(57)【要約】【課題】  絶縁基体と誘電体層のガラス成分の相互拡散を抑制し、容量が高く、容量のばらつきが小さく、信頼性に優れたコンデンサ部を内蔵したものとすること。【解決手段】  ガラスセラミック配線基板１は、ガラスセラミックスの絶縁基体２内部に、誘電体層と電極層が交互に積層されたコンデンサ部が設けられ、コンデンサ部は、下側の第１の誘電体層４ａ、中央部の第２の誘電体層４ｂ、上側の第３の誘電体層４ｃと、これら誘電体層の最上下面および層間に形成された計４層以上の電極層から成り、電極層は、最上の電極層３ｄに第１の側面導体７ａを介して誘電体層の２層おきに接続された第１の電極層群と、最上から２層目の電極層３ｃに第２の側面導体７ｂを介して誘電体層の２層おきに接続された第２の電極層群とから成り、第１および第３の誘電体層４ａ，４ｃとガラスセラミックスとの反応性は、第２の誘電体層４ｂとの反応性よりも小さい。【選択図】  図１
2005243856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、チタン酸バリウムを主成分としガラスを含む誘電体層と金属粉末の焼結体から成る電極層とが交互に積層されて成るコンデンサ部が設けられており、該コンデンサ部は、下側の第１の誘電体層と、中央部の単層または複数層の第２の誘電体層と、上側の第３の誘電体層と、これらの誘電体層の最上下面および層間にそれぞれ形成された合計４層以上の電極層から成り、該電極層は、最上の電極層に前記コンデンサ部の側面に形成された第１の側面導体を介して前記誘電体層の２層おきに互いに電気的に接続された第１の電極層群と、最上から２層目の電極層に前記コンデンサ部の側面に形成された第２の側面導体を介して前記誘電体層の２層おきに互いに電気的に接続された第２の電極層群とから成り、前記第１および第３の誘電体層と前記ガラスセラミックスとの反応性は、前記第２の誘電体層と前記ガラスセラミックスの反応性よりも小さいことを特徴とするガラスセラミック配線基板。
【請求項２】
前記第１および第３の誘電体層の誘電率は前記第２の誘電体層の誘電率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック配線基板。
【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から成る絶縁基板の内部にコンデンサを内蔵し、表層および内部に配線層を具備した、混成集積回路基板等に適したガラスセラミック配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴ（Information Technology）産業の中核をなす半導体分野では、半導体素子の性能向上が著しく、大型コンピュータ，パーソナルコンピュータ，移動通信端末等に代表される情報処理装置の、高速化、装置の小型化、多機能化等を支えている。
【０００３】
これに伴いコンデンサも小型化され、基板への挿入用リードを配したセラミックコンデンサから表面実装に対応したチップコンデンサへ、されにはコンデンサをセラミック配線基板の内部に形成したコンデンサ内蔵セラミック配線基板が開発されている。これらのコンデンサ内蔵セラミック配線基板は、回路を基板内に作りこむことができるため、別体のマッチング回路を省くことが可能で、実装コストも削減できて、チップコンデンサの表面実装に較べて接続信頼性が高い等のメリットを有する。この技術を用いたモジュール部品も、小型化、高機能化、高容量化が望まれている。
【０００４】
高容量のコンデンサに使用される誘電体組成物は、チタン酸バリウムに代表されるＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、鉛系複合ペロブスカイト（ＰＭＮ：Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３，ＰＺＮ：Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３，ＰＭＷ：Ｐｂ（Ｍｇ，Ｗ）Ｏ３等）が一般的であるが、昨今の環境問題への配慮から鉛フリーのチタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウムへの期待が高まっている。
【０００５】
一方、電気信号の伝送の高速化の要求から、配線導体として銀や銅を主成分とした低抵抗材料が用いられ、特にマイグレーションが少なく原料が安価な銅への期待が高まっている。また昨今の携帯端末やレーダー、衛星通信を主体とする高周波向けモジュールの要求から、セラミックスの誘電率や誘電正接をモジュールの設計や用途に合わせることも望まれている。これらの要求を満たすために、導体材料の銀や銅の融点よりも低い８００〜１０００℃付近で焼成するものであって、目的の電気特性に合うようにアルミナやガラスを選択して混合したガラスセラミック配線基板が開発された。
【０００６】
このようなコンデンサを内蔵したガラスセラミック配線基板は、所定の回路配線が形成された絶縁層となるガラスセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）に配線導体用ペーストをスクリーン印刷法等によって塗布することにより一方のコンデンサ電極パターンを形成し、その上に誘電体ペーストをスクリーン印刷法により塗布して誘電体層を形成し、さらに配線導体用ペーストをスクリーン印刷法により塗布して他方のコンデンサ電極パターンを形成した後、所定の配線導体が形成された絶縁層となるグリーンシートを順次積層してグリーンシート積層体を作製し、しかる後、これを焼成することにより得られる。
【０００７】
