JPWO2014196348A1 - セラミック基板用組成物およびセラミック回路部品 - Google Patents

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Abstract

優れた絶縁信頼性を備えるセラミック基板を得ることができる、セラミック基板用組成物を提供する。ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末とを混合したセラミック基板用組成物である。ホウケイ酸系ガラス粉末は、４〜８重量％のＢ２Ｏ３、３８〜４４重量％のＳｉＯ２、３〜１０重量％のＡｌ２Ｏ３、および４０〜４８重量％のＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種である。）を含む。ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末との混合比率は、ホウケイ酸系ガラス粉末が５０〜５６重量％、セラミック粉末が５０〜４４重量％それぞれ含有するようにされる。そして、セラミック粉末は、平均粒径Ｄ５０が０．４〜１．５μｍである。この組成物を成形し焼成することによって、セラミック回路部品（１）に備えるセラミック基板（２）を得ることができる。

Description

この発明は、セラミック基板用組成物およびセラミック回路部品に関するもので、特に、１０００℃以下の低温で焼結させることが可能なセラミック基板用組成物、およびそれを用いて構成される多層構造の回路部品、厚膜ハイブリッド回路部品などのセラミック回路部品に関するものである。
この発明にとって興味あるセラミック基板用組成物として、たとえば特開２０００−３５１６６８号公報（特許文献１）には、５〜１７．５重量％のＢ２Ｏ３、２８〜４４重量％のＳｉＯ２、０〜２０重量％のＡｌ２Ｏ３、および３６〜５０重量％のＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）からなるホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末とを混合したものであり、上記ホウケイ酸系ガラス粉末を４０〜４９重量％、および上記セラミック粉末を６０〜５１重量％それぞれ含有する、セラミック基板用組成物が記載されている。
上記セラミック基板用組成物によれば、１０００℃以下の低温焼結が可能であるので、Ａｇ系やＣｕ系などの低抵抗の金属を主成分として含む導電体回路を備えるセラミック回路部品を得るにあたって、これら導電体回路のための金属と同時に焼成することができ、また、この組成物を用いて構成されたセラミック基板によれば、基板として必要な高機械的強度、低誘電率、低損失かつ高熱膨張係数を実現でき、これをもって、良好な特性かつ高い信頼性を有する、たとえば多層構造のセラミック回路部品を得ることができる。
特開２０００−３５１６６８号公報
しかし、特許文献１に記載のセラミック基板用組成物を用いて構成されるセラミック基板に備えるセラミック層が薄層化されるに従って、セラミック層間の絶縁信頼性が不十分となるという問題が生じることがあった。
そこで、この発明の目的は、優れた絶縁信頼性を備えるセラミック基板を得ることができる、セラミック基板用組成物を提供しようとすることである。
この発明の他の目的は、上述したセラミック基板用組成物を用いて構成されるセラミック基板を備える、セラミック回路部品を提供しようとすることである。
この発明は、セラミック基板用組成物にまず向けられる。
この発明に係るセラミック基板用組成物は、ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末とを混合したものである。ホウケイ酸系ガラス粉末は、４〜８重量％のＢ２Ｏ３、３８〜４４重量％のＳｉＯ２、３〜１０重量％のＡｌ２Ｏ３、および４０〜４８重量％のＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種である。）を含む。ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末との混合比率は、ホウケイ酸系ガラス粉末が５０〜５６重量％、セラミック粉末が５０〜４４重量％それぞれ含有するようにされる。そして、セラミック粉末は、平均粒径Ｄ５０が０．４〜１．５μｍである。
