JPH05279145A - 電子製品に適するセラミック複合材料 - Google Patents
電子製品に適するセラミック複合材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は電子製品のパッケージングに関す
る、更に詳しくは電子製品のパッケージングに用いるセ
ラミック複合材料に関する。金属化に必要となる高温で
焼成することができ、そして回路内の高速デジタル信号
の伝送速度を維持するための誘電率が5.０以下であるセ
ラミックを開発することを目的とする。 【構成】 本発明は低誘電率を有する機械加工できるセ
ラミックを提供する。複合材料はセラミックマトリック
ス内に均一に分布したセラミックバブルを含んでなる。
この複合材料は電子部品のパッケージングにおけるセラ
ミック基板及びハウジング等に用いることができる。
る、更に詳しくは電子製品のパッケージングに用いるセ
ラミック複合材料に関する。金属化に必要となる高温で
焼成することができ、そして回路内の高速デジタル信号
の伝送速度を維持するための誘電率が5.０以下であるセ
ラミックを開発することを目的とする。 【構成】 本発明は低誘電率を有する機械加工できるセ
ラミックを提供する。複合材料はセラミックマトリック
ス内に均一に分布したセラミックバブルを含んでなる。
この複合材料は電子部品のパッケージングにおけるセラ
ミック基板及びハウジング等に用いることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子製品のパッケージン
グに関する、更に詳しくは電子製品のパッケージングに
適するセラミック複合材料に関する。
グに関する、更に詳しくは電子製品のパッケージングに
適するセラミック複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常電子パッケージングとは、半導体シ
リコンチップを導電パスによって基板に結合し、そして
プラスチック又はセラミック材料で埋封したアセンブリ
ーのことである。不透明材料で埋封することは、迷走電
流を発生する光すなわち光電効果を防ぐために必要であ
る。その上このパッケージングは精巧なリード線を破損
から守るという構造的機能をはたすことができる。パッ
ケージ形状はデュアル・インライン・パッケージ（ＤＩ
Ｐ）、チップキャリヤ、フラットパック、及びピングリ
ッドアレイを含む。
リコンチップを導電パスによって基板に結合し、そして
プラスチック又はセラミック材料で埋封したアセンブリ
ーのことである。不透明材料で埋封することは、迷走電
流を発生する光すなわち光電効果を防ぐために必要であ
る。その上このパッケージングは精巧なリード線を破損
から守るという構造的機能をはたすことができる。パッ
ケージ形状はデュアル・インライン・パッケージ（ＤＩ
Ｐ）、チップキャリヤ、フラットパック、及びピングリ
ッドアレイを含む。
【０００３】高周波における誘電損を低減するために、
低誘電率（例えば4.０より低い値）の材料が電子製品パ
ッケージング用基板として望ましい。集積回路（ＩＣ）
チップが高誘電率の材料と結合している場合、信号伝送
において解像度（波形整形）の損失がおこる。現状の電
子製品パッケージング媒体においては、低誘電率の材料
は高分子物質を含んでなり、ポリマーの固有特性及び不
純物が低水準であることの両方が組み合わさって低誘電
率の材料を構成している。しかし、ポリマーは熱膨張率
が高く代表的には15×10-6である。この熱膨張率がシリ
コンの熱膨張率（4.０×10-6) と整合しないので、基板
とシリコンチップ間の熱によって発生する機械的応力に
よって、これらの材料が破壊をうけることになる。更に
ポリマーは損失係数も高い。高性能電子用途向の材料と
しては、容量性効果が最小で、インピーダンスが整合
し、そして信号伝送が遅れないように、その誘導率が空
気の値（1.０）に近い材料が好ましい。
低誘電率（例えば4.０より低い値）の材料が電子製品パ
ッケージング用基板として望ましい。集積回路（ＩＣ）
チップが高誘電率の材料と結合している場合、信号伝送
において解像度（波形整形）の損失がおこる。現状の電
子製品パッケージング媒体においては、低誘電率の材料
は高分子物質を含んでなり、ポリマーの固有特性及び不
純物が低水準であることの両方が組み合わさって低誘電
率の材料を構成している。しかし、ポリマーは熱膨張率
が高く代表的には15×10-6である。この熱膨張率がシリ
コンの熱膨張率（4.０×10-6) と整合しないので、基板
とシリコンチップ間の熱によって発生する機械的応力に
よって、これらの材料が破壊をうけることになる。更に
ポリマーは損失係数も高い。高性能電子用途向の材料と
しては、容量性効果が最小で、インピーダンスが整合
し、そして信号伝送が遅れないように、その誘導率が空
気の値（1.０）に近い材料が好ましい。
【０００４】セラミックスは集積回路の基板として用い
られ、そして集積回路アセンブリーのハウジングを形成
することができる。集積回路アセンブリーのハーメチッ
クシールとして、セラミックスは高分子物質より高い温
度と湿分に耐えることができるので、しばしばセラミッ
クスが唯一適合する材料となりうる。セラミックスは高
温安定性、熱膨張率が調節できること、及び熱伝導率が
制御できることのために望ましい。
られ、そして集積回路アセンブリーのハウジングを形成
することができる。集積回路アセンブリーのハーメチッ
クシールとして、セラミックスは高分子物質より高い温
度と湿分に耐えることができるので、しばしばセラミッ
クスが唯一適合する材料となりうる。セラミックスは高
温安定性、熱膨張率が調節できること、及び熱伝導率が
制御できることのために望ましい。
【０００５】電子製品パッケージング用途にセラミック
スを用いることは周知である。例えば、〔「電子セラミ
ックス(Electronic Ceramics) 」第１〜44頁〕、及び
〔「米国セラミック協会誌(Am.Ceramic Soc.Bull.)」第
67巻、第４号、第 752〜758 頁(1988年) 〕に記述があ
る。誘電率が約5.６のガラス−セラミック基板であっ
て、銅又は金と一緒に焼結することができる基板を作る
ために、ガラスをアルミナに加えることが知られてい
る。例えば、〔「IEEE トランザクション コンポーネ
ント ハイブリッド マニュファクチュアリング テク
ノロジイ(IEEE Trans.Compon.Hybrids Manuf.Techno
l.)」第６巻、第４号、第 382〜386 頁 (1983年)〕に記
述がある。
スを用いることは周知である。例えば、〔「電子セラミ
ックス(Electronic Ceramics) 」第１〜44頁〕、及び
〔「米国セラミック協会誌(Am.Ceramic Soc.Bull.)」第
67巻、第４号、第 752〜758 頁(1988年) 〕に記述があ
る。誘電率が約5.６のガラス−セラミック基板であっ
て、銅又は金と一緒に焼結することができる基板を作る
ために、ガラスをアルミナに加えることが知られてい
る。例えば、〔「IEEE トランザクション コンポーネ
ント ハイブリッド マニュファクチュアリング テク
ノロジイ(IEEE Trans.Compon.Hybrids Manuf.Techno
l.)」第６巻、第４号、第 382〜386 頁 (1983年)〕に記
述がある。
【０００６】ヨーロッパ特許第 234,896号に、超大規模
集積デバイス(VLSI)に厚膜として用いる低誘電率材料が
記述されている。この材料は厚膜絶縁マトリックス、厚
膜有機ビヒクル、及び厚膜回路を形成するのに用いる中
空石英ガラス微小球を含んでなる。低誘電材料はスクリ
ーン印刷、乾燥、そして焼成される。3.５〜4.５の範囲
の誘電率を得ることができる。
集積デバイス(VLSI)に厚膜として用いる低誘電率材料が
記述されている。この材料は厚膜絶縁マトリックス、厚
膜有機ビヒクル、及び厚膜回路を形成するのに用いる中
空石英ガラス微小球を含んでなる。低誘電材料はスクリ
ーン印刷、乾燥、そして焼成される。3.５〜4.５の範囲
の誘電率を得ることができる。
【０００７】誘電率4.０の複合材料について、Internat
ional Microelectric Conferences(1986年) の資料"Dev
elopment of Ceramic Composite Porous Ceramic and R
esinComposite with Copper Foil" (第65〜70頁) にそ
の記述がある。低誘電率のエポキシ樹脂で含浸した誘電
率が約4.５〜約6.０であるコーディエライトを用いてこ
の誘電率を達成している。
ional Microelectric Conferences(1986年) の資料"Dev
elopment of Ceramic Composite Porous Ceramic and R
esinComposite with Copper Foil" (第65〜70頁) にそ
の記述がある。低誘電率のエポキシ樹脂で含浸した誘電
率が約4.５〜約6.０であるコーディエライトを用いてこ
の誘電率を達成している。
【０００８】多数の回路を個々のセラミック基板上に配
線し、そしてハーメチックシールをしなければならない
高性能な用途には、セラミックパッケージが主として用
いられる。高性能な要求とは、信号遅れが最小となるこ
とである。基板での信号速度は、パルスが進行すべき距
離とパルスが進行する媒体の誘電率によって決まり、そ
して式
線し、そしてハーメチックシールをしなければならない
高性能な用途には、セラミックパッケージが主として用
いられる。高性能な要求とは、信号遅れが最小となるこ
とである。基板での信号速度は、パルスが進行すべき距
離とパルスが進行する媒体の誘電率によって決まり、そ
して式
【数１】 〔式中、Ｔd は時間遅れ（ナノセカンド）、Ｌは信号が
進行する距離（インチ）、Ｋはセラミックの比誘電率、
そしてＣは光の速度（インチ／秒）を表す〕で表され
る。最小の時間遅れは低誘電率のセラミック材料を用い
て達成することができ、このセラミック材料は電子、配
向、及びイオンのそれぞれ低い分極率、低分子量（高周
波での誘電率は原子番号に比例する）、低結合力、及び
低密度を有する材料で作ることができる。
進行する距離（インチ）、Ｋはセラミックの比誘電率、
そしてＣは光の速度（インチ／秒）を表す〕で表され
る。最小の時間遅れは低誘電率のセラミック材料を用い
て達成することができ、このセラミック材料は電子、配
向、及びイオンのそれぞれ低い分極率、低分子量（高周
波での誘電率は原子番号に比例する）、低結合力、及び
低密度を有する材料で作ることができる。
【０００９】電子製品パッケージの性能を改良するため
に、寸法を小さくして電子信号の速度を増そうとするす
う勢がある。集積回路（ＩＣ）中のシリコンチップの密
度を増してこれらの特性を達成することができる。しか
しパッケージング密度を増すことは追加の熱の発生をも
たらすことになる。従って、電子製品パッケージング用
の基板及びハウジングはこの熱に耐え、そしてむしろ熱
を消散することができなければならない。
に、寸法を小さくして電子信号の速度を増そうとするす
う勢がある。集積回路（ＩＣ）中のシリコンチップの密
度を増してこれらの特性を達成することができる。しか
しパッケージング密度を増すことは追加の熱の発生をも
たらすことになる。従って、電子製品パッケージング用
の基板及びハウジングはこの熱に耐え、そしてむしろ熱
を消散することができなければならない。
【００１０】ガラスバブル−有機マトリックス複合材料
は金属化回路層を焼成するのに必要な高温に耐えること
ができないので、高性能電子製品パッケージング用途に
は一般に不適である。更にこの複合材料は高い熱膨張率
（例えば、10×10-6／℃を越える値）を有する。例えば
〔「ジャーナル オブ マテーリアル サイエンス(J.M
atl.Science)」第20号、第1069〜1078頁 (1985年) 〕に
この記述がある。劣化に加えて、中空ガラス微小球、特
にソーダ石灰ガラス組成物は高い誘電損率となるのでＩ
Ｃパッケージの電子基板として不適である。
は金属化回路層を焼成するのに必要な高温に耐えること
ができないので、高性能電子製品パッケージング用途に
は一般に不適である。更にこの複合材料は高い熱膨張率
（例えば、10×10-6／℃を越える値）を有する。例えば
〔「ジャーナル オブ マテーリアル サイエンス(J.M
atl.Science)」第20号、第1069〜1078頁 (1985年) 〕に
