JPH0475868B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、単層又は多層の回路基板を提供する
ことができる絶縁性磁器の製造方法に関する。 ［従来の技術］ 従来の絶縁性磁器（セラミツク）基板は、アル
ミナを主成分（アルミナ90重量％以上）として形
成されている。しかしアルミナ磁器基板を得る場
合には原料混合物を1500〜1600℃の高温で焼成し
なければならないため、原料混合物のグリーンシ
ートと電極材料とを同時焼成するときに使用する
ことができる電極材料はモリブデン、タングステ
ン等の高融点金属に限られ、Au、Ag、Pd、Cu、
Ni等の電気特性に優れるが、融点の低い金属は
使用できなかつた。またアルミナ磁器基板を得る
ときの焼成温度が高いために、焼成炉のコストが
必然的に高くなつた。 上述の如き問題を解決するために、アルミナ−
ガラス系の低温焼成磁器が開発された。このアル
ミナ−ガラス系の低温焼成磁器は、アルミナ粉末
とガラス粉末とを重量比で１：１程度の割合に混
合したものを焼成することによつて得る。この低
温焼成磁器は1000℃以下の焼成で得られるので、
低融点のAu、Ag、Pd、Cu、Ni等の電極材料と
同時焼成することが可能になる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来の低温焼成磁器を製造する時に、
アルミナ原料に添加するガラス粉末として、硼珪
酸ガラス、硼珪酸バリウムガラス、硼珪酸カルシ
ウムガラス、硼珪酸鉛ガラス等を使用しているた
めに、ガラス粉末の原料コストが高くなり、完成
した磁器のコスト必然的に高くなつた。これを更
に詳しく説明すると、上記いずれのガラスの場合
も、原材料を高温で溶融した後急冷し、得られた
ガラスの固まりを機械的に粉砕することにより作
られる。このようにして作られるガラス粉末は生
産性が悪く高価である。またガラス粉末の粒径
は、少なくとも10μｍ以下望ましくは5μｍ以下に
する必要がある。粉砕が不十分で粒径が粗いガラ
スを用いた場合、焼成後のセラミツクの特性、特
に強度等にいちじるしい悪影響をあたえる。この
ため、ガラスの粉砕には特に注意が必要であり、
生産性が悪い。現在、アルミナ−ガラス径の低温
焼成磁器に用いられるガラス粉末の価格は10000
円／Kg程度である。アルミナ粉末は約300円／Kg
でガラス粉末とくらべてはるかに安いので、両者
を重量比で１：１に混合したアルミナ−ガラス系
低温焼成セラミツクは原料ベースで約5000円／Kg
ということになる。この価格は電子部品用セラミ
ツク基板としてはかなり高価であり、このため低
温焼成磁器基板が広く普及するにはいたつていな
い。 そこで、本発明の目的は、低温焼成磁器のコス
トを大幅に低減させることができる製造方法を提
供することにある。 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決し、上記目的を達成するため
の本願の第１番目の発明は、50〜60重量部のムラ
イトと、25〜35重量部のダンブライトと、５〜20
重量部のペタライトと、２〜８重量部のフオルス
テライトとから成る混合物を用意し、この混合物
の成形体を形成し、この成形体を焼成することを
特徴とする絶縁性磁器の製造方法に係わるもので
ある。 本願の第２番目の発明は、第１番目の発明の混
合物に更に三酸化クロムを１〜５重量部添加した
ものの成形体を形成し、これを焼成することを特
徴とするものである。 ［作用］ 上記発明におけるムライト（mullite）は主成
分として3Al₂O₃・2SiO₂を含有しているので、磁
器のアルミナ成分を提供することができる。但
し、このムライトは磁器におけるアルミナ成分を
主として提供するものであるから、磁器原料混合
物におけるムライトの量を50重量部未満にする
と、強度の大きな磁器を得ることができなくな
り、反対に65重量部を超える量にすると、1000℃
以下での焼成が不可能又は困難になる。 ダンブライト（danburite）は主成分として
CaSi₂B₂O₈を含有しているので、低温焼成を可能
にするためのガラス成分として機能する。従つ
て、このダンブライトを25重量部未満にすると、
1000℃以下での焼成が困難又は不可能になり、反
対に35重量部を超えると磁器の強度が低下する。 ペタライト（petalite）はペタル石とも呼ばれ
るものであつて、主成分としてLi₂O・
Al₂O₃8SiO₂を含むものである。従つて、低温焼
成を可能にするためのガラス成分を主として提供
するものであり、これが５重量部未満になると
1000℃以下での焼成が困難になり、20重量部を超
