JP2800176B2 - ガラスセラミックス組成物 - Google Patents
ガラスセラミックス組成物Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
- C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/04—Particles; Flakes
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は多層回路基板及び厚膜回路の絶縁層に好適な
ガラスセラミックス組成物に関する。 (従来の技術) 多層回路基板材料として従来はアルミナが用いられて
いる。一方近年低温焼結基板用として種々材料が提案さ
れている。ここで前者においてはH2-N2雰囲気中で1500
〜1600℃で20〜40時間という焼成条件で製造しなければ
ならない。 さらにアルミナの誘電率が9〜10と高く、高速信号回
路には不適との評価も出ている。 一方、後者においては850〜1100℃、2〜10時間焼成
といわゆる低温焼結基板材料が開発されつつあるが、機
械的強度および熱伝導率が低いという欠点がある。また
窒素ガス雰囲気中での焼成の場合は、焼成後残留カーボ
ンにより基板が黒化し絶縁抵抗が低下することがある。 一方、絶縁層として使用する場合にはアルミナ基板上
に導体ペーストを用いて下部導体を印刷し、該導体上に
ガラスセラミックスの絶縁ペーストを印刷して絶縁層を
形成し焼成する。次いで、絶縁層上に導体ペーストを印
刷し焼成して上部導体を形成する。 しかしながら、従来の絶縁ペーストは、焼成により緻
密な構造の絶縁層が得られないので、絶縁抵抗及び絶縁
破壊電圧が低い。また、かかる特性は充分であっても、
上部導体とのハンダ濡れ性が悪いか、上部導体の接着強
度が低いか、耐熱性が低いなどの問題点があり絶縁層用
の組成物として充分に満足できるものはなかった。 (発明の解決しようとする問題点) 本発明は従来のガラスセラミックス組成物が有してい
た上記問題点を解消し、機械的強度及び熱伝導率が大き
く、絶縁抵抗及び絶縁破壊電圧が高く、上部に形成した
導体のハンダ濡れ性に優れ、窒素雰囲気中で焼成しても
黒化を生じることがなく、絶縁層用及び基板用として適
するガラスセラミックス組成物の提供を目的とする。 (問題点を解決するための手段) 本発明は、無機成分が重量%表示で、ガラス粉末35〜
95%、セラミック粉末5〜65%および酸化剤がガラス粉
末とセラミック粉末の合量に対して1〜10%からなり、
該ガラス粉末は重量%表示で実質的に SiO2 35〜65 % Al2O3 1〜10 % MgO+CaO+SrO+BaO 5〜35 % Li2O+Na2O+K2O+Cs2O 0〜10 % PbO 0〜1.4% ZnO 0〜5 % ZrO2+TiO2 0〜5 % B2O3 1〜14 % からなる多層回路基板及び厚膜回路の絶縁層用ガラスセ
ラミックス組成物を提供するものである。 本発明による組成物はセラミックス基板上に下部導体
を形成し、該下部導体上に絶縁層を形成し、該絶縁層上
に上部導体を形成するための該絶縁層材料として適して
いる。また、グリーンシートに導体ペーストを印刷しこ
れを積層し焼成して製造する多層基板の該グリーンシー
トの材料としても適している。 本発明において、ガラス粉末の含有量が35重量%より
少ないとセラミックス粉末を充分に濡らすことができな
いため緻密な焼結層ができず強度が低下し、好ましくな
く、95重量%を超えると残部としてのセラミックスの粉
末の量が少なくなり強度が低下するので好ましくない。
ガラス粉末は上記範囲中40〜90重量%の範囲がより望ま
しい。 一方、セラミックス粉末の含有量が5重量%より少な
いと強度が低下し且つ導体あるいは抵抗体との反応性が
増大し導体・抵抗体の本来の特性が損なわれるばかりで
なく、絶縁層の電気的絶縁性も損なわれるので好ましく
なく、65重量%を超えると緻密な焼結層ができず強度が
低下し、絶縁層としての湿中負荷寿命特性、即ち信頼性
特性が低下することとなるので好ましくない。 酸化剤を添加することにより焼成工程で有機バインダ
中のカーボンが残留し黒化するのを防ぐことができる。
