JPH07172911A - セラミック基板用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導体、抵抗体等の電子回路を多層に形成する
多層配線に良好なセラミック基板用組成物の提供を目的
とする。 【構成】 ガラスフリット６０〜９５ｗｔ％、チタン酸
ストロンチウムとチタン酸カルシウムの固溶体５〜４０
ｗｔ％、からなる構成を有している。 【効果】 ７５０〜９５０℃で焼成でき、Ａｕ、Ａｇ、
Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等を内部電極として使用することが可
能な、しかも体積固有抵抗率、誘電率、誘電正接、絶縁
破壊強度、曲げ強度等、導体、抵抗体等の電子回路を多
層に形成する多層配線基板としての諸特性を満足し、さ
らに、ＴＣＣが±０ｐｐｍ／℃〜±１００ｐｐｍ／℃と
調整が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導体、抵抗体等の電子
回路を多層に形成する多層配線基板等に用いられるセラ
ミック基板用組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、多層に回路を形成する電子部品と
しては、焼成したアルミナ基板上に回路、絶縁層を交互
に印刷し、これを焼成することによって製造する第１の
方法と、未焼成のセラミック基板に回路を印刷し、互い
に回路が接触しないようにこれを積層し、プレスした
後、焼成して製造する第２の方法がある。第１の方法の
ものは、回路の影響によってその上に形成する絶縁層に
凹凸が生じ、それは上層ほど大きくなる。この凹凸が大
きくなると、この上に次の回路を印刷することは難しく
なり、通常１０層前後が限度とされている。これに対
し、第２の方法のものは、回路の印刷は常に平面に近い
状態の基板に対して行うために、積層数の多いものを製
造することができ、高密度の集積回路形成が行える。こ
の第２の方法の基板に使用するセラミック基板組成物と
しては、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末と１５ｗｔ％以下のガラス粉末
を無機バインダーで固定したものや、Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｓｉ
Ｏ₂ 系にＰｂやＢを混入させ低温で焼成したものがあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の第２の方法のＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末と１５ｗｔ％以下のガ
ラス粉末を無機バインダーで固定したものは、焼成温度
が１４５０〜１６００℃と極めて高いので、回路を構成
する材料もこの焼成温度で劣化しないＭｏ、Ｗ等の高価
なものを使用し、又、還元雰囲気で焼成する必要がある
ので作業性が劣った。Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系にＰｂや
Ｂを１０ｗｔ％程度混入させ低温で焼成したものは、温
度変化に対する静電容量の変化率（以下、ＴＣＣと記
す）が大きいという問題点があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、極めて低い温度、すなわち７５０〜９５０℃で焼
成でき、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等のペーストを
内部電極として使用することが可能な、しかも体積固有
抵抗率、誘電率、誘電正接、絶縁破壊強度、曲げ強度
等、導体、抵抗体等の電子回路を多層に形成する多層配
線基板としての諸特性を充足し、さらに、ＴＣＣが±０
ｐｐｍ／℃〜１００ｐｐｍ／℃と調整可能なセラミック
基板用組成物を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の本発明のセラミック基板用組成物は、ｗｔ％表示で、
ガラスフリット６０〜９５、ＳｒＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ
₃ の固溶体５〜４０、からなるセラミック基板用組成物
で、具体的には、固溶体は、モル％表示でＳｒＴｉＯ₃
５５〜７５、ＣａＴｉＯ₃ ２５〜４５の組成物である。
又、ガラスフリットは、ｗｔ％で本質的に、Ａｌ₂ Ｏ₃
４０〜５０、ＳｉＯ₂ ２５〜３０、ＺｎＯ ５〜１５、
ＴｉＯ₂ ５〜１５、ＣａＯ ３．３〜３．８、Ｂ₂ Ｏ₃
２．５〜３．０、ＭｇＯ １．１〜１．５、Ｎａ₂ Ｏ
１．１〜１．５、Ｋ₂ Ｏ ０．８〜１．１、からなる構
成を有している。

【０００６】ガラスフリットが６０ｗｔ％より少ない
と、焼成温度が高くなり、本発明の課題である低温度で
の焼成を行うことが困難である。一方、ガラスフリット
が、９５ｗｔ％より多いと、焼成体の曲げ強度、及び耐
湿性が低下し好ましくない。又、ＴＣＣの調整も困難と
なる。

【０００７】ＳｉＯ₂ は、２５ｗｔ％より少ないと、軟
化温度が低くなり焼成時に大きな変形を生じ、３０ｗｔ
％より多いと、焼成温度が高くなり過ぎ、いずれも好ま
しくない。

【０００８】ＺｎＯは、ガラスの溶解性を向上させるた
めに、５ｗｔ％以上の添加が望ましい。１５ｗｔ％より
多いと、ガラスの軟化温度が低くなり過ぎ、焼成時に大
きな変形を生じやすく、好ましくない。

