JPH0483737A

JPH0483737A - 誘電体磁器組成物及びその製造法並びにそれを用いた配線基板

Info

Publication number: JPH0483737A
Application number: JP2196529A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Yano; 信介矢野; Hirofumi Yamaguchi; 浩文山口; Takami Hirai; 隆己平井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1992-03-17
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2778815B2

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】（技術分野）本発明は、誘電体磁器組成物及びその製造法並びにそれ
を用いた配線基板に係り、特に高周波集積回路（ＭＩＣ
）用の配線基板等に適する高周波用誘電体磁器組成物や
、それを製造する方法、更にはそれを用いて得られた配
線基板に関するものである。

（背景技術）携帯電話等の高周波機器の発展に伴い、それらに使用さ
れるＭＩＣにも、小型で高性能なものが要求されるよう
になってきている。そして、そのようなＭＩＣ配線基板
に必要な誘電体磁器には、以下のような特性が要求され
ているのである。即ち、先ず、（１）比誘電率（εｒ）
が高いこと。この比誘電率が高いと、成る決まった周波
数で使用する場合、共振回路やインダクタンスやコンデ
ンサの小型化が可能になるのである。また、（２）Ｑ値
が高いこと。磁器のＱ値が高いと、これを使用した共振
回路やインダクタンスのＱ値を高くすることが出来る。

更に、（３）誘電率の温度係数や形成した共振回路の共
振周波数の温度係数が小さいこと。

そして、（４）導体配線が多層構造に出来ること。また
、（５）導体の抵抗が小さいこと。この導体の抵抗が太
きいと、共振回路やインダクタンスのＱ値が小さくなり
、導体線路の伝送損失が大きくなるからである。

ところで、従来から、この種の誘電体磁器組成物として
は、例えば特公昭５Ｅ１２０９０５号公報には、Ｂａ０
−ＴｉＯ□系若しくはその一部を他の元素で置換したも
のが、また特公昭５９−２３０４８号公報には、Ｂ　ａ
　（Ｍｇ＋７：＋　Ｔａｚｚ３）０３等の複合ペロプス
カイト構造を持った組成のものが、更に特公昭５４−３
５６７８号公報には、Ｔｉ０ｚ　−ＺｒＯｚ−３ｎＯｚ
若しくはその一部を他の元素で置換したものが、更にま
た特公昭５６−２６３２１号公報には、Ｂａ０−Ｔｉｅ
□ＲＥ２０．系（ＲＥ：希土類金属）のものが、それぞ
れ、明らかにされている。

しかしながら、それら従来の誘電体磁器組成物は、誘電
率が大きいものの、目的とする配線基板を得るべく、そ
の内部に導体路を多層構造に設けようとすると、導体と
してＰｔ、Ｐｄ等の導通抵抗の大きな導体材料しか使用
出来ない問題があった。そのような誘電体磁器組成物は
、その焼成温度が高いために、融点の低いＡｇ系やＣｕ
系やＡＵ系等の導通抵抗の小さな導体材料を使用するこ
とが出来ないからである。

また、かかる誘電体磁器組成物として、アルミナ、ステ
アタイト或いはフォルステライト等のセラミックスから
なる低価格なものも知られているが、それらは温度係数
が大きく、更に導体路を多層構造に設けようとすると、
上記と同様の理由によって、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ等の
導通抵抗の大きな導体材料しか使用出来ないという問題
を内在するものであった。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その課題とするところは、誘電率が
大きく、且つ温度係数が小さい、しかも導通抵抗が小さ
な導体を内蔵することが可能な誘電体磁器組成物を提供
することにあり、またそのような誘電体磁器組成物を製
造する方法、更にはそのような誘電体磁器組成物を用い
た配線基板を提供することにある。

