JPS63295473A

JPS63295473A - 回路基板用誘電体材料

Info

Publication number: JPS63295473A
Application number: JP62130398A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ichinose; 昇一ノ瀬; Eiichi Asada; 栄一浅田; Hideetsu Suzuki; 秀悦鈴木; Mitsuyoshi Nishida; 西田　光儀; Nobumasa Yoshida; 吉田　伸昌; Tomoko Uchida; 友子内田
Original assignee: Shoei Chemical Inc
Current assignee: Shoei Chemical Inc
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1988-12-01
Also published as: JPH0457627B2

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回路基板として有用な誘電体材料、特に低温焼
成が可能な誘電体材料に関する。

従来の技術ＬＳＩなど半導体及び回路部品の高密度実装化に伴い、
近年多層回路基板が広く採用されている。

セラミック多層回路基板は、誘電体層と導体Ｎとを交互
にｖＪ層し、同時焼成して一体化することにより製造さ
れるものであり、誘電体材料としては、従来主としてア
ルミナ系セラミックスが使用されてきた。しかしアルミ
ナ系セラミックスは絶縁性、機械的強度等の特性は優れ
ているが、焼結温度が１５００℃以上と高く、内部配線
導体材料には比較的電気抵抗の高いＭＯやＷ等の高融点
金属を用いるので、導体幅を大きくとらなくてはならな
いなど、小型化、高密度化が困難である。そこで電気抵
抗が小さく融点の低いＡ（＋　、Ａｕ　、Ｃｕなどの高
導電性金属を導体材料として用いるために、これらの金
属の融点以下で焼結可能な誘電体材料の開発が望まれて
いる。

このような要請に応えて近年、例えば低温焼結セラミッ
クス、結晶化ガラス、ガラス−セラミックス混合物など
種々の誘電体材料が提案され、一部実用化されているが
、誘電率、絶縁性等の電気特性や強度など回路基板とし
ての要求特性を全て満足するものではなく、特に機械的
強度の点でアルミナ基板に及ばない。

明が解決しようとする５題１本発明の目的は、低温で焼成でき、焼成後は優れた絶縁
特性及び機械的強度を示す新規な回路基板用誘電体材料
を提供することにある。

問題点を解決するための　段本発明は、珪素、カルシウム、マグネシウム及びアルミ
ニウムを各々酸化物換算で５ＩＯ２１０〜６０重堡％、Ｃａ　０　　１０〜６０重１％、ＭｇＯ１〜３０重量％、Ａｌ２Ｏ３０〜５０重量％の比率で含有し、結晶化温度が１２００℃以下であるガ
ラスからなる回路基板用誘電体材料、及びこのガラスと
結晶性フィラーとの混合物からなる回路基板用誘電体材
料である。

上記ガラスは、各成分酸化物の原料化合物を酸化物換算
で上記の組成となるように混合し、通常のガラスの製法
に従って例えば１５００〜１７００℃の温度で溶融し、
次いで溶融物を急冷してガラス化し、これを粉砕するこ
とによって製造される。

結晶性フィラーとしてはアルミナ、シリカ、ジルコニア
、ベリリア、マグネシア、ステアタイト、フォルステラ
イト、ムライト等の酸化物や、窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、窒化硼素等の窒化物など通常フィラーとして使用
されているものの他、本発明のガラスを結晶化温度以上
で熱処理して予め結晶化させた後、粉砕することにより
製造されたガラス−セラミックス粉末も使用される。該
フィラーを前記ガラス対して添加混合することにより、
強度、脱バインダ性、成形性等を改善したり、焼成時の
収縮率を制御することができる。添加量は必要に応じて
適宜選択するが、７０重畳％程度までが好ましい。

