JPH11330705A

JPH11330705A - コンデンサ内蔵基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11330705A
Application number: JP10128718A
Authority: JP
Inventors: Osamu Inoue; 修井上; Yasuhiro Sugaya; 康博菅谷; Junichi Kato; 純一加藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JP3955389B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無機系多層配線基板において、同時焼成で、
高誘電率、高容量のコンデンサを内蔵可能とする。【解決手段】コンデンサ用の電極層４ａ、４ｂと基板
層１ｂ、１ｃの間に、基板層１ｂ、１ｃおよび容量層２
より焼結温度が高く、かつ該基板層材料と反応するセラ
ミック系素材よりなる第一中間層８ａ、８ｂを入れる。
また、第一中間層８ａ、８ｂの電極側に隣接して、主成
分が容量層２と同一か、類似の成分よりなる第２中間層
９ａ、９ｂを配置する。またその製造方法として、コン
デンサ内蔵基板の焼成の前に、そのグリーン成形体の両
面もしくは片面に、その焼成温度では焼結収縮をほとん
ど、あるいは全く生じない無機組成物よりなるシートを
最外層７ａ、７ｂとして積層し、焼成後、これの全部ま
たは一部を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ内蔵基
板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の機器の小型化の進展により、半導
体ＩＣやその他の部品を多層配線基板上に高密度に実装
する事が求められ、これに対応して多層配線基板自体に
も様々な要求が寄せられている。

【０００３】多層配線基板は、ガラスエポキシ等の有機
材料が主体となる有機系基板と、アルミナ等のセラミッ
クスやガラスが主体となる無機系基板に大きく分類でき
る。この内、無機系基板の製造方法は、まず原料となる
アルミナ等の無機粉末を、有機高分子よりなるバインダ
や溶媒と混合し、これをシート状に成形して、グリーン
シート成形体を作製する。次に層間を接続するビア導体
を形成するため、このシートに、パンチング等の方法で
貫通孔を開け、この穴を、銅や銀等の導電性金属あるい
はその前駆体を含むペーストで充填する。またシートの
表面に、印刷等の方法で、やはり導電性金属あるいはそ
の前駆体を含む回路パターンを形成する。こうして作製
した複数のシートを積層し、まず低温での熱処理によ
り、シートや導体に含まれる有機成分を分解消失させ、
さらに高温で熱処理して、無機成分を焼結させ、内部に
配線導体を有する無機多層基板とする方法が一般的であ
る。

【０００４】この無機系多層基板は、その製造工程上多
層化が容易であり、またビア導体径を小さくする事も容
易である等、高密度実装に適している。また、コンデン
サ等の部品は、基板と同様に無機粉体を成形、焼成して
作製する事が出来るので、基板中の必要な位置に、コン
デンサが内蔵されるように、焼成前のグリーンシート積
層体中に、コンデンサ用誘電体と電極を形成し、これら
を一回の熱処理により同時に一体焼結させてコンデンサ
内蔵基板とする事により、より高密度実装に対応させる
試みもなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無機系
多層基板の主構成要素である無機系絶縁体と、内蔵コン
デンサ用の誘電体は、何れも無機粉末の焼結によって作
製されるものではあるが、両者の組成が異なるものであ
るために、以下の２つの問題点がある。

【０００６】第１の問題点は、両者が接触した状態で焼
成を行うため、その工程中に成分の相互拡散が生じて、
それぞれの焼結性や電気特性が変化してしまい、その結
果、目的とした特性のコンデンサを得る事ができないと
いう点である。第２の問題点は、両者の焼結開始および
終了温度と、焼結にともなう収縮率が一致しないと、片
方だけが焼結収縮しようとする、あるいは片方だけの収
縮率が大きい事によって、焼結後の基板にそりやクラッ
クが生じたり、ひどい場合には層間剥離等で破壊してし
まう点である。

【０００７】第２の問題点を克服するためには、基板用
絶縁体層（以下基板層と表記）とコンデンサ用誘電体層
（以下容量層と表記）の、焼結温度と収縮率をかなり厳
密に一致させる必要がある。一方、第１の問題点を克服
する方法として、基板層と容量層の間に、相互拡散を防
ぐための障壁となる層（以下中間層と表記）を介在させ
る方法が提案されており、障壁用材料として特定の組成
比のものを指定した特許が出願されている（特開平３−
４５９４号公報、特開平９−９２９７８号公報等）。し
かしながら、この方法を用いると、基板層と容量層と中
間層の３者の焼結温度を一致させないと、第２の問題点
が生じてしまう。例えば、特開平９−９２９７８号公報
では、アルミナ耐火物やマグネシア耐火物が障壁用材料
としての効果が大きい事が述べられているが、しかしな
がら、これらの耐火物は、基板材料として用いられてい
るガラスセラミックスの焼結温度である８７５℃では全
く焼結しないために、第２の問題点は克服できず、実用
的な方法とは言えなかった。また、焼結しないこれらの
耐火物は、機械強度の面からも、実用的とは言えなかっ
た。

