JP2004256384A - Oxide ceramic material, and ceramic substrate, laminated ceramic device, and power amplifier module using the material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide ceramic material for which a complicated process or a special form is not necessary, for which a usual ceramic process only to mix/form/fire a crystalline oxide powder or a metal can be used, for which a harmful substance or an additive easy to react with a silver conductor is not necessary, in which the alumina content is high, and which can be fired at a low temperature, and to provide a ceramic substrate (1), a laminated ceramic device, and a power amplifier module using the ceramic material. <P>SOLUTION: The oxide ceramic material contains aluminum oxide as the main component and at least either A or B as an auxiliary component, A being niobium oxide and copper oxide and B being copper oxide, titanium oxide, and silver oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アルミナ(酸化アルミニウム、Al23)を主成分とした酸化物セラミック材料と、これを用いた内部に導体を有する多層セラミック基板、セラミック積層デバイス、およびこれらを用いたパワーアンプモジュールに関する。 The present invention relates to an oxide ceramic material containing alumina (aluminum oxide, Al 2 O 3 ) as a main component, a multilayer ceramic substrate having a conductor inside using the same, a multilayer ceramic device, and a power amplifier module using the same. About.

半導体IC等を実装する多層配線基板には、大きく分けてガラスエポキシ等の有機材料が主体となる有機系基板と、アルミナ等のセラミックスやガラスが主体となる無機系基板がある。無機系基板は、一般に耐熱性が高く、高熱伝導、低熱膨張、低誘電損失、高信頼性といった特徴を有し、幅広く用いられている。   Multilayer wiring boards for mounting semiconductor ICs and the like are roughly classified into an organic substrate mainly composed of an organic material such as glass epoxy, and an inorganic substrate mainly composed of ceramic or glass such as alumina. Inorganic substrates generally have high heat resistance, high thermal conductivity, low thermal expansion, low dielectric loss, and high reliability, and are widely used.

無機系多層基板は、大きく、HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)系とLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)系に分類できる。HTCCは基材として、Al23やAlN、BeO、SiC−BeOなどを用いたものである。これらのセラミックス材料は、粉末状の原料を成形した後、1500℃以上の高温で焼成することによって製造される。このため、多層基板の内部に形成される導体材料としては、融点の高いMoやWが用いられる。このMoやWは、導体としては抵抗率が高いという欠点があるが、抵抗率の低いAgやCuは融点が低く、高温での焼成では融解してしまい、HTCC用配線導体として用いることができない。また、1500℃以上という焼成温度は、エネルギー的にも大きな損失である。 Inorganic multilayer substrates can be broadly classified into HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics) and LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics). HTCC are those used as the substrate, Al 2 O 3 and AlN, BeO, SiC-BeO and the like. These ceramic materials are manufactured by forming a powdery raw material and then firing at a high temperature of 1500 ° C. or higher. Therefore, Mo or W having a high melting point is used as a conductor material formed inside the multilayer substrate. Although Mo and W have the drawback of having a high resistivity as a conductor, Ag and Cu having a low resistivity have a low melting point and are melted by firing at a high temperature and cannot be used as a wiring conductor for HTCC. . Further, the firing temperature of 1500 ° C. or more is a large loss in energy.

そこで、アルミナ等のセラミックス原料を、AgやCuの溶けない低温で焼結可能としたものが、LTCCである。LTCCは、セラミック原料に、低融点のガラス原料を、50wt%前後程度の多量混合することによって低温での焼成を可能としたもので、例えば、ほうけい酸鉛ガラス+アルミナや、ほうけい酸ガラス+コージエライト系、その他各種の組成系がある。これらは1000℃程度以下の温度で焼成可能であるために、低抵抗のAgやCuを内部導体として用いることができる。このため無機系多層基板としては、HTCCよりもこのLTCCが、現在主流になりつつある。LTCC材料は、その内部にコンデンサやインダクタを形成する事が容易で、単なる配線基板という役割を超えた機能を有する、セラミック積層デバイスとしても用いられている。しかし、これらのガラスを多量に含むLTCC材料では、アルミナの本来持つ、高い熱伝導率や高い機械強度といった優れた特性は、ガラスの熱伝導率や機械強度が低いために、失われてしまう。   Accordingly, LTCC is a ceramic material such as alumina that can be sintered at a low temperature at which Ag and Cu are not melted. LTCC enables low-temperature firing by mixing a ceramic material with a low melting point glass material in a large amount of about 50 wt%. For example, lead borosilicate glass + alumina, borosilicate glass + Cordierite type and other various composition types. Since these can be fired at a temperature of about 1000 ° C. or less, Ag or Cu having low resistance can be used as the internal conductor. For this reason, LTCC is becoming mainstream at present as an inorganic multilayer substrate rather than HTCC. The LTCC material is used as a ceramic multilayer device in which a capacitor and an inductor can be easily formed therein, and has a function beyond the role of a simple wiring board. However, in an LTCC material containing a large amount of these glasses, the excellent properties inherent to alumina, such as high thermal conductivity and high mechanical strength, are lost due to the low thermal conductivity and mechanical strength of glass.

基板の熱伝導率が低下すると、パワーアンプのような、発熱性のある素子を実装した場合、放熱性が低いために温度上昇が著しくなって、使用できなくなる。この傾向は、特に小型化が強く要求される携帯機器等において顕著となる。この問題を改善するために、LTCC材料の、実装した素子の下部に当たる部分に、金属導体による放熱用のビア、いわゆるサーマルビアを形成する方法が用いられているが、小型化の進展により実装密度が向上してくると、サーマルビアを設けることで設計自由度が低下し、小型化への妨げとなっている。   When the thermal conductivity of the substrate is reduced, when a heat-generating element such as a power amplifier is mounted, the heat dissipation is low and the temperature rises remarkably, making it unusable. This tendency is particularly remarkable in portable devices and the like that are strongly required to be miniaturized. In order to solve this problem, a method is used in which a so-called thermal via for heat dissipation by a metal conductor is formed in a portion of the LTCC material corresponding to a lower portion of the mounted element. However, providing thermal vias reduces the degree of freedom in designing and hinders miniaturization.

アルミナ系材料でガラスを用いずに焼結温度を下げたものとしては、アルミニウムとビスマスの合金を急冷した後酸化してアモルファス状態としたもの(特許文献1参照)や、アルミナに酸化マンガンと酸化バナジウムを同時に添加したもの(特許文献2参照)が開示されている。
特開平3−271115号公報 特開平11−157921号公報
Examples of the alumina-based material in which the sintering temperature is lowered without using glass include an alloy of aluminum and bismuth which is quenched and then oxidized to an amorphous state (see Patent Document 1). One in which vanadium is added simultaneously (see Patent Document 2) is disclosed.
JP-A-3-271115 JP-A-11-157921

しかし、アルミニウムとビスマスの合金を急冷した後、酸化して、アモルファス状の酸化物としたものは、アルミナにビスマスが固溶させた特殊な形態、あるいはアルミナにビスマスを必須として、さらに他の元素を固溶させた特殊な形態をとり、その製造方法も、各原料粉末を混合・成形・焼成するだけの通常のセラミックスプロセスでは作製できず、また温度と圧力を同時にかけながら成形する必要があるなど、量産性に乏しいという問題点があった。一方、アルミナに酸化マンガンと酸化バナジウムを添加したものでは、これらの添加物が有害物質であり、その添加量が数%程度と少なくないために、環境面で問題があり、さらに酸化バナジウムと銀の反応性が高いために、内部導体を銀とした時に、焼成時に反応しやすいという問題があった。   However, after quenching the alloy of aluminum and bismuth and then oxidizing it into an amorphous oxide, a special form of bismuth solid solution in alumina, or bismuth in alumina is essential, and other elements It takes a special form of solid solution, and its manufacturing method cannot be made by the ordinary ceramic process of simply mixing, molding and firing each raw material powder, and it is necessary to mold while applying temperature and pressure simultaneously There was a problem that mass productivity was poor. On the other hand, in the case where manganese oxide and vanadium oxide are added to alumina, these additives are harmful substances, and the amount of addition is not so small as about several percent, so that there is an environmental problem. In addition, vanadium oxide and silver Because of its high reactivity, when the internal conductor is made of silver, there is a problem that it easily reacts during firing.

