JP3825225B2 - 回路基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板に関し、例えば、マイクロ波帯での比誘電率が高く、かつ高Ｑ値を有する絶縁層と、比誘電率が低い絶縁層とを同時焼成一体化してなり、共振器、コンデンサ、インダクタ等の機能素子を内蔵する回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、強度の弱い絶縁層を強度の強い絶縁層で補強するためや、回路基板中に容量値の高いキャパシタを内蔵するために、絶縁層と、この絶縁層とは異なる材料からなる異種材料絶縁層を積層した回路基板が知られている（例えば、特開昭５９−１９４４９３号公報参照）。
【０００３】
このような回路基板は、絶縁層と異種材料絶縁層が、セラミックフィラーとガラスからなるガラスセラミックで形成されており、セラミックフィラーやガラス材料を制御することにより、焼成収縮率および熱膨張係数を近づけ、クラックやデラミネーション、及び反りを抑制していた。
【０００４】
そして、このような回路基板では、電極としてＡｇまたはＣｕを用いることができるように低温焼成化するため、絶縁層および異種材料絶縁層がガラス主成分であり、ガラスとフィラー成分がほとんど反応することがなく、焼成収縮挙動は、主にガラス成分の高温粘度変化による流動と、フィラーとの濡れ性によって支配されていた。
【０００５】
また、近年では、共振器、コンデンサ、インダクタ等の機能素子を内蔵した回路基板が、携帯電話をはじめとする各種電子機器に組み込まれている。回路基板は主にマイクロ波帯で用いられ、近年の携帯電話をはじめ電子機器からは小型化、高性能化の要求が高い。例えば共振器の小型化には絶縁層の比誘電率が高いことが望まれ、低損失化には高い材料Ｑ値が望まれる。また、インピーダンスマッチングや回路間の不要な干渉の抑制には絶縁層の比誘電率が低いことが望まれる。従って回路基板はこのような要求を満足する２種類以上の絶縁層で形成することにより、回路設計上の制約を無くすことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回路基板では、絶縁層および異種材料絶縁層がガラス主成分であったため、マイクロ波帯でのＱ値が低く、内蔵された機能素子の性能が低いという問題があった。
【０００７】
また、従来の方法では異種材料間の焼成収縮挙動を、完全には一致させることが不可能であったため、クラックやデラミネーションは抑制できたとしても、基板の反りを無くすためには、反りを相殺するような異種材料の絶縁層の組み合わせ、例えば、基板の厚み方向の中央部を中心に、絶縁層および異種材料絶縁層を対称にして積層する等、の対策を必要とし、異種材料の絶縁層を積層する場合の積層の順番（層構成）に多くの制約が生じていた。
【０００８】
従って、回路設計においても、限定された層構成の中で行うことを余儀無くされ、小型薄型化、多機能化においての異種材料を使用することのメリットが最大限に生かされてはいないのが現状であった。
【０００９】
本発明は、異種材料の同時焼成に際して、焼成収縮挙動を高レベルで合致させることにより、クラックやデラミネーション、反りを抑制できるとともに、従来では不可能であった層構成の自由度を飛躍的に向上させることができ、さらに、材料のマイクロ波帯でのＱ値を向上でき、内蔵された機能素子の性能を向上できる回路基板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、複数の絶縁層を積層してなる基体の内部および／または表面に導体を有する回路基板であって、前記複数の絶縁層が、主結晶相が異なる第１絶縁層および第２絶縁層を有し、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に共通する共通結晶相が存在するとともに、該共通結晶相が（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏであることを特徴とする。
【００１１】
このように、第１絶縁層および第２絶縁層中に、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏからなる共通結晶相が存在するため、第１絶縁層と第２絶縁層の熱膨張係数が近づくとともに、焼成収縮開始温度、収縮終了温度を含む収縮挙動が異種材料間で近づき、結果的に第１絶縁層および第２絶縁層を同時焼成一体化しても、反りやデラミネーションを低減できるとともに、このような構成を採用することにより、例えば、基板の厚み方向の中央部を中心に絶縁層および異種材料絶縁層を積層する等を考慮する必要がなく、反りやデラミネーションを低減できるため、高い自由度の層構成を実現できる。
【００１２】
また、共通結晶相である（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏは低温焼成可能であり、また、高いＱ値を有するため、ＡｇやＡｇ合金、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成できるとともに、第１絶縁層および第２絶縁層の高Ｑ値化を図ることができる。
【００１３】
本発明の回路基板では、例えば、複数の第２絶縁層からなる積層体の上下面に、第２絶縁層よりも比誘電率が低い材料から構成される第１絶縁層を形成することにより、第１ 絶縁層を挟む電極間に形成される容量が、第２絶縁層を挟む電極間に形成される容量よりも小さいため、第１絶縁層のビアホール導体または配線導体と、接地導体の間における浮遊容量を抑制できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の回路基板の一例を示すもので、図１において、回路基板は、基板１と、この基板１の表面に形成された表面導体２、基板１の内部に形成された内層導体３、ビアホール導体４、及び表面導体２の一部を被覆する絶縁膜５から成されている。
【００２０】
基板１は、７層の絶縁体層１ａ〜１ｇからなり、その絶縁層１ａ〜１ｇ間には内層導体３が形成されている。また絶縁体層１ａ〜１ｇにはその厚み方向に内層導体３間を接続するため、また内層導体３と表面導体２とを接続するためのビアホール導体４が形成されている。
【００２１】
基板１は、７層の絶縁層１ａ〜１ｇからなり、第２絶縁層１ｂ〜１ｆからなる積層体の上下面に、接地導体６を挟むようにして、第２絶縁層１ｂ〜１ｆとは異種の材料からなる第１絶縁層１ａ、１ｇが積層されている。尚、第２絶縁層１ｂ〜１ｆと、第１絶縁層１ａ、１ｇの間に接地導体６を形成しなくても良い。また、基板１の第２絶縁層１ｆには、内層導体３とビアホール導体４からなるλ／４ストリップライン共振器７が形成されている。ここで、異種材料とは、成分、組成が異なる材料からなるものをいう。
【００２２】
また、基板１は、低誘電率の第１絶縁層１ａ、１ｇと、高誘電率で高Ｑ値の第２絶縁層１ｂ〜１ｆとから構成されており、これらの第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆには、共通する共通結晶相が存在しており、第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中のガラス量がそれぞれ２０重量％以下とされている。ガラス量は、特に、Ｑ値の向上と焼結性という理由から、３〜１２重量％が望ましい。ここで、ガラスは、焼結助剤（Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ）を含むホウケイ酸アルカリ土類系ガラスが望ましい。
【００２３】
第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆには、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが共通する共通結晶相として存在している。この（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）ＯはＣｕのＫα線を用いたＸ線回折測定において２θ＝３５度近辺に存在する。
【００２４】
第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆは、ＲＴｉＯ3、ＢａＴｉ4Ｏ9、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＲＺｒＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｎＴｉＯ4およびＺｒＴｉＯ4のうち少なくとも一種（但し、Ｒはアルカリ土類金属元素）を主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＲＯのうち少なくとも一種（但し、Ｒはアルカリ土類元素）を含有して構成されており、第１絶縁層１ａ、１ｇは誘電率１０以下とされ、第２絶縁層１ｂ〜１ｆは誘電率１５以上とされている。