しかしながら、絶縁基体のガラスセラミックスに較べて誘電率の高い（例えば比誘電率が１０００）誘電体層と電極を順次積層したコンデンサをグリーンシート積層体内に形成し焼成すると、絶縁基体のガラスセラミック材料と誘電体層のセラミック材料の焼成工程におけるガラス成分の相互拡散によって誘電体の本来の組成が失われ、誘電体層の誘電率が著しく低下したり、絶縁性や強度が低下したりして、容量が高く、容量ばらつきの小さく、信頼性に優れたコンデンサを得ることができないという問題点があった。そこでガラス成分の相互拡散を抑制する成分をコンデンサ電極と絶縁基体のセラミックの間に形成する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平９−９２９７８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、上記の方法によれば、ガラス成分の相互拡散を防止するバリア層をコンデンサ電極上にスクリーン印刷等で形成せねばならないため、多層構造でありながら、単層のコンデンサと同等の低い容量しか得られないといった問題点を有していた。またバリア層と絶縁基体のガラスセラミックスが直接接触しているため、バリア層とガラスセラミックスが反応してしまい、誘電体層とガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を抑制する効果が乏しくなり、コンデンサの容量ばらつきが増加したり、信頼性を損なったりといった問題点を有していた。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は電気的な容量が高く、容量のばらつきが小さく、信頼性に優れたコンデンサを内蔵したガラスセラミック配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、チタン酸バリウムを主成分としガラスを含む誘電体層と金属粉末の焼結体から成る電極層とが交互に積層されて成るコンデンサ部が設けられており、該コンデンサ部は、下側の第１の誘電体層と、中央部の単層または複数層の第２の誘電体層と、上側の第３の誘電体層と、これらの誘電体層の最上下面および層間にそれぞれ形成された合計４層以上の電極層から成り、該電極層は、最上の電極層に前記コンデンサ部の側面に形成された第１の側面導体を介して前記誘電体層の２層おきに互いに電気的に接続された第１の電極層群と、最上から２層目の電極層に前記コンデンサ部の側面に形成された第２の側面導体を介して前記誘電体層の２層おきに互いに電気的に接続された第２の電極層群とから成り、前記第１および第３の誘電体層と前記ガラスセラミックスとの反応性は、前記第２の誘電体層と前記ガラスセラミックスの反応性よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において好ましくは、前記第１および第３の誘電体層の誘電率は前記第２の誘電体層の誘電率よりも小さいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、チタン酸バリウムを主成分としガラスを含む誘電体層と金属粉末の焼結体から成る電極層とが交互に積層されて成るコンデンサ部が設けられており、このコンデンサ部は、下側の第１の誘電体層と、中央部の単層または複数層の第２の誘電体層と、上側の第３の誘電体層と、これらの誘電体層の最上下面および層間にそれぞれ形成された合計４層以上の電極層から成り、電極層は、最上の電極層にコンデンサ部の側面に形成された第１の側面導体を介して誘電体層の２層おきに互いに電気的に接続された第１の電極層群と、最上から２層目の電極層にコンデンサ部の側面に形成された第２の側面導体を介して誘電体層の２層おきに互いに電気的に接続された第２の電極層群とから成り、第１および第３の誘電体層とガラスセラミックスとの反応性は、第２の誘電体層とガラスセラミックスの反応性よりも小さいことから、第１の誘電体層、第２の誘電体層及び第３の誘電体層の多層セラミックコンデンサとなり、第２の誘電体層の単層のみでコンデンサ部を形成した場合よりも容量の高いコンデンサ部を得ることができる。
【００１３】
また、コンデンサ特性の支配的要素である第２の誘電体層をコンデンサ部の中央部に配置することとなり、第２の誘電体層と絶縁基体の間には、誘電体層間のガラス成分の相互拡散や、あるいは誘電体層とガラスセラミックスのガラス成分の相互拡散を抑えるバリアとなる電極層や、第２の誘電体層よりもガラスセラミックスと反応性が小さい第１および第３の誘電体層が介在し、かつ第２の誘電体層と絶縁基体との距離がこれらの厚み分だけ長くなる。また、第１の誘電体層は絶縁基体と直接接するのではなく、絶縁基体との境界にはガラス成分の拡散防止に寄与する電極層が介在するので、第１の誘電体層とガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散が抑制され、第１の誘電体層の組成は安定し易くなる。同様に、第３の誘電体層も絶縁基体と直接接するのではなく、絶縁基体との境界にはガラス成分の拡散防止に寄与する電極層が介在するので、第３の誘電体層とガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散が抑制され、第３の誘電体層の組成は安定し易くなる。このため、これらの安定した誘電体層に挟まれた第２の誘電体層はガラス成分の相互拡散の影響が少なく、誘電率の低下が効果的に抑えられ、容量の高いコンデンサ部を得ることができる。
【００１４】
また、中央部に配置された第２の誘電体層とガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を、まず最上下面に配置された電極層が、次に外周部に配置されたガラスセラミックと反応性が小さい第１および第３の誘電体層が、最後に第２の誘電体層を挟んで対向配置した電極層が効果的に低減させ、第２の誘電体層を段階的に保護する構造をつくる。このため、第２の誘電体層は材料選択の自由度が広がり、ガラスセラミックスと反応性が大きくても、絶縁性が優れ強度が高い材料を選ぶことができ、信頼性の優れたコンデンサ部を得ることができる。
