JPH01226751A - 誘電性組成物 - Google Patents

誘電性組成物

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JPH01226751A
JPH01226751A JP1015213A JP1521389A JPH01226751A JP H01226751 A JPH01226751 A JP H01226751A JP 1015213 A JP1015213 A JP 1015213A JP 1521389 A JP1521389 A JP 1521389A JP H01226751 A JPH01226751 A JP H01226751A
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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］ 本発明は改良された厚膜誘電性組成物に関し、特に低い
誘電率を有する組成物に係わる。
［従来の技術］ 超高速な集積回路（ＶＨ５Ｉ　Ｃ）技術の改良は、低い
誘電率をもつ物質の必要性を作り出した。誘電率には、
物質の絶縁能力を図る尺度である。また、誘電率には、
ある物質のキャパシタンスの同じ厚さの空気のキャパシ
タンスに対する比率である。空気の誘電率は、数値１で
あられされる。低い誘電率の必要性は、電気信号の周波
数とともに増加する。低い誘電率をもった物質を用いる
と、絶縁体の信号のロス、信号線間のクロストークを最
少限に抑制し、更に信号立上り時間や減衰時間を最少限
に抑制できる。
低い誘電率Ｋをもつ物質に対する数々の試みが、重合体
物質（Ｋ−２〜４）やガラスやガラスセラミックスやセ
ラミック物質（Ｋ　−３，８〜６）の用途も含めてかな
り注目されている。誘電特性に加えて、物理的、化学的
、電気的、かつ機械的特性も物質を選択するのに考慮さ
れるに違いない。電気的設計パラメータ、パッケージン
グ、製造加工及び末端の使用要求は、多くの物質の適用
可能性をさらに制限する。
もっとも低い誘電率は重合体物質で得られる。
温度の考慮は、重合体物質の使用において主な制限であ
る。高いプロセス及び環境温度、熱膨張。
及び熱伝導率は、多くの用途において低いＫを有した重
合体物質の使用を妨げる。
高いプロセスまたは使用温度特に５００℃以上の温度を
必要とする用途には、無機物質が要求される。無機物質
の中で最も低いに値は、５ｉ０２のＫ　−３，８である
。５ｉ０２が耐火性であることから、５ｉ０２をガラス
やガラスセラミックスなどのようなＫの最少値を本質的
に上げることが知られているその他の物質と組合わせて
用いることが一般に必要である。
９６％ＡＮ２Ｏ３基板上に印刷される回路にとっては、
ＡＲ２Ｏ３基板と誘電体との熱膨張係数（ＴＣＥ）が、
多層回路を歪めたり及び／又はクラッキングを生じさせ
たりするのを回避させるために適合していなければなら
ない。一般に、ガラスやガラスセラミックス系にとって
は、低いＫは通常低いＴＣＥと高いガラス軟化点を意味
する。
コージライトやムライトのような物質は低い誘電率を有
するが、ＴＣＥが合わないためＡＮ　２Ｏ３基板上に用
いるのに相応しくない。更に、低い軟化点のガラスとと
もにムライトまたはコージライトを含む組成物は、一般
にＴＣＥを上げ、焼成温度を下げ、更にＫを増加する傾
向にある。
このような物質の特性とかなり低いＫの誘電率に対する
設計基準や最終的な使用要求との組合わせは、今まで用
いることができた物質をしばしばそして厳しく制限する
。このように、９６％のアルミナ基板上にありふれた手
段で焼成することができる低いＫのスクリーン印刷可能
な厚膜組成物に対して大きな必要性がある。
［発明の概要コ まず、本発明は （ａ）Ｂ２　ｏ３のＳ　ｉＯ２Ｌ対するｍＱ比がｏ。