【００２５】
第１絶縁層１ａ、１ｇとしては、Ｍｇ2ＳｉＯ4−ＭｇＴｉＯ3主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものが望ましい。このような組成では第１絶縁層１ａ、１ｇは誘電率１０以下とできる。
【００２６】
特に、第１絶縁層１ａ、１ｇとしては、（１−ｘ）Ｍｇ2ＳｉＯ4・ｘＭｇＴｉＯ3と表した時、ｘが、０≦ｘ≦０．８を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ2ＣＯ3換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有するものが望ましい。この場合には、主結晶相としてＭｇ2ＳｉＯ4が生成するとともに、Ｌｉ2ＴｉＳｉＯ5、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが生成し、その他に、ＭｇＴｉＯ3、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2等が生成する場合もある。
【００２７】
ここで、Ｍｇ2ＳｉＯ4とＭｇＴｉＯ3のモル比ｘを、０≦ｘ≦０．８としたのは、ｘが０．８を越える場合には、高誘電率のＭｇＴｉＯ3の割合が増加するため、比誘電率が大きくなるからである。とりわけ誘電体磁器の比誘電率を小さくするという点からｘは０≦ｘ≦０．５が好ましい。さらに、例えば、本発明の第１絶縁体層とＭｇＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3系の第２絶縁体層との積層体を作製する場合には、焼成収縮挙動を近くするという点からｘは０＜ｘ≦０．５が望ましい。
【００２８】
また、主成分１００重量部に対してＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部含有したのは、Ｂ2Ｏ3換算量が３重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に２０重量部を越える場合には、焼結体中のガラス相の割合が増加して、Ｑ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢはＢ2Ｏ3換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。硼素含有化合物としては、金属硼素、Ｂ2Ｏ3、コレマイト、ＣａＢ2Ｏ4、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。
【００２９】
またＬｉをＬｉ2ＣＯ3換算で１〜１０重量部含有したのは、Ｌｉ2ＣＯ3換算量が１重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に１０重量部を越える場合には、Ｑ値が低下するからである。焼結性とＱ値の観点からＬｉのＬｉ2ＣＯ3換算量は４〜９重量部が望ましい。
【００３０】
さらにＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部添加したのは、ＳｉＯ2換算量が３０重量部を越えると、ガラス相の割合が減少してＱ値が低下するからである。Ｑ値の観点からは、ＳｉのＳｉＯ2換算量は１０重量部以下含有することが望ましい。
【００３１】
また、主成分１００重量部に対して、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の少なくとも一種を酸化物換算で１〜５重量部含有したのは、これらが酸化物換算で１重量部未満の場合には、焼結過程における収縮開始温度が約８７０℃と高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると、Ｑ値が低下する。とりわけ焼結性とＱ値の観点からはアルカリ土類金属は酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）換算で合計１．５〜３．５重量部含有することが好ましい。アルカリ土類金属はＢａ、Ｃａが高Ｑ値となるという点から望ましい。
【００３２】
さらに、本発明では、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、さらにＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜１５重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜１５重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果が小さく、さらに１５重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ2換算で１．２〜７重量部含有することが望ましい。
【００３３】
このような第１絶縁層では、焼成温度が９２０℃以下、比誘電率が９．１以下、Ｑｆ値が５０００以上とできる。
【００３４】
第２絶縁層１ｂ〜１ｆは、ＭｇＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3を主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものが望ましい。
【００３５】
特に、第２絶縁層１ｂ〜１ｆとしては、金属元素として少なくともＭｇおよびＴｉを含有し、これらのモル比による組成式を、（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3と表した時、前記ｘが０≦ｘ≦０．２を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2換算で０．０１〜５重量部、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有するものが望ましい。この場合には、第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中に、主結晶相として、ＭｇＴｉＯ3が生成するとともに、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが生成する。第１絶縁層１ａ、１ｇと共通する共通結晶相は（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏとなる。
【００３６】
ここで、ｘを０≦ｘ≦０．２としたのは、ｘが０．２モルを越える場合には共振周波数の温度係数τｆがプラス側に大きくなりすぎてしまうからである。とりわけ誘電体磁器の共振周波数の温度係数τｆの観点からはｘは０．０３≦ｘ≦０．１３が好ましい。
【００３７】
また、主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部含有したのは、ＢがＢ2Ｏ3換算で３重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に２０重量部を越える場合には焼結体中のガラス相の割合が増加してＱ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢがＢ2Ｏ3換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。Ｂ含有化合物としては、金属硼素、Ｂ2Ｏ3、コレマイト、ＣａＢ2Ｏ4、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。
【００３８】
また、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部含有したのは、１重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に１０重量部を越える場合には結晶相が変化してＱ値が低下するからである。Ｑ値向上の観点から４〜９重量部が望ましい。アルカリ金属としてはＬｉ、Ｎａ、Ｋを例示することができ、この中でもＬｉが特に望ましい。アルカリ金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等を例示することができる。
【００３９】
