JP2005217170A - Composite multilayer ceramic electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＬＣフィルタまたは積層コンデンサなどを内蔵する多層基板等の複合積層セラミック電子部品に関し、より詳しくは、高誘電率ガラスセラミック層と低誘電率ガラスセラミック層とを積層した積層構造を有する複合積層セラミック電子部品に関する。 The present invention relates to a composite multilayer ceramic electronic component such as a multilayer substrate incorporating an LC filter or a multilayer capacitor, and more specifically, a composite having a multilayer structure in which a high dielectric constant glass ceramic layer and a low dielectric constant glass ceramic layer are laminated. The present invention relates to a multilayer ceramic electronic component.
近年、電子機器の小型化、軽量化、および薄型化に伴って、電子機器に用いられる電子部品の小型化が求められている。しかしながら、従来、フィルタやコンデンサなどの素子は、それぞれ個別に、単体部品として、構成されており、これらの部品を小型化しただけでは、電子機器の小型化に限界があった。そこで、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板内に、インダクタやコンデンサなどの素子を内蔵した積層セラミック電子部品が提案されている。 In recent years, as electronic devices have become smaller, lighter, and thinner, electronic components used in electronic devices have been required to be smaller. Conventionally, however, elements such as filters and capacitors are individually configured as single parts, and miniaturization of electronic devices has been limited only by miniaturizing these parts. Therefore, multilayer ceramic electronic components have been proposed in which elements such as inductors and capacitors are built in a ceramic multilayer substrate formed by laminating a plurality of ceramic layers.
また、積層セラミック電子部品のより一層の小型化および高周波化に対応するために、種々の複合多層基板が検討されている。例えば、特開２０００−２６４７２４号（特許文献１）では、配線導体が形成されたり、半導体デバイスなどが実装されたりする低誘電率セラミック層と、コンデンサなどを構成する高誘電率セラミック層とを積層してなる複合積層セラミック電子部品が提案されている。
しかしながら、上記のような複合積層セラミック電子部品では、低誘電率セラミック層と高誘電率セラミック層とを複合化しているため、低誘電率層と高誘電率層の焼成収縮プロファイルや熱膨張係数の違いにより、両者の界面での剥離や基板自体の変形が生じたりするという問題があった。 However, in the composite multilayer ceramic electronic component as described above, since the low dielectric constant ceramic layer and the high dielectric constant ceramic layer are combined, the firing shrinkage profile and the thermal expansion coefficient of the low dielectric constant layer and the high dielectric constant layer are reduced. Due to the difference, there is a problem that peeling at the interface between the two and deformation of the substrate itself occur.
また、マイクロ波やミリ波などの高周波領域では、電気抵抗が低いＣｕやＡｇなどの低抵抗金属を配線導体として用いることが望ましいが、これらの低抵抗金属は融点が低いため、低抵抗金属からなる配線導体を内蔵した複合積層セラミック電子部品を形成するためには、セラミックの焼成温度を１０００℃以下とする必要があった。 In high frequency regions such as microwaves and millimeter waves, it is desirable to use a low resistance metal such as Cu or Ag having a low electrical resistance as a wiring conductor. However, these low resistance metals have a low melting point. In order to form a composite multilayer ceramic electronic component with a built-in wiring conductor, it was necessary to set the firing temperature of the ceramic to 1000 ° C. or lower.
さらに、マイクロ波やミリ波などの高周波領域では、基板となるセラミック材料の誘電損失が小さいことが要求される。ところで、焼成温度を１０００℃以下とするには、セラミック材料に対してガラスなどの焼結助剤を添加することが行われているが、ガラスなどの焼結助剤は、セラミック材料の低誘電損失化を妨げる傾向にあり、１０００℃以下の低温で焼成することができ、かつ誘電損失の小さなセラミック材料を実現することが困難であった。 Furthermore, in a high frequency region such as a microwave and a millimeter wave, it is required that the dielectric loss of the ceramic material used as the substrate is small. Incidentally, in order to set the firing temperature to 1000 ° C. or lower, a sintering aid such as glass is added to the ceramic material. However, the sintering aid such as glass is a low dielectric constant of the ceramic material. It tends to prevent loss, and it has been difficult to realize a ceramic material that can be fired at a low temperature of 1000 ° C. or less and has a low dielectric loss.
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、異種材料の界面における剥離や変形が生じ難く、低温で焼成可能であり、しかも高周波用途に用いるのに適した低誘電損失を実現し得る、複合積層セラミック電子部品を提供することにある。 The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its purpose is that peeling and deformation at the interface of different materials are unlikely to occur, it can be fired at a low temperature, and is suitable for use in high frequency applications. Another object of the present invention is to provide a composite multilayer ceramic electronic component capable of realizing a low dielectric loss.
すなわち、本発明は、一般式：ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚＲｅＯ3/2（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％、８≦ｘ≦１８、５２．５≦ｙ≦６５、および２０≦ｚ≦３９．５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、Ｒｅは希土類元素の１種以上）で表される第１セラミック成分と、第１ガラス成分とを含む比誘電率εｒが２０以上の高誘電率ガラスセラミック層と、アルミナ、またはアルミナとスピネルとの混合物からなる第２セラミック成分０〜５０重量％と、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で３０〜６０モル％、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜４０モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０〜４０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、および酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算で０〜２０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％である第２ガラス成分５０〜１００重量％と、を含む比誘電率εｒが１０以下の低誘電率ガラスセラミック層と、を積層してなる、複合積層セラミック電子部品に係るものである。 That is, the present invention has the general formula: xBaO—yTiO 2 —zReO 3/2 (where x, y, and z are mol%, 8 ≦ x ≦ 18, 52.5 ≦ y ≦ 65, and 20 ≦ z ≦ 39). 0.5, x + y + z = 100, Re is one or more rare earth elements), and a high dielectric constant glass ceramic layer having a relative dielectric constant εr of 20 or more, and a first glass component; , Alumina, or 0 to 50% by weight of a second ceramic component made of a mixture of alumina and spinel, 30 to 60% by mole of silicon oxide in terms of SiO 2 , 20 to 40% by mole of barium oxide in terms of BaO, magnesium oxide hints 0-20 mole% 0-40 mole% in terms of MgO, zinc oxide 0-40 mol% calculated as ZnO, and boron oxide in terms of B 2 O 3, and total 10 of MgO and ZnO 40 % And the second glass component 50 to 100% by weight is, the relative dielectric constant εr including formed by laminating a 10 or lower dielectric constant glass-ceramic layer, and those of the composite multilayer ceramic electronic component.
本発明の複合積層セラミック電子部品において、前記高誘電率ガラスセラミック層における前記第１ガラス成分は、ＳｉＯ2を１０〜２５重量％、Ｂ2Ｏ3を１０〜４０重量％、ＭｇＯを２５〜５５重量％、ＺｎＯを０〜２０重量％、Ａｌ2Ｏ3を０〜１５重量％、Ｌｉ2Ｏを０．５〜１０重量％、およびＲＯを０〜１０重量％（ただし、Ｒは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも１種）含むものであることが好ましい。 In composite multilayer ceramic electronic component of the present invention, the first glass component in the high dielectric constant glass-ceramic layer, the SiO 2 10 to 25 wt%, the B 2 O 3 10 to 40 wt%, the MgO 25 to 55 Wt%, ZnO 0-20 wt%, Al 2 O 3 0-15 wt%, Li 2 O 0.5-10 wt%, and RO 0-10 wt% (where R is Ba, It is preferable that it contains at least one of Sr and Ca.
また、前記高誘電率ガラスセラミック層は、さらに、酸化銅をＣｕＯ換算で３重量％以下、および、酸化チタンをＴｉＯ2換算で０．１〜１０重量％含むことが好ましい。 The high dielectric constant glass ceramic layer preferably further contains 3% by weight or less of copper oxide in terms of CuO and 0.1 to 10% by weight of titanium oxide in terms of TiO 2 .
また、前記高誘電率ガラスセラミック層においては、前記第１セラミック成分が６５〜８５重量％、第１ガラス成分が１５〜３５重量％の割合で配合されていることが好ましい。 Moreover, in the said high dielectric constant glass ceramic layer, it is preferable that the said 1st ceramic component is mix | blended in the ratio of 65 to 85 weight% and the 1st glass component in 15 to 35 weight%.
