JPWO2004076380A1 - セラミックス組成物及びセラミックス配線基板 - Google Patents
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Abstract
１０００℃以下の低温焼成が可能で、強度が高く、セラミックス層を利用した電子部品領域を形成する場合にも有利なセラミックス組成物及び配線基板を提供する。 ＳｉＯ２５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成のセラミックス原料又はその仮焼粉末を成形し、焼成して、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するセラミックス組成物を得る。また、上記セラミックス組成物からなる基板に導電性部材で形成された配線層を形成することにより、セラミックス配線基板を得る。
Description
本発明は、ディオプサイド（Ｄｉｏｐｓｉｄｅ）結晶（ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６）を主結晶として含有するセラミックス組成物、及び該セラミックス組成物を利用したセラミックス配線基板に関する。
セラミックス多層配線基板においては、近年高周波化が進んでおり、高周波信号を損失なく伝送する上で、配線層を形成する導体として、銅や銀などの低抵抗金属を使用することが要求されている。これらの低抵抗金属を導体材料として用いるためには、基板材料は１０００℃以下の低温で焼成が可能なことが必要となる。こうした基板材料の１つとして、ディオプサイド結晶を主結晶として含有するセラミックスが知られている。
ディオプサイド結晶を利用したセラミックス組成物の一つとして、特開２０００−１２８６２８号公報には、質量百分率で結晶性ガラス粉末５０〜１００％、フィラー粉末０〜５０％からなり、該結晶性ガラス粉末がＳｉＯ２４０〜６５％、ＣａＯ１０〜２０％（ただし２０％を含まず）、ＭｇＯ１１〜３０％、Ａｌ２Ｏ３０．５〜１０％、ＣｕＯ０．０１〜１％、ＳｒＯ０〜２５％、ＢａＯ０〜２５％、ＺｎＯ０〜２５％の組成を有し、主結晶としてディオプサイド結晶及び／又はディオプサイド固溶体結晶を析出することを特徴とするガラスセラミックス組成物が開示されており、それによってＡｇを内層導体に用いて同時焼成した場合でも、Ａｇがガラスセラミックス中に拡散せず、しかも高周波回路に十分対応できる低い誘電損失を有する多層基板を作製できることが記載されている。
また、特開２００１−２７８６５７号公報には、ディオプサイド結晶（ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６）を主結晶として含有する低温焼成磁器組成物であって、その誘電率εが７以下、かつ、そのＱ×ｆ値が１００００ＧＨｚ以上であることを特徴とする低温焼成磁器組成物が開示されており、それによって１０００℃以下の温度で焼成可能で、高周波領域において優れた誘電特性を有する配線基板が得られることが記載されている。
しかしながら、上記特開２０００−１２８６２８号公報の技術では、結晶性ガラス粉末を原料とするため、原料コストが高くなり、原料の取り扱い性も悪いという問題があった。また、ＣａＯの含量が比較的多いため、副結晶としてフォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）結晶が生成するため、強度低下を起こしやすいという問題もあった。
また、特開２００１−２７８６５７号公報の技術では、副結晶としてウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）結晶や、フォルステライト結晶が生成するため、強度低下を起こしやすいという問題があった。更に、セラミックス層を利用してコンデンサ、フィルター等の電子部品領域を形成する場合には、誘電率が高いほど小型化に対応しやすいが、誘電率が７以下であるため、小型で良好な特性のものを得にくくなり、高集積の要求に対応しにくいという問題もあった。
ディオプサイド結晶を利用したセラミックス組成物の一つとして、特開２０００−１２８６２８号公報には、質量百分率で結晶性ガラス粉末５０〜１００％、フィラー粉末０〜５０％からなり、該結晶性ガラス粉末がＳｉＯ２４０〜６５％、ＣａＯ１０〜２０％（ただし２０％を含まず）、ＭｇＯ１１〜３０％、Ａｌ２Ｏ３０．５〜１０％、ＣｕＯ０．０１〜１％、ＳｒＯ０〜２５％、ＢａＯ０〜２５％、ＺｎＯ０〜２５％の組成を有し、主結晶としてディオプサイド結晶及び／又はディオプサイド固溶体結晶を析出することを特徴とするガラスセラミックス組成物が開示されており、それによってＡｇを内層導体に用いて同時焼成した場合でも、Ａｇがガラスセラミックス中に拡散せず、しかも高周波回路に十分対応できる低い誘電損失を有する多層基板を作製できることが記載されている。
また、特開２００１−２７８６５７号公報には、ディオプサイド結晶（ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６）を主結晶として含有する低温焼成磁器組成物であって、その誘電率εが７以下、かつ、そのＱ×ｆ値が１００００ＧＨｚ以上であることを特徴とする低温焼成磁器組成物が開示されており、それによって１０００℃以下の温度で焼成可能で、高周波領域において優れた誘電特性を有する配線基板が得られることが記載されている。
しかしながら、上記特開２０００−１２８６２８号公報の技術では、結晶性ガラス粉末を原料とするため、原料コストが高くなり、原料の取り扱い性も悪いという問題があった。また、ＣａＯの含量が比較的多いため、副結晶としてフォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）結晶が生成するため、強度低下を起こしやすいという問題もあった。
