JP2001114554A - 低温焼成セラミック組成物及びセラミック多層基板 - Google Patents
低温焼成セラミック組成物及びセラミック多層基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銀や銅等の低融点金属と同時焼結可能であっ
て、高い強度、優れた電気特性をバランス良く有する低
温焼成セラミック組成物を提供すること。 【解決手段】 （Ａ）ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を
有するセラミック成分、（Ｂ）酸化ケイ素：１３〜５０
重量％、酸化ホウ素：３〜３０重量％、及び、アルカリ
土類金属酸化物：４０〜８０重量％からなるガラス成分
を混合してなる低温焼成セラミック組成物。
て、高い強度、優れた電気特性をバランス良く有する低
温焼成セラミック組成物を提供すること。 【解決手段】 （Ａ）ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を
有するセラミック成分、（Ｂ）酸化ケイ素：１３〜５０
重量％、酸化ホウ素：３〜３０重量％、及び、アルカリ
土類金属酸化物：４０〜８０重量％からなるガラス成分
を混合してなる低温焼成セラミック組成物。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、銀や銅等の低融点
金属と同時焼成可能な低温焼成セラミック組成物、並び
に、それを用いたセラミック多層基板に関するものであ
る。
金属と同時焼成可能な低温焼成セラミック組成物、並び
に、それを用いたセラミック多層基板に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、高度情報化社会を支えるコンピュ
ータ、移動体通信システム等に代表される情報処理機器
においては、情報処理速度の高速化、機器の小型化、多
機能化が飛躍的に進んでいる。これら情報処理機器の性
能向上は主として半導体デバイスの高集積化、高速化、
高機能化によって実現されている。
ータ、移動体通信システム等に代表される情報処理機器
においては、情報処理速度の高速化、機器の小型化、多
機能化が飛躍的に進んでいる。これら情報処理機器の性
能向上は主として半導体デバイスの高集積化、高速化、
高機能化によって実現されている。
【０００３】従来、こうした半導体デバイスを搭載する
セラミック多層基板では、焼成温度１５００〜１６００
℃のアルミナ絶縁基板を使用していたため、それを同時
焼成するためには、内層配線用の材料としてＭｏ、Ｍｏ
−Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属を用いなければならなかっ
た。しかしながら、これらの高融点金属は比抵抗が大き
いため、半導体デバイスの性能を十分に引き出すことに
は限界があり、情報処理速度の高速化、高密度配線化が
困難であった。
セラミック多層基板では、焼成温度１５００〜１６００
℃のアルミナ絶縁基板を使用していたため、それを同時
焼成するためには、内層配線用の材料としてＭｏ、Ｍｏ
−Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属を用いなければならなかっ
た。しかしながら、これらの高融点金属は比抵抗が大き
いため、半導体デバイスの性能を十分に引き出すことに
は限界があり、情報処理速度の高速化、高密度配線化が
困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
多層基板等に用いるための絶縁材料として、特開昭６２
−２４１８６７号公報には、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3からな
り、Ａｌ2Ｏ3の大部分がＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3相を有するセ
ラミック組成物が開示されている。このセラミック組成
物は、耐水和性、耐熱衝撃性に優れ、低誘電率、低ｔａ
ｎδ、高熱伝導性を備えている。
多層基板等に用いるための絶縁材料として、特開昭６２
−２４１８６７号公報には、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3からな
り、Ａｌ2Ｏ3の大部分がＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3相を有するセ
ラミック組成物が開示されている。このセラミック組成
物は、耐水和性、耐熱衝撃性に優れ、低誘電率、低ｔａ
ｎδ、高熱伝導性を備えている。
【０００５】ところが、このセラミック組成物は焼結温
度が１５００〜１６００℃と高く、上述したアルミナ絶
縁基板と同様に、同時焼成用の配線材料としてＭｏ、Ｍ
ｏ−Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属を用いなければならず、情
報処理速度の高速化、高密度配線化に限界が生じてい
た。
度が１５００〜１６００℃と高く、上述したアルミナ絶
縁基板と同様に、同時焼成用の配線材料としてＭｏ、Ｍ
ｏ−Ｎｉ、Ｗ等の高融点金属を用いなければならず、情
報処理速度の高速化、高密度配線化に限界が生じてい
た。
【０００６】このようなセラミック組成物に焼結助剤と
してガラス成分を添加すると、焼結温度を下げることが
可能であるが、ガラス成分の選択の仕方によっては、セ
ラミック多層基板の強度が著しく低下してしまうことが
あった。また、セラミック多層基板の強度を保持しよう
とすると、Ｑ値の低下や誘電率の変動等を引き起こし、
その電気特性が低下することがあった。
してガラス成分を添加すると、焼結温度を下げることが
可能であるが、ガラス成分の選択の仕方によっては、セ
ラミック多層基板の強度が著しく低下してしまうことが
あった。また、セラミック多層基板の強度を保持しよう
