(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック材料から成る基体の表面に所定配線パターンを同時焼成によって形成してなる高周波用電子部品において、
前記セラミック材料は、高誘電率系フィラーと基体全体の５〜３０ｗｔ％のガラス成分とからなるとともに、
前記基体の表面に形成される配線パターンは、銀を主成分とする金属成分と、基体の収縮開始温度よりも高く、焼成のピーク温度よりも低い軟化点を有するガラス成分とから成り、該ガラス成分は金属成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波共振器、コンデンサ、フィルタ等やこれらと同等の動作を行なう導体膜を有する高周波用電子部品及びそれに用いる導電性ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガラス成分とセラミック成分とを有するガラス−セラミック基板は、単板状基板または複数のガラス−セラミック層を積層した積層基板などとして用いられている。これらの基板材料は比較的低温で焼結することができるため、基板の内部または表面の所定配線・電極パターンの材料にＡｇやＣｕなどの低抵抗材料を用いることができる。
【０００３】
従って、高周波動作する共振器、コンデンサ、フィルタなどの素子を基板に形成する高周波用電子部品として非常に有望となる。
【０００４】
この高周波用電子部品としては、高周波共振器、コンデンサ、フィルタ等やこれらを含む電圧制御型発振回路、局発振信号形成回路、パワーアンプ等などを形成した回路基板などが例示できる。
【０００５】
例えば、積層基板（基体）を用いた回路基板は、複数の誘電体層を積層した基体と、誘電体層の層間に配置した内部配線パターンと、前記積層基板の表面に配置した表面配線パターンが形成されており、さらに内部配線導体どうし、または内部配線導体と表面配線パターンとを接続するビアホール導体と、表面配線パターンの一部を被覆する誘電体層と、表面配線パターンに実装された各種電子部品とから構成されている。
【０００６】
また、単板状基板（基体）を用いた回路基板は、基板と表面配線パターンと、表面配線パターンの一部を被覆する誘電体層と、表面配線パターンに実装された各種電子部品とから構成されている。
【０００７】
比較的低温で焼成可能な回路基板は、基板の材料として低融点ガラス成分とセラミックなどのフィラー材とから成るセラミック材が用いられている。例えば低融点ガラス成分は、コージェライト、ムライト、アノートサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライト、オオスミライト及びその置換誘電体等の結晶相のうち少なくとも１種類を析出し得るガラス成分であり、フィラー材は、クリストバライト、石英、コランダム（αアルミナ）等が例示できる。
【０００８】
また、このような低温焼成可能な基体に所定配線パターンを形成するために用いられる低温焼成用導電材料としては、Ａｇ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｕ粉末等の低抵抗材料の金属粉末を主体とし、ガラスフリット、有機ビヒクルを混練した導電ペーストがあげられる。Ａｕペーストは、導電性に優れ、化学的にも全く安定で、且つ基体との接着性も良く、特に耐候性に優れているが、主成分のＡｕ粉末は大変高価であるという難点がある。また、Ｃｕペーストは主成分のＣｕ粉末は安価で導電性にも優れるが、還元雰囲気での焼成が必要となるため焼成工程が高価になる。そこでこれらの難点を解消するために、各種Ａｇペーストが使用されてきた。
【０００９】
Ａｇペーストを導電材料として用いることは、導電性に優れ、且つ主成分のＡｇ粉末は比較的安価で焼成も大気中で行うことができる。
【００１０】
