JP3101970B2 - ガラス−セラミック焼結体およびその製造方法 - Google Patents
ガラス−セラミック焼結体およびその製造方法Info
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/20—Glass-ceramics matrix
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス−セラミック焼
結体およびその製造方法に関するものであり、例えば集
積回路（ＩＣ）や電子部品を搭載するための絶縁基板等
に最適なガラス−セラミック焼結体及びその製造方法に
関するものである。
結体およびその製造方法に関するものであり、例えば集
積回路（ＩＣ）や電子部品を搭載するための絶縁基板等
に最適なガラス−セラミック焼結体及びその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、高度情報化時代を迎え、情報伝送は
より高速化・高周波化が進行する傾向にある。自動車電
話やパーソナル無線等の移動無線、衛星放送、衛星通信
やＣＡＴＶ等のニューメディアでは、機器のコンパクト
化が推し進められており、これに伴い誘電体共振器等の
マイクロ波用回路素子に対しても小型化が強く望まれて
いる。
より高速化・高周波化が進行する傾向にある。自動車電
話やパーソナル無線等の移動無線、衛星放送、衛星通信
やＣＡＴＶ等のニューメディアでは、機器のコンパクト
化が推し進められており、これに伴い誘電体共振器等の
マイクロ波用回路素子に対しても小型化が強く望まれて
いる。
【０００３】このようなマイクロ波用回路素子の大きさ
は、使用電磁波の波長が基準となる。比誘電率εｒの誘
電体中を伝播する電磁波の波長λは、真空中の伝播波長
をλ 0 とするとλ＝λ0 ／（εｒ）1/2 となる。したが
って、回路素子は、使用される回路用基板の誘電率が大
きい程、小型になる。
は、使用電磁波の波長が基準となる。比誘電率εｒの誘
電体中を伝播する電磁波の波長λは、真空中の伝播波長
をλ 0 とするとλ＝λ0 ／（εｒ）1/2 となる。したが
って、回路素子は、使用される回路用基板の誘電率が大
きい程、小型になる。
【０００４】さらに、多層回路基板に種々の電子部品や
入出力端子等を接続する工程上で基板に加わる応力から
基板が破壊したり、欠けを生じたりすることを防止する
為に基板材料の機械的強度が高いことも要求されてい
る。
入出力端子等を接続する工程上で基板に加わる応力から
基板が破壊したり、欠けを生じたりすることを防止する
為に基板材料の機械的強度が高いことも要求されてい
る。
【０００５】よって、上述した高誘電率化および高強度
化等の要求を満足するため、例えば、特開平６−１３２
６２１号公報に示すように、樹脂中に無機誘電体粒子を
分散し、また高誘電率ガラス繊維で強化された回路用基
板が提案されている。この回路基板では比誘電率が高い
ため機器の小型化を促進でき、また、高誘電率ガラス繊
維で強化されているため高強度である。
化等の要求を満足するため、例えば、特開平６−１３２
６２１号公報に示すように、樹脂中に無機誘電体粒子を
分散し、また高誘電率ガラス繊維で強化された回路用基
板が提案されている。この回路基板では比誘電率が高い
ため機器の小型化を促進でき、また、高誘電率ガラス繊
維で強化されているため高強度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、特開
平６−１３２６２１号公報に示された回路基板では、焼
成温度が４００℃程度であるため、例えばり銅等を配線
導体として形成しようとする際に焼成温度が低いために
配線が形成できず、基板の多層化、配線の微細化ができ
ないという問題があった。
平６−１３２６２１号公報に示された回路基板では、焼
成温度が４００℃程度であるため、例えばり銅等を配線
導体として形成しようとする際に焼成温度が低いために
配線が形成できず、基板の多層化、配線の微細化ができ
ないという問題があった。
【０００７】従って、本発明は、金、銀、銅を配線導体
として多層化が可能となるように８５０〜１０００℃で
焼成されるとともに、比誘電率の高く、高強度のガラス
−セラミック焼結体およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
として多層化が可能となるように８５０〜１０００℃で
焼成されるとともに、比誘電率の高く、高強度のガラス
−セラミック焼結体およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記問
題点を鋭意検討した結果、ガラスの軟化流動を利用して
