JPH01166599A - 積層セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ９発明の目的 産業上の 本発明は誘電率の高い誘電体材料を内蔵した大容量コン
デンサを有する低温焼成の積層回路セラミック基板の製
造方法に関する。

ＬＬへ１１ 電気回路基板としてセラミックを多層化しその各層に導
体配線を、又各層を接続するスルーホールやビヤホール
を有する多層回路セラミック基板が使用されている。こ
の回路基板においては、コンデンサ部品は通常チップコ
ンデンサと呼ばれるコンデンサ素子を回路基板の表面に
はんだ付けされ使用される。しかしながら、回路基板の
表面は限られたものであり、表面には半導体素子、抵抗
素子や表面配線導体もあるので、基板が大きくなってし
まう、これらの素子を内蔵できれば、基板は小型化でき
、又高集積化できる。そこで内部に高い誘電率を有する
誘電体層を使用した高容量コンデンサを内蔵化した積層
基板が報告されている。この場合誘電体層以外の絶縁体
層には誘電率が１５以下の低誘電率材料が使用される。

そうしないとクローストークの問題や信号分配部分の信
号の伝播遅延の問題が生ずる為である。

が　゛　しよ゛と　る關 これ等の基板の誘電体材料としては一般に鉛を含むプロ
ブスカイト構造の材料を使用するが焼成後、内蔵誘電体
材料の誘電率が内蔵化しないで誘電体単独で焼成した場
合よりかなり小さくなってしまう問題があった。これは
同時焼成する際に、誘電体材料中に絶縁材料の成分が拡
散したり、又逆に誘電体材料の成分が絶縁材料中に拡散
する為であるが、さらに焼成過程で誘電体材料に液相が
生ずるのでその拡散が加速されてしまうからである。

例えば米国特許第４，５６７．５４２によれば上記のよ
うな絶縁材料に内蔵された誘電体材料は最も大きもので
３．０００程度であり、これは内蔵せずに誘電体のみで
焼成した場合に得られる１０．０００〜２０．０００に
比較するとかなり小さくなっていることがわかる。

口　発明の構成 ロ　　　　゛　るための 本発明は（１）酸化鉛を主成分とする高誘電率材料を仮
焼してなる内蔵された誘電体層と、誘電率が１５以下の
低誘電率絶縁層とを含みこれ等を一体的に１１００℃以
下の温度で同時焼成する過程において、該誘電体層中に
液相の生じないことを特徴とする積層セラミック基板の
製造方法及び （２）高誘電率材料を熱示差分析計の吸熱ピーク温度よ
りも少なくとも７０℃以上の高温度で仮焼してなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項の積層セラミック基
板の製造方法からなる。

本発明者等は高誘電率材料を内蔵させかつその誘電率の
減少を防止するため種々研究の結果本発明に至ったもの
である。すなはちコンデンサを内蔵した場合に誘電率が
減少するのは、前述したように誘電体材料及び絶縁体材
料の成分の拡散によるもので、さらにその拡散は誘電体
材料中に生ずる液相により加速されるからである。よっ
て本発明では誘電体材料に焼成の過程で液相が生じない
製造方法を使用するものである。液相が生じるかどうか
は、ＤＴＡ（示差熱分析）により確認できる。

昇温の過程で液相が生じる場合は吸熱ピークが出るし、
降温過程で発熱ピークがでる場合もある。

種々研究の結果この液相は、誘電体材料の合成が充分性
はれていないと生じ易いことがわかった。つまり、一般
に誘電体材料は焼結に先だって、必要な各成分の原材料
を混合、粉砕した後仮焼をすることによって前もって合
成するが、この合成が不十分だと液相が生じ易い、従っ
て本発明を具体化するには仮焼温度を従来より高くする
か、仮焼時間を長くして合成を充分に良くするのが必要
である。

合成が充分かどうかは上記のように仮焼材料をＤＴＡ分
析で確認すれば良い、又、高誘電体材料及び絶縁体材料
間の成分の相互拡散によるコンデンサーの誘電率の減少
を防止するためには高誘電率層と低誘電率層間にさらに
高誘電率層の中間層を設けることで改善を図ることがで
きる。

使用する誘電体材料の組成としては、Ｐｂ（Ｆｅｔｚ３
．Ｎｂ２ｚｓ）−（Ｆｅｔ／２．Ｗｘｚｚ）０３系に代
表されるｐｂ系へロブスカイト組成物が使用される。こ
れは焼成温度が１１００℃以下と低い為に同時焼成され
る電極の材料にＡｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ等の低融点金属
が使用できるので酸化雰囲気焼成できるためである。つ
まり焼成温度が高いとＷや１４ｏ等の高融点金属しか使
用できず、これ等の金属は酸化し易いので還元雰囲気で
しか焼成できず、この雰囲気では誘電体材料も還元され
て使用できなくなるからである。一方ＰｄやＰｄ含量の
多い金属を電極材料に使用すれば、酸化雰囲気でも高温
で焼成できるがＰｄが高価な為と導通抵抗が大きくなる
ので回路基板用の導体材料としては使用できない。

絶縁材料としては誘電体と同時焼成されるので１１００
℃以下で焼成できるものが使用される。又上記の信号の
伝播遅延の問題があるので誘電率は１５以下のものが使
用される。

例えば硼珪酸ガラスや、さらには数種類の酸化物（例え
ばＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ，Ａｌ２０ｇ、Ｐｂ
Ｏ。

に２０．Ｎａ２Ｏ，ＺｎＯ，Ｌｉ２Ｏ，ＺｒＯ２，Ｔｉ
Ｏ２等）を含むガラスとアルミナ、石英、ムライト、コ
ージェライト、スピネル等の混合物を原料とするものが
、挙げられるが、その他８００〜１１００℃で焼成でき
るものであれば何でも良い。

積層基板を得るにはグリーンシートを使用したシート積
層法やシート印刷積層法を利用するのが好ましい、シー
ト積層法の場合を第１図で説明する。第１図は説明の便
宜上全工程を一つの図面で示しである。

先ず低誘電率材料用の原料混合粉を使用してドクターブ
レード法により成形し、厚み０゜１〜０．５１程度の低
誘電率グリーンシート１を得る。これに必要な配線パタ
ーン２を、Ａｇ。

Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ等の８００〜１１００℃で焼成可能な
導　　。

体材料ペーストを使用してスクリーン印刷する。又、他
の導体層との接続には打ち抜き金型やパンチングマシー
ンで低誘電率グリーンシート１に形成された０、２〜０
．５ｍｍΦのスルーホール３を通じて行うようにし、導
体ペースト４を充填する。

以上と同様な方法で得られた厚み３０〜４００μｍ程度
の高誘電率材料よりなるグリーンシート５にコンデンサ
形成用電極６と必要なスルーホール３や配線パターンを
形成する。さらにその下に配線パターンを印刷した低誘
電率グリーンシート１を積層した後、８０〜１５０”Ｃ
，５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で熱圧着し一体化す
る。そして８００〜１１００℃の焼成温度で焼成しコン
デンサ内蔵セラミック基板を得る。

第１図に示すようにＲｕＯ２系や旧２Ｒｕ２０７系等の
抵抗体７を焼成後の基板に通常の厚膜法により形成し、
必要によっては基板内部、表面上に基板と同時焼成によ
り得ることも可能である。

１創１ 以下実施例並びに比較例について本発明の詳細な説明す
る。単位は重量％で示す。

実施例１ １４５０℃で溶散、水中急冷して作成したＣａＯ１８，
２％、ＡｌａＯｓｌｇ、２％、５ｉＯｚ５４．５％、Ｂ
＊０３９．１％　ノｆｆｉ成を持つ平均粒径３〜３．５
μ嘗のガラス粉末６０％と平均粒径１．２μ■のアルミ
ナ粉末４０％の混合物に、溶剤（トルエン）、バインダ
ー（アクリル樹脂）可塑剤（ＤＯＰ）を加え、十分に混
練して粘度２，０００〜４０，０ＯＯＣＰＳのスラリー
を作成し、通常のドクターブレード法を用いて厚み０．
４ｍｍの第２図に示す低誘電率材料のグリーンシート８
を作成した。このグリーンシート８を９００℃で焼成し
た基板の特性は、誘電率ε、＝７．８嵩比重＝２．９．
熱膨張係数・５゜３Ｘ　１０−６／　”Ｃ１抗析強度＝
　２４００ｋｇ／ａｍ２であった。このグリーンシート
８を３０ｍｍ角に切断した後０．３ｍｍΦのスルーホー
ル３を形成した後、Ａｇ９０％、ＰｄｌＯ％ノ混合粉末
に有機バインダー（エチルセルローズ）と溶剤（テルピ
ネオール）を加えて作成した導１体材料ペースト４をス
ルーホール３に充填し、同時導体ペーストを使用して配
線パターン２を印刷した。

ＰｂＯ，Ｆｅ２Ｏ３，Ｎｂ２０ｇ、　ＷＯＳ、　ＺｎＯ
を所定量秤量した後、湿式粉砕し乾燥する。乾燥原料を
８５０℃で仮焼し、湿式粉砕な後、乾燥する。

上記と同様の方法で１００μｍ厚の高誘電率グリーンシ
ート９を作成した。このグリーンシート９を３０ｍｍ角
辷切話した後、両面の相対する位置に、上記導体ペース
ト４を使用して２０１角の電極６をスクリーン印刷した
。第２図に示した構造になるように、印刷を終了した低
誘電率グリーンシート１と高誘電率グリーンシート５を
積層した後、１００℃、１００ｋｇ／ｃ鳳２で熱圧着し
た６通常の電気式バッチ炉を使用して９００℃、３０分
間酸化雰囲気焼成した。得られた容量は１１０ｎＦで高
誘電率材料の誘電率はε、　＝４，２００ａｔ　１ｋＨ
２であった。使用した誘電体材料の仮焼物をＤＴＡで分
析したとろ第３図に示したように液相の発生を示す昇温
過程での吸熱ピークがみられず、焼成過程では液相が発
生しないとことを示している。同様な構造を８００℃で
仮焼した誘電体材料を使用して作成したところ、得られ
た誘電率は４，１００で上記実施例とほぼ同様だった。

またＤＴＡによる誘電体材料の分析結果では、液相は発
生していなかった。

比較例１　実施例１と同様の構造を持ち１組成は実施例
と同じ誘電体材料を７５０℃で仮焼したものを使用して
作成した。得られた容量は８０ｎＦで誘電率は３．００
０で低かった。使用した誘電体材料の原料を５℃／■ｉ
ｎの昇温速度で昇温しＤＴＡで分析したところ第４図に
示したように７３０℃に昇温過程で吸熱ピークがあり液
相が発生することを示していた。このようにＤＴＡで示
される液相発生の有無と内蔵し逅誘電体の誘電率との間
に強い関係のあることがわかり少なくとも仮焼温度はＤ
ＴＡの吸熱ピーク温度より７０℃高くする必要のあるこ
とがわかった。

実施例２６ 市販のアルミノ鉛ホウケイ酸ガラス（ＰｂＯ−Ａｌ２Ｏ
３−８ｉ０２−Ｂ２０１系）を粉砕して作成した平均粒
径３〜３．５μｍのガラス粉末５０％と平均粒径１．２
μｍのアルミナ粉末５０％の混合物を実施例１と同様の
方法で０．４ｍｍ厚のグリーンシートを９００℃で焼成
した基板の特性は、誘電率ε、　＝７．５．嵩比重＝　
２．９５．熱膨張係数＝５．５　Ｘ　１０−６／　’Ｃ
１抗析強度＝　２，２００ｋｇ／ｃｍ２であった。

第５１！Ｉに示すようにこの低誘電率グリーンシートｌ
を３０重■角に切断した後０．３ｍｍΦのスルーホール
３を形成した後、実施例１で作成したＡｇ−Ｐｄ導体ペ
ースト４をスルーホール３に充填し、同じ導体ペースト
を使用して配線パターン２を印刷した。実施例１で作成
した８５０℃で仮焼した高誘電率材料グリーンシートを
３０ｍｍＸ　３０ｓ＋ｍに切断した後、実施例１で作成
したＡｇ−Ｐｄ導体ペーストを使用して２０ｍｍ角のコ
ンデンサ用電極６を印刷した。このように電極を印刷し
た高誘電率グリーンシート５、印刷していない高誘電グ
リーンシート（中間層）８、低誘電率グリーンシート１
を積層した後、１００℃、１００ｋｇ／ｃ鳳２条件で熱
圧着し一体化し６９００℃で同時焼成してコンデンサー
内蔵基板を作成した。焼成後高誘電率層（中間層）８は
高誘電率層５と低誘電率層１との間の相互拡散を減少す
るため中間層として設けたものである。得られた基板の
内蔵コンデンサーの容量は１４０ｎＦで高誘電率層５の
誘電率は４．８００だった。

比較例２ 比較例１で使用した７５０℃で仮焼した誘電体材料を使
用して実施例２の積層基板を作成した。得られた誘電体
の誘電率は３．４００で実施例２に比較するとかなり小
さかった。

ハ９発明の効果 本発明は酸化鉛を主成分とする高誘電率材料を内蔵した
コンデンサと誘電率が１５以下の低誘電率の絶縁層から
なる積層セラミック基板においてその同時焼成時の過程
でコンデンサ中に液相を生じないために、従来よりはる
かに高い容量（誘電率）を有する内蔵コンデンサが得ら
れるものである。このため小型、高集積回路のセラミッ
ク基板が得られる効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第５は本発明の積層セラミック基板の
一実施例である。第３図、第４図は示差熱分析（ＤＴＡ
）による昇温過程での一般的温度と示差熱の関係を図示
したものである。第３図は発熱、吸熱のみられない本発
明の場合を、第４図は液相が生じ吸熱ピークが発生して
いる比較例の場合を示す。 １、低誘電率グリーンシート　２．配線パターン３．ス
ルーホール　４．導体ペースト　５．高誘電率グリーン
シート６、コンデンサ形成用電極７、抵抗体　８．高誘
電率グリーンシート（中間層）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化鉛を主成分とする高誘電率材料を仮焼してな
   る内蔵された誘電体層と、誘電率が１５以下の低誘電率
   絶縁層とを含みこれ等を一体的に１１００℃以下の温度
   で同時焼成する過程において、該誘電体層中に液相の生
   じないことを特徴とする積層セラミック基板の製造方法
2. （２）高誘電率材料を熱示差分析計の吸熱ピーク温度よ
   りも少なくとも７０℃以上の高温度で仮焼してなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項の積層セラミック基
   板の製造方法