(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クォーツ結晶からなるフィラー４０〜６５質量％とＣｅを含むガラス粉末３５〜６０質量％とを主成分とする成形体を焼成し、ガラスセラミック焼結体中に１〜１０質量％のＣｅＯ２結晶を生成することを特徴とするガラスセラミック焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス粉末がＳｉをＳｉＯ２換算で１５〜５０質量％、ＢａをＢａＯ換算で２５〜６０質量％、ＣｅをＣｅＯ２換算で１．５〜１５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で１〜１５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１〜１５質量％およびＣａをＣａＯ換算で１〜１５質量％の割合で含有することを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミック焼結体の製造方法に関し、電気素子を実装し、プリント樹脂基板に接続される電子部品に好適に用いられる、実装信頼性に優れたガラスセラミック焼結体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器等に使用される配線基板は絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設された構造を採用している。また、このような配線基板を用いた回路機器の代表例として、電気素子、特にＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体集積回路素子を収容した電気素子収納用パッケージが挙げられる。
【０００３】
電気素子収納用パッケージは、上面中央部に電気素子を搭載する絶縁基板と、電気素子に接続されて素子の周囲から下面にかけて導出される複数個のメタライズ配線層と、絶縁基板の側面または下面に形成されてメタライズ配線層が電気的に接続される複数個の接続端子と、蓋体とから構成され、絶縁基板上面に蓋体をガラス、樹脂等の封止材を介して接合し、絶縁基板と蓋体とから成る容器内部に半導体を気密に封止することによって形成される。そして、電気素子収納用パッケージは、外部回路基板と複数の接続端子を介して電気的に接続される。
【０００４】
電気素子収納用パッケージに用いる絶縁基板として、アルミナやムライト等の焼結体が用いられていたが、これらの焼結体は１２００度以上の温度で焼成しなければならないため、１０５０度程度で溶融するＣｕ、Ａｇ等の低導体抵抗の金属を主成分としたメタライズ配線層を絶縁基板と同時焼成して使用することができなかった。Ｃｕ、Ａｇ等の低導体抵抗の金属を主成分としたメタライズ配線層を絶縁基板と同時焼成して使用するために、１０５０℃以下の低温で焼結が可能であるガラスセラミック焼結体も絶縁基板として用いられるようになってきている。
【０００５】
外部回路基板としてはプリント樹脂基板が用いられることが多く、プリント樹脂基板の０〜１５０℃における熱膨張係数は１４〜２０×１０−６／℃である。電気素子収納用パッケージと外部回路基板との接続信頼性を高めるために、電気素子収納用パッケージの熱膨張係数と外部回路基板の熱膨張係数の差を小さくすることが求められている。すなわち、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数はプリント樹脂基板の熱膨張係数よりも小さいので、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を大きくすることが要求されている。
【０００６】
そこで、全量中にＳｉをＳｉＯ２換算で５５〜７０質量％と、ＢａをＢａＯ換算で２０〜４０質量％と、ＢをＢ２Ｏ３換算で１〜５質量％と、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１〜８質量％と、ＺｒをＺｒＯ２換算で０質量％より多く７質量％以下との割合で含有するガラスセラミック焼結体で、該組成物中にクォーツ結晶を３０質量％以上含ませることにより、熱膨張係数１１．３〜１３．０×１０−６／℃と大きくしたガラスセラミック焼結体からなる絶縁基板を用いた配線基板が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１３７９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のガラスセラミック焼結体では、熱膨張係数を１３．０×１０−６／℃程度まで高くできるものの、さらに熱膨張係数を高くしてプリント樹脂基板の熱膨張係数に近づけようとしてクォーツ結晶含有量を増やすと、ガラスセラミック焼結体の焼結性が低下して含水率が高くなり、耐湿信頼性が悪くなるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、熱膨張係数が大きく、開気孔率の低いガラスセラミックス焼結体の製
造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のガラスセラミック焼結体の製造方法は、クォーツ結晶からなるフィラー４０〜６５質量％とＣｅを含むガラス粉末３５〜６０質量％とを主成分とする成形体を焼成し、ガラスセラミック焼結体中に１〜１０質量％のＣｅＯ２結晶を生成することを特徴とするものである。
【００１３】
前記ガラス粉末は、ＳｉをＳｉＯ２換算で１５〜５０質量％、ＢａをＢａＯ換算で２５〜６０質量％、ＣｅをＣｅＯ２換算で１．５〜１５質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で１〜１５質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１〜１５質量％およびＣａをＣａＯ換算で１〜１５質量％の割合で含有することが好ましい。
【００１４】
なお、ここでのガラス粉末の組成比は、ガラスセラミック焼結体の原料であるフィラーとガラスの内のガラスの組成比のことであり、ガラスセラミック焼結体全体に対する組成比とは異なる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガラスセラミック焼結体の製造方法は、クォーツ結晶からなるフィラー４０〜６５％とＣｅを含むガラス粉末を混合、焼成して、前記ガラスから１〜１０質量％のＣｅＯ２結晶を生成させることにより、フィラーを増やしてガラスセラミック焼結体の焼結性が低下して開気孔率が高くなることなしに、ガラスセラミック焼結体に熱膨張係数の大きいクォーツ結晶と熱膨張係数が大きいＣｅＯ２結晶とが含有されるようにできるため、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のガラスセラミック焼結体は、クォーツ結晶とＣｅＯ２結晶とガラス相とを主成分とする焼結体からなり、前記主成分がクォーツ結晶を４０〜６５質量％およびＣｅＯ２結晶を１〜１０質量％含有し、残部を前記ガラス相が占めることが重要である。
【００１９】
本発明のガラスセラミック焼結体の主成分は、熱膨張係数の大きいクォーツ結晶４０〜６５質量％に加えて熱膨張係数の大きいＣｅＯ２結晶１〜１０質量％を含有することによりガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を大きくすることができる。
【００２０】
クォーツ結晶は、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を大きくするために、さらには４５質量％以上、より好適には５０質量％以上であることが好ましい。また、クォーツ結晶が６５質量％以下にすることにより、焼結に関与しないクォーツ結晶の量が多くなることがなく、ガラスセラミック焼結体の焼結性が良くなり、ガラスセラミック焼結体の開気孔率が低くなる。
【００２１】
ＣｅＯ２結晶は、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を大きくするために、さらには４質量％以上、より好適には５質量％以上であることが好ましい。また、ＣｅＯ２結晶が１０質量％より少ないことから、熱膨張係数を大きなクリストバライト等のＳｉＯ２結晶の析出を阻害することがない。
【００２２】
ガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いて、メタライズ配線層を配設して配線基板を作成する場合は、ガラスセラミック焼結体の誘電率を低くすると、電気信号の伝搬速度を容易に速くしたり、配線間のクロストークを容易に減らしたりできるため、誘電率は６．５以下、特に６．０以下、さらに５．５以下であること好ましい。ＣｅＯ２結晶が少ないことによりガラスセラミック焼結体の誘電率は低くなるため、ＣｅＯ２結晶は８質量％以下、特には６質量％以下であることが好ましい。
