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JP2000026163A - Production of low dielectric constant substrate - Google Patents

Production of low dielectric constant substrate

Info

Publication number
JP2000026163A
JP2000026163A JP11055593A JP5559399A JP2000026163A JP 2000026163 A JP2000026163 A JP 2000026163A JP 11055593 A JP11055593 A JP 11055593A JP 5559399 A JP5559399 A JP 5559399A JP 2000026163 A JP2000026163 A JP 2000026163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
ceramic
ceramic particles
particles
dielectric constant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11055593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Lawrence Daniel David
デビッド、ローレンス、ダニエル
Sarah Huffsmith Knickerbocker
ニッカボッカー、サラー、ハッフスミス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Priority to JP11055593A priority Critical patent/JP2000026163A/en
Publication of JP2000026163A publication Critical patent/JP2000026163A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ceramic material having a low dielectric constant, a coefft. of thermal expansion equal to that of silicon and high mechanical strength by forming a substrate using ceramic particles coated with borosilicate glass having a specified compsn. by a sol-gel process and a binder and sintering the substrate. SOLUTION: Ceramic particles are uniformly coated with a borosilicate glass by a sol-gel process. The compsn. of the glass consists of 10-30 wt.% B2O3, <=20 wt.% additives such as MgO, CaO and Al2O3 and the balance SiO2. The coating weight is preferably 10-50%. The coating is preferably carried out by hydrolyzing a precursor of B2O3 with a precursor of SiO2 in a solvent, mixing the resultant soln. with the ceramic particles and removing the solvent at a low temp. The coated ceramic particles are mixed with a solvent and a binder, the resultant slurry is cast to form a green sheet and this green sheet is sintered at about <1,000 deg.C to obtain the objective ceramic substrate having a dielectric constant of about <=4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はガラスまたはセラミ
ック(以下セラミックと総称する)基板、特に、電子回
路パッケージングに有用なセラミック基板の製法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a glass or ceramic (hereinafter referred to as ceramic) substrate, and more particularly to a method for producing a ceramic substrate useful for electronic circuit packaging.

【0002】セラミック構造は、通常は多層であり、か
つそうであることが好ましいが、電子回路基板および電
子デバイスの製造に使用される。多種類の構造が使用で
きるが、これらの構造のいくつかを下記に述べる。たと
えば、多層セラミック回路基板は、絶縁体として機能す
る複数のセラミック層の間に挟まれた、電気導体として
機能するパターン付き金属層からなる。基板は、半導体
チップ、コネクタ・リード、キャパシタ、抵抗、カバー
などを取り付けるための成端パッドを有するものを設計
することができる。複数の埋込導体レベルの間の相互接
続は、積層前に形成した個々のセラミック層に、金属ペ
ーストで充填した穴を設けて形成したバイアによって行
うことができ、これは焼結により、金属を主体とする導
体の密な金属相互接続となる。
[0002] Ceramic structures are usually, and preferably are, multilayer, but are used in the manufacture of electronic circuit boards and devices. Many types of structures can be used, some of which are described below. For example, a multilayer ceramic circuit board is composed of a patterned metal layer functioning as an electrical conductor sandwiched between a plurality of ceramic layers functioning as an insulator. The substrate can be designed with termination pads for attaching semiconductor chips, connector leads, capacitors, resistors, covers, and the like. The interconnection between the multiple buried conductor levels can be made by vias formed in individual ceramic layers formed before lamination with holes filled with metal paste, which, by sintering, reduce the metal A dense metal interconnect of the main conductor.

【0003】一般に、従来のセラミック構造は、セラミ
ック粒子、触媒(たとえば米国特許第4627160号
明細書に開示されたもの)、熱可塑性重合体バインダ、
可塑剤、および溶剤を混合して調製したセラミックのグ
リーン・シートから形成される。この組成物を延展また
は注型してセラミック・シートまたはスリップとし、こ
れから溶剤を蒸発させて、凝集した自立性の柔軟なグリ
ーン・シートを得る。ブランキング、スタッキング、お
よび積層の後、グリーン・シートを十分な高温度で焼成
してバインダ樹脂を除去し、セラミックを焼結して密な
セラミック基板を形成する。
In general, conventional ceramic structures include ceramic particles, a catalyst (eg, as disclosed in US Pat. No. 4,627,160), a thermoplastic polymer binder,
It is formed from a ceramic green sheet prepared by mixing a plasticizer and a solvent. The composition is spread or cast into a ceramic sheet or slip from which the solvent is evaporated to give a coherent, free-standing, flexible green sheet. After blanking, stacking, and laminating, the green sheet is fired at a sufficiently high temperature to remove the binder resin and sinter the ceramic to form a dense ceramic substrate.

【0004】電子回路の形成に使用する電気導体は、モ
リブデンやタングステンなどの高融点金属、または金な
どの貴金属とすることができる。しかし、銅および銅合
金など、電気抵抗が低く低価格の導体を使用することが
望ましい。
[0004] The electrical conductor used to form the electronic circuit can be a refractory metal, such as molybdenum or tungsten, or a noble metal, such as gold. However, it is desirable to use low-cost conductors with low electrical resistance, such as copper and copper alloys.

