JP3680714B2 - Insulator porcelain composition - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an insulator porcelain composition which can be calcined at a low temperature of <=1,000 deg.C and can be sintered with Ag or Cu and from which a sintered body having high Q value and low dielectric constant, suitable for high frequency use and having high coefficient of thermal expansion can be obtained. SOLUTION: The insulator porcelain composition contains (A) at least one Mg3B2O6 ceramic powder and Mg2B2O5 ceramic powder and (B) glass powder containing 13 to 50 wt.% silicon oxide in terms of SiO2, 8 to 60 wt.% boron oxide in terms of B2O3, <=20 wt.% aluminum oxide in terms of Al2O3 and 10 to 55 wt.% magnesium oxide in terms of MgO.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば多層回路基板に用いられる絶縁体磁器組成物に関し、より詳細には、半導体素子や各種電子部品を搭載するための複合多層回路基板に好適に用いることができ、銅や銀などの導体材料と同時焼成可能な絶縁体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高速化及び高周波化が進んでいる。また、電子機器に搭載される電子部品においても、高速化及び高集積化が求められており、さらに高密度実装化が要求されている。上記のような要求に応えるために、従来より、半導体素子や各種電子部品を搭載するための基板として、多層回路基板が用いられている。多層回路基板では、基板内に導体回路や電子部品機能素子が内臓されており、電子機器の小型化を進めることができる。
【０００３】
上記多層回路基板を構成する材料としては、従来、アルミナが多用されている。
アルミナの焼成温度は１５００〜１６００℃と比較的高い。従って、アルミナからなる多層回路基板に内蔵されている導体回路材料としては、通常、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗなどの高融点金属を用いなければならなかった。ところが、これらの高融点金属は電気抵抗が高いという問題があった。
【０００４】
従って、上記高融点金属よりも電気抵抗が低く、かつ安価な金属、例えば銅などを導体材料として用いることが強く求められている。銅を導体材料として用いることを可能とするために、１０００℃以下の低温で焼成され得るガラスセラミックスや結晶化ガラスなどを用いることが提案されている（例えば、特開平５−２３８７７４号公報）。
【０００５】
また、Ｓｉチップなどの半導体部品との接続を考慮して、熱膨張係数がＳｉに近いセラミックスを多層回路基板材料として用いることも提案されている（特開平８−３４６６８号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の基板材料では、高熱膨張係数、及び高周波特性の双方を満たすことが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、低温焼成でき、従って銀や銅などの比較的低融点の導体材料と同時に焼成できる絶縁体磁器組成物であって、しかも高周波におけるＱ値が高く、比誘電率が小さく、高周波特性に優れており、かつ高熱膨張係数を有する絶縁体磁器を与える絶縁体磁器組成物を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、上記絶縁体磁器組成物を用いて構成されており、比誘電率が低くかつＱ値が高く、従って高周波特性に優れ、さらに高い熱膨張係数を有する絶縁体磁器、並びに、該絶縁体磁器を用いたセラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る絶縁体磁器組成物は、（Ａ）Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 系セラミック粉末及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末の少なくとも１種と、（Ｂ）酸化ケイ素をＳｉＯ2 換算で１３〜５０重量％、酸化ホウ素をＢ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ2 Ｏ3 換算で０〜２０重量％及び酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１０〜５５重量％含むガラス粉末とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、セラミック粉末（Ａ）として、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 系セラミック粉末と、Ｍｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末のうち少なくとも１種が用いられる。すなわち、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 系セラミック粉末のみを用いてもよく、Ｍｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末のみを用いてもよく、これらの混合物を用いてもよい。
【００１１】
なお、上記ガラス粉末１００重量％において、酸化ケイ素は、ＳｉＯ2 換算で、１３〜５０重量％、好ましくは２０〜３０重量％を占める。酸化ケイ素の含有量が１３重量％以下では、得られる焼結体の結晶化度が低くなり、Ｑ値が低下する。逆に、酸化ケイ素の含有量が５０重量％を超えると、ガラスの溶融温度が高くなる。
【００１２】
また、上記ガラス粉末１００重量％において、酸化ホウ素はＢ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％、好ましくは３０〜６０重量％を占める。酸化ホウ素は、主に融剤として作用する。酸化ホウ素の含有量がＢ2 Ｏ3 換算で８重量％未満では、溶融温度が高くなり過ぎ、逆に、６０重量％を超えると、得られる焼結体の耐湿性が低下する。
【００１３】
さらに、上記ガラス粉末１００重量％において、酸化アルミニウムは、Ａｌ2 Ｏ3 換算で０〜２０重量％を占める。なお、酸化アルミニウム含有量は、Ａｌ2 Ｏ3 換算で０重量％であってもよい。すなわち、酸化アルミニウムは、必ずしも含まれずともよい。
【００１４】
従って、酸化アルミニウムが含まれない本発明に係る絶縁体磁器組成物は、上記（Ａ）Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末と、（Ｂ）酸化ケイ素をＳｉＯ2 換算で１３〜５０重量％、及び酸化ホウ素をＢ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％、及び酸化マグネシウムを１０〜５５重量％含有するガラス粉末とを含む絶縁体磁器組成物と表される。
【００１５】
なお、上記酸化アルミニウムを含有させる場合、含有量がＡｌ2 Ｏ3 換算で２０重量％を超えると、緻密な焼結体が得られず、Ｑ値が小さくなる。また、酸化アルミニウムを含有させる場合のその下限値については、Ａｌ2 Ｏ3 換算で０重量％を超える範囲となる。
【００１６】
また、上記ガラス粉末は、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１０〜５５重量％含有する。酸化マグネシウムはガラス作製時の溶融粘度を低下させる作用を有する。従って、ガラス作製時のコストを低減することができる。また、酸化マグネシウムは、結晶化ガラス中の結晶構成成分であり、優れた高周波特性発現の要因を構成している。酸化マグネシウムの含有量が、１０重量％未満では得られる絶縁体磁器におけるＱ値が低くなり、５５重量％を超えると、絶縁体磁器において結晶析出量が多くなり過ぎ、機械的強度が低下する。
【００１７】
本発明において、上記ガラス粉末としては、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＣａＯからなる群から選択した少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を、上記ガラス粉末全体の２０重量％以下を占めるようにさらに含むものが望ましい。
【００１８】
上記アルカリ土類金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度を低下させる作用を有し、かつガラスの熱膨張係数を高くする作用を有する。上記アルカリ土類金属酸化物の含有割合が２０重量％を超えるとＱ値が低下することがある。
【００１９】
また、本発明の他の局面では、上記ガラス粉末は、Ｌｉ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ及びＮａ2 Ｏからなる群から選択した少なくとも１種のアルカリ金属酸化物をガラス粉末全体の１０重量％以下の割合で、さらに好ましくは、２〜５重量％の割合で含むことが望ましい。アルカリ金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度を低下させる作用を有する。アルカリ金属酸化物の含有割合が１０重量％を超えると、Ｑ値が低下するおそれがある。
【００２０】
本発明において、上記絶縁体磁器組成物は、好ましくは、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で１５重量％以下、より好ましくは１０重量％以下の割合で含むことが望ましい。酸化亜鉛は、焼成温度を低下させる作用を有する。もっとも、酸化亜鉛の含有割合がＺｎＯ換算で１５重量％を超えると、最終的に緻密な焼結体が得られないことがある。
【００２１】
なお、上記酸化亜鉛は、ガラス成分として含有されていてもよい。
本発明においては、酸化銅がＣｕＯ換算で全体の３重量％以下の割合で、より好ましくは、２重量％以下の割合で添加されていることが望ましい。酸化銅は、焼成温度を下げる作用を有する。もっとも、酸化銅の含有割合が３重量％を超えると、Ｑ値を低下させることがある。
【００２２】
また、本発明においては、好ましくは、上記セラミック粉末とガラス粉末とは、重量比で、セラミック粉末：ガラス粉末＝２０：８０〜８０：２０の割合で配合されていることが望ましく、より好ましくは、４０：６０〜６０：４０である。上記範囲よりもセラミック粉末の配合割合が高くなると、焼結体の密度が小さくなることがあり、上記範囲よりガラス粉末の配合割合が高くなると、Ｑ値が小さくなることがある。
【００２３】
