(57)【要約】  多層マイクロエレクトロニック基材を製造するための、ａ）第一収縮温度を有する複数の熱的に一体化可能なフィルムを用意し、ｂ）第一収縮温度より高い第二収縮温度を有する少なくとも一個のフィルムを用意し、ｃ）第二収縮温度を有する少なくとも一個のフィルムを、第一収縮温度を有するフィルム同士の間に配置し、ｄ）張り合わせたフィルムを第一収縮温度に加熱し、さらに第一収縮温度を有するフィルムが完全に収縮するまで、第一最終温度に加熱し、第一最終温度を第二収縮温度より低く維持し、ｅ）張り合わせたフィルムを第二収縮温度に加熱し、適用可能であれば、さらに第二収縮温度を有する少なくとも一種のフィルムを収縮させるために、第二最終温度に加熱する方法であって、少なくとも一個のフィルムが、フェライトの主成分として酸化ニッケルＮｉＯおよび酸化第一鉄Ｆｅ２Ｏ３を含む磁気誘電材料から製造され、フェライトが酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３、または酸化鉛ＰｂＯと少なくとも一種の他の金属酸化物の、または酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３と少なくとも一種の他の金属酸化物の共融混合物を含む、方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層マイクロエレクトロニック基材を製造するための方法であって、
ａ）第一収縮温度を有する複数の熱的に一体化可能なフィルムを用意し、
ｂ）前記第一収縮温度より高い第二収縮温度を有する少なくとも一個のフィルムを用意し、
ｃ）前記第二収縮温度を有する少なくとも一個のフィルムを、前記第一収縮温度を有するフィルム同士の間に配置し、
ｄ）前記張り合わせたフィルムを前記第一収縮温度に加熱し、さらに前記第一収縮温度を有する前記フィルムが完全に収縮するまで、第一最終温度に加熱し、前記第一最終温度を前記第二収縮温度より低く維持し、
ｅ）前記張り合わせたフィルムを前記第二収縮温度に加熱し、適用可能であれば、さらに前記第二収縮温度を有する前記少なくとも一個のフィルムを収縮させるために、第二最終温度に加熱することからなり、
前記少なくとも一個のフィルムが、フェライトの主成分として酸化ニッケルＮｉＯおよび酸化第一鉄Ｆｅ２Ｏ３を含む磁気誘電材料から製造されたものであり、前記フェライトが酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３、または酸化鉛ＰｂＯと少なくとも一種の他の金属酸化物の、または酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３と少なくとも一種の他の金属酸化物の共融混合物を含む、方法。
【請求項２】
前記他の金属酸化物が酸化モリブデンＭｏＯ３、酸化亜鉛ＺｎＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ２、酸化ホウ素Ｂ２Ｏ３または酸化タングステンＷＯ３である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化ビスマスまたは前記共融混合物が、前記フェライトの１〜１０重量％の量で含まれる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記フェライトがＮｉｖＺｎｗＣｏｙＦｅｚＯ４、式中、０．８８≦ｖ≦１、０≦ｗ≦０．８、０≦ｙ≦０．０３および１．７≦ｚ≦２．１２、の組成物である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルムの別の少なくとも一個が、誘電セラミック組成を有するフィルムである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも前記第一収縮温度を有する前記フィルムがセラミック細片フィルムである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第二収縮温度が前記第一収縮温度よりも１００℃以下高い、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
磁気誘電材料から製造された少なくとも一個の層が、フェライトの主成分として酸化ニッケルＮｉＯおよび酸化第一鉄Ｆｅ２Ｏ３を有し、前記フェライトが酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３、または酸化鉛ＰｂＯと少なくとも一種の他の金属酸化物の、または酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３と少なくとも一種の他の金属酸化物の共融混合物を含む、多層マイクロエレクトロニック基材。
【請求項９】
前記他の金属酸化物が酸化モリブデンＭｏＯ３、酸化亜鉛ＺｎＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ２、酸化ホウ素Ｂ２Ｏ３または酸化タングステンＷＯ３である、請求項８に記載のマイクロエレクトロニック基材。
【請求項１０】
前記酸化ビスマスまたは前記共融混合物が、前記フェライトの１０〜１０重量％の量で含まれる、請求項８に記載のマイクロエレクトロニック基材。
【請求項１１】
前記フェライトがＮｉｖＺｎｗＣｏｙＦｅｚＯ４、式中、０．８８≦ｖ≦１、０≦ｗ≦０．８、０≦ｙ≦０．０３および１．７≦ｚ≦２．１２、の組成を有する請求項８に記載のマイクロエレクトロニック基材。
【請求項１２】
前記少なくとも一個の層が、誘電セラミック組成物を有する、請求項８に記載のマイクロエレクトロニック基材。
【請求項１３】
前記誘電セラミック組成物が比誘電率ε≧７０を有する、請求項７に記載のマイクロエレクトロニック基材。
【請求項１４】
前記磁気誘電材料を備えた層が、適当であれば比誘電率ε≧７０を有する、誘電セラミック組成物の２個の層の間に埋め込まれている、請求項１２または１３に記載のマイクロエレクトロニック基材。
【請求項１５】
請求項８〜１４のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロニック基材の、小型化された回路中の受動部品としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層マイクロエレクトロニック基材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライトの主成分として例えば酸化ニッケルＮｉＯおよび酸化第一鉄Ｆｅ２Ｏ３を含む磁気誘電材料は、エレクトロニクスおよび電気通信技術に使用する部品のための重要な基本材料を形成する。これらの材料は、最も広い意味でインダクタおよび変圧器として説明される部品に使用される。これらの材料は、粉末状原料を予備焼結させた混合物を所望の形状にプレス加工した後、焼成によりセラミック部品に変換することにより、製造される。
【０００３】
また、フェライトは、高周波またはマイクロ波領域で好ましい特性を有し、この種の部品を構築するのに非常に適している。電磁放射線はフェライト中にかなりの程度に浸透することができ、それによって、電磁波の磁界および電界成分と、材料の誘電および磁気特性との相互作用により、予め決められた様式で変性される。高周波フィルター、例えばジャイレータ、絶縁体または電磁干渉を吸収するための部品をこれで構築し、電気通信装置、例えば高周波モジュール用の電力増幅器、に使用することができる。
【０００４】
アロケーション密度が高いマイクロエレクトロニック基材の製造に重要な技術は、いわゆる低温共焼成セラミックス(Low Temperature Cofire Ceramics)技術（以下、ＬＴＣＣ技術と呼ぶ）である。この技術により、通常は垂直接続用の開口部も含む絶縁セラミックフィルムに金属導体パターンを印刷し、その後で、張り合わせたフィルムを８５０〜９００℃の温度で焼成する。
【０００５】
これまで入手できるフェライト材料は、焼結温度が１２００℃より著しく高い。これらの高い焼結温度のために、フェライト材料をＬＴＣＣモジュールに使用できないが、これは、フェライト材料をこの場合に使用するセラミックフィルムと一緒に焼結させることができないためである。
【０００６】
ＬＴＣＣ技術のもう一つの問題点は、焼結の際にセラミック材料の気孔率が低下する結果、収縮が起こることである。この場合の収縮は、すべての方向で約１５〜１８％である。さらに重要なのは、大量生産で、生じる収縮に対してさらに１５％の相対的公差が存在することである。つまり、例えば、焼成された基材の表面上にある外部接点の位置が、ある半径を有する確率面積でしか予見できず、その半径は収縮または収縮公差に応じて増加する。このために、チップまたは回路の他の個別部品をＬＴＣＣ基材の表面上に自動的に配置することが非常に困難になる。この問題点を回避するために、外部接点用の面積を大きくすると、さらに小型化することができなくなる。さらに、最新世代０２０１標準の個別部品の固定も、全く不可能ではないにしても、面倒である。
【０００７】
収縮の問題に対処しようとする解決策が先行技術で公知である。この目的に、例えばＴＷ−Ａ−３９８０６０に記載されている様に、不均一な収縮を阻止するための、例えば高温で焼結し得るセラミックからなる、もう一つの可撓性の層が実際のＬＴＣＣラミネートに付けられている。この層は、焼結工程が完了した後、再び除去される。これによって、僅か０〜１％の、上記の値より大幅に低い収縮が達成される。この時、収縮公差も小さくなると云われている。この場合、収縮は、張り合わせたフィルムのｘ−ｙ平面に対して直角のｚ方向にのみ起こる。
【０００８】
セラミック物体を製造するための多段階焼結法の使用がＷＯ００／０４５７７号から公知である。ここでは、少なくとも収縮に必要な温度間隔に関して互いに異なった少なくとも２種類の材料を使用している。第一セラミック材料と第二セラミック材料を同時に収縮させる温度範囲は無い。第一セラミック材料の収縮は、第二セラミック材料の収縮が始まる前にすでに終了している。この種の方法を用いることで、上記の一般的なタイプの組成を有する誘電材料が２個の低収縮フィルムの間に埋め込まれている、収縮挙動が改良されたマイクロエレクトロニック基材を製造することができ、これによってＬＴＣＣ構造における受動部品の構築が可能になる。
【０００９】
助剤を使用してフェライトを変性させ、フェライトの電気的および磁気的特性を改良する方法が公知である。
【００１０】
例えば、ＤＥ１９９２４３５４Ａ１は、主成分として酸化第一マンガン(manganous oxide)、酸化亜鉛および酸化第一鉄を含み、これに酸化鉛(II)と酸化タングステン(IV)の共融混合物を０〜１５００ｐｐｍの量で加えた磁気誘電材料を開示している。この共融混合物は、焼結温度レベルが低いので、より小さな粒度が達成され、これによって磁気損失が低くなると云われている。ＤＥ１９９２４３５４Ａ１に記載されている焼結温度はすべて１２００℃を超えている。
【００１１】
ＳＵ６６１６２０Ａは、酸化第二スズおよび酸化コバルトに加えて、酸化タングステンを０．０１〜１モル％の割合で含むニッケル−フェライト材料を記載している。初期磁気透過性および周波数同調係数(coefficient of frequency tuning)を改良するために、この材料は０．２〜２．０重量％の酸化鉛も含む。
【００１２】
ＳＵ３７８９６９Ａからは、酸化亜鉛を加えることにより、高周波界の低下が減少することが知られている。ＪＰ０６２６７７４２Ａは、高周波電力の切換に使用する磁気コア用のニッケル−フェライト材料を開示している。その際、酸化タングステンの添加により、高周波帯域の損失が低下すると考えられる。ＪＰ０５０４１３１５Ａも電力損失に関し、そのために、二酸化ケイ素を含むマンガン−亜鉛系フェライト混合物を前処理し、共融化合物を形成することを提案している。
【００１３】
ＪＰ０９３０６７１６Ａ１は、ニッケルフェライトに、０．２〜０．５重量％の酸化鉛または０．０５〜０．１３重量％のＨＢＯ３または０．２〜０．５重量％の酸化ビスマスおよび０．４〜１．０重量％の酸化タングステン、０．２５〜０．６５重量％の酸化第二スズ、０．１５〜０．４５重量％の酸化アルミニウム、０．２５〜０．６５重量％の酸化クロムおよび／または０．１〜０．２５重量％のＳｉＯ２の添加を開示している。
【００１４】
これらの組成物すべての場合で、焼結温度を一貫して下げることは記載されていない。
【発明の具体的説明】
【００１５】
本発明の目的は、ＬＴＣＣ技術を使用して受動磁気部品を基材中に組み込むこともできる、多層マイクロエレクトロニック基材の製造方法を提供することである。
【００１６】
この目的は、請求項１に特許権請求する方法により達成される。有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。マイクロエレクトロニック基材は請求項８に規定されており、従属請求項はそれに関連する。好ましい使用は請求項１５に規定する。
【００１７】
本発明によれば、酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３、または酸化鉛ＰｂＯと少なくとも一種の他の金属酸化物の共融混合物、または酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３と少なくとも一種の他の金属酸化物の共融混合物を含む磁気誘電ニッケル−フェライト系材料をＷＯ００／０４５７７に記載されている方法において使用する方法が提供される。
【００１８】
好ましい他の金属酸化物としては酸化モリブデンＭｏＯ３、酸化亜鉛ＺｎＯ、二酸化ケイ素ＳｉＯ２、酸化ホウ素Ｂ２Ｏ３または酸化タングステンＷＯ３が挙げられる。
【００１９】
酸化ビスマスまたは共融混合物は、フェライトの１〜１０重量％の量で、好ましくは２重量％を超え、１０重量％までの量で、より好ましくは４〜１０重量％の量で含まれるべきであることが分かった。その際、フェライト中の共融混合物の割合が増加すると、焼結温度が低下するので、酸化ビスマスまたは共融混合物をフェライトの８〜１０重量％の量で加えるのが特に好ましい。特に好ましい組成物では、フェライトはＮｉｖＺｎｗＣｏｙＦｅｚＯ４ 、式中、０．８８≦ｖ≦１、０≦ｗ≦０．８、０≦ｙ≦０．０３および１．７≦ｚ≦２．２、を含む。
【００２０】
本発明の方法を使用することにより、受動磁気部品も含む多層マイクロエレクトロニック基材を製造することができ、その際、低焼結温度の利点を利用できる。この方法を使用することで、他の誘電体セラミック組成物、例えば置換されたバリウム−ネオジム−チタン−ペロフスカイト、も使用できる。
【００２１】
以下に図面に示す実施態様の例を参照しながら、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものでない。
【００２２】
先ず、本発明の方法で使用できるニッケル−フェライトの例を記載する。
【実施例】
【００２３】
例１
ＮｉｖＺｎｗＣｏｙＦｅｚＯ４、式中、０．８８≦ｖ≦１、０≦ｗ≦０．８、０≦ｙ≦０．０３および１．７≦ｚ≦２．２、の組成を有するニッケル−フェライトを、対応するモル比の酸化第一鉄Ｆｅ２Ｏ３、酸化ニッケルＮｉＯ、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化コバルトＣｏＯから製造した。蒸留水を酸化物に加え、鋼製ボールミル中で湿式混合した。濾過、乾燥および８００℃における予備焼結に続いて、再度粉砕した。
【００２４】
焼結温度を下げるための添加剤として、約１６．５モル％のＰｂＯを含むＰｂＯ−ＷＯ３混合物に対応する共融ＰｂＯ−Ｗ−Ｏ相を使用した。この相は融点が７３０℃である。この添加剤は、予備焼結に続いて、再度粉砕しながら加えた。次いで、粉末を、ＰＶＡ結合剤を使用して顆粒形態にし、最後に高さ５ｍｍ、外径１４ｍｍおよび内径９ｍｍのドーナツ形コアにプレス加工し、空気中で焼結した。
【００２５】
表１は、添加剤を様々な量で加えた結果を示す。１２００℃未満の焼結温度が常に達成された。
【表１】
2005510051.tif 000002
【００２６】
例２
ニッケル−フェライトを上記例１に記載する様にして製造する。焼結温度を下げるための添加剤Ｂ１として、約１６モル％のＢｉ２Ｏ３を含むＭｏＯ３−Ｂｉ２Ｏ３混合物に対応する共融ＢｉＭｏＯ相を加える。この相は融点が６２０℃である。
【００２７】
例３
例１により製造したニッケル−フェライトの場合に、焼結温度を下げるための添加剤Ｂ２として、約２０モル％のＢｉ２（ＷＯ４）３を含むＢｉ２（ＭｏＯ４）３−Ｂｉ２（ＷＯ４）３混合物に対応する共融Ｂｉ−Ｍｏ−Ｗ−Ｏ相を加える。この相は融点が約６７５℃である。
【００２８】
例４
例１により製造したニッケル−フェライトの場合に、焼結温度を下げるための添加剤Ｂ３として、約７モル％のＺｎを含むＢｉ２Ｏ３−ＺｎＯ混合物に対応する共融Ｂｉ−Ｚｎ−Ｗ−Ｏ相を加える。この相は融点が約７５０℃である。
【００２９】
例５
例１により製造したニッケル−フェライトの場合に、焼結温度を下げるための添加剤Ｂ４として、約３０モル％のＳｉＯ２を含むＢｉ２Ｏ３−ＳｉＯ２混合物に対応する共融Ｂｉ−Ｓｉ−Ｏ相を加える。この相は融点が約８７０℃である。
【００３０】
例６
例１により製造したニッケル−フェライトの場合に、焼結温度を下げるための添加剤Ｂ５として、約５５モル％のＢｉ２Ｏ３を含むＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３混合物に対応する共融Ｂｉ−Ｂ−Ｏ相を加える。この相は融点が約６５０℃である。
【００３１】
例７
例１により製造したニッケル−フェライトの場合に、焼結温度を下げるための添加剤として、Ｂｉ２Ｏ３を加える。
【００３２】
結果を下記の表２に示す。
【表２】
2005510051.tif 000003
【００３３】
すべての例で、ビスマス含有相は、それぞれの場合に３重量％の割合で加えた。磁気誘電材料の焼結温度はそれぞれの場合に１２００℃未満である。
【００３４】
この種の材料はＷＯ００／０４５７７と類似の方法で使用される。
【００３５】
図１は、３相を含んでなるマイクロエレクトロニック基材を示すが、ここで比誘電率が高い材料から製造されたフィルム１２（ＮＰ０層とも呼ばれる）がＬＴＣＣフィルム１０とＬＴＣＣフィルム１４の間に配置されている。この例で第一の収縮温度である８００℃を超える温度で、ＬＴＣＣフィルム１０および１４が収縮し始める。第一収縮温度８００℃よりはるかに高い第二収縮温度を有するフィルム１２は、熱的変化を全く受けないので、フィルム１０および１４におけるｘおよびｙ方向における収縮力（矢印ＡおよびＢで示す）に対して阻止する効果を有する。ｚ方向における収縮はフィルム１２により影響されない。約９００℃で、フィルム１０および１４は完全に収縮し、それ以上は収縮し得ない。温度が第二の収縮温度にさらに増加すると、フィルム１２の収縮過程が開始するが、その際、関連するｘおよびｙ方向における収縮（矢印Ｃで示す）が今度はフィルム１０および１４により阻止される。熱的に安定した材料の場合、比誘電率の低い層と高い層が交互に配置された、焼成された材料が製造される。
【００３６】
これによって、この材料は、温度を適切に制御した一工程製法で得られている。
【００３７】
例８
組成（Ｎｉ０．９５４Ｚｎ０．０３０Ｚｏ０．１６）Ｆｅ１．８２Ｏ４を有するフェライト材料を、出発材料を予備混合し、予備焼結させ、粉砕することにより、製造した。焼結温度を下げるための添加剤としてＢｉ２Ｏ３１０重量％を加えた。この材料から、細片を製造し、続いてフィルムに成形した。次いで、焼結を９００〜１１００℃で行った。この材料は、比誘電率ε約１２、初期磁気透過率μ約１０、相対密度９８％および良好なマイクロ波特性を示した。
【００３８】
この材料から製造したフィルムを比誘電率が高い材料、例えばバリウム−ネオジム−チタン−ペロフスカイト、から製造された２枚のフィルムの間に張り合わせた。次いで、これらの材料を空気中、９７０〜１０３０℃で一緒に焼結させた。図２の（ａ）に部分的に示す微小構造画像は、例として、９７０〜１０３０℃の焼結温度で製造した組織を示し、図２の（ｂ）は、１０３０℃の焼結温度における組織を示す。特に、部分図（ｅ）からは、フェライト材料が完全に収縮していることが分かる。図３は、フェライト材料製のフィルム１２が、比誘電率が高い材料から製造されたフィルム１６、１８の間に張り合わされているフィルム積層構造を示す。外側のフィルム１０、１４は市販のフィルム(Dupont AT951)である。この種のフィルム積層構造は、９７０〜１０３０℃で焼結させることができる。
【００３９】
本発明は、多種多様な容量性および誘導性部品および不可逆素子の集積を可能にする複合材料基材の製造に使用でき、電力を改良しながらさらに小型化するための基礎を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】特別な処理方法を使用して製造したマイクロエレクトロニック基材の３層構造における改良された収縮挙動を、部分(a)および(b)で図式的に示す。
【図２】部分(a)および(b)で、それぞれ焼結温度約９７０℃および１０３０℃における、ＮＰ０層とフェライト層の間の境界区域の微小構造画像を示す。
【図３】マイクロエレクトロニック基材の５層構造を図式的に示す。
【図１ａ】
2005510051.tif 000004
【図１ｂ】
2005510051.tif 000005
【図２】
2005510051.tif 000006
【図３】
2005510051.tif 000007
【国際調査報告】
2005510051.tif 000008
2005510051.tif 000009