また、前記第２ガラス成分は、前記第２ガラス成分１００重量部に対して、さらに、酸化チタンをＴｉＯ2換算で２重量部以下含むものであることが好ましい。 The second glass component preferably further contains 2 parts by weight or less of titanium oxide in terms of TiO 2 with respect to 100 parts by weight of the second glass component.
また、前記低誘電率ガラスセラミック層における前記第２ガラス成分は、前記第２ガラス成分１００重量部に対して、さらに、酸化アルミニウムをＡｌ2Ｏ3換算で０〜３０重量部含むものであることが好ましい。 The second glass component in the low dielectric constant glass ceramic layer preferably further contains 0 to 30 parts by weight of aluminum oxide in terms of Al 2 O 3 with respect to 100 parts by weight of the second glass component. .
また、前記低誘電率ガラスセラミック層における前記第２ガラス成分は、前記第２ガラス成分１００重量部に対して、さらに、酸化リチウムをＬｉ2Ｏ換算で０〜５重量部、酸化ナトリウムをＮａ2Ｏ換算で０〜５重量部、酸化カリウムをＫ2Ｏ換算で０〜５重量部含む（ただし、前記第２ガラス成分１００重量部に対して、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏの合計が５重量部以下である）ものであることが好ましい。 Further, the second glass component in the low dielectric constant glass ceramic layer may further include 0 to 5 parts by weight of lithium oxide in terms of Li 2 O and sodium oxide of Na 2 with respect to 100 parts by weight of the second glass component. 0 to 5 parts by weight in terms of O and 0 to 5 parts by weight in terms of potassium oxide in terms of K 2 O (however, Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O with respect to 100 parts by weight of the second glass component) Is preferably 5 parts by weight or less).
また、前記低誘電率ガラスセラミック層は、前記第２セラミック成分と前記第２ガラス成分との合計量１００重量部に対して、さらに、酸化銅をＣｕＯ換算で０〜３重量部含むものであることが好ましい。 The low dielectric constant glass ceramic layer may further contain 0 to 3 parts by weight of copper oxide in terms of CuO with respect to 100 parts by weight of the total amount of the second ceramic component and the second glass component. preferable.
また、本発明の複合積層セラミック電子部品において、前記高誘電率ガラスセラミック層と前記低誘電率ガラスセラミック層との熱膨張係数の差は０．５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。さらに、前記高誘電率ガラスセラミック層は、前記低誘電率ガラスセラミック層に挟まれていることが好ましい。 In the composite multilayer ceramic electronic component of the present invention, the difference in thermal expansion coefficient between the high dielectric constant glass ceramic layer and the low dielectric constant glass ceramic layer is preferably 0.5 ppm / ° C. or less. Furthermore, it is preferable that the high dielectric constant glass ceramic layer is sandwiched between the low dielectric constant glass ceramic layers.
本発明に係る複合積層セラミック電子部品は、上記特定の一般式で表される第１セラミック成分と、第１ガラス成分とを主成分として含む、比誘電率εｒが２０以上である高誘電率ガラスセラミック層と、アルミナ、またはアルミナとスピネルとからなる第２セラミック成分と、上記特定の組成を有する第２ガラス成分とを主成分として含む、比誘電率εｒが１０以下の低誘電率ガラスセラミック層とを積層したものである。 The composite multilayer ceramic electronic component according to the present invention includes a high dielectric constant glass containing a first ceramic component represented by the above specific general formula and a first glass component as main components and having a relative dielectric constant εr of 20 or more. A low dielectric constant glass ceramic layer having a relative dielectric constant εr of 10 or less, comprising as a main component a ceramic layer, a second ceramic component comprising alumina or alumina and spinel, and a second glass component having the specific composition. Are laminated.
上記高誘電率ガラスセラミック層は、ガラス成分の結晶化により、高周波領域、特にマイクロ波領域やミリ波領域において誘電損失が小さくなるので、この高誘電率ガラスセラミック層において、高周波特性に優れたコンデンサなどを構成することができる。また、この高誘電率ガラスセラミック層は、１０００℃以下の低温で焼成することができるため、配線導体として、比抵抗の小さな金、銀、または銅などを用いることができる。 The high dielectric constant glass ceramic layer has a low dielectric loss in the high frequency region, particularly in the microwave region and millimeter wave region due to crystallization of the glass component. Etc. can be configured. Moreover, since this high dielectric constant glass-ceramic layer can be fired at a low temperature of 1000 ° C. or lower, gold, silver, copper, or the like having a small specific resistance can be used as the wiring conductor.
他方、上記低誘電率ガラスセラミック層は、比誘電率εｒが１０以下と小さいため、ここに形成される配線導体間の浮遊容量を小さくすることができ、高周波特性に優れた絶縁体層を構成することができる。 On the other hand, since the low dielectric constant glass ceramic layer has a relative dielectric constant εr as small as 10 or less, the stray capacitance between the wiring conductors formed therein can be reduced, and an insulator layer excellent in high frequency characteristics is formed. can do.
以上から、本発明によれば、上記特定の高誘電率ガラスセラミック層と低誘電率ガラスセラミック層とを組み合わせることにより、高周波特性に優れた複合積層セラミック電子部品を構成することができる。 As mentioned above, according to this invention, the composite multilayer ceramic electronic component excellent in the high frequency characteristic can be comprised by combining the said specific high dielectric constant glass ceramic layer and low dielectric constant glass ceramic layer.
まず、本発明の複合積層セラミック電子部品の材料組成について説明する。 First, the material composition of the composite multilayer ceramic electronic component of the present invention will be described.
上述したように、本発明の複合積層セラミック電子部品は、比誘電率εｒが２０以上である高誘電率ガラスセラミック層と、比誘電率εｒが１０以下である低誘電率ガラスセラミック層とを積層した積層構造を有したものである。 As described above, the composite multilayer ceramic electronic component of the present invention includes a high dielectric constant glass ceramic layer having a relative dielectric constant εr of 20 or more and a low dielectric constant glass ceramic layer having a relative dielectric constant εr of 10 or less. It has a laminated structure.
高誘電率ガラスセラミック層は、一般式：ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚＲｅＯ3/2（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％、８≦ｘ≦１８、５２．５≦ｙ≦６５、および２０≦ｚ≦３９．５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、Ｒｅは希土類元素の１種以上）で表される第１セラミック成分と、各種の第１ガラス成分とを主成分として含むものである。 The high dielectric constant glass-ceramic layer has a general formula: xBaO-yTiO 2 -zReO 3/2 (where x, y, and z are mol%, 8 ≦ x ≦ 18, 52.5 ≦ y ≦ 65, and 20 ≦ z). ≦ 39.5, x + y + z = 100, and Re is one or more rare earth elements) and includes various first glass components as main components.
この高誘電率ガラスセラミック層は、高周波領域、特にマイクロ波やミリ波領域において温度安定性に優れた層である。また、比誘電率εｒが２０以上と高いため、この部分を用いて大容量のコンデンサを構成することができる。さらに、この高誘電率ガラスセラミック層は、１０００℃以下の低温で焼成可能なため、Ａｇ、ＡｕあるいはＣｕなどの抵抗値が低く導電性に優れた金属と共焼結することができる。 This high dielectric constant glass ceramic layer is a layer having excellent temperature stability in a high frequency region, particularly in a microwave or millimeter wave region. Further, since the relative dielectric constant εr is as high as 20 or more, a large-capacity capacitor can be configured using this portion. Furthermore, since this high dielectric constant glass ceramic layer can be fired at a low temperature of 1000 ° C. or lower, it can be co-sintered with a metal having a low resistance value such as Ag, Au or Cu and having excellent conductivity.
