JP2009196885A - 拡散防止層を有する低温同時焼成セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成過程において異種接合領域に発生する拡散現象を防止するための拡散防止層を有する低温同時焼成セラミック基板及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明による低温同時焼成セラミック基板は、第１誘電率を有する物質からなる第１セラミック層と、上記第１誘電率より低い第２誘電率を有する物質からなる第２セラミック層と、上記第１セラミック層と第２セラミック層の間に介在し、上記第１セラミック層物質、上記第２セラミック層物質及びバリウム（Ｂａ）化合物からなる拡散防止層を含む。本発明により焼成過程において高誘電率の第１セラミック層と低誘電率の第２セラミック層の夫々を成す材質のイオンが接合領域において互いに拡散され拡散層のような欠陥の発生を抑制し、これにより従来高誘電率である第１セラミック層の誘電率が落ちる問題点を解消し、信頼性が向上した低温同時焼成セラミック基板を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、低温同時焼成セラミック基板及びその製造方法に関する。特に焼成過程において異種接合領域に発生する拡散現象を防止するための拡散防止層を有する低温同時焼成セラミック基板及びその製造方法に関する。

低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）基板とは、１，０００℃ 以下の低温で金属電極とセラミック基板を一度に焼成して製造された素子を称するもので、一般的に低温同時焼成セラミック基板（以下、ＬＴＣＣと称する）は、高周波通信用受動素子に主に適用されている。

ＬＴＣＣは、グリーンシートの主原料として使用されるガラスセラミック材料の低い誘電体の損失による高い品質係数と内部電極材料の高い電気伝導度による低い導体損失の特性があり、モジュール内部に受動素子（Ｒ，Ｌ．Ｃ）を具現するという長所がある。

このような長所を有するＬＴＣＣは、最近電子機器の小型化、軽量化、高密度化及び高信頼性化の傾向により高集積化、多機能化、高速化、高出力化及び高信頼性化に必須に要求されている。

従って、ＬＴＣＣは多数のセラミック層を互いに積層し連結するが、異なる機能をする回路が形成されたグリーンシートセラミック層を上下に積層させて所定の回路を構成する。

このようにセラミック層を上下に積層して所定の回路を構成するＬＴＣＣにおいて、例えば、内蔵キャパシタ（Ｃ）は他の受動素子（Ｒ．Ｌ）と異なりグリーンシート上に下部電極を印刷し、下部電極の上部に誘電体ペーストを印刷し、誘電体ペーストの上部に上部電極を印刷して製造する。

このようなＬＴＣＣを構成する多数のセラミック層に対して焼成する過程に より、図１に図示されたように高（Ｈｉｇｈ−Ｋ）誘電率の第１セラミック層１０と、低（Ｌｏｗ−Ｋ）誘電率の第２セラミック層２０の間の異種接合領域に、第１セラミック層１０と第２セラミック層２０のイオン拡散により拡散層Ａが発生する。

このような拡散層Ａは、焼成過程中に第１セラミック層１０のバリウム（Ｂａ）が第２セラミック層２０に拡散され、第２セラミック層２０のＳｉが第１セラミック層１０に拡散されて発生した結果で、このように第１セラミック層１０のバリウムが高誘電率の第１セラミック層１０から低誘電率の第２セラミック層２０に拡散すると、第１セラミック層１０の誘電率が落ちるという問題点を有するようになる。

本発明は、焼成過程により高誘電率と低誘電率の異種接合領域において、拡散現象による欠陥の発生を防止する拡散防止層を有する低温同時焼成セラミック基板を提供することに目的がある。

本発明の他の目的は、焼成過程により高誘電率と低誘電率の異種接合領域において、拡散現象による欠陥の発生を防止する拡散防止層を有する低温同時焼成セラミック基板の製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するための本発明の一実施例は、第１誘電率を有する物質からなる第１セラミック層と、上記第１誘電率より低い第２誘電率を有する物質からなる第２セラミック層と、上記第１セラミック層と第２セラミック層の間に介在し、上記第１セラミック層物質、上記第２セラミック層物質及びバリウム（Ｂａ）化合物からなる拡散防止層を含み、上記拡散防止層により上記第１セラミック層物質と第２セラミック層物質の相互拡散を防止する低温同時焼成セラミック基板に関する。