さらに、ＳｉをＳｉＯ2換算で０．０１〜５重量部含有したのは、含有量が０．０１重量部未満の場合には、焼結過程における収縮開始温度が約８４０℃と高く、添加効果が得られないからである。一方、５重量部を越えると比誘電率εｒあるいはＱ値が低下するからである。誘電体磁器の比誘電率εｒあるいはＱ値の観点から０．５〜３重量部が望ましい。Ｓｉ含有化合物としてはＳｉＯ2、ＭｇＳｉＯ3等がある。
【００４０】
また、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有するものである。これらが０．１重量部未満の場合には焼結過程における収縮開始温度が８３０℃よりも高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると共振周波数の温度係数τｆがプラス側に大きくなりすぎてしまう。とりわけ焼結性と共振周波数の温度係数τｆの観点からは合計０．５〜３．５重量部が好ましい。アルカリ土類金属としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａがあり、このなかでもＢａが望ましい。アルカリ土類金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等を例示することができる。
【００４１】
さらに、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、ＭｎをＭｎＯ２ 換算で０．１〜３重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜３重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果がなく、さらに３重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ2換算で１．２〜１．８重量部含有することが望ましい。
【００４２】
このような第２絶縁体層は、焼成温度９２０℃以下、比誘電率が１８以上、Ｑｆ値が２００００以上とできる。
【００４３】
以上のように構成された回路基板は、異なる材料からなる第１絶縁層成形体および第２絶縁層成形体が積層された積層成形体を作製し、該積層成形体を焼成し、第１絶縁層および第２絶縁層が積層された回路基板の製法において、焼成することにより、第１絶縁層および第２絶縁層に、少なくとも１種以上の共通する共通結晶相を生成せしめることにより得られる。特に、共通結晶相が（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏからなる共通結晶相を生成することが望ましい。
【００４４】
本発明の第１絶縁層および第２絶縁層は、結晶粒子同士の固相焼結、ガラスによる液相焼結、さらには、共通結晶相の析出による反応焼結により焼結し、第１絶縁体層と第２絶縁体層は、共通結晶相による拡散接合により接合することになる。
【００４５】
積層成形体は、ドクターブレード法等により作製されたグリーンシートを積層することにより作製したり、また、セラミックペーストを順次塗布することにより作製したり、さらに、セラミックペーストを塗布、光硬化、現像等を繰り返すいわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて作製したりすることができる。
【００４６】
具体的には、例えば、第１絶縁層成形体と第２絶縁層成形体となるグリーンシートを作製する。グリーンシートは、所定のセラミック粉末と有機バインダーと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断しグリーンシートを作製する。
【００４７】
次に、内部導体間を接続するビアホール導体となる貫通孔をグリーンシートの所定の位置にパンチング等により作製する。導電性ペーストをグリーンシートの貫通孔に充填するとともに、そのグリーンシート上に所定形状の内部導体となる導体膜を印刷形成する。
【００４８】
次に導電性ペーストを用いて、表層の第１絶縁層成形体となるグリーンシート上に所定形状の表面導体となる導体膜を印刷形成する。
【００４９】
このようにして得られたグリーンシートを積層順序に応じて積層し、積層成形体を形成して、一体的に焼成する。以上の製造工程によって回路基板は製造される。
【００５０】
そして、第１絶縁層および第２絶縁層中に、第１絶縁層成形体および第２絶縁層成形体中のそれぞれの主結晶相と同一の成形体結晶相が存在するとともに、第１絶縁層および第２絶縁層中のそれぞれの共通結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ1、Ｉ3と、第１絶縁層および第２絶縁層中のそれぞれの成形体結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ2、Ｉ4との強度比（Ｉ1／Ｉ2、Ｉ3／Ｉ4）が０．５以上であることが望ましい。
【００５１】
即ち、第１絶縁層１ａ、１ｇ中の共通結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ1と、第１絶縁層中の成形体結晶相のメインピーク強度Ｉ2の強度比（Ｉ1／Ｉ2）が０．５以上であり、しかも、第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中の共通結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ3と、第２絶縁層中の成形体結晶相のメインピーク強度Ｉ4の強度比（Ｉ3／Ｉ4）が０．５以上とされている。
【００５２】
これは、強度比（Ｉ1／Ｉ2、Ｉ3／Ｉ4）を０．５以上とすることにより、クラックやデラミネーションをさらに抑制できるからである。
【００５３】
一方、強度比（Ｉ1／Ｉ2、Ｉ3／Ｉ4）が０．５未満になると同時焼成後の異種材料間の境界面に中間層が形成され易く、異種材料間の焼成収縮挙動にミスマッチが生じやすくなるためである。とりわけ、中間層を形成させず異種材料間の焼成収縮挙動を厳密に合わせるためには高誘電率の第２絶縁体層の強度比（Ｉ3／Ｉ4）は０．７以上、低誘電率の第１絶縁層の強度比（Ｉ1／Ｉ2）は１．５以上であることが望ましい。
【００５４】
例えば、上記したように、第１絶縁層１ａ、１ｇとして、Ｍｇ2ＳｉＯ4−ＭｇＴｉＯ3主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものを用い、第２絶縁体層１ｂ〜１ｆとして、ＭｇＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3を主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものを用いた場合には、第１絶縁層成形体の主結晶相はＭｇ2ＳｉＯ4であるため、成形体結晶相はＭｇ2ＳｉＯ4であり、第２絶縁層成形体の主結晶相はＭｇＴｉＯ3であるため、成形体結晶相はＭｇＴｉＯ3となり、第１絶縁層１ａ、１ｇと第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中の共通結晶相と
しては、上記したように（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏとなる。
【００５５】
以上のように構成された回路基板では、互いに共通する共通結晶相を形成する第２絶縁層１ｂ〜１ｆと第１絶縁層１ａ、１ｇを同時焼成するため、焼成収縮挙動、熱膨張係数を近づけることができ、自由度の高い層構成を採用することができ、反り、クラック、デラミネーションを抑制できる。
【００５６】
さらに、図１の回路基板では、第２絶縁層１ｂ〜１ｆの比誘電率を、上下の第１絶縁層１ａ、１ｇの比誘電率よりも高くできるため、高誘電率の第２絶縁層１ｂ〜１ｆにλ／４ストリップライン共振器７を形成することにより、該共振器７の構成部分であるラインを短縮して共振器を小型化できるとともに、接地導体６と表面導体２の間に低誘電率の第１絶縁層１ａ、１ｇを配置することにより、接地導体６と表面導体２の間に生じる浮遊容量を軽減することができる。
【００５７】
尚、図２は本発明の回路基板の層構成の例を示すもので、（ａ）は、５層の第２絶縁層が積層されたものの上下に１層ずつ第１絶縁層を形成した状態、（ｂ）は、１層の第２絶縁層の上下に第１絶縁層を２層ずつ積層した状態、（ｃ）は、２層の第２絶縁層が積層されたものの上面に２層の第１絶縁層を、下面に１層の第１絶縁層を形成した状態、（ｄ）は、２層の第２絶縁層の間に第１絶縁層が形成されたものの上下に第１絶縁層を１層ずつ積層した状態、（ｅ）は、２層の第２絶縁層が積層されたものの上面に２層の第１絶縁層を積層した状態、（ｆ）は、３層の第２絶縁層が積層されたものの上下に第１絶縁層を１層ずつ積層した状態、（ｇ）は、５層の第１絶縁層が積層されたものの上下に１層ずつ第２絶縁層を形成した状態、（ｈ）は、１層の第１絶縁層の上下に、第２絶縁層を２層ずつ積層した状態、（ｉ）は、２層の第１絶縁層が積層されたものの上面に２層の第２絶縁層を積層し、下面に１層の第２絶縁層を積層した状態、（ｊ）は、第１絶縁層と第２絶縁層を交互に積層した状態、（ｋ）は、３層の第１絶縁層の上下に、第２絶縁層を１層ずつ積層した状態を示す。
