JP2000264722A

JP2000264722A - 誘電体セラミック組成物及びセラミック多層基板

Info

Publication number: JP2000264722A
Application number: JP11073960A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ueda; 達也上田; Kimihide Sugo; 公英須郷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】電気特性や温度特性等に優れ、比較的低温で
焼結可能なセラミック多層基板を提供すること。【解決手段】低誘電率の絶縁性セラミック層３ａ及び
３ｂと、高誘電率の誘電体セラミック層２とを積層、焼
結してなるセラミック多層基板１において、絶縁性セラ
ミック層３ａ及び３ｂは、ガラス成分を含む低温焼結セ
ラミック組成物によって構成されており、誘電体セラミ
ック層２は、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅはランタノイド系元素の酸化物であ
る。）で表される主成分に酸化ビスマスを３〜１７重量
％、酸化鉛を０．５〜１０重量％それぞれ添加してなる
誘電体セラミック成分に、前記ガラス成分とほぼ同組成
のガラス成分を混合してなる誘電体セラミック組成物に
よって構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電率の誘電体
セラミック組成物、並びに、低誘電率の絶縁性セラミッ
ク層と高誘電率の誘電体セラミック層とを積層、焼結し
てなるセラミック多層基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクス分野における電
子部品の性能向上は著しく、特に、情報化社会を支える
大型コンピュータ、移動通信端末、パーソナルコンピュ
ータ等に代表される情報処理装置では、情報処理速度の
高速化、装置の小型化、多機能化などが進められてい
る。このような情報処理装置の性能向上は、主として、
ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化、高
速化、高機能化によって実現されている。しかしなが
ら、半導体デバイスが高速化、高性能化しても、デバイ
スとデバイスとを接続する基板上での信号遅延やクロス
トーク、インピーダンスのミスマッチ、電源変動等によ
るノイズによって、システムとしての動作が制限される
ことがあった。

【０００３】このため、高速かつ高性能な情報処理を行
う電子部品として、高性能の半導体デバイスをセラミッ
ク基板上に複数実装した、いわゆるマルチチップモジュ
ール（ＭＣＭ）が実用化されている。このようなモジュ
ールにおいて、ＬＳＩ等の実装密度を高め、各ＬＳＩ間
を電気的に良好に接続するためには、線路導体を３次元
的に配したセラミック多層基板が有用であり、従来は、
セラミック多層基板用の材料としてアルミナを用いてい
た。

【０００４】しかしながら、アルミナ単独では焼結温度
が１３００℃以上と高いため、内層用の線路導体として
高融点金属のタングステンやモリブデンなどを使用する
必要があり、また、これら高融点金属の酸化防止の点か
ら、焼結を還元性雰囲気下で行う必要があった。また、
これら高融点金属は比抵抗が大きいため、高密度配線が
難しいといった問題がある。さらに、アルミナは誘電率
が約１０と大きく、実装した半導体デバイスを高速で動
作させたときの信号遅延が大きくなったり、シリコンと
比べて熱膨張率が大きいため、半導体デバイスの実装時
には、熱サイクルによる信頼性の低下等が生じることも
あった。

【０００５】そこで、これらの問題点を解決するため、
セラミック組成物とガラス成分との複合材料である低温
焼結セラミック組成物の研究が活発に行われており、多
層モジュールや多層デバイス用の基板として実用化が進
められている。低温焼結セラミック組成物は、母材とな
るセラミック成分にガラス成分を加えた組成物であり、
焼結温度を低下させ、材料物性や焼結温度に対する設計
の自由度を大幅に広げることが可能となった。特に、低
温焼結セラミック組成物は、比抵抗の小さな銀、銅等の
低融点金属を電極材料として同時焼結可能なことから、
高周波特性に優れたセラミック多層基板を形成できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】また、近年、表面実装
部品（ＳＭＤ：Surface Mounted Device）の一部構成素
子であったキャパシタやインダクタ等の受動素子をセラ
ミック多層基板内に取り込むことによって、さらにモジ
ュール全体を小型化しようとする試みがなされている。
セラミック多層基板内にこれらの素子を内蔵する場合、
基板表面に搭載されている実装部品の特性よりも内蔵し
た素子の特性が劣化したのでは素子を内蔵したときのメ
リットが半減してしまうため、内蔵した素子が基板上に
実装された素子と同等、或いはそれ以上の特性を有して
いることが求められる。

