CN1459427A - 电介质瓷器 - Google Patents

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Abstract

提供电介质瓷器，是可以和Ag系金属以及Cu系金属等低电阻导体同时烧结，机械强度优良，而且在GHz区域可得到优良的介电特性的电介质瓷器。配制含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn的混合粉末，使该混合粉末熔融后，急冷，可得到玻璃料。然后将玻璃料做成粉末状，与无机填料粉末锌尖晶石填料和氧化钛填料混合。然后投入粘接剂等，得到形成浆液状的电介质瓷器用组合物，然后使其成形，在1000℃以下的温度烧结得到。上述混合粉末中还可以含有0.2～5重量％的Li、Na以及K中的至少一种碱金属。

Description

电介质瓷器
技术领域
本发明涉及电介质瓷器(本说明书称为非传导性的陶瓷制品，也称为非传导性材料或非传导性烧结体)。更详细地说涉及低温烧结性以及机械强度优良，而且具有在GHz区域上优良的介电特性的电介质瓷器。本发明的电介质瓷器作为电子元件被广泛利用。特别适合作为安装电器及其电子元件的配线基板、也适合作为多层形成的多层配线基板等。更适合作为GHz区域使用的高频率用电子元件或棒规以及多层配线基板等。
背景技术
以前各种电子元件或安装各种电子元件的配线基板等一直使用电介质瓷器。在所使用的电介质瓷器中必须具有可在1000℃以下的低温进行烧结，机械强度大等特性。迄今为止作为可充分满足所述要求的电介质瓷器主要使用由玻璃(软化点为500～800℃程度，以铝硼硅酸为基体含有氧化铅、碱土类金属氧化物、碱金属氧化物以及氧化锌的玻璃粉)和无机填料(铝氧粉、模来石、堇青石、钛、锆石、镁橄榄石、氧化锆以及石英等)得到的物质。
这样的电介质瓷器在特开昭53-60914号公报、特开昭60-235744号公报、特开昭63-239892号公报、特开平3-33026号公报、特开平7-135379号公报以及特开平9-208258号公报等中已经公开。这样的电介质在1MHz上介电损失为6×10-4～20×10-4。
发明内容
近年，特别要求使用增加的GHz区域内介电损失小的。因此，Ag系金属和Cu系金属等低电阻导体在1000℃以下同时烧结，可获得机械强度高，而且制得的烧结体翘曲少(由于翘曲少，尺寸稳定性高，在GHz区域的使用可以抑制传导损失)的电介质瓷器。
但是，同时实现优良的低温烧结性、机械强度以及GHz区域的介电特性是困难的。
本发明是解决上述课题，目的是提供Ag系金属和Cu系金属等低电阻导体同时烧结可能的、机械强度高的、而且在GHz区域发展挥优良介电特性的电介质瓷器。
(1)本发明的电介质瓷器的特征在于：含有无机填料和玻璃，在该无机填料和该玻璃总计为100重量％时，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、总计0.2～5重量％的Li、Na以及K中的至少一种碱金属。
另外，本发明的电介质瓷器可以做成在3GHz介电损失为50×10-4以下的。而且在3GHz的比介电率为6～13。还有，可做成25～400℃的热膨胀系数为5～10ppm。而且抗弯强度为185Mpa以上。
(2)本发明的电介质瓷器为含有无机填料和玻电介质瓷器用组合物在1000℃以下烧结而成的电介质瓷器，其特征在于该电介质瓷器用组合物中以该无机填料和该玻璃的总量为100重量％的情况，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，而且该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、总计0.2～5重量％的Li、Na以及K中的至少一种碱金属。
(3)本发明的电介质瓷器的特征在于：“含有无机填料和玻电介质瓷器，以该无机填料和该玻璃的总量为100重量％的情况，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，而且该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、而且不含Li、Na以及K。
(4)本发明的电介质瓷器为含有无机填料和玻电介质瓷器用组合物在1000℃以下烧结而成的电介质瓷器，其特征在于该电介质瓷器用组合物中以该无机填料和该玻璃的总量为100重量％的情况，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，而且该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20质量的％Zn、而且不含Li、Na以及K。
本发明的电介质瓷器可以做成在3GHz介电损失为50×10-4以下。
本发明的电介质瓷器可做成在3GHz的比介电率为6～13。
本发明的电介质瓷器或可做成25～400℃的热膨胀系数为5～10ppm/℃。
本发明的电介质瓷器或可做成抗弯强度为185Mpa以上。
上述无机填料可以使用锌尖晶石填料(锌尖晶石组成的填料)以及氧化钛填料(由氧化钛组成的填料)。
可以使所述玻璃的玻璃转化温度Tg和屈伏点Mg的温度差为30～45℃。
本发明的电介质瓷器可以由Ag系金属以及Cu系金属等低电阻导体同时烧结，可以得到优良的机械强度、而且在GHz区域具有优良的介电特性。
具体实施方式
下面详细地说明本发明
上述无机填料是可以通过其和含有量等，使介电瓷器的介电特性及其机械特性改变的。构成无机填料的材料例如有：锌尖晶石、氧化钛、氧化铝、钛酸盐(钛酸镁、钛酸钙、钛酸锶、钛酸钡等)、模来石、氧化锆、石英、堇青石、镁橄榄石、硅灰石、蠕陶石、顽辉石、透辉石、亚锗石(ア-ケルマナイト)、钙铝黄长石以及尖晶石等。其中为了增大高频率区域(特别是GHz区域)上的比介电率(下面简称为εr)，优选锌尖晶石、氧化钛、钛酸盐、氧化铝。另外，为了提高机械强度优选锌尖晶石、氧化钛、氧化锆、氧化铝。可以只用1种也可以用2种以上。
而且为了调整电介质瓷器的各种特性(介电特性以及机械强度等)可以组合2种以上使用。例如为了使介电特性中高频率区域上的共振频率的温度依赖性(下面简称τf)降低而控制(使τf的绝对值减小)，可以组合τf负值的无机填料和正值的无机填料使用。其组合例如有：锌尖晶石和氧化钛、锌尖晶石和钛酸盐、氧化铝和钛酸盐、锌尖晶石和氧化铝和钛酸盐等。
