JPS5945616B2 - ガラス組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス粉末と耐火物フィラー粉末とからなるガ
ラス組成物に関する。

更に詳しくはアルミナ等のセラミック基板を用いる厚膜
集積回路のクロスオーバー用の電気絶縁層の形成のため
、あるいは導体および抵抗体の保護のためのカバーコー
トあるいはアルミナ等のセラミック基板のグレーズ層の
形成のために用いることができるガラス組成物材料に関
する。アルミナ等の基板上に、抵抗体、および導体を印
刷により形成し厚膜回路等の種々の電気回路を製作する
場合、電気絶縁層又はクロスオーバーとしてガラス組成
物が用いられている。

これらガラス層は、電気的絶縁層であると同時に導体お
よび抵抗体を周囲の環境から保護するためにも有効であ
り、いわゆるカバーコートの目的で使用される場合も多
い。標準的な厚膜集積回路の製作に当つては、主として
アルミナからなるセラミック基板上に、導体ペーストを
印刷し焼成した後クロスオーバー用誘電体ペーストを印
刷焼成し、次いで抵抗体用ペーストを印刷し焼成した後
、抵抗体あるいは導体の保護のためガラス被覆膜を印刷
し焼成する。

多層配線化する場合には、前記の工程が更に複数回繰り
返えされる。従来、２回以上の高温焼成を必要される回
路の製作にクロスオーバーとして使用されるガラスとし
ては、高温安定性を得るため、８５０〜９５０℃の焼成
により結晶化する結晶性ガラスのタイプのものが用いら
れている。

（例えば、特公昭４６−４２９１７号；５１−６１６８
号；５１一１０８４４号；５２−３４６４５号参照）。
しかしながら、このような結晶化するタイプのガラスで
あつても、抵抗体の被覆に用いた場合、その抵抗体の抵
抗値の変化率が大きく、数回の焼成により抵抗体として
の機能を失なう場合がある。この原因は、結晶化物中に
含有される残留ガラス層によるものと考えられる。結晶
性ガラスは、結晶化による比較的高粘性の成分が結晶相
に移り失なわれるため、残留ガラス層は比較的低融点の
ガラスとなり、これが焼成時抵抗体と反応するものであ
ると想定される。本発明者は、前記難点の解決のため、
比較的軟化点が高く、粘性の温度依存性の小さい非結晶
性のガラス組成を検討すると共に、得られたガラスの粉
末に種々の耐火物粉末フイラ一を混合することにより、
高温で安定でありしかも抵抗体、導体の特性を悪化させ
ることの少ないガラス組成物を得ることに成功した。

本発明によるガラス組成物は、種々の電気回路において
導体および抵抗体等のカバーコート、Ａｌ２Ｏ３基板の
グレーズ層形成および多層配酸用の絶縁体層等の用途に
高適であり、通常適当なベヒクルと混ぜスクリーン印刷
により塗布される。

本発明によるガラス組成物は主に８００℃以上の高温で
焼成される導体および抵抗体を使用する場合に要求され
る。高温安定性および回路の基本である抵抗体および導
体の特性を変化させることの少ない。本発明に係る組成
物は、重量％表示でＳｉＯ２４Ｏ〜５５％、Ａｌ２Ｏ３
３〜１５％、ＣａＯ３〜１２％、ＺｎＯＯ〜５％、Ｐｂ
ＯｌＯ〜４０％、Ｂ，Ｏ，５〜１５％、Ｂｉ，Ｏ，Ｏ〜
３％の組成を有するガラス粉末２０〜９７重量％と；重
量％表示で、０〜５０％のＡｌ２Ｏ３ ５〜４０％のＢｅＯ ３〜３０％のＳｉＯ２ ３〜６０％のＺｒｓｉＯ４ ５〜６０％のＺｒＯ， から選ばれた１又は２以上の耐火物粉末とから構成され
る。

上記のようなガラス組成物は、焼成時に、先づガラス相
が流動し、充分気密性のある層を形成する。

次いで温度上昇に従い、耐火物粒子の表面相はガラスと
反応し、実質的に流動性の無いガラス耐火物層を形成す
る。このようなガラス一耐火物層は、低融点のガラス成
分を含まないため、抵抗体および導体との反応も少なく
、また再焼成によつても実質的にガラス相が移動するこ
とが無いため、抵抗体の被覆に用いてもその抵抗値を変
化させることが少ない。更に本発明の組成物のもう一つ
の特徴は、使用する耐火物粉末の種類を選択することに
より、組成物の熱伝導率を任意に変化させることができ
ることである。

