JP2784555B2 - 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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JP2784555B2 JP2294972A JP29497290A JP2784555B2 JP 2784555 B2 JP2784555 B2 JP 2784555B2 JP 2294972 A JP2294972 A JP 2294972A JP 29497290 A JP29497290 A JP 29497290A JP 2784555 B2 JP2784555 B2 JP 2784555B2
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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
することが出来なくなっていた。
そこでかかる要求に応えるべく、絶縁基板上に受動素
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板の焼成と同時に形成し、そ
の後、該絶縁基板面上に同様のスクリーン印刷法等によ
り前記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(La2Ti2O7)、チタン酸ストロンチウム
(SrTiO3)またはチタン酸ネオジウム(Nd2Ti2O7)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
絶縁基板中に内蔵させた場合には、該アルミナを主成分
とする絶縁基板と前記誘電体との焼成温度を一致させる
ことが難しく、その上、前記絶縁基板と誘電体層との熱
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
は主成分がマグネシア(MgO)、シリカ(SiO2)、もし
くはマグネシア(MgO)、シリカ(SiO2)及びカルシア
(CaO)にアルミナ(Al2O3)を加えたものから成る高周
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、温度
補償用誘電体セラミックスを主成分とするコンデンサー
部を挾着する絶縁体層の主成分が第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)とシリカ(SiO2)もしくはマグネシア(Mg
O)、シリカ(SiO2)及びカルシア(CaO)と、該マグネ
シア(MgO)とシリカ(SiO2)もしくはマグネシア(Mg
O)、シリカ(SiO2)及びカルシア(CaO)の合計100重
量部に対し、1を越え15未満の重量部のアルミナ(Al2O
3)とから成る絶縁体であり、該絶縁体がフォルステラ
イト(Mg2SiO4)とエンスタタイト(MgSiO3)、モンチ
セライト(CaMgSiO4)、アカーマナイト(Ca2MgSi2O7
またはスピネル(MgAl2O4)のうち少なくとも一種の結
晶相を含有し、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を挾着した絶縁体層とは同
時焼成して成ることを特徴とするものである。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 20 40 40 E 40 30 30 F 60 30 10 即し、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1350℃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、20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1350℃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が40重量%を越えると焼成温度が1350℃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着した絶縁体層の組成の一部であ
るマグネシア(MgO)とシリカ(SiO2)、もしくはマグ
ネシア(MgO)、シリカ(SiO2)及びカルシア(CaO)の
組成範囲を第1図に示すA、B、C、D、E、Fの各点
で囲まれた範囲内となる様に調整し、それにアルミナ
(Al2O3)を加えることより、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(MgTi
O3)、チタン酸ランタン(La2Ti2O7)、チタン酸ストロ
ンチウム(SrTiO3)、またはチタン酸ネオジウム(Nd2T
i2O7)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1300℃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)、アカーマナイト(Ca2MgSi2O7)、また
はスピネル(MgAl2O4)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を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 20 40 40 E 40 30 30 F 60 30 10 即し、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。
で囲まれた範囲内のMgOとSiO2もしくはMgO、SiO2及びCa
Oの合計100重量部に対し、1を越え15未満の重量部のAl
2O3と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1250℃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、可塑剤及び溶媒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ドクターブレード法に
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2はCaTiO3、Mg2SiO4、La2Ti
2O7、SrTiO3またはNd2Ti2O7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ドクターブレード法に
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、該合金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1300℃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、大気中およそ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、前記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、窒素雰囲気中および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。
尚、前記絶縁体層1に残留する不可避不純物として、
酸化鉄(Fe2O3)及び酸化バリウム(BaO)の総量は、Mg
OとSiO2に、もしくはMgO、SiO2及びCaOにAl2O3を加えた
総量を100重量部とした場合、5重量部以下であればコ
ンデンサー部の各種特性を劣化させることはない。
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Al2O3もしくはMgO、SiO2、CaO及びAl2O3
ら成るセラミック原料粉末を混合し、該混合物を1100℃
乃至1250℃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200μ
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角の絶縁体のシート
を得た。
一方、第1表に示す温度補償様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10m
m角の電極パターンを必要とする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もスクリーン印刷法等によりAg−
Pd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20
0℃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℃乃至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、それ漏れ電流
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線回折を行ない、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3
mm、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
実施例のみに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、シリカ及びアルミナもしくはマグネシア、シ
リカ、カルシア及びアルミナを主成分とする高周波絶縁
性に優れた絶縁体層を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並びに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
が出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の絶縁体層の組成の一部であるMgO、SiO
2及びCaO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 (56)参考文献 特開 昭63−236758(JP,A) 特開 昭63−295473(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01G 4/12 H05K 3/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温度補償用誘電体セラミックスを主成分と
    する磁器組成物を誘電体層とし、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
    ー部を絶縁体層で挾着したコンデンサー内蔵複合回路基
    板において、上記絶縁体層の主成分が、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)とシリカ(SiO2)もしくはマグネシア
    (MgO)、シリカ(SiO2)及びカルシア(CaO)と、該マ
    グネシア(MgO)とシリカ(SiO2)もしくはマグネシア
    (MgO)、シリカ(SiO2)及びカルシア(CaO)の合計10
    0重量部に対し、1を越え15未満の重量部のアルミナ(A
    l2O3)とから成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 20 40 40 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(CaM
    gSiO4)、アカーマナイト(Ca2MgSi2O7)、またはスピ
    ネル(MgAl2O4)のうち少なくとも1種の結晶相を含有
    することを特徴とする請求項1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挾着した絶縁体層とは同
    時焼成して成ることを特徴とする請求項1記載のコンデ
    ンサー内蔵複合回路基板。
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