(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数のガラスセラミック層からなる積層体と、前記積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板における前記ガラスセラミック層を構成する材料として用いられる、多層回路基板用ガラスセラミック材料であって、
ケイ素酸化物をＳｉＯ2 換算で３０〜６０モル％、バリウム酸化物をＢａＯ換算で２０〜４０モル％、マグネシウム酸化物をＭｇＯ換算で０〜４０モル％、亜鉛酸化物をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、およびホウ素酸化物をＢ2 Ｏ3 換算で０〜２０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％である、ガラス粉末と、
アルミナ粉末またはアルミナとスピネルとの混合粉末からなる、セラミック粉末と
を含み、
前記ガラス粉末の含有量は、当該ガラス粉末と前記セラミック粉末との合計に対して、５０重量％以上とされ、
前記ガラス粉末と前記セラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶を含有する、多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項２】
前記ガラス粉末の比誘電率が７以下であり、前記セラミック粉末の比誘電率が１０以下であり、前記ガラス粉末と前記セラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体の比誘電率が９以下である、請求項１に記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項３】
前記ガラス粉末と前記セラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＢａＡｌ2 Ｏ4 ）結晶、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 （ＢａＭｇ2 Ｓｉ2 Ｏ7 ）結晶、ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）結晶およびＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＺｎＡｌ2 Ｏ4 ）結晶から選ばれた少なくとも１種の結晶をさらに含有する、請求項１または２に記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項４】
前記ガラス粉末と前記セラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体に占めるアルミナ結晶の割合が、前記セラミック粉末として添加した前記アルミナ粉末の割合の半分以下となる、請求項１ないし３のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項５】
前記ガラス粉末と前記セラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体において、前記ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶の割合が１〜８０重量％である、請求項１ないし４のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項６】
前記ガラス粉末は、ケイ素酸化物をＳｉＯ2 換算で３５〜５５モル％、バリウム酸化物をＢａＯ換算で２０〜４０モル％、マグネシウム酸化物をＭｇＯ換算で１０〜３０モル％、亜鉛酸化物をＺｎＯ換算で０〜１０モル％、およびホウ素酸化物をＢ2 Ｏ3 換算で０〜１０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜３０モル％である、請求項１ないし５のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項７】
前記ガラス粉末の含有量は、当該ガラス粉末と前記セラミック粉末との合計に対して、６０〜９０重量％である、請求項１ないし６のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項８】
前記ガラス粉末は、前記ケイ素酸化物、前記バリウム酸化物、前記マグネシウム酸化物、前記亜鉛酸化物、および前記ホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、チタン酸化物をＴｉＯ2 換算で２重量部以下含有する、請求項１ないし７のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項９】
前記ガラス粉末は、前記ケイ素酸化物、前記バリウム酸化物、前記マグネシウム酸化物、前記亜鉛酸化物、および前記ホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、アルミニウム酸化物をＡｌ2 Ｏ3 換算で３０重量部以下含有する、請求項１ないし８のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項１０】
前記ガラス粉末は、前記ケイ素酸化物、前記バリウム酸化物、前記マグネシウム酸化物、前記亜鉛酸化物、および前記ホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、リチウム酸化物をＬｉ2 Ｏ換算で５重量部以下、ナトリウム酸化物をＮａ2 Ｏ換算で５重量部以下、およびカリウム酸化物をＫ2 Ｏ換算で５重量部以下含有し、かつ、Ｌｉ2 ＯとＮａ2 ＯとＫ2 Ｏとの合計が５重量部以下である、請求項１ないし９のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項１１】
前記ガラス粉末および前記セラミック粉末の合計１００重量部に対して、銅酸化物をＣｕＯ換算で３重量部以下含有する、請求項１ないし１０のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料。
