(57)【要約】      （修正有）【課題】収縮を抑制することが可能な複合積層体、寸法精度の高い複合焼結体及びその製造方法、寸法精度の高いアルミナ質焼結体及び配線基板を提供する。【解決手段】酸化アルミニウム粉末を主成分とするアルミナ質成形体2の対向する一対の表面に、酸化マグネシウム粉末を主成分とする粉末シート層3a,3bが設けられてなることを特徴とし、前記アルミナ質成形体が、助剤成分としてマンガン及び珪素を含むことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウム粉末を主成分とするアルミナ質成形体の対向する一対の表面に、酸化マグネシウム粉末を主成分とする粉末シートが設けられてなることを特徴とする複合成形体。
【請求項２】
前記アルミナ質成形体が、助剤成分としてマンガン及び珪素を含むことを特徴とする請求項１記載の複合成形体。
【請求項３】
前記アルミナ質成形体の表面及び／または内部に配線導体層を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の複合成形体。
【請求項４】
前記配線導体層が、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなることを特徴とする請求項３記載の複合成形体。
【請求項５】
前記配線導体層が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分としてなることを特徴とする請求項３記載の複合成形体。
【請求項６】
酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ質焼結体の表面に、スピネル層を介して酸化マグネシウムを主成分とする多孔質層が設けられてなることを特徴とする複合焼結体。
【請求項７】
前記スピネル層がその内部を連通する気孔を備えていることを特徴とする請求項６に記載の複合焼結体。
【請求項８】
前記アルミナ質焼結体が助剤成分としてマンガン及び珪素を含むことを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の複合焼結体。
【請求項９】
前記アルミナ質焼結体の表面及び／又は内部に配線導体が形成されてなることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の複合焼結体。
【請求項１０】
前記配線導体が、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなることを特徴とする請求項９記載の複合焼結体。
【請求項１１】
前記配線導体が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分とすることを特徴とする請求項９〜１０に記載の複合焼結体。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれかに記載の複合成形体を作製し、該複合成形体を１２００〜１５００℃の温度で焼成してアルミナ質焼結体の表面にスピネル層を介して酸化マグネシウムからなる多孔質層を形成することを特徴とする複合焼結体の製造方法。
【請求項１３】
請求項３〜８のいずれかに記載の複合焼結体のスピネル層及び多孔質層を除去してなることを特徴とするアルミナセラミックス。
【請求項１４】
請求項９〜１１のいずれかに記載の複合焼結体のスピネル層及び多孔質層を除去してな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】
本発明は寸法精度が要求される基板及び半導体素子収納用パッケージ等に適した成形体及び焼結体並びにその焼結体を用いた配線基板及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線基板、例えば、半導体素子を収納するパッケージに使用される多層配線基板として、比較的高密度の配線が可能な多層セラミック配線基板が多用されている。この多層セラミック配線基板は、アルミナやガラスセラミックなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属からなる配線導体とから構成されるもので、この絶縁基板の一部にキャビティが形成され、このキャビティ内に半導体素子が収納され、蓋体によってキャビティを気密に封止されるものである。
【０００３】
近年、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージや、各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に適用される配線基板においては、高密度化、低抵抗化、小型軽量化が要求されており、アルミナ系セラミック材料に関しても、高集積化に対応した手法として、Ｃｕ系導体を同時焼成にて得られる低抵抗導体アルミナ配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような配線基板を形成する手法としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ等の金属粉末を主成分とする導体ペーストを、スクリーン印刷法等によってセラミックグリーンシート上に形成し、複数枚積層した後に、焼成する方法が一般的である。
