JPS62123059A

JPS62123059A - 表面平滑性の良いセラミック組成物の製造方法

Info

Publication number: JPS62123059A
Application number: JP60262688A
Authority: JP
Inventors: 進西垣; 信介矢野
Original assignee: Narumi China Corp
Current assignee: Narumi China Corp
Priority date: 1985-11-25
Filing date: 1985-11-25
Publication date: 1987-06-04
Also published as: JPH0345027B2

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】［産業上の利用分野］本発明は、特に電子工業用部品に適し、その他耐熱工業
部品、食器厨房部品、装飾品などに用いられる表面平滑
性の良いセラミック組成物に関する。

［従来の技術］蒸着法ヤスバッタ法等の薄膜形成技術を使用して、導体
、抵抗体、絶縁体などの薄膜パターンを形成し、混成回
路を構成する薄膜混成回路用の基板や、その他特に表面
平滑性の優れた基板を必要とする用途に対して、従来、
微細なアルミナ粉末や、それに微量のＭｇＯヤＣｒ　２０３を添加したものを原料とした高純度アルミ
ナ基板が使用されてきた。

これらのアルミナ基板は熱的、機械的性質に優れ、表面
粗ざＲａで表現した場合、Ｒａ＝。

０．１μｍ程度の良好な平面平滑性を有し、薄膜用基板
としての適性を有していた。

［発明が解決しようとする問題点］上記従来の基板は、Ｒａで表現されるようなミクロ的な
視野でみた場合の表面平滑性は優れていたが、基板のう
ねり、ソリは、他のＲａのあまり良好でない低純度アル
ミナ基板と同様大きく、蒸着ヤスバッタにより直接基板
上に薄膜のパターンを形成する際に使用するマスクや、
形成された薄膜にフォトリソグラフィー処理によりパタ
ーンを形成する際に用いるマスクと、基板との密着性が
悪くなり、不良を生じやすかったり、精密な回路パター
ンを形成するのが困難という問題があった。

他に平滑な面を有する基板を得る方法としては、基板を
研磨したり、基板表面にグレーズを施釉する方法がある
が、研磨する場合にはコストが高い、内部のポアーが表
面に出てくるなどの問題があり、グレーズを施釉する方
法もコストが高く、ソリ、うねりをなくすにはやはり施
釉する基板を研磨する必要があり、ざらにコス１−が高
くなるという問題がおった。

［問題点を解決するための手段］本発明は上記問題点を考慮して、機械的性質が良好で、
焼成機研磨することなくして、うねり、ソリが小さく厚
膜用導体との密着性に優れ、かつＲａが０．１μｍ程度
の優れた表面平滑性を有する基板材料組成物を提供する
ものでおる。

すなわち、本発明は、重量基準で１０％までの不純物を
含むことのあるＭＯ（ただしＭ：Ｃａ、Ｍｇ）４〜３５
．７５％、ＳｉＯｚ１８〜４５．５％、Ａ　Ｉ　２０３
３５〜７２％、Ｂ２Ｏ３　０〜１９．５％　ｆＪ”）な
る組成をもち、出発原料として１０％までの不純物を含
むことのあるＭＯ７Ｏ〜５５％、Ａｌ２Ｏ］０〜３０％
、５ｉＯｚ４５〜７０％、Ｂ２Ｏ３０〜３０％からなる
組成範囲におり、そのＢＥＴ比表面積が３ｍ’／ｇ以上
のガラス粉末４０〜６５％と残部が１０％までの不純物
を含むことのめるＢＥＴ比表面積が４．５〜６ｍ’／ｇ
のアルミナの混合物を用いて焼成して得られたものであ
ることを特徴とする表面平滑性の良いセラミック組成物
である。

かかる組成物が上記目的を達成することができるが、そ
の製造法としては、ドクターブレード法によって得られ
るグリーンテープを焼成する方法つまり原料粉末にバイ
ンダー、可塑剤、溶剤、分散剤を加えて混合した後、ナ
イフコーター等によりシート状に成形したグリーンテー
プを所望の大きざに打法いて焼成するのが好ましい。理
由は、このようにして得たグリーンテープの表面は、他
の成形方法によって得られる焼成前の成形体に比較して
、非常に平滑な面を有しており、焼成体の平滑性にも良
い結果を与えるためである。他の成形法例えば乾式粉体
プレス等により成形体を得る場合には、プレス金型の表
面が鏡面かそれに近い表面粗さを有すること、また原料
に添加するバインダーは、プレスした際にポアーやピン
ホールを残さないようにするため、できるだけ柔らかい
ものを選択するなどの注意が必要である。

前記組成物がうねり、ソリが少ない理由は、出１発原料
に４０〜６５％のガラスを使用しているため、焼成学生
じるガラスの軟化によるものである。つまり焼成、収縮
の過程で出発原料のガラスが軟化した基板は、焼成中基
板を保持しているセッターの表面に、その表面が倣うよ
うになるため、セッターの表面にうねり、ソリがなけれ
ば、基板にもうねり、ソリは発生しない。よってセッタ
ーにはうねり、ソリがないことが必要条件であり、アル
ミナ基板または結晶化ガラスの研磨したものを使用する
のが望ましいが、セッターのＲａはそれほど良くなくて
も良い。

このような挙動により、うねり、ソリをなくすには、材
料の緻密化が終了した直後のガラスの軟化状況が重要で
あり、軟化しすぎるζセッターと反応し、また軟化が不
充分だと、うねり、ソリがなくならない。本発明の組成
物は、ガラスの軟化が上記条件に最適の挙動を示す。

前記組成物は１１００’Ｃ以下の低温で焼成できるため
、テープ積層法や印刷積層法により、Ａｃｔ、Ａｑ−Ｐ
ｄ、Ａｕ、Ｃｕなどの配線導体材料を使用して、同時焼
成多層回路基板とすることができる。もちろん、この多
層回路基板の表面には、薄膜回路が形成でき、内部の配
線とも接続できる。

上記導体材料を同時焼成した場合、ガラスの軟化は、導
体配線パターンの流動の原因となるが、本発明の組成物
は、出発原料に使用するアルミナ粉末が、導体パターン
の流動を防ぎ、また材料の緻密化が完了した直後に生じ
るアノーサイト、ムライト、コージェライト等の２次的
な結晶質の析出も導体パターンの流動を防ぐ。

また焼成体に厚膜を形成する際にも、同様、パターンは
流動することはない。

以上述べたように、本発明の組成物は１１００℃以下で
焼成でき、このためＡＵ、Ａｇ、ＡＣＪ−Ｐｄ、Ｃｕな
どの低抵抗導体材料が使用できることも大ぎな特徴であ
り、従来のアルミナ基板は焼成温度が１５００〜１７０
０°Ｃと高いために、ＭＯやＷなどの比較的抵抗の高い
導体材料を還元雰囲気で焼成する必要がめった。また、
このような回路基板として使用するには、信号の伝播遅
延を小さくするために、基板の誘電率が小さい方が良く
、また、熱膨張係数もシリコンチップを直接マ「クント
することを考慮すれば、シリコンの３．５Ｘ　１０’°
Ｃに近い方が良いが、従来のアルミナ基板は誘電率ε−
１０と大きく、また熱膨張係数も７ｘｌＯ−６／’Ｃと
大きいが、本発明の基板はε＝６〜９と小さく、熱膨張
係数も３〜７ｘｌＯ−６／’Ｃと小ざいことも特徴であ
る。

次に本発明に使用するガラス粉末の組成、アルミナ粉末
とガラス粉末の割合およびガラス粉末とアルミナ粉末の
ＢＥＴ比表面積を限定した理由について述べる。

３　！　Ｑ　２は４５〜７０％の範囲に限られる。指定
ｍよりＳ　ｉ　Ｏ２が減少すると誘電率および熱膨張係
数が高くなり、また部分結晶化により析出する、アノー
サイトやコージェライト、ムライトの優が充分でなくな
り、導体や抵抗パターンが焼成時、再熱処理時に流動し
易くなる。指定徂より多くなると１１００℃以下での焼
成が困難となる。