【請求項１２】
積層された複数のガラスセラミック層からなる積層体と、前記積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板であって、前記ガラスセラミック層が請求項１ないし１１のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料から構成されている、多層回路基板。
【請求項１３】
積層された複数の第１のガラスセラミック層および比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層からなる複合構造の積層体と、前記積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板であって、前記第１のガラスセラミック層が請求項１ないし１１のいずれかに記載の多層回路基板用ガラスセラミック材料から構成されている、多層回路基板。
【請求項１４】
前記配線導体は、導電成分として、銅または銀を含む、請求項１２または１３に記載の多層回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多層回路基板用ガラスセラミック材料およびそれを用いて構成される多層回路基板に関するもので、特に、低誘電率でありながら、比較的高い熱膨張係数を実現することができる多層回路基板用ガラスセラミック材料およびそれを用いて構成される多層回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に伴い、電子機器に用いられる電子部品の小型化が求められている。また、電子機器の小型化には、電子機器に用いられる電子部品を実装するための回路基板を用いることが有効である。また、回路基板を、積層された複数の電気絶縁層からなる積層体を備え、この積層体に関連して配線導体が設けられた、多層回路基板を用いると、この多層回路基板にコンデンサやインダクタなどの素子を内蔵することができるので、電子機器のさらなる小型化を進めることが可能になる。
【０００３】
このような多層回路基板において、電気絶縁層を構成する材料として、セラミックが有利に用いられる。なお、電気絶縁層がセラミック層から構成される場合、積層された複数のセラミック層からなる積層体を得るため、焼成工程が実施されるが、この焼成工程では、積層体に関連して設けられた配線導体も同時に焼成されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子機器に対しては、上述した小型化に加えて、高周波化に対する要望も高まっている。
【０００５】
多層回路基板を高周波領域で適切に用いることができるようにするには、まず、配線導体を電気抵抗の低いものとしなければならず、そのため、配線導体に含まれる導電成分として、電気抵抗が低い銅または銀のような金属を用いる必要がある。
【０００６】
しかしながら、これら銅や銀のような低抵抗の金属は、その融点が比較的低い。そのため、これらの金属を含む配線導体と同時に焼成して、複数のセラミック層からなる積層体を得るには、セラミック層に含まれるセラミックは、その焼結温度がたとえば１０００℃以下といった低温であるものでなければならない。
【０００７】
上述したような１０００℃以下の焼結温度を可能にするものとして、セラミックにガラスを加えたガラスセラミック材料がある。
【０００８】
また、多層回路基板において、その高周波化に対応し、かつ配線導体の高密度化を可能にするには、電気絶縁層の低誘電率化が必要である。電気絶縁層の材料としてガラスセラミック材料が用いられる場合には、ガラスセラミック材料が比較的低い比誘電率を有していることが必要である。他方、多層回路基板においてコンデンサが内蔵される場合には、このコンデンサを与えるガラスセラミック層については、比較的高い比誘電率を有している方が望ましい。
【０００９】
そのため、多層回路基板に備える積層体として、比較的低い比誘電率を有するガラスセラミック層と比較的高い誘電率を有するガラスセラミック層とを複合した構造を有しているものを用いるようにすれば、比較的高い比誘電率を有する部分において、小型でありながら大容量のコンデンサを与えることが可能であるとともに、他の部分では、高周波化および配線の高密度化の双方の要望を満たし得る構造を実現することができる。
【００１０】
しかしながら、比誘電率の高いガラスセラミック材料は、高い熱膨張係数を示し、他方、比誘電率の低いガラスセラミック材料は、低い熱膨張係数を示すのが一般的である。
【００１１】
そのため、これら比誘電率の互いに異なる２種類のガラスセラミック層を複合した構造を有する積層体を得るための焼成工程において、２種類のガラスセラミック層が互いに異なる熱膨張・収縮挙動を示し、その結果、得られた積層体において、クラック等の欠陥が生じることが多い。
【００１２】
上述の問題は、低誘電率でありながら、比較的高い熱膨張係数を示すガラスセラミック材料が実現されれば、解決されることができる。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、低誘電率でありながら、比較的高い熱膨張係数を示す、多層回路基板用ガラスセラミック材料を提供しようとすることである。
【００１４】
この発明の他の目的は、上述したようなガラスセラミック材料を用いて構成される多層回路基板を提供しようとすることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、積層された複数のガラスセラミック層からなる積層体と、積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板における上述のガラスセラミック層を構成する材料として用いられる、多層回路基板用ガラスセラミック材料にまず向けられる。
【００１６】
上述した技術的課題を解決するため、この発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料は、ケイ素酸化物をＳｉＯ2 換算で３０〜６０モル％、バリウム酸化物をＢａＯ換算で２０〜４０モル％、マグネシウム酸化物をＭｇＯ換算で０〜４０モル％、亜鉛酸化物をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、およびホウ素酸化物をＢ2 Ｏ3 換算で０〜２０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％である、ガラス粉末と、アルミナ粉末またはアルミナとスピネルとの混合粉末からなる、セラミック粉末とを含んでいる。