このような基体は、製造工程の簡略化のために、表面配線パターンと同時焼成することにより形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−７４２５６によると、表面配線パターンとなる導体を形成するＡｇを主成分とする導電性ペーストには、Ｖ2 Ｏ5 を添加して、基体との一体焼成後、基体と表面配線パターンとの接着信頼性の確保を行なっていた。これは基体中に含まれるガラスとあいまって、基体と表面配線パターンとの接着強度を確保しているものであるため、基体中に含まれるガラス量によって接着信頼性が左右される。
【００１２】
また、特開平３−１０８２０３、特開昭６３−２９３８９９、特開昭６３−２９２５０４によると、配線パターンを形成する導電性ペーストに、基体材料中のガラスよりも軟化点が高い高軟化点ガラスを添加することによって導体特性の向上を図っているが、基体の焼結はガラスだけでなくセラミック原料にも大きく依存している。特にガラス含有量の少ない基体においては、基体材料中のガラス軟化点によって導体ペーストに添加するガラスを定義することは困難となる。
【００１３】
特に、高周波動作する電子回路を形成するには基体材料では、Ｑ値を高くすることが必要であるため、基体材料に含まれるガラス成分を極力減らすことが必要となる。従って、基体と表面の配線パターンとの界面に存在するガラス量が相対的に減少し、両者の接着強度を増加させるガラス成分が減り、高温放置等による接着力の低下が大きくなる問題があった。
【００１４】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は基体と同時焼成して表面配線パターンを形成する導電性ペーストであって、基体と表面配線パターンとの間に安定したガラス層を形成でき、しかも、表面配線パターンの半田塗れ性に優れた導電性ペーストを提供するものである。
【００１５】
また、このような導電性ペーストを用いてセラミック基体のガラス成分が少なくても、高温放置等による基体と表面配線パターンとの接着力の低下を抑制し、安定した半田塗れ性を維持できる高周波用電子部品を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック材料から成る基体の表面に所定配線パターンを同時焼成によって形成してなる高周波用電子部品において、
前記セラミック材料は、高誘電率系フィラーと基体全体の５〜３０ｗｔ％のガラス成分とからなるとともに、
前記基体の表面に形成される配線パターンは、銀を主成分とする金属成分と、基体の収縮開始温度よりも高く、焼成のピーク温度よりも低い軟化点を有するガラス成分とから成り、該ガラス成分は金属成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部添加されていることを特徴とする高周波用電子部品である。
【００１９】
ここで、基体の収縮開始温度は、表面配線パターンとなる導体膜を形成した焼成前の基体に比較して、焼成により５％体積が収縮する温度とする。尚、この時の焼成温度プロファイルは空気中１５℃／ｍｉｎで昇温している。
【００２０】
【作用】
本発明の導電性ペースト及びそれを用いた高周波用電子部品では、表面配線パターンの導電材料の主成分にＡｇ粉末を用いることにより比較的安価となる。
【００２１】
また、表面の配線パターンは、セラミック材料からなる基体の収縮開始温度よりも高く、且つ焼成のピーク温度よりも低い軟化点を有するガラスが用いられている。従って、基体表面と配線パターンとの界面にガラスが集中し、基体とのアンカー効果によって、その接着強度を向上させ、高温放置等による接着力の低下を防止することができる。
【００２２】
特に、表面配線パターンのガラスの含有量がＡｇなどの金属成分１００重量部に対して３．０〜１２．０重量部となっている。
【００２３】
この配線パターンのガラスの軟化点が、基体の収縮開始温度より低い場合には、焼成過程において基体が焼結反応する以前に、このガラスが基体中に拡散してしまい、基体と配線パターンとの界面にガラスが残らず、充分なアンカー効果が得られない。
【００２４】
また、ガラスの軟化点が焼成のピーク温度よりも高い場合、表面配線パターン中ににガラスがそのまま残り、この配線パターンの半田濡れ性を劣化させてしまう。このため、配線パターンを端子電極や各種電子部品素子を半田接合する電極パッドとして用いることができなくなる。
