JPH0992978A

JPH0992978A - コンデンサ内蔵ガラスセラミック基板

Info

Publication number: JPH0992978A
Application number: JP7267650A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Unno; 浩志海野
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】コンデンサを内蔵したガラスセラミック基
板、特にガラスセラミック絶縁層、コンデンサ用電極、
その他の回路用配線等を同時焼成して得るコンデンサ内
蔵ガラスセラミック基板に係り、焼成時に絶縁体材料成
分の誘電体層中への拡散を確実に抑制して、高誘電率で
誘電損失の少ないコンデンサ内蔵ガラスセラミック基板
を安価に提供する。【解決手段】ガラスセラミック絶縁層、コンデンサ用
電極、その他の回路用配線等を同時焼成して得るコンデ
ンサ内蔵ガラスセラミック基板において、コンデンサ電
極とガラスセラミック絶縁層との間にガラス成分の拡散
を抑制するアルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニ
ア、カルシアから選択される１種以上の耐火物からなる
バリア層を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、コンデンサを内蔵
したガラスセラミック基板、特にガラスセラミック絶縁
層、コンデンサ用電極、その他の回路用配線等を同時焼
成して得るコンデンサ内蔵ガラスセラミック基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガラス粉末とセラミックフィラーの混合
物から作製したグリーンシートにＡｇペースト、コンデ
ンサペーストを用いて所定のパターンを形成し、複数枚
積層して８００〜１０００℃で焼成して得られるコンデ
ンサ内蔵ガラスセラミック基板（多層配線基板）があ
る。このようなコンデンサ内蔵ガラスセラミック基板
は、リード付きコンデンサやチップコンデンサを、基板
上に半田付けしたものに比べて小型高密度化が可能なた
め、電子機器の小型化に貢献するものと期待されてい
る。

【０００３】従来、コンデンサ内蔵のセラミック多層配
線基板においては、そのコンデンサに用いる材料とし
て、低温焼成可能な鉛ペロブスカイト系複合材料を主成
分としたものについて数々の研究が行われている。その
代表的なものとして、例えばＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）
Ｏ₃ 、Ｐｂ（Ｆｅ_1/2Ｎｂ_1/2）Ｏ₃ 、Ｐｂ（Ｆｅ_2/3
Ｗ_1/3）Ｏ₃ 等の材料があり、それらの誘電率は単独で
は各々１２０００、２４０００、２００００と高い値が
得られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の鉛ペロブスカイト系複合材料をガラスセラミック基
板に内蔵すると、焼成時に酸化硼素やシリカなどのガラ
ス成分の誘電体層中への拡散がおこり、焼成後のコンデ
ンサが所望の誘電特性を満たさないことがあった。例え
ば、鉛ペロブスカイト系複合材料Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ
_2/3）Ｏ₃ の誘電率は単独では上記のように１２０００
であるが、低温焼成基板に内蔵すると３０程度に低下し
てしまう。

【０００５】これを改善する方法として、従来コンデン
サ用電極とガラスセラミック絶縁層との間にバリア層を
印刷等により設けて拡散を抑制する方法が提案されてい
る。例えば、誘電体組成とは異なる誘電材料からなる中
間層を設けてバリア層とする方法（例えば特開平１−２
６２６９５号公報参照）や、金属中間層を設ける方法
（例えば特開昭６２−２６５７９５号公報参照）があ
る。また、電極層にガラス粉を添加することにより、拡
散を抑制する方法（例えば特開平７−１１１２２５号公
報参照）もある。

【０００６】ところが、上記従来のものは、焼成時にガ
ラスセラミックよりなる絶縁体材料成分、特にガラス成
分の誘電体層中への拡散を必ずしも良好に抑制すること
ができず、高誘電率で誘電損失の少ないコンデンサ内蔵
のセラミック基板を得ることは困難であったり、バリア
層の形成にコストが嵩んだり、あるいは電極層に添加物
を加えることによってコンデンサの電気的特性が変化し
てしまう等の問題があった。

