JPS6210940B2 - - Google Patents

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JPS6210940B2
JPS6210940B2 JP54019089A JP1908979A JPS6210940B2 JP S6210940 B2 JPS6210940 B2 JP S6210940B2 JP 54019089 A JP54019089 A JP 54019089A JP 1908979 A JP1908979 A JP 1908979A JP S6210940 B2 JPS6210940 B2 JP S6210940B2
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JP
Japan
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glass
composition
powder
cao
zno
Prior art date
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Application number
JP54019089A
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English (en)
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JPS55113641A (en
Inventor
Yoshinori Kokubu
Jiro Chiba
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
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  • Glass Compositions (AREA)
  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は熱処理により結晶化する絶縁性ガラス
及びこのガラス粉末に耐火物フイラーを混合した
組成物であつて、主として、厚膜集積回路のクロ
スオーバー用の電気絶縁層の形成のために好適に
使用される組成物に関する。 アルミナ等の基板上に、抵抗体、および導体を
印刷により形成し厚膜回路等の種々の電気回路を
製作する場合、電気絶縁層又はクロスオーバーと
してガラス組成物が用いられている。これらガラ
ス層は、電気的絶縁層であると同時に導体および
抵抗体を周囲の環境から保護するためにも有効で
あり、いわゆるカバーコートの目的で使用される
場合も多い。 標準的な厚膜集積回路の製作に当つては、主と
してアルミナからなるセラミツク基板上に、導体
ペーストを印刷し焼成した後クロスオーバー用誘
電体ガラスペーストを印刷焼成し、次いで抵抗体
用ペーストを印刷し焼成した後、抵抗体あるいは
導体の保護のためガラス被覆膜を印刷し焼成す
る。多層配線化する場合には、前記の工程が更に
複数回繰り返えされる。 従来、2回以上の高温焼成を必要される回路の
製作にクロスオーバーとして使用される誘電体ガ
ラスとしては、高温安定性を得るため、850〜950
℃の焼成により結晶化する結晶性ガラスのタイプ
のものが用いられている。 (例えば、特公昭46−42917号:51−6168号;51−
10844号;52−34645号参照)。 しかしながら、省エネルギーの観点より及び焼
成時の回路の電気的特性の劣化の抑制のため、よ
り低温度での焼成により電気的諸特性特に電気抵
抗、誘電率、誘電損失が優れているクロスオーバ
ー層を形成しうるガラス粉末組成物の開発が要請
されている。 本発明者は、SiO2−Al2O3−CaO−ZnO−TiO2
−B2O3系の特定組成範囲のガラスが前記要請を
満足することを見い出した。 本発明は、 重量%表示で、 SiO2 20〜45% Al2O3 5〜25 CaO 5〜25 ZnO 15.5〜30 TiO2 5〜20 B2O3 1〜8 BaO 0〜10 SrO 0〜10 Sb2O3 0〜3 SnO2 0〜3 Bi2O3 0〜3 の組成を有し、850℃を越えない温度で熱処理す
ることにより結晶化する絶縁性ガラス組成物に関
する。 更に、本発明のより好ましい態様においては、
前記組成のガラスの粉末に、アルミナ、ジルコ
ン、コージエライト、ジルコニア及びベリリヤか
らなる群より選ばれた少くても1種の耐火物フイ
ラー粉末を重量比で15%以下混合してなるフイラ
ーを含む絶縁性ガラス組成物が提供される。 ガラスの組成限定の理由を説明する。 SiO2は、ガラスのネツトワークフオーマーで
