JPH08274469A - 多層セラミック基板の作製方法 - Google Patents

多層セラミック基板の作製方法

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JPH08274469A JP8026757A JP2675796A JPH08274469A JP H08274469 A JPH08274469 A JP H08274469A JP 8026757 A JP8026757 A JP 8026757A JP 2675796 A JP2675796 A JP 2675796A JP H08274469 A JPH08274469 A JP H08274469A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化のために、薄い誘電体セラミック・グ
リーンシートを用いた多層セラミック基板を作製する方
法を提供する。 【解決手段】 本発明の方法によれば、可融性金属粒子
自己支持電極層12を形成し、これら電極層を薄いグリ
ーンシート10,11の間に介在させたアセンブリを焼
結することによって、集積キャパシタのような多層基板
を形成することができる。この方法は、薄いグリーンシ
ートに流動性導電性インクまたはペーストをスクリーン
印刷する必要がなく、グリーンシートのゆがみ、そり、
弱体化を避けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子応用のための
キャパシタのような多層セラミック積層体の作製に関
し、特に、多層セラミック積層体ユニットを形成するた
めの、複数の誘電体セラミック・グリーンシートと、こ
れらの間に挿入された導電性電極層とによる積層体の作
製に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品の小型化と電気的容量増大の必
要性が高まるにつれ、作製上の問題と性能上の問題が生
じてきた。例えば、小型化のためには、導電層の間にさ
らに薄い絶縁セラミック・グリーンシート層を使用する
ことが必要となる。
【0003】厚さが約7.62×10-2mm(約3ミ
ル)未満の薄いグリーンシート層は、流動性導電性イン
クまたは導電性ペースト組成物でスクリーン印刷される
際に、薄いグリーンシートがかなりゆがみ、機械的強度
を失うので、従来の作製方法で多層セラミック積層体に
加工するのが困難であり、また、弱められ、ゆがめら
れ、あるいは反ったグリーンシートを積層して信頼でき
る多層セラミック基板にするのは極めて困難である。
【0004】従来のグリーンシート技術を用いて内部キ
ャパシタを有する多層セラミック積層体を作製すること
は、よく知られている。このような積層体およびそれら
を作製する方法を開示する米国特許第4868711
号、第4956744号、第5019200号、第50
46236号、第5072329号、第5304274
号明細書を参照されたい。
【0005】一般に、既に知られた方法は、セラミック
添加物を含むことのできる、流動性導電性金属インクま
たは導電性ペースト組成物を、誘電体グリーンシート上
にスクリーン印刷して電極層を形成する工程を含む。し
たがって、使用される誘電体グリーンシートが厚さ約
7.62×10-2mm(約3ミル)未満であるならば、
そのような方法は、前述したゆがみおよび反りの問題を
生じる。
【0006】米国特許第5072329号明細書は、多
層セラミック容量性デバイスを開示している。このデバ
イスでは、セラミック金属介在インクが、支持セラミッ
ク・グリーンシート層に印刷された導電性電極インク層
の上下に印刷され、多層キャパシタを形成する。この多
層キャパシタでは、各印刷された導電性電極層が、2つ
の印刷された介在層間に挟まれている。介在層は、その
一方の側のプリント電極層と、他方の側の成型誘電体セ
ラミック層との両方に対し良好な結合特性を有してい
る。プリントされた介在層の目的すなわち機能は、セラ
ミック・グリーンシート層とプリント導電性金属層との
両方に親和性を与えて、積層剥離を阻止することであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、成型された
導電性電極層を間に挟んで、約7.62×10-2mm
(約3ミル)未満の厚さの薄いグリーンシート層を1枚
以上有する複数の成型された誘電体セラミック・グリー
ンシート層よりなる多層セラミック・キャパシタ積層体
の作製において、そのような薄いグリーンシート層に電
極層を形成するために用いられる流体導電性インクまた
