JP2002226259A - セラミック電子部品の基体用組成物、セラミック電子部品および積層型セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

セラミック電子部品の基体用組成物、セラミック電子部品および積層型セラミック電子部品の製造方法

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glass
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Katahito Masuko
賢仁 増子
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラスセラミック組成物を成形し焼成して得
られた基体と、この組成物と同時に焼成して得られた銀
を含む金属配線導体とを備える、セラミック電子部品に
おいて、基体が灰色化し、また、金属配線導体近傍にお
いて基体が黄色等に変色することがある。 【解決手段】 基体２と銀を含む金属配線導体３とを備
える多層セラミック基板１のようなセラミック電子部品
を焼成工程を経て製造するにあたって、焼成することに
よって基体２となる組成物として、ホウケイ酸系ガラス
粉末およびセラミック粉末だけでなく、酸化セリウム、
ビスマス、酸化ビスマス、アンチモンおよび酸化アンチ
モンから選ばれた少なくとも１種を含む添加物粉末をも
含むものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、セラミック電子
部品の基体用組成物、セラミック電子部品および積層型
セラミック電子部品の製造方法に関するもので、特に、
１０００℃以下の低温で焼結させることが可能な基体用
組成物、およびそれを用いて構成される多層セラミック
基板、厚膜ハイブリッド回路部品などのセラミック電子
部品、ならびに積層型セラミック電子部品の製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば携帯用情報端末機器やパーソナ
ルコンピュータといった種々の電子機器において、多層
セラミック基板のような積層型セラミック電子部品が用
いられている。積層型セラミック電子部品は、電子機器
の小型化および配線の高密度化を可能にするといった利
点を有している。
【０００３】積層型セラミック電子部品においては、そ
の内部に金属配線導体を備えていることから、積層型セ
ラミック電子部品に備えるセラミック基体を得るための
焼成工程において、金属配線導体も焼成条件にさらされ
るため、金属配線導体を構成する金属材料は、このよう
な同時焼成が可能なものでなければならない。
【０００４】従来、積層型セラミック電子部品におい
て、基体の材料として、一般に、アルミナが用いられて
いる。しかしながら、アルミナの焼成のためには、約１
６００℃という高温が必要であるため、これと同時に焼
成される金属配線導体のための金属材料として、たとえ
ば、タングステンやモリブデン等の高融点のものを用い
なければならない。
【０００５】しかしながら、タングステンやモリブデン
等の金属は、電気抵抗が高く、また、アルミナは誘電率
が高く、積層型セラミック電子部品が用いられる電子機
器の高周波化に十分対応できないという問題がある。
【０００６】そこで、金属配線導体において、電気抵抗
の比較的低い金、銀、銅、銀−パラジウム、銀−白金、
ニッケル、アルミニウム等の金属を用いることが望まれ
る。しかしながら、これらの金属は、融点が比較的低い
ため、基体材料は、たとえば１０００℃以下の温度で焼
成可能なものでなければならず、このような比較的低温
で焼成可能な基体材料として、たとえば、ガラスセラミ
ック材料が実用化されている。
【０００７】ガラスセラミック材料を基体材料として用
いながら、多層セラミック基板のような積層型セラミッ
ク電子部品を製造しようとする場合、通常、ガラス粉末
およびセラミック粉末を、有機ビヒクルとともに所定の
割合で十分に混合することによって、ガラスセラミック
スラリーを作製し、ドクターブレード法等によって、ガ
ラスセラミックスラリーをシート状に成形して、ガラス
セラミックグリーンシートを作製する。次いで、ガラス
セラミックグリーンシートの特定のものに対して、金属
配線導体となるべき導体膜やビアホール導体を、スクリ
ーン印刷等を適用して形成する。そして、これら複数の
ガラスセラミックグリーンシートを積層することによっ
て得られた生の積層体を、プレスした後、焼成すれば、
多層セラミック基板のような積層型セラミック電子部品
が得られる。なお、金属配線導体の一部を構成する導体
膜のうち、外表面上に位置するものについては、焼成後
において形成する場合もある。
【０００８】上述した金属配線導体のための材料として
は、前述したように、たとえば、金、銀、銅、銀−パラ
ジウム、銀−白金、ニッケル、アルミニウム等が用いら
れ、特に、比抵抗が小さく、空気中での焼成が可能であ
ることから、銀または銀系合金が、金属配線導体のため
の材料として有利に用いられている。
【０００９】
【背景技術】他方、未だ公開されていないが、１０００
℃以下の低温で焼結させることができ、また、銀または
銅などの低抵抗の金属を含む金属配線導体と同時に焼成
できる、基体用組成物として、本件出願人は、次のよう
な組成を有するガラスセラミック組成物を提案してい
る。
【００１０】このガラスセラミック組成物は、５〜１
７．５重量％のＢ2 Ｏ3 、２８〜４４重量％のＳｉ
Ｏ2 、０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 、および３６〜５０
重量％のＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよび
ＢａＯから選ばれた少なくとも１種）からなるホウケイ
酸系ガラス粉末とアルミナ粉末のようなセラミック粉末
とを含有するものである。
【００１１】このようなガラスセラミック組成物を用い
