JPS61264603A - 誘電体組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱処理によって結晶化しうる無機誘電体組成物
であって、主として、多層電子回路用の基板材料に用い
られる無機誘電体組成物に関するものである。

従来の技術 近年、電子回路には、厚膜印刷法により簡便に回路形成
できの熱放散性の優れたセラミック基板を使用した電子
回路が使用されている。そして、より小型高性能化を実
現する為に多層電子回路基板が使用され始めている。

多層回路基板を製造する方法は一般的には次に述べる（
、）（ｂ）（Ｃ）の三種類がある。

（ａ）　　セラミック焼結体上での印刷多層法（ｂ）　
　グリーンシート上での印刷多層法（Ｃ）　　グリーン
シート積層多層法 （ａ）のセラミック焼結体上での印刷多層法による多層
基板の製造方法を説明すると、第１図にそのプロセスを
示すように、まず基板となるセラミック焼結体上に第１
導体層を印刷・乾燥・焼成しくステップ１〜３）、次に
第１絶縁層を印刷・乾燥・焼成しくステップ４〜６）、
その上に第２絶縁層を印刷・乾燥しくステップ了、８）
、第２導体層を印刷・乾燥しくステップ９．１０）第２
絶縁層ごと一括焼成（ステップ１１）する。この際第１
及び第２絶縁層はヴイアホールと呼ばれる微小孔が形成
されるように印刷し、その微小孔中に第２導体層に用い
られる材料が充填されるように第２導体層を印刷する事
により第１導体層と第２導体層とが接続される０次に第
２導体層上に第３絶縁層を印刷・乾燥・焼成し、第２絶
縁層以降と同手順で層数を重ねていく（ステップ１〜１
１）。

（１））のグリーンシート上での印刷多層法による多層
基板の製造方法は、第２図にそのプロセスを示すように
、まず焼成後基板となるセラミックのグリーンシート上
に第１導体層を印刷・乾燥しくステップ１２．１３）、
次にその上に第１絶縁層を印刷・乾燥しくステップ１４
．１６）、引き続き第２導体層、第２絶縁層の印刷・乾
燥を行ない（ステップ１６〜１９）、以降同千顆で層数
を繰り返しくステップ１２〜１９）、グリーンシートと
導体層と絶縁層とを一括焼成する（ステップ２Ｏ３、Ｍ
ｇＯ、Ｎ２Ｏ）。

（Ｃ）のグリーンシート積層多層法による多層基板の製
造方法は、第３図にそのプロセスを示すように、まず複
数枚のセラミックのグリーンシートそれぞれに異なるパ
ターンの微小孔を形成しくステップ２２〜２４）、それ
ぞれ異なる・くターンの導体層を印刷・乾燥する（ステ
ップ２５〜３０）。

次に導体パターンの異なるグリーンシート同士を所望枚
数積層しくステップ３１）、適度な圧力と適度な温度の
もとで圧着しくステップ３２）、所望の外形寸法に切断
してから焼成する（ステップ３３．３４）。各導体層間
の導通はグリーンシートの微小孔に充填された導体によ
り行なわれる。

（ｂ）、（Ｃ）の製造方法においては共に基板焼成の後
に最上層の厚膜形成を行なう（ステップ２１゜３．６）
。

（、）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　　三種類の製造方法
を比較すると、（、）は比較的簡単な技術で多層化が可
能であるが、実質的な層数限界は４〜６層でありそれ以
上の層数は表面の凹凸が激しくなり実用に耐えない。

（ｂ）はグリーンシートと印刷した絶縁層と導体層とを
一度に焼成する事によりプロセスの合理化を行なう事が
できる。しかしくｂ）も（−）同様に、層数を増すと表
面の凹凸が大きくなるのでやはり限界層数は４〜６層で
ある。（Ｃ）は理論的に層数は無限に可能であり、現実
的にも３０〜４０層程度の多層基板が報告されている。

しかし、その製造にはきわめて高度な技術を要し、プロ
セス的課題も多い。

以上の（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）三種類の製造方
法のうち、本発明は（ｃ）のグリーンシート積層多層法
に関するものである。第３図を参照にしてより詳細に従
来技術を述べる。

まず、アルミナパウダーと有機物の混合体を所定の厚み
に成形したグリーンシート複数枚に対し、ヴイアホール
となる微小孔をそれぞれに異なるパターンで形成しくス
テップ２２〜２４）、それぞれ異なるパターンの導体層
を印刷・乾燥する（ステップ２５〜３０）。

導体材料には主にＷ、Ｍｏが使用される。ヴイアホール
への導体材料の充填は導体の印刷工程と同時に行なう（
ステップ２６〜２７）か、もしくは印刷工程の前にグイ
アホール単独に導体材料を充填する。導体の乾燥後に各
々異なる導体パターン全形成したグリーンシートを所定
枚数積層しくステップ３１）、適度な温度下で加圧一体
化する（ステップ３２）。次に、所望の外形寸法に切断
しくステップ３３）、約１６ｏＯ”Ｃの還元性雰囲気中
で焼成しくステップ３４）、多層基板となる。

