JPS63185854A - Low temperature ceramic material - Google Patents

Low temperature ceramic material

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Publication number
JPS63185854A
JPS63185854A JP62124160A JP12416087A JPS63185854A JP S63185854 A JPS63185854 A JP S63185854A JP 62124160 A JP62124160 A JP 62124160A JP 12416087 A JP12416087 A JP 12416087A JP S63185854 A JPS63185854 A JP S63185854A
Authority
JP
Japan
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mol
temperature
ceramic material
oxide
low
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Pending
Application number
JP62124160A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
伸章 川原
星崎 博紀
博文 鈴木
浅野 満
清美 小林
誠 大川
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to US07/091,981 priority Critical patent/US4829029A/en
Publication of JPS63185854A publication Critical patent/JPS63185854A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温焼成セラミックス材料に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to low temperature fired ceramic materials.

本低温焼成セラミックス材料は、例えば特に電子回路用
の多層基板ICチップ搭載用の多層キャリア基板に利用
される。
The present low-temperature fired ceramic material is used, for example, particularly in multilayer carrier substrates for mounting IC chips on multilayer substrates for electronic circuits.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年の電子機器の小型化の発展に伴い、回路基板上の実
装密度の向上が要求されている。このような要求に応え
て、アルミナのグリーンシートを用いた多層配線が実用
化されている。これは、アルミナのグリーンシートと導
体パターン層を交互に積層し、一体焼結するものである
With the recent development of miniaturization of electronic devices, there is a demand for increased packaging density on circuit boards. In response to such demands, multilayer wiring using alumina green sheets has been put into practical use. This consists of alternately laminating alumina green sheets and conductor pattern layers and sintering them together.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記アルミナはその焼結温度が1500〜1600℃と
高く、この焼結温度に耐え得るために自ずと電極材料が
モリブデン(Mo)、タングステ(以下余白) ン(W)等に限定される。Mo、Wは銀(Aa)等に比
較して導電率が低いため、導体パターンの微細化に限界
があり、高密度化、高速化には対応しきれないという問
題点があった。
The alumina has a high sintering temperature of 1,500 to 1,600° C., and in order to withstand this sintering temperature, electrode materials are naturally limited to molybdenum (Mo), tungsten (W), and the like. Since Mo and W have lower conductivity than silver (Aa), etc., there is a limit to the miniaturization of conductor patterns, and there is a problem that they cannot cope with high density and high speed.

またi ooo℃程度で焼成可能な従来の低温焼成材料
は熱伝導率が0.01 ca l/s−cm−’C以下
と小さい。例えばアルミナガラスの場合は、焼成温度が
約900℃であるが、熱伝導率が0゜006と小さい。
Further, conventional low-temperature firing materials that can be fired at about iooo°C have a low thermal conductivity of 0.01 cal/s-cm-'C or less. For example, in the case of alumina glass, the firing temperature is about 900°C, but the thermal conductivity is as low as 0°006.

従って消費電力の大きなICやトランジスタは発熱によ
る素子の温度上昇のため、この従来の基板上に実装でき
ないという問題があった。
Therefore, there is a problem in that ICs and transistors that consume large amounts of power cannot be mounted on this conventional substrate because the temperature of the elements increases due to heat generation.

熱伝導が良く低m (1300℃以下)で焼結できるセ
ラミックス材料があれば、前述のような問題を解消する
ことができる。なお導電性の良い導体ペーストの中で、
Ag−パラジウム(Pd)系は13”00℃が限界とさ
れている。さらに1000℃以下で焼成できれば、Ag
、へ〇−白金(Pt)、銅(CU)、ニッケル(Ni)
等のペーストも使用可能となる。
If there is a ceramic material that has good thermal conductivity and can be sintered at low m (below 1300°C), the above-mentioned problems can be solved. In addition, in the conductive paste with good conductivity,
The limit for Ag-palladium (Pd) system is 13"00℃.Furthermore, if it can be fired at 1000℃ or less, Ag
, to - Platinum (Pt), copper (CU), nickel (Ni)
It is also possible to use pastes such as

本発明は、上記欠点を克服するものであり、1300℃
以下又は1100℃以下という低温で焼結可能なセラミ
ックス材料を提供することを目的とする。
The present invention overcomes the above-mentioned drawbacks and
It is an object of the present invention to provide a ceramic material that can be sintered at a low temperature of 1100°C or lower.

[問題点を解決するための手段] (第1発明) 本第1発明の低温焼成セラミックス材料は、実質的に酸
化マグネシウム(MQO’)と酸化ホウ素(8gOx)
とから成り、tlMgoおよび該B2O3の全量を10
0モル%とする場合、aMaoct5o 〜90T−ル
96であり、HB t O3は10〜50モル%である
ことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] (First Invention) The low temperature fired ceramic material of the first invention essentially contains magnesium oxide (MQO') and boron oxide (8gOx).
and the total amount of tlMgo and the B2O3 is 10
When it is 0 mol%, aMaoct5o~90T-le96 and HBtO3 is 10~50 mol%.

本第1発明において、Mo0又はBt03は焼結体であ
るセラミックス材料の中に含まれる化学成分を意味し、
咳材料中には例えばMgO・Bgo3等の複合酸化物又
はMaO単独酸化物の各状態で存在していても良い。ま
た焼成前の配合原料としては各酸化物であっても良いし
、各炭酸塩、水酸化物等の焼成後に各酸化物になるもの
であっても良い。
In the first invention, Mo0 or Bt03 means a chemical component contained in a ceramic material that is a sintered body,
It may be present in the cough material in the form of a composite oxide such as MgO/Bgo3 or a single oxide of MaO. Further, the raw materials to be mixed before firing may be various oxides, or carbonates, hydroxides, etc. which become various oxides after firing.

