JPH01197359A

JPH01197359A - 多層基板用低温焼結磁器組成物

Info

Publication number: JPH01197359A
Application number: JP63023419A
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: 1988-02-02
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1989-08-09

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】（ａ）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
、複数の磁器層が積層され、磁器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
物に関するものである。

山）従来の技術一般に、電子機器の小型化にともない、電子回路を構成
する各種電子部品を実装する基板として磁器基板が用い
られ、最近では、実装密度をさらに高めるため、表面に
導電材料のペーストで回路パターンを形成した未焼成の
磁器シートを複数枚積層し、これを焼成して一体化した
多層磁器基板が開発されている。この種の多層磁器基板
として従来はアルミナが用いられていた。

（Ｃ）発明が解決しようとする問題点しかしながら、アルミナはその焼結温度が１５００−１
６００℃と高温であるため、まず焼結のために多量のエ
ネルギーを必要とし、コスト高になる。また、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
欠点がある。さらに、アルミナの熱膨張係数はアルミナ
基板の表面に搭載され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、クラ
ックを発生させる原因となる。加えて、アルミナそのも
のの誘電率が比較的高いため、回路内部を伝播する信号
の遅延時間が増大するなどの問題があった。

この発明は低温で焼結可能な多層基板用低温焼結磁器組
成物を提供することを目的とする。

また、この発明は熱膨張係数が小さく、かつ誘電率が小
さく、さらに誘電損失が小さく比抵抗が高い多層基板用
低温焼結磁器組成物を提供することを目的とする。

（ｄ１問題点を解決するための手段この発明に係る多層基板用低温焼結磁器組成物は次のよ
うな材料からなる。

すなわち、ムライトが３０〜７０重量％、シリカが１０
〜５０重量％、酸化ホウ素が４〜１０重量％、アルミナ
、が２〜１５重量％、アルカリ土類金属酸化物のうちの
２種類以上の合計が５〜３０重量％、からなる。　　　
　” なお、ムライトとは３　Ａ　１２　ｚ　Ｏｓ　　・２Ｓ
　ｉｏ□のほか、Ｅ、Ｎ、Ｌｅｖｉｎ　ｅｔ　ａｌ　、
によるＰｈａｓｅ　Ｄｉａｇｒａｍｓ　ｆｏｒ　Ｃｅｒ
ａｍｉｓｔｓ″、　Ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒ
ａｍｉｃ　５ｏｃｉｅｔｙ＋ｃｏｌｕｓｂｕｓ＋　１９
６４．Ｐ、２４６（Ｆｉｇ、７１２）に開示されている
組成範囲から構成されるものである。第１図にムライト
の組成領域を示しておく。

さらに、この発明に係る多層基板用低温焼結磁器組成物
を得るに当たっては、通常の窯業技術が適用される。す
なわち、ムライト、シリカ、酸化ホウ素、アルミナ、さ
らにアルカリ土類金属酸化物を調合し、その原料混合物
を仮焼きしたのち粉砕し、この粉末にバインダを加えて
スラリーを作成し、さらにドクター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、
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、上記の工程に
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、エネルギー消費が少ない。

さらには、上記の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手段に応じて焼成雰
囲気を設定すれば良い。導電材料としては、例えばＣｕ
　ＳＡ　ｇ、Ａｇ−Ｐｄ５Ｎｉなどがあるが、Ａｇ、Ａ
ｇ−Ｐｄについては酸化性雰囲気、Ｃｕ、Ｎｉについて
は窒素などの還元性雰囲気で焼成すれば良い。

この発明の多Ｎ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、原料を秤量、混合し、この原
料混合物を８００〜９００℃で仮焼きした後、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、
次いで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
良い。

また、多層回路基板を製造する場合、セラミックグリー
ンシートの上にＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ５Ｃｕ、Ｎｉなとの導
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良い。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。例えば、窒素をキャリアガスとして水蒸気
中を通過させ、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、Ｎｔ９９．１〜９９．８％）中、
９５０〜１０２０℃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、セラミックグリーンシート
の形成に使用するバインダを仮焼き段階で完全に燃焼さ
せて、炭素として残存させずに除去するためである。

（ｅｌ実施例先ず、ムライトと、その他の構成材料、すなわちＢｚＯ
ｓまたはＢＮあるいはＢ４Ｃ，ＳｉＯ□、Ａｌｔｏｓ、
ＣａＯまたはＣａＣ０，、ＳｒＯまたはＳｒＣＯ３、Ｂ
ａＯまたはＢ　ａ　ＣＯｚ　、ＭｇｏまたはＭｇＣＯ３
を準備し、第２図に示す組成の磁器が得られるように秤
量、混合した。この混合物を８００〜９００℃の温度で
仮焼きし、粉砕した。この粉砕した粉末だ有機バインダ
を加えて混練し、得られたスラリをドクターブレード法
にて厚さ１ｍｍのシート状に成形した。このセラミック
グリーンシートを縦３０ｍｍ、横１０ｍｍの大きさにカ
ットし、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８０
０〜９００℃の温度でバインダー成分を燃焼させ、これ
を第２図に示す各温度で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縦３ｍｍ、横２
Ｑｒｎｍの各板状にカットし、これを３枚積層して２０
００Ｋｇ／ｃｍ”で加圧し、角柱状にした。そして、こ
れを上記の方法で焼成し、熱膨張係数測定用の試料とし
た。また、セラミックグリーンシートを縦５ｍｍ、横５
０龍の各板状にカントし、これを４枚積層して２０００
　ｋｇ／　ｃｍ”で加圧して角柱状とした。この角柱体
の陵をＪＩＳ規格にもとづいて丸め、上記の方法で焼成
し、三点曲げ法による′曲げ強度測定用の試材とした。

