低温焼成基板材料及びそれを用いた多層配線基板
【課題】線熱膨張係数を有しつつ、高い比誘電率を有する低温焼成基板材料を提供することである。また、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、非対称の積層構造としても焼成品の反りを小さくすることである。
【解決手段】低温焼成基板材料は、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−アルカリ土類金属酸化物系ガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、比誘電率が１０以上であることを特徴とする。多層配線基板とするときは、コーディエライトの含有量を調整し、層間の線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以内に制御する。
【解決手段】低温焼成基板材料は、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−アルカリ土類金属酸化物系ガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、比誘電率が１０以上であることを特徴とする。多層配線基板とするときは、コーディエライトの含有量を調整し、層間の線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以内に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス成分とセラミックス成分とからなるガラス−セラミックス基板、すなわち低温焼成基板材料と、これを用いた多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ用の絶縁性配線基板において、導体材料や抵抗材料と同時焼成を行なうために、１０００℃以下の低温で焼成が可能なガラス−セラミックス基板（低温焼成基板、ＬＴＣＣ基板）に関する技術の開示がある（例えば特許文献１及び特許文献２を参照。）。この基板は、まず、グリーンシートを成形した後、その表面に導体材料や抵抗材料で配線を印刷し、これを複数枚積層してプレスし、その積層体を焼成することで得られ、多層配線基板を構成する。この基板は、高周波重畳モジュール、アンテナスイッチモジュール、フィルタモジュール等のＬＴＣＣモジュールとして利用される。
【特許文献１】特開平１−１３２１９４号公報
【特許文献２】特開平５−２１１００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、生産効率を上げるために１つの基板から複数の製品が得られるように集合基板形態で焼成を行なうことが多い。このとき集合基板から得られる製品の精度を保つために、集合基板の平面性がますます要求されるようになっている。
【０００４】
同時に、ＬＴＣＣモジュールの高集積化、小型化を進めるためには、同じ比誘電率のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板のみならず、比誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板を形成することが望まれる。
【０００５】
しかし、比誘電率に違いを持たせるために異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板とすると、異なる組成のガラス−セラミックス混合層では線熱膨張係数も異なることから、焼成品に反りが発生するという問題が生ずる。
【０００６】
焼成品の反りの問題を解決するため、グリーンシートを積層するに際して、積層方向に対称構造となるようにすることで、線熱膨張係数の違いをキャンセルし、焼成品の反りを防止している。しかし、設計の自由度を向上させ、需要の要求に柔軟に対応できるようにするために、対称構造をとらなくても反りが小さいことが望まれる。
【０００７】
そこで本発明の第１の目的は、線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃と従来の低温焼成基板材料と同程度の線熱膨張係数を有しつつ、比誘電率が１０以上と高い誘電率を有する低温焼成基板材料を提供することである。多層配線基板に高容量のキャパシター層を含ませることで、モジュールの薄型・小型化をはかるものである。さらに本発明の第２の目的は、設計の自由度の向上のために異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、積層構造を対称構造としなくても焼成品の反りを小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、コーディエライトをフィラーとして含有させ、その含有量を増減させることで、低温焼成基板材料の線熱膨張係数を容易に制御することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る低温焼成基板材料は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることを特徴とする。チタニアを添加しつつ、同時にコーディエライトをフィラーとして含有させることで、高い比誘電率を維持しつつ、線熱膨張係数を５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃とすることができる。ここで本発明に係る低温焼成基板材料は、コーディエライトの含有量を増減させることで容易に線熱膨張係数を制御することができる。
【０００９】
本発明に係る多層配線基板は、ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層が、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上である低温焼成基板材料からなることを特徴とする。本発明に係る低温焼成基板材料は、高い比誘電率を有しつつ、線熱膨張係数を５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃と制御することができるので、例えば低比誘電率の低温焼成基板材料と組み合わせるに際して、線熱膨張係数を合致させ、反りを低減できる。
【００１０】
本発明に係る多層配線基板では、本発明に係る前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層と、該ガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層との５０〜３００℃における線熱膨張係数の差が０．２５×１０−６／℃以下であることが好ましい。線熱膨張係数の差を上記の範囲に制御することで、反りを低減できる。
【００１１】
また本発明に係る多層配線基板では、前記他のガラス−セラミックス混合層は、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が５〜８であることが好ましい。比誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板を形成し、ＬＴＣＣモジュールの高集積化、小型化を進めることができる。
【００１２】
また本発明に係る多層配線基板では、前記他のガラス−セラミックス混合層は、具体的には、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、アルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層であることが好ましい。
【００１３】
また本発明に係る多層配線基板では、ガラス−セラミックス混合層間の線熱膨張係数の差を小さくすることで反りの発生を抑制するが、その反りは５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下である場合が含まれる。さらに、その反りが１００ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下である場合も含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、コーディエライトを線熱膨張係数の制御用フィラーとして低温焼成基板材料に含有させることで、高膨張性磁器となることを阻止し、且つ、高い比誘電率を有する低温焼成基板材料とすることができる。また本発明は、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、積層構造を対称構造としなくても焼成品の反りを小さくすることができる。これにより、多層配線基板に高容量のキャパシター層を入れることで、モジュールの薄型・小型化をはかりつつ、設計の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に実施の形態を示して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。
