(57)【要約】【課題】  高線膨張係数であり低誘電損失である基板材料を開発し、高周波伝送が可能で、マザーボードとの接合の信頼性の高い配線基板を提供することにある。【解決手段】    ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部からなる主成分１００重量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３重量部含む組成のセラミックス原料、又は、その仮焼粉末を成形し、焼成することで、主結晶としてＳｒ２ＳｉＯ４結晶を含有するセラミックス組成物を得る。前記組成物は誘電損失が低く、線膨張係数が高いため、前記組成物を利用することで、高周波伝送が可能であり、マザーボードとの接合性の信頼性の高いセラミックス配線基板を得ることができる。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてＳｒ２ＳｉＯ４結晶を含有することを特徴とするセラミックス組成物。
【請求項２】
アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなる請求項１記載のセラミックス組成物。
【請求項３】
酸化物換算で、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜１．０質量部、アルミナ成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなる請求項１又は２記載のセラミックス組成物。
【請求項４】
線膨張係数が９．５×１０−６／Ｋ以上であり、かつ、誘電損失が１５×１０−４以下である請求項請求項１〜３のいずれか一つに記載のセラミックス組成物。
【請求項５】
９００〜１０００℃で焼結可能である請求項１〜４のいずれか一つに記載のセラミックス組成物。
【請求項６】
ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてＳｒ２ＳｉＯ４結晶を含有するセラミックス層と、前記セラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層を備えていることを特徴とするセラミック配線基板。
【請求項７】
前記セラミック層は、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなる請求項６記載のセラミックス配線基板。
【請求項８】
前記セラミック層は、酸化物換算で、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜１．０質量部、アルミナ成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなる請求項６又は７記載のセラミックス配線基板。
【請求項９】
前記セラミックス層の線膨張係数が９．５×１０−６／Ｋ以上であり、かつ、誘電損失が１５×１０−４以下である請求項６〜８いずれか一つに記載のセラミックス配線基板。
【請求項１０】
９００〜１０００℃で焼結したＳｒ２ＳｉＯ４結晶を主成分とするセラミックス層からなる請求項６〜９いずれか一つに記載のセラミックス配線基板。
【請求項１１】
前記セラミックス層を利用して形成された部品領域を更に具備する請求項６〜１０のいずれか一つに記載のセラミックス配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｒ２ＳｉＯ４を主結晶として含有するセラミックス組成物、及び該セラミック組成物を利用したセラミック配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の高集積技術の向上に伴い、配線基板のマザーボードへの実装密度の増大化が進んでいる。しかし、接続密度の増加に伴い、接続部にかかる負荷も増加傾向にある。
【０００３】
接続部位にかかる負荷としては主に熱応力による負荷であるが、この熱応力は接続対象物の線膨張係数に差があることから発生し、その差が大きいものほど強い負荷が接続部位に加わる。また、この熱応力は基板の大きさと共に加わる負荷も増加するため、接合の信頼性を向上させるためにも配線基板とマザーボードとの線膨張係数の差は少ない方が好ましい。
【０００４】
従来汎用的に使用されている配線基板の線膨張係数は７．０×１０−６／Ｋ以下程度であるのに対し、マザーボードの線膨張係数は１４．０×１０−６／Ｋ程度であり、その差は大きく、マザーボードと配線基板との接合の信頼性を向上させるためにも、従来汎用的に利用されている配線基板よりも高い線膨張係数を持った配線基板が必要である。
【０００５】
また、現在では、情報の大容量化、情報通信の高速化に伴い、高周波信号を損失なく伝送することが求められており、高周波領域での誘電損失の低い配線基板が求められている。高周波信号を損失なく伝送する上で、配線層を形成する導体として、銅や銀などの低抵抗金属を使用することが要求されているが、これらの低抵抗金属を導体材料として用いるために、基板材料は低温での焼成が可能であることが必要であり、また基板自体の誘電損失も低く抑えることも必要である。
【０００６】
これらの要求に対応するため、線膨張係数が高い組成物、誘電損失の低い組成物が種々検討されている。
【０００７】
例えば、下記特許文献１では、ＳｉＯ２が１７〜４５質量％、Ａｌ２Ｏ３が２〜１９質量％、Ｂ２Ｏ３が０．４〜９質量％、ＳｒＯが４６〜６３質量％含有するガラス材料から、Ｓｒシリケート結晶を析出させた結晶化ガラスからなるガラス組成物で、前記組成物は低温焼結が可能で高周波領域でも誘電損失の低い組成物であり、前記組成物を利用することで、優れた誘電特性を有する配線基板が得られることが開示されている。
【０００８】
