CN115119394A - 层叠体以及电子部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层叠体以及电子部件。层叠体具有包含表层部和内层部的层叠构造，所述表层部以及所述内层部均使用包含玻璃以及填料的玻璃系材料而制作，其特征在于，所述表层部以及所述内层部包含的玻璃均含有SiO2以及M2O，其中，M是碱金属，所述SiO2的含量均为85重量％以上且95重量％以下，所述M2O的含量均为0.1重量％以上且0.5重量％以下，所述表层部以及所述内层部包含的填料均含有石英，所述表层部中的石英的含量比所述内层部中的石英的含量少。

Description

层叠体以及电子部件
本申请是申请日为2016年08月10日、申请号为201680078275.4、发明名称为“层叠体以及电子部件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及层叠体以及电子部件。
背景技术
近年来，将布线导体配置为三维的多层陶瓷基板被广泛用于配设了多个半导体器件等电子部件的模块等的用途。
在专利文献1公开了一种多层陶瓷基板，该多层陶瓷基板具有包含表层部和内层部的层叠构造，其中，表层部以及内层部包含SiO2类晶相，表层部中的SiO2类晶相的比例比内层部中的SiO2类晶相的比例少。
此外，在专利文献2公开了一种多层陶瓷基板，该多层陶瓷基板具有包含表层部和内层部的层叠构造，其中，表层部的热膨胀系数比内层部的热膨胀系数小，且与内层部的热膨胀系数之差为1.0ppmK-1以上，在构成表层部的材料与构成内层部的材料之间，共同的成分的重量比率为75重量％以上。
根据专利文献1以及专利文献2记载的多层陶瓷基板，通过使表层部的热膨胀系数比内层部的热膨胀系数小，从而在烧成后的冷却过程中在表层部产生压缩应力，其结果是，能够使多层陶瓷基板的抗弯强度提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-53525号公报
专利文献2：国际公开第2007/142112号
发明内容
发明要解决的课题
为了应对具备多层陶瓷基板的电子部件的小型化以及高频化，需要降低构成电子部件的绝缘部的介电常数。这是因为，若增进电子部件的小型化以及高频化，则变得不能忽略由在接地电极产生的涡流造成的损耗，但是通过降低绝缘部的介电常数，从而能够使该损耗降低。
但是，在专利文献1以及专利文献2记载的结构中，虽然强度高，但是绝缘部的介电常数并不足够低，因此存在上述损耗大这样的问题。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种强度高且介电常数低的层叠体。
用于解决课题的技术方案
为了达成上述目的，本发明的层叠体是具有包含表层部和内层部的层叠构造的层叠体，其特征在于，上述表层部以及上述内层部均包含玻璃以及石英，上述表层部以及上述内层部包含的玻璃均含有SiO2、B2O3以及M2O(M是碱金属)，上述表层部中的石英的含量比上述内层部中的石英的含量少。
在本发明的层叠体中，含有SiO2的玻璃和石英包含于表层部以及内层部这两者。这些材料的介电常数均低，因此能够降低表层部以及内层部的介电常数。
进而，在表层部以及内层部中，使用含有Li2O等碱金属氧化物(M2O)的玻璃，因此能够降低玻璃的粘度，能够做成为致密的烧结体。特别是，与使用CaO等碱土类金属氧化物的情况相比，能够通过添加少量的M2O来降低玻璃的粘度，因此能够使玻璃中的SiO2的含量增多，能够降低表层部以及内层部的介电常数。
此外，玻璃的热膨胀系数为大约6ppm℃-1，相对于此，作为填料的石英的热膨胀系数为大约12ppm℃-1，因此通过使表层部中的石英的含量比内层部中的石英的含量少，从而能够使表层部的热膨胀系数比内层部的热膨胀系数小。因此，在烧成后的冷却过程中在表层部产生压缩应力，其结果是，能够使层叠体的抗弯强度提高。
在本发明的层叠体中，上述表层部以及上述内层部包含的玻璃中的SiO2的含量均优选为55重量％以上。
若玻璃中的SiO2的含量为55重量％以上，则能够降低介电常数。此外，因为在表层部以及内层部中使用含有碱金属氧化物的玻璃，所以即使玻璃中的SiO2的含量为55重量％以上，也能够做成为致密的烧结体。
