JPH0832242A - コンデンサ内蔵多層配線基板 - Google Patents

コンデンサ内蔵多層配線基板

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JPH0832242A
JPH0832242A JP6186765A JP18676594A JPH0832242A JP H0832242 A JPH0832242 A JP H0832242A JP 6186765 A JP6186765 A JP 6186765A JP 18676594 A JP18676594 A JP 18676594A JP H0832242 A JPH0832242 A JP H0832242A
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glass
multilayer wiring
weight
wiring board
lead
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JP6186765A
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Atsushi Yamada
篤 山田
Yasuyoshi Suzuki
康義 鈴木
Hiroshi Tsuyuki
博 露木
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Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉛系ペロブスカイト化合物を含む誘電体層を
有するコンデンサ部を内蔵する多層配線基板において、
焼成時の誘電体層の誘電率劣化を抑える。 【構成】 一対のガラス−セラミックス複合基板41,
42の間に、誘電体層2および電極層31,32を有す
るコンデンサ部を内蔵し、コンデンサ部と各ガラス−セ
ラミックス複合基板との間に緩衝層71,72を有し、
誘電体層2が誘電体材料として鉛系ペロブスカイト化合
物を含み、緩衝層71,72が緩衝材として鉛系パイロ
クロア化合物を含む。緩衝層71,72には、低温焼成
化のために、添加材としてCuO、V25 およびB2
3 から選択される少なくとも1種の酸化物を必要に応
じて添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ部を有する
多層配線基板に関する。
【0002】
【従来の技術】回路基板の配線の高密度化のために、多
層配線基板にコンデンサを内蔵することが提案されてい
る{エレクトロセラミックvol.18, 5号(1987
年)}。このような多層配線基板を製造する際には、導
体材料、誘電体材料および基板材料を同時に焼成する必
要がある。このときの焼成温度は、通常、導体材料の融
点未満とするため、特性が良好で安価だが融点の低いA
gやAg−Pdを導体材料に用いる場合には、焼成温度
の低いガラス−セラミックス複合基板材料を用いる必要
がある。ガラス−セラミックス複合基板材料は、Al2
3 等の骨材の他にガラス粉を含有するものであり、こ
のガラス粉には、軟化点を下げて骨材に対する濡れ性を
よくするために、例えば特開平2−230606号公報
に記載されているようにSiO2 とB23 との合計含
有率が30重量%程度以上のものが用いられている。ま
た、導体層の収縮率を調整して多層基板の反りやクラッ
ク、デラミネーションを防ぐために、導体層にもガラス
粉を添加することが一般的である。このガラス粉は、導
体層の接着性を向上する作用も有する。導体層に含ませ
るガラス粉には、基板と導体層との熱膨張率の差を小さ
くするために、基板に含ませるガラス粉の組成に近いS
iO2 含有率の高いものが用いられている。
【0003】小型で高容量のコンデンサとするためには
誘電率の高い誘電体材料を用いる必要があるが、鉛系ペ
ロブスカイト化合物は比誘電率が10000以上と高
く、しかもAgとの同時焼成が可能であるため期待され
ている。しかし、鉛系ペロブスカイト化合物を実際に多
層配線基板の内蔵コンデンサに適用すると期待されるほ
どの高容量は得られないので、誘電体材料が劣化してい
ると考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の研究の結
果、基板や導体に含まれるガラス粉からSiおよびBが
焼成時に拡散して誘電体層中に侵入し、このSiやBに
より鉛系ペロブスカイト化合物が分解されて誘電率の低
いパイロクロア系化合物が形成され、このため高誘電率
が得られないことが判明した。
【0005】本発明の目的は、鉛系ペロブスカイト化合
物を含む誘電体層を有するコンデンサ部を内蔵する多層
配線基板において、焼成時の誘電体層の誘電率劣化を抑
えることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的は下記
(1)〜(6)のいずれかの構成により達成される。 (1)一対のガラス−セラミックス複合基板の間に、誘