また、特開２００１−２７８６５７号公報の技術では、副結晶としてウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）結晶や、フォルステライト結晶が生成するため、強度低下を起こしやすいという問題があった。更に、セラミックス層を利用してコンデンサ、フィルター等の電子部品領域を形成する場合には、誘電率が高いほど小型化に対応しやすいが、誘電率が７以下であるため、小型で良好な特性のものを得にくくなり、高集積の要求に対応しにくいという問題もあった。
したがって、本発明の目的は、１０００℃以下の低温焼成が可能で、強度が高く、セラミックス層を利用した電子部品領域を形成する場合にも有利なセラミックス組成物及び配線基板を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のセラミックス組成物は、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有することを特徴とする。
本発明のセラミックス組成物は、上記組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するので、低温焼成が可能である。また、ディオプサイド結晶の含有率が高いので、強度が高いセラミックス組成物を得ることができる。更に、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、セラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合にも良好な特性を得ることができる。
本発明のセラミックス組成物においては、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなることが好ましい。これによれば、焼成温度の低温化、緻密化を効果的に図ることができる。
また、酸化物換算で、亜鉛成分０．１〜４質量部、銅成分０．１〜１質量部、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなることが好ましい。
これによれば、低温焼成効果を高めると共に、グリーンシートなどの成形の際におけるホウ素成分によるバインダーの特性劣化を抑えることができる。
更に、誘電率ε＞７であることが好ましい。これによれば、セラミックス層を利用してコンデンサ等の電子部品領域を形成する場合に小型で良好な特性を得ることができる。
一方、本発明のセラミックス配線基板は、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するセラミック層と、このセラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層とを備えていることを特徴とする。
本発明のセラミックス配線基板は、セラミックス層が上記組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するので、低温焼成が可能となり、導電性部材として銀、銅等の低抵抗金属を用いた配線層を形成することが可能となる。また、ディオプサイド結晶の含有率が高いので、強度が高い配線基板を得ることができる。更に、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、セラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合にも小型で良好な特性を得ることができる。
本発明の配線基板においては、前記セラミック層は、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなることが好ましい。
また、酸化物換算で、亜鉛成分０．１〜４質量部、銅成分０．１〜１質量部、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなることが好ましい。
更に、誘電率ε＞７であることが好ましい。
以上の好ましい態様による効果は、前記セラミックス組成物で述べた効果と同様である。
また、本発明の配線基板においては、前記セラミック層を利用して形成された部品領域を更に具備することが好ましい。すなわち、本発明の配線基板は、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、小型で良好な特性の電子部品を形成することができるからである。
上記目的を達成するため、本発明のセラミックス組成物は、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有することを特徴とする。
本発明のセラミックス組成物は、上記組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するので、低温焼成が可能である。また、ディオプサイド結晶の含有率が高いので、強度が高いセラミックス組成物を得ることができる。更に、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、セラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合にも良好な特性を得ることができる。
本発明のセラミックス組成物においては、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなることが好ましい。これによれば、焼成温度の低温化、緻密化を効果的に図ることができる。
また、酸化物換算で、亜鉛成分０．１〜４質量部、銅成分０．１〜１質量部、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなることが好ましい。
これによれば、低温焼成効果を高めると共に、グリーンシートなどの成形の際におけるホウ素成分によるバインダーの特性劣化を抑えることができる。
更に、誘電率ε＞７であることが好ましい。これによれば、セラミックス層を利用してコンデンサ等の電子部品領域を形成する場合に小型で良好な特性を得ることができる。