焼成された基板は充分洗浄され、以降最上層の厚膜形成
工程（ステップ３５）へと進む。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような従来技術では、焼成温度が高
く還元性雰囲気を使用する為に設備費用が高く、取扱い
も不便であった。また、グリーンシート材料にアルミナ
を使用しており焼成温度が高い為、導体材料にはＷ、Ｍ
ｏ等の高融点金属しか使用出来ず、結果として導体の抵
抗値が高くなるという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、導体材料にＡｕ、　Ａｇ。

Ａｇ／Ｐｄ、Ｃｕ　　等の抵抗値が低い低融点金属を使
用し、焼成温度は低く空気中焼成を可能にして設備費用
を小さくし、取り扱いも容易にする事を目的として、空
気中低温焼成可能な多層基板用誘電体組成物を提供する
ものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明の誘電体組成物は、
酸化物に換算して、 ＳｉＯ２２６〜６５チ、　　ＴｉＯ２６〜２５％ＺｎＯ
１〜８％、　ＰｂＱ　　１〜８％の組成（重量％）から
なる基本組成物に、同じく酸化物に換算して、 Ａｌ　２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎ２Ｏ３　、　Ｚ　ｒＯ２，Ｃ
ａＯのうち少なくとも１種１０〜３０％ ８ｂ２°ｓ、　ＭｇＯ，Ｎ２Ｏ３ノウチ少す＜　ｃ！：
モ’　種１〜　８％ の組成（重量％）の添加物を含むものである。

作　　用 本発明の多層基板用誘電体組成物は、約８７０℃〜９８
０℃の低温で焼結可能な材料であり、しかも電子回路形
成用のセラミック基板としての特性を充分発揮する。

本発明の材料の使用により、低融点金属Ａｕ　、　Ａｇ
　。

Ａｇ／Ｐｄ、Ｃｕ　　の使用が可能となるｏ　Ａｕ、　
Ａｇ、　Ａｇ／Ｐｄは空気中でも酸化しない為還元性雰
囲気は不必要であり、またＡｕ、　Ａｇ、　Ｃｕは抵抗
値がＷ　、　Ｍｏ　よりも低い。従って、空気中低温焼
成により設備費用も小さく済み、取り扱いも簡便になる
。

本発明の組成物における限定理由は次の通りである。

Ｓ　１０２は基板を構成する基本組成物であってガラス
形成の主材料である。Ｓ　１０２が２６％未満では焼結
温度が高くなり、Ａｇ、　Ａｕ、　Ａｇ／Ｐｄ、　Ｃｕ
の低融点金属を内部導体として使用出来なくなる。また
Ｓ　１０２が６５％を超えると曲げ強さが小さくなり過
ぎ、基板としての実用性に耐えない０ＰｂＯはガラス形
成及び結晶の成分である。ＰｂＯが１％未満ではガラス
の溶融中に失透を生成し誘電圧接が劣化する。またＰｂ
ｏが８％を超えると軟化温度、結晶化温度が高くなり、
結果として焼結温度が高くなり過ぎる。

ＺｎＯもまたガラス形成の成分であり、基板として基本
的な組成物である。ＺｎＯが１係未満及びＺｎ○が８％
を超えると充分緻密に焼結せず吸水性を帯びる。

ＴｉＯ２もまた基板構成の基本組成物であり、Ｔ　１０
２が５％未満では吸水性を帯び曲げ強さも低い。またＴ
　ｉ０２が２５チを超えると焼結時にセラミックの変形
が著しくなる。

Ｓｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎ２Ｏ３１ＭｑＳｂ２Ｏ３、Ｍｇ
Ｏ、Ｎ２Ｏ３ｌは基板の焼結性あるいは変形性の向上及
び熱膨張係数の制御、さらには誘電正接を良好にする目
的で少なくとも１種、通常は２〜３種の組合せで添加さ
れる。５ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎ２Ｏ．　ＭｇＯ。

Ｎ２Ｑ３のうち少なくとも１種が１％では焼結が不充分
であり吸水率が大きくなり、また誘電圧接が大きくなり
好ましくない。５ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎ２Ｏ３．ＭｇＱ
、Ｎ２Ｏ３のうち少なくとも１種が８％を超えると誘電
圧接が大きくなり、かつ基板が変形して好ましくない。

熱膨張係数は基板の用途により種々制御されるが、通常
の厚膜混成集積回路として用いる場合、特に厚膜導体ペ
ースト及び厚膜抵抗ペーストにより回路形成を行なう場
合はアルミナの熱膨張係数６．０〜６．６×１０７℃に
一致させるのが好ましく、またＩＣのシリコンチップを
直接基板に実装する場合はシリコンの熱膨張係数４×１
０−６／°Ｃに一致させるのが好ましい。熱膨張係数だ
けで基板の良否判断は難かしいが、両者の値と比較して
大きく離れた値を持つ基板は実用に耐えない。

