(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】    Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだセラミックス組成物であって、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶のピークのうち、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶の最も高いピークを第一強線とし、そのときの高さを第一強線強度とすると、Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一線強度がＳｒＳｉＯ３の第一線強度よりも大きい組成物とすることで、低誘電損失が低く、線膨張係数が高いセラミックス組成物が得られる。また、前記セラミックス組成物を利用することにより、高周波伝送が可能な、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が得られる。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだセラミックス組成物であって、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶の最も高いピークを第一強線とし、そのときの高さを第一強線強度とすると、Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３の第一強線強度よりも大きいことを特徴とするセラミックス組成物。
【請求項２】
前記組成物の線膨張係数が９．５×１０−６／Ｋ以上であり、かつ、誘電損失が１５×１０−４以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス組成物。
【請求項３】
前記組成物は、ホウ素及び／又はアルカリ金属を含む低温焼成材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス組成物。
【請求項４】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだセラミックス配線基板であって、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶の最も高いピークを第一強線とし、そのときの高さを第一強線強度とすると、Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３の第一強線強度よりも大きいことを特徴とするセラミックス配線基板。
【請求項５】
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以下であるセラミックス組成物からなる、請求項４に記載のセラミックス配線基板
【請求項６】
ホウ素及び／又はアルカリ金属を含んだセラミックス組成物からなる請求項４又は５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結晶を含んだ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程度以下であるのに対し、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は、基板材料は低温での焼成が可能であることが必要であるが、基板自体の誘電損失も低く抑えることが必要である。
【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】
したがって、本発明の目的は、これらの問題を解決し、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】
【００１２】
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、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだセラミックス組成物であって、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶の最も高いピークを第一強線とし、そのときの高さを第一強線強度とすると、Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３の第一強線強度よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のセラミックス配線基板は、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだセラミックス配線基板であって、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶の最も高いピークを第一強線とし、そのときの高さを第一強線強度とすると、Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３の第一強線強度よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
本発明者らは、種々の検討の結果、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶、及びＳｒＳｉＯ３結晶は、線膨張係数が高く、誘電損失が低いという物性を備えているが、特にＳｒ２ＳｉＯ４結晶はＳｒＳｉＯ３結晶に比べこれらの物性に優れた結晶であることを見出した。よって、組成物中に含まれるＳｒ２ＳｉＯ４結晶の割合をＳｒＳｉＯ３結晶よりも多く含むような組成物、すなわち、組成物のＸ線回折により得られる各結晶の最も高いピークを第一強線とし、そのときの高さを第一強線強度とすると、Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３の第一強線強度よりも大きくなるような組成物とすることで、より線膨張係数が高く、かつ、より誘電損失の低い組成物とすることができる。また、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、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得ることができる。
【００１５】
また、前記組成物の線膨張係数は９．５×１０−６／Ｋ以上、かつ、誘電損失は１５×１０−４以下となるようにすることが好ましい。これによれば、前記物性からなるセラミックス組成物を利用することで、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のより優れたセラミックス配線基板を得ることができる。
【００１６】
更には、前記組成物は、ホウ素、又はアルカリ金属を含んだセラミックス組成物であることが好ましい。これによれば、焼成温度の低温化、緻密化を効果的に図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含有するセラミックス組成物で、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶のピークのうち、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３結晶の第一強線強度よりも高いセラミックス組成物とすることで、線膨張係数が高く、誘電損失の低いセラミックス組成物とすることができる。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となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含有するセラミックス組成物を調整するにあたり、本発明の一つの好ましい態様においては、ガラスでない酸化物、炭酸塩などのセラミックス粉末、好ましくは酸化物を原料として、焼結することによりセラミックス組成物を得る。
【００１９】
この場合、主原料としては、ＳｒＣＯ３、Ｓｒ（ＮＯ３）２、ＳｉＯ２等の材料を利用し、少なくともＳｒＣＯ３が酸化物換算で７０〜８０質量部、及びＳｉＯ２が２０〜３０質量部含まれた原料組成物を用いることが好ましい。
【００２０】
ＳｒＣＯ３が酸化物換算で７０質量部未満であると線膨張係数が低下し、８０質量部より多いと誘電損失が増大するため好ましくない。
【００２１】
また、ＳｉＯ２が、２０質量部未満であると誘電損失が増大し、３０質量部より多いと線膨張係数が低下するため好ましくない。
【００２２】
また、ホウ素成分、アルカリ金属成分、を副成分として添加とすることも好ましい。ホウ素成分、アルカリ金属成分を主成分に添加することで焼成温度を効果的に下げることができる。
【００２３】
