(57)【要約】【課題】高強度で信頼性の高い誘電体磁器組成物を提供する。【解決手段】少なくとも斜方晶のセルシアン結晶を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも斜方晶のセルシアン結晶を含むことを特徴とする誘電体磁器組成物。
【請求項２】
２５〜４００℃における熱膨張係数が８×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項１記載の誘電体磁器組成物。
【請求項３】
３点曲げ強度が、２５０ＭＰａ以上、マイクロ波帯域におけるＱ値が２００以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体磁器組成物。
【請求項４】
少なくとも、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含むガラス粉末４０〜９０質量％と、Ａｌ２Ｏ３粉末１０〜６０質量％との混合粉末を焼成して得られたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の誘電体磁器組成物。
【請求項５】
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の粉末を酸化物換算で５質量％以下含有してなることを請求項１乃至４のうちいずれかに記載の誘電体磁器組成物。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の誘電体磁器組成物により形成された絶縁層と、該絶縁層の表面に形成された配線層とを、具備することを特徴とする配線基板。
【請求項７】
少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含有するとともに、斜方晶のセルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末との混合粉末を焼成する工程を具備することを特徴とする誘電体磁器組成物の製造方法。
【請求項８】
前記結晶化ガラス粉末の平均粒径と、Ａｌ２Ｏ３粉末の平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体磁器組成物に関し、特に、従来の低温焼成基板材料に用いられるガラスセラミックスと比較して高い機械的強度を有する誘電体磁器組成物およびその製造方法ならびに配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温で安定相の六方晶のセルシアン結晶（ヘキサセルシアン）は、融点が１７６０℃と高く、機械的特性も優れているため、従来より耐熱性の構造材料の構成材料として検討されている。
【０００３】
また、この六方晶のセルシアン（ヘキサセルシアン）の熱膨張率は、約８×１０−６／℃であり、電子回路基板や電子部品の材料としてみた場合、マザーボードの熱膨張率との差が小さくなり、電子回路基板や電子部品をマザーボードに実装する際の両者の接合部においてクラックの発生を抑制することができる。その一方で、ヘキサセルシアンは、約３００℃で斜方晶のセルシアンに相変態しやすく、この変態の際には約３ｖｏｌ％の大きな体積変化を伴う。
【０００４】
したがって、セルシアン結晶を含有する誘電体磁器組成物においては、ヘキサセルシアンが斜方晶のセルシアンに相変態することにより誘電体磁器組成物にクラックが発生する可能性がある。そのため、耐熱性構造材料としてはセルシアンの相変態を抑制し、単斜晶セルシアンを安定に形成させるための様々な工夫が提案されている。
【０００５】
このような単斜晶セルシアンを安定して析出するガラス組成物として、酸化物を基準とした重量比でＳｒＯ：１４〜４５％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜３５％、ＳｉＯ２：３７〜６２％、ＭｇＯ：０．１〜１０％の組成のガラス組成物が提案されている。このガラス組成物によれば、主結晶として単斜晶セルシアンを析出し、１４００〜１７００℃の通常のガラスの熔融条件下で熔融でき、高温用材料として使用可能とすることが報告されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、セルシアン結晶相のアスペクト比を３以上とすることで、優れた機械特性が得られることも報告されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開１９９７−３０１７３７号公報
【特許文献２】特開２００３−０４０６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された単斜晶セルシアン含有材料を電子回路基板や電子部品に適用した場合、単斜晶のセルシアンの熱膨張率が約３×１０−６／℃程度と低いため、マザーボードとの熱膨張係数差が大きくなり、電子回路基板や電子部品と、マザーボードとの接続部において剥がれやクラックが発生しやすく、実装信頼性に問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載された針状のセルシアン結晶相は主にヘキサセルシアンであり、上述したように、電子部品のリフロー等の熱処理間において、斜方晶への相変態による不具合が懸念される。
