JPH04114960A - 多層ムライト基板及びその製造方法 - 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】 「産業上の利用分野］ 本発明はグリーンシート多層積層法により製造されるム
ライト組成の多層セラミック基板に関する。更に詳しく
は電子部品の回路基板、温度センザ用基板に適した多層
ムライト基板及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 超高速Ｌ　Ｓ　Ｉのような電子部品を実装するセラミッ
ク基板は、基板に形成された配線パターンを伝搬するパ
ルス信号の遅れが少ないことか要求される。この伝搬遅
延時間は基板材料の比誘電率の平方根に比例するため、
基板材料を低い比誘電率にすることか不可欠になる。

またこの種のセラミック基板はＬＳＩのシリコンチップ
の熱膨張係数と同等の熱膨張係数を示すことが要求され
る。

アルミナを主成分とするセラミック基板は、比較的安価
であるうえ、耐熱性、熱伝導性、機械的強度、耐熱衝撃
性、電気絶縁性、化学的耐久性等の諸性能が非常に優れ
ているため、実用的に最もよく使われ、その加工技術も
他の材質に比へ最も進歩している。

しかし、従来のアルミナ基板の比誘電率は１０〜１１と
比較的高いため高速化に対して未だ改善する必要がある
。またアルミナ基板はその熱膨張係数かＬＳＩのシリコ
ンチップと比へて太きいため熱衝撃に対してクラックを
発生し易い傾向がある。

セラミック基板の比誘電率の低下の要求に対しては、次
式に示される体積対数混合側から導かれる比誘電率εと
気孔率Ｐの関係を利用して、気孔率を高くし、基板材料
を低い比誘電率にした低誘電率多層セラミック配線基板
が提案されている（特開平２−７７１９４）。

ｌｏｇ　ε＝　　（１−Ｐ）　ｌｏｇ　εｏ　　−（１
）（ただし、ε０は材料固有の比誘電率）−１−記多層
セラミック配線基板は気孔率が５％以下の焼結体層及び
５〜５０％の焼結体層が積層された構造を備えている。

この配線基板は、気孔を外気から遮断することにより吸
水を防止し絶縁特性を低下させないように、基板表面層
、信号層、電源層、グランド層等の主として配線パター
ンの形成される層には気孔率か５％以下の焼結体層を割
当て、これらの層の間には気孔率が５〜５０％の非常に
低い比誘電率を示す焼結体層を割当てている。

この配線基板はセラミック材料の気孔率を調節する手段
として、ホウケイ酸系ガラスに対する石英ガラスの比率
を変化させ、気孔率の低い焼結体層には石英ガラスの含
有量を減らし、気孔率の高い焼結体層にはその含有量を
増やしている。

更に、セラミック基板の熱衝撃抵抗を大きくするために
、熱膨張係数がシリコン（Ｓｌ）に近い上記ガラスセラ
ミック系基板の他にムライト基板の採用が試みられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記ガラスセラミック系基板及びムラ＝　６ イト基板の曲げ強度は従来のアルミナ基板の曲げ強度が
約３０　ｋｇｆ／ｍｍ２あるのに対していずれも２０　
ｋｇｆ／ｍｍ２程度しかなく、高い強度を要求される用
途には不向きである欠点かあった。

また上記ガラスセラミック系基板の焼結後の寸法精度は
アルミナ基板の寸法精度が約±１０％であるのに対して
±２０％程度と大きい不具合があった。

更に従来のアルミナ基板か導体パターン、抵抗体パター
ン等を形成するためのスクリーン印刷において使用実績
の豊富な導体ペースト、抵抗体ペースト等を利用できる
のに対して、」１記ガラスセラミック系基板及びムライ
ト基板は限られた導体ペースト、抵抗体ペースト等しか
用いることができない問題点があった。

本発明の目的は、低い比誘電率であって、熱衝撃抵抗が
大きく、曲げ強度が高く、寸法精度に優れ、しかも使用
実績が豊富な導体ペースト等を利用できる多層ムライト
基板及びその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の基板は、多孔質ム
ライト組成層の両面又は片面に緻密質ムライト組成層が
積層され、１１５ｊ記緻密質ムライト絹成層を基板表面
層とするものである。

本明細書で「ムライト組成」とは３Ａ立、０３・２Ｓｉ
Ｏ２のＡｕｚＯ３か６０〜７０モル％の組成をいう。

」１記多孔質ムライト組成層の気孔率は２０〜６０％の
範囲にあり、」二記緻密質ムライト組成層の気孔率は０
〜５％の範囲にあることが好ましい。

また多孔質ムライト組成層又はθ密質ムライト組成層の
各層の厚さは１０〜１００μｍの範囲にあることが好ま
しい。

更に多孔質ムライト組成層のＡｌｌ　２０３は５０〜６
０モル％であって、緻密質ムライト組成層のＡＣ−２０
３は６０〜７０モル％であることが好ましい。

また本発明の多層ムライト基板の製造方法では、Ａ’１
ｚＯ３成分と５ｉｎ２成分がムライト絹成に配合された
緻密質層用スラリーを成膜乾燥して緻密質層用グリーン
シートを成形し、Ａｌ２Ｏ２成分と５ｉｎ２成分がムラ
イト組成に配合された多孔質層用スラリーを成膜乾燥し
て多孔質層用グリーンシートを成形し、前記多孔質層用
グリーンシートの両面又は片面に前記緻密質層用グリー
ンシートを接着剤により接着し、前記接着したグリーン
シー）・を１２００〜１６００°Ｃで焼成して積層焼結
体を得る。

本発明の多孔質ムライト組成層及び緻密質ムライト組成
層を構成するセラミック原料は、ともにアルミナ（Ａ交
ｚｏｓ）とシリカ（５ｉｆｔ）を主成分とする。

緻密質層用スラリー及び多孔質層用スラリーの調製方法
は次の２つの方法が代表的である。

第１の方法では、緻密質層用スラリーがそれぞれ水を分
散媒とした第１アルミナゾルと第１シリカゾルに第１焼
結助剤と第１水溶性バインダを添加混合して調製され、
多孔質層用スラリーがそれぞれ水を分散媒とした第２ア
ルミナゾルと第２シリカゾルに焼結助剤を添加しないか
又は前記第１焼結助剤より少量の第２焼結助剤と第２水
溶性バインダを添加混合して調製される。

」１記アルミナゾル又はシリカゾルはいずれもアルミニ
ウムアルコキンド又はケイ素アルコキシドをそれぞれ加
水分解し、それぞれの加水分解生成物を解膠処理して得
られるコロイド液であって、いわゆるゾル−ゲル法にお
いて調製される微細なコロイド粒子のアルミナゾル又は
シリカゾルか好ましい。

第２の方法では、緻密質層用スラリーか第１アルミナ粉
末と第１ケイ石粉末とをムライト組成になるように混合
し、この混合粉末１００重量部に対して第１有機溶剤４
０〜６０重量部と第１有機バインダ１０〜８０重量部と
第１焼結助剤０５〜１０重量部を添加混合して調製され
、多孔質層用スラリーが第２アルミナ粉末と第２ケイ石
粉末とをムライト組成になるように混合し、この混合粉
末１００重量部に対して焼結助剤を添加しないか又は前
記第１焼結助剤より少量の第２焼結助剤と第２有機溶剤
４０〜６０重量部と第２有機バインダ１０〜８０重量部
を添加混合して調製される。

即ち、緻密質層用スラリーと多孔質層用スラリーの調製
方法の相違点は、前者に焼結助剤がアルミナゾルとシリ
カゾルの混合ゾル又はアルミナ粉末とシリカ粉末の混合
粉末１００重量％に対して０５〜１０重ｆｉ１％含まれ
るのに対して、後右にはムライト組成層の気孔率を増大
させるために焼結助剤か全く含まれないか或いは前者よ
り少量の焼結助剤か含まれるところにある。アルミナ及
びシリカの焼結助剤としては、酸化マグネシウム、酸化
力ルンウム、酢酸マグネシウム、二酸化チタン等が挙げ
られる。酸化マグネシウム及び二酸化ｉＪい素の添加系
では酸化カルシウムを少なくとも０１重石１％添加する
ことが好ましい。

水溶性バインダ又は有機バインダは緻密質層用スラリー
及び多孔質層用スラリーにおいて、ともにアルミナとシ
リカの混合固形分に対して、１０〜８０重量％添加され
る。このバインダは焼結時の脱バインダによりムライト
組成層に気孔を生じ易いため、気孔率を減少させる場合
には上記範囲で少なめに添加される。水溶性バインダと
してはポリビニルアルコール、水溶性アクリル等が挙げ
られる。また有機バインダとしてはポリビニルブチラー
ル、酢酸ビニル等が挙げられる。