【0005】最新の技術によるセラミック基板は、米国
特許第4301324号明細書に開示されるような、菫
青石ガラス・セラミックの粒状材料から製造される。こ
れらの基板は、誘電率が約5以上であり、熱膨張係数
(TCE)がシリコンときわめて類似している。信号伝
播速度は誘電率の平方根に反比例するので、信号伝播速
度を増大させるためには、誘電率の低い材料で基板を作
成することが望ましい。
[0005] State-of-the-art ceramic substrates are manufactured from a cordierite glass-ceramic particulate material, as disclosed in US Pat. No. 4,301,324. These substrates have a dielectric constant of about 5 or more and have a very similar coefficient of thermal expansion (TCE) to silicon. Since the signal propagation speed is inversely proportional to the square root of the dielectric constant, it is desirable to make the substrate with a material having a low dielectric constant in order to increase the signal propagation speed.

【0006】菫青石ガラス・セラミック材料の前には、
アルミナが、超小型電子回路パッケージングに適した誘
電材料として長年使用されていた。しかし、アルミナは
誘電率が10に近く、大きな信号伝播遅延および小さな
S/N比の原因となっていた。さらに、アルミナはTC
Eがシリコンの約2倍であり、シリコン・チップとセラ
ミックの耐熱疲労性に影響を与える。
[0006] Before the cordierite glass-ceramic material,
Alumina has been used for many years as a dielectric material suitable for microelectronic packaging. However, alumina has a dielectric constant close to 10, causing large signal propagation delay and small S / N ratio. Furthermore, alumina is TC
E is about twice that of silicon and affects the thermal fatigue resistance of silicon chips and ceramics.

【0007】アルミナから菫青石への移行は、技術の飛
躍を示すものであった。将来の電子回路パッケージング
の要件は、菫青石ガラス・セラミックより特性が改善さ
れた、特に誘電率が改善された(すなわち低い)基板を
要求することになると予想される。
[0007] The transition from alumina to cordierite was a sign of a technological leap. It is anticipated that future electronic packaging requirements will require substrates with improved properties over cordierite glass-ceramics, especially with improved (ie, lower) dielectric constants.

【0008】誘電率が1程度に低い多孔質のシリカ皮膜
が形成されている。この材料は、焼成により収縮し、得
られた構造が機械的に完全でなく、熱膨張がシリコンと
合わないため、電子回路パッケージングには適当ではな
いと考えられる。
A porous silica film having a dielectric constant as low as about 1 is formed. This material is considered unsuitable for electronic circuit packaging because it shrinks upon firing, the resulting structure is not mechanically complete, and the thermal expansion does not match silicon.

【0009】興味ある有望な後続材料は、シリカおよび
ホウケイ酸ガラスからなるセラミックである。たとえ
ば、米国特許第4547625号明細書および米国特許
第4624934号明細書には、ホウケイ酸ガラスとシ
リカ・ガラスまたは耐火性金属の粒子との混合物が開示
されている。これらの混合物は、諸成分をボール・ミル
で混合してつくられる。得られる生成物は、誘電率が
4.05またはそれ以上である。
A promising and promising subsequent material is a ceramic consisting of silica and borosilicate glass. For example, U.S. Pat. Nos. 4,476,625 and 4,624,934 disclose mixtures of borosilicate glass and particles of silica glass or refractory metal. These mixtures are made by mixing the ingredients in a ball mill. The resulting product has a dielectric constant of 4.05 or higher.

【0010】従来の、シリカおよびホウケイ酸ガラスま
たはガラスを形成する粉末を単にボール・ミルで混合し
てセラミックの原料を生成する方法では、不均一な微細
構造が生成する。焼結中に、このような材料で形成した
構造は、寸法的にひずみを生じる傾向がある。
[0010] Conventional methods of producing a ceramic raw material by simply mixing the silica and borosilicate glass or powders that form the glass in a ball mill produce an uneven microstructure. During sintering, structures formed of such materials tend to be dimensionally distorted.

【0011】しかし、多くの研究者が、シリカとホウケ
イ酸ガラスのセラミックをゾル・ゲル法で形成すること
を提案している。たとえば、クマール(Kumar)、Mat.
Res.Bull.、19、p.331〜338(1984年)
および野上ら、J. of Non-Crystalline Solids、48、
p.359〜366、(1982年)に、シリカとホウ
ケイ酸ガラスのセラミックの、ゾル・ゲル法による合成
が開示されている。峠ら、窯業協会誌、95、p.18
2〜185(1987年)には、ガラス基板上へのシリ
カおよびホウケイ酸ガラス皮膜の形成が提案されてい
る。峠ら、J. ofNon-Crystalline solids、100、
p.501〜505、(1988年)には、ガラス基板
上へのシリカおよびホウケイ酸ガラス皮膜のパターン形
成が提案されている。皮膜は、ゲル状態の間に、機械式
スタンパによりパターン形成される。
However, many researchers have suggested that silica and borosilicate glass ceramics be formed by a sol-gel process. For example, Kumar, Mat.
Res. Bull., 19, p. 331-338 (1984)
And Nogami et al., J. of Non-Crystalline Solids, 48,
p. 359-366 (1982) discloses the synthesis of silica and borosilicate glass ceramics by the sol-gel method. Toge et al., Journal of the Ceramic Industry Association, 95, p. 18
2-185 (1987) proposes the formation of silica and borosilicate glass films on glass substrates. Toge et al., J. ofNon-Crystalline solids, 100,
p. 501 to 505 (1988) propose a pattern formation of a silica and borosilicate glass film on a glass substrate. The coating is patterned by a mechanical stamper during the gel state.