【０００８】これらの問題点のため、大容量のコンデン
サを基板中に内蔵させる事は困難であり、その容量は５
０ｎＦ/ｃｍ²程度のものしか得られていなかった。

【０００９】本発明は、従来のコンデンサ内蔵基板およ
びその製造方法が有する上述した課題を考慮し、コンデ
ンサを基板中に同時焼成で一括形成する事ができ、集積
度、実装密度を向上させるコンデンサ内蔵基板およびそ
の製造方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するために、請求項１の本発明は、無機系絶縁材料か
らなる少なくとも一層の基板層と、前記基板層に積層さ
れた誘電体層と、前記誘電体層を挟み込むことによっ
て、前記誘電体層とともにコンデンサを形成する二層の
電極層と、前記基板層と前記誘電体層との間に、前記基
板層と前記誘電体層もしくは前記電極層とが直接接しな
いように配置され、前記基板層および前記誘電体層より
焼結温度が高く、かつ前記無機系絶縁材料と反応するセ
ラミック系素材からなる、少なくとも１層以上の中間層
とを備えることを特徴とするコンデンサ内蔵基板であ
る。

【００１１】請求項２の本発明は、前記中間層は、主成
分として、２価金属の酸化物を少なくとも１種類含むこ
とを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ内蔵基板で
ある。

【００１２】請求項３の本発明は、前記中間層の厚さが
１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の
コンデンサ内蔵基板である。

【００１３】請求項４の本発明は、前記中間層は、主成
分として、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜
鉛のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求
項２または３に記載のコンデンサ内蔵基板である。

【００１４】請求項５の本発明は、前記中間層の主成分
は、酸化マグネシウムと酸化カルシウムのいずれか一つ
と、酸化亜鉛とであることを特徴とする請求項４に記載
のコンデンサ内蔵基板である。

【００１５】請求項６の本発明は、前記中間層は、副成
分として、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化硼素、酸
化鉛のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請
求項１〜５のいずれかに記載のコンデンサ内蔵基板であ
る。

【００１６】請求項７の本発明は、前記中間層を第１中
間層とし、前記第１中間層と前記誘電体層との間に、前
記第１中間層と前記誘電体層もしくは前記電極層とが直
接接しないように配置され、前記誘電体層と実質的に同
一または類似の成分を主成分とする第２中間層を備える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコン
デンサ内蔵基板である。

【００１７】請求項８の本発明は、前記第２中間層は、
前記誘電体層よりも低温で焼結するものであることを特
徴とする請求項７に記載のコンデンサ内蔵基板である。

【００１８】請求項９の本発明は、前記第２中間層は、
副成分として、酸化鉛または酸化ビスマスを含むことを
特徴とする請求項７に記載のコンデンサ内蔵基板であ
る。

【００１９】請求項１０の本発明は、前記中間層全体の
厚さ、または、前記第１中間層と前記第２中間層の厚さ
の合計は、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項
１〜９のいずれかに記載のコンデンサ内蔵基板である。

【００２０】請求項１１の本発明は、請求項１〜１０の
いずれかに記載のコンデンサ内蔵基板を製造する製造方
法において、コンデンサ内蔵基板の焼成を行う前に、そ
のグリーン成形体の両面もしくは片面に、前記焼成が行
われる焼成温度においては、実質的に焼結収縮を生じな
い無機組成物を主成分とする最外層を積層し、前記焼成
の完了後、前記最外層の全部または一部を除去すること
を特徴とするコンデンサ内蔵基板の製造方法である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００２２】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００２３】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
るコンデンサ内蔵基板を示す断面模式図である。図１に
示すように、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板
は、無機系絶縁材料からなる基板層１ａ〜１ｄと、基板
層１ｂ、１ｃの間に配置された誘電体層である容量層２
と、それぞれ基板層１ｂ、１ｃと容量層２との間に配置
され、基板層１ａ〜１ｄおよび容量層２より焼結温度が
高く、かつ前記無機系絶縁材料と反応するセラミック系
素材からなる中間層３ａ、３ｂと、容量層２を挟み込む
ことによって、容量層２とともにコンデンサを形成して
いる電極層４ａ、４ｂと、層間または層上に配置された
配線層５ａ〜５ｄと、基板層１ａ〜１ｄまたは中間層３
ａ、３ｂを貫通して電極層または配線層同士を電気的に
接続するビア６ａ〜６ｆとを備えている。また、中間層
３ａ、３ｂは、基板層１ｂ、１ｃと容量層２もしくは電
極層４ａ、４ｂとが直接接しないように配置されてい
る。なお、最外層７ａ、７ｂは、後述する製造工程にお
いて、コンデンサ内蔵基板の焼成が行われる際の、焼成
温度においては、実質的に焼結収縮を生じない無機組成
物を主成分とするものであり、コンデンサ内蔵基板の焼
成前に、コンデンサ内蔵基板のグリーン成形体の両面も
しくは片面に積層され、前記焼成の完了後、全部または
一部を除去されるものである。

【００２４】次に、本実施の形態におけるコンデンサ内
蔵基板の製造方法を図１を参照して説明する。

【００２５】まず、コンデンサ内蔵無機系多層基板の作
製の材料として、以下のものを準備する。

【００２６】１．基板層グリーンシート２．中間層グリーンシートまたはペースト３．容量層グリーンシートまたはペースト４．ビア用導体ペースト５．配線およびコンデンサ電極用導体ペースト各グリーンシートは、それぞれに用いる無機粉末と有機
バインダとを十分に混合・混練してスラリーを作製し、
ベースフィルム上にこのスラリーを引きのばしてシート
状に形成した後、これを乾燥して作製する。各ペースト
は、それぞれに用いる無機粉末と、有機バインダと溶剤
とからなる有機ビヒクル成分とを十分に混合・混練して
作製する。

