JPS61155253A - 絶縁基材用ＭｇＯ焼結体及びその製造法 - Google Patents

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】 本発明は絶縁基材としてのＭｇＯ焼結体、さらに詳しイ
は高い熱伝導性と優れた耐水和特性を備えた電気絶縁基
材用のＭｇＯ焼結体及びその製造法に関するものである
。

現在電子材料であるＩＣ基板に使用されている絶縁材料
としてはその殆どがＡｈ０３基板である。

これに対してＭｇＯ基材は高温での電気絶縁性に優れて
おり、高周波特性や熱伝導率などもＡｌ７０３基材より
優れているので、この種集積回路基板材料として期待さ
れているが、材質的に水和性が大きく強度的にも十分な
ものが得られていないので、前記特性を生かしきれず実
用化には至っていないのが実状である。

本発明は、このような実状であっても将来のＩＣ基板の
高機能化例えばハイブリッ）ＩＣの開発、積層パッケー
ジの開発等においてはＭｇＯ基材の特質が極めて有効で
あろうとの観点に立ち、種々研究の結果として従来の実
用化の大きな障害となっていた前述の水和性などの欠点
を改良せしめたＭｇＯ基板をもたらす焼結体の開発に成
功したものである。

即ち、本発明は、顕微鏡的にみてＭｇＯ結晶粒子の大き
さが大部分５に以下であって、少なくともこれらのＭｇ
Ｏ結晶粒子間において２ＭｇＯ・Ｓ　ｉ０２相が薄層と
して均等に分布介在している組織からなり、かつ熱伝導
率が常温で０．０８ｃａｌ／ｃｍ慟ｓｅｃ＊”Ｃ以上１
好ましくは１００　ＫＨｚにおける誘電率が常温で１０
以下、　１００ＫＨ２における誘電損失（Ｔａｎδ）が
常温で３Ｘ１０−４以下であるがｌＸｌ０−４を越える
もの、型出絶縁抵抗が３００℃でｌＱＩ　ＯΩ・ｃｆｆ
ｌ以上であるとともに優れた耐水和特性を有しているこ
とを特徴とする絶縁基材用ＭｇＯ焼結体であり、またＭ
ｇＯの純度が化学分析値として重量％で９９％以上、比
表面積が１０ｒｎ’／ｇ以上であるＭｇＯ粉末を有機シ
リケートを含む有機溶剤中で充分混合したのち成形焼成
することにより、微細なＭｇＯ結晶粒子間に２ＭｇＯΦ
ＳｉＯ２相が均等に分布介在している組織からなり、か
つ熱伝導率が室温で０．０８ｃａｌ／ｃｍｓ　ｓｅｃ　
／　’Ｏ以以上電気絶縁抵抗が３００℃で１０１０Ω・
ｃｍ以上であるとともに優れた耐水和特性を付与せしめ
たことを特徴とする絶縁基材用ＭｇＯ焼結体の製造法を
要旨とするものである。

本発明はこのように絶縁基板用のＭｇＯ焼結体として極
めて優れた特性を備えているものであり、それらを可能
とする焼結体の組織として微細なＭｇＯ結晶（ペリクレ
ース結晶）粒子とその間に２ＭｇＯφＳｉ［ｌ？（フォ
ルフチライト）を主体とする相（以下２）４ｇ［ｌ・５
ｉＤ２相という）が薄層として介在していることから本
質的にもたらされるものであろうと考えられる。

ＭｇＯ基板の開発として過去においても２ＭｇＯ・Ｓ　
ｉ０７相の被覆層を形成させることにより、耐水性を付
かしようという試みと提案はいくつかなされているが、
充分な成果を達成してはいなかった。

過去のこのような試みの結果が満足しうる物性に至らな
かった理由としては定かではないが、焼結体としての微
細な組織、構造の違い及びそれらをもたらす製造方法の
違いに実質的には起因するのであろう。

例えばその一つの大きな理由は、従来のこの種提案は特
開昭５８−２１７４８０号公報で開示されているように
殆どが予め成形した基板を処理して耐水性のある２Ｍｇ
Ｏ・ＳｉＯ２相を形成Ｘせようとするものであったから
とも考えられる。