通常クロスオーバー用絶縁層として使用する場合、回路
の放熱を助けるため絶縁層の熱伝導率は高い程良いが、
ガラスは一般的に熱伝導率が低く、結晶化させた場合で
も残留ガラス相が多く熱伝導率は低い。

本発明によるガラス組成物の場合、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ
等の高熱伝導率の耐火物粉末を用いることにより、通常
のガラスの数倍の熱伝導率を得ることができる。

また、抵抗体の発熱を利用する回路にあつては、抵抗体
の熱が下部基板から逃げるのを防ぐ目的で、基板に低熱
伝導率のガラス層をいわゆるグレーズ層として形成する
場合もある。

この場合でも当然高温安定性を要求されるため、比較的
熱伝導率の小さいＳｌＯ２、ＺｒｓｉＯ４、ＺｒＯ２等
の粉末をフイラ一として用いることにより比較的ガラス
に近い低熱伝導率のグレーズ層を形成することができる
。本発明のガラス組成物を構成するガラスの組成の限定
理由を説明する。

ＳｉＯ２〉５５％ではガラスの軟化点が高くなり過ぎ、
ＳｉＯ２く４０％では逆に低くなり過ぎる。

最適範囲は４５〜５０％である。Ａｌ２Ｏ３〉１５％で
あるとガラスの軟化点が高くなり過ぎ、ガラスの流動性
が低下する。

一方Ａｌ２Ｏ３く３％ではガラスの粘度一温度特性の変
化が大きくなり過ぎ作業性が悪くなる．好しい含有量は
４〜１２％である。ＣａＯはガラスのネツトワークモデ
イフアイャ一として含有され、ガラスの諸特性のうち粘
性、膨張係数等の調節のため加えられる。

１２％を越えると、ガラスの軟化点が高くなり過ぎる。

一方３％より少ないと膨張係数が小さくなり過ぎる。好
ましい範囲は４〜１０％である。ＺｎＯは必須成分では
ないが、膨張係数の調節のためあるいは電気的特性特に
ＲＵＯ２抵抗体、金の導体とガラスとの相性を改善のた
め５％まで好ましくは１〜４％含有されうる。

ＰｂＯはフラツクス剤として１０〜４０％含有される。

４０％を越えるとガラスの軟化点が低くなり過ぎ、１０
％より少ないとガラス化が困難となる。

好ましくは１２〜２８％の含有とする。Ｂ２Ｏ３も又フ
ラツクス剤として５〜１５％含有される。好ましくは６
〜１３％とする。１５％より多いとガラスの軟化点が低
くなりすぎ、一方５％より少ないとガラスの軟化点が高
くなり過ぎる。

Ｂｉ２Ｏ３は必須成分ではないが、導体あるいは抵抗体
との反応性の改善のため、３％まで、好ましくは０．５
〜２．５％の範囲で含有される。上記組成のガラスの粉
末に対して耐火物粉末フイラ一を添加混合することによ
り、焼成後のガラス層の熱伝導率の調整あるいは導体、
抵抗体との反応性の改善を行なうことができる。耐火物
フイラ一としては、Ａｊ２Ｏ３、ＢｅＯｌＳｌＯ２、Ｚ
ｒｓｉＯ４、ＺｒＯ２のうち１種を単独で又は２種以上
組合せて用いられる。

これらのうち、Ａｌ２Ｏ３とＢｅＯは、主として導体、
抵抗体のカバーコート又はクロスオーバーのために用い
る。Ａｌ２Ｏ３は熱伝導率を高くするため５％以上５０
％まで添加されるが、５０％を越えると組成物中のガラ
ス部分が少なくなり過ぎ、密着性が悪化するので好まし
くない。好ましくは１０〜４５％とする。ＢｅＯもＡｌ
２Ｏ３と同様な目的で５〜４０％好ましくは７〜３５％
添加される。

ＳｉＯ２、ＺｒｓｉＯ４及びＺｒＯ２は主として基板ダ
※のグレーズ層形成用の組成物に用いられ、いずれも熱
伝導率が比較的低いフイラ一であり、導体、抵抗体に対
する影響も少ない。

