JPH09295827A - 基板用ガラス、それを用いたセラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、化学的に安定なホウケイ酸ガラス
の組成物およびそのガラスを含有したセラミック基板お
よびその製造方法を提供するものである。 【解決手段】 酸化ケイ素をＳｉＯ₂ に換算して５５〜
６７ mol％、酸化アルミニウムをＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して
３〜１１ mol％、酸化ホウ素をＢ₂ Ｏ₃ に換算して１６
〜２６ mol％ならびに酸化ストロンチウム、酸化カルシ
ウム、酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛のうちの少なく
とも１種以上をそれぞれＳｒＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｚｎ
Ｏに換算して総計３〜１１ mol％を含有する基板用ガラ
スとした。この基板用ガラスはオルトホウ酸の生成量が
少なく、セラミック基板を作成する上で、製造上の不都
合を生じない。また、この基板用ガラスを用いたセラミ
ック基板は低温で焼結でき、さらに低比誘電率、低誘電
正接および高抗折強度をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的に安定なガ
ラスセラミックスコンポジット基板用ガラス、さらに
は、このガラスを用いた低比誘電率、低誘電正接および
実用上十分な抗折強度をもち、低温焼成が可能なセラミ
ック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピューターの高速化、民生機
器の高周波化に伴い、それら一般に使用される多層セラ
ミック基板は回路信号伝達を高速化する上で、以下のよ
うな要件が必要である。（ａ）比誘電率が低いこと。
（ｂ）誘電損失が低いこと。（ｃ）配線回路用材料とし
て抵抗が低く、融点が低い導体材料を使用するために、
同時焼成が可能なような焼結温度であること。さらに、
（ｄ）回路を保持するための基板としては抗折強度も高
くすることが挙げられる。

【０００３】このような目的を達成するためには、従
来、特開昭６２−１１３７５８号公報に記載されている
ような低比誘電率で、低融点のホウケイ酸ガラスをガラ
ス成分とした多層セラミック基板が用いられてきた。こ
のガラスは骨材混合時で、ＳｉＯ₂ ：１８〜３５wt％
（約２７．１〜３３．３ mol％）、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：５０〜
７２wt％（約４８．１〜５２．６ mol％）、ＣａＯ＋Ｍ
ｇＯ：４〜２７．５wt％（約１３．８〜１６．０ mol
％）、Ｂ₂ Ｏ₃ ：１５wt％（約４．１〜８．５ mol％）
以下である。

【０００４】しかしながら、従来のホウケイ酸ガラスを
用いて多層セラミック基板を作成する場合、以下のよう
な問題点がある。

【０００５】一般的に、ホウケイ酸ガラスは、Ｓｉ
Ｏ₂ 、Ｂ₂ Ｏ₃ が主成分である。この成分中のＢ₂ Ｏ₃
は、化学的に不安定であるために大気中の水分等と反応
してオルトホウ酸（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）を生成する。このオル
トホウ酸の発生により、多層セラミック基板を作成する
上でハンドリング上の問題を生じる。例えば、多層セラ
ミック基板を作成する課程でのシート成形後のグリーン
シート表面にオルトホウ酸が生成し、続いて積層した場
合にシートの密着性が悪くなる。また、仮に密着性が良
くても焼成した場合、オルトホウ酸の分解蒸発により、
基板がポーラスとなる。このことは、信頼性に問題を生
じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、オル
トホウ酸が生成しにくいような化学的に安定なホウケイ
酸ガラスおよびそのガラスを含有したセラミック基板を
提供することである。

【０００７】また、本発明の他の目的は低比誘電率、低
誘電正接であり、低温焼成が可能であり、実用十分な抗
折強度をもち、さらに絶縁抵抗が高い高周波回路基板用
のセラミック基板を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ホウケイ酸
ガラスについて検討を重ねた結果、ガラス組成に不可欠
なＢ₂ Ｏ₃ はその含有量に応じてオルトホウ酸を生成す
るが、アルカリ土類元素等の一部の元素からなる酸化物
を所定量添加すれば、オルトホウ酸の生成量を抑えるこ
とができることを見いだした。

