(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と内部電極を含む多層基板において、誘電体は酸化物系誘電体材料であって、Ａｌ２Ｏ３３．０〜８．０重量％、ＳｉＯ２９．０〜２９．０重量％、Ｂ２Ｏ３７．０〜１０．５重量％、ＭｇＯ２０．０〜３０．５重量％、ＣａＯ６〜２２重量％、ＢａＯ１６．０〜２４．５重量％からなり、内部電極はＡｇ、ＡｕまたはＣｕの少なくとも１種以上である多層配線基板であって、前記多層配線基板の抗折強度が１９００ｋｇ／ｃｍ２以上であることを特徴とする多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板、特に多層配線基板に用いられる誘電体材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体及び回路部品の高密度集積化に伴い、部品を小型化できる多層配線基板が多く用いられるようになってきている。多層配線基板は、一般に誘電体シートの表面に導電材料を印刷し、これを磁器の焼結と同時に焼成し一体化することにより製造されるものであり、誘電体材料としては従来主にアルミナ系セラミックスが使用されてきた。ところがアルミナは絶縁性、機械的強度には優れているが、焼結温度が１５００℃以上と高いために、誘電体と導電層の形成を同時に行うには導電層としてアルミナよりも融点の高いＭｏやＷ等の高融点金属を用いていた。しかし、ＭｏやＷは電気抵抗が比較的高く導通を確保するためには、導電層の厚みや幅を大きく取る必要があり、基板の小型化、高密度化が困難であるという問題点を有していた。
【０００３】
そこで、導電層材料として融点が比較的低いが電気抵抗の低いＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ等を用いるために９００℃以下で焼成可能な誘電体材料の開発が進められてきた。
従来、９００℃以下で焼成可能な多層配線基板に用いる誘電体材料として、例えば、特開昭６４−４５７４３号公報には、ＳｉＯ2：３５〜６５ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3：１〜２０ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：１〜３０ｗｔ％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ：０〜１５ｗｔ％、ＰｂＯ：１．５〜５５ｗｔ％、ＺｎＯ：０〜１０ｗｔ％、ＺｒＯ2＋ＴｉＯ2：０〜１０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：０〜０．９ｗｔ％からなるガラス粉末を３５〜９５ｗｔ％とセラミック粉末を５〜６５ｗｔ％、酸化剤を０〜１０ｗｔ％からなるガラスセラミックス複合材料が提案されており、ガラス成分中のＰｂＯやＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏの作用により低温で緻密化させている。
【０００４】
また、特公昭６３−２０１０３６号公報には、ＳｉＯ2：３０〜５５ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3：１〜１５ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１５〜２５ｗｔ％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ：１５〜４０ｗｔ％、ＺｎＯ：１〜１５ｗｔ％、ＺｒＯ2：０．５〜５ｗｔ％、からなるガラス粉末とセラミック粉末からなるガラスセラミックス複合材料が提案されており、ガラス成分中のＢ2Ｏ3の作用により低温で緻密化させている。