其中锌尖晶石填料和氧化钛填料的组合可以充分发挥机械强度，防止烧结产生的翘曲，可以得到高频率区域(GHz)上大的εr和绝对值小的τf。
无机填料在总计100重量％的无机填料和玻璃的情况含有20～60重量％(更优选含有30～60重量％，特别优选含有40～55重量％)。在不足20重量％时，有时玻璃溶出和烧结卡具反应，另外也有时难以得到足够的抗弯强度，不优选。另外，当超过60重量％时，有时在1000℃以下难以烧结，有时不能和低电阻导体同时烧结。
另外，锌尖晶石填料和氧化钛填料合用时，优选锌尖晶石填料和氧化钛填料的总量占无机填料整体的50重量％以上(更优选80重量％、特别优选90重量％、即使是100重量％也可以)。在不足50重量％时难以充分发挥含有锌尖晶石填料和氧化钛填料的效果。
而且，锌尖晶石填料的含有量mG(质量换算)相对的和氧化钛填料的含有量的比mT(质量换算)的比mG/mT优选0.1～1.5，更优选0.4～1.0，特别优选0.6～0.9。当不足0.1时，有难以得到将τf绝对值抑制较小效果的倾向。
另外，无机填料的形状没有特别限定，例如可以制成粒子状、鳞片状，纤维状(特别是须晶)等各种形状。通常为粒子状。大小也没有特别限定，通常其大小优选制成1～10μm(粒子形状时平均直径)。超过10μm时，倾向于电介质瓷器的组织过粗。另外在不足1μm时，尽管对电介质瓷器的特性没有影响，但是有时会产生制造上的困难。
此外，无机填料通常以在电介质瓷器制造时做成无机填料粉末等添加的形状及大小的形式存在于电介质瓷器中。也包括在制造时作为玻璃粉末等添加，通过烧结作为结晶质成分(蠕陶土、尖晶石、锌尖晶石)析出的物质。
上述玻璃为通过其成分和含有量等使烧结温度及介电特性变化的成分。该玻璃在无机填料和玻璃总计100重量％的情况为40～80重量％(优选40～70重量％，更优选50～60重量％)。该玻璃不足40重量％时，由于难以在1000℃以下烧结温度进行，故不优选。当超过80重量％时，倾向于机械强度降低，高频率区域介电特性也不够。特别是εr和变小而不优选。
本发明的一种形态中的玻璃含有碱金属元素时，所述玻璃含有至少Si元素、B元素、Al元素、Ca元素、以及Zn元素和Li元素、Na元素以及K元素中的至少1种碱金属元素(以下简称X)。这些在玻璃内含有哪种化合物没有特别限定。
本发明的一种形态中的上述玻璃含有碱金属元素时，上述氧化物换算与Si、B、Al、Ca以及Zn以及X分别在玻璃中以怎样的形态存在没有关系，Si作为SiO2、B作为B2O3、Al作为Al2O3、Ca作为CaO、Zn作为ZnO、X作为X2O分别进行换算。
本发明的一种形态中的上述玻璃不含有碱金属元素时，上述玻璃含有Si元素、B元素、Al元素、Ca元素以及Zn元素。这些在玻璃内如何存在没有特别限定。
本发明的一种形态中的上述玻璃不含有碱金属元素时，上述氧化物换算与Si、B、Al、Ca以及Zn分别在玻璃中以怎样的形态存在没有关系，Si作为SiO2、B作为B2O3、Al作为Al2O3、Ca作为CaO、Zn作为ZnO分别进行换算。
玻璃全体为100重量％的情况，这些元素的各个含有量Si以氧化物换算为20～30重量％(优选20～27重量％，更优选21～25重量％)。Si含有量不足20重量％时，玻璃软化温度过低，和低电阻导体同时烧结性不够有时产生翘曲而不优选。另外有时因为εr过大，不优选。另一方面，当超过30重量％时，εr可以取为适当的值，但烧结的温度过高，这样有时难以和低电阻配线同时烧结。与此相对，可以增加玻璃成分的配合比例进行烧结，由于介电损失存在过度增加的倾向，不优选。
B以氧化物换算为5～30重量％。B含有量不足5重量％时，可烧结的温度过高，和低电阻导体同时烧结性不充分，多产生翘曲而不优选。另一方面，当超过30重量％时，玻璃软化温度过低，和低电阻导体同时烧结性不充分，有时产生翘曲而不优选。还有，电介质瓷器中的玻璃化学稳定性低下、有时不能充分得到耐化学性而不优选。
将B的含有量设定为10～30重量％，制造时使烧结温度在750～950℃的范围进行宽幅调整。通过设定15～30重量％，在上述的基础上，和低电阻导体同时烧结性特别好，可以特别有效地防止翘曲的产生。还有，通过设定20～30重量％，电介质瓷器的耐化学性特别高，例如在多层配线基板制造时电镀工序中可以有效地防止电介质瓷器的溶解及侵蚀。
Al含量用氧化物换算为20～30重量％(优选21～29重量％、更优选22～26重量％)。Al含量不足20重量％时，电介质的机械强度不够，特别是当不足10重量％时，倾向于损坏玻璃的稳定性，不优选。另一方面，超过30重量％时，可烧结的温度过高，不优选。
另外，Ca含量用氧化物换算为10～20重量％(优选12～20重量％、更优选15～18重量％)。Ca含量不足10重量％时，玻璃的熔融性有时没有得到充分提高，不优选。另一方面，超过20重量％时，热膨胀系数有时过大，不优选。
另外，Zn含量用氧化物换算为10～20重量％(优选10～18重量％、更优选11～16重量％)。Zn含量不足10重量％时，和低电阻导体的同时烧结性不够，产生翘曲，不优选。另一方面，超过20重量％时，电介质瓷器的耐化学性有时不够，不优选。
本发明的一种形态中的上述玻璃含有碱金属元素时，X的含有量以氧化物换算为0.2～5重量％。X含有量不足0.2重量％时，有时玻璃的玻璃化转变温度过高，有妨碍烧结性的危险，不优选。另外，超过5重量％时，玻璃化转变温度过低，只有玻璃过于烧结，不优选。
而且，X至少为Li、Na以及K的至少一种，只要在上述范围就可以。但是，多层配线基板等使用作为低电阻导体Ag系金属时，优选不含有Li。因此，可以非常有效地抑制Ag的迁移的产生。
另外，本发明的一种形态中的上述玻璃不含有碱金属元素时，上述玻璃中实际不含有Li、Na以及K。也就是，尽管不让含有，但是有时在制造上也不可避免地含有。这时，优选没有表现也含有Li、Na以及K的影响的程度，也就是在以玻璃全体为100重量％的情况，优选不足0.2重量％(更优选不含有)。在多层配线基板等上以Ag系金属用作低电阻导体的情况，相邻的配线间的距离极短的情况或绝缘层的厚度极薄的情况，特别担心Ag的迁移产生的情况，优选使用不含有碱金属的物质作为上述玻璃。
上述的各元素的氧化物换算的中优选的含有量可以设定各种组合。即例如：
