JP2007284297A - Green sheet, multilayer substrate using the same and method of manufacturing the same - Google Patents

Green sheet, multilayer substrate using the same and method of manufacturing the same Download PDF

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交市 茂野
Ryuichi Saito
隆一 齊藤
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賢一 松島
Hiroshi Kagata
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glass-ceramic green sheet which has low density and good air permeability and can ensure low-temperature sinterability and realize a stacking property and the low-temperature sinterability that are essential to manufacturing of a small, high-performance glass-ceramic multilayer substrate, and a method of manufacturing the glass ceramic multilayer substrate realizing the small, high-performance glass-ceramic multilayer substrate. <P>SOLUTION: The ceramic green sheet contains at least a glass-ceramic powder containing a ceramic powder 301 and a glass powder 302 and an organic binder. The glass-ceramic power is a powder subjected to a heat-treatment at a temperature equal to or above the glass transition temperature of the glass powder 302 but below the softening point thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層構造を有する、コンデンサやインダクタ、あるいはこれらを含む積層複合部品等の多層基板に用いられるグリーンシートおよびそれを用いた多層基板に関する。   The present invention relates to a green sheet used for a multilayer substrate such as a capacitor or inductor having a multilayer structure, or a multilayer composite component including these, and a multilayer substrate using the same.

近年、電子部品の小型化、高機能化を目的として、積層構造を有するコンデンサやインダクタ、あるいはこれらを含む積層複合部品等のセラミック多層基板の生産が進んでいる。   In recent years, production of ceramic multilayer substrates such as capacitors and inductors having a multilayer structure, or multilayer composite parts including these has been progressing for the purpose of downsizing and higher functionality of electronic components.

以下に、図9〜図12を用いてセラミック多層基板の作製プロセスについて説明する。   Below, the manufacturing process of a ceramic multilayer substrate is demonstrated using FIGS. 9-12.

図9はセラミック多層基板の製造工程を示す断面図である。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ceramic multilayer substrate.

原料である1種類以上の無機粉体と、バインダー、分散剤、可塑剤、分散媒等を所定量調合してスラリーとなし、媒体撹拌ミルなどで混合・分散を行い、スラリーを調製する。   Predetermined amounts of one or more kinds of inorganic powder as a raw material and a binder, a dispersant, a plasticizer, a dispersion medium, etc. are mixed to form a slurry, which is mixed and dispersed by a medium stirring mill or the like to prepare a slurry.

次に、このスラリーをフィルム上に、膜厚を制御し、ドクターブレード方式、あるいはダイコーティング方式により塗工し、乾燥することで密度及び厚みの均一なグリーンシート1201を得る。   Next, the slurry is coated on the film by controlling the film thickness by a doctor blade method or a die coating method, and dried to obtain a green sheet 1201 having a uniform density and thickness.

図9(a)に示すように、前記グリーンシート1201上に、必要に応じてパンチングあるいはレーザによりビアホール1202と呼ばれる穴の穴開け加工を行った後、スクリーン印刷によって導電性ペーストを前記穴開け加工された部分に印刷して穴を埋める。その後、再びグリーンシート1201面に導体層、具体的には導電ペーストによるスクリーン印刷、感光性導電ペーストを用いたパターンニング、あるいはめっき工法などにより、設計された回路パターンの配線電極1203を形成する。   As shown in FIG. 9 (a), a hole called a via hole 1202 is formed on the green sheet 1201 by punching or laser as necessary, and then the conductive paste is formed by screen printing. Print on the printed part to fill the hole. Thereafter, wiring electrodes 1203 having a designed circuit pattern are formed again on the surface of the green sheet 1201 by a conductor layer, specifically, screen printing using a conductive paste, patterning using a photosensitive conductive paste, or a plating method.

次に、これらのグリーンシート1201複数枚を各々のシートに形成された回路パターンの配線電極1203が電気的に接続するよう、高い位置精度で積層し、図9(b)に示すような積層体1204を作製する。そして上記積層体1204に導電性ペーストを用いて表層電極1206を形成する。さらにシート面の垂直方向に加圧する。これらを所定の温度で脱可塑剤、脱バインダー、焼成等を行う。   Next, a plurality of these green sheets 1201 are laminated with high positional accuracy so that the wiring electrodes 1203 of the circuit pattern formed on each sheet are electrically connected, and a laminate as shown in FIG. 9B. 1204 is manufactured. Then, a surface layer electrode 1206 is formed on the laminate 1204 using a conductive paste. Further, pressurization is performed in the direction perpendicular to the sheet surface. These are subjected to deplasticizer, debinding, firing and the like at a predetermined temperature.

最後に図9(c)に示すように、焼成を行った積層体1204の両端面に外部電極1301を形成、必要に応じて外部電極1301へのめっき、表面部品1302の実装等を行うことによりガラスセラミック多層基板1303を得る。このタイプで特に低温でAgやCuの融点の低い良導体と同時焼成したものをLTCC(Low Temperature Co−fired Ceramics)基板という。   Finally, as shown in FIG. 9C, external electrodes 1301 are formed on both end faces of the fired laminate 1204, and plating on the external electrodes 1301 and mounting of surface parts 1302 are performed as necessary. A glass ceramic multilayer substrate 1303 is obtained. A substrate of this type that is co-fired with a good conductor having a low melting point of Ag or Cu, particularly at a low temperature, is referred to as a LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) substrate.

図10は、デラミナネーションが発生した積層体の断面図、図11はデラミネーションが発生するしくみを説明するための工程断面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a laminate in which delamination occurs, and FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining a mechanism in which delamination occurs.

上記セラミック多層基板の作製プロセスにおいて、電極が印刷されたグリーンシートを複数枚積層し、加圧したとき、図10に示すような積層体1204のデラミネーション1205が発生しないように、互いのグリーンシートの界面における密着性(積層性)が良好であることが要求される。上記密着性は、グリーンシートの透気度や厚み方向圧縮率に強い影響を受け、空気の透過性が良好で、厚み方向の圧縮率の高いグリーンシートが必要である。一般に透気度と圧縮率はグリーンシート密度と相関があるため、積層性を向上させるには、グリーンシートを低密度化し、透気度を大きくするとともに積層・加圧したときにグリーンシートの厚み方向の圧縮率を高くしなければならない。   In the manufacturing process of the ceramic multilayer substrate, when a plurality of green sheets printed with electrodes are stacked and pressed, the green sheets of each other are prevented so that delamination 1205 of the laminate 1204 as shown in FIG. 10 does not occur. The adhesiveness (lamination property) at the interface is required to be good. The adhesion is strongly influenced by the air permeability and thickness direction compressibility of the green sheet, and a green sheet having good air permeability and high thickness direction compressibility is required. In general, air permeability and compressibility have a correlation with green sheet density, so to improve lamination, reduce the density of green sheets, increase the air permeability and increase the thickness of the green sheet when laminated and pressed. The compression ratio in the direction must be increased.

なぜなら、図11(a)に示すように配線電極1203を挟んでグリーンシート1201同士を積層、加圧するとき、図11(b)に示すように配線電極1203の膜厚分の段差をグリーンシート1201が埋めなければならないからである。この段差を埋められないと図11(c)に示すように段差の部分に存在する空気1401が積層体外部に逃げることができず積層不良、すなわちデラミネーションが発生してしまうことになる。特にグリーンシートの透気度は重要であり、空気が電極の段差の部分にわずかでも残存していると、焼成工程において上記部分からデラミネーションが生じる。   This is because when the green sheets 1201 are stacked and pressed together with the wiring electrodes 1203 sandwiched between them as shown in FIG. 11A, the steps corresponding to the film thickness of the wiring electrodes 1203 are formed as shown in FIG. Because it must be filled. If this step cannot be filled, as shown in FIG. 11C, the air 1401 existing in the step portion cannot escape to the outside of the laminate, resulting in poor stacking, that is, delamination. In particular, the air permeability of the green sheet is important. If air remains even in the stepped portion of the electrode, delamination occurs from the above portion in the firing step.

