JPH04114961A - ムライト―アルミナ系多層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ムライト組成
層とアルミナ組成層とが交互に積層された多層セラミッ
ク基板に関する。更に詳しくは電子回路基板に適したム
ライト−アルミナ系多層基板及びその製造方法に関する
ものである。

［従来の技術］ 一般に、ハイブリッド】Ｃ基板、高周波用回路基板その
他構造部材としてアルミナ基板が多用されている。これ
はアルミナ基板が、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、その加工技術も他の材
質に比べ最も進歩しているためである。

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、高周波用回路基板として使用する場合
には、信号の伝播速度が遅い不具合があった。またアル
ミナ基板はその熱膨張係数がＬＳＩのシリコンチップと
比べて太きいため熱衝撃に対してクラックを発生し易い
問題点があった。

一方、ムライト基板はアルミナ基板に比べて比誘電率が
小さいため、信号の伝播速度は速く、かつ熱膨張係数が
シリコン（Ｓｉ）に近いため、シリコンチップを基板に
直接搭載できる期待が生まれている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記ムラ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不具合があった。

また上記ムライト基板はアルミナ基板に比べて熱伝導率
が小さい欠点があった。

更に従来のアルミナ基板が導体パターン、抵抗体パター
ン等を回路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、ムライト基板は限られた導体ペースト
、抵抗体ベ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、熱伝導率が大きく、しかも使
用実績が豊富な導体ペースト等を利用できるムライト−
アルミナ系多層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］ 本発明者らは、ムライト固有の低い比誘電率と大きな熱
衝撃抵抗を備える一方、アルミナ組成層を導入すること
により、アルミナ基板の長所を採り入れることにより、
上記目的を達成した。

即ち、本発明の基板は、アルミナ組成層の両面又は片面
にムライト組成層が積層され、前記ムライト組成層を基
板表面層とするものである。

本明細書で「アルミナ組成」とはＡＱｘＯｓの他にＳｉ
Ｏ２を０〜４０モル％含む組成をいい、「ムライト組成
」とは　３Ａ見、０３・２ＳｉＯ２のＡ誌２０３が４０
〜６０モル％の組成をいう。

積層された基板の全厚は熱伝導率を大きくするために５
０〜３００μｍの範囲にあることが好ま＝　５ しい。特に基板表面層は層厚を１０〜２００　ｐｍにす
ることが好ましい。

またアルミナ組成層はＡＱｓＯｓの他にＳｉＯ２をアル
ミナ組成層に対して０〜４０モル％含み、ムライト組成
層は５ｉｎ２をムライト組成層に対して４０〜６０モル
％含むことが好ましい。ムライト組成層の間にＡｎ　ｚ
ｏａ成分に富んだ高アルミナ組成層を設けることにより
、基板全体の強度が高まり、かつ熱伝導率が大きくなる
。

また本発明のムライト−アルミナ系多層基板の製造方法
では、ＡＱｘＯｓ成分とＳｉＯ２成分をムライト組成に
配合した第１スラリーを成膜乾燥して第１グリーンシー
トを成形し、Ａ’１ｘ０３成分の他にＳｉＯ□成分を配
合しないか又は前記第１スラリーより少量の５ｉｎ２成
分を配合した第２スラリーを成膜乾燥して第２グリーン
シートを成形し、前記第２グリーンシートの両面又は片
面に前記第１グリーンシートを接着剤により接着し、前
記接着したグリンシートを１２００〜１６００°Ｃで焼
成して積層焼結体を得る。

第１及び第２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、第１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水溶性バ
インダを添加混合して調製され、第２スラリーが水を分
散媒とした第２アルミナゾルに第２水溶性バインダを添
加混合して調製される。ここで第２スラリーに第１シリ
カゾルより少量の第２シリカゾルを添加してもよい。

上記アルミナゾル又はシリカゾルはアルミニウムアルコ
キシ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
が好ましい。

