JPS5946701A - 絶縁性セラミツクペ−スト用無機組成物 - Google Patents

絶縁性セラミツクペ−スト用無機組成物

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JPS5946701A
JPS5946701A JP57157471A JP15747182A JPS5946701A JP S5946701 A JPS5946701 A JP S5946701A JP 57157471 A JP57157471 A JP 57157471A JP 15747182 A JP15747182 A JP 15747182A JP S5946701 A JPS5946701 A JP S5946701A
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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】 本発明は熱灰理によって結晶化しうる絶縁性ガラス粉末
にセラミックス粉末と金属酸化物を混合した組成物であ
って、主として、多層厚膜電子回路の絶縁層形成に用い
られる絶縁性セラミックペースト用無+1p、+fJ1
成物に関するものである。
従来多j−厚膜電子回路等を製造する最も一般的な方法
は、アルミナ等のセラミックス基板に金(Au)、銀(
Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タングス
テン(W)、モリブデン(Mo)、およびこ、れらの合
金からなるIf体ペーストを用いて導体回路を印刷し乾
燥した後これを炉に入れて焼成し導体回路を形成したり
、あるいはまたより微細な導体回路を優るためメッキ法
により導体回路を形成し、次にこれら導体回路と第2層
dト体回路と絶紅する絶縁層を形成するために絶縁性ガ
ラスペーストを塗布し炉に入れて焼成して絶縁長:1を
形成する方法を用いている。この場合、絶縁性ガラスペ
ーストの塗布に際しでは、第11f7M>体回路と第・
2層導体回路を結ぶ接続孔を残す必要があ°る。次にこ
の絶縁層面の接続孔に導体ペーストがつまるように印判
、焼成し′CC第2導導回路を形成する。
このようにして必要に応じて第3層、第4層の導体回路
およびl1i1!縁層を同じ方法で形成し、用途にLL
、じ最」二部層にIC5あるいはLSIを接続するなど
して功1望の多層電子回路を実装していたうこわら多層
膜電子回路形成に必要な絶縁層は、850〜950℃の
温度で緻密に焼結でき、ピンホールが少ないこと、ふく
れが出ないこと、耐酸性、(導体回路金メツキ法で形成
する場合材に喪ホされる)、高耐電圧、低熱抵抗、低N
jJ軍奉などの要求を兼ね備えていることが強く賢望さ
れている。
従来こうした目的に用い、られてき1上絶縁層形成用の
絶縁性ガラスペースト用無機;’、i成物は、850〜
950゛Cのγm+ Ifで焼成することにより結晶化
する結晶性ガラス(1)タイプのものが用いられている
(例えば特公昭46−42917号、特公昭5]、−8
t1168号、持分1イイ51−10844号、特公昭
52−34645号などの公報参〇<1 )。
しかしながら、前記した従来の絶縁層形成に用いられて
いる絶縁性ガラスペーストには一長一短があり、例えば
、コンヒュータ用ロンツク回路のように多層セラミック
遅・板の1Ttl届”r(7実装回路の潜体回路形成に
し1°厚脱印刷法では100/1m程度が限界でありそ
れ以下の微細なラインを必」2ンとするときはメッキ法
が用いられることが多い。これらメッキ法によって形成
した導体回路上に前記の方法で絶縁j曹を形成した場合
、2J4体回路上の絶縁被膜層にふくれが発生して次の
導体回路形茄、が不能になったりする。まだふくれが発
生しなくともピンホールが多かったり、耐敵性が不十分
であったり、形成導体との密着性が41さかつたり、熱
抵抗が太きいなどの問題があった。この)こめ尚■丁ル
ニ実しセラミック多J曽厚膜矩、子回路形ルシ、r(ハ
」いらオ[る絶縁層形成用の曖iまた絶縁性セラミック
ペースト用)1)1機組成物の]ポ発がシご計すされて
いる。
本発明の目的は;これら問題点を除去した、すなわち、
特にメッキ法による導体回路上の絶に、I釣のふくれの