それぞれ、ＳｉＯ２は３〜３０％、ＺｒｓｌＯ４は３〜
６０％、ＺｒＯ２は５〜６０％の範囲で導入されるが、
上限値を越えると基板との密着性が低下し、表面の粗大
化が起り好ましくない。一方、下限値より少ないと、導
体、抵抗体の本来の特性を損なう恐れがある。尚、本発
明の組成物において、ガラス粉末の含有量は、耐火物フ
イラ一の残量として定まるが、ガラスの量が２０％より
少ないと密着性が低下し、一方９７％を越えるときは、
耐火物フイラ一添加の効果がない。組成物の製法の代表
例を説明する。

前述の組成範囲内になるように各ガラス成分原料を調合
し混合した後、白金ルツボに入れ、１４００〜１５００
℃で２〜４時間加熱熔融する。

均質なガラスを得るため１〜２時間攪拌する。このよう
にして得た熔融ガラスを薄片状に成形し冷却した後、ボ
ールミルにより粉砕し、微粉末とする。耐火物フイラ一
の混合に当つては、ガラスの粉砕時に、所定量のフイラ
一を同時にボールミルに入れ、ガラスの粉砕と共にフイ
ラ一の粉砕及びガラス粉末との混合を行ない均質な粉末
を調製す５る。粉砕方法は、乾式であつても湿式であつ
てもよいが、粒度分布特性およびガラスとフイラ一の混
合度に関して混式粉砕の方が有利である。粉砕品の粒度
特性は、スクリーン印刷し得るように、最大粒径２０μ
以下、平均粒径１〜３μとするの９が適当である。実施
例 表−１に示すＩ−Ｖの５種類のガラスを調製した。

ガラスの転移点、軟化点は、表−１の下段に示される。
表−２に示す５種のフイラ一を表に示す配合比でガラス
粉末と混合し、１〜１０の組成物粉末のサンプルを調製
した後、粉末に、ｄ−テルピネオール９５ｗｔ％および
エチルセルロース５ｗｔ％よりなるビヒクルを約７０：
３０（重量比）の割合で加えて攪拌混合してペースト状
とし、以下に述べる特性テストを行なつた。ガラス組成
物の用途としては、多層配線された回路の絶縁層乃至ク
ロスオーバーあるいは導体・抵抗体のオーバーコートと
して用いられ、最近では単に電気的絶縁層としての特性
だけでなく熱伝導性、導体・抵抗体との相性（抵抗値変
化率等）あるいは化学的耐久性（耐酸性）等の特性も重
要な要求特性の項目となつている。

本実施例では、各サンプルの熱伝導性、抵抗体との相性
、および耐酸性について評価を行なつた。

熱伝導性：前記ペーストを９３０℃で３０分間焼成した
ものを平板状に加工し、これの６０〜８０℃間の熱伝導
率を測定した。抵抗体との相性：ー定形状に一定の温度
でアルミナ基板上に焼付けたＲＵＯ２抵抗体層の電気抵
抗の初期値をＲＯとし、その上に組成物のぺーストを印
刷した後、９３０℃で１０分間焼成し、このときの抵抗
体の抵抗値をＲ，とする。

更にその後同一の条件で再焼成した後の抵抗値をＲ２、
以下同様に３〜５回の再焼成を行ない、そのときの抵抗
値をそれぞれ、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５として測定し、焼成毎
の抵抗値の変化率を求めることにより評価した。耐酸性
：アルミナ基板に前記各サンプルのペーストを印刷し、
乾燥後、９３０℃で３０分間焼成したものを試料とし、
これを２０％濃度のしゆう酸溶液に入れ、９０℃で０．
５時間浸漬し、各試料の重量減％を測定した。

以上のテストをサンプル１〜１０及び比較例として、ガ
ラスのみからなるサンプル（ガラス應１およびＪｆ６．
２）について行ないその結果を表−３に示す。

表において抵抗率変化率の表示に関し、例えば、Ｒ１／
ＲＯＸｌＯＯ％が「−２」と示されているものの意味は
、ＲＯに対してＲ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＳｉＯ＿２４０〜５５重量％ Ａｌ＿２Ｏ＿３３〜１５〃 ＣａＯ３〜１２〃 ＺｎＯ０〜５〃 ＰｂＯ１０〜４０〃 Ｂ＿２Ｏ＿３５〜１５〃 Ｂｉ＿２Ｏ＿３０〜３〃 の組成を有するガラス粉末２０〜９７重量％とＡｌ＿２
   Ｏ＿３１０−５０重量％ＢｅＯ５−４０〃 ＳｉＯ＿２３−３０〃 ＺｒＳｉＯ＿４３−６０〃 ＺｒＯ＿２５−６０〃 から選ばれた１又は２種以上の耐火物フィラー粉末とか
   らなるガラス組成物。