【００１５】
また、本発明のセラミック配線基板は好ましくは、第１および第３の誘電体層の誘電率は第２の誘電体層の誘電率よりも小さいことから、第１の誘電体層とガラスセラミックスの間で電極層を介してガラスの成分が相互拡散し第１の誘電体層の誘電率が低下または不安定となったり、同様に第３の誘電体層とガラスセラミックスの間で電極層を介してそれぞれのガラス成分が相互拡散し第３の誘電体層の誘電率が低下または不安定となったりしても、第１および第３の誘電体層の誘電率が第２の誘電体層より低いためにコンデンサ部全体の容量に対する影響が少なく、コンデンサ部は所望の容量やばらつきが確保される。また、第１および第３の誘電体層は第２の誘電体層のように誘電率を上昇させる組成にする必要が無く、その代わりに材料のガラス成分の相互拡散を防止する組成を選ぶ材料選定の自由度が広がり、第２の誘電体層の容量低下を効果的に抑えることができる。従って、コンデンサ部の容量低下やばらつきをより一層効果的に抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のガラスセラミック配線基板（以下、配線基板ともいう）を図面に基づき以下に詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の配線基板１は、複数の絶縁層２ａ〜２ｃを積層して成る絶縁基体２の内部にコンデンサ部を形成し、下側から第１の電極層３ａ、第１の誘電体層４ａ、第２の電極層３ｂ、第２の誘電体層４ｂ、第３の電極層３ｃ、第３の誘電体層４ｃおよび第４の電極層３ｄが積層されて成り、第１の電極層３ａと第３の電極層３ｃはコンデンサ部の側面に形成された第２の側面導体７ｂを介して電気的に接続されるとともに、第２の電極層３ｂと第４の電極層３ｄはコンデンサ部の側面に形成された第１の側面導体７ａを介して電気的に接続されていて、配線導体５、配線導体５に電気的に接続される貫通導体６を具備している。
【００１７】
本発明における絶縁層２ａ〜２ｃは、ガラス粉末とセラミック粉末とから成る。この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系ガラス等が挙げられる。中でもＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系が好ましい。
【００１８】
また、セラミック粉末としては、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、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）等が挙げられる。中でもＡｌ２Ｏ３が好ましい。
【００１９】
この絶縁層２ａ〜２ｃの焼成前の生シートであるグリーンシートは、ガラス粉末およびセラミック粉末、樹脂バインダ、有機溶剤および可塑剤等を添加混合してスラリーとし、そのスラリーを用いてドクターブレード法やカレンダロール法を採用することによって成形する。
【００２０】
このガラス粉末およびセラミック粉末に添加混合される樹脂バインダとしては、従来からグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。中でもアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体が好ましい。
【００２１】
グリーンシートを成形するためのスラリーに用いられる有機溶剤としては、ガラス粉末とセラミック粉末と樹脂バインダを分散させ、グリーンシート成形に適した粘度のスラリーが得られるように、例えば炭化水素類、エーテル類、エステル類、ケトン類、アルコール類等の有機溶剤が挙げられる。
【００２２】
以上のようにして作製したグリーンシートに、打ち抜き金型等により貫通孔を形成し、この貫通孔に銅，銀等の金属粉末に収縮調整用のガラス粉末を加え、適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合した貫通導体用ペーストをスクリーン印刷等により充填して貫通導体６を形成する。
【００２３】
また、これらのグリーンシートの表面に、同様な方法で銅等の金属粉末に収縮調整用のガラス粉末を加え、適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合した配線導体用ペーストをスクリーン印刷等により塗布し、配線導体５を形成し、貫通導体６との電気的接続をなす。
【００２４】
次に、グリーンシート上に形成するコンデンサ部について説明する。
【００２５】
初めにグリーンシートの表面に、貫通導体６、配線導体５と同様な方法で銅等の金属粉末に収縮調整用のガラス粉末を加え、適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合したコンデンサ部の電極層用ペーストをスクリーン印刷等により塗布し、第１の電極層３ａを貫通導体６上に形成し、電気的接続を行う。
【００２６】