とすると、Ｑ値の低下や誘電率の変動等を引き起こし、
その電気特性が低下することがあった。
【０００７】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、銀や銅等の低融点金属と同時
焼結可能であって、高い強度、優れた電気特性をバラン
ス良く有する低温焼成セラミック組成物、並びに、それ
を用いたセラミック多層基板を提供することにある。
ものであり、その目的は、銀や銅等の低融点金属と同時
焼結可能であって、高い強度、優れた電気特性をバラン
ス良く有する低温焼成セラミック組成物、並びに、それ
を用いたセラミック多層基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ＭｇＯ結晶
相、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相を呈するセラミック成分に、特
定の重量比組成を有するガラス成分を添加、混合するこ
とによって、低温焼結可能であって、所望の強度、優れ
た電気特性を有する低温焼成セラミック組成物が得られ
ることを見出した。
題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ＭｇＯ結晶
相、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相を呈するセラミック成分に、特
定の重量比組成を有するガラス成分を添加、混合するこ
とによって、低温焼結可能であって、所望の強度、優れ
た電気特性を有する低温焼成セラミック組成物が得られ
ることを見出した。
【０００９】すなわち、本発明は、（Ａ）ＭｇＯ、Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4の結晶相を有するセラミック成分、（Ｂ）酸化
ケイ素：１３〜５０重量％、酸化ホウ素：３〜３０重量
％、及び、アルカリ土類金属酸化物：４０〜８０重量％
からなるガラス成分を混合してなることを特徴とする低
温焼成セラミック組成物に係るものである。
Ａｌ2Ｏ4の結晶相を有するセラミック成分、（Ｂ）酸化
ケイ素：１３〜５０重量％、酸化ホウ素：３〜３０重量
％、及び、アルカリ土類金属酸化物：４０〜８０重量％
からなるガラス成分を混合してなることを特徴とする低
温焼成セラミック組成物に係るものである。
【００１０】また、本発明の低温焼成セラミック組成物
において、前記ガラス成分は、アルカリ金属酸化物を２
０重量％以下含有することを特徴とする。
において、前記ガラス成分は、アルカリ金属酸化物を２
０重量％以下含有することを特徴とする。
【００１１】また、本発明の低温焼成セラミック組成物
においては、前記セラミック成分１００重量部に対し
て、前記ガラス成分を２０〜８０重量部混合してなるこ
とを特徴とする。
においては、前記セラミック成分１００重量部に対し
て、前記ガラス成分を２０〜８０重量部混合してなるこ
とを特徴とする。
【００１２】また、本発明の低温焼成セラミック組成物
においては、前記セラミック成分の重量比組成式を ｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4 と表した時、前記ｘ、ｙは、１０≦ｘ≦９０、１０≦ｙ
≦９０（但し、ｘ＋ｙ＝１００）を満たしていることを
特徴とする。
においては、前記セラミック成分の重量比組成式を ｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4 と表した時、前記ｘ、ｙは、１０≦ｘ≦９０、１０≦ｙ
≦９０（但し、ｘ＋ｙ＝１００）を満たしていることを
特徴とする。
【００１３】また、本発明の低温焼成セラミック組成物
は、副成分として、酸化銅を３重量％以下含有すること
を特徴とする。
は、副成分として、酸化銅を３重量％以下含有すること
を特徴とする。
【００１４】また、本発明の低温焼成セラミック組成物
は、比誘電率が９以下、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値
が４００以上であることを特徴とする。また、本発明の
低温焼成セラミック組成物は、抗折強度が２００ＭＰａ
以上であることを特徴とする。
は、比誘電率が９以下、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値
が４００以上であることを特徴とする。また、本発明の
低温焼成セラミック組成物は、抗折強度が２００ＭＰａ
以上であることを特徴とする。
【００１５】また、本発明は、上述した本発明の低温焼
成セラミック組成物からなる絶縁体層と、銀系、銅系又
は金系の導電材料からなる導体層とを積層してなること
を特徴とするセラミック多層基板に係るものである。
成セラミック組成物からなる絶縁体層と、銀系、銅系又
は金系の導電材料からなる導体層とを積層してなること
を特徴とするセラミック多層基板に係るものである。
【００１６】本発明のセラミック多層基板においては、
前記絶縁体層上に、誘電体セラミック成分とガラス成分
とを混合した誘電体セラミック組成物からなる誘電体層
を有していることを特徴とする。
前記絶縁体層上に、誘電体セラミック成分とガラス成分
とを混合した誘電体セラミック組成物からなる誘電体層
を有していることを特徴とする。
【００１７】本発明の低温焼成セラミック組成物によれ
ば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を有するセラミック
成分に、酸化ケイ素：１３〜５０重量％、酸化ホウ素：
３〜３０重量％、及び、アルカリ土類金属酸化物：４０
〜８０重量％からなるガラス成分を添加、混合している
ので、高い強度、優れた電気特性を有し、かつそれらの
バランスが良く、さらに銀や銅等の低融点金属と同時焼
結可能なセラミック組成物を実現できる。
ば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を有するセラミック
