JPH0236510A

JPH0236510A - コンデンサ内蔵磁器基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0236510A
Application number: JP18646588A
Authority: JP
Inventors: Masato Nagano; 長野　正登; Michiaki Sakaguchi; 坂口　道明; Akira Nakachi; 中地　章
Original assignee: Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1988-07-26
Publication date: 1990-02-06

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】（産業上の利用分野）本発明は、２種以上の誘電率を有し、複数個の粒界絶縁
型半導体磁器コンデンサを内蔵し、各種の電子回路用基
板あるいは基体として用いることができる磁器基板の製
造方法に関するものである。

（従来の技術）近年、電子機器の小型化の動きが活発である。

このなかで、磁器基板は、その表面上に厚膜法または薄
膜法によって形成された導体回路、抵抗などを有し、さ
らにチップ形態のコンデンサおよびインダクタンスなど
を実装している。しかし、この基板はその役割がただ単
に前記電子部品類を載せることにあるため、いわば電気
機能的には空間となっており、この空間内すなわち基板
内に前記電子部品の一部を移すことによ）て、さらに小
型化を計る試みが行われている。具体的な例として、誘
電体シートを多層化することによりコンデンサを基板内
に内蔵させて小型化する技術が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、誘電体シートを多層化したタイプのコンデンサ
内蔵基板は、誘電体シートと電極材料とを交互に積層し
て多層化するため、工程が煩雑になるとともに、内蔵コ
ンデンサ相互間の容量（以下クロス容量という）が大き
いため信号の漏洩量を無視出来ないという問題点を有す
る。すなわち、コンデンサ内蔵基板を、基板内に複数個
のコンデンサがそれぞれ電気的に十分に分離された状態
で、しかも簡便な方法で形成することは、従来全（困難
であった。

本発明の目的は、誘電率の高い粒界絶縁型半導体磁器か
らなる複数個のコンデンサが、それぞれ電気的に十分に
分離され、さらに機械的強度の低下がな（、かつ形状的
なゆがみのない状態で内蔵されている磁器基板の製造方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、２種以上の誘電率を有し、複数個の粒界絶縁
型半導体磁器コンデンサを内蔵する磁器基板を製造する
に当り、第１段階として、Ｔｉ０７４９．５〜５４．０
モル％およびＳｒＯ５０．５〜４６．０モル％からなる
主成分１００モル部に対し、ＭｎＯ□０．５〜５．３モ
ル部およびｙ２ｏ３０．０２〜０．４０モル部を含有す
る高誘電率組成物からなる成形体の主表面上に、八ｌ　
！０１５０．０〜９９．９モル％とＭｎＯ，およびＺｎ
Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５０．
０〜０．１モル％とからなる低誘電率用組成物を、複数
個の領域が画成されるように供給し；第２段階として、
前記低誘電率用組成物を前記成形体の内部に拡散させ；
第３段階として、結晶粒界を絶縁することを特徴とする
コンデンサ内蔵磁器基板のの製造方法に関するものであ
る。

本発明方法の好適例では、拡散を焼成により行う。この
場合には拡散に特別な工程を必要とせず、通常粒界絶縁
型磁器基板の製造上必要とされる焼成工程の中で拡散が
実現されるという利点がある。

ここに「低誘電率用組成物」とは、高誘電率成形体を低
誘電率に変えるために加えられる組成物を意味するもの
とする。また「組成物」とは、混合物のほかに化合物を
包含するものとする。

次に本発明を図面を参照して例について説明する。

第１図は本発明方法によって製造したコンデンサ内蔵磁
器基板の断面図であり、第２図は第１図のコンデンサ内
蔵磁器基板に電極を取り付ける前の、２種の誘電率を有
する粒界絶縁型半導体磁器基板の断面図である。第１図
および第２図において、１はコンデンサとして用いられ
る高誘電率領域であり、２は内蔵コンデンサ相互間の容
量を低下させるための低誘電率領域であり、３はコンデ
ンサの電極であり、６は粒界絶縁型半導体磁器基板であ
る。

コンデンサとして用いられる高誘電率領域１において、
その誘電率は１５０００以上であれば実用可能であり、
より好ましくは３５０００以上である。

３５０００以上であれば、例えばビデオ回路などにおい
て汎用されている回路基板の場合には、基板内に０．０
４７μＦ程度まで形成し得ることになり、実装されてい
るコンデンサの約半数を基板に内蔵させることができる
。

また、コンデンサの性能としては誘電率のほかに誘電損
失（ｔａｎδ）、誘電率の温度特性、絶縁抵抗などの良
好なものが求められている。また磁器基板としてはｎ械
的強度が必要である。

本発明方法によって形成される高誘電率領域ｌを形成す
る組成物は、Ｔｉ０７４９．５〜５４．０モル％および
ＳｒＯ５０．５〜４６．０モル％からなる主成分１００
モル部に対し、Ｍｎ０ｚ　０．５〜５．３モル部および
Ｙ２Ｏ。

０．０２〜０．４０モル部を含有する高誘電率半導体磁
器組成物であり、その結晶粒界は、常法によって焼成す
る際に旧ｔＣｈ、Ｃｕｂ、　ＰｂＯなどを添加すること
によって絶縁されているものからなっている。その性能
は、（１）誘電率：　３５０００〜１４００００（２）　ｔ
ａｎδ：２％以下（３）誘電率の温度変化：±１５％（温度範囲一２５°
Ｃ〜＋８５℃）（４）絶縁抵抗＝７α００　ＭΩ以上であり、極めて良好な誘電特性を有している。

この半導体磁器の原料である高誘電率組成物の主成分で
あるＴｉＯ□およびＳｒＯは、固溶体などの複合酸化物
、ＴｉＯ□およびＳｒＯそれぞれの単独酸化物、あるい
はこれらの混合物として組成物中に存在することができ
る。組成物中におけるＴｉＯ□とＳｒＯとの量比を、Ｔ
ｉ０ｚ　４９．５〜５４．０モル％に対しＳｒＯ５，５
〜４６．０モル％としたのは、ＴｉＯ□量が多くなると
、すなわちＳｒＯ’ＦＪが少な（なると、得られる誘電
体磁器の誘電率が低下し、誘電損失および誘電率の温度
変化が大きくなり、しかも磁器の絶縁抵抗が減少するか
らである。また、Ｔｉ０ｚｔｔが少なくなると、すなわ
ちＳｒＯ量が多くなると、得られる誘電体磁器の誘電率
が低下し、誘電率の温度変化が大きくなるからである。

本発明方法で使用する高誘電率組成物中におけるＴｉ０
ｚｆｆｉとＳｒＯ量との比は、生成する半導体磁器の誘
電率、誘電損失（ｔａｎδ）、誘電率の温度変化、磁器
の絶縁抵抗、半導体化能といった所望の特性をバランス
良く最適に発現させることができるように決定する。

前記高誘電率組成物中のＭｎＯ２は磁器を形成するため
の焼結助材の役割を存するものであり、その使用量を前
記ＴｉＯ□およびＳｒ（＋からなる主成分１００モル部
に対して０．５モル部以上に限定したのは、ＭｎＯ２が
０，５モル部未満であると得られる誘電体磁器の誘電率
が低下するとともに誘電率の温度変化が太き（なるから
である。ＭｎＯ２量を前記ＴｉＯ□およびＳｒＯからな
る主成分１００モル部に対して５．３モル部以下に限定
したのは、ＭｎＯ，が５．３モル部を越えると誘電損失
の増加が顕著となるためである。

前記高誘電率組成物中のＹ２Ｏ，は原子価制御剤として
作用し、磁器の半導体化に効果を有するものであり、そ
の使用量は前記ＴｉＯ□およびＳｒＯから成る主成分１
００モル部に対し０．０２モル部以上に限定したのは、
Ｙ２Ｏ２が０．０２モル部未満であると磁器の半導体化
が不十分となり、誘電率が低下するためである。Ｙ２Ｏ
３Ｗｋを前記ＴｉＯ□およびＳｒＯからなる主成分１０
０モル部に対して０．４０モル部以下に限定したのは、
Ｙ２Ｏ３が０．４モル部を越えると誘電率が低下し、誘
電損失が大きくなるためである。

上述の組成を有する高誘電率領域を複数個の領域に分離
するために、第１図に示すように低誘電率領域２を基板
内に設けるが、以下にその方法について第３〜５図を参
照して説明する。

先ず、第１段階として： ■）誘電率が３５０００以上の高誘電率組成物からなる
成形体４を押出成形法、ドクターブレード法などにより
得る。

２）第３図に示すように、成形体４の主表面（好ましく
は表および裏の対向する両面）の所定部分に、上述の低
誘電率用組成物を、これにエチルセルロース、溶剤など
を加えて得たペースト５として塗布する。この場合に、
ペーストの塗布幅としては０．１＋＋＋ｍ以上、望まし
くは０．２ｍｍ以上が必要とされる。

次いで、第２段階として：３）成形体中および塗布ペースト中のバインダー成分を
除くために大気中６００〜１２００°Ｃで仮焼する。

４）この仮焼体を水素と窒素との混合ガス、水素とアル
ゴンとの混合ガスなどの還元性雰囲気、あるいは窒素、
アルゴンなどの中性雰囲気中において、１３２０〜１４
５０°Ｃで焼成して半導体磁器を得る。

またこの過程で、塗布したペースト５中の低誘電率用組
成物は成形体の内部に拡散し、半導体磁器基板６が生成
する（第４図参照）。

しかる後に、第３段階として：５）この半導体磁器の結晶粒界を絶、禄するため、例え
ば重量比がＢｉｚＯｚ／ＣｕＯ／エチルアルコール＝０
．７１０．３／１０またはＰｂＯ／エチルアルコール＝
　１／１０である懸濁液にドブ漬けした後に、大気中に
て１１００°Ｃ〜１３００°Ｃで焼成する。これにより
ペースト５を塗布した部分は低誘電率磁器２となり残り
の部分は高誘電率磁器１である。かくして、高誘電率磁
器１と低誘電率磁器２とからなる粒界絶縁型半導体磁器
基板６が得られる。

この後、粒界絶縁型半導体磁器基板６の主表面の所望の
場所にＡｇ、八１１．　ＡＩ＋　Ｎｉ＋　Ｃｕ、　Ｚｎ
、　Ａｇ−Ｐｄなどの電極３を焼き付けることにより、
コンデンサを形成する。

なお、低誘電率化の確認は、隣り合ったコンデンサ間の
容量、すなわちクロス容量を測定することにより行うこ
とができる。

また、本発明方法により得られる磁器基板の基板として
の強度は、高誘電率領域のみの場合より著しく向上する
。

上述のように、本発明方法により内蔵コンデンサとして
の特性が良好で、クロス容量が大幅に低減しかつ機械的
強度が良好な基板を製造することができる。

（作　用）粒界絶縁後に高誘電率の半導体磁器を形成する高誘電率
組成物からなる成形体の表面上に塗布される八ｆｆｉ　
□０３５０．０〜９９．９モル％とＭｎ０ｚおよびＺｎ
Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５０．
０〜０．１モル％とからなる低誘電率用組成物の作用を
以下に説明する。

前記高誘電率組成物からなる成形体にＡ　ｌ　ｚ（ｈを
添加した場合には、Ａ２□０３の添加量の増加とともに
半導体磁器の結晶粒径は小さくなり、体積抵抗率は増大
し、その結果誘電率は顕著に低下する。つまり、Ａｌ２
Ｏ３の存在により、高誘電率組成物は選択的に低誘電率
組成物に転化する。

次に、Ａ　ｌ　ｇｏ３５０．０〜９９．９モル％とＭｎ
ＯｚおよびＺｎＯからなる群から選ばれた少な（とも１
種の成分５０．０〜０．１モル％とからなる低誘電率用
組成物を高誘電率組成物からなる成形体に塗布し、次い
で粒界絶縁型半導体磁器の通常の工程に従い、空気中焼
成により脱バインダー後に、中性または還元性の雰囲気
中で焼成することにより、Ａｊ２ｚＯｉは磁器内部へ拡
散し、拡散域は低誘電率領域に転化する。この際、同時
に塗布されるＭｒｉＯ□およびＺｎＯはそれ自体磁器内
部に拡散するとともに、Ａ　ｌ　２０３の拡散を促進す
る作用を有する。さらに、ＭｎＯ□およびＺｎＯは低誘
電率領域の機械的強度を顕著に向上させる効果を有する
。つまり、ＭｎＯ□およびＺｎＯからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の成分は、Ａｆ２Ｏｆｆの拡散を助長
して低誘電率領域を形成するとともに、低誘電率領域の
機械的強度を顕著に向上させる作用を有し本発明におい
てＡｆｆｉ□０３と併用される必要不可欠な成分である
。

低誘電率用組成物における組成の数値限定理由は次の通
りである。Ｍｎ０ｇおよびＺｎＯからなる群から選ばれ
た少なくとも１種の成分が、５０．０モル％を超えた場
合には、高誘電率から低誘電率への転化が鈍くなるとと
もに、曲げ強度で代表される機械的強度が顕著に低下す
る。逆に、０．１モル％未満では、Ａ　ｌ　２０３の拡
散が磁器内部まで進行しないため高誘電率から低誘電率
への転化が顕著に鈍くなるとともに、機械的強度の向上
が認められないので好ましくない。

所要の塗布量は成形体の厚さによって変化し、厚くなる
ほど塗布量が増加するが、通常多用されている回路磁器
基板の厚さは最大で１．６ｍｍまでであるので、塗布面
積当り２０ｍｇ／ｃｍ”以下の塗布量で十分である。２
０■／ｃｍ”を超えて塗布した場合には、機械的強度が
大幅に低下するので好ましくない。

（発明の効果）本発明方法によれば、２種以上の誘電率を有する領域か
らなる磁器基板が得られるので、複数個のコンデンサ部
をそれぞれ電気的に十分に分離された状態で内蔵させる
ことができ、従って回路基板、ひいては電子機器の小型
化および高性能化に大きく貢献することができる。

また、拡散により低誘電率化した領域は、高誘電率領域
より機械的強度がさらに増大しており、製造工程での破
損などの不良発生を軽減することもできる。

（実施例）次に本発明を実施例および比較例について説明する。

第１表に示す組成になるように各原料を秤取し、湿式ボ
ールミルで１２時間粉砕混合し、乾燥した。

この混合物にメチルセルロースを加え、押出成形により
それぞれ第２表に示す厚さの成形体を得た。

この成形体を１８．８＋ｎｍ　Ｘ　１２．５ｍｍの大き
さに打ち抜いた。成形体の表および裏の両面に第３図に
示すように、成形体４の中央位置で成形体の短辺に平行
に、第２表の「成形体への塗布物」の欄に示す比率に調
製した粉末と、エチルセルロースと、溶剤とからなるペ
ーストを、上記粉末の量すなわち塗布量が成形体におけ
る塗布面積当り、第２表に示す値（■／ｃｍ”）になる
ように１．２ｓ幅で塗布した。なお、比較のために塗布
をしない試料も用意した。

バインダー成分を除（ために大気中で９００°Ｃにおい
て２時間仮焼した。次いで、水素１０容量％と窒素９０
容量％とからなる雰囲気中で、１４００“Ｃにおいて４
時間焼成し、約２０％焼結収縮した半導体磁器を得ると
ともに、前記塗布物を磁器内部へ拡散させた。この半導
体磁器を重量比でＢｉｔＯｚ／ＣｕＯ／エチルアルコー
ル＝０．７１０．３／１０の懸濁液にドブ漬は後、１２
５０°Ｃ１３０分間空気中にて焼成して結晶粒界に絶縁
層を形成させた。

このようにして得た第４図に示す半導体磁器基板６のコ
ンデンサ部として用いられる高誘電率領域１の両面に、
第５図に示すような形状で、ＩＩの間隔を置いてＡｇ電
極３を焼き付けた。

次に、コンデンサ部の特性として、容量（ｎＦ）、見掛
けの誘電率、ｔａｎδ（％）、絶縁抵抗（ＭΩ）および
容量の温度変化率を測定した。なお、容量の温度変化率
とは、２５°Ｃの値を基準として求めた一２５℃〜＋８
５°Ｃの温度範囲における容量の変化率である。

なお、コンデンサ部の電気的な分離の状態を求めるため
に、同一平面上に位置する電極間の容量すなわち、コン
デンサ間の容量（クロス容ｆｉｔ）（ｐＦ）を測定した
。

また、半導体磁器基板について、第４図のＡおよびＢで
示す線上に沿って切断し、幅２鴫、長さ１５ｍｍの試験
片を切り出し、第６図に示すように試験片を配置して３
点曲げ試験を行い、曲げ強度を測定した。

これらの測定結果を第２表に示す。なお、第２表におい
て＊印は比較例を示し、他のものは実施例を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により製造したコンデンサ内蔵磁器
基板の１例の断面図、第２図は第１図のコンデンサ内蔵磁器基板に電極を焼き
付ける前の粒界絶縁型磁器基板の断面図、第３図は本発
明方法において成形体に低誘電率用成分または組成物を
供給した段階を示す斜視図、第４図は本発明方法におい
て低誘電率用組成物を成形体の内部に拡散させた段階を
示す斜視図、第５図は第２図のコンデンサ内蔵基板の一
部の斜視図、第６図は曲げ試験における試験片の配置を示す斜視図で
ある。１・・・高誘電率領域（高誘電率磁器、コンデンサ部）
２・・・低誘電率領域（低誘電率磁器）３・・・電極４・・・成形体（高誘電率組成物からなる成形体）５・
・・ペースト（低誘電率用組成物を含有するペースト）６・・・粒界絶縁型半導体磁器基板

Claims

【特許請求の範囲】

１．２種以上の誘電率を有し、複数個の粒界絶縁型半導
体磁器コンデンサを内蔵する磁器基板を製造するに当り
、ＴｉＯ＿２４９．５〜５４．０モル％およびＳｒＯ５０
．５〜４６．０モル％からなる主成分１００モル部に対
し、ＭｎＯ＿２０．５〜５．３モル部およびＹ＿２Ｏ＿
３０．０２〜０．４０モル部を含有する高誘電率組成物
からなる成形体の主表面上に、Ａｌ＿２Ｏ＿３５０．０
〜９９．９モル％とＭｎＯ＿２およびＺｎＯからなる群
から選ばれた少なくとも１種の成分５０．０〜０．１モ
ル％とからなる低誘電率用組成物を、複数個の領域が画
成されるように供給し、前記低誘電率用組成物を前記成形体の内部に拡散させ、しかる後に結晶粒界を絶縁することを特徴とするコンデンサ内蔵磁器基板の製造方法。
２．前記拡散を焼成により行う請求項１記載の方法。