JPH02141471A

JPH02141471A - 還元再酸化型半導体磁器コンデンサ内蔵用磁器基板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02141471A
Application number: JP63293602A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Narumi; 鳴海　一仁; Fumio Takeuchi; 文雄竹内; Masato Nagano; 長野　正登
Original assignee: Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1990-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体磁器の外周に再酸化により絶縁層を形
成してなる還元再酸化型半導体磁器コンデンサを複数個
内蔵することができる磁器基板及びその製造方法に関す
るものである。

（従来の技術）近年、電子機器の小型化の動きが活発である。

このなかで、磁器基板は、その表面上に厚膜法または薄
膜法によって形成された導体回路、抵抗等を有し、さら
にチップ形態のコンデンサ及びインダクタンス等を実装
している。例えば、従来の磁器基板においては、導体お
よび抵抗を内蔵する基板が中心であり、コンデンサはチ
ップ部品などとして半田付けにより装着されていた。こ
のため、電子回路の小型化には限界があった。第５図に
その一例を示す。第５図において７はＡ！２０３基板の
ような磁器基板、８は導体配線、９は抵抗、１０はチッ
プコンデンサを示す。

また、同一・の磁器基板内で誘電率を変化させることに
より誘電率の異なる誘電体部分を形成し、この基板内に
複数個のコンデンサを内蔵させようとする試みがなされ
、コンデンサを内蔵した粒界絶縁型半導体磁器基板が提
案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、同一４板内に誘電率の異なる誘電体部分を形成
することは非常に難しく、例えば積層セラミックコンデ
ンサを作製する場合の煩雑さを考えれば自明であるよう
に、複数個のコンデンサを内蔵する基板は未だ実現され
ておらず、また実用化されてもいないのが現状である。

また、高ＮＮ　、に率部分を限られた構造スペースのな
かで素子機能部分として動作上圧いに影響を及ぼし合わ
ない程度に十分に分離された状態で設けることも、未だ
実現されておらず、重要な技術的課題となっている。

更に、ごのような電子部品または回路基板における機能
部分の分離内蔵の問題点は、誘電体磁器に限らず、セラ
ミック内に２個以上の同種または異種の機能部分を形成
しようとする場合に共通のものである。

また、コンデンサを内蔵した粒界絶縁型半導体磁器基板
は、その性質上大容量かつ高抵抗を有するコンデンサを
内蔵することができないという欠点を有する。

本発明の目的は従来技術における上述のような欠点を解
消し、大容量かつ高祖ｂ°ムの：Ｊコンデンサを複数個
内蔵することができる還元再酸化型゛１（導体磁器コン
デンサ内蔵用磁器基板及びその製造方法を提供すること
にある。

本発明の第１の目的は、チタン酸バリウムを主成分とす
る半導体磁器からなる複数個の第１領域及び前記半導体
磁器に対して０．４０〜５．００モル％のＡ４２ｚＯｚ
＋ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｃｒｚ（ｈ＋　Ｃｏｏ、　ＮｉＯ
及びＳｎｕ□からなる群から選ばれた１種以上の添加成
分、あるいは前記半導体磁器に対して０．４０〜５．０
０モル％の八Ｆ、ｚＯ：＋＋ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２
（Ｌ＋＋　Ｃｏｄ、　ＮｉＯ及びＳｎＯ２からなる群か
ら選ばれた１種以上の第１添加成分及び０．０１〜２．
５０モル％の５ｉ０２．　ｒｉｏ２．　ＭｎＯ２，Ｃｕ
Ｏ及びＺｎＯからなる群から選ばれた１種以上の第２添
加成分が添加されている１個以上の第２領域を具え；前
記第１ａ域はその外周に沿って絶縁層を有し、前記第１
領域及び前記第２領域は交互に隣接して配置されている
ことを特徴とする還元再酸化型半導体磁器コンデンサ内
蔵用磁器基板によって達成される。