本発明の他の特定の局面では、本発明に係る絶縁体磁器組成物を焼成することにより得られる絶縁体磁器が提供される。この場合、上記絶縁体磁器組成物を１０００℃以下の低温で焼成することにより上記絶縁体磁器が得られるので、銅や銀などの低融点金属と共に上記絶縁体磁器組成物を同時焼成することができる。従って、これらの低融点金属からなる導体材料を用いたセラミック多層基板などに本発明に係る絶縁体磁器を好適に用いることができる。
【００２４】
なお、本発明に係る絶縁体磁器は、測定周波数１５ＧＨｚのＱ値が７００以上を満足することが望ましい。Ｑ値が７００以上の場合には、近年における高周波帯の回路素子基板として用いることができる。
【００２５】
また、本発明に係る絶縁体磁器は、高い熱膨張係数を有するので、本発明に係る絶縁体磁器組成物を、高い熱膨張係数を有する高誘電率材料と共焼結することができ、それによって本発明に係る絶縁体磁器と高誘電率のセラミックスとが一体化された焼結体を容易にかつ安定に得ることができる。
【００２６】
なお、上記ガラス粉末としては、ガラス組成物を７００〜１４００℃で仮焼したものを用いてもよい。
本発明に係るセラミック多層基板は、本発明に係る絶縁体磁器組成物からなる絶縁性セラミック層を含むセラミック板と、該セラミック板の絶縁性セラミック層内に形成された複数の内部電極とを備える。
【００２７】
本発明に係るセラミック積層基板の特定の局面では、前記絶縁性セラミック層の少なくとも片面に、該絶縁性セラミック層よりも誘電率が高い第２のセラミック層が積層されている。
【００２８】
本発明に係るセラミック多層基板のさらに特定の局面では、前記複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されて積層コンデンサが構成されている。
【００２９】
本発明の別の特定の局面では、複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されてコンデンサを構成しているコンデンサ用内部電極と、互いに接続されて積層インダクタを構成しているコイル導体とが備えられる。
【００３０】
本発明のセラミック電子部品は、本発明に係るセラミック多層基板と、該セラミック多層基板上に実装されており、上記複数の内部電極と共に回路を構成している少なくとも１つの電子部品とを備える。
【００３１】
本発明に係るセラミック電子部品の特定の局面では、前記電子部品素子を囲繞するように前記セラミック多層基板に固定されたキャップがさらに備えられる。
該キャップとしては、好ましくは導電性キャップが用いられる。
【００３２】
本発明に係るセラミック電子部品の特定の局面では、前記セラミック多層基板の下面にのみ形成された複数の外部電極と、前記外部電極に電気的に接続されており、かつ前記内部電極または電子部品素子に電気的に接続された複数のスルーホール導体がさらに備えられる。
【００３３】
本発明に係る積層セラミック電子部品は、本発明に係る絶縁体磁器組成物からなるセラミック焼結体と、前記セラミック焼結体内に配置された複数の内部電極と、前記セラミック焼結体の外表面に形成されており、いずれかの内部電極に電気的に接続されている複数の外部電極とを備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る積層セラミック電子部品の特定の局面では、前記複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合うように配置されており、それによってコンデンサユニットが構成されている。
【００３５】
本発明に係る積層セラミック電子部品のさらに特定の局面では、前記複数の内部電極が、前記コンデンサユニットを構成している内部電極に加えて、互いに接続されて積層インダクタユニットを構成している複数のコイル導体を有する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、先ず、本発明に係る絶縁体磁器についての具体的な実施例を説明し、さらに、本発明に係るセラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品の構造的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３７】
原料粉末としてＭｇ（ＯＨ）2 粉末と、Ｂ2 Ｏ3 粉末とを用い、化学量論比組成でＭｇ3 Ｂ2 Ｏ6 またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 となるように上記両粉末を秤量し、１６時間湿式混合した後、乾燥した。乾燥された混合物を１４００℃で２時間仮焼した後粉砕した。上記のようにして、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 系セラミック粉末原料と、Ｍｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末原料とを用意した。以下においては、この２種のセラミック粉末原料を少なくとも１種を仮焼された原料として用いた。
【００３８】
次に、下記の表２に示すように、上記のようにして仮焼された原料２０〜８０重量％と、下記の表１に示す組成のガラス粉末（焼結助剤）と、ＺｎＯ及びＣｕＯを下記の表２に示すように適宜の割合で配合し、適量のバインダを加えて造粒した。造粒された試料番号１〜４６の各絶縁体磁器組成物を、２００ＭＰａの圧力の下で成形し、直径１２ｍｍ×厚さ７ｍｍの円柱状成形体を得た。
【００３９】
上記成形体を大気中で９００〜１０００℃の温度で２時間焼成し、表２及び表３の試料番号１〜４６の円柱状の各絶縁体磁器を得た。上記のようにして得た各円柱状絶縁体磁器の相対密度を下記の表２及び表３に示す。
【００４０】
また、各円柱状絶縁体磁器を用い、両端短絡型誘電体共振法により共振周波数（１５ＧＨｚ）における比誘電率εr 、及びＱ値を測定した。結果を下記の表２，表３に示す。
【００４１】
さらに、上記円柱状絶縁体磁器について、熱膨張係数をＪＩＳ Ｒ１６１８に準じ測定した。結果を下記の表２，表３に示す。
【００４２】
【表１】

Figure 0003680714
【００４３】
【表２】
Figure 0003680714
【００４４】
【表３】
Figure 0003680714
【００４５】
試料番号２５〜３６，４３は、それぞれ、ガラスとして、本発明の範囲外にあるガラスＦ〜ＭまたはＱを用いているため、本発明の実施例に相当する残りの試料番号の絶縁体磁器に比べて、劣っていた。すなわち、試料番号２５〜２７で得られた絶縁体磁器では、Ｑ値が６００と低かった。また、試料番号２８，２９は、ガラスＨを用いているため、１０００℃以下で焼成できなかった。試料番号３０で得られた絶縁体磁器は、ガラスＩを用いているため、Ｑ値が６００と低かった。
【００４６】
試料番号３１で得られた絶縁体磁器は、ガラスＪを用いているため、Ｑ値が５５０と低かった。
試料番号３２，３３で得られた絶縁体磁器は、いずれもガラスＫを用いたためか、Ｑ値が３００及び２２０と低かった。
【００４７】
試料番号３４で得られた絶縁体磁器は、ガラスＬを用いたため、１０００℃以下で焼成できなかった。
試料番号３５，３６で得られた絶縁体磁器は、いずれもガラスＭを用いたため、Ｑ値が４００及び３００と低かった。
【００４８】
試料番号４３で得られた絶縁体磁器では、ガラスＱを用いたため、Ｑ値が６００と低かった。
これに対して、本発明の実施例に相当する他の試料番号の絶縁体磁器では、いずれも、本発明に係る絶縁体磁器組成物を用いて構成されているので、９００〜１０００℃の低温で焼成でき、得られた絶縁体磁器の相対密度は９７％以上であった。また、得られた絶縁体磁器の比誘電率は約７と低く、熱膨張係数が８〜１２ｐｐｍ／℃と高く、しかも周波数１５ＧＨｚにおけるＱ値が７００以上と高い値を示した。
【００４９】
従って、本発明によれば、１５ＧＨｚにおけるＱｆ値が１００００ＧＨｚ以上の絶縁体磁器を、低温焼成で得ることができる。また、得られた絶縁体磁器が高い熱膨張係数を有するので、本発明に係る絶縁体磁器組成物は、高い熱膨張係数を有する高誘電率材料と共焼結できる。
【００５０】
これに対して、本発明に属する絶縁体磁器では、１０００℃以下の低温で焼成した場合であっても、相対密度が９８％以上と高く、すなわち機械的強度に優れており（２００ＭＰａ以上）、さらに比誘電率が小さく、しかも測定周波数１０ＧＨｚにおけるＱ値は４００以上と高い値を示した。従って、高周波用電子部品に最適な低温で焼成し得る絶縁体磁器組成物を提供し得ることがわかる。
【００５１】
次に、本発明に係る絶縁体磁器を用いたセラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品の構造的な実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例としてのセラミック多層基板を含むセラミック電子部品としてのセラミック多層モジュールを示す断面図であり、図２はその分解斜視図である。
【００５２】
セラミック多層モジュール１は、セラミック多層基板２を用いて構成されている。
セラミック多層基板２では、本発明に係る絶縁体磁器組成物からなる絶縁性セラミック層３ａ，３ｂ間に、例えばチタン酸バリウムにガラスを加えてなる相対的に誘電率の高い誘電性セラミック層４が挟まれている。
【００５３】
誘電性セラミック層４内には、複数の内部電極５が誘電性セラミック層４の一を介して隣り合うように配置されており、それによって積層コンデンサユニットＣ１，Ｃ２が構成されている。
【００５４】
また、絶縁性セラミック層３ａ，３ｂ及び誘電性セラミック層４には、複数のビアホール電極６，６ａや内部配線が形成されている。
他方、セラミック多層基板２の上面には、電子部品素子９〜１１が実装されている。電子部品素子９〜１１としては、半導体デバイス、チップ型積層コンデンサなどの適宜の電子部品素子を用いることができる。上記ビアホール電極６及び内部配線により、これらの電子部品素子９〜１１と、コンデンサユニットＣ１，Ｃ２とが電気的に接続されて本実施例に係るセラミック多層モジュール１の回路を構成している。
【００５５】
また、上記セラミック多層基板２の上面には、導電性キャップ８が固定されている。導電性キャップ８は、セラミック多層基板２を上面から下面に向かって貫いているビアホール電極６に電気的に接続されている。また、セラミック多層基板２の下面に外部電極７，７が形成されており、外部電極７，７が上記ビアホール電極６，６ａに電気的に接続されている。また、他の外部電極については図示を省略しているが、上記外部電極７と同様に、セラミック多層基板２の下面にのみ形成されている。また、他の外部電極は、上述した内部配線を介して、電子部品素子９〜１１やコンデンサユニットＣ１，Ｃ２と電気的に接続されている。
【００５６】
このように、セラミック多層基板２の下面にのみ外部と接続するための外部電極７を形成することにより、セラミック積層モジュールを、下面側を利用してプリント回路基板などに容易に表面実装することができる。
【００５７】
また、本実施例では、キャップ８が導電性材料からなり、外部電極７にビアホール電極６ａを介して電気的に接続されているので、電子部品素子９〜１１を導電性キャップ８により電磁シールドすることができる。もっとも、キャップ８は、必ずしも導電性材料で構成されている必要はない。
【００５８】
本実施例のセラミック多層モジュール１では、上記絶縁性セラミック層３ａ，３ｂが本発明に係る絶縁体磁器を用いているので誘電率が低く、かつＱ値も高いので、高周波用途に適したセラミック多層モジュール１を提供することができる。加えて、上記絶縁性セラミック層３ａ，３ｂが機械的強度に優れているので、機械的強度においても優れたセラミック多層モジュール１を構成することができる。
