JP2002053368A - Porcelain excellent in high frequency characteristics and method of manufacturing the same - Google Patents
Porcelain excellent in high frequency characteristics and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 1000℃以下の焼成により製造することが
でき、金、銀、銅の低抵抗導体との同時焼成が可能であ
ると共に、磁器強度が高く、かつ高周波領域においても
誘電損失が低い高周波用磁器を提供すること。
【解決手段】 構成成分として、SiO2、Al
2O3、MgO、ZnO及びB 2O3を含む磁器におい
て、ZnOとAl2O3を含む結晶相を30〜50重量
%、SiO2とMgOを含む結晶相を5〜15重量%、
実質上、SiO2又はSiO2とB2O3とからなる非
晶質相を40〜60重量%含有し、且つSiO2結晶相
の含有量が6重量%以下に抑制されており、60GHz
での誘電損失が15×10−4以下であることを特徴と
する。
(57) [Summary]
PROBLEM TO BE SOLVED: To produce by firing at 1000 ° C or less.
And co-firing with low-resistance conductors of gold, silver and copper.
And high porcelain strength, even in the high frequency range
To provide high frequency porcelain with low dielectric loss.
SOLUTION: The constituent component is SiO2, Al
2O3, MgO, ZnO and B 2O3Containing porcelain smell
And ZnO and Al2O330-50 weight of crystalline phase containing
%, SiO2And a crystal phase containing MgO in an amount of 5 to 15% by weight,
Substantially SiO2Or SiO2And B2O3Non consisting of
40 to 60% by weight of a crystalline phase and SiO2Crystal phase
Is suppressed to 6% by weight or less, and 60 GHz
Dielectric loss of 15 × 10-4It is characterized by the following
I do.
Description
【0001】[0001]
【発明の分野】本発明は、高周波特性に優れた磁器(以
下、高周波用磁器と呼ぶことがある)、特に、銅や銀等
の低抵抗導体との同時焼成が可能であり、また、マイク
ロ波やミリ波等の高周波信号を伝送する各種デバイス、
例えば半導体素子収納パッケージ、誘電体共振器、LC
フィルタ、コンデンサ、誘電体導波管および誘電体アン
テナ等に用いられる高周波配線基板や絶縁基板として好
適な高周波用磁器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is capable of co-firing with porcelain having excellent high-frequency characteristics (hereinafter sometimes referred to as high-frequency porcelain), particularly low-resistance conductors such as copper and silver. Various devices that transmit high-frequency signals such as waves and millimeter waves,
For example, semiconductor element storage package, dielectric resonator, LC
The present invention relates to a high-frequency porcelain suitable as a high-frequency wiring substrate or an insulating substrate used for a filter, a capacitor, a dielectric waveguide, a dielectric antenna, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、セラミック多層配線基板とし
ては、アルミナ質焼結体からなる絶縁基板の表面または
内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属から
なる配線層が形成されたものが最も普及している。ま
た、最近に至り、高度情報化時代を迎え、使用される周
波数帯域は高周波化に移行しつつある。このような高周
波配線基板においては、高周波信号を損失なく伝送する
上で、配線層を形成する導体の抵抗が小さいこと、また
絶縁基板の高周波領域での誘電損失が小さいことが要求
される。ところが、従来のタングステン(W)や、モリ
ブデン(Mo)などの高融点金属は導体抵抗が大きく、
信号の伝搬速度が遅く、高周波領域の信号伝搬も困難で
ある。例えば、30GHz以上のミリ波領域の高周波信
号が適用される高周波配線基板では、上記の高融点金属
を使用することが使用できず、これらの高融点金属に代
え、銅、銀、金などの低抵抗金属を使用することが必要
である。しかしながら、これら低抵抗金属は融点が低
く、アルミナ等のセラミックスと同時焼成することが不
可能であるため、ガラスとセラミックスとの複合材料で
あるガラスセラミックスを絶縁基板として用いた配線基
板が開発されつつある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a ceramic multilayer wiring board, a ceramic wiring board in which a wiring layer made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is formed on the surface or inside of an insulating substrate made of an alumina sintered body has been most widely used. ing. Also, recently, in the advanced information age, the frequency band used is shifting to higher frequency. In such a high-frequency wiring board, in order to transmit a high-frequency signal without loss, it is required that the resistance of the conductor forming the wiring layer is small and the dielectric loss of the insulating substrate in the high-frequency region is small. However, conventional refractory metals such as tungsten (W) and molybdenum (Mo) have large conductor resistance,
The signal propagation speed is low, and signal propagation in a high frequency region is also difficult. For example, in a high-frequency wiring board to which a high-frequency signal in a millimeter-wave region of 30 GHz or more is applied, the above-mentioned high-melting-point metal cannot be used, and instead of these high-melting-point metals, low-melting metals such as copper, silver, and gold are used. It is necessary to use resistive metal. However, since these low-resistance metals have low melting points and cannot be co-fired with ceramics such as alumina, wiring boards using glass ceramics, which is a composite material of glass and ceramics, as an insulating substrate are being developed. is there.
【0003】例えば、特開昭60−240135号公報
には、ホウケイ酸亜鉛系ガラスに、Al2O3、ジルコ
ニア、ムライトなどのフィラーを添加したものを低抵抗
金属と同時焼成することにより得られる多層配線基板が
提案されており、また、特開平5−298919号公報
には、ムライトやコージェライトを結晶相として析出さ
せたガラスセラミック材料が提案されている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-240135 discloses a method in which a zinc borosilicate glass to which a filler such as Al 2 O 3 , zirconia, or mullite is added is co-fired with a low-resistance metal. A multilayer wiring board has been proposed, and JP-A-5-298919 proposes a glass ceramic material in which mullite or cordierite is precipitated as a crystal phase.
【0004】一方、配線基板には、その用途に応じて、
種々の電子部品や入出力端子等が接続されるが、その接
続工程で加わる応力によって、配線基板にクラックが生
じたり或いは配線基板が破損したりすることがある。こ
のような不都合を防止するために、配線基板中の絶縁基
板には、機械的強度が高いことが要求されている。そこ
で、本出願人は、先に特開平10−275963号公報
にて、機械的強度に優れ、且つ高周波特性に優れた磁器
を提案した。この磁器は、ZnOとAl2O3とを含む
スピネル型結晶相と、SiO2結晶相と、エンスタタイ
ト結晶相とを含み、且つ実質的に、SiO2又はSiO
2とB2O3とからなる非晶質相を含有するものであ
り、機械的強度が高く、且つ高周波帯域での誘電損失が
小さく、高周波用配線基板の絶縁基板として、極めて有
用である。このような磁器は、SiO2、Al2O3、
MgO、ZnOおよびB 2O3を特定の比率で含有する
ガラス粉末に、ZnO粉末とアモルファスシリカ粉末と
を加えた原料混合物に有機バインダーを加えてスラリー
を調製し、このスラリーを用いてグリーンシートを成形
し、得られたグリーンシートを、825〜975℃にて
焼成することによって得られる。[0004] On the other hand, depending on the use of the wiring board,
Various electronic components and input / output terminals are connected.
Cracks are generated on the wiring board due to the stress applied in the subsequent process.
Or the wiring board may be damaged. This
In order to prevent inconveniences such as
Plates are required to have high mechanical strength. There
The present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-275963.
Porcelain with excellent mechanical strength and high frequency characteristics
Suggested. This porcelain consists of ZnO and Al2O3Including
Spinel type crystal phase and SiO2Crystal phase and enstaty
And a crystalline phase, and substantially2Or SiO
2And B2O3Containing an amorphous phase consisting of
High mechanical strength and high dielectric loss
Small and extremely useful as an insulating substrate for high-frequency wiring boards
It is for. Such porcelain is made of SiO2, Al2O3,
MgO, ZnO and B 2O3Contains in a specific ratio
Glass powder, ZnO powder and amorphous silica powder
Add the organic binder to the raw material mixture
And use this slurry to form a green sheet
And the obtained green sheet was heated at 825 to 975 ° C.
It is obtained by firing.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかるに、特開昭60
−240135号公報や特開平5−298919号公報
に開示されているガラスセラミックは、銅、銀、金など
の低抵抗金属との同時焼成が可能であっても、一般に高
周波帯域での誘電損失が高く、更に機械的強度も低いと
いう欠点がある。例えば、上記ガラスセラミック焼結体
の強度は、15kg/mm2程度であり、アルミナ質焼
結体に比しても各段に低い。However, Japanese Unexamined Patent Publication No.
The glass ceramics disclosed in JP-A-240135 and JP-A-5-298919 generally have a dielectric loss in a high frequency band even if they can be co-fired with a low-resistance metal such as copper, silver, or gold. It has the drawback of high mechanical strength and low mechanical strength. For example, the strength of the above-mentioned glass ceramic sintered body is about 15 kg / mm 2, which is lower in each stage than that of the alumina-based sintered body.
【0006】一方、特開平10−275963号公報に
記載された磁器は、高い機械的強度を有しているもの
の、高熱膨張性であるという問題があった(例えば、そ
の熱膨張係数は8ppm/℃よりも高い)。即ち、マイ
クロ波やミリ波等の高周波帯で用いられるGaAsチッ
プやSiGeチップ等の高周波素子(その熱膨張係数
は、5〜8ppm/℃である)との熱膨張差が大きい。
このため、この磁器により形成された絶縁基板を備えた
配線基板は、高周波素子の動作による発熱や高周波素子
等を実装するときに生じる熱等により、高周波素子と絶
縁基板との界面に熱応力が発生し、この結果、クラック
等が発生するという問題があった。また、この磁器は、
高周波領域での誘電損失の点でも、十分に満足し得るも
のではなかった。On the other hand, the porcelain disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-275963 has a high mechanical strength, but has a problem of high thermal expansion (for example, its thermal expansion coefficient is 8 ppm / ° C). That is, there is a large difference in thermal expansion from a high-frequency device such as a GaAs chip or a SiGe chip used in a high-frequency band such as a microwave or a millimeter wave (the coefficient of thermal expansion is 5 to 8 ppm / ° C.).
For this reason, the wiring board provided with the insulating substrate formed by the porcelain has a thermal stress at the interface between the high-frequency element and the insulating substrate due to heat generated by the operation of the high-frequency element and heat generated when the high-frequency element is mounted. And as a result, there is a problem that cracks and the like occur. Also, this porcelain
In terms of dielectric loss in a high-frequency region, it was not sufficiently satisfactory.
【0007】従って、本発明の目的は、1000℃以下
の焼成により製造することができ、金、銀、銅の低抵抗
導体との同時焼成が可能であると共に、磁器強度が高
く、かつ高周波領域においても誘電損失が低い高周波用
磁器及びその製造方法を提供することにある。本発明の
他の目的は、上記高周波用磁器により形成された絶縁基
板として具備する高周波用配線基板を提供することにあ
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing by firing at a temperature of 1000 ° C. or less, enabling simultaneous firing with low-resistance conductors of gold, silver, and copper, a high porcelain strength, and a high frequency range. Another object of the present invention is to provide a high-frequency ceramic having a low dielectric loss and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a high-frequency wiring board provided as an insulating substrate formed by the high-frequency porcelain.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、本出願人
が先に提案した特開平10−275963号公報に記載
された磁器について詳細に検討した結果、この磁器は、
クォーツ等のSiO2結晶が多量(例えば10重量%以
上)に析出しているため、高い熱膨張係数を示し且つ高
周波領域(例えば60GHz)での誘電損失も高いこ
と、及びSiO2結晶の析出量は、原料として用いるア
モルファスシリカ原料中に含まれる不純物金属量に依存
すること、という新規知見を見出し、本発明を完成させ
るに至った。The present inventors have studied in detail the porcelain disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-275963 proposed by the present applicant.
Since SiO 2 crystals such as quartz are precipitated in a large amount (for example, 10% by weight or more), they show a high coefficient of thermal expansion and high dielectric loss in a high frequency region (for example, 60 GHz), and the amount of precipitated SiO 2 crystals Have found a new finding that they depend on the amount of impurity metal contained in the raw material of amorphous silica used as the raw material, and have completed the present invention.