【０００９】具体的には、上記目的は下記（１）〜（１
０）の構成により達成される。 （１） 酸化ケイ素をＳｉＯ₂ に換算して５５〜６７ m
ol％、酸化アルミニウムをＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して３〜１
１ mol％、酸化ホウ素をＢ₂ Ｏ₃ に換算して１６〜２６
mol％ならびに酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、
酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛のうちの少なくとも１
種以上を、それぞれＳｒＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯに
換算して総計３〜１１ mol％を含有する基板用ガラス。 （２） さらに酸化アンチモンをＳｂ₂ Ｏ₃ に換算して
３ mol％以下含有する上記（１）の基板用ガラス。 （３） 上記（１）または（２）の基板用ガラスと骨材
とを含有するセラミック基板。 （４） １ＭHzでの比誘電率が５．３以下である上記
（３）のセラミック基板。 （５） １ＭHzでの誘電正接が０．１％以下である上記
（３）または（４）のセラミック基板。 （６） 抗折強度が１３０ＭPa以上である上記（３）〜
（５）のいずれかのセラミック基板。 （７） 熱膨張係数が４．０×１０^-6／Ｋ以上である上
記（３）〜（６）のいずれかのセラミック基板。 （８） ９５０℃以下で焼成された上記（３）〜（７）
のいずれかのセラミック基板。 （９） 上記（１）または（２）の基板用ガラスを６５
〜８５ vol％含有し、残部に骨材としてストロンチウム
長石、α−石英、アルミナおよびムライトのうちの１種
以上を含有する上記（３）〜（８）のいずれかのセラミ
ック基板。 （１０） 前記ストロンチウム長石は、酸化ケイ素、酸
化ストロンチウムおよび酸化アルミニウムを含有し、こ
れらをそれぞれＳｉＯ₂ 、ＳｒＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ に換算
し、ＳｉＯ₂ のモル比をＸ、ＳｒＯのモル比をＹ、Ａｌ
₂ Ｏ₃ のモル比をＺと表示した場合のそれぞれのモル比
率（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）が、三成分系組成図において以下
の組成点の各点Ａ、Ｂ、Ｃ； Ａ（Ｘ：０．７２、Ｙ：０．１４、Ｚ：０．１４） Ｂ（Ｘ：０．６０、Ｙ：０．２５、Ｚ：０．１５） Ｃ（Ｘ：０．６０、Ｙ：０．１０、Ｚ：０．３０） を結ぶ三角形の各辺上および内部の領域の組成である上
記（９）のセラミック基板。

【００１０】

【作用】本発明のホウケイ酸ガラスは、それぞれ化学量
論組成の酸化物として、ＳｉＯ₂ ５５〜６７ mol％、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ３〜１１ mol％、Ｂ₂ Ｏ₃ １６〜２６ mol％お
よびＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ若しくはＺｎＯのうち少な
くとも１種３〜１１ mol％の組成であり、この組成によ
りオルトホウ酸の生成量を抑えることができる。また、
上記のガラス組成に酸化アンチモンをＳｂ₂ Ｏ₃ 換算で
３ mol％以下添加することにより、ガラス転移点温度Ｔ
ｇを下げることができ、低温焼結が可能となる。Ｓｂ₂
Ｏ₃ の添加は、低温焼結剤としての特性を持つＢ₂ Ｏ₃
の含有量を減らすことができ、オルトホウ酸の生成がよ
り一層抑えられ好ましい結果を得ることができる。

【００１１】なお、特開昭６２−１１３７５８号公報の
実施例のガラスは、ＳｉＯ₂ が５０〜５４．４wt％（約
５１．６〜５９．６ mol％）、Ａｌ₂ Ｏ₃ が１１．９〜
１５wt％（約７．６〜９．０ mol％）、ＣａＯが０〜２
７．３wt％（約０〜３０．８mol％）、ＭｇＯが０〜１
６．７wt％（約０〜２５．０ mol％）、Ｂ₂ Ｏ₃ が８．
２〜１６．７wt％（約７．４〜１４．５ mol％）、Ｎａ
₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏが１．８wt％以下（約１．９ mol％以下）
であり、本発明の効果は実現しない。また、特開平３−
４０９３３号公報には、ほう素を含有しない非ホウケイ
酸ガラスにＳｂ₂ Ｏ₃ を０．５重量％以下含有させた基
板用ガラスが記載されている。しかし、この公報の発明
の詳細な説明には、「必須成分ではないが、清澄剤とし
て用いることができる。合量で０．５％を超えると着色
等の欠点を生じやすくなるので好ましくない。」と記載
されており、本発明のＳｂ₂ Ｏ₃ 添加とはその作用が全
く異なるものである。

【００１２】さらに、本発明の基板用ガラスを含有した
セラミック基板は、化学的に安定であり、抗折強度が高
く、比誘電率が低い等の特徴がある。

【００１３】また、本発明のホウケイ酸ガラス６５〜８
５ vol％と、ストロンチウム長石、α−石英、アルミナ
およびムライトの１種以上の骨材とを含有するセラミッ
ク基板は、低温焼成が可能であり、実用上十分な抗折強
度をもち、低比誘電率、低誘電正接であり、さらに絶縁
抵抗及び絶縁破壊電圧が高い基板が得られる。

【００１４】また、１ＭHzでの比誘電率は５．３以下と
することができ、回路信号伝達の高速化が可能であり、
高周波領域での使用において好ましく、１ＭHzでの誘電
正接を０．１％以下とすることができ、回路信号伝達の
高速化が可能であり、高周波領域での使用において好ま
しい。また、抗折強度を１３０ＭPa以上とすることがで
き、基板の信頼性が向上する。さらに、熱膨張係数を
４．０×１０^-6／Ｋ以上とすることができ、内部導体パ
ターンとの熱膨張率係数の差が少なくなり、応力が減少
し、クラックなどの発生が減少する。

【００１５】さらに、焼成温度を９５０℃以下とできる
ので、低融点の配線用低抵抗導体材料と同時焼成するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（基板用ガラス）本発明の基板用ガラスは、いわゆる、
ホウケイ酸ガラスである。