【０００９】ＴｉＯ₂ は、ガラスの溶融性や化学的安定
性を向上させるために５ｗｔ％以上の添加が望ましい。
１５ｗｔ％より多いと、ガラスの軟化温度が高くなり、
焼成温度が高くなり過ぎ、好ましくない。

【００１０】ＣａＯは、ガラスフリット製造時の溶融性
の向上、及びガラスの熱膨張係数を調整する目的で添加
する。３．３ｗｔ％より少ないと、溶融性が向上せず、
フリット製造時に失透を生じやすい。３．８ｗｔ％より
多いと、熱膨張係数が大きくなり過ぎ、いずれも好まし
くない。

【００１１】Ｂ₂ Ｏ₃ は、フラックスであり、２．５ｗ
ｔ％より少ないと、焼成温度が高くなり過ぎ、３．０ｗ
ｔ％より多いと、ガラスの化学的安定性が低下し、いず
れも好ましくない。

【００１２】ＭｇＯは、ガラスフリット製造時の溶融性
の向上、及びガラスの熱膨張係数を調整する目的で添加
する。１．１ｗｔ％より少ないと、溶融性が向上せず、
フリット製造時に失透を生じやすい。１．５ｗｔ％より
多いと、熱膨張係数が大きくなり過ぎ、いずれも好まし
くない。

【００１３】Ｎａ₂ Ｏは、ガラスの溶解性を向上させる
ために、１．１ｗｔ％以上の添加が望ましい。１．５ｗ
ｔ％より多いと、ガラスの軟化温度が低くなり過ぎ、焼
成時に大きな変形を生じやすく、好ましくない。

【００１４】Ｋ₂ Ｏは、ガラスの溶解性を向上させるた
めに、０．８ｗｔ％以上の添加が望ましい。１．１ｗｔ
％より多いと、ガラスの軟化温度が低くなり過ぎ、焼成
時に大きな変形を生じやすく、好ましくない。

【００１５】Ａｌ₂ Ｏ₃ は、セラミックの機械的強度を
向上させるために、４０ｗｔ％以上の添加が望ましい。
５０ｗｔ％以下の添加では、焼成温度が高くなり過ぎ、
好ましくない。

【００１６】ＳｒＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ の固溶体は、
モル％で、ＳｒＴｉＯ₃ ５５〜７５、ＣａＴｉＯ₃ ２５
〜４５が望ましい。ＳｒＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ がそれ
ぞれ、５５以下、４５以上である場合は、不均一な固溶
体形成により、この固溶体を用いてＴＣＣを調整した場
合には、直線的な変化を示さず、又、ＴＣＣが−２５℃
〜＋２０℃では正、＋２０℃〜＋８５℃では、負の値を
示すために、調整が困難である。ＳｒＴｉＯ₃ とＣａＴ
ｉＯ₃ がそれぞれ、７５以上、２５以下である場合も同
様である。

【００１７】

【作用】この構成によって、従来に比べ極めて低い温
度、すなわち７５０〜９５０℃で焼成でき、厚膜技術で
広く使用されているＡｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等の
ペーストを内部電極として適用を可能とし、又、その焼
成体は、曲げ強度が大きく、熱伝導率に優れ、誘電率が
比較的小さく、絶縁抵抗が大きく、耐湿性に優れてお
り、特に正のＴＣＣ特性を持つガラスフリットと負のＴ
ＣＣ特性を持つチタン酸塩系固溶体の焼成反応により、
ＴＣＣの調整を容易にすることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１９】まずガラスフリットは、ｗｔ％で、ＳｉＯ
₂ ２７、ＺｎＯ ８．０、ＴｉＯ₂８．０、ＣａＯ
３．６、Ｂ₂ Ｏ₃ ２．８、ＭｇＯ １．４、Ｎａ₂ Ｏ
１．３、Ｋ₂ Ｏ ０．９、の組成になるように、通常の
方法により各原料を調合し、１４００〜１５００℃の温
度にて撹拌しながら溶融し、溶融後、水砕又はフレーク
状とし、これにＡｌ₂ Ｏ₃ ４７ｗｔ％を添加し、ガラス
フリットを製造した。次に、このガラスフリットとＳｒ
ＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ からなるチタン酸塩固溶体と
が、それぞれ９０ｗｔ％、１０ｗｔ％になるように秤量
し、ボールミルにて粉砕、混合し本発明の組成物を得
た。この粉砕混合した組成物に、バインダーを１０ｗｔ
％添加し造粒、成形後、９００℃にて１５分焼成した。
この焼成体の相対密度を測定したところ、９９．９８％
であったので、直径３０ｍｍ、厚み０．３５ｍｍに加工
後、Ａｇ電極を焼き付け、ＴＣＣを測定したところ、−
２５℃〜＋８５℃にて±０ｐｐｍ／℃であった。そこ
で、この粉砕混合した組成物に種々のバインダーや可塑
剤、溶剤を添加、混練して粘度１０ｐｓ〜３０ｐｓのペ
ーストを作製した。このペーストを常法のドクター法に
より、厚み０．０５ｍｍのグリーンシートとした。この
グリーンシートを５０枚重ね、その後、３５℃にて約５
０トンの圧力にて熱圧着させ、９００℃で１５分焼成し
た。焼成したシートの各種特性を測定したところ、体積
固有抵抗率１０^14~16 Ω、誘電率９．８、誘電正接≦５
×１０^-4、絶縁破壊強度７００〜９００ｋＶ／ｃｍ、曲
げ強度２０００〜２５００ｋｇ／ｃｍ² 、ＴＣＣ（−２
５℃〜＋８５℃）±０ｐｐｍ／℃であった。即ち、導
体、抵抗体等の電子回路を多層に形成する多層配線基板
としての良好なセラミック基板の特性を満足する結果を
得た。