電体層および電極層を有するコンデンサ部を内蔵し、コ
ンデンサ部と各ガラス−セラミックス複合基板との間に
緩衝層を有し、誘電体層が誘電体材料として鉛系ペロブ
スカイト化合物を含み、緩衝層が緩衝材として鉛系パイ
ロクロア化合物を含むことを特徴とするコンデンサ内蔵
多層配線基板。 (2)鉛系パイロクロア化合物としてPb3 Nb413
を含む上記(1)のコンデンサ内蔵多層配線基板。 (3)鉛系パイロクロア化合物としてPb、Mgおよび
Nbを構成成分とする複合酸化物を含む上記(1)また
は(2)のコンデンサ内蔵多層配線基板。 (4)Pb、MgおよびNbを構成成分とする複合酸化
物として、Pb2 Mg0.25Nb1.756.625 、Pb1.83
Mg0.29Nb1.716.39、Pb2 Mg0.06Nb1.94
6.91およびPb2 Mg0.16Nb1.846.76から選択され
る少なくとも1種を含む上記(3)のコンデンサ内蔵多
層配線基板。 (5)緩衝層が添加材としてCuO、V25 およびB
23 から選択される少なくとも1種の酸化物を含み、
鉛系パイロクロア化合物100重量部に対するCuO+
25 +B23 の含有量が20重量部以下である上
記(1)〜(4)のいずれかのコンデンサ内蔵多層配線
基板。 (6)緩衝層の50〜750℃における平均熱膨張率が
6.5×10-6〜10.0×10-6/℃である上記
(1)〜(5)のいずれかのコンデンサ内蔵多層配線基
板。
【0007】
【作用および効果】本発明が適用される多層配線基板
は、一対のガラス−セラミックス複合基板の間にコンデ
ンサ部を有し、このコンデンサ部の誘電体層は、誘電体
材料として鉛系ペロブスカイト化合物を含む。本発明で
は、コンデンサ部と各ガラス−セラミックス複合基板と
の間に、緩衝層を設ける。緩衝層は、ペロブスカイト構
造に比べて非常に安定なパイロクロア構造をもつ鉛系化
合物を主体とする。従来のコンデンサ内蔵多層配線基板
では、焼成時に基板中のガラスからガラス成分(特にS
iおよびB)が拡散して誘電体層の鉛系ペロブスカイト
化合物が分解され、誘電率の劣化が生じていたが、本発
明ではガラス成分は緩衝層でほとんど阻止されるため、
鉛系ペロブスカイト化合物の分解が抑えられ、本来の高
誘電率が得られる。
【0008】なお、特開平3−45584号公報には、
低温焼成のセラミック回路基板はガラス成分を多く含ん
でいるため、コンデンサを内蔵させる場合に電極が緻密
でないと回路基板材料内のガラス成分が誘電体内に拡散
して誘電率を低下させる旨の記載がある。そして、この
ガラス成分の拡散を防ぐために、電極用の導体材料にA
23 を含ませて緻密化することを提案している。し
かし、同公報では、導体材料に含ませるガラス粉として
ホウケイ酸亜鉛系ガラスを用いているので、このガラス
粉からのSiおよびBの拡散により誘電体材料が劣化し
てしまう。なお、ホウケイ酸亜鉛ガラスのSiO2 +B
23 含有率は、通常、30〜70重量%程度である。
【0009】
【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
【0010】図1に、コンデンサ内蔵多層配線基板のコ
ンデンサ部付近の部分断面図を示す。同図では、誘電体
層2が電極層31、32で挟まれてコンデンサ部が構成
され、コンデンサ部がガラス−セラミックス複合基板4
1、42に挟まれている。ガラス−セラミックス複合基
板41、42の外表面には、それぞれ端子電極51、5
2が設けられており、これらの端子電極は、スルーホー
ル61、62内に充填された導体によりそれぞれ電極層
31、32に接続されている。そして、ガラス−セラミ
ックス複合基板41、42と電極層31、32との間に
は、それぞれ緩衝層71、72が設けられている。
【0011】本発明の多層配線基板は、通常、印刷法ま
たはシート法により製造する。印刷法では、スルーホー
ルを穿孔したガラス−セラミックス複合基板のグリーン
シートに、緩衝材ペーストを印刷し、次いで導体ペース
トおよび誘電体ペーストを所定の積層数となるように交
互に印刷し、さらに緩衝材ペーストを印刷した後、ガラ
ス−セラミックス複合基板のグリーンシートを重ね、焼
成する。一方、シート法では、誘電体のグリーンシート
に導体ペーストを印刷した積層体を作製し、ガラス−セ
ラミックス複合基板のグリーンシートに緩衝材ペースト
と導体ペーストとを印刷したものに前記積層体を所定数
重ね、さらに緩衝材ペーストを印刷した後、ガラス−セ
ラミックス複合基板のグリーンシートを重ね、焼成す
る。なお、緩衝材はグリーンシート化して用いてもよ
い。そして、焼成後、ガラス−セラミックス複合基板の
表面に端子電極用ペーストを所定パターンに形成して焼
成し、端子電極を形成する。なお、端子電極は、ガラス
−セラミックス複合基板や誘電体層などと同時に焼成し
てもよい。
【0012】焼成により緩衝層となる緩衝材ペースト
は、緩衝材およびビヒクルを含む。本発明では、緩衝材
として鉛系パイロクロア化合物を用いる。鉛系パイロク
ロア化合物としては、Pb3 Nb413を用いることが
好ましい。また、鉛系パイロクロア化合物として、P
b、MgおよびNbを構成成分とする複合酸化物も好ま
しい。このような複合酸化物としては、Pb2 Mg0.25
Nb1.756.625 、Pb1. 83Mg0.29Nb1.716.39
Pb2 Mg0.06Nb1.946.91およびPb2 Mg0. 16
1.846.76から選択される少なくとも1種が好まし
く、これらとPb3 Nb413とを併用してもよい。
【0013】ペースト中の鉛系パイロクロア化合物粉末
の平均粒径は、好ましくは0.1〜10μm である。平
均粒径が小さすぎると脱バインダ性が悪くなり、大きす
ぎると印刷性が悪くなったり緻密な焼結が難しくなった
りするため、好ましくない。
【0014】緩衝層には、添加材としてCuO、V2
5 およびB23 から選択される少なくとも1種の酸化
物が含まれることが好ましい。緩衝材である鉛系パイロ
クロア化合物は、950℃程度以下で緻密に焼結するこ
とが困難であるため、Agを用いた導体ペーストとの同
時焼成が難しい。しかし、これらの添加材を添加するこ
とにより低温での緻密な焼結が可能となる。また、これ
らの添加材を添加することにより、誘電体層の鉛系ペロ
ブスカイト化合物、特にPb(Mg1/3 Nb2/ 3 )O3
と焼結挙動を合わせることができるので、両層ともに緻
密に焼結することができる。また、ガラス−セラミック
ス複合基板と焼結挙動を合わせることも容易となる。
【0015】緩衝層中において、鉛系パイロクロア化合
物100重量部に対するこれらの添加材の比率は以下の
とおりである。CuOは、好ましくは20重量部以下、
より好ましくは0.5〜10重量部である。CuOが少
なすぎると添加による効果が不十分となり、多すぎる
と、発泡しやすくなって多層配線基板の強度が劣化し、
取り扱いにくくなる。V25 は、好ましくは10重量
部以下、より好ましくは0.3〜5重量部である。V2
5 が少なすぎると添加による効果が不十分となり、多
すぎると、導体と反応したり拡散したりして誘電体層の
絶縁性が悪くなり、好ましくない。B23 は、好まし
くは10重量部以下、好ましくは0.3〜5重量部であ
る。B23 が少なすぎると添加による効果が不十分と
なり、多すぎると、拡散により誘電体層中の鉛系ペロブ
スカイト化合物を分解してしまう。そして、2種以上を
添加する場合には、CuO+V25 +B23 は、好
ましくは20重量部以下、より好ましくは10重量部以
下である。CuO+V25+B23 が多すぎると、
発泡や絶縁性劣化などの不都合が生じる。
【0016】ペースト中におけるこれらの添加材の平均
粒径は、好ましくは0.01〜5μm である。平均粒径
が小さすぎると均一に分散させることが困難となり、大
きすぎると焼結助剤としての効果が小さくなり、また、
均一に分散させることが困難となる。
【0017】緩衝層中には、鉛系パイロクロア化合物と
添加材以外にも、例えば鉛系ペロブスカイト化合物など
が含まれていてもよいが、鉛系パイロクロア化合物と添
加材とは、合計で緩衝層の50重量%以上を占めること
が好ましい。
【0018】緩衝材ペーストに含まれるビヒクルは、バ
インダおよび溶剤を含む。バインダとしては、エチルセ
ルロース、ポリビニルブチラール、メタクリル樹脂、ブ
チルメタアクリレート等が挙げられ、溶剤としては、テ
ルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトー
ルアセテート、トルエン、アルコール、キシレン等が挙
げられる。また、ビヒクル中には、これらの他、各種分
散剤、活性剤、可塑剤等が、必要に応じて添加される。
ペースト中のビヒクルの含有率は、10〜20重量%程
度とすることが好ましい。
【0019】緩衝層の厚さは、好ましくは10〜100
μm 、より好ましくは20〜50μm である。緩衝層が
薄すぎると誘電体層の保護効果が不十分となる。一方、
緩衝層が厚すぎると、多層配線基板が厚くなって小型化
が難しくなり、集積素子としてのメリットがなくなる。
【0020】焼成により誘電体層となる誘電体ペースト
は、誘電体材料とビヒクルとを含有する。本発明では、
誘電体材料として鉛系ペロブスカイト化合物を用いる。
鉛系ペロブスカイト化合物のうちPb(Mg1/3 Nb
2/3 )O3 、Pb(Fe1/21/2 )O3 、Pb(Fe
1/2 Nb1/2 )O3 およびPb(Zn1/3 Nb2/3 )O
3 は特に分解されやすいので、これらの少なくとも1種
を用いた場合に本発明の効果は特に高くなる。鉛系ペロ
ブスカイト化合物全体に対するこれらの化合物の合計含
有率は、好ましくは80重量%以上である。なお、これ
らの他、PbTiO3 、CuOなどを併用してもよい。
PbTiO3 はキュリー温度を上昇させ、CuOは焼結
性を向上させる。鉛系ペロブスカイト化合物以外の誘電
体材料を併用してもよいが、鉛系ペロブスカイト化合物
が誘電体材料全体の70重量%以上であることが好まし
い。
【0021】誘電体材料の平均粒径は、好ましくは0.