【０００５】
しかし、これらセラミックグリーンシートは、焼成時にＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ１０〜２０％程度収縮し、その収縮率を制御することが困難であることから、焼成した基板のＸ−Ｙ方向の寸法が通常±０．５％程度変動する。その為、部品実装時に位置ズレ等が問題となっている。
【０００６】
このＸ−Ｙ方向の寸法変動を低減するための手法として、例えば、積層体の表面を窒化硼素、アルミナ等の板で挟み加圧力を加えながら焼成を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、ガラスセラミックグリーンシートにより形成された積層体の上下面に、ガラスセラミックグリーンシートの焼成温度では焼結しない収縮抑制用拘束シートを積層して焼成され、この収縮抑制用拘束シートがＸ−Ｙ方向の焼成収縮を抑制するというものである（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１２−１１４７２４号公報
【特許文献２】特開平５−１６３０７２号公報
【特許文献３】特開平５−１０２６６６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、特許文献２に記載された方法では、圧力を加えながら焼成する技術であるため、製品の形態が限定されるばかりでなく、使用する設備が大型で且つ、高価となると同時に、量産化が非常に困難であるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の方法では、焼成温度が８００〜１０００℃のガラスセラミックスに拘束シートを積層せいて収縮を抑制するが、このような拘束シートは、一般に１５００℃以上の焼成温度で焼成するアルミナ系セラミック材料においては、収縮を伴ってしまうためそのまま適用することはできず、収縮を抑制するのが困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、収縮を抑制することが可能な複合積層体、寸法精度の高い複合焼結体及びその製造方法、寸法精度の高いアルミナセラミックス及び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】
【００１１】
本発明の複合成形体は、酸化アルミニウム粉末を主成分とするアルミナ質成形体の対向する一対の表面に、酸化マグネシウム粉末を主成分とする粉末シート層が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
前記アルミナ質成形体が、助剤成分としてマンガン及び珪素を含むことが好ましい。
【００１３】
前記アルミナ質成形体の表面及び／または内部に配線導体層を具備することが好ましい。
【００１４】
前記配線導体層が、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなることが好ましい。
【００１５】
前記配線導体層が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分としてなることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の複合焼結体は、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ質焼結体の表面に、スピネル層を介して酸化マグネシウムを主成分とする多孔質層が設けられてなることを特徴とする。
【００１７】
前記スピネル層がその内部を連通する気孔を備えていることが好ましい。
【００１８】
前記アルミナ質焼結体が助剤成分としてマンガン及び珪素を含むことが好ましい。
【００１９】
前記アルミナ質焼結体の表面及び／又は内部に配線導体が形成されてなることが好ましい。
【００２０】
前記配線導体が、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなることが好ましい。
【００２１】
前記配線導体層が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分とすることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の複合焼結体の製造方法は、上記の複合成形体を作製し、該複合成形体を１２００〜１５００℃の温度で焼成してアルミナ質焼結体の表面にスピネル層を介して酸化マグネシウムからなる多孔質層を形成することを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明のアルミナセラミックスは、上記のセラミック複合焼結体のスピネル層及び多孔質層を除去してなることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の配線基板は、上記のセラミック複合焼結体のスピネル層及び多孔質層を除去してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のアルミナ質グリーンシートを複数積層した成形体の表面に酸化マグネシウム質粉末シートを設けた複合成形体は、焼成温度を制御することによってアルミナの収縮を抑制するとともに酸化マグネシウム層との反応を少なくでき、しかも反応によって多孔質のスピネル層を形成することで、容易にスピネル層と酸化マグネシウム層を除去でき、寸法制度の高いアルミナ質焼結体や配線基板を実現できるという新規な知見に基づく。