【０００７】このため、セラミック多層基板の構成層に
は、内蔵される各素子の電気特性が十分に発揮されるよ
うな材料を選択するのが通常であり、例えば、キャパシ
タを形成する層には高誘電率の誘電体セラミック材料
を、その他の層には低誘電率の絶縁性セラミック材料
（特に低温焼結セラミック組成物）をそれぞれ選択して
なるセラミック多層基板が開発されている。

【０００８】ここで、低誘電率の絶縁性セラミック層に
用いる材料としては、内蔵されるキャパシタやインダク
タ等の素子間に発生する浮遊容量、配線間の結合容量な
どの電気特性を劣化させる要因を少なく抑える必要があ
るため、また、高周波用途で用いる場合は比誘電率εｒ
が低いほど有利であるため、εｒ≦１０の材料を用いる
のが一般的である。

【０００９】一方、高誘電率の誘電体セラミック層に用
いる材料として、本出願人は、特公平５−６８０４４号
公報において、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅはランタノイド系元素の酸化物で
ある。）で表され、ｘ、ｙ及びｚが下記表1に示すａ、
ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル比の範囲にある主成分に、
酸化ビスマスを３〜１７重量％、酸化鉛を０．５〜１０
重量％それぞれ添加してなる誘電体セラミック材料を提
案している。

【００１０】

【表１】

【００１１】この誘電体セラミック材料は、誘電率が高
いと共に、共振周波数の温度変化率が直線的になり、温
度補償可能な範囲が広く、特に、共振器の用途を大きく
拡大する優れた誘電体セラミック材料である。

【００１２】しかしながら、この誘電体セラミック材料
そのままでは焼結温度が高いので、銅や銀等の比抵抗の
小さな低融点金属と同時焼結が困難であり、また、絶縁
性セラミック層（特に低温焼結セラミック基板）との接
着性に乏しいので、これを用いてセラミック多層基板を
作製した場合、得られたセラミック多層基板の強度が低
下することがある。さらに、高誘電率の誘電体セラミッ
ク層と低誘電率の絶縁性セラミック層との間で構成成分
の相互拡散が生じて基板特性に変動をきたすことがあ
る。

【００１３】また、焼結温度を低下させる目的で、前述
の誘電体セラミック材料にガラス成分を添加すると、ガ
ラス成分の種類や含有量によっては、アルミナ基板等と
比較して著しく基板強度が低くなったり、基板強度が高
くても電気特性や温度特性等の基板特性が低下すること
があった。特に、基板強度を重視した場合は、その比誘
電率が小さくなって基板内に大きな容量を持つキャパシ
タを内蔵することが難しくなり、また、内蔵できたとし
ても、キャパシタの占める電極面積が大きくなって、基
板の小型化、高密度実装化に対して不利であった。一
方、電気特性や温度特性を重視した場合は、基板強度が
低くなってしまい、半導体ＩＣ等の電子部品を搭載する
実装基板として不適当になることがあった。

【００１４】本発明は、上述した従来の問題点を解決す
るものであり、その目的は、電気特性や温度特性等に優
れ、比較的低温で焼結可能な誘電体セラミック組成物、
並びに、基板強度が高く、電気特性や温度特性等の基板
特性に優れ、比較的低温で焼結可能なセラミック多層基
板を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、ｘＢａ
Ｏ−ｙＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅ
はランタノイド系元素の酸化物である。）で表され、
ｘ、ｙ及びｚが下記表1に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで囲ま
れるモル比の範囲にある主成分に酸化ビスマスを３〜１
７重量％、酸化鉛を０．５〜１０重量％それぞれ添加し
てなる誘電体セラミック成分に、酸化バリウム、酸化ケ
イ素及び酸化ホウ素からなるガラス成分を混合してなる
ことを特徴とする、誘電体セラミック組成物に係るもの
である。

【００１６】

【表１】

【００１７】また、本発明の誘電体セラミック組成物に
おいて、前記ガラス成分は、酸化バリウムを１５．０〜
６５．０モル％、酸化ケイ素を５．０〜５５．０モル
％、酸化ホウ素を１０．０〜７５．０モル％、それぞれ
混合してなることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の誘電体セラミック組成物
は、前記ガラス成分の含有量を、前記誘電体セラミック
成分に対して５．０〜３５．０重量％とすることを特徴
とする。