あり、本発明のガラスを焼成熱処理し結晶化した
とき析出するアノルサイト(CaO、
Al2O32SiO2)結晶を構成する成分である。SiO2
20%ではガラスの軟化点が低くなり過ぎ、熱処理
時結晶化する前にガラスが軟化し流動し過ぎる。
SiO2>45%では、ガラス化が困難であると供
に、結晶化のための熱処理温度が900℃を越える
高温が必要となる。 Al2O3も又析出するアノルサイト結晶を構成す
る必須成分である。Al2O3<5%では、アノルサ
イトの析出が難しい。Al2O3>25%では、ガラス
が熔解時失透してしまう。 CaOも又アノルサイトを構成する必須成分であ
るCaO<5%では、アノルサイトの析出が難し
い。CaO>25℃では、ガラスが熔解時失透してし
まう。また、ガラス転移点、結晶析出温度が高く
なり過ぎ、850℃以下の熱処理でガラスの結晶化
が困難となる。 ZnOはガラス化のためのフラツクスとして働
く。ZnO<15.5%では、ガラスの転移点が高くな
り過ぎ、またガラス化が困難となる。 ZnO>30%ではガラスの軟化点が低くなり過
ぎ、熱処理時結晶化する前に軟化流動を起し、フ
アインパターンの絶縁被覆層の焼付形成が困難と
なる。 TiO2は、結晶化をコントロールするために含
有される。TiO2<5%より少ないと結晶化のた
めの熱処理温度が高くなり過ぎる。TiO2>20%
では、結晶化のコントロールの作用が弱くなり好
ましくない。 B2O3は、ガラスの熔解時のフラツクスとして
用いられる。B2O3<1%では、ガラスの熔解性
が悪くなる。B2O3>8%では、ガラスの軟化点
が低くなり過ぎ、熱処理時、結晶前に軟化流動す
る。 以上必須成分のより好ましい組成範囲は次の通
り、 SiO2 25〜45% Al2O3 10〜20 CaO 10〜20 ZnO 20〜27 TiO2 8〜15 B2O3 2〜5 BaO及びSrOは、いずれも必須成分ではない
が、10%まで好ましくは8%まで導入することに
よりガラスの熔解性を向上させうる。しかし、
BaO>10%では、ガラスの熱膨腸係数が高くなり
過ぎる。一方、SrO>10%では、結晶化のための
熱処理温度が高くなり過ぎる。 Sb2O3、SnO2及びBi2O3は、ガラスの熔解性の
向上、あるいはガラスの耐水性の向上のため3%
以下、好ましくは2%以下含有されうる。 以上の如き組成のガラスの調製に当つては、常
法に従い、目標組成になるように各成分の原料を
秤量調合してバツチを調製し、バツチを1400〜
1500℃で1〜3時間加熱しバツチを熔解しガラス
化する。熔解ガラスを水砕し又はフレーク状に成
形し、ガラス片をボールミル等で微粉砕し、平均
粒径1〜5μmのガラス粉末とし、厚膜回路塗布
用に供する。 本発明のより好ましい態様においては、前記の
ガラス粉末に15%までの耐火物フイラー粉末を置
換して混合することにより、ガラス粉末と耐火物
フイラーとからなる組成物の熱処理時の結晶化の
促進、結晶化後の残留ガラスによる流動性の抑制
あるいは厚膜回路の導体、抵抗体とクロスオーバ
ー層との接触界面における反応性の減少等の効果
を与えることができる。フイラーとしては、アル
ミナ(α−アルミナ)、ジルコン、コージエライ
ト、ジルコニア特に安定化ジルコニア、及びベリ
リアが用いられる。 15%を越えるフイラーの含有は、厚膜回路のア
ルミナ基板との接着性を低下させるので好ましく
ない。フイラーのうち、アルミナあるいはベリリ
アは、熱伝導率の高い物質であり、これらをフイ
ラーとして用いると、クロスオーバー層の高熱伝
導性が期待できる。特に、厚膜回路の高集積化に
伴ない、必然的に熱放散性の大きいクロスオーバ
ーガラス絶縁層が要求され、その意味においてア
ルミナ又はベリリアの使用が好ましい。 前記フイラーをガラス粉末に混合するに当つて
は、ガラスの粉砕時にボールミル等の粉砕機中に
混入するのが好ましい。 尚、ガラスの粉砕及び/又はフイラーの混合に
当つては、乾式、湿式のいずれでもよいが、厚膜
回路へのスクリーン印刷に用いる場合には、ガラ
ス及びフイラーの粒子のトツプサイズは小さい方
が好ましく、また平均粒径も1〜2μmとするの
が好ましい。このような微粉砕された粉末を得る
ためには湿式の粉砕機の使用が望ましい。 本発明の組成物を使用するに当つては、被接着
物例えば厚膜回路に仮止めするため、スラリー及
至ペースト状にして塗布又は印刷に供する。バイ
ンダーとしては周知のビヒクル剤、例えばエチル
セルロースとαテルピネオール、ニトロセルロー
ズと酢酸イソアミル、ブチルカルビトールアセテ
ートあるいは純水が用いられ、特に限定されな
い。 粉末組成物ペースト又はスラリーを塗布又は印
