０×１０−４以下、誘電率が７以下であり、さらには、誘電損失を１５×１０−４以下、最適には１０×１０−４以下、誘電率は、６．５以下、最適には６．０以下とすることも可能である。
【００３２】
また、本発明のガラスセラミック焼結体は、少なくともＳｉＯ２：２０〜５３質量％、Ｂ２Ｏ３：２〜１４質量％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６１質量％、ＭｇＯ：２〜２４質量％、を含有し、さらに、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの群から選ばれる少なくとも一種をその合計量で１〜５質量％含有するものである。
【００３３】
ガラスセラミック焼結体を構成する成分を、上記範囲とした場合には、金、銀、銅といった低抵抗配線と同時焼成が容易で、かつ、アルミナよりも低い誘電率と、低い誘電損失のガラスセラミック焼結体が得られる。
【００３４】
上記ガラスセラミック焼結体の組成の特に望ましい範囲は、ＳｉＯ２：２５〜４８質量％、Ｂ２Ｏ３：３〜１１質量％、Ａｌ２Ｏ３：２８〜５５質量％、ＭｇＯ：４〜１８質量％、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの群から選ばれる少なくとも一種をその合計量で１〜５質量％である。
【００３５】
また、本発明のガラスセラミック焼結体は、人体や環境へ与える悪影響を極力抑制するために、Ｐｂ、Ｃｄ、Ａｓの含有量が、酸化物換算の合量で０．０１質量％以下、特に０．００５質量％以下、であることが望ましい。
【００３６】
さらに、本発明のガラスセラミック焼結体は、結晶相として、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニアの群から選ばれる少なくとも一種を含有することが望ましい。これらの結晶相を任意に組み合わせることにより、前記ガラスセラミック焼結体の特性、例えば、誘電率、誘電損失、熱膨張係数、抗折強度といった特性を、用途に応じて調整することができる。
【００３７】
なお、これら結晶相は、ガラス粉末中から析出させても良いし、セラミック粉末として添加しても良く、その形成方法に制約を受けるものではない。
【００３８】
また、本発明のガラスセラミック焼結体をかかる構成とすることにより、４０〜４００℃における熱膨脹係数を５．０×１０−６／℃以下とすることができ、さらには、４．５×１０−６／℃以下、最適には４．０×１０−６／℃以下とすることも可能である。
【００３９】
以下に、ガラスセラミック焼結体の製造方法を説明する。
【００４０】
ガラスセラミック焼結体の製造方法は、ガラス粉末と、コーディエライト粉末とを混合、成形し、１０００℃以下の温度で焼成する工程を具備してなり、かつ焼成工程で前記ガラス粉末を分相させることを特徴とするものである。
【００４１】
かかる製造方法により、ガラスセラミック焼結体を製造することにより、低誘電率かつ低誘電損失のガラス相を分相により生成させることができる結果、金、銀、銅等の低抵抗金属との同時焼成が可能で、低い誘電率と、低い誘電損失とを兼ね備えたガラスセラミック焼結体を得ることができる。
【００４２】
ここで、ガラスセラミック焼結体の製造方法では、前記ガラス粉末が、焼成中に少なくとも一種の析出結晶相を析出する結晶化ガラスであることが望ましい。
【００４３】
このことにより、結晶化によりガラス粉末の組成が変化する結果、残留ガラスの分相が促進される結果、更なる誘電率、誘電損失を低下させることが可能となる。
【００４４】
ここで、析出結晶相として、低誘電率と低誘電損失かつ低熱膨張係数という特性を有するコーディエライト結晶相を析出させることにより、アルミナよりも低い誘電率と、低い誘電損失を具備し、さらには、シリコンチップに近似した低い熱膨張係数を容易に達成することが可能となる。
【００４５】
これは、析出結晶相と同じ結晶であるコーディエライト粉末が、結晶化を促進する核形成剤として働くことにより、残留ガラス相の分相をさらに促進させることが可能となり、さらなる低誘電損失化を図ることができるためである。
【００４６】
また、ガラスセラミック焼結体の製造方法では、ガラス粉末として、少なくともＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含むほう珪酸系ガラス粉末を６０〜９９．５質量％と、コーディエライト粉末０．５〜２０質量％とを用い、これに、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３の群から選ばれる少なくとも一種の金属酸化物粉末を０〜３５質量％添加することが望ましい。
【００４７】
このように、ガラス粉末、コーディエライト粉末及び金属酸化物の組み合わせとすることにより、ガラスの軟化流動によりフィラーの最配列が効率よく行われる結果、より低温で、より短時間に、気孔の少ない緻密な焼結体を得ることができる。なお、上記ほう珪酸系ガラス粉末およびコーディエライト粉末の粒径は、０．５〜１０μｍ、望ましくは０．８〜７μｍ、最適には１〜５μｍである。
【００４８】