８５０〜１０００℃で焼成することにより、配線導体と
して金、銀及び銅を用い多層化、微細配線化が可能であ
ること、また、高誘電率のチタニアと特定の結晶性ガラ
スを組み合わせることによって、結晶相としてＴｉＯ2
を析出させることで高い比誘電率を得ることができ、さ
らにスピネル型結晶相（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ 3 、ＺｎＯ・
Ａｌ2 Ｏ3 ）を析出させることにより高強度化を達成す
ることができることを知見し、本発明に至った。
題点を鋭意検討した結果、ガラスの軟化流動を利用して
８５０〜１０００℃で焼成することにより、配線導体と
して金、銀及び銅を用い多層化、微細配線化が可能であ
ること、また、高誘電率のチタニアと特定の結晶性ガラ
スを組み合わせることによって、結晶相としてＴｉＯ2
を析出させることで高い比誘電率を得ることができ、さ
らにスピネル型結晶相（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ 3 、ＺｎＯ・
Ａｌ2 Ｏ3 ）を析出させることにより高強度化を達成す
ることができることを知見し、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明のガラス−セラミック焼結体
は、金属元素として、少なくともＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ
ｇ、ＺｎおよびＢを含み、Ｔｉを酸化物換算で７０〜２
０重量％と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＢを酸化物
換算による合量で３０〜８０重量％の割合で含むガラス
−セラミック焼結体であって、該焼結体が、ＴｉＯ2結
晶相と、スピネル型結晶相およびガラス相を含むことを
特徴とするもので、かかる焼結体を製造する方法とし
て、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2
Ｏ3 からなる結晶性ガラスを３０〜８０重量％と、Ｔｉ
Ｏ2 を酸化物換算による合量で２０〜７０重量％となる
割合で混合した混合粉末を、成形後、８５０℃〜１００
０℃の酸化性雰囲気中で焼成し、ＴｉＯ2 結晶相と、ス
ピネル結晶相を析出させたことを特徴とするものであ
る。
は、金属元素として、少なくともＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ
ｇ、ＺｎおよびＢを含み、Ｔｉを酸化物換算で７０〜２
０重量％と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＢを酸化物
換算による合量で３０〜８０重量％の割合で含むガラス
−セラミック焼結体であって、該焼結体が、ＴｉＯ2結
晶相と、スピネル型結晶相およびガラス相を含むことを
特徴とするもので、かかる焼結体を製造する方法とし
て、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＺｎＯおよびＢ2
Ｏ3 からなる結晶性ガラスを３０〜８０重量％と、Ｔｉ
Ｏ2 を酸化物換算による合量で２０〜７０重量％となる
割合で混合した混合粉末を、成形後、８５０℃〜１００
０℃の酸化性雰囲気中で焼成し、ＴｉＯ2 結晶相と、ス
ピネル結晶相を析出させたことを特徴とするものであ
る。
【００１０】ここで、ガラス−セラミック焼結体中にお
ける組成を上記の範囲に限定したのは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ
ｇ、ＺｎおよびＢの酸化物換算による合量が３０重量％
より少ないか、言い換えればＴｉの酸化物換算による合
量が７０重量％より多いと、８５０〜１０００℃の温度
で磁器が十分に緻密化することができず、Ｓｉ、Ａｌ、
Ｍｇ、ＺｎおよびＢの酸化物換算による合量が８０重量
％より多いか、言い換えればＴｉの酸化物換算による合
量が２０重量％より少ないと誘電率が１０より低くなる
ためである。なお、ＴｉはＴｉＯ2 換算量で全量中４５
〜７０重量％、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＢの酸化
物換算による合量は３０〜５５重量％であることが基板
強度および誘電率の点から望ましく、その中でもＴｉが
ＴｉＯ2換算で５０〜７０重量％、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、
ＺｎおよびＢの酸化物換算による合量が３０〜５０重量
％が最適である。
