JPS61266349A - 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（
→、Ｏ−）、（→の三種類がある。

（−）　　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（→　グリーンシー
ト積層多層法 （→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（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絶縁層はグ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１〜１
１）。

（ｂ）のグリーンシート上での印刷多層法による多層基
勤製造方法は、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　、
１　ｅｓ　）、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）
ヶ （→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スように、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　、３ａ　）。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。

ΦＬ（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２１．３５）。

（→、（ｂ）、（４三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
な暦数限界は４〜６層でありそれ以上の層数は表面の凹
凸が激しくなシ実用に耐えない。←）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シ
プロセスの合理化を行なう事ができる。しかしくｂ）も
（Ｉ４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。（→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（４、（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、グイアホール
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２６〜ＳＯ）。導体材料に
は主にＷ、Ｍｏがが使用される。グ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１６００°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３
５）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　ｔＡｔｘ
　ｙＡｇ／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
用を小さくシ、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。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の誘電体組酸物は、
酸化物に換算して、 ５ｉｎ２２０〜６０％　　、　　ＰｂＯ５〜３０％Ｂ２
Ｏ３１〜１０％ 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、 ＡＮ２０ｓｙＣａＯｐＺｒ０２　　Ｏつち少なくとも１
種　２〜４０％Ｎａ２Ｏ，に２０．ＭｇＯ，Ｌｔ２０　
　（７））ち少なくとも１種０．２〜６％ Ｆｅ２０３ｏ、　ｓｑｂ以下 の組成（重量係）から包なる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°Ｃ〜９
８０°Ｃ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／ＰｄｐＣｕの使用が可能となる。Ａｕ　、Ａｇ　
、Ａｇ／　Ｐ　ｄは空気中でも酸化しない為還元性雰囲
気は不必要であり、またＡｕ　、Ａｇ　、Ｃｕは抵抗値
がＷ、Ｍｏ　よシも低い。

従って、空気中低部焼成により設備費用も小さく済み、
殴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。

Ｓ１０゜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。５１０２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５１
ｏ２が６０チを超えると曲げ強さが小さくなυ過ぎ、基
板としての実用性に耐えない。

Ｐｂｏはガラス形成及び結晶の成分である。ＰｂＯが６
チ未満ではガラスの溶融中に失透を生成し誘電正接が劣
化する。

またＰｂＯが３０％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。

Ｂ２Ｏ３もまた基板構成の基本組成物であり、Ｂ２Ｏ３
が１チ未満では吸水性を帯び曲げ強さも低い。またＢ２
Ｏ３が１ｏチを超えると焼結時にセラミックの変形が著
しくなる。

Ｆｅ２ｏ３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添加される。Ｆｅ２
ｏ３が０．３チ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６．０〜６．５×１
Ｏ−６７Ｃ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　　／’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。

Ｋ２Ｏｔ　Ｎａ　２０１　Ｌ　ｉ　２０　ｔにρハ基板
ノ焼結性向上及ヒ吸水性の防止、さらには基板の変形を
抑える目的で添加スル。Ｋ２Ｏ１Ｍｇ０２Ｎａ２ｏ、Ｌ
１２ｏノウち少なくとも１種が０．２％未満では基板の
変形が著しくなり、大きく基板カ反る。Ｋ２Ｏ２ＭｇＯ
２Ｎａ２ｏ、Ｌ１２゜のうち少なくとも１種が５チを超
えると焼結が不充分となり吸水性を帯びる。

Ｊ’ＪＩ　２０３　、　Ｚ　ｒ０２　＊　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。

Ｍ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｃａｏノウち少なくとも１種が２
チ未未満では曲げ強さが小さ過ぎ実用に耐えない。

ｉ７’ｃＡ１２０３．ＺｒＯ２，ＣａＯ（７）’）ち少
すくとも１種が４ｏ％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１４００−１６００″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り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
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
リセリルモノオレエート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０．１１１１１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。

次いて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１０００°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２００ｋｙ／ｄ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″Ｃ最大温度保持時間６ｏ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。

上記製造法によシ出来た基板としての特性を誘電体組成
物の組成側に第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Ｏ
，Ｏ４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。

（胸・下俄白） 参考として第２表に従来の材料である９６ｑ６Ｍ２ｏ３
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°Ｃ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％Ａ１２
ｏ３に比較し、よυ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、Ａｕ　、Ａｇ　、Ａｇ／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、
覗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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　酸化物に換算して ＳｉＯ＿２２０〜６０％ ＰｂＯ５〜３０％ Ｂ＿２Ｏ＿３１〜１０％ Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＣａＯ、ＺｒＯ＿２のうち少なくとも
   １種２〜４０％Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、ＭｇＯ、Ｌｉ＿
   ２Ｏのうち少なくとも１種０．２〜５％ Ｆｅ＿２Ｏ＿３０．３以下 の組成（重量％）からなる誘電体組成物。