JP3225851B2 - 複合積層セラミック部品 - Google Patents
複合積層セラミック部品Info
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低誘電率層と高誘電
率層および導体層を積層して一体焼成される複合積層セ
ラミック部品に関するものである。
率層および導体層を積層して一体焼成される複合積層セ
ラミック部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、多機能化にと
もなってその内部に用いられる電子部品にも軽薄短小化
が求められている。そのために限られた面積のセラミッ
ク基板上に抵抗体や配線パターンなどをより高密度に印
刷したり、チップ部品をより高密度に集積するといった
方法を採用していた。
もなってその内部に用いられる電子部品にも軽薄短小化
が求められている。そのために限られた面積のセラミッ
ク基板上に抵抗体や配線パターンなどをより高密度に印
刷したり、チップ部品をより高密度に集積するといった
方法を採用していた。
【0003】しかしながら、従来の高密度化の方法では
部品の小型化および部品を実装する基板の小型化には限
界がある。さらに特に高周波用部品では、配線パターン
を緻密にするとノズルやライン間の容量が発生しやすく
なり、ひいては品質の低下を招くといった問題があっ
た。
部品の小型化および部品を実装する基板の小型化には限
界がある。さらに特に高周波用部品では、配線パターン
を緻密にするとノズルやライン間の容量が発生しやすく
なり、ひいては品質の低下を招くといった問題があっ
た。
【0004】このようなことから、基板内部にコンデン
サや共振器を設けた構成の新しい複合積層セラミック部
品が開発されつつある。その一例として、コンデンサあ
るいは共振器を形成するための高誘電率層を、配線パタ
ーン形成用の低誘電率層で挟み込み、その各積層面に導
体層を設けた構成のものである。
サや共振器を設けた構成の新しい複合積層セラミック部
品が開発されつつある。その一例として、コンデンサあ
るいは共振器を形成するための高誘電率層を、配線パタ
ーン形成用の低誘電率層で挟み込み、その各積層面に導
体層を設けた構成のものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異種積
層体を一体焼成することによって得られる複合積層セラ
ミック部品においては、低誘電率層と高誘電率層の焼成
挙動および熱膨張率の相違により、両者の界面での剥離
あるいは焼成体基板に変形が発生したり、内部に生じる
歪みによりそれぞれの層にクラックが生じやすいといっ
た問題があった。
層体を一体焼成することによって得られる複合積層セラ
ミック部品においては、低誘電率層と高誘電率層の焼成
挙動および熱膨張率の相違により、両者の界面での剥離
あるいは焼成体基板に変形が発生したり、内部に生じる
歪みによりそれぞれの層にクラックが生じやすいといっ
た問題があった。
【0006】このような低誘電率層と高誘電率層の界面
での剥離およびそれぞれの層におけるクラックを防ぐた
め、例えば特公平5−13524号公報に示されるよう
に、各層の間に各層の材料の複合物からなる中間層を設
けることにより、前述の剥離やクラックを防いでいた。
この方法においては、電子部品の機能発現のためには本
来必要のない中間層を形成しなければならないため工数
が増加してコスト面で不利になるとともに小型化を図る
うえでの障害になるものであった。
での剥離およびそれぞれの層におけるクラックを防ぐた
め、例えば特公平5−13524号公報に示されるよう
に、各層の間に各層の材料の複合物からなる中間層を設
けることにより、前述の剥離やクラックを防いでいた。
この方法においては、電子部品の機能発現のためには本
来必要のない中間層を形成しなければならないため工数
が増加してコスト面で不利になるとともに小型化を図る
うえでの障害になるものであった。
【0007】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、中間層なしでも界面での剥離や各層でのクラックの
発生、さらには変形のない複合積層セラミック部品を提
供することを目的とするものである。
し、中間層なしでも界面での剥離や各層でのクラックの
発生、さらには変形のない複合積層セラミック部品を提
供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、高誘電率層と低誘電率層の積層面に導体層
を形成して積層し、前記低誘電率層が非晶質ガラスとセ
ラミック粉末を含んだものから構成されている。
に本発明は、高誘電率層と低誘電率層の積層面に導体層
を形成して積層し、前記低誘電率層が非晶質ガラスとセ
ラミック粉末を含んだものから構成されている。
【0009】この構成によって焼成したとき、異種材料
の積層界面における剥離、各層におけるクラックの発生
や全体の変形のない複合積層セラミック部品を得ること
ができる。
の積層界面における剥離、各層におけるクラックの発生
や全体の変形のない複合積層セラミック部品を得ること
ができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の請求項に記載の発明は、
高誘電率層と低誘電率層の積層面に導体層を形成して積
層し、前記低誘電率層が非晶質ガラスとセラミック粉末
の混合物からなり、前記低誘電率層がフォルステライト
(Mg 2 SiO 4 )、ジルコニア(ZrO 2 )、アルミナ
(Al 2 O 3 )のうち少なくとも一種以上のセラミック粉
末と、非晶質ガラスで構成されかつ、前記非晶質ガラス
の主成分がSiO 2 −Al 2 O 3 −MO(MはBa,C
a,Srからなる少なくとも1種以上)−La 2 O 3 −B
2 O 3 からなるもので、低誘電率層の非晶質ガラスの主成
分がSiO 2 −Al 2 O 3 −MO(MはBa,Ca,Sr
の少なくとも1種以上)−La 2 O 3 −B 2 O 3 からなる構
成としたものであり、界面での剥離や各層でのクラック
の発生をなくすことができ、また高誘電率層と低誘電率
層の界面における接着強度を十分大きなものとすること
ができるという作用を有する。
高誘電率層と低誘電率層の積層面に導体層を形成して積
層し、前記低誘電率層が非晶質ガラスとセラミック粉末
の混合物からなり、前記低誘電率層がフォルステライト
(Mg 2 SiO 4 )、ジルコニア(ZrO 2 )、アルミナ
(Al 2 O 3 )のうち少なくとも一種以上のセラミック粉
末と、非晶質ガラスで構成されかつ、前記非晶質ガラス
の主成分がSiO 2 −Al 2 O 3 −MO(MはBa,C
a,Srからなる少なくとも1種以上)−La 2 O 3 −B
2 O 3 からなるもので、低誘電率層の非晶質ガラスの主成
分がSiO 2 −Al 2 O 3 −MO(MはBa,Ca,Sr
の少なくとも1種以上)−La 2 O 3 −B 2 O 3 からなる構
成としたものであり、界面での剥離や各層でのクラック
の発生をなくすことができ、また高誘電率層と低誘電率
層の界面における接着強度を十分大きなものとすること
ができるという作用を有する。
【0011】請求項2に記載の発明は、低誘電率層がフ
ォルステライト(Mg2SiO4)、ジルコニア(ZrO
2)、アルミナ(Al2O3)のうち少なくとも一種以上
のセラミック粉末と、非晶質ガラスで構成されたもので
あり、界面での剥離や各層でのクラックの発生をより確
実になくすことができる。
ォルステライト(Mg2SiO4)、ジルコニア(ZrO
2)、アルミナ(Al2O3)のうち少なくとも一種以上
のセラミック粉末と、非晶質ガラスで構成されたもので
あり、界面での剥離や各層でのクラックの発生をより確
実になくすことができる。
【0012】請求項3に記載の発明は、低誘電率層の比
誘電率が15未満であり、かつ体積抵抗率が1×1012
Ωcm以上である構成としたものであり、低誘電率層の上
に複数の部品を実装した場合、部品間に発生する不要な
容量やノイズを低減することができるという作用を有す
る。
誘電率が15未満であり、かつ体積抵抗率が1×1012
Ωcm以上である構成としたものであり、低誘電率層の上
に複数の部品を実装した場合、部品間に発生する不要な
容量やノイズを低減することができるという作用を有す
る。
【0013】請求項4に記載の発明は、セラミック粉末
と非晶質ガラスの混合重量比率を、重量比で30:70
〜70:30の範囲としたものであり、界面での剥離や
各層でのクラックの発生を一層確実になくすことができ
るという作用を有する。
と非晶質ガラスの混合重量比率を、重量比で30:70
〜70:30の範囲としたものであり、界面での剥離や
各層でのクラックの発生を一層確実になくすことができ
るという作用を有する。
【0014】請求項5に記載の発明は、低誘電率層の非
晶質ガラスの主成分がSiO2−Al2O3−MO(Mは
Ba,Ca,Srの少なくとも1種以上)−La2O3−
B2O3からなる構成としたものであり、界面での剥離や
各層でのクラックの発生をなくすことができ、また高誘
電率層と低誘電率層の界面における接着強度を十分大き
なものとすることができるという作用を有する。
晶質ガラスの主成分がSiO2−Al2O3−MO(Mは
Ba,Ca,Srの少なくとも1種以上)−La2O3−
B2O3からなる構成としたものであり、界面での剥離や
各層でのクラックの発生をなくすことができ、また高誘
電率層と低誘電率層の界面における接着強度を十分大き
なものとすることができるという作用を有する。
【0015】請求項6に記載の発明は、非晶質ガラスの
主成分をSiO2が40〜50重量%、Al2O3が0〜
15重量%、B2O3が0〜10重量%、および(MO
(MはBa,Ca,Srの少なくとも1種以上)+La
2O3)量が40〜50重量%でかつLa2O3が0〜15
重量%となる構成としたものであり、界面での剥離や各
層でのクラックの発生を確実になくすことができ、また
高誘電率層と低誘電率層の界面における接着強度をより
一層大きなものとすることができる作用を有する。
主成分をSiO2が40〜50重量%、Al2O3が0〜
15重量%、B2O3が0〜10重量%、および(MO
(MはBa,Ca,Srの少なくとも1種以上)+La
2O3)量が40〜50重量%でかつLa2O3が0〜15
重量%となる構成としたものであり、界面での剥離や各
層でのクラックの発生を確実になくすことができ、また
高誘電率層と低誘電率層の界面における接着強度をより
一層大きなものとすることができる作用を有する。
【0016】請求項7に記載の発明は、導体層を銀とし
たものであり、導体層の導電率を高くすることができる
という作用を有する。
たものであり、導体層の導電率を高くすることができる
という作用を有する。
【0017】請求項8に記載の発明は、低誘電率層の副
成分として、セラミック粉末と非晶質ガラスの総量を1
00重量%としたとき、酸化ケイ素、酸化銅、酸化マン
ガンをSiO2,CuO,MnO2に換算して0.05〜
2.0重量%添加したものであり、低誘電率層の焼成温
度を950℃以下に確実に低下させることができ、銀を
導体層として使用することを可能とする作用を有する。
成分として、セラミック粉末と非晶質ガラスの総量を1
00重量%としたとき、酸化ケイ素、酸化銅、酸化マン
ガンをSiO2,CuO,MnO2に換算して0.05〜
2.0重量%添加したものであり、低誘電率層の焼成温
度を950℃以下に確実に低下させることができ、銀を
導体層として使用することを可能とする作用を有する。
【0018】請求項9に記載の発明は、低誘電率層を構
成するセラミック粉末と非晶質ガラスの混合粉体の製造
において、混合粉体の平均粒子径が2.0μm以下とす
るものであり、低誘電率層の焼成温度を950℃以下に
確実に低下させることができ、銀を導体層として使用す
ることを可能とする作用を有する。
成するセラミック粉末と非晶質ガラスの混合粉体の製造
において、混合粉体の平均粒子径が2.0μm以下とす
るものであり、低誘電率層の焼成温度を950℃以下に
確実に低下させることができ、銀を導体層として使用す
ることを可能とする作用を有する。
