JPH0676255B2

JPH0676255B2 - 多層基板用低温焼結磁器組成物

Info

Publication number: JPH0676255B2
Application number: JP61094262A
Authority: JP
Inventors: 治文万代; 公英須郷; 和吉塚本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-04-22
Filing date: 1986-04-22
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPS62252365A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、多層基板用低温焼結磁器組成物に関し、特
に、複数の磁器層が積層され、磁器間に回路が形成され
てなる多層磁器基板に適した、多層基板用低温焼結磁器
組成物に関する。

（従来技術）一般に、電子機器の小型化に伴い、電気回路を構成する
各種電子部分を実装するのに磁器基板が汎用され、最近
では、実装密度をさらに高めるため、表面に導電材料で
回路パターンを形成した未焼成の磁器シートを複数枚積
層し、これを焼成して一体化した多層磁器基板が開発さ
れている。この種の多層磁器基板の磁器材料にはアルミ
ナが用いられているが、その焼結温度は1500〜1600℃と
高温であるため、次のような問題があった。まず、焼結
に多量のエネルギを必要とするため製造コストが高くな
る。また、基板内部に形成される内部回路などの導電材
料が、たとえば、高温の焼結温度に耐えられるタングス
テンやモリブデンなどに限定されるため、内部回路など
の抵抗が大きくなる。そして、アルミナの熱膨張係数が
シリコンチップのそれよりも大きいため、シリコンチッ
プにサーマルストレスかかり、クラックの原因になるこ
となどである。そこで、これらの問題を解決するため
に、低温で焼結させることができる基板用磁器組成物と
して、アルミナに多量の結晶化ガラス成分を添加したも
の、あるいは特開昭57−184289号公報に開示されている
組成物のように、BaSnO₃にホウ素を多量に添加したもの
が用いられている。また、特開昭60−226454号公報、あ
るいは特開昭60−227311号公報に開示されているよう
に、アルミナ、シリカ、アルカリ土類金属酸化物、ホウ
素、酸化リチウム、酸化亜鉛などの成分からなるものが
用いられている。

（発明が解決しょうとする問題点）しかしながら、アルミナに多量の結晶化ガラス成分を添
加した組成物では、得られた磁器に空孔が多数存在し、
空孔を介して導体路間にマイグレーションが発生すると
いう問題が生じる。また、特開昭57−184289号公報に開
示された組成物では、仮焼物がガラス状となるので、そ
の粉砕が困難となるばかりでなく、焼成の際にホウ素が
激しく蒸発し、導電材料と反応したり、炉の材料に損傷
を与えたりするという問題が生じる。また、特開昭60−
226454号公報、特開昭60−227311号公報に開示された組
成物についても、多量のホウ素を用いるため、同様の問
題を生じる。また、多量のホウ素の存在はサーメツト抵
抗体をその表面に形成した場合に抵抗体を劣化させると
いう問題を生じる。さらに、表面に導体を形成すると、
多量のホウ素の存在で導体の特性を劣化させる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、低い温度で焼成
でき、特性的には比抵抗が高く、かつ誘電率が低く、さ
らに誘電体損失が小さく、しかも熱膨張係数がアルミナ
以下である多層基板用低温焼結磁器組成物を提供するこ
とである。

また、この発明の目的は、非酸化性雰囲気でしかも1000
℃以下の低温で焼結可能であり、導体として銅（Cu）、
ニッケル（Ni）などの卑金属を用いることができる多層
基板用低温焼結磁器組成物を提供することである。

（問題点を解決するための手段）この発明は、Si成分がSiO₂に換算して20〜50重量％、Ba
成分がBaOに換算して３〜50重量％、Sr成分がSrOに換算
して３重量％〜45重量％、Zr成分がZrO₂に換算して５重
量％〜30重量％、Al成分がAl₂O₃に換算して１重量％〜2
0重量％、Ｂ成分がB₂O₃に換算して1.5重量％〜５重量
％、含まれる、多層基板用低温焼結磁器組成物である。