1〜10μm である。平均粒径が小さすぎると脱バイン
ダ性が悪くなり、大きすぎると焼結性が悪くなり、95
0℃程度以下で焼結することが困難となる。
【0022】誘電体ペーストのビヒクルには、緩衝材ペ
ーストの説明において挙げたものを用いればよい。
【0023】誘電体層の厚さは、目的とする容量などに
応じて適宜決定すればよいが、好ましくは20〜50μ
m である。誘電体層が薄すぎると均一な層とすることが
難しくなる。一方、誘電体層が厚すぎると、多層配線基
板が厚くなって小型化が難しくなる。
【0024】本発明では、Agを主体とする導体ペース
トと基板グリーンシートとを同時に焼成するために、酸
化物骨材とガラスとを含むガラス−セラミックス複合基
板を用いる。
【0025】焼成によりガラス−セラミックス複合基板
となる基板材料は、酸化物骨材とガラス粉とを含有す
る。基板材料として用いるガラス粉は特に限定されず、
従来からガラス−セラミックス複合基板に用いられてい
る通常の組成のものであってよい。このようなガラス粉
としては、例えば、特開平1−132194号公報に開
示されているSiO2 −SrO−Al23 −B23
−CaO−BaO系ガラスなどが挙げられる。具体的に
は、ガラス−セラミックス複合基板の抗折強度向上、酸
化物骨材に対する濡れ性、端子電極に対する接着性など
を考慮して、例えば軟化点750〜850℃程度のガラ
スを適宜選択すればよい。
【0026】ただし、誘電体層の鉛系ペロブスカイト化
合物の劣化をより抑えるために、ガラス−セラミックス
複合基板に含ませるガラス粉の一部または全部を、後述
する導体ペーストに好ましく用いられるガラス粉と同様
に、SiO2 +B23 含有率が20重量%以下である
ガラス粉としてもよい。
【0027】ガラス粉の平均粒径は特に限定されない
が、成形性等を考慮して、通常、1〜3μm 程度のもの
を用いる。
【0028】基板材料全体に対するガラス粉の含有率
は、50〜80重量%とすることが好ましい。ガラス粉
が少なすぎると焼結性が悪化する傾向にあり、多すぎる
とガラス−セラミックス複合基板の抗折強度が低くなる
傾向にある。
【0029】酸化物骨材としては、例えばAl23
フォルステライト、石英、ムライト、コージェライト、
2 Ti27 (Rはランタノイド元素の1種以上)、
Ca2 Nb27 、MgTiO3 、SrZrO3 、Ti
2 、SnO2 ・TiO2 、ZrTiO4 、Ba2 Ti
920、Sr2 Nb27 、CaTiO3 、SrTiO
3 、SrSnO3 、BaO・R23 ・nTiO2 (R
はランタノイド元素の1種以上)系等の1種ないし2種
以上を挙げることができる。この場合、用いる酸化物骨
材は、化学量論組成から多少偏倚した組成であってもよ
く、偏倚した組成のものとの混合物、あるいは偏倚した
組成のもの同士の混合物であってもよい。また、さらに
各種酸化物、例えばBi23 、MnO、CuO等を添
加したものであってもよい。
【0030】ガラス粉と酸化物骨材との好ましい組み合
わせとしては、例えば、特開平1−132194号公報
に開示されてもの、すなわち、Al23 成分30〜5
0重量%およびガラス成分70〜50重量%を含み、前
記ガラス成分が、SiO2 46〜60重量%、B23
0.5〜5重量%、Al23 6〜17.5重量%およ
びアルカリ土類金属酸化物25〜45重量%の組成を有
し、前記アルカリ土類金属酸化物中の少なくとも60重
量%がSrOである組み合わせが挙げられる。また、特
願平6−87859号に開示されている以下の2種の組
み合わせも好ましい。第一の組み合わせでは、骨材とし
て、少なくともKAlSiO4 および/またはKAlS
2 6 を用い、ガラス粉として、焼成時にKAlSi
4 およびKAlSi2 6 を分解しない組成のもの、
例えば、SiO2 を25〜60重量%、Al2 3 を6
〜20重量%、アルカリ土類金属酸化物の少なくとも1
種を合計で20〜50重量%含むものを用いる。第二の
組み合わせでは、骨材として、KAlSiO4 、KAl
Si2 6 およびAl2 3 のうち少なくとも1種を用
い、ガラス粉として、結晶化によりKAlSiO4 およ
び/またはKAlSi2 6 を析出する組成、例えば、
SiO2 を25〜60重量%、Al2 3 を6〜20重
量%、アルカリ土類金属酸化物の少なくとも1種を合計
で20〜50重量%、K2 Oを6〜15重量%含むもの
を用いる。特願平6−87859号に開示されている組
み合わせでは、ガラス−セラミックス複合基板の熱膨張
率(50〜750℃の平均)を8.0×10-6〜19.