（解決手段）すなわち、本発明は、かかる課題を解決するために、多
くの誘電体磁器の組成について種々検討した結果見い出
された事実に基づいて完成されたものであり、その要旨
とするところは、コージェライト系組成のガラスとＴｉ
Ｏ□との混合粉末を焼成してなり、生成したコージェラ
イト結晶質母権中に前記ＴｉＯ□粒子が分散して存在す
る誘電体磁器組成物にして、前記ガラスとＴｉＯ□とが
、下式：％式％（但し、χニガラスの重量％ｙ：Ｔｉｏ□の重量％）を満足する割合において、用いられていることを特徴と
する誘電体磁器組成物にある。

また、本発明にあっては、かかる誘電体磁器組成物を得
るために、上記の如き割合において二成分を均一に配合
して得られる混合粉末を用い、この混合粉末から成形さ
れた成形体を、１１００”Ｃ以下の温度で焼成し、緻密
化すると共に、コージェライト系組成のガラス成分を結
晶化して、得られる誘電体磁器組成物中にコージェライ
ト結晶質相を母相として生成せしめることを特徴として
いる。

さらに、本発明は、上記の如くして得られる磁器（誘電
体磁器組成物）を誘電体として用い、この誘電体内に、
少なくとも一つの導体路を内蔵せしめてなる配線基板を
も、その要旨とするものである。

なお、このような誘電体磁器組成物を与える混合粉末に
は、必要に応じて、その１００重量部に対して、誘電率
が３０以下のフィラー粉末が、合計量で３０重量部を越
えない割合において、更に配合せしめられることとなる
。

（具体的構成）ところで、かかる本発明に従う誘電体磁器組成物を与え
る混合粉末は、コージェライト系組成のガラスとＴｉＯ
□の二成分を、前弐を満足するような割合において配合
せしめる必要があり、その範囲から外れると、本発明の
目的を充分に達成することが出来なくなる。即ち、コー
ジェライト系組成のガラス粉末の割合（１重量％）が７
０重量％よりも少なくなり、一方、Ｔ　ｉ　Ｏ２粉末の
割合（７重量％）が３０重量％を越えたりすると、低温
度での焼成が困難となり、１１００″Ｃ以下の焼成温度
で混合粉末を充分に緻密化することが困難となり、更に
は結晶化が困難となるのである。

そして、本発明において、かがるコージェライト系組成
のガラスは、得られる誘電体磁器組成物にコージェライ
トの優れたマイクロ波誘電特性を付与すると共に、低温
焼結性を得るために用いられるものであって、主結晶が
コージェライトとなるガラス組成であれば、基本的には
問題なく、公知の各種のコージェライト系組成のガラス
を用いることが出来るが、本発明では、ＳｉＯ□　：２
５〜６５重量％、ＭｇＯニア〜２５重量％、Ａ　Ａ　２
０３　：１０〜４５重量％、Ｂ２Ｏ３：０〜２０重量％
なる組成のガラスが有利に用いられる。かかる範囲内の
ＳｉＯ□、　Ｍ　ｇ　Ｏ、Ａ　ｌ　ｚ　Ｏ：＋の採用に
よって、１１００°Ｃ以下での焼成、緻密化がより効果
的に行なわれ得るからであり、またＢ２Ｏ３の割合が２
０重量％を越えるようになると、焼結体の耐水性が悪く
なるからである。なお、これらの成分の他にも、アルカ
リ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、Ｚｒ０ｚ
、ＺｎＯ１ＰｂＯ等の金属酸化物が、必要に応じて、焼
結性を向上させるために、また、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ。

Ｎｉ、Ｃｕや希土類金属の酸化物が着色するために、そ
れぞれ、ガラス成分として添加され得、更に結晶化促進
の核生成剤として、Ｔｉ０ｚがガラス成分に加えられて
も、回答差支えない。また、そのようなガラス成分の他
にも、成る程度の不純物が、ガラスの製造工程から考え
て、混入するようになる。