【0012】米国特許第4788046号明細書ではさ
らに進んで、上記のセラミック材料からの電子回路パッ
ケージング用基板の製造について開示している。このセ
ラミック材料は、ゾル・ゲル法で作成される。開示され
たホウケイ酸ガラスは、シリカと酸化ホウ素のほかに、
マグネシア、酸化カルシウム、およびアルミナを含む。
これらの添加成分は、いくつかの理由でガラスに添加さ
れる。これらの理由には、ガラスの安定性が必要なこ
と、セラミック粒子がガラスと過度に反応しないことが
望ましいことがある。残念ながら、マグネシア、酸化カ
ルシウムおよびアルミナを添加すると、ガラスの誘電率
も上昇する。上記明細書の例3の後の表に示されている
ように、ほとんどすべてのガラス・セラミックの誘電率
は5.3以上である。例外の1つは石英とホウケイ酸ガ
ラスからなるガラス・セラミック材料で、誘電率が4.
5ないし5.0である。しかしこの材料は、TCEがシ
リコンのTCEよりはるかに高い。
US Pat. No. 4,788,046 discloses the production of substrates for electronic circuit packaging from the above ceramic materials. This ceramic material is made by a sol-gel method. The disclosed borosilicate glass, besides silica and boron oxide,
Includes magnesia, calcium oxide, and alumina.
These additional components are added to the glass for several reasons. These reasons include the need for glass stability and the desirability of ceramic particles not excessively reacting with the glass. Unfortunately, the addition of magnesia, calcium oxide and alumina also increases the dielectric constant of the glass. As shown in the table after Example 3 of the above specification, almost all glass-ceramics have a dielectric constant of 5.3 or more. One exception is a glass-ceramic material consisting of quartz and borosilicate glass, which has a dielectric constant of 4.
5 to 5.0. However, this material has a TCE much higher than that of silicon.

【0013】上記特許の発明者達や当技術分野の他の関
係者の努力にもかかわらず、誘電率が低く、TCEがシ
リコンと同等で、機械的強度が高く、製造が容易なセラ
ミック材料が依然として必要とされている。
[0013] Despite the efforts of the inventors of the above patents and others in the art, ceramic materials with low dielectric constant, TCE equivalent to silicon, high mechanical strength, and easy to manufacture are available. There is still a need.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記の電気的、機械的要件を満たし、またはそ
れを上回るホウケイ酸ガラスを含有する、改良されたセ
ラミック材料の製法を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved method for producing a ceramic material containing borosilicate glass which meets or exceeds the above electrical and mechanical requirements. It is in.

【0015】本発明の上記その他の目的は、以下に詳し
く記載する本発明の説明を添付の図面と併せて参照すれ
ばより明らかになるであろう。
The above and other objects of the present invention will become more apparent by referring to the following detailed description of the present invention taken in conjunction with the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、本発明
の目的は、ホウケイ酸ガラスで均一にコーティングした
セラミック粒子を含む、誘電率の低い基板を提供するこ
とにより達成される。セラミック粒子の均一なコーティ
ングを行うためには、ゾル・ゲル法でコーティングする
ことが必要である。得られたセラミック基板は、誘電率
が約4以下である。
According to the present invention, the object of the present invention is achieved by providing a low dielectric constant substrate comprising ceramic particles uniformly coated with borosilicate glass. In order to perform uniform coating of ceramic particles, it is necessary to coat by a sol-gel method. The obtained ceramic substrate has a dielectric constant of about 4 or less.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明によれば、ホウケイ酸ガラ
スで均一にコーティングしたセラミック粒子を含む、誘
電率の低い基板の製法が開示される。この基板の誘電率
は約4以下である。以下に示すように、誘電率はホウケ
イ酸ガラスの組成、セラミック粒子をコーティングする
ホウケイ酸ガラスの百分率、およびセラミック粒子の組
成の関数である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a method for making a substrate having a low dielectric constant, comprising ceramic particles uniformly coated with borosilicate glass, is disclosed. The dielectric constant of this substrate is about 4 or less. As shown below, the dielectric constant is a function of the composition of the borosilicate glass, the percentage of the borosilicate glass coating the ceramic particles, and the composition of the ceramic particles.

【0018】このセラミック粒子が均一にコーティング
されることが、その前のゾル・ゲル処理による明確な特
徴である。ゾル・ゲル法でコーティングしたセラミック
粒子が容易に識別できることは、図1および図2と、図
3および図4とを比較すると明らかである。図1および
図2には、従来のボールミル技術によって調製したセラ
ミック混合物の概略が示してある。すなわち、図1で
は、セラミック粒子が焼結前にホウケイ酸ガラス粒子と
混合されている。図2に示すように、焼結後は、ホウケ
イ酸ガラスが不規則な形状の球体として形成され、セラ
ミック粒子を接着する。ガラスによるセラミック粒子の
コーティングは、あったとしてもわずかしかないことに
留意されたい。
The uniform coating of the ceramic particles is a distinctive feature of the previous sol-gel treatment. The identifiability of the sol-gel coated ceramic particles is readily apparent when comparing FIGS. 1 and 2 with FIGS. 3 and 4. 1 and 2 show a schematic of a ceramic mixture prepared by the conventional ball mill technique. That is, in FIG. 1, the ceramic particles are mixed with the borosilicate glass particles before sintering. As shown in FIG. 2, after sintering, borosilicate glass is formed as irregularly shaped spheres and adheres the ceramic particles. Note that there is little, if any, coating of the ceramic particles with glass.