【００２３】
なお、本発明における各結晶の含有比率は、磁器のＸ線回折測定から各結晶のピーク強度に基づいてリートベルト法（泉富士夫ら  日本結晶学会誌  ３４（１９９２）７６等参照）によって算出される値を指す。
【００２４】
本発明のガラスセラミック焼結体のクォーツ結晶とＣｅＯ２結晶とガラス相とからなる主成分の組成割合は、ＳｉをＳｉＯ２換算で５０〜７０質量％、ＢａをＢａＯ換算で１５〜３５質量％、ＣｅをＣｅＯ２換算で１〜１０質量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で１〜８質量％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１〜８質量％およびＣａをＣａＯ換算で１〜８質量％であることが好ましい。
【００２５】
ここで、ＳｉＯ２量が５０質量％以上であることにより、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数をさらに容易に高めることができる、また、ＳｉＯ２量が７０質量％以下であることにより、１０５０℃以下の焼成によってガラスセラミック焼結体の開気孔率を低くすることができ、耐水性、耐薬品性、強度等をさらに高くすることが容易になる。ＳｉＯ２量のより望ましい範囲は５５〜６５質量％である。
【００２６】
また、ＢａＯ量が１５質量％以上であることにより、１０５０℃以下の焼成によってガラスセラミック焼結体の開気孔率をさらに容易に低くすることができる。また、ＢａＯ量が３５質量％以下であることにより、ガラスセラミック焼結体の誘電率を容易に低くすることができ、ガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いて、メタライズ配線層を配設して配線基板を作成する場合に、電気信号の伝搬速度をさらに容易に速くしたり、配線間のクロストークをさらに容易に減らしたりすることができる。ＢａＯ量のより望ましい範囲は２０〜３０質量％である。
【００２７】
さらに、Ｂ２Ｏ３量が１質量％以上であることにより、１０５０℃以下の焼成によってガラスセラミック焼結体の開気孔率をさらに容易に低くすることができる。また、Ｂ２Ｏ３量が８質量％以下であることにより、ガラスセラミック焼結体の強度を容易に高くしたり、熱サイクルによってガラスセラミック焼結体の強度の低下を容易に少なくしたりできる。Ｂ２Ｏ３量のより望ましい範囲は４〜６質量％である。
【００２８】
さらにまた、Ａｌ２Ｏ３量が１質量％以上であることにより、ガラスセラミック焼結体の強度を容易に高くしたり、熱サイクルによってガラスセラミック焼結体の強度の低下を容易に少なくしたりできるとともに、ガラスセラミック焼結体の耐薬品性を容易に向上でき、メッキ処理等によってガラスセラミック焼結体の表面から浸食を抑制できる。また、Ａｌ２Ｏ３量が８質量％以下であることにより、１０５０℃以下の焼成によってガラスセラミック焼結体の開気孔率を低くするこができる。Ａｌ２Ｏ３量のより望ましい範囲は３〜６質量％である。
【００２９】
またさらに、ＣａＯ量が１質量％以上であることにより、１０５０℃以下の焼成によってガラスセラミック焼結体の開気孔率をさらに容易に低くすることができる。また、ＣａＯ量が８質量％以下であることにより、ガラスセラミック焼結体の誘電率を容易に低くすることができ、ガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いて、メタライズ配線層を配設して配線基板を作成する場合に、電気信号の伝搬速度をさらに容易に速くしたり、配線間のクロストークをさらに容易に減らしたりすることができる。ＣａＯ量のより望ましい範囲は２〜５質量％である。
【００３０】
さらにまた、本発明のガラスセラミック焼結体によれば、上記成分に加えて、ＺｒをＺｒＯ２換算で７質量％以下、特に３質量％含有させてもよく、ＺｒＯ２は、ガラスセラミック焼結体の耐薬品性をさらに容易に向上させ、熱サイクル後のガラスセラミック焼結体の強度低下を強度の低下を容易に少なくできる。
【００３１】
またさらに、本発明のガラスセラミック焼結体によれば、上記成分に加えて、ＭｇをＭｇＯ換算で１０質量％以下、特に２質量％以下、ＹをＹ２Ｏ３換算で１０質量％以下、特に２質量％以下の割合で、これらの少なくとも１種を含有させてもよく、これら成分は、ガラスセラミック焼結体の開気孔率を低くするとともに、ガラスセラミック焼結体中の非晶質相の比率を低減して結晶化を促進する働きをし、結晶化が進むことにより機械的強度をさらに容易に高くできる。