【００１９】また、本発明の誘電体セラミック組成物
は、前記ランタノイド系元素の酸化物をＮｄＯ_3/2とす
ることを特徴とする。

【００２０】また、本発明は、低誘電率の絶縁性セラミ
ック層と高誘電率の誘電体セラミック層とを積層、焼結
してなるセラミック多層基板において、前記絶縁性セラ
ミック層は、ガラス成分を含む低温焼結セラミック組成
物からなり、前記誘電体セラミック層は、ｘＢａＯ−ｙ
ＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅはラン
タノイド系元素の酸化物である。）で表され、ｘ、ｙ及
びｚが前記表1に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル
比の範囲にある主成分に酸化ビスマスを３〜１７重量
％、酸化鉛を０．５〜１０重量％それぞれ添加してなる
誘電体セラミック成分に、前記ガラス成分とほぼ同組成
のガラス成分を混合してなる誘電体セラミック組成物か
らなることを特徴とするセラミック多層基板を提供する
ものである。

【００２１】また、本発明のセラミック多層基板におい
て、前記誘電体セラミック組成物における前記ガラス成
分は、酸化バリウムを１５．０〜６５．０モル％、酸化
ケイ素を５．０〜５５．０モル％、酸化ホウ素を１０．
０〜７５．０モル％、それぞれ混合してなることを特徴
とする。

【００２２】また、本発明のセラミック多層基板は、前
記誘電体セラミック組成物における前記ガラス成分の含
有量を、前記誘電体セラミック成分に対して５．０〜３
５．０重量％とすることを特徴とする。

【００２３】また、本発明のセラミック多層基板は、前
記ランタノイド系元素の酸化物を、ＮｄＯ_3/2とするこ
とを特徴とする。

【００２４】また、本発明のセラミック多層基板は、前
記低温焼結セラミック組成物をＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｓ
ｉＯ２系のガラス複合材料とすることを特徴とする。

【００２５】本発明の誘電体セラミック組成物によれ
ば、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、Ｍｅは例えばＮｄＯ_3/2等のランタノイド系元素
の酸化物である。）で表され、ｘ、ｙ及びｚが前記表1
に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル比の範囲にある
主成分に酸化ビスマスを３〜１７重量％、酸化鉛を０．
５〜１０重量％それぞれ添加してなる誘電体セラミック
成分に、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素から
なるガラス成分を混合してなるので、前記誘電体セラミ
ック成分の優れた電気特性や温度特性が保持され、か
つ、焼結温度が低く、焼結後の強度が高い誘電体セラミ
ック組成物が得られる。

【００２６】また、本発明のセラミック多層基板によれ
ば、前記誘電体セラミック層は、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂
−ｚＭｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅはランタノイド
系元素の酸化物である。）で表され、ｘ、ｙ及びｚが下
記表1に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル比の範囲
にある主成分に酸化ビスマスを３〜１７重量％、酸化鉛
を０．５〜１０重量％それぞれ添加してなる誘電体セラ
ミック成分に、前記ガラス成分とほぼ同組成のガラス成
分を混合してなる誘電体セラミック組成物からなるの
で、前記絶縁性セラミック層と前記誘電体セラミック層
との接合性が良好であって、また、前記誘電体セラミッ
ク層の高い誘電率や優れた温度特性が保持され、比較的
低い温度で焼結可能であって焼結後の強度も大きく、高
周波特性や安定性に優れたセラミック多層基板が得られ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態例に従
い説明する。

【００２８】第１の実施の形態図１に示すように、本実施の形態によるセラミック多層
基板１は、一方主面に厚膜抵抗体６、半導体ＩＣやチッ
プコンデンサ等の実装部品７を搭載してなり、本発明の
誘電体セラミック組成物を焼結してなる誘電体セラミッ
ク層２が、ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂（ＢＡＳ）材料
等からなる絶縁性セラミック層３ａ及び３ｂの間に設け
られている。

【００２９】そして、誘電体セラミック層２には、電極
４ａ、電極４ｂ及び電極４ｃからなるコンデンサが形成
されている。電極４ａと電極４ｃとはビアホール５ｂを
介して接続されており、電極４ａと電極４ｂとの間、電
極４ｂと電極４ｃとの間でそれぞれ所定の容量が形成さ
れて、これらの容量の和がコンデンサ全体の容量となっ
ている。そして、このコンデンサは、ビアホール５ａ及
び５ｃを介して厚膜抵抗体６に接続されている。

【００３０】同様に、誘電体セラミック層２には、電極
４ｄ、電極４ｅ及び電極４ｆからなるコンデンサが形成
されている。電極４ｄと電極４ｆとはビアホール５ｆを
介して接続されており、電極４ｄと電極４ｅとの間、電
極４ｅと電極４ｆとの間でそれぞれ所定の容量が形成さ
れ、これらの容量の和がコンデンサの全体としての容量
となっている。そして、このコンデンサは、ビアホール
５ｄ及び５ｅを介して実装部品７に接続されている。

