JPS6265965A - 低温焼結基板用ガラスセラミツクス組成物 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、グリーンシート化して使用される回路基板用
組成物に関する。

［従来の技術］ 多層回路基板あるいは積層回路基板材料として従来はア
ルミナが用いられている。一方、近年低温焼結基板用と
して種々材料が提案されている。ここで前者においては
［（２−ｌｈ中中門囲気中て１５００〜１８００℃で２
０〜４０時間という焼成条件で製造しなければならない
こと、さらにアルミナ材料の誘電率が９〜１０と高く高
速信号回路には不適との評価も出ている。

一方、後者においては、空気中にて８５０〜１１００℃
、２〜１０時間焼成といわゆる低温焼結基板材料が開発
されつつあるが、ｍ械的強度および熱伝導率が低いとい
う欠点がある。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は、低温度で焼結でき、焼結した基板は強度が大
きく熱伝導率が大きく、かつその基板上に形成された導
体のハンダ濡れ性を損なうことのない回路基板用組成物
の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は５ｉＯｚ−Ａｌ２Ｏ３−ＰｂＯ系から成
るガラス粉末３０〜７０重量％とアルミナ、ジルコン、
又はコージェライトのセラミックス粉末とから成り、該
ガラス粉末は、重量％表示で実質的にＳ　１０２３０〜
５５ Ａｌ２Ｏ３１−１５ １？ｂ０　　　　　　　３０〜５５ Ｍｇ０＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋Ｂａ０　　１〜１５Ｚｎ０　
　　　　　　０〜１０ ８２０３　　　　　　　０〜０．９ Ｌｉ２０＋Ｎａ２Ｏ＋に２０　　　０〜５Ｔｉ０２＋　
ＺｒＯ２０〜５ からなる低温焼結基板用ガラスセラミックス組成物を提
供するものである。

本発明の組成物の限定理由は次の通りである。

ガラス粉末は低温度（例えば１０００℃以下）で充分に
流動性を有し、セラミックス粉末を充分に濡らし、かつ
セラミックス粉末と反応し一部結晶化する特性を有ｔ　
ル５ｉ０２−　Ａ１７０３−　ＰｂＯ系のものが好まし
い。

かかるガラスは、一部結晶化することにより、基板の耐
熱性及び強度の向上を図ることができる。

かかるガラス粉末の含有量が３０重量％より少ないとセ
ラミックス粉末を充分にｒｔらすことができないため、
基板の強度が低下し好ましくなく、７０重量％を越える
と残部としてのセラミックス粉末の量が少なくなり基板
の強度が低下するので好ましくない、ガラス粉末は上記
範囲中３５〜６５％の範囲がより望ましい。

一方、セラミックス粉末としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ
３）、ジル：１７　（ＺｒＳｉ０４）　、　コージェラ
イト（２Ｍｇ０・２Ａ　Ｉ２０３・５ＳｉＯ２）が単独
で使用し、又は併用されるがその理由は、かかる物質は
強度が大きいこと、熱伝導率が高い特性を有するため焼
結後の基板もかかる特性の向上を図ることができる。更
にこれらのセラミックス粉末は、比較的入手し易いとい
う利点もある。

ガラス、セラミックス粉末の粒度は、小さ過ぎるとグリ
ーンシート化し、これを乾燥する際にクラックが発生す
るので好ましくなく、一方、大き過ぎるとガラスがセラ
ミックス粉末を充分に濡らすことができず強度の低下を
生ずるので好ましくない、なお、２０１を越える粒子が
含まれると強度の低下を生ずるので、いずれの粉末にも
かかる粒子が含有されないようにすることが望ましい。