２２〜０．５５テ、Ａｌ１２Ｏ３０．５〜１．５重ｆｆ
ｉ％及びアルカリ金属、アルカリ土類金属又はそれらの
混合物の酸化物の混合物　１．５〜４．ＯＴ！１ｒｆｆ
ｉ％を含み、しかも前記酸化物の混合物が非晶質硅酸塩
ガラス量に対してＬｉ２Ｏを０．３〜１．０重量％含ん
でいる、鉛を含まない非晶質ホウ硅酸塩ガラス５５〜７
５重量％と、 （ｂ）α−石英及びそれと熱膨張係数が７以上の不活性
酸化物０．５〜５．０重量％との混合物からなる群の中
から選ばれるセラミックフィラー４５〜２５重量％と、 から本質的になる微細に粉砕された固体の混合物である
低いＫの誘電層を形成するための組成物に係わる。
第２に、本発明は、有機媒体中に分散した前記組成物か
らなるスクリーン印刷可能な厚膜組成物に係わる。
更に、本発明はアルミナ基板上に上記厚膜組成物の層を
印刷し、その組成物から有機媒体を揮発させ、かつ石英
やその他のフィラーが結果的にガラスの中に溶解するこ
とになるガラスの粘性相焼結を行なうために焼成するこ
とによって調製された低に誘電性層に係わる。
［発明の詳細な既述］ （Ａ）ガラス組成物 本発明で用いることができるガラス組成物は、０．５〜
１．５重量％のＡｇ２Ｏ３、１，５〜４．０重量％のア
ルカリ金属酸化物及び／又はアルカリ土類金属酸化物を
含む非晶質ホウ硅酸塩ガラスである。ガラス中のボロン
シリケート成分はガラスに対して９４．５〜９８．３ｆ
ｆｉ　ｆｌｉｌｔ％の範囲でなければならない。もし、
９４．５重量％未満のホウ硅酸゛塩が用いられると、ガ
ラスは非常に電気伝導性が大きくなり過ぎるとともに誘
電圧接（ＤＦ）が高くなり過ぎる。逆に、もしホウ硅酸
塩の量が９８．３＠Ｅ１％より大きいと、ガラスの焼結
温度が実際上の焼成温度を越えてしまう。Ｂ２Ｏ３の５
ｉ０２に対する重量比は、０．２２〜０．５５の範囲、
好ましくは０．２５〜０．４０の範囲がよい。ガラスは
８５０〜９５０℃の温度で粘性相焼結ができることが望
ましい。特に望ましいガラス組成物は、７２重量％の５
ｉ０２．２５重量％のＢ２Ｏ３，１％のＡｌＩＯ３，１
重量％のＫ２Ｏ，０．５重量％のＮａ２Ｏ及び０．５重
量％のＬｉ２Ｏからなる組成物である。
少量のアルミナは焼成したときにセラミック→イラー特
に石英がガラス中に溶解することを回避するためにガラ
スの中に入れる必要がある。少なくとも０．５重量％の
アルミナがこの目的のために必要とされる。しかし、ア
ルミナが１．５　ｆｆ１ｆｆｉ％越えて用いられると、
ガラスの粘度が過大となり、湿潤及び焼結特性が悪影響
を受ける。また、０．３〜１．０重量％のＬｉ２Ｏを含
む、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属またはそ
れらの混合物の酸化物を１．５〜４．ＯｆｆＩ量％有す
ることが要求される。少なくとも１．５重量％のそうし
た金属酸化物が、焼成中のガラスに適度な低い粘度を得
るために必要である。しかし、もし４．０重量％を越え
る酸化物等が用いられたら、焼成される組成物の伝導度
は高くなり過ぎる。ガラス中のアルカリイオンの量を最
少限にするには、ガラスは０．３〜１．０重量％のＬｉ
２Ｏを含有することが望ましい。
これにより、最も低い有効な焼結粘度が最も少ない量の
アルカリイオン即ちアルカリ金属やアルカリ土類金属イ
オンで得られる。また、他のアルカリ金属酸化物（Ｎ　
ａ　２Ｏ．　Ｋ２Ｏ）の量は総ガラスに対して３．０重
量％未満に保つべきである。更に、ガラスは本質的にＢ
ｉ、Ｐｂまたは誘電定数に悪影響を及ぼす他の大きな分
極性イオンを本質的に含んではならない。
ガラスは、ありきたりなガラス製造技術により希望する
配合で所望の成分を混ぜ、その混合物を加熱して融成物
を作ることにより用意できる。技術的によく知られてい
るが、加熱はピーク温度まで行われ、融成物が全く液状