【００１７】
上述のガラス粉末の含有量は、当該ガラス粉末とセラミック粉末との合計に対して、５０重量％以上とされる。
【００１８】
そして、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶を含有することを特徴としている。
【００１９】
上述の焼結体は、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値として、４００以上の値を得ることができる。
【００２０】
この発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料において、好ましくは、ガラス粉末の比誘電率が７以下であり、セラミック粉末の比誘電率が１０以下であり、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体の比誘電率が９以下である。
【００２１】
また、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＢａＡｌ2 Ｏ4 ）結晶、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 （ＢａＭｇ2 Ｓｉ2 Ｏ7 ）結晶、ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）結晶およびＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＺｎＡｌ2 Ｏ4 ）結晶から選ばれた少なくとも１種の結晶をさらに含有していてもよい。
【００２２】
また、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体に占めるアルミナ結晶の割合は、セラミック粉末として添加したアルミナ粉末の割合の半分以下となることが好ましい。
【００２３】
また、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体において、前述したＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶の割合が１〜８０重量％であることが好ましい。
【００２４】
前述したガラス粉末は、以下のようなより限定的な組成、すなわち、ケイ素酸化物をＳｉＯ2 換算で３５〜５５モル％、バリウム酸化物をＢａＯ換算で２０〜４０モル％、マグネシウム酸化物をＭｇＯ換算で１０〜３０モル％、亜鉛酸化物をＺｎＯ換算で０〜１０モル％、およびホウ素酸化物をＢ2 Ｏ3 換算で０〜１０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜３０モル％であることが好ましい。
【００２５】
また、前述したガラス粉末の含有量に関して、より限定的に、ガラス粉末とセラミック粉末との合計に対して、ガラス粉末が６０〜９０重量％であることが好ましい。
【００２６】
また、ガラス粉末は、前述したケイ素酸化物、バリウム酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、およびホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、チタン酸化物をＴｉＯ2 換算で２重量部以下含有していてもよい。
【００２７】
また、ガラス粉末は、ケイ素酸化物、バリウム酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、およびホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、アルミニウム酸化物をＡｌ2 Ｏ3 換算で３０重量部以下含有していてもよい。
【００２８】
また、ガラス粉末は、ケイ素酸化物、バリウム酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、およびホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、リチウム酸化物をＬｉ2 Ｏ換算で５重量部以下、ナトリウム酸化物をＮａ2 Ｏ換算で５重量部以下、およびカリウム酸化物をＫ2 Ｏ換算で５重量部以下含有していてもよい。この場合、Ｌａ2 ＯとＮａ2 ＯとＫ2 Ｏとの合計が５重量部以下となるようにされる。
【００２９】
また、この発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料は、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計１００重量部に対して、銅酸化物をＣｕＯ換算で３重量部以下含有していてもよい。
【００３０】
この発明は、また、積層された複数のガラスセラミック層からなる積層体と、積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板にも向けられる。この多層回路基板において、ガラスセラミック層が上述したこの発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料から構成される。
【００３１】
また、この発明は、積層された複数の第１のガラスセラミック層および比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層からなる複合構造の積層体と、積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板にも向けられる。この多層回路基板において、第１のガラスセラミック層がこの発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料から構成される。
【００３２】
上述したような多層回路基板において、配線導体は、導電成分として、銅または銀を含むことが好ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