発斗が1−゛<、導体との■′加汀および獣密化に障れ
、ピンホールが少なく、熱抵抗が生色く、耐酸性に1ぐ
れた絶縁性セラミックペースト用の前桟組成物を提供す
ることにある。
本発明は、 J■小%表ボで、 5i(J240〜65% (好ましくは45〜60%)
Pb0   5〜20% (r)   8〜18%)B
20.  3〜18% (q   5〜15%)CaO
2〜15% (〃   3〜lO%)MgO、0,2〜
10% (〆y   O,4〜5%)Ba0  0.2
−10% (q’0.3〜7%)Na、0.1〜5% 
(172〜4%)K、0   1〜5% (〃   1
〜4%)’I’i0□ 0,5〜lO% (tt   
 1〜6%)t r 02 0−5〜15% (〃  
 1〜10%)全台;t11oo%となるようにした組
成ケ有し、1000℃以1・の温度で熱処理することに
より結晶化しうるカラス(2料にAt、03. MgO
−’A、120. 。
Al、03−8I02. ZrO,からなる11+より
選はれた少なくとも1種のセラミックス材料を重量%で
20〜60%の範、囲、反ひムライト(3A+、O,・
2SiO,)を重量%で0.5〜6%の範囲で含む組成
を有することを特徴とする絶縁性セラミックさ一スト用
無機組成物を得る。
このような本瀦明の絶eイ性セラミックペースト用無機
組成物は、例えv」′次のような相料および方法VCよ
って製造しtjhる。すなわちガラスの調整(lご当っ
ては、目標組成になるよ5eこ各成分の原料を秤員して
バッチを、il、+1整し、この)・ッチン1400−
1500℃で1〜3時1山加熱しで熔解しカラス化する
。熔解カラスを水冷し、または厚い鉄根上に流しフレー
ク状に成形し付られたガラス片酊アルミナボールミルな
どで(aわj末にし、平均粒i10.5〜4μmのガラ
ス粉末をi4)る。
またセラミックス粉末は平均粒径03〜5μm、ムライ
トの粒径は0.172μmの微粉末が適当である。
前記方法で得られたガラス粉末に前N[rセラミックス
粉末を20〜60重亜%、ムライトを05〜6M量%置
換して配合し、アルミナホールで1〜3時間湿式混合す
るなどしてガラス粉末とセラミックス粉末およびムライ
トとの均質な混合粉末、すなわち不発+lljの絶R件
セラミックペースト用無機糾放物を得る。
なおこの際用いられる原料粉末は明確化のだめ酸化物に
換算表記し、たが、鉱物、酸化物、炭酸塩、水酸化物な
どの形で通常の方法K“よ゛り使用されるのはり1論で
ある。
かくしで得られた本発明の粉末状無機組成物にビヒクル
を添加混合して例えは三本ロールミル等を用いて十分混
練し、均一に分散させて印刷に適した粘度を有する絶縁
性セラミックペーストを得る。なお本発明Vこおいてビ
ヒクルの成分については伺ら限定を妥しない。バ・rン
ターとじてはエチルセルロース、ホーリビニルフチラー
ルなどの通′畠用いられているもので十分であり、溶媒
を用いて5〜15重忙%溶液とすると好都合である。溶
射、としては、βまたはαテルピネオール、・n = 
7ナルカルビトール ト、エナルカルビトールアセ7一トなどを即独庄たは2
神以上混合して用いるとよい。
次に本発明において絶縁性セ゛ラミックペースト用無機
糸1」放物のガラス粉末とセラミックス粉末、ムライト
との配合比、カラス粉末の組成について各々の範囲を特
許請求の範囲に記した如く限定した理由について述べる
′ます、本発明に係る絶縁セラミックペースト用無槓糾
放物の主成分の一つであるガラス粉末の組成について述
べれば、Sin2は、ガラスの不ツトソークラオーマー
であり、本発明のカラスを焼hly。
熱処理し結晶化したとき析出するケイカイ右(CpO−
Si02 )  結晶を構成する成分である。
SiO2〈40%ではガラスの軟化点が低くなり過き、
熱処理時結晶化する前にガラスが軟化しl!lIL動し
過ぎる。S H 0 2 ) 6 5%では、ガラス化
が困難であると共に、結晶化のだめの熱処理温度が10
’00℃を超える同温が必要となる。CaOもまだ析出
するケイカイ右結晶を構成する成分である。CaOり2
%では、ケイカイ石の析出する社が少なく、I)u布1
6実装セラミック多層Jす′膜回路のメッキ法による導
体回路正に形成した絶縁被瞑ノ忙yt−!I−<れが発
生して好ましくない。Cab)15% では、耐酸性が