5×10-6/℃とすることができ、鉛系ペロブスカイト
化合物を主体とする誘電体層の熱膨張率に近づけること
ができる。
【0031】酸化物骨材の平均粒径は、一般に0.5〜
3μm 程度であることが好ましい。平均粒径が小さすぎ
るとシート形成が困難となる傾向にあり、大きすぎると
ガラス−セラミックス複合基板の強度が不足する傾向に
ある。
【0032】酸化物骨材とガラス粉は、ビヒクルを加え
てスラリーとされ、このスラリーは成形されて乾燥さ
れ、グリーンシートとされる。ビヒクルには、緩衝材ペ
ーストの説明において挙げたものを用いればよい。
【0033】ガラス−セラミックス複合基板の厚さは、
好ましくは30〜200μm である。ガラス−セラミッ
クス複合基板が薄すぎると抗折強度が不十分となって取
り扱いが難しくなり、厚すぎると脱バインダ性が悪くな
る。
【0034】焼成により電極層となる導体ペーストは、
導体粉およびビヒクルを含むが、必要に応じガラス粉を
含んでいてもよい。
【0035】導体粉は、導電性が良好でしかも安価であ
ることから、Ag粒子またはAg粒子とPd粒子との混
合物を用いるか、Ag−Pd合金粒子あるいはこれにA
g粒子および/またはPd粒子を混合したものを用いる
ことが好ましい。そして、導体粉全体に対する各金属の
含有率は、Ag:80〜100重量%、Pd:0〜20
重量%であることが好ましい。Agが少なすぎると抵抗
が大きくなってしまう。Pdは必須ではないが、Pd含
有によりAgのマイグレーションが少なくなり、また、
Pd含有により導体ペーストの焼成温度が高くなるの
で、緩衝材ペーストの焼成温度が比較的高い場合に有効
である。導体粉の平均粒径(粒子形状が異方性をもつと
きは長軸径の平均)は特に限定されないが、通常、0.
1〜5μm 程度とすればよい。粒子形状は特に制約され
ないが、一般に球状とすることが好ましい。ただし、導
体粒子の一部または全部を鱗片状としてもよい。
【0036】ガラス粉は、多層配線基板の反り防止、ク
ラック防止、電極層の接着性向上などのために、必要に
応じて導体ペーストに添加される。このガラス粉の組成
は特に限定されないが、鉛系ペロブスカイト化合物を含
む誘電体層の焼成時の劣化を抑えるためには、SiO2
を含有するかSiO2 とB23 とを含有し、SiO2
含有率とB23 含有率との合計が好ましくは20重量
%以下、より好ましくは12重量%以下であるガラス粉
を用いる。SiO2 +B23 の含有率が高すぎると鉛
系ペロブスカイト化合物に悪影響を与え、特に電極層と
の界面付近の誘電体材料の誘電率劣化が激しくなってし
まう。SiO2 はガラス化のために必須であり、好まし
い含有率は3重量%以上、より好ましい含有率は5重量
%以上である。なお、本明細書では、ガラスに含まれる
化合物をSiO2 やB23 のように化学量論組成とし
て表わしているが、ガラス中においては化学量論組成比
から多少外れていてもよく、これは前述した緩衝材、添
加材、誘電体材料、骨材などについても同様である。S
iO2 およびB23 以外にガラス粉に含有される化合
物は特に限定されないが、通常、アルミナ、チタニア、
アルカリ土類金属元素の酸化物、酸化鉛および酸化ビス
マスから選択される少なくとも1種であることが好まし
く、特に、アルミナ、チタニアおよびアルカリ土類金属
元素の酸化物を含むことが好ましい。アルカリ土類金属
元素としては、Sr、Ba、Ca、Mg等が好ましい。
各化合物の好ましい含有率は、アルミナ:5〜15重量
%、チタニア:20〜35重量%、アルカリ土類金属元
素の酸化物:40〜65重量%、酸化鉛+酸化ビスマ
ス:30重量%以下である。アルカリ土類金属元素の酸
化物の一部を酸化錫で置換してもよく、この場合の置換
率は、アルカリ土類金属元素の酸化物の50重量%以下
とすることが好ましい。また、ジルコニアを添加しても
よいが、添加量は5重量%以下とすることが好ましい。
【0037】このようにSiO2 +B23 含有率の低
いガラスは、一般に結晶化温度が低く、通常、1000
℃以下で結晶化が始まる。したがって、通常、焼成の際
にガラス粉は結晶化する。上記組成のガラス粉の結晶化
温度は、通常、800〜950℃程度である。なお、焼
成時にガラス粉が結晶化しなくても、SiO2 +B23