一方、本発明のセラミックス配線基板は、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するセラミック層と、このセラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層とを備えていることを特徴とする。
本発明のセラミックス配線基板は、セラミックス層が上記組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するので、低温焼成が可能となり、導電性部材として銀、銅等の低抵抗金属を用いた配線層を形成することが可能となる。また、ディオプサイド結晶の含有率が高いので、強度が高い配線基板を得ることができる。更に、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、セラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合にも小型で良好な特性を得ることができる。
本発明の配線基板においては、前記セラミック層は、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなることが好ましい。
また、酸化物換算で、亜鉛成分０．１〜４質量部、銅成分０．１〜１質量部、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなることが好ましい。
更に、誘電率ε＞７であることが好ましい。
以上の好ましい態様による効果は、前記セラミックス組成物で述べた効果と同様である。
また、本発明の配線基板においては、前記セラミック層を利用して形成された部品領域を更に具備することが好ましい。すなわち、本発明の配線基板は、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、小型で良好な特性の電子部品を形成することができるからである。
本発明のセラミックス組成物の主成分であるＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯの材料としては、ガラスでない酸化物、炭酸塩などのセラミックス粉末を用いることができ、特に酸化物が好ましく用いられる。
セラミックス組成物の主成分１００質量部中におけるＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯの配合割合は、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％となるように調整される。
ＳｉＯ２が６２質量％より多いと、ウォラストナイト結晶が生成して、誘電損失が大きくなり、強度も低下する。また、５２質量％より少ないとオーケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）結晶が生成し、誘電損失が大きくなる。
ＭｇＯが２２質量％より多いと、フォルステライト結晶が生成し、強度が低下する。また、１２質量％より少ないと、ウォラストナイト結晶が生成し、誘電損失が大きくなる。
ＣａＯが３２質量％より多いと、ウォラストナイト結晶や、オーケルマナイト結晶が生成し、誘電損失が大きくなり、強度も低下する。また、２１質量％より少ないと、フォルステライト結晶が生成し、強度が低下する。
また、副成分であるホウ素成分、アルカリ金属成分、亜鉛成分、銅成分、コバルト成分、銀成分の材料としては、酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、弗化物、単体金属が用いられ、あるいは前記割合になるような組成のガラスなどを併用してもよいが、好ましくは酸化物が用いられる。
上記副成分のうち、ホウ素成分は、焼成温度を下げるために必須であり、上記ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯからなる主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．５〜３質量部となるように添加される。
ホウ素成分が０．５質量部より少ないと、１０００℃以下で焼成することが困難となり、３質量部より多いと、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しにくくなると共に、グリーンシート等の成形時におけるバインダーの結着性が低下して、作業性が悪くなる。
上記成分のうち、アルカリ金属成分、亜鉛成分、銅成分、コバルト成分、銀成分は、必ずしも必要なものではないが、焼成温度の低温化、緻密化を効果的に図り、低温焼成効果を高めるために、添加するのが好ましい成分である。
このうち、アルカリ金属成分としては、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋなどが用いられ、特にＬｉが好ましい。アルカリ金属成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜１質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、１質量部を超えると、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しにくくなると共に、絶縁性が劣化しやすくなる。
亜鉛成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜４質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、４質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
銅成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜１質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、１質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
