(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電率の絶縁性セラミック層と高誘電率の誘電体セラミック層とを積層してなるセラミック多層基板において、
前記絶縁性セラミック層は、酸化バリウム、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素からなるガラスセラミック複合材料を焼成してなる低温焼結セラミック層であり、
前記誘電体セラミック層は、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2（但し、Ｍｅはランタノイド系元素を示し、０≦ｍ≦１．０である。）で表される誘電体セラミック成分に、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素を混合してなるガラス成分を混合し、これを焼成してなる誘電体セラミック層であることを特徴とする、セラミック多層基板。
【請求項２】
前記ガラス成分は、酸化バリウムを２０．０〜６５．０モル％、酸化ケイ素を５．０〜５０．０モル％、及び、酸化ホウ素を１０．０〜５０．０モル％混合してなることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック多層基板。
【請求項３】
前記ガラス成分の含有量を、前記誘電体セラミック成分に対して、３．０〜３５．０重量％とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミック多層基板。
【請求項４】
前記誘電体セラミック成分は、これをｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚ（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2と表したとき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、かつ、ｘ、ｙ及びｚが下記表２のａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれる領域内のモル比組成を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミック多層基板。
【表２】
0003709752.tif 000006
【請求項５】
前記誘電体セラミック成分に対して、酸化鉛が１７重量％以下混合されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミック多層基板。
【請求項６】
前記セラミック多層基板は、前記絶縁性セラミック層用のグリーンシートと、前記誘電体セラミック層用のグリーンシートとを積層し、これを一括焼成してなることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミック多層基板。
【請求項７】
前記セラミック多層基板は、前記絶縁性セラミック層用のグリーンシートと、前記誘電体セラミック層用の厚膜印刷物とを積層し、これを一括焼成してなることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミック多層基板。
【請求項８】
前記セラミック多層基板は銅系の導体パターンを備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のセラミック多層基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い誘電率を有する誘電体セラミック組成物、並びに、絶縁性セラミック材料と誘電体セラミック材料とを積層、焼結してなるセラミック多層基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクス分野における電子部品の性能向上は著しく、特に、情報化社会を支える大型コンピュータ、移動通信端末、パーソナルコンピュータ等に代表される情報処理装置では、情報処理速度の高速化、装置の小型化、多機能化などが進められている。このような情報処理装置の性能向上は、主として、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化、高速化、高機能化によって実現されている。しかしながら、半導体デバイスが高速化、高性能化しても、デバイスとデバイスとを接続する基板上での信号遅延やクロストーク、インピーダンスのミスマッチ、電源電圧変動等によるノイズによって、システムとしての動作が制限されることがあった。
【０００３】
このため、高速かつ高性能な情報処理を行う電子部品として、高性能の半導体デバイスをセラミック基板上に複数実装した、いわゆるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）が実用化されている。このようなモジュールにおいて、ＬＳＩ等の実装密度を高め、各ＬＳＩ間を電気的に良好に接続するためには、線路導体を３次元的に配したセラミック多層基板が有用であり、従来は、セラミック多層基板用材料としてアルミナを用いていた。
【０００４】
しかしながら、アルミナは焼結温度が１３００℃以上と高いため、セラミック多層基板を共焼結によって得ようとする場合、内層用の線路導体としてタングステンやモリブデン等の高融点金属を使用する必要があった。また、これら高融点金属は、比抵抗が大きいため高密度配線が難しいといった問題を有している。さらに、アルミナは、比誘電率が約１０と大きいため、半導体デバイス等の実装部品を高速動作させたときの信号遅延が大きくなったり、半導体デバイスを構成するシリコンに比べて熱膨張率が大きいため、熱サイクルによる信頼性の低下等の問題も生じることがあった。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するため、セラミック組成物とガラス成分との複合材料である低温焼結セラミック材料の研究が活発に行われており、多層モジュールや多層デバイス等のセラミック多層基板として実用化が進められている。低温焼結セラミック材料は、母材となるセラミック組成物にガラス成分を加えた材料であり、焼結温度を低下させ、材料物性や焼結温度に対する設計の自由度を大幅に広げることが可能となった。特に、低温焼結セラミック材料は、比抵抗の小さな銀、銅等の低融点金属を電極材料として同時焼結可能なことから、高周波特性に優れたセラミック多層基板を形成できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また、近年、表面実装部品（ＳＭＤ：Surface Mounted Device）の一部構成素子であったキャパシタやインダクタ等の受動素子をセラミック多層基板内に取り込むことによって、さらにモジュール全体を小型化しようとする試みがなされている。セラミック多層基板内にこれらの素子を内蔵する場合、基板表面に搭載されている実装素子の特性よりも内蔵素子の特性が劣化したのではそれによるメリットが半減してしまうため、内蔵素子は、基板上の実装素子と同等、或いはそれ以上の特性を有していることが求められる。
【０００７】
このため、セラミック多層基板の構成材料として、内蔵素子の電気特性が十分に発揮されるような材料を選択するのが通常であり、例えば、キャパシタを形成する部分には高誘電率の誘電体セラミック層を、その他の部分には低誘電率の絶縁性セラミック基板（特に低温焼結セラミック基板）をそれぞれ設けることが有効である。
【０００８】
低誘電率の絶縁性セラミック基板に用いる材料としては、内蔵されるキャパシタやインダクタ等の素子間に発生する浮遊容量、配線間の結合容量などの電気特性を劣化させる要因を少なく抑える必要があるため、また、高周波用途で用いる場合は比誘電率εｒが低いほど有利であるため、εｒ≦１０の材料を用いるのが一般的である。
【０００９】
一方、高誘電率の誘電体セラミック層に用いる材料として、本出願人は、特公昭５６−８２５０１号公報において、
一般式：ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚ（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2
と表したとき（但し、Ｍｅはランタノイド系元素を示し、０≦ｍ≦１．０である。）、ｘ、ｙ及びｚが
【表３】
0003709752.tif 000002
で示される各点ａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル比組成を有するマイクロ波用誘電体セラミック材料を提案している。この誘電体セラミック材料は、高いＱ値を有すると共に２０００以上の極めて高い比誘電率を示し、また、ランタノイド系元素の添加量を変化させることによって静電容量の温度特性を任意に調節可能である等の利点を有している。
【００１０】
しかしながら、この誘電体セラミック材料を用いてセラミック多層基板を形成する場合、この誘電体セラミック材料は１３００〜１４００℃とその焼結温度が高いため、銅や銀等の比抵抗の小さな低融点金属と同時焼結が困難であり、また、絶縁性セラミック基板（特に低温焼結セラミック基板）との接着性に乏しいので、得られたセラミック多層基板の強度が低下することがある。
【００１１】
さらに、誘電体セラミック材料の焼結温度を低下させる目的でガラス成分を添加すると、ガラス成分の種類や含有量によっては、アルミナ基板等と比較して、著しく基板強度が低くなったり、基板強度が高くても電気特性が低下すること等があった。特に、基板強度を重視した場合は、その比誘電率が小さくなって基板内に大きな容量を持つキャパシタを内蔵することが難しくなり、また、内蔵できたとしても、キャパシタの占める電極面積が大きくなって、基板の小型化、高密度実装化に対して不利であった。一方、電気特性を重視した場合は、基板強度が低くなってしまい、半導体デバイス等の実装基板用途としては不適当になることがあった。