成分に、酸化ケイ素：１３〜５０重量％、酸化ホウ素：
３〜３０重量％、及び、アルカリ土類金属酸化物：４０
〜８０重量％からなるガラス成分を添加、混合している
ので、高い強度、優れた電気特性を有し、かつそれらの
バランスが良く、さらに銀や銅等の低融点金属と同時焼
結可能なセラミック組成物を実現できる。
【００１８】また、本発明のセラミック多層基板によれ
ば、前記絶縁体層を上述した本発明の低温焼成セラミッ
ク組成物で形成しているので、前記導体層を比抵抗の小
さな銀系、銅系又は金系の導体材料で形成することがで
き、電気特性、特に高周波特性に優れた高強度のセラミ
ック多層基板を実現できる。
ば、前記絶縁体層を上述した本発明の低温焼成セラミッ
ク組成物で形成しているので、前記導体層を比抵抗の小
さな銀系、銅系又は金系の導体材料で形成することがで
き、電気特性、特に高周波特性に優れた高強度のセラミ
ック多層基板を実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明において、前記ガラス成分
のうち酸化ケイ素及び酸化ホウ素は、ガラス網目形成酸
化物であり、ガラス成分中の割合は、酸化ケイ素をＳｉ
Ｏ2換算で１３〜５０重量％、酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算
で３〜３０重量％とすることが必要である。
のうち酸化ケイ素及び酸化ホウ素は、ガラス網目形成酸
化物であり、ガラス成分中の割合は、酸化ケイ素をＳｉ
Ｏ2換算で１３〜５０重量％、酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算
で３〜３０重量％とすることが必要である。
【００２０】特に、ＳｉＯ2はガラス成分の骨格をなす
ものであり、ガラス成分におけるＳｉＯ2含有量が１３
重量％未満では、得られるセラミック組成物（セラミッ
ク焼結体：以下、同様）の結晶化度が低くなってＱ値が
低下する。他方、その含有量が５０重量％を超えると、
ガラス成分の軟化・流動性が低下して、１０００℃以下
での焼成が困難になる。
ものであり、ガラス成分におけるＳｉＯ2含有量が１３
重量％未満では、得られるセラミック組成物（セラミッ
ク焼結体：以下、同様）の結晶化度が低くなってＱ値が
低下する。他方、その含有量が５０重量％を超えると、
ガラス成分の軟化・流動性が低下して、１０００℃以下
での焼成が困難になる。
【００２１】また、Ｂ2Ｏ3は、ガラス成分の軟化温度を
低下させ、粘性流動を促進させる融剤としての役割を果
たす。ガラス成分におけるＢ2Ｏ3含有量が３重量％未満
では、ガラス成分の軟化・流動性が低下して、１０００
℃以下での焼成が困難になる。他方、その含有量が３０
重量％を超えると、セラミック組成物の結晶化度が低く
なって強度やＱ値が低下する。
低下させ、粘性流動を促進させる融剤としての役割を果
たす。ガラス成分におけるＢ2Ｏ3含有量が３重量％未満
では、ガラス成分の軟化・流動性が低下して、１０００
℃以下での焼成が困難になる。他方、その含有量が３０
重量％を超えると、セラミック組成物の結晶化度が低く
なって強度やＱ値が低下する。
【００２２】また、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ等
のアルカリ土類金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度
を下げると共に、ガラス網目構造の修飾酸化物として働
くものであり、ガラス成分のうち４０〜８０重量％を占
めることが必要である。その含有量が４０重量％未満で
は、ガラスの軟化・流動性が低下して１０００℃以下で
の焼成が困難になる。他方、その含有量が８０重量％を
超えると、結晶相の析出量が多くなりすぎてガラス構造
が不安定になり、セラミック組成物の強度が低下してし
まう。
のアルカリ土類金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度
を下げると共に、ガラス網目構造の修飾酸化物として働
くものであり、ガラス成分のうち４０〜８０重量％を占
めることが必要である。その含有量が４０重量％未満で
は、ガラスの軟化・流動性が低下して１０００℃以下で
の焼成が困難になる。他方、その含有量が８０重量％を
超えると、結晶相の析出量が多くなりすぎてガラス構造
が不安定になり、セラミック組成物の強度が低下してし
まう。
【００２３】また、前記ガラス成分は、さらにアルカリ
金属酸化物を含有していることが望ましい。Ｌｉ2Ｏ、
Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物はガラス作製時
の溶融温度を下げる方向に働くものである。すなわち、
このアルカリ金属酸化物は、ガラス作製時の軟化・流動
性を促進させたい場合に添加すれば十分である。但し、
ガラス成分におけるアルカリ金属酸化物の含有量が１０
重量％を超えるとセラミック組成物のＱ値が低下し、ま
た、電気絶縁性も低下することがあるので、その含有量
は、ガラス成分の１０重量％以下とすることが望まし
い。
金属酸化物を含有していることが望ましい。Ｌｉ2Ｏ、
Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物はガラス作製時
の溶融温度を下げる方向に働くものである。すなわち、
このアルカリ金属酸化物は、ガラス作製時の軟化・流動
性を促進させたい場合に添加すれば十分である。但し、
ガラス成分におけるアルカリ金属酸化物の含有量が１０
重量％を超えるとセラミック組成物のＱ値が低下し、ま
た、電気絶縁性も低下することがあるので、その含有量
は、ガラス成分の１０重量％以下とすることが望まし
い。
【００２４】本発明においては、前記セラミック成分１
００重量部に対する前記ガラス成分の割合を２０〜８０
重量部とすることが望ましい。ガラス成分の割合が２０