コバルト成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜５質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、５質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
銀成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜０．５質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、０．５質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
本発明のセラミックス組成物は、上記各成分の他に、その特性を損なわない範囲で他の成分を含有していてもよい。例えばＡｌ２Ｏ３を前記主成分１００質量部に対して、１．５質量部以下の範囲で含有していてもよい。ただし、Ａｌ２Ｏ３が１．５質量部を超えると誘電損失が大きくなる。
本発明のセラミックス組成物は、上記のような組成となるように配合された原料に、必要に応じて結合剤、可塑剤、溶剤等を添加し、所定形状に成形して、焼成することによって製造することができる。なお、上記セラミックス原料は、あらかじめ仮焼してから用いることが好ましい。
上記結合剤としては、例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等が用いられ、可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等が用いられ、溶剤としては、例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。
成形は、公知のプレス法を用いてブロック体にしたり、公知のドクターブレード法でグリーンシート化し、更に圧着して積層体にしたり、ペースト状にして厚膜印刷技術を用いて多層体にしたりできる。配線基板を形成するには、グリーンシートに成形するのが、多層化が容易でよい。
配線基板を形成するには、まず、上記セラミックス原料又はその仮焼粉末を含む原料粉末を公知のドクターブレード法を用いてグリーンシート化する。グリーンシート上には導電ペーストを用いてスクリーン印刷法により配線層を印刷形成する。このグリーンシートを圧着して積層体を形成する。この積層体を脱バインダー化した後、１０００℃以下（好ましくは８５０〜１０００℃）で低温焼成して、目的とする低温焼成配線基板を得る。なお、配線にＡｇを用いる場合は大気雰囲気下、Ｃｕを用いる場合は還元雰囲気下で焼成する。
本発明によれば、セラミックス原料をディオプサイドの化学量論組成比率に近い比率で混合することにより、ディオプサイド結晶を主結晶として含有し、副結晶の生成が極めて少ないセラミックス組成物を得ることができる。なお、本発明のセラミックス組成物におけるディオプサイド結晶の含有量は、９５質量％以上であることが好ましく、９９質量％以上であることがより好ましい。
また、本発明のセラミックス組成物は、ディオプサイド結晶を主結晶として含有し、副結晶の含有量が少ないので、誘電損失を増大させることなく、しかもセラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合に良好な特性を得ることができる程度の適度な誘電率を有している。なお、本発明のセラミックス組成物の誘電率εは、ε＞７であることが好ましく、１０＞ε＞７であることがより好ましい。
本発明の配線基板は、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するセラミック層と、このセラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層とを備えている。すなわち、配線層は、セラミックス層どうしの間及び／又は最外層のセラミックス層の外側に形成される。
本発明の配線基板において、セラミックス層を利用した電子部品としては、例えばコンデンサ、フィルター等が挙げられる。セラミックス層の誘電率ε＞７とすることにより、これらの電子部品の特性を小型で良好にすることができる。
セラミックス組成物の主成分１００質量部中におけるＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯの配合割合は、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％となるように調整される。
ＳｉＯ２が６２質量％より多いと、ウォラストナイト結晶が生成して、誘電損失が大きくなり、強度も低下する。また、５２質量％より少ないとオーケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）結晶が生成し、誘電損失が大きくなる。
ＭｇＯが２２質量％より多いと、フォルステライト結晶が生成し、強度が低下する。また、１２質量％より少ないと、ウォラストナイト結晶が生成し、誘電損失が大きくなる。
ＣａＯが３２質量％より多いと、ウォラストナイト結晶や、オーケルマナイト結晶が生成し、誘電損失が大きくなり、強度も低下する。また、２１質量％より少ないと、フォルステライト結晶が生成し、強度が低下する。
また、副成分であるホウ素成分、アルカリ金属成分、亜鉛成分、銅成分、コバルト成分、銀成分の材料としては、酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、弗化物、単体金属が用いられ、あるいは前記割合になるような組成のガラスなどを併用してもよいが、好ましくは酸化物が用いられる。
上記副成分のうち、ホウ素成分は、焼成温度を下げるために必須であり、上記ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯからなる主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．５〜３質量部となるように添加される。