酸化剤の含有量はガラス粉末とセラミックス粉末の合量
に対し重量で1〜10%添加するのが好ましい。酸化剤の
量が10%を超えると基板の耐電圧特性が低下するので好
ましくない。酸化剤の含有量は、上記の範囲中1〜5%
の範囲がより望ましい。 かかる酸化剤としては、空気又は窒素雰囲気での焼成
工程中に残留カーボンを除去する酸化作用を有するもの
であれば特に限定されない。中でもCeO2,SnO2,TiO2,BaO
2は入手が容易で取扱いが容易であるので特に好まし
い。かかる酸化剤は単独で使用してもよく2種類以上併
用してもよい。 ガラス粉末中の各組成成分量の限定理由を説明する。
なお、特記ないかぎり、%は重量%である。SiO2はガラ
スのネットワークフォーマーであり、35%より少ない
と、軟化点が低くなり過ぎ耐熱性が低下し、再焼成時に
変形を生じ易くなるので好ましくない。一方SiO2が95%
より多いと軟化点が高くなり過ぎセラミックス粉末を充
分に濡らすことができず強度が低下するので好ましくな
い。 Al2O3はガラスの耐水性向上の面から必須であり、1
%より少ないと、焼結体の耐水性が劣り、10%を超える
とガラスの軟化温度が高くなり、焼結温度が高くなりす
ぎ好ましくない。 MgO+CaO+SrO+BaOはガラス粉末製造時の溶解性を向
上さすため及び熱膨張係数を調製する目的で添加する。
5%より少ないと、上記の溶解性が充分に向上しないと
共にガラス製造時に失透を生じ易く、35%を超えると熱
膨張係数が大きくなり過ぎいずれも好ましくない。 Li2O+Na2O+K2O+Cs2Oは必須ではないが、添加する
ことによりセラミックス粉末との反応性およびガラスの
溶解性の向上を図ることができるが、電気的特性、特に
絶縁抵抗特性において好ましくない成分であるので、必
要に応じて10%以下に留めるのが好ましい。 PbOは、ガラスのフラックス成分として用いる。1.4%
より多いとガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎ、Ag/P
d,Cu等の導体と接着性を低下させる要因ともなり好まし
くない。 ZnOは、必須ではないがAg/Pd,Cu等の導体との適合
性、あるいは溶解性改善の目的で5%まで導入し得る。 ZrO2+TiO2は必須ではないが、添加することによりガ
ラスの耐薬品性を向上さすことができる。その量は5%
で充分である。 B2O3は、フラックス成分として用いるが、1%より少
ないと焼結温度が高くなり過ぎ、14%を超えると、ガラ
スの耐薬品性(耐酸性)が低下し好ましくない。 以上の成分の総量が97%以上であればよく残部3%に
ついてはV2O5,Cr2O3,MnO2,SnO2,SO3,を含有することが
できる。 上記範囲中、より望ましいガラス粉末は次の通りであ
る。 SiO2 40〜60 % Al2O3 3〜10 % MgO+CaO+SrO+BaO 6〜34 % Li2O+Na2O+K2O+Cs2O 0〜7 % PbO 0〜1.2% ZnO 0〜3 % ZrO2+TiO2 0〜3 % B2O3 2〜13 % 上記のガラス粉末においては、各成分は重量%表示で
あり、各成分の総量が97%以上であれば本質的に使用で
き、残部については上記したようなV2O5,Cr2O3,MnO2,Sn
O2,SO3等の成分を含有することができる。 かかるガラス粉末は低温度(例えば1000℃以下)で充
分に流動性を有し、セラミックス粉末を充分に濡らし、
かつ、セラミックス粉末と反応し、一部結晶化する特性
を有し、それにより耐熱性、強度が向上する。 かかるガラス粉末、セラミックス粉末の粒径は、小さ
過ぎると、グリーンシート等を乾燥する際にクラックが
発生するので好ましくなく、一方大き過ぎるとガラスが
セラミックス粉末を充分に濡らすことができず強度の低
下を生ずるので好ましくない。 好ましい粒径は重量の平均粒径でガラス粉末が0.5μ
m〜4μmであり、セラミックス粉末が0.1〜5μmで
ある。 一方セラミックス粉末としてはアルミナ、α−石英、
ジルコン、コージェライト、フォルステライト、ムライ
ト、ジルコニアのセラミックス粉末が単独で使用、又は
併用されるが、その理由は、かかる物質は強度が大き