重量部未満であると、焼成プロセスでの軟化・流動性が
低下して１０００℃以下での焼成が困難になることがあ
る。他方、８０重量％を超えると、特に相対密度９７％
以上の緻密な焼結体を得ることが難しくなり、比誘電率
が小さくなって強度も低下する傾向にある。
００重量部に対する前記ガラス成分の割合を２０〜８０
重量部とすることが望ましい。ガラス成分の割合が２０
重量部未満であると、焼成プロセスでの軟化・流動性が
低下して１０００℃以下での焼成が困難になることがあ
る。他方、８０重量％を超えると、特に相対密度９７％
以上の緻密な焼結体を得ることが難しくなり、比誘電率
が小さくなって強度も低下する傾向にある。
【００２５】また、本発明においては、前記セラミック
成分の重量比組成式をｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4と表し
た時、前記ｘ、ｙが、１０≦ｘ≦９０、１０≦ｙ≦９０
（但し、ｘ＋ｙ＝１００）を満たしていることが望まし
い。すなわち、前記セラミック成分は、ＸＲＤ（Ｘ線回
折法）等を用いた測定で、ＭｇＯ結晶相、ＭｇＡｌ2Ｏ4
結晶相の複合酸化物を析出するものであり、かつ、Ｍｇ
Ｏ結晶相が１０〜９０重量％、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相が１
０〜９０重量％であることが望ましい。
成分の重量比組成式をｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4と表し
た時、前記ｘ、ｙが、１０≦ｘ≦９０、１０≦ｙ≦９０
（但し、ｘ＋ｙ＝１００）を満たしていることが望まし
い。すなわち、前記セラミック成分は、ＸＲＤ（Ｘ線回
折法）等を用いた測定で、ＭｇＯ結晶相、ＭｇＡｌ2Ｏ4
結晶相の複合酸化物を析出するものであり、かつ、Ｍｇ
Ｏ結晶相が１０〜９０重量％、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相が１
０〜９０重量％であることが望ましい。
【００２６】すなわち、上述した範囲でＭｇＯ結晶相と
ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相との重量比組成を適宜設定すること
によって、得られるセラミック組成物の熱膨張係数を選
択することができる。例えば、ＭｇＯ結晶相とＭｇＡｌ
2Ｏ4結晶相との重量比組成を１：１としたとき、その熱
膨張係数は１０ｐｐｍ／℃程度となる。これよりもＭｇ
Ｏ結晶相の重量比組成を大きくしたときは、熱膨張係数
が大きくなり、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相の重量比組成を大き
くしたときは、熱膨張係数は小さくなる。すなわち、誘
電体層や導体層との熱膨張係数の整合性を考慮したうえ
で、特に９．２〜１３．２ｐｐｍ／℃の範囲で所望の熱
膨張係数を設定できる。
ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相との重量比組成を適宜設定すること
によって、得られるセラミック組成物の熱膨張係数を選
択することができる。例えば、ＭｇＯ結晶相とＭｇＡｌ
2Ｏ4結晶相との重量比組成を１：１としたとき、その熱
膨張係数は１０ｐｐｍ／℃程度となる。これよりもＭｇ
Ｏ結晶相の重量比組成を大きくしたときは、熱膨張係数
が大きくなり、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相の重量比組成を大き
くしたときは、熱膨張係数は小さくなる。すなわち、誘
電体層や導体層との熱膨張係数の整合性を考慮したうえ
で、特に９．２〜１３．２ｐｐｍ／℃の範囲で所望の熱
膨張係数を設定できる。
【００２７】なお、前記セラミック成分において、Ｍｇ
Ｏ結晶相が１０重量％未満、かつ、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相
が９０重量％を超えると、１０００℃以下では緻密な焼
結体を得ることができず、高周波帯域でのＱ値の低下や
基板強度の低下に至ることがある。また、ＭｇＯ結晶相
が９０重量％超え、かつ、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相が１０重
量％未満であると、同様に、１０００℃以下では、焼結
体の緻密化を十分に促進させることができず、高周波帯
域でのＱ値の低下やその強度低下に至ることがある。
Ｏ結晶相が１０重量％未満、かつ、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相
が９０重量％を超えると、１０００℃以下では緻密な焼
結体を得ることができず、高周波帯域でのＱ値の低下や
基板強度の低下に至ることがある。また、ＭｇＯ結晶相
が９０重量％超え、かつ、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相が１０重
量％未満であると、同様に、１０００℃以下では、焼結
体の緻密化を十分に促進させることができず、高周波帯
域でのＱ値の低下やその強度低下に至ることがある。
【００２８】また、前記各結晶相の重量比組成式は、ｘ
ＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4（但し、２０≦ｘ≦６０、４０
≦ｙ≦８０、ｘ＋ｙ＝１００）で表されるものであるこ
とがより望ましい。このような重量比組成範囲である
と、焼成温度をさらに低下させても十分に緻密な焼結体
を得ることができ、高周波帯域でのＱ値に優れ、高強度
のセラミック焼結体が得られる。前記各結晶相の重量比
組成式は、さらに望ましくは、ｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2
Ｏ4（但し、３０≦ｘ≦５０、５０≦ｙ≦７０、ｘ＋ｙ
＝１００）で表されるものである。
ＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4（但し、２０≦ｘ≦６０、４０
≦ｙ≦８０、ｘ＋ｙ＝１００）で表されるものであるこ
とがより望ましい。このような重量比組成範囲である
と、焼成温度をさらに低下させても十分に緻密な焼結体
を得ることができ、高周波帯域でのＱ値に優れ、高強度
のセラミック焼結体が得られる。前記各結晶相の重量比
組成式は、さらに望ましくは、ｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2
Ｏ4（但し、３０≦ｘ≦５０、５０≦ｙ≦７０、ｘ＋ｙ
＝１００）で表されるものである。
【００２９】前記セラミック成分において、上述した重
量比組成を有する各結晶相を析出するためには、例え
ば、Ｍｇ（ＯＨ）2粉末とＡｌ2Ｏ3粉末とからなる原料
粉末を混合し、これを成形後、焼成すればよい。この
際、各酸化物粉末によるモル比組成式をａＭｇＯ−ｂＡ
ｌ2Ｏ3と表した時、５８≦ａ≦９７、３≦ｂ≦４２（但
し、ａ＋ｂ＝１００）を満たすように各原料粉末を配合
すればよい。
量比組成を有する各結晶相を析出するためには、例え
ば、Ｍｇ（ＯＨ）2粉末とＡｌ2Ｏ3粉末とからなる原料
粉末を混合し、これを成形後、焼成すればよい。この
際、各酸化物粉末によるモル比組成式をａＭｇＯ−ｂＡ
ｌ2Ｏ3と表した時、５８≦ａ≦９７、３≦ｂ≦４２（但
し、ａ＋ｂ＝１００）を満たすように各原料粉末を配合
すればよい。
【００３０】また、本発明においては、低温焼成セラミ
ック組成物中に酸化銅をを含有していることが望まし
い。酸化銅は、ガラス成分の結晶化を促進して得られる
セラミック組成物の高強度化、低損失化を促進する効果
を奏する。但し、ガラス成分における酸化銅の含有量が
ＣｕＯ換算で３重量％を超えると、セラミック組成物の
Ｑ値が低下し、比誘電率が上昇する傾向にあるので、低
温焼成セラミック組成物中において３重量％以下が望ま
しい。
ック組成物中に酸化銅をを含有していることが望まし
い。酸化銅は、ガラス成分の結晶化を促進して得られる
セラミック組成物の高強度化、低損失化を促進する効果
を奏する。但し、ガラス成分における酸化銅の含有量が
ＣｕＯ換算で３重量％を超えると、セラミック組成物の
Ｑ値が低下し、比誘電率が上昇する傾向にあるので、低
温焼成セラミック組成物中において３重量％以下が望ま
しい。
【００３１】以上、上述した構成のセラミック組成物に
よれば、その焼結後には、比誘電率が９以下、測定周波
数１０ＧＨｚでのＱ値が４００以上、抗折強度が２００
ＭＰａ以上のセラミック層を形成することができる。す
なわち、１０００℃以下、さらには９００℃以下の低温
焼成で、比誘電率が小さく、高Ｑ値を有し、かつ、高い
強度を有するセラミック組成物が得られる。
よれば、その焼結後には、比誘電率が９以下、測定周波
数１０ＧＨｚでのＱ値が４００以上、抗折強度が２００
ＭＰａ以上のセラミック層を形成することができる。す
なわち、１０００℃以下、さらには９００℃以下の低温
焼成で、比誘電率が小さく、高Ｑ値を有し、かつ、高い
強度を有するセラミック組成物が得られる。
【００３２】また、一般に、焼結助剤として結晶化ガラ
スを添加する場合、析出する結晶相の種類や比率はその
焼成プロセスに大きく依存するため、焼成プロファイル
を厳密に管理する必要があるが、本発明によれば、セラ
ミック組成物に添加するガラス成分は非晶質ガラスであ
るから、焼成プロファイルの自由度が大きく、比較的容
易に製造することが可能である。
スを添加する場合、析出する結晶相の種類や比率はその
焼成プロセスに大きく依存するため、焼成プロファイル
を厳密に管理する必要があるが、本発明によれば、セラ
ミック組成物に添加するガラス成分は非晶質ガラスであ
るから、焼成プロファイルの自由度が大きく、比較的容
易に製造することが可能である。
【００３３】次に、本発明のセラミック多層基板を説明
する。
する。
【００３４】図１に示すように、本発明によるセラミッ
ク多層基板２は、本発明の低温焼成セラミック組成物か
らなる絶縁体層３ａと絶縁体層３ｂの間に、誘電体セラ
ミック成分とガラス成分とを混合した誘電体セラミック
組成物からなる誘電体層４が挟み込まれた構造を有して
いる。そして、高誘電率の誘電体層４には、内部電極
８、９によってキャパシタＣ１、Ｃ２がそれぞれ形成さ
れており、絶縁体層３ａ及び３ｂには、銀系、銅系又は
金系の導電材料からなる内部配線６、７が形成されてい
る。また、セラミック多層基板２の内部配線６、７は半
導体デバイス等の高周波実装部品１１〜１３、キャパシ
タＣ１、Ｃ２、外部端子等を電気的に接続しており、全
体としては、高周波モジュール１を構成している。
ク多層基板２は、本発明の低温焼成セラミック組成物か
らなる絶縁体層３ａと絶縁体層３ｂの間に、誘電体セラ
ミック成分とガラス成分とを混合した誘電体セラミック
組成物からなる誘電体層４が挟み込まれた構造を有して
いる。そして、高誘電率の誘電体層４には、内部電極
８、９によってキャパシタＣ１、Ｃ２がそれぞれ形成さ
れており、絶縁体層３ａ及び３ｂには、銀系、銅系又は
金系の導電材料からなる内部配線６、７が形成されてい
る。また、セラミック多層基板２の内部配線６、７は半
導体デバイス等の高周波実装部品１１〜１３、キャパシ
タＣ１、Ｃ２、外部端子等を電気的に接続しており、全
体としては、高周波モジュール１を構成している。
【００３５】つまり、本発明のセラミック層基板は、各
種の表面実装部品を搭載した、例えばマルチチップモジ
ュール等の高周波モジュールにも向けられる。但し、本
発明のセラミック多層基板は、このようなセラミック多
層基板２に限定されるものではなく、セラミックパッケ
ージ用基板等にも適用可能である。
種の表面実装部品を搭載した、例えばマルチチップモジ
ュール等の高周波モジュールにも向けられる。但し、本
発明のセラミック多層基板は、このようなセラミック多
