(57)【要約】【課題】  ガラスセラミック基板内部にフェライト層を形成し、このフェライト層にコイルを埋設したガラスセラミック基板において、側面に露出したフェライト層から大気中の水分などが侵入し、ガラスセラミック基板に吸水が発生していた。【解決手段】ガラスおよびフィラーからなるガラスセラミック絶縁層６が複数層積層されて成る絶縁基体１と、絶縁基体１の内層に、ガラスセラミック絶縁層６と同じ大きさのフェライト層２が形成され、フェライト層２の内部にはコイル用導体３が埋設されてなっており、分割溝７が、フェライト層２に到達している【選択図】  図１
2006156499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状をなす基板領域がマトリクス状に配列されている母基板の主面に、隣接する基板領域の境界に沿って分割溝を設けてなる複数個取り基板であって、
前記母基板は、コイル用導体が埋設されたフェライト層の両主面にガラスセラミック絶縁層を被着させて形成されており、且つ前記分割溝が前記フェライト層に到達する深さまで形成されていることを特徴とする複数個取り基板。
【請求項２】
コイル用導体が埋設されたフェライト層の両主面にガラスセラミック絶縁層を被着させてなるガラスセラミック基板であって、前記フェライト層のボイド率が外周域に比し中央域で高いことを特徴とするガラスセラミック基板。
【請求項３】
前記フェライト層が、Ｆｅ２Ｏ３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％含有することを特徴とする請求項２に記載のガラスセラミック基板。
【請求項４】
前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有しているとともに前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した介在層を介して接合されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガラスセラミック基板。
【請求項５】
前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属から成る介在層を介して接合されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガラスセラミック基板。
【請求項６】
前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が介在層を介して接合されており、該介在層が、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有しているとともに前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを積層して形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガラスセラミック基板。
【請求項７】
前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が介在層を介して接合されており、該介在層が、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有しているとともに前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを並設して形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガラスセラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、コイル用導体が埋設されたフェライト層を有するガラスセラミック基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のＬＣフィルタが知られている。このＬＣフィルタの場合、従来チップ部品のコイルを用いていたのをガラスセラミック基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。なかでも、１００ｎＨを超えるインダクタンスの大きなコイルは、チップ部品として比較的大型であり、これをガラスセラミック基板に内蔵することは小型化、薄型化への効果が大きいという利点を有する。
【０００３】
しかしながら、コイルを内蔵したガラスセラミック基板では、非磁性のガラスセラミック基板内にコイルを形成するため、１００ｎＨ程度と比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルを内蔵させるにはコイルの巻き数を多くしなければならず、その分のコイル領域を確保することが必要となるため、効果的に小型化、薄型化を達成することが困難であった。
【０００４】
そこで、近年、ガラスセラミック基板内部に強磁性を有するフェライト層を形成し、コイルをこのフェライト層に埋設させることにより、コイルの巻き数を多くすることなく１００ｎＨを超えるコイルを内蔵させ、これにより表面実装工程の簡略化およびガラスセラミック基板の小型化が図られるようになってきた。
【０００５】
一方、このようなガラスセラミック基板は、その大きさを数ｍｍ角程度の極めて小さなものとするとともに、ガラスセラミック基板の取り扱いを容易とし、さらに、ガラスセラミック基板および電子装置の製作を効率よくするために、１枚の広面積の母基板中から複数個の配線基板を同時集約的に得るようにした、いわゆる複数個取り基板の形態で製作されている。
【０００６】
このような複数個取り基板は、略平板状の母基板の上下少なくとも一主面に分割溝を縦横に形成し、分割溝によって母基板を複数個の配線基板に区画しておき、分割溝に沿って母基板を撓折することによって個々の配線基板を得ることができる。
【０００７】
なお、このようなガラスセラミック基板では、ガラスセラミック絶縁層のガラスをフェライト層に拡散させることによりフェライト層とガラスセラミック絶縁層を強固に接合するために、フェライト層とガラスセラミック絶縁層の同時焼成が行なわれている。