【0019】請求項10に記載の発明は、高誘電率層材
料の比誘電率を15以上、無負荷Q値とその共振周波数
(0.5GHz〜5GHz)の積を500以上、共振周
波数の温度変化率の絶対値を50ppm/℃以下としたもの
であり、高誘電率層をマイクロ波用誘電体セラミックと
して利用することを可能とし、例えばトリプレート型の
高性能な積層誘電体フィルタを内蔵することを可能とす
る作用を有する。
料の比誘電率を15以上、無負荷Q値とその共振周波数
(0.5GHz〜5GHz)の積を500以上、共振周
波数の温度変化率の絶対値を50ppm/℃以下としたもの
であり、高誘電率層をマイクロ波用誘電体セラミックと
して利用することを可能とし、例えばトリプレート型の
高性能な積層誘電体フィルタを内蔵することを可能とす
る作用を有する。
【0020】請求項11に記載の発明は、高誘電率層を
Bi2O3,CaO,Nb2O5を主成分とする誘電体セラ
ミックとしたものであり、比誘電率が15以上、無負荷
Q値とその共振周波数(0.5GHz〜5GHz)との
積が500以上、共振周波数の温度変化率の絶対値が5
0ppm/℃以下、焼成温度が950℃以下で内部導体層を
銀とすることができるマイクロ波用誘電体材料を確実に
得ることができる。
Bi2O3,CaO,Nb2O5を主成分とする誘電体セラ
ミックとしたものであり、比誘電率が15以上、無負荷
Q値とその共振周波数(0.5GHz〜5GHz)との
積が500以上、共振周波数の温度変化率の絶対値が5
0ppm/℃以下、焼成温度が950℃以下で内部導体層を
銀とすることができるマイクロ波用誘電体材料を確実に
得ることができる。
【0021】請求項12に記載の発明は、高誘電率層が
Bi2O3,CaO,Nb2O5を主成分とする誘電体セラ
ミック材料であり、かつ請求項2に記載の低誘電率層の
セラミック粉末にアルミナが含まれる場合において、前
記アルミナの含有量を50重量%未満と規定した構成と
したものであり、界面での剥離や各層でのクラックの発
生を、一層確実になくすことができるという作用を有す
る。
Bi2O3,CaO,Nb2O5を主成分とする誘電体セラ
ミック材料であり、かつ請求項2に記載の低誘電率層の
セラミック粉末にアルミナが含まれる場合において、前
記アルミナの含有量を50重量%未満と規定した構成と
したものであり、界面での剥離や各層でのクラックの発
生を、一層確実になくすことができるという作用を有す
る。
【0022】請求項13に記載の発明は、高誘電率層を
Bi2O3,CaO,ZnO,CuO,Nb2O5を主成分
とする誘電体セラミックとしたものであり、請求項11
と同様の作用を有する。
Bi2O3,CaO,ZnO,CuO,Nb2O5を主成分
とする誘電体セラミックとしたものであり、請求項11
と同様の作用を有する。
【0023】請求項14に記載の発明は、高誘電率層が
Bi2O3,CaO,ZnO,CuO,Nb2O5を主成分
とする誘電体セラミック材料であり、かつ請求項2に記
載の低誘電率層のセラミック粉末にアルミナが含まれる
場合において、前記アルミナの含有量が50重量%以上
と規定した構成としたものであり、請求項12と同様の
作用を有する。
Bi2O3,CaO,ZnO,CuO,Nb2O5を主成分
とする誘電体セラミック材料であり、かつ請求項2に記
載の低誘電率層のセラミック粉末にアルミナが含まれる
場合において、前記アルミナの含有量が50重量%以上
と規定した構成としたものであり、請求項12と同様の
作用を有する。
【0024】請求項15に記載の発明は、高誘電率層を
BaO,Nd2O5,TiO2およびガラスを主成分とす
る誘電体セラミックとしたものであり、請求項11と同
様の作用を有する。
BaO,Nd2O5,TiO2およびガラスを主成分とす
る誘電体セラミックとしたものであり、請求項11と同
様の作用を有する。
【0025】請求項16に記載の発明は、高誘電率層の
主成分がBaO,Nd2O5,TiO 2およびガラスを主
成分とする誘電体セラミック材料であり、かつ請求項2
に記載の低誘電率層のセラミック粉末にアルミナが含ま
れる場合において、前記アルミナの含有量を50重量%
未満と規定した構成としたものであり、請求項12と同
様の作用を有する。
主成分がBaO,Nd2O5,TiO 2およびガラスを主
成分とする誘電体セラミック材料であり、かつ請求項2
に記載の低誘電率層のセラミック粉末にアルミナが含ま
れる場合において、前記アルミナの含有量を50重量%
未満と規定した構成としたものであり、請求項12と同
様の作用を有する。
【0026】以下本発明の実施の形態について図面を用
いて説明する。図1は本発明の一実施の形態における複
合積層セラミック部品を示す断面図であり、この図1に
おいては誘電体フィルタ内蔵の複合積層セラミック部品
を一例として示した。
いて説明する。図1は本発明の一実施の形態における複
合積層セラミック部品を示す断面図であり、この図1に
おいては誘電体フィルタ内蔵の複合積層セラミック部品
を一例として示した。
【0027】図1において、非晶質ガラスとセラミック
粉末の混合物を主成分とする低誘電率層4上には、シー
ルド電極としての導体層8が形成されるとともに、マイ
クロ波用誘電体セラミックからなる高誘電率層3が設け
られている。この高誘電率層3上には誘電体フィルタの
電極としての導体層7が形成され、この上に同じく高誘
電率層2が設けられ、この高誘電率層2の上面にはシー
ルド電極としての導体層6が形成されている。
粉末の混合物を主成分とする低誘電率層4上には、シー
ルド電極としての導体層8が形成されるとともに、マイ
クロ波用誘電体セラミックからなる高誘電率層3が設け
られている。この高誘電率層3上には誘電体フィルタの
電極としての導体層7が形成され、この上に同じく高誘
電率層2が設けられ、この高誘電率層2の上面にはシー
ルド電極としての導体層6が形成されている。
【0028】この導体層6を設けた高誘電率層2上に
は、非晶質ガラスとセラミック粉末の混合物を主成分と
する低誘電率層1が設けられ、この低誘電率層1の上面
には部品を実装するためのランド電極、あるいはインダ
クタンス成分を形成する電極導体層5が形成され、この
