JPS62113758A - 低温焼成セラミツクス - 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、特に電子工業用部品に適し、その他耐熱工業
部品、食器、厨房部品、装飾品などに用いられる低温焼
成セラミックスに関する。

［従来の技術］ コンピュータの高速化、民生機器の高周波化に伴ない、
従来のアルミナ基板は誘電率が大きいため（ε−１０）
、信号遅延の原因となり、これに代る低誘電率基板が強
く求められている。

また、アルミナ基板は焼成温度が高いため、使用する導
体材料が比較的抵抗の大きな高融点金属であるＭｏ　、
Ｗに限定され、信号遅延の原因となっていた。

そこで、誘電率が低く、抵抗の小さなＡＵ。

Ａ＋＋　、Ａ（Ｊ　−Ｐｄ　、Ｃｕが導体材料として使
用可能となる１１００℃以下で焼成でき、かつＬＳＩチ
ップの大型化を考慮して、チップと基板との熱膨＠差に
よる応力が小さくなるようにシリコンに近い熱膨張係数
を持つ低温焼成基板が実用化され始めている。

そして、本発明者らは、先に特願昭５９−１１０９７３
号において、優れた電気的、機械的特性をもち、かつ高
速焼成が可能で、また、部分結晶化するために、焼成時
および再熱処理時の導体、抵抗体パターンの流動防止に
優れたＣａ０−ＡＩ　２０３−８ｉ　’Ｏｚ　　（−Ｂ
２Ｏ３）系ガラスとアルミナ系との低温焼成セラミック
スを開発した。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記本発明者らの開発した材料は、アルミナの割合を最
大５０％に限定したため、強度上に問題が残った。強度
を向上するためには、アルミナの使用割合を増大する必
要があるが、本発明ではこのアルミナの使用割合を増大
しても充分に緻密化させるものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、重量基準でＡ１２０３５０〜７２％、Ｓ　ｉ
　０２１８〜３５％、ＣａＯおよびＭｇＯの少なくとも
　１種４〜２７．５％、Ｂ２Ｏ３　０〜１５％、１０％
以下の不純物よりなる組成をもち、出発原料として、Ｃ
ａＯおよびＭｇＯの少なくとも１種１０〜５５％、Ａｌ
　ｚ　Ｏ３０〜３０％、５ｉｏ２４５〜７０％、Ｂ２Ｏ
５０〜３０％、不純物１０％以下からなる組成範囲内に
あり、そのＢＥＴ比表面積が４．０１／ｇ以上の粒度を
有するガラス粉末４０〜５０％と、アルミナ粉末６０〜
５０％とを用いて低温焼成して得られた低温焼成セラミ
ックスである。

すなわち、本発明はガラス粉末のＢＥＴ比表面積が４１
／ｇ以上有するものを使用した場合、アルミナ粉末の割
合が６０％まで緻密な焼結体を得ることができた。これ
以上は、いくらガラスを微細化してもアルミナの割合を
増やすことはできなかった。

かかるガラス粉末に混合するアルミナ粉末は、ガラス粉
末とは逆にあまり微細なものは好ましくなく、０．５μ
以上の粒径をもつものが望ましい。これ以上微細なアル
ミナ粉末を使用すると焼結体を緻密化することが困−難
にある。

本発明では、アルミナ粉末の使用割合を増加することが
できたため、強度が向上し、アルミナ粉末５５％のもの
で、約３０００に９／Ｃ１１２のアルミナ基板並の抗折
強度を得ることができた。また、アルミナ粉末の割合を
増加したにもかかわらず、焼成温度はあまり変化せず、
１１００℃以下で焼成することが可能である。

ガラスの粒度をＢＥＴ比表面積で示したのは、ガラスの
粒子が液体中では分散しにくく、通常の粒度測定器では
正確な値が測定できないため、粒度では限定範囲を示す
のが困難だからである。

出発原料のガラス粉末の組成を限定した理由はつぎの通
りである。

Ｓｉ　０２が４５％より減少すると誘電率および熱膨張
係数が高くなり、また部分結晶化により析出するアノー
サイトやコージェライト、ムライトの潰が充分でなくな
り、導体や抵抗パターンが焼成時、再熱処理時に流動し
易くなる。

Ｓｉ　０２が７０％を越えると１１００℃以下での焼成
が困難となる。

Ａｌ２Ｏ３は３０％より多くなると１１００℃以下での
焼成が困難となる。

ＣａＯおよびＭｇＯの少なくとも１種が１０％より少な
いと１１００℃以下での焼成が不可能となり、５５％を
越えると誘電率と熱膨張係数が大ぎくなる。ＣａＯより
Ｍ（ＪＯを使用した方が誘電率と熱膨張係数は小さくな
るが、５５％を越えると部分結晶化により析出するコー
ジェライト、ムライトの吊が充分でなくなる。

