JP4214039B2 - コンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板 - Google Patents

Description

本発明はガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層の内部にコンデンサ部を内蔵したコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板に関する。

従来、携帯電子機器や携帯用情報端末等の分野では、半導体素子を実装した多層配線基板とともに、受動部品として抵抗体，コンデンサ，インダクタ等をプリント回路基板等の基板上に実装したモジュール基板が用いられてきた。

しかし近年、このような携帯電子機器や携帯用情報端末等に用いられる部品の小型化、複合化、高性能化が強く求められており、半導体素子を実装する多層配線基板の内部に受動部品に相当する機能を有する電子回路素子を内蔵させて、半導体素子等と受動部品とを高密度で実装した部品の集積化が進んでいる。これらの受動部品を多層配線基板の内部に取り込むことは、多層配線基板の表面にこれら受動部品の実装スペースを確保する必要をなくし、また設計の自由度も増すため、多層配線基板の小型化に寄与することとなる。

例えば、コンデンサを内蔵したガラスセラミック多層配線基板を形成する場合、絶縁層を形成するガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に誘電体ペーストを部分的に塗布して誘電体層を形成し、その後、所望の導体パターンを形成したグリーンシートと、誘電体層を形成したグリーンシートとを積層して、誘電体層および導体パターンをグリーンシートと同時に焼成することで形成することができる。

このようにして形成されたコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板（以下、コンデンサ内蔵基板ともいう）の構造は、図３に示すように、絶縁層１の層間に配設されたコンデンサ部２を備えており、コンデンサ部２はＣｕ，Ａｇ粉末の焼結体からなる電極層３と、チタン酸バリウム粉末等の誘電体粉末の焼結体からなる誘電体層４とから成る。
上田達也，「低温焼成多層基板、内蔵コンデンサ用高誘電率材料とその応用」ファインセラミックスレポート（Ｆｉｎｅ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｒｅｐｏｒｔ），社団法人日本ファインセラミックス協会，１９９６年，第１４巻，第８号，ｐ．２２０〜２２２ 亀原伸男、丹羽紘一，「ＣＲ複合基板」，ニューセラミックス，１９９５年，第１号，ｐ．３９〜４４

しかし、上記従来のコンデンサ内蔵基板においては、金属粉末の焼結体からなる電極層３を介してグリーンシートと誘電体層４を同時焼成する場合、金属粉末が緻密化するまでの温度領域において電極層３には多数空隙が存在し、その空隙から誘電体層４中の成分が絶縁層１あるいは電極層３に拡散する。その結果、誘電体層４の焼結が進まずコンデンサ部２の電気的な容量値が低下したり、その容量値のバラツキが大きくなるという問題点があった。

また、金属粉末の焼結体からなる電極層３を介してグリーンシートと誘電体層４を同時焼成する場合、金属粉末が緻密化するまでの温度領域において電極層３には多数の空隙が存在し、その空隙からグリーンシート中のガラス成分が誘電体層４中に拡散するという現象が発生する。そのため、誘電体層４中のガラス成分が過剰となり、コンデンサ部２の容量値が低下したり、その容量値のバラツキが大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電極層を介してグリーンシートと誘電体層を同時焼成する際、誘電体層中の成分と、絶縁層中の成分との相互拡散を抑制し、コンデンサ部の容量の低下を防ぎ、またそのバラツキを抑制することができるコンデンサ内蔵基板を提供することにある。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板は、以下の構成を有する。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板は、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体の内部に、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体層と電極層とを有するコンデンサ部が形成されたコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層基板であって、前記の電極層は、開孔を有する金属箔と、該金属箔の前記の誘電体層と反対側の表面に形成された、前記の金属箔と同じ金属から成る金属粉末およびガラス粉末の焼結体とを有する。前記のガラス粉末は、該金属粉末１００質量部に対して１０質量部以下である。前記の金属箔は、面積が０．００２５〜０．０２３ｍｍ ^２ である複数の開孔を有し、前記の電極層の面積に対する前記の複数の開孔の合計面積の割合は、５〜１０％であり、前記の開孔は、前記の電極層全体に分布している。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板において、好ましくは、前記の電極層において前記の金属箔がＡｇ箔またはＣｕ箔から成り、前記の電極層の厚みが３〜１５μｍである。

