JPH08167776A

JPH08167776A - アルミナ質配線基板

Info

Publication number: JPH08167776A
Application number: JP6308577A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kataura; 英則片浦; Masaya Hashimoto; 昌也橋本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｍｏ及びＷの合計量に対するＷの割合が３０
重量％以上である金属粉末を５〜３０重量％含有するア
ルミナ層を含んで構成されるデカップリングコンデンサ
をその内部に有するアルミナ質配線基板。【効果】製造プロセスにおける条件の変化等により、
電極層の厚さ、各誘電体層の厚さ、アルミナ絶縁体層の
厚さ等が変化しても、誘電体層の比誘電率を一定の値に
維持することができ、一定の静電容量のデカップリング
コンデンサを有するアルミナ質配線基板を再現性良く製
造することができる。また、電極層の厚さ、各誘電体層
の厚さ、アルミナ絶縁体層の厚さ等が変化しても、誘電
体層の比誘電率が変化しないので、前記条件を自由に設
定することができ、アルミナ質配線基板の設計を容易に
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミナ質配線基板に関
し、より詳細には内部にＷ等の金属粉末を含有する誘電
体層を有するアルミナ質配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高速化や高周波化に伴
い、電子部品に使用される信号も年々、高周波化が進行
している。このため、通信機器や大型コンピュータ等に
使用されるセラミックス回路基板やＬＳＩパッケージ等
においても、この高周波化に対応した製品が求められて
いる。

【０００３】このような高周波化に対応した製品とし
て、例えば動作周波数が高周波化された論理回路として
のＬＳＩにおいて発生するスイッチングノイズ等を効果
的に除去するために、デカップリングコンデンサが装備
されたＬＳＩパッケージやセラミックス多層配線基板
（以下、ＬＳＩパッケージとセラミックス多層配線基板
の両者を含めてセラミックス多層配線基板と記す）等が
提案されている。

【０００４】従来からセラミックス多層配線基板にデカ
ップリングコンデンサを装備する方法として、セラミッ
クス多層配線基板の外部にコンデンサを取り付ける方法
とセラミックス多層配線基板の内部にコンデンサを形成
する方法とがあった。

【０００５】セラミックス多層配線基板の外部にコンデ
ンサを取り付ける場合、コンデンサを取り付けるための
配線をセラミックス多層配線基板の内部に引き回し、そ
の配線を外部に引き出してコンデンサを取り付けなけれ
ばならない。

【０００６】このように外部にコンデンサを取り付ける
方法では、コンデンサの材質等は制限されず、今までに
用いられている種々の特性を有するセラミックスコンデ
ンサ等の中から要求特性を満足するものを選んで取り付
ければよいという利点を有する。しかしながらこの方法
においては、外部コンデンサを取り付けるために余分の
配線を引き回して形成しなければならず、そのための工
程が必要となり、また外部コンデンサを取り付けるため
の余分の空間も必要となるという問題点があった。

【０００７】一方、その内部にコンデンサを有するセラ
ミックス多層配線基板を製造する場合には、コンデンサ
の原料となるセラミックス粉末を用いて形成され、その
両面に電極が印刷されたグリーンシートを、アルミナ粉
末を主成分とするグリーンシート積層体の内部に挟み、
この積層体を焼成することによりセラミックス多層配線
基板の内部にセラミックスコンデンサを形成していた。
この方法では、アルミナ多層配線基板を製造する際に同
時にデカップリングコンデンサも形成できるため、製造
工程を簡略化することができ、また外部に余分の空間を
確保する必要がないので、小型化することができるとい
う大きな利点を有する。

【０００８】ところで、従来よりセラミックスコンデン
サの材料としては、ＴｉＯ₂ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＳｒＴｉ
Ｏ₃ 等が知られており、また近年は、温度特性を改善し
たＭｇＴｉＯ₃ −ＣａＴｉＯ₃ 、Ｂａ（Ｍｇ、Ｔａ、
Ｘ）Ｏ₃ 、Ｂａ（Ｚｎ、Ｎｂ）Ｏ₃ −Ｂａ（Ｚｎ、Ｔ
ａ）Ｏ₃ 、ＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｂ₂ Ｏ₃ −ＴｉＯ₂ 、Ｂ
ａＯ−Ｓｍ₂ Ｏ₃ −５ＴｉＯ₂ 等のセラミックス系の材
料を使用したコンデンサが知られている。

【０００９】しかし、アルミナ多層配線基板の製造にお
いては、ＷやＭｏ等の導体金属をアルミナ粉末と同時焼
成することにより電気回路を形成しており、これらの金
属を酸化させないように還元性雰囲気下、１５００〜１
６５０℃の高温で焼成を行なっていた。そのため、上記
した従来から使用されているセラミックスの原料粉末グ
リーンシートを内部に積層して焼成すると、高温の還元
性雰囲気で焼成している最中にこれらの材料に水素が作
用して半導体化反応や還元反応等が進行する。その結果
コンデンサ内部で短絡や変質等が生じ、実際上、アルミ
ナ多層配線基板の内部にセラミックスコンデンサを形成
することは困難であるという問題点があった。