低下すると共にガラスが熔解時失透し易くなる。
PbOおよびB,03は、ガラスのj:f+M時のフラ
ックスとじ工用いられる。Pi)0(5%,13,0,
<3%では、ガラスの熔解性が悪くなる。Pbe)20
%。
B,O,>18% Tは、ガラスの軟化点が低くなり過
き、前処Jl!+j時、結晶化する前に軟化流動を起し
、ファインパターンの絶縁被膜〜の焼結形成が困難とな
る。
BaO及びM g O ii、ガラスの熔解性を1.i
l上略せうる。また絶縁層形成の際の西加熱によってガ
ラスの結晶化させるのに寄与すると共に緻荀・化に効果
がある。B aO’ ((1. 2%, MgO < 
0. 2 %では上記効果は小さい。BaO ) 1 
0%, IVlgO >、i 0%では、ツノラスの熱
膨張係数が大きくなり過きたり、結・晶化のための前処
畦温腋が+j4 <なり過ぎる。また緻■゛化を阻害し
たりする。
Na,Oおよびに20は、ガラスの熔解性を向上させう
る。またガラスの軟化点を一iI41展に制御するが限
度範囲以下では、その効果はなく、限度範囲を超えれは
耐酸性が劣化し好ましくない。
Tie,およびz「0,は、ガラスの結晶化を制御する
ために含有される。T i O 、 (0. 5%, 
Z r 0 2 (0.5%では、十分な結晶化が何ら
れない。Tie,)10%。
ZrO, ) 1 5%では、ガラスが熔解時失透し易
くガラス化が困難となり好ましくない。
絶縁性セラミックペースト用無機組成物のもう一つの主
成分であるセラミックス粉末を前記ガラス粉末にfNL
&シて配合することにより、ガラス粉末とセラミックス
粉末とからなる組成物の前処11・νの結晶化の促進、
結晶化佐の残留カラスによる流動性及び絶縁層表面の発
泡の抑制、あるいは熱抵抗の低下、耐酸性、義冒化など
の効果を与えることができる。ガラス粉末に置換して配
合するセラミックス粉末をjku比で20%以下とする
と、絶縁層は緻密ではあるが、表面は発泡し易くなった
り、導体との密着性が低下したり、熱抵抗がより大きく
なったりして好ましくない。また60%を超えれば、8
50〜1000℃の比較的低い温度では緻密な絶縁層は
得られず、ヒンホールが増加して絶縁性が低下する。
4jおセラミックス粉末としては、前記の如く種々ある
が、このうち、アルミナfAIto3)  は熱伝導率
の向い物′員であり、これをセラミックス粉末として用
いると、形成≧れた絶縁層の熱伝導率は、カラス卸体層
に比較し2〜4倍の太ききとなる。
特に、多層厚膜回路の商蜜度1ヒf+−伸い、必然的に
放熱件の太きいフ1((機絶縁層が幾求逃れ、その意味
においてアルミナの使用が好ましい。
絶縁性セラミックペースト用>It< i=組成物とし
て前記ガラスもY末とセラミックス粉末とt配合し一〇
得られ、これを用いて1.II柑度笑装セシミソク基板
の多層1’l II’:4回路の絶縁1倍を形成り、f
c場合、絶縁性、耐酸性す、(十分である。またピンホ
ールの少ないね夕、蜜で比較的熱抵抗の小さい絶縁−被
ル4を得ることが出きる。しかし、メッキ法で形成した
m体回路との%1litオJ性が不十分でありまたふく
れ9tの発生がある。ムライト(3AI20g・2S+
02)は、前dじガラス粉末の一部を置換して添加し、
セラミックス粉末と配合することにより、ツノラス粉末
とセラミックス粉末およびムライトとからなる組成物の
熱処理の結晶化の促進、結晶化後の残留ガラスによる流
動性およびメッキ法による形成した導体上の絶縁層表面
の発成の抑制、あるいはメッキ法(でよる形成導体と絶
縁層とのVB’着性向」に効果がある。
ガラス粉末に置換して添加配合するムライトを重量比で
()、5%以下では添加効果はなく、また6%を超えれ
ば、形成した絶縁1層はピンホールが増加し゛C組密な
絶縁層iJ得られず、絶縁性が低下して好まし2くない
以f本発明の実施例を挙げ、それに八いてll’ +t
fllに説明する。
実施例−1 sho、 56.07重量%(以1単に%と表記)、B
、0.6.8%、 Pb016.6%、 N、1202
.37 % 、 J(202,17%、 MgO0,4
1%、 cao 5.4%、 13aOt+、21%。
Tie、 4.47%、 ZrO,45,5%の組成を
有する力” 5 ス粉末を前記方法により製造し、更に