また、本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板において、好ましくは、前記の誘電体層は、前記のチタン酸バリウム粉末にＢ _２ Ｏ _３ ，ＳｉＯ _２ ，ＣａＯ，ＢａＯおよびＺｎＯを含むガラス粉末とＣｕＯ粉末とを前記のチタン酸バリウム粉末１００質量部に対してそれぞれ２〜１０質量部添加した焼結体から成る。

本発明のコンデンサ内蔵基板は、コンデンサ部を形成する電極層に金属箔を使用したことから、金属箔を使用した領域では、すべての温度領域において金属粉末の焼結体のような空隙は存在しないこととなる。従って、同時焼成中に発生していた絶縁層と誘電体層との相互拡散を抑制することができる。従って、コンデンサ部を形成する誘電体層の誘電体成分（ガラス成分）が絶縁層および電極層に流出して誘電体層の焼結不足が発生したり、絶縁層のガラス成分が誘電体層中に侵入して誘電体層のガラス成分が過剰となることを抑制することができる。
その結果、コンデンサ内蔵基板内に形成したコンデンサ部の容量低下やその容量値のバラツキを大幅に抑制することができる。

また本発明のコンデンサ内蔵基板は、好ましくは、電極層に面積が０．００２５〜０．０２３ｍｍ^２の開孔が５〜１０％の合計の面積比で全体に分布するように形成された金属箔を用いることから、誘電体層と絶縁層を同時焼成する際の樹脂バインダの脱脂工程（燃焼工程）において、焼結前に誘電体層中に含まれる有機樹脂バインダを効率的に除去することが可能となる。

また、電極層は、金属箔の誘電体層と反対側の主面に形成された、金属箔と同じ金属から成る金属粉末および金属粉末１００質量部に対して１０質量部以下のガラス粉末の焼結体が設けられていることから、金属箔の開孔を通して発生する絶縁層と誘電体層との間の相互拡散を十分小さいものとすることができる。その結果、容量の大きい（電極面積の大きい）コンデンサ部であっても、脱脂不良による金属箔の膨れや誘電体層の焼結不良のないコンデンサ部となる。その結果、コンデンサ内蔵基板の内部に形成したコンデンサ部の容量値低下や容量値のバラツキを大幅に抑制することができる。

さらに本発明のコンデンサ内蔵基板は、好ましくは、電極層は、金属箔がＡｇ箔またはＣｕ箔から成り、厚みが３〜１５μｍであることから、コンデンサ部で発生する抵抗（等価抵抗）を小さくすることができる。

さらに本発明のコンデンサ内蔵基板は、好ましくは、誘電体層は、チタン酸バリウム粉末にＢ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＢａＯおよびＺｎＯを含むガラス粉末とＣｕＯ粉末とをチタン酸バリウム粉末１００質量部に対してそれぞれ２〜１０質量部添加した焼結体から成ることから、誘電体層は９００〜１０００℃の温度領域でより緻密な焼結体となるため、絶縁層と誘電体層との間の相互拡散をより効果的に防止することが可能となる。

本発明のコンデンサ内蔵基板を図面に基づいて以下に詳細に説明する。図１は本発明のコンデンサ内蔵基板の実施の形態の一例を示す断面図である。本実施の形態によるコンデンサ内蔵基板１０は、複数の積層された絶縁層１１と、誘電体層１２およびその上下に配設された電極層１３ａ,１３ｂからなるコンデンサ部１４と、電極層１３ａ,１３ｂにそれぞれ電気的に接続された貫通導体１５と、コンデンサ内蔵基板１０の表面等に形成された配線層１６とを有している。図１の例では、貫通導体１５はコンデンサ内蔵基板１０の表面に形成された配線層１６に接続されているが、貫通導体１５に接続されない配線層１６が形成されていてもよい。

図２は、本実施の形態によるコンデンサ内蔵基板のコンデンサ部１４を拡大した拡大断面図である。電極層（上部電極層）１３ａ、電極層（下部電極層）１３ｂは、それぞれ金属箔からなる金属箔電極層１３ａ_１，１３ｂ_１と焼結体（メタライズ層）からなる焼結体電極層１３ａ_２，１３ｂ_２から形成されている。

本実施の形態による絶縁層１１は、ガラス成分とセラミック粉末（セラミックフィラー）との焼結体から成る。このガラス成分としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なっていて、Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。

また、セラミック粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。

この絶縁層１１の焼成前の生シートであるグリーンシートは、ガラス粉末およびセラミック粉末と、有機樹脂バインダ，有機溶剤，可塑剤等とを添加混合してスラリーとするとともに、そのスラリーにドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって成形する。

このガラス粉末およびセラミック粉末に添加混合される有機樹脂バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。

グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、その有機溶剤とガラス粉末とセラミック粉末と有機樹脂バインダとを混練してグリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類，エーテル類，エステル類，ケトン類，アルコール類等から成るものが挙げられる。

以上のようにして作製したグリーンシートに、必要に応じて金型加工やレーザ加工，マイクロドリルやパンチング等の機械的加工により貫通孔を形成する。この貫通孔に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ等の金属粉末とガラス粉末とに適当な有機バインダ，溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストを、スクリーン印刷等により充填して、貫通導体１５を形成する。

また、これらのグリーンシートの表面に、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ等の金属粉末とガラス粉末に適当な有機樹脂バインダ，溶剤を添加混合した配線導体用ペーストを、スクリーン印刷等により塗布し、配線層１６を形成してもよい。

次に、グリーンシート上に形成するコンデンサ部１４について説明する。コンデンサ部１４は誘電体層１２とその上下に配設された一対の上部電極層１３ａ,下部電極層１３ｂから形成される。

上部電極層１３ａは、ポリエチレンテレフタレート等の有機樹脂フィルムからなるキャリアフィルムと一体化された金属箔に所望の形状のレジストを設けてエッチングすることにより形成することができる。電極層１３ａを金属箔で形成することにより、同時焼成中の誘電体層１２と絶縁層１１との間の相互拡散を抑制し、コンデンサ内蔵基板１０内に形成したコンデンサ部１４の容量値低下や容量値のバラツキを大幅に抑制することができる。

また、本実施の形態において好ましくは、上部電極層１３ａは、面積が０．００２５〜０．０２３ｍｍ^２の開孔が５〜１０％の合計の面積比で全体に分布するように形成された金属箔電極層１３ａ_１と、その誘電体層１２と反対側の主面に形成された、金属箔電極層１３ａ_１と同じ金属から成る金属粉末およびその金属粉末１００質量部に対して１０質量部以下のガラス粉末の焼結体電極層１３ａ_２とから成るのがよい。

金属箔電極層１３ａ_１に形成された開孔は、金属箔に所望の形状のレジストを設けてエッチングすることにより形成することができる。また、焼結体電極層１３ａ_２は、金属箔上に金属箔と同じ金属から成る金属粉末とガラス粉末に適当な有機樹脂バインダ，溶剤を添加混合した焼結体電極用ペーストを、スクリーン印刷法等によって塗布して形成することができる。金属箔電極層１３ａ_１に断面積が０．００２５〜０．０２３ｍｍ^２の開孔を５〜１０％の合計の面積比で全体に分布するように設けたことにより、誘電体層１２と絶縁層１１を同時焼成する際の有機樹脂バインダの脱脂工程(燃焼工程)において、誘電体層１２に含まれる有機樹脂バインダを効率的に除去することができる。

さらに、金属箔電極層１３ａ_１の誘電体層１２と反対側の主面に焼結体電極層１３ａ_２を設けたことにより、金属箔電極層１３ａ_１の開孔を通して発生する絶縁層１１と誘電体層１２との相互拡散を十分小さいものとすることができる。その結果、脱脂不良による金属箔電極層１３ａ_１の膨れや誘電体層１２の焼結不良のないコンデンサ部１４を形成できる。その結果、コンデンサ内蔵基板１０内に形成したコンデンサ部１４の容量値低下や容量値のバラツキを大幅に抑制することができる。

金属箔電極層１３ａ_１の開孔が０．００２５ｍｍ^２より小さい場合、焼結体電極層用ペーストが開孔に侵入せず、開孔が空隙となるため、誘電体層１２と絶縁層１１の同時焼成時に焼結体電極層１３ａ_２に膨れが発生することがある。

金属箔電極層１３ａ_１の開孔が０．０２３ｍｍ^２より大きい場合、絶縁層１１と誘電体層１２との間の相互拡散の影響により、誘電体層１２の焼結が進行しない部分が発生し、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁層１１内部に形成したコンデンサ部１４の絶縁耐圧が低下する場合がある。

さらに、金属箔電極層１３ａ_１の開孔の金属箔電極層１３ａ_１の主面に対する合計の面積比が５％より小さい場合、焼結前の誘電体層１２に含まれる有機樹脂バインダの脱脂が十分進まない結果、金属箔電極層１３ａ_１に部分的な膨れが発生したり、誘電体層１２と金属箔電極層１３ａ_１との間に剥離が発生することがある。

金属箔電極層１３ａ_１の開孔の金属箔電極層１３ａ_１の主面に対する合計の面積比が１０％を超える場合、絶縁層１１と誘電体層１２との間の相互拡散が発生し、誘電体層１２の焼結が十分に進行せず、ガラスセラミック焼結体から成る絶縁層１１内部に形成したコンデンサ部１４の容量値が低下する場合がある。

また、本実施の形態において好ましくは、金属箔電極層１３ａ_１は、金属箔がＡｇ箔またはＣｕ箔から成り、厚みが３〜１５μｍであることがよい。これにより、絶縁層１１内部に形成したコンデンサ部１４の等価抵抗を十分小さくすることができる。電極層１３ａの厚みが３μｍより小さい場合、金属箔を所望の形状に加工する際に金属箔に破れや変形が発生する場合がある。上部電極層１３ａの厚みが１５μｍを超える場合、配線導体１６と上部電極層１３ａを電気的に接続する貫通導体１５を形成するための貫通孔加工時に微細な貫通孔の加工を施すことが困難になり易い。

上部電極層１３ａを形成した後、上部電極層１３ａを形成したキャリアフィルム上に絶縁層１１を形成するグリーンシートのスラリーをスロットコーター等により塗布し、その後乾燥してキャリアフィルムを除去することにより、上部電極層１３ａをグリーンシート上に形成することができる。

また、下部電極層１３ｂは上部電極層１３ａと同じの方法、構成で形成することができる。

誘電体層１２は、上部電極層１３ａまたは下部電極層１３ｂの上に、チタン酸バリウム粉末とガラス粉末に適当な有機樹脂バインダ，溶剤を添加混合したチタン酸バリウムペーストをスクリーン印刷法等で塗布して形成することができる。この誘電体層１２は、チタン酸バリウム粉末にＢ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＢａＯおよびＺｎＯを含むガラス粉末とＣｕＯ粉末とをそれぞれチタン酸バリウム粉末１００質量部に対して２〜１０質量部添加した焼結体から成ることが好ましい。これにより、９００〜１０００℃の温度領域でより緻密な焼結体を形成することができるため、コンデンサ内蔵基板１０内に形成したコンデンサ部１４の容量値が大きくなり、またその容量値のバラツキを小さくすることができる。

さらに、誘電体層１２を形成したグリーンシートを３〜２０ＭＰａの圧力と５０〜８０℃の温度で加熱圧着して積層体を作製する。

その後、例えば配線層１６等の金属粉末がＡｇ粉末である場合は大気中で９００〜１０００℃の温度で、配線層１６等の金属粉末がＣｕ粉末である場合は窒素雰囲気下で積層体を焼成することにより、コンデンサ内蔵基板１０が得られる。ここで、積層体を焼成する際に、グリーンシートが焼結する温度では実質的に焼結収縮しない無機成分、例えばアルミナから成る拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、拘束グリーンシートによって積層体の主面方向の焼成時の収縮が拘束されて抑制されるために、電極層１３に金属箔電極層１３ａを設けることが可能となる。

さらに、コンデンサ内蔵基板１０の表面に位置する配線層１６には、その表面に電子部品を実装する際の半田濡れ性の向上や配線層１６の腐食防止のために、ニッケル，銅，金等のめっき層を施してもよい。

本発明のコンデンサ内蔵基板の実施例を以下に説明する。

コンデンサ内蔵基板のコンデンサ部の電極層を形成するため、ポリエチレンテレフタレート樹脂からなるキャリアフィルム上に蒸着法によってＡｇ膜を０．３μｍ厚みで形成し、ドライフィルムレジストをＡｇ膜上に圧着した。その後、露光、現像をして電極層を形成する部分にドライフィルムレジストの窓部を形成し、電解Ａｇメッキ液（よう化カリウム、メタンスルホン酸Ａｇ、ＨＢＰＳＡ系（３Ｈｙｄｒｏｘｉ Ｂｕｔｉｌｉｄｅｎ Ｐ−Ｓｕｌｆａｎｉｃａｓｉｄ）を用いて、窓部にＡｇメッキ膜を形成した。

次に、ドライフィルムレジストを除去した後、希硝酸で蒸着膜を除去してＡｇ箔電極層を形成した。さらに、Ａｇ箔電極層上に焼結体電極層ペーストをスクリーン印刷法で塗布したもの、あるいは比較例としてＡｇ箔電極層がなく焼結体層のみをキャリアフィルム上に印刷したサンプルを用意した。焼結体電極層ペーストは、Ａｇ粉末９５質量部とガラス粉末５質量部との混合物にアクリル樹脂１２質量部と有機溶剤としてα−テルピネオール６質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合したものを用いた。

コンデンサ内蔵基板の絶縁層となるグリーンシートを得るために、ガラスとしてＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラス粉末５０質量部と、セラミックフィラーとしてＡｌ_２Ｏ_３粉末５０質量部とを混合し、この無機粉末１００質量部に有機樹脂バインダとしてアクリル系樹脂１２質量部，フタル酸系可塑剤６質量部および溶剤としてトルエン３０質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーをスロットコート法を用いて電極層を形成したキャリアフィルム上に塗布して、厚み３００μｍの電極層を形成したグリーンシートを成形した。

次に、電極層を形成したグリーンシートにパンチングマシーンを用いて所定位置に貫通孔を形成し、この貫通孔にスクリーン印刷法で貫通導体用ペーストを充填した。貫通導体用ペーストとしては、Ａｇ粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対してガラス粉末１０質量部を加え、さらに有機樹脂バインダ成分として所定量のアクリル系樹脂およびテルピネオールを加えて、攪拌脱泡機により十分に混合したものを用いた。

次に、電極層を形成したグリーンシートの非電極層側の主面に配線層用のペーストをスクリーン印刷法で塗布し、７０℃で３０分乾燥して、配線層のパターン（容量の測定用パターン）を形成した。配線層用ペーストとしては、Ａｇ粉末１００質量部に対してガラス粉末１０質量部を加え、さらに有機樹脂バインダ成分として所定量のアクリル系樹脂およびテルピネオールを加えて、攪拌脱泡機により十分に混合したものを用いた。

次に、電極層のパターン上に、誘電体層用ペーストをスクリーン印刷法で塗布し、７０℃で３０分乾燥して、誘電体層のパターンを形成した。誘電体層用ペーストとしては、チタン酸バリウム粉末と、それに対して５質量部のＢ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＢａＯ，ＺｎＯを含むガラス粉末と、５質量部の酸化銅との混合物からなり、さらにこの混合物を１００質量部としたとき、これにアクリル樹脂１２質量部と有機溶剤としてα−テルピネオール５質量部とを加え、攪拌脱泡機により十分に混合した後に３本ロールで十分に混練したものを用いた。

次に、電極層、誘電体層を形成した２枚のグリーンシートを位置合わせして５ＭＰａの圧力と５０℃の温度で真空加熱圧着して積層体を作製した。

次に、この積層体を、５００℃で３時間の有機樹脂バインダの燃焼行程と、９００℃で１時間のセラミックスの焼結工程とからなる焼成工程で焼成し、緻密なガラスセラミックス焼結体から成る絶縁層の内部に同時焼成により誘電体層を配設して成るコンデンサ内蔵基板を得た。各試料の詳細に関しては表１〜表３に示す。また各試料の誘電体層の厚みを測定した結果、誘電体層の平均厚みは１５〜１８μｍであった。

得られたコンデンサ内蔵基板について、そのコンデンサ部の電気的な容量を測定した。容量の測定は、測定周波数１ＭＨｚ、測定温度２５℃の条件で、インピーダンス測定器（型式：４２９４Ａプレシジョン インピーダンス アナライザ、測定精度：±０．０８％、アジレントテクノロジー株式会社製）を用いて測定した。

表１は、Ａｇ箔電極層を１０μｍで形成した試料２と、従来構成であるＡｇ焼結体電極層にて形成した試料１の比誘電率εを比較した結果である。電極層の面積は、試料１，２ともに２ｍｍ角のものを用いた。また、比誘電率は、得られた容量をＣ、誘電体層の厚みをｄ、コンデンサ部の主面（電極層の主面）の面積をＳ、真空誘電率をε_０としたとき、ε＝Ｃ×ｄ／ε_０Ｓから求めた値であり、誘電体層用の誘電体材料を単独で焼成した場合の比誘電率は１１００〜１２００であった。そして、比誘電率が１０００を超え、かつ絶縁抵抗値が１０^１１Ωを超えるものを○、比誘電率が８００〜１０００あるいは絶縁抵抗値が１０^１０〜１０^１１Ωのものを△、比誘電率が８００より小さい、あるいは絶縁抵抗値が１０^１０より小さいものを×とした。表１の結果から、電極層が金属箔電極層からなる場合（試料２）、良好な結果が得られることが判明した。

