JPH03197355A - セラミツク基板用組成物 - Google Patents

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］ 本発明は低温焼成セラミック基板用組成物、とくに銀糸
導体を使用する凹路基板に好適なセラミック基板用組成
物に関する。

［従来の技術］ 従来から、ＩＪＩ実装基板の一層の高密度化、高速化に
低コストで対応できると期待されている、８００−１０
００℃で焼成可能な、いわゆる低温焼成基板が報告され
ている（たとえばエレクトロニク慟セラミクス、１９８
５年、３月号、１８〜２１頁および同１９８７年、５月
号、８６〜７１頁参照）。これらの基板においては、８
００〜１０００℃の温度範囲の焼成でセラミックかえら
れるので、Ａｕ％　Ａｇ％　Ａｇ／Ｐｄ％　Ｃｕ。

Ｎ１などの導体を同時に焼成でき、低誘電率セラミック
と低抵抗導体とを組合わせた多層配線が可能になる。

このような組合わせの多層セラミック基板の製造方法と
しては、アルミナ粉末などの無機フィラーとホウケイ酸
系などのガラス粉末との混合物を、有機結合剤、可塑剤
および溶剤を用いてスラリー化したのち、これをドクタ
ーブレード法で成形′してグリーンシートと称する柔軟
なセラミックシートを作り、ついでこのグリーンシート
の複数枚に前記導体を印刷し、その層間をバイアホール
で継いで積み重ねて多層化し、さらにこれを焼成して一
体化するという方法が用いられている。

ここで使用される導体の中でも、ＡｇやＡｇ／　Ｐｄの
ような銀糸導体は、低コストである、空気中で焼成可能
である、従来よりハイブリッドＩＣ分野で使用頻度が高
く周辺技術とのマツチングがとれているなどの利点を有
している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、これら銀糸導体には、Ａｇがセラミック誘電
体中に拡散しやすく、水分の存在下で直流バイアスを印
加したときＡｇが移動して絶縁抵抗を低下させる、また
はＡｇが析出する（八ｇのマイグレーションと称されて
いる）という問題のあることが知られている。本発明者
らの検討によれば、アルミナ−ガラス複合系セラミック
のガラスの軟化温度が高いほど、セラミック中のＡｇ拡
散の程度は小さくなる傾向にあるが、このような軟化温
度が高いガラスを用いるとセラミックが１０００℃以下
で緻密に焼結しないという問題がある。また、Ａｇ拡散
の小さい、］［１００℃以下で焼成できるセラミック基
板用組成物もあるが、該組成物は導体との同時焼成にお
いて、セラミックと導体の収縮率のミスマツチのために
基板が反ったり、クラックが生じたり、導体に皺が寄っ
たりするという問題を有している。

このような問題を解決するものとして本発明者らは、ガ
ラス粉末とアルミナ粉末との混合物を用いたセラミック
基板であって、ガラス粉末がＮ２Ｏｓ３〜Ｌ５％（重量
％、以下同様）、Ｐｂ０４０〜５２％、９１０２３２〜
４０％および８２Ｏ３２〜８％からなり、このガラス粉
末を、アルミナ粉末との混合物中３５〜６５％の範囲で
含有させたセラミック基板を見出し、すでに平成１年６
月２Ｂ日付で特許出願を行なっている。さらに同様の組
成物であって、ガラス粉末が９１０２４５〜６０％、＃
２Ｏ３１２〜１８％、８２Ｏ３５〜１５％、Ｃａ０２．
５〜１８．５％、ＭｇＯ６〜２Ｏ％およびＣｏ８２２．
５〜１０％からなるセラミック基板用組成物を見出し、
すでに平成１年９月２７日に特許出願を行なっている。