【特許文献１】特開平６−２０８３９号公報
【特許文献２】特開平６−２１２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガラスセラミック基板のフェライト層とガラスセラミック絶縁層とを同時焼成した場合、フェライト層のガラスがガラスセラミック基板のガラスと結合することによって、フェライト層がガラスセラミック絶縁層に拘束され収縮することが阻害されてしまい、ガラスセラミック基板の内側のフェライト層では焼結が不十分となって粗化するのに対して、ガラスセラミック基板の側面に露出しているフェライト層の端部は、ガラスセラミック絶縁層による拘束が生じないため十分に焼結するという状態になっていた。このフェライト層の焼結状態は以下のような不具合を発生させる。
【０００９】
すなわち、複数個取りのガラスセラミック基板においては、ガラスセラミック母基板を焼成した後に個片へ分割することから、個片のガラスセラミック基板はフェライト層の焼結が不十分となって粗化した部分が側面に露出し、この部分から大気中の水分などが侵入することでガラスセラミック基板に吸水が発生するという問題点があった。ガラスセラミック基板に吸水が発生すると、ガラスセラミック基板の内層に形成された配線導体が短絡する等の電気特性不良を誘発し、ガラスセラミック基板の電気的信頼性を低下させることとなる。
【００１０】
一方、上記のようなガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成し、このフェライト層にコイルを埋設した従来のガラスセラミック基板では、内部のフェライト層は微小体積または低密度のものしか形成できず、また同じように作製したガラスセラミック基板間でのコイルのインダクタンスのバラツキもあり、フェライト層を用いて充分なコイル特性を持ったガラスセラミック基板を安定して得ることが困難であるという問題点があった。例えば、焼成温度８００〜１０００℃で焼結密度５．０ｇ／ｃｍ３以上であり、１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数帯域で透磁率１００以上のフェライト層を内蔵したガラスセラミック基板を得ることはできなかった。これらの不都合は以下の理由によるものである。
【００１１】
即ち、従来の構成では、焼成温度が１０００℃を超えるフェライト層をガラスセラミック基板の焼成温度である８００℃〜１０００℃で焼成するために、ガラス粉末やＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の焼結助剤を添加しなければならなかった。一般に、フェライト等の磁性体の磁気特性は透磁率（μ）を指標として表され、磁率が高ければ、コイルのインダクタンスが高くなるものの、磁性体中に非磁性部分が存在すると、その非磁性部分の体積の３乗に比例して透磁率が低下する。従って、フェライト層に非磁性体であるガラス粉末や焼結助剤を添加した場合、これらはフェライト層中に非磁性の領域を形成し、フェライト層中のフェライトの密度が低下して、透磁率が低くなるという問題があった。
【００１２】
一方、フェライト層とガラスセラミック絶縁層とを同時焼成する場合、フェライト層の熱膨張係数とガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とが大きく相違するため、焼成過程においてフェライト層に応力がかかって磁歪が発生し、フェライト層の透磁率が低下して所望の透磁率を得ることが困難になるという問題もあった。
【００１３】
また、十分なインダクタンスを得るためにフェライト層の厚みを厚くすると、ガラスセラミック基板とフェライト層との熱膨張係数の差に起因して発生する応力によって、焼成後のフェライト層が剥離しやすくなるという問題もあった。
【００１４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、生産性及び信頼性に優れた複数個取り基板およびガラスセラミック基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の複数個取り基板は、矩形状をなす基板領域がマトリクス状に配列されている母基板の主面に、隣接する基板領域の境界に沿って分割溝を設けてなる複数個取り基板であって、前記母基板は、コイル用導体が埋設されたフェライト層の両主面にガラスセラミック絶縁層を被着させて形成されており、且つ前記分割溝が前記フェライト層に到達する深さまで形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のガラスセラミック基板は、コイル用導体が埋設されたフェライト層の両主面にガラスセラミック絶縁層を被着させてなるガラスセラミック基板であって、前記フェライト層のボイド率が外周域に比し中央域で高いことを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明のガラスセラミック基板は、前記フェライト層が、Ｆｅ２Ｏ３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％含有することを特徴とするものである。
【００１８】
またさらに、本発明のガラスセラミック基板は、前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有しているとともに前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した介在層を介して接合されていることを特徴とするものである。
【００１９】
さらにまた、本発明のガラスセラミック基板は、前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属から成る介在層を介して接合されていることを特徴とするものである。
【００２０】
