JPH01141838A - 回路基板用誘電体材料 - Google Patents

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】 １！」！ソロ１次！ 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、かつ低誘電率の誘電体材料に関する。

監ｊＪυｉ亘 ＬＳＩ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８＠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（］　、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強く
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、
誘電率などの電気特性や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。

発明が解決しようとする間　点 本発明の目的は、低温で焼成でき、焼成債は優れた絶縁
特性及び機械的強度を示し、かつアルミナ基板より誘電
率の低い新規な回路基板用Ｖ、誘電体材料提供すること
にある。

問題点を解決づ”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
及びジルコニウムを各々酸化物換忰でＭ（１０２０〜４
０重量％、 Ｂ２Ｏ３　１０〜３０重争％、 ＳｉＯ２１０〜３５重量％、 ８ａ０　　　５〜２２Ｎ！！ｆｆｉ％、ＺｒＯ２５〜２
０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＠又は２種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
酸化物換算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、珪酸ジルコニウム、ステアタイト、７オル
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。

１月 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Ｂａ　Ｚｒ（８０３）２を主相と
する結晶相と残部組成のガラス質の二つの相からなって
おり、この結晶相とガラス相との並存により絶縁性の優
れた、低誘電率の、緻密な誘電体が得られるものと考え
られる。

低誘電率発現６１＠については明確ではないが、３ａ　
Ｚｒ　　（ＢＯ３）２を化学量論比で調合し、成形、焼
成してもこの結晶は低誘電率を示さず、又結晶化させた
後に残るガラス相の成分と同一の組成を有するガラスも
誘電率は低くない。更にこのガラスと３ａ　Ｚｒ　　（
８０３）２結晶とを別々に製造し、巾に混合して焼結し
たものも同様に低誘電率は示さず、本発明の組成範囲内
でガラスを作成し、これを熱処理して結晶化させた場合
にのみ低い誘電率が得られることが判った。

ガラスの組成範囲を限定した理由は次の通りである。

ＭｑＯ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。ＳｉＯ
２は３５重量％を越えると結晶化が遅くなる。又１０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。

８ａＯは２２重量％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−
セラミックスが青られない。ｚ「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
。

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調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
〜５頭程度まで粉砕し、この粉末に必要に応じて結晶性
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
０５０℃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。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ｖ４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１ ＭＯ（ＯＨ）２　、Ｂ２０Ｓ　、Ｓｉ　０２、　ＢａＣ
Ｏ３及びＺｒ　０２をそれぞれ酸化物換粋で表１に示し
た割合となるように秤量し、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２．５頭のガラス粉末（Ａ）を得た。

一方、これと同一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２．５緒のガラス−セラミックス粉末（
Ｂ）を青だ。

ガラス粉末（Ａ）　５０重量部、ガラス−セラミックス
粉末（ｅ）ｓｏ重重量、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後、ドクターブ
レード法により厚さ１５０頭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１００Ｋ
ｆＩ１０１で加熱加圧して積層し、未焼結基板を冑だ。

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１０５０℃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２〜６ ガラスの組成を表１に示すとおりにする以外は実施例１
と同様にしてグリーンシートを作成し、積Ｍ後、焼成し
た。得られた焼成体の特性を測定し、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いる。

比較例１〜１０ Ｍ（＋　　（ＯＨ）２．Ｂ２Ｏ３　、Ｓｉ　０２、　Ｂ
ａＣＯ３及びｚ「０２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、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。

これらの比較例はいずれもガラスの組成が本発明の範囲
を外れるものであるが、表１より明らかなように、比較
例１．２．４．６．７及び９では抗折強度が小さく回路
基板材料として実用に供し得ない。又比較例８では誘電
率が大きく、比較例３．１０ではガラス製造時に酸化物
が完全に溶融せず、均一なガラスが製造できなかった。

比較例５では誘電体が焼結せず、基板として使用できな
いものであった。

実施例７〜１０ 実施例３においてガラス粉末（Ａ）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。

青られた誘電体の特性を測定し、結果を表２に示した。

表２ 実施例重量 実施例３と同一組成のガラス粉末と平均粒径１．０−の
珪酸ジルコニウム粉末とを重量化で７０：３０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、
積層した後焼成した。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７．５．１０　　Ωα以上
、１４００８ｆｌ／ｃｄであった。

実施例１２ 実施例３と同一組成のガラス粉末と平均粒径０．５μｍ
の窒化アルミニウム粉末とを重量化で７０：３０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
、積層した後焼成した。焼成体の比誘電率、絶縁抵抗及
び抗折強度はそれぞれ７．７．１０１４Ωα以上、１３
００Ｋｇ／ｃａｌ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ｎ械
的強度を有しており、低温での焼結が可能なので、導体
抵抗の低いＡ（＋　、Ａｕ　、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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）マグネシウム、硼素、珪素、バリウム及びジ
   ルコニ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％ 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
   及びジルコニ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％ 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。