【００３１】このように、セラミック多層基板１におい
ては、セラミック多層基板１内にコンデンサが形成され
ているので基板の小型化が達成されており、また、コン
デンサを形成する電極間に高誘電率の誘電体セラミック
層２が挟み込まれているので比較的小さな電極パターン
で容量の大きなコンデンサが形成できる。

【００３２】さらに、誘電体セラミック層２の構成材料
が、絶縁性セラミック層３ａ及び３ｂにおけるガラス成
分とほぼ同組成のガラス成分を含んでいるから、絶縁性
セラミック層３ａ及び３ｂと誘電体セラミック層２との
接着強度が高く、また、構成成分の相互拡散による基板
特性の変動が抑えられる。さらに、誘電体セラミック材
料の高い誘電率や優れた温度特性が保持されて、高い基
板強度と優れた基板特性を両立したセラミック多層基板
１が形成される。

【００３３】第２の実施の形態次に、図２を参照に、本発明による第２の実施の形態を
説明する。

【００３４】セラミック多層基板１１は、一方主面にチ
ップ抵抗体や半導体ＩＣ等の実装部品７を搭載してな
り、本発明の誘電体セラミック組成物を焼結してなる誘
電体セラミック層１２ａ及び１２ｂが、例えばＢＡＳ材
料等からなる絶縁性セラミック層１３内に設けられた電
極１４ａと電極１４ｂとの間、及び、電極１４ｃと電極
１４ｄとの間に、厚膜印刷法等によってそれぞれ設けら
れている。

【００３５】そして、電極１４ａ、電極１４ｂ、及び、
これらの電極間に設けられた誘電体セラミック層１２ａ
によって所定の容量が形成されており、同様に、電極１
４ｃ、電極１４ｄ、及び、誘電体セラミック層１２ｂに
よって所定の容量が形成されている。そして、電極１４
ａ及び電極１４ｂによって形成されるコンデンサは、一
方で、ビアホール１５ａを介して実装部品７に接続さ
れ、他方で、ビアホール１５ｂを介して、ストリップラ
イン１８に接続されている。また、電極１４ｃ及び電極
１４ｄによって形成されるコンデンサは、一方で、ビア
ホール１５ｃ及び線路導体１６を介して実装部品７に接
続されており、他方で、ビアホール１５ｄを介してグラ
ンド導体１７に接続されている。

【００３６】このように、セラミック多層基板１１にお
いては、セラミック多層基板内にコンデンサが形成され
ているので基板の小型化が達成されており、また、コン
デンサを形成する電極間に高誘電率の誘電体セラミック
層１２ａ及び１２ｂが挟み込まれているので、比較的小
さな電極パターンで容量の大きなコンデンサが形成され
ている。

【００３７】さらに、誘電体セラミック層１２ａ及び１
２ｂの構成材料が、絶縁性セラミック層１３におけるガ
ラス成分とほぼ同組成のガラス成分を含んだ本発明の誘
電体セラミック組成物であるので、絶縁性セラミック層
１３と誘電体セラミック層１２ａ及び１２ｂとの接着強
度が高く、また、構成成分の相互拡散による基板特性の
変動が抑制される。さらに、誘電体セラミック材料の優
れた電気特性や温度係数が保持されて、高い基板強度と
優れた基板特性の両立したセラミック多層基板１１が得
られる。

【００３８】次に、本発明の第1の実施の形態によるセ
ラミック多層基板の作製方法例を説明する。

【００３９】まず、絶縁性セラミック層用の材料とし
て、アルミナを主成分とするセラミック原料粉末と、Ｂ
ａＯ、ＳｉＯ₂を主原料とするガラス成分とを用意した
後、アルミナ１００重量部に対してガラス成分２０〜３
０重量部を添加し、これを混合する。必要に応じて、混
合前の前記主原料を８００〜１１００℃程度で仮焼して
よい。

【００４０】なお、絶縁性セラミック層用の材料は、例
えば、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、ＣａＺｒＯ₃、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈
などにＢａＯやＳｉＯ₂等のガラス成分を添加したもの
や、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を主成分としたものを
用いてもよい。例えば、Ｂ₂Ｏ₃−ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ₂を主成分とするセラミック原料粉末を使用する場
合は、これを混合した後、８００〜１０００℃で仮焼す
る。

【００４１】次いで、得られたセラミック原料粉末に、
バインダー、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を適量添加
し、これらを混合することによって、有機スラリーを調
製する。これを、ドクターブレード法等によってシート
状に成形すれば、ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のガラ
ス複合材料からなる絶縁体セラミック層用グリーンシー
トが得られる。

【００４２】次いで、これとは別に、高誘電率の誘電体
セラミック層の材料として、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚ
Ｍｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅは、ＮｄＯ_3/2等の
ランタノイド系元素の酸化物である。）で表され、ｘ、
ｙ及びｚが前記表1に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれる
モル比の範囲にある主成分に、酸化ビスマス（Ｂｉ
₂Ｏ₃）を３〜１７重量％、酸化鉛（ＰｂＯ）を０．５〜
１０重量％それぞれ混合してなるセラミック粉末を用意
し、還元性雰囲気中で１０００℃、１時間以上仮焼す
る。

【００４３】引き続いて、得られた仮焼原料を粉砕した
後、酸化バリウムを１５．０〜６５．０モル％、酸化ケ
イ素を５．０〜５５．０モル％、酸化ホウ素を１０．０
〜７５．０モル％、それぞれ混合してなるガラス成分
５．０〜３５．０重量％と共に混合した後、有機ビヒク
ル、分散剤、可塑剤、有機溶媒等を適量添加し、これら
を混合することにより、有機スラリーを調製する。これ
をドクターブレード法等によってシート状に成形すれ
ば、誘電体セラミック層用グリーンシートが得られる。

【００４４】このようにして得られた絶縁体セラミック
層用グリーンシートと誘電体セラミック層用グリーンシ
ートとに必要に応じてビアホール用孔を開け、電極ペー
ストや電極粉を充填してビアホールを形成した後、各グ
リーンシートに所定パターンのコンデンサが形成される
ように電極ペーストを印刷して、誘電体セラミック層用
グリーンシートと絶縁体セラミック層用グリーンシート
とを積み重ねる。

【００４５】この後、積み重ねたグリーンシートをプレ
スし、ブロックを形成する。必要に応じて、作製したブ
ロックを適当な大きさに切断したり、溝を形成したりし
てもよい。そして、得られたブロックを１０００℃以下
で焼結することにより、図１に示したようなコンデンサ
を内蔵したセラミック多層基板を得る。

【００４６】なお、誘電体セラミック層用の材料は、上
述したように、グリーンシートに成形し、これをセラミ
ック多層基板に内蔵してもよいが、誘電体セラミック層
用の原料粉体を有機ビヒクル、有機溶媒、可塑剤等に混
合することによってペースト化し、得られた誘電体ペー
ストを必要な部分に厚膜印刷することにより、誘電体セ
ラミック層を形成してもよい（図２参照）。この場合
も、誘電体セラミック層の形成後に、グリーンシートを
積み重ね、プレス、カット、焼結等の工程を経てセラミ
ック多層基板を作製できる。

【００４７】次に、本発明のセラミック多層基板をさら
に詳細に説明する本発明のセラミック多層基板において
は、前記ガラス成分として、酸化バリウム、酸化ケイ素
及び酸化ホウ素を混合してなるガラス成分を用いること
により、前記誘電体セラミック成分の特性を良好に維持
したまま、低温焼結可能で、基板特性が高く、電気特性
や温度特性等の基板特性にも優れたセラミック多層基板
が得られる。

【００４８】また、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化
ホウ素を混合してなる前記ガラス成分は、例えばＢａＯ
−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂等の低温焼結セラミック材料を構
成するガラス成分とほぼ同組成であるので、絶縁性セラ
ミック材料からなる絶縁性セラミック基板と誘電体セラ
ミック材料からなる誘電体セラミック層とが良好に接合
し、高い基板強度を有するセラミック多層基板が得られ
る。

【００４９】特に、本発明のセラミック多層基板及び本
発明の誘電体セラミック組成物において、酸化バリウム
（ＢａＯ）を１５．０〜６５．０モル％、酸化ケイ素
（ＳｉＯ₂）を５．０〜５５．０モル％、酸化ホウ素
（Ｂ₂Ｏ₃）を１０．０〜７５．０モル％混合してなるガ
ラス成分を前記誘電体セラミック組成物に用いれば、例
えば、比誘電率εｒが４０以上、Ｑ値が１５００以上の
優れた電気特性が達成されると共に、安定した共振周波
数の温度係数τｆを有するというように優れた温度特性
も達成できる。

