低温烧结陶瓷材料及陶瓷基板制造技术

本发明专利技术提供一种低温烧结陶瓷材料，可形成烧成后的组成不均匀性较小且烧结体的弯曲强度高、表面电极的剥离强度高、可靠性优良的陶瓷基板。用于构成多层陶瓷基板（１）的陶瓷层（２）的低温烧结陶瓷材料含有主成分陶瓷材料和副成分陶瓷材料，实质上不含有Ｃｒ氧化物及Ｂ氧化物中的任何一种，其中，主成分陶瓷材料含有换算成ＳｉＯ２为４８～７５重量％的Ｓｉ、换算成ＢａＯ为２０～４０重量％的Ｂａ以及换算成Ａｌ２Ｏ３为５～２０重量％的Ａｌ，相对于１００重量份的主成分陶瓷材料，副成分陶瓷材料含有换算成ＭｎＯ为２～１０重量份的Ｍｎ以及分别换算成ＴｉＯ２和Ｆｅ２Ｏ３为０．１～１０重量份的选自Ｔｉ和Ｆｅ的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种可以与银或铜等低熔点金属材料共烧结的低温烧结陶瓷材料，以及使用该低温烧结陶瓷材料构成的陶瓷基板，还涉及多层陶瓷基板。
技术介绍
低温烧结陶瓷(LTCC:Low Temperature Cofired Ceramic)材料可与比电阻小的银、铜等低熔点材料共烧成，因此可形成高频特性优良的多层陶瓷基板，并多用作为信息通信终端等的高频模块用基板材料。作为低温烧结陶瓷材料，通常是将IO3-SiO2系玻璃材料混入Al2O3等陶瓷材料中的所谓的玻璃陶瓷复合系。在这个体系中，由于起始原料必需用比较高价的玻璃，并且含有在烧成时易挥发的硼元素，因此得到的基板的组成容易不均勻，不得不使用特殊的烧箱 (日文3々)等，其管理繁杂。于是，例如日本专利特开2002-173362号公报(专利文献1)和日本专利特开 2008-0448 号公报(专利文献幻中提出了低温烧结陶瓷材料。这些文献中记载的低温烧结陶瓷材料由于起始原料未使用玻璃，而且是不含有硼的非玻璃系低温烧结陶瓷材料，因此没有遇到上述的问题。然而，因为由这些文献中记载的低温烧结陶瓷材料得到的陶瓷基板的弯曲强度为 150 200MPa左右，因此根据用途，基板自身的强度不是很足够，此外，与在基板表面形成的外部导体膜的接合强度也不是很足够。专利文献1 日本专利特开2002-173362号公报专利文献2 日本专利特开2008-044829号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而完成的专利技术，其目的是提供一种低温烧结陶瓷材料，其烧成后的组成的不均勻性较小、起始原料不用玻璃、且不含有硼。将该低温烧结陶瓷材料烧结后得到的陶瓷基板的强度较高，并且可以构成与外部导体膜的接合强度较高的可靠性优良的陶瓷基板。本专利技术的另一目的是提供一种使用上述低温烧结陶瓷材料构成的陶瓷基板。本专利技术涉及的低温烧结陶瓷材料的特征在于，含有主成分陶瓷材料和副成分陶瓷材料，实质上不含有Cr氧化物及B氧化物中的任何一种，其中，主成分陶瓷材料含有换算成 SiO2为48 75重量％的Si、换算成BaO为20 40重量％的Ba以及换算成Al2O3为5 20重量％的Al，相对于100重量份的主成分陶瓷材料，副成分陶瓷材料含有换算成MnO为 2 10重量份的Mn以及分别换算成TW2和17 为0. 1 10重量份的选自Ti和！^的至少一种。另外，本专利技术还涉及具备由本专利技术的低温烧结陶瓷材料烧结而成的陶瓷层的陶瓷基板。本专利技术的低温烧结陶瓷材料的起始原料中实质上不含有玻璃且不含有硼，因此， 将其烧结后得到的陶瓷基板的组成不易出现不均勻，其烧成工序的管理容易。而且，将该低温烧结陶瓷材料烧成后得到的陶瓷基板具有优良的弯曲强度，除基板自身的强度较高外， 还具有优良的电极剥离强度，是与外部导体膜的接合强度较高的具备良好可靠性的基板。附图说明图1是使用本专利技术的低温烧结陶瓷材料构成的实施方式1的多层陶瓷基板1的图解剖视图。图2是使用本专利技术的低温烧结陶瓷材料构成的实施方式2的陶瓷基板21的图解剖视图。具体实施例方式本专利技术的低温烧结陶瓷材料的特征在于，含有主成分陶瓷材料和副成分陶瓷材料，实质上不含有Cr氧化物及B氧化物中的任何一种，其中，主成分陶瓷材料含有换算成 SiO2为48 75重量％的Si、换算成BaO为20 40重量％的Ba以及换算成Al2O3为5 20重量％的Al，相对于100重量份的主成分陶瓷材料，副成分陶瓷材料含有换算成MnO为 2 10重量份的Mn以及分别换算成TW2和17 为0. 1 10重量份的选自Ti和！^的至少一种。该低温烧结陶瓷材料是起始原料中不使用玻璃、且不含有硼的非玻璃系低温烧结陶瓷材料。因此，将其烧结后得到的陶瓷基板的组成不易出现不均勻，其烧成工序的管理容易。而且，从后述的实验例可以了解到，得到的陶瓷基板具有230MPa以上的弯曲强度，除基板自身的强度较高外，还具有20N/2mm □以上的电极剥离强度，形成与外部导体膜的接合强度高的具备高可靠性的基板。并且，可以提高所得陶瓷基板对高温、高湿等环境条件的耐受性，还可以提高基板的耐化学品性，藉此可以抑制基板成分在镀液中的溶出。还有，可得到非晶质部分少、结晶化得到了促进的Qf值较高的陶瓷基板。在这里，含有换算成SiA为48 75重量％的Si、换算成BaO为20 40重量％ 的Ba以及换算成Al2O3为5 20重量％的Al的主成分陶瓷材料是所得陶瓷基板的基本成分，对得到绝缘电阻大、介电常数小和介质损耗小的陶瓷基板具有较大贡献。另一方面，作为副成分陶瓷材料的Mn (特别是MnO2)与SiO2-BaO-Al2O3系主成分陶瓷材料反应，易制成液相成分，在烧成时由于起始原料的粘性下降而作为烧结助剂发挥作用，但与同样作为烧结助剂发挥作用的B2O3相比，挥发性远远要小。因而，在烧成的不均勻性降低、其烧成管理易于进行的同时，也有助于量产性的提高。另外，虽然详细的机理不是很清楚，但是认为Ti(特别是TiO2)可以增加由低温烧结陶瓷材料形成的陶瓷层和由铜等低熔点金属材料形成的外部导体膜之间的反应性，通过其共烧成工序，可提高陶瓷层和外部导体膜之间的接合强度。其结果是，安装在陶瓷基板上的半导体器件等有源元件或芯片电容器等无源元件和陶瓷基板间形成牢固的焊接接合，可以抑制因其坠落等的冲击造成的接合破坏。Fe (特别是!^e2O3)的情况下也一样，可以增加由低温烧结陶瓷材料形成的陶瓷层和由铜等低熔点金属材料形成的外部导体膜之间的反应性，通过其共烧成工序，可提高陶瓷层和外部导体膜之间的接合强度。其结果是，安装在陶瓷基板上的元件和陶瓷基板间可以形成牢固的焊接接合，可以抑制因其坠落等的冲击造成的接合破坏。另外，本专利技术的低温烧结陶瓷材料实质上不含有B氧化物(特别是B2O3)，因此，可减少其烧成时组成的不均勻性，不用特殊的烧箱也可以，其烧成工序的管理可变得容易。并且，由于实质上不含有Cr氧化物(特别是Cr2O3)，可抑制在微波带上的Q值的降低，如在 3GHz可得到1000以上的Qf值。在这里，“实质上”是指可含有低于0. 1重量％的作为杂质的B氧化物和Cr氧化物。即，即使B氧化物和Cr氧化物作为杂质混入，只要其含量低于 0. 1重量％也可以达到本专利技术的效果。本专利技术的低温烧结陶瓷材料较好是不含有Li2O或Na2O等碱金属氧化物。因为这些碱金属氧化物和化03 —样，在烧成时易于挥发，成为造成所得基板的组成不均勻的原因。 还有，如果不含有这些碱金属氧化物，则可以提高对高温、高湿等环境条件的耐受性，还可以提高抑制向镀液的溶出这样的耐化学品性。本专利技术的低温烧结陶瓷材料中，较好是作为副成分陶瓷材料，相对于100重量份的主成分陶瓷材料，还含有换算成MgO为0. 1 5重量份的Mg。如果含有Mg (特别是MgO)， 则烧成时的低温烧结陶瓷材料的结晶化得到促进。其结果为，可以减少导致基板强度下降的液相部分的体积量，并可以使得到的陶瓷基板的弯曲强度进一步提升。另外，本专利技术的低温烧结陶瓷材料中，较好是作为副成分陶瓷材料，相对于100重量份的主成分陶瓷材料，还含有分别换算成Nb205、Ce02、Zr02、Zn0为0. 1 6重量份的选自 Nb,Ce,Zr及Si的至少一种。如果含有选自Nb、Ce、&和Si的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低温烧结陶瓷材料，其特征在于，含有主成分陶瓷材料和副成分陶瓷材料，实质上不含有Ｃｒ氧化物及Ｂ氧化物中的任何一种，其中，主成分陶瓷材料含有换算成ＳｉＯ２为４８～７５重量％的Ｓｉ、换算成ＢａＯ为２０～４０重量％的Ｂａ以及换算成Ａｌ２Ｏ３为５～２０重量％的Ａｌ，相对于１００重量份的所述主成分陶瓷材料，所述副成分陶瓷材料含有换算成ＭｎＯ为２～１０重量份的Ｍｎ以及分别换算成ＴｉＯ２和Ｆｅ２Ｏ３为０．１～１０重量份的选自Ｔｉ和Ｆｅ的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：勝部毅，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP