JPH0296318A - 粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、２種以上の誘電率を有し、複数個のコンデン
サを内蔵する種々の電子回路用基板あるいは基体に用い
ることができる粒界絶縁型半導体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等を
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って、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問題点） しかし、誘電体シートを多層化したタイプのコンテンサ
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を、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く、かつ形状的
なゆがみのない状態で内蔵させることのできる磁器基板
の製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１段階として、５ｒＴｉＯ，を主成分とし
原子価制御剤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、＾１２０３５５〜９９．９モル％と、Ｔ
ｉＯ□４５〜０．１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
する粒界絶縁型半導体磁器の製造方法である。

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り、第２図
は第１図の磁器基板においてコンデンサとして用いる部
分に電極が形成されているコンデンサ内蔵磁器基板の断
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ｌにふいて、
その誘電率は１５０００以上とするのが好ましい。この
場合にはセラミックの厚さが変化したとしても、コンデ
ンサ容量として１０００ｐＦ以上のものを形成すること
ができ、汎用されているセラミックチップコンデンサの
内のかなり多くの種類のコンデンサを磁器内に形成する
ことができる。

また、コンデンサを構成する磁器としては誘電率のほか
に誘電損失（ｔａｎδ）、温度特性などの性能が良好な
ものが求められている。それらを満足するものとして５
ｒＴｔＯｓを主成分とする粒界絶縁型半導体磁器が知ら
れている。

Ｓｒｔ＋Ｏｓを主成分とする粒界絶縁型半導体磁器の構
成成分として、Ｙ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２０５．　
ＷＯｓ　オ、Ｊ、　ＣＦＬａ、０．をはじめとするラン
タン系列元素酸化物からなる群から選ばれた少なくとも
１種の原子価制御剤が用いられる。さらに、高誘電率を
得るには、磁器の結晶粒子径を大きくする必要があるが
、そのために適当な添加剤を加えることも行われる。

ＭｎＯ□、　Ｃｕｂ、　Ｓｉｎ□、　ＺｒＯ２などの添
加剤はその例である。

一方、主成分の５ｒＴｉＯ３については、その温度特性
、誘電率、誘電損失などの大きさを調整するために、Ｓ
ｒ対Ｔ１の比を１：１から若干変化させたり、Ｓｒの一
部をＣａおよびＢａで置換することも可能である。

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１５０００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０．１ｍｍ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℃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℃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縁するため、例えば
重量比がＢ＋２［１３／Ｃ’υ０／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である懸濁液等にドブ漬けした後に、大気中
にて１１００℃〜１３００℃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。

なお、粒界絶縁型半導体磁器基板６の主表面上の所望の
場所にＡｇ、　Ａｕ、　ＡＩ、　Ｎｉ、　Ｃｕ、　Ｚｎ
、　Ａｇ−Ｐｄ、　Ａｇ−ＰＬ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ことができる。

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、著しく強度が
向上する。

上述のように、本発明方法によりコンデンサとしての特
性が良好で、クロス容量の大幅な低減を示すコンデンサ
を内蔵させることができ、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磁器を形成する成形体の所定の表
面上に塗布されるＡ１２（］３３５５〜９９．９モルと
ＴｉＯ２４５〜０．１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。

まず、本低誘電率用組成物を塗布物とした場合には、塗
布物の特徴として塗布の有無により焼結後の収縮率が大
きく変化しない点を挙げることができる。これにより、
焼結体としての形状的なゆがみは例えばＡ１□０３およ
びＳｉＯ□の混合物を塗布物とした場合よりも顕著に軽
減され、優れた寸法安定性が得られる。

前記高誘電率組成物からなる成形体にＡｌ２Ｏ３を添加
した場合には、そ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、Ａｌ２Ｏ３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を転化
する。

次に、Ａ１□０３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、塗布物は磁器内部
へ拡散し、拡散域は低誘電率領域に転化する。但し、Ａ
ｌ２Ｏ３の磁器内部への拡散速度は比較的遅いため、成
形体（すなわち磁器）の厚さが厚い場合には、磁器内部
への拡散が不十分となり誘電率の低下も鈍化する。つま
り、Ａ１□０．を成形体表面に塗布することは、成形体
（すなわち磁器）の厚さがさほど厚くない場合、例えば
磁器の厚さが０．６ｍｍ以下程度の場合に有効である。

これに対し、Ａ１２０３５５〜９９．９モル％、ＴｉＯ
２４５〜０．１モル％からなる低誘電率用組成物を塗布
した場合には、磁器の厚さがおよそ０．６ｍｍを超えて
も更に誘電率が顕著に低下する。つまり、ＴｌＯ２は、
それ自体、磁器内部へ拡散するとともに、ＡＩ、０３の
成形体内部への拡散を促進する作用を有する。

また、ＴｌＯ２は、低誘電率領域およびその近傍の機械
的強度を顕著に向上させる効果を有する低誘電率用組成
物における組成の数値限定理由は次の通りである。Ｔｉ
Ｏ２が４５，０モル％を超えた場合には、高誘電率から
低誘電率ぺ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、Ａ１ｚＯ＋の磁器内部への拡散促進効果が
低下し、磁器の厚さが厚い場合には、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
向上が認められなくなるので好ましくない。

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１．６鮒までであるので、塗布面積
当り２０ｍｇ／　ｃｍ３以下の塗布量で十分である。２
０ｍｇ／　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、＾１２０．とＴｉ口２とを併用した場合には、拡
散により低誘電率化した領域およびその近傍は、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。

加えて、低誘電率用組成物を塗布拡散させた部分つまり
低誘電率領域と高誘電率領域との焼結時の収縮率がほぼ
等しいため、形状的なゆがみが少なく、厚膜工程での位
置決め精度なども、通常のＡｌ２Ｏ３基板と同等である
。

（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。

次に空気中１１５０℃、５時間で仮焼後、湿式ボールミ
ルで１８時間粉砕した。この混合物を乾燥後、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　ｍｍ　Ｘ
　１２．５　ｍｍ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表に示すように、成形体４の中央位
置で形成体の短辺に平行に、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、上記粉末の量が成形
体における塗布面積当り、第２表に示す値（ｍｇ／　ｃ
ｍ”）になるように１．２ａ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℃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℃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８１３口。／Ｃｕｂ／エチルアルコール＝
０．７１０．３／１０の懸濁液にドブ漬は後、１２５０
℃、３０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ｌの両面に、
第５図に示すような形状で、１ｍ１１１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！（ｎＦ）、見掛
けの誘電率、ｔａｎ　δ（％）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℃の値
を基準として求めた一２５℃〜＋８５℃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（クロス容量）
　（ｐＰ）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２１１１１１１、長さ１５
＋ｎ＋ｎ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
。

また、成形体（１８，８ｍｍ　ｘ　１２．５　ｍｍ）の
短辺の長さ１２．５＋ｎｍに対し、焼き上がった磁器基
板の高誘電率領域および低誘電率領域における対応する
長さ（ｍ＋ｎ）　　（第４図にふいてそれぞれ１．ｂよ
びβ２で示す）を測定し、次式により焼結による収縮率
を求めた。

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

夏土嚢

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により製造した粒界絶縁型半導体磁
器基板の１例の断面図、 第２図は第１図の磁器基板を用いたコンデンサ内蔵磁器
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成分または組成物を成形体の
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・・・低透電率領域（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（低誘電率用成分または低誘電率用組成物
を含有するペースト） ６・・・半導体磁器基板（粒界絶縁型半導体磁器基板）
Ａ、Ｂ・・・試験片を切り出した際の切断ライン１１、
Ｒ２・・・焼結後の長さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　ＳｒＴｉＯ＿３を主成分とし原子価制御剤を含有
   する高誘電率組成物からなる成形体の主表面上に、Ａｌ
   ＿２Ｏ＿３５５〜９９．９モル％と、ＴｉＯ＿２４５〜
   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 ことを特徴とする粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法
   。
2. ２．　前記拡散を焼成により行なう請求項１記載の方法
   。