導体層5の一部には、低誘電率層1と高誘電率層2を貫
通するように設けられたスルーホール導体9,10が接
続され、このスルーホール導体9,10は誘電体フィル
タ用の電極としての導体層7にそれぞれ接続されてい
る。
は、非晶質ガラスとセラミック粉末の混合物を主成分と
する低誘電率層1が設けられ、この低誘電率層1の上面
には部品を実装するためのランド電極、あるいはインダ
クタンス成分を形成する電極導体層5が形成され、この
導体層5の一部には、低誘電率層1と高誘電率層2を貫
通するように設けられたスルーホール導体9,10が接
続され、このスルーホール導体9,10は誘電体フィル
タ用の電極としての導体層7にそれぞれ接続されてい
る。
【0029】これらの構成のものはグリーンシートを用
いて積層したものを一括焼成して形成されている。これ
らの積層体を一括焼成する時、低誘電率層1,4が流動
軟化し高誘電率層2,3および導体層5,6,7,8と
結着することにより、界面の剥離あるいは各層に発生す
るクラックの発生を抑制し、大きな接着強度を有する複
合セラミック部品を得ることができる。
いて積層したものを一括焼成して形成されている。これ
らの積層体を一括焼成する時、低誘電率層1,4が流動
軟化し高誘電率層2,3および導体層5,6,7,8と
結着することにより、界面の剥離あるいは各層に発生す
るクラックの発生を抑制し、大きな接着強度を有する複
合セラミック部品を得ることができる。
【0030】ここでは誘電体フィルタ内蔵の複合積層セ
ラミック部品を例にしたが、コンデンサ、インダクタ、
セラミックフィルタなど各種電子部品を内蔵する複合積
層セラミック部品を構成することができ、低誘電率層と
高誘電率層を交互に積層する構成も可能である。
ラミック部品を例にしたが、コンデンサ、インダクタ、
セラミックフィルタなど各種電子部品を内蔵する複合積
層セラミック部品を構成することができ、低誘電率層と
高誘電率層を交互に積層する構成も可能である。
【0031】次に本発明の特徴とする高誘電率層と低誘
電率層の材料について具体的な実施の形態により説明す
る。
電率層の材料について具体的な実施の形態により説明す
る。
【0032】(実施の形態1)高誘電率層に用いた材料
は、Bi2O3,CaO,Nb2O5を主成分とする系(以
下BCN)、Bi2O3,CaO,ZnO,CuO,Nb
2O5を主成分とする系(以下BCZCN)、BaO,N
d2O5,TiO2,Sm2O3,Bi2O3を主成分とする
セラミック粉末90重量%にPbO,B2O3,SiO2
を主成分とするガラス10重量%からなる混合系(以下
BNTG)の三種類である。
は、Bi2O3,CaO,Nb2O5を主成分とする系(以
下BCN)、Bi2O3,CaO,ZnO,CuO,Nb
2O5を主成分とする系(以下BCZCN)、BaO,N
d2O5,TiO2,Sm2O3,Bi2O3を主成分とする
セラミック粉末90重量%にPbO,B2O3,SiO2
を主成分とするガラス10重量%からなる混合系(以下
BNTG)の三種類である。
【0033】BCNの電気的特性は比誘電率εr=5
8、無負荷Q値と共振周波数の積fQ=2800、共振
周波数の温度特性τf=+23ppm/℃であった。またB
CZCNはεr=100、fQ=2200、τf=+5
ppm/℃、BNTGはεr=55、fQ=2350、τf
=+15ppm/℃であった。
8、無負荷Q値と共振周波数の積fQ=2800、共振
周波数の温度特性τf=+23ppm/℃であった。またB
CZCNはεr=100、fQ=2200、τf=+5
ppm/℃、BNTGはεr=55、fQ=2350、τf
=+15ppm/℃であった。
【0034】これらの粉末500gをメチルエチルケト
ン200g中にジブチルフタレート10gとポリビニル
ブチラール樹脂25gを溶かした溶液中に加え、ボール
ミルで24時間混合した。得られたスラリーからドクタ
ーブレード法により厚さ50μmの各組成系の誘電体グ
リーンシートを作製した。
ン200g中にジブチルフタレート10gとポリビニル
ブチラール樹脂25gを溶かした溶液中に加え、ボール
ミルで24時間混合した。得られたスラリーからドクタ
ーブレード法により厚さ50μmの各組成系の誘電体グ
リーンシートを作製した。
【0035】ここで高誘電率層にBCN、BCZCNお
よびBNTG誘電体材料を用いたのは、いずれも焼成温
度が950℃以下であり、内部導体層に導電率の高い銀
を用いて同時焼成が可能であり、かつ上記のようにマイ
クロ波特性に優れているためである。
よびBNTG誘電体材料を用いたのは、いずれも焼成温
度が950℃以下であり、内部導体層に導電率の高い銀
を用いて同時焼成が可能であり、かつ上記のようにマイ
クロ波特性に優れているためである。
【0036】低誘電率層に用いられるガラスはSi
O2,H3BO3,Al(OH)3,CaCO3,BaC
O3,SrCO3,La2O3等の原料を白金または白金ロ
ジウム坩堝中で溶融し、冷却後粉砕してガラス粉末を作
製した。得られたガラス粉末と、フォルステライト(M
g2SiO4)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ(A
l2O 3)の粉末を任意の重量比で配合し、ジルコニアボ
ールによって湿式混合、粉砕、乾燥させて低誘電率層粉
末を作製した。
O2,H3BO3,Al(OH)3,CaCO3,BaC
O3,SrCO3,La2O3等の原料を白金または白金ロ
ジウム坩堝中で溶融し、冷却後粉砕してガラス粉末を作
製した。得られたガラス粉末と、フォルステライト(M
g2SiO4)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ(A
l2O 3)の粉末を任意の重量比で配合し、ジルコニアボ
ールによって湿式混合、粉砕、乾燥させて低誘電率層粉
末を作製した。
【0037】低誘電率層材粉末の平均粒子径はレーザー
回折測定法により計測した。またこの粉末にポリビニル
アルコール水溶液をバインダーとして加え造粒した後、
金型プレスによって直径13mm、厚さ1mmの円板を成形
し、500℃でバインダーを飛散させた後850℃から
950℃の温度で焼成した。この焼成体の上下面にAu
−Cr蒸着によって電極を形成し、LCRメーターによ
って1MHzにおける比誘電率を、絶縁抵抗計によって
抵抗率(500Vdc,1分間)を測定した。
回折測定法により計測した。またこの粉末にポリビニル
アルコール水溶液をバインダーとして加え造粒した後、
金型プレスによって直径13mm、厚さ1mmの円板を成形
し、500℃でバインダーを飛散させた後850℃から
950℃の温度で焼成した。この焼成体の上下面にAu
−Cr蒸着によって電極を形成し、LCRメーターによ
って1MHzにおける比誘電率を、絶縁抵抗計によって
抵抗率(500Vdc,1分間)を測定した。
【0038】得られた低誘電率層材粉末500gをメチ
ルエチルケトン300g中にジブチルフタレート25
g、ポリビニルブチラール樹脂50gを溶かした溶液中
に加え、ボールミルで24時間混合した。得られたスラ
リーからドクターブレード法により厚さ50μmのグリ
ーンシートを作製した。
ルエチルケトン300g中にジブチルフタレート25
g、ポリビニルブチラール樹脂50gを溶かした溶液中
に加え、ボールミルで24時間混合した。得られたスラ
リーからドクターブレード法により厚さ50μmのグリ
ーンシートを作製した。
【0039】前述の方法で作製した高誘電率シートを積
層し、60℃で熱圧着することにより高誘電率層2およ
び3(各500μm厚)を作製した。同様に低誘電率シ
ートを積層し、60℃で熱圧着することにより低誘電率
層1,4(各200μm厚)を作製した。これらの1,
2層中に導体層間の導通を得るためスルーホール9およ
び10を形成し、銀ペーストを充填した。その後、1〜
4層上に銀ペーストをスクリーン印刷法により所定の導
体パターンに印刷し、それぞれ導体層5,6,7,8を
形成した。次いで各層1〜4を順次位置決めして積層
し、80℃で熱圧着した後500℃で脱バインダーし、
その後850℃〜950℃の温度で焼成し、図1に示す
複合積層セラミック部品を形成した。
層し、60℃で熱圧着することにより高誘電率層2およ
び3(各500μm厚)を作製した。同様に低誘電率シ
ートを積層し、60℃で熱圧着することにより低誘電率
層1,4(各200μm厚)を作製した。これらの1,
2層中に導体層間の導通を得るためスルーホール9およ
び10を形成し、銀ペーストを充填した。その後、1〜
4層上に銀ペーストをスクリーン印刷法により所定の導
体パターンに印刷し、それぞれ導体層5,6,7,8を
形成した。次いで各層1〜4を順次位置決めして積層
し、80℃で熱圧着した後500℃で脱バインダーし、
その後850℃〜950℃の温度で焼成し、図1に示す
複合積層セラミック部品を形成した。
【0040】以下に具体的な実施の形態2〜6について
述べる。 (実施の形態2)低誘電率層材料として様々な組成のガ
ラスに対し、高誘電率層材料を前記実施の形態1のよう
に焼成一体化して得られた基板について、低誘電率層と
高誘電率層界面における接着強度、剥離および基板のう
ねりの有無など焼成状態について外観から判断した。界
面接着強度は引っ張り試験によって評価を行った。さら
に、厚さ0.2mmのブレードを用いたダイサーで1.0
mm/secの速度でそれぞれの基板を切断したときの切断面
のクラックの有無を観察した。またガラスの熱膨張率は
TMA測定、軟化点はDTA(示唆熱分析)測定により
求めた。
述べる。 (実施の形態2)低誘電率層材料として様々な組成のガ
ラスに対し、高誘電率層材料を前記実施の形態1のよう
に焼成一体化して得られた基板について、低誘電率層と
高誘電率層界面における接着強度、剥離および基板のう
ねりの有無など焼成状態について外観から判断した。界
面接着強度は引っ張り試験によって評価を行った。さら
に、厚さ0.2mmのブレードを用いたダイサーで1.0
mm/secの速度でそれぞれの基板を切断したときの切断面
のクラックの有無を観察した。またガラスの熱膨張率は
TMA測定、軟化点はDTA(示唆熱分析)測定により
求めた。
【0041】
【表1】
【0042】成分量を固定したSiO2−Al2O3−B
aO−CaO−B2O3系の非晶質ガラスに対し、フォル
ステライト、ジルコニア、アルミナの各セラミック粉末
の混合量を変えて混合した低誘電率材料と、BCN、B
CZCN、BNTGの各高誘電率材料を、実施の形態1
に基づいて一体同時焼成した評価結果を(表1)の試料
番号1〜16に示す。なお低誘電率層の非晶質ガラスと
セラミック粉末の重量混合比は50:50とした。
aO−CaO−B2O3系の非晶質ガラスに対し、フォル
ステライト、ジルコニア、アルミナの各セラミック粉末
の混合量を変えて混合した低誘電率材料と、BCN、B
CZCN、BNTGの各高誘電率材料を、実施の形態1
に基づいて一体同時焼成した評価結果を(表1)の試料
番号1〜16に示す。なお低誘電率層の非晶質ガラスと
セラミック粉末の重量混合比は50:50とした。
【0043】試料番号1〜5の低誘電率材料はBCN、
BNTGと界面の接着強度がやや弱いものの同時焼成可
能であったが、BCZCNとは同時焼成できず焼成体は
破壊していた。BCNの熱膨張率は93×10-7/℃、
BNTGは95×10-7/℃であるのに対し、BCZC
Nは76×10-7/℃と低い。そのため熱膨張率が88
〜93×10-7/℃でBCNおよびBNTGと比較的熱
膨張の近い試料番号1〜5の低誘電率材料は、BCNお
よびBNTGと同時焼成可能であるが、BCZCNに対
しては高誘電率層に大きな圧縮応力がかかったため焼成
体が破壊したものと考えられる。
BNTGと界面の接着強度がやや弱いものの同時焼成可
能であったが、BCZCNとは同時焼成できず焼成体は
破壊していた。BCNの熱膨張率は93×10-7/℃、
BNTGは95×10-7/℃であるのに対し、BCZC
Nは76×10-7/℃と低い。そのため熱膨張率が88
〜93×10-7/℃でBCNおよびBNTGと比較的熱
膨張の近い試料番号1〜5の低誘電率材料は、BCNお
よびBNTGと同時焼成可能であるが、BCZCNに対
しては高誘電率層に大きな圧縮応力がかかったため焼成
体が破壊したものと考えられる。
【0044】試料番号6の低誘電率材料ではアルミナの
含有量が増え熱膨張係数が小さくなったため、BCZC
Nに対しても同時焼成可能であったが、内部応力の大き
な蓄積があり、ダイサーで切断した際応力が解放され破
壊した。
含有量が増え熱膨張係数が小さくなったため、BCZC
Nに対しても同時焼成可能であったが、内部応力の大き
な蓄積があり、ダイサーで切断した際応力が解放され破
壊した。
【0045】試料番号7ではアルミナの含有量が増え、
熱膨張係数がさらに小さくなったため、BCZCNに対
して焼成しダイサーで切断しても、切断面のクラックの
発生は見られなかった。しかしBCN、BNTGに対し
ては、焼成体をダイサーによって切断した際高誘電率層
にクラックが多数発生した。低誘電率層の熱膨張率が高
誘電率層よりも小さくなりすぎたため、高誘電率層に大
きな引っ張り応力が作用し、クラックを発生させたと考
えられる。
熱膨張係数がさらに小さくなったため、BCZCNに対
して焼成しダイサーで切断しても、切断面のクラックの
発生は見られなかった。しかしBCN、BNTGに対し
ては、焼成体をダイサーによって切断した際高誘電率層
にクラックが多数発生した。低誘電率層の熱膨張率が高
誘電率層よりも小さくなりすぎたため、高誘電率層に大
きな引っ張り応力が作用し、クラックを発生させたと考
えられる。
【0046】試料番号8のようにアルミナの量が増え、
熱膨張係数が79×10-7/℃に低下すると、BCN、
BNTGとは同時焼成できず、界面で完全に剥離する。
一方BCZCNに対しては、接着強度がやや弱いものの
良好な焼成体を得ることができた。
熱膨張係数が79×10-7/℃に低下すると、BCN、
BNTGとは同時焼成できず、界面で完全に剥離する。
一方BCZCNに対しては、接着強度がやや弱いものの
良好な焼成体を得ることができた。
【0047】試料番号9〜16の場合でも1〜8と同様
の傾向であり、アルミナの含有量が50%以上となり熱
膨張係数が小さくなるとBCZCNとの同時焼成が可能
となり、アルミナの含有量が50%未満で熱膨張係数が
大きくなるとBCN,BNTGとの同時焼成が可能とな
る。
の傾向であり、アルミナの含有量が50%以上となり熱
膨張係数が小さくなるとBCZCNとの同時焼成が可能
となり、アルミナの含有量が50%未満で熱膨張係数が
大きくなるとBCN,BNTGとの同時焼成が可能とな
る。
【0048】以上の結果より高誘電率層がBCNおよび
BNTGの場合には、フォルステライト、アルミナ、ジ
ルコニアで構成されるセラミック混合粉末内のアルミナ
の含有量は50重量%未満であることが好ましい。また
高誘電率層がBCZCNの場合には、アルミナの含有量
は50重量%以上であることが好ましい。
BNTGの場合には、フォルステライト、アルミナ、ジ
ルコニアで構成されるセラミック混合粉末内のアルミナ
の含有量は50重量%未満であることが好ましい。また
高誘電率層がBCZCNの場合には、アルミナの含有量
は50重量%以上であることが好ましい。
【0049】(実施の形態3)続いて、低誘電率層の非
晶質ガラス組成の各成分の最適化を図った。
晶質ガラス組成の各成分の最適化を図った。
【0050】
【表2】
【0051】ここでは高誘電率層としてBCNを用い
た。評価方法は実施の形態2と同様である。また(表
1)の試料番号1と同様、低誘電率層のセラミック粉末
はフォルステライト100重量%とし、非晶質ガラスと
セラミック粉末との重量混合比は50:50とした。
た。評価方法は実施の形態2と同様である。また(表
1)の試料番号1と同様、低誘電率層のセラミック粉末
はフォルステライト100重量%とし、非晶質ガラスと
セラミック粉末との重量混合比は50:50とした。
【0052】(表2)の試料番号1および17〜20は
非晶質ガラス中のSiO2とMO(MはBa,Ca)の
比について検討を行ったものである。SiO2はガラス
形成酸化物であると同時にガラスの熱膨張率を低下させ
る働きがある。そのためSiO2の量が多すぎる場合
(試料番号20)には低誘電率層の熱膨張率が低下し、
前記と同様の理由で高誘電率層に多数のクラックが発生
した。逆に少なすぎる場合には(試料番号17)熱膨張
率が大きくなり焼成体は破壊する。したがってSiO2
の量は40〜50重量%が好ましい。
非晶質ガラス中のSiO2とMO(MはBa,Ca)の
比について検討を行ったものである。SiO2はガラス
形成酸化物であると同時にガラスの熱膨張率を低下させ
る働きがある。そのためSiO2の量が多すぎる場合
(試料番号20)には低誘電率層の熱膨張率が低下し、
前記と同様の理由で高誘電率層に多数のクラックが発生
した。逆に少なすぎる場合には(試料番号17)熱膨張
率が大きくなり焼成体は破壊する。したがってSiO2
の量は40〜50重量%が好ましい。
【0053】(表2)の試料番号21〜24はMO/L
a2O3比について検討したものである。試料番号19の
非晶質ガラスを基本とし、MO(MはBa,Ca)の一
部をLa2O3に置換した。La2O3の量を増やすとBC
Nと低誘電率材料との反応性が向上し界面の接着強度が
強固となる。一方熱膨張率はほとんど変化しない。しか
しLa2O3の量が多すぎると低誘電率層とBCNとの反
応が激しくなりすぎ、焼成体全体にうねりが生じてしま
う。試料番号17〜24の結果から(MO+La2O3)
の量は40〜50重量%でかつLa2O3の量は15重量
%以下であることが好ましい。
a2O3比について検討したものである。試料番号19の
非晶質ガラスを基本とし、MO(MはBa,Ca)の一
部をLa2O3に置換した。La2O3の量を増やすとBC
Nと低誘電率材料との反応性が向上し界面の接着強度が
強固となる。一方熱膨張率はほとんど変化しない。しか
しLa2O3の量が多すぎると低誘電率層とBCNとの反
応が激しくなりすぎ、焼成体全体にうねりが生じてしま
う。試料番号17〜24の結果から(MO+La2O3)
の量は40〜50重量%でかつLa2O3の量は15重量
%以下であることが好ましい。
【0054】(表2)の試料番号25〜39はBaO/