ける組成を上記の範囲に限定したのは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍ
ｇ、ＺｎおよびＢの酸化物換算による合量が３０重量％
より少ないか、言い換えればＴｉの酸化物換算による合
量が７０重量％より多いと、８５０〜１０００℃の温度
で磁器が十分に緻密化することができず、Ｓｉ、Ａｌ、
Ｍｇ、ＺｎおよびＢの酸化物換算による合量が８０重量
％より多いか、言い換えればＴｉの酸化物換算による合
量が２０重量％より少ないと誘電率が１０より低くなる
ためである。なお、ＴｉはＴｉＯ2 換算量で全量中４５
〜７０重量％、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＢの酸化
物換算による合量は３０〜５５重量％であることが基板
強度および誘電率の点から望ましく、その中でもＴｉが
ＴｉＯ2換算で５０〜７０重量％、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、
ＺｎおよびＢの酸化物換算による合量が３０〜５０重量
％が最適である。
【００１１】また、本発明のガラス−セラミック焼結体
の組織の概略図を図１に示した。図１に示すように、本
発明のガラス−セラミック焼結体は、ＴｉＯ2 結晶相１
と、スピネル型結晶相２、そしてＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3
−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ３からなるガラス相３とから
構成されている。ＴｉＯ２ 結晶相１は焼結体中におけ
る主結晶を構成し、ルチル型ＴｉＯ2 として存在する。
また、スピネル型結晶相２はＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 やＺｎ
Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 の結晶である。このように、ＴｉＯ2 結
晶相を主として析出させることにより比誘電率を向上さ
せることができる。また、焼成時における昇温速度を調
整することにより焼成時にスピネル型結晶相を十分に析
出させる。このスピネル型結晶相は、ガラスのネットワ
ークを補強する形態で存在し機械的強度の高い焼結体を
得ることができる。
の組織の概略図を図１に示した。図１に示すように、本
発明のガラス−セラミック焼結体は、ＴｉＯ2 結晶相１
と、スピネル型結晶相２、そしてＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3
−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ３からなるガラス相３とから
構成されている。ＴｉＯ２ 結晶相１は焼結体中におけ
る主結晶を構成し、ルチル型ＴｉＯ2 として存在する。
また、スピネル型結晶相２はＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 やＺｎ
Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 の結晶である。このように、ＴｉＯ2 結
晶相を主として析出させることにより比誘電率を向上さ
せることができる。また、焼成時における昇温速度を調
整することにより焼成時にスピネル型結晶相を十分に析
出させる。このスピネル型結晶相は、ガラスのネットワ
ークを補強する形態で存在し機械的強度の高い焼結体を
得ることができる。
【００１２】また、本発明においては、上記した組成を
満足する限り、他の不純物が混入しても良い。また、焼
結体中にコージェライトやＴｉＳｉ4 が微量存在する場
合もあるが、なるべく存在させないことが望ましい。
満足する限り、他の不純物が混入しても良い。また、焼
結体中にコージェライトやＴｉＳｉ4 が微量存在する場
合もあるが、なるべく存在させないことが望ましい。
【００１３】しかし、ガラスの結晶化が進みスピネル型
結晶相が増えすぎると比誘電率が低下する場合があるた
め、焼成温度を８５０℃〜１０００℃とすることにより
機械的強度が高く、しかも比誘電率が１０〜４２の焼結
体を得ることができる。
結晶相が増えすぎると比誘電率が低下する場合があるた
め、焼成温度を８５０℃〜１０００℃とすることにより
機械的強度が高く、しかも比誘電率が１０〜４２の焼結
体を得ることができる。
【００１４】次に、本発明のガラス−セラミック焼結体
を製造するには、出発原料として、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 系結晶性ガラス３０〜８