【０００７】本発明は上記の問題点に鑑みて提案された
もので、焼成時に絶縁体材料成分の誘電体層中への拡散
を確実に抑制することのできるバリア層を備え、高誘電
率で誘電損失の少ないコンデンサ内蔵のガラスセラミッ
ク多層配線基板を安価に提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明によるコンデンサ内蔵ガラスセラミック基板
は、以下の構成としたものである。即ち、ガラスセラミ
ック絶縁層、コンデンサ用電極、その他の回路用配線を
同時焼成して得るコンデンサ内蔵ガラスセラミック基板
において、コンデンサ電極とガラスセラミック絶縁層の
間にガラス成分の拡散を抑制するアルミナ、マグネシ
ア、ジルコニア、チタニア、カルシアから選択される１
種以上の耐火物からなるバリア層を形成したことを特徴
とする。

【０００９】

【作用】上記のようにコンデンサ電極とガラスセラミッ
ク絶縁層の間に、アルミナ等の耐火物からなるバリア層
を形成したことによって、焼成時にガラス成分の誘電体
層中への拡散が抑制され、該誘電体層の誘電率の低下が
防止されて高誘電率で誘電特性の優れたコンデンサ内蔵
ガラスセラミック基板を提供することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるコンデンサ内
蔵ガラスセラミック基板（多層配線基板）の具体的な構
成の一例を示す焼成後の断面図である。図において、１
はガラスセラミックよりなる絶縁層、２はコンデンサで
ある。そのコンデンサ２は一対の電極２１と、その両電
極２１・２１間に介在させた誘電体層２２とよりなる。
３は上記各電極２１に導電接続させたビア導体、４はバ
リア層である。

【００１１】上記のようなコンデンサを内蔵したガラス
セラミック多層配線基板を製造するに当たっては、例え
ば絶縁層１を構成する複数枚のガラスセラミックグリー
ンシートに予めコンデンサ２の電極２１や誘電体層２２
およびバリア層４やビア導体３さらに必要に応じて図に
省略した所望の配線パターン等を形成した後、それらの
ガラスセラミックグリーンシートを積層して焼成する。
この場合、コンデンサ２は、例えばセラミックグリーン
シート上にバリア層４と電極２１とを順に印刷等で形成
した後に、その上に誘電体層２２となる誘電体ペースト
を印刷等で形成し、さらにその上に電極２１とバリア層
４を順に印刷等して形成する。またビア導体３は、ビア
孔を形成した後に導体ペーストを充填して形成すればよ
い。

【００１２】上記のガラスセラミックグリーンシートに
用いるガラスセラミック粉末としては、例えば１１００
℃以下で充分に焼結するものを用いればよく、その材質
は適宜であり、ガラス粉末としては、例えば酸化鉛、酸
化亜鉛、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物
等を含有するアルミノ硼珪酸ガラスで軟化点が６００〜
８００℃の非晶質ガラス粉末、あるいは６００〜１１０
０℃で結晶化する結晶化ガラス等が使用できる。又これ
にアルミナ、ジルコン、ムライト、コージェライト、ア
ノーサイト、シリカ等のセラミックフィラーを混合して
もよい。その場合の混合比率は、ガラスセラミック基板
の坑折強度、誘電率、緻密性等の性能を勘案して適宜調
整すればよく、一般的に重量比で約１：１が好ましい。

【００１３】上記のガラスセラミックグリーンシート
は、ガラスセラミック粉末をスラリーに調整後、ドクタ
ーブレード等を用いてシート状に形成するもので、その
厚さは、作成すべき基板の焼成後の厚さを勘案して適宜
設定すればよく、例えば３０〜２００μｍ程度に成形す
る。また上記のスラリーに調整するには、ガラスセラミ
ック粉末にバインダや可塑剤および溶剤を加えて、ボー
ルミルやアトライタ等で混合して得ればよい。そのバイ
ンダとしては、例えばポリビニルブチラール、メタアク
リルポリマ、アクリルポリマ等を使用することができ
る。また可塑剤としてはフタル酸の誘導体等を、また溶
剤としてはアルコール類、ケトン類、塩素系有機溶剤等
をそれぞれ使用することができる。

【００１４】上記のようにして作成したガラスセラミッ
クグリーンシートには、前述のように予めコンデンサ２
の電極２１や誘電体層２２およびビア導体３さらに必要
に応じて図に省略した所望の配線パターン等を形成する
もので、特に本発明においてはコンデンサ電極２１とガ
ラスセラミック絶縁層１との間にバリア層４を形成する
ようにしたものである。