【0019】図3および図4も、それぞれ焼結前と焼結
後のセラミック混合物の略図である。ただし、図3で
は、焼成前のセラミック混合物はゾル・ゲル法で製造さ
れている。図3では、セラミック粒子がホウケイ酸ガラ
スでコーティングされている。コーティングは均一で、
セラミック粒子の周囲に均一に分布している。図4で
は、粒子同士が結合したところでも、セラミック粒子を
コーティングするホウケイ酸ガラスはそのままで、均一
である。ひずみの原因となるホウケイ酸塩の粒子がない
ことに注目されたい。
FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams of the ceramic mixture before and after sintering, respectively. However, in FIG. 3, the ceramic mixture before firing is manufactured by a sol-gel method. In FIG. 3, the ceramic particles are coated with borosilicate glass. The coating is uniform,
It is uniformly distributed around the ceramic particles. In FIG. 4, the borosilicate glass coating the ceramic particles is uniform, even when the particles are bonded together. Note that there are no borosilicate particles that cause strain.

【0020】基板は、10〜50体積%のガラスと、残
りはセラミック粒子で構成されることが好ましい。
Preferably, the substrate is composed of 10 to 50% by volume of glass and the balance is composed of ceramic particles.

【0021】本発明の最も好ましい実施例では、ホウケ
イ酸ガラスは10〜30重量%の酸化ホウ素と、残りは
シリカ(SiO2)から構成される。ガラスの電気的ま
たは機械的特性に実質的な影響を与えない少量の不純物
その他の成分以外の他の化合物は、酸化ホウ素およびシ
リカに添加すべきではない。酸化ホウ素およびシリカを
ホウケイ酸ガラスの主要成分とするとき、最良の特性が
得られることが分かった。
In the most preferred embodiment of the present invention, the borosilicate glass is composed of 10 to 30% by weight of boron oxide, with the balance being silica (SiO 2 ). Other compounds besides small amounts of impurities and other components that do not substantially affect the electrical or mechanical properties of the glass should not be added to boron oxide and silica. It has been found that the best properties are obtained when boron oxide and silica are the main components of the borosilicate glass.

【0022】もちろん、本発明の適用例で、たとえば低
融点など、ここでは重要ではない特性が必要となる場合
がある。この場合、少量のマグネシア、酸化カルシウ
ム、またはアルミナまたはその他の成分あるいはそれら
の組合せを添加することにより、誘電率のわずかな上昇
という犠牲を払って融点の低下を達成することが望まし
いまたは必要なこともある。これらの添加成分は、ガラ
スの約20重量%以下、好ましくは約10重量%以下と
し、酸化ホウ素が10〜30重量%残るようにすべきで
ある。
Of course, in the application example of the present invention, characteristics that are not important here, such as a low melting point, may be required. In this case, it is desirable or necessary to achieve a reduction in melting point at the expense of a small increase in dielectric constant by adding a small amount of magnesia, calcium oxide, or alumina or other components or combinations thereof. There is also. These additional components should be less than about 20%, preferably less than about 10% by weight of the glass, such that 10-30% by weight of boron oxide remains.

【0023】さらに、誘電率を最低にするための好まし
いセラミック粒子はシリカおよび菫青石であるが、所期
の特性を得るために、他のセラミック粒子をセラミック
混合物に添加し、あるいはシリカまたは菫青石あるいは
その両方の代わりに使用することができる。これらの他
のセラミック粒子には、アルミナ、ゆう輝石、ムライ
ト、頑火輝石、苦土カンラン石、尖晶石、ベータ・ユー
クリプタイト、灰長石、窒化アルミニウム、窒化シリコ
ン、およびこれらの混合物があるが、これらは例示の目
的に挙げたものにすぎず、これらに限定されるものでは
ない。
Further, the preferred ceramic particles for minimizing the dielectric constant are silica and cordierite, but other ceramic particles may be added to the ceramic mixture or silica or cordierite to obtain the desired properties. Alternatively, they can be used instead of both. These other ceramic particles include alumina, fluorspar, mullite, forgotite, forsterite, spinel, beta-eucryptite, anorthite, aluminum nitride, silicon nitride, and mixtures thereof. However, these are only for illustrative purposes and are not intended to be limiting.

【0024】セラミック粒子の一部を、好ましくはシリ
カの中空の球状粒子、繊維またはウィスカで置き換えた
ものも、本発明の範囲内に含まれると考えられる。一般
に、繊維またはウィスカは、セラミック粒子とは異なる
材質のものが好ましい。したがって、繊維またはウィス
カは、たとえば窒化シリコンまたは炭化シリコンからな
るものとすることができる。
[0024] Replacements of some of the ceramic particles with hollow spherical particles, fibers or whiskers, preferably of silica, are also considered to be within the scope of the present invention. Generally, the fibers or whiskers are preferably made of a different material from the ceramic particles. Thus, the fibers or whiskers may consist of, for example, silicon nitride or silicon carbide.

