(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスとホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器であって、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種とが析出していることを特徴とする、絶縁体磁器。
【請求項２】
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスとホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器であって、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種類が析出していることを特徴とする、絶縁体磁器。
【請求項３】
前記ホウ珪酸系ガラスが、酸化ホウ素、酸化ケイ素及び酸化マグネシウムを含む、請求項１または２に記載の絶縁体磁器。
【請求項４】
前記ホウ珪酸系ガラスが、酸化ホウ素をＢ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％、酸化ケイ素をＳｉＯ2 換算で１０〜５０重量％及び酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で１０〜５５重量％含む、請求項３に記載の絶縁体磁器。
【請求項５】
前記ホウ珪酸系ガラスが、酸化物換算で２０重量％以下の割合でアルカリ金属酸化物をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項６】
前記ホウ珪酸系ガラスが、２０重量％以下の割合で酸化アルミニウムをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項７】
前記ホウ珪酸系ガラスが、３０重量％以下の割合で酸化亜鉛をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項８】
前記ホウ珪酸系ガラスが、１０重量％以下の割合で酸化銅をさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項９】
前記ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスと前記ホウ珪酸系ガラスとが、重量比で２０：８０〜８０：２０の割合で配合されている、請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項１０】
５〜８０重量％のＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相、５〜７０重量％のＭｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相がそれぞれ析出されている、請求項１及び３〜９のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項１１】
前記焼結体が、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相５〜８０重量％と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種とを析出量の和が５〜７０重量％となるように析出している、請求項２〜９のいずれかに記載の絶縁体磁器。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の絶縁体磁器からなる絶縁性セラミック層を含むセラミック板と、
前記セラミック板の絶縁性セラミック層内に形成された複数の内部電極とを備えることを特徴とする、セラミック多層基板。
【請求項１３】
前記絶縁性セラミック層の少なくとも片面に、該絶縁性セラミック層よりも誘電率が高い第２のセラミック層が積層されている、請求項１２に記載のセラミック多層基板。
【請求項１４】
前記複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されて積層コンデンサが構成されている、請求項１２または１３に記載のセラミック多層基板。
【請求項１５】
複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されてコンデンサを構成しているコンデンサ用内部電極と、互いに接続されて積層インダクタを構成しているコイル導体とを備える、請求項１３または１４に記載のセラミック多層基板。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれかに記載のセラミック多層基板と、
前記セラミック多層基板上に実装されており、前記複数の内部電極と共に回路を構成している少なくとも１つの電子部品素子とを備えることを特徴とする、セラミック電子部品。
【請求項１７】
前記電子部品素子を囲繞するように前記セラミック多層基板に固定されたキャップをさらに備える、請求項１６に記載のセラミック電子部品。
【請求項１８】
前記キャップが導電性キャップである、請求項１７に記載のセラミック電子部品。
【請求項１９】
前記セラミック多層基板の下面にのみ形成された複数の外部電極と、
前記外部電極に電気的に接続されており、かつ前記内部電極または電子部品素子に電気的に接続された複数のスルーホール導体をさらに備えることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の電子部品。
【請求項２０】
請求項１〜１１のいずれかに記載の絶縁体磁器からなるセラミック焼結体と、
前記セラミック焼結体内に配置された複数の内部電極と、