【００２０】さらに、上記ガラスフリットと、ＳｒＴｉ
Ｏ₃ とＣａＴｉＯ₃ からなるチタン酸塩固溶体とが、そ
れぞれ９４ｗｔ％、６ｗｔ％になるように秤量し、ボー
ルミルにて粉砕、混合し上記方法にてグリーンシートの
焼成体を得た。この場合の焼成温度は、８００℃であっ
た。焼成したシートの各種特性を測定したところ、体積
固有抵抗率、誘電率、誘電正接、絶縁破壊強度、曲げ強
度等は、上記と同等の値を得た。ＴＣＣは、＋５０ｐｐ
ｍ／℃であった。ガラスフリットと、ＳｒＴｉＯ₃ とＣ
ａＴｉＯ₃ からなるチタン酸塩固溶体とが、それぞれ７
０ｗｔ％、３０ｗｔ％の場合は、焼成温度８７０℃に
て、体積固有抵抗率、誘電率、誘電正接、絶縁破壊強
度、曲げ強度等は、上記と同等の値を得た。ＴＣＣは、
−２０ｐｐｍ／℃であった。ガラスフリットと、ＳｒＴ
ｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ からなるチタン酸塩固溶体とが、
それぞれ６０ｗｔ％、４０ｗｔ％の場合は、焼成温度９
２０℃にて、体積固有抵抗率、誘電率、誘電正接、絶縁
破壊強度、曲げ強度等は、上記と同等の値を得た。ＴＣ
Ｃは、−３０ｐｐｍ／℃であった。さらに、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等の、ペーストを内部電極とし、
積層した、焼成体についても同様の結果を得た。以上の
結果を（表１）〜（表４）に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】本発明は（表１）〜（表４）からわかるよ
うに、従来の組成物と比較して極めて低い温度で焼成が
可能であり、かつ、機械的特性や電気的特性に優れ、Ｔ
ＣＣの調整が容易であることがわかった。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、極めて
低い温度、すなわち７５０〜９５０℃で焼成が実現でき
るようになり、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等のペー
ストを内部電極として使用することが可能となった。さ
らに、焼成体の各種要求特性、すなわち、体積固有抵抗
率、誘電率、誘電正接、絶縁破壊強度、曲げ強度等、導
体、抵抗体等の電子回路を多層に形成する多層配線基板
としての良好なセラミック基板の特性を満足し、さら
に、ＴＣＣも±０ｐｐｍ／℃〜±１００ｐｐｍ／℃と調
整が容易なため、大幅なコストダウンが可能なセラミッ
ク基板用組成物を実現できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ 6921−4Ｅ (72)発明者 渡辺 浩一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｗｔ％表示で、ガラスフリット６０〜９
   ５、チタン酸ストロンチウム（以下、ＳｒＴｉＯ₃ と記
   す）とチタン酸カルシウム（以下、ＣａＴｉＯ₃と記
   す）の固溶体５〜４０、からなることを特徴とするセラ
   ミック基板用組成物。
2. 【請求項２】前記固溶体は、モル％表示でＳｒＴｉＯ₃
   ５５〜７５、ＣａＴｉＯ₃ ２５〜４５からなることを特
   徴とする請求項１記載のセラミック基板用組成物。
3. 【請求項３】前記ガラスフリットは、ｗｔ％で本質的
   に、Ａｌ₂ Ｏ₃ ４０〜５０、ＳｉＯ₂ ２５〜３０、Ｚｎ
   Ｏ ５〜１５、ＴｉＯ₂ ５〜１５、ＣａＯ ３．３〜
   ３．８、Ｂ₂ Ｏ₃ ２．５〜３．０、ＭｇＯ １．１〜
   １．５、Ｎａ₂ Ｏ １．１〜１．５，Ｋ₂ Ｏ ０．８〜
   １．１、で構成されることを特徴とする請求項１記載の
   セラミック基板用組成物。