【００２５】
また、ガラスの含有量が３．０重量部未満となると、基体と配線パターンとの間のガラス量が相対的に少なくなり、充分なアンカーの効果が得られず、少なく高温放置等による基体と配線パターンとの間の接着力の低下を抑制することができない。
【００２６】
逆にガラスの含有量が１２．０重量部を越えると、表面配線パターンにガラス成分が多量に残存することになり、表面にガラス成分が析出されて半田濡れ性を劣化させる。
【００２７】
また、前記基体を構成するセラミック材料は、高誘電率無機物フィラーと、９６０℃以下の低温焼成可能にするために作用するガラス成分とから成り、該ガラス成分の量は基体全体の５〜３０ｗｔ％である。この高誘電率系フィラーとは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉの酸化物である誘電体材料を含むもであり、低温焼結を可能にて作用するガラス成分は、基体全体の５〜３０ｗｔ％としたのは、５ｗｔ％未満では、９６０℃以下で焼成処理できず、Ａｇ系導体の表面配線パターンを基体と同時に焼成することが困難となる。また、３０ｗｔ％を越えると、基体の誘電率を低下させてしまい、高周波動作可能な電子部品に用いることが困難となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる高周波用電子部品を図面に基づいて詳説する。
【００２９】
図１は、本発明の高周波用電子部品の一例である表面にマイクロストリップ線路（表面配線パターン）を有する積層型回路基板の斜視図を示す。このマイクロストリップ線路は例えば共振回路部を構成し、積層型回路基板は共振回路部を含む発振回路が形成されている。
【００３０】
図において、１は内部に所定配線が形成された積層体の基体であり、２は表面配線パターンであり、３は各種電子部品である。
【００３１】
基体１は、複数の誘電体磁器層が積層して構成されており、図では省略しているが内部には、発振回路網を構成する内部配線パターンやマイクロストリップ線路に対向するグランド電極パターンなどが形成されている。
【００３２】
また、積層状の基体１の表面には、マイクロストリップ線路２１、各種電極部品を搭載する電極パッド２２、外部との回路と接続するための端子電極２３を含む表面配線パターン２が形成されている。この表面配線パターン２は、Ａｇを主成分とする導体材料とガラス成分材料とからなる。製造工程の簡略化のため、内部配線パターンとなる導体膜を有する未焼成状態の基体１上に表面配線パターン２となる導体膜が被着形成され、基体１とともに一体的に焼成される。
【００３３】
さらに、表面配線パターン２の電極パッド２３上には、チップ抵抗器、チップコンデンサ、バリキャップダイオードなどの各種電子部品が半田を介して接合されている。
【００３４】
このような積層型回路基板は、基体１を構成する誘電体磁器層となる誘電体グリーンシート上に、内部配線となる導体膜及びビアホール導体を導電性ペーストにより形成する。また、最上層となる誘電体グリーンシート上に、表面配線パターン２となる導体膜をＡｇ系導電性ペーストの印刷により形成する。そして、これらの誘電体グリーンシートを複数積層した後、焼成処理を行なう。即ち、焼成処理とは、有機ビヒクルを焼失させる脱バイ工程と、Ａｇの融点を越えない範囲の温度でピーク温度で焼成する工程とからなる。
【００３５】
ここで、未焼成状態の基体の収縮開始温度とは、焼成前に比較して５％体積が収縮する時点の温度である。また、ピーク温度は、Ａｇの融点を越えない、９００〜９５０℃である。
【００３６】
このようにして得られた表面配線パターン２の電極パッド２２に各種電子部品３を半田を介して接合する。
【００３７】
上述の表面配線パターン２は、Ａｇを主成分とする金属粉末と有機ビヒクルからなるＡｇ系導電性ペーストを用いて、未焼成状態の基体上に、所定形状（マイクロストリップ線路２１、電極パッド２２、端子電極２３の形状）の導体膜に印刷形成されて、未焼成状態の積層回路基体と一体的に焼結されて形成される。
【００３８】
