JPH06171980A - 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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JPH06171980A
JPH06171980A JP35011292A JP35011292A JPH06171980A JP H06171980 A JPH06171980 A JP H06171980A JP 35011292 A JP35011292 A JP 35011292A JP 35011292 A JP35011292 A JP 35011292A JP H06171980 A JPH06171980 A JP H06171980A
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JP
Japan
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powder
glass
weight
composition
thermal expansion
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Pending
Application number
JP35011292A
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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】 機械的強度が高く、熱膨張率を3.5〜6.
5×10-6/℃の間で選択することのできる電子工業用
部品に適した低温焼成基板用組成物を提供する。 【構成】 BaOまたはCaOの少なくとも一種を2.
5重量%以上含みガラス粉末(BaO,CaO,Al2
3 ,SiO2 ,ZnO,PbO,B23 ,Sb2
3 )50〜80重量%とAl23 粉末5〜50重量%
とZrSiO4 粉末0〜45重量%からなることを特徴
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。た
だし、これまで公表されている低温焼成基板では、アル
ミナ基板より熱膨張率の低いものが得られているもの
の、曲げ強度の面でアルミナ基板の3000〜4000
kgf/cm2 と比較してかなり低いという問題があ
る。たとえば、特公平3−53269では、CaO−S
iO2 −Al23 系ガラスにAl23 粉末を加え、
800〜1000℃で焼成し、アノーサイト結晶を析出
させ、曲げ強度が2000kgf/cm2 程度、熱膨張
率が5〜7×10-6/℃程度の基板を得ている。また、
特公平4−21630では、フッ化物を含むガラスとセ
ルシアンの混合物を800〜1000℃で焼成し、曲げ
強度が2150〜2750kgf/cm2 熱膨張率が5
〜8×10-6/℃程度の基板を得ている。ただし、おお
むね曲げ強度は2500kgf/cm2 以下であり、熱
膨張率もアルミナの7×10-6/℃よりは小さいが、シ
リコンチップの3.6×10-6/℃よりも大きい。
【0005】また、特公平4−19176では850〜
1100℃で焼成可能なガラスとし、ガラス成分のう
ち、アルカリ分を調整することで、熱膨張率を4.5〜
9.8×10-6/℃と幅を持たせることを可能としてい
る。ただし、曲げ強度が800〜1480kgf/cm
2 と、アルミナに比べかなり劣る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、機械的強度
が強く、熱膨張率を3.5〜6.5×10-6/℃の間で
選択することが可能な、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、BaOまたはC
aOの少なくとも一種を2.5重量%以上を含み、 BaO 0〜20重量% CaO 0〜20重量% Al23 10〜20重量% SiO2 25〜45重量% ZnO 2.5〜20重量% PbO 10〜25重量% B23 0〜5重量% Sb23 0〜1重量% からなる組成のガラス粉末50〜80重量%とAl2
3 粉末5〜50重量%とZrSiO4 粉末0〜45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ガラ
ス組成は、800〜1000℃、望ましくは850℃〜
900℃の熱処理によって結晶相を析出する結晶化ガラ
スである。さらに詳しく述べると、BaOとCaOの組
成比によって熱処理後の結晶相が変化し、析出する結晶
によって該熱処理後の熱膨張率が3.0〜7.0×10
-6/℃の間で変化する。さらに、上記混合ガラス粉末
に、フィラーとしてAl23 及びZrSio4 粉末を
加えることにより、2000kgf/cm2以上の曲げ
強度を具備させることができる。
【0009】該ガラス組成の限定理由は以下の通りであ
る。該ガラス組成において析出する結晶相はCaOとB
aOの組成比によってアノーサイト(CaO・Al2
3 ・2SiO2 )及びガーナイト(ZnO・Al2
3 )を主結晶相とするものからセルシアン(BaO・A
22 ・2SiO2)及びウィレマイト(2ZnO・
SiO2 )を主結晶相とするものまで変化する。しか
し、それぞれの結晶の化学量論比で調合した場合には、
アノーサイトで1550℃、セルシアンで1700℃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、PbO、B23 、Sb23 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及
びウィレマイトの成分となる。
【0010】CaOはアノーサイト及びCaO・ZnO
・2SiO2 の成分であって、20重量%を越えると熱
膨張率がおおきくなる。BaOはセルシアンの成分であ
って、20重量%を越えて添加すると分相が起こる。ま
た、CaOとBaOの少なくとも一方が2.5重量%以
上含まれていないと、全体としての結晶相の量が少な
く、曲げ強度の低下を招く。Al23 はアノーサイト
及びガーナイト、セルシアンの成分であって、10重量
%未満では結晶相の析出量が少なく、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 はアノーサイト及びウィ
レマイト、セルシアン、PbO・Al23 ・2SiO
2 の成分であってガラス形成の主成分でもある。30重
量%未満では結晶相の析出量が少なく、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。ZnOはガラスの軟化点、熔融温度を下げる目的
で使用と、さらにガーナイト及びウィレマイトの成分で
あって、析出する結晶量を増加させる効果がある。
【0011】ガーナイト及びウィレマイトを析出させる
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す。PbOはガラスの軟化点、
熔融温度を下げる目的で使用し、PbO・Al23
2SiO2 の成分となる。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、結晶相
の析出量が低下する。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】上記組成のガラス粉末にフィラーとしてA
23 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及びセルシアン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、機
械的強度を向上させる。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。ただし、セルシアン結晶内にAl23 粉末を導
入する場合には、セルシアンの熱膨張率3.0×10-6
/℃と、Al23 の熱膨張率7.0×10-6/℃との
差により、セルシアン結晶内に微細なクラックが発生
し、強度を低下させる場合があり注意が必要である。こ
の様な場合にはAl23 粉末を熱膨張率が4.5×1
-6/℃であるZrSiO4 と一部置き換えることによ
って高い機械的強度を具備させることができる。これら
2つのフィラーの他に、ムライト等のフィラーを加えて
もよい。Al23 粉末とZrSiO4 粉末を合わせて
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、20重量
%未満では曲げ強度の向上の効果が充分得られない。ま
た、Al23 粉末が5重量%未満では析出する結晶量
が減少するため、有効な曲げ強度が得られない。
【0013】本発明組成物を用いて基板を作るには、ま
ず該結晶化ガラスの所定の配合比となるように、Ba
O、CaO、Al23 、SiO2 、ZnO、PbO、
23 、Sb23 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該結晶化ガラス粉末とAl
23 粉末、ZrSiO4 粉末を所定の割合になるよ
う、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、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、1300℃
〜1500℃に加熱して熔融し、炭素板上に流しだし、
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℃〜1000℃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。また、粉末X
線回折法により、析出する結晶相を同定した。
【0015】次に、上記ガラス粉末とAl23 粉末、
ZrSiO4 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、Al23 粉末は平均粒径0.5〜1μm、Zr
SiO4 粉末は平均粒径1〜2μm程度のものを用い
た。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、このグリーンシート複数枚を100kgf/
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。上記製造法
により得た低温焼成基板についての特性を表4に示す。
特性は3点曲げ試験法による曲げ強度及び熱膨張係数を
測定した。表4から、本発明例は1000℃以下の温度
で焼成でき、熱膨張係数が3.5×10-6/℃から6.
5×10-6/℃の間で選択でき、2000kgf/cm
2以上の曲げ強度を有する組成物であることがわかる。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】
【0020】
【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、実装する部品に合わせて熱膨張係数を選択でき、高
い曲げ強度を有する優れた低温焼成基板用組成物が得ら
れる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年10月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】
【表2】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 BaOまたはCaOの少なくとも一種を
    2.5重量%以上含み、 BaO 0〜20重量% CaO 0〜20重量% Al23 10〜20重量% SiO2 25〜45重量% ZnO 2.5〜20重量% PbO 10〜25重量% B23 0〜5重量% Sb23 0〜1重量% からなる組成のガラス粉末50〜80重量%とAl2
    3 粉末5〜50重量%とZrSiO4 粉末0〜45重量
    %からなることを特徴とする低温焼成基板用組成物。
JP35011292A 1992-12-04 1992-12-04 低温焼成基板用組成物 Pending JPH06171980A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011132554A1 (ja) * 2010-04-22 2011-10-27 日本電気硝子株式会社 耐火性フィラー粉末、封着材料及び耐火性フィラー粉末の製造方法

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US8853111B2 (en) 2010-04-22 2014-10-07 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Refractory filler powder, sealing material, and method for producing refractory filler powder

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