JPH0459260B2 - - Google Patents

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JPH0459260B2
JPH0459260B2 JP59034160A JP3416084A JPH0459260B2 JP H0459260 B2 JPH0459260 B2 JP H0459260B2 JP 59034160 A JP59034160 A JP 59034160A JP 3416084 A JP3416084 A JP 3416084A JP H0459260 B2 JPH0459260 B2 JP H0459260B2
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JP
Japan
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mol
tio
present
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paste
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JP59034160A
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JPS60180953A (ja
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Dein Tan Torun
Nobuo Iwase
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は、回路基板に係り、特に低温焼成可能
な回路基板に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来から回路基板用のセラミツクス材料として
用いられているものにアルミナがある。このアル
ミナは絶縁性が良好であるため、もつとも一般的
に使用されている。 しかしながらアルミナを用いた場合は、その焼
成温度が1500〜1600℃と高温であるため、使用で
きる導体ペーストに制限が生じていた。例えば導
体ペーストと基板とを同時焼結する多層回路基板
では、アルミナの焼成温度に十分耐え得るような
タングステン、モリブデン等の導体ペーストを用
いる必要があつた。しかしながらW,Moは抵抗
率がAgの1.6×10-6Ω・cmに比べ5.2×10-6Ω・
cm、5.5×10-6Ω・cmと3倍程度大きい。従つて
同じ伝導度の導体路を得るためには、導体幅を3
倍程度にする必要があり、高密度配線ができない
欠点があつた。 また、ガラス成分を加えて焼成温度を下げる試
みもあるが、多層配線の場合のマイグレーシヨン
の問題があり、実用上好ましくない。 このような欠点を除去するため、絶縁性等の特
性を劣化させることなく低温焼成可能な回路基板
の開発が望まれている。 このような要望にこたえて、本発明は先に
BaO,SnO2,B2O3を主成分とする1300℃以下程
度で焼結可能な低温焼結基板を提案した。絶縁抵
抗、誘電率等の電気的特性はAl2O3と同等以上で
あり、かつ低温焼結ができるため非常に有効な材
料である。本発明者等が、この基板材料について
さらに検討を加えたところ、耐水性の点で少々問
題があることがわかつた。 基板の耐水性は、高湿中もしくは水分の存在す
る環境で用いた場合の絶縁特性等を考慮した場合
重要な要素である。 〔発明の目的〕 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
低温焼成が可能で、かつ耐水性に優れた回路基板
を提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、バリウム、スズ、硼素、チタンを、
BaO,SnO2,B2O3,TiO2換算して、 BaO 8〜54mol% SnO2 7〜40mol% B2O3 10〜58mol% TiO2 5〜48mol% 含有された酸化物焼結体を絶縁体として用いて
いることを特徴とする回路基板である。 このような組成をとることにより焼成温度1300
℃以下の低温焼成可能な回路基板を得ることがで
きる。この基板は熱膨張率αが9×10-6/℃以下
程度と小さいため、Si(4×10-6/℃)と同程度
であり、直接LSIチツプを実装するハイブリツド
基板用に好適である。また他の特性、例えば誘電
率εs12以下程度、誘電損失tanδ1.2×10-3以下程
度、絶縁抵抗ρ0.7×1013Ω・cm以上と回路基板と
して十分な特性を有する。また抗折強度も1700
Kg/cm2以上と十分な強度を有する。この酸化物焼
結体は基板自体として用いても良いし、多層配線