【００１２】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するものであり、その目的は、焼結温度が低く、電気特性等に優れ、焼結後の強度が高い誘電体セラミック組成物、並びに、低温焼結可能で、高周波特性に優れ、基板強度の高いセラミック多層基板を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、低誘電率の絶縁性セラミック層と高誘電率の誘電体セラミック層とを積層してなるセラミック多層基板において、前記絶縁性セラミック層は、酸化バリウム、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素からなるガラスセラミック複合材料を焼成してなる低温焼結セラミック層であり、前記誘電体セラミック層は、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2（但し、Ｍｅはランタノイド系元素を示し、０≦ｍ≦１．０である。）で表される誘電体セラミック成分に、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素を混合してなるガラス成分を混合し、これを焼成してなる誘電体セラミック層であることを特徴とするセラミック多層基板を提供するものである。
【００２０】
本発明のセラミック多層基板において、前記ガラス成分は、酸化バリウムを２０．０〜６５．０モル％、酸化ケイ素を５．０〜５０．０モル％、及び、酸化ホウ素を１０．０〜５０．０モル％混合してなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のセラミック多層基板においては、前記ガラス成分の含有量を、前記誘電体セラミック成分に対して、３．０〜３５．０重量％とすることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のセラミック多層基板において、前記誘電体セラミック成分は、これをｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚ（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2と表したとき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、かつ、ｘ、ｙ及びｚが下記表５のａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれる領域内のモル比組成を有することを特徴とする。
【００２３】
【表５】
0003709752.tif 000003
【００２４】
また、本発明のセラミック多層基板においては、前記誘電体セラミック成分に対して、酸化鉛が１７重量％以下混合されていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のセラミック多層基板において、前記セラミック多層基板は、前記絶縁性セラミック層用のグリーンシートと、前記誘電体セラミック層用のグリーンシートとを積層し、これを一括焼成してなることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のセラミック多層基板において、前記セラミック多層基板は、前記絶縁性セラミック層用のグリーンシートと、前記誘電体セラミック層用の厚膜印刷物とを積層し、これを一括焼成してなることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のセラミック多層基板において、前記セラミック多層基板は銅系の導体パターンを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明のセラミック多層基板によれば、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2で表される誘電体セラミック成分に、前記絶縁性セラミック材料における前記ガラス成分とほぼ同組成のガラス成分を混合、焼成してなる誘電体セラミック層を備えるので、前記絶縁性セラミック層と前記誘電体セラミック層との接合強度が高く、また、前記誘電体セラミック層は、比誘電率が高く、Ｑ値や温度特性に優れた層になる。従って、低温焼結可能であって、高周波特性に優れ、基板強度の高いセラミック多層基板を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照に、本発明による第１の実施の形態を説明する。
【００３２】