上記のように、この発明に係るセラミック基板用組成物は、ホウケイ酸系ガラス粉末の含有比率が特許文献１に記載のものに比べて高いこと、およびセラミック粉末として微粒化されたものを用いることを特徴としている。これらの特徴は、セラミック基板用組成物を用いて構成されるセラミック基板の緻密化に寄与する。
この発明に係るセラミック基板用組成物は、ホウケイ酸系ガラスの結晶化のタイミングや結晶化度をコントロールするため、さらに結晶化度調整剤を含むことが好ましい。
この発明は、また、上述したようなセラミック基板用組成物を成形し焼成して得られたセラミック基板と、セラミック基板に関連して形成された導体部とを備える、セラミック回路部品にも向けられる。
この発明に係るセラミック基板用組成物によれば、ホウケイ酸系ガラス粉末の含有比率が比較的高いので、焼成時にガラスの軟化、粘性流動が十分に生じるとともに、微粒化されたセラミック粉末を用いているので、緻密な焼結体を得ることができ、したがって、これを用いて構成されるセラミック基板の絶縁信頼性を高めることができる。
この発明に係るセラミック基板用組成物において、結晶化度調整剤をさらに含むと、ホウケイ酸系ガラスの結晶化のタイミングや結晶化度をコントロールすることができる。そのため、セラミック回路部品を製造しようとするとき、セラミック基板の緻密化に必要なガラスの軟化状態を確保しつつ、導体部との共焼結を行なった場合に導体部の収縮挙動による影響を受けて生じ得るセラミック部分の変形によるセラミック層の厚み減少を抑制することができる。このことは、絶縁信頼性向上にさらに寄与する。
この発明の一実施形態によるセラミック回路部品１を示す断面図である。 実験例において作製した試料となるセラミック基板１１の一部を拡大して示す断面図である。
この発明に係るセラミック基板用組成物は、ホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末のようなセラミック粉末とを混合したものである。ホウケイ酸系ガラス粉末は、焼成過程で起こる軟化、粘性流動により、セラミック基板を１０００℃以下で焼結させるための焼結助剤として働く。
ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末との混合比率は、ホウケイ酸系ガラス粉末が５０〜５６重量％、セラミック粉末が５０〜４４重量％となるように選ばれる。後述する実験例によって明らかにされるように、ホウケイ酸系ガラス粉末の比率が５０重量％より少ないと、セラミック基板の緻密化が十分進まず、他方、５６重量％より多いと、セラミック基板の緻密化は十分に進むものの、導体部の影響を受けたセラミックの変形が生じやすくなる傾向がある。
ホウケイ酸系ガラス粉末の構成成分は、ガラス網目形成酸化物であるＢ２Ｏ３およびＳｉＯ２、ガラス網目修飾酸化物であるＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）、ならびに網目修飾酸化物と協働して網目形成能を発現するガラス網目中間酸化物であるＡｌ２Ｏ３を含む。これら酸化物の割合は、前述したように、セラミック基板を１０００℃以下で焼結可能とするための焼結助剤として働き得るように調整される。
より詳細には、ガラス網目形成酸化物であるＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２のうち、Ｂ２Ｏ３は軟化温度を下げて粘性流動を促進するための酸化物であり、その含有量は４〜８重量％に選ばれる。後述する実験例によって明らかにされるように、４重量％より少ないと、ガラスの軟化、流動性が悪くなり、セラミック基板の緻密化が十分に進まず、他方、８重量％より多くなると、ガラスの軟化、流動性が良好になり、セラミック基板の緻密化が十分に進むものの、導体部の影響を受けたセラミックの変形が生じやすくなるとともに、得られたセラミック基板のＱ値も低くなる傾向がある。
また、ガラス網目形成酸化物のうち、ＳｉＯ２は、３８〜４４重量％の含有率に選ばれる。ＳｉＯ２が３８重量％より少ないと、低誘電率のセラミック基板を得ることが困難になる。他方、４４重量％より多くなると、ガラスの軟化点が高くなり、セラミック基板の緻密化が十分に進まない。
ガラス網目中間酸化物であるＡｌ２Ｏ３は、３〜１０重量％の含有量に選ばれる。Ａｌ２Ｏ３は、ガラス網目中間酸化物として働き、ガラス構造を安定化させる成分であるが、３重量％より少ないと、ガラスの安定性が低下して、低温からガラスの自己結晶化が進むため、セラミック基板の緻密化が十分進まない。他方、１０重量％を超えると、ガラスの軟化、流動性が悪くなり、セラミック基板の緻密化が十分進まない。