になり均一になるような時間にわたって行われる。現在
の技術では、各成分はプラスチックのボールを有したポ
リエチレン製のビンの中で振ることにより予め混合され
、希望する温度でプラチナ製のるつぼで融解される。
融解物は、１時間から０．５時間ピーク温度で加熱され
る。次いで、融解物を急冷する。この粗製フリットを、
希望する粒子サイズに噴出粉砕する。
上述したガラスは、低分極率と低誘電率故、特にＶＨ３
Ｉ　Ｃへの適用に望ましい。更に、これらのガラスが高
い５ｉ０２濃度を有しているため、高いＢ２Ｏ３濃度を
もつガラスよりも耐火性がよい。ホウ硅酸塩ガラスはそ
れ自身高い軟化点をもつ傾向にあるため、少量のアルカ
リ金属及び／又はアルカリ土類金属の酸化物を加えるこ
とにより軟化点を下げることが必要である。しかし、そ
うした酸化物の量は、乏しい絶縁性をもたらすイオン移
動を回避するために最少限にすべきである。
本発明に係るガラス組成物の特殊な利点は、その組成物
がＩＯＶを印加下で１規定のＮａＣｐ溶液からのＮａ＋
イオンが移動により測定してハーメチック層を形成する
ということである。
（Ｂ）無機フィラー この発明にとって好ましい無機フィラーは、低いに値（
３，ｌｉ）をもちかつ非常に高いＴＣＥ（１１，２ｐｐ
■／”Ｃ）をもつα−石英である。従って、他のライラ
ーを用いると、これら両者の性質を劣化させるものと予
想される。しかし、ご（少量のＡＤ　２Ｏ３例えば０．
５〜５重量％のＡｆ！２Ｏ３を組成物に添加すると、組
成物が適用される基板のたわみを減少させるという非常
に望ましい影響をもつことが見出だされている。
これに関し、対角線７．２　ａｍの基板のたわみは１体
積％の石英がＡｌ２Ｏ３でおきがえられると、１２層の
誘電層を形成して２４回の焼成後、＋１５７μｍから一
■８μｍに減少したことが見出だされている。焼成され
た組成物の電気的及び機械的特性は、厚膜誘電体として
完全に満足できるものであった。
誘電層は、勿論多数の焼結を受けるが、その間実質量の
石英がガラスの中に溶解する傾向にある。
この分散した結晶石英から溶解した非晶質シリカへの組
成物の変化は、その組成物のＴＣＥを減少することにな
る。アルミナの添加によって、焼成中石英のガラスへの
溶解は抑制され、それ故焼成された層のＴＣＥを高く保
持してその結果アルミナ基板のＴＣＥにより一層調和す
ると考えられている。
この発明の組成物で用いられるフィラーは、通常の８５
０〜９５０℃の焼成条件で焼結を受けない。
典型的な焼成サイクルは、ピーク温度まで２Ｏ〜２５分
、ピーク温度で１０分及び２５〜３０分の冷却である。
この発明に係る固体の粒子の大きさは、誘ｆｆ１−１ｍ
の値に関して重要ではない。しかし、良い生の（焼成さ
れない）密度を得るとともに焼成時の収縮を最少限にす
るために平均粒子サイズは１〜１５μｍ望ましくは２〜
ＩＯμｍであることが重要である。
（Ｃ）有機媒介物 先に詳述した無機粒子は、スクリーン印刷するのに適度
な粘度と流動学的性質を有したペースト状の組成物を形
成するために機械的混合（例えばロールミル）により不
活性液状媒体（ベヒクル）と混合される。ペースト状組
成物は、通常の方法で通常のセラミック基板上に“厚膜
”として印刷される。
有機媒体の主な目的は、セラミック又は他の基板に容易
に適用されうる形で組成物の微粉砕された固体を分散さ
せるためのベヒクルとして作用することである。従って
、有機媒体は先ず固体が適当な安定度をもって分散しえ
るものでなければならない。第２に、有機媒体の流動学
的特性は、分散体に良好な適用特性を与えるものでなけ
ればならない。
はとんどの厚膜組成物は、スクリーン印刷法によって基
板上に塗布される。従って、それらの組成物はすみやか
にスクリーンを通過するように適度な粘度をもたなけれ
ばならない。また、それらの組成物はスクリーン印刷さ
