JPH1149531A - ガラスセラミックス組成物 - Google Patents

ガラスセラミックス組成物

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JPH1149531A JP9218184A JP21818497A JPH1149531A JP H1149531 A JPH1149531 A JP H1149531A JP 9218184 A JP9218184 A JP 9218184A JP 21818497 A JP21818497 A JP 21818497A JP H1149531 A JPH1149531 A JP H1149531A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Agを内層導体に用いて同時焼成した場合で
も、Agがガラスセラミックス中に拡散せず、しかも高
周波回路に十分対応できる低い誘電損失を有する低温焼
成多層基板を作製することが可能なガラスセラミックス
組成物を提供する。 【解決手段】 重量百分率で結晶性ガラス粉末 70〜
100%、フィラー粉末0〜30%からなり、該結晶性
ガラス粉末がSiO2 40〜65%、CaO20〜3
5%、MgO 11〜30%、Al23 0.5〜1
0%、CuO0.01〜1%、SrO 0〜10%、Z
nO 0〜10%、TiO2 0〜10%の組成を有
し、主結晶としてディオプサイドを析出することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス多層基板の
作製に用いられるガラスセラミックス組成物に関するも
のであり、特にAg系導体と同時焼成するのに好適なガ
ラスセラミックス組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】厚膜回路部品、IC、LSI等が高密度
実装されるセラミックス多層基板の絶縁材料としてガラ
スセラミックスが知られている。ガラスセラミックス
は、1000℃以下の温度で焼結させることができるた
め、導体抵抗の低いCu、Ag等の低融点の金属材料を
内層導体として使用することが可能である。
【0003】近年、通信機器の分野においては、利用さ
れる周波数帯域が0.1GHz以上の高周波となりつつ
あり、このような高周波帯域を利用する通信機器の回路
基板の絶縁材料として使用できるガラスセラミックス組
成物の開発が進められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで内層導体とし
て使用するCuやAgには、それぞれ一長一短がある。
つまりCuを導体として使用する場合、Cuは酸化され
易いため窒素雰囲気中で焼成しなければならず、プロセ
スコストが高くなる。一方、Agを使用する場合は、空
気雰囲気で焼成できるが、Agがガラスセラミックス内
に拡散し、配線間隔が狭いとショートしてしまうという
欠点がある。なお、ガラス組成中にアルカリ成分を含有
させるとAgの拡散をかなり抑制できるが、高周波帯域
での損失が高くなってしまうという問題がある。
【0005】本発明の目的は、Agを内層導体に用いて
同時焼成した場合でも、Agがガラスセラミックス中に
拡散せず、しかも高周波回路に十分対応できる低い誘電
損失を有する低温焼成多層基板を作製することが可能な
ガラスセラミックス組成物を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は種々の実験を
行った結果、Agに電子を与えるCuOをガラス組成中
に導入することによってAgの拡散が防止できること、
及びディオプサイド(MgO・CaO・2SiO2 )結
晶をガラス中に析出させることにより高周波での誘電損
失の増加を抑制できることを見い出し、本発明として提
案するものである。
【0007】即ち、本発明のガラスセラミックス組成物
は、重量百分率で結晶性ガラス粉末70〜100%、フ
ィラー粉末 0〜30%からなり、該結晶性ガラス粉末
がSiO2 40〜65%、CaO 20〜35%、M
gO 11〜30%、Al 23 0.5〜10%、C
uO 0.01〜1%、SrO 0〜10%、ZnO
0〜10%、TiO2 0〜10%の組成を有し、主結
晶としてディオプサイドを析出することを特徴とする。
【0008】本発明において、ガラス粉末の組成を上記
のように限定した理由を述べる。
【0009】SiO2 はガラスのネットワークフォーマ
ーであるとともに、ディオプサイド結晶の構成成分とな
り、その含有量は40〜65%、好ましくは45〜65
%である。SiO2 が40%より少ないとガラス化せ
ず、65%より多いと1000℃以下で焼成することが
できないため、内層導体としてAgやCuを用いること
ができない。
【0010】CaOはディオプサイド結晶の構成成分と
なり、その含有量は20〜35%、好ましくは25〜3
0%である。CaOが20%より少ないとディオプサイ
ド結晶が析出し難くなって誘電損失が高くなり、35%
より多いとガラス化しなくなる。
【0011】MgOもディオプサイド結晶の構成成分と
なり、その含有量は11〜30%、好ましくは12〜2
5%である。MgOが11%より少ないと結晶が析出し
難くなり、30%より多いとガラス化しなくなる。
【0012】Al23 は結晶性を調節する成分であ
り、その含有量は0.5〜10%、好ましくは1〜5%
である。Al23 が0.5%より少ないと結晶性が強
くなりすぎてガラス成形が困難になり、10%より多く
なるとディオプサイド結晶が析出しなくなる。
【0013】CuOはAgに電子を与え、ガラスセラミ
ックス中への拡散を抑える成分であり、0.01〜1.