この発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料は、ガラス粉末とセラミック粉末とを含むものであるが、その特徴的構成として、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶を含有していることがあり、このような結晶が析出すると、Ｑ値が向上し、この発明では、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が４００以上となる。
【００３４】
この発明に係るガラスセラミック材料に含まれるガラス粉末は、ケイ素酸化物をＳｉＯ2 換算で３０〜６０モル％、バリウム酸化物をＢａＯ換算で２０〜４０モル％、マグネシウム酸化物をＭｇＯ換算で０〜４０モル％、亜鉛酸化物をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、およびホウ素酸化物をＢ2 Ｏ3 換算で０〜２０モル％含んでおり、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％とされている。
【００３５】
上述のように、ケイ素酸化物の含有量がＳｉＯ2 換算で３０〜６０モル％とされているのは、次の理由による。
【００３６】
この含有量が３０モル％未満では、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体において、Ｑ値を高くする結晶相であるＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶あるいはＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 （ＢａＭｇ2 Ｓｉ2 Ｏ7 ）結晶の析出量が少なくなり、Ｑ値が低下する場合があり、他方、この含有量が６０モル％を超えると、ガラス粉末を構成するガラスの溶融温度が高くなる場合がある。
【００３７】
また、ホウ素酸化物の含有量がＢ2 Ｏ3 換算で０〜２０モル％とされているのは、次の理由による。
【００３８】
ホウ素酸化物は、主に融剤として作用する。このホウ素酸化物の含有量が２０モル％を超えると、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体の耐湿性および耐溶出性が低下したり、この焼結体における残炭量の増加により、得られた多層回路基板の強度が低下したりする場合がある。
【００３９】
また、マグネシウム酸化物および亜鉛酸化物の各含有量が、それぞれ、ＭｇＯ換算およびＺｎＯ換算で０〜４０モル％とされ、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％とされているのは、次の理由による。
【００４０】
すなわち、マグネシウム酸化物および亜鉛酸化物は、ガラス作製時の溶融温度を下げるように作用するとともに、結晶化ガラス中の結晶の構成成分ともなる。特に、ガラスから析出する、あるいは、フィラーとして添加されるセラミック粉末を構成するアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）またはスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）とガラスとが化合されて析出する、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 （ＢａＭｇ2 Ｓｉ2 Ｏ7 ）結晶、ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）結晶、ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＺｎＡｌ2 Ｏ4 ）結晶等の化合物結晶は、それが析出することにより高い高周波特性を発現し得る主要因となっている。
【００４１】
ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０モル％未満では、これらの化合物結晶の析出が少なく、Ｑ値が低くなる場合があり、他方、ＭｇＯが４０モル％を超えたり、ＺｎＯが４０モル％を超えたり、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が４０モル％を超えたりすると、上述の結晶の析出量が多くなり過ぎ、多層回路基板の強度が低下する場合がある。
【００４２】
また、バリウム酸化物の含有量がＢａＯ換算で２０〜４０モル％とされているのは、次の理由による。
【００４３】
すなわち、バリウム酸化物も、上述したマグネシウム酸化物および亜鉛酸化物と同様、結晶化ガラス中の結晶の構成成分となる。特に、ガラスから析出する、あるいは、フィラーとして添加されるセラミック粉末であるアルミナまたはスピネルとガラスとが化合して析出する、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＢａＡｌ2 Ｏ4 ）結晶、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 （ＢａＭｇ2 Ｓｉ2 Ｏ7 ）結晶等の化合物結晶は、それが析出することにより高い高周波特性を発現させる主要因となっている。
【００４４】
バリウム酸化物の含有量がＢａＯ換算で２０モル％未満となると、上述のような化合物結晶の析出が少なく、Ｑ値が低くなる場合があり、他方、４０モル％を超えると、結晶の析出量が多くなり過ぎ、多層回路基板の強度が低下する場合がある。
【００４５】
以上のようなガラス粉末に含まれる各酸化物の作用を好ましい態様でより確実に働かせるには、より限定的に、ケイ素酸化物をＳｉＯ2 換算で３５〜５５モル％、バリウム酸化物をＢａＯ換算で２０〜４０モル％、マグネシウム酸化物をＭｇＯ換算で１０〜３０モル％、亜鉛酸化物をＺｎＯ換算で０〜１０モル％、およびホウ素酸化物をＢ2 Ｏ3 換算で０〜１０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜３０モル％となるようにすることが好ましい。
【００４６】
