(57)【要約】【課題】  誘電率の高いフィラーを用いた場合に高い誘電率を得ることができるというようにフィラーの有する特性を最大限発揮することのできる複合誘電体基板を提供する。【解決手段】  本発明は、セラミックス誘電体粉末からなるフィラーと、フィラーが分散する樹脂材料からなるマトリックスと、を備える複合誘電体基板であって、フィラーは、粒度分布に第１及び第２の２つのピークを有し、第１のピークは０．１〜１．０μｍの範囲内にあり、かつ第２のピークは第１のピークよりも大きいことを特徴とする複合誘電体基板である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス誘電体粉末からなるフィラーと、
前記フィラーが分散する樹脂材料からなるマトリックスと、を備える複合誘電体基板であって、
前記フィラーは、粒度分布に第１及び第２の２つのピークを有し、
前記第１のピークは０．１〜１．０μｍの範囲内にあり、かつ
前記第２のピークは前記第１のピークよりも大きいことを特徴とする複合誘電体基板。
【請求項２】
前記フィラーは、平均粒径が０．１〜１．０μｍの第１の誘電体セラミックス粉末と前記第１の誘電体セラミックス粉末よりも平均粒径が大きい第２の誘電体セラミックス粉末の混合物から構成されることを特徴とする請求項１に記載の複合誘電体基板。
【請求項３】
前記第２の誘電体セラミックス粉末は、平均粒径がｔ／２μｍ（ただし、ｔは複合誘電体基板の厚さ）以下であることを特徴とする請求項２に記載の複合誘電体基板。
【請求項４】
前記第１の誘電体セラミックス粉末と前記第２の誘電体セラミックス粉末は、９５：５〜６０：４０（重量比）の比率で混合されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の複合誘電体基板。
【請求項５】
前記複合誘電体基板の厚さは１０μｍ以下であり、前記フィラーは２０〜６５ｖｏｌ％の範囲で前記複合誘電体基板中に分散することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合誘電体基板。                                                                             
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス粉末がマトリックス中に分散した複合誘電体基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品、電子デバイスはますます小型化の要求がなされている。したがって、電子部品、電子デバイスの構成要素である多層基板も、電子部品、電子デバイスの小型化を実現するためにより高誘電特性を持つ材料を用いて小型化することが望まれている。
ところで、電子部品、電子デバイスの小型化、高密度化に伴い、誤動作の要因となる外部ノイズや電子部品自体が発するノイズが問題となっており、これらのノイズを除去するためにバイバスコンデンサが用いられている。しかし、バイパスコンデンサは容量が大きいことから多層基板の内部に構成することができないため、多層基板上に実装されている。そのために電子部品、電子デバイスの小型、高密度化の妨げとなっているのが現状である。したがって、高誘電率材料からなる基板を多層基板内に配設することにより多層基板自体にコンデンサの機能を持たせる方法が検討されている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００３】
しかし、誘電率の高い無機フィラーを樹脂材料からなるマトリックスに分散した複合誘電体材料は、誘電率や損失がより低い値を持つ樹脂材料の値に近いものとしかならないのが現状である。
以上の問題点に対して、特許文献５には、熱硬化性樹脂と、高誘電率フィラーと、アスペクト比が３〜２０の針状の導電性フィラーとを含む高誘電率複合材料が、３０以上の高い比誘電率を具備することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−５７８５１号公報
【特許文献２】特開平５−５７８５２号公報
【特許文献３】特開平７−９６０９号公報
【特許文献４】特開平４−２６００４号公報