前記セラミック焼結体の外表面に形成されており、いずれかの内部電極に電気的に接続されている複数の外部電極とを備えることを特徴とする、積層セラミック電子部品。
【請求項２１】
前記複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合うように配置されており、それによってコンデンサユニットが構成されている、請求項２０に記載の積層セラミック電子部品。
【請求項２２】
前記複数の内部電極が、前記コンデンサユニットを構成している内部電極に加えて、互いに接続されて積層インダクタユニットを構成している複数のコイル導体を有する、請求項２１に記載の積層セラミック電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層回路基板などに用いられる絶縁体磁器に関し、より詳細には、半導体素子や各種電子部品を搭載した複合多層回路基板などに好適に用いられ、銅や銀などの導体材料と同時焼成可能な高周波用絶縁体磁器、該絶縁体磁器を用いたセラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高速化及び高周波化が進んでいる。また、電子機器に搭載される電子部品においても、高速化及び高集積化が求められており、さらに高密度実装化が要求されている。上記のような要求に応えるために、従来より、半導体素子や各種電子部品を搭載するための基板として、多層回路基板が用いられている。多層回路基板では、基板内に導体回路や電子部品機能素子が内臓されており、電子機器の小型化を進めることができる。
【０００３】
上記多層回路基板を構成する材料としては、従来、アルミナが多用されている。
アルミナの焼成温度は１５００〜１６００℃と比較的高い。従って、アルミナからなる多層回路基板に内蔵されている導体回路材料としては、通常、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎ、Ｗなどの高融点金属を用いなければならなかった。ところが、これらの高融点金属は電気抵抗が高いという問題があった。
【０００４】
従って、上記高融点金属よりも電気抵抗が低く、かつ安価な金属、例えば銅などを導体材料として用いることが強く求められている。銅を導体材料として用いることを可能とするために、１０００℃以下の低温で焼成され得るガラスセラミックスや結晶化ガラスなどを用いることが提案されている（例えば、特開平５−２３８７７４号公報）。
【０００５】
また、Ｓｉチップなどの半導体部品との接続を考慮して、熱膨張係数がＳｉに近いセラミックスを多層回路基板材料として用いることも提案されている（特開平８−３４６６８号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知の低温焼成可能な基板材料は機械的強度が低く、Ｑ値が低く、さらに析出結晶相の種類及び比率が焼成プロセスにより影響を受け易いという問題があった。
【０００７】
また、特開平５−２３８７７４号公報や特開平８−３４６６８号公報に記載の基板材料では、高い熱膨張係数を有する高誘電率の材料との共焼結が困難であるという問題もあった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、低温の焼成で得ることができ、銀や銅などの比較的低融点の導体材料と同時に焼成でき、比誘電率が小さく、高周波特性に優れており、さらに高熱膨張係数を有する絶縁体磁器を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、上記絶縁体磁器を用いて構成されており、低温の焼成で得ることができ、比誘電率が小さく、高周波特性に優れており、さらに高熱膨張係数を有する高誘電率材料との共焼結により得ることができる、セラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスと、ホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器において、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相を析出させれば、あるいは、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種類とを析出させれば、比誘電率が小さく、高周波特性に優れた高熱膨張係数を有する絶縁体磁器の得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１１】
すなわち、本願の第１の発明の広い局面によれば、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスとホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器であって、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種とが析出されていることを特徴とする絶縁体磁器が提供される。
【００１２】
本願の第２の発明の広い局面によれば、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスとホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器であって、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種類が析出していることを特徴とする、絶縁体磁器が提供される。
【００１３】