なお、微量添加物として、Li₂O、K₂O、Na₂Oなどのアル
カリ金属酸化物の少なくとも１種を1.0重量％以下添加
するようにしてもよい。

この発明の多層基板用低温焼結磁器組成物を用いて多層
回路基板を製造する場合、たとえば、Si、Ba、Sr、Zr、
AlおよびＢの酸化物もしくは焼成時に分解して酸化物と
なる化合物の粉末を秤量、調合し、その原料混合物を85
0〜950℃で仮焼した後、粉砕し、その粉末をバインダと
混練してからシート状に成形し、次いで、得られたグリ
ーンシートを酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中、85
0〜1000℃で焼成すればよい。また、多層回路基板を製
造する場合、グリーンシート上にAg、Ag-Pd、Cu、Niな
どの導電材料を含有する導電性ペーストで回路パターン
を印刷し、それらを複数枚積層してから、導電性ペース
トを構成する導電材料に応じた雰囲気で焼成すればよ
い。内部導電材料としてCuやNiなどの卑金属を使用する
場合、それらの酸化を防止するため、非酸化性の雰囲気
で焼成するのが好ましい。たとえば、窒素をキャリアガ
スとして水蒸気（70℃）中を通過させ、酸素および水素
の含有量を微量含有させた窒素−水蒸気雰囲気（通常、
N₂99.7〜99.8％）中、850〜1000℃で焼成するのが好ま
しい。なお、酸素を微量含有させるのは、グリーンシー
トの形成に使用するバインダが仮焼段階で、炭素として
残存させないために、完全に燃焼させて除去するためで
ある。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、以下の実施例の詳細な説明から一層明らかになろ
う。

（実施例１）原料として、SiO₂、BaCO₃またはBaO、SrOまたはSrCO₃、
ZrO₂、Al₂O₃、B₂O₃もしくはBNまたはB₄C₃を、別表１の
組成になるように秤量して混合した。この混合物を850
〜950℃で仮焼し、粉砕した後、有機バインダを加えて
混練し、ドクターブレード法によって厚さ1mmのシート
状に成形した。このグリーンシートを縦30mm、横10mmに
カットし、これを空気中、別表１で示した各温度で１時
間焼成して磁器を得た。また、このグリーンシートを縦
3mm、横20mmの角板状にカットして、これを３枚積層
し、2000kg/cm²で加圧し角柱状にした。そして、これを
上述の方法で焼成し、熱膨張測定用の試料とした。

これらの試料について、次のとおり各特性をそれぞれの
条件や測定方法で測定し、別表１に示す結果を得た。な
お、比抵抗については、いずれの試料も１×10¹³Ω・cm
以上の値が得られた。

誘電率:1MHzの条件誘電体損失:1MHzの条件比抵抗：直流100Vの条件抗折強度：次の（１）式より算出式中、Tr:抗折強度、 P :試料が折断したときの荷重（kg） l :支点間距離（cm） b :試料の幅（cm） d :試料の厚さ（cm）熱膨張係数：次の（２）式より算出式中、α ：熱膨張係数 ΔL:加熱による試料の見掛けの伸び（mm）Ｌ：室温での試料の長さ（mm） T₁：室温 T₂:500℃ αSiO₂：石英ガラスの熱膨張係数また、これとは別に同じ方法で厚さ0.3〜0.4mmのグリー
ンシートを作成する一方、粒径５μｍ以下のAgまたはAg
-Pdの導電材料粉末と有機質ビヒクルとを重量比80:20の
割合で混合して導電ペーストを調整して、前述のグリー
ンシートの表面に各導電性ペーストを全面に印刷し、こ
れを３枚積層して熱圧着し、別表１で示した各温度にて
空気中で焼成した。なお、有機質ビヒクルは、エチルセ
ルロースをα−テレピネオールで10倍に希釈したものを
使用した。

こうして得られた多層磁器基板について、磁器とAgまた
はAg-Pdとの反応を分析したところ、両者間での反応は
見られず、AgおよびAg-Pdはいずれも良好な導電性を示
し、Agの面積抵抗は2mΩ／□で、Ag-Pdの面積抵抗は20m
Ω／□であった。

（実施例２）実施例１で作成した厚さ1mmのグリーンシートを用い、
縦30mm、横10mmの角板状にカットし、これを水蒸気（70
℃）中に通過させた窒素をキャリアガスとする窒素−水
蒸気の非酸化性雰囲気中900℃の温度で熱処理してグリ
ーンシート中のバインダを完全燃焼させ、次いで、別表
２に示した各温度で１時間焼成して試料とした。また、
実施例１と同様にして、加圧成形した角柱状の試料につ
いても、上述と同じ焼成を行ない、熱膨張係数測定用の
試料とした。そして、これらの試料を用いて、実施例１
と同様の条件で各特性について測定し、別表２の結果を
得た。なお、比抵抗については、いずれの試料も１×10
¹³Ω・cm以上の値が得られた。