０重量％と、フィラー成分としてＴｉＯ2 を７０〜２０
重量％の割合になるように混合する。このフィラー成分
としては、ＴｉＯ2 粉末の他に焼結過程でＴｉＯ2 を形
成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等の形態で添加でき
る。なお、調合組成において、前述した理由により、Ｔ
ｉＯ2 が４５〜７０重量％、結晶性ガラスは３０〜５５
重量％が望ましく、その中でもＴｉＯ2 が５０〜７０重
量％、結晶性ガラスが３０〜５０重量％が最適である。
を製造するには、出発原料として、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 系結晶性ガラス３０〜８
０重量％と、フィラー成分としてＴｉＯ2 を７０〜２０
重量％の割合になるように混合する。このフィラー成分
としては、ＴｉＯ2 粉末の他に焼結過程でＴｉＯ2 を形
成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等の形態で添加でき
る。なお、調合組成において、前述した理由により、Ｔ
ｉＯ2 が４５〜７０重量％、結晶性ガラスは３０〜５５
重量％が望ましく、その中でもＴｉＯ2 が５０〜７０重
量％、結晶性ガラスが３０〜５０重量％が最適である。
【００１５】さらに、出発原料として、結晶性ガラスと
しては、焼結過程でスピネル型結晶を析出させることの
できるＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ
3 系結晶性ガラスを用いるのは、この系のガラスを用い
ることによりスピネル型結晶相が析出し、この結晶相は
ガラスのネットワ−クを補強する形態で存在し、高強度
の焼結体を得ることができるからである。また、このよ
うな系のガラスを３０〜８０重量％添加したのは、ガラ
ス量が３０重量％より少ない場合には、焼結体の緻密化
温度が１０００℃より高くなり銅導体を用いることが出
来ず、ガラス量が８０重量％より多いと磁器の抗折強度
が低下するためである。
しては、焼結過程でスピネル型結晶を析出させることの
できるＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ
3 系結晶性ガラスを用いるのは、この系のガラスを用い
ることによりスピネル型結晶相が析出し、この結晶相は
ガラスのネットワ−クを補強する形態で存在し、高強度
の焼結体を得ることができるからである。また、このよ
うな系のガラスを３０〜８０重量％添加したのは、ガラ
ス量が３０重量％より少ない場合には、焼結体の緻密化
温度が１０００℃より高くなり銅導体を用いることが出
来ず、ガラス量が８０重量％より多いと磁器の抗折強度
が低下するためである。
【００１６】このＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−Ｚｎ
Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラスのより具体的な組成としてはＳｉ
Ｏ2 ：４０〜４６重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ：２５〜３０重量
％、ＭｇＯ：８〜１３重量％、ＺｎＯ：６〜９重量％、
Ｂ2 Ｏ3 ：８〜１１重量％が望ましい。
Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラスのより具体的な組成としてはＳｉ
Ｏ2 ：４０〜４６重量％、Ａｌ2 Ｏ3 ：２５〜３０重量
％、ＭｇＯ：８〜１３重量％、ＺｎＯ：６〜９重量％、
Ｂ2 Ｏ3 ：８〜１１重量％が望ましい。
【００１７】上記のような割合で添加混合した混合粉末
に適宜バインダ−を添加した後、所定形状に成形し、大
気などの酸化性雰囲気あるいはＮ2 、Ａｒ等の非酸化性
雰囲気中で８５０℃〜１０００℃で０．１〜５時間焼成
することにより得られるものである。この時の焼成温度
が８５０℃より低いと、ガラスが結晶化せず、また磁器
が十分に緻密化せず、１０００℃を越えるとチタニアが
ガラス中のＳｉＯ2 と反応してＴｉＳｉＯ4 やコージェ
ライトを生成し、誘電率が低下するためであり、さらに
は、銅導体を用いることが出来なくなるためである。焼
成温度は８５０〜９５０℃であることが望ましい。な
お、配線基板やパッケージ製造時に配線導体としてＣｕ
等を用いる場合には、焼成時の雰囲気は非酸化性雰囲気
でないと導体が酸化されてしまい電気伝導性が低下す
る。
に適宜バインダ−を添加した後、所定形状に成形し、大
気などの酸化性雰囲気あるいはＮ2 、Ａｒ等の非酸化性
雰囲気中で８５０℃〜１０００℃で０．１〜５時間焼成
