JP2006093485A - ガラスセラミック基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラスセラミック基体の内部にフェライト層を形成し、このフェライト層にコイル用導体を埋設したガラスセラミック基板において、同時焼成過程でフェライト層がガラスセラミック絶縁層に拘束されてフェライト層の収縮を阻害し、フェライト層が粗密になってフェライト端面から吸水が発生していた。
【解決手段】 ガラスセラミック基板は、ガラスおよびフィラーからなるガラスセラミック絶縁層６が複数層積層されて成る絶縁基体１の内層に、ガラスセラミック絶縁層６と同じ大きさのフェライト層２が形成されており、フェライト層２の内部にはコイル用導体３が埋設されてなるものであって、ガラスセラミック基板の側面のフェライト層２端部が露出している部位に、金属を主成分とする保護層７を形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスセラミックス焼結体から成る絶縁基体の内部に、ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに内部にコイル用導体が埋設された、インダクタンス値を上げるためのフェライト層が設けられたガラスセラミック基板に関する。

従来、携帯電話機を始めとする移動体通信機器等の電子機器には、多数の電子装置が組み込まれている。かかる携帯電話機等の通信機器は、近年小型化が急激に進んでおり、これに搭載される各種電子装置も小型化、薄型化が要求されている。例えば、ガラスセラミック基板の内部にコイルを内蔵した構成のＬＣフィルタが知られている。このＬＣフィルタの場合、従来チップ部品のコイルを用いていたのをガラスセラミック基板の内部に内蔵することで小型化、薄型化ができるという利点を有する。なかでも、１００ｎＨを超えるインダクタンスの大きなコイルは、チップ部品として比較的大型であり、これをガラスセラミック基板に内蔵することは小型化、薄型化への効果が大きいという利点を有する。

しかしながら、コイルを内蔵したガラスセラミック基板では、非磁性のガラスセラミック基板内にコイルを形成するため、１００ｎＨ程度と比較的大きなインダクタンスを得ることができるコイルを内蔵させるには、コイルの巻き数を多くすることが必要となるため、ガラスセラミック基板にコイルを内蔵しても小型化、薄型化を達成することができなくなるという不具合があった。

そこで、近年ではガラスセラミック基板内部に強磁性を有するフェライト層を形成し、コイルをこのフェライト層に埋設させることにより、コイルの巻き数を多くすることなく１００ｎＨを超えるコイルを内蔵させ、これにより表面実装工程の簡略化およびガラスセラミック基板の小型化が図られている。

なお、このような方法では、ガラスセラミック絶縁層のガラスをフェライト層に拡散させることによりフェライト層とガラスセラミック絶縁層を強固に接合するために、フェライト層とガラスセラミック絶縁層を同時焼成することによってガラスセラミック基板の内部にフェライト層を形成している。
特開平６−２０８３９号公報 特開平６−２１２６４号公報 特開平１０−１４９９４１号公報

しかしながら、上記のようなガラスセラミック基板内部にフェライト層を形成し、このフェライト層にコイルを埋設した従来のガラスセラミック基板では、フェライト層とガラスセラミック絶縁層との同時焼成において、フェライト層のガラスがガラスセラミック基板のガラスと結合することによって、フェライト層がガラスセラミック絶縁層に拘束され収縮することを阻害され、フェライト層の焼結が不十分となって粗密になり、この結果、ガラスセラミック基板の端部側面に露出したフェライト層から大気中の水分などが侵入し、ガラスセラミック基板に吸水が発生するという問題点があった。このように、ガラスセラミック基板に吸水が発生すると、ガラスセラミック基板の内層に形成されたコイル用導体が短絡する等の電気特性不良を誘発してしまい、ガラスセラミック基板の電気的信頼性を低下させることとなる。

また、フェライト層に埋設されたコイル用導体に電流を流すと、コイル用導体間から発生する磁束の漏れにより、フェライト層に磁気飽和が起きやすくなり、コイルを内蔵したガラスセラミック基板の重畳特性などの電気特性が劣化するという問題点があった。