ガラス網目修飾酸化物であるＭＯは、ガラスの軟化、流動性を促進する成分であり、その含有量は、４０〜４８重量％に選ばれる。ＭＯが４０重量％より少ないと、ガラスの軟化、流動性が悪く、セラミック基板の緻密化が十分進まない。他方、ＭＯが４８重量％を越えると、ガラスが不安定となって、低温からガラスの自己結晶化が進むため、セラミック基板の緻密化が十分進まない。
セラミック基板用組成物に含まれるセラミック粉末の平均粒径Ｄ５０は、０．４〜１．５μｍとなるように選ばれる。セラミック粉末の平均粒径Ｄ５０が０．４μｍ未満であると、焼結性が高まりすぎ、他方、１．５μｍを超えると、ガラスとの分散性が悪く、成形密度が低くなって焼結性が不十分となる。
上述したように、セラミック粉末の平均粒径Ｄ５０は０．４〜１．５μｍとなるように選ばれるが、セラミック粉末がより微粒化されるほど、ホウケイ酸系ガラスの自己結晶化が抑えられる傾向がある。この場合、結晶化促進剤となる結晶化度調整剤をセラミック基板用組成物へ添加することによって、ホウケイ酸系ガラスの結晶化のタイミングや結晶化度をコントロールすることが好ましい。
すなわち、ガラスが自己結晶化する場合、低温からの結晶化によって、結晶化度が高くなり、そのため、ガラスの軟化、粘性流動を利用した緻密化が不十分となり、セラミック基板において十分な機械的強度が得られないことがある。他方、ガラスが自己結晶化しない、あるいは自己結晶化しにくい場合、ガラスの軟化、粘性流動を利用した緻密化が十分に達成され得るが、導体部との共焼結を行なった場合に導体部の収縮挙動による影響を受けてセラミック部分が変形しやすく、セラミック層の厚み減少によるセラミック層間の絶縁信頼性（以下、「層間絶縁信頼性」という。）の低下を招くことがある。簡単に言えば、ガラスの軟化、粘性流動を利用した緻密化は、導体部からの影響によるセラミック層の厚み減少を引き起こすことがあるということである。
そこで、自己結晶化しない、あるいは自己結晶化しにくいガラスを、結晶化促進剤によって強制的に結晶化させる方式をとると、結晶化温度を高くしたままで、必要なガラスの結晶化を進めることができる。上記結晶化度調整剤は、結晶化促進剤となるべきもので、ガラスの軟化、粘性流動を利用した緻密化を、必要とする層間絶縁信頼性を実現できるレベルまで高めつつ、結晶化度を高めるようにコントロールすることができる。そのため、多層構造のセラミック基板を作製した場合、セラミック層間に位置する導体部によるセラミック層の変形（厚み減少）を抑制するように働き、層間絶縁信頼性を高く維持することができる。
上述した結晶化度調整剤としては、たとえば、ウォラストナイト（ＣａＳｉＯ３）結晶物を用いることができる。ウォラストナイト結晶物を用いる場合、その添加量は、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計量１００重量部に対して、好ましくは、０．００５〜０．１重量部、より好ましくは、０．００５〜０．０４重量部である。
なお、結晶化度調整剤としてのウォラストナイト結晶物の好ましい添加量は、上記のように、ごく微量であり、そのため、秤量精度の問題を招く可能性は否定できない。そこで、秤量精度の問題を解決するには、ウォラストナイト結晶物より結晶質の割合の低い材料、または他の結晶物を使えばよいことになる。ウォラストナイト結晶物に代えて、たとえばアノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）結晶物を用いると、添加量をより多くすることができる。アノーサイト結晶物を用いる場合、その添加量は、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計量１００重量部に対して、好ましくは、０．０３〜０．２重量部、より好ましくは、０．０５〜０．１５重量部である。
以上述べたようなセラミック基板用組成物は、これを成形し焼成して得られたセラミック基板と、このセラミック基板に関連して形成された導体部とを備える、セラミック回路部品を製造するために有利に用いられる。
図１は、上述したセラミック回路部品の一例であって、この発明の一実施形態による多層構造のセラミック回路部品１を図解的に示す断面図である。セラミック回路部品１は、概略的に言えば、セラミック基板２とこのセラミック基板２の内部および／または表面に形成される導体部３とを備えている。