即ち、このような方法によるものは充分な耐水性が得ら
れなかったり、充分な熱伝導性を確保できなかったり、
特に高機能基板を可能とする諸性質を兼ね備えたものに
得られていなかった。

さらに別の方法として特開昭５８−１８１７８４号には
緻密な焼結体を得るためにマグネシウム化合物と珪酸ナ
トリウム溶液等の液状珪素化合物とを混合することも提
案されているが、充分な耐水和性などを得るには至って
いない。

その理由は定かでないが、該特許の目的とする焼結体が
透光性のものであることからして液体状の珪素化合物を
少星にとどめざるを得ないことやそれに関連しているか
どうかは分らないが、混合物の成形前において７５０〜
１１００℃での予備加熱処理をせねばならないことなど
が考えられる。

本発明焼結体とその製造法について、以下具位置してい
るＭｇＯ結晶粒子の個々の表面を少なくとも部分的に被
覆して目的の諸特性を兼ね備えたものとして得られてい
るのであれば、完全なものであることは必要ではなく、
熱伝導性など一部の性質など考慮すればむしろ２ＭｇＯ
・ＳｉＯ２相の存在は一方では少なくてもよく、要は２
ＭｇＯ・ＳｉＯ２相が断面組織としてＭ＆０粒子間の個
々の全周でなく、少なくとも局部的であっても焼結体組
織全体としてみて均等になるように分布存在していれば
よいのである。木明細書で均等とはそのような組織を示
すものである。

また、このような組織として、ＭｇＯ粒子間ではあるが
粒子同士の接触することあるべきいわゆる界面において
も同様のことが考えられ、この界面においても少なくと
も２ＭｇＯｅ　ＳｉＯ２相が薄層として存在している焼
結体は望ましいものの一つでもある。

このような本発明焼結体において、この２ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ２相は可及的薄層としてＭｇＯ粒子間（界面も含めて
）に存在しているもので望ましくはそれらは０．５終以
ド、例えば０．１〜０．５　ｙＬ程度であることである
。

またこの２ＭｇＯ・Ｓ　ｉ０２相は、後述する製造法で
示される如＜、ＭｇＯ微粉と有機シリケートのＳ　ｉＱ
２成分と反応して生成されるものであるため、本来Ｍｇ
Ｏ粒子の表面にその一部として一体のものとして存在す
ることが多い。

ここで本発明焼結体について顕微鏡写真を参照しながら
より具体的にさらに説明する。

第１回において、１はＭｇＯ粒子、２及び３は２ＭｇＯ
　ＬＩＳｉＯ２相である。

このように、Ｍｇ［１粒子１は、粒子同士互いに密接に
２ＭｇＯ◆Ｓ　ｉ［１２相２及び３を介して強固に焼結
しており、その大部分が粒径５川以下であることが分る
。

またＭｇＯ＊　ＳｉＯ２相はＭｇ［１粒子間５に存在し
ているほか、ＭｇＯ粒子同士への界面６にも存在してい
ることが分る。

尚、焼結体中には粒径が５〜１０＃Ｌ程度のものも依存
しているが、その清は多くても２０重早−％以下であり
、通常は１０％程度乃至それ以下である。

ここで、２ＭｇＯ・ＳｉＯ７相２はＭｇＯ粒子の周りを
覆っている（即ち粒界に存在している）　２ＭｇＯ・Ｓ
　ｉ０７相であり、３は複数のＭｇＯ粒子間にまたがた
２ＭｇＯｅ　ＳｉＯ２相とに存在しているものである。

尚、本発明において、このような２ＭｇＯ・Ｓ　ｉ０２
相は、容積割合として３％程度以」二好ましくは５〜８
％程度存在していることが望ましい。

本発明焼結体は目的とする諸特性を具備させるため、高
純度のＭｇＯを緻密に焼結させたものであることが必要
で、組成的にはＭｇＯ結晶粒子のＭｇＯ純度は化学分析
値として垂部％でＭｇＯが９９．５％以」−１特には９
９．７％以上であることが望ましい。尚、本明細書でい
うこのＭｇＯ粒子の純度とはその表面に生成された２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ２相を除いた部分の純度をいう。

