JPS63265858A

JPS63265858A - 多層基板用低温焼結磁器組成物

Info

Publication number: JPS63265858A
Application number: JP62100588A
Authority: JP
Inventors: Kimihide Sugo; 公英須郷; Wakichi Tsukamoto; 塚本　和吉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1987-04-22
Publication date: 1988-11-02

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）この発明は多層基板用低温焼結磁器組成物に関し、特に
、たとえば複数の磁器層が積層されそれらの磁器層間に
回路が形成されてなる多層磁器基板に適した、多層基板
用低温焼結磁器組成物に関する。

（従来技術）一般に、電子機器の小型化に伴い、電子回路を構成する
各種電子部品を実装するために磁器基板が汎用され、最
近では、実装密度をさらに高めるために、その表面に導
電材料のペーストで回路パターンが形成された未焼成の
磁器シートを複数枚積層し、この積層物を焼成して一体
化した多層磁器基板が開発されている。従来、このよう
な多層磁器基板の材料としては、アルミナが用いられて
いた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の多層磁器基板の材料では、アルミ
ナの焼結温度が１，５００〜１，６００℃と高温である
ため、まず焼結に要するエネルギが多量に必要となり、
コスト高になる。さらに、基板内部に形成される内部回
路の導電材料としては、高温の焼成温度に耐え得るＷや
Ｍｏなどの高融点金属に限定されるため、回路パターン
そのものの抵抗値が高くなるというデメリットがある。

また、アルミナの熱膨張係数がアルミナ基板の上に搭載
される半導体を構成するシリコンチップよりも大きいた
め、シリコンチップにサーマルストレスが加わり、シリ
コンチップにクラックを発生させる原因となる。さらに
は、アルミナそのものの誘電率が大きいため、回路の内
部を伝播する信号の遅延時間が大きくなるなどの問題が
あった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、低温で焼結可能
で、熱膨張係数が小さく、かつ誘電率が小さく、さらに
曲げ強度の大きい、多層基板用低温焼結磁器組成物を提
供することである。

（問題点を解決するための手段）この発明は、ウイレマイトを３０〜８５ｍｏｌ％と、Ｂ
２Ｏ３を２．５〜３０ｍｏｌ％と、ＺｎＯ，ＭｇＯ、Ｃ
ａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計を２．５〜４０ｍｏｌ
％と、Ｓ　ｉ　ｏｘを２．５〜５９ｍｏｌ％とを含む、
多層基板用低温焼結磁器組成物である。

この発明にかかる多層基板用低温焼結磁器組成物を製造
するに当たっては、通常の窯業技術が適用される。すな
わち、ウイレマイトｌ　　Ｂｌ　０３　。

ＺｎＯ，ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ，ＢａＯおよびＳ　ｉ
　Ｏ，の各粉末を所定の割合で秤量、調合し、その原料
混合物を仮焼した後粉砕し、この粉末にバインダを加え
てスラリーを作成し、さらに、ドクタブレード法などの
シート成形法によりセラミックグリーンシートを作成し
、このセラミックグリーンシートの積層体を焼結するこ
とにより、多層磁器基板が得られる。したがって、上述
した工程によれば、ガラス化の工程がないため、焼成時
の脱バインダが容易であり、消費エネルギも少なくてよ
いことになる。

さらには、上述した工程により作成されたセラミックグ
リーンシートの上には、導電パターンを形成するための
導電材料を含むペーストパターンが印刷、塗布などの方
法により形成されるが、セラミックグリーンシートの焼
成に当たっては、これらの導電材料の種類に応じて焼成
雰囲気を設定すればよい。この導電材料としては、たと
えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉなどが挙げられる
が、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄについては酸化性雰囲気で、Ｃｕ
　、　Ｎｉについては窯業などの還元性雰囲気で焼成す
ればよい。

この発明の多層基板用低温焼結磁器組成物を用いて、基
板そのものを製造する場合には、原料を秤量、混合し、
この原料混合物を８００〜９００℃で仮焼した後、その
仮焼物を粉末状に粉砕し、その粉末をバインダと混練し
てからシート状に成形し、そして、得られたセラミック
グリーンシートを酸化性雰囲気あるいは非酸化性もしく
は還元雰囲気中で焼成すればよい。

また、多層回路基板を製造する場合には、セラミックグ
リーンシートの上にＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ。

Ｃｕ、Ｎｉなどの導電材料からなる導電性ペーストで回
路パターンを印刷し、それらを複数枚積層してから、導
電性ペーストに応じた雰囲気で焼成すればよい。この導
電材料としてＣｕやＮｉなどの卑金属を使用する場合、
それらの酸化を防止するため、非酸化性もしくは還元性
の雰囲気で焼成することが好ましい。たとえば、窒素を
キャリアガスとして水蒸気中を通過させ、それに酸素お
よび水素を微量含有させた窒素−水蒸気雰囲気（通常、
Ｎ２を９９．７〜９９．．８％含む雰囲気）中で９００
〜１．０２０℃で焼成することが好ましい。なお、酸素
を微量含有させるのは、セラミンクグリーンシートを形
成するために使用するバインダを仮焼段階で、炭素とし
て残存させないために、完全に燃焼させて除去するため
である。

（発明の効果）この発明によれば、次の効果を有する。

（１）１，０２０℃以下の温度で焼結可能であり、回路
パターンを形成するための導電材料としてＡｇ、Ａｇ−
Ｐｄなどの比較的安価な貴金属が使用できる。また、非
酸化性の雰囲気で焼成できるため、回路パターンの導電
材料として安価なＣｕ。

Ｎｉなどの卑金属が使用できる。さらには、内部に抵抗
パターンを形成するに当たっても、サーメット材料が使
用できる。

（２）熱膨張係数が３〜６ｐｐｍ／’Ｃと小さく、この
基板の上にシリコンチップを搭載しても、サーマルスト
レスによってシリコンチップにクランクが発生する恐れ
がない。

（３）誘電率が８以下とアルミナの値よりも小さくなる
ため、信号の遅延時間の短縮が図れる。

（４）曲げ強度が１　、　５００　ｋｇ／ｃｆｆ１以上
であって、実用上十分に耐えうる強度を有する。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう
。

（実施例）まず、ウイレマイト原料を準備した。ここでいうウイレ
マイトとは、ＺｎＯが２５〜８０ｍｏｌ％と、ＳｉＯ２
が１５〜６５ｍ０１％と、Ａｎ２０、がＯ〜１５ｍｏ　
１％とからなり、その主相がＸ＆％的にみてウイレマイ
ト（Ｚｎｚ　Ｓ　ｉｏｎ　）である仮焼物を表す。

すなわち、ウイレマイトの原料としてＳｉＯ２、ＺｎＯ
およびＡｊ２ｚＣｈを準備した。それから、これらの原
料を混合し、この混合物を１．２００〜１，５００℃で
仮焼した。この仮焼により、Ｘ線的に主相がウイレマイ
トである仮焼物が得られた。そして、この仮焼物を粉砕
して、ウイレマイト原料として準備した。

次に、このウイレマイト原料と、その他の構成材料、す
なわち、Ｂ２Ｏ２またはＢＮあるいはＢ、Ｃ，ＣａＯま
たはＣａＣ０ｚ　、ＳｒＯまたは５ｒＣ０３、ＢａＯま
たはＢ　ａ　ＣＯ３、Ｓ　ｉ　Ｏｚ、ＺｎＯｌＭｇＯま
たはＭ　ｇ　ＣＯ３を準備し、別表に示す組成の磁器が
得られるように、それらの材料を秤量、混合した。この
混合物を８００〜９００℃の温度で仮焼し、粉砕した。

この粉砕した粉末に有機バインダを加えて混練しスラリ
を得た。

得られたスラリをドクタブレード法によって厚さ１１嘗
のシート状に成形して、セラミックグリーンシートを作
成した。このセラミックグリーンシートを縦３０ｍｍ、
横１０１ｍの大きさにカントし、水蒸気中に通過させた
窒素をキャリアガスとする窒素−水蒸気の還元性もしく
は非酸化性雰囲気中９００℃の温度でそのバインダ成分
を燃焼させ、さらに、これを別表に示す各温度で１時間
焼成して磁器を得た。

また、このセラミックグリーンシートを４１３１鳳、横
２０鰭の角板状にカントし、これを３枚積層して２．０
００ｋｇ／ｃａｌで加圧し角柱状の積層物を作成した。

そして、この積層物を上述の方法で焼成し、熱膨張測定
用の試料とした。

これらの試料について、次の通り各特性をそれぞれの条
件や測定方法で測定し、表に示す結果を得た。

誘電率：周波数ＩＭＨｚで測定した値。

誘電損失二周波数ＩＭＨｚで測定した値。

比抵抗：試料に直流１００Ｖを印加したときの値。

曲げ強度：２点で支持しそれらの２点間の１点に力を加
える、いわゆる３点曲げ法による強度。

熱膨張係数：次式より算出した値。

式中、　α：熱膨張係数 ΔＬ：加熱による試料の見掛けの伸び（ｌ諺）Ｌ：室温での試料の長さく關）Ｔ１　：室温Ｔｚ：５００℃ αＳｉＯ□　：石英ガラスの熱膨張係数なお、別表中に
は、これらの試料の比抵抗および誘電損失を記載してい
ないが、いずれの試料についても、ＩＱＩ３Ω・艶より
大きい抵抗値を有しかつ０．２％より小さい誘電損失値
を有しており、絶縁体として十分な特性を有することが
わかっている。

また、これとは別に、同じ方法で厚さ０．３〜０．４ｍ
ｍのセラミックグリーンシートを作成した。

そして、このセラミックグリーンシートの表面に粒径が
５μｍ以下の銅粉末と有機質ビヒクルとを重量比８０：
２０の割合で混合した銅ペーストを印刷し、これを３枚
積層して熱圧着し、窒素−水蒸気の還元性もしくは非酸
化性雰囲気中で別表に示す各温度で１時間焼成して多層
磁器基板を得た。

こうして得られた多層磁器基板のＣｕ導体は酸化されて
おらず、良好な導電性を示し、その面積抵抗は２ｍΩ／
口であった。なお、有機質ビヒクルはエチルセルロース
をα−テレピネオールで１０倍に希釈したものを使用し
た。

別表の結果は次の基準に該当するのものを特性がよいも
のとして判定した。

焼結温度：１，０２０℃以下（Ｃｕ導体およびＡｇ−Ｐ
ｄ導体の使用可能な温度、ただし、Ａｇ−Ｐｄ導体はＡｇ：Ｐｄが８０　：　２０のもの）誘電率（ε）：ＩＭＨｚの条件下で８以下誘電損失（ｔ
ａｎδ）：ＩＭＨｚの条件下で０．２％以下比抵抗：直流電圧１００ｖの条件下で１０１１Ω・０以
上曲げ強度：　１．　５０　Ｑｋｇ／ｃＪ以上熱膨張係数
：３〜６　ｐ　ｐ　ｍ／℃ また、非酸化性雰囲気で使用できるサーノ７）抵抗を表
面に形成した場合、この発明にかかる多層磁器基板上の
サーメット抵抗はアルミナ基板と同等の特性を示した。

また、上述した実施例では、焼成雰囲気を窒素からなる
還元性雰囲気に設定したが、このほか、自然雰囲気中で
焼成しても別表に示した程度の特性が得られることが確
認できた。

なお、別表において、＊印を付したものはこの発明の範
囲外のものであり、それ以外はすべてこの発明の範囲内
のものである。

別表から明らかなように、この発明の多層基板用低温焼
結磁器組成物における組成範囲を限定した理由は次の通
りである。

試料番号１のようにウイレマイトが３０ｍｏｌ％未満で
は、熱膨張係数が大きくなり、一方、試料番号４のよう
にウイレマイトが３５ｍｏｌ％を超えると、焼結温度が
高くなる。

試料番号５のように８２０３が２．５ｍｏｌ％未満では
、焼結温度が高（なり、一方、試料番号８のようにＢ、
Ｏｆｆが３０ｍｏ　１％を超えると曲げ強度が小さくな
りかつ発泡する。

試料番号９のようにＳｉｎ、が２．５ｍｏｌ％未満では
、焼結温度が高（なり、一方、試料番号１２のようにＳ
ｉＯ□が５Ｑｍｏｌ％を超えると焼結温度が高くなりか
つ曲げ強度が小さくなる。

試料番号１４および１５のようにＺｎＯ，ＭｇＯ、Ｃａ
Ｏ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計が２．５ｍｏｌ％未満で
は、焼結温度が高くなり、一方、試料番号１７のように
それらの合計が４０ｍｏｌ％を超えると誘電率が大きく
なりかつ曲げ強度が小さくなる。

特許出願人　株式会社　村田製作所代理人　弁理士　岡　１）　全　啓（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】ウイレマイトを３０〜８５ｍｏｌ％、Ｂ＿２Ｏ＿３を２．５〜３０ｍｏｌ％、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯの合計を
２．５〜４０ｍｏｌ％、およびＳｉＯ＿２を２．５〜５０ｍｏｌ％含む、多層基板用低
温焼結磁器組成物。