JP2006089319A - フェライトおよびガラスセラミック基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温焼結用のフェライト層として非磁性体のガラスを添加したフェライトペーストをガラスセラミック絶縁層に塗布して同時焼成していたため、フェライト内の非磁性成分、熱膨張係数の異なるフェライト層とガラスセラミック絶縁層間の熱応力により、フェライト層の透磁率が低下するという問題があった。
【解決手段】 ガラスおよびフィラーから成るガラスセラミック絶縁層６が複数層積層されて成る絶縁基体１の内層に、ガラスセラミック絶縁層６と同じ大きさのフェライト層２が形成されており、フェライト層２内部にはコイル用導体が埋設されて成るガラスセラミック基板であって、フェライト層２が、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有するフェライトから成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェライト、およびガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部にコイル用導体が埋設された、インダクタンス値を上げるためのフェライト層が設けられたガラスセラミック基板に関する。

従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。

例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のＬＣフィルタが知られている。このＬＣフィルタの場合、従来チップ部品のコイルを用いていたのをガラスセラミック基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。

なかでも、１００ｎＨを超えるインダクタンスの大きなコイルは、チップ部品として比較的大型であり、これをガラスセラミック基板に内蔵することは小型化、薄型化への効果が大きいという利点を有する。

しかしながら、コイルを内蔵したガラスセラミック基板では、非磁性のガラスセラミック基板内にコイルを形成するため、１００ｎＨ程度と比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルを内蔵させるには、コイルの巻き数を多くすることが必要となるため、ガラスセラミック基板にコイルを内蔵しても小型化、薄型化を達成することができなくなるという不具合があった。

そこで、近年ではガラスセラミック絶縁基体の内部に強磁性を有するフェライト層を形成し、コイルをこのフェライト層に埋設させることにより、コイルの巻き数を多くすることなく１００ｎＨを超えるコイルを内蔵させ、これにより表面実装工程の簡略化およびガラスセラミック基板の小型化が図られている。

なお、このような構成では、ガラスセラミック絶縁層のガラスをフェライト層に拡散させることによりフェライト層とガラスセラミック絶縁層を強固に接合するためにフェライト層とガラスセラミック絶縁層を同時焼成することによってガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成している。
特開平６−２０８３９号公報 特開平６−２１２６４号公報

しかしながら、上記のようなガラスセラミック絶縁基体の内部にフェライト層を形成し、このフェライト層にコイルを埋設した従来のガラスセラミック基板では、以下のような理由から、絶縁基体内部のフェライト層は微小体積または低密度のものしか形成できず、また同じように作製したガラスセラミック絶縁基体間でのコイルのインダクタンスのばらつきもあり、内蔵されたフェライト層を用いて充分なコイル特性を持ったガラスセラミック絶縁基体を安定して得ることが困難であるという問題点があった。例えば、焼成温度８００〜１０００℃で焼結密度５．０ｇ／ｃｍ^３以上であり、１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数帯域で透磁率１００以上のフェライト層を内蔵したガラスセラミック絶縁基体を得ることはできなかった。

即ち、従来の構成では、焼成温度が１０００℃を超えるフェライト層をガラスセラミック絶縁基体の焼成温度である８００℃〜１０００℃で焼成するためには、ガラス粉末やＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の焼結助剤を添加しなければならなかった。一般的に、フェライト等の磁性体の磁気特性は透磁率（μ）を指標として表される。透磁率が高ければ、コイルのインダクタンスが高くなる。ただし、透磁率は磁性体中に非磁性部分が存在するとその非磁性部分の体積の３乗に比例して低下する。従って、フェライト層に非磁性体であるガラス粉末や焼結助剤を添加した場合、これらはフェライト層中に非磁性の領域を形成し、フェライト層中のフェライトの密度が低下して、透磁率が低くなるという問題があった。