【００２６】
即ち、酸化マグネシウム粉末シートが、アルミナ質成形体を焼成する際に、収縮を抑制することができるとともに、焼結体の寸法精度を制御することができる。
【００２７】
特に、前記アルミナ質成形体が、助剤成分としてマンガン及び珪素を含むため、１５００℃以下の低温でも焼成が可能となり、更なる寸法精度の向上に寄与できる。
【００２８】
また、前記アルミナ質成形体の表面及び／または内部に配線導体層を具備するため、焼成すると、焼結体の表面及び／又は内部に配線導体を形成でき、配線基板に好適に使用できる。
【００２９】
さらに、前記配線導体層が、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなるため、配線導体の抵抗を低減でき、発熱が少なく、効率の高い配線導体を得ることができ、高周波用途の半導体素子収納用パッケージとして使用できる。
【００３０】
前記配線導体層が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分としてなるため、この導体の強固な接合強度を利用し金具接合を行うことができる。
【００３１】
本発明の複合焼結体は、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ質焼結体の表面に、スピネル層を介して酸化マグネシウムを主成分とする多孔質層が設けられてなるため、アルミナ質焼結体表面から酸化マグネシウム層及びスピネル層を容易に除去することが可能となる。
【００３２】
特に、前記スピネル層がその内部を連通する気孔を備えているため、スピネル層を更に容易に除去できる。
【００３３】
また、前記アルミナ質焼結体が助剤成分としてマンガン及び珪素を含むため、１５００℃以下の低温焼成化が容易となり、この温度領域では殆んど収縮が起こらない酸化マグネシウム質粉末シートを好適に用いることができ、Ｘ−Ｙ平面方向に殆んど収縮させずにアルミナ積層成形体の収縮制御が容易になる。
【００３４】
さらに、前記アルミナ質焼結体の表面及び／または内部に配線導体が形成されてなるため、所望の配線導体を形成でき、高周波化に対応した配線基板等に適用することができる。
【００３５】
さらに、前記配線導体が、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなるため、配線導体の抵抗を低減でき、発熱が少なく、効率の高い配線導体を得ることができる。
【００３６】
また、前記配線導体層が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分とするため、放熱金属、封止金属、信号入力端子などの金具接合が可能となる。
【００３７】
複合焼結体の製造方法は、上記の複合成形体を作製し、該複合成形体を１２００〜１５００℃の温度で焼成してアルミナ質焼結体の表面にスピネル層を介して酸化マグネシウム多孔質層を形成するため、寸法精度の高いアルミナ質焼結体を容易に得ることができる。
【００３８】
本発明のアルミナセラミックスは、上記のセラミック複合焼結体のスピネル層及び多孔質層を除去してなるため、高寸法精度のアルミナ質焼結体を容易に且つ安価で製造できる。
【００３９】
本発明の配線基板は、上記のセラミック複合焼結体のスピネル層及び多孔質層を除去してなるため、高寸法精度の配線基板を容易に且つ安価で製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の複合成形体１は、図１に示したように、酸化アルミニウム粉末を主成分とするアルミナ質成形体２の対向する一対の表面に、酸化マグネシウム粉末を主成分とする粉末シート３ａ、３ｂが設けられてなることを特徴とするものである。
【００４１】
アルミナ質成形体２は厚み方向（図中Ｚ方向）へは収縮するものの、酸化マグネシウム粉末からなる粉末シート３ａ、３ｂがアルミナ質成形体２の上下面に設けられており、１５００℃以下の焼成温度で粉末シート３ａ、３ｂが収縮しないため、アルミナ質成形体２も粉末シート３ａ、３ｂの平面方向（図中、Ｘ方向及びＹ方向）に対する収縮が大幅に抑制され、寸法制度の高いアルミナ質焼結体や回路基板の作製が可能となる。
【００４２】
また、焼成後には、アルミナ質焼結体１２と多孔質層１３ａ、１３ｂとの界面に、多孔質のスピネル層１４ａ、１４ｂが形成され、除去が容易なため、スピネル層１４ａ、１４ｂと多孔質層１３ａ、１３ｂとを容易に除去することができ、図２（ｂ）に示したアルミナセラミックス２１や回路基板を簡単に取り出すことができる。
【００４３】