セラミック基板２は、上述したような組成を有するセラミック基板用組成物を含む複数のグリーンシートを積層して得られたセラミック成形体を焼成することによって得られたものであり、複数のグリーンシートの各々の焼成によってもたらされる複数のセラミック層４を備えている。
導体部３は、たとえば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、ＣｕおよびＡｕから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とする導電成分を含む導電性ペーストを上述したセラミック成形体と同時に焼成することによって形成されたものである。導体部３は、セラミック基板２の表面に形成される、外部電極５および６、ならびに、セラミック基板２の内部に形成される、内部電極７およびビア導体８を備えている。
［実験例］
以下に、この発明に係るセラミック基板用組成物に関して、実験例に基づき、より具体的に説明する。
表１には、この実験例において作製したセラミック基板用組成物の組成が示されている。
Figure 2014196348
まず、表１に示すガラス組成となるように、出発原料となる酸化物または炭酸塩を調合し、これをＰｔるつぼに入れ、ガラス組成により１３００〜１７００℃の温度で１時間溶融させた。次いで、このガラス融液を急冷した後、粉砕し、各試料に係るＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末を得た。
他方、表１に示す平均粒径Ｄ５０を有するアルミナ粉末等のセラミック粉末をフィラーとして用意した。
また、結晶化度調整剤として、ウォラストナイト結晶物およびアノーサイト結晶物を用意した。
次いで、上述のようにして得られた各ガラス粉末とフィラーとなるセラミック粉末とを、表１の「ガラス量」および「フィラー／量」で示す割合で混合するとともに、試料によっては、結晶化度調整剤を添加し、これらに溶剤、バインダおよび可塑剤を加え、十分に混合することによって、ガラスセラミックスラリーを得た。なお、表１において、結晶化度調整剤の添加量については、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計量１００重量部に対する重量部を単位として示している。
次に、上記ガラスセラミックスラリーに対して、ドクターブレード法を適用してシート状に成形することによって、ガラスセラミックグリーンシートを得た。
次に、上述のようにして得られた各試料に係るグリーンシートを用いて、いくつかの形態の試料を作製し、表２に示す「結晶化度」、「LogＩＲ」（絶縁抵抗）、「層間距離」、「εr」（比誘電率）、「Ｑ」、および「抗折強度」をそれぞれ求めた。
「結晶化度」：
結晶化度は、以下のように求めた。
複数のグリーンシートを積層してなるもので、導体部を形成していない生の積層体を、最高温度を１０００℃以下とする所定の温度プロファイルで焼成することによって、試料となるセラミック基板を作製した。次いで、焼成後のセラミック基板を乳鉢で粉砕し、粉末ＸＲＤ（２θ＝１０〜６０°）で結晶相を検出するとともに、ピーク強度を求めた。２θ＝３０°のウォラストナイトのピーク強度を、２θ＝２５．６°のアルミナのピーク強度で除した値を、結晶化度とした。
「LogＩＲ」（絶縁抵抗）：
LogＩＲ（絶縁抵抗）は、層間絶縁信頼性の指標となるべきもので、以下のように求めた。
複数のグリーンシートを積層してなる生の積層体を、最高温度を１０００℃以下とする所定の温度プロファイルで焼成することによって、図２に示すような断面を有する多層構造のセラミック基板１１を作製した。このセラミック基板１１は、積層された複数のセラミック層１２を有し、２つのビア導体１３および１４が積層方向に整列する状態で形成され、ビア導体１３の両端には、パッド電極１５および１６が接続され、ビア導体１４の両端には、パッド電極１７および１８が接続されたものである。パッド電極１５および１８は、セラミック基板１１の表裏面にそれぞれ位置し、パッド電極１６とパッド電極１７とは、１つのセラミック層１２を介して互いに対向している。
