JP5773625B2 - Glass ceramic wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、移動体通信分野などで使用される半導体素子収納用パッケージまたは高周波モジュール基板等に適用され、銀を主成分とする低抵抗の配線層を有するガラスセラミック配線基板に関するものである。 The present invention relates to a glass-ceramic wiring board having a low-resistance wiring layer mainly composed of silver, which is applied to a semiconductor element housing package or a high-frequency module board used in the mobile communication field.
近年、半導体素子の高速、高周波化に伴い、高周波信号を高速で伝送することのできる配線基板の要求がますます高まっている。 In recent years, with the increase in the speed and frequency of semiconductor elements, there is an increasing demand for wiring boards that can transmit high-frequency signals at high speed.
このような配線基板としては、配線層が低抵抗であり、かつ絶縁層は比誘電率の低いものが求められている。 As such a wiring board, a wiring layer having a low resistance and an insulating layer having a low relative dielectric constant are required.
このため、従来より絶縁基体用材料として用いられているアルミナを主成分とする絶縁材料に比較して比誘電率が低く、また、配線層となる銅または銀と同時焼成が可能なガラスセラミックスを絶縁層とする配線基板が注目されている。 For this reason, a glass ceramic that has a lower relative dielectric constant than an insulating material mainly composed of alumina and has been used as an insulating base material and that can be co-fired with copper or silver as a wiring layer is used. A wiring board as an insulating layer has attracted attention.
また、携帯電話等のモバイル機器の普及に代表されるように、電子機器はますます小型化の要求が高まっており、このため電子機器に搭載される配線基板も、より小型かつ薄型化の要求が大きくなっている。 In addition, as represented by the popularization of mobile devices such as mobile phones, electronic devices are increasingly required to be miniaturized. For this reason, wiring boards mounted on electronic devices are also required to be smaller and thinner. Is getting bigger.
本出願人は、これまで、上記のような要求を満たすべく、種々の配線基板を提案してきた(例えば、特許文献1〜5)。
The present applicant has so far proposed various wiring boards in order to satisfy the above requirements (for example,
図2は、従来の代表的なガラスセラミック配線基板を示す概略断面図である。ガラスセラミック配線基板は、複数のガラスセラミック絶縁層111、112、113および114が積層された絶縁基体101と、ガラスセラミック絶縁層111、112、113および114を貫通する貫通導体103と、絶縁基体101の内部に形成された内部配線層104と、絶縁基体の表面に形成された表面配線層105とを備えている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conventional typical glass ceramic wiring board. The glass ceramic wiring board includes an insulating base 101 in which a plurality of glass ceramic
このようなガラスセラミック配線基板においては、絶縁基体101の表面に形成された表面配線層105のうち上面側の表面配線層105は半導体素子や電子部品などを実装するための配線層となり、一方、下面側の表面配線層105は外部回路基板に接続するための接続端子106を形成するための配線層となる。
In such a glass ceramic wiring substrate, the
このようなガラスセラミック配線基板は、以下のような工程によって作製される。まず、ガラスセラミック材料を主成分とするガラスセラミックグリーンシートを形成した後、このガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、導体ペーストを充填する。次に、貫通孔に導体ペーストが充填されたガラスセラミックグリーンシートの主面に導体ペーストを印刷して、内部配線層104または表面配線層105となる各導体パターンを形成する。次に、貫通導体103、内部配線層104および表面配線層105となる各導体パターンが形成されたガラスセラミックグリーンシートを複数積層して積層体を形成し、次いで、この積層体を所定の条件にて焼成することにより配線基板の素体を形成する。次に、この多層配線基板の素体の表面に形成された表面配線層105の表面にめっき膜を形成することによりガラスセラミック配線基板を得ることができる。
Such a glass ceramic wiring board is manufactured by the following processes. First, after forming a glass ceramic green sheet containing a glass ceramic material as a main component, through holes are formed in the glass ceramic green sheet, and a conductive paste is filled. Next, the conductor paste is printed on the main surface of the glass ceramic green sheet in which the through-holes are filled with the conductor paste to form each conductor pattern that becomes the
ところが、上記公報に開示されたガラスセラミック配線基板の場合、配線層を有しないガラスセラミック焼結体としての評価では、開気孔率が低く、抗折強度およびヤング率が高く、機械的信頼性に優れるという結果が得られるものの、このようなガラスセラミック焼結体を絶縁基体101とし、これに表面配線層105を形成すると、表面配線層105を構成している材料の拡散や固溶の影響により、絶縁基体101の強度が低下し、配線基板を変形させて評価するたわみ試験において絶縁基体101の表面にクラックが発生するという問題があった。
However, in the case of the glass ceramic wiring board disclosed in the above publication, in the evaluation as a glass ceramic sintered body having no wiring layer, the open porosity is low, the bending strength and the Young's modulus are high, and the mechanical reliability is improved. Although an excellent result can be obtained, when such a glass ceramic sintered body is used as the insulating substrate 101 and the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、たわみ試験においてクラックの発生が無く機械的信頼性に優れたガラスセラミック配線基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a glass-ceramic wiring board having no mechanical cracks in a deflection test and having excellent mechanical reliability.