【0025】本発明の重要な一態様は、完全に緻密では
ない基板を製造できることである。多孔性の基板は、完
全に緻密な基板よりも誘電率が低いという利点がある。
前記の多孔性シリカ基板に関して発見されたことである
が、多孔性基板は機械強度が弱いことが多い。しかし、
本発明者等は、セラミック粒子をコーティングするホウ
ケイ酸ガラスの量を調整することにより、機械的強度の
高い多孔性基板が作成できることを発見した。
One important aspect of the present invention is the ability to manufacture substrates that are not fully dense. Porous substrates have the advantage of having a lower dielectric constant than perfectly dense substrates.
As described above, the porous silica substrate often has low mechanical strength. But,
The present inventors have discovered that by adjusting the amount of borosilicate glass coating the ceramic particles, a porous substrate having high mechanical strength can be produced.

【0026】本発明による基板は、下記の工程により製
造される。 (a)ゾル・ゲル法により、セラミック粒子をホウケイ
酸ガラスでコーティングする。ゾル・ゲル法は、酸化ホ
ウ素前駆物質を溶剤または混合溶剤中でシリカ前駆物質
で加水分解し、この溶液をセラミック粒子と混合した
後、セラミック粒子から溶剤または混合溶剤を除去する
ことからなる。便利な除去法は、粒子をオーブン中また
はホット・プレート上で、低温で乾燥するものである。
ガラス混合物およびセラミック粒子は、得られる基板の
電気的および機械的要件に合うように選択する。この考
慮において重要なことは、誘電率が低く、好ましくは約
4以下であることである。 (b)コーティングした粒子を成形して、基板を形成す
る。好ましい基板成形法は、テープ注型法である。この
方法によれば、コーティングした粒子を適当な溶剤また
は混合溶剤、およびバインダ材料と混合して、スラリを
形成する。通常のバインダには、ポリビニルブチラール
(PVB)またはポリメチルメタクリレート(PMM
A)に、粒子分散剤、可塑剤、流動調整剤などの成分を
添加したものである。このスラリを注型して、複数のグ
リーン・シートとする。次に、導電性ペーストによりグ
リーン・シート上に配線およびバイアを形成する。その
後、グリーン・シートを積み重ね、積層してグリーン
(未焼結)基板とする。 (c)基板を焼結する。グリーン基板を適当な雰囲気の
オーブンに入れ、必要な時間焼結する。基板が銅(抵抗
率が低いために好ましい)の配線パターンを有する場
合、銅を保護する雰囲気を使用して銅の酸化を防止しな
がら、基板を焼結し有機残渣を焼却しなければならな
い。さらに、銅は1083℃で融解するので、基板は約
1000℃未満の温度で焼結できなければならない。
The substrate according to the present invention is manufactured by the following steps. (A) The ceramic particles are coated with borosilicate glass by a sol-gel method. The sol-gel method involves hydrolyzing a boron oxide precursor with a silica precursor in a solvent or mixed solvent, mixing this solution with the ceramic particles, and then removing the solvent or mixed solvent from the ceramic particles. A convenient removal method is to dry the particles at a low temperature in an oven or on a hot plate.
The glass mixture and the ceramic particles are chosen to meet the electrical and mechanical requirements of the resulting substrate. What is important in this consideration is that the dielectric constant is low, preferably about 4 or less. (B) Forming the coated particles to form a substrate. A preferred substrate molding method is a tape casting method. According to this method, the coated particles are mixed with a suitable solvent or solvent mixture and a binder material to form a slurry. Typical binders include polyvinyl butyral (PVB) or polymethyl methacrylate (PMM).
Components obtained by adding components such as a particle dispersant, a plasticizer, and a flow regulator to A). The slurry is cast into a plurality of green sheets. Next, wirings and vias are formed on the green sheet using a conductive paste. Thereafter, green sheets are stacked and laminated to form a green (unsintered) substrate. (C) Sinter the substrate. The green substrate is placed in an oven in an appropriate atmosphere and sintered for a required time. If the substrate has a copper (preferably due to its low resistivity) wiring pattern, the substrate must be sintered and organic residues incinerated while using an atmosphere that protects copper to prevent oxidation of the copper. Further, since copper melts at 1083 ° C, the substrate must be able to sinter at temperatures below about 1000 ° C.

【0027】本発明の利点は、下記の例を参照すると一
層明らかになろう。
The advantages of the present invention will become more apparent with reference to the following examples.