本発明（以下、第１，第２の発明を総称して本発明と記載する。）において、上記ホウ珪酸系ガラスは、酸化ホウ素、酸化ケイ素及び酸化マグネシウムを含むことが望ましい。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 と、少なくとも酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）、及び酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むガラス組成物とを組み合わせることにより、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相とを析出させることができ、あるいはＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相のうち少なくとも１種類とを析出させることができ、いずれの場合においても、高周波特性に優れかつ高熱膨張係数を有する絶縁体磁器を得ることができる。
【００１４】
この場合、前記ホウ珪酸系ガラスは、酸化ホウ素Ｂ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％、酸化ケイ素ＳｉＯ2 換算で１０〜５０重量％、酸化マグネシウムＭｇＯ換算で１０〜５５重量％含むことが望ましい。さらに好ましくは、２０〜４０重量％含むことが望ましい。
【００１５】
上記ホウ珪酸系ガラスにおいて、酸化ホウ素はＢ2 Ｏ3 換算で８〜６０重量％を占めることが望ましい。酸化ホウ素は主に融剤として作用する。酸化ホウ素の含有量がＢ2 Ｏ3 換算で８重量％未満では、溶融温度が高くなり過ぎることがあり、６０重量％を超えると耐湿性が低下することがある。
【００１６】
また、上記酸化ケイ素は、ＳｉＯ2 換算で１０〜５０重量％を占めることが望ましい。さらに好ましくは１３〜３８重量％を占めることが望ましい。１０重量％未満では、ホウ珪酸系ガラスの化学的安定性が低下しがちとなり、５０重量％を超えると、ガラスの溶融温度が高くなることがある。
【００１７】
上記ホウ珪酸系ガラスにおいて、酸化マグネシウムＭｇＯは、１０〜５５重量％を占めることが望ましい。さらに好ましくは３５〜５３重量％を占めることが望ましい。ＭｇＯは、ガラス作製時の溶融温度を低下するとともに、結晶化ガラス中の結晶の構成成分ともなる。特に、ＭｇＯ−Ｂ2 Ｏ3 化合物は、Ｑｆ値（Ｑ値と周波数ｆの積）が数万ＧＨｚ以上を示し、優れた高周波特性を発現する主な要因となる。ＭｇＯの含有量が１０重量％未満では、Ｑ値が低くなることがあり、５５重量％を超えると、結晶析出量が多くなり過ぎ、基板強度が低下することがある。
【００１８】
本発明においては、系に含まれる酸化マグネシウムと酸化ホウ素の比を調整することにより、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相を選択的に析出させることができる。すなわち、モル比に換算して、ＭｇＯ：Ｂ2 Ｏ3 ＝３：１よりも酸化マグネシウムが過剰である場合には、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相を析出させることができる。他方、ＭｇＯ：Ｂ2 Ｏ3 ＝３：１よりもＢ2 Ｏ3 が過剰である場合には、Ｍｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相が選択的に析出され得る。また、ＭｇＯ：Ｂ2 Ｏ3 ＝３：１付近では、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相が混在する。
【００１９】
また、上記ホウ珪酸系ガラスは、アルカリ金属酸化物を２０重量％以下の割合でさらに含有することが望ましい。アルカリ金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度を下げる作用を有するが、含有量が２０重量％を超えると、Ｑ値が低下する傾向がある。上記アルカリ金属酸化物としては、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ、Ｌｉ2 Ｏなどを挙げることができる。また、焼結温度を下げることができる。
【００２０】
また、上記ホウ珪酸系ガラス中におけるアルカリ金属酸化物量を調整することにより、熱膨張係数の調整も可能である。
上記ホウ珪酸系ガラスは、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で３０重量％以下の割合でさらに含むことが望ましい。酸化亜鉛は、焼成温度を低下させるように作用する。しかしながら、酸化亜鉛の含有割合が３０重量％を超えると、ガラスの化学的安定性が低下することがある。
【００２１】
さらに、上記ホウ珪酸系ガラスは、酸化銅をＣｕＯ換算で１０重量％以下の割合で含有していることが望ましい。酸化銅は焼成温度を下げる働きを有するが、含有量が１０重量％を超えると、Ｑ値が低下することがある。
【００２２】
また、上記ホウ珪酸系ガラスでは、酸化アルミニウムが、Ａｌ2 Ｏ3 換算で２０重量％以下の割合で含有されていることが望ましい。酸化アルミニウムの添加により化学的安定性を高めることができる。しかしながら、酸化アルミニウムの含有量が２０重量％を超えると、緻密な焼結体の得られないことがある。
【００２３】
上記ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスと、ホウ珪酸系ガラスとの割合は、重量比で２０：８０〜８０：２０の範囲とすることが望ましい。上記セラミックスの含有割合が２０重量％以下である場合には、Ｑ値が低くなる傾向があり、８０重量％を超えると、９００〜１０００℃の温度での焼成では、得られた絶縁体磁器が十分に緻密化しないことがある。
【００２４】