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、第２図に示す結果を得た。

なお、第２図には各試料の比抵抗と誘電体損失を記載し
ていないが、いずれの資料についても比抵抗は１０１３
Ω・ｃｍを超え、誘電体損失は０．２％未満であり、絶
縁体として充分な特性を備えていることを確認している
。

誘電率：周波数ＩＭＨｚで測定した値。

誘電体損失二周波数ＩＭＨ２で測定した値。

比抵抗：試料に直流１００ｖを印加したときの値。

熱膨張係数：次式より算出した値。

α＝ΔＬ／　Ｌ　（Ｔｚ　　’ｒ＋　）＋αＳｉＯ□式
中α：熱膨張係数 ΔＬ：加熱による試料の見掛けの伸び（ｍｍ）Ｌ：室温での試料の長さ（ｍｍ）Ｔ１　：室温Ｔｚ：５００℃ αＳｉｎｇ：石英ガラスの熱膨張係数である。

また、これとは別に、同じ方法で厚さ０．３〜０．４鶴
のセラミックグリーンシートを作成する一方、粒径５μ
ｍ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
雰囲気の中で第２図に示す各温度で１時間焼成した。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
。

非酸化性雰囲気で使用出来るサーメット抵抗を表面に形
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、上記した実施例では、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
焼成しても第２図に示した程度の特性が得られることが
確認できた。

第２図の結果は次の基準にしたがって判定した焼結温度
？　１０２０℃以下（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉな
どの使用可能な温度）誘電率（ε）：ＩＭＨｚの条件下で８．０以下曲げ強度
：　１５００ｋｇｆ／ａｆ１以上熱膨張係数：　６．　
　ＯＸ　１０−’／’Ｃ以下なお、第２図において＊印
を付したものはこの発明の範囲外であり、それ以外は全
てこの発明の範囲内のものである。

第２図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。

（１）ムライトが３０重量％を未満では熱膨張係数が６
．０ｘｌＯ−’／”ｃより大きくなり好ましくない（試
料番号４）。一方、ムライトが７０重重量を超えると焼
結温度が１０２０℃より高くなり好ましくない（試料番
号１）。

（２）シリカが１０重量％未満では焼結温度が１０２０
℃より高（なり好ましくない（試料番号８）。一方、シ
リカが５０重量％を超えると、曲げ強度が１５００Ｋｇ
ｆ／ｃｍ”より低くなり好ましくない（試料番号５）。

（３）酸化ホウ素が４重量％未満では焼結温度が１０２
０℃より高くなるので好ましくない（試料番号１２）。

一方、酸化ホウ素が１０重量％を超えると発泡する（試
料番号９）。

（４）アルミナが２重量％未満では焼結温度が１０２０
℃より高くなるので好ましくない（試料番号１６）。一
方、アルミナが１５重量％を超えるとやはり焼結温度が
１０２０℃より高くなり好ましくない（試料番号１３）
。

（５）アルカリ土類金属酸化物の内２種類以上の合計が
５重量％未満では焼結温度が１０２０℃より高くなり好
ましくない（試料番号２０）。一方３０重量％を超える
と誘電率（ε）が大きくなり曲げ強度も低下する（試料
番号１８）。さらにアルカリ土類金属酸化物の重量％が
５〜３０の範囲内であっても１種類だけである場合はガ
ラス状となって焼結できない（試料番号１９）。

（ｆ）発明の効果この発明に係る多層基板用低温焼結磁器組成物は次のよ
うな効果を有している。

（１）　１０２０℃以下の温度で焼結辺、声であり、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際サーメ
ット材料が使用できる。

（２）熱膨張係数が６　Ｘ　１０−’／’Ｃ以下と小さ
く、シリコンの熱膨張係数と略等しくすれば、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ックが発生するおそれが
ない。

（３）比誘電率が８以下とアルミナの値よりも小さく、
信号遅延時間が短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はムライトの組成範囲を示す図、第２図は磁器組
成物とその特性を表す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１）ムライトが３０〜７０重量％、シリカが１０〜５０
重量％、酸化ホウ素が４〜１０重量％、アルミナが２〜
１５重量％、アルカリ土類金属酸化物のうちの２種類以
上の合計が５〜３０重量％、である多層基板用低温焼結
磁器組成物。