【００２７】最初に、基板層グリーンシートの内、容量
層２の最も近くに配置される基板層１ｂ、１ｃとなるも
のに対して、その全面あるいは容量層２が位置する予定
となる部位に、中間層３ａ、３ｂを、グリーンシート積
層法、または印刷法により形成する。次に、各基板層１
ａ〜１ｄおよび中間層３ａ、３ｂにビア孔加工を施し、
ビア用導体ペーストを、グリーンシートのビア孔に充填
することによって、ビア６ａ〜６ｆを形成する。次に内
層配線用導体ペーストを用いて、グリーンシート上に配
線パターンとして配線層５ａ〜５ｄを、また、コンデン
サ用電極として電極層４ａ、４ｂを印刷により形成す
る。電極層４ａ、４ｂのいずれかの上にグリーンシート
または印刷法により、容量層２を形成する。以下、必要
に応じて、容量層２が電極層４ａ、４ｂで挟まれ、かつ
電極層４ａ、４ｂと基板層１ｂ、１ｃの間に中間層３
ａ、３ｂがくるように、各ペーストを印刷するか、グリ
ーンシートを積層することによって、図１から最外層７
ａ、７ｂを除いたコンデンサ内蔵基板となるグリーン積
層体が形成される。このグリーン積層体の両面あるいは
片面に、最外層７ａ、７ｂとなる、絶縁シートの焼成時
に焼結しない無機組成物を含んだグリーンシート、ある
いは既に焼結した層、金属箔等を積層し、熱圧着して、
図１に示す本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板と
なるグリーン積層体を得る。以上の作製順序は、必要に
応じて変更、一部省略してもかまわない。得られた積層
体を加熱炉内で脱バインダ処理し、その後必要に応じて
配線層、電極層のメタライズ処理を施した後、焼成処理
を施すことによって、本実施の形態におけるコンデンサ
内蔵基板を得る。なお、最外層７ａ、７ｂを積層した場
合は、必要に応じて最外層７ａ、７ｂの一部または全部
を取り除く。

【００２８】本実施の形態においては、容量層２と基板
層１ｂ、１ｃとの間に、両者より焼結温度が高く、かつ
基板層１ｂ、１ｃと反応する中間層３ａ、３ｂを設けて
いる。この中間層３ａ、３ｂは、それ自体は焼結温度が
高いため、容量層２への拡散はあまり生じず、一方基板
層１ｂ、１ｃとは反応するために、基板層１ｂ、１ｃか
ら容量層２への拡散が妨げられ、その結果、容量層２の
焼結が阻害されず、大容量のコンデンサを作製する事が
可能となる。通常のセラミック基板中に、この中間層３
ａ、３ｂのような焼結しにくいものを部分的に入れる事
は、その部分のみ焼結収縮しにくいため、焼結体全体に
反りや歪み、クラックを生じたり、その部分の機械強度
が低下して層間剥離、破壊等を生じやすくなる。本実施
の形態においては、この対策として、第一に、中間層３
ａ、３ｂに、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化硼素、
酸化鉛等の副成分を添加して、中間層の機械強度、接着
強度を上げること、第二に、焼成前の積層体の上下面
に、焼成時に収縮を全くあるいはほとんど生じない最外
層７ａ、７ｂを積層して焼結させること、を採用するこ
とにより、焼成収縮が主として面に垂直な方向に生じ、
焼結温度の異なる層を入れてもクラック等が生じないよ
うにしている。

【００２９】基板層１ａ〜１ｄとなる無機絶縁材料は特
に限定されず、放熱性や強度、焼結温度、コストなどに
応じて適宜決定すれば良いが、一般に広く用いられてい
るアルミナや、ガラスセラミックスを用いる事ができ
る。特にガラスセラミックスは、焼成温度が９００℃程
度と低く、低抵抗だが低融点の銅、銀を配線材料に用い
る事が出来るので望ましい。ガラスセラミックに用いら
れるセラミック成分としては、アルミナ、シリカ、ムラ
イト、フォルステライト等が挙げられ、ガラスとして
は、結晶化ガラス系の、例えばほう珪酸ガラス、ほう珪
酸鉛系やほう珪酸カルシウム系などのほう珪酸塩系ガラ
スなど、非晶質ガラス系の、例えば珪酸塩ガラスやアル
ミノ珪酸塩ガラスなどが使用できる。

【００３０】容量層２となる無機絶縁材料は特に限定さ
れず、基板層１ａ〜１ｄの焼成温度や必要とされる誘電
率、誘電正接、温度特性などに応じて適宜決定すれば良
いが、基板層１ｂ、１ｃに低温焼結性のガラスセラミッ
クスを用いた場合は、やはり低温で焼結し、かつ誘電率
の大きい、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_xTi_y(Ni_1/2W_1/2)_1-x-yO₃等の
Ｐｂ系のペロブスカイト材料が有用である。より高い温
度で焼成する事が可能な場合は、チタン酸バリウム等が
使用できる。

【００３１】各層のグリーンシートの作製方法は特に限
定はなく、例えばドクターブレード法やカレンダ法、ロ
ールコーター法などが使用できる。またシートを保持す
るベースフィルムとしては、例えばポリエチレン系樹脂
やポリエステル系樹脂、紙などが使用できる。さらに、
基板層シートにビア孔加工を施す方法としては、例えば
パンチングやドリル加工、レーザー加工などが使用でき
る。

【００３２】導体材料中の金属成分は特に限定されず、
基板の作製方法や使用状態に応じて適宜選択すればよい
が、銅、銀、金、パラジウム、白金、ニッケルもしくは
それらの合金であることが好ましく、特に銅もしくは銀
が、低抵抗でありより好ましい。銅はコストや耐マイグ
レーション性に優れた導体材料であるが、焼成時に酸化
されやすい。このため導体ペースト中の金属前駆体とし
て酸化銅を主体に用い、焼成時にメタライズ処理して導
電性の良好な金属銅とすることも可能である。

