(57)【要約】【課題】  樹脂に混入することによって複合基板材料を構成するための誘電体粒子の誘電率を簡単且つ正確に測定する。【解決手段】  配線パターン１１３，１１４が設けられた回路基板１１０上に誘電体粒子１０１を載置するステップと、原料ガスを供給しながら集束イオンビームを照射することによって、誘電体粒子１０１の２つの側面をそれぞれ覆いそれぞれ配線パターン１１３，１１４に接続された電極１０２，１０３を形成するステップと、配線パターン１１３，１１４間に電圧を印加することによって誘電体粒子１０１の誘電率を測定するステップとを備える。このように、本発明では測定対象である誘電体粒子を樹脂材料に混入して誘電率を測定するのではなく、電極を形成し、誘電率を直接測定していることから、誘電体粒子の誘電率を簡単且つ正確に測定することが可能となる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の配線パターンが設けられた回路基板上に誘電体粒子を載置するステップと、
原料ガスを供給しながら集束イオンビームを照射することによって、前記誘電体粒子の第１及び第２の側面をそれぞれ覆い、それぞれ前記第１及び第２の配線パターンに接続された第１及び第２の電極を形成するステップと、
前記第１及び第２の配線パターン間に電圧を印加することによって前記誘電体粒子の誘電率を測定するステップとを備えることを特徴とする誘電率の測定方法。
【請求項２】
前記誘電体粒子の前記第１及び第２の側面は、互いに対向する面であることを特徴とする請求項１に記載の誘電率の測定方法。
【請求項３】
前記誘電体粒子が単結晶粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電率の測定方法。
【請求項４】
前記誘電体粒子のサイズが０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の誘電率の測定方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極を形成する前に、集束イオンビームを照射することによって、前記誘電体粒子の前記第１及び第２の側面の少なくとも一方を削るステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の誘電率の測定方法。
【請求項６】
原料ガスを供給しながら集束イオンビームを照射することによって、前記誘電体粒子の前記第１及び第２の側面とは異なる第３の側面及び前記第３の側面と対向する第４の側面をそれぞれ覆い、それぞれ前記回路基板に設けられた第３及び第４の配線パターンに接続された第３及び第４の電極を形成するステップと、前記第３及び第４の配線パターン間に電圧を印加することによって前記誘電体粒子の誘電率を測定するステップとをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の誘電率の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電率の測定方法に関し、特に、樹脂に混入することによって複合基板材料を構成するための誘電体粒子の誘電率を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路基板の材料として、誘電損失の小さい樹脂材料に無機材料を混入した複合基板材料が注目されている。回路基板の材料として複合基板材料を用いれば、誘電率やＱ値等の設計自由度が非常に大きくなることから、小型で高性能な回路基板や電子モジュールを構成することが可能となる。
【０００３】
複合基板材料を構成する無機材料としては、セラミック等の誘電体粒子が一般的に用いられ、所定の誘電率を有する誘電体粒子を選択することによって回路基板に所望の特性を与えることが可能となる。
【特許文献１】特開平７−９６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複合基板材料を構成するセラミック等の誘電体粒子はサイズが非常に小さいことから、その誘電率を測定することは必ずしも容易ではない。このため従来は、セラミック等の誘電体粒子を混入した複合基板材料からなる基板と、誘電体粒子を混入していない樹脂材料からなる基板を実際に作製し、これらの誘電率を測定・比較することによって、誘電体粒子の誘電率を推定するという方法が用いられていた。
【０００５】
しかしながら、上記の方法による誘電率の測定は手間が非常に多く、しかも、得られる誘電率が必ずしも正確ではないという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、樹脂に混入することによって複合基板材料を構成するための誘電体粒子の誘電率を簡単且つ正確に測定する方法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】