【００１０】一方、金属をセラミックス中に分散させる
ことにより単位体積当たりの誘電率を向上させることが
できることは古くから知られており、この方法を適用し
て金属粉末をセラミックス中に分散させることにより内
部にデカップリングコンデンサを形成したアルミナ多層
配線基板も提案されている。

【００１１】このような内部コンデンサが形成されたア
ルミナ多層配線基板の例として、特開平３−８７０９１
号公報には、アルミナ多層配線基板の内部に、基材とす
るアルミナと、５〜５０重量％のＭｏ及びＷの内の１種
以上を含んで構成された誘電体層が形成されたアルミナ
多層配線基板が開示されている。

【００１２】図１は前記公報に記載されたアルミナ多層
配線基板を模式的に示した断面図であり、図中、１２は
誘電体層を示している。

【００１３】このアルミナ多層配線基板の内部には、Ｍ
ｏ等の金属粉末が分散したアルミナ層（誘電体層）１２
が、通常４０〜５０μｍの厚さで形成されており、この
誘電体層１２の両面（上下面）にはＷよりなる内部電極
層１３が形成され、この誘電体層１２と内部電極層１３
とでコンデンサ層１４が構成されている。またコンデン
サ層１４のさらに両側（上下面）には、通常その厚さが
０．５〜０．６ｍｍのアルミナセラミックスからなる絶
縁体層１１が形成されている。そしてこの誘電体層１２
の両面に形成された内部電極層１３はスルーホール１５
を通じて表面電極１６と接続されている。従って、この
アルミナ多層配線基板にＬＳＩ等の電子部品が実装され
た場合には、内部のコンデンサ層１４がデカップリング
コンデンサとして機能し、ノイズ等を効果的に除去する
ことができる。

【００１４】次に、このような構成の前記アルミナ多層
配線基板の製造方法を説明する。まず、アルミナ粉末、
ＭｏＯ₃ 、ＷＯ₃ 等の金属酸化物粉末及び焼結助剤をボ
ールミル等に入れて混練した後に乾燥させ、前記乾燥に
より固結した粉末を解砕する。次に、この混合粉末にバ
インダ及び溶剤等を添加してスラリーを調製し、このス
ラリーを用いて、ドクターブレード法等の方法によりテ
ープ化した後に再び乾燥させる。次に、前記方法により
得られたテープを適当な長さに切断してコンデンサ用グ
リーンシートを作製し、該コンデンサ用グリーンシート
の上下面に各々Ｗ又はＭｏ等の高融点金属を主成分とす
る導電ペーストを塗布又は印刷して内部電極用の層を形
成する。さらに内部電極用の層を介してコンデンサ用グ
リーンシートの上下に、スルーホール等を形成したアル
ミナグリーンシートを積層し、該スルーホールに前記導
電ペーストを流し込み、乾燥させた後に焼成し、アルミ
ナ多層配線基板の製造を完了する。コンデンサ用グリー
ンシート内部に存在するＭｏＯ₃ 、ＷＯ₃ は前記焼成に
より還元され、Ｍｏ、Ｗ金属となる。なお、前記アルミ
ナグリーンシートの所定表面には表面電極層１６となる
層を形成しておく。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のデカップリングコンデンサの製造方法において
は、グリーンシートの積層体を焼成する際に、Ｗからな
る電極が誘電体層に拡散し、その拡散層の厚さや濃度が
様々な条件、例えばＷ電極層の厚さ、誘電体層の厚さ、
アルミナ絶縁体層の厚さ等に依存するため、それらの条
件が変動すれば形成される誘電体層の誘電率も変動し易
いという課題があった。

【００１６】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、その内部のＷ電極層の厚さ、誘電体層の厚
さ、アルミナ絶縁体層の厚さ等の多少の変動によっても
その誘電率が変動しにくく、安定した静電容量値を有す
るデカップリングコンデンサを内蔵したアルミナ質配線
基板を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るアルミナ質配線基板は、Ｍｏ及びＷの合
計量に対するＷの割合が３０重量％以上である金属粉末
を５〜３０重量％含有するアルミナ層（以下、誘電体層
と記す）を含んで構成されるデカップリングコンデンサ
をその内部に有することを特徴としている。

【００１８】本発明に係るアルミナ質配線基板は、誘電
体層が、Ｍｏ及びＷの合計量に対するＷの割合が３０重
量％以上である金属粉末を５〜３０重量％含有するアル
ミナ層である他は、従来のデカップリングコンデンサを
その内部に有するアルミナ質配線基板と異ならないた
め、ここでは誘電体層以外の説明を省略する。

