JP4701761B2

JP4701761B2 - セラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュール

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Publication number: JP4701761B2
Application number: JP2005072531A
Authority: JP
Inventors: 交市茂野; 洋浅野; 博司加賀田; 英則勝村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: JP2006261170A

Description

本発明は、銀を主成分とする電極を用いたセラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュールに関するものである。

従来、半導体ＩＣ等を実装する多層セラミック基板には大きく分けて高温焼成タイプのＨＴＣＣ（ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏ−ｆｉｒｅｄＣｅｒａｍｉｃｓ）系と低温焼成タイプのＬＴＣＣ（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏ−ｆｉｒｅｄＣｅｒａｍｉｃｓ）系の多層セラミック基板に分類できる。ＨＴＣＣ系多層セラミック基板の基材はＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ、ＢｅＯ、ＳｉＣ−ＢｅＯなどの耐熱性を有する無機粉体を用いたものである。これらのセラミック材料は前記無機粉体を主成分として混合して成形した後、１５００℃以上の高温で焼成することによって製造される。このためＨＴＣＣ系多層セラミック基板の内部に形成される配線用の導体材料としては融点の高いＭｏやＷが用いられている。しかしながら、このＭｏやＷは導体としては導電率が低いという欠点があり、導電率の高い銀や銅は融点が低く、前記ＨＴＣＣ系多層セラミック基板の焼成温度における焼成では溶融してしまい内層用の配線導体として用いることができない。

一方、多層セラミック基板の導体の低抵抗化の要望は高周波域におけるモジュール部品の需要とともに大きくなり、これらの要望を満足するためにアルミナ、フォルステライト等のセラミック原料を銀や銅の溶融しない温度で焼結可能としたものがＬＴＣＣ系多層セラミック基板である。このＬＴＣＣ系多層セラミック基板は低温焼成型多層セラミック基板とも呼び、前記セラミック原料に低融点のガラス原料を混合することによって低温での焼成を可能としたものであり、例えばホウケイ酸鉛ガラス＋アルミナ系、ホウケイ酸ガラス＋コージエライト系およびその他各種の組成系などがある。

これらの組成を有する絶縁体材料は銀や銅の導電率の高い金属との同時焼成を可能とするために１０００℃以下の温度で焼成できるように調整している。その結果、高導電率の銀や銅を内部導体として用いることができ、高周波域で用いる高密度実装を実現できる多層セラミック基板としてはこのＬＴＣＣ系多層セラミック基板（低温焼成型多層セラミック基板）が現在主流になってきている。

しかしながら、これらのガラスを用いたＬＴＣＣ系材料では熱伝導率の比較的低いガラスを多量に含むためにアルミナ等のセラミック本来の高熱伝導性という特徴は阻害される。このセラミック多層基板の熱伝導率が低下するとパワーアンプのような大きな発熱を伴う半導体素子を高密度に実装してパワーアンプモジュールなどを作製する場合、温度上昇が著しくなり、実用上使用できなくなる。特にこの傾向は小型化が強く要求される携帯型の電子機器等において顕著となる。

これに対して、低融点のガラス添加量を極力抑え、セラミック本来の高熱伝導率という特徴を生かしながら低温焼成を可能としたＬＴＣＣ系材料が開発されている。これらは、酸化ビスマスと酸化ニオブと酸化アルミニウムの混合物に焼結助剤である酸化銅と酸化バナジウムを添加したもの（例えば特許文献１参照）、あるいは酸化アルミニウムに酸化銅と酸化ニオブを同時に添加したもの（例えば特許文献２参照）が開示されている。
特開２０００−１０９３６３号公報特開２００４−２５６３８４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ＬＴＣＣ系の多層セラミック基板である被焼成体に銀と共晶反応を示すような銅酸化物などの酸化物が含まれる場合、銀の消失を十分に抑制することができないという課題を有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、銀を主成分とする電極の消失を抑制しながら良好な焼結性を有したセラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュールを提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、無機酸化物層と、銀を主成分とする電極層を交互に積層し、９４０℃以下の温度で一体焼成することにより作製したセラミック多層基板において、前記無機酸化物層はセラミック組成物からなり、前記セラミック組成物の副成分に酸化銅、酸化銀、酸化ニオブおよび酸化チタンとを含み、前記セラミック組成物の副成分の全体を１００重量％としたとき、酸化物換算で、１０重量％≦酸化ニオブ（Ｎｂ ₂ Ｏ ₅ ）≦６０重量％、１０重量％≦酸化銅（ＣｕＯ）≦酸化銀（Ａｇ ₂ Ｏ）、０重量％＜酸化チタン（ＴｉＯ ₂ ）≦５０重量％、４５重量％≦酸化銀(Ａｇ ₂ Ｏ)≦６０重量％とし、酸化銀（Ａｇ ₂ Ｏ）の含有重量が酸化銅（ＣｕＯ）の含有重量以上とすることを特徴としたセラミック多層基板としたものである。

