JPH0324424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明は、混成集積回路の電気絶縁性セラミツ
クペーストやグリーンシート材料などに用いられ
る電気絶縁体用セラミツク組成物に関するもので
あり、更に詳しくは非酸化性雰囲気中における焼
成に好適に用いられ得る電気絶縁体用セラミツク
組成物に関するものである。 （従来技術とその問題点） 従来より、セラミツク配線基板を製造する方法
として、金、銀、白金及びその合金等の酸化雰囲
気中で安定な貴金属を主成分とする導体ペースト
を用いて、電気絶縁体用セラミツク成形体に導体
回路を印刷し、酸化雰囲気中で一体焼成する方
法、或いは銅、ニツケル、タングステン等の卑金
属を主成分とする導体ペーストを用いて、非酸化
性雰囲気中で焼成する方法が、知られている。 而して、かかるセラミツク配線基板の製造方法
のうち、前者の方法では、空気中で焼成し得る利
点があるものの、金、白金等の貴金属が高価であ
るところから、これを広く実用化することは、経
済性の上において大きな問題がある。一方、後者
の方法では、卑金属を用いるために材料コストが
低く、また電気的特性にも優れているが、非酸化
性雰囲気中で焼成を行なう手法を採用するもので
あるために、電気絶縁体用セラミツク組成物を構
成する一つの成分たるバインダーが、その焼成時
に充分に分解され得ず、炭素として残留し、セラ
ミツク基板の黒化、ピンホールやブリスタ（膨
れ）の発生、不充分な焼結、電気特性の低下等の
品質上における重大な欠陥を惹起せしめる問題を
内在している。 このように、従来の電気絶縁体用セラミツク組
成物は、卑金属導体との組合せにおいて、脱バイ
ンダー性、焼結性等において欠点があるところか
ら、ガラス成分を含む電気絶縁体用セラミツク組
成物と卑金属導体とを非酸化性雰囲気中で一体焼
成して、セラミツク配線基板を製造する手法の実
用化は、非常に困難なものとされているのであ
る。 尤も、そのような電気絶縁体用セラミツク組成
物を卑金属導体とを一体焼成することによつてセ
ラミツク配線基板を製造する手法における問題解
決のために、従来から、幾つかの対策が提案され
ており、例えば電気絶縁体用セラミツク組成物中
のガラスとして、特に結晶化ガラスを用いた組成
物、ガラスと共に混入されるアルミナ、ジルコニ
ア等の耐火物フイラーの含有量を多くした組成
物、PrO₂等の高原子価の酸化物を混入した組成
物、低温で熱分解する有機質バインダーを用いた
組成物等の、数多くの電気絶縁体用セラミツク組
成物が新たに提唱されたが、その効果は未だ不充
分なものであつた。 （発明の構成） ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑みて
為されたものであつて、その主たる目的とすると
ころは、混成集積回路の誘電体用印刷ペーストや
グリーンシート材料等に用いられる電気絶縁体用
セラミツク組成物において、その脱バインダー
性、導体との密着性、電気特性、焼結性等の改善
を図ることにあり、また他の目的とするところ
は、脱バインダーが困難である非酸化性雰囲気中
において炭素を殆ど残さず、導体、抵抗体等の卑
金属ペーストと一体焼成しても優れた電気特性等
を与え得る電気絶縁体用セラミツク組成物を提供
することにある。 そして、このような目的を達成するために、本
発明にあつては、電気絶縁性ガラスと有機質バイ
ンダーと無機過酸化物とを含んで構成される誘電
材料に、白金族金属、白金族化合物、マンガン酸
化物、及びコバルト酸化物からなる群より選ばれ
た少なくとも１種を含有せしめて、電気絶縁体用
セラミツク組成物を構成するようにしたのであ
る。 すなわち、本発明は、電気絶縁体用セラミツク
組成物中に、(a)無機過酸化物、及び(b)白金族金