本発明は、前記の問題を解決するために、複雑なプロセスや特殊な形態をとる必要が無く、結晶性の酸化物粉末又は金属を混合・成形・焼成するだけの通常のセラミックプロセスを用いる事が可能で、また有害物質や銀導体と反応しやすい添加物を用いることもなく、アルミナの含有率が高くかつ低温で焼成可能な酸化物セラミックス材料、およびこれを用いたセラミック基板、セラミック積層デバイス、パワーアンプモジュールを提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a normal ceramic process which only requires mixing, molding and firing of crystalline oxide powder or metal without the need for complicated processes or special forms. Oxide ceramic material which has high alumina content and can be fired at low temperature without using harmful substances or additives which easily react with silver conductor, and ceramic substrate and ceramic laminated device using the same Provide power amplifier module.

本発明の酸化物セラミック材料は、酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする。
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
本発明のセラミック基板及びセラミック積層デバイスは、酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として少なくとも下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含む酸化物セラミックス材料からなる絶縁層と、
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
銀を主成分とする導体を少なくともその内層に有することを特徴とする。
The oxide ceramic material of the present invention is characterized by containing aluminum oxide as a main component and at least one selected from the following A and B as subcomponents.
A. Niobium oxide and copper oxide Copper oxide, titanium oxide, and silver oxide The ceramic substrate and the ceramic laminated device of the present invention include an insulating material made of an oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least one of the following A and B as a subcomponent. Layers and
A. Niobium oxide and copper oxide It is characterized by having at least an inner layer of a conductor containing copper oxide, titanium oxide and silver oxide as main components.

本発明のパワーアンプモジュールは、酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として少なくとも下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含む酸化物セラミックス材料からなる絶縁層と、
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
銀を主成分とする導体を少なくともその内層に有するセラミック基板又はセラミック積層デバイス上にパワーアンプ素子を実装したことを特徴とする。
The power amplifier module of the present invention includes an insulating layer made of an oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least one selected from the following A and B as subcomponents:
A. Niobium oxide and copper oxide A power amplifier element is mounted on a ceramic substrate or a ceramic laminated device having at least an inner layer of a conductor mainly composed of copper oxide, titanium oxide and silver oxide.

本発明は、酸化アルミニウムと、特定の金属酸化物を含有するセラミック材料であり、従来よりも遥かに低温で焼成することが可能であるため、エネルギーコストや使用する炉の制限が緩くなる。また、酸化アルミニウムの含有量が多いために、本来のアルミナに類似した特性を示し、アルミナの代替え材料として用いることができる。   The present invention is a ceramic material containing aluminum oxide and a specific metal oxide. Since the ceramic material can be fired at a much lower temperature than before, the energy cost and the furnace to be used are less restricted. Further, since the content of aluminum oxide is large, it exhibits characteristics similar to the original alumina, and can be used as a substitute material for alumina.

この材料をセラミック基板用として用いる場合、950℃以下で焼結可能なために、その内部に、抵抗率の低い銀を主成分とする導体を含む構成とすることができ、LTCCとして用いることができる。また、熱伝導率が高いために、パワーアンプのような発熱する素子を実装してモジュールとしても、温度上昇を低く抑えることが可能である。   When this material is used for a ceramic substrate, since it can be sintered at 950 ° C. or lower, it can be configured to include a conductor containing silver having a low resistivity as a main component and used as LTCC. it can. In addition, since the thermal conductivity is high, even if a module that generates heat such as a power amplifier is mounted, a rise in temperature can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明は、その組成に特徴のあるセラミックス材料である。その組成の主成分がアルミナであり、副成分として、特定の複数の金属酸化物を含むことによって、低温焼結可能で、高熱伝導率であるという従来材料にない特性が得られる。また、本発明の材料が低温焼結可能であるために、内部導体に、低電気抵抗率のAgを用いることが可能となり、高熱伝導率のLTCCとなる。具体的には、副成分として少なくとも酸化ニオブと酸化銅とを含む。   The present invention is a ceramic material characterized by its composition. The main component of the composition is alumina, and by including a plurality of specific metal oxides as sub-components, it is possible to obtain low-temperature sintering and high thermal conductivity, properties that are not present in conventional materials. Further, since the material of the present invention can be sintered at a low temperature, Ag having a low electrical resistivity can be used for the internal conductor, and LTCC having a high thermal conductivity can be obtained. Specifically, it contains at least niobium oxide and copper oxide as subcomponents.

本発明においては、前記主成分の酸化物全体に占める含有率が、80質量%以上98質量%以下であり、残りの成分が前記副成分のみの場合は前記副成分が2質量%以上20質量%以下、前記副成分に加えて他の第三成分を含む場合は、前記副成分と第三成分の合計が、2質量%以上20質量%以下であることが好ましい。   In the present invention, the content of the main component in the whole oxide is 80% by mass or more and 98% by mass or less, and when the remaining component is only the subcomponent, the subcomponent is 2% by mass or more and 20% by mass. % Or less, and when the composition further contains another third component in addition to the subcomponent, the total of the subcomponent and the third component is preferably 2% by mass or more and 20% by mass or less.

前記副成分がAの場合、前記副成分合計量全体を100質量%としたときに、酸化ニオブ及び酸化銅の比率が、それぞれ下記の範囲であることが好ましい。   When the subcomponent is A, the ratio of niobium oxide and copper oxide is preferably in the following range, when the total amount of the subcomponents is 100% by mass.

40質量%≦ 酸化ニオブ ≦70質量%
30質量%≦ 酸化銅 ≦60質量%
前記副成分がAの場合、さらに酸化チタン、酸化銀および酸化ビスマスから選ばれた少なくとも一種類を含むことが好ましい。特に酸化チタンと酸化銀は、同時に含むことが望ましい。
40% by mass ≦ Niobium oxide ≦ 70% by mass
30 mass% ≤ copper oxide ≤ 60 mass%
When the subcomponent is A, it is preferable to further include at least one selected from titanium oxide, silver oxide, and bismuth oxide. In particular, it is desirable that titanium oxide and silver oxide are simultaneously contained.

また、前記副成分を構成する酸化ニオブ、酸化銅、酸化チタン、酸化銀、酸化ビスマスの比率が、副成分合計量全体を100質量%とした時に、それぞれ下記の範囲であることが好ましい。   Further, the ratio of niobium oxide, copper oxide, titanium oxide, silver oxide, and bismuth oxide constituting the sub-components is preferably in the following range when the total amount of the sub-components is 100% by mass.