【０００９】
従って、本発明は、たとえば、電子回路基板や電子回路基板等の電子部品用途として用いることができるセルシアン結晶を含有する高強度で、しかも高い実装信頼性を有する誘電体磁器組成物およびその製造方法ならびに配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の誘電体磁器組成物は、少なくとも斜方晶のセルシアン結晶を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の誘電体磁器組成物は、２５〜４００℃における熱膨張係数が８×１０−６／℃以上であることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の誘電体磁器組成物は、３点曲げ強度が、２５０ＭＰａ以上、マイクロ波帯域におけるＱ値が２００以上であることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の誘電体磁器組成物は、少なくとも、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含むガラス粉末４０〜９０質量％と、Ａｌ２Ｏ３粉末１０〜６０質量％との混合粉末を焼成して得られたことが望ましい。
【００１４】
また、本発明の誘電体磁器組成物は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の粉末を酸化物換算で５質量％以下含有が望ましい。
【００１５】
本発明の配線基板は、以上説明した本発明の誘電体磁器組成物により形成された絶縁層と、該絶縁層の表面に形成された配線層とを、具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明の誘電体磁器組成物の製造方法は、少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含有するとともに、斜方晶のセルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末との混合粉末を焼成する工程を具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の誘電体磁器組成物は、前記結晶化ガラス粉末の平均粒径と、Ａｌ２Ｏ３粉末の平均粒径が５μｍ以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の誘電体磁器組成物によれば、低温で安定な結晶相である斜方晶のセルシアン結晶を用いることにより、セルシアン結晶の相変態によるクラックの発生を防止できるため、セルシアン結晶に起因する高強度を安定して得ることができるとともに、熱サイクルによる相変態に伴う特性の経時変化がない、高い信頼性を有する誘電体磁器組成物となる。
【００１９】
さらに、本発明の誘電体磁器組成物は、２５〜４００℃における熱膨張係数を、８×１０−６／℃以上とすることで、例えば、本発明の誘電体磁器組成物を用いて、電子回路基板や電子回路基板等の電子部品を作製した場合には、マザーボードとの熱膨張率差が小さく、実装信頼性に優れた電子部品となり、これにより、高い実装信頼性を達成することができる。
【００２０】
さらに、誘電体磁器組成物の３点曲げ強度を２５０ＭＰａ以上とすることで、誘電体磁器組成物に十分な機械的強度を付与することができる。また、マイクロ波帯域におけるＱ値を２００以上とすることで、例えば、本発明の誘電体磁器組成物を用いて電子部品を作製する場合には電子部品の高機能化を図ることができる。
【００２１】
さらに、本発明の誘電体磁器組成物は、少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含むガラス粉末４０〜９０質量％と、Ａｌ２Ｏ３粉末１０〜６０質量％との混合粉末を焼成して得られたことを特徴とし、これにより、斜方晶のセルシアン結晶を含有する誘電体磁器組成物を容易に安定して形成させることができる。
【００２２】
また、さらに、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１種以上の粉末を酸化物換算で５質量％以下含有させることで、色むらの少ない、視認性に優れた誘電体磁器組成物が得られる。
【００２３】
本発明の誘電体磁器組成物の製造方法によれば、少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含有するとともに斜方晶のセルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有する酸化物と、の混合粉末を焼成する工程を用いることで、容易に本発明の誘電体磁器組成物を製造することができる。
【００２４】
また、この結晶化ガラスと、Ａｌ２Ｏ３粉末との平均粒径を５μｍ以下とすることで高強度で、Ｑ値等の誘電特性に優れた誘電体磁器組成物を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の誘電体磁器組成物は、少なくとも斜方晶のセルシアン結晶を含むことを特徴とするものである。
【００２６】
