JPH0312357A

JPH0312357A - 抵温焼成セラミック基板材料

Info

Publication number: JPH0312357A
Application number: JP1146714A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Kaku; 賀来　健二郎; Hiroyuki Saito; 浩幸斉藤
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-21

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、電気的及び機械的特性に優れ、かつ、約１０
００℃以下の低温で焼成可能なセラミック回路基板材料
に関する。

〔従来の技術〕

従来のセラミック多層基板は、絶縁層にアルミナを用い
、導体に高融点金属であるタングステンあるいはモリブ
デンを用いて、１６００℃程度の温度で焼成して製作さ
れていた。

また近年は、上記のような絶縁層にアルミナを用いる基
板で使用するタングステンやモリブデン導体の代りに、
銀、銀／パラジウム、銅等の通常の厚膜法で使用される
導体抵抗の低い金属ペーストを使用して、およそ８００
〜１０００℃で絶縁層と導体とを同時焼成して製作され
る、低温焼成セラミック基板と称する種々の材料が開発
されつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

絶縁層にアルミナを用い、導体にタングステンあるいは
モリブデンを用いる従来の基板には、焼成温度が１６０
０℃と高温であるため省エネルギーに反するという欠点
がある上に、導体としてタングステンやモリブデンを使
用するため導体抵抗が高いという欠点があった。

これに対して、低温焼成セラミック基板は、安価で抵抗
の低い導体が使用できるだけでなく、−般に誘電率が高
温で焼成されるアルミナ絶縁層基板と比べて低く、その
ため高周波回路に向いている。しかしながら、低温焼成
セラミック基板はガラス−アルミナ系、結晶化ガラス系
等の種々の系で開発されてはいるものの、これらの基板
では一般に絶縁抵抗及び曲げ強さが小さく、従って更に
優れた材料の開発が要望されている。その上、多くの場
合に使用されるガラス粉末を調製する際には、１５００
℃程度の高温で溶融させて急冷を行う必要があり、これ
により得られたバルク状のガラスを粉砕してガラス粉末
としたものを原料として用いるため、低温焼成セラミッ
ク基板の製作には多大なエネルギーと工数が必要であっ
た。

本発明の目的は、調製するのに要するエネルギー及び工
数を減らすことができ、絶縁抵抗と曲げ強さとを向上さ
せた優れた特性を有する基板を与える低温焼成セラミッ
ク基板材料を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕本発明のセラミック基板材料は、（ａ）酸化物に換算し
て表される組成がＳｉ０□４０〜６０重量％、ＰｂＯ３
０〜５０重量％、８２０３　５〜１５重量％、ＣａＯ４
〜１５重量％であるガラス粉末４０〜６０重量％と、（
ｂ）　アルミナ（Ａｌ１［］３）　３６〜５５重量％と
、（ｃ）三酸化ビスマス（Ｂ１２０ｓ）　　１〜１０重
量％とからなる低温焼成セラミック基板材料である。

このセラミック基板材料で使用するガラス粉末（ａ）は
、酸化物に換算して表される組成がＳｌＯ□４０〜６０
重量％、ＰｂＯ３０〜５０重量％、Ｂ２０．、　５〜１
５重量％、Ｃａ０４〜１５重量％であるホウケイ酸ガラ
スの粉末である。本発明のセラミック基板材料のガラス
含有量は４０〜６０重量％であるのが好ましい。

またこのガラスの各成分については、上記の組成範囲よ
りはずれるとそれぞれ以下に述べるような傾向が現われ
よう。すなわち、Ｓ１０□にあっては４０重１％より少
なくても６０重量％より多くてもガラス化が困難になり
、また６０重量％より多くなると曲げ強さの低下を招く
。ＰｂＯにあっては、上記の範囲をはずれると焼結性が
低下し、電気的及び機械的特性の低下を招く。Ｂ２Ｏ３
にあっては、５重量％より少ない場合にはガラス化が困
難になり、また曲げ強さが低下し、そして１５重量％よ
り多い場合には吸水し易くなり、絶縁抵抗が低下する。

ＣａＯにあっては、４重量％より少ないと焼結性の低下
、絶縁抵抗及びｔａｎ　δの低下を招き、１５重量％よ
り多いと焼結性の低下を引き起こす。

ガラス粉末（ａ）　　は、好ましくは、上記の成分組成
を与える所定量の各原料（酸化物、炭酸塩、その他の化
合物）を秤量し、混合して粉砕した後に、空気中におい
て７００℃程度の温度で仮焼して得られる一部結晶相の
混在したガラス粉末である。同等の特性を得ることがで
きるガラス粉末は、上記成分組成を有するホウケイ酸ガ
ラス原料を溶融させ、急冷し、そして粉砕して通常通り
に調製することもできるが、この場合には原料を高温（
１５００℃程度）で溶融させる工程と急冷して得られた
塊状のガラスを粉砕する工程とが余分に必要であり、か
つ溶融のために過大なエネルギーが要求される。

本発明のセラミック基板材料で使用するアルミナ（ｂ）
　は、通常の回路基板材料に用いられているアルミナと
同等のものである。好ましくは純度９６％以上のものを
使用し、より好ましいアルミナ純度は９９％以上である
。本発明のセラミック基板材料には３６〜５５重量％の
アルミナが含まれるのが好ましい。

本発明のセラミック基板材料においては、アルミナ／ガ
ラス比を好ましくは５５／４５から４０／６０までにす
る。５５／４５のアルミナ／ガラス比よりもガラスが少
ないと、下記で説明するＢｉ、０３添加の効果がほとん
ど得られなくなり、４０／６０を超えてガラスが多くな
ると、焼成時に基板の軟化が著しくなって良好な基板を
得ることができない。Ｂｉ、０３添加の効果が最も大き
くなるのはアルミナ／ガラス比がほぼ５０１５０の場合
である。従って、より好ましいアルミナ／ガラス比はお
およそ５０１５０である。

本発明のセラミック基板材料には１〜１０重量％の三酸
化ビスマスが添加される。Ｂｉ２Ｏ３は、アルミナとガ
ラスの液相焼結を助け、緻密で絶縁性及び曲げ特性の優
れた基板を与える。Ｂ１２Ｏ３の添加量が１重看％に満
たない場合には、このような効果はほとんど現れず、ま
た添加量が１０重量％を超える場合には、基板の誘電率
がアルミナ絶縁層基板のそれに近くなり、高周波回路用
には使用できなくなるため好ましくない。より好ましい
Ｂｉ、０゜添加量は、絶縁抵抗が著しく増大する４重量
％から誘電率があまり大きくならない７重量％までの範
囲である。使用するＢｉ２Ｏ３は純度９９％以上である
ことが好ましく、より好ましくは純度９９．９％以上の
ものを使用する。

本発明のセラミック基板材料を使って基板を製作する際
には、各原料粉をバインダー、溶剤と共に混合してスラ
リーを作り、このスラリーから通常の成形法でグリーン
シートをこしらえ、これに導体ペーストを印刷し、約１
０００℃以下の低温で焼成することができる。

〔作　用〕

本発明の基板材料は、アルミナとホウケイ酸ガラスとを
混合した一般的なアルミナ−ガラス系基板材料にＢ１２
Ｏ３を添加して成るセラミック基板材料である。ｅｉ、
ｏａは、本発明のセラミック基板材料の約１０００℃以
下の低温での焼成時にガラスとアルミナとの液相焼結を
助ける助剤として働き、緻密で絶縁抵抗及び曲げ強さの
改良された優れた特性の基板を与える。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。

実施例１この例では、アルミナ／ガラス比が５０１５０　（重量
比）であるアルミナとガラスとの混合物に８１゜０３を
１〜１０重量％添加して得られるセラミック基板材料を
説明する。

使用したアルミナの純度は９９．２％以上、粒度は平均
粒径で０．６１！ｒｎであった。Ｂｉ２Ｏ，は純度９９
．９％の試筆を使用した。また用いたガラス粉末は、こ
のガラスの各原料（酸化物、炭酸塩、その他の化合物）
を所定量秤量し、混合及び粉砕後に空気中でおよそ７０
０℃の温度で仮焼して得られた一部結晶相の混在してい
るガラス粉末であった。この粉末の粒度は平均粒径て２
．０〜１．０印であり、そしてその組成は、５１ｏ２４
９．０重量％、ＰｂＯ３９．２重量％、８２０３６．９
重量％、Ｃａ０４．９重量％、であった。

アルミナとガラスとの５０／５０配合物にＢｉ２Ｏ３を
１〜ｌＯ重量％添加して試料１〜７　（表１）を調製し
た。これらの粉末試料１００重量部をバインダー（ポリ
ビニルブチラール）９重量部及び溶剤１００重量部と混
合してスラリー化し、ドクターブレード法によりテープ
状に成形し、５２０℃で３時間有機物を除去した後８５
０℃で焼成して基板を製作した。使用した溶剤は、フタ
ル酸ジーｎ−ブチル３重看部、オレイン酸１重量部、ジ
エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル１００重
１ｆ［ｓ、ｆ　ルピネオール１００重量部、イソホロン
１００重量部、ベンジルアルコール５０重量部、２−ブ
トキシェタノール５０重量部、ｎ−ブタノール５０重量
部、を混合して得られる混合溶剤であった。得られた基
板の特性を測定した結果を表１と第１，２図（Ｏ印で表
示）に示す。

表１及び第１，２図から明らかなように、ＢｉｚＯ＊を
添加することによって絶縁抵抗も曲げ強さも向上する。

特に曲げ強さは、１重量％のＢｉ２Ｏ３添加量において
さえＢ１２Ｏ３を含有しない試料（第２図において口印
で示される）と比べて５０％以上もの特性向上がみられ
る。

比較例１アルミナ／ガラス比が実施例１と同じ’＜５０１５０で
あってＢ１２Ｄ３を含まない基板材料（試料１１）を使
って基板を製作し、その特性を測定した。使用した原料
及び手順は実施例１と同じであった。

測定結果を表２及び第１．２図（口印で表示）に示す。

実施例２Ｂ１２Ｏ３の添加量が３〜４重量％であり、アルミナ／
ガラス比が５５／４５から４０／６０までである試料８
〜１０（表１）を実施例１と同じ原料及び手順で調製し
、同様に基板を製作してその特性を測定した。測定結果
を表１に示し、また絶縁抵抗及び曲げ強さをそれぞれ第
３図及び第４図（○印で表示）に示す。

比較例２アルミナ／ガラス比が実施例２と同じ＜５５／４５から
４０／６０までであってＢ１２Ｏ３を含まない試料１６
〜１８（表２）を使って基板を製作し、それらの特性を
測定した。使用した原料も手順も実施例１と同じであっ
た。測定結果を表２及び第３．４図（・印で表示）に示
す。

実施例２と比較例２とのそれぞれの測定結果を比べると
、いずれの場合にもＢ１２Ｏ３を添加した方が絶縁抵抗
、曲げ強さとも優れていることが分る。

比較例３アルミナ／ガラス比が５５／４５から４０／６０までの
範囲外の混合物にＢｉ２Ｏ３を添加した試料（表２中の
試料１３　、１５　、２０）とＢｉ２Ｏ３を添加してい
ない試料（表２中の試料１２　、１４　、１９）を実施
例１と同じ原料及び手順で調製し、同様に基板を作って
それらの特性を測定した。測定結果を表２及び第３゜４
図（Ｂｉ２Ｏ３を含む試料を口印で、含まない試料を■
印で表示する）に示す。

アルミナ／ガラス比が７０／３０．６０／４０の場合に
は、Ｂｉ２Ｏ３添加の有無による絶縁抵抗及び曲げ強さ
の差異はほとんど認められなかった。アルミナ／ガラス
比が３０／７０の場合には、焼成時に基板の軟化が著し
くて良好な基板を得ることができず、基板の特性を測定
するのは不可能であった。

〔発明の効果〕

本発明のＢｉ２Ｏ３を添加したアルミナ−ガラス系基板
材料は、約１０００℃以下の低温で焼成することによっ
て、Ｂ１２Ｏ３の添加されていないアルミナ−ガラス系
基板材料を焼成して得られる基板に比べて絶縁抵抗及び
曲げ強さが大幅に改良された優れた特性の基板を与える
。しかも、本発明の基板材料においては、従来の低温焼
成セラミック基板材料の多くで使われている溶融・急冷
を行ってから粉砕して得られるガラス粉末ではなく、７
００℃程度の温度でガラス原料の粉末を仮焼することで
調製するのに要するエネルギー及び工数を減少させて得
られるガラス粉末を用いることができ、そしてこのよう
なガラス粉末を使って配合した本発明の基板材料から上
記の如く絶縁抵抗及び曲げ強さの両者が優れたセラミッ
ク基板を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板の絶縁抵抗とＢｉ２Ｏ，量との関係を示す
グラフ、第２図は基板の曲げ強さとＢｉ２Ｏ３量との関
係を示すグラフ、第３図は同一アルミナ／ガラス比でＢ
１□Ｄ３添加が基板の絶縁抵抗に及ぼす効果を示すグラ
フ、第４図は同一アルミナ／ガラス比で８１２０３添加
が基板の曲げ強さに及ぼす効果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１．　（ａ）酸化物に換算して表される組成がＳｉＯ＿
２４０〜６０重量％、ＰｂＯ３０〜５０重量％、Ｂ＿２
Ｏ＿３５〜１５重量％、ＣａＯ４〜１５重量％であるガ
ラス粉末４０〜６０重量％と、（ｂ）アルミナ（Ａｌ＿
２Ｏ＿３）３６〜５５重量％と、（ｃ）三酸化ビスマス
（Ｂｉ＿２Ｏ＿３）１〜１０重量％とから成る低温焼成
セラミック基板材料。