含有率を低くしたことによる効果は実現する。
【0038】ガラス粉を添加する場合、導体ペースト中
において導体粉とガラス粉との合計に対するガラス粉の
比率は、好ましくは1〜20重量%、より好ましくは3
〜15重量%とする。ガラス粉の比率が低すぎるとガラ
ス粉添加による効果が不十分となる。ガラス粉の比率が
高すぎると電極層が緻密とならず、好ましくない。
【0039】ガラス粉の平均粒径は特に限定されない
が、通常、0.5〜3μm 程度とすればよい。
【0040】なお、組成の異なる2種以上のガラス粉を
併用してもよい。この場合、全てのガラス粉が上記した
SiO2 +B23 含有率の低い組成をもつことが好ま
しいが、ガラス粉の一部が20重量%を超えるSiO2
+B23 を含んでいてもよい。ただし、ガラス粉全体
のSiO2 +B23 含有率は、20重量%以下である
ことが好ましい。
【0041】導体ペーストに上記したSiO2 +B2
3 含有率の低いガラス粉を用いることにより、誘電体層
への悪影響を軽減することができるが、好ましくは、ガ
ラス粉を含まない導体ペーストを用いてコンデンサ部の
電極層を形成する。なお、この電極層以外の内部導体に
は、ガラス粉を含む導体ペーストを用いてよい。例え
ば、図2に示される多層配線基板では、内部導体81、
82がガラスを含んでおり、ガラスを含まない電極層3
1、32は、スルーホール61、62によりそれぞれ内
部導体81、82と接続されている。
【0042】導体ペーストのビヒクルには、緩衝材ペー
ストの説明において挙げたものを用いればよい。
【0043】電極層の厚さは特に限定されないが、通
常、3〜20μm 程度とする。
【0044】焼成は、通常、空気中で行なえばよい。焼
成温度は、800℃以上とすることが好ましく、具体的
には導体粉の組成や緩衝層の組成に応じて適宜決定すれ
ばよいが、上記の緩衝材を用いる場合には1200℃以
下で焼成でき、添加材の使用により1000℃以下で焼
成することも可能となる。焼成時間は、通常、2〜12
時間程度とする。なお、焼成は複数回行なってもよい。
【0045】図示例では誘電体層が1層だけであるが、
誘電体層を2層以上設けた構成としてもよい。
【0046】なお、誘電体層中にSiO2 +B23
有率が20重量%以下であるガラス粉を含ませてもよ
い。誘電体層中にこのようなガラス粉を含ませることに
より、鉛系ペロブスカイト化合物誘電体の焼結温度を低
くすることができ、しかも、誘電体材料に対する悪影響
を抑えることができる。誘電体層中に含ませるガラス粉
としては、PbO−Bi23 −SiO2 系のものが好
ましい。
【0047】本発明では、50〜750℃における緩衝
層の平均熱膨張率を6.5×10-6〜10.0×10-6
/℃とすることができる。一方、上記したガラス−セラ
ミックス複合基板では、50〜750℃における平均熱
膨張率が一般に5.5×10-6〜14.5×10-6/℃
であり、また、鉛系ペロブスカイト化合物を含む誘電体
層では、50〜750℃における平均熱膨張率が一般に
8.0×10-6〜10.0×10-6/℃である。このよ
うに、多層配線基板の各部の熱膨張率の差を小さくでき
るので、焼成後の冷却時に反りやクラック等の欠陥が生
じにくい。
【0048】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をさらに詳細に説明する。
【0049】図1に示す構造の多層配線基板を以下のよ
うにして製造した。
【0050】<ガラス−セラミックス複合基板用グリー
ンシート>40重量部のAl23 および60重量部の
SiO2 −SrO−Al23 −B23 系ガラス粉
(SiO2 +B23 含有率55重量%)にビヒクルを
添加して混練し、ドクターブレード法によりシート状に
成形した後、乾燥し、厚さ約250μm のグリーンシー
トを作製した。ビヒクルには、バインダとしてアクリル
系樹脂、溶剤としてエチルアルコールおよびトルエン、
可塑剤としてフタル酸エステルを用いた。このグリーン
シートに、パンチングによりスルーホールを穿孔した。
また、SiO2 およびAl23 の含有率をより高くし
て軟化点を高めたガラス粉を用いて、高温焼成用グリー
ンシートも作製した。
