JP2967013B2 - 絶縁材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁材料に関し、特に
厚膜多層基板用の絶縁材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】厚膜多層基板は各種通信機器、民生用機
器などに多用されており、近年、高集積化が可能な多層
基板がますます要求されている。

【０００３】厚膜多層基板は、絶縁材料及び有機物を混
合した絶縁ペーストと、導体材料及び有機物を混合した
導体ペーストとを用い、セラミック基板上に絶縁層ある
いは導体層をスクリーン印刷法などにより形成した後、
焼成して得られる。これらの絶縁層と導体層とを所定の
数まで交互に積層する。積層数が少ない場合は各層を個
々に焼成し作製してもコストの大きな増加にはならない
が、積層数が多い場合には焼成がコスト的に大きなウエ
イトを占めるようになる。しかも、高集積化あるいはイ
ンダクタンス部品等を基板に内蔵するためには導体の積
層数を多くすることが不可欠である。この厚膜多層基板
用の絶縁材料としては種々のものが開発され、一般に用
いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ナ基板を前提としたものが一般的であり、可能な積層数
も３層程度である。

【０００５】絶縁層と導体層を交互に積層し、複数層を
同時に焼成できる絶縁材料あるいは絶縁層と導体層を交
互に積層した配線層の厚みを非常に大きくした場合、大
面積のセラミック基板を用いた場合さらにはアルミナ基
板以外のセラミック基板を用いる場合等に基板のそりが
小さく、絶縁層に欠陥が発生しない等の条件を満たす絶
縁材料は見い出されていない。

【０００６】このように、従来、種々の厚膜多層基板用
の絶縁材料が提案されているが、絶縁層と導体層とを同
時に焼成した場合にクラックなどの欠陥が発生せず、大
面積でアルミナ以外のセラミック基板をも用いることが
でき、しかも配線層を高積層しても基板そりが小さいこ
と等を満足する厚膜多層基板用の絶縁材料が見い出され
ていないという課題があった。

【０００７】本発明は、このような従来の課題を解決す
るもので、絶縁層と導体層とを同時に焼成してもクラッ
ク等の欠陥が発生せずに、大面積のセラミック基板を用
いることができ、配線層を高積層しても基板そりが非常
に小さいという厚膜多層基板用の絶縁材料を得ることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミナ粉末
を含有したホウケイ酸鉛系の複合ガラス及び酸化マグネ
シウム−酸化ホウ素−酸化珪素系結晶化ガラスの混合ガ
ラスに、低融点ガラスを３部から３５部添加した絶縁材
料、あるいはこの絶縁材料にさらに酸化ビスマスを３部
以上添加した絶縁材料である。

【０００９】

【作用】本発明では、アルミナ粉末を含んだホウケイ酸
鉛系の複合ガラスと酸化マグネシウム−酸化ホウ素−酸
化珪素系結晶化ガラスとの混合割り合いによって絶縁材
料の熱膨脹係数を可変することができるため、アルミナ
基板以外のセラミック基板へも適用でき、さらに種々の
場合でも基板のそり量の調節が可能となる。

【００１０】また、低融点ガラスを３部から３５部添加
するあるいはさらに酸化ビスマスを３部以上添加するこ
とによって、導体との同時焼成が可能となる。つまり未
添加の場合は導体と同時に焼成した場合、クラック等の
欠陥が絶縁層に発生するが、これらを添加することによ
って発生しない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】本発明の絶縁材料は、アルミナ粉末を含ん
だホウケイ酸鉛系の複合ガラスと酸化マグネシウム−酸
化ホウ素−酸化珪素系結晶化ガラスとの混合ガラスに、
低融点ガラスを３部から３５部添加した絶縁材料、ある
いはこの絶縁材料にさらに酸化ビスマスを３部以上添加
した絶縁材料である。

【００１３】このように本発明の絶縁材料は２つに分け
ることができる。１つはアルミナ粉末を含んだホウケイ
酸鉛系の複合ガラスと酸化マグネシウム−酸化ホウ素−
酸化珪素系結晶化ガラスとの混合ガラスに低融点ガラス
を３部から３５部添加した絶縁材料である。もう１つは
この絶縁材料にさらに酸化ビスマスを３部以上添加した
絶縁材料である。