【００５９】
なお、上記セラミック多層基板２は、周知のセラミック積層一体焼成技術を用いて容易に得ることができる。すなわち、先ず、本発明に係る絶縁体磁器材料を主体とするセラミックグリーンシートを用意し、内部電極５、外部配線及びビアホール電極６，６ａなどを構成するための電極パターンを印刷し、積層する。さらに、上下に絶縁性セラミック層３ａ，３ｂを形成するためのセラミックグリーンシート上に外部配線及びビアホール電極６，６ａを構成するための電極パターンを形成したものを適宜の枚数積層し、厚み方向に加圧する。このようにして得られた積層体を焼成することにより、容易にセラミック多層基板２を得ることができる。
【００６０】
図３〜図５は、本発明の第２の構造的な実施例としての積層セラミック電子部品を説明するための分解斜視図、外観斜視図及び回路図である。
図４に示すこの積層セラミック電子部品２０は、ＬＣフィルタである。セラミック焼結体２１内に、後述のようにインダクタンスＬ及び静電容量Ｃを構成する回路が構成されている。セラミック焼結体２１が、本発明に係る絶縁体磁器を用いて構成されている。また、セラミック焼結体２１の外表面には、外部電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂが形成されており、外部電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ間には、図５に示すＬＣ共振回路が構成されている。
【００６１】
次に、上記セラミック焼結体２１内の構成を、図３を参照しつつ製造方法を説明することにより明らかにする。
まず、本発明に係る絶縁体磁器材料に、有機ビヒクルを添加し、セラミックスラリーを得る。このセラミックスラリーを、適宜のシート成形法により形成し、セラミックグリーンシートを得る。このようにして得られたセラミックグリーンシートを乾燥した後所定の大きさに打ち抜き、矩形のセラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｍを用意する。
【００６２】
次に、セラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｍに、ビアホール電極２８を構成するための貫通孔を必要に応じて形成する。さらに、導電ペーストをスクリーン印刷することにより、コイル導体２６ａ，２６ｂ、コンデンサ用内部電極２７ａ〜２７ｃ、コイル導体２６ｃ，２６ｄを形成すると共に、上記ビアホール２８用貫通孔に導電ペーストを充填し、ビアホール電極２８を形成する。
【００６３】
しかる後、セラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｍを図示の向きに積層し、厚み方向に加圧し積層体を得る。
得られた積層体を焼成し、セラミック焼結体２１を得る。
【００６４】
上記のようにして得られたセラミック焼結体２１に、図４に示したように外部電極２３ａ〜２４ｂを、導電ペーストの塗布・焼き付け、蒸着、メッキもしくはスパッタリングなどの薄膜形成法等により形成する。このようにして、積層セラミック電子部品２０を得ることができる。
【００６５】
図３から明らかなように、コイル導体２６ａ，２６ｂにより、図５に示すインダクタンスユニットＬ１が、コイル導体２６ｃ，２６ｄによりインダクタンスユニットＬ２が構成され、内部電極２７ａ〜２７ｃによりコンデンサＣが構成される。
【００６６】
本実施例の積層セラミック電子部品２０では、上記のようにＬＣフィルタが構成されているが、セラミック焼結体２１が本発明に係る絶縁体磁器を用いて構成されているので、第１の実施例のセラミック多層基板２と同様に、低温焼成により得ることができ、従って内部電極としての上記コイル導体２６ａ〜２６ｃやコンデンサ用内部電極２７ａ〜２７ｃとして、銅、銀、金などの低融点金属を用いてセラミックスと一体焼成することができる。加えて、高周波におけるＱ値が高く、高周波用途に適したＬＣフィルタを構成することができる。また、上記絶縁体磁器の機械的強度が高いため、機械的強度においても優れたＬＣフィルタを提供することができる。
【００６７】
なお、上記第１，第２の構造的実施例では、セラミック多層モジュール１及びＬＣフィルタを構成する積層セラミック電子部品２０を例にとり説明したが、本発明に係るセラミック電子部品及び積層セラミック電子部品はこれらの構造に限定されるものではない。すなわち、マルチチップモジュール用セラミック多層基板、ハイブリッドＩＣ用セラミック多層基板などの各種セラミック多層基板、あるいはこれらのセラミック多層基板に電子部品素子を搭載した様々なセラミック電子部品、さらに、チップ型積層コンデンサやチップ型積層誘電体アンテナなどの様々なチップ型積層電子部品に適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明に係る絶縁体磁器組成物は、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 系セラミック粉末及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末の少なくとも１種と上記特定の組成のガラス粉末とを含むので、１０００℃以下の低温で焼成することができ、従って、銅や銀などの低融点金属からなる導体材料と同時に焼成することができる。よって、これらの導体材料を内部電極等に用いることができるので、本発明に係る絶縁体磁器組成物を、低温焼成により得ることができるセラミック多層基板に好適に用いることができ、かつセラミック多層基板などのコストを低減することができる。
【００６９】
加えて、本発明に係る絶縁体磁器組成物を焼成することにより得られた絶縁体磁器は、高周波帯において高いＱ値及び低い比誘電率を示すので、高周波特性に優れている。また、この絶縁体磁器は、高熱膨張係数を有するので、本発明に係る絶縁体磁器組成物は、高熱膨張係数を有する高誘電率のセラミック材料と共焼結され得る。
【００７０】
本発明において、前記ガラス粉末が、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＣａＯからなる群から選択した少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を、２０重量％の割合でさらに含む場合は、ガラス粉末作製時の溶融温度を低下させることができ、本発明に係る絶縁体磁器組成物の調製コストを低減することができる。
【００７１】
また、前記ガラス粉末が、Ｌｉ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ及びＮａ2 Ｏからなる群から選択した少なくとも１種のアルカリ金属酸化物を、ガラス粉末全体の１０重量％以下の割合で含む場合には、同じくガラス粉末作製時の溶融温度を低下させることができ、ガラス粉末調製コストを低減することができると共に、Ｑ値の低下を抑制することができる。
【００７２】
さらに、前記絶縁体磁器組成物が、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で１５重量％以下の割合で含む場合には、絶縁体磁器組成物の焼成温度を低下させることができると共に、緻密な焼結体を得ることを可能とする。
【００７３】
また、酸化銅をＣｕＯ換算で全体の３重量％以下の割合で含有する場合には、同じく焼成温度を低下させることができ、かつＱ値の高い絶縁体磁器を得ることができる。
【００７４】
前記セラミック粉末と前記ガラス粉末とが、重量比で、セラミック粉末：ガラス粉末＝２０：８０〜８０：２０の割合で含む場合には、より緻密な絶縁体磁器を得ることができ、かつガラス粉末の使用によりＱ値の低下を抑制することができる。
【００７５】
本発明に係る絶縁体磁器は、本発明に係る絶縁体磁器組成物を焼成することにより得られるので、低温の焼成で得られ、従って、絶縁体磁器のコストを低減することができる。加えて、本発明に係る絶縁体磁器は、高周波において高いＱ値及び低い誘電率を示す。従って、例えばセラミック基板やセラミック多層基板に用いた場合、高周波特性に優れたセラミック基板やセラミック多層基板を提供することができる。
【００７６】
また、本発明に係る絶縁体磁器は高い熱膨張係数を有するので、本発明に係る絶縁体磁器組成物を高い熱膨張係数を発現する高誘電率のセラミック材料と共焼結でき、従って、本発明に係る絶縁体磁器は高誘電率のセラミック材料と共焼結により一体化した状態で得ることができるので、内部に高誘電率セラミック部分を有するセラミック多層基板などを容易に構成することができる。
【００７７】
本発明に係るセラミック多層基板は、本発明に係る絶縁体磁器からなる絶縁性セラミック層を含むセラミック板を備えるので、低温で焼成でき、内部電極構成材料としてＡｇやＣｕなどの低抵抗であり、かつ安価な金属を用いることができる。しかも、該絶縁性セラミック層は、誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適したセラミック多層基板を提供し得る。また、上記のように上記絶縁性セラミック層が高い熱膨張係数を有するので、絶縁性セラミック層と隣接する部分を高い熱膨張係数を有する高誘電率材料などにより構成し、上記絶縁性セラミック層と高誘電率セラミック層とを一体焼結することができる。よって、高周波用途に適しているだけでなく、高誘電率部分を有するセラミック多層基板を容易にかつ安定に提供することができる。
【００７８】
セラミック多層基板において、絶縁性セラミック層の少なくとも片面に、該絶縁性セラミック層よりも高誘電率の第２のセラミック層が積層されている場合には、第２のセラミック層の組成及び積層形態を工夫することにより、強度や耐環境特性を、要求に応じて適宜調整することができる。
【００７９】
複数の内部電極が絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されて積層コンデンサが構成されている場合には、本発明に係る絶縁体磁器の誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適したコンデンサが構成される。
【００８０】
複数の内部電極が積層コンデンサを構成する複数の内部電極と、互いに接続されて積層インダクタを構成する複数のコイル導体とを有する場合には、本発明に係る絶縁体磁器が、誘電率が低く、高周波で高いＱ値を有するので、高周波用途に適した小型のＬＣ共振回路を容易に構成することができる。
【００８１】
本発明に係るセラミック多層基板上に少なくとも１つの電子部品素子が積層された本発明に係るセラミック電子部品では、上記電子部品素子とセラミック多層基板内の回路構成とを利用して、高周波用途に適した、小型の様々なセラミック電子部品を提供することができる。
【００８２】
電子部品素子を囲繞するようにセラミック多層基板にキャップが固定されている場合には、キャップにより電子部品素子を保護することができ、耐湿性等に優れたセラミック電子部品を提供することができる。
【００８３】
キャップとして導電性キャップを用いた場合には、囲繞されている電子部品素子を電磁シールドすることができる。
セラミック多層基板の下面にのみ外部電極が形成されている場合には、プリント回路基板などにセラミック多層基板の下面側から容易に表面実装することができる。
【００８４】
本発明に係る積層セラミック電子部品では、本発明に係る絶縁体磁器内に複数の内部電極が形成されているので、低温で焼成でき、内部電極構成材料としてＡｇやＣｕなどの低抵抗でありかつ安価な金属を用いることができる。しかも、絶縁体磁器においては、誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適した積層コンデンサを提供し得る。
