JP2009215089A - グリーンシート用セラミック粉末及び低温焼成多層セラミック基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス粉末と無機フィラーとを含有し、ガラス粉末が35〜40重量%のSiO2、9〜17重量%のAl2O3、21〜40重量%のB2O3、10〜20重量%のR’O(R’はCa、Mg及びBaからなる群より選択される元素であって、Caを必ず含む少なくとも1種の元素)、0.2〜2.0重量%のMO2(MはZr及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の元素)、2〜10重量%のZnO、0.2〜3.0重量%のWO3を含み、全体で100重量%となり、Al2O3/CaOが3.0以上であるグリーンシート用セラミック粉末とする。
【選択図】なし
Description
しかしながら、セラミック層の誘電特性は、低温焼成との両立が一般的に難しいという問題がある。特に、電気伝導度に優れるAgを導体材料として用いる場合には、900℃以下、可能であればより低温での焼成が要求されるため、上記のような誘電特性と低温焼成との両立がより難しくなる。
また、近年、集積度の向上やインピーダンスマッチングの観点から、ライン幅が50μm以下の微細な配線パターンを有する配線層への要求が多くなってきている。この微細な配線パターンを形成するための銀系導体ペーストとして、微細な銀粒子を含む銀系導体ペーストが用いられているが、この銀系導体ペーストは、850℃を超える温度で焼成すると、導体の焼損によって配線パターンの断線等の欠陥が生じることがある。そのため、かかる欠陥を防止するためには、グリーンシートと銀系導体ペーストとを850℃以下の温度で同時焼成することが必要とされている。
また、本発明は、反りや欠陥の発生が少なく、耐メッキ性及び高周波帯(マイクロ波やミリ波帯)での誘電特性に優れた低温焼成多層セラミック基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記グリーンシート用セラミック粉末を含むグリーンシートを750℃以上850℃以下で焼成して得られるセラミック層と、銀系導体ペーストを750℃以上850℃以下で焼成して得られる配線層とを具備することを特徴とする低温焼成多層セラミック基板である。
本実施の形態のグリーンシート用セラミック粉末は、所定の成分を含むガラス粉末と、無機フィラーとを含む。
本実施の形態におけるガラス粉末は、SiO2と、Al2O3と、B2O3と、R’O(ただし、R’は、Ca、Mg及びBaからなる群より選択される元素であって、Caを必ず含む少なくとも1種の元素である)と、MO2(ただし、Mは、Zr及びTiからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)と、ZnOと、WO3とを含む。このうち、SiO2、Al2O3及びB2O3は、ガラスの基本構成をなす成分である。以下、ガラス粉末の各成分について詳細に説明する。
しかし、ガラスにおいてB2O3の量が多くなると、ホウ酸に類似する酸素配位が生じるため、ガラスが化学的に不安定化し、特にガラスの耐酸性、耐アルカリ性及び耐水性が低下する。そのため、B2O3の含有量は、21重量%以上40重量%以下とする必要がある。B2O3の含有量が21重量%未満であると、所望の誘電特性が得られない。一方、B2O3の含有量が40重量%を超えると、ガラスの耐水性、耐酸性及び耐アルカリ性が低下するため、高周波部品の製造において通常行われる金メッキ付け等の製造プロセスを中性付近の環境下で行う必要が生じる。
Al2O3の含有量は、9重量%以上17重量%以下である。Al2O3の含有量が9重量%未満であると、ガラスの化学的な安定性が十分に向上せず、高周波部品で通常行う金メッキ付け等の製造プロセスを中性付近の環境下で行う必要が生じる。一方、Al2O3の含有量が17重量%を超えると、原料の溶融物からガラスが安定して得られない。
R’Oの含有量は、10重量%以上20重量%以下であり、好ましくは16重量%以上18重量%以下である。この範囲の含有量であれば、ガラスの耐水性を向上させたり、ガラスの高温粘度を適正に制御することができる。R’Oの含有量が10重量%未満であると、ガラスの粘度が高くなる。一方、R’Oの含有量が20重量%を超えると、原料の溶融物からガラスが安定して得られないか、又は所望の誘電特性が得られない。