することにより得られるものである。この時の焼成温度
が８５０℃より低いと、ガラスが結晶化せず、また磁器
が十分に緻密化せず、１０００℃を越えるとチタニアが
ガラス中のＳｉＯ2 と反応してＴｉＳｉＯ4 やコージェ
ライトを生成し、誘電率が低下するためであり、さらに
は、銅導体を用いることが出来なくなるためである。焼
成温度は８５０〜９５０℃であることが望ましい。な
お、配線基板やパッケージ製造時に配線導体としてＣｕ
等を用いる場合には、焼成時の雰囲気は非酸化性雰囲気
でないと導体が酸化されてしまい電気伝導性が低下す
る。
【００１８】本発明によれば、８５０〜１０００℃の焼
成温度において、コージェライトやＴｉＳｉＯ4 の生成
を抑制するために焼成温度の保持時間をできるだけ短く
する必要がある。焼成温度における保持時間は１０分以
内が望ましい。また、添加するＴｉＯ2 粉末の平均結晶
粒径を２〜５μｍとすることが望ましい。これは、Ｔｉ
Ｏ2 の平均結晶粒径がこれより小さいとＴｉＳｉＯ4 が
生成しやすくなり、誘電率が低下するためである。
成温度において、コージェライトやＴｉＳｉＯ4 の生成
を抑制するために焼成温度の保持時間をできるだけ短く
する必要がある。焼成温度における保持時間は１０分以
内が望ましい。また、添加するＴｉＯ2 粉末の平均結晶
粒径を２〜５μｍとすることが望ましい。これは、Ｔｉ
Ｏ2 の平均結晶粒径がこれより小さいとＴｉＳｉＯ4 が
生成しやすくなり、誘電率が低下するためである。
【００１９】このように、焼成時間を短くしたり、Ｔｉ
Ｏ2 の平均結晶粒径を小さくすることにより、結晶相と
して、実質的にＴｉＯ2 結晶相とスピネル型結晶相（Ｍ
ｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる焼結
体が得られる。
Ｏ2 の平均結晶粒径を小さくすることにより、結晶相と
して、実質的にＴｉＯ2 結晶相とスピネル型結晶相（Ｍ
ｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる焼結
体が得られる。
【００２０】本発明においては、チタニア原料として
は、アナターゼ、ルチル、その他焼成によりＴｉＯ2 に
なるどのような化合物を用いてもよいが、体積変化の生
じないルチルを用いることが望ましい。これはアナター
ゼを用いた場合、温度によって相変態し、これに伴って
生じる体積変化により基板にクラック等が発生するおそ
れがあるからである。
は、アナターゼ、ルチル、その他焼成によりＴｉＯ2 に
なるどのような化合物を用いてもよいが、体積変化の生
じないルチルを用いることが望ましい。これはアナター
ゼを用いた場合、温度によって相変態し、これに伴って
生じる体積変化により基板にクラック等が発生するおそ
れがあるからである。
【００２１】また、かかるガラスセラミッスを用いて配
線基板を作製する場合には、例えば、上記のようにして
調合した混合粉末を公知のテープ成形法、例えばドクタ
ーブレード法、圧延法等に従い、絶縁層形成用のグリー
ンシートを作製した後、そのシートの表面に配線層用の
メタライズとして、Ａｇ、ＡｕやＣｕの粉末、特にＣｕ
粉末を含む金属ペーストを用いて、シート表面に配線パ
ターンにスクリーン印刷し、場合によってはシートにス
ルーホールを形成してホール内に上記ペーストを充填す
る。その後、複数のシートを積層圧着した後、上述した
条件で焼成することにより、配線層と絶縁層とを同時に
焼成することができる。
線基板を作製する場合には、例えば、上記のようにして
調合した混合粉末を公知のテープ成形法、例えばドクタ
ーブレード法、圧延法等に従い、絶縁層形成用のグリー
ンシートを作製した後、そのシートの表面に配線層用の
メタライズとして、Ａｇ、ＡｕやＣｕの粉末、特にＣｕ
粉末を含む金属ペーストを用いて、シート表面に配線パ
ターンにスクリーン印刷し、場合によってはシートにス
ルーホールを形成してホール内に上記ペーストを充填す
る。その後、複数のシートを積層圧着した後、上述した
条件で焼成することにより、配線層と絶縁層とを同時に
焼成することができる。
【００２２】
【作用】本発明のガラス−セラミック焼結体では、チタ
ニアとガラスを組み合わせることにより、また、高誘電
率材料であるチタニアにより高い比誘電率を得ることが
でき、さらに、ガラス中にスピネル型結晶相を析出させ
ることにより、焼結体の抗折強度を向上させることがで
きる。
ニアとガラスを組み合わせることにより、また、高誘電
率材料であるチタニアにより高い比誘電率を得ることが
でき、さらに、ガラス中にスピネル型結晶相を析出させ
ることにより、焼結体の抗折強度を向上させることがで
きる。
【００２３】本発明のガラス−セラミック焼結体によれ