【0009】本発明によれば、構成成分として、SiO
2、Al2O3、MgO、ZnO及びB2O3を含む磁
器において、ZnOとAl2O3を含む結晶相を30〜
50重量%、SiO2とMgOを含む結晶相を5〜15
重量%、実質上、SiO2又はSiO2とB2O3とか
らなる非晶質相を40〜60重量%含有し、且つSiO
2結晶相の含有量が6重量%以下に抑制されており、6
0GHzでの誘電損失が15×10−4以下であること
を特徴とする高周波特性に優れた磁器が提供される。本
発明によれば、また、SiO2、Al2O3、MgO、
ZnOおよびB2O3を含む結晶化ガラス65〜85重
量%と、ZnO粉末を5〜20重量%と、金属換算によ
る不純物含有量が500ppm以下のアモルファスシリ
カ粉末を1〜20重量%との原料混合物を調製し、前記
混合物に、有機バインダーを加えてスラリーを調製し、
前記スラリーを成形し、得られた成形体を、脱バインダ
ー処理した後、800〜1000℃で焼成すること、を
特徴とする高周波特性に優れた磁器の製造方法が提供さ
れる。本発明によれば更に、上述した磁器から形成され
た絶縁基板と、該絶縁基板の表面および/または内部に
形成された周波数1GHz以上の高周波信号が伝送可能
な配線層とから成る高周波用配線基板が提供される。According to the present invention, SiO 2
2 , in a porcelain containing Al 2 O 3 , MgO, ZnO and B 2 O 3 , the crystal phase containing ZnO and Al 2 O 3 is 30 to
5 to 15% by weight of a crystalline phase containing SiO 2 and MgO
% By weight, substantially 40 to 60% by weight of an amorphous phase composed of SiO 2 or SiO 2 and B 2 O 3 ,
The content of the two crystal phases is suppressed to 6% by weight or less.
A porcelain excellent in high-frequency characteristics characterized in that a dielectric loss at 0 GHz is 15 × 10 −4 or less. According to the invention, it is also possible to use SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO,
Raw material for crystallization and glass 65-85 wt%, and 5 to 20 wt% of ZnO powder, and 1 to 20% by weight content of impurities less amorphous silica powder 500ppm by metal basis containing ZnO and B 2 O 3 Preparing a mixture, adding a organic binder to the mixture to prepare a slurry,
A method for producing porcelain having excellent high-frequency characteristics, comprising molding the slurry, subjecting the obtained molded body to a binder removal treatment, and then firing at 800 to 1000 ° C. According to the present invention, there is further provided a high-frequency wiring board comprising: an insulating substrate formed from the above-described porcelain; and a wiring layer formed on the surface and / or inside of the insulating substrate and capable of transmitting a high-frequency signal having a frequency of 1 GHz or more. Is provided.
【0010】本発明は、特開平10−275963号公
報に記載された磁器の改良に関するものであり、本発明
の高周波用磁器は、SiO2結晶の含有量が6重量%以
下に抑制されている点において、上記先行技術の磁器と
大きく相違するものであり、SiO2結晶含有量が抑制
されていることにより、後述する実験例にも示されてい
る通り、60GHzでの誘電損失は15×10−4以下
と低く、且つ、室温から400℃での熱膨張係数は、5
〜8ppm/℃の範囲にあり、GaAsチップやSiG
eチップ等の高周波素子のそれに近似している。この結
果、本発明の高周波用磁器は、高周波用配線基板の絶縁
基板として、極めて有効に使用される。即ち、本発明の
高周波磁器は、上記先行技術の磁器と同様、SiO2、
Al2O3、MgO、ZnOおよびB2O3を含む結晶
化ガラスと、ZnO粉末と、アモルファスシリカ粉末と
の混合粉末を用いて製造されるが、このアモルファスシ
リカ粉末中に含まれるアルミニウム、鉄、アンチモン等
の不純物金属や他の不純物金属酸化物は、クォーツ等の
SiO2結晶の析出に大きな影響を与える。具体的に
は、アモルファスシリカ粉末中に含まれるこれら不純物
量が多いと、焼成に際して、アモルファスシリカの結晶
化が促進され、SiO2結晶が多量に析出し、得られる
磁器の熱膨張率は高くなり、また高周波領域での誘電損
失も高くなる。しかるに本発明によれば、上記の不純物
量が金属換算で500ppm以下に抑制された高純度の
アモルファスシリカを用いることにより、焼成に際して
のアモルファスシリカの結晶化を抑制し、SiO2結晶
含有量が6重量%以下に抑制された磁器を得ることが可
能となる。The present invention relates to an improvement of the porcelain disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-275963, and the high-frequency porcelain of the present invention has a SiO 2 crystal content of 6% by weight or less. In this respect, the porcelain is greatly different from the above-mentioned prior art porcelain. Since the content of the SiO 2 crystal is suppressed, the dielectric loss at 60 GHz is 15 × 10 5 as shown in an experimental example described later. −4 or less, and the coefficient of thermal expansion from room temperature to 400 ° C. is 5
88ppm / ℃, GaAs chip or SiG
It is similar to that of a high-frequency element such as an e-chip. As a result, the high frequency porcelain of the present invention can be used very effectively as an insulating substrate of a high frequency wiring board. That is, the high-frequency porcelain of the present invention is made of SiO 2 ,
Manufactured using a mixed powder of a crystallized glass containing Al 2 O 3 , MgO, ZnO and B 2 O 3 , a ZnO powder, and an amorphous silica powder, aluminum, iron, and iron contained in the amorphous silica powder are used. Metals such as antimony and antimony and other impurity metal oxides have a great effect on the precipitation of SiO 2 crystals such as quartz. Specifically, when the amount of these impurities contained in the amorphous silica powder is large, the crystallization of the amorphous silica is promoted during firing, a large amount of SiO 2 crystals are precipitated, and the coefficient of thermal expansion of the obtained porcelain becomes high. In addition, the dielectric loss in the high frequency region also increases. However, according to the present invention, by using high-purity amorphous silica in which the amount of impurities is suppressed to 500 ppm or less in terms of metal, crystallization of amorphous silica during firing is suppressed, and the SiO 2 crystal content is reduced to 6%. It is possible to obtain a porcelain whose weight is suppressed to not more than% by weight.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す具体例に基
づいて、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の高
周波用磁器の組織を説明するための模式図である。図2
は、本発明の高周波用磁器を用いた高周波用配線基板の
一例である誘電体アンテナを具備する高周波用配線基板
の概略断面斜視図である。図3は、本発明の高周波用磁
器を用いた高周波用配線基板の一例である図2とは異な
る構造の誘電体アンテナを具備する高周波用配線基板の
概略断面斜視図である。図4は、本発明の高周波用磁器
を用いた高周波用配線基板の他の一例である半導体素子
収納用パッケージの概略側断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the structure of the high-frequency porcelain of the present invention. FIG.
1 is a schematic cross-sectional perspective view of a high-frequency wiring board including a dielectric antenna, which is an example of a high-frequency wiring board using the high-frequency ceramic of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional perspective view of a high-frequency wiring board including a dielectric antenna having a structure different from that of FIG. 2 which is an example of a high-frequency wiring board using the high-frequency ceramic of the present invention. FIG. 4 is a schematic side sectional view of a package for housing a semiconductor element as another example of a high-frequency wiring board using the high-frequency ceramic of the present invention.
【0012】(高周波磁器)本発明の高周波用磁器は、
必須の構成成分として、SiO2、Al2O3、Mg
O、ZnO及びB2O3を含むものであり、通常、これ
らの酸化物を、以下の割合で含有する。 SiO2:30〜60重量%、特に40〜50重量% Al2O3:18〜25重量%、特に20〜25重量% MgO:5〜10重量%、特に8〜9重量% ZnO:5〜35重量%、特に10〜20重量% B2O3:5〜10重量%、特に5.5〜7重量% かかる組成の高周波磁器は、図1に示す様に、各種の結
晶相と非晶質相(図1においてGで示す)を含有する
が、結晶相としては、ZnOとAl2O3とを含む結晶
相(図1においてSPで示す)、SiO2及びMgOを
含む結晶相(図1においてEで示す)が析出しているこ
とが必須不可欠である。(High frequency porcelain) The high frequency porcelain of the present invention comprises:
As essential components, SiO 2 , Al 2 O 3 , Mg
It contains O, ZnO and B 2 O 3 , and usually contains these oxides in the following proportions. SiO 2: 30 to 60 wt%, in particular 40 to 50 wt% Al 2 O 3: 18~25 wt%, in particular 20 to 25 wt% MgO: 5 to 10 wt.%, Particularly 8-9 wt% ZnO:. 5 to 35 wt%, in particular 10 to 20 wt% B 2 O 3: 5~10 wt%, in particular 5.5 to 7% by weight according RF porcelain composition, as shown in FIG. 1, various crystalline phase and amorphous 1 (G in FIG. 1), and the crystal phase includes ZnO and Al 2 O 3 (indicated by SP in FIG. 1), and a crystal phase including SiO 2 and MgO (FIG. 1). (Indicated by E in FIG. 1) is essential.
【0013】ZnOとAl2O3とを含む結晶相(S
P)としては、例えばガーナイト結晶相(ZnAl2O
4)、(Zn,Mg)Al2O4結晶相等のスピネル型
結晶相を例示することができ、特にガーナイト結晶相が
好適である。本発明において、このような結晶相(S
P)は、30〜50重量%の量で含まれている。この量
が30重量%よりも少ないと、磁器の高強度化と低誘電
損失化を両立させることができず、逆に、50重量%よ
りも多いと磁器の熱膨張係数が高くなってしまう。Si
O2及びMgOを含む結晶相(E)としては、例えばエ
ンスタタイト結晶相(MgSiO3)、クリノエンスタ
タイト結晶相、プロトエンスタタイト結晶相等のエンス
タタイト型結晶相や、フォルステライト結晶相を例示す
ることができるが、特に高周波帯での誘電損失の低減化
や磁器の高強度化の点で、エンスタタイト型結晶相が望
ましい。本発明において、このような結晶相(E)の含
有量は、5〜15重量%の範囲に設定される。5重量%
よりも少ないと、磁器の誘電損失の低減効果が不十分と
なり、また、15重量%よりも多いと磁器の熱膨張係数
が高くなってしまう。The crystal phase containing ZnO and Al 2 O 3 (S
As P), for example, a garnite crystal phase (ZnAl 2 O)
4 ), and a spinel-type crystal phase such as a (Zn, Mg) Al 2 O 4 crystal phase, and a garnite crystal phase is particularly preferable. In the present invention, such a crystal phase (S
P) is contained in an amount of 30 to 50% by weight. If this amount is less than 30% by weight, it is not possible to achieve both high strength and low dielectric loss of the porcelain, and if it is more than 50% by weight, the coefficient of thermal expansion of the porcelain will increase. Si
Examples of the crystal phase (E) containing O 2 and MgO include an enstatite-type crystal phase such as an enstatite crystal phase (MgSiO 3 ), a clinoenstatite crystal phase, a protoenstatite crystal phase, and a forsterite crystal phase. In particular, an enstatite type crystal phase is desirable in terms of reducing dielectric loss in a high frequency band and increasing strength of porcelain. In the present invention, the content of the crystal phase (E) is set in the range of 5 to 15% by weight. 5% by weight
If it is less than the above, the effect of reducing the dielectric loss of the porcelain will be insufficient, and if it is more than 15% by weight, the coefficient of thermal expansion of the porcelain will increase.
【0014】本発明においては、図1に示されている様
に、クォーツ、クリストバライト等のSiO2結晶相
(図1においてSiで示す)が析出していてもよいが、
かかる結晶相(Si)の含有量は、6重量%以下に抑制
されていることが極めて重要である。即ち、SiO2結
晶相(Si)の析出量が6重量%よりも多いと、高周波
領域での誘電損失が高くなり、しかも磁器の熱膨張係数
が高くなって高周波素子の実装信頼性が低下してしま
う。SiO2結晶相(Si)の析出量を上記範囲に設定
するためには、後述するアモルファスシリカ粉末とし
て、不純物金属量が一定値以下に抑制された高純度のも
のを使用すればよい。尚、高純度のアモルファスシリカ
粉末中に含まれる微量の不純物金属(Al、Fe、Sb
等)は、通常、上記の各結晶相の何れか、例えばスピネ
ル型結晶相(SP)中に固溶する。In the present invention, as shown in FIG. 1, an SiO 2 crystal phase (indicated by Si in FIG. 1) such as quartz or cristobalite may be precipitated.