【００３３】ペーストを作製する際に使用する有機ビヒ
クル成分としては特に限定は無く、有機バインダとして
は、例えばエチルセルロース系樹脂、ポリビニルブチラ
ール樹脂、ポリアクリル系樹脂などが使用でき、溶剤と
してはテルピネオールなどのアルコール類やケトン類な
どが使用できる。また適宜可塑剤や界面活性剤を添加し
てもよい。また、ペーストの混練方法としては特に限定
はなく、例えば３本ロールミルやボールミルなどが使用
できる。

【００３４】積層体の熱処理の雰囲気は特に限定は無
く、脱バインダ、メタライズ、焼成などの目的に応じ適
宜選択でき、例えば大気、窒素、水素、水蒸気、二酸化
炭素あるいはそれらの混合ガスなどが使用できる。

【００３５】なお、本発明の基板層は、本実施の形態に
おいては、本発明のコンデンサを挟むように、上下各二
層あるとして説明したが、これに限るものではなく、例
えば、本発明のコンデンサの下部に一層のみが備えられ
ているとしてもよい。要するに、無機系絶縁材料からな
る少なくとも一層の基板層と、前記基板層に積層された
誘電体層と、前記誘電体層を挟み込むことによって、前
記誘電体層とともにコンデンサを形成する二層の電極層
と、前記基板層と前記誘電体層との間に、前記基板層と
前記誘電体層もしくは前記電極層とが直接接しないよう
に配置され、前記基板層および前記誘電体層より焼結温
度が高く、かつ前記無機系絶縁材料と反応するセラミッ
ク系素材からなる、少なくとも１層以上の中間層とを備
える構成であればよい。

【００３６】また、本発明の誘電体層および中間層は、
本実施の形態においては、図１に示すように、各基板層
の全面に配置されているとして説明したが、これに限る
ものではなく、例えば、図２に示すように、中間層３
が、基板層間１ｂ、１ｃ間に部分的に配置された容量層
（誘電体層）２の周囲を囲い込むように、配置されてい
るとしてもよい。要するに、本発明の中間層が、本発明
の基板層と本発明の誘電体層との間に、前記基板層と前
記誘電体層もしくは本発明の電極層とが直接接しないよ
うに配置されておればよい。

【００３７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
が上述した第１の実施の形態と異なるのは、第１の実施
の形態におけるコンデンサ内蔵基板が本発明の中間層を
備えていることに対し、本実施の形態におけるコンデン
サ内蔵基板が本発明の第１中間層および第２中間層を備
えていることである。したがって、本実施の形態におい
て、第１の実施の形態と同様の物については、同一符号
を付与し、説明を省略する。また、特に説明のないもの
については、第１の実施の形態と同じとする。

【００３８】図３は、本発明の第２の実施の形態におけ
るコンデンサ内蔵基板を示す断面模式図である。図３に
示すように、本実施の形態におけるコンデンサ内蔵基板
は、無機系絶縁材料からなる基板層１ａ〜１ｄと、基板
層１ｂ、１ｃの間に配置された誘電体層である容量層２
と、それぞれ基板層１ｂ、１ｃと容量層２との間に配置
され、基板層１ａ〜１ｄおよび容量層２より焼結温度が
高く、かつ前記無機系絶縁材料と反応するセラミック系
素材からなる第１中間層８ａ、８ｂと、それぞれ第１中
間層８ａ、８ｂと容量層２との間に配置され、容量層２
と実質的に同一または類似の成分を主成分とする第２中
間層９ａ、９ｂと、容量層２を挟み込むことによって、
容量層２とともにコンデンサを形成している電極層４
ａ、４ｂと、層間または層上に配置された配線層５ａ〜
５ｄと、基板層１ａ〜１ｄまたは中間層３ａ、３ｂを貫
通して電極層または配線層同士を電気的に接続するビア
６ａ〜６ｈとを備えている。また、第１中間層８ａ、８
ｂは、基板層１ｂ、１ｃと容量層２もしくは電極層４
ａ、４ｂとが直接接しないように配置されており、第２
中間層９ａ、９ｂは、第１中間層８ａ、８ｂと容量層２
もしくは電極層４ａ、４ｂとが直接接しないように配置
されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様
である。

【００３９】次に、本実施の形態におけるコンデンサ内
蔵基板の製造方法を説明する。本実施の形態におけるコ
ンデンサ内蔵基板の製造方法は、上述した第１の実施の
形態におけるコンデンサ内蔵基板の製造方法の説明にお
いて、中間層３ａ、３ｂを第１中間層８ａ、８ｂに置き
換えるのに加えて、電極層４ａ、４ｂと第１中間層８
ａ、８ｂの間に第２中間層９ａ、９ｂがくるように、各
ペーストを印刷するか、グリーンシートを積層するもの
である。

【００４０】本実施の形態における各部材の材質につい
ては、第１中間層の材質が第１の実施の形態における中
間層の材質と同じであること、および、第２中間層の材
質が第１の実施の形態における容量層の材質と実質的に
同一または類似の成分を主成分とするものであること以
外は、第１の実施の形態と同じである。

【００４１】本実施の形態においては、第２中間層を備
えることにより、第１の実施の形態の効果に加え、基板
層および第１中間層の容量層への拡散の影響を、ほとん
ど０に出来るという効果がある。