【００５８】
【実施例】
実施例１
Ｂ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）粉末を表１に示すような組成で添加し、これを用いて作製されたガラスフリットと、原料として純度９９％以上のＭｇ2ＳｉＯ4、ＭｇＴｉＯ3粉末を、（１−ｘ）Ｍｇ2ＳｉＯ4・ｘＭｇＴｉＯ3においてｘが表１の値を満足するように秤量し、有機バインダー、有機溶剤を添加したスラリーをドクターブレード法により薄層化し、グリーンシートを作製し、第１絶縁層成形体を作製した。一方、表１の組成物を所定形状に成形し、表１に示す温度で焼成し、比誘電率およびＱｆ値を測定した。
【００５９】
また、純度９９％以上のＭｇＴｉＯ3粉末と、ＣａＴｉＯ3粉末とを、モル比による（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3においてｘが表２の値を満足するように秤量し、Ｂ2Ｏ3粉末、アルカリ金属炭酸塩粉末（Ｌｉ2ＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3）、ＳｉＯ2粉末、ＭｎＯ2粉末、さらにアルカリ土類酸化物粉末（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）を、表２に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ2ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合した。
【００６０】
次にこの混合物を乾燥し、８００℃で１時間仮焼し、この仮焼物を、粉砕粒径が１μｍ以下になるように粉砕した。この粉末とバインダー等を混練したスラリーをドクターブレード法にてグリーンシートを作製し、第２絶縁層成形体を作製した。一方、表２の組成物を所定形状に成形し、表２に示す温度で焼成し、比誘電率およびＱｆ値を測定した。
【００６１】
この後、上記グリーンシートにビアホール導体を作製するための貫通孔を、上記第１、第２絶縁層成形体の所定の位置にパンチング等により作製し、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを貫通孔に充填し、所定形状の内部導体となる導体膜を印刷形成した。一方、最上層、最下層となる第１絶縁層成形体に、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを用いて、表面導体となる所定形状の導体膜を印刷形成し、乾燥させた。
【００６２】
最下層の第１絶縁層成形体の上面に、導電性ペーストが充填され、所定形状の導体膜が形成された第２絶縁層成形体を複数積層し、この後、最上層の第１絶縁層成形体を積層し、積層成形体を作製した。
【００６３】
この後、大気中４００℃で脱バインダー処理し、さらに９１０℃で焼成し、図１に示すような回路基板を作製した。尚、絶縁層１ａ〜１ｇの厚みは０．１５ｍｍであり、回路基板の大きさは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み１．２ｍｍであった。
【００６４】
第１絶縁層、第２絶縁層に形成される共通結晶相（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏ（ＸＲＤパターンの主ピークは（２０１））と、それぞれの第１絶縁層、第２絶縁層に調合時から焼結後においても存在している成形体結晶相とのＣｕのＫα線を用いたＸ線回折測定（ＸＲＤ）による主ピーク強度比を測定した。尚、第１絶縁層中の結晶相は、主に、Ｍｇ2ＳｉＯ4、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏ、ＭｇＴｉＯ3であり、第２絶縁層中の結晶相は、主に、ＭｇＴｉＯ3、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏであった。
【００６５】
ここで、第２絶縁層の成形体結晶相はＭｇＴｉＯ3（ＸＲＤパターンの主ピークは（１０４））、第１絶縁層の成形体結晶相はＭｇ2ＳｉＯ4（ＸＲＤパターンの主ピークは（２１１））である。
【００６６】
そして、第１絶縁層、第２絶縁層に形成される共通結晶相（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏの主ピーク強度Ｉ1、Ｉ3と、第１絶縁層の成形体結晶相の主ピーク強度Ｉ3、第２絶縁層の成形体結晶相の主ピーク強度Ｉ4との強度比（Ｉ1／Ｉ2）、（Ｉ3／Ｉ4）を求め、表３に記載した。
【００６７】
また、作製された基板における反り、クラック、デラミネーション及び境界面での中間層の有無を、基板を研磨して金属顕微鏡及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより評価した。
【００６８】
尚、試料Ｎｏ．８では、第１絶縁層として、ＳｉＯ2７０重量％とＭｇＴｉＯ3３０重量％からなるセラミックフィラーと、該セラミックフィラー１００重量部に対して、Ｂ2Ｏ3を１２重量部、Ｌｉ2ＣＯ3を６重量部含有するガラス成分を添加して構成した。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
これらの表１〜３から、本発明の回路基板では、第１絶縁層では比誘電率が１４以下で、１０以下の試料（Ｎｏ．２、４〜７）もあり、しかもＱｆ値が１００００以上であり、第２絶縁層では比誘電率が１９以上で、Ｑｆ値が２２０００以上であり、このような第１絶縁層と第２絶縁層とを同時焼成しても、反り、クラック、デラミネーションが発生していないことが判る。
【００７３】
これに対して、試料Ｎｏ．８では、第１絶縁層と第２絶縁層とに共通する共通結晶相が生成しておらず、これにより、同時焼成は可能であるものの、第１絶縁層と第２絶縁層との間に剥がれが発生した。
【００７４】
図３に、試料Ｎｏ．２における第１絶縁層と第２絶縁層のＸ線回折測定結果を記載した。この図３から明らかなように、第１絶縁層と第２絶縁層に共通結晶相である（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが析出するとともに、第１絶縁層に、成形体結晶相としてＭｇ2ＳｉＯ4が、第２絶縁層に、成形体結晶相としてＭｇＴｉＯ3が析出しており、Ｉ1／Ｉ2が１．５、Ｉ3／Ｉ4が０．７であることがわかる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の回路基板では、第１絶縁層および第２絶縁層中に、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏからなる共通結晶相が存在するため、第１絶縁層と第２絶縁層の熱膨張係数が近づくとともに、焼成収縮開始温度、収縮終了温度を含む収縮挙動が異種材料間で近づき、結果的に第１絶縁層および第２絶縁層を同時焼成一体化しても、反りやデラミネーションを低減できるとともに、高い自由度の層構成を実現でき、さらに、共通結晶相である（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏは低温焼成可能であり、また、高いＱ値を有するため、ＡｇやＡｇ合金、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成でき、第１絶縁層および第２絶縁層の高Ｑ値化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック回路基板の断面図を示す。
【図２】本発明のセラミック回路基板の層構成の例を示す説明図である。
【図３】試料Ｎｏ．の第１絶縁層、第２絶縁層のＸ線回折結果を示す図である。
【符号の説明】
１ｂ〜１ｆ・・・第２絶縁層
１ａ、１ｇ・・・第１絶縁層