アルミナ質成形体１２は、酸化マグネシウム粉末が焼結しないように１５００℃以下、特に１４５０℃以下、さらには１４００℃以下の焼成温度で焼成するのが好ましい。そのため、アルミナ質成形体１２に用いる酸化アルミニウム粉末の平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に１．０〜２．０μｍが好ましい。このような範囲に平均粒子径を設定すれば、シート成形性を十分確保するとともに、低コストで、低温焼成による緻密化を促進でき、焼結を容易にすることができる。
【００４４】
また、アルミナ質成形体１２は、１５００℃以下の低温で焼成するため、焼結助剤を含むことが好ましい。焼結助剤系として、Ｍｎ及びＳｉを含有する焼結助剤を例示でき、この焼結助剤を用いれば、１２００〜１５００℃での焼成を可能にすることができる。
【００４５】
例えば、純度９９％以上、平均粒子径０．５〜１．３μｍのＭｎ２Ｏ３粉末と、純度９９％以上、平均粒子径０．５〜３μｍのＳｉＯ２粉末を含有させることができる。このような平均粒子径を有すると、シート成形性を確保でき、Ｍｎ及びＭｇ成分の分散を向上させ、緻密化を促進することができる。
【００４６】
なお、Ｍｎ、Ｓｉ及びＭｇは、上記の酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。
【００４７】
ＭｎとＳｉとの組合せの焼結助剤の他に、焼結性を低下させず、酸化マグネシウムと反応して緻密な反応生成物を形成しない範囲であれば、他の元素を加えることができる。例えば、純度９９％以上、平均粒子径１〜７μｍのＭｇＯ粉末を準備する。
【００４８】
これらの成分は、アルミナ粉末に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末を２〜１０質量％、特に３〜８質量％、更には３〜６質量％、ＳｉＯ２粉末を１〜６質量％、特に２〜５質量％、更には３〜５質量％、ＭｇＯ粉末を０．１〜３％、特に０．１〜２質量％、更には０．１〜１質量％の割合で添加することが、焼結性を高め、緻密化を促進するために好ましい。
【００４９】
なお、所望により、さらに、磁器シミ等の外観上の偏りを抑制する事を目的として、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａのうち少なくとも１種を酸化物換算で３質量％以下含有させることが可能である、また、焼結体の着色を目的として、Ｗ、Ｍｏ等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を金属換算で２質量％以下の割合で添加してもよい。
【００５０】
酸化マグネシウム粉末を主成分とする粉末シート層は、純度９９％以上、平均粒子径が０．５〜１０μｍ、特に１．０〜５．０μｍの酸化マグネシウム粉末を含むことが好ましい。粒径をこの範囲に設定することで、細かすぎてアルミナ質成形体との反応性が高まることがなく、また、成形性も高く、シート状に成形することが容易である。
【００５１】
複合成形体１は、その表面及び／又は内部に配線導体層を具備することが好ましい。このような配線導体層を形成した複合は、焼成して配線基板として好適に使用することが可能である。
【００５２】
また、配線導体層は、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなることが好ましい。これにより、配線導体の抵抗を低減でき、発熱が少なく、効率の高い配線導体を得ることができ、高周波用途の半導体素子収納用パッケージとして使用できる。
【００５３】
前記配線導体層が、タングステン及び／又はモリブデンを主成分としてなることが好ましい。これにより、金具接合等の強固な接合強度を利用した接合を行うことができる。
【００５４】
次に、本発明の複合成形体の製造方法について、Ｍｎ−Ｓｉ−Ｍｇ系焼結助剤を用いた場合を例として説明する。
【００５５】
アルミナ質成形体の原料粉末として、純度９９％以上、平均粒子径０．５〜１．３μｍのＭｎ２Ｏ３粉末と、純度９９％以上、平均粒子径０．５〜３μｍのＳｉＯ２粉末と、純度９９％以上、平均粒子径１〜７μｍのＭｇＯ粉末を準備する。
【００５６】
これらの粉末を、上記の組成になるように調合し、この混合粉末に対して適宜有機バインダーを添加した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法、プレス成形、圧延成形等の周知の成形方法によって、アルミナ質成形体（アルミナグリーンシート）を作製することができる。
【００５７】
グリーンシートを形成する場合、均一な厚みでテープ状のグリーンシートを作製可能な点で、ドクターブレード法が好ましい。
【００５８】
次に、酸化マグネシウム質粉末シートを作製する。純度が９９％以上、平均粒子径が０．５〜１０μｍ、特に１．０〜５．０μｍの酸化マグネシウム粉末を準備する。平均粒子径は０．５〜１０μｍとすることで、シート成形性を十分確保でき、粉末のコスト上昇を防ぐことができる。
【００５９】
上記の混合粉末に対して適宜有機バインダーを添加した後、グリーンシートを作製する。成形方法はアルミナ質成形体の作製方法と同一であり、説明は省略する。
【００６０】
得られた酸化マグネシウムのグリーンシートと、アルミナ質成形体を積層圧着して複合成形体を作製する。
【００６１】
なお、アルミナ成形体は、アルミナグリーンシートを適宜積層して得られたものである。また、所望により、所定のアルミナグリーンシートの表面に導体ペーストを塗布したものを用いてもよく、さらに、アルミナグリーンシートの一部に孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填して焼成後にビア導体としても良い。
【００６２】
例えば、上述した方法でグリーンシートを作製し、所望により、グリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホールを形成する。次いで、導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法により各グリーンシート上に配線パターン状、あるいはリング状に印刷塗布するとともに、所望により、上記の導体ペーストをビアホール内に充填する。
【００６３】
導体ペーストは、銅、銀、金、白金のうち少なくとも１種の低抵抗金属とタングステン及び／又はモリブデンからなる金属粉末を有機バインダーと溶剤を用い混合し、溶剤を揮発させペーストを作製した。
【００６４】
また、導体成分としてＷ及び／又はＭｏを用い、これにアルミナ粉末を１０質量％以下、特に８質量％以下の割合で添加したものを用いることもできる。
【００６５】
このようにして作製した本発明の複合成形体は、本発明の複合焼結体を作製するのに好適に使用でき、半導体素子収納用パッケージや電子部品等のパッケージに用いられる配線基板として好適に応用できる。
【００６６】
図２（ａ）は複合焼結体の構造を示す断面図であり、図２（ｂ）はアルミナセラミックスの構造を示す断面図である。
【００６７】
本発明の複合焼結体は、図２（ａ）に示したように、酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ質焼結体１２の表面に、酸化マグネシウムを主成分とする多孔質層１３ａ、１３ｂが設けられ、アルミナ質焼結体１２と多孔質層１３ａ、１３ｂとの界面にそれぞれスピネル層１４ａ、１４ｂが形成されている。即ち、アルミナ質焼結体１２の表面にスピネル層１４を介して多孔質層１３が形成されている。
【００６８】
アルミナ質焼結体１２は緻密体で、具体的には相対密度が９０％以上、特に９５％以上、さらには９８％以上、より好適には９９％以上が好ましい。一方、酸化マグネシウムを主成分とするスピネル層１４ａ、１４ｂは、気孔率が１０％以上、特に２０％以上、更には３０％以上であることが好ましい。また、多孔質層１３ａ、１３ｂも５％以上、特に１０％以上、更には１５％以上の気孔率を有することが好ましい。これにより、スピネル層１４ａ、１４ｂと多孔質層１３ａ、１３ｂを除去して、緻密で寸法精度の高いアルミナ質焼結体１２を容易に得ることができる。
【００６９】
スピネル層は、その内部を連通するような気孔を備えていることが好ましい。スピネル層は部分的にでも緻密体となると、アルミナ質焼結体から分離が難しくなることがあるため、内部が連通するように、気孔が形成されているのが良い。
【００７０】
本発明の複合焼結体の製造方法を、図３の工程図を用いて説明する。まず、上記の複合成形体を作製する。即ち、図３（ａ）に示したように、複数のアルミナ質成形体３２ａ、３２ｂ、３３ｃ、３３ｄを積層し、得られた積層体３２の対向する一対の表面に、酸化マグネシウム粉末を主成分とする粉末シート３３ａ、３３ｂを当接し、加圧して複合成形体３１を得る（図３（ｂ）参照）。
【００７１】
次いで、図３（ｂ）の複合成形体３１を焼成する。焼成温度を１２００〜１５００℃とし、アルミナ焼結体と多孔質層との間に多孔質のスピネル層を形成することが重要である。
【００７２】
焼成温度が１２００℃よりも低い場合、アルミナ質焼結体自体の緻密化が不十分となり、また、焼成温度が１５００℃よりも高い場合、酸化マグネシウムの焼結が進んで緻密なマグネシウム層が形成され、収縮が起こると同時に界面付近に生成するスピネル層が多孔質体ではなく緻密体になるため、スピネル層と酸化マグネシウム層との除去が困難となる。従って、より安定してスピネル多孔質層を形成するため、焼成温度は、特に１２５０〜１４７０℃、更には１３００〜１４５０℃であることが好ましい。
【００７３】
なお、雰囲気中には、所望により、アルゴン等の不活性ガスを混入してもよい。
【００７４】
成形体に含まれる有機バインダーの脱脂を兼ねる場合には、水素及び窒素を含み、露点＋３０℃以下、特に２５℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。
【００７５】
図３（ｃ）に示したように、焼成によって、アルミナ焼結体４２の両面に、スピネル層４４ａ、４４ｂを介して多孔質層４３ａ、４３ｂが形成された本発明の複合焼結体を得ることができる。
【００７６】
さらに、得られた複合焼結体４１において、アルミナ質焼結体４２の表面に形成された酸化マグネシウムからなる多孔質層４３ａ、４３ｂとスピネル層４４ａ、４４ｂとを除去することによって、本発明のアルミナセラミックス５１を得ることができる（図３（ｄ）参照）。以下に、多孔質層とスピネル層との除去方法について説明する。
【００７７】