It is extremely important that the content of such a crystal phase (Si) is suppressed to 6% by weight or less. That is, when the deposition amount of the SiO 2 crystal phase (Si) is more than 6% by weight, the dielectric loss in the high frequency region increases, and the thermal expansion coefficient of the porcelain increases, and the mounting reliability of the high frequency element decreases. Would. In order to set the precipitation amount of the SiO 2 crystal phase (Si) within the above range, it is only necessary to use, as an amorphous silica powder to be described later, a high-purity amorphous silica powder in which the amount of impurity metal is suppressed to a certain value or less. In addition, a trace amount of impurity metals (Al, Fe, Sb) contained in the high-purity amorphous silica powder
Etc.) usually forms a solid solution in any of the above crystal phases, for example, a spinel type crystal phase (SP).
【0015】また、本発明においては、上述した結晶相
を析出させるために使用される結晶化ガラスの組成等に
応じて、Zn2SiO4で表されるウイレマイト結晶相
(図示せず)が析出し得るが、ウイレマイト結晶相の析
出量は、6重量%以下に抑制されていることが、高周波
領域における誘電損失の低減化や熱膨張係数の低減化の
点で好適である。更に、上述した各種の結晶相以外に
も、Mg2B2O5で表される結晶相(図示せず)やコ
ージェライト結晶相(図示せず)等の他の結晶相が析出
し得るが、このような他の結晶相の析出量は、総量で3
重量%以下であることが望ましい。In the present invention, a willemite crystal phase represented by Zn 2 SiO 4 (not shown) is deposited in accordance with the composition of the crystallized glass used for precipitating the above-mentioned crystal phase. However, it is preferable that the amount of the precipitated willemite crystal phase is suppressed to 6% by weight or less from the viewpoint of reducing the dielectric loss and the coefficient of thermal expansion in the high frequency region. Further, in addition to the various crystal phases described above, other crystal phases such as a crystal phase represented by Mg 2 B 2 O 5 (not shown) and a cordierite crystal phase (not shown) can be precipitated. The precipitation amount of such another crystal phase is 3 in total.
It is desirable that the content be not more than weight%.
【0016】また、非晶質相(G)は、実質上、SiO
2或いはSiO2とB2O3とからなるものであるが、
この非晶質相(G)は、40〜60重量%、特に45〜
55重量%の割合で存在する。このような非晶質相
(G)の存在によって、高周波帯での磁器の誘電損失を
低減できるとともに、磁器の誘電率を低めることもでき
る。例えば、この非晶質相(G)中に、前述した各種結
晶相を析出させるために使用する結晶化ガラス中に含ま
れるAl2O3、ZnO、MgO等の成分(SiO 2及
びB2O3以外の成分)が析出すると、非晶質相(G)
の高周波帯での誘電損失が増大し、この結果、磁器の高
周波帯での誘電損失も増大してしまう。従って、非晶質
相(G)中のこれら成分(SiO2及びB2O3以外の
成分)の含有量は、それぞれ50ppm以下、且つ総量
で100ppm以下であることが望ましく、このような
成分は、実質上、全て結晶相として析出すべきである。The amorphous phase (G) is substantially composed of SiO 2
2Or SiO2And B2O3It consists of
This amorphous phase (G) is 40 to 60% by weight, especially 45 to 60% by weight.
It is present in a proportion of 55% by weight. Such an amorphous phase
Due to the presence of (G), dielectric loss of porcelain in high frequency band
Can reduce the dielectric constant of porcelain.
You. For example, in the amorphous phase (G), the various types
Included in crystallized glass used to precipitate crystal phase
Al2O3, ZnO, MgO, etc. (SiO 2 2Passing
And B2O3Component), the amorphous phase (G)
Dielectric loss in the high frequency band of the porcelain
The dielectric loss in the frequency band also increases. Therefore, amorphous
These components (SiO) in phase (G)2And B2O3Other than
Component) is 50 ppm or less, respectively, and the total amount
At 100 ppm or less, such as
The components should precipitate in substantially all as a crystalline phase.
【0017】また、上記の非晶質相(G)において、磁
器の低誘電損失化の見地から、B2O3含有量は、10
0ppm以下、特に50ppm以下であることが好まし
く、非晶質相(G)は、実質的にSiO2のみから形成
されていることが最も好適である。即ち、B2O3は、
原料として用いる結晶化ガラス中に含まれるものであ
り、焼成に際して、Mg2B2O5として結晶化する
か、或いは、前述した各種結晶相内、特にエンスタタイ
ト結晶相(E)内に固溶することが望ましい。In the amorphous phase (G), the content of B 2 O 3 is 10 from the viewpoint of reducing the dielectric loss of the porcelain.
The content is preferably 0 ppm or less, particularly preferably 50 ppm or less, and most preferably the amorphous phase (G) is substantially formed of only SiO 2 . That is, B 2 O 3 is
It is contained in the crystallized glass used as a raw material, and is crystallized as Mg 2 B 2 O 5 upon firing, or is dissolved in the above-mentioned various crystal phases, particularly in the enstatite crystal phase (E). It is desirable to do.
【0018】上記のような各主結晶相及び非晶質相を含
む本発明の高周波磁器は、高強度であるばかりか、その
誘電率は6以下であり、また15GHzでの誘電損失
(tanδ)は、10×10−4以下と低く、更に、60
GHzでの誘電損失(tan δ)は、15×10−4以
下、特に10×10−4以下であり、また室温から40
0℃での熱膨張係数は5〜8ppm/℃の範囲にあり、
GaAsチップ等の半導体素子の熱膨張係数に極めて近
似している。従って、本発明の高周波磁器は、高周波用
配線基板の絶縁基板として、極めて有用である。The high-frequency porcelain of the present invention containing each of the main crystal phase and the amorphous phase as described above has not only high strength but also a dielectric constant of 6 or less and a dielectric loss (tan δ) at 15 GHz. Is as low as 10 × 10 −4 or less.
The dielectric loss (tan δ) at GHz is not more than 15 × 10 −4 , particularly not more than 10 × 10 −4 ,
The coefficient of thermal expansion at 0 ° C. is in the range of 5-8 ppm / ° C.,
It is very close to the coefficient of thermal expansion of a semiconductor element such as a GaAs chip. Therefore, the high-frequency porcelain of the present invention is extremely useful as an insulating substrate of a high-frequency wiring board.
【0019】また、本発明の高周波用磁器では、上記以
外の成分として、Co成分を、CoO換算で0.05〜
5重量%、特に0.1〜2.0重量%含有していること
ができる。このようなCo含有磁器は、Cu配線層を備
えた配線基板の用途に極めて有用である。Further, in the high frequency porcelain of the present invention, the Co component as a component other than the above is 0.05 to 0.05 in terms of CoO.
It may contain 5% by weight, especially 0.1 to 2.0% by weight. Such a Co-containing porcelain is extremely useful for a wiring substrate provided with a Cu wiring layer.
【0020】即ち、配線層を形成する低抵抗導体として
は、Cu、Ag,Auが代表的であるが、コストの点か
ら、Cu及びAgが一般に使用される。この内、Ag配
線層は、大気中での焼成により形成することができ、し
かも表面にメッキ層を形成する必要がないため、特にコ
ストの点で有利であるが、配線層表面でのマイグレーシ
ョンや半田濡れ性の点で問題がある。このため、このよ
うな問題のないCu配線層が最も一般的に使用されてい
るが、Cu配線層は、酸化防止のために、表面にNi−
AuやCu−Au等のメッキ層を形成する必要がある。
ところで、配線基板中の絶縁基板が、従来公知の磁器に
より形成されている場合、Cu配線層表面に上記のメッ
キ層を形成する際に、絶縁基板表面にAuが付着し、変
色や配線層間の絶縁性低下を生じるおそれがある。前述
したCo成分含有の磁器は、上記のようなメッキ層形成
に際してのAu付着を有効に防止することができるとい
う利点を有している。この場合、Co含量が多くなる
と、誘電損失が増大するおそれがあり、またCo含量が
少ないと、Au付着防止効果が十分に発現しないおそれ
がある。従って、Co含量は、前述した範囲に設定され
ていることが好ましい。That is, Cu, Ag, and Au are typical examples of the low-resistance conductor forming the wiring layer, but Cu and Ag are generally used in terms of cost. Among them, the Ag wiring layer can be formed by baking in the air, and it is not necessary to form a plating layer on the surface, which is particularly advantageous in terms of cost. There is a problem in solder wettability. For this reason, a Cu wiring layer that does not have such a problem is most commonly used. However, the Cu wiring layer has a Ni—
It is necessary to form a plating layer such as Au or Cu-Au.
By the way, when the insulating substrate in the wiring substrate is formed by a conventionally known porcelain, when the above-mentioned plating layer is formed on the surface of the Cu wiring layer, Au adheres to the surface of the insulating substrate, and discoloration and the space between the wiring layers are caused. There is a possibility that insulation may be deteriorated. The above-described porcelain containing a Co component has an advantage that Au adhesion during the formation of the plating layer as described above can be effectively prevented. In this case, when the Co content increases, the dielectric loss may increase, and when the Co content is low, the Au adhesion preventing effect may not be sufficiently exhibited. Therefore, the Co content is preferably set in the range described above.
【0021】また上述したCo成分は、特にCoOの形
で磁器中に各種結晶相中及び非晶質相中に存在するが、
特に磁器中のZnの分布とCoの分布とがよく一致して
おり、このことから、結晶相中のZnの一部がCoで置
換されることに起因して、Au付着が有効に防止される
のではないかと、本発明者等は推定している。また、こ
のことから、Co成分は少なくともZnOとAl2O3
とを含む結晶相(SP)と非晶質相(G)とに含まれて
いることが好ましい。更に、上記のCo成分は、磁器中
に均一に分散していることが好ましい。Co成分の一部
が磁器中で凝集し、その分散が不均一となっていると、
凝集したCo成分により、誘電損失の増大を生じるおそ
れがあり、また、焼成により、突起状の欠陥が発生する
おそれもある。尚、Co成分が均一に分散している磁器
は、鮮やかな色を呈し、例えばL*a*b表色系で評価した
とき、 明度L*>80 彩度C*={(a*)2+(b*)2}1/2>20 の色位置にある。The above-mentioned Co component is present in various crystal phases and amorphous phases in porcelain, especially in the form of CoO.
In particular, the distribution of Zn in the porcelain and the distribution of Co are in good agreement with each other, which indicates that Au is effectively prevented from being deposited due to the fact that part of Zn in the crystal phase is replaced by Co. The present inventors presume that this may be the case. From this, the Co component contains at least ZnO and Al 2 O 3
Is preferably contained in a crystal phase (SP) containing the following and an amorphous phase (G). Further, it is preferable that the Co component is uniformly dispersed in the porcelain. If a part of the Co component aggregates in the porcelain and the dispersion is non-uniform,
Aggregation of the Co component may cause an increase in dielectric loss, and baking may cause protrusion-like defects. The porcelain in which the Co component is uniformly dispersed exhibits a vivid color. For example, when evaluated by the L * a * b color system, lightness L *> 80 saturation C * = {(a *) 2 + (B *) 2 } 1/2 > 20.
【0022】(高周波磁器の製造)原料粉末 本発明の高周波磁器を製造するために使用される原料粉
末としては、結晶化ガラス粉末と、ZnO粉末と、アモ
ルファスシリカ粉末(溶融シリカ)との混合粉末が使用
される。(Production of high frequency porcelain) Raw material powder The raw material powder used for producing the high frequency porcelain of the present invention is a mixed powder of crystallized glass powder, ZnO powder and amorphous silica powder (fused silica). Is used.