【００４２】なお、本発明の誘電体層、第１中間層およ
び第２中間層は、本実施の形態においては、図３に示す
ように、各基板層の全面に配置されているとして説明し
たが、これに限るものではなく、例えば、図２の中間層
３のように、第１中間層および／または第２中間層が、
基板層間に部分的に配置された容量層（誘電体層）の周
囲を囲い込むように、配置されているとしてもよい。要
するに、本発明の第１中間層が、本発明の基板層と本発
明の誘電体層との間に、前記基板層と前記誘電体層もし
くは本発明の電極層とが直接接しないように配置されて
おり、本発明の第２中間層が、本発明の第１中間層と前
記誘電体層との間に、前記第１中間層と前記誘電体層も
しくは前記電極層とが直接接しないように配置されてお
ればよい。

【００４３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００４４】以下に説明する実施例１〜５は、上述した
第１または第２の実施の形態におけるコンデンサ内蔵基
板の具体的実施例について、各中間層の組成・厚さ等、
または、最外層の有無・組成等を変化させた試料を作製
して、これらのコンデンサ内蔵基板としての性能を比較
したものである。各実施例の試料のうち、第１中間層の
みを備えるものは、第１の実施の形態に対応するもので
あり、この場合、第１中間層は中間層３ａ、３ｂに対応
するものである。また、第１中間層および第２中間層を
備えるものについては、第２の実施の形態に対応するも
のである。

【００４５】なお、本発明の効果を確認するために、上
記試料と合わせて、本発明の対象外である試料も作製し
て、上記試料とともに比較をしている。本発明の対象外
であるか否かの区別は、各実施例の結果を示す比較表中
の「実比」欄で、本発明の実施例に対応するものについ
ては「実」と記し、本発明の対象外であり、比較例とし
て掲げたものについては「比」と記することによって、
行っている。

【００４６】また、実施例１〜４においては、導体材料
中の金属成分として、最も低抵抗な銅または銀を用いる
場合を中心として本発明の具体的実施例を示す。銅また
は銀は融点が低いため、無機絶縁材料としては、低温で
焼結できるものである必要性があり、このため、実施例
１〜４については、無機絶縁材料として、ガラス−アル
ミナ混合系のガラスセラミックスを選んだが、実施例５
に示すように、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００４７】（実施例１）まず銀粉末、融着用ガラス粉
末にエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを３本ロ
ールで十分に混合、混練し、配線用およびコンデンサ電
極用導体ペーストを作製した。また、ガラス成分を若干
増量して、同様にビア用導体ペーストを作製した。

【００４８】次に、ガラス−アルミナ混合の基板層用粉
末（焼結温度９００℃）と、バインダとしてブチラール
系樹脂、可塑剤としてベンジルブチルフタレート、溶剤
としてブチルカルビトールをボールミルで十分に混合、
混練した後、脱泡し、得られたスラリーを、表面に離型
処理を施したベースフィルム（ポリフェニルサルファイ
ド）上にドクターブレード法で成形し、厚み約２００μ
ｍの基板層グリーンシートを作製した。また、ガラスセ
ラミック粉末の代わりにＰｂ系ペロブスカイト誘電体粉
末（組成比Pb_1.0Ca_0.03(Mg_1/3Nb_2/3)_0.8Ti_0.14(Ni_1/2W
_1/2)_0.06O_3.03、焼結温度８００℃）を用いて、上記と
同様にしてスラリーを作製し、これよりベースフィルム
（ポリフェニルサルファイド）上にドクターブレード法
で、容量層グリーンシートを作製した。同様に、無機粉
末を用いて、第１および第２中間層グリーンシートを作
製した。表１に各中間層のグリーンシートの組成および
焼結後の厚さを示す。組成欄中の例えば「MgO+1%B₂O₃」
は、MgO を１００に対してB₂O₃を１の割合で含む組成を
表す（他の表も同様）。また、アルミナ粉末を用いて、
ベースフィルム（ＰＥＴ）上に、本発明の最上層とな
る、厚み約２００μｍのアルミナシートを作製した。

【００４９】基板層グリーンシートの内、コンデンサ層
を挟むものについては、ベースフィルムを剥がした第１
中間層のみ、もしくは、第１および第２中間層のグリー
ンシートを積層した。次に所定箇所にφ０．２ｍｍのビ
ア孔をパンチングにより穿孔し、このビア孔に導体ペー
ストを充填した後、その表面に、必要に応じて配線用ま
たはコンデンサ電極用導体ペーストを用いて、印刷法に
よりパターンを形成した。コンデンサ用電極パターンを
形成した積層体上には、容量層グリーンシートを、ベー
スフィルムを剥がして積層し、さらに印刷法により、コ
ンデンサ用電極と配線パターンを形成した。こうして作
製した複数の積層体を、容量層がコンデンサ用電極層で
挟まれ、かつコンデンサ電極と基板層の間に中間層がく
るように、ベースフィルムを剥がしてお互いに積層し、
さらに全体の両側をベースフィルムを剥がしたアルミナ
グリーンシートで挟み、８０℃で熱圧着して最終的な積
層体を得た。

【００５０】得られた積層体を加熱炉内の大気中６００
℃で脱バインダ処理した後、さらに９００℃にて焼成し
た。その後焼結体の両側のアルミナを水洗浄により除去
し、内部に１０個のコンデンサ（容量層は、図１、図３
に示す如く一層であるが、それを挟む電極層を１０対し
たもの）を内蔵した無機多層基板を得た。こうして得ら
れた内蔵コンデンサの容量とその誘電正接ｔａｎδをＬ
ＣＲメーターにて、周波数１ｋＨｚで測定した。また基
板を切断してその断面観察より、各層の厚さを測定し
た。容量層の厚さは１０μｍであった。これより、容量
層の誘電率を算出した。１０個のコンデンサの平均値の
結果を表１に示す。なお、上述したように、表１に示す
厚さは、積層時のものではなく、焼結後の値である。

