JPWO2013121928A1 - 複合積層セラミック電子部品 - Google Patents

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Abstract

共焼成された低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とを備え、低誘電率セラミック層および高誘電率セラミック層の各々において相応の特性が得られる、複合積層セラミック電子部品を提供する。低誘電率セラミック層（３）と高誘電率セラミック層（４）とを、ＭｇＡｌ２Ｏ４および／またはＭｇ２ＳｉＯ４からなる第１のセラミックと、ＢａＯ、ＲＥ２Ｏ３（ＲＥは希土類元素）およびＴｉＯ２からなる第２のセラミックと、ＲＯ（Ｒはアルカリ土類金属）を４４．０〜６９．０重量％、ＳｉＯ２を１４．２〜３０．０重量％、Ｂ２Ｏ３を１０．０〜２０．０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜４．０重量％、Ｌｉ２Ｏを０．３〜７．５重量％、ＭｇＯを０．１〜５．５重量％それぞれ含むガラスと、ＭｎＯとを含む、ガラスセラミックから構成し、低誘電率セラミック層（３）と高誘電率セラミック層（４）とでガラス等の含有比率を異ならせる。

Description

この発明は、たとえばマイクロ波用共振器、フィルタまたはコンデンサなどを内部に構成する多層セラミック基板のような積層セラミック電子部品に関するもので、特に、比較的低い比誘電率を有する低誘電率セラミック層と比較的高い比誘電率を有する高誘電率セラミック層とが積層された複合構造を有する複合積層セラミック電子部品に関するものである。
近年、電子機器の小型化、軽量化および薄型化に伴って、電子機器に用いられる電子部品の小型化が求められている。しかしながら、従来、コンデンサや共振器などの電子部品は、それぞれ個別に構成されており、これらの部品を小型化しただけでは、電子機器の小型化には限界がある。そこで、コンデンサや共振器などの素子を内部に構成する多層セラミック基板が種々提案されている。
また、多層セラミック基板のより一層の小型化および近年の高周波化の流れに対応するため、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とが積層された複合構造を有する多層セラミック基板も種々提案されている。たとえば、特開２００２−２９８２７号公報（特許文献１）および特開２００３−６３８６１号公報（特許文献２）に記載されるように、配線が形成されたり、半導体素子などが実装されたりする低誘電率セラミック層に挟まれて、高誘電率で低誘電損失の材料からなる高誘電率セラミック層を配置し、ここに、コンデンサや共振器などの素子を構成している、多層セラミック基板が提案されている。
上記特許文献１および特許文献２には、また、低誘電率セラミック層を形成するのに適したガラスセラミック組成物または高誘電率セラミック層を形成するのに適したガラスセラミック組成物も記載されている。
より具体的には、特許文献１では、その請求項１において、ＭｇＡｌ２Ｏ４系セラミックとガラスとを含む、ガラスセラミック組成物が記載されている。より詳細には、ＭｇＡｌ２Ｏ４系セラミック粉末と、酸化ケイ素をＳｉＯ２換算で１３〜５０重量％、酸化ホウ素をＢ２Ｏ３換算で８〜６０重量％、酸化アルミニウムをＡｌ２Ｏ３換算で０〜２０重量％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１０〜５５重量％含むガラス粉末とを含む、ガラスセラミック組成物が記載されている。
また、特許文献１では、その請求項２において、アルカリ土類金属酸化物を２０重量％以下の割合でさらに含んでもよいことが記載され、その請求項６において、ガラスの含有量は全体の２０〜８０重量％であることが好ましい旨記載されている。
特許文献１に記載のガラスセラミック組成物によれば、その焼結体において、比誘電率がたとえば８以下というように、比較的低い比誘電率が得られ、高周波用途に適したものとすることができる。
次に、特許文献２では、比較的高い比誘電率を有する高誘電率セラミック層を構成する高誘電率材料として、ＢａＯ−ＴｉＯ２−ＲＥ２Ｏ３（ＲＥは希土類元素）系誘電体およびガラスを含むものが記載されている。ガラスは、特許文献２の請求項２によれば、１０〜２５重量％のＳｉＯ２と、１０〜４０重量％のＢ２Ｏ３と、２５〜５５重量％のＭｇＯと、０〜２０重量％のＺｎＯと、０〜１５重量％のＡｌ２Ｏ３と、０．５〜１０重量％のＬｉ２Ｏと、０〜１０重量％のＲＯ（ＲはＢａ、ＳｒおよびＣａの少なくとも１種）とを含む。また、特許文献２の請求項４に記載されるように、ガラスの含有量は、１５〜３５重量％であることが好ましい。
他方、上記低誘電率セラミック層を構成する低誘電率材料として、特許文献２には、特許文献１と類似の材料が記載されている。
本件発明者は、上記のような特許文献１および２に記載の各ガラスセラミック組成物について実験を重ねた結果、まず、絶縁信頼性について、なお改善されるべき点を見出した。その原因は以下のように推測される。
特許文献１および２の各々に記載のガラスセラミック組成物に含まれるガラスは、１０００℃以下の温度での焼成を可能にするためのものであるが、結晶化しやすい組成になっている。特許文献１および２に記載のガラスセラミック組成物では、焼成過程でガラス成分とセラミック成分とが反応して結晶が析出されるため、焼成完了時点での結晶の量とガラス成分の量を安定化させることが困難である。そして、このような焼成完了時点での結晶の量とガラス成分の量の不安定さが、絶縁信頼性を低下させていると推測される。
たとえば、特許文献１および２の各々に記載のガラスセラミック組成物に含まれるガラスはＭｇＯを比較的多く含むが、このように、ガラス中のＭｇＯが多いと、ガラス成分からＭｇＡｌ２Ｏ４および／またはＭｇ２ＳｉＯ４の結晶が析出されると考えられ、このことが絶縁信頼性の低下を招いていると推測される。
また、特に特許文献２に記載の高誘電率材料は、１０００℃以下の温度での焼成を可能とするため、ガラスの添加が必要であり、他方、比誘電率を高くするため、ＢａＯ−ＴｉＯ２−ＲＥ２Ｏ３系誘電体を含む必要がある。しかし、このＢａＯ−ＴｉＯ２−ＲＥ２Ｏ３系誘電体から遊離したＴｉイオンは、酸素欠陥を引き起こす。そして、このような酸素欠陥は、特に、高温・高電圧・長時間等の使用下での絶縁信頼性を低下させる原因となり得る。
また、本件発明者は、実験を重ねた結果、特許文献１および２に記載の各ガラスセラミック組成物が有する組成では、比誘電率の低いものから高いものまで、幅広い範囲で所望の比誘電率のものを安定して得ることが困難であるといった問題を認識するに至った。
すなわち、特許文献１および２に記載のガラスセラミック組成物に含まれるガラスは、前述のとおり、焼成過程において、セラミック成分と反応して結晶化しやすい。結晶が析出されてしまうと、比誘電率が変化するため、所望の比誘電率を得ることが困難である。
また、特許文献１および２に記載のガラスセラミック組成物に含まれるガラスは、ＭｇＡｌ２Ｏ４系セラミックやＢａＯ−ＴｉＯ２−ＲＥ２Ｏ３系誘電体に対する濡れ性が良好ではない。そのため、ガラスを比較的多く添加しなければ、ガラスセラミック組成物を焼結させることができない。しかし、ガラスの添加量が多いと、比誘電率が低下してしまう。このことから、特に高誘電率材料を作製することが困難である。
さらに、複合積層セラミック電子部品独自の課題として、低誘電率セラミック層単独の場合に得られる特性や、高誘電率セラミック層単独の場合に得られる特性が、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層との共焼成の場合にほぼ維持されるかどうかについても考慮されなければならない。特に、特許文献１および２の各々に記載のガラスセラミック組成物に含まれるガラスが結晶化しやすい組成になっているため、焼成完了時点での結晶の量とガラス成分の量を安定化させることが困難である点からすると、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層との共焼成の結果、各セラミック層の単独での特性が失われている可能性も十分にあり得るものと推測される。
特開２００２−２９８２７号公報 特開２００３−６３８６１号公報
そこで、この発明の目的は、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とが共焼成されることができ、低誘電率セラミック層および高誘電率セラミック層の各々において相応の特性が得られる、複合積層セラミック電子部品を提供しようとすることである。
この発明は、積層された低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とを備える、複合積層セラミック電子部品に向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とは、いずれも、（１）ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＭｇ２ＳｉＯ４の少なくとも一方からなる第１のセラミックと、（２）ＢａＯ、ＲＥ２Ｏ３（ＲＥは希土類元素）およびＴｉＯ２からなる第２のセラミックと、（３）ＲＯ（ＲはＢａ、ＣａおよびＳｒから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）を４４．０〜６９．０重量％、ＳｉＯ２を１４．２〜３０．０重量％、Ｂ２Ｏ３を１０．０〜２０．０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜４．０重量％、Ｌｉ２Ｏを０．３〜７．５重量％、およびＭｇＯを０．１〜５．５重量％それぞれ含むガラスと、（４）ＭｎＯとを含む、ガラスセラミックからなる。