【００３２】
ガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いて、メタライズ配線層を配設して配線基板を作成して、プリント樹脂基板からなる外部回路基板と接続して使用する場合には、配線基板の熱膨張係数と外部回路基板の熱膨張係数の差により生じる応力を少なくでき、配線基板と外部回路基板の接続信頼性をより向上させるには、ガラスセラミック焼結体の４０〜４００℃における熱膨張係数は９〜１８×１０−６／℃、特に１２〜１４×１０−６／℃が好ましい。
【００３３】
なお、本発明における熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｒ３１０２に準拠して測定したものであるが、測定対象物からＪＩＳ  Ｒ３１０２に定められた寸法の試験片が作成できない場合は、長さを測定する部分の寸法と定められた寸法との差が小さくなるように直方体、または、円柱を測定対象物から切り出し、長さを測定する部分の両端面を研磨により平行にして試験片とすればよい。
【００３４】
また、抗折強度、耐薬品性、耐水性、熱伝導率、絶縁抵抗の点で、ガラスセラミック焼結体の相対密度が９０％以上、特に９５％以上、さらに９８％以上であることが望ましい。
【００３５】
次に、本発明のガラスセラミック焼結体の製造方法について説明する。なお、以下でガラス成分について述べるが、ガラスの組成比は、ガラスセラミック焼結体の原料であるフィラーとガラスの内のガラスの組成比のことであり、ガラスセラミック焼結体全体に対する組成比とは異なる。
【００３６】
まず、Ｓｉ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｂ、Ａｌが上記の比率で含有されるよう出発原料を調整すればよい。１０５０℃以下の焼成ではクォーツ結晶はほとんど生成されないため、ガラスセラミック焼結体中にクォーツ結晶を含有させるためには、クォーツ結晶からなるフィラーを用いることが重要である。
【００３７】
クォーツ結晶からなるフィラーが少ないとガラスセラミック焼結体の熱膨張係数が低くなるためクォーツ結晶からなるフィラーは４０質量％以上とすることが重要であり、４５質量％とするのが好ましい。クォーツ結晶以外の出発原料はガラスとフィラーの混合物であっても、ガラスであってもよいが、フィラーの比率は高くなるとガラスセラミック焼結体の焼結性が低くなり、ガラスセラミック焼結体の開気孔率が高くなってしまうため、フィラーの比率が６５質量％以下であること重要である。すなわち、クォーツ結晶からなるフィラーの比率が６５質量％以下であることが重要である。焼結性を高くするためにはフィラーの比率が６０質量％以下であることがより好ましい。すなわち、クォーツ結晶からなるフィラーの比率が６０質量％であることがより好ましい。
【００３８】
ガラスセラミック焼結体の焼結性を高くするためには、ガラスとしてＣｅを含むものを用いることが重要である。ガラスセラミック焼結体の焼成中にガラスが軟化流動しフィラーの間をうめていくことにより、出発原料は体積収縮してガラスセラミック焼結体となるが、ガラスのＣｅ成分は、軟化流動時にはガラス成分として働くことにより焼結に寄与し、その後の焼成によりＣｅＯ２結晶として析出するため、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を高くすることができる。
【００３９】
ガラス成分としては、例えば平均粒径０．５〜１０μｍのホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラス、リチウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＺｎＯ系ガラス、ＢａＯ系ガラス等が用いられる他、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数をさらに容易に高くするためには、焼成によりガラス中から珪酸バリウムを析出可能なＢａＯ系結晶化ガラスを使用することが望ましい。
【００４０】