属、白金族化合物、マンガン酸化物、コバルト酸
化物のうちの少なくとも１種を存在せしめるこを
特徴とするものであつて、そのような無機過酸化
物とコバルト酸化物、白金族金属等の存在によつ
て、該電気絶縁体用セラミツク組成物を構成する
有機質バインダーを、焼成時において、特に非酸
化性雰囲気中の焼成にあつても、効果的に消失、
除去せしめ得て、その焼成物中における残存炭素
量を著しく減少せしめ、これにより従来から問題
であつたセラミツク基板の黒化、ピンホールやブ
リスタの発生等の問題が悉く解消され得ることと
なり、以て導体との密着性や焼結性の改善、更に
は電気特性等の改善を効果的に達成し得たのであ
る。 （構成の具体的な説明） ところで、このような本発明で用いられる無機
過酸化物は、負二価のO₂基を有する無機過酸化
物又はペルオクソン酸であり、その化学的特徴は
分子内に有するO₂基に起因し、そのようなO₂基
の作用によつて、セラミツク組成物中に存在する
有機質バインダーが、非酸化性雰囲気中において
も効果的に分解、除去せしめられるものと考えら
れるのである。 なお、この無機過酸化物としては、アルカリ金
属の過酸化物や周期律表第族の金属の過酸化物
があり、また過酸化銅、過酸化チタン、過酸化セ
リウム、過酸化クロム等の重金属の過酸化物があ
り、なかでも、本発明においては、過酸化カルシ
ウム、過酸化ストロンチウム、過酸化バリウム、
過酸化亜鉛、過酸化カドミウム等が好適に用いら
れ、更にそれらの中でも、特に過酸化カルシウム
や過酸化ストロンチウムの使用が推奨されるもの
である。そして、このような本発明に従う無機過
酸化物は、焼成後においては酸化物、ガラス、そ
の他の化合物の形態で、電気絶縁体中に存在する
ものであることが好ましい。 また、かかる本発明における無機過酸化物の添
加量は、有機質バインダーの種類やその存在量等
によつて適宜に決定されることとなるが、一般に
0.1〜40重量％程度の割合で電気絶縁体用セラミ
ツク組成物中に存在するように添加せしめられる
と好ましい。なお、0.1重量％に満たない無機過
酸化物の余りにも少ない添加量では、電気絶縁体
用セラミツク組成物の脱バインダー性等が不充分
となり、他方40重量％を超える無機過酸化物の添
加は、電気絶縁体の緻密化を阻害する等の問題を
惹起する。また、かかる本発明で用いられる無機
過酸化物は、一般に粉末であり、そしてそのよう
な粉末の無機過酸化物は、焼結性の観点より、
0.5〜10μm程度の平均粒径において用いられるこ
とが望ましい。 なお、かかる本発明に従う無機過酸化物を用い
ずに、その代用として有機過酸化物を使用した場
合にあつては、電気絶縁体用セラミツク組成物を
非酸化性雰囲気中で焼成した場合に、ガラス成分
等に吸着した炭素成分が充分に除去されず、一部
残留し、このため一体焼成される導体面にブリス
タが発生する等の問題を惹起し、好ましくないの
である。しかしながら、本発明においては、所定
の無機過酸化物と共に、そのような有機過酸化物
を使用することは何等差支えないのである。 また、本発明で用いられる白金族金属、白金族
化合物、マンガン酸化物、若しくはコバルト酸化
物は、無機過酸化物の脱バインダー作用を効率よ
く行なわせるものであり、おそらく無機過酸化物
と有機質バインダーとの反応を助ける触媒作用を
すると思われる。この様な触媒的物質の好ましい
含有量は0.01〜10重量％であり、その0.01％重量
に満たない含有量では脱バインダー作用が不充分
となり、また10重量％を超える含有量では電気絶
縁体の緻密化を阻害する等の問題を惹起する。 なお、この様な触媒的物質としては、特にPt，
Pd，Pt−Rh，Co₃O₄，CoO，PdO，MnO₂が好
ましいものである。また、この様な触媒的物質
は、本発明の電気絶縁性ガラスの成分として、本
発明の電気絶縁体用セラミツク組成物に含有せし