30質量%≦ 酸化ニオブ ≦70質量%
10質量%≦ 酸化銅 ≦60質量%
0質量%≦ 酸化チタン ≦30質量%
0質量%≦ 酸化銀 ≦30質量%
0質量%≦ 酸化ビスマス ≦40質量%
また、酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として少なくとも酸化銅と酸化チタンと酸化銀を含む酸化物セラミックス材料の場合は、前記副成分を構成する酸化銅、酸化チタン、酸化銀の比率が、副成分合計量全体を100質量%とした時に、それぞれ下記の範囲であることが好ましい。
30% by mass ≦ Niobium oxide ≦ 70% by mass
10 mass% ≤ copper oxide ≤ 60 mass%
0 mass% ≤ titanium oxide ≤ 30 mass%
0% by mass ≦ Silver oxide ≦ 30% by mass
0 mass% ≤ bismuth oxide ≤ 40 mass%
In addition, in the case of an oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least copper oxide, titanium oxide, and silver oxide as subcomponents, the ratio of copper oxide, titanium oxide, and silver oxide constituting the subcomponent is as follows: When the total amount of the subcomponents is 100% by mass, the respective ranges are preferably in the following ranges.

10質量%≦ 酸化銅 ≦90質量%
5質量%≦ 酸化チタン ≦60質量%
5質量%≦ 酸化銀 ≦40質量%
また、前記酸化アルミニウムの、酸化物全体に占める含有率が、80質量%以上98質量%以下であることが好ましい。
10 mass% ≤ copper oxide ≤ 90 mass%
5 mass% ≤ titanium oxide ≤ 60 mass%
5% by mass ≦ Silver oxide ≦ 40% by mass
Further, the content of the aluminum oxide in the whole oxide is preferably 80% by mass or more and 98% by mass or less.

さらに、酸化マンガンを、酸化物全体を100として、0.1〜2.0質量%含むことが好ましい。   Further, it is preferable that manganese oxide be contained in an amount of 0.1 to 2.0% by mass, based on 100 as the whole oxide.

前記酸化物セラミックス材料は、相対密度90%以上で焼結されていることが好ましい。   The oxide ceramic material is preferably sintered at a relative density of 90% or more.

前記酸化物セラミックス材料の熱伝導率は、5W/m・k以上が好ましく、さらに10W/m・k以上であることが好ましい。   The thermal conductivity of the oxide ceramic material is preferably 5 W / mk or more, and more preferably 10 W / mk or more.

また、前記酸化物セラミックス材料の1MHzにおける誘電損失は、0.05以下が好ましく、さらに、0.01以下であることが好ましい。   Further, the dielectric loss at 1 MHz of the oxide ceramic material is preferably 0.05 or less, and more preferably 0.01 or less.

前記酸化物セラミックス材料は、金属又は金属酸化物材料粒子を混合し、成形し、950℃以下の温度で焼成されていることが好ましい。また、前記酸化物セラミックス材料は、金属又は金属酸化物材料粒子を混合した後、仮焼して粉砕し、その後成形し、950℃以下の温度で焼成されていても良い。以上のとおり、本発明は融液にする工程は一切不要であり、製造コストも安価にできる。   The oxide ceramic material is preferably mixed with metal or metal oxide material particles, molded, and fired at a temperature of 950 ° C. or lower. Further, the oxide ceramic material may be mixed with metal or metal oxide material particles, calcined and pulverized, then molded and fired at a temperature of 950 ° C. or lower. As described above, according to the present invention, the step of forming a melt is not required at all, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の材料、およびこれを用いたLTCCの作製方法を以下に述べる。以下は、一般的な作製方法の一例であって、本発明はこれに限定されるものではなく、通常のセラミックス作製プロセスの範囲内で、適時、変更を加えることは可能である。アルミナ(酸化アルミニウム、Al23)と各種の金属酸化物の粉末を、ボールミル等の混合機を用いて良く混合する。ボールミルのボールには、各種のものを用いることが出来るが、アルミナボールを用いると、不要な不純物の混入量を、極力少なく出来るので、より望ましい。混合時の媒体は、有機溶媒でもかまわないが、通常は水を用いれば良い。また、混合時の均一性を高くしたり、その成形性を改善するために、混合粉末の仮焼を行い、その後再度ボールミル等で粉砕を行っても良い。 The material of the present invention and a method for producing LTCC using the same will be described below. The following is an example of a general manufacturing method, and the present invention is not limited to this. It is possible to make appropriate changes within a normal range of a ceramic manufacturing process. Alumina (aluminum oxide, Al 2 O 3 ) and various metal oxide powders are mixed well using a mixer such as a ball mill. Various kinds of balls can be used for the ball of the ball mill. However, the use of alumina balls is more preferable because the mixing amount of unnecessary impurities can be minimized. The medium at the time of mixing may be an organic solvent, but usually water may be used. Further, in order to increase the uniformity at the time of mixing and to improve the moldability, the mixed powder may be calcined and then pulverized again by a ball mill or the like.

なお、原料粉末には、通常は金属酸化物を用いれば良いが、空気中などの酸素の存在下で焼成する場合、原料の一部、特に酸化銀や酸化銅は、金属銀粉末や金属銅粉末を用いても良い。   Note that a metal oxide may be generally used as the raw material powder. However, when firing is performed in the presence of oxygen such as in the air, part of the raw material, particularly silver oxide or copper oxide, may be made of metal silver powder or metal copper. Powder may be used.

こうして得られた混合粉末に、ポリビニルアルコール等の成形用有機バインダを少量混合し、メッシュを通過させて顆粒状に造粒する。この造粒粉末を適当なサイズの金型に入れ、加圧プレスを用いて成形し、成形体を得る。   A small amount of a molding organic binder such as polyvinyl alcohol is mixed with the mixed powder thus obtained, and the mixture is passed through a mesh and granulated. This granulated powder is placed in a mold of an appropriate size, and molded using a pressure press to obtain a molded body.

また同じ混合粉末に、シート成型用の有機バインダと溶剤を十分に混合・混練してスラリーを作製し、このスラリーを、ベースフィルム上に引きのばしてシート状に形成した後、このシートを乾燥して、グリーンシートとする。この際、アルミナと各種金属酸化物粉末の混合と、有機バインダと溶剤との混合を、一回の処理で行うことも可能である。   In addition, the same mixed powder, an organic binder for sheet molding and a solvent are sufficiently mixed and kneaded to prepare a slurry. The slurry is drawn on a base film to form a sheet, and then the sheet is dried. Green sheet. At this time, the mixing of alumina and various metal oxide powders and the mixing of the organic binder and the solvent can be performed in a single treatment.

一方、導体用金属粉末と、有機バインダと溶剤とからなる有機ビヒクル成分とを十分に混合・混練して内層配線用導体ペーストを作製する。同一組成、あるいは組成比を若干変えて、同様にビア用導体ペーストを作製する。こうしたペースト組成物には、前記のアルミナと金属酸化物の混合粉末を少量加えておくことも可能である。このようにしておくと、最終的な積層体における基板と電極のなじみが改善される。   On the other hand, the metal powder for a conductor and an organic vehicle component composed of an organic binder and a solvent are sufficiently mixed and kneaded to produce a conductor paste for an inner wiring. A conductor paste for vias is produced in the same manner, with the same composition or a slightly changed composition ratio. It is also possible to add a small amount of the above-mentioned mixed powder of alumina and metal oxide to such a paste composition. By doing so, the familiarity between the substrate and the electrodes in the final laminate is improved.

次に、先に作製したグリーンシートにビア孔加工を施す。その後、ビア用導体ペーストをグリーンシートのビア孔に充填する。次に内層配線用導体ペーストを用いて、グリーンシート上に配線パターンを印刷した後、これらのグリーンシートを積層して積層体を形成する。   Next, a via hole is formed on the green sheet prepared above. Then, the via paste of the green sheet is filled with the via conductor paste. Next, after a wiring pattern is printed on the green sheets using the conductor paste for the inner layer wiring, these green sheets are laminated to form a laminate.

