JPH0797535B2

JPH0797535B2 - セラミツク及びこれを用いた回路基体と電子回路基体

Info

Publication number: JPH0797535B2
Application number: JP61197706A
Authority: JP
Inventors: 元男熊谷; 圭一加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-08-23
Filing date: 1986-08-23
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS6353911A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の利用分野］本発明は誘電体磁器基体等の電子材料として利用するこ
とのできるセラミック及びこのセラミックを用いた回路
基体と電子回路基体に関する。

［従来の技術］従来、電子回路基体は、導体回路のみ、導体回路と抵
抗、もしくは導体回路と抵抗と限られた範囲のコンデン
サーを具備して構成され、その他の機能部分は、素子と
して分離して基体に装着されていた。

即ち、例えば、従来の磁器基板においては、導体と抵抗
体の内蔵基板が中心であり、コンデンサーはチップ部品
等としてはんだ付により装着されていた。この為、電子
回路の小型化には限界があった。第11図にその１例を示
す。111は磁器基板、112は導体回路、113は抵抗体、114
はチップコンデンサーである。

近年、同一の磁器基板内で誘電率を変化させる事によ
り、基板内に複数個のコンデンサーを内蔵させようとす
る試みがなされている。

しかしながら、従来、同一基板内に異なった誘電体部分
を形成する方法が非常に難しく、例えば積層セラミック
コンデンサーを作製する場合の煩雑さを考えれば自明で
ある用に、複数個のコンデンサーを内蔵する基板は、未
だ実現乃至実用化されていないのが現状である。また、
高誘電率の部分を限られた構造スペースのなかで動作上
互いに影響を及ぼし合わない程度に素子機能部分として
十分に分離された状態にすることも、重要な技術的課題
となっていた。

更に、この様な電子部品乃至は回路基体にまつわる機能
部分の分離内蔵の問題点は、誘電体磁器に限らず、セラ
ミック内に２つ以上の同種又は異種の機能部分を形成し
ようとする場合に、普く顕現されていた。

［発明の目的及び概要］本発明の第１の目的は、複数の機能部分を十分に分離さ
れた状態で画成して内蔵し得るセラミックを提供するこ
とにある。

本発明の第２の目的は、前述した様に複数の機能部分を
十分に分離された状態で画成して内蔵し得るセラミック
によって構成されることにより、互いに素子機能部分と
して十分に分離された状態で複数の電子部品構成単位を
内蔵し得る回路基体並びに電子回路基体を提供すること
にある。

上記第１の目的は、半導体化剤としてWO₃を含む半導体
磁器の結晶粒界に絶縁層を有する第１の誘電体磁器から
成る第１の領域と、該第１の領域とは半導体化剤の量乃
至種類が異なることにより前記第１の誘電体磁器とは誘
電率の異なる第２の誘電体磁器から成る第２の領域とを
備えることにより、互いに分離した２つ以上の機能部分
を有していることを特徴とする本発明のセラミックによ
って達成される。

上記第２の目的は、前記本発明のセラミックの内部乃至
は周囲に電極を有し、且つ必要に応じて導体、抵抗体及
び絶縁体等のうち少なくとも１種類の機能部分を有して
いることを特徴とする本発明の回路基体、並びに前記本
発明のセラミックの内部乃至は周囲に電極を有し、且つ
必要に応じて導体、抵抗体及び絶縁体等のうち少なくと
も１種類の機能部分が存在し、且つこのセラミック上に
電子回路部品が装着されていることを特徴とする本発明
の電子回路基体によって達成される。

［発明の具体的説明及び実施例］本発明のセラミックを、例えば電子材料セラミックとし
て利用する場合、本発明のセラミック内に形成し得る前
記機能部分として、例えばコンデンサーを構成する誘電
体、あるいは導体、半導体、抵抗体、絶縁体、ダイオー
ド、トランジスター等の電子部品構成単位を例示するこ
とができる。本発明においてこれらの機能部分は、前記
第１の領域又は第２の領域において形成可能であり、ま
た、これらの領域の組み合せ、これらの領域とこれらの
領域以外の領域の組合せ、あるいこれらの領域以外の領
域においても形成可能である。