在本发明的层叠体中，上述表层部以及上述内层部包含的玻璃中的M2O的含量均优选为10重量％以下。
若玻璃中的M2O的含量为10重量％以下，则能够使SiO2的含量增多，因此能够降低介电常数。此外，与使用碱土类金属氧化物的情况不同，即使玻璃中的M2O的含量为10重量％以下，也能够降低玻璃的粘度。
在本发明的层叠体中，在将上述表层部中的石英的含量设为Ws[重量％]并将内层部中的石英的含量设为Wi[重量％]时，石英的含量之差Wi-Ws优选为2重量％以上。
通过使表层部以及内层部中的石英的含量之差Wi-Ws为2重量％以上，从而能够增大热膨胀系数之差，因此能够使层叠体的抗弯强度提高。
本发明的层叠体可以是多层陶瓷基板，也可以是芯片部件。
本发明的电子部件的特征在于，具备上述层叠体。
发明效果
根据本发明，能够提供一种强度高且介电常数低的层叠体。
附图说明
图1是示意性地示出具备多层陶瓷基板的电子部件的剖视图。
图2是示出在图1所示的多层陶瓷基板的制造中途制作的未烧成的层叠片体的剖视图。
图3是示意性地示出作为芯片部件的一个例子的LC滤波器的立体图。
图4是示意性地示出印刷在构成用于评价绝缘可靠性的试样的生片的图案的俯视图。
图5是示意性地示出用于评价绝缘可靠性的试样的剖视图。
图6是示意性地示出用于评价绝缘可靠性的试样的立体图。
附图标记说明
1：多层陶瓷基板(层叠体)；
2：电子部件；
3：内层部；
4、5：表层部；
13、14：芯片部件；
30：LC滤波器(芯片部件、层叠体)；
31：陶瓷层。
具体实施方式
以下，对本发明的层叠体以及电子部件进行说明。
然而，本发明并不限定于以下的结构，能够在不变更本发明的主旨的范围内适当地变更而进行应用。
将两个以上的以下记载的本发明的每个优选的结构进行了组合的结构也是本发明。
以下所示的各实施方式是例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的。在第二实施方式以后，省略对与第一实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，关于基于同样的结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
<第一实施方式：多层陶瓷基板>
本发明的层叠体能够应用于多层陶瓷基板。
图1是示意性地示出具备多层陶瓷基板的电子部件的剖视图。
多层陶瓷基板1具有层叠构造，该层叠构造包含内层部3和位于在层叠方向上夹着内层部3的位置的第一表层部4以及第二表层部5。
内层部3由至少一层的内层部陶瓷层6构成，第一表层部4以及第二表层部5分别由至少一层的表层部陶瓷层7以及8构成。
多层陶瓷基板1具备布线导体。布线导体用于构成例如电容器或电感器那样的无源元件，或者用于进行元件间的电连接那样的连接布线，典型地，如图所示，由几个导体膜9、10和11以及几个过孔导体12构成。这些布线导体优选以银或铜为主成分。
导体膜9形成在多层陶瓷基板1的内部。导体膜10以及11分别形成在多层陶瓷基板1的一个主面上以及另一个主面上。过孔导体12设置为，与导体膜9、10以及11中的任一个电连接，且在厚度方向上贯通陶瓷层中的任一个特定的陶瓷层。
在多层陶瓷基板1的一个主面上，以与导体膜10电连接的状态搭载芯片部件13以及14。由此，构成具备多层陶瓷基板1的电子部件2。搭载于多层陶瓷基板1的芯片部件13以及14也可以是后述的第二实施方式涉及的层叠体。
形成在多层陶瓷基板1的另一个主面上的导体膜11用作将该电子部件2安装到未图示的母板上时的电连接单元。
表层部以及内层部均包含玻璃。具体地，表层部以及内层部包含的玻璃均含有SiO2、B2O3以及M2O(M是碱金属)。
玻璃中的SiO2成分有助于介电常数的下降以及热膨胀系数的下降。
表层部以及内层部包含的玻璃中的SiO2的含量均优选为55重量％以上，更优选为62重量％以上，此外，优选为95重量％以下，更优选为90重量％以下。
玻璃中的M2O成分有助于玻璃粘度的下降。
作为M2O的种类，只要是碱金属氧化物就没有特别限定，但是优选为Li2O、K2O以及Na2O。作为M2O，可以使用一种碱金属氧化物，也可以使用两种以上的碱金属氧化物。
表层部以及内层部包含的玻璃中的M2O的含量均优选为0.1重量％以上，更优选为0.5重量％以上，此外，优选为10重量％以下，更优选为6.5重量％以下。
在作为M2O而使用两种以上的碱金属氧化物的情况下，将其合计量作为M2O的含量。
玻璃中的B2O3成分有助于玻璃粘度的下降。
表层部以及内层部包含的玻璃中的B2O3的含量均优选为5重量％以上，更优选为7重量％以上，此外，优选为40重量％以下，更优选为35重量％以下。
表层部以及内层部包含的玻璃均可以进一步含有CaO等碱土类金属氧化物。但是，从使玻璃中的SiO2的含量增多的观点出发，优选不含有碱土类金属氧化物，即使在含有碱土类金属氧化物的情况下，也优选其含量不足15重量％。
表层部以及内层部包含的玻璃均可以进一步含有Al2O3。
在该情况下，表层部以及内层部包含的玻璃中的Al2O3的含量均优选为0.1重量％以上，更优选为0.2重量％以上，此外，优选为5重量％以下，更优选为3重量％以下。
在表层部以及内层部包含的玻璃中也可以含有其它的杂质，包含杂质的情况下的优选的含量为不足5重量％。
表层部包含的玻璃的组成可以与内层部包含的玻璃的组成不同，但是优选相同。
表层部以及内层部均作为填料而包含石英。
在本说明书中，所谓填料，意味着不包含于玻璃的无机添加剂。
表层部中的石英的含量比内层部中的石英的含量少。在将表层部中的石英的含量设为Ws[重量％]并将内层部中的石英的含量设为Wi[重量％]时，石英的含量之差Wi-Ws优选为2重量％以上，更优选为5重量％以上，此外，优选为40重量％以下，更优选为30重量％以下。
表层部以及内层部中的石英的含量能够根据利用了X射线衍射(XRD)的石英的峰强度求出。
表层部中的石英的含量Ws优选为5重量％以上，更优选为10重量％以上，此外，优选为40重量％以下，更优选为35重量％以下。内层部中的石英的含量Wi优选为10重量％以上，更优选为15重量％以上，此外，优选为50重量％以下，更优选为45重量％以下。
通过使表层部中的石英的含量比内层部中的石英的含量少，从而能够使表层部的热膨胀系数比内层部的热膨胀系数小。
内层部与表层部的热膨胀系数之差优选为0.5ppm℃-1以上，更优选为1.0ppm℃-1以上，此外，优选为4.0ppm℃-1以下，更优选为3.5ppm℃-1以下。热膨胀系数可通过热机械分析(TMA)作为从室温测定至600℃的值而得到。
表层部以及内层部均可以作为填料而包含石英以外的SiO2晶体(例如，方英石等)。
此外，表层部以及内层部均可以包含SiO2晶体以外的填料(例如，Al2O3、ZrO2等)。
图1所示的多层陶瓷基板1优选像以下那样制造。
图2是示出在图1所示的多层陶瓷基板的制造中途制作的未烧成的层叠片体的剖视图。
未烧成的层叠片体21具备应成为多层陶瓷基板1中的内层部3的内层用生片22和应成为表层部4以及5的表层用生片23以及24。此外，与内层用生片22以及表层用生片23和24相关联地，设置有多层陶瓷基板1具备的作为布线导体的导体膜9、10和11以及过孔导体12。
为了制作这样的层叠片体21，首先，准备内层用生片22以及表层用生片23和24。
选择这些生片22、23以及24的各组成，使得构成表层用生片23和24以及内层用生片22的烧结体的材料均包含玻璃以及石英，表层用生片23和24以及内层用生片22的烧结体包含的玻璃均含有SiO2、B2O3以及M2O(M是碱金属)，表层用生片23以及24的烧结体中的石英的含量比内层用生片22中的石英的含量少。
接着，对层叠片体21进行烧成。烧成温度没有特别限定，例如，应用1000℃以下的烧成温度。此外，烧成环境也没有特别限定，例如，在作为布线材料而使用银等不易氧化的材料的情况下，优选在大气环境中进行烧成，在使用铜等容易氧化的材料的情况下，优选在氮环境等低氧环境中进行烧成。
其结果是，可得到图1所示的多层陶瓷基板1。
另外，也可以准备在内层用生片22以及表层用生片23和24烧结的温度实质上不烧结的含有无机材料(Al2O3等)的约束用生片，并以在未烧成的层叠片体21的两主面配置了约束用生片的状态对层叠片体21进行烧成。
在该情况下，约束用生片在烧成时实质上不烧结，因此不产生收缩，对层叠片体21发挥作用，使得抑制主面方向上的收缩。其结果是，能够提高多层陶瓷基板1的尺寸精度。
<第二实施方式：芯片部件>
本发明的层叠体不仅能够应用于上述的多层陶瓷基板，还能够应用于搭载在多层陶瓷基板的芯片部件。
图3是示意性地示出作为芯片部件的一个例子的LC滤波器的立体图。
LC滤波器30具备部件主体33，部件主体33具有层叠了多个陶瓷层31以及多个内部导体层32的构造。在部件主体33的外表面上的各端部设置有端子电极34以及35，在各侧面的中间部设置有端子电极36以及37。
LC滤波器30构成了串联连接在端子电极34与35之间的两个电感，并在这些电感的连接点与端子电极36以及37之间构成了电容。
在本实施方式中，只要LC滤波器30具有与在第一实施方式中说明的多层陶瓷基板同样的构造即可。即，构成部件主体33的多个陶瓷层31具有包含表层部和内层部的层叠构造，表层部以及内层部均包含玻璃以及石英，表层部以及内层部包含的玻璃均还有SiO2、B2O3以及M2O(M是碱金属)，表层部中的石英的含量比内层部中的石英的含量少。
作为能够应用本发明的层叠体的芯片部件，除了LC滤波器等LC复合部件以外，还可举出电容器、电感器等。
本发明的层叠体也可以应用于上述的多层陶瓷基板或芯片部件以外。
实施例
以下，示出更具体地公开了本发明的层叠体的实施例。另外，本发明并不仅限定于这些实施例。
(玻璃粉末的制作)
混合玻璃原料粉末，使得可得到表1所示的组成的玻璃，放入到铂坩埚并在空气中以1400℃进行30分钟以上的熔融，然后使其骤冷而得到了碎玻璃。在表1中，作为碱金属氧化物(M2O)以及碱土类金属氧化物(CaO)的原料，使用了碳酸盐。
在对碎玻璃进行粗粉碎之后，与乙醇以及5mmΦ的PSZ球一起放入到容器内，并进行了球磨。通过调整粉碎时间，从而得到了中心粒径为1μm的玻璃粉末。
另外，所谓中心粒径，是指通过激光衍射/散射法测定的中心粒径(D50)。
[表1]
Figure BDA0003767826440000091
(生片的制作)
以表2所示的组成将玻璃粉末、石英粉末(中心粒径为1μm)、Al2O3粉末(中心粒径为1μm)以及ZrO2粉末(中心粒径为1μm)放入到乙醇中，并通过球磨进行混合。进而，将溶解于乙醇的聚乙烯醇缩丁醛的粘合液和作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)液进行混合，并进行了浆料化。将得到的浆料通过刮刀法在PET膜上进行成型，并以40℃进行干燥，由此得到了厚度为50μm的生片。
[表2]
Figure BDA0003767826440000101
在表2中，将在后述的实施例1～实施例14、比较例1以及比较例2中成为内层部的生片区分为组A，将成为表层部的生片区分为组B。另一方面，在比较例3中，成为表层部的生片为组A，成为内层部的生片为组B。因此，在以下的说明中，仅对比较例3，需要将组A和组B掉过来读。
(评价用试样的制作以及评价)
(1)热膨胀系数
将组A或组B的生片切割为边长为50mm的方形，并层叠20片，放入到模具，用压制机进行了压接。将该压接体切割为15mm×5mm的矩形，在空气中以900℃进行了30分钟的烧成。烧成后，为了确认烧结性，确认了烧结体的断裂面是否被墨水浸透而被染色。
对于烧结性良好的试样，用TMA装置测定了从室温到600℃的平均的热膨胀系数。将各片材的热膨胀系数示于表2。
(2)介电常数以及介电损耗
将组A的生片切割为边长为50mm的方形并层叠15片，在该层叠体的上下各配置一片切割为边长为50mm的方形的组B的生片，放入到模具，用压制机进行压接，并在空气中以900℃进行了30分钟的烧成。
对烧成后的试样测定厚度，并通过摄动法测定了12GHz的介电常数以及Q值(介电损耗的倒数)。评价基准为，介电常数：4.5以下，Q值：200以上。将各试样的介电常数以及Q值示于表3。
(3)抗弯强度
将组A的生片切割为边长为50mm的方形并层叠15片，在该层叠体的上下各配置一片切割为边长为50mm的方形的组B的生片，放入到模具，用压制机进行了压接。将该压接体切割为5mm×40mm的矩形，并准备20个，在空气中以900℃进行了30分钟的烧成。
对烧成后的试样测定厚度以及宽度，并使用三点弯曲试验机测定了抗弯强度。评价基准为，抗弯强度的平均：250MPa以上。将各试样的抗弯强度示于表3。
(4)绝缘可靠性
图4是示意性地示出印刷在构成用于评价绝缘可靠性的试样的生片的图案的俯视图。此外，图5是示意性地示出用于评价绝缘可靠性的试样的剖视图，图6是示意性地示出用于评价绝缘可靠性的试样的立体图。
首先，将组A以及组B的生片切割为边长为20mm的方形。通过使用丝网印刷版和Ag膏在组A的生片印刷图案，从而在生片42上形成了具有图4所示的图案的内部电极51。接着，如图5所示，将组B的生片44配置在最下方，在其上一边将图案的方向交替地改变180°一边放置13片形成了内部电极51的组A的生片42，并在其上配置组B的生片43而进行了层叠。
将通过上述得到的层叠体放入到模具，用压制机进行了压接。如图6所示，在层叠体53的侧面涂敷Ag膏，在空气中以900℃进行30分钟的烧成，由此制作了在侧面设置了电极54以及55的评价用试样50。
对于烧成后的评价用试样50，以对彼此相向的侧面的电极54以及55附加了50V的电压的状态使用温度为85℃、湿度为85％的恒温恒湿试验层进行1000小时的试验，并测定了试验后的绝缘电阻。评价基准为，绝缘电阻最低为：1010Ω以上。在表3中，用○表示绝缘电阻为1010Ω以上的试样，用×表示不足1010Ω的试样。
[表3]
Figure BDA0003767826440000121
根据表3的结果，在表层部以及内层部包含的玻璃均含有SiO2、B2O3以及M2O且表层部中的石英的含量比内层部中的石英的含量少的实施例1～实施例14中，确认了介电常数低且抗弯强度高。进而，在实施例1～实施例14中，还确认了绝缘可靠性优异。
相对于此，在内层部包含的玻璃不含有M2O的比较例1以及表层部包含的玻璃不含有M2O的比较例2中，确认了介电常数高、抗弯强度低且绝缘可靠性差。
在玻璃中添加M2O的情况下，即使添加少量的M2O，也能够降低玻璃的粘度，相对于此，在不在玻璃中添加M2O的情况下，需要大量地添加CaO等碱土类氧化物。可认为，其结果是，玻璃中的SiO2的含量变少，因此介电常数变高。此外，可认为，即使大量地添加碱土类氧化物，烧结也不会充分，得不到致密的烧结体，因此抗弯强度低且绝缘可靠性差。
在表层部中的石英的含量比内层部中的石英的含量多的比较例3中，确认了虽然介电常数低，但是抗弯强度低且绝缘可靠性差。
认为这是因为，与实施例1～实施例14相反，在烧成后的冷却过程中在表层部产生拉伸应力，变得容易产生裂缝。

Claims (10)

1.一种层叠体，具有包含表层部和内层部的层叠构造，所述表层部以及所述内层部均使用包含玻璃以及填料的玻璃系材料而制作，其特征在于，
所述表层部以及所述内层部包含的玻璃均含有SiO2以及M2O，其中，M是碱金属，所述SiO2的含量均为85重量％以上且95重量％以下，所述M2O的含量均为0.1重量％以上且0.5重量％以下，
所述表层部以及所述内层部包含的填料均含有石英，所述表层部中的石英的含量比所述内层部中的石英的含量少。
2.根据权利要求1所述的层叠体，其特征在于，
所述表层部以及所述内层部包含的玻璃均还含有B2O3，所述B2O3的含量均为5重量％以上且12重量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，
所述表层部以及所述内层部包含的玻璃均还含有Al2O3，所述Al2O3的含量均为0.1重量％以上且0.5重量％以下。
4.根据权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，
将所述表层部中的石英的含量设为Ws，其单位为重量％，此时，
Ws为5重量％以上且40重量％以下。
5.根据权利要求4所述的层叠体，其特征在于，
将所述内层部中的石英的含量设为Wi，其单位为重量％，此时，
Wi为10重量％以上且50重量％以下。
6.根据权利要求5所述的层叠体，其特征在于，
所述表层部和所述内层部的石英的含量之差Wi-Ws为2重量％以上且40重量％以下。
7.根据权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，
所述表层部的热膨胀系数为5.6ppm℃-1以上，
所述内层部的热膨胀系数为8.8ppm℃-1以下。
8.根据权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，
所述层叠体是多层陶瓷基板。
9.根据权利要求1或2所述的层叠体，其特征在于，
所述层叠体是芯片部件。
10.一种电子部件，其特征在于，
具备权利要求1～9中任一项所述的层叠体。
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