JPH0243715A

JPH0243715A - 粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0243715A
Application number: JP19351488A
Authority: JP
Inventors: Masato Nagano; 長野　正登; Michiaki Sakaguchi; 坂口　道明; Akira Nakachi; 中地　章; Kazuhito Narumi; 鳴海　一仁
Original assignee: Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1990-02-14

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、２種以上の誘電率を有し、複数個のコンデン
サを内蔵する種々の電子回路用基板あるいは基体に用い
ることができる粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法に
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、抵抗などを有し、さ
らにチップ形態のコンデンサおよびインダクタンスなど
を実装している。しかし、この基板はその役割がただ単
に前記電子部品類を載せることにあるため、いわば電気
機能的には空間となっており、この空間内すなわち基板
内に前記電子部品の一部を移すことによって、さらに小
型化を計る試みが行われている。具体的な例として、誘
電体シートを多層化することによりコンデンサを基板内
に内蔵させて小型化する技術が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、誘電体シートを多層化したタイプのコンデンサ
内蔵基板は、誘電体シートと電極材料とを交互に積層し
て多層化するため、工程が煩雑になるとともに、内蔵コ
ンデンサ相互間の容量（以下クロス容量という）が大き
いため信号の漏洩ｌを無視出来ないという問題点を有す
る。すなわち、コンデンサ内蔵基板を、基板内に複数個
のコンデンサがそれぞれ電気的に十分に分離された状態
で、しかも簡便な方法で形成することは、従来全く困難
であった。

本発明の目的は、誘電率の高い粒界絶縁型半導体磁器か
らなる複数個のコンデンサを、それぞれ電気的に十分に
分離され、さらに機械的強度の低下がなく、かつ形状的
なゆがみのない状態で内蔵させることのできる磁器基板
の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、第１段階として、５ｒＴｉ０３を主成分とし
原子価制御剤を含有する高誘電率組成物からなる成形体
の主表面上に、ＶｚＯｓ＋　ＣｒｚＯ，Ｃｏｏ、　Ｎｉ
ＯおよびＳｎＯ□からなる群から選ばれた少なくとも１
種の低誘電率用成分を、あるいはＶｚＯｓ、ＣｒｚＯ３
，ＣｏＯ，ＮｉＯおよびＳｎＯ２からなる群から選ばれ
た少なくとも１種の成分５５．０〜９９．９モル％とＳ
　Ｉ　Ｏｚ　＋　Ｔ　ｌ　Ｏｚ　＋　Ｍ　ｎ　Ｏｚ　＋
　ＣＬＩ　ＯおよびＺｎＯからなる群から選ばれた少な
くとも１種の成分４５．０〜０．１モル％とからなる低
誘電率用組成物を、複数個の領域が画成されるように供
給し；第２段階として前記低誘電率用成分を前記成形体
の内部に拡散させ；第３段階として結晶粒界を絶縁する
ことを特徴とする粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法
に関するものである。

本発明方法の好適例では、拡散を焼成により行う。この
場合には拡散に特別な工程を必要とせず、通常粒界絶縁
型磁器基板の製造上必要とされる焼成工程の中で拡散が
実現されるという利点がある。

ここに「低誘電率用成分」または［低誘電率用組成物」
とは、高誘電率成形体を低誘電率に変えるために加えら
れる成分または組成物を意味するせのとする。また「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種の誘電率を有
する粒界絶縁型半導体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部
分に電極が形成されている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、１はコンデ
ンサとして用いられる高誘電率領域であり、２は内蔵コ
ンデンサ相互間の容量を低下させるための低誘電率領域
であり、３はコンデンサの電極であり、６は粒界絶縁型
半導体磁器基板である。

コンデンサとして用いられる高誘電率領域ｌにおいて、
その誘電率は１５０００以上とするのが好ましい。この
場合にはセラミックの厚さが変化したとしても、コンデ
ンサ容量として１０００ｐＦ以上のものを形成すること
ができ、汎用されているセラミックチップコンデンサの
内のかなり多くの種類のコンデンサを磁器内に形成する
ことができる。

また、コンデンサを構成する磁器としては誘電率のほか
に誘電損失（ｔａｎδ）、温度特性などの性能が良好な
ものが求められている。それらを満足するものとして５
ｒＴｉＯ１を主成分とする粒界絶縁型半導体磁器が知ら
れている。

