JP2000165001A - 誘電体回路基板 - Google Patents

誘電体回路基板

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JP2000165001A
JP2000165001A JP34074798A JP34074798A JP2000165001A JP 2000165001 A JP2000165001 A JP 2000165001A JP 34074798 A JP34074798 A JP 34074798A JP 34074798 A JP34074798 A JP 34074798A JP 2000165001 A JP2000165001 A JP 2000165001A
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dielectric
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Kenichirou Morishige
憲一郎 森茂
Norio Nakano
紀男 中野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波特性に優れ、導通抵抗が小さく、且つ
接着力に優れた導体パターンを有する誘電体回路基板を
提供する。 【解決手段】 本発明は、複数の誘電体層1a〜1eを
積層してなる積層体1に、Agを主成分とする金属から
成る導体パターン2、4を形成して成る誘電体回路基板
において、前記導体パターン2、4は、金属成分とTa
を含有する低融点ガラス成分とから成り、低融点ガラス
成分は金属成分100重量部に対して、1.0〜25.
0重量部添加されるとともに、Ta成分がTa2 5
算で金属成分100重量部に対して0.1〜3.0重量
部含有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板や電
子部品等に適用される誘電体回路基板に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】高周波用途に使用される積層回路基板
は、例えば、共振器、コンデンサ、フィルタ等を内蔵
し、高機能、小型化に対応する必要がある。このような
共振器、コンデンサ、フィルタ等を構成する導体パター
ンは、導通抵抗の小さいAgを主成分とする導体材料で
構成することが望ましく、導体パターンと一体的に焼成
される誘電体層はAgの融点よりも低い温度焼成できる
材料を選択していた。
【0003】従来の積層回路基板は、例えばガラス成分
とセラミック成分とを有するガラスーセラミック材料の
単板状基体または積層状基体と、基体の内部または表面
の所定導体パターンを形成して構成されている。即ち、
導体パターンに銀のような低抵抗材料を用いることがで
きるため、高周波動作する電子回路を形成する回路基板
として非常に有望なものとなる。
【0004】この高周波動作する電子回路としては、上
述の回路基板には、ストリップ線路を用いた共振回路、
電圧制御型発振回路、局発振信号形成回路、パワーアン
プ等が形成される。例えば、積層回路基板は、複数の誘
電体層を積層した基体と、前記絶縁層の層間に配置した
内部導体パターンと、前記基板の表面に配置した表面導
体パターンが形成されており、さらに内部導体パターン
同士、または内部導体パターンと表面導体パターンとを
接続するビアホール導体と、表面導体パターンの一部を
被覆する絶縁層と、表面導体パターンに実装された各種
電子部品とから構成されている。
【0005】また、単板状基板を用いた回路基板は、基
板と表面導体パターンと、表面導体パターンの一部を被
覆する絶縁層と、表面配線パターンに実装された各種電
子部品とから構成されている。
【0006】尚、比較的低温で焼成可能誘電体層又は基
板材料としては、低融点ガラス成分とセラミックなどの
フィラー材とから成るガラス−セラミック材料が用いら
れる。
【0007】例えば低融点カラス成分は、コージェライ
ト、ムライト、アノードサイト、セルジアン、スピネ
ル、カーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ぺタライ
ト、オオズミライト及びその置換誘電体等の結晶相のう
ち少なくとも1種類を析出し得るガラス成分であり、フ
ィラー材は、クリストバライト、石英、コランダム(α
アルミナ)等が例示できる。
【0008】また、導体パターンとなる導電材料として
は、Ag粉末、Cu粉末、Au粉末等の低抵抗材料を主
体とし、低融点ガラスフリット、有機ビヒクルを混線し
た導電ぺーストが挙げられる。
【0009】Auは、導電性に優れ、化学的にも全く安
定で、且つ基板との接着性も良く、特に耐候性に優れて
いるが、大変高価であるという難点がある。
【0010】また、Cuは、安価で導電性にも優れる
が、還元雰囲気での焼成が必要となるため焼成工程が高
価になる。
【0011】そこでこれらの難点を解消するために、A
g材料が使用されてきた。Agぺーストを導電材料とし
て用いることは、導電性に優れ、Ag粉末は比較的安価
で焼成も大気中で行うことができる。
【0012】このような回路基板は、製造工程の簡略化
のために、上述の基体と導体パターンは同時焼成するこ
とにより形成される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】高周波動作する電子回
路を形成するには基体材料のQ値を高くすることが必要
である。このQ値を向上させるためには基板材料として
は、ガラス成分を極力減らすことが必要となる。
【0014】しかし、高周波動作に対応させるべくガラ
ス成分を減少させると、基体と導体パターンとの界面に
存在し、両者を強固に接合させるガラス量が減少してし
まう。その結果、基体と導体パターンとの間で接合強度
が定価してしまう。しかも、高温放置等による接着力が
大きく定価してしまう。
【0015】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的は高周波用途に対応させるべく、
基体のガラス成分を少なくしても、高温放置等による基
体と導体パターンとの接合力が低下しない誘電体回路基
板を提供するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の誘電体
層を積層してなる積層体に、導体パターンを形成して成
る誘電体回路基板において、前記導体パターンは、Ag
を主成分とする金属成分とTaを含有する低融点ガラス
成分とから成り、低融点ガラス成分は金属成分100重
量部に対して、1.0〜25.0重量部であるととも
に、Ta成分がTa2 5 換算で金属成分100重量部
に対して0.1〜3.0重量部であることを特徴とする
誘電体回路基板である。
【0017】
【作用】本発明では、導体パターンに含まれている低融
点ガラス成分の含有率を、金属成分100重量部に対し
て、1.0〜25.0重量部添加している。これによ
り、導体パターンの導体抵抗を大きく劣化させることな
く、基体との接合を安定にできる。しかも、基体側のガ
ラス成分を減少させることもできるため、結果として、
Q値の向上が可能となり、高周波用途の回路基板として
非常に好適となる。
【0018】尚、低融点ガラス成分の含有率が、金属成
分100重量部に対して、1.0重量部未満では、基体
と導体パターンとの接合強度が低下してしまい、その接
合強度が、高温放置後において例えば0.5kg以下と
なってしまう。
【0019】また、金属成分100重量部に対して、2
5.0重量部越えると、導体パターン内の絶縁物が増加
してしまい、その導通抵抗が4.0mΩ/□以上とな
り、高周波対応の導体パターンにおいて不適な導体パタ
ーンとなってしまう。
【0020】また、ガラス成分中に、Ta成分を含有し
ている。このTa成分は、導体パターンのAg成分と誘
電体基板との塗れ性を向上させて、接着力を一層向上さ
せる。
【0021】尚、低融点ガラス成分に含有されるTa
が、Ta2 5 換算で、金属成分100重量部に対し
て、0.1重量部未満では、導体パターン中のAgの塗
れ性を向上させることができず、その結果、基体と導体
パターンとの接合強度が低下してしまう。また、金属成
分100重量部に対して、3.0重量部越えると、導体
パターン中に残存するガラス成分が多くなり、その導通
抵抗が大きくなる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の誘電体回路基板を
図面を用いて説明する。
【0023】図1は、本発明に係る誘電体回路基板の断
面図である。
【0024】本発明に係る回路基板10は、複数の誘電
体層1a〜1eが積層してる積層体1内に、内部導体パ
ターン2、ビアホール導体3が形成され、さらに、積層
体1の表面に表面導体パターン4が形成され、必要に応
じて電子部品5が搭載されている。
【0025】誘電体層1a〜1eは、MgO、CaO、
TiO2 、Al2 3 を主成分とする誘電体セラミック
に、低温で焼結可能なようにB2 3 、Li2 CO3な
どを含有して構成されている。尚、誘電体層1a〜1e
は、上述の誘電体材料を主成分とする誘電体グリーンシ
ートから形成される、その厚みは100〜200μmで
ある。
【0026】また、複数の誘電体層1a〜1e間には、
内部導体パターン2が配置され、所定回路網を形成して
いる。ここで、内部導体パターン2とは、所定回路網を
形成する導通パターン以外に、共振回路、フィルタを構
成するインダクタ導体、比較的容量の小さいコンデンサ
を形成する電極、グランド電位となる電極層などが例示
できる。
【0027】内部導体パターン2は、Ag系(Agを主
成分とする材料で、Ag単体またはAg−PdなどのA
g合金)の金属成分と、低融点ガラス成分とから構成さ
れている。
【0028】また、誘電体層1a〜1eの厚み方向にに
は、所定回路網を形成するためのビアホール導体3が形
成されている。このビアホール導体3によって、内部導
体パターン2どうし、内部導体パターン2と表面導体パ
ターン4とが接続されている。尚、ビアホール導体3も
内部導体パターン2と同様にAg系(Agを主成分とす
る材料で、Ag単体またはAg−PdなどのAg合金)
の導体材料から成っている。
【0029】積層体1の表面には誘電体層1aに形成さ
れたビアホール導体3と接続する表面導体パターンが形
成されている。この表面導体パターン4も、内部導体パ
ターンと同様にAg系材料を主成分とする導体材料から
構成されている。
【0030】この表面導体パターン4上には、必要に応
じて、ICチップ、チップ部品などの電子部品5が搭載
されている。
【0031】このような誘電体回路基板は次のようにし
て形成される。
【0032】まず、誘電体層1a〜1eとなる誘電体グ
リーンシートを用意する。具体的には、先ず誘電体材料
である、純度99%以上のMgTiO3 、CaTiO3
の各原料粉末と純水を24時間ボールミルにて混合した
後、該混合物を乾燥し、次いでこの乾燥物を1200℃
の温度で大気中1時間仮焼し、得られた仮焼物にB2
3 粉末およびLi2 CO3 粉末をボールミルにて24時
間混合した後、乾燥して誘電体原料粉末とし、この粉末
にアクリル系バインダ、可塑剤、トルエンを加えて40
時間ボールミルで混合し、ドクターブレード法によりグ
リーンシートを得た。
【0033】次に、誘電体グリーンシートに内部導体パ
ターン及びビアホール導体となる導体を形成する。具体
的には、誘電体グリーンシートに、ビアホール導体3の
形成位置に応じて、NCパンチ等で貫通孔を形成する。
その後、貫通孔にAg系導体材料を主成分とする導電性
ペーストを充填・乾燥して導体を形成する。続いて、内
部導体パターン2及び表面導体パターン4となる導体膜
をAg系導体材料を主成分とする導電性ペーストの印刷
・乾燥を行う。
【0034】次に、誘電体グリーンシート積層体1の積
層順序に応じて積層圧着する。
【0035】尚、この未焼成状態の積層体を形成した後
に、表面導体パターン4となる導体膜を形成してもよい
し、予め誘電体層1aとなる表面に表面導体パターン4
となる導体膜を形成しておいても構わない。
【0036】次に、上述の積層体の焼成を行う。この焼
成は脱バインダー工程と本焼成工程から成る。脱バイン
ダー工程は概ね600℃以下の温度領域であり、誘電体
グリーンシート、導体膜、導体にに含まれている有機バ
インダを焼失する過程である。
【0037】また、本焼成工程は、ピーク温度850〜
1050℃、例えば、900℃、60分ピークの焼成過
程である。これにより、5層の誘電体層1a〜1e、内
部導体パターン2、ビアホール導体3、表面導体パター
ン4は焼結反応して、積層体1が達成される。その後、
必要に応じて、電子部品5、6を搭載する。
【0038】本発明において、内部導体パターン2や表
面導体パターン4となる導体膜を形成するための導電性
ぺ一ストは、Ag系導体材料を主成分とする金属粉末
と、低融点ガラスフリット、必要に応じて所定金属酸化
物、有機ビヒクルとを均質混合して形成される。
【0039】Ag系導体材料は、平均粒径1〜3μmの
Ag粉末、Pt粉末などが例示できる。
【0040】低融点ガラス成分は、硼珪酸系ガラス粉末
が例示できる。この低融点ガラス成分には、Ta成分が
含有されている。尚、Taは、ガラス成分の一部として
含有させることもでき、また、Ta2 5 の酸化物粉末
として添加することもできる。
【0041】尚、酸化物とは、上述のTa2 5 の他
に、焼成条件を整えるBi2 3 例示できる。
【0042】ここで、低融点ガラス成分は、Agを主成
分とする金属粉末100重量部に対して1.0〜25.
0重量部の範囲で添加されている。この低融点ガラス成
分は、Q値の向上のため、ガラス成分の存在が少なくし
た結果、基体と導体との界面のガラス成分を補い、アン
カー効果により基体と導体との接合強度を高めるもので
ある。
【0043】尚、低融点ガラス成分が1.0重量部未満
では、このアンカー効果による接合強度の向上が困難で
あり、例えば、高温放置等による基体と導体の接着力の
低下を抑制することが出来ない。
【0044】また、25.0重量部越えると、導体中に
ガラス成分が過剰となり、導通抵抗が悪化する。
【0045】また、低融点ガラス成分または酸化物とし
て添加されるTaは、Agを主成分とする金属粉末10
0重量部に対して0.1〜0.3重量部の範囲で存在す
る。
【0046】Ta成分は、Ag粉末と誘電体基板との濡
れ性を向上させて、接着強度をさらに向上させるもので
ある。
【0047】尚、Taの添加量が、金属粉末100重量
部にTa2 5 換算で0.1重量部未満では、ガラスに
よるアンカーの効果が少なく高温放置等による基体と導
体の接着力の低下を抑制することができない。また、T
aの添加量がTa2 5 換算で3.0重量部よりも多く
なると導体中に残留するガラス量が多くなり導通抵抗が
大きくなる。
【0048】尚、本発明においては、導体特性に悪影響
を及ぼさない範囲でSi、Rh、V、Mo等の酸化物や
有機物を添加含有しても良く、この場合さらに接着力低
下の抑制や基板反りの低減を図ることが出来る。
【0049】このような導電性ぺーストは、例えば、A
g粉末、Pt粉末、有機ビヒクル、Taを含有するガラ
ス成分、分散剤の各原料を所定量となるように秤量し、
3本ロールで混合し、これを所定の粘度となるように有
機ビヒクルを添加し調整することにより得られる。
【0050】
【実施例】先ず、平均粒径1〜3μmのAg粉末、Pt
粉末、Taを含有するガラスフリツトの各原料粉末を表
1に示す量を秤量混合した後、得られた混合物に、ビヒ
クルとしてエチルセルロース等の有機バインダーを、ペ
ンダジオールインフレート等の有機溶剤に溶解したも
の、分散剤を各々加え、3本ロールミルで充分混合し
た。さらに、ペンダジオールインフレート等の有機溶剤
を用いて粘度を調整し、求める導電性ペーストを得た。
実施例では、Ta成分を含む2種類の低融点ガラスを用
いた。尚、ガラスAは、B2 3 −SiO2 −CaO−
Al2 3 −TaO5 からなり、夫々の比率は20B2
3 −50SiO2 −11CaO−13Al2 3 −6
TaO5 である。また、ガラスBはB2 3 −SiO2
−BaO−MgO−TaO5 からなり、夫々の比率は4
2B2 3 −22SiO2 −19BaO−5MgO−1
2TaO5 である。
【0051】
【表1】
【0052】次に基体材料を作成するにあたり、原料と
して純度99%以上のMgTiO3、CaTiO3 、B
2 3 、Li2 CO3 等ガラス成分の各原料粉末を秤量
し、該原料粉末に媒体として純水を加えて24時間、Z
rO2 ボールを用いたボールミルにて混合した後、該混
合物を乾燥し、次いで該乾燥物を大気中750℃の温度
で3時間板焼した。得られた仮焼物にアクリル酸系のバ
インダー、可塑剤等を加えてからドクターブレード法に
てグリーンシートを得た。
【0053】このグリーンシートには所定径のビアホー
ル導体3となる貫通孔をパンチングによって形成し、A
g系の導電ぺーストをこのビアホールに充填した。
【0054】また、グリーンシート上にはAg系の導電
性ぺーストを印刷し、特に表層には上記導電ペーストを
印刷し、各グリーンシートを積層一体化してから大気中
で焼成した。こうして得られた積層体の表層に露出した
表面導体パターンの導体抵抗及び150℃の高温槽に5
00時間投入した後の接着強度を調べた。
【0055】尚、導体抵抗は4.0mΩ/□以下を良品
とし、接着強度は0.5Kg以上を良好とした。結果を
表2に示す。
【0056】
【表2】
【0057】表2によれば、低融点ガラス成分の添加量
が金属成分(Ag及びPt)100重量部に対して1.
0重量部〜25重量部で、さらに、TaがTa2 5
算で0.1重量部〜3.0重量部の範囲においては、導
通抵抗(シート抵抗)が1.6〜3.9mΩ/□と4.
0mΩ/□以下となり、さらに、高温放置後であっても
接着強度が0.5Kg以上が維持できる。
【0058】また、低融点ガラスの添加量が1.0重量
部未満又はTaの含有量がTa2 5 換算で1.0重量
部未満では、試料番号1〜3のように、高温放置後の接
着強度が0.1〜0.4Kg程度となる。
【0059】特に、試料番号3のように、低融点ガラス
成分の添加量が1.0重量部であっても、Ta成分が
0.06重量部では、充分な接着強度が得られない。
【0060】また、低融点ガラスの添加量が25.0重
量部を越える又はTaの含有量がTa2 5 換算で3.
0重量部を越えると試料番号11、18のように、導通
抵抗不良が発生する。
【0061】特に、試料番号11のように、Ta成分が
1.80重量部であっても、低融点ガラス成分の添加量
が30.0重量部では、全体としてもガラス成分が多過
ぎ、、充分な接着強度が得られない。
【0062】尚、上述の実施例では、誘電体層が5層の
誘電体回路基板で説明したが、5層に限られるものでは
なく、単板状の基体の表面に表面導体パターンを同時焼
成によって焼き付けて形成したものであっても構わな
い。
【0063】また、誘電体層、誘電体膜として、Mg
O、CaO、TiO2 を主成分とする誘電体セラミック
で説明したが、同一の材料で、800〜1050℃で焼
成が可能な誘電体材料であれば上述の材料に限られるも
のではない。
【0064】
【発明の効果】本発明では、高周波用途に対応させるべ
く、基体のガラス成分を少なくしても、Agを主成分と
する導体パターンの低融点ガラス成分及びTa成分を限
定することにより、接着力に優れ、導通抵抗にも優れた
導体パターンが形成でき、高周波用途に優れた誘電体回
路基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体回路基板の断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・積層体 1a〜1e・・・誘電体層 2・・・・内部導体パターン 3・・・・ビアホール導体 4・・・・表面配線パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4E351 AA07 BB01 BB31 CC12 CC22 DD05 DD22 DD41 DD52 EE02 EE09 GG02 GG07 5E346 AA12 AA13 AA15 AA43 BB01 CC18 CC39 EE24 FF18 GG02 GG06 GG08 GG09 HH02 HH06 HH11

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の誘電体層を積層してなる積層体
    に、導体パターンを形成して成る誘電体回路基板におい
    て、 前記導体パターンは、Agを主成分とする金属成分とT
    aを含有する低融点ガラス成分とから成り、低融点ガラ
    ス成分は金属成分100重量部に対して、1.0〜2
    5.0重量部であるとともに、Ta成分がTa2 5
    算で金属成分100重量部に対して0.1〜3.0重量
    部であることを特徴とする誘電体回路基板。
JP34074798A 1998-11-30 1998-11-30 誘電体回路基板 Pending JP2000165001A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076638A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Kyocera Corp 低温焼成セラミック回路基板
JP2002290037A (ja) * 2001-03-22 2002-10-04 Kyocera Corp 回路基板の製造方法

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JP2002076638A (ja) * 2000-08-31 2002-03-15 Kyocera Corp 低温焼成セラミック回路基板
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