一方、上記のような内部にフェライト層を形成し、このフェライト層にコイルを埋設した従来のガラスセラミック基板では、以下の理由から、内部のフェライト層は微小体積または低密度のものしか形成できず、また同じように作製したガラスセラミック基板間でのコイルのインダクタンスのばらつきもあり、フェライト層を用いて充分なコイル特性を持ったガラスセラミック基板を安定して得ることが困難であるという問題点もある。例えば、焼成温度８００〜１０００℃で焼結密度５．０ｇ／ｃｍ^３以上であり、１ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数帯域で透磁率１００以上のフェライト層を内蔵したガラスセラミック基板を得ることはできなかった。

これは、従来の構成では、焼成温度が１０００℃を超えるフェライト層をガラスセラミック基板の焼成温度である８００℃〜１０００℃で焼成するためには、ガラス粉末やＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の焼結助剤を添加しなければならなかった。一般的に、フェライト等の磁性体の磁気特性は透磁率（μ）を指標として表される。透磁率が高ければ、コイルのインダクタンスが高くなる。ただし、透磁率は磁性体中に非磁性部分が存在するとその非磁性部分の体積の３乗に比例して低下する。従って、フェライト層に非磁性体であるガラス粉末や焼結助剤を添加した場合、これらはフェライト層中に非磁性の領域を形成することとなり、フェライト層中のフェライトの密度が低下して、透磁率が低くなるという問題がある。

本発明は、以上のような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスセラミック絶縁層と同時に低温での焼成が可能であり、端面からの吸水がなく、高周波帯域で透磁率の高くかつ磁気飽和が抑制されたフェライト層を備えており、そのフェライト層に内蔵されたコイル用導体のインダクタンスが高くかつ安定しているガラスセラミック基板を提供することにある。

本発明のガラスセラミック基板は、ガラスおよびフィラーからなるガラスセラミック絶縁層が複数層積層されて成る絶縁基体の内層に、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層が形成されており、前記フェライト層の内部にはコイル用導体が埋設されてなるガラスセラミック基板であって、前記ガラスセラミック基板の側面の前記フェライト層端部が露出している部位に、金属を主成分とする保護層が形成されていることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板は好ましくは、前記フェライト層の上下面に前記コイル用導体と対向するように内層接地導体層が形成されているとともに、前記保護層が前記内層接地導体層に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明のガラスセラミック基板は好ましくは、前記保護層は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとから成ることを特徴とする。

また、本発明のガラスセラミック基板は好ましくは、前記フェライト層は、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有していることを特徴とする。

本発明のガラスセラミック基板によれば、ガラスセラミック基板のフェライト層が露出している端部側面からの水分の侵入を防ぐことが可能な金属から成る保護層が設けられていることから、ガラスセラミック基板が吸水することを防ぐことができ、その結果、ガラスセラミック基板の内層に形成されたコイル用導体が短絡したりするなどの電気特性不良が発生しない。また、保護層を金属にすることで、フェライト層端部側面を金属で囲むことになり、コイル用導体から発生する基板側面方向の磁束の漏れを抑制することができ、フェライト層の磁器飽和が起きにくくなり、その結果重畳特性などの電気特性を高いものとすることができる。
本発明のガラスセラミック基板によれば、好ましくは、保護層を絶縁基体の内層に形成されたフェライト層の上下面に配置された内層接地導体層に電気的に接続したことから、フェライト層に埋設されたコイル用導体を接地された金属で囲い込むことになり、コイル用導体から発生する磁束の漏れを全方位にわたって抑制することができ、フェライト層により一層磁気飽和が起きにくくなり、その結果、重畳特性などの電気特性を高いものとすることができる。

また、本発明のガラスセラミック基板によれば、上記構成において好ましくは、保護層をＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種としたことから、これらの金属は低抵抗であることから効率良く磁束の漏れを抑制することができ、重畳特性などの電気特性をより高いものとすることができる。

また、本発明のガラスセラミック基板によれば、上記構成において好ましくは、フェライト層は、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％を含有していることから、低温で焼結可能なＣｕＺｎフェライトを高周波帯域特性に優れたＮｉＺｎフェライトに組み合わせたＮｉＣｕＺｎフェライトを用いてガラスセラミック絶縁層と同じ大きさの、内部にコイルが埋設されたフェライト層を形成することができる。その結果、フェライト層にガラス粉末やＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の焼結助剤を添加しなくても、ガラスセラミック基板と同時焼成が可能で、かつ高周波帯で高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスをもつコイルを内蔵したガラスセラミック基板を得ることができる。