【００１７】このホウケイ酸ガラスの成分組成は、それ
ぞれの成分を化学量論酸化物に換算したとき、ＳｉＯ₂
が５５〜６７ mol％、Ａｌ₂ Ｏ₃ が３〜１１ mol％、Ｂ
₂ Ｏ₃ が１６〜２６ mol％、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯお
よびＺｎＯのうち少なくとも１種以上が３〜１１ mol％
である。

【００１８】ここで、それぞれの組成の限定理由を以下
に示す。まず、本発明のホウケイ酸ガラスを形成する主
たる成分、すなわち、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｂ₂ Ｏ₃
の限定理由は以下の通りである。

【００１９】ＳｉＯ₂ は、ガラス骨格を形成するもの
で、この含有量範囲より少なすぎると、ガラスの比誘電
率が大きくなりすぎ、多すぎると、溶融が困難になる。

【００２０】Ａｌ₂ Ｏ₃ は、主にガラスの化学的安定性
を与えると同時にガラスの溶融温度を調整するためのも
ので、この含有量範囲より少なすぎると化学的に不安定
となることから、本発明においては欠くことができず、
また、多すぎても溶融が困難となるため、いずれも好ま
しくない。ここで化学的安定とは、前記のように、ガラ
ス成分中のＢ₂ Ｏ₃ が、大気中の水分等と反応してオル
トホウ酸（Ｈ₃ ＢＯ₃）を生成するが、この生成が抑え
られることをいう。

【００２１】Ｂ₂ Ｏ₃ は、ガラス骨格を形成すると同時
にガラスの溶融温度を調整するために添加するもので、
この含有量範囲より少なすぎると、溶融が困難となり、
多すぎると、ガラスの化学的安定性が低下する。Ｂ₂ Ｏ
₃ の添加量は、オルトホウ酸の析出と、比誘電率との関
係で決められ、１６〜２６ mol％、さらには１８〜２３
mol％、特に１９．５〜２２．５ mol％の範囲が好まし
い。さらに、他の成分の限定理由は以下の通りである。

【００２２】ＳｒＯはガラスの化学的安定性を与えると
共にガラスの電気的特性を調整するもので、多すぎると
比誘電率が大きくなり、一方、少なすぎると化学的に不
安定となる。

【００２３】ＣａＯはガラスの化学的安定性を与えるこ
とが目的であり、これが多すぎると失透が生じ、すなわ
ち結晶化しやすくなり、セラミック基板組成物の原料と
した場合、その焼結性に不都合を生ずる。一方、少なす
ぎると化学的に不安定になる。

【００２４】ＺｎＯはＳｒＯと同様にガラスの化学的安
定性を与え、低比誘電率化に効果がある。

【００２５】ＭｇＯは膨張係数を大きくし、また比誘電
率を低下させるために必要である。

【００２６】これらＳｒＯ，ＣａＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯの
１〜４種を用いるが、２種以上用いるときその量比は任
意である。ただしＣａＯを必須とし、ＣａＯとこれらの
混合物の全体の総計が３〜１１ mol％を占める。つま
り、ＣａＯにＳｒＯ，ＺｎＯ，ＭｇＯの１〜３種を併用
することが好ましい。

【００２７】上記組成のホウケイ酸ガラスを用いた基板
組成物は基板作成の際、オルトホウ酸の生成を抑えるこ
とができ、化学的安定特性のものが得られるが、本発明
では、ホウケイ酸ガラス成分として、上記成分の他にさ
らにＳｂ₂ Ｏ₃ を含むことが好ましい。これは、以下の
理由による。

【００２８】Ｓｂ₂ Ｏ₃ は焼結温度の低下に効果があ
る。ガラスが化学的不安定となる場合とは、前記したよ
うに、主に組成中のＢ₂ Ｏ₃ が大気中の水分等と反応し
てオルトホウ酸（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）を生成することであり、
基板を作成する上でハンドリング上の問題を生じる。こ
れに対して上記のような組成とすることで、オルトホウ
酸（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）の生成を抑えることができるが、Ｂ₂
Ｏ₃ の含有量を少なくすることにも効果的である。しか
し、Ｂ₂ Ｏ₃ の含有量の少ないガラスは、Ｔｇが高くな
り低温焼成には不向きである。したがって、それを補償
するために低温焼結剤としてのＳｂ₂ Ｏ₃ を含有させる
ことが好ましい。含有させる場合、その量は３ mol％以
下、特に０．１〜３ mol％、さらには０．１〜２．５ m
ol％の範囲が好ましい。３ mol％を越える場合、ガラス
の比誘電率が大きくなり、高周波回路基板用材料として
好ましくない。

【００２９】また、ガラスは、さらに上記成分の他にＮ
ａ₂ Ｏ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 等を通常０．２〜０．５
wt％程度含有してもよい。これは、原料の不純物に由来
されるもので、この程度の含有量であれば特性に影響は
ない。

【００３０】（骨材）フィラー成分としての骨材は、通
常使用されるものであれば何れのものでもよいが、特に
アルミナ、ムライト、α−石英、ストロンチウム長石等
が好ましい。