本発明はこのようなセラミック基板などとは異なる手段
により前記の問題点を解消しようとするものであり、Ａ
ｇの拡散が無視しうるほど小さく抑制され、かつ基板が
反ったりすることなく８００〜１０００℃の低温で充分
焼結可能な銀糸導体を配線しうるセラミック基板用組成
物をうろことを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、セラミック粉末とガラス粉末とを含有してな
る組成物であって、セラミック粉末／ガラス粉末が重量
比で４０〜８０／　８０〜４０であり、該ガラス粉末が
ＳｉＯ２７１〜７６％、８２Ｏｓ６〜１７％、ＡＪ２Ｏ
３１〜６％、Ｎａ２Ｏ２〜５％、Ｌｉ２Ｏ　０〜１％、
に２Ｏ　０〜１％、ｐｂｏ　ｏ〜８％、８１２Ｏ．１〜
５％ならびにＹ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３およびＬａ２Ｏ３の
うちの１種以上１〜８％からなることを特徴とするセラ
ミック基板用組成物に関する。

［作用・実施例］ 本発明の組成物に含有されるセラミック粉末にはとくに
限定はなく、通常セラミック基板の製造に用いられてい
るようなものでよい。セラミック粉末の具体例としては
、たとえばアルミナ、ジルコン、コージェライト、ムラ
イト、溶融石英などがあげられる。なお、Ａｇ拡散性の
良否の決定はガラス粉末の組成が支配的であるのでセラ
ミック粉末の種類をかえてもＡｇの拡散を抑制する効果
はかわらない。

セラミック粉末の平均粒子径は基板の表面平滑性や機械
的強度の点から１〜５Ａ１ｍであるのが好ましい。

本発明に用いられるガラス粉末は、ＳｉＯ２．８２Ｏ　
Ｓ　％Ａｆ２Ｏ　Ｂ　％Ｎａ２ＯおよびＢｉ２Ｏ．と、
Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３およびＬａ２Ｏｉのうちの１種以
上とを含有し、さらに要すればＬｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｐｂ
Ｏを含有してなり、これらの原料を所定量混合して溶融
したのち急冷してガラス塊とし、粉砕するなどしてえら
れるものである。

ガラス粉末の平均粒子径にはとくに限定はないが、セラ
ミック粉末との混合性の点から１〜１０．ｎであるのが
好ましい。

５１０２はガラス構造の骨格をなす酸化物であり、一般
にこの含有量が多いほど軟化温度が高くなり、化学的耐
久性が大きくなる。５１０２のガラス粉末中に占める割
合は７１〜７６％、好ましくは７２〜７５％である。該
割合が７１％未満では化学的性質が満足できず、７６％
をこえるとガラスの軟化温度が高くなりすぎる。

Ｂ２Ｏ３もガラス形成酸化物であり、またガラスに流動
性を付与する成分である。Ｂ２Ｏ３のガラス粉末中に占
める割合は６〜１７％、好ましくは９〜１６％である。

該割合が６％未満ではその効果が少なく、１７％をこえ
ると過度の流動性を帯びるようになり、化学的耐久性も
低下する。

Ｎ２Ｏ３は化学的、機械的性質を向上させるための成分
であり、ガラス粉末中に占める割合は１〜６％、好まし
くは１．５〜４．５％である。該割合が１％未満では＃
　２ｏ　３による顕著な効果が認められず、６％をこえ
るとガラスの軟化温度が高くなりすぎる。

Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏといったアルカリ金属酸化
物は、ガラスの熱膨脹や軟化特性の調整用として合弁さ
れる成分である。

Ｎａ２Ｏのガラス粉末中に占める割合は２〜５％、好ま
しくは２．５〜４．５％である。該割合が２％未満では
ガラスの粘性が充分低下せず、焼結温度が高いものとな
り、５％をこえるとガラスの熱膨脹が大きくなり過ぎる
。

Ｌｉ２Ｏやに２Ｏのガラス粉末中に占める割合は、それ
ぞれ１％以下である。Ｌｉ２Ｏやに２Ｏの割合が１％を
こえると、後述するように導体周囲のセラミックを黄色
に変色させるようになる。

さらに、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏおよびに２Ｏの合計量はガ
ラス粉末中２〜６％、さらには３〜５％であるのが好ま
しい。該割合が６％をこえるとアルカリ金属のガラス中
での移動が顕著となり、電気的特性が低下する傾向があ
り、また、２％未満ではこれらを配合する効果が充分え
られない。