また、下記特許文献２では、ＳｉＯ2 とＭｇＯとＣａＯとを含み、熱処理することにより、メルウィナイト、モンティセライト、及びカルシウム珪酸塩のうちの少なくとも１種の結晶相が析出した結晶化ガラス組成物であり、前記組成物を利用することで線膨張係数の高い配線基板が得られることについて開示されている。
【０００９】
更に、下記特許文献３では、ディオプサイド結晶相とコージェライト結晶相を含有し、残部がガラス相及び／又は他のセラミックス結晶相からなるとともに、開気孔率が１％以下であることを特徴とする組成物で、前記組成物を利用することで、線膨張係数が２．５〜９．０×１０−６／Ｋ以上であり、かつ、６０ＧＨｚでの誘電損失が２０×１０−４以下の特性をもった配線基板が得られることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５２６７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８５９６６号公報
【特許文献３】特開２００２−１６７２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、一般に珪酸塩結晶では、線膨張係数や誘電損失と結晶構造の関係が深く、また、それらは概ね相反の関係にあって、高線膨張係数と低誘電損失という物性を両立させることは困難であった。珪酸塩以外で誘電率が１５以下と低く、低温焼結が容易な結晶は稀である。上記特許文献１〜３の組成物においても、線膨張係数が高く、誘電損失が低い、という物性を満足できる領域で両立させるに至ってはいない。
【００１１】
また、上記特許文献１〜３の技術は、結晶性ガラス粉末を原料としているため、原料コストが高くなり、原料の取り扱い性が悪いという問題点もあった。更には、結晶化ガラスは、結晶化速度が速いため、結晶化度の制御が困難であるという問題点があった。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、低温焼成が可能で、高線膨張係数であり、かつ低誘電損失である基板材料であって、高周波伝送が可能で、マザーボードとの接合の信頼性の高い配線基板を得ることのできるセラミックス組成物及びそれを用いたセラミックス配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明のセラミックス組成物は、ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてＳｒ２ＳｉＯ４結晶を含有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のセラミックス配線基板は、ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてＳｒ２ＳｉＯ４結晶を含有するセラミックス層と、前記セラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のセラミックス組成物は、上記組成からなるＳｒ２ＳｉＯ４結晶を主結晶とした組成物であり、粒界相を除けば副結晶の含有量は極めて少ない組成物である。Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶は、線膨張係数が高く、誘電損失が低い物性を備えた結晶であるため、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を主結晶とした組成物とすることでＳｒ２ＳｉＯ４の結晶特性が強い組成物とすることができる。また、前記組成物はホウ素成分を含有しているため、焼成時に液相が形成され、焼成温度の低温化を図ることができる。よって、前記組成物を利用したセラミックス配線基板は、高周波領域における誘電特性の優れた、マザーボードとの接合の信頼性の高いセラミックス配線基板とすることができる。
【００１６】
また、本発明のセラミックス組成物及びセラミックス配線基板は、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなることが好ましい。アルカリ金属成分を前記範囲内で含有させることにより、焼成温度の低温化、及び緻密化を効果的に図ることができる。
【００１７】
更に、本発明のセラミックス組成物及びセラミックス配線基板は、酸化物換算で、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜１．０質量部、アルミナ成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなることが好ましい。コバルト成分、銀成分、アルミナ成分を上記範囲内で少なくとも１つを含有させることにより、低温焼成効果を高めると共に、グリーンシートなどの成形の際におけるホウ素成分によるバインダーの特性劣化を抑えることができる。
【００１８】
また、本発明のセラミックス組成物及びセラミックス配線基板のセラミックス層は、線膨張係数が９．５×１０−６／Ｋ以上であり、かつ、誘電損失が１５×１０−４以下であることが好ましい。前記物性を備えたセラミックス組成物を基板材料として用いることにより、高周波領域における誘電特性、及びマザーボードとの接合の信頼性がより優れたセラミックス配線基板とすることができる。
【００１９】
更に、本発明のセラミックス組成物及びセラミックス配線基板は、９００〜１０００℃で焼結可能であることが好ましい。上記温度で焼結が可能なセラミックス配線基板は、導電性部材として、銀、銅等の低抵抗金属を用いることが可能である。よって、より高周波領域での伝送が可能なセラミックス配線基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成物とすることで、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を主結晶としたセラミックス組成物とすることができる。前記組成物は低温焼結が可能な、高線膨張係数で、低誘電損失であるセラミックス組成物である。したがって、この組成物を利用したセラミックス配線基板は、高周波伝送に優れ、マザーボードとの接合の信頼性の高いセラミックス配線基板となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のセラミックス組成物の主成分であるＳｉＯ２、及びＳｒＯはガラスでない酸化物、炭酸塩等のセラミックス粉末を用いることができ、特に酸化物が好ましく用いられる。