【００８５】
本発明に係る積層セラミック電子部品において、複数の内部電極が積層コンデンサを構成している場合には、本発明に係る絶縁体磁器の誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適したコンデンサが得られる。
【００８６】
本発明に係る積層セラミック電子部品において、複数の内部電極が、積層コンデンサを構成している内部電極と、積層インダクタを構成しているコイル導体とを有する場合には、本発明に係る絶縁体磁器が、上記のように誘電率が低く、高周波で高いＱ値を有するので、高周波用途に適したＬＣ共振回路を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのセラミック多層基板を用いたセラミック電子部品としてのセラミック積層モジュールを示す縦断面図。
【図２】図１に示したセラミック多層モジュールの分解斜視図。
【図３】本発明の第２の実施例の積層セラミック電子部品を製造するのに用いられたセラミックグリーンシート及びその上に形成されている電極パターンを説明するための分解斜視図。
【図４】本発明の第２の実施例に係る積層セラミック電子部品を示す斜視図。
【図５】図４に示した積層セラミック電子部品の回路構成を示す図。
【符号の説明】
１…セラミック積層モジュール
２…セラミック多層基板
３ａ，３ｂ…絶縁性セラミック層
４…第２のセラミック層としての誘電性セラミック層
５，５…内部電極
６，６ａ…ビアホール電極
７…外部電極
８…導電性キャップ
９〜１１…電子部品素子
２０…積層セラミック電子部品
２１…セラミック焼結体
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ…外部電極
２６ａ〜２６ｄ…コイル導体
２７ａ〜２７ｃ…コンデンサ用内部電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulator porcelain composition used for, for example, a multilayer circuit board, and more specifically, can be suitably used for a composite multilayer circuit board for mounting semiconductor elements and various electronic components, such as copper and silver. The present invention relates to an insulator porcelain composition that can be fired at the same time as a conductor material.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electronic devices have been increased in speed and frequency. In addition, electronic components mounted on electronic devices are also required to have high speed and high integration, and further high density mounting is required. In order to meet the above requirements, a multilayer circuit board has been conventionally used as a substrate for mounting semiconductor elements and various electronic components. In a multilayer circuit board, a conductor circuit and an electronic component functional element are incorporated in the board, and the electronic device can be miniaturized.
[0003]
Conventionally, alumina is frequently used as a material for the multilayer circuit board.
The firing temperature of alumina is relatively high at 1500 to 1600 ° C. Therefore, as a conductor circuit material built in a multilayer circuit board made of alumina, a high melting point metal such as Mo, Mo-Mn, W or the like usually has to be used. However, these refractory metals have a problem of high electric resistance.
[0004]
Therefore, there is a strong demand to use a metal having a lower electrical resistance than that of the refractory metal and an inexpensive metal such as copper as the conductor material. In order to make it possible to use copper as a conductor material, it has been proposed to use glass ceramics or crystallized glass that can be fired at a low temperature of 1000 ° C. or lower (for example, JP-A-5-238774).
[0005]
In consideration of connection with semiconductor components such as Si chips, it has also been proposed to use ceramics having a thermal expansion coefficient close to Si as a multilayer circuit board material (Japanese Patent Laid-Open No. 8-34668).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been difficult for conventional substrate materials to satisfy both high thermal expansion coefficient and high frequency characteristics.
[0007]
The object of the present invention is an insulating ceramic composition which eliminates the above-mentioned drawbacks of the prior art and can be fired at a low temperature, and thus can be fired at the same time as a relatively low melting point conductor material such as silver or copper. An object of the present invention is to provide an insulator ceramic composition that provides an insulator ceramic having a high value, a low relative dielectric constant, excellent high-frequency characteristics, and a high thermal expansion coefficient.
[0008]
Another object of the present invention is an insulator ceramic comprising the above insulator ceramic composition, having a low relative dielectric constant and a high Q value, and thus excellent high frequency characteristics, and having a higher thermal expansion coefficient, Another object of the present invention is to provide a ceramic multilayer substrate, a ceramic electronic component, and a multilayer ceramic electronic component using the insulator porcelain.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the insulator ceramic composition according to the present invention includes (A) Mg 3 B 2 O 6 ceramic powder and Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder. At least one of (B) 13 to 50% by weight of silicon oxide in terms of SiO 2 , boron oxide 8 to 60% by weight in terms of B 2 O 3 , and aluminum oxide 0 to 20% in terms of Al 2 O 3 % And a glass powder containing 10 to 55% by weight of magnesium oxide in terms of MgO.
[0010]
In the present invention, at least one of Mg 3 B 2 O 6 ceramic powder and Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder is used as the ceramic powder (A). That is, only Mg 3 B 2 O 6 ceramic powder may be used, only Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder may be used, or a mixture thereof may be used.
[0011]
In 100% by weight of the glass powder, silicon oxide accounts for 13 to 50% by weight, preferably 20 to 30% by weight in terms of SiO 2 . When the content of silicon oxide is 13% by weight or less, the crystallinity of the obtained sintered body is lowered, and the Q value is lowered. Conversely, when the content of silicon oxide exceeds 50% by weight, the melting temperature of the glass increases.
[0012]
Further, in 100% by weight of the glass powder, boron oxide accounts for 8 to 60% by weight, preferably 30 to 60% by weight in terms of B 2 O 3 . Boron oxide mainly acts as a flux. When the content of boron oxide is less than 8% by weight in terms of B 2 O 3 , the melting temperature becomes too high. Conversely, when the content exceeds 60% by weight, the moisture resistance of the obtained sintered body is lowered.
[0013]
Further, in 100% by weight of the glass powder, aluminum oxide accounts for 0 to 20% by weight in terms of Al 2 O 3 . The aluminum oxide content may be 0% by weight in terms of Al 2 O 3 . That is, aluminum oxide is not necessarily included.
[0014]
Therefore, the insulator ceramic composition according to the present invention containing no aluminum oxide includes (A) the Mg 3 B 2 O 6 and / or Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder, and (B) silicon oxide in SiO. It is expressed as an insulating ceramic composition comprising 13 to 50% by weight in terms of 2 and glass powder containing 8 to 60% by weight of boron oxide in terms of B 2 O 3 and 10 to 55% by weight of magnesium oxide. .
[0015]
When the aluminum oxide is contained, if the content exceeds 20% by weight in terms of Al 2 O 3 , a dense sintered body cannot be obtained and the Q value becomes small. As for the lower limit value in the case of incorporating the aluminum oxide, in the range of greater than 0 wt% in terms of Al 2 O 3.
[0016]
Moreover, the said glass powder contains 10-55 weight% of magnesium oxide in conversion of MgO. Magnesium oxide has the effect of reducing the melt viscosity during glass production. Therefore, the cost at the time of glass production can be reduced. Magnesium oxide is a crystal component in the crystallized glass, and constitutes a factor in developing excellent high-frequency characteristics. When the content of magnesium oxide is less than 10% by weight, the Q value in the obtained insulator porcelain is low, and when it exceeds 55% by weight, the amount of crystal precipitation in the insulator porcelain is excessive and the mechanical strength is lowered.
[0017]
In the present invention, the glass powder further contains at least one alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of BaO, SrO and CaO so as to occupy 20% by weight or less of the entire glass powder. desirable.
[0018]
The alkaline earth metal oxide has an action of lowering the melting temperature at the time of glass production and an action of increasing the thermal expansion coefficient of the glass. When the content of the alkaline earth metal oxide exceeds 20% by weight, the Q value may be lowered.
[0019]
In another aspect of the present invention, the glass powder contains 10% by weight or less of at least one alkali metal oxide selected from the group consisting of Li 2 O, K 2 O, and Na 2 O based on the entire glass powder. It is desirable that it is contained in a proportion of 2 to 5% by weight. Alkali metal oxides have the effect of lowering the melting temperature during glass production. When the content ratio of the alkali metal oxide exceeds 10% by weight, the Q value may be lowered.
[0020]
In the present invention, the insulator ceramic composition preferably contains zinc oxide in a proportion of 15 wt% or less, more preferably 10 wt% or less in terms of ZnO. Zinc oxide has the effect of lowering the firing temperature. However, if the content ratio of zinc oxide exceeds 15% by weight in terms of ZnO, a dense sintered body may not be finally obtained.
[0021]
In addition, the said zinc oxide may be contained as a glass component.
In the present invention, it is desirable that copper oxide is added in a proportion of 3% by weight or less, more preferably in a proportion of 2% by weight or less in terms of CuO. Copper oxide has the effect of lowering the firing temperature. However, when the content ratio of copper oxide exceeds 3% by weight, the Q value may be lowered.
[0022]
In the present invention, the ceramic powder and the glass powder are preferably blended in a weight ratio of ceramic powder: glass powder = 20: 80 to 80:20, more preferably. 40:60 to 60:40. When the blending ratio of the ceramic powder is higher than the above range, the density of the sintered body may be decreased, and when the blending ratio of the glass powder is higher than the above range, the Q value may be decreased.
[0023]
In another specific aspect of the present invention, an insulator ceramic obtained by firing the insulator ceramic composition according to the present invention is provided. In this case, since the insulator porcelain can be obtained by firing the insulator ceramic composition at a low temperature of 1000 ° C. or less, the insulator porcelain composition can be simultaneously fired together with a low melting point metal such as copper or silver. it can. Therefore, the insulator porcelain according to the present invention can be suitably used for a ceramic multilayer substrate using a conductor material made of these low melting point metals.
[0024]
The insulator ceramic according to the present invention desirably satisfies a Q value of 700 or more at a measurement frequency of 15 GHz. When the Q value is 700 or more, it can be used as a circuit element substrate in a high frequency band in recent years.
[0025]
In addition, since the insulator ceramic according to the present invention has a high coefficient of thermal expansion, the insulator ceramic composition according to the present invention can be co-sintered with a high dielectric constant material having a high coefficient of thermal expansion. Thus, a sintered body in which the insulator ceramic according to the present invention and the high dielectric constant ceramics are integrated can be obtained easily and stably.
[0026]
In addition, as said glass powder, you may use what calcined the glass composition at 700-1400 degreeC.
A ceramic multilayer substrate according to the present invention includes a ceramic plate including an insulating ceramic layer made of the insulator ceramic composition according to the present invention, and a plurality of internal electrodes formed in the insulating ceramic layer of the ceramic plate. .
[0027]
In a specific aspect of the ceramic laminated substrate according to the present invention, a second ceramic layer having a dielectric constant higher than that of the insulating ceramic layer is laminated on at least one surface of the insulating ceramic layer.
[0028]
In a more specific aspect of the ceramic multilayer substrate according to the present invention, the plurality of internal electrodes are laminated via at least a part of the insulating ceramic layer to constitute a multilayer capacitor.
[0029]
In another specific aspect of the present invention, a plurality of internal electrodes are laminated via at least a part of the insulating ceramic layer, and a capacitor internal electrode constituting a capacitor is connected to each other to form a multilayer inductor. The coil conductor which comprises is provided.
[0030]
The ceramic electronic component of the present invention includes the ceramic multilayer substrate according to the present invention and at least one electronic component mounted on the ceramic multilayer substrate and constituting a circuit with the plurality of internal electrodes.
[0031]
In a specific aspect of the ceramic electronic component according to the present invention, a cap fixed to the ceramic multilayer substrate is further provided so as to surround the electronic component element.
As the cap, a conductive cap is preferably used.
[0032]
In a specific aspect of the ceramic electronic component according to the present invention, a plurality of external electrodes formed only on the lower surface of the ceramic multilayer substrate and electrically connected to the external electrode, and the internal electrode or the electronic component element And a plurality of through-hole conductors electrically connected to each other.
[0033]
The multilayer ceramic electronic component according to the present invention includes a ceramic sintered body made of the insulator ceramic composition according to the present invention, a plurality of internal electrodes arranged in the ceramic sintered body, and an outer surface of the ceramic sintered body. And a plurality of external electrodes electrically connected to any of the internal electrodes.
[0034]
In a specific aspect of the multilayer ceramic electronic component according to the present invention, the plurality of internal electrodes are arranged so as to overlap with each other via a ceramic layer, thereby forming a capacitor unit.
[0035]
In a more specific aspect of the multilayer ceramic electronic component according to the present invention, the plurality of internal electrodes are connected to each other to form a multilayer inductor unit in addition to the internal electrodes constituting the capacitor unit. It has a coil conductor.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, first, specific examples of the insulator ceramic according to the present invention will be described, and further, structural examples of the ceramic multilayer substrate, the ceramic electronic component, and the multilayer ceramic electronic component according to the present invention will be described. Thus, the present invention will be clarified.
[0037]
Using both Mg (OH) 2 powder and B 2 O 3 powder as raw powders, weighed both powders so that the stoichiometric composition is Mg 3 B 2 O 6 or Mg 2 B 2 O 5 , After 16 hours wet mixing, it was dried. The dried mixture was calcined at 1400 ° C. for 2 hours and then pulverized. As described above, the Mg 3 B 2 O 6 ceramic powder raw material and the Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder raw material were prepared. In the following, at least one of these two ceramic powder raw materials was used as a calcined raw material.