ＰｂＯはガラスの融剤として用いることができる成分で
あり、ガラス粉末中に占める割合は８％以下、好ましく
は６％以下である。該割合が８％をこえるばあい、セラ
ミックの誘電率を大きくするという別の問題が生ずる。

Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３はＮ２Ｏ３の性質に
似てガラスの化学的、機械的性質を向上させる成分であ
り、本発明に用いるガラス粉末にはこれらのうちの１種
以上が合計で１〜８％、好ましくは２〜６％含有される
。該割合が１％未満では顕著な効果は認められず、８％
をこえるとガラスの軟化温度が高くなる。

Ｂｉ２Ｏ３はＰｂＯと類似の性質を有し、電気的特性を
低下させることなくガラスの軟化特性を改善させる。そ
の割合はガラス粉末中１〜５％、好ましくは１．５〜４
％である。該割合が１％未満では充分な効果かえられず
、５％をこえるとガラスの軟化温度が低くなり過ぎる。

本発明に用いるガラス粉末は、前述のごとく各成分の原
料を所定量混合して溶融したのち急冷してガラス塊とし
、粉砕するなどの方法によりうろことができる。

前記ガラス粉末の原料としては、たとえば珪石（ＳｉＯ
ｚ）、硼酸（８３ＢＯ３）、アルミナ（＃２Ｏｓ）、ア
ルカリ金属の炭酸塩（Ｎａ２ＣＯｓ、ＬＩ２ＣＯｉ、Ｋ
２Ｃ０３）、ＰｂＯ％Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏｓ　、Ｌａ２
Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ５などがあげられる。

本発明の組成物におけるセラミック粉末とガラス粉末と
の割合は、重量比で４０〜６０／　６０〜４０、好まし
くは４５〜５５／　５５〜４５である。セラミック粉末
の割合が６０／　４０をこえると焼結温度が高くなって
、本来の低温焼成の目的が達成されず、４０／　８０未
満では焼結体の強度および耐湿性など基板としての性質
が低下する。

本発明の組成物には、通常、さらに有機結合剤、可塑剤
、溶剤などのセラミック多層基板用組成物に用いられて
いる成分が配合される。

有機結合剤の具体例としては、たとえばポリビニルブチ
ラール、ポリメタアクリレート、ポリ酢酸ビニルなどが
あげられ、セラミック粉末とガラス粉末の合計量１００
部（重量部、以下同様）に対して、通常３〜ＩＯ部配合
される。

可塑剤の具体例としては、たとえばジブチルフタレート
、ジオクチルフタレート、ポリエチレングリコールなど
があげられ、セラミック粉末とガラス粉末の合計量１０
０部に対して、通常２〜１５部配合される。

溶剤の具体例としては、たとえばエタノール、トルエン
、トリクレン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン
などがあげられ、セラミック粉末とガラス粉末の合計量
１００部に対して、通常３０〜７０部配合される。

本発明の組成物の調製方法にはとくに限定はなく、たと
えばセラミック粉末とガラス粉末を混合したのち他の成
分を添加してボールミルで混合してスラリー状にするな
ど、通常行なわれている方法を用いることができる。

本発明の組成物は、常法により、たとえばドクターブレ
ード法などによりグリーンシートに成形したのち、導体
ペーストを印刷して、積層、ホットプレスし、焼成する
などして基板とすることができる。

このようにして本発明の組成物からえられる基板は、セ
ラミック基板中へのＡｇの拡散が無視できるほどに抑え
られており、しかも前記焼成は８００〜１０００℃の範
囲で行なうことができ、反りなどのない平坦な基板をう
ろことができる。

実施例１〜４および比較例１〜５ まず、第１表に示す組成になるように原料（Ｓ１０２、
）１３　ＢＯ３、Ｎ　２Ｏ３　、Ｎａ２ＣＯｓ、Ｌ１２
ＣＯ３、Ｋ２ＣＯＪ％　ＰｂＯ％Ｙ２Ｏ５、Ｅｒ２Ｏｓ
　、Ｌａ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３）を配合したのち、１４５
０〜１６００℃で溶融し、急冷してガラスの塊をえ、こ
れを粉砕して平均粒径５Ｊｊｎのガラス粉末図〜■をえ
た。