特に、近年の積層電子部品の高集積化にともなって、グリーンシートの薄層化の傾向が強まっている。グリーンシート厚に対する電極厚の割合が大きくなる傾向にあり、場合によってはグリーンシート厚よりも電極厚の方が厚くなることもある。   In particular, with the recent trend toward higher integration of multilayer electronic components, the trend toward thinner green sheets is increasing. The ratio of the electrode thickness to the green sheet thickness tends to increase, and in some cases, the electrode thickness may be thicker than the green sheet thickness.

また、図12に示すようにグリーンシート1201の密度が高い場合、他の弊害もあげられる。図12は電極形状の模式図であり、図12(a)に示すように電極ペースト1207をグリーンシート1201上に印刷形成した際に図12(c)に示すように電極ペースト1207に含まれる溶剤1501成分がグリーンシート1201に迅速に吸収されないために電極にじみが発生し、要求されるライン・スペース幅が狭い場合にショート不良の原因となる。   Further, when the density of the green sheets 1201 is high as shown in FIG. FIG. 12 is a schematic diagram of the electrode shape. When the electrode paste 1207 is printed on the green sheet 1201 as shown in FIG. 12A, the solvent contained in the electrode paste 1207 as shown in FIG. The 1501 component is not quickly absorbed by the green sheet 1201, so that electrode bleeding occurs, causing a short circuit failure when the required line space width is narrow.

一方、図12(b)に示すように、グリーンシート1201の密度が低い場合、電極ペースト1207に含まれる溶剤1501成分が吸収されやすいためにじみの発生が抑制される。   On the other hand, as shown in FIG. 12B, when the density of the green sheet 1201 is low, the solvent 1501 component contained in the electrode paste 1207 is easily absorbed, so that the occurrence of bleeding is suppressed.

このような背景から、上記目的を達成するためにはより高い透気度(空気透過性)・圧縮性を持ち、かつ焼結性を確保できるグリーンシートが必要である。   In order to achieve the above object, a green sheet having higher air permeability (air permeability) / compressibility and ensuring sinterability is required.

従来のセラミックグリーンシートとして、例えば少なくともセラミック粉末、有機結合剤とを含有してなるセラミックグリーンシートであって、前記セラミック粉末はセラミック原料を少なくとも混合、仮焼および粉砕した後に熱処理により5〜40%比表面積を減少させたセラミック粉末を主成分として包含したもの(例えば特許文献1参照)が開示されている。上記セラミック原料としてNi,Zn,Cuとを含んだフェライト系セラミック原料、少なくともTi,BaまたはTi,Pbを含んだ誘電体セラミック原料が挙げられている。
特開平10−45478号公報
As a conventional ceramic green sheet, for example, a ceramic green sheet containing at least a ceramic powder and an organic binder, wherein the ceramic powder is at least 5 to 40% by heat treatment after mixing, calcining and pulverizing ceramic raw materials. The thing (for example, refer patent document 1) which included the ceramic powder which reduced the specific surface area as a main component is disclosed. Examples of the ceramic raw material include a ferrite ceramic raw material containing Ni, Zn, and Cu, and a dielectric ceramic raw material containing at least Ti, Ba or Ti, Pb.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-45478

しかしながら、上記従来の構成では、セラミックグリーンシートの空気透過性を上げることはできるものの、熱処理による比表面積の減少割合が少ないため、空気透過性が十分ではなかった。そこで熱処理温度を高くするとセラミック粉末同士がネッキングを開始して粒径が大きくなるため、グリーンシートの焼結性が極端に悪化するという欠点があった。このため、特に低温焼成するために粒径を微細化したセラミック粉末、あるいは低融点導体であるAgやCuと同時焼成する必要のあるセラミック粉末では粒径がわずかに増大しただけでも焼結性が著しく悪化するためにこの方法を用いることができないという課題を有していた。   However, in the above conventional configuration, although the air permeability of the ceramic green sheet can be increased, the air permeability is not sufficient because the reduction ratio of the specific surface area due to the heat treatment is small. Therefore, when the heat treatment temperature is increased, the ceramic powders begin to neck each other and the particle size increases, so that there is a disadvantage that the sinterability of the green sheet is extremely deteriorated. For this reason, ceramic powders that have been refined in size for firing at low temperatures, or ceramic powders that need to be fired simultaneously with Ag and Cu, which are low melting point conductors, exhibit sinterability even with a slight increase in particle size. There was a problem that this method could not be used because of the significant deterioration.

そこで本発明は、高い空気透過性を持ちながら、低温焼結性を確保でき、小型・高性能の多層基板製造に不可欠な積層性と低温における融点の低い導体との同時焼成を両立できるガラスセラミックグリーンシートおよび小型化・高性能化を実現できるガラスセラミック多層基板およびその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is a glass ceramic that can secure low-temperature sinterability while having high air permeability, and can achieve both laminarity, which is indispensable for the production of small and high-performance multilayer substrates, and simultaneous firing of conductors with low melting points at low temperatures It is an object of the present invention to provide a green sheet, a glass ceramic multilayer substrate capable of realizing miniaturization and high performance, and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するために、本発明のグリーンシートは、セラミック粉体とガラス粉体を含むガラスセラミック粉体と、有機バインダーとを少なくとも含むガラスセラミックグリーンシートにおいて、上記ガラスセラミック粉体が上記ガラス粉体のガラス転移温度以上、かつ、軟化点未満の温度で熱処理された粉体であることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the green sheet of the present invention is a glass ceramic green sheet comprising at least a ceramic powder, a glass ceramic powder containing glass powder, and an organic binder, wherein the glass ceramic powder is the glass. It is characterized by being a powder that has been heat-treated at a temperature above the glass transition temperature of the powder and below the softening point.

本発明のグリーンシートは、高い空気透過性を持ちながら、低温焼結性を確保できるため、LTCC基板に代表されるガラスセラミック多層基板の積層不良やショート不良を抑制しつつ、導電率の良好な導体と低温同時焼成を実現することができるという作用効果を有する。   Since the green sheet of the present invention can secure low-temperature sinterability while having high air permeability, it has good conductivity while suppressing the stacking failure and short-circuit failure of the glass ceramic multilayer substrate represented by the LTCC substrate. There is an effect that low-temperature simultaneous firing with the conductor can be realized.

また、このグリーンシートを用いた多層基板は、小型化・高性能化を実現することができるという作用効果を有する。   Moreover, the multilayer substrate using this green sheet has the effect of being able to achieve downsizing and high performance.

本発明のグリーンシートおよびこれを用いた多層基板は、グリーンシートを構成する成分であるガラスセラミック粉体に特徴があるものである。   The green sheet of the present invention and the multilayer substrate using the same are characterized by glass ceramic powder which is a component constituting the green sheet.

本発明の第一の発明は、セラミック粉体とガラス粉体を含むガラスセラミック粉体と、有機バインダーとを少なくとも含むガラスセラミックグリーンシートにおいて、上記ガラスセラミック粉体が上記ガラス粉体のガラス転移温度以上、かつ、軟化点未満の温度で熱処理された粉体であることを特徴とするものであり、これにより多層基板の積層不良やショート不良を抑制しつつ、導電率の良好な導体と低温同時焼成を実現することができるという作用効果を有するものである。   The first invention of the present invention is a glass ceramic green sheet comprising at least a ceramic powder, a glass ceramic powder containing a glass powder, and an organic binder, wherein the glass ceramic powder has a glass transition temperature of the glass powder. It is a powder that has been heat-treated at a temperature lower than the softening point as described above, thereby suppressing poor lamination and short-circuiting of the multilayer substrate, and simultaneously with a conductor having good conductivity at low temperature. It has the effect that firing can be realized.

本発明の第二の発明は、熱処理後の上記ガラスセラミック粉体の比表面積が、熱処理前の上記ガラスセラミック粉体の比表面積の30%以上60%未満であるというものであり、これにより良好なグリーンシートの積層性と良好なガラスセラミック粉体の焼結性を両立させることができるという作用効果を有するものである。   According to a second aspect of the present invention, the specific surface area of the glass ceramic powder after heat treatment is 30% or more and less than 60% of the specific surface area of the glass ceramic powder before heat treatment. This has the effect of being able to achieve both the laminateability of the green sheet and the good sinterability of the glass ceramic powder.

本発明の第三の発明は、上記グリーンシートの厚みをtμmとしたときの透気抵抗度(ガーレー)が5×t(sec)以下であるものであり、これによってグリーンシートと電極を交互に積層する際の積層不良の抑制、および電極ペーストをグリーンシート上にスクリーン印刷で形成する際の電極ペーストのにじみに起因するショート不良の抑制に効果的であるという作用効果を有するものである。   According to a third aspect of the present invention, the air resistance (Gurley) is 5 × t (sec) or less when the thickness of the green sheet is t μm, whereby the green sheet and the electrode are alternately arranged. It has the effect of being effective in suppressing stacking faults at the time of stacking and suppressing short circuit defects due to bleeding of the electrode paste when the electrode paste is formed on a green sheet by screen printing.

本発明の第四の発明は、上記ガラスセラミック粉体において、上記セラミック粉体は、Ba,TiおよびOを含むとともにNdまたはSmを少なくとも含むタングステンブロンズ構造を有するセラミック粉体を含み、上記ガラス粉体は、Si,Ba,LaおよびOを少なくとも含むものであり、これによって上記ガラスセラミック粉体を焼成して作製したガラスセラミックスが高誘電率かつ良好な高周波特性を有するため、多層基板としての小型化・高性能化を実現することができるという作用効果を有するものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the glass ceramic powder, the ceramic powder includes a ceramic powder having a tungsten bronze structure including Ba, Ti, and O and at least Nd or Sm. The body contains at least Si, Ba, La and O, and the glass ceramic produced by firing the glass ceramic powder has a high dielectric constant and good high frequency characteristics. This has the effect of realizing higher performance and higher performance.

本発明の第五の発明は、請求項1〜4のいずれか1つに記載のグリーンシートを複数枚積層した積層体を焼成温度900℃〜950℃の範囲で焼成して相対密度が95%以上としたものであり、これによってグリーンシートとAgを主成分とする導体との同時焼成が可能となるとともに多層基板としての強度および信頼性を向上させることができるという作用効果を有するものである。   According to a fifth aspect of the present invention, a laminate in which a plurality of the green sheets according to any one of claims 1 to 4 are laminated is fired at a firing temperature of 900 ° C. to 950 ° C., and the relative density is 95%. Thus, the green sheet and the conductor containing Ag as a main component can be fired simultaneously, and the strength and reliability as a multilayer substrate can be improved. .

加えて、本発明のグリーンシートを用いて積層する際、従来必要とされた接着層は不要となるため、この接着層に起因していたデラミネーションが発生しなくなるという作用効果も有する。すなわち、本発明のグリーンシートは空気透過性に優れているので積層する際、接着層は不要となる。そのため、接着層に起因するデラミネーションが発生せず多層基板としての信頼性を向上させることができる。   In addition, when laminating using the green sheet of the present invention, an adhesive layer that has been conventionally required is unnecessary, so that there is an effect that delamination caused by the adhesive layer is not generated. That is, since the green sheet of the present invention is excellent in air permeability, an adhesive layer is not necessary when it is laminated. Therefore, delamination caused by the adhesive layer does not occur, and the reliability as a multilayer substrate can be improved.

また、接着層が不要であるためその分のコストダウンを実現することができるという作用効果も有する。   Further, since the adhesive layer is unnecessary, there is an effect that the cost can be reduced accordingly.

本発明の第六の発明は、少なくとも、セラミック粉体とガラス粉体とを含むガラスセラミック粉体を上記ガラス粉体のガラス転移温度以上、かつ、軟化点未満の温度で熱処理する工程と、熱処理した上記ガラスセラミック粉体と有機バインダーと分散媒を含むスラリーを作製する工程と、作製した上記スラリーを膜状に成形・乾燥してグリーンシートを得る工程と、AgまたはCuを主成分とする導体層を形成する工程と、上記グリーンシートと上記AgまたはCuを主成分とする導体層とを交互に積層し積層体を得る工程と、上記積層体を焼成する工程とを含むものであり、これによって小型化、高性能化を実現することができる多層基板を容易に製造することができるという作用効果を有するものである。   A sixth invention of the present invention includes a step of heat-treating at least a glass ceramic powder containing a ceramic powder and a glass powder at a temperature not lower than the glass transition temperature of the glass powder and lower than the softening point; A step of producing a slurry containing the glass ceramic powder, an organic binder and a dispersion medium, a step of forming and drying the produced slurry into a film to obtain a green sheet, and a conductor containing Ag or Cu as a main component A step of forming a layer, a step of alternately laminating the green sheet and a conductor layer mainly composed of Ag or Cu, and obtaining a laminate, and a step of firing the laminate. Thus, a multilayer substrate capable of realizing miniaturization and high performance can be easily manufactured.

以下、一実施の形態および図面を用いて本発明のグリーンシート、そのグリーンシートを用いた多層基板およびその製造方法について、コンデンサやコイルを内蔵したガラスセラミック多層基板を例にとって説明する。   Hereinafter, a green sheet of the present invention, a multilayer substrate using the green sheet, and a method for manufacturing the same according to an embodiment and the drawings will be described taking a glass ceramic multilayer substrate with a built-in capacitor and coil as an example.

図1、図2は本発明の一実施の形態におけるガラスセラミック多層基板の製造方法を説明するための断面図である。   1 and 2 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a glass ceramic multilayer substrate in one embodiment of the present invention.

まず始めに、ガラスセラミック誘電体層であるグリーンシートを作製するために主成分として0.05〜10μmの平均粒子径を有するセラミック粉体とガラス粉体を所定量配合しガラスセラミック粉体とする。さらに、このガラスセラミック粉体100重量%に対して、水を50〜300重量%配合し、1〜5mmφのジルコニアを分散メディアとして使用してボールミル混合を12〜72hr行った後、ガラスセラミック粉体からなるスラリーをボールミルより取り出し乾燥する。乾燥した上記ガラスセラミック粉体に熱処理を行う。   First, in order to produce a green sheet as a glass ceramic dielectric layer, a predetermined amount of ceramic powder having an average particle diameter of 0.05 to 10 μm and glass powder are blended as a main component to obtain a glass ceramic powder. . Further, 50 to 300% by weight of water is blended with 100% by weight of the glass ceramic powder, and ball mill mixing is performed for 12 to 72 hours using 1 to 5 mmφ zirconia as a dispersion medium. The slurry consisting of is removed from the ball mill and dried. The dried glass ceramic powder is heat treated.

次に、乾燥後のガラスセラミック粉体100重量%に対して、PVBなどの樹脂バインダー4〜15重量%、エステル系、アルコール系などの分散媒40〜120重量%、DBP(フタル酸ジブチル)、BBP(フタル酸ベンジルブチル)などの可塑剤2〜12重量%、さらに必要に応じて分散剤、消泡剤を少量配合し、10mmφのジルコニアを使用したボールミル分散を12〜72hr行ってスラリーを作製する。   Next, with respect to 100% by weight of the glass ceramic powder after drying, 4 to 15% by weight of a resin binder such as PVB, 40 to 120% by weight of a dispersion medium such as ester or alcohol, DBP (dibutyl phthalate), 2-12% by weight of plasticizer such as BBP (benzyl butyl phthalate), and if necessary, a small amount of a dispersant and an antifoaming agent are blended, and ball mill dispersion using 10 mmφ zirconia is conducted for 12 to 72 hours to produce a slurry. To do.

次に、得られたスラリーをダイコーティング装置などのシート成型機によって離型処理されたPETフィルムなどのキャリアフィルム上に所定の厚みに塗布し、その後、乾燥炉で乾燥して図1(a)に示すガラスセラミック誘電体層であるグリーンシート101を作製する。   Next, the obtained slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier film such as a PET film which has been subjected to a mold release treatment by a sheet molding machine such as a die coating apparatus, and then dried in a drying furnace, and then FIG. A green sheet 101 which is a glass ceramic dielectric layer shown in FIG.

次に、前記グリーンシート101に必要に応じてパンチング加工あるいはレーザ加工により所定の位置に穴開け加工を行った後、スクリーン印刷などによってAgを主成分とする導電性ペーストを用いて穴開け加工されたビアホール内に充填塗布し、ビア電極102を形成する。その後、グリーンシート101にAgを主成分とする導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法などにより、設計された回路パターンの配線電極103を形成する。   Next, the green sheet 101 is punched at a predetermined position by punching or laser processing as necessary, and then drilled using a conductive paste mainly composed of Ag by screen printing or the like. The via electrode 102 is formed by filling the via hole. Thereafter, the wiring electrode 103 having the designed circuit pattern is formed on the green sheet 101 by a screen printing method using a conductive paste mainly composed of Ag.

次に、それぞれに印刷形成された配線電極103を有するグリーンシート101を図1(a)に示すように所定の設計になるように位置合わせを行いながら積層、加圧し、図1(b)に示すようなガラスセラミック誘電体層と電極層が交互に積層された積層体104を形成する。この積層体104の大きさは通常50〜200mm□であり、積層体104はマトリックス状に所定の多層基板203を多数個作製することができる。   Next, the green sheets 101 each having printed wiring electrodes 103 are stacked and pressed while being aligned so as to have a predetermined design as shown in FIG. A laminated body 104 in which glass ceramic dielectric layers and electrode layers are alternately laminated as shown is formed. The size of the laminate 104 is usually 50 to 200 mm □, and the laminate 104 can produce a number of predetermined multilayer substrates 203 in a matrix.

また、この積層体104の内層部に所定の面積を有する配線電極103をグリーンシート101を介して対向するように配置することによりコンデンサを内蔵することができる。さらに、この配線電極103を積層することにより、より大容量のコンデンサを内蔵することも可能である。また、配線電極103をグリーンシート101に形成したビア電極102を介してスパイラル構造のコイルを内蔵させることも可能である。これらのコンデンサおよびコイルを内蔵させることによって高密度実装可能なガラスセラミック多層基板203を実現することができる。   Further, a capacitor can be incorporated by disposing the wiring electrode 103 having a predetermined area on the inner layer portion of the laminate 104 so as to face each other with the green sheet 101 therebetween. Further, by stacking the wiring electrodes 103, it is possible to incorporate a capacitor having a larger capacity. It is also possible to incorporate a spiral coil through the via electrode 102 in which the wiring electrode 103 is formed on the green sheet 101. By incorporating these capacitors and coils, a glass ceramic multilayer substrate 203 capable of high-density mounting can be realized.

次に、上記積層体104にAgを主成分とする導電性ペーストを用いて表層電極106を形成する。その後積層体104を積層体104の垂直方向に所定の圧力で加圧し、積層体104を積層圧着する。なお、この積層および加圧の際の温度は常温〜100℃であり、圧力は20〜1000kgf/cm2で行うことが好ましい。 Next, the surface layer electrode 106 is formed on the laminate 104 using a conductive paste containing Ag as a main component. Thereafter, the laminated body 104 is pressurized at a predetermined pressure in the vertical direction of the laminated body 104, and the laminated body 104 is laminated and pressure-bonded. In addition, it is preferable that the temperature at the time of this lamination | stacking and pressurization is normal temperature-100 degreeC, and pressure is 20-1000 kgf / cm < 2 >.

その後、積層圧着された積層体104に表面電極106を形成後、切断して個片化し、この個片化された積層体104を400〜600℃の温度で脱バインダー処理を行う。   Thereafter, the surface electrode 106 is formed on the laminated body 104 that has been laminated and pressure-bonded, and is cut into pieces, and the separated laminated body 104 is subjected to binder removal treatment at a temperature of 400 to 600 ° C.

次に、焼成工程として最高保持温度860〜960℃、最高温度での保持時間0.5〜30時間、大気中雰囲気もしくは還元雰囲気で焼成を行う。   Next, as a firing step, firing is performed in an atmospheric atmosphere or a reducing atmosphere at a maximum holding temperature of 860 to 960 ° C., a holding time at the maximum temperature of 0.5 to 30 hours.

最後に図2に示すように両端面に外部電極201を形成、必要に応じて外部電極201へのめっき、表面部品202の実装等を行うことによりガラスセラミック多層基板203を得る。   Finally, as shown in FIG. 2, external electrodes 201 are formed on both end faces, and if necessary, plating on the external electrodes 201, mounting of surface parts 202, etc. are performed to obtain a glass ceramic multilayer substrate 203.

ここで、混合・乾燥後に熱処理を行ったときのガラスセラミック粉体およびセラミック粉体の形態の変化をそれぞれ図3、図13に模式的に示す。またそれに対応するガラスセラミック粉体の収縮挙動を図4に示す。   Here, FIG. 3 and FIG. 13 schematically show changes in the morphology of the glass ceramic powder and the ceramic powder when heat treatment is performed after mixing and drying, respectively. FIG. 4 shows the shrinkage behavior of the corresponding glass ceramic powder.

まず、熱処理を行わない、あるいは熱処理温度がガラスセラミック粉体中のガラス粉体302のガラス転移温度よりも低い場合について、図3(a)に示すようにセラミック粉体301とガラス粉体302はそれぞれが均一に混合した状態となっている。また、この状態では図4(a)に示すように寸法収縮率はほぼゼロであり、収縮はおこらない。   First, in the case where heat treatment is not performed or the heat treatment temperature is lower than the glass transition temperature of the glass powder 302 in the glass ceramic powder, the ceramic powder 301 and the glass powder 302 are as shown in FIG. Each is uniformly mixed. In this state, as shown in FIG. 4A, the dimensional shrinkage is almost zero, and no shrinkage occurs.

それに対して、熱処理温度がガラス粉体302のガラス転移温度以上になると、図3(b)に示すようにガラス粉体302の拡散が開始する。ガラス粉体302はガラス転移温度(Tg)より低い温度では弾性的な挙動をとるが、ガラス転移温度(Tg)以上で粘弾性的な挙動をとり、ガラス転移温度を境に弾性率が急激に減少する。このため、ガラス粉体302の移動度が増し隣接しているセラミック粉体301に接着する。接着したガラス粉体302とセラミック粉体301の間には空隙303を多数存在させることができる。このため、グリーンシートを低密度化させ、空気透過性を上昇させることが可能になり、グリーンシートと電極を交互に積層する際の積層不良の抑制、および電極ペーストをグリーンシート上にスクリーン印刷で形成する際の電極ペーストのにじみの抑制に効果的である。また、焼結性についてであるが、ガラス粉体302同士、あるいはセラミック粉体301同士が接着してネッキングを起こし粒径が増大すると焼結性の著しい低下を招く。それに対してガラス粉体302とセラミック粉体301という異種粉体同士が接着する場合、個々の粉体の粒径は増大しないため焼結性は阻害されない。このため、上記温度域で熱処理したガラスセラミック粉体の焼結性は確保され、グリーンシート低密度化・空気透過性の上昇とガラスセラミック粉体の焼結性確保の両立が可能となる。また、この状態では図4(a)に示すように寸法収縮が開始するが、熱処理温度に対する寸法収縮の変化割合は小さい。   On the other hand, when the heat treatment temperature is equal to or higher than the glass transition temperature of the glass powder 302, the diffusion of the glass powder 302 starts as shown in FIG. The glass powder 302 behaves elastically at a temperature lower than the glass transition temperature (Tg), but has a viscoelastic behavior at a temperature higher than the glass transition temperature (Tg), and the modulus of elasticity suddenly increases at the glass transition temperature. Decrease. For this reason, the mobility of the glass powder 302 increases and it adheres to the adjacent ceramic powder 301. A large number of gaps 303 can exist between the glass powder 302 and the ceramic powder 301 that are bonded together. For this reason, it becomes possible to reduce the density of the green sheet and increase the air permeability, suppress the stacking failure when the green sheet and the electrode are stacked alternately, and screen print the electrode paste on the green sheet. This is effective in suppressing bleeding of the electrode paste during formation. Further, regarding sinterability, if the glass powders 302 or the ceramic powders 301 adhere to each other to cause necking and increase the particle size, the sinterability is significantly reduced. On the other hand, when different types of powder such as glass powder 302 and ceramic powder 301 are bonded to each other, the particle size of each powder does not increase, so that the sinterability is not hindered. For this reason, the sinterability of the glass ceramic powder heat-treated in the above temperature range is ensured, and it is possible to achieve both a reduction in green sheet density and an increase in air permeability and a securing of the sinterability of the glass ceramic powder. In this state, dimensional shrinkage starts as shown in FIG. 4A, but the rate of change of dimensional shrinkage with respect to the heat treatment temperature is small.

熱処理温度がガラス粉体302の軟化点より高い温度ではガラス粉体302の粘性が低下し、軟化点以下では接着していなかったガラス粉体302同士が相互拡散して接着、ガラス粉体の粒径が増大し、同時にセラミック粉体の焼結もはじまるため、セラミック粉体301の粒径も増大しはじめる。このため、上記温度域で熱処理したガラスセラミック粉体の焼結性は著しく阻害される。また、この状態では図4(a)に示すように熱処理温度に対する寸法収縮の変化割合が急激に大きくなっている。   When the heat treatment temperature is higher than the softening point of the glass powder 302, the viscosity of the glass powder 302 decreases. Since the diameter increases and the sintering of the ceramic powder starts at the same time, the particle diameter of the ceramic powder 301 also starts to increase. For this reason, the sinterability of the glass-ceramic powder heat-processed in the said temperature range is inhibited remarkably. In this state, as shown in FIG. 4A, the rate of change in dimensional shrinkage with respect to the heat treatment temperature is rapidly increased.

なお、セラミック粉体単独のネッキング開始温度はガラス粉体単独のネッキング開始温度よりも十分に高いことを前提とするが、通常セラミック粉体はガラス粉体よりもネッキング開始温度が十分に高いことがほとんどである。   It is assumed that the necking start temperature of the ceramic powder alone is sufficiently higher than the necking start temperature of the glass powder alone, but usually the ceramic powder has a necking start temperature sufficiently higher than the glass powder. Is almost.

ここで従来のセラミック粉体1101を熱処理したときの形態の変化を図13に示すが、セラミック粉体1101同士が接着するような条件で熱処理を行うと粒径が大きくなるため焼結の駆動力が減少する。また、図4(b)に示すように、ガラス粉体を含有していないために焼成温度近傍で急激な寸法変化がおこることからもガラスセラミック粉体との違いを窺い知ることができる。   FIG. 13 shows a change in the form when the conventional ceramic powder 1101 is heat-treated. Since the particle size increases when the heat treatment is performed under the condition that the ceramic powders 1101 adhere to each other, the driving force for sintering is shown. Decrease. Moreover, as shown in FIG.4 (b), since the glass powder is not contained, since a rapid dimensional change occurs near the firing temperature, the difference from the glass ceramic powder can be known.

上記熱処理後のガラスセラミック粉体の比表面積は熱処理前の上記セラミック粉体の比表面積の30%以上60%未満であることが好ましい。60%以上のときはガラスセラミック粉体の空隙率が少ないため、グリーンシートの積層性が良好ではない。逆に30%未満のときはセラミック粉体の焼結がはじまり粒径が増大するためにガラスセラミック粉体の焼結性が悪化する。   The specific surface area of the glass ceramic powder after the heat treatment is preferably 30% or more and less than 60% of the specific surface area of the ceramic powder before the heat treatment. When it is 60% or more, the porosity of the glass ceramic powder is small, so the green sheet is not good in lamination. Conversely, when it is less than 30%, the sintering of the ceramic powder starts and the particle size increases, so that the sinterability of the glass ceramic powder deteriorates.

また、上記グリーンシートの厚みをtμmとしたときの透気抵抗度(ガーレー)が5×t(sec)以下であることが好ましい。比表面積の大きい粉体を用いても、透気抵抗度が5×t(sec)以下であることによりグリーンシートと電極を交互に積層する際の積層不良の抑制、および電極ペーストをグリーンシート上にスクリーン印刷で形成する際の電極ペーストのにじみに起因するショート不良の抑制に効果的である。なお、透気抵抗度(ガーレー)とは面積642mm2の紙又は板紙を空気100mlが通過する時間を示しており、値が大きいほど空気が通過しにくいことをさす。また透気度については明確な定義はないが、値が大きいほど空気が通過しやすいことをさす。 Further, it is preferable that the air resistance (Gurley) is 5 × t (sec) or less when the thickness of the green sheet is t μm. Even if powder with a large specific surface area is used, the air permeability resistance is 5 × t (sec) or less, thereby suppressing the stacking failure when the green sheet and the electrode are alternately stacked, and the electrode paste on the green sheet. It is effective in suppressing short-circuit defects caused by bleeding of the electrode paste when formed by screen printing. The air resistance (Gurley) indicates the time required for 100 ml of air to pass through paper or paperboard having an area of 642 mm 2 , and the larger the value, the more difficult the air passes. There is no clear definition of air permeability, but the larger the value, the easier air passes.

また、上記グリーンシートを複数枚積層し焼成温度900℃〜950℃の範囲で焼成した多層基板が95%以上の相対密度を有し、上記グリーンシートとAgを主成分とする導体との同時焼成が可能であることが好ましい。ガラスセラミック粉体をLTCC(低温同時焼成セラミックス)材料として融点の低い導体と同時焼成する場合、ガラスセラミック粉体の焼結性の悪化は致命傷となりうるが、そのような場合に特に焼結性を阻害しない本グリーンシートが有効である。   A multilayer substrate obtained by laminating a plurality of the green sheets and firing at a firing temperature in the range of 900 ° C. to 950 ° C. has a relative density of 95% or more, and simultaneously fires the green sheet and a conductor mainly composed of Ag. Is preferably possible. When the glass ceramic powder is co-fired as a LTCC (low temperature co-fired ceramics) material with a conductor having a low melting point, the deterioration of the sinterability of the glass ceramic powder can be fatal. This green sheet that does not obstruct is effective.

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.

(実施例1)
以下、本発明のグリーンシートおよび多層基板の製造方法における実施例1について説明する。
Example 1
Hereinafter, Example 1 in the manufacturing method of the green sheet of this invention and a multilayer substrate is demonstrated.

まず始めに、ガラスセラミック誘電体層であるグリーンシートを作製するために主成分としてBaCO3、Nd23、TiO2を用意し、BaO:Nd23:TiO2=2:2:9(mol比)なる配合を施したセラミック粉体を1500℃にて仮焼し、タングステンブロンズ構造のセラミック粉体(BNT粉体)を得た。 First, BaCO 3 , Nd 2 O 3 , and TiO 2 are prepared as main components to produce a green sheet that is a glass ceramic dielectric layer, and BaO: Nd 2 O 3 : TiO 2 = 2: 2: 9. The ceramic powder having a composition (mol ratio) was calcined at 1500 ° C. to obtain a ceramic powder (BNT powder) having a tungsten bronze structure.

次に少なくともSiO2、BaCO3、La23、Al23を所定量配合し、1400℃で溶融・急冷・粉砕することでガラス粉体を得た。このガラス粉体のガラス転移温度(Tg)および軟化点(Ts)をJIS R3103−3熱膨張法による転移温度測定方法およびJIS R3103−1軟化点の測定方法により測定したところ、Tgは680℃、Tsは820℃であった。 Next, at least SiO 2 , BaCO 3 , La 2 O 3 , and Al 2 O 3 were blended in predetermined amounts, and melted, quenched, and pulverized at 1400 ° C. to obtain glass powder. When the glass transition temperature (Tg) and softening point (Ts) of this glass powder were measured by the transition temperature measurement method by JIS R3103-3 thermal expansion method and the measurement method of JIS R3103-1 softening point, Tg was 680 ° C., Ts was 820 ° C.

