JP3510945B2 - Manufacturing method of green sheet for ceramic substrate - Google Patents

Manufacturing method of green sheet for ceramic substrate

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JP3510945B2
JP3510945B2 JP33335895A JP33335895A JP3510945B2 JP 3510945 B2 JP3510945 B2 JP 3510945B2 JP 33335895 A JP33335895 A JP 33335895A JP 33335895 A JP33335895 A JP 33335895A JP 3510945 B2 JP3510945 B2 JP 3510945B2
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線基板や半
導体素子収納用パッケージの絶縁基板として有用なガラ
スセラミックスからなるセラミック基板用グリーンシー
トの製造方法に関するものである。 【0002】 【従来技術】一般に、セラミック基板用グリーンシート
は、セラミックス粉末を含むスラリーをドクターブレー
ド法によりフィルム上に均一に載せ、そのスラリーを乾
燥させることによって得ることができる。このスラリー
には、セラミックス粉末の他に有機バインダー、可塑剤
及び溶剤等が添加される。 【0003】セラミックス粉末に添加される有機バイン
ダーとしては、従来よりPVB(ポリビニルブチラー
ル)が一般的に使用されていたが、PVBは非酸化性雰
囲気で脱脂を行う際、熱分解性不良が生じ、残留カーボ
ンにより外観不良や電気特性が低下する等の問題が生じ
るために、近年においては熱分解性に優れるアクリル系
樹脂の使用に移行しつつあり、とりわけ、官能基として
カルボキシル基を有するアクリル系樹脂は、分散性に優
れたものとして知られている。 【0004】また、最近では、良電気伝導性のCuから
なる配線層と同時焼成可能な低温焼成基板材料として、
ガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物を成形
してグリーンシートを作製し、これを焼成した、いわゆ
るガラスセラミック基板が開発されている。このガラス
セラミック基板用のグリーンシートを作製する場合にお
いても、有機バインダーとしてアクリル系樹脂が一般的
に用いられている。 【0005】ところが、従来のガラスセラミックスは、
強度が低く、有機樹脂系の外部電気回路基板に実装した
場合、熱膨張係数の差による応力によって電気的接続不
良が発生する等の問題があり、これに対して、本出願人
は、Li2 O等のアルカリ金属を含むアルカリ珪酸ガラ
スと、フォルステライト等のフィラー粉末を添加して焼
成し、アルカリ金属珪酸塩を析出させて、高強度化した
ガラスセラミックス材料を提案した。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】ところが、ガラスセラ
ミック基板のグリーンシート作製時に、熱分解性に優れ
る、例えば官能基としてカルボキシル基を有するアクリ
ル系樹脂を有機バインダーとして使用し、ガラス原料粉
末として前述したようなアルカリ珪酸ガラスを採用した
場合、アクリル系樹脂中の官能基のカルボキシル基とガ
ラス中のアルカリ成分の陽イオン間で相互作用が生じ、
その結果、スラリーがゲル化し易くなり、スラリーの分
散性が低下するために、シートにクラックが発生した
り、グリーンシートの充填率が低下し、焼成収縮のバラ
ツキによる製品の歩留りが低下する等の問題があった。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点に対して検討を重ねた結果、アルカリ珪酸ガラスはア
ルミナと比較して製造工程中において水蒸気を溶解し易
いために含水量が多く、その含水量はガラスの比表面積
が大きいほど多くなるという傾向にあることを突き止
め、用いるアルカリ珪酸ガラス粉末の比表面積を制御
し、粉末中の含水量を少なく制御することにより、スラ
リーのゲル化を防止できることを見出し、本発明に至っ
た。 【0008】即ち、本発明では、アルカリ珪酸ガラス粉
末とセラミック粉末の混合粉末に官能基としてカルボキ
シル基を含むアクリル系樹脂からなるバインダー及び溶
剤を添加したスラリーを調製し、該スラリーをシート状
に成形してグリーンシートを製造する方法であって、前
記アルカリ珪酸ガラスのBET比表面積が0.5〜3m
2/g、含水率が15000ppm以下であることを特
徴とするものであり、また、前記アルカリ珪酸ガラス粉
末の屈伏点が400℃〜800℃である。 【0009】 【作用】本発明によれば、アルカリ珪酸ガラス粉末とフ
ィラー粉末との混合物を用いてグリーンシートを製造す
るにあたり、アルカリ珪酸ガラス粉末のBET比表面積
を0.5〜3m2 /gとし、その含水量を15000p
pm以下とすることにより、カルボキシル基を含むアク
リル系樹脂の水によるカルボキシル基のイオン化が抑え
られ、スラリーがゲル化することなく、シートの充填率
を高めることができるとともに、シートにおけるクラッ
クの発生を防止し、グリーンシート製造時の歩留りを飛
躍的に向上することができる。これにより、ガラスセラ
ミック基板を安価に製造することができる。 【0010】 【発明の実施の形態】本発明のガラスセラミック焼結体
の製造方法によれば、原料としてガラス粉末とフィラー
粉末からなるものであるが、本発明によれば、ガラス粉
末は、リチウム珪酸ガラス、ソーダアルミニウム珪酸ガ
ラス等のアルカリ珪酸ガラスを用いる。 【0011】このようなアルカリ珪酸ガラスを用いる理
由は、有機樹脂系の外部電気回路基板に実装した場合の
熱膨張差を小さくするために、熱膨張係数がおよそ13
ppm/℃の高熱膨張係数を有するリチウム珪酸やソー
ダアルミニウム珪酸を析出させることにより、ガラスセ
ラミック焼結体自体を高熱膨張化させるためである。 【0012】また、本発明によれば、上記アルカリ珪酸
ガラスのBET比表面積は0.5〜3m2 /gであるこ
とが重要である。これは、ガラス中の含水量を1500
0ppm以下に制御するために必要であり、比表面積が
0.5m2 /gより小さい場合、焼成後緻密な焼結体を
得ることができなくなり、比表面積が3m2 /gを越え
る場合、ガラスの含水量が15000ppmを越えるた