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板に関し、例えば、マイクロ波帯での比誘電率が高く、かつ高Ｑ値を有する絶縁層と、比誘電率が低い絶縁層とを同時焼成一体化してなり、共振器、コンデンサ、インダクタ等の機能素子を内蔵する回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、強度の弱い絶縁層を強度の強い絶縁層で補強するためや、回路基板中に容量値の高いキャパシタを内蔵するために、絶縁層と、この絶縁層とは異なる材料からなる異種材料絶縁層を積層した回路基板が知られている（例えば、特開昭５９−１９４４９３号公報参照）。
【０００３】
このような回路基板は、絶縁層と異種材料絶縁層が、セラミックフィラーとガラスからなるガラスセラミックで形成されており、セラミックフィラーやガラス材料を制御することにより、焼成収縮率および熱膨張係数を近づけ、クラックやデラミネーション、及び反りを抑制していた。
【０００４】
そして、このような回路基板では、電極としてＡｇまたはＣｕを用いることができるように低温焼成化するため、絶縁層および異種材料絶縁層がガラス主成分であり、ガラスとフィラー成分がほとんど反応することがなく、焼成収縮挙動は、主にガラス成分の高温粘度変化による流動と、フィラーとの濡れ性によって支配されていた。
【０００５】
また、近年では、共振器、コンデンサ、インダクタ等の機能素子を内蔵した回路基板が、携帯電話をはじめとする各種電子機器に組み込まれている。回路基板は主にマイクロ波帯で用いられ、近年の携帯電話をはじめ電子機器からは小型化、高性能化の要求が高い。例えば共振器の小型化には絶縁層の比誘電率が高いことが望まれ、低損失化には高い材料Ｑ値が望まれる。また、インピーダンスマッチングや回路間の不要な干渉の抑制には絶縁層の比誘電率が低いことが望まれる。従って回路基板はこのような要求を満足する２種類以上の絶縁層で形成することにより、回路設計上の制約を無くすことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような回路基板では、絶縁層および異種材料絶縁層がガラス主成分であったため、マイクロ波帯でのＱ値が低く、内蔵された機能素子の性能が低いという問題があった。
【０００７】
また、従来の方法では異種材料間の焼成収縮挙動を、完全には一致させることが不可能であったため、クラックやデラミネーションは抑制できたとしても、基板の反りを無くすためには、反りを相殺するような異種材料の絶縁層の組み合わせ、例えば、基板の厚み方向の中央部を中心に、絶縁層および異種材料絶縁層を対称にして積層する等、の対策を必要とし、異種材料の絶縁層を積層する場合の積層の順番（層構成）に多くの制約が生じていた。
【０００８】
従って、回路設計においても、限定された層構成の中で行うことを余儀無くされ、小型薄型化、多機能化においての異種材料を使用することのメリットが最大限に生かされてはいないのが現状であった。
【０００９】
本発明は、異種材料の同時焼成に際して、焼成収縮挙動を高レベルで合致させることにより、クラックやデラミネーション、反りを抑制できるとともに、従来では不可能であった層構成の自由度を飛躍的に向上させることができ、さらに、材料のマイクロ波帯でのＱ値を向上でき、内蔵された機能素子の性能を向上できる回路基板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、複数の絶縁層を積層してなる基体の内部および／または表面に導体を有する回路基板であって、前記複数の絶縁層が、主結晶相が異なる第１絶縁層および第２絶縁層を有し、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に共通する共通結晶相が存在するとともに、該共通結晶相が（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏであることを特徴とする。
【００１１】
このように、第１絶縁層および第２絶縁層中に、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏからなる共通結晶相が存在するため、第１絶縁層と第２絶縁層の熱膨張係数が近づくとともに、焼成収縮開始温度、収縮終了温度を含む収縮挙動が異種材料間で近づき、結果的に第１絶縁層および第２絶縁層を同時焼成一体化しても、反りやデラミネーションを低減できるとともに、このような構成を採用することにより、例えば、基板の厚み方向の中央部を中心に絶縁層および異種材料絶縁層を積層する等を考慮する必要がなく、反りやデラミネーションを低減できるため、高い自由度の層構成を実現できる。
【００１２】
また、共通結晶相である（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏは低温焼成可能であり、また、高いＱ値を有するため、ＡｇやＡｇ合金、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成できるとともに、第１絶縁層および第２絶縁層の高Ｑ値化を図ることができる。
【００１３】
本発明の回路基板では、例えば、複数の第２絶縁層からなる積層体の上下面に、第２絶縁層よりも比誘電率が低い材料から構成される第１絶縁層を形成することにより、第１ 絶縁層を挟む電極間に形成される容量が、第２絶縁層を挟む電極間に形成される容量よりも小さいため、第１絶縁層のビアホール導体または配線導体と、接地導体の間における浮遊容量を抑制できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の回路基板の一例を示すもので、図１において、回路基板は、基板１と、この基板１の表面に形成された表面導体２、基板１の内部に形成された内層導体３、ビアホール導体４、及び表面導体２の一部を被覆する絶縁膜５から成されている。
【００２０】
基板１は、７層の絶縁体層１ａ〜１ｇからなり、その絶縁層１ａ〜１ｇ間には内層導体３が形成されている。また絶縁体層１ａ〜１ｇにはその厚み方向に内層導体３間を接続するため、また内層導体３と表面導体２とを接続するためのビアホール導体４が形成されている。
【００２１】
基板１は、７層の絶縁層１ａ〜１ｇからなり、第２絶縁層１ｂ〜１ｆからなる積層体の上下面に、接地導体６を挟むようにして、第２絶縁層１ｂ〜１ｆとは異種の材料からなる第１絶縁層１ａ、１ｇが積層されている。尚、第２絶縁層１ｂ〜１ｆと、第１絶縁層１ａ、１ｇの間に接地導体６を形成しなくても良い。また、基板１の第２絶縁層１ｆには、内層導体３とビアホール導体４からなるλ／４ストリップライン共振器７が形成されている。ここで、異種材料とは、成分、組成が異なる材料からなるものをいう。
【００２２】
また、基板１は、低誘電率の第１絶縁層１ａ、１ｇと、高誘電率で高Ｑ値の第２絶縁層１ｂ〜１ｆとから構成されており、これらの第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆには、共通する共通結晶相が存在しており、第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中のガラス量がそれぞれ２０重量％以下とされている。ガラス量は、特に、Ｑ値の向上と焼結性という理由から、３〜１２重量％が望ましい。ここで、ガラスは、焼結助剤（Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ）を含むホウケイ酸アルカリ土類系ガラスが望ましい。
【００２３】
第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆには、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが共通する共通結晶相として存在している。この（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）ＯはＣｕのＫα線を用いたＸ線回折測定において２θ＝３５度近辺に存在する。
【００２４】
第１絶縁層１ａ、１ｇおよび第２絶縁層１ｂ〜１ｆは、ＲＴｉＯ3、ＢａＴｉ4Ｏ9、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＲＺｒＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｎＴｉＯ4およびＺｒＴｉＯ4のうち少なくとも一種（但し、Ｒはアルカリ土類金属元素）を主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＲＯのうち少なくとも一種（但し、Ｒはアルカリ土類元素）を含有して構成されており、第１絶縁層１ａ、１ｇは誘電率１０以下とされ、第２絶縁層１ｂ〜１ｆは誘電率１５以上とされている。
【００２５】