【００３１】ここで、ストロンチウム長石とは、一般的
にバリウム長石（celsian、ＢａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２Ｓ
ｉＯ₂ ）とよばれる三成分系の無機酸化物のうち、Ｂａ
をＳｒに置き変えたものを言う。ただし、厳密に言うと
ＢａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系はその平衡状態図にお
いてバリウム長石（celsian ）すなわち、ＢａＯ・Ａｌ
₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ となりうる領域をさすが、ここで言
うストロンチウム長石とはＳｒＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ
₂ 系のうちＳｒＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ をとりうる
点だけでなく、それ以外の領域も含み、ＳｒＯ・Ａｌ₂
Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ を生成しうる領域の無機酸化物のこと
である。換言すれば、ＳｒＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ か
らなる組成物であると言うことができる。

【００３２】ストロンチウム長石の組成を、図１に示
す。ＳｉＯ₂−ＳｒＯ−Ａｌ₂Ｏ₃三成分系組成図におい
て表されている三角形で示される領域内、すなわち前記
したようにＳｉＯ₂をＸ、ＳｒＯをＹ、Ａｌ₂Ｏ₃をＺと
したときのモル比がＸ＝０．７２、Ｙ＝０．１４、Ｚ＝
０．１４からなる点、Ｘ＝０．６０、Ｙ＝０．２５、Ｚ
＝０．１５からなる点およびＸ＝０．６０、Ｙ＝０．１
０、Ｚ＝０．３０からなる点を結ぶ三角形の各辺上およ
び内部で表されるものである。

【００３３】上記領域外の組成のストロンチウム長石は
製造過程において、クリストバライトが残留する、焼成
温度が高い等の問題があり好ましくない。なお、クリス
トバライトは基板の焼成時、半田付け時にクラックが発
生し問題となる。

【００３４】ストロンチウム長石はセラミック基板の抗
折強度を高める効果をもつ。したがってストロンチウム
長石を添加する場合、その不足は抗折強度の低下をまね
く。また比誘電率を上昇させる作用と、焼成温度を上昇
させる作用をもつため、必要以上に加えると、比誘電率
と焼成温度の上昇をまねく。ストロンチウム長石の好ま
しい添加量はガラス成分の残量（１５〜３５ vol％）で
あるが、０〜３５ vol％の範囲であってよい。

【００３５】α−石英は、比誘電率を低下させる効果を
もつ。したがって、比誘電率の制御が可能である。また
α−石英は抗折強度を低下させる作用をもつ。したがっ
てα−石英を添加する場合、必要以上の添加は抗折強度
の低下を招き好ましくない。α−石英の好ましい添加量
はガラス成分の残量（１５〜３５ vol％）であるが、０
〜３５ vol％の範囲であってよい。

【００３６】アルミナは、ストロンチウム長石と同様な
効果を持つ。すなわち、セラミック基板の抗折強度を高
める作用、比誘電率を上昇させる作用、焼成温度を上昇
させる作用をもつ。したがってアルミナを添加する場
合、その不足は抗折強度の低下をまねく。また、必要以
上に加えると、比誘電率と焼成温度の上昇をまねく。ア
ルミナの好ましい添加量はガラス成分の残量（１５〜３
５ vol％）であるが、０〜２０ vol％の範囲であってよ
い。

【００３７】ここで、アルミナは、本発明に係る基板用
ガラス成分としても含有しているが、焼成後の基板中に
おいて、フィラー成分のアルミナとガラス成分のアルミ
ナは、互いに影響を及ぼさない。すなわち、拡散して、
ガラス中またはフィラー中のアルミナ量が変動すること
はない。これは、ストロンチウム長石とガラス成分中の
Ｓｉ、Ｓｒ等についても同様である。

【００３８】ムライトもまたアルミナ、ストロンチウム
長石と同様の効果がある。よって、添加する場合も同様
な注意が必要である。ムライトの好ましい添加量は、ガ
ラス成分の残量（１５〜３５ vol％）であるが０〜３０
vol％の範囲であってよい。

【００３９】これらフィラー成分は、セラミック基板の
用途等から抗折硬度、比誘電率等の調整をするために１
種または２種以上から適宜選択され添加される。２種以
上を用いる場合の量比は任意であり、これらの総計が１
５〜３５ vol％を占めることが好ましい。

【００４０】（製造方法）本発明のホウケイ酸ガラスの
製造方法は、特に限定されないがその一例を示すと、原
料としては、原料元素の酸化物、あるいはこれら元素を
もつ炭酸塩、水酸化物等で、熱処理後に酸化物となる化
合物等を用いることができる。これらの原料を、焼成後
の最終組成が前記範囲となるように秤量して混合後、例
えばるつぼ中で１５００〜１６００℃、３０分〜５時間
程度溶融し、水砕後、ボールミル等により粉砕すること
でセラミック基板のガラス材となるホウケイ酸ガラス粉
末を得ることができる。この粉末は、好ましくは平均粒
径が３μm 以下、より好ましくは１〜２．５μm 程度の
範囲に微粉砕したものが用いられる。この平均粒径が大
きすぎると抗折強度が小さくなり、一方、小さすぎると
グリーンシート形成時にクラックが生じやすくなり、良
好なグリーンシートが得られなくなるためである。