この記述がある。劣化に加えて、中空ガラス微小球、特
にソーダ石灰ガラス組成物は高い誘電損率となるのでＩ
Ｃパッケージの電子基板として不適である。
【００１１】金属化に必要な高温で焼成することがで
き、そして更に回路内の高速デジタル信号の伝ぱん速度
を維持するために、5.０以下の誘電率を有するセラミッ
クを開発することが望まれている。更にシリコンチップ
の熱膨張率と整合する熱膨張率を有するセラミックを開
発することが望まれる。更に、マイクロ波及び電波に対
して透明となる機械加工できるセラミックを開発するこ
とが望まれる。
き、そして更に回路内の高速デジタル信号の伝ぱん速度
を維持するために、5.０以下の誘電率を有するセラミッ
クを開発することが望まれている。更にシリコンチップ
の熱膨張率と整合する熱膨張率を有するセラミックを開
発することが望まれる。更に、マイクロ波及び電波に対
して透明となる機械加工できるセラミックを開発するこ
とが望まれる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、セラミック
マトリックス中に均一に分布した、中空薄壁の耐火性セ
ラミックバブルを含んでなる機械加工できるセラミック
複合材料を提供する。このセラミックバブルは９より低
い誘電率を有する材料で作る。この複合材料は、低誘電
率（すなわち、絶対誘電率、多成分系誘電率）、低損失
係数（すなわち、誘電正接）、そして集積回路（ＩＣ）
チップの熱膨張率と整合する熱膨張率を有する。更にこ
の複合材料は、比較的高い機械強度、良好な機械加工
性、低密度、耐熱性、そして高い熱衝撃抵抗性を有す
る。また高温で劣化することなくこの材料を加工し使用
することができる。更にこの複合材料の実施態様のいく
つかは、マイクロ波及び電波域において電磁放射線に透
明である。
マトリックス中に均一に分布した、中空薄壁の耐火性セ
ラミックバブルを含んでなる機械加工できるセラミック
複合材料を提供する。このセラミックバブルは９より低
い誘電率を有する材料で作る。この複合材料は、低誘電
率（すなわち、絶対誘電率、多成分系誘電率）、低損失
係数（すなわち、誘電正接）、そして集積回路（ＩＣ）
チップの熱膨張率と整合する熱膨張率を有する。更にこ
の複合材料は、比較的高い機械強度、良好な機械加工
性、低密度、耐熱性、そして高い熱衝撃抵抗性を有す
る。また高温で劣化することなくこの材料を加工し使用
することができる。更にこの複合材料の実施態様のいく
つかは、マイクロ波及び電波域において電磁放射線に透
明である。
【００１３】本発明のセラミック複合材料は、高性能電
子製品パッケージング用電子基板として、マイクロ波又
はミリメートル波に対する透明ウインドーとして、そし
て軽量で容易に機械加工できる高温耐火物として有用で
ある。
子製品パッケージング用電子基板として、マイクロ波又
はミリメートル波に対する透明ウインドーとして、そし
て軽量で容易に機械加工できる高温耐火物として有用で
ある。
【００１４】本発明の材料を種々の用途に適した形状に
容易に加工することができる。セラミックバブルの存在
によって複合材料を容易に造形することができ、そして
焼成セラミックを破壊することなしに機械加工すること
ができる。マトリックス材料とバブル材料を適当に選択
することによって、複合材料の誘電率をコントロールす
ることができる。更に、適当な寸法のバブルの適正な選
択、そして複合材料中の適当なバブル容積濃度の選択に
よって、複合材料の誘電率をコントロールすることがで
きる。
容易に加工することができる。セラミックバブルの存在
によって複合材料を容易に造形することができ、そして
焼成セラミックを破壊することなしに機械加工すること
ができる。マトリックス材料とバブル材料を適当に選択
することによって、複合材料の誘電率をコントロールす
ることができる。更に、適当な寸法のバブルの適正な選
択、そして複合材料中の適当なバブル容積濃度の選択に
よって、複合材料の誘電率をコントロールすることがで
きる。
【００１５】本発明のセラミック複合材料は多孔質であ
るが、この気孔率は相通じあっていない気孔で特徴づけ
られる。このバブルは密閉エアポケットとなり、そして
セラミックマトリックスが完全にセラミックバブルを包
むので、このセラミック複合材料は独立気泡構造を有す
る。複合材料の表面には開気孔が存在しないので、湿分
又は別の汚染物はほとんど複合材料に浸入することがで
きない。
るが、この気孔率は相通じあっていない気孔で特徴づけ
られる。このバブルは密閉エアポケットとなり、そして
セラミックマトリックスが完全にセラミックバブルを包
むので、このセラミック複合材料は独立気泡構造を有す
る。複合材料の表面には開気孔が存在しないので、湿分
又は別の汚染物はほとんど複合材料に浸入することがで
きない。
【００１６】更に本発明は、アルミナ、リン酸アルミニ
ウム、ムライト、コーディエライト、フォルステライ
ト、及びステアタイトから適当に選んだセラミック粉末
と、ホウケイ酸アルミニウム及びムライトから適当に選
んだセラミックバブルとを混ぜることによる、上述のセ
ラミック複合材料の製造方法を含む。バブルは混合物の
約10〜約90容量パーセント、好ましくは混合物の約40〜
70容量パーセント、そして最も好ましくは混合物の約50
〜60容量パーセントを含んでなる。次いでこの混合物を
乾式成形、テープキャスティング又は鋳込成形にて所望
の形状に成形し、そして最後に約1400〜1700℃の高温で
焼結する。
ウム、ムライト、コーディエライト、フォルステライ
ト、及びステアタイトから適当に選んだセラミック粉末
と、ホウケイ酸アルミニウム及びムライトから適当に選
んだセラミックバブルとを混ぜることによる、上述のセ
ラミック複合材料の製造方法を含む。バブルは混合物の
約10〜約90容量パーセント、好ましくは混合物の約40〜
70容量パーセント、そして最も好ましくは混合物の約50
〜60容量パーセントを含んでなる。次いでこの混合物を
乾式成形、テープキャスティング又は鋳込成形にて所望
の形状に成形し、そして最後に約1400〜1700℃の高温で
焼結する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】ここで用いる用語の意味
を以下に説明する。“セラミック”とは、団結した金属
酸化物及び非金属酸化物のような無機・非金属材料をい
う。
を以下に説明する。“セラミック”とは、団結した金属
酸化物及び非金属酸化物のような無機・非金属材料をい
う。
【００１８】“高温セラミック”とは、1000℃以上に焼
成しあるいは保持する際に、その機械的強度と構造完全
性及び別の特性を維持するセラミック材料をいう。
成しあるいは保持する際に、その機械的強度と構造完全
性及び別の特性を維持するセラミック材料をいう。
【００１９】“機械加工できるセラミック”とは、破壊
することなしに穴をあけ、のこぎりで切り、くぎを打
ち、ネジで止め、組立て、あるいは仕上げることができ
るセラミックをいう。
することなしに穴をあけ、のこぎりで切り、くぎを打
ち、ネジで止め、組立て、あるいは仕上げることができ
るセラミックをいう。
【００２０】“完全に密である”とは、本質的に気孔又
は空隙がないことをいう。
は空隙がないことをいう。
【００２１】“非晶質”とは、結晶成分の存在を示す明
確な線のないＸ線回折パターンを有する物質の特性をい
う。
確な線のないＸ線回折パターンを有する物質の特性をい
う。
【００２２】“グリーン”とは未焼成をいう（グリーン
セラミックは熱処理を加えてないセラミック材料又はそ
れらの先駆物質を含む）。
セラミックは熱処理を加えてないセラミック材料又はそ
れらの先駆物質を含む）。
【００２３】“微構造”とは、セラミック体を形成する
一次微結晶の構造とサイズをいう。
一次微結晶の構造とサイズをいう。
【００２４】“耐火性”とは、 800〜2000℃の温度範囲
でセラミックがその完全性又は有用性を維持することが
できる、セラミックの特性をいう。
でセラミックがその完全性又は有用性を維持することが
できる、セラミックの特性をいう。
【００２５】“ゾル”とは、液体媒体中の微細固体相か
らなるコロイド分散系をいう。
らなるコロイド分散系をいう。
【００２６】“ガラス”とは、高温焼成温度（1000℃以
上) において軟化しあるいは構造完全性を失う非晶質無
機材料をいう。
上) において軟化しあるいは構造完全性を失う非晶質無
機材料をいう。
【００２７】“誘電正接”又は“損失係数”とは、電場
をかけた場合に材料中の回復できる（貯蔵される）エネ
ルギーと消滅する（熱として失なう）エネルギーの比率
をいう。
をかけた場合に材料中の回復できる（貯蔵される）エネ
ルギーと消滅する（熱として失なう）エネルギーの比率
をいう。
【００２８】“絶対誘電率”とは、式ε＝ε′＋ｉε″
〔式中、ε′は誘電関数の実数部を表し貯蔵されたエネ
ルギー成分と関連し、そしてε″は誘電関数の虚数部を
表し熱損失成分あるいは電磁線の吸収と関連する〕で表
されるエプシロン（ε）である。そして
〔式中、ε′は誘電関数の実数部を表し貯蔵されたエネ
ルギー成分と関連し、そしてε″は誘電関数の虚数部を
表し熱損失成分あるいは電磁線の吸収と関連する〕で表
されるエプシロン（ε）である。そして
【００２９】“高性能特性”とは、電子材料にとって望
ましい機械的強度、熱膨張率、機械加工性、誘電率、熱
伝導率、導電率、電磁線に対する透明性、及び高温にさ
らした後のこれら特性の保持力のような物理的、熱的及
び電子特性をいう。
ましい機械的強度、熱膨張率、機械加工性、誘電率、熱
伝導率、導電率、電磁線に対する透明性、及び高温にさ
らした後のこれら特性の保持力のような物理的、熱的及
び電子特性をいう。
【００３０】本発明の複合材料は、セラミックマトリッ
クス中に均一に分布する中空薄壁の耐火性セラミックバ
ブルを含んでなる。このバブルは９より小さい誘電率を
有する。
クス中に均一に分布する中空薄壁の耐火性セラミックバ
ブルを含んでなる。このバブルは９より小さい誘電率を
有する。
【００３１】セラミックバブルはホウケイ酸アルミニウ
ム、ムライト、又はこれらの混合物で作るのが好まし
い。ホウケイ酸アルミニウムバブルはアルミナ、ボリア
(boria) 、及びシリカからなる。ホウケイ酸アルミニウ
ムの成分範囲は米国特許第 3,795,524号に詳細に記述さ
れており、ここに参照して組入れる。これらのバブルは
焼成温度によって異なる相を示す、例えば、バブルを 6
00〜800 ℃の温度で焼成すれば非晶質相となり、そして
バブルを1400℃以上で焼成すればムライト相となる。バ
ブルの径を約１〜約50ミクロンの範囲とすることができ
る。バブルの肉厚を約0.05〜約0.５ミクロンとすること
ができる。
ム、ムライト、又はこれらの混合物で作るのが好まし
い。ホウケイ酸アルミニウムバブルはアルミナ、ボリア
(boria) 、及びシリカからなる。ホウケイ酸アルミニウ
ムの成分範囲は米国特許第 3,795,524号に詳細に記述さ
れており、ここに参照して組入れる。これらのバブルは
焼成温度によって異なる相を示す、例えば、バブルを 6
00〜800 ℃の温度で焼成すれば非晶質相となり、そして
バブルを1400℃以上で焼成すればムライト相となる。バ
ブルの径を約１〜約50ミクロンの範囲とすることができ
る。バブルの肉厚を約0.05〜約0.５ミクロンとすること
ができる。
【００３２】本発明の実施に適するバブルは米国特許第
4,349,456号及び米国特許出願第07／272,526 号に記載
されており、ここに参照して組入れる。いわゆるゾル−
ゲル法で作ったバブルは、光に対して透明でありそして
微細構造、すなわち焼成したあと非常に細い微結晶（１
ミクロンより小さい）を有することで特徴づけられる。
ここに参照して組入れている米国特許出願第07／272,52
6 号に記述されている平衡沸点法でセラミックバブルを
作ることができる。代りに、米国特許第 4,349,456号に
記述されている方法で作るバブルを用いることができ
る。
4,349,456号及び米国特許出願第07／272,526 号に記載
されており、ここに参照して組入れる。いわゆるゾル−
ゲル法で作ったバブルは、光に対して透明でありそして
微細構造、すなわち焼成したあと非常に細い微結晶（１
ミクロンより小さい）を有することで特徴づけられる。
ここに参照して組入れている米国特許出願第07／272,52
6 号に記述されている平衡沸点法でセラミックバブルを
作ることができる。代りに、米国特許第 4,349,456号に
