(57)【要約】【課題】積層構造によらずに反りおよび割れの発生を抑制することができる多層基板を提供する。【解決手段】グリーンシート６を焼成することにより得られる絶縁シート２と、グリーンシート６に積層されるグリーンシート７を焼成することにより得られ、絶縁シート２と比誘電率が異なる絶縁シート３とを具備する多層基板１であって、絶縁シート２がB2O3を含有したZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成され、絶縁シート３がMg2SiO4およびB-Zn-Si系ガラスを含有したZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成され、絶縁シート２と絶縁シート３との熱膨張係数の差が0.5×10-6／℃以下であり、かつ焼成時におけるグリーンシート６とグリーンシート７との収縮率の差が１％以内であることを特徴とする、多層基板１が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のグリーンシートを焼成することにより得られる第１の絶縁シートと、前記第１のグリーンシートに積層される第２のグリーンシートを焼成することにより得られ、前記第１の絶縁シートと比誘電率が異なる第２の絶縁シートとを具備する多層基板であって、
前記第１の絶縁シートが第１の添加材料を含有したZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成され、前記第２の絶縁シートが第２の添加材料を含有したZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成され、前記第１の絶縁シートと前記第２の絶縁シートとの熱膨張係数の差が0.5×10-6／℃以下であり、かつ焼成時における前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートとの収縮率の差が１％以内であることを特徴とする、多層基板。
【請求項２】
前記第１の添加材料がB2O3を含んでいる、請求項１に記載の多層基板。
【請求項３】
前記第２の添加材料がMg2SiO4およびB-Zn-Si系ガラスを含んでいる、請求項１または２に記載の多層基板。
【請求項４】
前記第２の絶縁シートが、57〜62重量部のZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料、5〜7重量部のMg2SiO4、31〜38重量部のB-Zn-Si系ガラスを含んでいる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多層基板。
【請求項５】
前記第１の絶縁シートの比誘電率が２０以上であり、前記第２の絶縁シートの比誘電率が１３以下である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電率が異なる絶縁シートを積層してなる多層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化の要求により、それに使用する基板の小型化、多機能化が求められている。現在、このような基板としては、例えばコンデンサ等の受動部品を内蔵させることが可能であり、かつ抵抗率が小さい銀を配線として用いることが可能な低温同時焼成セラミックス（LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramics）の多層基板が注目されている。
【０００３】
上記多層基板において、受動部品としてコンデンサを形成する場合、コンデンサを形成する部分にはコンデンサの性能を高めるために高誘電率の絶縁シートを使用し、かつ配線を形成する部分にはクロストークを低減したり高周波信号の伝達速度を向上するために低誘電率の絶縁シートを使用することが望ましい。
【０００４】
しかし、高誘電率の絶縁シートを形成するためのグリーンシートと、低誘電率の絶縁シートを形成するためのグリーンシートとを積層して、同時焼成すると、焼成時に反りが発生したり、焼成後に割れが発生してしまうことがある。
【０００５】
このような多層基板の反りや割れを抑制するため、高誘電率を有する絶縁シートの厚さ方向両側に低誘電率を有する絶縁シートを設け、かつ高誘電率を有する絶縁シートの厚みが低誘電率を有する絶縁シートの厚みの0.5倍以下に設定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、このような多層基板は、高誘電率を有する絶縁シートに対し低誘電率を有する絶縁シートが対称となる積層構造では反りの発生を抑制することができるが、対称とはならない積層構造では反りの発生を抑制することは困難である。
【特許文献１】特開２００５−１９１１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、積層構造によらずに反りおよび割れの発生を抑制することができる多層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】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、第１のグリーンシートを焼成することにより得られる第１の絶縁シートと、前記第１のグリーンシートに積層される第２のグリーンシートを焼成することにより得られ、前記第１の絶縁シートと比誘電率が異なる第２の絶縁シートとを具備する多層基板であって、前記第１の絶縁シートが第１の添加材料を含有したZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成され、前記第２の絶縁シートが第２の添加材料を含有したZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成され、前記第１の絶縁シートと前記第２の絶縁シートとの熱膨張係数の差が0.5×10-6／℃以下であり、かつ焼成時における前記第１のグリーンシートと前記第２のグリーンシートとの収縮率の差が１％以内であることを特徴とする、多層基板が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一の態様による多層基板によれば、第１の絶縁シートと第２の絶縁シートの熱膨張係数の差が0.5×10−6／℃以下であり、かつ第１のグリーンシートと第２のグリーンシートの収縮率の差が１％以内であるので、積層構造によらずに焼成時における反りおよび焼成後における割れの発生を抑制することができる。また、絶縁シートのいずれともZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料を主成分としているので、絶縁シート間の密着性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態に係る多層基板の縦断面図を示すものである。図１に示されるように、この形態の多層基板１は下部に絶縁シート２（第１の絶縁シート）が設けられ、絶縁シート２上に絶縁シート３（第２の絶縁シート）が積層された構造となっている。
【００１１】
絶縁シート２は絶縁シート３と異なる比誘電率を有している。具体的には、絶縁シート２の比誘電率は２０以上であり、絶縁シート３の比誘電率は１３以下であることが好ましい。絶縁シート２の比誘電率を２０以上とすることが好ましいとしたのは、絶縁シート２を例えばコンデンサの誘電体として機能させるためである。また、絶縁シート３の比誘電率を１３以下とすることが好ましいとしたのは、クロストークを低減させたり高周波信号の伝達速度を向上させるためである。比誘電率は絶縁シート２，３の組成に依存するので、絶縁シート２，３の組成を調整することにより所望の比誘電率を得ることができる。
【００１２】
絶縁シート２と絶縁シート３との熱膨張係数の差は0.5×10−6／℃以下であることが必要であり、0.3×10−6／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数は絶縁シート２，３の組成に依存するので、絶縁シート２，３の組成を調整することにより所望の熱膨張係数を得ることができる。
【００１３】
絶縁シート２は、酸化ホウ素（B2O3）（第１の添加材料）を含有させたZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成されており、絶縁シート３は、Mg2SiO4とB-Zn-Si系ガラス（第２の添加材料）を含有させたZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料から構成されている。
【００１４】
具体的には、絶縁シート３は、57〜62重量％のZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料、5〜7重量％のMg2SiO4、31〜38重量％のB-Zn-Si系ガラスから構成されている。なお、本実施の形態では、第１の添加材料としてB2O3を使用し、また第２の添加材料としてMg2SiO4とB-Zn-Si系ガラスを使用しているが、他の材料を使用してもよい。
【００１５】
絶縁シート２，３の界面部分には、内部導体部４が形成されており、絶縁シート２，３の外面には、外部導体部５が形成されている。
【００１６】
内部導体部４および外部導体部５は、配線回路パターン等として機能するものである。内部導体部４および外部導体部５は、例えば、Ag、Cu、Au等の金属単体若しくはこれらの合金からなる導電体から構成されている。
【００１７】
多層基板１は、以下のような方法で作製することができる。図２〜図４は第１の実施の形態に係る多層基板の模式的な製造プロセス図である。
【００１８】
まず、絶縁シート２の焼成前における組成の混合粉末原料をトルエンとエタノール等の溶剤にバインダーおよび可塑剤とともに混合し、ドクターブレード法によりシート状に加工する。これにより、図２に示される未焼成のグリーンシート６（第１のグリーンシート）が作製される。また、絶縁シート３の焼成前における組成の混合粉末原料等を使用して、同様の方法により図３に示される未焼成のグリーンシート７（第２のグリーンシート）が作製される。
【００１９】
グリーンシート６，７においては、グリーンシート６とグリーンシート７の後述する焼成時における収縮率の差が1％以内となることが必要であり、0.8％以内であることが好ましい。ここで、本発明における「収縮率」とは、積層した状態のグリーンシートの寸法を基準としたときの焼成後における縮み量をいうものとする。収縮率の差は、グリーンシート６とグリーンシート７についてそれぞれ単体での収縮率を求めて算出する。
【００２０】
収縮率は粉末原料の粒径に依存する。具体的には、粉末原料の粒径を小さくするほど収縮率は大きくなる。したがって、粉末原料の粒径を調整することにより所望の収縮率を得ることができる。
【００２１】