【００４１】また、骨材成分は、ストロンチウム長石以
外は、特に合成することもなく市販品等により入手しう
るものをボールミル等により粉砕することにより、セラ
ミック基板の原料となる粉末を得ることができる。この
粉末は、ホウケイ酸ガラス粉末と同様の理由により、好
ましくは平均粒径が３μm 以下、より好ましくは１．５
〜２．５μm 程度の範囲に微粉砕されたものが用いられ
る。

【００４２】ストロンチウム長石の作製方法を示すと、
例えば原料元素の酸化物であるＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、
ＳｒＯ等あるいはこれら元素をもつ炭酸塩、水酸化物等
で加熱後に酸化物となる化合物を用いることができる。
これら原料を、焼成後の最終組成が前記範囲となるよう
に秤量して混合後、例えばるつぼ中で１３００〜１４５
０℃、２時間程度焼成することによりストロンチウム長
石が得られる。さらに、ボールミル等により粉砕するこ
とでセラミック基板の原料となる、ストロンチウム長石
粉末を得ることができる。この粉末は、ホウケイ酸ガラ
ス粉末と同様の理由により、好ましくは平均粒径が３μ
m 以下、より好ましくは１．５〜２．５μm 程度の範囲
に微粉砕されたものが用いられる。

【００４３】さらに、α−石英は市販品等により入手し
うるものをボールミル等で粉砕することにより、セラミ
ック基板の原料となる粉末を得ることができる。この粉
末はホウケイ酸ガラス粉末と同様の理由により、好まし
くは平均粒径が３μm 以下、より好ましくは１．５〜
２．５μm 程度の範囲に微粉砕されたものが用いられ
る。

【００４４】セラミック基板は、通常次のようにして形
成すればよい。

【００４５】粉砕後の上記各原料を、焼成後の最終組成
が前記範囲となるように秤量して、例えば磁器製のボー
ルミルを用いて有機ビヒクル等と混合する。この混合方
法は通常用いられる方法であればどのような方法でも良
く、十分混合して各成分が均一に分散されればよい。さ
らに、用いる有機ビヒクル等についても、通常用いられ
るものであれば特に限定はなく、例えば結合剤として
は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチルセルロー
ス、アクリル系樹脂などを単独または２種類以上を、通
常セラミック基板組成物の粉末１００重量部に対して７
〜２０重量部程度添加すればよい。

【００４６】また、溶剤としてはメタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、トル
エン、キシレン、メチルエチルケトン、アセトン等を単
独または２種類以上を、通常セラミック基板組成物の粉
末１００重量部に対して４０〜６０重量部程度添加すれ
ばよい。

【００４７】また、可塑剤としてはジエチルフタレート
（ＤＥＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチ
ルフタレート（ＤＯＰ）、ｎ−ブチルフタリルｎ−ブチ
ルグリコラート（ＢＰＢＧ）等を単独または２種類以上
を、通常セラミック基板組成物の粉末１００重量部に対
して３〜７重量部程度添加すればよい。

【００４８】その他、通常このような目的で用いられる
有機ビヒクル等の添加物に制限はなく、必要に応じて使
用することができる。

【００４９】このようにして有機ビヒクル等とともにボ
ールミル等により均一に混合したセラミック基板組成物
のスラリーを、目的に応じて所定の厚さをもつグリーン
シートに成形する。さらに、成形したグリーンシートに
スルーホールを形成したり、目的とする製品の回路等を
形成したりした上で、必要に応じて積層化する。グリー
ンシート成形法、回路の形成方法および積層化方法につ
いては特に制限はなく、通常用いられる方法であればど
のような方法でも良く、例えばドクターブレード法等に
よりグリーンシートを成形し、スクリーン印刷法等によ
り抵抗体、コンデンサ、配線用導体等からなる回路を成
形して圧着して積層すればよい。

【００５０】回路等の形成に用いられる配線用低抵抗導
体材料は、例えば銀（Ａｇ）、銀−パラジウム（Ａｇ−
Ｐｄ）、銀−白金（Ａｇ−Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の金属
材料が用いられ、特に銀（Ａｇ）が好ましい。抵抗の低
い配線回路用材料を用いることにより、信号伝達遅延時
間が短く、低雑音で高周波パルス追随性に優れた基板を
形成することができ、回路信号伝達を高速化する上で好
ましいためである。また、一般的に抵抗体の材料は、Ｒ
ｕＯ₂ 系またはＳｉＣ系等、コンデンサの材料は、Ｂａ
ＴｉＯ₃系やＳｒＴｉＯ₃ 系等の材料が用いられ、回路
が形成される。

【００５１】回路形成等がなされたグリーンシートまた
はその積層体は、９５０℃以下、好ましくは９２０℃以
下、特に８７０℃〜９００℃程度の温度で焼成する事が
好ましく、通常１５分〜１時間程度焼成すればよい。焼
成温度がこの範囲より高すぎると、上記の様な低融点の
配線用低抵抗導体材料が拡散し、低すぎると得られた基
板の焼結密度が低くなり好ましくない。

