JPH06171976A - 低温焼成基板用組成物 - Google Patents

低温焼成基板用組成物

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JPH06171976A
JPH06171976A JP35011192A JP35011192A JPH06171976A JP H06171976 A JPH06171976 A JP H06171976A JP 35011192 A JP35011192 A JP 35011192A JP 35011192 A JP35011192 A JP 35011192A JP H06171976 A JPH06171976 A JP H06171976A
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JP
Japan
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weight
glass
anorthite
composition
low
Prior art date
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Pending
Application number
JP35011192A
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English (en)
Inventor
Shigeharu Ishigame
重治 石亀
Yoshiaki Matsumura
吉章 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶化ガラスの結晶化温度を調整することが
可能な電子工業用部品に適した低温焼成基板用組成物を
提供する。 【構成】 アノーサイトおよびガーナイトを主結晶相と
して析出する結晶化ガラスにアノーサイト結晶を含むガ
ラス粉末を添加することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子工業用材料として
用いられる低温焼成基板用組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】最近の電子機器の小型化に伴い、電子回
路を高密度に集積化する要求が高まってきており、電子
機器用の基板に対しても、多層化、抵抗やコンデンサ等
の機能部品の内層化、回路のファインピッチ化、チップ
のベア実装等の要求が強くなってきている。これらの要
求を満たすには、基板材料が以下に示すような特性を有
することが必要となる。
【0003】(A) 導体抵抗が低くファインパターン
化の可能なAu、Ag、Cu等の導体及び印刷抵抗、コ
ンデンサ等の機能部品と同時焼成のできる温度、すなわ
ち1000℃以下で焼成が可能なこと。 (B) 基板に実装されるシリコンやガリウムヒソのチ
ップや抵抗などの機能部品と熱膨張率を合わすことが可
能なこと。
【0004】従来、電子機器用の基板としては、アルミ
ナや有機基板が用いられている。しかし、有機基板では
熱膨張率が50×10-6/℃程度と大きい、熱伝導率が
アルミナと比較すると悪い等、上記要求を満たすには不
向きである。また、アルミナにおいても、焼成に160
0℃を要するため、多層化する場合の内部導体として導
体抵抗の比較的高いWやMo等しか用いることができ
ず、回路のファインパターン化に限界があった。この様
な問題に対応するため、導体抵抗の低いAu、Ag、C
u等を内部導体として使用でき、熱伝導率も有機基板よ
り優れた低温焼成基板組成の開発が進められている。
【0005】この様な低温焼成基板組成の多くは、結晶
化ガラスと無機フィラーの組合せにより、低温焼成と機
械的強度等の特性の両立を目指している。ここで用いら
れる結晶化ガラスには、焼成中に液相焼結によって十分
に系を緻密化させ、焼成後は必要な機械的強度を有し、
再焼成時に寸法変化、反りなどの不具合を起こさないよ
うに十分に結晶化するという2つの特性が要求される。
しかし、結晶化ガラスにはそれぞれのガラスに固有の結
晶化温度があり、ガラスを結晶化させるには結晶化温度
以上の焼成温度が必要となるために使用する結晶化ガラ
スによって焼成温度が決ってしまう。ところが、低温焼
成基板を多層化して使用する場合、内層に導体や印刷抵
抗を組み込み、同時焼成を行うため、内層の導体や印刷
抵抗と低温焼成基板の焼成温度を合わす必要が出てく
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、結晶化ガラ
スの結晶化温度を調整することが可能な、特に電子工業
用部品に適した特性を持つ低温焼成基板用組成物を提供
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の低温焼成基板用組成物は、アノーサイト
(CaAl2 Si28 )及びガーナイト(ZnAl2
4 )を主結晶相として析出する結晶化ガラスに、アノ
ーサイト結晶を含むガラス粉末を添加し、上記結晶化ガ
ラスの組成が CaO 5〜20重量% Al23 10〜20重量% SiO2 30〜45重量% MgO 0〜10重量% ZnO 2.5〜20重量% PbO 10〜25重量% B23 0〜5重量% Li2 O 0〜2重量% Sb23 0〜1重量% よりなり、上記組成の結晶化ガラスとアノーサイトの混