さらに、BNT粉体80重量%、ガラス粉体20重量%、その他焼結助剤としての役割を果たすセラミック粉体を所定量配合し、ガラスセラミック粉体とした。さらに、このガラスセラミック粉体100重量%に対して、水を100重量%配合し、2mmφのジルコニアを分散メディアとして使用してボールミル混合を1、2、24、48、72、128hrを行った後、ガラスセラミック粉体からなるスラリーをボールミルより取り出し乾燥し、6種類のガラスセラミック粉体を得た。これらのガラスセラミック粉体を128hr粉砕したものをサンプルNo.1、72hr粉砕したものをNo.2、48hr粉砕したものをNo.3、24hr粉砕したものをNo.4、6hr粉砕したものをNo.5、1hr粉砕したものをNo.6とした。   Further, 80% by weight of BNT powder, 20% by weight of glass powder, and other predetermined amounts of ceramic powder that plays a role as a sintering aid were blended to obtain glass ceramic powder. Further, after 100% by weight of water was added to 100% by weight of the glass ceramic powder, and ball mill mixing was performed for 1, 2, 24, 48, 72, and 128 hours using 2 mmφ zirconia as a dispersion medium. The slurry made of glass ceramic powder was taken out from the ball mill and dried to obtain six types of glass ceramic powder. Samples obtained by pulverizing these glass ceramic powders for 128 hours were sample No. No. 1 for 72 hours. No. 2 for 48 hours. No. 3 and 24 hr. No. 4 or 6 hrs ground. No. 5 and 1 hr. It was set to 6.

乾燥した上記ガラスセラミック粉体No.3を用いて熱処理を行った。熱処理条件は大気中で昇降温速度300℃/hr、保持温度500、600、650、680、700、750、800、820、850、900℃の10通り、保持時間2hrとした。これらのガラスセラミック粉体について500℃で熱処理したものをサンプルNo.7、600℃で熱処理したものをNo.8、650℃で熱処理したものをNo.9、680℃で熱処理したものをNo.10、700℃で熱処理したものをNo.11、750℃熱処理したものをNo.12、800℃で熱処理したものをNo.13、820℃で熱処理したものをNo.14、850℃で熱処理したものをNo.15、900℃で熱処理したものをNo.16とした。   The dried glass ceramic powder No. 3 was used for heat treatment. The heat treatment conditions were as follows: temperature increase / decrease rate of 300 ° C./hr, holding temperatures of 500, 600, 650, 680, 700, 750, 800, 820, 850, and 900 ° C., and a holding time of 2 hours. These glass ceramic powders heat-treated at 500 ° C. were sample Nos. No. 7, heat treated at 600 ° C. No. 8, heat treated at 650 ° C. No. 9, heat treated at 680 ° C. No. 10 and heat treated at 700 ° C. No. 11, 750 ° C. heat-treated. No. 12, heat treated at 800 ° C. No. 13 and 820 ° C. heat treated. No. 14 and heat treated at 850 ° C. No. 15 and heat treated at 900 ° C. It was set to 16.

各々のサンプルについて、JIS R1626ファインセラミックス粉体の気体吸着BET法による比表面積の測定方法により比表面積を測定した。また、走査電子顕微鏡(SEM)によるガラスセラミック粉体の観察も行った。   About each sample, the specific surface area was measured by the measuring method of the specific surface area by the gas adsorption BET method of JIS R1626 fine ceramic powder. The glass ceramic powder was also observed with a scanning electron microscope (SEM).

次に、乾燥後のNo.1〜16のガラスセラミック粉体100重量%に対して、有機バインダーとしてPVB樹脂8重量部、分散媒としてブタノール80重量%、可塑剤としてDBP(フタル酸ジブチル)5重量%を配合し、10mmφのジルコニアを使用したボールミル分散を48hr行ってスラリーを作製した。   Next, No. after drying. 1 to 16 glass ceramic powders of 100% by weight are blended with 8 parts by weight of PVB resin as an organic binder, 80% by weight of butanol as a dispersion medium, and 5% by weight of DBP (dibutyl phthalate) as a plasticizer. Ball mill dispersion using zirconia was performed for 48 hr to prepare a slurry.

次に、得られたスラリーをドクターブレード方式の成型機によって離型処理されたPETフィルム上に所定の厚みに塗布し、その後、乾燥炉で乾燥してガラスセラミック誘電体層であるグリーンシートを作製した。グリーンシートの厚みは40μmとなるように制御した。グリーンシートの密度と透気度を測定した。密度は所定の大きさに切断したグリーンシートの重量と厚みを測定し算出した。透気度についてはJIS P8117紙及び板紙−透気度試験方法−ガーレー試験機法により測定した。   Next, the obtained slurry is applied to a predetermined thickness on a PET film that has been subjected to release treatment by a doctor blade type molding machine, and then dried in a drying furnace to produce a green sheet that is a glass ceramic dielectric layer. did. The thickness of the green sheet was controlled to be 40 μm. The density and air permeability of the green sheet were measured. The density was calculated by measuring the weight and thickness of a green sheet cut into a predetermined size. The air permeability was measured by JIS P8117 paper and paperboard-air permeability test method-Gurley tester method.

このグリーンシートを用い、一実施の形態における図2で説明したガラスセラミック多層基板203を50素子作製した。まず、導体層の印刷性の評価を行った。配線パターンのうち最も狭い導体層のライン/スペース幅は20μm/20μmであったため、印刷性が最も厳しいと考えられる上記部分について導体ペーストをグリーンシート上にスクリーン印刷した後の導体の形成度合いを顕微鏡により観察し、にじみによるショートの有無を調べ、不良が1素子以下のときを○、2素子以上発生したときを×とした。次に積層不良発生の有無を評価した。導体層のうち最も厚い導体層の厚みは40μmであったため、積層性が最も厳しいと考えられる上記部分について60℃にて積層したときの不良発生の有無を目視にて評価し、グリーンシート同士の密着性が良好なときを○、デラミネーションが発生したときを×とした。作製した積層体について、焼成工程として最高保持温度900℃、最高温度での保持時間2時間、低酸素分圧下で焼成を行った。焼成したサンプル表面に外部電極を形成、外部電極へのめっき、表面部品実装を行うことによりガラスセラミック多層基板を得た。   Using this green sheet, 50 elements of the glass-ceramic multilayer substrate 203 described in FIG. 2 in one embodiment were produced. First, the printability of the conductor layer was evaluated. Since the line / space width of the narrowest conductor layer in the wiring pattern was 20 μm / 20 μm, the formation degree of the conductor after the conductor paste was screen-printed on the green sheet for the part considered to have the most severe printability was measured with a microscope. And the presence or absence of short-circuit due to bleeding was examined. Next, the presence or absence of stacking faults was evaluated. Since the thickness of the thickest conductor layer among the conductor layers was 40 μm, the presence or absence of defects when visually laminating at 60 ° C. was visually evaluated for the above portions considered to have the most severe lamination properties. The case where adhesion was good was marked with ◯, and the time when delamination occurred was marked with ×. The produced laminate was fired as a firing step under a low oxygen partial pressure at a maximum holding temperature of 900 ° C., a holding time of 2 hours at the maximum temperature. An external electrode was formed on the surface of the fired sample, plating on the external electrode, and surface component mounting were performed to obtain a glass ceramic multilayer substrate.

また、上記積層体とは別にグリーンシートの焼結性の評価を行った。まず上記グリーンシートを50枚積層し、1mmφの円板状に切断後、脱バインダーおよび低酸素分圧下で焼成を行った。昇降温速度を300℃/hr、最高温度を900、950℃、最高温度における保持時間を2hとした。アルキメデス法により密度を測定し、相対密度を算出し焼結性を評価した。焼成温度900、950℃における相対密度が95%以上のときを○、少なくともいずれかが95%以下のときを×とした。   Moreover, the sinterability of the green sheet was evaluated separately from the laminate. First, 50 green sheets were laminated, cut into a 1 mmφ disk shape, and then fired under binder removal and low oxygen partial pressure. The temperature increasing / decreasing rate was 300 ° C./hr, the maximum temperatures were 900 and 950 ° C., and the holding time at the maximum temperature was 2 h. The density was measured by the Archimedes method, the relative density was calculated, and the sinterability was evaluated. A case where the relative density at a firing temperature of 900 and 950 ° C. was 95% or more was evaluated as ◯, and a case where at least one of them was 95% or less was evaluated as ×.

まず、非熱処理粉体で粉砕時間を変えたときの結果を(表1)および(表2)に示す。   First, Table 1 and Table 2 show the results when the pulverization time was changed with the non-heat treated powder.

(表1)、(表2)に示すとおり、粉砕時間が長く比表面積が大きいサンプルNo.1〜4については、グリーンシートの焼結性は良好であるものの、透気抵抗度が高くなり(空気の透過性が悪くなり)多層基板を作製する際の積層不良やショート不良が多発した。逆に粉砕時間が短く比表面積が小さいサンプルNo.5、6については、グリーンシートの透気抵抗度が低くなり(空気の透過性が良好になり)、積層不良やショート不良のない積層体を作製することはできたが、グリーンシートの焼結性が十分でないため、焼成した多層基板の強度が十分でなく、外部電極にめっきを施す際にめっき液が浸透して高周波特性が悪化するなどの弊害が発生した。また図8にNo.3とNo.5のガラスセラミック粉体のSEM写真を示すが、比表面積の大きいNo.5の粉体粒径はNo.3よりも大きいことが上記写真からもわかる。   As shown in (Table 1) and (Table 2), Sample No. As for 1-4, although the sinterability of the green sheet was good, the air permeability resistance increased (air permeability deteriorated), resulting in frequent stacking faults and short circuit faults when producing a multilayer substrate. On the contrary, the sample No. As for 5 and 6, the green sheet has low air permeability resistance (air permeability is good), and it was possible to produce a laminate having no lamination failure or short circuit failure. Since the properties are not sufficient, the strength of the fired multilayer substrate is not sufficient, and when the external electrode is plated, the plating solution penetrates and the high frequency characteristics deteriorate. In FIG. 3 and no. 5 shows an SEM photograph of the glass ceramic powder No. 5 having a large specific surface area. No. 5 powder no. It can be seen from the above picture that it is larger than 3.

次に、比表面積10.2(m2/g)のガラスセラミック粉体No.3に熱処理を施した熱処理粉体No.7〜16の結果を(表3)および(表4)に示す。 Next, glass ceramic powder No. 1 having a specific surface area of 10.2 (m 2 / g). No. 3 was heat treated powder No. 3 The results of 7 to 16 are shown in (Table 3) and (Table 4).

熱処理温度がガラス粉体のガラス転移温度(Tg)である680℃未満の温度としたサンプルNo.7〜9はグリーンシートの焼結性は良好であるものの、グリーンシート密度が高く透気抵抗度が高くなり(空気の透過性が悪くなり)、多層基板を作製する際の積層不良やショート不良が多発した。逆に熱処理温度がガラス粉体の軟化点(Ts)である820℃以上の温度としたサンプルNo.14〜16については、グリーンシート密度が低く透気抵抗度が低くなり(空気の透過性が良好になり)、積層不良やショート不良のない積層体を作製することはできたが、非熱処理粉体のサンプルNo.5、6と同様にグリーンシートの焼結性が十分でないため、焼成した多層基板の強度が十分でなく、外部電極にめっきを施す際にめっき液が浸透して高周波特性が悪化するなどの弊害が発生した。それに対して熱処理温度がガラス粉体のガラス転移温度(Tg)以上軟化点(Ts)未満である680℃〜800℃であったサンプルNo.10〜13についてはグリーンシートの焼結性を確保しつつグリーンシート密度および透気抵抗度を低く(空気の透過性を良好に)することができ、多層基板作製の際の積層不良やショート不良を抑制することができた。また、図8にNo.5とNo.12のガラスセラミック粉体のSEM写真を示すが、No.5とNo.12の比表面積は同じであるにもかかわらず、明らかに粉体粒径は熱処理を行ったNo.12のほうが小さく見える。これはセラミック粉体とガラス粉体の異種粉体同士が接着しており個々の粉体粒径は増大しないためと考えられる。   Sample No. with a heat treatment temperature of less than 680 ° C., which is the glass transition temperature (Tg) of the glass powder. In Nos. 7 to 9, although the green sheet has good sinterability, the green sheet density is high and the air permeability resistance is high (air permeability is poor). Occurred frequently. On the contrary, the sample heat treatment temperature was 820 ° C. or higher which is the softening point (Ts) of the glass powder. As for Nos. 14 to 16, although the green sheet density was low and the air permeability resistance was low (air permeability was good), it was possible to produce a laminate with no lamination failure or short circuit failure. Body sample No. Similar to 5 and 6, the green sheet is not sufficiently sinterable, so the fired multilayer substrate is not strong enough, and the plating solution penetrates when the external electrode is plated, resulting in deterioration of high frequency characteristics. There has occurred. On the other hand, the heat treatment temperature of sample No. For Nos. 10 to 13, green sheet density and air permeability resistance can be lowered (good air permeability) while ensuring green sheet sinterability. Could be suppressed. In FIG. 5 and no. 12 shows an SEM photograph of No. 12 glass ceramic powder. 5 and no. Despite the fact that the specific surface area of No. 12 is the same, the particle size of the powder is clearly no. 12 looks smaller. This is presumably because different powder sizes of ceramic powder and glass powder are bonded to each other and the particle size of each powder does not increase.

これら一連の結果を図5〜図7を用いて詳しく説明する。図5は熱処理前のガラスセラミック粉体(No.3)の比表面積を基準として熱処理後のガラスセラミック粉体の比表面積の割合をパーセント表示したものであるが、熱処理温度が650℃と680℃の間で急激に値が変化していることがわかる。これはガラス粉体がセラミック粉体に接着したことによる影響である。この値に対応して、図6に示すように透気抵抗度の値が急激に減少(つまり空気透過性が良好となっている)し、60%以下になっていることがわかる。しかしながら、図6に併記したようにグリーンシートを900℃焼成した焼結体の相対密度は熱処理温度650℃と680℃でほとんど変わっておらず、良好な焼結性を保っていた。次に図5に示すように熱処理温度が800℃と820℃で熱処理前に対する熱処理後のガラスセラミック粉体の比表面積の割合は低下し、30%未満になっていることがわかる。これはガラス粉体の流動性が増してガラス粉体同士が接着したことによる影響である。この値に対応して、図6に示すように透気抵抗度の値は減少しつづけた(空気透過性は良好となる)が、最も影響をうけるのは相対密度であった。ガラス粉体の粒径が大きくなり、ガラスセラミック粉体全体の焼結もはじまるため、焼結の駆動力が著しく減少した。また、図7は非熱処理粉体と熱処理粉体の透気抵抗度と相対密度の関係をプロットしたものである。これを見ると、非熱処理粉体のグリーンシート透気抵抗度と相対密度には相関関係(トレードオフの関係)があるのに対し、熱処理粉体では680℃〜820℃の熱処理でこのトレードオフの関係からの著しい偏倚が認められた。これらの事実からもガラスセラミック粉体をガラス粉体のガラス転移温度以上、かつ、軟化点未満の温度で熱処理することによって、良好な空気透過性と低温焼結性の確保を両立できるという効果を有していることを確認できた。   These series of results will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 5 shows the percentage of the specific surface area of the glass ceramic powder after the heat treatment based on the specific surface area of the glass ceramic powder (No. 3) before the heat treatment. The heat treatment temperatures are 650 ° C. and 680 ° C. It can be seen that the value changes abruptly. This is due to the fact that the glass powder adheres to the ceramic powder. Corresponding to this value, as shown in FIG. 6, it can be seen that the value of the air permeability resistance is rapidly decreased (that is, the air permeability is good) and is 60% or less. However, as shown in FIG. 6, the relative density of the sintered body obtained by firing the green sheet at 900 ° C. hardly changed between the heat treatment temperatures of 650 ° C. and 680 ° C., and good sinterability was maintained. Next, as shown in FIG. 5, it is understood that the ratio of the specific surface area of the glass ceramic powder after the heat treatment with respect to that before the heat treatment is 800 ° C. and 820 ° C. and is less than 30%. This is due to the fact that the flowability of the glass powder is increased and the glass powder is adhered to each other. Corresponding to this value, as shown in FIG. 6, the value of air permeability resistance continued to decrease (air permeability became good), but the relative density was most affected. Since the particle size of the glass powder increased and sintering of the entire glass ceramic powder began, the driving force for sintering decreased significantly. FIG. 7 is a plot of the relationship between the air resistance and the relative density of the non-heat treated powder and the heat treated powder. This shows that there is a correlation (trade-off relationship) between the green sheet air resistance and the relative density of the non-heat treated powder, whereas the heat treatment powder has a heat treatment at 680 ° C to 820 ° C. A significant deviation from the relationship was observed. From these facts, it is possible to achieve both good air permeability and low temperature sinterability by heat-treating the glass ceramic powder at a temperature above the glass transition temperature of the glass powder and below the softening point. I have confirmed that I have it.