【００１５】そのバリア層４としては、前述のようにア
ルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、カルシア
の耐火物粉末から選択される１種以上の粉末を用いるも
ので、その粉末に例えばバインダを混練してペーストを
作製し、コンデンサ電極と絶縁層との間に印刷等するこ
とでバリア層を形成する。あるいは上記のようなペース
トに限らず、前記の耐火物粉末を含有するグリーンシー
トを電極層と絶縁層の間に挟んでバリア層を形成するこ
ともできる。

【００１６】上記の耐火物粉末の粒径は、例えばスクリ
ーン印刷する際にスクリーンを容易に通過できればよ
く、平均粒径は１〜５μｍ程度が好ましい。その耐火物
粉末をペーストもしくはグリーンシートにするには、該
粉末１００重量部をビヒクル２０〜３０重量部に混ぜ、
スリーロールミル等で混合する。ビヒクルの組成は特に
限定されないが、例えばエチルセルロース４〜８ｗｔ％
のターピネオール溶液が使用できる。ペーストとする場
合の粘度は、２００〜３００Ｐａ・Ｓとすれば印刷に好
適である。

【００１７】一方、コンデンサ２の誘電体層２２を形成
する誘電体ペーストとしては、前述のような鉛ペロブス
カイト系複合材料を主成分としたもの等を用いることが
できる。それらの材料を上記の耐火物粉末と同様の要領
でペースト状にすればよい。またコンデンサ２の電極２
１やビア導体３および配線パターン等を形成する導体ペ
ーストとしてはＡｇ粉末等を用い、その粉末を上記と同
様の要領でペースト状にすればよい。

【００１８】なお、前記バリア層４の厚さは、あまり薄
いと、前記のガラス成分の拡散抑制効果が少なく、あま
り厚いと、表面に凹凸がでてしまうので、８〜２０μｍ
程度が望ましい。またコンデンサ電極２１を形成する導
体ペーストの厚さは、７〜１５μｍ程度とすればよい。
さらに誘電体層２２を形成する誘電体ペーストの厚さ
は、あまり薄いとショートしてしまい、あまり厚いと表
面に凹凸がでてしまうので、３０〜４０μｍ程度が望ま
しい。

【００１９】次に、上記のようにして予めコンデンサ２
やバリア層４およびビア導体３や配線パターン等を形成
したガラスセラミックグリーンシートを複数枚積層した
後、ホットプレス機等で一体化して焼成する。そのとき
のホットプレス機等による圧力は、例えば５０〜３００
ｋｇ／ｃｍ² 、温度は６０〜９０℃程度とする。また焼
成は、例えば４５０〜６００℃程度に加熱してバインダ
等の有機物を除去した後、１１００℃以下、例えば８０
０から１０００℃で行えばよい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明によるコンデンサ内蔵ガラスセ
ラミック基板（多層配線基板）の具体的な実施例につい
て説明する。

【００２１】〔実施例〕前記図１に示すようなコンデン
サ内蔵ガラスセラミック多層配線基板を作製するに当た
り、ガラスセラミックグリーンシートを形成するための
ガラスセラミック粉末として、下記表１に示す組成のガ
ラス粉末（平均粒径２．２μｍ）と、アルミナ粉末（平
均粒径１．７μｍ）を５０：５０の比率で混合した。

【００２２】

【００２３】上記の混合粉末１００重量部に対して、ボ
リビニルブチラール９重量部、フタル酸ジイソブチル７
重量部、オレイン酸１重量部、イソプロピルアルコール
４０重量部、トリクロロエタン２０重量部を加えてボー
ルミルで２４時間混合してスラリーを製作した。そのス
ラリーをドクターブレード法でシート状に成形してガラ
スセラミックグリーンシートを作製した。そのガラスセ
ラミックグリーンシートの厚さは２３２μｍであった。

【００２４】一方、バリア層４を形成するための耐火物
粉末としては、平均粒径０．８μｍのアルミナ（住友化
学製ＡＫＰ−１５）、平均粒径１．２μｍのマグネシ
ア、平均粒径０．９μｍのジルコニア、平均粒径１．５
μｍのチタニア、平均粒径１．３μｍのカルシアを各々
単独で用い、それぞれエチルセルロース６ｗｔ％のター
ピネオール溶液とともにスリーロールミルで混練して５
種類の耐火物ペーストを作製した。