また、第１の発明においては、前記焼結体で、全結晶相の割合を１００重量％としたときに、５〜８０重量％のＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相、５〜７０重量％のＭｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相がそれぞれ析出していることが望ましい。このような範囲であれば、高い信頼性、良好な焼結性、十分な機械的強度、高いＱ値を得ることができる。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相の割合が５重量％未満の場合には、絶縁体磁器の強度が低くなることがあり、８０重量％を超えると、１０００℃以下の焼成では緻密化しないことがある。
【００２５】
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相が５重量％未満の場合には、フィラー成分を減らすことになり、高価なガラスの添加量を増やすこととなり、コストが高くつくことがあり、８０重量％を超えると、１０００℃以下での緻密化が困難となることがある。また、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相が５重量％未満の場合には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）との反応が十分に進まず、焼結性や信頼性が低下し、Ｑ値が低くなることがあり、７０重量％よりも多く析出させるには、高価なガラスの添加量を増やす必要があり、コストが高くつくことになる。
【００２６】
他方、第２の発明においては、上記焼結体中において、全結晶相の割合を１００重量％としたときに、５〜８０重量％のＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、析出量の和が５〜７０重量％であるように、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種類とが析出していることが望ましい。このような範囲であれば、良好な焼結性、十分な機械的強度、良好な高周波特性及び高熱膨張係数を有する絶縁体磁器を得ることができる。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相が５重量％未満の場合には、機械的強度が低くなることがあり、８０重量％を超えると、１０００℃以下で緻密化しないことがある。Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種類との析出量の和が５重量％未満の場合には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）との反応が十分に進まず、焼結性や信頼性が低下し、Ｑ値が低くなることがあり、７０重量％よりも多い場合には、高価なガラスの添加量を増やすことになり、コストが高くつく。
【００２７】
なお、本発明においては、上記ガラスとしては、ガラス組成物を７００〜１０００℃の温度で仮焼することにより得られた混合物を用いてもよい。
上記のように、本発明によれば、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスと、上記特定のホウ珪酸系ガラスとを用いることにより、銅や銀などの低融点金属材料と共焼結することにより得ることができ、十分な機械的強度を有し、高周波特性に優れかつ高熱膨張係数を有する絶縁体磁器を得ることができる。
【００２８】
また、本発明においては、得られる絶縁体磁器の測定周波数１５ＧＨｚにおけるＱ値は７００以上であることが望ましい。１０ＧＨｚにおけるＱ値が７００以上の場合には、高周波帯、例えば１ＧＨｚ以上の周波数域で用いられる回路基板に好適に用いることができる。
【００２９】
本発明に係るセラミック多層基板は、本発明に係る絶縁体磁器からなる絶縁性セラミック層を含むセラミック板と、該セラミック板の絶縁性セラミック層内に形成された複数の内部電極とを備える。
【００３０】
本発明に係るセラミック積層基板の特定の局面では、前記絶縁性セラミック層の少なくとも片面に、該絶縁性セラミック層よりも誘電率が高い第２のセラミック層が積層されている。
【００３１】
本発明に係るセラミック多層基板のさらに特定の局面では、前記複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されて積層コンデンサが構成されている。
【００３２】
本発明の別の特定の局面では、複数の内部電極が、前記絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されてコンデンサを構成しているコンデンサ用内部電極と、互いに接続されて積層インダクタを構成しているコイル導体とが備えられる。コンデンサは第２のセラミック層に設けることが望ましい（小型・大容量化）。
【００３３】
本発明のセラミック電子部品は、本発明に係るセラミック多層基板と、該セラミック多層基板上に実装されており、上記複数の内部電極と共に回路を構成している少なくとも１つの電子部品とを備える。
【００３４】
本発明に係るセラミック電子部品の特定の局面では、前記電子部品素子を囲繞するように前記セラミック多層基板に固定されたキャップがさらに備えられる。
該キャップとしては、好ましくは導電性キャップが用いられる。
【００３５】
本発明に係るセラミック電子部品の特定の局面では、前記セラミック多層基板の下面にのみ形成された複数の外部電極と、前記外部電極に電気的に接続されており、かつ前記内部電極または電子部品素子に電気的に接続された複数のスルーホール導体がさらに備えられる。
【００３６】
