JPH0643258B2 - 回路基板用誘電体材料 - Google Patents

回路基板用誘電体材料

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JPH0643258B2
JPH0643258B2 JP29903087A JP29903087A JPH0643258B2 JP H0643258 B2 JPH0643258 B2 JP H0643258B2 JP 29903087 A JP29903087 A JP 29903087A JP 29903087 A JP29903087 A JP 29903087A JP H0643258 B2 JPH0643258 B2 JP H0643258B2
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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

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  • Glass Compositions (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は回路基板として有用な誘電体材料、特に低温焼
成が可能で、かつ抗折強度の大きい誘電体材料に関す
る。
従来の技術 LSIなど半導体及び回路部品の高密度実装化に伴い、
近年多層回路基板が広く採用されている。セラミック多
層回路基板は、誘電体層と導体層とを交互に積層し、同
時焼成して一体化することにより製造されるものであ
り、誘電体材料としは、従来主としてアルミナ系セラミ
ックスが使用されてきた。ところでアルミナは絶縁性、
機械的強度等の特性は優れているが、焼結温度が1500℃
以上と高く、内部配線導体材料には比較的電気抵抗の高
いMoやW等の高融点金属を用いるので、導体幅を大き
くとらなくてはならないなど、小型化、高密度化が困難
である。そこで電気抵抗が小さく融点の低いAg、A
u、Cuなどの高導電性金属を導体材料として用いるた
めに、これらの金属の融点以下で焼結可能な誘電体材料
の開発が望まれている。
更に誘電体の誘電率は基板内部での信号の伝播速度に大
きく影響するが、アルミナ系セラミックスは誘電率が約
8.5〜10と比較的大きく、信号伝送の高速化に限界があ
るため、より低い誘電率を有する誘電体材料が求められ
ている。
これらの要請に応えて近年、例えば低温焼結セラミック
ス、結晶化ガラス、ガラス−セラミックス混合物など種
々の誘電体材料が提案され、一部実用化されているが、
誘電率等の電気特性、機械的強度等回路基板としての要
求特性を全て満足するものではない。特に現在実用化さ
れている、非酸化性雰囲気中で低温焼成するタイプの材
料は、抗折強度が2000Kg以下と、アルミナ基板に比べて
著しく小さい欠点があった。
本発明者等は先にNgO,B23,SiO2,BaO,
ZrO2を構成成分とし、焼成によりBaZr(BO3
2結晶を生じて、優れた絶縁性及び誘電特性を示すガラ
ス材料を開発し、特許出願を行った。しかしながらこの
材料は優れた性質を示すものの、強度がアルミナ基板に
比べてやや小さい傾向がある。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、低温で焼成でき、焼成後は優れた絶縁
特性及び誘電特性を示し、かつ機械的強度の改善された
新規な回路基板用誘電体材料を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明は、(A)マグネシウム、硼素、珪素、バリウム、
ジルコニウム、アルミニウム及びカルシウムを各々酸化
物換算で MgO 20〜40重量%、 B23 10〜30重量%、 SiO2 10〜35重量%、 BaO 5〜22重量%、 ZrO2 5〜20重量%、 Al23 2〜15重量%、 CaO 0〜 5重量%、 の比率で含有するガラス、及び(B)(A)のガラスを予め熱
処理し、結晶化させて得れたガラス−セラミックより選
んだ1種又は2種以上からなる回路基板用誘電体材料で
ある。又第二の発明は、このガラス及び/又はガラス−
セラミックスに、更に結晶性フィラーを配合した回路基
板用誘電体材料である。
本発明のガラス(A)は、各成分酸化物の原料化合物を酸
化物換算で上記の粗成範囲となるように混合し、通常の
ガラスの製法に従って例えば1400〜1600℃の温度で溶融