0%含有する。0.01%より少ないとその効果がな
く、1.0%よりも多いと誘電損失が大きくなりすぎ
る。
【0014】SrO、ZnO、TiO2 はガラス化を容
易にするために添加する成分であり、その含有量は各成
分とも0〜10%、好ましくは0〜5%である。これら
成分が各々10%より多くなると結晶性が弱くなり、デ
ィオプサイドの析出量が少なくなって誘電損失が大きく
なる。
【0015】また上記成分以外にも、誘電損失等の特性
を損なわない範囲で他成分を添加してもよい。
【0016】以上の組成を有する本発明のガラスセラミ
ックス組成物は、焼成すると0.1GHz以上の高周波
領域において誘電率が6〜8、誘電損失が10×10-4
以下の焼成体となる。
【0017】本発明のガラスセラミックス組成物は、上
記組成を有する結晶性ガラス粉末のみで構成されてもよ
いが、曲げ強度、靱性等の特性を改善する目的でフィラ
ー粉末と混合してもよい。この場合、フィラー粉末の混
合量は30重量%以下である。フィラー粉末の割合をこ
のように限定した理由は、フィラー粉末が30%より多
いと緻密化しなくなるためである。
【0018】フィラー粉末としては、0.1〜10GH
zでの誘電損失が10×10-4以下であるセラミック粉
末、例えばアルミナ、ムライト、クリストバライト、フ
ォルステライト等を使用することが好ましい。なお0.
1〜10GHzでの誘電損失が10×10-4を越えるセ
ラミック粉末を使用するとガラスセラミックスの誘電損
失が高くなり易く好ましくない。
【0019】次に本発明のガラスセラミックス組成物を
用いた多層基板の製造方法を述べる。
【0020】まず結晶性ガラス粉末、或いは結晶性ガラ
ス粉末とフィラー粉末の混合粉末に、所定量の結合剤、
可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。結合剤
としては例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリ
ル酸樹脂等、可塑剤としては例えばフタル酸ジブチル
等、溶剤としては例えばトルエン、メチルエチルケトン
等を使用することができる。
【0021】次いで上記のスラリーを、ドクターブレー
ド法によってグリーンシートに成形する。その後、この
グリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、
機械的加工を施してスルーホールを形成し、導体や電極
となる低抵抗金属材料をスルーホール及びグリーンシー
ト表面に印刷する。続いてグリーンシートの複数枚を積
層し、熱圧着によって一体化する。
【0022】さらに積層グリーンシートを、焼成するこ
とによってガラス中からディオプサイド(MgO・Ca
O・2SiO2 )結晶が析出し、ガラスセラミックスか
らなる絶縁層を有する多層基板を得ることができる。
【0023】なおここでは多層基板として利用する方法
を述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
種々の電子部品材料として使用することが可能である。
【0024】
【作用】本発明のガラスセラミックス組成物は、焼成す
ることによりガラス中からディオプサイド結晶が析出す
る。この結晶は低誘電損失であるため、得られるガラス
セラミックス焼成体も0.1GHz以上の高周波領域で
誘電損失が低いという特性を示す。またガラス組成中に
CuOを含有するため、内層導体にAgを使用して同時
焼成してもAgがイオン化しないため、ガラスセラミッ
クス中にAgが拡散しない。
【0025】
【実施例】以下、本発明のガラスセラミックス組成物を