【００２５】またコンデンサ２の電極２１を形成するた
めの導体ペーストとしては、平均粒径２μｍの粒状Ａｇ
粉１００重量部を、エチルセルロース８ｗｔ％のターピ
ネオール溶液２０重量部とともにスリーロールミルで混
練したものを用いた。さらにコンデンサ２の誘電体層２
２を形成するための誘電体ペーストとしては、平均粒径
０．３μｍのＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃ 粉末１００
重量部をエチルセルロース８ｗｔ％のターピネオール溶
液３０重量部とともにスリーロールミルで混練したもの
を用いた。

【００２６】そして上記の耐火物ペーストおよび導体ペ
ーストや誘電体ペーストを、それぞれ印刷等で所望の厚
さに形成することによってバリア層４およびコンデンサ
２の電極２１と誘電体層２２を形成した。なおバリア層
４は前記５種類の耐火物ペーストを用いることによって
基板毎に材質を異ならせた。またバリア層４およびコン
デンサ電極２１の厚さはそれぞれ１０μｍとし、誘電体
層２２の厚さは３０μｍに形成した。

【００２７】さらに、ビア導体４は、ガラスセラミック
グリーンシートに形成した直径１００μｍのスルーホー
ルに導体ペーストを充填して形成した。その導体ペース
トとしては、平均粒径１０μｍのＡｇ粉末１００重量部
を、エチルセルロース５％のターピネオール溶液１１重
量部とともにスリーロールミルで混合したものを用い
た。

【００２８】上記のようにして基板毎に材質の異なるバ
リア層４を有するコンデンサ２やビア導体３を形成した
複数枚のガラスセラミックグリーンシートを互いに積層
し、その積層体を１５０ｋｇ／ｃｍ² 、８５℃の条件で
加圧成形した。次いで、５００℃で３時間保持してバイ
ンダを除去した後、８７５℃の空気中で２０分間焼成し
て実施例１〜５の５種類のコンデンサ内蔵ガラスセラミ
ック基板を作製した。そして、それらの基板に内蔵した
コンデンサの誘電特性を調べた。

【００２９】〔比較例〕また上記の実施例に対する比較
例１として、バリア層を設けない以外は上記と同様の要
領でコンデンサ内蔵ガラスセラミック基板を作製し、そ
の基板に内蔵したコンデンサの誘電特性を調べた。また
比較例２として前記各実施例においてコンデンサ２の誘
電体層２２に用いたＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃ 粉末
をペーストにはせずに粉末のままでプレスして焼成し、
その焼成体の誘電特性を調べた。以上の結果を下記表２
にまとめて示す。なお、表２中の誘電率εおよび誘電損
失ｔａｎδは、１ｋＨｚ、室温での測定値である。

【００３０】

【００３１】上記表２に示した結果から、比較例１のよ
うにバリア層を用いない場合は、ガラス成分の誘電体層
中への拡散によって誘電率は大幅に低下してしまうのに
対し、本発明による実施例１〜５のようにバリア層を形
成した場合には、拡散が抑制され、誘電率は５０００以
上に向上し、良好な誘電特性を示している。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によるコンデンサ内
蔵ガラスセラミック基板は、ガラスセラミック絶縁層と
コンデンサ電極との間に、アルミナ、マグネシア、ジル
コニア、チタニア、カルシアから選択される１種以上の
耐火物粉末を含むバリア層を設けることによって、焼成
時の絶縁体材料成分の誘電体層中への拡散を抑制するこ
とができ、誘電率が高くかつ誘電損失の低いコンデンサ
にすることができる。また前記従来のようにバリア層と
して誘電材料を用いた層や、金属層を形成するよりも安
価な耐火物粉末を用いることができるので、コストの低
減が図れる。また前記従来のように電極層にガラス粉等
を添加するものに比べ電極の電気抵抗値を下げることが
でき、良好な電気特性が得られる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるコンデンサ内蔵ガラスセラミック
基板の構成例を示す断面図。

【符号の説明】

１絶縁層２コンデンサ２１コンデンサ用電極２２誘電体層３ビア導体４バリア層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスセラミック絶縁層、コンデンサ用
電極、その他の回路用配線等を同時焼成して得るコンデ
ンサ内蔵ガラスセラミック基板において、コンデンサ電
極とガラスセラミック絶縁層との間にガラス成分の拡散
を抑制するアルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニ
ア、カルシアから選択される１種以上の耐火物からなる
バリア層を形成したことを特徴とするコンデンサ内蔵ガ
ラスセラミック基板。