【００１９】まず、前記誘電体層の両側に形成する内部
電極の材質は導電性や耐久性等を考慮するとＷが好まし
い。また、前記誘電体層中のＷ粉末の平均粒径は０．５
〜３μｍが好ましく、Ｍｏ粉末の平均粒径は０．５〜３
μｍが好ましい。Ｍｏ及びＷの合計量に対するＷの割合
が３０重量％未満であると、電極層の厚さ、各誘電体層
の厚さ、及びアルミナ絶縁体層の厚さ等の変化により、
電極層よりの金属が拡散して形成される金属拡散層の厚
さや濃度が変化するため誘電体層の比誘電率も変化し、
アルミナ質配線基板の内部に一定の静電容量を有するデ
カップリングコンデンサを再現性よく形成することがで
きなくなる。図５はその一例を示したグラフであり、縦
軸に比誘電率の変化率を、横軸にＭｏ及びＷの合計量に
対するＷの割合をとっている。Ｍｏ及びＷの合計量に対
するＷの割合が３０重量％未満になると、比誘電率の変
化率が３％を超えている。

【００２０】またＭｏとＷの合計含有量が３０重量％を
超えると、ショート発生の確率が高まる。図６はその一
例を示したものであり、縦軸にショート率を、横軸に金
属含有量をとっている。図６より明らかなように、金属
含有量が３０ｗｔ％を超えると、急激にショート率が上
昇している。

【００２１】本発明に係るアルミナ質配線基板において
は、電極層の厚さ、各誘電体層の厚さ、及びアルミナ絶
縁体層の厚さを、通常形成する条件の範囲内で変化させ
ても、誘電体層の比誘電率が一定値に保たれる。

【００２２】

【作用】上記構成のアルミナ質配線基板によれば、Ｍｏ
及びＷの合計量に対するＷの割合が３０重量％以上であ
る金属粉末を５〜３０重量％含有するアルミナ層を含ん
で構成されるデカップリングコンデンサをその内部に有
するので、前記誘電体層への電極層の拡散が抑制され、
製造プロセスにおける条件の変化等により、電極層の厚
さ、各誘電体層の厚さ、アルミナ絶縁体層の厚さ等が変
化しても、誘電体層の比誘電率は一定の値に維持され、
一定の静電容量のデカップリングコンデンサを有するア
ルミナ質配線基板が再現性良く製造される。

【００２３】また、通常の範囲内であれば、電極層の厚
さ、各誘電体層の厚さ、アルミナ絶縁体層の厚さ等が変
化しても、誘電体層の比誘電率は変化しないので、前記
条件を自由に設定することができ、アルミナ質配線基板
の設計が容易になる。

【００２４】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るアルミナ質配
線基板の実施例を図面に基づいて説明する。製造される
アルミナ質配線基板の構造自体は、図１に示した従来の
ものと変わらないため、ここではその詳しい説明は省略
し、前記アルミナ質配線基板の製造方法について簡単に
説明する。

【００２５】まず、誘電体層用グリーンシートの作製工
程について説明する。

【００２６】平均粒径が２μｍ、その純度が９９％以上
のアルミナ粉末１００重量部に、焼結助剤として酸化カ
ルシウム（平均粒径２μｍ、純度９９％以上）を２重量
部、二酸化ケイ素（平均粒径２μｍ、純度９９％以上）
を２重量部、酸化マグネシウム（平均粒径２μｍ、純度
９９％以上）を２重量部添加し、さらに混合媒体として
有機溶剤を加えて湿式混合を行った。この混合後の粉末
に、高誘電率付与剤として平均粒径が２μｍのＭｏ０₃
を１２〜１６重量部、平均粒径が２μｍのＷＯ₃ を３〜
７重量部添加し、有機溶剤中で粉砕混合してスラリーを
調製した。Ｍｏ０₃ が１４重量％でＷＯ₃ が５重量％の
場合を実施例１、Ｍｏ０₃ が１２重量％でＷＯ₃ が７重
量％の場合を実施例２、Ｍｏ０₃ のみが１９重量％の場
合を比較例１、Ｍｏ０₃ が１６重量％でＷＯ₃ が３重量
％の場合を比較例２とする。

【００２７】次に、このスラリーを用いてドクターブレ
ード法によりグリーンシートを作製し、その後は「従来
の技術」において説明した方法と同様にしてアルミナグ
リーンシート及びその両面にＷ電極を形成した誘電体層
用グリーンシートを積層し、ビアホール等を形成するこ
とによりグリーンシートの積層体を得た。この積層体を
水素を含む窒素雰囲気下に、１６００℃で３時間焼成す
ることによりアルミナ質多層配線基板の製造を完了し
た。なお、上記各実施例及び比較例のいずれの場合にお
いても、電極層の厚さを約１０〜約３５μｍ、各誘電体
層の厚さを約３０〜約５５μｍ、アルミナ絶縁体層の厚
さを約２００〜約１４００μｍの範囲内で変化させ、ア
ルミナ配線基板に形成された誘電体層の比誘電率を求め
た。その結果を図２〜４に示している。