以上のようにして用意した、本発明の酸化物を主成分とする成形体とグリーンシート積層体とを、加熱炉内で600℃程度の温度で脱バインダ処理し、その後さらに所定の温度で焼成して、焼結体および多層基板を得る。   The green body laminate and the green body laminate containing the oxide of the present invention prepared as described above are subjected to a binder removal treatment in a heating furnace at a temperature of about 600 ° C., and then further fired at a predetermined temperature. Thus, a sintered body and a multilayer substrate are obtained.

原料に用いるアルミナ粉末の粒径としては、極端に荒くない限り使用可能であるが、より低温で高密度とするためには、粒径が小さい方が良く、1μm以下であることが望ましい。一方、成形する場合のことを考えると、あまり小さすぎると扱いにくいため、0.1μm以上であることが望ましい。アルミナ以外の添加物の粒径は、これよりも多少大きくてもかまわない。   The particle size of the alumina powder used as a raw material can be used as long as it is not extremely rough. However, in order to obtain a higher density at a lower temperature, the smaller the particle size, the better, and preferably 1 μm or less. On the other hand, considering the case of molding, if it is too small, it is difficult to handle. The particle size of the additives other than alumina may be slightly larger than this.

前記以外の金属酸化物が、本発明の材料の原料として混入していたとしても、その量が充分少なければ、特に問題を生じない。このような混入は、出発原料に不可避的に混入していたり、混合時の媒体から混入したり、あるいは本発明の材料の特性を微調整する目的で加えたりすることが考えられる。しかしながら、その量が多くなると、焼結性の低下や、誘電特性の劣化、熱伝導性の低下を招く恐れがあり、望ましくはない。   Even if a metal oxide other than the above is mixed as a raw material of the material of the present invention, no particular problem occurs if its amount is sufficiently small. It is conceivable that such mixing is inevitably mixed with the starting material, mixed from the medium at the time of mixing, or added for the purpose of finely adjusting the properties of the material of the present invention. However, when the amount is large, sinterability may be reduced, dielectric characteristics may be deteriorated, and thermal conductivity may be reduced, which is not desirable.

本発明の多層基板に用いる導体は、特に限定されないが、低温で焼結可能であるという特徴を生かすためには、低抵抗な銅や銀を主成分とすることが望ましい。銅を内部導体に用いる場合には、銅の融点が1080℃程度であるので、焼成温度は、それより低い1070℃程度以下にする必要がある。銀を内部導体に用いる場合には、銀の融点が960℃程度であるので、焼成温度は、それより低い950℃程度以下にする必要がある。本発明では、どちらの内部導体を用いることも不可能ではないが、銀を用いる方が、空気中で脱バインダ可能であるために、望ましい。   The conductor used for the multilayer substrate of the present invention is not particularly limited. However, in order to take advantage of the fact that it can be sintered at a low temperature, it is desirable that copper or silver having low resistance be a main component. When copper is used for the inner conductor, the melting temperature of copper is about 1080 ° C., so that the firing temperature needs to be lower than about 1070 ° C. or lower. When silver is used for the internal conductor, the melting temperature of silver is about 960 ° C., so that the firing temperature needs to be lower than about 950 ° C. or less. In the present invention, it is not impossible to use either of the inner conductors, but it is preferable to use silver because the binder can be removed in air.

成形体やグリーンシートの作製方法は特に限定はなく、例えば金型一軸成形法、等方圧プレス法や、ドクターブレード法、カレンダ法、ロールコーター法などが使用できる。   There is no particular limitation on the method for producing the molded article or green sheet, and for example, a uniaxial molding method, an isostatic pressing method, a doctor blade method, a calendar method, a roll coater method, and the like can be used.

またシートを保持するベースフィルムとしては、例えばポリエチレン系樹脂やポリエステル系樹脂、紙などが使用できる。さらに絶縁シートにビア孔加工を施す方法としては、例えばパンチングやレーザー加工などが使用できる。   As the base film for holding the sheet, for example, a polyethylene resin, a polyester resin, paper, or the like can be used. Further, as a method of forming a via hole in the insulating sheet, for example, punching or laser processing can be used.

成形体や積層体の焼成時の雰囲気としては、内部導体にAgを用いることができるので、通常は大気を用いれば良い。   As the atmosphere at the time of firing the molded body or the laminated body, Ag can be used for the internal conductor, so that the atmosphere may be usually used.

本発明では、アルミナ粉末と特定の酸化物粉末を混合することにより、通常のアルミナに比べてはるかに低い温度で焼結可能とすることが出来、製造エネルギーや製造に使用する炉のコストに関して、非常に有利となる。また、950℃以下で焼成可能となるため、低抵抗のAgを導体として用いて同時焼成することができる。本発明の酸化物セラミックス材料の焼結体は、上記のように、各金属酸化物を機械的に混合し、成形し、比較的低い温度で加熱処理しただけである。従って、その焼結体中の相構成は、各金属酸化物成分が、少量は互いに固溶する事も有り得るが、基本的には、各金属酸化物あるいはその2種類以上が相互に反応した化合物の混合体である。アルミナ含有率が高いために、主要相はアルミナ(酸化アルミニウム、Al23)であるが、アルミナ以外の酸化物も含む混合体である。少量のアルミナ以外の相が混合してはいるが、主要相がアルミナであるために熱伝導率が高く、多層基板等へ応用した場合に、その上や内部に、パワーアンプのような、発熱する素子を実装しても、その熱が、基板を経由して放熱され、素子近傍が高温に成りすぎることがない。高熱伝導であるために、特にサーマルビアを設ける必要がない。またサーマルビアを併用すれば、さらに放熱性が向上する。またもちろん、誘電特性も良好であるので、パワーアンプ以外の素子を実装したモジュールとして用いることも可能である。また、機械強度も、高温で用いる場合を除き、通常のアルミナと同程度と高い。 In the present invention, by mixing alumina powder and a specific oxide powder, sintering can be performed at a much lower temperature than ordinary alumina, and the production energy and the cost of a furnace used for production can be reduced. It is very advantageous. In addition, since firing can be performed at 950 ° C. or lower, simultaneous firing can be performed using low-resistance Ag as a conductor. As described above, the sintered body of the oxide ceramic material of the present invention is obtained only by mechanically mixing the respective metal oxides, molding and heating at a relatively low temperature. Therefore, the phase composition in the sintered body may be such that each metal oxide component may form a solid solution with each other in a small amount, but basically, each metal oxide or a compound in which two or more of the metal oxides react with each other. Is a mixture of Due to the high alumina content, the main phase is alumina (aluminum oxide, Al 2 O 3 ), but a mixture containing oxides other than alumina. Although a small amount of phases other than alumina are mixed, the thermal conductivity is high because the main phase is alumina, and when applied to multilayer substrates, etc., heat is generated on and inside such as power amplifiers. Even if an element is mounted, the heat is radiated through the substrate, and the temperature in the vicinity of the element does not become too high. Due to the high thermal conductivity, there is no need to particularly provide a thermal via. If thermal vias are used in combination, the heat dissipation is further improved. Of course, since the dielectric characteristics are also good, it can be used as a module on which elements other than the power amplifier are mounted. Also, the mechanical strength is as high as that of ordinary alumina except when used at high temperatures.

図1にセラミック配線基板を用いたパワーアンプモジュールの一例の斜視図を示す。すなわち、セラミック多層配線基板1の上に、パワーアンプ2と、コンデンサ、インダクタ、抵抗等の電子部品3が搭載されている。このパワーアンプモジュールは、好適には例えば携帯電話のマザー基板に組み込まれる。   FIG. 1 shows a perspective view of an example of a power amplifier module using a ceramic wiring board. That is, a power amplifier 2 and electronic components 3 such as capacitors, inductors and resistors are mounted on a ceramic multilayer wiring board 1. The power amplifier module is preferably incorporated in, for example, a motherboard of a mobile phone.

