(57)【要約】【課題】低温焼成セラミックス表面へ銀が析出するという外観不良を抑制したセラミック電子部品を提供する。【解決手段】低温焼成セラミックスの表面およびまたは内部に銀系の電極導体を有し、該低温焼成セラミックスには外部と閉ざされた閉気孔を有し、この閉気孔の内部の全体およびまたは一部に銀が金属の状態で存在することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温焼成セラミックスからなる絶縁基板の表面および／または内部に銀を含有する導体層が被着形成されてなるセラミック電子部品において、前記絶縁層中に閉気孔が分散してなるとともに、該閉気孔内に銀が金属の状態で析出してなることを特徴とするセラミック電子部品。
【請求項２】
前記絶縁層中の閉気孔率が１〜７％であることを特徴とする請求項１のセラミック電子部品。
【請求項３】
前記絶縁層中に、少なくとも１〜１０μｍの閉気孔が存在することを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミック電子部品。
【請求項４】
前記閉気孔の全体個数のうち、５〜５０％の閉気孔内に銀が析出してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載のセラミック電子部品。
【請求項５】
前記閉気孔内に、銀が直径５μｍ以下の大きさで析出してなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のセラミック電子部品。
【請求項６】
前記閉気孔内の銀が概略球形として析出してなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載のセラミック電子部品。
【請求項７】
前記閉気孔内に析出した銀の長径／短径が平均で２以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載のセラミック電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温焼成セラミックスからなる絶縁基板の内部や外部に銀を含有する導体層を同時焼成によって形成してなり、キャパシタ、インダクタ、フィルタ、高周波モジュールなどの機能部品や多層配線基板に適用可能なセラミック電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器、ＭＩＣ用誘電体基板、および導波路等に誘電体磁器が広く利用されているが、特に、近年における携帯電話をはじめとする移動体通信等の発達および普及に伴い、電子回路基板や電子部品の材料として誘電体磁器の需要が増大しつつある。
【０００３】
そして、電子回路基板や電子部品用の誘電体磁器組成物として、高導電性の金属である銀や銅とともに同時焼成が可能なガラス、またはガラスとセラミックスとの複合材料、または焼結助剤を含むセラミックスからなるいわゆる１０００℃以下で焼成可能な低温焼成セラミックスが開発されている。このような低温焼成セラミックスの原料粉体はバインダを含むグリーンシートに加工され、内、外部に相当する必要な配線・回路パターン電極をスクリーン印刷等によって形成、また必要に応じて電極接続用のビアホール導体、スルーホール導体が形成される。その後グリーンシートを積層して低温焼成セラミックスと電極が同時に焼成されることによって多層配線基板をはじめとするセラミック電子部品が作製される。
【０００４】
このようなセラミック電子部品としては、例えば、特開平５−３０４３６８号公報が知られている。
【特許文献１】特開平５−３０４３６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、銀を導体材料として低温焼成セラミックスと同時焼成すると、焼成の際に銀が低温焼成セラミックスに拡散してしまうことが避けられない。そして銀が低温焼成セラミックスに拡散することによって、絶縁基板の変色が起こり絶縁不良や外観不良をもたらす。とりわけ焼成後に基板表面に銀が析出してしまい、外観不良となるのみならず、場合によって導体層間をショートして絶縁不良が発生するという問題があった。また、上記の基板表面への拡散は、その後に表面電極へ金メッキ処理する場合には、析出した銀を起点に金メッキが広がるなどの不良を助長するという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、低温焼成セラミックスからなる絶縁基板に対して銀を含有する導体層を形成したセラミック電子部品における銀の拡散による外観不良や絶縁不良などの不具合を解消したセラミック電子部品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】
【０００７】
本発明のセラミック電子部品は、低温焼成セラミックスからなる絶縁基板の表面および／または内部に銀を含有する導体層が被着形成されてなり、前記絶縁層中に閉気孔が分散してなるとともに、該閉気孔内に銀が金属の状態で析出してなることを特徴とするものである。
【０００８】
かかる構成によれば、閉気孔率が１％〜７％であること、前記絶縁層中に、少なくとも１〜１０μｍの閉気孔が存在することが望ましい。これにより、セラミック電子部品の強度を保ちつつ銀を効果的に析出させることができる。
【０００９】