また、ガラス粉末は、上述したようなケイ素酸化物、バリウム酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、およびホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、チタン酸化物をＴｉＯ2 換算で２重量部以下、より好ましくは０．５重量部以下しか含有しないようにすることが好ましい。
【００４７】
通常、上述のＴｉＯ2 のようなチタン酸化物は、比誘電率を上げるために添加されるものである。この発明は、高周波領域における信号伝送特性の向上が可能な多層回路基板を提供することを目的としているため、チタン酸化物の含有は好ましくない。また、チタン酸化物は、ガラスからの結晶析出を促進するための核生成剤として添加される場合があり、結晶化度向上によるＱ値の向上が期待される。
【００４８】
しかし、発明者による実験の結果、この発明に係るガラスセラミック材料に含まれるガラス粉末を構成するガラス系において、チタン酸化物の添加は核生成剤としての役割を果たさず、よって、結晶化度は向上せず、逆に、チタン酸化物の添加量が増加するに従い、Ｑ値が低下することがわかった。このような状況から、ガラス作製のための原材料に不純物として含有するチタン酸化物をあえて除去する必要はないが、作為的にチタン酸化物を添加する必要もない。
【００４９】
また、ガラス粉末は、ケイ素酸化物、バリウム酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、およびホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、アルミニウム酸化物をＡｌ2 Ｏ3 換算で３０重量部以下含有していてもよい。
【００５０】
これに関して、ガラスの化学的安定性を向上させるためには、アルミニウム酸化物を含有させる方が好ましい。しかし、この発明に係るガラスセラミック材料は、ガラス粉末だけでなく、セラミック粉末を含み、このセラミック粉末がアルミナ粉末またはアルミナとスピネルとの混合粉末で構成されるため、焼成過程で、ガラス中にアルミニウム酸化物が溶解し、焼結後のガラス相は、アルミニウム酸化物成分を含有した状態となる。つまり、化学的安定性を向上させる必要があっても、あえてガラス粉末にアルミニウム酸化物成分を含有させる必要はないのである。
【００５１】
なお、ガラス粉末にアルミニウム酸化物を含有させると、ガラス粉末を構成するガラスの軟化点を調整したり、ガラス自体の強度を向上させたりすることができるため、これらのことを目的として、ガラス粉末にアルミニウム酸化物を含有させることを妨げるものではない。ただし、アルミニウム酸化物をガラスの構成成分として含有させると、得られた多層回路基板のＱ値が低くなる傾向があるため、その含有量は、前述したように、主成分であるケイ素酸化物等を１００重量部としたとき、３０重量部を超えてはならない。
【００５２】
また、ガラス粉末は、ケイ素酸化物、バリウム酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、およびホウ素酸化物の合計含有量を、それぞれ、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2 Ｏ3 換算で１００重量部としたとき、リチウム酸化物をＬｉ2 Ｏ換算で５重量部以下、ナトリウム酸化物をＮａ2 Ｏ換算で５重量部以下、およびカリウム酸化物をＫ2 Ｏ換算で５重量部以下含有することが好ましい。この場合、Ｌｉ2 ＯとＮａ2 ＯとＫ2 Ｏとの合計が５重量部以下となるようにされる。
【００５３】
上述したようなアルカリ金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度を下げる作用を有するが、その含有量が上述の範囲を超えると、Ｑ値が低下したり、耐溶出性が低下したり、ガラスセラミック材料の焼結体の残炭量の増加により、多層回路基板の強度が低下したりする傾向がある。
【００５４】
なお、この発明に係るガラスセラミック材料に含まれるガラス粉末としては、ガラス組成物を７００〜１４００℃で仮焼したものを用いても、同様の効果が得られる。
【００５５】
他方、この発明に係るガラスセラミック材料に含まれるセラミック粉末としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末が単独で用いられたり、あるいは、アルミナとスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）との混合粉末が用いられたりする。
【００５６】
セラミック粉末においてアルミナを用いることにより、焼成過程で当該セラミック粉末とガラスとが反応し、Ｑ値の高い結晶であるＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＢａＡｌ2 Ｏ4 ）結晶、ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）結晶、ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＺｎＡｌ2 Ｏ4 ）結晶等が析出し、得られた多層回路基板のＱ値を高くすることができる。
【００５７】
上述したセラミック粉末の添加量は、ガラス粉末とセラミック粉末との合計に対して、５０重量％以下とされる。セラミック粉末の添加量が５０重量％を超えると、得られた多層回路基板の相対密度が下がり、抗折強度および絶縁耐圧が低下する。
【００５８】
なお、上述したセラミック粉末の添加量に関して、より好ましくは、ガラス粉末とセラミック粉末との合計に対して、セラミック粉末が１０〜４０重量％含有するようにされる。
【００５９】
また、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体に占めるアルミナ結晶の割合は、セラミック粉末として添加したアルミナ粉末の割合の半分以下となっていることが好ましい。
【００６０】