Ｂ２０３はガラスを１３００〜１４５０℃附近の温度で
溶解するためと、セラミックスの焼成温度を低下させる
効果があり電気特性や機械的物理特性を変えることなく
、１１００℃以下の焼成温度にすることができるように
なる。Ｂ２Ｏ３が３０％より多くなると抗折強度が弱く
なったり、耐水性が悪くなり、信頼性が悪くなる。ただ
し、Ｂ２Ｏ３が増えることにより、誘電率と熱膨張係数
は低くなる傾向にある。

このガラスは不純物として、５％までのＮａ２Ｏまたは
に２０のアルカリ金属酸化物を含み１りる。これらは、
ガラスの原料に不純物として含まれていたり、また、ガ
ラス化の際、溶解性を向上するために添加するものであ
るが、５％を越えると電気特性や耐水性を劣化させ信頼
性が悪くなり好ましくない。

また、３ａ○、Ｐｂ　Ｏ，Ｆｅ　２０３、ＭｎＯ２、Ｍ
ｎ　　３０４　、Ｃｒ　　２０３　、ＮｉＯ。

ＧＯ２０３などを不純物として１０％まで含み得る。こ
れらの不純物は特性をあまり劣化させることがなく、ま
た、本発明の材料は部分結晶化する際、基本的には特別
な核形成物質をガラス成分に添加する必要はないが、上
記不純物は結晶化を促進する場合もあると考えられる。

以上の組成をもつガラス粉末４０〜５０％とアルミナ粉
末５０〜６０％の混合粉末を焼成して得られる基板は、
Ａ１２０３５０〜７２％、ＳｉＯ２１８〜３５％、Ｃａ
ＯおよびＭ（ｔｏの少なくとも１）１！４〜２１．５％
、Ｂ２Ｏ３０〜１５％および１０％以下の不純物よりな
る組成をもつ。

本発明セラミックスをつ（るには、原料としてＣ，ａ　
Ｏ（又はｆｖｌ　Ｏ）　、Ｓｉ　０２、Ａｔ　２０３．
Ｂ２Ｏ３を所定の配合組成になるよう混合し、１３００
〜１４５０℃で溶解急冷しガラス化する。この場合、原
料の形態は炭酸塩、酸化物、水酸化物のいずれでも良い
。又、上記温度範囲は炉材料等の関係から望ましい範囲
である。

次に上記で得られたガラス粉末とアルミナ粉末とを所定
の割合で混合し、成形粉末とし、これを冷間プレスある
いはテープキャスティング等通常のセラミックス成形法
にしたがって成形し、８００〜１０００℃で焼成する。

本発明を多層基板に利用するとき、成形したグリーンシ
ート上に例えばＡａ系の導体を印刷し、必要な枚数重ね
合せて、同時に焼成し、必要な場合にはスレーホールを
形成して、一体化した基板とすることができる。

又、Ｒｌｊ　０２系あるいはＳｉＣ系等の抵抗を印刷し
、さらには３ａ　Ｔｉ　０３系やＳｒＴｉＯ３系、Ｐ　
（ＦｅＪ／、Ｗ／／Ｊ）　Ｏｓ　−Ｐｊ（ＦｅＡＮｂｌ
／、）ｏ３系等のコンデンサペーストをグリーンシート
上に印刷し、これを重ね合せ、またはコンデンサ組成を
主体にしたグリーンシートを作り、これを重ね合せ同時
に焼成し、抵抗やコンデンサを内蔵し、一体化した基板
とすることもできる。

さらに、グリーンシート上に、導体として粒度調整をし
、かつ耐酸化処理を施したＣｕ粉末ペーストを印刷し多
層化し、Ｎ２を主体とした雰囲気中で同時焼成を行ない
、Ｃｕ導体を内蔵した低温同時焼成多層基板をつくるこ
ともできる。又、この場合、Ｎ２不活性雰囲気であるた
め、Ｎｉ−Ｃｒ、モリブデンシリサイド、Ｗ−Ｎ１等の
金属又は金属間化合物を使用した抵抗ペーストを用い、
Ｃｕ導体並びに抵抗を内蔵した多層基板の作成も可能で
ある。

［実施例］ Ｑａ　ＣＯ３、Ｍ（１（ＯＨ）２　、Ｓｉ　０２、Ａｌ
２Ｏ３、Ｈ・３８０３をガラスの出発原料に使用し、所
定の組成割合にしたがい秤量した。

これをライカイ機で充分混合した後、１４００℃で溶解
し、水中投下してガラスを１ｑた。

得られたガラスをアルミナポットに、水、アルミナボー
ルとともに入れ、湿式粉砕し、乾燥して、比表面積４．
５１１１’　／（Ｊのガラス粉末を得た。

このガラス粉末４５％とアルミナ粉末５５％、まはガラ
ス粉末４０％とアルミナ粉末６０％をアルミナポットに
水、アルミナボールとともに入れ、３間抜混合した後、
乾燥した。

