JPH04139060A

JPH04139060A - セラミック回路基板

Info

Publication number: JPH04139060A
Application number: JP2262066A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fujimoto; 正之藤本; Takayuki Uehara; 孝行上原
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1992-05-13

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、セラミック回路基板、特に。

高周波回路部品や高速デジタルＩＣなど、高度な電子機
器の基板に使用されている多層構造のセラミック回路基
板に関するものである。

［従来の技術］高周波回路部品や高速デジタルＩＣなど、高度な電子機
器の基板としては多層構造のセラミック回路基板が使用
されている。

このような多層構造のセラミック回路基板としては、一
般に、導電性材料のペーストで回路パターンを形成した
アルミナのクリーンシートを複数枚積層し、これらを焼
成一体止させて形成したものが使用されている。

［発明が解決しようとする課題Ｊしかし、アルミナの焼結温度は１５００〜１６００℃と
かなりの高温で、積層させたアルミナのグリーンシート
を焼成一体止させる場合に多量の熱エネルギーを使用す
るので、セラミック回路基板の製造コストが高（なって
いた。

また、回路パターンを形成する導電性材料は、この焼結
温度の高いアルミナと同時焼成する必要から、ＭｏやＷ
などの高融点金属を使用せざるを得ないが、ＭｏやＷな
どの高融点金属は電気伝導度が小さいので、回路パター
ンの電気抵抗を大きくしていた。

また、アルミナの誘電率はかなり高いので、回路パター
ンを伝播する信号の遅延時間を太き（し、電子機器の性
能を低下させていた。

また、アルミナの熱鷹張係数はＳｉチップよりも大きい
ので、このアルミナを使用したセラミック回路基板上に
Ｓｉチップを搭載した場合、このＳｉチップにサーマル
ストレスが加わってクラックを生じてしまうことがあっ
た。

また、アルミナは熱伝導度が小さくて、放熱性が想いの
で、このアルミナを使用したセラミック回路基板への高
密度実装には限界があった。

そこで、この発明は、低融点金属とともに同時焼成でき
、誘電率が小さく、Ｓｉチップなどを搭載できる程度に
熱膨張係数が小さく、しかも熱伝導度ができるだけ良好
なセラミック回路基板を提供することを目的とする。

具体的には、焼成温度が１０００℃以下、誘電率が２〜
３　（ＩＭＨｚ）　　熱膨張係数が３〜５　ｘ　１０−
’（／℃）−熱伝導度が２５０（Ｗ／ｍ−ｋ）程度のセ
ラミック回路基板を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係るセラミック回路基板は、コーディエライ
トと低融点ガラスとを主成分としたセラミック板に回路
パターンが形成されたもの、またはこのものを２以上積
層したものからなり、前記セラミック板は、低密度ポー
ラス部と、この低密度ポーラス部を被覆している高密度
焼結部とからなることを特徴とするものである。

ここで、コーディエライトとは、次の化学式で示される
物質をいう。

２Ｍｇ０−２Ａｌｔ　０ｎ−５ＳｉＯｚただし、このコ
ーディエライトには、その特性を損なわない範囲で他の
物質、例えばコーディエライトの周辺組成域にあるＭｇ
０−Ａｌｉａｓ　−３ｉＯ□系物質、金属酸化物、ガラ
スなどを含んでいてもよい。

また、低融点ガラスとは、融点が６００℃以下のガラス
をいい、例えば、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸鉛ガラ
ス、ホウケイ酸亜鉛ガラスなどを挙げることができる。

また、低密度ポーラス部に使用する低融点ガラスと、高
密度焼結部に使用する低融点ガラスとは、同じ種類のも
のであってもよいし、また別の種類のものであってもよ
い。

また、低密度ポーラス部の組成は、コーディエライトが
７０〜９０重量％、低融点ガラスが１０〜３０重量％の
範囲が好ましい。

コーディエライトが７０〜９０重量％の範囲では低密度
であるが、コーディエライトが７０重量％未満では高密
度となり、コーディエライトが９０重量％を越えると１
００℃以下の焼結が不可となるからである。

また、低融点ガラスが１０〜３０重量％の範囲では低密
度であるが、低融点ガラスが１０重量％未満では１００
０℃以下の焼結が不可となり、低融点ガラスが３０重量
％を越えると高密度となるからである。

また、高密度焼結部の組成は、コーディエライトが５０
〜６５重量％、低融点ガラスが３５〜５０重量％の範囲
が好ましい。

コーディエライトが５０〜６５重量％の範囲では高密度
であるが、コーディエライトが５０重量％未満では基板
としての特性が保証できなくなり、コーディエライトが
６５重量％を越えると低密度となるからである。