本発明による誘電率の測定方法は、第１及び第２の配線パターンが設けられた回路基板上に誘電体粒子を載置するステップと、原料ガスを供給しながら集束イオンビームを照射することによって、前記誘電体粒子の第１及び第２の側面をそれぞれ覆いそれぞれ前記第１及び第２の配線パターンに接続された第１及び第２の電極を形成するステップと、前記第１及び第２の配線パターン間に電圧を印加することによって前記誘電体粒子の誘電率を測定するステップとを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように、本発明では測定対象である誘電体粒子を樹脂材料に混入して誘電率を測定するのではなく、電極を形成し、誘電率を直接測定していることから、誘電体粒子の誘電率を簡単且つ正確に測定することが可能となる。したがって、前記誘電体粒子の前記第１及び第２の側面を互いに対向する面とすれば、当該方向における誘電体粒子の誘電率を正確に測定することが可能となる。
【０００９】
また、前記誘電体粒子は単結晶粒子であることが好ましい。誘電体粒子として単結晶粒子を用いれば、粒界の影響を受けることなく、本来の組成が持つ誘電率を正確に測定することが可能となる。
【００１０】
また、前記誘電体粒子のサイズは０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。上記サイズは、複合基板材料に用いる場合と同等のサイズであることから、樹脂材料に混入した場合の影響をより正確に知ることが可能となるからである。
【００１１】
また、前記第１及び第２の電極を形成する前に、集束イオンビームを照射することによって、前記誘電体粒子の前記第１及び第２の側面の少なくとも一方を削るステップをさらに備えることが好ましい。誘電体粒子の側面を集束イオンビームによって削れば、誘電体粒子の側面が平坦となり、電極間の短絡が生じにくくなるからである。また、側面を削ることによって側面間の距離を調節すれば、誘電体粒子の誘電率をより正確に測定することも可能となる。
【００１２】
また、原料ガスを供給しながら集束イオンビームを照射することによって、前記誘電体粒子の前記第１及び第２の側面とは異なる第３の側面及び前記第３の側面と対向する第４の側面をそれぞれ覆い、それぞれ前記回路基板に設けられた第３及び第４の配線パターンに接続された第３及び第４の電極を形成するステップと、前記第３及び第４の配線パターン間に電圧を印加することによって前記誘電体粒子の誘電率を測定するステップとをさらに備えることが好ましい。これによれば、異なる方向における誘電率をそれぞれ測定することができるので、軸方向によって誘電率が大きく異なる単結晶粒子を測定対象とした場合であっても、各方向における誘電率をそれぞれ正確に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明では、測定対象である誘電体粒子を樹脂材料に混入して誘電率を測定するのではなく、誘電体粒子に電極を形成することによってマイクロコンデンサを作製し、その誘電率を直接測定していることから、従来の測定方法に比べて複合基板材料を構成するための誘電体粒子の誘電率を簡単且つ正確に測定することが可能となる。これにより、所望の特性を有する複合基板材料をより簡単に作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の好ましい実施形態による誘電率の測定方法を説明するための図であり、測定対象となる誘電体粒子を用いてマイクロコンデンサ１００を構成した状態を示している。
【００１６】
図１に示すマイクロコンデンサ１００は、回路基板１１０上に載置された誘電体粒子１０１と、誘電体粒子１０１の対向する両側面にそれぞれ形成された電極１０２，１０３によって構成されている。電極１０２，１０３は、誘電体粒子１０１を両側から挟み込むことによってこれを機械的に保持しており、これによって回路基板１１０からの誘電体粒子１０１の脱落を防止している。また、回路基板１１０には配線パターン１１２，１１３が形成されており、配線パターン１１２（第１の配線パターン）は電極１０２と接し、配線パターン１１３（第２の配線パターン）は電極１０３と接している。これにより、マイクロコンデンサ１００は、配線パターン１１２，１１３間に接続された容量素子として機能する。
【００１７】