そして、低誘電率セラミック層は、上記第１のセラミックを４７．５５〜６９．３２重量％含み、上記ガラスを６〜２０重量％含み、上記ＭｎＯを７．５〜１８．５重量％含み、上記第２のセラミックとして、ＢａＯを０．３８〜１．４３重量％、ＲＥ２Ｏ３を１．３３〜９．５重量％、およびＴｉＯ２を０．９５〜６．７５重量％それぞれ含み、比誘電率が１５以下である。
他方、高誘電率セラミック層は、上記第１のセラミックを１５．５〜４７重量％含み、上記ガラスを７〜２０重量％含み、上記ＭｎＯを５．５〜２０．５重量％含み、上記第２のセラミックとして、ＢａＯを２．１〜５．２重量％、ＲＥ２Ｏ３を１３．２〜３４．７５重量％、およびＴｉＯ２を９．５〜２４．７５重量％それぞれ含み、比誘電率が２０以上かつ２５以下である。
好ましくは、低誘電率セラミック層に含まれるガラスの含有量ＧＬおよび高誘電率セラミック層に含まれるガラスの含有量ＧＨは、０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件を満たすようにされる。後述する実験例からわかるように、この条件を満たせば、特に低誘電率セラミック層の絶縁信頼性を向上させることができる。
また、好ましくは、低誘電率セラミック層に含まれるＭｎＯの含有量ＭＬおよび高誘電率セラミック層に含まれるＭｎＯの含有量ＭＨは、０．７≦ＭＬ／ＭＨ≦１．９５の条件を満たすようにされる。後述する実験例からわかるように、この条件を満たせば、特に高誘電率セラミック層の絶縁信頼性を向上させることができる。
より好ましくは、上記２つの条件を双方とも満たすようにされる。これによって、後述する実験例からわかるように、低誘電率セラミック層および高誘電率セラミック層の双方について、絶縁信頼性をより向上させることができる。
また、低誘電率セラミック層は、さらに、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを３〜２０重量％含むことが好ましい。これによって、後述する実験例からわかるように、複合積層セラミック電子部品において、反りをより生じにくくすることができる。
上述の場合、高誘電率セラミック層は、上記第３のセラミックを１〜７．５重量％含み、低誘電率セラミック層に含まれる第３のセラミックの含有量ＣＬと高誘電率セラミック層に含まれる第３のセラミックの含有量ＣＨとの差（ＣＬ−ＣＨ）が２．５重量％以上であることがより好ましい。これによって、複合積層セラミック電子部品において、反りをより生じにくくすることができるとともに、第３のセラミックの含有が悪影響を及ぼすことなく、第３のセラミックを含有しない高誘電率セラミック層単体または低誘電率セラミック層単体の場合と同等の高い絶縁信頼性を得ることができる。
低誘電率セラミック層は、さらに、ＣｕＯを０．２３重量％以下含んでもよく、また、高誘電率セラミック層は、さらに、ＣｕＯを１．２重量％以下含んでもよい。
この発明によれば、低誘電率セラミック層および高誘電率セラミック層が共通する元素を含むガラスセラミックからなるので、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とを問題なく共焼結させることができる。
また、低誘電率セラミック層および高誘電率セラミック層の各々について、そこに含まれるガラスが結晶化しにくく、また、ＭｎＯを含んでいるため、絶縁信頼性を高くすることができる。
また、低誘電率セラミック層においては、比誘電率が１５以下で、絶縁信頼性が高く、Ｑｆ値が高く、静電容量温度係数（ＴＣＣ）が絶対値で１５０ｐｐｍ／Ｋ以下である、といった特性を得ることができる。
他方、高誘電率セラミック層においては、比誘電率が２０以上かつ２５以下で、絶縁信頼性が高く、Ｑｆ値が高く、静電容量温度係数（ＴＣＣ）が絶対値で６０ｐｐｍ／Ｋ以下である、といった特性を得ることができる。
この発明に係る複合積層セラミック電子部品の一例としての多層セラミック基板２を備えるセラミック多層モジュール１を示す断面図である。 図１に示したセラミック多層モジュール１を分解して示す斜視図である。 この発明に係る複合積層セラミック電子部品の他の例としてのＬＣフィルタ２１の外観を示す斜視図である。 図３に示したＬＣフィルタ２１が与える等価回路図である。 図３に示したＬＣフィルタ２１に備える部品本体２３を分解して示す斜視図である。 実験例において作製した２種類の共焼結体を示す断面図である。
図１および図２を参照して、この発明に係る複合積層セラミック電子部品の一例としての多層セラミック基板２を備えるセラミック多層モジュール１について説明する。
セラミック多層モジュール１に備える多層セラミック基板２は、積層された複数の低誘電率セラミック層３および積層された複数の高誘電率セラミック層４を備え、複数の低誘電率セラミック層３は、複数の高誘電率セラミック層４を挟むように位置し、これらは共焼成される。
低誘電率セラミック層３と高誘電率セラミック層４とは、いずれも、
（１）ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＭｇ２ＳｉＯ４の少なくとも一方からなる第１のセラミックと、
（２）ＢａＯ、ＲＥ２Ｏ３（ＲＥは希土類元素）およびＴｉＯ２からなる第２のセラミックと、
（３）ＲＯ（ＲはＢａ、ＣａおよびＳｒから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）を４４．０〜６９．０重量％、ＳｉＯ２を１４．２〜３０．０重量％、Ｂ２Ｏ３を１０．０〜２０．０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜４．０重量％、Ｌｉ２Ｏを０．３〜７．５重量％、およびＭｇＯを０．１〜５．５重量％それぞれ含むガラスと、
（４）ＭｎＯと
を含む、ガラスセラミックからなる。
このように、低誘電率セラミック層３および高誘電率セラミック層４が共通する元素を含むガラスセラミックからなるので、低誘電率セラミック層３と高誘電率セラミック層４とを問題なく共焼結させることができる。
また、この発明において用いられる上述のガラスセラミックによれば、後述する実験例から明らかになるように、次のような効果が奏される。
（Ａ）絶縁信頼性が高い。
このガラスセラミックに含まれるガラスは、結晶化しにくい組成となっている。そのため、焼成完了時点での結晶量とガラス成分量が安定し、よって絶縁信頼性を向上させることができる。このガラスは、特許文献１および２に記載のものに含まれるガラスに比べて、ＭｇＯ含有量が少ないため、ＭｇＡｌ２Ｏ４やＭｇ２ＳｉＯ４といった結晶の析出を抑えることができ、しかも、ＲＯ含有量を多くすることで、結晶化しない組成になるようにすることができるからである。
また、上記ガラスセラミック組成物は、ＭｎＯを含んでいる。特許文献１および２に記載のものは、ＭｎＯを含まない。Ｔｉ酸化物の還元により生じるＴｉイオンは、酸素欠陥を引き起こし、高温・高電圧・長時間等の使用下での絶縁信頼性を低下させる原因となり得る。この発明では、ＭｎがＴｉサイトに置換することによって酸素欠陥が生じるのを抑制する。このことも、絶縁信頼性の向上に寄与しているものと推測される。
（Ｂ）比誘電率の低いものから高いものまで、幅広い範囲で所望の比誘電率の製品を容易に得ることができる。
前述したように、特許文献１および２に記載のガラスは、セラミック成分と反応して結晶化しやすく、そのため、比誘電率が変化しやすい。これに対し、この発明において用いられるガラスセラミックに含まれるガラスは、結晶化しにくいため、所望の比誘電率を有する製品を作製することが容易である。
また、この発明において用いられるガラスセラミックに含まれるガラスは、上記第１のセラミックおよび上記第２のセラミックに対する濡れ性が高く、かつ反応性が低いガラスである。したがって、当該ガラスセラミックは、ガラス成分を少なくしても焼結させることができ、逆に、ガラス成分を多くしても反応しにくく安定である。そのため、ガラスセラミックにおいて、セラミック成分およびガラス成分の各々の含有量を幅広く調整することが可能であり、よって、セラミック成分およびガラス成分の各含有量を調整するだけで、低誘電率品から高誘電率品まで幅広い製品を容易に提供することができる。すなわち、以下に説明するように、低誘電率セラミック層３を構成するのに適したガラスセラミックと高誘電率セラミック層４を構成するのに適したガラスセラミックとを提供することができる。
なお、この発明において用いられるガラスセラミックは、焼成前後で大きく組成が変動しない。ガラス中のＢ２Ｏ３やＬｉ２Ｏは焼成時に揮発する場合があるが、その場合であっても、焼成後におけるその他の成分の比率は焼成前とほぼ変わらない。
低誘電率セラミック層３を構成するガラスセラミックは、第１のセラミックを４７．５５〜６９．３２重量％含み、ガラスを６〜２０重量％含み、ＭｎＯを７．５〜１８．５重量％含み、第２のセラミックとして、ＢａＯを０．３８〜１．４３重量％、ＲＥ２Ｏ３を１．３３〜９．５重量％、およびＴｉＯ２を０．９５〜６．７５重量％それぞれ含んでいる。
低誘電率セラミック層３においては、比誘電率が１５以下で、絶縁信頼性が高く、Ｑｆ値が高く、静電容量温度係数（ＴＣＣ）が絶対値で１５０ｐｐｍ／Ｋ以下である、といった特性を得ることができる。