えると磁器の絶縁抵抗が低くなる。 フオルステライト（forsterite）は主成分とし
て2MgO・SiO₂を含むものであつて、磁器の強度
を高めるために寄与する。このフオルステライト
が２重量部未満になると磁器の強度が低くなり、
８重量部を超えると1000℃以下での焼成が困難又
は不可能になる。 本願の第２番目の発明における三酸化クロム
（Cr₂O₃）は磁器を濃緑色に着色するものである。
この三酸化クロムが１重量部未満であれば十分な
着色が不可能であり、５重量部を超えると磁器の
強度が低下する。 実施例 １ 次に、本発明の実施例１（比較例も含む）につ
いて説明する。 第１表の試料No.１に示す原料組成物を得るため
に、ムライト粉末550ｇ（55重量部）、ダンブライ
ト粉末300ｇ（30重量部）、ペタライト粉末100ｇ
（10重量部）、フオルステライト粉末50ｇ（５重量
部）を秤量し、ボールミルに入れた。次に溶媒と
してアセトン300ｇ、トリクロロエチレン200ｇと
分散剤としてオレイン酸15ｇをボールミルに加え
た後、24時間混合した。次にバインダーとしてポ
リビニルブチラール樹脂粉末80ｇと可塑剤として
フタル酸ジブチル80ｇを更にボールミルに加えた
後、12時間混合してスラリーとした。次いでこの
スラリーをドクターブレード法によつてスリツプ
キヤステイングし、乾燥することにより厚さ0.8
mmのグリーンシート（未焼結磁器シート）を得、
これを10cm角に切断した。 次に、このグリーンシートより３種類の試験片
を作つた。第１の試験片は上記グリーンシートを
直径20mmの円板形に打ち抜いたもので、絶縁抵抗
を調べるためのものである。第２の試験片は上記
グリーンシートを３枚重ねて温度90℃、圧力250
Kg／cm²の条件で熱圧着したものを、長さ40mm、幅
５mmの寸法に切断したもので、その厚さは約2.2
mmである。この第２の試験片は抵抗温度を調べる
ためのものである。 第３の試験片は、上記グリーンシートの一方の
主表面上にAg−Pdを主成分とする導電ペースト
を配線パターンとなるように印刷し、これを２枚
重ね、一番上に更に導電ペーストが印刷されてい
ないグリーンシートを１枚重ねて合計３枚とし、
これを圧着した後に、長さ３mm、幅15mmに切断し
たもので、その厚さは約2.2mmである。この第３
の試験片は低融点電極材料を同時焼成した場合の
電極形成状態を調べるためのものである。 次に、各試験片を、空気中で室温から焼成温度
である940℃まで毎時300℃割合で昇温し、940℃
を２時間維持した後、室温まで冷却することによ
り焼成した。 続いて、焼成後の各試験片について、それぞれ
次の方法で試験を行つた。 第１の試験片については、その両面に市販の
Agペーストを印刷し、空気中で800℃で焼付ける
ことにより、直径15mmの電極を形成し、DC100V
で絶縁抵抗を測定し、電極の直径と試験片の厚さ
から、磁器の抵抗率を計算した。その結果、試験
片10個の平均で2.0×10¹⁴Ω・cmであつた。 第２の試験片に関しては、スパン長20mmで試験
片を両持ち支持し、２つの支持箇所の中間点に曲
げ強度測定器によつて荷重を加え、最大曲げ荷重
と試験片の幅と厚みから曲げ強度（抗折強度）を
計算で求めた。その結果、試験片25個の平均で
2500Kg／cm²であつた。 第３の試験片に関しては、導電ペーストを印刷
し、同事焼成した後の配線導体の導電性を調べ
た。この結果、試料No.１及び本発明の範囲に属す
るすべての試料においては、配線導体として十分
に機能する導電性が得られた。 第１表の試料No.２〜20についても、原料組成及
び焼成温度を変えた他は、試料No.１と同一の条件
で各試験片を作り、同一の方法で特性を調べた。

【表】

【表】 本発明の範囲に属する第１表の試料No.１〜12の
原料組成によれば、1000℃以下の焼成温度（880
℃〜1000℃）で所望特性（抗折強度が2000Kg／cm²
以上、絶縁抵抗が1.0×10¹³Ω・cm以上）の磁器を
提供することができる。 一方、試料No.13〜20に示す本発明の範囲外の原
料組成によれば、焼成温度が100℃であつても焼
結体が得られないか、焼結体が得られたとしても
抗折強度が2000Kg／cm²未満になるか、又は絶縁抵
抗が１×10¹³Ω・cm未満になる。 本発明における原料組成の限定理由は次の通り
である。 ムライトが試料No.２に示す如く50重量部の場合
には900℃の焼成で所望特性を得ることができる
が、試料No.13に示す如く48重量部の場合には、抗
折強度が所望値未満になる。従つて、ムライトの
望ましい範囲の下限は50重量部である。ムライト
が試料No.４に示す如く65重量部の場合には1000℃
の焼成で所望特性を得ることができるが、試料No.
14に示す如く67重量部の場合には1000℃の焼成で
も焼結体が得られない。従つてムライトの望まし
い範囲の上限は65重量部である。 ダンブライトが試料No.５に示す如く25重量部の
場合は1000℃の焼成で所望特性が得られるが、試
料No.15に示す如く23重量部の場合は1000℃で焼成
しても焼結体が得られない。従つて、ダンブライ
トの望ましい範囲の下限は25重量部である。ダン
ブライトが試料No.６に示す如く35重量部の場合に
は所望特性が得られるが、試料No.16に示す如く37
重量部の場合には抗折強度が所望値よりも低くな
る。従つてダンブライトの望ましい範囲の上限は
35重量部である。 ペタライトが試料No.７に示す如く５重量部の場
合には所望の特性が得られるが、試料No.17に示す
如く４重量部の場合には所望の特性が得られな
い。従つて、ペタライトの望ましい範囲の下限は
５重量部である。ペタライトが試料No.９に示す如
く20重量部の場合は所望の特性が得られるが、試
料No.18に示す如く22重量部の場合には絶縁抵抗が
所望値よりも低くなる。従つて、ペタライトの望
ましい範囲の上限は20重量部である。 フオルステライトが試料No.10に示す如く２重量
部の場合には所望の特性が得られるが、試料No.19
に示す如く１重量部の場合には絶縁抵抗が所望値
よりも低くなる。従つてフオルステライトの望ま
しい範囲の下限は２重量部である。フオルステラ
イトが試料No.12に示す如く８重量部の場合は所望
の特性が得られるが、試料No.20に示す如く10重量
部の場合には1000℃の焼成でも焼結体が得られな
い。従つて、フオルステライトの望ましい範囲の
上限は８重量部である。 実施例 ２ 実施例１で得られる磁器は白色である。従つ
て、レーザー光線による磁器基板の切断の際の効
率が悪い。この種の問題を解決するために着色し
た磁器が要求される場合がある。実施例１では着
色するために三酸化クロムを第２表の原料組成の
欄に示すように添加して磁器を作製した。なお、
第２表の試料No.21〜26の各試験片は、三酸化クロ
ム（Cr₃O₃）粉末原料組成に含めた他は、試料No.
１と同一の方法で作製し、同一の方法で特性を測
定した。

【表】 第２表の試料No.21〜24から明らかな如く、三酸
化クロムを１〜５重量部の範囲で添加すると、磁
器は緑、又は濃緑に着色され、且つ1000℃以下の
焼成で所望の特性が得られる。 一方、三酸化クロムの割合が試料No.25に示す如
く0.5重量部の場合は薄緑に着色されるのみであ
り、着色が不十分である。また三酸化クロムの割
合が試料No.26に示す如く６重量部の場合には着色
は十分であつても抗折強度が所望値よりも低くな
る。従つて、三酸化クロムの割合の好ましい範囲
は１〜５重量部である。 実施例 ３ 実施例１及び２では原料組成物の成形体を空気
中（酸化雰囲気中）で焼成したが、非酸化雰囲気
（中性又は還元性雰囲気）で焼成しても差し支え
ないことを調べるために、試料No.１と同一の方法
で試料No.１の第１、第２及び第３の試験片と同じ
試験片を作製した。但し、第３の試験片の導体ペ
ーストはAg−Pdペーストの代りにニツケルを主
成分とする導体ペーストを使用した。 次に、第１、第２及び第３の試験片を、空気中
で室温から600℃まで毎時300℃の割合で昇温し、
600℃を１時間維持した後、雰囲気を空気から
N₂90容積％、H₂10容積％からなる還元性雰囲気
（非酸化性雰囲気）に変えて600℃〜940℃まで毎
時300℃の割合で昇温し、940℃を２時間保持した
後、室温まで冷却することにより焼成した。 続いて、焼成後の第１の試験片については、そ
の両面に市販のCubペーストを印刷し、N2中で
800℃で焼付けることにより直径15mmの電極を形
成した。しかる後試料No.１の場合と同様に磁器の
抵抗率を求めた結果、試験片10個の平均で2.1×
10¹⁴Ω・cmであり、試料No.１と大差なかつた。ま
た焼成後の第２の試験片については、試料No.１と
同様な方法と条件で抗折強度を求めた結果、試験
片25個の平均で2500Kg／cm²であり、試料No.１と同
じ値であつた。また第３の試験片については、配
線導体として機能するニツケル層が得られている
ことが確認された。 試料No.22と同一の原料組成の各試験片も上記と
同様な方法で還元性雰囲気で焼成し、特性を測定
したところ、絶縁抵抗は2.0×10¹⁴Ω・cm、抗折強
度は2500Kg／cm²と空気中焼成の場合と大差なかつ
た。また着色に関しても、空気中焼成の試験片と
上記条件による試験片との間で差異は認められな
