JPH0667783B2 - 多層基板用低温焼結磁器組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この利用は、多層基板用低温焼結磁器組成物に関し、特
に、複数の磁器層が蓄層され、磁器間に回路が形成され
て成る多層磁器基板に適した、多層基板用低温焼結磁器
組成物に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電子機器の小型化に伴い、電子回路を構成する
各種電子部品を実装するのに磁器基板が汎用され、最近
では、実装密度を更に高めるため、表面に導電材料のペ
ーストで回路パターンを形成した未焼成の磁器シートを
複数枚積層し、これを焼成して一体化した多層磁器基板
が開発されている。従来このような多層磁器基板の材料
としてはアルミナが用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、アルミナには、その焼結温度が１５００〜
１６００℃と高温であるため、焼結に要する多量のエネ
ルギーが必要になりコスト高になる、基板内部に形成
される内部回路の導電材料が高温の焼結温度に耐え得る
ＷやMo等の高融点金属に限定されるため、回路パターン
そのものの抵抗値が高くなる、アルミナの熱膨張係数
がアルミナ基板の上に搭載される半導体を構成するシリ
コンチップよりも大きいため、シリコンチップに熱スト
レスが加わりそれにクラックを発生させる原因となる、
アルミナそのものの誘電率が高いため、回路の内部を
伝播する信号の遅延信号が大きくなる、等の問題があっ
た。

そこでこの発明は、比較的低温で焼結可能で、熱膨張係
数が小さく、誘電率が小さく、かつ機械的強度の高い多
層基板用低温焼結磁器組成物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〕

この発明の多層基板用低温焼結磁器組成物は、コージェ
ライトが４０〜８５重量％、B₂O₃が１０〜４０重量％お
よびSiO₂が５〜５０重量％から成る主成分に対して、Ge
O₂を外添加で１〜１０重量％添加したことを特徴とす
る。

ここでコージェライトとは、２MgO・２Al₂O₃・５SiO₂の
他、E.N.Levin et al.による “Phase Diagrams for Ceramists”,The American Cera
mic Society,Columbus,1964,P.246(Fig.712)に開示され
ている組成範囲から構成されるものであり、より具体的
には第１図における領域Ａのものを指す。

また、上記三主成分の組成範囲を第２図の領域Ｂに示
す。

上記のように組成範囲を限定した理由は次の通りであ
る。

即ち、コージェライトが４０重量％未満ではGeO₂を添加
してもなお機械的強度が低く、一方８５重量％を越える
と焼結温度が高くなるからである。

また、B₂O₃が１０重量％未満では焼結温度が高くなり、
一方４０重量％を越えると多孔質になり、機械的強度が
低くなるからである。

また、SiO₂が５重量％未満では焼結温度が高くなり、一
方５０重量％を越えると機械的強度が低くなるからであ
る。

また、添加物であるGeO₂が１重量％未満では機械的強度
が低くなり、一方１０重量％を越えると、主成分がコー
ジェライトリッチ系では焼結温度が高くなり、B₂O₃−Si
O₂リッチ系では機械的強度が低くなり、しかもいずれの
場合も比抵抗が小さくなるからである。

〔実施例〕

まず、コージェライトの原料を準備した。原料として、
SiO₂、MgOまたはMgCO₃あるいはTalc(3MgO・4SiO₂・H₂O)、
Al₂O₃を秤量し、混合した。この混合物を１３５０〜１
４００℃で仮焼した。このようにして第１図で示したコ
ージェライト組成物を得た。このコージェライト仮焼物
を粉砕して新たにコージェライト原料として準備した。

次に、このコージェライト原料と、その他の主成分構成
材料、即ちB₂O₃またはBNあるいはB₄CおよびSiO₂並びに
添加物構成材料のGeO₂を準備し、第１表に示す組成の磁
器が得られるように、秤量、混合した。

そしてこの混合物を８００〜９００℃の温度で仮焼し、
粉砕した。この粉砕した粉末に有機バインダーを加えて
混練し、得られたスラリーをドクターブレード法にて厚
さ１mmのシート状に成形した。このセラミックグリーン
シートを縦３０mm、横１０mmの大きさにカットし、水蒸
気中に通過させた窒素をキャリヤガスとする窒素−水蒸
気の還元性もしくは非酸化性雰囲気中９００℃の温度で
バインダー成分を燃焼させ、これを第１表に示す各温度
で１時間焼成して磁器を得た。