本実施の形態によるセラミック多層基板１においては、その一方主面に、厚膜抵抗体６が印刷され、また、半導体ＩＣやチップコンデンサ等の実装部品７が搭載されており、そして、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2等のガラスセラミック複合材料からなる絶縁性セラミック層３ａ及び３ｂの間には、本発明の誘電体セラミック組成物を焼結してなる誘電体セラミック層２が設けられている。
【００３３】
誘電体セラミック層２には、電極４ａ、電極４ｂ及び電極４ｃからなるコンデンサが形成されている。電極４ａと電極４ｃとはビアホール５ｂを介して接続されており、電極４ａと電極４ｂとの間、電極４ｂと電極４ｃとの間でそれぞれ所定の容量が形成されて、これらの容量の和がコンデンサ全体の容量となっている。そして、このコンデンサは、ビアホール５ａ及び５ｃを介して厚膜抵抗体６に接続されている。
【００３４】
同様に、誘電体セラミック層２には、電極４ｄ、電極４ｅ及び電極４ｆからなるコンデンサが形成されており、ビアホール５ｆを介して電極４ｄと電極４ｆが接続され、電極４ｄと電極４ｅとの間、電極４ｅと電極４ｆとの間でそれぞれ所定の容量が形成されている。そして、このコンデンサは、ビアホール５ｄ及び５ｅを介して実装部品７に接続されている。
【００３５】
このように、セラミック多層基板１においては、セラミック多層基板１内にコンデンサが形成されているので、実装部品の点数を減らして基板表面を有効に活用することができ、また、コンデンサを形成する電極間に高誘電率の誘電体セラミック層２が挟み込まれているので、比較的小さな電極パターンで大容量のコンデンサを形成できる。
【００３６】
さらに、セラミック多層基板１において、誘電体セラミック層２は、絶縁性セラミック層３ａ及び３ｂにおける酸化物無機成分とほぼ同組成のガラス成分（ここでは酸化バリウム及び酸化ケイ素）を含んでいるので、絶縁性セラミック層３ａ及び３ｂと誘電体セラミック層２との接着強度が高く、また、各層の構成成分の相互拡散による基板特性の変動が抑えられる。さらに、誘電体セラミック層２は、本発明の誘電体セラミック組成物からなるので、高い比誘電率、高いＱ値を有し、かつ、静電容量の温度係数が任意に調節可能である。つまり、セラミック多層基板１は、高い信頼性と優れた電気特性とを両立した基板となる。
【００３７】
次に、図２を参照に、本発明による第２の実施の形態を説明する。
【００３８】
セラミック多層基板１１は、その一方主面に、チップ抵抗体や半導体デバイス等の実装部品７を搭載してなり、また、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2等のガラスセラミック複合材料からなる絶縁性セラミック層１３内であって、電極１４ａと電極１４ｂとの間、及び、電極１４ｃと電極１４ｄとの間には、本発明の誘電体セラミック組成物からなる誘電体セラミック層１２ａ及び１２ｂが厚膜印刷物としてそれぞれ設けられている。
【００３９】
そして、電極１４ａ、電極１４ｂ、及び、これらの電極間に設けられた誘電体セラミック層１２ａによってコンデンサが形成されており、同様に、電極１４ｃ、電極１４ｄ、及び、誘電体セラミック層１２ｂによってコンデンサが形成されている。そして、電極１４ａ及び電極１４ｂによって形成されるコンデンサは、一方で、ビアホール１５ａを介して実装部品７に接続され、他方で、ビアホール１５ｂを介して、ストリップライン１８に接続されている。また、電極１４ｃ及び電極１４ｄによって形成されるコンデンサは、一方で、ビアホール１５ｃ及び線路導体１６を介して実装部品７に接続されており、他方で、ビアホール１５ｄを介してグランド導体１７に接続されている。
【００４０】
このように、セラミック多層基板１１においては、セラミック多層基板内にコンデンサが形成されているので、実装部品の点数を減らして基板表面を有効に活用することができ、また、コンデンサを形成する電極間には高誘電率の誘電体セラミック層１２ａ及び１２ｂが挟み込まれているので、比較的小さな電極パターンで大容量のコンデンサを形成できる。
【００４１】
さらに、セラミック多層基板１１においては、誘電体セラミック層１２ａ及び１２ｂの構成材料は、絶縁性セラミック層１３における酸化物無機成分とほぼ同組成のガラス成分（ここでは酸化バリウム及び酸化ケイ素）を含んでいるので、絶縁性セラミック層１３と誘電体セラミック層１２ａ及び１２ｂとの接着強度が高く、また、各層の構成成分の相互拡散による基板特性の変動が抑えられる。さらに、誘電体セラミック層１２ａ及び１２ｂは、本発明の誘電体セラミック組成物で形成されているので、高い比誘電率及び高いＱ値を有しており、かつ、静電容量の温度係数が任意に調節可能である。つまり、セラミック多層基板１１は、高い信頼性と優れた電気特性とを両立した基板となる。
【００４２】
次に、上述した第1の実施の形態によるセラミック多層基板の作製方法例を説明する。
【００４３】