なお、このようなコージェライト組成のガラスは、公知
の各種のガラス化手法によって調製され得るものであり
、通常、各原料成分を目的とするコージェライト系組成
を与える割合で配合してなる混合物を溶融せしめ、その
溶融物を急冷却してガラス化することによって得られ、
そしてそれが粉砕されて、用いられることとなる。また
、このようなコージェライト系組成のガラス粉末は、そ
の焼結性を高めるために、その粒径を小さくすることが
望ましく、一般に２０μｍ以下、特に１〜１０μｍ程度
の粒度の粉末として用いられることが望ましい。

また、本発明において、Ｔｉ０ｚは、得られる誘電体磁
器組成物の誘電率や共振周波数の温度係数を変化させる
ために添加される。このＴｉＯ□を添加することによっ
て、共振周波数の温度係数は、その添加量に応してプラ
ス側に変化する。従って、誘電体磁器組成物がコージェ
ライト系組成のみからなる場合には、その共振周波数の
温度係数は、おおよそ−８０〜−４０ｐｐｍ／’Ｃとな
るのであるが、ＴｉＯ７を添加することによって、その
温度係数を高めることが出来、更にはプラス側に大きく
することが出来る。また、Ｔ　ｉ　Ｏ２は、誘電率が約
１００と大きいところから、それの添加により、誘電体
磁器組成物の誘電率を大きくすることが出来るのである
。

なお、かかるＴ　ｉ　Ｏｚ粉末は、通常、非常に微細な
ものであるところから、コージェライト系組成のガラス
の焼結性を妨げ易く、そのために、かかるＴ　ｉ　０２
を１５重景％以上添加する場合にあっては、予め仮焼し
て、その粒径を成る程度大きくしておくことが望ましい
。例えば、そのような仮焼によって、ＢＥＴ比表面積が
２ｍ２／ｇ程度以下となるような粒子とされるのである
。

本発明は、かくの如きコージェライト系組成のガラスと
Ｔ　ｉ　Ｏ２との所定割合の混合粉末を用いて、目的と
する誘電体磁器組成物を得るものであるが、またかかる
混合粉末には、必要に応じて、更に所定のフィラー粉末
を配合せしめることが可能である。そのようなフィラー
粉末としては、アルミナ、石英、ムライト　フォルステ
ライト、石英ガラス等を挙げることが出来る。中でも、
アルミナ、石英、ムライト　フォルステライト等の誘電
率が３０以下の結晶質のものは、誘電率が小さいため、
添加しても、得られる誘電体磁器組成物の誘電率を余り
大きくすることは出来ないが、アルミナは強度を高める
ことが出来、また石英、ムライト、フォルステライトは
、熱膨張係数を調節するこ七が出来るところから、必要
に応して添加されることとなる。また、石英ガラスのよ
うな耐火性の高いガラスは、上記の誘電率が３０以下の
結晶質のものと同等に扱うことが出来る。なお、このよ
うなフィラー粉末の添加量は、それらの合計量において
、混合粉末の１００重量部に対して３０重量部以下とな
るようにされる。そのようなフィラー粉末の配合量が多
くなると、１１００″Ｃ以下の温度で充分に緻密化しな
くなるからである。

そして、本発明にあっては、このようにしてコージェラ
イト系組成のガラスとＴｉｅ、とを所定割合において配
合せしめ、更に必要に応して所定のフィラー粉末を添加
して均一に配合して得られる混合粉末を用い、この混合
粉末がら常法に従って成形された成形体を、焼成して緻
密化せしめ、更にコージェライト系組成のガラス成分を
結晶化させて、コージェライト結晶質相を生成せしめる
ことにより、かかる生成コージェライト結晶質母相中に
ＴｉＯ□粒子が分散して存在する誘電体磁器組成物を得
るのである。