れた後すみやかに固定し、それによって良好な改造性を
与えるためにチキソトロピー性をもつべきである。流動
学的特性が主に重要であるが、有機媒体は、好ましくは
また固体と基板の適当な湿潤性、乾燥速度、ラフな取扱
いにたえうる十分な強度を有した乾燥フィルム強度、及
び適切な焼成特性を与えるように調製される。焼成され
た組成物の満足な外観もまた重要である。
これらの全てに鑑みて、多種類の液体は有機媒体として
用いることができる。大抵の厚膜組成物に対する有機媒
体は、典型的には、チキトロピー剤と湿潤剤を含む溶媒
中の樹脂の溶液である。溶媒は通常１３０〜３５０℃の
範囲で沸騰する。
この目的のためにもっとも頻繁に用いられてしかも好ま
しい樹脂は、間違いなくエチルセルロースである。しか
し、エチルヒドロキシエチルセルロース、松ヤニ、エチ
ルセルロースとフェノール樹脂の混合物、低級アルコー
ルのポリメチアクリレート及びエチレングリコールモノ
アセテートのモノブチルエーテルのような樹脂も、また
用いることができる。
好ましい溶媒は、ミネラルスピリット、ジブチルフタレ
ート、ブチルカルピトール、ブチルカルピトールアセテ
ート、ヘキシレングリコール、更に高沸点アルコールや
アルコールエステルを含む。
これら及びその他の溶媒の様々な組合わせは、望ましい
粘度及び揮発性を得るために調製される。
一般に用いられるチキソトロピー剤には、水素化ひまし
油及びその誘導体やセルロースがある。
もちろん、いかなる懸濁物にも固有のせん断粘性と組合
わされた溶媒樹脂特性だけでも適切であるので、チキソ
トロピー剤を含める必要は必ずしもない。適切な浸潤剤
はリン酸エステルや大豆レシチンを含む。
ペースト状分散物における固体に対する比はかなり変化
でき、かつ分散物が適用されるべき方法及び用いられる
有機媒体の種類に依存する。通常、良い被覆面積を得る
には、分散物は４０〜９０重量％の固体と６０〜ｌＯ重
量％の有機媒体を相補的に含む。
利用される媒体（ベヒクル）上に都合よく形成されるペ
ーストは、主に最終の望ましい配合物の粘度と印刷厚さ
によって決定される。
（Ｄ）多層への適用 多層構造の製造に用いるに際して、本発明に係る組成物
は貴金属、おおかたの銅量外の卑金属導体とともに用い
ることができる。具体的には、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ
、Ｐｄ　／Ａｇ及びＰｔ／Ａｇとともに用いられる。不
純物を含まない銀金属の導体を用いることができるが、
それらは焼成中誘電層に銀金属が移動する傾向にあるた
め好ましくない。しかし、もし組成物が有機物の消失を
助長する酸素放出性化合物を供給するように改質される
ならば、銅もまたこの発明の組成物とともに用いられる
。そうした化合物は、Ｃｏ　３０４やＭｎ　０２のよう
な物質を含む。この発明に係る組成物は、そのような多
くの誘電性組成物と違って、空気のような酸化性雰囲気
中で焼成できるし、あるいは窒素のような非酸化性雰囲
気中でも焼成できる。焼成雰囲気の選択は、通常焼成条
件下での導電性金属の酸化安定度により決定される。
［実施例〕 ［実施例１コ 誘電定数４をもつ９６％Ａｉ）ｚ０３基板上に用いるの
に適したハーメチックでかつ印刷可能な厚膜誘電性組成
物は、比率が３：２のガラス及び石英を、エチルセルロ
ース、テキサノール溶媒及びリン酸エステル浸潤剤５　
／　９０／　５の比率からなるベヒクルとともにロール
ミルすることにより用意された。こうして得られたペー
ストは、せん断速度２．５秒−１で２６０〜３３０　Ｐ
　ａ　、　　ｓの最終粘度をもつ。ガラス組成は、５ｉ
０２７２重−％、Ｂ２Ｏ３２５重量％、　ＡＩ　２Ｏ３
１重量％、　Ｎａ　２Ｏ０．５重量％及びＬｌ　２Ｏ０
．５重量％である。ペーストはスクリーン印刷され、更
に全サイクル時間５８分で６分間９０５℃で空気中で焼