また、実施例１の後半で述べた厚さ0.3〜0.4mmのグリー
ンシートを用い、その表面上に粒径５μｍ以下の銅粉末
と有機質ビヒクルとを重量比80:20の割合で混合した銅
ペーストを印刷し、これを３枚積層して熱圧着し、窒素
−水蒸気の非酸化性雰囲気中、別表２に示す各温度で１
時間焼成した。こうして得た多層磁器基板のCu導体は酸
化されておらず、良好な導電性を示し、その面積抵抗は
2mΩ／□であった。

別表１、別表２の結果は次の基準に従って判定された。

焼結温度:1000℃以下（Cu導体およびAg-Pd導体の使用可
能な温度、ただしAg-Pd導体はAg:Pd＝80:20のもの）誘電率（ε）:1MHzの条件下で10以下（アルミナの誘電
率の値以下）誘電体損失（tanδ）:1MHzの条件下で0.2％以下抗折強度:1500kg/cm²以上熱膨張係数:7.0×10^-6／℃以下（アルミナの熱膨張係数
の値以下）非酸化性雰囲気で使用できるサーメット抵抗を表面に形
成した場合、この発明にかかる多層磁器基板上のサーメ
ット抵抗はアルミナ基板と同等の特性が得られた。また
B₂O₃量を６重量％にすると半田付け性が悪くなることが
確認された。

なお、別表１および別表２において、＊印を付したもの
はこの発明範囲外のものであり、それ以外はこの発明範
囲内のものである。

別表１および別表２から明らかなように、この発明の多
層基板用低温焼結磁器組成物における組成範囲を前記し
た範囲に限定した理由は次の通りである。

（１）SiO₂が50重量％を超えると、熱膨張係数が７×10
^-6／℃を越え（試料番号１参照）。一方、SiO₂が20重量
％未満では、焼成温度が1000℃より高くなり好ましくな
い（試料番号４参照）。

（２）BaOが50重量％を超えると、誘電率が10より大き
くなるので好ましくない（試料番号５参照）。一方、Ba
Oが３重量％未満では、焼成温度が1000℃より高くなり
好ましくない（試料番号８参照）。

（３）SrOが45重量％を超えると、誘電率が10より大き
くなるので好ましくない（試料番号９参照）。一方、Sr
Oが３重量％未満では、焼成温度が1000℃より高くなり
好ましくない（試料番号12参照）。

（４）ZrO₂が30重量％を超え、一方５重量％未満では、
熱膨張係数が７×10^-6／℃を越える（試料番号13,16参
照）（５）Al₂O₃が20重量％を越えると、誘電体損失が0.2％
より大きくなり好ましくない（試料番号17参照）。一
方、Al₂O₃が１重量％未満では、焼結温度が1000℃より
高くなり好ましくない（試料番号20参照）。

（６）B₂O₃が５重量％越えると、抗折強度が1500kg/cm²
より小さくなり好ましくない（試料番号21参照）。一
方、B₂O₃が1.5重量％未満では、焼結温度が1000℃より
高くなるので好ましくない（試料番号24参照）。

（発明の効果）この発明によれば、高比抵抗かつ低誘電率で誘電体損失
が少なく、しかも熱膨張係数がアルミナよりも小さくな
る。また、製造過程においても仮焼後の粉砕などの処理
がしやすく、しかも、1000℃以下で焼成でき、酸化性雰
囲気中あるいは非酸化性雰囲気中で焼成しても、電気的
特性、物理的特性さらには熱的特性の変化がなく、内部
導体との反応も見られないので、内部導体材料として、
たとえば、Ag、Ag-Pdペースト、CuおよびNiなどの卑金
属を使用することができ、多層基板のコストダウンを図
ることができる。

また、熱膨張係数がアルミナ以下であるため、サーマル
ストレスによるクラックが生じにくくなる。

さらに、サーメット抵抗材料などを印刷して、抵抗体も
形成することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Si成分がSiO₂に換算して20〜50重量％、 Ba成分がBaOに換算して３〜50重量％、 Sr成分がSrOに換算して３重量％〜45重量％、 Zr成分がZrO₂に換算して５重量％〜30重量％、 Al成分がAl₂O₃に換算して１重量％〜20重量％、Ｂ成分がB₂O₃に換算して1.5重量％〜５重量％、含まれる多層基板用低温焼結磁器基板。