【００５２】（基板用ガラスおよびセラッミク基板の諸
特性）本発明のガラスにおいて、後述の評価方法により
定量されるオルトホウ酸の生成量が３５０ｐｐｍ以下、
特に２００ｐｐｍ以下であることが望ましい。前記のよ
うに、ホウケイ酸ガラスを湿中雰囲気に放置したときの
オルトホウ酸の生成量が多いと、セラミック基板を作成
する場合、成形されたシート表面部分に存在するガラス
中のＢ₂ Ｏ₃ と雰囲気中の水分が反応するため、シート
表面にオルトホウ酸が生成し積層時等に問題となる。し
かし、オルトホウ酸の生成量が３５０ｐｐｍ以下のガラ
スは、基板を作成するときのシート成形後に保存期間を
置いても表面にオルトホウ酸が生成せずに製造上、特性
上の不都合を生じないからである。このオルトホウ酸の
生成量を２００ｐｐｍ以下とすれば、これらの問題は全
く生じない。

【００５３】また、ガラスの比誘電率はセラミック基板
とした場合の比誘電率に影響を及ぼすために、低い値で
あるほど好ましい。よって、下記に示すように本発明の
セラミック基板の比誘電率が５．３以下であることが好
ましい。

【００５４】一方、本発明のセラミック基板において、
１ＭHzでの比誘電率は５．３以下であることが好まし
く、通常４．８〜５．２程度である。また、誘電正接は
通常０．１％以下程度が好ましい。一般に高周波信号の
遅延時間は、比誘電率の平方根に比例するとされ、回路
信号の高速化のためには配線用導体の抵抗を低くするだ
けでなく、セラミック基板の比誘電率を低くすることに
より、回路信号伝達の高速化が可能となるからである。

【００５５】また、セラミック基板の抗折強度は１３０
ＭPa程度以上であることが好ましく、通常１３０〜１８
０ＭPa程度、より好ましくは１６０〜１８０ＭPa程度で
ある。抗折強度が低すぎると、機械的な強度が不足する
こととなり、基板の信頼性およびハンドリング性が低下
するためである。

【００５６】さらに、セラミックス基板の熱膨張係数
（α）は、４．０×１０^-6／Ｋ以上であれば大きいほど
好ましく、その上限には特に制限はないが、例えばＡｇ
を使用する場合には、その熱膨張係数は約２０×１０^-6
／Ｋである。これはセラミック基板内に導体パターンを
形成したときに、熱膨張係数差が大きいと無理な応力が
働き、クラックなどが生じることになるからである。す
なわち、複雑な内部導体パターンを形成しようとするほ
ど、セラミック基板の熱膨張係数が大きいことが必要と
なる。

【００５７】この熱膨張係数を大きくするには、α−石
英の含有量を増すことで調整できる。一方、α−石英を
多くして、熱膨張係数を大きくしすぎると、セラミック
基板の抗折強度が低下する。なお、ストロンチウム長石
が多いと熱膨張係数は低下する。

【００５８】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示す。

【００５９】＜実施例１＞試料 （基板用ガラス）表１に示されるような組成となるよう
に、各原料（酸化物）を秤量し、シェーカーミキサーを
使用し混合した。この混合物を、るつぼ中で１５００〜
１６００℃で３０分〜５時間（ガラス組成によりこの範
囲から適宜選択）溶融し、水により急冷破砕後、ボール
ミル粉砕により平均粒径１．９μm 程度のホウケイ酸ガ
ラス粉末を得た。

【００６０】（セラミック基板）表１に示される試料Ｎ
ｏ．１，３，８または６、あるいは比較例としてＮｏ．
１１または１２ののホウケイ酸ガラス粉末及び表３、
４、５に示されるフィラー（骨材）成分原料粉末（アル
ミナ（密度は３．９８ｇ／cc）、ムライト（密度は３．
１５ｇ／cc）、α−石英（密度は２．６５ｇ／cc）、表
２に示される試料Ａ〜Ｆのストロンチウム長石（密度は
２．８８ｇ／cc））を使用した。ここで、アルミナ（住
友化学ＡＬ４１ＤＢＭ：予調粒径１．３μm のため粉砕
不要であった）、ムライト、α−石英（日窒工業製 ハ
イシリカ）を平均粒径２．０μm 程度に粉砕した粉末を
使用し、ストロンチウム長石は合成した粉末を使用し
た。ストロンチウム長石粉末の製造方法は以下の通りで
ある。ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｒＯを、焼成後の各元
素比率の最終組成がそれぞれ、６３ mol％、２３ mol
％、１４ mol％となるように秤量して混合後、るつぼ中
で１３００〜１４５０℃、２時間焼成した。後にボール
ミルにより平均粒径が２．０μm 程度となるまで粉砕す
ることでストロンチウム長石粉末を得た。

【００６１】次に表３、４、５の組成となるように秤量
し、この原料粉末１００重量部に対し、それぞれ結合剤
としてアクリル系樹脂を１５重量部、溶剤としてトルエ
ンを５０重量部、可塑剤としてＢＰＢＧを５重量部から
なる有機ビヒクルと共に混合し、ドクターブレード法に
より厚さ０．２〜０．２５mmのグリーンシートを成形し
た。このシートを用いて、各測定条件に合わせて所定の
大きさに成形し、焼成し、測定によっては銀電極を形成
した。