さらに、特開平１−１４１８３７号公報には，ＭｇＯ：２０〜４０ｗｔ％、Ｂ2Ｏ3：１０〜３０ｗｔ％、ＳｉＯ2：１０〜３５ｗｔ％、ＢａＯ：５〜２２ｗｔ％、ＺｒＯ2：５〜２０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3：２〜１５ｗｔ％、ＣａＯ：０〜５ｗｔ％の比率で含有するガラスと前記ガラスを予め熱処理して結晶化させたセラミックスからなる誘電体材料が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のガラスセラミック複合材料では、焼成時の昇温中にガラス成分の流動性を利用した緻密化（焼成）が開始する温度と最高到達温度である終了温度の差は２００℃程度あり、９００℃で緻密化する場合、７００℃近傍から収縮が開始する。従って、従来のガラスセラミック複合材料での多層基板の製造工程の脱バインダー工程において、前記７００℃以下つまり緻密化開始温度以下で十分脱バインダーを行うことが必要であるが、比較的熱分解しやすいアクリル系のバインダーを用いて、長時間かけて脱バインダーを行った場合でも完全に脱バインダーすることは非常に困難であり、残留したカーボンの影響により基板強度が劣化したり、内部配線導体の収縮異常による断線が発生するという問題点があった。
そこで、本発明は信頼性の高い多層基板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、酸化物系誘電体材料であって、
Ａｌ2Ｏ3を３．０〜８．０重量％、ＳｉＯ2を９．０〜２９．０重量％、Ｂ2Ｏ3を７．０〜１０．５重量％、ＭｇＯを２０．０〜３０．５重量％、ＣａＯを４．５〜２４．０重量％、ＢａＯを１６．０〜２４．５重量％含有することを特徴とする誘電体材料である。
また誘電体と内部電極を含む多層基板において、誘電体は酸化物系誘電体材料であって、Ａｌ2Ｏ3を３．０〜８．０重量％、ＳｉＯ2を９．０〜２９．０重量％、Ｂ2Ｏ3を７．０〜１０．５重量％、ＭｇＯを２０．０〜３０．５重量％、ＣａＯを４．５〜２４．０重量％、ＢａＯを１６．０〜２４．５重量％含有し、内部電極はＡｇ、ＡｕまたはＣｕの少なくとも１種であることを特徴とする多層配線基板である。
【０００７】
本発明において、Ａｌ2Ｏ3は機械的強度を向上するが、多すぎると焼結温度が高くなる。Ａｌ2Ｏ3の含有量が３．０重量％未満では焼成体の緻密化が不十分で抗折強度が低下する（比較例、表２資料番号３２参照）。また、８．０重量％を越えると９００℃では緻密化せず、焼成不可能である（比較例、表２資料番号２６参照）。より好ましいＡｌ2Ｏ3の範囲は５．０％〜６．０％である。
ＳｉＯ2は含有量が多くても少なくても焼成温度が高くなる。ＳｉＯ2の含有量が９．０重量％未満ではガラスの結晶化が速まり、焼成性が悪化し１０００℃を越えても焼成不可能である（比較例、表２資料番号３３参照）。また、２９．０重量％を越えると結晶化が遅くなり焼成温度が高くなり、９００℃では緻密化しない（比較例、表２資料番号２７参照）。より好ましいＳｉＯ2の範囲は１２％〜２５％である。
Ｂ2Ｏ3の添加はガラスの流動性を低下させ、低温焼成において、緻密化させる効果がある。Ｂ2Ｏ3の含有量が７．０重量％未満では低温でのガラス化が困難となり、また１０．５重量％を越えると９００℃では緻密化せず、強度が不足または焼成不可能である。（比較例、表２試料番号２８、２９参照）より好ましいＢ2Ｏ3の範囲は８％〜１０％である。
【０００８】
ＭｇＯの含有量が２０．０重量％未満では焼結可能な温度の幅が狭く焼成温度が高くなり、９００℃では緻密化しない。（比較例、表２試料番号３０参照）また、３０．５重量％を越えると焼成体の抗折強度が低下する（比較例、表２資料番号３４参照）。より好ましいＭｇＯの範囲は２２％〜２８％である。
ＣａＯの含有量が４．５重量％未満では焼成温度が高くなり、９００℃では緻密化しない（比較例、表２試料番号３５参照）。また、２４．０重量％を越えると焼成体の抗折強度が低下する（比較例、表２試料番号３６参照）。より好ましいＣａＯの範囲は６％〜２２％である。
ＢａＯの含有量が１６．０重量％未満では焼成温度が高くなり、９００℃では緻密化しない（比較例、表２試料番号３１参照）。また、２４．５重量％を越えると焼成体の抗折強度が低下する（比較例、表２試料番号３７参照）。より好ましいＢａＯの範囲は１８％〜２２％である。
【０００９】
原料粉末は全て酸化物を用いても良いが、容易に入手でき、品質の経時変化や耐湿性を考慮すると、ＣａＯはＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）、ＢａＯはＢａＣＯ3（炭酸バリウム）、Ｂ2Ｏ3はＨ3ＢＯ3（ホウ酸）で供給するのが適当である。
原料粉末は微細な方が原子間の移動、拡散が起こりやすく、一次粒子の粒径は１μｍ以下が好ましい。但し、ホウ酸のように水に可溶のものはボールミルでの混合時に溶解してしまうので特に粒径を考慮する必要はない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例に基づいて、詳述する。