第１セラミック成分であるＢａＯ−ＴｉＯ2−ＲｅＯ3/2（Ｒｅは希土類元素）系誘電体セラミックは、特に高周波誘電特性に優れたセラミック成分である。ここで、一般式：ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚＲｅＯ3/2で表される第１のセラミックにおいて、ｘ、ｙ、ｚの値をそれぞれ上記のように限定した理由を説明する。 The first ceramic component, BaO—TiO 2 —ReO 3/2 (Re is a rare earth element) -based dielectric ceramic, is a ceramic component particularly excellent in high-frequency dielectric characteristics. Here, the reason why the values of x, y and z are limited as described above in the first ceramic represented by the general formula: xBaO-yTiO 2 -zReO 3/2 will be described.
図１は、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ2−ｚＲｅＯ3/2系誘電体セラミックの三元組成図である。図１にＡで示す領域、すなわちｘが１８以上の場合には、セラミックの焼結が困難となり、たとえ１４００℃で焼成しても多孔質のセラミックしか得られない。図１にＢで示す領域、すなわちｙが６５を超え、ｚが２０未満の場合は、温度特性が劣化する。すなわち、ここにコンデンサを構成した場合、コンデンサの静電容量の温度変化率がマイナス側に大きくなりすぎる。図１にＣで示す領域、すなわちｘが８未満の場合には、得られるセラミックの比誘電率が小さくなりすぎ、焼結性も不安定になる。さらに、図１にＤで示す領域、すなわちｚが３９．５を超え、ｙが５２．５未満の場合は、静電容量の温度変化率がプラス側に大きくなり、比誘電率も低下する。 FIG. 1 is a ternary composition diagram of an xBaO—yTiO 2 —zReO 3 / 2- based dielectric ceramic. In the region indicated by A in FIG. 1, that is, when x is 18 or more, it becomes difficult to sinter the ceramic, and only a porous ceramic can be obtained even if fired at 1400 ° C. In the region indicated by B in FIG. 1, that is, when y exceeds 65 and z is less than 20, the temperature characteristics deteriorate. That is, when a capacitor is configured here, the temperature change rate of the capacitance of the capacitor becomes too large on the negative side. In the region indicated by C in FIG. 1, i.e., when x is less than 8, the relative dielectric constant of the obtained ceramic becomes too small and the sinterability becomes unstable. Furthermore, in the region indicated by D in FIG. 1, that is, when z exceeds 39.5 and y is less than 52.5, the rate of change in capacitance with temperature increases to the plus side, and the relative dielectric constant also decreases.
第１セラミック成分に用いられる希土類元素（Ｒｅ）は特に限定されるものではなく、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどを挙げることができ、これらの１種または２種以上を適宜用いることができる。 The rare earth element (Re) used for the first ceramic component is not particularly limited, and Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm , Yb, Lu, etc., and one or more of these can be used as appropriate.
第１ガラス成分は、ＳｉＯ2を１０〜２５重量％、Ｂ2Ｏ3を１０〜４０重量％、ＭｇＯを２５〜５５重量％、ＺｎＯを０〜２０重量％、Ａｌ2Ｏ3を０〜１５重量％、Ｌｉ2Ｏを０．５〜１０重量％、およびＲＯを０〜１０重量％（ただし、Ｒは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも１種）含むことが好ましい。なお、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、およびＲＯは含まれていなくてもよく、任意成分である。 The first glass component, a SiO 2 10 to 25 wt%, B 2 O 3 10 to 40 wt%, the MgO 25 to 55 wt%, the ZnO 0 to 20 wt%, the Al 2 O 3 0 to 15 It is preferable that 0.5% to 10% by weight of Li 2 O and 0 to 10% by weight of RO (wherein R is at least one of Ba, Sr, and Ca) are included. ZnO, Al 2 O 3 , and RO may not be contained and are optional components.
第１セラミック成分と第１ガラス成分との混合出発原料を焼成する時、第１ガラス成分が結晶化することにより、または第１のセラミックと第１のガラスとが反応することにより、Ｍｇ2Ｂ2Ｏ5、Ｍｇ3Ｂ2Ｏ6、ＢａＴｉ4Ｏ9、Ｂａ2Ｔｉ9Ｏ20、Ｍｇ2ＴｉＯ4、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＺｎＡｌ2Ｏ4、ＺｎＴｉＯ3、Ｚｎ2ＴｉＯ4、Ｚｎ2Ｔｉ3Ｏ8、ＬｉＡｌＳｉＯ4などのＱ値の高い結晶が析出するので、Ｑ値が高くなる。 When the mixed starting material of the first ceramic component and the first glass component is fired, the first glass component is crystallized, or the first ceramic and the first glass are reacted, whereby Mg 2 B 2 O 5 , Mg 3 B 2 O 6 , BaTi 4 O 9 , Ba 2 Ti 9 O 20 , Mg 2 TiO 4 , Mg 2 SiO 4 , ZnAl 2 O 4 , ZnTiO 3 , Zn 2 TiO 4 , Zn 2 Ti 3 Since crystals having a high Q value such as O 8 and LiAlSiO 4 are precipitated, the Q value becomes high.
第１ガラス成分において、ＳｉＯ2は、得られるガラスセラミック層に、ＭｇＳｉＯ4、ＬｉＡｌＳｉＯ4などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＳｉの供給源となる。ＳｉＯ2の含有割合が２５重量％を超えると、ガラスの軟化温度が高くなりすぎて、得られるガラスセラミック層の焼結性が低下することがある。一方、１０重量％未満では、得られるガラスセラミック層の耐湿性が低下することがある。 In the first glass component, SiO 2 serves as a Si supply source for precipitating crystals having a high Q value, such as MgSiO 4 and LiAlSiO 4 , in the obtained glass ceramic layer. When the content ratio of SiO 2 exceeds 25% by weight, the softening temperature of the glass becomes too high, and the sinterability of the obtained glass ceramic layer may be lowered. On the other hand, if it is less than 10% by weight, the moisture resistance of the obtained glass ceramic layer may be lowered.
また、Ｂ2Ｏ3は、得られるガラスセラミック層に、Ｍｇ2Ｂ2Ｏ5、Ｍｇ3Ｂ2Ｏ6などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＢの供給源となる。Ｂ2Ｏ3の含有割合が４０重量％を超えると、得られるガラスセラミック層の耐湿性が低下することがあり、１０重量％未満では、１０００℃以下での焼結性が低下し、十分な焼結密度を有するガラスセラミック層が得られないことがある。 Further, B 2 O 3 serves as a supply source of B for precipitating crystals having a high Q value such as Mg 2 B 2 O 5 and Mg 3 B 2 O 6 in the obtained glass ceramic layer. When the content ratio of B 2 O 3 exceeds 40% by weight, the moisture resistance of the obtained glass ceramic layer may be lowered. When the content is less than 10% by weight, the sinterability at 1000 ° C. or lower is lowered and sufficient. A glass ceramic layer having a sintered density may not be obtained.
また、第１ガラス成分において、ＭｇＯは、第１ガラス成分の軟化点を低下させ、第１セラミック成分と第１ガラス成分との反応を促進させる働きを有する。さらに、ＭｇＯは、得られるガラスセラミック層に、Ｍｇ2Ｂ2Ｏ5、Ｍｇ3Ｂ2Ｏ6、Ｍｇ2ＴｉＯ4、Ｍｇ2ＳｉＯ4などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＭｇの供給源となる。ＭｇＯの含有割合が２５重量％未満では、１０００℃以下での焼結性が低下して十分な焼結密度を有するガラスセラミック層が得られないことがあり、
５５重量％を超えると得られるガラスセラミック層の耐湿性が低下したり、あるいは、ガラス成分そのものの作製（ガラス化）が困難になることがある。
In the first glass component, MgO has a function of reducing the softening point of the first glass component and promoting the reaction between the first ceramic component and the first glass component. Further, MgO is used to precipitate crystals having a high Q value such as Mg 2 B 2 O 5 , Mg 3 B 2 O 6 , Mg 2 TiO 4 , and Mg 2 SiO 4 on the obtained glass ceramic layer. A source of supply. When the content ratio of MgO is less than 25% by weight, the sinterability at 1000 ° C. or lower may be lowered and a glass ceramic layer having a sufficient sintered density may not be obtained.
If it exceeds 55% by weight, the moisture resistance of the obtained glass ceramic layer may be lowered, or the production (vitrification) of the glass component itself may be difficult.