【００５１】なお、表１には、比較例として、本発明の
中間層を有しないもの（試料Ｎｏ．１）、中間層を有す
るがその材質が本発明の範囲とは異なるもの（試料Ｎ
ｏ．２〜４）を上記と同様にして作製した結果を示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１より明らかなように、中間層が全くな
い試料Ｎｏ．１では、容量がほとんど得られなかった。
中間層としてコンデンサと同一組成のものを用いたＮ
ｏ．２では、中間層の焼結温度は容量層と等しく、基板
層より低くなるが、この場合も容量が極めて小さかっ
た。Ａｌ₂Ｏ₃を用いたＮｏ．３では、中間層の焼結温度
は容量層や基板層より高くなるが、基板材料が多量のＡ
ｌ₂Ｏ₃をもともと含むものであるために中間層とほとん
ど反応しない。この場合も容量は小さかった。中間層と
してBi₉Ca₄Nb₆O_x （焼結温度９００℃）を用いたＮｏ．
４では、中間層の焼結温度は容量層より高いが基板層と
等しく、この場合も容量は小さかった。

【００５４】これに対して、ＭｇＯを主成分とする中間
層を持つ試料Ｎｏ．５〜１２では、誘電率９００以上と
なった。また、ｔａｎδについては０．０３以下であ
り、実用上問題のない値となった。ＭｇＯは焼成温度が
基板層より高く、基板材料に含まれるガラスと反応する
ために、基板材料からの容量層への拡散が妨げられたも
のと推測される。

【００５５】次に、Ｎｏ．５〜１２を比較すると、第２
中間層として容量層とおなじ層を容量層側にもつＮｏ．
６，９〜１２は、ＭｇＯ層が容量層と隣接するＮｏ．
５，７，８に比べ、同一中間層厚さでも、より高誘電
率、高容量であった。また、ＭｇＯのみで副成分を含ま
ない第１中間層を持つＮｏ．５，６，７は、中間層の強
度が低く層間剥離を生じやすかった。この影響のため
か、壊れないように慎重に扱った試料の容量を測定して
も、複数作製したコンデンサの容量にバラツキが大き
く、その平均値も比較的小さかった。これに対して、副
成分としてＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃，ＰｂＯのいず
れかを副成分として含む場合は、このような問題を生じ
にくく、バラツキも小さく、平均値としての容量、誘電
率も大きかった。

【００５６】（実施例２）本発明の第１および第２中間
層を備えた場合の、第１中間層の材質の違いによる比較
をおこなった結果を表２に示す。表２に示した各試料
は、実施例１と同様の方法でコンデンサ内蔵基板を作製
し、同様に容量、誘電率、誘電正接を測定したものであ
る。なお、表２には、比較例として、第１中間層の材質
が本発明の範囲とは異なるもの（試料Ｎｏ．１，３，
４，６，１０〜１２、ただし、試料Ｎｏ．１は第２中間
層を備えていないものである）を上記と同様にして作製
した結果を示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】表２より明らかなように、中間層の合計厚
は同じ２５μｍであっても、主成分に２価金属の酸化物
を用いている試料Ｎｏ．２，５，７〜９が誘電率１００
０以上となるのに対し、３価〜６価の金属の酸化物を用
いた試料Ｎｏ．３，４，６，１０〜１２と、コンデンサ
層と同じ組成よりなる中間層のみを用いた試料Ｎｏ．１
は、４００以下であり、ほとんど容量が得られなかっ
た。

【００５９】また、試料Ｎｏ．２，５，７〜９を比較す
ると特に、ＭｇＯ，ＣａＯ，ＺｎＯを用いたＮｏ．２，
５，８が誘電率３０００以上となって、大容量であっ
た。

【００６０】（実施例３）本発明の第１および第２中間
層を備えた場合の、第１および第２中間層の材質、厚さ
の違いによる比較をおこなった結果を表３に示す。表３
に示した各試料は、実施例１と同様の方法でコンデンサ
内蔵基板を作製し、同様に容量、誘電率、誘電正接を測
定したものである。

【００６１】

【表３】

【００６２】表１の試料Ｎｏ．６，９と表３の試料Ｎ
ｏ．１〜３より明らかなように、第１中間層のＭｇＯに
添加するＳｉＯ₂は、増やし過ぎるとかえって誘電率が
低下する傾向にあり、１００％（主成分であるＭｇＯと
１対１の重量比）の添加では、かなり低誘電率となっ
た。従って、あくまで２価金属酸化物を主成分（全体重
量の５１重量パーセント以上）にする事が重要である。

【００６３】次に、試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．４〜６よ
り、中間層厚は合計厚が１０μｍと薄くても明瞭な効果
がある。しかしながら、本来不必要な層である中間層の
合計厚が３０μｍを越える試料Ｎｏ．６は、望ましくな
い。また、第一中間層の厚さが１０μｍを越える試料Ｎ
ｏ．５は、副成分を含むにもかかわらず、その部分の強
度が低く、クラック等が生じやすくなるためか、バラツ
キが大きくなり、平均の容量、誘電率も若干低下した。

