JP2763664B2 - 分布定数回路用配線基板 - Google Patents

分布定数回路用配線基板

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Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、分布定数回路用配線基板に係り、特に高周
波集積回路（MIC）やフィルタ等を含む配線基板に関す
るものである。
（背景技術） 自動車電話や携帯電話等の高周波機器の発展に伴い、
それらに使用される電子部品にも高性能なものが要求さ
れるようになってきている。そして、そのような部品に
使用される分布定数回路用の配線基板には、以下のよう
な特性が要求されているのである。即ち、先ず、（１）
使用する導体の導通抵抗が小さいこと。導体の抵抗が大
きいと、共振回路やインダクタンスのＱ値が小さくな
り、導体線路の伝送損失が大きくなるからである。ま
た、（２）導体配線が多層構造に出来ること。これによ
って小型化が可能となるのある。更に、（３）形成した
共振回路、インダクタンス、コンデンサの温度係数が小
さいこと。温度によって特性の変化を極力回避するため
である。
ところで、従来から、この種の配線基板としては、セ
ラミック基板や樹脂基板が知られているが、樹脂基板
は、内蔵基板の多層化が難しいことに加えて、誘電率の
温度係数が大きく、また誘電率が小さく、信頼性の低い
ものであった。
一方、セラミック基板の一つとして知られているアル
ミナ基板にあっては、誘電率の温度係数が大きく、共振
回路を形成すると、その共振周波数の温度係数が約−60
ppm/℃と、マイナス側に大きくなる問題であり、またそ
の焼成温度が高いために、導通抵抗の大きなＷやMo等の
高融点導体を内蔵導体として選択しなければならない。
問題を内在している。また、高周波特性に優れた材料で
あるフォルステライトやステアタイトを使用した基板も
知られているが、これとても、上記アルミナ基板と同様
に、誘電率の温度係数が大きく、そのために共振回路を
形成すると、その共振周波数の温度係数がアルミナ基板
と同様にマイナス側に大きくなり、更に焼成温度が高い
ために、導通抵抗の大きなＷやMo等を内蔵導体として使
用する必要があった。
また、低温焼成基板として、導通抵抗の小さなAgやCu
等を導体として用い、その融点以下まで焼成温度を下げ
て、かかる導体を基板と共に同時一体焼成して、基板中
に内蔵せしめたものも知られているが、このような低温
焼成基板にあっても、やはり共振周波数の温度係数がマ
イナス側に大きいものであった。
さらに、高周波回路用の基板として、温度係数も小さ
く、マイクロ波誘電体特性の優れたBaO-TiO2系、MgO-Ca
O-TiO2系、SnO2‐ZrO2‐TiO2系等の比較的誘電率の高い
セラミック材料を使用した基板も知られている。しかし
ながら、これらの基板も、その焼成温度が高いために、
導通抵抗の小さなAgやCu等の低融点導体を内蔵導体とし
て使用出来るものではなかったのである。
（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為
されたものであって、その課題とするところは、誘電率
の温度係数や共振回路の共振周波数の温度係数が小さ
い、導通抵抗の小さな導体を内蔵した分布定数回路用配
線基板を提供することにあり、特に、特性の優れた共振
回路、コンデンサ、インダクタンス等を内蔵せしめた分
布定数回路用の多層配線基板を提供することにある。
（解決手段） そして、本発明は、かかる課題を解決するために、セ
ラミック基板の内部に、共振回路、インダクタンス、コ
ンデンサ、伝送線路等の導体パターンの少なくとも一つ
を内蔵せしめてなる分布定数回路用配線基板において、
該導体パターンが、10μΩ／□以下の抵抗値を有するAg
系、Au系またはCu系導体にて構成し、且つ前記セラミッ
ク基板と同時一体焼成により形成すると共に、該セラミ
ック基板を、ガラス粉末にフィラーとしてのアルミナ粉
末を加え、更にTiO2粉末を加えて、焼成されたものであ
って、TiO2粒子が５〜30重量％の割合で分散、含有せし