一方、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との同時焼成において、フェライト層の熱膨張係数とガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とが異なるため、同時焼成過程においてフェライト層に応力がかかることにより磁歪が発生し、フェライト層の透磁率が低下して、所望の透磁率を得ることが困難になるという問題もあった。

また、十分なインダクタンスを得るためにフェライト層を厚く形成すると、ガラスセラミック絶縁基体とフェライト層との熱膨張係数の差に起因して発生する応力によって、焼成後のフェライト層が剥離し易くなるという問題もあった。

本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、ガラスセラミック絶縁層と同時に低温での焼成が可能な高周波帯域で透磁率の高いフェライト、およびそのフェライト層（例えば、焼結密度５ｇ／ｃｍ^３以上、１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００以上の高特性を有するもの）を備えており、そのフェライト層に内蔵されたコイル用導体のインダクタンスが高くかつ安定しているガラスセラミック基板を提供することにある。

本発明のフェライトは、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有していることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板は、ガラスおよびフィラーから成るガラスセラミック絶縁層が複数層積層されて成る絶縁基体の内層に、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層が形成されており、前記フェライト層の内部にはコイル用導体が埋設されて成るガラスセラミック基板であって、前記フェライト層が上記本発明のフェライトから成ることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板は、前記ガラスセラミック絶縁層と前記フェライト層とは介在層を介して接合されており、前記介在層は、前記フェライト層と同じ成分およびガラスを含有するとともに、前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する絶縁層から成ることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板は、前記ガラスセラミック絶縁層と前記フェライト層とは介在層を介して接合されており、前記介在層は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層から成ることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板は、前記介在層は、前記絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層とが積層されて成ることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板は、前記介在層は、前記絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層とが同じ層内に並ぶように形成されていることを特徴とする。

本発明のフェライトによれば、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量部、ＣｕＯを５〜１０重量部、ＮｉＯを５〜１２重量部、ＺｎＯを１０〜２３重量部を主成分とし、低温で焼結可能なＣｕＺｎフェライトを高周波帯域特性に優れたＮｉＺｎフェライトに組み合わせたＮｉＣｕＺｎフェライトとしたことから、フェライトにガラス粉末やＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の焼結助剤を添加しなくても、ガラスセラミック基板の焼成温度と同じ８００℃〜１０００℃で焼成することができる。その結果、フェライト中に磁性を持たない領域が形成されることがなく、フェライトの透磁率の低下を抑えることができ、さらに高周波帯域で高い透磁率を得ることができる。

本発明のガラスセラミック基板によれば、絶縁基体内に、上記フェライト用いてガラスセラミック絶縁層と同じ大きさの、内部にコイルが埋設されたフェライト層を形成したことから、フェライト層にガラス粉末やＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の焼結助剤を添加しなくてもガラスセラミック基板と同時焼成が可能で、かつ高周波帯で高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスをもつコイルを内蔵したガラスセラミック基板を得ることができる。

また、本発明のガラスセラミック基板によれば、上記構成において、ガラスセラミック絶縁層とフェライト層が、ガラスとフェライト層に含有されるフェライトと同じ材料組成物を含有した絶縁層からなる介在層を介して接合した場合、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力を、ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とフェライト層の熱膨張係数の間の熱膨張係数である絶縁層により緩和することができ、磁歪による透磁率の低下を抑制するとともに、フェライト層とガラスセラミック絶縁層とを強固に接合することができる。

また、本発明のガラスセラミック基板によれば、上記構成において、ガラスセラミック絶縁層とフェライト層が、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層からなる介在層を介して接合された場合、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力を焼結金属層が塑性変形することで緩和することができ、磁歪による透磁率の低下を抑制するとともに、フェライト層とガラスセラミック絶縁層とを強固に接合することができる。