本発明の好適例においては、前記第１領域の電気容量は
前記第２領域の電気容量の１０倍以上である。

本発明の第２の目的は、チタン酸バリウムを主成分とす
る半導体磁器用組成物からなる基板の−１：。

表面上の少なくとも１個の部分に、八ρ２０．．ＭｇＯ
ν２０５．　Ｃｒ２Ｏ３，Ｃｏｏ、　ＮｉＯ及びＳｎＯ
□からなる群から選ばれた１種以上の添加成分を主成分
とする化合物または混合物、あるいは八１．２０３１Ｍ
Ｉ＋ｏ、　ＶｚＯ！１ＣｒｚＯ：＋＋　Ｃｏｏ、　Ｎｉ
Ｏ及びＳｎＯ□からなる群から選ばれた１種以上の第１
添加成分及び５ｉＯｚ＋　ＴｉＯ□、　ＭｎＯ□ＣｕＯ
及びＺｎＯからなる群から選ばれた１種以上の第２添加
成分を主成分とする化合物または混合物を塗布し、次い
で焼成することを特徴とする還元再酸化型半導体磁器コ
ンデンサ内蔵用磁器基板の製造方法ムこより達成されるここに「組成物」とは混合物のほかに化合物を包含する
ものとする。

次に本発明を図面を参照して例について説明する。

第１図は本発明方法によって製造した２種の領域を有す
る還元再酸化型半導体磁器コンデンサ内蔵用磁器基板の
断面図であり、第２図は第１図の磁器基板においてコン
デンサとして用いる領域に電極が形成されている還元再
酸化型半導体磁器コンデンサ内蔵磁器基板の断面図であ
る。第１図および第２図において、■はコンデンサとし
て用いられる高容量用の第１頭域であり、第１領域工は
高誘電率を有する絶縁層ＩＡおよび半導体部分ＩＢを具
える。２は内蔵コンデンザ相互間の容量を低下させるた
めの低誘電率の第２領域であり、全域が低誘電率の絶縁
体となっている。３はコンデンサの電極であり、６は還
元再酸化型半導体磁器基板コンデンサ内蔵用磁器基板で
ある。

この磁器基板６ば」二連の高誘電率半導体磁器用の組成
物から次のようにして製造する。この組成物は主成分で
あるＢａＴｉＯ３のほかに、シフターとして５ｒＴｉＯ
，、ＢａＳｎＯ３，ＢａＺｒＯ３，Ｌａｚ０３．　Ｃｅ
Ｏ２などを、さらにデープレッザーとしてＣａＴｉＯａ
１ＭｇＴｉ０３Ｂｉ　２　（ＳｎＯ：＋）　３などを含
むことができ、また焼結促進剤としてＮｂ２Ｏ，ＷＯ，
などを含む場合もある。

先ず、高誘電率半導体磁器用の組成物からなる基板を複
数個の領域に分離するために、第１図に示すように低誘
電率の第２領域２を基板内に設けるが、以下にその方法
について第３図および第１図を参照して説明する。

先ず、第１段階として； ■）高誘電率半導体磁器用の組成物からなる基板４を押
出成形法、ドクタープレー１′法などにより寄る。

２）第３図に示すように、基板４の主表面（好ましくは
表および裏の対向する両面）の所定部分に、上述の添加
成分を、これにエチルセルロース、溶剤などを加えて得
たペースト５として塗布する。

この場合に、ペース１への塗布幅としては０．１　ｍｍ
以」二、望ましくは０．２ｍｍ以上が必要とされる。

次いで、第２段階として：３）基板４中および塗布したペースト５中のバインダー
成分を除くためおよび焼きし７めを行・うたぬに大気中
にて１２５０〜１４５０°Ｃで焼成して磁器基板を７１
：成する。この過程で塗布したペースｌ　５中の添加成
分は磁器基板の内部に拡散する。

４）次にこの磁器基板を水素と窒素との混合ガス、水素
とアルゴンとの混合ガスなどの還元性零ｍ１気中、ある
いは窒素、アルゴンなどの中性雰囲気中において、９０
０〜１２００°Ｃで焼成して半導体磁器基板を得る。た
だし、第２領域は添加成分のために半導体化が抑制され
、低誘電率の絶縁体のままである。

しかる後に、第３段階として：５）この半導体磁器基板の表面層を絶縁体化して誘電体
にするために、大気中にて８００〜Ｉ２００°Ｃで焼成
する。これにより、低誘電率の第２頭域２を除いた残り
の部分は、外周に沿って延在する高誘電率を有する絶縁
層ＩＡおよび半導体部分１Ｂを具える高容量用の第１領
域Ｉになる。かくして、複数個の高容量用の第１領域１
と少な（とも１個の低誘電率の第２領域２とからなる還
元再酸化型半導体磁器コンデンサ内蔵用半導体磁器基板
６が得られる。

なお、この半導体磁器基板６の第１領域における主表面
上の所望の場所にＡに、　Ａｕ、　Ａｆｆ、　Ｎｉ、　
ＣｕＺｎ、　Ａｇ−Ｐｂなどの電極３を第４図に示すよ
うに焼き付けることにより、コンテンツを形成すること
ができる。