実施例に基づいて説明する。
【0026】表1は本発明の実施例(試料No.1〜
4)及び比較例(試料No.5,6)を示すものであ
る。
【0027】
【表1】
【0028】各試料は以下のように調製した。
【0029】まず表に示す組成となるようにガラス原料
を調合した後、白金坩堝に入れて1400〜1500℃
で3〜6時間溶融してから、水冷ローラーによって薄板
状に成形した。次いでこの成形体を粗砕した後、水を加
えてボールミルにより湿式粉砕し、平均粒径が1.5〜
3μmの結晶性ガラス粉末とした。さらに試料No.2
〜6については、表に示したセラミック粉末(平均粒径
2μm)を添加し、混合して試料とした。
【0030】このようにして得られた各試料について、
焼成温度、析出結晶、誘電率、誘電損失及びAg拡散距
離を測定した。結果を表に示す。
【0031】表から明らかなように、実施例の各試料
は、850〜950℃の低温で焼成可能であり、焼成後
にディオプサイド結晶を析出していることが確認され
た。また2GHzの周波数で誘電率が7.0〜8.2、
誘電損失が3〜6×10-4であり、しかもAg拡散距離
は5μm以下であった。一方、比較例である試料No.
5は、析出結晶としてディオプサイド以外の結晶(アノ
ーサイト)が析出したために、誘電損失が30×10-4
と高かった。また、試料No.6は誘電損失が7×10
-4と実施例の各試料とほぼ同等であったものの、Ag拡
散距離が30μmと大きかった。
【0032】なお析出結晶は、各試料を表に示す温度で
焼成した後、X線回折によって求めた。誘電率と誘電損
失は、焼成した試料を用い、空洞共振器(測定周波数2
GHz)を使用して25℃の温度での値を求めた。銀拡
散距離は、各試料をグリーンシート成形し、Ag導体を
印刷し、次いで空気雰囲気中850〜950℃で10〜
20分間同時焼成した後、焼成体の組成を分析し、Ag
が焼成体表面からどれ程の深さまで拡散したかを評価し
たものである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガラスセ
ラミックス組成物は、高周波帯域において誘電損失が小
さい。また900℃以下の温度で焼成できるため、内層
導体としてAgやCuが使用できる。特にAgを使用し
た場合、Agがガラスセラミックス中に拡散しないた
め、高密度配線を施しても、信頼性の高い配線基板や回
路部品を作製することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量百分率で結晶性ガラス粉末70〜1
    00%、フィラー粉末 0〜30%からなり、該結晶性
    ガラス粉末がSiO2 40〜65%、CaO 20〜
    35%、MgO 11〜30%、Al23 0.5〜
    10%、CuO 0.01〜1%、SrO 0〜10
    %、ZnO 0〜10%、TiO2 0〜10%の組成
    を有し、主結晶としてディオプサイドを析出することを
    特徴とするガラスセラミックス組成物。
  2. 【請求項2】 フィラー粉末が、0.1〜10GHzで
    の誘電損失が10×10-4以下のセラミック粉末である
    ことを特徴とする請求項1のガラスセラミックス組成
    物。
  3. 【請求項3】 フィラー粉末が、アルミナ、ムライト、
    クリストバライト、フォルステライトから選ばれる1種
    類以上であることを特徴とする請求項1又は2のガラス
    セラミックス組成物。
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