他方、高誘電率セラミック層４を構成するガラスセラミックは、第１のセラミックを１５．５〜４７重量％含み、ガラスを７〜２０重量％含み、ＭｎＯを５．５〜２０．５重量％含み、第２のセラミックとして、ＢａＯを２．１〜５．２重量％、ＲＥ２Ｏ３を１３．２〜３４．７５重量％、およびＴｉＯ２を９．５〜２４．７５重量％それぞれ含んでいる。
高誘電率セラミック層４においては、比誘電率が２０以上かつ２５以下で、絶縁信頼性が高く、Ｑｆ値が高く、静電容量温度係数（ＴＣＣ）が絶対値で６０ｐｐｍ／Ｋ以下である、といった特性を得ることができる。
好ましくは、低誘電率セラミック層３に含まれるガラスの含有量ＧＬおよび高誘電率セラミック層４に含まれるガラスの含有量ＧＨは、０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件を満たすようにされる。後述する実験例からわかるように、この条件を満たせば、特に低誘電率セラミック層３の絶縁信頼性を向上させることができる。これは、低誘電率セラミック層３のガラス成分と高誘電率セラミック層４のガラス成分との間での相互拡散を抑えることができるためであると推測される。
また、好ましくは、低誘電率セラミック層３に含まれるＭｎＯの含有量ＭＬおよび高誘電率セラミック層４に含まれるＭｎＯの含有量ＭＨは、０．７≦ＭＬ／ＭＨ≦１．９５の条件を満たすようにされる。後述する実験例からわかるように、この条件を満たせば、特に高誘電率セラミック層４の絶縁信頼性を向上させることができる。これは、低誘電率セラミック層３のＭｎＯ成分と高誘電率セラミック層４のＭｎＯ成分との間での相互拡散を抑えることができるためであると推測される。
より好ましくは、上記２つの条件を双方とも満たすようにされる。これによって、後述する実験例からわかるように、低誘電率セラミック層３および高誘電率セラミック層４の双方について、絶縁信頼性をより向上させることができる。
また、低誘電率セラミック層３は、さらに、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを３〜２０重量％含むことが好ましい。これによって、後述する実験例からわかるように、多層セラミック基板２において、反りをより生じにくくすることができる。
上述の場合、高誘電率セラミック層４においても、上記第３のセラミックを１〜７．５重量％含み、低誘電率セラミック層に含まれる第３のセラミックの含有量ＣＬと高誘電率セラミック層に含まれる第３のセラミックの含有量ＣＨとの差（ＣＬ−ＣＨ）が２．５重量％以上であることがより好ましい。これによって、多層セラミック基板２において、反りをより生じにくくすることができるとともに、第３のセラミックを含有しない組成での高誘電率セラミック層４単体または低誘電率セラミック層３単体の場合と同等の高い絶縁信頼性を得ることができる。
低誘電率セラミック層３は、さらに、ＣｕＯを０．２３重量％以下含んでもよく、また、高誘電率セラミック層４は、さらに、ＣｕＯを１．２重量％以下含んでもよい。
多層セラミック基板２は、種々の配線導体を備えている。配線導体としては、典型的には、セラミック層３および４間の特定の界面に沿って形成される内部導体膜６、セラミック層３および４の特定のものを貫通するように延びるビアホール導体７、および多層セラミック基板２の外表面上に形成される外部導体膜８がある。
上述の内部導体膜６のうち、高誘電率セラミック層４に関連して設けられるもののいくつかは、静電容量を与えるように配置され、それによってコンデンサ素子を構成している。
多層セラミック基板２の上面には、複数の電子部品９〜１７が搭載されている。図示された電子部品９〜１７のうち、たとえば、電子部品９はダイオードであり、電子部品１１は積層セラミックコンデンサであり、電子部品１６は半導体ＩＣである。これら電子部品９〜１７は、多層セラミック基板２の上面に形成された外部導体膜８の特定のものに電気的に接続されながら、多層セラミック基板２の内部に形成された配線導体とともに、セラミック多層モジュール１にとって必要な回路を構成している。
多層セラミック基板２の上面には、電子部品９〜１７をシールドするための導電性キャップ１８が固定されている。導電性キャップ１８は、前述したビアホール導体７の特定のものに電気的に接続されている。
また、セラミック多層モジュール１は、多層セラミック基板２の下面上に形成された外部導体膜８の特定のものを接続用端子として、図示しないマザーボード上に実装される。
多層セラミック基板２は、周知のセラミック積層一体焼成技術を用いて製造することができる。
すなわち、まず、低誘電率セラミック層３のためのセラミックグリーンシートが作製される。より具体的には、上述したガラスセラミックを与える原料組成物に、バインダ樹脂および溶剤からなる有機ビヒクルを添加し、セラミックスラリーを得る。このセラミックスラリーを、たとえばドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥した後、所定の寸法に打ち抜くことによって、セラミックグリーンシートを得る。そして、このセラミックグリーンシートに、配線導体を形成するため、たとえば銅または銀を主成分とする導電性ペーストを、所望のパターンをもって付与する。
他方、高誘電率セラミック層４を構成するガラスセラミックを与える原料組成物を含むセラミックグリーンシートが、低誘電率セラミック層３のためのセラミックグリーンシートの場合と同様の方法で作製される。そして、このセラミックグリーンシートに、配線導体を形成するため、たとえば銅または銀を主成分とする導電性ペーストを、所望のパターンをもって付与する。
次に、上述のようにして得られた低誘電率セラミック層３のためのセラミックグリーンシートおよび高誘電率セラミック層４のためのセラミックグリーンシートを、それぞれ、所定の順序で所定の枚数積層し、次いで、厚み方向に加圧する。
次に、上述のようにして得られた生の積層体を１０００℃以下、たとえば８００〜１０００℃の温度で焼成することにより、多層セラミック基板２を得ることができる。ここで、焼成は、配線導体が銅を主成分とする場合、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で実施され、銀を主成分とする場合には、大気等の酸化性雰囲気中で実施される。
次に、多層セラミック基板２の表面に、半田付け等を適用して、電子部品９〜１７を搭載し、導電性キャップ１８を取り付けることによって、セラミック多層モジュール１が完成される。
以上のようなセラミック多層モジュール１によれば、多層セラミック基板２に備える低誘電率セラミック層３においては、比誘電率が１５以下で、Ｑｆ値が高く、静電容量温度係数が絶対値で１５０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、他方、高誘電率セラミック層４においては、比誘電率が２０以上かつ２５以下で、Ｑｆ値が高く、静電容量温度係数（ＴＣＣ）が絶対値で６０ｐｐｍ／Ｋ以下であるので、高周波用途に適し、かつ信頼性に優れたものとすることができる。また、セラミック多層モジュール１の絶縁信頼性を優れたものとすることができる。
次に、図３ないし図５を参照して、この発明に係る複合積層セラミック電子部品の他の例としてのＬＣフィルタ２１について説明する。
ＬＣフィルタ２１は、図３に示すように、複数の積層されたガラスセラミック層をもって構成される積層構造物としての部品本体２３を備え、この部品本体２３の外表面上であって、各端部には、端子電極２４および２５が設けられ、各側面の中間部には、端子電極２６および２７が設けられている。
ＬＣフィルタ２１は、図４に示すように、端子電極２４および２５の間に直列接続された２つのインダクタンスＬ１およびＬ２を構成し、インダクタンスＬ１およびＬ２の接続点と端子電極２６および２７との間にキャパシタンスＣを構成するものである。
図５に示すように、部品本体２３は、複数の積層されたセラミック層２８〜４０を備えている。なお、セラミック層の積層数は図示したものに限定されない。
セラミック層２８〜４０の各々は、ガラスセラミックを与える原料組成物に、バインダ樹脂および溶剤からなる有機ビヒクルを添加し、これらを混合して得られたセラミックスラリーを、ドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥した後、所定の大きさに打ち抜くことによって得られたセラミックグリーンシートを焼成して得られたものである。
また、図４に示すようなインダクタンスＬ１およびＬ２ならびにキャパシタンスＣを与えるため、セラミック層２８〜４０の特定のものに関連して、以下のような態様で配線導体が設けられる。
セラミック層３０には、インダクタンスＬ１の一部を構成するコイルパターン４１が形成されるとともに、このコイルパターン４１の一方端から延びる引出しパターン４２が形成され、コイルパターン４１の他方端には、ビアホール導体４３が設けられる。引出しパターン４２は端子電極２４に接続される。
セラミック層３１には、インダクタンスＬ１の一部を構成するコイルパターン４４が形成されるとともに、その一方端には、ビアホール導体４５が設けられる。コイルパターン４４の他方端は、前述したビアホール導体４３に接続される。
セラミック層３２には、上述のビアホール導体４５に接続されるビアホール導体４６が設けられる。