なお、かかる焼成操作に際しては、１１００　’Ｃ以下
の焼成温度が採用され、その焼成によって緻密化されて
、一般に気孔率が６％程度以下の緻密な焼結体とされる
。また、かがる焼成温度の下限は８００°Ｃ程度である
。更に、かがる焼結体中におけるコージェライト系組成
のガラス成分の結晶化は、焼成温度で保持することによ
り、焼成操作と同時に或いはそれに引き続いて行なうこ
とが出来る。この結晶化のための温度としては、８５０
°Ｃ〜１１００°Ｃ程度の温度が採用される。そして、
このようなコージェライト系組成のガラス成分の結晶化
により、目的とする誘電体磁器組成物、即ちコージェラ
イト結晶質母相中にＴｉＯ□粒子が分散して存在する磁
器が得られることとなるのである。勿論、コージェライ
ト系組成のガラス成分の結晶化により生ずる主結晶はコ
ージェライトであるが、ガラスの組成によっては、更に
ムライトフォルステライト、スピネル等の結晶質が析出
する場合があり、また若干の非晶質相が残るのは避は得
ない。

また、本発明において、上記の如き誘電体磁器組成物を
誘電体とする配線基板を製造するに際しては、前述の如
きコージェライト系組成のガラスとＴｉＯ□との所定割
合の混合粉末を用いて、従来と同様にして行なわれるこ
ととなるが、−ｉに、かかる混合粉末から得られたグリ
ーンシートを用い、それに、適当な導体ペーストを用い
て所定パターンの導体路を印刷等の手法によって形成す
る一方、そのようなグリーンシートを積層して、−体化
せしめ、そしてそれらグリーンシートや導体路（導体ペ
ースト）を同時焼成することによって、目的とする配線
基板を得ることが出来る。特に、本発明にあっては、前
記混合粉末を用いたグリーンシートの焼成、更には結晶
化が１１００″Ｃ以下で行なわれ得るところから、導体
として、ＡｇＡｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ−Ｐ
ｄ等のＡｇ系や、公知の各種のＣｕ系の導体、更にはＡ
ｕ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ−Ｐｄ等のＡ
ｕ系の導体を用いることが出来るのである。

従って、このような導通抵抗の小さなＡｇ系やＣｕ系や
Ａｕ系の導体は、１１．００″Ｃ以下の焼成条件下では
溶融することがなく、誘電体磁器組成物と同時焼成する
ことが出来るところから、低抵抗の導体の内蔵化が可能
となるのである。

第１図には、このようにして得られた配線基板の断面構
造の一例が示されている。そこにおいて、２は、コージ
ェライト系組成のガラスとＴｉｅ。

との混合粉末から形成された誘電体磁器組成物からなる
誘電体であり、この誘電体２の内外に、各種の導体路、
例えばその内部に位置する内蔵導体路４、その表面に位
置する表面導体路６、更にはアース導体路８が積層形態
において設けられている。また、かかる誘電体２の内外
には、従来と同様に、抵抗１０も設けられている。

このような構造の配線基板において、本発明にあっては
、誘電体２を与える材料として、１１００°Ｃ以下での
焼成及び結晶化が可能な混合粉末を用いるものであると
ころから、導体路（４，６゜８）の材料として、導通抵
抗の小さな低融点導体、例えばＡｇ系導体やＣｕ系導体
等を用い、誘電体２と共に、同時焼成することが出来、
以て低抵抗の導体路（４，８）を内蔵した配線基板が有
利に実現され得ることとなったのである。

（実施例）以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に
明らかにするこきとするが、本発明が、そのような実施
例の記載によって何等の制約をも受けるものでないこと
は、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

実施例　１下記第１表に示されるコージェライト組成を与えるよう
に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、石英（ＳｉＯ□）、
アルミナ（Ａｉ！、２０３）、硼酸（Ｈ，ＢＯ，）等の
成分原料をそれぞれ秤量し、アルミナ乳鉢により充分混
合した。次いで、この得られた混合物を、白金ルツボ中
において、１６００℃の温度で溶融せしめた後、水中に
投下して急冷することにより、各種のコージェライト系
組成のガラスを得た。その後、それらガラスを、アルミ
ナポット及びアルミナボールを使用して、それぞれ湿式
粉砕した後、乾燥せしめ、以下の誘電第表の範囲で測定し、その結果を、下記第２表に示した。な
お、測定周波数は８〜１２ＧＨｚであった。