本発明のガラスセラミック配線基板は、ガラスセラミックスからなる絶縁層が複数積層された絶縁基体と、該絶縁基体の表面に形成された表面配線層と内部に設けられた内部配
線層と、前記表面配線層および前記内部配線層に覆われる貫通導体とを具備するガラスセラミック配線基板であって、前記絶縁基体がセラミックフィラーとしてアルミナ粒子を含有するとともに、少なくともアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)およびカルシウム(Ca)を元素として含むガラス相を有し、前記表面配線層および前記内部配線層が銀を主成分とし、ロジウム(Rh)、酸化銅および酸化チタンを含有するとともに、前記絶縁基体の表面のうち前記表面配線層以外の領域にアノーサイト相を主結晶相とするセラミック層を有し、前記ガラスセラミック配線基板の抗折強度が190MPa以上であり、前記絶縁基体は、その断面の前記貫通導体付近に存在するボイドの最大径が5μm未満であることを特徴とする。
The glass ceramic wiring board of the present invention has an insulating substrate in which a plurality of insulating layers made of glass ceramics are laminated, a surface wiring layer formed on the surface of the insulating substrate, and an internal arrangement provided inside.
A glass ceramic wiring board comprising a wire layer and a through conductor covered with the surface wiring layer and the internal wiring layer , wherein the insulating base contains alumina particles as a ceramic filler, and at least aluminum (Al), It has a glass phase containing silicon (Si) and calcium (Ca) as elements, the surface wiring layer and the internal wiring layer contain silver as a main component, and contain rhodium (Rh) , copper oxide and titanium oxide , the anorthite phase in a region other than the surface wiring layer of the surface of the insulating substrate to have a ceramic layer as a main crystal phase, bending strength of the glass ceramic wiring board Ri der than 190 MPa, the insulating substrate maximum diameter of the voids existing in the vicinity of the through conductors of the cross section, characterized in der Rukoto less than 5 [mu] m.
上記ガラスセラミック配線基板では、前記絶縁基体は、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)およびイットリウム(Y)をさらに含有し、X線回折のリートベルト解析から求められる割合でアルミナを39〜41質量%含有するとともに、前記絶縁層から前記アルミナを除いた量を100質量%としたときに、蛍光X線の定量分析により求められる割合で、前記SiをSiO2換算で40〜45質量%、前記AlをAl2O3換算で10〜15質量%、前記CaをCaO換算で0.5〜2.0質量%、前記BをB2O3換算で5〜10質量%、前記MgをMgO換算で10〜25質量%、前記ZrをZrO2換算で0.5〜2.0質量%、前記BaをBaO換算で10〜20質量%、前記SrをSrO換算で0.2〜0.8質量%および前記YをY2O3換算で0.5〜1.5質量%含有するが望ましい。
In the glass-ceramic wiring board, the insulating base further contains boron (B), magnesium (Mg), zirconium (Zr), barium (Ba), strontium (Sr), and yttrium (Y). While containing 39-41% by mass of alumina at a rate determined from Rietveld analysis, and when the amount obtained by removing the alumina from the insulating layer is 100% by mass, at a rate determined by quantitative analysis of fluorescent X-rays, 40-45 wt% of the Si in terms of SiO 2, 10 to 15 wt% of the Al in
本発明のガラスセラミック配線基板によれば、たわみ試験においてクラックの発生が無く機械的信頼性に優れたガラスセラミック配線基板を得ることができる。 According to the glass ceramic wiring board of the present invention, it is possible to obtain a glass ceramic wiring board which is free from cracks in a deflection test and has excellent mechanical reliability.