【００５０】また、前記ガラス成分の含有量が誘電体セ
ラミック材料に対して５．０〜３５．０重量％の範囲内
であれば、比誘電率εｒやＱ値等の電気特性と、共振周
波数の温度係数τｆ等の温度特性とのバランスが優れた
ものとなる。なお、ガラス成分の含有量が５．０重量％
未満であると、焼結温度が高くなる傾向にあり、他方、
ガラス成分の含有量が３５．０重量％を超えると、基板
強度（抗折強度）が小さくなる傾向にある。

【００５１】また、絶縁体セラミック層に、ＢａＯ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のガラス複合材料からなる低温焼結
セラミック材料を用いれば、セラミック多層基板内に比
抵抗の小さな銀、銀−パラジウム、銅、金等の低融点金
属（又は合金）を電極材料として配し、同時焼結するこ
とが可能なことから、高周波特性に優れたセラミック多
層基板を形成できる。特に、この低温焼結セラミック材
料は、前述した酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ
素を混合してなるガラス成分とほぼ同組成であるので相
性がよく、従って、前述の誘電体セラミック層との接着
強度が高く、また、基板特性の変動が少ない。

【００５２】以上、本発明を実施の形態に従い説明した
が、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものでは
ない。

【００５３】例えば、低温焼結セラミック基板の材料は
ＢＡＳ材料に限定されるものではなく、例えば、ＢａＯ
−ＳｒＯ−ＳｉＯ₂、ＢａＯ−ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ等の低
温焼結セラミック材料を用いることも可能である。これ
らの低温焼結セラミック材料は、前述したＢａＯ、Ｓｉ
Ｏ₂及びＢ₂Ｏ₃からなるガラス成分とほぼ同組成のガラ
ス成分を含む材料である。

【００５４】また、本発明のセラミック多層基板は、半
導体ＩＣ等の電子部品を搭載するセラミック基板として
利用するのみではなく、マイクロ波用の誘電体共振器や
ＬＣフィルタ等の電子部品用材料、さらにはセラミック
パッケージ等として用いることも可能である。また、セ
ラミック多層基板上、或いはその裏面に抵抗を形成する
ことで、若しくは、絶縁性セラミック基板内又は誘電体
セラミック層内にチョークコイルやストリップラインを
形成することで、さらに基板形状の小型化が達成でき
る。

【００５５】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例について説明
する。

【００５６】まず、ＢａＯ、ＴｉＯ₂、ＮｄＯ_3/2、Ｂｉ
₂Ｏ₃、ＰｂＯを下記表２に示した所定量混合し、空気
中、１０００℃以上、１時間以上で仮焼した。引き続い
て、仮焼後のセラミック原料粉末を粉砕した後、下記表
２に示す比率で混合したＢａＯ、ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃か
らなるガラス成分を所定量加え、さらにバインダー、分
散材、可塑剤、有機溶媒を適量添加、混合して、誘電体
セラミック層用の有機スラリーを作製した。

【００５７】

【表２】

【００５８】次いで、これをドクターブレード法に基づ
いてシート状に成形して誘電体セラミック層用グリーン
シートを作製した後、このグリーンシートを必要な厚さ
になる分だけ積み重ね、これをプレスし、適当な形状に
カットした。そして、これを還元性雰囲気中、１０００
℃以下で焼結した。そして、得られたシート状の誘電体
セラミックの両面に電極を付与し、比誘電率εｒ、Ｑ
値、及び、−２５℃〜＋８５℃のときの共振周波数の温
度係数τｆをそれぞれ測定した。測定結果を下記表３に
示す。

【００５９】また、ＢＡＳ材料からなる低温焼結セラミ
ック材料をシート状に成形して作製したグリーンシート
と、前述した誘電体セラミック用グリーンシートとを積
み重ね、図１に示したようなセラミック多層基板を作製
し、その基板強度及び焼結温度を測定した。基板強度及
び焼結温度の測定結果を下記表３に併せて示す。なお、
表３における焼結温度は、最も密度の高くなる温度を示
した。

【００６０】

【表３】

【００６１】表２及び表３に示したように、例１〜例７
から、ＢａＯ、ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃からなるガラス成分
の組成比に関して、図３の三成分図に示すように、Ｂａ
Ｏが１５．０〜６５．０モル％、ＳｉＯ₂が５．０〜５
５．０モル％、Ｂ₂Ｏ₃が１０．０〜７５．０モル％のと
きは、高い比誘電率εｒを有し、かつ、Ｑ値及びτｆに
優れた値を示していると共に、基板強度（抗折強度）が
高く、焼結温度が低いといった利点を有していることが
分かる。