めスラリーがゲル化し易くなり、グリーンシートの製造
時の歩留りが低下する。特に、ガラスのBET比表面積
は1〜2.5m2 /g、含水量は10000ppm以下
であることが望ましい。この含水量は、BET比表面積
と大きくなるに従い大きくなる傾向にあるために、含水
量を15000ppm以下に制御するには、ガラスの粉
砕によって、BET比表面積を3m2 /g以下とするこ
とにより調整できる。 【0013】また、上記ガラス粉末は、屈伏点が400
℃〜770℃であることが望ましい。これは、ガラスお
よびフィラーからなる混合物を成形する場合、有機樹脂
等の成形用バインダーを添加するが、このバインダーを
効率的に除去するとともに、絶縁基体と同時に焼成され
るメタライズとの焼成条件のマッチングを図るために必
要であり、屈伏点が400℃より低いとガラスが低い温
度で焼結が開始されるために、例えばAg、Cu等の焼
結開始温度がおよそ600〜800℃のメタライズとの
同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で開始す
るためにバインダーは分解揮散できなくなりバインダー
成分が残留し特性に影響を及ぼす結果になるためであ
る。一方、屈伏点が770℃より高いとガラスの配合量
を50体積%以上と多くしないと焼結しにくくなるた
め、高価な結晶性ガラスを大量に必要とするために焼結
体のコストを高めることになる。好適には屈伏点は、4
00〜650℃である。 【0014】本発明において用いられるガラスとして
は、具体的には、アルカリ金属酸化物、例えば、Li2
OやNa2 Oを5〜30重量%、特に5〜20重量%の
量で含有するアルカリ珪酸ガラスを用いるが、好適に
は、強度を高めるためには、特にアルカリ珪酸あるいは
アルカリアルミニウム珪酸を形成するために、SiO2
がガラス全量中60〜85重量%の割合で存在し、Si
2 とアルカリ金属酸化物とを合量で65〜95重量%
含み、さらにAl2 3 、MgO、TiO2 、Na
2 O、K2 O、ZnO、P2 5 、F、CaO等の1種
以上を含むアルカリ珪酸系ガラス、特に、焼結過程でア
ルカリ珪酸やアルカリアルミニウム珪酸が析出可能な結
晶化ガラスを用いることが望ましい。なお、これらガラ
ス中には、B2 3 は1重量%以下であることが望まし
い。また、用いるガラス粉末の40℃〜400℃におけ
る線熱膨張係数が6〜18ppm/℃、特に7〜13p
pm/℃であることが望ましい。 【0015】なお、ガラス中のアルカリ金属酸化物の含
有量を上記の範囲に限定したのは、5重量%より少ない
と、焼成時にアルカリ珪酸の結晶の生成量が少なくなり
高強度化および高熱膨張化が望めず、30重量%より多
いと誘電損失が100×10-4を越える等、基板として
の良好な特性が望めないためである。 【0016】一方、上記のガラス粉末とともに混合する
フィラー粉末としては、アルミナ、シリカ、石英、クォ
ーツ、クリストバライト、フォルステライト、ムライ
ト、マグネシア、ペタライト、スピネル、ワラストナイ
ト、ネフェリン、エンスタタイト、ガーナイト等が挙げ
られるが、これらの中でも40℃〜400℃における線
熱膨張係数が6ppm/℃以上の金属酸化物として、フ
ォルステライト(2MgO・SiO2 、線熱膨張係数1
0ppm/℃)、クォーツ(SiO2 、線熱膨張係数1
5ppm/℃)、クリストバライト(SiO2 、線熱膨
張係数20ppm/℃)、ウォラストナイト(CaO・
SiO2 、線熱膨張係数9ppm/℃)、ペタライト
(LiAlSi4 10、線熱膨張係数8ppm/℃)、
マグネシア(MgO、線熱膨張係数9ppm/℃)、ネ
フェリン(Na2 O・Al2 3 ・SiO2 、線熱膨張
係数9ppm/℃)、アルミナ(Al2 3 、線熱膨張
係数7ppm/℃)等の少なくとも1種を含めることに
より、焼結体全体の線熱膨張係数を8〜18ppm/℃
の範囲で容易に制御することが可能となる。 【0017】上記のように各粉末の熱膨張係数が上記範
囲を逸脱するとガラス粉末とセラミックス粉末との熱膨
張差が生じ、焼結体の強度低下の原因となる。また、セ
ラミックス粉末の線熱膨張係数が6ppm/℃未満で
は、焼結体の線熱膨張係数を8〜18ppm/℃にする
ことも困難となる場合がある。 【0018】また、上記アルカリ珪酸ガラス粉末とフィ
ラー粉末とは、ガラス粉末20〜80体積%、フィラー
粉末80〜20体積%の割合で混合する。これは、本発
明において用いられるガラスは、フィラー無添加では収
縮開始温度が700℃以下で、800℃以上ではガラス
の一部が溶融してしまうためにメタライズ配線層を同時
に形成することが難しいためである。しかし、ガラス粉
末を20〜80体積%、フィラー粉末を80〜20体積
%の割合で混合することにより焼成温度において、結晶
の析出とフィラー成分を液相焼結させるための液相を形
成させることができる。また、成形体全体の収縮開始温
度を上昇させることができるため、このフィラーの含有
量の調整により用いるメタライズの種類によりメタライ
ズ配線層との同時焼成条件のマッチングを図ることがで
きる。 【0019】このガラスとフィラー成分の量を上記の範
囲に限定したのは、ガラス量が20体積%より少ない、
言い換えればフィラー成分が80体積%より多いと前記
ガラスを用いても十分な液相が生成されないため高温で
焼成する必要があり、その場合、メタライズ同時焼成に
おいてメタライズが溶融してしまう。また、ガラスが8
0体積%より多い、言い換えるとフィラー成分が20体
積%より少ないと焼結体の特性がガラスの特性に大きく
依存してしまい、材料特性の制御が困難となるととも
に、焼結開始温度が低くなるために配線導体と同時焼成
できないといった問題が生じ、また、原料のコストも高
くなる。 【0020】また、原料コストを下げるためには高価な
ガラスの含有量を減少させることが好ましく、特にガラ
ス粉末20〜50体積%、フィラー粉末50〜80体積
%、さらにガラス粉末20〜40体積%、フィラー粉末
60〜80体積%であるのがよい。 【0021】上記の配合組成において、このフィラー成
分は、ガラスの屈伏点に応じ、その量を適宜調整するこ
とが望ましい。即ち、ガラスの屈伏点が400℃〜65
0℃と低い場合、低温での焼結性が高まるためフィラー
の含有量は50〜80体積%の比較的多く配合できる。
これに対して、結晶性ガラスの屈伏点が650℃〜77
0℃と高い場合、焼結性が低下するためフィラーの含有
量は20〜50体積%の比較的少なく配合することが望
ましい。 【0022】上記のガラス粉末とフィラー粉末を用いて
