JP2947558B2 - Ceramic insulating material and method of manufacturing the same - Google Patents

Ceramic insulating material and method of manufacturing the same

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JP2947558B2
JP2947558B2 JP63262656A JP26265688A JP2947558B2 JP 2947558 B2 JP2947558 B2 JP 2947558B2 JP 63262656 A JP63262656 A JP 63262656A JP 26265688 A JP26265688 A JP 26265688A JP 2947558 B2 JP2947558 B2 JP 2947558B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、多層セラミックパッケージや電子回路用基
板などに用いて好適な特性を有するセラミック絶縁材料
およびその製造方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic insulating material having characteristics suitable for use in a multilayer ceramic package, an electronic circuit board, and the like, and a method for manufacturing the same.

(従来技術) これまで、半導体装置などのパッケージ材料や電子回
路用基板に使用されるセラミック絶縁材料として、アル
ミナの他にムライトが知られている。
(Prior Art) In addition to alumina, mullite is known as a ceramic insulating material used for a package material of a semiconductor device or the like or a substrate for an electronic circuit.

ムライトの比誘電率は、7.0〜7.5(1MHz)、熱膨張係
数は3.5〜4.5〜10-5/℃で、特性的にアルミナに比べて
優れている。しかし、このムライトは1600℃以下の焼成
温度では十分に緻密な焼結体を得ることが困難であり、
このように焼成温度が高いため同時焼成によって基板と
回路パターンを形成することが困難であるという問題が
ある。これは、高温で焼成した場合は基板上に形成した
メタライズ層に基板のガラス成分が浸透し、その結果、
形成された導体層の抵抗値が大きくなり、好適な導体層
が形成されにくくなる等の理由による。
Mullite has a relative dielectric constant of 7.0 to 7.5 (1 MHz) and a coefficient of thermal expansion of 3.5 to 4.5 to 10 -5 / ° C, and is characteristically superior to alumina. However, it is difficult to obtain a sufficiently dense sintered body at a sintering temperature of 1600 ° C. or less,
Since the firing temperature is high, it is difficult to form a substrate and a circuit pattern by simultaneous firing. This is because when fired at high temperature, the glass component of the substrate penetrates into the metallized layer formed on the substrate, and as a result,
This is because the resistance value of the formed conductor layer becomes large and it becomes difficult to form a suitable conductor layer.

これらに代り、上記ムライトと比べてさらに特性的に
優れたセラミック絶縁材料を得るものとして、原料粉末
としてムライト粉末にシリカ粉末を加えた系を用いた従
来例がある(特開昭61−36168号)。この例では、ムラ
イトおよびシリカ原料粉末として平均粒径がそれぞれ5
μm、2μmと粗大なものを使用しており、焼成温度が
1600℃と高温であり、比誘電率も6.2〜6.4と複合体の電
気的等価回路から求めた値5.3とくらべて高い値を示す
という問題点がある。
Instead of these, as a material for obtaining a ceramic insulating material having more excellent characteristics as compared with the above-mentioned mullite, there is a conventional example using a system in which silica powder is added to mullite powder as a raw material powder (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-36168). ). In this example, the mullite and the silica raw material powder each have an average particle size of 5
μm and 2μm are used.
There is a problem that the temperature is as high as 1600 ° C. and the relative dielectric constant is 6.2 to 6.4, which is higher than the value 5.3 obtained from the electrical equivalent circuit of the composite.

さらに上記以外に、アルミナ−シリカ径の原料粉末を
用い、1600℃以下で焼成できるものとして、本発明者の
一部により既に微細な原料粉末を用いて焼成したセラミ
ック絶縁材料が開発されている(特願昭62−100268
号)。このセラミック絶縁材料は、ムライトの化学量論
的組成よりもSiO2含有量を多くした粉末を用いるととも
に1μm以下の微細な原料粉末を用いて1600℃以下の温
度で焼成して得られたもので、比誘電率が低く、またシ
リコンに近い熱膨張係数を有し、さらに回路基板材料等
として十分な強度を有するものである。
Further, in addition to the above, as a material which can be fired at 1600 ° C. or less using a raw material powder having an alumina-silica diameter, a ceramic insulating material which has already been fired using a fine raw material powder has been developed by a part of the present inventors ( Japanese Patent Application No. 62-100268
issue). This ceramic insulating material is obtained by using a powder with a higher SiO 2 content than the stoichiometric composition of mullite and firing it at a temperature of 1600 ° C or less using fine raw material powder of 1μm or less. It has a low relative dielectric constant, a thermal expansion coefficient close to that of silicon, and has sufficient strength as a circuit board material or the like.

(発明が解決しようとする課題) 半導体装置用パッケージや電子回路用基板などを実際
に製品化するにあたっては、薄くかつ大きい面積の基板
が容易に製造できることが必須条件となる。この条件を
満足する基板を容易に製造する方法としてグリーンシー
ト法が多用されており、アルミナ、ムライト等を原料と
する基板製造においても多用されている。
(Problems to be Solved by the Invention) In actually commercializing a package for a semiconductor device, a substrate for an electronic circuit, or the like, it is an essential condition that a thin and large-sized substrate can be easily manufactured. The green sheet method is frequently used as a method for easily manufacturing a substrate that satisfies these conditions, and is also frequently used in manufacturing a substrate using alumina, mullite, or the like as a raw material.

ところで、原料粉末として微粉末を用いた場合は、溶
媒中で微粉末が凝集してしまい分散性が悪いため通常の
方法ではスラリー化してグリーンシートを作製すること
ができない。そこで、上記特願昭62−100268号に示され
る例では、原料粉末をいったん仮焼した後、この仮焼し
た粉末をボールミル中で有機溶剤等と混合し粉砕してス
ラリー化し、さらにグリーンシート化している。
By the way, when a fine powder is used as a raw material powder, the fine powder is agglomerated in a solvent and has poor dispersibility. Therefore, in the example shown in Japanese Patent Application No. 62-100268, the raw material powder is calcined once, and the calcined powder is mixed with an organic solvent or the like in a ball mill, pulverized into a slurry, and further formed into a green sheet. ing.

しかしながら、この方法によるときも、やはり十分な
分散性が得られない。その結果、安定した品質のグリー
ンシートを形成することが困難であり、焼成した場合で
も焼結体の特性のばらつきが大きいという問題点が判明
した。
However, even with this method, sufficient dispersibility cannot be obtained. As a result, it has been found that it is difficult to form a green sheet of stable quality, and that the characteristics of the sintered body vary greatly even when firing is performed.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、容易に安定した品質のグリー
ンシートを形成でき、低温での焼成が可能であってかつ
良好な特性を有するセラミック絶縁材料およびその製造
方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a ceramic insulating material which can easily form a green sheet of stable quality, can be fired at a low temperature, and has good characteristics, and a method for producing the same.

(課題を解決するための手段) 本発明者らは上記目的を達成するため鋭意研究した結
果、半導体装置用パッケージや電子回路用基板などに好
適な特性を備えたセラミック絶縁材料およびその製造方
法を見出すに至った。
(Means for Solving the Problems) The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, have found a ceramic insulating material having characteristics suitable for a package for a semiconductor device, a substrate for an electronic circuit, and the like, and a method for manufacturing the same. I came to find it.

すなわち、本発明は、酸化物換算で、Al2O3とSiO2
が、10重量%≦Al2O3<62重量%、90重量%≧SiO2>38
重量%の範囲で実質的に100重量%となる化学組成を有
するアルミナ−シリカ系粉末を1000℃〜1400℃で仮焼
し、得られた仮焼粉末をメタノールなどの溶媒中で粉砕
して比表面積が1〜50m2/gの範囲の原料粉末に調整し、
この原料粉末に結合剤、可塑剤、有機溶剤を加えてスラ
リーを作製し、このスラリーをグリーンシートに成形し
た後、1300℃〜1600℃の範囲でクリストバライト相が生
成しない温度で焼成し構成相がムライト相とシリケート
ガラス相から成ることを特徴とする。
That is, according to the present invention, in terms of oxide, Al 2 O 3 and SiO 2 are 10% by weight ≦ Al 2 O 3 <62% by weight, 90% by weight ≧ SiO 2 > 38
Alumina-silica-based powder having a chemical composition of substantially 100% by weight in the range of 100% by weight is calcined at 1000 ° C. to 1400 ° C., and the obtained calcined powder is pulverized in a solvent such as methanol to obtain a powder. Adjust to a raw material powder with a surface area of 1-50 m 2 / g,
A binder, a plasticizer, and an organic solvent are added to this raw material powder to form a slurry.The slurry is formed into a green sheet, and then fired at a temperature in the range of 1300 ° C. to 1600 ° C. at which a cristobalite phase is not generated. It is characterized by comprising a mullite phase and a silicate glass phase.