【００１４】アルミナ粉末を含んだホウケイ酸鉛系の複
合ガラスの熱膨脹係数は、両者の混合割り合いを変える
ことによって若干の調整は可能であるが約６ＰＰＭ／℃
である。一方、酸化マグネシウム−酸化ホウ素−酸化珪
素系結晶化ガラスのそれは約１１ＰＰＭ／℃程度であ
る。この両者の混合割り合いを、対象とするセラミック
基板の熱膨脹係数に合致させることによって、配線層の
厚みを厚くしても、あるいは大面積の配線層を形成して
もセラミック基板のそりが非常に小さい厚膜多層基板用
の絶縁材料になる。

【００１５】セラミック基板としては前述したアルミナ
基板が最も多用されているが、他にはムライト、ベリリ
ア、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、チ
タニア、フェライト、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素
等の各種セラミック基板がある。それぞれの熱膨脹係数
に絶縁材料のそれとを前述した方法で合わせればよい。

【００１６】本発明の絶縁材料をペースト化するには、
絶縁材料粉末とブチルカルビトール、テルピネオール、
アルコールなどの溶剤、エチルセルロース、ポリビニル
ブチラール、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキ
サイド、エチレン−酢酸ビニルなどの結合剤（バイン
ダ）を混合した後、混練する。さらに必要に応じてブチ
ルベンジルフタレート、ジブチルフタレート、グリセリ
ンなどの可塑剤あるいは分散剤等を添加してもよい。

【００１７】絶縁層と導体層とを交互に例えばスクリー
ン印刷法で印刷乾燥を繰り返して積層して、配線層を形
成する。これらの複数層を同時に焼成する場合、一般に
は絶縁層にクラック等の欠陥が発生し、複数層を同時に
焼成することは困難である。しかし、この欠陥を無くす
ために、本発明の絶縁材料は低融点ガラスを３部から３
５部添加する。あるいは低融点ガラスを添加したもの
に、さらに酸化ビスマスを３部以上添加する。この添加
量の部数はアルミナ粉末を含んだホウケイ酸鉛系の複合
ガラスと酸化マグネシウム−酸化ホウ素−酸化珪素系結
晶化ガラスとの混合ガラスの合計を１００としたときの
添加量を意味する。例えば、３部の添加とは前記混合ガ
ラスを１００ｇに対して、低融点ガラスを３ｇ添加する
ことを意味する。

【００１８】低融点ガラスとはガラスの転移点が７００
℃以下のガラスをいい、特にクラック低減効果が大きか
ったものは酸化亜鉛を含まない低融点ガラスである。こ
の低融点ガラスを添加することによって焼成の加熱昇温
時に絶縁層に流動性あるいは強度の向上があり、クラッ
ク等の欠陥が発生しないものと思われる。

【００１９】また酸化ビスマスの添加は低融点ガラスと
の複合添加でなければ前記のクラック低減効果は認めら
れない。しかも、低融点ガラスを添加しただけでは欠陥
が発生する場合でも、この両者を複合添加することによ
って欠陥の発生を押さえることができる。これらについ
てはさらに後述する。

【００２０】本発明の絶縁材料の焼成温度範囲は800℃
から950℃の範囲が望ましい。

【００２１】次に本発明の更に具体的な実施例について
説明する。

【００２２】（実施例１）アルミナ粉末とホウケイ酸鉛
系ガラスとの質量比が５５：４５の複合ガラスと酸化マ
グネシウム−酸化ホウ素−酸化珪素系結晶化ガラスとを
質量比で３０：７０の割り合いで混合し、この混合ガラ
ス１００ｇに対して低融点ガラスを１、２、３、５、１
０、２０、３０、３５、４０ｇ添加した絶縁材料を作製
した。これらの絶縁材料粉末を３０ｇに対して、α−テ
ルピネオールおよびエチルセルロースを質量比で１０
０：６で混合したものを８ｇ加えて混合した後、３本ロ
ールを用いて混練して絶縁ペーストを作製した。