本発明の一実施例は、上記第１セラミック層を経て上記第２セラミック層を貫通する貫通ビアと、上記貫通ビアに一側が連結され、上記第１セラミック層または上記第２セラミック層の一面または両面に形成された少なくとも二つの電極パターンをさらに含むことを特徴とする。

本発明の一実施例において上記第１セラミック層は、上記貫通ビアに沿って一面方向に多数形成され、上記少なくとも二つの電極パターンが一面または両面に形成されることを特徴とする。

本発明の一実施例において、上記第２セラミック層は、上記貫通ビアに従って一面方向に多数形成され、上記少なくとも二つの電極パターンが一面または 両面に形成されることを特徴とする。

本発明の一実施例において上記拡散防止層は、ＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラスからなるシリケート系ガラス群から選ばれたいずれかひとつ、またはその組み合わせをさらに含むことを特徴とする。

本発明の一実施例において上記拡散防止層は、Ｂａ濃度が隣接した層のＢａ 濃度より５〜２０ｍｏｌ％さらに高く含有されたことを特徴とする。

本発明の一実施例において上記バリウム化合物は、ＢａＴｉＯ_３であることを特徴とする。

本発明の一実施例において上記拡散防止層は、上記第１セラミック層または 第２セラミック層の厚さと同一の厚さで形成されたことを特徴とする。

また、本発明の他の実施例は、セラミック物質、シリケート系ガラス物質及びバリウム（Ｂａ）化合物を含む少なくともひとつの母材層を備える段階と、上記母材層の上面と下面に夫々少なくとも二つの電極パターンを一面または両面に形成して、第１誘電率を有する物質からなる第１セラミック層及び上記第１誘電率より低い第２誘電率を有する物質からなる第２セラミック層を形成する段階と、上記母材層と上記セラミック層を含む積層構造を焼成し、上記母材層が拡散防止層として作用する低温同時焼成セラミック基板を形成する段階を含む低温同時焼成セラミック基板の製造方法に関する。

本発明の他の実施例において上記母材層を備える段階は、キャリアフィルムの上面に上記シリケート系ガラス物質、上記バリウム（Ｂａ）化合物、分散剤及びバインダー（Ｂｉｎｄｅｒ）を含んだスラリーを塗布する段階と、上記塗布されたスラリーを硬化させ、上記母材層を形成する段階と、上記キャリアフィルムを除去する段階を含むことを特徴とする。

本発明の他の実施例において上記シリケート系ガラス物質は、ＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラスからなる群から選ばれたいずれかひとつまたはその組み合わせを含むことを特徴とする。

本発明の他の実施例は、上記母材層を備える段階において、上記母材層のＢａ濃度が隣接した層のＢａ濃度より５〜２０ｍｏｌ％高く含有されたことを特徴とする。

本発明の他の実施例において、上記低温同時焼成セラミック基板を形成する段階は、上記積層構造を焼成する前に、上記母材層を含み上記第１セラミック層または第２セラミック層に形成された電極パターンの一側を貫通する貫通ビアを形成する段階を含むことを特徴とする。

本発明の他の実施例において、上記セラミック層を形成する段階は、上記母材層の一面に上記第１セラミック層を多数形成し、上記母材層の他面に上記第２セラミック層を多数形成することを特徴とする。

本発明の他の実施例において、上記バリウム化合物はＢａＴｉＯ_３であることを特徴とする。

本発明の他の実施例において、上記拡散防止層として作用する母材層は、上記第１セラミック層または第２セラミック層の厚さと同一の厚さで形成されたことを特徴とする。

本発明により、焼成過程において高誘電率の第１セラミック層と低誘電率の第２セラミック層の夫々を成す材質のイオンが、接合領域において互いに拡散して拡散層のような欠陥の発生を抑制し、これにより従来高誘電率である第１セラミック層の誘電率が落ちるという問題点を解消して信頼性が向上した低温同時焼成セラミック基板を提供することができる。