またさらに、本発明のガラスセラミック基板は、前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が介在層を介して接合されており、該介在層が、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有しているとともに前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを積層して形成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
さらにまた、本発明のガラスセラミック基板は、前記ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層が介在層を介して接合されており、該介在層が、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有しているとともに前記ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数と前記フェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを並設して形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の複数個取り基板によれば、分割溝がフェライト層に到達していることから、分割溝の部分においては、ガラスセラミック絶縁層とフェライト層のガラスによる結合が遮断されているため、フェライト層がガラスセラミック絶縁層に拘束されることなく十分焼結することができる。したがって、ガラスセラミック母基板が分割溝に沿って個片に分割された後においても、個々のガラスセラミック基板の外周域は十分に焼結しているため、側面に露出したフェライト層から大気中の水分などが侵入するのを防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライト層は中央域のボイド率が外周域よりも高くなしてあり、フェライト層の中央域の透磁率が外周域よりも低くなっている。これにより、基板中央部からの漏れ磁束が少なくなるため、実装されるＩＣ等の実装部品への影響を少なく抑えることができる。
【００２４】
さらに、本発明のガラスセラミック基板によれば、フェライト層が、Ｆｅ２Ｏ３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％含有していることから、低温で焼結可能なＣｕＺｎフェライトを高周波帯域特性に優れたＮｉＺｎフェライトに組み合わせたＮｉＣｕＺｎフェライトを用いて、ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層を形成することができる。その結果、フェライト層にガラス粉末やＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の焼結助剤を添加しなくても、ガラスセラミック基板と同時焼成が可能で、かつ高周波帯で高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスをもつコイル内蔵のガラスセラミック基板を得ることができる。
【００２５】
またさらに、本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスセラミック絶縁層及び前記フェライト層を介在層を介して接合し、該介在層を、ガラスおよび前記フェライト層と同一成分のフェライトを含有させて形成するとともにガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とフェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有した絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金及びＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とで形成することにより、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力を、ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とフェライト層の熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有した絶縁層で緩和することができ、磁歪による透磁率の低下を抑制するとともに、フェライト層とガラスセラミック絶縁層とを強固に接合することができる。
【００２６】
さらにまた、本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスセラミック絶縁層とフェライト層とを介在層を介して接合し、該介在層を、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを用いて形成することにより、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張係数差により生じる応力を焼結金属層が塑性変形することで緩和することができ、磁歪による透磁率の低下を抑制するとともに、フェライト層とガラスセラミック絶縁層とを強固に接合することができる。
【００２７】
またさらに、本発明のガラスセラミック基板によれば、介在層を、ガラスおよびフェライト層と同一成分を含有するとともにガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とフェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを積層して形成することにより、上記の絶縁層の作用と焼結金属層の作用とが相乗的に働くことによって、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力をより一層効果的に緩和することができる。その結果、磁歪による透磁率の低下をさらに効果的に抑制することができ、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との接合もさらに強固に接合することができる。
【００２８】