く、熱伝導率が高い特性を有するため焼結後の基板もか
かる特性の向上を図ることができる。更にこれらのセラ
ミックス粉末は比較的入手しやすいという利点もある。 本発明の組成物は各粉末が上記割合に混合されている
ものであるが、それを使用した多層回路基板は例えば、
次の様にして製造される。 本発明の組成物に有機バインダー、可塑剤、溶剤を添
加し、混練してスラリーを作成する。この有機バインダ
ーとしては、ブチラール樹脂、(メタ)アクリル樹脂、
可塑剤としてはフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチ
ル、フタル酸ブチルベンジル、溶剤としては、トルエ
ン、アルコール等いずれも常用されているものが使用で
きる。 次いでこのスラリーをシートに成形し、乾燥すること
により、未焼結のシート、いわゆるグリーンシートが作
成される。次いでこのグリーンシートにビアホール用の
穴を開け、片面に空気中での焼成の場合は、Ag,又はAg/
Pdペースト、窒素雰囲気中での焼成の場合はCuペースト
を所定の回路に厚膜印刷する。この時ビアホールにはA
g,又はAg/Pdペースト、あるいはCuペーストが満され
る。 次にこれらの印刷グリーンシートを所定の枚数を重ね
合わせ熱圧着により積層し、焼成し、グリーンシート及
び回路を焼結する。かくして製造されたものは、回路が
絶縁基板を介して多層に積層されたものである。 これらの材料は、ペースト化して厚膜回路用絶縁層用
としても使用できる。それを使用した厚膜回路は例えば
次の様にして製造される。 本発明の組成物に有機バインダー、溶剤から成る有機
ビヒクルを添加し、混練し、ペーストを作成する。この
有機バインダーとしては、エチルセルロース、ニトロセ
ルロース、溶剤としては、α−テルピネオール、ブチル
カルビトールアセテート等のいずれも常用されているも
のが使用できる。さらに分散剤として界面活性剤を添加
してもよい。 次いでアルミナ基板上に空気中での焼成の場合はAg,
又はAg/Pdペースト、窒素雰囲気中での焼成の場合はCu
ペーストを所定の回路に印刷し、乾燥し、850〜900℃10
分で焼成する。 次いで、絶縁箇所に上記絶縁ペーストを印刷し、乾燥
した後、それぞれの雰囲気中で850〜900℃10分で焼成す
る。通常、絶縁ペーストの印刷、乾燥、焼成を繰り返し
行い絶縁層の膜厚を30〜40μmに形成する。さらに導体
を所定の回路に印刷し、乾燥し、850〜900℃10分で焼成
する。多層の場合は、その印刷、乾燥、焼成を繰り返し
て多層厚膜回路を作成する。 又、それぞれ個別でなく、印刷、乾燥を繰り返したも
のを同時に一括焼成して多層厚膜回路を作成することも
できる。 又、基板および絶縁ペーストには、それぞれ着色のた
めに着色顔料を0〜5%添加することができる。 [実施例] (実施例1) 目標組成となるように各原料を調合し、これを白金ル
ツボに入れ1350〜1500℃で2〜3時間撹拌しつつ加熱溶
解した。次いでこれを水砕又はフレーク状とし、更に粉
砕装置により重量の平均粒径が0.5〜4μmになるよう
に粉砕し表−1に示す組成のガラス粉末を製造した。次
いでアルミナ、α−石英、ジルコン、コージェライト、
フォルステライト、ムライト、ジルコニアのセラミック
スを平均0.1〜5μmになるように粉砕した。次いでこ
れらのガラス粉末とセラミックス粉末を表−1に記載の
割合で混合し本発明による4種類(サンプルNo.1〜4の
組成物を得た。 次いで、これらに有機バインダーとしてメチルメタク
リレート樹脂、可塑剤としてフタル酸ジブチル並びに溶
剤としてトルエンを添加し、混練して粘度10000〜30000
cpsのスラリーを作成した。次いでこのスラリーを約0.2
mm厚のシートにした後、約70℃で2時間乾燥した。次い
でこのシートを空気中、又は窒素雰囲気中で900℃1時
間で焼成し、焼結基板を製造した。この焼結基板につい
て曲げ強度、熱伝導率、熱膨張率、誘電率、耐熱性、耐
薬品性、窒素雰囲気中で焼成した基板の黒化(表ではN2
焼成黒化と記載)を測定した。これらの結果を表−2に
記載した。これとは別に、乾燥したシートにペーストを
スクリーン印刷し、Ag/Pd又は、Cu導体を形成した。次
いでこの導体を形成したシートを積層した後にそれぞれ