CaO、MgO及びBaOそれぞれの効果を一義的に示すことは難しいが、CaOの含有量を1重量%以上5重量%以下、MgOの含有量を1重量%以上8重量%以下、BaOの含有量を8重量%以上13重量%以下とする場合に、より一層良好な特性が得られる。
また、CaOの含有量が上記範囲を満たす場合であっても、Al2O3の含有量との関係で、CaOに対するAl2O3の重量比(Al2O3/CaO)が3.0以上でなければ、耐水性が低下する。
MO2の含有量は、0.2重量%以上2.0重量%以下である。MO2の含有量が0.2重量%未満であると、所望の耐水性、粘度及び流動性をガラスに付与することができない。一方、MO2の含有量が2.0重量%を超えると、所望の誘電特性が得られない。
ZnOの含有量は、2重量%以上10重量%以下である。ZnOの含有量が2重量%未満であると、ZnOを配合することによる効果が十分に得られない。一方、ZnOの含有量が10重量%を超えると、所望の誘電特性が得られない。
WO3の含有量は、0.2重量%以上3.0重量%以下である。WO3の含有量が0.2重量%未満であると、WO3を配合することによる効果が十分に得られない。一方、WO3の含有量が3.0重量%を超えると、誘電特性が低下する。
CuOの含有量は、好ましくは0重量%超過2重量%以下である。CuOの含有量が2重量%を超えると、所望の誘電特性が得られない。
リチウムは、アルカリ金属の中でも最も軽い元素であって結合距離も短いため、電気二重極子モーメントの固有振動数が高く、またモーメントの値も小さい。そのため、アルカリ金属の中でもリチウムであれば伝送損失の増加を抑制することができる。特にアルカリ金属酸化物であるLi2Oは銀拡散を抑制することもできる。なお、ナトリウムやカリウムのようなアルカリ金属は、ガラスの性状を安定化するが、誘電特性を低下させるため、ガラス粉末の構成成分としては適さない。
本実施の形態におけるガラス粉末は、従来公知の方法に従い、上記成分を混合して溶融した後、粉砕することにより調製することができる。なお、溶融温度は、ガラス組成にあわせて適宜設定すればよい。
このようにして調製されたグリーンシート用セラミック粉末は、低温焼成多層セラミック基板を製造するために用いることができる。
本実施の形態の低温焼成多層セラミック基板は、上記グリーンシート用セラミック粉末を含むグリーンシートを750℃以上850℃以下で焼成して得られるセラミック層と、銀系導体ペーストを750℃以上850℃以下で焼成して得られる配線層とを具備する。
この低温焼成多層セラミック基板は、上記グリーンシート用セラミック粉末を含むスラリーをシート状に成形して乾燥させることによりグリーンシートを得る工程と、銀系導体ペーストを用いて前記グリーンシート上に配線パターンを印刷する工程と、前記配線パターンが印刷されたグリーンシートを積層し、プレスして一体化させた後、750℃以上850℃以下で焼成する工程とを含む製造方法により製造可能である。
有機バインダーとしては、ガラス粉末及び無機フィラーと混合してシート化した際に十分な機械的強度が得られると共に、後述の加熱脱脂処理時に分解脱離させ得る樹脂であれば、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、有機バインダーとして、ポリビニルブチラールやアクリル系樹脂等を使用することができる。
可塑剤としては、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、可塑剤として、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジn−ブチル及びポリエチレングリコール等を使用することができる。
溶剤としては、有機バインダー、可塑剤及び分散剤を溶解し得るものであれば、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、溶剤として、トルエン、エタノール及びブタノール等のアルコールや、蒸留水等を使用することができる。
有機バインダー、可塑剤、分散剤及び溶剤の量は、スラリー状になれば特に制限されることはなく、グリーンシート用セラミック粉末の種類等にあわせて適宜調整すればよい。
銀系導体ペーストとしては、導電性の観点から、Ag−PdやAg−Pt等のような、Agを主成分とするAg系ペーストが好ましく、最も導電性に優れるAgペーストであることがより好ましい。
また、グリーンシート上に配線パターンを印刷する工程の前に、グリーンシートにビアホールを形成することも可能である。
なお、脱脂を目的とする加熱脱脂処理から緻密化を目的とする焼成(750℃以上850℃以下での焼成)に移る際の昇温速度は、特に限定されることはなく、グリーンシート等の大きさにあわせて適宜設定すればよい。