以下、本実施形態のガラスセラミック配線基板の一実施形態について図面に基いて説明
する。図1は、本実施形態のガラスセラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the glass-ceramic wiring board of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the glass ceramic wiring board of the present embodiment.
図1に示すガラスセラミック配線基板は、複数のガラスセラミックスからなる絶縁層11、12、13、14が積層された絶縁基体1と、絶縁基体1の表面に設けられた表面配線層2と、絶縁基体1の内部に設けられた内部配線層3と、貫通導体5とを備えている。
The glass ceramic wiring board shown in FIG. 1 includes an
本実施形態のガラスセラミック配線基板を構成する絶縁基体1は、セラミックフィラーとしてアルミナ粒子を含有するとともに、少なくとも少なくともアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)およびカルシウム(Ca)を元素として含むガラス相を有し、その絶縁基体1の表面のうち前記表面配線層以外の領域にアノーサイト(CaAl2Si2O8)相を主結晶相とするセラミック層7を有し、絶縁層11、12、13、14を構成するガラスセラミックスの抗折強度が190MPa以上である。また、表面配線層2は、Agを主成分とし、ロジウム(Rh)および酸化銅を含有する導体材料により構成されている。
The
これによりガラスセラミック配線基板を変形させるたわみ試験を行った場合に、クラックの発生が無く機械的信頼性に優れたガラスセラミック配線基板を得ることができる。 As a result, when a deflection test for deforming the glass ceramic wiring board is performed, a glass ceramic wiring board having no mechanical cracks and no cracks can be obtained.
ここで、絶縁基体1の表面においてアノーサイト相は、たわみ試験においてクラックの発生を防止できるとともに、絶縁基体1の抗折強度を230MPa以上にできるという理由から、絶縁基体1の表面から2〜20μmのであることが望ましい。
Here, the anorthite phase on the surface of the
なお、本実施形態のガラスセラミック配線基板において、絶縁基体1の表面のうち前記表面配線層以外の領域にアノーサイト相を有する領域というのは、微小領域X線回折の分析からアノーサイト相を主結晶相として含むセラミック層7が存在するものをいい、この場合、ガラスセラミック配線基板を構成する絶縁基体1の断面をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を用いて元素分析したときに、絶縁基体1の表面から内部にかけてアノーサイト相を構成する元素(Ca,AlおよびSi)が集中している状態にある部分をいう。
In the glass-ceramic wiring board of the present embodiment, the region having the anorthite phase in the region other than the surface wiring layer on the surface of the
また、表面配線層2にロジウム(Rh)および酸化銅の各成分が存在するという判定は、表面配線層2の一部についてスポット的にエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を行ったときにロジウムおよび銅のX線ピークがノイズレベルよりも大きい場合とする。
The determination that rhodium (Rh) and copper oxide components are present in the
また、本実施形態のガラスセラミック配線基板に対するたわみ試験は、所定のサイズのガラスセラミック配線基板のほぼ中央部を一定の速度で押して変形させたときに、そのガラスセラミック配線基板を構成する絶縁基体1の表面に発生するクラックの有無を評価するものである。たわみ試験の条件は、例えば、サイズが45mm×45mm×2mmのガラスセラミック配線基板の試料に対して、加圧速度:1.0mm/秒、たわみ量:0.5mm、保持時間:5±1秒とし、たわみ試験時に凸変形した側の面を顕微鏡観察し、0.5mm以上の長さのクラックが見られた場合をクラック有りとする。
Further, in the deflection test for the glass ceramic wiring board of the present embodiment, the
本実施形態のガラスセラミック配線基板では、絶縁基体は、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)およびイットリウム(Y)をさらに含有し、X線回折のリートベルト解析から求められる割合でアルミナ粒子を39〜41質量%含有するとともに、ガラスセラミックからなる絶縁層からアルミナを除いた量を100質量%としたときに、蛍光X線の定量分析により求められる割合で、SiをSiO2換算で40〜45質量%、AlをAl2O3換算で10〜15質量%、CaをCaO換算で0.5〜2.0質量%、BをB2O3換算で5〜10質量%、MgをMgO換算で10〜25質量%、ZrをZrO2換算で0.5〜2.0質量%、
BaをBaO換算で10〜20質量%、SrをSrO換算で0.2〜0.8質量%およびYをY2O3換算で0.5〜1.5質量%含有することが望ましい。
In the glass ceramic wiring board of this embodiment, the insulating base further contains boron (B), magnesium (Mg), zirconium (Zr), barium (Ba), strontium (Sr), and yttrium (Y), and X-rays Quantitative analysis of fluorescent X-rays when containing 39 to 41% by mass of alumina particles at a ratio determined by Rietveld diffraction analysis and 100% by mass of the amount of alumina removed from an insulating layer made of glass ceramic. at a rate determined, 40-45 wt% of Si in terms of SiO 2, 10 to 15 wt% of Al in
It is desirable to contain 10 to 20% by mass of Ba in terms of BaO, 0.2 to 0.8% by mass of Sr in terms of SrO, and 0.5 to 1.5% by mass in terms of Y 2 O 3 .
