JP3904919B2 - Method for manufacturing ceramic substrate and ceramic substrate - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層回路基板等に適用されるセラミック基板の製造方法およびセラミック基板に関するものであり、特にAgやCuと同時焼成が可能であり、有機樹脂からなるプリント基板に対して高い実装信頼性を持ち、高い耐衝撃性を持つセラミック基板の製造方法およびセラミック基板に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来、セラミック配線基板は、例えば、アルミナ等のセラミック層間にWやMo等の高融点金属からなる配線導体を形成して構成されており、その表面にLSI等の半導体素子を実装した配線基板として用いられてきた。
【0003】
近年、携帯電話をはじめとする移動体通信等の発達及び普及に伴い、通信機器や電子機器等の小型化、高機能化、低価格化、低電力化等が進められ、AuやAg、Cu、Pd、Pt等の低融点、低抵抗の導体材料と、ガラスセラミックス等の低温焼成セラミックスにより、共振器、コンデンサ、コイル、フィルタ等が形成されたセラミック配線基板が用いられてきている。
【0004】
従来、例えば、特開平4−292460号公報に開示された誘電体磁器組成物は、アノーサイト−チタン酸カルシウム系のガラスとTiO2からなるもので、低温焼成できるため導体としてAgやCu等の導体材料と同時焼成できるものであった。
【0005】
また、多層配線基板をマザーボードなどの有機樹脂を含むプリント基板に実装する上で、プリント基板との熱膨張差によって発生する応力のために実装部が剥離したりクラックが発生することを防止する観点から、多層配線基板の熱膨張係数がプリント基板のそれと近似していること、あるいは多層配線基板そのものの強度が高いことが望まれる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のガラスセラミックスは、AgやCu等の導体材料と同時焼成できるものの、熱膨張係数が5〜7ppm/℃と低く、プリント基板(熱膨張係数12〜15ppm/℃)に実装する場合に、実装の信頼性が低いものであった。
【0007】
また、従来のガラスセラミックスの強度は、せいぜい200MPa程度であり、上記の実装信頼性を満足できず、また、機械的強度が低いために落下衝撃などでクラックが発生する等の問題があった。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みて案出されたものであり、900〜1100℃程度の比較的低温でAg系やCu系、Au系等の導体金属と同時焼成でき、高い強度を有するセラミック基板の製造方法およびセラミック基板を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック基板の製造方法は、主たるセラミック組成物と、2〜15質量%のガラスとからなるセラミック基板用組成物と有機バインダーおよび溶剤とを混合してスラリーを調製する工程と、このスラリーをシート状に成形する工程と、シートに所望によりスルーホールを形成し、スルーホール内に金属ペーストを充填する工程と、スクリーン印刷によってシート表面に金属ペーストで回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンを形成した複数枚のシートを積層して積層体を作製する工程と、前記積層体を前記ガラスの軟化点未満の温度で焼成することによって最終的な収縮量の80%まで収縮させ、前記ガラスの軟化点以上の温度で前記ガラスを軟化させて気孔率が4%以下となるまで緻密化させる工程とを具備してなることを特徴とする。
【0010】
また、前記ガラスとして、少なくともSiO 2 −Al 2 O 3 −アルカリ土類酸化物を含むガラスを用いることが望ましい。
【0011】
また、80質量%以上のフィラーと、20質量%以下のガラスとからなる前記主たるセラミック組成物を用いることが望ましい。また、80質量%未満のフィラーと、20質量%を越えるガラスとからなる前記主たるセラミック組成物を用いることが望ましい。
【0012】
モル比による組成式を(1−X)MgTiO 3 ・XCaTiO 3 と表した時、前記Xが0≦X≦0.2を満足する成分と、該成分100質量部に対して、BをB 2 O 3 換算で3〜20質量部、アルカリ金属を炭酸塩換算で1〜10質量部、SiをSiO 2 換算で0.01〜5質量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で0.1〜5質量部の割合で含有するものである前記主たるセラミック組成物を用いることが望ましい。
【0013】
本発明のセラミック基板は、以上説明したセラミック基板の製造方法によって製造され、2GHzでの材料Q値が3000以上である結晶相を少なくとも1種以上含むことを特徴とする。
【0014】
また、本発明のセラミック基板は、少なくともMgTiO 3 、CaTiO 3 、Mg 2 SiO 4 、Mg 3 TiB 2 O 6 、Li 2 TiSiO 6 、Al 2 O 3 、ZrO 2 、CaZrO 3 、MgSiO 3 の群から選ばれる少なくとも1種の結晶相を含むことが望ましい。
【0015】
また、本発明のセラミック基板は、40〜400℃間の熱膨張係数が8×10 −6 /℃以上であることが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック基板の製造方法およびセラミック基板に用いるセラミック基板用組成物は、焼成過程において気孔率が10%以下になるまで収縮が可能な主セラミック組成物に対して、主セラミック組成物が単独で最終的な収縮量の80%進行した後に軟化するガラスを2〜15質量%添加してなるものである。
【0017】
ここで焼成過程において気孔率が10%以下になるまで収縮が可能な主たるセラミック組成物に対して、主たるセラミック組成物が単独で最終的な収縮量の80%進行した後に軟化するガラス(以下、高軟化点ガラスという。)を添加すると、焼成によって最終的な収縮量の80%進行した後、主セラミック組成物内に残存している空隙に上記高軟化点ガラスが軟化流動することによって、焼結体中に残存して機械的強度を低下させる破壊源となる気孔率を5%以下にすることができる。
【0018】
また、このガラスの添加量を2〜15質量%としたのは、2質量%未満では空隙を満たすに不十分なため気孔率が5%を越えてしまい、15質量%を越えると閉気孔を作りやすくなって逆に気孔率が5%を越えてしまい、いずれも三点曲げ強度が250MPa以上達成できなくなるからである。
【0019】
前記主たるセラミック組成物としては、ガラスとフィラーとの混合物からなり、その組成が、20質量%以下のガラスと80質量%以上のフィラーからなる組成物a、あるいは80質量%未満のフィラーと、20質量%を越えるガラスとからなる組成物bのいずれでも使用することができる。
主組成物a
主たるセラミック組成物aの組成例としては、モル比による組成式を
(1−X)MgTiO3・XCaTiO3
と表した時、前記Xが0≦X≦0.2を満足する成分と、該成分100質量部に対して、BをB2O3換算で3〜20質量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で1〜10質量部、SiをSiO2換算で0.01〜5質量部、さらにアルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で0.1〜5質量部含有する主たるセラミック組成物が挙げられる。かかる主たるセラミック組成物が単独で最終的な収縮量の80%進行した後に軟化するガラスを2〜15質量%添加してなるセラミック組成物を焼成することによって、気孔率が5%以下の磁器が得られる。
【0020】
ここでXを0≦X≦0.2としたのは、Xが0.2を越える場合には、共振周波数の温度係数がプラス側に大きくなりすぎる(40×10-6/℃を越える)からである。特に0.01≦X≦0.17であることが望ましい。また、MgTiO3やCaTiO3において、Mg/Ti比またはCa/Ti比が0.9〜1.1の範囲であれば、本発明のセラミック基板に使用できる。
【0021】
また、BをB2O3換算で3〜20質量部としたのは、Bが3質量部未満の場合には1100℃でも焼結せず、AgやCuを主成分とする導体と同時焼成が出来なくなり、逆に20質量部を越える場合にはQ値の低い粒界相が増加してQ値が低下するからである。B含有化合物としては、金属硼素、B2O3、コレマイト、CaB2O4、硼素を含むガラス等がある。
【0022】
また、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で1〜10質量部としたのは、1質量部未満の場合には1100℃でも焼結せず、AgやCuを主成分とする導体と同時焼成が出来なくなり、逆に10質量部を越える場合にはQ値が低下するからである。アルカリ金属としては、Li、Na、Kであり、この中でもLiが特に望ましい。アルカリ金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等がある。
【0023】
さらに、SiをSiO2換算で0.01〜5質量部としたのは0.01質量部未満の場合には、収縮開始温度が高くなりAgやCuとの同時焼成が難しくなるためである。一方、5質量部を越えると、比誘電率εrあるいはQ値が低下するからである。