の雰囲気中で900℃1時間で焼成して多層回路素子を製
造した。次いでこの素子の最上面にAg/Pd又はCu導体を
形成した。これについて、上部導体ハンダ濡れ性、接着
強度を測定し、その結果を同表に併記した。 表−2から明らかなように本発明による組成物は電気
特性、熱膨張率、曲げ強度に優れ、多層回路基板として
充分使用できる特性を有する。 比較例(サンプルNo.5〜10)として本発明による組成
物以外のものについても同様の評価を行ったので併せて
表−1、表−2に記載した。 (実施例2) 実施例1に記載した10種類の組成物(内6種類は比較
例)に、有機バインダーとしてエチルセルロース、溶剤
としてα−テルピネオールからなる有機ビヒクルを添加
し、混練し、粘度が20×104cpsのペーストを作成した。
次いでアルミナ基板上に、空気中焼成の場合Ag/Pdペー
スト、窒素雰囲気中での焼成の場合はCuペーストを所定
の回路にスクリーン印刷、乾燥、850℃〜900℃10分で焼
成した。 次いで絶縁箇所に上記絶縁ペーストを200メッシュス
クリーン印刷、乾燥し、それぞれの雰囲気中で850〜900
℃10分で焼成した。絶縁ペーストを印刷、乾燥、焼成を
繰り返し行い、絶縁層の膜厚を30〜40μmに形成した。
さらにAg/Pdペースト又はCuペーストを所定の回路にス
クリーン印刷、乾燥し、それぞれの雰囲気中で850〜900
℃10分で焼成した。 かくして、回路素子を作成した。この回路素子につい
て、絶縁抵抗、絶縁破壊電圧、上部導体ハンダ濡れ性、
接着強度を測定した。これらの結果を表−3に記載し
た。同表中サンプルNo.5〜10は比較例である。 同表から明らかなように本発明による組成物は電気特
性に優れ、厚膜回路絶縁層用ペーストとして充分使用で
きる特性を有する。 なお各特性の測定方法は次の通りである。 ・曲げ強度 グリーンシート5枚を積層し900℃1時間焼結した。焼
結後のサンプル形状は12mm巾×35mm長×厚み1mm。本試
料を3点曲げ試験により破壊強度を求めた。 ・熱伝導率 上記と同一条件でサンプルを焼成し、測定のため10mm
φ、1.5mm厚に加工し、レーザーフラッシュ法により測
定した。 ・誘電率 上記と同一条件でサンプルを作成し、測定のために45mm
×45mm,1.5mm厚に加工した。1MHzにおける誘電率をブリ
ッジ法により測定した。 ・耐熱性 上記と同一条件でサンプルを作成し、測定のために12mm
巾×35mm長×1mm厚の形状とし、両端を支持台に乗せ、R
efireし、そのたわみ変形量を測定した。本処理による
変形がないものを良とし、中央部最大変形量が30μm以
上を否と判定した。Refire温度と時間は850℃,10分間×
3回の条件とした。 ・絶縁抵抗 微小電流電位計により、100V印加時の絶縁抵抗の1分値
を測定した。 ・絶縁破壊電圧 電圧印加装置により100V毎にステップアップし、各電圧
で1分間保持し、リーク電流が0.5mAを超えるものを不
良発生として破壊電圧とした。 ・上部導体ハンダ濡れ性 絶縁層上に形成した導体のハンダ濡れ性について、230
℃のPb-Sn共晶ハンダバス中に5秒間ディップし、その
濡れ面積を測定した。80%以上濡れているものを良、80
%未満のものを否として判定した。 ・接着強度 絶縁層上に形成した2mm×2mmの導体に予備ハンダ付軟銅
線(8mmφ)を水平ハンダ付け後90°折り曲げ、垂直に
引上げ剥離する引張り力を測定する。 [発明の効果] 本発明による組成物を使用して焼成した基板は曲げ強
度が大きく、熱伝導率が大きく、耐熱性、耐薬品性、最
上層に形成される導体のハンダ濡れ性にすぐれている。 又、本発明による組成物を使用して、焼成した厚膜回
路用絶縁層は、絶縁性が良く、絶縁破壊電圧が高く、最
上層に形成される導体のハンダ濡れ性にすぐれている。
ガラスセラミックス組成物に関する。 (従来の技術) 多層回路基板材料として従来はアルミナが用いられて
いる。一方近年低温焼結基板用として種々材料が提案さ
れている。ここで前者においてはH2-N2雰囲気中で1500
〜1600℃で20〜40時間という焼成条件で製造しなければ
ならない。 さらにアルミナの誘電率が9〜10と高く、高速信号回