【0023】結晶化ガラス粉末は、上述した各種結晶相
を析出させるために、SiO2、Al2O3、MgO、
ZnOおよびB2O3を成分として含むものであるが、
磁器中の非晶質相を、実質上、SiO2或いはSiO2
とB2O3とから形成させ、残部を結晶化させるため
に、以下の組成を有していることが好ましい。 SiO2:40〜52重量%、特に45〜50重量% Al2O3:14〜32重量%、特に25〜30重量% MgO:4〜15重量%、特に9〜13重量% ZnO:6〜16重量%、特に6〜10重量% B2O3:5〜15重量%、特に7〜11重量% このような結晶化ガラス粉末は、1〜10μm、特に
1.5〜4μmの平均粒径を有していることが好まし
く、またZnO粉末の平均粒径は、0.5〜5μm、特
に0.8〜2.5μmの範囲にあることが好ましい。The crystallized glass powder is made of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO,
It contains ZnO and B 2 O 3 as components,
The amorphous phase in the porcelain is substantially SiO 2 or SiO 2
And B 2 O 3, and preferably has the following composition in order to crystallize the remainder. SiO 2: 40 to 52 wt%, in particular 45 to 50 wt% Al 2 O 3: 14~32 wt%, in particular 25 to 30 wt% MgO: 4 to 15% by weight, in particular 9-13 wt% ZnO:. 6 to 16 wt%, in particular 6-10 wt% B 2 O 3: 5~15 wt%, such crystallized glass powder, especially 7 to 11 wt%, 1 to 10 [mu] m, especially an average particle diameter of 1.5~4μm It is preferable that the average particle size of the ZnO powder is in the range of 0.5 to 5 μm, particularly 0.8 to 2.5 μm.
【0024】また、アモルファスシリカ(溶融シリカ)
粉末としては、原料のケイ酸ソーダ等に含まれ或いはア
モルファスシリカの製造工程中に混入するアルミニウ
ム、鉄、アンチモン等の不純物金属の総量が、金属換算
で500ppm以下に制御された極めて高純度のものが
使用される。即ち、このような高純度のアモルファスシ
リカ(溶融シリカ)粉末を用いることにより、焼成に際
してのアモルファスシリカの結晶化が有効に抑制され、
SiO2結晶相の析出量が前述した範囲に抑制され、高
周波領域での誘電損失を低減させることができる。しか
も、SiO2結晶相の析出量が抑制されていることか
ら、得られる磁器の室温から400℃での熱膨張係数は
5〜8ppm/℃の範囲にあり、GaAsチップ等の半
導体素子の熱膨張係数に極めて近似している。また、こ
のような高純度のアモルファスシリカ粉末は、平均粒径
が1.2〜6μm、特に1.5〜3.5μmの範囲にあ
り、2μm以上の粒径を有する粒子の含有量が15重量
%以上、特に15〜30重量%の範囲にあることが好ま
しい。このような粒度分布を有するアモルファスシリカ
粉末の使用は、磁器中の各結晶相の含有比率を所定の割
合とし且つ磁器中の非晶質相をSiO2のみから、或い
はSiO2及びB2O3のみから構成する上で最も好適
である。Also, amorphous silica (fused silica)
As the powder, an extremely high-purity powder in which the total amount of impurity metals such as aluminum, iron, and antimony contained in the raw material sodium silicate or the like or mixed in the production process of amorphous silica is controlled to 500 ppm or less in terms of metal. Is used. That is, by using such high-purity amorphous silica (fused silica) powder, crystallization of amorphous silica during firing is effectively suppressed,
The precipitation amount of the SiO 2 crystal phase is suppressed to the above-described range, and the dielectric loss in a high frequency region can be reduced. In addition, since the amount of the precipitated SiO 2 crystal phase is suppressed, the coefficient of thermal expansion of the obtained porcelain from room temperature to 400 ° C. is in the range of 5 to 8 ppm / ° C., and the thermal expansion of semiconductor elements such as GaAs chips. Very close to the coefficient. The high-purity amorphous silica powder has an average particle diameter of 1.2 to 6 μm, particularly 1.5 to 3.5 μm, and a content of particles having a particle diameter of 2 μm or more is 15% by weight. %, Preferably in the range of 15 to 30% by weight. The use of amorphous silica powder having such a particle size distribution, the amorphous phase content ratio was used as a predetermined ratio and in porcelain of each crystal phase in the porcelain from only SiO 2, or SiO 2 and B 2 O 3 This is the most preferable in that it is composed of only these.
【0025】また、本発明において、結晶化ガラス粉末
と、ZnO粉末と、アモルファスシリカ粉末との混合比
は、混合粉末中の結晶化ガラス粉末量が、65〜85重
量%、ZnO粉末量が5〜20重量%、特に7〜15重
量%、アモルファスシリカ粉末量が3〜20重量%、特
に10〜20重量%となるように設定され、このような
量比で各粉末を混合することにより、析出する各結晶相
の量を前述した範囲に設定することができる。In the present invention, the mixing ratio of the crystallized glass powder, the ZnO powder, and the amorphous silica powder is such that the amount of the crystallized glass powder in the mixed powder is 65 to 85% by weight, and the amount of the ZnO powder is 5%. -20% by weight, especially 7-15% by weight, and the amount of amorphous silica powder is set to 3-20% by weight, especially 10-20% by weight. The amount of each crystal phase to be precipitated can be set in the range described above.
【0026】更に本発明において、前述したCo含有磁
器を製造する場合には、上記の混合粉末に、更にCoO
粉末或いはCo3O4粉末を、CoO換算で0.05〜
5重量%、特に0.1〜2.0重量%となる割合で加え
る。この場合、磁器中にCoを均一に分散させるために
は、比表面積(BET)が10m2/g以上のCo3O
4粉末を用いることが好適である。また、Co3O
4は、加熱により酸素を放出し、CoOに転換するが、
放出された酸素により脱バインダーが促進されるという
効果がある。従って、脱バインダーを有効に行い、磁器
中の残留カーボン量を低減させるという点で、Co3O
4粉末を用いることが有利である。Further, in the present invention, when the above-mentioned Co-containing porcelain is manufactured, CoO is further added to the above mixed powder.
Powder or Co 3 O 4 powder, from 0.05 to 0.05 in terms of CoO
It is added in a proportion of 5% by weight, especially 0.1 to 2.0% by weight. In this case, in order to uniformly disperse Co in the porcelain, Co 3 O having a specific surface area (BET) of 10 m 2 / g or more is used.
Preferably, four powders are used. In addition, Co 3 O
4 releases oxygen by heating and is converted to CoO,
The released oxygen has the effect of promoting binder removal. Accordingly, Co 3 O is used in that the binder is effectively removed and the amount of residual carbon in the porcelain is reduced.
It is advantageous to use 4 powders.
【0027】成形用スラリーの調製及び成形 上記で得られた混合粉末に、ポリビニルアルコール、メ
タクリレート樹脂等の有機バインダーを加え、更に、必
要により、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等の
可塑剤及びトルエン、酢酸エチル、イソプロパノール等
の有機溶剤を適量混合し、成形用スラリーを調製する。
上記の成形用スラリーを用いて、それ自体公知の成形
法、例えばドクターブレード法、カレンダーロール法、
圧延法またはプレス成形法等により、用途に応じた形状
の成形体を作成し、脱バインダー及び焼成が行われる。 Preparation of Molding Slurry and Molding To the mixed powder obtained above, an organic binder such as polyvinyl alcohol and methacrylate resin is added, and if necessary, a plasticizer such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate, and toluene, An appropriate amount of an organic solvent such as ethyl acetate or isopropanol is mixed to prepare a molding slurry.
Using the above molding slurry, a molding method known per se, for example, a doctor blade method, a calendar roll method,
A compact having a shape suitable for the intended use is prepared by a rolling method or a press molding method, and the binder is removed and baked.
【0028】この場合、高周波用配線基板を作製する場
合には、所定厚みのシート状成形体(グリーンシート)
を作製し、所望により、このグリーンシートにスルーホ
ールを形成し、該スルーホール内に銅、銀、金のうちの
少なくとも1種を含む金属ペーストを充填する。また、
グリーンシートの表面には、前記金属ペーストを用いて
高周波信号が伝送可能な高周波線路パターンをスクリー
ン印刷法、グラビア印刷法等の公知の印刷法により配線
層の厚みが5〜30μmとなるように印刷、塗布する。
次いで、スルーホールおよび線路パターンを位置合わせ
して複数のグリーンシートを積層圧着し、この積層シー
トについて、脱バインダー及び焼成が行われる。In this case, when producing a high-frequency wiring board, a sheet-like molded product (green sheet) having a predetermined thickness is used.
Then, if necessary, through holes are formed in the green sheet, and the through holes are filled with a metal paste containing at least one of copper, silver, and gold. Also,
On the surface of the green sheet, a high-frequency line pattern capable of transmitting a high-frequency signal using the metal paste is printed by a known printing method such as a screen printing method or a gravure printing method so that the thickness of the wiring layer is 5 to 30 μm. , Apply.
Next, the plurality of green sheets are laminated and pressed by aligning the through holes and the line patterns, and the laminated sheet is subjected to binder removal and firing.
【0029】脱バインダー 脱バインダーは、水蒸気含有雰囲気中での熱処理により
行われる。このような雰囲気中での熱処理を行うと、バ
インダーが熱分解した後に残留するカーボンが水蒸気と
反応するため、脱バインダーを有効に行うことができ
る。また、先にも述べた通り、Co3O4粉末が使用さ
れている場合には、Co3O4がCoOに転換する際に
放出される酸素によって、脱バインダーが促進される。
尚、Cu配線層を同時焼成により形成する時には、Cu
の酸化を防止するために、水蒸気含有の非酸化性雰囲気
(例えば、窒素雰囲気)中で脱バインダーが行われる。 Debinding The binder is removed by heat treatment in a steam-containing atmosphere. When heat treatment is performed in such an atmosphere, carbon remaining after the binder is thermally decomposed reacts with water vapor, so that the binder can be effectively removed. Further, as described above, when Co 3 O 4 powder is used, debinding is promoted by oxygen released when Co 3 O 4 is converted to CoO.
When the Cu wiring layer is formed by simultaneous firing, Cu
The binder is removed in a non-oxidizing atmosphere containing water vapor (for example, a nitrogen atmosphere) to prevent oxidation of the binder.
【0030】また、上記のような脱バインダーは、残留
カーボン量が、100ppm以下、特に80ppm以下
となるように行われることが好ましい。残留カーボン量
が多いと、磁器の緻密度の低下、誘電損失の増大、絶縁
性の低下等を生じる恐れがあるばかりか、焼成により、
磁器表面に突起状の欠陥を生じるおそれがある。特に、
低抵抗導体の配線層との同時焼成により、上記の磁器か
ら成る絶縁基板を備えた配線基板を作製する場合、低抵
抗導体の配線層表面にも突起状の欠陥が生じてしまう
と、配線基板と外部素子との接続の信頼性が著しく損な
われてしまう。本発明では、残留カーボン量を、上記の
範囲に調整することにより、これらの不都合を有効に回
避することができる。It is preferable that the above-described debinding is performed so that the amount of residual carbon is 100 ppm or less, particularly 80 ppm or less. If the amount of residual carbon is large, not only may the density of the porcelain decrease, the dielectric loss increases, the insulation may decrease, but also by firing,
There is a possibility that a protruding defect is generated on the surface of the porcelain. In particular,
When a wiring board having an insulating substrate made of the above-described porcelain is manufactured by simultaneous firing with the wiring layer of the low-resistance conductor, if a protruding defect occurs on the surface of the wiring layer of the low-resistance conductor, the wiring board may be damaged. The reliability of the connection between the device and the external element is significantly impaired. In the present invention, these disadvantages can be effectively avoided by adjusting the amount of residual carbon to the above range.
【0031】本発明において、残留カーボン量を上記範
囲内に抑制するためには、脱バインダーを2段の熱処理
で行うことが望ましい。例えば、650〜710℃と7
20〜770℃との2段階での熱処理により脱バインダ
ーを行うことが好ましく、特に、650〜710℃での
熱処理を1時間以上行い、続いて720〜770℃での
熱処理を1時間以上行うことが、残留カーボン量を前記
範囲内に抑制する上で最も好適である。In the present invention, in order to suppress the amount of residual carbon within the above range, it is desirable to remove the binder by a two-stage heat treatment. For example, 650-710 ° C and 7
It is preferable to remove the binder by performing heat treatment in two stages at 20 to 770 ° C, and particularly to perform heat treatment at 650 to 710 ° C for 1 hour or more, and then perform heat treatment at 720 to 770 ° C for 1 hour or more. Is most suitable for suppressing the amount of residual carbon within the above range.