【0024】
また、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で0.1〜5質量部としたのは、0.1質量部未満の場合には収縮開始温度が830℃よりも高く、添加効果が得られない。5質量部を越えると、共振周波数の温度係数がプラス側に大きくなりすぎるからである。アルカリ土類金属としては、Mg、Ca、Sr、Baがあり、この中でもBaが望ましい。アルカリ土類金属含有化合物としては、上記アルカリ土類金属の炭酸塩、酸化物等がある。
主組成物b
また、主たるセラミック組成物bにおいて、ガラスとしては、周知のガラスが用いられる。例えば、SiO2−Al2O3−アルカリ土類金属酸化物、ホウ珪酸亜鉛系ガラスなどのホウ珪酸系ガラス、
などが挙げられる。なお、このガラスの軟化点は450〜800℃であることが望ましい。これは、軟化点が450℃よりも低いと、脱バインダー不良が発生し、800℃よりも高いと、800〜1000℃での焼成が難しくなる。
【0025】
また、フィラーとしては、SiO2(クオーツ、クリストバライト、トリジマイト)、Al2O3、ムライト、コージェライト、スピネル、Mg2SiO4、フォルステライト、ジルコニアディオプサイト、エンスタタイト、アノーサイトの群から選ばれる少なくとも1種が選択される。
(高軟化点ガラス)
また、前記焼結の後期に軟化するガラスは、主たるセラミック組成物と反応せずに、主たるセラミック組成物の空隙に軟化流動することが必要であり、主たる組成物の焼結挙動に合わせて、所定の軟化点を有するガラスを選択することが必要である。例えば、主たるセラミック組成物が前記組成物aである場合には、軟化点が850℃以上、特に870℃以上のガラスが好適に用いられる。
【0026】
このようなガラスの組成物としては、SiO2−Al2O3−アルカリ土類系のガラスであることが望ましく、具体的には、SiO2を30〜55質量%,Al2O3を2〜25質量%,Mg,Ca、Baなどのアルカリ土類酸化物 5〜55質量%,ZnO、B2O3の群から選ばれる少なくとも1種0〜15質量%の割合で含む組成物からなることが望ましい。
(磁器の製造方法)
本発明によれば、上記のセラミック基板用組成物100質量部に対して、メタクリル酸などの有機バインダーを15〜30質量部、およびトルエン、イソプロピルアルコールなどの溶剤を50〜100質量部添加混合してスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法などの方法によってシート状に成形する。
【0027】
その後、このシート状成形体に対して、マイクロドリルやレーザーなどによってスルーホールを形成し、スルーホール内に、AgやCuなどの金属粉末を含有する金属ペーストを充填する、および/またはスクリーン印刷によってシート表面に前記金属ペーストで回路パターンを印刷形成する。そしてそれらのシート状成形体を積層圧着した後、この積層体を800〜1000℃の温度で焼成することによってセラミック基板を作製することができる。
【0028】
焼成にあたり、本発明によれば、主たるセラミック組成物が焼成温度の上昇などに伴い、焼成収縮する。この過程で、焼成収縮が全収縮の80%以上進行させる。この80%程度進行した段階では、成形体中の気孔が徐々に消失するが、体積で10%程度の閉気孔あるいは開気孔と閉気孔が存在するが、ここからの気孔の消失は非常に遅く、最終的に磁器中に気孔が残存しやすい。
【0029】
本発明によれば、これまでの焼結過程に全く寄与しない高軟化点ガラスをこの段階で溶融軟化させ、成形体中に存在する気孔中に軟化したガラスを流入させることによって、気孔を効果的に消失することができる。
【0030】
とりわけ、本発明によれば、80質量%以上のフィラーと、20質量%以下のガラスとからなる組成物においては、気孔が残存しやすいことから、本発明は効果的である。
【0031】
さらに、本発明は、かかる組成物を焼成することによって得られる磁器中に、少なくともMgTiO3、CaTiO3、Mg2SiO4、Mg3TiB2O8、Li2TiSiO6、Al2O3、ZrO2、CaZrO3、MgSiO3の群から選ばれる少なくとも1種の結晶相を含むことが、高熱膨張率あるいはまたは高強度あるいはまたは高Q値の観点から望ましい。
【0032】
また、これらの結晶相の析出によって、2GHzでのQ値が3000以上であり、40〜400℃間の熱膨張率が8×10-6/℃以上であることが望ましく、あるいは、または、回路を形成する配線のシート抵抗が6×10-6/℃以下であることが望ましい。
【0033】
