JP4325928B2 - BaTiO3 dielectric electrode paste and conductor paste and capacitor built-in multilayer wiring board - Google Patents
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本発明は、BaTiO3系セラミックコンデンサやBaTiO3系のコンデンサ素子を内蔵する多層配線基板等に用いるCuまたはAgの電極を形成するためのBaTiO3系誘電体用電極ペーストおよび導体ペーストおよびそれらを用いて作製したコンデンサ内蔵多層配線基板に関する。 The present invention relates to a BaTiO 3 -based dielectric electrode paste and a conductor paste for forming a Cu or Ag electrode used for a BaTiO 3 -based ceramic capacitor, a multilayer wiring board incorporating a BaTiO 3 -based capacitor element, and the like, and the use thereof Relates to a multilayer wiring board with a built-in capacitor.
近年、電子機器の小型軽量化と電子部品の高密度実装化に伴い、コンデンサの小型化、大容量化の要求が高まってきている。コンデンサを小型化、大容量化するには、誘電体層を薄くするか、高い比誘電率をもつ誘電体材料を使用する必要がある。そのため、誘電体材料には、高い比誘電率であることが要求される。 In recent years, with the reduction in size and weight of electronic devices and the high density mounting of electronic components, there has been an increasing demand for downsizing and increasing the capacity of capacitors. In order to reduce the size and increase the capacity of the capacitor, it is necessary to make the dielectric layer thin or use a dielectric material having a high relative dielectric constant. For this reason, the dielectric material is required to have a high relative dielectric constant.
高い比誘電率をもつ誘電体材料の1つに、ペロブスカイト構造を有するBaTiO3がある。BaTiO3を主成分とするセラミックコンデンサは、BaTiO3を主成分とする誘電体層と電極層とを1250℃〜1350℃で同時焼成することにより得られる。このように、高温での焼成が必要なため、電極層にはCu,Ag等の低抵抗導体材料が使用できず、高融点金属材料であるPd,Pt,Ni等が使用されており、セラミックコンデンサの抵抗値を増加させる原因となっている。 One of the dielectric materials having a high relative dielectric constant is BaTiO 3 having a perovskite structure. Ceramic capacitors for a BaTiO 3 as a main component is obtained by co-firing the dielectric layer and the electrode layer mainly composed of BaTiO 3 at 1250 ° C. to 1350 ° C.. As described above, since firing at a high temperature is necessary, a low resistance conductor material such as Cu or Ag cannot be used for the electrode layer, and a high melting point metal material such as Pd, Pt, Ni or the like is used. This increases the resistance value of the capacitor.
Cu,Ag等の低抵抗導体材料を使用するためには、BaTiO3を950℃以下の低温で焼結させる必要があり、大量の焼結助剤を使用しなければならない。しかし、一般に誘電体の比誘電率は対数混合則に従い、添加ガラス量の増加による誘電率の低下が顕著である。 In order to use a low resistance conductor material such as Cu or Ag, it is necessary to sinter BaTiO 3 at a low temperature of 950 ° C. or less, and a large amount of sintering aid must be used. However, in general, the dielectric constant of the dielectric follows the logarithmic mixing rule, and the decrease in the dielectric constant due to the increase in the amount of added glass is significant.
また、半導体チップを実装するLTCC(Low Temperature Co−fired Ceramics)基板の内部に大容量のコンデンサ素子を内蔵する構造が提案されている。コンデンサ素子を半導体チップにより近いLTCC基板の内部に配置させることにより、半導体チップに影響を与える電源のインピーダンスを下げることができ、基板全体を小型化することができる。 In addition, a structure in which a large-capacity capacitor element is built in an LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) substrate on which a semiconductor chip is mounted has been proposed. By disposing the capacitor element inside the LTCC substrate closer to the semiconductor chip, the impedance of the power source that affects the semiconductor chip can be lowered, and the entire substrate can be downsized.
LTCC基板の内部にコンデンサ素子を形成する方法として、例えばスクリーン印刷法で平行平板コンデンサを形成する方法がある。このようなコンデンサ素子内蔵型のLTCC基板は、セラミックグリーンシート上に電極層、誘電体層、電極層を交互にスクリーン印刷した後、積み重ねて積層して、LTCC基板となるセラミックグリーンシートと同時焼成することにより作製することができる。 As a method of forming a capacitor element inside the LTCC substrate, there is a method of forming a parallel plate capacitor by, for example, a screen printing method. Such a capacitor element built-in type LTCC substrate is formed by alternately printing electrode layers, dielectric layers and electrode layers on a ceramic green sheet, and then stacking and laminating them together with a ceramic green sheet serving as an LTCC substrate. It can produce by doing.
ここで用いられるコンデンサ素子は、LTCC基板と同時焼成するため、LTCC基板の焼成温度である約950℃以下で焼結するものでなければならない。 Since the capacitor element used here is fired simultaneously with the LTCC substrate, it must be sintered at about 950 ° C. or less, which is the firing temperature of the LTCC substrate.
また、上記したコンデンサ素子に使用する電極層の材料の選択も重要である。すなわち、焼成時に誘電体層との界面はがれを生じさせないことや、誘電体との同時焼成時に誘電体層の比誘電率を低下させないものであることが要求される。また、この電極層の材料は、コンデンサ素子内蔵基板に用いる場合、LTCC基板の内部の成分と誘電体内成分が相互拡散して、同時焼成時に誘電体の誘電率が減少することを防ぐことができる材料であることが重要である。 It is also important to select a material for the electrode layer used for the capacitor element described above. That is, it is required that the interface with the dielectric layer does not peel off during firing, and that the relative dielectric constant of the dielectric layer is not lowered during simultaneous firing with the dielectric. In addition, when this electrode layer material is used for a capacitor element built-in substrate, it is possible to prevent the internal components of the LTCC substrate and the components in the dielectric material from interdiffusion to reduce the dielectric constant of the dielectric material during simultaneous firing. It is important to be a material.