まず、絶縁性セラミック層用の材料として、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするセラミック原料粉末と、ＢａＯ、ＳｉＯ2を主原料とするガラス粉末とを用意した後、アルミナ１００重量部に対してガラス粉末２０〜３０重量部を添加し、これを混合する。必要に応じて、混合前の前記主原料を８００〜１１００℃程度で仮焼してよい。
【００４４】
なお、絶縁性セラミック層用の材料は、例えば、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＣａＺｒＯ3、ＢａＡｌ2Ｓｉ2Ｏ8などのセラミック原料粉末にＢａＯやＳｉＯ2等を含むガラス粉末を添加したものや、ＢａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2を主成分としたものを用いてもよい。例えば、Ｂ2Ｏ3−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2を主成分とする原料粉末を使用する場合は、これを混合した後、８００〜１０００℃で仮焼しておくことが望ましい。
【００４５】
次いで、得られたセラミック原料粉末に、バインダー、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、これらを混合することによって、有機スラリーを調製する。これを、ドクターブレード法等によってシート状に成形し、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2からなるガラスセラミック複合材料の絶縁性セラミック層用グリーンシートを得る。
【００４６】
次いで、これとは別に、高誘電率の誘電体セラミック層用の材料として、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2で表される誘電体セラミック材料成分を用意し１０００℃、１時間以上仮焼する。
【００４７】
続いて、得られた仮焼原料を粉砕した後、この仮焼原料と、酸化バリウム：２０．０〜６５．０モル％、酸化ケイ素：５．０〜５０．０モル％、酸化ホウ素：１０．０〜５０．０モル％を混合してなるガラス成分３．０〜３５．０重量％とを混合した後、有機ビヒクル、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、これらを混合することにより、有機スラリーを調製する。そして、これをドクターブレード法等によってシート状に成形し、誘電体セラミック層用グリーンシートを得る。
【００４８】
このようにして得られた絶縁性セラミック層用グリーンシートと誘電体セラミック層用グリーンシートとに必要に応じてビアホール用孔を開け、ビアホール用孔中に、銅等の電極ペーストや電極粉を充填してビアホールを形成する。さらに、各グリーンシートに所定パターンのコンデンサや配線パターンが形成されるように銅等の電極ペーストを印刷して、誘電体セラミック層用グリーンシートと、絶縁性セラミック層用グリーンシートとを積み重ねる。
【００４９】
この後、積み重ねたグリーンシートをプレスし、積層体ブロックを形成する。必要に応じて、作製した積層体ブロックを適当な大きさに切断したり、溝を形成したりしてもよい。そして、この積層体ブロックを還元性雰囲気中、１０００℃以下で焼結すれば、、図１に示したようなコンデンサを内蔵したセラミック多層基板が１得られる。
【００５０】
なお、誘電体セラミック層は、上述したように、グリーンシートに成形し、これをセラミック多層基板に内蔵することによって形成してもよいが、誘電体セラミック層用の粉体を有機ビヒクル、有機溶剤、可塑剤等に混合することによってペースト化し、得られた誘電体ペーストを必要な部分に厚膜印刷することにより、厚膜印刷物として誘電体セラミック層を形成してもよい（図２参照）。この場合も、誘電体セラミック層の形成後に、グリーンシートを積み重ね、プレス、カット、焼結等の工程を経てセラミック多層基板を作製できる。
【００５１】
次に、本発明のセラミック多層基板をさらに詳細に説明する。
【００５２】
本発明のセラミック多層基板においては、前記ガラス成分として、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素を混合してなるガラス成分を用いることが望ましい。すなわち、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2で表される誘電体セラミック成分に対して、ＢａＯ−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラス成分を用いることによって、誘電体セラミック成分の各種特性を良好に維持し、電気特性に優れたセラミック多層基板が得られる。
【００５３】