本発明のセラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュールは、銀を主成分とする電極の消失を抑制しつつ、低温で良好な焼結性を有するセラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュールを提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるセラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュールについて、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の実施の形態１におけるセラミック多層基板の製造方法を説明するための断面図であり、図２は前記セラミック多層基板を用いたパワーアンプモジュールの断面図である。

なお、本実施の形態１ではコンデンサやコイルを内層に内蔵したセラミック多層基板を例にとって、その製造方法を説明しながらその構成について説明する。

まず始めに、無機酸化物層２０２の主成分であるセラミック組成物として平均粒子径；０．０５〜５μｍの酸化アルミニウムを９０〜９６重量％、酸化ニオブを０〜６．０重量％および酸化チタンを０〜５．０重量％配合し、無機酸化物層２０２の副成分として平均粒子径；０．０５〜５μｍの酸化銅を０．４〜３．５重量％、酸化銀を１．２〜６．０重量％配合した。

なお、このとき酸化ニオブと酸化チタンの添加は焼結性を制御するために添加しており、酸化アルミニウムのみでセラミック組成物の主成分を構成することができる。

さらに、この主成分と副成分の混合物である無機材料組成物１００重量部に対して、水を５０〜３００重量部配合した後、ボールミル内に投入し、さらに１〜５ｍｍφの高純度アルミナを分散メディアとして使用してボールミル混合を１２〜７２ｈｒ行った。その後、無機材料組成物からなるセラミックスラリをボールミルより取り出し乾燥した。

次に、乾燥後の無機材料組成物１００重量部に対して、ＰＶＢなどの樹脂バインダ；５〜１５重量部、酢酸ブチル、アルコールなどの分散媒；４０〜１２０重量部、ＤＢＰ、ＢＢＰなどの可塑剤；２〜１２重量部、さらに必要に応じて消泡剤、分散剤を少量配合し、１０ｍｍφの高純度アルミナボールを分散メディアとして使用して再度ボールミル分散を１２〜７２ｈｒ行ってセラミックスラリを作製した。

次に、このセラミックスラリをダイコーティング装置などのシート成形機を用いて、離型処理されたＰＥＴフィルムなどのキャリアフィルム上に所定の厚みに塗布し、その後、乾燥炉で乾燥して図１（ａ）に示すセラミックグリーンシート１０１を作製した。

次に、前記セラミックグリーンシート１０１に必要に応じてパンチング加工あるいはレーザ加工により所定の位置に穴開け加工を行った後、スクリーン印刷などによって銀を主成分とする導電性ペーストを用いて穴開け加工されたビアホール内に充填塗布し、ビア電極１０２を形成する。

その後、セラミックグリーンシート１０１に銀を主成分とする導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法などにより、回路パターンの配線電極１０３を形成する。

次に、それぞれに印刷形成された配線電極１０３を有するセラミックグリーンシート１０１を図１（ａ）に示すように所定の設計になるように位置合わせを行いながら積層、加圧し、図１（ｂ）に示すようなセラミックグリーンシート１０１と配線電極１０３が交互に積層された積層体１０４を形成する。この積層体１０４の大きさは通常５０〜２００ｍｍ□とすることによって、マトリックス状に所定のセラミック多層基板２０１を多数個作製することができる。