セラミック層３３には、キャパシタンスＣの一部を構成するコンデンサパターン４７が形成されるとともに、コンデンサパターン４７から延びる引出しパターン４８および４９が形成される。引出しパターン４８および４９は端子電極２６および２７に接続される。また、セラミック層３３には、前述したビアホール導体４６に接続されるビアホール導体５０が設けられる。
セラミック層３４には、キャパシタンスＣの一部を構成するコンデンサパターン５１が形成されるとともに、コンデンサパターン５１に接続されるビアホール導体５２が設けられる。コンデンサパターン５１は、前述したビアホール導体５０に接続される。
セラミック層３５には、キャパシタンスＣの一部を構成するコンデンサパターン５３が形成されるとともに、このコンデンサパターン５３から延びる引出しパターン５４および５５が形成される。引出しパターン５４および５５は端子電極２６および２７に接続される。また、このセラミック層３５には、前述したビアホール導体５２に接続されるビアホール導体５６が設けられる。
セラミック層３６には、上述のビアホール導体５６に接続されるビアホール導体５７が設けられる。
セラミック層３７には、インダクタンスＬ２の一部を構成するコイルパターン５８が形成されるとともに、その一方端には、ビアホール導体５９が設けられる。コイルパターン５８の他方端は、前述したビアホール導体５７に接続される。
セラミック層３８には、インダクタンスＬ２の一部を構成するコイルパターン６０が形成されるとともに、このコイルパターン６０の一方端から延びる引出しパターン６１が形成される。引出しパターン６１は端子電極２５に接続される。コイルパターン６０の他方端は、前述したビアホール導体５９に接続される。
以上のような配線導体としての、コイルパターン４１、４４、５８および６０、引出しパターン４２、４８、４９、５４、５５および６１、ビアホール導体４３、４５、４６、５０、５２、５６、５７および５９、ならびにコンデンサパターン４７、５１および５３を形成するにあたっては、たとえば銅または銀を主成分とする導電性ペーストが用いられ、この導電性ペーストの付与のため、たとえばスクリーン印刷が適用される。
そして、部品本体２３を得るため、上述したセラミック層２８〜４０の各々となるべきセラミックグリーンシートが所定の順序で積層され、厚み方向に加圧され、その後、１０００℃以下、たとえば８００〜１０００℃の温度で焼成される。ここで、焼成は、前述したセラミック多層モジュール１の場合と同様、配線導体が銅を主成分とする場合には、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気で実施され、銀を主成分とする場合には、大気等の酸化性雰囲気中で実施される。
また、部品本体２３の外表面上にある端子電極２４〜２７の形成のため、たとえば、銅または銀を主成分とする導電性ペーストの塗布および焼付け、または、蒸着、めっきもしくはスパッタリングなどの薄膜形成法等が適用される。
以上のようなＬＣフィルタ２１において、セラミック層２８〜４０のうち、特にキャパシタンスＣの構成に直接寄与するセラミック層３３および３４については、前述の図１に示したセラミック多層モジュール１に備える高誘電率セラミック層４を構成するものと同様の高誘電率セラミック材料から構成され、その他のセラミック層２８〜３２および３５〜４０は、セラミック多層モジュール１に備える低誘電率セラミック層３を構成するものと同様の低誘電率セラミック材料から構成される。
この発明は、図示したようなセラミック多層モジュール１またはＬＣフィルタ２１以外の複合積層セラミック電子部品にも適用され得る。
次に、この発明において用いられるガラスセラミックによって得られる特性、および当該ガラスセラミックを用いて構成される複合積層セラミック電子部品が有する特性を評価するために実施した実験例について説明する。
［ガラスの準備］
まず、ガラスセラミックに含まれるガラスであって、以下の実験例において共通して用いられるガラスとして、表１に示すような組成をもって調合したものを１１００〜１４００℃の温度で溶融し、急冷してガラス化した後、湿式粉砕することによって、種々の組成のガラス粉末を用意した。
Figure 2013121928
［実験例１］
実験例１では、低誘電率セラミック層のためのガラスセラミック単体での評価を行なった。
まず、第１のセラミックとして、ＭｇＣＯ３とＡｌ２Ｏ３とを所定の比率で調合して、仮焼し、湿式粉砕することによって、スピネル化合物：ＭｇＡｌ２Ｏ４を作製するとともに、ＭｇＣＯ３とＳｉＯ２とを所定の比率で調合して、仮焼し、湿式粉砕することによって、フォルステライト化合物：Ｍｇ２ＳｉＯ４を作製した。
次に、表２および表３に示す組成となるように、表１に示したガラス、ＭｇＡｌ２Ｏ４、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＯ、ＴｉＯ２、ＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３およびＳｍ２Ｏ３、ＭｎＯ、ならびにＣｕＯの各粉末を調合し、混合した後、有機溶剤およびバインダを加えて、スラリーを作製した。
Figure 2013121928
Figure 2013121928
次に、上記スラリーをドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥することによって、セラミックグリーンシートを得た。このセラミックグリーンシートを用いて適宜試料を作製し、表４および表５に示すように、比誘電率（εｒ）、Ｑｆ、静電容量温度係数（β）および絶縁信頼性を評価した。
より具体的は、εｒおよびＱｆの測定にあたっては、上記セラミックグリーンシートをカットし、積層し、圧着することによって、０．６ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法を有する圧着体を作製した。これを９９０℃の温度で焼成することによって、試料となるセラミック基板を得た。このセラミック基板を用いて、空洞共振器法により、εｒおよびＱｆを測定した。このとき、測定周波数を約２５ＧＨｚとした。
この実験例では、εｒが１５以下の誘電体材料を得ることを目的とした。Ｑｆについては、５０００未満のものを不合格と判定した。
βの測定および絶縁信頼性の評価にあたっては、上記セラミックグリーンシートをカットした後、内部電極を形成するため、Ｃｕを含む導電性ペーストをセラミックグリーンシート上に印刷し、その後、積層、圧着、焼成、外部電極形成の各工程を経て、試料となる積層セラミックコンデンサを得た。この積層セラミックコンデンサにおける隣り合う内部電極間距離は１０μｍ、重なり合う電極面積は４ｍｍ□であった。
そして、上記積層セラミックコンデンサ静電容量を−４０℃〜８５℃の範囲で測定し、２０℃を基準とする静電容量温度係数βを求めた。βについては、絶対値で１５０ｐｐｍ／Ｋを超えるものを不合格と判定した。
また、上記積層セラミックコンデンサについて、１５０℃の温度下で、ＤＣ２００Ｖを１００時間印加する試験後において絶縁抵抗を測定し、この試験後のlog （ＩＲ［Ω］）が１１未満となった場合は、不合格と判定し、表４および表５の「絶縁信頼性」の欄において「×」で表示し、他方、log （ＩＲ［Ω］）が１１以上となった場合は、合格と判定し、表４および表５の「絶縁信頼性」の欄において「○」で表示した。
なお、十分に焼結しなかった試料については、表４および表５の「備考」欄に「未焼結」と表示し、また、ガラスがガラス化しなかった試料については、「備考」欄に「ガラス化しない」と表示し、これらの試料では、εｒ、Ｑｆ、βおよび絶縁信頼性の各評価を行なわなかった。また、「備考」欄には、この実験例において不合格となった試料についての不合格理由が簡潔に記載されている。
Figure 2013121928
Figure 2013121928
表４および表５において、この実験例で不合格と判定された試料については、その試料番号に＊が付されている。
表１ないし表５から、以下のことがわかる。
まず、表２および表４に示した試料１〜４８について考察する。試料１〜４８では、表１に示したガラスＧ１〜Ｇ３６のすべてについて、そのいずれかが用いられた。なお、「ガラス」の含有量については、試料１〜４８のすべてにおいて、「１３重量％」と一定とした。
試料１および試料２では、十分に焼結しなかった。これは、Ｌｉ２Ｏ含有量が０．３重量％より少ないガラスＧ１を用いたためであると推測される。
試料６および試料７では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ｌｉ２Ｏ含有量が７．５重量％より多いガラスＧ５を用いたためであると推測される。
試料１１および試料１２では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、アルカリ土類金属含有量が４４．０重量％より少ないガラスＧ８を用いたためであると推測される。
試料１８では、十分に焼結しなかった。これは、アルカリ土類金属含有量が６９．０重量％より多いガラスＧ１３を用いたためであると推測される。
試料２０では、十分に焼結しなかった。これは、Ｂ２Ｏ３含有量が１０．０重量％より少ないガラスＧ１５を用いたためであると推測される。
試料２２では、十分に焼結しなかった。これは、ＳｉＯ２含有量が３０．０重量％より多いガラスＧ１７を用いたためであると推測される。
試料２４では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ｂ２Ｏ３含有量が２０．０重量％より多いガラスＧ１９を用いたためであると推測される。