【００２２】
セラミックス組成物の主成分１００質量部中におけるＳｉＯ２、及びＳｒＯの配合割合は、ＳｉＯ２１８〜２８質量部、ＳｒＯ７２〜８２質量部となるように調整される。
【００２３】
ＳｉＯ２が１８質量部以下でＳｒＯが８２質量部以上であるとＳｒ３ＳｉＯ５結晶が多くなり誘電損失が上昇してしまい、ＳｉＯ２が２８質量部以上でＳｒＯが７２質量部以下であるとＳｒＳｉＯ３結晶が多くなり線膨張係数が低下してしまう。
【００２４】
また、副成分であるホウ素成分、アルカリ金属成分、コバルト成分、銀成分、アルミナ成分の材料としては、酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、弗化物、単体金属が用いられ、あるいは前記割合になるような組成のガラスなどを併用してもよいが、好ましくは酸化物が用いられる。
【００２５】
上記副成分のうち、ホウ素成分は、焼成温度を下げるために必須であり、上記ＳｉＯ２、ＳｒＯからなる主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．５〜３質量部となるように添加される。
【００２６】
ホウ素成分が０．５質量部より少ないと、１０００℃以下で焼成することが困難となり、３質量部より多いと、焼成時に融着が起こり焼結体の形状が安定しにくくなると共に、グリーンシート等の成形時におけるバインダーの結着性が低下して、作業性が悪くなる。
【００２７】
上記成分のうち、アルカリ金属成分、コバルト成分、銀成分、アルミナ成分は、必ずしも必要なものではないが、焼成温度の低温化、緻密化を効果的に図り、低温焼成効果を高めるために、添加するのが好ましい成分である。
【００２８】
このうち、アルカリ金属成分としては、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋなどが用いられ、特にＬｉが好ましい。アルカリ金属成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜１質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、１質量部を超えると、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しにくくなると共に、絶縁性が劣化しやすくなる。
【００２９】
コバルト成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜５質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、５質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
【００３０】
銀成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜１．０質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、１．０質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
【００３１】
アルミナ成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜０．５質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、０．５重
量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
【００３２】
本発明のセラミックス組成物は、上記のような組成となるように配合された原料をＺｒＯ２ボールなどを用いて、水などの湿式下で混合し、必要に応じて結合剤、可塑剤、溶剤等を添加し、所定形状に成形して、焼成することによって本発明のＳｒ２ＳｉＯ４を主結晶としたセラミックス組成物を製造することができる。なお、好ましくは上記セラミックス原料のうち、主原料は予め仮焼してから用いる。
【００３３】
上記結合剤としては、例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等が用いられ、可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等が用いられ、溶剤としては、例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。
【００３４】
成形は、公知のプレス法を用いてブロック体にしたり、公知のドクターブレード法でグリーンシート化し、更に圧着して積層体にしたり、ペースト状にして厚膜印刷技術を用いて多層体にしたりできる。配線基板を形成するには、グリーンシートに成形するのが、多層化が容易でよい。
【００３５】
配線基板を形成するには、まず、上記セラミックス原料、又はその仮焼粉末を含む原料粉末を公知のドクターブレード法を用いてグリーンシート化する。グリーンシート上には導電ペーストを用いてスクリーン印刷法により配線層を印刷形成する。このグリーンシートを圧着して積層体を形成する。この積層体を脱バインダー化した後、１０００℃以下、好ましくは８５０〜９５０℃で低温焼成して、目的とする低温焼成配線基板を得る。なお、配線にＡｇを用いる場合は大気雰囲気下、Ｃｕを用いる場合は還元雰囲気下で焼成する。
【００３６】
