(57)【要約】【課題】面方向の収縮を抑制させることにより、積層体の強度や平坦性を向上したコンデンサ内蔵基板及びチップ状コンデンサを提供する。【解決手段】組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体層１ａ〜１ｆ及び第２誘電体層１ｇ〜１ｌを交互に積層して積層体１を形成するとともに、積層体１の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に、第１電極層２ａ及び第２電極層２ｂを一部対向させた状態で交互に介在させ、これら第１電極層２ａ及び第２電極層２ｂを積層体１の外表面に被着される導体層４に電気的に接続する。また、第２誘電体層１ｇ〜１ｌは、第１誘電体層１ａ〜１ｆに比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体層及び第２誘電体層を交互に積層して積層体を形成するとともに、該積層体の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に、第１電極層及び第２電極層を一部対向させた状態で交互に介在させ、これら第１電極層及び第２電極層を前記積層体の外表面に被着される導体層に電気的に接続してなるコンデンサ内蔵基板。
【請求項２】
前記第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項３】
組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体層及び第２誘電体層を交互に積層して積層体を形成するとともに、該積層体の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に、第１電極層及び第２電極層を一部対向させた状態で交互に介在させ、これら第１電極層及び第２電極層を一対の外部端子に電気的に接続してなるチップ状コンデンサ。
【請求項４】
前記第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されたものであることを特徴とする請求項３に記載のチップ状コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子装置に用いられるコンデンサ内蔵基板及びチップ状コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種電子装置に様々なコンデンサ部品が用いられている。
コンデンサ部品は、一般的に、無機組成物を焼成して成る誘電体層を複数積層して積層体を形成するとともに、該積層体の厚み方向に隣接する誘電体層間に、２つの電極層を一部対向させた状態で交互に介在させた構造を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
かかるコンデンサ部品としてコンデンサ内蔵基板を構成する場合は、図３に示す如く、第１電極層３２ａ及び第２電極層３２ｂを積層体３１の外表面に被着される導体層３４に電気的に接続するようになっており、その製作は、まず、第１電極層３２ａを設けた誘電体層と、第２電極層３２ｂを設けた誘電体層とを複数個ずつ準備し、これらを第１電極層３２ａ及び第２電極層３２ｂが一部対向するようにして厚み方向に順次積層した上、これを一体焼成することによって行われる。
このようなコンデンサ内蔵基板３０は、その主面に搭載される電子部品素子３９と、内部に設けられたコンデンサとによって所定の電子回路が構成される。
【０００４】
また、他のコンデンサ部品としてチップ状コンデンサが知られている。
かかるチップ状コンデンサ４０は、図４に示す如く、第１電極層４２ａ及び第２電極層４２ｂを一部対向させた状態で交互に介在させ、これら電極層４２ａ，４２ｂを積層体４１の側面に形成した一対の外部端子４３ａ、４３ｂに電気的に接続させた構造を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２９７０７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のコンデンサ内蔵基板は、面方向の一部について、電極層の体積比率が大きくなり、その結果、面方向の収縮率が異なるので、基板の表面に凹凸が発生してしまう。このような基板にチップ部品を実装する場合は、はんだペーストの塗布量が変動したり、位置合わせが安定しなくなるという不都合があり、実装性の低下を招いていた。
【０００７】
