玻璃和使用该玻璃的陶瓷基片制造技术

一种用于陶瓷基片的硼硅酸盐玻璃组合物，其组成为：５５～６７ｍｏｌ％的ＳｉＯ↓［２］，３～１１ｍｏｌ％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、１６～２６ｍｏｌ％的Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］和３～１１ｍｏｌ％的至少一种选自ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ和ＺｎＯ组成的组中的氧化物。由于使与潮湿空气接触的玻璃上形成的原硼酸的量最小化，所以这种玻璃在陶瓷基片的制造中很少产生问题。使用这种玻璃和填料的陶瓷组合物可以在低温下烧结成基片，特点在于低的介电常数、低的介电损耗因子和高的弯曲强度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于玻璃/陶瓷复合材料基片的化学稳定的玻璃组合物和一种使用该玻璃组合物的低温烧结陶瓷基片，特点是介电常数低、介电损耗因子低、并且具有实际上可以接受的弯曲强度。随着计算机向着高速度方向发展，工业电子设备向着高频率方向发展，为了提高电路信号的传送速度，对其中常用的多层陶瓷基片提出了下列要求。陶瓷基片应该具有(a)低的介电常数，(b)低的介电损耗，(c)足够低的烧结温度，使得用作电路接线材料的低电阻低熔点的导体可以一起烧结，(d)高的弯曲强度，从而可以支持电路。如JP-A113758/1987所提出的，用一种多层陶瓷基片可以满足这样的要求，所说的多层陶瓷基片使用具有低介电常数和低熔点的硼硅酸盐玻璃。在与填料混合时，这种硼硅酸盐玻璃含有18～35wt％(约27.1～33.3mol％)的SiO2、50～72wt％(约48.1～52.6mol％)的Al2O3、4～27.5wt％(约13.8～16.0mol％)的CaO+MgO、和最多15wt％(约4.1～8.5mol％)的B2O3。在用以前技术的硼硅酸盐玻璃制备多层陶瓷基片时，会出现一些问题。一般地，硼硅酸盐玻璃含有作为主要成分的SiO2和B2O3。在主要成分中，B2O3是化学不稳定的，趋于和空气中的水分反应形成原硼酸(H3BO3)。这样形成的原硼酸在制造多层陶瓷基片时导致加工问题。例如，在制造多层陶瓷基片过程中，原硼酸可以在用该玻璃成形的生坯基片表面形成，从而妨碍层叠的基片之间的结合。即使当基片紧密结合时，由于原硼酸的分解和挥发，得到的基片会变成多孔的。这就产生了可靠性问题。因此，本专利技术的目的是提供一种阻止原硼酸形成的化学稳定的硼硅酸盐玻璃。本专利技术的另一个目的是提供使用该玻璃的陶瓷基片。本专利技术的另一个目的是提供一种陶瓷基片，特点在于介电常数低，介电损耗因子低、烧结温度低、具有实际上可以接受的弯曲强度、高的绝缘电阻，从而适用于用作高频电路基片。通过在硼硅酸盐玻璃方面的研究，我们发现，虽然所说的玻璃组合物中必需的B2O3会形成相应量的原硼酸，但是通过添加适量的特定元素的氧化物，一般是碱土金属氧化物，可以减少原硼酸的形成量。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于基片的玻璃组合物，其中含有55～67mol％的氧化硅、3～11mol％的氧化铝、16～26mol％的氧化硼、3～11mol％的至少一种选自由氧化锶、氧化钙、氧化镁、和氧化锌组成的组中的氧化物。这里，各种氧化物的摩尔百分数分别按SiO2、Al2O3、B2O3、SrO、CaO、MgO和ZnO计算。优选的是所说的玻璃组合物还含有最多3mol％的按Sb2O3计算的氧化锑。根据本专利技术的第二方面，提供一种由上述确定的玻璃组合物和填料构成的陶瓷基片。在一个优选的实施方案中，所说的陶瓷基片基本由65～85vol％的玻璃组合物、其余为填料组成，所说的填料选自由锶长石、α-石英、氧化铝、莫来石及其混合物组成的组中。更优选的是，填料是含有氧化硅、氧化锶和氧化铝的锶长石，其中提供各氧化物的量为把氧化硅、氧化锶和氧化铝分别转换为SiO2、SrO、Al2O3，X是SiO2的摩尔分数，Y是SrO的摩尔分数，Z是Al2O3的摩尔分数，其中X+Y+Z＝1，在三元组成图中，摩尔分数X、Y、Z落在由三角形ABC确定并包围的区域内A(X0.72，Y0.14，Z0.14)、B(X0.60，Y0.25，Z0.15)、C(X0.60，Y0.10，Z0.30)。