また、望ましくは、前記閉気孔の全体個数のうち、５〜５０％の閉気孔内に銀が析出してなることを特徴とする。これにより、セラミック電子部品の耐湿絶縁信頼性を保って外観不良を抑えることができる。また、閉気孔の内部に直径５μm以下の銀が金属の状態で存在することを望ましい。これにより、セラミック電子部品の耐湿絶縁信頼性と耐電圧を保って外観不良を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低温焼成セラミックス中の閉気孔内に拡散する銀をトラップすることができるために、銀の絶縁基板内への拡散を抑制するとともに基板表面への拡散、析出を抑制できるために、基板の外観不良のみならず、絶縁不良の発生を防止することができる。これによりセラミック電子部品の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のセラミックス電子部品は、例えば、図１に示すように、低温焼成セラミックスからなる絶縁層２ａ〜２ｄを積層してなる絶縁基板２の表面や内部に配線導体層３が形成されてなるとともに、配線導体層３間を接続するためにビア導体４が形成されている。
【００１２】
本発明によれば、図２の要部拡大図に示すように、かかるセラミック電子部品１における絶縁基板２の内部には閉気孔５が分散して存在する。そして、この閉気孔５内に、銀６が析出していることが重要である。
【００１３】
このように、閉気孔５の内部に銀６が金属の状態で析出することによって、拡散した銀が閉気孔内にトラップされる結果、低温焼成セラミックスからなる絶縁基板表面に銀が拡散析出しにくくなるからである。つまり、銀は焼成時に低温焼成セラミックスへ拡散し、冷却過程で平衡状態が変化して析出するが、このとき閉気孔内に銀をトラップすること、特に銀を金属状態とすることで効率よくトラップでき、低温焼成セラミックス表面に銀が析出しにくくなり外観不良を抑制できる。
【００１４】
本発明における絶縁基板中における閉気孔率は、１〜７％、特に１〜５％であることが望ましく、これにより閉気孔を７％以下とすることで絶縁基板の強度を維持しつつ、１％以上とすることでＡｇをトラップする閉気孔の量を適量に制御できる。
【００１５】
また、閉気孔は、直径（長径）が１〜１０μｍのもの、特に４〜８μｍの閉気孔を有すること、さらには、最大径が１０μｍ以下であることが望ましい。これによって、強度を劣化させることなく、閉気孔を所定の大きさで分散させることができる結果、効果的に銀をトラップすることができる。
【００１６】
かかる閉気孔によって、絶縁基板中の閉気孔の全体個数のうちの５％以上、特に２０％以上、さらには３０％以上の比率で、銀を析出させることによって、銀の拡散による外観不良の発生や絶縁不良の発生を効果的に抑制することができる。ただし、銀の析出した閉気孔ｍの比率が５０％を超えると、セラミック層を挟んだ導体間距離が５０μｍ以下の場合に、耐湿絶縁信頼性が低下する場合があることから、５０％以下であることが望ましい。
【００１７】
また、耐湿絶縁信頼性と耐電圧の観点から閉気孔の内部に直径５μm以下の銀が金属の状態で存在することが望ましく、とりわけ導体間距離が５０μｍ以下のときに耐湿絶縁信頼性、耐電圧の低下がないことから閉気孔の内部に直径３μm以下の銀が金属の状態で存在することが望ましい。
【００１８】
なお、閉気孔内に析出した銀は、概略球形であることも絶縁抵抗の低下や耐電圧の低下を防止する上で望ましく、とりわけアスペクト比（長径／短径）が２以下であることが望ましい。
【００１９】
上記の閉気孔径や析出した銀の直径はいずれも長径を指している。
【００２０】
本発明において、絶縁基板を構成する低温焼成セラミックスとは、銀を含有する導体と同時に焼成して焼結することができる公知のものを使用できる。例えば、硼珪酸系ガラスや硼珪酸鉛系ガラス、これらにアルカリ土類酸化物やアルカリ金属酸化物、アルミナ、酸化亜鉛等を含んだ非晶質ガラスや結晶化ガラスがある。この時、結晶化ガラスとしてはセルシアン、アノーサイト、コージェライト、βスポジュメン、フォルステライト、ガーナイト、ウイレマイト、ハーディストナイト、ディオプサイド、スピネル、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種が析出することが望ましい。
【００２１】
さらにこれらガラスは、単独の他、特性の改善のために、結晶質フィラーと組合わせてもちいることができる。例えばフィラーとしては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３の群から選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。
【００２２】
低温焼成セラミックスとしては、上記のようにガラスを用いるもの以外に、非ガラス系の組成物も用いることができ、例えばＣａＺｒＯ３−ＳｒＺｒＯ３−Ｂ２Ｏ３−ＣｕＯ−Ｌｉ２Ｏ系やＢｉ２Ｏ３−ＣａＯ−ＺｒＯ−Ｎｂ２Ｏ５系等がある。
【００２３】
本発明のセラミック電子部品は、上記の低温焼成セラミックス組成物に、有機バインダ、溶剤を加えて混合してスラリーを調製した後、これを公知の成形方法、例えばプレス法、ドクターブレード法、射出成形法により任意の形状に成形する。これらの方法の中で、積層体の形成のためにはドクターブレード法によってシート状に成形することが望ましい。この時スラリー組成とテープ成形条件によってグリーンシート中のセラミック粉末の充填率を調製することによって、閉気孔の大きさや含有量は任意に調製できる。特に充填率は４５〜６０％が適当である。
【００２４】
得られたグリーンシートに銀を含有する導体ペーストを用いて成形体表面に導体層をパターン状に塗布形成する。そして、多層化する場合には、この導体層が形成されたシート状の成形体を加熱しながら減圧下でプレス積層し、その後、所定サイズにカットする。
【００２５】
次に、得られた成形体を、酸素分圧を制御しながら焼成する。焼成に際しては、まず、２００〜４５０℃で脱脂処理を行った後、８８０〜９２０℃の温度範囲で４〜１０時間焼成処理を施す。本発明によれば、この焼成工程においては、脱脂処理時の温度ゾーンでの酸素分圧を０．１９気圧〜０．２０気圧に制御し、最終焼結体積収縮量の６０％〜１００％収縮するゾーンでの酸素分圧を０．１９〜０．２０気圧とすることによって閉気孔内への銀の析出を促進させることができる。
【実施例】
【００２６】
低温焼成セラミックスとして、０．９５ＭｇＴｉＯ３−０．０５ＣａＴｉＯ３からなる主成分９５質量％と、純度９９％以上のＢ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２、ＢａＣＯ３の助剤成分５質量％とからなる組成物Ａ、ディオプサイド結晶を析出する結晶化ガラス５０質量％と、Ａｌ２Ｏ３粉末５０質量％からなる組成物Ｂを準備した。
【００２７】
そして、この原料粉末と有機バインダ、分散剤、可塑剤とトルエン、イソプロピルアルコールを所定量調合して混練してスラリー化し、ドクターブレード法によりテープ成形して充填率が４５〜６０％のグリーンシートを作製した。
【００２８】
次に、得られたグリーンシート表面に、平均粒径が２〜３μｍの銀粉末に有機ビヒクルを添加した導体ペーストを用いてスクリーン印刷法で形成し、厚さ２０μｍの導体層を印刷形成し、この導体層を印刷されたグリーンシートを１０枚積層し、所定サイズにカットした後、トンネル炉を用いて焼成した。
【００２９】
このとき、グリーンシート中の原料粉末の充填率と、脱脂される温度ゾーン（ゾーン１）と最終焼結体積収縮量の６０％〜１００％収縮するゾーン（ゾーン２）の酸素分圧を調整した。
【００３０】
作製した試料について、閉気孔率、閉気孔径、閉気孔内に析出した銀の形状について、試料の破断面および鏡面研磨面のＳＥＭ観察とＥＰＭＡとＥＳＣＡから求めた。
【００３１】
閉気孔率：ＳＥＭ写真から、画像処理して閉気孔の面積から求めた。なお、この方法で求めた閉気孔率はアルキメデス法でも妥当性を確認した。
【００３２】
閉気孔径：ＳＥＭ写真から、各気孔の長径を測定した。
【００３３】
析出銀の形状：
ＳＥＭ写真から、各気孔内に析出した銀の形状から長径と、短径を測定した。
【００３４】
（外観検査）
作製した試料について、絶縁基板表面をＳＥＭ観察とＥＰＭＡとＥＳＣＡを用いて行った。判定は、絶縁基板表面で、周囲が銀配線導体に囲まれた１００μｍ×１００μｍエリア内における銀の析出状態を観察して、エリア内において、析出した銀の径がすべて２μｍ以下で、エリア内の個数が１０個以下のものを優、析出した銀の径がすべて３μｍ以下で、エリア内の個数が１０個以下のものを良とした。それ以外を不良とした。
【００３５】
また、耐湿絶縁信頼性について、一対の対向電極を有する試料を作製し、８５℃、湿度８５％、の試験槽内で直流１５Ｖを印加し、２０００時間経過後の絶縁抵抗を測定した。判定は、１×１０１３Ω−ｃｍ以上を優、１×１０１２Ω−ｃｍ以上、１×１０１３Ω−ｃｍ未満を良とした。
【００３６】
さらに耐電圧について、上記の耐湿絶縁信頼と同じ試料に直流電圧を印加し、絶縁破壊する電圧を測定した。判定は、２５ＫＶ／ｍｍ以上を優、２０ＫＶ／ｍｍ以上、２５ＫＶ／ｍｍ未満を良とした。
【表１】
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【００３７】
表１の結果から明らかなように、従来品では、絶縁基板表面での銀の析出が多く見られ、外観不良のみならず、耐湿絶縁信頼性も低く、耐電圧も低いものであった。これに対して、閉気孔内に銀が析出している本発明の試料Ｎｏ．１〜１４、Ｎｏ．１６、１７では、いずれも低温焼成セラミックスからなる絶縁基板表面へ銀が析出が抑制され、外観不良を抑制することができた。しかも、耐電圧が２０ＫＶ／ｍｍ以上、耐湿絶縁信頼性試験では１×１０１２Ω−ｃｍ以上の優れた特性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明おけるセラミック電子部品の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明における銀の析出状態を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  セラミックス電子部品
２  絶縁基板層
２ａ〜２ｄ  絶縁層
３  配線導体層
４  ビア導体
５  閉気孔
６  銀
【図１】
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【図２】
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