また一方、上述した従来のチップ状コンデンサは、焼成において誘電体層と電極層の収縮挙動が異なるために、３次元的な収縮がなされた場合、誘電体層と電極層との間に歪みができ、製作した積層体の強度が弱くなるという問題を抱えている。このようなチップ状コンデンサを回路基板上にはんだ等を用いて実装した場合、温度サイクル等の負荷がかかると、回路基板との熱膨張係数の違いにより生じる歪み応力に積層体の強度が耐えられず、比較的簡単に破壊されてしまうという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、面方向の収縮を抑制することにより、積層体の強度や平坦性を向上させることができるコンデンサ内蔵基板及びチップ状コンデンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンデンサ内蔵基板は、組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体層及び第２誘電体層を交互に積層して積層体を形成するとともに、該積層体の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に、第１電極層及び第２電極層を一部対向させた状態で交互に介在させ、これら第１電極層及び第２電極層を前記積層体の外表面に被着される導体層に電気的に接続してなるものである。
【００１０】
また、本発明のコンデンサ内蔵基板は、前記第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されたものである。
【００１１】
更に、本発明のチップ状コンデンサは、組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体層及び第２誘電体層を交互に積層して積層体を形成するとともに、該積層体の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に、第１電極層及び第２電極層を一部対向させた状態で交互に介在させ、これら第１電極層及び第２電極層を一対の外部端子に電気的に接続してなるものである。
【００１２】
また更に、本発明のチップ状コンデンサは、前記第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されたものである。
【００１３】
本発明の本発明のコンデンサ内蔵基板によれば、組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体及び第２誘電体層を交互に積層することにより積層体が形成される。この構成により、焼成温度の低い誘電体層の焼成では、未焼結状態にある焼成温度の高い誘電体層により面方向における収縮が抑制され、一方、焼成温度の高い誘電体層が収縮を開始した際は、すでに焼結している焼成温度の低い誘電体層により面方向における収縮が抑制される。即ち、面方向は収縮が抑制されているので、結果的に一部について面方向への収縮率が異なることもなくなり、基板の表面に発生する凹凸が低減されている。従って、このような基板にチップ部品を実装する場合は、はんだペーストの塗布量や、部品の位置合わせを安定させ、実装性を向上することが可能である。
【００１４】
また、本発明のチップ状コンデンサによれば、積層体の面方向への収縮が抑制され、体積収縮が３次元的な収縮から厚み方向にのみ集中することとなるため、誘電体層と電極層との間の歪みが軽減され、チップ状コンデンサの強度を高くすることができる。
【００１５】
更に、本発明のチップ状コンデンサ及びコンデンサ内蔵基板によれば、第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されるようになっていることから、焼成開始温度の低い第１誘電体層は、その収縮による応力が小さい。従って、第２誘電体層が未焼結で、剛性が低い状態のときに第１誘電体層の焼成を行なっても、第１誘電体層が面方向へ収縮しようとするのをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（コンデンサ内蔵基板の実施形態）
図１は本発明の一実施形態に係る多層回路基板の断面図であり、図中の１は積層体、４は導体層、３はビアホール導体である。
【００１７】
積層体１は、組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体層１ａ〜１ｆ及び第２誘電体層１ｇ〜１ｌを交互に積層した構造を有している。積層体１の表層には、導体層４が形成されており、主に電子部品素子９の搭載部となる接続パッドとして機能し、内部に形成された内部電極層２及びビアホール導体３は、主に各回路素子を電気的に接続する配線や、コンデンサやインダクタ等の回路素子として機能する。
【００１８】
第１誘電体層１ａ〜１ｆ及び第２誘電体層１ｇ〜１ｌを構成する無機組成物の材料としては、例えば８００℃〜１２００℃の比較的低い温度で焼成が可能なガラス−セラミック材料が好適に用いられる。ガラス−セラミック材料にはガラス粉末及びセラミック粉末が含まれ、ガラス粉末は３０〜１００重量部含まれており、ガラス粉末を除く材料がセラミック粉末となる。
【００１９】
本実施形態においては、例えば、第１誘電体層１ａ〜１ｆをガラス粉末が８５重量部、第２誘電体層１ｇ〜１ｌをガラス粉末が５５重量部の材料により製作する。
【００２０】
ガラス粉末の具体的な組成としては、例えば、必須成分として、ＳｉＯ２を２０〜７０重量部、Ａｌ２Ｏ３を０．５〜３０重量部、ＭｇＯを３〜６０重量部、また任意成分として、ＣａＯを０〜３５重量部、ＢａＯを０〜３５重量部、ＳｒＯを０〜３５重量部、Ｂ２Ｏ３を０〜２０重量部、ＺｎＯを０〜３０重量部、ＴｉＯ２を０〜１０重量部、Ｎａ２Ｏを０〜３重量部、Ｌｉ２Ｏを０〜５重量部含むものが用いられる。
【００２１】
また、セラミック粉末としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＣａＴｉＯ３、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、ＺｒＴｉＯ４、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２から選ばれる１種以上の無機質材料が用いられる。
【００２２】
上記組成のガラス粉末とセラミック粉末との組み合わせによれば、１０００℃以下での低温焼結が可能になるとともに、導体層、内部電極層及びビアホール導体として、銀（融点９６０℃）、銅（融点１０８３℃）、金（融点１０６３℃）などの低抵抗導体を用いて形成することが可能となり、低損失な回路を製作することができる。またこの場合、誘電率の制御も可能であり、高誘電率化による回路の小型化、低損失化、あるいは、低誘電率化による高速伝送化にも適している。しかも、上記の範囲で組成を制御することによって、焼成収縮挙動を容易に制御、変更することができる。
【００２３】
尚、内部電極層２やビアホール導体３は、その厚みが例えば５〜２５μｍに設定され、また、その直径は任意に設定することができ、ビアホール導体３が埋設される無機組成物層の厚みが１０〜３００μｍの場合、ビアホール導体３の直径は例えば５０〜３００μｍに設定される。
【００２４】
そして、上述したコンデンサ内蔵基板は以下の工程を経て製作される。
（工程Ａ）焼成前の第１誘電体層及び第２誘電体層は、例えば上述したガラス粉末とセラミック粉末とを組み合わせた粉末に、有機バインダーと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合して泥奬状のスラリーとし、このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行って得られるセラミックグリーンシートである。このとき、第１誘電体層は、第２誘電体層に比して厚みが薄く形成されており、第１誘電体層の各々の厚みは、例えば２μｍ〜１５０μｍに設定され、第２誘電体層の各々の厚みは、例えば１０μｍ〜３００μｍに設定される。
【００２５】
（工程Ｂ）次に、セラミックグリーンシートにパンチングなどによって貫通孔を形成し、その貫通孔内に導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、セラミックグリーンシートの上面には導体ペーストをスクリーン印刷法などによって被着させてパターンを形成する。
【００２６】
本実施形態においては、例えば、第１誘電体層の無機組成物を、ガラス粉末としてＳＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部、セラミック粉末としてＭｇＴｉＯ３を１５重量部含む組成から成り、また第２誘電体層の無機組成物は、ガラス粉末としてＳＯ２を４０重量部、Ａｌ２Ｏ３を２重量部、ＭｇＯを１５重量部、ＣａＯを１重量部、ＢａＯを１５重量部、ＢＯ３を２０重量部、ＺｎＯを１重量部、ＴｉＯ２を０．５重量部、Ｎａ２Ｏを０．５重量部、Ｌｉ２Ｏを５重量部、セラミック粉末としてＡｌ２Ｏ３を４５重量部含む材料から成っている。これらの無機組成物に、有機バインダーとしてアクリルバインダ、有機溶剤としてトルエンを添加してなるスラリーを調整し、それぞれ第１誘電体層、第２誘電体層となるセラミックグリーンシートを形成した。そして、導体ペーストの材料は、例えば、銀粉末に、有機バインダーとしてエチルセルロース、有機溶剤として２−２−４−トリメチル−３−３−ペンタジオールモノイソブチレートを添加してなるペーストを用いる。