また焼結体全体としての組成としては、化学分析値とし
て重量％で、Ｓ　ｉ０２が０．１〜５％、特に耐水和性
の面などから　０．５〜３％、ＳｉＯ２とＭｇＯの合宿
として９９．５％以上１特には９９．７％以上であるこ
とが望ましい。

このようね組織、組成をもつ焼結体は本発明として次の
ような諸特性をもつものとして特徴づけられたものであ
る。尚（）内はより望ましい範囲である。

嵩　　密　　度　　　　　　　　　　　　　　　　３．
４（３，４５）以　１−抗折強度（常温、　ｋｇ／　ｍ
ｒｎ’）　　　２０（２５）以上熱伝導率　　　　　　
常温　　０．０８（０，１０）以上（ｃａｔ／ｃｍ＊　
ｓｅｅ　　ｅ　’Ｃ）３００°ＣＯ，０５（０，０６）
以−Ｌ誘電率（常温、　　１００ＫＨｚ）　　　　　１
　０　以下誘電損失（常温、　　１００ＫＨｚ）　ＩＸ
　１０．−４〜３Ｘ　１０−４電気絶縁抵抗（０番ｃｍ
）　　　　　１０１０以上酎水利性（？ｔ）　　　　　
　　　　０．０２％以下（注）オートクレープ中１５０
°Ｃで５気圧蒸気中２時間保持したときの重量増加率（
試料の大きさは５０ｍｍＸ　５０ｍｍＸ厚さ１ｍｍの板
状体であるが、厚みがこの程度の薄板の場合、その大き
さの影響は殆どないので単位面積当りの増加率に相当。

） 尚、電気絶縁基板とのしての信頼性を評価する試験法と
しては一般に１２０°ＣＸ２気圧水蒸気中で５００時間
置く試験が使われる。この試験法での本発明焼結体を試
験した結果、重量増加は殆どなかった。

このような本発明焼結体をもたらす製造法、特に本発明
焼結体をもたらす好ましい本発明方法について、次に説
明する。

まず主原料であるＭｇＯ成分としては高純度のＭｇＯ粉
末が用意される。

ここで使用されるＭｇＯ粉末としては、焼結体における
ＭｇＯ結晶粒子が高純度で存在していることが必要であ
るため、化学分析値が重量％で極めて高純度、具体的に
は９８％以上、望ましくは９９．５％以上のものとして
用意される。

このように高純度のＭｇＯ粉末は高純度のＭｇ（ＯＨｈ
を、例えば８００℃、２時間仮焼することにより得るこ
とができる。

また、この使用する粉末の粒度は微細結晶粒子の焼結体
とするために微粉状であることが必要で、具体的にはｌ
０ｒｎ’／ｇ以上特には２０ｒｎ’／ｇ以」二の比表面
積をもつ微粉末であることである。

つぎに本質的に耐水和性を付グーする２ＭｇＯ・Ｓ　ｉ
０２相をもたらすＳｉＯ２成分としては、これまた焼結
体としてＭｇＯとの合晴で９９．５％以上とすることが
望ましいと同時に、ＭｇＯ粉末の個々の粒子表面に可及
的に薄層として２８ｇ０・Ｓ　ｉ０２相を生成させるこ
との必要からして有機シリケート溶液を使用することが
望ましいことが見い出された。

この有機シリケートとしてはシリケートのアルコラード
、例えばエチルシリケート、メチルシリケート、プチル
シリケ−１・などが適当で、なかでもエチルシリケート
が最適である。

この有機シリケートと高純度微粉ＭｇＯを混合すること
でＭｇＯ粉末表面に粉末の状態で、爾後の焼成により２
ＭｇＯ・ＳｉＯ２相を生成しうるようなＳｉＯ２質コー
トが可能になるものと思われるが、この混合に際して、
エチルシリケートなどの有機シリケートは通常空気中で
は吸湿性が強く、これら自体が水和しＳ　ｉ０２を練澱
し分離した現象を起こし、前述のＭｇＯ粉末の状態での
表面コートが好ましく達成され難いんしく、エチルシリ
ケートなどが空気と接触しないような配慮が有効である
。

このためにはＭｇＯ粉末を有機シリケートを含む有機溶
剤中で混合することで解決できる。有機溶剤としてはＭ
ｇＯと水和しないアルコール等が適当で、例えばエタノ
ール〒充分である。

このようにＭｇＯ粉末を例えばエチルシリケートとエタ
ノールの混合溶剤中で充分混合することでＭｇＯ粉末表
面に好ましい耐水利性をもたらすＳｉＯ２質コートが可
能となるものと思われる。

ここで、本発明で加える有機シリケートの配合にについ
てふれると、本発明のより好ましい態様である十分優れ
た耐水利性をもたせるためにはある程度以上の２ＭｇＯ
・ＳｉＯ２相が必要であることが分り、このためには前
述しているように焼結体としてのＳｉＯ２１が焼結体の
分析値とじて重Ｍ％で少なくとも０．５％とするのがよ
いことを考慮すれば分る如く、ＳｉＯ２としてＭｇＯと
の含量で０．５％以！−の吊″とすることが望ましい。

また５ｉＯ２Ｆｉｌは多くなりすぎると電気絶縁基板用
として必要な他の特性例えば熱伝導性、などを損うこと
になるので、前述した如く焼結体中のＳｉＯ，＋ｊＪと
して最大５重量％にとどめる量配合することが必要であ
る。

尚、有機シリケートの最適量は、焼結体中に残存する５
１０２Ｍとして０．８〜３重品重量とすることである。

また、有機シリケートを有機溶剤の割合は、重量％で、
これらの含量中前者が５０〜ｌＯ％、後者が５０〜９０
％程度とすることである。

尚、本発明焼結体は、その焼成により２ＭｇＯ・Ｓ　ｉ
０２相をもたらすであろうと思われるＭｇＯ粉末表面の
結合状態は、焼成前の段階では１通常極めて薄い層とし
て存在しているＭｇＯ粉末表面のＭｇ（ＯＨ）２　　と
（Ｃ２Ｈ５）４　Ｓ　ｉ　、！ｌ：Ｃ２Ｈｓ−ＯＨとが
反応して０　　、　０２１（５ ■ いるものと考えられる。

ついで、このような状態の混合物をドクタブレード法や
プレス法などの公知の方法で所定形状通常シート状に成
型し、焼成することで本発明焼結体が得られるのである
が、ここで特徴的なのは焼成温度である。

即ち、このような本発明方法によれば、この焼成温度を
極めて低い温度としても焼結が容易に進むということで
あり、このためにＭｇＯ結晶の粒成長が抑制でき、低温
焼結にもかがわたす緻密な焼結体が得られるからである
。

具体的には通常ＭｇＯ焼結体として緻密なものを得るに
は１６００℃以上の高温焼成が必要であるのに対して、
本発明によれば１５００℃以下、特に通常１４５０℃以
下で充分であり、多くの場合１４００℃程度でも充分緻
密な焼結体が得られるのである。

一方、十分焼結させるためには通常は１３００℃以上、
好ましくは１３５０℃以上での焼成が有効である。

また本発明方法では、混合物からシート状等に成型する
に際し、事前に何らの予備加熱処理なども必要とするこ
となく混合物を乾燥することはあっても直接成型しかつ
直ちに所定の焼成温度での焼成が可能である。

このように本発明により得られるＭｇＯ焼結体は電気絶
縁ＭｇＯ基材用として必要な強度、電気絶縁性などの電
気的特性を維持しつつ高熱上溝という材質の特徴を生か
し、かつ従来の大きな弱点であった耐水和性の問題を焼
結体を得たあとの耐水利処理を特に必要とすることなく
（勿論付加的に行うことは差支えないし、有効でもある
）著しく改良することに成功したものであって、そのＴ
業的価値は、高機能ＩＣ基板の開発をより可能ならしめ
るなど多大なものである。

本発明をさらに実施例にて説明する。

実施例 ９９．９％の高純度Ｍｇ（ＯＨｈを８００　’０で２時
間仮焼することにより比表面積３０〜４０ｍ’／ｇのＭ
ｇＯ粉末を得た。

このＭｇＯ粉末の１００ｇに対してエチルシリケー１−
２０ｃｃ、エタノール５０ｃｃの割合からなる混合物を
調整し、さらにバインダーとしてポリビニルブチラール
１２％溶液１００ｃｃを加えて混合し、この混合物をシ
ート状に成型し１つは１４５０°Ｃでもう１つは１４４
０°Ｃで１時間焼成し、肉厚的０　、５ｍｍの２種類の
シート状焼結体を得た。

この焼結体の断面組織を顕微鏡観察した結果及び化学分
析結果は次の通りであった。

○　断面組織 極めて微細なＭｇＯ（ペリクレース）結晶粒子が緻密に
絡み合った状態で焼結されており、このＭｇＯ結晶粒間
の大部分に２ＭｇＯ＠ＳｉＯ２相が容積比で金工４約５
％程度として均等に分布して存在し、粒界面の一部にも
２ＭｇＯΦＳｉＯ２相が生成していた。このＭｇＯ結晶
の形状は略円形であり、その大きさはその大部分がｌ〜
５ｐＬであって、２ＭｇＯ争Ｓ　ｉ（ｂ相の厚みは略０
．１〜０．５メＬ程度であった。

○　化学分析値（垂部％） 焼結体全体 ＭｇＯ９８，９％ ＳｉＯ２　　　１．Ｑ％ また、焼結体の諸性質、特性の測定結果は次表の通りで
あった。（Ａ　：　１４５０°Ｃ焼成品、Ｂは１４４０
°Ｃ焼成品、ＡＢ記載のないものは共Ａ）嵩　　電　　
度　　　　　　　　　Ａ、３．５０．Ｂ；３．４９（３
，４０）抗折強度（ｋｇ／ｍｍ’） 常温　　　　　　２？　　　　　　　（２４）熱伝導率
（ｃａｌ／ｃｍ　ｍ　５ｅＣｅ　℃）常温　　　　　　
０．１１　　　　　　（０，０７）３００℃　　　　　
ｏ、ｏｅ　　　　　　（０，０４）誘　　電　　率（１
００ＫＨ２） 常温　　　　　　９．３　　　　　　（９，３）誘電損
失（１００ＫＨｚ） 常温　　　Ａ：１．３　ｘｔｏｌ、　Ｂ：　２．４Ｘ１
０−”（２Ｘ１０１　） 電気絶縁抵抗（０６ｃｍ　） ３００℃　　　　　　６×１０口　（ＯＸ　１０１１）
耐水和性（注）０．０１２％（０，０３％）比較例 １、特開昭５８−２１７４８０公報に開示されている多
孔質ＭｇＯ焼結体に有機硅素化合物液を含浸処理して表
面を燃焼させ表面に２ＭｇＯ・ＳｉＯ２を主体とする被
覆層を形成させた結果得られたＭｇＯ焼結体のデータを
前夫の（）内に本発明品と対比して示した。