層基板２に限定されるものではなく、セラミックパッケ
ージ用基板等にも適用可能である。
【００３６】次に、セラミック多層基板２の作製方法例
を説明する。
を説明する。
【００３７】まず、絶縁体層３ａ及び３ｂの材料とし
て、ＭｇＯ結晶相、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相を有するセラミ
ック粉末と、所定の重量組成比を有する酸化ケイ素−酸
化ホウ素−アルカリ土類金属酸化物系のガラス粉末とを
用意した後、セラミック粉末にガラス粉末を所定量添加
し、これを混合する。そして、得られた混合粉末に有機
バインダ、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、
これらを混合することによって、絶縁体層用スラリーを
調製する。その後、絶縁体層用スラリーをドクターブレ
ード法等によってシート状に成形して、絶縁体層用セラ
ミックグリーンシートを得る。
て、ＭｇＯ結晶相、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相を有するセラミ
ック粉末と、所定の重量組成比を有する酸化ケイ素−酸
化ホウ素−アルカリ土類金属酸化物系のガラス粉末とを
用意した後、セラミック粉末にガラス粉末を所定量添加
し、これを混合する。そして、得られた混合粉末に有機
バインダ、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、
これらを混合することによって、絶縁体層用スラリーを
調製する。その後、絶縁体層用スラリーをドクターブレ
ード法等によってシート状に成形して、絶縁体層用セラ
ミックグリーンシートを得る。
【００３８】これとは別に、高誘電率の誘電体層４の材
料として、例えばチタン酸バリウム系誘電体セラミック
粉末を調製した後、１０００℃で１時間以上仮焼する。
引き続いて、仮焼原料を粉砕した後、この仮焼原料に例
えばＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末を混合して、誘電体
セラミック粉末を作製した後、有機ビヒクル、分散剤、
可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、これらを混合するこ
とによって、誘電体層用スラリーを調製する。そして、
誘電体層用スラリーをドクターブレード法等によってシ
ート状に成形して、誘電体層用セラミックグリーンシー
トを得る。
料として、例えばチタン酸バリウム系誘電体セラミック
粉末を調製した後、１０００℃で１時間以上仮焼する。
引き続いて、仮焼原料を粉砕した後、この仮焼原料に例
えばＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末を混合して、誘電体
セラミック粉末を作製した後、有機ビヒクル、分散剤、
可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、これらを混合するこ
とによって、誘電体層用スラリーを調製する。そして、
誘電体層用スラリーをドクターブレード法等によってシ
ート状に成形して、誘電体層用セラミックグリーンシー
トを得る。
【００３９】このようにして得られた絶縁体層用セラミ
ックグリーンシート、誘電体層用セラミックグリーンシ
ートに必要に応じてビアホール用孔を開け、その孔に導
体ペーストや導体粉を充填してビアホールを形成する。
また、誘電体層用セラミックグリーンシートにはキャパ
シタＣ１、Ｃ２となる導体ペーストを印刷し、必要に応
じて、絶縁体層用セラミックグリーンシートにも導体パ
ターンを形成した後、誘電体層用セラミックグリーンシ
ート、絶縁体層用セラミックグリーンシートを積み重ね
る。
ックグリーンシート、誘電体層用セラミックグリーンシ
ートに必要に応じてビアホール用孔を開け、その孔に導
体ペーストや導体粉を充填してビアホールを形成する。
また、誘電体層用セラミックグリーンシートにはキャパ
シタＣ１、Ｃ２となる導体ペーストを印刷し、必要に応
じて、絶縁体層用セラミックグリーンシートにも導体パ
ターンを形成した後、誘電体層用セラミックグリーンシ
ート、絶縁体層用セラミックグリーンシートを積み重ね
る。
【００４０】この後、積み重ねたセラミックグリーンシ
ートをプレスし、積層体ブロックを形成する。必要に応
じて、作製したブロックを適当な大きさに切断したり、
溝を形成したりしてもよい。そして、このブロックを１
０００℃以下で焼成することにより、図１に示したよう
なキャパシタＣ１、Ｃ２等を内蔵したセラミック多層基
板２を得る。その後、半導体デバイスやチップコンデン
サ等の実装部品１１〜１３を搭載すると、同じく図１に
示した高周波モジュール１が得られる。
ートをプレスし、積層体ブロックを形成する。必要に応
じて、作製したブロックを適当な大きさに切断したり、
溝を形成したりしてもよい。そして、このブロックを１
０００℃以下で焼成することにより、図１に示したよう
なキャパシタＣ１、Ｃ２等を内蔵したセラミック多層基
板２を得る。その後、半導体デバイスやチップコンデン
サ等の実装部品１１〜１３を搭載すると、同じく図１に
示した高周波モジュール１が得られる。
【００４１】なお、誘電体層４は、誘電体セラミック混
合粉末を有機ビヒクル、有機溶剤、可塑剤等に分散させ
ることによってペースト化し、得られた誘電体ペースト
を必要な部分に印刷することによって形成してもよい。
この場合も、誘電体層の形成後に、グリーンシート積み
重ね、プレス、カット、焼成等の工程を経てセラミック
多層基板を作製できる。
合粉末を有機ビヒクル、有機溶剤、可塑剤等に分散させ
ることによってペースト化し、得られた誘電体ペースト
を必要な部分に印刷することによって形成してもよい。
この場合も、誘電体層の形成後に、グリーンシート積み
重ね、プレス、カット、焼成等の工程を経てセラミック
多層基板を作製できる。