絶縁基体1を上記組成としたときは、絶縁基体1をさらに緻密化することができるとともに、絶縁基体1と、絶縁基体1の表面や内部に形成されている表面配線層2、内部配線層4および貫通導体5との接合性を高めることができる。このとき表面配線層2および内部配線層4がTiを含んでいると、表面配線層2および内部配線層4に覆われる貫通導体5付近のボイドを小さくすることができる。
When the
この場合、絶縁基体1の緻密化の程度は絶縁基体1の表面の観察から求まる最大ボイド径の測定によって判断でき、本実施形態のガラスセラミック配線基板では最大ボイド径が10μm以下であることが望ましい。
In this case, the degree of densification of the
また、絶縁基体1の表面や内部に形成されている表面配線層2、内部配線層4および貫通導体5と絶縁基体1との接合性については、絶縁基体1の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、その断面の貫通導体と絶縁基体1との間の一定サイズ以上のボイドの有無から評価する。この場合、絶縁基体1の断面の貫通導体5と絶縁基体1との間に、最大径が5μm以上のボイドが存在しない貫通導体5の個数を評価して求める。絶縁基体1の断面の貫通導体5と絶縁基体1との間に、最大径が5μm以上のボイドを有する貫通導体5は不良としてカウントする。
Further, regarding the bonding property between the
また、絶縁基体1の組成を上記組成とした場合には、抗折強度を290MPa以上にすることができるとともに、比誘電率を9以下、誘電損失を20×10−4以下にすることができ、絶縁基体1の誘電特性をも向上させることができる。
Moreover, when the composition of the
こうして誘電特性に優れ、緻密であり、機械的信頼性の高いガラスセラミック配線基板を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain a glass ceramic wiring board having excellent dielectric characteristics, being dense, and having high mechanical reliability.
次に、ガラスセラミック配線基板の製造方法について説明する。まず、ガラスセラミックグリーンシートを作製するためのガラス粉末およびセラミックフィラーを用意する。 Next, the manufacturing method of a glass ceramic wiring board is demonstrated. First, glass powder and a ceramic filler for preparing a glass ceramic green sheet are prepared.
ガラス粉末としては、少なくともAl2O3、SiO2およびCaOを含有する粉末を用いる。このガラス粉末は焼成により絶縁基体1の表面にアノーサイトを析出するガラスとなる。
As the glass powder, a powder containing at least Al 2 O 3 , SiO 2 and CaO is used. This glass powder becomes glass in which anorthite is deposited on the surface of the insulating
また、本実施形態のガラスセラミック配線基板を製造する場合において、絶縁基体1を形成するためのガラス粉末として、SiをSiO2換算で40〜45質量%、AlをAl2O3換算で10〜15質量%、CaをCaO換算で0.5〜2.0質量%、BをB2O3換算で5〜10質量%、MgをMgO換算で10〜25質量%、ZrをZrO2換算で0.5〜2.0質量%、BaをBaO換算で10〜20質量%、SrをSrO換算で0.2〜0.8質量%およびYをY2O3換算で0.5〜1.5質量%含有するものを用いると、さらに誘電特性に優れ、緻密であり、かつ機械的信頼性の高いガラスセラミック配線基板を得ることが可能になる。
Also, 10 in the case of manufacturing the glass ceramic wiring board of the present embodiment, as the glass powder for forming the insulating
また、本実施形態のガラスセラミック配線基板を製造する場合において、絶縁基体1を形成するためのセラミックフィラーとしては、絶縁基体1の機械的強度を高めるという理由からアルミナ粉末を用いる。この場合、アルミナ粉末の平均粒径は2〜5μmであることが好ましい。
Moreover, when manufacturing the glass ceramic wiring board of this embodiment, an alumina powder is used as a ceramic filler for forming the insulating
次に、ガラス粉末とセラミックフィラーとの混合物(合計100質量%)に適当な有機
バインダおよび有機溶剤を混合してスラリーを得る。得られたスラリーから、所望の成形手段、例えばドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法等によりガラスセラミックグリーンシートを作製する。この場合、混合物におけるガラス粉末とセラミックフィラーとの割合は、ガラス粉末を57〜61質量%、セラミックフィラーを39〜43質量%とするのがよく、これにより緻密かつ低誘電率の絶縁基体1を得ることが可能になる。
Next, a suitable organic binder and organic solvent are mixed with a mixture of glass powder and ceramic filler (total 100 mass%) to obtain a slurry. From the obtained slurry, a glass ceramic green sheet is produced by a desired forming means such as a doctor blade method, a calender roll method, a rolling method or the like. In this case, the ratio of the glass powder and the ceramic filler in the mixture is preferably 57 to 61% by mass for the glass powder and 39 to 43% by mass for the ceramic filler. It becomes possible to obtain.