【特許文献５】特開２００１−６８８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献５によれば３０以上の高い比誘電率を有する複合材料を提供することができる。しかし、針状の導電性フィラーの添加を必須としているところ、導電性フィラーを添加することから絶縁抵抗値が低下して、絶縁抵抗値の不良が発生しやすく信頼性が確保できない。導電性フィラーのアスペクト比が大きいと単位面積あたりの誘電特性や絶縁抵抗のばらつきが大きくなってしまう。したがって、針状の導電性フィラーを添加することなく高い誘電率が得られることが望ましいことは言うまでもない。
また、特許文献５は、損失あるいは温度特性を向上する手法について開示するところがない。つまり、誘電体からなるフィラーのみを添加した複合材料において、当該フィラーの有する特性を十分に反映させる手法はこれまで見出されていなかった。
したがって、本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、誘電率の高いフィラーを用いた場合に高い誘電率を得ることができるというようにフィラーの有する特性を最大限発揮することのできる複合誘電体基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者はこれまで複合誘電体基板においてはフィラーの粒径が大きくなるほど誘電率は高くなるものと認識してきた。実際に平板コンデンサを容量法にて測定すると導体間の厚みに対し、粒子径が大きくなるほど誘電率を僅かに向上させることができる。しかし、層間に対するフィラーの大きさは基板の信頼性、容量のばらつきを考えるとそれほど大きくすることは困難である。ところが、平均粒径が所定値以下の高誘電率を有するフィラーと、このフィラーよりも粒径の大きなフィラーがマトリックス中に混在する場合に、誘電率を向上できることを知見した。
以上の事項に基づく本発明は、誘電体セラミックス粉末からなるフィラーと、フィラーが分散する樹脂材料からなるマトリックスと、を備える複合誘電体基板であって、フィラーは、粒度分布に第１及び第２の２つのピークを有し、第１のピークは０．１〜１．０μｍの範囲内にあり、かつ第２のピークは第１のピークよりも大きいことを特徴とする複合誘電体基板である。
本発明の複合誘電体基板において、フィラーは、平均粒径が０．１〜１．０μｍの第１の誘電体セラミックス粉末と第１の誘電体セラミックス粉末よりも平均粒径が大きい第２の誘電体セラミックス粉末の混合物から構成することができる。このとき、第２の誘電体セラミックス粉末は、平均粒径がｔ／２μｍ（ただし、ｔは複合誘電体基板の厚さ）以下であることが望ましい。また、第１の誘電体セラミックス粉末と第２の誘電体セラミックス粉末は、９５：５〜６０：４０（重量比）の比率で混合されていることが望ましい。
本発明の複合誘電体基板の厚さは１０μｍ以下とすることができる。また、この複合誘電体基板において、フィラーは２０〜６５ｖｏｌ％の範囲で複合誘電体基板中に分散していることが望ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、誘電率の高いフィラーを用いた場合には高い誘電率が得ることができるというように、フィラーの有する特性を最大限発揮することのできる複合誘電体基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本発明の複合誘電体基板は、誘電体セラミックス粉末がマトリックス中に分散した形態を有している。
本発明における複合誘電体基板のマトリックスは、樹脂材料で構成される。樹脂材料としては、公知の樹脂材料を広く適用することができる。例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、メラミン樹脂、シアネートエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリビニルベンジルエーテル化合物樹脂、液晶ポリマー、フッ素系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチルセルロース樹脂、ニトロセルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ユリア樹脂のうち少なくとも１種以上のものを単独又は複合で使用することができる。