試料３９および試料４０では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、ＭｇＯ含有量が０．１重量％より少ないガラスＧ３２を用いたためであると推測される。
試料４１および試料４２では、絶縁信頼性が低下した。これは、ＭｇＯ含有量が５．５重量％より多いガラスＧ３３を用いたためであると推測される。
試料４３および試料４４では、ガラス化しなかった。これは、ＳｉＯ２含有量が１４．２重量％より少ないガラスＧ３４を用いたためであると推測される。
試料４５および試料４６では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ａｌ２Ｏ３含有量が０．５重量％より少ないガラスＧ３５を用いたためであると推測される。
試料４７および試料４８では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ａｌ２Ｏ３含有量が４．０重量％より多いガラスＧ３６を用いたためであると推測される。
上記試料１、２、６、７、１１、１２、１８、２０、２２、２４、および３９〜４８以外の表２および表４に示した試料３〜５、８〜１０、１３〜１７、１９、２１、２３、および２５〜３８では、Ｑｆ、βおよび絶縁信頼性において良好な結果を示した。
これは、アルカリ土類金属含有量が４４．０〜６９．０重量％、ＳｉＯ２含有量が１４．２〜３０．０重量％、Ｂ２Ｏ３含有量が１０．０〜２０．０重量％、Ａｌ２Ｏ３含有量が０．５〜４．０重量％、Ｌｉ２Ｏ含有量が０．３〜７．５重量％、およびＭｇＯ含有量が０．１〜５．５重量％であるという条件を満たすガラスＧ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ９、Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１４、Ｇ１６、Ｇ１８、Ｇ２０、Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４、Ｇ２５、Ｇ２６、Ｇ２７、Ｇ２８、Ｇ２９、Ｇ３０、およびＧ３１のいずれかを用いたためであると推測される。
εｒについては、表２および表４に示した試料であって、「未焼結」または「ガラス化しない」との評価結果が得られた試料以外のすべての試料において、１５以下の値が得られた。
次に、表３および表５に示した試料４９〜８７について考察する。試料４９〜８７では、「ガラス」として表１に示したガラスＧ２２を用いながら、「ガラス」、「第１のセラミック」、「第２のセラミック」、「ＭｎＯ」、および「ＣｕＯ」の各含有量を変更した。
試料４９では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第２のセラミックにおけるＢａＯ含有量が０．３８重量％より少なかったためであると推測される。
試料５０では、十分に焼結しなかった。これは、ＭｎＯ含有量が７．５重量％より少なかったためであると推測される。
試料５４では、十分に焼結しなかった。これは、ガラス含有量が６重量％より少なかったためであると推測される。
試料５７では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第１のセラミックとしてのＭｇ２ＳｉＯ４含有量が６９．３２重量％より多かったためであると推測される。
試料５８では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第２のセラミックにおけるＴｉＯ２含有量が０．９５重量％より少なかったためであると推測される。
試料６９では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３含有量が９．５重量％より多かったためであると推測される。
試料７２では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＢａＯ含有量が１．４３重量％より多かったためであると推測される。
試料７３では、絶縁信頼性が低下した。これは、ガラス含有量が２０重量％より多かったためであると推測される。
試料７６では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＴｉＯ２含有量が６．７５重量％より多かったためであると推測される。
試料７７では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、ＭｎＯ含有量が１８．５重量％より多かったためであると推測される。
試料７８では、絶縁信頼性が低下した。これは、ＣｕＯ含有量が０．２３重量％より多かったためであると推測される。
試料８２では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３含有量が１．３３重量％より少なかったためであると推測される。
試料８３では、Ｑｆが低下した。これは、第１のセラミックとしてのＭｇ２ＳｉＯ４含有量が４７．５５重量％より少なかったためであると推測される。
試料８４では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第１のセラミックとしてのＭｇＡｌ２Ｏ４含有量が６９．３２重量％より多かったためであると推測される。
試料８５では、Ｑｆが低下した。これは、第１のセラミックとしてのＭｇＡｌ２Ｏ４含有量が４７．５５重量％より少なかったためであると推測される。
試料８６では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３としてのＳｍ２Ｏ３含有量が９．５重量％より多かったためであると推測される。
試料８７では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３としてのＳｍ２Ｏ３含有量が１．３３重量％より少なかったためであると推測される。
上記試料４９、５０、５４、５７、５８、６９、７２、７３、７６〜７８、および８２〜８７以外の表３および表５に示した試料５１〜５３、５５、５６、５９〜６８、７０、７１、７４、７５、および７９〜８１では、Ｑｆ、βおよび絶縁信頼性において良好な結果を示した。
これは、第１のセラミック含有量が４７．５５〜６９．３２重量％、ガラス含有量が６〜２０重量％、ＭｎＯ含有量が７．５〜１８．５重量％、ＢａＯ含有量が０．３８〜１．４３重量％、ＲＥ２Ｏ３含有量が１．３３〜９．５重量％、ＴｉＯ２含有量が０．９５〜６．７５重量％、および、ＣｕＯ含有量が０．２３重量％以下であるという条件を満たしたためであると推測される。
εｒについては、表３および表５に示した試料であって、「未焼結」との評価結果が得られた試料以外のすべての試料において、１５以下の値が得られた。
なお、実験例１では、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３として、Ｎｄ２Ｏ３およびＳｍ２Ｏ３を用いたが、他の希土類元素を用いた場合も同様の傾向を示すことが確認されている。
［実験例２］
実験例２では、実験例１と同様、低誘電率セラミック層のためのガラスセラミックを作製したが、特に、この低誘電率ガラスセラミックに対する、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックの添加による影響を調査した。
実験例１の場合と同様にして、スピネル化合物：ＭｇＡｌ２Ｏ４およびフォルステライト化合物：Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＯ、ＴｉＯ２、ＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３、ＭｎＯ、およびＣｕＯの各粉末を用意した。
また、この実験例２では、第３のセラミックとして、表６に示すように、ＭｇＣＯ３とＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とを所定の比率で調合して仮焼し、湿式粉砕することによって、コージェライト化合物：Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18の粉末を作製した。また、第３のセラミックとして、同じく表６に示すように、ＢａＣＯ３とＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とを所定の比率で調合して仮焼し、湿式粉砕することによって、セルシアン化合物：ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の粉末を作製した。
次に、表６に示す組成となるように、表１に示したガラス、ＭｇＡｌ２Ｏ４、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＯ、ＴｉＯ２、Ｎｄ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＣｕＯ、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の各粉末を調合した。そして、これら粉末を混合した後、有機溶剤およびバインダを加えて、スラリーを作製した。
Figure 2013121928
以後、実験例１の場合と同様の要領で、試料を作製し、表７に示すように、比誘電率（εｒ）、Ｑｆ、静電容量温度係数（β）および絶縁信頼性を評価した。この実験例では、εｒが８以下というように、εｒがより低い誘電体材料を得ることを目的とした。
Figure 2013121928
表６および表７から、以下のことがわかる。
Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを３重量％以上含む試料１０２、１０４〜１０７、および１０９〜１１３と、そうではない試料１０１、１０３および１０８との比較から、前者によれば、８以下といった、より低いεｒが得られ、また、静電容量温度係数βについても、より低い値が得られた。
他方、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを２０重量％より多く含む試料１０７および１１２では、Ｑｆの低下が見られた。
［実験例３］
実験例３では、高誘電率セラミック層のためのガラスセラミック単体での評価を行なった。
実験例１の場合と同様にして、第１のセラミックとしてのスピネル化合物：ＭｇＡｌ２Ｏ４およびフォルステライト化合物：Ｍｇ２ＳｉＯ４、第２のセラミックとなるＢａＯ、ＴｉＯ２、ＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３およびＳｍ２Ｏ３、ＭｎＯ、ならびにＣｕＯの各粉末を用意した。さらに、実験例２の場合と同様にして、第３のセラミックとして、コージェライト化合物：Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18の粉末、およびセルシアン化合物：ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の粉末を用意した。
次に、表８ないし表１０に示す組成となるように、表１に示したガラス、ＭｇＡｌ２Ｏ４、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＯ、ＴｉＯ２、ＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３およびＳｍ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＣｕＯ、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の各粉末を調合し、混合した後、有機溶剤およびバインダを加えて、スラリーを作製した。
Figure 2013121928
Figure 2013121928
Figure 2013121928
以後、実験例１の場合と同様の要領で、試料を作製し、表１１および表１２に示すように、比誘電率（εｒ）、Ｑｆ、静電容量温度係数（β）および絶縁信頼性を評価した。この実験例では、εｒが２０〜２５の範囲というように、比較的高いεｒを有する誘電体材料を得ることを目的とした。なお、βについては、より厳しく、絶対値で６０ｐｐｍ／Ｋを超えるものを不合格と判定した。表１１および表１２の「絶縁信頼性」の欄には、実験例１の場合と同様の試験を実施し、試験後のlog （ＩＲ［Ω］）が１１未満となった場合は、「×」と表示し、他方、log （ＩＲ［Ω］）が１１以上となった場合は、「○」と表示した。
なお、表１１および表１２の「備考」欄には、この実験例において不合格となった試料についての不合格理由が簡潔に記載されている。
Figure 2013121928
Figure 2013121928
表１１および表１２において、この実験例で不合格と判定された試料については、その試料番号に＊が付されている。
表８ないし表１２から、以下のことがわかる。
まず、表８および表１１に示した試料２０１〜２４８について考察する。試料２０１〜２４８では、表１に示したガラスＧ１〜Ｇ３６のすべてについて、そのいずれかが用いられた。なお、「ガラス」の含有量については、試料２０１〜２４８では、「１１．１重量％」および「１１．５重量％」のいずれかとした。
試料２０１および２０２では、十分に焼結しなかった。これは、Ｌｉ２Ｏ含有量が０．３重量％より少ないガラスＧ１を用いたためであると推測される。
試料２０６および２０７では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ｌｉ２Ｏ含有量が７．５重量％より多いガラスＧ５を用いたためであると推測される。
試料２１１および２１２では、Ｑｆが低下した。これは、アルカリ土類金属含有量が４４．０重量％より少ないガラスＧ８を用いたためであると推測される。
試料２１８では、十分に焼結しなかった。これは、アルカリ土類金属含有量が６９．０重量％より多いガラスＧ１３を用いたためであると推測される。
試料２２０では、十分に焼結しなかった。これは、Ｂ２Ｏ３含有量が１０．０重量％より少ないガラスＧ１５を用いたためであると推測される。
試料２２２では、十分に焼結しなかった。これは、ＳｉＯ２含有量が３０．０重量％より多いガラスＧ１７を用いたためであると推測される。
試料２２４では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ｂ２Ｏ３含有量が２０．０重量％より多いガラスＧ１９を用いたためであると推測される。
試料２３９および２４０では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、ＭｇＯ含有量が０．１重量％より少ないガラスＧ３２を用いたためであると推測される。
試料２４１および２４２では、絶縁信頼性が低下した。これは、ＭｇＯ含有量が５．５重量％より多いガラスＧ３３を用いたためであると推測される。
試料２４３および２４４では、ガラス化しなかった。これは、ＳｉＯ２含有量が１４．２重量％より少ないガラスＧ３４を用いたためであると推測される。
試料２４５および２４６では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ａｌ２Ｏ３含有量が０．５重量％より少ないガラスＧ３５を用いたためであると推測される。
試料２４７および２４８では、絶縁信頼性が低下した。これは、Ａｌ２Ｏ３含有量が４．０重量％より多いガラスＧ３６を用いたためであると推測される。
上記試料２０１、２０２、２０６、２０７、２１１、２１２、２１８、２２０、２２２、２２４、および２３９〜２４８以外の表８および表１１に示した試料２０３〜２０５、２０８〜２１０、２１３〜２１７、２１９、２２１、２２３、および２２５〜２３８では、εｒが２０〜２５の範囲にあり、Ｑｆが７０００ＧＨｚ以上、βが絶対値で６０ｐｐｍ／Ｋ以下、および絶縁信頼性がlog （ＩＲ［Ω］）で１１以上というように良好な結果を示した。
これは、アルカリ土類金属含有量が４４．０〜６９．０重量％、ＳｉＯ２含有量が１４．２〜３０．０重量％、Ｂ２Ｏ３含有量が１０．０〜２０．０重量％、Ａｌ２Ｏ３含有量が０．５〜４．０重量％、Ｌｉ２Ｏ含有量が０．３〜７．５重量％、およびＭｇＯ含有量が０．１〜５．５重量％であるという条件を満たすガラスＧ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ９、Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１４、Ｇ１６、Ｇ１８、Ｇ２０、Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４、Ｇ２５、Ｇ２６、Ｇ２７、Ｇ２８、Ｇ２９、Ｇ３０、およびＧ３１のいずれかを用いたためであると推測される。
次に、表９および表１０ならびに表１２に示した試料２４９〜２９５について考察する。試料２４９〜２９５では、「ガラス」として表１に示したガラスＧ２２を用いながら、「ガラス」、「第１のセラミック」、「第２のセラミック」、「ＭｎＯ」、「ＣｕＯ」、「Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18」および「ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８」の各含有量を変更した。
試料２４９では、十分に焼結しなかった。これは、ガラス含有量が７重量％より少なかったためであると推測される。
試料２５２では、絶縁信頼性が低下した。これは、ガラス含有量が２０重量％より多かったためであると推測される。
試料２５３では、Ｑｆが低下した。これは、第１のセラミックとしてのＭｇＡｌ２Ｏ４またはＭｇ２ＳｉＯ４の含有量が１５．５重量％より少なかったためであると推測される。
試料２５６では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、第１のセラミックとしてのＭｇＡｌ２Ｏ４またはＭｇ２ＳｉＯ４の含有量が４７重量％より多かったためであると推測される。
試料２６３では、εｒが２０未満となった。これは、第２のセラミックにおけるＢａＯ含有量が２．１重量％より少なかったためであると推測される。
試料２６７では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＢａＯ含有量が５．２重量％より多かったためであると推測される。
試料２６８では、εｒが２０未満となった。これは、第２のセラミックにおけるＴｉＯ２含有量が９．５重量％より少なかったためであると推測される。
試料２７４では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＴｉＯ２含有量が２４．７５重量％より多かったためであると推測される。
試料２７５では、εｒが２０未満となった。これは、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３含有量が１３．２重量％より少なかったためであると推測される。
試料２８１では、絶縁信頼性が低下した。これは、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３としてのＮｄ２Ｏ３含有量が３４．７５重量％より多かったためであると推測される。
試料２８２では、十分に焼結しなかった。これは、ＭｎＯ含有量が５．５重量％より少なかったためであると推測される。
試料２８５では、Ｑｆが低下した。これは、ＭｎＯ含有量が２０．５重量％より多かったためであると推測される。
試料２９２では、静電容量温度係数βが悪化した。これは、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックの含有量が７．５重量％より多かったためであると推測される。
試料２９５では、Ｑｆが低下した。これは、ＣｕＯ含有量が１．２重量％より多かったためであると推測される。
上記試料２４９、２５２、２５３、２５６、２６３、２６７、２６８、２７４、２７５、２８１、２８２、２８５、２９２および２９５以外の表９および表１０ならびに表１２に示した試料２５０、２５１、２５４、２５５、２５７〜２６２、２６４〜２６６、２６９〜２７３、２７６〜２８０、２８３、２８４、２８６〜２９１、２９３および２９４では、εｒが２０〜２５の範囲にありながら、Ｑｆが７０００ＧＨｚ以上、βが絶対値で６０ｐｐｍ／Ｋ以下、および絶縁信頼性がlog （ＩＲ［Ω］）で１１以上というように良好な結果を示した。
これは、第１のセラミック含有量が１５．５〜４７重量％、ガラス含有量が７〜２０重量％、ＭｎＯ含有量が５．５〜２０．５重量％、ＢａＯ含有量が２．１〜５．２重量％、ＲＥ２Ｏ３含有量が１３．２〜３４．７５重量％、ＴｉＯ２含有量が９．５〜２４．７５重量％、ＣｕＯ含有量が１．２重量％以下、ならびに、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックの含有量が７．５重量％以下であるという条件を満たしたためであると推測される。
なお、実験例３では、第２のセラミックにおけるＲＥ２Ｏ３として、Ｎｄ２Ｏ３およびＳｍ２Ｏ３を用いたが、他の希土類元素を用いた場合も同様の傾向を示すことが確認されている。
［実験例４］
実験例４では、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層との各々について、これらが共焼結体とされた場合の特性への影響、特に、比誘電率εｒおよび静電容量温度係数βへの影響について調査した。図６（Ａ）および同（Ｂ）には、それぞれ、この実験例において作製した２種類の共焼結体７１および７２が断面図で示されている。
図６（Ａ）に示した共焼結体７１は、厚み１０μｍの低誘電率セラミック層７３を、厚み０．５ｍｍの２つの高誘電率セラミック層７４および７５で挟んだ構造を有するものとした。低誘電率セラミック層７３と高誘電率セラミック層７４および７５との各間には、それぞれ、内部電極７６および７７が一部において互いに対向するように形成され、相対向する端面上には、内部電極７６および７７にそれぞれ電気的に接続される外部電極７８および７９が形成された。
図６（Ｂ）に示した共焼結体７２は、図６（Ａ）に示した共焼結体７１とは低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層との位置関係が逆であり、厚み１０μｍの高誘電率セラミック層８０を、厚み０．５ｍｍの２つの低誘電率セラミック層８１および８２で挟んだ構造を有するものとした。高誘電率セラミック層８０と低誘電率セラミック層８１および８２との各間には、それぞれ、内部電極８３および８４が一部において互いに対向するように形成され、相対向する端面上には、内部電極８３および８４にそれぞれ電気的に接続される外部電極８５および８６が形成された。この内部電極間距離は１０μｍ、電極面積は４ｍｍ□であった。
上記共焼結体７１および７２において、平面寸法は１０ｍｍ×１０ｍｍとした。また、内部電極７６、７７、８３および８４ならびに外部電極７８、７９、８５および８６はＣｕを導電成分とする導電性ペーストの印刷により形成した。
前述した実験例１および２において作製した低誘電率ガラスセラミックの、共焼結体とされたときの特性を評価する場合には、図６（Ａ）に示した共焼結体７１を用い、実験例３において作製した高誘電率ガラスセラミックの、共焼結体とされたときの特性を評価する場合には、図６（Ｂ）に示した共焼結体７２を用いた。
共焼結体７１中の低誘電率セラミック層７３および共焼結体７２中の高誘電率セラミック層８０の各々について、比誘電率εｒおよび静電容量温度係数βを求めたところ、低誘電率ガラスセラミック単体および高誘電率ガラスセラミック単体の各場合と同等の結果が得られた。
より具体的には、比誘電率εｒは、ＬＣＲメータにより、１ＭＨｚでの静電容量値を測定し、その値と対向電極の面積と距離から、以下の式により求めた。
εｒ＝（ｄ×Ｃａｐ）／（ε０×Ｓ）
ここで、ｄは電極間距離［ｍ］、Ｓは対向電極面積［ｍ２］、Ｃａｐは静電容量［Ｆ］、ε０は真空の誘電率（８．８５４×１０−１２［Ｆ／］)である。
また、静電容量温度係数βは実験例１の場合と同様の方法により求めた。
なお、Ｑｆについては特に評価しなかったが、上記のように、比誘電率εｒおよび静電容量温度係数βが同等であることから、Ｑｆについても単体の場合と同等であると推測される。
［実験例５］
実験例５では、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層との共焼結体において、低誘電率セラミック層に含まれるガラスの含有量ＧＬと高誘電率セラミック層に含まれるガラスの含有量ＧＨとの比率ＧＬ／ＧＨ、ならびに、低誘電率セラミック層に含まれるＭｎＯの含有量ＭＬと高誘電率セラミック層に含まれるＭｎＯの含有量ＭＨとの比率ＭＬ／ＭＨについての好ましい範囲が存在するのか、もし存在するとすれば、どの範囲が好ましいのか、を調査するための実験を実施した。
上記比率ＧＬ／ＧＨおよび比率ＭＬ／ＭＨを種々に異ならせた試料を得るため、表１３の「低誘電率層試料番号」の欄に示した試料番号が付された表３に示した低誘電率ガラスセラミックと、表１３の「高誘電率試料番号」の欄に示した試料番号が付された表９または表１０に示した高誘電率ガラスセラミックとを組み合わせて、図６（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ示すような共焼結体７１および７２を作製した。
表１３の「ＧＬ／ＧＨ」および「ＭＬ／ＭＨ」の各欄には、組み合わされた低誘電率ガラスセラミックと高誘電率ガラスセラミックとについての上記比率ＧＬ／ＧＨおよび上記比率ＭＬ／ＭＨがそれぞれ示されている。
この実験例では、図６（Ａ）に示した共焼結体７１を用いて、低誘電率ガラスセラミックの絶縁信頼性を評価するとともに、図６（Ｂ）に示した共焼結体７２を用いて、高誘電率ガラスセラミックの絶縁信頼性を評価した。
絶縁信頼性の評価のため、１５０℃の温度下で、共焼結体７１の外部電極７８および７９間または共焼結体７２の外部電極８５および８６間に、ＤＣ２００Ｖ、１００Ｖおよび５０Ｖの各電圧を１００時間印加する試験を実施した。試験後において絶縁抵抗を測定し、この試験後のlog （ＩＲ［Ω］）が１１未満となった場合は、不合格と判定した。
表１３の「低誘電率側信頼性」の欄には、低誘電率セラミック層側の絶縁信頼性が示され、「高誘電率側信頼性」の欄には、高誘電率セラミック層側の絶縁信頼性が示されているが、印加電圧が２００Ｖでも絶縁抵抗が劣化しなかった場合を「◎」で表示し、２００Ｖでは劣化したが１００Ｖでは劣化しなかった場合を「○」で表示し、２００Ｖおよび１００Ｖでは劣化したが５０Ｖで劣化した場合を「△」で表示している。
Figure 2013121928
表１３において、まず、「ＧＬ／ＧＨ」に注目すると、０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件を満たす試料３０２〜３０４および３１１〜３１６では、特に「低誘電率側信頼性」に関して、「○」または「◎」の評価が得られた。
次に、「ＭＬ／ＭＨ」に注目すると、０．７≦ＭＬ／ＭＨ≦１．９５の条件を満たす試料３０７〜３０９および３１１〜３１６では、特に「高誘電率側信頼性」に関して、「○」または「◎」の評価が得られた。
［実験例６］
実験例６では、実験例５の場合と同様、共焼結体におけるガラスの含有量の比率ＧＬ／ＧＨおよびＭｎＯの含有量の比率ＭＬ／ＭＨが、絶縁信頼性に及ぼす影響を調査するとともに、低誘電率セラミック層が、さらに、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを含む場合の反り抑制効果を調査した。
この実験例６では、上記比率ＧＬ／ＧＨおよび比率ＭＬ／ＭＨを種々に異ならせた試料を得るため、表１４の「低誘電率層試料番号」の欄に示した試料番号が付された表６に示した低誘電率ガラスセラミックと、表１４の「高誘電率試料番号」の欄に示した試料番号が付された表９または表１０に示した高誘電率ガラスセラミックとを組み合わせて、図６（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ示すような共焼結体７１および７２を作製した。