本发明的一种形态中的上述玻璃含有碱金属元素时，可以设定Si的含有量为20～27重量％，B的含有量为l0～30重量％，Al的含有量为21～29重量％，Ca的含有量为12～20重量％，Zn的含有量为10～18重量％，而且X的含有量为0.2～5质量％。还可以设定Si的含有量为21～25重量％，B的含有量为15～30重量％，Al的含有量为22～26重量％，Ca的含有量为15～18重量％，Zn的含有量为11～16重量％，而且X的含有量为0.2～5重量％。
还有，本发明的一种形态中的上述玻璃不含有碱金属元素时，可以设定Si的含有量为20～27重量％，B的含有量为10～30重量％，Al的含有量为21～29重量％，Ca的含有量为12～20重量％，Zn的含有量为10～18重量％。还可以设定Si的含有量为21～25重量％，B的含有量为15～30重量％，Al的含有量为22～26重量％，Ca的含有量为15～18重量％，Zn的含有量为11～16重量％。
根据本发明的电介质瓷器可以设定1～15GHz(特别3～10GHz)中的介电损失为50×10-4以下(更优选40×10-4以下、特别优选30×10-4以下、通常20×10-4以上)。一般介电损失随使用频率变高而增大，本发明的电介质瓷器中GHz区域上的介电损失可以如上所述向小抑制。该介电损失不仅是玻璃的组成，而且也可以随着无机填料变化。为此可以通过制造时添加的无机填料的组成及其量以及烧结温度等烧结条件进行调整。本申请作为评价高频率上的介电特性的值，以3GHz上得到的介电特性值为代表值进行测定评价。选择3GHz的理由，是因为无线LAN等经常利用的区域(例如，2.4～2.5GHz)，容易和已有物品进行比较评价。
还有，在1～15GHz上的εr设定为6～13(优选7～13、特别优选9～13)。一般εr随使用频率数提高而降低。该εr过小时，为了在GHz区域使用需要得到大的电介质瓷器，难以实现小型化。因此，考虑GHz区域的使用，优选εr大。由此在GHz区域使用的情况也可以使各种电子元件等小型化。
另外，可以将1～15GHz(3～10GHz)中的τf(温度范围：25～80℃)设定为-20～10ppm/℃(优选-10～10ppm/℃、特别优选-10～5ppm/℃)。一般共振频率的温度系数随着使用频率数增高，绝对值向负侧增大。绝对值一向负侧变大，作为封装基板使用的情况难以内藏带通过滤器，电可靠性降低。因此考虑在GHz区域使用，优选τf的绝对值小。由此在GHz区域中使用的情况也可以使各种电子元件等安定而动作。
还有，从25℃到升温到400℃的情况的热膨胀系数可以设定为5～10ppm/℃。一般近年使用的印刷配线基板的热膨胀系数为13～14ppm/℃程度，还有IC等半导体元件的热膨胀系数为3～4ppm/℃程度。因此，将电介质瓷器作为多层配线基板使用的情况，需要有更接近印刷配线基板的热膨胀系数和半导体元件的热膨胀系数两者的热膨胀系数，本发明的电介质瓷器满足该条件。
还有，可以将抗弯强度设定为160Mpa以上(优选180Mpa以上，特别优选190Mpa以上)。只要抗弯强度为160Mpa以上，即使将本发明的电介质瓷器得到的多层配线基板或电子元件等制品落下的情况，也可以抑制该冲击产生的破损。在GHz区域使用的多层配线基板或电子元件等中，为了电磁屏蔽安装屏蔽等接头，可以抑制该安装工序的热应力产生的破损。
本发明的电介质瓷器1～15GHz(优选3～10GHz)可以得到介电损失为50×10-4以下，εr为6～13，τf为-20～10ppm/℃，25～400℃的热膨胀系数为5～10ppm/℃，而且抗弯强度为160Mpa以上的电介质瓷器。而且可以得到1～15GHz(优选3～10GHz)上的介电损失为40×10-4以下，εr为7～13，τf为-10～10ppm/℃，25～400℃的热膨胀系数为5～10ppm/℃，而且抗弯强度为185Mpa以上的电介质瓷器。
特别是无机填料含有锌尖晶石填料和氧化钛填料两者的情况，可以得到3～10GHz的εr为9～13，τf为-15～0ppm/℃，而且抗弯强度为180Mpa以上的电介质瓷器。
含有锌尖晶石填料和氧化钛填料，而且无机填料和玻璃合计为100重量％的情况，在无机填料为30～60重量％时，可以得到3～10GHz条件下的εr为10～13，τf为-15～0ppm/℃，而且抗弯强度为190Mpa以上的电介质瓷器。
含有锌尖晶石填料和氧化钛填料，而且无机填料和玻璃合计为100重量％的情况，在无机填料达到为30～60重量％时，而且mT/mG为0.6以上含有时，可以得到3～10GHz条件下的εr为10～13，τf为-3～0ppm/℃，而且抗弯强度为190Mpa以上的电介质瓷器。
本发明的介电损失、εr、τf、热膨胀系数以及抗弯强度都是利用与后述实施例中的测定方法同样的方法得到。
得到本发明的电介质瓷器的方法没有特别限定，例如可以利用如下的方法得到。也就是：
本发明的一实施形态中的上述玻璃含有碱金属元素的情况，将无机填料粉末、和玻璃粉末整体设定为100重量％时，以各种氧化物换算，含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、合计0.2～5重量％的Li、Na、及其K中的至少1种碱金属的玻璃粉末，配合成在该无机填料粉末和该玻璃粉末的总量为100重量％时，该无机填料粉末为20～60重量％，该玻璃粉末为40～80重量％，得到的电介质瓷器用组合物，并在温度1000℃以下烧结。
另一方面，本发明的一实施形态中的上述玻璃不含有碱金属元素的情况，将无机填料粉末、和玻璃粉末整体设定为100重量％时以各种氧化物换算，含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn，以及不含有Li、Na及其K等碱金属的玻璃粉末，配合成在该无机填料粉末和该玻璃粉末的总量为100重量％时，该无机填料粉末为20～60重量％，该玻璃粉末为40～80重量％，得到的电介质瓷器用组合物，并在温度1000℃以下烧结。
该制造方法中的上述无机填料粉末，除了可以适用所述无机填料的粉末之外，例如有利用烧结形成的所述无机填料的钛、铝以及锆等各粉末。其中可以使用1种，也可以使用两种以上。
无机填料粉末的粒径没有特别限定，通常优选1～10μm。超过10μm，得到的电介质瓷器的组织过粗，不足1μm，粉碎需要的时间增长，同时也倾向于处理困难。
