JPH04139794A - コンデンサー内蔵複合回路基板 - Google Patents

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１ 本発明は、コンデンサー、抵抗体及び電気配線用導体層
を有するコンデンサー内蔵複合回路基板に関し、とりわ
け絶縁基体及び２種類の誘電体を同時に焼成一体化して
成るコンデンサー内蔵複合回路基板に関するものである
。

［従来の技術］ 近年、各種の電子部品はＩＣ及びＬＳＩ等の半導体集積
回路素子の利用で小型化・高密度実装化が急速に進めら
れ、それに伴い前記半導体集積回路素子等を搭載する絶
縁基板も小型化とともに、より一層の高密度化が要求さ
れてきた。そこで、電気配線の微細化や多層化による高
密度化および電子回路におけるコンデンサーや抵抗等の
受動部品のチップ化が進められ、更にそれら小型化され
た受動部品を絶縁基板の両面に設けた電気配線用導体層
に接続する両面実装化が実用化されてきた。

しかし乍ら、半導体材料の著しい発達に伴って電子部品
は、より一層の小型化・高密度実装化が要求されるよう
になり、前記受動部品の小型化等ではその要求を満足す
ることが出来なくなっていた。

そこで、かかる要求に応えるべく、誘電体層と電極層と
を順次積層して形成されたコンデンサー部の片面もしく
は両面に絶縁体層を設けて同時に焼成一体化し、該絶縁
体層表面上にスクリーン印刷法等により電気配線用導体
層及び抵抗体層を形成し、該導体層及び抵抗体層を焼付
けてハイブリッド化することにより小型化・高密度化せ
んとする複合セラミック基板が提案されている　（特公
昭６２−２１２６０号公報、特公昭６３−５５７９５号
公報参照）。

［発明が解決しようとする課題１ しかし乍ら、この従来の複合セラミック基板はチタン酸
バリウム（ＢａＴｉＯｚ）及び温度補償用誘電体セラミ
ックス、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉ４０＊）チ
タン酸カルジム（ＣａＴｔＯ＋）、チタン酸マグネシム
（ＭｇｚＴｉＯａ）　、チタン酸ランタン（ＬａｚＴｉ
Ｊ７）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＣｈ）また
はチタン酸ネオジウム（ＮｄｚＴｉｚＯ２）のいずれか
を主成分とする磁器組成物を誘電体層とし、該誘電体層
等をアルミナ（Ａ１２０３）やステアタイト（ＭｇＳｉ
Ｏ＋）から成る絶縁体層で挟着して焼成一体化した場合
には、絶縁基体自体の強度が高いという利点はあるもの
の、焼成温度が１３００〜１４００°Ｃと高く、前記誘
電体層と絶縁体層とが反応してしまい所期の特性を有す
る誘電体層が得られず、かつ前記絶縁体層と誘電体層と
の焼成温度を一致させることが難しく、絶縁体層と誘電
体層との熱膨張差から誘電体層にクラックが発生し、コ
ンデンサーとしての絶縁抵抗や絶縁破壊電圧が所期の特
性値より低下してしまうという問題があった。

［発明の目的１ 本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は
主成分がＭｇＯ、Ｓｉｎ、、　ＣａＯ及びＢａＯから成
る高周波絶縁性に優れた絶縁体層と、高い誘電率を有す
るチタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）を主成分とする誘
電体層及び温度補償用誘電体セラミックスを主成分とす
る誘電体層を同時に焼成一体化でき、かつ高い静電容量
を有するコンデンサーと安定した温度特性を有する温度
補償用コンデンサーの２種類のコンデンサーを内蔵する
ことを可能とした複合回路基板を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明に係るコンデンサー内蔵複合回路基板は、チタン
酸バリウム（ＢａＴｉＯｚ）及び温度補償用誘電体セラ
ミックスを主成分とする磁器組成物を誘電体層とするコ
ンデンサー部を挟着する絶縁体層の主成分が重量比で表
わした第１図に示す下記Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆの各点
で囲まれた範囲内のマグネシア（ＭｇＯ）　、シリカ（
ＳｉＯｚ）及びカルシア（ＣａＯ）と、該マグネシア（
ＭｇＯ）　、シリカ（ＳｉＯ２）及びカルシア（ＣａＯ
）の合計１００重量部に対し、■を越え１５未満の重量
部の酸化バリウム（Ｂａｄ）とから成る絶縁体であり、
該絶縁体層がフォルステライト（ＭｇｚＳｉＯｍ）とメ
ルウィナイト（ＣａｓＭｇＳｉｚＯ３）、モンチセライ
）　（ＣａＭｇＳｉＯ４）、アカーマナイト（ＣａＭｇ
ＳｉＯ７）、エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ＋）またはワ
ルストロマイト（Ｂａｃａｚｓｉｚｏ＊）のうち少なく
とも１種の結晶相を含有し、前記誘電体層と該誘電体層
及び電極層とから形成されるコンデンサー部を挟着した
絶縁体層とは同時焼成して一体焼結体とすることを特徴
とするものである。