配線基板を製造するためのグリーンシートを製造を作製
するには、上述の比率で混合した混合粉末に適当な有機
樹脂バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合してスラリー
を調製する。 【0023】用いる有機樹脂系バインダーとしては、ア
クリル系樹脂を用いる。これは、アクリル系樹脂は、他
の有機樹脂に比較してCu等との同時焼成時に非酸化性
雰囲気中でバインダーの除去を行う場合において、分解
除去性がよく、炭素の残留がほとんどないためである。
また、カルボキシル基を官能基として有することによ
り、セラミック粉末を分散性を向上させることができ
る。具体的な、アクリル系樹脂としては、アクリル樹
脂、アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステ
ル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステ
ル共重合体等が用いられ、これらを構成するモノマーと
しては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、
アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸、メタク
リル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチ
ル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタアクリル酸2−
エチルヘキシル等が挙げられる。 【0024】これらのモノマーに対して、カルボキシル
基を有するモノマーを重合させることにより、官能基と
してカルボキシル基を有するアクリル系樹脂が得られ
る。 【0025】また、可塑剤としては、グリーンシートの
柔軟性が悪化することを避けるために可塑化効率の高い
もの、即ち少量の添加により可塑性を発現し得るものを
選択することが望ましい。この条件を満たす可塑剤とし
て、アジピン酸エステル類あるいはフタル酸エステル類
を用いると良い。 【0026】さらに、溶剤としては、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の芳香族系溶剤、メタノール、エタノー
ル、イソプロピルアルコール(IPA)、ブタノール等
のアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、
メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、の単独ある
いは混合系で使用することができる。 【0027】これらは、ガラス−セラミック混合粉末に
対して、上記バインダーが5〜30重量%、可塑剤が3
〜20重量%、溶剤が30〜80重量%の割合で混合し
てこれをボールミル等により十分に混合することにより
スラリーを調製できる。この時のスラリーの粘度は10
〜50ポイズが適当である。 【0028】次に得られたスラリーを用いて、ドクター
ブレード法、プレス成形法、圧延法、カレンダーロール
法などの公知の方法に基づき、シート状の成形体(グリ
ーンシート)を作製することができる。 【0029】本発明によれば、このようにして得られる
グリーンシートの充填率、即ち、粉体の理論密度に対す
るグリーンシートの粉体密度が50%以上であり、且つ
シートに外観上、クラックや割れ等が発生していないこ
とが必要であり、この充填率が50%より低いと焼成収
縮が大きくなるためにこの充填率と外観検査によって良
品のシートが選別される。 【0030】なお、このグリーンシートを用いて、配線
基板を具体的に作製するには、グリーンシートの表面に
配線層を形成するために適当な金属粉末、例えば銅粉末
に有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して得たメ
タライズペーストをスクリーン印刷法、オフセット印刷
法等により塗布する。さらに、必要により、スルーホー
ルを形成してメタライズペーストを充填した後、複数の
グリーンシートを積層し圧着した後、焼成する。 【0031】焼成にあたっては、まず有機樹脂バインダ
ーの除去を行うが、配線導体としてCuを用いる場合に
は、水蒸気を含有する100〜800℃の窒素雰囲気中
で行われる。その後の焼成は、850〜1050℃のN
2 、Ar等の非酸化性雰囲気中で行われる。特に、配線
基板の作製にあたって、Cu等のメタライズと同時焼成
を行う場合、配合するガラスの屈伏点は400℃〜65
0℃、フィラーの含有量は50〜80体積%であること
が望ましい。 【0032】 【実施例】 実施例1 アルカリ珪酸ガラスとして、重量比率で リチウム珪酸ガラス 74%SiO2 −14%Li2 O−4%Al2 3 −2
%P2 5−2%K2 O−2%ZnO−2%Na2
(屈伏点480℃) ソーダアルミニウム珪酸ガラス 34%SiO2 −15%Na2 O−15%Al2 3
17%P2 5−8%K2 O−11%ZnO(屈伏点6
00℃) の2種の組成からなるガラスについて、BET比表面
積、含水量の異なる複数種のガラスを準備した。これら
のガラスのBET比表面積はガス吸着法により、含水量
は昇温脱離ガス分析法により測定した。このガラスに対
して表1に示す調合組成になるように種々のフィラー粉
末を秤量混合した。 【0033】また、この混合粉末100gに対して、官
能基としてカルボキシル基を含むイソブチルメタクリレ
ート(i−BMA)またはノルマルブチルメタクリレー
ト(n−BMA)の有機樹脂を12g、可塑剤としてジ
ブチルフタレート(DBP)を10g、溶剤としてトル
エンを55g、イソプロピルアルコールを5g加え、ボ
ールミルで24時間混合しスラリーとした。得られたス
ラリーに対して、粘度をせん断速度10S-1で測定し
た。このスラリーをドクターブレード法により、0.2
mmの厚さに成形してグリーンシートを作製した。な
お、有機樹脂として、試料No.1〜14は、上記i−B
MAを、試料No.15〜19は上記n−BMAをそれぞ
れ用いた。 【0034】得られたグリーンシートに対して、シート
の充填率について評価した。なお、充填率は、グリーン
シートを35mm×30mm角に切り出し、厚みと重量
を測定してグリーンシート密度を求め、原料粉末の比重
から充填率を求めた。また、各試料について20枚のシ
ートを作製し、シートの外観検査の結果、クラックの発
生が観察されたものの数を調べた。結果は表1に示し