本発明におけるガラス粉末は、１Ｘｆｆｉ％表示で、５
ｉ０２　３０〜５５．　Ａｌ２Ｏ３１〜１５．　Ｐｂ０
３０〜５５．　Ｂ２Ｏ３０〜０．！３．　ＭｇＯ＋Ｃａ
Ｏ＋ＳｒＯ＋Ｂａ０　１〜１５．　　Ｚｎ０　　０〜１
０．　　Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋に２０　　０〜５゜Ｔｉ
Ｏ２＋ＺｒＯ２０〜５から木質的になるものである。か
かる組成において、Ｓ　ｉ０７はガラスのネットワーク
フォーマ−であり、少な過ぎると、軟化点が低くなり過
ぎ耐熱性が低下し、再焼成時に変形を生じ易くなるので
好ましくない、一方５ｉＱ２が多過ぎると軟化点が高く
なり過ぎセラミックス粉末を充分に濡らすことができず
強度が低下するので好ましくない、　５ｉ０２は上記範
囲中３０〜５０％の範囲が特に好ましい。

Ａｌ２Ｏ３はガラスの溶解性あるいはガラス特性の耐水
性向上の面から必須であり、１％より少ないとガラス溶
解時失透する恐れがあり、また１５％より多いとガラス
軟化温度が高くなり過ぎる。望ましくは２〜１３％であ
る。

ＰｂＯはガラスのフラシクス成分として用いる。３０％
より少ないとガラス軟化点ガ高くなり過ぎ溶解困難とな
る。一方５５％より多いとガラスの熱膨張係数が大きく
なり過ぎ、Ａｇ−Ｐｄ等の導体との接着性を低下させる
要因ともなり好ましくない、望ましくは３３〜５０％で
ある。

Ｂ２Ｏ３は必須成分ではないがＰｂｏと同様一部フラッ
クス成分として用いることができる。しかし、Ｂ２Ｏ３
が０．８％より多いと耐薬品性、特に耐酸性が著しく低
下するので好ましくない、望ましくは０．８％未満であ
る。

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯは熱膨張係数調整の目
的およびガラス溶解性を向上するために添加する。

これら成分が１％より少ないと前記効果が少なく、１５
％より多いと溶解時失透しガラス化困難となる。望まし
くは２〜１３％である。

ＺｎＯは必須ではないがＡｇ−Ｐｄ等の導体との適合性
、あるいは溶解性改善の目的で１０％まで導入し得る。

Ｌ　ｉ２０＋Ｎａ２Ｏ＋に２０は必須ではないが添加す
ることによりセラミックス粉末との反応性およびガラス
溶解性の向上を図ることができるが、電気的特性、特に
絶縁抵抗特性においては好ましくない成分であるので、
必要に応じて５％以下に留めるのが好ましく、望ましく
は３％以下である。

Ｚｒ（ｂ＋ＴｉＯ２は必須ではないが、添加することに
よりガラスの耐薬品性を向上することができる。その量
は５％以下で充分で、望ましくは３％以下である。

本発明による組成物は、それに有機バインダーを添加し
、スラリー状にしてグリーンシート化する。

「実施例」 目標組成となるように各原料を調合し、これを白金ルツ
ボに入れ１３５０〜１５００℃で２〜３時間攪拌しつつ
、加熱溶融した０次いでこれを水砕し、更に粉砕装置に
より平均粒径０．５〜３μｍ、最大粒径２０μｍになる
ように粉砕した。かくして製造したガラスについて粒径
及び組成は表１に記載した０次いでα−ＡＩ２０３．ジ
ルコン、コージェライトを平均粒径０．５〜４．０μｍ
、最大粒径２０μｍ以下になるように粉砕した。これら
のセラミックス粉末は、純度が９８％以上のものを用い
た。次いでこれらのセラミックス粉末とガラス粉末を表
１に記載の割合で混合し本発明による６Ｍｌ類の組成物
（Ａ−Ｆ）を得た。次いで、この組成物に通常使用され
るポリビニールブチラールを主体とする有機バインダー
を添加し、スラリー状にした０次いで、これをドクター
ブレードを用いて巾２Ｏｃ層、厚さ０．３〜０．８ｍｍ
のシートにし、乾燥後１０Ｘ　ＩＯｃ厘のサイズに切断
した０次いでこのシート上にペーストラスクリーン印刷
しＡｇ−Ｐｄ導体を形成した０次いでこの導体を形成し
たシートを積層した後９００℃、３０分間加熱し焼成し
て多層回路素子を製造した０次いでこの素子の最上面に
重版のＡｇ−Ｐｄペーストを印刷し、　８５０℃、　ｔ
ｏ分間加熱し、焼成してＡｇ−Ｐｄ導体を形成した０次
いでこのＡｇ−Ｐｄ導体のハンダ濡れ性、接着強度の試
験をした。これとは別にグリーンシートを焼成した基板
について抵抗強度、誘電率、熱伝導率、耐薬品性、耐熱
性を測定した。これらの結果については表１に記載した
。