ほう珪酸系ガラス粉末の量を上記範囲に限定したのは、ガラス粉末の量が６０重量％未満であると、１０００℃以下の低温で焼結体を緻密化することができなくなるためであり、逆に９９．５重量％より多いと、焼成時に焼結体がガラスの流動により原形を保てなくなるためである。ほう珪酸系ガラス粉末のさらに望ましい範囲は、６５〜８８．５質量％である。
【００４９】
ここで、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯはコーディエライト結晶相をガラスから析出させ、より低い熱膨脹係数と誘電率とを得るために有効であり、また、Ｂ２Ｏ３はガラスの軟化点を下げる効果が特に高い軟化成分である。
【００５０】
一方、コーディエライト粉末は、前述のように、低誘電率、低誘電損失、低熱膨張係数を示し、かつガラス粉末中からコーディエライト粉末を核として、より多くのコーディエライト結晶相を析出させることが可能となるため、ガラスの分相を促進させ、より低い誘電率とより低い誘電損失、さらには低い熱膨張係数を実現できる。
【００５１】
ここで、コーディエライト粉末の量を、０．５質量％以上とすることで焼結体の熱膨張係数をシリコンと近似した値にまで低下させることが容易となり、また、２０質量％以下とすることで１０００℃以下の低温で焼結体を緻密化することが可能となる。
【００５２】
さらに、金属酸化物粉末の量を、上記範囲内とすることが望ましいのは、この金属酸化物粉末の量を３５質量％以下とすることで、１０００℃以下の低温で焼結体を緻密化することが容易となるためである。なお、前記コーディエライト粉末のより望ましい範囲は、１．５〜１５質量％、金属酸化物粉末のより望ましい範囲は、１０〜３０質量％である。
【００５３】
さらに、ガラスセラミック焼結体の製造方法では、ほう珪酸系ガラス粉末が、少なくともＳｉＯ２：３０〜５５重量％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜４０質量％、ＭｇＯ：３〜２５質量％、Ｂ２Ｏ３：２〜１５質量％、ＢａＯ：１０〜４０質量％を含有し、さらに、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの群から選ばれる少なくとも一種以上をその合計量で０〜１０質量％含有するものを用いることが望ましい。
【００５４】
ほう珪珪酸系ガラスの成分が上記範囲内であることが望ましいのは、緻密な焼結体を得るために最適な軟化特性を得ると同時に、分相を効果的に促進できるためである。逆に、ほう珪酸ガラス粉末の組成が、上記範囲から逸脱すると、１０００℃以下の焼成温度にて
望ましい磁器特性を有するガラスセラミック焼結体を得ることが困難となる。
【００５５】
また、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＢａＯは、ほう珪酸系ガラスの軟化挙動を制御しつつ、ガーナイト結晶相、アノーサイト結晶相、スラウソナイト結晶相、セルジアン結晶相等をガラス中から析出させ磁器特性を制御することが可能となる。さらに、ＣａＯはガラスセラミック焼結体の耐薬品性を向上させるために効果的である。
【００５６】
ほう珪珪酸系ガラスの成分のより望ましい範囲は、ＳｉＯ２：３５〜５０重量％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜３５質量％、ＭｇＯ：５〜２０質量％、Ｂ２Ｏ３：４〜１２質量％、ＢａＯ：１０〜４０質量％、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＢａＯの群から選ばれる少なくとも一種以上をその合計量で０〜１０質量％である。
【００５７】
ガラスセラミック焼結体の製造方法では、前記金属酸化物粉末が、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３の群から選ばれる少なくとも一種を含有することが望ましい。
【００５８】
ガラスセラミック焼結体の製造方法では、アルミナ、ガーナイト、スピネル、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、アノーサイト、スラウソナイト、セルジアン、ジルコニア、ＣａＺｒＯ３、ＣａＳｉＯ３の群から選ばれる少なくとも一種これらの金属酸化物粉末を任意に組み合わせることにより、ガラスセラミック焼結体の誘電率、誘電損失、熱膨張係数、抗折強度といった特性を、用途に応じて調整することができる。特に、抗折強度を高めるためにアルミナ、耐薬品性を向上させるためにジルコニア、ＣａＺｒＯ３を選択することが効果的である。
【００５９】
なお、本発明では、例えば、石英ガラスを用いることなく、低誘電率のガラス相を実現できるのであるが、フィラーとして石英ガラスを用いることを否定するものではなく、必要に応じて、適宜、用いても良いことは言うまでもない。
【００６０】
図２に、以上説明したガラスセラミック焼結体を絶縁層として用いた本発明の配線基板を示す。
【００６１】
図２に、示すように、本発明の配線基板３は、絶縁基板１と少なくともその表面に金、銀、銅のいずれかを主体とする配線層５を具備し、かつ絶縁基板１が、本発明のガラスセラミック焼結体１で構成されていることを特徴とするものである。