第１絶縁層１ａ、１ｇとしては、Ｍｇ2ＳｉＯ4−ＭｇＴｉＯ3主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものが望ましい。このような組成では第１絶縁層１ａ、１ｇは誘電率１０以下とできる。
【００２６】
特に、第１絶縁層１ａ、１ｇとしては、（１−ｘ）Ｍｇ2ＳｉＯ4・ｘＭｇＴｉＯ3と表した時、ｘが、０≦ｘ≦０．８を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ2ＣＯ3換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有するものが望ましい。この場合には、主結晶相としてＭｇ2ＳｉＯ4が生成するとともに、Ｌｉ2ＴｉＳｉＯ5、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが生成し、その他に、ＭｇＴｉＯ3、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2等が生成する場合もある。
【００２７】
ここで、Ｍｇ2ＳｉＯ4とＭｇＴｉＯ3のモル比ｘを、０≦ｘ≦０．８としたのは、ｘが０．８を越える場合には、高誘電率のＭｇＴｉＯ3の割合が増加するため、比誘電率が大きくなるからである。とりわけ誘電体磁器の比誘電率を小さくするという点からｘは０≦ｘ≦０．５が好ましい。さらに、例えば、本発明の第１絶縁体層とＭｇＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3系の第２絶縁体層との積層体を作製する場合には、焼成収縮挙動を近くするという点からｘは０＜ｘ≦０．５が望ましい。
【００２８】
また、主成分１００重量部に対してＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部含有したのは、Ｂ2Ｏ3換算量が３重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に２０重量部を越える場合には、焼結体中のガラス相の割合が増加して、Ｑ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢはＢ2Ｏ3換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。硼素含有化合物としては、金属硼素、Ｂ2Ｏ3、コレマイト、ＣａＢ2Ｏ4、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。
【００２９】
またＬｉをＬｉ2ＣＯ3換算で１〜１０重量部含有したのは、Ｌｉ2ＣＯ3換算量が１重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に１０重量部を越える場合には、Ｑ値が低下するからである。焼結性とＱ値の観点からＬｉのＬｉ2ＣＯ3換算量は４〜９重量部が望ましい。
【００３０】
さらにＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部添加したのは、ＳｉＯ2換算量が３０重量部を越えると、ガラス相の割合が減少してＱ値が低下するからである。Ｑ値の観点からは、ＳｉのＳｉＯ2換算量は１０重量部以下含有することが望ましい。
【００３１】
また、主成分１００重量部に対して、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の少なくとも一種を酸化物換算で１〜５重量部含有したのは、これらが酸化物換算で１重量部未満の場合には、焼結過程における収縮開始温度が約８７０℃と高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると、Ｑ値が低下する。とりわけ焼結性とＱ値の観点からはアルカリ土類金属は酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）換算で合計１．５〜３．５重量部含有することが好ましい。アルカリ土類金属はＢａ、Ｃａが高Ｑ値となるという点から望ましい。
【００３２】
さらに、本発明では、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、さらにＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜１５重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜１５重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果が小さく、さらに１５重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ2換算で１．２〜７重量部含有することが望ましい。
【００３３】
このような第１絶縁層では、焼成温度が９２０℃以下、比誘電率が９．１以下、Ｑｆ値が５０００以上とできる。
【００３４】
第２絶縁層１ｂ〜１ｆは、ＭｇＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3を主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものが望ましい。
【００３５】
特に、第２絶縁層１ｂ〜１ｆとしては、金属元素として少なくともＭｇおよびＴｉを含有し、これらのモル比による組成式を、（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3と表した時、前記ｘが０≦ｘ≦０．２を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2換算で０．０１〜５重量部、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有するものが望ましい。この場合には、第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中に、主結晶相として、ＭｇＴｉＯ3が生成するとともに、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが生成する。第１絶縁層１ａ、１ｇと共通する共通結晶相は（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏとなる。
【００３６】
ここで、ｘを０≦ｘ≦０．２としたのは、ｘが０．２モルを越える場合には共振周波数の温度係数τｆがプラス側に大きくなりすぎてしまうからである。とりわけ誘電体磁器の共振周波数の温度係数τｆの観点からはｘは０．０３≦ｘ≦０．１３が好ましい。
【００３７】
また、主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2Ｏ3換算で３〜２０重量部含有したのは、ＢがＢ2Ｏ3換算で３重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に２０重量部を越える場合には焼結体中のガラス相の割合が増加してＱ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢがＢ2Ｏ3換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。Ｂ含有化合物としては、金属硼素、Ｂ2Ｏ3、コレマイト、ＣａＢ2Ｏ4、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。
【００３８】
また、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部含有したのは、１重量部未満の場合には低温焼成が困難となってＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成が困難となり、逆に１０重量部を越える場合には結晶相が変化してＱ値が低下するからである。Ｑ値向上の観点から４〜９重量部が望ましい。アルカリ金属としてはＬｉ、Ｎａ、Ｋを例示することができ、この中でもＬｉが特に望ましい。アルカリ金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等を例示することができる。
【００３９】
さらに、ＳｉをＳｉＯ2換算で０．０１〜５重量部含有したのは、含有量が０．０１重量部未満の場合には、焼結過程における収縮開始温度が約８４０℃と高く、添加効果が得られないからである。一方、５重量部を越えると比誘電率εｒあるいはＱ値が低下するからである。誘電体磁器の比誘電率εｒあるいはＱ値の観点から０．５〜３重量部が望ましい。Ｓｉ含有化合物としてはＳｉＯ2、ＭｇＳｉＯ3等がある。