次に、第１の誘電体層４ａを、先に形成した第１の電極層３ａの上にスクリーン印刷等により塗布し、続けて第２の電極層３ｂと第２の側面導体７ｂ、第２の誘電体層４ｂ、第３の電極層３ｃと第１の側面導体７ａ、第３の誘電体層４ｃ、第４の電極層３ｄを順次スクリーン印刷で塗布する。この際、第１の電極層３ａと第３の電極層３ｃ、第２の電極層３ｂと第４の電極層３ｄは、それぞれ側面導体７ｂ、側面導体７ａで電気的に接続されるので、最終的に第１の誘電体層４ａに第１の電極層３ａと第２の電極層３ｂが対向配置されたコンデンサと、第２の誘電体層４ｂに第２の電極層３ｂと第３の電極層３ｃが対向配置されたコンデンサと、第３の誘電体層４ｃに第３の電極層３ｃと第４の電極層３ｄが対向抗配置されたコンデンサの計３個のコンデンサが並列接続した多層セラミックコンデンサが形成される。従って、第２の誘電体層４ｂの単層のみでコンデンサ部を形成した場合よりも容量の高いコンデンサ部を得ることができる。
【００２７】
ここで、第１の誘電体層４ａ，第２の誘電体４ｂ及び第３の誘電体層４ｃは、ガラス粉末と誘電体粉末とから成る。好適なガラス粉末としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す）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。中でもＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＢａＯ−ＣａＯが好ましい。
【００２８】
また誘電体粉末としては、絶縁層２ａ〜２ｃとの同時焼成が可能な、チタン酸バリウムを主成分として、チタン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウム、酸化チタン等の高誘電率の誘電体の粉末が使用できる。その平均粒径については、ペーストにしたりスクリーン印刷したりする際の分散性およびパターン形成の容易性の点から、０．０５〜３μｍであることが好ましい。
【００２９】
ここで、本発明のガラスセラミック配線基板１は、誘電体層と電極層とが交互に積層されて成るコンデンサ部が設けられており、第１の誘電体層３ａおよび第３の誘電体層３ｃとガラスセラミックスとの反応性は、第２の誘電体層３ｂとガラスセラミックスとの反応性よりも小さいことが重要である。コンデンサ特性の支配的要素である第２の誘電体層３ｂをコンデンサ部の中央部に配置し、第２の誘電体層３ｂと絶縁基体２の間には、下部には第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を抑えるバリア層となる第１の電極層３ａや、誘電体層でありながら第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を抑える働きをもつ第１の誘電体層４ａや、誘電体層間のガラス成分の相互拡散を抑制する第２の電極層３ｂが介在し、かつ第２の誘電体層３ｂと絶縁基体２との間の距離がこれらの厚み分だけ長くなる。同様に、上部にも第３の誘電体層４ｃのガラス成分とガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を抑えるバリア層となる第４の電極層３ｄや、誘電体層でありながら第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を抑える働きをもつ第３の誘電体層４ｃや、誘電体層間のガラス成分の相互拡散を抑制する第３の電極層３ｃが介在し、かつ第２の誘電体層３ｂと絶縁基体２との距離がこれらの厚み分だけ長くなる。
【００３０】
ここで、第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスとの反応性は、第２の誘電体層３ｂとガラスセラミックスとの反応性よりも小さく、また第１の誘電体層４ａは絶縁基体２と直接接するのではなく、境界にはガラス成分の拡散防止に寄与する第１の電極層３ａが介在するので、第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散が抑制され、第１の誘電体層４ａの組成は安定し易くなる。
【００３１】
同様に、第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスとの反応性は、第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとの反応性よりも小さく、また第３の誘電体層４ｃは絶縁基体２と直接接するのではなく、境界にはガラス成分の拡散防止に寄与する第４の電極層３ｄが介在するので、第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散が抑制され、第３の誘電体層４ｃの組成は安定し易くなる。
【００３２】
このため、これらの安定した誘電体層に挟まれた第２の誘電体層４ｂはガラス成分の相互拡散の影響が少なく、誘電率の低下が効果的に抑えられ、容量の高いコンデンサ部を得ることができる。また、中央部に配置された第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を、まず最上下面の第１の電極層３ａと第４の電極層３ｄが、次に外周部に配置されたガラスセラミックスと反応性が小さい第１の誘電体層４ａと第３の誘電体層４ｃが、最後に第２の誘電体層４ｂを挟んで上下に位置する第２の電極層３ｂと第３の電極層３ｃが効果的に低減させ、第２の誘電体層４ｂを段階的に保護する構造をつくる。このため、第２の誘電体層４ｂは材料選択の自由度が広がり、ガラスセラミックスと反応性が大きくても、絶縁性が優れ強度が高い材料を選ぶことができ、信頼性の優れたコンデンサ部を得ることができる。
【００３３】
これに対して、外周部の第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスとの反応性が、中央部の第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとの反応性よりも大きい場合、第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスからなる絶縁基体２が第１の電極層３ａ介して接触する部位において、ガラス成分の相互拡散が起きやすくなる。例えば、第１の誘電体層４ａの主成分であるチタン酸バリウムの中に、絶縁基体２の主成分であるＳｉやＣａ等のガラス成分が侵入して、第１の誘電体層４ａの誘電率低下が激しくなるばかりか、第１の誘電体層４ａ中に移動して豊富に存在するＳｉやＣａ等のガラス成分が第２の電極層３ｂを介して第２の誘電体層４ｂへ侵入し、第２の誘電体層４ｂの誘電率が低下する。