緻密質層用スラリーに含まれるバインダは多孔質層用ス
ラリーに含まれるバインダと異なってもよい。

緻密質層用スラリー及び多孔質層用スラリーを成膜する
方法としては、ドクターブレード法、押出し成形法、ロ
ール圧延法、泥しよう鋳込み法等があるが、成形歪が少
なく成形体の平滑度が良好なドクターブレード法が好ま
しい。多孔質層用スラリーを成膜するときに、このスラ
リーにアンモニア、或いはアミン類のアルカリ物質を添
加してスラリー中にゲルを生成させ、気孔率を増大させ
ることもてきる。

緻密質層用のスラリー及び多孔質層用のスラリーを成膜
後、３０〜９５°Ｃでそれぞれ乾燥して緻密質層用グリ
ーンシート及び多孔質層用グリーンシートを成形する。

電子回路基板を製造する場合には、これらのグリーンシ
ートをカセットセツティングした後、所定の位置に層間
の接続のためにスルーホールを形成し、緻密質層用グリ
ーンシートにのみスクリーン厚膜印刷法により導体ベー
スト又は抵抗体ペーストを塗工し導体パターン又は抵抗
体パターン印刷を行う。これにより導体配線層又は抵抗
体層用グリーンシートか作られる。

次いで多孔質層用グリーンシートの両面又は片面に接着
剤を塗布し、Ｏ〜７０’Ｃの温度で５〜２００　ｋｇ／
ｃｍ２の圧力で多孔質層用グリーンシートに緻密質層用
グリーンシートを接着し積層する。

この接着剤としては、セルロース誘導体、アクリル系エ
マルション、酢酸ビニルエマルジョン等の水系接着剤又
はアクリル系樹脂、ブチラール系樹脂、ビニール系樹脂
等の非水系接着剤を用いることができる。

これらの積層数は多孔質層用グリーンシートの両面に緻
密質層用グリーンシートを重ね合わせて積層した３層以
外に、セラミック基板の用途に応じて緻密質層と多孔質
層とを交互に重ね合わせた多数層にすることもできる。

グリーンシートを積層した後、用途に応じて所定の寸法
に切断し、焼成炉に入れて焼成する。焼成は目的きする
気孔率を得るために１２００〜１６００°Ｃの温度範囲
で、１〜２時間、大気圧下で行われる。焼成温度か高ま
る程、また焼成時間が長くなる程、気孔率は減少する。

１２００℃未満であると緻密質ムライト組成層の気孔率
か５％を越え、１６００’Ｃを越えると多孔質ムライト
組成層の気孔率が２０％未満となり易い。

即ち、本発明の多層ムライト基板は多孔質ムライト組成
層の気孔率が２０〜６０％の範囲に、また緻密質ムライ
ト組成層の気孔率が０〜５％の範囲に制御されて作られ
る。

［発明の効果］ 以」二述べたように、本発明の多層ムライト基板は、ム
ライト固有の比誘電率の低さに加えて前記（１）式に基
づいて比誘電率を低くした多孔質ムライト組成層を有す
るため、アルミナ基板より比誘電率を極めて低くするこ
とができる。

またムライト固有の熱膨張係数の低さに加えて多孔質ム
ライト組成層により、基板の熱衝撃抵抗を増大でき、し
かも緻密質ムライト組成層からの熱伝導を抑えることも
できる。特にそれぞれのムライト組成層の厚さを１００
μｍ以下にすれば熱容量を極めて小さくでき、より一層
熱衝撃抵抗を大きくすることかできる。

また、緻密質ムライト組成層が補強層となって、ムライ
ト基板の強度を高めることができる。

更に、緻密質ムライト組成層を基板表面層とすることに
より、電気絶縁性のある、寸法精度に優れ、使用実績の
豊富な導体ペースト等を利用可能なアルミナ基板の長所
をも兼備することができる。

緻密質ムライト組成層のアルミナ（Ａｕ２０ａ）成分を
増大させれば、より一層その効果を高めることかできる
。

この結果、本発明の多層ムライト基板を超高速ＬＳＩの
ような電子部品を実装するに適した回路基板や、多孔質
ムライト組成層による熱放散の防止効果を利用して応答
速度の速い温度センサ用基板に用いることができる。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。