【０００９】
誘電体セラミックス粉末としては、アルミナ系セラミックス、Ｂａ−Ｎｄ−Ｔｉ系セラミックス、Ｂａ−Ｓｍ−Ｔｉ系セラミックス、チタン酸バリウム−錫系セラミックス、鉛−カルシウム系セラミックス、二酸化チタン系セラミックス、チタン酸バリウム系セラミックス、チタン酸鉛系セラミックス、チタン酸ストロンチウム系セラミックス、チタン酸カルシウム系セラミックス、チタン酸ビスマス系セラミックス、チタン酸マグネシウム系セラミックス等が挙げられる。さらに、ＣａＷＯ4系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックス、Ｂａ（Ｃｏ，Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3系セラミックス、Ｂａ（Ｃｏ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3系セラミックスも挙げられる。
【００１０】
本発明の複合誘電体基板はこの誘電体セラミックス粉末が２つの粒度分布のピークを持つ。２つの粒度分布のピークは、一方が０．１〜１．０μｍの範囲にある第１のピークで、他方は第１のピークより大きな第２のピークである。このように粒度分布が２つのピークを持つためには、異なる平均粒径を有する誘電体セラミックス粉末を混合すればよい。
この場合、一方の誘電体セラミックス粉末（第１の誘電体セラミックス粉末）の平均粒径は０．１〜１．０μｍとする。平均粒径が０．１μｍ未満では粒径が微細すぎて樹脂中への混合、分散が容易でなくなる。一方で、平均粒径が１．０μｍを超えると誘電体セラミックス粉末が有する特性を引き出しにくくなるからである。望ましい第１の誘電体セラミックス粉末の平均粒径は０．２〜０．６μｍ、さらに望ましい０．２〜０．４μｍである。なお、本発明における平均粒径は個数分布によるメジアン径（Ｄ５０）で定義されるものとする。
混合される他方の第２の誘電体セラミックス粉末は、第１の誘電体セラミックス粉末よりも平均粒径を大きくすればよい。分散される誘電体セラミックス粉末は複合誘電体基板の厚さ（ｔμｍ）よりも粒径が小さいことが前提となるが、第２の誘電体セラミックス粉末の粒径はｔ／２μｍ以下であることが望ましい。第２の誘電体セラミックス粉末の平均粒径がｔ／２μｍを超えると、複合誘電体基板の厚さを超える粒径の第２の誘電体セラミックス粉末が存在する可能性が高くなり、基板としての絶縁性、強度による信頼性に問題が生じやすくなるためである。なお、本発明においては、第１の誘電体セラミックス粉末と第２の誘電体セラミックス粉末とが実質的に同一の材質からなることを前提としている。
【００１１】
以上では粒度分布が２つのピークを持つための典型的な例として２つの異なる粒度分布を有する粉末を混合する例を示したが、本発明の複合誘電体基板を得る方法はこれに限定されない。単一ピークをもつ粉末を分級することにより粒度分布に２つのピークを持たせることもできる。また、第２の誘電体セラミックス粉末に要求される粒径を有する顆粒粉、凝集粉又は仮焼粉を作製し、この顆粒粉、凝集粉又は仮焼粉を構成する粒子の一部を粉砕又は解砕することにより第１の誘電体セラミックス粉末に要求される粒径を有する粉末を作り出すこともできる。このように、本願発明における粒子は、一次粒子に限らず顆粒粉、凝集粉又は仮焼粉等を含む概念である。
【００１２】
第１の誘電体セラミックス粉末と第２の誘電体セラミックス粉末の混合比は、９５：５〜６０：４０（重量比）とすることが望ましく、さらには８５：１５〜７０：３０の範囲とすることがより望ましい。
【００１３】
高い誘電率を確保するために、複合誘電体基板中に誘電体セラミックス粉末を２０ｖｏｌ％以上含有することが望ましい。一方、６５ｖｏｌ％を超える含有量では誘電体セラミックス粉末の良好な分散状態を確保することができなくなる、したがって、誘電体セラミックス粉末は、複合誘電体基板の２０〜６５ｖｏｌ％、望ましくは４０〜６５ｖｏｌ％の範囲を占めるように含有させることが望ましい。
【００１４】
本発明の複合誘電体基板は、多層基板における誘電体層として用いることができる。その具体的な用途例を図面に基づいて説明する。
図１は光ピックアップなどに使用される重畳モジュールの断面図を示している。図１に示すように、重畳モジュールは、構成層１ａ〜１ｌが積層された積層体の上に形成、配置されたコンデンサ、インダクタ、半導体、レジスタ等の電子部品（図示せず）と、この構成層１ａ〜１ｌ中およびその上下面に形成されている導体パターン３，５を有する。
この例では、コンデンサ層１ｄ〜１ｉに本発明による複合誘電体基板を用いる。インダクタを構成する構成層１ａ〜１ｃ、１ｊ〜１ｌには有機誘電体層を用いることが好ましい。そして、これらの構成層１ａ〜１ｌの表面には、内部導体、ＧＮＤ導体（いずれも図示せず）等が形成されている。また、導体パターン３，５を接続するスルーホールを適宜設けている。
なお、図１は本発明の適用例の一例を示したに過ぎず、他の適用例を排除するものでないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
水熱合成法により作製したチタン酸バリウム粉末ａ（ＢＴ粉末ａ：メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）及び蓚酸塩法により作製したチタン酸バリウム粉末ｂ（ＢＴ粉末ｂ：メジアン径Ｄ５０＝０．８５μｍ）を用意し、表１に示す割合で配合して混合粉末（フィラー）を得た。このフィラーをビニルベンジル樹脂（昭和高分子（株）製：０６９、比誘電率：２．９〜３．０相当）に対してフィラー体積比が５０ｖｏｌ％になるように配合しスラリー溶液を作製した。このスラリー溶液を２ｍｍ径のＺｒＯ2ボールを用いて混合分散し、塗工機を用いて厚さ１２μｍの銅箔（Ｒｚ＝７μｍ）上に５０μｍの厚さに塗工した後に、乾燥させて銅箔付きシートを作製した。この銅箔付きシート２枚を塗工面を対向させた状態で積層した後に、真空プレス機により３ＭＰａ、１９５℃で３時間の条件でプレス成形を行い、銅箔間の距離が４５〜５０μｍ、５０ｍｍ角の試料を作製した。この試料を５ｍｍ角に切断した後に誘電特性を測定した。測定は、ＬＣＲメータ（ヒューレットパッカード社製：４２７５Ａ）を用い、容量法で行なった。結果を表１及び図３に示す。
なお、上記粉末（フィラー）の粒径は、キャピラリー式粒度分布計（昭光通商（株）製：ＣＨＤＦ−２０００）を用いて測定した。図２に、ＢＴ粉末ａを８０ｗｔ％、ＢＴ粉末ｂを２０ｗｔ％の比率で混合したフィラーの粒度分布を示すが、０．３５μｍと０．８〜０．９μｍにピークがあることがわかる。
また、フィラーとして、ＢＴ粉末ａ（メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）のみ、またＢＴ粉末ｂ（メジアン径Ｄ５０＝０．８５μｍ）のみを用いた以外は、上記と同様にして試料を作製して誘電特性を測定した。結果を表１及び図３に示す。
【００１６】
【表１】
2005126700.tif 000003
【実施例２】
【００１７】
水熱合成法により作製したチタン酸バリウム粉末ｃ（ＢＴ粉末ｃ：メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）及び蓚酸塩法により作製したチタン酸バリウム粉末ｄ（ＢＴ粉末ｄ：メジアン径Ｄ５０＝１．３９μｍ）を用意し、表１に示す割合で配合して混合粉末（フィラー）を得た。このフィラーとビニルベンジル樹脂ａ（昭和高分子（株）：０６８）とビニルベンジル樹脂ｂ（昭和高分子（株）：０６９）が体積比にて８０：２０となる樹脂（比誘電率：２．７相当）とが、フィラー体積比が５０ｖｏｌ％になるように配合しスラリー溶液を作製した。以後は実施例１と同様にして比誘電率を測定した。その結果を表１及び図３に示す。
また、フィラーとして、ＢＴ粉末ｃ（メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）のみ、またＢＴ粉末ｄ（メジアン径Ｄ５０＝１．３９μｍ）のみを用いた以外は、上記と同様にして試料を作製して誘電特性を測定した。結果を表１及び図３に示す。
【実施例３】
【００１８】
エポキシ樹脂ａ（日本化薬（株）：ＮＣ７０００）とエポキシ樹脂ｂ（サンノプコ（株）：ＳＮ−５Ｘ０６３６）とを体積比で５０：５０とした樹脂（比誘電率：３．０相当）を用いた以外は実施例１と同様のフィラーを用い、やはり実施例１と同様にして比誘電率の測定を行なった。結果を表１及び図３に示す。
また、フィラーとして、ＢＴ粉末ａ（メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）のみ、またＢＴ粉末ｂ（メジアン径Ｄ５０＝０．８５μｍ）のみを用いた以外は、上記と同様にして試料を作製して誘電特性を測定した。結果を表１及び図３に示す。
【実施例４】
【００１９】
樹脂として液晶ポリマー（三菱エンジニアリングプラスチックス（株）：ノバレックス、比誘電率：３．１相当）を用いた以外は実施例１と同様のフィラーを用い、当該樹脂とフィラーとを熱をかけながら混練し、真空プレス機により３ＭＰａ、３００℃で１時間の条件でプレス成形を行った以外は実施例１と同様にして測定試料を作製した。この測定試料について実施例１と同様にして比誘電率の測定を行なった。結果を表１及び図３に示す。
また、フィラーとして、ＢＴ粉末ａ（メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）のみ、またＢＴ粉末ｂ（メジアン径Ｄ５０＝０．８５μｍ）のみを用いた以外は、上記と同様にして試料を作製して誘電特性を測定した。結果を表１及び図３に示す。
【実施例５】
【００２０】
水熱合成法により作製したチタン酸バリウム粉末（メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）を５００℃で１時間加熱処理した後に、湿式（エタノール使用）でボールミルにより粉砕して、チタン酸バリウム粉末ｅ（ＢＴ粉末e：メジアン径Ｄ５０＝０．３８μｍ）を得た。なお、粉砕メディアには、粒径２ｍｍのアルミナボールを使用した。また、水熱合成法により作製したチタン酸バリウム粉末（メジアン径Ｄ５０＝０．３５μｍ）をスプレードライヤーを用いて顆粒粉とした後に、１２００℃で１時間熱処理し、その後解砕してチタン酸バリウム粉末ｆ（ＢＴ粉末ｆ：メジアン径Ｄ５０＝３μｍ）を得た。ＢＴ粉末ｅを８０ｗｔ％、ＢＴ粉末ｆを２０ｗｔ％配合して混合粉末（フィラー）を得た。このフィラーを用いて実施例１と同様にして比誘電率の測定を行なった。その結果を表１に示す。
【実施例６】
【００２１】
水熱合成法により作製したチタン酸カルシウム粉末Ａ（ＣＴ粉末Ａ：メジアン径Ｄ５０＝０．３３μｍ）を８０ｗｔ％、破砕法により作製したチタン酸カルシウム粉末Ｂ（ＣＴ粉末Ｂ：メジアン径Ｄ５０＝０．８３μｍ）を２０ｗｔ％配合して混合粉末（フィラー）を得た。このフィラーを用いて実施例１と同様にして測定用試料を作製し、比誘電率とＱ値を摂動法により測定した。その結果を表２に示す。なお、測定はアジレント・テクノロジー社製のスカラー・ネットワーク・アナライザー ８７５７Ｄ及びシンセサイズド掃引信号発生器 ８３６２０Ｂを用い、シンセサイズド掃引信号発生器 ８３６２０Ｂで発信し、スカラー・ネットワーク・アナライザー ８７５７Ｄに波形を描かせ、波形ピーク値の移動量、半値幅を測定することにより比誘電率とＱ値を求めた。
ＣＴ粉末Ｂ（メジアン径Ｄ５０＝０．８３μｍ）のみを用い、他は上記と同様にして比誘電率とＱ値を求めた。その結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
以上の実施例１〜実施例６の結果より、粒度分布に第１及び第２の２つのピークを有し、第１のピークを０．１〜１．０μｍの範囲として、かつ第２のピークを第１のピークよりも大きなものとすることにより、高い比誘電率が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の複合誘電体基板が適用される重畳モジュールの断面図である。
【図２】実施例１で用いたフィラーの粒度分布を示すグラフである。
【図３】実施例１〜４の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１ａ〜１ｌ…構成層（１ａ〜１ｃ，１ｊ〜１ｌ…有機誘電体層、１ｄ〜１ｉ…コンデンサ層）、３，５…導体パターン                                               
【図１】
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【図２】
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【図３】
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