次に、得られたガラスセラミックグリーンシートにパンチングやレーザー加工法などにより貫通孔を形成する。そして、この貫通孔に銀粉末を主成分として含む貫通導体用の導体ペーストを充填する。 Next, a through hole is formed in the obtained glass ceramic green sheet by punching or laser processing. The through hole is filled with a conductor paste for a through conductor containing silver powder as a main component.
また、所望のガラスセラミックグリーンシート上に、銀粉末を主成分として含む配線層用の導体ペーストを用いて表面配線層用または内部配線層用の導体パターンをスクリーン印刷法やグラビア印刷法にて形成する。導体ペーストは、銀(Ag)を97〜99質量%、ロジウム(Rh)を金属粉末の状態で0.01〜0.05質量%、酸化銅(CuO)を0.8〜2質量%、TiO2を1〜2質量%含むものを用いるのがよい。ここで、導体ペーストとして、TiO2を加えたものを用いるのは、絶縁基体1と表面配線層2、内部配線層3および貫通導体5等の導体と絶縁基体1との接合性を高められるという理由からである。
Also, on the desired glass ceramic green sheet, a conductor pattern for the surface wiring layer or the internal wiring layer is formed by screen printing or gravure printing using a wiring layer conductive paste containing silver powder as a main component. To do. The conductive paste is 97 to 99% by mass of silver (Ag), 0.01 to 0.05% by mass of rhodium (Rh) in the form of metal powder, 0.8 to 2% by mass of copper oxide (CuO), TiO. It is good to use what contains 1-2 mass% of 2. Here, the use of TiO 2 added as the conductive paste is said to improve the bondability between the insulating
次に、ガラスセラミックグリーンシートに形成した貫通孔に貫通導体用の導体ペーストを充填し、また、ガラスセラミックグリーンシートの主面に内部配線層用または表面配線層用の導体パターンを形成する。次に、導体パターンが形成されたガラスセラミックグリーンシートを複数積層し、これを熱圧着法または積層助剤を用いて加圧積層する方法により積層体を作製する。 Next, a through-hole formed in the glass ceramic green sheet is filled with a conductor paste for a through conductor, and a conductor pattern for an internal wiring layer or a surface wiring layer is formed on the main surface of the glass ceramic green sheet. Next, a laminated body is produced by laminating a plurality of glass ceramic green sheets on which a conductor pattern is formed, and laminating the glass ceramic green sheets using a thermocompression bonding method or a laminating aid.
次に、得られた積層体を焼成する。焼成は、大気素雰囲中にて脱脂した後、大気雰囲気中850℃〜950℃の温度で1〜2時間の条件で行う。 Next, the obtained laminate is fired. Firing is performed after degreasing in an atmospheric atmosphere and then in an air atmosphere at a temperature of 850 ° C. to 950 ° C. for 1 to 2 hours.