また、その製造方法としては、酸化物換算で、Al2O3
とSiO2とが、10重量%≦Al2O3<62重量%、90重量%≧S
iO2>38重量%の範囲で実質的に100重量%となる化学組
成を有するアルミナ−シリカ系粉末を1000℃〜1400℃で
仮焼し、得られた仮焼粉末を有機溶媒中で粉砕して比表
面積が1〜50m2/gの範囲の原料粉末に調整し、この原料
粉末に結合剤、可塑剤、有機溶剤を加えてスラリーを作
製し、このスラリーをグリーンシートに成形した後、13
00℃〜1600℃の範囲でクリストバライト相が生成しない
温度で焼成することにより、構成相がムライト相とシリ
ケートガラス相から成る焼結体として得ることを特徴と
する。
In addition, as a method for producing the same, Al 2 O 3
And SiO 2 in an amount of 10% by weight ≦ Al 2 O 3 <62% by weight, 90% by weight ≧ S
An alumina-silica-based powder having a chemical composition of substantially 100% by weight in the range of iO 2 > 38% by weight is calcined at 1000 ° C. to 1400 ° C., and the obtained calcined powder is pulverized in an organic solvent. The specific surface area is adjusted to a raw material powder having a range of 1 to 50 m 2 / g, a binder, a plasticizer, and an organic solvent are added to the raw material powder to form a slurry.
By baking at a temperature in the range of 00 ° C. to 1600 ° C. at which a cristobalite phase is not generated, a constituent phase is obtained as a sintered body composed of a mullite phase and a silicate glass phase.

本発明で出発原料として用いるアルミナ−シリカ系粉
末は、金属アルコキシド加水分解法、共沈法、熱分解法
などの方法によって得られたアルミナ−シリカ系粉末を
用いることができる。このアルミナ−シリカ系粉末は微
粉末であるため、スラリーを形成した際の分散性が悪い
のでそのままではスラリー化してグリーンシートを作製
することができない。そのため、適度な比表面積の粉末
を作成するうえでアルミナ−シリカ系粉末を仮焼してお
くことが重要である。原料粉末の比表面積は、仮焼温
度、仮焼時間などによって決まるので、仮焼温度を1000
℃〜1400℃、仮焼時間を1〜4時間に設定することによ
り所要の比表面積を有する粉末が得られる。たとえば、
Al2O3とSiO2の重量組成比が40:60、仮焼温度が1100℃〜
1300℃の範囲、仮焼時間1時間とすると比表面積5〜50
m2/gの仮焼粉末が得られる。
As the alumina-silica-based powder used as a starting material in the present invention, an alumina-silica-based powder obtained by a method such as a metal alkoxide hydrolysis method, a coprecipitation method, and a thermal decomposition method can be used. Since this alumina-silica-based powder is a fine powder, it has poor dispersibility when a slurry is formed, so that it is not possible to make a slurry as it is to produce a green sheet. Therefore, it is important to calcine the alumina-silica-based powder before preparing a powder having an appropriate specific surface area. The specific surface area of the raw material powder is determined by the calcination temperature, calcination time, etc.
By setting the calcination time to 1 to 4 hours, a powder having a required specific surface area can be obtained. For example,
The weight composition ratio of Al 2 O 3 and SiO 2 is 40:60, and the calcination temperature is 1100 ° C.
The specific surface area is 5 to 50 when the calcination time is 1 hour in the range of 1300 ° C.
A calcined powder of m 2 / g is obtained.

そして、さらにこの仮焼粉末を振動ボールミルを用い
て、下記に例示したような有機溶剤などの溶媒中、たと
えばメチルアルコールやメチルエチルケトン中で5〜50
時間粉砕し、乾燥し、造粒して、最終的に所定の比表面
積を有する原料粉末を作製する。実際には、原料粉末の
比表面積が1〜50m2/gの範囲にあるように調整するのが
よく、好適には比表面積が30〜40m2/gの範囲のものであ
る。もし、原料粉末の比表面積が50m2/gを超えると、均
一な組成のグリーンシートを得ることが困難となり、ま
た、比表面積が1m2/g以下の場合は焼結体の相対密度が
低下するので好ましくない。
Then, the calcined powder is further subjected to 5 to 50 in a solvent such as an organic solvent as exemplified below, for example, in methyl alcohol or methyl ethyl ketone using a vibration ball mill.
It is pulverized for a time, dried and granulated to finally produce a raw material powder having a predetermined specific surface area. In fact, the specific surface area of the raw material powder is better to adjust to be in the range of 1 to 50 m 2 / g, preferably those specific surface area in the range of 30 to 40 m 2 / g. If the specific surface area of the raw material powder exceeds 50 m 2 / g, it becomes difficult to obtain a green sheet having a uniform composition, and if the specific surface area is 1 m 2 / g or less, the relative density of the sintered body decreases. Is not preferred.

次に、この原料粉末に有機溶剤、結合剤、可塑剤、分
散剤等の有機成分を加えて粉砕し、混合してスラリーを
形成し、ドクターブレード法などによってグリーンシー
トに成形する。
Next, an organic component such as an organic solvent, a binder, a plasticizer, and a dispersant is added to the raw material powder, pulverized, mixed and formed into a slurry, and formed into a green sheet by a doctor blade method or the like.