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
(1)熱伝導率の測定方法
試料の熱伝導率は、円板状の試料の片面にレーザ光を照射し、反対側の面の温度上昇より熱伝導率を測定する、いわゆるレーザーフラッシュ法を用いて測定した。
(2)誘電損失の測定方法
試料の誘電損失は、円板状の試料の両側に、金電極をスパッタリングにより形成し、ヒューレット・パッカー社製LCRメーター4284Aを用いて1MHzにて測定した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
(1) Method of measuring thermal conductivity The thermal conductivity of a sample is measured by irradiating a laser beam to one surface of a disk-shaped sample and measuring the thermal conductivity from the temperature rise on the opposite surface, the so-called laser flash method. It measured using.
(2) Measuring Method of Dielectric Loss The dielectric loss of the sample was measured at 1 MHz using an LCR meter 4284A manufactured by Hewlett-Packer, with gold electrodes formed on both sides of the disk-shaped sample by sputtering.

<実施例1>
出発物質として、純度99.99%、粒径0.5μmの酸化アルミニウム(Al23)粉末、および試薬級以上の純度の各種金属酸化物の粉末を用いた。これらを、表1の組成比となり、かつ合計質量が200gとなるように秤量し、アルミナボールを用いたボールミルにて12時間、湿式混合した。粉末を乾燥後、少量のポリビニルアルコール水溶液を混合し、#32メッシュのふるいを通過させて製粒した。この粉末を、金型にて、直径12mm、厚さ約1mmのサイズに1t/cm2の圧力で、一軸加圧成形した。得られた成形体を、空気中500℃にて1時間加熱してバインダアウトを行った後、900℃〜1000℃にて1時間焼成した。焼結体のサイズと質量を測定して焼結密度を算出した。
<Example 1>
As starting materials, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder having a purity of 99.99% and a particle size of 0.5 μm, and powders of various metal oxides having a purity equal to or higher than the reagent grade were used. These were weighed so as to have the composition ratios shown in Table 1 and a total mass of 200 g, and were wet-mixed for 12 hours in a ball mill using alumina balls. After drying the powder, a small amount of polyvinyl alcohol aqueous solution was mixed and passed through a # 32 mesh sieve to granulate. This powder was uniaxially pressed into a mold having a diameter of 12 mm and a thickness of about 1 mm at a pressure of 1 t / cm 2 in a mold. The obtained molded body was heated in air at 500 ° C. for 1 hour to perform binder out, and then fired at 900 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour. The sintered density was calculated by measuring the size and mass of the sintered body.

また、同じ焼結体を複数作製し、これを粉砕して、ピクノメーターを用いて真密度を測定し、焼結密度/真密度より相対焼結密度を求めた。結果を表1に示した。   In addition, a plurality of the same sintered bodies were produced, pulverized, and the true density was measured using a pycnometer, and the relative sintered density was determined from the sintered density / true density. The results are shown in Table 1.

Figure 2004256384
Figure 2004256384

表1から明らかなように、アルミナ単独の試料No.1、あるいは各種の添加物を1種類のみ用いた試料No.2〜6では、1000℃焼成まででは、ほとんどまったく焼結しなかった。  As is clear from Table 1, the sample No. of alumina alone was used. Sample No. 1 or Sample No. 1 using only one type of various additives. In Nos. 2 to 6, almost no sintering was performed until firing at 1000 ° C.

2種類の添加物を組み合わせて用いた場合、Nb25とCuOを用いた試料No.7において、950℃でも90%密度を越えてかなり焼結し、1000℃では理論密度近くまで焼結した。CuOとTiO2を添加したNo.11と、CuOとBi23を用いたNo.13も焼結促進の効果は認められたが、1000℃焼成でも密度は90%に到達せず、No.7ほどの効果は見られなかった。銀を内部電極に用いることを想定すると、焼成温度の上限は950℃程度であり、この時の相対密度が90%以下になると、機械強度などが不足すると考えられるので、No.11と13は実用的ではない。 When two types of additives are used in combination, the sample No. using Nb 2 O 5 and CuO was used. In No. 7, even at 950 ° C., the sintering considerably exceeded 90% density, and at 1000 ° C., sintering was close to the theoretical density. No. 3 containing CuO and TiO 2 . No. 11 using CuO and Bi 2 O 3 . No. 13 also showed an effect of accelerating sintering, but the density did not reach 90% even at 1000 ° C. No effect as good as 7 was seen. Assuming that silver is used for the internal electrode, the upper limit of the firing temperature is about 950 ° C. If the relative density at this time is 90% or less, mechanical strength and the like are considered to be insufficient. 11 and 13 are not practical.

3種類の添加物を組み合わせて用いた場合、2種類の添加で効果のあったNb25とCuOに、さらにTiO2,Ag2O,Bi23のいずれかを加えたNo.17,18,19では、950℃焼成で密度95%を越え、より低温で焼結可能となった。また、Nb25とCuOを含まない場合でも、CuO−TiO2−Ag2O添加のNo.23では、950℃焼成で、密度90%を越えた。しかし、他の組み合わせでは、1000℃焼成でも密度が90%に到達したものはなかった。 When three types of additives were used in combination, No. 2 was obtained by further adding TiO 2 , Ag 2 O, or Bi 2 O 3 to Nb 2 O 5 and CuO, which were effective with the two types of additives. In 17, 18, and 19, the density exceeded 95% when fired at 950 ° C., and sintering was possible at lower temperature. Further, even when Nb 2 O 5 and CuO are not contained, the No. 2 of CuO—TiO 2 —Ag 2 O addition. In No. 23, the density exceeded 90% after firing at 950 ° C. However, none of the other combinations reached a density of 90% even after firing at 1000 ° C.

4種類の添加物を組み合わせて用いた場合、Nb25とCuOに、さらにTiO2とAg2Oを同時に加えたNo.27で、900℃焼成の密度が95%を越えた。 When four types of additives were used in combination, No. 2 was obtained by simultaneously adding TiO 2 and Ag 2 O to Nb 2 O 5 and CuO. At 27, the density at 900 ° C. firing exceeded 95%.

以上のように、アルミナの含量が同じであっても、Nb25とCuOを同時に含むこと、さらにNb25とCuOに加えてTiO2,Ag2O,Bi23のいずれかを含むこと、またNb25、CuO、TiO2,Ag2Oを同時に含むことで、より低温で焼結可能であった。また、CuOとTiO2とAg2Oを同時に含むことによっても、低温で焼結可能であった。これらの中で、最も低温での焼結性が良好なのは、Nb25、CuO、TiO2、Ag2Oを同時に含むNo.27であった。 As described above, even if the alumina content is the same, Nb 2 O 5 and CuO are simultaneously contained, and in addition to Nb 2 O 5 and CuO, any one of TiO 2 , Ag 2 O, and Bi 2 O 3 is used. , And by simultaneously containing Nb 2 O 5 , CuO, TiO 2 , and Ag 2 O, sintering was possible at lower temperatures. Also, sintering was possible at a low temperature by simultaneously containing CuO, TiO 2 and Ag 2 O. Among them, the one having the best sinterability at the lowest temperature is the one containing Nb 2 O 5 , CuO, TiO 2 and Ag 2 O simultaneously. 27.