められることによって、誘電率の温度係数が調整され
て、−30ppm/℃〜＋100ppm/℃の範囲内の共振回路の共
振周波数の温度係数を与えるセラミック材料にて構成す
るようにしたのである。
（具体的構成・作用） ところで、かかる本発明に従う分布定数回路用配線基
板において、そのセラミック基板は、共振回路の共振周
波数の温度係数として、−30ppm/℃〜＋100ppm/℃の範
囲内の値を与えるセラミック材料にて構成する必要があ
り、これに反して、そのような温度係数が−30ppm/℃よ
りも低くなるようなセラミック材料を用いた場合にあっ
ては、実際に形成される共振回路の共振周波数の温度係
数が大きくなり過ぎて不適当となるのであり、また＋10
0ppm/℃よりも高くなるようなセラミック材料を用いた
場合にあっては、コンデンサの温度係数が大きくなり過
ぎる等の問題を惹起する。
なお、ここで、セラミック基板を構成するセラミック
材料を、共振回路の共振周波数の温度係数において規定
した理由は、かかる基板内に共振回路、インダクタン
ス、コンデンサ等の素子を内蔵せしめても、その温度係
数が適当でなければ、実用上意味のないことになるから
であり、またそれら素子の特性の温度係数は、共振回路
の共振周波数の温度係数で代表させることが出来、そし
てその値が−30〜＋100ppm/℃であれば、実用的な回路
が実現出来るからである。また、ここでの共振回路と
は、ストリップライン型のトリプレート構造の1/4波
長、1/2波長のものや、リング型のもの等を意図するも
のである。
そのようなセラミック基板を与えるセラミック材料と
して、Ag系,Au系，またはCu系の導通抵抗の小さな金属
を導体として使用することが出来るように、それらの金
属の融点以下である1100℃以下の焼成温度で焼成するこ
との出来るものであって、本発明においては、ガラス系
のものが用いられることとなる。そして、そのようなガ
ラス系のセラミック材料は、誘電率が20以下の非晶質若
しくは結晶質ガラス粉末とアルミナ粉末とTiO2粉末との
混合粉末を原料とするものであり、またそのような混合
粉末に、かかるアルミナ粉末と同様な、強度や熱膨張係
数の調整用のフィラーとして、更に、ムライト，コージ
ェライト，フォルステライト，クオーツ，石英ガラス，
ジルコン，ジルコニア，RE2TiO2O7（RE:希土類金属）等
の誘電率が50以下の粉末を加えたものも用いられる。こ
の誘電率が20以下の非晶質若しくは結晶質ガラスは、そ
の共振周波数の温度係数が−30ppm/℃以下の場合が多い
ところから、温度係数が約450ppm/℃のTiO2により調節
し易いのである。また、誘電率が50以下のフィラーであ
れば、その共振周波数の温度係数は、100ppm/℃以下の
場合が多いので、影響が少ないのである。
なお、かかるセラミック基板を構成するセラミック材
料に含まれるTiO2は、それが粒子状態において存在する
ことにより、誘電率の温度係数を調整し、その結果、共
振回路の共振周波数の温度係数を調整する。TiO2は、単
味では温度係数が約450ppm/℃のセラミックとなるが、
本発明では、この大きな温度係数を利用して、その量に
より基板材料の温度係数を調節するものである。このTi
O2の量が５重量％よりも少ないと、温度係数の調整効果
が小さくなる。このように、温度係数の調節用にTiO2が
有利に使用される理由は、かかるTiO2は、温度係数が大
きいので調整効果が大きく、また化合物でなく、単成分
であることから、焼成中に分解することがないからであ
る。
このように、セラミック基板材料中に粒子形態におい
て含まれるTiO2は、焼成前の混合原料粉末にTiO2粉末と
して混合されたり、結晶化ガラスよりTiO2粒子として析
出せしめられたりすること等によって、好適に導入され
る。また、そのように導入されるTiO2の一部が、焼成中
に他の成分と反応して、SrTiO3,CaTiO3,MgTiO3等の化合
物を形成するのは、或る程度、許容されるが、TiO2粉末
の反応性を悪くして、そのような化合物の生成を抑制し
たり、また焼結性をよくするために、TiO2粉末を仮焼
し、その粒径を大きくして（例えば、そのような仮焼に
よって、BET比表面積が２m2/g程度以下となるような粒
子として）使用することも、望ましいことである。
また、本発明において、上記の如き、セラミック材料
からなるセラミック基板の内部に内蔵せしめられる共振
回路、インダクタンス、コンデンサ、伝送線路等の導体
パターンは、セラミック基板の焼成と同時に焼成せしめ
られて、該セラミック基板と一体的に形成されることと
なるが、そのように、内蔵一体焼成される導体パターン
の導体の導通抵抗は、その抵抗値が大きいと、共振回
路、インダクタンスの特性が悪くなり、また伝送線路の
伝送損失も大きくなるところから、10mΩ／□以下とす
る必要がある。なお、このようなシート抵抗値に代え
て、比抵抗で規定するならば、本発明にあっては、比抵
抗が10μΩ・cm以下の導体が用いられることとなる。ま
た、そのような導体としては、Ag,Ag-Pt,Ag-Pd,Ag-Pt-P
d等のAg系や、市販の各種のCu系の導体、更にはAu,Au-P
t,Au-Pd,Au-Pt-Pd等のAu系の導体を挙げることが出来
る。尤も、セラミック基板の表面に設けられる導体につ
いては、上述の如き低抵抗の導体を用いて同時焼成して
形成しても良いが、またセラミック基板や内蔵導体の同
時焼成の後に、別途形成することも出来る。例えば、通
常の厚膜用のAg系,Cu系,Au系等の導体を用い、これを焼
成によって後から形成しても良いし、またメッキによる
方法やスパッタ蒸着等による薄膜法等によって形成する
ことも出来る。
ところで、本発明に従う分布定数回路用配線基板を製
造するに際しては、前述の如きセラミック材料と導体材
料を用いて、従来と同様にして行なわれることとなる
が、一般に、そのようなセラミック材料のグリーンシー
トを用い、それに上記の如き低融点導体のペーストを用
いて所定パターンの導体を印刷等の手法によって形成す
る一方、そのようなグリーンシートを積層して一体化せ
しめ、そしてそれらグリーンシートや導体（ペースト）
を同時焼成することによって、目的とする配線基板を得
ることが出来るのである。なお、かかる同時焼成に際し
ては、導体として、Ag系,Au系若しくはCu系の低融点導
体が用いられるところから、1100℃以下の焼成温度が採
用されることとなる。
また、第１図には、このようにして得られた配線基板
の断面構造の一例が示されている。そこにおいて、２
は、共振回路の共振周波数の温度係数として、−30ppm/
℃〜＋100ppm/℃の範囲内の値を与えるセラミック材料
からなるセラミック基板（誘電体磁器）であり、このセ
ラミック基板２の内外に、各種の導体、例えばその内部
に位置する内蔵導体４、その表面に位置する表面導体
６、更にはアース導体８が積層形態において設けられて
いる。また、かかるセラミック基板２の内外には、抵抗
10も設けられているのである。
このような構造の配線基板にあっては、誘電率の温度
係数や共振回路の共振周波数の温度係数が小さなセラミ
ック基板が用いられ、また導通抵抗の小さな導体が同時
焼成によって内蔵一体化せしめられるものであるところ
から、特性の優れた共振回路、コンデンサ、インダクタ
ンス等を内蔵した分布定数回路用の多層配線基板が有利
に実現され得るのである。
（実施例） 以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的
に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実
施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでない
ことは、言うまでもないところである。
また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上
記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限
りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべ
きである。
実施例１ 市販のCaO-SiO2‐Al2O3‐B2O3系ガラスであるＥガラ
