JP3882500B2

JP3882500B2 - 厚膜絶縁組成物およびそれを用いたセラミック電子部品、ならびに電子装置

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Publication number: JP3882500B2
Application number: JP2000354131A
Authority: JP
Inventors: 充良西出; 淳浦川; 之信佐藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: DE10108666A1; GB0104065D0; JP2001316169A; GB2361811A; GB2361811B; US20020011659A1; US6452264B2; FR2805807B1; FR2805807A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンダレジストや強度補強材、密度調整材、凹凸緩和材等として用いられる厚膜絶縁組成物、および、この厚膜絶縁組成物を用いたセラミック電子部品、ならびに、このセラミック電子部品を備えた電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信機器をはじめとする電子装置は、高性能化、小型化が進められており、これは、主として、ＬＳＩ等の半導体デバイスの高性能化、それを実装する基板の三次元配線化や高密度配線化によって実現されている。このような中で、各種半導体デバイスを実装するセラミック基板には、多端子・狭ピッチの接続ができること、配線密度が高いこと、高周波信号を扱うことができること等が求められており、特に、多端子・狭ピッチ化に対応するため、セラミック基板の主面には、多数の微細なハンダ付けランドが備えられている。
【０００３】
しかしながら、セラミックコンデンサや半導体デバイス等をハンダ実装するに際し、ハンダ付けランドが微細化するほど、ハンダ形成位置とハンダ付けランドとがずれ易く、また、ハンダ溶融時には、その濡れ広がりによって不要な領域にまでハンダがはみ出し、ハンダ付け不良や特性バラツキが生じることがある。
【０００４】
これに対して、上述したハンダ濡れ広がりを防ぐため、ハンダの付着を望まない領域に、ハンダに対する濡れ性の低いレジスト樹脂を塗布・硬化して、ハンダレジスト層を形成するといった手法が知られている。
【０００５】
ところが、導体パターンとセラミックグリーンシートの積層体との同時焼成によって形成されるセラミック基板（特にセラミック多層基板）では、その焼成収縮によって歪みが生じ易く、このため、導体パターンの位置精度が低下し、ハンダレジストの塗布位置がずれることがあり、これは、表面に多数の微細なハンダ付けランドを有する高密度実装基板で著しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、例えば特開平１１−２５１７２３号公報のように、表面導体パターンを有する未焼成のセラミック体上に、セラミック粉末にガラス成分を添加してなる絶縁ペーストをオーバーコート層として塗布し、これをセラミック基板と同時焼成すれば、表面導体パターンとオーバーコート層との相対的な位置精度を向上させることができる。
【０００７】
しかしながら、前述の絶縁ペーストは、セラミック粉末に焼結助剤としてガラス成分を含有させているため、その焼成時には、ガラス成分がセラミック基板に拡散し、セラミック基板の焼結性に影響を与えることがある。例えば、オーバーコート層が形成されている箇所では、それが塗布されていない箇所よりもガラス成分の割合が多くなるため、セラミック基板の焼結挙動が部分的に変化し、これによってセラミック基板に反りやうねりが発生する他、その相互反応による電気特性の部分的劣化、ガラス成分の反応によるポア発生に至ることがあった。さらに、オーバーコート層中のガラス成分が導体パターン表面に偏析して、そのハンダ付け性やメッキ付け性を劣化させることがあった。
【０００８】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、未焼成セラミック体と同時焼成される厚膜絶縁組成物であって、未焼成セラミック体の焼成による反りやうねりを抑制し、かつ、その優れた電気特性等を確保し得る厚膜絶縁組成物、およびそれを用いたセラミック電子部品、ならびにセラミック電子部品を用いた電子装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、未焼成セラミック体と同時焼成される厚膜絶縁組成物であって、前記未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末と同一組成系のセラミック粉末を主成分とし、かつ、このセラミック粉末はその中心粒径が前記未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末のそれよりも小さいことを特徴とする厚膜絶縁組成物に係るものである。
【００１０】
本発明の厚膜絶縁組成物において、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末の中心粒径は、未焼成セラミック体を構成する前記セラミック粉末の中心粒径よりも１０％以上小さいことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の厚膜絶縁組成物においては、未焼成セラミック体を構成する前記セラミック粉末の中心粒径が０．５〜１０μｍであって、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末の中心粒径は０．４５〜９μｍであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の厚膜絶縁組成物において、前記厚膜絶縁組成物は、実質的にガラス成分を含有しないことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の厚膜絶縁組成物において、前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、０．１〜１．５重量％の有機顔料を含有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の厚膜絶縁組成物において、前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、クロム、コバルト、銅、ニッケル、鉄およびチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物粉末を３重量％以下含有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の厚膜絶縁組成物において、前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、３０重量％以下の無機フィラーを含有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、所定の導体パターンを備えた未焼成セラミック体に厚膜絶縁組成物からなる層を形成し、これを同時焼成することによって得られるセラミック電子部品であって、前記厚膜絶縁組成物は、本発明の厚膜絶縁組成物であることを特徴とする。
【００１７】
本発明のセラミック電子部品において、前記未焼成セラミック体は、セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体であり、前記厚膜絶縁組成物による層は、前記セラミック積層体の表面および／または内部に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明のセラミック電子部品において、未焼成セラミック体を構成する前記セラミック粉末は、酸化バリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化ホウ素を主成分とした酸化物セラミック粉末であり、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末は、酸化バリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化ホウ素からなる酸化物セラミック粉末を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のセラミック電子部品において、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末は、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜５０重量％、酸化ケイ素をＳｉＯ₂換算で４０〜７０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ₂Ｏ₃換算で２〜１０重量％、酸化ホウ素をＢ₂Ｏ₃換算で１〜３重量％を含有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のセラミック電子部品において、前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、アルカリ土類金属酸化物を３重量％以下の割合で含有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のセラミック電子部品において、前記厚膜絶縁組成物による層は、前記未焼成セラミック体の表面にハンダレジスト層として形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のセラミック電子部品において、前記厚膜絶縁組成物による層は、前記未焼成セラミック体の内部に、強度補強材、密度調整材または凹凸緩和材として形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のセラミック電子部品は、その少なくとも一方主面に実装部品を搭載していることを特徴とする。
【００２４】
さらに、本発明は、本発明のセラミック電子部品を備えたことを特徴とする電子装置を提供するものである。
【００２５】
本発明の厚膜絶縁組成物によれば、その組成物中に、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末と同一組成系のセラミック粉末を主成分として含有しており、かつ、このセラミック粉末はその中心粒径が未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末のそれよりも小さいので、未焼成セラミック体の優れた電気特性や形状安定性を十分に確保することができる。
【００２６】
ここで、「同一組成系」とは、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の主成分組成が、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末の主成分と同一の系であることを意味する。例えば、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末がＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系セラミック粉末であれば、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末は、ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系である。
【００２７】
また、本発明のセラミック電子部品は、所定の導体パターンを備えた未焼成セラミック体に本発明の厚膜絶縁組成物を塗布し、これを同時焼成することによって得られるセラミック電子部品であるから、優れた電気特性および形状安定性を有し、小型、高性能のセラミック電子部品を実現できる。つまり、本発明の電子装置によれば、小型、高性能で信頼性の高い電子装置を実現できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明において、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の中心粒径は、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末の中心粒径よりも１０％以上小さいことが望ましい。厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の中心粒径がこのような範囲にあれば、その組成物中にガラス成分等を添加せずとも、未焼成セラミック体の焼成条件下で厚膜絶縁組成物を十分に緻密化できる。なお、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の中心粒径がこれより大きいと、未焼成セラミック体の焼成条件では、厚膜絶縁組成物によす層の焼結不足に陥ることがある。また、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の中心粒径は、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末の中心粒径よりも３０％以上小さいことがさらに望ましい。
【００２９】
また、本発明においては、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末の中心粒径が０．５〜１０μｍであって、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の粒径は０．４５〜９μｍが望ましい。さらには、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末の中心粒径が１〜５μｍ、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の粒径は０．７〜３μｍが望ましい。各セラミック粉末の中心粒径がこのような範囲内であれば、比較的低温でも、未焼成セラミック体および厚膜絶縁組成物の焼結を十分に促進できると共に、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の最大粗粒を１０μｍ程度に抑えることができ、スクリーン印刷等による厚膜絶縁組成物の抜けが良く、形状性に優れたパターンを形成できる厚膜絶縁組成物となる。
【００３０】
また、本発明において、厚膜絶縁組成物は、実質的にガラス成分を含有していないことが望ましい。ガラス成分を含有しないと、その同時焼成時に、ガラス成分が未焼成セラミック体に拡散し、その焼結性に影響を与えることがなく、したがって、反りやゆがみが少なく、電気特性に優れたセラミック焼結体を得ることができる。さらに、ガラス成分が導体パターンの表面に偏析することが無いので、良好なハンダ付け性やメッキ付け性を確保できる。
【００３１】
また、厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物と未焼成セラミック体との色の差別化（若しくは、厚膜絶縁組成物の焼結体とセラミック焼結体との色の差別化）を図ることを目的として、有機系や無機系の着色剤を含有していることが望ましい。すなわち、これらの色を差別化できれば、厚膜絶縁組成物の印刷工程や各種実装部品の実装工程等におけるセンシングや検査等が容易になる。
【００３２】
このように色の差別化を図るためには、例えば、有機系の着色剤として、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末に対して、０．１〜１．５重量％の有機顔料（例えば、銅フタロシアニン、アゾ系やキナクリドン系等）を添加してもよい。或いは、無機系の着色剤として、クロム、コバルト、銅、ニッケル、鉄およびチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物粉末を３重量％以下含有してもよい。
【００３３】
また、本発明において、厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末に対して、３０重量％以下の無機フィラーを含有していることが望ましい。ここで、無機フィラーとは、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、酸化チタン等の酸化物セラミック粉末や窒化物、炭化物等の非酸化物系セラミック粉末のように、比較的高融点の難焼結材が望ましい。厚膜絶縁組成物に、これらの無機フィラーを添加することによって、その焼成プロファイルのばらつきやセラミック粉末の中心粒径の不均一さによる焼成挙動のばらつきを緩和して、安定した品質の焼結体を形成することができ、さらに、厚膜絶縁組成物の塗膜強度や印刷性、さらには、その焼結体の強度を向上させることができる。但し、本発明の厚膜絶縁組成物は、その焼成プロファイルやセラミック粉末の中心粒径を厳密に管理することができれば、この無機フィラーを含有していなくてもよい。
【００３４】
また、本発明において、未焼成セラミック体はセラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体であることが望ましく、厚膜絶縁組成物による絶縁層は、このセラミック積層体の表面および／または内部に形成されていてよい。すなわち、セラミックグリーンシートと厚膜絶縁組成物とが全くの同一組成であっても、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末の分散性は、セラミックグリーンシートにおけるセラミック粉末の分散性に比べて劣ることが多いので、各セラミック粉末の中心粒径を上述したように規定することによって、セラミック積層体の特性変動や変形を十分に抑制し、電気特性や形状安定性に優れ、信頼性の高いセラミック焼結体（特にセラミック多層基板）を得ることができる。
【００３５】
また、本発明においては、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末が、酸化バリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化ホウ素を主成分とした酸化物セラミック粉末であり、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末が、酸化バリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物セラミック粉末を含んでいることが望ましい。このような系のセラミック粉末は、還元性雰囲気でもその焼成が可能であり、Ｃｕ等の比抵抗が小さく安価な低融点金属と同時焼成可能である。ただし、本発明における未焼成セラミック体は、このセラミック粉末からなるものに限定されるものではなく、アルミナ等のセラミック粉末にガラス成分を添加したもの、コージェライトやアノーサイト等を析出するものなど、種々のセラミック粉末を用いることができる。また、未焼成セラミック体が備える導体パターンは、Ｃｕからなる導体パターンに限定されるものではなく、その導体成分として、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄなど、種々の金属粉末を用いることができる。
【００３６】
また、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末が上述した系にある場合、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末は、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜５０重量％、酸化ケイ素をＳｉＯ₂換算で４０〜７０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ₂Ｏ₃換算で２〜１０重量％、酸化ホウ素をＢ₂Ｏ₃換算で１〜３重量％を含有することが望ましい。このような重量比組成のセラミック粉末を含有した厚膜絶縁組成物は、１０００℃以下の還元雰囲気での焼成が可能であって、セルシアン等の結晶化物を生成して低ε、高Ｑで高周波特性に優れ、浮遊容量が少なく、また、焼成だれが無く、膜強度の高いパターンを形成する。
【００３７】
なお、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末に関し、酸化バリウムがＢａＯ換算で２０重量％未満であると焼成温度が上述した温度よりも高くなる傾向があり、他方、５０重量％を超えると耐湿性等の信頼性が低下することがある。また、酸化ケイ素がＳｉＯ₂換算で４０重量％未満であるとεが上昇し電気特性に影響を与えることがあり、他方、７０重量％を超えると上述した温度よりも焼成温度が高くなることがある。また、酸化アルミニウムがＡｌ₂Ｏ₃換算で２重量％未満であると抗折強度が低下することがあり、他方、１０重量％を超えると上述した温度よりも焼成温度が高くなる傾向にある。さらに、酸化ホウ素がＢ₂Ｏ₃換算で１重量％未満であると同様に焼成温度が高くなる傾向があり、他方、３重量％を超えると耐湿性等の信頼性が低下することがある。
【００３８】
さらに、この場合、厚膜絶縁組成物中のセラミック粉末に対して、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ等のアルカリ土類金属酸化物を３重量％以下の割合で含有することが望ましい。これらのアルカリ土類金属酸化物は、上述の酸化バリウムにおけるＢａと置換し、耐湿性等の信頼性を向上させる働きを有する。ただし、アルカリ土類金属酸化物の添加量が３重量％を超えると、焼成温度が上昇したり、εやＱ等の電気特性が低下することがある。
【００３９】
次に、図１を参照に、本発明のセラミック電子部品を具体例に基づいて説明する。
【００４０】
図１に示すセラミック電子部品は、セラミック多層基板２を基体とし、このセラミック多層基板２の一方主面上に、ハンダ１０を介して半導体デバイス９を搭載したセラミック多層モジュール１である。
【００４１】
ここで、セラミック多層基板２の内部には、キャパシタや内部配線を形成する内部導体パターン３を有しており、その一方主面には、その一端がハンダ付けランドとなる表面導体パターン５が設けられている。さらに、セラミック多層基板２の他方主面には、その一部側面にかかるように、外部端子６が形成されており、セラミック多層モジュール１がこの外部端子６を介して図示しないマザーボード等に接続される。また、セラミック多層基板２の内部にはビアホール４が形成されており、このビアホール４によって、内部導体パターン３同士、内部導体パターン３と表面導体パターン５、内部導体パターン３と外部端子６とが接続されている。
【００４２】
そして、セラミック多層基板２の内部には、本発明の厚膜絶縁組成物による層として内部絶縁層７が設けられており、内部絶縁層７は、セラミック多層基板２の強度を補足するための強度補強材、その焼成時の収縮による歪みを調節するための密度調整材、または内部導体パターン３や表面導体パターン５による圧着時の凹凸発生を緩和する凹凸緩和材として機能する。
【００４３】
さらに、セラミック多層基板２の一方主面には、その一部が表面導体パターン５を覆うように、本発明の厚膜絶縁組成物による層として、表面絶縁層８が設けられており、この表面絶縁層８はハンダ１０に対する濡れ性が低く、ハンダ１０の濡れ広がりを防止するハンダレジスト層として機能する。また、この表面絶縁層８は、表面導体パターン５の接着強度向上にも寄与する。
【００４４】
なお、このセラミック多層モジュール１は、例えば以下の手順で製造することができる。
【００４５】
まず、セラミック多層基板２を構成する材料として、中心粒径０．５〜１０μｍの低温焼結セラミック粉末に、有機ビヒクルあるいは水系ビヒクルを適量添加し、混合して、セラミックグリーンシート用スラリーを調製する。そして、このセラミックグリーンシート用スラリーをドクターブレード法等によって、キャリアフィルム上に塗布してシート状に成形し、これを乾燥させることによってセラミックグリーンシートを形成する。
【００４６】
なお、低温焼結セラミック粉末は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ等の金属粉末の融点以下（特に１０００℃以下）で焼成可能なセラミック粉末であり、例えば、上述したように、酸化バリウム、酸化ケイ素、アルミナ、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素等を構成成分とする非ガラス系のセラミック粉末であってもよいし、アルミナ等のセラミック粉末に焼結助剤としてのガラス成分を添加したガラス複合系のセラミック粉末、あるいは、結晶化ガラス系のセラミック粉末であってもよい。
【００４７】
また、有機ビヒクルは、ポリビニルアルコール、エチルセルロース、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂等のバインダと、トルエン、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、アルコール類等の溶剤とからなるものであり、必要に応じて、各種の分散剤、可塑剤、活性剤等を添加してもよい（以下の導体ペースト、厚膜絶縁組成物におけるビヒクルも同様）。
【００４８】
次いで、必要に応じて、パンチング等によってセラミックグリーンシートにビアホール用孔を形成した後、このビアホール用孔にＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ等の金属粉末に有機ビヒクルを添加・混合してなる導体ペーストを充填し、ビアホールを形成する。さらに、所定のセラミックグリーンシートに対しては、これと同様の導体ペーストをスクリーン印刷することにより、内部導体パターン３や表面導体パターン５となる導体パターンを形成する。
【００４９】
さらに、内部絶縁層７や表面絶縁層８を形成するための厚膜絶縁組成物を調製する。ここで、この厚膜絶縁組成物は、低温焼成セラミック粉末と同一組成系のセラミック粉末であって、その中心粒径が低温焼結セラミック粉末の中心粒径よりも１０％以上小さいセラミック粉末に、有機系のビヒクルあるいは水系のビヒクルを適量添加・混合したものである。
【００５０】
この厚膜絶縁組成物は、具体的には、中心粒径０．４５〜９μｍのセラミック粉末を主成分としており、また、焼結助剤としてのガラス成分を含有しておらず、さらに、上述した有機系や無機系の着色剤を所定の割合で含有するものである。より具体的には、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜５０重量％、酸化ケイ素をＳｉＯ₂換算で４０〜７０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ₂Ｏ₃換算で２〜１０重量％、酸化ホウ素をＢ₂Ｏ₃換算で１〜３重量％を含有したセラミック粉末に、無機フィラーを３０重量％以下、アルカリ土類金属酸化物を３重量％以下の割合で添加したものである。なお、この厚膜絶縁組成物の粘度は、印刷性を考慮して５０〜３００Ｐａ・ｓとすることが望ましい。
【００５１】
次いで、先に作製したセラミックグリーンシートに、内層絶縁層７や表面絶縁層８を形成するため、スクリーン印刷等によって、所定の箇所に厚膜絶縁組成物を塗布し、塗布層を形成する。そして、以上のような手順で作製した複数のセラミックグリーンシートを順次積層し、これを一括して圧着することによって、未焼成のセラミック積層体を得る。
【００５２】
その後、この未焼成のセラミック積層体を例えば空気中や還元性雰囲気中、１０００℃以下で焼成することによって、セラミック焼結体（ここではセラミック多層基板２）を形成する。
【００５３】
すなわち、上述したようにセラミック多層基板を作製する場合、セラミック多層基板が焼成される条件を最優先とするため、厚膜絶縁組成物は、それが焼結する条件以上の温度で長時間さらされることになる。このため、セラミック多層基板と厚膜絶縁組成物による絶縁層との界面、あるいは、導体パターンと厚膜絶縁組成物による絶縁層との界面では、各材料の濃度差を打ち消すように活発に相互反応（特に拡散反応）が生じて各種特性に悪影響を及ぼすため、厚膜絶縁組成物については、各材料の組成濃度差が少なくなるように制限すると同時に、セラミック多層基板の焼成温度領域で安定した焼結性を有するように設定する必要がある。
【００５４】
一方で、厚膜絶縁組成物とセラミックグリーンシートとは、ビヒクル量およびその種類、さらにはセラミック粉末の分散性や充填密度が相違することがあるため、たとえ材料組成が同じであっても、その焼結性（焼結挙動）が異なることが多い（通常は、厚膜絶縁組成物の方が焼結しにくい）。このため、従来は、絶縁層となる厚膜絶縁組成物中にガラス成分等を添加し、その焼結性を改善する方法が取られるが、上に述べたように、ガラス成分の拡散による種々の悪影響が生じることがあった。
【００５５】
これに対して、本実施の形態によれば、厚膜絶縁組成物の主成分として、セラミックグリーンシートに用いられているものと同一組成系のセラミック粉末を用い、さらに、中心粒径がセラミックグリーンシートを形成しているセラミック粉末の中心粒径より小さなセラミック粉末を用いているので、厚膜絶縁組成物の焼結性が十分に向上し、焼結助材としてガラス成分等を含有する必要がない。
【００５６】
また、その組成は、セラミック多層基板の電気的特性や機械強度を劣化させるガラス成分を含まず、セラミック多層基板に対応するものであるから、セラミック多層基板と同様に、非常に高結晶度、高信頼性の絶縁層を形成できるだけでなく、印刷性やセンシング性も改善される。
【００５７】
すなわち、本実施の形態による厚膜絶縁組成物中には、焼結助剤としてのガラス成分を添加していないため、焼成時に、未焼成セラミック体との相互反応による焼結性不良を引き起こすことがなく、また、その反りや電気特性の劣化等に至ることがない。また、本実施の形態による厚膜絶縁組成物は、セラミック多層基板や導体パターンと同時焼成されるため、高い位置精度を有しており、得られるセラミック多層基板の信頼性が向上する。そして、これを表面の絶縁層に用いると、多端子・狭ピッチ化に対応したセラミック多層基板におけるハンダレジスト層として有効に使用でき、あるいは、内層に用いると、基板内部の密度調整材や凹凸緩和材等として有効に使用できる。
【００５８】
以上、本発明のセラミック電子部品をセラミック多層モジュール１に基づいて説明したが、本発明のセラミック電子部品は、セラミック多層基板上にチップコンデンサ等の受動部品や半導体デバイス等の能動部品を実装したモジュール品に限定されるものではない。たとえば、本発明のセラミック電子部品は、マルチチップモジュール用基板やパッケージ基板等のセラミック多層基板、チップコンデンサ、チップコイル、チップアンテナ等のチップ状部品にも適用できる。さらに、本発明のセラミック電子部品は、セラミック単板、セラミック多層基板を問わないが、特に、セラミック多層基板の場合、キャビティが形成してあってもよいし、さらに、高ε材料を内蔵化していてもよい。
【００５９】
さらに、本発明の電子装置は、前述のセラミック多層基板、セラミック多層モジュール、チップ状部品等を備えた、移動体通信機器、コンピュータ等の電子装置であってよい。例えば、移動体通信機器の入出力信号処理部等に、セラミック多層モジュール１のようなセラミック電子部品を使用することができる。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、表面絶縁層を形成するための厚膜絶縁組成物を各セラミックグリーンシートの圧着前に形成したが、これをセラミック多層基板の圧着後としてもよい。この場合、圧着後のセラミック多層基板は、その表面は平坦性が高いため、厚膜絶縁組成物の印刷性が向上するものの、厚膜絶縁組成物による凹凸が残ることがあるため、この凹凸が部品実装やバンプ形成に不利な場合は、厚膜絶縁組成物の印刷後に再度、プレス工程を入れることが望ましい。
【００６１】
また、本発明の厚膜絶縁組成物を未焼成セラミック体の一方主面上に形成し、これを上述した強度補強材、密度調整材、凹凸緩和材として利用することも可能である。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例について説明する。
【００６３】
まず、ＢａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系セラミック粉末（中心粒径２．５μｍ）を準備し、このセラミック粉末に、ポリビニルブチラールからなる有機バインダ、ジ−ｎ−ブチルフタレートからなる可塑剤およびトルエン、イソプロピルアルコールからなる有機溶剤を適量混合して、セラミックグリーンシート用スラリーを調製した。なお、このセラミック粉末は、ＢａＯ：３３重量％、ＳｉＯ₂：６０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：５重量％、Ｂ₂Ｏ₃：２重量％の重量比組成を有するものである。
【００６４】
そして、ドクターブレード法によって、キャリアフィルム上にセラミックグリーンシート用スラリーを塗布してシート状に成形し、しかる後、これを乾燥することによって、厚さ１００μｍのセラミックグリーンシートを得た。
【００６５】
他方、下記表１に示す組成のＢａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系セラミック粉末に、適宜、下記表１に示す種類、添加量の無機フィラー、ならびに、アルカリ土類金属酸化物を加え、これに有機バインダ、有機溶剤を適量混合し、ライカイ機、３本ロールミルで攪拌・混練して、下記表１のＮｏ．１〜１４で表される厚膜絶縁組成物を調製した。
【００６６】
【表１】
【００６７】
そして、上記セラミックグリーンシートを１０枚積層したセラミック積層体（厚み０．８ｍｍ）上に、上記厚膜絶縁組成物を全面印刷し、これを２インチ角にカットした後、温度８０℃、圧力２００ｋｇ／ｃｍ²の条件で熱圧着した。そして、このセラミック積層体を還元雰囲気中、温度１０００℃以下で焼成した。
【００６８】
そして、得られたセラミック多層基板について、その焼結性および反り量を評価した。ここで、焼結性は、各セラミック多層基板を浸透チェック液（赤色インク）に浸漬し、これを純水で流水洗浄した後の浸透チェック液の残り程度に応じて、焼結性良好（◎）、焼結性ほぼ良好（○）、焼結性不良（×）の３段階に評価した。なお、「焼結性良好」は、セラミック多層基板への浸透チェック液の浸透が見られず、緻密な焼結体が形成されていることを意味し、「焼結性ほぼ良好」は、微量のポアが見られるものの緻密な焼結体が得られたことを意味する。また、「焼結性不良」は、セラミック多層基板への浸透チェック液の浸透が見られ、緻密な焼結体が得られていないことを意味する。これらの評価結果を下記表２に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２から、本実施例による厚膜絶縁組成物（Ｎｏ．１〜１２）によれば、セラミック多層基板の反りに実質的な影響を与えることなく、焼結性の優れたセラミック多層基板を得ることができた。また、表中には記載していないが、本実施例による厚膜絶縁組成物は、高精度の印刷性を有しており、微細なパターン形成が可能であった。
【００７１】
また、下記表３に、Ｎｏ．５の厚膜絶縁組成物を用いたセラミック多層基板と、Ｎｏ．１５の厚膜絶縁組成物を用いたセラミック多層基板とについて、その電気特性の比較結果を示す。なお、Ｎｏ．１５の厚膜絶縁組成物は、ＢａＯ（３０ｗｔ％）−ＳｉＯ₂（６０ｗｔ％）−Ａｌ₂Ｏ₃（５ｗｔ％）−Ｂ₂Ｏ₃（２ｗｔ％）系の中心粒径２．５μｍのセラミック粉末に対して、軟化点Ｔｓ＝６００℃のホウ珪酸系ガラスを５ｗｔ％添加・混合してなるものに、上述したのと同様の有機ビヒクルを加えたものである。
【００７２】
【表３】
【００７３】
表３に示すように、Ｎｏ．１５の厚膜絶縁組成物を用いたセラミック多層基板は、その組成物中にガラス成分を含有しているので、Ｎｏ．５の厚膜絶縁組成物を用いたセラミック多層基板に比べて、比誘電率εがやや低下し、静電容量の温度係数Ｔｃｃもやや劣化した。さらに、セラミック多層基板における粒界がガラス成分の存在によって不規則な状態になっているため、Ｑがやや低下した。また、厚膜絶縁組成物とセラミック多層基板との界面近傍にポアが生じ、それによる絶縁信頼性（ＩＲ）も低下する傾向にあった。
【００７４】
また、着色剤として銅フタロシアニンを０．５重量％添加した場合、セラミック多層基板が白色であるのに対し、厚膜絶縁組成物による絶縁層は青色となり、各層の識別が容易で、センシング性が向上した。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の厚膜絶縁組成物によれば、その組成物中に、未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末と同一組成系のセラミック粉末を主成分として含有しており、かつ、このセラミック粉末はその中心粒径が未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末のそれよりも小さいので、未焼成セラミック体と厚膜絶縁組成物との相互反応を抑制して、未焼成セラミック体の電気特性や形状安定性を向上することができる。
【００７６】
また、本発明のセラミック電子部品は、所定の導体パターンを備えた未焼成セラミック体に、ハンダレジスト、強度補強材、密度調整材または凹凸緩和材として本発明の厚膜絶縁組成物を塗布し、これを同時焼成することによって得られるセラミック電子部品であって、電気特性に優れ、反りやゆがみが少なく安定した形状を有する。つまり、本発明の電子装置によれば、小型・高性能で信頼性の高い電子装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態によるセラミック電子部品の概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック電子部品
２・・・セラミック多層基板
３・・・内部導体パターン
４・・・ビアホール
５・・・表面導体パターン
６・・・外部端子
７・・・内部絶縁層
８・・・表面絶縁層
９・・・半導体ＩＣチップ
１０・・・ハンダ

Claims

未焼成セラミック体と同時焼成される厚膜絶縁組成物であって、前記未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末と同一組成系のセラミック粉末を主成分とし、かつ、このセラミック粉末はその中心粒径が前記未焼成セラミック体を構成するセラミック粉末のそれよりも小さいことを特徴とする、厚膜絶縁組成物。
厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末の中心粒径は、未焼成セラミック体を構成する前記セラミック粉末の中心粒径よりも１０％以上小さいことを特徴とする、請求項１に記載の厚膜絶縁組成物。
未焼成セラミック体を構成する前記セラミック粉末の中心粒径が０．５〜１０μｍであって、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末の中心粒径は０．４５〜９μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の厚膜絶縁組成物。
前記厚膜絶縁組成物は、実質的にガラス成分を含有しないことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の厚膜絶縁組成物。
前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、０．１〜１．５重量％の有機顔料を含有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の厚膜絶縁組成物。
前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、クロム、コバルト、銅、ニッケル、鉄およびチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物粉末を３重量％以下含有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の厚膜絶縁組成物。
前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、３０重量％以下の無機フィラーを含有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の厚膜絶縁組成物。
所定の導体パターンを備えた未焼成セラミック体に厚膜絶縁組成物からなる層を形成し、これを同時焼成することによって得られるセラミック電子部品であって、前記厚膜絶縁組成物は、請求項１乃至７のいずれかに記載の厚膜絶縁組成物であることを特徴とする、セラミック電子部品。
前記未焼成セラミック体は、セラミックグリーンシートを積層してなる未焼成のセラミック積層体であり、前記厚膜絶縁組成物による層が、前記セラミック積層体の表面および／または内部に形成されていることを特徴とする、請求項８に記載のセラミック電子部品。
未焼成セラミック体を構成する前記セラミック粉末は、酸化バリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化ホウ素を主成分とした酸化物セラミック粉末であり、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末は、酸化バリウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび酸化ホウ素からなる酸化物セラミック粉末を含むことを特徴とする、請求項８または９に記載のセラミック電子部品。
厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末は、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜５０重量％、酸化ケイ素をＳｉＯ₂換算で４０〜７０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ₂Ｏ₃換算で２〜１０重量％、酸化ホウ素をＢ₂Ｏ₃換算で１〜３重量％を含有することを特徴とする、請求項１０に記載のセラミック電子部品。
前記厚膜絶縁組成物は、厚膜絶縁組成物中の前記セラミック粉末に対して、アルカリ土類金属酸化物を３重量％以下の割合で含有することを特徴とする、請求項１０または１１に記載のセラミック電子部品。
前記厚膜絶縁組成物による層は、前記未焼成セラミック体の表面にハンダレジスト層として形成されていることを特徴とする、請求項８乃至１２のいずれかに記載のセラミック電子部品。
前記厚膜絶縁組成物による層は、前記未焼成セラミック体の内部に、強度補強材、密度調整材または凹凸緩和材として形成されていることを特徴とする、請求項８乃至１３のいずれかに記載のセラミック電子部品。
その少なくとも一方主面に実装部品を搭載していることを特徴とする、請求項８乃至１４のいずれかに記載のセラミック電子部品。
請求項８乃至１５のいずれかに記載のセラミック電子部品を備えたことを特徴とする、電子装置。