【００１６】
本実施形態に係る低温焼成基板材料は、６０〜７８ｖｏｌ％のガラス成分と、４０〜２２ｖｏｌ％のセラミックス成分、すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）及びコーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）を含むセラミックス成分とからなる。
【００１７】
ここでガラスは、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、好ましくは４７〜５５重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、好ましくは１〜４重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％、好ましくは７〜１６．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％、好ましくは３０〜４０重量％の組成を有することが必要である。このＳｉＯ２が４６重量％未満ではガラス化が困難になるし、６０重量％を超えるとガラス軟化点が高くなりすぎて低温焼結ができなくなる。また、Ｂ２Ｏ３は５重量％よりも多くすると、焼結後における耐湿性の低下を招くし、また０．５重量％よりも少なすぎるとガラス化温度が若干高くなるとともに焼結温度が高くなりすぎるので好ましくない。さらにＡｌ２Ｏ３が６重量％未満では、ガラス成分の強度が低下するし、１７．５重量％を超えるとガラス化が困難になる。このガラス成分中のアルカリ土類金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯがあるが、その合計量の少なくとも６０重量％、好ましくは８０重量％以上がＳｒＯであることが必要である。この量が６０重量％未満では、ガラス軟化点が高くなり，低温焼成化が困難となる。そして、他のＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯの若干を複合添加することにより、溶解ガラスの粘性を低下させ、焼結温度幅を拡大することができ、製造が容易になるので、これらを混合使用することが好ましい。添加効果の点では、前記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯとＭｇＯとＢａＯは合計で１重量％以上にするのが好ましく、さらにＣａＯとＭｇＯはそれぞれ０．２重量％以上、特に０．５重量％以上にするのが好ましい。前記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯは、１０重量％未満、ＭｇＯは６重量％以下にするのが好ましい。これらの酸化物の量がそれよりも多くなると高強度の磁器が得られず、また、ガラスの結晶化度の制御が困難になる。
【００１８】
本実施形態に係る低温焼成基板材料において、ガラス成分は、６０〜７８ｖｏｌ％、好ましくは６０〜７３ｖｏｌ％とすることが必要であり、ガラス成分が６０ｖｏｌ％未満、すなわちセラミックス成分が４０ｖｏｌ％を超えると１０００℃以下でち密な焼結体が得られなくなる。一方、ガラス成分が７８ｖｏｌ％超、すなわちセラミックス成分が２２ｖｏｌ％未満となると抗折強度が低下する。
【００１９】
セラミックス成分の一つであるアルミナの含有量は、０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、好ましくは１〜８ｖｏｌ％とする。アルミナは比誘電率の調整として添加されるが、１６ｖｏｌ％を超えて添加されると、目的とする比誘電率が得られなくなる。
【００２０】
セラミックス成分の一つであるチタニアの含有量は、１０〜２６ｖｏｌ％、好ましくは１４〜２５ｖｏｌ％とする。チタニアは比誘電率を高めるために添加し、１０ｖｏｌ％未満では比誘電率が低い。一方、２６ｖｏｌ％を超えて添加されると、低温焼成基板材料の線熱膨張係数が大きくなりすぎる。
【００２１】
セラミックス成分の一つであるコーディエライトの含有量は、２〜１５ｖｏｌ％、好ましくは６〜１４ｖｏｌ％とする。コーディエライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が１．８×１０−６／℃と低く、比誘電率は４．８と低い。したがって、低温焼成基板材料中の含有量を変化させることで、比誘電率に大きな影響を与えることなく、線熱膨張係数を低くする方向への制御を行なうことができる。コーディエライトの含有量が２ｖｏｌ％未満とすると、低温焼成基板材料の線熱膨張係数が大きくなってしまい、一方、１５ｖｏｌ％を超えると低温焼成基板材料の線熱膨張係数が小さくなりすぎる。
【００２２】
本実施形態に係る低温焼成基板材料は、各成分を調整することで、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を１０以上とすることが良い。特に線熱膨張係数の制御はコーディエライトで行なう。低温焼成基板材料として、高線熱膨張性化を抑制し、且つ高比誘電率の材料を提供しうる。
【００２３】
本実施形態の低温焼成基板材料は、本発明の目的に反しない限り、他の成分を含有させても良い。
【００２４】
本実施形態に係る低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層のみを積層して多層配線基板としても良いが、図１に示すように本実施形態では、ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層が本実施形態に係る低温焼成基板材料からなることとし、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層して多層配線基板とすることができる。図１に、多層配線基板の断面概略図を示した。（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を非対称構造に積層した場合の具体例であり、（３）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を対称構造に積層した場合の具体例である。図１では２組成のガラス−セラミックス混合層を積層して多層配線基板を得た場合を示し、例えば斜線部分で示したガラス−セラミックス混合層が本実施形態に係る低温焼成基板材料からなり、斜線のない白部分で示したガラス−セラミックス混合層が他の低温焼成基板材料からなる。なお、３種類以上の異なる組成のガラス−セラミックス混合層からなる多層配線基板としても良い。
【００２５】
本実施形態に係る低温焼成基板材料は５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上という物性を有するが、別組成のガラス−セラミックス混合層と組み合わせて多層基板とする場合、ガラス−セラミックス混合層間の５０〜３００℃における線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以下とすることで、集合基板の反りを抑制することができる。反りは図２のｗで示される。積層された各ガラス−セラミックス混合層の線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以下とすることで、多層配線基板の反りＷは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下、或いは１００ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下とすることができる。このとき、基板の一辺の長さ（長辺と短辺があるときは長辺）をｔとして、ｗ／ｔで求められる反り率を、０．４％以下、好ましくは０．２％以下とできる。
【００２６】
線熱膨張係数の差が０．２５×１０−６／℃を超える場合には、反りを小さくするために、例えば図１（３）の（ａ）〜（ｅ）で示す積層構造のように、積層方向の中心で対称となるようにガラス−セラミックス混合層を配置せざるを得ない。しかし、本実施形態に係る多層配線基板では、線熱膨張係数の差をコーディエライトの含有量により０．２５×１０−６／℃以内に制御できるので、図１（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示す積層構造のように非対称構造に積層しても、反りを小さく保つことができる。
【００２７】
さらに、本実施形態に係る低温焼成基板材料以外からなる他のガラス−セラミックス混合層の室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を５〜８とすれば、比誘電率の差を少なくとも２以上とすることができるので、基板設計の自由度がより増すこととなる。
【００２８】