し、次いで溶融物を急冷してガラス化し、これを粉砕す
ることによって製造される。又ガラス−セラミックス
(B)は、このガラスを結晶化温度以上で熱処理して予め
結晶化させた後、粉砕することにより製造される。
結晶性フィラーとしてはアルミナ、ジルコニア、シリ
カ、ベリリア、珪素ジルコニウム、スタアタイト、フォ
ルステライト、ムライト等の酸化物や、窒化珪素、窒化
アルミニウム、窒化硼素等の窒化物などを使用すること
ができる。
作用 本発明のガラスは、800〜900℃付近に結晶化温度を有し
ており、結晶化温度以上で焼成することによって一部結
晶化しガラス−セラミックスとなる。X線回折分析の結
果、焼成体は主としてBaZr(BO32とBaAl2
Si28の二つの結晶相と残部組成のガラス質の三相か
らなっており、これらの結晶相とガラス相との共存によ
り機械的強度が大きく、絶縁性の優れた緻密な誘電体が
得られるものと考えられる。
即ちBaZr(BO32結晶は、上記ガラス質との共存
で、低誘電率でかつ優れた絶縁特性を有する誘電体とな
る。一方ガラス成分中のAl23は、焼成体の抗折強度
を大きく向上させる。これはAl23によって、BaA
2Si28(セルシアン)の結晶相が新たに出現し、
これが強度の増加に寄与すること、及び系全体の結晶化
度が増加することによるものと考えられる。尚Al23
を配合すると焼結温度が上昇するが、CaOを添加する
ことによって、二つの結晶相の生成に影響を及ぼすこと
なく焼結温度の上昇を抑えることができる。
ガラスの組成範囲を限定した理由は、次の通りである。
MgOが20〜40重量%の範囲を外れると、前記結晶
が析出しにくくなる。B23が30重量%を越えると強
度が低下し、回路基板用に使用できなくなり、又10重
量%未満ではガラス製造時の溶融が困難になる。SiO
2は35重量%を越えると結晶化が遅くなる。又10重
量%より少量ではガラスの結晶化が速まり、焼結性が悪
化する。BaOは22重量%より多いと誘電率が高くな
り、5重量%未満ではZrO2が分相を起こし、均質な
ガラス−セラミックスが得られない。ZrO2が20重
量%を越えると溶融困難になり、又5重量%より少ない
場合は結晶化反応が緩慢になり、不完全な結晶相しか得
られない。Al23は、15重量%を越えると焼結温度
が高くなるので望ましくなく、又2重量%より少ないと
機械的強度の増大に効率がない。CaOは必ずしも配合
する必要はないが、Al23による焼結温度の高温化を
抑えるのに有効である。1〜5重量%の添加が効果的で
あるが、5重量%を越えると抗折強度の低下をもたら
す。
更にガラス(A)を予め結晶化させ、粉砕してガラス−セ
ラミック質の誘電体材料(B)とし、これを焼結させるこ
とによっても同様な低誘電率の誘電体を得ることが可能
である。
ガラス(A)及びガラス−セラミックス(B)はそれぞれ単独
で用いてもよいが、両者を混合して使用することもでき
る。尚ガラス(A)は単独で使用すると、焼成時の脱バイ
ンダが不十分になる傾向があり、焼成体中にカーボンが
残留し易いから、フィラーとして予め結晶化されたガラ
ス−セラミックス(B)や、その他通常使用される結晶性
フィラーと混合使用するのが望ましい。特にガラス−セ
ラミックス(B)をフィラーとして用いる場合は、焼成後
は均質体となって組成及び特性を大きく変化させないの
で有利であり、かつ多量に配合することも可能で混合比
を自由に選択することができる利点である。これらのフ
ィラーは、脱バインダ性の改善の他、機械的強度、成形
性等を改善したり、焼成時の収縮率を制御する効果があ
る。
本発明の誘電体材料は、回路基板や、多層回路の誘電体
層として使用される。
例えば多層回路基板に使用する場合は、本発明のガラス
又はガラス−セラミックスをポールミルにて平均粒径1
〜5μm程度まで粉砕し、得られた粉末に必要に応じて
フィラー、結合剤、可塑剤、湿潤剤を添加し、溶剤中で
充分に混合してスラリーを作り、ドクターブレード法な
ど公知の方法により成形してグリーンシートを作成す
る。このグリーンシートに導体を印刷し、複数枚積層し
て加熱加圧した後、焼成することにより一体化する。焼
成はガラスの結晶化温度以上で行えばよく、例えば1000
℃以下の低温で焼成することができる。
焼成雰囲気は使用する導体材料により、酸化性雰囲気、
非酸化性雰囲気のいずれでもよいが、本発明の誘電体材
料は、非酸化性雰囲気中で焼成した場合でも充分に大き
い機械的強度が得られる。尚グリーンシートの代わりに
誘電体ペーストとして、ペースト積層法による多層回路