また、第１ガラス成分において、ＺｎＯは、得られるガラスセラミック層に、ＺｎＡｌ2Ｏ4、ＺｎＴｉＯ3、Ｚｎ2ＴｉＯ4、Ｚｎ2Ｔｉ3Ｏ8などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＺｎの供給源となる。ＺｎＯの含有割合が２０重量％を超えると、１０００℃以下での焼結性が低下し、十分な焼結密度を有するガラスセラミック層が得られないことがある。 In the first glass component, ZnO is used for precipitating crystals having a high Q value such as ZnAl 2 O 4 , ZnTiO 3 , Zn 2 TiO 4 , Zn 2 Ti 3 O 8 in the obtained glass ceramic layer. It becomes a supply source of Zn. When the content ratio of ZnO exceeds 20% by weight, the sinterability at 1000 ° C. or lower is lowered, and a glass ceramic layer having a sufficient sintered density may not be obtained.
また、第１ガラス成分において、Ａｌ2Ｏ3は、得られるガラスセラミック層の耐湿性を高める効果を有する。Ａｌ2Ｏ3の含有割合が１０重量％を超えると、１０００℃以下での焼結性が低下し、十分な焼結密度を有するガラスセラミック層が得られないことがある。 In the first glass component, Al 2 O 3 is an effect of enhancing the moisture resistance of the resulting glass ceramic layer. When the content ratio of Al 2 O 3 exceeds 10% by weight, the sinterability at 1000 ° C. or lower is lowered, and a glass ceramic layer having a sufficient sintered density may not be obtained.
また、第１ガラス成分において、Ｌｉ2Ｏは、ガラスの軟化点を低下させる効果を有する。Ｌｉ2Ｏの含有割合が０．５重量％未満では、軟化点を低下させる効果が十分に得られず、１０重量％を超えると、得られるガラスセラミック層の耐湿性に問題が生じることがある。 In the first glass component, Li 2 O has an effect of reducing the softening point of the glass. When the content ratio of Li 2 O is less than 0.5% by weight, the effect of lowering the softening point cannot be sufficiently obtained, and when it exceeds 10% by weight, a problem may occur in the moisture resistance of the obtained glass ceramic layer. .
また、第１ガラス成分において、ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯは、混合出発原料の焼結性を高める効果を有する。中でも、ＢａＯは、得られるガラスセラミック層にＢａＴｉ4Ｏ9、Ｂａ2Ｔｉ9Ｏ20などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＢａの供給源となる。ＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯの含有割合が１０重量％を超えると、得られるガラスセラミック層のＱ値が低下することがある。 In the first glass component, BaO, CaO, and SrO have an effect of increasing the sinterability of the mixed starting material. Among them, BaO is a supply source of Ba for precipitating crystals having a high Q value such as BaTi 4 O 9 and Ba 2 Ti 9 O 20 on the obtained glass ceramic layer. When the content ratio of BaO, CaO and SrO exceeds 10% by weight, the Q value of the obtained glass ceramic layer may be lowered.
また、高誘電率ガラスセラミックス層は、高誘電率ガラスセラミック１００重量％に対して、さらに酸化銅をＣｕＯ換算で３重量％以下含んでいてもよい。ＣｕＯは、焼結助剤として機能する。ＣｕＯの添加割合が３重量％を超えると、得られるガラスセラミック層のＱ値が低下し、静電容量の温度係数がプラス側に大きくなることがある。 The high dielectric constant glass ceramic layer may further contain 3% by weight or less of copper oxide in terms of CuO with respect to 100% by weight of the high dielectric constant glass ceramic. CuO functions as a sintering aid. When the addition ratio of CuO exceeds 3% by weight, the Q value of the obtained glass ceramic layer may decrease, and the temperature coefficient of capacitance may increase on the plus side.
また、高誘電率ガラスセラミックス層は、高誘電率ガラスセラミックス１００重量％に対して、酸化チタンをＴｉＯ2換算で０．１〜１０重量％含んでいてもよい。ＴｉＯ2は、第１ガラス成分の結晶化を促進する作用を有する。ＴｉＯ2の添加割合が１０重量％を超えると焼結性が低下することがある。 The high dielectric constant glass ceramic layer may contain 0.1 to 10% by weight of titanium oxide in terms of TiO 2 with respect to 100% by weight of the high dielectric constant glass ceramic. TiO 2 has an action of promoting crystallization of the first glass component. When the addition ratio of TiO 2 exceeds 10% by weight, the sinterability may be lowered.
また、高誘電率ガラスセラミックス層においては、第１セラミック成分が６５〜８５重量％、第１ガラス成分が１５〜３５重量％の割合で配合されていることが好ましい。第１ガラス成分の配合量が１５重量％未満の場合には、混合出発原料の１０００℃以下での焼結が困難になることがあり、３５重量％を超えると、得られるガラスセラミック層の耐湿性が低下したり、比誘電率が低下することがある。 In the high dielectric constant glass ceramic layer, it is preferable that the first ceramic component is blended in a proportion of 65 to 85% by weight, and the first glass component is blended in a proportion of 15 to 35% by weight. When the blending amount of the first glass component is less than 15% by weight, it may be difficult to sinter the mixed starting material at 1000 ° C. or less, and when it exceeds 35% by weight, the resulting glass ceramic layer is resistant to moisture. May decrease, or the relative dielectric constant may decrease.
一方、低誘電率ガラスセラミック層は、アルミナ、またはアルミナとスピネルとからなる第２セラミック成分と、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で３０〜６０モル％、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜４０モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０〜４０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、および酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算で０〜２０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％である第２ガラス成分と、を主成分として含むものである。 On the other hand, low dielectric constant glass-ceramic layer, a second ceramic component comprising alumina or alumina spinel, 30 to 60 mol% of silicon oxide in terms of SiO 2, 20 to 40 mole% barium oxide in terms of BaO, 0-40 mole% magnesium oxide in terms of MgO, 0 to 40 mol% of zinc oxide calculated as ZnO, and a boron oxide containing 0 to 20 mol% in terms of B 2 O 3, and the sum of MgO and ZnO And a second glass component of 10 to 40 mol% as a main component.
一般的に、比誘電率の高いガラスセラミックスは、高い熱膨張係数を示し、他方、比誘電率の低いガラスセラミックスは、低い熱膨張係数を示す。ところが、上記第２のガラスセラミックスは、低誘電率でありながら、高い熱膨張係数を示す。 In general, glass ceramics having a high relative dielectric constant show a high thermal expansion coefficient, while glass ceramics having a low relative dielectric constant show a low thermal expansion coefficient. However, the second glass ceramic exhibits a high coefficient of thermal expansion while having a low dielectric constant.
低誘電率ガラスセラミック層における第２セラミック成分は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、またはアルミナとスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3）との混合物からなる。焼成時、このようなセラミックが第２ガラス成分と反応すると、ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ＢａＡｌ2Ｓｉ2Ｏ8）、ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＢａＡｌ2Ｏ4）、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＺｎＡｌ2Ｏ4）、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2（ＢａＭｇ2Ｓｉ2Ｏ7）などのＱ値の高い結晶が析出する。 The second ceramic component in the low dielectric constant glass ceramic layer is made of alumina (Al 2 O 3 ) or a mixture of alumina and spinel (MgO.Al 2 O 3 ). During firing, when such ceramic reacts with a second glass component, BaO · Al 2 O 3 · 2SiO 2 (BaAl 2 Si 2 O 8), BaO · Al 2 O 3 (BaAl 2 O 4), MgO · Al 2 O 3 (MgAl 2 O 4 ), ZnO · Al 2 O 3 (ZnAl 2 O 4), a high crystallinity of Q values, such as BaO · 2MgO · 2SiO 2 (BaMg 2 Si 2 O 7) is deposited.
