JPH0262021A

JPH0262021A - 粒界絶縁型半導体磁器基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0262021A
Application number: JP21243388A
Authority: JP
Inventors: Masato Nagano; 長野　正登; 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: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1990-03-01

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等を
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
ンデンサ相互間に容量（以下クロス容量という）が大き
いため信号の漏洩憤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．ＳｒＴｉＯ３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、Ｃａｎ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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Ｃａｂ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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５ｉｌｌ□、　ＴｉＯ□、　ＭｎＯ□、　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
４５．１〜０．１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の製造方法に関するものである。

なお、上記低誘電率用成分、および低誘電率用組成物を
構成する成分は、すべて酸化物として記述したが、その
炭酸塩をも包含するものである。

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ものとする。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１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Ｓ
ｒＴｉＯ３を主成分とする粒界絶縁型半導体磁器が知ら
れている。

ＳｒＴｉＯ３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、Ｙ２Ｏ，、Ｎｂ、Ｏ，Ｔａ２Ｕｓ、　Ｗ
Ｏ，および１、ａ２０３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とも１種の原子
価制御剤が用いられる。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。

ＩＡｎＯ，、Ｃｕｂ、　５ｉｎ２．　Ｚｒ０ｚなどの添
加剤はその例である。

一方、主成分のＳｒＴ　ｉ０３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、
Ｓｒ対Ｔ１の比を１：１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３〜６図を参
照して説明する。

先ず、第１段階として：１）誘電率１５０００以」二の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、形成体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０．１ｍ
ｌ１１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（ために大気中６００〜１２００℃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
生ずる（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
重皇比が８１□０３／ＣＩＪＯ／エチルアルコール−０
，７１０、３／１０またはＰｂＯ／エチルアルコール−
１／１０である懸濁液等にドブ漬けした後に、大気中に
て１１００℃〜１３００℃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１である。かくして、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
場合にＡｇ、　Ａｕ、　ＡＩ、　Ｎｉ、　Ｃｕ、　２ｎ
、　Ａｇ−Ｐｄなどの電極３を焼きつけることにより、
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
容重、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、本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、著しく強度が
工場する。

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Ｃａｂ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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Ｃａｂ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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
Ｓｉｎ□、　Ｔｉｎ２．　ＭｎＯ７，ＣｕＯおよびＺｎ
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、焼結体としての形状的なゆがみは例
えばＡｌ２Ｏ３および５ＩＯ２の混合物を塗布物とした
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Ｃａｂ、　ＳｒＯ
およびＢａＯ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、Ｃａｎ、
　ＳｒＯおよびＢａＯ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、Ｃａｂ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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、Ｃａｂ、　ＳｒＱおよびＢａＯの磁器内部への
拡散速度は比較的遅いため、成形体くすなわち磁器）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Ｃａｂ、　ＳｒＯおよ
びＢａＯ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、成形体くすなわち磁器
）の厚さがさほど厚くない場合、例えば磁器の厚さが０
．６ｍｌ！！以下程度以下台に有効である。

これに対し、Ｃａｂ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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５ｉｎ２．　Ｔｉｅ□、　ＭｎＯ□、　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組成物
を塗布した場合には、磁器の厚さがおよそ０．６＋ｎｍ
を超えても誘電率が顕著に低下する。従って、Ｓｉｎ、
、　Ｔｉｎ、、　ＭｎＯ７，ＣｕＯおよび２ｎＯはそれ
自体磁器内部に拡散するとともに、［ａＯ，ＳｒＯおよ
びＢａＯの成形体内部への拡散を促進する作用を有する
。

また、５ｉ０２．　Ｔｉｎ、、　ＭｎＯ２，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。ＳｉＯ□、Ｔｉｎ□、　ＭｎＯ□、　Ｃｕｒ
ｌ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Ｃａｎ、　ＳｒＯおよびＢａＯ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１．６化までであるので、塗布面積
当り２０ｍｇ／　ａｍ２以下の塗布量で十分である。２
０ｍｇ／　０ｍ２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種以上の誘電率を有する領域か
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、Ｃａｎ、　ＳｒＯおよびＢａＯからなる群から測
定した少なくとも１種の成分とＳｉｎ、、　ＴｉＯ２，
ＭｎＯ２゜ＣｕＯおよびＺｎＯからなる群から選定した
少なくとも１種の成分とを併用した場合には、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ＡＩ□０３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表に示す組成物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℃、５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
ｍｍ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
からなるぺ゛−ストを、上記粉末の壷が成形体における
塗布面積当り、第２表に示す値（ｍｇ／　ｃｍ’）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化中で９００℃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℃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Ｂｉ２Ｏ，／ＣｕＯ／エチルアルコール
ー０．７１０．３／１０の懸濁液にドブ漬は後、１２５
０℃、３０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板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、ｌ　ｍｍの間隔を置いてＡ
ｇ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（％）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℃の値
を基準として求めた一２５℃〜＋８５℃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、厚さ１５ｍｍの試
験片を切り出し、第６図に示すように試料片を配置して
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　１２．５　ｍｍ）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（ｍｍＸ第４図においてそれぞれβ１およびβ２で示
す）を測定し、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゛低誘電率用組
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β１．
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
る高誘電率組成分からなる成形体の主表面上に、ＣａＯ
，ＳｒＯおよびＢａＯ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Ｃ
ａＯ，ＳｒＯ，およびＢａＯ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。