間の層間絶縁層として用いても良い。 本発明において、各組成分は以下の理由で限定
する。 まずSnO2であるが、余り多いと本来半導体の
性質を有するため、絶縁抵抗が低下してしまい、
絶縁性基板としての特性を満足しなくなる。 また誘電損失(tanδ)、比誘電率(εs)も大き
くなり、高密度配線、高周波特性に劣つてしま
う。また少ないと、熱膨張率が大きくなってしま
い、例えばLSIチツプを搭載する場合にチツプの
ソリ、割れ等が生じ易くなる。よつてSnO2に換
算して7〜40mol%の範囲が好ましい。 またBaOであるが、余り多いと、もろくなつ
てしまい基板強度に劣り、少ないと熱膨張率、
tanδが大きくなつてしまう。特にバリウムの少な
い領域でホウ素量が多いと熱膨張率の劣化が顕著
であり、ホウ素量が少ないとtanδの劣化が顕著で
ある。よつてBaOに換算して、8〜54mol%の範
囲が好ましい。 次にB2O3である。ホウ素量が少ないと、本発
明の主目的である低温焼成の効果が得られず、
1300℃以上程度の温度となつてしまう。また多い
と、熱膨張係数が大きくなつてしまう。 よつて、B2O3に換算して10〜58mol%の範囲
が好ましい。 本発明においては、さらにTiO2を含有させる。
このTiO2を含有させることにより、耐環壊性が
非常に向上する。すなわち、一般環境での使用を
考えた場合、湿度の影響を無視することはできな
い。TiO2を含有させることにより、耐湿性が向
上するのである。TiO2に換算して5mol%より少
ないと吸水率が大きく、高湿中、もしくは水分が
存在するような環境で回路基板を用いた場合、絶
縁抵抗が低下してしまう恐れがある。又、48mol
%を超えると、誘電率等の他の特性が劣化してし
まう。 よつて、TiO2に換算して5〜48mol%の範囲
が好ましい。 このように本発明によれば、焼成温度が1300℃
以下の絶縁性基板を得ることができ、Al2O3の場
合のW,Mo等に変え、Ag,Ag−Pd,Ag−Pt等
のAg系ペースト、Cuペースト等のシート抵抗の
小さい低温焼成ペーストを用いることができるた
め高密度配線ができ、非常に有効である。又、焼
成温度を下げることにより、製造時のエネルギー
コストの低下の効果も大である。 又、特にSnO212〜38mol%、BaO11〜36mol
%、B2O314〜45mol%、TiO27〜40mol%範囲
では、焼成温度1100℃以下程度で製造することが
でき、α≦6.5×10-6/℃と優れた特性を有する
基板を低温焼結できるので非常に有効である。 さらにBaO12〜35mol%、SnO211〜32mol%、
TiO210〜36mol%、B2O315〜40mol%のとき、
耐水性に優れ、ガラスエポキシ基板の1/8程度の
吸水率となり、特に好ましい組成範囲である。 本件発明の焼結体中にはBaSn(BO32及び
BaSn(BO32のSnがTiで置換された相が存在す
る。Ba(Sn0.5Ti0.5)(BO32近傍の相が耐水性で
は優れている。BaTi(BO32のみでは、導体層と
の同時焼結の際に、金属が拡散してしまい、多層
配線間の短絡の問題が生じる。 従来用いられているAl2O3基板はAl2O3を92〜
93%含有したもので、1500〜1600℃程度の焼結程
度、εs=10.5〜12、tanδ=2〜5×10-3、ρ=0.2
〜5×1013、α8×10-6℃である。 本発明においては、前述のごとく焼結温度で
Al2O3を大幅に下回り、他の特性も同等かそれ以
上のものを得ることができる。 本発明絶縁性基板を用いて、同時焼結により多
層配線基板を形成した例を説明する。 まず、所望のBaO,SnO2,B2O3,TiO2組成比
を有する原料粉末を含有するスラリーを製造す
る。スラリーは原料粉末に、例えばポリビニルブ
チラル等の結合剤、フタール酸オクチル、ポリエ
チレングリコール等の可塑剤、メンヘーテン油等
の解膠剤、エチルアルコール、トリクロロエチレ
ン等の溶媒を加えて製造する。このスラリーを用
い、ドクタープレード法でグリーンシートを製造
する。次いでAg系等の導体ペーストを用い、第
1の導体層を印刷・塗布し乾燥する。続いて所望
のBaO,SnO2,B2O3,TiO2の組成比を有する原
料粉末を含有する絶縁体ペーストを第1の導体層
上に印刷塗布し、乾燥した後、第2の導体層を同
様に形成する。絶縁ペーストは、ブチルカルビト
ールアセテート、テルピネオール、エチルセルロ
ーズ等を添加してペースト状とし、塗布する。 このように、2層配線を施したグリーンシート
を電気炉中で例えば1000℃程度で3hr同時焼成し、
多層配線基板を製造する。 本発明の回路基板は、多層配線を有する同時焼
成用の基板としての用途に特に優れている。本発
明によれば低温焼成が可能な絶縁体層を提供でき
るので、導体層として、従来のW,Mo等にか
え、シート抵抗の小さいAg系、Cu系、Au系、