本発明を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。図１は本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は複数のガラスセラミック絶縁層６から成る絶縁基体、２はフェライト層、３はコイル用導体、４は絶縁層、５は内層接地導体層、６はガラスセラミック絶縁層、７は保護層である。

本発明の絶縁基体１は、複数のガラスセラミック絶縁層６が積層されて構成されており、その内層にコイル用導体３が埋設されたフェライト層２が、絶縁層４、内層接地導体層５を介して形成されている。

絶縁基体１は、ガラスセラミック絶縁層６となるガラスセラミックグリーンシートおよびフェライト層２となるフェライトグリーンシートを製作し、これらのガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートにコイル用導体３となる導体ペースト、絶縁層４となる絶縁ペーストおよび内層接地導体層５となる焼結金属ペーストを印刷した後、これらのガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートを複数枚積層し、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成して作製される。

ガラスセラミック絶縁層６は、まず、ガラス粉末およびフィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法，圧延法，カレンダーロール法等によってガラスセラミック絶縁層６となるガラスセラミックグリーンシートを製作し、このガラスセラミックグリーンシート複数枚でフェライト層２を挟んで積層する。

ガラス粉末としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。

また、フィラー粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物や、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等を用いることができる。

コイル用導体３は、絶縁基体１の表面、内部およびフェライト層２の内部に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ合金等の金属粉末に、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した導体ペーストを、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート表面およびフェライトグリーンシート表面に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートと同時に焼成されて形成される。

介在層としての絶縁層４は、コイル用導体３の上下面を覆うフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に形成されており、ガラス粉末およびフェライト層２に含有されるフェライト粉末を、その熱膨張係数がガラスセラミック絶縁層６の熱膨張係数とフェライト層２の熱膨張係数との中間になるように配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した絶縁ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が載置される位置に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時に焼成されて形成される。

なお、絶縁層４のフェライト粉末は、フェライト層２のフェライト粉末と同様であり、焼結体としてＦｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％より主成分が構成されるフェライトを用いることができる。

また、絶縁層４のガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁層６のガラスセラミックスと同様のものを用いることができ、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。

内層接地導体層５は、介在層を兼ねており、コイル用導体３の上下面を覆うフェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に形成されており、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属の金属粉末にガラス粉末を配合し、適当な有機バインダ，溶剤を混練して作製した金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が載置される位置に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時に焼成されて形成される。

この内層接地導体層５の面積は、フェライト層２の上下面に形成されたコイル用導体３の面積以上で形成することがより望ましい。これは、コイル用導体３に発生する磁束をより安定させることができ、これにより、重畳特性を十分に改善することができるからである。

なお、内層接地導体層５のガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁層６のガラスセラミックスと同様のものを用いることができ、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。

また、内層接地導体層５はコイル用導体３と同じ組成であってもよく、コイル用導体３の一部を内層接地導体層５として用いてもよい。

なお、介在層を絶縁層４と内層接地導体層５とを組み合わせて形成する場合には、図１に示すようにガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に並列に配置する方法と、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に直列に配置する方法と、それらを組み合わせる方法があり、それぞれ前記手法で作製した絶縁ペーストと金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等によりガラスセラミックグリーンシート上のフェライト層２が載置される位置にそれぞれ別々に塗布し、ガラスセラミックグリーンシートと同時に焼成されて形成される。

絶縁層４と内層接地導体層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に並列に配置した場合、ガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に絶縁体である絶縁層４と導体である内層接地導体層５を用いてコイル用導体を形成することができる。

絶縁層４と内層接地導体層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に直列に配置した場合、絶縁層４と内層接地導体層５の応力緩和の効果によりよりいっそう応力緩和の効果が高くなる。

また、絶縁層４と内層接地導体層５とを組み合わせた介在層をガラスセラミック絶縁層６とフェライト層２の間に直列および並列に配置した場合、介在層を直列および並列に配置した場合のそれぞれの効果を合わせ得ることができる。