【００６２】測定 （オルトホウ酸量の定量）オルトホウ酸量は、平均粒径
１．９μm に粉砕したガラス粉末２ｇを湿中雰囲気に２
４時間放置し、４０ｍｌの水で目的物質であるオルトホ
ウ酸を抽出し、ＩＣＰ分析（シーケンシャル型プラズマ
発光分析装置 ICPS-1000II島津製作所製）により定量し
た。

【００６３】（比誘電率および誘電正接）比誘電率は、
以下の方法により求めた。まず、上記方法で調製した厚
さ０．２〜０．２５mmのグリーンシートを直径３０mmの
円形に打ち抜き、６〜７枚重ねて温度８０℃、圧力５０
ＭPaで熱圧着する。得られた積層体を空気中で８７０〜
９５０℃、２０〜３０分焼成し、得られた焼結体の片面
に直径１９mm、その裏面に直径２０mmの銀電極を形成す
ることにより素体を作成した。ここで、電極は銀ペース
トを塗布し、焼き付けることにより形成した。次に、そ
の素体についてＬＣＲメーター（ＨＰ−４２８４Ａ ヒ
ューレットパッカード製）で周波数１ＭHzの条件で静電
容量を測定し、素体の有効電極面積、電極間距離（素体
の厚さ）および静電容量より求めた。誘電正接もまた上
記測定機器より測定した。

【００６４】（抗折強度）抗折強度は、ＪＩＳ規格に定
められている、ファインセラミックスの曲げ強さ試験方
法（Ｒ１６０１）に準じて求めた。試料は、以下の方法
により作成した。上記の方法で調製した厚さ０．２〜
０．２５mmのグリーンシートを４５mm×１５mmの角形に
切断し、１５〜１８枚重ねて、温度８０℃、圧力５０Ｍ
Paで熱圧着した。得られた積層体を空気中で８７０〜９
５０℃、２０〜３０分焼成することにより焼結体を得
て、規格に定められている寸法（長さ３８mm、巾４mm、
厚さ３mm程度）に成形し試料とした。この試料を用い
て、３点曲げ法によりクロスヘッドの速度を０．５mm／
minで加重を加え、破壊荷重を測定することで求めた。

【００６５】（体積抵抗率）体積抵抗率は、上記比誘電
率測定と同様にして得られた円形の焼結体の両面に銀電
極を形成し、絶縁抵抗計（ＨＰ−４３２９Ａ ヒューレ
ットパッカード製）を用いてＤＣ５００Ｖを１分間印加
して抵抗値を測定し求めた。

【００６６】（密度）密度は、ＪＩＳ規格（Ｃ２１４１
−１９９２）に準じて測定し算出した。

【００６７】（ガラス転移温度）ガラス転移温度（Ｔ
ｇ）は常法により測定した。

【００６８】（熱膨張係数）上記の抗折強度に準じ、厚
さ０．２〜０．２５mmのグリーンシートを４５mm×１５
mmの角形に切断し、回路を形成することなく１５〜１８
枚重ねて、温度８０℃、圧力５０ＭPaで熱圧着した。得
られた積層体を空気中で８７０〜９５０℃、２０〜３０
分焼成することにより焼結体を得て、規格に定められて
いる寸法（長さ３８mm、巾４mm、厚さ３mm程度）に成形
し試料とした。この試料を用いて、焼成して熱膨張係数
を求めた。

【００６９】評価結果 表１に１２種類の組成のホウケイ酸ガラスについて、オ
ルトホウ酸量、比誘電率、ガラス転移温度（表中Ｔｇと
表す）および密度の各測定結果を示す。ここで、比誘電
率は１ＭHzにて測定した。

【００７０】本発明の範囲外である、Ｂ₂ Ｏ₃ が多いN
o. １１の組成のガラスは、オルトホウ酸量が３５０ｐ
ｐｍを超えており、前記したように基板を作成するとき
のシート成形後にその表面にオルトホウ酸が生成し、製
造上、特性上の不都合を生じ好ましくない。また、No.
１２の組成のガラスの場合は、Ｔｇが高く、骨材混合時
に焼成温度が高くなり好ましくない。

【００７１】

【表１】

【００７２】表２に、ストロンチウム長石の組成と諸特
性を示す。また、表２に示すストロンチウム長石の３成
分系組成図を図１に示す。

【００７３】

【表２】

【００７４】表３、表４、表５に２５種類のセラミック
基板について、ホウケイ酸ガラス、骨材であるアルミ
ナ、ムライト、ストロンチウム長石並びにα−石英の配
合比率、焼成温度、比誘電率、誘電正接、抗折強度、熱
膨脹係数α、密着性の各測定結果を示す。ここで、比誘
電率および誘電正接は１ＭHzにて測定した。また、密着
性については、上記熱膨張係数と同様にして積層体を形
成する際、Ａｇによるコイルを印刷してインダクターと
し、焼成後の各積層シート間、特にＡｇによる回路付近
に空隙が認められたものを×そうでないものを○とし
た。なお、セラミック基板の体積抵抗率は全て１０¹⁵Ω
・cm以上の値が得られた。