また、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素を混合してなるガラス成分は、特にＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなる低温焼結セラミック材料の構成成分とほぼ同組成の酸化物無機成分であるので、絶縁性セラミック材料からなる絶縁性セラミック基板と誘電体セラミック材料からなる誘電体セラミック層とが良好に接合し、高い基板強度を有するセラミック多層基板が得られる。
【００５４】
特に、本発明のセラミック多層基板及び本発明の誘電体セラミック組成物においては、図３に示すように、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０．０〜５５．０モル％、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で５．０〜５０．０モル％、及び、酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算でを１０．０〜５０．０モル％混合してなるガラス成分を用いることが望ましい。このようなモル比組成のガラス成分を用いれば、特に、Ｑ値が１５００以上、比誘電率が３５以上、静電容量の温度係数Ｔｃｃが±１５０ｐｐｍ以内の優れた電気特性を達成した誘電体セラミック層を形成できる。
【００５５】
また、前記ガラス成分の含有量が、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2で表される誘電体セラミック材料に対して、３．０〜３５．０重量％の範囲内とすると、強度、Ｑ値、比誘電率、及び、静電容量の温度係数のバランスが優たものとなる。なお、ガラス成分の含有量が３．０重量％未満であると、高い基板強度が得られるものの焼結温度が高くなる傾向にあり、他方、ガラス成分の含有量が３５．０重量％を超えると、焼結温度が低くなるものの基板強度が小さくなる傾向にある。
【００５６】
また、本発明において、前記ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2で表される前記誘電体セラミック成分は、これを
ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚ（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2
と表したとき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、かつ、ｘ、ｙ及びｚが表１のａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれる領域内のモル比組成を有していることが望ましい。このｘ、ｙ及びｚのモル比組成を図４に示す。図４において、領域Ａでは、焼結が困難になり、緻密な焼結体を形成することが困難である。また、領域Ｂでは、温度特性がプラス側に大きくなりすぎる傾向がある。また、領域Ｃでは、温度特性がプラス側に大きくなりすぎる傾向があると共に、焼結が不安定になることがある。さらに領域Ｄでは、温度特性がマイナス側に大きくなり易い。なお、ａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれる領域は、その線上も含む領域である。
【００５７】
また、本発明においては、前記誘電体セラミック成分に対して、酸化鉛がＰｂＯ換算で１７重量％以下混合されていることが望ましい。ＰｂＯの添加量が増えるほど比誘電率が増加する傾向にあり、かつ、温度特性をマイナス側にシフトさせることができる。但し、その混合量が１７重量％を超えると、焼結が不安定になる傾向がある。
【００５８】
また、本発明においては、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2からなる低温焼結セラミック材料を用いれば、セラミック多層基板内に比抵抗の小さな銅系等の低融点金属を配し、これを還元性雰囲気中で共焼結（同時焼成）することが可能なことから、高周波特性に優れたセラミック多層基板を形成できる。また、この低温焼結セラミック材料は、上述したように、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素を混合してなるガラス成分とほぼ同組成の酸化物無機成分からなるので、絶縁性セラミック材料層と誘電体セラミック材料層との相性が良く、したがって、前述の誘電体セラミック層との接着強度が高く、基板特性の変動が少ない。
【００５９】
また、本発明のセラミック多層基板は、銅系の導体パターンを備えることが望ましい。すなわち、本発明の誘電体セラミック組成物は、例えば酸化ビスマスのように還元性雰囲気で金属化し易い酸化物無機成分を含んでいないので、還元性雰囲気中での焼成が可能であって、比抵抗が極めて小さく、安価な銅系導体材料との同時焼成が可能であり、拡散等の問題が少なく安定性の高いセラミック多層基板を実現できる。また、上述したＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2からなる低温焼結セラミック材料も還元性雰囲気中での焼成が可能であるため、還元性雰囲気中での一括焼成によって製造できる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態にしたがって説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６１】