基板の製造に用いることもできる。
実施例 実施例1 Mg(OH)2,B23,SiO2,BaCO3,Zr
2,Al23及びCaCO3を酸化物換算で表1に示し
た割合で秤量し、自動乳鉢で混合し、白金ルツボ中で15
00℃に30分保持して溶融した後、双ロールで急冷してガ
ラスを製造した。このガラスをスタンプミルで粗粉砕
し、次いで溶剤としてメタノールを用いてアルミナ製ポ
ールミルで48時間粉砕し、平均粒径2.5μmのガラス粉
末(A)を得た。
一方、これと同一組成のガラスを作成し、粗粉砕したも
のを900℃で30分間熱処理して結晶化させ、再度粉砕し
て平均粒径2.5μmガラス−セラミックス粉末(B)を得
た。
ガラス粉末(A)50重量部、ガラス−セラミックス粉末(B)
50重量部、アクリル系樹脂12重量部、フタル酸系可塑剤
3重量部及びケトン系溶剤28重量部をアルミナ製ポール
ミルを用いて充分混合してスラリーとした。次いで脱泡
及び粘度調整を行った時、ドクタープレード法により厚
さ150μmのグリーンシートを作成した。6枚のグリ
ーンシートを温度80℃、圧力100Kg/cm2で加熱して積層
し、未焼結基板を得た。
これをベルト炉において、600℃で2.5時間保持して有機
物を除去した後、窒素雰囲気中表1に示した温度で2.5
時間保持して焼成を行った。
得られた焼成体について各々比誘電率、絶縁抵抗及び抗
折強度を測定し、結果を第1表に示した。
実施例2〜5 ガラスの組成を表1のとおりとする以外は実施例1と同
様にしてグリーンシートを作成し、積層後、焼成した。
得られた焼成体について特性を測定し、結果を表1に併
せて示した。
比較例1〜3 MgO、B23、SiO2、BaCO3、ZrO2、Al2
3及びCaOを表1に示した割合で混合し、実施例と
同様にしてグリーンシートを作成し、積層後、焼成し
た。得られた焼成体について特性を測定し、結果を表1
に併せて示した。
表1より明らかなように、本発明の誘電体材料は回路基
板材料として優れた特性を有しており、特にAl23
添加で抗折強度が著しく向上した。尚比較例3ではAl
23の添加量が多いため焼成温度が高く、1100℃でも焼
結しなかった。
実施例6〜9 実施例1においてガラス粉末(A)とガラス−セラミック
ス粉末(B)の比率を変え、表2のとおりとする以外は同
様にしてグリーンシートを作り、積層した後焼成した。
得られた誘電体の特性を表2に示した。
実施例10 実施例1と同一組成のガラス粉末と、平均粒径1.0μm
の珪酸ジルコニウム粉末とを重量比で50:50の割合で混
合し、実施例1と同様にしてグリーンシートを作り、積
層した後980℃で2.5時間焼成した。得られた焼成体の比
誘電率、絶縁抵抗及び抗折強度はそれぞれ7.8、1014Ωc
m以上、2100Kg/cm2であった。
発明の効果 本発明の誘電体材料は、優れた電気的特性及び高い機械
的強度を有しており、かつ低温での焼結が可能なので、
導体抵抗の低いAg、Au、Cuなどの金属を配線材料
として使用することができ、高密度実装が可能な回路基
板用材料として極めて有用である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)マグネシウム、硼素、珪素、バリウ
    ム、ジルコニウム、アルミニウム及びカルシウムを各々
    酸化物換算で MgO 20〜40重量%、 B23 10〜30重量%、 SiO2 10〜35重量%、 BaO 5〜22重量%、 ZrO2 5〜20重量%、 Al23 2〜15重量%、 CaO 0〜 5重量%、 の比率で含有するガラス 及び (B)(A)のガラスを予め熱処理し、結晶化させて得られた
    ガラス−セラミックス より選んだ1種又は2種以上からなる回路基板用誘電体
    材料。
  2. 【請求項2】(1)(A)マグネシウム、硼素、珪素、バリウ
    ム、ジルコニウム、アルミニウム及びカルシウムを各々
    酸化物換算で MgO 20〜40重量%、 B23 10〜30重量%、 SiO2 10〜35重量%、 BaO 5〜22重量%、 ZrO2 5〜20重量%、 Al23 2〜15重量%、 CaO 0〜 5重量%、 の比率で含有するガラス 及び (B)(A)のガラスを予め熱処理し、結晶化させて得られた
    ガラス−セラミックス より選んだ1種又は2種以上と、 (2)結晶性フィラー とからなる回路基板用誘電体材料。
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