JP4623851B2

JP4623851B2 - Multilayer wiring board

Info

Publication number: JP4623851B2
Application number: JP2001093564A
Authority: JP
Inventors: 晋一鈴木; 謙一永江; 吉宏中尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: JP2002290053A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高誘電率層と低誘電率層とを具備した多層配線基板に関するものであり、より詳細には、高誘電率層をコンデンサとして機能させることのできる多層配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、多層配線基板は、絶縁層が多層に積層された絶縁基板の表面または内部に導体配線層が配設された構造からなり、代表的な例として、ＬＳＩ等の半導体素子収納用パッケージが挙げられる。このようなパッケージとしては、絶縁層がアルミナ等のセラミックからなるものが多用されて来たが、最近では、銅メタライズとの同時焼成を可能にしたガラスセラミック焼結体を絶縁基板とするものも実用化されている。
【０００３】
一方、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用情報端末の急激な普及に伴い、内蔵される電子部品の小型化が強く望まれている。一例として、携帯電話のスイッチング回路、及びパワーアンプ回路は、複数の抵抗体およびコンデンサにより構成され、従来、これらの素子は個々に電気回路基板上に設置されており、小型化、及び製造コスト削減の妨げとなっていた。このため、最近では絶縁層の上下に対向する電極を配置することによりコンデンサを形成してなる多層配線基板が提案されている。その際、電極層間の絶縁層を高誘電率の絶縁層によって形成することによって高容量のコンデンサを形成することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層配線基板内に内蔵されるコンデンサの容量精度が実装型のコンデンサチップより劣るために、コンデンサ内蔵の多層配線基板は実用化が進んでいない。この内蔵コンデンサの容量ばらつきの要因としては、電極層の寸法ばらつき、高誘電率層の厚みばらつきに加え、低誘電率層との同時焼成による高誘電率層の誘電率低下が挙げられる。このうち、電極の寸法ばらつきは、電極層の印刷精度、積層精度といった機械的精度の影響が大きく、高誘電率層の厚みばらつきも、機械的精度であるグリーンシート成形精度に依存するために、これらの精度を高めることによって解消できるが、高誘電率層の誘電率低下は、低誘電率層と同時焼成することにより生じるため、材料組成に起因するものであるために、材料組成を制御しないと解消できない。
【０００５】
従って、本発明は、高誘電率層および低誘電率層の材料組成を調整することにより、同時焼成による内蔵コンデンサの容量低下を防ぐことのできる多層配線基板を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に対して種々検討を重ねた結果、例えば、ガラス成分と無機フィラー成分を混合、成形、焼成することにより得られるガラスセラミックスによって、高誘電率層および低誘電率層を形成した場合において、高誘電率層がＣａＴｉＯ₃を含有するとともに、低誘電率層に所定の比率でＣａを含有せしめることによって上記目的を達し得ることを見出した。
【０００７】
即ち、本発明の多層配線基板は、高誘電率層と低誘電率層が積層されたセラミック絶縁基板の表面あるいは内部に導体配線層を配設してなる多層配線基板において、前記高誘電率層がＣａＴｉＯ₃を含み、また低誘電率層もＣａを含み、前記低誘電率層に含まれるＣａ量が、前記高誘電率層に含まれる総Ｃａ量の２０％以上とすることによって、同時焼成における高誘電率層から低誘電率層へのＣａ成分の拡散を防ぐことができ、高誘電率層の組成の変動を抑制することができる。
【０００８】
前記高誘電率層と前記低誘電率層は、ＳｉＯ_２−ＢａＯ−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系のガラスに、無機フィラーを添加して焼成することにより得られる焼結体からなり、前記高誘電率層の上下に一対の電極層を設けることによって高誘電率層をコンデンサとして機能させ、所望の静電容量を取り出すことができる。
【０００９】
尚、高誘電率層と低誘電率層とを同時焼成するためには、両方の熱膨張係数を合わせる必要があり、より詳細には、熱膨張係数の差を小さくすることが必要があり、ガラスセラミックスでは、熱膨張係数の制御を容易に行うことができる。即ち、低誘電率層の無機フィラーとして、熱膨張係数が高いクォーツと、熱膨張係数が低いフォルステライトとを用い、その比率を調整することにより、熱膨張係数を高誘電率層に合わせることが可能である。これにより、低誘電率層と高誘電率層の同時焼成が可能であるのみならず、使用時に熱サイクルが印加されても、熱膨張差に起因する熱応力の発生を抑制することができる結果、高い長期信頼性が得られる。
【００１０】
かかる本発明により、任意の誘電率を有する高誘電率層と、該高誘電率層と同時焼成可能な低誘電率層を用いることにより、設計値通りの容量を有するコンデンサを内蔵した多層配線基板の作成が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の多層配線基板は、図１に示すように、セラミック絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃが多層に積層されたセラミック絶縁基板１の表面および、または内部に導体配線層２が配設されており、セラミック絶縁層のうち少なくとも１層１ｂを高誘電率のセラミック焼結体からなる高誘電率層とし、絶縁層１ａ、１ｃを低誘電率層によって形成し、高誘電率層１ｂの上下にＣｕなどの導体から成る電極層３、３を形成し、スルホール導体４、４などを経由して基板表面の導体配線層２と接続することにより、配線層２、２間で所定の静電容量を取り出すことができる。
【００１２】
本発明の多層配線基板においては、高誘電率層１ｂ、および低誘電率層１ａ、１ｃはいずれも、ガラス成分と無機フィラー成分との混合物を成形し、焼成した焼結体からなることが高誘電率層や低誘電率層の焼結性、誘電率、熱膨張係数などの特性の制御のしやすさの点で望ましい。
【００１３】
ガラス成分としては、ＳｉＯ_２−ＢａＯ−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３からなるガラスを使用し、ＣａＯを５重量％以上含有し、非晶質ガラス、または焼成後にＣａを含有する酸化物系結晶、具体的にはＣａＯ・２ＳｉＯ_２、ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８、ＣａＢ_２Ｓｉ_２Ｏ_８などの結晶相を析出する結晶化ガラスが採用される。とりわけ、ガラス組成としては、ＳｉＯ_２を２５〜６０重量％、ＣａＯを２〜１８重量％、Ａｌ_２Ｏ_３４〜１０重量％、ＢａＯ２０〜２７重量％、Ｂ_２Ｏ_３１１〜１５重量％の割合で含む、さらに望ましくはＺｒ化合物をＺｒＯ_２換算で０．１〜３０重量％の割合で含有することによって、耐薬品性を改善することができる。
【００１４】
さらに、上記ガラスの屈伏点は、４００〜８００℃、特に４００〜７００℃であることが望ましい。これは、ガラスおよび無機フィラーからなる混合物を成形する場合、有機樹脂などの成形用バインダーを添加するが、このバインダーを効率的に除去するとともに、絶縁基体と同時に焼成されるメタライズと焼成条件のマッチングを図るために必要であり、屈伏点が４００℃より低いと、ガラスが低い温度で焼結を開始するため、例えば、Ａｇ、Ｃｕなどの焼結温度が６００〜８００℃のメタライズとの同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で開始するためにバインダーは分解揮発できなくなり、バインダー成分が残留し、特性に影響を及ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃より高いと、ガラス量を多くしないと焼結しにくくなり、相対的に高価なガラスの使用量が増加するため、コスト削減の妨げとなる。
【００１５】
一方、上記のガラス成分に対して配合する無機フィラー成分としては、まず、高誘電率層を形成する場合には、ガラス成分との焼結性が良好であり、１ＭＨｚにおける比誘電率が１３以上、特に２０以上であることが望ましい。
【００１６】
用いるフィラーとしては、これに限定するものではないが、ＢａＴｉＯ₃（ε＝１３０００）、ＣａＴｉＯ₃（ε＝１８０）、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇（ε＝４５）、ＳｒＴｉＯ₃（ε＝３００）、ＴｉＯ₂（ε＝８０）、ＺｒＯ₂（ε＝３０）の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【００１７】
上記のＳｉＯ₂−ＢａＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系ガラスとの焼結性は、ＣａＴｉＯ₃、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、ＺｒＯ₂の群から選ばれる少なくとも１種、特にＣａＴｉＯ₃を少なくとも含むことが望ましい。
【００１８】
上記ガラス成分、およびフィラー成分は、ガラス成分：３０〜７０重量％と、フィラー成分：３０〜７０重量％の割合で調合する。これは、ガラス成分が３０重量％よりも少なく、フィラー成分が７０重量％よりも多いと、銅と同時焼成可能な温度域において良好な緻密体が得られにくく、ガラス成分が７０体積％よりも多く、フィラー成分が３０体積％よりも少ない場合、焼結体としての誘電率を高めることが難しくなるためである。
【００１９】
こうして、高誘電率層の電気特性を得る為にガラスおよびフィラーの組成を調整した場合、得られるガラスセラミックスの熱膨張係数は必然的に決定される。このため、かかる高誘電率ガラスセラミックを内層としてコンデンサを形成するためには、低誘電率層の熱膨張係数を、高誘電率層に合わせることが望ましい。
【００２０】
これは、各層の熱膨張係数の差が１×１０^-6／℃より大きい場合、焼成段階で層内、または層間において破壊が起こり、各層の熱膨張係数の差が０．５〜１×１０^-6／℃の場合、同時焼成は可能であるものの、層内、または層間において局所的にクラックが発生しやすくなることから、熱膨張差は０．５×１０^-6／℃以下であることが望ましい。
【００２１】
低誘電率層中のフィラー成分としては、クォーツおよび／またはフォルステライトを用い、これらのフィラーの成分比率の調整により、高誘電率層との熱膨張係数の整合を容易に行うことができる。
【００２２】
上記によって、高誘電率層と低誘電率層との同時焼成が可能となるが、ＣａＴｉＯ₃をフィラーとする高誘電率層の上下に電極層を形成し内蔵コンデンサを形成した場合、コンデンサの容量が、設計値より低くなる傾向が見られる。
【００２３】
この傾向について種々検討を行った結果、高誘電率層中のＣａＴｉＯ₃のＣａが低誘電率層側に拡散することによって、高誘電率層の組成が変動することによるものであり、低誘電率層中のＣａ量が高誘電率層中の総Ｃａ量の１５％以下で非常に顕著であり、より拡散を防止するために、低誘電率層中のＣａ量を高誘電率層中の総Ｃａ量中の２０％以上、特に３０％以上とすることが重要である。
【００２４】
このように、高誘電率層や低誘電率層中のＣａ量を制御するには、ＣａＴｉＯ₃量、およびＳｉＯ₂−ＢａＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス量、およびガラス中のＣａＯ量を調整することが必要である。
【００２５】
本発明である多層配線基板を製造する方法としては、高誘電率層、低誘電率層ともに、まず、所定の比率で調合したガラス成分とフィラー成分の混合物に適当な溶剤、および有機樹脂バインダーを添加した後、従来周知のドクターブレード法、リップコーター法などによりセラミックグリーンシートを成形する。次に、導体配線層として、適当な金属粉末に有機バインダー、溶剤、可塑材を添加混合して得た金属ペーストを前記グリーンシートに周知のスクリーン印刷法により、所定のパターンに印刷塗布する。また、場合によっては、前記グリーンシートに適当な打ち抜き加工を行いスルーホールを形成し、このホール内にもメタライズペーストを充填する。以上の加工の後、高誘電率層グリーンシートと低誘電率層グリーンシートとを積層し、グリーンシート積層体とメタライズを同時焼成することにより、コンデンサを内蔵する多層配線基板を得る。
【００２６】
上記の成形体の焼成にあたっては、まず、成形のために配合したバインダー成分を除去する。バインダーの除去は７００℃前後の大気雰囲気中で行われるが、配線層用の導体として、例えばＣｕを用いる場合には、１００〜７５０℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いとバインダーの除去が困難となるため、成形体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要となる。
【００２７】
焼成は、８５０〜１０５０℃の酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと緻密化することができず、１０５０℃を超えると導体配線層との同時焼成でメタライズ層が溶融してしまう。本発明のガラスセラミック焼結体は、８５０〜１０５０℃の焼成温度で焼成可能であるため、Ｃｕ等の低抵抗金属との同時焼成が可能である。但し、Ｃｕを配線用導体として用いて同時焼成する場合には、非酸化性雰囲気中で焼成される。
【００２８】
【実施例】
実施例１
高誘電率材料の評価実施例を示す。ガラス粉末として、ＳｉＯ₂：４３．９重量％−ＢａＯ：２３．２重量％−ＣａＯ：１２．３重量％−Ａｌ₂Ｏ₃：７重量％−Ｂ₂Ｏ₃：１３．６重量％から成るガラス、および、フィラーとしてＣａＴｉＯ₃、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇、ＺｒＯ₂を表１に示す割合にて、秤量調合し、溶剤を加えてボールミルを用いて粉砕混合した後、アクリル系バインダー、可塑材を加えて重分混合させてスラリーを作製し、ドクターブレード法により厚み３００μｍのグリーンシートを作製した。
【００２９】
得られたグリーンシートを５枚密着させ、５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを作成し、７００℃において水蒸気を含有する窒素雰囲気中で脱バインダー後、９１０℃において窒素雰囲気中で焼成を行った。得られた焼結体中のＣａＯ換算のＣａ量、３．２ＧＨｚにおける比誘電率、および４０〜４００℃における熱膨張係数を合わせて表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
実施例２
低誘電率材料の評価実施例を示す。ガラス粉末の構成は、高誘電率材料と同じＳｉＯ₂−ＢａＯ−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃系であるが、ＣａＯとＢａＯを置換することにより、ガラス中のＣａ量をＣａＯ換算で表２に示す割合とし、フィラーとしてクォーツおよびフォルステライト、ＺｒＯ₂を表２に示す割合にて秤量調合し、上記高誘電率材料と同手法にてサンプルの作成、および評価を行った。得られた焼結体単体におけるＣａＯ換算のＣａ量、３.２ＧＨｚにおける比誘電率、および４０〜４００℃における熱膨張係数を合わせて表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
この結果より４０〜４００における熱膨張係数はいずれも、８．８〜９×１０^-6／℃であるため、表１に示す全ての高誘電率材料との熱膨張係数の差は０．５×１０^-6／℃以下であり、任意の組合せにて同時焼成が可能である。
