JPS6231904A - 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。

２７、−７ 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（
、）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）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（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）、
その土に第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３／
、−１ 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）。

山）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１２．１３Ｌ次にそ
の上に第１絶縁層を印刷・乾燥しくステップ１４　、１
　ｔｓ　）、引き続き第２導体層、第２絶縁層の印刷・
乾燥を行な−（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）。

（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２５〜３０）０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３３．３
４）。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゜３６
）。

（ａ）　、　（ｂ）　、　（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。

０））はグリーンシートと印刷した絶縁層と導体層と　
　　ｉ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０））も（ａ）同様に、層数を
増５　ベー。

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０（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Ｇ−）　、　（ｂ）　、　（０）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
と々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）、それぞれ異々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２５〜２７）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６、−２−。

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）、適度々温度下で加圧一体化する（ステップ３
２）。次に、所望の外形寸法に切断しくステップ３３）
、約１６００℃の還元性雰囲気中で焼成しくステップ３
４）、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３６）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７へ一／゛ 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、 Ｓｉ０　　２５〜５５％、　　Ｔ　ｉＯ２５〜２５％Ｚ
ｎｏ　　　１〜８％、Ｐｂ０１〜８％の組成（重量％）
から彦る基本組成物に、同じく酸化物に換算して、 Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｃａｏのうち少なくとも１種１
０〜３ｏチ Ｓｂ２Ｓｂ２０３ｌ、Ｎａ２ｏノうち少なくとも１種１
〜　　ｓｑ６ の組成（重量係）の添加物を含んでいる。

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。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　ｉＯ２が２５係未満では焼結
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　ｉＯ２が５５％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。

Ｐｂｏはガラス形成及び結晶の成分である。ｐｂ。

が１％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０ 」 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％未満及びＺｎＯが８係
を超えると充分緻密に焼結せず吸水性９ベーノ を帯びる。

Ｔ　ｉＯ２もまた基板構成の基本組成物であり、Ｔ　ｉ
Ｏ２が６％未満では吸水性を帯び曲げ強さも低い。また
Ｔ　ｉＯ２が２５％を超えると焼結時にセラミックの変
形が著しくなる。

５ｂ２０３．ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ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、さらには誘電圧接
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。５ｂ２０３．　Ｍｇｏ　。

Ｎ　ａ　２０のうち少なくとも１種が１俤では焼結が不
充分であり吸水率が大きくなり、また誘電圧接が大きく
なり好ましくナイ。Ｓｂ２Ｓｂ２０３ｌ、Ｎａ２ｏノう
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々い。

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〜ｓ、５ｘ１ｏ−６／
℃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１０、Ｘ−７ はシリコンの熱膨張係数４Ｘ１０　７℃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。

Ａｌｊ　２０３　、　Ｚ　ｒｏ２．　Ｃａ　Ｏ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。

ＡＡ２０３．　Ｚ　ｒｏ２．　Ｃａ　Ｏのうち少なくと
も１種が１０多未満では曲げ強さが小さ過ぎ実用に耐え
ない。

またＡＩｊ２０３．　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〜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０．６〜６μｍの粉末とし、
四粒径１１７、−７ 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
リセリルモノオレエート０．４重量部、１−１−１　ト
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０．１ｍｍ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０使用した導体材料はＡｕで融点は
１０６２℃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℃の温度
下で２００　Ｋｑ／ｃａ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ｏ、ｏ％でありなおかつ曲げ強
さが最大になる　　　ｌ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、基板衣１３　ヘ−ノ 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。

１６へ一ン゛ 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　　　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、その特性は従来の材料である９６％Ａｌ２Ｏ
３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／ＰｄＣｕ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、
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　　
　　ｉ第１図 第２図 第３図 ２ベ−ゾ 手続補正書 昭和６１年８月２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸化物に換算して、 ＳｉＯ＿２２５〜５５％ 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、Ｎａ＿２Ｏ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。