JPH0777985B2 - 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） この発明は、多層基板用低温焼結磁器組成物に関し、特
に、複数の磁器層が積層され、磁器間に回路が形成され
てなる多層磁器基板に適した、多層基板用低温焼結磁器
組成物に関するものである。

（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、実装密度をさらに高めるため、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。

（従来技術の問題点） しかしながら、アルミナはその焼結温度が1500〜1600℃
と高温であるため、まず焼結に要する多量のエネルギー
が必要となり、コスト高になる。また、基板内部に形成
される内部回路の導電材料としては、高温の焼成温度に
耐え得るＷやMoなど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というデメリツ
トがある。また、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ツプより
も大きいため、シリコンチップにサーマルストレスが加
わり、シリコンチップにクラツクを発生させる原因とな
る。さらには、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時間が大きくなるなど
の問題があった。

（発明の目的） この発明は、低温で焼結可能な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。

また、この発明は、熱膨張係数が小さく、かつ誘電率が
小さく、さらには比抵抗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。

さらに、この発明は、非酸化性雰囲気で焼結可能な多層
基板用低温磁器組成物を提供することを目的とする。

（発明の構成） この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成物は、次
のような材料よりなる。

すなわち、コージェライトを60〜90重量％、B₂O₃を５〜
20重量％、CaO、SrOおよびBaOの１種以上を１〜25重量
％からなる。

また、前記主成分に対して、添加物としてクロム、鉄、
コバルト、ニッケルおよび銅の酸化物の１種以上をそれ
ぞれCr₂O₃、Fe₂O₃、Co₂O₃、NiOおよびCuOに換算して10
重量％以下添加含有されたものからなる。

なお、ここでコージェライトとは、2MgO・2Al₂O₃・5SiO
₂のほか、E.N.Levin et al.による“Phase Diagrams fo
r Ceramists",The Ame-rican Ceramic Society,Columbu
s,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る。第１図にコージェライトの組
成領域を示しておく。第１図において、領域Ａがコージ
ェライトの組成範囲である。

また、上記した主成分には、その特性を損なわない範囲
でSiO₂、MgO、Al₂O₃を添加含有させてもよい。この添加
含有量としては主成分に対して、15重量％までの範囲が
有効である。

さらに、この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成
物を得るに当たっては、通常の窯業技術が適用される。
すなわち、コージェライト、およびCa、Sr、Baの酸化物
または化合物、さらにはクロム、鉄、コバルト、ニッケ
ル、銅の酸化物または化合物の各粉末を所定の割合で秤
量、調合し、その原料混合物を仮焼したのち粉砕し、こ
の粉末にバインダを加えてスラリーを作成し、さらにド
クターブレード法などのシート成形法によりセラミツク
グリーシートを作成し、このセラミツクグリーンシート
の積層体を焼結することにより、多層磁器基板が得られ
る。したがって、上記した工程によれば、ガラス化の工
程がないため、焼成時の脱バインダが容易であり、消費
エネルギーも少なくてよいことになる。

さらには、上記した工程により作成されたセラミツクグ
リーンシートの上には、導電パターンを形成するための
導電材料を含むペーストパターンが印刷、塗布などの方
法により形成されるが、セラミツクグリーンシートの焼
成に当たっては、これらの導電材料の種類に応じて焼成
雰囲気を設定すればよい。導電材料としては、たとえ
ば、CuAg、Ag−Pd、Niなどがあるが、Ag、Ag−Pdについ
ては酸化性雰囲気、Cu、Niについては窒素などの還元性
雰囲気で焼成すればよい。

この発明の多層基板用低温焼結磁器組成物を用いて、基
板そのものを製造する場合、原料を秤量、混合し、この
原料混合物を800〜900℃で仮焼した後、粉砕し、その粉
末をバインダと混練してからシート状に成形し、次い
で、得られたセラミツクグリーンシートを酸化性雰囲気
あるいは非酸化性もしくは還元雰囲気中で焼成すればよ
い。

また、多層回路基板を製造する場合、セラミツクグリー
ンシートの上にAg、Ag−Pd、Cu、Niなどの導電材料から
なる導電性ペーストで回路パターンを印刷し、それらを
複数枚積層してから、導電性ペーストに応じた雰囲気で
焼成すればよい。導電材料としてCuやNiなどの卑金属を
使用する場合、それらの酸化を防止するため、非酸化性
もしくは還元性の雰囲気で焼成することが好ましい。た
とえば、窒素をキャリアガスとして水蒸気中を通過さ
せ、酸素および水素を微量含有させた窒素−水蒸気雰囲
気（通常、N₂99.7〜99.8％）中、950〜1020℃で焼成す
ることが好ましい。なお、酸素を微量含有させるのは、
セラミツクグリーンシートの形成に使用するバインダを
仮焼段階で、炭素として残存させないために、完全に燃
焼させて除去するためである。

（効果） この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成物によれ
ば、次のような効果を有している。

（１）1020℃以下の温度で焼結可能であり、回路パター
ンを形成するための導電材料としてAg、Ag−Pdなどの比
較的安価な貴金属が使用できる。また、非酸化性の雰囲
気で焼成できるため、回路パターンの導電材料として安
価なCu、Niなどの卑金属が使用できる。さらには、内部
に抵抗パターンを形成するに当たっても、サーメット材
料が使用できる。

（２）熱膨脹係数が３〜５×10^-6／℃と小さく、この基
板の上にシリコンを搭載しても、サーマルストレスによ
ってシリコンにクラックが発生する恐れがない。

（３）誘電率が６以下と、アルミナの値よりも小さいた
め、信号の遅延時間の短縮が図れる。

（実施例） 以下、この発明を実施例に従って詳細に説明する。

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・H
₂O）、Al₂O₃を秤量し、混合した。この混合物を1350〜1
400℃で仮焼した。このようにしてすでに第１図で示し
ている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、その他の構成材料、
すなわちB₂O₃またはBNあるいはB₄C、CaOまたはCaCO₃、S
rOまたはSrCO₃、BaOまたはBaCO₃、SiO₂、Al₂O₃、MgOま
たはMgCO₃あるいはTalc、CuO、NiO、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Co₂
O₃を準備し、別表−１に示す組成の磁器が得られるよう
に、秤量、混合した。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を
加えて混練し、得られたスラリ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。このセラミツクグリ
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アガスとする窒素−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、これを表−１に示す各温度で
１時間焼成して磁器を得た。

また、このセラミツクグリーンシートを縦3mm、横20mm
の角板状にカツトし、これを３枚積層して2000kg/cm²で
加圧し角柱状にした。そして、これを上記の方法で焼成
し、熱膨張測定用の試料とした。

これらの試料について、次のとおり各特性をそれぞれの
条件や測定方法で測定し、表−１に示す結果を得た。

誘電率：周波数1MHzで測定した値。

誘電体損失：周波数1MHzで測定した値。

比抵抗：試料に直流100Vを印加したときの値。

熱膨張係数：次の式より算出した。

式中、α ：熱膨張係数 ΔＬ：加熱による試料の見掛けの伸び（mm） Ｌ ：室温での試料の長さ（mm） T₁ ：室温 T₂ :500℃ αSiO₂：石英ガラスの熱膨張係数 たま、これとは別に、同じ方法で厚さ0.3〜0.4mmのセラ
ミツクグリーンシートを作成する一方、粒径５μｍ以下
の銅粉末と有機質ビヒクルとを重量比80:20の割合で混
合した銅ペーストを印刷し、これを３枚積層して熱圧着
し、窒素−水蒸気の還元性もしくは非酸化性雰囲気中で
表−１に示す各温度で１時間焼成した。こうして得られ
た多層磁器基板のCu導体は酸化されておらず、良好な導
電性を示し、その面積抵抗は2mΩ／□であった。なお、
有機質ビヒクルはエチルセルロースをα−テレピネオー
ルで10倍に希釈したものを使用した。

表−１の結果は次の基準に従って判定した。

焼結温度:1020℃以下（Cu導体およびAg−Pd導体の使用
可能な温度、ただし、Ag−Pd導体はAg:Pd＝80:20のも
の） 誘電率（ε）:1MHzの条件下で６以下 誘電体損失（tanδ）:1MHzの条件下で0.2％以下 比抵抗：直流電圧100Vの条件下で10¹¹Ω・cm以上 熱膨張係数:5.0×10^-6／℃以下 非酸化性雰囲気で使用出来るサーメット抵抗を表面に形
成した場合、この発明にかかる多層磁器基板上のサーメ
ット抵抗はアルミナ基板と同等の特性を示した。

また、上記した実施例では、焼成雰囲気を窒素からなる
還元性雰囲気に設定したが、このほか、自然雰囲気中で
焼成しても表−１に示した程度の特性が得られることが
確認できた。

なお、表−１において、＊印を付したものはこの発明範
囲外のものであり、それ以外はすべてこの発明範囲内の
ものである。

表−１から明らかなように、この発明の多層基板用低温
焼結磁器組成物おける組成範囲を限定した理由は次の通
りである。

コージェライトが60重量％未満では、熱膨張係数が大き
くなり、一方90重量％を越えると焼結温度が高くなる。

B₂O₃が５重量％未満では、焼結温度が高くなり、一方20
重量％を越えると発泡し、焼結温度範囲が狭くなる。

CaO、SrOおよびBaOの１種以上が１重量％未満では焼結
せず、一方25重量％を越えると誘電率が大きくなる。

また、上記した構成材料よりなる主成分に対して、添加
物としてCr₂O₃、FeO、Co₂O₃、NiOおよびCuOの１種以上
が10重量％を越えると、比抵抗が小さくなる。

【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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コージェライトを60〜90重量％、B₂O₃を５
   〜20重量％、CaO、SrOおよびBaOの１種以上を１〜25重
   量％からなる多層基板用低温焼結磁器組成物。
2. 【請求項２】前記主成分に対して、添加物としてクロ
   ム、鉄、コバルト、ニッケルおよび銅の酸化物の１種以
   上をそれぞれCr₂O₃、Fe₂O₃、Co₂O₃、NiOおよびCuOに換
   算して10重量％以下添加含有されている特許請求の範囲
   第（１）項記載の多層基板用低温焼結磁器組成物。