記述されている方法で作るバブルを用いることができ
る。
【００３３】セラミック処理技術で周知のように、任意
の寸法の造形セラミック品を作るために、まず寸法が大
き目のグリーン造形品を作り、次いで焼成することが必
要である。焼成によって揮発物の損失（代表的には有機
分子）、先駆物質のセラミックへの転化、そして焼結が
おこる。これらすべての変化が製品の収縮の一因とな
る。焼成中におこる収縮量は、グリーン製品の組成と焼
成する温度の関数である。任意の焼成温度に対するグリ
ーン製品の収縮量がわかっているので適正サイズのグリ
ーン製品を作ることが重要である。
の寸法の造形セラミック品を作るために、まず寸法が大
き目のグリーン造形品を作り、次いで焼成することが必
要である。焼成によって揮発物の損失（代表的には有機
分子）、先駆物質のセラミックへの転化、そして焼結が
おこる。これらすべての変化が製品の収縮の一因とな
る。焼成中におこる収縮量は、グリーン製品の組成と焼
成する温度の関数である。任意の焼成温度に対するグリ
ーン製品の収縮量がわかっているので適正サイズのグリ
ーン製品を作ることが重要である。
【００３４】本発明のセラミックバブル−セラミックマ
トリックス複合材料の製造において、セラミック複合材
料の完全性が焼成過程で破壊されないように適正な材料
を選択することが重要である。焼成過程で経験するマト
リックス材料の収縮及びバブル材料の収縮が互に著しく
相異しないことが特に重要である。従って、グリーンバ
ブル、すなわち未焼成バブル、あるいは複合材料の焼結
温度以下で焼成したバブルをグリーン複合材料に混和す
ることはしばしば有益である。これは、複合材料の焼成
過程でバブルとマトリックスの収縮の不釣り合いを減ら
し、従ってより強いセラミック複合材料を作ることがで
きる。
トリックス複合材料の製造において、セラミック複合材
料の完全性が焼成過程で破壊されないように適正な材料
を選択することが重要である。焼成過程で経験するマト
リックス材料の収縮及びバブル材料の収縮が互に著しく
相異しないことが特に重要である。従って、グリーンバ
ブル、すなわち未焼成バブル、あるいは複合材料の焼結
温度以下で焼成したバブルをグリーン複合材料に混和す
ることはしばしば有益である。これは、複合材料の焼成
過程でバブルとマトリックスの収縮の不釣り合いを減ら
し、従ってより強いセラミック複合材料を作ることがで
きる。
【００３５】それ故、グリーンバブルを混和するかある
いは揮発分を除くためだけの間高温で焼成したバブルを
混和するか決めるのはマトリックス材料の組成による。
バブルをグリーン状態で混和するかあるいは最初に焼成
するかは選択の問題であって、この分野の技術で決めれ
ばよい。
いは揮発分を除くためだけの間高温で焼成したバブルを
混和するか決めるのはマトリックス材料の組成による。
バブルをグリーン状態で混和するかあるいは最初に焼成
するかは選択の問題であって、この分野の技術で決めれ
ばよい。
【００３６】約 600℃で焼成したホウケイ酸アルミニウ
ムのセラミックバブルと、アルミナ、リン酸アルミニウ
ム、ムライト、コーディエライト、フォルステライト、
又はステアタイトのようなセラミックマトリックス材料
とを混ぜ、そして高温（例えば1400〜1700℃) で焼成す
る場合、ボリア(boria) がバブルから移行してまわりの
セラミックマトリックスと反応しあるいは固溶体を形成
する。従って、バブルの組成は1400℃以上の温度で焼成
中に変化し、そしてホウケイ酸アルミニウムの初期組成
よりはむしろムライト（３Al2O3 ・２SiO2) になる。更
にバブルも非晶質から結晶状態に転位する。バブルから
のボリアの移行はバブルと周囲のマトリックスの強固な
結合を促進することは確かである。ホウケイ酸アルミニ
ウムバブルとセラミックマトリックスからなる複合材料
はバブルの壁の結晶粒成長を促進するようであり、従っ
て長さ５ミクロン以上に成長できる個別のムライト微結
晶が生じる。この微結晶はバブルの壁にある空隙と網状
構造を形成する。これら空隙の寸法は約0.５ミクロンで
あり、セラミックバブルの肉厚とほぼ同じ寸法である。
ムのセラミックバブルと、アルミナ、リン酸アルミニウ
ム、ムライト、コーディエライト、フォルステライト、
又はステアタイトのようなセラミックマトリックス材料
とを混ぜ、そして高温（例えば1400〜1700℃) で焼成す
る場合、ボリア(boria) がバブルから移行してまわりの
セラミックマトリックスと反応しあるいは固溶体を形成
する。従って、バブルの組成は1400℃以上の温度で焼成
中に変化し、そしてホウケイ酸アルミニウムの初期組成
よりはむしろムライト（３Al2O3 ・２SiO2) になる。更
にバブルも非晶質から結晶状態に転位する。バブルから
のボリアの移行はバブルと周囲のマトリックスの強固な
結合を促進することは確かである。ホウケイ酸アルミニ
ウムバブルとセラミックマトリックスからなる複合材料
はバブルの壁の結晶粒成長を促進するようであり、従っ
て長さ５ミクロン以上に成長できる個別のムライト微結
晶が生じる。この微結晶はバブルの壁にある空隙と網状
構造を形成する。これら空隙の寸法は約0.５ミクロンで
あり、セラミックバブルの肉厚とほぼ同じ寸法である。
【００３７】ここで述べたような電子製品パッケージン
グに用いるためには、基板材料は一定の用途に適する電
気的及び機械的特性を有することが必要である。複合材
料を作るに際しセラミックバブルをマトリックスに加え
ることによって誘電率と誘電損失を下げ、そしてバブル
を加えないセラミックマトリックス材料よりも機械加工
性を改良することができると同時に、熱伝導率を下げ且
つ機械的強度を弱めてしまう。適当なマトリックス材料
を選択することによってこれらの欠点を最小にすること
ができる。例えば、マトリックス材料とバブル材料間の
熱膨張不整合によって機械的強度を増すことができる。
アルミナはその高い機械的強度と良好な熱伝導率の故
に、複合材料にとって好ましい選択となる。更に２つの
別な酸化物系、ムライト（３Al2O3 ・２SiO2) とコーデ
ィエライト（２MgO ・２Al2O3 ・５SiO2) も、個有な低
誘電率（それぞれ6.２及び6.０）と個有な低熱膨張率の
故に、本発明における良好なマトリックス材料である。
ステアタイト(MgO・SiO2) とフォルステライト(MgO・２
SiO2) もマトリックス材料として良好なものである。
グに用いるためには、基板材料は一定の用途に適する電
気的及び機械的特性を有することが必要である。複合材
料を作るに際しセラミックバブルをマトリックスに加え
ることによって誘電率と誘電損失を下げ、そしてバブル
を加えないセラミックマトリックス材料よりも機械加工
性を改良することができると同時に、熱伝導率を下げ且
つ機械的強度を弱めてしまう。適当なマトリックス材料
を選択することによってこれらの欠点を最小にすること
ができる。例えば、マトリックス材料とバブル材料間の
熱膨張不整合によって機械的強度を増すことができる。
アルミナはその高い機械的強度と良好な熱伝導率の故
に、複合材料にとって好ましい選択となる。更に２つの
別な酸化物系、ムライト（３Al2O3 ・２SiO2) とコーデ
ィエライト（２MgO ・２Al2O3 ・５SiO2) も、個有な低
誘電率（それぞれ6.２及び6.０）と個有な低熱膨張率の
故に、本発明における良好なマトリックス材料である。
ステアタイト(MgO・SiO2) とフォルステライト(MgO・２
SiO2) もマトリックス材料として良好なものである。
【００３８】焼成したあとの、本発明のセラミック複合
材料の組成物は、（１）アルミナマトリックスとムライ
トバブル、（２）リン酸アルミニウムマトリックスのト
リジマイト又はクリストバライト結晶形とムライトバブ
ル、（３）ムライトマトリックスとムライトバブル、
（４）コーディエライトマトリックスとムライトバブ
ル、（５）フォルステライトマトリックスとムライトバ
ブル、そして（６）ステアタイトマトリックスとムライ
トバブルである。任意の組成物において、微小エアポケ
ットはセラミックバブルでできる。ＩＣチップ（Ｓi 又
はＧa −Ａs)と類似の低誘電率と熱膨張率とするため
に、十分な量のバブルを加えるのが好ましい。アルミナ
マトリックス−ムライトバブル複合材料、リン酸アルミ
ニウムマトリックス−ムライトバブル複合材料、そして
ムライトマトリックス−ムライトバブル複合材料の焼結
温度は一般に1600〜1700℃の範囲である。コーディエラ
イトマトリックスとムライトバブル複合材料の焼結温度
は一般に1400〜1430℃の範囲である。
材料の組成物は、（１）アルミナマトリックスとムライ
トバブル、（２）リン酸アルミニウムマトリックスのト
リジマイト又はクリストバライト結晶形とムライトバブ
ル、（３）ムライトマトリックスとムライトバブル、
（４）コーディエライトマトリックスとムライトバブ
ル、（５）フォルステライトマトリックスとムライトバ
ブル、そして（６）ステアタイトマトリックスとムライ
トバブルである。任意の組成物において、微小エアポケ
ットはセラミックバブルでできる。ＩＣチップ（Ｓi 又
はＧa −Ａs)と類似の低誘電率と熱膨張率とするため
に、十分な量のバブルを加えるのが好ましい。アルミナ
マトリックス−ムライトバブル複合材料、リン酸アルミ
ニウムマトリックス−ムライトバブル複合材料、そして
ムライトマトリックス−ムライトバブル複合材料の焼結
温度は一般に1600〜1700℃の範囲である。コーディエラ
イトマトリックスとムライトバブル複合材料の焼結温度
は一般に1400〜1430℃の範囲である。
【００３９】ある温度と周波数範囲でばらつきのない再
現性のある誘電率と誘電正接を得るために、複合材料の
均質性は重要である。複合材料の均質性は、狭い粒度分
布をもつ微小セラミックバブルを用いて得ることができ
る。均質材料として作用するためには、複合材料は立方
波長当り多くのバブルを有する必要がある。すなわち、
単一バブルの直径は入射光の波長よりもかなり小さくな
ければならない。バブルの直径が入射波長のかなりな分
率となる場合、バブルは個々の散乱体として仂くことに
なり、上述した絶対誘電率又は誘電率の概念が無力とな
ってしまう。従って、高周波 (100GHzで波長が3000ミク
ロン) に対して、バブルは小さく、すなわち10ミクロン
のオーダーでなければならない。
現性のある誘電率と誘電正接を得るために、複合材料の
均質性は重要である。複合材料の均質性は、狭い粒度分
布をもつ微小セラミックバブルを用いて得ることができ
る。均質材料として作用するためには、複合材料は立方
波長当り多くのバブルを有する必要がある。すなわち、
単一バブルの直径は入射光の波長よりもかなり小さくな
ければならない。バブルの直径が入射波長のかなりな分
率となる場合、バブルは個々の散乱体として仂くことに
なり、上述した絶対誘電率又は誘電率の概念が無力とな
ってしまう。従って、高周波 (100GHzで波長が3000ミク
ロン) に対して、バブルは小さく、すなわち10ミクロン
のオーダーでなければならない。
【００４０】セラミックバブルとマトリックスの組成物
を変えることによって、複合材料の物理的、電子的、機
械的、そして熱的特性を所望の値に適合するように変え
ることができる。
を変えることによって、複合材料の物理的、電子的、機
械的、そして熱的特性を所望の値に適合するように変え
ることができる。
【００４１】本発明のセラミック複合材料は、低誘電
率、低誘電損、良好な機械的強度、すぐれた耐熱衝撃
性、そして集積回路チップに適合する熱膨張率からなる
特性に加えて、良好な機械加工性及び耐熱性を示す。良
好な機械加工性とは、製品を形づくり又は成形するため
に、タングステンカーバイドドリルビット、ダイヤモン
ドのこぎり、及びグラインダーのような普通の金属製作
業工具が使えることである。カーバイドグラインダーで
形づくったディスクの中心にドリルで小さな穴をあけ
て、セラミック複合材料のドウナツ形製品を作ることが
できる。高密度、高通信速度パッケージング用に必要な
セラミック材料には、熱膨張率の整合が必要である。マ
イクロ波又はミリメートル波に対する透明ウインドーを
必要とするデバイスとして、あるいは低誘電率及び低誘
電正接の値による許容送電効率に加えてマイクロ波透明
度を必要とする材料に、本発明の実施態様を用いること
もできる。
率、低誘電損、良好な機械的強度、すぐれた耐熱衝撃
性、そして集積回路チップに適合する熱膨張率からなる
特性に加えて、良好な機械加工性及び耐熱性を示す。良