<実施例2>
実施例1と同様に、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化銅、酸化チタン、酸化銀、酸化ビスマスの各粉末を用意し、酸化アルミニウムが93質量%となり、残り5成分の合計が7質量%中となり、酸化ニオブ、酸化銅、酸化チタン、酸化銀、酸化ビスマスの合計を100質量%とした場合の、相互の質量%が表2のようになるように、これらの粉末を混合し、900℃、または950℃で2時間焼成して焼結体を作製し、その相対密度を測定した。
<Example 2>
As in Example 1, powders of aluminum oxide, niobium oxide, copper oxide, titanium oxide, silver oxide, and bismuth oxide were prepared, and aluminum oxide was 93% by mass, and the total of the remaining 5 components was 7% by mass. , Niobium oxide, copper oxide, titanium oxide, silver oxide, and bismuth oxide, assuming that the total was 100% by mass, these powders were mixed at 900 ° C. so that the mutual mass% was as shown in Table 2. Alternatively, it was fired at 950 ° C. for 2 hours to produce a sintered body, and its relative density was measured.

また、相対密度が90%を越えた焼結体試料の上下面に、金電極をスパッタリングにより形成し、誘電特性を評価した。結果を表2に示した。   Further, gold electrodes were formed on the upper and lower surfaces of the sintered body sample having a relative density exceeding 90% by sputtering, and the dielectric properties were evaluated. The results are shown in Table 2.

Figure 2004256384
Figure 2004256384

表2より明らかなように、Nb25とCuOのみを含む場合、Nb25が多すぎても、CuOが多すぎても若干焼結密度が低下し、また90%以上の密度が得られても、誘電損失が5%を越えた。従って、Nb25は70質量%以下が、CuOは60質量%以下が望ましい(試料No.1〜6)。 As is clear from Table 2, when only Nb 2 O 5 and CuO are included, the sintering density is slightly lowered even if the Nb 2 O 5 is too large or the CuO is too large, and the density of 90% or more is reduced. Even if obtained, the dielectric loss exceeded 5%. Therefore, Nb 2 O 5 is desirably 70% by mass or less, and CuO is desirably 60% by mass or less (Sample Nos. 1 to 6).

Nb25とCuOに、さらにTiO2、Ag2O、Bi23のいずれかを加えることで、より低温で高密度化したが、添加量が多くなりすぎるとかえって密度が低下し、また誘電損失も大きくなり、TiO2では30質量%以下が(試料No.7〜11)、Ag2Oでは30質量%以下が(試料No.12〜15)、Bi23では40質量%以下が望ましかった(試料No.16〜19)。なお、TiO2、Ag2O、Bi23の中ではAg2Oが最も緻密化効果が大きく、TiO2がこれに次、Bi23が最も効果が小さかった。 By adding any of TiO 2 , Ag 2 O, and Bi 2 O 3 to Nb 2 O 5 and CuO, the density was increased at a lower temperature. However, if the amount of addition was too large, the density was lowered, In addition, the dielectric loss also increases, and 30% by mass or less of TiO 2 (samples Nos. 7 to 11), 30% by mass or less of Ag 2 O (samples 12 to 15), and 40% by mass of Bi 2 O 3. The following was desirable (sample Nos. 16 to 19). Among the TiO 2 , Ag 2 O, and Bi 2 O 3 , Ag 2 O had the largest densification effect, TiO 2 was the second largest, and Bi 2 O 3 had the smallest effect.

さらに、Nb25、CuOへのTiO2、Ag2Oの同時添加で、最も高い密度と、低い誘電損失が得られた。ところが、TiO2とBi23、Ag2OとBi23、の同時添加は、単独添加と大きな差は見られなかった。 Furthermore, the highest density and the lowest dielectric loss were obtained by simultaneous addition of TiO 2 and Ag 2 O to Nb 2 O 5 and CuO. However, the simultaneous addition of TiO 2 and Bi 2 O 3 and the simultaneous addition of Ag 2 O and Bi 2 O 3 did not show a significant difference from the single addition.

<実施例3>
実施例2と同様に、酸化アルミニウム、酸化銅、酸化チタン、酸化銀の各粉末を用意し、酸化アルミニウムが93質量%となり、残り3成分の合計が7質量%中となり、酸化銅、酸化チタン、酸化銀の合計を100質量%とした場合の、相互の質量%が表3のようになるように、これらの粉末を混合し、950℃で2時間焼成して焼結体を作製し、その相対密度を測定した。
<Example 3>
As in Example 2, powders of aluminum oxide, copper oxide, titanium oxide, and silver oxide were prepared. Aluminum oxide was 93% by mass, and the total of the remaining three components was 7% by mass. These powders were mixed and baked at 950 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body so that the mutual mass% assuming that the total amount of silver oxide was 100 mass% was as shown in Table 3. The relative density was measured.

また、相対密度が90%を越えた焼結体試料の上下面に、金電極をスパッタリングにより形成し、誘電特性を評価した。結果を表3に示した。   Further, gold electrodes were formed on the upper and lower surfaces of the sintered body sample having a relative density exceeding 90% by sputtering, and the dielectric properties were evaluated. The results are shown in Table 3.

Figure 2004256384
Figure 2004256384

表3より明らかなように、CuOが10質量%以上90質量%以下、TiO2が5質量%以上60質量%以下、Ag2Oが5質量%以上40質量%以下の場合に、比較的良好な特性が得られた。特に、CuOが15質量%以上75質量%以下、TiO2が10質量%以上50質量%以下、Ag2Oが15質量%以上35質量%以下の場合に、緻密化が顕著となり、また比較的低い誘電損失が得られた。 As is clear from Table 3, when CuO is 10% by mass to 90% by mass, TiO 2 is 5% by mass to 60% by mass, and Ag 2 O is 5% by mass to 40% by mass, it is relatively good. Characteristics were obtained. In particular, when CuO is 15% by mass to 75% by mass, TiO 2 is 10% by mass to 50% by mass, and Ag 2 O is 15% by mass to 35% by mass, the densification becomes remarkable and relatively Low dielectric loss was obtained.

<実施例4>
Nb25、CuO、TiO2、Ag2Oの各粉末を、予め5.5:2.7:0.9:0.9の質量比で混合した粉末を用意した。この粉末とアルミナ粉末、およびMn34粉末を、表4の混合比となるようにボールミル混合し、これを600℃で2時間仮焼した後、再度ボールミルにより粉砕した後、実施例1と同じ方法で、900℃または950℃で2時間焼成して焼結体を作製し、その相対焼結密度を求めた。また、相対密度が90%を越えた焼結体試料について、レーザーフラッシュ法にて、熱伝導率を測定した。また、金電極をスパッタリングにより形成し、誘電特性を評価した。結果を表4に示した。
<Example 4>
A powder was prepared by previously mixing each powder of Nb 2 O 5 , CuO, TiO 2 , and Ag 2 O at a mass ratio of 5.5: 2.7: 0.9: 0.9. This powder, alumina powder, and Mn 3 O 4 powder were mixed in a ball mill so as to have a mixing ratio shown in Table 4, calcined at 600 ° C. for 2 hours, and then pulverized again by a ball mill. In the same manner, a sintered body was prepared by firing at 900 ° C. or 950 ° C. for 2 hours, and its relative sintered density was determined. The thermal conductivity of the sintered body sample having a relative density exceeding 90% was measured by a laser flash method. In addition, a gold electrode was formed by sputtering, and the dielectric properties were evaluated. The results are shown in Table 4.

Figure 2004256384
Figure 2004256384

表4より明らかなように、Al23の含有量が98%を越えると、複合添加物を加えても、焼結性が充分ではなかった。一方、Al23の含有量が80%未満では、焼結性は高いが、誘電特性、熱伝導率とも低下した。従って、Al23の含有率は、80%以上98%以下、より望ましくは、85%以上96%以下が良い。 As is evident from Table 4, when the content of Al 2 O 3 exceeds 98%, the sinterability was not sufficient even when the composite additive was added. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is less than 80%, the sinterability is high, but both the dielectric properties and the thermal conductivity are reduced. Therefore, the content of Al 2 O 3 is preferably 80% or more and 98% or less, and more preferably 85% or more and 96% or less.

