(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量百分率で結晶性ガラス粉末７０〜１００％、フィラー粉末０〜３０％からなり、該結晶性ガラス粉末がＳｉＯ2  ４０〜６５％、ＣａＯ  ２０〜３５％、ＭｇＯ  １１〜３０％、Ａｌ2Ｏ3  ０．５〜１０％、ＣｕＯ  ０．０１〜１％、ＳｒＯ  ０〜１０％、ＺｎＯ  ０〜１０％、ＴｉＯ2  ０〜１０％含有し、主結晶としてディオプサイドを析出することを特徴とするガラスセラミックス組成物。
【請求項２】
フィラー粉末が、０．１〜１０ＧＨｚでの誘電損失が１０×１０-4以下のセラミック粉末であることを特徴とする請求項１のガラスセラミックス組成物。
【請求項３】
フィラー粉末が、アルミナ、ムライト、クリストバライト、フォルステライトから選ばれる１種類以上であることを特徴とする請求項１又は２のガラスセラミックス組成物。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかのガラスセラミックス組成物を含むことを特徴とするグリーンシート。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかのガラスセラミックス組成物を焼成してなることを特徴とするガラスセラミックス焼成体。
【請求項６】
請求項４のグリーンシートを焼成してなることを特徴とするガラスセラミックス焼成体。
【請求項７】
ディオプサイド結晶が析出してなることを特徴とする請求項５又は６のガラスセラミックス焼成体。
【請求項８】
重量百分率でＳｉＯ2  ４０〜６５％、ＣａＯ  ２０〜３５％、ＭｇＯ  １１〜３０％、Ａｌ2Ｏ3  ０．５〜１０％、ＣｕＯ  ０．０１〜１％、ＳｒＯ  ０〜１０％、ＺｎＯ  ０〜１０％、ＴｉＯ2  ０〜１０％含有し、主結晶としてディオプサイドを析出する結晶性ガラス粉末７０〜１００重量％と、フィラー粉末０〜３０重量％とを混合してガラスセラミックス組成物を作製した後、グリーンシートに成形することを特徴とするグリーンシートの製造方法。
【請求項９】
ガラスセラミック組成物に、結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製した後、グリーンシートに成形することを特徴とする請求項８のグリーンシートの製造方法。
【請求項１０】
重量百分率でＳｉＯ2  ４０〜６５％、ＣａＯ  ２０〜３５％、ＭｇＯ  １１〜３０％、Ａｌ2Ｏ3  ０．５〜１０％、ＣｕＯ  ０．０１〜１％、ＳｒＯ  ０〜１０％、ＺｎＯ  ０〜１０％、ＴｉＯ2  ０〜１０％含有し、主結晶としてディオプサイドを析出する結晶性ガラス粉末７０〜１００重量％と、フィラー粉末０〜３０重量％とを混合してガラスセラミックス組成物を作製した後、焼成することにより、ディオプサイドが析出したガラスセラミック焼成体を作製することを特徴とするガラスセラミックス焼成体の製造方法。
【請求項１１】
ガラスセラミックス組成物を用いてグリーンシートを作製した後、焼成することを特徴とする請求項１０のガラスセラミックス焼成体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はセラミックス多層基板の作製に用いられるガラスセラミックス組成物に関するものであり、特にＡｇ系導体と同時焼成するのに好適なガラスセラミックス組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
厚膜回路部品、ＩＣ、ＬＳＩ等が高密度実装されるセラミックス多層基板の絶縁材料としてガラスセラミックスが知られている。ガラスセラミックスは、１０００℃以下の温度で焼結させることができるため、導体抵抗の低いＣｕ、Ａｇ等の低融点の金属材料を内層導体として使用することが可能である。
【０００３】
近年、通信機器の分野においては、利用される周波数帯域が０．１ＧＨｚ以上の高周波となりつつあり、このような高周波帯域を利用する通信機器の回路基板の絶縁材料として使用できるガラスセラミックス組成物の開発が進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで内層導体として使用するＣｕやＡｇには、それぞれ一長一短がある。つまりＣｕを導体として使用する場合、Ｃｕは酸化され易いため窒素雰囲気中で焼成しなければならず、プロセスコストが高くなる。一方、Ａｇを使用する場合は、空気雰囲気で焼成できるが、Ａｇがガラスセラミックス内に拡散し、配線間隔が狭いとショートしてしまうという欠点がある。