例えば、絶縁性セラミック層の材料はＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料に限定されるものではなく、例えば、ＢａＯ−ＳｒＯ−ＳｉＯ2、ＢａＯ−ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ等の低温焼結セラミック材料を用いることも可能である。これらの低温焼結セラミック材料は、前述したＢａＯ、ＳｉＯ2及びＢ2Ｏ3からなるガラス成分とほぼ同組成の酸化物無機成分を含む材料である。
【００６２】
また、本発明のセラミック多層基板は、半導体ＩＣやチップコンデンサ等の実装部品を搭載するための基板として利用するだけでなく、ＬＣフィルタ等の積層電子部品、さらにはセラミックパッケージ等として用いることが可能である。また、セラミック多層基板上、或いはその裏面に抵抗を形成することで、若しくは、絶縁性セラミック基板内又は誘電体セラミック層内にチョークコイルやストリップラインを形成することで、基板形状のさらなる小型化を達成できる。
【００６３】
また、電極パターン、ビアホール、配線パターン等として用いられる導体材料は銅系材料に限定されるものではなく、銀、銀／パラジウム、銀／白金、金等の低融点金属、さらには、タングステンやモリブデン等の高融点金属を使用してもよい。
【００６４】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例について説明する。
【００６５】
まず、ＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2を下記表６に示した所定量秤量し、空気中、１０００℃以上、１時間以上で仮焼した。引き続いて、仮焼後のセラミック原料粉末を粉砕した後、下記表６に示す比率で混合したＢａＯ、ＳｉＯ2及びＢ2Ｏ3からなるガラス成分を所定量加え、さらにバインダー、分散材、可塑剤、有機溶媒を適量添加、混合して、誘電体セラミック層用の有機スラリーを作製した。
【００６６】
【表６】
0003709752.tif 000004
【００６７】
次いで、これをドクターブレード法に基づいてシート状に成形して誘電体基板用セラミックグリーンシートを作製した後、このセラミックグリーンシートを必要な厚さになる分だけ積み重ね、これをプレスし、適当な形状にカットした。その後、これを還元性雰囲気中、１０００℃以下で焼結した。そして、得られたシート状の誘電体セラミックの両面に銅電極を付与し、比誘電率εｒ、Ｑ値、及び、静電容量の温度係数Ｔｃｃをそれぞれ測定した。測定結果を下記表７に示す。
【００６８】
また、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなる低温焼結セラミック材料をシート状に成形して作製したグリーンシートと、前述した誘電体セラミック用グリーンシートとを積み重ね、図１に示したようなセラミック多層基板を作製し、その基板強度（抗折強度）及び焼結温度を測定した。基板強度及び焼結温度の測定結果を下記表７に併せて示す。なお、下記表７における焼結温度は、焼結体の最も密度の高くなる温度を示した。
【００６９】
【表７】
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【００７０】
表６及び表７から、例８のようにガラス成分におけるＢａＯの組成比が２０．０モル％以下であると、Ｑ値がやや小さく、静電容量の温度係数Ｔｃｃもややばらつくことがあり、また、セラミック多層基板の焼結温度が上昇してしまうことが分かった。また、例９のように、ガラス成分におけるＢａＯの組成比が６５．０モル％を超えると、静電容量の温度係数Ｔｃｃがややばらつき、基板強度は優れるものの焼結温度が上昇する傾向があった。
【００７１】
また、例１０のように、ガラス成分におけるＳｉＯ2の組成比が５．０モル％以下であると焼結温度が上昇する傾向があり、他方、例１１のように、ＳｉＯ2の組成比が５０．０モル％を超えると、Ｑ値が小さくなり、また、静電容量の温度係数Ｔｃｃが大きくばらつき、焼結温度が上昇してしまう傾向があった。
【００７２】
また、例１２のように、ガラス成分におけるＢ2Ｏ3の組成比が１０．０モル％を下回ると、静電容量の温度係数が大きくばらつくと共に焼結温度が上昇してしまい、他方、例１３のように、Ｂ2Ｏ3の組成比が５０．０モル％を上回ると、基板強度が小さくなってしまう傾向にあった。
【００７３】