路には不適との評価も出ている。 一方、後者においては850〜1100℃、2〜10時間焼成
といわゆる低温焼結基板材料が開発されつつあるが、機
械的強度および熱伝導率が低いという欠点がある。また
窒素ガス雰囲気中での焼成の場合は、焼成後残留カーボ
ンにより基板が黒化し絶縁抵抗が低下することがある。 一方、絶縁層として使用する場合にはアルミナ基板上
に導体ペーストを用いて下部導体を印刷し、該導体上に
ガラスセラミックスの絶縁ペーストを印刷して絶縁層を
形成し焼成する。次いで、絶縁層上に導体ペーストを印
刷し焼成して上部導体を形成する。 しかしながら、従来の絶縁ペーストは、焼成により緻
密な構造の絶縁層が得られないので、絶縁抵抗及び絶縁
破壊電圧が低い。また、かかる特性は充分であっても、
上部導体とのハンダ濡れ性が悪いか、上部導体の接着強
度が低いか、耐熱性が低いなどの問題点があり絶縁層用
の組成物として充分に満足できるものはなかった。 (発明の解決しようとする問題点) 本発明は従来のガラスセラミックス組成物が有してい
た上記問題点を解消し、機械的強度及び熱伝導率が大き
く、絶縁抵抗及び絶縁破壊電圧が高く、上部に形成した
導体のハンダ濡れ性に優れ、窒素雰囲気中で焼成しても
黒化を生じることがなく、絶縁層用及び基板用として適
するガラスセラミックス組成物の提供を目的とする。 (問題点を解決するための手段) 本発明は、無機成分が重量%表示で、ガラス粉末35〜
95%、セラミック粉末5〜65%および酸化剤がガラス粉
末とセラミック粉末の合量に対して1〜10%からなり、
該ガラス粉末は重量%表示で実質的に SiO2 35〜65 % Al2O3 1〜10 % MgO+CaO+SrO+BaO 5〜35 % Li2O+Na2O+K2O+Cs2O 0〜10 % PbO 0〜1.4% ZnO 0〜5 % ZrO2+TiO2 0〜5 % B2O3 1〜14 % からなる多層回路基板及び厚膜回路の絶縁層用ガラスセ
ラミックス組成物を提供するものである。 本発明による組成物はセラミックス基板上に下部導体
を形成し、該下部導体上に絶縁層を形成し、該絶縁層上
に上部導体を形成するための該絶縁層材料として適して
いる。また、グリーンシートに導体ペーストを印刷しこ
れを積層し焼成して製造する多層基板の該グリーンシー
トの材料としても適している。 本発明において、ガラス粉末の含有量が35重量%より
少ないとセラミックス粉末を充分に濡らすことができな
いため緻密な焼結層ができず強度が低下し、好ましくな
く、95重量%を超えると残部としてのセラミックスの粉
末の量が少なくなり強度が低下するので好ましくない。
ガラス粉末は上記範囲中40〜90重量%の範囲がより望ま
しい。 一方、セラミックス粉末の含有量が5重量%より少な
いと強度が低下し且つ導体あるいは抵抗体との反応性が
増大し導体・抵抗体の本来の特性が損なわれるばかりで
なく、絶縁層の電気的絶縁性も損なわれるので好ましく
なく、65重量%を超えると緻密な焼結層ができず強度が
低下し、絶縁層としての湿中負荷寿命特性、即ち信頼性
特性が低下することとなるので好ましくない。 酸化剤を添加することにより焼成工程で有機バインダ
中のカーボンが残留し黒化するのを防ぐことができる。
酸化剤の含有量はガラス粉末とセラミックス粉末の合量
に対し重量で1〜10%添加するのが好ましい。酸化剤の
量が10%を超えると基板の耐電圧特性が低下するので好
ましくない。酸化剤の含有量は、上記の範囲中1〜5%
の範囲がより望ましい。 かかる酸化剤としては、空気又は窒素雰囲気での焼成
工程中に残留カーボンを除去する酸化作用を有するもの
であれば特に限定されない。中でもCeO2,SnO2,TiO2,BaO
2は入手が容易で取扱いが容易であるので特に好まし
い。かかる酸化剤は単独で使用してもよく2種類以上併
用してもよい。 ガラス粉末中の各組成成分量の限定理由を説明する。
なお、特記ないかぎり、%は重量%である。SiO2はガラ
スのネットワークフォーマーであり、35%より少ない
と、軟化点が低くなり過ぎ耐熱性が低下し、再焼成時に
変形を生じ易くなるので好ましくない。一方SiO2が95%
より多いと軟化点が高くなり過ぎセラミックス粉末を充
