JPS61266348A - 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
できる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はじめている。

多層回路基板を製造する方法は一般には次に述べる（ａ
）（ロ）（０）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７．８）
、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。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
〜１１）。

（ｂ）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ド上に
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．
１５）、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１５〜１９）、以降同手順で層数を
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２０）。

（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
ぞれ異なるパターンの導体層を印刷・乾燥する（ステッ
プ２６〜３０）。

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）　、　（（＋）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）。

（ａ）、（ロ）、（Ｃ）三種類の製造方法を比較すると
、（ａ）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。［有］）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
しく口）も（ａ）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
多いう以上の（ａ）、（ロ）、（Ｃ）三種類の製造方法
のうち、本発明は（０）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〜ＳＯ）。導体材料に
は主にＷ、Ｍ。

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ヴイアホール単独だ導体材料を
充填する。導体の乾燥後に各々異なる導体パターンを形
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１
５００℃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−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。

Ａｑ、Ａｑ／Ｐｄ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、５ｉｏ２２０〜６０％。

ＺｎＯ５〜２０％、Ｂａ０１０〜４０％、Ｂ２ｏ３゜５
ｂ２ｏ３のうち少なくとも１種２〜１５％　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
、ＳｎＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＰｂＯのうち少
なくとも１種１〜６％、　Ｋ２Ｏ、Ｎ　ａ　２０　。

Ｌ　Ｌ　２０　ノウち’ｌｉ：　＜　１！：４１１　ｍ
ｏ、２〜３　％　、　Ａｔ２０３゜Ｚ　ｒ　Ｏ２のうち
少なくとも１種３〜４０％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シ、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／Ｐ　ｄ　、　Ｃｕの使用が可能となる
。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。

ＳｉＯ２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。５ｉ０２が２０％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５１０２が６０％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。

ＢａＯはガラス形゛成及び結晶の成分である。

ＢａＯが１０％未満ではガラスの溶融中に失透を主成し
誘電正接が劣化する。ＢａＯが４０％を超えると軟化温
度、結晶化温度が高くなシ、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５％未満及びＺｎＯが２０
％を超えると充分緻密に焼結せず吸水性を帯びる。

Ｂ２Ｏ２，５ｂ２０３　もまた基板構成の基本組成物で
あり、Ｂ２Ｏ２，５ｂ２０３のうち少なくとも１種が２
％未満では吸水性を帯び曲げ強さも低い。

Ｂ２Ｏ２，５ｂ２０３　のうち少なくとも１種が１５％
を超えると焼結時にセラミックの変形が著しくなる。

ＳｎＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｓｒｏ、ＰｂＯは基板の焼
結性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。Ｓ　ｒ　Ｏ２、Ｃａ　Ｏ、Ｍｑ　Ｏ。

ＳｒＯ，ＰｂＯのうち少なくとも１種が１％未満では焼
結が不充分であり吸水率が大きくなり、また誘電正接が
大きくなり好ましくない。ＳｒＯ２゜Ｃａｂ、ＭｇＯ，
ＳｒＯ，ｐｂｏ　　のうち少なくとも１種が６％を超え
ると誘電正接が大きくなり好ましくない。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６．０〜６．５　Ｘ　１０　　／　℃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　Ｘ　
１０−’／℃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。

Ｋ　２０　、　Ｎ　ａ　２０　、　Ｌ　ｉ□０は基板の
焼結性向上及び吸水性の防止、さらには基板の変形を抑
える目的で添加する。Ｋ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｌ１２０のう
ち少なくとも１種が０．２％未満では基板の変形が著し
くなシ、大キく基板カ反ル。Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２
Ｏのうち少なくとも１種が３％を超えると焼結が不充分
となり吸水性を帯びる。

Ａ１２ｏ３．ＺｒＯ２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。

Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２のうち少なくとも１種が３％未満
では曲げ強さが小さ過ぎ実用に耐えない。またＡ１２Ｑ
３．ＺｒＯ２のうち少なくとも１種が４０％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、このパッチを１４ｏＯ〜１５００℃　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ボー
ルなどで平均粒径０．５〜６μｍ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シ使用されるのは
勿論である。

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
一製造方法の一例を述べる。

まず上記組成物１ｏＯ重量部に対して、ポリビニル７”
チラール１０重量部、ジブチルフタレートを６重量部、
グリセリルモノオレエー）　０．４重量部、１−１−１
）リクロルエタンを２０重量部、イソプロピルアルコー
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０．１ｍｓ＋のグリー
ンシートを製造し、充分なエージングを行ない、ヴイア
ポールとなる微小孔を機械的な加工により形成した。次
いでこのヴ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℃であった。

次ニ、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℃の温度下で２００に９７ｄｉ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。

参考として第２表に従来の材料である９６％Ａ１２ｏ３
の特性を示す。

第２表 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、その特性は従来材料である９６％Ａｌ２Ｏ３
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／Ｐ
ｄ。

Ｃｕの使用が可能となり、Ａ　ｕ　、　Ａ　ｇ　、　Ａ
　ｇ／Ｐ　ｄは空気中でも酸化しない為還元性雰囲気は
不必要であシ、またＡｕ、Ａｇ、Ｃｕは抵抗値がＷ、Ｍ
ｏ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＿２２０〜６０％、 ＺｎＯ５〜２０％、 ＢａＯ１０〜４０％、 Ｂ＿２Ｏ＿３、Ｓｂ＿２Ｏ＿３のうち少なくとも１種２
   〜１５％ＳｎＯ＿２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＰｂＯ
   のうち少なくとも１種１〜６％、 Ｋ＿２Ｏ、Ｎａ＿２Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏのうち少なくとも１
   種０．２〜３％、 Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２のうち少なくとも１種３〜
   ４０％の組成（重量％）からなる誘電体組成物。