合物50〜70重量%とAl23 粉末30〜50重量
%からなる点に特徴がある。
【0008】
【作用】本発明の低温焼成基板用組成物における該結晶
化ガラスは、800〜1000℃の熱処理後、主結晶と
してアノーサイト(CaO・Al23 ・2SiO2
及びガーナイト(ZnO・Al23 )を析出する。上
記結晶化ガラスの結晶化温度は850〜950℃である
が、アノーサイトを添加することにより、最大80〜1
00℃程度結晶化温度が低下する。この時添加するアノ
ーサイトは純粋なものでなくてもよく、該結晶化ガラス
をあらかじめ結晶化せしめ、粉砕したガラスとの混合粉
体でよい。該混合粉体が、アノーサイトを50〜60重
量%含有する場合、アノーサイトを5重量%より越えて
添加すると、該熱処理中に液相焼結による緻密化が十分
に進行する前に結晶化が起こり、曲げ強度の低下を招く
ため望ましくない。望ましくは、アノーサイトの添加量
は3重量%以下がよい。
【0009】また、該結晶化ガラスの組成限定理由は以
下の通りである。該結晶化ガラスにおいては、アノーサ
イトを析出させるためにCaO−Al23 −SiO2
の3成分系が必要となる。しかし、アノーサイトの化学
量論比で調合した場合には1550℃以上の熔融温度が
必要となり、800〜1000℃における低温焼成が不
可能となる。このため、上記3成分の他に、ZnO、P
bO、B23 、Sb23 、R2 O(アルカリ金属酸
化物)を添加し、熔融温度を低下させる必要がある。上
記酸化物の中で、ZnOは熔融温度を低下する効果に加
えてガーナイトの成分となる。
【0010】CaOはアノーサイトの成分であって、5
重量%未満ではアノーサイトの析出量が少なく、曲げ強
度が低くなり、20重量%を越えると熱膨張率が大きく
なる。Al23 はアノーサイトの成分であって、10
重量%未満ではアノーサイトの析出量が少なく、有効な
曲げ強度が得られず、20重量%を越えるとガラスの軟
化点が上昇し、1000℃以下の焼成では十分な焼結性
が得られず曲げ強度が低くなる。SiO2 はアノーサイ
トの成分であってガラス形成の主成分でもある。30重
量%未満ではアノーサイトの析出量が少なく、45重量
%を越えるとガラスの軟化点が上昇し、焼成温度が高く
なりすぎる。MgOはガラスの熱膨張率を下げる目的で
使用し、10重量%を越えて添加すると、軟化温度が上
昇する。ZnOはガラスの軟化点、熔融温度を下げる目
的で使用し、さらにガーナイトの成分であって、主結晶
であるアノーサイトの他にガーナイトを析出させ、析出
する結晶量を増加させる効果がある。ガーナイトを析出
させるためには最低2.5重量%は必要であり、20重
量%を越えると分相を引き起こし、アノーサイトの量が
減少する。
【0011】PbOはガラスの軟化点、熔融温度を下げ
る目的で使用する。また、PbOの量により、アノーサ
イトの析出量及び析出温度が変化する。10重量%未満
では軟化点が上昇し、焼成温度が高くなりすぎる。さら
にアノーサイトの析出量も減少する。25重量%を越え
ると熱膨張率が大きくなる。B23 はガラスの軟化温
度、熔融温度を下げる効果があるが、5重量%を越えて
添加すると、結晶化のバランスを崩し、アノーサイトの
析出量が低下する。Li2 Oは、ガラスの軟化温度、熔
融温度を下げる効果があるが、2重量%を越えて添加す
ると熱膨張率が上昇する。Sb23 は熔融温度を低下
させる効果があり、1重量%を越えて添加してもその効
果は小さく、熱膨張率を上昇させる。
【0012】上記組成A及び組成Bの混合ガラス粉末に
フィラーとしてAl23 粉末を加えることによって、
Al23 粉末の周囲にアノーサイトの結晶を析出させ
ることができ、また析出量もガラス単体時より増大し、
曲げ強度を向上させる。これは、添加したAl23
末が焼成中に周囲のガラス中へ一部溶解し、残存したA
23 粉末を核に結晶が成長するためであると考えら
れる。Al23 粉末が50重量%を越えると800〜
1000℃での焼結が困難となり、有効な曲げ強度が得
られず、また、30重量%未満では曲げ強度の向上の効
果が充分得られない。
【0013】本発明組成物を用いて基板を作るには、ま
ず該結晶化ガラス及びアノーサイト結晶を含むガラス粉
末の所定の配合比となるように、CaO、Al23
SiO2 、ZnO、PbO、B23 、Sb23 、L
2 Oを秤量、混合する。原料としては、上記酸化物の
他に、炭酸塩や水酸化物の形態でもよい。この混合物を
1300〜1500℃で熔融し、たとえばローラークエ
ンチ等を用いて急冷し、粉砕して該結晶化ガラス粉末と
する。さらに、ボールミル等を用いて粒径を調製し、望
ましくは平均粒径が1〜3μmとなるように調製する。
粒径の調製は、焼成時の焼成収縮や、結晶の析出形態に
大きく影響するので注意が必要である。次に上記方法で
調製した混合粉末とAl23 粉末を所定の割合になる
ように、たとえばボールミル等を用いて混合し、これを
プレス法やテープキャスティング法、スリップキャステ
ィング法等の成形法を用いて成形し、800〜1000
℃で焼成する。焼成温度が800〜1000℃であるこ
とから、グリーンシート多層法を用いて、内部に印刷抵
抗やコンデンサ等の機能部品を内蔵することも可能であ