アルミナ質焼結体４１と酸化マグネシウムからなる多孔質層４３ａ、４３ｂとの界面には、スピネル層４４ａ、４４ｂがそれぞれ生成するが、スピネル層４４ａ、４４ｂを多孔質にすれば、多孔質層４３ａ、４３ｂをスピネル層４４ａ、４４ｂと共に簡単に除去することできる。具体的な除去方法は、超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト、ドライブラスト等を例示できる。
【００７８】
このようにして、多孔質層４３ａ、４３ｂとスピネル層４４ａ、４４ｂとを除去したアルミナセラミックス５１を得ることができる。このアルミナセラミックス５１は、厚み方向に対しては収縮するが、平面方向には酸化マグネシウムからなる粉末シート層３３ａ、３３ｂによって収縮が制限され、寸法制度に優れ、再現性の高い形状を得ることが容易になる。
【００７９】
なお、図３は、アルミナ質成形体を４層積層しているが、この積層数が特に４層に限定されるものではなく、２層以上であれば、本発明のアルミナセラミックス５１を作製することができる。
【００８０】
本発明の配線基板は、上記アルミナセラミックスの表面及び内部に配線導体が設けられ、半導体素子や電子部品を搭載することができ、しかも高密度に部品を搭載することが可能である。
【００８１】
配線導体は、銅、銀、金、白金のうちの少なくとも一種の金属とタングステン及び／又はモリブデンを含む金属導体からなることが好ましい。銅、銀、金及び白金は電気抵抗が小さく、配線導体の電気抵抗を低減し、回路での発熱を抑制することができる。また、タングステン及び／又はモリブデンは高融点であるため、銅、銀、金及び白金の溶融する焼成温度でもその形状が保持され、配線導体及びビア導体の形成が容易になる。
【００８２】
また、配線導体は、その一部が、タングステン及び／又はモリブデンからなることが好ましい。タングステン及び／又はモリブデンはアルミナと強固に接合するため、金具の接合や蓋体の接合等の接合強度の要求される部位に好適に用いることができる。
【００８３】
次に、アルミナセラミックスから成る配線基板の製造方法について説明する。
【００８４】
上記複合成形体の製造方法と同様にして、グリーンシートを作製し、所望により、グリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホールを形成する。
【００８５】
得られたグリーンシートに対して、導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法により各成形体上に配線パターン状、あるいはリング状に印刷塗布して配線導体層を形成するとともに、所望により、上記の導体ペーストをビアホール内に充填してビア導体層を形成する。
【００８６】
図４（ａ）に示したように、導体配線を印刷したグリーンシート７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを積層して、得られたアルミナ質成形体７２の対向する一対の表面、即ち両面に酸化マグネシウムからなる粉末シート７３ａ、７３ｂを積層し、加熱圧着することによって、複合成形体７１を得ることができる。
【００８７】
次いで、この複合成形体７２を、１２００〜１５００℃の温度で焼成し、図４（ｃ）に示したように、アルミナ質焼結体８２の表面にスピネル層８４ａ、８４ｂを介して酸化マグネシウムからなる多孔質層８３ｂ、８３ｂを形成するように、する。その結果、配線導体層を持つ複合焼結体８１が得られる。
【００８８】
さらに、この複合焼結体８１の表面に形成された酸化マグネシウムからなる多孔質層８３ｂ、８３ｂと、スピネル層８４ａ、８４ｂとを、上記のアルミナセラミックスの場合と同様に、超音波洗浄、研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト、ドライブラスト等の公知の方法を用い除去することにより、内部に配線導体層８７とビア導体層８８とを備えた配線基板９１を得ることができる。
【００８９】
なお、焼成雰囲気は、導体配線７７やビア配線７８を設けたとき、Ｍｎ成分および金属が酸化されないように、非酸化性雰囲気であることが好ましい。具体的には、窒素、又は窒素と水素との混合ガスを用いることを例示できる。なお、雰囲気中には、所望により、アルゴン等の不活性ガスを混入してもよい。
【００９０】
本発明の配線基板は、寸法精度が高く、高集積化が進むＩＣやＬＳＩ等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージにおける高密度化、低抵抗化、小型軽量化要求に対して最適な配線基板となり得る。また、高強度、高熱伝導材料であるアルミナ質焼結体を用い、Ｃｕ系導体を用いて低抵抗化を図り、高寸法精度の配線基板を安価で容易に製造することも可能である。
【実施例１】
【００９１】
先ず、アルミナ質成形体を作製するため、原料粉末として、純度９９％、平均粒径０．７μｍのアルミナ粉末、純度９９％、平均粒径１μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度９９．９％、平均粒径１．２μｍのＳｉＯ２粉末、純度９９％、平均粒径１μｍのＭｇＯ粉末を準備した。
【００９２】
上記原料粉末を、アルミナ粉末９２．５質量％、Ｍｎ２Ｏ３粉末を４質量％、ＳｉＯ２粉末を３質量％、ＭｇＯ粉末を０．５％の割合で調製し、これらの混合粉末１００質量部に対して、アクリルバインダーを１０質量部加え、さらに有機溶剤としてトルエンを添加し、スラリーを調製した。