１」本発明のガラスは、１２００℃以下の結晶化温度を有し
ており、結晶化温度以上で焼成することにより容易に結
晶化する。

析出する結晶は組成によっても異なるが、主としてβ−
ウオラストナイト、７ノーサイト、メリライト、ムライ
トなどであり、特にメリライトが非常に微細な形で析出
し易く、これにより機械的強度が大きく、かつ絶縁性が
優れた誘電体が得られるものと考えられる。又この結晶
は安定しており、酸及びアルカリに対しても耐久性があ
る。メリライトの中でもことにＣａ２Ｍ（ｌｓｉ　２０
７（オケルマナイト）とＣａｚＡｌ　２ＳｉＯ７（ゲー
レナイト）の固溶体は極めて微細な板状結晶として析出
するので、強度が飛躍的に向上する。更に本発明のガラ
スの焼成体は表面が極めて平滑で、特別な研磨処理を必
要としない。

３ｉ　０２は結晶相の主要成分であるが、６０重量％を
越えると結晶化しにくくなる。又融点が上昇するのでガ
ラス製造時の溶融が困難になる。

１０重重示より少量ではガラス化しにくい。ＣａＯも結
晶相の主要成分であり、６０重堡％を越えると溶融が困
難になる。又１０重Φ％より少いとガラス化しにくい。

ＭｇＯは１重量％以上配合することによりＳｉ　０２−
Ｑａ　Ｑガラスの吸水性を低下させ活性を小さくする。

又ＭｑＯはメリライト結晶特にオケルマナイトを構成す
るが、３０重量％を越えると溶融温度が上昇するので好
ましくない。Ａｌ２Ｏ３は本発明の目的を達成するため
に必ずしも必要な成分ではないが、Ｓｉ　０２−Ｃａ　
Ｏ−Ｍｑ　Ｏ系ガラスに添加することによってガラス化
範囲が広くなり、種々の特性値をコントロールするため
の自由度が増す。又Ａ＋２０３はゲーレナイトなどの結
晶の主要成分になる。４０重呈％を越えると、やはりガ
ラス製造時の溶融が困難となるので望ましくない。特に
好適な組成範囲は、ＳｉＯ２２０〜５５重量％、Ｃａｏ　　２０〜４５重量％、Ｍｇ　Ｏ１〜２０重量％、Ａｌ２Ｏ３０〜４０重量％、で、この範囲ではメリライトが主相として析出し易いの
で強度が優れており、結晶化８度も１０００℃以下と、
より低温焼成が可能となる。最適なガラス組成は、オケ
ルマナイトとゲーレナイトの連続固溶体が析出し易い、ＳｉＯ２２０〜４５重量％、Ｃａ０　３０〜４５重量％、ＭＣｌ０　　　１〜１５重量％、Ａｌ２Ｏ３０〜４０重量％、の範囲である。

本発明の誘電体材料は、回路基板や多層回路の誘電体層
として使用される。

例えば多層回２８基板に使用する場合は、本発明のガラ
スをボールミルにて平均粒径１〜５ｕ程度まで粉砕し、
この粉末に必要に応じてフィラー、結合剤、可塑剤、湿
潤剤を添加し、溶剤中で充分に混合してスラリーを作り
、ドクターブレード法など公知の方法により成形してグ
リーンシートを作成する。このグリーンシートに導体を
印刷し、複数枚積層して加熱加圧した後、焼成すること
により一体化する。焼成はガラスの結晶化温度以上で行
えばよく、例えば９００〜１２００℃の低温で焼成する
ことができる。焼成雰囲気は使用する導体材料により、
酸化性雰囲気、非酸化性雰囲気のいずれでもよい。尚グ
リーンシートの代わりに、誘電体ペーストの形でペース
ト積層法による多層回路基板のＩｕ３ｆｉに用いること
もできる。