かつた。 ［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、例えば次の変形例が可能なものである。 (1) 実施例１における酸化性雰囲気の焼成温度を
好ましく800℃〜1000℃の範囲で種々変えるこ
とができる。また、電極材料との関係で必要に
応じて1000℃よい高い温度で焼成してもよい。 (2) 実施例３における非酸化性雰囲気の焼成温度
を好ましくは800℃〜1000℃の範囲で種々変え
ることができる。また、電極材料との関係で必
要に応じて1000℃より高い温度で焼成してもよ
い。 (3) 実施例３の焼成工程において、還元性雰囲気
での焼成後に、酸化性雰囲気で500℃〜700℃程
度の温度で酸化加熱処理を施してもよい。 (4) 実施例３の焼成工程における酸化性雰囲気の
加熱処理を、500℃〜700℃程度の範囲の別の温
度で行うようにしてもよい。なお、酸化性雰囲
気及び還元性雰囲気の加熱温度は電極材料との
関係を考慮して決定しなければならない。 (5) 本発明の目的を阻害しない範囲で原料組成に
種々の添加物が含まれても差し支えない。 (6) グリーンシートを作成せずに、型を使用して
原料混合物の成形体を得る場合にも適用可能で
ある。 ［発明の効果］ 上述から明らかな如く、本発明では、従来の如
くアルミナ原料粉末とガラス粉末とを個々に用意
する必要がなく、天然の鉱物であるムライト、ダ
ンブライト、ペタライト、フオルステライトの各
粉末を混合、成形、焼成することによつて磁器が
得られる。従つて、磁器のコストを大幅に下げる
ことができる。即ち、従来のアルミナ−ガラス系
磁器の場合は、アルミナ粉末とガラス粉末との原
料コストが約500円／Kgであつたが、本発明の原
料コストは約250円／Kgとなり、従来の約20分の
１になる。 また、本発明によれば、1000℃以下の焼成で、
抗折強度が2000Kg／cm²以上、絶縁抵抗が10¹³Ω・
cm以上の磁器を得ることができる。従つて、多層
回路基板を作製する時に、Au、Ag、Pd、Cu、
Ni等の低融点金属材料を使用することが可能に
なる。また、非酸化性雰囲気で焼成することが可
能であるので、Ni、Cu等の卑金属を電極材料と
することができる。 本願の第２番目の発明によれば、緑色に着色さ
れ且つ所望特性を有する磁器を1000℃以下の低温
焼成で得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 50〜65重量部のムライトと、 25〜35重量部のダンブライトと、 ５〜20重量部のペタライトと、 ２〜８重量部のフオルステライトと から成る混合物を用意し、この混合物の成形体を
   形成し、この成形体を焼成することを特徴とする
   絶縁性磁器の製造方法。 ２ 前記混合物の成形体を形成することは、前記
   混合物のグリーンシートを形成し、このグリーン
   シートを所望形状に切断することである特許請求
   の範囲第１項記載の絶縁性磁器の製造方法。 ３ 前記焼成は、前記成形体を酸化性雰囲気、
   800℃〜1000℃の範囲の温度で焼成することであ
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の絶縁性
   磁器の製造方法。 ４ 前記焼成は、前記成形体を酸化性雰囲気で
   500℃〜700℃の範囲で加熱処理し、且つ非酸化性
   雰囲気で800℃〜1000℃の範囲で焼成することで
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項記載の絶縁
   性磁器の製造方法。 ５ 50〜65重量部のムライトと、 25〜35重量部のダンブライトと、 ５〜20重量部のペタライトと、 ２〜８重量部のフオルステライトと、 １〜５重量部の三酸化クロムと の混合物を用意し、この混合物の成形体を形成
   し、この成形体を焼成することを特徴とする絶縁
   性磁器の製造方法。 ６ 前記混合物の成形体を形成することは、前記
   混合物のグリーンシートを形成し、このグリーン
   シートを所望形状に切断することである特許請求
   の範囲第５項記載の絶縁性磁器の製造方法。 ７ 前記焼成は、前記成形体を酸化性雰囲気、
   800℃〜1000℃の範囲の温度で焼成することであ
   る特許請求の範囲第５項又は第６項記載の絶縁性
   磁器の製造方法。 ８ 前記焼成は、前記成形体を酸化性雰囲気で
   500℃〜700℃の範囲の温度で熱処理し、且つ非酸
   化性雰囲気で800℃〜1000℃の範囲の温度で焼成
   することである特許請求の範囲第５項又は第６項
   記載の絶縁性磁器の製造方法。