また、本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスセラミック絶縁層とフェライト層が、絶縁層と焼結金属層とからなる介在層を介して接合された場合、上記の絶縁層の作用と焼結金属層の作用とが相乗的に作用することによって、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力をより一層効果的に緩和することができる。その結果、磁歪による透磁率の低下をさらに効果的に抑制することができ、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との接合もさらに強固になる。

また、本発明のガラスセラミック基板によれば、介在層は、絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層とが同じ層内に並ぶように形成されている場合、上記の絶縁層の作用と焼結金属層の作用とが一つの層において作用することによって、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力をより一層効果的に緩和することができる。その結果、磁歪による透磁率の低下をさらに効果的に抑制することができ、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との接合もさらに強固になる。

本発明を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。図１は本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は複数のガラスセラミック絶縁層６から成る絶縁基体、２はフェライト層、３はコイル用導体を含む配線導体、４は絶縁層、５は焼結金属層、６はガラスセラミック絶縁層である。

本発明の絶縁基体１は、複数のガラスセラミック絶縁層６が積層されて成り、その内層に配線導体３が埋設されたフェライト層２が、絶縁層４、焼結金属層５を介して形成されている。

絶縁基体１は、ガラスセラミック絶縁層６となるガラスセラミックグリーンシート及びフェライト層２となるフェライトグリーンシートを製作し、これらのガラスセラミックグリーンシート及びフェライトグリーンシートに配線導体３となる導体ペースト、絶縁層４となる絶縁ペースト及び焼結金属層５となる焼結金属ペーストを印刷した後、これらのガラスセラミックグリーンシート及びフェライトグリーンシートを複数枚積層し、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成して作製される。

ガラスセラミック絶縁層６は、まず、ガラス粉末及びフィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ、可塑剤、有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法、圧延法、カレンダーロール法等によってガラスセラミック絶縁層６となるガラスセラミックグリーンシートを製作し、このガラスセラミックグリーンシートの複数枚でフェライト層２を挟んで積層する。

ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１及びＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１及びＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３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。

また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２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）等を用いることができる。

配線導体３は、絶縁基体１の表面、内部及びフェライト層２の内部に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート表面及びフェライトグリーンシート表面に塗布し、ガラスセラミックグリーンシート及びフェライトグリーンシートと同時焼成されて形成される。

介在層としての絶縁層４は、配線導体３の上下面を覆うフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に形成されており、ガラス粉末及びフェライト層２に含有されるフェライト粉末を、ガラスセラミック絶縁層６の熱膨張係数とフェライト層２の熱膨張係数との間になるように配合し、適当な有機バインダ、溶剤を混練して作製した絶縁ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が形成される位置に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成されて形成される。

なお、絶縁層４のフェライト粉末は、フェライト層２のフェライト粉末と同様であり、焼結体としてＦｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量部、ＣｕＯを５〜１０重量部、ＮｉＯを５〜１２重量部、ＺｎＯを１０〜２３重量部により主成分が構成されるフェライトを用いることができる。

また、絶縁層４のガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁層６のガラスセラミックスと同様のものを用いることができ、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１及びＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１及びＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３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。

介在層としての焼結金属層５は、配線導体３の上下面を覆うフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属の金属粉末にガラス粉末を配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が形成される位置に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成されて形成される。

なお、焼結金属層５のガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁層６のガラスセラミックスと同様のものを用いることができ、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１及びＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１及びＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３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。

また、焼結金属層５は配線導体３と同じ組成であってもよく、配線導体３の一部を焼結金属層５として用いてもよい。

なお、介在層を絶縁層４と焼結金属層５とを組み合わせて形成する場合、図１に示すように、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間の同じ層内（層間）に並べて配置する構成と、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に積層して配置する構成と、またそれらの構成を組み合わせた構成がある。これらの構成はそれぞれ、上記手法で作製した絶縁ペーストと金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が形成される位置に、それぞれ別々に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成されて形成される。

絶縁層４と焼結金属層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間の同じ層内に並べて配置した場合、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に絶縁体である絶縁層４と導体である焼結金属層５を用いて配線導体を形成することができる。絶縁層４と焼結金属層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に積層した場合、絶縁層４と焼結金属層５の応力緩和の効果によりよりいっそう応力緩和の効果が高くなる。また、絶縁層４と焼結金属層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に、並べて配置した構成と積層した構成を組みあわせて形成した構成の場合、２つの構成のそれぞれの効果を合わせて得ることができる。

フェライト層２は、配線導体３の上下面を覆うようにして、絶縁基体１の内層に配線導体３とともに形成されている。このフェライト層２を成すフェライトは、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量部、ＣｕＯを５〜１０重量部、ＮｉＯを５〜１２重量部、ＺｎＯを１０〜２３重量部含有している。この構成により、低温で焼成可能であり、かつ高周波帯域で十分に高い透磁率を得ることができるフェライトとなる。

Ｆｅ_２Ｏ_３は、フェライトの基幹的な成分であり、そのフェライトの主成分をＸ−Ｆｅ_２Ｏ_４（ＸはＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎ等）として示される逆スピネル構造の固溶体とすれば、そのうちＦｅ_２Ｏ_３の含有量は６３〜７３重量部でなくてはならない。６３重量部未満の場合、フェライトは十分な透磁率が得られない。７３重量部より多い場合、焼結密度の低下によりフェライトの機械的強度が低下し、その上耐侯性が低下してくる。

ＣｕＯは、その含有量はフェライトの主成分のうち５〜１０重量部でなくてはならない。これは、ＣｕＯは焼結温度の低温化に大きく寄与しており、ＣｕＯが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずにガラスセラミックスの焼成温度である８００〜１０００℃で焼成するためである。５重量部未満であると、目的とする低温度域で焼成を行なう場合に焼結密度が不十分になり機械強度の不足に加えて耐侯性が低下する。１０重量部より多い場合、磁気特性の低いＣｕＦｅ_２Ｏ_４の割合が多くなるため磁気特性を損なう。

ＮｉＯは、フェライトの高周波域における透磁率を確保するために含有される。ＮｉＦｅ_２Ｏ_４は、高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、５重量部未満であると、１０ＭＨｚ及びそれ以上の高周波域での透磁率が低下する。また１２重量部より多い場合、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の割合が多くなるため初期透磁率が低下する。よって、フェライトの主成分中の含有量は５〜１２重量部である。

ＺｎＯは、フェライトの透磁率向上のために重要な要素であり、含有量がフェライトの主成分のうち１０重量部未満であると、磁気特性不十分、焼結密度不足等の問題を生じ、逆に２３重量部より多くても磁気特性が悪くなる。

フェライト層２の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、このスラリーからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、このフェライトグリーンシートを所定の配線導体３を覆うものとしてガラスセラミックグリーンシートと平面視で同じ大きさの同形状にカットし、ガラスセラミックグリーンシート積層体の内部に、間に配線導体３となる導体パターンを配置して、その配線導体３の上面及び下面を覆うようにして積層する。

このとき、効果的にコイル用導体のインダクタンスを高くするためには、配線導体３の上下面をフェライト層２で完全に覆う必要がある。よって、そのような配線導体３及びフェライト層２を形成するためには、所定のガラスセラミックグリーンシートの表面に、下面のフェライト層２となるフェライトグリーンシート、配線導体３となる導体ペーストのパターン、上面のフェライト層２となるフェライトグリーンシートの順番に各層を配置して積層するとよい。

フェライト層２となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末であり、平均粒径が０．１μｍ〜０．９μｍの範囲で均一であり、球形状に近い粒が好ましい。これは、平均粒径が０．１μｍより小さいとフェライトグリーンシートの製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難であり、平均粒径が０．９μｍより大きいとフェライトの焼結温度が高くなるからである。また、粒径が均一で球状に近いことにより均一な焼結状態を得ることができるからであり、例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られるフェライト層２の透磁率が安定しにくい傾向がある。