另外，无机填料粉末不需要配合的全量在电介质瓷器中以无机填料存在，也可以一部分通过溶解在电介质瓷器中的玻璃中，以玻璃存在。
还有，玻璃粉末例如在加热熔融调和成上述组成的原料粉末之后，急冷做成玻璃料，将该玻璃料粉碎可以得到玻璃粉末。关于玻璃粉末中含有的各元素的含有量，具有和所述电介质瓷器中含有的玻璃的量相同的理由。
玻璃粉末的粒径不特别限定，通常为1～10μm。超过10μm时，成形片状时有时产生不良影响，不足1μm，粉碎需要的时间增长，同时也倾向于处理困难。
另外，玻璃粉末不需要配合的全量在电介质瓷器中以玻璃存在，也可以一部分在电介质瓷器中析出以无机填料存在。
另外，玻璃粉末的玻璃化转变点Tg不特别限定，优选560～670℃(特别优选570～660℃，更优选570～640℃)。只要是该范围就可以良好地保持和Ag系金属(Ag单体、Ag/Pd合金、Ag/Pt合金、Ag/Cu合金、Ag/Au合金等)或Cu系金属(在Cu单质中含有少量的其他元素的)等低电阻导体的同时烧结性，而且可以有效地抑制烧结产生的翘曲。
另外，玻璃粉末的屈伏点Mg不特别限定，优选和Tg的温度差为30～45℃(特别优选30～40℃，更优选30～38℃)。只要是Tg和Mg的温度差在该范围就可以有效地抑制烧结产生的收缩偏移。从而可以以高尺寸精度进行设计电子元件或配线基板。
电介质瓷器用组合物中的无机填料粉末和玻璃粉末的混合比例考虑和前述电介质瓷器同样的理由，优选无机填料粉末为30～60重量％(玻璃粉末为40～70重量％)。而且无机填料粉末优选配合40～60重量％(玻璃粉末为40～60重量％)，特别优选配合45～55重量％(玻璃粉末为45～55重量％)。
电介质瓷器用组合物也可以只由无机填料粉末和玻璃粉末组成，除此之外，例如也可以含有粘接剂、溶剂、增塑剂以及分散剂。该电介质瓷器用组合物的形状不特别限定，例如可以做成粉末状、浆液状以及丸状等。而且该电介质瓷器用组合物也可以是这些粉末、浆液以及丸状等使用各种成形方法(粉末为压粉、CIP、HIP等、浆液以及丸状为刮刀片法、丝网印刷法、按压成形法)成形的成形体。
优选在1000℃以下(通常750℃以上、更优选800～990℃、特别优选850～990℃、最优选900～980℃。超过1000℃的温度，由于和低电阻导体同时烧结困难，故不优选。
实施例
下面利用实施例更具体地说明本发明。
[1]使用含有碱金属元素的玻璃的，不含有锌尖晶石的电介质瓷器。
(1)玻璃粉末的配制
以表1所述的比例，将SiO2粉末、B2O3粉末、Al2O3粉末、CaO粉末、ZnO粉末、NaCO3粉末、K2CO3粉末等之外，和MgO粉末、BaO粉末、SrO粉末、ZrO粉末混合配成原料粉末。使得到的原料粉末加热熔融之后，投入水中急冷，同时使其粉碎，得到玻璃料。将该玻璃料用球磨机粉碎，得到平均粒径3μm的玻璃粉末10种(玻璃No1～10)。表1
实验例                                     电介质瓷器
                       玻璃   无机填料
玻璃No         组成(重量％) 重量％ 氧化铝(重量％)
    SiO2     B2O3     Al2O3     CaO     ZnO    碱金属     其它
  MgO     BaO   SrO   ZrO2
  1   1     20     25.8     24     16     11     3.2   Na2O               - 50 50
2 2 20 24 24 16 11     3   Na2O -
    2   K2O
  *3   *3     28.5     *45.5     *9     *-     *-     *-    -     17               -
  *4   *4     75     17     *5.6     *-     *-     1.1   Na2O               -   1.3
  *5   *5     25     *36     *3.3     *0.15     *-     *-    -     35     0.5   0.05
  *6   *6     *35     8.6     *19     17     *-     0.3   K2O    0.4     19     0.7   -
  *7   *7     *32     24     25     16     *-     *-     3               -
  *8   *8     22     22     *8     *-     48     *-                         -
  *9   *9     *39     7.5     22     19     11     1.4   Na2O     0.1               -
  *10   *10     *43     8     28     *8     *-     *-     12               -     1
   表1中的*表示本发明的范围之外。
(2)玻璃粉末的Tg、Mg测定
上述(1)得到的玻璃粉末10种的Tg及Mg，使用示差热测定装置(株式会社リガク制，型号THERMOFLEX TAS 300 TG810D)进行测定，将Tg、Mg以及Mg-Tg的值示在表2。
表2
    玻璃     玻璃的热特性
    Tg(℃)     Mg(℃)  Mg-Tg(℃)
    1     576     611  35
    2     580     613  33
    *3     535     650  115
    *4     520     640  120
    *5     638     675  37
    *6     686     731  45
    *7     655     695  40
    *8     549     580  31
    *9     683     722  39
    *10     718     765  47
表2中的*表示本发明的范围之外。