この乾燥粉末１０００ｇに、メタアクリル系バインダー
１００ｇ、可塑剤（ＤＯＡ）５０（＋、溶剤（トルエン
、キシレン）　４００Ｑを加えてスリップとした後、ド
クターブレードを用いて１ｉ＋ａ＋厚のグリーンシート
を作成した。このグリーンシートを８５０〜１０００℃
で焼成してセラミックスを得、その物理特性を測定した
。

セラミックスの物理特性と組成との関係を表１の実施例
１〜４に示した。得られたセラミックスの抗折強度は２
６００〜３２００ｋａ／　ｃｌで、アルミナ基板並の強
度を示した。

表１ 表２に示した比較例１〜４は、実施例１〜４で得られた
ガラス粉末６０％とアルミナ粉末４０％からなる材料で
、実施例と同様の方法で得られた基板の抗折強度を示し
たもので、１７００〜２１００ｋｇ／ｃ１の抗折強度し
か得られなかった。

又、表２に示した比較例５〜８は、実施例１〜４と同組
成のガラスを使用し、そのＢＥＴ比表面積が３１／ｇの
粉末４５％とアルミナ粉末５５％からなる材料で、実施
例と同様の方法で得られた基板の抗折強度を示したもの
で、緻密化しティなイタメニ、２０００〜２２００ｋｌ
Ｊ／　ｃｍ　２の強度しか得られなかった。

表２ ［発明の効果１ 本発明で得られるセラミックスは１１００℃以下で焼成
でき、その強度がアルミナ基板兼の抗折強度を得ること
ができる。これによりアルミナ基板に比較し、強度の低
下をみることなく、誘電率、熱を脹係数などの特性が向
上し、また、抵抗の小さなＡｌｊ　、　Ａ！１　、　Ａ
１１ｌ　−Ｐｄ　、　Ｃｕなどの金属を導体に使用でき
るようになる。

特許出願人　　鳴海製陶株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏 手続ネ甫正書　（自発） 昭和６１年１２月１０日 特許庁長官　　黒　１）明　雄　　殿 １、事件の表示　　　　　昭和６０年特許願第２３７４
５８号２、発明の名称　　　　　低温焼成セラミックス
３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　　称　　　　　鳴海製陶株式会社 ″Ｔ′− ５、補正命令の日付　　　く自　発） ６、補正の対℃ ７、補正の内容　　　　　　　　　　　　　　゛・　　
　　１０（１）　　明細書第４頁第１４行の「ある」を
「なる」に訂正する。

（２）　　第５頁第１０行の「コージェライト、′」の
後に「ウォラステライト」と訂正する。

［３１第７頁第７行と８行の間に［但し、特に高温高湿
下での信頼性を要求される場合はＰｂ成分を含有しない
ことが望ましい。］と訂正する。

４）　第８頁第５行のｆ’　１０００℃」を「１１００
℃」と訂正する。

（５）第８頁第１３行の「Ｐ　（Ｆｅｚ／３Ｗ＋／３　
）　０３−ＰｔＪをｒ　Ｐ　ｂ　（Ｆ　ｅ２ｔ３Ｗ＋／
３　）０３−ＰｂＪに訂正する。

（印　第１０頁の第１１行の「１〜４」を「１〜５」と
訂正する。

口　第１１頁の表１の右端の実施例４の後に実施例５を
加える。（別紙衣１を参照） （８）第１１真下から３行のｒ１７００Ｊを「１８００
」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量基準でＡｌ＿２Ｏ＿３５０〜７２％、ＳｉＯ＿２１
   ８〜３５％、ＣａＯおよびＭｇＯの少なくとも１種４〜
   ２７．５％、Ｂ＿２Ｏ＿３０〜１５％、１０％以下の不
   純物よりなる組成をもち、出発原料として、ＣａＯおよ
   びＭｇＯの少なくとも１種１０〜５５％、Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３０〜３０％、ＳｉＯ＿２４５〜７０％、Ｂ＿２Ｏ＿３
   ０〜３０％、不純物１０％以下からなる組成範囲内にあ
   り、そのＢＥＴ比表面積が４．０ｍ＾２／ｇ以上の粒度
   を有するガラス粉末４０〜５０％と、アルミナ粉末６０
   〜５０％とを用いて低温焼成して得られた低温焼成セラ
   ミックス。