また、この積層体１０４の内層部に所定の面積を有する配線電極１０３をセラミックグリーンシート１０１を介して対向するように配置することによりコンデンサ１０５を内蔵することができる。

また、配線電極１０３をセラミックグリーンシート１０１に形成したビア電極１０２を介してスパイラル構造のコイル１０７を内蔵させることも可能である。これらのコンデンサ１０５およびコイル１０７を内蔵させることによって高密度実装が可能なセラミック多層基板２０１を実現することができる。

次に前記積層体１０４に銀を主成分とする導導性ペーストを用いて表層電極１０６を形成する。その後、積層体１０４の垂直方向に所定の圧力で加圧して積層圧着する。

なお、この積層・加圧の際の温度は常温〜１００℃とし、圧力は２０〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ²で行うことが好ましい。

その後、図１（ｃ）に示すように積層圧着された積層体１０４を切断して所定の積層セラミック基板２０１の形状に個片化し、この個片化された積層体１０４を４００〜６００℃の温度で脱バインダ処理を行う。

次に、焼成工程として最高保持温度８５０〜９００℃、最高温度での保持時間１〜３０時間、大気中雰囲気で焼成を行う。

また、ここまでのセラミック多層基板２０１の製造方法は無機酸化物層２０２の材料組成以外の内容は通常のＬＴＣＣ系セラミック多層基板の製造方法と大きく異なることはない。

このような製造方法によって作製したセラミック多層基板２０１は無機酸化物層２０２と銀を主成分とする配線電極１０３により構成しており、特に本実施の形態１におけるセラミック多層基板２０１は無機酸化物層２０２の材料組成に特徴がある。この無機酸化物層２０２を構成するのは主成分としてセラミック組成物である酸化アルミニウムを含み、副成分として酸化銅、酸化銀を含んでいる。

特に、酸化銀もしくは銀を添加した無機酸化物層２０２と、銀を主成分とする配線電極１０３とを一体焼成すると、副成分として添加している酸化銅が配線電極１０３を構成する銀電極中に拡散する前に、無機酸化物層２０２の内部に存在する銀あるいは酸化銀と反応することによって、配線電極１０３を構成する銀電極の消失を防止できることが分かった。

また、以上のように構成したセラミック多層基板２０１の断面を観察した結果、配線電極１０３を構成する銀電極の消失は端部まで認められなかった。このように、酸化銅を含んだ無機酸化物層２０２を形成した場合においても前記のような構成とすることにより、導電率の高い銀を用いた配線電極１０３を所定の寸法形状に内蔵することが可能となり、高周波特性に優れたセラミック多層基板２０１を実現できる。

なお、このセラミック多層基板２０１の相対密度は９０％以上であった。

また、このようなセラミック多層基板２０１において、無機酸化物層２０２の組成をセラミック組成物の主成分である酸化アルミニウムの含有率を高め、副成分の組成を工夫することによって、無機酸化物層２０２の熱伝導性を高めた、ＬＴＣＣ系のセラミック多層基板２０１を実現することができることから、発熱性の高い半導体デバイスを実装する小型のパワーアンプモジュール等に最適なセラミック多層基板２０１を実現することができる。

このパワーアンプモジュールは、図２に示すように前記の方法によって作製したセラミック多層基板２０１の表層にパワーアンプ２０５などの半導体部品を実装することにより、小型のパワーアンプモジュール２０６を実現することができ、従来のパワーアンプモジュールと比較して、サーマルビアの数を減らすことで回路設計の自由度が増すと同時に配線空間の制約が緩和されることから、発熱を伴う各種モジュールの更なる小型化を実現することができ、ひいては各種電子機器の小型・軽量化を実現することができる。

また、セラミック組成物を金属酸化物とガラスから構成することによって、より低温焼結化を実現することができるとともに、無機酸化物層２０２を優れた材料特性を有する絶縁体あるいは誘電体とすることにより、熱伝導性、高周波特性に適したセラミック多層基板２０１を構成することができる。

このような構成を実現するために、金属酸化物の材料組成としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、フォルステライト、ステアタイト、酸化ケイ素、酸化ビスマス−酸化ニオブ系酸化物、チタン酸バリウム、酸化チタンの中から少なくとも一つを選択し、ガラスの材料組成としては、酸化ケイ素、酸化ホウ素および酸化バリウムと、少なくとも酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムの中から選ばれた一つを選択することによって所望の特性を有する無機酸化物層２０２からなるＬＴＣＣ系のセラミック多層基板２０１を実現することができる。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１におけるセラミック多層基板について説明する。

図３は本発明の実施例１における積層共振器の断面図であり、図４は積層共振器の評価方法を説明するための回路図である。

無機酸化物層２０２を形成するセラミック組成物の出発原料として、純度；９９．９９％、平均粒径；１．０μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）と、（表１）に示すように純度；９９．９９％、平均粒径；０．２〜２μｍの酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウムを原料とする軟化点の異なる７種類のガラスを用意した。さらに、無機酸化物層２０２の副成分として平均粒径；０．１〜５μｍの酸化銅（ＣｕＯ）および酸化銀（Ａｇ₂Ｏ）をそれぞれ準備した。

前記酸化アルミニウムを５５重量％、（表１）に示したガラスを４２重量％、酸化銅を１．５重量％、酸化銀を１．５重量％配合し、無機材料組成物とした（Ｎｏ.１〜Ｎｏ．７）。

この無機材料組成物；１００重量部に対して、水；２００重量部を配合し、２ｍｍφのジルコニアを使用したボールミル混合を２４ｈｒ行った。

次に、乾燥後の無機材料組成物；１００重量部に対して、樹脂バインダとしてポリビニルブチラール樹脂を８重量部、分散媒として酢酸ブチルを８０重量部、可塑剤としてベンジルブチルフタレート（ＢＢＰ）を６重量部配合し、１０ｍｍφのジルコニアを使用したボールミル分散を４８ｈｒ行ってセラミックスラリを作製した。

次に、このようにして作製したセラミックスラリを用いて、ダイコーティング装置を用いてＰＥＴフィルムなどのキャリアフィルム上にセラミックグリーンシートとして塗布した。このセラミックスラリを乾燥するための乾燥炉の温度は８０〜１００℃とし、キャリアフィルムの走行速度は１０ｍ／ｍｉｎ．とした。このような乾燥条件で乾燥して得られたセラミックグリーンシートのシート厚みは４０μｍであった。

このセラミックグリーンシートを用いて形成する無機酸化物層２０２の焼結性の評価を行うために、セラミックグリーンシートを３４枚積層圧着し、１０ｍｍφの金型で円板状に打ち抜いた。

この円板状に打ち抜いた積層体を昇温速度５０℃／ｈｒ、保持温度５００℃、保持時間４ｈｒにて脱バインダ処理を行った。その後、昇温速度４００℃／ｈｒ、焼成温度；９５０℃、保持時間；２ｈｒにて大気中焼成した。得られた焼結体の焼結密度をアルキメデス法により評価した。

また、同じ焼結体を複数作製し、これを粉砕して、ピクノメータを用いて真密度を測定し、焼結密度／真密度より相対密度を求めた。相対密度が９０％以上のときの焼結性を○とし、９０％未満のときを×とした。（表１）にその焼結性の評価結果を示す。

（表１）の結果より、軟化点が８８０℃のガラスを用いた組成（Ｎｏ．４）では焼結性に課題を有していたが、８６０℃以下の軟化点を有するガラスを用いて作製した無機酸化物層２０２では実用できる焼結性を有していることが分かった。

次に、セラミック組成物として、純度９９．９９％、平均粒径１．０μｍの酸化アルミニウムからなる金属酸化物と、（表１）のＮｏ．６に示した軟化点８４０℃のガラスを用意し、さらに副成分として、平均粒径０．１〜５μｍの酸化銅と酸化銀を用意し、（表２）に示す１１種類の材料組成を有した無機材料組成を作製した。

そして、前記と同様の製造方法によって、図３に示すようなλ／４型の積層共振器４０１を作製した。このλ／４型の積層共振器４０１はセラミックグリーンシート１０１を７０×７０ｍｍに切断した後、セラミックグリーンシート１０１の１層に銀ペーストを用いて共振器電極４０２を印刷形成して電極パターンを作製した。