アルミ太ボールミルを用いアルコールを分散媒として1
6時時間式粉砕した。これを翫で整粒した俊アルコール
を乾燥させ平均粒径0.91μmの粒度を持つガラス粉
、仁を得た。セラミックス粉末は平均粒径3.0μmの
粒度のアルミナ粉末を用いた。まだムライ) fd平均
粒径0.37μmの粒度を持つ粉末を用いたニガラス粉
末とセラミック粉末とムライトとの配合比率はガラス粉
末45%、セラミック粉末54%、ムライト1%とし、
た。各々の粉末全所定排杆−冷し、7ノ、し、ミナポー
ルミルで分散媒とじてアルコールを用い3時間混合した
後、アルコールを乾燥させ均負なガラスセラミックス混
台粉禾を得だ。ビヒクルt」1.エチルセルロース5%
溶液とし溶媒にα−テルピネオールを用いた。ビヒクル
30%、ガラスセラミックス混合k 末70%を三4゛
p−ルミルを用いて十分混練し粉末をビヒクルに均一に
分散させペースト化り、た。
得られた絶縁性セラミックペーストの評価には、50 
X 50 xo、8曲t96%Al 203 、&板に
At+  金メツキ法でメタライズして一ト部電極とし
この上に本発明に調製した絶縁セラミ、クペーストをス
クリーンで塗布乾燥した後、930℃で30分間電気炉
で焼結したものを用いた。焼結時の雰囲気は空気中で、
焼結サイクル(昇温、ピーク温度、降温、炉外取り出し
)は60分であった。絶艮性セラミックペースト塗布乾
燥、焼結を2度繰り返し膜厚40μmの絶縁層を得た。
得られた絶縁層の表面にAuペーストを塗布乾燥し93
0℃で8分間焼成して上部電極としだ。
これをI MHzで測定した。銹翫率は8,4、誘電損
失は0.0018、絶縁抵抗は5×10 ΩCm (a
 tlooVD、C)であった。
ピンホールの測定は、絶縁層中を流れる微弱なリーク電
流を測定するとピンホールが多い場合リーク電流が増加
し、逆にピンホールが少ない場合リーク電流は減少する
ことを利用した。方法は先ず、前記した本実施と同じ条
件でAI、0.基板上に導体(All)をメタライズし
その上に絶縁層のj換厚40μmを形成し、メタライズ
の一部を篭側とする。これをNaC15%水溶液(電解
液)に没消し、もう片方の電極は銅板にし同水溶液に浸
しDCIOV  を印加してリーク電流を測定した。
リーク電流Q、1.15μAであった。
メ、=1導体(Au)との冒Xi性のh・r(lIll
tユ、AI、、03基板上に本実I崩と回し条件で絶k
)<層のル^I!740 pmを形成しその上にメツ手
法によるALI 電極4×4πmを仮数個形成した。こ
の2! 樹上に銅製のコア(ネジ刊)をI n / P
 l)ハンダで接層しこのコアにイ・ン付フックをイ・
ノ込んで引張り試験ノ識でvit着強度を測定しに0平
均脣漸強度は2.1 I(y/−であった。
ビヒクルの入らない上記ガラスセラミックス粉末を80
0I\y / ci ′t″加圧成形しこれ全電気〃」
で930℃−10分間焼結して直径20 mml!ニア
@ l mmの焼M体勿得た。これを画定し、熱伝導率
o、o C146Ca +/錦・SC+CパCの値を得
た。また前記、メッキによるAu導体上に形成した絶縁
被膜層の発泡およびふくれは発イJ=、 t、なかった
実施例−2 L:l I (J2 b 9.4%、B2o310.5
%、 PbOlo、0%。
N22U2.4%、 K2O2,2・ん、 MgOO,
41%、 C2Q5.4%。
Ba0(1,22%、 ’]’i0.4.47%、 Z
rO25,5%の組成のガラスを平均粒径1.2μmの
粉末粒度に調整したものを43%と平均粒径2.3 p
mのアルミソー粉末54%と平均粒径0.37μmのム
ライトを3%とK・実施例1と同じ方法、同じ条件で混
合、乾仏・こ、ペースト化し、絶υ層を形成して諸q4
性を34・:定しだ。
その結果、訪′亀率83、誘電損9:、0.0025 
、絶縁抵抗3×10 Ω儒(at 100V’1)C)
、リーク電流50μ人、密着怖度シ+、 4 Kl /
 ZIN 、熱伝導率0.0044Cal 7cm一方
・℃ であった。また絶縁被膜層の発泡およびふくれは
なかった。
実施例−3 S i 0252.3%、 B、0,8.8%、 PI
)OJ (i、6%。
Nat O2,37%、 K2O2,07%、 MgO
(1,41%、、Ba0031%、 ’I’1027.