また、第２表中において、Ｑは、ＩＯｃ；Ｈｚでの値に
換算しである。

かかる第２表の結果から明らかなように、本発明に従う
Ｎｏ、　１〜２７の誘電体磁器組成物にあっては、何れ
も、９００〜１０００°Ｃの温度下での焼成にて緻密化
された焼結体となり、誘電率、無負荷Ｑ、共振周波数の
温度係数（τ、）において、改善され得ることが認めら
れる。これに対して、比較例であるＮｏ、２８及びＮｏ
、２９の誘電体磁器組成物にあっては、９００〜１００
０°Ｃの焼成温度でこのようにして得られた各種のコー
ジェライト系組成のガラス粉末とＴｉＯ□粉末とを、下
記第２表に示される重量比となるように秤量して、ポリ
エチレンボット及びアルミナボールを使用して、それぞ
れ湿式混合せしめた。次いで、この得られた混合物を、
それぞれ乾燥した後、バインダとしてＰＶＡを加え、よ
く混合して、４０メツシユの篩を通すことにより、造粒
した。このようにして調製して得られた各種粉体を、そ
れぞれ、プレス成形機を使い、面圧：　１　ｔｏｎ　７
ｃｍ２にて、２０＋＋。

φＸ１２＋１１１１１ｔのサイズの円板状のサンプルを
成形した。次いで、このようにして成形した各サンプル
を、空気中において、９００〜１０００°Ｃの温度で、
３０分間焼成した。更に、この焼成して得られた各サン
プルを、研磨によって、１６ｍｍφ×８圓５の大きさに
整えた。

かくして得られた各種のサンプルについて、その誘電率
と無負荷Ｑを、公知の平行導体板型誘電体共振器法によ
ってそれぞれ測定し、またその共振周波数の温度係数（
τ、）を−２５°Ｃ〜７５°Ｃ実施例　２実施例１における第２表の誘電体磁器Ｎ０２７の配合組
成の混合粉末を用い、これと、アクリル系有機バインダ
、可塑剤、トルエン及びアルコール系溶剤とを、アルミ
ナポット及びアルミナボールを用いてよく混合し、スラ
リーとした後、このスラリーから、ドクターブレード法
によって０．１＋１１１１１〜１．０Ｍ厚みのグリーン
テープを作製した。

一方、Ａｇ系粉末、アクリル系有機バインダ及びテルピ
ネオール系有機溶剤を、三本ローラを用いた混線機によ
りよく混練せしめ、印刷用の導体ペーストを調製した。

なお、抵抗ペーストとしては、市販の厚膜回路用のもの
を準備した。

次いで、これらのペーストを用いて、前記グリーンテー
プ上に導体配線パターンやアース層及び抵抗を印刷した
。また、コンデンサのパターンや分布定数回路での原理
に従い、ストリップライン型やリング型の共振回路やイ
ンダクタンスになるように導体パターンを印刷した。そ
して、これらの導体パターンが印刷されたグリーンテー
プを、所定の順番で重ねた後、１００°Ｃの温度で１０
０ｋｇ　／　ｃｍ　”の圧力を加えて、積層一体化せし
めた。

なお、各導体層の接続は、グリーンテープにパンチング
等により形成したスルーホールに導体ペーストを充填し
て、実現した。その後、かかる積層一体化物を５００°
Ｃの温度で脱バインダした後、９００°Ｃ×３０分間の
条件で焼成し、同時にコージェライト系組成のガラス成
分の結晶化を行ない、第１図に示される如き構造の配線
基板を得た。