その後、共振器電極４０２を形成したセラミックグリーンシート１０１を含んで３４枚を積層圧着することによってセラミック積層体を作製した。このセラミック積層体を積層共振器４０１の共振周波数が２．５ＧＨｚとなる長さに個片化した後、これらの個片化されたセラミック積層体を昇温速度；５０℃／ｈｒ、保持温度；５００℃、保持時間；４ｈｒにて脱バインダ処理を行った。

その後、昇温速度４００℃／ｈｒ、焼成温度；９００℃と９４０℃、保持時間；２ｈｒにて大気中焼成した後、銀ペーストを用いて取り出し電極４０４、シールド電極４０５を印刷塗布形成した後、ベルト炉を用いて焼付けを行うことによって積層共振器４０１を作製することができた。

このようにして作製した積層共振器４０１の共振器電極４０２は積層共振器４０１の中央部に配置されるとともに、無機酸化物層４０３に包まれた構造とし、最外層にはシールド電極４０５を形成し、さらに共振器電極４０２に接続した取り出し電極４０４を設けた構成としている。

この積層共振器４０１の共振周波数は、無機酸化物層４０３の比誘電率が分かっていれば積層共振器４０１の長さに依存することになる。

このようにして作製した積層共振器４０１の損失係数であるＱ値を評価した。

その評価方法は、図４に示すように積層共振器４０１とネットワークアナライザ４０６との間にコンデンサ４０７を挿入することによってインピーダンスを５０Ωに近くなるように調整し、ネットワークアナライザ４０６（Ａｇｉｌｅｎｔ製８７２０ＥＳ）を用いて測定した。

ここで、積層共振器４０１の共振器電極４０２を形成している銀電極が消失すると共振器電極４０２の電極幅が狭くなり、損失係数であるＱ値の低下が見られることから、内層部における銀電極の無機酸化物層４０３に含まれる酸化銅による銀電極の消失度合いを精度良く評価することができる。（表２）にこれらの相対密度と積層共振器４０１のＱ値の評価結果を示した。

（表２）の結果より、酸化銅と酸化銀を含有しない試料（Ｎｏ．８）においては９４０℃でも相対密度は９０％未満であった。なお、相対密度が９５％未満のとき、積層共振器４０１のＱ値は測定しなかったが、断面を観察したところ、銀電極の消失は認められなかった。

また、酸化銅を１重量％添加した試料（Ｎｏ．９）は良好な焼結性を示したが、積層共振器４０１のＱ値は極めて低い値であり、特に９４０℃焼成における測定が困難であった。この積層共振器４０１の断面構造を観察したところ、銀電極の端部が消失していることが分かった。

これに対して、酸化銀を添加することによって積層共振器４０１のＱ値は高くなり、特に酸化銅と同重量％以上の酸化銀を添加することによって、Ｑ値は９００℃と９４０℃焼成において１００以上となり、安定したＱ値を示した（Ｎｏ．１０〜１３）。この積層共振器４０１の断面を観察したところ、銀電極の消失は認められなかった。また酸化銅を２重量％添加した試料（Ｎｏ．１４〜１８）についても同様の傾向を示した。

（実施例２）
以下、本発明の実施例２におけるセラミック多層基板について説明する。

無機酸化物層２０２のセラミック組成物の原料として、次の３種類の金属酸化物を用意した。（１）純度；９９．９９％、平均粒径；０．４μｍの酸化マグネシウム粉末、（２）純度；９９．９９％、平均粒径；０．９μｍのフォルステライト粉末、（３）純度；９９．９９％、平均粒径；０．２μｍのチタン酸バリウム粉末である。

さらに、（表１）に示した軟化点８４０℃のガラス（Ｎｏ．６）を用意し、無機酸化物層２０２の副成分として、酸化銅、酸化銀を用意し、（表３）〜（表５）に示す１５種類の材料組成になるように配合した。

