(57)【要約】【課題】Ａｇ系内層導体を用いて非磁性ガラスセラミック層と同時焼成してもＡｇがガラスセラミック中に拡散せず、そのため高密度配線を施すことができ、より一層部品サイズを小型化できるようにする。【解決手段】非磁性ガラスセラミック層とＡｇ系内層導体とが積層されて一体焼成され、内層導体によってインダクタ部やキャパシタ部、あるいは配線パターンなどが形成されている高周波積層部品である。非磁性ガラスセラミック層は、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとからなり、焼成によるガラスとセラミックの反応によってＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相が多く析出した状態になっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性ガラスセラミック層とＡｇ系内層導体とが積層されて一体焼成され、該内層導体によってインダクタ部やキャパシタ部、あるいは配線パターンなどが形成されている高周波積層部品において、
非磁性ガラスセラミック層は、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとからなり、焼成によるガラスとセラミックの反応によってＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相が析出した状態になっていることを特徴とする高周波積層部品。
【請求項２】
内層導体がＡｇであり、８００〜９００℃で一体焼成され、析出したＳｉＯ２  結晶相がクリストバライトとクォーツの両方である請求項１記載の高周波積層部品。
【請求項３】
非磁性ガラスセラミック層が、周波数０．１ＧＨｚ以上の高周波領域でＱｆ  が３０００ＧＨｚ以上である請求項１又は２記載の高周波積層部品。
【請求項４】
内層導体を有する高周波積層部品の製造に使用する非磁性のガラスセラミック組成物において、焼成前の配合割合で、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラス粉末と７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミック粉末の混合物からなり、ホウケイ酸ガラスは、その主成分としてＳｉＯ２  を７５〜８５ｗｔ％、Ｂ２  Ｏ３  を１４〜２０ｗｔ％、Ｋ２  Ｏを１〜５ｗｔ％含むものであることを特徴とするガラスセラミック組成物。
【請求項５】
ホウケイ酸ガラスは、８０．８ｗｔ％ＳｉＯ２  ＋１６ｗｔ％Ｂ２  Ｏ３  ＋３．２ｗｔ％Ｋ２  Ｏを主成分としており、Ｔｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックは、５４ｗｔ％ＴｉＯ２  ＋２５ｗｔ％ＢａＯ＋１３ｗｔ％ＺｎＯ＋１．１ｗｔ％ＳｉＯ２  を主成分としている請求項４記載のガラスセラミック組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波積層部品及びその製造に用いるガラスセラミック組成物に関し、更に詳しく述べると、非磁性ガラスセラミック層が３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックからなり、ＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相が多く析出した状態になっている高周波積層部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−１１８０６０号公報
【０００３】
例えば厚膜回路部品、ＩＣやＬＳＩなどが高密度実装されるセラミック多層基板、あるいは各種積層チップ部品などの絶縁材料としてガラスセラミックが使用されている。ガラスセラミックは、ガラスとセラミックを混合して焼成したものであって、セラミック単独の場合と異なり１０００℃以下の温度で焼結させることが可能なため、電気抵抗の低い銅（Ｃｕ）あるいは銀（Ａｇ）等の低融点の金属材料を内層導体として使用することができる利点がある。
【０００４】
近年、移動体通信などの分野においては、利用される周波数が０．１ＧＨｚ以上の高周波領域になっており、このような高周波帯域を使用する各種通信機器の回路基板などの絶縁材料として使用可能なガラスセラミック組成物の開発が進められている。例えば特許文献１では、非磁性ガラスセラミックとしてセラミック粉末とガラス粉末を混合した組成物が開示されている。ここには実施例としてアルミナを始めとして多種類のセラミックを使用した例が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
内層導体として使用するＣｕあるいはＡｇには、それぞれ一長一短がある。例えば内層導体としてＣｕを使用する場合、Ｃｕは酸化され易いため不活性雰囲気中（通常、窒素雰囲気中）で焼成しなければならず、製造コストが高くなる。他方、内層導体としてＡｇを使用する場合は、空気雰囲気中で焼成できるため製造コストを低く抑えることができる利点がある。
【０００６】
しかし、内層導体としてのＡｇは、焼成時にガラスセラミック内に拡散する問題がある。Ａｇパターンを形成したガラスセラミックのグリーンシートを焼成して詳細に観察すると、Ａｇパターンの輪郭がぼやけて（滲んで）本来のパターンの外側が着色していることが分かる。つまり、Ａｇがガラスセラミック中に拡散し、それによって変色（着色）が生じている。アルミナのみならず様々なセラミックとガラスの組み合わせで、このような不都合が見られる。そのため、Ａｇパターン同士の間隔が狭くなると短絡が生じる恐れがある。このような現象は、多層基板における高密度配線、あるいは積層部品の小型化の大きな障害となっている。
【０００７】
ガラス組成中にイオン半径の大きなアルカリ成分を多く含有させるとＡｇの拡散をかなり抑制できることは分かっているが、そうすると高周波帯域での誘電損失が大きくなる問題が生じるため、採用できない。
【０００８】
本発明の目的は、Ａｇ系内層導体を用いて非磁性ガラスセラミック層と同時焼成しても、Ａｇがガラスセラミック中に拡散せず、そのため高密度配線を施すことができ、小型化が可能な高周波積層部品を提供することである。本発明の他の目的は、高周波回路に十分対応できる低い誘電損失を呈し、８００〜９００℃での低温焼成が可能な非磁性ガラスセラミック組成物を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、種々のガラスセラミックを用いてＡｇとの同時焼成によるＡｇイオンの拡散状況について実験を行った。その結果、特定のガラスとセラミックの組み合わせを採用し、且つ焼成時の反応によってＳｉＯ２  結晶相とＴｉＯ２  結晶相を多く析出させた状態とすることにより、Ａｇの拡散が生じず、しかも高周波領域での誘電損失の増加を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【００１０】
即ち本発明は、非磁性ガラスセラミック層とＡｇ系内層導体とが積層されて一体焼成され、該内層導体によってインダクタ部やキャパシタ部、あるいは配線パターンなどが形成されている高周波積層部品において、非磁性ガラスセラミック層は、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとからなり、焼成によるガラスとセラミックの反応によってＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相が析出した状態になっていることを特徴とする高周波積層部品である。
【００１１】
典型的には、内層導体にはＡｇを用いるが、Ａｇ合金（銀パラジウムなど）でもよい。焼成は８００〜９００℃で行うが、特に８３０〜８５０℃で焼成することが望ましい。析出するＳｉＯ２  結晶相は、クリストバライトとクォーツの両方である。また非磁性ガラスセラミックは、周波数０．１ＧＨｚ以上の高周波領域でＱｆ  が３０００ＧＨｚ以上のものとする。
【００１２】
また本発明は、内層導体を有する高周波積層部品の製造に使用する非磁性のガラスセラミック組成物において、焼成前の配合割合で、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラス粉末と７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミック粉末の混合物からなり、ホウケイ酸ガラスは、その主成分としてＳｉＯ２  を７５〜８５ｗｔ％、Ｂ２  Ｏ３  を１４〜２０ｗｔ％、Ｋ２  Ｏを１〜５ｗｔ％含むものであることを特徴とするガラスセラミック組成物である。焼成前の混合粉末は、平均粒径が１．０〜３．０μｍ程度とするのが好ましい。これによって、より一層良好な焼結品が得られると共に、粒径制御によって誘電率も調整できる。なお、このガラスセラミック組成物は内層導体がＡｇ系材料の場合に特に有効であるが、Ｃｕ系材料の場合にも使用できることはいうまでもない。
【００１３】
典型的には、ホウケイ酸ガラスは、８０．８ｗｔ％ＳｉＯ２  ＋１６ｗｔ％Ｂ２  Ｏ３  ＋３．２ｗｔ％Ｋ２  Ｏを主成分とするものであり、Ｔｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックは、５４ｗｔ％ＴｉＯ２  ＋２５ｗｔ％ＢａＯ＋１３ｗｔ％ＺｎＯ＋１．１ｗｔ％ＳｉＯ２  を主成分とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高周波積層部品は、非磁性ガラスセラミック層とＡｇ系内層導体とが積層されて一体焼成されたものであり、該内層導体によってインダクタ部やキャパシタ部、あるいは配線パターンなどが形成されている。ここで非磁性ガラスセラミック層は、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとからなり、焼成によるガラスとセラミックの反応によってＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相が多く析出した状態になっており、この点に特徴がある。
【００１５】
本発明において、上記のように特定のガラスとセラミックの組み合わせを選定し、その配合比率を規定し、且つガラスセラミックの状態を規定したのは、それらによってＡｇがガラスセラミック中に拡散せずＡｇパターンがぼやけない（パターン周囲が着色しない）こと、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域において誘電率が９〜１４、Ｑｆが３０００ＧＨｚ以上の特性が得られるためである。本発明に係る非磁性セラミック組成物は、８００℃以上で焼成することによりＳｉＯ２  結晶相（クリストバライトとクォーツの両者）及びＴｉＯ２  結晶相が析出する。これらの結晶は低誘電損失であるため、得られるガラスセラミックも０．１ＧＨｚ以上の高周波領域で誘電損失が低い特性を呈する。
【００１６】
本発明においてガラスとセラミックの配合比率を、ガラス：３０〜７０ｗｔ％、セラミック：７０〜３０ｗｔ％としたのは、ガラスの割合が多すぎると結晶相が析出し難く、Ａｇの着色が生じ易くなり、逆にガラスの割合が少なすぎると低温での焼結性が悪くなるからである。実験結果から、ホウケイ酸ガラスとＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックの配合比率を、４８〜６６ｗｔ％のガラスと５２〜３４ｗｔ％のセラミックとすることが好ましい。
【００１７】
Ａｇは焼成時にイオン化すると、非晶質ガラス中に溶け込みやすい。これはイオン交換によって拡散するためである。ところが本発明のホウケイ酸ガラスとＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとの組み合わせは、焼成によって多量の結晶相が生じる。このように結晶相が多く生成するために、本発明ではＡｇの拡散が殆ど生じず、そのためＡｇパターンがぼやけたり（滲んだり）、本来のＡｇパターンの周囲が薄く着色するといった現象が生じないのである。
【００１８】
ＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相を多量に生成するために、焼成は８００℃以上で行うことが望ましい。８００℃未満では結晶相が少なく、ガラス質がそのまま残るためＡｇの着色が生じ易いし、誘電損失も大きく、機械的強度も低下するからである。セラミックに対するガラスの配合割合が多い場合も同様の問題が生じる。またガラス質が多いとＱｆも低下する。
【００１９】
因みに、ホウケイ酸ガラスとアルミナの組み合わせでは結晶相は少ない。その他、ホウケイ酸ガラスと（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４  の組み合わせ、Ｓｉ−Ｂａ−Ｃａ−Ｏ系ガラスとアルミナ−ＴｉＯ２  の組み合わせ、Ｂａ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系ガラスとアルミナの組み合わせなどで実験したが、いずれもＡｇ着色が生じた。またウイレマイト、ディオプサイド系結晶化ガラスでもＡｇ着色が生じた。Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｃａ系ガラスを用いた場合もＡｇと反応した。更に、Ｂａ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｂ−Ｏ系ガラスとアルミナの組み合わせ、あるいはＺｎ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系ガラスとアルミナの組み合わせでは、いずれも焼結不良が生じた。このように本発明以外の材料の組み合わせでは、多くの場合何らかの不都合が生じている。
【００２０】
本発明で用いるホウケイ酸ガラスの組成は、特に限定されるものではないが、主成分としてＳｉＯ２  を７５〜８５ｗｔ％、Ｂ２  Ｏ３  を１４〜２０ｗｔ％、Ｋ２  Ｏを１〜５ｗｔ％含むものが好ましい。このような組成範囲とし、セラミックに対して所定配合割合とすることによって、軟化点を９００℃以下に低くでき、Ａｇ内層導体との低温一体焼成が可能となる。なお副成分として、Ａｌ２  Ｏ３  ，ＢａＯ，ＳｒＯ，ＣａＯ，ＭｇＯの１種若しくは２種以上が５ｗｔ％以下含まれていてもよい。これらの副成分の添加によって、軟化点の調整などを行うことができる。
【００２１】
例えば高周波多層基板を製造するには、例えば次のような手順で行う。まずホウケイ酸ガラス粉末とＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミック粉末を所定の配合比率で混合し、溶剤を添加して湿式粉砕する。次いで、この粉砕品を乾燥し、解砕する。その後、適当なビヒクル（例えばエチルセルロースとテレピネールと分散剤、可塑剤などを配合し混合したものなど、バインダであるエチルセルロースに代えてＰＶＢ（ポリビニルアルコール）、メチルセルロース、アクリル樹脂などを用いてもよい）を加えて印刷用の非磁性層用ペーストを調製する。Ａｇについても、同様のビヒクルを加えて銀ペーストを調製する。これらを用いて印刷積層する。そして、得られた積層体を所定の温度で焼成することによって、ガラスセラミックからなる絶縁体中にＡｇ内層導体が埋設された多層基板を製造することができる。
【００２２】
なお本発明は、多層基板のみならず、各種積層電子部品などに適用できることはいうまでもない。従って、本発明において「積層部品」とは、ＩＣやＬＳＩを搭載する多層基板、あるいは各種のセラミックチップ積層部品なども含む広義の積層構造体を意味している。またＡｇ系内層導体としては、Ａｇ単体のみならずＡｇ合金（例えば銀パラジウムなど）も含まれる。
【００２３】
【実施例】
ホウケイ酸ガラス粉末とＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミック粉末に溶剤を加えて、ボールミルによって湿式粉砕し、乾燥・解砕することで粉末試料を調製する。ここでホウケイ酸ガラス粉末は、８０．８ｗｔ％ＳｉＯ２  ＋１６ｗｔ％Ｂ２  Ｏ３  ＋３．２ｗｔ％Ｋ２  Ｏを主成分とするもの、及び８１．４ｗｔ％ＳｉＯ２  ＋１６．１ｗｔ％Ｂ２  Ｏ３  ＋２．５ｗｔ％Ｋ２  Ｏを主成分とするものの２種類である。またセラミック粉末は、５４ｗｔ％ＴｉＯ２  ＋２５ｗｔ％ＢａＯ＋１３ｗｔ％ＺｎＯ＋１．１ｗｔ％ＳｉＯ２  を主成分とするものである。これらホウケイ酸ガラス粉末とセラミック粉末の配合比率を変えて多種類の粉末試料を作製した。
【００２４】
これらの粉末試料に適量のビヒクルを加えて混合することによって非磁性層用ペーストを調製した。これらの調製された非磁性層用ペーストを用いて印刷積層し、焼成して基板を作製した。ホウケイ酸ガラスの組成、セラミック／ガラスの配合割合、焼成温度を変えて作製した各試料についての誘電率の測定結果を表１に示す。試料１〜７及び９〜１２は本発明範囲内であるが、試料８，１３は本発明範囲外である。測定は誘電率及び誘電損失について行い、その他、析出結晶についても分析した。誘電率と誘電損失は、空洞共振器（測定周波数９ＧＨｚ）を使用して室温（２５℃）での値を求めた。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
各試料は、８００〜９００℃の温度で焼成可能であり、Ａｇ内層導体と一体焼成できた。但し、試料８，１３（本発明範囲外）は、ガラス量が多すぎるため軟化変形が生じた。なお、表１で空欄となっている部分は、その温度での焼成を行っていないことによるものであり、試料が作製できないということではない。表１から、本発明では、周波数９ＧＨｚで誘電率９〜１４が得られた。またＱｆは３０００ＧＨｚ以上が得られた。表１から、焼成温度によって誘電率を制御できることも分かった。
【００２７】
次に、試料４を代表例として、異なる焼成温度での焼結品について析出結晶を分析測定した。その結果を図１に示す。図１は焼成温度（７９０〜９００℃）の変化に対する析出結晶（ＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相）とその量の関係を示している。析出結晶はＸ線回折法によって求めた。縦軸はＸ線回折強度比（Ｉ／Ｉｃ）であり、標準試料Ａｌ２  Ｏ３  の強度を１００として定量した値である。図１から分かるように、焼成温度７８０℃のときはクリストバライト（ＳｉＯ２  結晶相の１種）は生成していない。焼成温度が８００℃以上になると、クリストバライトが生成しており、焼成温度が高くなるにつれてクリストバライト量も増加している（８２０℃以上ではクリストバライトが非常に多くなる）。クォーツ（ＳｉＯ２  結晶相の１種）は、焼成温度７９０〜９００℃に殆ど依存せずに少量存在している。ルチル（ＴｉＯ２  結晶相の１種）は、焼成温度７９０〜９００℃で存在しており、焼成温度の上昇と共に増加するが、８２０℃以上ではほぼ一定量である。
【００２８】
更に各試料でグリーンシート成形し、その上にＡｇペーストで印刷し、次いで空気雰囲気中で焼成温度を変えてそれぞれ２時間焼成した後、Ａｇ着色の有無を調査した。着色については、顕微鏡観察及びＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナリシス）マッピングにより分析した。その結果、７８０℃で焼成した試料についてはＡｇ着色が認められたが、８００℃以上で焼成した試料についてはＡｇ着色が認められないこと、試料８，１３のようにガラスが多いとＡｇ着色が生じることが確認できた。
【００２９】
以上のことから、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとの組み合わせを採用し、ＳｉＯ２  結晶相（特にクリストバライト）とＴｉＯ２  結晶相を多く析出させた状態とすることによって、Ａｇの拡散が生じず、高周波帯域での誘電損失の増加を抑制できることが分かった。またＳｉＯ２  結晶相とＴｉＯ２  結晶相が多量に存在するため、Ｑｆも向上していた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記のように、非磁性ガラスセラミック層が、３０〜７０ｗｔ％のホウケイ酸ガラスと７０〜３０ｗｔ％のＴｉ−Ｂａ−Ｚｎ−ＳｉＯ２  系セラミックとからなり、焼成によるガラスとセラミックの反応によってＳｉＯ２  結晶相及びＴｉＯ２  結晶相が多く析出した状態になっている高周波積層部品であるので、Ａｇ系内層導体を用いて非磁性ガラスセラミック層と同時焼成したときにＡｇがガラスセラミック中に拡散せず、そのため高密度配線が可能となり、小型化できる。また、ＳｉＯ２  結晶相（クリストバライト及びクォーツ）とＴｉＯ２  結晶相（ルチル）を多く含むため、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域で低い誘電損失を有し、Ｑｆが３０００ＧＨｚ以上と高く、そのため高周波領域で用いられる回路部品に十分に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼成温度と生成結晶相の関係を示す説明図。
【図１】
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