本発明のガラスセラミック基板の製造方法においては、まず、フェライト層２及び配線導体３を上述の要領でガラスセラミックグリーンシートの複数枚とともに積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する。

そして、このガラスセラミックグリーンシート積層体から有機成分を除去した後に焼成する。有機成分の除去は、ガラスセラミックグリーンシート積層体に荷重をかけつつ１００〜８００℃の温度範囲でガラスセラミックグリーンシート積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解し揮散させるとよい。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約８００〜１０００℃の範囲内である。焼成は通常は大気中で行なうが、配線導体３の導体材料にＣｕを使用する場合、１００〜７００℃の加湿窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次に窒素雰囲気中で焼成を行なう。

また、有機成分の除去時及び焼成時には、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを防止するために、その上面に重しを載せる等して荷重をかけるとよい。このような重しによる荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ程度が好適である。荷重が５０Ｐａ未満である場合、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを抑制する作用が充分でなくなる傾向がある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合、使用する重しが大きくなるため、焼成炉に入らなくなったり、また焼成炉に入っても重しが大きいために熱容量が不足することになり焼成できなくなったりする等の問題をひき起こすおそれがある。

この重しとしては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形、溶融等して荷重が不均一になったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性の多孔質のものが適している。具体的には、セラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。

表１に示す調合組成比とした原料を各々２５０ｇ秤量し、１０００ｃｍ^３の純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した２０００ｃｍ^３のボールミルにて２４時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて７３０℃の仮焼を行った。仮焼後、Ｘ線回折により所要の化合物が得られていることを確認し、ボールミルにて粉砕、乾燥した後メッシュふるいにて分別して、仮焼粉の平均粒径が０．５〜０．７μｍとなるように整粒した。これに１０重量％のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）溶液を添加して、ボールミルにて混練し、乾燥させた後、メッシュふるいにて凝集粒を解砕して造粒し、造粒粉を金型にてプレス成型した後、大気中で９００℃、２時間の焼成を行い、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ２ｍｍのトロイド形のフェライト焼結体の試験片を作製した。試験片の密度は液中秤量法により測定し、透磁率の測定はインピーダンスアナライザー（製品名「ＨＰ−４２９１Ａ」；ヒューレットパッカード社製）を用いて、１．０ＭＨｚ、１０ＭＨｚにおける値を求めた。表１に、焼結密度及び透磁率の測定結果をあわせて示す。

表１より、主成分の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも焼結密度及び透磁率に優れ、目標としたフェライトの特性である、焼結密度５ｇ／ｃｍ^３以上、１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００以上を有するものであった。

本実施例２では、図２の断面図で示すような、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍのリング形状の評価用の試験片を作製し、透磁率を測定した。なお、図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、２はフェライト層、６はガラスセラミック絶縁層である。透磁率の測定はインピーダンスアナライザー（製品名「ＨＰ−４２９１Ａ」；ヒューレットパッカード社製）を用い、高周波電流電圧法にて測定した。

まず、ガラスセラミックス成分として、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０重量％，ＣａＺｒＯ_３粉末２０重量％，ＳｒＴｉＯ_３粉末１７重量％及びＡｌ_２Ｏ_３粉末３重量％であるものを使用した。このガラスセラミック成分１００重量部に対して、有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量部、フタル酸系可塑剤６重量部及び溶剤としてトルエン３０重量部を加え、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３００μｍのガラスセラミックグリーンシートを成形した。

次に、フェライトグリーンシートとして、表１の試料番号１に示す調合組成比で実施例１と同じ方法で仮焼粉を作製した。これにブチラール樹脂１０重量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５重量％添加し、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８０μｍのフェライトグリーンシートを成形した。

そして、ガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、ガラスセラミックグリーンシート上にフェライトグリーンシートを所定枚数を重ね合わせた。さらに、フェライトグリーンシート上にガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、温度５５℃、圧力２０ＭＰａで圧着してガラスセラミック積層体を得た。

得られたガラスセラミック積層体をアルミナセラミックスのセッターに載置し、その上にアルミナセラミックスのセッターと同一成分の重しを載せて約０.５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中で５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、大気中で９００℃で２時間焼成した。

得られたガラスセラミック基板は、内層の全面にフェライト層２が形成されているものの、反りや変形は認められなかった。本実施例２のガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

実施例２のフェライト層とガラスセラミック絶縁層との層間に絶縁層４を介在させて外径１６ｍｍ、内径８ｍｍのリング形状の評価用の試験片を作製し、透磁率を測定した。

絶縁層４を形成する絶縁ペーストは、ガラスセラミックスに含有されるガラス粉末と同じＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末３０質量％、フェライトグリーンシートに含有されるフェライト仮焼粉末と同じ平均粒径０.５〜０．７μｍである、ＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＣｕＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の結晶相から成るフェライト粉末７０質量％を用い、所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し作製した。

まず、ガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にフェライトグリーンシートを重ね合わせ、さらに、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、温度５５℃、圧力２０ＭＰａで圧着してガラスセラミック積層体を得た。

得られたガラスセラミック積層体をアルミナセラミックスのセッターに載置し、その上にアルミナセラミックスのセッターと同一成分の重しを載せて約０.５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中で５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、大気中で９００℃で２時間焼成した。

このようにして得られた本実施例３のガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

実施例３の絶縁層４に代えて、Ａｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を用いて焼結金属層５を形成した以外は実施例３と同様にして、実施例４の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

実施例３の絶縁層４に加えて、Ａｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を用いて焼結金属層５を形成した以外は実施例３と同様にして、実施例４の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

表２より、フェライト基板内に形成されたフェライトは、目標とした特性である焼結密度５ｇ／ｃｍ^３以上、１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００以上であった。

また、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との層間に、絶縁層４及び／または焼結金属層５を介在させた実施例３〜５のものの透磁率は、実施例２のものの透磁率に比べ高かった。これは、絶縁層４及び／または焼結金属層５がフェライト層とガラスセラミック層との間に働く応力を緩和することにより、フェライト層２に働く磁歪を低減したためである。

なお、本発明は上述の実施の形態及び実施例に限定されず、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配線導体３にＡｇを用いたが、配線導体３にＣｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ合金等を用いてもよい。

本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の実施例の透磁率測定に用いた評価用の試験片を示す断面図である。

符号の説明

１：絶縁基体
２：フェライト層
３：配線導体
４：絶縁層
５：焼結金属層
６：ガラスセラミック絶縁層

Claims (6)

1. Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有していることを特徴とするフェライト。
2. ガラスおよびフィラーから成るガラスセラミック絶縁層が複数層積層されて成る絶縁基体の内層に、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層が形成されており、前記フェライト層の内部にはコイル用導体が埋設されて成るガラスセラミック基板であって、前記フェライト層が請求項１記載のフェライトから成ることを特徴とするガラスセラミック基板。
3. 前記ガラスセラミック絶縁層と前記フェライト層とは介在層を介して接合されており、前記介在層は、前記フェライト層と同じ成分およびガラスを含有するとともに、前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する絶縁層から成ることを特徴とする請求項２記載のガラスセラミック基板。
4. 前記ガラスセラミック絶縁層と前記フェライト層とは介在層を介して接合されており、前記介在層は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層から成ることを特徴とする請求項２記載のガラスセラミック基板。
5. 前記介在層は、前記絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層とが積層されて成ることを特徴とする請求項３記載のガラスセラミック基板。
6. 前記介在層は、前記絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種とガラスを含有している焼結金属層とが同じ層内に並ぶように形成されていることを特徴とする請求項３記載のガラスセラミック基板。

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