MQOは元来、熱伝導性、絶縁性に優れた基板材料であ
るが、焼成温度が1600℃以上と高く、熱膨張も大き
いという欠点がある。本第1発明では、MgOに820
3を添加し焼成することにより、0.01 ca l/
s−cm−℃以上の熱伝導率と1300℃以下での低温
焼成化と低熱膨張化を図ることができる。
Although MQO is originally a substrate material with excellent thermal conductivity and insulation properties, it has drawbacks such as high firing temperature of 1600° C. or higher and large thermal expansion. In the first invention, MgO has 820
By adding 3 and firing, 0.01 cal/
It is possible to achieve thermal conductivity of s-cm-°C or higher, low-temperature firing at 1300°C or lower, and low thermal expansion.

上記低温焼成化を実現するため、各種セラミックス材料
を検討した結果、MaO・B2O3,2Mgo−B2O
2,3Mgo−B2O2を主成分としたセラミックスが
1300℃以下の焼成温度で焼成することができ、また
従来の低温焼成材料より高い熱伝導率を有し、優れた基
板特性を有することが判明した。
In order to achieve the above-mentioned low-temperature firing, we investigated various ceramic materials and found that MaO・B2O3, 2Mgo-B2O
It has been found that ceramics containing 2,3Mgo-B2O2 as a main component can be fired at a firing temperature of 1300°C or less, have higher thermal conductivity than conventional low-temperature fired materials, and have excellent substrate properties. .

低温で焼成できしかも良好な基板特性を得るためには、
MgOおよびB2O3の全量を100モル%とする場合
、IIMにtoと該B2O3の組成割合が重要で、該M
QOが50モル%〜90モル%、該Btusが1Q〜5
0モル%の組成範囲である必要がある・Btusが50
モルを越えMgOが50モル%未満となると、B2O3
がガラス状で存在し熱膨張率が0.01未満となり、基
板特性が向上せず、またB20.が10モル%未満でM
gOが90モル%を超えると単独で存在するMgO成分
が増え、1300 ’C以下での焼結が困難となり、低
温焼結ができない。
In order to be able to bake at low temperatures and still obtain good substrate properties,
When the total amount of MgO and B2O3 is 100 mol%, the composition ratio of to and B2O3 in IIM is important;
QO is 50 mol% to 90 mol%, and the Btus is 1Q to 5
Must be in the composition range of 0 mol% ・Btus is 50
When MgO exceeds mol% and becomes less than 50% by mol, B2O3
B20. exists in a glassy state and has a coefficient of thermal expansion of less than 0.01, resulting in no improvement in substrate properties. is less than 10 mol%
When gO exceeds 90 mol%, the amount of MgO component present alone increases, making it difficult to sinter at temperatures below 1300'C, making low-temperature sintering impossible.

(第2発明) 本発明者等は上述のようにMgO,Bz O3からなる
1300℃以下で焼成可能な低温焼成セラミックス材料
を提案した。この材料は絶縁抵抗、誘電率、熱膨張等の
特性においてアルミナCAR2o、)と同等以上であり
、かつ低温焼成およびAg−Pd系等の良導体との同時
焼成ができるため、多層回路基板材料として非常に有効
である。
(Second invention) As described above, the present inventors have proposed a low-temperature fired ceramic material which is made of MgO and BzO3 and can be fired at 1300°C or lower. This material has characteristics such as insulation resistance, dielectric constant, and thermal expansion that are equal to or higher than alumina CAR2o,), and can be fired at low temperatures and simultaneously fired with good conductors such as Ag-Pd, making it an excellent material for multilayer circuit boards. It is effective for

さらに低い温度で焼成を実現するため各種セラミックス
材料を検討した結果、3Mg0・BZ 03 。
In order to achieve firing at even lower temperatures, we investigated various ceramic materials and found 3Mg0.BZ 03 .

MgOを主要成分とし、この主要成分と、酸化リチウム
(Ltd)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化カリウ
ム(K、o) 、アルカリ金属を含む沸化物およびアル
カリ土類金属を含む沸化物の内生なくとも1種より成る
助成分とからなり、結晶相のみの焼結体となるセラミッ
クス材料が1100℃以下の低温で焼成することができ
、また基板としても優れた特性を有することが判明した
MgO is the main component, and this main component is combined with lithium oxide (Ltd), sodium oxide (Na2O), potassium oxide (K, O), fluorides containing alkali metals, and fluorides containing alkaline earth metals. It has been found that a ceramic material consisting of one type of additive and a sintered body containing only a crystalline phase can be fired at a low temperature of 1100° C. or lower, and also has excellent properties as a substrate.

本第2発明の低温焼成セラミックス材料は、酸化マグネ
シウムが50〜90モル%、酸化ホウ素が10〜50モ
ル%より成る主要成分と、助成分と、から成り、 この助成分がしiz O,Nag o、Kg O,アル
カリ金属を含む沸化物およびアルカリ土類金属を含む沸
化物の内生なくとも1種より成り、結晶相のみの焼結体
となることを特徴とする低温焼成セラミックス材料を提
供する。
The low-temperature fired ceramic material of the second invention consists of a main component consisting of 50 to 90 mol% of magnesium oxide and 10 to 50 mol% of boron oxide, and an auxiliary component. Provided is a low-temperature fired ceramic material characterized by comprising at least one endogenous fluoride containing O, Kg O, an alkali metal and an alkaline earth metal-containing fluoride, resulting in a sintered body containing only a crystalline phase. do.