しかし、一般的にBaTiO3に比べてCu,Ag等の導体材料は収縮温度が低いため、両者の収縮温度を一致させなくてはならない。例えば、特許文献1には電極内にBaTiO3粉末を添加する手法が開示されている。また、両者の収縮温度を一致させるために、電極内にSiO2−B2O3系ガラスを添加する方法やBaTiO3粉体を微粉にする方法なども提案されている。
However, since conductor materials such as Cu and Ag generally have a lower shrinkage temperature than BaTiO 3 , the shrinkage temperatures of the two must be matched. For example,
さらに、上記コンデンサ素子に接続される貫通導体に使用する導体材料の選択も重要である。すなわち、焼成時にLTCC基板と貫通導体との間にはがれが生じた場合、LTCC基板内の封止性が保たれずLTCC基板の信頼性を著しく低下する結果となる。また、焼成時にこの貫通導体の成分が誘電体層に流入しても、誘電体の誘電率を減少させないものでなければならない。 Furthermore, selection of the conductor material used for the through conductor connected to the capacitor element is also important. That is, if peeling occurs between the LTCC substrate and the through conductor during firing, the sealing property within the LTCC substrate is not maintained, resulting in a significant decrease in the reliability of the LTCC substrate. Further, even when the through conductor component flows into the dielectric layer during firing, the dielectric constant of the dielectric must not be reduced.
そして、LTCC基板と貫通導体との間にはがれを生じさせないようにするために、貫通導体内に例えば、SiO2−B2O3系ガラス,SiO2−B2O3−Al2O3系ガラスを添加する方法が提案されている。
しかしながら、電極内にBaTiO3を添加させただけでは、誘電体層と電極層との濡れ性が低く、焼成時に界面はがれが生じることがある。また、電極内にガラスを添加した場合、焼成時に電極内のガラス成分が誘電体層の内部に流入して、誘電体層の特性を劣化させるといった問題があった。 However, if only BaTiO 3 is added to the electrode, the wettability between the dielectric layer and the electrode layer is low, and the interface may peel off during firing. In addition, when glass is added to the electrode, there is a problem in that the glass component in the electrode flows into the dielectric layer during firing to deteriorate the characteristics of the dielectric layer.
また、貫通導体内に上記ガラスを添加しただけでは、焼成時に貫通導体の成分が誘電体層に流入し、誘電体層の誘電率を減少させるといった問題があった。 Further, when the glass is simply added to the through conductor, there is a problem that the component of the through conductor flows into the dielectric layer during firing, thereby reducing the dielectric constant of the dielectric layer.
本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、焼成時に誘電体層と電極層との界面はがれが発生するのをなくし、また焼成時に誘電体層の特性を劣化させることを防ぐことができるBaTiO3系誘電体用電極ペーストを提供することにある。 The present invention has been completed in view of the above problems, and its purpose is to eliminate the peeling of the interface between the dielectric layer and the electrode layer during firing, and to deteriorate the characteristics of the dielectric layer during firing. An object of the present invention is to provide an electrode paste for a BaTiO 3 -based dielectric that can prevent the above.
また、本発明の他の目的は、焼成時にLTCC基板内の封止性を保ち、かつ焼成時に誘電体層の誘電率を減少させることを防ぐことができる導体ペーストを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a conductor paste capable of maintaining the sealing property in the LTCC substrate during firing and preventing the dielectric constant of the dielectric layer from being reduced during firing.
また、本発明の他の目的は、焼成時に誘電体層と電極層との界面はがれがなく、かつ焼成時に誘電体層の特性が劣化することのないコンデンサ内蔵多層配線基板を提供することにある。また、焼成時に基板内の封止性が保たれ、かつ焼成時に誘電体層の特性が劣化することのないコンデンサ内蔵多層配線基板を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a multilayer wiring board with a built-in capacitor in which the interface between the dielectric layer and the electrode layer does not peel off during firing, and the characteristics of the dielectric layer do not deteriorate during firing. . It is another object of the present invention to provide a multilayer wiring board with a built-in capacitor that maintains the sealing performance in the substrate during firing and does not deteriorate the characteristics of the dielectric layer during firing.
本発明のBaTiO3系誘電体用電極ペーストは、CuまたはAgの粉末を85〜99.5質量部、チタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスを0.5〜15質量部を含むとともに、有機樹脂バインダおよび有機溶剤を含んで成るBaTiO3系誘電体用電極ペーストであって、前記結晶化ガラスは、BaOを55.1〜59.7質量%、TiO2を24.0〜26.0質量%、SiO2を7.7〜11.3質量%、Al2O3を6.6〜9.7質量%、SrOを0.7質量%以下、Na2Oを0.5質量%以下、CaOを0.4質量%以下含んでいることを特徴とするものである。 The electrode paste for BaTiO 3 based dielectric of the present invention contains 85 to 99.5 parts by mass of Cu or Ag powder, 0.5 to 15 parts by mass of crystallized glass for depositing barium titanate crystals, and is organic. A BaTiO 3 dielectric electrode paste comprising a resin binder and an organic solvent, wherein the crystallized glass contains 55.1 to 59.7% by mass of BaO and 24.0 to 26.0% by mass of TiO 2. %, SiO 2 7.7 to 11.3 mass%, Al 2 O 3 6.6 to 9.7 mass%, SrO 0.7 mass% or less, Na 2 O 0.5 mass% or less, It contains 0.4% by mass or less of CaO.
本発明の導体ペーストは、絶縁基板の内部に形成されたBaTiO3系誘電体から成る誘電体層と、その上下主面にそれぞれ形成された電極層と、該電極層の少なくとも一方に接続される貫通導体とを具備したコンデンサ内蔵多層配線基板における前記貫通導体を形成するための導体ペーストであって、CuまたはAgの粉末を50.0〜95.0質量部、チタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスを5.0〜50.0質量部含むとともに、有機樹脂バインダおよび有機溶剤を含んで成り、前記結晶化ガラスは、BaOを55.1〜59.7質量%、TiO2を24.0〜26.0質量%、SiO2を7.7〜11.3質量%、Al2O3を6.6〜9.7質量%、SrOを0.7質量%以下、Na2Oを0.5質量%以下、CaOを0.4質量%以下含んでいることを特徴とするものである。 The conductive paste of the present invention is connected to at least one of a dielectric layer made of a BaTiO 3 based dielectric formed inside an insulating substrate, an electrode layer formed on each of upper and lower main surfaces thereof, and the electrode layer. A conductive paste for forming a through conductor in a multilayer wiring board with a built-in capacitor having a through conductor, wherein 50.0 to 95.0 parts by mass of Cu or Ag powder and a barium titanate crystal are precipitated. The crystallized glass contains 55.1 to 59.7% by mass of BaO and 24.0 of TiO 2 while containing 5.0 to 50.0 parts by mass of a vitrified glass and an organic resin binder and an organic solvent. ˜26.0% by mass, SiO 2 7.7 to 11.3% by mass, Al 2 O 3 6.6 to 9.7% by mass, SrO 0.7% by mass or less, and Na 2 O 0. 5 mass% or less, Ca The is characterized in that it contains 0.4 mass% or less.