この斜方晶のセルシアン結晶は高強度であり、斜方晶のセルシアン結晶の２５〜４００℃における熱膨張係数が８×１０−６／℃以上であることから、高強度で、熱膨張係数が８×１０−６／℃以上の比較的高い熱膨張係数を有する誘電体磁器組成物を容易に得ることができる。
【００２７】
さらに、具体的には、本発明の誘電体磁器組成物は、斜方晶のセルシアン結晶を含有することで、例えば、ガラス相を多く含んでいても、２５０ＭＰａ以上の強度を容易に達成することができ、さらに、３００ＭＰａ以上の誘電体磁器組成物をも作製することができる。
【００２８】
そして、本発明の誘電体磁器組成物は、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含むガラス粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末とを混合した混合粉末を成形した成形体を焼成することで容易に作製することができる。
【００２９】
結晶化ガラスは斜方晶のセルシアン結晶を安定して形成するために好適に用いられる。
【００３０】
Ａｌ２Ｏ３は、誘電体磁器の機械的強度の向上および誘電特性調整のために、好適に用いられる。
【００３１】
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の元素を含有する酸化物粉末は、導体金属材料との同時焼成時の磁器の色斑を無くすための着色剤および導体金属材料の磁器中への拡散抑制剤として好適に用いられる。
【００３２】
さらに、本発明の誘電体磁器組成物を構成するための各種粉末の組成としては、少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３を含むセルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末４０〜９０質量％と、Ａｌ２Ｏ３粉末１０〜６０質量％と、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の粉末を酸化物換算で５質量％以下添加含有してなる混合粉末を焼成して得ることが重要である。
【００３３】
ここで、セルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末を４０〜９０質量％としたのは、結晶化ガラス粉末の組成をこのような範囲とすることにより、８５０〜１０５０℃の温度範囲において高密度の誘電体磁器を形成でき、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成を行うことが可能となるためである。結晶化ガラス粉末量が４０質量％未満の場合には、１０５０℃以下の温度では焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に、９０質量％を越える場合には、機械的強度が低下するとともに、焼成途中でガラスが軟化する際に形状維持が困難となり、配線基板の寸法精度が低下するためである。よって、焼結性と高強度、高寸法精度を維持するという点で、結晶化ガラス粉末量は４５〜８５質量％がより望ましい。
【００３４】
また、ガラスからセルシアンの他にスワンナイト、ディオプサイド、ハーディストナイト、コージェライト、アノーサイト、ガーナイト、ウィレマイト、スピネル、ムライト、ウォラストナイト、ランキナイトの群から選ばれる少なくとも１種が析出しても高強度化できるという理由から差し支えない。
【００３５】
また、セルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の平均粒径は、８５０〜１０５０℃の焼成においても高密度の誘電体磁器が得られるという理由からいずれも５．０μｍ以下が望ましく、特に、高強度にするという理由から、１．５〜３．５μｍがより望ましい。
【００３６】
また、フィラー成分として、Ａｌ２Ｏ３粉末を１０〜６０質量％としたのは、６０質量％を越えると、１０５０℃以下では焼結できなくなるからである。一方、１０質量％未満の場合は機械的強度が低下するためである。特に、焼結性の点から２０〜５０質量％以下が望ましい。
【００３７】
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の元素を含有する酸化物粉末を酸化物換算で５質量％以下添加含有するとしたのは、焼成による磁器の着色と導体金属材料の拡散抑制のためであり、５質量％を越えると機械的強度が著しく劣化するからである。特に機械的強度を高く維持して、着色を行うという観点から０．１〜１．０質量％がより望ましい。
【００３８】
また、これら酸化物の粒径は上記効果をより発現できるように５．０μｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
なお、上記の化合物以外であっても、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｃｄ、３ａ族元素及びこれらの酸化物等のように、強度が高く維持され、同時焼成をしたときに、基板に反りや歪みが発生しない範囲であれば、０．１質量％以下含有していても差し支えない。
【００４０】