(3)绿薄片(グリ一ンシ一ト)(电介质瓷器用组合物)的制造
称量上述(2)得到的玻璃粉末10种和无机填料粉末氧化铝形成如表1所示各50重量％的比例，用球磨机混合得到混合粉末。得到的粉末中添加粘接剂(丙烯酸树脂)、增塑剂[二丁基苯二甲酸(DBP)]以及溶剂(甲苯)，混练配制浆液10种。得到的各浆液利用刮刀片法成形片状、形成烧结后的厚度为100μm，得到10种绿薄片。
(4)第1测定用瓷器(电介质特性测定用)的制造及介电特性的测定
将上述(3)得到的10种绿薄片冲压成所定的形状的薄片，利用热压每10片叠层，然后在900℃下烧结15分钟，得到瓷器。得到的各瓷器研磨加工成长50mm、宽50mm、厚0.635mm的板状，得到第1测定用瓷器10种。使用该第1测定一瓷器，利用电介质共振器摄动法在25℃、3GHz测定介电损失以及εr。结果示于表3。
  表3
    实验例 电介质瓷器的特性
介电损失(×10-4)(3GHz)    εr(3GHz)     热膨胀系数(25～400℃)(ppm/℃)
    1 38     7.4     6.1
    2 40     7.2     6.2
    *3 13     5.2     5.5
    *4 150     6.5     4.6
    *5 30     5.9     7.3
    *6 18     5.6     5.5
    *7 64     4.9     6.0
    *8 63     6.5     6.4
    *9 19     6.6     4.9
    *10 40     7.2     5.4
表3中的*表示本发明的范围之外。
(5) 第2测定用瓷器(热膨胀系数测定用)的制造及热膨胀系数的测定
将上述(3)得到的10种绿薄片冲压成所定的形状的薄片，利用热压每20片叠层，然后在900℃下烧结15分钟，得到瓷器。得到的各瓷器研磨加工成长3mm、宽3mm、高1.6mm的柱状，得到第2测定用瓷器10种。使用该第2测定用瓷器，利用示差膨胀式热机械分析装置(株式会社リガク公司制、型号TMA8140C)测定从25℃升温到400℃时的热膨胀系数，结果示于表3。
(6)第3测定用瓷器(同时烧结性测定用)的制造及同时烧结性评价
将Ag丸利用丝网印刷法在上述(3)得到的10种绿薄片的所定位置印刷厚度15μm。利用热压在该Ag九层上叠层另外的绿薄片，之后同样在该绿薄片上印刷Ag丸，反复同样的操作，叠层绿薄片5片，在各层间按所定的模型形状印刷Ag丸的未烧结的叠层体。该未烧结叠层体冲压成直径4cm大小，在900℃烧结15分钟，配设低电阻导体，得到第3测定用瓷器10种。
①烧结产生的翘曲评价
得到的10种第3测定用瓷器10种静置在平面上，测量距离平面的最高位置和最低位置(和平面的接触位置)的差，其差不足50μm(没有实际使用上的问题的翘曲)或不产生翘曲时用◎表示，超过50μm用×表示，示于表4中。表4
    实验例     电介质瓷器的特性
    Ag的扩散状况     翘曲     抗弯强度
    1     ◎     ◎     210
    2     ◎     ◎     260
    *3     ×     ◎     -
    *4     ○     ◎     180未满
    *5     ×     ◎     -
    *6     ○     ×     -
    *7     ×     ◎     -
    *8     ◎     ×     -
    *9     ◎     ×     -
    *10     ×     ×     -
表4中的*表示本发明的范围之外。
②烧结产生的Ag扩散的有无
将得到的10种第3测定用瓷器10种向叠层方向切断，利用EPMA(电子探针微分析器)分析其切断面。结果将确认向Ag瓷器内的扩散中其扩散距离不足5μm用◎表示，扩散距离5～10μm用○表示，扩散距离超过10μm用×表示，一并示于表4中。
(7)第4测定用瓷器(抗弯强度测定用)的制造及抗弯强度的测定
在上述(3)得到的10种绿薄片中，将实验例1、2以及4上的冲压成所定形状后的薄片10片利用热压进行叠层，然后在900℃烧结15分钟，得到瓷器。得到的各瓷器研磨加工成长4mm、宽3mm、高36mm的柱状，得到第4测定用瓷器3种。使用该第4测定用瓷器，按照JIS R 1601，测定该抗弯强度(3点弯曲)。结果一并示于表4。
(8)实验例1～10的效果
从表1～4结果可知，实验例3～10任何一个可以在900℃低温进行烧结，可以发挥某种程度的介电特性。但是有时由于玻璃粉末的特性不好，在电介质瓷器中产生翘曲，不能充分得到所有的介电特性，或者由于烧结使低电阻导体的扩散产生，不能得到足够的抗弯强度，从而能使各种特性难以兼得。对此，本发明品的实验例1以及2中都可以在温度900℃和低电阻导体同时烧结，而且所有的介电特性中显示具有良好的值(介电损失38～40×10-4、εr7.2～7.4、抗弯强度210～260MPa)。另外可知没有构成低电阻导体的成分的扩散以及基板的翘曲，可以得到足够大的抗弯强度。而且显示热膨胀系数为6.1～6.2ppm/℃，也具有作为配线基板使用时的特性。
[2]使用含有碱金属的玻璃的，含有锌尖晶石的电介质瓷器
(1)第5测定用瓷器(介电特性测定用)的制造及介电特性的测定
作为玻璃粉末使用由上述[1](1)得到的玻璃No1、No2、No4、No6以及No9，作为无机填料粉末使用锌尖晶石粉末、二氧化钛粉末以及钛酸钙粉末，以表5所示的组合以及比例混合，和上述[1](3)同样得到绿薄片。然后和上述[1](4)同样烧结，进行研磨加工，得到第5测定用瓷器11种。对于得到的介电瓷器中除去烧结时发泡的实验例
11、产生翘曲的实验例19～21之外的7种，和上述[1](4)同样，测定3GHz中的比介电导率εr、温度25～80℃时的共振频率的温度系数τf，结果一并示于表5。
                                                        表5
实验例                                        电介质瓷器                  电介质瓷器的特性