【００６４】次に、第２中間層にコンデンサ層と同じ組
成にＰｂＯまたはＢｉ₂Ｏ₃を１０％加えて、より低温で
焼結可能としたものを用いた試料Ｎｏ．７〜１２は、こ
れらを加えないコンデンサ層と全く同じものを用いた場
合に比べて、より高誘電率、大容量となった。この理由
は明らかではないが、第２中間層が早期に緻密化する事
により、基板層からの拡散の効果をより小さくできるも
のと考えられる。また、第１中間層の主成分をＭｇＯ、
ＣａＯやＺｎＯのみにした試料Ｎｏ．７〜９，１２と、
ＺｎＯと他の２種を組み合わせた試料Ｎｏ．１０，１１
を比べると、ＺｎＯとＭｇＯあるいはＣａＯを組み合わ
せる事で、より高誘電率化した。

【００６５】（実施例４）本発明の第１および第２中間
層を備えた場合の、本発明の最外層を用いて製造を行う
ことに関し、焼成後の基板状態および容量測定の比較を
おこなった結果を表４に示す。なお、表４には、比較例
として、本発明の第１中間層を有しないもの（試料Ｎ
ｏ．１）についても、その焼成後の基板状態および容量
測定の結果を示す。

【００６６】配線用およびコンデンサ電極用導体ペース
トとビア用導体ペーストについては、実施例１と同様の
方法で作製した、銀系配線用およびコンデンサ電極用導
体ペーストとビア用導体ペーストを用いた試料（試料Ｎ
ｏ．１，２，６，７，９）、銅粉末を用いて同様に作製
した銅系配線用およびコンデンサ電極用導体ペーストと
ビア用導体ペーストを用いた試料（試料Ｎｏ．４，５，
８）、酸化銅粉末を用いて同様に作製した酸化銅系配線
用およびコンデンサ電極用導体ペーストとビア用導体ペ
ーストを用いた試料（試料Ｎｏ．３）を作製して比較を
おこなった。

【００６７】また、中間層用として、実施例１と同様の
方法で、第１中間層形成用にＭｇＯに１ｗｔ％のＳｉＯ
₂を加えたペーストと、第２中間層形成用にコンデンサ
用誘電体に２０ｗｔ％のＰｂＯを加えたペースト、およ
び、それぞれのペーストと同じ組成のグリーンシートを
作製した。ペーストは、表４中の中間層の欄に「印刷」
と記載されている試料に用い、グリーンシートは、表４
中の中間層の欄に「積層」と記載されている試料に用い
るものである。

【００６８】さらに、実施例１と同様の方法で、アクリ
ル系樹脂バインダを用いて、厚み約２００μｍの基板層
グリーンシート、容量層グリーンシートを作製した。ま
た、表４中の最外層の欄に「アルミナ」と記載されてい
る試料（試料Ｎｏ．１〜３）に本発明の最上層として用
いる厚み約２００μｍのアルミナグリーンシートと、表
４中の最外層の欄に「銅粉」と記載されている試料（試
料Ｎｏ．４）に本発明の最上層として用いる厚み約１０
０μｍの銅グリーンシートを作製した。また、表４中の
最外層の欄に「銅箔」と記載されている試料（試料Ｎ
ｏ．５）に本発明の最上層として用いる厚さ５０μｍの
表面粗化処理をした銅箔も用意した。

【００６９】これらのシートとペーストを用いて、実施
例１と同様の方法で、表４に示す構成の９種類の積層体
を作製した。グリーンシートを用いて中間層を設ける方
法は実施例１と全く同じである。ペーストを用いる場合
は、基板層グリーンシートの、容量層を挟む位置に、各
ペーストを用いて印刷法により中間層を設ける。この上
に電極を印刷で形成する。容量層は、表４中の容量層の
欄に「積層」と記載されている試料（試料Ｎｏ．２，
７，９）については、実施例１と同様の方法で形成し、
表４中の容量層の欄に「転写」と記載されている試料
（試料Ｎｏ．１，３〜６，８）については、シートの必
要部位以外をあらかじめ除去しておき、このシートを、
電極を印刷した積層体上に、ベースフィルムを上にして
積層し、次にベースフィルムを剥がす事で、中間層と電
極のある部位にのみ転写形成した。また、本実施例には
示していないが、容量層もペースト化して、印刷で形成
する方法でも形成が可能であった。なお、層厚は、焼成
後第１中間層が８μｍ、第２中間層が１７μｍ、容量層
が６μｍとなるように調整した。

【００７０】得られた積層体のうち、銀系および酸化銅
系導体ペーストを含むものは、加熱炉内の大気中６００
℃で脱バインダ処理し、酸化銅系導体ペースト含むもの
は１０％の水素を含む窒素中で３００℃で酸化銅を還元
した。銅系導体ペーストを有するものは、酸素５０ｐｐ
ｍを含む窒素中７００℃で脱バインダ処理をした。焼成
は、いずれの試料も窒素中で９００℃で行った。その後
焼結体の両側にアルミナあるいは銅を設けたものについ
ては、アルミナは洗浄により全て、銅はエッチングによ
り一部を残して除去し、コンデンサ内蔵無機多層基板を
得た。こうして得られた基板の外観を検査し、また内蔵
コンデンサの容量をＬＣＲメーターにて、周波数１ｋＨ
ｚで測定した。結果を表４に示す。