なお、ＢａＯ系ガラスの具体的な組成としては、低温焼成化、結晶化度の向上の点で、例えば、ＳｉをＳｉＯ２換算で１５〜５０質量％と、ＢａをＢａＯ換算で２５〜６０質量％と、ＣｅをＣｅＯ２換算で１．５〜１５質量％と、ＢをＢ２Ｏ３換算で１〜１５質量％と、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１〜１５質量％と、ＣａをＣａＯ換算で１〜１５質量％の割合で含有するガラスが望ましい。さらに、上記組成のガラス中にＢａＯ以外のアルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物、希土類元素酸化物、Ｓｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３を総量で５質量％以下、特に３質量％以下の比率で含む場合もある。
【００４１】
また、上記ガラス以外または上記ガラスに加えて、リチウム珪酸系ガラス、ＰｂＯ系ガラス、ＺｎＯ系ガラス、ホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラスを用い、珪酸バリウム結晶等をセラミックフィラーとして添加することも可能である。
【００４２】
リチウム珪酸系ガラスとしては、Ｌｉ２Ｏを５〜３０質量％、特に５〜２０質量％の割合で含有するものであり、焼成後に高熱膨張係数を有するリチウム珪酸を析出するものが好適に使用される。また、上記のリチウム珪酸系ガラスとしては、Ｌｉ２Ｏ以外にＳｉＯ２を必須の成分として含むが、ＳｉＯ２はガラス全量中、６０〜８５質量％の割合で存在し、ＳｉＯ２とＬｉ２Ｏとの合量がガラス全量中、６５〜９５質量％であることがリチウム珪酸結晶を析出させる上で望ましい。また、これらの成分以外に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｂ３Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｆ等が配合されていてもよい。
【００４３】
ＰｂＯ系ガラスとしては、ＰｂＯを主成分とし、さらにＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２のうちの少なくとも１種を含有するものであり、焼成後にＰｂＳｉＯ３、ＰｂＺｎＳｉＯ４等の高熱膨張の結晶相が析出するものが好適に使用される。
【００４４】
ＺｎＯ系ガラスとしては、ＺｎＯを１０質量％以上含有するものであり、焼成後にＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ・ｎＢ２Ｏ３等の高熱膨張係数の結晶相が析出するものが好適に使用される。ＺｎＯ成分以外に、ＳｉＯ２（６０質量％以下）、Ａｌ２Ｏ３（６０質量％以下）、Ｂ２Ｏ３（３０質量％以下）、Ｐ２Ｏ５（５０質量％以下）、アルカリ土類酸化物（２０質量％以下）、Ｂｉ２Ｏ３（３０質量％以下）等が配合されていてもよい。とりわけＺｎＯ１０〜５０質量％−Ａｌ２Ｏ３１０〜３０質量％−ＳｉＯ２３０〜６０質量％から成る結晶性ガラスやＺｎＯ１０〜５０質量％−ＳｉＯ２５〜４０質量％−Ａｌ２Ｏ３０〜１５質量％−ＢａＯ０〜６０質量％−ＭｇＯ０〜３５質量％から成る結晶性ガラスが望ましい。
【００４５】
フィラーの成分は、前述のように１０５０℃以下の焼成温度でガラスセラミック焼結体中にクォーツ結晶を含有させるために、クォーツ結晶が必須であり、その量はガラスセラミック焼結体全体に対して３０〜６５質量％である。また、フィラーとして珪酸バリウム、ＢａＯ、ＢａＣＯ３等の粉末を添加することができる。なお、ＢａＯから珪酸バリウムに変換させるためには、例えば、フィラーとしてクォーツ結晶以外に、非晶質ＳｉＯ２、クリストバライト、トリジマイト等の他のＳｉＯ２系フィラーとともに添加して、ＢａＯとＳｉＯ２とを反応させて珪酸バリウムを生成析出させればよい。なお、フィラーの平均粒径０．２〜１５μｍ、特に０．５〜１０μｍであることが望ましい。
【００４６】
その他のフィラー成分としては、上記以外に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、スピネル（ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３）、ウォラストナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ネフェリン（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、リチウムシリケート（Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２）、ディオプサイド（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）、ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２等の他のセラミックフィラーを総量で１５質量％以下、特に１０質量％以下の割合で添加することもできる。