第２の方法では、第１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４０〜６
０重量部と第１有機バインダ１０〜８０重量部を添加混
合して調製され、第２スラリーが第２アルミナ粉末と第
２ケイ石粉末とを高アルミナ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。

第１の方法及び第２の方法とも、第１スラリーに焼結助
剤を添加し、第２スラリーに焼結助剤を添加しないか又
は第１スラリーより少量の添加助剤を添加することが好
ましい。これにより焼結助剤を少量しか添加しない第２
スラリーから作られるアルミナ組成層は、第１スラリー
から作られるムライト組成層より強度や熱伝導率を低下
させない程度に多孔質に形成される。特にムライト組成
層と接合した状態で焼成したときのムライト組成層との
収縮差が解消される。

この焼結助剤の添加量は、緻密質ムライト組成層を作る
第１スラリーでは、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０．５〜１０重量％含まれる。この焼結助剤
としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、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
シウム及び二酸化けい素の添加系では酸化カルシウムを
少なくとも０．１重量％添加することか好ましい。

水溶性バインダ又は有機バインダは第１スラリー及び第
２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及びア
ルミナ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
か挙げられる。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。

第１スラリーに含まれるバインダは第２スラリーに含ま
れるバインダと異なってもよい。

第１及び第２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
鋳込み法等があるか、成形歪か少なく成形体の平滑度が
良好なドクターブレード法か好ましい。第２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。

第１及び第２スラリーを成膜後、３０〜９５°Ｃでそれ
ぞれ乾燥して第１グリーンシート及び第２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、
第１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が作られる。

次いで第２グリーンシートの両面又は片面に接着剤を塗
布し、０〜７０℃の温度で５〜２００　ｋｇ／ｃｍ２の
圧力で第２グリーンシートに第１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、
アクリル系エマルンヨン、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。

これらの積層数は第２グリーンシートの両面に第１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ムライト組成層とアルミナ組成
層とを交互に重ね合わせた多数層にすることもできる。

これらの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
とする特性を得るために１２００〜１６００℃の温度範
囲で、１〜２時間、大気圧下で行われる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明のムライト−アルミナ系多層
基板は、ムライト組成層を基板表面層とすることにより
、従来のアルミナ基板より低い比誘電率で小さな熱膨張
係数を有する基板となる。

特にムライト固有の熱膨張係数の低さに加えてアルミナ
組成層を多孔質にすれば、基板の熱衝撃抵抗を増大でき
る。また基板の全厚を３００μｍ以下にすれば、基板の
熱容量を極めて小さくでき、熱伝導率の大きな基板とな
る。また、アルミナ組成層が補強層となって、基板全体
の強度を高めることかできる。

更に、基板表面層であるムライト組成層のアルミナ（Ａ
ｆ１２０ａ）成分を増大させれば、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。

この結果、本発明のムライト−アルミナ系多層基板を超
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〉 アルミニウムイソプロポキシド［ＡＱ　（Ｃ，Ｈ，Ｏ）
３］を加水分解してベーマイ）　［Ａ　（ｌ　ＯＯＨ］
を生成させ、これにｐＨ２〜４に調整した水を加えて解
膠し、アルミナ濃度５重量％の安定な擬ベーマイトゾル
を得た。

一方、ケイ素アルコキシド（ケイ酸エチル）を加水分解
して５ｉｎ２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■％の安定なシリ
カゾルを得た。

ムライト組成層用スラリー（第１スラリー）を調製する
ために、上記擬ベーマイトゾルとシリカゾルをＡＩＬ　
２ｉｍ成分とＳｉＯ□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、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。焼結助剤はムライト組成層に焼
結したときの組成比が Ａ見ｘｉｓ　：　５ＬＯ２：　Ｍｇ０＝　７５　：　２
４　：　　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２０重■％添加混合した。こ
れにより固形分が５重量％の第１スラリーを調製した。

この第１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のムライト組成用グ
リーンンー１−　（第１グリーンシート）を得た。