次に、導体ペーストを使用して、図２および図３に示されるようにグリーンシート６，７の表面に印刷により導体ペースト層８を形成する。その後、図４に示されるようにグリーンシート６上にグリーンシート７を積層して、850〜900℃で焼成する。この焼成によりグリーンシート６が焼結して絶縁シート２が形成され、グリーンシート７が焼結して絶縁シート３が形成される。また、導体ペースト層８が焼結して内部導体部４および外部導体部５が形成される。これにより、図１に示される構造の多層基板１が作製される。
【００２２】
本実施の形態によれば、絶縁シート２と絶縁シート３の熱膨張係数の差が0.5×10−6／℃以下であるので、焼成により形成された絶縁シート２，３が焼成温度から室温まで降温する際に、多層基板１に割れが発生し難い。また、グリーンシート６とグリーンシート７の収縮率の差が1％以内であるので、焼成する際にグリーンシート６，７に反りが発生し難い。したがって、積層構造によらずに反りおよび割れを抑制した多層基板１を提供することができる。
【００２３】
ここで、本発明においては、「反り」とは、平面状に焼き上がることが期待される主平面が、意に反して曲面状または球面状に変形した状態をいう。また、「割れ」とは、絶縁シート２，３の厚み方向の割れやひびのほか、層間剥離（デラミネーション）をも含む。
【００２４】
また、本実施の形態によれば、絶縁シート２，３のいずれともZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料を主成分としているので、絶縁シート２，３との間の密着性を向上させることができる。これにより、絶縁シート２，３との間の層間剥離を抑制することができる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と重複する内容については、説明を省略する。図５は第２の実施の形態に係る多層基板の縦断面図を示すものである。
【００２６】
図５に示されるように、この形態の多層基板１０は、中心部に絶縁シート１１と絶縁シート１２が張り合わされて設けられ、これらの絶縁シート１１，１２の厚さ方向側に絶縁シート１１，１２を挟むように絶縁シート１３，１４が積層された構造となっている。
【００２７】
絶縁シート１１，１２の界面部分、絶縁シート１１，１３の界面部分、および絶縁シート１２，１４の界面部分には、内部導体部１５が形成されており、絶縁シート１３，１４の外面には、外部導体部１６が形成されている。
【００２８】
なお、絶縁シート１１，１３，１４は絶縁シート２と同じものであり、絶縁シート１２は絶縁シート３と同じものである。また、内部導体部１５および外部導体部１６は内部導体部４および外部導体部５と同じものである。
【００２９】
図５に示した多層基板１０においても第１の実施の形態で説明した多層基板１と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は第３の実施の形態に係る多層基板の縦断面図を示すものである。
【００３１】
図６に示されるように、この形態の多層基板２０は、中心部に絶縁シート２１と絶縁シート２２が張り合わされて設けられ、これらの絶縁シート２１，２２の厚さ方向側に絶縁シート２１，２２を挟むように絶縁シート２３，２４が積層された構造となっている。
【００３２】
絶縁シート２１，２２の界面部分、絶縁シート２１，２３の界面部分、および絶縁シート２２，２４の界面部分には、内部導体部２５が形成されており、絶縁シート２３，２４の外面には、外部導体部２６が形成されている。
【００３３】
なお、絶縁シート２２は絶縁シート２と同じものであり、絶縁シート２１，２３，２４は絶縁シート３と同じものである。また、内部導体部２５および外部導体部２６は内部導体部４および外部導体部５と同じものである。
【００３４】
図６に示した多層基板２０においても第１の実施の形態で説明した多層基板１と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
（第４の実施の形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第４の実施の形態について説明する。図７は第４の実施の形態に係る多層基板の縦断面図を示すものである。
【００３６】
図７に示されるように、この形態の多層基板３０は、中心部に絶縁シート３１が設けられ、絶縁シート３１の厚さ方向両側に絶縁シート３１を挟むように絶縁シート３２，３３が積層され、さらに絶縁シート３１の厚さ方向側に絶縁シート３１〜３３を挟むように絶縁シート３４，３５が積層された構造となっている。
【００３７】
絶縁シート３１，３２の界面部分、絶縁シート３１，３３の界面部分、絶縁シート３２，３４の界面部分、および絶縁シート３３，３５の界面部分には、内部導体部３６が形成されており、絶縁シート３４，３５の外面には、外部導体部３７が形成されている。
【００３８】
なお、絶縁シート３２〜３４は絶縁シート２と同じものであり、絶縁シート３１，３５は絶縁シート３と同じものである。また、内部導体部３６および外部導体部３７は内部導体部４および外部導体部５と同じものである。
【００３９】
図７に示した多層基板３０においても第１の実施の形態で説明した多層基板１と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
（第５の実施の形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第５の実施の形態について説明する。図８は第５の実施の形態に係る多層基板の縦断面図を示すものである。
【００４１】