は導電性ペースト組成物を施す際に、一般に遭遇する機
械的強度の損失とゆがみを回避する新規な方法を提供す
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、好適にはセラ
ミックすなわち絶縁相と、樹脂性バインダー材と、電極
層を導電性にするためのモリブデンのような粒子状導電
相とを含む組成物の、可融性の薄い自己支持層としての
導電性電極層を予め形成することによって前述した問題
と欠点を回避する。より好適には、誘電体セラミック・
グリーンシートに用いられるのと同じセラミック材を用
いて電極層を形成して、最終積層体の焼結および焼成の
際に誘電体絶縁層と電極層が融合するようにする。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に示される、特定の層のアセ
ンブリを参照すると、複数の誘電体絶縁セラミック・グ
リーンシートは、コージェライト・ガラス、アルミナ等
のような一般的なセラミック組成物およびバインダー材
から通常の方法で成型される。グリーンシートのいくつ
か、例えば外側グリーンシート10は、約12.7×1
-2〜20.32×10-2mm(約5〜8ミル)の普通
の厚さに成型されるが、他の内側グリーンシート11
は、好適には7.62×10-2mm(3ミル)未満、例
えば約5.08×10-2mm(約2ミル)の厚さを有す
る薄い層として成型される。
【0010】また、複数の導電性セラミック−金属電極
層12は、セラミック(例えばコージェライト・ガラ
ス、アルミナ等)と、導電性金属(例えばモリブデン、
タングステン、銅)と、有機または無機のバインダー材
とを含む組成物から、通常のグリーンシート技術で成型
される。電極層12は、層11と同じ厚さを有するのが
好適である。即ち、約7.62×10-2mm(約3ミ
ル)未満、好適には約5.08×10-2mm(約2ミ
ル)である。
【0011】自己支持ソリッド層10,11,12は、
図1に示される構造にアセンブルされて積層される。図
1のアセンブルされたシート10,11,12は、圧力
を加えながら加熱することによって積層される。一般
に、加熱工程は、有機バインダー組成物を軟化するのに
十分な温度である約60〜90℃の範囲内で行われる。
一般に、加圧工程は、軟化した誘電体グリーンシート1
0,11に導電性電極層12を押圧するのに十分な圧力
である約35.1〜351kg/cm2 (約500〜5
000ポンド/平方インチ(psi))で行われる。圧
力は、通常、約30〜120秒間加えられる。温度、圧
力および時間は、バインダー組成物の構成により幾分異
なる。したがって、上記した温度、圧力および時間は、
本発明の適当な応用のための指針と考えられるべきであ
り、適切に調整することができる。積層体は、焼成され
て、多層セラミック基板が作製される。この基板に、例
えば導電性金属−ガラス・フリットを設け、および焼結
温度まで加熱することにより、終端コンタクト13を設
けて、最終のキャパシタ14を形成する。図2に示され
るように、キャパシタ14は、薄いグリーンシート層1
1の焼結により作られた絶縁性誘電体セラミック組成物
の薄い層によって互いに近接して離間され、封止された
薄い電極層12を有している。さらに、終端電極の代わ
りに、あるいは終端電極に加えて、バイアを用いること
ができる。バイアは、終端に用いられるI/Oパッドま
たはピンのために備えられている。
【0012】予め形成された薄い電極層12の使用は、
薄いグリーンシート層11をパターニングまたはスクリ
ーン印刷することの必要性を回避する。したがって、薄
いグリーンシート層11は、導電性インクまたは導電性
ペーストに接触しないので、ゆがむことも、反ること
も、弱くなることもない。応用によっては、セラミック
積層体のゆがみと剥離を避けるために処理中に注意を働
かせなければならないが、導電性金属粒子のみで作られ
た電極層を有することが望ましいこともある。電極層1
2は、約16体積%〜約80体積%、最も好適には約5
0体積%のモリブデン、タングステンまたは銅のような
導電性金属粒子と、約84体積%〜約20体積%、最も
好適には約50体積%のコージェライト・ガラス(最大
10体積%のノン−コージェライト・ガラスを任意に含
むことができる)のような誘電体セラミックとからなる
可融性のセラミック−金属粒子組成物から成型するのが
好適である。しかしながら、電極層の金属含有量は、上
述したように、約16体積%の下限と約100体積%の
上限との間で変化する。さらに、焼成工程の際に完全に
燃え尽きる少量の有機バインダー材および基剤が、グリ
ーンシート層および電極層の形成のために含まれてい
る。
【0013】図3の実施例によれば、積層体15は、終
端電極が積層体の端部ではなく表面に設けられて作製さ
れている。誘電体層16および一つ置きに置かれた電極
層17は、積層されて多層アセンブリを形成する。バイ
ア18は、外側誘電体層を通って所望の電極層17にま
で延びており、電導性ペースト19で充填され、外側誘
電体層16の表面にピン20およびI/Oパッド21の
ような表面端子を与える。
【0014】端部電極が用いられないので、図3の電極
層17が積層体15の端部まで延びる必要がないことは
明らかである。
【0015】種々のセラミック材が、本発明の方法に有
用である。これらのセラミック材の中で、いくつか例を
挙げれば、アルミナ、ムライト、ガラス・セラミック、
窒化アルミニウムがある。しかしながら、好適な材料
は、アルミナAl2 3 である。また、本発明での使用
に好適なのは、Kumarらの米国特許第430132
4号、第4413061号明細書に開示されているガラ
ス・セラミック材である。これらの開示は、本明細書中
で参照され、取り入れられる。Kumarらの特許に開
示されたガラス・セラミックの内、好適なガラス・セラ
ミックは、リチア輝石タイプのガラス・セラミックおよ
びコージェライト・タイプのガラス・セラミックであ
る。これらの焼結されたガラス・セラミックの共通の特
徴は、特に、約1000℃以下での優れた焼結性および
結晶化と、低誘電率である。アルミナ・セラミックの焼
結温度は、約1400℃以上である。基板の焼結温度
は、当業者によく知られているように、基板に用いられ
るセラミック材により調整されなければならない。
【0016】本発明が、多層セラミック基板を作製する
ために通常用いられるすべての種々のセラミック組成物
に基づく誘電体セラミック・グリーンシートおよびセラ
ミック−金属電極シートの多層セラミック積層体に適用
可能であることは、当業者に明らかである。
【0017】以上の説明は本発明の単なる例示であると
理解すべきである。本発明から逸脱することなく、種々
の変更と変形を当業者は考えることができる。したがっ
て、本発明は、特許請求の範囲内の全てのそのような変
更と変形を含むことを意図している。
【0018】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 (1)セラミック・グリーンシート層により多層セラミ
ック基板を作製する方法において、(a)複数の誘電体
セラミック・グリーンシート層を形成する工程と、
(b)可融性金属粒子とバインダー材とを含む複数の自
己支持導電性電極層を形成する工程と、(c)前記電極
層を隣接する前記グリーンシート層の組の間に配置し
て、前記グリーンシート層および電極層をアセンブルす
る工程と、(d)前記アセンブルしたグリーンシート層
および電極層を焼成して焼結し、多層セラミック基板を
形成する工程と、を含む方法。 (2)前記多層セラミック基板は、1つ置きに置かれた
電極層の組が各々異なる端子に接続されているキャパシ
タである上記(1)に記載の方法。 (3)前記グリーンシート層の少なくとも1つは、約
7.62×10-2mm(約3ミル)未満の厚さを有する
薄いグリーンシート層である上記(1)に記載の方法。 (4)前記電極層は、約0〜84体積%のセラミック材
粒子と、約100〜16体積%の導電性金属粒子とを含
む上記(1)に記載の方法。 (5)前記電極層は、アルミナ粒子と、モリブデン、タ
ングステンおよび銅を含むグループより選ばれた導電性
金属粒子との混合物を含む上記(4)に記載の方法。 (6)前記電極層は、約16〜80体積%の金属粒子
と、約84〜20体積%のセラミック材粒子とを含む上
記(1)に記載の方法。 (7)前記電極層は、約50体積%の金属粒子と、50
体積%のセラミック材粒子とを含む上記(6)に記載の
方法。 (8)前記電極層は、約7.62×10-2mm(約3ミ
ル)未満の厚さを有する上記(1)に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】積層と焼成のために用意された、複数の誘電体
セラミック・グリーンシートと、間に挿入された複数の
自己支持電極層との概略断面図である(説明のため分離
された状態で図示してある)。
【図2】図1の層を積層および焼成し、その後に通常の
方法で終端コンタクトを取り付けることによって作製さ
れた多層セラミック・キャパシタの概略断面図である。
【図3】誘電体層と電極層を交互に積層し、その後にバ
イアを形成して導電性ペーストでバイアを充填すること
によって作製された多層セラミック・キャパシタの概略
断面図である。
【符号の説明】
10 外側グリーンシート 11 内側グリーンシート 12 電極層 13 終端コンタクト 14 キャパシタ 15 積層体 16 誘電体層 17 電極層 18 バイア 19 導電性ペースト 20 ピン 21 I/Oパッド
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 1/09 7511−4E H05K 1/09 B (72)発明者 ジョン・ポウル・ガウチ アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州 ワッピンガーズ フォールズ スプリッ ト ツリー ドライブ 32 (72)発明者 ディネシュ・ガプタ アメリカ合衆国 12603 ニューヨーク州 ポケプシー マロニー ロード 510 アパートメント ピー8 (72)発明者 ロバート・アンソニー・リタ アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州 ワッピンガーズ フォールズ シェアウ ッド フォレスト 49エフ (72)発明者 ロバート・ジェイ・サリヴァン アメリカ合衆国 12569 ニューヨーク州 プレザント ヴァレイ ボックス 524 アール・アール3(番地なし)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック・グリーンシート層により多層
    セラミック基板を作製する方法において、(a)複数の
    誘電体セラミック・グリーンシート層を形成する工程
    と、(b)可融性金属粒子とバインダー材とを含む複数
    の自己支持導電性電極層を形成する工程と、(c)前記
    電極層を隣接する前記グリーンシート層の組の間に配置
    して、前記グリーンシート層および電極層をアセンブル
    する工程と、(d)前記アセンブルしたグリーンシート
    層および電極層を焼成して焼結し、多層セラミック基板
    を形成する工程と、を含む方法。
  2. 【請求項2】前記多層セラミック基板は、1つ置きに置
    かれた電極層の組が各々異なる端子に接続されているキ
    ャパシタである請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記グリーンシート層の少なくとも1つ
    は、約7.62×10-2mm(約3ミル)未満の厚さを
    有する薄いグリーンシート層である請求項1記載の方
    法。
  4. 【請求項4】前記電極層は、約0〜84体積%のセラミ
    ック材粒子と、約100〜16体積%の導電性金属粒子
    とを含む請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】前記電極層は、アルミナ粒子と、モリブデ
    ン、タングステンおよび銅を含むグループより選ばれた
    導電性金属粒子との混合物を含む請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】前記電極層は、約16〜80体積%の金属
    粒子と、約84〜20体積%のセラミック材粒子とを含
    む請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】前記電極層は、約50体積%の金属粒子
    と、50体積%のセラミック材粒子とを含む請求項6記
    載の方法。
  8. 【請求項8】前記電極層は、約7.62×10-2mm
    (約3ミル)未満の厚さを有する請求項1記載の方法。
JP08026757A 1995-03-28 1996-02-14 多層セラミック基板の作製方法 Expired - Fee Related JP3079031B2 (ja)

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US08/412,405 US5655209A (en) 1995-03-28 1995-03-28 Multilayer ceramic substrates having internal capacitor, and process for producing same
US412405 1995-03-28

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