つぎに、このガラス粉末と平均粒径２）ｉｎｌのアルミ
ナ粉末とを第２表に示す割合で混合し、粉末混合物をえ
た。ついでこれらの各粉末混合物１００部に対してポリ
ビニルブチラール６部、ジブチルフタレート５部、エタ
ノール／トルエンが２１５（重量比）の混合溶剤４０部
を加え、２４時間ボールミル混合を行ないスラリーを作
製した。

これらのスラリーからドクターブレード法により厚さ　
０　、２　ｓｎのグリーンシートを製造した。えられた
グリーンシートを５ｃｍ角に切断して５枚積層し、加熱
温度１２Ｏ℃、圧力５トンの条件でホットプレスして一
体化した。このようにして作製した試片を大気炉内に置
き種々の温度で焼成した。焼成基板の吸水率がほぼ０と
なり、かつ焼成収縮率が１２〜ＩＢ％の間で安定する焼
成温度（最適焼成温度）を第２表に示す。

一方、前記５ｃｍ角のグリーンシート表面にＰｄ含有率
１５％のＡｇ／　Ｐｄペーストを１膳■間隔、１　ｍｍ
幅でスクリーン印刷した。このシートに他のグリーンシ
ート４枚を下打ちし、積層接着して、前記各焼成温度、
すなわち最適焼成温度にて３０分間焼成し、配線基板を
作製した。えられた各サンプルについて焼成後の導体周
辺の色などを観察した。結果を第２表にみられるように
、ガラス粉末（Ｅ）を用いた比較例２、ガラス粉末（Ｆ
）を用いた比較例３、およびガラス粉末（Ｇ）を用いた
比較例４では、Ａｇ／Ｐｄ導体の周囲のセラミックが黄
色に変色しているのが認められた。これに対して、本発
明の組成物からえられる実施例１〜４のセラミック基板
は８２５〜９００℃の温度で銀系導体と同時焼成するこ
とができ、導体周囲のセラミックも黄色に変色すること
はなかった。さらに、この変色部分と変色が認められな
い部分とをＸ線マイクロアナライザーで分析したところ
、変色のないところではＡｇが検出されなかったのに対
し、変色部分にはＡｇの存在が認められた。したがって
導体周囲が変色しない本発明のセラミック基板用組成物
はＡｇ拡散性の小さい組成物であると結論できる。

比較例１および５では導体周囲の変色はなかったが、１
０００℃で焼成しても基板が収縮せず、基板全体の反り
が認められた。

なお、本発明のセラミック基板用組成物は銀糸導体を用
いるばあいに最適なセラミック基板用組成物であるが、
Ａｕ％Ｃｕｓ　Ｎｌなどの低温焼成用の他の導体ととも
に用いても何ら差支えない。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の組成物は特定組成範囲のガラス
粉末を特定量のセラミック粉末と混合したものなので、
銀糸導体を用いたときのＡｇの拡散が抑制され、銀系導
体の焼き付けに適した８００〜１０００℃という低温で
焼成して反りなどのない平坦なセラミック基板を製造す
ることができるという効果を奏する。

代 理 人 大 岩 増 雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック粉末とガラス粉末とを含有してなる組
   成物であって、セラミック粉末／ガラス粉末が重量比で
   ４０〜６０／６０〜４０であり、該ガラス粉末がＳｉＯ
   ＿２７１〜７６重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３６〜１７重量％、
   Ａｌ＿２Ｏ＿３１〜６重量％、Ｎａ＿２Ｏ２〜５重量％
   、Ｌｉ＿２Ｏ０〜１重量％、Ｋ＿２Ｏ０〜１重量％、Ｐ
   ｂＯ０〜８重量％、Ｂｉ＿２Ｏ＿３１〜５重量％ならび
   にＹ＿２Ｏ＿３、Ｅｒ＿２Ｏ＿３およびＬａ＿２Ｏ＿３
   のうちの１種以上１〜８重量％からなることを特徴とす
   るセラミック基板用組成物。