５ｒＴｉＯ，を主成分とする粒界絶縁型半導体磁器の構
成成分として、Ｙ、０．Ｎｂｚ０５．Ｔａ２０５．ＷＯ
３およびＬａ２Ｏ３をはじめとするランタン系列元素酸
化物からなる群から選ばれた少なく１種の原子価側ｆ′
Ｉｌｌ剤が用いられる。さらに、高誘電率を得るには、
磁器の結晶粒子径を大きくする必要があるが、そのため
に適当な添加剤を加えることも行われる。

ＭｎＯ□、ＣｕＯ，ＳｉＯ□、　ＺｒＯ□などの添加剤
はその例である。

一方、主成分の５ｒＴｉ０３については、その温度特性
、誘電率、誘電損失などの大きさを調整するために、Ｓ
ｒ対Ｔｉの比をに１から若干変化させたり、Ｓｒの一部
をＣａおよびＢａで置換することも可能である。

上述の組成を有する高誘電率領域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３〜５図を参
照して説明する。

先ず、第１段階として：１）高誘電率組成物からなる成形体４を押出成形法、ド
クターブレード法などにより得る。

２）第３図に示すように、成形体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、上述の低
誘電率用成分または低誘電率用組成物を、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、ペーストの塗布幅としては０．１
ｍｍ以上、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）成形体中および塗布ペースト中のバインダー成分を
除くために大気中６００〜１２００°Ｃで仮焼する。

４）この仮焼体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雰囲気、あるいは窒素、
アルゴンなどの中性雰囲気中において、１３２０〜１４
５０℃で焼成して半導体磁器を得る。またこの過程で、
塗布したペースト５中の低誘電率用成分または低誘電率
用組成物は成形体の内部に拡散し、半導体磁器基板６が
生成する（第４図参照）。

しかる後に、第３段階として：５）この半導体磁器の結晶粒界を絶縁するため、例えば
重量比が旧ｚｏｚ／ＣｕＯ／エチルアルコール＝０．７
１０．３／１０またはＰｂＯ／エチルアルコール＝　１
／１０である懸濁液にドブ漬けした後に、大気中にて１
１００°Ｃ〜１３００’ｃで焼成する。これによりペー
スト５を塗布した部分は低誘電率磁器２となり残りの部
分は高誘電率磁器ｌである。か（して、高誘電率磁器１
と低誘電率磁器２とからなる粒界絶縁型半導体磁器基板
６が得られる。

なお、粒界絶縁型半導体磁器基板６の主表面上の所望の
場所にＡｇ＋Ａｕ＋ＡＩ＋Ｎｉ＋Ｃｕ＋Ｚｎ＋Ａｇ−Ｐ
ｄなどの電極３を焼き付けることにより、コンデンサを
形成することができる。

なお、低誘電率化の確認は、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。

また、零発・明方法により得られる磁器基板の基板とし
ての強度は、高誘電率領域のみの場合より著しく向上す
る。

上述のように、本発明方法によりコンデンサとしての特
性が良好で、クロス容量の大幅な低減を示すコンデンサ
を内蔵させることができ、かつ、機械的強度が良好な基
板を製造することができる。

（作　用）粒界絶縁後に高誘電率磁器を形成する成形体の所定の表
面上に塗布されるＶ２Ｏ，Ｃｒ２Ｏ：ｌ、Ｃｏｏ、Ｎｉ
ＯおよびＳｎＯ□からなる群から選ばれた少なくとも１
種の低誘電率用成分、またはＶｚ０５．Ｃｒ２０１．Ｃ
ｏｏ、ＮｉＯおよびＳｎＯ□からなる群から選ばれた少
なくとも１種の成分５５．０〜９９．９モル％とＳｉＯ
２、Ｔｉ０ｚ、Ｍｎ０ｚ、ＣｕＯおよびＺｎＯからなる
群から選ばれた少なくとも１種の成分４５．０〜０．１
モル％とからなる低誘電率用組成物の作用を、以下に説
明する。

まず、これらの低誘電率用成分または組成物を塗布物と
した場合には、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。これにより１、焼結体としての形状的なゆがみは
例えばＡｌｚ（ｈとＳｉｎｇとの混合物のみを塗布物と
した場合よりも顕著に軽減され、優れた寸法安定性が得
られる。