[0038]
Next, as shown in Table 2 below, 20 to 80% by weight of the raw material calcined as described above, glass powder (sintering aid) having the composition shown in Table 1 below, ZnO and CuO Was blended at an appropriate ratio as shown in Table 2 below, and granulated by adding an appropriate amount of a binder. Each of the granulated insulator porcelain compositions of Sample Nos. 1 to 46 was molded under a pressure of 200 MPa to obtain a cylindrical molded body having a diameter of 12 mm and a thickness of 7 mm.
[0039]
The molded body was fired in the atmosphere at a temperature of 900 to 1000 ° C. for 2 hours to obtain cylindrical insulating ceramics having sample numbers 1 to 46 in Tables 2 and 3. The relative densities of the cylindrical insulator porcelains obtained as described above are shown in Tables 2 and 3 below.
[0040]
Further, using each cylindrical insulator ceramic, the relative dielectric constant ε r and the Q value at the resonance frequency (15 GHz) were measured by a double-end short-circuited dielectric resonance method. The results are shown in Tables 2 and 3 below.
[0041]
Further, the thermal expansion coefficient of the cylindrical insulator porcelain was measured according to JIS R1618. The results are shown in Tables 2 and 3 below.
[0042]
[Table 1]
Figure 0003680714
[0043]
[Table 2]
Figure 0003680714
[0044]
[Table 3]
Figure 0003680714
[0045]
Since the sample numbers 25 to 36 and 43 use the glass F to M or Q outside the scope of the present invention as the glass, respectively, the insulator ceramics having the remaining sample numbers corresponding to the examples of the present invention are used. It was inferior compared. That is, in the insulator ceramics obtained with sample numbers 25 to 27, the Q value was as low as 600. Moreover, since sample numbers 28 and 29 used glass H, they could not be fired at 1000 ° C. or lower. Since the insulator I obtained with sample number 30 uses glass I, the Q value was as low as 600.
[0046]
Since the insulator porcelain obtained with sample number 31 uses glass J, the Q value was as low as 550.
Insulator porcelains obtained with sample numbers 32 and 33 each had a low Q value of 300 and 220 because glass K was used.
[0047]
Since the insulator L obtained with sample number 34 used glass L, it could not be fired at 1000 ° C. or lower.
Insulator porcelains obtained with sample numbers 35 and 36 both used glass M, so their Q values were as low as 400 and 300.
[0048]
In the insulator porcelain obtained with the sample number 43, since the glass Q was used, the Q value was as low as 600.
On the other hand, all of the insulator porcelains having other sample numbers corresponding to the examples of the present invention are configured using the insulator porcelain composition according to the present invention. The relative density of the obtained insulator porcelain was 97% or more. Moreover, the dielectric constant of the obtained insulator porcelain was as low as about 7, the thermal expansion coefficient was as high as 8 to 12 ppm / ° C., and the Q value at a frequency of 15 GHz was as high as 700 or more.
[0049]
Therefore, according to the present invention, an insulator ceramic having a Qf value at 15 GHz of 10,000 GHz or more can be obtained by low-temperature firing. Moreover, since the obtained insulator ceramic has a high thermal expansion coefficient, the insulator ceramic composition according to the present invention can be co-sintered with a high dielectric constant material having a high thermal expansion coefficient.
[0050]
On the other hand, in the insulator porcelain belonging to the present invention, even when fired at a low temperature of 1000 ° C. or less, the relative density is as high as 98% or more, that is, excellent in mechanical strength (200 MPa or more), Furthermore, the relative dielectric constant was small, and the Q value at a measurement frequency of 10 GHz was a high value of 400 or more. Therefore, it can be seen that an insulating ceramic composition that can be fired at a low temperature optimum for high-frequency electronic components can be provided.
[0051]
Next, structural examples of a ceramic multilayer substrate, a ceramic electronic component, and a multilayer ceramic electronic component using the insulator ceramic according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing a ceramic multilayer module as a ceramic electronic component including a ceramic multilayer substrate as one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
[0052]
The ceramic multilayer module 1 is configured using a ceramic multilayer substrate 2.
In the ceramic multilayer substrate 2, a dielectric ceramic layer 4 having a relatively high dielectric constant, for example, obtained by adding glass to barium titanate, is provided between the insulating ceramic layers 3a and 3b made of the insulator ceramic composition according to the present invention. It is sandwiched.
[0053]
A plurality of internal electrodes 5 are arranged in the dielectric ceramic layer 4 so as to be adjacent to each other via one of the dielectric ceramic layers 4, thereby constituting multilayer capacitor units C 1 and C 2.
[0054]
The insulating ceramic layers 3a and 3b and the dielectric ceramic layer 4 are formed with a plurality of via-hole electrodes 6 and 6a and internal wiring.
On the other hand, electronic component elements 9 to 11 are mounted on the upper surface of the ceramic multilayer substrate 2. As the electronic component elements 9 to 11, appropriate electronic component elements such as semiconductor devices and chip type multilayer capacitors can be used. The electronic component elements 9 to 11 and the capacitor units C1 and C2 are electrically connected by the via-hole electrode 6 and the internal wiring to constitute a circuit of the ceramic multilayer module 1 according to the present embodiment.
[0055]
A conductive cap 8 is fixed on the upper surface of the ceramic multilayer substrate 2. The conductive cap 8 is electrically connected to the via-hole electrode 6 that penetrates the ceramic multilayer substrate 2 from the upper surface toward the lower surface. Further, external electrodes 7 and 7 are formed on the lower surface of the ceramic multilayer substrate 2, and the external electrodes 7 and 7 are electrically connected to the via-hole electrodes 6 and 6a. Although the other external electrodes are not shown, they are formed only on the lower surface of the ceramic multilayer substrate 2 as in the case of the external electrodes 7. The other external electrodes are electrically connected to the electronic component elements 9 to 11 and the capacitor units C1 and C2 via the internal wiring described above.
[0056]
In this way, by forming the external electrode 7 for connecting to the outside only on the lower surface of the ceramic multilayer substrate 2, the ceramic multilayer module can be easily surface-mounted on a printed circuit board or the like using the lower surface side. it can.
[0057]
In this embodiment, the cap 8 is made of a conductive material, and is electrically connected to the external electrode 7 via the via-hole electrode 6 a, so that the electronic component elements 9 to 11 are electromagnetically shielded by the conductive cap 8. be able to. But the cap 8 does not necessarily need to be comprised with an electroconductive material.
[0058]
In the ceramic multilayer module 1 of the present embodiment, since the insulating ceramic layers 3a and 3b use the insulator ceramic according to the present invention, the dielectric constant is low and the Q value is high. Module 1 can be provided. In addition, since the insulating ceramic layers 3a and 3b are excellent in mechanical strength, the ceramic multilayer module 1 excellent in mechanical strength can be configured.
[0059]
The ceramic multilayer substrate 2 can be easily obtained by using a well-known ceramic laminated integrated firing technique. That is, first, a ceramic green sheet mainly composed of the insulator porcelain material according to the present invention is prepared, and electrode patterns for constituting the internal electrode 5, the external wiring, the via-hole electrodes 6 and 6a, etc. are printed and laminated. Furthermore, an appropriate number of layers formed by forming electrode patterns for forming external wiring and via-hole electrodes 6 and 6a on the ceramic green sheets for forming the insulating ceramic layers 3a and 3b above and below are laminated in the thickness direction. Pressurize. By firing the thus obtained laminate, the ceramic multilayer substrate 2 can be easily obtained.
[0060]
3 to 5 are an exploded perspective view, an external perspective view, and a circuit diagram for explaining a multilayer ceramic electronic component as a second structural embodiment of the present invention.
The multilayer ceramic electronic component 20 shown in FIG. 4 is an LC filter. A circuit constituting an inductance L and a capacitance C is formed in the ceramic sintered body 21 as described later. The ceramic sintered body 21 is configured using the insulator ceramic according to the present invention. Further, external electrodes 23a, 23b, 24a, and 24b are formed on the outer surface of the ceramic sintered body 21, and the LC resonance circuit shown in FIG. 5 is configured between the external electrodes 23a, 23b, 24a, and 24b. Has been.
[0061]
Next, the configuration in the ceramic sintered body 21 will be clarified by describing the manufacturing method with reference to FIG.
First, an organic vehicle is added to the insulator ceramic material according to the present invention to obtain a ceramic slurry. This ceramic slurry is formed by an appropriate sheet forming method to obtain a ceramic green sheet. The ceramic green sheets thus obtained are dried and then punched into a predetermined size to prepare rectangular ceramic green sheets 21a to 21m.