成された。焼成されたペーストの２つの層は、３８〜４
３μｍの総厚みになった。金の電極を用いると、誘電率
は４．０で２４回焼成後の２インチ角の９６％ＡＮ　２
Ｏ３基板中のひずみは＋３ミル／インチ（正の歪みは、
基板の中央が縁よりも高いことを意味する）。
［実施例２］ 実施例１と同様な、バーメツチクでスクリーン印刷可能
な厚膜誘電性組成物を、石英フィラーの１％をＡＮ　２
Ｏ３に変えることにより調製した。
誘電率は４．１で、２４回焼成後の２インチ角の９６％
Ａｉ＋２Ｏ３基板中のひずみは−１ミル／インチであっ
た。
［実施例３］ ５ｉ０２７４重量％、Ｂ２Ｏ３１５重二％＋　　Ａｊ！
　２Ｏ３１重量％、Ｎａ２Ｏ４重量％及びｐｂ。
６重量％であることを除いて実施例１と同様な、厚膜誘
電組成物を用意した。焼成された層は４．６の誘電率を
もつが、気密ではなかった。
［実施例４］ ＳｉＯ２８１重量％、８２Ｏ３１３重量％、Ａ、１７２
Ｏ３２重量％、及びＮａ２Ｏ４重量％であることを除い
て実施例１と同様な、ハーメチックでスクリーン印刷可
能な厚膜誘電性組成物を調製した。
焼成された層は４．３の誘電率をもつが、ハーメチック
ではなかった。
出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１） （ａ）Ｂ＿２Ｏ＿３のＳｉＯ＿２に対する重量比が０．
    ２２〜０．５５で、Ａｌ＿２Ｏ＿３０．５〜１．５重量
    ％及びアルカリ金属，アルカリ土類金属又はそれらの混
    合物の酸化物の混合物１．５〜４．０重量％を含み、し
    かも前記酸化物の混合物が非晶質硅酸塩ガラス量に対し
    てＬｉ＿２Ｏを０．３〜１．０重量％含んでいる、鉛を
    含まない非晶質ホウ硅酸塩ガラス５５〜７５重量％と、 （ｂ）α−石英及びそれと熱膨張係数が７以上の不活性
    酸化物０．５〜５．０重量％との混合物からなる群の中
    から選ばれるセラミックフィラー４５〜２５重量％と、 から本質的になる微細に粉砕された固体の混合物である
    低いＫの誘電層を形成するための組成物。
  2. （２）非晶質ホウ硅酸塩ガラスが、混合されたＮａ＿２
    Ｏ及びＫ＿２Ｏを０．９〜３．０重量％含む請求項１記
    載の組成物。
  3. （３）ガラスの非晶質ホウ硅酸塩成分が、本質的に７２
    重量％のＳｉＯと２８重量％のＢ＿２Ｏ＿３からなる請
    求項１記載の組成物。
  4. （４）セラミックフィラーが、α−石英と０．５〜５．
    ０重量％のＡｌ＿２Ｏ＿３の混合物である請求項１記載
    の組成物。
  5. （５）有機溶媒中に溶解した樹脂からなる有機媒体の中
    に分散した請求項１記載の組成物からなるスクリーン印
    刷可能な厚膜組成物。
  6. （６）樹脂がエチルセルロースである請求項５記載の組
    成物。
JP1015213A 1988-01-28 1989-01-26 誘電性組成物 Granted JPH01226751A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US149,507 1988-01-28
US07/149,507 US4849379A (en) 1988-01-28 1988-01-28 Dielectric composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01226751A true JPH01226751A (ja) 1989-09-11
JPH0550451B2 JPH0550451B2 (ja) 1993-07-29

Family

ID=22530599

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