【0032】焼成 脱バインダー後に行われる焼成は、窒素雰囲気等の非酸
化性雰囲気中又は大気等の酸化性雰囲気中で行われる
が、Cu配線層を同時焼成により形成する時には、Cu
の酸化を防止するために、非酸化性雰囲気中で焼成が行
われる。上記雰囲気中での焼成は、800〜1000
℃、特に875〜1000℃にて、0.5時間以上行わ
れ、これにより、緻密化され、前述した各種結晶相及び
非晶質相を含む本発明の高周波用磁器、或いはこのよう
な高周波用磁器を絶縁基板とする高周波用配線基板を得
ることができる。尚、Cu配線層を備えた配線基板(前
記金属ペーストとしてCuペーストが使用されたもの)
では、焼成後に、無電解Ni−Auメッキ、無電解Cu
−Auメッキを基板表面のCu配線層に施してメッキ層
を形成する。この際、絶縁基板がCo成分を含有する高
周波用磁器から形成されている場合には、絶縁基板表面
へのAu付着が有効に抑制される。また、上記のように
して形成された配線基板の表面には、所望により、S
i、GaAs、SiGe等の高周波素子が搭載され、配
線基板に設けられている配線層と高周波信号の伝達が可
能なように接続される。例えば、配線層表面に半田を介
して高周波素子を直接実装したり、ワイヤボンディン
グ、TABテープなどを用いて高周波素子を接続するこ
とも可能である。さらに、高周波素子が搭載された配線
基板表面に、所望により、絶縁基板と同種の絶縁材料
や、その他の絶縁材料、あるいは放熱性が良好な金属等
からなるキャップをガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤に
より接合することにより、高周波素子を気密に封止する
ことができ、これにより高周波用半導体モジュールを作
製することができる。The calcination calcination carried out after the debinding is carried out in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen atmosphere or in an oxidizing atmosphere such as air, when formed by co-firing the Cu wiring layer, Cu
Is fired in a non-oxidizing atmosphere in order to prevent oxidation. The firing in the above atmosphere is 800 to 1000
C., especially at 875-1000 ° C., for at least 0.5 hour, thereby densifying and containing the above-described various crystalline and amorphous phases of the high-frequency porcelain of the present invention, or such a high-frequency porcelain A high-frequency wiring board using porcelain as an insulating substrate can be obtained. In addition, a wiring board having a Cu wiring layer (a Cu paste is used as the metal paste)
Then, after firing, electroless Ni-Au plating, electroless Cu
-Au plating is applied to the Cu wiring layer on the substrate surface to form a plating layer. At this time, when the insulating substrate is formed of high-frequency porcelain containing a Co component, Au adhesion to the surface of the insulating substrate is effectively suppressed. If desired, the surface of the wiring board formed as described above may be
A high-frequency element such as i, GaAs, SiGe or the like is mounted, and is connected to a wiring layer provided on a wiring board so that high-frequency signals can be transmitted. For example, a high-frequency element can be directly mounted on the surface of the wiring layer via solder, or the high-frequency element can be connected using wire bonding, a TAB tape, or the like. Further, on the surface of the wiring board on which the high-frequency element is mounted, if necessary, a cap made of the same kind of insulating material as the insulating substrate, another insulating material, or a metal having good heat dissipation properties, such as glass, resin, brazing material, etc. By bonding with an adhesive, the high-frequency element can be hermetically sealed, and thus a high-frequency semiconductor module can be manufactured.
【0033】(高周波用配線基板の構造)上述した高周
波用磁器により形成された絶縁基板を備えた高周波用配
線基板は、種々の構造を採ることができる。その一例を
示す図2の概略断面斜視図において、所定の厚みAを有
する絶縁基板1は、絶縁層1a、1b、1cの3層から
構成されている。また、この絶縁基板1を挟持する様
に、一対の導体層2、3が形成されている。絶縁基板1
内には、絶縁基板1の厚み方向に延びている多数のビア
ホール4が設けられており、これらのビアホール4によ
って、導体層2、3は、互いに電気的に接続されてい
る。(Structure of High Frequency Wiring Board) The high frequency wiring board provided with the insulating substrate formed by the above-described high frequency porcelain can have various structures. In the schematic cross-sectional perspective view of FIG. 2 showing one example, an insulating substrate 1 having a predetermined thickness A is composed of three layers of insulating layers 1a, 1b, and 1c. Further, a pair of conductor layers 2 and 3 are formed so as to sandwich the insulating substrate 1. Insulating substrate 1
Inside, a large number of via holes 4 extending in the thickness direction of the insulating substrate 1 are provided, and the conductor layers 2 and 3 are electrically connected to each other by these via holes 4.
【0034】図2から明らかな通り、ビアホール4は、
所定間隔Bをもって二列に配置されており、各列のビア
ホール4は、所定間隔Cで配置されており、ビアホール
4の各列は、信号伝達方向(線路形成方向)に延びてい
る。即ち、これらのビアホール4と、導体層2、3とに
よって囲まれる空間が、誘電体導波管線路6となる。絶
縁基板1の厚みAに対する制限は特にないが、シングル
モードの高周波信号を用いる場合には、ビアホール4の
列の間隔Bを基準として、B/2程度または2B程度の
大きさであることが望ましい。As is apparent from FIG. 2, the via hole 4
Two rows of via holes 4 are arranged at a predetermined interval B, and the via holes 4 of each row are arranged at a predetermined interval C, and each row of the via holes 4 extends in the signal transmission direction (line forming direction). That is, the space surrounded by the via holes 4 and the conductor layers 2 and 3 becomes the dielectric waveguide line 6. There is no particular limitation on the thickness A of the insulating substrate 1, but when a single-mode high-frequency signal is used, the size is preferably about B / 2 or about 2B based on the interval B between the rows of the via holes 4. .
【0035】各列を構成しているビアホール4の間隔C
は、伝送される信号波長λc(遮断波長)より狭い間隔
に設定されることで電気的な壁を形成しており、これに
より、信号は二列のビアホール4、4間に閉じこめられ
る。平行に置かれた一対の導体層2、3間にはTEM波
が伝搬できるために、例えば、ビアホール4の間隔Cが
遮断波長λc以上であると、この線路6に電磁波を給電
しても伝搬せず、ビアホールの間隔Cが遮断波長λcよ
りも小さいと、電磁波は、線路6と垂直な方向で遮蔽さ
れて、導体層2、3とビアホール4とで囲まれる誘電体
導波管線路6内を反射しながら伝搬する。The distance C between the via holes 4 forming each column
Are set at an interval smaller than the signal wavelength λc (cutoff wavelength) to be transmitted, thereby forming an electrical wall, whereby the signal is confined between the two rows of via holes 4. Since a TEM wave can propagate between the pair of conductor layers 2 and 3 placed in parallel, for example, if the distance C between the via holes 4 is equal to or longer than the cutoff wavelength λc, even if an electromagnetic wave is supplied to the line 6, the TEM wave propagates. If the distance C between the via holes is smaller than the cutoff wavelength λc, the electromagnetic wave is shielded in a direction perpendicular to the line 6, and the electromagnetic wave in the dielectric waveguide line 6 surrounded by the conductor layers 2 and 3 and the via hole 4. Propagates while reflecting light.
【0036】また、図2においては、絶縁層1a、1
b、1c間のビアホール形成列領域には導体層5が形成
されており、この導体層5によって、電磁波の遮蔽効果
が強化されている。さらに、図2においては、誘電体導
波管線路6の一方の表面に形成された導体層2にスロッ
ト7が形成されており、誘電体導波管線路6内を伝送す
る高周波信号は、スロット7から放射される。従って、
この誘電体導波管線路6は、導波管アンテナとして作用
する。In FIG. 2, the insulating layers 1a, 1a
A conductor layer 5 is formed in the via hole formation row region between b and 1c, and the conductor layer 5 enhances the electromagnetic wave shielding effect. Further, in FIG. 2, a slot 7 is formed in the conductor layer 2 formed on one surface of the dielectric waveguide line 6, and a high-frequency signal transmitted through the dielectric waveguide line 6 is a slot. Radiated from 7. Therefore,
This dielectric waveguide line 6 functions as a waveguide antenna.
【0037】さらに、図3の他の例に示すように、導体
層2の表面に形成されたスロット(図示せず)を囲むよ
うに、他の誘電体導波管線路8を接続することができ
る。また、図2や図3の例において、スロットを貫通す
るビアホール導体(図示せず)を設けることにより、誘
電体導波管線路6の外部にスロット7を延ばして高周波
信号を取り出すこともできる。さらに、絶縁基板1の表
面、特にスロット7形成面の裏面に高周波用素子(図示
せず)を搭載することも可能である。Further, as shown in another example of FIG. 3, another dielectric waveguide line 8 may be connected so as to surround a slot (not shown) formed on the surface of the conductor layer 2. it can. In addition, in the examples of FIGS. 2 and 3, by providing a via hole conductor (not shown) penetrating the slot, the slot 7 can be extended outside the dielectric waveguide line 6 to extract a high-frequency signal. Further, it is also possible to mount a high-frequency element (not shown) on the front surface of the insulating substrate 1, particularly on the back surface of the slot 7 forming surface.
【0038】既に述べた様に、本発明の高周波用磁器
は、15GHzでの誘電損失が10×10−4以下、6
0GHzでの誘電損失は15×10−4以下であり、高
周波帯での誘電損失が非常に小さい。従って、上記のよ
うな配線基板においては、絶縁基板1を、上述した高周
波用磁器から形成させることにより、高周波信号が減衰
することなく誘電体導波管線路6内を伝送することがで
きる。また、本発明の高周波用磁器の誘電率は6以下で
あり、この点においても、このような高周波用磁器によ
り形成された絶縁基板1を備えた配線基板は、高周波信
号の伝送特性に優れている。本発明の高周波用磁器の室
温から400℃における熱膨張係数は5〜8ppm/℃
であり、半導体素子の熱膨張係数に近似している。従っ
て、このような高周波磁器により形成された絶縁基板1
を備えた配線基板は、高周波素子が実装される用途にも
極めて有用である。As described above, the high frequency porcelain of the present invention has a dielectric loss at 15 GHz of 10 × 10 −4 or less,
The dielectric loss at 0 GHz is 15 × 10 −4 or less, and the dielectric loss in a high frequency band is very small. Therefore, in the above-described wiring board, by forming the insulating substrate 1 from the above-described high-frequency ceramic, the high-frequency signal can be transmitted through the dielectric waveguide line 6 without being attenuated. The dielectric constant of the high frequency porcelain of the present invention is 6 or less, and in this respect, the wiring board including the insulating substrate 1 formed of such high frequency porcelain has excellent transmission characteristics of high frequency signals. I have. The coefficient of thermal expansion of the high frequency porcelain of the present invention from room temperature to 400 ° C. is 5 to 8 ppm / ° C.
Which is close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor element. Therefore, the insulating substrate 1 formed by such a high-frequency porcelain
Is extremely useful for applications in which high-frequency elements are mounted.
【0039】本発明の高周波用配線基板の好適例の一つ
である高周波用パッケージを図4の概略側断面図に示
す。図4において、全体として20で示すこのパッケー
ジは、本発明の高周波用磁器からなる絶縁基板21を備
えており、この絶縁基板21の上面には、蓋体22によ
り閉じられたキャビティ23が形成されている。このキ
ャビティ23内には、Si、SiGe、GaAs等の高
周波素子24が搭載されている。蓋体22は高周波素子
24と外部との電磁波の漏洩が防止できる材料から構成
されることが望ましい。絶縁基板21の表面には、高周
波素子24と電気的に接続された配線層25が形成され
ている。FIG. 4 is a schematic sectional side view of a high-frequency package which is one of preferred examples of the high-frequency wiring board of the present invention. In FIG. 4, this package, which is generally designated by 20, includes an insulating substrate 21 made of the high-frequency ceramic of the present invention, and a cavity 23 closed by a lid 22 is formed on the upper surface of the insulating substrate 21. ing. In this cavity 23, a high-frequency element 24 such as Si, SiGe, or GaAs is mounted. The lid 22 is desirably made of a material that can prevent leakage of electromagnetic waves between the high-frequency element 24 and the outside. On the surface of the insulating substrate 21, a wiring layer 25 electrically connected to the high-frequency element 24 is formed.