CaO/SrO比、40〜42はSiO2/B2O3比、
43〜46はAl2O3/SiO2比の最適化を図ったも
のである。
CaO/SrO比、40〜42はSiO2/B2O3比、
43〜46はAl2O3/SiO2比の最適化を図ったも
のである。
【0055】試料番号25〜39の結果より、BaOは
10〜40重量%、CaOは0〜30重量%、SrOは
0〜10重量%が好ましい。BaO、SrOが高含有に
なると低膨張側にシフトし、CaOが高含有になると高
膨張側にシフトする。
10〜40重量%、CaOは0〜30重量%、SrOは
0〜10重量%が好ましい。BaO、SrOが高含有に
なると低膨張側にシフトし、CaOが高含有になると高
膨張側にシフトする。
【0056】また試料番号40〜42の結果よりB2O3
の量は0〜10重量%が好ましい。10重量%を越える
とガラスの軟化点が下がりすぎ、高誘電率層との反応が
激しくなって焼成体にうねりを生じるためである。
の量は0〜10重量%が好ましい。10重量%を越える
とガラスの軟化点が下がりすぎ、高誘電率層との反応が
激しくなって焼成体にうねりを生じるためである。
【0057】さらに試料番号43〜46の結果よりAl
2O3の量は、15重量%を越えると熱膨張が大きくなり
過ぎ高誘電率層にクラックが発生するため、0〜15重
量%が好ましい。
2O3の量は、15重量%を越えると熱膨張が大きくなり
過ぎ高誘電率層にクラックが発生するため、0〜15重
量%が好ましい。
【0058】なお本発明は実施の形態3に限定されるも
のではなく、低誘電率層の非晶質ガラスに添加可能な成
分としてSnO2,P2O5,K2Oなどを挙げることがで
きる。
のではなく、低誘電率層の非晶質ガラスに添加可能な成
分としてSnO2,P2O5,K2Oなどを挙げることがで
きる。
【0059】(実施の形態4)次に非晶質ガラスとセラ
ミック粉末の重量混合比について検討した。非晶質ガラ
スの組成は実施の形態3の結果より試料番号21の組成
を使用した。
ミック粉末の重量混合比について検討した。非晶質ガラ
スの組成は実施の形態3の結果より試料番号21の組成
を使用した。
【0060】
【表3】
【0061】(表3)の試料番号21および47〜52
は、セラミック粉末としてフォルステライトを使用し、
それと非晶質ガラスの重量混合比を変化させたときの評
価結果である。また試料番号53〜59はセラミック粉
末にアルミナを、60,61はジルコニアを用いたとき
の結果である。
は、セラミック粉末としてフォルステライトを使用し、
それと非晶質ガラスの重量混合比を変化させたときの評
価結果である。また試料番号53〜59はセラミック粉
末にアルミナを、60,61はジルコニアを用いたとき
の結果である。
【0062】セラミック粉末がいずれの場合であって
も、セラミック粉末の重量混合比が多くなると低誘電率
層材料の焼結性が悪くなる。セラミック粉末と非晶質ガ
ラスの重量混合比が75:25となると焼成温度が95
0℃でも焼成できず、絶縁抵抗の低下を引き起こしてい
る。なおそれ以上の焼成温度では銀との同時焼成が不可
能となる。
も、セラミック粉末の重量混合比が多くなると低誘電率
層材料の焼結性が悪くなる。セラミック粉末と非晶質ガ
ラスの重量混合比が75:25となると焼成温度が95
0℃でも焼成できず、絶縁抵抗の低下を引き起こしてい
る。なおそれ以上の焼成温度では銀との同時焼成が不可
能となる。
【0063】逆に非晶質ガラスの混合比が増えると焼結
性は良くなるが、混合比が25:75になると非晶質ガ
ラスと高誘電率層との反応が激しくなり過ぎ、焼成体の
反りやうねりを引き起こす。
性は良くなるが、混合比が25:75になると非晶質ガ
ラスと高誘電率層との反応が激しくなり過ぎ、焼成体の
反りやうねりを引き起こす。
【0064】以上の結果から、セラミック粉末と非晶質
ガラスの重量混合比は30:70〜70:30が好まし
い。
ガラスの重量混合比は30:70〜70:30が好まし
い。
【0065】(実施の形態5)低誘電率材料の粉砕平均
粒子径が、低誘電率材料の低温焼成化におよぼす効果に
ついて検討した。
粒子径が、低誘電率材料の低温焼成化におよぼす効果に
ついて検討した。
【0066】
【表4】
【0067】(表3)の試料番号51のセラミック粉末
(フォルステライト)と非晶質ガラスの重量混合比が7
0:30であるとき、銀との同時焼成の限界である焼成
温度950℃でようやく焼結できる状態であった。この
低誘電率材料の粉砕時間を長くして平均粒子径を小さく
し低温焼結化を図った結果が(表4)の試料番号63,
64である。低誘電率材料の粉砕平均粒子径が2.0μ
m以下となると焼成温度は20℃以上低下し、試料番号
51のような焼結性の若干劣る組成であっても銀の溶融
温度(約960℃)と確実に30℃以上の差ができる。
したがって銀電極の一部溶融や、導電率の低下の防止が
可能になる。
(フォルステライト)と非晶質ガラスの重量混合比が7
0:30であるとき、銀との同時焼成の限界である焼成
温度950℃でようやく焼結できる状態であった。この
低誘電率材料の粉砕時間を長くして平均粒子径を小さく
し低温焼結化を図った結果が(表4)の試料番号63,
64である。低誘電率材料の粉砕平均粒子径が2.0μ
m以下となると焼成温度は20℃以上低下し、試料番号
51のような焼結性の若干劣る組成であっても銀の溶融
温度(約960℃)と確実に30℃以上の差ができる。
したがって銀電極の一部溶融や、導電率の低下の防止が
可能になる。
【0068】したがって低誘電率材料の平均粒子径は
2.0μm以下であることが好ましい。
2.0μm以下であることが好ましい。
【0069】(実施の形態6)低誘電率材料に対して添
加した副成分が、低誘電率材料の低温焼成化におよぼす
影響について検討した。
加した副成分が、低誘電率材料の低温焼成化におよぼす
影響について検討した。
【0070】(表4)の試料番号65〜67は副成分と
して二酸化珪素(SiO2)、試料番号68〜70は酸
化銅(CuO)、試料番号71〜73は二酸化マンガン
(MnO2)を添加した場合の評価結果である。
して二酸化珪素(SiO2)、試料番号68〜70は酸