前記高誘電率組成物からなる成形体にＶ２Ｏ１，Ｃｒ２
０３ＣｏＯ，ＮｉＯおよびＳｎＯ□からなる群から選ば
れた少なくとも１種の成分を添加した場合には、その添
加量の増加とともに半導体磁器の結晶粒径は小さくなり
、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、Ｖ２Ｏ，、Ｃｒ２０ｚ、　Ｃｏｏ、　Ｎｉ
ＯおよびＳｎＯ□からなる群から選ばれた少なくとも１
種の成分の存在により、高誘電率組成物は選択的に低誘
電率組成物に転化する。

次に、Ｖ２Ｏ３，ＣｒｚＯ＊＋　Ｃｏｄ、　ＮｉＯおよ
びＳｎＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成
分を高誘電率組成物からなる成形体に塗布し、次いで粒
界絶縁型半導体磁器の通常の工程に従い、空気中焼成に
より脱バインダー後に、中性または還元性の雰囲気中で
焼成することにより、塗布物は磁器内部へ拡散し、拡散
域は低誘電率領域に転化する。

但し、Ｖ２Ｏ５Ｉ　ＣｒｚＯｉ＋　Ｃｏｄ、　ＮｉＯお
よび５ｎＯｚの磁器内部への拡散速度は比較的遅いため
、成形体（すなわち磁器）の厚さが厚い場合には、磁器
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、Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，Ｃｏｏ、　ＮｉＯおよ
びＳｎＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成
分を成形体表面に塗布することは、成形体（すなわち磁
器）の厚さがさほど厚くない場合、例えば磁器の厚さが
０．６ｍｍ以下程度の場合に有効である。

これに対し、Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，Ｃｏｄ、　ＮｉＯ
およびＳｎＯ□からなる群から選ばれた少なくとも１種
の成分５５．０〜９９．９モル％と５ｉ０２．　ＴｉＯ
２、ＭｎＯ２、　ＣｕＯおよびＺｎＯからなる群から選
ばれた少なくとも１種の成分４５．０〜０．１モル％と
からなる低誘電率用組成物を塗布した場合には、磁器の
厚さがおよそ０．６価を超えても誘電率が顕著に低下す
る。従って、Ｓｉｎｇ、　Ｔｉ０ｚ、　Ｍｎ０ｚ＋　Ｃ
ｕＯおよびＺｎＯはそれ自体磁器内部に拡散するととも
に、Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ２，Ｃｏｄ。

ＮｉＯおよびＳｎＯ□の成形体内部への拡散を促進する
作用を存する。

また、Ｓ＋Ｏｚ＋　Ｔ＋Ｏｚ＋　Ｍｎ０ｚ、　ＣｕＯお
よびＺｎＯは、低誘電率領域の機械的強度を顕著に向上
させる効果を有する。

低誘電率用組成物における組成の数値限定理由は次の通
りである。ＳｉＯ２、　Ｔｉ０ｚ、　Ｍｎ０ｚ、　Ｃｕ
ＯおよびＺｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種
の成分が、４５．０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、０．１モル％未満では、ＶＺＯ５＋　Ｃｒ２Ｏ２
，Ｃｏ。

ＮｉＯおよびＳｎＯ□の磁器内部への拡散促進効果が低
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。

所要の塗布量は成形体の厚さによって変化し、厚くなる
ほど塗布量が増加するが、通常多用されている回路磁器
基板の厚さは最大で１．６ｍｍまでであるので、塗布面
積当り２０ｍｇ／ｃｍ２以下の塗布量で十分である。２
０ｍｇ／ｃｍ２を超えて塗布した場合には、機械的強度
が大幅に低下するので好ましくない。

（発明の効果）本発明方法によれば、２種以上の誘電率を存する領域か
らなる磁器基板が得られるので、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蔵させる
ことができ、従って回路基板、ひいては電子機器の小型
化および高性能化に大きく貢献することができる。

また、Ｖ２Ｏ５，Ｃｒｚ（ｈ＋　Ｃｏｄ、　ＮｉＯおよ
びＳｎＯ□からなる群から選定した少なくとも１種の成
分とＳ＋Ｏｚ＋ＴｉＯ２，ＭｎＯ２，ＣｕＯおよびＺｎ
Ｏからなる群から選定した少なくともＬ種の成分とを併
用した場合（こは、拡散により低誘電率化した領域は、
高誘電率領域より機械的強度がさらに増大しており、製
造工程での破損などの不良発生を軽減することもできる
。

加えて、低誘電率用成分または組成物を塗布拡散させた
部分つまり低誘電率領域と高誘電率領域との焼結時の収
縮率がほぼ等しいため、形状的なゆがみが少なく、厚膜
工程での位置決め精度なども、通常のＡｊ２ｚ（ｈ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。

次に空気中１１５０°Ｃ１５時間で仮焼後、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
す厚さの成形体を得た。この成形体を１８．８ｍｍ　Ｘ
　１２．５＋＋ｕｎの大きさに打ち抜いた。成形体の表
および裏の両面に第３図に示すように、成形体４の中央
位置で成形体の短辺に平行に、第２表の「成形体への塗
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
わち塗布量が成形体における塗布面積当り、第２表に示
す値（ｍｇ／ｃｍＱ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。

バインダー成分を除くために大気中で９００°Ｃにおい
て２時間仮焼した。次いで、水素１０容量％と窒素９０
容量％とからなる雰囲気中で、１４００°Ｃにおいて４
時間焼成し、約２０％焼結収縮した半導体磁器を得ると
ともに、前記塗布物を磁器内部へ拡散させた。この半導
体磁器を重量比でＢｉｔ’ｓ／Ｃｕｂ／エチルアルコー
ル＝　０．７１０．３／１０の懸濁液にドブ漬は後、１
２５０°Ｃ１３０分間空気中にて焼成して結晶粒界に絶
縁層を形成させた。

このようにして得た第４図に示す半導体磁器基Ｆｉ、６
のコンデンサ部として用いられる高誘電率領域１の両面
に、第５図に示すような形状で、１　ｍｍ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、ｔａｎδ（％）および容量の温度変化率を
測定した。なお、容量の温度変化率とは、２５°Ｃの値
を基準として求めた一２５°Ｃ〜十８５°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）
　　（ｐＦ）を測定した。

また、半導体磁器基板について、第４図のＡおよびＢで
示す線上に沿って切断し、幅２ｍｍ、長さ１５ｍｍの試
験片を切り出し、第６図に示すように試験片を配置して
３点曲げ試験を行い、曲げ強度を測定した。

また、成形体（１８，８ｍｍ　Ｘ　１２．５ｍｍ　）の
短辺の長さ１２．５ｍｍに対し、焼き上がった磁器基板
の高誘電率領域および低誘電率領域における対応する長
さ（ｎ＋＋ｎ）（第４図においてそれぞれＬおよび１２
で示す）をＩＩＪ定し、次式により焼結による収縮率を
求めた。

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１図は本発明方法により製造した粒界絶縁型半導体磁
器基板の１例の断面図、第２図は第１図の磁器基板を用いたコンデンサ内蔵磁器
基板の断面図、第３図は本発明方法において成形体に低誘電率用成分ま
たは組成物を供給した段階を示す斜視図、第４図は本発
明方法において低誘電率用成分または組成物を成形体の
内部に拡散させた段階を示す斜視図、第５図は第２図のコンデンサ内蔵基板の一部の斜視図、第６図は曲げ試験における試験片の配置を示す斜視図で
ある。１・・・高誘電率領域（高誘電率磁器、コンデンサ部）
２・・・低誘電率領域（低誘電率磁器）３・・・電極４・・・成形体（高誘電率組成物からなる成形体）５・
・・ペースト（低誘電率用成分または低誘電μ用組成物
を含有するペースト）６・・・粒界絶縁型半導体磁器基板Ａ、Ｂ・・・試験片を切り出した際の切断ライン１、．
１２・・・焼結後の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

１．ＳｒＴｉＯ＿３を主成分とし原子価制御剤を含有す
る高誘電率組成物からなる成形体の主表面上に、Ｖ＿２
Ｏ＿５、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、ＣｏＯ、ＮｉＯおよびＳｎＯ
＿２からなる群から選ばれた少なくとも１種の低誘電率
用成分を、複数個の領域が画成されるように供給し、前記低誘電率用成分を前記成形体の内部に拡散させ、しかる後に結晶粒界を絶縁することを特徴とする粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法
。
２．前記高誘電率組成物からなる成形体の主表面上に、
Ｖ＿２Ｏ＿３、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、ＣｏＯ、ＮｉＯおよび
ＳｎＯ＿２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成
分５５．０〜９９．９モル％とＳｉＯ＿２、ＴｉＯ＿２
、ＭｎＯ＿２、ＣｕＯおよびＺｎＯからなる群から選ば
れた少なくとも１種の成分４５．０〜０．１モル％とか
らなる低誘電率用組成物を複数個の領域が画成されるよ
うに供給する請求項１記載の方法。
３．前記拡散を焼成により行う請求項１または２項記載
の方法。