その後、実施例１と同様の方法で相対密度および積層共振器４０１のＱ値を測定した。その評価結果を（表３）、（表４）、（表５）に示す。

（表３）、（表４）、（表５）の結果より、全ての試料について９００℃以上での焼結性は良好であった。また、酸化銀が酸化銅と同含有重量である１．４重量％未満のとき、共振器のＱ値は低い値を示した（Ｎｏ．１９，２０，２４，２５，２９，３０）。これに対して、酸化銀が酸化銅と同含有重量で１．４重量％以上のとき、積層共振器４０１のＱ値は良好な値を示し、さらに焼成温度による特性の変化も少なかった（Ｎｏ．２１〜２３、Ｎｏ．２６〜２８、Ｎｏ．３１〜３３）。

（実施例３）
以下、本発明の実施例３におけるセラミック多層基板について説明する。

無機酸化物層２０２のセラミック組成物の原料として、純度；９９．９９％、平均粒径；０．２〜１μｍの酸化ビスマス−酸化ニオブ系酸化物、酸化アルミニウム、酸化バナジウムを用意し、無機酸化物層２０２の副成分として、酸化銅と酸化銀をそれぞれ用意し、（表６）に示す５種類の材料組成を配合した。その後、実施例１と同様の方法で相対密度および積層共振器４０１のＱ値を測定した。（表６）に相対密度と積層共振器４０１のＱ値の評価結果を示した。

（表６）の結果より、全ての試料について９００℃以上での焼結性は良好であり、酸化銀が酸化銅と同含有重量である０．６重量％未満のとき、積層共振器４０１のＱ値は測定不能であった（Ｎｏ．３４、Ｎｏ．３５）。

また、酸化ニオブと酸化銅が共存する材料組成において銀電極の反応消失が起こっていたが、酸化銀を酸化銅と同含有重量である０．６重量％以上とすることによって、積層共振器４０１のＱ値は良好な値を示し、焼成温度による変化も少なかった（Ｎｏ．３６〜３８）。

（実施例４）
以下、本発明の実施例４におけるセラミック多層基板について説明する。

無機酸化物層２０２のセラミック組成物の原料として、純度；９９．９９％、平均粒径；０．３μｍの酸化アルミニウムと、純度；９９．９９％、平均粒径；０．２〜２μｍの酸化ニオブを用意し、さらに、無機酸化物層２０２の副成分として、酸化銅と酸化銀をそれぞれ用意し、（表７）に示す９種類の無機材料組成を配合した。

その後、実施例１と同様の方法で相対密度および積層共振器４０１のＱ値を測定した。本実施例において、実施例１と異なっている点は、混合・分散時に使用したボールが高純度アルミナであること、焼成温度が最高温度９２０℃、９４０℃の温度で、それぞれ３時間の保持を行ったことである。また、相対密度や積層共振器４０１のＱ値の評価に加えて、相対密度の測定に用いた円板状の試料について熱伝導率を測定した。具体的には、円板状の試料の片面にレーザ光を照射し、反対側の面の温度上昇より熱伝導率を測定する、いわゆるレーザーフラッシュ法を用いて測定した。（表７）に相対密度、積層共振器４０１のＱ値および熱伝導率の評価結果を示した。

（表７）の結果より、酸化アルミニウムの含有重量が９０重量％未満である試料（Ｎｏ．３９、Ｎｏ．４０）では、焼結性は良好であるが熱伝導率は１５Ｗ／ｍ．Ｋ未満と低かった。これに対して、酸化アルミニウムの含有重量が９０〜９６重量％の範囲である試料（Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４４）は９４０℃における焼結性を確保するとともに、熱伝導率は１５Ｗ／ｍ．Ｋ以上と良好であった。また、酸化アルミニウムの含有重量が９８重量％である試料（Ｎｏ．４５）は９４０℃における焼結性を確保することができず、熱伝導率も低かった。さらに、酸化アルミニウムの含有重量が９０重量％であっても、酸化ニオブを含有しない試料（Ｎｏ．４６）は９４０℃における焼結性を確保することができず熱伝導率も低かった。これに対して、酸化銅と酸化ニオブを添加した試料（Ｎｏ．４７）は９２０℃における焼結性を確保できるとともに、熱伝導率も１５Ｗ／ｍ．Ｋ以上で良好であった。