ホウ素成分が０．５質量部より少ないと、１０００℃以下で焼成することが困難となり、３質量部より多いと、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しにくくなると共に、グリーンシート等の成形時におけるバインダーの結着性が低下して、作業性が悪くなる。
上記成分のうち、アルカリ金属成分、亜鉛成分、銅成分、コバルト成分、銀成分は、必ずしも必要なものではないが、焼成温度の低温化、緻密化を効果的に図り、低温焼成効果を高めるために、添加するのが好ましい成分である。
このうち、アルカリ金属成分としては、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋなどが用いられ、特にＬｉが好ましい。アルカリ金属成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜１質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、１質量部を超えると、焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しにくくなると共に、絶縁性が劣化しやすくなる。
亜鉛成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜４質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、４質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
銅成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜１質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、１質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
コバルト成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜５質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、５質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
銀成分は、前記主成分１００質量部に対して、酸化物換算で０．１〜０．５質量部添加することが好ましく、０．１質量部未満では、その添加効果が乏しく、０．５質量部を超えると、誘電損失が大きくなる。
本発明のセラミックス組成物は、上記各成分の他に、その特性を損なわない範囲で他の成分を含有していてもよい。例えばＡｌ２Ｏ３を前記主成分１００質量部に対して、１．５質量部以下の範囲で含有していてもよい。ただし、Ａｌ２Ｏ３が１．５質量部を超えると誘電損失が大きくなる。
本発明のセラミックス組成物は、上記のような組成となるように配合された原料に、必要に応じて結合剤、可塑剤、溶剤等を添加し、所定形状に成形して、焼成することによって製造することができる。なお、上記セラミックス原料は、あらかじめ仮焼してから用いることが好ましい。
上記結合剤としては、例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等が用いられ、可塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等が用いられ、溶剤としては、例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。
成形は、公知のプレス法を用いてブロック体にしたり、公知のドクターブレード法でグリーンシート化し、更に圧着して積層体にしたり、ペースト状にして厚膜印刷技術を用いて多層体にしたりできる。配線基板を形成するには、グリーンシートに成形するのが、多層化が容易でよい。
配線基板を形成するには、まず、上記セラミックス原料又はその仮焼粉末を含む原料粉末を公知のドクターブレード法を用いてグリーンシート化する。グリーンシート上には導電ペーストを用いてスクリーン印刷法により配線層を印刷形成する。このグリーンシートを圧着して積層体を形成する。この積層体を脱バインダー化した後、１０００℃以下（好ましくは８５０〜１０００℃）で低温焼成して、目的とする低温焼成配線基板を得る。なお、配線にＡｇを用いる場合は大気雰囲気下、Ｃｕを用いる場合は還元雰囲気下で焼成する。
本発明によれば、セラミックス原料をディオプサイドの化学量論組成比率に近い比率で混合することにより、ディオプサイド結晶を主結晶として含有し、副結晶の生成が極めて少ないセラミックス組成物を得ることができる。なお、本発明のセラミックス組成物におけるディオプサイド結晶の含有量は、９５質量％以上であることが好ましく、９９質量％以上であることがより好ましい。
また、本発明のセラミックス組成物は、ディオプサイド結晶を主結晶として含有し、副結晶の含有量が少ないので、誘電損失を増大させることなく、しかもセラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合に良好な特性を得ることができる程度の適度な誘電率を有している。なお、本発明のセラミックス組成物の誘電率εは、ε＞７であることが好ましく、１０＞ε＞７であることがより好ましい。
本発明の配線基板は、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するセラミック層と、このセラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層とを備えている。すなわち、配線層は、セラミックス層どうしの間及び／又は最外層のセラミックス層の外側に形成される。
本発明の配線基板において、セラミックス層を利用した電子部品としては、例えばコンデンサ、フィルター等が挙げられる。セラミックス層の誘電率ε＞７とすることにより、これらの電子部品の特性を小型で良好にすることができる。
ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ粉末を表１に示す割合で秤量し、１５時間湿式混合後、１２０℃で乾燥し、乾燥した粉体を大気中７００℃で２時間仮焼した。
この仮焼物にＰＶＡ系バインダーを適量添加し、造粒、プレス成型後、大気中５００℃で脱バインダー処理し成型体を得た。
上記成型体を大気中で８５０〜１０００℃で２時間焼成し、表２に示す試料番号１〜４３の焼結体を得た。
この焼結体を用いて、アルキメデス法による相対密度、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準ずる抗折強度、ＪＩＳ Ｒ１６２７に準ずる共振周波数（１０〜１５ＧＨｚ）における誘電率、誘電損失を測定した。誘電損失は（周波数）×（１／誘電損失）＝（一定）と仮定し、１０ＧＨｚでの値に換算した。また、焼結体中の結晶相をＸ線回折により同定した。これらの結果も表２に併せて示す。
その結果、本発明の範囲に入るセラミックス組成物（＊のマークがついていないもの）は、いずれも１０００℃以下で焼結し、誘電損失が１．０×１０３以下と小さく、抗折強度は２８０ＭＰａ以上が得られた。
これに対して本発明の範囲を外れたセラミックス組成物（＊のマークがついているもの）は、焼結しなかったり、誘電損失が大きすぎたり、抗折強度が低かったりする問題が生じることがわかる。
また、上記結果に基づいて、セラミックス組成物中の各元素の配合割合を検討すると下記の通りである。
ＳｉＯ２は、６２質量％より多いと、ウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなり、強度も低下する（Ｎｏ．２６参照）。また、５２質量％より少ないと、オーケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．４２、４３参照）。
ＭｇＯは、２２質量％より多いと、フォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）が生成し、強度が低下する（Ｎｏ．３１、３２参照）。また、１２質量％より少ないと、ウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．２７、３７参照）。
ＣａＯは、３２質量％より多いと、ウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）やオーケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなり、強度も低下する（Ｎｏ．３７、３８参照）。また、２１質量％より少ないと、フォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）が生成し、強度が低下する（Ｎｏ．３１参照）。
Ａｌ２Ｏ３は、１．５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．６参照）。
Ｂ２Ｏ３は、０．５質量部より少ないと、１０００℃で焼結しない（Ｎｏ．１参照）。また、３．０質量部より多いと、９００℃焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しない（Ｎｏ．５参照）
Ｌｉ２Ｏは、１質量部より多いと、９００℃焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しない（Ｎｏ．１０参照）。
ＺｎＯは４質量部より多いと、Ｚｎ２ＳｉＯ４が生成し、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１３参照）。
ＣｕＯは１質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１６参照）。
Ｃｏ２Ｏ３は５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１９参照）。
Ａｇ２Ｏは０．５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．２２参照）。
なお、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏは添加しなくても１０００℃で焼結するが、添加により焼結する温度が低下する効果があるため、上記の範囲内で添加するのが好ましいことがわかる。
この仮焼物にＰＶＡ系バインダーを適量添加し、造粒、プレス成型後、大気中５００℃で脱バインダー処理し成型体を得た。
上記成型体を大気中で８５０〜１０００℃で２時間焼成し、表２に示す試料番号１〜４３の焼結体を得た。
この焼結体を用いて、アルキメデス法による相対密度、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準ずる抗折強度、ＪＩＳ Ｒ１６２７に準ずる共振周波数（１０〜１５ＧＨｚ）における誘電率、誘電損失を測定した。誘電損失は（周波数）×（１／誘電損失）＝（一定）と仮定し、１０ＧＨｚでの値に換算した。また、焼結体中の結晶相をＸ線回折により同定した。これらの結果も表２に併せて示す。
これに対して本発明の範囲を外れたセラミックス組成物（＊のマークがついているもの）は、焼結しなかったり、誘電損失が大きすぎたり、抗折強度が低かったりする問題が生じることがわかる。
また、上記結果に基づいて、セラミックス組成物中の各元素の配合割合を検討すると下記の通りである。
ＳｉＯ２は、６２質量％より多いと、ウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなり、強度も低下する（Ｎｏ．２６参照）。また、５２質量％より少ないと、オーケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．４２、４３参照）。