また、本発明のセラミック基板用組成物が高Q値を有するために、焼成によって2GHzでの材料Q値が3000以上である結晶相を少なくとも1種以上含むことが望ましい。かかる結晶相としては、MgTiO3、CaZrO3、Mg2SiO4、Mg3TiB2O8、Al2O3、CaMgSi2O6の群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
【0034】
なお、本発明のセラミック基板用組成物には、原料の混合粉砕工程等の製造過程での不純物の混入や原料の不可避不純物としてFe、Hf、Sn等が含まれることもあるが、これらの不純物量は1質量%以下であれば、特に影響を及ぼすことはない。
【0035】
【実施例】
表1の組成物からなる主たるセラミック組成物を準備した。また、合わせて、この組成物単味による焼成収縮曲線において、焼成収縮が80%進行する時の温度を表1に合わせて示した。
【0036】
また、高軟化点ガラスとして、表2に示す軟化点を有するガラスを準備した。
【0037】
なお、主たるセラミック組成物は平均粒径0.8〜3μm、ガラスは平均粒径1〜3μmの粉末を用いた。
【0038】
表1に示す主たるセラミック組成物に対して、表2に示した軟化点が異なる数種のガラスを表3に示した組み合わせと配合比で、有機バインダーとトルエンを加えてアルミナボールミルで混合してスラリーを調製した。次にこのスラリーを用いて、ドクターブレード法によってシート状に成形した。そして、該シートを積層圧着した後、カットして大気中で900℃で1時間焼成した。
【0039】
得られた磁器について、室温〜400℃における熱膨張曲線をとり、平均熱膨張係数を算出した。また、JISR1601に従って三点曲げ強度を測定した。
【0040】
また、磁器中の結晶相をX線回折によって同定した。また、磁器の鏡面研磨面のSEM写真から空隙の面積率を読み取り、これを気孔率として示した。また、誘電体共振器法によって2GHzでの比誘電率εrとQ値を測定した。これらの評価結果は表3に示した。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】
【表3】
【0044】
この表1〜3から、高軟化点ガラスを全く添加しない試料No.1、3、5、16、24では、気孔率が5%以上存在した主組成物に対して、高軟化点ガラスを添加することによって気孔率4%以下に低減することができた。その結果、磁器の強度も270MPa以上に大幅に向上するとともに、誘電損失も低減することができQ値が3000以上の磁器を得ることができた。また、この表1の組成物によれば、熱膨張係数が8×10-6/℃以上であり、プリント基板との良好な実装が可能となるものである。
【0045】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、900〜1100℃程度の比較的低温でAg系やCu系、Au系等の導体金属と同時焼成でき、プリント基板との熱膨張係数と近似した熱膨張係数を持ち、かつ高い強度を有するセラミック基板が得られ、有機樹脂を含むプリント基板に実装する上で高い実装信頼性を持ち、また、高い耐衝撃性を持つ回路基板が実現できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic substrate applied to a multilayer circuit board and the like, and a ceramic substrate. In particular, the present invention can be co-fired with Ag and Cu, and has high mounting reliability for a printed circuit board made of an organic resin. the Have, a manufacturing method and a ceramic substrate of lifting Tsuse ceramic substrate with high impact resistance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a ceramic wiring board is configured by forming a wiring conductor made of a refractory metal such as W or Mo between ceramic layers such as alumina, and as a wiring board on which a semiconductor element such as LSI is mounted on the surface thereof. Has been used.