本実施形態のガラスセラミック配線基板において、絶縁基体1の表面にアノーサイト相を有するセラミック層を形成できるのは、絶縁基体1となるガラスセラミックグリーンシートに、アノーサイト(CaAl2Si2O8)の元素成分を有するAl2O3、SiO2およびCaOを含有するガラス粉末を用い、導体ペーストに、銀を主成分とし、これに微量のロジウム(Rh)と酸化銅とを含有する導体ペーストを用いることによるものであり、銀を主成分とする導体ペースト中に含まれるロジウム(Rh)と酸化銅とがガラスセラミックグリーンシートに含まれるAl2O3、SiO2およびCaOに触媒的に作用し、アノーサイト相を形成し易くするためである。このため導体ペーストを印刷したガラスセラミックグリーンシートの表面付近に選択的にアノーサイト相を有するセラミック層7が形成されるのである。
In the glass ceramic wiring board of the present embodiment, the ceramic layer having the anorthite phase on the surface of the insulating
これに対し、銀を主成分とする導体ペースト中にロジウム(Rh)と酸化銅を含有しない導体ペーストを用いた場合には絶縁基体1の表面にアノーサイト相は形成されず、このため、ガラスセラミック配線基板のたわみ試験を行ったときにガラスセラミック配線基板を構成する絶縁基体1の表面にクラックの発生が見られる。
On the other hand, when a conductor paste not containing rhodium (Rh) and copper oxide is used in a conductor paste containing silver as a main component, an anorthite phase is not formed on the surface of the insulating
以上説明した製造方法により、絶縁基体の表面にアノーサイト相を有し、抗折強度が190MPa以上であり、たわみ試験において、クラックの無いガラスセラミック配線基板を得ることができる。 By the manufacturing method described above, a glass ceramic wiring board having an anorthite phase on the surface of the insulating base and having a bending strength of 190 MPa or more and having no cracks in the deflection test can be obtained.
ガラス粉末として、表1に示す組成のガラス粉末とセラミックフィラーとしてアルミナ
粉末を用意し、表1に示す割合となるように秤量混合した。なお、ガラス粉末の平均粒径は3.5μm、アルミナ粉末の平均粒径は3.5μmとした。
As the glass powder, glass powder having the composition shown in Table 1 and alumina powder as the ceramic filler were prepared and weighed and mixed so as to have the ratio shown in Table 1. The average particle size of the glass powder was 3.5 μm, and the average particle size of the alumina powder was 3.5 μm.
この混合物に、イソブチルメタクリレートを主鎖としてトルエンを溶媒とする有機バインダを添加するとともに、有機溶剤としてジブチルフタレートを添加し、十分混合してスラリーを作製した後、ドクターブレード法により厚み125μmのガラスセラミックグリーンシートを作製した。 To this mixture, an organic binder containing isobutyl methacrylate as the main chain and toluene as a solvent was added, and dibutyl phthalate was added as an organic solvent, and mixed well to prepare a slurry. A green sheet was produced.
得られたガラスセラミックグリーンシートにパンチングにより貫通孔を形成した後、この貫通孔に貫通孔用の導体ペーストを充填した。貫通孔用の導体ペーストは、Ag粉末にアクリル系バインダおよびテルピネオールを添加して粘度を調整したものを用いた。 After the through hole was formed in the obtained glass ceramic green sheet by punching, the through hole was filled with a conductive paste for the through hole. The conductor paste for the through holes was prepared by adjusting the viscosity by adding an acrylic binder and terpineol to Ag powder.
次に、貫通孔用の導体ペーストを充填したガラスセラミックグリーンシートの表面に内部配線層用の導体パターンまたは表面配線層用の導体パターンを形成した。内部配線層用の導体パターンまたは表面配線層用の導体パターンを形成するための導体ペーストは、表2示す組成の導体ペーストを用いた。この導体ペーストは表2に示す無機成分に対してRh粉末とCuO粉末とTiO2粉末とを表2に示す割合になるように混合し、これにアクリル系バインダとテルピネオールとを添加し粘度調整した。なお、表面配線層用の導体ペーストに含まれる銀粉末の平均粒径は5μm、また、内部配線層用の導体ペーストに含まれる銀粉末の平均粒径は2μmとし、添加剤であるRh粉末、CuO粉末およびTiO2粉末は平均粒径が1〜2μmのものを用いた。 Next, a conductor pattern for an internal wiring layer or a conductor pattern for a surface wiring layer was formed on the surface of a glass ceramic green sheet filled with a conductor paste for through holes. As the conductor paste for forming the conductor pattern for the internal wiring layer or the conductor pattern for the surface wiring layer, a conductor paste having the composition shown in Table 2 was used. In this conductor paste, Rh powder, CuO powder and TiO 2 powder were mixed with the inorganic components shown in Table 2 so as to have the ratio shown in Table 2, and an acrylic binder and terpineol were added thereto to adjust the viscosity. . In addition, the average particle diameter of the silver powder contained in the conductor paste for the surface wiring layer is 5 μm, and the average particle diameter of the silver powder contained in the conductor paste for the internal wiring layer is 2 μm. CuO powder and TiO 2 powder having an average particle diameter of 1 to 2 μm were used.
