JPH06107455A

JPH06107455A - ムライト質基板の製造方法

Info

Publication number: JPH06107455A
Application number: JP3262496A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamana; 一男山名; Masanori Miyamoto; 正規宮本; Chuji Kawai; 忠二河合; Takeshi Motoyama; 剛元山; Yoshihide Nakamura; 嘉秀中村
Original assignee: Ishikawa Prefecture; Sumitomo Metal Industries Ltd; Ishikawa Prefectural Government; Sumikin Photon Ceramics Co Ltd
Current assignee: Ishikawa Prefecture; Nippon Steel Corp; Ishikawa Prefectural Government; Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1994-04-19

Abstract

(57)【要約】【目的】組成が均一であり、物性値が優れたムライト
質基板を製造する。【構成】高純度の合成カオリナイト原料を水と混合し
て泥漿化し、成形した上、１５８７℃を超える焼成温度
で焼成する。誘電率５．５以下、体積固有抵抗１０¹⁴Ω
cm以上、曲げ強度１５０ＭＰａ以上、気孔率１．０％以
下で、ムライト粒子の偏折も少なく、ガラスとの共存性
にも優れたムライト質の複合焼結体を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回路基板や、ＩＣパ
ッケージなどの電子部品材料として好適なムライト質基
板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂の化学組成で
知られるムライトは、誘電率が６．５（１ＭＨｚ）と低
く、熱膨脹係数が、室温から５００℃に至る温度範囲に
おいて、４．５×１０^-6／℃とシリコンに近いため、シ
リコン半導体チップを直接搭載する回路基板やＩＣパッ
ケージ用の材料として、アルミナに比べても、格段に優
れている。

【０００３】かかるムライト質基板は、従来、高純度の
ムライト原料に、ガラスや金属酸化物を混合して焼成す
ることにより製造されていた。ただし、ここでいうガラ
スとしては、コージェライトやほう珪酸ガラスであり、
金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂などを
挙げることができる。ガラスや金属酸化物を添加するこ
とにより、ガラスとムライトとの複合焼結体を作ること
ができ、このときは、焼結助剤を添加しなくても、低い
焼結温度により、低い誘電率と、シリコンに極めて近い
熱膨張係数とを実現することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、得られるムライト質基板は、ガラスとムライト
との複合焼結体であるために、組成の不均一性が生じ、
物性値が大きくばらつくことが避けられないという問題
があった。すなわち、このときのムライト結晶は、球状
を呈しており、そのまわりをガラスが埋めて組織を形成
するが、組織内には、多くの気孔が含まれ、ムライト粒
子の部分的な偏析も避けられないからである。

【０００５】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、合成カオリナイト原料の熱分解を利用
することによって、本質的に組成が均一であり、物性値
のばらつきが極めて少ないムライト質基板の製造方法を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの発明の構成は、合成カオリナイト原料を水と混
合して泥漿化し、成形した上、１５８７℃を超える焼成
温度で焼成することをその要旨とする。

【０００７】

【作用】この発明に使用する合成カオリナイトは、シリ
カとアルミニウム化合物とを水熱反応処理することによ
り製造することができる（たとえば、特願平３−３６０
２８号）。

【０００８】合成カオリナイトは、シリカやアルミナ以
外の不純物総量が０．３重量％以下の高純度のものであ
ることが好ましく、特にアルカリ金属酸化物は、０．１
重量％以下であることが好ましい。不純物総量が０．３
重量％以上残存していると、ムライト質基板の体積固有
抵抗が極端に低下し、誘電率も高くなる傾向があるから
である。また、ウラン含有量も、同様に、２０ｐｐｂ以
下であることが好ましい。

【０００９】合成カオリナイトと水とを混合して泥漿化
し、スリップとして成形する際には、適当な有機バイン
ダを添加することにより、焼成時のひび割れを防ぐこと
ができる。また、成形時の水分量は、合成カオリナイト
の粒径を１μｍ以下にするとき、原料とバインダとの合
計重量と同量程度にするのがよい。

【００１０】なお、バインダとしては、次ぎのような物
質を使用することができる。すなわち、結合剤として、
エチルセルロース、アビエチン酸レジン、ポリビニルブ
チラールなど、可塑剤として、アビエチン酸誘導体、ジ
エチルしゅう酸、ポリエチレングリコール、ポリアルキ
レングリコール、フタール酸エステル、フタール酸ジブ
チルなど、解膠剤として、グリセリン、オクタデシルア
ミン、トリクロロ酢酸、オレイン酸、オクタジエン、オ
レイン酸エチル、モノオレイン酸グリセリン、トリオレ
イン酸グリセリン、トリステアリン酸グリセリン、メン
セーデン油などである。また、溶媒は、水の他、トルエ
ン、メチルエチルケトンなどでもよい。

【００１１】焼成温度は、少なくとも１５８７℃を超
え、好ましくは、少なくとも１６００℃以上にする。カ
オリナイトは、１５８７℃を超える焼成温度に加熱する
と、ムライトと液相のシリカとに熱分解し、これを室温
に冷却すると、ムライトとシリカガラスとの安定な複合
組織体を形成することができるからである。

【００１２】なお、焼成温度が１５８７℃未満である
と、組織中にクリストバライトが残存するために、冷却
の際に体積変化を伴う転移が生じ、気孔に富む粗い組織
しか得られず、組織体の機械的強度も不十分である。そ
こで、焼成温度は、余裕をみて１６００℃以上にするこ
とが好ましいが、１７００℃以上の余りに高い焼成温度
は不経済である。