【００６２】
そして、本発明の配線基板３は、絶縁基板１を、本発明のガラスセラミック焼結体１で構成することで、例えば、誘電率、強度などの絶縁基板１の重要な特性を制御することができる。特に、誘電率、誘電損失に関しては、非常に優れた特性を達成することができ、特に、ＭＰＵ等の高周波用途に好適に用いることができる。
【００６３】
以下に、本発明の配線基板３の製造方法を説明する。
【００６４】
まず、例えば、少なくともＳｉＯ２：２０〜５３質量％、Ｂ２Ｏ３：２〜１４質量％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６１質量％、ＭｇＯ：２〜２４質量％、を含有し、さらに、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの群から選ばれる少なくとも一種をその合計量で０〜１０質量％含有するガラス粉末と、コーディエライト粉末とを、適量秤量し、適当な有機樹脂バインダー、溶媒等を添加、混合した後、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。特にグリーンシートを作製するには、ドクターブレード法が好
適である。
【００６５】
次に、このセラミックグリーンシートにビアホール導体を形成するための貫通穴をパンチングやレーザー加工法などにより形成してその貫通穴内に、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの群から選ばれる少なくとも一種以上を主成分として含有する導体ペーストを充填するとともに、導体ペーストをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等の印刷法、あるいは表面に形成した所定の配線パターンの金属箔を形成した転写フィルムを前記グリーンシート表面に転写すること等によって、内部配線層や接続用電極のパターンを形成する。そして、必要に応じて上記と同様にしてメタライズ配線層やビアホール導体を形成したグリーンシートを積層する。
【００６６】
次に、上記の成形体を焼成するにあたり、まず、成形のために配合したバインダー成分を除去する。バインダーの除去は、導体材料としてＡｇ、Ａｕ、を使用する際には５００℃前後の大気雰囲気中で行い、導体材料としてＣｕを用いる場合には、７００℃前後の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。
【００６７】
そして、７００〜１０００℃の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中で０．２〜１０時間、特に０．５〜５時間焼成することにより、前記ガラス粉末を分相させることにより、ガラス相α１、α２を形成させる。
【００６８】
なお、上記焼成についてはＣｕ等の導体材料と同時焼成する場合には、導体材料が酸化しない、窒素、窒素／水蒸気混合、窒素／水素混合雰囲気などの非酸化性雰囲気中で焼成される。これによって、接続用電極及び内部配線層、ビアホール導体を有する配線基板３を得ることができる。
【００６９】
このとき、上記焼成温度が７００℃より低いか、焼成時間が０．２時間より短いと、分相が不十分となり、誘電率、誘電損失の低下効果が不十分となる恐れがあり、逆に焼成温度が１０００℃を越えるか、焼成時間が１０時間より長いと、焼結体中のボイドが多くなったり、焼結体の形状が崩れてしまう恐れがある。
【００７０】
そして、この配線基板３の表面に、半導体素子等の電気素子を搭載し、内部配線層、ビアホール導体を通じて接続用電極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、図中で示される半田を用いたフリップチップ実装や、ワイヤボンディング、さらには配線層上に直接搭載させて接続させる形態が好適である。
【００７１】
なお、電気素子としては、半導体素子に限定されるものではなく、各種コンデンサやフィルター、等の電子部品を複数個実装することも可能である。
【００７２】
さらに、電気素子と配線基板３との間隙にアンダーフィル剤を充填、硬化させたり、電気素子上にポッティング樹脂を被覆し、硬化させるか、絶縁基板３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る蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することにより、電気素子を実装した配線基板３を作製することができる。
【００７３】
また、配線基板３の下面に、低融点半田からなる半田によって高融点半田からなる半田ボールを接続する。そして、この配線基板をプリント基板に実装する場合には、プリント基板の表面に、前記パッケージの半田ボールを半田を介してプリント配線基板の接続用電極上に載置し、半田リフロー処理することによって、配線基板３をプリント基板上に二次実装することができる。
【実施例１】
【００７４】
本発明の配線基板の効果を確認すべく、以下のようにして評価用の多層配線基板を作製した。まず、表１に示した組成のガラスを準備した。なお、平均粒径は２μｍとした。
【００７５】