ＭｇＯ５ｉＯｚ　　　　Ｃａ０ Ａ　　　　５９　　　　３６　　　　５Ｂ　　　　　３
６　　　　５９　　　　５Ｃ３１５９１０ Ｄ　　　　　３１　　　　４０　　　２９Ｅ　　　　４
０　　　　３１　　　２９Ｆ　　　　　５９　　　　３
１　　　１０即ち、前記絶縁体中のＭｇＯが５９重量％
を越えると焼成温度が１３００℃を越え、前記２種類の
誘電体材料と反応性が大となり、同時焼成できず、その
上、結晶相としてペリクレース（ＭｇＯ）が析出し耐湿
性が劣化する。他方、３１重量％未満ではコンデンサー
部の絶縁抵抗値及び絶縁破壊電圧が低下してしまい実用
範囲を越えてしまう。

また、５ｉＯｚが５９重量％を越えると絶縁体層の熱膨
張率が低下し、該絶縁体層と前記誘電体層との熱膨張差
により、該誘電体層にクラックが発生し、所期の誘電体
特性が得られない。他方、３１重量％未満では焼成温度
が１３００°Ｃ以上となり、前記２種類の誘電体材料と
同時焼成できない。

一方、ＣａＯが２９重量％を越えると誘電体材料との反
応性が大となり、前記２種類の誘電体材料と同時焼成で
きず、かツＣａ５ｉＯ：ｌまたはＣａｚＳｉ０４等のカ
ルシウムケイ酸塩が析出し耐湿性の劣化と共に、コンデ
ンサー部の絶縁抵抗値及び絶縁破壊電圧が低下し実用範
囲を越える。また、５重量％未満では絶縁体層の熱膨張
率が低下し、前記と同様の理由により、誘電体層にクラ
ックが発生し、所期の誘電体特性が得られない。

また、ＢａＯが１５重量％以上となると絶縁体層の熱膨
張率が低下し、１重量％以下の場合には焼成温度が１３
００°Ｃ以上となり、いずれも前記同様の問題を生じる
。

故に、前記絶縁体層の主成分は前記範囲に特定される。

尚、より望ましくは、第１図の下記Ａ’、Ｂ’、Ｃ’Ｄ
”、Ｅ”、Ｆ”の各点で囲まれた範囲内のマグネシア（
！ｌ１ｇｏ）、シリカ（ＳｉＣ１ｚ）及びカルシア（Ｃ
ａＯ）と、該マグネシア（ＭｇＯ）　、シリカ（Ｓｉｎ
２）及びカルシア（ＣａＯ）の合計１００重量部に対し
、ｌを越え１０未満の重量部の酸化バリウム（Ｂａｄ）
に特定される。

ＭｇＯ５ｉＯｚ　　　Ｃａ０ Ａ　　　５５　　　４０　　　５ Ｂ’　　　４５　　　５０　　　５ Ｃ”　　４０　　　５０　　１０ Ｄ　　　４０　　　４０　　２０ Ｅ　　　４５　　　３５　　２０ Ｆ’　　　５５　　　３５　　１０ ［作用ｌ コンデンサー部を挟着した絶縁体層の主成分であるマグ
ネシア（ＭｇＯ）　、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（
ＣａＯ）及び酸化バリウム（Ｂａｄ）を前記範囲内とな
る様に調整することにより、前記絶縁体材料をチタン酸
バリウム（ＢａＴｉＯ２）及び温度補償用誘電体セラミ
ックスを主成分とする誘電体材料が焼結する１２２０°
Ｃ乃至１２８０°Ｃの焼成温度にて同時に焼成し、焼成
一体化された絶縁体層にフォルステライト（にｇｚｓ１
０４）結晶相以外に、該フォルステライト結晶相と異な
る熱膨張率を有するメルウィナイト（Ｃａ。