さらに、誘電体セラミック成分に対するガラス成分の添加量に関して、例１４から、その添加量が３．０重量％未満であると焼結温度が上昇してしまい、他方、例１６から、３５．０重量％を超えると基板強度が低下してしまう傾向にあることが分かった。
【００７４】
これに対して、例１〜例７から、ＢａＯ、ＳｉＯ2及びＢ2Ｏ3からなるガラス成分の組成比に関して、図３の三成分図に示すように、ＢａＯが２０．０〜６５．０モル％、ＳｉＯ2が５．０〜５０．０モル％、Ｂ2Ｏ3が１０．０〜５０．０モル％のときは、高いＱ値を有し、かつ、比誘電率εｒ及び静電容量の温度係数Ｔｃｃに優れた値を示していると共に、基板強度が高く、焼結温度が低いといった優れた特性を有していることが分かる。
【００７５】
また、例１４〜例１６に関し、基板強度と焼結温度とのバランスを考慮すると、誘電体セラミック材料におけるガラス成分の含有量は３．０〜３５．０重量％が望ましいと思われる。
【００７６】
特に、ＢａＯ、ＳｉＯ2及びＢ2Ｏ3からなるガラス成分の組成比が、ＢａＯが２０．０〜６５．０モル％、ＳｉＯ2が５．０〜５０．０モル％、Ｂ2Ｏ3が１０．０〜５０．０モル％であって、かつ、誘電体セラミック材料におけるガラス成分の含有量が３．０〜３５．０重量％のとき、Ｑ値が１５００以上、比誘電率εｒが３５以上の優れた電気特性、静電容量の温度係数Ｔｃｃが±１５０ｐｐｍ以内の優れた温度特性をそれぞれ示していることが分かる。また、これらの例は、焼結温度も低いのでＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなる絶縁性セラミック基板及び低融点金属と同時焼結でき、基板強度にも優れていることが分かる。
【００７７】
以上、本実施例によれば、浮遊容量が発生すると特性上不利になると思われる部分に誘電率の低いセラミック材料を用い、大きな容量を必要とする部分に誘電率の高い誘電体セラミック材料を内蔵することで、大容量のコンデンサを内蔵することができ、セラミック多層基板の大幅な小型化、低背化が達成できる。同時に、必要な部分にのみ誘電率の高い材料を内蔵しているので、電極間や配線間の浮遊容量を最小限に抑えることができる。また、高誘電率の誘電体セラミック層部分をグリーンシート等にして内蔵する場合、例えば、コンデンサ間の誘電体膜厚を一定にすることができるため、非常に精度の高い大容量のコンデンサを、必ずしも容量調節のためのトリミングを行う必要なく、容易に形成できる。
【００７８】
さらに、低誘電率の絶縁性セラミック基板と高誘電率の誘電体セラミック層とがほぼ同組成の酸化物無機成分を含んでいるためにこれらの間の接合が適切に働き、絶縁性セラミック基板と誘電体セラミック層との接着強度が非常に大きくなり、基板強度が大幅に向上し、基板の安定性に優れる。
【００７９】
また、前記誘電体セラミック成分にはランタノイド系元素Ｍｅが添加されており、このＭｅは焼結助剤として作用するため、ガラス成分におけるＳｉＯ2の割合を比較的多くすることができ、これにより基板強度の向上が達成できる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の誘電体セラミック組成物によれば、誘電体セラミック成分の高Ｑ値、高誘電率、静電容量の温度係数などの優れた電気特性を保持することができ、また、比較的低温で焼結可能であって、焼結後の強度が高い誘電体セラミック組成物を得ることができる。
【００８１】
本発明のセラミック多層基板によれば、絶縁性セラミック層と誘電体セラミック層との接合性が向上すると共に、高Ｑ値、高誘電率、優れた温度特性を有する誘電体セラミック層を有するセラミック多層基板を形成できる。また、このセラミック多層基板は、低温焼結可能であって、基板強度が高いので、高周波特性及び信頼性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるセラミック多層基板の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるセラミック多層基板の概略断面図である。
【図３】本発明の誘電体セラミック組成物におけるガラス成分の組成範囲を示す三成分図である。
【図４】本発明のＢａＯ−ＴｉＯ2−（Ｎｄ1-mＭｅm）Ｏ3/2系誘電体セラミック成分のモル比組成範囲を示す三成分図である。
【符号の説明】
１…セラミック多層基板、
２…誘電体セラミック層、
３ａ、３ｂ…絶縁性セラミック層、
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ…電極、
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ…ビアホール、
６、７…表面実装部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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