〈実施例１〉 アルミニウムイソフロホキシト［Ａｕ　（ＣｓＨ７０）
ａ］を加水分解してベーマイト［Ａ　立００Ｈ］を生成
させ、これにｐ　Ｈ２〜４に調整した水を加えて解膠し
、アルミナ濃度５重量％の安定な擬ヘーマイトゾルを得
た。

一方、ケイ素アルコキント（ケイ酸エチル）を加水分解
してＳｉＯ□を生成させ、これにｐＨ２〜４に調整した
水を加えて解膠し、シリカ濃度１０重量％の安定なシリ
カゾルを得た。

緻密質層用スラリーを調製するために、」二記擬ベーマ
イトゾルとシリカゾルをＡ１１２０ｇ成分とＳｉｎ、。

成分がムライト組成になるように配合して均一に混合し
、この混合ゾルに焼結助剤として酢酸マグネシウムを、
更に水溶性バインダとしてポリビニルアルコールを添加
した。焼結助剤は緻密質ムライト組成層に焼結したとき
の組成比が Ａｕ２０ａ　：　ＳｉＯ２：　Ｍｇ０＝　７５　：　　
２４　：　　１になるようにそれぞれ添加した。またバ
インダはこの固形分に対して４０重量％添加混合した。

これにより固形分が５重量％のスラリーを調製した。

このスラリーを移動担体である高密度ポリエチレンテー
プ上にドクターブレード法により厚さ約０．６ｍｍにな
るようにコーティングした後、乾燥し、スラリーの分散
媒を脱離させて厚さ約３０μｍの緻密層用グリーンン−
１・を得た。

一方、多孔化し易くするために焼結助剤を添加しない以
外は」二記と同様にして厚さ約１６０μｍの多孔質層用
グリーンシートを得た。緻密層用グリーンシート及び多
孔質層用グリーンシートをカセットセツティングした後
、所定の位置にスルーホールを形成し、緻密質層用グリ
ーンシートにのみスクリーン厚膜印刷法により導体ペー
ストを塗工し導体パターン印刷を行った。

第１図に示すように、上記多孔質層用グリーンシート１
１の両面に接着剤として１％濃度のポリビニルブチラー
ルのイソプロピルアルコール溶液を塗工し、このシート
１１の両面に上記緻密質層用グリーンシート１２を重ね
合わせて接着し、３層に積層された厚さ約２２０μｍの
グリーン成形体１０を得た。

次にこのグリーン成形体１０を焼成炉に入れた。

同時に気孔率の生成状況を調べるために上記多孔質層用
グリーンシート１１と同じ多孔質層用グリーンシートと
、導体パターンを形成していない以外は」１記緻密質層
用グリーンシート１２と同じ緻密質層用グリーンシート
を焼成炉に入れ、これらのグリーンシートを１５００℃
で１時間、大気圧下で焼成し３層ムライト基板を得た。

この３層ムライト基板の曲げ強度は３０　ｋｇｆ／ｍｍ
２であった。

単層の緻密質ムライト焼結シート及び単層の多孔質ムラ
イト焼結シートの気孔率を調べたところ、それぞれ０５
％及び４０％であった。このことから３層ムライト基板
のうち緻密質ムライト組成層の気孔率も０５％と類推さ
れ、多孔質ムライト組成層の気孔率も４０％と類推され
る。また３層ムライト基板全体の気孔率は１２％であっ
た。

更にこの３層ムライト基板の比誘電率は５〜６の極めて
低い値を示した。

第２図に３層ムライト基板の断面の粒子構造を示す。第
２図は３層ムライト基板の多孔質層の部分を主として３
５００倍に拡大した電子顕微鏡写真図である。この実施
例の３層ムライト基板は厚さ約３０μｍの多孔質ムライ
ト組成層の両面にそれぞれ厚さ約１５μｍの緻密質ムラ
イト組成層か一体的かつ強固に積層焼結していた。

〈実施例２〉 平均粒径１２μｍのアルミナ（α−ＡＭ　２０＋１）粉
末と平均粒径１０μｍのケイ石粉末（ＳｉＯ□）をムラ
イト組成になるように配合して均一に混合した。この混
合粉末１００重量％に対して有機溶剤としてキシレン、
エタノール、ブタノールを６００重量と、有機バインダ
としてポリビニルブチラール６重量％と、焼結助剤とし
てタルクをＭｇＯ換算で０．１重量％添加して均一に混
合して緻密質層用スラリーを調製した。このスラリーを
実施例１と同様にして厚さ５０μｍの緻密質層用グリー
ンシートを得た。