る。
【0014】
【実施例】まず、結晶化ガラス粉末の調製に当り、後掲
の表1に示した組成になるように各原料を秤量し、13
00℃〜1500℃に加熱して熔融し、炭素板上に流し
出し、ガラス板とした。次にこのガラス板をボールミル
を用い、平均粒径1.5〜2.5μmに調製した。上記
方法で調製したガラス粉末の特性を表2に示す。特性
は、上記ガラス粉末をプレス成形し、800℃〜100
0℃で熱処理した試料について、熱膨張係数、ガラス転
移温度、10g荷重時の屈伏温度を測定した。
【0015】次に、CaO 23.3重量%、Al2
3 14.6重量%、SiO2 62.1重量%になる
ように秤量し、1500℃で2時間焼成し、一部ガラス
相を含むアノーサイト結晶を合成した。これをボールミ
ルを用いて、平均粒径1.5〜2.5μmに調製した。
次に、上記結晶化ガラス粉末とアノーサイト、Al2
3 粉末を表3に示した比率となるようにボールミルを用
いて混合し、低温焼成基板用組成物を得た。なお、Al
23 粉末は平均粒径0.5〜1μm程度のものを用い
た。得られた低温焼成基板用組成物のDSC曲線を図1
に示す。中央部のピークが結晶化に伴う発熱ピークを示
している。
【0016】得られた低温焼成基板用組成物100重量
部に対してブチラール樹脂10重量部、可塑剤としてフ
タル酸ジブチル70重量部、溶剤としてイソプロピルア
ルコール50重量部及びメチルエチルケトン50重量部
を加え、48時間ボールミル混合し、スラリーを作製
し、PETフィルム上にドクターブレード法によりグリ
ーンシートを作製した。このグリーンシート複数枚を1
00kgf/cm2 、60〜80℃、5分の条件下で圧
着し、所定の大きさに外形を切断し、最高温度800℃
〜1000℃、最高温度保持時間20分にて焼成した。
【0017】上記製造法により得た低温焼成基板につい
ての3点曲げ試験法による曲げ強度を表3に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】表3及び図1から、本発明例は1000℃
以下の温度で焼成でき、アノーサイト結晶を含むガラス
粉末の添加により結晶化温度の調整が可能であることが
わかる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、1000℃以下で焼成
が可能であるために、多層基板とした際の内部導体に電
気抵抗値の低いAg、Au、Cu等を用いることがで
き、内層に用いる部品に合わせて結晶化温度の調整が可
能な、優れた低温焼成基板用組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は低温焼成基板用組成物のDSC曲線を示
す。中央部のピークが結晶化に伴う発熱ピークを示して
いる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アノーサイト(CaAl2 Si28
    及びガーナイト(ZnAl24 )を主結晶相として析
    出する結晶化ガラスに、アノーサイト結晶を含むガラス
    粉末を添加したことを特徴とする低温焼成基板用組成
    物。
  2. 【請求項2】 上記結晶化ガラスの組成が CaO 5〜20重量% Al23 10〜20重量% SiO2 30〜45重量% MgO 0〜10重量% ZnO 2.5〜20重量% PbO 10〜25重量% B23 0〜5重量% Li2 O 0〜2重量% Sb23 0〜1重量% よりなることを特徴とする特許請求項1記載の低温焼成
    基板用組成物。
  3. 【請求項3】 上記組成の結晶化ガラスとアノーサイト
    の混合物50〜70重量%とAl23 粉末30〜50
    重量%からなることを特徴とする特許請求項1または2
    記載の低温焼成基板用組成物。
JP35011192A 1992-12-04 1992-12-04 低温焼成基板用組成物 Pending JPH06171976A (ja)

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JP (1) JPH06171976A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010037197A (ja) * 2009-09-25 2010-02-18 Murata Mfg Co Ltd ガラスセラミック基板の製造方法
US8372227B2 (en) 2009-04-21 2013-02-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method for producing multilayer ceramic substrate

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8372227B2 (en) 2009-04-21 2013-02-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method for producing multilayer ceramic substrate
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