また、例えば、前記第２の領域を介在させて２つ以上の
前記第１の領域を分離して配置したり、あるいはその逆
に前記第１の領域を介在させて２つ以上の前記第２の領
域を分離して配置したりすれば、前記第１の領域あるい
は第２の領域により構成される２つ以上の機能部分を十
分に分離された状態で形成することができる。また、第
１の領域と第２の領域を共に機能部分として使用するこ
ともできる。

本発明のセラミックの１例として、板状の誘電体磁器基
体について、前記第一の領域及び第２の領域の形状例を
第１図乃至第３図に示す。なお、ここで第１の領域によ
り機能部分が構成されているものとする。第１図乃至第
３図の例において、１は板状誘電体磁器基体、Ａは第１
の領域、Ｂは第２の領域である。

第１図においては、板状誘電体磁器基体１の両主面に到
達する断面矩形の第２の領域Ｂが設けられ、この領域Ｂ
を挟んで、２つの互いに分離された第１の領域A,Aが設
けられている。

第２図の例では、磁器１の両主面の夫々の表層部分に断
面矩形の第２の領域B,Bが設けられ、これらの領域B,Bを
挟んで、２つの互いに分離された第１の領域A,Aが設け
られている。

第３図の例では、磁器１の一方の主面の表層部分に断面
矩形の第２の領域Ｂが設けられ、この領域Ｂを挟んで、
２つの互いに分離された第１の領域A,Aが設けられてい
る。

なお、第１図乃至第３図の例では、第２の領域Ｂを１つ
又は２つ設けているが、これに限定されず、所望する機
能部分（第１の領域）の数に応じて決めることができ、
３つ以上の領域を設けてもよいことは、言うまでもな
い。

また、第２の領域として、夫々前記第１の領域とは半導
体化剤の量乃至種類が異なることにより第１の誘電体磁
器とは誘電率の異なる２つ以上の別種の領域の群を形成
しても良い。

前記第１の領域を、コンデンサーを構成するための誘電
体の領域とする場合、第１の誘電体磁器は、高誘電率で
あることが必要であるが、これを併せて誘電損失や容量
の温度変化率等誘電体自体やコンデンサーを構成した場
合の特性が実用上好ましいものであることが望まれる。

この場合、第１の誘電体磁器の誘電率としては、35,000
以上であることが好ましい。これによって、セラミック
の形状的な条件を入れても、コンデンサー容量として0.
047μＦ程度まで形成し得ることになり、例えばビデオ
回路等に応用した場合、汎用されているセラミックチッ
プコンデンサーのうちの約半数の種類のコンデンサーを
セラミック内に形成し得ることになる。

また、この様に第１の領域を高誘電体領域として利用す
る場合、第１の誘電体磁器の誘電率が第２の誘電体磁器
の誘電率の５倍以上とされていることが好ましい。これ
は、機能部分相互の影響をなくすために要望される性能
であり、誘電率に５倍以上の差をつければ回路の小型化
の点で非常に有利となるためである。

第１の領域を高誘電体領域とする場合、第１の誘電体磁
器としては、SrO及びTiO₂を主成分とするものが好まし
い。このほか、誘電率は低まる傾向にあるが、BaO及びT
iO₂を主成分とするものなどを適用することができる。

SrO及びTiO₂を主成分とする誘電体磁器におけるSrOとTi
O₂の量比は、SrOとTiO₂の合量100モル％に対し、TiO₂5
0.20〜53.50モル％、SrO49.80〜46.50％が最適である。

TiO₂の量が多くなると、即ちSrOの量が少なくなると、
所望する誘電体磁器の誘電率が低下し、誘電損失と誘電
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。TiO₂の量が少なくなると、即ちSrOの量が多く
なると、所望す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。SrO及びTiO₂を主成分とする
誘電体磁器におけるTiO₂とSrOの量比は、これらの誘電
率、誘電損失、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特性をバランス良く最適に発言さ
せるために決定される。

