JPS6350307B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、回路基板用の絶縁材料となる磁器組
成物、特に多層回路基板用の絶縁材料として最適
な磁器組成物に関する。 電子回路の高集積化が要求される今日、回路基
板は、益々多層化、小型化、薄型化されて高密度
化が図られる傾向にある。こうした中で高い信頼
性を得るため、多層回路基板は、高い絶縁性と高
い抗折強度並びに熱膨張係数の可及的小さいもの
が望まれている。 これまで多層回路基板用の絶縁磁器材料として
は、絶縁性の良好なアルミナ磁器が主として使用
されているが、このアルミナ磁器は、焼結温度が
1500〜1600℃と高温である。このため、予め磁器
シートの表面に配線用の導電材料を印刷し、これ
を磁器の焼結と同時に焼成するといつた方が採ら
れる多層回路基板の製造においては、上記導電材
料として専らＷ，MO，Pt等の高融点材料を使用
する必要があり、これが上記基板のコストを高め
る要因となつている。 換言すると、多層回路基板について上記導電材
料の面からコストの低減を図るには、同材料とし
てNi等の金属を使用することが必要であり、そ
れには、非酸化雰囲気中において1300℃以下とい
う比較的低い温度で焼結可能な絶縁磁器材料が要
求される。 本発明は、従来の磁器材料における上記問題を
解決すべくなされたものであつて、非酸化雰囲気
において1300℃以下の温度で焼結させることがで
き、しかも抗折強度に優れ、かつ熱膨張係数の小
さい絶縁磁器組成物を提供することを目的とした
ものである。 本発明による磁器組成物は、Li₂Oを0.5〜
10mol％、CaO、SrO、BaO、ZnOの少なくとも
１種からなる酸化物を５〜45mol％、MgOを１
〜40.7mol％、Al₂O₃を１〜40mol％、ZrO₂を１
〜30.3mol、SiO₂を12.8〜65.6mol％の比率で含有
させた混合物を焼結させたものである。 以下、本発明の実施例として配合の異なる複数
の磁器組成物から試料を作製し、これについて実
施した試験の結果等について説明する。 別表における試料１は、同表に記載の通り、
SiO₂を60.0mol％、CaO₂を17.5mol％、MgOを
5.4mol％、ZrO₂を1.0mol％、Al₂O₃を6.1mol％、
Li₂Oを10.0mol％含有する磁器組成物から作製さ
れた試料である。先ずこの作製方法について説明
すると、最初にSiO₂粉末を51.1g、CaCO₃粉末を
24.8g、MgO粉末を3.1g、ZrO₂粉末を1.7g、
Al₂O₃粉末を8.8g、Li₂CO₃粉末を10.5g宛秤量し、
これらをアルミナボールと共に約15時間ボールミ
リングすることにより、湿式混合した。 次いでこの混合物を脱水乾燥した後、空気中に
おいて約850℃の温度で約２時間仮焼成を行つた。
その後アルミナボールと共に湿式撹拌して粉砕
し、仮焼材料を作製した。次ぎにバインダとして
同材料に対し20wt％のポリビニルアルコールを
加えて混合造粒し、これを1000Kg／cm²の圧力で板
状に加圧成形した。次ぎにこれを炉に入れ、空気
中において600℃まで毎時100℃の割合で昇温し、
ポリビニルアルコールを燃焼させた。しかる後炉
の中をN₂が98.5vol％、H₂が3.0vol％の還元雰囲
気に変えて、1200℃の温度を３時間維持して焼成
し、試料１を得た。このときの焼結温度FTを別
表に示した。なお、試料は、試料の目的に従い、
直径1.6cm、厚さ0.1cmの円板形のものと、長さ２
cm、幅１cm、厚さ0.2cmの角板形のものをそれぞ
れ作製した。 この試料１については、次の方法により試験を
行つた。先ず、電気的特性については、上記円板
形の試料を用い、この両主面にインジウム―ガリ
ウム合金を塗布して直径1.4cmの電極を設け、比
誘電率ε、Ｑ（qu′ality factor）及び抵抗率ρ（Ω
cm）を測定した。この内、抵抗率ρを別表に示し
た。なお比誘電率εは、1MHzの周波数で測定し
た電気容量により算出し、Ｑは、上記電気容量と
同時に測定した。また抵抗率ρは、100Vの直流