また、このセラミックグリーンシートを縦３mm、横４０
mmの角板状にカットし、これを積層して２００kg／cm²
で加圧し、約４mm×３mm×４０mmの角柱状にした。そし
て、これを上記の方法で焼成し、熱膨張、抗折強度など
を測定する測定用の試料とした。

このようにして得られた各試料についての各特性の測定
結果を第１表に示す。

尚、同表中の添加物の量は、主成分であるコージェライ
ト−SiO₂−B₂O₃系に対する外添加量（重量％）であり、
より具体的にはコージェライト中への固溶量とSiO₂−B₂
O₃中への添加量とを合わせたものである。

また、比誘電率は、周波数１MHzで測定した値である。

比抵抗は、試料に直流１００Ｖを印加したときの値であ
る。

線熱膨張係数αは、 α＝｛ΔＬ／Ｌ（T₂−T₁）｝＋αSiO₂ より算出した値であり、ここでΔＬは加熱による試料の
見掛けの伸び（mm）、Ｌは室温での試料の長さ（mm）、
T₁は室温、T₂は５００℃で、αSiO₂は石英ガラスの熱膨
張係数である。

抗折強度は、ＪＩＳ規格（Ｒ１６０１）の３点曲げ法に
従って測定した値である。

気孔率は、アルキメデス法で測定した密度より算出した
値である。

第１表において、＊印を付したものはこの発明の範囲外
であり、それ以外は全てこの発明の範囲内のものであ
る。

範囲限定理由は次の通りである。

即ち、コージェライトが４０重量％未満ではGeO₂を添加
してもなお機械的強度が低く、一方８５重量％を越える
と焼結温度が１０２０℃以上になるからである。ここで
１０２０℃を基準としたのは、それ以下の温度では内部
導電材料にAg、Ag−Pd（８０：２０）、Cu等が使用可能
だからである。

また、B₂O₃が１０重量％未満では焼結温度が１０２０℃
以上なり、一方４０重量％を越えると多孔質になり、抗
折強度が２５００未満になるからである。

また、SiO₂が５重量％未満では焼結温度が１０２０℃以
上になり、一方５０重量％を越えると抗折強度が２５０
０未満になるからである。

また、添加物であるGeO₂が１重量％未満では抗折強度が
２５００未満になり、一方１０重量％を越えると主成分
がコージェライトリッチ系では焼結温度が高くなり、B₂
O₃−SiO₂リッチ系では抗折強度が低くなり、しかもいず
れの場合も比抵抗が１０^１２Ω・cm未満になるからであ
る。

尚、上記実施例は、焼成雰囲気を還元性もしくは非酸化
性雰囲気に設定したが、この他、空気中のような酸化雰
囲気中で焼成しても、第１表に示した程度の特性が得ら
れることが確認できた。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明に係る多層基板用低温焼結磁器組
成物によれば、次のような効果が得られる。

１０２０℃以下の比較的低温で焼結可能であるため、
焼結に要するエネルギーが少なくて済むと共に、回路パ
ターンを形成するための導電材料に、抵抗値の高い高融
点金属を用いなくて済む。例えば当該導電材料に、Ag、
Ag−Pd等の比較的安価な貴金属を使用することができ、
また、酸化、非酸化のいずれの雰囲気でも焼成できるた
め、安価なCu、Ni等の卑金属を使用することもできる。

熱膨張係数が約３×１０^−６／℃とシリコンのそれ
（約３．５×１０^−６／℃）に近いため、この磁器基板
上にシリコンチップを搭載しても、熱歪みによるクラッ
ク等の発生率が極めて小さくなる。

比誘電率が４．９以下とアルミナのそれ（約１０）に
比べて小さいため、信号の伝播遅延速度が小さくなる。

GeO₂の添加により焼成体の気孔率が減少し、機械的強
度がアルミナに匹敵するため、高い信頼性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コージェライトの組成範囲を示す図である。
第２図は、この発明に係る組成物の主成分の組成範囲を
示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂部 行雄 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−182887（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コージェライトが４０〜８５重量％、B₂O₃
   が１０〜４０重量％およびSiO₂が５〜５０重量％から成
   る主成分に対して、GeO₂を外添加で１〜１０重量％添加
   したことを特徴とする多層基板用低温焼結磁器組成物。