【００４７】
そして、上述した成分からなるガラスとフィラーとの混合物に対して、適当な成形のための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。
【００４８】
次に、上記の成形体の焼成にあたっては、まず、成形のために配合した有機樹脂バインダーを除去する。有機樹脂バインダーの除去は、７００℃前後の大気または窒素雰囲気中で行われるが、配線導体層として、例えばＣｕを用いる場合には、１００〜７００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度をこれより高くすることにより有機樹脂バインダーの除去がより容易になる。
【００４９】
焼成は、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中で行われ、特にガラスセラミック焼結体中のガラスの結晶化度を高くし、磁器中の開気孔率を低くするとともに、特に銅の配線導体層と同時焼成する場合においてもガラスの軟化挙動をＣｕ導体層に近似させて絶縁基板の反りを抑制するために、昇温速度２０〜３５０℃／ｈｒ、特に５０〜２５０℃／ｈｒ、さらに５０〜１００℃／ｈｒで、焼成温度８００〜１０５０℃、特に８５０〜９７０℃、さらに９２０〜９５０℃で、０．５〜５ｈｒ、特に１．５〜３ｈｒ焼成することによってガラスセラミック焼結体を緻密化でき本発明のガラスセラミック焼結体を作製することができる。ＣｅＯ２は、ガラスの網目構造のネットワークに取り込まれることでガラス化しており、ガラス転移温度以上で焼成することで、ガラスの網目構造の再配列に伴い結晶化する。
【００５０】
この時の焼成温度が１０５０℃を越えるとＣｕ等の配線導体層との同時焼成で導体層が溶融してしまう。なお、Ｃｕ等の配線導体と同時焼成する場合には、非酸化性雰囲気中で焼成すればよい。
【００５１】
また、本発明のガラスセラミック焼結体は上述したガラスを用いる方法以外にも、上述した各成分の酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を混合して、成形し、焼成する方法、ゾル−ゲル法、水熱合成法等を用いる方法等も適応可能であるが、この場合でも、１０５０℃以下での焼成によってクォーツ結晶をガラスセラミック焼結体中に含有させるために成形体中にクォーツ粉末を添加することが重要である。
【００５２】
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９〜１８×１０−６／℃、特に１２〜１４×１０−６／℃であるために、配線基板やパッケージの絶縁基板として用いた場合、ＰＣボード等のプリント樹脂基板の外部回路基板への実装した際の熱膨張差に起因する熱応力の発生を容易に抑制することができる。
【００５３】
次に、前記ガラスセラミック焼結体を絶縁基板として用いた本発明の配線基板を添付図面に基づき具体的に説明する。
【００５４】
図１は、本発明の配線基板の好適例である電気素子収納用パッケージを外部回路基板に実装した構造の一例を示す断面図である。
【００５５】
図１において、Ａは配線基板、Ｂは外部回路基板である。本発明の配線基板Ａは、絶縁基板１とメタライズ配線層２およびメタライズ配線層で形成された電極パッド３で構成されている。
【００５６】
なお、メタライズ配線層２は低抵抗導体であるＣｕまたはＡｇを主とすることが望ましく、特に純度９９％以上の高純度金属導体からなること、さらには微細配線化、低抵抗化の点で金属箔からなることが望ましい。また、絶縁基板１の表面に存在するメタライズ配線層２の表面にはニッケル、銅および金の群から選ばれる少なくとも１層のメッキ層を形成することが望ましい。
【００５７】
絶縁基板１には、図に示すように複数の絶縁層１ａ〜１ｄを積層したものでもよいし、一体的なバルク体でもよい。また、配線基板Ａには、図に示すように電気素子等を実装するキャビティ５が形成されていてもよい。
【００５８】
配線基板Ａは、例えば、半導体素子等の電気素子６が接着剤を介して接着固定され、ボンディングワイヤー７で電気素子６とメタライズ配線層２が電気的に接続され、蓋体８によりキャビティ内部を気密にして、電気素子６が実装される。