は、従来の低温同時焼成セラミック基板において発生した拡散層を図示した例示図である。 は、本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板の構造を図示した断面図である。 本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板の製造方法を説明するための工程断面図である。

以下、添付の図面を参照に本発明の実施例を詳しく説明する。

図２は、本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板の構造を図示した断面図である。

図２に図示されたように、本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板１００は、第１誘電率を有する複数の第１セラミック層１１１、第１誘電率より低い第２誘電率を有する多数の第２セラミック層１１２、第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２の異種接合において、イオン拡散（ｉｏｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の発生を防止するために第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２の間に具備された拡散防止層１１０'、多数のセラミック層１１１、１１２と拡散防止層１１０'を貫通して具備された貫通ビア１２０、及びキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を形成するためにセラミック層１１１、１１２の夫々を中心に両面に形成され貫通ビア１２０に夫々連結された多数の電極パターン１３０を含んで構成される。

第１セラミック層１１１は、例えば、Ｂi、Ｂａ、ＳｉＯ_２を含んで構成され、１２〜１３程度の熱膨張係数を有する高誘電率層であり、上面または下面にキャパシタを形成するために貫通ビア１２０に夫々連結された少なくとも二つの電極パターン１３０を具備する。

第２セラミック層１１２は、例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉＯ_２を含んで構成され、第１熱膨張係数より低い５〜１０程度の第２熱膨張係数を有して第１セラミック層１１１の誘電率より低い低誘電率層で、第１セラミック層１１１と同様に上面または下面にキャパシタを形成するために貫通ビア１２０に夫々連結された少なくとも二つの電極パターン１３０を具備する。

拡散防止層１１０'は、従来、異種接合領域においてイオン拡散による拡散層Ａの問題の発生を防止するために、第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２の異種接合の間に第１セラミック層１１１の材質と第２セラミック層１１２の材質を合成して形成された層で、例えばＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス等のいずれかひとつまたはその組み合わせのシリケート系ガラス（ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）成分及びＢａＴｉＯ_３ 等のフィラー（ｆｉｌｌｅｒ）成分を含んで形成されることができる。

ここで、拡散防止層１１０'は、Ｂａ濃度が第１セラミック層１１１のＢａ濃度と比較して５〜２０ｍｏｌ％さらに高く含有した層で形成されることができ、第１セラミック層１１１または第２セラミック層１１２の厚さと同一の厚さで形成されることができる。

貫通ビア１２０は、低温同時焼成セラミック基板１００を貫通して金属等の 伝導性材質が充鎮されたビアで、夫々の第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２を中心に両面または一面に具備された少なくとも二つの電極パターン１３０と連結され、電極パターン１３０の間の第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２とともにキャパシタを形成するようになる。

また、このような貫通ビア１２０の露出した上部側または下部側にボンディング材（未図示）を具備して任意の素子（未図示）を装着することができる。

このように構成された本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板１００は第１セラミック層１１１の材質と第２セラミック層１１２の材質を合成して第１セラミック層１１１のＢａ濃度より５〜２０ｍｏｌ％さらに高いＢａ濃度の拡散防止層１１０'を利用し、第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２の材質が互いの層にイオン拡散することを防止するようになる。

以下、このような本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板１００の製造方法を図３ａから図３ｃを参照して説明する。

先ず、図３ａに図示されたように本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板１００の製造のためにマイラーフィルム（ｍｙｌａｒ ｆｉｌｍ）のようなキャリアフィルム１０１の上面に拡散防止層１１０'を形成するための母材層１１０を形成する。

具体的に、拡散防止層１１０'を形成するための母材層１１０は、図３ａに図示されたように第１セラミック層１１１の材質と第２セラミック層１１２の 材質を合成し、例えばＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラスで構成されたシリケート系ガラス群から選ばれたいずれかひとつまたはその組み合わせの成分、フィラーとしてＢａＴｉＯ_３のバリウム化合物成分、シリケート系ガラス成分とバリウム化合物のフィラー成分を分散させる分散剤及びバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）を 含んで混合したスラリーを、ドクターブレード２００を利用してキャリアフィルム１０１の上面にキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）して形成し、硬化させることができる。

拡散防止層１１０'のための母材層１１０を硬化させて形成した後、図３ｂに図示されたように母材層１１０に付着したキャリアフィルム１０１を除去し、母材層１１０を備え、少なくとも二つ備えられた母材層１１０の上面と下面夫々に、例えば、Ｂi、Ｂａ、ＳｉＯ_２を含んで構成され高誘電率を有する第１セラミック層１１１と、例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＳｉＯ_２を含んで構成され第１セラミック層１１１より低い低誘電率の第２セラミック層１１２を多数接合して、多数接合された第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２を含んだ積層構造を均等圧力（ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で圧着して形成する。

この後、多数接合された第１セラミック層１１１、母材層１１０、及び第２セラミック層１１２を含んだ積層構造に対して貫通ビア１２０を形成して低温 焼成し、図３ｃに図示されたように第１セラミック層１１１の材質と第２セラミック層１１２の材質を合成して第１セラミック層１１１のＢａ濃度より５〜２０ｍｏｌ％さらに高いＢａ含量の拡散防止層１１０'を含んだ低温同時焼成セラミック基板１００を製造する。

具体的に、少なくとも二つ備えられた母材層１１０の一面方向に多数の第１セラミック層１１１を接合し、母材層１１０の他面方向に多数の第２セラミック層１１２を接合する。このとき、第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２の夫々には貫通ビア１２０と電極パターン１３０が具備され、夫々のセラミック層１１１、１１２を中心に両面または一面に具備された電極パターン１３０が貫通ビア１２０の一側に連結され、多数のセラミック層１１１、１１２は夫々の貫通ビア１２０が互いにかみ合って結合することができる。

勿論、貫通ビア１２０は電極パターン１３０が一面または両面に形成された多数のセラミック層１１１、１１２を母材層１１０を中心に両面に接合した後に一括で多数のセラミック層１１１、１１２と母材層１１０を貫通して形成されることができる。

次いで、母材層１１０の両面に貫通ビア１２０と電極パターン１３０が具備された多数のセラミック層１１１、１１２を接合して形成した後に、例えば３００℃〜１０００℃の低温で焼成し、図３ｃに図示されたように第１セラミック層１１１の材質と第２セラミック層１１２の材質を合成して第１セラミック層１１１のＢａ濃度より５〜２０ｍｏｌ％さらに高いＢａ含量の拡散防止層１１０'を有した構造の低温同時焼成セラミック基板１００を製造することができる。

従って、本発明の実施例による低温同時焼成セラミック基板１００の製造過程は、焼成過程において第１セラミック層１１１と第２セラミック層１１２の夫々を成す材質のイオンが接合領域において互いに拡散し、従来の拡散層Ａが生成されることを抑制し、これにより従来拡散現象により高誘電率である第１セラミック層１１１の誘電率が落ちるという問題点を解消し、信頼性が向上した低温同時焼成セラミック基板１００を提供することができる。

本発明の技術思想は、上記の好ましい実施例により具体的に記述されたが、上述の実施例はその説明のためのもので、その制限のためのものではないことに注意すべきである。

また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内において多様な実施が可能であることを理解することができるであろう。

１００ 低温同時焼成セラミック基板；１０１ キャリアフィルム；１１０ 母材層；１１０' 拡散防止層；１１１ 第１セラミック層；１１２ 第２セラミック層；１２０ 貫通ビア；１３０ 電極パターン；２００ ドクターブレード

Claims (16)

