JPH01141837A

JPH01141837A - 回路基板用誘電体材料

Info

Publication number: JPH01141837A
Application number: JP29903087A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ichinose; 昇一ノ瀬; Eiichi Asada; 栄一浅田; Takashi Endo; 隆遠藤
Original assignee: Shoei Chemical Inc
Current assignee: Shoei Chemical Inc
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1989-06-02
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPH0643258B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は回路基板として有用な誘電体材料、特に低温焼
成が可能で、かつ抗折強度の大きい誘電体材料に関する
。

１１匹亘ｊＬＳＩなど半導体及び回路部品の高密度実装化に伴い、
近年多層回路基板が広く採用されている。

セラミック多層回路基板は、誘電体層と導体層とを交互
に積層し、同時焼成して一体化することにより製造され
るものであり、誘電体材料としては、従来主としてアル
ミナ系セラミックスが使用されてきた。ところでアルミ
ナは絶縁性、機械的強度等の特性は優れているが、焼結
温度が１５００℃以上と高く、内部配線導体材料には比
較的電気抵抗の高いＭＯやＷ等の高融点金属を用いるの
で、導体幅を大きくとらなくてはならないなど、小型化
、高密度化が困難である。そこで電気抵抗が小さく融点
の低いＡ！１１　ｚ　Ａｕ　、　Ｃｕなどの高導電性金
属を導体材料として用いるために、これらの金属の融点
以下で焼結可能な誘電体材料の開発が望まれている。

更に誘電体の誘電率は基板内部での信号の伝播速度に大
きく影響するが、アルミナ系セラミックスは誘電率が約
８．５〜１０と比較的大きく、信号伝送の高速化に限界
があるため、より低い誘電率を有する誘電体材料が求め
られている。

これらの要請に応えて近年、例えば低温焼結セラミック
ス、結晶化ガラス、ガラス−セラミックス混合物など種
々の誘電体材料が提案され、一部実用化されているが、
誘電率等の電気特性、機械的強度等回路基板としての要
求特性を全て満足するものではない。特に現在実用化さ
れている、非酸化性雰囲気中で低温焼成するタイプの材
料は、抗折強度が２０００　Ｋ’Ｊ以下と、アルミナ基
板に比べて著しく小さい欠点があった。

本発明者等は先にＭｇＯ，Ｂ２０３　、Ｓｉ　０２、Ｂ
ａＯ１Ｚ「０２を構成成分とし、焼成により３ａ　Ｚｒ
　　（８０３）２結晶を生じて、優れた絶縁性及び誘電
特性を示すガラス材料を１ｌｆｆ発し、特許出願を行っ
た。しかしながらこの材料は侵れた性質を示すものの、
強度がアルミナ基板に比べてやや小すい傾向がある。

明が解決しようとする問題点本発明の目的は、低温で焼成でき、焼成後は優れた絶縁
特性及び誘電特性を示し、かつ機械的強度の改善された
新規な回路基板用誘電体材料を提供することにある。

問題点を　決するための手段本発明は、（Ａ）マグネシウム、硼素、珪素、バリウム
、ジルコニウム、アルミニウム及びカルシウムを各々酸
化物換輝でＭ！７０　　　２０〜４０重量％、Ｂ２Ｏ３　　１０〜３０重量％、ＳｉＯ２　１０〜３５重量％、ＢａＯ　　　５〜２２重量％、Ｚｒ　０２　　　５〜２０１ｉｆｉ％、Ａｌ２Ｏ３２〜
１５小吊％、ＣａＯ０〜　５重量％、の比率で含有するガラス、及び（Ｂ）　（Ａ）のガラス
を予め熱処理し、結晶化させて得られたガラス−セラミ
ックスより選んだ１種又は２＠以上からなる回路基板用
誘電体材料である。又第二の発明は、このガラス及び／
又はガラス−セラミックスに、更に結晶性フィラーを配
合した回路基板用誘電体材料である。

本発明のガラス（Ａ）は、各成分酸化物の原料化合物を
酸化物換口で上記の組成範囲となるように混合し、通常
のガラスの製法に従って例えば１４００〜１６００℃の
温度で溶融し、次いで溶融物を急冷してガラス化し、こ
れを粉砕することによって製造される。又ガラス−セラ
ミックス（Ｂ）は、このガラスを結晶化温度以上で熱処
理して予め結晶化させた後、粉砕することにより製造さ
れる。

結晶性フィラーとしてはアルミナ、ジルコニア、シリカ
、ベリリア、ＩＩ酸ジルコニウム、ステアタイト、フォ
ルステライト、ムライト等の酸化物や、窒化珪素、窒化
アルミニウム、窒化硼素等の窒化物などを使用すること
ができる。

Ｊ本発明のガラスは、８００〜９００℃付近に結晶化温度
を有しており、結晶化温度以上で焼成することによって
一部結晶化しガラス−セラミックスとなる。Ｘ線回折分
析の結果、焼成体は主としてＢａ　Ｚｒ　　（ＢＯ３）
２と３ａ　Ａｌ　２　Ｓｉ　２０ａの二つの結晶相と残
部組成のガラス質の三相からなっており、これらの結晶
相とガラス相との共存により機械的強度が大きく、絶縁
性の優れた緻密な誘電体が得られるものと考えられる。

即ちＢａ　Ｚｒ　　（８０３）２結晶は、上記ガラス質
との共存で、低誘電率でかつ優れた絶縁特性を有する誘
電体となる。一方ガラス成分中のＡｌ２Ｏ３は、焼成体
の抗折強度を大きく向上させる。

これはＡｌ２Ｏ３によって、　３ａＡＩ　２３ｉ２０ｅ
　　（セルシアン）の結晶相が新たに出現し、これが強
度の増加に寄与すること、及び系全体の結晶化度が増加
することによるものと考えられる。

尚Ａ＋２０３を配合すると焼結温度が上昇するが、Ｃａ
Ｏを添加することによって、二つの結晶相の生成に影響
を及ぼすことなく焼結温度の上昇を抑えることができる
。

ガラスの組成範囲を限定した理由は、次の通りである。

Ｍ２Ｏが２０〜４０重量％の範囲を外れると、前記結晶
が析出しにくくなる。Ｂ２Ｏ３が３０重量％を越えると
強度が低下し、回路基板用に使用できなくなり、又１０
重量％未満ではガラス製造時の溶融が困難になる。Ｓｉ
　０２は３５重量％を越えると結晶化が遅くなる。又１
０重量％より少量ではガラスの結晶化が速まり、焼結性
が悪化する。ＢａＯは２２１！ｆｄ％より多いと誘電率
が高くなり、５重量％未満ではＺ「０２が分相を起こし
、均質なガラス−セラミックスが得られない。２「０２
が２０重量％を越えると溶融困難になり、又５重量％よ
り少ない場合は結晶化反応が緩慢になり、不完全な結晶
相しか得られない。Ａｌｐ’ｓは、１５重量％を越える
と焼結温度が高くなるので望ましくなく、又２重量％よ
り少ないと機械的強度の増大に効果がない。ＣａＯは必
ずしも配合する必要はないが、Ａｌ２Ｏ５による焼結温
度の高温化を抑えるのに有効である。１〜５１ｆｉ％の
添加が効果的であるが、５重量％を越えると抗折強度の
低下をもたらす。

更にガラス（＾）を予め結晶化させ、粉砕してガラス−
セラミック質の誘電体材料（Ｂ）とし、これを焼結させ
ることによっても同様な低誘電率の誘電体を得ることが
可能である。

ガラス（Ａ）及びガラス−セラミックス（Ｂ）はそれぞ
れ単独で用いてもよいが、両者を混合して使用すること
もできる。尚ガラス（Ａ）は単独で使用すると、焼成時
の脱バインダが不十分になる傾向があり、焼成体中にカ
ーボンが残留し易いから、フィラーとして予め結晶化さ
せたガラス−セラミックス（Ｂ）や、その他通常使用さ
れる結晶性フィラーと混合使用するのが望ましい。特に
ガラス−、セラミックス（Ｂ）をフィラーとして用いる
場合は、焼成後は均質体となって組成及び特性を大きく
変化させないので有利であり、かつ多量に配合すること
も可能で混合比を自由に選択することができる利点があ
る。これらのフィラーは、脱バインダ性の改善の他、機
械的強度、成形性等を改善したり、焼成時の収縮率を制
御する効果がある。

本発明の誘電体材料は、回路基板や、多層回路の誘電体
層として使用される。

例えば多層回路基板に使用する場合は、本発明のガラス
又はガラス−セラミックスをボールミルにて平均粒径１
〜５μｓ程度まで粉砕し、青られた粉末に必要に応じて
フィラー、結合剤、゛可塑剤、湿潤剤を添加し、溶剤中
で充分に混合してスラリーを作り、ドクターブレード法
など公知の方法により成形してグリーンシートを作成す
る。このグリーンシートに導体を印刷し、複数枚積層し
て加熱加圧した後、焼成することにより一体化する。

焼成はガラスの結晶化温度以上で行えばよく、例えば１
０００℃以下の低温で焼成することができる。

焼成雰囲気は使用する導体材料により、酸化性雰囲気、
非酸化性雰囲気のいずれでもよいが、本発明の誘電体材
料は、非酸化性雰囲気中で焼成した場合でも充分に大き
い機械的強度がをられる。

尚グリーンシートの代わりに誘電体ペーストとして、ペ
ースト１層法による多層回路基板の製造に用いることも
できる。

実施例実施例１Ｍｇ　（ＯＨ）２．Ｂ２Ｏ３　、Ｓｉ　０２、３ａＣＯ
３，Ｚｒ　０２　、Ａｔ　２０３及び’ＣａＣＯ３を酸
化物換算で表１に示した割合で秤吊し、自動乳鉢で混合
し、白金ルツボ中で１５００℃に３０分保持して溶融し
た債、双ロールで急冷してガラスを製造した。このガラ
スをスタンプミルで粗粉砕し、次いで溶剤としてメタノ
ールを用いてアルミナ製ボールミルで４８時間粉砕し、
平均粒径２．５ＩＪＭのガラス粉末（Ａ）を得た。

一方、これと則−組成のガラスを作成し、粗粉砕したも
のを９００℃で３０分間熱処理して結晶化させ、再度粉
砕して平均粒径２，５ｐのガラス−セラミックス粉末（
Ｂ）を得た。

ガラス粉末（＾）５０重１部、ガラス−セラミックス粉
末（Ｂ）　５０重量部、アクリル系樹脂１２重量部、フ
タル酸系可塑剤３重量部及びケトン系溶剤２８重量部を
アルミナ製ボールミルを用いて充分混合してスラリーと
した。次いで脱泡及び粘度調整を行った俊、ドクターブ
レード法により厚さ１５０μｓのグリーンシートを作成
した。６枚のグリーンシートを温度８０℃、圧力１００
Ｋｇ／ｃｔｄで加熱加圧して積層し、未焼結基板を青だ
。

これをベルト炉において６００℃で２．５時間保持して
有機物を除去した後、窒素雰囲気中表１に示した温度で
２．５時間保持して焼成を行った。

得られた焼成体について各々比誘電率、絶縁抵抗及び抗
折強度を測定し、結果を表１に示した。

実施例２〜５ガラスの組成を表１のとおりとする以外は実施例１と同
様にしてグリーンシートを作成し、積層後、焼成した。

得られた焼成体について特性を測定し、結果を表１に併
せて示した。

比較例１〜３Ｍ（１０，Ｂ２ＯＢ　、Ｓｉ　０２　、Ｂａ　ＣＯ３、
ＺｒＯ２，Ａｌ　２０３及びＣａＯを表１に示した割合
で混合し、実施例と同様にしてグリーンシートを作成し
、ｖＪ層後、焼成した。得られた焼成体について特性を
測定し、結果を表１に併せて示した。

表１より明らかなように、本発明の誘電体材料は回路基
板材料として優れた特性を有しており、特にＡｌ２Ｏ３
の添加で抗折強度が著しく向上した。尚比較例３ではＡ
ｌ２Ｏ３の添加量が多いため焼成温度が高く、１１００
℃でも焼結しなかった。

実施例７〜９実施例１においてガラス粉末（＾）とガラス−セラミッ
クス粉末（Ｂ）の比率を変え、表２のとおりとする以外
は同様にしてグリーンシートを作り、積層した後焼成し
た。

得られた誘電体の特性を表２に示した。

実施例１０実施例１と同一組成のガラス粉末と、平均粒径１．０即
の珪酸ジルコニウム粉末とを重量圧で５０：５０の割合
で混合し、実施例１と同様にしてグリーンシートを作り
、ｌｆＡ層した後９８０℃で２．５ＦＩ￥間焼成した。

得られた焼成体の比誘電率、絶縁抵抗及び抗折強度はそ
れぞれ７．８．１０　　Ωα以上、２１００に９／ｃ−
であった。

発明の効果本発明の誘電体材料は、優れた電気的特性及び高い機械
的強度を有しており、かつ低温での焼結が可能なので、
導体抵抗の低いＡａ　、Ａｕ　ｓ　Ｃｕなどの金属を配
線材料として使用することができ、高密度実装が可能な
回路基板用材料として極めて有用である。

特許出願人　昭栄化学工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１　（Ａ）マグネシウム、硼素、珪素、バリウム、ジル
コニウム、アルミニウム及びカルシウムを各々酸化物換
算でＭｇＯ２０〜４０重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３１０〜３０重量％、ＳｉＯ＿２１０〜３５重量％、ＢａＯ５〜２２重量％、ＺｒＯ＿２５〜２０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３２〜１５重量％、ＣａＯ０〜５重量％、の比率で含有するガラス及び（Ｂ）（Ａ）のガラスを予め熱処理し、結晶化させて得
られたガラス−セラミックスより選んだ１種又は２種以上からなる回路基板用誘電体
材料。２　（１）（Ａ）マグネシウム、硼素、珪素、バリウム
、ジルコニウム、アルミニウム及びカルシウムを各々酸
化物換算でＭｇＯ２０〜４０重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３１０〜３０重量％、ＳｉＯ＿２１０〜３５重量％、ＢａＯ５〜２２重量％、ＺｒＯ＿２５〜２０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３２〜１５重量％、ＣａＯ０〜５重量％、の比率で含有するガラス及び（Ｂ）（Ａ）のガラスを予め熱処理し、結晶化させて得
られたガラス−セラミックスより選んだ１種又は２種以上と、（２）結晶性フィラーとからなる回路基板用誘電体材料。