なお、第２領域２における低誘電率化のｒｌｔ認は、隣
り合ったコンデンサ間の容量、すなわちクロス容量を測
定することにより行うことができる。

第６図には、本発明の還元再酸化型半導体磁器コンデン
サ内蔵用磁器基板を用いた電子回路基板の一例を示す。

第６図において１１は絶縁層、１２はピアホール、１３
はＩＣ１１４はチップ部品を示す。

（作　用）半導体磁器用組成物からなる基板の所定の表面上に塗布
され焼成によって半導体磁器に添加される０、４０〜５
．００モル％の八Ｌｚ０３＋ＭｇＯ＋　Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ
２Ｏ３゜Ｃｏｏ、　ＮｉＯ及び５ｎＯ７からなる群から
選ばれた１種以上の添加成分、あるいは、０．４０〜５
．００モル％の＾４２２０３＋ＭｇＯ＋　Ｖ２Ｏ６，Ｃ
ｒｚＯ３＋　Ｃｏｄ、　ＮｉＯ及びＳｎＯ２からなる群
から選ばれた１種以上の第１添加成分及び２．５〜０．
０１モル％の５ｆＯｚ＋　Ｔｉ（ｈ、　Ｍｎ０ｚ＋　Ｃ
ｕＯ及びＺｎＯからなる群から選ばれた１種以上の第２
添加成分の作用を、以下に説明する。

これらの添加成分を塗布物とした場合には、この塗布物
の特徴として、塗布の有無により焼結後の収縮率が大き
く変化しない点を挙げることができる。

前記半導体磁器にＶｚＯｓ、、　Ｃｒ２０ａ＋　Ｃｏｄ
、　ＮｉＯ及びＳｎＯ□からなる群から選ばれた１押収
」−の添加成分を添加した場合には、その添加量の増加
とともに生成する半導体磁器基板の体積抵抗率は増大し
、その結果誘電率は顕著に低下する。つまり、Ａ　Ｉ！
、２０３゜ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ１、Ｃｒ２Ｏ３，Ｃｏｏ、　
ＮｉＯ及び５ｎＯｚからなる群から選ばれた１種以上の
成分の存在により、半導体磁器基板は選択的に低誘電率
の絶縁体磁器基板に転化する。

八ρｚｏｚ＋ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ，、、Ｃｒ２Ｏ２，Ｃｏｏ
、　ＮｉＯ及びＳｎｕ□からなる群から選ばれた１種以
上の添加成分を半導体磁器用ｆＪ１成物からなる基板に
塗布し、次いで還元再酸化型半導体磁器の通常の工程に
従い、大気中にＣ１２５０〜１４５０°０で焼成して前
記添加成分を基板内部に拡散させる。添加成分の拡散し
た区域は低誘電率領域に転化する。次いで還元性または
中性の雰囲気中で焼成し、しかる後に大気中にて■２焼成する。但し、八ｌ　２０＊、ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｃ
ｒ２Ｏ２，Ｃｏｏ。

ＮｉＯ及びＳｎＯ２の基板内部への拡散速度は比較的遅
いため、磁器基板の厚さが厚い場合には、基板内部への
拡散が不十分となり、誘電率の低下も鈍化する。つまり
、八ｌ−２０３１ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，Ｃ（
１ＯＮｉＯ及びＳｎＯ□からなる群から選ばれた１押収
１−添加成分を基板表面上に塗布することは、磁器基板
の厚さがさほど厚くない場合、例えば磁器基板の厚さが
０．６ｍｍ以下程度の場合に有効である。

これに対し、前記半導体磁器用組成物からなる基板に八
’　ｚＯａ、ＭｇＯ，Ｖ２Ｏ５−Ｃｒ２Ｏ３，Ｃｏｏ、
　ＮｉＯ及びＳｎＯ２からなる群から選ばれた１種以上
の第１添加成分及びＳｉＯ＋　Ｔｉｅ□、　ＭｎＯ□、
　ＣｕＯ及びＺｎＯからなる群から選ばれた１種以上の
第２添加成分を塗布した場合には、基板の厚さがおよそ
０．６ｍｍを超えても誘電率が顕著に低下する。従って
、第２添加成分はそれ自体基板内部に拡散するともに、
Ａ　Ｎ　２０゜ＭｇＯ＋　ＶｚＯｓ、Ｃｒ２Ｏ２，Ｃｏ
ｄ、　Ｎｅｏ及びＳｎｕ□の基板内部への拡散を促進す
る作用を有する。