本発明によれば、上記組成比からなるセラミックス組成物とすることで、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を主結晶として含有するセラミックス組成物とすることができる。また、前記組成物は、副結晶の生成量の極めて少ない組成物であるため、高線膨張係数で、低誘電損失である物性を備えたセラミックス組成物とすることができ、前記組成物を利用することで線膨張係数が高く、誘電損失の低いセラミックス配線基板を得ることができる。
【００３７】
本発明のセラミックス配線基板は、例えば、多層配線基板や半導体パッケージに利用することができる。基板の線膨張係数がマザーボードにより近いため、大型化した際も十分接合の信頼性を保つことができ、なおかつ、高周波伝送が可能な電子部品を提供することができる。
【実施例】
【００３８】
〔実施例１〕
ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｃｏ２Ｏ３粉末を表１に示す割合で秤量し、１５時間湿式混合後、１２０℃で２０時間乾燥し、乾燥した粉体を大気中７００℃で２時間仮焼きした。
【００３９】
この仮焼物にＰＶＡ系バインダーを適量添加し、造粒、プレス成型後、大気中５００℃で脱バインダー処理し成型体を得た。
【００４０】
上記成型体を大気中で９００〜１０００℃で２時間焼成し、表２に示す試料番号１〜３０の焼結体を得た。
【００４１】
この焼結体を用いて、アルキメデス法による相対密度、ＪＩＳ  Ｒ１６２７に準ずる共振周波数（１０〜１５ＧＨＺ）における誘電率、誘電損失、ＪＩＳＲ  １６１８に準ずる３０℃〜４００℃の温度範囲における平均線膨張係数を測定した。
【００４２】
また、誘電損失は（周波数）×（1／誘電損失）=（一定）と仮定し、１０ＧＨｚでの値に換算した。この結果も表２に併せて示す。
【００４３】
【表１】
2005306703.tif 000002
【００４４】
【表２】
2005306703.tif 000003
【００４５】
その結果、本発明の範囲に入るセラミックス組成物（＊のマークがついていないもの）は、いずれも１０００℃以下で焼結し、線膨張係数が９．５×１０以上であり、かつ、誘電損失が１５×１０以下の物性が得られた。
【００４６】
これに対して本発明の範囲を外れたセラミックス組成物（＊のマークがついているもの）は、焼結しなかったり、線膨張係数が低かったり、誘電損失が大きすぎたりする問題が生じることがわかる。
【００４７】
また、上記結果に基づいて、セラミックス組成物中の各元素の配合割合を検討すると下記の通りである。
【００４８】
ＳｉＯ２は、２８質量％より多いと、ＳｒＳｉＯ３結晶の生成が多くなり、線膨張係数が低下する（Ｎｏ．３０参照）。また、１８質量％より少ないと、Ｓｒ３ＳｉＯ５結晶の生成が多くなり、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．２６参照）。
【００４９】
Ｂ２Ｏ３が０．５質量部に満たないと、１０００℃で緻密な焼結体が得られない（Ｎｏ．１参照）。
【００５０】
Ｂ２Ｏ３は３．０質量部より多いと、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しない（Ｎｏ．６参照）
Ｌｉ２Ｏは１．０質量部より多いと、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しない（Ｎｏ．１１参照）。
【００５１】
Ｃｏ２Ｏ３は５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１８参照）。
【００５２】
Ａｇ２Ｏは１．０質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．２２参照）。
【００５３】
Ａｌ２Ｏ３は０．５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１３参照）。
【００５４】
なお、Ｃｏ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３は添加しなくても１０００℃で焼結するが、添加により焼結する温度が低下する効果があるため、上記の範囲内で添加するのが好ましいことがわかる。
【００５５】
〔実施例２〕
ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、粉末を表３に示す割合で秤量し、１５時間湿式混合後、１２０℃で２０時間乾燥したのち大気中で１１００℃で２時間仮焼した。
【００５６】
この仮焼物にＡｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｃｏ２Ｏ３粉末を表３に示す割合で秤量、混合後、１２０℃で２０時間乾燥した。
【００５７】
この粉体にＰＶＡ系バインダーを適量添加し、造粒、プレス成型後、大気中５００℃で脱バインダー処理し成型体を得た。上記成型体を大気中で９００〜１０００℃で２時間焼成し、表２に示す試料番号３１〜３７の焼結体を得た。この焼成体を実施例１と同様の測定をおこない、測定結果を表４に併せて示す。
【００５８】
【表３】
2005306703.tif 000004
【００５９】
【表４】
2005306703.tif 000005
【００６０】
いずれの組成物も１０００℃以下で焼結し、線膨張係数が９．５×１０−６以上であり、かつ、誘電損失が１５×１０−４以下の組成物が得られた。
【００６１】
以上の結果より、本発明の範囲に入るセラミックス組成物であれば、主成分を副成分と混合してから仮焼するプロセス、もしくは主成分を予め仮焼きしてから副成分を添加するプロセスのどちらを用いても同様の物性が得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本願発明のセラミック組成物は、高周波伝送が可能で、マザーボードとの接合の信頼性の高いセラミックス配線基板を提供することができる。