【００５９】
さらに、配線基板Ａは、例えば、図２に示す多数の接続端子４が設けられており、接続端子４はメタライズ配線層２と電気的に接続されている。この接続端子４は、電極パッド３に対して半田（錫−鉛合金）等のロウ材から成る突起状端子９が取着された構造から成る。突起状端子９は外部回路基板Ｂの配線導体１０に電気的に接続される。
【００６０】
外部回路基板Ｂは、有機樹脂を含む材料から成るガラスーエポキシ樹脂の複合材料等から構成される絶縁体１１の表面に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｂ−Ｓｎ等の金属から成る配線導体１０が被着形成された一般的なプリント樹脂基板である。
【００６１】
配線基板Ａを外部回路基板Ｂに実装するには、配線基板Ａの絶縁基板１下面の電極パッド３に取着されている半田から成る突起状端子９を外部回路基板Ｂの配線導体１０上に載置当接させ、しかる後、約２５０〜４００℃の温度で加熱することにより、半田等のロウ材から成る突起状端子９自体が溶融し、配線導体１０に接合させることによって外部回路基板Ｂ上に実装させる。この時、配線導体１０の表面には接続端子４とのロウ材による接続を容易に行うためロウ材が被着形成されていることが望ましい。
【００６２】
本発明によれば、絶縁基板１が４０〜４００℃における熱膨張係数が９〜１８×１０−６／℃のガラスセラミック焼結体からなることによって、ＰＣボード等のプリント樹脂基板の外部回路基板への実装した際の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。また、ガラスセラミック焼結体の開気孔率が低いことにより、耐湿信頼性が確保される。
【００６３】
接続端子４の構造は図２で示す構造でもよい。に接続端子４として電極パッド３に対して高融点材料から成る球状端子１２を低融点ロウ材１３によりロウ付けしたものが適用できる。この高融点材料は、ロウ付けに使用される低融点ロウ材１３よりも高融点であることが必要で、ロウ付け用の低融点ロウ材１３が、例えばＰｂ４０質量％−Ｓｎ６０質量％の低融点半田から成る場合、球状端子１２は、例えばＰｂ９０質量％−Ｓｎ１０質量％の高融点半田や、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ等の金属により構成される。
【００６４】
かかる構成においてはパッケージＡの絶縁基板１下面の電極パッド３に取着されている球状端子１２を外部回路基板Ｂの配線導体１０に載置当接させ、しかる後、球状端子１２を半田等の低融点ロウ材１４により配線導体１０に当設させて外部回路基板Ｂ上に実装することができる。また、低融点ロウ材１４としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いて接続端子４を外部回路基板Ｂに接続しても良く、さらに上記球状端子１２に替えて柱状の端子を用いてもよい。
【実施例】
【００６５】
原料として表１に示す組成比率になるようにフィラーとガラス粉末を準備した。ただし、フィラーは平均粒径５μｍのクォーツ結晶粉末であり、ガラス粉末は前記クォーツ結晶粉末を含めた原料の全組成の比率が表１のＳｉＯ２、ＢａＯ、ＣｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３の比率になるようにＳｉＯ２、ＢａＣＯ３、ＣｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、からガラスを作製し、平均粒径３μｍに粉砕したものである。
【００６６】
前記原料粉末に有機樹脂バインダーを添加して、充分に混合した後、得られた混合物を一軸プレス成形により、直径３５ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱形状の成形体を作製した。そして、この成形体を７００℃のＮ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中で脱バインダー処理し、窒素雰囲気中で１００℃／ｈｒで９５０℃まで昇温し、９５０℃で１時間キープして焼成して１０個のサンプルを作製した。
【００６７】
各サンプルのガラスセラミック焼結体に対して、Ｘ線回折測定を行い、検出された結晶の同定を行うとともに、リートベルト法によってクォーツ結晶とＣｅＯ２結晶の量を算出した。
【００６８】