【００３４】
同様に、外周部の第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスとの反応性が、中央部の第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとの反応性よりも大きい場合、第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスからなる絶縁基体２が第４の電極層３ｄ介して接触する部位において、ガラス成分の相互拡散が起きやすくなる。例えば、第３の誘電体層４ｃの主成分であるチタン酸バリウムの中に、絶縁基体２の主成分であるＳｉやＣａ等のガラス成分が侵入して、第３の誘電体層４ｃの誘電率低下が激しくなるばかりか、第３の誘電体層４ｃ中に移動して豊富に存在するＳｉやＣａ等のガラス成分が第３の電極層３ｄを介して第２の誘電体層４ｂへ侵入し、第２の誘電体層４ｂの誘電率が低下する。
【００３５】
この結果、コンデンサ部全体の容量が低下し、設計値どおりのコンデンサ部を安定して形成することができない。このため、第２の誘電体層４ｂは、ガラスセラミックスやガラスセラミックスの成分が侵入した第１の誘電体層４ａや第３の誘電体層４ｃとのガラス成分の相互拡散を防ぐ必要が生じ、ガラスセラミックスと濡れが悪く反応性の乏しい材料を選択せざるを得なくなり、絶縁性に優れ強度の高い材料を適用できず、信頼性が高いコンデンサ部を得ることができない。
【００３６】
また、本発明のガラスセラミック配線基板１は好ましくは、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃの誘電率が第２の誘電体層４ｂの誘電率よりも小さい。これは、第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスの間で第１の電極層３ａを介してそれぞれのガラス成分が相互拡散し、第１の誘電体層４ａの誘電率が低下または不安定となったり、同様に第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスの間で第４の電極層３ｄを介してそれぞれのガラス成分が相互拡散し、第３の誘電体層４ｃの誘電率が低下または不安定となったりしても、誘電率が高い第２の誘電体層４ｂが形成する高容量のコンデンサが、コンデンサ部全体の容量を確保し、誘電率が低い第１の誘電体層４ａや第３の誘電体層４ｃが形成する低容量のコンデンサが上下に並列接続されていてもコンデンサ部全体の容量やばらつきに大きく影響せず、コンデンサ部全体としては所望の容量やばらつきを得ることができるからである。
【００３７】
また、第１の誘電体層４ａと第３の誘電体層４ｃは第２の誘電体層４ｂのように誘電率を上昇させる組成にする必要が無く、その代わりに、第１〜第４の電極層３ａ〜３ｄを介して隣接するガラスセラミックスや第２の誘電体層４ｂとのガラス成分の相互拡散を防止する組成を選ぶ材料選定の自由度が広がり、第２の誘電体層４ｂのガラス成分の相互拡散による容量低下を一層効果的に抑えることができる。従って、コンデンサ部の容量低下やばらつきをより一層効果的に抑えることが可能となる。
【００３８】
これに対して、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃの誘電率が第２の誘電体層４ｂよりも大きいものとした場合、第２の誘電体層４ｂが形成するコンデンサの容量値よりも、下部と上部にそれぞれ配置され並列接続された第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃが形成するコンデンサの容量値の方が大きくなる。従って、第１の誘電体層４ａが第１の電極層３ａを介してガラスセラミックスとガラス成分が相互拡散したり、第３の誘電体層４ｃが第４の電極層３ｄを介してガラスセラミックスとガラス成分が相互拡散したりすると、これらのガラス成分が相互拡散による第１の誘電体層４ａの誘電率の低下や第３の誘電体層４ｃの誘電率の低下が、コンデンサ部全体の容量を低下させてしまう。
【００３９】
また、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃの誘電率を、第２の誘電体層４ｂの誘電率より高くするためには、第１〜第４の電極層３ａ〜３ｄを介して隣接するガラスセラミックスや第２の誘電体層４ｂとのガラス成分の相互拡散を防止する効果を犠牲にして、高い誘電率を示す材料を選択せねばならず、結果的に第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散を許し、コンデンサ部全体の容量低下やばらつきを効果的に抑えることが困難となるといった傾向がある。
【００４０】
ここで、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃの好適な組成としては、例えば誘電体粉末の主成分として粗粉のチタン酸バリウムを、ガラスとして結晶化ガラスを選択し、誘電体粉末１００質量部に対して、結晶化ガラスを数乃至数１０質量部の割合とすればよい。これによって、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃとセラミックスとの反応性が、第２誘電体層４ｂとセラミックスとの反応性よりも低い誘電体層をつくることができる。これは、焼成する際に、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃの中のガラスが結晶化し固体化するので、絶縁基体２のガラスセラミックスとのガラス成分の相互拡散が起きにくく、反応を低く抑えることができるからである。また、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃに添加するガラス量が多くなるので、結果的に第２の誘電体層４ｂよりも誘電率を低くすることもできる。
【００４１】
また、第２の誘電体層４ｂの好適な組成としては、例えば誘電体粉末の主成分として粗粉のチタン酸バリウムを、ガラスとして非結晶ガラスを選択し、誘電体粉末１００質量部に対して、非結晶ガラスを数質量部の割合とすればよい。非結晶ガラスは軟化した後に他の材料と反応を起こし易いという性質があるために、結果的に第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとの反応性が、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスとの反応性よりも相対的に高くなる。また、焼結助剤となる非結晶ガラスの添加量が少ないので、非結晶ガラスによって誘電体層の誘電率を低下させずに誘電体層を形成することができ、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃよりも高い誘電率を持つ誘電体層を形成することができる。
【００４２】
このような組成で作製した第１の誘電体層４ａと第３の誘電体層４ｃを外周部に、第２の誘電体層４ｂを中央部に配置したコンデンサ部を備えたグリーンシートと、配線導体５と貫通導体６を形成したグリ−ンシートとを、３〜２０ＭＰａの圧力および３０〜８０℃の温度で加熱圧着する等してグリーンシートの積層体を作製する。この積層体中におけるグリーンシートの位置や数や大きさには特に制限はなく、所望の内蔵されたコンデンサ部を有する配線基板１の構成となるように配設して積層すればよい。
【００４３】
その後、例えば窒素中で８００〜１０００℃の温度で積層体を焼成することにより、本発明の配線基板１が得られる。
【００４４】
また、積層体を焼成する際に、グリーンシートが焼結する温度では実質的に焼結収縮しない無機成分、例えばアルミナから成る拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、この拘束グリーンシートによって積層体の主面方向の焼成時の収縮が拘束されて抑制されるために配線基板の寸法精度が向上し、配線基板１に内蔵させるコンデンサ部の容量値のばらつきを小さくすることが可能となる。また、このような方法で焼成した場合は、厚み方向の焼成収縮が通常の方法で焼成した場合に比較して大きくなるので、誘電体層の厚みをより薄くすることが可能となり、内蔵されたコンデンサ部の高容量化も容易となる。
【００４５】
さらに、配線基板１の表面に位置する導体配線５には、その表面に電子部品を実装する際の半田濡れ性の向上や配線導体５の腐食防止のために、ニッケル、銅、金等のめっきを施してもよい。
【実施例】
【００４６】
本発明の具体的な実施例について以下に詳細に説明する。
【００４７】
絶縁層２ａ〜２ｃとなるグリーンシートを得るために、ガラスとしてＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系ガラス粉末５０質量部と、誘電体粉末としてＡｌ２Ｏ３粉末５０質量部とを混合し、この無機粉末１００質量部に樹脂バインダとしてアクリル樹脂１２質量部、フタル酸系可塑剤６質量部および溶剤としてトルエン３０質量部を加え、ボールミル法により混合しスラリーとした。
【００４８】
このスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ２００μｍのグリーンシートを成形した。
【００４９】
このグリーンシートにパンチングマシーンを用いて所定の位置に貫通孔を形成し、この貫通孔にスクリーン印刷法にて貫通導体用ペーストを充填した。貫通導体用ペーストとしては、銅の粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対してＡｌ２Ｏ３粉末１質量部および上記のガラスと同組成のガラス粉末５質量部を加え、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂およびテルピネオールを加えて、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。
【００５０】
次に、充填した貫通導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００５１】
次に、このグリーンシート上に、配線導体用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、配線導体５や第１の電極層３ａを形成した。ここで、第１の電極層３ａのパターンは縦２ｍｍ×横２．３ｍｍ×厚み１５μｍとした。配線導体用ペーストとしては、銅の粉末（平均粒径３μｍ）１００質量部に対してＡｌ２Ｏ３粉末１質量部および上記のガラスと同組成のガラス粉末２質量部を加え、さらにビヒクル成分として所定量のエチルセルロース系樹脂およびテルピネオールを加えて、３本ロールにより適度な粘度になるように混合したものを用いた。
【００５２】
次に、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００５３】
次に、このグリーンシート上に形成された第１の電極層３ａのパターン上に、第１の誘電体層用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、厚み２５μｍの第１の誘電体層４ａを形成した。この第１の誘電体層４ａのパターンは、外寸が２．２ｍｍの正方形とし、第１の電極層３ａの第２の側面導体７ｂ側の辺以外の３辺から０．１ｍｍはみ出すように配置した。
【００５４】
次に、印刷した第１の誘電体層用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００５５】
次に、このグリーンシート上に形成された第１の誘電体層４ａパターン上に、配線導体用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、第２の電極層３ｂと第２の側面導体７ｂを形成した。ここで、第２の電極層３ｂパターンは縦２ｍｍ×横２．３ｍｍ×厚み１５μｍとし、第１の誘電体層４ａの第１の側面導体７ａ側の辺以外の３辺からそれぞれ０．１ｍｍ内側に配置した。また、第２の側面導体７ｂのパターンは縦０．２ｍｍ×横２．０ｍｍ×厚み１５μｍとし、第１の電極層３ａの露出する側面を覆うように配置した。
【００５６】
次に、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００５７】
次に、このグリーンシート上に形成された第２の電極層３ｂのパターン上に、第２の誘電体層用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、厚み２５μｍの第２の誘電体層４ｂを形成した。この第２の誘電体層４ｂのパターンは、外寸が２．２ｍｍの正方形とし、第２の電極層３ｂの第１の側面導体７ａ側の辺以外の３辺から０．１ｍｍはみ出すように配置し、第１の誘電体層４ａとぴったり重ねた。
【００５８】
次に、印刷した第２の誘電体層用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００５９】
次に、このグリーンシート上に形成された第２の誘電体層４ｂのパターン上に、配線導体用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、第３の電極層３ｃと第１の側面導体７ａを形成した。ここで、第３の電極層３ｃのパターンは縦２ｍｍ×横２．３ｍｍ×厚み１５μｍとし、第２の誘電体層４ｂの第２の側面導体７ｂ側の辺以外の３辺からそれぞれ０．１ｍｍ内側に配置し、第１の電極層３ａとぴったり重なるので、第１の電極層３ａと第３の電極層３ｃは第２の側面導体７ｂを通じて導通した。また、第１の側面導体７ａのパターンは縦０．２ｍｍ×横２．０ｍｍ×厚み１５μｍとし、第２の電極層３ｂの露出する側面を覆うように配置した。
【００６０】
次に、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００６１】
次に、このグリーンシート上に形成された第３の電極層３ｃのパターン上に、第３の誘電体層用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、厚み２５μｍの第３の誘電体層４ｃを形成した。この第３の誘電体層４ｃのパターンは、外寸が２．２ｍｍの正方形とし、第３電極層３ｃの第２の側面導体７ｂ側の辺以外の３辺から０．１ｍｍはみ出すように配置し、第２の誘電体層４ｂとぴったり重ねた。
【００６２】
次に、印刷した第３の誘電体層用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００６３】
次に、このグリーンシート上に形成された第３の誘電体層３ｃのパターン上に、配線導体用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、第４の電極層３ｄを形成した。
【００６４】
ここで、第４の電極層３ｄのパターンは縦２ｍｍ×横２．２ｍｍ×厚み１５μｍとし、第３の誘電体層４ｃの第１の側面導体７ａ側の辺以外の３辺からそれぞれ０．１ｍｍ内側に配置し、第２の電極層３ｂとぴったり重なるので、第２の電極層３ｂと第４の電極層３ｄは第１の側面導体７ａを通じて導通した。
【００６５】
最後に、印刷した配線導体用ペースト中の有機溶剤分の重量が減少するまで、６０℃の温風により乾燥した。
【００６６】
このようにして、第１の誘電体層４ａ、第２の誘電体層４ｂ、第３の誘電体層４ｃを順次積層した３層の多層セラミックコンデンサから成るコンデンサ部をグリーンシート上に形成した。
【００６７】
第１〜第３の誘電体層用ペーストは、ガラスとＢａＴｉＯ３とから成り、ガラスとＢａＴｉＯ３粉末との和を１００質量部とし、これに対して、アクリル樹脂１２質量部と、リン酸エステル系分散剤０．５質量部と、有機溶剤としてα−テルピネオールとを加え、攪拌脱泡機により混合した後に、さらに３本ロールを用いて混練した。
【００６８】
また、ガラスの組成および添加量を調整することにより、比誘電率が１０００でガラスセラミックスとの反応性が７５％のもの、比誘電率が１０００でガラスセラミックスとの反応性が５０％のもの、比誘電率が１０００でガラスセラミックスとの反応性が２５％のもの、比誘電率が５００でガラスセラミックスとの反応性が２５％のもの、および比誘電率が２０００でガラスセラミックスとの反応性が２５％のものの計５種類のペーストを用意し、表１に示す組み合わせで第１の誘電体層４ａ、第２の誘電体層４ｂおよび第３の誘電体層４ｃを配置した。
【００６９】
ここで、ガラスセラミックスとの反応性とは、絶縁基体２のガラスセラミックスのグリーンシート上に誘電体層用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、所定温度で焼成して誘電体層の誘電率を測定したときに、誘電体層用ペーストを単独で焼成した場合に対して誘電率の低下した割合を百分率で表したものである。
【００７０】
また、比較のために従来のコンデンサ内蔵型のガラスセラミック配線基板として、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃと絶縁基体２の間に第１の電極層３ａや第４の電極層３ｄを介在させず、第２の誘電体層４ｂの単層のみでコンデンサ部を形成したものを作製した。従来のガラスセラミック配線基板の一例を図３に示す。
【００７１】
そして、上記のようにして得られたグリーンシートを、５００℃で３時間の樹脂バインダの燃焼行程と９００℃で１時間のセラミックスの焼結工程とを含む窒素雰囲気中の焼成条件下で焼成し、ガラスおよびフィラーを含有するガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体２の内部に、チタン酸バリウムを主成分としガラスを含む誘電体層と金属粉末の焼結体から成る電極層とが交互に積層されて成るコンデンサ部が設けられたガラスセラミック配線基板１を得た。
【００７２】
このようにして得られたガラスセラミック配線基板１に対して、そのコンデンサ部の容量を測定した。容量の測定は、測定周波数１ＭＨｚ、測定温度２５℃の条件で、アジレントテクノロジー株式会社製インピーダンス測定器（型式：４２９４Ａプレシジョン  インピーダンス  アナライザ、測定精度：±０．０８％）を用いて行ない、ｎ＝２０（個）の平均値を算出した。
【００７３】
ここで、誘電体層用ペーストの本来の誘電率と面積や厚みから算出した計算値と、実際に測定した容量の平均値を比較し、計算値に対する実測値の低下（以下、容量低下率とする）が２５％未満のものは合格、２５％以上のものはガラス成分の相互拡散が著しいためガラスセラミックスに内蔵されるコンデンサ部としては不合格と判断した。
【００７４】
またｎ＝２０（個）の容量値から標準偏差σを算出し、３σが２０％未満ならばばらつきが小さく合格、２０％以上ならば不合格とした。
【００７５】
これらの判定基準で容量低下率と容量ばらつきの２つの項目を満たすものには判定欄に「○」もしくは「◎」、満たさないものは「×」とした。これらの測定結果を表１に示した。
【表１】
2005243856.tif 000003
【００７６】
表１より、本発明の配線基板１であるＮｏ．２，４，５は容量低下率が２５％未満で、３σも２０％未満を示し、良好な特性を示した。
【００７７】
これに対して、従来の配線基板であるＮｏ．１は、コンデンサ部の誘電体層は単層であるため容量が低く、第１の誘電体層４ａおよび第３の誘電体層４ｃと絶縁基体２との間には第１の電極層３ａおよび第４の電極層３ｄが介在しないためにガラス成分の相互拡散が著しく、容量低下率も２５％を超えて３８．４％となり、３σも２０％を超えて２０．３％となり、良好な特性を示さなかった。
【００７８】
また、Ｎｏ．３は、第１の誘電体層４ａおよび第3の誘電体層４ｃと絶縁基体２の間に第１の電極層３ａおよび第４の電極層３ｄを設けているため誘電体層が３層の多層セラミックコンデンサとなるが、第１の誘電体層４ａとガラスセラミックスとの反応性および第３の誘電体層４ｃとガラスセラミックスとの反応性が７５％であるため、第２の誘電体層４ｂとガラスセラミックスとの反応性の５０％を大きく上回り、容量低下率が６２．１％、３σが４３．８％を示し、良好な特性を示さなかった。
【００７９】
また、第１および第３の誘電体層４ａ，４ｃの誘電率が第２の誘電体層４ｂの誘電率よりも小さい本発明の構成の配線基板１であるＮｏ．４は、容量低下率が１７．５％、３σが１２．３％を示し、非常に良好な特性を示した。
【００８０】
なお、本実施例においては第２の誘電体層４ｂを単層としたが、更に大きな容量を得るためには第２の誘電体層４ｂを複数層にすると良い。第２の誘電体層４ｂを３層とし、第１の誘電体層４ａと第３の誘電体層４ｃとを合わせて５層の多層セラミックコンデンサから成るコンデンサ部を内蔵したガラスセラミック配線基板１を実施の形態の他の例として図２に示す。
【００８１】
また、本発明は上述の実施の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、上述の実施の形態では、配線導体５は配線導体用ペーストをグリーンシートに塗布することにより形成したが、配線導体５のパターン形状の銅等から成る金属箔を転写して形成してもよい。配線導体５を金属箔を転写して形成すると、配線導体５の寸法精度をより向上させることができ、コンデンサ部の容量値のバラツキをより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明のガラスセラミック配線基板について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のガラスセラミック配線基板について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】従来のガラスセラミック配線基板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・ガラスセラミック配線基板
２・・・絶縁基体
２ａ，２ｂ，２ｃ・・・絶縁層
３ａ・・・第１の電極層
３ｂ・・・第２の電極層
３ｃ・・・第３の電極層
３ｄ・・・第４の電極層
４ａ・・・第１の誘電体層
４ｂ・・・第２の誘電体層
４ｃ・・・第３の誘電体層
５・・・配線導体
６・・・貫通導体
７ａ・・・第１の側面導体
７ｂ・・・第２の側面導体
【図１】
2005243856.tif 000004
【図２】
2005243856.tif 000005
【図３】
2005243856.tif 000006