1. 第１誘電率を有する物質からなる第１セラミック層と、
   前記第１誘電率より低い第２誘電率を有する物質からなる第２セラミック層と、
   前記第１セラミック層と前記第２セラミック層の間に介在し、前記第１セラミック層物質、前記第２セラミック層物質及びバリウム（Ｂａ）化合物からなる拡散防止層を含み、
   前記拡散防止層により前記第１セラミック層物質と前記第２セラミック層物質の相互拡散を防止する低温同時焼成セラミック基板。
2. 前記第１セラミック層を経て前記第２セラミック層を貫通する貫通ビアと、
   前記貫通ビアに一側が連結され、前記第１セラミック層または前記第２セラミック層の一面または両面に形成された少なくとも二つの電極パターンと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低温同時焼成セラミック基板。
3. 前記第１セラミック層は、前記貫通ビアに沿って面に垂直な方向に多数形成され、前記少なくとも二つの電極パターンが一面または両面に形成されることを特徴とする請求項２に記載の低温同時焼成セラミック基板。
4. 前記第２セラミック層は、前記貫通ビアに沿って面に垂直な方向に多数形成され、前記少なくとも二つの電極パターンが一面または両面に形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の低温同時焼成セラミック基板。
5. 前記拡散防止層は、
   ＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラスからなるシリケート系ガラス群から選ばれたいずれかひとつまたはその組み合わせをさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の低音同時焼成セラミック基板。
6. 前記拡散防止層は、
   Ｂａ濃度が隣接した層のＢａ濃度より５〜２０ｍｏｌ％さらに高く含有されたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板。
7. 前記バリウム化合物は、ＢａＴｉＯ_３であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板。
8. 前記拡散防止層は、
   前記第１セラミック層または前記第２セラミック層の厚さと同一の厚さで形成されたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板。
9. セラミック物質、シリケート系ガラス物質及びバリウム（Ｂａ）化合物を含んだ少なくともひとつの母材層を備える段階と、
   前記母材層の一面に、少なくとも二つの電極パターンが一面または両面に形成された第１誘電率を有する物質からなる第１セラミック層を形成して、前記母材層の他面に少なくとも二つの電極パターンが一面または両面に形成された前記第１誘電率より低い第２誘電率を有する物質からなる第２セラミック層を形成する段階と、
   前記母材層と前記セラミック層を含む積層構造を焼成し、前記母材層が拡散 防止層として作用する低温同時焼成セラミック基板を形成する段階と、を含む低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
10. 前記母材層を備える段階は、
    キャリアフィルムの一面に前記シリケート系ガラス物質、前記バリウム（Ｂａ）化合物、分散剤及びバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）を含んだスラリーを塗布する段階と、
    前記塗布されたスラリーを硬化させ、前記母材層を形成する段階と、
    前記キャリアフィルムを除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
11. 前記シリケート系ガラス物質は、
    ＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系ガラス、Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系ガラスを含む群から選ばれたいずれかひとつ、またはその組み合わせを含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
12. 前記母材層を備える段階において、
    前記母材層はＢａ濃度が隣接した層のＢａ濃度より５〜２０ｍｏｌ％高く含有されたことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
13. 前記低温同時焼成セラミック基板を形成する段階は、
    前記積層構造を焼成する前に、前記母材層を含み、前記第１セラミック層または前記第２セラミック層に形成された電極パターンの一側を貫通する貫通ビアを 形成する段階を含むことを特徴とする請求項９から請求項１２の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
14. 前記セラミック層を形成する段階は、
    前記母材層の一面に前記第１セラミック層を多数形成し、前記母材層の他面に前記第２セラミック層を多数形成することを特徴とする請求項９から請求項１３の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
15. 前記バリウム化合物は、ＢａＴｉＯ_３であることを特徴とする請求項９から請求項１４の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板の製造方法。
16. 前記拡散防止層として作用する前記母材層は、前記第１セラミック層または第２セラミック層の厚さと同一の厚さで形成されたことを特徴とする請求項９から請求項１５の何れかに記載の低温同時焼成セラミック基板。