例えば、本実施形態に係る低温焼成基板材料以外からなる他のガラス−セラミックス混合層として特許文献１記載の低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層を選択することができる。特許文献１記載の低温焼成基板材料は、５０〜３００℃における線熱膨張係数は５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率は、５〜８である。よって本発明に係る低温焼成基板材料と組み合わせて多層基板とするためには好適である。特許文献１記載の低温焼成基板材料は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、フィラーとしてアルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている。ガラス成分を５８〜７６ｖｏｌ％とするのは、５８ｖｏｌ％未満では焼成せず、７６ｖｏｌ％を超えると抗折強度が低下するからである。
【００２９】
他のガラス−セラミックス混合層として特許文献１記載の低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層とした場合、５０〜３００℃における層間での線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以内とし、且つ、層間での比誘電率の差を２以上確保するためには、本実施形態に係る低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層において、セラミックス成分の一つであるアルミナの含有量を好ましくは１〜８ｖｏｌ％、より好ましくは４〜８ｖｏｌ％とする。また、セラミックス成分の一つであるチタニアの含有量を好ましくは１４〜２５ｖｏｌ％、より好ましくは１４〜１６ｖｏｌ％とする。さらにセラミックス成分の一つであるコーディエライトの含有量を、好ましくは６〜１４ｖｏｌ％、より好ましくは６〜７ｖｏｌ％とする。また、ガラス成分を好ましくは６０〜７３ｖｏｌ％、より好ましくは７２〜７３ｖｏｌ％とする。ここでガラスの組成は、好ましくは、ＳｉＯ２４７〜５５重量％、Ｂ２Ｏ３１〜３重量％、Ａｌ２Ｏ３７〜１６．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物３０〜４０重量％である。
【００３０】
本発明に係る低温焼成材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、少なくとも１層以上について、例えば特許文献１記載の配線基板に係る低温焼成基板材料により形成する。好ましくは全ての他のガラス−セラミックス混合層を特許文献１記載の配線基板に係る低温焼成基板材料により形成する。
【００３１】
本実施形態の多層配線基板を製造するには、例えば前記のセラミックス成分及びガラス成分の原料をそれぞれ平均粒径１０μｍ以下、好ましくは１〜４μｍの粉末として混合し、これに水若しくは溶剤及び必要に応じ適当なバインダーを加えてペーストを調製する。次にこのペーストをドクターブレード、押出機などを用いて厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度のシート状に成形し、セラミックスグリーンシートを得る。このセラミックスグリーンシートを複数枚積層し、４０〜１２０℃の加温状態でプレスし、積層体を得る。この積層体を８００〜１０００℃で同時に焼結する。これにより、多層基板が得られる。また、各成分の粉末状混合物そのまま乾式プレスしてシート状に成形し、これを複数枚積層した後プレスして積層体を得て、これを焼結しても良い。この際、導体、抵抗体、オーバーコート、サーミスターなどを施し、同時焼成することで、多層配線基板としても良い。
【実施例】
【００３２】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。表１で示す組成となるように、ガラス、アルミナ、チタニア及びコーディエライトの各粉末をボールミルで１６時間混合し、得られた混合粉末（平均粒径１．５μｍ）をトルエン，エタノール等の溶剤及びバインダーを加えてペースト化して塗料を得る。ここでガラスの組成は、酸化物換算で、５０重量％ＳｉＯ２＋２重量％Ｂ２Ｏ３＋１１重量％Ａｌ２Ｏ３＋１重量％ＭｇＯ＋３重量％ＣａＯ＋３３重量％ＳｒＯとした。この塗料を用いてドクターブレード法でセラミックスグリーンシートを成形した。セラミックスグリーンシートの厚さは、焼成後８０μｍとなるように調整した。このセラミックスグリーンシートを６層積層した後、プレスし、８５０〜９５０℃で２時間焼成を行なった。これにより、厚さ４８０μｍの単独組成の多層基板を得た。得られた多層基板の室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、Ｑ（１／ｔａｎδ）、５０〜３００℃における線熱膨張係数α及び抗折強度を表１に示す。比誘電率及びｔａｎδは、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製装置名ネットワークアナライザ型番ＨＰ８５１０Ｃを用いて、摂動法により測定した。線熱膨張係数は、ＭＡＣ社製装置名ＤＩＬＡＴＯＭＥＴＥＲ型番５０００を用いて測定した。抗折強度は、ＩＮＳＴＲＯＮ社製装置名万能材料試験機型番５５４３を用いて三点曲げ法により求めた。
【表１】
【００３３】
（コーディエライト添加による線熱膨張係数の制御−その１）
まず、比較例１と比較例２及び実施例１〜実施例３によって示されるように、アルミナをコーディエライトで置換した場合、すなわち、組成式０．７２ガラス+０．１４ＴｉＯ２+（０．１４−ｘ）Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘを変化させた場合は、線熱膨張係数は図３に示すように変化し、比誘電率は図４に示すように変化する。コーディエライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が１．８×１０−６／℃、比誘電率が４．８であり、一方、アルミナは５０〜３００℃の線熱膨張係数が７．２×１０−６／℃、比誘電率が９．８である。したがって、アルミナをコーディエライトで置換する置換量を増やすと、図３に示すように線熱膨張係数は添加量にしたがって低下し、図４に示すように比誘電率は添加量にしたがって低下する。ただし、アルミナとコーディエライトの比誘電率の差は５．０であり、比誘電率の変化は線熱膨張係数の変化と比べると緩やかである。したがって、アルミナをコーディエライトで置換することにより、低温焼成基板材料の比誘電率を大きく変えることなく、線熱膨張係数を低下させるように制御ができることが明らかとなった。
【００３４】
（コーディエライト添加による線熱膨張係数の制御−その２）
次に、比較例４と比較例５及び実施例１１〜実施例１３によって示されるように、チタニアをコーディエライトで置換した場合、すなわち、組成式０．６０ガラス+（０．３９−ｘ）ＴｉＯ２+０．０１Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘを変化させた場合は、線熱膨張係数は図５に示すように変化し、比誘電率は図６に示すように変化する。コーディエライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が１．８×１０−６／℃、比誘電率が４．８であり、一方、チタニアは５０〜３００℃の線熱膨張係数が１１．５×１０−６／℃、比誘電率が１０４である。したがって、チタニアをコーディエライトで置換する置換量を増やすと、図５に示すように線熱膨張係数は添加量にしたがって低下し、図６に示すように比誘電率は添加量にしたがって低下する。ただし、チタニアとコーディエライトの比誘電率の差は９９．２であり、図４で示される変化と比較すると比誘電率の変化は大きい。また、図５に示される線熱膨張係数の変化は、図３の場合と同程度の変化量がある。したがって、チタニアをコーディエライトで置換することにより、低温焼成基板材料の比誘電率と線熱膨張係数を同時に低下させるように制御ができることが明らかとなった。
【００３５】
以上により、コーディエライト添加による線熱膨張係数の制御ができることが明らかとなったが、低温焼成基板として焼成されていなければならず、また焼成されたとしても所定以上の抗折強度が必要である。さらに５０〜３００℃における線熱膨張係数を５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃とし、且つ、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を１０以上とすることが要求される。比較例１は、コーディエライトが２ｖｏｌ％しか含有されておらず、線熱膨張係数が６．５４×１０−６／℃と高すぎる。比較例２は、熱膨張係数が５．８２×１０−６／℃と低すぎる。比較例３は、ガラス成分が５７ｖｏｌ％しか含有されていないため、焼成しなかった。比較例４は、チタニアが２７ｖｏｌ％と多いため、熱膨張係数が６．４１×１０−６／℃と高い。比較例５は、コーディエライトが１６ｖｏｌ％と多いため、熱膨張係数が５．８０×１０−６／℃と低すぎる。比較例６〜比較例８は、アルミナの添加量が多く、比誘電率が１０未満である。比較例９は、ガラス成分が８０ｖｏｌ％含有されているため、抗折強度が低い。比較例１０は、チタニアが９ｖｏｌ％と少ないため、比誘電率が１０未満である。
【００３６】
（異組成多層基板の反りの予備検討）
組成の異なる２種類のセラミックスグリーンシートをそれぞれ１０ｍｍ角で成形し、６層の積層構造となるように積層体を形成した後、同時焼成を行ない、６層からなる厚さ４８０μｍの異組成の層からなる多層基板を作製した。ここで一方のガラス−セラミックス混合層の組成は７０ｖｏｌ％ガラス−３０ｖｏｌ％アルミナ（Ｓ組成と表記する）とし、他方のガラス−セラミックス混合層の組成は、７０ｖｏｌ％ガラス−１５ｖｏｌ％アルミナ−１５ｖｏｌ％チタニア（Ｔ組成と表記する）とした。ここでいずれのガラスの組成も、酸化物換算で、５０重量％ＳｉＯ２＋２重量％Ｂ２Ｏ３＋１１重量％Ａｌ２Ｏ３＋１重量％ＭｇＯ＋３重量％ＣａＯ＋３３重量％ＳｒＯとした。多層基板の積層構造は、図７の（ａ）〜（ｇ）に示す積層構造とした。そのときの反りの大きさ（平均値）を図７に合わせて示した。図７を参照すると、最も非対称構造となっている（ｄ）で示した積層構造において反りが最も大きく、同一組成のみからなる多層基板である（ａ）と（ｇ）で示した積層構造において反りが最も小さいことがわかる。
【００３７】
図７で示した結果から、図１の（ａ）〜（ｅ）の積層構造を有する多層基板のうち、（ｃ）の積層構造が最も非対称構造で、反りが大きくなることを確認したため、以降、図１の（ｃ）の積層構造を評価対象とした。図１の（ｃ）の積層構造として、反りを小さくできれば、その他の積層構造では反りがより小さくなるからである。
【００３８】
（異組成多層基板の反りの検討）
組成の異なる２種類のセラミックスグリーンシートをそれぞれ成形し、図１（ｃ）の６層の積層構造となるように積層体を形成した後、同時焼成を行なうことで、６層からなる厚さ４８０μｍの異組成のガラス−セラミックス混合層からなる多層基板を作製した。多層基板の大きさは、１０ｍｍ角、５０ｍｍ角及び１００ｍｍ角の３水準を作製した。ここで一方のガラス−セラミックス混合層の組成は表１に示した各組成とした。他方のガラス−セラミックス混合層の組成は、ガラス７０ｖｏｌ％とアルミナ３０ｖｏｌ％を含有するガラス−セラミックス混合層とした。ここでいずれのガラス−セラミックス混合層においても、ガラスの組成は、酸化物換算で、５０重量％ＳｉＯ２＋２重量％Ｂ２Ｏ３＋１１重量％Ａｌ２Ｏ３＋１重量％ＭｇＯ＋３重量％ＣａＯ＋３３重量％ＳｒＯとした。他方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数αは、６．１５×１０−６／℃、比誘電率は７．３であった。
【００３９】
ガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数αと、多層基板１０ｍｍ角、５０ｍｍ角及び１００ｍｍ角のそれぞれの基板の反り量及び多層基板の反り評価を表２にまとめた。多層基板の反り評価は５０ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下のサンプルを○とし、２００μｍ超の場合を×とした。さらにガラス−セラミックス混合層の層間の比誘電率差が所定値以上であるか否かを多層基板の評価に加えた。そして、５０ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下、且つ、一方のガラス−セラミックス混合層の比誘電率が１０以上、且つ、表１の抗折強度が１９０ＭＰａ以上、を満たす場合に、多層基板としての総合評価○を与え、満たさない場合を×とし、結果を表２に示した。
【表２】
【００４０】
表２の結果から他方のガラス−セラミックス混合層と一方のガラス−セラミックス混合層との線熱膨張係数の差が小さいほど基板の反りが小さいことがわかる。他方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数が、６．１５×１０−６／℃であることに対して、一方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数が、５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃にあるときは、基板の反りが小さい。すなわち、線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以内とすれば、５０ｍｍ角の基板の反りを２００μｍ以下と小さくすることができる。より好ましくは、線熱膨張係数の差を０．１×１０−６／℃以内とすることで、５０ｍｍ角の基板の反りが１００μｍ以下となる場合が多い。さらに好ましくは、線熱膨張係数の差を０．０５×１０−６／℃以内とすることで、１００ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下となる。比較例１、２、４、５は、線熱膨張係数の差が大きく、反りが大きい。比較例３は焼成体が得られない。比較例６から比較例８並びに比較例１０は基板の反りは小さいが、ガラス−セラミックス混合層間の比誘電率の差が小さく、２種以上のガラス−セラミックス混合層を形成する意義が少ない。比較例９は、ガラス−セラミックス混合層間の比誘電率の差が小さいと共に、一方のガラス−セラミックス混合層の抗折強度が小さいため、多層基板自体の抗折強度も小さいと考えられる。実施例で示されるように、誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を設け、且つ、反りの小さい多層基板を作成できた。これにより、精度を保ちながら多層配線基板に高容量のキャパシター層を入れてモジュールの薄型・小型化をはかりつつ、設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】多層配線基板の断面概略図を示し、（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を非対称構造に積層した場合の具体例であり、（３）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を対称構造に積層した場合の具体例である。
【図２】基板の反り量を求めるときの測定箇所を示す概略図である。
【図３】組成式０．７２ガラス+０．１４ＴｉＯ２+（０．１４−ｘ）Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる線熱膨張係数の変化を示す図である。
【図４】組成式０．７２ガラス+０．１４ＴｉＯ２+（０．１４−ｘ）Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる比誘電率の変化を示す図である。
【図５】組成式０．６０ガラス+（０．３９−ｘ）ＴｉＯ２+０．０１Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる線熱膨張係数の変化を示す図である。
【図６】組成式０．６０ガラス+（０．３９−ｘ）ＴｉＯ２+０．０１Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる比誘電率の変化を示す図である。
【図７】多層基板の積層構造と、基板の反りとの一関係を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス成分とセラミックス成分とからなるガラス−セラミックス基板、すなわち低温焼成基板材料と、これを用いた多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ用の絶縁性配線基板において、導体材料や抵抗材料と同時焼成を行なうために、１０００℃以下の低温で焼成が可能なガラス−セラミックス基板（低温焼成基板、ＬＴＣＣ基板）に関する技術の開示がある（例えば特許文献１及び特許文献２を参照。）。この基板は、まず、グリーンシートを成形した後、その表面に導体材料や抵抗材料で配線を印刷し、これを複数枚積層してプレスし、その積層体を焼成することで得られ、多層配線基板を構成する。この基板は、高周波重畳モジュール、アンテナスイッチモジュール、フィルタモジュール等のＬＴＣＣモジュールとして利用される。
【特許文献１】特開平１−１３２１９４号公報
【特許文献２】特開平５−２１１００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、生産効率を上げるために１つの基板から複数の製品が得られるように集合基板形態で焼成を行なうことが多い。このとき集合基板から得られる製品の精度を保つために、集合基板の平面性がますます要求されるようになっている。
【０００４】
同時に、ＬＴＣＣモジュールの高集積化、小型化を進めるためには、同じ比誘電率のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板のみならず、比誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板を形成することが望まれる。