[0062]
Next, through holes for forming the via hole electrode 28 are formed in the ceramic green sheets 21a to 21m as necessary. Further, by conducting screen printing of the conductive paste, the coil conductors 26a and 26b, the capacitor internal electrodes 27a to 27c, and the coil conductors 26c and 26d are formed, and the through hole for the via hole 28 is filled with the conductive paste, and the via hole electrode 28 is formed.
[0063]
Thereafter, the ceramic green sheets 21a to 21m are laminated in the direction shown in the drawing and pressed in the thickness direction to obtain a laminated body.
The obtained laminate is fired to obtain a ceramic sintered body 21.
[0064]
As shown in FIG. 4, external electrodes 23a to 24b are formed on the ceramic sintered body 21 obtained as described above by a thin film forming method such as coating and baking of conductive paste, vapor deposition, plating, or sputtering. . In this way, the multilayer ceramic electronic component 20 can be obtained.
[0065]
As apparent from FIG. 3, the coil conductors 26a and 26b constitute the inductance unit L1 shown in FIG. 5, the coil conductors 26c and 26d constitute the inductance unit L2, and the internal electrodes 27a to 27c constitute the capacitor C.
[0066]
In the multilayer ceramic electronic component 20 of the present embodiment, the LC filter is configured as described above. However, since the ceramic sintered body 21 is configured using the insulator ceramic according to the present invention, the first implementation is performed. Similar to the ceramic multilayer substrate 2 of the example, it can be obtained by low-temperature firing. Therefore, the low-melting point metals such as copper, silver, and gold are used as the coil conductors 26a to 26c as the internal electrodes and the internal electrodes 27a to 27c for the capacitors. And can be fired integrally with ceramics. In addition, an LC filter having a high Q value at high frequencies and suitable for high frequency applications can be configured. Moreover, since the mechanical strength of the insulator porcelain is high, an LC filter excellent in mechanical strength can be provided.
[0067]
In the first and second structural examples, the multilayer ceramic electronic component 20 and the multilayer ceramic electronic component 20 constituting the LC filter have been described as examples. However, the ceramic electronic component and multilayer ceramic electronic component according to the present invention are It is not limited to these structures. That is, various ceramic multilayer substrates such as ceramic multilayer substrates for multichip modules and ceramic multilayer substrates for hybrid ICs, or various ceramic electronic components in which electronic component elements are mounted on these ceramic multilayer substrates, as well as chip-type multilayer capacitors and chips The present invention can be applied to various chip-type multilayer electronic components such as a type multilayer dielectric antenna.
[0068]
【The invention's effect】
Since the insulator ceramic composition according to the present invention includes at least one of Mg 3 B 2 O 6 ceramic powder and Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder and glass powder having the above specific composition, it is 1000 ° C. or less. Thus, it can be fired at the same time as a conductor material made of a low melting point metal such as copper or silver. Therefore, since these conductor materials can be used for internal electrodes and the like, the insulator ceramic composition according to the present invention can be suitably used for a ceramic multilayer substrate that can be obtained by low-temperature firing, and the ceramic multilayer substrate. Etc. can be reduced.
[0069]
In addition, since the insulator ceramic obtained by firing the insulator ceramic composition according to the present invention exhibits a high Q value and a low relative dielectric constant in the high frequency band, it has excellent high frequency characteristics. Moreover, since this insulator ceramic has a high thermal expansion coefficient, the insulator ceramic composition according to the present invention can be co-sintered with a high dielectric constant ceramic material having a high thermal expansion coefficient.
[0070]
In the present invention, when the glass powder further contains at least one alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of BaO, SrO and CaO at a ratio of 20% by weight, the melting temperature at the time of glass powder production And the preparation cost of the insulator ceramic composition according to the present invention can be reduced.
[0071]
When the glass powder contains at least one alkali metal oxide selected from the group consisting of Li 2 O, K 2 O and Na 2 O at a ratio of 10% by weight or less of the entire glass powder, Similarly, the melting temperature at the time of glass powder production can be lowered, the glass powder preparation cost can be reduced, and the lowering of the Q value can be suppressed.
[0072]
Furthermore, when the insulator porcelain composition contains zinc oxide in a proportion of 15% by weight or less in terms of ZnO, the firing temperature of the insulator porcelain composition can be lowered, and a dense sintered body can be obtained. Make it possible to get.
[0073]
Moreover, when copper oxide is contained in a proportion of 3% by weight or less in terms of CuO, the firing temperature can be similarly lowered and an insulator ceramic having a high Q value can be obtained.
[0074]
When the ceramic powder and the glass powder are contained in a weight ratio of ceramic powder: glass powder = 20: 80 to 80:20, a denser insulator ceramic can be obtained, and the glass powder The use of can suppress the decrease in the Q value.
[0075]
Since the insulator ceramic according to the present invention is obtained by firing the insulator ceramic composition according to the present invention, it can be obtained by firing at a low temperature, and thus the cost of the insulator ceramic can be reduced. In addition, the insulator ceramic according to the present invention exhibits a high Q value and a low dielectric constant at high frequencies. Therefore, for example, when used for a ceramic substrate or a ceramic multilayer substrate, it is possible to provide a ceramic substrate or a ceramic multilayer substrate having excellent high frequency characteristics.
[0076]
Also, since the insulator ceramic according to the present invention has a high coefficient of thermal expansion, the insulator ceramic composition according to the present invention can be co-sintered with a ceramic material having a high dielectric constant that exhibits a high coefficient of thermal expansion. Since the insulator ceramic according to the invention can be obtained in an integrated state with a high dielectric constant ceramic material by co-sintering, a ceramic multilayer substrate having a high dielectric constant ceramic portion inside can be easily configured. .
[0077]
Since the ceramic multilayer substrate according to the present invention includes a ceramic plate including an insulating ceramic layer made of the insulator ceramic according to the present invention, it can be fired at a low temperature and has a low resistance such as Ag or Cu as an internal electrode constituent material. In addition, an inexpensive metal can be used. Moreover, since the insulating ceramic layer has a low dielectric constant and a high Q value, a ceramic multilayer substrate suitable for high frequency applications can be provided. In addition, since the insulating ceramic layer has a high coefficient of thermal expansion as described above, a portion adjacent to the insulating ceramic layer is made of a high dielectric constant material having a high coefficient of thermal expansion, and the insulating ceramic layer The high dielectric constant ceramic layer can be integrally sintered. Therefore, it is possible to easily and stably provide a ceramic multilayer substrate not only suitable for high frequency applications but also having a high dielectric constant portion.
[0078]
In the ceramic multilayer substrate, when a second ceramic layer having a dielectric constant higher than that of the insulating ceramic layer is laminated on at least one surface of the insulating ceramic layer, the composition and lamination form of the second ceramic layer are By devising it, the strength and environmental resistance can be appropriately adjusted according to demands.
[0079]
In the case where a multilayer capacitor is configured by laminating a plurality of internal electrodes through at least a part of an insulating ceramic layer, the dielectric ceramic of the present invention has a low dielectric constant and a high Q value. A capacitor suitable for the application is constructed.
[0080]
When the plurality of internal electrodes have a plurality of internal electrodes constituting a multilayer capacitor and a plurality of coil conductors connected to each other to constitute a multilayer inductor, the insulator ceramic according to the present invention has a low dielectric constant, Since it has a high Q value at a high frequency, a small LC resonance circuit suitable for high frequency applications can be easily configured.
[0081]
In the ceramic electronic component according to the present invention in which at least one electronic component element is laminated on the ceramic multilayer substrate according to the present invention, the electronic component element and the circuit configuration in the ceramic multilayer substrate are used to be suitable for high frequency applications. In addition, various small ceramic electronic components can be provided.
[0082]
When the cap is fixed to the ceramic multilayer substrate so as to surround the electronic component element, the electronic component element can be protected by the cap, and a ceramic electronic component having excellent moisture resistance and the like can be provided.
[0083]
When a conductive cap is used as the cap, the enclosed electronic component element can be electromagnetically shielded.
When the external electrode is formed only on the lower surface of the ceramic multilayer substrate, it can be easily surface-mounted on the printed circuit board or the like from the lower surface side of the ceramic multilayer substrate.
[0084]
In the multilayer ceramic electronic component according to the present invention, since a plurality of internal electrodes are formed in the insulator ceramic according to the present invention, it can be fired at a low temperature, and has a low resistance such as Ag or Cu as an internal electrode constituent material. An inexpensive metal can be used. Moreover, since the dielectric ceramic has a low dielectric constant and a high Q value, a multilayer capacitor suitable for high frequency applications can be provided.