【0028】[例] 例I 10重量%のホウケイ酸ガラス(B2320重量%、S
iO280重量%)と、90重量%のシリカ粒子からな
るセラミック材料を下記の方法により作成した。アエサ
ール(Aesar)非晶質球状SiO2(平均粒径3.24μ
m)278.5gを、乾燥変性エタノール1800ml
とともに、電動撹拌機付の5リットルの三口丸底フラス
コに入れてスラリを生成した。テトラエトキシシラン
(TEOS)89ml(0.40モル)をこのスラリに
添加し、これにさらに水200mlと38%HCl1m
lの混合物を加えた。スラリを4時間撹拌して、TEO
Sを加水分解した後、ホウ酸トリメチル34ml(0.
2モル)をスラリに加え、さらに1晩撹拌した。次に、
スラリを平らなトレイに入れ、ホット・プレートで徐々
に加熱して、溶剤をすべて除去した。次に、粉末をパル
ベリセット2(Pulverisette 2)粉砕機で粉砕した。
EXAMPLES Example I 10% by weight of borosilicate glass (B 2 O 3 20% by weight, S
A ceramic material composed of 80% by weight of iO 2 ) and 90% by weight of silica particles was prepared by the following method. Aesar amorphous spherical SiO 2 (average particle size 3.24μ)
m) 278.5 g of 1800 ml of dry denatured ethanol
At the same time, the slurry was placed in a 5-liter three-necked round-bottomed flask equipped with an electric stirrer to produce a slurry. 89 ml (0.40 mol) of tetraethoxysilane (TEOS) were added to the slurry, and a further 200 ml of water and 1 m of 38% HCl were added.
l of the mixture was added. Stir the slurry for 4 hours and add TEO
After hydrolyzing S, 34 ml of trimethyl borate (0.
2 mol) was added to the slurry and further stirred overnight. next,
The slurry was placed in a flat tray and gradually heated on a hot plate to remove any solvent. Next, the powder was pulverized with a Pulverisette 2 pulverizer.

【0029】次に、この粉末100gを、PMMA樹脂
と、アセトン、エチルアルコール、イソプロピルアルコ
ールの混合溶剤からなるPMMAバインダ溶液に添加し
た。5層の積層板をプレスし、空気中で焼成した。この
サンプルを使って誘電率を測定した。誘電率の測定値
は、2.4であった。
Next, 100 g of this powder was added to a PMMA binder solution comprising a PMMA resin and a mixed solvent of acetone, ethyl alcohol and isopropyl alcohol. The five-layer laminate was pressed and fired in air. The dielectric constant was measured using this sample. The measured value of the dielectric constant was 2.4.

【0030】乾燥した粉末をプレスしてペレット状にし
てもう1つのサンプルを調製し、膨張計で1000℃に
加熱したところ、収縮は1%未満であった。焼結生成物
の密度は約70%であった。
Another sample was prepared by pressing the dried powder into pellets, which were heated to 1000 ° C. with a dilatometer and found to shrink less than 1%. The density of the sintered product was about 70%.

【0031】例II ホウケイ酸ガラス中に20重量%のB23を含有する、
他のペレット状のサンプルを調製した。このサンプル
で、シリカ粒子をコーティングするガラスの百分率を変
化させた。2種類のセラミックについて、誘電率を測定
した。
Example II contains 20% by weight of B 2 O 3 in borosilicate glass
Another pellet-shaped sample was prepared. In this sample, the percentage of glass coated with silica particles was varied. The dielectric constant was measured for the two types of ceramics.

【0032】同様にして、ホウケイ酸ガラス中に10重
量%および30重量%のB23を含有するセラミックの
ペレット状のサンプルを生成した。これらのサンプルに
ついても、シリカ粒子をコーティングするガラスの百分
率を変化させた。
In a similar manner, ceramic pellet-like samples containing 10% and 30% by weight of B 2 O 3 in borosilicate glass were produced. For these samples, the percentage of glass coated with silica particles was also varied.

【0033】すべてのサンプルについて、焼結中の理論
密度の百分率と、セラミック中のホウケイ酸ガラスの重
量%の関係を求めた。この結果を下記の表1および図5
に示す。表1および図5には、例Iの結果も示す。
For all samples, the relationship between the percentage of theoretical density during sintering and the weight percent of borosilicate glass in ceramic was determined. The results are shown in Table 1 below and FIG.
Shown in Table 1 and FIG. 5 also show the results of Example I.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】これらの結果および第3図を見ると、シリ
カ粒子に添加するホウケイ酸ガラスの量にかかわらず、
10重量%のB23を含有するホウケイ酸ガラスで緻密
化が最小となることが分かる。一方、20重量%および
30重量%のB23を含有するホウケイ酸ガラスは、ホ
ウケイ酸ガラスの量が増加するにつれて、緻密化が増大
する。多孔質の基板を必要とする場合は、ガラスの含有
量は50%が最高である。さらに、ガラスの含有量が増
加するほど、誘電率が高くなる。
Referring to these results and FIG. 3, regardless of the amount of borosilicate glass added to the silica particles,
It can be seen that densification borosilicate glass containing 10% by weight of B 2 O 3 is minimized. On the other hand, borosilicate glasses containing 20% by weight and 30% by weight of B 2 O 3 increase in densification as the amount of borosilicate glass increases. If a porous substrate is required, the glass content is best at 50%. Furthermore, as the glass content increases, the dielectric constant increases.

【0036】例IおよびIIのサンプルはすべて、著しい
損傷を与えることなく取り扱うのに十分な強度を示し
た。
The samples of Examples I and II all exhibited sufficient strength to be handled without significant damage.

【0037】したがって、本発明の目的が、本発明の製
法によって達成されることは明らかである。
Therefore, it is clear that the object of the present invention is achieved by the method of the present invention.

【0038】本明細書に具体的に記載した実施例以外の
変更も、本発明の趣旨から逸脱することなく実施できる
ことは当業者には明白である。したがって、このような
変更も本発明の範囲内に含まれると考えられ、本発明の
範囲は下記の特許請求の範囲によってのみ限定される。
It will be apparent to one skilled in the art that modifications other than those specifically described herein may be made without departing from the spirit of the invention. Accordingly, such modifications are considered to be within the scope of the invention, and the scope of the invention is limited only by the following claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のボールミル技法によって調製したホウケ
イ酸ガラス/セラミック粒子組成物の焼結前の概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a borosilicate glass / ceramic particle composition prepared by a conventional ball mill technique before sintering.

【図2】従来のボールミル技法によって調製したホウケ
イ酸ガラス/セラミック粒子組成物の焼結後の概略図で
ある。
FIG. 2 is a schematic diagram after sintering of a borosilicate glass / ceramic particle composition prepared by a conventional ball mill technique.

【図3】本発明のゾル・ゲル技法によって調製したホウ
ケイ酸ガラス/セラミック粒子組成物の焼結前の概略図
である。
FIG. 3 is a schematic illustration of a borosilicate glass / ceramic particle composition prepared by the sol-gel technique of the present invention before sintering.

【図4】本発明のゾル・ゲル技法によって調製したホウ
ケイ酸ガラス/セラミック粒子組成物の焼結後の概略図
である。
FIG. 4 is a schematic diagram after sintering of a borosilicate glass / ceramic particle composition prepared by the sol-gel technique of the present invention.

【図5】理論的密度と、シリカ・セラミック粒子上にコ
ーティングしたホウケイ酸ガラスの百分率との関係を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between theoretical density and percentage of borosilicate glass coated on silica ceramic particles.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド、ローレンス、ダニエル アメリカ合衆国ニューヨーク州ワッピンガ ーズ・フォールズ、エッジヒル・ドライブ 28番地 (72)発明者 ニッカボッカー、サラー、ハッフスミス アメリカ合衆国ニューヨーク州ホープウエ ル・ジャンクション、クレメリー・ロード 53番地 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventors David, Lawrence, Daniel 28 Edgehill Drive, Wappingers Falls, New York, United States of America・ Road 53