た。 【0035】 【表1】 【0036】表1の結果から明らかなように、BET比
表面積が3m2 /gを越える試料No.3、6、10、1
3、14、18、19は、いずれも含水量が15000
ppmを越えるものであり、その結果、スラリーの粘度
が50ポイズ以上と高く、充填率が低いものであり、ま
た外観検査においてもクラックの発生が多数認められ
た。 【0037】これに対して、本発明の試料は、いずれも
スラリー粘度50ポイズ以下、充填率50%以上のもの
であり、クラックの発生もほとんど観察されず、歩留り
の高いシートの製造が可能であった。 【0038】また、本発明のグリーンシートに対して、
730℃の窒素雰囲気中でバインダーの除去を行った結
果、いずれも残留炭素が検出されず、バインダーの分解
除去性に優れたものであった。 【0039】 【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ア
ルカリ珪酸ガラスとフィラーとからなるガラスセラミッ
ク基板の製造にあたり、アルカリ珪酸ガラスの比表面積
及び含水量を制御することにより、充填率の良好な、ク
ラック等の発生のないグリーンシートを得ることができ
る。これによりグリーンシートの製造時の歩留りを向上
し、安価な基板を製造することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a green sheet for a ceramic substrate made of glass ceramic which is useful as an insulating substrate for a multilayer wiring substrate or a package for housing semiconductor elements. It is. [0002] Generally, a green sheet for a ceramic substrate can be obtained by uniformly placing a slurry containing ceramic powder on a film by a doctor blade method and drying the slurry. To this slurry, an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like are added in addition to the ceramic powder. [0003] PVB (polyvinyl butyral) has been generally used as an organic binder to be added to ceramic powder. However, when degreasing is performed in a non-oxidizing atmosphere, PVB has poor thermal decomposition properties. In recent years, the use of acrylic resins having excellent thermal decomposability has been shifting to the use of acrylic resins having excellent thermal decomposability, especially acrylic resins having a carboxyl group as a functional group due to problems such as poor appearance and deterioration of electrical characteristics due to residual carbon. Are known as having excellent dispersibility. Recently, as a low-temperature fired substrate material which can be fired simultaneously with a wiring layer made of Cu having good electric conductivity,
A so-called glass-ceramic substrate has been developed in which a mixture of glass powder and ceramic filler powder is molded to produce a green sheet, which is fired. Also in the case of producing a green sheet for a glass ceramic substrate, an acrylic resin is generally used as an organic binder. However, conventional glass ceramics are:
Strength is low, if it is mounted on an external electric circuit board of the organic resin, there is such an electrical connection failure is caused by stress due to difference in thermal expansion coefficient in question, whereas, the applicant, Li 2 An alkali silicate glass containing an alkali metal such as O and a filler powder such as forsterite were added and fired to precipitate an alkali metal silicate, and a glass ceramic material with high strength was proposed. However, when a green sheet of a glass ceramic substrate is produced, an acrylic resin having excellent thermal decomposability, for example, having a carboxyl group as a functional group, is used as an organic binder, and a glass raw material powder is used. When an alkali silicate glass as described above is employed, an interaction occurs between a carboxyl group of a functional group in the acrylic resin and a cation of an alkali component in the glass,
