JPH04254468A

JPH04254468A - ムライト質磁器の製法

Info

Publication number: JPH04254468A
Application number: JP3032268A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tanaka; 田　中　　淳
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1992-09-09

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温焼成が可能な半導
体素子を搭載する基板に適したムライト質磁器の製法に
関する。

【０００２】

【従来技術】従来、半導体素子を搭載する基板としては
、Ａｌ２　Ｏ３　を主体とする基板が用いられ、Ａｌ２
　Ｏ３　基板表面及び内部にＷやＭｏ等の高融点金属に
より導体配線が被着形成されたものが使用されている。しかしながら、導体としてＷやＭｏを用いた基板ではそ
の焼成温度が１４００℃を越える温度で焼成する必要が
あり、しかもＷやＭｏは、Ｃｕ、Ａｕ等に比較して導体
抵抗が高いために基板の高密度化、高集積化を目指す場
合、不適当である。

【０００３】そこで、最近ではＡｌ２　Ｏ３　に対して
ホウケイ酸ガラスを添加することにより焼成温度を９０
０〜１０００℃程度にまで下げ、導体として導体抵抗が
低く低温にて焼成可能なＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属を用
いた低温焼成基板が、例えば特開昭６２−２１９９９７
号にて提案されている。このＡｌ２　Ｏ３　系低温焼成
基板の磁器特性は、一般的にはおよそ熱膨張係数が４．
０〜５．５×１０−６／℃、誘電率７．５〜８．０、曲
げ強度２００〜３００ＭＰａ程度である。

【０００４】しかしながら、Ａｌ２　Ｏ３　はそれ自体
誘電率が１０程度と高く、ホウケイ酸ガラスを５０％程
度添加して焼成しても前記特性値から明らかなように、
誘電率が７以上であり、高速回路用基板材料としては適
さないという問題がある。

【０００５】そこで、最近においてはアルミナよりも誘
電率の低いムライト（３Ａｌ２　Ｏ３　・２ＳｉＯ２　
）を主成分とし、ホウケイ酸ガラスを添加してなる低温
焼成基板が、例えば特開昭５９−３９７４４号にて検討
されている。

【０００６】その他、低温焼成基板用磁器としては、ア
ノーサイト系やコーディエライト系等も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ムライトを主成分とする低温焼成基板は、ムライト結晶
自体の強度がアルミナに比較して低いために基板として
の強度が小さく、例えばパッケージとして機械的信頼性
に欠け、またムライト自体の焼結性が低いことに起因し
てホウケイ酸ガラスを多量に添加しなければ１０００℃
以下の低温での焼成ができないという問題がある。

【０００８】また、強度が低い原因としては、磁器にお
けるムライト結晶量が少ないことが考えられるが、特開
昭５９−３９７４４号に示されるような方法では低温焼
成を可能にしつつ多量のムライトを配合するにも限界が
あり、よって磁器の強度の向上は望めない。

【０００９】その他、アノーサイト系磁器は熱膨張係数
が高く、また、コーディエライト系磁器は熱膨張率が低
いという問題があり、低温焼成を可能にしつつ高強度に
優れた磁器が得られていないのが現状であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
対して検討を加えた結果、出発原料として、ムライト粉
末と、該ムライト粉末に対し焼結性を向上しうるガラス
としてそれ自体焼成によりムライト結晶を析出可能なガ
ラスを用い、これをムライト粉末に対して４０〜８５重
量％の割合で添加混合し、成形後、８００〜１０５０℃
にて焼成することにより、系の焼結性を低下させること
なく、ガラスよりムライトを析出させることができ、し
かも磁器中のムライトの結晶化度を４０体積％以上とす
ることにより低誘電率を維持しつつ強度を向上できるこ
とを見出したものである。なお、ここでいうムライトの
結晶化度とは磁器またはガラス全体中のムライト結晶質
の占める体積比率である。

【００１１】本発明によれば、まず原料粉末として、ム
ライト粉末および焼成によりムライト結晶を析出可能な
ガラス粉末を用意する。ムライト粉末は、それ自体、３
Ａｌ２　Ｏ３　・２ＳｉＯ２　の化学式で表される化合
物であり、原料粉末としては取扱および磁器の強度の点
から平均粒径が２〜４μｍ　のものが好適に使用される
。また、ガラス粉末としては、Ａｌ２　Ｏ３　、ＳｉＯ
２　およびＢ２　Ｏ３　を必須成分として含有するもの
で、この他にＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｎａ２
　Ｏ、Ｋ２　Ｏ等が適宜添加されるが、約６００℃にて
溶融可能であることが望まれる。

【００１２】用いるガラス粉末の具体的な組成としては
、Ａｌ２　Ｏ３　２０〜５０重量％、ＳｉＯ２　３０〜
６０重量％、Ｂ２Ｏ３　１０〜３０重量％、その他の上
記金属酸化物が２０重量％以下であることが望ましく、
さらに、１０００℃での温度で焼成した場合のガラス自
体のムライトの結晶化度が１５体積％、特に３０体積％
以上であることが望ましい。

【００１３】上記のムライト粉末とガラス粉末をムライ
ト粉末が１５〜６０重量％、特に２５〜５０重量％、ガ
ラス粉末が５０〜８５重量％、特に５５〜７５重量％の
割合となるように秤量後、十分に混合する。