ば、フィラー成分としてＴｉＯ2 を含むことにより、高
誘電率のＴｉＯ2 結晶相として析出させることで焼結体
全体の誘電率を高めることができる。また、ＳｉＯ2 −
Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラスを用い
ることによりガラスよりスピネル型結晶相を析出させる
ことができる結果、焼結体の抗折強度を高めることがで
きる。
ば、フィラー成分としてＴｉＯ2 を含むことにより、高
誘電率のＴｉＯ2 結晶相として析出させることで焼結体
全体の誘電率を高めることができる。また、ＳｉＯ2 −
Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ2 Ｏ3 系ガラスを用い
ることによりガラスよりスピネル型結晶相を析出させる
ことができる結果、焼結体の抗折強度を高めることがで
きる。
【００２４】また、このガラス−セラミック焼結体は、
８５０〜１０００℃の温度で金、銀、銅の内部配線導体
と同時に焼成することができるために、これらの配線導
体を具備する多層配線基板や半導体素子収納用パッケー
ジの微細配線化を容易に達成することができる。
８５０〜１０００℃の温度で金、銀、銅の内部配線導体
と同時に焼成することができるために、これらの配線導
体を具備する多層配線基板や半導体素子収納用パッケー
ジの微細配線化を容易に達成することができる。
【００２５】
【実施例】ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｂ
2 Ｏ3 系結晶性ガラス（重量比でＳｉＯ2 ：４４％、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ：２８％、ＭｇＯ：１１％、ＺｎＯ：７％、Ｂ
2Ｏ3 ：１０％）と、チタニアを表１に示す組成となる
ように秤量混合し、この混合物に所定のバインダー、可
塑剤およびトルエンを添加し、ドクターブレード法によ
り厚さ２５０μｍのグリーンシートを作製した。そし
て、このグリーンシートを、５０℃の温度で１００ｋｇ
／ｃｍ2 の圧力を加える熱圧着により、７層積層した。
得られた積層体を大気中７５０℃で脱バインダーした
後、大気中において表１に示すような焼成温度，保持時
間で焼成してガラス−セラミック焼結体を得た。
2 Ｏ3 系結晶性ガラス（重量比でＳｉＯ2 ：４４％、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ：２８％、ＭｇＯ：１１％、ＺｎＯ：７％、Ｂ
2Ｏ3 ：１０％）と、チタニアを表１に示す組成となる
ように秤量混合し、この混合物に所定のバインダー、可
塑剤およびトルエンを添加し、ドクターブレード法によ
り厚さ２５０μｍのグリーンシートを作製した。そし
て、このグリーンシートを、５０℃の温度で１００ｋｇ
／ｃｍ2 の圧力を加える熱圧着により、７層積層した。
得られた積層体を大気中７５０℃で脱バインダーした
後、大気中において表１に示すような焼成温度，保持時
間で焼成してガラス−セラミック焼結体を得た。
【００２６】得られた焼結体について誘電率、抗折強度
を以下の方法で評価した。誘電率は、試料形状 直径５
０ｍｍ、厚み１ｍｍの試料を切り出し、ネットワークア
ナライザー、シンセサイズドスイーパーを用いて空洞共
振器法により測定した。測定では、サファイヤを充填し
た円筒空洞共振器の間に試料の誘電体基板を挟んで測定
した。共振器のＴＥ011 モードの共振特性より、誘電率
を算出した。抗折強度は、試料形状 長さ４０ｍｍ，厚
さ３ｍｍ，幅４ｍｍとし、ＪＩＳ−Ｃ−２１４１の規定
に準じて３点曲げ試験を行った。測定の結果は表１に示
した。
を以下の方法で評価した。誘電率は、試料形状 直径５
０ｍｍ、厚み１ｍｍの試料を切り出し、ネットワークア
ナライザー、シンセサイズドスイーパーを用いて空洞共
振器法により測定した。測定では、サファイヤを充填し
た円筒空洞共振器の間に試料の誘電体基板を挟んで測定
した。共振器のＴＥ011 モードの共振特性より、誘電率
を算出した。抗折強度は、試料形状 長さ４０ｍｍ，厚
さ３ｍｍ，幅４ｍｍとし、ＪＩＳ−Ｃ−２１４１の規定
に準じて３点曲げ試験を行った。測定の結果は表１に示
した。
【００２７】また、比較例として、フィラー成分とし
て、ＴｉＯ2 に代わり、Ａｌ2 Ｏ3 、フォルステライト
を用いて同様に焼結体を作製し評価した（試料Ｎo.２
２、２３）。また、上記結晶化ガラスに代わり、ＳｉＯ
2 ：６０．２重量％、Ａｌ2 Ｏ3：１８重量％、Ｂ2 Ｏ
3 ：４．４重量％、ＭｇＯ：９．０重量％、ＣａＯ：
６．７重量％、Ｎａ2 Ｏ１．６重量％、ＺｒＯ2 ０．１