【0040】本発明において、1GHz以上、特に15
GHz以上、さらに50GHz以上、さらには70GH
z以上の高周波信号を配線層25によって伝送するため
に、配線層25の形状は、ストリップ線路、マイクロス
トリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路のう
ちの少なくとも1種から構成されることが望ましい。こ
れにより、高周波信号の伝送損失を小さくすることがで
きる。また、高周波信号の伝送損失を小さくするため
に、配線層25は、銅、銀または金の低抵抗金属のいず
れか1種を含有し、特にこれら金属を主成分とすること
が望ましい。In the present invention, 1 GHz or more, especially 15 GHz
GHz or more, furthermore 50 GHz or more, furthermore 70 GH
In order to transmit a high frequency signal of z or more by the wiring layer 25, the wiring layer 25 may be formed of at least one of a strip line, a microstrip line, a coplanar line, and a dielectric waveguide line. desirable. Thereby, transmission loss of a high-frequency signal can be reduced. Further, in order to reduce transmission loss of a high-frequency signal, the wiring layer 25 contains any one of low-resistance metals such as copper, silver and gold, and it is particularly preferable that these metals are the main components.
【0041】図4のパッケージ20においては、配線層
25はアース層26とともにマイクロストリップ線路2
7を形成している。また、この絶縁基板21の裏面には
外部回路基板と接続される配線層28が形成され、アー
ス層26とともにマイクロストリップ線路29を形成し
ている。そして、配線層25および配線層28は、その
端部がアース層26に形成されたスロット孔30を介し
て各配線層の端部が対峙するように形成することにより
電磁結合され、マイクロストリップ線路27とマイクロ
ストリップ線路29間で損失の少ない信号の伝送が行わ
れる。In the package 20 of FIG. 4, the wiring layer 25 and the ground layer 26 are connected to the microstrip line 2.
7 are formed. A wiring layer 28 connected to an external circuit board is formed on the back surface of the insulating substrate 21, and forms a microstrip line 29 together with the ground layer 26. The wiring layer 25 and the wiring layer 28 are electromagnetically coupled by forming their ends through slot holes 30 formed in the ground layer 26 so that the ends of the wiring layers face each other, thereby forming a microstrip line. Signals with low loss are transmitted between the microstrip line 27 and the microstrip line 29.
【0042】本発明において、配線層の構造は、上記電
磁結合構造に限定されるものではなく、例えば、図4の
マイクロストリップ線路27の端部に、先に説明した様
な誘電体導波管線路を積層、配設し、アース層26の一
部に設けたスロット30を貫通するビアホール導体によ
って誘電体導波管線路とマイクロストリップ線路27と
を接続することも可能である。また、図4のパッケージ
20では、絶縁基板21と蓋体22とにより高周波素子
24が気密に封止されているが、本発明はこれに限られ
るものではなく、蓋体22を形成せず高周波素子24を
樹脂モールド等によって封止したものであってもよい。In the present invention, the structure of the wiring layer is not limited to the above-described electromagnetic coupling structure. For example, the dielectric waveguide as described above may be provided at the end of the microstrip line 27 in FIG. It is also possible to stack and arrange the lines, and connect the dielectric waveguide line and the microstrip line 27 by a via-hole conductor passing through a slot 30 provided in a part of the earth layer 26. In the package 20 of FIG. 4, the high-frequency element 24 is hermetically sealed by the insulating substrate 21 and the lid 22. However, the present invention is not limited to this. The element 24 may be sealed with a resin mold or the like.
【0043】[0043]
【実施例】実験例1:下記の組成からなる4種の結晶化
ガラスを準備した。 ガラスA:SiO244重量%−Al2O329重量%−MgO11重量% −ZnO7重量%−B2O39重量% ガラスB:SiO250重量%−Al2O315重量%−MgO9重量% −ZnO18重量%−B2O38重量% ガラスC:SiO210.4重量%−Al2O32.5重量% −B2O345.3重量%−ZnO35.2重量% −Na2O6.6重量% ガラスD:SiO214.2重量%−Al2O324.5重量% −B2O322.6重量%−CaO14.2重量% −Li2O12.8重量%−Na2O11.7重量%EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Four kinds of crystallized glasses having the following compositions were prepared. Glass A: 44% by weight of SiO 2 -29% by weight of Al 2 O 3 -11% by weight of MgO-7% by weight of ZnO-9% by weight of B 2 O 3 Glass B: 50% by weight of SiO 2 -15% by weight of Al 2 O 3 -MgO 9 wt% -ZnO18 wt% -B 2 O 3 8 wt% glass C: SiO 2 10.4 wt% -Al 2 O 3 2.5 wt% -B 2 O 3 45.3 wt% -ZnO35.2 wt% -Na 2 O6.6 wt% glass D: SiO 2 14.2 wt% -Al 2 O 3 24.5 wt% -B 2 O 3 22.6 wt% -CaO14.2 wt% -Li 2 O12.8 weight% -Na 2 O11.7% by weight
【0044】上記の結晶化ガラス粉末に、平均粒径1μ
mのZnO粉末、および表1に示す粒度分布を有するア
モルファスシリカ粉末を用いて、焼成後の磁器が表1の
組成となるように混合した。なお、各原料の粒径は原料
粉末のSEM写真からルーゼックス解析法を用いて面積
比率を求めることによって測定した。また、アモルファ
スシリカ原料粉末についてはICP分析法、赤外線吸収
スペクトル分析、ラマン分光分析法によって不純物金属
量を測定し、表1に示した。An average particle diameter of 1 μm was added to the above crystallized glass powder.
m ZnO powder and amorphous silica powder having the particle size distribution shown in Table 1 were mixed so that the porcelain after firing had the composition shown in Table 1. The particle size of each raw material was measured by determining the area ratio from a SEM photograph of the raw material powder using Luzex analysis. The amorphous silica raw material powder was subjected to ICP analysis, infrared absorption spectrum analysis, and Raman spectroscopy to measure the amount of impurity metals, and the results are shown in Table 1.
【0045】得られた混合粉末に、有機バインダ、可塑
剤、トルエンを添加し、スラリーを調製した後、このス
ラリーを用いてドクターブレード法により厚さ300μ
mのグリーンシートを作製した。そして、このグリーン
シートを10〜15枚積層し、50℃の温度で10MP
aの圧力を加えて熱圧着した。An organic binder, a plasticizer, and toluene were added to the obtained mixed powder to prepare a slurry.
m green sheets were produced. Then, 10 to 15 green sheets are laminated, and a temperature of 50 ° C. and a pressure of 10MP
A thermocompression bonding was performed by applying the pressure of a.
【0046】得られた積層体を、水蒸気含有/窒素雰囲
気(露点60℃)中、700℃で1時間、更に750℃
で1時間、脱バインダ処理を行った後、乾燥窒素中で表
1の条件で焼成し高周波用磁器を得た。The obtained laminate is placed in a steam-containing / nitrogen atmosphere (dew point: 60 ° C.) at 700 ° C. for 1 hour, and further at 750 ° C.
For 1 hour, and then fired in dry nitrogen under the conditions shown in Table 1 to obtain a high frequency porcelain.
【0047】尚、一部の試料については、フィラー成分
として、ZnO、アモルファスシリカの代わりに、結晶
質SiO2であるクォーツ粉末、Al2O3粉末、Ca
O粉末を用いて同様に磁器を作製した(試料No.9〜
11、18)。また、脱バインダーのための熱処理を、
750℃、1時間の一段で行った以外は試料No.3と
同様にして磁器を得た(試料No.25)。得られた磁
器について誘電率、誘電損失、抗折強度、熱膨張係数を
以下の方法で評価し、更に磁器中の成分分析及び信号の
透過性能の評価を行い、その結果を表2に示した。For some of the samples, instead of ZnO and amorphous silica, quartz powder of crystalline SiO 2 , Al 2 O 3 powder, Ca 2
Porcelain was similarly prepared using the O powder (Sample Nos. 9 to 9).
11, 18). Also, heat treatment for debinding
Sample No. 1 was performed in one step at 750 ° C. for 1 hour. Porcelain was obtained in the same manner as in Sample No. 3 (Sample No. 25). The obtained porcelain was evaluated for permittivity, dielectric loss, transverse rupture strength, and coefficient of thermal expansion by the following methods. Further, component analysis in the porcelain and evaluation of signal transmission performance were performed, and the results are shown in Table 2. .
【0048】誘電率及び誘電損失:試料の磁器を所定の
大きさの円板形状に切りだし、15GHz又は60GH
zにて、ネットワークアナライザー、シンセサイズドス
イーパーを用いて誘電体円柱共振器法により測定を行っ
た。測定に際しては、NRDガイド(非放射性誘電体線
路)で誘電体共振器の励起を行い、TE011またはT
E021モードの共振特性より、誘電率、誘電損失を算
出した。尚、15GHzでの誘電損失を測定するとき
は、試料の円板形状を、直径10mm、厚み5mmの大
きさとし、60GHzでの誘電損失を測定するときは、
試料の円板形状を、直径2〜7mm、厚み2.0〜2.
5mmの大きさとした。Dielectric constant and dielectric loss: A porcelain sample was cut into a disk having a predetermined size, and 15 GHz or 60 GHz.
At z, the measurement was performed by a dielectric cylinder resonator method using a network analyzer and a synthesized sweeper. At the time of measurement, the dielectric resonator is excited by an NRD guide (non-radiative dielectric line), and TE 011 or T
The dielectric constant and the dielectric loss were calculated from the resonance characteristics of the E021 mode. When measuring the dielectric loss at 15 GHz, the disk shape of the sample is 10 mm in diameter and 5 mm in thickness, and when measuring the dielectric loss at 60 GHz,
The disk shape of the sample is 2-7 mm in diameter and 2.0-2.
The size was 5 mm.
【0049】抗折強度:試料を幅4mm×厚さ3mm×
長さ70mmの形状に切り出し、JISC−2141の
規定に基づいて3点曲げ試験により抗折強度を測定し
た。 熱膨張係数:室温から400℃における熱膨張曲線をと
り、熱膨張係数を算出した。Flexural strength: A sample was 4 mm wide × 3 mm thick ×
The sheet was cut into a shape having a length of 70 mm, and the bending strength was measured by a three-point bending test based on the provisions of JISC-2141. Thermal expansion coefficient: A thermal expansion curve was calculated from room temperature to 400 ° C. to calculate a thermal expansion coefficient.
【0050】成分分析:磁器中の結晶相および非晶質相
をX線回折チャートから同定し、リートベルト法を用い
て定量した。さらに、TEM分析によるEDX(Energy
Dispersive X-ray Spectroscopy)、EELS(Electr
on Energy Loss Spectroscopy)分析によって、非晶質
相中の各元素の比率を測定し、その比率が50ppm以
上の元素を確認した。また、磁器中の残留カーボン量
を、赤外吸収法によって測定した。Component analysis: The crystalline phase and the amorphous phase in the porcelain were identified from the X-ray diffraction chart and quantified by the Rietveld method. Furthermore, EDX (Energy
Dispersive X-ray Spectroscopy), EELS (Electr
On Energy Loss Spectroscopy) analysis, the ratio of each element in the amorphous phase was measured, and the element whose ratio was 50 ppm or more was confirmed. Further, the amount of residual carbon in the porcelain was measured by an infrared absorption method.