誘電体粒子１０１は、本実施形態による誘電率の測定対象となる粒子である。つまり、誘電体粒子１０１は、樹脂に混入することによって複合基板材料を構成するための誘電体粒子である。対象となる材料としては、複合基板材料を構成可能な誘電体材料であれば特に限定されず、常誘電体、強誘電体、圧電体等を対象とすることができる。例えば、チタン酸−バリウム−ネオジウム系セラミックス、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、アルミナ系セラミックス、酸化マグネシウム系セラミックス、酸化チタン系セラミックス、ビスマス系セラミックス、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系セラミックス等のセラミックス材料を対象とすることが可能である。
【００１８】
誘電体粒子１０１は単結晶粒子であることが特に好ましい。これは、誘電体粒子１０１として単結晶粒子を用いれば、粒界の影響を受けることなく、本来の組成が持つ誘電率を正確に測定することが可能となるからである。また、材料によっては、ある軸方向における誘電率と別の軸方向における誘電率が大きく異なることがあり、この場合、これら各軸方向における誘電率をそれぞれ測定することが可能となる。
【００１９】
また、誘電体粒子１０１が単結晶粒子であれば、表面の平坦性が非常に高くなることから回路基板１１０上に載置した場合に姿勢が安定し、測定を行いやすいという利点もある。さらに、単結晶粒子を用いれば、電極１０２，１０３が形成される側面を回路基板１１０に対して容易に垂直とすることができるので、電極１０２と電極１０３との短絡が生じにくくなるとともに、これら側面が実質的に平行となることから、容量値のばらつきが小さくなり、より正確な測定が可能となるという利点もある。
【００２０】
尚、誘電体粒子１０１のサイズとしては、特に限定されるものではないが、複合基板材料に用いる場合と同等のサイズ、例えば０．１μｍ以上、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
一方、電極１０２，１０３は、後述するように原料ガスを供給しながら集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射することによって作製される電極であり、その材料としては高い導電性を有する材料であれば特に限定されず、カーボン（Ｃ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。例えば、原料ガスとしてピレンを用いれば、分解によって生成されたカーボン（Ｃ）が材料となり、電極が形成される。また、原料ガスとしてヘキサカルボニルタングステンを用いれば、分解によって生成されたタングステン（Ｗ）によって電極が形成される。
【００２２】
次に、本実施形態による誘電率の測定方法について、順を追って説明する。
【００２３】
まず、測定対象となる誘電体粒子１０１を用意し、図２に示すようにこれを回路基板１１０の載置エリア１１１に載置する。載置エリア１１１は、配線パターン１１２と配線パターン１１３が対向する部分、つまり、これら配線パターン１１２，１１３の終端部に対応する部分である。
【００２４】
上述の通り、誘電体粒子１０１のサイズは非常に小さいことから、載置エリア１１１への載置は次の方法により行うことが好ましい。まず、図３に示すように、誘電体粒子１０１にプローブ１２０を接触させた状態でピレン等の原料ガスをノズル１２１から供給しながら集束イオンビーム１２２を照射する。これにより、原料ガスが分解されて堆積物１２３が生成され、この堆積物１２３によって誘電体粒子１０１がプローブ１２０に固定される。これによって誘電体粒子１０１のハンドリングが可能となるので、プローブ１２０を介して誘電体粒子１０１を回路基板１１０の載置エリア１１１まで移動させる。そして、図４に示すように、原料ガスを供給することなく集束イオンビーム１２２を堆積物１２３に照射し、これを除去すれば、誘電体粒子１０１とプローブ１２０とが分離する。これにより、誘電体粒子１０１の載置が完了する。このような方法を用いれば、０．１μｍ以上、１０μｍ以下といった非常にサイズの小さい誘電体粒子１０１を簡単且つ正確にハンドリングすることが可能となる。尚、誘電体粒子１０１とプローブ１２０の分離は、堆積物１２３を除去するのではなく、プローブ１２０の先端部分を集束イオンビームで切断することにより行っても構わない。
【００２５】
また、測定対象である誘電体粒子１０１として単結晶粒子を用いる場合には、図５に示すように、ヒータ１３１が設けられた炉１３０に原料粒子１０９を導入し、ここを通過させればよい。炉１３０に導入された原料粒子１０９はヒータ１３１によって加熱・溶融し、その後、冷却されることから単結晶化する。
【００２６】