なお、本一実施の形態においては、コンデンサやコイルを内蔵したガラスセラミック多層基板を用いて説明したが、本発明のグリーンシート、これを用いた多層基板はこれに限定されるものではなく、例えば、バンドパスフィルタ、アンテナスイッチフィルタ、パワーアンプモジュール用基板等にも用いることができるものである。   In the present embodiment, the glass ceramic multilayer substrate with a built-in capacitor and coil has been described. However, the green sheet of the present invention and the multilayer substrate using the same are not limited thereto. For example, It can also be used for bandpass filters, antenna switch filters, power amplifier module substrates, and the like.

本発明にかかるグリーンシートおよびこれを用いた多層基板は、従来のグリーンシートと比較して、良好な空気透過性と低温焼結性の確保を両立できるという効果を有し、特に、小型・高性能化が要求される各種多層セラミック電子部品に有用である。   The green sheet according to the present invention and the multilayer substrate using the same have the effect of ensuring both good air permeability and low-temperature sinterability as compared with conventional green sheets. It is useful for various multilayer ceramic electronic components that require higher performance.

(a)、(b)はそれぞれ本発明の一実施の形態における多層基板の製造工程を示す断面図(A), (b) is sectional drawing which respectively shows the manufacturing process of the multilayer substrate in one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態における多層基板を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the multilayer substrate in one embodiment of this invention (a)〜(c)はそれぞれ本発明の一実施の形態におけるガラスセラミック粉体を説明するための模式断面図(A)-(c) is a schematic cross section for demonstrating the glass ceramic powder in one embodiment of this invention, respectively. (a)、(b)はそれぞれガラスセラミック粉体およびセラミック粉体の熱処理温度と寸法収縮率の関係を示した図(A), (b) is the figure which showed the relationship between the heat processing temperature of glass ceramic powder and ceramic powder, and a dimensional shrinkage, respectively. 本発明の実施例1における熱処理温度と熱処理前に対する熱処理後の粉体比表面積の割合の関係を示した図The figure which showed the relationship between the heat processing temperature in Example 1 of this invention, and the ratio of the powder specific surface area after heat processing with respect to before heat processing. 本発明の実施例1におけるグリーンシートの透気抵抗度と900℃焼成時の焼結体の相対密度を示した図The figure which showed the air resistance of the green sheet in Example 1 of this invention, and the relative density of the sintered compact at the time of 900 degreeC baking 本発明の実施例1における熱処理温度とグリーンシートの透気抵抗度および900℃焼成時の焼結体の相対密度を示した図The figure which showed the heat processing temperature in Example 1 of this invention, the air resistance of a green sheet, and the relative density of the sintered compact at the time of 900 degreeC baking (a)〜(c)はそれぞれ本発明の実施例1におけるガラスセラミック粉体のSEM写真を示した図(A)-(c) is the figure which showed the SEM photograph of the glass ceramic powder in Example 1 of this invention, respectively. (a)〜(c)はいずれも従来の多層基板の製造工程を示す断面図(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional multilayer substrate all デラミネーションが発生した積層体の断面図Cross-sectional view of a laminate with delamination (a)〜(c)はいずれもデラミネーションが発生するしくみを説明するための工程断面図(A)-(c) are process sectional drawings for demonstrating the mechanism in which delamination all generate | occur | produces (a)〜(c)はいずれも電極形状の模式断面図(A)-(c) are all schematic cross sections of electrode shapes (a)、(b)はそれぞれ従来のセラミック粉体を説明するための模式断面図(A), (b) is a schematic sectional view for explaining a conventional ceramic powder, respectively

符号の説明Explanation of symbols

101 グリーンシート
102 ビア電極
103 配線電極
104 積層体
106 表面電極
201 外部電極
202 表面部品
203 多層基板
301 セラミック粉体
302 ガラス粉体
303 空隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Green sheet 102 Via electrode 103 Wiring electrode 104 Laminated body 106 Surface electrode 201 External electrode 202 Surface component 203 Multilayer substrate 301 Ceramic powder 302 Glass powder 303 Void

Claims (6)

セラミック粉体とガラス粉体を含むガラスセラミック粉体と、有機バインダーとを少なくとも含むガラスセラミックグリーンシートにおいて、上記ガラスセラミック粉体が上記ガラス粉体のガラス転移温度以上、かつ、軟化点未満の温度で熱処理された粉体であることを特徴とするグリーンシート。 In a glass ceramic green sheet containing at least a ceramic powder, a glass ceramic powder containing glass powder, and an organic binder, the glass ceramic powder is at a temperature not lower than the glass transition temperature of the glass powder and lower than the softening point. A green sheet characterized by being a heat-treated powder. 熱処理後の上記ガラスセラミック粉体の比表面積が、熱処理前の上記ガラスセラミック粉体の比表面積の30%以上60%未満である、請求項1記載のグリーンシート。 The green sheet according to claim 1, wherein the specific surface area of the glass ceramic powder after heat treatment is 30% or more and less than 60% of the specific surface area of the glass ceramic powder before heat treatment. 上記グリーンシートの厚みをtμmとしたときの透気抵抗度(ガーレー)が5×t(sec)以下である、請求項2記載のグリーンシート。 The green sheet according to claim 2, wherein the air resistance (Gurley) is 5 × t (sec) or less when the thickness of the green sheet is t μm. 上記ガラスセラミック粉体において、上記セラミック粉体は、Ba,TiおよびOを含むとともにNdまたはSmを少なくとも含むタングステンブロンズ構造を有するセラミック粉体を含み、上記ガラス粉体は、Si,Ba,LaおよびOを少なくとも含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載のグリーンシート。 In the glass ceramic powder, the ceramic powder includes a ceramic powder having a tungsten bronze structure including Ba, Ti, and O and at least Nd or Sm. The glass powder includes Si, Ba, La, and The green sheet according to claim 1, comprising at least O. 請求項1〜4のいずれか1つに記載のグリーンシートを複数枚積層した積層体を900℃〜950℃の範囲で焼成して相対密度が95%以上とした多層基板。 A multilayer substrate in which a laminate in which a plurality of the green sheets according to any one of claims 1 to 4 are laminated is baked in a range of 900 ° C to 950 ° C to have a relative density of 95% or more. 少なくともセラミック粉体とガラス粉体とを含むガラスセラミック粉体を上記ガラス粉体のガラス転移温度以上、かつ、軟化点未満の温度で熱処理する工程と、熱処理した上記ガラスセラミック粉体と有機バインダーと分散媒を含むスラリーを作製する工程と、作製した上記スラリーを膜状に成形・乾燥してグリーンシートを得る工程と、AgまたはCuを主成分とする導体層を形成する工程と、上記グリーンシートと上記AgまたはCuを主成分とする導体層とを交互に積層し積層体を得る工程と、上記積層体を焼成する工程とを含む多層基板の製造方法。 A step of heat-treating glass ceramic powder containing at least ceramic powder and glass powder at a temperature not lower than the glass transition temperature of the glass powder and lower than the softening point, and the heat-treated glass ceramic powder and organic binder. A step of producing a slurry containing a dispersion medium, a step of forming and drying the produced slurry into a film to obtain a green sheet, a step of forming a conductor layer mainly composed of Ag or Cu, and the green sheet And a conductor layer mainly composed of Ag or Cu, and a step of obtaining a laminate, and a step of firing the laminate.
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