使用しうる有機溶剤、結合剤、可塑剤、分散剤等の有
機成分としては次のものがあげられるが、これらの例示
のみに限定されるものではない。また、有機成分は単独
または組み合わせて用いることができる。
Examples of organic components that can be used, such as an organic solvent, a binder, a plasticizer, and a dispersant, include the following, but are not limited thereto. The organic components can be used alone or in combination.

有機溶剤の例: メチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソ
ブチルケトン、エチルアルコール、ブチルアルコール、
イソプロパノール、酢酸メチル、酢酸エチル、トルエ
ン、アセトン等を用いた1種あるいは2種以上の混合
系。
Examples of organic solvents: methyl alcohol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl alcohol, butyl alcohol,
One type or a mixture of two or more types using isopropanol, methyl acetate, ethyl acetate, toluene, acetone or the like.

結合剤の例: ポリビニルブチラール等のブチラール系樹脂、メタク
リル酸メチル等のアクリル系樹脂。
Examples of binders: Butyral resins such as polyvinyl butyral, and acrylic resins such as methyl methacrylate.

可塑剤の例: ジ−n−ブチルフタレート、ジオクチルフタレート、
ポリエチレングリコール、ベンジル−n−ブチルフタレ
ート、ブチルフタリルブチルグリコレート。
Examples of plasticizers: di-n-butyl phthalate, dioctyl phthalate,
Polyethylene glycol, benzyl-n-butyl phthalate, butyl phthalyl butyl glycolate.

分散剤の例: ソルビタンエステル型分散剤、ポリオキシエチレン型
分散剤、ポリカルボン酸型分散剤。
Examples of dispersants: sorbitan ester type dispersant, polyoxyethylene type dispersant, polycarboxylic acid type dispersant.

原料粉末に加える有機溶剤の使用量は、原料粉末の体
積の2〜5倍量とし、グリーンシートの成形に好適なス
ラリーの粘度に調整する。
The amount of the organic solvent to be added to the raw material powder is 2 to 5 times the volume of the raw material powder, and is adjusted to a slurry viscosity suitable for forming a green sheet.

また、原料粉末に加える結合剤・可塑剤および分散剤
の使用量は、原料粉末との合計量の30体積%〜70体積%
の範囲が好適であり、グリーンシートをプレス打ち抜き
する際の加工性および焼成時の収縮量などを考慮して決
めればよい。なお、これら有機成分の添加量は、グリー
ンシートを作製する従来の方法と基本的に変わるもので
はない。
The amount of the binder, plasticizer and dispersant added to the raw material powder is 30% by volume to 70% by volume of the total amount with the raw material powder.
Is suitable, and may be determined in consideration of workability at the time of press-punching the green sheet, shrinkage at the time of firing, and the like. In addition, the addition amount of these organic components is not basically different from the conventional method for producing a green sheet.

上述した方法によって得られたグリーンシートを焼成
すると焼結体が得られる。焼成温度は1300℃〜1600℃の
範囲内でムライト相とシリケートガラス相からなる好適
な焼結体と成すことができる。焼成時間は1〜4時間が
最適である。ただし、同一組成のものでも焼成温度やそ
のプロフィルによってはクリストバライト相が生成され
ることがある。もし、クリストバライト相が生成される
と、焼結体の熱膨張係数が著しく大きくなるので、クリ
ストバライト相が生成されないように焼成温度を設定す
る必要がある。
When the green sheet obtained by the above-described method is fired, a sintered body is obtained. The sintering temperature is in the range of 1300 ° C to 1600 ° C, so that a suitable sintered body composed of a mullite phase and a silicate glass phase can be formed. The firing time is optimally 1 to 4 hours. However, even with the same composition, a cristobalite phase may be generated depending on the firing temperature and its profile. If the cristobalite phase is generated, the coefficient of thermal expansion of the sintered body becomes extremely large. Therefore, it is necessary to set the firing temperature so that the cristobalite phase is not generated.

また、Al2O3とSiO2の組成比は、出発原料の混合比を
変えることによって設定できる。アルミナ−シリカ系粉
末を金属アルコキシドの加水分解方法、共沈法、熱分解
法などによって得るときは、例えば原料となるアルミニ
ウムイソプロポキシドとメチルシリケートのモル比を種
々調整することにより任意の比率とすることができる。
もし、Al2O3の組成比が10重量%以下の場合は、焼結体
の抗折強度が低下するので、半導体装置用パッケージや
電子回路用基板としては好ましくなく、Al2O3の組成比
が62重量%以上の場合は焼成温度を1600℃以上とする必
要が生じ、基板との同時焼成によって好適な導体パター
ンが形成できなくなるのでやはり好ましくない。したが
って、Al2O3の組成比は、10重量%以上で62重量%以下
とする必要がある。
Further, the composition ratio of Al 2 O 3 and SiO 2 can be set by changing the mixing ratio of the starting materials. When the alumina-silica-based powder is obtained by a method for hydrolyzing a metal alkoxide, a coprecipitation method, a thermal decomposition method, or the like, for example, by adjusting the molar ratio of aluminum isopropoxide and methyl silicate as raw materials to an arbitrary ratio, can do.
If, when the composition ratio of Al 2 O 3 is 10 wt% or less, since the flexural strength of the sintered body decreases, is not preferable as a package and an electronic circuit board for a semiconductor device, the composition of the Al 2 O 3 When the ratio is 62% by weight or more, it is necessary to set the firing temperature to 1600 ° C. or more, which is not preferable because a suitable conductor pattern cannot be formed by simultaneous firing with the substrate. Therefore, the composition ratio of Al 2 O 3 needs to be 10% by weight or more and 62% by weight or less.

以下に本発明に係るセラミック絶縁材料の製造方法の
具体例について説明する。なお、本発明はこれら実施例
に限定されないことはもちろんである。
Hereinafter, a specific example of the method for manufacturing a ceramic insulating material according to the present invention will be described. It is needless to say that the present invention is not limited to these examples.

〔実施例1〕 アルミニウムイソプロポキシドのベンゼン溶液(濃度
1mol/l)とメチルシリケートのベンゼン溶液(濃度2mol
/l)をAl2O3とSiO2の重量組成比が40:60になるように混
合した。この混合ベンゼン溶液1に対してアンモニア
でpH=10〜11に調整した蒸留水1.5lとメタノール0.75l
の混合水溶液で加水分解を行い、乾燥してアルミナ−シ
リカ系粉末を合成した。
Example 1 Benzene solution of aluminum isopropoxide (concentration
1mol / l) and benzene solution of methyl silicate (concentration 2mol)
/ l) were mixed such that the weight composition ratio of Al 2 O 3 and SiO 2 was 40:60. 1.5 liter of distilled water and 0.75 liter of methanol adjusted to pH = 10 to 11 with ammonia to the mixed benzene solution 1
Was hydrolyzed with a mixed aqueous solution of the above, and dried to synthesize an alumina-silica powder.

次に、この合成粉末を1200℃で1時間仮焼して仮焼粉
末を得た。得られた仮焼粉末の比表面積は約20m2/gであ
った。仮焼粉末には一部ムライト相が生成していた。
Next, this synthetic powder was calcined at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a calcined powder. The specific surface area of the obtained calcined powder was about 20 m 2 / g. Some mullite phases were formed in the calcined powder.

次いで、この仮焼粉末を振動ボールミルを用いて、メ
タノールを溶媒として溶媒中で50時間粉砕し、その後乾
燥し、メッシュ造粒し、比表面積が約30m2/gの原料粉末
を作製した。
Next, this calcined powder was crushed in a solvent using methanol as a solvent for 50 hours using a vibration ball mill, and then dried and mesh-granulated to prepare a raw material powder having a specific surface area of about 30 m 2 / g.

次に、上記原料粉末に有機溶媒としてメタノール、結
合剤としてポリビニルブチラール、可塑剤としてジブチ
ルフタレート、分散剤としてポリカルボン酸を加え回転
ボールミルにより72時間混合してスラリーを作製した。
得られたスラリーを脱泡後、ドクターブレードを用いて
キャリアフィルム上に厚さ0.4〜0.8mmに塗布し、乾燥し
てグリーンシートを作製した。
Next, methanol was used as an organic solvent, polyvinyl butyral was used as a binder, dibutyl phthalate was used as a plasticizer, and polycarboxylic acid was used as a dispersant. The resulting mixture was mixed with a rotary ball mill for 72 hours to prepare a slurry.
After defoaming the obtained slurry, the slurry was applied to a thickness of 0.4 to 0.8 mm on a carrier film using a doctor blade and dried to prepare a green sheet.

次いで、グリーンシートを大気中で加熱してグリーン
シート中の有機成分を脱脂した後、1350℃で4時間焼成
して焼結体を得た。
Next, the green sheet was heated in the air to degrease the organic components in the green sheet, and then fired at 1350 ° C. for 4 hours to obtain a sintered body.

〈試験例1〉 上記の実施例1で得たグリーンシートおよび焼結体の
密度を測定し、相対密度を算出した。その結果を表1に
示す。
<Test Example 1> The density of the green sheet and the sintered body obtained in Example 1 was measured, and the relative density was calculated. Table 1 shows the results.

ここで、相対密度とは、気孔率が0%と仮定したとき
のグリーンシートおよび焼結体の密度に対する実際にグ
リーンシートおよび焼結体を測定した密度のそれぞれの
割合である。
Here, the relative density is a ratio of the density of each of the green sheet and the sintered body to the density of the green sheet and the sintered body when the porosity is assumed to be 0%.