スを粉砕した粉末と、市販のアルミナ粉末と、市販のTi
O2粉末及びその他のフィラー粉末とを、下記第１表に示
される割合において、よく混合せしめた後、この混合粉
末と、アクリル系有機バインダ、可塑性、トルエン及び
アルコール系溶剤を、アルミナポット及びアルミナボー
ルを用いて充分に混合して、スラリーを調製し、更にこ
のスラリーからドクターブレード法により0.1mm〜1.0mm
厚みのグリーンテープを作製した。
一方、Ag成粉末、アクリル成有機バインダ及びテルピ
ネオール系有機溶剤を、三本ローラを用いた混練機によ
りよく混練せしめ、印刷用の導体ペーストを調製した。
なお、抵抗ペーストとしては、市販の厚膜回路用のもの
を準備した。
次いで、これらのペーストを用いて、前記グリーンテ
ープ上に導体配線パターンやアース層及び抵抗を印刷し
た。また、コンデンサのパターンや分布定数回路での原
理に従い、ストリップライン型やリング型の共振回路や
インダクタンスになるように導体パターンを印刷した。
そして、これらの導体パターンが印刷されたグリーンテ
ープを所定の順番で重ねた後、100℃の温度で、100kg/c
m2の圧力え加えて、積層一体化せしめた。なお、各導体
層の接続は、グリーンテープにパンチング等により形成
したスルーホールに導体ペーストを充填して実現した。
その後、かかる積層一体化物を500℃の温度で脱バイ
ンダした後、900℃×30分間の条件で焼成し、第１図に
示される如き構造の配線基板を得た。
なお、このようにして得られた配線基板の表面の導体
パターンは、市販の厚膜回路用のAg/Pt系やAg/Pd系やAu
系ペーストを用い、また抵抗ペーストも市販のものを使
用し、上記焼成基板に表面導体パターンを印刷した後、
850℃で焼成することにより、形成した。また、市販の6
00℃焼成用のCu導体ペーストを使用して、同様に、表面
用パターンを得た。
かくして得られた各種セラミック基板を用いた配線基
板について、その特性、即ち誘電率及び共振回路の共振
周波数の温度係数（τｆ）を測定し、その結果を、下記
第１表に併わせ示した。なお、共振周波数の温度係数
（τｆ）は、第２図（ａ），（ｂ）に示される如きトリ
プレート型の1/2波長ストリップライン共振器によって
行なった。この第２図（ａ），（ｂ）において、12は誘
電体磁器、14は導体である。
かかる第１表の結果から明らかなように、本発明に従
うNo.1〜９の配線基板は、No.10の比較例に対して、誘
電率及び温度係数（τｆ）において優れたものであるこ
とが認められる。
実施例２ SiO2:74重量％、Al2O3:3重量％、B2O3:13重量％、ア
ルカリ金属酸化物:4重量％、PbO:5重量％、その他:1重
量％よりなる組成となるように調製したガラス粉末と、
市販のアルミナ粉末と、市販のTiO2粉末と、その他のフ
ィラー粉末とを、下記第２表に示される割合において、
よく混合した後、この得られた混合粉末を、アクリル系
有機バインダ、可塑剤、トルエン及びアルコール系溶剤
と、アルミナポット及びアルミナボールを用いて、よく
混合せしめてスラリーとした。そして、このスラリーを
用いて、実施例１と同様にして、グリーンテープを作製
し、更に実施例１と同様の手順にて、導体内蔵配線基板
を得た。なお、表面導体は、Ag系粉末とPd粉末、アクリ
ル系有機バインダ、テルピネオール系有機溶剤を、３本
ローラの混練機を用いて、よく混練して得られた印刷用
の導体ペーストを使用し、内蔵導体や基板と同時焼成し
て、形成せしめた。
かくして得られた焼成後の配線基板の特性を、セラミ
ック基板組成と共に、下記第２表に併わせ示した。
なお、第２表中のNo.12〜15は本発明例であり、No.16
は比較例である。
実施例３ MgO:18重量％、Al2O3:37重量％、SiO2:37重量％、B2O
3:5重量％、TiO2:3重量％になるように作製したガラス
粉末と、市販のアルミナ粉末と、市販のTiO2粉末及びそ
の他のフィラー粉末とを、下記第３表に示される割合に
おいてよく混合した後、この混合粉末とアクリル系有機
バインダ、可塑剤、トルエン、アルコール系溶剤とを、
アルミナポット及びアルミナボールを用いて、よく混合