SrO及びTiO₂を主成分とする誘電体磁器においては、Sr
又は／及びTiをより所望する特性を実現させるために他
の元素で置換することもできる。

置換元素としては、Srに対してBa、Ca、Pb、Tiに対して
Zr、Snなどが好適である。

Caは、誘電率の温度係数を小さくし、磁器の焼結性を向
上せしめ並びに各特性を安定化せしめる作用がある。Ca
の好適な置換量は、SrO1モル中CaO0〜0.30モルの割合で
ある。

Baは誘電率を高める作用がある。Baの好適な置換量は、
SrO1モル中BaO0〜0.10モルの割合である。

PbはCaより以上に磁器の焼結性を高める作用があり、製
造プロセス上有利である。

Snは誘電損失（tanδ）を改善する作用を有し、且つ磁
器の焼結性を高める作用もある。

Zrは誘電率の向上に寄与する。

第１の誘電体磁器には、このほかの成分として、磁器の
性質の改良や、特性の安定化などの目的で、例えばMn
O₂、SiO₂、ZnO等の成分を含有させることができる。例
えばMnO₂、SiO₂の好適な含量は以下のとおりである。

0.1 ≦MnO₂≦5.0 0.01≦SiO₂≦2.00 （何れも第１の誘電体磁器の主成分100モル部に対する
モル部） MnO₂、ZnOは磁器を形成するための焼結助剤の役割を有
するものであり、例えばMnO₂の量を主成分100モル部に
対して0.1〜5.0モル部としたのはMnO₂が0.1モル部未満
であると所望するコンデンサーの容量変化率が大きくな
る。5.0モル部を越えると誘電損失が大きくなるためで
ある。

SiO₂は半導体の粒界面改良剤としての作用を有するもの
である。この粒界面改良剤とは、半導体磁器の表面に添
加剤を塗布した後、空気中で焼成し結晶粒界に添加剤を
拡散させる際に、該添加剤の粒界面への拡散を均一にす
ることにより、特性の安定化、均一化を達成することが
できるものである。但し、この様な効果を期待して、Si
O₂を使用す場合に、SiO₂の量が主成分 100モル部に対し0.001モル部未満であると効果が十分に
発現されず、2.0モル部を越えると所望するコンデンサ
ーの誘電率が低下し、好ましくない。

本発明の特徴の１つは、第２の領域を構成する第２の誘
電体磁器を、第１の領域とは半導体化剤の種類乃至量が
異なることにより誘電率の異なる磁器とすることにあ
る。従って、第２の誘電体磁器は第１の誘電体磁器とは
半導体化剤を除く成分の種類及び量をほぼ等しくするこ
ともできるし、あるいは一部乃至全部の成分について異
ならしめることもできる。

しかし、第１及び第２の誘電体磁器を一体の構造物とし
てのセラミック中に存在させるためには、その界面にお
いて反応性を有することが必要であると共に、逆に接合
部で変形したり、強度分布が大幅に変化したり、応力が
内包されたりしない様反応性を余り大きくしない様にす
ることが望ましい。

本発明は磁器の電気的特性が半導体化剤の微量の変化に
よっても大幅に変り得るという性質を利用したものであ
り、これによってセラミック内における機能部分の分離
を可能ならしめた。例えば後記参考例においても詳しく
述べられている様に、WO₃の量を１％前後で微量変化さ
せた場合において、誘電率は数百から数万のオーダーの
間で極めて著しく変化することが確認された。従って、
磁器の組成を大幅に変えることなしに誘電率の異なる領
域を画成して同一セラミク内に内蔵させることができ
る。

このような効果は、WO₃に種類の異なる半導体化剤を組
合せて用いた場合にも同様に現われる。

WO₃と組み合わせて用いることのできる半導体化剤とし
ては、例えばＹ、Dy、La、Nb、Sb、Ta、Ce、Nd、Cd、A
l、Pr₂O₃、ThO₂、Pm₂O₃、Sm₂O₃、Eu₂O₃、Lu₂O₃、Tb
₂O₃、Tm₂O₃、Yb₂O₃、などの１種又は２種以上である。

これらの半導体化剤は、WO₃と組合せて、第１の誘電体
磁器中又は／及び第２の誘電体磁器中に含有される。ま
た、第２の誘電体磁器中に含まれる半導体化剤をWO₃以
外のもののみにすることができる。

第１の誘電体磁器と第２の誘電体磁器との誘電率を異な
らしめる具体的な態様は以下のとおりである。

・同種（２種以上の場合において各々が同種である場合
を含む）の半導体化剤を用いてその量を調整する。

・異種（２種以上の場合において少なくとも１種が異な
る場合を含む）の半導体化の度合の異なる半導体化剤を
用いる。この場合、量も調整することができる。

第１の領域を高誘電体化するために好適な磁器の組成の
例を以下に示す。

（１）TiO₂50.20〜53.50モル％及びSrO49.80〜46.50モ
ル％から成る主成分100モル部に対し、MnO₂0.1〜5.0モ
ル部（より好ましくは3.0〜5.0モル部）、並びにWO₃0.0
5〜0.30モル部含有されている磁器形成組成物。

（２）TiO₂50.20〜53.50モル％及びSrO49.80〜46.50モ
ル％から成る主成分100モル部に対し、MnO₂0.1〜5.0モ
ル部（より好ましくは3.0〜5.0モル部）、WO₃0.05〜0.3
0モル部、並びにSiO₂0.01〜2.00モル部含有されている
磁器形成組成物。

本発明のセラミックを製造する方法の１例を以下に説明
する。なお、ここでは前記第１の領域の半導体磁器を構
成する磁器形成組成物をC₁及び前記第２の領域を構成す
る磁器形成組成物をC₂とする。

この製造例は、第６図に示される様な工程によって行な
うことができる。

即ち、第４図に示す金型11に取り去る事の可能な仕切板
12を設け、13,14にC₁を充填し、15にC₂を充填し仕切板
を取り去る。そして加圧成形を行う。ここで成形体は第
５図に示す。21,22はC₁、23はC₂の各粒子群で充填され
ている。この成形体を１次焼成してC₁の部分を半導体化
し、次いで例えば、かくして得られた半導体磁器の表面
に結晶粒界への拡散成分となる添加剤を塗布して２次焼
成してC₁で構成される半導体磁器の結晶粒界に絶縁層を
形成して誘電体磁器化する。

１次焼成は、水素と窒素の混合ガス、水素とアルゴンの
混合ガス等の還元雰囲気あるいは窒素、アルゴン等の中
性雰囲気中、より好ましくは還元雰囲気中、望ましくは
1320〜1450℃で焼成して半導体磁器を得る。

２次焼成は、酸化雰囲気中で1100〜1300℃で行なうのが
望ましい。

添加剤としては、半導体磁器の結晶粒界に絶縁層を形成
するための従来公知の添加剤何れをも使用することがで
きる。例えば、マンガン、ビスマス、バナジウム、鉛、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アスタチン、ア
ンチモン、タリウム等の酸化物のほか、特に本発明にお
いて好適に用いられるのは、酸化ホウ素及び酸化ナトリ
ウムであり、これらを用いた場合良好な結果が得られ
る。添加剤は、焼成の結果としてこれら酸化物の形態を
とればよく、半導体磁器表面に供給するときは、例えば
酸化物、窒化物、炭酸塩等の形態でよい。

本発明のセラミックの一形状例を第７図（ａ）（平面
図）、第７図（ｂ）（第７図（ａ）のＡ−Ａ断面図）に
示した。

第７図（ａ），（ｂ）に示したセラミックは、板状の誘
電体磁器１の内部に複数の高誘電率の領域71,71,71,…
が画成されており、これらの領域が低誘電率の領域72,7
2,72,…によって互いに分離された状態になっている。

次に、本発明の回路基体は、本発明のセラミックの内部
乃至は周囲に少なくとも電極を有し、且つ必要に応じて
導体、抵抗体及び絶縁体等のうち少なくとも１種類の機
能部分を有していることを特徴としている。

本発明の回路基体の構成例として、同一要素を同一符号
で表わすと、第８図に示した回路基体は、第７図
（ａ），（ｂ）に示したセラミックの夫々の高誘電率の
領域の両主面に例えば銀ペースト等導電ペーストによる
厚膜などにより構成された一対の電極群81,81′,81,8
1′,81,81′を有している。

また、第９図に示した回路基体の例は、第８図に示した
回路基体に、更に例えばガラス等の絶縁体ペーストのス
クリーン印刷などにより必要に応じて設けられるビアホ
ール部分91を残して形成された絶縁層92,92′、ビアホ
ール91内及び絶縁層上に印刷された導体回路部分92…及
び抵抗体部分94を備えている。

更に、本発明の電子回路基体は、本発明のセラミックの
内部乃至は周囲に電極を有し、且つ必要に応じて導体、
抵抗体及び絶縁体等のうち少なくとも１種類の機能部分
が存在し、且つこのセラミック上に電子回路部品が装着
されていることを特徴としている。

同一要素を同一符号で表わすと、例えば第10図に示した
電子回路基体は、第９図に示した回路基体は、導体回路
部分93に接続されたフレキシブルプリントICチップ101
及び102を装着している。

以下に参考例、実施例を示して本発明を更に詳しく説明
する。

参考例１〜27 下記表１の組成の圧粉体（径16mm、高さ0.7mm）を作製
し、1320℃、４時間大気中で焼成し、次いで1300℃、２
時間、水素10％、窒素90％の還元雰囲気中で焼成して半
導体磁器を作製した。次いで、該磁器を表１に示す成分
の粒界絶縁剤にドブ浸けし、酸化雰囲気中1300℃、２時
間焼成して半導体磁器の結晶粒界に絶縁層を形成した。

かくして得られた誘電体磁器に銀ペーストを塗布、900
℃、30分間焼付けして１対の電極を形成し、誘電体磁器
の誘電率を測定した。結果を表１に示した。

表１から明らかな様に、半導体化剤の量乃至種類を変え
ることにより、誘電率が極めて大きな変化を示すことが
分かる。

実施例１〜９第６図に示した工程説明図に従い、前記表１に示した参
考例１〜27の誘電体磁器形成組成物のうち、高誘電率の
組成物（C₁）と低誘電率の組成物（C₂）として表２に示
した組合せを用い、第４図に示した金型11に仕切板12を
立て、空隙13,14にC₁、空隙15にC₂を充填した後、参考
例１〜27と同じ条件にて半導体化し、表１に示されたC₁
に用いた前記粒界絶縁剤と同じものを用い、同じ焼成条
件にて粒界絶縁層を形成し、第５図に示した様に低誘電
率の領域23を介在して互いに離隔した２つの高誘電率の
領域21,22を有するセラミックを作製した。

かくして得られたセラミックの高誘電率の領域21,22の
両主面に参考例と同様にして電極を形成して、コンデン
サー特性を測定した。結果を表２に示した。

以上から明らかな様に、本発明のセラミックによれば、
複数のコンデンサー機能部分を充分に分離された状態で
有し得る。

［発明の効果］本発明のセラミックによれば、複数の機能部分を十分に
離れた状態で内蔵し得る。

また、本発明の回路基体並びに電子回路基体によれば、
前述した様に複数の機能部分を充分に分離された状態で
画成して内蔵し得るセラミックによって構成されること
により、互いに素子機能部分として充分に分離された状
態で複数の電子部品構成単位を内蔵し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、夫々本発明のセラミックにおける
第１の領域及び第２の領域の形状例を示した模式的断面
図である。第４図は、実施例で使用した、本発明のセラミックを製
造するための金型の模式的斜視図であり、第５図はこの
金型による成形体を原料として製造されたセラミックの
模式的斜視図であり、第６図はこのセラミックの製造の
工程説明図である。第７図（ａ）は、本発明のセラミックの構成例を示した
平面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）中Ａ−Ａ断面図で
ある。第８図及び第９図は、夫々本発明の回路基体の構成例を
示した模式的断面図であり、第10図は本発明の電子回路
基体の構成例を示した模式的断面図である。第11図は従来の磁器基板の模式的断面図である。Ａ…第１の領域、Ｂ…第２の領域、71,71,71…高誘電率
部分、72,72,72…低誘電率部分、81,81′…電極、91…
ビアホール、92…絶縁体、93…導体回路、94…抵抗体、
101,102…チップ部品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 1/16 Ａ 7726−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体化剤としてWO₃を含む半導体磁器の
結晶粒界に絶縁層を有する第１の誘電体磁器から成る第
１の領域と、該第１の領域とは半導体化剤の量乃至種類
が異なることにより前記第１の誘電体磁器とは誘電率の
異なる第２の誘電体磁器から成る第２の領域とを備える
ことにより、互いに分離した２つ以上の機能部分を有し
ていることを特徴とするセラミック。
【請求項２】第１の誘電体磁器が誘電率35,000以上とさ
れている特許請求の範囲第（１）項記載のセラミック。
【請求項３】第１の誘電体磁器の誘電率が第２の誘電体
磁器の誘電率の５倍以上とされている特許請求の範囲第
（１）項記載のセラミック。
【請求項４】第１及び第２の誘電体磁器が共にSrO及びT
iO₂を主成分としている特許請求の範囲第（１）項記載
のセラミック。
【請求項５】半導体化剤としてWO₃を含む半導体磁器の
結晶粒界に絶縁層を有する第１の誘電体磁器から成る第
１の領域と、該第１の領域とは半導体化剤の量乃至種類
が異なることにより前記第１の誘電体磁器とは誘電率の
異なる第２の誘電体磁器から成る第２の領域とを備える
ことにより、互いに分離した２つ以上の機能部分を有し
ているセラミックの内部乃至は周囲に電極を有し、且つ
必要に応じて導体、抵抗体及び絶縁体等のうち少なくと
も１種類の機能部分を有していることを特徴とする回路
基体。
【請求項６】第１の誘電体磁器が誘電率35,000以上とさ
れている特許請求の範囲第（５）項記載の回路基体。
【請求項７】第１の誘電体磁器の誘電率が第２の誘電体
磁器の誘電率の５倍以上とされている特許請求の範囲第
（５）項の記載の回路基体。
【請求項８】第１及び第２の誘電体磁器が共にSrO及びT
iO₂を主成分としている特許請求の範囲第（５）項記載
の回路基体。
【請求項９】半導体化剤としてWO₃を含む半導体磁器の
結晶粒界に絶縁層を有する第１の誘電体磁器から成る第
１の領域と、該第１の領域とは半導体化剤の量乃至種類
が異なることにより前記第１の誘電体磁器とは誘電率の
異なる第２の誘電体磁器から成る第２の領域とを備える
ことにより、互いに分離した２つ以上の機能部分を有し
ているセラミックの内部乃至は周囲に電極を有し、且つ
必要に応じて導体、抵抗体及び絶縁体等のうち少なくと
も１種類の機能部分が存在し、且つセラミック上に電子
回路部分が装着されていることを特徴とする電子回路基
体。
【請求項１０】第１の誘電体磁器が誘電率35,000以上と
されている特許請求の範囲第（９）項記載の電子回路基
体。
【請求項１１】第１の誘電体磁器の誘電率が第２の誘電
体磁器の誘電率の５倍以上とされている特許請求の範囲
第（９）項記載の電子回路基体。
【請求項１２】第１及び第２の誘電体磁器が共にSrO及
びTiO₂を主成分としている特許請求の範囲第（５）項の
記載の電子回路基体。