【００７１】

【表４】

【００７２】試料Ｎｏ．１〜３は、焼成による面内収縮
率は１％以下、試料Ｎｏ．４は約２％、試料Ｎｏ．５
は、ほぼ０％、試料Ｎｏ．６，８，９は約１６％、試料
Ｎｏ．７は約５％であった。表４より明らかなように、
ＭｇＯ系第一中間層を設けながら、最外層にアルミナ、
あるいは銅の層を設けなかった試料Ｎｏ．６〜８では、
設けた場合に比して、良好な焼結体を得る事が出来なか
った。第一中間層を印刷法により、基板の一部の部位に
設けた試料Ｎｏ．６では基板に凹凸が生じ、一方、第一
中間層を積層により基板全体に設けた試料Ｎｏ．７，８
では焼成終了のハンドリング時に容易に剥離した。これ
は、第一中間層がこの温度ではほとんど焼結収縮を示さ
ないためと考えられる。一方、ＭｇＯ系第一中間層を設
けず、第２中間層のみとした試料Ｎｏ．９では、最外層
を設けなくても基板の焼成後の状態は良好であったが、
容量は得られなかった。これらに対して、最外層と第一
中間層を設けた試料Ｎｏ．１〜５では、中間層や容量層
の形成法に無関係に良好な基板が得られ、内蔵コンデン
サの容量も約１μＦ/ｃｍ²と大きかった。

【００７３】（実施例５）導体材料中の金属成分および
無機絶縁材料について、実施例１〜４において用いられ
たものと違うものを用いた場合の効果について確認した
結果を以下に述べる。

【００７４】実施例１と同様の方法で、タングステン系
配線用およびコンデンサ電極用導体ペーストを作製し
た。また実施例１と同様の方法で、厚み基板層用の約２
００μｍのアルミナ＋０．１％マグネシア基板層グリー
ンシート（焼結温度１４５０℃）と、容量層用約２０μ
ｍのチタン酸バリウムグリーンシート（焼結温度１４５
０℃）と、中間層用約３０μｍのＣａＯグリーンシート
（焼結温度１８００℃）と、最外層用の厚み約２００μ
ｍの窒化アルミニウムグリーンシートを作製した（焼結
温度１８００℃）。

【００７５】これらのシートとペーストを用いて、実施
例１と同様の方法で積層体を作製し、水素中で９００℃
で脱バインダした後、１４５０℃で焼成して、コンデン
サ内蔵基板を得た。比較のため、中間層に容量層と同じ
チタン酸バリウムよりなる層を設けたものも作製した。
両者の内蔵コンデンサの容量をＬＣＲメーターにて、周
波数１ｋＨｚで測定したところ、前者は０．３μＦ/ｃ
ｍ²であったのに対し、後者は０．０１μＦ/ｃｍ²以下
であった。この結果により、実施例１〜４において用い
られたものと違うものを用いた場合の効果が確認され
た。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、コンデンサを基板中に同時焼成で一括形
成する事ができ、集積度、実装密度を向上させるコンデ
ンサ内蔵基板およびその製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるコンデンサ
内蔵基板を示す断面模式図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態におけるコンデンサ
内蔵基板の別の一例を示す断面模式図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態におけるコンデンサ
内蔵基板を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１基板層２容量層３中間層４電極層５配線層６ビア７最外層８第１中間層９第２中間層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機系絶縁材料からなる少なくとも一層
の基板層と、前記基板層に積層された誘電体層と、前記
誘電体層を挟み込むことによって、前記誘電体層ととも
にコンデンサを形成する二層の電極層と、前記基板層と
前記誘電体層との間に、前記基板層と前記誘電体層もし
くは前記電極層とが直接接しないように配置され、前記
基板層および前記誘電体層より焼結温度が高く、かつ前
記無機系絶縁材料と反応するセラミック系素材からな
る、少なくとも１層以上の中間層とを備えることを特徴
とするコンデンサ内蔵基板。
【請求項２】前記中間層は、主成分として、２価金属
の酸化物を少なくとも１種類含むことを特徴とする請求
項１に記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項３】前記中間層の厚さが１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ内蔵基
板。
【請求項４】前記中間層は、主成分として、酸化マグ
ネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛のうちの少なくと
も一つを含むことを特徴とする請求項２または３に記載
のコンデンサ内蔵基板。
【請求項５】前記中間層の主成分は、酸化マグネシウ
ムと酸化カルシウムのいずれか一つと、酸化亜鉛とであ
ることを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ内蔵基
板。
【請求項６】前記中間層は、副成分として、酸化珪
素、酸化アルミニウム、酸化硼素、酸化鉛のうちの少な
くとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項７】前記中間層を第１中間層とし、前記第１
中間層と前記誘電体層との間に、前記第１中間層と前記
誘電体層もしくは前記電極層とが直接接しないように配
置され、前記誘電体層と実質的に同一または類似の成分
を主成分とする第２中間層を備えることを特徴とする請
求項１〜６のいずれかに記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項８】前記第２中間層は、前記誘電体層よりも
低温で焼結するものであることを特徴とする請求項７に
記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項９】前記第２中間層は、副成分として、酸化
鉛または酸化ビスマスを含むことを特徴とする請求項７
に記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項１０】前記中間層全体の厚さ、または、前記
第１中間層と前記第２中間層の厚さの合計は、３０μｍ
以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに
記載のコンデンサ内蔵基板。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載のコ
ンデンサ内蔵基板を製造する製造方法において、コンデ
ンサ内蔵基板の焼成を行う前に、そのグリーン成形体の
両面もしくは片面に、前記焼成が行われる焼成温度にお
いては、実質的に焼結収縮を生じない無機組成物を主成
分とする最外層を積層し、前記焼成の完了後、前記最外
層の全部または一部を除去することを特徴とするコンデ
ンサ内蔵基板の製造方法。