【００９３】
このスラリーを用いてドクターブレード法によってアルミナ質（Ａｌ２Ｏ３）のグリーンシート２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄをシート状に形成した。グリーンシートの厚さは約２００μｍであった。
【００９４】
また、粉末シート層を作製するため、原料粉末として、純度９９％、平均粒径１．３μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末を準備し、ＭｇＯ粉末１００質量部に対して、アクリルバインダーを１０質量部加え、さらに有機溶剤としてトルエンを添加し、スラリーを調製した。
【００９５】
このスラリーを用いてドクターブレード法によってグリーンシートからなる粉末シート３ａ、３ｂをシート状に形成した。粉末シートの厚さは約２００μｍであった。
【００９６】
次いで、図３（ａ）に示したように、グリーンシート２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを積層圧着してアルミナ質成形体２を作製した後、このアルミナ質成形体２の上下面を一対の粉末シートで挟み込むように、アルミナ質成形体２の外側に粉末シート３ａ、３ｂを積層し、これを圧着して、図３（ｂ）に示した複合成形体１を作製した。
【００９７】
得られた複合積層体１を、窒素と水素の混合ガス中において、１１５０℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃及び１５５０℃の温度で焼成した。これにより、図３（ｃ）に示した複合焼結体１１が得られた。複合焼結体１１は、アルミナ質焼結体１２と、その外側に設けられた酸化マグネシウムからなる多孔質層１３ａ、１３ｂと、アルミナ質焼結体１２と多孔質層１３ａ、１３ｂとの界面に形成されたスピネル層１４ａ、１４ｂとで構成される。
【００９８】
その後、複合焼結体の外側に形成された多孔質層１３ａ、１３ｂと、スピネル層１４ａ、１４ｂとを、サンドブラストで除去し、図３（ｄ）に示したように、アルミナセラミックス２１を得た。
【００９９】
このようにして得られたアルミナセラミックス２１の収縮率を測定した。その結果、１５００℃以下の温度で焼成した本発明のアルミナセラミックス２１は、収縮率が何れも０．５％以下であった。
【０１００】
一方、焼成温度が１１５０℃と低い本発明の範囲外のアルミナセラミックスは、焼成温度が低すぎて緻密化していなかった。また焼成温度が１５５０℃と高い本発明の範囲外のアルミナセラミックスは、粉末シート３ａ、３ｂ自体の焼結が進むと同時に、スピネル層１４ａ、１４ｂが緻密な組織となり、複合焼結体１１自体の収縮が５％以上生じていた。その結果、サンドブラストを行っても、アルミナ質焼結体１２から多孔質層１３ａ、１３ｂを除去できなかった。
【実施例２】
【０１０１】
実施例１と同様にしてアルミナ質のグリーンシートと、酸化マグネシウムからなる粉末シートと、を作製した。
【０１０２】
また、配線導体層及びビア導体層に使用する導体ペーストを作製した。まず、平均粒径が３μｍの銅粉末と、平均粒径が２μｍのタングステン粉末とをそれぞれ５０体積％ずつになるように調合した。さらに、上記混合粉末１００質量部に対して、バインダーとしてアクリル系樹脂を２質量部加え、溶剤としてアセトン添加し、ボールミルで２４時間混合してスラリー状の導体ペーストを調製した。
【０１０３】
次いで、グリーンシートの一部に、レーザー加工法を用いて直径１００μｍの貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビア導体層を形成した。また、グリーンシートの一方の表面に、導体ペーストを用いてスクリーン印刷法により、配線パターン状に配線導体層を形成した。
【０１０４】
次に、図４（ａ）に示すように、配線導体層３７とビア導体層３８を形成したグリーンシート３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを積層圧着してアルミナ質成形体３１を作製した後、このアルミナ質成形体３２の上下面を一対の粉末シートで挟み込むように、アルミナ成形体３２の外側に粉末シート３３ａ、３３ｂを積層し、これを圧着して、図４（ｂ）に示した複合成形体３１を作製した。この複合成形体３１には配線導体層３７及びビア導体層３８とを具備している。
【０１０５】
得られた複合積層体１を、実施例１と同様にして焼成し、図４（ｃ）に示した複合焼結体４１が得た。
【０１０６】
その後、複合焼結体４１の上下面に形成された多孔質層４３ａ、４３ｂと、スピネル層４４ａ、４４ｂとを、サンドブラストで除去し、配線基板５１を得た。
【０１０７】
このようにして得られた配線基板５１の収縮率を測定した。その結果、１５００℃以下の温度で焼成した本発明の配線基板５１は、収縮率が何れも０．５％以下であった。
【０１０８】