次に、Al23を92%、複合添加物を8%に固定して、Mn34を外枠で添加した場合、添加により誘電特性が改善される傾向が認められたが、添加量が増加すると焼結密度が低下した。従って、Mn34を0.1質量%以上、2質量%以下含有することが望ましい。 Next, when Al 2 O 3 was fixed at 92% and the composite additive was fixed at 8%, and when Mn 3 O 4 was added in the outer frame, the addition tended to improve the dielectric properties. As the amount increased, the sintering density decreased. Therefore, it is desirable that Mn 3 O 4 be contained in an amount of 0.1% by mass or more and 2% by mass or less.

本発明者等は、本実施例以外にも、複合添加物中のNb25、CuO、TiO2、Ag2Oの比率を変化させたり、複合添加物としてCuO、TiO2、Ag2O系を用いて、同様の実験を行ったが、Al23の含有率や、Mn34添加については、同様の結果が得られた。 In addition to the present example, the present inventors changed the ratio of Nb 2 O 5 , CuO, TiO 2 , Ag 2 O in the composite additive, or used CuO, TiO 2 , Ag 2 O as the composite additive. Similar experiments were performed using the system, but similar results were obtained for the Al 2 O 3 content and Mn 3 O 4 addition.

<実施例5>
実施例1と同様の方法で、Al23、Nb25、CuO、TiO2、Ag2Oの各粉末を、質量比で93:3:2:1.5:0.5の比率でボールミル混合し、これを600℃で2時間仮焼した後、再度ボールミルにより粉砕した。この仮焼粉に、ポリビニルブチラール樹脂と酢酸ブチルを混合してスラリー状とし、ドクターブレード法により、表面に離型処理を施したベースフィルム(ポリフェニルサルファイド)上にシート成形した。
<Example 5>
In the same manner as in Example 1, powders of Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , CuO, TiO 2 , and Ag 2 O were mixed at a mass ratio of 93: 3: 2: 1.5: 0.5. The mixture was calcined at 600 ° C. for 2 hours and then pulverized again by a ball mill. The calcined powder was mixed with a polyvinyl butyral resin and butyl acetate to form a slurry, and a sheet was formed on a base film (polyphenyl sulfide) having a surface subjected to a release treatment by a doctor blade method.

比較のため、Al23粉末のみを用いて、前記と同様にスラリーを作製し、ベースフィルム上にアルミナグリーンシートを作製した。また、Al23を50質量%、ほうけい酸鉛ガラスを50質量%含む粉末を用いて、前記と同様にスラリーを作製し、ベースフィルム上にガラスセラミックスグリーンシートを作製した。 For comparison, a slurry was prepared in the same manner as described above using only the Al 2 O 3 powder, and an alumina green sheet was formed on the base film. A slurry was prepared in the same manner as described above using a powder containing 50% by mass of Al 2 O 3 and 50% by mass of lead borosilicate glass, and a glass ceramic green sheet was formed on a base film.

次に、金属の銀粉末に、エチルセルロース系樹脂とテルピネオールを適当量加え、3本ロールで十分に混合、混練して内層配線用Agペーストとビア用Agペースとをそれぞれ作製した。   Next, an appropriate amount of an ethylcellulose-based resin and terpineol were added to a metal silver powder, and the mixture was sufficiently mixed and kneaded with a three-roll mill to prepare an Ag paste for an internal wiring and an Ag paste for a via, respectively.

次に、グリーンシートの所定箇所にφ0.1mmのビア孔をパンチングにより穿孔し、必要枚数の絶縁シートのビア孔にビア用導体ペーストを充填した後、内層配線用ペーストを用いてシート上にスクリーン印刷法により配線パターンを形成した。ベースフィルムをはがして絶縁シートを積層し、80℃で熱圧着して積層体を得た。   Next, a via hole having a diameter of 0.1 mm is punched in a predetermined portion of the green sheet by punching, and a necessary number of insulating sheets are filled with a via conductive paste, and a screen is formed on the sheet using the inner layer wiring paste. A wiring pattern was formed by a printing method. The insulating film was laminated by peeling the base film, and thermocompression bonded at 80 ° C. to obtain a laminated body.

得られた積層体を加熱炉内の大気中600℃で脱バインダ処理した後、920℃で2時間焼成した。またこれらとは別に、熱伝導率測定用に、Ag導体を含まない積層体より、焼結体も作製した。   The obtained laminate was subjected to a binder removal treatment at 600 ° C. in the air in a heating furnace, and then fired at 920 ° C. for 2 hours. Separately from these, a sintered body was prepared from a laminated body containing no Ag conductor for measuring the thermal conductivity.

まず導体を含まないものについて、熱伝導率を測定したところ、本発明のものは、18W/m・kであったのに対し、ガラスセラミックスは2.5W/m・kであった。アルミナを用いたものは機械強度が低く、測定が出来なかった。そこで、アルミナを用いたものについて、焼成温度を1500℃として熱伝導率を測定したところ、22W/m・kであった。   First, the thermal conductivity of a sample containing no conductor was measured. As a result, it was 18 W / mk for the glass of the present invention and 2.5 W / mk for glass ceramics. Those using alumina had low mechanical strength and could not be measured. Then, the thermal conductivity was measured at a firing temperature of 1500 ° C. for the material using alumina, and was found to be 22 W / m · k.

また導体を含まないものについて、三点抗折強度を測定したところ、本実施例品は380MPaであったのに対し、ガラスセラミックスは230MPaであった。アルミナを用いたものは、機械的強度が低く測定できなかった。そこでアルミナを用いたものについて、焼成温度を1500℃として三点抗折強度を測定したところ、400MPaであった。したがって、本実施例品は焼成温度が920℃であったにもかかわらず、1500℃焼成のアルミナと同程度の機械的強度を示した。   When the three-point flexural strength was measured without the conductor, the product of this example was 380 MPa, whereas the glass ceramic was 230 MPa. Those using alumina had low mechanical strength and could not be measured. Therefore, the three-point flexural strength of the material using alumina was measured at a firing temperature of 1500 ° C. and found to be 400 MPa. Therefore, the product of this example exhibited the same mechanical strength as alumina fired at 1500 ° C., even though the firing temperature was 920 ° C.

次に、Ag導体を含むものについて、内層配線とビア導体の導通を評価したところ、本発明のものとガラスセラミックスを用いたものは、導通が得られたが、アルミナのみのものは機械強度が低く、測定できなかった。そこでアルミナを用いたものについて、焼成温度を1500℃としたところAg電極が溶けてしまい、導通は得られなかった。   Next, for those containing an Ag conductor, the conduction between the inner layer wiring and the via conductor was evaluated. As a result, conduction was obtained between those of the present invention and those using glass ceramics, but those of only alumina exhibited poor mechanical strength. It was too low to measure. Then, when the sintering temperature was set to 1500 ° C. in the case of using alumina, the Ag electrode was melted and no conduction was obtained.

次に、本発明のものと、ガラスセラミックスを用いたものについて、その基板上にパワーアンプICを実装して動作させたところ、ガラスセラミックスを用いたものは、熱伝導率が低いために放熱が不充分で温度上昇が激しかったが、本発明を用いたものは、温度上昇が低く抑えられた。   Next, when the power amplifier IC was mounted on the substrate of the present invention and the one using glass ceramics and operated, the one using glass ceramics had low heat conductivity, so that heat was radiated. Although the temperature rise was not sufficient and the temperature rise was intense, in the case of using the present invention, the temperature rise was suppressed low.