これらのガラス粉末に対して、平均粒径が１〜２μｍの表２に示すフィラー粉末を用いて、表２の組成に従い混合した。
【００７６】
そして、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。さらに、このグリーンシートを所望の厚さになるように複数枚積層し、６０℃の温度で１０ＭＰａの圧力を加えて熱圧着した。
【００７７】
得られた積層体を窒素雰囲気中、７５０℃で脱バインダ処理した後、２００℃／時間で昇温して、大気中で表２の条件にて焼成して絶縁基板評価用のガラスセラミック焼結体を得た。
【００７８】
得られた焼結体について、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）およびＴＥＭ付属のＸＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）を用いて分相の有無と、ガラス相のＳｉＯ２の含有量を測定した。このとき、分相しているものに関しては、ＳｉＯ２の含有量が多い方をα１とし、分相のないものに関しては、ガラス相全体をα１とみなして測定を行った。
【００７９】
また、５０ｍｍ□、厚さ１．０ｍｍに加工し、空洞共振器法にて２ＧＨｚにおける誘電率および誘電損失を測定した。
【００８０】
さらに、焼結体を２ｍｍ□、長さ１８ｍｍに加工し、１０℃／分の速度で焼温しながらレーザー測距計にて寸法変化を測定することにより、４０〜４００℃における熱膨張係数を測定した。
【００８１】
また、焼結体を粉砕し、結晶相をＸ線回折測定から同定し、主ピーク強度の大きい順に並べた。以上の測定結果を表２に示す。
【表１】
0004780995.tif 000002
【００８２】
【表２】
0004780995.tif 000003
【００８３】
表１〜２の結果から明らかなように、本発明に基づき、ガラス相が分相した、試料Ｎｏ．１、２、４、６、８〜１８では、２ＧＨｚにおける誘電率が７以下、誘電損失が２０×１０−４以下、さらには４０〜４００℃における熱膨張係数も５×１０−６／℃以下と良好な値を示した。
【００８４】
それに対して、ガラス相が分相しない試料Ｎｏ．３、５、７、１９〜２２では、誘電損失が大きくなった。
【実施例２】
【００８５】
実施例１の試料Ｎｏ．１、２、４、６、８〜１８の原料粉末に対して、アクリル系バインダと可塑剤とトルエンを添加、混合し、ドクターブレード法によって厚み３００μｍのグリーンシートを作製した。次に、該グリーンシートの所定位置にビアホールを形成し、銅を主成分とする導体ペーストを充填した後、スクリーン印刷法により前記導体ペーストを用いてグリーンシート表面に配線層を形成した。
【００８６】
そして、前記配線層を形成したグリーンシートを位置合わせしながら４枚積層、熱圧着した。この積層体を水蒸気含有窒素中、表２に示す焼成条件にて焼成し、銅を主成分とする配線層を具備する多層配線基板を作製した。
【００８７】
得られた配線基板について、配線層の導通と２ＧＨｚにおける伝送特性を確認したところ、断線等がなく、低抵抗で良好な導通特性と良好な伝送特性を示した。
【実施例３】
【００８８】
さらに、上記グリーンシートの表面に、銅を主体とした導体ペーストをスクリーン印刷法にて、パッケージＡの表面には、０．１２ｍｍφのパッドをマトリックス状に配設したフリップチップパッドを形成し、裏面には１ｍｍφのパッドをマトリックス状に配設したボールパッドを形成した。焼成後の形状が３０ｍｍ□、厚み１．５ｍｍとなるようにグリーンシートを積層、切断後、表２に示す条件にて焼成した。得られた配線基板にＮｉ−Ａｕめっきを施した後、上記パッド上に共晶半田ペーストを印刷し、１．２ｍｍφの高温半田ボールを位置合わせして載置し、リフロー処理を行うことにより、高温半田ボールを搭
載した配線基板Ａを作製した。
【００８９】
次に、シリコンを主体とする熱膨張係数が３×１０−６／℃の半導体素子５をパッケージＡの表面に、半田ボールを位置合わせして載置し、リフロー処理を行った後、エポキシ樹脂からなるアンダーフィル剤を半導体素子とパッケージＡとの間隙に注入し、硬化させることにより半導体素子をフリップチップ実装した。
【００９０】
一次実装を行ったサンプルを、０〜１００℃の温度範囲で温度サイクル試験を、２０００サイクル行った。その結果、いずれの試料も、２０００サイクルまで断線や半導体素子の破壊等がなく、良好な接続部の長期信頼性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明のガラスセラミック焼結体の組織を示す断面図である。
【図２】本発明のガラスセラミック焼結体を絶縁基板とする配線基板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
α１   ガラス相
α２   ガラス相
β     結晶相
１     絶縁基板
３     配線基板
５     配線層
【図１】
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【図２】
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