在性能方面，优选的是所说的陶瓷基片在1MHz具有最高5.3的介电常数，在1MHz具有最高0.1％的介电损耗因子、至少130MPa的弯曲强度和至少4.0×10-6/k的热膨胀系数。同时优选的是，所说的陶瓷基片在不超过950℃的温度下烧成。本专利技术的硼硅酸盐玻璃是一种组合物，含有55～67mol％SiO2、3～11mol％Al2O3、16～26mol％B2O3、3～11mol％的至少一种选自由SrO、CaO、MgO和ZnO组成的组中的氧化物，假定各氧化物按化学计量比表示。这种组成对于抑制原硼酸的形成是有效的。通过向所说的玻璃组合物中添加3mol％或更少的Sb2O3，可以降低所说的玻璃组合物的玻璃转变温度，使得所说的组合物可以在更低的温度下烧成。在添加Sb2O3时，可以相应减少具有低温烧结剂作用的B2O3的量，具有进一步抑制原硼酸形成的更好的结果。注意，JP-A113758/1987在实施例中提出的硼硅酸盐玻璃组合物含有50～54.4wt％(约51.6～59.6mol％)的SiO2、11.9～15wt％(约7.6～9.0mol％)的Al2O3、0～27.3wt％(约0～30.8mol％)的CaO、0～16.7wt％(约0～25.0mol％)的MgO、8.2～16.7wt％(约7.4～14.5mol％)的B2O3、和最多1.8wt％(最多约1.9mol％)的Na2O+K2O。用该参考文献的组合物不能取得本专利技术的优点。同时，JP-A 40933/1991提出了一种通过向不含硼的非硼硅酸盐玻中添加最多0.5wt％的Sb2O3得到的制备基片的玻璃组合物。该参考文献描述，Sb2O3不是主要组分，但是可以作为澄清剂使用，其含量不超过0.5wt％是不希望产生着色等缺点。这说明在该参考文献中的Sb2O3的作用与在本专利技术中的作用完全不同。根据本专利技术，由上述确定的玻璃组合物构成的陶瓷基片具有包括化学稳定性、高弯曲强度、低介电常数等优点。基本由65～85vol％的本专利技术的硼硅酸盐玻璃、其余为至少一种选自锶长石、α-石英、氧化铝和莫来石组成的组中的填料组成的一种陶瓷基片组合物可以在低温下烧结成陶瓷基片，该基片具有实际上可以接受的弯曲强度、低的介电常数、低的介电损耗因子、高的绝缘电阻和高的击穿电压。所说的陶瓷基片在1MHz可以具有最高5.3的介电常数，使得电路信号可以以适合于高频区域操作的较高的速度传送。所说的陶瓷基片在1MHz具有最高0.1％的介电损耗因子，使得电路信号可以以适合于在高频区域操作的较高的速度传送。所说的陶瓷基片可以具有至少130MPa的弯曲强度，这使得所说的基片更可靠。所说的陶瓷基片可以具有至少4.0×10-6/K的热膨胀系数，这意味着在基片和内部导体之间的热膨胀系数差小，从而有效地减小应力和开裂的可能性。烧结温度是950℃或更低，这使得所说的基片可以与具有低熔点的低电阻接线导体一起烧成。唯一的图，附图说明图1是表示用作根据本专利技术的陶瓷基片组合物的一个组分的锶长石的组成的三元组成图。把一种用于根据本专利技术的基片的玻璃组合物归类于硼硅酸盐玻璃。本专利技术的硼硅酸盐玻璃组合物含有氧化硅、氧化铝、氧化硼、和至少一种选自由氧化锶、氧化钙、氧化镁和氧化锌组成的组中的氧化物。在把各种组分转换成化学计量氧化物时，所说的组合物含有55～67mol％的SiO2、3～11mol％的Al2O3、16～26mol％的B2O3、和总量为3～11mol％的SrO、CaO、MgO和ZnO。限制各种组分的含量是由于下列原因。首先，描述现有的硼硅酸盐玻璃的主要组分，即，SiO2、Al2O3和B2O3。SiO2形成玻璃骨架，在55～67mol％范围之外时，SiO2含量较低的玻璃具有较高的介电常数，而含量较高的玻璃难以熔化。A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基片的玻璃组合物，含有５５～６７ｍｏｌ％的氧化硅、３～１１ｍｏｌ％的氧化铝、１６～２６ｍｏｌ％的氧化硼、３～１１ｍｏｌ％的至少一种选自由氧化锶、氧化钙、氧化镁和氧化锌组成的组中的氧化物，各种氧化物的摩尔百分数分别按ＳｉＯ↓［２］、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ和ＺｎＯ计算。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫越俊伸，长谷川浩昭，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]