【0051】<導体ペースト>導体粉(平均粒径3.5
μm のAg粉末)にビヒクルを添加して三本ロールミル
で混練し、ペースト化した。ビヒクルには、バインダと
してアクリル系樹脂、溶剤としてテルピネオールおよび
ブチルカルビトールアセテートを用いた。なお、導体粉
にAg80重量%−Pd20重量%合金粉末を用いた高
温焼成用導体ペーストも調製した。
【0052】<誘電体ペースト>誘電体材料として95
モル%Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 −5モル%PbT
iO3 (平均粒径1.0μm )と、この誘電体材料10
0重量部に対し0.3重量部のCuO粉末と、導体ペー
ストに用いたビヒクルとを、3本ロールミルで混練して
ペースト化した。
【0053】<緩衝材ペースト>緩衝材を以下に示す方
法で製造した。
【0054】Pb3 Nb413の合成 PbO:Nb25 =3:2(モル比)となるように調
合してらいかい機で混合し、蓋付きのZrO2 製の匣鉢
中で700℃で2時間焼成した。焼成物を粗粉砕した
後、ボールミルで20時間湿式粉砕し、乾燥した。乾燥
物をX線回折により分析して、パイロクロア構造のPb
3 Nb413相を確認した。
【0055】Pb2 Mg0.25Nb1.756.625 の合成 PbO:MgO:Nb25 =16:2:7(モル比)
となるように調合してらいかい機で混合し、蓋付きのZ
rO2 製の匣鉢中で800℃で2時間焼成した。焼成物
を粗粉砕した後、ボールミルで20時間湿式粉砕し、乾
燥した。乾燥物をX線回折により分析して、パイロクロ
ア相を確認した。
【0056】Pb1.83Mg0.29Nb1.716.39の合成 PbO:MgO:Nb25 =1.83:0.29:
0.855(モル比)となるように調合してらいかい機
で混合し、蓋付きのZrO2 製の匣鉢中で800℃で2
時間焼成した。焼成物を粗粉砕した後、ボールミルで2
0時間湿式粉砕し、乾燥した。乾燥物をX線回折により
分析して、パイロクロア相を確認した。
【0057】Pb2 Mg0.06Nb1.946.91の合成 PbO:MgO:Nb25 =2:0.06:0.97
(モル比)となるように調合してらいかい機で混合し、
蓋付きのZrO2 製の匣鉢中で800℃で2時間焼成し
た。焼成物を粗粉砕した後、ボールミルで20時間湿式
粉砕し、乾燥した。乾燥物をX線回折により分析して、
パイロクロア相を確認した。
【0058】Pb2 Mg0.16Nb1.846.76の合成 PbO:MgO:Nb25 =2:0.16:0.92
(モル比)となるように調合してらいかい機で混合し、
蓋付きのZrO2 製の匣鉢中で800℃で2時間焼成し
た。焼成物を粗粉砕した後、ボールミルで20時間湿式
粉砕し、乾燥した。乾燥物をX線回折により分析して、
パイロクロア相を確認した。
【0059】上記各緩衝材の平均粒径は、1.0μm で
あった。各緩衝材に、導体ペーストに用いたビヒクルを
加え、3本ロールミルで混練してペースト化した。ま
た、緩衝材粉末に加え添加材を添加したペーストも調製
した。添加材の平均粒径は0.3μm であった。緩衝材
100重量部に対する添加材の添加量を表1に示す。
【0060】次に、ガラス−セラミックス複合基板用グ
リーンシート上に、緩衝材ペースト、導体ペースト、誘
電体ペースト、導体ペーストおよび緩衝材ペーストをス
クリーン印刷法により順次印刷した後、さらにガラス−
セラミックス複合基板のグリーンシートを重ねて熱プレ
スにより圧着し、次いで2時間焼成して多層配線基板サ
ンプルを得た。焼成温度を表1に示す。焼成時にはこの
温度に10分間保持した。なお、焼成温度が900℃を
超えるサンプルには、上記の高温焼成用グリーンシート
および高温焼成用導体ペーストを用いた。各サンプルの
緩衝層の厚さは30μm 、電極層の厚さは15μm 、誘
電体層の厚さは30μm であった。
【0061】次いで、外部導体ペーストをスクリーン印
刷法により焼成体外面に印刷し、空気中において850
℃で10分間焼成して、コンデンサ部を内蔵する多層配
線基板サンプルとした。
【0062】この他、緩衝層を形成しなかった以外は上
記サンプルと同様にして比較サンプル(サンプルNo.