このようにして製造される低温焼成多層セラミック基板は、反りや欠陥の発生が少なく、耐メッキ性及び高周波帯(マイクロ波やミリ波帯)での誘電特性に優れている。
[実施例1〜15及び比較例1〜14]
表1のガラス組成に従い、各ガラス成分を混合し、1200〜1500℃で1時間程度かけて溶融させた後、急冷して得られたガラスカレットを、スタンプミル又はボールミルを用いて粉砕することにより、平均粒径2μmのガラス粉末を調製した。
次に、かかるスラリーを用いて、ドクターブレード法によって約100μmの厚みを有するグリーンシートを作製した。
この評価において、低温焼成多層セラミック基板用として一般に用いられているアルカリ金属元素を含むガラスを用いて作製した低温焼成多層セラミック基板の10GHzでの誘電正接が0.006〜0.007程度であることを考慮すると、約50%低損失化される0.004以下であれば、誘電特性が実用的に向上したといえる。
この評価において、重量変化が0.02%程度であれば一般的な耐水性のレベルであり、0.01%以下であれば、耐水性が高いといえる。
この評価において、ビア周辺部のボイド欠陥は、気密性に問題が生じたり、ビア変形等による電気的断線の発生、基板の機械強度の低下等につながるため、低温焼成多層セラミック基板の信頼性の点でボイド欠陥が無いことが好ましいといえる。
上記のようにして評価した誘電特性、耐水性及びボイド欠陥についての結果を表2に示す。
一方、比較例の試料では、緻密化を達成するための焼成温度が高すぎたり、耐水性又は誘電特性が十分でなかったり、ボイド欠陥が生じた。
以上の結果からわかるように、本発明のグリーンシート用セラミック粉末は、750℃以上850℃以下での低温焼成が可能なグリーンシートを与えると共に、銀系導体ペーストと同時焼成した際に、微細且つ良好な配線パターンを有する配線層の形成が可能で、反りや欠陥の発生が少なく、耐メッキ性及び高周波帯(マイクロ波やミリ波帯)での誘電特性に優れたセラミック層を与えることができる。また、本発明の低温焼成多層セラミック基板は、反りや欠陥の発生が少なく、耐メッキ性及び高周波帯(マイクロ波やミリ波帯)での誘電特性に優れている。
Claims (5)
- ガラス粉末と無機フィラーとを含有するグリーンシート用セラミック粉末であって、
前記ガラス粉末が、酸化物基準で表記した場合に、35重量%以上40重量%以下のSiO2、9重量%以上17重量%以下のAl2O3、21重量%以上40重量%以下のB2O3、10重量%以上20重量%以下のR’O(ただし、R’は、Ca、Mg及びBaからなる群より選択される元素であって、Caを必ず含む少なくとも1種の元素である)、0.2重量%以上2.0重量%以下のMO2(ただし、MはZr及びTiからなる群より選択される少なくとも1種の元素である)、2重量%以上10重量%以下のZnOと、0.2重量%以上3.0重量%以下のWO3を含み、全体で100重量%となり、且つCaOに対するAl2O3の重量比(Al2O3/CaO)が3.0以上であることを特徴とするグリーンシート用セラミック粉末。 - 前記ガラス粉末が、0重量%超過2.0重量%以下のCuO、及び0重量%超過1重量%以下のLi2Oからなる群より選択される少なくとも1種をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のグリーンシート用セラミック粉末。
- 前記ガラス粉末と前記無機フィラーとの重量割合が、4:6以上6:4以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のグリーンシート用セラミック粉末。
- 前記無機フィラーが、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化珪素及び窒化ホウ素からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のグリーンシート用セラミック粉末。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のグリーンシート用セラミック粉末を含むグリーンシートを750℃以上850℃以下で焼成して得られるセラミック層と、銀系導体ペーストを750℃以上850℃以下で焼成して得られる配線層とを具備することを特徴とする低温焼成多層セラミック基板。
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