Ａ　Ｉ　２０３は３０％より多くなると１１００℃以下
での焼成が困難となる。

ＭＯが１０％より少なくなると１１００℃以下での焼成
が不可能となり５５％を越えると誘電率と熱膨張係数が
大きくなる。ＣａＯよりＭｇＯを使用した方が誘電率と
熱膨張係数は小さくなるが、５５９／、を越えると部分
結晶化により析出するコージエライ１〜、ムライトの量
が充分でなくなる。

Ｂ　２０３はガラスを１３００〜１４５０℃附近の温度
で溶解するためと、セラミックの焼成温度を低下させる
効果がおり、電気特性や機械的物理的特性を変えること
なく、１１００℃以下の焼成温度にすることができるよ
うになる。Ｂ　２０３が３０％より多くなると、抵抗強
度が弱くなったり、耐水性が悪くなり信頼性が悪くなる
。ただし、Ｂ２Ｏ３が増えることにより、誘電率と熱膨
張係数は低くなる傾向におる。

このガラスは不純物として０〜５％までのＮａ２Ｏまた
はに２０等のアルカリ金屈酸化物を含み得る。これらは
ガラスの原材料に不純物として含まれていたり、またガ
ラス化の際、溶解性を向上するために添加するものであ
るが、５％を越える星は電気特性や耐水性を劣化させ信
頼性が悪くなり好ましくない。

また、Ｂａｄ、ＰｂＯ１ＦｅｚＯａ、１’Ｖｉｒｌｏｚ、ＭｎｘＯ＋、ＣｒｚＯ３、Ｎｉ０１
ＣＯ２０３などを不純物として１０％まで含み得る。こ
れらは特性をめまり劣化させることがなく、また、本発
明の材料は部分結晶化する際、基本的には特別な核形成
物質をガラス成分に添加する必要はないが、上記不純物
は結晶化を促進する場合もめると考えられる。

アルミナ粉末とガラス粉末の割合は、３５〜６０％対６
５〜４０％にする必要がある。アルミナ粉末が６０％よ
り多いと１１００’Ｃ以下で緻密な焼結体が１ｑられな
くなり、誘電率も大きくなる。３５％より少ないと強度
が小さくなり基板としての強度が不足する。

アルミナ粉末とガラス粉末のＢＥＴ比表面積を限定する
のは、本発明で得られる基板の表面粗さがＲａ＝０．１
　μｍ程度、つまり０．２μｍＲａ以下の良好な表面平
滑性を有するために非常に手要である。

ガラス粉末のＢＥＴ比表面積が３ｍ２／ｆ；Ｊ以上必要
な理由は、ＢＥＴ比表面積が大きくなること、つまり粒
度が細かくなれば焼成の際、ガラスの粘性流動する部分
が多くなり、表面が平滑化され、また出発原料のガラス
粒子の大きざに起因する焼成後の表面荒れも小さくなり
、表面粗さが改善されるが、これらの効果によりＲａ−
〇、１μｍ程度を得る′には、比表面積が３ｍ２／ｑ以
上の細かさを有するガラス粉末が必要だからである。た
だし、ガラスの割合が４０〜５０％の場合は、ガラス粉
末のＢＥＴ比表面積は４ｍ’／ｑ以上必要である。この
場合４ｍ２／Ｑ以上ないと緻密な焼結体が得られなくな
る。

アルミナ粉末のＢＥＴ比表面積が４．５ｍ２／ＣＩ以上
必要な理由は、焼成後表面に位置するアルミナ粒子によ
って生じる表面荒れが、アルミナ粒子が細かければ小さ
くなり、表面粗さが改善されるためであり、Ｒａ＝０．
１μｍ程度を得るには、比表面積が４．５ｍ”／ＱＱ１
０細かなアルミナ粉末が必要だからである。ただし、６
ｍ２／ｑ以上のアルミナ粉末は、材料の焼結性がなくな
り、緻密な焼結体が得られなくなる。