分に濡らすことができず強度が低下するので好ましくな
い。 Al2O3はガラスの耐水性向上の面から必須であり、1
%より少ないと、焼結体の耐水性が劣り、10%を超える
とガラスの軟化温度が高くなり、焼結温度が高くなりす
ぎ好ましくない。 MgO+CaO+SrO+BaOはガラス粉末製造時の溶解性を向
上さすため及び熱膨張係数を調製する目的で添加する。
5%より少ないと、上記の溶解性が充分に向上しないと
共にガラス製造時に失透を生じ易く、35%を超えると熱
膨張係数が大きくなり過ぎいずれも好ましくない。 Li2O+Na2O+K2O+Cs2Oは必須ではないが、添加する
ことによりセラミックス粉末との反応性およびガラスの
溶解性の向上を図ることができるが、電気的特性、特に
絶縁抵抗特性において好ましくない成分であるので、必
要に応じて10%以下に留めるのが好ましい。 PbOは、ガラスのフラックス成分として用いる。1.4%
より多いとガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎ、Ag/P
d,Cu等の導体と接着性を低下させる要因ともなり好まし
くない。 ZnOは、必須ではないがAg/Pd,Cu等の導体との適合
性、あるいは溶解性改善の目的で5%まで導入し得る。 ZrO2+TiO2は必須ではないが、添加することによりガ
ラスの耐薬品性を向上さすことができる。その量は5%
で充分である。 B2O3は、フラックス成分として用いるが、1%より少
ないと焼結温度が高くなり過ぎ、14%を超えると、ガラ
スの耐薬品性(耐酸性)が低下し好ましくない。 以上の成分の総量が97%以上であればよく残部3%に
ついてはV2O5,Cr2O3,MnO2,SnO2,SO3,を含有することが
できる。 上記範囲中、より望ましいガラス粉末は次の通りであ
る。 SiO2 40〜60 % Al2O3 3〜10 % MgO+CaO+SrO+BaO 6〜34 % Li2O+Na2O+K2O+Cs2O 0〜7 % PbO 0〜1.2% ZnO 0〜3 % ZrO2+TiO2 0〜3 % B2O3 2〜13 % 上記のガラス粉末においては、各成分は重量%表示で
あり、各成分の総量が97%以上であれば本質的に使用で
き、残部については上記したようなV2O5,Cr2O3,MnO2,Sn
O2,SO3等の成分を含有することができる。 かかるガラス粉末は低温度(例えば1000℃以下)で充
分に流動性を有し、セラミックス粉末を充分に濡らし、
かつ、セラミックス粉末と反応し、一部結晶化する特性
を有し、それにより耐熱性、強度が向上する。 かかるガラス粉末、セラミックス粉末の粒径は、小さ
過ぎると、グリーンシート等を乾燥する際にクラックが
発生するので好ましくなく、一方大き過ぎるとガラスが
セラミックス粉末を充分に濡らすことができず強度の低
下を生ずるので好ましくない。 好ましい粒径は重量の平均粒径でガラス粉末が0.5μ
m〜4μmであり、セラミックス粉末が0.1〜5μmで
ある。 一方セラミックス粉末としてはアルミナ、α−石英、
ジルコン、コージェライト、フォルステライト、ムライ
ト、ジルコニアのセラミックス粉末が単独で使用、又は
併用されるが、その理由は、かかる物質は強度が大き
く、熱伝導率が高い特性を有するため焼結後の基板もか
かる特性の向上を図ることができる。更にこれらのセラ
ミックス粉末は比較的入手しやすいという利点もある。 本発明の組成物は各粉末が上記割合に混合されている
ものであるが、それを使用した多層回路基板は例えば、
次の様にして製造される。 本発明の組成物に有機バインダー、可塑剤、溶剤を添
加し、混練してスラリーを作成する。この有機バインダ
ーとしては、ブチラール樹脂、(メタ)アクリル樹脂、
可塑剤としてはフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチ
ル、フタル酸ブチルベンジル、溶剤としては、トルエ
ン、アルコール等いずれも常用されているものが使用で
きる。 次いでこのスラリーをシートに成形し、乾燥すること
により、未焼結のシート、いわゆるグリーンシートが作
成される。次いでこのグリーンシートにビアホール用の
穴を開け、片面に空気中での焼成の場合は、Ag,又はAg/
