JP4229045B2 - 電子回路基板および電子回路基板作製用無鉛ガラス - Google Patents

電子回路基板および電子回路基板作製用無鉛ガラス Download PDF

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本発明は、焼成して電子回路基板を作製するのに好適な無鉛ガラスおよびガラスセラミックス組成物に関する。
従来、電子回路基板として、アルミナ粉末を焼結して作製されるアルミナ基板が広く使用されている。
前記アルミナ基板においては、アルミナ粉末の焼結温度が約１６００℃と高いために、アルミナ基板作製と同時に焼成する電極の材料としてタングステン（融点：３４００℃）、モリブデン（融点：２６２０℃）等の高融点金属しか使用できなかった。そのため、比抵抗が小さいが融点が１６００℃以下である銀（融点：９６２℃）等の非・高融点金属を前記電極の材料として使用できない問題があった。
近年、前記アルミナ粉末に代わる、９００℃以下で焼成して電子回路基板を作製できる電子回路基板用材料が求められている。本発明は、以上の課題を解決する無鉛ガラスおよびガラスセラミックス組成物及びそれを用いた電子回路基板の提供を目的とする。
本発明は、下記酸化物基準のモル％表示で、
ＳｉＯ2 ３５〜５３％、
Ｂ2Ｏ3 ０〜１０％、
Ａｌ2Ｏ3 ５〜１８％、
ＭｇＯ ５〜４０％、
ＣａＯ ７〜４０％、
ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２０％、
ＺｎＯ ０〜１０％、
ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2 ０〜５％、
を含有し、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3が５９％以下、Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）のモル比が０．１３以上である無鉛ガラスの粉末と、
セラミックフィラーと、
を含むガラスセラミックス組成物であって、当該無鉛ガラスの粉末を質量百分率表示で４０％以上含有するガラスセラミックス組成物、
を焼結して得られる電子回路基板を提供する。
また、下記酸化物基準のモル％表示で、
ＳｉＯ2 ３５〜５３％、
Ｂ2Ｏ3 ０〜１０％、
Ａｌ2Ｏ3 ５〜１８％、
ＭｇＯ ５〜４０％、
ＣａＯ ７〜４０％、
ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２０％、
ＺｎＯ ０〜１０％、
ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2 ０〜５％、
を含有し、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3が５９％以下、Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）のモル比が０．１３以上である電子回路基板作製用無鉛ガラスを提供する。
また、本明細書は、以下の無鉛ガラス及びガラスセラミックス組成物を開示する。
すなわち、下記酸化物基準のモル％表示で、本質的に、
ＳｉＯ2 ３５〜５３％、
Ｂ2Ｏ3 ０〜１０％、
Ａｌ2Ｏ3 ５〜１８％、
ＭｇＯ ５〜４０％、
ＣａＯ ７〜４０％、
ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２０％、
ＺｎＯ ０〜１０％、
ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2 ０〜５％、
からなり、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3が５９％以下、Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）のモル比が０．１３以上である無鉛ガラスを提供する。
また、前記無鉛ガラスの粉末とセラミックフィラーとから本質的になるガラスセラミックス組成物であって、当該無鉛ガラスの粉末を質量百分率表示で４０％以上含有するガラスセラミックス組成物を提供する。
本発明によれば、εおよびｔａｎδのいずれもが低く、シリコンチップ形成にも用いることができる電子回路基板を９００℃以下の温度で焼成して作製でき、また、この焼成時に銀電極を同時に電子回路基板上に形成できる。
以下、本発明の電子回路基板、並びにこの電子回路基板を構成する無鉛ガラス及びガラスセラミックス組成物について説明する。
本発明の無鉛ガラス（以下本発明のガラスという。）は通常、粉末化してガラス粉末とされる。該ガラス粉末は、必要に応じてフィラー等と混合し、焼成して電子回路基板を作製するのに好適である。なお、本発明のガラスの粉末は９００℃で焼成したときに結晶を析出する。
本発明のガラス転移点ＴGは８００℃以下であることが好ましい。８００℃超では、本発明のガラスの粉末を９００℃以下で焼成して電子回路基板たり得る焼成体を作製することが困難になるおそれがある。より好ましくは７５０℃以下、特に好ましくは７２５℃以下である。