アルミナ粉末のＢＥＴ比表面積の限定範囲は、粒径の限
定範囲によっても示すことができる。

つまりＲａ＝０．１μｍ程度を得るには、平均粒径１μ
ｍ以下必要であり、また０、５μｍ以下では材料が充分
に緻密化しなくなる。

本発明セラミック組成物をつくるには、原料としてＣａ
ｂ１ＭｇＯ１ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ：＋、Ｂ２Ｏ３を所定
の配合組成になるように混合し、１３００〜１４５０℃
で溶解急冷し、ガラス化する。原料の形態は炭酸塩、酸
化物、水酸化物などで良い。この温度範囲は炉材料等の
関係から望ましい範囲である。

次にガラス粉末とアルミナ粉末とを所定の割合で混合し
、成形粉末とし、これを冷間プレスあるいはテープキャ
スチング等通常のセラミックの成形法にしたがって成形
し、８００〜ｉ　ｏｏｏ℃で焼成する。

本発明を多層基板に利用するときは、成形したグリーン
シート上に例えばＡＣＩ系の導体を印刷し、必要な枚数
重ね合せて、同時に焼成し、必要な場合にはスルーホー
ルを形成して、一体化した基板とすることができる。

また、Ｒｕ　Ｏ２系必るいはＳｉＣ系等の抵抗を印刷し
、ざらにはＢａＴｉＯ３系や５ｒＴｉＯＪ系、Ｐｂ　（Ｆｅｚ／３Ｗ＋／］）０３−
Ｐｂ　（Ｆｅ＋、ｚ２Ｎｂ＋／２）０３系等のコンデン
サペーストをグリーンシート上に印刷し、これを重ね合
せ、またはコンデンサ組成を主体にしたグリーンシート
を作り、これを重ね合せ同時に焼成し、抵抗コンデンサ
を内蔵し、一体化した基板とすることもできる。

ざらに、グリーンシート上に導体として粒度調整をし、
かつ耐醒化処理を施したＣｕ粉末ペーストを印刷し多層
化し、Ｎ２を主体とした雰囲気中で同時焼成を行ない、
Ｃｕ導体を内蔵した低温同時焼成多層基板をつくること
もできる。

また、この場合、Ｎ２不活性雰囲気であるため、Ｎｉ−
０ｒ、モリブデンシリサイド、Ｗ−Ｎｉ等の金属または
金属間化合物を使用した抵抗ペーストを用い、Ｃｕ導体
並びに抵抗を内蔵した多層基板の作成も可能である。

［実施例］ＣａＣ（）＋　、ＭＯ（ＯＨ）２　、Ｓ　！　０２、Ａ
ｌｚＯｘ、ｈｈＢＯｔをガラスの出発原料に使用し、所
定の組成割合にしたがい秤但した。

ライカイ機で充分混合した後、１４００″Ｃで溶融し水
中投下してガラスを得た。得られたガラスをアルミナポ
ットに水、アルミナボールとともに入れ混式粉砕し、吃
燥した後、比表面積３〜４．５ｍ２／ｇのガラス粉末を
得た。このガラス粉末４５〜６０％とＢＥＴ比表面積５
．７ｍ２／ｇ、平均粒径０．８μｍのアルミナ粉末５５
〜４０％をアルミナポットに、水、アルミナボールとと
もに入れ、３時間混合した後乾燥した。この乾粉１００
０ＣＩにメタアクリル系バインダ１００（１、可塑剤（
ＤＯＰ＞５０ｇ、溶剤（トルエン、キシレン＞　４５０
ｇを加えてスリップとした後、ドクターブレードを用い
て１ｍｍ厚のグリーンシートを作成した。このグリーン
シートを９００〜１０００’Ｃで焼成し、物理特性を測
定した。

表１に実施例１〜４として、組成と物理特性との関係を
示した。得られた基板のＲａは０．０８〜０．１２μｍ
で、うねり、そりも非常に小さかった。

第１図は実施例１の表面粗さＲａを測定した際の測定チ
ャートである。

第３図はガラス粉末２．５ｍ２／ｇ、アルミナ４ｍ２／
ｇの比表面積をもち、ガラス組成としては、実施例１と
同組成のものを使用した材料で、実施例と同様の方法で
作成した基板の表面粗ざＲａを測定した際の測定チャー
トでおる。Ｒａ＝　０．２５μｍと大きく、測定チャー
トからも実施例との遅いがわかる。