こうして作製した導体パターンの形成された複数のガラスセラミックグリーンシートを位置合わせして熱圧着により20層積層して積層体を作製した。 A plurality of glass ceramic green sheets with conductor patterns formed in this manner were aligned and 20 layers were laminated by thermocompression bonding to produce a laminate.
次に、大気雰囲気中にて、温度を725℃、保持時間を3時間とした条件で脱脂を行った後、大気雰囲気にて、最高温度を900℃、保持時間を1時間とした条件で本焼成を行ない、縦45mm、横45mm、厚み2mmの大きさのガラスセラミック配線基板の素体を作製した。 Next, degreasing was performed in an air atmosphere under the conditions of a temperature of 725 ° C. and a holding time of 3 hours, and then in an air atmosphere under the conditions of a maximum temperature of 900 ° C. and a holding time of 1 hour. Firing was carried out to produce an element body of a glass ceramic wiring board having a size of 45 mm in length, 45 mm in width, and 2 mm in thickness.
上記の方法で得られた多層配線基板に対して、以下の測定を行なった。 The following measurements were performed on the multilayer wiring board obtained by the above method.
まず、たわみ試験については、作製したガラスセラミック配線基板(サイズは45mm×45mm×2mm)に対して、加圧速度:1.0mm/秒、たわみ量:0.5mm、保持時間:5±1秒とし、たわみ試験時に凸変形した側の面を顕微鏡観察し、0.5mm以上の長さのクラックが見られた場合をクラック有りとした。試料数は10個とした。 First, for the deflection test, with respect to the produced glass-ceramic wiring board (size: 45 mm × 45 mm × 2 mm), pressing speed: 1.0 mm / second, deflection amount: 0.5 mm, holding time: 5 ± 1 second Then, the surface of the convexly deformed side during the deflection test was observed with a microscope, and a crack having a length of 0.5 mm or more was observed as having a crack. The number of samples was 10.
抗折強度については、作製したガラスセラミック配線基板の中央部を45mm×5mm×2mmのサイズに切り出し、三点曲げ強度試験を行って求めた。このときの試料数は20個とした。 The bending strength was obtained by cutting out the central portion of the produced glass ceramic wiring board into a size of 45 mm × 5 mm × 2 mm and conducting a three-point bending strength test. The number of samples at this time was 20.
ガラスセラミック配線基板を構成する絶縁基体の表面に形成されているアノーサイト相の分析は、微小領域X線回折を用いて導体した。また、絶縁基体におけるアノーサイト相を有するセラミック層の厚みは、絶縁基体の断面をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を用いて元素分析し、絶縁基体の表面から内部にかけてアノーサイト相を構成する元素(Ca,AlおよびSi)が集中している状態にある部分の厚みとした。試料数は1個とした。 The analysis of the anorthite phase formed on the surface of the insulating substrate constituting the glass ceramic wiring board was conducted using micro-region X-ray diffraction. In addition, the thickness of the ceramic layer having the anorthic phase in the insulating base is determined by elemental analysis of the cross section of the insulating base using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and the anorthic phase is formed from the surface of the insulating base to the inside. The thickness of the portion where the elements (Ca, Al and Si) to be concentrated are concentrated. The number of samples was one.
表面配線層2、内部配線層4および貫通導体5等の導体と絶縁基体1との接合性については、絶縁基体1の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、その断面の貫通導体と絶縁
基体1との間に5μm以上のボイドが見られないものを良とし、5μm以上のボイドが1個でも見られるものを不良とした。試料数は1個とした。
Regarding the bonding property between the insulating
最大ボイド径については、得られたガラスセラミック配線基板の素体を断面研磨し、研磨された断面における中央部分の1000μm×1000μmの範囲を走査型電子顕微鏡を用いて評価した。試料数は1個とした。 Regarding the maximum void diameter, the obtained body of the glass ceramic wiring substrate was subjected to cross-sectional polishing, and a 1000 μm × 1000 μm range of the central portion in the polished cross-section was evaluated using a scanning electron microscope. The number of samples was one.