As a result, the slurry is easily gelled, and the dispersibility of the slurry is reduced, so that cracks are generated in the sheet, the filling rate of the green sheet is reduced, and the product yield is reduced due to variation in shrinkage during firing. There was a problem. The inventors of the present invention have studied the above problems and found that alkali silicate glass is more likely to dissolve water vapor during the manufacturing process than alumina. The water content is high, the water content is found to tend to increase as the specific surface area of the glass increases, the specific surface area of the alkali silicate glass powder used is controlled, and the water content in the powder is controlled to be small, The present inventors have found that gelation of the slurry can be prevented, and have reached the present invention. That is, in the present invention, a slurry is prepared by adding a binder and a solvent comprising an acrylic resin containing a carboxyl group as a functional group to a mixed powder of an alkali silicate glass powder and a ceramic powder, and forming the slurry into a sheet. And producing a green sheet, wherein the alkali silicate glass has a BET specific surface area of 0.5 to 3 m.
2 / g and a water content of 15000 ppm or less, and the alkali silicate glass powder has a yield point of 400 ° C. to 800 ° C. According to the present invention, in producing a green sheet using a mixture of an alkali silicate glass powder and a filler powder, the BET specific surface area of the alkali silicate glass powder is set to 0.5 to 3 m 2 / g. , Its water content is 15000p
pm or less, ionization of the carboxyl group by water of the acrylic resin containing a carboxyl group can be suppressed, the slurry can be prevented from gelling, the sheet filling rate can be increased, and cracks in the sheet can be reduced. This can significantly improve the yield during green sheet production. Thus, the glass ceramic substrate can be manufactured at low cost. [0010] According to the method for producing a glass ceramic sintered body of the present invention, a glass powder and a filler powder are used as raw materials. According to the present invention, the glass powder is made of lithium. An alkali silicate glass such as a silicate glass or a soda aluminum silicate glass is used. The reason for using such an alkali silicate glass is that the coefficient of thermal expansion is about 13 in order to reduce the difference in thermal expansion when mounted on an organic resin-based external electric circuit board.