【００２３】これらのペーストを用い、スクリーン印刷
法で縦および横が１００ｍｍで厚みが１ｍｍのニッケル
亜鉛銅系フェライト基板上に一辺が９８ｍｍの正方形の
全面パターンを絶縁ペーストを用いて印刷した。この絶
縁層上に、図１（ａ）に示したコイル間絶縁パターンを
絶縁ペーストを用いて印刷した。次に図２（ａ）に示し
たコイルＡパターンを市販銀ペーストを用いて、図１
（ｂ）に示したＡＢ間絶縁パターンを絶縁ペーストを用
いて印刷した。さらに図２（ｂ）に示したコイルＢパタ
ーンを市販銀ペーストで、図１（ａ）に示したコイル間
絶縁パターンを絶縁ペーストを用いて、順次印刷してコ
イルを形成した。印刷後の乾燥は１５０℃で行い、各絶
縁層は３回印刷し、各コイルは１回印刷してコイルを形
成した。なお印刷に用いた版はステンレス製で絶縁層の
形成には２００メッシュを導体層の形成には２５０メッ
シュである。なお、図１、図２は１００×１００ｍｍの
なかの５０×２５ｍｍの部分を示す。

【００２４】これらのフェライト基板を大気中において
８５０℃で１０分間保持した後、冷却する条件で焼成し
た。

【００２５】焼成した配線層の表面を観察し、クラック
等の欠陥の発生状況を調べた。結果を（表１）に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】（表１）に示すように低融点ガラスを全く
添加していない絶縁ペーストあるいは１ｇ添加したもの
では、図１、図２に示したコイルの２ターン部あるいは
３ターン部で導体の境界に連続的なクラックが認められ
た。２ｇ添加したものでも同じ場所に不連続のクラック
が認められた。しかし、３ｇ以上添加したものではいず
れの場所にも欠陥が認められなかった。４０ｇ添加した
ものでは２ターン部と３ターン部で導体に沿った凹凸が
絶縁層の表面に発生し、表面の平坦性にやや問題があっ
た。

【００２８】以上のように、低融点ガラスを３ｇ以上添
加したものではクラック等の欠陥の発生は認められな
い。一方、低融点ガラスを４０ｇ以上添加したものは表
面が凹凸に波打って、表面の平坦性あるいは形状維持性
に問題があった。

【００２９】フェライト基板上に前述した操作を３回繰
り返して配線層を０．５ｍｍの厚みまで積層したが、基
板のそりは認められなかった。さらに、配線層を全く印
刷しない窓も印刷時の形状を維持しており、フェライト
基板が一部露出した形状に配線層を形成することができ
た。

【００３０】このように本実施例の絶縁材料は、導体２
層と同時に絶縁層を焼成してもクラック等の欠陥が発生
せず、しかも大面積の基板に高厚みの配線層を形成して
も基板のそりが非常に小さい良好な絶縁材料である。

【００３１】（実施例２）実施例１の低融点ガラスを全
く添加していないものと、低融点ガラスを２ｇおよび５
ｇ添加した各絶縁材料を用意する。そして、混合ガラス
１００ｇに対して、酸化ビスマスを１、２、３、５、１
０、１５、２０ｇ添加したガラスを作製した。これらの
ガラス粉末を用いて実施例１と同様に絶縁ペーストを作
製した。次に実施例１と同様にフェライト基板上にコイ
ルを形成した。なお、導体ペーストは実施例１と異なる
市販銀ペーストを用いた。

【００３２】これらのフェライト基板を大気中において
８５０℃で１０分間保持した後、冷却する条件で焼成し
た。

【００３３】焼成した配線層の表面を観察し、クラック
等の欠陥の発生状況を調べた。結果を（表２）に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】（表２）に示すように実施例１の結果と異
なり、低融点ガラスを添加してもクラックの発生が認め
られる。これは実施例１で用いた銀ペーストと異なり絶
縁層と同時に焼成できない銀ペーストであると思われ
る。しかし、酸化ビスマスを３ｇ以上添加した絶縁材料
では全くクラックが認められなかった。

【００３６】このように酸化ビスマスを添加した本実施
例の絶縁材料は低融点ガラスだけを添加した本実施例の
絶縁材料よりも同時に焼成可能な導体材料の種類が多
い。つまり、低融点ガラス添加だけの絶縁材料を用いた
場合にクラックが発生する導体に対して、酸化ビスマス
の複合添加を行った絶縁材料に変えることによって絶縁
層にクラックが発生しなくなる。

【００３７】実施例１と同様にフェライト基板上に前述
した操作を３回繰り返して配線層を０．５ｍｍの厚みま
で積層したが、実施例１で得た配線層と同等で基板のそ
りが認められなかった。

【００３８】（実施例３）実施例１で用いたアルミナ粉
末を含有したホウケイ酸鉛系の複合ガラス７０ｇと酸化
マグネシウム−酸化ホウ素−酸化珪素系結晶化ガラス３
０ｇを混合した混合ガラスを１００ｇに対して低融点ガ
ラスを０、１、２、３、５、１０、１５、２０ｇ添加し
た絶縁材料を作製し、実施例１と同様にペーストにし
た。次に、縦および横が１００ｍｍで厚みが０．５ｍｍ
のアルミナ基板上に実施例１と同様にコイルを形成し
た。なお、用いた銀ペーストは実施例１と同じである。

【００３９】これらのアルミナ基板を大気中において８
５０℃で１０分間保持した後、冷却する条件で焼成し
た。

【００４０】焼成した配線層の表面を観察し、クラック
等の欠陥の発生状況を調べた。結果は実施例１と差は認
められなかった。つまり、アルミナ粉末を含有したホウ
ケイ酸鉛系の複合ガラスと酸化マグネシウム−酸化ホウ
素−酸化珪素系結晶化ガラスとの混合比をこのように変
えても、低融点ガラスを添加した絶縁材料ではクラック
等の欠陥の発生に差はない。

【００４１】アルミナ基板上に前述した操作を繰り返し
て配線層を０．５ｍｍの厚みまで積層したが、基板のそ
りは認められなかった。さらに、配線層を形成しない窓
も印刷時の形状を維持しており、アルミナ基板の一部を
露出した形状に配線層を形成することができた。基板そ
りあるいは配線層の形状維持についてもガラスの混合割
り合いの変化の影響は認められなかった。

【００４２】さらに、この絶縁材料系において酸化ビス
マスの複合添加の効果を実施例２と同様に調べたが、実
施例２の結果と差異は認められなかった。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
導体と交互に本発明の絶縁材料を積層し、これらの複数
層を同時に焼成してもクラック等の欠陥が発生しない。
しかも高厚みの配線層を形成しても基板にそりが発生し
ないという長所を発揮する。

【００４４】そのため、焼成回数を低減することがで
き、しかも積層数を多くできるために高集積化あるいは
インダクタンス部品等の基板への内蔵が可能な配線基板
を得ることができ、さらに大面積の配線層も可能である
ため生産性が向上できる。

【００４５】また、アルミナ基板以外のセラミック基板
への適用も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における配線層を形成するた
めの各パターンを示す図である。

【図２】本発明の一実施例における配線層を形成するた
めの各パターンを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｃ０４Ｂ 35/46 Ｃ (56)参考文献 特開 昭53−75211（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−212141（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−275975（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−295047（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01B 3/08 C04B 35/46 C04B 35/622 H01B 19/00 321 H05K 1/03 630 H05K 3/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ粉末を含んだホウケイ酸鉛系複
   合ガラス及び酸化マグネシウム−酸化ホウ素−酸化珪素
   系の結晶化ガラスとの混合ガラスに対して、低融点ガラ
   スが３部から３５部添加されていることを特徴とする絶
   縁材料。
2. 【請求項２】 さらに、酸化ビスマスが前記混合ガラス
   に対して３部以上添加されていることを特徴とする請求
   項１記載の絶縁材料。