ここで、本発明のMgOとB20.とからなる主要成分
およびR20で表される助成分の3成分から成る低温焼
成セラミックス材料の3成分系状態を三角図中の斜線に
よって示した。
Here, MgO of the present invention and B20. The diagonal line in the triangular diagram shows the ternary state of the low-temperature-fired ceramic material, which consists of the main component consisting of and the supporting component represented by R20.

本セラミックス材料においては、上記第1発明のセラミ
ックス材料の組成に対して、所定量のLi2O等の助成
分を添加することにより、基板特性をほぼ維持しつつ焼
成温度を1100℃以上に低下させるものである。特に
第1発明に含まれる組成範囲であって、3Mg0・BZ
03.MgOの混合系(8,03が10〜25モル%)
では、MgOの特性に起因する/M!2O,並の熱膨張
係数と高い熱伝導率が特徴的であるが、焼成温度は12
00〜1300℃と比較的高めである。この混合系にL
 iz O,Nag OおよびK2Oの少なくとも1種
より成る助成分を添加することで、この3Mg0−BZ
 03 、MgO混合系の焼結温度をも1100’C以
下の低温に下げることができる。
In the present ceramic material, by adding a predetermined amount of a supplement such as Li2O to the composition of the ceramic material of the first invention, the firing temperature is lowered to 1100°C or higher while substantially maintaining the substrate characteristics. It is. In particular, within the composition range included in the first invention, 3Mg0・BZ
03. Mixed system of MgO (10 to 25 mol% of 8,03)
Then, /M! due to the properties of MgO! It is characterized by its average thermal expansion coefficient and high thermal conductivity, but the firing temperature is 12
The temperature is relatively high at 00-1300°C. In this mixed system, L
By adding a supplement consisting of at least one of iz O, Nag O and K2O, this 3Mg0-BZ
03, the sintering temperature of the MgO mixed system can also be lowered to a low temperature of 1100'C or less.

さらに、助成分をアルカリ金属またはアルカリ土類金属
を含む沸化物とする時には、基板特性をほぼ維持しつつ
焼成温度を1100℃以下に低下させるばかりでなく、
緻密性をも大幅に向上させることができた。
Furthermore, when the auxiliary component is a fluoride containing an alkali metal or alkaline earth metal, not only can the firing temperature be lowered to 1100°C or less while maintaining almost the substrate properties, but also
It was also possible to significantly improve the density.

MgO1Bz 03 、L t、o、Nag O又はに
20は焼結となるセラミックス材料の中に含まれる化学
成分を意味し、この材料中には例えばMgO・B、01
等の複合酸化物又はMgO単独酸化物の各状態で存在し
ていても良い。また焼成前の配合材料としては各酸化物
であっても良いし、各炭酸塩、水酸化物等の焼成後に各
酸化物になるものであっても良い。
MgO1Bz 03 , L t, o, Nag O or ni20 means a chemical component contained in the ceramic material to be sintered, and this material includes, for example, MgO・B, 01
It may exist in the various states of composite oxides such as MgO or single oxides of MgO. Further, the compounded materials before firing may be various oxides, or carbonates, hydroxides, etc. which become various oxides after firing.

また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む沸化
物は、具体的にはLiF、NaF、CaF。
In addition, fluorides containing alkali metals or alkaline earth metals are specifically LiF, NaF, and CaF.

およびNa5AIFb等であり、これは焼結されるセラ
ミックス材料の中に含まれる化学成分を意味する。
and Na5AIFb, etc., which means chemical components contained in the ceramic material to be sintered.

また助成分は、L i z O,N a z O,Kz
 O。
In addition, the subsidy portion is L iz O, N a z O, Kz
O.

アルカリ金属を含む沸化物およびアルカリ土類金属の少
なくとも1種より成ればよく、2種以上より成る助成分
としても同様の効果を示す。
It only needs to be composed of at least one of a fluoride containing an alkali metal and an alkaline earth metal, and the same effect can be obtained even when the supplement is composed of two or more kinds.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本第1発明を採用することにより、本セラミックス材料
においては、B、0.の添加によりMgOの融点が低下
するので、1300℃以下での低温焼成が可能となる。
By adopting the first invention, the present ceramic material has B, 0. Since the addition of MgO lowers the melting point of MgO, low-temperature firing at 1300° C. or lower becomes possible.

またガラス相は熱伝導が悪いが、該セラミックス材料は
結晶相のみの焼結体と思われるため熱伝導が良い。従っ
て該セラミックス材料は、1300℃以下での低温焼成
化と熱伝導性に優れ、かつ絶縁抵抗、誘電率、熱膨張等
の特性においてAl、0.と同等以上であり、そのため
Ag−Pb系等の良導体との同時焼成ができるとともに
多層回路基板材料として有用である。
Furthermore, although the glass phase has poor thermal conductivity, the ceramic material is considered to be a sintered body of only crystalline phases, and therefore has good thermal conductivity. Therefore, the ceramic material has excellent low-temperature firing at 1,300° C. or lower and thermal conductivity, and has properties such as insulation resistance, dielectric constant, and thermal expansion that are 0.5 to 10% Al. Therefore, it can be fired simultaneously with a good conductor such as Ag-Pb type, and is useful as a multilayer circuit board material.