低誘電率ガラスセラミック層における第２ガラス成分は、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で３０〜６０モル％、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜４０モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０〜４０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、および酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算で０〜２０モル％含む。ただし、ＭｇＯとＺｎＯとの合計は０〜４０モル％である。なお、ＭｇＯ、ＺｎＯ、およびＢ2Ｏ3は含まれていなくてもよく、任意成分である。 The second glass component in the low dielectric constant glass ceramic layer is composed of 30 to 60 mol% of silicon oxide in terms of SiO 2 , 20 to 40 mol% of barium oxide in terms of BaO, 0 to 40 mol% of magnesium oxide in terms of MgO, 0-40 mol% of zinc oxide calculated as ZnO, and 0 to 20 mol% of boron oxide in terms of B 2 O 3. However, the total of MgO and ZnO is 0 to 40 mol%. MgO, ZnO, and B 2 O 3 do not need to be contained and are optional components.
上記第２ガラス成分は、上述のように、焼成時に第２セラミック成分と反応して上記結晶を析出すると同時に、それ自体でも、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2（ＢａＭｇ2Ｓｉ2Ｏ7）などの結晶を析出し得る。 The second glass component, as described above, at the same time reacts with the second ceramic component to precipitate the crystals during firing, even by itself, crystals such as BaO · 2MgO · 2SiO 2 (BaMg 2 Si 2 O 7) Can be deposited.
第２ガラス成分において、ＳｉＯ2は、得られるガラスセラミック層にＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ＢａＡｌ2Ｓｉ2Ｏ8）、あるいはＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2（ＢａＭｇ2Ｓｉ2Ｏ7）などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＳｉの供給源となる。ＳｉＯ2の含有割合が３０モル％未満では、上記結晶の析出量が少なくなってＱ値が低下することがあり、６０モル％を超えると、第２ガラス成分の溶融温度が高くなり、ガラスを作製しにくくなる傾向にある。 In a second glass component, SiO 2 is in the resulting glass ceramic layer BaO · Al 2 O 3 · 2SiO 2 (BaAl 2 Si 2 O 8), or BaO · 2MgO · 2SiO 2 (BaMg 2 Si 2 O 7) , etc. It becomes a Si supply source for precipitating crystals having a high Q value. When the content ratio of SiO 2 is less than 30 mol%, the amount of crystals deposited may decrease and the Q value may decrease. When the content exceeds 60 mol%, the melting temperature of the second glass component increases, It tends to be difficult to manufacture.
また、第２ガラス成分において、ＢａＯは、得られるガラスセラミック層にＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ＢａＡｌ2Ｓｉ2Ｏ8）結晶、ＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＢａＡｌ2Ｏ4）、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2（ＢａＭｇ2Ｓｉ2Ｏ7）などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＢａの供給源となる。ＢａＯの含有割合が２０モル％未満では、上記結晶の析出量が少なくなってＱ値が低下することがあり、４０モル％を超えると、上記結晶の析出量が多くなりすぎ、得られるガラスセラミック層の強度が低下することがある。 In the second glass component, BaO is formed on the obtained glass ceramic layer by BaO.Al 2 O 3 .2SiO 2 (BaAl 2 Si 2 O 8 ) crystal, BaO.Al 2 O 3 (BaAl 2 O 4 ), BaO. A supply source for Ba for precipitating crystals having a high Q value such as 2MgO.2SiO 2 (BaMg 2 Si 2 O 7 ). If the BaO content is less than 20 mol%, the amount of crystals precipitated may decrease and the Q value may decrease. If it exceeds 40 mol%, the amount of crystals precipitated increases too much, and the resulting glass ceramic The strength of the layer may be reduced.
また、第２ガラス成分において、ＭｇＯは、ガラスセラミック層にＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＢａＯ・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ2（ＢａＭｇ2Ｓｉ2Ｏ7）などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＭｇの供給源となる。また、ＺｎＯは、ガラスセラミック層にＺｎＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＺｎＡｌ2Ｏ4）などの高いＱ値を有する結晶を析出させるためのＺｎの供給源となる。ＭｇＯとＺｎＯとの含有割合の合計が１０モル％未満では、上記結晶の析出量が少なくなってＱ値が低くなることがある。他方、ＭｇＯの含有割合、ＺｎＯの含有割合がそれぞれ４０モル％を超えたり、ＭｇＯとＺｎＯとの含有割合の合計が４０モル％を超えると、上記結晶の析出量が多くなりすぎて、得られるガラスセラミック層の強度が低下することがある。 In the second glass component, MgO is, · MgO in the glass ceramic layer Al 2 O 3 (MgAl 2 O 4), has a high Q value such as BaO · 2MgO · 2SiO 2 (BaMg 2 Si 2 O 7) crystals It becomes a supply source of Mg for precipitating. Further, ZnO serves as a Zn supply source for precipitating crystals having a high Q value such as ZnO.Al 2 O 3 (ZnAl 2 O 4 ) on the glass ceramic layer. If the total content of MgO and ZnO is less than 10 mol%, the amount of crystals precipitated may decrease and the Q value may decrease. On the other hand, when the content ratio of MgO and the content ratio of ZnO exceed 40 mol%, or the total content ratio of MgO and ZnO exceeds 40 mol%, the amount of precipitation of the crystals is excessively obtained. The strength of the glass ceramic layer may be reduced.
また、第２ガラス成分において、Ｂ2Ｏ3は、主に融剤として作用する。Ｂ2Ｏ3の含有割合が２０モル％を超えると、耐湿性、および耐溶出性が低下したり、残炭量の増加によりガラスセラミック層の強度が低下することがある。 In the second glass component, B 2 O 3 mainly functions as a flux. When the content ratio of B 2 O 3 exceeds 20 mol%, the moisture resistance and elution resistance may decrease, or the strength of the glass ceramic layer may decrease due to an increase in the amount of residual carbon.
また、上記第２ガラス成分は、第２ガラス成分１００重量部に対して、酸化チタンをＴｉＯ2換算で２重量部以下含んでいてもよい。 Further, the second glass component, the second glass component 100 parts by weight, may contain less than 2 parts by weight of titanium oxide calculated as TiO 2.
なお、高誘電率ガラスセラミック層において、ＴｉＯ2は第１のガラスの結晶化を促進する作用を有するが、低誘電率ガラスセラミック層において、ＴｉＯ2はそのような作用を有しない。それどころか、ＴｉＯ2の添加割合が２重量部を超えると、Ｑ値が低下することがある。このような状況から、第２ガラス成分の出発原料に不純物として含まれるＴｉＯ2をあえて除去する必要はないが、作為的にＴｉＯ2を添加する必要はない。 In the high dielectric constant glass ceramic layer, TiO 2 has an action of promoting crystallization of the first glass, but in the low dielectric constant glass ceramic layer, TiO 2 has no such action. On the contrary, when the addition ratio of TiO 2 exceeds 2 parts by weight, the Q value may decrease. From such a situation, it is not necessary to intentionally remove TiO 2 contained as an impurity in the starting material of the second glass component, but it is not necessary to artificially add TiO 2 .
また、第２ガラス成分は、第２ガラス成分１００重量部に対して、酸化アルミニウムをＡｌ2Ｏ3換算で３０重量部以下含んでいてもよい。Ａｌ2Ｏ3は、第２のガラスの強度を向上させる作用を有する。Ａｌ2Ｏ3の添加割合が３０重量部を超えると３０重量％を超えるとＱ値が低下することがある。 The second glass component may contain 30 parts by weight or less of aluminum oxide in terms of Al 2 O 3 with respect to 100 parts by weight of the second glass component. Al 2 O 3 has an effect of improving the strength of the second glass. When the addition ratio of Al 2 O 3 exceeds 30 parts by weight, the Q value may decrease when it exceeds 30% by weight.
また、第２ガラス成分は、第２ガラス成分１００重量部に対して、酸化リチウムをＬｉ2Ｏ換算で５重量部以下、酸化ナトリウムをＮａ2Ｏ換算で５重量部以下、酸化カリウムをＫ2Ｏ換算で５重量部以下含んでいてもよい。ただし、前記第２のガラス１００重量部に対して、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏの合計が０〜５重量部である。 The second glass component contains 5 parts by weight or less of lithium oxide in terms of Li 2 O, 5 parts by weight or less of sodium oxide in terms of Na 2 O, and K 2 in terms of potassium oxide with respect to 100 parts by weight of the second glass component. It may contain 5 parts by weight or less in terms of O. However, the total of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O is 0 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the second glass.