14%、 ZrO210,0%の組成のガラスを常法で
製造した平均粒径(179/AmのガラスIIQ末45
%と平均粒径]、5μmのアルミナ粉末;50%と平均
粒径0.37μmのムライトを5%とk f’id合し
、これを実施例1と同じ方法、IFjじ張件−cl−a
合、乾燥、ペースト化して、9イ/!縁層の形成全行な
い諸tγ性を測定しだ。
そのfτ、〜東、i、秀′亀李8221語電損失0.0
028 、絶縁抵抗4×109cm(B t Zoo 
VDC)、リーク電流150μA、密着強度2.5 K
g / mf熱伝導率11.0065C21/Cnl 
−ga −”にであった。またメッキ導体(Au)上の
絶縁被服層の発泡およびふくれは認められなかった。
比較例1 ガラス粉末およびセラミック粉末の組成および組成比、
粉末粒度等の諸条件を災節制1と同様になるように作製
した。カラス粉末46%とアルミナ粉末54%とを配合
し、ムライトを添加しない無機組成物を実施例1とI+
1」じ方法、同じ条件で混合、ML燥、ペースト化して
絶縁層を形成し諸特性を測定した。
その結果、誘電率8,3、懇′6損失11.0038、
絶縁抵抗2.5×10 Ωci+、(at  100V
DC)、リーク電流45μA−密着りAi度l・3 K
9/ yuj+、熱伝導率0.0044Ca I /c
in−j+ec ・”C”T:あった。またメッキ導体
(Au)上の絶縁層に発泡およびふくれが多数発生した
比較例2 従来、)7膜積湘用絶縁ペーストは無機物に結晶化ガラ
スが用いられていた。例えば8i0253%。
Al2O,3%、 Li、017%、 MgO12%、
Z「0□84%。
P2O,11,9%の組成比のガラス粉末のみである。
これを実施例1の方法、条件でペースト化し、塗布、焼
結して絶縁層を形成し、諸牛1性を測定した、その結果
、絶縁抵抗2×10 Ωσ、熱伝道率+1.0022c
al /cx−FJeC・℃、リーク電流1200μA
、密着強健0.45KP/釈、Yであった。またメッキ
導体(Au )上の絶縁被膜層は発泡及υふくれが11
1(数発生した。
以上説明したように本発明の絶縁性セラミックペースト
用無機組成物を用いた結果は、従来の結晶化ガラス糸の
絶縁ペーストに比べ、メッキ嗜体(Au)上の絶縁被膜
層の発泡およびふくれの発生がなく、また絶縁層の緻密
性、密層性、熱伝導率がほれた絶縁ペーストの提供がo
、l能とl′(す、j¥膜多層電子回路の実装の尚密度
化、信b1件の向」−に寄与することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 取:暇%表示で、 SrO□40〜65%、  1)b05〜20.%J3
    20,3〜18%、   CaO:2−15%Mho 
     0.2〜’10%l B500.2〜10%N、]2
    01〜5%、    K、01〜5%Tie、 (15
    〜] 0%、  Z r O20,5+715 %4−
    合計100%となるようにした組成を有するガラス月料
    と、Al、0.、b塘0・AI、03. AI、O,・
    5in2゜Z r (J 2からなる群より選ばれた1
    柚以上のセラミックス材料をM 、Ffi:%で20〜
    60%の範10(反びムライト(3A120s−23H
    O,) 、 、i@階%t0.5〜6%の範囲で含む組
    成を有することを特徴とする絶縁性セラミックメースト
    用11(E機絹成物。
JP57157471A 1982-09-10 1982-09-10 絶縁性セラミツクペ−スト用無機組成物 Granted JPS5946701A (ja)

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