JPH09139320A - 複合積層セラミック部品 - Google Patents

複合積層セラミック部品

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JPH09139320A
JPH09139320A JP29802695A JP29802695A JPH09139320A JP H09139320 A JPH09139320 A JP H09139320A JP 29802695 A JP29802695 A JP 29802695A JP 29802695 A JP29802695 A JP 29802695A JP H09139320 A JPH09139320 A JP H09139320A
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JP
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dielectric constant
constant layer
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low dielectric
layer
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JP29802695A
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Shigeo Furukawa
成男 古川
Masahiro Hiraga
将浩 平賀
Ryo Kimura
涼 木村
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/16Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4644Manufacturing multilayer circuits by building the multilayer layer by layer, i.e. build-up multilayer circuits
    • H05K3/4673Application methods or materials of intermediate insulating layers not specially adapted to any one of the previous methods of adding a circuit layer
    • H05K3/4676Single layer compositions

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  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高誘電率層が低誘電率層で挟着され、さらに
内部導体を含む複合積層セラミック部品において、各層
材料の混合物から成る中間層を形成することなく、界面
剥離及びクラックの発生を抑制した複合積層セラミック
部品を提供する。 【解決手段】 低誘電率層の主成分であるホウケイ酸マ
グネシウムガラス100重量部に対し、高誘電率層材料
を4〜30重量部混合する。さらに前記ガラスの組成は
MgO=60〜69%、SiO2=4〜18%、B23
=12〜26%、MO(MはCa,Sr,Baの少なく
とも一種以上)=5〜15%とし、高誘電率層の主成分
としてBi系誘電体セラミックスを用いることによっ
て、各層の熱挙動を近づける。これにより前記の中間層
を設けることなく、クラック及び剥離を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は異種材料を複合化し
た複合部品に関し、特に焼成収縮挙動及び熱膨張率の異
なった配線パターン形成用低誘電率層材料とコンデンサ
あるいは共振器形成用高誘電率層材料を積層、一体焼結
化した複合積層セラミック部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、多機能化にと
もなってその内部に用いられる電子部品にも軽薄短小化
が求められている。そのため、限られた面積のセラミッ
ク基板上に抵抗体や配線パターンなどをより高密度に印
刷したり、あるいはチップ部品をより高密度に集積する
といった方法をとっていた。
【0003】しかし、従来の高密度化方法では部品の小
型化及び部品を実装する基板の小型化に限界がある。さ
らに、特に高周波用部品では配線パターンを緻密にする
ことによってノイズやライン間の容量が発生し易くな
り、ひいては品質の低下を招くといった問題がある。
【0004】そこで、基板内部にコンデンサや共振器を
設けた構造を持つ新しい複合積層セラミック部品が開発
されつつある。その一例としては、(図1)のようにコ
ンデンサあるいは共振器形成用の高誘電率層2,3を配
線パターン形成用の低誘電率層1,4で挟み込み、導体
層5,6,7,8を含んだ構成をとったものが挙げられ
る。しかしながら、異種積層体を一体焼成することによ
って得られる(図1)のような複合積層セラミック部品
においては、低誘電率層と高誘電率層の焼成挙動及び熱