なお、ガラス組成中にアルカリ成分を含有させるとＡｇの拡散をかなり抑制できるが、高周波帯域での損失が高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、Ａｇを内層導体に用いて同時焼成した場合でも、Ａｇがガラスセラミックス中に拡散せず、しかも高周波回路に十分対応できる低い誘電損失を有する低温焼成多層基板を作製することが可能なガラスセラミックス組成物を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は種々の実験を行った結果、Ａｇに電子を与えるＣｕＯをガラス組成中に導入することによってＡｇの拡散が防止できること、及びディオプサイド（ＭｇＯ・ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ）結晶をガラス中に析出させることにより高周波での誘電損失の増加を抑制できることを見い出し、本発明として提案するものである。
【０００７】
即ち、本発明のガラスセラミックス組成物は、重量百分率で結晶性ガラス粉末７０〜１００％、フィラー粉末  ０〜３０％からなり、該結晶性ガラス粉末がＳｉＯ2   ４０〜６５％、ＣａＯ  ２０〜３５％、ＭｇＯ  １１〜３０％、Ａｌ2 Ｏ3   ０．５〜１０％、ＣｕＯ  ０．０１〜１％、ＳｒＯ  ０〜１０％、ＺｎＯ  ０〜１０％、ＴｉＯ2   ０〜１０％の組成を有し、主結晶としてディオプサイドを析出することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、ガラス粉末の組成を上記のように限定した理由を述べる。
【０００９】
ＳｉＯ2 はガラスのネットワークフォーマーであるとともに、ディオプサイド結晶の構成成分となり、その含有量は４０〜６５％、好ましくは４５〜６５％である。ＳｉＯ2 が４０％より少ないとガラス化せず、６５％より多いと１０００℃以下で焼成することができないため、内層導体としてＡｇやＣｕを用いることができない。
【００１０】
ＣａＯはディオプサイド結晶の構成成分となり、その含有量は２０〜３５％、好ましくは２５〜３０％である。ＣａＯが２０％より少ないとディオプサイド結晶が析出し難くなって誘電損失が高くなり、３５％より多いとガラス化しなくなる。
【００１１】
ＭｇＯもディオプサイド結晶の構成成分となり、その含有量は１１〜３０％、好ましくは１２〜２５％である。ＭｇＯが１１％より少ないと結晶が析出し難くなり、３０％より多いとガラス化しなくなる。
【００１２】
Ａｌ2 Ｏ3 は結晶性を調節する成分であり、その含有量は０．５〜１０％、好ましくは１〜５％である。Ａｌ2 Ｏ3 が０．５％より少ないと結晶性が強くなりすぎてガラス成形が困難になり、１０％より多くなるとディオプサイド結晶が析出しなくなる。
【００１３】
ＣｕＯはＡｇに電子を与え、ガラスセラミックス中への拡散を抑える成分であり、０．０１〜１．０％含有する。０．０１％より少ないとその効果がなく、１．０％よりも多いと誘電損失が大きくなりすぎる。
【００１４】
ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 はガラス化を容易にするために添加する成分であり、その含有量は各成分とも０〜１０％、好ましくは０〜５％である。これら成分が各々１０％より多くなると結晶性が弱くなり、ディオプサイドの析出量が少なくなって誘電損失が大きくなる。
【００１５】
また上記成分以外にも、誘電損失等の特性を損なわない範囲で他成分を添加してもよい。
【００１６】
以上の組成を有する本発明のガラスセラミックス組成物は、焼成すると０．１ＧＨｚ以上の高周波領域において誘電率が６〜８、誘電損失が１０×１０-4以下の焼成体となる。
【００１７】
本発明のガラスセラミックス組成物は、上記組成を有する結晶性ガラス粉末のみで構成されてもよいが、曲げ強度、靱性等の特性を改善する目的でフィラー粉末と混合してもよい。この場合、フィラー粉末の混合量は３０重量％以下である。フィラー粉末の割合をこのように限定した理由は、フィラー粉末が３０％より多いと緻密化しなくなるためである。
【００１８】
フィラー粉末としては、０．１〜１０ＧＨｚでの誘電損失が１０×１０-4以下であるセラミック粉末、例えばアルミナ、ムライト、クリストバライト、フォルステライト等を使用することが好ましい。なお０．１〜１０ＧＨｚでの誘電損失が１０×１０-4を越えるセラミック粉末を使用するとガラスセラミックスの誘電損失が高くなり易く好ましくない。
【００１９】
次に本発明のガラスセラミックス組成物を用いた多層基板の製造方法を述べる。
【００２０】
まず結晶性ガラス粉末、或いは結晶性ガラス粉末とフィラー粉末の混合粉末に、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。結合剤としては例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては例えばフタル酸ジブチル等、溶剤としては例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。
【００２１】
次いで上記のスラリーを、ドクターブレード法によってグリーンシートに成形する。その後、このグリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、機械的加工を施してスルーホールを形成し、導体や電極となる低抵抗金属材料をスルーホール及びグリーンシート表面に印刷する。続いてグリーンシートの複数枚を積層し、熱圧着によって一体化する。
【００２２】
さらに積層グリーンシートを、焼成することによってガラス中からディオプサイド（ＭｇＯ・ＣａＯ・２ＳｉＯ2 ）結晶が析出し、ガラスセラミックスからなる絶縁層を有する多層基板を得ることができる。
【００２３】
なおここでは多層基板として利用する方法を述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の電子部品材料として使用することが可能である。
【００２４】
【作用】
本発明のガラスセラミックス組成物は、焼成することによりガラス中からディオプサイド結晶が析出する。この結晶は低誘電損失であるため、得られるガラスセラミックス焼成体も０．１ＧＨｚ以上の高周波領域で誘電損失が低いという特性を示す。またガラス組成中にＣｕＯを含有するため、内層導体にＡｇを使用して同時焼成してもＡｇがイオン化しないため、ガラスセラミックス中にＡｇが拡散しない。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明のガラスセラミックス組成物を実施例に基づいて説明する。
【００２６】
表１は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜４）及び比較例（試料Ｎｏ．５，６）を示すものである。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
各試料は以下のように調製した。
【００２９】
まず表に示す組成となるようにガラス原料を調合した後、白金坩堝に入れて１４００〜１５００℃で３〜６時間溶融してから、水冷ローラーによって薄板状に成形した。次いでこの成形体を粗砕した後、水を加えてボールミルにより湿式粉砕し、平均粒径が１．５〜３μｍの結晶性ガラス粉末とした。さらに試料Ｎｏ．２〜６については、表に示したセラミック粉末（平均粒径２μｍ）を添加し、混合して試料とした。
【００３０】
このようにして得られた各試料について、焼成温度、析出結晶、誘電率、誘電損失及びＡｇ拡散距離を測定した。結果を表に示す。
【００３１】
表から明らかなように、実施例の各試料は、８５０〜９５０℃の低温で焼成可能であり、焼成後にディオプサイド結晶を析出していることが確認された。また２ＧＨｚの周波数で誘電率が７．０〜８．２、誘電損失が３〜６×１０-4であり、しかもＡｇ拡散距離は５μｍ以下であった。一方、比較例である試料Ｎｏ．５は、析出結晶としてディオプサイド以外の結晶（アノーサイト）が析出したために、誘電損失が３０×１０-4と高かった。また、試料Ｎｏ．６は誘電損失が７×１０-4と実施例の各試料とほぼ同等であったものの、Ａｇ拡散距離が３０μｍと大きかった。
【００３２】
なお析出結晶は、各試料を表に示す温度で焼成した後、Ｘ線回折によって求めた。誘電率と誘電損失は、焼成した試料を用い、空洞共振器（測定周波数２ＧＨｚ）を使用して２５℃の温度での値を求めた。銀拡散距離は、各試料をグリーンシート成形し、Ａｇ導体を印刷し、次いで空気雰囲気中８５０〜９５０℃で１０〜２０分間同時焼成した後、焼成体の組成を分析し、Ａｇが焼成体表面からどれ程の深さまで拡散したかを評価したものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラスセラミックス組成物は、高周波帯域において誘電損失が小さい。また９００℃以下の温度で焼成できるため、内層導体としてＡｇやＣｕが使用できる。特にＡｇを使用した場合、Ａｇがガラスセラミックス中に拡散しないため、高密度配線を施しても、信頼性の高い配線基板や回路部品を作製することができる。