また、第２添加成分は低誘電率の第２ｖ４域の機械的強
度を顕著に向上させる効果を有する。

半導体磁器に対する添加成分の添加量の数値限定理由は
次の通りである。第１添加成分が５．００モル％を超え
た場合には、第１添加成分が第２領域に隣接した第１　
？ｉｌ域内まで拡散して以後の工程で行われる還元再酸
化による第１領域における高誘電率化が阻害されるため
、第１　？ｉ、Ｉｌｌ域の容量が低下するので好ましく
ない。逆に０．４０モル％未満では、磁器内部への第１
添加成分の拡散量が不足するため、高誘電率から低誘電
率への転化が鈍くなる。

第２成分が２．５モル％を超えた場合には、高誘電率か
ら低誘電率への転化が鈍くなるとともに、曲げ強度で代
表される機械的強度が顕著に低下する。

逆に、０，０１モル％未満では、第１添加成分の磁器内
部への拡散を促進する効果が低下し、磁器の厚さが厚い
場合には、高誘電率から低誘電率への転化が顕著に鈍く
なるともに、機械的強度の向上が認められなくなるので
好ましくない。

（発明の効果）本発明方法によれば、２種の誘電率を有する領域からな
る磁器基板が得られるので、大容量かつつ高抵抗の複数
個のコンデンサ部をそれぞれ電気的に十分に分離された
状態で内１哉させることができ、従って回路基板、ひい
ては電子ａ器の小型化および高性能化に大きく貢献する
ことかできろ。

加えて、前記添加成分を塗布拡散させた部分つまり低誘
電率領域と高容量用領域との焼結時の収縮率がほぼ等し
いため、形状的なゆがみか少なく、厚膜工程での位置決
め精度なども通常のへｐ、２０１基板と同等である。

（実施例）次に本発明を実施例および比較例について説明する。

第１表に示す組成になるように各原料を秤取し、湿式ボ
ールミルで１２時間粉砕混合し、乾燥した。

次に大気中で１１５０°Ｃ１５時間仮焼後、湿式ボール
ミルで１８時間粉砕した。この混合物を乾燥後、メチル
セルロースを加え、押出成形によりそれぞれ第２表に示
す厚さの半導体磁器用組成物からなる基板４を得た。こ
の基板を１８．８＋＋＋＋ｎ　Ｘ　１２．５ｍｍの太き
さに打ち抜いた。基板の表および裏の両面に第３図に示
すように、基板４の中央位置でこの基板の短辺に平行に
、第２表の「基板への塗布物」の欄に示す比率に調製し
た粉末とエチルセルロースと溶剤とからなるペーストを
、上記粉末の量すなわち塗布量が基板１００モル部に対
して第２表に示すモル部になるように１．２ｍｍ幅で塗
布した。なお、比較のために塗布をしない試料も用意し
た。

バインダー成分の除去、焼きしめ及び前記塗布物の基板
内部への拡散を行うために大気中にて１３５０°Ｃで２
時間焼成した。次いで、水素ＩＯ容量％と窒素９０容量
％とからなる雰囲気中で、１１００°Ｃにおいて２時間
焼成して半導体磁器基板を得た。この半導体磁器基板を
大気中にて１０００°Ｃ１時間焼成し、磁器基板表面に
絶縁層が形成している第２図に示す還元再酸化型半導体
磁器コンデンサ内蔵用磁器基板６を得た。

このようにして得た第２図に示す磁器基板６のコンデン
サ部として用いられる高容量用領域１の両面に、第４図
に示すような形状で、１ｍｍの間隔を置いてＡｇ電極３
を焼き付けた。

次に、コンデンサ部の特性として、容量（ｎＦ）、見掛
けの誘電率、ｔａｎ　δ（χ）および容量の温度変化率
（χ）を測定した。なお、容量の温度変化率（χ）とは
、２５°Ｃの値を基準として求めた一２５°Ｃ〜→−８
５°Ｃの温度範囲における容量の変化率である。

なお、コンデンサ部の電気的な分離の状態を求めるため
に、同一平面上に位置する電極間の容量（クロス容量）
（ρＦ）を測定した。

これらの測定結果を第２表に示す。なお、第２表におい
て＊印は比較例を示し、他のものは実施例を示す。

【図面の簡単な説明】

第１０は本発明の還元再酸化型半導体磁器コンデンサ内
蔵用磁器基板の一例の断面図、第２図は第１図の磁器基
板を用いた還元再酸化型半導体磁器コンデンザ内蔵磁器
基板の断面図、第３図は本発明方法の−・例において半
導体磁器用組成物からなる基板に添加成分を供給した段
階を示す斜視図、第４図は第２図のコンデンザ内蔵磁器基板の一部の斜視
図、第５図は電子部品を取り付けた従来の磁器基板の一例の
断面図、第６図は第２図の還元再酸化型半導体磁器コンデンサ内
蔵磁器基板を用いた電子回路基板の一例の断面図である
。１・・・第１領域（高容量用領域）１八・・・絶縁層　　　　　　ＩＢ・・・半導体部分２
・・第２領域（低誘電率領域）３・・・電極４・・・基板（高誘電率半導体磁器用の組成物からなる
基板）５・・・ペースト（添加成分を含イ１するペースト）６
・・・還元酸化型半導体磁器コンデンサ内蔵用磁器基板７・・・磁器基板（ｘｚｚｏａ基板）８・・・導体配線　　　　　９・・・抵抗１０・・・チ
ンプコンデンザ　１１・・・絶縁層１２・・・ピアホー
ル　　　　１３・・・ＩＣ１４・・・チップ部品特許出願人　　日本油脂株式会社代理人弁理士　　杉　　村　　暁　　秀同

Claims

【特許請求の範囲】

１．チタン酸バリウムを主成分とする半導体磁器からな
る複数個の第１領域及び前記半導体磁器に対して０．４
０〜５．００モル％のＡｌ＿２Ｏ＿３，ＭｇＯ，Ｖ＿２
Ｏ＿５，Ｃｒ＿２Ｏ＿３，ＣｏＯ，ＮｉＯ及びＳｎＯ＿
２からなる群から選ばれた１種以上の添加成分が添加さ
れている１個以上の第２領域を具え；前記第１領域はそ
の外周に沿って絶縁層を有し、前記第１領域及び前記第
２領域は交互に隣接して配置されていることを特徴とす
る還元再酸化型半導体磁器コンデンサ内蔵用磁器基板。
２．前記第１領域の電気容量は前記第２領域の電気容量
の１０倍以上である請求項１記載の磁器基板。
３．チタン酸バリウムを主成分とする半導体磁器用組成
物からなる基板の主表面上の少なくとも１個の部分に、
Ａｌ＿２Ｏ＿３，ＭｇＯ，Ｖ＿２Ｏ＿５，Ｃｒ＿２Ｏ＿
３ＣｏＯ，ＮｉＯ及びＳｎＯ＿２からなる群から選ばれ
た１種以上の添加成分を主成分とする化合物または混合
物を塗布し、次いで焼成することを特徴とする請求項１
記載の磁器基板の製造方法。
４．チタン酸バリウムを主成分とする半導体磁器からな
る複数個の第１領域及び前記半導体磁器に対して０．４
０〜５．００モル％のＡｌ＿２Ｏ＿３，ＭｇＯ，Ｖ＿２
Ｏ＿５，Ｃｒ＿２Ｏ＿３，ＣｏＯ，ＮｉＯ及びＳｎＯ＿
２からなる群から選ばれた１種以上の第１添加成分及び
０．０１〜２．５０モルのＳｉＯ＿２，ＴｉＯ＿２，Ｍ
ｎＯ＿２，ＣｕＯ及びＺｎＯからなる群から選ばれた１
種以上の第２添加成分が添加されている１個以上の第２
領域を具え、前記第１領域はその外周に沿って絶縁層を
有し、前記第１領域及び前記第２領域は交互に隣接して
配置されていることを特徴とする還元再酸化型半導体磁
器コンデンサ内蔵用磁器基板。
５．前記第１領域の電気容量は前記第２領域の電気容量
の１０倍以上である請求項４記載の磁器基板。
６．チタン酸バリウムを主成分とする半導体磁器用組成
物からなる基板の主表面上の少なくとも１個の部分に、
Ａｌ＿２Ｏ＿３，ＭｇＯ，Ｖ＿２Ｏ＿５，Ｃｒ＿２Ｏ＿
３ＣｏＯ，ＮｉＯ及びＳｎＯ＿２からなる群から選ばれ
た１種以上の第１添加成分及びＳｉＯ＿２，ＴｉＯ＿２
，ＭｎＯ＿２，ＣｕＯ及びＺｎＯからなる群から選ばれ
た１種以上の第２添加成分を主成分とする化合物または
混合物を塗布し、次いで焼成することを特徴とする請求
項４記載の磁器基板の製造方法。