JP3120603B2 - 多層基板用の低温焼結磁器組成物 - Google Patents
多層基板用の低温焼結磁器組成物Info
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- JP3120603B2 JP3120603B2 JP04304648A JP30464892A JP3120603B2 JP 3120603 B2 JP3120603 B2 JP 3120603B2 JP 04304648 A JP04304648 A JP 04304648A JP 30464892 A JP30464892 A JP 30464892A JP 3120603 B2 JP3120603 B2 JP 3120603B2
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種電子部品を実装す
るのに使用する多層基板に用いる低温焼結磁器組成物に
関し、特に、比較的低温で焼結可能で熱膨張係数が小さ
く、誘電率の小さい、容量の温度変化率の制御が容易で
機械的強度の大きい多層基板用の低温焼結磁器組成物に
関する。
るのに使用する多層基板に用いる低温焼結磁器組成物に
関し、特に、比較的低温で焼結可能で熱膨張係数が小さ
く、誘電率の小さい、容量の温度変化率の制御が容易で
機械的強度の大きい多層基板用の低温焼結磁器組成物に
関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化に伴い、最近では、電
子回路を構成する各種電子部品を実装するのに磁器基板
が汎用されている。そして、電子部品の実装密度を高め
るため、表面に導電材料のペーストで回路パターンを形
成した未焼成の磁器シートを複数枚積層し、これを焼成
して一体化した多層基板が開発されている。従来からこ
のような多層基板の材料としてはアルミナが用いられて
いた。
子回路を構成する各種電子部品を実装するのに磁器基板
が汎用されている。そして、電子部品の実装密度を高め
るため、表面に導電材料のペーストで回路パターンを形
成した未焼成の磁器シートを複数枚積層し、これを焼成
して一体化した多層基板が開発されている。従来からこ
のような多層基板の材料としてはアルミナが用いられて
いた。
【０００３】しかしながら、アルミナはその焼結温度が
１５００〜１６００℃と高温であるため、焼結に非常に
多くのエネルギーを必要とし、コスト高になる。また、
基板内部に形成される内部回路の導電材料としては、高
温の焼成温度に耐えるタングステンやモリブデンなどの
高融点金属に限定されるため、回路パターンそのものの
抵抗値が高くなるという短所がある。また、アルミナの
熱膨張係数がアルミナ基板の上に搭載される半導体を構
成するシリコンチップよりも大きいために、シリコンチ
ップにサーマルストレスが加わり、シリコンチップにク
ラックを発生させる原因となる。
１５００〜１６００℃と高温であるため、焼結に非常に
多くのエネルギーを必要とし、コスト高になる。また、
基板内部に形成される内部回路の導電材料としては、高
温の焼成温度に耐えるタングステンやモリブデンなどの
高融点金属に限定されるため、回路パターンそのものの
抵抗値が高くなるという短所がある。また、アルミナの
熱膨張係数がアルミナ基板の上に搭載される半導体を構
成するシリコンチップよりも大きいために、シリコンチ
ップにサーマルストレスが加わり、シリコンチップにク
ラックを発生させる原因となる。
【０００４】また、アルミナそのものの誘電率が高いた
め、回路の内部を伝播する信号の遅延時間が大きくなる
等の問題点があった。
め、回路の内部を伝播する信号の遅延時間が大きくなる
等の問題点があった。
【０００５】さらに、数十メガ〜マイクロ波帯を使用し
たＬＣＲ回路内蔵型のＬＳＩ搭載用多層基板の必要性が
高まっている。この高周波域で必要な基板特性として、
前記特性に加えて特に容量の温度変化率（温度係数）が
１００ｐｐｍ／℃以下と小さいことが要求される。
たＬＣＲ回路内蔵型のＬＳＩ搭載用多層基板の必要性が
高まっている。この高周波域で必要な基板特性として、
前記特性に加えて特に容量の温度変化率（温度係数）が
１００ｐｐｍ／℃以下と小さいことが要求される。
【０００６】そこで、これらの問題を解決するため、熱
膨張係数が小さく、誘電率の小さい、さらに比抵抗の大
きいコージェライト−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の多層基板
用の低温焼結磁器組成物が提案されている（例えば、特
開平１ー２３０４６２号公報参照）。ここで、コージェ
ライトとは、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の
他、E.N. Levin et al. による“Phase Diagrams for C
eramists",The AmericanCeramic Society,Columbus,196
4,P.246 (Fig.712)に開示されている組成範囲から構成
されているものであり、具体的には、図２における領域
Ａの組成のものである。
膨張係数が小さく、誘電率の小さい、さらに比抵抗の大
きいコージェライト−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の多層基板
用の低温焼結磁器組成物が提案されている（例えば、特
開平１ー２３０４６２号公報参照）。ここで、コージェ
ライトとは、２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 の
他、E.N. Levin et al. による“Phase Diagrams for C
eramists",The AmericanCeramic Society,Columbus,196
4,P.246 (Fig.712)に開示されている組成範囲から構成
されているものであり、具体的には、図２における領域
Ａの組成のものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記コ
ージェライト−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の多層基板用の低
温焼結磁器組成物は、セラミックスーガラス系材料を用
いており、容量の温度変化率の制御が困難で機械的強度
がやや小さいという問題があった。
ージェライト−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の多層基板用の低
温焼結磁器組成物は、セラミックスーガラス系材料を用
いており、容量の温度変化率の制御が困難で機械的強度
がやや小さいという問題があった。
【０００８】本発明は、上記従来技術の有する事情に鑑
みてなされたもので、比較的低温で焼結可能で熱膨張係
数が小さく、誘電率の小さい、容量の温度変化率の制御
が容易な機械的強度を大きくした多層基板用の低温焼結
磁器組成物を提供することを目的としている。
みてなされたもので、比較的低温で焼結可能で熱膨張係
数が小さく、誘電率の小さい、容量の温度変化率の制御
が容易な機械的強度を大きくした多層基板用の低温焼結
磁器組成物を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の多層基板用の低
温焼結磁器組成物は、コージェライトが４０〜８５重量
％、Ｂ2 Ｏ3 が１０〜４０重量％、及びＳｉＯ2 が５〜
５０重量％の組成物に対して針状のＴｉＯ2 を１５〜２
０重量％添加したことを特徴とする。
温焼結磁器組成物は、コージェライトが４０〜８５重量
％、Ｂ2 Ｏ3 が１０〜４０重量％、及びＳｉＯ2 が５〜
５０重量％の組成物に対して針状のＴｉＯ2 を１５〜２
０重量％添加したことを特徴とする。
【００１０】本発明においてコージェライト−Ｂ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 の三主成分の上記の組成範囲は図１の領域Ｂ
に示すものをさす。コージェライトとは、２ＭｇＯ・２
Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 、及びＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｉＯ2 の３成分からなる上記図２に示す領域Ａのものを
いう。
−ＳｉＯ2 の三主成分の上記の組成範囲は図１の領域Ｂ
に示すものをさす。コージェライトとは、２ＭｇＯ・２
Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 、及びＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｉＯ2 の３成分からなる上記図２に示す領域Ａのものを
いう。
【００１１】上記のように組成範囲を限定した理由は次
の通りである。コージェライトが４０重量％未満では機
械的強度が小さくなり、一方、８５重量％を超えると焼
結温度が高くなるからである。
の通りである。コージェライトが４０重量％未満では機
械的強度が小さくなり、一方、８５重量％を超えると焼
結温度が高くなるからである。
【００１２】また、Ｂ2 Ｏ3 が１０重量％未満では焼結
温度が高くなり、４０重量％を超えると多孔質になり機
械的強度が小さくなるからである。
温度が高くなり、４０重量％を超えると多孔質になり機
械的強度が小さくなるからである。
【００１３】また、添加物である針状ＴｉＯ2 が２０重
量％を超えると主成分がコージェライトリッチ系では焼
結温度が高くなり、主成分がＢ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 リッチ
系では機械的強度が低くなり、しかも、いずれの場合も
比抵抗が小さく誘電率が大きくなる。針状ＴｉＯ2 が５
重量％未満では添加の効果がなく機械的強度の向上がな
いと共に、１５重量％未満ではシリコンチップとの熱膨
張係数の差が大きくなり、シリコンチップにサ−マルシ
ョックを与えるおそれがあるからである。ここで、Ｔｉ
Ｏ2 を針状とするのは多層基板の脆性を向上させ、機械
的強度を向上させるためである。
量％を超えると主成分がコージェライトリッチ系では焼
結温度が高くなり、主成分がＢ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 リッチ
系では機械的強度が低くなり、しかも、いずれの場合も
比抵抗が小さく誘電率が大きくなる。針状ＴｉＯ2 が５
重量％未満では添加の効果がなく機械的強度の向上がな
いと共に、１５重量％未満ではシリコンチップとの熱膨
張係数の差が大きくなり、シリコンチップにサ−マルシ
ョックを与えるおそれがあるからである。ここで、Ｔｉ
Ｏ2 を針状とするのは多層基板の脆性を向上させ、機械
的強度を向上させるためである。
【００１４】
【作用】本発明に係る多層基板用の低温焼結磁器組成物
は、上記のようにコージェライト−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2
系材料に針状ＴｉＯ2 を添加して構成しており、これは
比較的低温で焼結可能で、熱膨張係数の小さい、機械的
強度の大きい、誘電率が小さい基板を製造できる。しか
も、ＴｉＯ2 は負の温度係数をもつ材料であり、温度係
数は±０に近づいてゆくはずであることから、コージェ
ライト−Ｂ2 Ｏ3−ＳｉＯ2 系材料に針状ＴｉＯ2 を添
加した磁器組成物は、温度係数を制御することができ、
容量の温度変化率の制御が容易となり、広い周波数帯に
おいて品質を安定させることができる。
は、上記のようにコージェライト−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2
系材料に針状ＴｉＯ2 を添加して構成しており、これは
比較的低温で焼結可能で、熱膨張係数の小さい、機械的
強度の大きい、誘電率が小さい基板を製造できる。しか
も、ＴｉＯ2 は負の温度係数をもつ材料であり、温度係
数は±０に近づいてゆくはずであることから、コージェ
ライト−Ｂ2 Ｏ3−ＳｉＯ2 系材料に針状ＴｉＯ2 を添
加した磁器組成物は、温度係数を制御することができ、
容量の温度変化率の制御が容易となり、広い周波数帯に
おいて品質を安定させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。コージェ
ライトの原料、ＭｇＯ又はＭｇＣＯ3 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ
2 Ｏ3 を所定の組成に秤量し、混合した。この混合物を
１３５０〜１４００℃で仮焼し、図２で示したコージェ
ライト組成の仮焼物を得た。この仮焼物を粉砕してコー
ジェライト原料粉とした。次に、このコージェライト原
料粉と、他の主成分構成材料のＢ2 Ｏ3 又はＢＮ，Ｂ4
Ｃ及びＳｉＯ2 並びに添加物構成材料の針状ＴｉＯ2 を
準備し、表１に示す組成の磁器が得られるように秤量し
混合した。
ライトの原料、ＭｇＯ又はＭｇＣＯ3 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ
2 Ｏ3 を所定の組成に秤量し、混合した。この混合物を
１３５０〜１４００℃で仮焼し、図２で示したコージェ
ライト組成の仮焼物を得た。この仮焼物を粉砕してコー
ジェライト原料粉とした。次に、このコージェライト原
料粉と、他の主成分構成材料のＢ2 Ｏ3 又はＢＮ，Ｂ4
Ｃ及びＳｉＯ2 並びに添加物構成材料の針状ＴｉＯ2 を
準備し、表１に示す組成の磁器が得られるように秤量し
混合した。
【００１６】そして、この混合粉を８００〜９００℃の
温度に保持して仮焼して粉砕した。この粉末に有機バイ
ンダーを加えて混練してスラリーを作製し、このスラリ
ーをドクターブレード法にて厚さ１mm，のシート状に成
形した。このセラミックグリーンシートを縦３０mm×横
１０mmの大きさに切断し、水蒸気中を通過させた窒素を
キャリヤガスとする窒素−水蒸気の還元性もしくは非酸
化性雰囲気中９００℃の温度で、有機バインダ成分を燃
焼させ、これを表１に示す各温度で、１時間焼成して磁
器を得た。
温度に保持して仮焼して粉砕した。この粉末に有機バイ
ンダーを加えて混練してスラリーを作製し、このスラリ
ーをドクターブレード法にて厚さ１mm，のシート状に成
形した。このセラミックグリーンシートを縦３０mm×横
１０mmの大きさに切断し、水蒸気中を通過させた窒素を
キャリヤガスとする窒素−水蒸気の還元性もしくは非酸
化性雰囲気中９００℃の温度で、有機バインダ成分を燃
焼させ、これを表１に示す各温度で、１時間焼成して磁
器を得た。
【００１７】また、上記セラミックグリーンシートを縦
３mm×横４０mmの大きさの角板状に切断し、これを積層
して２００kg／cm2 で加圧し、約４mm×３mm×４０mmの
角柱状に成形した後、これを上記の条件で焼成して磁器
を得、熱膨張率、抗折強度など測定用の試料とした。
３mm×横４０mmの大きさの角板状に切断し、これを積層
して２００kg／cm2 で加圧し、約４mm×３mm×４０mmの
角柱状に成形した後、これを上記の条件で焼成して磁器
を得、熱膨張率、抗折強度など測定用の試料とした。
【００１８】このようにして得た各試料についての各特
性の測定結果を、組成等とともに表１に併せて示す。
性の測定結果を、組成等とともに表１に併せて示す。
【００１９】なお、表１には、比較のため、本発明の範
囲外のＴｉＯ2 を添加しない従来例を１３〜１５に示す
とともに、針状の代わりに球状のＴｉＯ2 を添加した場
合の抗折強度を併せて示した。また、表中のＴｉＯ2 の
添加量は、外掛けの重量％であり、より具体的にはコー
ジェライト中への添加量とＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 中への添
加量とを加えたものである。
囲外のＴｉＯ2 を添加しない従来例を１３〜１５に示す
とともに、針状の代わりに球状のＴｉＯ2 を添加した場
合の抗折強度を併せて示した。また、表中のＴｉＯ2 の
添加量は、外掛けの重量％であり、より具体的にはコー
ジェライト中への添加量とＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 中への添
加量とを加えたものである。
【００２０】
【表１】
【００２１】比誘電率は周波数１ＭＨｚで測定した値で
ある。比抵抗は試料に直流電圧１００ボルトを印加した
ときの値である。線熱膨張係数αは次式により算出す
る。 α＝｛ΔＬ／Ｌ（Ｔ2 −Ｔ1 ）｝＋αＳｉＯ2 ただし、ΔＬ：加熱による試料の見掛けの伸び(mm) Ｌ ：室温での試料の長さ(mm) Ｔ1 ：室温（℃） Ｔ2 ：５００（℃） αＳｉＯ2 ：石英ガラスの熱膨張係数 である。
ある。比抵抗は試料に直流電圧１００ボルトを印加した
ときの値である。線熱膨張係数αは次式により算出す
る。 α＝｛ΔＬ／Ｌ（Ｔ2 −Ｔ1 ）｝＋αＳｉＯ2 ただし、ΔＬ：加熱による試料の見掛けの伸び(mm) Ｌ ：室温での試料の長さ(mm) Ｔ1 ：室温（℃） Ｔ2 ：５００（℃） αＳｉＯ2 ：石英ガラスの熱膨張係数 である。
【００２２】また、抗折強度はＪＩＳ規格（Ｒ１６０
１）の３点曲げ法にしたがって測定した値であり、気孔
率はアルキメデス法で測定した密度より算出した値であ
る。
１）の３点曲げ法にしたがって測定した値であり、気孔
率はアルキメデス法で測定した密度より算出した値であ
る。
【００２３】以上の結果から明らかなように、本発明に
係る多層基板用の低温焼結磁器組成物によれば、焼結温
度１０２０〜９００℃と従来の１５００〜１６００℃に
比べて低い温度で焼結でき、気孔率が１〜６％と小さ
い。このように低い温度で焼結できるので、回路パター
ンを形成するための導電材料として、Ａｇ，Ａｇ−Ｐ
ｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等を使用することができ、コストダウン
が図れる。また抗折強度は２６００〜３０００kg／cm2
と大きく、容量の温度変化率は９０ｐｐｍ／℃以下と低
いとともに、ＴｉＯの添加量を増すと小さくなってお
り、容量の温度変化率の制御が容易である。熱膨張係数
が３．５〜３．７×１０-6／℃、比誘電率が４．７〜
５．９と充分に小さく要求を満足し、さらに比抵抗が１
０13以上と大きい。本発明によれば、高周波域でも安定
した品質が維持でき、大きい曲げ応力に耐えることがで
き、半導体を構成するシリコンチップにサーマルストレ
スによりクラックが発生するのを防ぐことができ、回路
の内部を伝播する信号の遅延時間を小さくできる多層基
板用の低温焼結磁器組成物を得ることができる。
係る多層基板用の低温焼結磁器組成物によれば、焼結温
度１０２０〜９００℃と従来の１５００〜１６００℃に
比べて低い温度で焼結でき、気孔率が１〜６％と小さ
い。このように低い温度で焼結できるので、回路パター
ンを形成するための導電材料として、Ａｇ，Ａｇ−Ｐ
ｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等を使用することができ、コストダウン
が図れる。また抗折強度は２６００〜３０００kg／cm2
と大きく、容量の温度変化率は９０ｐｐｍ／℃以下と低
いとともに、ＴｉＯの添加量を増すと小さくなってお
り、容量の温度変化率の制御が容易である。熱膨張係数
が３．５〜３．７×１０-6／℃、比誘電率が４．７〜
５．９と充分に小さく要求を満足し、さらに比抵抗が１
０13以上と大きい。本発明によれば、高周波域でも安定
した品質が維持でき、大きい曲げ応力に耐えることがで
き、半導体を構成するシリコンチップにサーマルストレ
スによりクラックが発生するのを防ぐことができ、回路
の内部を伝播する信号の遅延時間を小さくできる多層基
板用の低温焼結磁器組成物を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明に係る多層基板用の低温焼結磁器
組成物は、比較的低温で焼結可能でコストダウンが図
れ、熱膨張係数が小さくてほぼシリコンのそれに等し
く、誘電率が小さい、容量の温度変化率の制御が容易で
機械的強度の大きい多層基板を得ることができる。その
結果、多層基板を用いた電子部品で、広い周波数帯域に
おいて品質が安定し、半導体を構成するシリコンチップ
にサーマルストレスによりクラックが発生するのを防ぐ
ことができ、回路の内部を伝播する信号の遅延時間を小
さくできる。
組成物は、比較的低温で焼結可能でコストダウンが図
れ、熱膨張係数が小さくてほぼシリコンのそれに等し
く、誘電率が小さい、容量の温度変化率の制御が容易で
機械的強度の大きい多層基板を得ることができる。その
結果、多層基板を用いた電子部品で、広い周波数帯域に
おいて品質が安定し、半導体を構成するシリコンチップ
にサーマルストレスによりクラックが発生するのを防ぐ
ことができ、回路の内部を伝播する信号の遅延時間を小
さくできる。
【図１】本発明に係る低温焼結磁器組成物のコージェラ
イト−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 ３成分系の組成範囲を示す図
である。
イト−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 ３成分系の組成範囲を示す図
である。
【図２】コージェライトの範囲を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−64059（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/195
Claims (1)
- 【請求項１】 コージェライトが４０〜８５重量％、Ｂ
2 Ｏ3 が１０〜４０重量％、及びＳｉＯ2 が５〜５０重
量％の組成物に対して針状のＴｉＯ2 を１５〜２０重量
％添加したことを特徴とする多層基板用の低温焼結磁器
組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04304648A JP3120603B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 多層基板用の低温焼結磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04304648A JP3120603B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 多層基板用の低温焼結磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128026A JPH06128026A (ja) | 1994-05-10 |
| JP3120603B2 true JP3120603B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=17935565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04304648A Expired - Fee Related JP3120603B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 多層基板用の低温焼結磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3120603B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112537949A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-03-23 | 蔡国凤 | 微波陶瓷材料及其制备方法 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP04304648A patent/JP3120603B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06128026A (ja) | 1994-05-10 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |