JPH01226750A

JPH01226750A - 絶縁ペースト用無機組成物

Info

Publication number: JPH01226750A
Application number: JP5235888A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nomura; 修一野村; Toru Miyoshi; 徹三好
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1989-09-11

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）本発明は主として厚膜多層電子回路の絶縁層を形成する
際に用いられる絶縁ペーストにあって、該ベートを製造
する際に原料とされる絶縁ペースト用無機組成物に関す
る。

（従来の技術）ＡｕＮやＳｉＣなどの非酸化物を基板として厚膜多層の
電子回路を形成する場合には作成された抵抗被膜の安定
性を確保するため、従来から回路上をガラス絶縁体で被
覆処理して居たり、８５０℃乃至９５０℃にて焼成し絶
縁ペーストとして使用される組成物としては、例えば特
公昭５１−１０８４４、特公昭５１−８６１６８．特公
昭５２−３４６４５．特公昭６０−５０００３．特公昭
６０−５４７２１等に示された如く、熱処理により結晶
化し得るガラスペースト及び耐火物フィラーを混合した
ガラスペースト等が多用されている。

（発明が解決しようとする課題）近年、電子部品工業の進歩に伴って、厚膜多層回路には
より高い配線密度及びより速い信号応答性が要求されて
来ている。配線密度を高くする為にはそれに伴う発生熱
量の増加に対応して、絶縁層の熱放散性、即ち、熱伝導
率を大きくする必要があり、又信号応答性を速くする為
には信号伝搬速度の障害となる誘電率を小さくする必要
がある。

しかし乍らこのような市場の要求を満たす為には、従来
から利用されて来たガラスペーストは緻密な絶縁層を形
成することができるものの、熱伝導率が小さいことや誘
電率が大きいこと等の欠点がある。

従来のガラスペーストでは熱伝導率を向上させる為にア
ルミナ粉末を多く混合すれば１０００℃以上の高温焼成
が必要となり、絶縁層の緻密性も悪くなる。また焼成温
度を８５０℃〜９５０℃の間に保つ為に鉛ガラス等の含
有率を多くすると誘電率が１０以上に大きくなる欠点が
ある。

更に、鉛ガラス以外のガラス成分として、比較的誘電率
の小さいホウ硅酸ガラスを用いた場合、その成分中にア
ルカリが無いと熱膨張率が小さくなり、多層回路基板を
構成した時、歪みや亀裂が出品いうえ、基板を製作する
為の焼成温度は１０００”Ｃ以上の高温が必要になる。

また、アルカリを加えると絶縁抵抗誘電体損等の電気特
性が悪くなる。

一般に低周波領域で誘電率や誘電体損の小さいガラスを
得る為にはイオン移動度の大きいＬｉ”。

Ｎａ“、Ｍｇ”　を極力少なくして強固な網目構造をと
るような組成のガラスを作り、伝導損失を小さくする必
要があり、高周波領域で誘電率、誘電体損の小さいガラ
スを得る為にはＰｂ２＋等の重金属イオンを極力少なく
して強固な網目構造をとるような組成のガラスを得て、
振動損失を小さくする必要がある。

以上の条件に適合すると共に、無機粉末と混合しても焼
成温度を低くする事が出来、且つ絶縁抵抗等の電気特性
を向上させる能力を持つガラス成分として硼酸があげら
れるが、硼酸は電気特性の向上効果を示す一方、熱膨張
係数を小さくすると云うマイナスの効果を示す事が知ら
れて居り、更にアルカリ成分の少ない絶縁ガラスペース
トの製造に際してはアルミナ基板とペーストの熱膨張係
数を整合させねばならぬとの制約から硼酸成分を多く配
合することが許されなかった。

このように市場では熱伝導率と誘電率を改善し、低温焼
成にても機械的強度と緻密性に優れた絶縁層を製作出来
るガラスペースト用の無機組成物の出現が大きく望まれ
ていた。

（課題を解決する為の手段）本発明者等は鋭意研究の結果１重量％にて、Ｓｉ０．３
０〜６０％、Ａｆ１２０，２〜１０％、Ｂ２０．１０〜
３０％、ｐｂ○　１０〜３０％及びＣａＯ２〜１０％と
、ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｌｉ、０１Ｎａ２０及びに、Ｏの夫
々の５％以下（たマし０％は除く）及びＦ、２％以下（
たマし０％は除く）のいづれかより選ばれた少なくとも
一種以上とを含み合計が１００％となるよう組成のガラ
ス粉末並びニ（ＣａＯ＋　Ａｎｚｏｓ　・２　Ｓ　ｘ　
ｏ、）、（ＡΩ２０．・Ｓｉｎ、）、（３Ａ　Ｑ　ｚ　
Ｏｓ・ＳｉＣ２）、（Ａｌ１．○、）及び（ＣａＣＩＳ
ｉＯ，）から選ばれた少なくとも一種以上の無機粉末よ
り成り、前記ガラス粉末が重量％にて２０〜６０％、上
記無機粉末が８０〜４０％となるように夫々配合されて
いることを特徴とする絶縁ペースト用無機組成物を用い
る事により課題を解決する事を可能にしたものである。

（作用）本発明において限定せるガラス粉末と無機粉末の混合比
及びガラス粉末の組成について各々の作用を以下に述べ
る。

即ち、Ｓ　ｉ　Ｏ，はガラスのネットワーク形成要素と
して重要であるばかりではなく１回路の焼成中に絶縁ペ
ーストを軟化させない為に晶出させるアノーサイト結晶
を構成する主成分でもある。Ｓｉ０．３０重量％未満で
はガラスの軟化点を低くしすぎて軟化流動をはげしくり
、、６０重量％を超えるとガラスの結晶化に要する温度
が１０００’Ｃ以上となる為、８５０〜９５０℃の熱処
理では充分な性能の絶縁層を得る事が出来ない。

ＡΩ２ｏ、はガラスの分相を防止し、化学的耐久性を増
大させると共に、アノーサイト結晶を構成する成分であ
る。このＡ２□０３が２％未満では、ガラスの分相防止
に対する効果が薄く、１０％を超えると熱処理后の絶縁
層に気泡が多く残留するようになる。

Ｂ２Ｏ３はガラスの溶融時に融剤として働くほかにも、
ガラスの網目構成成分となり、強固なガラスを作る効果
があり、電気特性を著しく向上させる。ガラス組成とし
てのＢ２Ｏ３は１０％未満であっても、３０重量％を超
えても熱膨張率が小さくなるのでアルミナ基板との伸縮
差が大きくなり、多層化した場合、歪みや亀裂による不
良品を生じ易くなる。又、Ｂ２Ｏ３が１０％未満では誘
電率が１０以上となって要求に外れる一方、３０％を超
えるとアノーサイト結晶の晶出を阻害する。

ＰｂＯはガラスの溶融時に融剤として働くが、１０％未
満ではガラスの溶解性が不十分となり３０％を超えると
ガラスの軟化点が低くなりすぎると共にガラスの保存性
が低下する。

Ｃａ　Ｏはガラスの絶縁性を増し、耐湿性を向上させる
と共に、アノーサイト結晶を構成する成分であるが、２
％未満ではその効果が乏しく１０％を超えると熱処理后
に於いて絶縁層の化学的耐久性が劣化する。

以上のＳｉｎ、、ＡＱ、Ｏ，、Ｂ、Ｏ，、ｐｂｏ及びＣ
ａＯがガラス粉末の主たる成分となるのであるが、本発
明ではこれに加えてＺｎＯ，ＭｇＯ１Ｌｉ、Ｏ，Ｎａ２
Ｏ、Ｋ、Ｏ及びＦ２の少なくとも一種以上を以下の範囲
について更に含むものである。

ＺｎＯはガラスの溶解時の粘性温度曲線を緩やかにする
効果があるが、限度範囲５％を超えると、誘電損失を大
きくする。

以上の他の塩基性酸化物であるＭｇＯ，Ｌｉ２Ｏ、Ｎ　
ａ　２０　、Ｋ　、　Ｏは何れもガラスの溶解性を向上
させると共に、ガラスの熱膨張率を調整する効果がある
が夫々の限定範囲５％を超えると誘電率、誘電体損が大
きくなる。

Ｆ２はガラスの溶解性を改善すると共に、本発明の無機
組成物を用いたペーストの保存性を向上させる効果があ
るが、限定範囲２％を超えるとガラスの溶製時に炉を汚
染する危険性がある。

本発明にあっては、以上述べたガラスの成分が合計して
１００％となるように構成されて居れば良い。尚、絶縁
ペースト用の無機組成物のもう一つの主成分である無機
粉末を前記ガラス粉末と混合して用いることにより、該
ペーストに熱処理時の結晶化の促進、再熱処理時の絶縁
層表面の発泡の抑制、或いは絶縁層内の小気泡の発生の
抑制、熱抵抗の低減、表面硬度の向上などの効果を与え
ることができる。しかし乍ら、ガラス粉末と混合する無
機粉末を４０％未満とすると絶縁層は緻密であるが、表
面が発泡し易くなったり、導体との自著性が低下したり
、熱抵抗が増大したりして好ましくない。また、重量％
で８ｏ％を超えると８５０〜９５０℃の熱処理温度では
緻密な絶縁層が得にく１、ピンホールが増加して、絶縁
性が低下してしまう。無機粉末として提案した（Ｃａ　
Ｏ・ＡＱ□０３・２ＳｉＯ２）、（ＡＩ２２０３・Ｓｉ
ｎ、）。

（３ＡＱ２０．−３ｉＯ２）、（３Ａｌ２ＯＡ１２．０
３）　及び（Ｃａｏ−８ｉ０よ）の中、特にＡＱ２０３
を用いた場合には絶縁層の熱伝導率はガラス単体層に比
較して３〜５倍の大きさとなる為。

多層厚膜回路の高密度化に伴い、必然的に放熱性の大き
い無機絶縁層が要求される場合には、ガラスと混合され
る無機粉末にアルミナを使用する事が好まれる。

（実施例）表１−１より表１−４にて示した如く本発明実施例にな
る組成のガラス粉末と無機粉末を混合し、エチルセルロ
ースを１０重量％含有するターピネオール溶液を媒介物
として作成した絶縁ペーストについて熱特性、電気特性
、緻密性を評価した結果は同じく表１−１より表１−４
に示した如き結果を示し、表１−５にて示された比較例
として本発明を外れる組成のガラス粉末と無機粉末との
組合せの場合に比較して良好な特性を得る事が出来た。

この場合熱特性については、ガラス粉末と無機粉末の混
合粉末を９００ｋｇ／ｃｄで加圧成形し、これを９３０
℃にて８分間電気炉中で焼成し、直径４ｍ、長さ４０ｍ
の棒状焼結体を得、該試料を用いて熱膨張係数を測定し
た。また、該焼結体を入手したと同様な処理条件にて直
径８　ｍ　、厚さｌａａの円板状の焼結体を得、これを
試料として熱伝導率を測定した。

更に、電気特性については、アルミナ基板にＡＱ或いは
Ａ　ｇ　／　Ｐ　ｄペーストで直径２０ｉｙｍの電極を
焼付は形成し、該電極上で直径が２２ａ＋＋ａになる様
に本発明の絶縁ペーストを塗布してピーク温度を９３０
℃、ピーク時間８分の熱処理をベルト炉で行い、これを
２回繰り返して膜厚がはＮ４０μｍとなる絶縁層を形成
し、該絶縁層上に直径２０ｍの電極をＡｕ或いはＡ　ｇ
　／　Ｐ　ｄペーストにより形成してＬＣＲメーターに
よる試験に供し、誘電率、誘電体損、体積抵抗率、絶縁
体圧を測定した。

最后に、緻密性については上部電極のない試料を作成し
、該試料の下部電極を負極とし、別に設けた銅棒を正極
として、これらを５重量％ＮａＣ党水溶液に浸漬し、極
間にＩＯＶを印加して下部電極に流れるリーク電流を測
定して得た。その結果の詳細については一覧表に示した
如くであり、例えば本発明の実施例としてのサンプル番
号１５ニテ示シｆ：Ｓ　ｉ　０．４５．０　％、ＡＱ、
０，５．０％、Ｂ２０，２０．０％、ＰｂＯ２０，０％
、ＣａＯ７，０％、Ｋ、０　２．０％、Ｆ２１．０％の
組成を持つガラス粉末を４０％、無機粉末としてのＡＱ
２０．を６０％として混合した組成物についての試験結
果は誘電率が６．７、誘電体損が０．８２と小さく、リ
ーク電流も零と問題なく、絶縁層の性状も良好であり、
従来の組成物に比較して好結果を示している。これに対
して本発明の範囲を外れる比較例、例えばサンプル番号
２５にみられる様にＳｉ０，６５．０％、ＡＱ２０，２
．０％、Ｂ、０，１０．０％、ｐｂ○　１５．０％、Ｃ
ａＯ７，０％、Ｆ２１．０％の組成を持つガラス粉末を
４０％と、無機粉末としてのＡＱ、０，６０％とを混合
した組成物についての試験結果は誘電率が１０．４と大
きく、誘電体損も１．４５と大きく、リーク電流も３．
６と高く、更に絶縁層の性状もピンホールが多くみられ
て電子機器用の厚膜多層回路用の絶縁ペーストには好ま
しくない結果が示されている。

（発明の効果）本発明の絶縁ペースト用無機組成物は、これをペースト
として利用する場合、従来品に比して誘電率、熱伝導率
が同時に改善されて居り、電子部品としての利用面で高
度の評価を得ているもので電子部品業界へ寄与するとこ
ろ極めて大なるものがある。

（以下余白）

Claims

【特許請求の範囲】

１．重量％にて、ＳｉＯ＿２３０〜６０％、Ａｌ＿２Ｏ
＿３２〜１０％、Ｂ＿２Ｏ＿３１０〜３０％、ＰｂＯ１
０〜３０％及びＣａＯ２〜１０％と、ＺｎＯ、ＭｇＯ、
Ｌｉ＿２Ｏ、Ｎａ＿２Ｏ及びＫ＿２Ｏの夫々の５％以下
（たゞし０％は除く）及びＦ＿２％以下（たゞし０％は
除く）のいづれかより選ばれた少なくとも一種以上とを
含み合計が１００％となるような組成のガラス粉末並び
に（ＣａＯ・Ａｌ＿２Ｏ＿３・２ＳｉＯ＿２）、（Ａｌ
＿２Ｏ＿３・ＳｉＯ＿２）、（３Ａｌ＿２Ｏ＿３・Ｓｉ
Ｏ＿２）、（Ａｌ＿２Ｏ＿３）及び（ＣａＯ・ＳｉＯ＿
２）から選ばれた少なくとも一種以上の無機粉末より成
り、前記ガラス粉末が重量％にて２０〜６０％、上記無
機粉末が８０〜４０％となるように夫々配合されている
ことを特徴とする絶縁ペースト用無機組成物。