JPH01246176A

JPH01246176A - 多層基板用低温焼結磁器組成物

Info

Publication number: JPH01246176A
Application number: JP63075691A
Authority: JP
Inventors: Harufumi Bandai; 治文万代; Kimihide Sugo; 公英須郷; Wakichi Tsukamoto; 塚本　和吉; Kouji Kajiyoshi; 梶芳　浩二
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-02
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600778B2

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）この発明は、多層基板用低温焼結磁器組成物に関し、特
に、複数の磁器層が積層され、磁器間に回路が形成され
てなる多層磁器基板に適した、多層基板用低温焼結磁器
組成物に関するものである。

（従来の技術）一般に、電子機器の小型化に伴い、電子回路を構成する
各種電子部品を実装するのに磁器基板が汎用され、最近
では、実装密度をさらに高めるため、表面に導電材料の
ペーストで回路パターンを形成した未焼成の磁器シート
を複数枚積層し、これを焼成して一体化した多層磁器基
板が開発されている。　従来このような多層磁器基板の
材料としてはアルミナが用いられていた。

（従来技術の問題点）しかしながら、アルミナはその焼結温度が１５００〜１
６００℃と高温であるため、まず焼結に要する多量のエ
ネルギーが必要となり、コスト高になる。また、基板内
部に形成される内部回路の導電材料としては、高温の焼
成温度に耐え得るＷやＭＯなどの高融点金属に限定され
るため、回路パターンそのものの抵抗値が高くなるとい
うデメリットがある。また、アルミナの熱膨張係数がア
ルミナ基板の上に搭載される半導体を構成するシリコン
チップよりも大きいため、シリコンチップにサーマルス
トレスが加わり、シリコンチップにクラックを発生させ
る原因となる。さらには、アルミナそのものの誘電率が
高いため、回路の内部を伝播する信号の遅延時間が大き
くなるなどの問題があった。

（発明の目的）この発明は、低温で焼結可能な多層基板用低温焼結磁器
組成物を提供することを目的とする。

また、この発明は、熱膨張係数が小さく、かつ誘電率が
小さく、さらには比抵抗の高い多層基板用低温焼結磁器
組成物を提供することを目的とする。

さらに、この発明は、非酸化性雰囲気で焼結可能な多層
基板用低温磁器組成物を提供することを目的とする。

（発明の構成）この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成物は、次
のような材料よりなる。

すなわち、コージェライトが６０〜９０重量％、Ｂ２Ｏ
３が５〜２０重量％、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの１
種以上が１〜２５重量％、Ｓ　ｒ　０２、ＭｇＯ，Ａｌ
２Ｏ３のうち少なくとも１種以上が３０重量％以下から
なるものである。

また、前記主成分に対して、添加物としてクロム、鉄、
コバルト、ニッケルおよび銅の酸化物の１種以上をそれ
ぞれＣｒ２Ｏ３、Ｆｅ２ｏ３、ｃｏ２ｏ３、ＮｉＯおよ
びＣｕＯに換算して１０重量％以下添加含有されたもの
からなる。

なお、ここでコージェライトとは、２Ｍｇ０・２Ａ１２
０３・５ＳｉＯ２のほか、Ｅ、Ｎ、Ｌｅｖｉｎ　ｅｔ　
ａｔ、によるＰｈａｓｅ　Ｄｉａｇｒａｍｓ　ｆｏｒ　
Ｃｅｒａｍｉｓｔｓ”　、’ｒｈｅ　Ａｍｅ−ｒｉｃａ
ｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　５ｏｃｉｅｔｙ、Ｃｏｌｕｍｂｕ
ｓ、１９６４．Ｐ、２４６（Ｆｉｇ、７１２）に開示さ
れている組成範囲から構成されるものである。第１図に
コージェライトの組成領域を示しておく。第１図におい
て、領域Ａがコージェライトの組成範囲である。

また、この発明は上記した主成分として、５ｉ０２、Ｍ
ｇＯ，Ａｌ２Ｏ３を含有させる。この含有量としてはそ
の特性を損なわない範囲として３０重１％までの範囲が
有効である。また、これらの成分を３種とも添加させる
場合、その結晶構造をこの３成分系内のコージェライト
以外のものとしてもよい。

さらに、この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成
物を得るに当たっては、通常の窯業技術が適用される。

すなわち、コージェライト、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの酸化物
または化合物、およびＳ　ｉ　Ｏ２、Ｍｇ０２Ａ　Ｉ　
２０３、さらにはクロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅
の酸化物または化合物の各粉末を所定の割合で秤量、調
合し、その原料混合物を仮焼したのち粉砕し、この粉末
にバインダを加えてスラリーを作成し、さらにドクター
ブレード法などのシート成形法によりセラミックグリ−
シートを作成し、　このセラミックグリーンシートの積
層体を焼結することにより、多層磁器基板が得られる。

したがって、上記した工程によれば、ガラスｆヒの工程
がないため、焼成時の脱バインタ゛が容易であり、消費
エネルギーも少なくてよいことになる。

さらには、上記した工程により作成されたセラミックグ
リーンシートの上には、導電パターンを形成するための
導電材料を含むペーストパターンが印刷、塗布などの方
法により形成されるが、セラミックグリーンシートの焼
成に当たっては、これらの導電材料の種類に応じて焼成
雰囲気を設定すればよい。導電材料としては、たとえば
、ＣｕＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎ　Ｉなどがあるが、Ａｇ、
Ａｇ−Ｐｄについては酸化性雰囲気、Ｃｕ、Ｎｉについ
ては窒素などの非酸化性雰囲気で焼成すればよい。

この発明の多層基板用低温焼結磁器組成物を用いて、基
板そのものを製造する場合、原料を秤量、混合し、この
原料混合物を８００〜９００℃で仮焼した後、粉砕し、
その粉末をバインダと混練してからシート状に成形し、
次いで、得られたセラミックグリーンシートを酸化性雰
囲気あるいは非酸化性雰囲気で焼成すればよい。　また
、多層回路基板を製造する場合、セラミックグリーンシ
ートの上にＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎ　ｉなどの導電
材料からなる導電性ペーストで回路パターンを印刷し、
それらを複数枚積層してから、導電性ペーストに応じた
雰囲気で焼成すればよい。導電材料としてＣｕやＮ１な
どの卑金属を使用する場合、゛それらの酸化を防止する
ため、非酸化性雰囲気で焼成することが好ましい。たと
えば、窒素をキャリアガスとして水蒸気中を通過させ、
酸素および水素を微量含有させた窒素−水蒸気雰囲気（
通常、Ｎ２９９．７〜９９．８％）中、９５０〜１０２
０℃で焼成することが好ましい。なお、酸素を微量含有
させるのは、セラミックグリーンシートの形成に使用す
るバインダ′を仮焼段階で、炭素として残存させないた
めに、完全に燃焼させて除去するためである。

（効果）この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成物によれ
ば、次のような効果を有している。

（１）１０２０℃以下の温度で焼結可能であり、回路パ
ターンを形成するための導電材料としてＡｇ、Ａｇ−Ｐ
ｄなとの比較的安価な貴金属が使用できる。また、非酸
化性の雰囲気で焼成できるため、回路パターンの導電材
料として安価なＣｕ、Ｎ１などの卑金属が使用できる。

さらには、内部に抵抗パターンを形成するに当たっても
、サーメット材料が使用できる。

（２）熱Ｉｌ！ｌ帰服が３〜５　Ｘ　１０−”／’Ｃと
小さく、この基板の上にシリコンを搭載しても、サーマ
ルストレスによってシリコンにクラックが発生する恐れ
がない。

（３）誘電率が６以下と、アルミナの値よりも小さいた
め、信号の遅延時間の短縮が図れる。

（実施例）以下、この発明を実施例に従って詳細に説明する。

まず、コージェライトの原料を準備した。原料として、
ＳＩＯＭｇＯまたはＭｇＣＯ３あるい２ゝはＴ　ａ　ｌ　ｃ　（３Ｍ　ｇ　Ｏ・４　Ｓ　１．０２
　・Ｈ２０）、Ａｌ２Ｏ３を秤量し、混合した。この混
合物を１３５０〜１４００℃で仮焼した。このようにし
てすでに第１図で示しているコージェライト組成物を得
た。

このコージェライト仮焼物を粉砕して新にコージェライ
ト原料として準備した。

次に、このコージェライト原料と、その他の構成材料、
すなわちＢＯまたはＢＮあるいはＢ４Ｃ，ＣａＯまたは
Ｃａ　ＣＯ３、ＳｒＯまたは５ｒＣＯＢａＯまたはＢ　
ａ　ＣＯＳ　ｒ　０２、ＭｇＯま３ゝ　　　　　　　　
　　　　　　　　　３ゝたはＭｇＣ０あるいはＴ　ａ　
Ｉ　ｃ　、Ａ　ｌ　２０３、Ｃｕ０１Ｎ　ｔ　Ｏ％　　
Ｆ　ｅ　２０３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣＯ２Ｏ３を準備し、別
表−１に示す組成の磁器が得られるように、秤量、混合
した。この混合物を８００〜９００℃の温度で仮焼し、
粉砕した。この粉砕した粉末に有機バインダを加えて混
練し、得られたスラリなドクターブレード法にて厚さ１
ｍｍのシート状に成形した。このセラミックグリーンシ
ートな縦３Ｑｍｍ、横ＩＱｍｍの大きさにカットし、水
蒸気中に通過させた窒素をキャリアガスとする窒素−水
蒸気の非酸化性雰囲気中９００℃の温度でバインダー成
分を燃焼させ、これを表−１に示す各温度で１時間焼成
して磁器を得た。

また、このセラミックグリーンシートを縦３ｍｍ。

横２０ｍｍの角板状にカットし、これを３枚積層して２
０００　Ｋｇ／Ｃｍ２で加圧し角柱状にした。そして、
これを上記の方法で焼成し、熱膨張測定用の試料とした
。

これらの試料について、次のとおり各特性をそれぞれの
条件や測定方法で測定し、表−１に示す結果を得た。

誘電率二層波数ＩＭＨｚで測定した値。

誘電体損失二層波数Ｉ　Ｍ　ＨＺで測定した値。

比抵抗：試料に直流１００Ｖを印加したときの値。

熱膨張測定用＊の式より算出した。

α＝ΔＬ／Ｌ　（’ｒ２−’ｒ１）＋αＳ　＋　０２式
中、α　：熱膨張係数 ΔＬ：加熱による試料の見掛けの伸び（ｍｍ）Ｌ　二室温での試料の長さ（＋ｎ＋ｎ）Ｔ１　：室温Ｔ２：５００℃ αＳ　ｉ　Ｏ２’石英ガラスの熱膨張係数たま、これと
は別に、同じ方法で厚さ０．３〜０．４ｍｍのセラミッ
クグリーンシートな作成する一方、粒径５μｍ以下の銅
粉末と有機質ビヒクルとを重量比８０　：　２０の割合
で混合した銅ペーストを印刷し、これを３枚積層して熱
圧着し、窒素−水蒸気の非酸化性雰囲気中で表−１に示
す各温度で１時間焼成した。こうして得られた多層磁器
基板のＣ＋１導体は酸化されておらず、良好な導電性を
示し、その面積抵抗は２ｍΩ／口であった。なお、有機
質ビヒクルはエチルセルロースをα−テレピネオールで
１０倍に希釈したものを使用した。

表−１の結果は次の基準に従って判定した。

焼結温度：１０２０℃以下（Ｃｕ導体およびＡｇ−Ｐｄ
導体の使用可能な温度、ただし、Ａｇ−Ｐｄ導体はＡｇ：Ｐｄ＝８０　：　２０のもの）誘電率（ε）：ＩＭＨｚの条件下で６以下誘電体損失（
ｔａｎδ）：ＩＭＨｚの条件下で０゜２％以下比抵抗：直流電圧１００Ｖの条件下で１０１１Ω・ｃ、
ｍ以上熱膨張係数：　５．　Ｏｘ　１０’／”ｃ以下非酸化性
雰囲気で使用出来るサーメット抵抗を表面に形成した場
合、この発明にかかる多層磁器基板上のサーメット抵抗
はアルミナ基板と同等の特性を示した。

また、上記１ノた実施例では、焼成雰囲気を窒素からな
る非酸化性雰囲気に設定したが、このほか、自然雰囲気
中で焼成しても表−１に示した程度の特性が得られるこ
とが確認できた。

なお、表−１において、＊印を付したものはこの発明範
囲外のものであり、それ以外はすべてこの発明範囲内の
ものである。

表−１から明らかなように、この発明め多層基板用低温
焼結磁器組成物おける組成範囲を限定した理由は次の通
りである。

コージェライトが６０重量％未満では、熱膨張係数が大
きくなり、一方９０重量％を越えると焼結温度が高くな
る。

Ｂ２Ｏ３が５重量％未満では、焼結温度が高くなり、一
方２０重量％を越えると発泡し、焼結温度範囲が狭くな
る。

ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの１種以上が１重１％未満
では焼結温度が高くなり、一方２５重量％を越えると誘
電率が大きくなる。

また、５ＩＯ３、ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３のうち少なくとも
１種以上を３０重量％以下添加含有させるのは、Ｓ　ｉ
　０２が３０重量％を越えると、基板としての実用強度
が得られなくなり、ＭｇＯまたはＡ　ｌ　２０３が３０
重量％を越えると、焼結温度が高くなり、熱膨張係数が
大きくなるからである。なお、試料番号１６のものはＳ
　ｉ　Ｏ２が２８重量％でその曲げ強度は２０００　Ｋ
ｇｆ／ｃｍ２であったが、Ｓ　ｉ　Ｏ２が３０重量％を
越える試料番号２３のものの曲げ強度は１７００　Ｋｇ
ｆ／ｃｍ２であった。

さらに、上記した構成材料よりなる主成分に対して、添
加物としてＣｒ　　Ｏ５ＦｅｏＸＣｏ　　０２　３　　
　　　　２　３’ ＮｉＯおよびＣｕＯの１種以上が１０重量％を越えると
、比抵抗が小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコージェライトの組成範囲を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コージエライトが６０〜９０重量％、Ｂ＿２Ｏ＿
３が５〜２０重量％、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの１
種以上が１〜２５重量％が、ＳｉＯ＿２、ＭｇＯ、Ａｌ
＿２Ｏ＿３のうち少なくとも１種以上が３０重量％以下
からなる多層基板用低温焼結磁器組成物。
（２）前記主成分に対して、添加物としてクロム、鉄、
コバルト、ニッケルおよび銅の酸化物の１種以上をそれ
ぞれＣｒ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿２Ｏ＿３、Ｃｏ＿２Ｏ＿３
、ＮｉＯおよびＣｕＯに換算して１０重量％以下添加含
有されている特許請求の範囲第（１）項記載の多層基板
用低温焼結磁器組成物。