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)ゾル・ゲル法により、セラミック粒
子を、10〜30重量パーセントのB 23と、20重量
%以下の、MgO、CaO、またはAl23など他の添
加物と、残りのSiO2とよりなり、結果として得られ
る基板の誘電率が約4以下になるように前記セラミック
粒子と関連して選択されたホウケイ酸ガラスでコーティ
ングする工程と、(b)上記のコーティングした粒子を
基板に成形する工程と、(c)上記基板を焼結する工程
とを含む、低誘電率基板の製法。
(A) A ceramic particle is prepared by a sol-gel method.
The pups are 10 to 30 weight percent B TwoOThreeAnd 20 weight
% MgO, CaO, or AlTwoOThreeEtc.
Additives and remaining SiOTwoAnd the resulting
The ceramic so that the dielectric constant of the substrate is about 4 or less.
Coated with selected borosilicate glass in connection with particles
(B) applying the coated particles as described above.
Forming a substrate, and (c) sintering the substrate
And a method for producing a low dielectric constant substrate.
【請求項2】上記ゾル・ゲル法によるコーティング工程
が、(a)酸化ホウ素前駆物質を、溶剤または混合溶剤
中でシリカ前駆物質で加水分解する工程と、(b)
(a)の溶液をセラミック粒子と混合する工程と、
(c)上記混合物から溶剤または混合溶剤を除去する工
程とを含む、請求項1の方法。
2. The sol-gel coating step comprises: (a) hydrolyzing a boron oxide precursor with a silica precursor in a solvent or a mixed solvent; and (b)
Mixing the solution of (a) with the ceramic particles;
(C) removing the solvent or mixed solvent from the mixture.
【請求項3】上記成形工程が、(a)上記コーティング
した粒子を、少なくとも1種類の溶液およびバインダ材
料と混合して、スラリを形成する工程と、(b)上記ス
ラリを注型して、複数のグリーン・シートを形成する工
程と、(c)上記グリーン・シートを積み重ね、積層し
て、多層基板を形成する工程とを含む、請求項1の方
法。
3. The forming step comprises: (a) mixing the coated particles with at least one solution and a binder material to form a slurry; and (b) casting the slurry. The method of claim 1, comprising forming a plurality of green sheets; and (c) stacking and laminating the green sheets to form a multilayer substrate.
【請求項4】焼結工程が、上記基板を約1000℃未満
の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする、請求項
1の方法。
4. The method of claim 1 wherein the step of sintering includes the step of heating said substrate to a temperature less than about 1000 ° C.
【請求項5】上記他の添加物が上記ガラスの10重量%
以下である、請求項1の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the other additive is 10% by weight of the glass.
The method of claim 1, wherein:
【請求項6】上記ガラスが、上記基板の10〜50体積
パーセントを占め、残りがセラミック粒子である、請求
項1の方法。
6. The method of claim 1 wherein said glass comprises 10 to 50 volume percent of said substrate, with the balance being ceramic particles.
【請求項7】上記セラミック粒子が中空の球を含む、請
求項6の方法。
7. The method of claim 6, wherein said ceramic particles comprise hollow spheres.
【請求項8】上記中空の球がSiO2を含む、請求項7
の方法。
8. The method of claim 7, wherein said hollow sphere comprises SiO 2.
the method of.
【請求項9】上記セラミック粒子が繊維またはウィスカ
を含む、請求項1の方法。
9. The method of claim 1, wherein said ceramic particles comprise fibers or whiskers.
【請求項10】上記繊維またはウィスカが、Si34
よびSiCからなる群から選択した材料を含む、請求項
9の方法。
10. The method of claim 9, wherein said fibers or whiskers comprise a material selected from the group consisting of Si 3 N 4 and SiC.
【請求項11】上記セラミック粒子が、シリカ、菫青
石、およびこれらの混合物からなる群から選択したもの
である、請求項1の方法。
11. The method of claim 1, wherein said ceramic particles are selected from the group consisting of silica, cordierite, and mixtures thereof.
【請求項12】上記セラミック粒子がシリカである、請
求項11の方法。
12. The method of claim 11, wherein said ceramic particles are silica.
【請求項13】(a)ゾル・ゲル法により、セラミック
粒子を、10〜30重量パーセントのB 23と、残りが
SiO2とよりなるホウケイ酸ガラスでコーティングす
る工程と、(b)上記のコーティングした粒子を基板に
成形する工程と、(c)上記基板を焼結する工程とを含
む、低誘電率基板の製法。
13. A method of producing a ceramic material by the sol-gel method.
Particles are loaded with 10 to 30 weight percent B TwoOThreeAnd the rest
SiOTwoCoated with borosilicate glass consisting of
(B) applying the coated particles to a substrate
And (c) sintering the substrate.
A method of manufacturing a low dielectric constant substrate.
【請求項14】上記ホウケイ酸ガラスは、結果として得
られる基板の誘電率が約4以下になるように前記セラミ
ック粒子と関連して選択される、請求項13の方法。
14. The method of claim 13, wherein said borosilicate glass is selected in conjunction with said ceramic particles such that the resulting substrate has a dielectric constant of about 4 or less.
【請求項15】上記ゾル・ゲル法によるコーティング工
程が、(a)酸化ホウ素前駆物質を溶剤または混合溶剤
中でシリカ前駆物質で加水分解する工程と、(b)
(a)の溶液をセラミック粒子と混合する工程と、
(c)上記混合物から溶剤または混合溶剤を除去する工
程とを含む、請求項13または14の方法。
15. The sol-gel coating step comprises: (a) hydrolyzing a boron oxide precursor with a silica precursor in a solvent or mixed solvent; and (b)
Mixing the solution of (a) with the ceramic particles;
(C) removing a solvent or mixed solvent from the mixture.
【請求項16】上記成形工程が、(a)上記コーティン
グした粒子を、少なくとも1種類の溶液およびバインダ
材料と混合して、スラリを生成する工程と、(b)上記
スラリを注型して、複数のグリーン・シートを形成する
工程と、(c)上記グリーン・シートを積み重ね、積層
して、多層基板を形成する工程とを含む、請求項13ま
たは14の方法。
16. The molding step includes: (a) mixing the coated particles with at least one solution and a binder material to form a slurry; and (b) casting the slurry. 15. The method of claim 13 or claim 14, comprising forming a plurality of green sheets, and (c) stacking and laminating the green sheets to form a multilayer substrate.
【請求項17】焼結工程が、上記基板を約1000℃未
満の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする、請求
項13または14の方法。
17. The method of claim 13 or claim 14, wherein the step of sintering comprises heating said substrate to a temperature of less than about 1000 ° C.
【請求項18】上記ガラスが、上記基板の10〜50体
積パーセントを占め、残りがセラミック粒子である、請
求項13または14の方法。
18. The method of claim 13 or claim 14, wherein said glass comprises 10 to 50 volume percent of said substrate, the balance being ceramic particles.
【請求項19】上記セラミック粒子が中空の球を含む、
請求項18の方法。
19. The ceramic particle comprises a hollow sphere.
The method of claim 18.
【請求項20】上記中空の球がSiO2を含む、請求項
19の方法。
20. The method of claim 19, wherein said hollow sphere comprises SiO 2 .
【請求項21】上記セラミック粒子が繊維またはウィス
カを含む、請求項13または14の方法。
21. The method of claim 13, wherein said ceramic particles comprise fibers or whiskers.
【請求項22】上記繊維またはウィスカが、Si34
よびSiCからなる群から選択した材料を含む、請求項
21の方法。
22. The method of claim 21, wherein said fibers or whiskers comprise a material selected from the group consisting of Si 3 N 4 and SiC.
【請求項23】上記セラミック粒子が、シリカ、菫青
石、およびこれらの混合物からなる群から選択したもの
である、請求項13または14の方法。
23. The method of claim 13, wherein said ceramic particles are selected from the group consisting of silica, cordierite, and mixtures thereof.
【請求項24】上記セラミック粒子がシリカである、請
求項23の方法。
24. The method of claim 23, wherein said ceramic particles are silica.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001342074A (en) * 2000-05-31 2001-12-11 Kyocera Corp Composite particles
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CN114671676A (en) * 2022-04-15 2022-06-28 安徽宁晶新材料科技有限公司 A kind of LTCC powder with low dielectric constant and ultra-low loss and preparation method thereof

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