刷した後、150℃程度で15分間以内の熱処理でビ
ヒクルを蒸発させた後、10〜50℃/minの速度で
焼成温度まで昇温する。焼成熱処理に当つては、
800〜950℃好ましくは800〜850℃に5〜15分間保
持することにより、ガラス粉末は軟化流動して緻
密な膜を形成した後結晶化する。 本発明に係る組成物は、厚膜回路のクロスオー
バー絶縁層の形成に好適に使用され、導体ペース
トと交互に何層にも亘つて印刷し、上部及び下部
の導体層と同時焼成が可能であり、同時焼成によ
つても導体の剥離、また上・下導体層間の電気的
短絡等の問題はない。尚、この組成物によつて多
層のクロスオーバー層の形成が可能である理由
は、焼成後の絶縁膜の表面の平滑度が優れている
からである。 また、焼成後の熱膨脹係数は、55〜70×10-7
-1(50〜350℃)であり、アルミナ質の回路基板
に適当である。電気的特性に関して、誘電率及び
誘電損失は共に小さい。
【表】 表−1上段に示す組成のガラスを熔解し、冷却
後、平均粒径2μmに微粉砕した。その際サンプ
ル3、4、5については、表中段に示す量のアル
ミナをガラスの微粉砕時に混合した。この場合、
サンプル組成物中ガラス粉末の量はフイラーの残
量である。 DTA特性 各サンプルの粉末1.0gを示差熱分析機のホル
ダーに入れ、室温より10℃/minの昇温速度で温
度を上昇させ熱分析曲線を描き、その曲線に現わ
れる最初の吸熱開始温度を、転移点(℃)として
表に示した。ガラスの結晶化を示す2つのピーク
を第1及び第2結晶化ヒーク温度として表に示し
た。 焼成物の諸特性 (1) 熱膨脹係数 各粉末試験を棒状に圧縮成形した後、850℃
で10分間加熱したものの熱膨脹係数(50〜350
℃平均)を測定し、表に示した。 (2) 誘電率(ε)、誘電損失(tanδ) 各試料の焼成品(850℃、10分間)の25℃、
1MHZにおける誘電率及び誘電損失を測定し、
表に示した。誘電率は9以下、誘電損失は2×
10-3以下であることが望ましい。 (3) 体積抵抗率ρ(ohm.cm) 各試料の焼成品(850℃、10分間)の150℃に
おける体積抵抗率を測定し、表に示した。この
値は1014ohm.cm以上であることが要求され
る。 (4) 耐酸性 各試料の焼成品(850℃、10分間)を、20%
のシユー酸水溶液に入れ、90℃に10分間加温
し、試料の重量損失割合(%)を測定し、その
値を表に示す。この値は、0.3%以下であるこ
とが好ましい。 本発明に係るガラス組成物の焼成物は、以上の
特性の外抵抗体の抵抗値変化率、表面粗さ、ハン
ダ付性、熱伝導率等の特性も優れていることが判
明している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%表示で、 SiO2 20〜45% Al2O3 5〜25 CaO 5〜25 ZnO 15.5〜30 TiO2 5〜20 B2O3 1〜8 BaO 0〜10 SrO 0〜10 Sb2O3 0〜3 SnO2 0〜3 Bi2O3 0〜3 の組成を有し、850℃を越えない温度で熱処理す
    ることにより主結晶としてアノルサイト結晶を析
    出する絶縁性ガラス組成物。 2 重量%表示で、 SiO2 25〜45% Al2O3 10〜20 CaO 10〜20 ZnO 20〜27 TiO2 8〜15 B2O3 2〜5 の組成を有する特許請求の範囲第1項記載の絶縁
    性ガラス組成物。 3 重量%表示で、 SiO2 20〜45% Al2O3 5〜25 CaO 5〜25 ZnO 15.5〜30 TiO2 5〜20 B2O3 1〜8 BaO 0〜10 SrO 0〜10 Sb2O3 0〜3 SnO2 0〜3 Bi2O3 0〜3 の組成を有し、850℃を越えない温度で熱処理す
    ることにより主結晶としてアノルサイト結晶を析
    出するガラス粉末にアルミナ、ジルコン、コージ
    エライト、ジルコニア及びベリリアからなる群よ
    り選ばれた少なくとも1種の耐火物フイラー粉末
    を重量比で15%以下混合してなるフイラーを含む
    絶縁性ガラス組成物。 4 前記ガラス粉末は重量%で、 SiO2 25〜45% Al2O3 10〜20 CaO 10〜20 ZnO 20〜27 TiO2 8〜15 B2O3 2〜5 の組成を有し、前記耐火物フイラーはアルミナ粉
    末であり、重量比で ガラス粉末 90〜99% アルミナ粉末 1〜10 の割合で混合されてなる特許請求の範囲第3項記
    載のフイラーを含む絶縁性ガラス組成物。
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