ガラス粉末として、この発明に係る前述した組成範囲を有するガラスからなるものを用いた場合、当該ガラスにアルミナ粉末を添加して焼成すると、アルミナ粉末はガラスと反応して減少するが、このガラスとの反応により、前述したように、Ｑ値の高いＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶等を析出させ、Ｑ値の高い多層回路基板が得られることになる。アルミナ自体もＱ値の高い結晶として知られているが、フィラーとして存在し得るアルミナ量では、多層回路基板中に占めるアルミナの体積比率は低く、Ｑ値の十分に高い多層回路基板が得られない。しかし、セラミック粉末として添加したアルミナ粉末がガラスと反応してＱ値の高い前述したような結晶が析出すれば、多層回路基板中におけるＱ値の高い結晶が占める割合が高くなり、アルミナ結晶として残存している場合よりもＱ値を高くすることができる。
【００６１】
このようなことから、前述したように、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体に占めるアルミナ結晶の割合が、セラミック粉末として添加したアルミナ粉末の割合の半分以下となっていること、すなわち、セラミック粉末として添加したアルミナ粉末の半分を超える分が、Ｑ値の高いＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶等を生成するために費やされていることが好ましい。
【００６２】
前述したように、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶は、Ｑ値の高い結晶であるため、Ｑ値の向上のためには、ガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体において、このＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）の結晶の割合が１〜８０重量％であることが好ましい。
【００６３】
また、この発明に係るガラスセラミック材料において、ガラス粉末の比誘電率が７以下であり、セラミック粉末の比誘電率が１０以下であり、これらガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体の比誘電率が９以下であることが好ましい。
【００６４】
また、この発明に係るガラスセラミック材料は、上述したガラス粉末およびセラミック粉末に加えて、銅酸化物を含有していてもよい。この場合、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計１００重量部に対し、銅酸化物をＣｕＯ換算で３重量％以下とされることが好ましい。銅酸化物は、焼結温度を下げる働きを有している。しかしながら、その含有量が３重量部を超えると、Ｑ値を低下させる場合がある。
【００６５】
この発明に係るガラスセラミック材料は、積層された複数のガラスセラミック層からなる積層体と、この積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板において、ガラスセラミック層を構成するために用いることができる。
【００６６】
この発明に係るガラスセラミック材料は、１０００℃以下の温度で焼結させることができるので、配線導体において、その導電成分として、銅または銀などの低融点金属を用いることができる。
【００６７】
前述したように、この発明に係るガラスセラミック材料に含まれるガラス粉末とセラミック粉末との混合物を焼成して得られた焼結体は、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が４００以上を満足するので、これをもって構成された多層回路基板においても、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値を４００以上とすることができる。このように、Ｑ×ｆ値が４０００以上ある場合には、近年における高周波帯での使用に十分対応することができる。
【００６８】
この発明に係る多層回路基板は、その抗折強度が１８０ＭＰａ以上であることが好ましい。抗折強度が１８０ＭＰａ以上であれば、電子部品の実装工程等においても、多層回路基板が破損することがなく、十分な信頼性を与えることができる多層回路基板となるからである。
【００６９】
また、この発明に係るガラスセラミック材料は、また、積層された複数の第１のガラスセラミック層および比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層からなる複合構造の積層体と、この積層体に関連して設けられる配線導体とを備える、多層回路基板において、上述の第１のガラスセラミック層を構成するために有利に用いられる。
【００７０】
上述のような複合構造の積層体を得るためには、第１のガラスセラミック層と第２のガラスセラミック層とを共焼成しなければならないが、このような共焼成を可能とするためには、第１のガラスセラミック層と第２のセラミック層との各々の熱膨張率が、可能な限り、互いに近い方が望ましい。
【００７１】
第２のガラスセラミック層のように比誘電率が１５以上といった比較的高い比誘電率を有する材料は、一般的に、熱膨張率が比較的高いため、第２のガラスセラミック層の熱膨張率も比較的高くなる。そのため、第１のガラスセラミック層を構成する材料も、比較的高い熱膨張率を有していることが要求されるが、それにも関らず、比較的低い比誘電率を有していることが要求される。
【００７２】
たとえば、第１のガラスセラミック層の熱膨張率が８ｐｐｍ／℃以上であれば、比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層との共焼成が可能である。前述したように、この発明に係るガラスセラミック材料の焼結体の比誘電率を９以下とすることができるが、一般的に、焼結体の比誘電率が９以下の場合、その熱膨張率を８ｐｐｍ／℃以上にすることは非常に困難とされている。
【００７３】
これに対して、この発明に係るガラスセラミック材料の焼結体は、比誘電率が９以下でありながら、熱膨張率を８ｐｐｍ／℃以上にすることができ、これをもって第１のガラスセラミック層を構成すれば、比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層との共焼成が可能となり、第１のガラスセラミック層と第２のガラスセラミック層とを備える複合構造の積層体を得ることができる。