化銅(CuO)、試料番号71〜73は二酸化マンガン
(MnO2)を添加した場合の評価結果である。
【0071】いずれの副成分の場合においても、焼成温
度は20℃以上低下し低温焼成化に効果が認められる。
しかし副成分が二酸化珪素の場合添加量が3.0重量%
となると焼成体にうねりが発生するようになる。また酸
化銅および二酸化マンガンの添加量が3.0重量%とな
ると、低誘電率材料の絶縁抵抗の低下を引き起こし、1
×1012(Ωcm)以下となってしまう。
度は20℃以上低下し低温焼成化に効果が認められる。
しかし副成分が二酸化珪素の場合添加量が3.0重量%
となると焼成体にうねりが発生するようになる。また酸
化銅および二酸化マンガンの添加量が3.0重量%とな
ると、低誘電率材料の絶縁抵抗の低下を引き起こし、1
×1012(Ωcm)以下となってしまう。
【0072】以上の結果から、低誘電率材料に対する副
成分として、二酸化珪素、酸化銅、二酸化マンガンを
0.05〜2.0重量%添加することが好ましい。
成分として、二酸化珪素、酸化銅、二酸化マンガンを
0.05〜2.0重量%添加することが好ましい。
【0073】
【発明の効果】以上の結果から、本発明の複合積層セラ
ミック部品の低誘電率層材料を非晶質ガラスとセラミッ
ク粉末の混合材料とすることにより、BCN、BCZC
NあるいはBNTGの高誘電率マイクロ波用誘電体セラ
ミック材料と一体焼成することが可能である。さらにそ
の場合に焼成体の異種材料接着界面における剥離および
各層におけるクラックの発生を抑止できる。その結果、
信頼性が高く安定した複合積層セラミック部品を得るこ
とができる。
ミック部品の低誘電率層材料を非晶質ガラスとセラミッ
ク粉末の混合材料とすることにより、BCN、BCZC
NあるいはBNTGの高誘電率マイクロ波用誘電体セラ
ミック材料と一体焼成することが可能である。さらにそ
の場合に焼成体の異種材料接着界面における剥離および
各層におけるクラックの発生を抑止できる。その結果、
信頼性が高く安定した複合積層セラミック部品を得るこ
とができる。
【図1】本発明の複合積層セラミック部品の一実施の形
態を示す断面図
態を示す断面図
1 低誘電率層 2 高誘電率層 3 高誘電率層 4 低誘電率層 5 導体層(配線パターン) 6 導体層(シールド層) 7 導体層(共振器) 8 導体層(シールド層) 9 スルーホール導体 10 スルーホール導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H05K 3/46 H05K 3/46 H (72)発明者 斉藤 隆一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 木村 涼 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−243745(JP,A) 特開 平3−132086(JP,A) 特開 平5−29771(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 4/00 - 4/40 H01B 3/12 H03H 7/01 H05K 1/00 - 3/46
Claims (9)
- 【請求項1】 高誘電率層と低誘電率層の積層面に導体
層を形成して積層し、前記低誘電率層が非晶質ガラスと
セラミック粉末の混合物からなり、前記低誘電率層がフ
ォルステライト(Mg2SiO4)、ジルコニア(ZrO
2)、アルミナ(Al2O3)のうち少なくとも一種以上
のセラミック粉末と、非晶質ガラスで構成されかつ、前
記非晶質ガラスの主成分がSiO2−Al2O3−MO
(MはBa,Ca,Srから少なくとも1種以上)−L
a2O3−B2O3からなる複合積層セラミック部品。 - 【請求項2】 高誘電率層はBi2O3,CaO,Nb2
O5を主成分とする誘電体セラミック材料である請求項
1に記載の複合積層セラミック部品。 - 【請求項3】 高誘電率層はBi2O3,CaO,Zn
O,CuO,Nb2O5を主成分とする誘電体セラミック
材料である請求項1に記載の複合積層セラミック部品。 - 【請求項4】 高誘電率層がBi2O3,CaO,Zn
O,CuO,Nb2O5を主成分とする誘電体セラミック
材料である請求項1記載の複合積層セラミック部品。 - 【請求項5】 高誘電率層はBaO,Nd2O5,TiO
2およびガラスを主成分とする誘電体セラミック材料で
ある請求項1に記載の複合積層セラミック部品。 - 【請求項6】 高誘電率層がBaO,Nd2O5,TiO
2およびガラスを主成分とする誘電体セラミック材料で
ある請求項1記載の複合積層セラミック部品。 - 【請求項7】 アルミナの含有量が、50重量%未満で
ある請求項1記載の複合積層セラミック部品。 - 【請求項8】 低誘電率層の副成分として、セラミック
粉末と非晶質ガラスの総量を100重量%としたとき、
酸化ケイ素、酸化銅、酸化マンガンのいずれかをSiO
2、CuO,MnO2に換算して0.05〜2.0重量%
添加したものからなる請求項1記載の複合積層セラミッ
ク部品。 - 【請求項9】 低誘電率層を構成するセラミック粉末と
非晶質ガラスの混合粉体の製造において、混合粉体の平
均粒子径が2.0μm以下である請求項1記載の複合積
層セラミック部品。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25413096A JP3225851B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 複合積層セラミック部品 |
EP97941214A EP0872953A4 (en) | 1996-09-26 | 1997-09-24 | BRANCH FILTER AND DOUBLE-USED DEVICE, AND MULTI-FREQUENCY MOBILE COMMUNICATION DEVICE USING THE BRANCH FILTER |
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