JP2700921B2 - コンデンサー内蔵複合回路基板 - Google Patents

コンデンサー内蔵複合回路基板

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンデンサー、抵抗体及び電気配線用導体
層を有するコンデンサー内蔵複合回路基板に関するもの
である。
〔従来の技術〕
近年、各種の電子部品はIC及びLSI等の半導体集積回
路素子の利用で小型化・高密度実装化が急速に進めら
れ、それに伴い前記半導体集積回路素子等を搭載する絶
縁基板も小型化とともにより高密度化が要求されてき
た。そこで、電気配線の微細化や多層化および電子回路
におけるコンデンサーや抵抗等の受動部品のチップ化が
進められ、更にそれら小型化された受動部品を絶縁基板
の両面に設けられた電気配線用導体層に接続した両面実
装化が実用化されてきた。
しかし乍ら、半導体材料の著しい発達に伴って電子部
品は、より一層の小型化・高密度実装化が要求されるよ
うになり、前記受動部品の小型化等ではその要求を満足
することができなくなっていた。
そこでかかる要求に応えるべく、絶縁基体上に受動素
子であるコンデンサー部をスクリーン印刷法等により厚
膜印刷し、同様にして形成された電極層及び内部配線用
導体層とともに前記絶縁基体の焼成と同時に形成し、そ
の後、該絶縁基体面上に同様のスクリーン印刷法により
電気配線用導体層及び抵抗体層を形成し、該導体及び抵
抗体層を焼付けてハイブリッド化することにより小型化
・高密度化せんとする複合セラミック基板が提案されて
いる(特公昭和63-55795号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし乍ら、この従来の複合セラミック基板は温度補
償用誘電体セラミックス、例えばチタン酸カルシウム
(CaTiO3)、チタン酸マグネシウム(Mg2TiO4)、チタ
ン酸ランタン(La2Ti27)、チタン酸ストロンチウム
(SrTiO3)またはチタン酸ネオジウム(Nd2Ti27)の
いずれかを主成分とする磁器組成物を誘電体層とし、化
学的に安定で且つ絶縁性に優れたアルミナを主成分とす
る絶縁基体中に内蔵させた場合には、該アルミナを主成
分とする絶縁基体と前記誘電体層との焼成温度を一致さ
せることが難しく、その上、前記絶縁基体と誘電体層と
の熱膨張差から誘電体層にクラックを生じ、コンデンサ
ーとしての絶縁抵抗や耐電圧が低下してしまい、所期の
特性を有する誘電体層が得られないという問題があっ
た。
〔発明の目的〕
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的
はMgO、SiO2、及び/またはCaOを主成分とする高周波絶
縁性に優れた絶縁体層と温度補償用誘電体層を同時に焼
成できると共に、温度補償用コンデンサーとして安定し
た諸特性を有するコンデンサー内蔵複合回路基板を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係るコンデンサー内蔵複合回路基板は、チタ
ン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ラン
タン、チタン酸ストロンチウムおよびチタン酸ネオジウ
ムのいずれかを主成分とするセラミックスを誘電体層と
し、該誘電体層の上下面に電極層を設けてコンデンサー
部を形成し、該コンデンサー部を絶縁体層で挟持したコ
ンデンサー内蔵複合回路基板において、上記絶縁体層が
第1図に示す下記A、B、C、D、E、Fの各点で囲ま
れた範囲内のマグネシア(MgO)、シリカ(SiO2)、及
び/またはカルシア(CaO)を主成分とするセラミック
スからなり、かつ結晶相として少なくともフォルステラ
イト(Mg2SiO4)を含有することを特徴とする。但し、
X、Y、Zはそれぞれマグネシア(MgO)、シリカ(SiO
2)及びカルシア(CaO)の重量%を表す。
X Y Z A 60 40 0 B 40 60 0 C 30 60 10 D 30 40 30 E 40 30 30 F 60 30 10 また、絶縁体層がフォルステライト(Mg2SiO4)と、
エンスタタイト(MgSiO3)、モンチセライト(CaMgSi
O4)またはアカーマナイト(Ca2MgSi27)の内、少な
くとも一種の結晶相を有することが望ましい。
さらに、本願発明のコンデンサー内蔵複合回路基板
は、誘電体層と該誘電体層及び電極層とから形成される
コンデンサー部を挟持した絶縁体層とを同時焼成して成
るものである。
即ち、前記絶縁体層の組成は第1図において、MgOが6
0重量%を越えると焼成温度が1400℃以上となり前記温
度補償用誘電体材料と同時焼成できず、30重量%未満で
はコンデンサー部の絶縁抵抗値及び絶縁破壊電圧が低下
してしまい実用範囲を越えてしまう。
また、SiO2が60重量%を越えると絶縁体層の熱膨張率
が低下し、該絶縁体層と前記温度補償用誘電体層との熱
膨張差により、該温度補償用誘電体層にクラックが発生
し、絶縁抵抗値及び絶縁破壊電圧が低くなり実用範囲を
越え、30重量%未満では焼成温度が1400℃以上となり、
前記温度補償用誘電体材料と同時焼成できない。
一方、CaOは30重量%を越えると焼成温度が1400℃以
上となり、前記温度補償用誘電体材料と同時焼成できな
いか、また同時焼成できたとしてもCaSiO3またはCa2SiO
4等のカルシウムケイ酸塩が析出すると共に絶縁抵抗値
及び絶縁破壊電圧が低下し実用範囲を越える。
故に、前記絶縁体層の組成は第1図のA、B、C、
D、E、Fの各点に囲まれた範囲内に特定される。
〔作用〕
コンデンサー部を挾持した絶縁体層の組成が主成分で
あるマグネシア(MgO)、シリカ(SiO2)及び/または
カルシア(CaO)を第1図に示すA、B、C、D、E、
Fの各点に囲まれた範囲内となる様に調整することによ
り、前記絶縁体材料をチタン酸カルシウム(CaTiO3)、
チタン酸マグネシウム(MgTiO4)、チタン酸ランタン
(La2Ti27)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)ま
たはチタン酸ネオジウム(Nd2Ti27)のいずれかを主
成分とする温度補償用誘電体材料が焼結する1240℃乃至
1340℃の焼成温度にて同時に焼成一体化することができ
るとともに、焼成一体化された絶縁体層にはフォルステ
ライト(Mg2SiO4)結晶相以外に、該フォルステライト
結晶相の熱膨張率と異なる熱膨張率を有するエンスタタ
イト(MgSiO3)、モンチセライト(CaMgSiO4)及びアカ
ーマナイト(Ca2MgSi27)の結晶相が少なくとも1種
形成され、前記絶縁体の熱膨張率が調整できることとな
る。
〔実施例〕
次に本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板を第2図
に示す実施例に基づき詳細に説明する。
第2図は本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板の一
実施例を示す断面図である。
図において、1は絶縁体層、2はコンデンサー部、3
は電気配線用導体で、前記コンデンサー部2は交互に積
層された誘電体層4と電極層5とから成る。
前記絶縁体層1は、その組成が第1図に示す下記A、
B、C、D、E、Fの各点 X Y Z A 60 40 0 B 40 60 0 C 30 60 10 D 30 40 30 E 40 30 30 F 60 30 10 但し、X、Y、Zはそれぞれマグネシア(MgO)、シ
リカ(SiO2)及びカルシア(CaO)の重量%を表わす。
で囲まれた範囲内となるように、MgO、SiO2及び/また
はCaOから成るセラミック原料粉末を混合し、該混合物
を1100℃乃至1300℃の温度で仮焼する。その後、前記仮
焼物を粉砕したセラミック粉末に適当な有機バインダ
ー、分散剤、可塑剤及び溶剤を添加混合して泥漿物を作
り、該泥漿物をたとえば従来周知のドクターブレード法
等によりシート状に成形し、得られたグリーンシートを
複数枚積層したものから形成される。
また、前記コンデンサー部2はCaTiO3、Mg2TiO4、La2
Ti27、SrTiO3、またはNd2Ti27のいずれかを主成分
とする温度補償用誘電体材料の原料粉末に適当な有機バ