    玻璃                  无机填料 εr(3GHz) τf(ppm/℃) 翘曲   抗弯强度(MPa)
玻璃No 重量％ 种类·比例(重量％) 重量％
 锌尖晶石  氧化钛   其它     mT/mG
  *11     1     *85  8   7    -     0.86     *15               烧结时发泡
  12     1     79  11   10     0.91     21     9.7   -9   ◎   180
  13     1     59  24   17     0.71     41     10.6   -1   ◎   190
  14     1     56  25   19     0.76     44     10.6   1   ◎   192
  15     1     53  27   20     0.74     47     10.3   -3   ◎   190
  16     1     53  33   14     0.42     47     9.5   -15   ◎   220
17 1 54 26 -  CaTiO320 - 46 11.2 7 ◎ 165
  18     2   53  27   20     0.74     47     10.7   -3   ◎   190
  *19     *4     57  25   18     0.72     43    -   -   ×   -
  *20     *6
  *21     *9
表5中的*表示本发明的范围之外。
(2)第6测定用瓷器(同时烧结性测定用)的制造及同时烧结性的评价
和上述[1](6)同样测定翘曲，按照同样的评价基准，用◎或×示于表5。
(3)第7测定用瓷器(抗弯强度测定用)的制造及抗弯强度的测定
除了使用在上述[2](1)及其(2)中可得到不产生发泡和翘曲的瓷器的[2](1)的绿薄片之外，得到和上述[1](7)同样测定第7测定用瓷器7种。然后利用同样的测定方法测定抗弯强度，一并示于表5。
(4)实验例11～21的效果
按照表5的结果，实验例12～18都可以在900℃低温中烧结。相对而言，实验例11由于玻璃和无机填料的比例为本发明的范围之外，所以烧结时发泡，不能作为电介质瓷器使用。另外在实验例19～21中产生翘曲。
还有，只有玻璃时的情况的εr通常为6左右。相对而言，无机填料为锌尖晶石和二氧化钛填料的电介质瓷器(实验例12～16以及18)的εr、可以大至9.5～10.7。进一步，可以得到τf为-15～1ppm/℃的绝对值小的值。另一方面，即使在无机填料为锌尖晶石和钛酸钙填料的电介质瓷器(实验例17)中，也可以使εr大至11.2，同时可以得到τf为7ppm/℃绝对值小的值。
而且，无机填料为锌尖晶石填料和钛酸钙填料的电介质瓷器中可以得到165Mpa的抗弯强度。特别是能够得到无机填料为锌尖晶石填料和钛酸钙填料的电介质瓷器为180～220Mpa的非常优良的抗弯强度。
以瓷器整体为100重量％的情况，含有锌尖晶石填料和钛酸钙填料合计为41～47％，进一步，锌尖晶石填料(mG)和钛酸钙填料(mT)的比mT/mG为0.71～0.76的情况，保持10.3～10.6的大εr，和保持190～192Mpa高的抗弯强度的同时，τf可以控制到-3～1ppm/℃非常小的值。
[3]使用不含有碱金属元素的玻璃，不含有锌尖晶石填料的电介质瓷器
(1)玻璃粉末的配制
以表6所示的比例以将SiO2粉末、B2O3粉末、Al2O3粉末、CaO粉末、ZnO粉末等之外，和MgO粉末、BaO粉末、SrO粉末、以及ZrO2粉末混合配成原料粉末。使得到的原料粉末加热熔融之后，投入水中急冷，同时使其粉碎，得到玻璃料。将该玻璃料用球磨机粉碎，得到平均粒径3μm的玻璃粉末11种(玻璃No1～11)。
                                                表6
   实验例                               电介质瓷器
                            ガ    ラ    ス     无机填料
玻璃No             组成(重量％) 重量％ 氧化铝(重量％)
SiO2 B2O3 Al2O3 CaO ZnO 碱金属                其它
MgO  BaO  SrO  ZrO2
    1     1     20     26     25     17     12       -            - 50 50
    23     2     22     21     26     18     13       -            -
    3     25     21     25     17     12       -            -
    *4     *4     28.5     *45.5     *9     *-     *-     *-     -  17             -
    *5     *5     75     17     *5.6     *-     *-     1.1  Na2O            -   1.3
    *6     *6     25     *36     *3.3     *0.15     *-     *-     -  35  0.5   0.05
    *7     *7     *35     8.6     *19     17     *-     0.3  K2O     0.4  19  0.7   -
    *8     *8     *32     24     25     16     *-     *-     3            -
    *9     *9     22     22     *8     *-     48     *-                      -
    *10     *10     *39     7.5     22     19     11     1.4  Na2O     0.1            -