また、開気孔率をＪＩＳ  Ｒ１６３４に準拠して測定した測定した。開気孔率は１％以下を合格とした。
【００６９】
さらに、４０〜４００℃の範囲で熱膨張係数を測定し、さらに、空洞共振器法によって１ＭＨｚでの誘電率を測定した。なお、誘電率としては６．５以下が望ましい範囲である。
【００７０】
またさらに、蛍光Ｘ線で各元素の含有量を測定した。測定結果は原料組成比率と同じであった。
【００７１】
また、表１に示す原料粉末に有機樹脂バインダーと溶剤を混合してスラリーを作製し、前記スラリーをドクターブレード法で成形し、厚み３００μｍのグリーンシートを作製した。前記グリーンシートの表面にＣｕメタライズペーストをスクリーン印刷法で塗布した。また、グリーンシートの所定箇所にスルーホールを形成しその中にもＣｕメタライズペーストを充填した。そして、メタライズペーストが塗布されたグリーンシートをスルーホール間で位置合わせしながら６枚積層し圧着して積層体を作製した。そして、前記積層体を７００℃のＮ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中で脱バインダー処理し、窒素雰囲気中で１００℃／ｈｒで９５０℃まで昇温し、９５０℃で１時間キープして焼成した。
【００７２】
次に、配線基板の下面に設けられた電極パッドに図２に示すようにＰｂ９０質量％、Ｓｎ１０質量％から成る球状半田ボール（球状端子）を低融点半田（ロウ材）（Ｐｂ３７％−Ｓｎ６３％）により取着した。なお、接続端子は、１ｃｍ２当たり３０端子の密度で配線基板の下面全体に形成した。
【００７３】
そして、この配線基板を、ガラス−エポキシ基板から成る絶縁体の表面に銅箔から成る配線導体が形成された４０〜１５０℃における熱膨張係数が１６×１０−６／℃のプリント樹脂基板表面に実装した。実装は、プリント樹脂基板の上の配線導体と配線基板の球状端子とを位置合わせし、低融点半田（ロウ材）（Ｐｂ３７％−Ｓｎ６３％）によって接続実装した。
【００７４】
次に、上記のようにしてパッケージ用配線基板をプリント樹脂基板表面に実装したものを大気の雰囲気で−４０℃と１２５℃の各温度に制御した恒温槽に試験サンプルを１５分／１５分の保持を１サイクルとして最高１０００サイクルまで繰り返した。そして、１００サイクル毎にプリント樹脂基板の配線導体とパッケージ用配線基板との電気抵抗を測定し最大１０００サイクルまで測定した。電気抵抗が初期値に対して２０％以上高くなった場合を不良とし、その結果を表１に示す。なお、結果は、１００〜２００サイクルの試験後の測定で不良が生じていた場合を２００サイクルと表した。
【表１】
0004671836.tif 000002
【００７５】
本発明の試料Ｎｏ．１〜４、１０、１１、１４、１５、１７および１８は、温度サイクル１０００回終了時に不良が発生せず、また、開気孔率は１％以下となった。
【００７６】
一方、本発明の範囲以外の試料Ｎｏ．５〜９、１２、１３および１６は電気抵抗増加の不良が温度サイクル１０００回未満で発生した。これは、ガラスセラミックス焼結体の熱膨張係数が低く、ガラスセラミックス焼結体の熱膨張係数と外部回路基板の熱膨張係数の差による応力が大きくなり不良が発生したか、開気孔率の高いことから判るようにガラスセラミックス焼結体の焼結性が低く、ガラスセラミックス焼結体の強度が低いため、少ない熱応力で不良が発生したものである。
【００７７】
本発明の範囲以外の試料Ｎｏ．５〜９、１２、１３および１６に対して、試料Ｎｏ．１〜４、１０、１１、１４、１５、１７および１８は、開気孔率が低く、熱膨張係数が高くなっており、プリント樹脂基板と接続した場合の接続信頼性を高くすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の配線基板を外部回路基板に実装した構造を示す断面図である。
【図２】本発明の配線基板と外部回路基板の実施構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・絶縁基板
１ａ〜ｄ・・・絶縁層
２・・・メタライズ配線層
３・・・電極パッド
４・・・接続端子
５・・・キャビティ
６・・・電気素子
７・・・ボンディングワイヤー
８・・・蓋体
９・・・突起状端子
１０・・・配線導体
１１・・・絶縁体
１２・・・球状端子
１３、１４・・・低融点ロウ材
Ａ・・・配線基板
Ｂ・・・外部回路基板
【図１】
0004671836.tif 000003
【図２】
0004671836.tif 000004