【００６２】また、例１、例１４〜例１６に関し、基板
強度と焼結温度とのバランスを考慮すると、誘電体セラ
ミック成分に対するガラス成分の含有量は５．０〜３
５．０重量％が望ましいことが分かる。

【００６３】特に、例１〜例７及び例１５から、Ｂａ
Ｏ、ＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃からなるガラス成分の組成比
が、ＢａＯが１５．０〜６５．０モル％、ＳｉＯ₂が
５．０〜５５．０モル％、Ｂ₂Ｏ₃が１０．０〜７５．０
モル％であって、かつ、誘電体セラミック成分に対する
ガラス成分の含有量が５．０〜３５．０重量％のとき、
比誘電率εｒが４０以上、Ｑ値が１７００以上の優れた
電気特性、並びに、共振周波数の温度係数τｆが±６０
ｐｐｍ／℃以内の優れた温度特性を示していることが分
かる。また、これらは、焼結温度が１０００℃以下と低
いので、ＢＡＳからなる絶縁性セラミック基板及び低融
点金属と同時焼結でき、かつ、基板強度にも優れている
ことが分かる。

【００６４】これに対して、例８から分かるように、ガ
ラス成分におけるＢａＯの組成比が１５．０モル％以下
であると、焼結温度が高くなりすぎ、また、Ｑ値が低下
する傾向にある。また、例９から分かるように、ガラス
成分におけるＢａＯの組成比が６５．０モル％を超える
と、温度特性が劣化する傾向にある。

【００６５】また、例１０から分かるように、ガラス成
分におけるＳｉＯ₂の組成比が５．０モル％を下回る
と、抗折強度が低下して、基板としての使用が困難にな
る。他方、例１１から分かるように、ＳｉＯ₂の組成比
が５５．０モル％を上回ると、焼結温度が高くなりす
ぎ、Ｃｕの焼結温度になるため、Ｃｕからなる電極がダ
メージを受けることがある。

【００６６】また、例１２から分かるように、ガラス成
分におけるＢ₂Ｏ₃の組成比が１０．０モル％を下回る
と、焼結温度が高くなりすぎ、Ｃｕの焼結温度以上でセ
ラミックを焼結する必要があるため、Ｃｕ電極がダメー
ジを受けてしまう。他方、例１３から分かるように、Ｂ
₂Ｏ₃の組成比が７５．０モル％を上回ると、焼結温度が
低くなりすぎ、同時焼結（co-fire）するＣｕが焼結し
ないことがある。

【００６７】さらに、誘電体セラミック成分に対するガ
ラス成分の添加量に関し、例１４から、５．０重量％未
満であると焼結温度が上昇してしまい、例１６から、３
５．０重量％を超えると基板強度が低下してしまう傾向
にあることが分かった。

【００６８】以上、本実施例によれば、浮遊容量が発生
すると特性上不利になると思われる部分に誘電率の低い
セラミック組成物を用い、大きな容量を必要とする部分
に誘電率の高い誘電体セラミック組成物を用いること
で、大容量のコンデンサを内蔵することができ、セラミ
ック多層基板の大幅な小型化、低背化が達成される。

【００６９】同時に、必要な部分にのみ誘電率の高いセ
ラミック組成物を内蔵しているので、電極間や配線間の
浮遊容量を最小限に抑えることができる。また、高誘電
率の誘電体セラミック層部分をグリーンシート等にして
内蔵する場合、例えば、コンデンサ間の誘電体膜厚を一
定にすることができるため、非常に精度の高い大容量の
コンデンサを、必ずしもトリミングを行う必要なく、形
成できる。

【００７０】さらに、低誘電率の絶縁性セラミック層と
高誘電率の誘電体セラミック層とがほぼ同組成のガラス
成分を含んでいるため、これらの接合が適切に働き、絶
縁性セラミック層と誘電体セラミック層との接着強度が
非常に大きくなり、基板強度が大幅に向上する。