【００７４】
上述した複合構造の積層体を有する多層回路基板のより具体的な実施形態について、以下に、図１および図２を参照して説明する。
【００７５】
図１は、この発明の一実施形態による多層回路基板を含む電子部品モジュールを示す断面図であり、図２は、それを分解して示す斜視図である。
【００７６】
図示した電子部品モジュール１は、多層回路基板２を備えている。
【００７７】
多層回路基板２は、積層された複数の第１のガラスセラミック層３および積層された複数の第２のガラスセラミック層４からなる複合構造の積層体５を備えている。積層体５において、複数の第１のガラスセラミック層３は、複数の第２のガラスセラミック層４を挟むように位置していて、第１のガラスセラミックセラミック層３の特定のものは第２のガラスセラミック層４の特定のものに接している。
【００７８】
第１のガラスセラミック層３は、この発明に係るガラスセラミック材料から構成されるもので、比誘電率が９以下の比較的低い比誘電率を有している。他方、第２のガラスセラミック層４は、比誘電率が１５以上の比較的高い比誘電率を有している。
【００７９】
多層回路基板２は、上述の積層体５に関連して設けられる種々の配線導体を備えている。
【００８０】
配線導体としては、典型的には、ガラスセラミック層３および４の各々間の特定の界面に沿って形成される内部導体膜６、ガラスセラミック層３および４の特定のものを貫通するように延びるビアホール導体７、および積層体５の外表面上に形成される外部導体膜８がある。
【００８１】
上述の内部導体膜６のうち、第２のガラスセラミック層４に関連して設けられるもののいくつかは、静電容量を与えるように配置され、それによってコンデンサを構成している。
【００８２】
多層回路基板２の上面には、半導体デバイス、積層コンデンサまたはインダクタ等を構成する複数のチップ部品９〜１７が、積層体５の上面に形成された外部導体膜８の特定のものに電気的に接続された状態で実装されている。
【００８３】
多層回路基板２の上面には、導電性キャップ１８が取り付けられている。導電性キャップ１８は、前述したビアホール導体７の特定のものに電気的に接続されている。
【００８４】
このような電子部品モジュール１は、積層体５の下面上に形成された外部導体膜８の特定のものを接続用端子として、図示しないマザーボード上に実装される。
【００８５】
なお、多層回路基板２において実現される配線の詳細については、その説明を省略する。
【００８６】
このような電子部品モジュール１に備える多層回路基板２において、その積層体５を構成する第１のガラスセラミック層３は、前述したように、比誘電率が９以下であり、高周波領域において高い伝送特性を示すことができ、それにも関らず、熱膨張率を８ｐｐｍ／℃以上にすることができ、したがって、比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層４との共焼成が可能である。
【００８７】
また、ガラスセラミック層３および４は、１０００℃以下の温度で焼結するので、内部導体膜６およびビアホール導体７において、さらに、外部導体膜８が積層体５の生の段階で形成される場合には、外部導体膜８においても、導電成分として、銅または銀を問題なく用いることができる。
【００８８】
次に、この発明に係るガラスセラミック材料によって得られる特性を確認するため、および、この発明に係るガラスセラミック材料の好ましい組成を求めるために実施した実験例について説明する。
【００８９】
まず、ガラスセラミック材料に含まれるガラス粉末として、表１および表２に示すような種々の組成を有するものを作製した。
【００９０】
すなわち、ＳｉＯ2 、ＢａＣＯ3 、ＭｇＣＯ3 、ＺｎＯ、Ｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＣＯ3 、Ｎａ2 ＣＯ3 、Ｋ2 ＣＯ3 およびＴｉＯ2 を、それぞれ、所定量秤量し、白金るつぼにて１６００℃の温度を付与することによって、これらを溶融した後、ステンレス鋼からなるロールを用いたロール急冷によって、溶融物をガラス化した。このガラスを、ＩＣＰ発光分光分析法によって組成分析した。この結果が、表１および表２に示されている。
【００９１】
【表１】
0003843912.tif 000002
【００９２】
【表２】
0003843912.tif 000003
【００９３】
表１および表２において、ガラス記号に＊を付したものは、この発明の範囲外の組成を有するガラス粉末であり、△を付したものは、この発明の範囲内であるが、好ましい範囲から外れた組成を有するガラス粉末である。
【００９４】
また、表１および表２において、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3 は、それぞれ、モル％で示され、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 ＯおよびＴｉＯ2 は、ＳｉＯ2 、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3 の合計含有量を１００重量部としたときの重量部で示されている。
【００９５】
次に、表１および表２に示した各組成を有するガラスを、アルミナからなるボールミルによって、平均粒径が約１．５μｍになるまで粉砕し、ガラスセラミック材料のためのガラス粉末とした。
【００９６】
他方、ガラスセラミック材料に含まれるセラミック粉末として、平均粒径が約１．０μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末およびＭｇＡｌ2 Ｏ4 粉末を用意した。
【００９７】
次に、表３ないし表７に示した各試料に係るガラスセラミック材料を得るため、上述したガラス粉末とセラミック粉末とを混合するとともに、特定の試料を除いて、ＣｕＯ粉末をさらに混合した。
【００９８】
【表３】
0003843912.tif 000004
【００９９】
【表４】
0003843912.tif 000005
【０１００】
【表５】
0003843912.tif 000006
【０１０１】
【表６】
0003843912.tif 000007
【０１０２】
【表７】
0003843912.tif 000008
【０１０３】