（実施例）
酸化物換算で表１の試料番号１から２５に示すような組成になるように、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＣＯ3、ＢａＣＯ3、ＭｇＯ、Ｈ3ＢＯ3の原料粉末を合計で１ｋｇになるように秤量した。これらを５リットルのボールミルポットに入れて、純水を加えて２０時間ボールミル混合を行った。次にポットからスラリーを取り出し、ステンレス製のバットに移し、乾燥機中、１２０℃で水分を蒸発させた。乾燥固化した混合粉を乳鉢で解砕し、アルミナ製のこう鉢の中に入れて大気中、８００℃で２時間の熱処理（仮焼）を行った。
【００１１】
前記熱処理した粉末に、有機バインダーとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、可塑剤としてＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレート）、有機溶剤としてエタノールおよびブタノールを各々添加してボールミルで混合し、スラリーを作成した。このスラリーをドクターブレード法によりシリコン処理を行ったポリエステル製のキャリアフィルム上に厚さ１００μｍのシート状に形成した。これをフィルムから剥離し、約５０ｍｍ角のシートに切断し、所定の導電パターンをＡｇペーストにより印刷した。位置合わせ用のガイド穴が設けられているステンレス製の枠にシートを貼り付けた。上記グリーンシートが貼り付けられた枠を、位置合わせ用のガイドピンが設けられている穴明け金型に、前記枠のガイド穴を合わせてセットし、所定の位置にスルーホールを形成した。
【００１２】
次に、スルーホールが形成されたグリーンシートに、前記と同様にガイドピンとガイド穴による位置合わせ方法により、スルーホールの位置に対して所定の導体パターンの位置が合うように、Ａｇペーストにより導電パターンを印刷した。
次に、前記印刷されたグリーンシートを、前記と同様にガイドピン、ガイド穴を用いた位置合わせ方法により、所定の大きさに切断し、積層金型内に、成形体内部の導電パターンが目的とする構造になるように積み重ねた。
次に、これら積み重ねたグリーンシートを、温度１２０℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱圧着し、積層体を作製した。
これを、大気中、６００℃で脱バインダーを行い、続いて、９００℃で１時間焼成した。試料番号１の収縮挙動を図１に示す。焼成体の比誘電率とＱ（品質係数）を表１に記している。
【００１３】
【表１】
0003988087.tif 000002
【００１４】
さらに、Ａｇ−Ｐｄを主成分とする表面電極を塗布し、８００℃で焼き付け、電子部品搭載用多層基板を得た。
前記基板を３点曲げ試験（スパン：２０ｍｍ）により、抗折強度の評価をしたところ、表１のＡ列に示すように、１９００ｋｇ／ｃｍ2以上であり、基板として実用できることを確認した。
【００１５】
（実施例２）
前記実施例１と同様の材料、方法で積層体を得た後、焼成後に３．２ｍｍ×１．６ｍｍになるように切断機でチップ形状に切り離した。
これを、大気中、５００℃で脱バインダーを行い、続いて、９００℃で１時間焼成した。次に、バレル研磨により焼成体の稜部の面取りを行った。
さらに、Ａｇを主成分とするペーストを端子電極部分に塗布し、８００℃で焼き付けた。
最後に、この端子電極上に電解バレルめっきにより、Ｎｉめっきおよび半田めっきを施し、積層チップ部品を得た。
前記積層チップ部品を３点曲げ試験（スパン：２ｍｍ）により、抗折強度評価したところ、表１のＢ列に示すように、１９００ｋｇ／ｃｍ2以上で積層チップ部品の基板として実用できることを確認した。
【００１６】
（実施例３）
前記実施例１と同様の材料で、導電パターンにはＣｕペーストを用いて積層体を作製した後、切断機でチップ形状に切り離した。
これを、窒素−水素−水蒸気の混合雰囲気中、６００℃で脱バインダーを行い、続いて、９００℃で１時間焼成した。次に、バレル研磨により焼成体の稜部の面取りを行った。
さらに、Ｃｕを主成分とするペーストを端子電極部分に塗布し、窒素−水素−水蒸気の混合雰囲気中、８００℃で焼き付けた。
最後に、この端子電極上に電解バレルめっきにより、Ｎｉめっきおよび半田めっきを施し、積層チップ部品を得た。