めてもよい。 また、上記した触媒的物質のうちの白金族化合
物としては、例えば塩化白金酸、塩化パラジウム
酸、テトラアンミン白金錯体硝酸塩、テトラアン
ミン白金錯体塩化物、水酸化白金、水酸化ルテニ
ウム、硝酸パラジウム、塩化白金、ジカルボニル
ビス（トリフエニルホスフイン）白金、ヨードト
リメチル白金、ジクロロ（η−１，５−シクロオ
クタジエン）白金、ドデカカルボニル三ルテニウ
ム等を挙げることが出来る。 さらに、本発明にて用いられる電気絶縁性ガラ
スは、添加される無機過酸化物と相互に作用し、
焼結性を向上させるものが好ましく、各種の珪酸
塩ガラスを初めとして、それにAl₂O₃，B₂O₃，
MgO，PbO，BaO，ZnO，Li₂O，TiO₂，CaO，
ZrO₂や、その他の成分を１種若しくは２種以上
含させたガラス、或いは酸化コバルト等の前記触
媒的物質を含させたガラス、或いはそれらのガラ
スの中で、熱処理によつて結晶化する結晶性ガラ
ス等を用いることができる。そのなかでも、特に
好ましいものは、SiO₂−Al₂O₃−CaO−ZnO−
TiO₂系、SiO₂−MgO−BaO−B₂O₃−ZnO系、
SiO₂−Al₂O₃−PbO−CaO系、SiO₂−Al₂O₃−
CaO−B₂O₃−MgO系、SiO₂−B₂O₃−PbO−CaO
系等の結晶性ガラスであり、更に述べると、
ZnO，PbOを含む結晶性ガラスが望ましい。な
お、通常、非酸化性雰囲気中ではガラスが変質す
ることが多いが、本発明にあつては、無機過酸化
物及び前記触媒的物質を含むことによつて、電気
絶縁体用セラミツク組成物中のガラスの変質を防
止することができ、それ故に本発明においては、
焼成雰囲気の観点から、ガラスの組成が特に限定
を受けることはないのである。 一方、本発明に従う電気絶縁体用セラミツク組
成物を構成する有機質バインダーとしては、従来
の電気絶縁体用セラミツク組成物において用いら
れているバインダーの何れもが使用可能であり、
例えばエチルセルロース系、ポリビニルブチラー
ル系、ポリエチレン系、ポリスチレン系、ポリビ
ニルアルコール系、ポリアクリル系、ポリメタク
リル系、ポリアクリル−メタクリル共重合系等の
通常のバインダーを用いることが可能である。な
お、そのなかで特に好ましいものとしては、ポリ
アクリル系、ポリメタクリル系、ポリアクリル−
メタクリル共重合系等の樹脂バインダーを挙げる
ことができる。 また、本発明における無機誘電材料は、上述の
電気絶縁性ガラスと有機質バインダーとを含有す
るものであるが、更に必要に応じて、アルミナ、
ジルコニア、シリカ、ムライト、コージエライト
等の耐火性物物質のフイラーや、酸化亜鉛、酸化
プラセオジム、酸化ビスマス等の酸化物が、単独
で或いは組み合わされて、添加、含有せしめられ
ることとなる。それら耐火性物質のフイラー及
び／又は酸化物の添加量は、無機誘電材料の焼結
性を考慮して適宜に決定されることとなるが、通
常は、電気絶縁性ガラス／フイラー及び／又は酸
化物の割合が重量比で90／10〜５／95となる程度
に、添加せしめられるものである。 そして、このような組成の本発明に従う電気絶
縁体用セラミツク組成物は、混成集積回路の電気
絶縁性セラミツクペースト、グリーンシート材料
等に好適に用いられることとなるが、ペースト材
料として用いる場合にあつては、かかる本発明の
電気絶縁体用セラミツク組成物に、更に必要に応
じてアセトン、テルピネオール、メチルカルビト
ール、ブチルカルビトールアセテート等の溶媒を
加えて、印刷ペーストを調製し、Cu，Ni，Cr，
Ｗ，Mo等を主成分とする卑金属導体ペースト、
場合によつてはLaB₆，NiCr，TaN，SrRuO₄等
を含有する抵抗体ペーストあるいはRu系酸化物
とガラスと無機過酸化物の混合物を主成分とする
抵抗体ペーストと共に、所定の積層数まで印刷し