Pdペースト、窒素雰囲気中での焼成の場合はCuペースト
を所定の回路に厚膜印刷する。この時ビアホールにはA
g,又はAg/Pdペースト、あるいはCuペーストが満され
る。 次にこれらの印刷グリーンシートを所定の枚数を重ね
合わせ熱圧着により積層し、焼成し、グリーンシート及
び回路を焼結する。かくして製造されたものは、回路が
絶縁基板を介して多層に積層されたものである。 これらの材料は、ペースト化して厚膜回路用絶縁層用
としても使用できる。それを使用した厚膜回路は例えば
次の様にして製造される。 本発明の組成物に有機バインダー、溶剤から成る有機
ビヒクルを添加し、混練し、ペーストを作成する。この
有機バインダーとしては、エチルセルロース、ニトロセ
ルロース、溶剤としては、α−テルピネオール、ブチル
カルビトールアセテート等のいずれも常用されているも
のが使用できる。さらに分散剤として界面活性剤を添加
してもよい。 次いでアルミナ基板上に空気中での焼成の場合はAg,
又はAg/Pdペースト、窒素雰囲気中での焼成の場合はCu
ペーストを所定の回路に印刷し、乾燥し、850〜900℃10
分で焼成する。 次いで、絶縁箇所に上記絶縁ペーストを印刷し、乾燥
した後、それぞれの雰囲気中で850〜900℃10分で焼成す
る。通常、絶縁ペーストの印刷、乾燥、焼成を繰り返し
行い絶縁層の膜厚を30〜40μmに形成する。さらに導体
を所定の回路に印刷し、乾燥し、850〜900℃10分で焼成
する。多層の場合は、その印刷、乾燥、焼成を繰り返し
て多層厚膜回路を作成する。 又、それぞれ個別でなく、印刷、乾燥を繰り返したも
のを同時に一括焼成して多層厚膜回路を作成することも
できる。 又、基板および絶縁ペーストには、それぞれ着色のた
めに着色顔料を0〜5%添加することができる。 [実施例] (実施例1) 目標組成となるように各原料を調合し、これを白金ル
ツボに入れ1350〜1500℃で2〜3時間撹拌しつつ加熱溶
解した。次いでこれを水砕又はフレーク状とし、更に粉
砕装置により重量の平均粒径が0.5〜4μmになるよう
に粉砕し表−1に示す組成のガラス粉末を製造した。次
いでアルミナ、α−石英、ジルコン、コージェライト、
フォルステライト、ムライト、ジルコニアのセラミック
スを平均0.1〜5μmになるように粉砕した。次いでこ
れらのガラス粉末とセラミックス粉末を表−1に記載の
割合で混合し本発明による4種類(サンプルNo.1〜4の
組成物を得た。 次いで、これらに有機バインダーとしてメチルメタク
リレート樹脂、可塑剤としてフタル酸ジブチル並びに溶
剤としてトルエンを添加し、混練して粘度10000〜30000
cpsのスラリーを作成した。次いでこのスラリーを約0.2
mm厚のシートにした後、約70℃で2時間乾燥した。次い
でこのシートを空気中、又は窒素雰囲気中で900℃1時
間で焼成し、焼結基板を製造した。この焼結基板につい
て曲げ強度、熱伝導率、熱膨張率、誘電率、耐熱性、耐
薬品性、窒素雰囲気中で焼成した基板の黒化(表ではN2
焼成黒化と記載)を測定した。これらの結果を表−2に
記載した。これとは別に、乾燥したシートにペーストを
スクリーン印刷し、Ag/Pd又は、Cu導体を形成した。次
いでこの導体を形成したシートを積層した後にそれぞれ
の雰囲気中で900℃1時間で焼成して多層回路素子を製
造した。次いでこの素子の最上面にAg/Pd又はCu導体を
形成した。これについて、上部導体ハンダ濡れ性、接着
強度を測定し、その結果を同表に併記した。 表−2から明らかなように本発明による組成物は電気
特性、熱膨張率、曲げ強度に優れ、多層回路基板として
充分使用できる特性を有する。 比較例(サンプルNo.5〜10)として本発明による組成
物以外のものについても同様の評価を行ったので併せて
表−1、表−2に記載した。 (実施例2) 実施例1に記載した10種類の組成物(内6種類は比較
例)に、有機バインダーとしてエチルセルロース、溶剤
としてα−テルピネオールからなる有機ビヒクルを添加
し、混練し、粘度が20×104cpsのペーストを作成した。
次いでアルミナ基板上に、空気中焼成の場合Ag/Pdペー
スト、窒素雰囲気中での焼成の場合はCuペーストを所定
の回路にスクリーン印刷、乾燥、850℃〜900℃10分で焼