Ni系等のペーストを用いることができる。特に
ガラス成分を含んでいないため、空孔が少なく、
構造がち密であるため、Ag系を用いてもマイグ
レーシヨン等の問題が起こることもない。従つて
配線密度をあげ、高密度化が可能となる。また、
Ag系ペースト中の例えばPd量を減少させること
もできコスト的にもすぐれた基板を提供できる。 従来Al2O3にW,Mo等の導体ペースト用いた
場合は、還元性雰囲気中で同時焼結を行なう必要
があつたが、Ag,Auを用いることができるた
め、空気中焼成が可能であり、製造容易、コスト
の低下等の効果を得ることもできる。又、基板中
にガラス成分がないため、Agのマイグレーシヨ
ンが生じにくい。 また、この例は印刷多層であるがいわゆるグリ
ーンシート多層でも同様であり、2層以上でも同
様である。 この方法では、まずドクターブレート法て
100μm程度の厚さを有するグリーンシートを作
り、そのシートの片面上に導体パターンを印刷
し、それらのシートを複数枚重ねて、温度50℃程
度、圧力200Kg/cm2程度で加圧積層し、多層配線
を施す。同時焼成は上記と同様である。 また、多層配線基板の場合、基体としては、本
発明の回路基板を用いても良いが、例えばAl2O3
基板、ムライト基板等の他の基体を用いても良
い。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、1300℃以
下程度、特に800〜1200℃程度の低温で焼成可能
な回路基板を得ることができる。 従つて高密度配線、特に一体焼結による多層配
線基板用として有効である。また熱膨張も小さく
できるため、LSIチツプ等を直接搭載する高密度
ハイブリツドIC用の基板としても有効である。 〔発明の実施例〕 以下に本発明の実施例を説明する。本実施例の
回路基板は以下のようにして製造した。 まず、所望の組成比となるようにBaO,B2O3
SnO2,TiO2の原料粉末を調合し、この調合され
た粉末をアルミナボールと共にアルミナ製ポツト
に入れ、振動ミルにより16時間程度の湿式粉砕を
行なつた。この原料粉末は、焼結後酸化物に転化
するもの、例えば炭酸塩等で用いても良く、本実
施例ではBaCO3,H3BO3,SnO2,TiO2を用い
た。次いで脱水乾燥を施し、1000〜1400℃で3時
間程度の加熱処理を加えた仮焼の後、再度アルミ
ナ製ポツト中に入れ、30時間程度の湿式粉砕を行
なつた。次に、例えばポリビニールアルコール
(P.V.A)等の粘結剤を加え、造粒し、団粒を製
造した。 その後前記団粒を金型に充填し、1000Kg/cm2
度の圧力で加圧成形し、大気中830〜1200℃3時
間焼成し、試料を作成した。 試料としては、22mmφ×1mmtの円板状試料、
20×3.5×3.5tmmの棒状試料及び20×10×2mmの角
板状試料を作成し、諸特性を測定した。その結果
を第1表に示す。なお比誘電率(εs)及び誘電損
失(tanδ)、抵抗率(ρ)は、円板状試料の両面
にAgペーストを325メツシユのスクリーン印刷に
より同心円状に印刷し、乾燥後大気中にて750℃
20分間の焼付処理を行ない、22mmφ×15μmの円
形の電極を形成して測定した。εs及びtanδは1M
Hzでの値であり、ρは25℃、湿度50%の条件で
1000V印加してから1分後の値の最低値である。
また熱膨張係数(α)は棒状試料を用い、25〜
500℃の温度変化の条件で測定した。 また吸水率は、プレツシヤークツカーテスト
(121℃、2Kg/cm2、水蒸気中)での値であり、テ
スト前後における単位体積当りの重量変化から得
た値(mg/cm2)である。 第1表から明らかなように、本発明の実施例に
おいては、いずれも1300℃以下の焼成温度を有し
tanδが〜10-4程度、αが〜8×10-4/℃以下程度
と優れた特性を示す。また、いずれの試料も抗折
強度は1500Kg/cm2と優れた値を示した。 特に焼成温度低下の効果が大きく、他の特性で
もAl2O3と同等もしくはそれ以上の値を示す。 又、比較例(試料No.16〜19)からも明らかなよ
うに、TiO2が本発明の範囲をはずれるが、吸水
性が大きく、耐水性に劣ることがわかる。 特に試料No.7および12は、100時間後でも高々
0.5mg/cm2以下であり、非常に優れている。
【表】
【表】
【表】 次に本発明絶縁性基板を用いて、同時焼結によ
り多層配線基板を形成した実施例を説明する。 まず、所望のBaO,SnO2,B2O3,TiO2組成比
を有する原料粉末を含有するスラリーを製造す
る。スラリーは原料粉末に、例えばポリビニルブ
チラル等の結合剤、フタール酸オクチル、ポリエ
チレングリコール等の可塑剤、メンヘーデン油等
の解膠剤、エチルアルコール、トリクロロエチレ
ン等の溶媒を加えて製造する。このスラリーを用
い、ドクターブレード法でグリーンシートを製造