次に、実験例５の場合と同様の要領にて、表１４に示すように、「低誘電率側信頼性」および「高誘電率側信頼性」を評価した。
この実験例６では、さらに、表１４に示すように、「反り」を評価した。「反り」は、厚み０．５ｍｍの低誘電率セラミック層と厚み０．５ｍｍの高誘電率セラミック層とが積層された、平面寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍで厚みが１ｍｍの複合基板を作製し、これを定盤に載せ、最高点高さを測定し、これから複合基板の厚みを差し引いた値を反り量として求めた。反り量が０．１ｍｍ以下となったものを合格と判定し、表１４の「反り」の欄に「○」と表示し、反り量が０．１ｍｍを超えたものを不合格と判定し、同欄に「×」と表示した。
Figure 2013121928
表１４の「低誘電率側信頼性」および「高誘電率側信頼性」に関しては、実験例５の場合と同様の傾向が現れている。
すなわち、表１４において、まず、「ＧＬ／ＧＨ」に注目すると、試料４０１〜４１３のすべてが０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件を満たしており、「低誘電率側信頼性」に関して、「○」または「◎」の評価が得られた。
次に、「ＭＬ／ＭＨ」に注目すると、試料４０１〜４１３のすべてが０．７≦ＭＬ／ＭＨ≦１．９５の条件を満たしており、「高誘電率側信頼性」に関して、「○」または「◎」の評価が得られた。
さらに、１．０≦ＧＬ／ＧＨ≦２．０の条件および１．５≦ＭＬ／ＭＨ≦３．６の条件の双方を満たす試料５０６および５１１では、「低誘電率側信頼性」および「高誘電率側信頼性」の双方に関して、「◎」の評価が得られた。
次に、「反り」について見ると、「低誘電率層」において、さらに、Ｍｇ２Ａｌ２Ｓｉ５Ｏ15およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを３〜２０重量％含む試料１０２、１０４〜１０６、１０９〜１１１および１１３に係る低誘電率ガラスセラミックを用いた試料４０２、４０４〜４０６、４０９〜４１１および４１３では、「○」の評価が得られた。
［実験例７］
実験例７では、実験例６の場合と同様、共焼結体におけるガラスの含有量の比率ＧＬ／ＧＨおよびＭｎＯの含有量の比率ＭＬ／ＭＨが、絶縁信頼性に及ぼす影響を調査するとともに、低誘電率セラミック層が、さらに、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを含む場合の反り抑制効果を調査した。
さらに、実験例では、高誘電率セラミック層が第３のセラミックを含む場合であって、低誘電率セラミック層に含まれる第３のセラミックの含有量ＣＬと高誘電率セラミック層に含まれる第３のセラミックの含有量ＣＨとの差（ＣＬ−ＣＨ）が絶縁信頼性および反りに及ぼす影響を調査した。
この実験例７では、上記比率ＧＬ／ＧＨおよび比率ＭＬ／ＭＨならびに差（ＣＬ−ＣＨ）を種々に異ならせた試料を得るため、表１５の「低誘電率層試料番号」の欄に示した試料番号が付された表６に示した低誘電率ガラスセラミックと、表１５の「高誘電率試料番号」の欄に示した試料番号が付された表１０に示した高誘電率ガラスセラミックとを組み合わせて、図６（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ示すような共焼結体７１および７２を作製した。
次に、実験例５の場合と同様の要領にて、表１５に示すように、「低誘電率側信頼性」および「高誘電率側信頼性」を評価した。
また、実験例６の場合と同様の要領にて、表１５に示すように、「反り」を評価した。
Figure 2013121928
表１５において、試料５０１〜５１３のすべてが０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件および１．５≦ＭＬ／ＭＨ≦３．６の条件の双方を満たしており、「低誘電率側信頼性」および「高誘電率側信頼性」の双方に関して、「◎」の評価が得られた。
ここで、試料５０１〜５１３において用いられた「高誘電率層試料番号」の欄に記載の試料２７３、２８７、２８８および２８９は、いずれも第３のセラミックを１〜７．５重量％の範囲で含むものであった。
次に、「ＣＬ−ＣＨ」に注目すると、試料５０５〜５１３において、２．５重量％以上である。その結果、試料５０５〜５１３では、「反り」について「○」の評価が得られた。他方、「ＣＬ−ＣＨ」が２．５重量％未満の試料５０１〜５０４では、「反り」の評価が「×」となった。
１ セラミック多層モジュール
２ 多層セラミック基板
３，７３，８１，８２ 低誘電率セラミック層
４，７４，７５，８０ 高誘電率セラミック層
２１ ＬＣフィルタ
２３ 部品本体
２８〜３２，３５〜４０ 低誘電率セラミック層
３３，３４ 高誘電率セラミック層
７１，７２ 共焼結体

Claims (8)

  1. 積層された低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とを備える、複合積層セラミック電子部品であって、
    前記低誘電率セラミック層と前記高誘電率セラミック層とは、いずれも、
    （１）ＭｇＡｌ２Ｏ４およびＭｇ２ＳｉＯ４の少なくとも一方からなる第１のセラミックと、
    （２）ＢａＯ、ＲＥ２Ｏ３（ＲＥは希土類元素）およびＴｉＯ２からなる第２のセラミックと、
    （３）ＲＯ（ＲはＢａ、ＣａおよびＳｒから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属）を４４．０〜６９．０重量％、ＳｉＯ２を１４．２〜３０．０重量％、Ｂ２Ｏ３を１０．０〜２０．０重量％、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜４．０重量％、Ｌｉ２Ｏを０．３〜７．５重量％、およびＭｇＯを０．１〜５．５重量％それぞれ含むガラスと、
    （４）ＭｎＯと
    を含む、ガラスセラミックからなり、
    前記低誘電率セラミック層は、
    前記第１のセラミックを４７．５５〜６９．３２重量％含み、
    前記ガラスを６〜２０重量％含み、
    前記ＭｎＯを７．５〜１８．５重量％含み、
    前記第２のセラミックとして、ＢａＯを０．３８〜１．４３重量％、ＲＥ２Ｏ３を１．３３〜９．５重量％、およびＴｉＯ２を０．９５〜６．７５重量％それぞれ含み、
    比誘電率が１５以下であり、
    前記高誘電率セラミック層は、
    前記第１のセラミックを１５．５〜４７重量％含み、
    前記ガラスを７〜２０重量％含み、
    前記ＭｎＯを５．５〜２０．５重量％含み、
    前記第２のセラミックとして、ＢａＯを２．１〜５．２重量％、ＲＥ２Ｏ３を１３．２〜３４．７５重量％、およびＴｉＯ２を９．５〜２４．７５重量％それぞれ含み、
    比誘電率が２０以上かつ２５以下である、
    複合積層セラミック電子部品。
  2. 前記低誘電率セラミック層に含まれる前記ガラスの含有量ＧＬおよび前記高誘電率セラミック層に含まれる前記ガラスの含有量ＧＨは、０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件を満たす、請求項１に記載の複合積層セラミック電子部品。
  3. 前記低誘電率セラミック層に含まれる前記ＭｎＯの含有量ＭＬおよび前記高誘電率セラミック層に含まれる前記ＭｎＯの含有量ＭＨは、０．７≦ＭＬ／ＭＨ≦１．９５の条件を満たす、請求項１に記載の複合積層セラミック電子部品。
  4. 前記低誘電率セラミック層に含まれる前記ガラスの含有量ＧＬおよび前記高誘電率セラミック層に含まれる前記ガラスの含有量ＧＨは、０．７４≦ＧＬ／ＧＨ≦１．７６の条件を満たすとともに、
    前記低誘電率セラミック層に含まれる前記ＭｎＯの含有量ＭＬおよび前記高誘電率セラミック層に含まれる前記ＭｎＯの含有量ＭＨは、０．７≦ＭＬ／ＭＨ≦１．９５の条件を満たす、
    請求項１に記載の複合積層セラミック電子部品。
  5. 前記低誘電率セラミック層は、さらに、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ18およびＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８の少なくとも一方からなる第３のセラミックを３〜２０重量％含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の複合積層セラミック電子部品。
  6. 前記高誘電率セラミック層は、前記第３のセラミックを１〜７．５重量％含み、前記低誘電率セラミック層に含まれる前記第３のセラミックの含有量ＣＬと前記高誘電率セラミック層に含まれる前記第３のセラミックの含有量ＣＨとの差（ＣＬ−ＣＨ）が２．５重量％以上である、請求項５に記載の複合積層セラミック電子部品。
  7. 前記低誘電率セラミック層は、さらに、ＣｕＯを０．２３重量％以下含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の複合積層セラミック電子部品。
  8. 前記高誘電率セラミック層は、さらに、ＣｕＯを１．２重量％以下含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の複合積層セラミック電子部品。
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