【０００５】
しかし、比誘電率に違いを持たせるために異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板とすると、異なる組成のガラス−セラミックス混合層では線熱膨張係数も異なることから、焼成品に反りが発生するという問題が生ずる。
【０００６】
焼成品の反りの問題を解決するため、グリーンシートを積層するに際して、積層方向に対称構造となるようにすることで、線熱膨張係数の違いをキャンセルし、焼成品の反りを防止している。しかし、設計の自由度を向上させ、需要の要求に柔軟に対応できるようにするために、対称構造をとらなくても反りが小さいことが望まれる。
【０００７】
そこで本発明の第１の目的は、線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃と従来の低温焼成基板材料と同程度の線熱膨張係数を有しつつ、比誘電率が１０以上と高い誘電率を有する低温焼成基板材料を提供することである。多層配線基板に高容量のキャパシター層を含ませることで、モジュールの薄型・小型化をはかるものである。さらに本発明の第２の目的は、設計の自由度の向上のために異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、積層構造を対称構造としなくても焼成品の反りを小さくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、コーディエライトをフィラーとして含有させ、その含有量を増減させることで、低温焼成基板材料の線熱膨張係数を容易に制御することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る低温焼成基板材料は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることを特徴とする。チタニアを添加しつつ、同時にコーディエライトをフィラーとして含有させることで、高い比誘電率を維持しつつ、線熱膨張係数を５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃とすることができる。ここで本発明に係る低温焼成基板材料は、コーディエライトの含有量を増減させることで容易に線熱膨張係数を制御することができる。
【０００９】
本発明に係る多層配線基板は、ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層が、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上である低温焼成基板材料からなることを特徴とする。本発明に係る低温焼成基板材料は、高い比誘電率を有しつつ、線熱膨張係数を５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃と制御することができるので、例えば低比誘電率の低温焼成基板材料と組み合わせるに際して、線熱膨張係数を合致させ、反りを低減できる。
【００１０】
本発明に係る多層配線基板では、本発明に係る前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層と、該ガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層との５０〜３００℃における線熱膨張係数の差が０．２５×１０−６／℃以下であることが好ましい。線熱膨張係数の差を上記の範囲に制御することで、反りを低減できる。
【００１１】
また本発明に係る多層配線基板では、前記他のガラス−セラミックス混合層は、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が５〜８であることが好ましい。比誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を積層させて多層配線基板を形成し、ＬＴＣＣモジュールの高集積化、小型化を進めることができる。
【００１２】
また本発明に係る多層配線基板では、前記他のガラス−セラミックス混合層は、具体的には、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、アルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層であることが好ましい。
【００１３】
また本発明に係る多層配線基板では、ガラス−セラミックス混合層間の線熱膨張係数の差を小さくすることで反りの発生を抑制するが、その反りは５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下である場合が含まれる。さらに、その反りが１００ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下である場合も含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、コーディエライトを線熱膨張係数の制御用フィラーとして低温焼成基板材料に含有させることで、高膨張性磁器となることを阻止し、且つ、高い比誘電率を有する低温焼成基板材料とすることができる。また本発明は、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層させた多層配線基板において、積層構造を対称構造としなくても焼成品の反りを小さくすることができる。これにより、多層配線基板に高容量のキャパシター層を入れることで、モジュールの薄型・小型化をはかりつつ、設計の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に実施の形態を示して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。
【００１６】
本実施形態に係る低温焼成基板材料は、６０〜７８ｖｏｌ％のガラス成分と、４０〜２２ｖｏｌ％のセラミックス成分、すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）及びコーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）を含むセラミックス成分とからなる。
【００１７】
ここでガラスは、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、好ましくは４７〜５５重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、好ましくは１〜４重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％、好ましくは７〜１６．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％、好ましくは３０〜４０重量％の組成を有することが必要である。このＳｉＯ２が４６重量％未満ではガラス化が困難になるし、６０重量％を超えるとガラス軟化点が高くなりすぎて低温焼結ができなくなる。また、Ｂ２Ｏ３は５重量％よりも多くすると、焼結後における耐湿性の低下を招くし、また０．５重量％よりも少なすぎるとガラス化温度が若干高くなるとともに焼結温度が高くなりすぎるので好ましくない。さらにＡｌ２Ｏ３が６重量％未満では、ガラス成分の強度が低下するし、１７．５重量％を超えるとガラス化が困難になる。このガラス成分中のアルカリ土類金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯがあるが、その合計量の少なくとも６０重量％、好ましくは８０重量％以上がＳｒＯであることが必要である。この量が６０重量％未満では、ガラス軟化点が高くなり，低温焼成化が困難となる。そして、他のＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯの若干を複合添加することにより、溶解ガラスの粘性を低下させ、焼結温度幅を拡大することができ、製造が容易になるので、これらを混合使用することが好ましい。添加効果の点では、前記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯとＭｇＯとＢａＯは合計で１重量％以上にするのが好ましく、さらにＣａＯとＭｇＯはそれぞれ０．２重量％以上、特に０．５重量％以上にするのが好ましい。前記アルカリ土類金属酸化物中のＣａＯは、１０重量％未満、ＭｇＯは６重量％以下にするのが好ましい。これらの酸化物の量がそれよりも多くなると高強度の磁器が得られず、また、ガラスの結晶化度の制御が困難になる。
【００１８】
本実施形態に係る低温焼成基板材料において、ガラス成分は、６０〜７８ｖｏｌ％、好ましくは６０〜７３ｖｏｌ％とすることが必要であり、ガラス成分が６０ｖｏｌ％未満、すなわちセラミックス成分が４０ｖｏｌ％を超えると１０００℃以下でち密な焼結体が得られなくなる。一方、ガラス成分が７８ｖｏｌ％超、すなわちセラミックス成分が２２ｖｏｌ％未満となると抗折強度が低下する。