ホウ素成分は、ＳｒＣＯ３、ＳｉＯ２等からなる上記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．５〜４．０質量部となるように添加することが好ましい。ホウ素成分が０．５質量部未満であると、その添加効果が乏しく、４．０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にくくなると共に、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。
【００２４】
また、アルカリ金属成分は、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋなどを用いることができるが、特にＬｉであることが好ましい。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０．１〜１．５質量部となるように添加することが好ましく、０．１質量部未満であると、その添加効果が乏しく、１．５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、絶縁性が劣化しやすくなる。
【００２５】
また、前記副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、副成分どうしの化合物、または副成分を上記割合で含むガラスなどのいずれも好適に使用することができる。
【００２６】
上記材料からなる原料を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、上記セラミックス原料は、あらかじめ仮焼してから用いることが好ましい。
【００２７】
本発明のもう一つの好ましい態様においては、本発明のセラミックス組成物は、ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２等を含むガラス材料を用いて調整される。更に好ましくは、少なくとも、ＳｉＯ２が２０〜３６質量部、ＳｒＣＯ３が酸化物換算で４４〜６０質量部、Ｎａ２ＣＯ３が酸化物換算で０〜５質量部、Ｂ２Ｏ３が１〜８質量部含まれたガラス材料が使用される。
【００２８】
ＳｉＯ２が２０質量部未満であるとガラス化が困難であり、３６質量部より多いと線膨張係数が低下するため好ましくない。
【００２９】
ＳｒＣＯ３が、酸化物換算で４４質量部未満であると線膨張係数が低下し、６０質量部より多いと誘電損失が増大するため好ましくない。
【００３０】
Ｎａ２ＣＯ３を添加するとガラスの溶融性が向上するが、酸化物換算で５質量部以上であると誘電損失が増大するため好ましくない。
【００３１】
また、Ｂ２Ｏ３が、１質量部未満であるとガラスの溶融性が悪く、８質量部より多いと誘電損失が増大するため好ましくない。
【００３２】
上記ガラス材料を混合し、１５００〜１６００℃で溶解した後、急冷することで、Ｓｒシリケート結晶の析出したガラスカレットが得られる。
【００３３】
前記ガラスカレットを１〜２０μｍ、より好ましくは１〜５μｍの粉末状に調整し、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の含有したセラミックス組成物を製造することができる。ガラスカレットを１〜２０μｍの粉末状に調整することは、成型性を考慮した場合に好ましい。
【００３４】
セラミックス組成物を製造する際に用いる結合剤としては、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好適に用いられている。また、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、溶剤としては、例えばトルエン、メチルエチルケトン等が好適に用いられている。
【００３５】
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ことが好ましく、多層化が容易に行なえる。
【００３６】
また、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、焼成して、目的とする配線基板が得られる。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。
【００３７】
上記工程より、本発明のＳｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだセラミックス組成物で、前記組成物のＸ線回折により得られる各結晶の第一強線強度のうち、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶の第一強線強度がＳｒＳｉＯ３結晶の第一強線強度よりも大きなセラミックス組成物を得ることができ、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以下であるセラミックス配線基板を得ることができる。
【００３８】
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】
【００３９】
〔実施例１〕
ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３の粉末を表１に示す割合で秤量し、１５時間湿式混合後、１２０℃で乾燥し、乾燥した粉体を大気中７００℃で２時間仮焼きした。
【００４０】
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。
【００４１】
上記成型体を大気中で８５０〜１０００℃で２時間焼成し、表１に示す試料番号１〜７の焼結体を得た。
【００４２】
この焼結体を用いて、Ｘ線回折によるＳｒ２ＳｉＯ４結晶、及びＳｒＳｉＯ３結晶の第一強線強度測定を行い、強度の比を求めた。また、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。
【００４３】
第一線強度は、Ｘ線回折により得られる各結晶のピークのうち最も高いピークの大きさを該結晶の第一強線強度とする。結晶相毎に第一強線強度を測定し、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶の第一強線強度と、ＳｒＳｉＯ３結晶の第一強線強度を求め、強度の比（Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度）／（Ｓｒ２ＳｉＯ４の第一強線強度＋ＳｒＳｉＯ３の第一強線強度）を求めた。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１に併せて示す。
【００４４】
【表１】
2005255435.tif 000002
【００４５】
上記の結果より、組成物中のＳｒ２ＳｉＯ４強度比の低下に伴い、線膨張係数は低下し、更に、誘電損失は上昇する傾向にあることがわかる。特に試料番号６、７は誘電損失が試料番号１〜５に比べ誘電損失が高いことがわかる。
【００４６】
よって、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以下である組成物とするためには、強度の比が０．５以上、すなわち第１強線強度の比率がＳｒ２ＳｉＯ４＞ＳｒＳｉＯ３となるセラミックス組成物とすることが好ましいことがわかる。
【００４７】
〔実施例２〕
ＳｉＯ２、ＳｒＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２ガラス粉末を表２に示す割合で秤量、混合し、１５００〜１６００℃で溶解、過冷却によりガラスカレットを作製し、粉砕により平均粒径２．５μｍの粉末を作製した。この粉末に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。
【００４８】
上記成型体を９００℃で1時間焼成することで、表２に示す試料番号８〜１２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、測定結果も表２に併せて示す。
【００４９】
【表２】
2005255435.tif 000003
【００５０】
上記の結果より、やはり、組成物中のＳｒ２ＳｉＯ４強度比の低下に伴い、線膨張係数は低下し、更に、誘電損失は上昇する傾向にあることがわかる。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以下である組成物とするためには、強度の比が０．５以上、すなわち第１強線強度の比率がＳｒ２ＳｉＯ４＞ＳｒＳｉＯ３となるセラミックス組成物とすることが好ましいことがわかる。
【００５１】
よって、実施例１、２の結果より、製造プロセスに関係なく、Ｓｒ２ＳｉＯ４結晶を含んだ組成物で、第１強線強度の比率がＳｒ２ＳｉＯ４＞ＳｒＳｉＯ３となるようなセラミックス組成物であれば、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以下である組成物を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。