また、低融点ガラスが３５〜５０重量％の範囲では高密
度であるが、低融点ガラスが３５重量％未満では低密度
となり、低融点ガラスが５０重量％を越えると基板とし
ての特性が保証できなくなるからである。

また、前記回路パターンを形成する導電性材料としては
、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉなどを使用することが
できる。

ここで、導電性材料がＡｇ、Ａｇ−Ｐｄの場合は酸化性
雰囲気で、導電性材料がＣｕ、Ｎｉの場合は窒素などの
非酸化性雰囲気で焼成するのが好ましい。

また、低密度ポーラス部には熱伝導性物質を混在させる
ことができる。

このような熱伝導性物質としては、例えばＣｕ、Ｎｉ、
Ａｇ、Ｚｎ、ＡＮなどを挙げることができるが、これ以
外゛の物質であってもよい。

また、低密度ポーラス部に混在させる熱伝導物質は１〜
３重量％の範囲が好ましい。

こ：′れは、熱伝導物＊”が１〜３重量％の範囲では良
好な熱伝導度を示すが、熱伝導物質が１重量％未満では
熱伝導効果が見られなくなり、熱伝導物質が３重量％を
越えると比抵抗が低下し、回路基板として使用できなく
なるからである。

また、熱伝導性物質は熱伝導度を良好ならしめるという
点で網目状に分布させるのが好ましい。

なお、後述する実施例においては、回路パターンを形成
した１枚のセラミック板だけからなる単層構造のセラミ
ック回路基板について説明しているが、こ゛の発明にお
いては、回路パターンを形成した複数枚のセラミック板
を積層一体止してなる多層構造のものが含まれることは
もちろんである。

［実施例］実施例１ポーラス　　のグリーンシートまず、コーディエライト、Ｓ　ｉ　Ｏ＊およびＢ２Ｏ３
を配合ｌに示す割合で各々秤量し、これらをボールミル
で均一に湿式混合して低密度ポーラス部用の原料粉を得
た。

ここで、５ｉＯ−およびＢ＊Ｏ＊はホウケイ酸ガラスの
原料となるものである。

次に、上記原料粉を、バインダー（ＰＶＢ）、可塑材（
ＤＯＰ）、）−ルエンおよびエタノールとともに、配合
２に示す割合でボールミル内に入れ、これらを均一に湿
式混合してスラリーを得た。

次に、走行するプラスチックフィルム上に上記スラリー
をドクターブレード法で所定の厚さに塗布し、′この塗
布したスラリーを乾燥させて、厚さ約１．００ｍｍのグ
リーンシートを形成した。

吉　　　　　　　のグリーンシートまた、コーディエライト、Ｓ　ｉ　ＯｍおよびＢ２０．
を配合３に示す割合で各々秤量し、これらをボールミル
で均一に湿式混合して高密度焼結部用の原料粉を得、こ
の原料粉を低密度ポーラス部用のグリーンシート形成と
同様にして高密度焼結体用のグリーンシートを形成した
。

そして、このグリーンシート上に後述する回路パターン
４をＣｕのペーストで印刷して形成した。

低密度ポーラス部用のグリーンシートを長方形に打ち抜
いて、板状の低密度ポーラス部とし、また、高密度焼結
部用のグリーンシートを長方形および長方形枠体状に打
ち抜いて、高密度焼結体部とした。

次に、第１図に示すように、長方形の高密度焼結部ｌの
上に低密度ポーラス部２を載せ、この低密度ポーラス部
２の周囲に長方形枠体状の高密度焼結部３を嵌め、更に
これらの上に長方形の高密度焼結部１を載せ、加圧接着
させて、第２図に示すようなセラミック回路基板用の積
層体を得た。なお、４は高密度焼結体部１の表面にあら
かじめ形成した回路パターンである。

次に、このセラミック回路基板用の積層体を。

大気中において、２５０℃で６時間加熱して、脱バイン
ダー処理を施した。

そして、このセラミック回路基板用の積層体を非酸化性
雰囲気（Ｎ雪、Ｎｚ　＋Ｈｔ　、Ａｒ等）の加熱炉中に
おいて、９００℃、２時間の条件で焼成して、セラミッ
ク回路基板を得た。

１１ユニ１１次に、上記のようにして得られたセラミック回路基板に
ついて、その誘電率、熱膨張係数、熱伝導度及び信号の
遅延時間を求めた。結果は第１表に示す通りとなった。

ここで、誘電率は周波数ＩＭＨｚで測定した。

また５熱膨張係数ａは次式より算出した。

α＝ΔＬ／Ｌ　（Ｔ−−Ｔ＋　）＋αＳｉＯ２ここで、
ΔＬは加熱による材料の見掛けの伸び（ｍｍ）　　Ｌは
室温での試料の長さ（ｍｍ）、Ｔ、は室温、Ｔ２は５０
０℃、αＳ　ｉ　Ｏ２は石英ガラスの熱膨張係数である
。