好な機械加工性とは、製品を形づくり又は成形するため
に、タングステンカーバイドドリルビット、ダイヤモン
ドのこぎり、及びグラインダーのような普通の金属製作
業工具が使えることである。カーバイドグラインダーで
形づくったディスクの中心にドリルで小さな穴をあけ
て、セラミック複合材料のドウナツ形製品を作ることが
できる。高密度、高通信速度パッケージング用に必要な
セラミック材料には、熱膨張率の整合が必要である。マ
イクロ波又はミリメートル波に対する透明ウインドーを
必要とするデバイスとして、あるいは低誘電率及び低誘
電正接の値による許容送電効率に加えてマイクロ波透明
度を必要とする材料に、本発明の実施態様を用いること
もできる。
【００４２】本発明の方法は、（１）セラミックマトリ
ックスを作り；（２）工程（１）のマトリックスをセラ
ミックバブルと混合し；（３）この混合物を乾燥し；
（４）混合物を造形し；そして（５）混合物を焼成して
複合材料を作る工程を含んでなる。次の手順に従って、
複合材料のマトリックス部分をスラリーから作ることが
できる： （１）水又は有機溶剤、そして可塑剤を含む混合物に、
粉末状の複合材料成分を分散し； （２）工程（１）の混合物を通常16〜24時間ボールミル
で粉砕し；そして （３）工程（３）の混合物にバインダーを加え、そして
得られた混合物を１〜２時間再びボールミルで粉砕す
る。
ックスを作り；（２）工程（１）のマトリックスをセラ
ミックバブルと混合し；（３）この混合物を乾燥し；
（４）混合物を造形し；そして（５）混合物を焼成して
複合材料を作る工程を含んでなる。次の手順に従って、
複合材料のマトリックス部分をスラリーから作ることが
できる： （１）水又は有機溶剤、そして可塑剤を含む混合物に、
粉末状の複合材料成分を分散し； （２）工程（１）の混合物を通常16〜24時間ボールミル
で粉砕し；そして （３）工程（３）の混合物にバインダーを加え、そして
得られた混合物を１〜２時間再びボールミルで粉砕す
る。
【００４３】上記手順に有用な可塑剤は、グリセロー
ル、ブチルベンジルフタレート(Monsanto Company の"S
anticizer 160" (商標))、ポリエチレングリコール(Uni
on Carbide CompanyのMPEG (商標))、ジオクチルフタレ
ート(Aldrich Chemical Co.,Inc.の製品) 、そしてポリ
アルキレングリコール(Olin Corporation の製品) を含
む。
ル、ブチルベンジルフタレート(Monsanto Company の"S
anticizer 160" (商標))、ポリエチレングリコール(Uni
on Carbide CompanyのMPEG (商標))、ジオクチルフタレ
ート(Aldrich Chemical Co.,Inc.の製品) 、そしてポリ
アルキレングリコール(Olin Corporation の製品) を含
む。
【００４４】粉砕処理の初期段階には分散剤を間欠的に
加えて、粉末成分の均一な分布を促進し、そして凝集し
ないようにする。水性系に有用な分散剤は高分子電解質
のアンモニウム塩(W.R.Grace & Co.の"Daxad 32" (商
標))であり、そして溶剤系に有用な分散剤はトウモロコ
シ油である。
加えて、粉末成分の均一な分布を促進し、そして凝集し
ないようにする。水性系に有用な分散剤は高分子電解質
のアンモニウム塩(W.R.Grace & Co.の"Daxad 32" (商
標))であり、そして溶剤系に有用な分散剤はトウモロコ
シ油である。
【００４５】バインダーの目的は未焼成基板に高い強度
を与えるためである。更にバインダーは良好なハンドリ
ングと貯蔵特性を改善し、そして割れ、ピンホール、及
び未焼成あるいは焼成基板の欠陥の発生をおさえること
ができる。例えば水性系の場合、有用なバインダーはア
クリルポリマーエマルション(Rohm and Haas Co.の"Rho
plex AC33" (商標))であり、溶剤系の有用なバインダー
はポリビニルブチラール(Monsanto Company の"Butvar
B-76"(商標))である。
を与えるためである。更にバインダーは良好なハンドリ
ングと貯蔵特性を改善し、そして割れ、ピンホール、及
び未焼成あるいは焼成基板の欠陥の発生をおさえること
ができる。例えば水性系の場合、有用なバインダーはア
クリルポリマーエマルション(Rohm and Haas Co.の"Rho
plex AC33" (商標))であり、溶剤系の有用なバインダー
はポリビニルブチラール(Monsanto Company の"Butvar
B-76"(商標))である。
【００４６】粉砕媒体としてアルミナボールを用いた磁
器ボールミル内でボールミル粉砕をおこなうことができ
る。室温でトレー内のスラリーを乾燥し、乾燥材料を粗
砕し、そして 150〜500 ミクロンのカットとするために
米国標準篩No.100〜No.35 を用いて粉体を篩分し粉末を
得ることができる。
器ボールミル内でボールミル粉砕をおこなうことができ
る。室温でトレー内のスラリーを乾燥し、乾燥材料を粗
砕し、そして 150〜500 ミクロンのカットとするために
米国標準篩No.100〜No.35 を用いて粉体を篩分し粉末を
得ることができる。
【００４７】セラミックバブルをセラミックマトリック
ススラリーと混ぜるか、あるいはスラリーから作った粉
末と混ぜることができる。ムライト又はホウケイ酸アル
ミニウムからできたバブルを用いることができる。セラ
ミックバブルを未焼成グリーンバブルとすることがで
き、あるいは混合物の混和する前に数分から３時間1500
℃以下の温度で焼成することができる。粉末マトリック
ス材料と混合する前に揮発性有機物を除くために、通常
１時間迄の間 600〜1200℃の温度範囲でバブルを焼成す
る。ホウケイ酸アルミニウムバブルを1400℃で焼成する
と、大部分のボリアが揮発してムライト結晶相が形成さ
れる。
ススラリーと混ぜるか、あるいはスラリーから作った粉
末と混ぜることができる。ムライト又はホウケイ酸アル
ミニウムからできたバブルを用いることができる。セラ
ミックバブルを未焼成グリーンバブルとすることがで
き、あるいは混合物の混和する前に数分から３時間1500
℃以下の温度で焼成することができる。粉末マトリック
ス材料と混合する前に揮発性有機物を除くために、通常
１時間迄の間 600〜1200℃の温度範囲でバブルを焼成す
る。ホウケイ酸アルミニウムバブルを1400℃で焼成する
と、大部分のボリアが揮発してムライト結晶相が形成さ
れる。
【００４８】乾式成形用サンプルを作るために、所望の
セラミックマトリックス粉末を好ましくはロールミルで
作った粒径が１〜50ミクロンのセラミックバブルと混合
する。バブルの粉末に対する比率は代表的には容量基準
で約0.６：1.０〜約1.５：1.０である。複合材料を乾式
成形するのに役立つ少量のバインダーを混ぜる前に、こ
の混合物を通常容器内でロールミル粉砕する。混合物を
室温で乾燥し、粉砕し、次いで 150〜500 ミクロンのカ
ットとするために篩分する。本発明において、セラミッ
ク複合材料を乾式成形するために、通常直径が2.２イン
チ (56mm) のペレットを油圧プレス (例えばCarver Lab
oratory Press 製のプレス) で成形する。乾式成形のた
めにモールド内の粉末に加える圧力は通常約35MPa であ
る。厚さ約１ミリメートルの乾式成形ペレットを作るの
にこの圧力で十分である。次いでこのペレットを炉に据
えて、そして適当な焼成スケジュールに従って焼成する
が、実施例にスケジュールのいくつかを示してある。次
いで炉を冷却してからペレットを炉から取り出す。複合
材料の物理的特性を測定するために乾式成形ペレットを
用いることができる。
セラミックマトリックス粉末を好ましくはロールミルで
作った粒径が１〜50ミクロンのセラミックバブルと混合
する。バブルの粉末に対する比率は代表的には容量基準
で約0.６：1.０〜約1.５：1.０である。複合材料を乾式
成形するのに役立つ少量のバインダーを混ぜる前に、こ
の混合物を通常容器内でロールミル粉砕する。混合物を
室温で乾燥し、粉砕し、次いで 150〜500 ミクロンのカ
ットとするために篩分する。本発明において、セラミッ
ク複合材料を乾式成形するために、通常直径が2.２イン
チ (56mm) のペレットを油圧プレス (例えばCarver Lab
oratory Press 製のプレス) で成形する。乾式成形のた
めにモールド内の粉末に加える圧力は通常約35MPa であ
る。厚さ約１ミリメートルの乾式成形ペレットを作るの
にこの圧力で十分である。次いでこのペレットを炉に据
えて、そして適当な焼成スケジュールに従って焼成する
が、実施例にスケジュールのいくつかを示してある。次
いで炉を冷却してからペレットを炉から取り出す。複合
材料の物理的特性を測定するために乾式成形ペレットを
用いることができる。
【００４９】テープキャスティング又は鋳込成形用のサ
ンプルを作るために、セラミックバブルをセラミックマ
トリックススラリーと混合する。セラミックマトリック
ス粉末のバブルに対する比率は容量基準で約0.６：１〜
1.５：１の範囲である。バブルとセラミックマトリック
ス粉末は所望の比率で混ぜることができるが、0.６：１
の比率より小さければ誘電率は一般に不満足となり、そ
して1.５：１の比率より大きければ機械的強度は一般に
不満足となる。混合の過程で揮発性溶剤が蒸発するので
バブルとマトリックス粉末のスラリーは濃縮し、粘度が
2500〜2900cpになった時にスラリーをテープキャストし
あるいは鋳込成形することができる。
ンプルを作るために、セラミックバブルをセラミックマ
トリックススラリーと混合する。セラミックマトリック
ス粉末のバブルに対する比率は容量基準で約0.６：１〜
1.５：１の範囲である。バブルとセラミックマトリック
ス粉末は所望の比率で混ぜることができるが、0.６：１
の比率より小さければ誘電率は一般に不満足となり、そ
して1.５：１の比率より大きければ機械的強度は一般に
不満足となる。混合の過程で揮発性溶剤が蒸発するので
バブルとマトリックス粉末のスラリーは濃縮し、粘度が
2500〜2900cpになった時にスラリーをテープキャストし
あるいは鋳込成形することができる。
【００５０】スリップキャスティングのために、通常ス
ラリーを所望な形状の多孔質の石膏型に流し込む。真空
をかけてスリップから気泡を除去する手助けとする。こ
れは後で気泡が複合材料中の気孔の生成の一因となるか
らである。普通サンプルを空気中で約24時間乾燥し、型
から取り出し、そして実施例に示した適当なスケジュー
ルに従って焼成する。次いで炉を室温まで冷却した後、
サンプルを炉から取り出すことができる。
ラリーを所望な形状の多孔質の石膏型に流し込む。真空
をかけてスリップから気泡を除去する手助けとする。こ
れは後で気泡が複合材料中の気孔の生成の一因となるか
らである。普通サンプルを空気中で約24時間乾燥し、型
から取り出し、そして実施例に示した適当なスケジュー
ルに従って焼成する。次いで炉を室温まで冷却した後、
サンプルを炉から取り出すことができる。
【００５１】テープキャストサンプルの場合、普通ドク
ターブレードを用いてポリエステルフィルムのような支
持材の上にスラリーを均一に塗布してテープを作る。ス
ラリーをキャストする前に、シリコーンスプレーのよう
な離型剤でポリエステルフィルムを処理しておくと便利
である。得られたグリーンセラミックテープのキャスト
サンプルは代表的には厚さ約１ミリメートルである。空
気中で乾燥した後、サンプルをキャスティング面から取
出す。電子回路用途に用いるために、通常スクリーン印
刷法によってこのテープを金属化する。焼成後炉が室温
になってからサンプルを炉から取出す。
ターブレードを用いてポリエステルフィルムのような支
持材の上にスラリーを均一に塗布してテープを作る。ス
ラリーをキャストする前に、シリコーンスプレーのよう
な離型剤でポリエステルフィルムを処理しておくと便利
である。得られたグリーンセラミックテープのキャスト
サンプルは代表的には厚さ約１ミリメートルである。空
気中で乾燥した後、サンプルをキャスティング面から取
出す。電子回路用途に用いるために、通常スクリーン印
刷法によってこのテープを金属化する。焼成後炉が室温
になってからサンプルを炉から取出す。
【００５２】セラミックグリーンシートの強度と安定性
は重要である。セラミックマトリックススラリーを作る
際に加えるバインダー成分を適正に選択し、且つ周知で
ある管理されたキャスティング法を用いて満足すべき複
合材料を作ることができる。バインダーの目的は、グリ
ーンシートを形成する過程でセラミック粒子とバブルを
一時的に結合することである。
は重要である。セラミックマトリックススラリーを作る
際に加えるバインダー成分を適正に選択し、且つ周知で
ある管理されたキャスティング法を用いて満足すべき複
合材料を作ることができる。バインダーの目的は、グリ
ーンシートを形成する過程でセラミック粒子とバブルを
一時的に結合することである。
【００５３】電子用途に用いることができるテープのサ
ンプルを作るために、モリブデン又はタングステン粉末
のような金属粉の適当な導電ペーストでグリーンシート
をスクリーン印刷する。スクリーン印刷する前に、例え
ばナイフ又はパンチカッターでグリーンシートを適当な
寸法に切取ることができる。金属ペーストはグリーンシ
ートのバインダーと反応してはならない。金属ペースト
をグリーンシート上に印刷してから、この印刷シートを
代表的には約60℃で約５時間炉内で乾燥する。1400〜17
00℃の焼成温度で金属の酸化を防止するために、通常焼
成又は焼結を乾燥水素のような還元雰囲気中でおこな
う。このようにして焼成セラミック及び電子回路用に適
するパターンに印刷した金属層を含んでなる有用な製品
が得られる。
ンプルを作るために、モリブデン又はタングステン粉末
のような金属粉の適当な導電ペーストでグリーンシート
をスクリーン印刷する。スクリーン印刷する前に、例え
ばナイフ又はパンチカッターでグリーンシートを適当な
寸法に切取ることができる。金属ペーストはグリーンシ
ートのバインダーと反応してはならない。金属ペースト
をグリーンシート上に印刷してから、この印刷シートを
代表的には約60℃で約５時間炉内で乾燥する。1400〜17
00℃の焼成温度で金属の酸化を防止するために、通常焼
成又は焼結を乾燥水素のような還元雰囲気中でおこな
う。このようにして焼成セラミック及び電子回路用に適
するパターンに印刷した金属層を含んでなる有用な製品
が得られる。
【００５４】実施例に示すように、５℃／min の速度で
室温から 400℃迄の熱膨張率をPerkin-Elmer７シリーズ
熱解析システムを用いて測定した。この測定のためにペ
レット化したサンプルを用いた。ペレットの寸法は径
0.635cm、高さ0.64cmの円筒状である。
室温から 400℃迄の熱膨張率をPerkin-Elmer７シリーズ
熱解析システムを用いて測定した。この測定のためにペ
レット化したサンプルを用いた。ペレットの寸法は径
0.635cm、高さ0.64cmの円筒状である。
【００５５】ASTM-D790(1986) に従って曲げ強さ（３点
破壊係数）を測定した。この測定のために上述のペレッ
ト化したサンプルを用いた。
破壊係数）を測定した。この測定のために上述のペレッ
ト化したサンプルを用いた。
【００５６】７mm同軸線で高周波における複素誘電率と
複素透磁率を測定した。複素誘電率は均質物質の内部電
気特性を示す。“誘電率”は複素誘電率の実部を表す。
誘電率はその測定に用いる電磁界の周波数によるので、
誘導率は実際に一定ではない。
複素透磁率を測定した。複素誘電率は均質物質の内部電
気特性を示す。“誘電率”は複素誘電率の実部を表す。
誘電率はその測定に用いる電磁界の周波数によるので、
誘導率は実際に一定ではない。
【００５７】複素誘電率が電気特性を示すように、複素
透磁率は物質の電磁気特性を示す。複素透磁率の測定値
が1.０であればサンプル内に電磁反応がないことを意味
する。
透磁率は物質の電磁気特性を示す。複素透磁率の測定値
が1.０であればサンプル内に電磁反応がないことを意味
する。
【００５８】低誘電材料は多くの変った機能を有するの
で、さまざまの周波数で用いられる。複素誘電率は、レ
ーダー及びマイクロ波伝ぱんの代表的な周波数である0.
１〜20GHz で測定される。これらの周波数で非吸収性透
明材料であるためには複素誘電率の低い値 (約2.０）が
必要とされる。コンピューター産業用では１MHz が代表
的な周波数であるから、別なサンプルの複素誘電率を１
MHz で測定した。
で、さまざまの周波数で用いられる。複素誘電率は、レ
ーダー及びマイクロ波伝ぱんの代表的な周波数である0.
１〜20GHz で測定される。これらの周波数で非吸収性透
明材料であるためには複素誘電率の低い値 (約2.０）が
必要とされる。コンピューター産業用では１MHz が代表
的な周波数であるから、別なサンプルの複素誘電率を１
MHz で測定した。
【００５９】複素誘電率と複素透磁率の値を複素透過係
数と複素反射係数の測定から求めた。これらの値を0.１
〜20.1GHz でHP8510ネットワークアナライザーを用いて
測定した。１MHz での誘電率と損失係数をHP4192A アナ
ライザーで測定した。
数と複素反射係数の測定から求めた。これらの値を0.１
〜20.1GHz でHP8510ネットワークアナライザーを用いて
測定した。１MHz での誘電率と損失係数をHP4192A アナ
ライザーで測定した。
【００６０】
【実施例】本発明を以下の例によって更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 （例１）アルミナマトリックス−ホウケイ酸アルミニウ
ムバブル複合材料の誘電特性を測定するために、乾式成
形ペレットを作った。次のようにしてアルミナ粉末を調
製した。（１）アルミナ（アルファ−Al2O3)(200ｇ) と
酸化マグネシウム (0.５ｇ）を、水(140ｇ) 、塩化水素
(12ｇ) 、及びグリセロール (35.6ｇ) を含む混合物中
に分散させ、そしてこの分散液を12時間ボールミル粉砕
し、（２）ポリ（ビニルアルコール)(３％乾燥固形分、
200ｇ) の水性溶液をこの分散液に加え、そして得られ
た分散液を１時間ボールミル粉砕し、そして（３）室温
でトレイ中のスラリーを乾燥し、粉砕し、そして 297ミ
クロンカットとするため篩分した。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 （例１）アルミナマトリックス−ホウケイ酸アルミニウ
ムバブル複合材料の誘電特性を測定するために、乾式成
形ペレットを作った。次のようにしてアルミナ粉末を調
製した。（１）アルミナ（アルファ−Al2O3)(200ｇ) と
酸化マグネシウム (0.５ｇ）を、水(140ｇ) 、塩化水素
(12ｇ) 、及びグリセロール (35.6ｇ) を含む混合物中
に分散させ、そしてこの分散液を12時間ボールミル粉砕
し、（２）ポリ（ビニルアルコール)(３％乾燥固形分、
200ｇ) の水性溶液をこの分散液に加え、そして得られ
た分散液を１時間ボールミル粉砕し、そして（３）室温
でトレイ中のスラリーを乾燥し、粉砕し、そして 297ミ
クロンカットとするため篩分した。
【００６１】ホウケイ酸アルミニウムのセラミックバブ
ル（３Al2O3 ・B2O3・２SiO2、焼成温度 950℃、径１〜
50ミクロン、肉厚0.05〜0.５ミクロン）と、上述のアル
ミナ粉末（バブル50容量パーセント) とをロールミル内
で混合して複合材料を調製した。セラミック複合材料の
乾式成形のために、ホウケイ酸アルミニウムのセラミッ
クバブルとアルミナ粉末との混合物から径1.25インチ
(32mm) と2.２インチ（56mm) のペレットを油圧プレス
にて造形した。乾式成形の型内で粉末に加えた圧力は35
MPa であった。得られた乾式成形ペレットの厚さは１ミ
リメートルであった。
ル（３Al2O3 ・B2O3・２SiO2、焼成温度 950℃、径１〜
50ミクロン、肉厚0.05〜0.５ミクロン）と、上述のアル
ミナ粉末（バブル50容量パーセント) とをロールミル内
で混合して複合材料を調製した。セラミック複合材料の
乾式成形のために、ホウケイ酸アルミニウムのセラミッ
クバブルとアルミナ粉末との混合物から径1.25インチ
(32mm) と2.２インチ（56mm) のペレットを油圧プレス
にて造形した。乾式成形の型内で粉末に加えた圧力は35
MPa であった。得られた乾式成形ペレットの厚さは１ミ
リメートルであった。
【００６２】次のスケジュールに従ってペレットを焼成
した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1600℃まで 100℃／ｈ 1600℃で保持 0.5 時間 次いで焼成したペレットを室温まで炉内で冷却した。ペ
レットは白色で平滑面であった。この複合材料の焼成ペ
レットを高速ダイヤモンドのこぎりを用いて切断した。
複合材料の割れ又はチッピングは観察されなかった。ペ
レットの断面を検査して、バブルが均一に分布している
ことがわかった。
した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1600℃まで 100℃／ｈ 1600℃で保持 0.5 時間 次いで焼成したペレットを室温まで炉内で冷却した。ペ
レットは白色で平滑面であった。この複合材料の焼成ペ
レットを高速ダイヤモンドのこぎりを用いて切断した。
複合材料の割れ又はチッピングは観察されなかった。ペ
レットの断面を検査して、バブルが均一に分布している
ことがわかった。
【００６３】アルファ−アルミナ（主たる相）とムライ
ト（従たる相）をＸ線回折分析で確認した。0.１〜20GH
z で測定したサンプルの誘電率は約2.４、そして複素誘
電率は0.03以下、誘電正接は0.0125であった。この材料
の磁気反応はなかった。
ト（従たる相）をＸ線回折分析で確認した。0.１〜20GH
z で測定したサンプルの誘電率は約2.４、そして複素誘
電率は0.03以下、誘電正接は0.0125であった。この材料
の磁気反応はなかった。
【００６４】（例２）リン酸アルミニウムマトリックス
−ホウケイ酸アルミニウムバブル複合材料の誘電特性と
曲げ強さを測定するために、１mm×5.08cmのディスク又
はペレットを調製した。
−ホウケイ酸アルミニウムバブル複合材料の誘電特性と
曲げ強さを測定するために、１mm×5.08cmのディスク又
はペレットを調製した。
【００６５】リン酸アルミニウム粉末及びセラミックバ
ブルを含む複合材料を次のようにして作った。リン酸ア
ルミニウム（80ｇ) 、分散剤 (高分子電解質のアンモニ
ウム塩"Daxad 32" (商標)) (0.３ｇ) 、可塑剤 (ブチル
ベンジルフタレート"Santicizer 160" (商標)) (2.０
ｇ）、バインダー（アクリルポリマーエマルション"Rho
plex AC33" (商標)) (11ｇ) 、及び水 (60ｇ) を混合し
てリン酸アルミニウムスラリーを作った。このサンプル
を、例１に記述したタイプのホウケイ酸アルミニウムと
容量比率１：１で混合した。得られた混合物をポリプロ
ピレン容器金型に注型し、そして実質的にすべての気泡
を除くために真空内に据えた。この複合材料を空気中で
乾燥し、そして型から取出した。
ブルを含む複合材料を次のようにして作った。リン酸ア
ルミニウム（80ｇ) 、分散剤 (高分子電解質のアンモニ
ウム塩"Daxad 32" (商標)) (0.３ｇ) 、可塑剤 (ブチル
ベンジルフタレート"Santicizer 160" (商標)) (2.０
ｇ）、バインダー（アクリルポリマーエマルション"Rho
plex AC33" (商標)) (11ｇ) 、及び水 (60ｇ) を混合し
てリン酸アルミニウムスラリーを作った。このサンプル
を、例１に記述したタイプのホウケイ酸アルミニウムと
容量比率１：１で混合した。得られた混合物をポリプロ
ピレン容器金型に注型し、そして実質的にすべての気泡
を除くために真空内に据えた。この複合材料を空気中で
乾燥し、そして型から取出した。
【００６６】次のスケジュールに従ってペレットを焼成
した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1600℃まで 100℃／ｈ 1600℃で保持 １時間
した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1600℃まで 100℃／ｈ 1600℃で保持 １時間
【００６７】次いで焼成ペレットを室温まで炉内で冷却
した。ペレットは白色で平滑面であった。ペレットの断
面観察から破れたバブルはなく、そしてバブルは均一に
分布していた。Ｘ線回折分析からリン酸アルミニウムの
トリジマイト及びクリストバライト形が主たる相であ
り、そしてムライトが従たる相であることを示した。0.