一方、焼成温度が１１５０℃と低い本発明の範囲外の配線基板は、焼成温度が低すぎて緻密化していなかった。また焼成温度が１５５０℃と高い本発明の範囲外の配線基板は、粉末シート３３ａ、３３ｂ自体の焼結が進むと同時に、スピネル層４４ａ、４４ｂが緻密な組織となり、複合焼結体１１自体の収縮が５％以上生じていた。その結果、サンドブラストを行っても、配線基板から多孔質層４３ａ、４３ｂを除去できなかった。
【０１０９】
なお本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では本発明の配線基板を半導体素子収納用パッケージに適用したが、混成集積回路基板等の他の用途に適用してもよい。
（比較例１）
【０１１０】
実施例１で準備したアルミナ粉末、ＳｉＯ２粉末、ＭｇＯ粉末に加えて、純度９９％、平均粒径０．８μｍのＣａＣＯ３粉末を準備し、アルミナ粉末９２．５質量％、ＳｉＯ２粉末を４質量％、ＭｇＯ粉末を３％、ＭｇＯ粉末を２質量％の割合で調製し、これらの混合粉末１００質量部に対して、アクリルバインダーを１０質量部加え、さらに有機溶剤としてトルエンを添加し、スラリーを調製し、ドクターブレード法によってグリーンシートを厚さ約２００μｍのシート状に形成し、アルミナ質成形体を作製した。
【０１１１】
このアルミナ質成形体を１５５０℃で焼成し、アルミナ質焼結体を得た。アルミナ質焼結体の相対密度は９８％と緻密化したが、その収縮率は２２％と大きかった。
【０１１２】
また、このアルミナ質成形体に、実施例２と同様に、配線導体層とビア導体層を設けたものを１５５０℃で焼成したが、収縮率は２１％と大きかった。
（比較例２）
【０１１３】
先ず、図５（ａ）のように、実施例１と同様、アルミナ質成形体を作製した。
【０１１４】
また、粉末シート層を作製するため、原料粉末として、純度９９％、平均粒径１．６μｍのアルミナ粉末を準備し、アルミナ粉末１００質量部に対して、アクリルバインダーを１０質量部加え、さらに有機溶剤としてトルエンを添加し、スラリーを調製した。
【０１１５】
このスラリーを用いてドクターブレード法によってグリーンシートからなる粉末シート６３ａ、６３ｂをシート状に形成した。粉末シートの厚さは約２００μｍであった。
【０１１６】
次いで、アルミナ質成形体２の上下面を一対の粉末シートで挟み込むように、アルミナ質成形体２の外側に粉末シート６３ａ、６３ｂを積層し、これを圧着して、図５（ｂ）に示した複合成形体７１を作製した。
【０１１７】
得られた複合積層体７１を、窒素と水素の混合ガス中において、１１５０℃、１２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃及び１５５０℃の温度で焼成した。これにより、図５（ｃ）に示した複合焼結体８１が得られた。複合焼結体８１は、アルミナ質粉末シート層８３ａ、８３ｂとアルミナ質焼結体９１から構成される。１１５０℃で焼成した場合は緻密化せず、１２００℃以上１５５０℃で焼成した場合、複合焼結体８１自体が緻密化してしまい、収縮率も５％以上となり、その後、複合焼結体の外側に形成された粉末シート層６３ａ、６３ｂを、サンドブラストを行っても除去できなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の複合成形体の構造を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の複合焼結体の構造を示す概略断面図、（ｂ）は本発明のアルミナ質焼結体の構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明のアルミナ質焼結体の製造工程を示す模式図であり、（ａ）はグリーンシートと粉末シートの積層順を示すもので、（ｂ）は積層成形体の段階を示し、（ｃ）は積層焼結体の段階を示し、（ｄ）はアルミナ質焼結体の段階を示す。
【図４】本発明の配線基板の製造工程を示す模式図であり、（ａ）は配線導体層及びビア導体層を具備するグリーンシートと粉末シートの積層順を示すもので、（ｂ）は積層成形体の段階を示し、（ｃ）は積層焼結体の段階を示し、（ｄ）は配線導体の段階を示す。
【図５】本発明の比較例であるアルミナ質焼結体の製造工程を示す模式図であり、（ａ）はグリーンシートと粉末シートの積層順を示すもので、（ｂ）は積層成形体の段階を示す。
【符号の説明】
【０１１９】
１、３１、７１・・・・複合成形体
２、３２、７２・・・・アルミナ質成形体
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ・・・・グリーンシート
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ・・・・グリーンシート
３ａ、３ｂ、３３ａ、３３ｂ、７３ａ、７３ｂ・・・・粉末シート
１１、４１、８１・・・・複合焼結体
１２、４２、８２・・・・アルミナ質焼結体
１３ａ、１３ｂ、４３ａ、４３ｂ・・・・多孔質層
１４ａ、１４ｂ、４４ａ、４４ｂ・・・・スピネル層
２１、５１、９１・・・・アルミナセラミックス
７７・・・・配線導体層
７８・・・・ビア導体層
８７・・・・配線導体
８８・・・・ビア導体
９１・・・・配線基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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