第２図は実施例１の基板の断面曲線である。

基板の大きさは６０ｘ　５０ｍｍで長辺方向の真中的４
０ｍｍを測定した。

第４図は高純度アルミナ基板の断面曲線を示している。

基板の大ぎざは６０Ｘ　５０ｍｍ、厚さ０．８２ｍｍで
長辺方向の真中的４０ｍｍを測定した。両方を比較して
わかるように、本発明で得られる基板は、うねり、そり
がアルミナ基板に比較して非常に小さいことがわかる。

応里方上記実施例と同様の方法で実施例２と同じ材料を使用し
て、０．３ｆｆ１ｍ厚のグリーンシートを作成した。Ａ
（１１粉末１５ｇとＰｄ粉末５ｇの混合物にエチルセル
ロース１ｇとテルピネオール１２（ｌを加え、３本ロー
ラーにより充分混練して作成したペーストを使用して、
導体パターンをグリーンシートに印刷した。同様の手順
で導体パターンの異なる４枚の導体パターン印刷グリー
ンシートを得た。この４枚のグリーンシーｌ〜を１２０
’Ｃ。

１００ｋｇ／Ｃｍ２．６０秒間の条件で加圧ラミネート
して一体構造とした。４層の導体層間の接続は、０、４
ｍｍφのスルーホールに上記Ａｇ−Ｐｄペーストを充填
して行なった。このグリーンボディを９００℃に２０分
ホールドの条件で焼成した。１牙られた多層基板の表面
粗さは０．１μｍＲａで必った。この基板表面にＴａ２
Ｎの薄膜をスパッタ法により形成して、リソグラフィー
処理により抵抗体パターンを形成した。ざらにＴｉ、ｉ
Ｐｄの順にスパッタ法により薄膜を形成し、リソグラフ
ィー処理により導体パターンを形成した後、導体パター
ンにＡｕメッキをして薄膜混成回路を梠成した。内部導
体と表面薄膜回路はスルーホールにより接続した。以上
の方法により多層配線基板上に薄膜混成回路を形成した
。

Ｌ発明の効果」本発明組成物は表面平滑性の良い基板を形成することが
できる。このものは０．１μｍＲａ程度の表面粗さを有
し、また高純度アルミナ基板に比較し、うねり、そりが
非常に少ないので、薄膜パターンを形成する際に使用す
るマスクと基板の密着性が良好で、精密な回路パターン
を形成するのが容易である。また１１００℃以下で焼成
できるので、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕなどの導体
を使用して同時焼成多層基板を作成することが可能で、
その表面に薄膜回路を形成すれば、薄膜回路を含む高密
度な三次元回路を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の表面粗さの測定グラフ、第２図は同
基板の断面曲線、第３図は従来のアルミナ基板の表面粗
さの測定グラフ、第４図は同基板の断面曲線を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

　重量基準で１０％までの不純物を含むことのあるＭＯ
（ただしＭ：Ｃａ、Ｍｇ）４〜３５．７５％、ＳｉＯ＿
２１８〜４５．５％、Ａｌ＿２Ｏ＿３３５〜７２％、Ｂ
＿２Ｏ＿３０〜１９．５％からなる組成をもち、出発原
料として１０％までの不純物を含むことのあるＭＯ１０
〜５５％、Ａｌ＿２Ｏ＿３０〜３０％、ＳｉＯ＿２４５
〜７０％、Ｂ＿２Ｏ＿３０〜３０％からなる組成範囲に
あり、そのＢＥＴ比表面積が３ｍ＾２／ｇ以上のガラス
粉末４０〜６５％と残部が１０％までの不純物を含むこ
とのあるＢＥＴ比表面積が４．５〜６ｍ＾２／ｇのアル
ミナの混合物を用いて焼成して得られたものであること
を特徴とする表面平滑性の良いセラミック組成物。