なお、上述したビア導体１３および１４を形成するにあたっては、セラミック層１２となるべきグリーンシートに、レーザーパンチャーを用いて貫通孔を設け、貫通孔に導電性ペーストを充填した。また、パッド電極１５〜１８は、導電性ペーストをスクリーン印刷することによって形成した。導電性ペーストとしては、Ａｇ粉末、溶剤および有機バインダを所定の割合で混合し、この混合物を３本ロールミルによって分散処理することによって得られたＡｇペーストを用いた。
上述したセラミック基板１１について、表裏面にそれぞれ位置するパッド電極１５および１８を端子として、パッド電極１６とパッド電極１７とで挟まれたセラミック層１２の絶縁抵抗を測定した。ここで、パッド電極１６とパッド電極１７とで挟まれたセラミック層１２となるグリーンシートとしては、パッド電極がない場合に焼成後で厚みが１２．５μｍとなるものを用いた。また、ビア導体１３および１４の径は１００μｍであり、パッド電極１５〜１８の径は２００μｍであった。
絶縁抵抗の測定にあたっては、絶縁信頼性試験を実施した。絶縁信頼性試験は、プレッシャークッカー試験によるもので、まず、セラミック基板１１にＤＣ５０Ｖを印加し、２００時間後の絶縁抵抗を確認した。ここで、プレッシャークッカー試験条件は、１２１℃−８５％ＲＨとした。次いで、プレッシャークッカー後の試料にＤＣ５０Ｖを６０秒印加後の漏れ電流を測定し、LogＩＲを求めた。LogＩＲが１０未満を示した試料は絶縁不良と判定した。
「層間距離」：
層間距離は、図２に示したセラミック基板１１におけるパッド電極１６とパッド電極１７とで挟まれたセラミック層１２の厚みであり、以下のように求めた。
上述したように作製された図２に示すセラミック基板１１を断面研磨し、パッド電極１６とパッド電極１７とで挟まれたセラミック層１２の厚みを研磨断面の観察から求めた。なお、測定部分のセラミック層１２となるグリーンシートとしては、前述したように、パッド電極がない場合に焼成後で厚みが１２．５μｍとなるものを用いた。
「εr」（比誘電率）：
εr（比誘電率）は、以下のように求めた。
複数のグリーンシートを積層してなるもので、導体部を形成しない生の積層体を、最高温度を１０００℃以下とする所定の温度プロファイルで焼成することによって、セラミック基板を作製し、セラミック基板の表裏面のみに、前述したＡｇペーストを用いて電極を形成した試料を作製した。この試料について、ＬＣＲメーターを用い、周波数１ＭＨｚ、電圧１Ｖrmsの条件で静電容量を測定した。試料の電極面積と電極間距離と静電容量値とからεr（比誘電率）を算出した。
「Ｑ」：
Ｑは、以下のように求めた。
上記εr（比誘電率）を求めた試料と同様の試料について、ＬＣＲメーターを用い、周波数１ＭＨｚ、電圧１Ｖrmsの条件で誘電損失を測定し、誘電損失からＱを求めた。
「抗折強度」：
複数のグリーンシートを積層してなるもので、導体部を形成しない生の積層体を、最高温度を１０００℃以下とする所定の温度プロファイルで焼成することによって、長さ５０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚み０．５ｍｍのセラミック基板を作製した。このセラミック基板を試料として、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｒ−１６０１）に準じて、オートグラフを用いて抗折強度（３点曲げ）を測定した。なお、ＪＩＳ規格と異なる点は、試料厚みがＪＩＳ規格とは異なることと、および試料の表面やエッジ部の研磨処理を行なわなかったことである。
Figure 2014196348
表１および表２において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外の比較例である。
この発明の範囲内の実施例である試料１〜１６では、表２に示すように、LogＩＲが１０以上と層間絶縁信頼性に優れ、εrが９．３以下と９９．５％アルミナ基板の９．７よりも低く、Ｑ値が１４００〜４１００と大きく、抗折強度も２６０〜３３０ＭＰａと高い値を示した。
なお、この発明の範囲内の試料１〜１６のうち、試料５では、表２に示すように、結晶化度が０であるが、このように結晶化が進んでいない試料５では、焼成中のガラスの軟化流動状態が長く続くため、図２を参照して説明すれば、セラミック基板１１の収縮変形が大きく、ビア導体１３および１４やパッド電極１５〜１８によってセラミック層１２の厚みが減少しやすく、層間距離が７μｍと小さくなった。しかし、抗折強度は３３０ＭＰａと高く、組織的には緻密になったものと推測される。