は本発明の一実施形態におけるセラミック配線基板を用いたパワーアンプモジュールの斜視図である。1 is a perspective view of a power amplifier module using a ceramic wiring board according to one embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 セラミック多層配線基板
2 パワーアンプ
3 コンデンサ、インダクタ、抵抗等の電子部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic multilayer wiring board 2 Power amplifier 3 Electronic components, such as a capacitor, an inductor, and a resistor

Claims (17)

酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする酸化物セラミックス材料。
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
An oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least one selected from the following A and B as a subcomponent.
A. Niobium oxide and copper oxide Copper oxide, titanium oxide and silver oxide
前記主成分の酸化物全体に占める含有率が、80質量%以上98質量%以下であり、
残りの成分が前記副成分のみの場合は前記副成分が2質量%以上20質量%以下、
前記副成分に加えて他の第三成分を含む場合は、前記副成分と第三成分の合計が、2質量%以上20質量%以下である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。
The content of the main component in the whole oxide is 80% by mass or more and 98% by mass or less;
When the remaining component is only the subcomponent, the subcomponent is 2% by mass or more and 20% by mass or less,
2. The oxide ceramic material according to claim 1, wherein when another third component is contained in addition to the subcomponent, the total of the subcomponent and the third component is 2% by mass or more and 20% by mass or less.
前記副成分がAの場合、前記副成分合計量全体を100質量%としたときに、酸化ニオブ及び酸化銅の比率が、それぞれ下記の範囲である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。
40質量%≦ 酸化ニオブ ≦70質量%
30質量%≦ 酸化銅 ≦60質量%
2. The oxide ceramic material according to claim 1, wherein when the subcomponent is A, the ratio of niobium oxide and copper oxide is in the following ranges, respectively, when the total amount of the subcomponents is 100% by mass. 3.
40% by mass ≦ Niobium oxide ≦ 70% by mass
30 mass% ≤ copper oxide ≤ 60 mass%
前記副成分がAの場合、さらに酸化チタン、酸化銀および酸化ビスマスから選ばれた少なくとも一種類を含む請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   2. The oxide ceramic material according to claim 1, wherein when the subcomponent is A, the oxide ceramic material further includes at least one selected from titanium oxide, silver oxide, and bismuth oxide. 3. 前記副成分合計量全体を100質量%としたとき、酸化ニオブ、酸化銅、酸化チタン、酸化銀、酸化ビスマスの比率が、それぞれ下記の範囲である請求項4に記載の酸化物セラミックス材料。
30質量%≦ 酸化ニオブ ≦70質量%
10質量%≦ 酸化銅 ≦60質量%
0質量%≦ 酸化チタン ≦30質量%
0質量%≦ 酸化銀 ≦30質量%
0質量%≦ 酸化ビスマス ≦40質量%
The oxide ceramic material according to claim 4, wherein the ratio of niobium oxide, copper oxide, titanium oxide, silver oxide, and bismuth oxide is in the following range, when the total amount of the subcomponents is 100% by mass.
30% by mass ≦ Niobium oxide ≦ 70% by mass
10 mass% ≤ copper oxide ≤ 60 mass%
0 mass% ≤ titanium oxide ≤ 30 mass%
0% by mass ≦ Silver oxide ≦ 30% by mass
0 mass% ≤ bismuth oxide ≤ 40 mass%
前記副成分がBの場合、前記副成分を構成する酸化銅、酸化チタン、酸化銀の比率が、副成分合計量全体を100質量%としたとき、それぞれ下記の範囲である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。
10質量%≦ 酸化銅 ≦90質量%
5質量%≦ 酸化チタン ≦60質量%
5質量%≦ 酸化銀 ≦40質量%
The ratio of copper oxide, titanium oxide, and silver oxide constituting the sub-component when the sub-component is B is in the following range, respectively, when the total amount of the sub-components is 100% by mass. Oxide ceramic materials.
10 mass% ≤ copper oxide ≤ 90 mass%
5 mass% ≤ titanium oxide ≤ 60 mass%
5% by mass ≦ Silver oxide ≦ 40% by mass
前記酸化物全体を100質量%としたとき、さらに、酸化マンガンを、0.1〜2.0質量%含む請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   2. The oxide ceramic material according to claim 1, further comprising 0.1 to 2.0 mass% of manganese oxide, when the whole oxide is 100 mass%. 3. 前記酸化物セラミックス材料が、相対密度90%以上で焼結されている請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   The oxide ceramic material according to claim 1, wherein the oxide ceramic material is sintered at a relative density of 90% or more. 前記酸化物セラミックス材料の熱伝導率が、5W/m・k以上である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   The oxide ceramic material according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the oxide ceramic material is 5 W / m · k or more. 前記酸化物セラミックス材料の熱伝導率が、10W/m・k以上である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   The oxide ceramic material according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the oxide ceramic material is 10 W / mk or more. 前記酸化物セラミックス材料の1MHzにおける誘電損失が、0.05以下である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   2. The oxide ceramic material according to claim 1, wherein a dielectric loss at 1 MHz of the oxide ceramic material is 0.05 or less. 前記酸化物セラミックス材料の1MHzにおける誘電損失が、0.01以下である請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   The oxide ceramic material according to claim 1, wherein the dielectric loss of the oxide ceramic material at 1 MHz is 0.01 or less. 前記酸化物セラミックス材料が、金属又は金属酸化物材料粒子を混合し、成形し、950℃以下の温度で焼成されている請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   2. The oxide ceramic material according to claim 1, wherein the oxide ceramic material is a mixture of metal or metal oxide material particles, molded, and fired at a temperature of 950 ° C. or less. 前記酸化物セラミックス材料が、金属又は金属酸化物材料粒子を混合した後、仮焼して粉砕し、その後成形し、950℃以下の温度で焼成されている請求項1に記載の酸化物セラミックス材料。   2. The oxide ceramic material according to claim 1, wherein the oxide ceramic material is obtained by mixing a metal or metal oxide material particles, calcining and pulverizing, then molding and firing at a temperature of 950 ° C. or lower. . 酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として少なくとも下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含む酸化物セラミックス材料からなる絶縁層と、
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
銀を主成分とする導体を少なくともその内層に有することを特徴とするセラミック基板。
An insulating layer made of an oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least one selected from the following A and B as subcomponents,
A. Niobium oxide and copper oxide A ceramic substrate having a conductor containing copper oxide, titanium oxide and silver oxide as main components at least in its inner layer.
酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として少なくとも下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含む酸化物セラミックス材料からなる絶縁層と、
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
銀を主成分とする導体を少なくともその内層に有することを特徴とするセラミック積層デバイス。
An insulating layer made of an oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least one selected from the following A and B as subcomponents,
A. Niobium oxide and copper oxide A multilayer ceramic device comprising at least an inner layer of a conductor mainly composed of copper oxide, titanium oxide and silver oxide.
酸化アルミニウムを主成分として含み、副成分として少なくとも下記A及びBから選ばれる少なくとも一つを含む酸化物セラミックス材料からなる絶縁層と、
A.酸化ニオブ及び酸化銅
B.酸化銅、酸化チタン及び酸化銀
銀を主成分とする導体を少なくともその内層に有するセラミック基板又はセラミック積層デバイス上にパワーアンプ素子を実装したパワーアンプモジュール。
An insulating layer made of an oxide ceramic material containing aluminum oxide as a main component and at least one selected from the following A and B as subcomponents,
A. Niobium oxide and copper oxide A power amplifier module in which a power amplifier element is mounted on a ceramic substrate or a multilayer ceramic device having at least an inner layer of a conductor mainly composed of copper oxide, titanium oxide, and silver oxide.
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