重量％の組成の結晶化ガラスＢ、ＳｉＯ2 ：６０．７重
量％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１７．３重量％、Ｂ2 Ｏ3 ：５重量
％、ＭｇＯ：７．４重量％、ＣａＯ８．６重量％、Ｎａ
2 Ｏ１重量％、Ｋ2 Ｏ０．２重量％の組成からなる結晶
化ガラスＣを用いて、フィラーとしてＴｉＯ2を用いて
同様に評価した（試料Ｎo.２０，２１）。
て、ＴｉＯ2 に代わり、Ａｌ2 Ｏ3 、フォルステライト
を用いて同様に焼結体を作製し評価した（試料Ｎo.２
２、２３）。また、上記結晶化ガラスに代わり、ＳｉＯ
2 ：６０．２重量％、Ａｌ2 Ｏ3：１８重量％、Ｂ2 Ｏ
3 ：４．４重量％、ＭｇＯ：９．０重量％、ＣａＯ：
６．７重量％、Ｎａ2 Ｏ１．６重量％、ＺｒＯ2 ０．１
重量％の組成の結晶化ガラスＢ、ＳｉＯ2 ：６０．７重
量％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１７．３重量％、Ｂ2 Ｏ3 ：５重量
％、ＭｇＯ：７．４重量％、ＣａＯ８．６重量％、Ｎａ
2 Ｏ１重量％、Ｋ2 Ｏ０．２重量％の組成からなる結晶
化ガラスＣを用いて、フィラーとしてＴｉＯ2を用いて
同様に評価した（試料Ｎo.２０，２１）。
【００２８】
【表１】
【００２９】表１の結果から明らかなように、結晶相と
してＴｉＯ2 、スピネルが析出した本発明は、いずれも
８５０〜１０００℃で焼成することができ、比誘電率が
１０以上であり、抗折強度が２０ｋｇ／ｍｍ2 以上の高
い値を示した。これらの中でも結晶相がＴｉＯ2 相とス
ピネル相のみからなり、ＴｉＯ2 が４５重量％以上で誘
電率２０以上、強度２６ｋｇ／ｍｍ2 以上、ＴｉＯ2 ５
０重量％以上で誘電率２３以上と高いものであった。
してＴｉＯ2 、スピネルが析出した本発明は、いずれも
８５０〜１０００℃で焼成することができ、比誘電率が
１０以上であり、抗折強度が２０ｋｇ／ｍｍ2 以上の高
い値を示した。これらの中でも結晶相がＴｉＯ2 相とス
ピネル相のみからなり、ＴｉＯ2 が４５重量％以上で誘
電率２０以上、強度２６ｋｇ／ｍｍ2 以上、ＴｉＯ2 ５
０重量％以上で誘電率２３以上と高いものであった。
【００３０】これに対して、ＴｉＯ2 の含有量が７０重
量％を越える試料Ｎo.１では、焼成温度を１０５０℃で
も焼結できず、１２００℃まで高めないと緻密化するこ
とができなかった。また、ＴｉＯ2 の含有量が２０重量
％より少ない試料Ｎo.１１、１２では、ＴｉＯ2 が析出
したものの誘電率、強度ともに低いものであった。
量％を越える試料Ｎo.１では、焼成温度を１０５０℃で
も焼結できず、１２００℃まで高めないと緻密化するこ
とができなかった。また、ＴｉＯ2 の含有量が２０重量
％より少ない試料Ｎo.１１、１２では、ＴｉＯ2 が析出
したものの誘電率、強度ともに低いものであった。
【００３１】また、比較例として、フィラーとしてＡｌ
2 Ｏ3 を用いた試料Ｎo.２１やフォルステライトを用い
た試料Ｎo.２２では、それぞれ誘電率が低いものであっ
た。また、結晶化ガラスＢおよびＣを用いた試料Ｎo.１
９、２０では、強度が結晶化ガラスＡを用いた場合に比
較して低くなっていた。
2 Ｏ3 を用いた試料Ｎo.２１やフォルステライトを用い
た試料Ｎo.２２では、それぞれ誘電率が低いものであっ
た。また、結晶化ガラスＢおよびＣを用いた試料Ｎo.１
９、２０では、強度が結晶化ガラスＡを用いた場合に比
較して低くなっていた。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のガラス−セ
ラミック焼結体は、高い誘電率と強度を有するために、
マイクロ波用回路素子等において小型化が可能となり、
さらに、基板材料の高強度化により入出力端子部に施す
リードの接合や実装における基板の信頼性を向上でき
る。しかも、８５０〜１０００℃で焼成されるため、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ等による配線を同時焼成により形成する
ことができる。
ラミック焼結体は、高い誘電率と強度を有するために、
マイクロ波用回路素子等において小型化が可能となり、
さらに、基板材料の高強度化により入出力端子部に施す
リードの接合や実装における基板の信頼性を向上でき
る。しかも、８５０〜１０００℃で焼成されるため、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ等による配線を同時焼成により形成する
ことができる。
【図１】本発明におけるガラス−セラミック焼結体の組
織の概略図である。
織の概略図である。
１ ＴｉＯ2 結晶相 ２ スピネル結晶相 ３ ガラス相