前記積層チップ部品を３点曲げ試験（スパン：２ｍｍ）により、抗折強度評価したところ、表１のＣ列に示すように、１９００ｋｇ／ｃｍ2以上で積層チップ部品の基板として実用できることを確認した。
【００１７】
（比較例）
酸化物換算で表２の試料番号２６から３７に示すような本発明の組成範囲からはずれる比較例の組成になるように、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＣＯ3、ＢａＣＯ3、ＭｇＯ、Ｈ3ＢＯ3の原料粉末を合計で１ｋｇになるように秤量した。これらを５リットルのボールミルポットに入れて、純水を加えて２０時間ボールミル混合を行った。次にポットからスラリーを取り出し、ステンレス製のバットに移し、乾燥機中、１２０℃で水分を蒸発させた。乾燥固化した混合粉を乳鉢で解砕し、アルミナ製のこう鉢の中に入れて大気中、８００℃で２時間の熱処理（仮焼）を行った。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
前記熱処理した粉末に、有機バインダーとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、可塑剤としてＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレート）、有機溶剤としてエタノールおよびブタノールを各々添加してボールミルで混合し、スラリーを作成した。このスラリーをドクターブレード法によりシリコン処理を行ったポリエステル製のキャリアフィルム上に厚さ１００μｍのシート状に形成した。これをフィルムから剥離し、約５０ｍｍ角のシートに切断し、所定の導電パターンをＡｇペーストにより印刷した。位置合わせ用のガイド穴が設けられているステンレス製の枠にシートを貼り付けた。上記グリーンシートが貼り付けられた枠を、位置合わせ用のガイドピンが設けられている穴明け金型に、前記枠のガイド穴を合わせてセットし、所定の位置にスルーホールを形成した。
【００２０】
次に、スルーホールが形成されたグリーンシートに、前記と同様にガイドピンとガイド穴による位置合わせ方法により、スルーホールの位置に対して所定の導体パターンの位置が合うように、Ａｇペーストにより導電パターンを印刷した。
次に、前記印刷されたグリーンシートを、前記と同様にガイドピン、ガイド穴を用いた位置合わせ方法により、所定の大きさに切断し、積層金型内に、成形体内部の導電パターンが目的とする構造になるように積み重ねた。
次に、これら積み重ねたグリーンシートを、温度１２０℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2の条件で熱圧着し、積層体を作製した。
これを、大気中、６００℃で脱バインダーを行い、続いて、９００℃で１時間焼成した。焼成後の結果を表２に示す。本発明の組成範囲からはずれるものはいずれも健全な焼結体を得ることは出来なかった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると基板の焼成による収縮挙動は図１に示すように８５０℃近傍まで収縮はほとんど起こっていない。このため、多層基板でしばしば問題となる脱バインダー不十分による特性不良が発生しにくい。即ち、収縮前にバインダーがほとんど全て分解、酸化するため、焼成体の密度は十分上がり、基板の強度を得られ、かつ、内部配線導体の収縮異常は起こらないため、断線不良は発生しない。更に、前記理由に加えて、ＰｂＯ等の還元されやすい金属酸化物を含有しないため、大気中に比べて、脱バインダーが困難な非酸化性の雰囲気でもバインダーを十分分解できる。
本発明によれば、９００℃以下で焼成できるため、内部回路導体をＡｇ１００％にすることができる。また、還元されやすい材料を含まないため、非酸化雰囲気中で焼成すれば、Ｃｕ１００％の内部回路導体も使用できる。従って、配線回路の電気抵抗を小さくでき、高電流やマイクロ波等の高周波への対応が可能となる。
また、鉛含有物を使用しないため、生産に従事する者に対する健康の管理、環境の整備は不要であり、粉塵や廃液の処理など設備的な投資も不要である。
更に、アルカリ金属を含まないため、絶縁された配線同士の絶縁抵抗の劣化が起こらず高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における成形体の収縮挙動を示す図である。
【図１】
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