【００７１】

【発明の効果】本発明の誘電体セラミック組成物は、ｘ
ＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、
Ｍｅはランタノイド系元素の酸化物である。）で表さ
れ、ｘ、ｙ及びｚが下記表1に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで
囲まれるモル比の範囲にある主成分に酸化ビスマスを３
〜１７重量％、酸化鉛を０．５〜１０重量％それぞれ添
加してなる誘電体セラミック成分の比誘電率ε、Ｑ値な
どの電気特性と、共振周波数の温度係数τｆなどの温度
特性とのバランスに優れ、また、比較的低温で焼結可能
であって、焼結後の強度が高い誘電体セラミック組成物
である。

【００７２】本発明のセラミック多層基板は、絶縁性セ
ラミック層と誘電体セラミック層とが良好に接合すると
共に、誘電体セラミック層の比誘電率ε、Ｑ値などの電
気特性と、共振周波数の温度係数τｆなどの温度特性と
のバランスに優れ、焼結後の強度が高く低温焼結可能で
あるので、安定性に優れ、高周波特性に優れたセラミッ
ク多層基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるセラミック多
層基板の概略断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態によるセラミック多
層基板の概略断面図である。

【図３】本発明の誘電体セラミック組成物におけるガラ
ス成分の組成範囲を示す三成分図である。

【符号の説明】

１…セラミック多層基板、２…誘電体セラミック層、３ａ、３ｂ…絶縁性セラミック層、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ…電極、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ…ビアホール、６、７…表面実装部品

フロントページの続きＦターム(参考） 4G031 AA06 AA07 AA11 AA28 AA30 AA32 AA35 BA09 5G303 AA05 AB06 AB08 AB11 AB12 AB15 BA06 BA12 CA03 CB02 CB03 CB05 CB22 CB25 CB30 CB35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚＭｅ（但し、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅはランタノイド系元素の酸化物で
ある。）で表され、ｘ、ｙ及びｚが下記表1に示すａ、
ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル比の範囲にある主成分に酸
化ビスマスを３〜１７重量％、酸化鉛を０．５〜１０重
量％それぞれ添加してなる誘電体セラミック成分に、酸化バリウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素からなるガラ
ス成分を混合してなることを特徴とする、誘電体セラミ
ック組成物。【表１】
【請求項２】前記ガラス成分は、酸化バリウムを１
５．０〜６５．０モル％、酸化ケイ素を５．０〜５５．
０モル％、酸化ホウ素を１０．０〜７５．０モル％、そ
れぞれ混合してなることを特徴とする、請求項１に記載
の誘電体セラミック組成物。
【請求項３】前記ガラス成分の含有量を、前記誘電体
セラミック成分に対して５．０〜３５．０重量％とする
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の誘電体セラ
ミック組成物。
【請求項４】前記ランタノイド系元素の酸化物をＮｄ
Ｏ_3/2とすることを特徴とする、請求項１に記載の誘電
体セラミック組成物。
【請求項５】低誘電率の絶縁性セラミック層と高誘電
率の誘電体セラミック層とを積層、焼結してなるセラミ
ック多層基板において、前記絶縁性セラミック層は、ガラス成分を含む低温焼結
セラミック組成物からなり、前記誘電体セラミック層は、ｘＢａＯ−ｙＴｉＯ₂−ｚ
Ｍｅ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、Ｍｅはランタノイド系元
素の酸化物である。）で表され、ｘ、ｙ及びｚが下記表
1に示すａ、ｂ、ｃ及びｄで囲まれるモル比の範囲にあ
る主成分に酸化ビスマスを３〜１７重量％、酸化鉛を
０．５〜１０重量％それぞれ添加してなる誘電体セラミ
ック成分に、前記ガラス成分とほぼ同組成のガラス成分
を混合してなる誘電体セラミック組成物からなることを
特徴とする、セラミック多層基板。【表１】
【請求項６】前記誘電体セラミック組成物における前
記ガラス成分は、酸化バリウムを１５．０〜６５．０モ
ル％、酸化ケイ素を５．０〜５５．０モル％、酸化ホウ
素を１０．０〜７５．０モル％、それぞれ混合してなる
ことを特徴とする、請求項５に記載のセラミック多層基
板。
【請求項７】前記誘電体セラミック組成物における前
記ガラス成分の含有量を、前記誘電体セラミック成分に
対して５．０〜３５．０重量％とすることを特徴とす
る、請求項５又は６に記載のセラミック多層基板。
【請求項８】前記ランタノイド系元素の酸化物を、Ｎ
ｄＯ_3/2とすることを特徴とする、請求項５に記載のセ
ラミック多層基板。
【請求項９】前記低温焼結セラミック組成物をＢａＯ
−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のガラス複合材料とすること
を特徴とする、請求項５に記載のセラミック多層基板。