ＭｇＯは、２２質量％より多いと、フォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）が生成し、強度が低下する（Ｎｏ．３１、３２参照）。また、１２質量％より少ないと、ウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．２７、３７参照）。
ＣａＯは、３２質量％より多いと、ウォラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）やオーケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）が生成し、誘電損失が大きくなり、強度も低下する（Ｎｏ．３７、３８参照）。また、２１質量％より少ないと、フォルステライト（Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）が生成し、強度が低下する（Ｎｏ．３１参照）。
Ａｌ２Ｏ３は、１．５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．６参照）。
Ｂ２Ｏ３は、０．５質量部より少ないと、１０００℃で焼結しない（Ｎｏ．１参照）。また、３．０質量部より多いと、９００℃焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しない（Ｎｏ．５参照）
Ｌｉ２Ｏは、１質量部より多いと、９００℃焼成時に融着が起こり、焼結体の形状が安定しない（Ｎｏ．１０参照）。
ＺｎＯは４質量部より多いと、Ｚｎ２ＳｉＯ４が生成し、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１３参照）。
ＣｕＯは１質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１６参照）。
Ｃｏ２Ｏ３は５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．１９参照）。
Ａｇ２Ｏは０．５質量部より多いと、誘電損失が大きくなる（Ｎｏ．２２参照）。
なお、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏは添加しなくても１０００℃で焼結するが、添加により焼結する温度が低下する効果があるため、上記の範囲内で添加するのが好ましいことがわかる。
ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＭｇＯ粉末を表３に示す割合で秤量し、１５時間湿式混合後、１２０℃で乾燥し、乾燥した粉体を大気中１１００℃で２時間仮焼した。この仮焼物にＡｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｃｏ３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ｃｏ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ粉末を表３に示す割合で秤量し、１５時間湿式混合後、１２０℃で乾燥した。
この混合粉体を実施例１と同様の方法で成型、焼成し、評価した。これらの評価結果を表４に示す。いずれも１０００℃以下で焼結し、誘電損失が１．０×１０３以下と小さく、抗折強度は２８０ＭＰａ以上が得られた。つまり、上記組成範囲内であれば、主成分を予め仮焼してから副成分を添加するプロセスとしても、同様の効果が得られることがわかる。
以上説明したように、本発明のセラミックス組成物及びそれを利用したセラミックス配線基板によれば、ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するので、１０００℃以下の低温焼成が可能となり、銀、銅等の低抵抗金属を導体材料として用いることが可能となる。また、ディオプサイド結晶の含有率が高いので、強度が高いセラミックス組成物を得ることができる。更に、誘電率が適度な範囲となるので、高周波で配線回路としての特性を維持しつつ、セラミックス層を利用して電子部品領域を形成する場合にも小型で良好な特性を得ることができる。
Claims (9)
- ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で０．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有することを特徴とするセラミックス組成物。
- アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなる請求項１記載のセラミックス組成物。
- 酸化物換算で、亜鉛成分０．１〜４質量部、銅成分０．１〜１質量部、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなる請求項１又は２記載のセラミックス組成物。
- 誘電率ε＞７である請求項１〜３のいずれか１つに記載のセラミックス組成物。
- ＳｉＯ２ ５２〜６２質量％、ＭｇＯ １２〜２２質量％、ＣａＯ ２１〜３２質量％からなる主成分１００質量部に対し、ホウ素成分を酸化物換算で１．５〜３質量部含む組成からなり、主結晶としてディオプサイド結晶を含有するセラミック層と、このセラミックス層に積層された、導電性部材で形成された配線層とを備えていることを特徴とするセラミックス配線基板。
- 前記セラミック層は、アルカリ金属成分を酸化物換算で０．１〜１質量部更に含む組成からなる請求項５記載のセラミックス配線基板。
- 前記セラミック層は、酸化物換算で、亜鉛成分０．１〜４質量部、銅成分０．１〜１質量部、コバルト成分０．１〜５質量部、銀成分０．１〜０．５質量部の少なくとも１つを更に含む組成からなる請求項５又は６記載のセラミックス配線基板。
- 前記セラミック層の誘電率は、ε＞７である請求項５〜７のいずれか１つに記載のセラミックス配線基板。
- 前記セラミック層を利用して形成された部品領域を更に具備する請求項５〜８記載のいずれか１つに記載のセラミックス配線基板。
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