膨張率の相違により、両者の界面で剥離が生じたりある
いは内部に生じる歪によりそれぞれの層にクラックが生
じ易いなどの問題があった。
【0005】このような低誘電率層と高誘電率層の界面
での剥離及びそれぞれの層におけるクラックを防ぐた
め、例えば特公平5−13524号では各層の間に各層
の材料の混合物から成る中間層を設けることにより前記
の剥離及びクラックを防いでいる。しかし、この方法に
おいては部品の機能発現のためには本来必要のない中間
層を形成しなければならないため、工数が増加する。さ
らに、部品の小型化を図る上での障害となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明では前記低誘電
率層と高誘電率層の間に各層の材料の混合物から成る中
間層を形成することなく、低誘電率層と高誘電率層の界
面の剥離あるいは各層でのクラックの発生を抑制した複
合積層セラミック部品を提供することを目的とするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、高誘電率層が
低誘電率層で挟着され、さらに内部導体を含む複合積層
セラミック部品において、前記低誘電率層がホウケイ酸
マグネシウムガラス100重量部に対し、高誘電率層成
分を4〜30重量部添加した組成から成ることを特徴と
する。
【0008】また、高誘電率層成分はBi系誘電体セラ
ミックスであり、低誘電率層組成の主成分は重量%で、
MgO=60〜69%、SiO2=4〜18%、B23
=12〜26%、MO(MはCa,Sr,Baの少なく
とも一種以上)を5〜15%含むことを特徴とする。
【0009】さらに、MgO/(SiO2+B23)が
1.9〜2.2であることを特徴とする。
【0010】本発明によれば、高誘電率層の組成に対し
て低誘電率層の組成を最適化することにより、低誘電率
層と高誘電率層の間に各層の材料の混合物から成る中間
層を設けることなく、焼成体の異種材料積層界面におけ
る剥離及び各層におけるクラックの発生を抑制し、信頼
性が高く安定した複合積層セラミック部品を得ることが
できる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、高誘電率層が低誘電率層で挟着された構造を有し、
かつ導体層を含む複合積層セラミック部品において、前
記低誘電率層がホウケイ酸マグネシウムガラス100重
量部に対し、高誘電率層成分を4〜30重量部添加した
組成から構成したものであり、この構成により前記複合
積層セラミックスを焼成した時、異種材料積層界面にお
ける剥離及び各層におけるクラックの発生を抑制する作
用を有する。
【0012】また、請求項2及び請求項3に記載の発明
は、それぞれ低誘電率層のホウケイ酸マグネシウムガラ
スの主成分の重量%配分及び酸化マグネシウム(Mg
O)体シリカ(SiO2)+酸化ホウ素(B23)の重
量%比率を限定したものであり、これにより前記異種材
料積層界面における剥離及びクラックの発生をより強く
抑制する作用を有する。
【0013】請求項4に記載の発明は、高誘電率層の主
成分がBi系誘電体セラミックスより成り、前記請求項
1,2及び3で記載の主成分及び組成配分と一体的に用
いることにより、前記剥離及びクラックの発生をさらに
より強く抑制する作用を有する。
【0014】以下、本発明の複合積層セラミック部品に
ついて(図1)に基づき、共振器内蔵複合部品の場合に
ついて詳細に説明する。
【0015】(実施の形態1)高誘電率層及び低誘電率
層のグリーンシートをそれぞれ下記のように作製した。
【0016】高誘電率層のグリーンシートの作製にあた
っては、特開平5−225826号記載のBi23−C
aO−Nb25(以下BCNと略記)系粉末500g
を、メチルエチルケトン200g中にジブチルフタレー
ト10g、ポリビニルブチラール樹脂25gを溶かした
溶液中に加え、ボールミルで24時間混合した。得られ
たスラリーから周知のドクターブレード法により厚さ2
00μmのグリーンシートを作製した。ここでBi系誘
電体材料を用いたのはその焼成温度が後で述べる低誘電
率層材料の焼成時の収縮開始温度に比較的近いためであ
る。一方、例えばチタン酸バリウムを高誘電率層材料と
して用いた場合、その焼成を1200℃以上で行う必要
があるが、この温度は低誘電率層材料の焼成時の収縮開
始温度よりも高すぎるため、複合積層して焼成した後の
基板に変形やクラックが生じ易い。
【0017】低誘電率層のグリーンシートの作製は次の
ように行った。低誘電率層組成に用いるガラスは、各構
成成分(Mg,Si,B,Ca,Sr,Ba)に相当す
る酸化物、炭酸塩などを用い、白金または白金ロジウム
るつぼ中で溶融したものを粉砕して作製した。このガラ
スにBCN粉末を混合したものを低誘電率層材料とし
た。これの500gをメチルエチルケトン300g中に
ジブチルフタレート25g、ポリビニルブチラール樹脂
50gを溶かした溶液中に加え、ボールミルで24時間
混合した。得られたスラリーから周知のドクターブレー
ド法により厚さ200μmのグリーンシートを作製し
た。
【0018】前記それぞれのグリーンシートを積層し、
80℃で熱圧着することより低誘電率層1,4(各0.