する。次いでAg系等の導体ペーストを用い、第
1の導体層を印刷・塗布し乾燥する。続いて所望
のBaO,SnO2,B2O3,TiO2の組成比を有する原
料粉末を含有する絶縁体ペーストを第1の導体層
上に印刷塗布し、乾燥した後、第2の導体層を同
様に形成する。絶縁ペーストは、ブチルカルビト
ールアセテート、テルピネオール、エチルセルロ
ーズ等を添加してペースト状とし、塗布する。 このように、2層配線を施したグリーンシート
を電気炉中で1000℃程度で3hr同度焼成し、多層
配線基板を製造した。 第2表に、この多層配線基板の諸特性を示す。
同表中密着強度は引張試験用ワイヤを半田付で第
2の導体層に固着し、インストロン引張試験機を
用いて測定した(引張測定0.5cm/min)基板と
導体層との密着の度合である。またワイヤボンデ
イング性はAu、Al系の25μmφのボンデイング
ワイヤの導体層との接着の強度を示したものであ
る。また同表中試料No.は、第1表における組成比
のセラミツル原料粉を用いたことを示す。また各
特性は10個の試料の平均値である。 なお第3表に、第2表で用いた導体ペーストの
諸特性を示す。 密着強度、ボンデイング特性は、それぞれ1
Kg/mm2以上、5g以上で実用上問題はなく、各実
施例ともに十分満足している。またシート抵抗も
導体ペーストの設定値のものを得ることができ
た。 また、同時焼成時の焼成温度は組成によつても
異なるが、800〜1200℃程度が好ましい。余り高
くするとBが蒸発しやすくなり、均一な基板を得
【表】
【表】
【表】 ることが困難だからである。また1200℃以上では
Au、Ag等がセラミツク中に拡散してしまい良好
なシート抵抗が得られなくなるからである。 従来Al2O3にW,Mo等の導体ペーストを用い
た場合は、還元性雰囲気中で同時焼結を行なう必
要があつたが、Ag,Auを用いることができるた
め空気中焼成が可能であり、製造容易、コストの
低下等の効果を得ることもできる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 バリウム、スズ、硼素、チタンをBaO,
    SnO2,B2O3,TiO2に換算して BaO 8〜54mol% SnO2 7〜40mol% B2O3 10〜58mol% TiO2 5〜48mol% 含有された酸化物焼結体を絶縁体として用いる
    ことを特徴とする回路基板。
JP59034160A 1983-09-09 1984-02-27 回路基板 Granted JPS60180953A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59034160A JPS60180953A (ja) 1984-02-27 1984-02-27 回路基板
EP84110683A EP0140067B1 (en) 1983-09-09 1984-09-07 Circuit substrate and producing method of the same
US06/648,304 US4916261A (en) 1983-09-09 1984-09-07 Circuit substrate and producing method of the same
DE8484110683T DE3476010D1 (en) 1983-09-09 1984-09-07 Circuit substrate and producing method of the same

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010510955A (ja) * 2006-11-30 2010-04-08 コリア インスティチュート オブ セラミック エンジニアリング アンド テクノロジー 非ガラス系マイクロ波誘電体セラミックス及びその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010510955A (ja) * 2006-11-30 2010-04-08 コリア インスティチュート オブ セラミック エンジニアリング アンド テクノロジー 非ガラス系マイクロ波誘電体セラミックス及びその製造方法
JP2013063909A (ja) * 2006-11-30 2013-04-11 Korea Inst Of Ceramic Engineering & Technology 非ガラス系マイクロ波誘電体
JP2013091599A (ja) * 2006-11-30 2013-05-16 Korea Inst Of Ceramic Engineering & Technology 誘電体セラミックス組成物

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