さらにまた、本発明のガラスセラミック基板によれば、介在層を、ガラスおよびフェライト層と同一成分を含有するとともにガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数とフェライト層の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する絶縁層と、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとを含有した焼結金属層とを並設して形成することにより、上記の絶縁層の作用と焼結金属層の作用とが同一面内で働くことによって、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との熱膨張差により生じる応力をより一層効果的に緩和することができる。その結果、磁歪による透磁率の低下をさらに効果的に抑制することができ、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との接合もさらに強固に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。図１は本発明の複数個取り基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は複数のガラスセラミック絶縁層６から成る絶縁基体、２はフェライト層、３はコイル用導体を含む配線導体、４は絶縁層、５は焼結金属層、６はガラスセラミック絶縁層、７は分割溝である。
【００３０】
同図に示す複数個取り基板の絶縁基体１は、複数のガラスセラミック絶縁層６が積層されて構成されており、その内層に配線導体３が埋設されたフェライト層２が、絶縁層４、焼結金属層５を介して形成されている。
【００３１】
絶縁基体１は、ガラスセラミック絶縁層６となるガラスセラミックグリーンシートおよびフェライト層２となるフェライトグリーンシートを製作し、これらのガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートに配線導体３となる導体ペースト、絶縁層４となる絶縁ペーストおよび焼結金属層５となる金属ペーストを印刷した後、これらのガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートを複数枚積層し、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成して作製される。
【００３２】
ガラスセラミック絶縁層６は、まず、ガラス粉末およびフィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってガラスセラミック絶縁層６となるガラスセラミックグリーンシートを製作し、このガラスセラミックグリーンシート複数枚でフェライト層２を挟んで積層する。
【００３３】
ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００３４】
また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等を用いることができる。
【００３５】
配線導体３は、絶縁基体１の表面、内部およびフェライト層２の内部に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート表面およびフェライトグリーンシート表面に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時に焼成されて形成される。
【００３６】
介在層としての絶縁層４は、配線導体３の上下面を覆うフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に形成されており、ガラス粉末およびフェライト層２に含有されるフェライト粉末を、その熱膨張係数がガラスセラミック絶縁層６の熱膨張係数とフェライト層２の熱膨張係数の間になるように配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した絶縁ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が載置される位置に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時に焼成されて形成される。
【００３７】
なお、絶縁層４のフェライト粉末は、フェライト層２のフェライト粉末と同様であり、焼結体としてＦｅ２Ｏ３を６３〜７３質量％、ＣｕＯを５〜１０質量％、ＮｉＯを５〜１２質量％、ＺｎＯを１０〜２３質量％を主成分として含むフェライトを用いることができる。
【００３８】
また、絶縁層４のガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁層６のガラスセラミックスと同様のものを用いることができ、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００３９】
介在層としての焼結金属層５は、配線導体３の上下面を覆うフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属の金属粉末にガラス粉末を配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が載置される位置に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時に焼成されて形成される。
【００４０】
なお、焼結金属層５に含まれるガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁層６のガラスセラミックスと同様のものを用いることができ、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は上記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。
【００４１】
また、焼結金属層５は配線導体３と同一組成であってもよく、配線導体３の一部を焼結金属層５として用いてもよい。
【００４２】
なお、介在層を絶縁層４と焼結金属層５とを組み合わせて形成する場合、図１に示すように、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間の同じ層内（層間）に並べて配置する構成と、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に積層して配置する構成と、またそれらの構成を組み合わせた構成がある。これらの構成はそれぞれ、上記手法で作製した絶縁ペーストと金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が形成される位置に、それぞれ別々に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成されて形成される。
【００４３】
絶縁層４と焼結金属層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間の同じ層内に並べて配置した場合、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に、絶縁体である絶縁層４と導体である焼結金属層５とを用いて配線導体３を形成することができる。絶縁層４と焼結金属層５とを積層して成る介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に形成した場合、絶縁層４と焼結金属層５の応力緩和の効果がよりいっそう高くなる。また、絶縁層４と焼結金属層５とを同じ層内に並べた構成と、絶縁層４と焼結金属層５とを積層した構成とを組み合わせた介在層を、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に形成した場合、２つの構成のそれぞれの効果を合わせて得ることができる。
【００４４】
フェライト層２は、配線導体３の上下面を覆うようにして、絶縁基体１の内層に配線導体３とともに形成されている。低温での焼成を可能とし、かつ高周波帯域で十分に高い透磁率を得るには、フェライト層２を、Ｆｅ２Ｏ３６３〜７３質量％、ＣｕＯ５〜１０質量％、ＮｉＯ５〜１２質量％、ＺｎＯ１０〜２３質量％含んで形成することが重要である。
【００４５】
Ｆｅ２Ｏ３は、フェライトの基幹成分であり、フェライトの主成分をＸ−Ｆｅ２Ｏ４（ＸはＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ等）として示される逆スピネル構造の固溶体とすれば、そのうち６３〜７３質量％を構成していなくてはならない。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が６３質量％未満の場合、十分な透磁率が得られず、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が７３質量％を超えると、焼結密度の低下により機械的強度の低下を招く恐れがある。
【００４６】
また、ＣｕＯはフェライトの主成分のうち５〜１０質量％を構成していなくてはならない。これは、ＣｕＯは焼結温度の低温化に大きく寄与しており、ＣｕＯが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずにガラスセラミックスの焼成温度である８００〜１０００℃で焼成するためである。ＣｕＯの含有量がフェライトの主成分のうち５質量％未満であると、本発明の目的とする低温度域で焼成を行う場合に焼結密度が不十分になり機械強度が不足し、ＣｕＯの含有量がフェライトの主成分のうち１０質量％を超えると、磁気特性の低いＣｕＦｅ２Ｏ４の割合が多くなるため磁気特性を損なう恐れがある。
【００４７】
また、ＮｉＯはフェライトの高周波域における透磁率を確保するために含有させる。ＮｉＦｅ２Ｏ４は高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、ＮｉＯの含有量が５質量％未満であると、１０ＭＨｚ以上の高周波域での透磁率が低下し、ＮｉＯの含有量が１２質量％を超えると、ＮｉＦｅ２Ｏ４の割合が多くなるため初期透磁率が低下する。そのため、フェライトの主成分中の含有量は５〜１２質量％に設定することが重要である。
【００４８】
ＺｎＯはフェライトの透磁率向上のために重要な要素であり、フェライト主成分のうち１０質量％未満であると、磁気特性不十分の問題を生じ、逆に２３質量％を超えても磁気特性が悪くなる。
【００４９】
フェライト層２の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、このフェライトグリーンシートを所定の配線導体３を覆うものとしてガラスセラミックグリーンシートと平面視で同じ大きさの同形状にカットし、ガラスセラミックグリーンシート積層体の内部に、間に配線導体３となる導体パターンを配置して、その配線導体３の上面および下面を覆うようにして積層する。
【００５０】
このとき、コイル用導体のインダクタンスを効果的に高めるには、配線導体３の上下面をフェライト層２で完全に覆うのが好ましい。よって、そのような配線導体３およびフェライト層２を形成するためには、所定のガラスセラミックグリーンシートの表面に、下面のフェライト層２となるフェライトグリーンシート、配線導体３となる導体ペーストのパターン、上面のフェライト層２となるフェライトグリーンシートの順番に各層を配置して積層するとよい。
【００５１】
フェライト層２となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末としては、仮焼済みのフェライト粉末が用いられ、その平均粒径は例えば０．１μｍ〜０．９μｍの範囲で均一なものとし、球形状に近い粒を用いるのが好ましい。ここで、フェライト粉末の平均粒径が０．１μｍより小さいと、フェライトグリーンシートの製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難になり、フェライト粉末の平均粒径が０．９μｍを超えると、フェライトの焼結温度が高くなり、生産性の面において好ましくない影響がある。また、粒径が均一で球状に近いければ均一な焼結状態を得ることができるが、フェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在する場合には、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られるフェライト層２の透磁率が安定しにくくなる。
【００５２】
そして、分割溝７は絶縁基体１の分割箇所に、フェライト層まで達する深さまで形成される。これは、分割溝７がフェライト層２まで達していないと、分割溝の部分においてもガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２が結合することにより、フェライト層２がガラスセラミック絶縁層６に拘束されて収縮が阻害され、フェライト層２の焼結が不十分となって粗化するからである。
【００５３】
分割溝７の先端の形状としては、特に制約はなく、たとえば断面Ｖ形状や断面Ｕ形状に形成される。Ｖ形状の溝は絶縁基体１を個片に分割する際、分割溝に応力が集中するため割れやすく、絶縁基体１の厚みが厚いときなどに望ましい。Ｕ形状の溝はガラスセラミック絶縁基体６とフェライト層２との結合を遮断する幅が広くなるため、広い領域でフェライト層２がガラスセラミック絶縁層６に拘束されることなくフェライト層２が焼結し、基板側面に露出したフェライト層２から大気中の水分などが侵入をするのを防ぐのにより効果がある。
【００５４】
分割溝７の形成方法としては、ガラスセラミックグリーンシート積層体に溝を形成できる方法であれば特に制約はなく、たとえばプレス成形により分割溝を形成する方法や回転刃により分割溝を形成する方法などを用いれば良い。
【００５５】
また、上述したガラスセラミック基板においては、フェライト層２のボイド率が外周域に比し中央域で高く、外周域のボイド率は０〜５％、中央域のボイド率は５〜１５％の範囲に設定しておくことが好ましい。これは、外周域においてボイド率が５％を超えると、この部分から大気中の水分などが侵入することでガラスセラミック基板に吸水を発生する恐れがあり、中央域においてボイド率が５％未満になると、中央域と外周域とのボイド率の差が小さくなるため、透磁率の差も小さくなり、その結果、漏れ磁束を抑制する効果が小さくなるからである。なお、中央域のボイド率が１５％を超えると、基板そのものの機械的強度が不足する恐れがあるため、中央域のボイド率は１５％以下に設定しておくことが好ましい。
【００５６】
ボイド率の測定は、平面研削盤を用いて絶縁基体１を鏡面研磨し、フェライト層２の断面部分を走査電子顕微鏡等を用いて、倍率１０００〜５０００倍で写真を撮影し、その写真を画像処理によりフェライトとボイドに二値化し、面積比率を測定することで求めることができる。
【００５７】
そして、本形態のガラスセラミック基板の製造方法においては、まず、フェライト層２および配線導体３を上述の要領でガラスセラミックグリーンシートの複数枚とともに積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する。次いで、分割溝７を上述の要領でガラスセラミックグリーンシート積層体上に形成する。そして、このガラスセラミックグリーンシート積層体から有機成分を除去した後に焼成する。有機成分の除去は、ガラスセラミックグリーンシート積層体に荷重をかけつつ１００〜８００℃の温度範囲でガラスセラミックグリーンシート積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解し揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約８００〜１０００℃の範囲内である。焼成は通常は大気中で行なうが、配線導体３の導体材料としてＣｕを使用する場合、１００〜７００℃の加湿窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次に窒素雰囲気中で焼成を行なう。
【００５８】
また、有機成分の除去時および焼成時には、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを防止するために、その上面に重しを載せる等して荷重をかけるとよい。このような重しによる荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が５０Ｐａ未満である場合、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを抑制する作用が充分でなくなる。また、荷重が１ＭＰａを超える場合、使用する“重し”が大きくなるため、焼成炉に入らなくなったり、また焼成炉に入っても“重し”が大きいために熱容量が不足することになり焼成できなくなる等の問題を生じる恐れがある。
【００５９】
このような“重し”としては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形、溶融等して荷重が不均一になったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性の多孔質のものが適している。具体的には、セラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に多孔質の“重し”を置き、その上に非多孔質の“重し”を置いてもよい。
【実施例１】
【００６０】
実施例１では、図２に示すような、フェライト層２まで達する分割溝を設けた試験片を作製し、固片に分割した後、吸水率を測定した。なお、図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は絶縁基体、２はフェライト層、３は配線導体、６はガラスセラミック絶縁層、７は分割溝である。吸水の測定は、初めに固片の重量を測定し、その後、固片を水中に浸漬し、真空中に1時間放置し、その後の固片の重量を測定し、水中浸漬前後の重量差を求め、その重量差を初期固片重量で割って、百分率を求めて、吸水率が０．１％以上の場合は×、０．１％未満の場合は○で示している。
【００６１】
試験片は以下のようにして作製した。
【００６２】
まず、ガラスセラミックス成分として、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０重量％，ＣａＺｒＯ３粉末２０重量％，ＳｒＴｉＯ３粉末１７重量％及びＡｌ２Ｏ３粉末３重量％であるものを使用し、このガラスセラミック成分１００重量部に対して、有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量部、フタル酸系可塑剤６重量部及び溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとし、得られたスラリーを用いて従来周知のドクターブレード法を採用し厚さ３００μｍのガラスセラミックグリーンシートを成形した。
【００６３】
次に、フェライトグリーンシートとして、まず、表２の資料番号１に示す調合組成比とした原料を各々１０００ｇ秤量し、４０００ｃｍ３の純水とともにジルコニア粉砕用ボールを使用した７０００ｃｍ３のボールミルにて２４時間調合後、原料粉を分別乾燥し、ジルコニアるつぼにて７３０℃の仮焼を行った。これにブチラール樹脂１０重量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５重量％添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ１００μｍのフェライトグリーンシートを成形した。
【００６４】
配線導体３を形成する導体ペーストは、平均粒径２.５〜３．５μｍである、Ａｇ粉末を用い、所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し作製した。
【００６５】
まず、ガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシート上に導体ペースト層を各パターン形状に塗布し乾燥を行なった。そして、ガラスセラミックグリーンシートを２数重ね合わせ、ガラスセラミックグリーンシート上にフェライトグリーンシートを４数重ね合わせた。さらに、フェライトグリーンシート上にガラスセラミックグリーンシートを２数重ね合わせ、温度５５℃、圧力２０ＭＰａで圧着してガラスセラミック積層体を得た。
【００６６】
そして、得られたガラスセラミック積層体を８０ｍｍサイズの試験片に切断し、さらに、試験片に１０ｍｍ間隔でフェライト層まで達する分割溝７を設けた。
【００６７】
得られた試験片をアルミナセラミックスのセッターに載置し、その上にアルミナセラミックスのセッターと同一成分の重しを載せて約０.５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中で５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、大気中で９００℃で２時間焼成した。
【００６８】
このようにして得られた本実施例１のガラスセラミック基板について、吸水率を測定した結果を表１に示す。
【比較例１】
【００６９】
実施例１の分割溝７の深さをフェライト層２まで達しない３００μｍとした以外は実施例１と同様にして、比較例１の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、吸水率を測定した結果もあわせて表１に示す。
【表１】
2006156499.tif 000003
【００７０】
表１によれば、分割溝７の深さがフェライト層２まで達している実施例１では吸水率が０．１％未満であるのに対して、分割溝７の深さがフェライト層２まで達していない比較例１では吸水率が０．１％以上であった。これは、分割溝７がフェライト層２まで達することでフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との結合を遮断したためである。
【実施例２】
【００７１】
実施例２では、図３に示すような、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍのリング形状の評価用の試験片を作製し、透磁率を測定した。なお、図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、２はフェライト層、６はガラスセラミック絶縁層である。透磁率の測定はインピーダンスアナライザー（製品名「ＨＰ−４２９１Ａ」；ヒューレットパッカード社製）を用い、高周波電流電圧法にて測定した。
【００７２】
試験片は以下のようにして作製した。
【００７３】
まず、ガラスセラミックス成分として、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末６０重量％，ＣａＺｒＯ３粉末２０重量％，ＳｒＴｉＯ３粉末１７重量％及びＡｌ２Ｏ３粉末３重量％であるものを使用し、このガラスセラミック成分１００重量部に対して、有機バインダとしてアクリル樹脂１２重量部、フタル酸系可塑剤６重量部及び溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとし、得られたスラリーを用いて従来周知のドクターブレード法を採用し厚さ３００μｍのガラスセラミックグリーンシートを成形した。
【００７４】
次に、フェライトグリーンシートとして、表２に示す調合組成比で実施例１と同じ方法で仮焼粉を作製した。これにブチラール樹脂１０重量％、高分子量のアルコールを希釈剤として４５重量％添加し、ボールミル法により混合しスラリーとした。このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ１００μｍのフェライトグリーンシートを成形した。
【００７５】
そして、ガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、ガラスセラミックグリーンシート上にフェライトグリーンシートを所定枚数を重ね合わせた。さらに、フェライトグリーンシート上にガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、温度５５℃、圧力２０ＭＰａで圧着してガラスセラミック積層体を得た。
【００７６】
得られたガラスセラミック積層体をアルミナセラミックスのセッターに載置し、その上にアルミナセラミックスのセッターと同一成分の重しを載せて約０.５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中で５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、大気中で９００℃で２時間焼成した。
【００７７】
得られたガラスセラミック基板は、内層の全面にフェライト層２が形成されているものの、反りや変形は認められなかった。実施例２のガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。
【表２】
2006156499.tif 000004
【００７８】
表２によれば、主成分の組成が本発明にて定める範囲内にあるものは、いずれも焼結密度及び透磁率に優れ、目標としたフェライトの特性である、焼結密度５ｇ／ｃｍ３以上、１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００以上を有するものであった。
【実施例３】
【００７９】
実施例２のフェライト層とガラスセラミック絶縁層との層間に絶縁層４を介在させて外径１６ｍｍ、内径８ｍｍのリング形状の評価用の試験片を作製し、透磁率を測定した。
【００８０】
絶縁層４を形成する絶縁ペーストは、ガラスセラミックスに含有されるガラス粉末と同じＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末３０質量％、フェライトグリーンシートに含有されるフェライト仮焼粉末と同じ平均粒径０.５〜０．７μｍである、ＺｎＦｅ２Ｏ４，ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＦｅＦｅ２Ｏ４，ＮｉＦｅ２Ｏ４の結晶相から成るフェライト粉末７０質量％を用い、所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し作製した。
【００８１】
まず、ガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にフェライトグリーンシートを重ね合わせ、さらに、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、温度５５℃、圧力２０ＭＰａで圧着してガラスセラミック積層体を得た。
【００８２】
得られたガラスセラミック積層体をアルミナセラミックスのセッターに載置し、その上にアルミナセラミックスのセッターと同一成分の重しを載せて約０.５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中で５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、大気中で９００℃で２時間焼成した。
【００８３】
このようにして得られた実施例３のガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表３に示す。
【実施例４】
【００８４】
実施例３の絶縁層４に代えて、Ａｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を用いて焼結金属層５を形成した以外は実施例３と同様にして、実施例４の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を、実施例３の結果とあわせて表３に示す。
【実施例５】
【００８５】
実施例３の絶縁層４に加えて、Ａｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を用いて焼結金属層５を形成した以外は実施例３と同様にして、実施例４の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を、実施例３,４の結果とあわせて表３に示す。
【表３】
2006156499.tif 000005
【００８６】
表３によれば、フェライト基板内に形成されたフェライトは、目標とした特性である焼結密度５ｇ／ｃｍ３以上、１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００以上であった。
【００８７】
また、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との層間に、絶縁層４及び／または焼結金属層５を介在させた実施例３〜５の透磁率は、実施例２の透磁率に比べ高かった。これは、絶縁層４及び／または焼結金属層５がフェライト層とガラスセラミック層との間に働く応力を緩和することにより、フェライト層２に働く磁歪を低減したためと考えられる。
【００８８】
なお、本発明は上述の実施の形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例では配線導体３にＡｇを用いたが、配線導体３にＣｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ合金等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の複数個取り基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】実施例１において使用した本発明品にかかる試験片の断面図である。
【図３】実施例２において使用した本発明品にかかる試験片の断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１：絶縁基体
２：フェライト層
３：配線導体
４：絶縁層
５：焼結金属層
６：ガラスセラミック絶縁層
７：分割溝
【図１】
2006156499.tif 000006
【図２】
2006156499.tif 000007
【図３】
2006156499.tif 000008