また、絶縁基体の比誘電率および誘電損失については、ガラスセラミック配線基板を作製するのに用いたガラスセラミックグリーンシートを複数枚積層し、ガラスセラミック配線基板と同じ条件で焼成して得られた絶縁基体を50mm×50mm×1mmに加工し、空洞共振器法にて測定した。このときの測定周波数は2GHzとした。試料数は3個とした。結果を表3に示した。 In addition, regarding the relative dielectric constant and dielectric loss of the insulating substrate, the insulation obtained by laminating a plurality of glass ceramic green sheets used for producing the glass ceramic wiring board and firing under the same conditions as the glass ceramic wiring board The substrate was processed to 50 mm × 50 mm × 1 mm and measured by the cavity resonator method. The measurement frequency at this time was 2 GHz. The number of samples was three. The results are shown in Table 3.
なお、ガラスセラミックスの組成については、まず、ガラスセラミック配線基板を粉砕した試料についてX線回折のリートベルト解析を行ってガラスセラミックス中に含まれる
アルミナの割合を求め、次に、この粉砕した試料を用いて蛍光X線による分析を行って、
ガラスセラミックスの組成を求め、蛍光X線から求めた組成とX線回折のリートベルト解析から求めた組成とからガラスセラミックス中のアルミナ以外の成分の組成を求めた。その結果、得られたガラスセラミックスは、焼結後においてアルミナ粒子を有し、その組成は、表1に示す調合組成に一致するものであった。
Regarding the composition of the glass ceramics, first, the X-ray diffraction Rietveld analysis was performed on the sample obtained by pulverizing the glass ceramic wiring board to determine the proportion of alumina contained in the glass ceramic, and then the pulverized sample was obtained. Using X-ray fluorescence analysis,
The composition of glass ceramics was determined, and the composition of components other than alumina in the glass ceramics was determined from the composition determined from fluorescent X-rays and the composition determined from Rietveld analysis of X-ray diffraction. As a result, the obtained glass ceramics had alumina particles after sintering, and the composition thereof was consistent with the preparation composition shown in Table 1.
表3の結果から明らかなように、試料(試料No.1、5〜45)では、たわみ試験においてクラックの発生した試料が無かった。
As is apparent from the results shown in Table 3, the specimen (sample Nanba1,5~45), samples the occurrence of cracks in the bending test did not.
特に、絶縁基体の組成をX線回折のリートベルト解析から求められる割合でアルミナ粒子を39〜41質量%含有するとともに、ガラスセラミックスからなる絶縁層からアルミナ粒子を除いたガラス相の割合を100質量%としたときに、蛍光X線の定量分析により求められる割合で、SiをSiO2換算で40〜45質量%、AlをAl2O3換算で10〜15質量%、CaをCaO換算で0.5〜2.0質量%、BをB2O3換算で5〜10質量%、MgをMgO換算で10〜25質量%、ZrをZrO2換算で0.5〜2.0質量%、BaをBaO換算で10〜20質量%、SrをSrO換算で0.2〜0.8質量%およびYをY2O3換算で0.5〜1.5質量%含有するものとした試料No.1、6〜8、10、11、14、15、18、19、22、23、26、27、30、31、34、35、38、39、42および43では、貫通導体付近にボイドが無く、抗折強度が290MPa以上であり、比誘電率を9以下、誘電損失が20×10−4以下であった。
In particular, the composition of the insulating substrate contains 39 to 41% by mass of alumina particles in a proportion determined from the X-ray diffraction Rietveld analysis, and the proportion of the glass phase excluding the alumina particles from the insulating layer made of glass ceramics is 100%. %, Si is 40 to 45% by mass in terms of SiO 2 , Al is 10 to 15% by mass in terms of Al 2 O 3 , and Ca is 0 in terms of CaO. .5~2.0 mass%, 5-10 mass% of B in
これに対して、絶縁基体の表面のうち前記表面配線層以外の領域にアノーサイト相を主結晶相とするセラミック層を有しない試料No.2〜4では、たわみ試験において、クラックが見られた。 In contrast, Sample No. which does not have a ceramic layer whose main crystal phase is the anorthite phase in a region other than the surface wiring layer on the surface of the insulating substrate. In 2-4, the crack was seen in the bending test.
1・・・絶縁基体
11、12、13、14・・・ガラスセラミックスからなる絶縁層
2・・・表面配線層
3・・・内部配線層
5・・・貫通導体
7・・・アノーサイト相を主結晶相とするセラミック層
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