【００７５】すなわち、No. １０１, １０２は骨材とし
てアルミナ、No. １０３，１０４は骨材としてムライト
を使用した場合で、それぞれの骨材量が多過ぎると比誘
電率が高くなってしまう。No. １０５〜１１０は、骨材
としてＳｒ長石、α−石英を用いた場合で、その組成比
を変えたものである。No. １１１〜１１５は、ガラス含
有量を変えたもので、少なすぎると焼成温度が高くな
り、多すぎると抗折強度が小さくなる。No. １１６〜１
２０は、ガラスの種類を変えたものである。No.１２１
〜１２５はストロンチウム長石の種類を変えたものであ
る。

【００７６】

【表３】

【００７７】

【表４】

【００７８】

【表５】

【００７９】本発明の組成範囲のホウケイ酸ガラス、同
じく組成範囲のストロンチウム長石およびα−石英を用
いて、ホウケイ酸ガラス６５〜８５ vol％を含有し、ス
トロンチウム長石、α−石英、アルミナおよびムライト
の１種以上を含有するセラミック基板組成物は８７０℃
〜９５０℃での焼成が可能である。また、得られたセラ
ミック基板は、比誘電率が５．３以下、誘電正接が０．
１％以下、抗折強度は１３０ＭPa以上となった。一方、
本発明外のセラミック組成物からなるセラミック基板
は、いずれも比誘電率、誘電正接、抗折強度、密着性の
うち１または２項目で範囲外となった。すなわち、表４
の試料Ｎｏ．１１７は、原料に本発明の範囲外のホウケ
イ酸ガラスを使用したもので、焼成温度、比誘電率が範
囲外の値となった。また、Ｎｏ．１１３〜１１５は本発
明外のセラミック組成物からなるセラミック基板であ
り、焼成温度、抗折強度を中心として範囲外の値となっ
た。これより、本発明に係るセラミック基板は全ての項
目について、良好な値となっていることがわかる。

【００８０】

【発明の効果】本発明に係るガラスは、オルトホウ酸の
生成量が少なく、セラミック基板を作成する上で、製造
上の不都合を生じない。また、そのガラスを用いたセラ
ミック基板は低温で焼結でき、さらに低比誘電率、低誘
電正接および高抗折強度をもつ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の組成物の一成分であるストロンチウム
長石の組成範囲を示す三成分系組成図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化ケイ素をＳｉＯ₂ に換算して５５〜
   ６７ mol％、酸化アルミニウムをＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して
   ３〜１１ mol％、酸化ホウ素をＢ₂ Ｏ₃ に換算して１６
   〜２６ mol％ならびに酸化ストロンチウム、酸化カルシ
   ウム、酸化マグネシウムおよび酸化亜鉛のうちの少なく
   とも１種以上を、それぞれＳｒＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｚ
   ｎＯに換算して総計３〜１１ mol％を含有する基板用ガ
   ラス。
2. 【請求項２】 さらに酸化アンチモンをＳｂ₂ Ｏ₃ に換
   算して３ mol％以下含有する請求項１の基板用ガラス。
3. 【請求項３】 請求項１または２の基板用ガラスと骨材
   とを含有するセラミック基板。
4. 【請求項４】 １ＭHzでの比誘電率が５．３以下である
   請求項３のセラミック基板。
5. 【請求項５】 １ＭHzでの誘電正接が０．１％以下であ
   る請求項３または４のセラミック基板。
6. 【請求項６】 抗折強度が１３０ＭPa以上である請求項
   ３〜５のいずれかのセラミック基板。
7. 【請求項７】 熱膨張係数が４．０×１０^-6／Ｋ以上で
   ある請求項３〜６のいずれかのセラミック基板。
8. 【請求項８】 ９５０℃以下で焼成された請求項３〜７
   のいずれかのセラミック基板。
9. 【請求項９】 請求項１または２の基板用ガラスを６５
   〜８５ vol％含有し、残部に骨材としてストロンチウム
   長石、α−石英、アルミナおよびムライトのうちの１種
   以上を含有する請求項３〜８のいずれかのセラミック基
   板。
10. 【請求項１０】 前記ストロンチウム長石は、 酸化ケイ素、酸化ストロンチウムおよび酸化アルミニウ
    ムを含有し、これらをそれぞれＳｉＯ₂ 、ＳｒＯ、Ａｌ
    ₂ Ｏ₃ に換算し、ＳｉＯ₂ のモル比をＸ、ＳｒＯのモル
    比をＹ、Ａｌ₂ Ｏ₃ のモル比をＺと表示した場合のそれ
    ぞれのモル比率（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）が、 三成分系組成図において以下の組成点の各点Ａ、Ｂ、
    Ｃ； Ａ（Ｘ：０．７２、Ｙ：０．１４、Ｚ：０．１４） Ｂ（Ｘ：０．６０、Ｙ：０．２５、Ｚ：０．１５） Ｃ（Ｘ：０．６０、Ｙ：０．１０、Ｚ：０．３０） を結ぶ三角形の各辺上および内部の領域の組成である請
    求項９のセラミック基板。