Ａ１２ｏ３．ＺｒＯ２，ＣａＯは基板のフィラーとして
使われ主に曲げ強さの向上の為に添加される。

Ａ１２ｏ３．ＺｒＯ２，ＣａＯのうち少なくとも１種が
１０チ未満では曲げ強さが小さ過ぎ実用に耐えない。

またＡ１２ｏ３．ＺｒＯ２，ＣａＯのうち少なくとも１
種が３０％を超えると焼結温度が高くなりかつ焼結が不
充分で吸水性を帯びまた曲げ強さも小さくなる。

実施例 以下本発明の多層基板用誘電体組成物の実施例について
説明する。まずガラスの調整に当っては、後掲の第１表
に示した組成になるように基本組成物の各原料を秤量し
てバッチを調整し、このバッチを１４ｏＯ〜１６ｏＯ°
Ｃで１〜３時間加熱して溶融し、例えばロールアウト法
等によりガラス板を成形する。次いでこのガラス板をア
ルミナポールなどで平均粒径０．５〜５μｍの、粉末と
し、同粒径程度の添加物を加える事により本発明の誘電
体組成物が製造される。なおこの際用いられる原料粉末
は明確化のため酸化物に換算表記したが、鉱物・酸化物
・炭酸塩・水酸化物などの形でも通常の方法により使用
されるのは勿論である０ 次に、このようにして得られた誘電体組成物を使用した
グリーンシート積層多層法によるセラミック多層基板の
製造方法の一例を述べる０まず上記組成物１００重量部
に対して、ポリビニルブチラール１０重量部、ジブチル
フタレートを６重量部、グリセリルモノオンエート０．
４重量部、１−１−１　　）リクロルエタンを２Ｏ３、
ＭｇＯ、Ｎ２Ｏ重量部、イングロビルアルコールを３９
重量部加え、２４時間ボールミル混合を行ないスラリを
造った。このスラリでポリエステルフィルム上にドクタ
ーブレード法により厚み０．１ｊＥＩＩのグリーンシー
トを製造し、充分なエージングを行ない、グイアホール
となる微小孔を機械的な加工により形成した。次いでこ
のグイアホールにメタルマスクを用いた印刷法により導
体材料を充填した。使用した導体材料はＡｕ　で融点は
１０６２°Ｃであった。

次に、同じ導体材料により導体層をグリーンシートに印
刷・乾燥した。ヴイアホールパターン、導体印刷パター
ンが各々異なるグリーンシート複数枚を、８０°Ｃの温
度下で２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎ２Ｏ０　Ｋ９／ｆｆｌの圧力
で密着させ加圧一体化した。次に外形切断の後に最大温
度８７０〜１３４０℃最大温度保持時間６０分にて焼成
した。焼成された多層基板は、純水で超音波洗浄後表裏
の最上層厚膜を形成して電子回路としての機能が発揮さ
れる基板として完成した。

上記製造法により出来た基板としての特性を誘電体組成
物の組成別に第１表に示す。

特性は、上記の電子回路としての機能が発揮される基板
について曲げ強さ、吸水率、誘電正接を測定し、結果を
第１表に示した。また、同表の焼結温度はそれぞれの組
成物について予じめ示差熱分析よりおおよその焼結温度
を推定しておき、吸水率０．０％でありなおかつ曲げ強
さが最大になる焼結温度を選択した。反り変形の有無に
ついては、基板焼結後、外観形状を目視で観察して、基
板表面の凹凸及び反りうねり、また大きな変形があるも
のに関して実用に耐えないとした。

以下余白 参考として第２表に従来の材料である９６％Ａｌ２Ｏ３
の特性を示す。

第１表、′第２表、及び以上述べたように、本発明によ
る組成物は８７０〜９８０℃と低温で焼成でき、しかも
電子回路形成用のセラミック基板としての特性を充分発
揮しており、その特性は従来の材料である９６％Ａｌ２
Ｏ３に比較し、より優れている。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明の材料を使用す
ることにより低融点金属Ａｕ、　Ａｇ、　Ａｇ／ＰｄＣ
ｕ　の使用が可能となり、Ａｕ、　Ａｇ、　Ａｇ／Ｐｄ
は空気中でも酸化しない為還元性雰囲気は不必要であり
、またＡｕ、　Ａｇ、　Ｃｕは抵抗値がＷ、Ｍｏ　より
も小さい。

従って空気中低温焼成により設備費用も小さくて済み、
取り扱いも簡便になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミック焼結体上での印刷多層法による多層
基板の製造プロセスを示すフローチャート、第２図はグ
リーンシート上での印刷多層法による多層基板の製造プ
ロセスを示すフローチャート、第３図はグリーンシート
積層多層法による多層基板の製造プロセスを示すフロー
チャートである。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　酸化物に換算して、 ＳｉＯ＿２２６〜５５％ ＴｉＯ＿２５〜２５％ ＺｎＯ１〜８％ ＰｂＯ１〜８％ Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、ＣａＯのうち少なくとも
   １種１０〜３０％ Ｓｂ＿２Ｏ＿３、ＭｇＯ、Ｎ＿２Ｏ＿３のうち少なくと
   も１種１〜８％ の組成（重量％）からなる誘電体組成物。