表３ないし表７において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外のガラスセラミック粉末であり、△を付したものは、この発明の範囲内であるが、好ましい範囲から外れたガラスセラミック粉末である。
【０１０４】
また、表３ないし表７において、「ガラス粉末」の「種類」は、図１および図２に示した「ガラス記号」に対応している。
【０１０５】
また、表３ないし表７において、ガラス粉末ならびにセラミック粉末としてのＡｌ2 Ｏ3 およびＭｇＡｌ2 Ｏ4 の添加量は、これらガラス粉末およびセラミック粉末の合計に対する重量％で示され、ＣｕＯ粉末の添加量は、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計１００重量部に対する重量部で示されている。
【０１０６】
なお、表３に示した試料７において用いようとしたガラス粉末の「Ｇ５」は、ガラス化できなかったため、これについては、以後の工程を実施しなかった。
【０１０７】
次に、表３ないし表７に示すような割合をもって混合されたガラス粉末、セラミック粉末およびＣｕＯ粉末に、適量のバインダを加えて造粒し、これを２０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力の下で成形して、直径１７ｍｍ×厚さ９ｍｍの円板状の成形体を得た。
【０１０８】
次に、成形体を、大気中において、表３ないし表７に示した焼成温度にて２時間焼成して、試料となる焼結体を得た。
【０１０９】
次に、表３ないし表７に示すように、各試料について、相対密度、熱膨張係数、比誘電率ε、Ｑ値および抗折強度を求めるとともに、析出した結晶相を評価した。
【０１１０】
なお、比誘電率εおよびＱ値については、両端短絡型誘電体共振器法によって求め、１０ＧＨｚにおける値を測定した。
【０１１１】
また、抗折強度については、三点曲げ試験法（ＪＩＳ  Ｒ  １６０１）によって求めた。
【０１１２】
また、結晶相は、粉末Ｘ線回折法によって同定した。なお、表３ないし表７の「結晶相」の欄において、「ＢＡＳ」は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 （ＢａＡｌ2 Ｓｉ2 Ｏ8 ）結晶を表わし、「ＢＡ」は、ＢａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＢａＡｌ2 Ｏ4 ）結晶を表わし、「ＢＭＳ」は、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2 （ＢａＭｇ2 Ｓｉ2 Ｏ7 ）結晶を表わし、「ＭＡ」は、ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）結晶を表わし、「ＺＡ」は、ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 （ＺｎＡｌ2 Ｏ4 ）結晶を表わしている。なお、これら以外の結晶相も析出する場合があるが、Ｑ値の向上において特に有意義なこれらの結晶相のみを示した。
【０１１３】
また、表３ないし表７には示さないが、各試料となる焼結体のアルミナ結晶量を評価した。すなわち、各試料に係るガラス粉末とセラミック粉末との混合粉末に対し、Ｘ線回折法を適用し、回折ピーク強度値を測定し、それによって、アルミナ量を求め、このアルミナ量とＸ線回折ピーク強度値の検量線とからアルミナ結晶量を求めた。
【０１１４】
その結果、表３ないし表７において、＊も△のいずれをも付されていない試料のすべてにおいて、焼結体に占めるアルミナ結晶の割合が、セラミック粉末として添加したアルミナ粉末の割合の半分以下であった。
【０１１５】
以上、表１および表２ならびに表３ないし表７からわかるように、＊も△も付されていない試料によれば、８５０〜１０００℃の比較的低温で焼結が可能であり、９７％以上の相対密度を実現し、比誘電率εが６．５〜９と低く、他方、熱膨張係数が８〜１２ｐｐｍ／℃と高く、また、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が４００以上と高く、かつ抗折強度が１８０ＭＰａと高い値を示している。
【０１１６】
これらに対して、この発明の範囲外にある＊を付した試料およびこの発明の好ましい範囲から外れる△を付した試料では、Ｑ値が４００未満となったり、抗折強度が１８０ＭＰａ未満となったりした。
【０１１７】
なお、この発明の範囲外にある試料７７および８３では、ガラス粉末の添加量が５０重量％未満であるので、相対密度が低くなり、熱膨張係数、比誘電率ε、Ｑ値および抗折強度については測定しなかった。
【０１１８】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る多層回路基板用ガラスセラミック材料を用いれば、１０ＧＨｚでのＱ×ｆ値が４０００ＧＨｚ以上と高い値を示す多層回路基板を、８５０〜１０００℃の焼成温度によって得ることができ、また、このガラスセラミック材料の焼結体の熱膨張係数を８ｐｐｍ／℃以上とすることができる。
【０１１９】
したがって、たとえば、比較的高い熱膨張係数を有する比較的高い比誘電率を示す材料との共焼結が可能となり、この発明に係るガラスセラミック材料をもって構成された第１のガラスセラミック層と比誘電率が１５以上の第２のガラスセラミック層とからなる複合構造の積層体を備える多層回路基板を問題なく製造できるようになり、また、このような多層回路基板において、銅または銀を導電成分として用いることができ、高周波用途に適した多層回路基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による多層回路基板２を備える電子部品モジュール１を示す断面図である。
【図２】図１に示した電子部品モジュール１を分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
２  多層回路基板
３  第１のガラスセラミック層
４  第２のガラスセラミック層
５  積層体
６  内部導体膜
７  ビアホール導体
８  外部導体膜
【図１】
0003843912.tif 000009
【図２】
0003843912.tif 000010