グリーンシートの相対密度は、グリーンシートの加工
性を、焼結体の相対密度は緻密化の程度をそれぞれ見る
目安となる。グリーンシートの相対密度が高いとグリー
ンシートの加工性が良く、焼結体の相対密度が高いとよ
り緻密化している。
The relative density of the green sheet is a measure of the workability of the green sheet, and the relative density of the sintered body is a measure of the degree of densification. When the relative density of the green sheet is high, the workability of the green sheet is good, and when the relative density of the sintered body is high, the green sheet is more dense.

ここでは、仮焼温度を変えて比表面積を変化させた原
料粉末を用いた結果を示す。具体的には、比表面積が47
m2/g(仮焼温度1150℃に対応)になるように調整された
原料粉末、比表面積が30m2/g(仮焼温度1200℃に対応)
になるように調整された原料粉末、比表面積が12m2/g
(仮焼温度1250℃に対応)になるように調整された原料
粉末を用いた。
Here, the results of using raw material powders whose specific surface area is changed by changing the calcination temperature are shown. Specifically, the specific surface area is 47
Raw material powder adjusted to m 2 / g (corresponding to calcination temperature of 1150 ° C), specific surface area 30m 2 / g (corresponding to calcination temperature of 1200 ° C)
Raw material powder adjusted to have a specific surface area of 12 m 2 / g
(Corresponding to a calcining temperature of 1250 ° C.).

いずれの比表面積の原料粉末を用いても、グリーンシ
ートの相対密度は高い値を示し、加工性が良いグリーン
シートが得られ、また、焼結体としても相対密度が高
く、良く緻密化した焼結体を得ることができた。
Regardless of the raw material powder having any specific surface area, the relative density of the green sheet shows a high value, and a green sheet with good workability can be obtained. We were able to get a solid body.

なお、上記の実施例1の比較例として、Al2O3とSiO2
の組成比は上記の実施例1と同一とし、仮焼した後に溶
媒中での粉砕を行わずに、仮焼粉末を直接上記実施例1
と同様にスラリー化してグリーンシートを作成し、焼成
して得た焼結体の特性を表2に示す。焼成条件は、実施
例1と同じである(1350℃で4時間)。
As a comparative example of the first embodiment, Al 2 O 3 and SiO 2
Is the same as in Example 1 above, and the calcined powder is directly used as in Example 1 without crushing in a solvent after calcination.
Table 2 shows the characteristics of the sintered body obtained by forming a green sheet by slurrying in the same manner as described above. The firing conditions are the same as in Example 1 (4 hours at 1350 ° C.).

表1および表2の結果からわかるように、比較例で
は、比表面積が1〜12m2/gの粉末を使用したものでは相
対密度の高いグリーンシートを得ることができたが、焼
結させることができず、比表面積が30m2/gのものでも焼
結体の密度および相対密度が実施例1のものにくらべて
劣っている。
As can be seen from the results of Tables 1 and 2, in the comparative example, a green sheet having a high relative density could be obtained by using a powder having a specific surface area of 1 to 12 m 2 / g. However, even when the specific surface area is 30 m 2 / g, the density and relative density of the sintered body are inferior to those of Example 1.

第1図および第2図は、上記表1に示す実施例1およ
び表2に示す比較例での焼結体破断面の粒子構造の電子
顕微鏡写真である。
FIG. 1 and FIG. 2 are electron micrographs of the grain structure of the sintered body fracture surface in Example 1 shown in Table 1 and Comparative Example shown in Table 2.

実施例1の焼結体は、組織が緻密であるのに対し、比
較例の焼結体では、緻密な組織は得られていない。第1
図および第2図からも仮焼粉末を溶媒中で粉砕したもの
は、焼結性に優れ緻密な焼結体が得られることがわか
る。
The sintered body of Example 1 has a dense structure, whereas the sintered body of the comparative example does not have a dense structure. First
From FIG. 2 and FIG. 2, it can be seen that when the calcined powder is pulverized in a solvent, a dense sintered body having excellent sinterability can be obtained.

〈試験例2〉 仮焼粉末を溶媒中で粉砕してグリーンシートを作成す
る方法によって得られた焼結体について、Al2O3とSiO2
の組成比および焼成条件を変え、試験例1と同様に焼結
体の焼成密度、比誘電率、熱膨張係数等を測定した。そ
の結果を表3に示す。表中で◎印は上記した実施例1の
測定値である。
For the sintered body of the <Test Example 2> calcined powder obtained by the method of creating a green sheet was triturated in a solvent, Al 2 O 3 and SiO 2
The sintering density, the relative dielectric constant, the coefficient of thermal expansion, and the like of the sintered body were measured in the same manner as in Test Example 1 while changing the composition ratio and firing conditions. Table 3 shows the results. In the table, ◎ indicates the measured value of Example 1 described above.