（実施例５）
以下、本発明の実施例５におけるセラミック多層基板について説明する。

図５は本実施例におけるセラミック多層基板の内層部における銀電極の消失状態を示す顕微鏡写真を示したものである。

無機酸化物層２０２のセラミック組成物の原料として、純度；９９．９９％、平均粒径；０．３μｍの酸化アルミニウムと、純度；９９．９９％、平均粒径；０．２〜２μｍの酸化ニオブおよび酸化チタンを用意し、無機酸化物層２０２の副成分として、酸化銅と酸化銀を用意し、（表８）に示す３３種類の無機材料組成を配合した。無機酸化物層２０２の全体を１００重量％としたときの酸化アルミニウムの含有重量は９４重量％に固定した。

その後、ほぼ実施例４と同様の方法で相対密度、積層共振器４０１のＱ値および熱伝導率を測定した。実施例４と異なるのは焼成条件のみであり、最高温度９００℃、９２０℃でそれぞれ８時間の保持を行った点である。（表８）に相対密度と積層共振器４０１のＱ値と熱伝導率の評価結果を示した。

（表８）の結果より、酸化銀の含有重量が１０重量％と２０重量％である試料（Ｎｏ．４８、Ｎｏ．４９）において、積層共振器４０１のＱ値は１００より小さくなった。これに対して、酸化銀の含有重量が３０〜６０重量％である試料（Ｎｏ．５０〜Ｎｏ．５６）では積層共振器４０１のＱ値は１００より大きい値となった。また酸化銀の含有重量が６５重量％である試料（Ｎｏ．５７）は９００℃での焼結性が不十分であった。この結果より、酸化銀の含有重量は３０〜６０重量％であることが好ましい。

次に、酸化銅の含有重量が５重量％である試料（Ｎｏ．５８、Ｎｏ．６９、Ｎｏ．７０）では９００℃での焼結性が不十分であった。この結果より、酸化銅の含有重量は１０重量％以上であることが好ましい。

また、酸化チタンの含有重量が５５重量％である試料（Ｎｏ．５８）では９００℃での焼結性が不十分であり、酸化チタンの含有重量は５０重量％以下であることが好ましい。

また、酸化ニオブの含有重量が５重量％である試料（Ｎｏ．６２、Ｎｏ．７８）および含有重量が６５重量％である試料（Ｎｏ．６９）においては９００℃での焼結性が不十分であった。このことより、酸化ニオブの含有重量は１０〜６０重量％であることが好ましい。その他の試料については９００℃で相対密度が９０％を超えるとともに、積層共振器４０１のＱ値は１００以上を示し、熱伝導率は１５Ｗ／ｍ．Ｋ以上と良好な特性値を示した。また、９２０℃で焼成した試料（Ｎｏ．６８）の積層共振器４０１の断面写真を図５（ａ）に示した。銀電極の消失は端部も含めて全く認められなかった。

さらに、試料（Ｎｏ．７９、Ｎｏ．８０）では積層共振器４０１のＱ値の測定は不可能であった。また、この試料（Ｎｏ．８０）の積層共振器４０１の断面写真を図５（ｂ）に示し、試料（Ｎｏ．７９）の積層共振器４０１の断面写真を図５（ｃ）に示した。酸化銀含有重量が酸化銅よりも少ない試料（Ｎｏ．８０）は銀電極の端部が消失しており、酸化銀を含有しない試料（Ｎｏ．７９）は銀電極が全く残っていなかった。

（実施例６）
以下、本発明の実施例６ではセラミック多層基板２０１を用いたパワーアンプモジュールについて説明する。

まず、実施例５における試料（Ｎｏ．７２）の無機材料組成物を用いて所定の特性値を有するコンデンサ１０５とコイル１０７を複数個内蔵したセラミック多層基板２０１を作製した。

次に、このセラミック多層基板２０１の上面にパワーアンプ２０５を実装してパワーアンプモジュール２０６を作製した。それ以外の受動部品などの実装についての説明は省略する。なお、試料（Ｎｏ．７２）の熱伝導率を測定したところ１９．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。このパワーアンプモジュール２０６の大きさは８ｍｍ×６ｍｍ×１．５ｍｍである。