図８に示されるように、この形態の多層基板４０は、中心部に絶縁シート４１が設けられ、絶縁シート４１の厚さ方向両側に絶縁シート４１を挟むように絶縁シート４２，４３が積層され、さらに絶縁シート４１の厚さ方向側に絶縁シート４１〜４３を挟むように絶縁シート４４，４５が積層された構造となっている。
【００４２】
絶縁シート４１，４２の界面部分、絶縁シート４１，４３の界面部分、絶縁シート４２，４４の界面部分、および絶縁シート４３，４５の界面部分には、内部導体部４６が形成されており、絶縁シート４４，４５の外面には、外部導体部４７が形成されている。
【００４３】
なお、絶縁シート４１，４２，４５は絶縁シート２と同じものであり、絶縁シート４３，４４は絶縁シート３と同じものである。また、内部導体部４６および外部導体部４７は内部導体部４および外部導体部５と同じものである。
【００４４】
図８に示した多層基板４０においても第１の実施の形態で説明した多層基板１と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例について説明する。本実施例においては、グリーンシートを積層して、焼成して多層基板を作製した場合における多層基板の反りおよび割れと収縮率および熱膨張係数差との関係について調べた。
【００４６】
まず、グリーンシートA，Bを作製した。グリーンシートAは、B2O3を1.5重量％含有させたZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料（ZnNb2O6：68重量％、CaTiO3:22重量％、CaCO3:10重量％）をトルエンとエタノールの溶剤にバインダー及び可塑剤とともに混合し、ドクターブレード法により作製された。
【００４７】
グリーンシートBもグリーンシートAと同様の方法により作製された。ただし、グリーンシートBは、Mg2SiO4とB-Zn-Si系ガラス（SiO2：48重量％、B2O３：16重量％、Al2O３：15重量％、CaCO３：6重量％、ZnO：15重量％）を含有させたZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料（ZnNb2O6：68重量％、CaTiO3:22重量％、CaCO3:10重量％）から構成した。なお、Mg2SiO4、B-Zn-Si系ガラス、およびZn-Nb-Ca-Tiの酸化物系セラミックス材料の詳細な配合比率を表１に示す。
【表１】
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【００４８】
上記により作製したグリーンシートA，Bを積層し、870℃で焼成して、絶縁シートからなる多層基板を作製した。このようにして作製された多層基板を顕微鏡により観察し、割れと反りの有無を確認した。
【００４９】
また、焼成時のそれぞれのグリーンシートA，Bの収縮率を求めた。さらに、絶縁シートの比誘電率と熱膨張係数を得るため、それぞれのグリーンシートA，Bの組成となるように秤量して、ボールミルにて10時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥し、800℃で２時間仮焼した。そして、この仮焼物を粉砕し、誘電特性評価用の試料として直径12ｍｍ、高さ6ｍｍと熱膨張係数評価用の試料として直径8ｍｍ、高さ5ｍｍの円柱状にそれぞれ1ton／cm2の圧力でプレス成形し、870℃で2時間焼成し、焼成物A，Bの比誘電率と熱膨張係数を測定した。
【００５０】
結果を表２に示す。
【表２】
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【００５１】
表２に示された結果から、熱膨張係数の差が0.5×10−6／℃以下であり、かつ収縮率差が1％以内の試料であれば、基板の割れ、及び反りを生じていないことが確認された。なお、表２中の焼成物AはグリーンシートAを焼成した絶縁シートと同等であり、焼成物BはグリーンシートBを焼成した絶縁シートと同等である。また、表２中の＊は、本発明の範囲外で、比較例である。
【００５２】
また、同様に図５〜図８に示すような構造において試作した場合でも同様の実験結果が得られた。したがって、本発明における積層構造は絶縁シートの配置、序列、および積層数に関わらず、普遍的に適用できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は第１の実施の形態に係る多層基板の縦断面図である。
【図２】図２は第１の実施の形態に係る多層基板の模式的な製造プロセス図である。
【図３】図３は第１の実施の形態に係る多層基板の模式的な製造プロセス図である。
【図４】図４は第１の実施の形態に係る多層基板の模式的な製造プロセス図である。
【図５】図５は第２の実施の形態に係る多層基板の縦断面図である。
【図６】図６は第３の実施の形態に係る多層基板の縦断面図である。
【図７】図７は第４の実施の形態に係る多層基板の縦断面図である。
【図８】図８は第５の実施の形態に係る多層基板の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０，２０，３０，４０…多層基板、２，３，１１〜１４，２１〜２４，３１〜３５，４１〜４５…絶縁シート、６，７…グリーンシート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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