1)を作製した。
【0063】
【表1】
【0064】表1に示される結果から、添加材を添加し
た場合には、緻密な焼結が可能な温度が低くなることが
わかる。
【0065】サンプル断面を走査型電子顕微鏡(SE
M)および電子線プローブX線マイクロアナリシス(E
PMA)により観察したところ、本発明サンプルでは誘
電体層中へのガラス成分、特にSiの拡散は殆ど認めら
れず、誘電体層および緩衝層のいずれもが緻密に焼結で
きていた。
【0066】これに対し緩衝層を設けなかった比較サン
プルでは、誘電体層中にガラスが多量に拡散していた。
拡散したガラス中には、誘電体材料由来のPbが多量に
侵入しており、NbおよびMgの侵入も認められた。さ
らに、拡散したガラス中には、SiとMgとを主成分と
する柱状結晶が認められた。また、比較サンプルでは、
誘電体層中にパイロクロア化合物(Pb1.83Mg0.29
1.716.39)が生成していることがX線回折およびE
PMAにより確認されたが、本発明サンプルでは誘電体
層中においてパイロクロア化合物の生成は認められなか
った。なお、本発明サンプルでは、緩衝層中に基板のガ
ラス成分であるSiの拡散が認められた。拡散深さは基
板側から10μm 〜20μm 程度であった。
【0067】各サンプルに用いた誘電体ペーストとサン
プルNo. 2に用いた緩衝材ペーストとサンプルNo. 7に
用いた緩衝材ペーストとをそれぞれ乾燥して粉末化し、
各粉末を1t/cm2 の圧力で成形して長さ10mmの角柱状
とし、熱機械分析により収縮挙動を調べた。結果を図3
に示す。図3のグラフの縦軸は膨張率であり、この膨張
率は、22℃での長さLに対する各温度における長さ変
化量ΔLの比率(ΔL/L)である。図3から、緩衝材
にV25 を添加することにより、収縮挙動が誘電体の
それとほぼ一致するようになることがわかる。なお、C
uOやB23を添加した場合でも、V25 添加の場
合と同様な収縮挙動を示した。
【0068】表1の本発明サンプルにおいて50〜75
0℃における平均熱膨張率は、緩衝層が7.4×10-6
〜10.0×10-6/℃、ガラス−セラミックス基板が
9.9×10-6/℃、誘電体層が9.0×10-6/℃で
あり、熱膨張率の差は問題となるほど大きくなかった。
【0069】なお、 SiO2 =6.97重量%、 BaO=53.39重量%、 TiO2 =27.81重量%、 Al23 =11.83重量% からなるガラス粉を導体ペーストに添加して、表1の本
発明サンプルと同様にして多層配線基板サンプルを作製
したところ、ガラス粉を添加しなかった場合に対し、誘
電体層の誘電率の低下はほとんど認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンデンサ部を内蔵する多層配線基板の構成例
を示す部分断面図である。
【図2】コンデンサ部を内蔵する多層配線基板の構成例
を示す部分断面図である。
【図3】緩衝層および誘電体層それぞれについて、焼成
時の収縮挙動を示すグラフである。
【符号の説明】
2 誘電体層 31,32 電極層 41,42 ガラス−セラミックス複合基板 51,52 端子電極 61,62 スルーホール 71,72 緩衝層 81,82 内部導体

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対のガラス−セラミックス複合基板の
    間に、誘電体層および電極層を有するコンデンサ部を内
    蔵し、コンデンサ部と各ガラス−セラミックス複合基板
    との間に緩衝層を有し、 誘電体層が誘電体材料として鉛系ペロブスカイト化合物
    を含み、緩衝層が緩衝材として鉛系パイロクロア化合物
    を含むことを特徴とするコンデンサ内蔵多層配線基板。
  2. 【請求項2】 鉛系パイロクロア化合物としてPb3
    413を含む請求項1のコンデンサ内蔵多層配線基
    板。
  3. 【請求項3】 鉛系パイロクロア化合物としてPb、M
    gおよびNbを構成成分とする複合酸化物を含む請求項
    1または2のコンデンサ内蔵多層配線基板。
  4. 【請求項4】 Pb、MgおよびNbを構成成分とする
    複合酸化物として、Pb2 Mg0.25Nb1.756.625
    Pb1.83Mg0.29Nb1.716.39、Pb2 Mg0.06Nb
    1.946.91およびPb2 Mg0.16Nb1.846.76から選
    択される少なくとも1種を含む請求項3のコンデンサ内
    蔵多層配線基板。
  5. 【請求項5】 緩衝層が添加材としてCuO、V25
    およびB23 から選択される少なくとも1種の酸化物
    を含み、鉛系パイロクロア化合物100重量部に対する
    CuO+V25 +B23 の含有量が20重量部以下
    である請求項1〜4のいずれかのコンデンサ内蔵多層配
    線基板。
  6. 【請求項6】 緩衝層の50〜750℃における平均熱
    膨張率が6.5×10-6〜10.0×10-6/℃である
    請求項1〜5のいずれかのコンデンサ内蔵多層配線基
    板。
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