【００１４】ムライト粉末とガラス粉末との調合割合を
上記の範囲に限定したのは、ムライト粉末が１５重量％
より少ないか、あるいは上記ガラス粉末が８５重量％を
越えると磁器の焼成時の変形量が大きくなるために基板
としての歩留りや信頼性が低下し、ムライト粉末が６０
重量％を越え、ガラス粉末が４０重量％より少ないと焼
成温度が１１００℃以上となり、低温焼成化を達成する
ことができない。

【００１５】次に上記のようにして得られた混合粉末は
、適宜バインダーを添加してスラリー化しドクターブレ
ード法や押出成形等の成形手段により成形する。

【００１６】また、配線基板として用いる場合には、該
成形体の表面に導体パターン形成するために導電材料を
含有するペーストを塗布する。導電材料としてはＣｕ、
Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ等が使用され、さらに場合によ
っては、導体ペーストと成形体は積層させる場合もある
。

【００１７】このようにして得られた成形体を８００〜
１０５０℃、特に９００〜１０００℃の焼成温度にて焼
成する。この時の焼成時の雰囲気は大気中等の酸化性雰
囲気中が望ましい。かかる条件で１〜５時間程度保持後
、冷却することにより、ガラス中のＳｉＯ２　とＡｌ２
　Ｏ３　が反応し、ムライト結晶を析出することができ
、焼成温度が８００℃より低いと十分に緻密な焼結体が
得られず、１０５０℃より高いと導体金属の溶融もしく
は拡散が生じ望ましくない。

【００１８】本発明によれば、上記ムライト結晶の析出
により磁器中のムライト成分の結晶化度が４０％、特に
６０％以上になるように制御することが重要である。こ
れは、ムライトの結晶化度が４０％より低いと、磁器の
強度が低いためである。

【００１９】

【作　　用】上記の構成によれば、配合されるムライト
粉末以外に、ムライト粉末に対する焼結助剤であるガラ
ス成分中よりムライト結晶が析出することから、系全体
の低温での焼結性を低下させることなく、磁器中のムラ
イト結晶の占める割合を大きくすることができる。また
、得られる磁器は、組織的には、ムライト粉末による粒
径の大きい結晶粒子が存在し、その結晶の粒界は、添加
された焼結助剤成分としてのガラス相が存在するが、本
発明の方法によれば、そのガラス相中に微細なムライト
結晶が析出した構造を呈する。このような微細な組織構
造によっても磁器の強度を高めることができる。

【００２０】

【実施例】平均粒径２μｍ　のムライト粉末に対して、
平均粒径４μｍ　の表１の組成からなるムライト結晶を
析出可能な２種のガラスを表２の割合で秤量後、ボール
ミル中にてトルエン−エタノール混合溶媒を用いて１２
時間混合する。その後ポリビニルブチラール樹脂をバイ
ンダーとして、またフタル酸ジブチルを可塑剤として適
量添加し、さらに１２時間混合しスラリーを得た。

【００２１】

【表１】

【００２２】得られたスラリーをドクターブレード法に
よりグリーンシートに成形し、１００ｍｍ角の切断シー
トを厚み３ｍｍに熱圧着積層した。この積層体を所定形
状に細断した後、大気中で表２に示す条件で焼成した。

【００２３】得られた磁器に対して結晶化度、曲げ強度
、誘電率および外観検査により変形の有無について検査
した。なお、結晶化度は粉末Ｘ線回折法により検量線を
用いて測定し、曲げ強度はＪＩＳＲ１６０１に基づき３
点曲げ強度を、誘電率はＬＣＲメータを用いてそれぞれ
測定した。測定結果は、表２に示した。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２によれば、ムライト粉末が１５重量％
より少なく、ガラスが８５重量％より多い試料Ｎｏ，１
〜４では、磁器中のムライトの結晶化度が高く、強度が
比較的高いものも存在するが磁器の変形が大きく、実用
的でない。また、ムライト粉末およびガラスが所定の範
囲内であっても最終的に磁器の結晶化度が低いと強度が
低い。また、ムライト粉末量が６０重量％を越え、ガラ
スが４０重量％より少ないと焼成温度が高くなり低温焼
成が不可能となった。

【００２６】これらの比較例に対して、ムライト粉末お
よびガラスを所定の量で添加し、焼成することにより、
磁器中のムライトの結晶化度を４０体積％以上にするこ
とにより、１０５０℃以下での低温焼成が可能で、曲げ
強度２０ｋｇ／ｍｍ２　以上、誘電率６．５以下で焼成
後に変形のない磁器を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明のムライト
質磁器の製法によれば、磁器の低温における焼結性を維
持しつつ、磁器中のムライト結晶を多量に存在させるこ
とができることから、磁器自体の強度を高めることがで
きる。これにより、磁器を半導体素子を搭載する基板材
料として適用した場合に、導体として低抵抗な金属を用
いることができるとともに、強度向上に伴い、製造時の
歩留りを高めるとともに製品における機械的信頼性を高
めることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ムライト粉末１５〜６０重量％と、ム
ライト結晶を析出可能なガラス粉末４０〜８５重量％と
からなる混合粉末を成形後、８００〜１０５０℃で焼成
し、前記ガラスよりムライト結晶を析出させることによ
り、磁器中のムライトの結晶化度を４０体積％以上にし
たことを特徴とするムライト質磁器の製法。