フェライト層２は、コイル用導体３の上下面を覆うようにして、絶縁基体１の内層にコイル用導体３とともに形成されている。このフェライト層２は、その主成分の組成が、焼結体としてＦｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％より構成されることから、低温で焼成可能であり、かつ高周波帯域で十分に高い透磁率を得ることができる。

Ｆｅ_２Ｏ_３は、フェライトの基幹成分であり、そのフェライトの主成分をＸ−Ｆｅ_２Ｏ_４（ＸはＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎ等）として示される逆スピネル構造の固溶体とすれば、フェライト層２のうちＦｅ_２Ｏ_３が６３〜７３重量％を構成していなくてはならない。６３重量％未満の場合、十分な透磁率が得られない。他方、７３重量％より多い場合、焼結密度の低下により機械的強度が低下する。

ＣｕＯはフェライト層２の主成分のうち５〜１０重量％を構成していなくてはならない。これは、ＣｕＯは焼結温度の低温化に大きく寄与しており、ＣｕＯが低温で液層を形成することにより焼結を促進させる効果を用いて、磁気特性を損なわずにガラスセラミックスの焼成温度である８００〜１０００℃で焼成するためである。５重量％未満であると、本発明の目的とする低温度域で焼成を行う場合に焼結密度が不十分になり機械強度が不足する。また、１０重量％より多い場合、磁気特性の低いＣｕＦｅ_２Ｏ_４の割合が多くなるため磁気特性を損なうこととなる。

ＮｉＯはフェライトの高周波域における透磁率を確保するために含有させる。ＮｉＦｅ_２Ｏ_４は高周波域まで共振による透磁率の減衰を起さず、高周波域での透磁率を比較的高い値に維持することができるが、初期透磁率は低い特徴をもつため、５重量％未満であると、１０ＭＨｚないしそれ以上の高周波域での透磁率が低下する。また、１２重量％より多い場合、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の割合が多くなるため初期透磁率が低下するため、フェライトの主成分中の含有量は５〜１２重量％に限定される。

ＺｎＯはフェライトの透磁率向上のために重要な要素であり、フェライト主成分のうち１０重量％未満であると、磁気特性不十分の問題を生じ、逆に２３重量％より多くても磁気特性が悪くなる。

フェライト層２の形成は、まずフェライト粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合してスラリーを得て、これからドクターブレード法、圧延法、カレンダーロール法等によってフェライトグリーンシートを製作する。次に、このフェライトグリーンシートを所定のコイル用導体３を覆うものとしてガラスセラミックグリーンシートと平面視で同じ大きさの同形状にカットし、ガラスセラミックグリーンシート積層体の内部に、間にコイル用導体３となる導体パターンを配置して、そのコイル用導体３の上面および下面を覆うようにして積層する。

このとき、効果的にコイル用導体のインダクタンスを高くするためには、コイル用導体３の上下面をフェライト層２で完全に覆う必要がある。よって、そのようなコイル用導体３およびフェライト層２を形成するためには、所定のガラスセラミックグリーンシートの表面に、下面のフェライト層２となるフェライトグリーンシート、コイル用導体３となる導体ペーストのパターン、上面のフェライト層２となるフェライトグリーンシートの順番に各層を配置して積層するとよい。

フェライト層２となるフェライトグリーンシートを形成するのに用いるフェライト粉末は、仮焼済みのフェライト粉末であり、平均粒径が０．１μｍ〜０．９μｍの範囲で均一であり、球形状に近い粒が望ましい。これは、平均粒径が０．１μｍより小さいと、フェライトグリーンシートの製作においてフェライト粉末の均一な分散が困難であり、平均粒径が０．９μｍより大きいとフェライトの焼結温度が高くなるからである。また、粒径が均一で球状に近いことにより均一な焼結状態を得ることができるからであり、例えばフェライト粉末で部分的に小さい粒径が存在した場合は、その部分のみ結晶粒の成長が低下し、焼結後に得られるフェライト層２の透磁率が安定しにくい傾向がある。

保護層７は、フェライト層２の端面を完全に覆うように形成されており、例えば、金属、ガラス粉末、有機バインダ、可塑剤、有機溶剤などを混合してペーストを得て、そのペーストにガラスセラミック絶縁層６から成る絶縁基体１とフェライト層２から成るガラスセラミック基板をそのペーストの中に浸漬、あるいは端面に印刷や吹き付け、あるいは蒸着などによって塗布した後、ガラスセラミックグリーンシートと同時に焼成されて形成される。または、焼成後に形成しても良い。

焼成後に、保護層７を形成する場合は、母基板となる１枚のガラスセラミックグリーンシートに分割溝を設け、複数枚積層し焼結してセラミックスとした後、分割溝で分割することにより個々の製品とするといった所謂多数個取りの製造があり、ガラスセラミックグリーンシートおよびフェライトグリーンシートを複数枚積層し、大気中または加湿窒素雰囲気中にて、８００〜１０００℃の温度で焼成して母基板を得て、分割した個々の製品の端面に、上記と同様な方法を用いて保護層７となるペーストを塗布した後、再度焼成することによって保護層７を形成することができる。

また、焼成後に保護層７を形成する場合、上記のようにガラスセラミックグリーンシートを積層し焼成し分割した後、個々の製品側面にＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ−Ｐｄ合金などの金属板を、Ａｇロウなどのロウ材を介して接合することにより保護層７を形成すると、金属板が基板側面を覆うことによって製品に落下や衝撃などの外力が加わった際の割れや欠けなどが改善できる。

また、保護層７は、耐食性などの耐環境性を高める観点からＮｉおよびＡｕめっきを被着形成させることが望ましい。
保護層７は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属の金属粉末にガラス粉末を配合するが、ガラス粉末としては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等を用いることができる。

保護層７は、コイル用導体３や内層接地導体層５と同時に焼成するという観点からは、コイル用導体３や内層接地導体層５と同じ組成を用いてもよい。

一方、多数個取りによって製造する場合、再焼成温度を低くしてガラスセラミック絶縁層６やフェライト層２の過焼結による特性変化や、コイル用導体３などの拡散を抑制するという観点からは、軟化点が焼成温度以下のガラスを用いることが望ましく、特に、軟化点が６００℃以下のガラスを用いることが好ましい。このような軟化点が焼成温度以下のガラス粉末として、ＰｂＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、Ｂｉ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＺｎＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスなどを用いることができる。

また、上記の保護層７に用いられるガラス粉末として、特に、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３、ＰｂＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、Ｂｉ２Ｏ３−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系およびＺｎＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスを用いた場合、保護層７を絶縁基体１と同時に形成する場合でも、絶縁基体１を焼成した後に再焼成によって形成する場合においても、ガラスセラミック絶縁層６と強固に接合することができ、また、温度差によって基板が割れたり、保護層が剥がれたりすることがなく、ガラスセラミック基板のフェライト層が露出している端部側面を密着よく被覆することができる。

本発明のガラスセラミック基板の製造方法においては、まず、フェライト層２およびコイル用導体３を上述の要領でガラスセラミックグリーンシートの複数枚とともに積層してガラスセラミックグリーンシート積層体を作製する。そして、このガラスセラミックグリーンシート積層体から有機成分を除去した後に焼成する。有機成分の除去は、ガラスセラミックグリーンシート積層体に荷重をかけつつ１００〜８００℃の温度範囲でガラスセラミックグリーンシート積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解し揮散させるとよい。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約８００〜１０００℃の範囲内である。焼成は通常は大気中で行なうが、コイル用導体３の導体材料にＣｕを使用する場合、１００〜７００℃の加湿窒素雰囲気中で有機成分の除去を行ない、次に窒素雰囲気中で焼成を行なう。

また、有機成分の除去時および焼成時には、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを防止するために、その上面に重しを載せる等して荷重をかけるとよい。このような重しによる荷重は５０Ｐａ〜１ＭＰａ程度が適当である。荷重が５０Ｐａ未満である場合は、ガラスセラミックグリーンシート積層体の反りを抑制する作用が充分でなくなる傾向がある。また、荷重が１ＭＰａを超える場合は、使用する重しが大きくなるため、焼成炉に入らなくなったり、また焼成炉に入っても重しが大きいために熱容量が不足することになり焼成できなくなったりする等の問題をひき起こすおそれがある。