    *11     *11     *43     8     28     *8     *-     *-     12            -     1
         表6中的*表示本发明的范围之外。
玻璃粉末的Tg和Mg测定
上述(1)得到的玻璃粉末11种的Tg和Mg利用示差热测定装置(株式会社リガク制，型号THERMOFLEX TAS 300 TG810D)测定，将Tg、Mg以及Mg-Tg的值分别示于表7。表7
    玻璃     玻璃的热特性
    Tg(℃)     Mg(℃)     Mg-Tg(℃)
    1     623     657     34
    2     631     671     40
    3     631     671     40
    *4     535     650     115
    *5     520     640     120
    *6     638     675     37
    *7     686     731     45
    *8     655     695     40
    *9     549     580     31
    *10     683     722     39
    *11     718     765     47
表7中的*表示本发明的范围之外。
(2)绿薄片(电介质瓷器用组合物)的制造
称量上述(2)得到的玻璃粉末11种和无机填料粉末氧化铝粉末，如表6所示分别形成50重量％的比例，利用球磨机混合得到混合粉末。得到的混合粉末中添加粘接剂(丙烯酸树脂)、增塑剂[二丁基苯二甲酸酯(DBP)]以及溶剂(甲苯)，混练配制浆液11种。利用刮刀片法将得到的各种浆液成形为薄片状，烧结后的厚度形成100μm，得到11种绿薄片。
(4)第1测定用瓷器(介电特性测定用)的制造及介电特性的测定
将上述(3)得到的11种绿薄片冲压成各种所定的形状的薄片，每11片利用热压叠层，然后在900℃烧结15分钟得到瓷器。得到的各瓷器长50mm、宽50mm、高0.635mm的板状研磨加工，得到第1测定用瓷器11种。使用该第1测定用瓷器，利用电介质共振器摄动法在25℃、3GHz测定介电损失和εr。结果一并示于表8。
表8
  实验例   电介质瓷器
  介电损失(×10-4)(3GHz)    εr(3GHz)    热膨胀系数(25～400℃)(ppm/℃)     翘曲   抗弯强度(MPa)
  1   39     7.5     5.4     ◎     260
  2   30     7.6     5.4     ◎     270
  3   30     7.6     5.3     ◎     270
  *4   13     5.2     5.5     ◎     -
  *5   150     6.5     4.6     ◎     180未满
  *6   30     5.9     7.3     ◎      -
  *7   18     5.6     5.5     ×      -
  *8   64     4.9     6.0     ◎      -
  *9   63     6.5     6.4     ×      -
  *10   19     6.6     4.9     ×      -
  *11   40     7.2     5.4     ×      -
表8中的*表示本发明的范围之外。
(5)第2测定用瓷器(热膨胀系数测定用)的制造及其热膨胀系数的测定
将上述(3)得到的11种绿薄片冲压成各种所定的形状的薄片，每20片利用热压叠层，然后在900℃烧结15分钟得到瓷器。得到的各瓷器长3mm、宽3mm、高1.6mm的柱状研磨加工，得到第2测定用瓷器11种。使用该第2测定用瓷器，使用示差膨胀式热机械分析装置(株式会社リガク制，型号TMA8140C)测定25℃到400℃升温时的热膨胀系数。结果一并示于表8。
(6)第3测定用瓷器(同时烧结性测定用)的制造及同时烧结性的评价
和上述(3)得到的11种的绿薄片的所定位置上利用丝网印刷法将Ag丸层印刷厚度15μm。再利用热压在该Ag丸层叠层其他的绿薄片，之后在该绿薄片上也进行同样的Ag丸印刷，反复同样的操作，叠层绿薄片5片，得到在各层间Ag丸以特定的模型形状印刷的未烧结叠层体。将该未烧结叠层体冲压成直径4cm大小，在900℃烧结15分钟，得到配设低电阻导体的第3测定用瓷器11种。
将得到的11种第3测定用瓷器静置在平面上，测量距离平面的最高位置和最低位置(和平面的接触位置)的差，其差不足50μm(实际使用上没有问题的翘曲)或不产生翘曲时用◎表示，超过50μm用×表示，示于表8中。
(7)第4测定用瓷器(抗弯强度测定用)的制造及抗弯强度的测定
在上述(3)得到的绿薄片中，将实验例1、2、3以及4上的冲压成所定形状后的薄片11片利用热压进行叠层，然后在900℃烧结15分钟，得到瓷器。得到的各瓷器研磨加工成长4mm、宽3mm、高36mm的柱状，得到第4测定用瓷器3种。使用该第4测定用瓷器，按照JIS R 1601，测定该抗弯强度(3点弯曲)。结果一并示于表8。
(8)实例1～11的效果
从表6～8结果可知，实验例4～11任何一个可以在900℃低温进行烧结，可以发挥某种程度的介电特性。但是有时由于玻璃粉末的特性不好，存在在电介质瓷器中产生翘曲，不能充分得到所有的介电特性，或者由于烧结使低电阻导体的扩散产生，不能得到足够的抗弯强度等情况，从而使各种特性难以兼得。对此，本发明品的实验例1～3中都可以在温度900℃与低电阻导体同时烧结，而且所有的介电特性中显示具有良好的值(介电损失30～39×10-4、εr7.5～7.6、抗弯强度260～270MPa)。另外，可知没有构成低电阻导体的成分的扩散以及基板的翘曲，可以得到足够大的抗弯强度。而且显示热膨胀系数为5.3～5.4ppm/℃，也具有作为配线基板使用时的特性。
[4]使用不含碱金属的玻璃的，含有锌尖晶石的电介质瓷器
(1)第5测定用瓷器(介电特性测定用)的制造及介电特性的测定
作为玻璃粉末使用由上述[1](1)得到的玻璃No1、No2以及No3、作为无机填料粉末使用锌尖晶石粉末、二氧化钛粉末以及钛酸钙粉末，以表9所示的组合以及比例混合，和上述[1](3)同样得到绿薄片。然后和上述[1](4)同样烧结，进行研磨加工，得到第5测定用瓷器9种。对于得到的介电瓷器中除去烧结时发泡的实验例12之外的8种，和上述[1](4)同样，测定3GHz中的比介电导率εr、温度25～80℃时的共振频率的温度系数τf，结果一并示于表9。
表9
 实验例No     电介质瓷器     电介质瓷器的特性
    玻璃     无机填料 εr(3GHz) τf(ppm/℃) 翘曲 抗弯强度(MPa)
玻璃No (質量％) 种类·比例(重量％) 重量％
 锌尖晶石  氧化钛     其它     mT/mG
 *12     1   *85  8  7     -     0.86     *15     烧结时发泡
 13     1   79  11  10     0.91     21     9.5     -8 ◎ 180
 14     1   59  24  17     0.71     41     10.4     -3 ◎ 192
 15     1   56  25  19     0.76     44     10.4     -2 ◎ 193
 16     1   53  27  20     0.74     47     10.1     -5 ◎ 190
 17     1   53  33  14     0.42     47     9.3     -16 ◎ 222
18 1 54 26 -     CaTiO320 - 46 10.7 7 ◎ 165
 19     2   58  24  18     0.75     42     10.5     -5 ◎ 190
 20     3     10.1     -4 ◎ 191
表9中的*表示本发明的范围之外。
(2)第6测定用瓷器(同时烧结性测定用)的制造及同时烧结性的评价
和上述[1](6)同样，测定翘曲，按照同样的评价基准在表9中显示◎或×。
(3)第7测定用瓷器(抗弯强度测定用)的制造及抗弯强度的测定
除使用可以得到在上述[2](1)中不产生发泡的瓷器的上述[2](1)的绿薄片之外，其它和[1](7)同样得到第7测定用瓷器8种，然后利用同样的测定方法测定抗弯强度，一并显示在表9中。
(3)实验例12～20的效果
按照表9的结果，实验例13～20都可以在900℃低温烧结。相对而言，在实验例12中，由于玻璃和无机填料的比例为本发明的范围之外，所以烧结时发泡，不能作为电介质瓷器使用。
还有，只有玻璃时的情况的εr通常为6左右。相对而言，无机填料为锌尖晶石和二氧化钛填料的电介质瓷器(实验例13～17、19以及20)的εr可以大至9.3～10.5。而且，τf也可以得到-16～-2ppm/℃绝对值小的值。另一方面，即使是无机填料为锌尖晶石填料和钛酸钙填料的电介质瓷器(实验例18)，εr也可以大至10.7，同时τf也可以得到7ppm/℃绝对值小的值。
进一步，无机填料为锌尖晶石填料和钛酸钙填料的电介质瓷器可得165Mpa的抗弯强度。特别是无机填料为二氧化钛填料电介质瓷器可得180～220Mpa的非常优良的抗弯强度。
另外还可知以瓷器整体为100重量％的情况，锌尖晶石填料和二氧化钛填料总计含有41～47重量％，而且锌尖晶石填料(mG)和二氧化钛填料(mT)的比mT/mG为0.71～0.76的情况，εr保持10.1～10.4大，还保持190～192Mpa高的抗弯强度的同时，τf可以抑制到-5～-2ppm/℃非常小的值。

Claims (16)

1、电介质瓷器，其特征在于，含有无机填料和玻璃，在该无机填料和该玻璃总计为100重量％时，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、总计0.2～5重量％的Li、Na以及K中的至少一种碱金属。
2、电介质瓷器，其特征在于，含有无机填料和玻璃，在无机填料和该玻璃总计为100重量％时，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、不含Li、Na以及K。
3、电介质瓷器，含有无机填料和玻璃的电介质瓷器用组合物在1000℃以下烧结而成，其特征在于，在该电介质瓷器用用组合物中，该无机填料和该玻璃总计为100重量％时，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、总计0.2～5重量％的Li、Na以及K中的至少一种碱金属。
4、电介质瓷器，含有无机填料和玻璃的电介质瓷器用组合物在1000℃以下烧结而成，其特征在于，在该电介质瓷器用组合物中，该无机填料和该玻璃总计为100重量％时，含有该无机填料20～60重量％、该玻璃40～80重量％，该玻璃在以该玻璃全体为100重量％的情况，以各种氧化物换算含有20～30重量％的Si、5～30重量％的B、20～30重量％的Al、10～20重量％的Ca、10～20重量％的Zn、而不含Li、Na以及K。
5、如权利要求1至4中任何1项所述的电介质瓷器，所述无机填料为锌尖晶石填料及氧化钛填料。
6、如权利要求1至4中任何1项所述的电介质瓷器，在3GHz介电损失为50×10-4以下。
7、如权利要求1至4中任何1项所述的电介质瓷器，在3GHz的比介电率为6～13。
8、如权利要求1至4中任何1项所述的电介质瓷器，在25～400℃的热膨胀系数为5～10ppm/℃。
9、如权利要求1至4中任何1项所述的电介质瓷器，抗弯强度为185Mpa以上。
10、如权利要求3所述的电介质瓷器，其中上述玻璃化转变点Tg为560～670℃。
11、如权利要求4所述的电介质瓷器，其中上述玻璃化转变点Tg为560～670。
12、如权利要求10或11所述的电介质瓷器，其中上述无机填料为锌尖晶石填料及氧化钛填料。
13、如权利要求10或11所述的电介质瓷器，其中在3GHz介电损失为50×10-4以下。
14、如权利要求10或11所述的电介质瓷器，其中在3GHz的比介电率为6～13。
15、如权利要求10或11所述的电介质瓷器，其中在25～400℃的热膨胀系数为5～10ppm/℃。
16、如权利要求10或11所述的电介质瓷器，其中抗弯强度为185Mpa以上。
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