誘電体粒子１０１の底面及び電極１０２，１０３が形成される側面については、平坦であることが好ましい。これは、誘電体粒子１０１の底面が平坦であれば回路基板１１０上に載置した場合に姿勢が安定するからであり、また、電極１０２，１０３が形成される側面が平坦であれば、電極１０２，１０３間の短絡が生じにくくなるとともに、容量値のばらつきが小さくなるからである。このような要請は、誘電体粒子１０１として単結晶粒子を用いることによって容易に満たされるが、誘電体粒子１０１が平坦な面を持たない粒子である場合には、集束イオンビームの照射により誘電体粒子１０１の表面を削ることによって平坦化すればよい。例えば、図６に示すように、誘電体粒子１０１を載置エリア１１１に載置した後、原料ガスを供給することなく集束イオンビーム１２２を照射することによって、電極１０２，１０３が形成される側面１０１ａ、１０１ｂを削れば、これら側面１０１ａ、１０１ｂを平坦化することが可能となる。また、側面１０１ａ、１０１ｂを削ることによって側面間の距離を調節すれば、より正確な誘電率を測定することも可能となる。
【００２７】
このようにして誘電体粒子１０１を回路基板１１０の載置エリア１１１に載置した後、図７に示すように、ピレンやヘキサカルボニルタングステン等の原料ガスをノズル１２１から供給しながら、誘電体粒子１０１の側面１０１ａ（第１の側面）の近傍に集束イオンビーム１２２を照射する。これによって発生した二次電子により原料ガスが分解し、配線パターン１１２に接触した電極１０２が誘電体粒子１０１の側面１０１ａに堆積する。このような電極形成を対向する側面１０１ｂ（第２の側面）に対しても同様に行えば、図１に示したマイクロコンデンサ１００が完成する。この場合、電極１０２及び電極１０３の一方を形成するまで誘電体粒子１０１をプローブ１２０によって固定しておき、電極１０２及び電極１０３の一方を形成した後、これらを分離（図４参照）することが好ましい。これによれば、誘電体粒子１０１が載置エリア１１１から動いてしまうおそれがなくなる。
【００２８】
そして、図１に示すように配線パターン１１２，１１３間に測定器１４０を接続し、所定の電圧を印加すれば、マイクロコンデンサ１００の容量値を測定することができるので、得られた容量値に基づいて誘電体粒子１０１の誘電率を算出することができる。
【００２９】
このように、本実施形態では、測定対象である誘電体粒子１０１を樹脂材料に混入して誘電率を測定するのではなく、マイクロコンデンサ１００を回路基板１１０上に作製し、その誘電率を直接測定していることから、従来の測定方法に比べ、複合基板材料を構成するための誘電体粒子の誘電率を簡単且つ正確に測定することが可能となる。これにより、所望の特性を有する複合基板材料をより簡単に作製することが可能となる。
【００３０】
図８は、本発明の好ましい他の実施形態による誘電率の測定方法を説明するための図であり、マイクロコンデンサ１００を上方から見た状態を示している。
【００３１】
図８に示すマイクロコンデンサ１００は、誘電体粒子１０１の対向する側面１０１ａ，１０１ｂとは別の対向する側面１０１ｃ（第３の側面）及び側面１０１ｄ（第４の側面）にも電極１０４（第３の電極）及び電極１０５（第４の電極）がそれぞれ形成されており、電極１０４，１０５はそれぞれ回路基板に設けられた配線パターン１１４（第３の配線パターン）及び配線パターン１１５（第４の配線パターン）にそれぞれ接続されている。電極１０４，１０５についても、原料ガスを供給しながら集束イオンビームを照射することによって形成することができる。
【００３２】
このようなマイクロコンデンサ１００に対し、配線パターン１１２，１１３間に電圧を印加すれば、誘電体粒子１０１のＸ方向における誘電率を測定することができ、配線パターン１１４，１１５間に電圧を印加すれば、誘電体粒子１０１のＹ方向における誘電率を測定することができる。したがって、誘電体粒子１０１としてＸ方向おける誘電率とＹ方向おける誘電率が大きく異なる単結晶粒子を用いれば、各方向における誘電率をそれぞれ正確に測定することが可能となる。
【００３３】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３４】
例えば、測定対象である誘電体粒子の材料として圧電材料を用いれば、圧電定数を評価することが可能となる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
［誘電体粒子の作製］
【００３７】
まず、酸化バリウムの粉体および酸化チタンの粉体をモル比で１：１になるように混合し、水を溶媒とするボールミルにて１２時間混合し、スラリーを準備した。スラリーには分散剤（東亞合成株式会社製Ａ−３０ＳＬ）を粉末の総重量に対して１％の割合にて添加した。このスラリーを噴霧乾燥機（藤崎電機株式会社製ＭＤＬ−０５０）にて乾燥することによって顆粒化を行い、粒径が２００μｍ以下である複合酸化物顆粒を得た。
【００３８】