本第2発明を採用することにより、本セラミックス材料
においては、助成分がL it O,Naz Oおよび
K2Oの少なくとも1種より成る場合には、所定の助成
分が所定量添加されることにより、大きく焼成温度が低
下するが、熱伝導率はあまり低下せず、低温焼成化と高
熱伝導性の双方を達成できた。これは、Li2O等の助
成分の添加により、低融点のL i M g B O2
が生成することによる低温焼成化を達成でき、さらに焼
成後の組織が全て結晶相からなり、ガラス相が存在しな
いことにより高熱伝導性を達成できたものと考えられる
By employing the second invention, in the present ceramic material, when the auxiliary component is composed of at least one of Lit O, Naz O, and K2O, by adding a predetermined amount of the predetermined auxiliary component, Although the firing temperature decreased significantly, the thermal conductivity did not decrease much, and both low-temperature firing and high thermal conductivity were achieved. This is achieved by adding auxiliary substances such as Li2O, resulting in low melting point Li M g B O2
It is thought that low-temperature firing was achieved due to the formation of , and high thermal conductivity was achieved because the structure after firing consisted entirely of crystalline phases and no glass phase existed.

また、助成分がアルカリ金属またはアルカリ土類金属を
含む沸化物より成る場合には、所定の助成分が所定量、
主要成分に添加されることにより、熱伝導率を低下させ
ることなく、低温で焼成でき、かつ高熱伝導率性を得ら
れるばかりでなく、高い緻密性を得ることができた。こ
れは、沸化物を少量加えることで、該セラミックス材料
の焼結温度において粒界に沸化物を主成分とする液相が
形成されるため、低温焼成化を達成でき、さらに焼成後
の組織が全て結晶相からなり、ガラス相が存在しないの
で、高熱伝導性および高い緻密性を達成することができ
たものと考えられる。
In addition, if the subsidy portion consists of a fluoride containing an alkali metal or alkaline earth metal, the predetermined subsidy portion is a predetermined amount,
By adding it to the main components, it was possible to perform firing at a low temperature without reducing thermal conductivity, and not only was it possible to obtain high thermal conductivity, but also high density. This is because by adding a small amount of fluoride, a liquid phase mainly composed of fluoride is formed at the grain boundaries at the sintering temperature of the ceramic material, which makes it possible to achieve low-temperature firing and to improve the structure after firing. It is thought that high thermal conductivity and high density could be achieved because the entire structure consisted of crystalline phases and no glass phase existed.

従って該第2発明のセラミックス材料は、Ag、Ag−
PL等の良導体ペーストとの同時焼成も可能であり、例
えば特に多層回路基材材料としては従来の材料と比べて
著しく有用である。
Therefore, the ceramic material of the second invention is Ag, Ag-
Co-firing with a good conductor paste such as PL is also possible, and it is extremely useful, for example, as a material for a multilayer circuit board, compared to conventional materials.

以上より木筆1および第2発明のセラミックス材料は、
いずれも従来の材料と比べて低温焼結性および熱伝導性
に優れるので、導体パターンの微細化に優れかつ素子の
発熱の除去も容易のため、高密度化、高速化を要求され
る多層回路基板材料としては特に優れている。
From the above, the ceramic materials of the wood brush 1 and the second invention are as follows:
Both materials have superior low-temperature sintering properties and thermal conductivity compared to conventional materials, making them excellent for miniaturizing conductor patterns and easily removing heat generated by elements, making multilayer circuits that require higher density and higher speeds. It is particularly excellent as a substrate material.

〔実験例〕[Experiment example]

以下、実験例により本発明を説明する。 The present invention will be explained below using experimental examples.

(実験例1) 本実験例は本第1発明のセラミックス材料に関(以下余
白) するものである。
(Experimental Example 1) This experimental example relates to the ceramic material of the first invention (hereinafter referred to as the blank).

MgOに対してB2O3の添加量を種々変えて各セラミ
ックス材料で製作し、該セラミックス材料の熱伝導、誘
電率、熱膨張等の変化を調べるために実験を行った。
Various ceramic materials were manufactured with various amounts of B2O3 added to MgO, and experiments were conducted to examine changes in thermal conductivity, dielectric constant, thermal expansion, etc. of the ceramic materials.

まず第1表に示すようにセラミックス材料中MgOおよ
びB2O3が所望の組成比となる様に、MQOSB2O
3の原料を調合し、この粉末をアルミナボールと共にア
ルミナポットに入れボールミルにより、8時間程度の湿
式混合を行った。この原料粉末は仮焼後に酸化物になる
もの、例えば炭酸塩や水酸化物等でも良く、本実験例で
は水酸化マグネシウム(MCI (OH) t )とほ
う酸(H803)を用いた。次いでこの混合物を600
℃×4時間程度の仮焼の後、アルミナ乳鉢で乾式粉砕を
行った。次に例えばポリビニルアルコール等の粘結剤を
入れ、造粒した。
First, as shown in Table 1, MQOSB2O
The raw materials No. 3 were prepared, and this powder was placed in an alumina pot together with alumina balls and wet mixed for about 8 hours using a ball mill. This raw material powder may be one that becomes an oxide after calcination, such as carbonate or hydroxide, and in this experimental example, magnesium hydroxide (MCI (OH) t ) and boric acid (H803) were used. This mixture was then heated to 600
After calcination for about 4 hours at ℃, dry pulverization was performed in an alumina mortar. Next, a binder such as polyvinyl alcohol was added and granulated.

その後前記団粒を金型に充填し、1 t/Crl程度の
圧力で加圧成形し、大気中900〜1400℃で2時間
焼成し試験品(No、1〜8)を作成した。なおNo、
7はアルミナから成る材料、N008はアルミナガラス
から成る材料である。
Thereafter, the aggregates were filled into a mold, pressure-molded at a pressure of about 1 t/Crl, and fired in the atmosphere at 900 to 1400° C. for 2 hours to produce test products (No. 1 to 8). Note that no,
7 is a material made of alumina, and N008 is a material made of alumina glass.