【００４０】
また、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有するものである。これらが０．１重量部未満の場合には焼結過程における収縮開始温度が８３０℃よりも高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると共振周波数の温度係数τｆがプラス側に大きくなりすぎてしまう。とりわけ焼結性と共振周波数の温度係数τｆの観点からは合計０．５〜３．５重量部が好ましい。アルカリ土類金属としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａがあり、このなかでもＢａが望ましい。アルカリ土類金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等を例示することができる。
【００４１】
さらに、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、ＭｎをＭｎＯ２ 換算で０．１〜３重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ2換算で０．１〜３重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果がなく、さらに３重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ2換算で１．２〜１．８重量部含有することが望ましい。
【００４２】
このような第２絶縁体層は、焼成温度９２０℃以下、比誘電率が１８以上、Ｑｆ値が２００００以上とできる。
【００４３】
以上のように構成された回路基板は、異なる材料からなる第１絶縁層成形体および第２絶縁層成形体が積層された積層成形体を作製し、該積層成形体を焼成し、第１絶縁層および第２絶縁層が積層された回路基板の製法において、焼成することにより、第１絶縁層および第２絶縁層に、少なくとも１種以上の共通する共通結晶相を生成せしめることにより得られる。特に、共通結晶相が（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏからなる共通結晶相を生成することが望ましい。
【００４４】
本発明の第１絶縁層および第２絶縁層は、結晶粒子同士の固相焼結、ガラスによる液相焼結、さらには、共通結晶相の析出による反応焼結により焼結し、第１絶縁体層と第２絶縁体層は、共通結晶相による拡散接合により接合することになる。
【００４５】
積層成形体は、ドクターブレード法等により作製されたグリーンシートを積層することにより作製したり、また、セラミックペーストを順次塗布することにより作製したり、さらに、セラミックペーストを塗布、光硬化、現像等を繰り返すいわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて作製したりすることができる。
【００４６】
具体的には、例えば、第１絶縁層成形体と第２絶縁層成形体となるグリーンシートを作製する。グリーンシートは、所定のセラミック粉末と有機バインダーと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断しグリーンシートを作製する。
【００４７】
次に、内部導体間を接続するビアホール導体となる貫通孔をグリーンシートの所定の位置にパンチング等により作製する。導電性ペーストをグリーンシートの貫通孔に充填するとともに、そのグリーンシート上に所定形状の内部導体となる導体膜を印刷形成する。
【００４８】
次に導電性ペーストを用いて、表層の第１絶縁層成形体となるグリーンシート上に所定形状の表面導体となる導体膜を印刷形成する。
【００４９】
このようにして得られたグリーンシートを積層順序に応じて積層し、積層成形体を形成して、一体的に焼成する。以上の製造工程によって回路基板は製造される。
【００５０】
そして、第１絶縁層および第２絶縁層中に、第１絶縁層成形体および第２絶縁層成形体中のそれぞれの主結晶相と同一の成形体結晶相が存在するとともに、第１絶縁層および第２絶縁層中のそれぞれの共通結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ1、Ｉ3と、第１絶縁層および第２絶縁層中のそれぞれの成形体結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ2、Ｉ4との強度比（Ｉ1／Ｉ2、Ｉ3／Ｉ4）が０．５以上であることが望ましい。
【００５１】
即ち、第１絶縁層１ａ、１ｇ中の共通結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ1と、第１絶縁層中の成形体結晶相のメインピーク強度Ｉ2の強度比（Ｉ1／Ｉ2）が０．５以上であり、しかも、第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中の共通結晶相のＸ線回折測定におけるメインピーク強度Ｉ3と、第２絶縁層中の成形体結晶相のメインピーク強度Ｉ4の強度比（Ｉ3／Ｉ4）が０．５以上とされている。
【００５２】
これは、強度比（Ｉ1／Ｉ2、Ｉ3／Ｉ4）を０．５以上とすることにより、クラックやデラミネーションをさらに抑制できるからである。
【００５３】
一方、強度比（Ｉ1／Ｉ2、Ｉ3／Ｉ4）が０．５未満になると同時焼成後の異種材料間の境界面に中間層が形成され易く、異種材料間の焼成収縮挙動にミスマッチが生じやすくなるためである。とりわけ、中間層を形成させず異種材料間の焼成収縮挙動を厳密に合わせるためには高誘電率の第２絶縁体層の強度比（Ｉ3／Ｉ4）は０．７以上、低誘電率の第１絶縁層の強度比（Ｉ1／Ｉ2）は１．５以上であることが望ましい。
【００５４】
例えば、上記したように、第１絶縁層１ａ、１ｇとして、Ｍｇ2ＳｉＯ4−ＭｇＴｉＯ3主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものを用い、第２絶縁体層１ｂ〜１ｆとして、ＭｇＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3を主成分とし、第２成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＢａＯを含有させたものを用いた場合には、第１絶縁層成形体の主結晶相はＭｇ2ＳｉＯ4であるため、成形体結晶相はＭｇ2ＳｉＯ4であり、第２絶縁層成形体の主結晶相はＭｇＴｉＯ3であるため、成形体結晶相はＭｇＴｉＯ3となり、第１絶縁層１ａ、１ｇと第２絶縁層１ｂ〜１ｆ中の共通結晶相と
しては、上記したように（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏとなる。
【００５５】
以上のように構成された回路基板では、互いに共通する共通結晶相を形成する第２絶縁層１ｂ〜１ｆと第１絶縁層１ａ、１ｇを同時焼成するため、焼成収縮挙動、熱膨張係数を近づけることができ、自由度の高い層構成を採用することができ、反り、クラック、デラミネーションを抑制できる。
【００５６】
さらに、図１の回路基板では、第２絶縁層１ｂ〜１ｆの比誘電率を、上下の第１絶縁層１ａ、１ｇの比誘電率よりも高くできるため、高誘電率の第２絶縁層１ｂ〜１ｆにλ／４ストリップライン共振器７を形成することにより、該共振器７の構成部分であるラインを短縮して共振器を小型化できるとともに、接地導体６と表面導体２の間に低誘電率の第１絶縁層１ａ、１ｇを配置することにより、接地導体６と表面導体２の間に生じる浮遊容量を軽減することができる。
【００５７】
尚、図２は本発明の回路基板の層構成の例を示すもので、（ａ）は、５層の第２絶縁層が積層されたものの上下に１層ずつ第１絶縁層を形成した状態、（ｂ）は、１層の第２絶縁層の上下に第１絶縁層を２層ずつ積層した状態、（ｃ）は、２層の第２絶縁層が積層されたものの上面に２層の第１絶縁層を、下面に１層の第１絶縁層を形成した状態、（ｄ）は、２層の第２絶縁層の間に第１絶縁層が形成されたものの上下に第１絶縁層を１層ずつ積層した状態、（ｅ）は、２層の第２絶縁層が積層されたものの上面に２層の第１絶縁層を積層した状態、（ｆ）は、３層の第２絶縁層が積層されたものの上下に第１絶縁層を１層ずつ積層した状態、（ｇ）は、５層の第１絶縁層が積層されたものの上下に１層ずつ第２絶縁層を形成した状態、（ｈ）は、１層の第１絶縁層の上下に、第２絶縁層を２層ずつ積層した状態、（ｉ）は、２層の第１絶縁層が積層されたものの上面に２層の第２絶縁層を積層し、下面に１層の第２絶縁層を積層した状態、（ｊ）は、第１絶縁層と第２絶縁層を交互に積層した状態、（ｋ）は、３層の第１絶縁層の上下に、第２絶縁層を１層ずつ積層した状態を示す。