電圧の印加開始から30秒後の絶縁抵抗を測定し、
この結果から算出した。 物理的、機械的特性については、上記角板形の
試料を用い、熱膨張係数α（／℃）及び抗折強度
τ（Kg／cm²）を測定し、これを別表に示した。な
お熱膨張係数αは、20〜500℃の温度間における
線膨張係数を測定し、抗折強度τは、支点間距離
ｌ＝0.7cmの条件で破壊強度Ｐ（Kg）を測定し、τ
＝3Pl／2wt²（Kg／cm²）の式により求めた。但し
ｗは試料の幅（cm）、ｔは試料の厚さ（cm）であ
る。 以下、試料２〜78についても、上記各磁器材料
がそれぞれ別表の各欄に示すような含有比率とな
るようそれらの粉末を調合し、試料１と同じ方法
及び条件（但し焼結温度は各々異なる）で作製し
た。このときの各試料の焼成温度FTを別表の各
欄に示した。またこうして作られた各試料につい
て、試料１と同じ方法、条件で上記諸特性を測定
し、この内、各試料の抵抗率ρ、熱膨張係数α及
び抗折強度τをそれぞれ別表に示した。同表から
明らかな通り、これら試料は、何れも焼結温度
FTが1300℃以下、熱膨張係数αが6.5×10^-6／℃
以下、抵抗率ρが１×10¹³Ωcm以上であつた。 これに対し、上記の含有比率の要件を満たさな
い磁器組成物を使用し、上記試料と同じ方法及び
条件（但し焼結温度は各々異なる）で79〜89番ま
で11の試料を作製した。このときの焼成温度FT
を別表に示した。またこれらについても上記試料
と同じ方法、条件で諸特性を測定し、この内、各
試料の抵抗率ρ、熱膨張係数α及び抗折強度τを
別表に示した。同表から明らかな通り、これら試
料は、何れも焼結温度FTが1300℃以下、熱膨張
係数αが6.5×10^-6／℃以下、抵抗率ρが１×
10¹³Ωcm以上という上記条件を少なくとも何れか
１つにおいて満足していないか、または焼結がで
きなかつたものである。 この結果は、各磁器材料の有する作用が、特に
前者のグループの試料において相乗的に発揮され
たことにより得られたものであるが、これら各磁
器材料の一般的作用とこれに対応する試験結果に
ついて述べると、次の通りである。 (1) SiO₂の含有量が少ないと焼結温度が高くな
り、逆に多過ぎるても焼結温度が高くなる。試
料１〜78の中でこの含有量が12.8mol％と最も
少ないのは試料70であるが、同試料が1300℃で
焼結できたのに対し、これより少ない10.0mol
％の含有量を持つ試料79では、焼結に1350℃の
温度を要した。一方、試料１〜78の中でこの含
有量が60.0〜65.6mol％と比較的多いのは、試
料１，５，13，16，32，44，55，73，74である
が、これが何れも1000〜1250℃の温度で焼結で
きたのに対し、これ以上の68.0mol％の含有率
を持つ試料80では、焼結に1350℃の温度を要し
た。 (2) CaO、SrO、BaO、ZnOからなる酸化物の含
有量が少ないと焼結温度が高くなり、これが多
過ぎると焼結可能な温度の幅が狭くなり、焼結
が困難になる。試料１〜78の中でこれら酸化物
の総量が5.0mol％と最も少ないのは、試料12，
14，16〜20，22，44及び48であるが、これらが
何れも1150〜1200℃の温度で焼結できたのに対
し、3.0mol％と上記酸化物の含有量がこれよ
り少ない試料81では、焼結に1350℃の温度を要
した。一方、試料１〜78の中でこれら酸化物を
41.1〜45.0mol％と比較的多く含有する試料29，
52，77，78が何れも1000〜1050℃の温度で焼結
できたのに対し、これよりさらに多い50.0mol
％の酸化物を含む試料82では、焼結可能な温度
の幅が狭いため、工業化に適さなかつた。 (3) MgOの含有量が少ないと焼結可能な温度の
幅が狭くなり、また多過ぎると焼結温度が高く
なり、しかも絶縁性が低下する。試料１〜78の
中でMgOが1.0mol％と最も少ないのは、２，
３，７〜10，13〜15，19，21，26，28，30，
32，34〜36，46，50，55，57，59，73，77，78
であるが、これらが何れも1000〜1250℃の温度
で焼結できたのに対し、これ以下の0.1mol％
のMgOを含む試料83では、焼結可能な温度の
幅が狭いため、工業化に適さなかつた。一方、
試料１〜78の中で33.2〜40.7mol％とこの含有
量が比較的多いのは、試料18，56，70である
が、これら試料が何れも1200〜1300℃の温度で
焼結することができたのに対し、これ以上の
45.0mol％のMgOを含む試料84では、焼結に
1400℃の温度を要した。しかも前者は、抵抗率
ρが何れも１×10¹³Ωcm以上あつたのに対し、
後者は、１×10¹¹Ωcmと低かつた。 (4) Al₂O₃は機械的強度に優れ、この量が多いと
抗折強度が高くなるが、この反面焼結温度が高
くなる。試料１〜78の中でこの量が32.2〜
40.0mol％と比較的多い試料19，23，49，57，
61，70では、2300〜2500Kg／cm²という高い抗折
強度が得られており、しかも焼結温度は、1250
〜1300℃であつた。しかし、これより多い
45.0mol％のAl₂O₃を含む試料85では、抗折強
度が2400Kg／cm²と、向上する傾向が見られない
うえ、焼結に1350℃という温度を要した。 (5) ZrO₂の含有量が少ないと絶縁性が低下し、
これが多くなると焼成温度が高くなる。試料１
〜78の中で1.0mol％とこの量が最も少ないの
は、試料１，２，４，６，７，９，12，13，
16，17，21，23，27，29，31〜33，36〜38，
49，52，56，57，60，61.65，70，74，76であ
るが、これらの抵抗率ρが何れも10¹³Ωcm以上
あつたのに対し、0.1mol％とこれ以下の含有
量を持つ試料86の抵抗率ρは、10¹¹Ωcmであつ
た。また試料１〜78の中で20.0〜30.3mol％と
この含有量が比較的多い試料20，43及び58が
1100〜1250℃の温度で焼結できたのに対し、こ
れ以上の33.0mol％の含有量を持つ試料87で
は、焼結に1350℃の温度を要した。 (6) Li₂Oが少ないと熱膨張係数が大きくなり、
多過ぎると絶縁性が低下する。試料１〜78の中
で0.5〜0.9mol％とこの含有量が比較的少ない
のは、53，58，64，67，77といつた試料である
が、これらの熱膨張係数αが何れも5.9〜6.5×
10^-6／℃以下であるのに対し、これらより少な
い0.2mol％の含有量を持つ試料88では、熱膨
張係数αが7.2×10^-6／℃と高くなつている。
一方、9.8〜10.0mol％と試料１〜78の中でこの
含有量が比較的多いのは、１，９，22，24等の
試料であるが、これらの抵抗率ρが何れも１×
10¹³Ωcm以上であるのに対し、これらより多い
12，0mol％の含有量を持つ試料89の抵抗率ρ
は、１×10¹¹Ωcmと低かつた。 なお、試料１〜78は何れも比誘電率εが９以
下、Ｑが500以上と、他の特性においても多層
回路基板として実用的な数値を得ることができ
た。これらの詳細な数値の掲載は省略する。 以上のように本発明による磁器組成物では、非
酸化雰囲気中において1300℃以下の温度で焼結さ
せることができる。このため、回路配線用の導電
材料としてNi等の金属を使用して多層回路基板
を製造することができるようになり、配線用導電
材料の面からコストの低減を図ることができる。
しかも本発明による磁器組成物で作製された基板
は、多層回路基板として実用的な特性を得ること
ができ、特に高い抗折強度と低い熱膨張係数が得
られることから、基板の小形化、薄形化に対応す
ることができるようになると共に、耐熱性の高い
多層回路基板を作製することができるようにな
る。

【表】

【表】

【表】

【表】 ＊ 焼結温度の幅が狭いため焼結不能

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Li₂Oを0.5〜10mol％、CaO、SrO、BaO、
   ZnOの少なくとも１種からなる酸化物を５〜
   45mol％、MgOを１〜40.7mol％、Al₂O₃を１〜
   40mol％、ZrO₂を１〜30.3mol％、SiO₂を12.8〜
   65.6mol％の比率で含有する混合物を焼成してな
   ることを特徴とする絶縁磁器組成物。