試験品としては熱伝導、誘電率、誘電損失測定用として
12mmφX1lltの円板状試料をさらに熱膨張測定
、強度測定用として5Qmmφx 5 u+x5mmの
棒状試料を作成した。
As test products, a disk-shaped sample of 12 mmφ×1llt was prepared for measuring thermal conductivity, dielectric constant, and dielectric loss, and a rod-shaped sample of 5Q mmφ×5 u+×5 mm was prepared for measuring thermal expansion and strength.

熱伝導測定はレーザーフラッシュ法により、またv4I
!率、誘電損失測定は上記円板試料両面に250メツシ
ユのスクリーン印刷により同心円状に銀ペーストを印刷
し、乾燥後大気中760’Cにて焼成し円形電極を形成
し1M)(zにて測定した。
Thermal conduction measurements were performed using the laser flash method and v4I.
! To measure the dielectric loss, silver paste was printed concentrically on both sides of the disk sample by screen printing with 250 meshes, and after drying, it was baked in the atmosphere at 760'C to form a circular electrode. did.

また熱膨張係数は20〜200℃の温度変化で測定した
Moreover, the thermal expansion coefficient was measured at a temperature change of 20 to 200°C.

その結果を第1表に示す。また焼成後の組成は、X線回
折結果による。この結果によればB2O2の添加量の壜
加に伴い焼成温度、熱膨張率、熱伝導率、誘電率ともに
低下する傾向がある。Bt03の添加量が50モル%を
越えると組織中にガラス相が生成し熱伝導率が急激に低
下する。また10モル%未満では焼成温度が1300’
Cを越えてしまい、良導体のAg−Pdと同時焼成がで
きない。よってB2Oxl加量が10〜50モル%の組
成範囲で、1300℃以下の低温焼成化と高熱伝導性を
両立することが可能である。
The results are shown in Table 1. The composition after firing is based on the results of X-ray diffraction. According to these results, there is a tendency for the firing temperature, coefficient of thermal expansion, thermal conductivity, and dielectric constant to decrease as the amount of B2O2 added increases. When the amount of Bt03 added exceeds 50 mol %, a glass phase is generated in the structure and the thermal conductivity decreases rapidly. Also, if it is less than 10 mol%, the firing temperature is 1300'
C, and cannot be fired simultaneously with Ag-Pd, which is a good conductor. Therefore, in a composition range in which the amount of B2Oxl is 10 to 50 mol%, it is possible to achieve both low-temperature firing of 1300°C or less and high thermal conductivity.

前述のような組成をとることにより前述の作用により焼
成温度1300℃以下の低温焼成可能な回路基板を得る
ことができる。又、第1表に示すようにこの基板は熱膨
張率が7.0〜7.6X10−8/’C1熱伝導率が0
.01〜0.05cal/8111・℃とアルミナ並の
優れた特性をもち、誘電率、誘電損失はアルミナより小
さく優れている。また市販の導体ペーストとの同時焼成
も可能であり、同時焼成時の反りも少なく、多層回路基
板に好適である。また強度も3点曲げ抗折強度1000
kg/cm2以上と十分な強度を有する。
By adopting the above-mentioned composition, it is possible to obtain a circuit board that can be fired at a low temperature of 1300° C. or lower due to the above-described effects. In addition, as shown in Table 1, this substrate has a thermal expansion coefficient of 7.0 to 7.6X10-8/'C1 thermal conductivity of 0.
.. It has excellent properties comparable to alumina, with a value of 0.01 to 0.05 cal/8111.degree. C., and its dielectric constant and dielectric loss are smaller and superior to alumina. It is also possible to co-fire with a commercially available conductor paste, and there is little warping during co-firing, making it suitable for multilayer circuit boards. In addition, the strength is 3-point bending strength: 1000
It has sufficient strength of over kg/cm2.

熱伝導が良い為、消費電力の太き(発熱量の大貴な素子
を実装させる多層回路基板にも使用可能である。
Because it has good thermal conductivity, it can also be used for multilayer circuit boards that mount elements that consume a lot of power (or generate a lot of heat).

(実験例2) 本実験例は、本第2発明のセラミックス材料に関するも
のである。
(Experimental Example 2) This experimental example relates to the ceramic material of the second invention.

Li2O,Na2Oまたはに2Oの助成分の添加量に対
する焼成温度、このセラミックス材料の熱膨張率緒特性
の変化を測定した例を第2〜第4表に示す、また、少な
くともアルミナ金属を含む沸化物であるLiF、MaF
またはNas A/!Fiの助成分の添加量に対する焼
成温度、このセラミックス材料の熱伝導率等の諸特性の
変化を測定した例を第5表〜第7表に示す、さらにまた
、アルカリ土類金属を含む沸化物であるCaF、の助成
分の添加量に対する焼成温度、このセラミックス材料の
熱伝導率等の諸特性の変化を測定した例を第8表に示す
、なお第2表はLi2Oの添加を第3表はNa2Oの添
加を、第4表はに2Oの添加を、第5表はLiFの添加
を、第6表はNaFの添加を、第7表はN a s A
 I F hの添加を、第8表はCaFオの添加を示す
Tables 2 to 4 show examples of measurements of changes in firing temperature and thermal expansion characteristics of this ceramic material with respect to the added amount of Li2O, Na2O, or auxiliary component. LiF, MaF
Or Nas A/! Tables 5 to 7 show examples of measurements of changes in various properties such as firing temperature and thermal conductivity of this ceramic material with respect to the amount of Fi supplement added. Table 8 shows an example of measuring changes in various properties such as firing temperature and thermal conductivity of this ceramic material with respect to the amount of CaF added. Table 4 shows the addition of 2O, Table 5 shows the addition of LiF, Table 6 shows the addition of NaF, and Table 7 shows the addition of NaF.
Table 8 shows the addition of I F h and Table 8 shows the addition of CaF.