【００１９】
セラミックス成分の一つであるアルミナの含有量は、０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、好ましくは１〜８ｖｏｌ％とする。アルミナは比誘電率の調整として添加されるが、１６ｖｏｌ％を超えて添加されると、目的とする比誘電率が得られなくなる。
【００２０】
セラミックス成分の一つであるチタニアの含有量は、１０〜２６ｖｏｌ％、好ましくは１４〜２５ｖｏｌ％とする。チタニアは比誘電率を高めるために添加し、１０ｖｏｌ％未満では比誘電率が低い。一方、２６ｖｏｌ％を超えて添加されると、低温焼成基板材料の線熱膨張係数が大きくなりすぎる。
【００２１】
セラミックス成分の一つであるコーディエライトの含有量は、２〜１５ｖｏｌ％、好ましくは６〜１４ｖｏｌ％とする。コーディエライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が１．８×１０−６／℃と低く、比誘電率は４．８と低い。したがって、低温焼成基板材料中の含有量を変化させることで、比誘電率に大きな影響を与えることなく、線熱膨張係数を低くする方向への制御を行なうことができる。コーディエライトの含有量が２ｖｏｌ％未満とすると、低温焼成基板材料の線熱膨張係数が大きくなってしまい、一方、１５ｖｏｌ％を超えると低温焼成基板材料の線熱膨張係数が小さくなりすぎる。
【００２２】
本実施形態に係る低温焼成基板材料は、各成分を調整することで、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を１０以上とすることが良い。特に線熱膨張係数の制御はコーディエライトで行なう。低温焼成基板材料として、高線熱膨張性化を抑制し、且つ高比誘電率の材料を提供しうる。
【００２３】
本実施形態の低温焼成基板材料は、本発明の目的に反しない限り、他の成分を含有させても良い。
【００２４】
本実施形態に係る低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層のみを積層して多層配線基板としても良いが、図１に示すように本実施形態では、ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層が本実施形態に係る低温焼成基板材料からなることとし、異組成のガラス−セラミックス混合層を積層して多層配線基板とすることができる。図１に、多層配線基板の断面概略図を示した。（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を非対称構造に積層した場合の具体例であり、（３）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を対称構造に積層した場合の具体例である。図１では２組成のガラス−セラミックス混合層を積層して多層配線基板を得た場合を示し、例えば斜線部分で示したガラス−セラミックス混合層が本実施形態に係る低温焼成基板材料からなり、斜線のない白部分で示したガラス−セラミックス混合層が他の低温焼成基板材料からなる。なお、３種類以上の異なる組成のガラス−セラミックス混合層からなる多層配線基板としても良い。
【００２５】
本実施形態に係る低温焼成基板材料は５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上という物性を有するが、別組成のガラス−セラミックス混合層と組み合わせて多層基板とする場合、ガラス−セラミックス混合層間の５０〜３００℃における線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以下とすることで、集合基板の反りを抑制することができる。反りは図２のｗで示される。積層された各ガラス−セラミックス混合層の線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以下とすることで、多層配線基板の反りＷは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下、或いは１００ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下とすることができる。このとき、基板の一辺の長さ（長辺と短辺があるときは長辺）をｔとして、ｗ／ｔで求められる反り率を、０．４％以下、好ましくは０．２％以下とできる。
【００２６】
線熱膨張係数の差が０．２５×１０−６／℃を超える場合には、反りを小さくするために、例えば図１（３）の（ａ）〜（ｅ）で示す積層構造のように、積層方向の中心で対称となるようにガラス−セラミックス混合層を配置せざるを得ない。しかし、本実施形態に係る多層配線基板では、線熱膨張係数の差をコーディエライトの含有量により０．２５×１０−６／℃以内に制御できるので、図１（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示す積層構造のように非対称構造に積層しても、反りを小さく保つことができる。
【００２７】
さらに、本実施形態に係る低温焼成基板材料以外からなる他のガラス−セラミックス混合層の室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を５〜８とすれば、比誘電率の差を少なくとも２以上とすることができるので、基板設計の自由度がより増すこととなる。
【００２８】
例えば、本実施形態に係る低温焼成基板材料以外からなる他のガラス−セラミックス混合層として特許文献１記載の低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層を選択することができる。特許文献１記載の低温焼成基板材料は、５０〜３００℃における線熱膨張係数は５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率は、５〜８である。よって本発明に係る低温焼成基板材料と組み合わせて多層基板とするためには好適である。特許文献１記載の低温焼成基板材料は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、フィラーとしてアルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている。ガラス成分を５８〜７６ｖｏｌ％とするのは、５８ｖｏｌ％未満では焼成せず、７６ｖｏｌ％を超えると抗折強度が低下するからである。
【００２９】
他のガラス−セラミックス混合層として特許文献１記載の低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層とした場合、５０〜３００℃における層間での線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以内とし、且つ、層間での比誘電率の差を２以上確保するためには、本実施形態に係る低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層において、セラミックス成分の一つであるアルミナの含有量を好ましくは１〜８ｖｏｌ％、より好ましくは４〜８ｖｏｌ％とする。また、セラミックス成分の一つであるチタニアの含有量を好ましくは１４〜２５ｖｏｌ％、より好ましくは１４〜１６ｖｏｌ％とする。さらにセラミックス成分の一つであるコーディエライトの含有量を、好ましくは６〜１４ｖｏｌ％、より好ましくは６〜７ｖｏｌ％とする。また、ガラス成分を好ましくは６０〜７３ｖｏｌ％、より好ましくは７２〜７３ｖｏｌ％とする。ここでガラスの組成は、好ましくは、ＳｉＯ２４７〜５５重量％、Ｂ２Ｏ３１〜３重量％、Ａｌ２Ｏ３７〜１６．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物３０〜４０重量％である。
【００３０】
本発明に係る低温焼成材料からなるガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層は、少なくとも１層以上について、例えば特許文献１記載の配線基板に係る低温焼成基板材料により形成する。好ましくは全ての他のガラス−セラミックス混合層を特許文献１記載の配線基板に係る低温焼成基板材料により形成する。
【００３１】
本実施形態の多層配線基板を製造するには、例えば前記のセラミックス成分及びガラス成分の原料をそれぞれ平均粒径１０μｍ以下、好ましくは１〜４μｍの粉末として混合し、これに水若しくは溶剤及び必要に応じ適当なバインダーを加えてペーストを調製する。次にこのペーストをドクターブレード、押出機などを用いて厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度のシート状に成形し、セラミックスグリーンシートを得る。このセラミックスグリーンシートを複数枚積層し、４０〜１２０℃の加温状態でプレスし、積層体を得る。この積層体を８００〜１０００℃で同時に焼結する。これにより、多層基板が得られる。また、各成分の粉末状混合物そのまま乾式プレスしてシート状に成形し、これを複数枚積層した後プレスして積層体を得て、これを焼結しても良い。この際、導体、抵抗体、オーバーコート、サーミスターなどを施し、同時焼成することで、多層配線基板としても良い。