また、比較のために酸化アルミニウム５０重量部、ホウ珪酸ガラス５０重量部を用いてＬＴＣＣ系のセラミック多層基板を作製し、その上部にパワーアンプ２０５を実装してパワーアンプモジュール（比較例）を作製した。なお、前記ＬＴＣＣ系のセラミック多層基板に用いた材料の熱伝導率を測定したところ２．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。

次に、それぞれのパワーアンプ２０５に５Ｗの電力を印加し、パワーアンプ２０５の表面の温度上昇を非接触式温度計により調べた。

その結果、比較例のパワーアンプモジュールではパワーアンプ２０５の表面部の温度は時間とともに上昇して１５０℃超えてしまい、パワーアンプ２０５の誤作動が懸念された。このような発熱を抑制するためにはサーマルビアを設け、このサーマルビアより放熱を促進するという手段もあるが、モジュール形状が１３ｍｍ×９ｍｍ×１．８ｍｍと大型になってしまった。

一方、高熱伝導性を有する試料（Ｎｏ．７２）を用いたパワーアンプモジュール２０６はサーマルビアなどを配置することなく５０℃以下の発熱温度に抑制することができた。

本発明にかかるセラミック多層基板およびそれを用いたパワーアンプモジュールは、銀電極の消失を抑制しつつ、低温で良好な焼結性を有していることから、小型の電子機器に用いるセラミック多層基板およびパワーアンプモジュール等として有用である。

（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態１におけるセラミック多層基板の製造方法を説明するための断面図同、パワーアンプモジュールの断面図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例１における積層共振器の側面断面図と正面断面図同共振器の評価方法を説明するための回路図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の実施例５におけるセラミック多層基板の内層部における銀電極の消失状態を示す顕微鏡写真

符号の説明

１０１セラミックグリーンシート
１０２ビア電極
１０３配線電極
１０４積層体
１０５コンデンサ
１０６表層電極
１０７コイル
２０１セラミック多層基板
２０２無機酸化物層
２０５パワーアンプ
２０６パワーアンプモジュール
４０１積層共振器
４０２共振器電極
４０３無機酸化物層
４０４取り出し電極
４０５シールド電極
４０６ネットワークアナライザ
４０７コンデンサ

Claims

無機酸化物層と、銀を主成分とする電極層を交互に積層し、９４０℃以下の温度で一体焼成することにより作製したセラミック多層基板において、
前記無機酸化物層はセラミック組成物からなり、
前記セラミック組成物の副成分に酸化銅、酸化銀、酸化ニオブおよび酸化チタンとを含み、前記セラミック組成物の副成分の全体を１００重量％としたとき、
酸化物換算で、１０重量％≦酸化ニオブ（Ｎｂ ₂ Ｏ ₅ ）≦６０重量％、１０重量％≦酸化銅（ＣｕＯ）≦酸化銀（Ａｇ ₂ Ｏ）、０重量％＜酸化チタン（ＴｉＯ ₂ ）≦５０重量％、４５重量％≦酸化銀(Ａｇ ₂ Ｏ)≦６０重量％とし、酸化銀（Ａｇ ₂ Ｏ）の含有重量が酸化銅（ＣｕＯ）の含有重量以上とすることを特徴としたセラミック多層基板。
前記セラミック組成物を金属酸化物とガラスから構成し、前記金属酸化物は下記のＡの中から選んだ少なくとも一つを含み、前記ガラスは酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化バリウムと、下記のＢの中から選んだ少なくとも一つを含む請求項１に記載のセラミック多層基板。
Ａ．酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、フォルステライト、ステアタイト、酸化ケイ素、酸化ビスマス−酸化ニオブ系酸化物、チタン酸バリウム、酸化チタン
Ｂ．酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム
ガラスの軟化点を８６０℃以下とした請求項２に記載のセラミック多層基板。
前記セラミック組成物の主成分を酸化アルミニウムとし、この酸化アルミニウムの合計がセラミック組成物に占める含有率を９０〜９６重量％とした請求項１に記載のセラミック多層基板。
無機酸化物層の熱伝導率を１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とした請求項１〜４のいずれか一つに記載のセラミック多層基板。
請求項１〜４のいずれか一つに記載のセラミック多層基板の上に少なくともパワーアンプ素子を実装したパワーアンプモジュール。