Ｍｇ５ｉｚＯ４）、モンチセライト（ＣａＭｇＳｉ０４
）、アカーマナイト（ＣａｚＭｇＳｉｚＯｔ）、エンス
タタイト（ＭｇＳｉＯ，）またはワルストロマイト（Ｂ
ａＣａ、Ｓｉ、Ｏｑ）の結晶相を少なくとも１種形成す
ることにより、前記絶縁体の熱膨張率を調整できること
から、焼成一体化後の熱応力の発生が極めて少なくなる
。

また、絶縁体層の主成分に酸化バリウム（Ｂａｄ）を添
加することにより、絶縁体層の焼成温度を低くすること
ができることから、誘電体材料との拡散による反応が阻
止される。

［実施例１ 次に本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板を第２図に
示す実施例に基づき詳細に説明する。

第２図は本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板の一実
施例を示す断面図である。

図において、■は絶縁体層、２．２′はコンデンサー部
、３は電気配線用導体で、前記コンデンサー部２．２′
は交互に積層されたチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）
を主成分とする誘電体層４と電極層５及び温度補償用誘
電体セラミックを主成分とする誘電体層４”と電極層５
゛とから成る。

前記絶縁体層１は、その組成が第１図に示す下記Ａ、Ｂ
、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆの各点 ＭｇＯＳｔ、□Ｃａ０ Ａ　　　５９　　　３６　　　５ Ｂ　　　３６　　　５９　　　５ Ｃ３１５９１０ Ｄ　　　３１　　　４０　　２９ Ｅ　　　４０　　　３１　　２９ Ｆ　　　５９　　　３１　　１０ で囲まれた範囲内のＭｇＯ、ＳｉＯ□及びＣａＯと、該
ＭｇＯ、ＳｉＯ□及びＣａＯの合計１００重量部に対し
、１を越え１５未満の重量部のＢａＯとから成るセラミ
ック原料粉末を混合し、該混合物を１０００″Ｃ乃至１
３００℃の温度で仮焼する。その後、前記仮焼物を粉砕
したセラミック粉末に適当な有機バインダー、分散剤、
可塑側及び溶媒を添加混合して泥漿物を作り、該泥漿物
を例えば従来周知のドクターブレード法等によりシート
状に成形し、得られたグリーンシートを複数枚積層した
ものから絶縁体層が形成される。

また、前記コンデンサー部２．２゛はＢａＴｉＯ３及び
温度補償用誘電体セラミックスを主成分とする微粉の誘
電体材料に有機バインダーや溶媒等を添加混合して調製
した泥漿物を従来周知の引き上げ法等によりシート状に
成形する。次いで前記グリーンシート上に銀・パラジウ
ム（Ａｇ−Ｐｄ）　合金ペーストを従来周知のスクリー
ン印刷法等により所定の電極パターンに被着し、電極層
５．５′を成形する。

尚、絶縁体層１及びコンデンサー部２．２°の上下面の
導通をはかるため、絶縁体及び誘電体のグリーンシート
には打ち抜き加工等によりスルホール部６が形成され、
該スルホール部６には前記合金ペーストが充填されてい
る。

次いで、前記絶縁体とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３
）及び温度補償用誘電体セラミックスを主成分とする誘
電体の各グリーンシートを夫々積層して熱圧着し、得ら
れた積層体を大気中、２００℃乃至４００°Ｃの温度で
脱バインダーし、その後、１２２０℃乃至１２８０°Ｃ
の温度にて焼成一体層することにより、コンデンサー部
２．２゛を内蔵した絶縁基板を得る。

とりわけ、前記コンデンサー部２．２゛は高い誘電率を
有するチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を主成分とす
る誘電体層４の上下面に温度補償用誘電体セラミックス
を主成分とする誘電体層４′を積層して形成することに
より、同時に焼成一体層するに際して前記誘電体層中の
拡散速度の大なるＴｉ及びＢａの移動を抑制することが
可能となり、コンデンサー部の温度特性の劣化が防止で
きる。