して、スラリーと為し、そしてこのスラリーから、実施
例１の手法に従って、グリーンテープを作製し、更に実
施例１と同様にして、導体内蔵配線基板を作製した。な
お、表面導体は、セラミック基板の表面を酸処理した
後、Cu無電解メッキ及び電解メッキにより、表面にCuの
全面膜を形成し、次いでフォトリソグラフィー技術を使
用して樹脂レジスト膜をパターン化し、更にエッチング
により、かかるCu膜を導体パターン化することによっ
て、形成せしめた。
かくして得られた焼成後の配線基板の特性を、セラミ
ック基板組成と共に、下記第３表に併わせ示した。
なお、第３表中のNo.17〜18は本発明例であり、No.19
は比較例である。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、共振回
路、インダクタンス、コンデンサ等の少なくとも一つの
導体をセラミック基板内に内蔵せしめるに際して、Ag系
やCu系，更にはAu系の如き導通抵抗の小さな金属を導体
として使用し、また共振回路の共振周波数の温度係数が
−30ppm/℃〜＋100ppm/℃の範囲内となるような特定の
セラミック基板を使用するものであって、その結果、実
用的な、共振回路、インダクタンス、コンデンサ等の導
体を基板内に内蔵せしめた分布定数回路用配線基板が有
利に実現され得ることとなってのである。
また、かかる本発明によれば、誘電率の温度係数や共
振回路の共振周波数の温度係数が小さい、導通抵抗の小
さな導体を内蔵した配線基板、特に特性の優れた共振回
路、コンデンサ、インダクタンス等の導体を内蔵した分
布定数回路用の多層配線基板が有利に得られるのであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従う配線基板の断面構造の一例を示
す断面図であり、第２図（ａ）は、共振周波数の温度係
数の測定に用いたトリプレート型の1/2波長ストリップ
ライン共振器を示す斜視透視図であり、第２図（ｂ）
は、そのようなストリップライン共振器の断面説明図で
ある。 2:セラミック基板、4:内部導体 6:表面導体、8:アース導体 10:抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−274397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−65604（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−64059（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−22011（ＪＰ，Ｂ２) エレクトロニク・セラミックス, （1988．３月号），マイクロ波誘電体特 集 Ｐ．９〜19 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05K 3/46 H05K 1/09

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミック基板の内部に、共振回路、イン
    ダクタンス、コンデンサ、伝送線路等の導体パターンの
    少なくとも一つを内蔵せしめてなる分布定数回路用配線
    基板にして、 該導体パターンが、10mΩ／□以下の抵抗値を有するAg
    系、Au系またはCu系導体にて構成され、且つ前記セラミ
    ック基板との同時一体焼成により形成されると共に、該
    セラミック基板が、ガラス粉末にフィラーとしてのアル
    ミナ粉末を加え、更にTiO2粉末を加えて、焼成されたも
    のであって、TiO2粒子が５〜30重量％の割合で分散、含
    有せしめられることによって、誘電率の温度係数が調整
    されて、−30ppm/℃〜＋100ppm/℃の範囲内の共振回路
    の共振周波数の温度係数を与えるセラミック材料にて構
    成されていることを特徴とする分布定数回路用配線基
    板。
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