本発明に係る積層セラミック電子部品は、本発明に係る絶縁体磁器からなるセラミック焼結体と、前記セラミック焼結体内に配置された複数の内部電極と、前記セラミック焼結体の外表面に形成されており、いずれかの内部電極に電気的に接続されている複数の外部電極とを備えることを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る積層セラミック電子部品の特定の局面では、前記複数の内部電極がセラミック層を介して重なり合うように配置されており、それによってコンデンサユニットが構成されている。
【００３８】
本発明に係る積層セラミック電子部品のさらに特定の局面では、前記複数の内部電極が、前記コンデンサユニットを構成している内部電極に加えて、互いに接続されて積層インダクタユニットを構成している複数のコイル導体を有する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、先ず、本発明に係る絶縁体磁器についての具体的な実施例を説明し、さらに、本発明に係るセラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品の構造的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００４０】
原料粉末としてＭｇ（ＯＨ）2 とＡｌ2 Ｏ3 の粉末を用い、化学量論比組成でＭｇＡｌ2 Ｏ4 となるように秤量し、１６時間湿式混合した後、乾燥し、この混合物を１３５０℃、２時間仮焼した後、粉砕した。
【００４１】
上記磁器組成物をセラミック成分として２０〜８０重量％となるよう秤量し、この粉末と表１に示す組成のガラスとを混合し、適量のバインダを加えて造粒し、これを２００ＭＰａの圧力の下で成形して直径１２ｍｍ×厚さ７ｍｍの円柱成形体を得た。この成形体を大気中８５０℃〜１０００℃で２時間焼成して絶縁体磁器試料を得た。この試料を用いて誘電体共振器法によって１５ＧＨｚにおける比誘電率、Ｑ値を測定した。実施例の結果を表２に示す。
【００４２】
また、上記円柱状試料を粉砕し、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）により分析し、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相、Ｍｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相及びＭｇ2 ＳｉＯ4 結晶相の存在を知られた。結果を下記の表２に示す。なお、表２において、ＳＰはＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相、ＫＯはＭｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相、ＳＵはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相及びＦＯはＭｇ2 ＳｉＯ4 結晶相を示す。ＷＯはＣａＳｉＯ3 、ＧＨはＣａ2 Ａｌ（ＡｌＳｉＯ7 ）結晶相を示す。また、図１〜図３において、それぞれ、試料番号９、試料番号１４及び試料番号２０の絶縁体磁器における上記ＸＲＤ分析結果を示す。図１〜図３において、○印がＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相に基づくピーク、△印がＭｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相に基づくピーク、×印がＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相に基づくピーク、▽がＭｇ2 ＳｉＯ4 結晶相に基づくピークを示す。
【００４３】
また、別途作製した短冊状の絶縁体磁器試料について、ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準じて３点曲げ試験を行い、抗折強度を評価した。試料番号２０では２８０ＭＰａと高い強度を示した。
【００４４】
また、上記抗折強度試験に用いた矩形板状の絶縁体磁器を用いて、熱膨張係数を測定した。室温から６００℃における熱膨張係数の値を下記の表２に示す。
【００４５】
【表１】
0003680713.tif 000002
【００４６】
【表２】
0003680713.tif 000003
【００４７】
表２から明らかなように、本発明の実施例である、試料番号１〜２４の絶縁体組成物では、８５０℃〜１０００℃の低温で焼結が可能であり、比誘電率が約７と低く、室温から６００℃までの熱膨張係数が９〜１１．５ｐｐｍ／℃と高く、しかも測定周波数１５ＧＨｚにおけるＱ値が７００以上と高い値を示すことがわかる。
【００４８】
これに対して、表１に示すガラスＱ，Ｒを用いると主たる結晶として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 相とＣａＳｉＯ3 相やＭｇＡｌ2 Ｏ4 相、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 相、Ｃａ2 Ａｌ（ＡｌＳｉＯ7 ）相が析出し、Ｑ値を下げてしまうことがある。ガラス量が２０重量％以下では１０００℃以下で緻密化できず、８０重量％以上ではＱ値が低くなってしまう。
【００４９】
次に、本発明に係る絶縁体磁器を用いたセラミック多層基板、セラミック電子部品及び積層セラミック電子部品の構造的な実施例を説明する。
図４は、本発明の一実施例としてのセラミック多層基板を含むセラミック電子部品としてのセラミック多層モジュールを示す断面図であり、図５はその分解斜視図である。
【００５０】
セラミック多層モジュール１は、セラミック多層基板２を用いて構成されている。
セラミック多層基板２では、本発明に係る絶縁体磁器からなる絶縁性セラミック層３ａ，３ｂ間に例えばチタン酸バリウムにガラスを加えてなる誘電率の高い誘電性セラミック層４が挟まれている。