表3から、焼成温度についてみるとAl2O3の組成比が
小さいほど焼成温度が低くできること、また構成相では
同じ組成比の場合でもより高温で焼成した場合はクリス
トバライト相が析出することがわかる。クリストバライ
ト相が析出すると比誘電率がやや高くなり、200℃付近
での体積変化がきわめて大きくなる。このため、クリス
トバライト相が析出したものでは半導体パッケージや電
子回路用基板などに用いることは好ましくない。
From Table 3, it can be seen that the firing temperature can be lowered as the composition ratio of Al 2 O 3 is smaller, and that the cristobalite phase precipitates when firing at a higher temperature even if the composition ratio is the same in the constituent phases. . When the cristobalite phase precipitates, the relative dielectric constant becomes slightly higher, and the volume change around 200 ° C. becomes extremely large. For this reason, it is not preferable to use a material in which a cristobalite phase is precipitated for a semiconductor package, a substrate for an electronic circuit, or the like.

クリストバライト相が析出しないものでは、比誘電率
が小さくまた熱膨張係数も従来のセラミック絶縁材料と
比較してさらに優れた値が得られている。また、これら
の焼結体では半導体パッケージや電子回路用基板などに
用いるに十分な強度を備えている。焼成密度、比誘電
率、熱膨張係数はいずれもAl2O3の組成比が大きくなる
とともに増大する傾向にある。
In the case where the cristobalite phase does not precipitate, the relative dielectric constant is small and the coefficient of thermal expansion is more excellent than that of the conventional ceramic insulating material. Further, these sintered bodies have sufficient strength to be used for a semiconductor package, a substrate for an electronic circuit, or the like. The firing density, the relative dielectric constant, and the coefficient of thermal expansion all tend to increase as the composition ratio of Al 2 O 3 increases.

また、Al2O3の組成比が10重量%以下となった場合
は、焼結体の強度が低下するので好ましくなく、また、
Al2O3の組成比が62重量%以上の場合は焼成温度が1600
℃以上となり、基板と回路パターンとの同時焼成による
好適な導体パターンの形成が困難となり半導体パッケー
ジや電子回路用基板の製造上は好ましくない。
Further, when the composition ratio of Al 2 O 3 is 10% by weight or less, the strength of the sintered body is reduced, which is not preferable.
When the composition ratio of Al 2 O 3 is 62% by weight or more, the firing temperature is 1600.
C. or more, making it difficult to form a suitable conductor pattern by simultaneous baking of the substrate and the circuit pattern, which is not preferable in the production of semiconductor packages and electronic circuit substrates.

(発明の効果) 本発明のセラミック絶縁材料およびその製造方法によ
れば、上述したように、特定の比率の組成としたアルミ
ナ−シリカ系粉末を仮焼して得られた粉末を溶媒中で粉
砕して比表面積が1〜50m2/gの範囲の原料粉末に調整
し、この原料粉末を結合剤、可塑剤、有機溶剤と混合し
てスラリーと成し、これをグリーンシートに成形してい
るので、原料粉末の分散性がよくなり、良好にグリーン
シート化できるとともに、1600℃以下の焼成温度で緻密
で、かつ比誘電率が小さく熱膨張係数がシリコンの熱膨
張係数により近いという優れた特性を有する薄くかつ大
きい面積の焼結体を得ることができる。
(Effect of the Invention) According to the ceramic insulating material and the method of manufacturing the same according to the present invention, as described above, a powder obtained by calcining an alumina-silica-based powder having a specific composition ratio is pulverized in a solvent. The specific surface area is adjusted to a raw material powder having a range of 1 to 50 m 2 / g, and the raw material powder is mixed with a binder, a plasticizer, and an organic solvent to form a slurry, which is formed into a green sheet. As a result, the dispersibility of the raw material powder is improved, the green sheet can be formed well, and it is dense at a firing temperature of 1600 ° C or less, has a small relative dielectric constant, and has a thermal expansion coefficient closer to that of silicon. And a sintered body having a small area and a large area can be obtained.