この重しとしては、ガラスセラミック基板の焼成中に変形、溶融等して荷重が不均一になったり、分解した有機成分の揮散を妨げたりすることがないような耐熱性の多孔質のものが適している。具体的には、セラミックス等の耐火物、あるいは高融点の金属等が挙げられる。また、ガラスセラミックグリーンシート積層体の上面に多孔質の重しを置き、その上に非多孔質の重しを置いてもよい。

本実施例１では、図１に示すような保護層を設けた、５ｍｍ×５ｍｍの形状の評価用の試験片を作製し、吸水率を測定した。保護層７は内層接地導体層５に電気的に接続されている。吸水率の測定は、初めに試験片の重量を測定し、その後試験片を水中に浸漬し、真空中に１時間放置し、その後試験片の重量を測定し、水中浸漬前後の重量差を求めた。その重量差を試験片の初期重量で割って百分率を求めて、吸水率が０．１％以上の場合は×、０．１％未満の場合は○で示した。

透磁率の測定は、図２に示すような、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍのリング形状の評価用の試験片を作製し測定した。透磁率の測定は、インピーダンスアナライザー（「ＨＰ−４２９１Ａ」、ヒューレットパッカード社製）を用い、高周波電流電圧法にて測定した。ここで、○は実用上は問題ないが１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００未満のもの、◎は１．０ＭＨｚ，１０．０ＭＨｚにおける透磁率１００以上のものであり、透磁率の特性としてはさらに良い。

本実施例２では、実施例１のものにおいて、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有しているフェライト層２を設けた試験片を作製し、実施例１と同様の評価を行なった。

本実施例３では、実施例２のものにおいて、フェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との層間に絶縁層４を介在させた、外径１６ｍｍ，内径８ｍｍのリング状の評価用の試験片を作製し、透磁率を測定した。

絶縁層４を形成する絶縁ペーストは、ガラスセラミックスに含有されるガラス粉末と同じＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末３０質量％，フェライトグリーンシートグリーンシートに含有されるフェライト仮焼粉末と同じ平均粒径０.５〜０．７μｍのＺｎＦｅ_２Ｏ_４，ＣｕＦｅ_２Ｏ_４，ＦｅＦｅ_２Ｏ_４，ＮｉＦｅ_２Ｏ_４の結晶相から構成されるフェライト粉末７０質量％を用い、所定量のエチルセルロース系樹脂とテルピネオールを加え、３本ロールにより適度な粘度になるように混合し作製した。

まず、ガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にフェライトグリーンシートを重ね合わせ、さらに、その上に絶縁ペースト層を全面に塗布し乾燥を行なった。その後、乾燥した絶縁ペースト層上にガラスセラミックグリーンシートの所定枚数を重ね合わせ、温度５５℃，圧力２０ＭＰａで圧着してガラスセラミック積層体を得た。

得られたガラスセラミック積層体をアルミナセラミックスのセッターに載置し、その上にアルミナセラミックスのセッターと同一成分から成る重しを載せて約０.５ＭＰａの荷重をかけつつ大気中にて５００℃で２時間加熱して有機成分を除去した後、大気中にて９００℃で２時間焼成した。

このようにして得られた本実施例３のガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

実施例３の絶縁層４に代えてＡｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％，ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を用いて内層接地導体層５を形成した以外は実施例３と同様にして、実施例４の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

実施例３の絶縁層４に加えて、Ａｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％，ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を用いて内層接地導体層５を形成した以外は実施例３と同様にして、実施例５の評価用の試験片を作製した。得られたガラスセラミック基板について、透磁率を測定した結果を表２に示す。

本実施例５では、実施例２のフェライト層２を有するものであって、保護層７として、Ａｇ粉末（平均粒径１.０μｍ）８０質量％、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉末２０質量％を含むものを使用した。

実施例６では、本発明のガラスセラミック基板における内蔵コイルの重畳特性の例を、図３に線図（グラフ）で示す。評価用の試験片は、フェライト層２の上下面にコイル用導体３と対向するように内層接地導体層５が形成されているとともに、保護層７が内層接地導体層５に電気的に接続されており、また、保護層７は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとから成るものとして、図１の構成で作製した。