以下に、本発明の誘電体磁器組成物を製造する方法について具体的に説明すると、まず、上記のセルシアン結晶化ガラス粉末と、上記のフィラー成分として、Ａｌ２Ｏ３粉末、さらに添加成分としてＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の元素を含有する酸化物粉末を準備する。これらの原料粉末を含む混合粉末を作製する。例えば、原料粉末を上記組成となるように秤量して、ＺｒＯ２ボールにより粉砕混合し、粉砕粒径が５．０μｍ以下の混合物を作製する。
【００４１】
得られた混合物は、各種の公知の成形方法、例えばプレス法、ドクターブレード法、射出成形法、テープ成形等により任意の形状に成形する。これらの方法の中で、ドクターブレード法、及びテープ成形が積層体形成のために特に好ましい。
【００４２】
得られた成形体は、大気中または酸素雰囲気中または窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において８５０〜１０５０℃で０．５〜２時間焼成することにより得られる。
【００４３】
なお、原料粉末は、焼成により酸化物を生成する水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。また、本発明の誘電体磁器組成物中には、不可避不純物として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｎａ、Ｋ等が含まれることもあるが、特性及び焼結性に影響が無ければ差し支えない。
【００４４】
上記のように構成された本発明の誘電体磁器組成物は、εｒを５〜１０の範囲で変化させることができ、磁器の３点曲げ強度を２５０ＭＰａ以上、広い焼成温度範囲において安定してＱ値を２００以上とすることが可能となる。また、焼成温度も８５０〜１０５０℃と、ＡｇやＣｕを主成分とする導体との同時焼成が可能な温度範囲に設定できる。従って、同時焼成でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。
【００４５】
また、本発明の誘電体磁器組成物を用いて、配線基板などの電子部品を作製することができるのは、いうまでもない。
【実施例】
【００４６】
先ず、セルシアン結晶を析出する結晶化ガラス粉末であるガラスフリット、純度９９％以上のＡｌ２Ｏ３及び、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの中から少なくとも１種以上の元素を含有する酸化物粉末を、表１に示す割合となるように秤量し、イソプロピルアルコールを媒体とし、ＺｒＯ２ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合し、粉砕粒径を３．５μｍ以下とした。
【００４７】
この混合物の曲げ強度評価用の試料として５ｍｍ×４ｍｍ×５０ｍｍｍの寸法になるように１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、表１に示す最高温度の条件で１時間焼成して、４ｍｍ×３ｍｍ×４０ｍｍの試験片を得た。この試験片について、室温において、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ、下部支点間距離３０ｍｍの条件で３点曲げ強度の測定を行った。
【００４８】
次に、この混合物を誘電特性評価用の試料として直径１０ｍｍ高さ８ｍｍの円柱状に１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、この場合も表１に示す最高温度の条件で１時間焼成して、直径８ｍｍ、高さ６ｍｍの円柱状の試料を得た。
【００４９】
誘電特性の評価は、上記の試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数１４〜１６ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、Ｑを測定した。また、熱膨張率αは室温〜４００℃の範囲で測定した値である。
【００５０】
結晶構造の評価には、ディフラクトメーター法で測定した磁器粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターン（２θ＝１０°〜８０°）を、ＪＣＰＤＳカードを利用して、形成されている結晶相について解析を行った。斜方晶系のセルシアン型結晶：ＪＣＰＤＳカード（ＰＤＦ＃１２−０７２５）
【表１】
2006096587.tif 000002
【００５１】
【表２】
2006096587.tif 000003
【００５２】
表２の結果から明らかなように、本発明の試料Ｎｏ．１〜１４では、いずれの誘電体磁器組成物でも、磁器の３点曲げ強度が２５０ＭＰａ以上、Ｑ値が２００以上という優れた特性を有していた。
【００５３】
一方、結晶相として斜方晶のセルシアン結晶を含有しない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１５〜１９のうち、試料Ｎｏ．１５、１６では、試料が緻密化しなかった。
【００５４】
また、試料Ｎｏ．１７、１８では、セルシアン結晶自体が析出せず、強度も低くなっている。
【００５５】
また、試料Ｎｏ．１９では、セルシアン結晶は析出したものの、六方晶のセルシアンであり、高強度を示すことはなかった。