熱伝導度は試料を直径１０　ｍ　ｍ、厚さ１．０ｍｍの
円板状に加工し、これを試験片として１、レーザーフラ
ッシュ法により測定した。

また、信号の遅延時間は次式から求めた。

”ｌ”　、　、　＝　ｒＴ／にこで、Ｔ、は遅延時間、εは誘電率、Ｃは光の速度であ
る。

比較例１アルミナ９６％、焼結助剤（５ｉＯｚ、ＭｇＯｅｔｃ）
４％を原料とし、実施例１と同様にしてグリーンシート
を形成し、このグリーンシートを焼結させた後、Ｃｕの
導電性ペーストを印刷して焼き付け、セラミック回路基
板を得た。

このセラミック回路基板の諸特性を実施例１と同様にし
て求めたところ、第１表に示す通りとなった。

実施例２〜９各原料粉組成に熱伝導性物質としてＣｕを加え、各組成
を配合４に示すように変化させた他は、実施例１と同様
にしてセラミック回路基板を得た。

そして、得られたセラミック回路基板の諸特性を実施例
１と同様にして求めた。結果は第１表に示す通りとなっ
た。

第１表第１表に示された結果から、実施例１〜９によれば、セ
ミツク回路基板を９００℃、２時間の条件で焼成でき、
回路パターンを形成する導電性物質としてＣｕなとの低
融点金属を使用できることがわかる。

また、第１表に示された結果から、実施例１〜９によれ
ば、セラミック回路基板の誘電率が２〜３と小さくなり
、信号遅延時間も４〜５と短（なることがわかる。

また、第１表に示された結果から、実施例１〜９によれ
ば、セラミック回路基板の熱膨張係数が３〜５／’Ｃと
なり、このセラミック回路基板にＳｉチップなどを搭載
した場合、このＳｉチップなどがサーマルストレスを受
けないことがわかる。

また、第１表に示された結果から、実施例２〜９によれ
ば、セラミック回路基板の熱伝導度が２５０　（１１／
［ｋ１程度となり、その放熱性が向上していることがわ
かる。

［発明の効果］この発明はセラミック回路基板をコーディエライトと低
融点ガラスとを主成分とするもので形成したので、セラ
ミック回路基板の焼成温度を低下させ、この焼成のため
の熱エネルギーを少なくさせることができ、従って、セ
ラミック回路基板の製造コストを低下させることができ
る。

また、この発明はセラミック回路基板の焼成温度を１０
００℃以下にさせることができたので、電気伝導度の高
いＡ　ｇ　ｓ　Ａ　ｇ　　Ｐ　ｄ　＋　Ｎ　１　ｅＣｕ
などの低融点金属を使用することができ、従って、回路
パターンの電気抵抗を低下させることができる。

また、この発明はセラミック回路基板の内部に低密度ポ
ーラス部を形成する構造としたので、セラミック回路基
板の誘電率を低下させ、信号の遅延時間を短くさせるこ
とができ、従って、電子機器の性能を向上させることが
できる。

また、この発明はセラミック回路基板をコーディエライ
トと低融点ガラスとを主成分としたセラミック板によっ
て形成したので、セラミック回路基板の熱膨張係数をＳ
ｉチップなどのそれに近付けさせることができ、従って
、このセラミック回路基板に搭載したＳｉチップなどの
サーマルストレスによる破損を防止することができる。

また、この発明は基板中に熱伝導性物質を混在させたの
で、セラミック回路基板の熱伝導度、ひいてはその放熱
性を向上させることができ、従って、電子部品の実装密
度を更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るセラミック回路基板の分解斜視
図、第２図は第１図のものを積層して形成したセラミッ
ク回路基板の部分斜視図である。１．３−・・高密度焼結部　２・・・低密度ポーラス部
４・・・回路パターン代理人　弁理士　窪　１）法　明

Claims

【特許請求の範囲】

１．コーディエライトと低融点ガラスとを主成分とした
セラミック板に回路パターンが形成されたもの、または
このものを２以上積層したものからなり、前記セラミック板は、低密度ポーラス部と、この低密度
ポーラス部を被覆している高密度焼結部とからなること
を特徴とするセラミック回路基板。
２．前記低密度ポーラス部は７０〜９０重量％のコーデ
ィエライトと、１０〜３０重量％の低融点ガラスとを含
有してなり、前記高密度焼結部は５０〜６５重量％のコーディエライ
トと、３５〜５０重量％の低融点ガラスとを含有してな
ることを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板
。
３．前記低密度ポーラス部に熱伝導性物質を混在させて
なることを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基
板。