上記のアルカリ金属酸化物は、ガラス作製時の溶融温度を下げる作用を有する。これらのアルカリ金属酸化物の添加割合が上記範囲を超えると、得られるガラスセラミック層のＱ値が低下したり、耐溶出性が低下したり、あるいは、残炭量の増加によってガラスセラミック層の強度が低下することがある。 Said alkali metal oxide has the effect | action which lowers | hangs the melting temperature at the time of glass preparation. When the addition ratio of these alkali metal oxides exceeds the above range, the Q value of the obtained glass ceramic layer is lowered, the elution resistance is lowered, or the strength of the glass ceramic layer is increased by increasing the amount of residual carbon. May decrease.
また、低誘電率ガラスセラミック層においては、第２セラミック成分０〜５０重量％に対して、第２ガラス成分が５０〜１００重量％の割合で配合されている。第２ガラス成分の配合量が５０重量％未満の場合は、得られるガラスセラミック層の相対密度が低下し、強度および絶縁耐圧が低下することがある。 Moreover, in the low dielectric constant glass ceramic layer, the second glass component is blended at a ratio of 50 to 100% by weight with respect to the second ceramic component of 0 to 50% by weight. When the blending amount of the second glass component is less than 50% by weight, the relative density of the obtained glass ceramic layer is lowered, and the strength and the dielectric strength voltage may be lowered.
本発明において、ガラスセラミック層とは、いわゆるガラス複合系のセラミック材料（ガラス成分とセラミック成分とを混合してなるガラスセラミック材料）を所定形状に成形し、焼成したものを指すが、第２ガラス成分１００重量％で構成されるものも含めている。これは、上述のように、第２ガラス成分がそれ自体でも結晶を析出し得る結晶化ガラスであるため、広義の意味で、第２ガラス成分だけを所定形状に成形し、焼成したものもガラスセラミック層として用いることができるからである。 In the present invention, the glass ceramic layer refers to a so-called glass composite ceramic material (a glass ceramic material obtained by mixing a glass component and a ceramic component) formed into a predetermined shape and fired. Also included are those composed of 100% by weight of ingredients. As described above, this is a crystallized glass in which the second glass component itself can precipitate crystals, and in a broad sense, only the second glass component is molded into a predetermined shape and fired. This is because it can be used as a ceramic layer.
また、低誘電率ガラスセラミック層では、低誘電率ガラスセラミック層の出発原料１００重量部に対して、さらに酸化銅をＣｕＯ換算で３重量部以下含んでいてもよい。ＣｕＯは、焼結助剤として機能する。ＣｕＯの添加割合が３重量部を超えると、得られるガラスセラミック層のＱ値が低下することがある。 The low dielectric constant glass ceramic layer may further contain 3 parts by weight or less of copper oxide in terms of CuO with respect to 100 parts by weight of the starting material of the low dielectric constant glass ceramic layer. CuO functions as a sintering aid. When the addition ratio of CuO exceeds 3 parts by weight, the Q value of the obtained glass ceramic layer may be lowered.
高誘電率ガラスセラミック層と低誘電率ガラスセラミック層との熱膨張係数の差は、０．５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数の差がこのような範囲内である場合、焼成時に加えられる熱履歴による各層の剥がれが抑制される。 The difference in thermal expansion coefficient between the high dielectric constant glass ceramic layer and the low dielectric constant glass ceramic layer is preferably 0.5 ppm / ° C. or less. When the difference in thermal expansion coefficient is within such a range, peeling of each layer due to the thermal history applied during firing is suppressed.
次に、図２および図３を参照に、本発明の複合積層セラミック電子部品の構造を説明する。 Next, the structure of the composite multilayer ceramic electronic component of the present invention will be described with reference to FIGS.
図２は、複合積層セラミック電子部品の一実施形態であるセラミック多層モジュールの断面図であり、図３はその分解斜視図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a ceramic multilayer module which is an embodiment of a composite multilayer ceramic electronic component, and FIG. 3 is an exploded perspective view thereof.
セラミック多層モジュール１は、セラミック多層基板２を用いて構成されている。セラミック多層基板２では、絶縁体層となる低誘電率ガラスセラミック層３ａ、３ｂの間に、誘電体層となる高誘電率ガラスセラミック層４が挟まれた構造を有している。 The ceramic multilayer module 1 is configured using a ceramic multilayer substrate 2. The ceramic multilayer substrate 2 has a structure in which a high dielectric constant glass ceramic layer 4 serving as a dielectric layer is sandwiched between low dielectric constant glass ceramic layers 3a and 3b serving as insulator layers.
高誘電率ガラスセラミック層４内には、複数の内部電極５が高誘電率ガラスセラミック層４を挟んで対向するように配置されることにより、積層コンデンサユニットＣ１、Ｃ２が形成されている。 In the high dielectric constant glass ceramic layer 4, a plurality of internal electrodes 5 are arranged so as to face each other with the high dielectric constant glass ceramic layer 4 interposed therebetween, thereby forming multilayer capacitor units C 1 and C 2.
また、低誘電率ガラスセラミック層３ａ、３ｂ、および高誘電率ガラスセラミック層４には、複数のビアホール電極６や内部配線が形成されている。 The low dielectric constant glass ceramic layers 3a and 3b and the high dielectric constant glass ceramic layer 4 are formed with a plurality of via-hole electrodes 6 and internal wirings.
他方、セラミック多層基板２の上面には、表面実装部品９〜１１が搭載されている。表面実装部品９〜１１としては、半導体デバイス、チップ型積層コンデンサなどを用いることができる。ビアホール電極６および内部配線により、これらの表面実装部品９〜１１と、コンデンサユニットＣ１、Ｃ２とが電気的に接続されてセラミック多層モジュール１の回路を構成している。 On the other hand, surface mount components 9 to 11 are mounted on the upper surface of the ceramic multilayer substrate 2. As the surface mount components 9 to 11, semiconductor devices, chip type multilayer capacitors, and the like can be used. The surface mount components 9 to 11 and the capacitor units C1 and C2 are electrically connected by the via-hole electrode 6 and the internal wiring to constitute a circuit of the ceramic multilayer module 1.
また、セラミック多層基板２の上面には、導電性の金属キャップ８が固定されている。金属キャップ８は、セラミック多層基板２を上面から下面に向かって貫いているビアホール電極６に電気的に接続されている。また、セラミック多層基板２の下面に外部電極７が形成されており、外部電極７がビアホール電極６に電気的に接続されている。また、他の外部電極については図示を省略しているが、外部電極７と同様に、セラミック多層基板２の下面にのみ形成されている。また、他の外部電極は、上述した内部配線を介して、表面実装部品９〜１１やコンデンサユニットＣ１、Ｃ２と電気的に接続されている。 A conductive metal cap 8 is fixed to the upper surface of the ceramic multilayer substrate 2. The metal cap 8 is electrically connected to the via-hole electrode 6 that penetrates the ceramic multilayer substrate 2 from the upper surface toward the lower surface. An external electrode 7 is formed on the lower surface of the ceramic multilayer substrate 2, and the external electrode 7 is electrically connected to the via hole electrode 6. The other external electrodes are not shown, but are formed only on the lower surface of the ceramic multilayer substrate 2, as with the external electrodes 7. The other external electrodes are electrically connected to the surface mount components 9 to 11 and the capacitor units C1 and C2 via the internal wiring described above.
このように、セラミック多層基板２の下面に外部と接続するための外部電極７を形成することにより、セラミック多層モジュール１をプリント回路基板などに容易に表面実装することができる。 Thus, by forming the external electrode 7 for connecting to the outside on the lower surface of the ceramic multilayer substrate 2, the ceramic multilayer module 1 can be easily surface-mounted on a printed circuit board or the like.
また、本例では、金属キャップ８が導電性材料からなり、外部電極７にビアホール電極６を介して電気的に接続されているので、表面実装部品９〜１１を金属キャップ８によりシールドすることができる。 In this example, since the metal cap 8 is made of a conductive material and is electrically connected to the external electrode 7 via the via hole electrode 6, the surface mount components 9 to 11 can be shielded by the metal cap 8. it can.