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

第1図は本発明方法によって作成された焼結体の破断面
の粒子構造を示す電子顕微鏡写真、第2図は比較例の焼
結体の破断面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is an electron micrograph showing a grain structure of a fractured surface of a sintered body produced by the method of the present invention, and FIG. 2 is an electron micrograph showing a grain structure of a fractured surface of a sintered body of a comparative example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗林 孝 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (72)発明者 若林 信一 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (72)発明者 神崎 修三 愛知県春日井市藤山台8―12―4 (72)発明者 阿部 修実 愛知県名古屋市西区又穂町2―1 又穂 団地2―230 (72)発明者 大橋 優喜 愛知県名古屋市西区庄内通5―6 コー ポ庄内102 (72)発明者 長岡 孝明 愛知県名古屋市西区又穂町2―1 又穂 団地2―351 (72)発明者 御立 千秋 神奈川県厚木市戸田2165番地 北興化学 工業株式会社開発研究所内 合議体 審判長 酒井 正己 審判官 唐戸 光雄 審判官 井上 雅博 (56)参考文献 特開 昭61−36168(JP,A) 特開 昭63−265859(JP,A) 特表 昭59−500714(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Takashi Kuribayashi, inventor 711, Rita Kurita-sha, Nagano, Nagano Prefecture Inside Shinko Electric Industries, Ltd. Shinko Electric Industries Co., Ltd. (72) Inventor Shuzo Kanzaki 8-12-4 Fujiyamadai, Kasugai City, Aichi Prefecture (72) Inventor Shumi 2-1 Mataho-cho, Nishi-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture 2-230 72) Inventor Yuki Ohashi 5-6 Shonai-dori, Nishi-ku, Nagoya-shi, Aichi 102 Corp. Shonai 102 (72) Inventor Takaaki Nagaoka 2-1 Mataho-cho, Nishi-ku, Nagoya-shi, Aichi 2-35, Taho housing complex 2-351 (72) Inventor Chiaki 2165 Toda, Atsugi-shi, Kanagawa Pref.Hokkaido Chemical Industry Co., Ltd.Development Research Laboratory Joint Referee Chief Masami Sakai Referee Mitsuo Karato Referee Masahiro Inoue (56) References JP 61-36168 (JP, A) JP Akira 63-265859 (JP, A) PCT National Akira 59-500714 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) C04B 35/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】酸化物換算で、Al2O3とSiO2とが、10重量
%≦Al2O3<62重量%、90重量%≧SiO2>38重量%の範
囲で実質的に100重量%となる化学組成を有するアルミ
ナ−シリカ系粉末を1000℃〜1400℃で仮焼し、 得られた仮焼粉末を有機溶媒中で粉砕して比表面積が1
〜50m2/gの範囲の原料粉末に調整し、 この原料粉末に結合剤、可塑剤、有機溶剤を加えてスラ
リーを作製し、 このスラリーをグリーンシートに成形した後、 1300℃〜1600℃の範囲でクリストバライト相が生成しな
い温度で焼成し構成相がムライト相とシリケートガラス
相から成ることを特徴とするセラミック絶縁材料。
(1) In terms of oxides, Al 2 O 3 and SiO 2 are substantially 100 wt% within the range of 10 wt% ≦ Al 2 O 3 <62 wt%, 90 wt% ≧ SiO 2 > 38 wt%. Alumina-silica powder having a chemical composition of 1% by weight is calcined at 1000 ° C. to 1400 ° C. The calcined powder is pulverized in an organic solvent to have a specific surface area of 1%.
~ 50m 2 / g adjusted to the raw material powder in the range, binder, plasticizer, organic solvent is added to this raw material powder to make a slurry, and this slurry is formed into a green sheet, then 1300 ℃ ~ 1600 ℃ A ceramic insulating material characterized in that the ceramic insulating material is fired at a temperature at which a cristobalite phase is not generated in the range and a constituent phase is composed of a mullite phase and a silicate glass phase.
【請求項2】酸化物換算で、Al2O3とSiO2とが、10重量
%≦Al2O3<62重量%、90重量%≧SiO2>38重量%の範
囲で実質的に100重量%となる化学組成を有するアルミ
ナ−シリカ系粉末を1000℃〜1400℃で仮焼し、 得られた仮焼粉末を有機溶媒中で粉砕して比表面積が1
〜50m2/gの範囲の原料粉末に調整し、 この原料粉末に結合剤、可塑剤、有機溶剤を加えてスラ
リーを作製し、 このスラリーをグリーンシートに成形した後、 1300℃〜1600℃の範囲でクリストバライト相が生成しな
い温度で焼成することにより、構成相がムライト相とシ
リケートガラス相から成る焼結体として得ることを特徴
とするセラミック絶縁材料の製造方法。
2. In terms of oxide, Al 2 O 3 and SiO 2 are substantially 100% in the range of 10% by weight ≦ Al 2 O 3 <62% by weight, 90% by weight ≧ SiO 2 > 38% by weight. Alumina-silica powder having a chemical composition of 1% by weight is calcined at 1000 ° C. to 1400 ° C. The calcined powder is pulverized in an organic solvent to have a specific surface area of 1%.
~ 50m 2 / g adjusted to the raw material powder in the range, binder, plasticizer, organic solvent is added to this raw material powder to make a slurry, and this slurry is formed into a green sheet, then 1300 ℃ ~ 1600 ℃ A method for producing a ceramic insulating material, characterized in that a constituent phase is obtained as a sintered body composed of a mullite phase and a silicate glass phase by firing at a temperature at which a cristobalite phase is not generated in the range.
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