【００４２】以上、セラミック多層基板２においては、
その内部にキャパシタＣ１、Ｃ２が形成されているの
で、実装部品の数が少なく、その小型化、高密度化が達
成されており、また、コンデンサを形成する電極間には
高誘電率の誘電体層４が設けられているので比較的小さ
な電極パターンで大容量のキャパシタが形成される。
その内部にキャパシタＣ１、Ｃ２が形成されているの
で、実装部品の数が少なく、その小型化、高密度化が達
成されており、また、コンデンサを形成する電極間には
高誘電率の誘電体層４が設けられているので比較的小さ
な電極パターンで大容量のキャパシタが形成される。
【００４３】また、絶縁体層３ａ及び３ｂは、本発明の
低温焼成セラミック組成物で形成されているので、高絶
縁性、高Ｑ値等のように優れた電気特性を有している。
さらに、内部配線６及び７は、銀系（Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ
／Ｐｔ等を含む）、銅系、金系等の比抵抗の小さな導体
材料で形成されているので、高周波特性に優れたセラミ
ック多層基板２が形成される。なお、誘電体層４には、
本発明の低温焼成セラミック組成物を構成するガラス成
分とほぼ同組成のガラス成分を含有させれば、互いの接
合性がさらに向上する。
低温焼成セラミック組成物で形成されているので、高絶
縁性、高Ｑ値等のように優れた電気特性を有している。
さらに、内部配線６及び７は、銀系（Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ
／Ｐｔ等を含む）、銅系、金系等の比抵抗の小さな導体
材料で形成されているので、高周波特性に優れたセラミ
ック多層基板２が形成される。なお、誘電体層４には、
本発明の低温焼成セラミック組成物を構成するガラス成
分とほぼ同組成のガラス成分を含有させれば、互いの接
合性がさらに向上する。
【００４４】さらに、セラミック多層基板２において
は、絶縁体層３ａ及び３ｂを構成するセラミック成分の
ＭｇＯ／ＭｇＡｌ2Ｏ4重量比組成を適宜選択することが
できるので、誘電体層４の特性（特に熱膨張係数）に合
わせた絶縁体層の設計ができ、高接着強度で反りや歪み
が少なく、信頼性の高いセラミック多層基板を得ること
ができる。
は、絶縁体層３ａ及び３ｂを構成するセラミック成分の
ＭｇＯ／ＭｇＡｌ2Ｏ4重量比組成を適宜選択することが
できるので、誘電体層４の特性（特に熱膨張係数）に合
わせた絶縁体層の設計ができ、高接着強度で反りや歪み
が少なく、信頼性の高いセラミック多層基板を得ること
ができる。
【００４５】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例について説明
する。
する。
【００４６】まず、ガラス成分の原料物として、ＳｉＯ
2、Ｂ2Ｏ3、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ及びＣｕＯ（その前駆体を
含む）をそれぞれ準備し、これを下記表１に示す組成比
率で調合した。そして、この調合原料をＰｔ−Ｒｈるつ
ぼ中において１４００〜１６００℃で融解した後、急冷
し、さらに粉砕して、下記表１のガラスＮｏ．Ａ〜Ｍで
表されるガラス粉末を得た。
2、Ｂ2Ｏ3、ＣａＯ、Ｌｉ2Ｏ及びＣｕＯ（その前駆体を
含む）をそれぞれ準備し、これを下記表１に示す組成比
率で調合した。そして、この調合原料をＰｔ−Ｒｈるつ
ぼ中において１４００〜１６００℃で融解した後、急冷
し、さらに粉砕して、下記表１のガラスＮｏ．Ａ〜Ｍで
表されるガラス粉末を得た。
【００４７】
【表１】
【００４８】次に、原料粉末としてＭｇ（ＯＨ）2とＡ
ｌ2Ｏ3を用い、焼成処理後に析出する結晶成分の重量比
組成が下記表２及び表３に示す組成となるように秤量
し、これを１６時間湿式混合した後、乾燥した。さら
に、この混合物を１３５０℃、２時間仮焼した後、粉砕
して、セラミック成分を作成した。
ｌ2Ｏ3を用い、焼成処理後に析出する結晶成分の重量比
組成が下記表２及び表３に示す組成となるように秤量
し、これを１６時間湿式混合した後、乾燥した。さら
に、この混合物を１３５０℃、２時間仮焼した後、粉砕
して、セラミック成分を作成した。
【００４９】次いで、得られたセラミック成分とガラス
成分とを下記表２及び表３に示す混合比となるように混
合した後、適量のバインダを加えて造粒し、これを２０
００ｋｇ／ｃｍ2の圧力の下で成形して直径１２ｍｍ厚
さ７ｍｍのセラミック成形体を得た。その後、この成形
体を大気中、９００℃〜１０００℃で２時間焼成し、下
記表２及び表３のＮｏ．１〜４９で表されるセラミック
組成物（焼結体）を得た。
成分とを下記表２及び表３に示す混合比となるように混
合した後、適量のバインダを加えて造粒し、これを２０
００ｋｇ／ｃｍ2の圧力の下で成形して直径１２ｍｍ厚
さ７ｍｍのセラミック成形体を得た。その後、この成形
体を大気中、９００℃〜１０００℃で２時間焼成し、下
記表２及び表３のＮｏ．１〜４９で表されるセラミック
組成物（焼結体）を得た。
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】そして、Ｎｏ．１〜４９のセラミック組成
物について、誘電体共振器法によって１０ＧＨｚにおけ
る比誘電率、Ｑ値を測定した。また、併せて、曲げ強さ
試験（ＪＩＳ Ｒ１６０１）にしたがってその抗折強度
を測定した。その測定結果を下記表４及び表５に示す。
物について、誘電体共振器法によって１０ＧＨｚにおけ
る比誘電率、Ｑ値を測定した。また、併せて、曲げ強さ
試験（ＪＩＳ Ｒ１６０１）にしたがってその抗折強度
を測定した。その測定結果を下記表４及び表５に示す。
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【００５５】表４及び表５から、Ｎｏ．３〜５、７〜１
０、１６〜２１、２３、２６〜２９、３１〜３５、３７
〜４１のセラミック組成物（焼結体）は、相対密度が９