て基体を構成すれば、この基体において、高い機械的強
度および低い誘電率を実現でき、これをもって、良好な
特性かつ高い信頼性を有する、たとえば多層セラミック
基板のようなセラミック電子部品を得ることができる。
また、基体において、６．０ｐｐｍ／℃以上の熱膨張係
数を実現できるので、エポキシ樹脂等からなるマザーボ
ードとの熱膨張係数のマッチングが良好であり、高い接
続信頼性を達成することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような特定的な組成を有するガラスセラミック組成物
を用いて、セラミック電子部品を得たとき、基体は、本
来、白色となるべきものが、灰色に変色してしまうこと
がある。これは、焼成工程において、ガラスセラミック
グリーンシートに含まれていた有機バインダ中のカーボ
ンが完全に燃焼されずに基体中に残るためであると考え
られる。
【００１３】また、セラミック電子部品の金属配線導体
の近傍において、黄色等への変色が生じることがある。
これは、特に銀を含む金属をもって金属配線導体を形成
した場合に生じるもので、焼成工程において、金属配線
導体から基体中に拡散した銀が発色することによるもの
と考えられる。
【００１４】上述したように、基体が灰色に変色した
り、金属配線導体の近傍で黄色等に変色したりすること
は、得られたセラミック電子部品の電気的特性に直接影
響を及ぼすものではないが、商品によって色のばらつき
を生じさせることになり、そのため、商品価値を低下さ
せてしまう。
【００１５】そこで、この発明の目的は、上述したよう
な問題を解決し得る、セラミック電子部品の基体用組成
物、およびこの基体用組成物を用いて構成されるセラミ
ック電子部品、ならびに積層型セラミック電子部品の製
造方法を提供しようとすることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明は、５〜１７．
５重量％のＢ2 Ｏ3 、２８〜４４重量％のＳｉＯ2 、０
〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 、および３６〜５０重量％の
ＭＯ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯか
ら選ばれた少なくとも１種）からなるホウケイ酸系ガラ
ス粉末と、セラミック粉末とを含む、セラミック電子部
品の基体用組成物にまず向けられるものであって、上述
した技術的課題を解決するため、酸化セリウム、ビスマ
ス、酸化ビスマス、アンチモンおよび酸化アンチモンか
ら選ばれた少なくとも１種を含む添加物粉末をさらに含
むことを特徴としている。
【００１７】上述の添加物粉末の含有量は、ホウケイ酸
系ガラス粉末とセラミック粉末との重量の和に対して
０．００５〜５重量％であることが好ましく、０．０１
〜１重量％であることがより好ましい。
【００１８】また、添加物粉末の平均粒径は、０．１〜
２０μｍであることが好ましい。
【００１９】また、ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミッ
ク粉末との重量比は、４０：６０〜４９：５１であるこ
とが好ましい。
【００２０】また、セラミック粉末は、アルミナ粉末を
含むことが好ましい。
【００２１】この発明は、上述した基体用組成物を成形
し焼成して得られた基体と、この基体に関連して設けら
れかつ基体用組成物と同時に焼成して得られた金属配線
導体とを備える、セラミック電子部品にも向けられる。
【００２２】上述したセラミック電子部品において、基
体は積層構造を有し、このセラミック電子部品が積層型
セラミック電子部品を構成するものであってもよい。
【００２３】また、セラミック電子部品において、基体
の熱膨張係数は、好ましくは、６．０ｐｐｍ／℃以上で
ある。
【００２４】また、この発明は、金属配線導体が銀を含
むとき、特に有利に適用される。
【００２５】この発明は、また、積層型セラミック電子
部品の製造方法にも向けられる。この発明に係る積層型
セラミック電子部品の製造方法は、前述したような基体
用組成物に有機ビヒクルを加えて作製されたガラスセラ
ミックスラリーを用意する工程と、金属粉末を含む導電
性ペーストを用意する工程と、ガラスセラミックスラリ
ーを用いて形成されかつ積層された複数のガラスセラミ
ックグリーン層、およびガラスセラミックグリーン層の
特定のものに関連して導電性ペーストを付与することに
よって形成された金属配線導体を備える、生の積層体を
作製する工程と、生の積層体を焼成する工程とを備える
ことを特徴としている。
【００２６】このような積層型セラミック電子部品の製
造方法は、焼成工程においてガラスセラミックグリーン
層の主面方向での収縮が実質的に生じないようにする、
いわゆる無収縮プロセスを適用しながら実施されてもよ
い。この場合、積層型セラミック電子部品の製造方法
は、基体用組成物の焼結温度では焼結しない無機材料粉
末を含む無機材料スラリーを用意する工程をさらに備
え、前述した生の積層体を作製する工程は、ガラスセラ
ミックグリーン層の特定のものの主面に接するように、
無機材料スラリーからなる拘束層を形成する工程を備
え、前述した生の積層体を焼成する工程は、基体用組成
物が焼結するが無機材料粉末が焼結しない温度下で実施
される。
【００２７】上述した無収縮プロセスによる積層型セラ
ミック電子部品の製造方法を実施するとき、生の積層体
を作製する工程において、拘束層が、積層された複数の
ガラスセラミックグリーン層の積層方向における両端部
に位置するように形成され、生の積層体を焼成する工程
の後、拘束層を除去することが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる積層型セラミック電子部品の一例としての多層セラ
ミック基板１を図解的に示す断面図である。
【００２９】多層セラミック基板１は、後述する特定的
な組成を有する基体用組成物を成形し焼成して得られた
基体２と、基体２に関連して設けられかつ基体用組成物
と同時に焼成して得られた金属配線導体３とを備えてい
る。
【００３０】基体２は、複数のガラスセラミック層４か
らなる積層構造を有している。また、金属配線導体３と
して、ガラスセラミック層４の間の特定の界面に沿っ
て、いくつかの内部導体膜５が設けられ、特定のガラス
セラミック層４を貫通するように、いくつかのビアホー
ル導体６が設けられ、また、基体２の外表面上に、いく
つかの外部導体膜７が設けられている。
【００３１】内部導体膜５は、基体２の内部において、
ストリップライン等の配線パターンを与えたり、インダ
クタやコンデンサのような受動素子を与えたりしてい
る。また、ビアホール導体６は、ガラスセラミック層４
間の配線のための電気的経路を与えている。また、外部
導体膜７は、パッド電極を与えたり、配線パターンを与
えたりしている。
【００３２】また、基体２の外表面上であって、一方主
面上には、表面実装可能なチップ部品８および半導体チ
ップ９が搭載され、チップ部品８は、特定の外部導体膜
７に直接半田付けされ、半導体チップ９は、ボンディン
グワイヤ１０を介して特定の外部導体膜７に電気的に接
続されている。また、基体２の他方主面上には、厚膜抵
抗体１１および１２がそれぞれ形成され、特定の外部導
体膜７に電気的に接続されている。
【００３３】このような多層セラミック基板１は、たと
えば、次のようにして製造されることができる。
【００３４】まず、後述する基体用組成物に対して、溶
剤、可塑剤および有機バインダを含む有機ビヒクルを加
え、これらを混合することによって、ガラスセラミック
スラリーが作製される。
【００３５】他方、金属配線導体３としての内部導体膜
５、ビアホール導体６および外部導体膜７の形成のため
に用いられる導電性ペーストが用意される。導電性ペー
ストは、金属粉末を有機ビヒクルとともに混合し、３本
ロールミル等によって分散処理することによって得られ
る。
【００３６】上述した導電性ペーストに含まれる金属粉
末としては、電気抵抗の小さい、金、銀、銅、銀−パラ
ジウム、銀−白金、ニッケル、アルミニウム等からなる
ものが用いられるが、後述するように、銀または銀系合
金のような銀を含む金属からなる粉末が用いられると
き、この発明による効果がより顕著に発揮されることが
できる。
【００３７】次に、前述したガラスセラミックスラリー
を、ドクターブレード法等によってシート状に成形し、
ガラスセラミック層４となるべきガラスセラミックグリ
ーンシートが作製される。
【００３８】次に、ガラスセラミックグリーンシートを
所定の大きさにカットし、特定のガラスセラミックグリ
ーンシートに対してスクリーン印刷等によって前述した
導電性ペーストを付与することによって、内部導体膜
５、ビアホール導体６および外部導体膜７がそれぞれ形
成される。
【００３９】次に、このような複数のガラスセラミック
グリーンシートが積層され、圧着されることによって、
図２に示すような生の積層体１３が得られる。
【００４０】生の積層体１３において、前述したガラス
セラミックグリーンシートの積層によって与えられたガ
ラスセラミックグリーン層１４が形成されていて、この
ガラスセラミックグリーン層１４の特定のものに関連し
て、内部導体膜５、ビアホール導体６および外部導体膜
７のような金属配線導体３が設けられている。
【００４１】次に、生の積層体１３は、１０００℃以下
の温度、たとえば８００〜９００℃の温度で焼成され
る。これによって、図１に示す焼結後の基体２が得られ
る。
【００４２】この基体２に対して、抵抗ペーストをたと
えばスクリーン印刷し、再度焼成することによって、厚
膜抵抗体１１および１２が形成される。そして、チップ
部品８および半導体チップ９を基体２の外表面上に実装
することによって、図１に示す多層セラミック基板１が
完成される。
【００４３】なお、図２に示すように積層された複数の
ガラスセラミックグリーン層１４を備える生の積層体１
３を作製するにあたっては、前述したように、ガラスセ
ラミックスラリーを成形して得られたガラスセラミック
グリーンシートを積層する方法に代えて、前述したガラ
ス粉末、セラミック粉末、添加物粉末に有機ビヒクルを
加えてガラスセラミックペーストを作製し、それを厚膜
印刷法によって直接付与することにより、ガラスセラミ
ックグリーン層１４を形成するようにしてもよい。
【００４４】上述した生の積層体１３におけるガラスセ
ラミックグリーン層１４を与えるガラスセラミックスラ
リーに含まれる基体用組成物として、５〜１７．５重量
％のＢ2 Ｏ3 、２８〜４４重量％のＳｉＯ2 、０〜２０
重量％のＡｌ2 Ｏ3 、および３６〜５０重量％のＭＯ
（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選
ばれた少なくとも１種）からなるホウケイ酸系ガラス粉
末と、セラミック粉末と、酸化セリウム、ビスマス、酸
化ビスマス、アンチモンおよび酸化アンチモンから選ば
れた少なくとも１種を含む添加物粉末とを含むものが用
いられる。
【００４５】ここで、酸化セリウム、ビスマス、酸化ビ
スマス、アンチモンおよび酸化アンチモンから選ばれた
少なくとも１種を含む添加物粉末は、焼成後の基体２に
おける灰色化を防止するように作用するとともに、金属
配線導体３が銀を含む場合において、金属配線導体３近
傍での基体２の黄色等への変色を防止するように作用す
る。
【００４６】上述のように、銀（Ａｇ）が、基体２を黄
色等に変色させるのは、銀が基体２に含まれるガラス中
でコロイドになるからであると考えられている。しか
し、Ａｇコロイドが、セリウム（Ｃｅ）、アンチモン
（Ｓｂ）またはビスマス（Ｂｉ）のイオンから電子を受
け取ることにより、Ａｇイオンに変化すれば、基体２の
変色を防止することができると推測される。
【００４７】このことを化学式で説明すると、以下のよ
うになる。
【００４８】１．変色する場合には、次のような現象が
生じるものと推測される。
【００４９】 金属配線導体中のＡｇが電子を放出
し、一旦、Ａｇイオンになり基体中に拡散する。すなわ
ち、 Ａｇ→Ａｇ+ （イオン）＋ｅ- （電子） Ａｇイオンがガラス中の電子を受け取り、Ａｇ電子
に還元され、それが凝集してＡｇコロイドとなり、黄色
等に変色する。すなわち、 Ａｇ+ ＋ｅ- →Ａｇ（原子）→Ａｇ（コロイド）…黄色
等への変色 ２．酸化セリウム、ビスマス、酸化ビスマス、アンチモ
ンおよび酸化アンチモンから選ばれた少なくとも１種を
含む粉末を含むことにより、変色が防止される場合に
は、次のような現象が生じるものと推測される。
【００５０】 酸化セリウム、酸化ビスマスまたはア
ンチモンがガラスに溶け、セリウムイオン、ビスマスイ
オンまたはアンチモンイオンになる。すなわち、 ＣｅＯ2 →Ｃｅ4+＋４ｅ- Ｂｉ2 Ｏ3 →Ｂｉ3+＋３ｅ- Ｓｂ →Ｓｂ3+＋３ｅ- セリウムイオン、ビスマスイオンまたはアンチモン
イオンの還元反応とＡｇコロイドの酸化反応とが同時に
起こり、Ａｇコロイドは電子を放出してイオンになり、
黄色いコロイドの色が消える。このとき、セリウム、ビ
スマスおよびアンチモンの各イオンは、Ａｇコロイドの
放出した電子を受け取り還元されるため、この反応系に
おいて電気的中性が保たれる。すなわち、 Ａｇ（コロイド）＋Ｃｅ4+→Ａｇ+ ＋Ｃｅ3+ ３Ａｇ（コロイド）＋Ｂｉ3+→３Ａｇ+ ＋Ｂｉ ３Ａｇ（コロイド）＋Ｓｂ3+→３Ａｇ+ ＋Ｓｂ ＢｉおよびＳｂについては、最初、５価のイオンにな
り、その後、３価になるということも考えられる。すな
わち、 ２Ａｇ（コロイド）＋Ｂｉ5+→２Ａｇ+ ＋Ｂｉ3+ ２Ａｇ（コロイド）＋Ｓｂ5+→２Ａｇ+ ＋Ｓｂ3+ 上述の添加物粉末の含有量は、ホウケイ酸系ガラス粉末
とセラミック粉末との重量の和に対して０．００５〜５
重量％であることが好ましい。添加物粉末の含有量が
０．００５重量％未満であると、上述のような灰色化の
防止および黄色等への変色の防止に対して、それほど効
果を発揮し得ないことがある。他方、添加物粉末の含有
量が５重量％を超えると、基体２の密度が低くなり、焼
結性が悪くなることがあり、その結果、金属配線導体３
に含まれる金属のマイグレーションが発生するなど、得
られた多層セラミック基板１の信頼性が低下するという
問題に遭遇することがある。
【００５１】また、添加物粉末の含有量は、ホウケイ酸
系ガラス粉末とセラミック粉末との重量の和に対して
０．０１〜１重量％であることがより好ましい。添加物
粉末の含有量をこのように限定することにより、上述し
た効果を維持しながら、得られた基体２の抗折強度を、
添加物粉末を含有しない場合に比べて高くすることがで
きる。
【００５２】添加物粉末の平均粒径は、０．１〜２０μ
ｍであることが好ましい。この平均粒径が２０μｍを超
えると、焼成工程において、添加物粉末はガラス成分と
反応せずに巨大粒子として残ってしまい、得られた基体
２の機械的特性や信頼性に悪影響を与えてしまうことが
ある。他方、平均粒径が０．１μｍ未満になると、添加
物の取り扱いが困難になり、実用に適さない。
【００５３】このような基体用組成物において、前述し
たように、ホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末のよ
うなセラミック粉末を含むが、ホウケイ酸系ガラスは、
前述したような特定的な組成とすることにより、焼成工
程において結晶化しやすく、焼結助剤として働き、この
基体用組成物が１０００℃以下の低温で焼結することを
可能にする。
【００５４】この場合、ホウケイ酸系ガラス粉末とセラ
ミック粉末との重量比は、４０：６０〜４９：５１であ
ることが好ましい。このように、ホウケイ酸系ガラス粉
末の含有量をセラミック粉末の含有量より少なくするこ
とによって、焼結後の基体２における結晶質の割合を高
くして、高い機械的強度かつ６．０ｐｐｍ／℃以上の高
い熱膨張係数を有し、低損失なものとすることができ
る。
【００５５】また、焼成中のガラスの結晶化は、基体２
中に歪みを発生させ、焼結後の基体２の反りや割れの原
因となることもあるが、上述したように、ホウケイ酸系
ガラス粉末の含有量を４９重量％以下とし、セラミック
粉末の含有量より少なくしているため、焼成中のガラス
の結晶化に起因する基体２の反りや割れを生じにくくす
ることができる。
【００５６】他方、ホウケイ酸系ガラス粉末は、焼成過
程で起こる軟化・粘性流動により、前述したように、基
体用組成物を１０００℃以下で焼結可能とするための焼
結助剤として働く。この焼結助剤としての機能を確実に
働かせるためには、ホウケイ酸系ガラス粉末の含有量
は、前述したように、４０重量％以上であることが好ま
しい。
【００５７】また、上述したように軟化・粘性流動した
ガラス成分からは、容易にウォラストナイト、アノーサ
イトなどの結晶相が析出するため、焼結後の基体２の機
械的強度を高め、かつ低損失にすることができる。
【００５８】ホウケイ酸系ガラス粉末の構成成分は、ガ
ラス網目形成酸化物であるＢ2 Ｏ3およびＳｉＯ2 、ガ
ラス網目修飾酸化物であるＭＯ（ただし、ＭＯは、Ｃａ
Ｏ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１
種）、ならびに網目修飾酸化物と協働して網目形成能を
発現するガラス網目中間酸化物であるＡｌ2 Ｏ3 からな
る。これら酸化物は、当該基体用組成物を１０００℃以
下で焼結可能とするための焼結助剤として働き、かつ焼
結過程で結晶相を析出させやすいように、その割合が調
整される。
【００５９】より具体的には、ガラス網目形成酸化物で
あるＢ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 のうち、Ｂ2 Ｏ3 は軟化温
度を下げて粘性流動を促進するための酸化物であり、そ
の含有量は、前述したように、５〜１７．５重量％に選
ばれる。５重量％より少ないと、ガラスの軟化・流動性
が悪くなり、１７．５重量％より多くなると、ガラスの
耐水性が十分でなく、高温・多湿等の環境下で使用する
と、基体２の変質を生じるおそれがあるとともに、ガラ
ス自体のＱ値が低くなるので、得られた多層セラミック
基板１のＱ値も低くなる傾向がある。
【００６０】また、ガラス網目形成酸化物のうち、Ｓｉ
Ｏ2 は、前述したように、２８〜４４重量％の含有率に
選ばれる。ＳｉＯ2 が２８重量％より少ないと、残存す
るガラス自体の誘電率が高くなり、低誘電率の基体２を
得ることができない。他方、４４重量％より多くなる
と、ガラスの軟化・流動性が悪くなり、当該基体用組成
物を１０００℃以下で焼結させることができず、また、
ガラスの結晶化も阻害されて、高機械的強度かつ低損失
といった特性を実現できなくなるとともに、基体２の熱
膨張係数が低くなる。
【００６１】ガラス網目中間酸化物であるＡｌ2 Ｏ
3 は、前述したように、０〜２０重量％の含有量に選ば
れる。Ａｌ2 Ｏ3 は、ガラス中間酸化物として働き、ガ
ラス構造を安定化させる成分であるが、２０重量％を超
えると、ガラスの軟化・流動性が悪くなり、当該基体用
組成物を１０００℃以下で焼結させることができず、ガ
ラスの結晶化も阻害されて、高機械的強度かつ低損失と
いった特性を実現できなくなる。
【００６２】ガラス網目修飾酸化物であるＭＯは、ガラ
スの軟化・流動性を促進する成分であり、その含有量
は、前述したように、３６〜５０重量％に選ばれる。Ｍ
Ｏが３６重量％より少ないと、ガラスの軟化・流動性が
悪く、また、得られた基体２の熱膨張係数が低くなる。
他方、ＭＯが５０重量％を越えると、ガラス構造が不安
定となって、品質の安定したガラスが得られなくなる。
【００６３】以上のような組成を有するガラスの作製に
おいて、軟化・流動性をより促進させたい場合は、Ｌｉ
2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、およびＮａ2 Ｏから選ばれた少なくとも
１種のアルカリ金属の酸化物を、上述したような、Ｂ2
Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3およびＭＯの合計量１００
重量部に対して５重量部以下の含有量をもって含有させ
てもよい。なお、これらアルカリ金属の酸化物の含有量
が５重量部を超えると、ガラスの電気絶縁性が低下する
ため、焼結後の基体２の絶縁抵抗が低下してしまい、ま
た、基体２の熱膨張係数も低くなる。
【００６４】また、焼成過程でのガラスの結晶化をより
促進して、得られたセラミック基板の高機械的強度化や
低損失化を進めるため、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ
3 、ＣａＦ2 、およびＣｕＯから選ばれた少なくとも１
種の化合物を、前述したＢ2Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ
3 およびＭＯの合計量１００重量部に対して５重量部以
下の含有量をもって含有させてもよい。なお、これらの
化合物の含有量が５重量部を超えると、ガラスの誘電率
が高くなるため、焼結後の基体２の誘電率が高くなりす
ぎる、という問題がある。
【００６５】図３は、この発明の他の実施形態を説明す
るためのもので、図１に示した多層セラミック基板１を
製造するために作製される生の積層体１３の焼成工程で
の状態を示している。図３において、図２に示した要素
に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説
明は省略する。
【００６６】図３を参照して、拘束層１５が、生の積層
体１３におけるガラスセラミックグリーン層１４の特定
のものの主面に接するように形成されている。この実施
形態では、拘束層１５は、積層された複数のガラスセラ
ミックグリーン層１４の積層方向における両端部に位置
するように形成されている。
【００６７】図３に示すような拘束層１５によって挟ま
れた生の積層体１３からなる複合構造物１６を得るた
め、前述した基体用組成物の焼結温度では焼結しない、
たとえばアルミナ粉末のような無機材料粉末が用意さ
れ、この無機材料粉末に有機ビヒクルを加えることによ
って、無機材料スラリーが作製される。そして、この無
機材料スラリーをもって、拘束層１５が形成され、その
後、複合構造物１６全体が積層方向にプレスされる。
【００６８】拘束層１５の形成のため、無機材料スラリ
ーからなる無機材料グリーンシートを作製し、これを生
の積層体１３に対して積層するようにしても、あるい
は、無機材料スラリーを生の積層体１３上に、直接付与
するようにしてもよい。
【００６９】上述のような複合構造物１６は、ガラスセ
ラミックグリーン層１４に含まれる基体用組成物が焼結
するが拘束層１５に含まれる無機材料粉末が焼結しない
温度下で焼成される。
【００７０】この焼成工程において、拘束層１５に含ま
れる無機材料粉末は実質的に焼結しないため、拘束層１
５においては、実質的な収縮が生じない。そのため、拘
束層１５が生の積層体１３を拘束し、それによって、生
の積層体１３は、厚み方向にのみ実質的に収縮するが、
主面方向での収縮が抑制される。その結果、焼結後の基
体２において不均一な変形がもたらされにくくなる。
【００７１】拘束層１５は、上述の焼成工程の後、除去
される。
【００７２】なお、拘束層を用いたいわゆる無収縮プロ
セスによる多層セラミック基板のような積層型セラミッ
ク電子部品の製造方法において、拘束層は、得られた積
層型セラミック電子部品の基体を構成するガラスセラミ
ック層の間の界面に沿って設けられるようにしてもよ
い。この場合には、拘束層は、製品としての積層型セラ
ミック電子部品に残されることになる。
【００７３】次に、この発明による効果を確認するため
に実施した実験例について説明する。
【００７４】
【実験例】（実験例１）まず、Ｂ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ａ
ｌ2 Ｏ3 およびＣａＯを所定の割合で混合し、白金るつ
ぼ中で溶融した後、急冷して得られたガラス片をボール
ミルによって粉砕することにより、ホウケイ酸系ガラス
粉末を得た。
【００７５】次いで、上述のホウケイ酸系ガラス粉末
と、アルミナ粉末と、平均粒径０．１μｍの酸化セリウ
ム粉末とを、表１に示すような添加量をもって混合し、
この混合物に、溶剤、有機バインダおよび可塑剤を加え
て十分に混合することによって、ガラスセラミックスラ
リーを得た。そして、このガラスセラミックスラリーに
対してドクターブレード法を適用することによって、ガ
ラスセラミックグリーンシートを作製した。
【００７６】なお、表１において、「ガラス添加量」お
よび「アルミナ添加量」については、これらの間での添
加比率が「重量％」の単位をもって示され、「酸化セリ
ウム添加量」については、「ガラス添加量」と「アルミ
ナ添加量」との重量の和に対する添加量が「重量％」の
単位をもって示されている。
【００７７】他方、銀粉末、溶剤および有機バインダを
所定の割合で混合し、この混合物を３本ロールミルによ
って分散処理することにより、銀ペーストを得た。
【００７８】次に、ガラスセラミックグリーンシート上
に、銀ペーストをスクリーン印刷して、所定のパターン
の導体膜を形成した後、これらガラスセラミックグリー
ンシートを複数枚積層し、圧着することによって、生の
積層体を得た。
【００７９】次に、生の積層体を、所定の温度プロファ
イルにて大気中で焼成して、試料となる多層セラミック
基板を得た。
【００８０】このようにして得られた多層セラミック基
板について、基体全体の色および導体膜近傍の変色の有
無を観察した。また、基体の密度、抗折強度、誘電率お
よびＱ値をそれぞれ測定した。さらに、１２０℃および
９５％ＲＨの高温高湿槽において、５０Ｖの電圧を１０
０時間印加したときの絶縁抵抗を測定し、１０11Ω以上
の絶縁抵抗を示したものについて絶縁信頼性が良好
（「○」）であると判定した。
【００８１】これらの観察、測定および判定結果が表１
に示されている。
【００８２】
【表１】
【００８３】表１を参照して、試料２〜１２のように、
酸化セリウムを添加すれば、その添加量が０．００５重
量％というように微量であっても、基体全体の色が白色
になり、また、導体膜近傍での銀による変色は見られな
かった。
【００８４】これに対して、試料１のように、酸化セリ
ウムを全く添加しない場合には、基体が灰色になり、ま
た、導体膜近傍において黄色への変色が生じていた。
【００８５】また、試料３〜５、９および１０のよう
に、酸化セリウムの添加量が、ホウケイ酸系ガラスおよ
びセラミックの各添加量の和に対して０．０１〜１重量
％であると、酸化セリウム粉末を含有しない試料１に比
べて、基体の抗折強度を向上させることができた。
【００８６】なお、試料７のように、酸化セリウムの添
加量が１０重量％というように、５重量％を超えると、
基体の密度が３．００ｇ／ｃｍ3 未満となった。これ
は、焼結性が低下したためであり、その結果、絶縁信頼
性において不良となった。
【００８７】これに対して、試料２〜６のように、酸化
セリウムの添加量が５重量％以下であれば、基体の密度
が３．００ｇ／ｃｍ3 以上となり、また、絶縁信頼性も
良好であった。
【００８８】また、試料８のように、ガラス添加量が３
５重量％というように４０重量％未満になると、基体が
焼結しなかった。また、試料１０および１２のように、
ガラス添加量がそれぞれ５０重量％および５５重量％と
いうように４９重量％を超えると、基体に反りが発生し
た。
【００８９】これらに対して、試料２〜６、９および１
０のように、ガラス添加量が４０〜４９重量％の範囲で
あれば、基体が十分に焼結するとともに、反りが発生し
なかった。
【００９０】（実験例２）この実験例２では、表２に示
すように、添加した酸化セリウム粉末の添加量だけでな
く、平均粒径を変え、上述した実験例１の場合と同様の
操作を経て、試料となる多層セラミック基板を作製し、
得られた多層セラミック基板について、基体の色、導体
膜近傍の変色の有無、抗折強度および絶縁信頼性を評価
した。
【００９１】なお、各試料についての「ガラス添加量」
および「アルミナ添加量」については、表１に示した試
料４と同様、４５：５５とし、表２には、表１に示した
試料４が繰り返し示されている。
【００９２】
【表２】
【００９３】表２を参照して、試料４および１３のよう
に、酸化セリウムの平均粒径が０．１〜２０μｍであれ
ば、基体の灰色化や導体膜近傍での変色が観察されず、
抗折強度および絶縁信頼性についても良好な結果が得ら
れた。
【００９４】これに対して、試料１４のように、酸化セ
リウムの平均粒径が３５μｍというように２０μｍを超
えると、抗折強度および絶縁信頼性について良好な結果
が得られなかった。また、試料１５のように、酸化セリ
ウムの平均粒径が３５μｍというように２０μｍを超え
るとともに、酸化セリウムの添加量が０．０１重量％と
少ない場合には、抗折強度および絶縁信頼性について劣
るのみならず、基体の灰色化や導体膜近傍での変色が生
じ、酸化セリウムによる効果が十分に発揮されなかっ
た。
【００９５】（実験例３）この実験例３では、実験例１
において添加物粉末として用いた酸化セリウム粉末に代
えて、酸化ビスマス粉末、ビスマス粉末、酸化アンチモ
ン粉末およびアンチモン粉末をそれぞれ用いた。
【００９６】まず、実験例１の場合と同様の操作を経
て、ホウケイ酸ガラス粉末を得た。
【００９７】次いで、ホウケイ酸ガラス粉末とアルミナ
粉末とを、前者が４５重量％および後者が５５重量％と
なるように混合するとともに、平均粒径０．１μｍの酸
化ビスマス、ビスマス、酸化アンチモンおよびアンチモ
ンの各粉末を、表３に示すような添加量（表３には、ガ
ラス粉末とアルミナ粉末との重量の和に対する比率が重
量％で示されている。）をもって混合し、この混合物に
対して、実験例１の場合と同様の操作を実施して、ガラ
スセラミックグリーンシートを作製した。
【００９８】なお、表３には、表１に示した試料５が繰
り返し示されている。表３に示した試料のすべてについ
て、「１００ｇ当たりの添加物のモル数」が０．００５
８となるように、添加物粉末の添加量が選ばれている。
【００９９】その後、実験例１の場合と同様の操作を実
施して、銀ペーストを作製し、生の積層体を作製し、次
いで、試料となる多層セラミック基板を作製した。
【０１００】また、得られた多層セラミック基板につい
て、実験例１の場合と同様の評価を行なった。
【０１０１】これらの評価結果が表３に示されている。
【０１０２】
【表３】
【０１０３】表３から、添加物粉末として、試料５にお
いて用いた酸化セリウム粉末に代えて、試料１６、１
７、１８および１９のように、それぞれ、酸化ビスマス
粉末、ビスマス粉末、酸化アンチモン粉末およびアンチ
モン粉末のいずれを用いても、試料５における酸化セリ
ウム粉末の添加量と等モル量だけ添加すれば、試料５の
場合と同様、基体の灰色化や導体膜近傍での変色が見ら
れず、また、基体の密度、抗折強度、誘電率、Ｑ値およ
び絶縁信頼性についても、良好な結果が得られることが
わかる。
【０１０４】（実験例４）この実験例４では、表４に示
すように、実験例３において添加した酸化ビスマス粉
末、ビスマス粉末、酸化アンチモン粉末およびアンチモ
ン粉末の各々の平均粒径を変え、上述した実験例３の場
合と同様の操作を経て、試料となる多層セラミック基板
を作製し、得られた多層セラミック基板について、基体
の色、導体膜近傍の変色の有無、抗折強度および絶縁信
頼性を評価した。
【０１０５】なお、表４には、表３に示した試料１６、
１７、１８および１９が繰り返し示されている。これら
試料１６〜１９を含む表４に示したすべての試料、すな
わち試料１６〜２７では、ガラス粉末とアルミナ粉末と
が重量比で４５：５０の割合で混合され、添加物粉末
は、ガラス粉末およびセラミック粉末の合計１００ｇに
対して、０．００５８モルとなるように添加した。
【０１０６】
【表４】
【０１０７】表４を参照して、試料１６〜２３のよう
に、酸化ビスマス、ビスマス、酸化アンチモンおよびア
ンチモンの各粉末の平均粒径が０．１〜２０μｍであれ
ば、表２に示した酸化セリウム粉末の場合と同様、基体
の灰色化や導体膜近傍での変色が観察されず、また、抗
折強度および絶縁信頼性についても良好な結果が得られ
た。
【０１０８】これに対して、試料２４〜２７のように、
酸化ビスマス、ビスマス、酸化アンチモンおよびアンチ
モンの各粉末の平均粒径が３５μｍというように２０μ
ｍを超えると、抗折強度および絶縁信頼性について劣る
のみならず、基体の灰色化や導体膜近傍での変色が生
じ、酸化ビスマス、ビスマス、酸化アンチモンまたはア
ンチモンによる効果が十分に発揮されなかった。
【０１０９】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、セラ
ミック電子部品の基体用組成物において、５〜１７．５
重量％のＢ2 Ｏ3 、２８〜４４重量％のＳｉＯ2 、０〜
２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 、および３６〜５０重量％のＭ
Ｏ（ただし、ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから
選ばれた少なくとも１種）からなるホウケイ酸系ガラス
粉末と、セラミック粉末とを含むとともに、酸化セリウ
ム、ビスマス、酸化ビスマス、アンチモンおよび酸化ア
ンチモンから選ばれた少なくとも１種を含む添加物粉末
を含んでいるので、この基体用組成物を用いてセラミッ
ク電子部品のための基体を構成すれば、基体が灰色化す
ることを防止できるとともに、この基体が銀を含む金属
配線導体と同時焼成されても、金属配線導体の近傍にお
いて基体が黄色等に変色することを防止することができ
る。したがって、得られたセラミック電子部品の商品価
値がこのような変色によって低下するといった問題を回
避することができる。
【０１１０】上述した酸化セリウム粉末、ビスマス粉
末、酸化ビスマス粉末、アンチモン粉末および酸化アン
チモン粉末のうち、環境面を考慮すると、特に酸化セリ
ウム粉末を用いることが好ましい。
【０１１１】この発明に係る基体用組成物において、添
加物粉末の含有量を、ホウケイ酸ガラス粉末とセラミッ
ク粉末との重量の和に対して０．００５〜５重量％とす
れば、焼結後の基体の密度が低くなったり、焼結性が低
下したりするといった問題を確実に防止しながら、上述
した基体の灰色化や金属配線導体近傍での変色の防止の
効果を確実に発揮させることができる。
【０１１２】また、添加物粉末の含有量が、ホウケイ酸
系ガラス粉末と、セラミック粉末との重量の和に対して
０．０１〜１重量％であると、添加物粉末を含有しない
場合に比べて、基体の抗折強度を向上させることができ
る。
【０１１３】また、添加物粉末の平均粒径を、０．１〜
２０μｍとすると、添加物粉末の取り扱いが困難になる
という問題や、添加物粉末が得られた基体の機械的特性
や信頼性に悪影響を及ぼしてしまうという問題を確実に
生じないようにすることができる。
【０１１４】また、ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミッ
ク粉末との重量比を、４０：６０〜４９：５１に選ぶこ
とにより、ホウケイ酸系ガラス粉末による焼結助剤とし
ての効果を十分に発揮させることができるとともに、ガ
ラスの結晶化に伴う基体内の歪みの影響によって、基体
に反りや割れが生じることを確実に防止することができ
る。
【０１１５】この発明に係る積層型セラミック電子部品
の製造方法において、基体用組成物の焼結温度では焼結
しない無機材料粉末を含む拘束層を、ガラスセラミック
グリーン層の特定のものの主面に接するように形成し、
焼成工程を、基体用組成物が焼結するが無機材料粉末が
焼結しない温度下で実施するようにすれば、ガラスセラ
ミックグリーン層の主面方向での収縮が抑制されるの
で、得られた積層型セラミック電子部品において不所望
な変形や歪み等を生じにくくすることができ、積層型セ
ラミック電子部品における金属配線導体の高密度化を問
題なく図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるセラミック電子部
品の一例としての多層セラミック基板１を図解的に示す
断面図である。
【図２】図１に示した多層セラミック基板１を得るため
に作製される生の積層体１３を図解的に示す断面図であ
る。
【図３】この発明の他の実施形態を説明するためのもの
で、図１に示した多層セラミック基板１を得るために作
製される生の積層体１３の焼成工程における状態を図解
的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 多層セラミック基板 ２ 基体 ３ 金属配線導体 ４ ガラスセラミック層 ５ 内部導体膜 ６ ビアホール導体 ７ 外部導体膜 １３ 生の積層体 １４ ガラスセラミックグリーン層 １５ 拘束層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G030 AA08 AA10 AA14 AA35 AA36 AA37 AA42 AA43 AA61 BA12 BA21 5E346 AA12 AA15 AA24 AA38 BB01 CC18 CC32 CC34 CC37 CC38 CC39 DD02 DD34 EE24 EE25 EE29 FF18 GG03 GG08 GG09 HH11 HH40

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ５〜１７．５重量％のＢ2 Ｏ3 、２８〜
    ４４重量％のＳｉＯ 2 、０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 、
    および３６〜５０重量％のＭＯ（ただし、ＭＯは、Ｃａ
    Ｏ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）
    からなるホウケイ酸系ガラス粉末と、セラミック粉末
    と、酸化セリウム、ビスマス、酸化ビスマス、アンチモ
    ンおよび酸化アンチモンから選ばれた少なくとも１種を
    含む添加物粉末とを含む、セラミック電子部品の基体用
    組成物。
  2. 【請求項２】 前記添加物粉末の含有量が、前記ホウケ
    イ酸系ガラス粉末と前記セラミック粉末との重量の和に
    対して０．００５〜５重量％である、請求項１に記載の
    基体用組成物。
  3. 【請求項３】 前記添加物粉末の含有量が、前記ホウケ
    イ酸系ガラス粉末と前記セラミック粉末との重量の和に
    対して０．０１〜１重量％である、請求項１に記載の基
    体用組成物。
  4. 【請求項４】 前記添加物粉末の平均粒径が、０．１〜
    ２０μｍである、請求項１ないし３のいずれかに記載の
    基体用組成物。
  5. 【請求項５】 前記ホウケイ酸系ガラス粉末と前記セラ
    ミック粉末との重量比が、４０：６０〜４９：５１であ
    る、請求項１ないし４のいずれかに記載の基体用組成
    物。
  6. 【請求項６】 前記セラミック粉末はアルミナ粉末を含
    む、請求項１ないし５のいずれかに記載の基体用組成
    物。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の基
    体用組成物を成形し焼成して得られた基体と、前記基体
    に関連して設けられかつ前記基体用組成物と同時に焼成
    して得られた金属配線導体とを備える、セラミック電子
    部品。
  8. 【請求項８】 前記基体は積層構造を有し、積層型セラ
    ミック電子部品を構成する、請求項７に記載のセラミッ
    ク電子部品。
  9. 【請求項９】 前記基体の熱膨張係数が６．０ｐｐｍ／
    ℃以上である、請求項７または８に記載のセラミック電
    子部品。
  10. 【請求項１０】 前記金属配線導体は銀を含む、請求項
    ７ないし９のいずれかに記載のセラミック電子部品。
  11. 【請求項１１】 請求項１ないし６のいずれかに記載の
    基体用組成物に有機ビヒクルを加えて作製されたガラス
    セラミックスラリーを用意する工程と、 金属粉末を含む導電性ペーストを用意する工程と、 前記ガラスセラミックスラリーを用いて形成されかつ積
    層された複数のガラスセラミックグリーン層、および前
    記ガラスセラミックグリーン層の特定のものに関連して
    前記導電性ペーストを付与することによって形成された
    金属配線導体を備える、生の積層体を作製する工程と、 前記生の積層体を焼成する工程とを備える、積層型セラ
    ミック電子部品の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記基体用組成物の焼結温度では焼結
    しない無機材料粉末を含む無機材料スラリーを用意する
    工程をさらに備え、 前記生の積層体を作製する工程は、前記ガラスセラミッ
    クグリーン層の特定のものの主面に接するように、前記
    無機材料スラリーからなる拘束層を形成する工程を備
    え、 前記生の積層体を焼成する工程は、前記基体用組成物が
    焼結するが前記無機材料粉末が焼結しない温度下で実施
    される、請求項１１に記載の積層型セラミック電子部品
    の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記生の積層体を作製する工程におい
    て、前記拘束層は、積層された複数の前記ガラスセラミ
    ックグリーン層の積層方向における両端部に位置するよ
    うに形成され、前記生の積層体を焼成する工程の後、前
    記拘束層を除去する工程をさらに備える、請求項１２に
    記載の積層型セラミック電子部品の製造方法。
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