[0085]
In the multilayer ceramic electronic component according to the present invention, when a plurality of internal electrodes constitute a multilayer capacitor, the dielectric ceramic of the present invention has a low dielectric constant and a high Q value, which is suitable for high frequency applications. A capacitor is obtained.
[0086]
In the multilayer ceramic electronic component according to the present invention, when the plurality of internal electrodes include the internal electrode constituting the multilayer capacitor and the coil conductor constituting the multilayer inductor, the insulator ceramic according to the present invention However, since the dielectric constant is low and the Q value is high at high frequencies as described above, an LC resonance circuit suitable for high frequency applications can be easily configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a ceramic multilayer module as a ceramic electronic component using a ceramic multilayer substrate as one embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of the ceramic multilayer module shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining a ceramic green sheet used for manufacturing a multilayer ceramic electronic component of a second embodiment of the present invention and an electrode pattern formed thereon.
FIG. 4 is a perspective view showing a multilayer ceramic electronic component according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the multilayer ceramic electronic component shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic laminated module 2 ... Ceramic multilayer board | substrate 3a, 3b ... Insulating ceramic layer 4 ... Dielectric ceramic layer 5, 5 as 2nd ceramic layer ... Internal electrode 6, 6a ... Via-hole electrode 7 ... External electrode 8 ... Conductivity Caps 9 to 11 ... Electronic component element 20 ... Multilayer ceramic electronic component 21 ... Ceramic sintered bodies 23a, 23b, 24a and 24b ... External electrodes 26a to 26d ... Coil conductors 27a to 27c ... Internal electrodes for capacitors

Claims (18)

（Ａ）Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 系セラミック粉末及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 系セラミック粉末の少なくとも１種と、
（Ｂ）酸化ケイ素をＳｉＯ2 換算で１３〜５０重量％、酸化ホウ素をＢ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ2 Ｏ3 換算で０〜２０重量％及び酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１０〜５５重量％含むガラス粉末とを含む絶縁体磁器組成物。(A) at least one of Mg 3 B 2 O 6 ceramic powder and Mg 2 B 2 O 5 ceramic powder;
(B) 13 to 50% by weight of silicon oxide in terms of SiO 2 , 8 to 60% by weight of boron oxide in terms of B 2 O 3 , 0 to 20% by weight in terms of aluminum oxide in terms of Al 2 O 3 , and magnesium oxide as MgO An insulating porcelain composition containing 10 to 55% by weight of a glass powder. 前記ガラス粉末が、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＣａＯからなる群から選択した少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を、前記ガラス粉末全体の２０重量％以下の割合でさらに含む、請求項１に記載の絶縁体磁器組成物。The insulation according to claim 1, wherein the glass powder further contains at least one alkaline earth metal oxide selected from the group consisting of BaO, SrO and CaO in a proportion of 20% by weight or less of the entire glass powder. Body porcelain composition. 前記ガラス粉末が、Ｌｉ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ及びＮａ2 Ｏからなる群から選択した少なくとも１種のアルカリ金属酸化物を、ガラス粉末全体の１０重量％以下の割合でさらに含む、請求項１または２に記載の絶縁体磁器組成物。The glass powder further includes at least one alkali metal oxide selected from the group consisting of Li 2 O, K 2 O, and Na 2 O in a proportion of 10% by weight or less of the entire glass powder. 2. The insulator porcelain composition according to 2. 酸化亜鉛をＺｎＯ換算で全体の１５重量％以下の割合でさらに含有する、請求項１〜３に記載の絶縁体磁器組成物。The insulator ceramic composition according to claims 1 to 3, further comprising zinc oxide in a proportion of 15% by weight or less based on ZnO. 酸化銅をＣｕＯ換算で全体の３重量％以下の割合でさらに含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁体磁器組成物。The insulator ceramic composition according to any one of claims 1 to 4, further containing copper oxide in a proportion of 3% by weight or less of the whole in terms of CuO. 前記セラミック粉末と前記ガラス粉末とが、重量比で、セラミック粉末：ガラス粉末＝２０：８０〜８０：２０の割合で含まれている、請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁体磁器組成物。The insulator ceramic composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramic powder and the glass powder are contained in a weight ratio of ceramic powder: glass powder = 20: 80 to 80:20. Stuff. 請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁体磁器組成物を焼成することにより得られる、絶縁体磁器。An insulator porcelain obtained by firing the insulator porcelain composition according to claim 1. 請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁体磁器組成物からなる絶縁性セラミック層を含むセラミック板と、
前記セラミック板の絶縁性セラミック層内に形成された複数の内部電極とを備えることを特徴とする、セラミック多層基板。A ceramic plate comprising an insulating ceramic layer comprising the insulator ceramic composition according to claim 1;
A ceramic multilayer substrate comprising: a plurality of internal electrodes formed in an insulating ceramic layer of the ceramic plate. 前記絶縁性セラミック層の少なくとも片面に、該絶縁性セラミック層よりも誘電率が高い第２のセラミック層が積層されている、請求項８に記載のセラミック多層基板。The ceramic multilayer substrate according to claim 8, wherein a second ceramic layer having a dielectric constant higher than that of the insulating ceramic layer is laminated on at least one surface of the insulating ceramic layer. 前記複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されて積層コンデンサが構成されている、請求項８または９に記載のセラミック多層基板。The ceramic multilayer substrate according to claim 8 or 9, wherein the plurality of internal electrodes are laminated via at least a part of the insulating ceramic layer to constitute a multilayer capacitor. 複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されてコンデンサを構成しているコンデンサ用内部電極と、互いに接続されて積層インダクタを構成しているコイル導体とを備える、請求項９または１０に記載のセラミック多層基板。A plurality of internal electrodes includes a capacitor internal electrode that is stacked via at least a part of the insulating ceramic layer to form a capacitor, and a coil conductor that is connected to each other to form a multilayer inductor. The ceramic multilayer substrate according to claim 9 or 10. 請求項９〜１１のいずれかに記載のセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板上に実装されており、前記複数の内部電極と共に回路を構成している少なくとも１つの電子部品素子とを備えることを特徴とする、セラミック電子部品。A ceramic multilayer substrate according to any one of claims 9 to 11,
A ceramic electronic component comprising: at least one electronic component element mounted on the ceramic multilayer substrate and constituting a circuit with the plurality of internal electrodes. 前記電子部品素子を囲繞するように前記セラミック多層基板に固定されたキャップをさらに備える、請求項１２に記載のセラミック電子部品。The ceramic electronic component according to claim 12, further comprising a cap fixed to the ceramic multilayer substrate so as to surround the electronic component element. 前記キャップが導電性キャップである、請求項１３に記載のセラミック電子部品。The ceramic electronic component of claim 13, wherein the cap is a conductive cap. 前記セラミック多層基板の下面にのみ形成された複数の外部電極と、
前記外部電極に電気的に接続されており、かつ前記内部電極または電子部品素子に電気的に接続された複数のスルーホール導体をさらに備えることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の電子部品。A plurality of external electrodes formed only on the lower surface of the ceramic multilayer substrate;
15. The device according to claim 12, further comprising a plurality of through-hole conductors electrically connected to the external electrode and electrically connected to the internal electrode or the electronic component element. The electronic component described. 請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁体磁器組成物からなるセラミック焼結体と、
前記セラミック焼結体内に配置された複数の内部電極と、
前記セラミック焼結体の外表面に形成されており、いずれかの内部電極に電気的に接続されている複数の外部電極とを備えることを特徴とする、積層セラミック電子部品。A ceramic sintered body comprising the insulator ceramic composition according to any one of claims 1 to 6,
A plurality of internal electrodes arranged in the ceramic sintered body;
A multilayer ceramic electronic component comprising: a plurality of external electrodes formed on an outer surface of the ceramic sintered body and electrically connected to any one of the internal electrodes. 前記複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合うように配置されており、それによってコンデンサユニットが構成されている、請求項１６に記載の積層セラミック電子部品。The multilayer ceramic electronic component according to claim 16, wherein the plurality of internal electrodes are arranged so as to overlap each other via a ceramic layer, thereby forming a capacitor unit. 前記複数の内部電極が、前記コンデンサユニットを構成している内部電極に加えて、互いに接続されて積層インダクタユニットを構成している複数のコイル導体を有する、請求項１７に記載の積層セラミック電子部品。The multilayer ceramic electronic component according to claim 17, wherein the plurality of internal electrodes include a plurality of coil conductors connected to each other to constitute a multilayer inductor unit in addition to the internal electrodes constituting the capacitor unit. .
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