この実験に用いた試験品磁9〜18(第2表)、k19
〜21(第3表)、隘22〜23(第4表)は所定量の
助成分を配合すること以外は、実験例1と同様の方法で
作成し同様の方法で各特性を測定した。また、試験品に
24〜33(第5表)、漱34〜35(第6表)、阻3
6〜43(第7表)、漱44〜52(第8表)は所定量
の助成分を配合すること以外は、実験1と同様の方法で
作成し同様の方法で各特性を調べた。なおさらにセラミ
ックス材料の緻密性を調べるため、吸水率を調べた。
Test items used in this experiment Magnetics 9 to 18 (Table 2), k19
21 (Table 3) and 22 to 23 (Table 4) were prepared in the same manner as in Experimental Example 1, except that a predetermined amount of supplement was added, and each characteristic was measured in the same manner. In addition, the test products included 24-33 (Table 5), Sou 34-35 (Table 6),
Samples Nos. 6 to 43 (Table 7) and Nos. 44 to 52 (Table 8) were prepared in the same manner as in Experiment 1, except that a predetermined amount of supplement was added, and their characteristics were examined in the same manner. Furthermore, in order to investigate the compactness of the ceramic material, the water absorption rate was investigated.

この吸水率の測定方法は、純水中に1時間浸透後の重量
と浸漬前の重量との重量変化を求めることにより測定し
た。なお隘18はアルミナから成る材料である! <Li2Oの添加効果〉 MgOおよびB2O,中の820.の組成割合は、上記
第1発明の範囲内である20.30又は40モル%の試
験品(各NtlL9〜15.16又は17)を用いた。
The water absorption rate was measured by determining the weight change between the weight after immersion in pure water for 1 hour and the weight before immersion. Note that the material at 18 is alumina! <Effect of adding Li2O> MgO and B2O, 820. A test product (NtlL 9 to 15.16 or 17, respectively) with a composition ratio of 20.30 or 40 mol %, which is within the range of the first invention, was used.

またLi2Oの材料中の組成割合は、第2表に示すよう
に、MgO,Bt OsおよびLi2O全体を100モ
ル%とした場合、(以下余白) 0.5〜11.0モル%である。
Further, as shown in Table 2, the composition ratio of Li2O in the material is 0.5 to 11.0 mol% (hereinafter referred to as the margin) when MgO, BtOs and Li2O are all 100 mol%.

これらの試験品の評価結果を第2表にを示す。The evaluation results of these test products are shown in Table 2.

LixOの組成割合0.5モル%の試験品No。Test product No. with a LixO composition ratio of 0.5 mol%.

9では、Ll2Oの添加効果がほとんど表われなかった
。またその11モル%の試験品No、15においては材
料の絶縁性が悪くな・つた。添加11モル%以上で焼成
温度を下げる効果が生じ、2モル%以上ではほとんど変
わらず950℃で十分焼結可能である。MQO−Bt0
3の組成比が変わっても、1−izQの添加分に対する
焼成温度の関係はほとんど同じである。
In No. 9, the effect of adding Ll2O was hardly seen. In addition, in test sample No. 15 containing 11 mol%, the insulation properties of the material were poor. Addition of 11 mol % or more produces the effect of lowering the sintering temperature, and addition of 2 mol % or more makes it possible to sinter sufficiently at 950° C. with almost no change. MQO-Bt0
Even if the composition ratio of 3 changes, the relationship between the addition of 1-izQ and the firing temperature is almost the same.

従来からある900℃の焼成可能の低温焼成材料にアル
ミナガラス(アルミナ+硼珪!!鉛がラス:第1表中の
No、8)がある。この試験品No。
A conventional low-temperature firing material that can be fired at 900°C is alumina glass (alumina + borosilicate!! Lead lath: No. 8 in Table 1). This test item No.

8の熱伝導率は0.008と極めて小さいが本試験品N
o、10〜17においてはこの従来の低温焼成材材料に
比べ著しく熱伝導に優れる。
The thermal conductivity of No. 8 is extremely low at 0.008, but this test product No.
o, 10 to 17, the heat conductivity is significantly superior to that of this conventional low temperature fired material.

(MgO−20モル%B101)−2モル%LI2O組
成の試験品N0.11の特性を例に説明すると、第2表
に示す様に熱伝導率0.04ca1/5−CIパC5熱
膨張率7.6 X 10−’/”Cとアルミナ並の優れ
た特性を持ち、かつ950℃の低温で焼成できる。また
市販のアルミナ用導体ペースト(Ag、Cu、Ag−P
d、Ag−Pb等)との同時焼成も可能で、同時焼成時
の反りも少なく、多層回路基板に極めて好適である。ま
た強度も3点曲げ抵抗強度で1200kg/cd以上と
十分な強度を有する。
(MgO-20 mol% B101)-2 mol% LI2O composition test sample No. 7.6
d, Ag-Pb, etc.), and there is little warping during co-firing, making it extremely suitable for multilayer circuit boards. It also has sufficient strength, with a three-point bending resistance strength of 1200 kg/cd or more.

<Na2O,に2Oの添加効果〉 80モル%のMgOと20モル%のBl 03の所定の
混合物にNag Oの添加について第3表に、同様にに
□Oの添加について第4表に示し、その結果を同表に各
々示した。
<Effect of addition of 2O to Na2O> Table 3 shows the addition of NagO to a predetermined mixture of 80 mol% MgO and 20 mol% BlO3, and Table 4 shows the addition of □O. The results are shown in the same table.