【0051】透過性能:透過性能については、各試料の
磁器から成る絶縁基板に、ストリップ線路と、該ストリ
ップ線路の端部が変換されたコプレーナ線路とから成る
高周波信号電送線路を、絶縁基板との同時焼成により形
成した。尚、ストリップ線路は、絶縁基板表面に形成さ
れた、長さ1cm、2cm、3cmで、幅260μm、
厚み10μmの中心導体(Cu)と、絶縁基板内部の全
面に形成されたグラウンド層(中心導体とグラウンド層
との間隔:150μm)とから成るものである。このよ
うにして形成された高周波信号電送線路の一端から60
GHzの信号を入力し、他端にてネットワークアナライ
ザにより、その信号の透過性能であるS 21を測定し
た。Transmission performance: Regarding the transmission performance,
A strip line and the strip are placed on an insulating substrate made of porcelain.
The end of the line consists of a converted coplanar line
High-frequency signal transmission line is formed by simultaneous firing with insulating substrate
Done. The strip line is formed on the surface of the insulating substrate.
1cm, 2cm, 3cm in length, 260μm in width,
A center conductor (Cu) with a thickness of 10 μm and the entire inside of the insulating substrate
Ground layer (center conductor and ground layer)
(Interval with 150 μm). This
From one end of the high-frequency signal transmission line thus formed.
GHz signal, and the other end
The signal transmission performance S 21Measure
Was.
【0052】[0052]
【表1】 [Table 1]
【0053】[0053]
【表2】 [Table 2]
【0054】表1、2から明らかなように、SiO2、
Al2O3、MgO、ZnO及びB 2O3を含むガラス
量が85重量%を越える試料No.1、14では、Zn
OとAl2O3とを含む結晶相の析出割合が30重量%
より少なく、またSiO2とMgOを含む結晶相の析出
比率が5重量%より少なくなってしまい、誘電損失が高
く、また磁器強度が低いものであった。逆に、ガラス量
が65重量%より低い試料No.8では、磁器を100
0℃以下の温度で緻密化させることができなかった。ま
た、ZnO粉末およびアモルファスシリカ粉末に代えて
他のセラミックフィラー粉末を添加した試料No.9〜
11、18では、磁器の非晶質相中にSiまたはB以外
の他の金属成分が残存し、磁器の誘電損失が増大した。As is clear from Tables 1 and 2, SiO 22,
Al2O3, MgO, ZnO and B 2O3Containing glass
Sample No. whose amount exceeds 85% by weight. 1 and 14, Zn
O and Al2O330% by weight of the crystal phase containing
Less and also SiO2Of crystalline phase containing MgO and MgO
The ratio is less than 5% by weight and the dielectric loss is high.
And the porcelain strength was low. Conversely, the amount of glass
Is less than 65% by weight. In 8, the porcelain is 100
Densification could not be performed at a temperature of 0 ° C. or less. Ma
Instead of ZnO powder and amorphous silica powder,
Sample No. to which another ceramic filler powder was added. 9 ~
11 and 18, other than Si or B in the amorphous phase of the porcelain
Other metal components remained, and the dielectric loss of the porcelain increased.
【0055】さらに、アモルファスシリカ原料中にA
l、Fe、Sbの不純物金属を総量で500ppmより
多く含む試料No.12、13、19、20では、アモ
ルファスシリカの結晶化が促進され、磁器中のクォーツ
の析出量が6重量%を越えてしまい、60GHz(高周
波帯)での誘電損失が高くなる傾向にあった。また、S
iO2、Al2O3、MgO、ZnO及びB2O3の全
てを含んでいないガラスC、Dを用いた試料No.21
〜24は誘電損失が高いものであった。これに対して、
SiO2、Al2O3、MgO、ZnO及びB2O3の
全てを含むガラスA,Bを使用し、特定量のZnO粉末
および高純度のアモルファスシリカ粉末を混合して得ら
れた試料No.2〜7、15〜17の磁器は、いずれも
誘電率5.7以下、15GHzでの誘電損失が10×1
0−4以下、60GHzでの誘電損失が15×10−4
以下、強度200MPa以上、熱膨張係数5〜6ppm
/℃以下の優れた特性を有するものであった。更に脱バ
インダーを一段の熱処理で行った試料No.25では、
残留カーボン量が100ppmよりも多く、誘電損失が
増大していた。Further, in the amorphous silica raw material, A
Sample No. 1 containing a total of more than 500 ppm of impurity metals of l, Fe and Sb. In 12, 13, 19, and 20, crystallization of amorphous silica was promoted, the amount of quartz deposited in the porcelain exceeded 6% by weight, and the dielectric loss at 60 GHz (high frequency band) tended to increase. . Also, S
Sample Nos. using glasses C and D not containing all of iO 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZnO and B 2 O 3 . 21
2424 had a high dielectric loss. On the contrary,
Sample No. 1 was obtained by mixing glasses A and B containing all of SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZnO and B 2 O 3 and mixing a specific amount of ZnO powder and high-purity amorphous silica powder. Each of the porcelains 2 to 7 and 15 to 17 has a dielectric constant of 5.7 or less and a dielectric loss of 10 × 1 at 15 GHz.
0 −4 or less, dielectric loss at 60 GHz is 15 × 10 −4
Below, strength 200MPa or more, thermal expansion coefficient 5-6ppm
/ ° C or less. Further, in Sample No. in which the binder was removed by a one-step heat treatment. In 25,
The residual carbon amount was more than 100 ppm, and the dielectric loss increased.
【0056】実験例2:この実験例では、Co成分を含
む磁器についての評価を行った。先ず、結晶化ガラスと
しては、実験例1で用いたガラスA,Bを用いた。この
ガラス粉末に、アモルファスシリカ粉末及び酸化コバル
ト(Co3O4)粉末を、表3に示す割合で混合して、
混合粉末を調製した。(表3において、酸化コバルト量
は、CoO換算の値で示した。) 尚、アモルファスシリカ粉末としては、実験例1の試料
No.4で用いたものを使用した。また、酸化コバルト
粉末としては、以下のa,b,cの3種を用いた。 酸化コバルト粉末(a):BET比表面積 40g/m
2 酸化コバルト粉末(b):BET比表面積 10g/m
2 酸化コバルト粉末(c):BET比表面積 1g/m
2 Experimental Example 2: In this experimental example, evaluation was performed on a porcelain containing a Co component. First, glasses A and B used in Experimental Example 1 were used as crystallized glass. This glass powder was mixed with amorphous silica powder and cobalt oxide (Co 3 O 4 ) powder at the ratios shown in Table 3,
A mixed powder was prepared. (In Table 3, the amount of cobalt oxide was shown as a value in terms of CoO.) As the amorphous silica powder, the sample No. of Experimental Example 1 was used. The one used in 4 was used. The following three types of a, b, and c were used as the cobalt oxide powder. Cobalt oxide powder (a): BET specific surface area 40 g / m
2 cobalt oxide powder (b): BET specific surface area of 10 g / m
2 cobalt oxide powder (c): BET specific surface area of 1 g / m
2
【0057】上記の混合粉末100重量%に対して、メ
タクリル酸イソブチル樹脂(有機バインダー)を固形分
として12重量%、フタル酸ジブチル(可塑剤)を6重
量%、及びトルエン/酢酸エチルの混合溶媒を加え、ボ
ールミルにより40時間混合し、スラリーを調製した。
得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法によ
り、厚さが0.25mmのグリーンシートを成形した。
上記で得られた8枚のグリーンシートを、実験例1と同
様にして加圧積層し、これを一辺が60mmの正方形状
に切断し、絶縁基板用成形体を作製した。また、Cu粉
末にガラス粉末、セラミック粉末、有機バインダー、可
塑剤及び溶剤を添加してCuペーストを調製し、このC
uペーストを、上記で得られたグリーンシートの表面
に、一辺が12mmの大きさの正方形状に印刷した。こ
のようなCuペーストが印刷されたグリーンシート(C
uシート)と、Cuペーストが印刷されていない2枚の
グリーンシートとを、Cuシートが最上層となるように
重ね合わせ、実験例1と同様にして加圧積層し、これを
一辺が24mmの正方形状に切断し、配線基板用成形体
を作製した。Based on 100% by weight of the above mixed powder, 12% by weight of solid content of isobutyl methacrylate resin (organic binder), 6% by weight of dibutyl phthalate (plasticizer), and a mixed solvent of toluene / ethyl acetate Was added and mixed by a ball mill for 40 hours to prepare a slurry.
Using the obtained slurry, a green sheet having a thickness of 0.25 mm was formed by a doctor blade method.
The eight green sheets obtained as described above were laminated under pressure in the same manner as in Experimental Example 1, and were cut into a square shape with one side of 60 mm to produce a molded body for an insulating substrate. Further, a glass paste, a ceramic powder, an organic binder, a plasticizer and a solvent are added to the Cu powder to prepare a Cu paste.
The u paste was printed on the surface of the green sheet obtained above in a square shape having a side of 12 mm. A green sheet (C
u sheet) and two green sheets on which the Cu paste is not printed are overlapped so that the Cu sheet is the uppermost layer, and pressure-laminated in the same manner as in Experimental Example 1. It was cut into a square shape to produce a molded product for a wiring board.
【0058】上記で得られた絶縁基板用成形体及び配線
基板用成形体について、実験例1と同様にして、2段の
熱処理で脱バインダーを行った後、表3に示す温度で焼
成を行い、絶縁基板及びCu導体層を有する配線基板を
得た。この絶縁基板については、実験例1と同様に、6
0GHzにおける誘電率及び誘電損失(tanδ)を測定
した。また、目視により、絶縁基板上の突起状欠陥の個
数を測定し、且つ実験例1と同様に、抗折強度や残留カ
ーボン量を測定するとともに、更に、L*a*b表色系にお
ける明度L*及び彩度C*を測定した。配線基板について
は、Cu導体層表面をエッチングした後、無電解Niメ
ッキ層を3μmの厚みで形成し、更に無電解Auメッキ
層を1μmの厚みで形成し、Cu導体層が形成されてい
ない基板表面を40倍の実体顕微鏡で観察し、Au付着
による変色の有無を観察した。上記の結果を表4に示
す。The molded body for an insulating substrate and the molded body for a wiring substrate obtained above were subjected to a two-stage heat treatment to remove the binder in the same manner as in Experimental Example 1, and then fired at the temperature shown in Table 3. Thus, a wiring board having an insulating substrate and a Cu conductor layer was obtained. About this insulating substrate, as in Experimental Example 1, 6
The dielectric constant and the dielectric loss (tan δ) at 0 GHz were measured. Further, the number of protrusion-like defects on the insulating substrate was visually measured, and the bending strength and the amount of residual carbon were measured in the same manner as in Experimental Example 1. Further, the lightness in the L * a * b color system was measured. L * and chroma C * were measured. For the wiring substrate, after etching the surface of the Cu conductor layer, an electroless Ni plating layer is formed with a thickness of 3 μm, and an electroless Au plating layer is formed with a thickness of 1 μm. The surface was observed with a stereo microscope of 40 times, and the presence or absence of discoloration due to Au adhesion was observed. Table 4 shows the results.
【0059】[0059]
【表3】 [Table 3]
【0060】[0060]
【表4】 [Table 4]
【0061】表3,4の結果から、Co成分の含有量が
0.05重量%よりも少ない磁器(試料No.1,2,
11)では、Au付着による変色が生じているが、Co
成分を0.05重量%以上含有している他の磁器では、
Au付着による変色が有効に防止されていることが判
る。また、Co成分の含有量が5重量%を越える磁器
(試料No.10、15)では、誘電損失が増大してい
た。更に比表面積が10m2/gよりも小さい酸化コバ
ルト粉末を用いた磁器(試料No.19)では、Co成
分が均一に分散しておらず、この結果、突起状欠陥が多
数発生した。From the results shown in Tables 3 and 4, the porcelain containing less than 0.05% by weight of the Co component (samples Nos. 1, 2 and 2).
In 11), discoloration due to Au adhesion occurred, but Co
In other porcelain containing more than 0.05% by weight of components,
It can be seen that discoloration due to Au adhesion is effectively prevented. In the case of porcelain having a Co content of more than 5% by weight (samples Nos. 10 and 15), the dielectric loss increased. Further, in the porcelain using the cobalt oxide powder having a specific surface area smaller than 10 m 2 / g (Sample No. 19), the Co component was not uniformly dispersed, and as a result, a large number of projection defects were generated.