This is for increasing the thermal expansion of the glass ceramic sintered body itself by precipitating lithium silicic acid or soda aluminum silicic acid having a high thermal expansion coefficient of ppm / ° C. According to the present invention, it is important that the alkali silicate glass has a BET specific surface area of 0.5 to 3 m 2 / g. This means that the water content in the glass is 1500
When the specific surface area is less than 0.5 m 2 / g, it is not possible to obtain a dense sintered body after firing, and when the specific surface area exceeds 3 m 2 / g, the glass is required. Has a water content of more than 15000 ppm, the slurry is apt to gel, and the yield during the production of green sheets is reduced. In particular, it is desirable that the glass has a BET specific surface area of 1 to 2.5 m 2 / g and a water content of 10,000 ppm or less. Since the water content tends to increase as the BET specific surface area increases, the water content is controlled to 15000 ppm or less by adjusting the BET specific surface area to 3 m 2 / g or less by grinding glass. it can. The glass powder has a yield point of 400.
C. to 770.degree. C. is desirable. This is because when molding a mixture consisting of glass and filler, a molding binder such as an organic resin is added. This binder is efficiently removed, and the firing conditions are matched with the metallization fired simultaneously with the insulating substrate. If the yield point is lower than 400 ° C., the glass starts sintering at a low temperature. For example, the sintering start temperature of Ag, Cu, etc. is about 600 to 800 ° C. This is because simultaneous firing cannot be performed, and densification of the molded body starts at a low temperature, so that the binder cannot be decomposed and volatilized, resulting in a binder component remaining and affecting properties. On the other hand, if the yield point is higher than 770 ° C., sintering becomes difficult unless the compounding amount of the glass is increased to 50% by volume or more, so that a large amount of expensive crystalline glass is required, and the cost of the sintered body is increased. Will be. Preferably the yield point is 4
00-650 ° C. As the glass used in the present invention, specifically, an alkali metal oxide such as Li 2
Alkali silicate glass containing O or Na 2 O in an amount of 5 to 30% by weight, particularly 5 to 20% by weight is used. In order to increase the strength, alkali silicate or alkali aluminum silicate is preferably formed. in order to, SiO 2
Is present in a proportion of 60 to 85% by weight in the total amount of glass, and Si
65 to 95% by weight of O 2 and alkali metal oxide in total
Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , Na
Use alkali silicate glass containing at least one of 2 O, K 2 O, ZnO, P 2 O 5 , F, CaO, etc., particularly crystallized glass from which alkali silicate or alkali aluminum silicate can be precipitated in the sintering process. It is desirable. In these glasses, B 2 O 3 is desirably 1% by weight or less. The glass powder used has a coefficient of linear thermal expansion at 40 ° C. to 400 ° C. of 6 to 18 ppm / ° C., especially 7 to 13 p.
pm / ° C. The reason why the content of the alkali metal oxide in the glass is limited to the above range is that if the content is less than 5% by weight, the amount of crystals of alkali silicic acid generated during sintering decreases, resulting in high strength and high thermal expansion. This is because good properties as a substrate cannot be expected, such as a dielectric loss exceeding 100 × 10 −4 if the content is more than 30% by weight. On the other hand, the filler powder mixed with the above-mentioned glass powder includes alumina, silica, quartz, quartz, cristobalite, forsterite, mullite, magnesia, petalite, spinel, wollastonite, nepheline, enstatite, garnite and the like. Among these, as a metal oxide having a linear thermal expansion coefficient of 6 ppm / ° C. or more at 40 ° C. to 400 ° C., forsterite (2MgO · SiO 2 , linear thermal expansion coefficient 1)
0 ppm / ° C), quartz (SiO 2 , linear thermal expansion coefficient 1)
5 ppm / ° C.), cristobalite (SiO 2 , coefficient of linear thermal expansion 20 ppm / ° C.), wollastonite (CaO ·
SiO 2 , linear thermal expansion coefficient 9 ppm / ° C.), petalite (LiAlSi 4 O 10 , linear thermal expansion coefficient 8 ppm / ° C.),
Magnesia (MgO, linear thermal expansion coefficient 9 ppm / ° C), nepheline (Na 2 O · Al 2 O 3 · SiO 2 , linear thermal expansion coefficient 9 ppm / ° C), alumina (Al 2 O 3 , linear thermal expansion coefficient 7 ppm / ° C) ) Etc., so that the coefficient of linear thermal expansion of the entire sintered body is 8 to 18 ppm / ° C.
Can be easily controlled within the range. If the coefficient of thermal expansion of each powder deviates from the above range as described above, a difference in thermal expansion between the glass powder and the ceramic powder occurs, which causes a reduction in the strength of the sintered body. If the coefficient of linear thermal expansion of the ceramic powder is less than 6 ppm / ° C., it may be difficult to make the coefficient of linear thermal expansion of the sintered body 8 to 18 ppm / ° C. The above-mentioned alkali silicate glass powder and filler powder are mixed at a ratio of 20 to 80% by volume of glass powder and 80 to 20% by volume of filler powder. This is because the glass used in the present invention has a shrinkage onset temperature of 700 ° C. or lower when no filler is added, and a part of the glass is melted at 800 ° C. or higher, so that it is difficult to simultaneously form a metallized wiring layer. It is. However, by mixing the glass powder at a ratio of 20 to 80% by volume and the filler powder at a ratio of 80 to 20% by volume, a liquid phase is formed at the firing temperature for crystal precipitation and liquid phase sintering of the filler component. Can be. In addition, since the shrinkage start temperature of the entire molded body can be increased, the co-firing condition with the metallized wiring layer can be matched by the type of metallization used by adjusting the content of the filler. The reason why the amounts of the glass and the filler component are limited to the above ranges is that the glass amount is less than 20% by volume,
In other words, if the filler component is more than 80% by volume, a sufficient liquid phase is not generated even if the glass is used, so that it is necessary to fire at a high temperature. In that case, the metallization is melted in the simultaneous firing of the metallization. Also, if the glass is 8
If the content is more than 0% by volume, in other words, if the filler component is less than 20% by volume, the properties of the sintered body greatly depend on the properties of the glass, making it difficult to control the material properties and lowering the sintering start temperature. Therefore, there arises a problem that it cannot be fired simultaneously with the wiring conductor, and the cost of the raw material also increases. In order to reduce the raw material cost, it is preferable to reduce the content of expensive glass, particularly, 20 to 50% by volume of glass powder, 50 to 80% by volume of filler powder, and 20 to 40% by volume of glass powder. And 60 to 80% by volume of the filler powder. In the above composition, the amount of the filler component is desirably adjusted appropriately according to the yield point of the glass. That is, the yield point of glass is 400 ° C. to 65 ° C.
When the temperature is as low as 0 ° C., the sinterability at a low temperature is increased, so that the content of the filler can be relatively large as 50 to 80% by volume.
On the other hand, the yield point of crystalline glass is 650 ° C. to 77 ° C.
If the temperature is as high as 0 ° C., the sinterability is reduced. Therefore, the content of the filler is desirably relatively low, ie, 20 to 50% by volume. In order to produce a green sheet for producing a wiring board using the above glass powder and filler powder, an appropriate organic resin binder, a plasticizer and a solvent are added to the mixed powder mixed in the above ratio. Add and mix to prepare a slurry. An acrylic resin is used as an organic resin binder to be used. This is because the acrylic resin has good decomposability and removal of carbon in the case of removing the binder in a non-oxidizing atmosphere at the same time as co-firing with Cu or the like compared to other organic resins, and there is almost no carbon residue. It is.
Further, by having a carboxyl group as a functional group, dispersibility of the ceramic powder can be improved. Specific examples of the acrylic resin include an acrylic resin, an acrylate copolymer, a methacrylate copolymer, an acrylate-methacrylate copolymer, and the like. Acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, cyclohexyl acrylate,
2-ethylhexyl acrylate, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 2-methacrylic acid
Ethylhexyl and the like. By polymerizing a monomer having a carboxyl group with these monomers, an acrylic resin having a carboxyl group as a functional group can be obtained. As the plasticizer, it is desirable to select a plasticizer having a high plasticizing efficiency, that is, a plasticizer which can exhibit plasticity by adding a small amount thereof, in order to avoid deterioration of the flexibility of the green sheet. As a plasticizer satisfying this condition, adipates or phthalates may be used. Examples of the solvent include aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA) and butanol; acetone, methyl ethyl ketone;
It can be used alone or in a mixture of ketone solvents such as methyl isobutyl ketone. These include 5 to 30% by weight of the binder and 3% of the plasticizer based on the glass-ceramic mixed powder.
A slurry can be prepared by mixing the solvent at a ratio of 20 to 20% by weight and a solvent at a ratio of 30 to 80% by weight, and sufficiently mixing the mixture with a ball mill or the like. At this time, the viscosity of the slurry is 10
~ 50 poise is appropriate. Next, a sheet-like molded body (green sheet) can be produced from the obtained slurry by a known method such as a doctor blade method, a press molding method, a rolling method, and a calender roll method. . According to the present invention, the filling rate of the green sheet obtained as described above, that is, the powder density of the green sheet with respect to the theoretical density of the powder is 50% or more, and the sheet has cracks and appearances in appearance. It is necessary that cracks and the like do not occur. If this filling ratio is lower than 50%, firing shrinkage becomes large. Therefore, non-defective sheets are selected by this filling ratio and appearance inspection. In order to specifically manufacture a wiring board using this green sheet, a metal powder suitable for forming a wiring layer on the surface of the green sheet, for example, copper powder, an organic binder, a plasticizer, A metallized paste obtained by adding and mixing a solvent is applied by a screen printing method, an offset printing method, or the like. Further, if necessary, after forming a through hole and filling with a metallizing paste, a plurality of green sheets are laminated, pressed and fired. In firing, first, the organic resin binder is removed. When Cu is used as the wiring conductor, the firing is performed in a nitrogen atmosphere at 100 to 800 ° C. containing water vapor. Subsequent firing is performed at 850 to 1050 ° C.