た後、非酸化性雰囲気中で一体焼成して、目的と
するセラミツク配線基板を形成せしめるのであ
る。すなわち、従来の誘電体ペーストを用いる場
合は、通常の印刷積層法、厚膜多層法によつて、
卑金属ペーストまたは誘電体ペーストを印刷する
ごとに非酸化性雰囲気中で焼成する必要があるの
に比べ、本発明の電気絶縁体用セラミツク組成物
を用いた誘電体ペーストでは、上述したように、
アルミナ磁器基板やグリーンシート上に所定の積
層数まで印刷した後、一体焼成することができ
る。 勿論、卑金属ペースト又は誘電体ペーストを印
刷するごとに、非酸化性雰囲気中で焼成する場合
にも、本発明の電気絶縁体用セラミツク組成物を
用いた誘電体ペーストが使用できることは言うま
でもない。 また、本発明に従う電気絶縁体用セラミツク組
成物をグリーンシート材料として用いる場合にあ
つては、かかるセラミツク組成物に、更に必要に
応じて、有機質バインダーと共に、公知のトリク
ロロエチレン、トルエン−酢酸エチル、キシレ
ン、アセトン、アルコール、ベンゼン等の溶媒、
更にはジブチルフタレート等の可塑剤、メンヘン
デン魚油、トリオレイン酸グリセリン等の解こう
剤を加えて泥漿にし、次いでドクターブレード法
によつて50〜700μm程度の厚さの均一なグリーン
シートを形成して、そして所定の卑金属ペースト
を、該グリーンシート上に印刷する。そして、そ
の後、必要に応じて積層、熱圧着して、非酸化性
雰囲気中で一体焼成することにより、目的とする
セラミツク配線基板を得るのである。 なお、本発明に係る電気絶縁体用セラミツク組
成物が好適に焼成される非酸化性雰囲気とは、か
かるセラミツク組成物と共に用いられるCu，Ni，
Cr，Ｗ，Mo等を主成分とする卑金属導体が実質
的に酸化されない雰囲気を意味するものであつ
て、通常は、窒素ガス中、窒素ガスに400ppm以
下の酸素を混入した混合ガス中、窒素ガスと水素
ガスとの混合ガス中、窒素ガスと水素ガスと水蒸
気とを混合した湿潤水素−窒素ガス中等の雰囲気
中において、そのようなセラミツク組成物の焼成
が行なわれることとなる。なお、焼成中の雰囲気
が一定である必要はなく、例えば温度によつて酸
素濃度が変化する雰囲気であつても、本発明に係
る電気絶縁体用セラミツク組成物は好適に焼成さ
れるものである。 また、空気中焼成においても脱バインダーが困
難であり、セラミツク積層体の内部にカーボンが
残存するような場合は、本発明の電気絶縁体用セ
ラミツク組成物は好ましく使われるものである。 以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の実施例を示すが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によつて何等限定的に解釈され
るものでないことは、言うまでもないところであ
る。なお、実施例中の百分率は、特に断りの無い
限り、重量基準で示されるものである。 （実施例） SiO₂−Al₂O₃−CaO−ZnO−TiO₂系の結晶性ガ
ラスを、平均粒径：5μmの粒度となるように湿式
粉砕せしめ、また耐火性物質のフイラーとしての
アルミナを平均粒径：2μmの粒度になるように湿
式粉砕せしめた。一方、無機過酸化物としての過
酸化カルシウム（CaO₂）を平均粒径：1μmの粒
度になるように乾式粉砕した。次いで、電気絶縁
性ガラスとしての前記結晶性ガラス成分が85％、
アルミナ成分が10％、CaO₂が4.5％、Co₃O₄が0.5
％になるように調合した後、２時間混合操作を続
行せしめて、均一なガラス−セラミツク混合粉末
を得た。 かくして得られたガラス−セラミツク混合粉末
に対して、有機質バインダーとしてアクリル系バ
インダー溶液（三井東圧株式会社製XSA−1256）
を５％の添加量となるように調合せしめ、本発明
に従う電気絶縁体用セラミツク組成物（試料No.