かくして前記焼成一体層した絶縁体層１表面にＡｇ−Ｐ
ｄ系の電気配線用導体パターン及び酸化ルテニウム（Ｒ
ｕｓｔ）等の抵抗パターンを夫々印刷形成し、大気中お
よそ８５０℃の温度で焼成して抵抗体７を有するコンデ
ンサー内蔵複合回路基板が得られる。

また、電気配線用導体パターンを銅（Ｃｕ）を主成分と
するもので形成する場合には、硼化ランタン（ＬａＢｈ
）や酸化スズ（ＳｎＯ２）等を主成分とする抵抗体材料
で抵抗パターンを成形し、窒素雰囲気中およそ９００℃
の温度で焼成することにより、前記同様のコンデンサー
内蔵複合回路基板が得られる。

尚、前記絶縁体層１に残留する不可避不純物として、酸
化鉄（ＦｅｚＯ＋）及びアルミナ（Ａｌ□０．）の総量
は、ＭｇＯ、Ｓｉｎ、、ＣａＯ及びＢａＯの総量を１０
０重量部とした場合、５重量部以下であればコンデンサ
ー部の各種特性を劣化させることはない。

次に実験例に基づき本発明を説明する。

絶縁体層の組成が第１表に示す組成比となるように、Ｍ
ｇＯ、Ｓｉｎ、、　ＣａＯ及びＢａＯから成るセラミッ
ク原料粉末を混合し、該混合物を１１００℃乃至１２５
０℃の温度で仮焼を行った。その後、前記仮焼物を所望
の粒度に粉砕調整し、得られた原料粉末に適当な有機バ
インダー及び溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに
、該泥漿物をドクターブレード法により厚さ約２００μ
■のグリーンシートを成形し、しかる後、該グリーンシ
ートに打ち抜き加工を施し、１７０＋ｓｍ角の絶縁体シ
ートを得た。

一方、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）及び第２表に
示す温度補償用誘電体材料を主成分とする夫々の原料粉
末に適当な有機バインダー及び溶媒を添加混合して泥漿
状となすとともに、該泥漿物を引き上げ法により夫々の
コンデンサーの容量設定のため厚さ２０μ層乃至６０μ
ｍのグリーンシートを成形し、しかる後、該グリーンシ
ートに打ち抜き加工を施し、夫々１７０ｍｍ角の高容量
及び温度補償用の誘電体シートを得た。

次いで、前記２種の誘電体シートにスクリーン印刷等の
厚膜印刷法によりＡｇ−Ｐｄ合金ペーストを用いて約１
１乃至１０ｍ−角の電極パターンを必要とする静電容量
に応じて印刷形成した。

また、前記絶縁体シート及び夫々の誘電体シートに予め
形成されたスルホール部にもスクリーン印刷法等により
Ａｇ−Ｐｄ合金ペーストを充填した。

しかる後、前記絶縁体シートの間に、チタン酸バリウム
から成る誘電体シートの積層体の上下面に温度補償用誘
電体セラミックスから成る誘電体シートを夫々複数枚積
層したものを挾み込み、熱圧着し、得られた積層体を大
気中２００°Ｃ乃至４００°Ｃの温度で脱バインダーし
、続いて第１表に示す温度にて大気中で焼成した。

上記評価試料によりＬＣＲメーターを使用して高容量及
び温度補償用コンデンサー部の電極眉間の短絡の有無を
確認した後、ＪＩＳ　Ｃ５１０２の規定に準して前記Ｌ
ＣＲメーターにより周波数Ｉ　ＫＨｚ、入力信号レベル
１．ＱＶｒｍｓの測定条件にて、高容量コンデンサー部
の静電容量を測定し、該静電容量から比誘電率（ε、）
を算出し、一方、温度補償用コンデンサー部の一５５°
Ｃ乃至１２５℃における静電容量を測定して、該静電容
量の変化率を温度係数（ＴＣＣ）として算出した。また
、前記各コンデンサー部の絶縁抵抗値は２５Ｖの直流電
圧を印加し６０秒後に測定した抵抗値とし、絶縁破壊電
圧はコンデンサー部の端子間に毎秒１００■の昇圧速度
で電圧を印加した時の漏れ電流値が１．０＋ａＡを越え
た瞬間の電圧値とした。