2. Performed in a non-oxidizing atmosphere such as Ar. In particular, when performing metallization of Cu or the like and simultaneous baking in the production of a wiring board, the sag point of the compounded glass is 400 ° C. to 65 ° C.
At 0 ° C., the content of the filler is desirably 50 to 80% by volume. Example 1 As alkali silicate glass, lithium silicate glass 74% SiO 2 -14% Li 2 O-4% Al 2 O 3 -2 by weight ratio
% P 2 O 5 -2% K 2 O-2% ZnO-2% Na 2 O
(Yield point 480 ° C) Soda aluminum silicate glass 34% SiO 2 -15% Na 2 O -15% Al 2 O 3
17% P 2 O 5 -8% K 2 O-11% ZnO (Yield point 6
(00 ° C.), a plurality of glasses having different BET specific surface areas and different water contents were prepared. The BET specific surface area of these glasses was measured by a gas adsorption method, and the water content was measured by a thermal desorption gas analysis method. Various filler powders were weighed and mixed with this glass so as to have the composition shown in Table 1. Further, for 100 g of the mixed powder, 12 g of an organic resin of isobutyl methacrylate (i-BMA) or normal butyl methacrylate (n-BMA) containing a carboxyl group as a functional group, and dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer were used. Was added as a solvent, 55 g of toluene as a solvent, and 5 g of isopropyl alcohol were added and mixed with a ball mill for 24 hours to form a slurry. The viscosity of the obtained slurry was measured at a shear rate of 10S -1 . This slurry was prepared by the doctor blade method for 0.2
A green sheet was formed by molding to a thickness of mm. In addition, as an organic resin, the samples No. 1 to 14
MA was used, and the above n-BMA was used for Sample Nos. 15 to 19, respectively. The obtained green sheet was evaluated for sheet filling rate. The filling rate was determined by cutting a green sheet into a square of 35 mm × 30 mm, measuring the thickness and weight to determine the green sheet density, and determining the filling rate from the specific gravity of the raw material powder. In addition, 20 sheets were prepared for each sample, and as a result of the appearance inspection of the sheets, the number of the cracks observed was examined. The results are shown in Table 1. [Table 1] As is clear from the results in Table 1, the samples No. 3, 6, 10, 1 having a BET specific surface area of more than 3 m 2 / g.
Each of 3, 14, 18, and 19 has a water content of 15000.
ppm, and as a result, the viscosity of the slurry was as high as 50 poise or more, the filling rate was low, and many cracks were observed in the appearance inspection. On the other hand, all of the samples of the present invention have a slurry viscosity of 50 poise or less and a filling rate of 50% or more, almost no occurrence of cracks is observed, and a sheet with a high yield can be produced. there were. Further, with respect to the green sheet of the present invention,
As a result of removing the binder in a nitrogen atmosphere at 730 ° C., no residual carbon was detected in any case, and the binder was excellent in decomposing and removing properties. As described in detail above, according to the present invention, in the production of a glass ceramic substrate comprising an alkali silicate glass and a filler, the specific surface area and the water content of the alkali silicate glass are controlled. A green sheet having a good filling rate and free from cracks or the like can be obtained. Thereby, the yield at the time of manufacturing the green sheet can be improved, and an inexpensive substrate can be manufactured.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−51346(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/00 - 35/22 (56) References JP-A-64-51346 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/00-35/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】アルカリ珪酸ガラス粉末とセラミック粉末
の混合粉末に官能基としてカルボキシル基を含むアクリ
ル系樹脂からなるバインダー及び溶剤を添加したスラリ
ーを調製し、該スラリーをシート状に成形してグリーン
シートを製造する方法であって、前記アルカリ珪酸ガラ
スのBET比表面積が0.5〜3m2/g、含水率が1
5000ppm以下であることを特徴とするセラミック
基板用グリーンシートの製造方法。
(57) [Claim 1] A slurry obtained by adding a binder and a solvent comprising an acryl-based resin having a carboxyl group as a functional group to a mixed powder of an alkali silicate glass powder and a ceramic powder. prepared, a method of manufacturing a green sheet by molding the slurry into a sheet, BET specific surface area of the alkali silicate glass 0.5-3 m 2 / g, moisture content 1
A method for producing a green sheet for a ceramic substrate, wherein the content is 5000 ppm or less.
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