１〜20GHz の周波数範囲で、サンプルの誘電率は約2.
１、そして複素誘電率は0.02以下、誘電正接は0.0095で
あった。材料の磁気反応はなかった。
した。ペレットは白色で平滑面であった。ペレットの断
面観察から破れたバブルはなく、そしてバブルは均一に
分布していた。Ｘ線回折分析からリン酸アルミニウムの
トリジマイト及びクリストバライト形が主たる相であ
り、そしてムライトが従たる相であることを示した。0.
１〜20GHz の周波数範囲で、サンプルの誘電率は約2.
１、そして複素誘電率は0.02以下、誘電正接は0.0095で
あった。材料の磁気反応はなかった。
【００６８】バブルローディングが約60容量パーセント
のペレットの曲げ強さ（３点破壊係数）はASTM D790-86
で測定して35MPa であった。
のペレットの曲げ強さ（３点破壊係数）はASTM D790-86
で測定して35MPa であった。
【００６９】（例３）コーディエライトマトリックス−
ホウケイ酸アルミニウムバブル複合材料の誘電特性及び
曲げ強さを測定するためにペレットを作った。
ホウケイ酸アルミニウムバブル複合材料の誘電特性及び
曲げ強さを測定するためにペレットを作った。
【００７０】コーディエライト粉末とホウケイ酸アルミ
ニウムセラミックバブル（焼成温度600℃、径１〜50ミ
クロン、肉厚0.05〜0.５ミクロン）とを混合して複合材
料を作った。次のようにしてこのコーディエライト粉末
をコーディエライトスラリーから調製した。 （１）酸化マグネシウム（38.6ｇ) 、アルミナ (97.6
ｇ) 、シリカ(143.8ｇ)、そして酸化カルシウム (1.４
ｇ）から作ったコーディエライト粉末(280ｇ) を、トル
エン(500ｇ) 及びトウモロコシ油 (4.８ｇ）とを混合
し、そして16時間ボールミル粉砕し； （２）ポリビニルブチラール（"Butvar B76" (商標))
(8.４ｇ）をこの混合物に加え、そして得られた混合物
を２時間ボールミル粉砕し；そして （３）スラリーを室温で乾燥し、そして得られた乾燥ケ
ーキを乳鉢と乳棒で粉砕した。この乾燥した粉砕粉末を
使用に先立って90ミクロン篩で篩分した。
ニウムセラミックバブル（焼成温度600℃、径１〜50ミ
クロン、肉厚0.05〜0.５ミクロン）とを混合して複合材
料を作った。次のようにしてこのコーディエライト粉末
をコーディエライトスラリーから調製した。 （１）酸化マグネシウム（38.6ｇ) 、アルミナ (97.6
ｇ) 、シリカ(143.8ｇ)、そして酸化カルシウム (1.４
ｇ）から作ったコーディエライト粉末(280ｇ) を、トル
エン(500ｇ) 及びトウモロコシ油 (4.８ｇ）とを混合
し、そして16時間ボールミル粉砕し； （２）ポリビニルブチラール（"Butvar B76" (商標))
(8.４ｇ）をこの混合物に加え、そして得られた混合物
を２時間ボールミル粉砕し；そして （３）スラリーを室温で乾燥し、そして得られた乾燥ケ
ーキを乳鉢と乳棒で粉砕した。この乾燥した粉砕粉末を
使用に先立って90ミクロン篩で篩分した。
【００７１】この篩分した乾燥コーディエライト粉末
(69.2ｇ) を、ホウケイ酸アルミニウムセラミックバブ
ル (20ｇ) 及びエチレングリコールの水溶液 (60％固形
分、"Carbowax"(Union Carbide Corporationから市販の
商標) 、粘度4000cp)(30ｇ) と混合した。次いでこの混
合物を乾燥し、粉砕し、そして 500ミクロンでカットす
るために篩分した。この混合物からペレット（径5.08c
m) を油圧プレスで造形した。
(69.2ｇ) を、ホウケイ酸アルミニウムセラミックバブ
ル (20ｇ) 及びエチレングリコールの水溶液 (60％固形
分、"Carbowax"(Union Carbide Corporationから市販の
商標) 、粘度4000cp)(30ｇ) と混合した。次いでこの混
合物を乾燥し、粉砕し、そして 500ミクロンでカットす
るために篩分した。この混合物からペレット（径5.08c
m) を油圧プレスで造形した。
【００７２】乾式成形の過程で金型内の混合物に加えた
圧力は35MPa であった。この乾式成形したペレットの厚
さは１ミリメートルであった。次のスケジュールに従っ
てペレットを焼成した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1410℃まで 100℃／ｈ 1410℃で保持 ２時間 焼成過程でそりを防ぐために、アルミナ板（径10cm、厚
さ0.42cm) を個々のペレットにのせた。次いで焼成ペレ
ットを室温まで炉内で冷却した。この方法で作ったペレ
ットは白色でそして平滑面であった。ペレットの断面観
察から、破れたバブルはなくそしてバブルは均一に分布
していることがわかった。ペレットのＸ線回折分析から
コーディエライト（主たる相）及びムライト（従たる
相）を確認した。１MHz におけるペレットの誘電率は3.
３及び損失係数は0.001 であった。
圧力は35MPa であった。この乾式成形したペレットの厚
さは１ミリメートルであった。次のスケジュールに従っ
てペレットを焼成した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1410℃まで 100℃／ｈ 1410℃で保持 ２時間 焼成過程でそりを防ぐために、アルミナ板（径10cm、厚
さ0.42cm) を個々のペレットにのせた。次いで焼成ペレ
ットを室温まで炉内で冷却した。この方法で作ったペレ
ットは白色でそして平滑面であった。ペレットの断面観
察から、破れたバブルはなくそしてバブルは均一に分布
していることがわかった。ペレットのＸ線回折分析から
コーディエライト（主たる相）及びムライト（従たる
相）を確認した。１MHz におけるペレットの誘電率は3.
３及び損失係数は0.001 であった。
【００７３】室温 (25℃) から 400℃までの熱膨張率は
1.５×10-6／℃であった。この複合材料の曲げ強度（３
点破壊係数）は56MPa であった。鏡検法で測定した焼成
複合材料の気孔率は40％であった。
1.５×10-6／℃であった。この複合材料の曲げ強度（３
点破壊係数）は56MPa であった。鏡検法で測定した焼成
複合材料の気孔率は40％であった。
【００７４】（例４）ムライトマトリックス−ホウケイ
酸アルミニウムバブル複合材料の物理及び電気特性を測
定するために、ムライト粉末とホウケイ酸アルミニウム
セラミックバブル（焼成温度 600℃) を混合してペレッ
トを作った。次のようにしてムライトスラリーからムラ
イト粉末を調製した。 （１）アルミナ(144ｇ) 及びシリカ (56ｇ) からなるム
ライト粉末(200ｇ) を、水(300ｇ) 及び分散剤("Daxad
32"(商標)) (２ｇ）からなる混合物中に分散させ； （２）得られた混合物を16時間ボールミル粉砕し； （３）アクリルポリマーエマルション("Rhoplex AC33"
(商標)) (16ｇ) を上記工程からの混合物に加え、そし
て得られた混合物を２時間ボールミル粉砕し；そして （４）このスラリーを80℃にセットした炉内で乾燥し、
そして乾燥粉末を90ミクロン篩で篩分した。
酸アルミニウムバブル複合材料の物理及び電気特性を測
定するために、ムライト粉末とホウケイ酸アルミニウム
セラミックバブル（焼成温度 600℃) を混合してペレッ
トを作った。次のようにしてムライトスラリーからムラ
イト粉末を調製した。 （１）アルミナ(144ｇ) 及びシリカ (56ｇ) からなるム
ライト粉末(200ｇ) を、水(300ｇ) 及び分散剤("Daxad
32"(商標)) (２ｇ）からなる混合物中に分散させ； （２）得られた混合物を16時間ボールミル粉砕し； （３）アクリルポリマーエマルション("Rhoplex AC33"
(商標)) (16ｇ) を上記工程からの混合物に加え、そし
て得られた混合物を２時間ボールミル粉砕し；そして （４）このスラリーを80℃にセットした炉内で乾燥し、
そして乾燥粉末を90ミクロン篩で篩分した。
【００７５】上記工程（４）の篩分した乾燥ムライト粉
末 (20.6ｇ) を、ホウケイ酸アルミニウムセラミックバ
ブル (径１〜50ミクロン、肉厚0.05〜0.５ミクロン)(５
ｇ）及びエチレングリコールの水溶液（60％固形分、"C
arbowax"(Union Carbide Corporationから市販の商標)
、粘度4000cp)(8.６ｇ）と混合した。次いでこの混合
物を乾燥し、粉砕し、そして 500ミクロンでカットする
ために篩分した。ペレット (径5.59cm) をこの混合物か
ら油圧プレスで造形した。乾式成形のため金型内の粉末
に加えた圧力は35MPa であった。得られた乾式成形ペレ
ットの厚さは１ミリメートルであった。
末 (20.6ｇ) を、ホウケイ酸アルミニウムセラミックバ
ブル (径１〜50ミクロン、肉厚0.05〜0.５ミクロン)(５
ｇ）及びエチレングリコールの水溶液（60％固形分、"C
arbowax"(Union Carbide Corporationから市販の商標)
、粘度4000cp)(8.６ｇ）と混合した。次いでこの混合
物を乾燥し、粉砕し、そして 500ミクロンでカットする
ために篩分した。ペレット (径5.59cm) をこの混合物か
ら油圧プレスで造形した。乾式成形のため金型内の粉末
に加えた圧力は35MPa であった。得られた乾式成形ペレ
ットの厚さは１ミリメートルであった。
【００７６】次のスケジュールに従ってペレットを焼成
した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1600℃まで 100℃／ｈ 1700℃で保持 １時間 次いで焼成ペレットを室温まで炉内で冷却した。ペレッ
トは白色で平滑面であった。ペレットには割れ又は気孔
がなかった。バブルはペレット内に均一に分布してい
た。
した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1600℃まで 100℃／ｈ 1700℃で保持 １時間 次いで焼成ペレットを室温まで炉内で冷却した。ペレッ
トは白色で平滑面であった。ペレットには割れ又は気孔
がなかった。バブルはペレット内に均一に分布してい
た。
【００７７】Ｘ線回折分析からこれらのサンプルに対し
てムライト相を確認した。１MHz における誘電率は3.２
及び損失係数は0.008 であった。室温 (25℃) から 400
℃までのサンプルの熱膨張率は4.０×10-6／℃であり、
これは超小形電子パッケージングのセラミック基板上に
のせるシリコンチップの熱膨張率と整合する。
てムライト相を確認した。１MHz における誘電率は3.２
及び損失係数は0.008 であった。室温 (25℃) から 400
℃までのサンプルの熱膨張率は4.０×10-6／℃であり、
これは超小形電子パッケージングのセラミック基板上に
のせるシリコンチップの熱膨張率と整合する。
【００７８】（例５）この例は、コーディエライトマト
リックス−ホウケイ酸アルミニウムバブル複合材料のテ
ープキャスティングを示す。次のようにしてコーディエ
ライトスラリーからコーディエライト粉末を調製した。 （１）酸化マグネシウム（38.6ｇ) 、アルミナ (97.6
ｇ) 、そしてシリカ(143.8ｇ) を含んでなるコーディエ
ライト粉末(280ｇ) を、トルエン(500ｇ) 、トウモロコ
シ油 (9.５ｇ）、そしてポリアルキレングリコール(Oli
n Corporation から市販のトリエチレングリコールヘキ
ソエート)(40ｇ) からなる混合物中に分散させ； （２）得られた混合物を20時間ボールミル粉砕し；そし
て （３）ポリビニルブチラール("Butvar B-76" (商標))
(35ｇ) をこの混合物に加え、そして得られた混合物を
２時間ボールミル粉砕した。
リックス−ホウケイ酸アルミニウムバブル複合材料のテ
ープキャスティングを示す。次のようにしてコーディエ
ライトスラリーからコーディエライト粉末を調製した。 （１）酸化マグネシウム（38.6ｇ) 、アルミナ (97.6
ｇ) 、そしてシリカ(143.8ｇ) を含んでなるコーディエ
ライト粉末(280ｇ) を、トルエン(500ｇ) 、トウモロコ
シ油 (9.５ｇ）、そしてポリアルキレングリコール(Oli
n Corporation から市販のトリエチレングリコールヘキ
ソエート)(40ｇ) からなる混合物中に分散させ； （２）得られた混合物を20時間ボールミル粉砕し；そし
て （３）ポリビニルブチラール("Butvar B-76" (商標))
(35ｇ) をこの混合物に加え、そして得られた混合物を
２時間ボールミル粉砕した。
【００７９】ボールミルで粉砕後、スラリーの容量は11
70ccであった。このコーディエライトスラリー(106cc)
のサンプルをボールミル粉砕したスラリーから取り、そ
して空気圧式攪拌機を用いてホウケイ酸アルミニウムバ
ブル(600℃焼成、径10〜50ミクロン)(3.８ｇ）と混合し
た。混合過程でトルエンを蒸発させてこのスラリー混合
物を濃縮した。粘度が2000cpに増加してから、混合物を
ポリエステル基板上にキャストし、そしてドクターブレ
ードで均一に塗布した。このポリエステル基材に離型剤
として仂くシリコーンを噴霧しておいた。このサンプル
を室温で10時間乾燥してからキャスティング面から剥い
だ。乾燥したテープサンプル (3.８cm×3.８cm）を次の
スケジュールに従って焼成した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1410℃まで 100℃／ｈ 1410℃で保持 ２時間 焼成中のそりを防ぐために、アルミナ板 (径10cm、厚さ
0.42cm) を個々のサンプルにのせた。炉内の温度が室温
になってからこのテープサンプルを炉から取出した。
70ccであった。このコーディエライトスラリー(106cc)
のサンプルをボールミル粉砕したスラリーから取り、そ
して空気圧式攪拌機を用いてホウケイ酸アルミニウムバ
ブル(600℃焼成、径10〜50ミクロン)(3.８ｇ）と混合し
た。混合過程でトルエンを蒸発させてこのスラリー混合
物を濃縮した。粘度が2000cpに増加してから、混合物を
ポリエステル基板上にキャストし、そしてドクターブレ
ードで均一に塗布した。このポリエステル基材に離型剤
として仂くシリコーンを噴霧しておいた。このサンプル
を室温で10時間乾燥してからキャスティング面から剥い
だ。乾燥したテープサンプル (3.８cm×3.８cm）を次の
スケジュールに従って焼成した。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1410℃まで 100℃／ｈ 1410℃で保持 ２時間 焼成中のそりを防ぐために、アルミナ板 (径10cm、厚さ
0.42cm) を個々のサンプルにのせた。炉内の温度が室温
になってからこのテープサンプルを炉から取出した。
【００８０】テープサンプルは白色で平滑面であった。
割れや気泡はなかった。バブルはテープサンプルに均一
に分布していた。
割れや気泡はなかった。バブルはテープサンプルに均一
に分布していた。
【００８１】１MHz で測定した誘電率は4.４そして損失
係数は0.001 であった。
係数は0.001 であった。
【００８２】（例６）コーディエライト粉末とホウケイ
酸アルミニウムセラミックバブル(600℃焼成) とを混合
して複合材料を作った。次の方法でスラリーを調製し
た。 （１）酸化マグネシウム（38.6ｇ) 、アルミナ (97.6
ｇ) 、及びシリカ(143.8ｇ) からなるコーディエライト
粉末(280ｇ) を、トルエン(500ｇ) 、トウモロコシ油
(５ｇ）、ポリアルキレングリコール(Olin Corporation
から市販のトリエチレングリコールヘキソエート)(10.
7ｇ) 、及びジオクチルフタレート (8.７ｇ）からなる
混合物中に分散させ； （２）この混合物を16時間ボールミル粉砕し；そして （３）ポリビニルブチラール("Butvar B76"(商標)) (17
ｇ) を上記混合物に加え、そして得られた混合物を２時
間ボールミル粉砕した。
酸アルミニウムセラミックバブル(600℃焼成) とを混合
して複合材料を作った。次の方法でスラリーを調製し
た。 （１）酸化マグネシウム（38.6ｇ) 、アルミナ (97.6
ｇ) 、及びシリカ(143.8ｇ) からなるコーディエライト
粉末(280ｇ) を、トルエン(500ｇ) 、トウモロコシ油
(５ｇ）、ポリアルキレングリコール(Olin Corporation
から市販のトリエチレングリコールヘキソエート)(10.
7ｇ) 、及びジオクチルフタレート (8.７ｇ）からなる
混合物中に分散させ； （２）この混合物を16時間ボールミル粉砕し；そして （３）ポリビニルブチラール("Butvar B76"(商標)) (17
ｇ) を上記混合物に加え、そして得られた混合物を２時
間ボールミル粉砕した。
【００８３】ボールミルで粉砕後のスラリー容量は1008
ccであった。このコーディエライトスラリー(118ｇ)
を、ホウケイ酸アルミニウムバブル (径１〜50ミクロ
ン、肉厚0.05〜0.５ミクロン)(6.08ｇ) 、トウモロコシ
油 (５ｇ）、トリエチレングリコールヘキソエート（1
0.7ｇ) 、ジオクチルフタレート (8.７ｇ）、ポリビニ
ルブチラール（17ｇ) 、及び固形分50重量パーセントを
含む混合物とするに十分なトルエンの量と混合した。こ
の混合物に空気を吸込んでトルエンを蒸発させる前に、
空気圧式攪拌機を用いて混合物を30分十分に攪拌した。
粘度を2000cpに調整してから、混合物をポリエステル基
板上にキャストし、そしてドクターブレードで均一に塗
布した。ポリエステル基板に離型剤として仂くシリコー
ンを噴霧しておいた。サンプルを室温で10時間乾燥して
からキャスティング面から剥いだ。乾燥テープサンプル
(3.８cm×3.８cm）を次のスケジュールに従って焼成し
た。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1410℃まで 100℃／ｈ 1410℃で保持 ２時間 炉内の温度が室温となってからテープサンプルを炉から
取出した。焼成サンプルは白色で平滑面であり、そして
割れ又は気泡はなかった。
ccであった。このコーディエライトスラリー(118ｇ)
を、ホウケイ酸アルミニウムバブル (径１〜50ミクロ
ン、肉厚0.05〜0.５ミクロン)(6.08ｇ) 、トウモロコシ
油 (５ｇ）、トリエチレングリコールヘキソエート（1
0.7ｇ) 、ジオクチルフタレート (8.７ｇ）、ポリビニ
ルブチラール（17ｇ) 、及び固形分50重量パーセントを
含む混合物とするに十分なトルエンの量と混合した。こ
の混合物に空気を吸込んでトルエンを蒸発させる前に、
空気圧式攪拌機を用いて混合物を30分十分に攪拌した。
粘度を2000cpに調整してから、混合物をポリエステル基
板上にキャストし、そしてドクターブレードで均一に塗
布した。ポリエステル基板に離型剤として仂くシリコー
ンを噴霧しておいた。サンプルを室温で10時間乾燥して
からキャスティング面から剥いだ。乾燥テープサンプル
(3.８cm×3.８cm）を次のスケジュールに従って焼成し
た。 室温から1000℃まで 50℃／ｈ 1000℃から1410℃まで 100℃／ｈ 1410℃で保持 ２時間 炉内の温度が室温となってからテープサンプルを炉から
取出した。焼成サンプルは白色で平滑面であり、そして
割れ又は気泡はなかった。
【００８４】（例７）ムライトマトリックス中にホウケ
イ酸アルミニウムバブルを含んでなる複合材料を、ムラ
イトスラリーと 600℃で焼成したホウケイ酸アルミニウ
ムバブルとの混合物をテープキャスティングして作っ
た。ムライトスラリーを次のようにして調製した。 （１）アルミナ(144ｇ) 及びシリカ (56ｇ) を、水(266
ｇ) 、分散剤("Daxad32"(商標))（２ｇ）、及び可塑剤
("Santicizer 160"(商標)) (3.２ｇ）からなる混合物中
に分散させ； （２）得られた混合物を16時間ボールミル粉砕し；そし
て （３）アクリルポリマーエマルション("Rhoplex AC33"
(商標)) (16ｇ) を上記工程の混合物に加え、そして得
られた混合物を２時間ボールミル粉砕した。
イ酸アルミニウムバブルを含んでなる複合材料を、ムラ
イトスラリーと 600℃で焼成したホウケイ酸アルミニウ
ムバブルとの混合物をテープキャスティングして作っ
た。ムライトスラリーを次のようにして調製した。 （１）アルミナ(144ｇ) 及びシリカ (56ｇ) を、水(266
ｇ) 、分散剤("Daxad32"(商標))（２ｇ）、及び可塑剤
("Santicizer 160"(商標)) (3.２ｇ）からなる混合物中
に分散させ； （２）得られた混合物を16時間ボールミル粉砕し；そし
て （３）アクリルポリマーエマルション("Rhoplex AC33"
(商標)) (16ｇ) を上記工程の混合物に加え、そして得
られた混合物を２時間ボールミル粉砕した。
【００８５】酸化物固形分31.6ｇを含みそして粘度が25
00cpのスラリーを、ホウケイ酸アルミニウムバブル (５
ｇ）と混合し、ポリプロピレンシート上にドクターブレ
ードでキャストし、次いで空気中で乾燥した。
00cpのスラリーを、ホウケイ酸アルミニウムバブル (５
ｇ）と混合し、ポリプロピレンシート上にドクターブレ
ードでキャストし、次いで空気中で乾燥した。
【００８６】得られたグリーン基板の厚さは１ミリメー
トルであった。このグリーン基板をポリプロピレンフィ
ルムから剥いで、所望の寸法に切り、そして次の焼成ス
ケジュールに従って1700℃で２時間焼成した。 室温から1000℃まで 100℃／ｈ 1000℃から1700℃まで 300℃／ｈ 1700℃で保持 ２時間 炉内温度が室温になってから複合材料を炉から取出し
た。１MHz においてこの複合材料の誘電率は4.４、そし
て損失係数は0.001 であった。複合材料は白色、フラッ
トで、平滑面であり、そして割れ又は気泡がなかった。
トルであった。このグリーン基板をポリプロピレンフィ
ルムから剥いで、所望の寸法に切り、そして次の焼成ス
ケジュールに従って1700℃で２時間焼成した。 室温から1000℃まで 100℃／ｈ 1000℃から1700℃まで 300℃／ｈ 1700℃で保持 ２時間 炉内温度が室温になってから複合材料を炉から取出し
た。１MHz においてこの複合材料の誘電率は4.４、そし
て損失係数は0.001 であった。複合材料は白色、フラッ
トで、平滑面であり、そして割れ又は気泡がなかった。
【００８７】（例８）ムライトマトリックス中のホウケ
イ酸アルミニウムバブルを含んでなる一連の複合材料
を、ムライトスラリーとホウケイ酸アルミニウムバブル
(600℃焼成) とからなる混合物をテープキャスティング
して作った。乾式成形のペレットを作るために、例７に
記載したように調製したムライトスラリーを室温でトレ
イ内で乾燥し、粉砕し、そして米国標準篩No.70 (210ミ
クロン) で篩分した。この乾燥粉末を、ホウケイ酸アル
ミニウムバブル及びバインダー (60％固形分、Union Ca
rbide Corporation から市販の"Carbowax" (商標) 、粘
度4000cp) と混合し、そして厚さ２ミリメートルの長方
形サンプル（34.9mm×9.５mm）に造形した。これらのサ
ンプルを用いて曲げ強度（３点破壊係数）を測定した。
乾式成形したムライトマトリックス−ホウケイ酸アルミ
ニウムバブル複合材料サンプルの組成を表１に示し、そ
して曲げ強度測定値を表２に示す。
イ酸アルミニウムバブルを含んでなる一連の複合材料
を、ムライトスラリーとホウケイ酸アルミニウムバブル
(600℃焼成) とからなる混合物をテープキャスティング
して作った。乾式成形のペレットを作るために、例７に
記載したように調製したムライトスラリーを室温でトレ
イ内で乾燥し、粉砕し、そして米国標準篩No.70 (210ミ
クロン) で篩分した。この乾燥粉末を、ホウケイ酸アル
ミニウムバブル及びバインダー (60％固形分、Union Ca
rbide Corporation から市販の"Carbowax" (商標) 、粘
度4000cp) と混合し、そして厚さ２ミリメートルの長方
形サンプル（34.9mm×9.５mm）に造形した。これらのサ
ンプルを用いて曲げ強度（３点破壊係数）を測定した。
乾式成形したムライトマトリックス−ホウケイ酸アルミ
ニウムバブル複合材料サンプルの組成を表１に示し、そ
して曲げ強度測定値を表２に示す。
【表１】
【表２】 例７のテープキャスティングサンプルと同じ焼成スケジ
ュールを用いて、表１に示すサンプルを1700℃で２時間
焼成した。炉が室温になってからサンプルを炉から取出
した。この焼成サンプルを低速ダイヤモンドのこぎりで
切り、そして次の条件で３点曲げ試験をおこなった。 （１）クロスヘッド速度 0.１cm／min ； （２）スパン 1.０インチ（2.54cm) ；そ
して （３）チャート速度 10cm／ min バブルの高い体積添加を有するサンプルは、多くの用
途、すなわち電子パッケージング、ジャイロトロンウィ
ンドー、レードーム用途において有用となる十分な強度
を保持している。
ュールを用いて、表１に示すサンプルを1700℃で２時間
焼成した。炉が室温になってからサンプルを炉から取出
した。この焼成サンプルを低速ダイヤモンドのこぎりで
切り、そして次の条件で３点曲げ試験をおこなった。 （１）クロスヘッド速度 0.１cm／min ； （２）スパン 1.０インチ（2.54cm) ；そ
して （３）チャート速度 10cm／ min バブルの高い体積添加を有するサンプルは、多くの用
途、すなわち電子パッケージング、ジャイロトロンウィ
ンドー、レードーム用途において有用となる十分な強度
を保持している。
【００８８】焼成した複合材料は白色、フラット、そし
て平滑面であり良好な寸法安定度を有する。焼成複合材
料の断面の走査型電子顕微鏡による検査から、バブルが
個々のエアーポケットを形成する、すなわち破れたバブ
ル及び相通じあっている気孔がないことを示した。セラ
ミックバブルがマトリックス全体に均一に分布してい
た。
て平滑面であり良好な寸法安定度を有する。焼成複合材
料の断面の走査型電子顕微鏡による検査から、バブルが
個々のエアーポケットを形成する、すなわち破れたバブ
ル及び相通じあっている気孔がないことを示した。セラ
ミックバブルがマトリックス全体に均一に分布してい
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ デビッド ホイル アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター （番地なし) (72)発明者 チャールズ エドワード ボイヤー ザ サード アメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000, セント ポール，スリーエム センター （番地なし)
Claims (17)
- 【請求項１】 誘電率が９より小さく、中空薄壁の耐火
性セラミックバブルがセラミックマトリックス内に均一
に分布している該セラミックバブルを含んでなる複合材
料。 - 【請求項２】 該複合材料が焼成されていない請求項１