【００１３】焼成の進行は、まず、３００℃から６００
℃にかけてバインダなどの有機物が燃焼する。また、カ
オリナイトは、５５０℃付近で結晶水を放出してメタカ
オリナイトになるが、この付近では、ひび割れが発生し
易いため、昇温速度を遅くすることが好ましい。９５０
℃付近において、メタカオリナイトが熱分解してムライ
トと非晶質シリカとになり、９５０〜１４００℃にかけ
て、ムライトとクリストバライトとが急速に成長し、１
５８７℃において、非晶質シリカは、シリカガラスとな
る。なお、９５０〜１６００℃においては、気孔が抜け
るために、全体の寸法収縮がみられる。

【００１４】１６００℃においては、ムライトが液相の
シリカ中に針状に成長し、針状のムライトが網目状の組
織を作る。そこで、焼結体は、１６００℃において１〜
２時間程度保持することにより、気孔率を低減させ、機
械的強度を向上させることができる。ただし、保持時間
を過大にすると、組織が粗くなり過ぎるために、機械的
強度は、却って低下する傾向がみられる。

【００１５】焼成過程における昇温速度は、温度領域が
３００〜６００℃では、ひび割れを防ぐために、約５０
℃／時程度に遅くし、その他の温度領域では、約１００
℃／時程度にとることができる。焼成後の冷却は、約２
００℃／時程度でよい。

【００１６】このようにして得られる焼結体は、カオリ
ナイトがＡｌ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂との定比組成物であるた
めに、本質的に組成が均一であり、ムライトの針状結晶
がシリカガラス中に網目状に存在する強固な複合組織体
である。また、ムライト粒子の偏析も少なく、ガラスと
の共存性にも優れており、その物性値としては、誘電率
５．５以下（ＪＩＳＫ６９１１）、体積固有抵抗１０
¹⁴Ωcm以上（ＪＩＳＫ１６１１）、曲げ強度１５０ＭＰ
ａ以上（ＪＩＳＲ１６０１）、気孔率１．０％以下で
ある。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を説明する。

【００１８】合成カオリナイト原料に水を加え、ボール
ミルによって２４時間湿式粉砕し、乾燥する。ただし、
合成カオリナイト原料は、分離精製した珪藻殻にアルミ
ニウム化合物を添加し、ｐＨ調整しながら水熱処理して
製造したものであって（特願平３−３６０２８号）、そ
の成分組成は、表１のとおりである。

【００１９】

【表１】

【００２０】なお、表１には、比較例として用いた天然
カオリナイト（ニュージーランドカオリン）の成分組成
についても、併せ表示してある。以下の各表についても
同様である。

【００２１】また、ボールミル粉砕後の平均粒径は、合
成カオリナイトが０．５２μｍ、天然カオリナイトが
０．４７μｍであった。

【００２２】乾燥した原料を秤量し、水を加え、ポット
ミルで２〜３時間混合した後、バインダ等を添加し、さ
らに、ポットミルで２４時間混合して泥漿化し、６５メ
ッシュの篩を全通させ、真空脱泡した上、ドクタブレー
ド法によって成形した。バインダは、第一工業製薬
（株）製ＴＢ−０１（ポリアクリル酸塩）を使用し、焼
成中にひび割れが生じない必要最少量を加えた。また、
離型剤として、同社製Ｒ−３０（オレイン酸系）を用い
た。成形時のスリップに対するバインダ等の配合を表２
に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】成形した材料は、１００℃で約３時間乾燥
した後、図１の焼成曲線に従って焼成した。

【００２５】１６００℃における保持時間Ｈを１時間、
２時間、３時間としたときの最終製品の密度、気孔率を
表３に示し、曲げ強度を表４に示す。また、誘電率（１
ＭＨｚ）と体積固有抵抗とを表５に示す。ただし、表５
においては、比較のため、市販のアルミナ基板について
のデータをも併せ表示してある。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】合成カオリナイトは、ひび割れが生じない
ためには、バインダを多く必要とし、天然カオリナイト
より焼成し難いが、焼成時の収縮に異方性がなく、気孔
率１％以下の緻密な焼結体を得ることができる。天然カ
オリナイトは、焼成が容易であるが、収縮に異方性があ
り、気孔率が大きい点で合成カオリナイトに劣る。

【００３０】曲げ強度は、保持時間Ｈ＝２（時間）のも
のが最も優れている。

【００３１】誘電率、体積固有抵抗は、いずれも、合成
カオリナイトの方が天然カオリナイトよりも優れてい
る。また、アルミナ基板に対しては、体積固有抵抗の点
で劣るが、誘電率の点で、格段に優れていることがわか
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、合成カオリナイトを出発原料として、泥漿化し、成
形して、１５８７℃を超える焼成温度で焼成することに
よって、合成カオリナイトは、それ自体がムライトとガ
ラスとの供給源として有効であり、外部からガラス成分
を添加する必要が全くないから、本質的に組成が均一で
あり、物性値のばらつきが極めて少ないムライト質基板
を工業的に容易に製造することができるという優れた効
果がある。

【００３３】また、合成カオリナイトは、不純物総量が
０．３重量％以下の高純度のものが容易に得られるか
ら、低誘電率で高抵抗であり、しかも、機械的強度にも
優れた回路基板用のムライト質基板を簡単に作ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼成曲線を示す線図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/12 23/15 Ｈ０５Ｋ 1/03 Ｂ 7011−4Ｅ (72)発明者宮本正規石川県金沢市戸水町ロ１番地石川県工業試験場内 (72)発明者河合忠二東京都千代田区大手町１丁目１番３号住友金属工業株式会社内 (72)発明者元山剛東京都千代田区大手町１丁目１番３号住友金属工業株式会社内 (72)発明者中村嘉秀石川県金沢市松村７丁目84番地住金ホトンセラミックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成カオリナイト原料を水と混合して泥
漿化し、成形した上、１５８７℃を超える焼成温度で焼
成することを特徴とするムライト質基板の製造方法。