2mm厚)及び高誘電率層2,3(各1.0mm厚)を
作製した。これらの1〜4層上に銀ペーストを周知のス
クリーン印刷法により所定の導体パターンに印刷し、そ
れぞれ導体層5,6,7,8を形成した。このとき、焼
成基板の切断により多数の複合積層セラミック部品を得
ることを考慮して複数の部品に相当するだけの導体パタ
ーンを印刷した。さらに各層間の導通を図るため、スル
ーホール9,10を形成し、銀ペーストを充填した。次
いで、各層1〜4をそれぞれ積層し、80℃で熱圧着し
た後、400℃ないし450℃で脱バインダーし、その
後900℃ないし950℃の温度にて焼成一体化した。
【0019】以下に具体的な実施の形態2および3につ
いて述べる。 (実施の形態2)前記実施の形態1における低誘電率組
成に用いたガラスは、MgO=60〜69%、SiO2
=4〜18%、B23=12〜26%、MO(MはC
a,Sr,Baの少なくとも一種以上)を5〜15%含
むように作製した。
【0020】このガラスを用いて前記のように焼成一体
化して得られた基板についてその反りを観察した。ま
た、厚さ0.2mmのブレードを用いたスライサーで
1.0mm/秒の速度で各々の部品個片に切断したとき
の切断面のクラックの有無を観察した。積層界面の接着
強度については引っ張り試験により評価を行った。さら
に低誘電率層のみを積層し、前記と同様の条件にて焼成
して得た基板の1GHzでの比誘電率をLCRメータに
より測定した。また、低誘電率層の熱収縮挙動を把握す
るためにTMA測定をグリーンシート状態から行い、そ
の収縮開始温度を測定した。
【0021】(実施の形態3)前記実施の形態1におい
て、低誘電率層に含有される高誘電率層成分の量をガラ
ス100重量部に対して4〜30重量部となるようにし
て低誘電率層を形成した。この低誘電率層を用いて作製
した焼成体の評価を実施の形態2と同様にして行った。
【0022】(比較例1)実施の形態3と異なる点は、
ガラスに対して加える高誘電率層成分を実施の形態3の
範囲外とした点だけであり、その他は実施の形態3と同
様の方法にて焼成体の作製、評価を行った。
【0023】以上の実施の形態2,3及び比較例1に基
づいて作製した焼成体の評価結果を(表1)〜(表3)
及び(図2)に示す。
【0024】実施の形態2及び実施の形態3では異種積
層界面での剥離が生じず、積層界面でのクラックもなか
った。またこの場合、(図2)に示したように低誘電率
層の比誘電率も10以下に抑えることができた。異種積
層界面の接着力に関しては、特にMgO/(SiO2
23)が1.9〜2.2の場合に大きくすることがで
きた。これはガラス形成酸化物であるSiO2,B23
の量が十分にあるため、焼成時に低誘電率層成分が軟化
しやすいためであると考えられる。
【0025】一方、ガラスを構成する成分の量が実施の
形態2に示した範囲外の場合には以下のような現象が生
じた。
【0026】
【表1】
【0027】※熱膨張係数は30〜400℃の値であ
る。 ※高誘電率層材料(BCN)の 熱膨張係数(30〜400℃):93x10-7/℃ 反応開始温度 :850℃ ※界面接着強度 ◎:特に強い ○:十分な接着強度を有する ×:接着力が弱く、剥離し易い ※*印を付した試料番号は本発明の請求範囲外である。
【0028】(表1)の試料番号1〜5はMgOの量に
ついて検討を行ったものであるが、MgOには低誘電率
層の熱膨張率を増加させる働きがあるため、MgOが多
すぎる場合には低誘電率層の熱膨張率が高誘電率層の値
に比べて大きくなりすぎる。そのため、グリーンシート
積層体を一体焼成した場合に低誘電率層に働く引っ張り
応力が大となり、この層にクラックが発生した。一方、
MgOが少なすぎる場合には低誘電率層の熱膨張率が低
下するために低誘電率層の熱膨張率が高誘電率層の値に
比べて小さくなりすぎる。そのため、グリーンシート積
層体を一体焼成した場合に高誘電率層に引っ張り応力が
働き、スライサーで基板を切断して得られた個片断面の
高誘電率層側にクラックが発生した。
【0029】(表1)の試料番号6〜9はSiO2の量
について検討を行ったものである。SiO2には低誘電
率層の熱膨張率を低下させる働きがある。そのため、S
iO2の量が多すぎる場合には低誘電率層の熱膨張率が
低下し、前記と同様の理由で高誘電率層にクラックが発
生した。逆にSiO2の量が少なすぎる場合にはMgO
による熱膨張率の増加効果が大きくなり、前記と同様の
理由で低誘電率層にクラックが発生した。
【0030】
【表2】
【0031】※熱膨張係数は30〜400℃の値であ
る。 ※高誘電率層材料(BCN)の 熱膨張係数(30〜400℃):93x10-7/℃ 反応開始温度 :850℃ ※界面接着強度 ◎:特に強い ○:十分な接着強度を有する ×:接着力が弱く、剥離し易い ※*印を付した試料番号は本発明の請求範囲外である。
【0032】(表1)の試料番号10から(表2)の試
料番号13まではB23の量について検討を行ったもの
である。B23の量が多すぎる場合には焼成時の低誘電
率層の反応温度が低くなり、その焼成挙動が高誘電率層
のそれと比較して大きく異なってくるので、一体焼成後
に基板の変形が生じた。B23の量が少なすぎる場合に
は焼成時にガラス成分が軟化しにくくなり、界面接着強
度が十分に得られなかった。
【0033】また、ガラス形成酸化物であるSiO2
びB23の合計量が少なすぎる場合にはガラス作製時に
溶融し難く、均質なガラスを得ることが困難であった。
【0034】
【表3】
【0035】※熱膨張係数は30〜400℃の値であ
る。 ※高誘電率層材料(BCN)の 熱膨張係数(30〜400℃):93x10-7/℃ 反応開始温度 :850℃ ※界面接着強度 ◎:特に強い ○:十分な接着強度を有する ×:接着力が弱く、剥離し易い ※*印を付した試料番号は本発明の請求範囲外である。
【0036】(表2)の試料番号14から(表3)の試
料番号25まではMO(MはCa,Sr,Ba)の量に
ついて検討を行ったものである。MOの量が多すぎる場
合には低誘電率層の熱膨張率が小さくなり、前記と同様
の理由で高誘電率層にクラックが発生した。さらにこの
場合低誘電率層の反応温度も低くなるので、前記と同様
の理由で一体焼成後の基板において変形が生じ易くなっ
た。MOの量が少なすぎる場合には焼成時にガラス成分
が軟化しにくくなり、界面接着強度が十分に得られなか
った。さらに少ない場合にはガラス作製時に溶融し難
く、均質なガラスを得ることが難しかった。
【0037】(表3)の試料番号26〜29は高誘電率
層成分(BCN)の量について検討を行ったものであ
る。高誘電率層成分の量が少なすぎる場合には低誘電率
層と高誘電率層界面で十分な接着力が得られなかった。
さらに(図2)に示したように、高誘電率層成分の量が
多すぎる場合には低誘電率層の比誘電率が高くなりすぎ
た。このような場合、低誘電率層上に形成された配線配
線パターンにおいてライン間に容量が生じるようになる
ので好ましくない。
【0038】以上のことから、実施の形態2及び実施の
形態3の範囲外においては異種材料を積層、一体焼成す
ることにより複合セラミック部品に適した基板を得るこ
とができなかった。
【0039】従って本発明の実施の形態1〜3において
は低誘電率層と高誘電率層の同時焼成により、共振器内
蔵複合積層セラミック部品を得ることができる。なお、
本発明は前記の実施の形態1〜3に限定されるものでは
なく、低誘電率層成分の主成分であるガラスに添加可能
な成分としてSnO2、P25、Al23などを挙げる
ことができる。また、高誘電率層内には共振器の以外に
もコンデンサなども内蔵できることは言うまでもない。
【0040】
【発明の効果】以上の点から、本発明においては配線パ
ターン形成用低誘電率層でコンデンサあるいは共振器形
成用高誘電率層の間に各層の材料の混合物から成る中間
層を設けることなく、前者で後者を挟着して一体焼成す
ることが可能であり、さらにその場合に焼成体の異種材
料積層界面における剥離及び各層におけるクラックの発
生を抑制できる。その結果、信頼性が高く安定した複合
積層セラミック部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合積層セラミック部品の一実施の形
態を示す断面図
【図2】低誘電率層基板の比誘電率と、基板中に含まれ
る高誘電率層材料の量との関係を表すグラフ
【符号の説明】
1 低誘電率層 2 高誘電率層 3 高誘電率層 4 低誘電率層 5 導体層(配線パターン) 6 導体層 7 導体層 8 導体層 9 スルーホール導体 10 スルーホール導体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高誘電率層が低誘電率層で挟着された構
    造を有し、かつ導体層を含む複合積層セラミック部品に
    おいて、前記低誘電率層がホウケイ酸マグネシウムガラ
    ス100重量部に対し、高誘電率層成分を4〜30重量
    部添加した組成から成ることを特徴とする複合積層セラ
    ミック部品。
  2. 【請求項2】 前記低誘電率層のホウケイ酸マグネシウ
    ムガラスの主成分は重量%で、MgO=60〜69%、
    SiO2=4〜18%、B23=12〜26%、MO
    (MはCa,Sr,Baの少なくとも一種以上)を5〜
    15%含むことを特徴とする請求項1記載の複合積層セ
    ラミック部品。
  3. 【請求項3】 MgO/(SiO2+B23)が1.9
    〜2.2であることを特徴とする請求項2記載の複合積
    層セラミック部品。
  4. 【請求項4】 前記高誘電率層の主成分がBi系誘電体
    セラミックスであることを特徴とする請求項1記載の複
    合積層セラミック部品。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252930A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Panasonic Corp 静電気対策部品およびこの静電気対策部品を備えた発光ダイオードモジュール
CN101851092A (zh) * 2009-03-30 2010-10-06 Tdk株式会社 电介质陶瓷组合物

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