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/16 C04B 35/46 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (2)
- 【請求項１】金属元素として、少なくともＴｉ、Ｓｉ、
Ａｌ、Ｍｇ、ＺｎおよびＢを含み、Ｔｉを酸化物換算で
全量中２０〜７０重量％と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎお
よびＢを酸化物換算による合量で３０〜８０重量％の割
合で含むガラス−セラミック焼結体であって、該焼結体
が、ＴｉＯ2 結晶相と、スピネル型結晶相およびガラス
相を含むことを特徴とするガラス−セラミック焼結体。 - 【請求項２】少なくともＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｍｇ
Ｏ、ＺｎＯおよびＢ2 Ｏ3 を含む結晶性ガラスを３０〜
８０重量％と、ＴｉＯ2 を２０〜７０重量％の割合で混
合した混合粉末を成形後、８５０℃〜１０００℃で焼成
し、ＴｉＯ2 結晶相と、スピネル結晶相を析出させたこ
とを特徴とするガラス−セラミック焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07105315A JP3101970B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ガラス−セラミック焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07105315A JP3101970B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ガラス−セラミック焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08301651A JPH08301651A (ja) | 1996-11-19 |
| JP3101970B2 true JP3101970B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=14404281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07105315A Expired - Fee Related JP3101970B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ガラス−セラミック焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101970B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100900996B1 (ko) * | 2007-11-22 | 2009-06-04 | 한국표준과학연구원 | 삼원계 탄화물 세라믹 소결체의 제조 방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001240470A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-04 | Kyocera Corp | 高周波用磁器組成物および高周波用磁器並びに高周波用磁器の製造方法 |
| JPWO2002079114A1 (ja) * | 2001-03-28 | 2004-07-22 | 株式会社村田製作所 | 絶縁体セラミック組成物およびそれを用いた絶縁体セラミック |
| CN106830909B (zh) * | 2017-01-23 | 2020-08-04 | 山东科技大学 | 微波复相陶瓷BAl2SiO6-TiO2及其制备方法 |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP07105315A patent/JP3101970B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100900996B1 (ko) * | 2007-11-22 | 2009-06-04 | 한국표준과학연구원 | 삼원계 탄화물 세라믹 소결체의 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08301651A (ja) | 1996-11-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |