JP2005159126A - Glass ceramic wiring board incorporated with capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層の内部に容量素子(コンデンサ)を内蔵したコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板に関するものである。 The present invention relates to a glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor in which a capacitive element (capacitor) is built in an insulating layer made of a glass ceramic sintered body.
従来、携帯電子機器や携帯用情報端末等の分野では、半導体素子を実装した配線基板と共に、受動部品として抵抗体、コンデンサ、インダクタ等をプリント回路基板等の配線基板上に実装したモジュール基板が用いられてきた。 Conventionally, in the fields of portable electronic devices and portable information terminals, module boards in which resistors, capacitors, inductors, etc. are mounted as passive components on a wiring board such as a printed circuit board are used together with wiring boards on which semiconductor elements are mounted. Has been.
しかし、近年、このような携帯電子機器や携帯用情報端末等に用いられる部品の小型化、複合化、高性能化が強く求められており、半導体素子を実装する配線基板の内部に受動部品に相当する機能を有する電子回路素子を内蔵させて、半導体素子と受動部品とを高密度に実装するという集積化の流れが進んでいる。これらの受動部品を配線基板の内部に取り込むことは、配線基板の表面に受動部品の実装スペースを確保する必要をなくし、また設計の自由度も増すため、配線基板の小型化に寄与できることとなる。 However, in recent years, there has been a strong demand for downsizing, compounding, and high performance of components used in such portable electronic devices and portable information terminals, and as a passive component inside a wiring board on which a semiconductor element is mounted. There is an increasing trend of integration in which electronic circuit elements having corresponding functions are incorporated and semiconductor elements and passive components are mounted at high density. Incorporating these passive components into the wiring board eliminates the need for securing a mounting space for the passive components on the surface of the wiring board and increases the degree of freedom in design, thereby contributing to the miniaturization of the wiring board. .
コンデンサを内蔵したガラスセラミック配線基板を形成する場合、絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートに誘電体ペーストを部分的に塗布して静電容量形成用の誘電体層を形成し、その後、静電容量形成用の電極となる所望の導体パターンを形成したガラスセラミックグリーンシートと、上記の誘電体層を形成したガラスセラミックグリーンシートとを積層して、ガラスセラミック積層体と同時焼成することで形成する方法が採用されている。
しかしながら、ガラスセラミック積層体の内部に電極層と誘電体層とを形成して同時焼成した場合、誘電体層の成分がガラスセラミック積層体および電極層に相互拡散して、誘電体層の焼結性が阻害されることがあった。また、誘電体層とガラスセラミック積層体と電極層との焼成収縮差によって、焼成後に、ガラスセラミック積層体と電極層との層間に剥離やクラックが発生することがあった。このため、ガラスセラミック配線基板の内部に形成したコンデンサの電気的な容量値が低下したり容量値のバラツキが大きくなるという問題点があった。 However, when an electrode layer and a dielectric layer are formed inside the glass ceramic laminate and fired at the same time, the components of the dielectric layer diffuse into the glass ceramic laminate and the electrode layer, and the dielectric layer is sintered. Sex was sometimes inhibited. Further, due to the firing shrinkage difference between the dielectric layer, the glass ceramic laminate, and the electrode layer, peeling or cracking may occur between the layers of the glass ceramic laminate and the electrode layer after firing. For this reason, there has been a problem that the electric capacitance value of the capacitor formed inside the glass ceramic wiring substrate is lowered or the variation of the capacitance value is increased.
本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、誘電体層とガラスセラミック積層体および電極層との相互拡散を抑制し、さらに、それぞれの層間の剥離やクラックの発生を抑制し、ガラスセラミック配線基板内に形成したコンデンサの容量の低下を防ぎ、またそのバラツキを抑制するコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板を提供することにある。 The present invention has been completed in view of the above problems, and its purpose is to suppress interdiffusion between the dielectric layer, the glass-ceramic laminate and the electrode layer, and further, the occurrence of delamination and cracks between the respective layers. It is an object of the present invention to provide a glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor that suppresses the above, prevents a decrease in capacitance of a capacitor formed in the glass-ceramic wiring board, and suppresses the variation.
本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板は、ガラスセラミックスから成る絶縁基板の内部に、一対の電極層がチタン酸バリウムから成る誘電体層を挟んで対向配置されて成るコンデンサが内蔵されており、前記電極層は、前記誘電体層側に配置されたCu粉末の焼結体から成る第1の電極層と、前記ガラスセラミックス側に配置されたCu粉末とガラス粉末との焼結体から成る第2の電極層との2層構造であることを特徴とするものである。 The glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention has a built-in capacitor in which a pair of electrode layers are opposed to each other with a dielectric layer made of barium titanate sandwiched inside an insulating substrate made of glass ceramics. The electrode layer includes a first electrode layer made of a sintered body of Cu powder arranged on the dielectric layer side, and a second electrode made of a sintered body of Cu powder and glass powder arranged on the glass ceramic side. The electrode layer has a two-layer structure.
本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板は、上記構成において好ましくは、前記第1の電極層は、積算50%粒径が0.8〜1.2μmで積算10%粒径が0.5μm以上の球状のCu粉末の焼結体から成り、前記第2の電極層は、100質量部のCu粉末と0.1〜10質量部のガラス粉末との焼結体から成ることを特徴とするものである。 The glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention is preferably configured as described above, and the first electrode layer has an integrated 50% particle size of 0.8 to 1.2 μm and an integrated 10% particle size of 0.5 μm or more. The second electrode layer is formed of a sintered body of 100 parts by mass of Cu powder and 0.1 to 10 parts by mass of glass powder. is there.
本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板は、ガラスセラミックスから成る絶縁基板の内部に、一対の電極層がチタン酸バリウムから成る誘電体層を挟んで対向配置されて成るコンデンサが内蔵されており、電極層は、誘電体層側に配置されたCu粉末の焼結体から成る第1の電極層と、ガラスセラミックス側に配置されたCu粉末とガラス粉末との焼結体から成る第2の電極層との2層構造であることから、第1の電極層がチタン酸バリウムから成る誘電体層の成分の相互拡散を抑制することができるとともに、第2の電極層がガラスセラミックスとの接合性を強固なものとして層間の剥離やクラックの発生を抑制することができる。 The glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention has a built-in capacitor in which a pair of electrode layers are opposed to each other with a dielectric layer made of barium titanate sandwiched inside an insulating substrate made of glass ceramics. The layer includes a first electrode layer made of a sintered body of Cu powder arranged on the dielectric layer side, and a second electrode layer made of a sintered body of Cu powder and glass powder arranged on the glass ceramic side. Therefore, the first electrode layer can suppress the mutual diffusion of the components of the dielectric layer made of barium titanate, and the second electrode layer has a bonding property with the glass ceramic. As a strong material, it is possible to suppress delamination between layers and generation of cracks.
本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板は、好ましくは、第1の電極層は、積算50%粒径が0.8〜1.2μmで積算10%粒径が0.5μm以上の球状のCu粉末の焼結体から成り、第2の電極層は、100質量部のCu粉末と0.1〜10質量部のガラス粉末との焼結体から成ることから、第1の電極層の収縮が促進されて、チタン酸バリウムからなる誘電体層の成分の相互拡散を抑制することができるとともに、第2の電極層が第1の電極層と誘電体層とガラスセラミックスとの収縮差を良好に吸収して層間の剥離やクラックの発生を抑制することができる。その結果、ガラスセラミック配線基板内に形成したコンデンサの容量値低下や容量値のバラツキを大幅に抑制することができ、信頼性の高いコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板とすることができる。 In the glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, preferably, the first electrode layer has a spherical Cu powder having an integrated 50% particle size of 0.8 to 1.2 μm and an integrated 10% particle size of 0.5 μm or more. Since the second electrode layer is made of a sintered body of 100 parts by mass of Cu powder and 0.1 to 10 parts by mass of glass powder, shrinkage of the first electrode layer is promoted. Thus, the mutual diffusion of the components of the dielectric layer made of barium titanate can be suppressed, and the second electrode layer can absorb the shrinkage difference between the first electrode layer, the dielectric layer, and the glass ceramic. Thus, delamination between layers and generation of cracks can be suppressed. As a result, it is possible to greatly suppress the capacitance value variation and capacitance value variation of the capacitor formed in the glass ceramic wiring substrate, and to provide a highly reliable glass ceramic wiring substrate with a built-in capacitor.
本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、1は絶縁層、2は第1の電極層、3は第2の電極層、4はチタン酸バリウムからなる誘電体層である。 The glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, wherein 1 is an insulating layer, 2 is a first electrode layer, 3 is a second electrode layer, and 4 is titanic acid. It is a dielectric layer made of barium.
本発明における絶縁層1はガラスとセラミック粉末とから成る。このガラスとしては、例えばSiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す)、SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同じまたは異なっており、Ca,Sr,Mg,BaまたはZnを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は上記と同じである)、SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである)、Pb系ガラス、Bi系ガラス等が挙げられる。 The insulating layer 1 in the present invention is made of glass and ceramic powder. Examples of the glass include SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO system (where M is Ca , Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (where M 1 and M 2 are the same or different, and Ca, Sr, Mg, Ba) Or Zn), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (where M 1 and M 2 are the same as above), SiO 2 —B 2 O 3 -M 3 2 O system (where M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -M 3 2 O system (where M 3 is the same as above) ), Pb-based glass, Bi-based glass, and the like.
また、セラミック粉末としては、例えばAl2O3、SiO2、ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、TiO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル,ムライト,コージェライト)等が挙げられる。 Examples of the ceramic powder include Al 2 O 3 , SiO 2 , composite oxide of ZrO 2 and alkaline earth metal oxide, composite oxide of TiO 2 and alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3. And composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
この絶縁層1の焼成前の生シートであるガラスセラミックグリーンシートは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機バインダ、有機溶剤、可塑剤等とを混合してスラリーと成し、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによってシート状に成形する。 A glass ceramic green sheet, which is a green sheet before firing of the insulating layer 1, is formed into a slurry by mixing glass powder and ceramic powder with an organic binder, an organic solvent, a plasticizer, and the like. It is formed into a sheet by adopting a blade method or a calender roll method.
このガラス粉末およびセラミック粉末に添加混合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系(アクリル酸,メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等)、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。 As the organic binder added to and mixed with the glass powder and the ceramic powder, those conventionally used for ceramic green sheets can be used. For example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or ester homopolymers thereof) Or a copolymer, specifically an acrylic ester copolymer, a methacrylic ester copolymer, an acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene Examples include carbonate-based and cellulose-based homopolymers or copolymers.
ガラスセラミックグリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、ガラス粉末、セラミック粉末および有機バインダを分散させ、ガラスセラミックグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケトン類、アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。 The organic solvent used in the slurry for forming the glass ceramic green sheet is, for example, a hydrocarbon so that a slurry having a viscosity suitable for forming the glass ceramic green sheet can be obtained by dispersing glass powder, ceramic powder and organic binder. Organic solvents such as alcohols, ethers, esters, ketones and alcohols.
以上のようにして作製したガラスセラミックグリーンシートに、必要に応じて金型加工等により貫通孔を形成し、この貫通孔にCu等の金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストをスクリーン印刷等により充填して、貫通導体(図示せず)を形成する。 A through-hole conductor in which a through hole is formed in the glass ceramic green sheet produced as described above by die processing or the like if necessary, and an appropriate organic binder and solvent are added to a metal powder such as Cu in the through hole. The paste is filled by screen printing or the like to form a through conductor (not shown).
次に、これらのガラスセラミックグリーンシートの表面に、Cu粉末に適当な有機バインダ、溶剤を添加混合して成る第1の電極層用ペーストと、Cu粉末、ガラス粉末に適当な有機バインダ、溶剤を添加混合して成る第2の電極層用ペーストとをスクリーン印刷等により積み重ねて塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、第1の電極層2と第2の電極層3とよりなる電極層パターンを形成する。
Next, on the surface of these glass ceramic green sheets, a first organic layer paste prepared by adding and mixing an appropriate organic binder and solvent to Cu powder, and an appropriate organic binder and solvent to Cu powder and glass powder. The second electrode layer paste formed by addition and mixing is stacked and applied by screen printing or the like, and is fired simultaneously with the glass ceramic green sheet, thereby forming the first electrode layer 2 and the
本発明において、第1の電極層用ペーストに用いるCu粉末は、積算50%粒径が0.8〜1.2μmで積算10%粒径が0.5μm以上の球状のCu粉末であることが好ましい。Cu粉末の積算50%粒径が0.8μm未満の場合、ペースト化する際にCu粉末の分散性が悪くなりやすく、スクリーン印刷性が劣化する傾向がある。他方、Cu粉末の積算50%粒径が1.2μmを超えると、電極層2の焼結中に誘電体層3の成分が相互拡散しやすく、誘電体層3の焼結性が劣化する傾向がある。また、Cu粉末の積算10%粒径が0.5μm未満では、微粉末が凝集しやすく、ペースト化する際にCu粉末の分散性が悪くなりやすく、スクリーン印刷性が劣化しやすい傾向がある。
In the present invention, the Cu powder used for the first electrode layer paste is a spherical Cu powder having an integrated 50% particle size of 0.8 to 1.2 μm and an integrated 10% particle size of 0.5 μm or more. preferable. When the cumulative 50% particle size of the Cu powder is less than 0.8 μm, the dispersibility of the Cu powder tends to deteriorate during paste formation, and the screen printability tends to deteriorate. On the other hand, when the cumulative 50% particle size of the Cu powder exceeds 1.2 μm, the components of the
なお、積算10%粒径とは、例えばレーザ式粒度分布測定装置により粒度を測定して、測定した粒径が小さい方から粉末の個数を積算して、その積算した個数が全体の10%となった時点での粒径であり、積算50%粒径とは、同様に測定した粒径が小さい方から粉末の個数を積算して、その積算した個数が全体の50%となった時点での粒径である。 Note that the cumulative 10% particle size is, for example, the particle size is measured by a laser particle size distribution measuring device, the number of powders is integrated from the smaller measured particle size, and the integrated number is 10% of the total. The cumulative 50% particle size is the same when the number of powders is accumulated from the smaller measured particle size and the accumulated number reaches 50% of the total. The particle size.
第2の誘電体層用ペーストは、Cu粉末100質量部に対してガラス粉末0.1〜10質量部を調合したものであることが好ましい。ガラス粉末が0.1質量部未満の場合、ガラスセラミックスとの結合力が弱くなりやすく、剥離やクラックが発生する傾向がある。他方、ガラス粉末が10質量部を越えると、電極層の電気抵抗値が高くなりやすく、配線基板としての電気特性が劣化しやすい傾向がある。 The second dielectric layer paste is preferably prepared by mixing 0.1 to 10 parts by mass of glass powder with respect to 100 parts by mass of Cu powder. When the glass powder is less than 0.1 part by mass, the bonding force with the glass ceramic tends to be weak, and there is a tendency that peeling or cracking occurs. On the other hand, if the glass powder exceeds 10 parts by mass, the electrical resistance value of the electrode layer tends to increase, and the electrical characteristics as a wiring board tend to deteriorate.
次に、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、第1の電極層2と第2の電極層3となる電極層パターンを形成したガラスセラミックグリーンシートの表面に、チタン酸バリウム粉末と焼結助剤とに有機バインダ、溶剤を添加して成る誘電体層用ペーストをスクリーン印刷等により塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、誘電体層4となる誘電体層パターンを形成する。
Next, barium titanate powder and sintered are formed on the surface of the glass ceramic green sheet on which the electrode layer pattern to be the first electrode layer 2 and the
この誘電体層ペーストに用いるチタン酸バリウム粉末は、平均粒径が0.3μm以下であることが好ましい。チタン酸バリウム粉末の平均粒径が0.3μmを超えると、誘電体層3の焼結性が劣化しやすい傾向がある。また、焼結助剤としては、例えばSiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す)、SiO2−B2O3−M1 2O系(但し、M1はLi,NaまたはKを示す)、SiO2−B2O3−Al2O3−M1 2O系(但し、M1は上記と同じである)、Pb系ガラス、Bi系ガラス等を用いることができる。
The barium titanate powder used for this dielectric layer paste preferably has an average particle size of 0.3 μm or less. When the average particle size of the barium titanate powder exceeds 0.3 μm, the sinterability of the
また、この焼結助剤の誘電体層用ペーストへの添加量は、チタン酸バリウム粉末100質量部に対して、2〜10質量部であることが好ましい。焼結助剤の添加量が2質量部未満では、チタン酸バリウムが焼結しにくい傾向がる。他方、焼結助剤の添加量が10質量部を超えると、誘電体層4の誘電率が低下しやすい傾向がある。 Moreover, it is preferable that the addition amount to the dielectric material layer paste of this sintering auxiliary agent is 2-10 mass parts with respect to 100 mass parts of barium titanate powders. When the addition amount of the sintering aid is less than 2 parts by mass, barium titanate tends to be difficult to sinter. On the other hand, when the addition amount of the sintering aid exceeds 10 parts by mass, the dielectric constant of the dielectric layer 4 tends to decrease.
次に、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、誘電体層4となる誘電体層パターンを形成したガラスセラミックグリーンシートに、先に形成したガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、第1の電極層2と第2の電極層3となる電極層パターンに対向配置されるように、もう一方の第1の電極層2と第2の電極層3となる電極層パターンを塗布し形成する。このもう一方の第1の電極層2と第2の電極層3となる電極層パターンも、先に使用した電極層用ペーストを用いてスクリーン印刷等により塗布形成することができる。
Next, the glass ceramic green sheet on which the dielectric layer pattern to be the dielectric layer 4 is formed by co-firing with the glass ceramic green sheet is first fired with the previously formed glass ceramic green sheet. The other electrode layer pattern to be the first electrode layer 2 and the
次に、これらのガラスセラミックグリーンシートを複数枚積み重ねて、3〜20MPaの圧力および30〜80℃の温度で加熱圧着することにより積層体を作製する。この積層体中における誘電体層4の位置や数や大きさには特に制限はなく、所望の数、大きさの内蔵されたコンデンサを有するコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板となるように構成すればよい。 Next, a plurality of these glass ceramic green sheets are stacked and thermocompression bonded at a pressure of 3 to 20 MPa and a temperature of 30 to 80 ° C. to produce a laminate. There is no particular limitation on the position, number and size of the dielectric layer 4 in the laminate, and it may be configured to be a glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor having a desired number and size of built-in capacitors. .
その後、加湿窒素雰囲気中で有機分を除去して、次いで800〜1000℃の温度で積層体を焼成することにより、本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板が得られる。 Thereafter, the organic component is removed in a humidified nitrogen atmosphere, and then the laminate is fired at a temperature of 800 to 1000 ° C., whereby the glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor of the present invention is obtained.
また、積層体を焼成する際に、ガラスセラミックグリーンシートや誘電体層4が焼結する温度では実質的に焼結収縮しない無機成分、例えばアルミナから成る拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成するとよく、この拘束グリーンシートによって積層体の主面方向の焼成時の収縮が拘束されて抑制されるために、コンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板の寸法精度が向上し、コンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板に内蔵させるコンデンサの容量値のばらつきを小さくすることが可能となる。また、このような方法で焼成した場合、厚み方向の焼成収縮が通常の方法で焼成した場合に比較して大きくなるので、誘電体層4の厚みをより薄くすることが可能となり、内蔵されるコンデンサの高容量化も容易となる。 In addition, when firing the laminate, a constrained green sheet made of an inorganic component that does not substantially sinter and shrink at the temperature at which the glass ceramic green sheet or dielectric layer 4 is sintered, such as alumina, is laminated on both sides of the laminate. This constrained green sheet restrains and suppresses shrinkage during firing in the main surface direction of the laminate, which improves the dimensional accuracy of the glass ceramic wiring board with a built-in capacitor, and the glass ceramic wiring board with a built-in capacitor. It is possible to reduce the variation in the capacitance value of the capacitor built in the capacitor. Further, when fired by such a method, the firing shrinkage in the thickness direction becomes larger than when fired by a normal method, so that the thickness of the dielectric layer 4 can be made thinner and incorporated. It is easy to increase the capacity of the capacitor.
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では、誘電体層4は誘電体層用ペーストをガラスセラミックグリーンシートに塗布することにより形成したが、予めシート状に成形した誘電体グリーンシートを打ち抜き加工等により所定の形状に加工して、これをガラスセラミックグリーンシートに加熱圧着することにより転写して誘電体層4を形成してもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the dielectric layer 4 is formed by applying a dielectric layer paste to a glass ceramic green sheet. However, the dielectric green sheet previously formed into a sheet shape is punched or the like. The dielectric layer 4 may be formed by processing it into a predetermined shape and transferring it by thermocompression bonding to a glass ceramic green sheet.
本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板の実施例を以下に説明する。 Examples of the glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor according to the present invention will be described below.
ガラスセラミック成分として、SiO2−CaO−MgO系ガラス粉末50質量部と、Al2O3粉末50質量部とを混合し、この無機粉末100質量部に有機バインダとしてのアクリル系樹脂12質量部、フタル酸系可塑剤6質量部および溶剤としてのトルエン30質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ200μmのガラスセラミックグリーンシートを成形した。 As a glass ceramic component, 50 parts by mass of SiO 2 —CaO—MgO glass powder and 50 parts by mass of Al 2 O 3 powder are mixed, and 100 parts by mass of this inorganic powder is 12 parts by mass of an acrylic resin as an organic binder. 6 parts by mass of a phthalic acid plasticizer and 30 parts by mass of toluene as a solvent were added and mixed by a ball mill method to obtain a slurry. Using this slurry, a glass ceramic green sheet having a thickness of 200 μm was formed by a doctor blade method.
このガラスセラミックグリーンシートに第1の電極層用ペーストをスクリーン印刷法によって10μmの厚みに塗布し、70℃で30分乾燥して第1の電極層2となる電極層用ペーストのパターンを形成した。このパターンの形状は3mm角の四角形のパターンとした。第1の電極層用ペーストとしては、下記の表1に示す粒径と形状のCu粉末100質量部に、アクリル樹脂12質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール2質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に3本ロールにて十分に混練したものを用いた。 A first electrode layer paste was applied to this glass ceramic green sheet to a thickness of 10 μm by screen printing, and dried at 70 ° C. for 30 minutes to form a pattern of electrode layer paste to be the first electrode layer 2. . The shape of this pattern was a 3 mm square pattern. As the first electrode layer paste, 12 parts by mass of acrylic resin and 2 parts by mass of α-terpineol as an organic solvent are added to 100 parts by mass of Cu powder having the particle size and shape shown in Table 1 below, followed by stirring and removal. After thoroughly mixing with a foaming machine, one kneaded sufficiently with three rolls was used.
なお、表1において、球状のCu粉末の場合、サンプルNO.1では積算50%粒径(表中にD50で表示)が0.95μmで積算10%粒径(表中にD10で表示)が0.62μmのものであり、サンプルNO.2では積算50%粒径が1.10μmで積算10%粒径が0.75μmのものであり、サンプルNO.3では積算50%粒径が2.80μmで積算10%粒径が1.74μmのものである。また、フレーク状のCu粉末の場合、サンプルNO.4では積算50%粒径が3.30μmで積算10%粒径が1.38μmのものである。 In Table 1, sample NO. No. 1 has an integrated 50% particle size (indicated by D50 in the table) of 0.95 μm and an integrated 10% particle size (indicated by D10 in the table) of 0.62 μm. No. 2 has an integrated 50% particle size of 1.10 μm and an integrated 10% particle size of 0.75 μm. In No. 3, the cumulative 50% particle size is 2.80 μm and the cumulative 10% particle size is 1.74 μm. In the case of flaky Cu powder, sample NO. In No. 4, the cumulative 50% particle size is 3.30 μm and the cumulative 10% particle size is 1.38 μm.
次に、第1の電極層2となる電極用ペーストのパターンを形成した、ガラスセラミックグリーンシートに、第2の電極層用ペーストをスクリーン印刷法によって10μmの厚みに積み重ねて塗布し、70℃で30分乾燥して第2の電極層3となる電極層用ペーストのパターンを形成した。このパターンの形状も3mm角の四角形のパターンとした。第2の電極層用ペーストとしては、Cu粉末100質量部とガラス粉末5質量部とに、アクリル樹脂12質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール2質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に3本ロールにて十分に混練したものを用いた。また、比較用としてCu粉末100質量部に、アクリル樹脂12質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール2質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に3本ロールにて十分に混練したものを用いた。
Next, the second electrode layer paste is stacked and applied to a thickness of 10 μm by a screen printing method on a glass ceramic green sheet on which a pattern of the electrode paste to be the first electrode layer 2 is formed. The electrode layer paste pattern to be the
次に、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成することによって、第2の電極層3となる電極層パターンの上に、誘電体層用ペーストをスクリーン印刷法によって20μmの厚みに塗布し、70℃で30分乾燥して誘電体層4となる誘電体層パターンを形成した。この誘電体層パターンの形状は3mm角の四角形のパターンとした。誘電体層用ペーストとしては、チタン酸バリウム粉末100質量部に対して5質量部のB2O3,SiO2,CaO,BaO,ZnOを含むガラス粉末の混合物に、アクリル樹脂12質量部と有機溶剤としてのα−テルピネオール2質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に3本ロールにて十分に混練したものを用いた。
Next, a dielectric layer paste is applied to the thickness of 20 μm by screen printing on the electrode layer pattern to be the
次に、誘電体層用ペーストのパターンの上に、先に形成した第1の電極層2と第2の電極層3となる電極層パターンに対向配置されるように、上記と同様の電極層用ペーストをそれぞれ、10μmの厚みに積み重ねて塗布して、一対の第1の電極層2と第2の電極層3が、チタン酸バリウムからなる誘電体層4を挟んで対向配置されて成るコンデンサが形成されるように構成した。
Next, an electrode layer similar to the above is disposed on the pattern of the dielectric layer paste so as to face the electrode layer pattern to be the first electrode layer 2 and the
次に、コンデンサとなる部位を形成したガラスセラミックグリーンシートと、コンデンサとなる部位を形成していないガラスセラミックグリーンシートとを積み重ねて、5MPaの圧力と50℃の温度で加熱圧着してガラスセラミックグリーンシートの積層体を作製した。 Next, a glass ceramic green sheet in which a portion to be a capacitor is formed and a glass ceramic green sheet in which a portion to be a capacitor is not formed are stacked and heat-pressed at a pressure of 5 MPa and a temperature of 50 ° C. to form a glass ceramic green. A laminate of sheets was produced.
なお、対向配置された一対の第1の電極層2と第2の電極層3とになる電極層用ペーストは、ガラスセラミックグリーンシートに打ち抜き加工で形成した貫通孔にCuペーストを充填して形成した貫通導体によって、それぞれ積層体の表面に電気的に引き出されるようにした。
In addition, the electrode layer paste that becomes the pair of the first electrode layer 2 and the
次に、積層体について、加湿窒素雰囲気中で500℃で3時間焼成して有機分を除去し、窒素雰囲気中で900℃で1時間焼成することにより、緻密なガラスセラミック焼結体から成る絶縁層1の内部に同時焼成により形成された第1の電極層2と第2の電極層3と誘電体層4とを配設して成るコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板を作製した。
Next, the laminated body is baked at 500 ° C. for 3 hours in a humidified nitrogen atmosphere to remove organic components, and then baked at 900 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, thereby insulating the dense glass ceramic sintered body. A glass-ceramic wiring board with a built-in capacitor in which the first electrode layer 2, the
そして、得られたコンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板について、そのコンデンサの電気的な容量を測定した。容量の測定は、測定周波数1MHz、測定温度25℃の条件で、インピーダンス測定器(型式「4294Aプレシジョンインピーダンスアナライザ」、アジレントテクノロジー株式会社製、測定精度±0.08%)を用いて測定した。 And about the obtained glass ceramic wiring board with a built-in capacitor, the electric capacity of the capacitor was measured. The capacitance was measured using an impedance measuring instrument (model “4294A Precision Impedance Analyzer”, manufactured by Agilent Technologies, measurement accuracy ± 0.08%) under the conditions of a measurement frequency of 1 MHz and a measurement temperature of 25 ° C.
次に、コンデンサの電極層である第1の電極層2,第2の電極層3の面積、誘電体層4の厚みを測定した。電極層の面積は、コンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板の上面から平面研磨していき、電極層を露出させて光学顕微鏡鏡(倍率10倍)により測定した。誘電体層4の厚みは、コンデンサ内蔵ガラスセラミック配線基板の断面を鏡面研磨仕上げした後、金属顕微鏡(倍率100倍)により測定した。
Next, the areas of the first electrode layer 2 and the
そして、測定によって得られた容量、電極層の面積、誘電体層4の厚みに基づいて比誘電率を算出した。誘電体層4の材料の比誘電率は、平行平板コンデンサの場合にはC=ε0・εr・S/d(ただし、C:コンデンサの容量、ε0:空気中の誘電率、εr:誘電体層3の材料の比誘電率、S:電極層の面積、d:電極層間の距離)の関係となることから、上記式によって算出した。これらの測定結果を表1に示す。
表1より、第1の電極層2に、積算50%粒径が0.8〜1.2μmで積算10%粒径が0.5μm以上の球状のCu粉末を用いたサンプル1,2は、誘電体層4が緻密に焼結して、高い比誘電率の誘電体層4が形成されていることがわかった。これに対して、積算50%粒径が2.80μmで積算10%粒径が1.74μmの球状のCu粉末を用いたサンプル3、およびフレーク状で積算50%粒径が3.30μmで積算10%粒径が1.38μmのCu粉末を用いたサンプル4は、誘電体層4の焼結助剤が拡散して緻密化せず、また低い比誘電率の誘電体層4になっていることがわかった。
From Table 1, Samples 1 and 2 using spherical Cu powder having an integrated 50% particle size of 0.8 to 1.2 μm and an integrated 10% particle size of 0.5 μm or more are used for the first electrode layer 2. It was found that the dielectric layer 4 was densely sintered and the dielectric layer 4 having a high relative dielectric constant was formed. In contrast,
また、第2の電極層用ペーストとして、ガラス粉末を添加していない比較用のサンプルは、誘電体層4の厚みを測定するために、研磨仕上げをした断面を確認したところ、第2の電極層3と絶縁層1との界面で部分的に剥離を生じていることがわかった。
In addition, as a second electrode layer paste, a comparative sample to which no glass powder was added was confirmed to have a polished finish for measuring the thickness of the dielectric layer 4. It was found that partial peeling occurred at the interface between the
1・・・絶縁層
2・・・第1の電極層
3・・・第2の電極層
4・・・誘電体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating layer 2 ...
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- 2003-11-27 JP JP2003397231A patent/JP2005159126A/en active Pending
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