【００５１】
誘電性セラミック層４内には、複数の内部電極５が誘電性セラミック層４の一部を介して隣り合うように配置されており、それによって積層コンデンサユニットＣ１，Ｃ２が構成されている。
【００５２】
また、絶縁性セラミック層３ａ，３ｂ及び誘電性セラミック層４には、複数のビアホール電極６，６ａや内部配線が形成されている。
他方、セラミック多層基板２の上面には、電子部品素子９〜１１が実装されている。電子部品素子９〜１１としては、半導体デバイス、チップ型積層コンデンサなどの適宜の電子部品素子を用いることができる。上記ビアホール電極６及び内部配線により、これらの電子部品素子９〜１１と、コンデンサユニットＣ１，Ｃ２とが電気的に接続されて本実施例に係るセラミック多層モジュール１の回路を構成している。
【００５３】
また、上記セラミック多層基板２の上面には、導電性キャップ８が固定されている。導電性キャップ８は、セラミック多層基板２を上面から下面に向かって貫いているビアホール電極６に電気的に接続されている。また、セラミック多層基板２の下面に外部電極７，７が形成されており、外部電極７，７が上記ビアホール電極６，６ａに電気的に接続されている。また、他の外部電極については図示を省略しているが、上記外部電極７と同様に、セラミック多層基板２の下面にのみ形成されている。また、他の外部電極は、上述した内部配線を介して、電子部品素子９〜１１やコンデンサユニットＣ１，Ｃ２と電気的に接続されている。
【００５４】
このように、セラミック多層基板２の下面にのみ外部と接続するための外部電極７を形成することにより、セラミック積層モジュールを、下面側を利用してプリント回路基板などに容易に表面実装することができる。
【００５５】
また、本実施例では、キャップ８が導電性材料からなり、外部電極７にビアホール電極６ａを介して電気的に接続されているので、電子部品素子９〜１１を導電性キャップ８により電磁シールドすることができる。もっとも、キャップ８は、必ずしも導電性材料で構成されている必要はない。
【００５６】
本実施例のセラミック多層モジュール１では、上記絶縁性セラミック層３ａ，３ｂが、本発明に係る絶縁体磁器を用いているので誘電率が低く、かつＱ値も高いので、高周波用途に適したセラミック多層モジュール１を提供することができる。加えて、上記絶縁性セラミック層３ａ，３ｂが機械的強度に優れているので、機械的強度においても優れたセラミック多層モジュール１を構成することができる。
【００５７】
なお、上記セラミック多層基板２は、周知のセラミック積層一体焼成技術を用いて容易に得ることができる。
積層コンデンサユニットＣ１，Ｃ２では、静電容量を取り出すための厚み方向に隣り合う内部電極５，５間に高誘電率の絶縁性セラミック層が配置されていることになるので、比較的小さな面積の内部電極で大きな静電容量を得ることができ、それによっても小型化を進めることができる。
【００５８】
図６〜図８は、本発明の第２の構造的な実施例としての積層セラミック電子部品を説明するための分解斜視図、外観斜視図及び回路図である。
図７に示すこの積層セラミック電子部品２０は、ＬＣフィルタである。セラミック焼結体２１内に、後述のようにインダクタンスＬ及び静電容量Ｃを構成する回路が構成されている。セラミック焼結体２１が、本発明に係る絶縁体磁器を用いて構成されている。また、セラミック焼結体２１の外表面には、外部電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂが形成されており、外部電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ間には、図８に示すＬＣ共振回路が構成されている。
【００５９】
次に、上記セラミック焼結体２１内の構成を、図６を参照しつつ製造方法を説明することにより明らかにする。
まず、本発明に係る絶縁体磁器材料に、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、適宜のシート成形法により形成し、セラミックグリーンシートを得る。このようにして得られたセラミックグリーンシートを乾燥した後所定の大きさに打ち抜き、矩形のセラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｍを用意する。
【００６０】
次に、セラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｍに、ビアホール電極２８を構成するための貫通孔を必要に応じて形成する。さらに、導電ペーストをスクリーン印刷することにより、コイル導体２６ａ，２６ｂ、コンデンサ用内部電極２７ａ〜２７ｃ、コイル導体２６ｃ，２６ｄを形成すると共に、上記ビアホール２８用貫通孔に導電ペーストを充填し、ビアホール電極２８を形成する。
【００６１】
しかる後、セラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｍを図示の向きに積層し、厚み方向に加圧し積層体を得る。
得られた積層体を焼成し、セラミック焼結体２１を得る。
【００６２】
上記のようにして得られたセラミック焼結体２１に、図７に示したように外部電極２３ａ〜２４ｂを、導電ペーストの塗布・焼き付け、蒸着、メッキもしくはスパッタリングなどの薄膜形成法等により形成する。このようにして、積層セラミック電子部品２０を得ることができる。
【００６３】
図６から明らかなように、コイル導体２６ａ，２６ｂにより、図８に示すインダクタンスユニットＬ１が、コイル導体２６ｃ，２６ｄによりインダクタンスユニットＬ２が構成され、内部電極２７ａ〜２７ｃによりコンデンサＣが構成される。
【００６４】
本実施例の積層セラミック電子部品２０では、上記のようにＬＣフィルタが構成されているが、セラミック焼結体２１が本発明に係る絶縁体磁器を用いて構成されているので、第１の実施例のセラミック多層基板２と同様に、低温焼成により得ることができ、従って内部電極としての上記コイル導体２６ａ〜２６ｃやコンデンサ用内部電極２７ａ〜２７ｃとして、銅、銀、金などの低融点金属を用いてセラミックスと一体焼成することができる。加えて、比誘電率が高く、かつ高周波におけるＱ値が高く、高周波用途に適したＬＣフィルタを構成することができる。また、上記絶縁体磁器の機械的強度が高いため、機械的強度においても優れたＬＣフィルタを提供することができる。
【００６５】
【発明の効果】
第１の発明に係る絶縁体磁器では、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスとホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器において、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相のうち少なくとも１種の結晶相とが析出されているので、１０００℃以下の低温の焼成で得ることができる。また、測定周波数１０ＧＨｚにおけるＱ×ｆ値が１００００ＧＨｚ以上と高い値を示す。さらに、室温から６００℃までの温度範囲における熱膨張係数も高い。よって、高周波用途に優れており、高い熱膨張係数を有する高誘電率材料と共焼結が可能であり、さらに銅や銀などの低融点の金属との焼結が可能な高周波用の絶縁体磁器を提供することができる。
【００６６】
よって、第１の発明に係る絶縁体磁器を用いることにより、高いＱ値を有し、高周波特性に優れており、さらに高誘電率材料からなる部分が一体的に焼成されている安価なセラミック多層基板や積層セラミック電子部品を提供することが可能となる。
【００６７】
第２の発明に係る絶縁体磁器では、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスと、ホウ珪酸系ガラスとを混合・焼成してなる絶縁体磁器において、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種とが析出しているので、１０００℃以下の低温の焼成で得ることができ、Ｑ値が高くかつ機械的強度に優れた絶縁体磁器を提供することが可能となる。従って、ＣｕやＡｇなどの低抵抗でありかつ安価な金属を共焼結することができるので、セラミック多層基板や積層セラミック電子部品において、内部電極材料としてこれらの金属を用いることができる。よって、機械的強度が高く、高いＱ値を有し、さらに安価なセラミック多層基板や積層セラミック電子部品を提供することが可能となる。
【００６８】
上記ホウ珪酸系ガラスが、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム及びアルカリ金属酸化物を含む場合には、主たる結晶相として、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相とが、あるいは、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 結晶相と、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及びＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相の少なくとも１種類とが上記ホウ珪酸系ガラスが、アルカリ金属酸化物を上記特定の割合で含有している場合には、Ｑ値の低下を招くことなく、より低温の焼成で本発明に係る絶縁体磁器を得ることができる。
【００６９】
上記ホウ珪酸系ガラスが、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム及びアルカリ金属酸化物を上記特定の割合で含む場合には、１０００℃以下の低温焼成で得られ、かつＱ値の高い絶縁体磁器をより安定に提供することができる。
【００７０】
上記ホウ珪酸系ガラスが、アルカリ金属酸化物を２０重量％の割合で含む場合には、１０００℃以下の低温焼成で本発明に係る絶縁体磁器をより安定に得ることができる。
【００７１】
上記ホウ珪酸系ガラスが、酸化アルミニウムを２０重量％の割合で含む場合には、ホウ珪酸系ガラスの化学的安定性が高められ、１０００℃以下の低温焼成で本発明に係る絶縁体磁器をより安定に得ることができる。
【００７２】
上記ホウ珪酸系ガラスが３０重合％以下の割合で酸化亜鉛を含む場合には、ガラスの溶融温度が下がり、より一層低温の焼成で得られる絶縁体磁器を得ることができる。
【００７３】
ホウ珪酸系ガラスが、１０重量％以下の割合で酸化銅を含む場合には、Ｑ値の低下を招くことなく、より低温の焼成で本発明に係る絶縁体磁器を得ることができる。
【００７４】
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 系セラミックスとホウ珪酸系ガラスとの重量比が、２０：８０〜８０：２０の範囲であれば、Ｑ値が高く、１０００℃以下の低温焼成で十分に緻密化され得る絶縁体磁器を提供することができる。
【００７５】
本発明において、絶縁体磁器が、５〜８０重量％のＭｇＡｌ2 Ｏ4 結晶相と、５〜７０重量％のＭｇ3 Ｂ2 Ｏ6 結晶相及び／またはＭｇ2 Ｂ2 Ｏ5 結晶相がそれぞれ析出している場合には、焼結性が良好であり、信頼性に優れた絶縁体磁器を提供することができる。
【００７６】
本発明に係るセラミック多層基板は、本発明に係る絶縁体磁器からなる絶縁性セラミック層を含むセラミック板を備えるので、低温で焼成でき、内部電極構成材料としてＡｇやＣｕなどの低抵抗であり、かつ安価な金属を用いることができる。しかも、該絶縁性セラミック層は、機械的強度が高く、かつＱ値が高いので、高周波用途に適したセラミック多層基板を提供し得る。
【００７７】
なお、上記第１，第２の構造的実施例では、セラミック多層モジュール１及びＬＣフィルタを構成する積層セラミック電子部品２０を例にとり説明したが、本発明に係るセラミック電子部品及び積層セラミック電子部品はこれらの構造に限定されるものではない。すなわち、マルチチップモジュール用セラミック多層基板、ハイブリッドＩＣ用セラミック多層基板などの各種セラミック多層基板、あるいはこれらのセラミック多層基板に電子部品素子を搭載した様々なセラミック電子部品、さらに、チップ型積層コンデンサやチップ型積層誘電体アンテナなどの様々なチップ型積層電子部品に適用することができる。
【００７８】
セラミック多層基板において、絶縁性セラミック層の少なくとも片面に、該絶縁性セラミック層よりも高誘電率の第２のセラミック層が積層されている場合には、第２のセラミック層の組成及び積層形態を工夫することにより、強度や耐環境特性を、要求に応じて適宜調整することができる。
【００７９】
複数の内部電極が絶縁性セラミック層の少なくとも一部を介して積層されて積層コンデンサが構成されている場合には、本発明に係る絶縁体磁器の誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適している。
【００８０】
さらに、本発明に係る絶縁体磁器は機械的強度が高いので、機械的強度に優れた積層コンデンサを構成することができる。
複数の内部電極が積層コンデンサを構成する複数の内部電極と、互いに接続されて積層インダクタを構成する複数のコイル導体とを有する場合には、本発明に係る絶縁体磁器が上記のように誘電率が低く、高周波で高いＱ値を有し、機械的強度が高いので、高周波用途に適した小型のＬＣ共振回路を容易に構成することができる。
【００８１】
本発明に係るセラミック多層基板上に少なくとも１つの電子部品素子が積層された本発明に係るセラミック電子部品では、上記電子部品素子とセラミック多層基板内の回路構成とを利用して、高周波用途に適した、小型の様々なセラミック電子部品を提供することができる。
【００８２】
電子部品素子を囲繞するようにセラミック多層基板にキャップが固定されている場合には、キャップにより電子部品素子を保護することができ、耐湿性等に優れたセラミック電子部品を提供することができる。
【００８３】
キャップとして導電性キャップを用いた場合には、囲繞されている電子部品素子を電磁シールドすることができる。
セラミック多層基板の下面にのみ外部電極が形成されている場合には、プリント回路基板などにセラミック多層基板の下面側から容易に表面実装することができる。
【００８４】
本発明に係る積層セラミック電子部品では、本発明に係る絶縁体磁器内に複数の内部電極が形成されているので、低温で焼成でき、内部電極構成材料としてＡｇやＣｕなどの低抵抗でありかつ安価な金属を用いることができる。しかも、絶縁体磁器においては、誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適した積層コンデンサを提供し得る。また、上記絶縁体磁器は機械的強度が高いので、機械的強度に優れた積層コンデンサを構成することができる。
【００８５】
本発明に係る積層セラミック電子部品において、複数の内部電極が積層コンデンサを構成している場合には、本発明に係る絶縁体磁器の誘電率が低く、Ｑ値が高いので、高周波用途に適している。
【００８６】
本発明に係る積層セラミック電子部品において、複数の内部電極が、積層コンデンサを構成している内部電極と、積層インダクタを構成しているコイル導体とを有する場合には、本発明に係る絶縁体磁器が、機械的強度に優れており、上記のように誘電率が低く、高周波で高いＱ値を有するので、機械的強度が高く、高周波用途に適した小型のＬＣ共振回路を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としての試料番号９の絶縁体磁器のＸＲＤスペクトルを示す図。
【図２】本発明の実施例としての試料番号１４の絶縁体磁器のＸＲＤスペクトルを示す図。
【図３】本発明の実施例としての試料番号２０の絶縁体磁器のＸＲＤスペクトルを示す図。
【図４】本発明の一実施例としてのセラミック多層基板を用いたセラミック電子部品としてのセラミック積層モジュールを示す縦断面図。
【図５】図４に示したセラミック多層モジュールの分解斜視図。
【図６】本発明の第２の実施例の積層セラミック電子部品を製造するのに用いられたセラミックグリーンシート及びその上に形成されている電極パターンを説明するための分解斜視図。
【図７】本発明の第２の実施例に係る積層セラミック電子部品を示す斜視図。
【図８】図７に示した積層セラミック電子部品の回路構成を示す図。
【符号の説明】
１…セラミック積層モジュール
２…セラミック多層基板
３ａ，３ｂ…絶縁性セラミック層
４…第２のセラミック層としての誘電性セラミック層
５，５…内部電極
６，６ａ…ビアホール電極
７…外部電極
８…導電性キャップ
９〜１１…電子部品素子
２０…積層セラミック電子部品
２１…セラミック焼結体
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ…外部電極
２６ａ〜２６ｄ…コイル導体
２７ａ〜２７ｃ…コンデンサ用内部電極
【図１】
0003680713.tif 000004
【図２】
0003680713.tif 000005
【図３】
0003680713.tif 000006
【図４】
0003680713.tif 000007
【図５】
0003680713.tif 000008
【図６】
0003680713.tif 000009
【図７】
0003680713.tif 000010
【図８】
0003680713.tif 000011