【0062】[0062]
【発明の効果】本発明によれば、金属換算による不純物
含有量が500ppm以下のアモルファスシリカ粉末を
用い、この高純度アモルファスシリカ粉末と所定の組成
の結晶化ガラスとZnO粉末とを所定の量比で含む混合
粉末を用いて成形用スラリーの調製、成形、及び脱バイ
ンダーを経ての1000℃以下の温度での焼成を行うこ
とにより、構成成分として、SiO2、Al2O3、M
gO、ZnO及びB2O 3を含み、結晶相として、Zn
OとAl2O3を含む結晶相及びSiO2とMgOを含
む結晶相を一定の割合で含有し、SiO2又はSiO2
とB2O3とからなる非晶質相を有するとともに、Si
O2結晶相の含有量が6重量%以下に抑制された高周波
用磁器を得ることができる。この磁器は、焼成時のアモ
ルファスシリカの結晶化が有効に抑制され、SiO2結
晶相の含有量が6重量%以下に抑制されていることか
ら、60GHzでの誘電損失が15×10−4以下であ
り、また、GaAsチップ等の高周波素子に極めて近似
した熱膨張係数を有している。従って、かかる高周波用
磁器は、高周波信号が適用される配線基板における絶縁
基板として用いた時、金、銀、銅の低抵抗導体との同時
焼成により製造することができ、しかも得られる基板
は、磁器強度が高いばかりか、かつ高周波領域における
誘電損失が低く、高周波信号を損失なく伝送することが
でき、さらに、高周波素子の実装等に際しても熱応力の
発生を有効に防止することができ、信頼性の高い実装構
造を確保することができる。また、Co成分を一定の割
合で含む本発明の高周波用磁器は、Cu配線層を備えた
配線基板の用途に極めて有用であり、Cu配線層上にN
i−AuやCu−Au等のメッキ層を形成する際の絶縁
基板表面へのAuを有効に防止することができ、Au付
着に起因する変色や配線層間の絶縁性低下を有効に回避
することができる。According to the present invention, impurities in terms of metal are
Amorphous silica powder with a content of 500 ppm or less
Use this high purity amorphous silica powder and the specified composition
Containing a predetermined amount of crystallized glass and ZnO powder
Preparation, molding, and de-built of molding slurry using powder
Baking at a temperature of 1000 ° C or less
As a result, SiO2, Al2O3, M
gO, ZnO and B2O 3And, as a crystal phase, Zn
O and Al2O3Crystalline phase containing and SiO2And MgO
Containing a certain proportion of crystalline phase2Or SiO2
And B2O3And an amorphous phase consisting of
O2High frequency with crystal phase content suppressed to 6% by weight or less
Porcelain can be obtained. This porcelain is
The crystallization of Rufus silica is effectively suppressed,2Conclusion
Whether the crystal phase content is controlled to 6% by weight or less
That the dielectric loss at 60 GHz is 15 × 10-4Below
Very similar to high frequency devices such as GaAs chips
Thermal expansion coefficient. Therefore, for such high frequency
Porcelain is insulated on the wiring board to which high-frequency signals are applied.
When used as a substrate, it can be used simultaneously with gold, silver, and copper low-resistance conductors.
Substrate that can be manufactured by firing and that can be obtained
Is not only high in porcelain strength but also in the high frequency range
Low dielectric loss, capable of transmitting high-frequency signals without loss
In addition, thermal stress can be reduced when mounting high frequency devices.
Generation can be effectively prevented and a reliable
Structure can be secured. In addition, the Co component is
The high frequency porcelain according to the present invention includes a Cu wiring layer.
It is extremely useful for wiring board applications.
Insulation when forming a plating layer such as i-Au or Cu-Au
Au on the substrate surface can be effectively prevented, and Au
Effectively avoids discoloration due to adhesion and deterioration of insulation between wiring layers
can do.
【図1】本発明の高周波用磁器の組織を説明するための
模式図。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the structure of a high-frequency porcelain according to the present invention.
【図2】本発明の高周波用磁器を用いた高周波用配線基
板の一例である誘電体アンテナを具備する高周波用配線
基板の概略断面斜視図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional perspective view of a high-frequency wiring board including a dielectric antenna, which is an example of a high-frequency wiring board using the high-frequency ceramic of the present invention.
【図3】本発明の高周波用磁器を用いた高周波用配線基
板の一例である図2とは異なる構造の誘電体アンテナを
具備する高周波用配線基板の概略断面斜視図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional perspective view of a high-frequency wiring board including a dielectric antenna having a structure different from that of FIG. 2 as an example of a high-frequency wiring board using the high-frequency ceramic of the present invention.
【図4】本発明の高周波用磁器を用いた高周波用配線基
板の他の一例である半導体素子収納用パッケージの概略
側断面図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional side view of a semiconductor element storage package as another example of a high-frequency wiring board using the high-frequency ceramic of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01Q 13/10 H05K 3/46 H H05K 1/03 610 T 3/46 Z C04B 35/18 Z H01L 23/14 C (72)発明者 濱野 智 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 児玉 和善 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 鬼塚 克彦 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4G030 AA07 AA28 AA32 AA35 AA36 AA37 AA60 BA09 CA01 GA11 GA14 GA15 GA17 GA20 GA24 5E346 AA12 AA13 AA15 BB02 BB03 BB04 BB07 BB11 CC18 CC32 CC38 CC39 DD02 DD34 EE24 EE27 FF01 GG03 HH06 5J006 HC07 5J014 HA00 5J045 AB06 DA04 EA03 LA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01Q 13/10 H05K 3/46 H H05K 1/03 610 T 3/46 Z C04B 35/18 Z H01L 23 / 14 C (72) Inventor Satoshi Hamano 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima Prefecture Inside the Kyocera Research Institute (72) Inventor Kazun 1-4-4 Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima Inside the Kyocera Research Institute (72) Inventor Katsuhiko Onizuka 1-4, Yamashita-cho, Kokubu-shi, Kagoshima F-term in Kyocera Research Institute (reference) 4G030 AA07 AA28 AA32 AA35 AA36 AA37 AA60 BA09 CA01 GA11 GA14 GA15 GA17 GA20 GA24 5E346 AA12 AA13 AA15 BB02 BB03 BB04 BB07 BB11 CC18 CC32 CC38 CC39 DD02 DD34 EE24 EE27 FF01 GG03 HH06 5J006 HC07 5J014 HA00 5J045 AB06 DA04 EA03 LA01
Claims (16)
2O3、MgO、ZnO及びB2O3を含む磁器におい
て、 ZnOとAl2O3を含む結晶相を30〜50重量%、
SiO2とMgOを含む結晶相を5〜15重量%、実質
上、SiO2又はSiO2とB2O3とからなる非晶質
相を40〜60重量%含有し、且つSiO2結晶相の含
有量が6重量%以下に抑制されており、60GHzでの
誘電損失が15×10−4以下であることを特徴とする
高周波特性に優れた磁器。1. A composition comprising SiO 2 , Al
2 O 3, MgO, in porcelain containing ZnO and B 2 O 3, a crystal phase containing ZnO and Al 2 O 3 30 to 50 wt%,
The crystalline phase containing SiO 2 and MgO 5 to 15 wt%, substantially, an amorphous phase of SiO 2 or SiO 2, B 2 O 3 Metropolitan containing 40 to 60 wt%, and the SiO 2 crystal phase A porcelain having excellent high frequency characteristics, wherein the content is suppressed to 6% by weight or less and the dielectric loss at 60 GHz is 15 × 10 −4 or less.
ppm以下である請求項1に記載の磁器。2. The B 2 O 3 content of the amorphous phase is 100.
The porcelain according to claim 1, wherein the porcelain is at most ppm.
結晶相の含有量が6重量%以下に抑制されている請求項
1に記載の磁器。3. The porcelain according to claim 1, wherein the content of the willemite crystal phase containing SiO 2 and ZnO is suppressed to 6% by weight or less.
請求項1に記載の磁器。4. The porcelain according to claim 1, wherein the porcelain has a carbon content of 100 ppm or less.
%含有している請求項1に記載の磁器。5. The porcelain according to claim 1, wherein Co is contained in an amount of 0.05 to 5% by weight in terms of CoO.
2O3を含む結晶相と非晶質相とに含まれている請求項
5に記載の磁器。6. The Co comprises at least ZnO and Al
The porcelain according to claim 5, wherein the porcelain is contained in a crystalline phase containing 2 O 3 and an amorphous phase.
り小さく、彩度C*が20より大である色位置にある請
求項5又は6に記載の磁器。7. The porcelain according to claim 5, wherein the lightness L * in the L * a * b color system is at a color position where the lightness L * is smaller than 80 and the saturation C * is larger than 20.
およびB2O3を含む結晶化ガラス65〜85重量%
と、ZnO粉末を5〜20重量%と、金属換算による不
純物含有量が500ppm以下のアモルファスシリカ粉
末を1〜20重量%との原料混合物を調製し、 前記混合物に、有機バインダーを加えてスラリーを調製
し、 前記スラリーを成形し、 得られた成形体を、脱バインダー処理した後、800〜
1000℃で焼成することを特徴とする高周波特性に優
れた磁器の製造方法。8. SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZnO
And crystallized glass 65-85 wt% containing B 2 O 3
And a raw material mixture of 5 to 20% by weight of ZnO powder and 1 to 20% by weight of an amorphous silica powder having an impurity content of 500 ppm or less in terms of metal, and an organic binder is added to the mixture to form a slurry. The slurry is prepared, and the slurry is formed.
A method for producing porcelain excellent in high frequency characteristics, characterized by firing at 1000 ° C.
〜6μmの平均粒径を有し、かつ2μm以上の粒径を有
する粒子の含有量が15重量%以下である請求項8に記
載の製造方法。9. The amorphous silica powder according to claim 1, wherein
The method according to claim 8, wherein the content of particles having an average particle size of from 6 to 6 µm and having a particle size of 2 µm or more is 15% by weight or less.
710℃と720乃至〜770℃との2段階での熱処理
により行う請求項8に記載の製造方法。10. The method according to claim 8, wherein the binder removal treatment is performed by a two-stage heat treatment at 650 to 710 ° C. and 720 to 770 ° C.
間以上行い、720乃至770℃での熱処理を1時間以
上行う請求項10に記載の製造方法。11. The method according to claim 10, wherein the heat treatment at 650 to 710 ° C. is performed for one hour or more, and the heat treatment at 720 to 770 ° C. is performed for one hour or more.
2/g以上のCo3O 4粉末を、CoO換算で0.05
〜5重量%含有している請求項8に記載の製造方法。12. The raw material mixture has a specific surface area of 10 m.
2/ G or more of Co3O 4The powder was converted to 0.05 in terms of CoO.
The production method according to claim 8, wherein the content is from 5 to 5% by weight.
絶縁基板と、該絶縁基板の表面および/または内部に形
成された周波数1GHz以上の高周波信号が伝送可能な
配線層とから成る高周波用配線基板。13. A high-frequency device comprising: an insulating substrate formed from the porcelain according to claim 1; and a wiring layer formed on the surface and / or inside of the insulating substrate and capable of transmitting a high-frequency signal having a frequency of 1 GHz or more. Wiring board.
クロストリップ線路、コプレーナ線路または誘電体導波
管線路のうちの少なくとも1種から構成され、且つ前記
絶縁基板との同時焼成によって形成されている請求項1
3に記載の高周波用配線基板。14. The wiring layer is formed of at least one of a strip line, a microstrip line, a coplanar line, and a dielectric waveguide line, and is formed by co-firing with the insulating substrate. Item 1
4. The high-frequency wiring board according to 3.
る少なくとも1種を含有している請求項14に記載の高
周波用配線基板。15. The high-frequency wiring board according to claim 14, wherein the wiring layer contains at least one selected from copper, silver, and gold.
線層は銅を含み、該銅含有配線層上には、厚さ1μm以
上のAuメッキ層が形成されている請求項13に記載の
高周波用配線基板。16. The high frequency according to claim 13, wherein the wiring layer formed on the surface of the insulating substrate contains copper, and an Au plating layer having a thickness of 1 μm or more is formed on the copper-containing wiring layer. Wiring board.
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