本発明のガラスをシリコンチップ形成用電子回路基板の作製に用いる場合、本発明のガラスの粉末を９００℃で焼成して得られる焼成体の５０〜３５０℃における平均線膨張係数αは３０×１０-7／℃〜８０×１０-7／℃であることが好ましい。８０×１０-7／℃超では、電子回路基板上にシリコンチップを形成する場合に、シリコンチップとの膨張係数マッチングが困難になるおそれがある。より好ましくは７８×１０-7／℃以下である。３０×１０-7／℃未満ではやはりシリコンチップとの膨張係数マッチングが困難になるおそれがある。
本発明のガラスの粉末を９００℃で焼成して得られる焼成体の１ＭＨｚにおける比誘電率εは８．５以下であることが好ましい。８．５超では本発明のガラスを電子回路基板に用いると消費電力が大きくなるおそれがある。より好ましくは８．０以下、特に好ましくは７．７以下である。
本発明のガラスの粉末を９００℃で焼成して得られる焼成体の２０℃、１ＭＨｚにおける誘電損失ｔａｎδは０．００４０以下であることが好ましい。０．００４０超では電子回路基板の作製に用いると消費電力が大きくなるおそれがある。より好ましくは０．００３０以下、特に好ましくは０．００２０以下である。
本発明のガラスの結晶化ピーク温度ＴCは９９０℃以下であることが好ましい。９９０℃超では９００℃で焼成したときに結晶化しないおそれがある、または、結晶化しても結晶析出速度が小さく、銀電極が形成された電子回路基板の電気絶縁性が低下するおそれがある、すなわち、ガラスが充分に結晶化する前に電極形成用の銀がガラス中に拡散し電子回路基板の電気絶縁性が低下するおそれがある。ＴCはより好ましくは９７０℃以下、特に好ましくは９６０℃以下である。なお、ＴCは示差熱分析によって求められる結晶化ピーク温度である。
本発明のガラスは、その粉末を９００℃で焼成したときにアノーサイトが析出するものであることが好ましい。９００℃で焼成したときにアノーサイトを析出しないものであると前記αが大きくなり、本発明のガラスをシリコンチップ形成用電子回路基板の作製に用いることが困難になるおそれがある。
本発明のガラスは、その粉末を９００℃で焼成したときにディオプサイドが析出するものであることが好ましい。９００℃で焼成したときにディオプサイドが析出しないものであると、前記ｔａｎδが大きくなるおそれがある。前記ｔａｎδをより小さくするためには、本発明のガラスは、その粉末を９００℃で焼成したときにディオプサイドおよびエンスタタイトのいずれもが析出するものであることがより好ましい。
本発明のガラスをシリコンチップ形成用電子回路基板の作製に用いる場合、その粉末を９００℃で焼成したときにアノーサイトおよびディオプサイドのいずれもが析出するものであることが好ましい。アノーサイト、ディオプサイドおよびエンスタタイトのいずれもが析出することが特に好ましい。
次に、本発明のガラスの成分について、モル％を単に％と記して説明する。ＳｉＯ2はネットワークフォーマであり、またεを低下させる成分であり、必須である。また、ＳｉＯ2はアノーサイトおよびディオプサイドの構成成分である。３５％未満では、εが大きくなる、また、アノーサイトまたはディオプサイドが析出しにくくなる。好ましくは４０％以上である。５３％超ではＴCが高くなる。好ましくは５０％以下、より好ましくは４５％未満である。
Ｂ2Ｏ3は必須ではないが、ＴGを低下させるために１０％まで含有してもよい。１０％超では化学的耐久性が低下する。好ましくは８％以下、より好ましくは４％以下である。
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスを安定化させ、また化学的耐久性を向上させる成分であり、必須である。また、アノーサイトの構成成分でもある。５％未満ではガラスが不安定になる、または、化学的耐久性が低下する、また、アノーサイトが析出しにくくなる。好ましくは５．６％以上、より好ましくは７％以上、特に好ましくは８％以上である。１８％超ではガラス溶融温度が高くなる、またはＴGが高くなる。好ましくは１５％以下、より好ましくは１２％以下、特に好ましくは１０％以下である。
ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3の含有量の合計ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3は５９％以下である。５９％超ではＴCが高くなる。好ましくは５６％以下である。
ＭｇＯは、εを低下させる、ｔａｎδを低下させる、ガラスを安定化させる、またはガラス溶融温度を低下させる効果を有し、必須である。５％未満では前記効果が小さい。好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上である。４０％超ではかえってガラスが不安定になる。好ましくは３５％以下、より好ましくは３３％以下である。
ＣａＯはガラス溶融温度を低下させる成分であり、必須である。また、アノーサイトの構成成分である。７％未満ではガラス溶融温度が高くなり、また、アノーサイトが析出しにくくなる。好ましくは１０％以上、より好ましくは１２％以上である。４０％超では失透しやすくなる。好ましくは３０％以下、より好ましくは２５％以下、特に好ましくは２０％以下である。
Ａｌ2Ｏ3の含有量と、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計のモル比Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．１３未満ではアノーサイトが析出しにくくなる。好ましくは０．１４以上、より好ましくは０．１６以上である。Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）は好ましくは０．２３以下である。０．２３超ではｔａｎδが大きくなるおそれがある。より好ましくは０．２１以下である。Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．１４以上であり、かつ、ＳｉＯ2が５０％以下であることが好ましい。
ＳｒＯおよびＢａＯはいずれも必須ではないが、ガラス溶融温度を低下させるためにこれら２成分の含有量の合計ＳｒＯ＋ＢａＯが２０％までの範囲で含有してもよい。２０％超ではガラスが失透しやすくなる、またはεが大きくなる。好ましくは１０％以下である。
ＺｎＯは必須ではないが、ガラス溶融温度を低下させるために１０％まで含有してもよい。１０％超では化学的耐久性、特に耐酸性が低下する。好ましくは５％以下である。
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2はいずれも必須ではないが、ガラス溶融温度を低下させるために、または焼成時の結晶析出を促進するためにこれら２成分の含有量の合計ＴｉＯ2およびＺｒＯ2が５％までの範囲で含有してもよい。５％超ではガラスが不安定になる、またはεが大きくなる。好ましくは３％以下、より好ましくは２％以下である。
本発明のガラスは本質的に上記成分からなるが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。該「他の成分」の含有量の合計は好ましくは１０％以下である。
１０％超ではガラスが失透しやすくなるおそれがある。より好ましくは５％以下である。
前記「他の成分」として次のようなものが例示される。すなわち、ガラス溶融温度を低下させるためにＢｉ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ｆ等を含有してもよい。また、ガラスを着色するために、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＣｕＯ、ＣｏＯ、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3等の着色成分を含有してもよい。
なお、本発明のガラスはＰｂＯを含有しない無鉛ガラスである。また、本発明のガラスはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物を含有しないことが好ましい。これらの成分を含有すると、電気絶縁性が低下するおそれがあり、また、ｔａｎδが大きくなるおそれがある。
次に、本発明のガラスセラミックス組成物の成分について、質量百分率表示を用いて以下に説明する。本発明のガラスの粉末は必須である。４０％未満では焼結しにくくなり、９００℃以下で焼成して電子回路基板を作製することが困難になる。好ましくは５５％以上である。
セラミックフィラーは、焼成体のαを低下させる、または焼成体の強度を大きくする成分であり必須である。６０％超では焼結しにくくなる。好ましくは４５％以下である。
セラミックフィラーは、融点が１０００℃以上であるセラミックス粉末または軟化点が１０００℃以上であるガラス粉末であることが好ましい。また、焼成体のαを低下させたい場合、セラミックフィラーのαは９０×１０-7／℃以下であることが好ましい。
セラミックフィラーは、α−石英（転移温度：１４５０℃）、非晶質シリカ（ＴS：１５００℃）、アルミナ（融点：２０５０℃）、マグネシア（融点：２８２０℃）、フォルステライト（融点：１８９０℃）、コージエライト（転移温度：１４５０℃）、ムライト（融点：１８５０℃）、ジルコン（融点：１６８０℃）およびジルコニア（融点：２７１０℃）からなる群から選ばれた無機物の１種以上の粉末であることが好ましい。焼成体のαを低下させたい場合、セラミックフィラーは、非晶質シリカ、アルミナ、コージエライト、ムライトおよびジルコンからなる群から選ばれた無機物の１種以上の粉末であることがより好ましい。アルミナであることがより好ましい。
本発明のガラスセラミックス組成物は本質的に上記成分からなるが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。該「他の成分」の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。より好ましくは５％以下である。前記「他の成分」として、たとえば耐熱着色顔料が挙げられる。
本発明のガラスセラミックス組成物を電子回路基板作製に用いる場合、通常、グリーンシート化して使用される。すなわち、該ガラスセラミックス組成物は樹脂と混合される。
次に、溶剤等を添加してスラリーとし、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム上にドクターブレード法等によってこのスラリーをシート状に成形する。最後に乾燥して溶剤等を除去しグリーンシートとされる。なお、前記樹脂として、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等が、前記溶剤として、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等が、それぞれ例示される。前記グリーンシートは焼成されて電子回路基板とされる。
表のＳｉＯ2〜ＺｎＯの欄にモル％表示で示した組成となるように原料を調合、混合し、該混合された原料を白金ルツボに入れて１５００℃で１２０分間溶融後、溶融ガラスを流し出した。得られたガラスの一部をアルミナ製ボールミルで１０時間粉砕してガラス粉末とした。残りのガラスは塊の状態でガラス転移点付近の温度で徐冷した。なお、表中の「Ａｌ2Ｏ3／ＲＯ」はＡｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）を示す。
例１〜６のガラスについて、ＴG（単位：℃）、ＴC（単位：℃）、焼結性、析出結晶、ε、ｔａｎδおよびα（単位：１０-7／℃）を以下のようにして測定または評価した。例１〜４は実施例、例５、６は比較例である。焼結性はいずれのガラスについて良好であった。
その他の結果は表に示す。
ＴG、ＴC：示差熱分析により昇温速度１０℃／分で室温から１０００℃までの範囲で測定した。なお、アルミナ粉末を標準物質とした。
焼結性：ガラス粉末２ｇを直径１２．７ｍｍの円柱状に加圧成形したものを試料とした。この試料を９００℃に６０分間保持して得た焼成体を肉眼で観察した。焼結性が良好であるとは、この焼成体が緻密に焼結しており、またクラックが認められないことをいう。
析出結晶：ガラス粉末を９００℃で３０分間焼成して得られた焼成体を粉砕して、Ｘ線回折により析出結晶を同定した。表中、Ａはアノーサイトを、Ｅはエンスタタイトを、Ｄはディオプサイドを、Ｆはフォルステライトをそれぞれ示す。
ε、ｔａｎδ：ガラス粉末４０ｇを６０ｍｍ×６０ｍｍの金型に入れて加圧成形したものを、９００℃で６０分間焼成した。得られた焼成体を５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍに加工し、ＬＣＲメーターを使用して、２０℃、１ＭＨｚにおける誘電率と誘電損失を測定した。
α：ガラス粉末を９００℃で３０分間焼成して得られた焼成体を直径２ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱状に加工したものを試料とし、示差熱膨張計を使用して測定した。
Figure 0004229045

Claims (5)

  1. 下記酸化物基準のモル％表示で、
    ＳｉＯ2 ４０〜５３％、
    Ｂ2Ｏ3 ０〜１０％、
    Ａｌ2Ｏ3 ５〜１８％、
    ＭｇＯ ２０〜４０％、
    ＣａＯ ７〜２５％、
    ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２０％、
    ＺｎＯ ０〜５％、
    ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2 ０〜５％、
    を含有し、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3が５９％以下、Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）のモル比が０．１３以上である無鉛ガラスの粉末と、
    セラミックフィラーと、
    を含むガラスセラミックス組成物であって、当該無鉛ガラスの粉末を質量百分率表示で４０％以上含有するガラスセラミックス組成物、
    を焼結して得られる電子回路基板。
  2. 前記無鉛ガラス中の、ＳｉＯ2が５０モル％以下、かつＡｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）のモル比が０．１４以上である請求項１に記載の電子回路基板。
  3. 前記無鉛ガラス中の、ＳｉＯ2が４５モル％未満である請求項１または２に記載の電子回路基板。
  4. 前記無鉛ガラスが、粉末化して９００℃で焼成したときにアノーサイトおよびディオプサイドが析出する無鉛ガラスである請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子回路基板。
  5. 下記酸化物基準のモル％表示で、
    ＳｉＯ2 ４０〜５３％、
    Ｂ2Ｏ3 ０〜１０％、
    Ａｌ2Ｏ3 ５〜１８％、
    ＭｇＯ ２０〜４０％、
    ＣａＯ ７〜２５％、
    ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２０％、
    ＺｎＯ ０〜５％、
    ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2 ０〜５％、
    を含有し、ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3が５９％以下、Ａｌ2Ｏ3／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）のモル比が０．１３以上である電子回路基板作製用無鉛ガラス。
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