次に、この複合酸化物顆粒をさや詰めし、１２５０℃の温度にて焼成を行って反応・焼結させた。その後、再度ボールミルにて４８時間粉砕し、平均粒径が０．３μｍの微粉末で構成されるスラリーを作製した。スラリーの溶媒としては水を用い、上述した分散剤を粉末の総重量に対して１％の割合にて添加した。また、１０ｗｔ％濃度に希釈されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）溶液を粉体の総重量に対して２ｗｔ％濃度で添加し、さらにスラリー中の粉末濃度が重量比で２５ｗｔ％になるように最終的調整を行った。
【００３９】
このスラリーを上記の噴霧乾燥機にて乾燥することによって顆粒化を行った。条件としては、４流体方式のノズルの送液量を４０ｃｍ３／ｍｉｎとし、ノズルエアー量を１６０ＮＬ／ｍｉｎ、給気温度を１９０℃とした。その結果、平均粒径が２．１μｍである原料粒子が得られた。
【００４０】
このようにして得られた原料粒子を、窒素をキャリアガスとして１６３０℃に加熱されたセラミックス管中に供給した。原料粒子の滞留時間は、キャリアガス流量を調節することによって１〜１０秒程度とした。これにより、原料粒子は、単結晶のチタン酸バリウム粒子（誘電体粒子）となった。
【００４１】
得られた誘電体粒子について、蛍光Ｘ線分析装置を用いて組成を調べたところ、バリウム（Ｂａ）成分とチタン（Ｔｉ）成分の比（Ｂａ／Ｔｉ）がモル比で１．００３であった。これにより、得られた誘電体粒子はペロブスカイト型のチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）単結晶であることが確認された。また、この誘電体粒子をＳＥＭで観察したところ、図９に示すように、一辺１μｍ程度で極めて立方体に近い微粒子であることが確認できた。さらに、ＴＥＭ写真による電子線回折でこの誘電体粒子の結晶構造を調べたところ、図１０に示すように、単結晶特有の規則性のある構造が確認できた。
【００４２】
［電極の形成］
【００４３】
上記の方法によって得られた誘電体粒子を、配線パターンが形成された回路基板の載置エリアへと移動させた。誘電体粒子の移動は、図３及び図４を用いて説明したように、集束イオンビームを利用して行った。
【００４４】
次に、原料ガスとしてピレンを供給しながら誘電体粒子の側面近傍に集束イオンビームを照射し、これによって誘電体粒子の両側面にカーボン電極を形成した。これにより、２つの配線パターン間に接続されたマイクロコンデンサが完成した。完成したマイクロコンデンサをＳＥＭで観察したところ、図１１に示す構造を有していた。
【００４５】
また、このマイクロコンデンサの誘電特性を測定したところ、コンデンサとして十分な機能を有していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の好ましい実施形態による誘電率の測定方法を説明するための図である。
【図２】誘電体粒子１０１の載置エリア１１１を示す図である。
【図３】誘電体粒子１０１をプローブ１２０に固定する方法を説明するための図である。
【図４】誘電体粒子１０１をプローブ１２０から切り離す方法を説明するための図である。
【図５】原料粒子１０９を単結晶化するための炉１３０を示す模式図である。
【図６】誘電体粒子１０１の側面１０１ａ，１０１ｂを削る方法を説明するための図である。
【図７】電極１０２を形成する方法を説明するための図である。
【図８】本発明の好ましい他の実施形態による誘電率の測定方法を説明するための図である。
【図９】誘電体粒子の外観を示す図面代用写真である。
【図１０】誘電体粒子の結晶構造を示す図面代用写真である。
【図１１】マイクロコンデンサの外観を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１００    マイクロコンデンサ
１０１    誘電体粒子
１０１ａ〜１０１ｄ  誘電体粒子の側面
１０２〜１０５  電極
１０９    原料粒子
１１０    回路基板
１１１    載置エリア
１１２〜１１５  配線パターン
１２０    プローブ
１２１    ノズル
１２２    集束イオンビーム
１２３    堆積物
１３０    炉
１３１    ヒータ
１４０    測定器
【図１】
2005172520.tif 000003
【図２】
2005172520.tif 000004
【図３】
2005172520.tif 000005
【図４】
2005172520.tif 000006
【図５】
2005172520.tif 000007
【図６】
2005172520.tif 000008
【図７】
2005172520.tif 000009
【図８】
2005172520.tif 000010
【図９】
2005172520.tif 000011
【図１０】
2005172520.tif 000012
【図１１】
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