表２は、Ａｇ箔電極層を５μｍ、Ａｇメタライズ層から成る焼結体電極層を５μｍ形成したとき、Ａｇ箔電極層の開孔の断面積と、電極層の主面の面積に対する開孔の合計の面積比（開孔率）との関係を示した結果である。判定基準は表１と同様の基準を用いた。表２の結果から、Ａｇ箔電極層の開孔率が１５％となると、比誘電率が８００〜１０００となることが判明した。この原因として、Ａｇ箔電極層の開孔を通しての絶縁層を形成するガラス成分と誘電体層に添加したガラス成分との相互拡散が発生し、誘電体層の焼結が十分に進まない、あるいは誘電体層中のガラス成分の量が過剰になるためと考えられる。

また、電極層の主面の面積が４ｍｍ角で電極層の開孔率が３％より小さい場合、比誘電率が８００〜１０００となった。この原因は、コンデンサ内蔵基板の断面観察の結果、Ａｇ箔電極層の膨れや誘電体層とＡｇ箔電極層との剥離が発生し、実質的な電極層の主面の面積が小さくなったためと判明した。Ａｇ箔電極層の膨れや誘電体層とＡｇ箔電極層との剥離が発生するメカニズムとしては、焼結前の誘電体層に含まれる有機樹脂バインダ成分が脱脂工程でガス化し、Ａｇ箔電極層と誘電体層との間に剥離を生じさせるためと考えられる。

また、Ａｇ箔電極層の開孔部を０．０３ｍｍ角で形成した場合においても、比誘電率が低いものが存在した。この原因は、コンデンサ内蔵基板の断面観察の結果、開孔の面積が０．０３ｍｍ角の場合、Ａｇメタライズ層と成る焼結体ペーストが開孔に侵入せず、開孔が空洞となること、さらに開孔の空洞部周辺においてＡｇ箔電極層と誘電体層に剥離が発生して実質的な電極層の主面の面積が小さくなるためであることが判明した。さらに０．２ｍｍ角で形成した場合においても抵抗値が１０^１１に達しないものが存在した。これはＡｇ箔の開孔を通しての誘電体層と絶縁層間の相互拡散が発生し部分的に誘電体層の焼結が阻害されるためと考えられる。

表３は、Ａｇ箔電極層とＡｇメタライズ層から成る焼結体層の厚みを種々変えたとき、電極層の加工後のＡｇ箔電極部の破れやしわ状の変形の有無、および穴加工性の結果を示したものである。Ａｇ箔電極層の破れやしわ状の変形の有無は、双眼顕微鏡を用いて倍率４０倍で観察を行い、破れやしわ状の変形が観察されないものを○、破れやしわ状の変形が観察されたものを×とした。また、穴加工については、正常に加工できたものを○、穴加工ができなかったものを×とした。

本発明のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 図１のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の要部拡大断面図である。 従来のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板の断面図である。

符号の説明

１・・・絶縁層
２・・・コンデンサ部
３・・・電極層
４・・・誘電体層
１０・・・コンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板
１２・・・誘電体層
１３ａ，１３ｂ・・・電極層
１４・・・コンデンサ部
１５・・・貫通導体
１６・・・配線層

Claims (3)

1. ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミック焼結体から成る絶縁基体の内部に、チタン酸バリウムを主成分とする誘電体層と電極層とを有するコンデンサ部が形成されたコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層基板であって、
   前記電極層は、開孔を有する金属箔と、該金属箔の前記誘電体層と反対側の表面に形成された、前記金属箔と同じ金属から成る金属粉末およびガラス粉末の焼結体とを有し、
   前記ガラス粉末は、該金属粉末１００質量部に対して１０質量部以下であり、
   前記金属箔は、面積が０．００２５〜０．０２３ｍｍ ^２ である複数の開孔を有し、前記電極層の面積に対する前記複数の開孔の合計面積の割合は、５〜１０％であり、前記開孔は、前記電極層全体に分布しているコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板。
2. 前記電極層において前記金属箔がＡｇ箔またはＣｕ箔から成り、前記電極層の厚みが３〜１５μｍである請求項１に記載のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板。
3. 前記誘電体層は、前記チタン酸バリウム粉末にＢ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＢａＯおよびＺｎＯを含むガラス粉末とＣｕＯ粉末とを前記チタン酸バリウム粉末１００質量部に対してそれぞれ２〜１０質量部添加した焼結体から成る請求項１または請求項２に記載のコンデンサ内蔵ガラスセラミック多層配線基板。

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