インダー、分散剤、可塑剤、及び溶剤を添加混合して泥
漿物を作り、該泥漿物を例えば従来周知の引き上げ法等
によりシート状に成形する。得られた誘電体のグリーン
シートにはその上面に銀・パラジウム(Ag-Pd)合金等
からなり、該金属の金属粉末に適当な溶剤、溶媒を添加
混合した合金ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等
により所定の電極パターンに被着し、電極層5を形成す
る。
尚、絶縁体層1及びコンデンサー部2の上下面の導通
をはかるため、絶縁体及び誘電体のグリーンシートには
打ち抜き加工等によりスルホール部6が形成され、該ス
ルホール部6には前記合金ペーストが充填されている。
次いで、前記絶縁体及び誘電体のグリーンシートを夫
々積層して熱圧着し、得られた積層体を大気中、200℃
乃至400℃の温度で脱バインダーし、その後、1240℃乃
至1340℃の温度にて一体化焼成することにより、コンデ
ンサー部2を内蔵した絶縁基板を得る。
かくして前記一体焼成後の絶縁体層1表面にスクリー
ン印刷法によりAg-Pd系合金ペーストを使用して電気配
線用導体パターンを、また必要に応じて酸化ルテニウム
(RuO2)等を主成分とするペーストを使用して抵抗パタ
ーンをそれぞれ印刷し、大気中および850℃の温度で焼
成することにより抵抗体7を有するコンデンサー内蔵複
合回路基板が得られる。
また、電気配線用導体パターンに銅(Cu)を主成分と
するペーストを使用する場合には、抵抗パターンに硼化
ランタン(LaB6)や酸化スズ(SnO2)を主成分とするペ
ーストを使用して印刷し、窒素雰囲気中およそ900℃の
温度で焼成することにより、前記と同様のコンデンサー
内蔵複合回路基板が得られる。
次に実験例に基づき本発明を説明する。
絶縁体層の組成が第1表に示す組成比となる様に、Mg
O、SiO2及び/またはCaOから成るセラミック原料粉末を
混合し、該混合物を1100℃乃至1300℃の温度で仮焼を行
った。その後、前記仮焼物を所望の粒度に粉砕調整し、
得られた原料粉末に適当な有機バインダー及び溶媒を添
加して泥漿状となすとともに、該泥漿物をドクターブレ
ード法により厚さ約200μmのグリーンシートを成形
し、しかる後、該グリーンシートに打ち抜き加工を施
し、170mm角の絶縁体シートを得た。
一方、第1表に示す温度補償用誘電体材料を主成分と
する原料粉末に適当な有機バインダー及び溶媒を添加混
合して泥漿状となすとともに、該泥漿物を引き上げ法に
よりコンデンサーの容量設定のため厚さ20μm乃至60μ
mのグリーンシートを成形し、しかる後、該グリーンシ
ートに打ち抜き加工を施し、170mm角の誘電体シートを
得た。
次いで、前記誘電体シートにスクリーン印刷等の厚膜
印刷法によりAg-Pd合金ペーストを用いて約1mm乃至10mm
角の電極パターンを必要とする静電容量に応じて印刷形
成する。
また、前記絶縁体シート及び誘電体シートに予め形成
されたスルホール部にはスクリーン印刷法等によりAg-P
d合金ペーストを充填する。
しかる後、前記絶縁体シートの間に誘電体シートを複
数枚挾み込み、熱圧着し、得られた積層体を大気中200
℃乃至400℃の温度で脱バインダーし、続いて第1表に
示す温度にて大気中で焼成する。
上記評価試料によりLCRメーターを使用してコンデン
サー部の電極層間の短絡の有無を確認した後、JIS C 51
02の規定に準じて前記LCRメーターにより周波数1MHz、
入力信号レベル1.0Vrmsの測定条件にて−55℃及び125℃
における静電容量を測定して該静電容量の変化率を温度
係数(TCC)として算出した。同様に、コンデンサー部
に25Vの直流電圧を印加し60秒後の抵抗値を測定し、該
抵抗値を絶縁抵抗値とした。また、コンデンサー部の端
子間に毎秒100Vの速度で電圧を印加し、その時の漏れ電
流値が1.0mAを越えた瞬間の電圧値を測定し、該測定値
をもって絶縁破壊電圧とした。
一方、絶縁体層の結晶相は、前記評価試料を使用して
X線回折測定を行い、評価試料表面のX線回折パターン
により同定した。また、絶縁体層及び誘電体層の熱膨張