なお、このようにして得られた配線基板の表面の導体パ
ターンは、パターン精度、接着強度、耐ハンダ性を考慮
して、基板の焼成後、新たに表面パターン用の導体ペー
ストを印刷し、焼成することにより、形成した。この場
合、表面用の導体ペーストには、市販の厚膜回路用のＡ
ｇ／Ｐｔ系やＡｇ／Ｐｄ系を使用し、また市販のＣｕペ
ーストも使用した。

かくして、共振回路やコンデンサが基板の内部に内蔵さ
れたＭＩＣ回路用の配線基板が得られ、しかもそのよう
な基板においては、導体（Ａｇ系）の抵抗が小さいため
に、損失の小さな共振回路、コンデンサ若しくはインダ
クタンスや伝送損失の小さな伝送線路が得られることと
なり、これによって、高周波特性の極めて優れた多層Ｍ
ＩＣ基板を実現することが出来た。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、誘電
率が大きく、しかも温度係数が小さい、導通抵抗の小さ
な導体を内蔵することが可能な誘電体磁器組成物を得る
ことが出来、またそのような誘電体磁器組成物を主とし
て構成するコージェライト系組成のセラミックは、マイ
クロ波誘電特性が優れているところから、優れた性能の
ＭＩＣ配線基板を実現することが出来るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う配線基板の断面構造の一例を示
す断面図である。２：誘電体　　　　　４：内部導体路６：表面導体路　　　８：アース導体路１ｏ：ｍ抗Ｗｉ１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コージェライト系組成のガラスとＴｉＯ＿２との
混合粉末を焼成してなり、生成したコージェライト結晶
質母相中に前記ＴｉＯ＿２粒子が分散して存在する誘電
体磁器組成物にして、前記ガラスとＴｉＯ＿２とが、下式：７０≦χ＜１０００＜ｙ≦３０ χ＋ｙ＝１００（但し、χ：ガラスの重量％ｙ：ＴｉＯ＿２の重量％）を満足する割合において、用いられていることを特徴と
する誘電体磁器組成物。
（２）前記混合粉末の１００重量部に対して、誘電率が
３０以下のフィラー粉末が、合計量で３０重量部を越え
ない割合において、更に配合せしめられていることを特
徴とする請求項（１）記載の誘電体磁器組成物。
（３）コージェライト系組成のガラスとＴｉＯ＿２とを
、下式：７０≦χ＜１０００＜ｙ≦３０ χ＋ｙ＝１００（但し、χ：ガラスの重量％ｙ：ＴｉＯ＿２の重量％）を満足する割合において均一に配合して得られる混合粉
末を用い、この混合粉末から成形された成形体を、１１
００℃以下の温度で焼成し、緻密化すると共に、前記ガ
ラスを結晶化して、コージェライト結晶質相を生成せし
めることを特徴とする誘電体磁器組成物の製造法。
（４）前記混合粉末の１００重量部に対して、誘電率が
３０以下のフィラー粉末が、合計量で３０重量部を越え
ない割合において、更に配合せしめられている請求項（
３）記載の誘電体磁器組成物の製造法。
（５）誘電体と、該誘電体内に設けられた少なくとも一
つの導体路とを有する配線基板において、該誘電体を、
コージェライト系組成のガラスの割合をχ重量％、Ｔｉ
Ｏ＿２の割合をｙ重量％としたとき、それら二成分が、
下式：５０≦χ＜１０００＜ｙ≦３０ χ＋ｙ＝１００を満足するような割合にて配合せしめられてなる混合粉
末を焼成することにより形成され、且つ生成したコージ
ェライト結晶質母相中に前記ＴｉＯ＿２粒子が分散して
存在せしめられてなる磁器にて構成したことを特徴とす
る配線基板。
（６）前記混合粉末の１００重量部に対して、誘電率が
３０以下のフィラー粉末が、合計量で３０重量部を越え
ない割合において、更に配合せしめられている請求項（
５）記載の配線基板。
（７）前記導体路が、Ａｇ系導体またはＣｕ系導体また
はＡｕ系導体にて形成されている請求項（５）または（
６）記載の配線基板。