一方、アルミナ組成層用スラリー（第２スラリー）を調
製するために、」二記擬ヘーマイトゾルに水溶性バイン
ダとしてメチルセルロースをゾル固形分に対して３０重
量％添加混合した。多孔化し易くするために焼結助剤は
添加しなかった。これにより固形分が５重量％の第２ス
ラリーを調製した。

この第２スラリーを第１スラリーと同様にポリエチレン
テープ」二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のアルミナ組成用グ
リーンシート（第２グリーンシート）を得た。

第１グリーンシート及び第２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、第１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、第１グリーンシー］・１１又は第
２グリーンシート１２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
、これらのシート１１．１２を交互に４層重ね合わせて
接着し、４層に積層された厚さ約１２０μｍ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、１５００
℃で１時間、大気圧下で焼成し、ムライト−アルミナ系
４層基板を得た。この基板の曲げ強度は３０　ｋｇｆ／
ｍｍ２であった。

更にこの４層基板の比誘電率は６〜７の極めて低い値を
示した。

〈実施例２〉 平均粒径１．２μｍのアルミナ（α−Ａ、ｆ１２０ｘ）
粉末と平均粒径１０μｍのケイ石粉末（Ｓｉｎ２）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６０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
混合してムライト組成層用の第１スラリーを調製した。

この第１スラリーを実施例１と同様にして厚さ１００μ
ｍのムライト組成層用の第１グリーンシートを得た。

一方、ケイ石粉末及び焼結助剤のタルクを添加しない以
外は上記と同様にして厚さ約１００μｍのアルミナ組成
層用の第２グリーンシートを得た。

以下、実施例１と同様にして厚さ４００μｍのムライト
−アルミナ系４層基板を製造した。この４層基板の曲げ
強度は焼成温度１５００　’Ｃで２５ｋｇｆ／ｍｍ’で
あった。この４層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６〜７であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のムライト組成層用の第１グリー
ンシートとアルミナ組成層用の第２グリーンシートの積
層状態を示す斜視図。 １０ニゲリーン成形体、 １１：第１グリーンシート、 １２：第２グリーンシート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アルミナ組成層の両面又は片面にムライト組成層が
   積層され、前記ムライト組成層を基板表面層とするムラ
   イト−アルミナ系多層基板。 ２）積層された基板の全厚が５０〜３００μｍである請
   求項１記載のムライト−アルミナ系多層基板。 ３）アルミナ組成層がＡｌ＿２Ｏ＿３の他にＳｉＯ＿２
   を前記アルミナ組成層に対して０〜４０モル％含む請求
   項１又は２記載のムライト−アルミナ系多層基板。 ４）ムライト組成層がＳｉＯ＿２を前記ムライト組成層
   に対して４０〜６０モル％含む請求項１ないし３いずれ
   か記載のムライト−アルミナ系多層基板。 ５）Ａｌ＿２Ｏ＿３成分とＳｉＯ＿２成分をムライト組
   成に配合した第１スラリーを成膜乾燥して第１グリーン
   シートを成形し、 Ａｌ＿２Ｏ＿３成分の他にＳｉＯ＿２成分を配合しない
   か又は前記第１スラリーより少量のＳｉＯ＿２成分を配
   合した第２スラリーを成膜乾燥して第２グリーンシート
   を成形し、前記第２グリーンシートの両面又は片面に前
   記第１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
   積層焼結体を得るムライト−アルミナ系多層基板の製造
   方法。 ６）第１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、第２スラリーが水を
   分散媒とした第２アルミナ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
   のムライト−アルミナ系多層基板の製造方法。 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
   載のムライト−アルミナ系多層基板の製造方法。 ８）第１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１
   ００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、 第２スラリーが第２アルミナ粉末と第２ケイ石粉末とを
   高アルミナ組成になるように混合し、この混合粉末１０
   ０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請求項５記載の多層ムライト基板の
   製造方法。