率は、それぞれ前記評価試料と同一組成である縦3mm、
横3mm、長さ40mmの角柱状の試験片を前記評価試料の焼
成と同時に焼成し、40℃乃至800℃の温度範囲における
平均熱膨張率を測定した。
以上の結果を第1表に示す。
尚、本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板は前述の
実施例にのみ限定されるものではなく、受動部品である
抵抗体を絶縁基板の両面に形成すれば、より一層の小型
化・高密度化が実現できることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板によれば、マ
グネシア、シリカ及び/またはカルシアを主成分とする
高周波絶縁性に優れた絶縁体層と温度補償用誘電体材料
と同時に焼成一体化することができる上、前記絶縁体層
と温度補償用誘電体層の熱膨張率を互いに極めて近似し
たものとすることができることから、誘電体層にクラッ
ク等の欠陥を生じることなく絶縁抵抗及び絶縁破壊電圧
に優れた温度補償用コンデンサー部を内蔵することが可
能となり、その結果、ハイブリッド基板等に最適な小型
化・高密度化されたコンデンサー内蔵複合回路基板を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の絶縁体層の組成範囲を示す三元系図、
第2図は本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板の一実
施例を示す断面図である。 1……絶縁体層 2……コンデンサー部 4……誘電体層 5……電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤川 信義 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ 株式会社総合研究所内 審査官 松本 貢 (56)参考文献 特開 昭58−17651(JP,A) 特開 昭59−144115(JP,A) 特開 昭63−295473(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウ
    ム、チタン酸ランタン、チタン酸ストロンチウムおよび
    チタン酸ネオジウムのいずれかを主成分とするセラミッ
    クスを誘電体層とし、該誘電体層の上下面に電極層を設
    けてコンデンサー部を形成し、該コンデンサー部を絶縁
    体層で挟持したコンデンサー内蔵複合回路基板におい
    て、上記絶縁体層が第1図に示す下記A、B、C、D、
    E、Fの各点で囲まれた範囲内のマグネシア(MgO)、
    シリカ(SiO2)、及び/またはカルシア(CaO)を主成
    分とするセラミックスからなり、かつ結晶相として少な
    くともフォルステライト(Mg2SiO4)を含有することを
    特徴とするコンデンサー内蔵複合回路基板。但し、X、
    Y、Zはそれぞれマグネシア(MgO)、シリカ(SiO2
    及びカルシア(CaO)の重量%を表す。 X Y Z A 60 40 0 B 40 60 0 C 30 60 10 D 30 40 30 E 40 30 30 F 60 30 10
  2. 【請求項2】前記絶縁体層がフォルステライト(Mg2SiO
    4)と、エンスタタイト(MgSiO3)、モンチセライト(C
    aMgSiO4)またはアカーマナイト(Ca2MgSi27)の内、
    少なくとも一種の結晶相を有することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のコンデンサー内蔵複合回路基
    板。
  3. 【請求項3】前記誘電体層と該誘電体層及び電極層とか
    ら形成されるコンデンサー部を挟持した絶縁体層とを同
    時焼成して成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のコンデンサー内蔵複合回路基板。
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