【００２７】
（工程Ｃ）このようにして得られたセラミックグリーンシートを、厚み方向に交互に積層することにより、積層体を形成する。ここで、第１電極層２ａ及び第２電極層２ｂは、積層体の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に一部対向させた状態で交互に介在されるようにし、これら第１電極層２ａ及び第２電極層２ｂを前記積層体の外表面に被着される導体層４に電気的に接続させる。
【００２８】
（工程Ｄ）次に、得られた積層体を、連続焼成炉を用いて、常温付近より焼成ピーク温度まで段階的に昇温させながら焼成し、コンデンサ内蔵基板１０を得る。このとき、第１電極層２ａ及び第２電極層２ｂを構成する無機組成物のそれぞれの焼成温度は異なっており、焼成温度の差は２０度以上に設定されている。また、導体ペーストについても、上述の無機組成物とは焼成温度が異なっている。
【００２９】
このように本実施形態のコンデンサ内蔵基板は、焼成温度の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体及び第２誘電体層を交互に積層することにより積層体が形成される。この構成により、焼成温度の低い誘電体層の焼成では、未焼結状態にある焼成温度の高い誘電体層により面方向における収縮が抑制され、一方、焼成温度の高い誘電体層が収縮を開始した際は、すでに焼結している焼成温度の低い誘電体層により面方向における収縮が抑制される。即ち、面方向は収縮が抑制されているので、結果的に一部について面方向への収縮率が異なることもなくなり、基板の表面に発生する凹凸が低減されている。従って、このような基板にチップ部品を実装する場合は、はんだペーストの塗布量や、部品の位置合わせを安定させ、実装性を向上することが可能である。
ここで「焼成温度」とは、「収縮開始温度」のことを意味する。
【００３０】
本実施形態においては、第１絶縁層は収縮開始温度が６９０℃、第２絶縁層は収縮開始温度が７８３℃となる無機組成物により形成しており、この結果、前記積層体の焼成収縮が終了した時の面方向の先収縮率が３％と小さく、反りや変形の少ないコンデンサ内蔵基板を得ることができた。
【００３１】
また、焼成における体積収縮については、工程Ｄにおいて第２絶縁層が収縮を開始するまでの間に、第１絶縁層は、その全収縮量に対し９０％に相当する体積収縮が完了していることが望ましく、更に望ましくは９５％以上完了させるようにする。
【００３２】
さらに詳しく説明すると、収縮の開始とは、無機組成物の焼結に伴う収縮が開始されることを意味している。無機組成物に含まれる有機バインダーは加熱により分解、除去され、この際、０〜１％程度の収縮が発生することがあるが、これはバインダの除去に伴うものであり、無機組成物の焼結による実質的な収縮とは別のものである。脱バインダ温度は使用するバインダにより異なるが、アクリルあるいはメタクリルバインダでは５００℃、ブチラールバインダでは６００℃程度までに終了する。焼成における収縮開始温度については、その温度の差が１０℃以上であることが望ましく、更に望ましくは２０℃以上である。このような工程Ｄを経て積層体は焼成収縮は終了するが、本発明において、この焼成収縮の終了とは、全体積収縮が９９％以上進行した時点を意味する。
【００３３】
また、本実施形態のコンデンサ内蔵基板によれば、第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されているので、焼成開始温度の低い第１誘電体層は、その収縮による応力が小さい。従って、第１誘電体層の面方向への収縮を抑制する第２誘電体層が、この時点ではまだ未焼結であって剛性が低いものであっても、第１誘電体層の面方向への収縮はより効果的に抑制されることとなる。
【００３４】
（チップ状コンデンサの実施形態）
次に、本発明の一実施形態に係るチップ状コンデンサについて図２を用いて説明する。なお、先に述べたコンデンサ内蔵基板の実施形態と共通の構成要素については説明を省略することとする。
【００３５】
図２に示すチップ状コンデンサは、積層体２１の厚み方向に隣接する第１誘電体層−第２誘電体層間に、一部対向させた状態で交互に介在させた第１電極層２２ａ及び第２電極層２２ｂを、一対の外部端子２３ａ，２３ｂに電気的に接続させるように構成している。
【００３６】
チップ状コンデンサ２０は、第１電極層２２ａ及び第２電極層２２ｂを、一部対向させた状態で交互に介在させ、積層体２１の側面に形成した一対の外部端子電極２３ａ、２３ｂに電気的に接続している。
【００３７】
外部端子２３ａ、２３ｂの材質としては、Ｃｕ若しくはＣｕ−Ｎｉ等の導電材料から成り、積層体２１の焼成完了後に、ディッピング等によってペースト状の導電材料を塗布し、焼成により焼き付けられる。
【００３８】
このような実施形態のチップ状コンデンサによれば、積層体の面方向への収縮が抑制され、体積収縮が３次元的な収縮から厚み方向だけに集中されることで、誘電体層と電極層との間にできる歪みが軽減され、チップ状コンデンサの強度を高くすることができる。従って、回路基板にはんだ等で実装した場合に、温度サイクル等の負荷がかかったとしても、回路基板との熱膨張係数の違いにより生じる歪み応力に、積層体の強度が耐えられる、高信頼性のチップ状コンデンサが得られる。
【００３９】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。
【００４０】
例えば上述の実施形態では、誘電体層の形成にセラミックグリーンシートを用いるようにしたが、これに代えて、厚みの薄い第１誘電体層の形成に、第１誘電体層となるペーストを用いて、第２誘電体層上に印刷等で塗布して直接形成するようにしても良い。この場合、厚みの薄い第１絶縁層がペーストの塗布等によって比較的簡単に形成されるようになり、厚みの薄い第１絶縁層をセラミックグリーンシート等で構成する場合に比し第１絶縁層を形成する際の作業性が良好となり、多層回路基板の生産性を向上させることができる利点もある。
【００４１】
また、上述の実施形態においては、第１絶縁層と第２絶縁層とを交互に積層して積層体を形成するようにしたが、これに代えて、複数の第１絶縁層や複数の第２絶縁層を厚み方向に連続して積層することにより積層体を形成するようにしても構わない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のコンデンサ内蔵基板によれば、組成の異なる２種類の無機組成物を焼成して成る第１誘電体及び第２誘電体層を交互に積層することにより積層体が形成される。この構成により、焼成温度の低い誘電体層の焼成では、未焼結状態にある焼成温度の高い誘電体層により面方向における収縮が抑制され、一方、焼成温度の高い誘電体層が収縮を開始した際は、すでに焼結している焼成温度の低い誘電体層により面方向における収縮が抑制される。即ち、面方向は収縮が抑制されているので、結果的に一部について面方向への収縮率が異なることもなくなり、基板の表面に発生する凹凸が低減されている。従って、このような基板にチップ部品を実装する場合は、はんだペーストの塗布量や、部品の位置合わせを安定させ、実装性を向上することが可能である。
【００４３】
また、本発明のチップ状コンデンサによれば、積層体の面方向への収縮が抑制され、体積収縮が３次元的な収縮から厚み方向にのみ集中することとなるため、誘電体層と電極層との間の歪みが軽減され、チップ状コンデンサの強度を高くすることができる。
【００４４】
更に、本発明のチップ状コンデンサ及びコンデンサ内蔵基板によれば、第２誘電体層は、第１誘電体層に比し厚みが厚く、且つ、第１誘電体層よりも高温で焼成されるようになっていることから、焼成開始温度の低い第１誘電体層は、その収縮による応力が小さい。従って、第２誘電体層が未焼結で、剛性が低い状態のときに第１誘電体層の焼成を行なっても、第１誘電体層が面方向へ収縮しようとするのをより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンデンサ内蔵基板の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るチップ状コンデンサの断面図である。
【図３】従来のコンデンサ内蔵基板基板の断面図である。
【図４】従来のチップ状コンデンサの断面図である。
【符号の説明】
１・・・積層体
１ａ〜１ｆ・・・第１絶縁層
１ｇ〜１ｌ・・・第２絶縁層
２・・・内部電極層
２ａ・・・第１電極層
２ｂ・・・第２電極層
３・・・ビアホール導体
４・・・導体層
１０・・・コンデンサ内蔵基板
２０・・・チップ状コンデンサ
２３ａ、２３ｂ・・・外部端子
【図１】
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【図２】
2004235374.tif 000004
【図３】
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【図４】
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