絶縁基体１は、１層が５０μｍ厚みの誘電体から成るガラスセラミック絶縁層が２層積層されて成る。絶縁基体１の内部には、ガラスセラミック絶縁層と同時焼成されて形成されるとともに、内部にＡｇから成る厚み３０μｍのコイル用導体３が埋設された、ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさの透磁率５００（Ｈ／ｍ）のフェライト層２が図１のような構成で内蔵されている。

また、フェライト層２の上下面には、コイル用導体３に対向するようにそれぞれ形成されたＡｇから成る厚み１０μｍ内層接地導体層５が設けられている。そして、保護層７はＡｇからなり、内層接地導体層５に電気的に接続されている。

図３の線図（グラフ）において、横軸は電流（単位ｍＡ）を、縦軸はインダクタンス（単位μＨ）を表し、実線の直線は一般に携帯電話機の電源用回路で使用されるインダクタンス規格値２μＨを、破線の特性曲線は図４に示す構成の保護層７のないガラスセラミック基板における内蔵コイルの重畳特性を、実線の特性曲線は本発明のガラスセラミック基板における内蔵コイルの重畳特性を示している。

図３より、一般に携帯電話機の電源用回路で使用される最大電流である３００ｍＡでのインダクタンス値が、規格値である２μＨ以上を十分に満たすことが可能であり、本発明のガラスセラミック基板によれば、保護層７を絶縁基体１の内層に形成されたフェライト層２の上下面に配置された内層接地導体層５に電気的に接続したことから、フェライト層２に埋設されたコイル用導体３を金属で囲い込むことになり、コイル用導体３から発生する磁束の漏れを全方位にわたって抑制することができた。その結果、フェライト層２に磁気飽和が起きにくくなり、重畳特性などの電気特性を高いものとすることができた。

比較例１

本比較例１では、実施例１において保護層７を設けない構成とした。

表１より、保護層７を設けない比較例１の場合、吸水率が０．１％以上であったが、保護層７を設けた実施例１〜実施例５においては、吸水率は０．１％未満であった。

また、フェライト層２として、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有しているものを設けると、透磁率は１００以上となり、さらに透磁率が高くなった。

表２より、フェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との層間に絶縁層４およびまたは焼結金属層５を介在させた実施例３〜５のものの透磁率は、実施例２の透磁率に比べ高かった。これは、絶縁層４および内層接地導体層５の少なくとも一方が、フェライト層２とガラスセラミック絶縁層６との間に働く応力を緩和することにより、フェライト層２に働く磁歪を低減したためである。

なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態の例ではコイル用導体３にＡｇを用いたが、コイル用導体３にＣｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ合金等を用いてもよい。

本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のガラスセラミック基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明のガラスセラミック基板における内蔵コイルの重畳特性を示すグラフである。

符号の説明

１：絶縁基体
２：フェライト層
３：コイル用導体
４：絶縁層
５：内層接地導体層
６：ガラスセラミック絶縁層
７：保護層

Claims (4)

1. ガラスおよびフィラーからなるガラスセラミック絶縁層が複数層積層されて成る絶縁基体の内層に、前記ガラスセラミック絶縁層と同じ大きさのフェライト層が形成されており、前記フェライト層の内部にはコイル用導体が埋設されてなるガラスセラミック基板であって、前記ガラスセラミック基板の側面の前記フェライト層端部が露出している部位に、金属を主成分とする保護層が形成されていることを特徴とするガラスセラミック基板。
2. 前記フェライト層の上下面に前記コイル用導体と対向するように内層接地導体層が形成されているとともに、前記保護層が前記内層接地導体層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のガラスセラミック基板。
3. 前記保護層は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ−Ｐｄ合金およびＡｇ−Ｐｔ合金のうちの少なくとも１種の金属とガラスとから成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガラスセラミック基板。
4. 前記フェライト層は、Ｆｅ_２Ｏ_３を６３〜７３重量％、ＣｕＯを５〜１０重量％、ＮｉＯを５〜１２重量％、ＺｎＯを１０〜２３重量％含有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガラスセラミック基板。

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