一方、絶縁体層の結晶相は、前記評価試料を使用してＸ
線回折を行い、評価試料表面のＸ線回折パターンにより
同定した。また、絶縁体層及び各誘電体層の熱膨張率は
、それぞれ前記評価試料と同一組成である縦３■Ｉ、横
３ｆｌＩ１１、長さ４０ｍｍの角棒状の試験片を前記評
価試料の焼成と同時に焼成し、４０″Ｃ乃至８００°Ｃ
の温度範囲における平均熱膨張率を測定した。

更に、絶縁体層はそれぞれ前記評価試料と同一組成のグ
リーンシートを圧着積層し前記評価試料の焼成と同時に
焼成した焼結体から巾１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１
．２＋＊ｍの平板状の試験片を作製し、支点間距離を３
０ｆｌ１１１とし、該支点間中央部を毎分０　、５＋ａ
ｍの速度で荷重を加えて三点曲げ試験を行い、絶縁体層
の抗折強度を測定した。

以上の結果を第１表及び第２表に示す。

［以下余白］ （発明の励果］ 本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板によれば、マグ
ネノア、シリカ、カルシア及び酸化バリウムを主成分と
する高周波絶縁性に優れた絶縁体層と高い誘電率を有す
るチタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）及び各種温度補償
用誘電体セラミックスを主成分とする誘電体層とが互い
に反応することなく低温度で同時に焼成一体層すること
が可能となる上、前記絶縁体層と誘電体層の熱膨張率を
互いに極めて近似したものとすることができることから
、誘電体層にクラック等の欠陥を生ぜず、絶縁抵抗及び
絶縁破壊電圧に優れた高い静電容量を有するコンデンサ
ー部と温度特性に優れた温度補償用コンデンサー部を同
時に内蔵することができるとともに、更に、絶縁体層の
強度を高くかつ該絶縁体層上に電気配線用導体層を強固
に被着さセることができ、その結果、ハイブリッド基板
等に最適な小型化・高密度化されたコンデンサー内蔵複
合回路基板を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の絶縁体層の組成の一部であるＭｇＯ、
Ｓｉｎ及びＣａＯの組成範囲を示す三元系図、第２図は
本発明のコンデンサー内蔵複合回路基板の一実施例を示
す断面図である。 １　　　：　絶縁体層 ２．２゛　：　　コンテンサ一部 ４．４゛：　誘電体層 ５．５゛：　電極層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘電体層の上下面に電極層を設けてコンデンサー
   部を形成し、該コンデンサー部を絶縁体層で挟着したコ
   ンデンサー内蔵複合回路基板において、上記誘電体層が
   チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ＿３）及び温度補償用誘
   電体セラミックスを主成分とする磁器組成物から成り、
   コンデンサー部を挟着した絶縁体層の主成分が、重量比
   で表わした第１図に示す下記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの
   各点で囲まれた範囲内のマグネシア（ＭｇＯ）、シリカ
   （ＳｉＯ＿２）及びカルシア（ＣａＯ）と、該マグネシ
   ア（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ＿２）及びカルシア（Ｃ
   ａＯ）の合計１００重量部に対し、１を越え１５未満の
   重量部の酸化バリウム（ＢａＯ）とから成ることを特徴
   とするコンデンサー内蔵複合回路基板。 ▲数式、化学式、表等があります▼
2. （２）前記絶縁体層がフォルステライト（Ｍｇ＿２Ｓｉ
   Ｏ＿４）とメルウイナイト（Ｃａ＿３ＭｇＳｉ＿２Ｏ＿
   ８）、モンチセライト（ＣａＭｇＳｉＯ＿４）、アカー
   マナイト（Ｃａ＿２ＭｇＳｉ＿２Ｏ＿７）、エンスタタ
   イト（ＭｇＳｉＯ＿３）またはワルストロマイト（Ｂａ
   Ｃａ＿２Ｓｉ＿３Ｏ＿９）のうち少なくとも１種の結晶
   相を含有することを特徴とする請求項１記載のコンデン
   サー内蔵複合回路基板。
3. （３）前記誘電体層と該誘電体層及び電極層とから形成
   されるコンデンサー部を挟着した絶縁体層とは同時焼成
   して一体焼結体としたことを特徴とする請求項１及び２
   記載のコンデンサー内蔵複合回路基板。