実施例３
表１に示す高誘電率材料と、表２に示す低誘電率材料を用いて、容量３０ｐＦのコンデンサを内蔵した配線基板を試作した結果を表３に示す。
【００３４】
また、本実施例では、表１に示す高誘電率材料を用いて、電極寸法、高誘電率層厚みを調整することにより、容量が３０ｐＦとなる構成を設計した。
【００３５】
配線基板に内蔵されるコンデンサの作製方法としては、まず、高誘電率層、低誘電率層ともに実施例１と同様の手法にてスラリーを作成し、グリーンシートを成形する。尚、グリーンシートの厚みは、高誘電率層用は、焼成後に表３に示す所定の値となる厚みとし、低誘電率層用は、すべて１２０μｍとした。
【００３６】
次に、２枚の低誘電率層用グリーンシートの所定位置にスルーホール加工を行い、メタライズペーストを充填する。つぎに、かかる加工を施した低誘電率層用グリーンシートにコンデンサの電極となる所定面積のメタライズペーストを印刷して、同面に密着液を塗布する。
【００３７】
次に、かかる加工を施した２枚の低誘電率層用グリーンシートの電極プリント面が高誘電率層用グリーンシートと接するように、高誘電率層用グリーンシートを挟み、加圧密着する。
【００３８】
尚、両電極の重なり面積は、焼成後に表３の電極寸法となるように設計する。得られた成形体を電極の重なり部が中央となる位置にて１２ｍｍ×１２ｍｍに切断し、焼成した。
【００３９】
焼成は、７００℃において水蒸気を含有する窒素雰囲気中で脱バインダー後、９１０℃において窒素雰囲気中で焼成を行った。
【００４０】
得られたコンデンサ内蔵配線基板の上下面の電極層と接続されたスルーホール導体にリード線を接合し、内蔵コンデンサの静電容量を測定した。また、同試料を切断し、断面のＥＰＭＡ分析を行うことにより、高誘電率層に含まれるＣａ量（ｃ１）に対する、低誘電率層に含まれるＣａ量（ｃ２）の比率（＝ｃ２×１００／ｃ１（％））をＣａ含有比として表３に示した。
【００４１】
また、評価基準としては、内蔵コンデンサ容量の設計値３０ｐＦに対し、実測値のずれが設計値の３％以下の場合を○、３％より大きく５％以下の場合を△、５％より大きい場合を×とし、合わせて表３に示す。
【００４２】
【表３】

【００４３】
この結果、高誘電率層の誘電率および厚み、および内蔵コンデンサの電極寸法等によらず、高誘電率層に含まれる総Ｃａ量に対する低誘電率層に含まれるＣａ量の比率を２０％以上とすることによって、コンデンサ容量の設計値からのずれを３％以下に抑制することが可能となった。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、高誘電率層および低誘電率層に含まれるＣａ量を調整することによって、高誘電率層、低誘電率層、および導体配線層を同時焼成しても、Ｃａの拡散による内蔵コンデンサの容量低下が抑えられ、設計値からのずれが３％以内の容量を有するコンデンサを得ることが出来る。また、精度の高いコンデンサを配線基板内に形成することができるために、この配線基板を実装するプリント基板など外部電気回路基板の小型化、およびコンデンサ実装コストの削減が可能である。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層配線基板における一実施例を説明するための概略断面図である。
【００４６】
【符号の説明】
１絶縁基板
１ａ、１ｂ、１ｃ絶縁層
２導体配線層
３電極層
４スルーホール導体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multilayer wiring board having a high dielectric constant layer and a low dielectric constant layer, and more particularly to a multilayer wiring board in which the high dielectric constant layer can function as a capacitor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a multilayer wiring board has a structure in which a conductive wiring layer is disposed on or inside an insulating substrate in which insulating layers are laminated in multiple layers, and a typical example is a package for housing a semiconductor element such as an LSI. It is done. As such a package, an insulating layer made of a ceramic such as alumina has been widely used. Recently, however, a glass ceramic sintered body that can be fired simultaneously with copper metallized is used as an insulating substrate. It has been put into practical use.
[0003]
On the other hand, with the rapid spread of portable information terminals such as mobile phones and notebook computers, there is a strong demand for miniaturization of built-in electronic components. As an example, a switching circuit and a power amplifier circuit of a cellular phone are configured by a plurality of resistors and capacitors, and conventionally, these elements are individually installed on an electric circuit board, thereby reducing the size and manufacturing cost. It was an obstacle. For this reason, a multilayer wiring board in which a capacitor is formed by arranging opposing electrodes above and below an insulating layer has recently been proposed. At that time, it has been proposed to form a high-capacitance capacitor by forming an insulating layer between electrode layers with an insulating layer having a high dielectric constant.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the capacitance accuracy of the capacitor built in the multilayer wiring board is inferior to that of the mounting type capacitor chip, the multilayer wiring board with a built-in capacitor has not been put into practical use. Factors causing the capacitance variation of the built-in capacitor include a decrease in the dielectric constant of the high dielectric constant layer due to simultaneous firing with the low dielectric constant layer in addition to a variation in the dimensions of the electrode layer and a variation in the thickness of the high dielectric constant layer. Among these, the dimensional variation of the electrode is greatly affected by the mechanical accuracy such as the printing accuracy and lamination accuracy of the electrode layer, and the thickness variation of the high dielectric constant layer also depends on the green sheet molding accuracy which is mechanical accuracy. Although this can be eliminated by increasing the accuracy, the lowering of the dielectric constant of the high dielectric constant layer is caused by simultaneous firing with the low dielectric constant layer, and is caused by the material composition, so the material composition is not controlled. It cannot be solved.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a multilayer wiring board capable of preventing the capacity reduction of the built-in capacitor due to simultaneous firing by adjusting the material composition of the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various investigations on the above problems, the present inventors have, for example, made a high dielectric constant layer and a low dielectric constant by using glass ceramics obtained by mixing, forming, and firing a glass component and an inorganic filler component. It has been found that when the layer is formed, the high dielectric constant layer contains CaTiO _3, and the above object can be achieved by incorporating Ca in the low dielectric constant layer at a predetermined ratio.
[0007]
That is, the multilayer wiring board of the present invention is a multilayer wiring board in which a conductor wiring layer is disposed on or inside a ceramic insulating substrate in which a high dielectric constant layer and a low dielectric constant layer are laminated. By including CaTiO ₃ , the low dielectric constant layer also contains Ca, and the amount of Ca contained in the low dielectric constant layer is 20% or more of the total amount of Ca contained in the high dielectric constant layer. The diffusion of the Ca component from the high dielectric constant layer to the low dielectric constant layer can be prevented, and fluctuations in the composition of the high dielectric constant layer can be suppressed.
[0008]
The high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer are made of a sintered body obtained by adding an inorganic filler to a SiO ₂ —BaO—CaO—Al ₂ O ₃ —B ₂ O ₃ glass and firing it. Do Ri, to function as a capacitor with high dielectric constant layer by providing the pair of electrode layers on top and bottom of the high dielectric constant layer, it is possible to take out the desired capacitance.
[0009]
In order to simultaneously fire the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer , it is necessary to match both thermal expansion coefficients, and more specifically, it is necessary to reduce the difference in thermal expansion coefficient. With glass ceramics, the thermal expansion coefficient can be easily controlled. That is, as the inorganic filler having a low dielectric constant layer, and the thermal expansion coefficient is high quartz, using a thermal expansion coefficient lower forsterite, by adjusting the ratio, is possible to match the thermal expansion coefficient of the high dielectric constant layer Is possible. As a result, not only the low dielectric constant layer and the high dielectric constant layer can be fired at the same time, but also the generation of thermal stress due to the thermal expansion difference can be suppressed even when a thermal cycle is applied during use. High long-term reliability can be obtained.
[0010]
According to the present invention, by using a high dielectric constant layer having an arbitrary dielectric constant and a low dielectric constant layer that can be fired simultaneously with the high dielectric constant layer, a multilayer wiring board incorporating a capacitor having a capacity as designed. Can be created.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the multilayer wiring board of the present invention has a conductor wiring layer 2 disposed on and / or inside a ceramic insulating board 1 in which ceramic insulating layers 1a, 1b and 1c are laminated in multiple layers. At least one of the ceramic insulating layers 1b is a high dielectric constant layer made of a ceramic sintered body having a high dielectric constant, the insulating layers 1a and 1c are formed of a low dielectric constant layer, and Cu is formed above and below the high dielectric constant layer 1b.

Electrode layers

3 and 3 made of a conductor, etc. are formed and connected to the conductor wiring layer 2 on the surface of the substrate via the through-hole conductors 4 and 4 so that a predetermined capacitance is provided between the

wiring layers

2 and 2. It can be taken out.
[0012]
In the multilayer wiring board of the present invention, each of the high dielectric constant layer 1b and the low dielectric constant layers 1a and 1c is made of a sintered body obtained by molding and firing a mixture of a glass component and an inorganic filler component. This is desirable from the viewpoint of easy control of characteristics such as sinterability, dielectric constant, and thermal expansion coefficient of the dielectric constant layer and the low dielectric constant layer.
[0013]
As the glass _component, using a glass consisting of _{_{SiO 2 -BaO-CaO-Al 2}} O 3 -B 2 O 3, containing CaO 5 wt% or more, containing Ca after the amorphous glass or fired, oxide A crystallized glass that precipitates a crystal phase such as a physical crystal, specifically, CaO.2SiO ₂ , CaAl ₂ Si ₂ O ₈ , CaB ₂ Si ₂ O ₈ is employed. Especially, as a glass composition, a SiO ₂ 25 to 60 wt%, the CaO 2 to 18 _wt%, _Al 2 O 3 4 to 10 wt%, BaO20～27 _wt%, _B of 2 O 3 11 to 15 wt% The chemical resistance can be improved by containing the Zr compound in a proportion, more desirably 0.1 to 30% by weight in terms of ZrO ₂ .
[0014]
Furthermore, it is desirable that the yield point of the glass is 400 to 800 ° C, particularly 400 to 700 ° C. This is because when molding a mixture of glass and inorganic filler, a molding binder such as an organic resin is added, but this binder is removed efficiently, and the metallization that is fired at the same time as the insulating substrate matches the firing conditions. When the yield point is lower than 400 ° C., the glass starts sintering at a low temperature. For example, co-firing with a metallization at a sintering temperature of 600 to 800 ° C., such as Ag and Cu. This is because the binder cannot be decomposed and volatilized since the densification of the molded body starts at a low temperature, and the binder component remains and affects the properties. On the other hand, if the yield point is higher than 800 ° C., it is difficult to sinter unless the amount of glass is increased, and the amount of relatively expensive glass used increases, which hinders cost reduction.
[0015]
On the other hand, as an inorganic filler component to be blended with the glass component, first, when forming a high dielectric constant layer, the sinterability with the glass component is good, and the relative dielectric constant at 1 MHz is 13 or more. In particular, it is desirable that it is 20 or more.
[0016]
The filler to be used is not limited to this, but BaTiO ₃ (ε = 13000), CaTiO ₃ (ε = 180), La ₂ Ti ₂ O ₇ (ε = 45), SrTiO ₃ (ε = 300), Examples thereof include at least one selected from the group consisting of TiO ₂ (ε = 80) and ZrO ₂ (ε = 30).
[0017]
The sinterability with the above-mentioned SiO ₂ —BaO—CaO—Al ₂ O ₃ —B ₂ O ₃ glass is at least one selected from the group of CaTiO ₃ , La ₂ Ti ₂ O ₇ and ZrO ₂ , especially CaTiO 3. It is desirable to include at least ₃ .
[0018]
The glass component and filler component are prepared in a ratio of glass component: 30 to 70% by weight and filler component: 30 to 70% by weight. This is because when the glass component is less than 30% by weight and the filler component is more than 70% by weight, it is difficult to obtain a good dense body in a temperature range capable of co-firing with copper, and the glass component is less than 70% by volume. This is because if the filler component is less than 30% by volume, it is difficult to increase the dielectric constant as a sintered body.
[0019]
Thus, when the composition of the glass and filler is adjusted in order to obtain the electrical characteristics of the high dielectric constant layer, the thermal expansion coefficient of the resulting glass ceramic is inevitably determined. Therefore, in order to form a capacitor using such a high dielectric constant glass ceramic as an inner layer, it is desirable to match the thermal expansion coefficient of the low dielectric constant layer with that of the high dielectric constant layer.
[0020]
This is because when the difference in thermal expansion coefficient of each layer is larger than 1 × 10 ⁻⁶ / ° C., breakdown occurs in the layer or between layers in the firing stage, and the difference in thermal expansion coefficient of each layer is 0.5 to 1 × 10 6. ^In the case of ^-6 / ° C, simultaneous firing is possible, but cracks are likely to occur locally in the layer or between layers, so the difference in thermal expansion is 0.5 x 10 ^-6 / ° C or less. Is desirable.
[0021]
Quartz and / or forsterite is used as the filler component in the low dielectric constant layer, and matching of the thermal expansion coefficient with the high dielectric constant layer can be easily performed by adjusting the component ratio of these fillers.
[0022]
By the above, simultaneous firing of the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer is possible. However, when the built-in capacitor is formed by forming electrode layers above and below the high dielectric constant layer using CaTiO ₃ as a filler, the capacitance of the capacitor However, it tends to be lower than the design value.
[0023]
As a result of various investigations on this tendency, it is because the Ca of the TiTiO ₃ in the high dielectric constant layer diffuses to the low dielectric constant layer side, so that the composition of the high dielectric constant layer fluctuates. The amount of Ca in the layer is very significant at 15% or less of the total amount of Ca in the high dielectric constant layer, and in order to prevent diffusion, the amount of Ca in the low dielectric constant layer is It is important that the Ca content is 20% or more, particularly 30% or more.
[0024]
Thus, in order to control the Ca content in the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer, the CaTiO ₃ content, the SiO ₂ —BaO—CaO—Al ₂ O ₃ —B ₂ O ₃ glass content, and the glass It is necessary to adjust the amount of CaO inside.
[0025]
As a method for producing a multilayer wiring board according to the present invention, both a high dielectric constant layer and a low dielectric constant layer are first prepared by adding an appropriate solvent and an organic resin binder to a mixture of a glass component and a filler component prepared at a predetermined ratio. After the addition, a ceramic green sheet is formed by a conventionally known doctor blade method, lip coater method or the like. Next, as a conductor wiring layer, a metal paste obtained by adding and mixing an organic binder, a solvent, and a plasticizer to an appropriate metal powder is printed and applied to the green sheet in a predetermined pattern by a well-known screen printing method. In some cases, the green sheet is appropriately punched to form a through hole, and this hole is filled with a metallized paste. After the above processing, a high dielectric constant layer green sheet and a low dielectric constant layer green sheet are laminated, and the green sheet laminate and metallization are simultaneously fired to obtain a multilayer wiring board with a built-in capacitor.
[0026]
In firing the molded body, first, the binder component blended for molding is removed. The removal of the binder is performed in an air atmosphere at around 700 ° C. However, for example, when Cu is used as the conductor for the wiring layer, it is performed in a nitrogen atmosphere containing water vapor at 100 to 750 ° C. At this time, the shrinkage start temperature of the molded body is preferably about 700 to 850 ° C., and if the shrinkage start temperature is lower than this, it becomes difficult to remove the binder. It is necessary to control the yield point as described above.
[0027]
Firing is performed in an oxidizing atmosphere or non-oxidizing atmosphere at 850 to 1050 ° C., thereby densifying to a relative density of 90% or more. If the firing temperature at this time is lower than 850 ° C., it cannot be densified, and if it exceeds 1050 ° C., the metallized layer is melted by simultaneous firing with the conductor wiring layer. Since the glass ceramic sintered body of the present invention can be fired at a firing temperature of 850 to 1050 ° C., it can be fired simultaneously with a low resistance metal such as Cu. However, when co-firing using Cu as a conductor for wiring, it is fired in a non-oxidizing atmosphere.
[0028]
【Example】
Example 1
An evaluation example of a high dielectric constant material is shown. As the glass powder, SiO _2: 43.9 wt% -BaO: 23.2 wt% -CaO: 12.3 wt% -Al ₂ O _3: 7 wt% -B ₂ O _3: consisting of 13.6 wt% Glass, CaTiO ₃ , La ₂ Ti ₂ O ₇ and ZrO ₂ as fillers are weighed and mixed in the proportions shown in Table 1, added with a solvent, pulverized and mixed using a ball mill, acrylic binder, plasticizer Was added and mixed thoroughly to prepare a slurry, and a green sheet having a thickness of 300 μm was prepared by a doctor blade method.
[0029]
Five green sheets obtained were adhered to each other to prepare a sample of 50 mm × 50 mm, debindered in a nitrogen atmosphere containing water vapor at 700 ° C., and then fired in a nitrogen atmosphere at 910 ° C. Table 1 shows the Ca amount in terms of CaO in the obtained sintered body, the relative dielectric constant at 3.2 GHz, and the thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C.
[0030]
[Table 1]

[0031]
Example 2
An evaluation example of a low dielectric constant material will be shown. The composition of the glass powder is the same SiO ₂ —BaO—CaO—Al ₂ O ₃ —B ₂ O ₃ system as the high dielectric constant material, but by replacing CaO and BaO, the Ca content in the glass is converted to CaO. The ratios shown in Table 2 were used, and quartz, forsterite, and ZrO ₂ as fillers were weighed and prepared in the ratios shown in Table 2, and samples were prepared and evaluated in the same manner as the high dielectric constant material. Table 2 shows the Ca amount in terms of CaO in the obtained sintered body alone, the relative dielectric constant at 3.2 GHz, and the thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C.
[0032]
[Table 2]

[0033]
From these results, since the thermal expansion coefficients at 40 to 400 are all 8.8 to 9 × 10 ⁻⁶ / ° C., the difference in thermal expansion coefficient from all the high dielectric constant materials shown in Table 1 is 0.5. × 10 ⁻⁶ / ° C. or less, and simultaneous firing is possible in any combination.
Example 3
Table 3 shows the result of trial manufacture of a wiring board incorporating a capacitor of 30 pF using the high dielectric constant material shown in Table 1 and the low dielectric constant material shown in Table 2.
[0034]
Further, in this example, a structure having a capacitance of 30 pF was designed by using the high dielectric constant material shown in Table 1 and adjusting the electrode dimensions and the high dielectric constant layer thickness.
[0035]
As a method of manufacturing a capacitor built in the wiring board, first, a slurry is prepared in the same manner as in Example 1 for both the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer, and a green sheet is formed. The thickness of the green sheet was set to a thickness having a predetermined value shown in Table 3 after firing for the high dielectric constant layer, and 120 μm for all of the low dielectric constant layers.
[0036]
Next, through holes are processed at predetermined positions of the two low dielectric constant layer green sheets, and metallized paste is filled. Next, a metallized paste having a predetermined area to be an electrode of a capacitor is printed on the green sheet for low dielectric constant layer subjected to such processing, and an adhesion liquid is applied to the same surface.
[0037]
Next, the high dielectric constant layer green sheet is sandwiched and pressure-contacted so that the electrode printed surfaces of the two low dielectric constant layer green sheets subjected to such processing are in contact with the high dielectric constant layer green sheet.
[0038]
The overlapping area of both electrodes is designed to be the electrode dimensions shown in Table 3 after firing. The obtained molded body was cut into 12 mm × 12 mm at a position where the overlapping portion of the electrodes was at the center and fired.
[0039]
Baking was performed in a nitrogen atmosphere containing water vapor at 700 ° C., followed by baking in a nitrogen atmosphere at 910 ° C.
[0040]
Lead wires were joined to the through-hole conductors connected to the upper and lower electrode layers of the obtained capacitor built-in wiring board, and the capacitance of the built-in capacitor was measured. Further, by cutting the same sample and performing EPMA analysis of the cross section, the ratio of Ca content (c2) contained in the low dielectric constant layer to Ca content (c1) contained in the high dielectric constant layer (= c2 × 100) / C1 (%)) is shown in Table 3 as the Ca content ratio.
[0041]
In addition, as an evaluation standard, when the deviation of the measured value is 3% or less of the design value with respect to the design value of the built-in capacitor capacity of 30 pF, ○ is greater than 3% and less than 5%, and Δ is greater than 5% Is shown in Table 3 together.
[0042]
[Table 3]

[0043]
As a result, the ratio of the amount of Ca contained in the low dielectric constant layer to the total amount of Ca contained in the high dielectric constant layer is 20% or more regardless of the dielectric constant and thickness of the high dielectric constant layer and the electrode dimensions of the built-in capacitor. As a result, the deviation of the capacitor capacity from the design value can be suppressed to 3% or less.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the high dielectric constant layer, the low dielectric constant layer, and the conductor wiring layer are simultaneously fired by adjusting the amount of Ca contained in the high dielectric constant layer and the low dielectric constant layer. However, a decrease in the capacity of the built-in capacitor due to Ca diffusion can be suppressed, and a capacitor having a capacity within 3% from the design value can be obtained. Further, since a highly accurate capacitor can be formed in the wiring board, it is possible to reduce the size of an external electric circuit board such as a printed board on which the wiring board is mounted and to reduce the capacitor mounting cost.
[0045]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of a multilayer wiring board according to the present invention.
[0046]
[Explanation of symbols]
1 Insulating substrate 1a, 1b, 1c Insulating layer 2 Conductor wiring layer 3 Electrode layer 4 Through-hole conductor

Claims

高誘電率層と低誘電率層とが間に一対の電極層を介して積層されたセラミック絶縁基板の表面あるいは内部に導体配線層を配設してなる多層配線基板において、前記高誘電率層と前記低誘電率層とが、ＳｉＯ _２ −ＢａＯ−ＣａＯ−Ａｌ _２Ｏ _３ −Ｂ _２Ｏ _３系のガラスに、無機フィラーを添加して焼成することにより得られる焼結体からなり、前記高誘電率層は、前記無機フィラーがＣａＴｉＯ_３を含有しているとともに、前記低誘電率層は、前記無機フィラーがクォーツおよびフォルステライトの少なくともいずれかを含み、前記高誘電率層中の総Ｃａ量の２０％以上のＣａを含有していることを特徴とする多層配線基板。In the multilayer wiring board and the high dielectric constant layer and the low dielectric layer is formed by disposing a conductive wiring layer inside or on the surface of the laminated ceramic insulating substrate via the pair of electrode layers between, the high dielectric constant layer And the low dielectric constant layer is made of a sintered body obtained by adding an inorganic filler to a SiO ₂ —BaO—CaO—Al ₂ O ₃ —B ₂ O ₃ glass and firing the glass. dielectric layer, said Rutotomoni inorganic filler contained CaTiO _3, wherein the low dielectric constant layer, the inorganic filler comprises at least one of quartz and forsterite, total Ca amount of the high dielectric constant layer multilayer wiring board characterized that you have to contain more than 20% of Ca.