尚、表面配線パターン２は、未焼成状態の基体の表面及び端面などにＡｇを主成分とする金属粉末と有機ビヒクルからなるＡｇ系導電性ペーストを用いて印刷形成し、未焼成状態の基体と一体的に焼成してもよい。また、基体の構造が単板状の基板であってもよい。
【００３９】
基体１を構成する誘電体磁器層は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ等の酸化物からなるセラミックフィラーと、ガラス成分とか構成されている。セラミックフィラーは、誘電体磁器層の誘電率、Ｑ値、温度特性によって任意に選択される。また、カラス成分は、上述の焼成処理において主に低温焼結助材として作用し、９００〜９６０℃で焼成可能とする材料が選ばれる。このガラス成分は、Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系の低軟化点（４００〜５００℃）のガラス成分を添加されている。このガラス成分は、低温焼結助材として作用するものであり、その添加量は、基体の固形成分中５〜３０重量％の範囲で含まれている。５ｗｔ％未満では、低温焼結助材として作用できず、Ａｇ系導体の表面配線パターンを基体と同時に焼成することが困難となる。また、３０ｗｔ％を越えると、基体の誘電率を低下させてしまい、高周波動作可能な電子部品に用いることが困難となる。
【００４０】
この表面配線パターン２を形成するＡｇ系導電性ペーストは、Ａｇ粉末を主成分とする金属粉末（若干量のＰｔの粉末などを添加してもよい）と、ガラス成分であるガラスフリット、さらに必要に応じてＢｉ2 Ｏ3 粉末と、有機ビヒクルとを混練して形成される。
【００４１】
そして、Ａｇ系の導電性ペーストは、Ａｇ系金属粉末と、未焼成状態の基体の収縮開始温度よりも高く、焼成のピーク温度よりも低い軟化点を有するガラスフリットが用いられる。例えば、ガラスはＢ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスである。例えば、軟化点８５０℃のガラスは、２０Ｂ2 Ｏ3 −５０ＳｉＯ2 −１３Ａｌ2 Ｏ3 −１１ＣａＯ−６Ｔａ2 Ｏ5 などで達成でき、また、８５０℃〜８９０℃の範囲で軟化点を制御するには、各種組成比率を制御することにより容易に設定することができる。
【００４２】
そして、このガラス成分は、表面配線パターン２の金属成分１００重量％に対して、３．０〜１２．０重量部の範囲になるように添加される。
【００４３】
本発明の表面配線パターン２は、基体１と一体的に焼成したときに、表面配線パターン２中のガラス成分が基体１との界面に析出されるものの、基体１内に積極的に拡散されることが制御されている。このガラス成分が基体１との界面に析出されるため、表面配線パターン２の初期状態及び高温放置後の接着強度を向上・維持される。また、基体１内に積極的に拡散されることが制御されているため、誘電体磁器の所定高周波特性を変質しない。
【００４４】
また、表面配線パターン２の表面にガラス成分が析出されないように、ガラスの含有量を抑えているため、表面配線パターン２の半田塗れ性が維持できることになる。
【００４５】
上述のＡｇ系の導電性ペーストのガラス成分の軟化点を、基体の収縮開始温度よりも高くしている。これも、基体１中にＡｇ系導電性ペーストのガラス成分が積極的に拡散することを防止するためである。即ち、基体が液相焼結反応により収縮を開始しはじめた時点では、Ａｇ系導電性ペーストのガラス成分は軟化点に到達していないため、基体（積層回路基板１）側には拡散しにくい。
【００４６】
また、焼成ピーク温度（銀の融点よりも低い温度）よりも、低く設定しないと、焼成処理ができないためである。即ち、焼成が終了しても、積層回路基体１と表面配線パターン２との界面にガラス層を形成されず、安定した接着が不可能になるためである。
【００４７】
尚、本発明においては、Ａｇ系の導電性ペーストに導体特性に悪影響を及ぼさない範囲でＢｉ、Ｒｈ、Ｖ、Ｒｕ、Ｎｉ等の酸化物や有機物を添加含有しても良く、この場合さらに接着力低下の抑制や基体反りの低減を図ることが出来る。特にＢｉ2 Ｏ3 はガラスの流動性を高める効果がある為、半田濡れ性を向上させ、更にアンカー効果を大きくすることができ接着強度を高めることができる。