この結果によればNa2O又はに2Oの添加はLixO
添加の場合とほとんど同様の効果を示した。なお熱伝導
率は、L1□0の添加の場合(例えば試験品隘13)と
比べて、K2O添加(例えばNα23)さらにNa2O
添加(例えばに21)の順に小さくなったが、従来の低
温焼結可能のアルミナガラスから成る試験品Nα8(第
1表)と比ベると著しく大きな値を示している。
According to this result, the addition of Na2O or Ni2O
Almost the same effect as in the case of addition was shown. The thermal conductivity is higher when K2O is added (e.g., Nα23) and Na2O is added, compared to when L1□0 is added (for example, test sample No. 13).
Although the value decreases in the order of addition (for example, 21), it shows a significantly larger value when compared with the conventional test sample Nα8 (Table 1) made of alumina glass that can be sintered at low temperatures.

(以下余白) 第  3  表 第  4  表 <LiFの添加効果〉 MgOおよびB2O,中のBz Oxの組成割合は、第
1発明の範囲内である10.20又は50モル%の試験
品(各Nα30〜31.24〜29、又は32〜33)
を用いた。またLiFの材料中の組成割合は、第5表に
示すように、MgO。
(Leaving space below) Table 3 Table 4 <Effect of addition of LiF> The composition ratio of BzOx in MgO and B2O was within the range of the first invention, 10.20 or 50 mol% of the test product (each Nα30 ~31.24~29, or 32~33)
was used. The composition ratio of LiF in the material is MgO as shown in Table 5.

B、0.およびLiF全体を100モル%とした場合、
0.5〜11モル%である。
B, 0. And when the entire LiF is taken as 100 mol%,
It is 0.5 to 11 mol%.

(以下余白) 試験品の評価結果を第5表に示す。LiFの組成割合0
.5モル%の試験品No、24では、LiFの添加効果
がほとんど表れず、焼結温度がほとんど下がらなかった
。またその11モル%の試験品N029においては絶縁
性が大幅に悪くなった。試験品No、24〜33より、
MgO,Bz O3の組成比が変わっても、LiFの添
加量を1〜10モル%とすることによって焼成温度も下
げ、かつ吸水率が0%という高い緻密性をもったセラミ
ックス材料を得ることができた。
(The following is a blank space) The evaluation results of the test products are shown in Table 5. LiF composition ratio 0
.. In test product No. 24 containing 5 mol %, the effect of adding LiF was hardly observed, and the sintering temperature was hardly lowered. In addition, the insulation property of test sample No. 029 containing 11 mol % was significantly deteriorated. From test product No. 24 to 33,
Even if the composition ratio of MgO and BzO3 changes, by adding 1 to 10 mol% of LiF, it is possible to lower the firing temperature and obtain a highly dense ceramic material with a water absorption of 0%. did it.

<NaFの添加効果〉 Liと同じアルカリ金属であるNaの沸化物であるNa
FをMgOとB20.の所定の混合物に添加した場合の
結果を第6表に示した。
<Effect of adding NaF> Na is a fluoride of Na, which is an alkali metal like Li.
F with MgO and B20. Table 6 shows the results when added to a given mixture of

この結果によれば、NaFはLiF添加の場合とほとん
ど同様の効果を示した。
According to this result, NaF showed almost the same effect as the case of adding LiF.

〔Na5AIFhの添加効果〕 アルカリ金属であるNaを含む沸化物であるNa、Af
F6をMgOおよびB2O3の所定の混合物に添加した
結果を第7表に示す。
[Effect of adding Na5AIFh] Na, Af, which is a fluoride containing Na, which is an alkali metal
Table 7 shows the results of adding F6 to a given mixture of MgO and B2O3.

第7表より明らかなようにNa5AeFhの組成割合0
.5モル%の試験品No、36ではN a 3 A e
 F bの添加効果がほとんど表れず、比較的高い焼成
温度を示した。またその11モル%の試験品Nα39に
おいては材料の絶縁性が著しく損なわれた。すなわち、
MgOと8203の所定の割合に1〜10モル%のNa
5AIFhを添加することによって、低い焼成温度であ
り、高い緻密性をもつセラミックス材料を得ることがで
きた。なお、Mg0B2Ozの組成比が変わっても、N
a= AIFbの添加量に対する組成温度の関係はほと
んど同じであった。
As is clear from Table 7, the composition ratio of Na5AeFh is 0.
.. 5 mol% test product No. 36 has N a 3 A e
Almost no effect of Fb addition was observed, and a relatively high firing temperature was observed. In addition, in the test sample Nα39 containing 11 mol%, the insulation properties of the material were significantly impaired. That is,
1 to 10 mol% Na to a predetermined ratio of MgO and 8203
By adding 5AIFh, a ceramic material with low firing temperature and high density could be obtained. Note that even if the composition ratio of Mg0B2Oz changes, N
a= The relationship between the composition temperature and the amount of AIFb added was almost the same.

(以下余白) <Ca F、の添加効果〉 MgOおよびB2O3の所定の混合物にアルカリ土類金
属を含む沸化物であるCaF2を0.5〜16モル%添
加した。
(The following is a blank space) <Effect of addition of CaF> 0.5 to 16 mol% of CaF2, which is a fluoride containing an alkaline earth metal, was added to a predetermined mixture of MgO and B2O3.

これらの試験品の評価結果を第8表に示す。The evaluation results of these test products are shown in Table 8.

Ca、F、の組成割合が0.5モル%の試験品No、4
4では、焼成温度の低下がみられず、Ca F zの添
加効果がほとんど表れなかった。またその16モル%の
試験品No、48においては材料の絶縁性が悪くなった
。試験品Nα44〜52より、MgO−820、の組成
比が変わっても、CaF、の添加債を1〜15モル%と
することによって焼成温度を下げ、かつ吸水率が0%と
いう高い緻密性をもったセラミックス材料を得ることが
できた。
Test product No. 4 with a composition ratio of Ca and F of 0.5 mol%
In No. 4, no decrease in the firing temperature was observed, and the effect of adding Ca F z was hardly seen. In addition, in test sample No. 48 containing 16 mol %, the insulation properties of the material became poor. From the test products Nα44 to 52, even if the composition ratio of MgO-820 changes, by setting the addition rate of CaF to 1 to 15 mol%, the firing temperature can be lowered and high density with a water absorption rate of 0% can be achieved. We were able to obtain a ceramic material that had a lot of properties.

(以下余白)(Margin below)

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図はMgOと3203(主要成分)およびR2O(助成
骨)の3成分から成る低温焼成セラミックス材料に含ま
れる各成分の組成割合(斜線部分)を示す3成分系状態
を示す三角図である。
The figure is a triangular diagram showing the state of a three-component system showing the composition ratio (shaded area) of each component contained in a low-temperature fired ceramic material consisting of three components: MgO, 3203 (main component), and R2O (supporting bone).

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)実質的に酸化マグネシウム(MgO)と酸化ホウ
素(B_2O_3)とから成り、前記酸化マグネシウム
および前記酸化ホウ素の全量を100モル%とする場合
、 前記酸化マグネシウムは50〜90モル%、前記酸化ホ
ウ素は10〜50モル%であり、焼成により結晶相のみ
の焼結体となることを特徴とする低温焼成セラミックス
材料。
(1) Substantially consists of magnesium oxide (MgO) and boron oxide (B_2O_3), and when the total amount of the magnesium oxide and the boron oxide is 100 mol%, the magnesium oxide is 50 to 90 mol%, and the oxide is A low-temperature-fired ceramic material containing 10 to 50 mol% of boron and forming a sintered body containing only a crystalline phase by firing.
(2)前記低温焼成セラミックス材料は、1300℃以
下で焼成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の低温焼成セラミックス材料。
(2) The low-temperature-fired ceramic material according to claim 1, wherein the low-temperature-fired ceramic material is fired at 1300° C. or lower.
(3)実質的に酸化マグネシウム(MgO)と酸化ホウ
素(B_2O_3)とより成る主要成分と、酸化リチウ
ム(Li_2O)、酸化ナトリウム(Na_2O)酸化
カリウム(K_2O)、アルカリ金属を含む沸化物およ
びアルカリ土類金属を含む沸化物の少なくとも1種より
成る助成分とから成り、前記主要成分は、前記主要成分
全体を100モル%とした場合、前記酸化マグネシウム
が50〜90モル%、前記酸化ホウ素が10〜50%で
あり、焼成により結晶相のみの焼結体となることを特徴
とする低温焼成セラミックス材料。
(3) Main components consisting essentially of magnesium oxide (MgO) and boron oxide (B_2O_3), and fluorides and alkaline earths containing lithium oxide (Li_2O), sodium oxide (Na_2O), potassium oxide (K_2O), and alkali metals. and an auxiliary component consisting of at least one kind of fluoride containing a similar metal, and the main components include 50 to 90 mol% of the magnesium oxide and 10 to 90 mol% of the boron oxide, when the total of the main components is 100 mol%. ~50%, and is characterized in that it becomes a sintered body containing only a crystalline phase upon firing.
(4)前記助成分が酸化リチウム(Li_2O)、酸化
ナトリウム(Na_2O)、酸化カリウム(K_2O)
およびアルカリ金属を含む沸化物の少なくとも1種より
なり、前記主要成分と前記助成分全体を100モル%と
したとき前記主要成分は90〜99モル%、前記助成分
は1〜10モル%であることを特徴とする特許請求の範
囲第3項記載の低温焼成セラミックス材料。
(4) The auxiliary components are lithium oxide (Li_2O), sodium oxide (Na_2O), potassium oxide (K_2O)
and at least one fluoride containing an alkali metal, and when the total of the main component and the auxiliary component is 100 mol%, the main component is 90 to 99 mol%, and the auxiliary component is 1 to 10 mol%. A low-temperature fired ceramic material according to claim 3, characterized in that:
(5)前記助成分が少なくともアルカリ土類金属の沸化
物よりなり、前記主要成分と前記助成分全体を100モ
ル%としたとき前記主要成分は85〜99モル%、前記
助成分は1〜15モル%であることを特徴とする特許請
求の範囲第3項記載の低温焼成セラミックス材料。
(5) The auxiliary component consists of at least a fluoride of an alkaline earth metal, and when the main component and the auxiliary component as a whole are 100 mol%, the main component is 85 to 99 mol%, and the auxiliary component is 1 to 15 mol%. The low-temperature fired ceramic material according to claim 3, characterized in that the content is mol%.
(6)前記低温焼成セラミックス材料は、1100℃以
下で焼成されることを特徴とする特許請求の範囲第3項
記載の低温焼成セラミックス材料。
(6) The low temperature fired ceramic material according to claim 3, wherein the low temperature fired ceramic material is fired at a temperature of 1100° C. or lower.
JP62124160A 1986-09-02 1987-05-21 Low temperature ceramic material Pending JPS63185854A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03102613A (en) * 1989-01-06 1991-04-30 Hitachi Ltd Magnetic disk device and thin film magnetic head and wafer for forming thin film magnetic head
JP2010215422A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Meijo Univ Microwave dielectric ceramic composition and method for producing the same

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