【００２８】なお、比誘電率（ε_r ）を測定するため
に、同じ条件のサンプルを１０個製造した。また、比誘
電率（ε_r ）の測定については、インピーダンスアナラ
イザーにより周波数１ｋＨｚでその静電容量を測定し、
電極面積と厚さとの関係より比誘電率（ε_r ）を求め、
各サンプルの平均値を算出した。

【００２９】図２は各実施例及び比較例における比誘電
率と電極層の厚さとの関係を示したグラフであり、図３
は各実施例及び比較例における比誘電率と誘電体層の厚
さとの関係を示したグラフであり、図４は各実施例及び
比較例における比誘電率とアルミナ絶縁体層の厚さとの
関係を示したグラフである。

【００３０】図２〜４に示したように、誘電体層中にＭ
ｏのみが１９重量％含まれている場合（比較例１）、及
び誘電体層中にＭｏ０₃ が１６重量％及びＷＯ₃ が３重
量％含まれている場合（比較例２）には、電極層の厚
さ、各誘電体層の厚さ、及びアルミナ絶縁体層の厚さが
変化するに従って、誘電体層の誘電率が大きく変化して
いるが、誘電体層中にＭｏ０₃ が１４重量％及びＷＯ₃
が５重量％含まれている場合（実施例１）、並びに誘電
体層中にＭｏ０₃ が１２重量％及びＷＯ₃ が７重量％含
まれている場合（実施例２）では、電極層の厚さ、各誘
電体層の厚さ、及びアルミナ絶縁体層の厚さが変化して
も比誘電率は殆ど変化していない。

【００３１】以上、図２〜４に示した上記実施例及び比
較例の結果より明らかなように、Ｍｏ及びＷの合計量に
対してＷを３０重量％以上含ませることにより、電極層
の厚さ等の製造条件が変化しても誘電率を一定値に保つ
ことができ、一定の静電容量を有するデカップリングコ
ンデンサを内蔵したアルミナ質配線基板を再現性良く製
造することができる。また、アルミナ絶縁層の厚さや誘
電体層の厚さ等によりその誘電率が変化しないため、ア
ルミナ質配線基板の設計が極めて容易になる。

【００３２】このように誘電体層の比誘電率が一定とな
るのは、前記アルミナ質配線基板の製造過程において、
Ｗ電極の拡散が抑制され、一定の範囲になるためと考え
られる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る多層ア
ルミナ質配線基板にあっては、Ｍｏ及びＷの合計量に対
するＷの割合が３０重量％以上である金属粉末を５〜３
０重量％含有するアルミナ層を含んで構成されるデカッ
プリングコンデンサをその内部に有するので、製造プロ
セスにおける条件の変化等により、電極層の厚さ、各誘
電体層の厚さ、アルミナ絶縁体層の厚さ等が変化して
も、誘電体層の比誘電率を一定の値に維持することがで
き、一定の静電容量のデカップリングコンデンサを有す
るアルミナ質配線基板を再現性良く製造することができ
る。

【００３４】また、電極層の厚さ、各誘電体層の厚さ、
アルミナ絶縁体層の厚さ等が変化しても、誘電体層の比
誘電率が変化しないので、前記条件を自由に設定するこ
とができ、アルミナ質配線基板の設計を容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デカップリングコンデンサを有するアルミナ質
多層配線基板を模式的に示した断面図である。

【図２】各実施例及び比較例における比誘電率と電極層
の厚さとの関係を示したグラフである。

【図３】各実施例及び比較例における比誘電率と誘電体
層の厚さとの関係を示したグラフである。

【図４】各実施例及び比較例における比誘電率とアルミ
ナ絶縁体層の厚さとの関係を示したグラフである。

【図５】Ｍｏ及びＷの合計量に対するＷの割合と比誘電
率の変化率との関係を示したグラフである。

【図６】金属含有量とショート率との関係を示したグラ
フである。

【符号の説明】１２誘電体層１３内部電極層１４コンデンサ層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/111 Ｈ０１Ｌ 23/12 23/14 Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０Ｄ 7511−4ＥＨ０１Ｌ 23/14 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｏ及びＷの合計量に対するＷの割合が
３０重量％以上である金属粉末を５〜３０重量％含有す
るアルミナ層を含んで構成されるデカップリングコンデ
ンサをその内部に有することを特徴とするアルミナ質配
線基板。