比較例として、本発明による組成物以外のものについて
同様のテストを行なったのでその結果も同様に併記した
。

同様より明らかなように本発明によるもの１才抗折強度
が大きく、ハンダの濡れ性、接着強度に優れ、その他の
特性においても優れている。

なお、各特性の測定方法は次の通りである。

Ｏ抗折強度 グリーンシート３枚を積層し、９００℃、３０分間焼結
した。焼結後のサンプル形状は１２層ｍ１１Ｘ３５ａｓ
■長×厚み１．０層■２本試料を３点曲げ試験により破
壊強度を求めた。

Ｏ熱伝導率 上記と同一条件でサンプルを焼成し、測定のためｌｈｍ
φ、　１．５ｔに加工し、レーザーフラッシュ法により
　１００℃における熱伝導率を測定した。

０誘電率 上記と同一条件でサンプルを作成し、測定のために４５
層■口、厚み１．５ｔに加工した。ＩＫＨｚにおける誘
電率をブリッジ法により室温における特性を測定した。

ｏｆＩ＃’熱性 と記と同一条件でサンプルを作成し、測定のために１２
１巾Ｘ　３５ｍｍＸ　１．０層朧厚の形状とし、両端を
支持台に乗せ、加熱し。

その変形量を・測定した０本処理による変形がないもの
を良とし中央部最大変形量が３０μｍ以上を否と判定し
た。加熱温度と時間は８５０℃、１０分間×３回の条件
とした。

Ｏ耐薬品性 濃度１０％の塩酸を９０℃に保持し、これに２４時間浸
漬する。これによる重量の減量が１％未満のものを良と
する。

０接着強度 Ａｇ−Ｐｄペーストにより形成した２ｎ口の導体にＰｄ
−５ｎのハンダを予備コートし、これにＰｄ−５ｎハン
ダを予備コートした０、８　ａｍφの銅線をＰｄ−５ｎ
ハンダで接着した。この銅線を垂直に引張った際の破損
強度を示す。

○ハンダ濡れ杆 ２％のＡｇを含むＰｄ　−Ｓｎハ７ダ浴（２３０℃±　
５°Ｃ）に５秒間浸漬し、Ａｇ−Ｐａペーストで形成し
た導体の面積の８０％以上にハンダが付着したものを良
とし、それ未満を否とした。

［発明の効果］ 本発明による組成物を使用して焼成した基板は抵抗強度
が大きく、熱伝導率が大きく、耐熱性、耐薬品性にすぐ
れている。また最上層に形成、される導体のハンダ濡れ
性を損なうことはない。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＯ＿２−Ａｌ＿２Ｏ＿３−ＰｂＯ系から成る
   ガラス粉末３０〜７０重量％とアルミナ、ジルコン、又
   はコージェライトのセラミックス粉末とから成り、該ガ
   ラス粉末は、重量％表示で実質的に ＳｉＯ＿２　３０〜５５ Ａｌ＿２Ｏ＿３　１〜１５ ＰｂＯ　３０〜５５ ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　１〜１５ ＺｎＯ　０〜１０ Ｂ＿２Ｏ＿３　０〜０．９ Ｌｉ＿２Ｏ＋Ｎａ＿２Ｏ＋Ｋ＿２Ｏ　０〜５ ＴｉＯ＿２＋ＺｒＯ＿２　０〜５ からなる低温焼結基板用ガラスセラミックス組成物。
2. （２）前記ガラス粉末の平均粒径は０．５〜３μｍの範
   囲にあり、前記セラミックス粉末の平均粒径は０．１〜
   ３μｍの範囲にある特許請求の範囲第１項記載の組成物
   。