また、試料１４では、表１に示すように、結晶化度調整剤としてウォラストナイトが用いられ、その添加量が０．１重量部と比較的多く、そのため、表２に示すように、結晶化度が１．８と高くなった。その結果、ガラスの軟化流動を利用した緻密化が進みにくくなり、結晶化度がより低い他の試料よりも抗折強度が低く、２６０ＭＰａとなった。しかし、この抗折強度は、実用上、問題ないレベルである。
他方、比較例である試料１７では、表１に示すように、ガラス量が５８重量％と５６重量％を超え、そのため、緻密化は十分に進むものの、導体部の影響を受けたセラミック層の変形が大きくなった。より具体的に図２を参照して説明すれば、セラミック層１２におけるパッド電極１６および１７で挟まれた部分の厚みの減少が大きくなり、表２に示すように、層間絶縁抵抗の指標となるLogＩＲが低くなり、層間距離が４μｍと短く、また、抗折強度も２４０ＭＰａと低めの値になった。また、結晶化度が０であった。
試料１８では、表１に示すように、ガラス量が４８重量％と５０重量％より少なく、そのため、緻密化が十分進まず、表２に示すように、層間距離が１０μｍと比較的長くなったが、層間絶縁信頼性を確保するには不十分な焼結体となって、LogＩＲが低くなり、抗折強度も２５０ＭＰａと低めの値になった。
試料１９では、表１に示すように、ガラス中のＳｉＯ２が多すぎるので、ガラスの軟化点が高くなり、緻密化が十分に進まず、表２に示すように、層間絶縁信頼性を確保するには不十分な焼結体となり、LogＩＲが低くなり、抗折強度も２３０ＭＰａと低めの値になった。
試料２０では、表１に示すように、ガラス中のＳｉＯ２が少なすぎるため、表２に示すように、比誘電率が９．６と大きくなり、９９．５％アルミナ基板と大差ないレベルとなった。
試料２１では、表１に示すように、ガラス中のＢ２Ｏ３が多すぎるので、表２に示すように、結晶化度が０であり、ガラスの軟化流動は進みやすく、緻密化しやすいものの、導体部の影響を受けたセラミック層の変形が大きくなった。より具体的に図２を参照して説明すれば、セラミック層１２におけるパッド電極１６および１７で挟まれた部分の厚みの減少が大きくなった。また、Ｑ値も１０００と低い値となった。
試料２２では、表１に示すように、ガラス中のＢ２Ｏ３が少なすぎるので、ガラスの軟化流動が不十分となって、緻密化が十分進まず、表２に示すように、層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲが低くなった。
試料２３では、表１に示すように、ガラス中のＡｌ２Ｏ３が多すぎるため、ガラスの軟化流動が不十分となって、緻密化が十分進まず、表２に示すように、層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲが低くなった。また、抗折強度も２４０ＭＰａと低めの値になった。
試料２４では、表１に示すように、ガラス中のＡｌ２Ｏ３が少なすぎるため、ガラスの安定性が低下して、低温からガラスの自己結晶化が進むため、緻密化が十分進まず、表２に示すように、層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲが低くなった。
試料２５では、表１に示すように、ガラス中のアルカリ土類金属すなわちＭＯ（ＣａＯ）の量が多すぎるため、ガラスが不安定となり、低温からガラスの自己結晶化が進むため、緻密化が十分進まず、表２に示すように、層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲが低くなった。
試料２６では、表１に示すように、ガラス中のアルカリ土類金属すなわちＭＯ（ＣａＯ）の量が少なすぎるため、ガラスの粘性流動が不十分となり、緻密化が十分進まず、表２に示すように、層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲが低くなった。
試料２７では、表１に示すように、フィラーの平均粒径Ｄ５０が粗すぎるため、ガラスとの分散性が悪く、成形密度が低くなって、焼結性が不十分であり、表２に示すように、抗折強度が２３０ＭＰａと低めで、かつ層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲも低くなった。
試料２８では、表１に示すように、フィラーの平均粒径Ｄ５０が細かすぎるため、焼結性が高まりすぎ、過焼結気味となって発泡によるポアができるため、表２に示すように、層間絶縁信頼性の指標となるLogＩＲが低くなった。また、抗折強度も２５０ＭＰａと低めの値となった。また、結晶化度が０であった。