【００５８】
【実施例】
実施例１
Ｂ2Ｏ3粉末、Ｌｉ2ＣＯ3粉末、ＳｉＯ2粉末、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）粉末を表１に示すような組成で添加し、これを用いて作製されたガラスフリットと、原料として純度９９％以上のＭｇ2ＳｉＯ4、ＭｇＴｉＯ3粉末を、（１−ｘ）Ｍｇ2ＳｉＯ4・ｘＭｇＴｉＯ3においてｘが表１の値を満足するように秤量し、有機バインダー、有機溶剤を添加したスラリーをドクターブレード法により薄層化し、グリーンシートを作製し、第１絶縁層成形体を作製した。一方、表１の組成物を所定形状に成形し、表１に示す温度で焼成し、比誘電率およびＱｆ値を測定した。
【００５９】
また、純度９９％以上のＭｇＴｉＯ3粉末と、ＣａＴｉＯ3粉末とを、モル比による（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3においてｘが表２の値を満足するように秤量し、Ｂ2Ｏ3粉末、アルカリ金属炭酸塩粉末（Ｌｉ2ＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3）、ＳｉＯ2粉末、ＭｎＯ2粉末、さらにアルカリ土類酸化物粉末（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）を、表２に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ2ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合した。
【００６０】
次にこの混合物を乾燥し、８００℃で１時間仮焼し、この仮焼物を、粉砕粒径が１μｍ以下になるように粉砕した。この粉末とバインダー等を混練したスラリーをドクターブレード法にてグリーンシートを作製し、第２絶縁層成形体を作製した。一方、表２の組成物を所定形状に成形し、表２に示す温度で焼成し、比誘電率およびＱｆ値を測定した。
【００６１】
この後、上記グリーンシートにビアホール導体を作製するための貫通孔を、上記第１、第２絶縁層成形体の所定の位置にパンチング等により作製し、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを貫通孔に充填し、所定形状の内部導体となる導体膜を印刷形成した。一方、最上層、最下層となる第１絶縁層成形体に、Ａｇを主成分とする導電性ペーストを用いて、表面導体となる所定形状の導体膜を印刷形成し、乾燥させた。
【００６２】
最下層の第１絶縁層成形体の上面に、導電性ペーストが充填され、所定形状の導体膜が形成された第２絶縁層成形体を複数積層し、この後、最上層の第１絶縁層成形体を積層し、積層成形体を作製した。
【００６３】
この後、大気中４００℃で脱バインダー処理し、さらに９１０℃で焼成し、図１に示すような回路基板を作製した。尚、絶縁層１ａ〜１ｇの厚みは０．１５ｍｍであり、回路基板の大きさは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み１．２ｍｍであった。
【００６４】
第１絶縁層、第２絶縁層に形成される共通結晶相（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏ（ＸＲＤパターンの主ピークは（２０１））と、それぞれの第１絶縁層、第２絶縁層に調合時から焼結後においても存在している成形体結晶相とのＣｕのＫα線を用いたＸ線回折測定（ＸＲＤ）による主ピーク強度比を測定した。尚、第１絶縁層中の結晶相は、主に、Ｍｇ2ＳｉＯ4、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏ、ＭｇＴｉＯ3であり、第２絶縁層中の結晶相は、主に、ＭｇＴｉＯ3、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏであった。
【００６５】
ここで、第２絶縁層の成形体結晶相はＭｇＴｉＯ3（ＸＲＤパターンの主ピークは（１０４））、第１絶縁層の成形体結晶相はＭｇ2ＳｉＯ4（ＸＲＤパターンの主ピークは（２１１））である。
【００６６】
そして、第１絶縁層、第２絶縁層に形成される共通結晶相（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏの主ピーク強度Ｉ1、Ｉ3と、第１絶縁層の成形体結晶相の主ピーク強度Ｉ3、第２絶縁層の成形体結晶相の主ピーク強度Ｉ4との強度比（Ｉ1／Ｉ2）、（Ｉ3／Ｉ4）を求め、表３に記載した。
【００６７】
また、作製された基板における反り、クラック、デラミネーション及び境界面での中間層の有無を、基板を研磨して金属顕微鏡及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより評価した。
【００６８】
尚、試料Ｎｏ．８では、第１絶縁層として、ＳｉＯ2７０重量％とＭｇＴｉＯ3３０重量％からなるセラミックフィラーと、該セラミックフィラー１００重量部に対して、Ｂ2Ｏ3を１２重量部、Ｌｉ2ＣＯ3を６重量部含有するガラス成分を添加して構成した。
【００６９】
【表１】
【表２】
【表３】
これらの表１〜３から、本発明の回路基板では、第１絶縁層では比誘電率が１４以下で、１０以下の試料（Ｎｏ．２、４〜７）もあり、しかもＱｆ値が１００００以上であり、第２絶縁層では比誘電率が１９以上で、Ｑｆ値が２２０００以上であり、このような第１絶縁層と第２絶縁層とを同時焼成しても、反り、クラック、デラミネーションが発生していないことが判る。
【００７３】
これに対して、試料Ｎｏ．８では、第１絶縁層と第２絶縁層とに共通する共通結晶相が生成しておらず、これにより、同時焼成は可能であるものの、第１絶縁層と第２絶縁層との間に剥がれが発生した。
【００７４】
図３に、試料Ｎｏ．２における第１絶縁層と第２絶縁層のＸ線回折測定結果を記載した。この図３から明らかなように、第１絶縁層と第２絶縁層に共通結晶相である（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏが析出するとともに、第１絶縁層に、成形体結晶相としてＭｇ2ＳｉＯ4が、第２絶縁層に、成形体結晶相としてＭｇＴｉＯ3が析出しており、Ｉ1／Ｉ2が１．５、Ｉ3／Ｉ4が０．７であることがわかる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の回路基板では、第１絶縁層および第２絶縁層中に、（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏからなる共通結晶相が存在するため、第１絶縁層と第２絶縁層の熱膨張係数が近づくとともに、焼成収縮開始温度、収縮終了温度を含む収縮挙動が異種材料間で近づき、結果的に第１絶縁層および第２絶縁層を同時焼成一体化しても、反りやデラミネーションを低減できるとともに、高い自由度の層構成を実現でき、さらに、共通結晶相である（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏは低温焼成可能であり、また、高いＱ値を有するため、ＡｇやＡｇ合金、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成でき、第１絶縁層および第２絶縁層の高Ｑ値化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック回路基板の断面図を示す。
【図２】本発明のセラミック回路基板の層構成の例を示す説明図である。
【図３】試料Ｎｏ．の第１絶縁層、第２絶縁層のＸ線回折結果を示す図である。
【符号の説明】
１ｂ〜１ｆ・・・第２絶縁層
１ａ、１ｇ・・・第１絶縁層
Claims (2)
- 複数の絶縁層を積層してなる基体の内部および／または表面に導体を有する回路基板であって、前記複数の絶縁層が、主結晶相が異なる第１絶縁層および第２絶縁層を有し、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層に共通する共通結晶相が存在するとともに、該共通結晶相が（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏであることを特徴とする回路基板。
- 前記導体がＡｇまたはＣｕを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
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