２、実施例とほぼ同様であるが、エチルシリケートを含
まないエチルアルコール中で混合した方法により得られ
た成型体を１４００℃では焼結不十分であったため、１
６００℃で焼内した焼結体について耐水和性を測定しよ
うとしたところ、粉化してしまって測定するにまで至ら
なかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明焼結体の典型例を示す断面顕微鏡写真
である。縮尺はｌ目盛が３１Ｌである。 １はＭｇＯ粒子、２及び３は２ＭｇＯ・ＳｉＯ２相であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）顕微鏡的にみてＭｇＯ結晶粒子の大きさが大部分
   ５μ以下であって、少なくともこれらのＭｇＯ結晶粒子
   間において２ＭｇＯ・ＳｉＯ＿２相が薄層として均等に
   分布介在している組織から なり、かつ熱伝導率が常温で０．０８ｃａ１／ｃｍ・ｓ
   ｅｃ・℃以上、１００ＫＨｚにおける誘電損失（ｔａｎ
   δ）が常温で１×１０＾−＾４を越え３×１０＾−＾４
   以下、電気絶縁抵抗が３００℃で１０＾１＾０Ω・ｃｍ
   以上であるとともに優れた耐水和特性を有していること
   を特徴とする電気絶縁基材用ＭｇＯ焼結体。 （２）少なくとも部分的にＭｇＯ結晶粒子界面にも２Ｍ
   ｇＯ・ＳｉＯ＿２相が介在している特許請求の範囲第１
   項記載のＭｇＯ焼結体。 （３）ＭｇＯ結晶粒子の化学分析値は重量％で９９．５
   ％以上からなる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   ＭｇＯ焼結体。 （４）焼結体としての嵩密度が３．４以上である特許請
   求の範囲第１項又は第３項記載のＭｇＯ焼結体。 （５）焼結体としての化学分析値が、重量％で、ＳｉＯ
   ＿２を０．５〜５％含み、かつＳｉＯ＿２とＭｇＯの金
   時が９９．５％以上である特許請求の範囲第１項又は第
   ４項記載のＭｇＯ焼結体。 （６）常温での抗折強度が２５ｋｇ／ｍｍ＾２以上であ
   る特許請求の範囲第１項記載のＭｇＯ焼結体。 （７）熱伝導率が常温で０．１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
   ℃以上である特許請求の範囲第１項記載のＨｇＯ焼結体
   。 （８）耐水和特性が、オートクレープ中１５０℃で５気
   圧蒸気の雰囲気に２時間保持するという方法においてＭ
   ｇＯがＭｇ（ＯＨ）＿２になることによる重量増加が０
   ．０２％以下である特許請求の範囲第１項記載のＭｇＯ
   焼結体。 （９）１００ｋＨｚでの誘電率が常温で１０以下である
   特許請求の範囲第１項記載のＭｇＯ焼結体。 （１０）ＭｇＯの純度が化学分析値として重量％で９８
   ％以上、比表面積が１０ｍ＾２／ｇ以上であるＭｇＯ粉
   末を有機溶剤中で充分混合したのち成形焼成することに
   より、微細なＭｇＯ結晶粒子間に２ＭｇＯ・ＳｉＯ＿２
   相が均等に分布介在している組織からなり、かつ熱伝導
   率が温室で０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、１
   ００ｋＨｚにおける誘電損失（ｔａｎδ）が１×１０＾
   −＾４を越え３×１０＾−＾４以下、電気絶縁抵抗が３
   ００℃で１０＾１＾０Ω・ｃｍ以上であるとともに優れ
   た耐水和特性を付与せしめたことを特徴とする電気絶縁
   基材用ＭｇＯ焼結体の製造法。 （１１）ＭｇＯ粉末として比表面積が２０ｍ＾２／ｇ以
   上のものを使用する特許請求の範囲第１０項記載の製造
   法。 （１２）有機シリケートを焼結体中に残存するＳｉＯ＿
   ２基として重量％で０．５〜５％となる量有機溶剤中に
   融合せしめる特許請求の範囲第１０項又は第１１項いず
   れか記載の製造法。 （１３）有機シリケートとして、シリケートのアルコラ
   ードを使用する特許請求の範囲第１０項記載の製造法。 （１４）シリケートのアルコラードとしてエチルシリケ
   ートを使用する特許請求の範囲第１３項記載の製造法。 （１５）有機溶剤がアルコールである特許請求の範囲第
   １０項、又は第１４項記載の製造法。 （１８）アルコールがエタノールである特許請求の範囲
   第１項記載の製造法。 （１７）焼成温度が１５００℃以下である特許請求の範
   囲第１０項乃至第１６項いずれか記載の製造法。 （１８）焼成温度が１４５０℃以下である特許請求の第
   １７項記載の製造法。