セラミック多層モジュール１では、絶縁体層となる低誘電率ガラスセラミック層３ａ、３ｂ、誘電体層となる高誘電率ガラスセラミック層４が１０００℃以下で焼成可能な材料で構成されているため、内部電極５や外部電極７およびビアホール電極６を、ＡｇやＣｕなどの低抵抗で安価な金属を用いて構成することができ、かつこれらと共焼結できる。 In the ceramic multilayer module 1, since the low dielectric constant glass ceramic layers 3a and 3b serving as insulator layers and the high dielectric constant glass ceramic layer 4 serving as dielectric layers are made of a material that can be fired at 1000 ° C. or lower, The electrode 5, the external electrode 7, and the via-hole electrode 6 can be configured using a low-resistance and inexpensive metal such as Ag or Cu, and can be co-sintered with these.
また、高誘電率ガラスセラミック層４内でコンデンサユニットＣ１、Ｃ２が形成されているため、基板上にチップコンデンサを実装する必要がないとともに、内部電極５の面積が比較的小さくても大きな静電容量を得ることができるため、基板の小型化を図ることができる。 Further, since the capacitor units C1 and C2 are formed in the high dielectric constant glass ceramic layer 4, it is not necessary to mount a chip capacitor on the substrate, and a large electrostatic capacity can be obtained even if the area of the internal electrode 5 is relatively small. Since the capacity can be obtained, the substrate can be downsized.
さらに、低誘電率ガラスセラミック層３ａ、３ｂ、高誘電率ガラスセラミック層４のＱ値が高いため、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において電気特性に優れている。 Furthermore, since the low dielectric constant glass ceramic layers 3a and 3b and the high dielectric constant glass ceramic layer 4 have high Q values, they have excellent electrical characteristics in a high frequency region such as microwaves and millimeter waves.
なお、セラミック多層基板２は、周知のセラミック積層一体焼成技術を用いて容易に得ることができる。すなわち、まず、高誘電率ガラスセラミック層の出発原料を主体とするセラミックグリーンシートを用意し、内部電極５やビアホール電極６などを構成するための電極パターンを印刷し、積層する。さらに、上下に低誘電率ガラスセラミック層の出発原料を主体とするセラミックグリーンシートを用意し、必要に応じて、内部電極５、外部配線７およびビアホール電極６を構成するための電極パターンを形成したものを適当枚数積層し、厚み方向に加圧する。このようにして得られた複合積層体を焼成することにより、容易にセラミック多層基板２を得ることができる。 The ceramic multilayer substrate 2 can be easily obtained by using a well-known ceramic laminated integrated firing technique. That is, first, a ceramic green sheet mainly composed of a starting material for the high dielectric constant glass ceramic layer is prepared, and electrode patterns for forming the internal electrode 5, the via hole electrode 6 and the like are printed and laminated. Furthermore, a ceramic green sheet mainly composed of a starting material for the low dielectric constant glass ceramic layer was prepared above and below, and electrode patterns for forming the internal electrode 5, the external wiring 7 and the via hole electrode 6 were formed as necessary. Appropriate number of objects are stacked and pressed in the thickness direction. By firing the composite laminate obtained in this way, the ceramic multilayer substrate 2 can be easily obtained.
以下、本発明を具体的な実施例に基いて説明する。
（１）高誘電率ガラスセラミック層の作製および評価
まず、ＢａＯ、ＴｉＯ2、およびＲｅＯ3/2（希土類酸化物）のモル比が下記の表１に示す組成比となるようにＢａＣＯ3、ＴｉＯ2、Ｎｄ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3を秤量し、十分に混合した。次に、混合物を１１５０℃で１時間仮焼し、得られた仮焼物を粉砕し、第１セラミック成分となる第１セラミック粉末Ｓ１〜Ｓ１０を調製した。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
(1) Production and Evaluation of High Dielectric Constant Glass Ceramic Layer First, BaCO 3 , TiO so that the molar ratio of BaO, TiO 2 , and ReO 3/2 (rare earth oxide) is the composition ratio shown in Table 1 below. 2 , Nd 2 O 3 and Sm 2 O 3 were weighed and mixed well. Next, the mixture was calcined at 1150 ° C. for 1 hour, and the obtained calcined product was pulverized to prepare first ceramic powders S1 to S10 serving as a first ceramic component.
次に、下記の表２に示す組成比を有するように、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＣａＯ、およびＳｒＯをそれぞれ秤量し、十分混合した。混合物を１１００℃〜１４００℃の温度で溶融し、水中に投入して急冷した後、湿式粉砕し、下記の表２に示す第１ガラス成分となる第１ガラス粉末Ｇ１〜Ｇ２４をそれぞれ調製した。 Next, B 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, MgO, Li 2 O, Al 2 O 3 , BaO, CaO, and SrO are weighed and mixed sufficiently to have the composition ratio shown in Table 2 below. did. The mixture was melted at a temperature of 1100 ° C. to 1400 ° C., poured into water, rapidly cooled, and wet pulverized to prepare first glass powders G1 to G24 to be the first glass components shown in Table 2 below.
次に、下記の表３、表４に示す組成比となるように、第１セラミック粉末および第１ガラス粉末を混合した。次に、得られた混合粉末に、適当量のバインダ、可塑剤、および溶剤を加えて混練し、スラリーを得た。 Next, the first ceramic powder and the first glass powder were mixed so that the composition ratios shown in Tables 3 and 4 below were obtained. Next, an appropriate amount of a binder, a plasticizer, and a solvent were added to the obtained mixed powder and kneaded to obtain a slurry.
次に、得られたスラリーを、ドクターブレード法により厚さ５０μｍのシート状に成形した後、得られたセラミックグリーンシートを、縦３０ｍｍ×横１０ｍｍの矩形形状のグリーンシートに切断した。次に、この矩形のグリーンシートを複数枚積層し、圧着することにより、０．５ｍｍの厚みの積層体を得た。次に、得られた積層体を８００〜１１００℃の温度で１時間焼成し、下記の表３および表４に示す高誘電率ガラスセラミック層となる試料Ｋ１〜Ｋ４３を得た。 Next, after the obtained slurry was formed into a sheet having a thickness of 50 μm by a doctor blade method, the obtained ceramic green sheet was cut into a rectangular green sheet having a length of 30 mm and a width of 10 mm. Next, a plurality of the rectangular green sheets were laminated and pressure-bonded to obtain a laminate having a thickness of 0.5 mm. Next, the obtained laminated body was fired at a temperature of 800 to 1100 ° C. for 1 hour to obtain samples K1 to K43 to be high dielectric constant glass ceramic layers shown in Tables 3 and 4 below.
次に、試料Ｋ１〜Ｋ４３について、比誘電率（εｒ）、Ｑ値、および熱膨張係数αまたは静電容量温度変化率β（ｐｐｍ／℃）を測定した。なお、比誘電率は１ＭＨｚにて測定し、Ｑ値は誘電体共振器法により１ＧＨｚにて測定した。その結果を下記の表３および表４に示す。 Next, for samples K1 to K43, the relative dielectric constant (εr), the Q value, and the thermal expansion coefficient α or the capacitance temperature change rate β (ppm / ° C.) were measured. The relative dielectric constant was measured at 1 MHz, and the Q value was measured at 1 GHz by the dielectric resonator method. The results are shown in Table 3 and Table 4 below.
（２）低誘電率ガラスセラミック層の作製および評価
まず、第２セラミック成分となる第２セラミック粉末として、平均粒径が約１．０μｍのＡｌ2Ｏ3粉末、およびＭｇＡｌ2Ｏ4粉末を用意した。
(2) Production and Evaluation of Low Dielectric Constant Glass Ceramic Layer First, Al 2 O 3 powder and MgAl 2 O 4 powder having an average particle diameter of about 1.0 μm are prepared as the second ceramic powder as the second ceramic component. did.