【実施例】
【００３２】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。表１で示す組成となるように、ガラス、アルミナ、チタニア及びコーディエライトの各粉末をボールミルで１６時間混合し、得られた混合粉末（平均粒径１．５μｍ）をトルエン，エタノール等の溶剤及びバインダーを加えてペースト化して塗料を得る。ここでガラスの組成は、酸化物換算で、５０重量％ＳｉＯ２＋２重量％Ｂ２Ｏ３＋１１重量％Ａｌ２Ｏ３＋１重量％ＭｇＯ＋３重量％ＣａＯ＋３３重量％ＳｒＯとした。この塗料を用いてドクターブレード法でセラミックスグリーンシートを成形した。セラミックスグリーンシートの厚さは、焼成後８０μｍとなるように調整した。このセラミックスグリーンシートを６層積層した後、プレスし、８５０〜９５０℃で２時間焼成を行なった。これにより、厚さ４８０μｍの単独組成の多層基板を得た。得られた多層基板の室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、Ｑ（１／ｔａｎδ）、５０〜３００℃における線熱膨張係数α及び抗折強度を表１に示す。比誘電率及びｔａｎδは、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製装置名ネットワークアナライザ型番ＨＰ８５１０Ｃを用いて、摂動法により測定した。線熱膨張係数は、ＭＡＣ社製装置名ＤＩＬＡＴＯＭＥＴＥＲ型番５０００を用いて測定した。抗折強度は、ＩＮＳＴＲＯＮ社製装置名万能材料試験機型番５５４３を用いて三点曲げ法により求めた。
【表１】
【００３３】
（コーディエライト添加による線熱膨張係数の制御−その１）
まず、比較例１と比較例２及び実施例１〜実施例３によって示されるように、アルミナをコーディエライトで置換した場合、すなわち、組成式０．７２ガラス+０．１４ＴｉＯ２+（０．１４−ｘ）Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘを変化させた場合は、線熱膨張係数は図３に示すように変化し、比誘電率は図４に示すように変化する。コーディエライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が１．８×１０−６／℃、比誘電率が４．８であり、一方、アルミナは５０〜３００℃の線熱膨張係数が７．２×１０−６／℃、比誘電率が９．８である。したがって、アルミナをコーディエライトで置換する置換量を増やすと、図３に示すように線熱膨張係数は添加量にしたがって低下し、図４に示すように比誘電率は添加量にしたがって低下する。ただし、アルミナとコーディエライトの比誘電率の差は５．０であり、比誘電率の変化は線熱膨張係数の変化と比べると緩やかである。したがって、アルミナをコーディエライトで置換することにより、低温焼成基板材料の比誘電率を大きく変えることなく、線熱膨張係数を低下させるように制御ができることが明らかとなった。
【００３４】
（コーディエライト添加による線熱膨張係数の制御−その２）
次に、比較例４と比較例５及び実施例１１〜実施例１３によって示されるように、チタニアをコーディエライトで置換した場合、すなわち、組成式０．６０ガラス+（０．３９−ｘ）ＴｉＯ２+０．０１Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘを変化させた場合は、線熱膨張係数は図５に示すように変化し、比誘電率は図６に示すように変化する。コーディエライトは、５０〜３００℃の線熱膨張係数が１．８×１０−６／℃、比誘電率が４．８であり、一方、チタニアは５０〜３００℃の線熱膨張係数が１１．５×１０−６／℃、比誘電率が１０４である。したがって、チタニアをコーディエライトで置換する置換量を増やすと、図５に示すように線熱膨張係数は添加量にしたがって低下し、図６に示すように比誘電率は添加量にしたがって低下する。ただし、チタニアとコーディエライトの比誘電率の差は９９．２であり、図４で示される変化と比較すると比誘電率の変化は大きい。また、図５に示される線熱膨張係数の変化は、図３の場合と同程度の変化量がある。したがって、チタニアをコーディエライトで置換することにより、低温焼成基板材料の比誘電率と線熱膨張係数を同時に低下させるように制御ができることが明らかとなった。
【００３５】
以上により、コーディエライト添加による線熱膨張係数の制御ができることが明らかとなったが、低温焼成基板として焼成されていなければならず、また焼成されたとしても所定以上の抗折強度が必要である。さらに５０〜３００℃における線熱膨張係数を５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃とし、且つ、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率を１０以上とすることが要求される。比較例１は、コーディエライトが２ｖｏｌ％しか含有されておらず、線熱膨張係数が６．５４×１０−６／℃と高すぎる。比較例２は、熱膨張係数が５．８２×１０−６／℃と低すぎる。比較例３は、ガラス成分が５７ｖｏｌ％しか含有されていないため、焼成しなかった。比較例４は、チタニアが２７ｖｏｌ％と多いため、熱膨張係数が６．４１×１０−６／℃と高い。比較例５は、コーディエライトが１６ｖｏｌ％と多いため、熱膨張係数が５．８０×１０−６／℃と低すぎる。比較例６〜比較例８は、アルミナの添加量が多く、比誘電率が１０未満である。比較例９は、ガラス成分が８０ｖｏｌ％含有されているため、抗折強度が低い。比較例１０は、チタニアが９ｖｏｌ％と少ないため、比誘電率が１０未満である。
【００３６】
（異組成多層基板の反りの予備検討）
組成の異なる２種類のセラミックスグリーンシートをそれぞれ１０ｍｍ角で成形し、６層の積層構造となるように積層体を形成した後、同時焼成を行ない、６層からなる厚さ４８０μｍの異組成の層からなる多層基板を作製した。ここで一方のガラス−セラミックス混合層の組成は７０ｖｏｌ％ガラス−３０ｖｏｌ％アルミナ（Ｓ組成と表記する）とし、他方のガラス−セラミックス混合層の組成は、７０ｖｏｌ％ガラス−１５ｖｏｌ％アルミナ−１５ｖｏｌ％チタニア（Ｔ組成と表記する）とした。ここでいずれのガラスの組成も、酸化物換算で、５０重量％ＳｉＯ２＋２重量％Ｂ２Ｏ３＋１１重量％Ａｌ２Ｏ３＋１重量％ＭｇＯ＋３重量％ＣａＯ＋３３重量％ＳｒＯとした。多層基板の積層構造は、図７の（ａ）〜（ｇ）に示す積層構造とした。そのときの反りの大きさ（平均値）を図７に合わせて示した。図７を参照すると、最も非対称構造となっている（ｄ）で示した積層構造において反りが最も大きく、同一組成のみからなる多層基板である（ａ）と（ｇ）で示した積層構造において反りが最も小さいことがわかる。
【００３７】
図７で示した結果から、図１の（ａ）〜（ｅ）の積層構造を有する多層基板のうち、（ｃ）の積層構造が最も非対称構造で、反りが大きくなることを確認したため、以降、図１の（ｃ）の積層構造を評価対象とした。図１の（ｃ）の積層構造として、反りを小さくできれば、その他の積層構造では反りがより小さくなるからである。
【００３８】
（異組成多層基板の反りの検討）
組成の異なる２種類のセラミックスグリーンシートをそれぞれ成形し、図１（ｃ）の６層の積層構造となるように積層体を形成した後、同時焼成を行なうことで、６層からなる厚さ４８０μｍの異組成のガラス−セラミックス混合層からなる多層基板を作製した。多層基板の大きさは、１０ｍｍ角、５０ｍｍ角及び１００ｍｍ角の３水準を作製した。ここで一方のガラス−セラミックス混合層の組成は表１に示した各組成とした。他方のガラス−セラミックス混合層の組成は、ガラス７０ｖｏｌ％とアルミナ３０ｖｏｌ％を含有するガラス−セラミックス混合層とした。ここでいずれのガラス−セラミックス混合層においても、ガラスの組成は、酸化物換算で、５０重量％ＳｉＯ２＋２重量％Ｂ２Ｏ３＋１１重量％Ａｌ２Ｏ３＋１重量％ＭｇＯ＋３重量％ＣａＯ＋３３重量％ＳｒＯとした。他方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数αは、６．１５×１０−６／℃、比誘電率は７．３であった。
【００３９】
ガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数αと、多層基板１０ｍｍ角、５０ｍｍ角及び１００ｍｍ角のそれぞれの基板の反り量及び多層基板の反り評価を表２にまとめた。多層基板の反り評価は５０ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下のサンプルを○とし、２００μｍ超の場合を×とした。さらにガラス−セラミックス混合層の層間の比誘電率差が所定値以上であるか否かを多層基板の評価に加えた。そして、５０ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下、且つ、一方のガラス−セラミックス混合層の比誘電率が１０以上、且つ、表１の抗折強度が１９０ＭＰａ以上、を満たす場合に、多層基板としての総合評価○を与え、満たさない場合を×とし、結果を表２に示した。