【００４８】
【実施例】
先ず、平均粒径０．５〜８μｍのＡｇ粉末、Ｐｔ粉末、ガラス、Ｂｉ2 Ｏ3 粉末の各原料粉末を表１に示す量を秤量し混合した後、得られた混合物に対し、ビヒクルとしてエチルセルロース等の有機バインダーをペンタジオールイソブレート等の有機溶剤に溶解したもの及び分散剤を加え、３本ロールミルを使用して充分混合した。さらに、上記ペンタジオールイソブレート等の有機溶剤を用いて粘度を調整し、Ａｇ系の導電性ペーストを得た。
【００４９】
尚、使用したガラスはＢ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系ガラスであり、Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ−Ｔａ2 Ｏ5 の組成を調整して、軟化点が７４０℃〜９２０℃のガラスである。
【００５０】
【表１】
0003638466.tif 000002
【００５１】
次に基体材料を作成するにあたり、原料としてフィラーとして純度９９％以上のＭｇＴｉＯ3 、ＣａＴｉＯ3 と、Ｂ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＣＯ3 、Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などの主に低温焼結助材として作用するガラス成分との各原料粉末を秤量し、該原料粉末に媒体として純水を加えて２４時間、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルにて混合した後、該混合物を乾燥し、次いで大気中７５０℃の温度で３時間仮焼した。
【００５２】
得られた仮焼物にアクリル酸系のバインダー、可塑剤等を加えてからドクターブレード法にてグリーンシートを得た。
【００５３】
このグリーンシートには所定径のビアホールをパンチングによって形成し、Ａｇ系の導電ペーストをこのビアホールに充填した。また、グリーンシート上にはＡｇ系の導電ペーストを印刷し、特に最表層には表１で示す試料番号１〜２３のＡｇ系の導電ペーストを用いて表面配線パターンとなる導体を印刷し、各グリーンシートを積層一体化してから大気中で焼成した。こうして得られた基体の表面の表面配線パターンの半田濡れ性、１５０℃の高温漕に２５０時間投入した後の接着強度を調べた。
【００５４】
尚、半田濡れ性は形成された表面配線パターン上に１．５ｍｍφの半田ボールを乗せ、２３０℃で２０秒間放置した後の半田ボールの径を測定し、２．６ｍｍ以上を良好とした。また、接着強度は２．０ｍｍ角のパターンに０．６ｍｍφの錫メッキ線を半田付けし、１５０℃２５０時間後の引っ張り強度が０．５Ｋｇ以上を良好とした。その結果を表２に示す。尚、使用した基体の収縮開始温度は８５０℃、焼成のピーク温度は９００℃である。
【００５５】
【表２】
0003638466.tif 000003
【００５６】
表２によると、基体上に表面配線パターンを形成するＡｇ系の導電性ペーストに添加するガラスは、その軟化点が８５０℃よりも高く、ピーク温度、例えば９００℃よりも低く、ガラスの添加量が３．０重量部以上になると高温放置による基体と導体の接着力は良好となる。また、ガラスの添加量が１２．０重量部を越えると半田濡れ性が劣化し不良となる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基体と表面配線パターンとの接合強度、特に高温放置後の接着力に優れ、同時に半田塗れ性に優れた表面配線パターンを容易に形成することができる導電性ペーストとなる。
【００５８】
また、基体と表面配線パターンとの接合強度を向上させることができ、同時に半田塗れ性に優れた表面配線パターンを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる高周波用電子部品の一例である積層型回路基板の外観斜視図である。
【符号の説明】
１・・・基体
２・・・表面配線パターン
２１・・・マイクロストリップ線路
３・・・電子部品
【図１】
0003638466.tif 000004