また、下記の表５、表６に示す組成比となるように、ＳｉＯ2、ＢａＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＺｎＯ、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、およびＴｉＯ2を秤量し、白金るつぼにて１６００℃で溶融した後、ステンレス鋼からなるロールを用いて急冷した後、湿式粉砕し、下記の表５および表６に示す第２ガラス成分としての第２ガラス粉末Ｂ１〜Ｂ６１をそれぞれ調製した。 Further, Table 5 below, so as to have the composition ratio shown in Table 6, SiO 2, BaCO 3, MgCO 3, ZnO, B 2 O 3, Al 2 O 3, Li 2 CO 3, Na 2 CO 3, K 2 CO 3 and TiO 2 were weighed, melted at 1600 ° C. in a platinum crucible, rapidly cooled using a roll made of stainless steel, wet pulverized, and the second glass shown in Tables 5 and 6 below. Second glass powders B1 to B61 as components were prepared.
次に、下記の表７〜９に示す組成比となるように、第２セラミック粉末、第２のガラスＢ１〜Ｂ６１、およびＣｕＯ粉末を十分に混合した。次に、得られた混合粉末に、適当量のバインダを加えて造粒し、得られた粒状体を、２０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で成形し、直径１７ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状の成形体を得た。この成形体を大気中８５０〜１０００℃で２時間焼成して、低誘電率ガラスセラミック層となる円板状の試料Ｌ１〜Ｌ８９を得た。 Next, 2nd ceramic powder, 2nd glass B1-B61, and CuO powder were fully mixed so that it might become a composition ratio shown to the following Tables 7-9. Next, an appropriate amount of a binder is added to the obtained mixed powder and granulated, and the obtained granule is molded at a pressure of 2000 kg / cm 2 and formed into a disk shape having a diameter of 17 mm and a thickness of 9 mm. Got the body. This molded body was fired at 850 to 1000 ° C. in the atmosphere for 2 hours to obtain disk-shaped samples L1 to L89 to be a low dielectric constant glass ceramic layer.
次に、試料Ｌ１〜Ｌ８９について、比誘電率（εｒ）、Ｑ値、熱膨張係数、および抗折強度を測定した。なお、比誘電率、およびＱ値は、両端短絡型誘電体共振器法により１５ＧＨｚにおいて測定した。また、抗折強度は、三点曲試験法（ＪＩＳ Ｒ １６０１）により測定した。その結果を下記の表７〜９に示す。 Next, for samples L1 to L89, the relative dielectric constant (εr), the Q value, the thermal expansion coefficient, and the bending strength were measured. The relative dielectric constant and the Q value were measured at 15 GHz by a double-end short-circuited dielectric resonator method. The bending strength was measured by a three-point bending test method (JIS R 1601). The results are shown in Tables 7-9 below.
（３）複合積層セラミック電子部品の作製および評価
上記の高誘電率ガラスセラミック層を構成した出発原料、および、低誘電率ガラスセラミック層を構成した出発原料を用いて、それぞれ、高誘電率ガラスセラミック層用セラミックグリーンシート、低誘電率ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートを作製した。なお、各セラミックグリーンシートについては、焼き上げ後の厚みがそれぞれ２５０μｍ、１２５μｍとなるように設定した。
(3) Production and Evaluation of Composite Multilayer Ceramic Electronic Component Using a starting material constituting the above-mentioned high dielectric constant glass ceramic layer and a starting material constituting a low dielectric constant glass ceramic layer, respectively, a high dielectric constant glass ceramic A ceramic green sheet for a layer and a ceramic green sheet for a low dielectric constant glass ceramic layer were prepared. In addition, about each ceramic green sheet, it set so that the thickness after baking might be set to 250 micrometers and 125 micrometers, respectively.
次に、各セラミックグリーンシートを、それぞれ５ｃｍ×５ｃｍの正方形形状に切断した。次に、高誘電率ガラスセラミック層用セラミックグリーンシート（３層）の上下に低誘電率ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートを３層ずつ積層し、その原材料組成が下記の表１０に示す複合積層セラミック焼結体の試料Ｔ１を得た。 Next, each ceramic green sheet was cut into a square shape of 5 cm × 5 cm. Next, three ceramic green sheets for a low dielectric constant glass ceramic layer are laminated on top and bottom of a ceramic green sheet for a high dielectric constant glass ceramic layer (three layers), and a composite multilayer ceramic whose raw material composition is shown in Table 10 below. A sintered sample T1 was obtained.
また、これとは別に、高誘電率ガラスセラミック層用セラミックグリーンシート（３層）の上下に低誘電率ガラスセラミック層用セラミックグリーンシートを積層した後、焼成後の厚みが２００μｍとなる厚みのアルミナグリーンシート（平均粒径１μｍのアルミナ粉末からなるセラミックグリーンシート）を３層ずつ積層し、厚み方向に加圧することにより圧着した。このようにして、アルミナグリーンシートに挟持された積層体を、第３のグリーンシートが焼結しない温度で焼成し、しかる後、第３のグリーンシートを除去することにより、表１０に示す複合積層セラミック焼結体の試料Ｔ２〜Ｔ９６を得た。 Separately, after laminating ceramic green sheets for a low dielectric constant glass ceramic layer on top and bottom of ceramic green sheets for a high dielectric constant glass ceramic layer (three layers), the alumina has a thickness of 200 μm after firing. Three layers of green sheets (ceramic green sheets made of alumina powder having an average particle diameter of 1 μm) were stacked and pressed by pressing in the thickness direction. In this way, the laminated body sandwiched between the alumina green sheets is fired at a temperature at which the third green sheet does not sinter, and then the third green sheet is removed, whereby the composite laminate shown in Table 10 is obtained. Ceramic sintered body samples T2 to T96 were obtained.
上記のようにして得られた複合積層セラミック焼結体について、高誘電率ガラスセラミック層と低誘電率ガラスセラミック層との接合界面を顕微鏡観察し、クラックやハガレ等が生じていないものについて、接合性が良好であるとし、下記の表１０において〇印を付した。 About the composite multilayer ceramic sintered body obtained as described above, the bonding interface between the high dielectric constant glass ceramic layer and the low dielectric constant glass ceramic layer is observed with a microscope, and no crack or peeling occurs. In Table 10 below, the mark “◯” was given.
１…セラミック多層モジュール
２…セラミック多層基板
３ａ、３ｂ…低誘電率ガラスセラミック層
４…高誘電率ガラスセラミック層
５…内部電極
６…ビアホール電極
７…外部電極
８…金属キャップ
９、１０、１１…表面実装部品
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic multilayer module 2 ... Ceramic multilayer board | substrate 3a, 3b ... Low dielectric constant glass ceramic layer 4 ... High dielectric constant glass ceramic layer 5 ... Internal electrode 6 ... Via-hole electrode 7 ... External electrode 8 ... Metal cap 9, 10, 11 ... Surface mount parts
Claims (10)
アルミナ、またはアルミナとスピネルとの混合物からなる第２セラミック成分０〜５０重量％と、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で３０〜６０モル％、酸化バリウムをＢａＯ換算で２０〜４０モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で０〜４０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０〜４０モル％、および酸化ホウ素をＢ2Ｏ3換算で０〜２０モル％含み、かつ、ＭｇＯとＺｎＯとの合計が１０〜４０モル％である第２ガラス成分５０〜１００重量％と、を含む比誘電率εｒが１０以下の低誘電率ガラスセラミック層と、
を積層してなる、複合積層セラミック電子部品。 General formula: xBaO-yTiO 2 -zReO 3/2 (where x, y, and z are mol%, 8 ≦ x ≦ 18, 52.5 ≦ y ≦ 65, and 20 ≦ z ≦ 39.5, and x + y + z = 100, Re is one or more of rare earth elements) and a high dielectric constant glass ceramic layer having a relative dielectric constant εr of 20 or more, including a first glass component,
Alumina, or a second ceramic component 0-50% by weight of a mixture of alumina and spinel, 30 to 60 mol% of silicon oxide in terms of SiO 2, 20 to 40 mole% barium oxide in terms of BaO, magnesium oxide 0-40 mol% in terms of MgO, 0 to 40 mol% of zinc oxide calculated as ZnO, and a boron oxide containing 0 to 20 mol% in terms of B 2 O 3, and the sum of MgO and ZnO is 10 to 40 A low dielectric constant glass ceramic layer having a relative dielectric constant εr of 10 or less, comprising 50 to 100% by weight of a second glass component that is mol%,
Composite multilayer ceramic electronic parts made by laminating
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