成した。 次いで絶縁箇所に上記絶縁ペーストを200メッシュス
クリーン印刷、乾燥し、それぞれの雰囲気中で850〜900
℃10分で焼成した。絶縁ペーストを印刷、乾燥、焼成を
繰り返し行い、絶縁層の膜厚を30〜40μmに形成した。
さらにAg/Pdペースト又はCuペーストを所定の回路にス
クリーン印刷、乾燥し、それぞれの雰囲気中で850〜900
℃10分で焼成した。 かくして、回路素子を作成した。この回路素子につい
て、絶縁抵抗、絶縁破壊電圧、上部導体ハンダ濡れ性、
接着強度を測定した。これらの結果を表−3に記載し
た。同表中サンプルNo.5〜10は比較例である。 同表から明らかなように本発明による組成物は電気特
性に優れ、厚膜回路絶縁層用ペーストとして充分使用で
きる特性を有する。 なお各特性の測定方法は次の通りである。 ・曲げ強度 グリーンシート5枚を積層し900℃1時間焼結した。焼
結後のサンプル形状は12mm巾×35mm長×厚み1mm。本試
料を3点曲げ試験により破壊強度を求めた。 ・熱伝導率 上記と同一条件でサンプルを焼成し、測定のため10mm
φ、1.5mm厚に加工し、レーザーフラッシュ法により測
定した。 ・誘電率 上記と同一条件でサンプルを作成し、測定のために45mm
×45mm,1.5mm厚に加工した。1MHzにおける誘電率をブリ
ッジ法により測定した。 ・耐熱性 上記と同一条件でサンプルを作成し、測定のために12mm
巾×35mm長×1mm厚の形状とし、両端を支持台に乗せ、R
efireし、そのたわみ変形量を測定した。本処理による
変形がないものを良とし、中央部最大変形量が30μm以
上を否と判定した。Refire温度と時間は850℃,10分間×
3回の条件とした。 ・絶縁抵抗 微小電流電位計により、100V印加時の絶縁抵抗の1分値
を測定した。 ・絶縁破壊電圧 電圧印加装置により100V毎にステップアップし、各電圧
で1分間保持し、リーク電流が0.5mAを超えるものを不
良発生として破壊電圧とした。 ・上部導体ハンダ濡れ性 絶縁層上に形成した導体のハンダ濡れ性について、230
℃のPb-Sn共晶ハンダバス中に5秒間ディップし、その
濡れ面積を測定した。80%以上濡れているものを良、80
%未満のものを否として判定した。 ・接着強度 絶縁層上に形成した2mm×2mmの導体に予備ハンダ付軟銅
線(8mmφ)を水平ハンダ付け後90°折り曲げ、垂直に
引上げ剥離する引張り力を測定する。 [発明の効果] 本発明による組成物を使用して焼成した基板は曲げ強
度が大きく、熱伝導率が大きく、耐熱性、耐薬品性、最
上層に形成される導体のハンダ濡れ性にすぐれている。 又、本発明による組成物を使用して、焼成した厚膜回
路用絶縁層は、絶縁性が良く、絶縁破壊電圧が高く、最
上層に形成される導体のハンダ濡れ性にすぐれている。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.無機成分が重量%表示で、ガラス粉末35〜95%、セ
ラミック粉末5〜65%および酸化剤がガラス粉末とセラ
ミック粉末の合量に対して1〜10%からなり、該ガラス
粉末は重量%表示で実質的に SiO2 35〜65 % Al2O3 1〜10 % MgO+CaO+SrO+BaO 5〜35 % Li2O+Na2O+K2O+Cs2O 0〜10 % PbO 0〜1.4% ZnO 0〜5 % ZrO2+TiO2 0〜5 % B2O3 1〜14 % からなる多層回路基板及び厚膜回路の絶縁層用ガラスセ
ラミックス組成物。 2.前記セラミックス粉末は、アルミナ、α−石英、ジ
ルコン、コージェライト、フォルステライト、ムライト
及びジルコニアから選ばれた少なくとも1種である特許
請求の範囲第1項記載の組成物。 3.前記セラミックス粉末の平均粒径は0.1〜5μmで
あり、前記ガラス粉末の平均粒径は0.5〜4μmである
特許請求の範囲第1項又は第2項記載の組成物。 4.前記酸化剤は、CeO2,SnO2,TiO2及びBaO2から選ばれ
た少なくとも1種である特許請求の範囲第1項、第2項
又は第3項記載の組成物。
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