[0003]
In recent years, along with the development and popularization of mobile communications such as mobile phones, miniaturization, high functionality, low price, low power, etc. of communication devices and electronic devices have been promoted, Au, Ag, Cu Ceramic wiring boards in which resonators, capacitors, coils, filters, and the like are formed of low melting point, low resistance conductive materials such as Pd and Pt and low-temperature fired ceramics such as glass ceramics have been used.
[0004]
Conventionally, for example, a dielectric ceramic composition disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-292460 is made of anorthite-calcium titanate glass and TiO 2 , and can be fired at a low temperature. It could be fired simultaneously with the conductor material.
[0005]
In addition, when mounting a multilayer wiring board on a printed circuit board containing an organic resin such as a mother board, the viewpoint of preventing the mounting part from peeling or cracking due to the stress generated by the difference in thermal expansion with the printed circuit board Therefore, it is desired that the thermal expansion coefficient of the multilayer wiring board is close to that of the printed board, or that the multilayer wiring board itself has high strength.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the above conventional glass ceramics can be co-fired with a conductor material such as Ag or Cu, the thermal expansion coefficient is as low as 5 to 7 ppm / ° C., and it is mounted on a printed circuit board (thermal expansion coefficient 12 to 15 ppm / ° C.). In addition, the mounting reliability was low.
[0007]
Further, the strength of the conventional glass ceramics is at most about 200 MPa, so that the above mounting reliability cannot be satisfied, and since the mechanical strength is low, there is a problem that a crack is generated due to a drop impact or the like.
[0008]
The present invention has been devised in view of such circumstances, and can be simultaneously fired with a conductive metal such as Ag, Cu, or Au at a relatively low temperature of about 900 to 1100 ° C. and has high strength. it is an object to provide a manufacturing method and a ceramic substrate of Rousset ceramic substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a ceramic substrate of the present invention comprises a step of preparing a slurry by mixing a main ceramic composition, a composition for a ceramic substrate comprising 2 to 15% by mass of glass , an organic binder and a solvent, and the slurry. a step of forming into a sheet, and a through hole is formed as desired on the sheet, a step of filling the metal paste in the through holes, and forming a circuit pattern in the metal paste on the sheet surface by the scan screen printing, the a step of stacking a plurality of sheets on the basis of the circuit pattern to produce a laminate, is contracted to 80% of the final amount of shrinkage by firing the laminate at a temperature below the softening point of the glass, formed by and a step of densification to the softening point or higher temperatures to soften the glass porosity of the glass is more than 4% And wherein the door.
[0010]
Moreover, it is desirable to use glass containing at least SiO 2 —Al 2 O 3 —alkaline earth oxide as the glass.
[0011]
Moreover, it is desirable to use the main ceramic composition comprising 80% by mass or more of filler and 20% by mass or less of glass. Moreover, it is desirable to use the main ceramic composition composed of a filler of less than 80% by mass and a glass of more than 20% by mass.
[0012]
When representing the composition formula by molar ratio (1-X) MgTiO 3 · XCaTiO 3, a component wherein X satisfies 0 ≦ X ≦ 0.2, with respect to the component 100 parts by mass, the B B 2 3 to 20 parts by mass in terms of O 3 , 1 to 10 parts by mass in terms of carbonate of alkali metal , 0.01 to 5 parts by mass of Si in terms of SiO 2 , 0.1 to 5 parts of alkaline earth metal in terms of oxide It is desirable to use the main ceramic composition containing 5 parts by mass.
[0013]
The ceramic substrate of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a ceramic substrate described above, and includes at least one crystal phase having a material Q value at 2 GHz of 3000 or more.
[0014]
Further, the ceramic substrate of the present invention, selected from the group of at least MgTiO 3, CaTiO 3, Mg 2 SiO 4, Mg 3 TiB 2 O 6, Li 2 TiSiO 6, Al 2 O 3, ZrO 2, CaZrO 3, MgSiO 3 It is desirable to include at least one crystalline phase.
[0015]
Moreover, as for the ceramic substrate of this invention, it is desirable for the thermal expansion coefficient between 40-400 degreeC to be 8 * 10 < -6 > / degreeC or more.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Manufacturing method and a ceramic substrate composition are use in the ceramic substrate of the ceramic substrate of the present invention, with respect to porosity shrinkage capable main ceramic composition until 10% or less in the firing process, the main ceramic composition It is formed by adding 2 to 15% by mass of glass that softens after progressing 80% of the final shrinkage alone.
[0017]
Here, with respect to the main ceramic composition capable of shrinking until the porosity becomes 10% or less in the firing process, the main ceramic composition alone softens after progressing 80% of the final shrinkage (hereinafter, Is added to the voids remaining in the main ceramic composition, and then the high softening point glass softens and flows into the voids remaining in the main ceramic composition. It is possible to reduce the porosity to be 5% or less, which remains in the aggregate and becomes a fracture source that lowers the mechanical strength.
[0018]
Further, the amount of addition of this glass is set to 2 to 15% by mass. If it is less than 2% by mass, the porosity is more than 5% because it is insufficient to fill the voids. This is because it becomes easy to make and the porosity exceeds 5%, and in all cases, the three-point bending strength cannot be achieved more than 250 MPa.
[0019]
The main ceramic composition is composed of a mixture of glass and filler, the composition of which is composed of 20% by mass or less of glass and 80% by mass or more of filler a, or less than 80% by mass of filler, and 20 Any of the compositions b composed of glass exceeding mass% can be used.
Main composition a
The composition example of the main ceramic composition a, composition formula by molar ratio (1-X) MgTiO 3 · XCaTiO 3
When X represents 0 ≦ X ≦ 0.2 and 100 parts by mass of the component, B is 3 to 20 parts by mass in terms of B 2 O 3 and the alkali metal is alkali metal carbonate. 1 to 10 mass parts with salt terms, 0.01 to 5 parts by mass of Si in terms of SiO 2, further major ceramic composition containing 0.1 to 5 parts by weight of alkaline earth metal in the alkaline earth metal oxide equivalent Is mentioned. A ceramic having a porosity of 5% or less is obtained by firing a ceramic composition obtained by adding 2 to 15% by mass of a glass that softens after the main ceramic composition progresses 80% of the final shrinkage alone. can get.
[0020]
Here, X is set to 0 ≦ X ≦ 0.2. When X exceeds 0.2, the temperature coefficient of the resonance frequency becomes too large on the plus side (exceeds 40 × 10 −6 / ° C.). Because. In particular, 0.01 ≦ X ≦ 0.17 is desirable. Further, in the MgTiO 3 and CaTiO 3, Mg / Ti ratio or Ca / Ti ratio be in the range of 0.9 to 1.1, it can be used in the ceramic substrate of the present invention.
[0021]
Also, the reason why B is 3 to 20 parts by mass in terms of B 2 O 3 is that when B is less than 3 parts by mass, it does not sinter even at 1100 ° C. and is co-fired with a conductor mainly composed of Ag or Cu. This is because when the amount exceeds 20 parts by mass, the grain boundary phase having a low Q value increases and the Q value decreases. Examples of the B-containing compound include metal boron, B 2 O 3 , collimite, CaB 2 O 4 , and glass containing boron.
[0022]
In addition, the alkali metal was converted to 1 to 10 parts by mass in terms of alkali metal carbonate, and when it is less than 1 part by mass, it is not sintered even at 1100 ° C. This is because the Q value is lowered when it is not possible and exceeds 10 parts by mass. Examples of the alkali metal include Li, Na, and K. Among these, Li is particularly desirable. Examples of the alkali metal-containing compound include carbonates and oxides of the above alkali metals.
[0023]
Furthermore, the reason why Si is set to 0.01 to 5 parts by mass in terms of SiO 2 is that when it is less than 0.01 parts by mass, the shrinkage start temperature becomes high and co-firing with Ag and Cu becomes difficult. On the other hand, if it exceeds 5 parts by mass, the relative dielectric constant εr or the Q value decreases.
[0024]
In addition, when the alkaline earth metal was converted to alkaline earth metal oxide in an amount of 0.1 to 5 parts by mass, the shrinkage start temperature was higher than 830 ° C. when the amount was less than 0.1 parts by mass, and the effect of addition was high. I can't get it. This is because if it exceeds 5 parts by mass, the temperature coefficient of the resonance frequency becomes too large on the plus side. Examples of the alkaline earth metal include Mg, Ca, Sr, and Ba, and Ba is preferable among them. Examples of the alkaline earth metal-containing compound include carbonates and oxides of the above alkaline earth metals.
Main composition b
In the main ceramic composition b, a known glass is used as the glass. For example, SiO 2 -Al 2 O 3 - alkaline earth metal oxide, borosilicate glass, such as borosilicate zinc glass,
Etc. The softening point of this glass is desirably 450 to 800 ° C. When the softening point is lower than 450 ° C., defective binder removal occurs. When the softening point is higher than 800 ° C., baking at 800 to 1000 ° C. becomes difficult.
[0025]
The filler is selected from the group consisting of SiO 2 (quartz, cristobalite, tridymite), Al 2 O 3 , mullite, cordierite, spinel, Mg 2 SiO 4 , forsterite, zirconia diopsite, enstatite, and anorthite. At least one selected is selected.
(High softening point glass)
In addition, the glass that softens in the latter stage of the sintering does not react with the main ceramic composition and needs to soften and flow into the voids of the main ceramic composition, and according to the sintering behavior of the main composition, It is necessary to select a glass having a predetermined softening point. For example, when the main ceramic composition is the composition a, a glass having a softening point of 850 ° C. or higher, particularly 870 ° C. or higher is preferably used.
[0026]
As such a glass composition, SiO 2 —Al 2 O 3 —alkaline earth glass is desirable. Specifically, 30 to 55 mass% of SiO 2 and 2 of Al 2 O 3 are used. -25% by mass, alkaline earth oxides such as Mg, Ca, Ba, etc. 5-55% by mass, comprising at least one selected from the group of ZnO, B 2 O 3 in a proportion of 0-15% by mass It is desirable.
(Porcelain manufacturing method)
According to the present invention, 15 to 30 parts by mass of an organic binder such as methacrylic acid and 50 to 100 parts by mass of a solvent such as toluene and isopropyl alcohol are added to and mixed with 100 parts by mass of the ceramic substrate composition. A slurry is prepared, and the slurry is formed into a sheet by a method such as a doctor blade method.
[0027]
Thereafter, a through hole is formed in the sheet-like molded body by a micro drill or a laser, and a metal paste containing a metal powder such as Ag or Cu is filled in the through hole, and / or by screen printing. A circuit pattern is printed on the surface of the sheet using the metal paste . And after laminating and pressure-bonding those sheet-like molded bodies, the laminate can be fired at a temperature of 800 to 1000 ° C. to produce a ceramic substrate.
[0028]
In firing, according to the present invention, the main ceramic composition undergoes firing shrinkage as the firing temperature rises. In this process, the firing shrinkage is advanced by 80% or more of the total shrinkage. At the stage of progressing about 80%, the pores in the molded body gradually disappear, but there are about 10% closed pores or open pores and closed pores by volume, but the disappearance of the pores from here is very slow. Finally, pores are likely to remain in the porcelain.
[0029]
According to the present invention, the high softening point glass that does not contribute to the sintering process so far is melted and softened at this stage, and the softened glass is allowed to flow into the pores existing in the molded body, thereby effectively reducing the pores. Can disappear.
[0030]
In particular, according to the present invention, in the composition comprising 80% by mass or more of filler and 20% by mass or less of glass, the present invention is effective because pores are likely to remain.
[0031]
Furthermore, the present invention provides at least MgTiO 3 , CaTiO 3 , Mg 2 SiO 4 , Mg 3 TiB 2 O 8 , Li 2 TiSiO 6 , Al 2 O 3 , ZrO in a porcelain obtained by firing such a composition. 2 , containing at least one crystal phase selected from the group consisting of CaZrO 3 and MgSiO 3 is desirable from the viewpoint of high thermal expansion coefficient or high strength or high Q value.
[0032]
Moreover, it is desirable that the Q value at 2 GHz is 3000 or more and the coefficient of thermal expansion between 40 to 400 ° C. is 8 × 10 −6 / ° C. or more due to the precipitation of these crystal phases, or the circuit It is desirable that the sheet resistance of the wiring forming the film is 6 × 10 −6 / ° C. or less.
[0033]
Further, in order to ceramic board composition of the present invention has a high Q value, the material Q value at 2GHz by firing may be desirable to include at least one or more crystalline phases at least 3,000. Examples of the crystal phase include at least one selected from the group consisting of MgTiO 3 , CaZrO 3 , Mg 2 SiO 4 , Mg 3 TiB 2 O 8 , Al 2 O 3 , and CaMgSi 2 O 6 .
[0034]
Incidentally, the ceramic board composition of the present invention, Fe as an impurity contamination and materials of inevitable impurities in the manufacturing process of mixing and grinding step or the like material, Hf, but sometimes contain Sn, and these If the amount of impurities is 1% by mass or less, there is no particular influence.
[0035]
【Example】
A main ceramic composition comprising the composition of Table 1 was prepared. In addition, Table 1 also shows the temperature at which firing shrinkage progresses by 80% in the firing shrinkage curve of this composition alone.
[0036]
Moreover, the glass which has the softening point shown in Table 2 as high softening point glass was prepared.
[0037]
The main ceramic composition was a powder having an average particle size of 0.8 to 3 μm, and the glass was a powder having an average particle size of 1 to 3 μm.
[0038]
With respect to the main ceramic composition shown in Table 1, several kinds of glasses having different softening points shown in Table 2 were added with an organic binder and toluene in the combination and blending ratio shown in Table 3, and mixed with an alumina ball mill. A slurry was prepared. Next, this slurry was used to form a sheet by a doctor blade method. The sheet was laminated and pressure-bonded, then cut and fired at 900 ° C. for 1 hour in the air.
[0039]
About the obtained porcelain, the thermal expansion curve in room temperature-400 degreeC was taken, and the average thermal expansion coefficient was computed. Further, the three-point bending strength was measured according to JIS R1601.
[0040]
The crystal phase in the porcelain was identified by X-ray diffraction. Further, the void area ratio was read from the SEM photograph of the mirror polished surface of the porcelain and indicated as the porosity. Further, the dielectric constant εr and Q value at 2 GHz were measured by the dielectric resonator method. These evaluation results are shown in Table 3.
[0041]
[Table 1]
[0042]
[Table 2]
[0043]
[Table 3]
[0044]
From Tables 1 to 3, Sample No. with no high softening point glass added. In 1, 3, 5, 16, and 24, it was possible to reduce the porosity to 4% or less by adding high softening point glass to the main composition having a porosity of 5% or more. As a result, the strength of the porcelain was greatly improved to 270 MPa or more, the dielectric loss was reduced, and a porcelain having a Q value of 3000 or more was obtained. Moreover, according to the composition of Table 1, the thermal expansion coefficient is 8 × 10 −6 / ° C. or more, and good mounting with a printed circuit board is possible.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the thermal expansion coefficient that can be co-fired with a conductive metal such as Ag, Cu, or Au at a relatively low temperature of about 900 to 1100 ° C. and approximates the thermal expansion coefficient with the printed circuit board. the have and obtained ceramic substrate having a high strength, has a top with a high mounting reliability of mounting on a printed circuit board containing an organic resin, also, the circuit board having a high impact resistance can be realized.
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