７％以上と高く、９００℃又は１０００℃で、焼結が緻
密に行われたことが分かる。また、これらのセラミック
組成物は、比誘電率εｒがいずれも９以下（特にεｒ＝
８前後）であって、１０ＧＨｚでのＱ値は４００以上
と、電気特性に優れていることが分かる。また、これら
のセラミック組成物は、抗折強度も２００ＭＰａ以上と
高く、基板強度にも優れていることが分かる。
０、１６〜２１、２３、２６〜２９、３１〜３５、３７
〜４１のセラミック組成物（焼結体）は、相対密度が９
７％以上と高く、９００℃又は１０００℃で、焼結が緻
密に行われたことが分かる。また、これらのセラミック
組成物は、比誘電率εｒがいずれも９以下（特にεｒ＝
８前後）であって、１０ＧＨｚでのＱ値は４００以上
と、電気特性に優れていることが分かる。また、これら
のセラミック組成物は、抗折強度も２００ＭＰａ以上と
高く、基板強度にも優れていることが分かる。
【００５６】これに対して、上述した以外のセラミック
組成物は、表4及び表5に示すように、相対密度が高くで
も比誘電率εｒが４００以下となってしまったり、相対
密度が小さいため強度が２００ＭＰａ以下となってしま
った。
組成物は、表4及び表5に示すように、相対密度が高くで
も比誘電率εｒが４００以下となってしまったり、相対
密度が小さいため強度が２００ＭＰａ以下となってしま
った。
【００５７】
【発明の効果】本発明の低温焼成セラミック組成物によ
れば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を有するセラミッ
ク成分に、酸化ケイ素：１３〜５０重量％、酸化ホウ
素：３〜３０重量％、及び、アルカリ土類金属酸化物：
４０〜８０重量％からなるガラス成分を添加、混合して
いるので、高い強度、優れた電気特性を有し、かつそれ
らのバランスも良く、さらに、銀や銅等の低融点金属と
同時焼結可能な低温焼成セラミック組成物を実現でき
る。
れば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を有するセラミッ
ク成分に、酸化ケイ素：１３〜５０重量％、酸化ホウ
素：３〜３０重量％、及び、アルカリ土類金属酸化物：
４０〜８０重量％からなるガラス成分を添加、混合して
いるので、高い強度、優れた電気特性を有し、かつそれ
らのバランスも良く、さらに、銀や銅等の低融点金属と
同時焼結可能な低温焼成セラミック組成物を実現でき
る。
【００５８】本発明のセラミック多層基板によれば、絶
縁体層が本発明の低温焼成セラミック組成物で形成され
ているので、導体層を比抵抗の小さな銀系、銅系又は金
系の導体材料で形成することができ、電気特性、特に高
周波特性に優れた高強度のセラミック多層基板を実現で
きる。
縁体層が本発明の低温焼成セラミック組成物で形成され
ているので、導体層を比抵抗の小さな銀系、銅系又は金
系の導体材料で形成することができ、電気特性、特に高
周波特性に優れた高強度のセラミック多層基板を実現で
きる。
【図１】本発明の実施の形態によるセラミック多層基板
の概略断面図である。
の概略断面図である。
１…セラミック多層モジュール ２…セラミック多層基板 ３ａ、３ｂ…絶縁体層 ４…誘電体層 ６、７…内部配線 ８、９…内部電極 １１、１２、１３…実装部品
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０ Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ
Claims (9)
- 【請求項１】 （Ａ）ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4の結晶相を
有するセラミック成分、（Ｂ）酸化ケイ素：１３〜５０
重量％、酸化ホウ素：３〜３０重量％、及び、アルカリ
土類金属酸化物：４０〜８０重量％からなるガラス成
分、を混合してなることを特徴とする、低温焼成セラミ
ック組成物。 - 【請求項２】 前記ガラス成分は、アルカリ金属酸化物
を１０重量％以下含有することを特徴とする、請求項１
に記載の低温焼成セラミック組成物。 - 【請求項３】 前記セラミック成分１００重量部に対し
て、前記ガラス成分を２０〜８０重量部混合してなるこ
とを特徴とする、請求項１又は２に記載の低温焼成セラ
ミック組成物。 - 【請求項４】 前記セラミック成分の重量比組成式を ｘＭｇＯ−ｙＭｇＡｌ2Ｏ4 と表した時、前記ｘ、ｙは、１０≦ｘ≦９０、１０≦ｙ
≦９０（但し、ｘ＋ｙ＝１００）を満たしていることを
特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の低温焼
成セラミック組成物。 - 【請求項５】 副成分として、酸化銅を３重量％以下含
有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに
記載の低温焼成セラミック組成物。 - 【請求項６】 比誘電率が９以下、測定周波数１０ＧＨ
ｚでのＱ値が４００以上であることを特徴とする、請求
項１乃至５のいずれかに記載の低温焼成セラミック組成
物。 - 【請求項７】 抗折強度が２００ＭＰａ以上であること
を特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の低温
焼成セラミック組成物。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の低温
焼成セラミック組成物からなる絶縁体層と、銀系、銅系
又は金系の導電材料からなる導体層とを積層してなるこ
とを特徴とする、セラミック多層基板。 - 【請求項９】 前記絶縁体層上に、誘電体セラミック成
分とガラス成分とを混合した誘電体セラミック組成物か
らなる誘電体層を有していることを特徴とする、請求項
８に記載のセラミック多層基板。
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