友凰舅実施例１〜１１Ｓｉ　０２　、Ｃａ　ＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２　、Ａｌ
　２０３を酸化物換郷で表１に示した割合で秤吊し、自
動乳鉢で混合し、１７００℃に３０分保持して溶融した
後、双ロールで急冷してガラスを製造した。このガラス
をスタンプミルで粗粉砕し、次いで分散媒としてメタノ
ールを用いてアルミナ製ボールミルで２４時間粉砕し、
平均粒径２．５μｓのガラス粉末を冑だ。得られたガラ
ス粉末について、それぞれ結晶化温度を測定し、表１に
示した。

このガラス粉末１００Ｉｆｆｉ部に対してアクリル系樹
脂１３．５重量部、フタル酸系可塑剤１０重量部、ケト
ン系溶剤６０小吊部を添加し、アルミナ製ボールミルを
用いて充分混合してスラリーとした。次いで脱泡及び粘
度調整を行った後、ドクターブレード法により厚さ　１
５０１ｉＩＩのグリーンシートを作成した。６枚のグリ
ーンシートを温度１００℃、圧力１００８ｇ／Ｃｄで加
熱加圧して積層し、未焼結基板を冑た。これを５００℃
で４時間保持して有機物を除去し、ベルト炉において窒
素雰囲気中１０００℃で４時間焼成を行った。

得られた焼成体について各々絶縁抵抗及び抗折強度を測
定し、結果を表１に併せて示した。

表１より明らかなように、本発明の誘電体材料は回路基
板材料として優れた特性を有している。

比較例１〜５Ｓｉ　０２　、Ｃａ　ＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２　、ＡＩ
　２０ｓを酸化物換算で表１に示した割合で混合し、実
施例と同様にして溶融、急冷したところ、比較例１では
ガラス化せず、又比較例３〜５では１７００℃で酸化物
が完全に溶融しなかった。比較例２では得られたガラス
粉末を用いてグリーンシートを作成し、積層、焼成した
が、結晶化せず、抗折強度は１０００Ｋｇ／Ｃｊｉと、
実用に供し冑ないものであった。

実施例１２実施例３と同一組成のガラス粉末と、結晶性フィラーと
して平均粒径３．０−のアルミナ粉末とを小争比で９０
：１０の割合で混合し、実施例１と同様にしてグリーン
シートを作り、積層した後１０００℃で焼成した。得ら
れた焼成体の絶縁抵抗及び抗折強度はそれぞれ１０１４
ΩＣ以上、２５４０に’ｉ／ａｌであった。

実施例１３実施例２と同一組成のガラス粉末と、結晶性フィラーと
して平均粒径０．４μｍの窒化アルミニウム粉末とを小
吊比で９５：５の割合で混合し、実施例１と同様にして
グリーンシートを作り、積層した後１０００℃で焼成し
た。得られた焼成体の絶縁抵抗及び抗折強度はそれぞれ
１０１４Ωｃｍ以上、２４９Ｂｇ／−であった。

技１と九里本光明の誘電体材料は、高い機械的強度及び優れた化学
的耐久性、電気的特性を有しており、又低温での焼結が
可能なので、設備コスト、製造コストの低減に加えて、
導体抵抗の低いＡｇ、Ａｕ　。

Ｃｕなどの金属を配線材料として使用することができ、
高密度実装が可能な回路基板用材料として極めて有用で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１　珪素、カルシウム、マグネシウム及びアルミニウム
を各々酸化物換算でＳｉＯ＿２　１０〜６０重量％、ＣａＯ　１０〜６０重量％、ＭｇＯ　１〜３０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３　０〜５０重量％の比率で含有し、結晶化温度が１２００℃以下であるガ
ラスからなる回路基板用誘電体材料。２　珪素、カルシウム、マグネシウム及びアルミニウム
を各々酸化物換算でＳｉＯ＿２　１０〜６０重量％、ＣａＯ　１０〜６０重量％、ＭｇＯ　１〜３０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３　０〜５０重量％の比率で含有し、結晶化温度が１２００℃以下であるガ
ラスと、結晶性フィラーとからなる回路基板用誘電体材
料。