１ セラミック回路部品
２ セラミック基板
３ 導体部
４ セラミック層
この発明に係るセラミック基板用組成物は、ホウケイ酸系ガラスの結晶化のタイミングや結晶化度をコントロールするため、さらに結晶化度調整剤を含む。この結晶化度調整剤はウォラストナイト結晶物またはアノーサイト結晶物である。
上述した結晶化度調整剤がウォラストナイト結晶物であるとき、その添加量は、ホウケイ酸系ガラス粉末およびセラミック粉末の合計量１００重量部に対して、０．００５〜０．１重量部であり、結晶化度調整剤がアノーサイト結晶物であるとき、その添加量は、ホウケイ酸系ガラス粉末およびセラミック粉末の合計量１００重量部に対して、０．０３〜０．２重量部であることが好ましい。
また、この発明に係るセラミック基板用組成物によれば、結晶化度調整剤をさらに含むので、ホウケイ酸系ガラスの結晶化のタイミングや結晶化度をコントロールすることができる。そのため、セラミック回路部品を製造しようとするとき、セラミック基板の緻密化に必要なガラスの軟化状態を確保しつつ、導体部との共焼結を行なった場合に導体部の収縮挙動による影響を受けて生じ得るセラミック部分の変形によるセラミック層の厚み減少を抑制することができる。このことは、絶縁信頼性向上にさらに寄与する。
上述したように、セラミック粉末の平均粒径Ｄ５０は０．４〜１．５μｍとなるように選ばれるが、セラミック粉末がより微粒化されるほど、ホウケイ酸系ガラスの自己結晶化が抑えられる傾向がある。しかしながら、この発明では、結晶化促進剤となる結晶化度調整剤をセラミック基板用組成物へ添加するので、ホウケイ酸系ガラスの結晶化のタイミングや結晶化度をコントロールすることができる。
表１および表２において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外の比較例である。また、試料１〜１０および１６は、結晶化度調整剤を含まない点で、この発明の範囲外の参考例である。
この発明の範囲内の実施例である試料１１〜１５ならびにこの発明の範囲外であるが参考例である試料１〜１０および１６では、表２に示すように、LogＩＲが１０以上と層間絶縁信頼性に優れ、εrが９．３以下と９９．５％アルミナ基板の９．７よりも低く、Ｑ値が１４００〜４１００と大きく、抗折強度も２６０〜３３０ＭＰａと高い値を示した。
なお、この発明の範囲外であるが参考例である試料１〜１０および１６のうち、試料５では、表２に示すように、結晶化度が０であるが、このように結晶化が進んでいない試料５では、焼成中のガラスの軟化流動状態が長く続くため、図２を参照して説明すれば、セラミック基板１１の収縮変形が大きく、ビア導体１３および１４やパッド電極１５〜１８によってセラミック層１２の厚みが減少しやすく、層間距離が７μｍと小さくなった。しかし、抗折強度は３３０ＭＰａと高く、組織的には緻密になったものと推測される。
一方、この発明の範囲内の実施例である試料１４では、表１に示すように、結晶化度調整剤としてウォラストナイトが用いられ、その添加量が０．１重量部と比較的多く、そのため、表２に示すように、結晶化度が１．８と高くなった。その結果、ガラスの軟化流動を利用した緻密化が進みにくくなり、結晶化度がより低い他の試料よりも抗折強度が低く、２６０ＭＰａとなった。しかし、この抗折強度は、実用上、問題ないレベルである。

Claims (3)

  1. ４〜８重量％のＢ２Ｏ３、３８〜４４重量％のＳｉＯ２、３〜１０重量％のＡｌ２Ｏ３、および４０〜４８重量％のＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種である。）を含むホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末とを混合したものであり、前記ホウケイ酸系ガラス粉末を５０〜５６重量％、および前記セラミック粉末を５０〜４４重量％それぞれ含有し、前記セラミック粉末は、平均粒径Ｄ５０が０．４〜１．５μｍである、セラミック基板用組成物。
  2. さらに結晶化度調整剤を含む、請求項１に記載のセラミック基板用組成物。
  3. 請求項１または２に記載のセラミック基板用組成物を成形し焼成して得られたセラミック基板と、前記セラミック基板に関連して形成された導体部とを備える、セラミック回路部品。
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