本発明のコンデンサ内蔵多層配線基板は、絶縁基板の内部に形成されたBaTiO3系誘電体から成る誘電体層と、その上下主面にそれぞれ形成された電極層と、該電極層の少なくとも一方に接続される貫通導体とを具備しており、前記電極層は、上記本発明のBaTiO3系誘電体用電極ペーストを焼成することによって形成されていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board with a built-in capacitor according to the present invention includes a dielectric layer made of a BaTiO 3 based dielectric formed inside an insulating substrate, electrode layers respectively formed on upper and lower main surfaces thereof, and at least one of the electrode layers. The electrode layer is formed by firing the BaTiO 3 dielectric electrode paste of the present invention.
また、本発明のコンデンサ内蔵多層配線基板は、絶縁基板の内部に形成されたBaTiO3系誘電体から成る誘電体層と、その上下主面にそれぞれ形成された電極層と、該電極層の少なくとも一方に接続される貫通導体とを具備しており、前記貫通導体は、上記本発明の導体ペーストを焼成することによって形成されていることを特徴とするものである。 The multilayer wiring board with a built-in capacitor according to the present invention includes a dielectric layer made of a BaTiO 3 -based dielectric formed inside an insulating substrate, electrode layers formed respectively on the upper and lower main surfaces thereof, and at least one of the electrode layers. A through-conductor connected to one side, and the through-conductor is formed by firing the conductor paste of the present invention.
本発明のBaTiO3系誘電体用電極ペーストによれば、電極ペースト中に、誘電体の主成分であるBaTiO3との濡れ性の良いチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが含まれているため、誘電体層に上記したチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが流入しても誘電体層の比誘電率を低下させることがなく、焼成時の電極層と誘電体層との界面はがれをなくすことができる。 According to the electrode paste for a BaTiO 3 dielectric of the present invention, the electrode paste includes crystallized glass that precipitates barium titanate crystals having good wettability with BaTiO 3 as the main component of the dielectric. Therefore, even if crystallized glass that precipitates the barium titanate crystal flows into the dielectric layer, the dielectric constant of the dielectric layer does not decrease, and the interface between the electrode layer and the dielectric layer during firing is peeled off. Can be eliminated.
また、結晶化ガラスは、BaOを55.1〜59.7質量%、TiO2を24.0〜26.0質量%、SiO2を7.7〜11.3質量%、Al2O3を6.6〜9.7質量%、SrOを0.7質量%以下、Na2Oを0.5質量%以下、CaOを0.4質量%以下含んでいることから、結晶化ガラスの結晶化の際に誘電体層の主成分と同じBaTiO3結晶を析出するため、結晶化ガラスの誘電体層への流入による比誘電率の低下を有効に抑えることができる。 Furthermore, crystallized glass, a BaO 55.1 to 59.7 wt%, the TiO 2 from 24.0 to 26.0 wt%, a SiO 2 from 7.7 to 11.3 wt%, Al 2 O 3 of 6.6 to 9.7 wt%, 0.7 wt% or less of SrO Since it contains 0.5 mass% or less of Na 2 O and 0.4 mass% or less of CaO, the same BaTiO 3 crystal as the main component of the dielectric layer is precipitated during crystallization of the crystallized glass. It is possible to effectively suppress a decrease in the dielectric constant due to the inflow of the dielectric layer.
また、本発明の導体ペーストによれば、導体ペースト中に誘電体層の主成分であるBaTiO3との濡れ性の良いチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが含まれているため、誘電体層に上記のチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが流入しても誘電体層の比誘電率を低下させることがなく、かつ焼成時のLTCC基板と貫通導体との間のはがれをなくすことができる。 Further, according to the conductor paste of the present invention, since the conductor paste includes crystallized glass that precipitates barium titanate crystals having good wettability with BaTiO 3 which is the main component of the dielectric layer, the dielectric paste Even if crystallized glass that precipitates the barium titanate crystal flows into the layer, the dielectric constant of the dielectric layer is not lowered, and peeling between the LTCC substrate and the through conductor during firing is eliminated. Can do.
また、本発明のコンデンサ内蔵多層配線基板によれば、電極内に誘電体の主成分であるBaTiO3との濡れ性の良いチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが含まれているため、焼成時に誘電体層に上記したチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが流入しても誘電体層の比誘電率を低下させることがなく、かつ焼成時の電極層と誘電体層との界面はがれのないコンデンサ内蔵多層配線基板を提供することができる。 Moreover, according to the multilayer wiring board with a built-in capacitor of the present invention, since the electrode contains the crystallized glass that precipitates barium titanate crystals having good wettability with BaTiO 3 as the main component of the dielectric, Sometimes, even if crystallized glass that precipitates the barium titanate crystals described above flows into the dielectric layer, the dielectric constant of the dielectric layer does not decrease, and the interface between the electrode layer and the dielectric layer during firing is peeled off. A multilayer wiring board with a built-in capacitor can be provided.
また、本発明のコンデンサ内蔵多層配線基板によれば、貫通導体内に誘電体層の主成分であるBaTiO3との濡れ性の良いチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが含まれているため、焼成時に誘電体層に上記したチタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスが流入しても誘電体層の比誘電率を低下させることがなく、かつ焼成時のLTCC基板と貫通導体との間にはがれのないコンデンサ内蔵多層配線基板を提供することができる。 Further, according to the multilayer wiring board with a built-in capacitor according to the present invention, the through glass contains crystallized glass that precipitates barium titanate crystals having good wettability with BaTiO 3 as the main component of the dielectric layer. The dielectric constant of the dielectric layer does not decrease even when crystallized glass that precipitates the barium titanate crystal flows into the dielectric layer during firing, and between the LTCC substrate and the through conductor during firing. A multilayer wiring board with a built-in capacitor without peeling can be provided.
本発明のBaTiO3系誘電体用電極ペースト(以下、電極ペーストともいう)を添付図面に基づき以下に詳細に説明する。図1は、本発明の電極ペーストを使用して作製したコンデンサ素子内蔵型のLTCC基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、1はLTCC基板内に内蔵された誘電体層、2は電極層、3はLTCC基板である。図2は、本発明の電極ペーストおよび導体ペーストを使用して作製したコンデンサ内蔵型のLTCC基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図2において、1はLTCC基板内に内蔵された誘電体層、2は電極層、3はLTCC基板、4は貫通導体である。 An electrode paste for a BaTiO 3 -based dielectric (hereinafter also referred to as an electrode paste) according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a capacitor element built-in type LTCC substrate manufactured using the electrode paste of the present invention. In FIG. 1, 1 is a dielectric layer built in an LTCC substrate, 2 is an electrode layer, and 3 is an LTCC substrate. FIG. 2 is a sectional view showing an example of an embodiment of a capacitor built-in type LTCC substrate manufactured using the electrode paste and the conductor paste of the present invention. In FIG. 2, 1 is a dielectric layer built in the LTCC substrate, 2 is an electrode layer, 3 is an LTCC substrate, and 4 is a through conductor.
本発明において、誘電体層1は上下面を電極層2に挟み込まれてLTCC基板3の内部に配置されている。また、貫通導体4は電極層2の少なくとも一方に接続されLTCC基板3の外部との接続を行う。誘電体層1は、誘電体粉末と焼結助剤と有機樹脂バインダと有機溶剤とからなる誘電体層用ペーストを印刷形成して、LTCC基板3と同時焼成することにより作製される。誘電体粉末としては、例えば、BaTiO3の他に、SrTiO3,MgTiO3,BaZrO3のようなペロブスカイト構造を有するもの等が挙げられる。
In the present invention, the
焼結助剤としては、例えばSiO2−B2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す)SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである),Pb系ガラス,Bi系ガラス等のガラス、またはCuO等の金属酸化物が挙げられる。 Examples of the sintering aid include SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —MO system (however, M Represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn) SiO 2 —B 2 O 3 —M 3 2 O system (where M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 —B 2 O 3 —Al Examples thereof include 2 O 3 -M 3 2 O-based (where M 3 is the same as above), Pb-based glass, Bi-based glass and the like, or metal oxides such as CuO.
誘電体層用ペーストに用いられる有機樹脂バインダおよび有機溶剤としては、LTCC基板3となる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)との同時焼成が可能であれば特に制限されるものではなく、例えばグリーンシートに配合される有機樹脂バインダ,有機溶剤と同様のものが使用可能である。
The organic resin binder and the organic solvent used for the dielectric layer paste are not particularly limited as long as they can be co-fired with a ceramic green sheet (hereinafter also referred to as a green sheet) to be the
電極層2は、CuまたはAgの粉末を85〜99.5質量部、チタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスを0.5〜15質量部含むとともに、有機樹脂バインダおよび有機溶剤を含んで成る電極ペーストを印刷形成して、グリーンシートと同時焼成することにより作製される。
The
チタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスの組成比は、焼成時に誘電体層1と電極層2との界面はがれを生じない、CuまたはAgの粉末に対して最小の比率であることが好ましい。結晶化ガラスのガラス組成比がCuまたはAgの粉末に対して15質量部を超える場合、焼成時に電極層2のガラス成分が誘電体層1へ多く流入して、誘電体層1の特性を劣化させやすい傾向がある。他方、結晶化ガラスのガラス組成比が0.5質量部未満の場合、結晶化ガラスが少ないため、BaTiO3との濡れ性の良い部分が少なくなることにより、焼成時に誘電体層1と電極層2との界面はがれが生じやすい傾向がある。
The composition ratio of the crystallized glass on which the barium titanate crystal is precipitated is preferably the minimum ratio with respect to the Cu or Ag powder that does not cause the interface between the
CuまたはAgの粉末は、LTCC基板3用の電極として用いる場合には、同時焼成時のLTCC基板3の成分と誘電体層1の成分との相互拡散を抑えるために、直径5μm以下の粒径の細かいものであることが好ましい。
When the Cu or Ag powder is used as an electrode for the
結晶化ガラスは、その結晶化の際にBaOとTiO2が結合してBaTiO3結晶を析出するものである。主相としてBaTiO3結晶を析出するため、結晶化ガラスが焼成時の拡散により誘電体層1の内部に流入しても誘電体層1の特性を劣化させることがない。また、結晶化ガラスの電極層2への添加により誘電体層1と電極層2との濡れ性が向上し、焼成時の界面はがれの発生を防ぐことが可能となる。
The crystallized glass is one in which BaO and TiO 2 are bonded during the crystallization to precipitate BaTiO 3 crystals. Since BaTiO 3 crystals are precipitated as the main phase, even if the crystallized glass flows into the
本発明の結晶化ガラスは、そのガラス組成比が、BaOを55.1〜59.7質量%、TiO2を24.0〜26.0質量%、SiO2を7.7〜11.3質量%、Al2O3を6.6〜9.7質量%、SrOを0.7質量%以下、Na2Oを0.5質量%以下、CaOを0.4質量%以下含むものであり、各成分の合計が100質量%となるように調整する。TiO2,SiO2,Al2O3,SrO,Na2O,CaOは、ガラス化のための網目形成酸化物、中間酸化物、網目修飾酸化物であるため、ガラス化するための最小の比率であることが好ましい。BaOが59.7質量%を超え、TiO2が26.0質量%を超え、SiO2が7.7質量%を超え、Al2O3が6.6質量%未満の場合、この組成物をガラス化させることが困難となりやすい。また、BaOが55.1質量%未満、TiO2を24.0質量%未満、SiO2が11.3質量%未満、Al2O3が9.7質量%を超え、SrOが0.7質量%を超え、Na2Oが0.5質量%を超え、CaOが0.4質量%を超える場合、BaO,TiO2以外の成分の、誘電体層1の内部への流入量が多くなり、誘電体層1の特性を劣化させやすい傾向がある。
Crystallized glass of the present invention has a glass composition ratio, a BaO 55.1-59.7 wt%, the TiO 2 from 24.0 to 26.0 wt%, a SiO 2 7.7 to 11.3 wt%, the Al 2 O 3 6.6 to 9.7 wt% , SrO is 0.7 mass% or less, Na 2 O is 0.5 mass% or less, CaO is 0.4 mass% or less, and the total of each component is adjusted to 100 mass%. Since TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , SrO, Na 2 O, and CaO are network-forming oxides, intermediate oxides, and network-modified oxides for vitrification, the minimum ratio for vitrification It is preferable that BaO is more than 59.7 wt%, TiO 2 exceeds 26.0 mass%, SiO 2 exceeds 7.7 wt%, when Al 2 O 3 is less than 6.6 wt%, the composition tends to be difficult to vitrify . Further, BaO is less than 55.1 mass%, the TiO 2 less than 24.0 wt%, SiO 2 is less than 11.3 wt%, Al 2 O 3 exceeds 9.7 wt%, SrO exceeds 0.7 mass%, Na 2 O is 0.5 % And CaO exceeds 0.4% by mass, the amount of components other than BaO and TiO 2 flowing into the
また、誘電率の高い結晶を析出させるガラスとして、BaTiO3を析出するものの他に、NaNb2O5を析出するものもあるが、電極ペースト中に含まれるガラスは、誘電体層1の結晶相と同じ結晶相を析出するものが好ましい。すなわち、誘電体層1の主成分がBaTiO3ならばBaTiO3を析出する結晶化ガラスを、誘電体層1の主成分がNaNb2O5ならばNaNb2O5を析出する結晶化ガラスを電極ペースト用の添加物として使用することが好ましい。
Further, as glass for precipitating crystals with a high dielectric constant, there are glass that precipitates NaNb 2 O 5 in addition to the one that precipitates BaTiO 3 , but the glass contained in the electrode paste is a crystal phase of the
LTCC基板3は、ガラスまたはガラスとセラミック粉末との混合物に、有機樹脂バインダと有機溶剤を混合して、ドクターブレード方法などで形成したグリーンシートを焼成することによって形成される。
The
ここで、LTCC基板3のガラスとしては、例えばSiO2−B2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同一または異なってCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は上記と同じである),SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3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。
Here, as the glass of the
また、セラミック粉末としては、例えばAl2O3,SiO2,ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、TiO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2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。 Examples of the ceramic powder include a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3. And composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
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で、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。 As the organic resin binder to be added to and mixed with the glass powder and the ceramic powder, those conventionally used for green sheets can be used. For example, acrylic (acrylic acid, methacrylic acid or esters thereof homopolymers) Or a copolymer, specifically an acrylic ester copolymer, a methacrylic ester copolymer, an acrylic ester-methacrylic ester copolymer, etc.), a polyvinyl butyral system, a polyvinyl alcohol system, an acrylic-styrene system, Examples thereof include homopolymers or copolymers such as polypropylene carbonate and cellulose.
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、ガラス粉末とセラミック粉末、および有機樹脂バインダを分散させ、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,アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。 As an organic solvent used in a slurry for forming a green sheet, a glass powder, a ceramic powder, and an organic resin binder are dispersed to obtain a slurry having a viscosity suitable for forming a green sheet, for example, hydrocarbons, Organic solvents such as ethers, esters, ketones, alcohols and the like can be mentioned.
貫通導体4は、CuまたはAgの粉末を50.0〜95.0質量部、チタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスを5.0〜50.0質量部含むとともに、有機樹脂バインダおよび有機溶剤を含んで成る。
The through
チタン酸バリウム結晶を析出する結晶化ガラスの組成比は、焼成時にLTCC基板3と貫通導体4とのはがれを生じない、CuまたはAgの粉末に対して最小の比率であることが好ましい。結晶化ガラスのガラス組成比がCuまたはAgの粉末に対して50.0質量部を超える場合、焼成時に貫通導体4のガラス成分が誘電体層1へ多く流入して、誘電体層1の比誘電率を減少させやすい傾向がある。他方、結晶化ガラスのガラス組成比が5.0質量部未満の場合、結晶化ガラスが少ないため、LTCC基板3と貫通導体4との濡れ性の良い部分が少なくなることにより、焼成時にLTCC基板3と貫通導体4とのはがれが生じやすい傾向がある。
The composition ratio of the crystallized glass on which the barium titanate crystals are precipitated is preferably the minimum ratio with respect to the Cu or Ag powder that does not cause the
結晶化ガラスは、その結晶化の際にBaOとTiO2が結合してBaTiO3結晶を析出するものである。主相としてBaTiO3結晶を析出するため、結晶化ガラスが焼成時の拡散により誘電体層1の内部に流入しても誘電体層1の比誘電率を減少させることが少ない。また、結晶化ガラスの貫通導体4への添加によりLTCC基板3と貫通導体4との濡れ性が向上し、焼成時のはがれの発生を防ぐことが可能となる。
The crystallized glass is one in which BaO and TiO 2 are bonded during the crystallization to precipitate BaTiO 3 crystals. Since BaTiO 3 crystals are precipitated as the main phase, the dielectric constant of the
本発明の結晶化ガラスは、そのガラス組成比が、BaOを55.1〜59.7質量%、TiO2を24.0〜26.0質量%、SiO2を7.7〜11.3質量%、Al2O3を6.6〜9.7質量%、SrOを0.7質量%以下、Na2Oを0.5質量%以下、CaOを0.4質量%以下含むものであり、各成分の合計が100質量%となるように調整する。TiO2,SiO2,Al2O3,SrO,Na2O,CaOは、ガラス化のための網目形成酸化物、中間酸化物、網目修飾酸化物であるため、ガラス化するための最小の比率であることが好ましい。BaOが59.7質量%を超え、TiO2が26.0質量%を超え、SiO2が7.7質量%を超え、Al2O3が6.6質量%未満の場合、この組成物をガラス化させることが困難となりやすい。また、BaOが55.1質量%未満、TiO2を24.0質量%未満、SiO2が11.3質量%未満、Al2O3が9.7質量%を超え、SrOが0.7質量%を超え、Na2Oが0.5質量%を超え、CaOが0.4質量%を超える場合、BaO,TiO2以外の成分の、誘電体層1の内部への流入量が多くなり、誘電体層1の特性を劣化させやすい傾向がある。
Crystallized glass of the present invention has a glass composition ratio, a BaO 55.1-59.7 wt%, the TiO 2 from 24.0 to 26.0 wt%, a SiO 2 7.7 to 11.3 wt%, the Al 2 O 3 6.6 to 9.7 wt% , SrO is 0.7 mass% or less, Na 2 O is 0.5 mass% or less, CaO is 0.4 mass% or less, and the total of each component is adjusted to 100 mass%. Since TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , SrO, Na 2 O, and CaO are network-forming oxides, intermediate oxides, and network-modified oxides for vitrification, the minimum ratio for vitrification It is preferable that BaO is more than 59.7 wt%, TiO 2 exceeds 26.0 mass%, SiO 2 exceeds 7.7 wt%, when Al 2 O 3 is less than 6.6 wt%, the composition tends to be difficult to vitrify . Further, BaO is less than 55.1 mass%, the TiO 2 less than 24.0 wt%, SiO 2 is less than 11.3 wt%, Al 2 O 3 exceeds 9.7 wt%, SrO exceeds 0.7 mass%, Na 2 O is 0.5 % And CaO exceeds 0.4% by mass, the amount of components other than BaO and TiO 2 flowing into the
このようなLTCC基板3の内部に誘電体層1および電極層2を形成する方法として、例えばスクリーン印刷法で平行平板コンデンサを形成する方法がある。また、LTCC基板3内に貫通導体4を形成する方法として、機械的加工による貫通孔形成工程とスクリーン印刷法を組み合わせることが挙げられる。
As a method of forming the
まず、LTCC基板3用のグリーンシート上に電極層用ペースト,誘電体層用ペースト,電極層用ペーストを交互にスクリーン印刷した層を形成する。次に、機械的加工によりLTCC基板3内に貫通孔を形成し、その後スクリーン印刷法により貫通孔内に上記導体ペーストを充填する。次に、グリーンシートを重ね合わせ積層する。最後に、積層されたものを800〜1000℃の温度で焼成することにより作製される。
First, a layer in which electrode layer paste, dielectric layer paste, and electrode layer paste are alternately printed on a green sheet for the
本発明の電極ペーストの実施例を以下に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the electrode paste of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
LTCC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SiO2−CaO−MgO系ガラス粉末60質量%と、セラミック粉末としてAl2O3粉末40質量%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。このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ200μmのグリーンシートを成形した。 In order to obtain a green sheet serving as an insulating layer of the LTCC substrate, 60% by mass of SiO 2 —CaO—MgO glass powder as glass and 40% by mass of Al 2 O 3 powder as ceramic powder are mixed, and this inorganic powder 100 12 parts by mass of an acrylic resin as an organic resin binder, 6 parts by mass of a phthalic plasticizer and 30 parts by mass of toluene as a solvent were added to parts by mass, and mixed by a ball mill method to obtain a slurry. Using this slurry, a green sheet having a thickness of 200 μm was formed by a doctor blade method.
次に、このグリーンシート上に、電極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、縦100mm×横100mm×厚み12μmのコンデンサ素子の電極パターンを形成した。 Next, an electrode paste was applied on the green sheet by screen printing to form a capacitor element electrode pattern having a length of 100 mm × width of 100 mm × thickness of 12 μm.
電極層の紛体組成として、Cuの粉末と結晶化ガラスとを表1に示す比率で混合した。また、比較のために、その他の組成の結晶化ガラスを表1に示す比率で混合した。この粉体にアクリル系バインダおよびテルピネオールを加えて、3本ロールにより適度な粘度になるように混合した。 As a powder composition of the electrode layer, Cu powder and crystallized glass were mixed at a ratio shown in Table 1. For comparison, crystallized glass having other compositions were mixed at the ratios shown in Table 1. To this powder, an acrylic binder and terpineol were added and mixed with a three roll so as to have an appropriate viscosity.
次に、印刷した電極ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥した。 Next, the organic solvent in the printed electrode paste was dried with hot air at 80 ° C.
次に、この電極ペースト上に、誘電体層用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、縦22mm×横22mm×厚み20μmのコンデンサ素子の電極パターンを形成した。 Next, a dielectric layer paste was applied on the electrode paste by screen printing to form an electrode pattern of a capacitor element having a length of 22 mm × width of 22 mm × thickness of 20 μm.
コンデンサ素子の誘電体層の粉末は、BaTiO3と焼結助剤からなるものを使用した。この粉末に、有機樹脂バインダ,分散剤,有機溶剤を加えて混練し、ペースト状にした。有機樹脂バインダとしてはアクリル系バインダを、分散剤としてはノニオン系のものを使用した。また、有機溶剤としてテルピネオールを使用した。 As the powder of the dielectric layer of the capacitor element, a powder composed of BaTiO 3 and a sintering aid was used. To this powder, an organic resin binder, a dispersant and an organic solvent were added and kneaded to form a paste. An acrylic binder was used as the organic resin binder, and a nonionic binder was used as the dispersant. Further, terpineol was used as the organic solvent.
次に、印刷した誘電体層用ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥した。 Next, the organic solvent in the printed dielectric layer paste was dried with hot air at 80 ° C.
次に、この誘電体層用ペースト上に、電極ペーストを同じ要領で塗布し、縦20mm×横20mm×厚み12μmのコンデンサ素子の電極パターンを形成した。 Next, on this dielectric layer paste, an electrode paste was applied in the same manner to form an electrode pattern of a capacitor element having a length of 20 mm × width of 20 mm × thickness of 12 μm.
このように誘電体層用ペースト上に形成した配線導体用ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥した。 The organic solvent in the wiring conductor paste thus formed on the dielectric layer paste was dried with hot air at 80 ° C.
最後に、このコンデンサ素子(コンデンサ素子)を形成したグリーンシートをN2雰囲気中で950℃で40分間焼成してコンデンサ素子内蔵型のLTCC基板を作製した。 Finally, the green sheet on which this capacitor element (capacitor element) was formed was baked at 950 ° C. for 40 minutes in an N 2 atmosphere to produce a capacitor element built-in type LTCC substrate.
得られたLTCC基板について、そのコンデンサ素子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、アジレントテクノロジー株式会社製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%)を用いて測定した。 About the obtained LTCC board | substrate, the electric capacity of the capacitor | condenser element was measured. The capacity was measured using an impedance measuring instrument (model: 4294A precision impedance analyzer, measurement accuracy: ± 0.08%) manufactured by Agilent Technologies, Inc. under the conditions of a measurement frequency of 1 MHz and a measurement temperature of 25 ° C.
次に、コンデンサ素子の電極面積、誘電体層の厚みを測定した。電極面積は、LTCCの上面から金属顕微鏡(倍率は25倍)により測定した。誘電体層の厚みは、LTCC基板の断面を鏡面研磨仕上げした後、金属顕微鏡(倍率は100倍)により測定した。 Next, the electrode area of the capacitor element and the thickness of the dielectric layer were measured. The electrode area was measured from the top surface of the LTCC with a metal microscope (magnification is 25 times). The thickness of the dielectric layer was measured with a metal microscope (magnification is 100 times) after mirror-finishing the cross section of the LTCC substrate.
そして、測定によって得られた容量、電極面積、および誘電体の厚みに基づいて比誘電率を算出した。誘電体層の材料の比誘電率は平行平板コンデンサの場合、C=ε0・εr・S/d(C:容量素子の容量、ε0:空気中の誘電率、εr:誘電体層の材料の比誘電率、S:電極面積、d:電極間距離)の関係から与えられる。得られた結果を表1に示す。
表1から、電極ペーストの結晶化ガラスとして、BaO−TiO2―SiO2−Al2O3系ガラスを使用したサンプル1は、250以上の高い比誘電率を有していることが分かった。これに対して、電極ペーストのガラスとして、チタン酸バリウム結晶を析出しない、Li2O−B2O3−SiO2−BaO−CaO系ガラス、B2O3−ZnO−BaO−SrO系ガラス、Al2O3−SiO2系ガラスを使用したサンプル2〜5は、比誘電率が200以下の低い値となっていることが分かった。
From Table 1, it was found that
また、上記請求項範囲外のガラス組成比のものとして、BaOを60.7質量%、TiO2を27.0質量%、SiO2を6.7質量%、Al2O3を5.6質量%である組成物をガラス化することを試みたが、ガラス化の過程である組成物の溶融からの急冷時に、失透が発生しガラス化することができなかった。 Further, as described above claims range of a glass composition ratio, a BaO 60.7% by weight, the TiO 2 27.0 wt%, a SiO 2 6.7 wt%, vitrification of the composition is an Al 2 O 3 5.6 wt% However, devitrification occurred at the time of rapid cooling from melting of the composition, which was a process of vitrification, and it was not possible to vitrify.
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SiO2−CaO−MgO系ガラス粉末60質量部と、セラミック粉末としてAl2O3粉末40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。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ200μmのグリーンシートを成形した。 In order to obtain a green sheet serving as an insulating layer, 60 parts by mass of SiO 2 —CaO—MgO glass powder as glass and 40 parts by mass of Al 2 O 3 powder as ceramic powder are mixed, and 100 parts by mass of this inorganic powder is mixed. 12 parts by mass of an acrylic resin as an organic resin binder, 6 parts by mass of a phthalic acid plasticizer and 30 parts by mass of toluene as a solvent were added and mixed by a ball mill method to obtain a slurry. Using this slurry, a green sheet having a thickness of 200 μm was formed by a doctor blade method.
次に、このグリーンシートから第1グリーンシート、第2グリーンシートの2枚を用意した。これらのグリーンシート上に本発明のコンデンサ素子を形成した。コンデンサ素子の誘電率が導体ペーストの種類に依存するかどうかを調べるため、同じ製造工程で作製したコンデンサ素子を2素子形成し、それぞれに貫通導体A,Bを接続し作製したコンデンサ素子の誘電体層の誘電率を比較した。以下、作製方法、評価方法を示す。 Next, two sheets of a first green sheet and a second green sheet were prepared from this green sheet. The capacitor element of the present invention was formed on these green sheets. In order to examine whether the dielectric constant of the capacitor element depends on the type of the conductive paste, two capacitor elements manufactured in the same manufacturing process are formed, and through-conductors A and B are connected to the respective dielectric elements. The dielectric constants of the layers were compared. Hereinafter, a production method and an evaluation method will be described.
まず、第1グリーンシートと第2グリーンシートに機械的加工により貫通孔を形成した。貫通孔は、断面形状が直径0.2mmの円形となるように加工した。 First, through holes were formed in the first green sheet and the second green sheet by mechanical processing. The through hole was processed so that the cross-sectional shape was a circle having a diameter of 0.2 mm.
次に、第1グリーンシートと第2グリーンシートに形成された貫通孔内に、本発明の導体ペーストAと比較のために作製した導体ペーストBを充填した。貫通導体Aに使用されるガラスの組成比として、BaOが55.1質量%、TiO2が24.0質量%、SiO2が11.3質量%、Al2O3が9.7質量%を含んで成るものを使用した。また、貫通導体Bに使用されるガラスとして、SiO2−B2O3−Al2O3系ガラスであって、BaO,TiO2を含まないものを使用した。 Next, the conductor paste B produced for comparison with the conductor paste A of the present invention was filled into the through holes formed in the first green sheet and the second green sheet. The composition ratio of the glass to be used for penetrating the conductor A, was used BaO 55.1% by weight, TiO 2 is 24.0 wt%, SiO 2 is 11.3 wt%, those Al 2 O 3 comprises a 9.7 wt%. Further, as the glass used for the through conductor B, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 based glass which does not contain BaO and TiO 2 was used.
次に、第2グリーンシートに形成された導体ペースト上に、電極層用ペーストをスクリーン印刷により表2に示す寸法に塗布しコンデンサ素子電極パターンを形成した。
電極層に含まれる紛体として、Cuを99.0質量部、ガラスを1.0質量部を含んで成り、ガラス組成比が、BaOを55.1質量%、TiO2を24.0質量%、SiO2を11.3質量%、Al2O3を9.7質量%を含んで成るものを使用した。 As powder contained in the electrode layer, 99.0 parts by weight of Cu, comprises 1.0 parts by weight of glass, glass composition ratio, 55.1 wt% of BaO, and TiO 2 24.0 wt%, a SiO 2 11.3 wt%, Al A composition comprising 9.7% by mass of 2 O 3 was used.
次に、この粉体にアクリル樹脂バインダ、テルピネオールを加えて、3本ロールにより適度な粘度になるように混合した。 Next, an acrylic resin binder and terpineol were added to this powder, and mixed so as to have an appropriate viscosity with three rolls.
次に、印刷した電極層用ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥させた。 Next, the organic solvent in the printed electrode layer paste was dried with hot air at 80 ° C.
次に、第2グリーンシートの表面に形成された電極層用ペースト上に、誘電体層用ペーストをスクリーン印刷により表2に示す寸法に塗布し、コンデンサ素子の誘電体層と成るパターンを形成した。誘電体層の誘電体の粉末としては、BaTiO3と焼結助剤からなるものを使用した。この粉末に、有機樹脂バインダ,分散剤,有機溶剤を加えて混練しペースト状にした。有機樹脂バインダとしてアクリル樹脂バインダを、分散剤としてノニオン系のものを使用した。また、有機溶剤としてテルピネオールを使用した。 Next, the dielectric layer paste was applied to the dimensions shown in Table 2 by screen printing on the electrode layer paste formed on the surface of the second green sheet to form a pattern to be a dielectric layer of the capacitor element. . As the dielectric powder of the dielectric layer, a powder composed of BaTiO 3 and a sintering aid was used. To this powder, an organic resin binder, a dispersant and an organic solvent were added and kneaded to obtain a paste. An acrylic resin binder was used as the organic resin binder, and a nonionic one was used as the dispersant. Further, terpineol was used as the organic solvent.
次に、印刷した誘電体層用ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥させた。 Next, the organic solvent in the printed dielectric layer paste was dried with hot air at 80 ° C.
次に、第2グリーンシートの表面に形成された誘電体層用ペースト上に、電極層用ペーストを同じ要領で表2に示す寸法に塗布しコンデンサ素子電極パターンを形成した。 Next, on the dielectric layer paste formed on the surface of the second green sheet, the electrode layer paste was applied to the dimensions shown in Table 2 in the same manner to form a capacitor element electrode pattern.
次に、印刷した電極層用ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥させた。 Next, the organic solvent in the printed electrode layer paste was dried with hot air at 80 ° C.
次に、プローブをあてるために必要な表層パッドを形成するために、第1グリーンシートの表面と第2グリーンシートの裏面に配線導体パターンを形成した。 Next, in order to form a surface layer pad required for applying the probe, a wiring conductor pattern was formed on the front surface of the first green sheet and the back surface of the second green sheet.
次に、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤を80℃の温風により乾燥させた。 Next, the organic solvent in the printed wiring conductor paste was dried with hot air at 80 ° C.
次に、第1グリーンシートと第2グリーンシートを重ね合わせ55kg/cm2の圧力で真空プレスすることによりセラミックグリーンシート積層体を得た。 Next, the first green sheet and the second green sheet were superposed and vacuum pressed at a pressure of 55 kg / cm 2 to obtain a ceramic green sheet laminate.
次に、このコンデンサ素子を形成したセラミックグリーンシート積層体をN2雰囲気で900℃、40分間焼成した。焼成工程における雰囲気の条件は、誘電体層用ペースト,電極層用ペースト,導体ペースト,グリーンシートに含まれる有機樹脂バインダ、有機溶剤を分解させるために、60℃の温水に通したN2を炉内に供給したものとした。 Next, the ceramic green sheet laminate on which this capacitor element was formed was fired at 900 ° C. for 40 minutes in an N 2 atmosphere. The conditions of the atmosphere in the firing process are as follows: dielectric layer paste, electrode layer paste, conductor paste, organic resin binder contained in green sheet, organic solvent contained in green sheet, N 2 passed through warm water at 60 ° C. It was supplied inside.
得られたコンデンサ素子内蔵基板について、コンデンサ素子の電気的な容量を測定した。容量の測定は、測定周波数1kHz、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)を用いて行なった。 With respect to the obtained capacitor element built-in substrate, the electric capacity of the capacitor element was measured. The capacitance was measured using an impedance measuring instrument (model: 4294A precision impedance analyzer, measurement accuracy: ± 0.08%, manufactured by Agilent Technologies) under the conditions of a measurement frequency of 1 kHz and a measurement temperature of 25 ° C.
次に、コンデンサ素子の電極面積および誘電体層の厚みの測定および算出を行った。電極面積は、LTCC基板の断面を鏡面研磨仕上げした後、金属顕微鏡(型式:デジタルHFマイクロスコープVH−8000、KEYENCE社、倍率:50倍)により測定した電極の一辺の長さから算出した。誘電体層の厚みは、LTCC基板の断面を鏡面研磨仕上げした後、金属顕微鏡(型式:デジタルHFマイクロスコープVH−8000、KEYENCE社、倍率:50倍)により測定した。 Next, the electrode area of the capacitor element and the thickness of the dielectric layer were measured and calculated. The area of the electrode was calculated from the length of one side of the electrode measured by a metal microscope (model: Digital HF microscope VH-8000, KEYENCE, magnification: 50 times) after mirror-finishing the cross section of the LTCC substrate. The thickness of the dielectric layer was measured with a metal microscope (model: Digital HF microscope VH-8000, KEYENCE, magnification: 50 times) after mirror-finishing the cross section of the LTCC substrate.
そして、測定によって得られた容量,電極面積,誘電体層の厚みに基づいて比誘電率を算出した。誘電体層の材料の比誘電率は平行平板コンデンサの場合、C=ε0・εr・S/d(C:容量素子の容量、ε0:空気中の誘電率、εr:誘電体層の材料の比誘電率、S:電極面積、d:電極間距離)の関係から与えられる。 The relative dielectric constant was calculated based on the capacitance, electrode area, and dielectric layer thickness obtained by the measurement. In the case of a parallel plate capacitor, the relative dielectric constant of the material of the dielectric layer is C = ε 0 · ε r · S / d (C: capacitance of the capacitive element, ε 0 : dielectric constant in air, ε r : dielectric layer) The relative dielectric constant of the material, S: electrode area, d: distance between electrodes).
形成した貫通導体A,Bに対して得られたコンデンサ素子を内蔵するコンデンサ内蔵多層配線基板A,B(以下、コンデンサ内蔵基板A,Bという)におけるコンデンサの誘電体層の比誘電率を、コンデンサ素子の電極パターンの電極面積に対する値として算出した結果を表2に示す。 The relative dielectric constant of the dielectric layer of the capacitor in the multilayer wiring boards A and B with built-in capacitors (hereinafter referred to as capacitor built-in boards A and B) containing the obtained capacitor elements with respect to the formed through conductors A and B is expressed as Table 2 shows the results calculated as values for the electrode area of the electrode pattern of the element.
表2により、コンデンサ内蔵基板A,Bともに、電極面積が0.16mm2のコンデンサ素子の比誘電率が他の電極面積のものに比べて低下しており、これは導体ペーストの成分が誘電体層へ流入し、電極面積の小さいコンデンサ素子がより流入の影響を受けやすくなっていることを反映していることが分かる。 According to Table 2, the relative permittivity of the capacitor element having the electrode area of 0.16 mm 2 is lower than that of the other electrode areas in both the capacitor built-in substrates A and B. This is because the component of the conductor paste is a dielectric layer. It can be seen that this reflects that the capacitor element having a small electrode area is more susceptible to the inflow.
しかし、同じ電極面積が0.16mm2のコンデンサ内蔵基板A,Bを比較すると、本発明の導体ペーストを使用したコンデンサ内蔵基板Aの方が、従来のコンデンサ内蔵基板Bよりも比誘電率が高くなっており、本発明の導体ペーストが誘電体層の誘電率の低下を抑える働きがあることが分かる。すなわち、本発明の導体ペーストを使用することにより、0.16mm2付近の電極面積をもつ小さなコンデンサ素子を、高い誘電率でもって形成することが可能になることが分かる。 However, comparing the capacitor built-in substrates A and B having the same electrode area of 0.16 mm 2 , the capacitor built-in substrate A using the conductor paste of the present invention has a higher relative dielectric constant than the conventional capacitor built-in substrate B. It can be seen that the conductor paste of the present invention has a function of suppressing a decrease in the dielectric constant of the dielectric layer. That is, it can be seen that by using the conductor paste of the present invention, a small capacitor element having an electrode area near 0.16 mm 2 can be formed with a high dielectric constant.
1・・・誘電体層
2・・・電極層
3・・・LTCC基板
4・・・貫通導体
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