【表２】
【００４０】
表２の結果から他方のガラス−セラミックス混合層と一方のガラス−セラミックス混合層との線熱膨張係数の差が小さいほど基板の反りが小さいことがわかる。他方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数が、６．１５×１０−６／℃であることに対して、一方のガラス−セラミックス混合層の５０〜３００℃における線熱膨張係数が、５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃にあるときは、基板の反りが小さい。すなわち、線熱膨張係数の差を０．２５×１０−６／℃以内とすれば、５０ｍｍ角の基板の反りを２００μｍ以下と小さくすることができる。より好ましくは、線熱膨張係数の差を０．１×１０−６／℃以内とすることで、５０ｍｍ角の基板の反りが１００μｍ以下となる場合が多い。さらに好ましくは、線熱膨張係数の差を０．０５×１０−６／℃以内とすることで、１００ｍｍ角の基板の反りが２００μｍ以下となる。比較例１、２、４、５は、線熱膨張係数の差が大きく、反りが大きい。比較例３は焼成体が得られない。比較例６から比較例８並びに比較例１０は基板の反りは小さいが、ガラス−セラミックス混合層間の比誘電率の差が小さく、２種以上のガラス−セラミックス混合層を形成する意義が少ない。比較例９は、ガラス−セラミックス混合層間の比誘電率の差が小さいと共に、一方のガラス−セラミックス混合層の抗折強度が小さいため、多層基板自体の抗折強度も小さいと考えられる。実施例で示されるように、誘電率の異なるガラス−セラミックス混合層を設け、且つ、反りの小さい多層基板を作成できた。これにより、精度を保ちながら多層配線基板に高容量のキャパシター層を入れてモジュールの薄型・小型化をはかりつつ、設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】多層配線基板の断面概略図を示し、（１）の（ａ）〜（ｅ）及び（２）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を非対称構造に積層した場合の具体例であり、（３）の（ａ）〜（ｅ）で示した積層構造は、異組成のガラス−セラミックス混合層を対称構造に積層した場合の具体例である。
【図２】基板の反り量を求めるときの測定箇所を示す概略図である。
【図３】組成式０．７２ガラス+０．１４ＴｉＯ２+（０．１４−ｘ）Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる線熱膨張係数の変化を示す図である。
【図４】組成式０．７２ガラス+０．１４ＴｉＯ２+（０．１４−ｘ）Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる比誘電率の変化を示す図である。
【図５】組成式０．６０ガラス+（０．３９−ｘ）ＴｉＯ２+０．０１Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる線熱膨張係数の変化を示す図である。
【図６】組成式０．６０ガラス+（０．３９−ｘ）ＴｉＯ２+０．０１Ａｌ２Ｏ３+ｘＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８において、ｘによる比誘電率の変化を示す図である。
【図７】多層基板の積層構造と、基板の反りとの一関係を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることを特徴とする低温焼成基板材料。
【請求項２】
ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上である低温焼成基板材料からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項３】
前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層と、該ガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層との５０〜３００℃における線熱膨張係数の差が０．２５×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項２記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記他のガラス−セラミックス混合層は、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が５〜８であることを特徴とする請求項２又は３記載の多層配線基板。
【請求項５】
前記他のガラス−セラミックス混合層は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、アルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の多層配線基板。
【請求項６】
前記多層配線基板の反りは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下であることを特徴とする請求項２、３、４又は５記載の多層配線基板。
【請求項７】
前記多層配線基板の反りは、１００ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下であることを特徴とする請求項２、３、４、５又は６記載の多層配線基板。
【請求項１】
ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上であることを特徴とする低温焼成基板材料。
【請求項２】
ガラス−セラミックス混合層が積層されている多層配線基板において、前記ガラス−セラミックス混合層のうち少なくとも１層は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスを６０〜７８ｖｏｌ％、アルミナを０ｖｏｌ％を超えて１６ｖｏｌ％以下、チタニアを１０〜２６ｖｏｌ％、及び、コーディエライトを２〜１５ｖｏｌ％含有し、且つ、５０〜３００℃における線熱膨張係数が５．９０×１０−６〜６．４０×１０−６／℃で、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が１０以上である低温焼成基板材料からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項３】
前記低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層と、該ガラス−セラミックス混合層以外の他のガラス−セラミックス混合層との５０〜３００℃における線熱膨張係数の差が０．２５×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項２記載の多層配線基板。
【請求項４】
前記他のガラス−セラミックス混合層は、室温１．９ＧＨｚにおける比誘電率が５〜８であることを特徴とする請求項２又は３記載の多層配線基板。
【請求項５】
前記他のガラス−セラミックス混合層は、ＳｉＯ２４６〜６０重量％、Ｂ２Ｏ３０．５〜５重量％、Ａｌ２Ｏ３６〜１７．５重量％及びアルカリ土類金属酸化物２５〜４５重量％の組成を有し、該アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも６０重量％がＳｒＯであるガラスが５８〜７６ｖｏｌ％、及び、アルミナが２４〜４２ｖｏｌ％含有されている低温焼成基板材料からなるガラス−セラミックス混合層であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の多層配線基板。
【請求項６】
前記多層配線基板の反りは、５０ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下であることを特徴とする請求項２、３、４又は５記載の多層配線基板。
【請求項７】
前記多層配線基板の反りは、１００ｍｍ角の大きさ当たりで２００μｍ以下であることを特徴とする請求項２、３、４、５又は６記載の多層配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１２６８７（Ｐ２００６−１２６８７Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９０１７４（Ｐ２００４−１９０１７４）
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]