１）を得た。 また、第１表記載の試料No.２〜No.12に示される
各種の電気絶縁体用セラミツク組成物を、上記製
造手法と同様にして、種々の電気絶縁性ガラスと
アルミナ、無機過酸化物、触媒的物質、有機質バ
インダーの所定量を用いて調製した。 なお、試料No.８並びにNo.９については、ガラス
組成中に触媒的物質のCoOが含有されており、
CoOの含有量は0.3％になる。 かくして得られた第１表記載の試料No.１〜No.12
に示される各種組成の電気絶縁体用セラミツク組
成物について、その無機過酸化物及び触媒的物質
の添加効果を知るために、それらセラミツク組成
物から、常法に従つて誘電体ペースト及びグリー
ンシートを調製し、17μm厚の導体層と50μm厚の
誘電体層をアルミナ磁器基板上に各々印刷した第
１表記載の試料No.１〜No.10の厚膜印刷積層体と、
17μm厚の導体層と300μm厚のグリーンシートよ
りなる第１表記載の試料No.11No.12のグリーンシー
ト積層体とをそれぞれ作製し、そしてそれらの積
層体を、酸素を20ppm含む窒素ガス雰囲気中で一
体焼成することによつて、セラミツク配線基板を
作成し、それぞれの特性を評価し、その結果を第
２表に示した。なお、セラミツク配線基板を作成
するに際しては、導体ペーストとして（Cu，Ni，
Ｗ）を主成分とする卑金属導体ペーストを用い
た。また、試料No.１〜No.10の積層数は５層、試料
No.11及びNo.12の積層数は10層である。

【表】

【表】

【表】 上記第１表及び第２表に示されるように、電気
絶縁性ガラスと有機質バインダーと無機過酸化物
と触媒的物質を含む本発明の電気絶縁体用セラミ
ツク組成物は、無機過酸化物等を含まないセラミ
ツク組成物、更には無機過酸化物を含むが触媒的
物質を含まないセラミツク組成物に比べて、脱バ
インダー性及び焼結性において優れており、卑金
属導体ペーストと共に非酸化性雰囲気中で一体焼
成しても、導体との密着性に優れ、またブリス
タ、ピンホールの発生がなく、残渣カーボン量も
少なくなつている。すなわち、このような無機過
酸化物のO₂基が有する、バインダーの分解を促
進し、炭素成分が電気絶縁性ガラスやアルミナ等
のフイラーに残存するのを防ぐ作用が、触媒的物
質によつて相乗的に向上し、優れた脱バインダー
効果を示すことがわかる。 また、ガラス成分と無機過酸化物が反応する効
果や、無機過酸化物のO₂基が、非酸化性雰囲気
下のガラスの変質を防止せしめ、更に残渣カーボ
ンを低減せしめる等の効果が触媒的物質によつて
相乗的に向上し、本発明の組成物が非酸化性雰囲
気中でも焼結性良く焼成でき、更には絶縁抵抗等
の電気特性の向上も期待でき、本発明の組成物が
優れた電気絶縁体用材料であることがわかる。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明の電気絶縁体用セ
ラミツク組成物を用いることによつて、卑金属ペ
ーストと共に非酸化性雰囲気中で一体焼成して
も、脱バインダー性、焼結性等に優れるグリーン
シートや印刷ペースト等が得られ、以て電気特性
に優れる電気絶縁体が得られることとなる。従つ
て、本発明は、卑金属導体を使用した単層乃至は
多層のセラミツク配線基板をはじめ、広く混成集
積回路の分野で有用な電気絶縁体用セラミツク組
成物を提供するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気絶縁性ガラスと有機質バインダーと無機
   過酸化物とを含んで構成される誘電材料に、白金
   族金属、白金族化合物、マンガン酸化物、及びコ
   バルト酸化物からなる群より選ばれた少なくとも
   １種を含有せしめることを特徴とする電気絶縁体
   用セラミツク組成物。