記載の複合材料。 - 【請求項３】 該複合材料が焼成されている請求項１記
載の複合材料。 - 【請求項４】 リン酸アルミニウム、アルミナ、ムライ
ト、ステアタイト、フォルステライト、コーディエライ
ト、及びこれらの混合物からなる群から選んだ材料でセ
ラミックマトリックスを作る請求項１記載の複合材料。 - 【請求項５】 ホウケイ酸アルミニウム、ムライト、及
びこれらの混合物からなる群からセラミックバブルを選
ぶ請求項１記載の複合材料。 - 【請求項６】 誘電率は、0.１〜20GHz で測定して約1.
５〜約6.５、１MHzで測定して約1.５〜約6.５であり;
誘電損率 (ε″) は0.１〜20GHz で測定して約0.001 〜
1.０であり；そして損失係数又は誘電正接は１MHz で約
0.001 〜約1.０である請求項１記載の複合材料。 - 【請求項７】 ホウケイ酸アルミニウム、ムライト、及
びこれらの混合物の未焼成あるいは不完全焼成バブルか
らなる群からバブルを選ぶ請求項１記載の複合材料。 - 【請求項８】 金属化層を更に有する請求項３記載の複
合材料。 - 【請求項９】 バブルのマトリックスに対する比率が0.
６：1.０〜1.５：1.０である請求項１記載の複合材料。 - 【請求項10】 該セラミックマトリックスに濃度10〜90
容量パーセントで該セラミックバブルを混ぜる請求項１
記載の複合材料。 - 【請求項11】 該セラミックマトリックスに濃度40〜70
容量パーセントで該セラミックバブルを混ぜる請求項10
記載の複合材料。 - 【請求項12】 該セラミックマトリックスに濃度50〜60
容量パーセントで該セラミックバブルを混ぜる請求項11
記載の複合材料。 - 【請求項13】 基板上に金属化層を有する請求項１記載
のセラミック複合材料を含んでなる該基板。 - 【請求項14】 基板上に回路を有する請求項１記載のセ
ラミック複合材料を含んでなる該基板。 - 【請求項15】 請求項１記載のセラミック複合材料を含
んでなる、マイクロ波及びミリメートル波に対して透明
な製品。 - 【請求項16】 室温 (25℃) から 400℃において熱膨張
率が約4.０×10-6／℃である請求項１記載の複合材料。 - 【請求項17】 （１）セラミックマトリックス及びセラ
ミックバブルを作り； （２）工程（１）のセラミックマトリックスを工程
（１）のセラミックバブルと混合し； （３）工程（２）の混合物を乾燥し； （４）工程（３）の混合物を造形し；そして （５）工程（４）の混合物を焼成して複合材料を作る 工程を含んでなる請求項１記載の複合材料の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/498,350 US5108958A (en) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | Ceramic composite for electronic applications |
| US498350 | 2000-02-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05279145A true JPH05279145A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=23980712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058971A Pending JPH05279145A (ja) | 1990-03-23 | 1991-03-22 | 電子製品に適するセラミック複合材料 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5108958A (ja) |
| EP (1) | EP0450773A3 (ja) |
| JP (1) | JPH05279145A (ja) |
| KR (1) | KR910016649A (ja) |
| IL (1) | IL97461A0 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040039906A (ko) * | 2002-11-05 | 2004-05-12 | 마이크로코어텍(주) | 졸 전구체의 세라믹 버블 및 졸 전구체의 분무건조에 의한세라믹 버블 제조방법 |
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| US5346751A (en) * | 1988-12-19 | 1994-09-13 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Electronic package using closed pore composites |
| US5204289A (en) * | 1991-10-18 | 1993-04-20 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Glass-based and glass-ceramic-based composites |
| US5284706A (en) * | 1991-12-23 | 1994-02-08 | Olin Corporation | Sealing glass composite |
| US5691059A (en) * | 1995-11-21 | 1997-11-25 | Minnesota Mining And Manfacturing Company | Glass and glass-ceramic bubbles having an aluminum nitride coating |
| US20030236335A1 (en) * | 2002-05-13 | 2003-12-25 | Miller James D. | Thermally-conductive plastic substrates for electronic circuits and methods of manufacturing same |
| DE102004057804B4 (de) * | 2004-11-30 | 2010-04-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Gehäusekörper für einen Halbleiterchip aus gegossener Keramik mit reflektierender Wirkung und Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE102007020888A1 (de) * | 2007-05-04 | 2008-11-06 | Micro Systems Engineering Gmbh & Co. Kg | Keramisches Substratmaterial, Verfahren zur Herstellung und Verwendung desselben sowie Antenne oder Antennenarray |
| DE102007049172A1 (de) * | 2007-10-13 | 2009-04-16 | Micro Systems Engineering Gmbh & Co. Kg | Mikroreaktor und Verfahren zur Herstellung eines solchen sowie Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Mikroreaktor |
| DE102007051318B4 (de) * | 2007-10-26 | 2012-03-22 | Astyx Gmbh | Herstellungsverfahren für einen Radarsensor |
| HUE030569T2 (hu) * | 2007-12-19 | 2017-05-29 | Imerys Kiln Furniture Hungary Ltd | Könnyû kerámiaanyag |
| DE102008043352A1 (de) * | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Micro Systems Engineering Gmbh | Keramisches Substratmaterial, Verfahren zur Herstellung und Verwendung desselben sowie Antenne oder Antennenarray |
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| US3795524A (en) * | 1971-03-01 | 1974-03-05 | Minnesota Mining & Mfg | Aluminum borate and aluminum borosilicate articles |
| US4349456A (en) * | 1976-04-22 | 1982-09-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Non-vitreous ceramic metal oxide microcapsules and process for making same |
| US4358772A (en) * | 1980-04-30 | 1982-11-09 | Hughes Aircraft Company | Ceramic broadband radome |
| US4654324A (en) * | 1981-08-27 | 1987-03-31 | Eli Lilly And Company | Human proinsulin pharmaceutical formulations |
| JPS59111345A (ja) * | 1982-12-17 | 1984-06-27 | Fujitsu Ltd | 低誘電率回路基板 |
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| US4642299A (en) * | 1985-04-08 | 1987-02-10 | Gte Products Corporation | Silicon nitride having low dielectric loss |
| JPS62148365A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-07-02 | 富士通株式会社 | 低誘電性セラミツク板 |
| US4781968A (en) * | 1986-02-28 | 1988-11-01 | Digital Equipment Corporation | Micro-electronics devices and methods of manufacturing same |
| JPS62206861A (ja) * | 1986-03-07 | 1987-09-11 | Hitachi Ltd | セラミツクス多層回路板及び半導体実装構造 |
| US4711860A (en) * | 1986-03-12 | 1987-12-08 | Corning Glass Works | Modified cordierite glass ceramic composite |
| US4777153A (en) * | 1986-05-06 | 1988-10-11 | Washington Research Foundation | Process for the production of porous ceramics using decomposable polymeric microspheres and the resultant product |
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- 1990-03-23 US US07/498,350 patent/US5108958A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-03-06 IL IL97461A patent/IL97461A0/xx unknown
- 1991-03-12 EP EP19910302054 patent/EP0450773A3/en not_active Ceased
- 1991-03-22 KR KR1019910004677A patent/KR910016649A/ko not_active Application Discontinuation
- 1991-03-22 JP JP3058971A patent/JPH05279145A/ja active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0450773A2 (en) | 1991-10-09 |
| US5108958A (en) | 1992-04-28 |
| IL97461A0 (en) | 1992-06-21 |
| EP0450773A3 (en) | 1992-06-03 |
| KR910016649A (ko) | 1991-11-05 |
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