一方、多孔化し易くするために焼結助剤のタルクを添加
しない以外は」二記と同様にして厚さ約１００μｍの多
孔質層用グリーンン−１・を得た。

以下、実施例１と同様にして厚さ１２０Ｉ１ｍの３層ム
ライト基板を製造した。この３層ムライト基板の曲げ強
度は焼成温度１５００　’Ｃで３０ｋｇｆ／ｍｍ２であ
った。この３層ムライト基板の気孔率の変化に伴う比誘
電率の変化は前記実施例とほぼ同一であって、この３層
ムライト基板の比誘電率は従来のアルミナ基板の比誘電
率より低い５〜６であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の多孔質層用グリーンシートと緻
密質層用グリーンシートの積層状態を示す断面図。 第２図はその多孔質ムライト組成層の部分を主として拡
大して示す３層ムライト基板の断面の粒子構造を示す電
子顕微鏡写真図。 １０・グリーン成形体、 １１・多孔質層用グリーン成形体、 １２　緻密質層用グリーンシー１゛。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）多孔質ムライト組成層の両面又は片面に緻密質ムラ
   イト組成層が積層され、前記緻密質ムライト組成層を基
   板表面層とする多層ムライト基板。 ２）多孔質ムライト組成層の気孔率が２０〜６０％の範
   囲にあり、緻密質ムライト組成層の気孔率が０〜５％の
   範囲にある請求項１記載の多層ムライト基板。 ３）多孔質ムライト組成層又は緻密質ムライト組成層の
   各層の厚さが１０〜１００μｍの範囲にある請求項１又
   は２記載の多層ムライト基板。 ４）多孔質ムライト組成層のＡｌ＿２Ｏ＿３が５０〜６
   ０モル％であって、緻密質ムライト組成層のＡｌ＿２Ｏ
   ＿３が６０〜７０モル％である請求項１ないし３いずれ
   か記載の多層ムライト基板。 ５）Ａｌ＿２Ｏ＿３成分とＳｉＯ＿２成分がムライト組
   成に配合された緻密質層用スラリーを成膜乾燥して緻密
   質層用グリーンシートを成形し、 Ａｌ＿２Ｏ＿３成分とＳｉＯ＿２成分がムライト組成に
   配合された多孔質層用スラリーを成膜乾燥して多孔質層
   用グリーンシートを成形し、 前記多孔質層用グリーンシートの両面又は片面に前記緻
   密質層用グリーンシートを接着剤により接着し、 前記接着したグリーンシートを１２００〜 １６００℃で焼成して積層焼結体を得る多層ムライト基
   板の製造方法。 ６）緻密質層用スラリーがそれぞれ水を分散媒とした第
   １アルミナゾルと第１シリカゾルに第１焼結助剤と第１
   水溶性バインダを添加混合して調製され、 多孔質層用スラリーがそれぞれ水を分散媒とした第２ア
   ルミナゾルと第２シリカゾルに焼結助剤を添加しないか
   又は前記第１焼結助剤より少量の第２焼結助剤と第２水
   溶性バインダを添加混合して調製される請求項５記載の
   多層ムライト基板の製造方法。 ７）第１又は第２アルミナゾルのいずれか又は双方がア
   ルミニウムアルコキシドを加水分解した後、この加水分
   解生成物を解膠処理して得られるアルミナコロイド液で
   あって、第１又は第２シリカゾルのいずれか又は双方が
   ケイ素アルコキシドを加水分解した後、この加水分解生
   成物を解膠処理して得られるシリカコロイド液である請
   求項６記載の多層ムライト基板の製造方法。 ８）緻密質層用スラリーが第１アルミナ粉末と第１ケイ
   石粉末とをムライト組成になるように混合し、この混合
   粉末１００重量部に対して第１有機溶剤４０〜６０重量
   部と第１有機バインダ１０〜８０重量部と第１焼結助剤
   ０．５〜１０重量部を添加混合して調製され、 多孔質層用スラリーが第２アルミナ粉末と第２ケイ石粉
   末とをムライト組成になるように混合し、この混合粉末
   １００重量部に対して焼結助剤を添加しないか又は前記
   第１焼結助剤より少量の第２焼結助剤と第２有機溶剤４
   ０〜６０重量部と第２有機バインダ１０〜８０重量部を
   添加混合して調製される請求項５記載の多層ムライト基
   板の製造方法。