JP3934841B2

JP3934841B2 - 多層基板

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Publication number: JP3934841B2
Application number: JP37164899A
Authority: JP
Inventors: 晃井本; 誠一郎平原; 辰治古瀬; 秀司中澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001189555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、強度の弱い絶縁層を強度の強い絶縁層で補強するためや回路基板の中に容量値の高いキャパシタを内蔵するために、絶縁層と、この絶縁層とは異なる材料からなる異種材料絶縁層を積層した回路基板が知られている（例えば、特開昭５９−１９４４９３号公報参照）。このような回路基板では、磁器のクラックやデラミネーションを防止するために、絶縁層と異種材料絶縁層とは、焼成収縮率および熱膨張係数を一致させるように材料を決定していた。
【０００３】
しかしながら、このような回路基板においては、クラックやデラミネーションを防止できるものの、焼成収縮率が大きいため、回路基板内に形成された電極のｘ−ｙ方向における寸法精度が低くなるという問題があった。特に、近年においては、回路基板の小型薄型化のため、ますます電極のｘ−ｙ方向における寸法精度が要求されている。
【０００４】
そこで、近年においては、回路基板の積層成形体をＡｌ₂Ｏ₃基板等で挟持して焼成する加圧焼成法（特開昭６２−２６０７７７号公報参照）、回路基板の積層成形体の表面に、この積層成形体の焼成温度では焼結しないグリーンシートを積層し、焼成後にそれを削り取る方法（特開平４−２４３９７８号公報参照）が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記した加圧焼成法では、Ａｌ₂Ｏ₃基板等により加圧する必要があり、そのための設備やＡｌ₂Ｏ₃基板等が必要であった。また、未焼結グリーンシートを除去する方法では、製造工程が増加し、しかも、除去したグリーンシートは廃棄しなければならず、原料が無駄であった。
【０００６】
この課題に対し、焼結開始温度或いは焼結終了温度が異なる２種以上のグリーンシートを積層・焼成することにより解決する方法（特開平１０−３０８５８４号公報参照）が開示されている。本方法は、双方のグリーンシートが互いに他方のｘ−ｙ方向の焼成収縮挙動を拘束するため、焼成中の基板の反り、クラック或いは歪みに関しては有効であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−３０８５８４号公報に開示された多層基板では、他の絶縁層と異種材料絶縁層に形成されたビアホール導体に関しては、他の絶縁層中の導体材料と、異種材料絶縁層中の導体材料は同一材料を用いていた。
【０００８】
しかしながら、ｘ−ｙ方向の焼成収縮挙動を拘束するということは、ｚ方向の焼成収縮挙動に収縮挙動を集約すること、即ち、他の絶縁層、異種材料絶縁層がｚ方向にそれぞれ大きく収縮することであり、同一材料の導体ではそもそもグリーンシートの収縮差があることに伴うビアホール導体の突出或いは凹み、更にはそれに伴う導通不良等が発生するという問題があった。例えば、内部配線とビアホール導体とが接続不良となったり、ビアホール導体が突出し、その突出量が大きい場合には、クラックやデラミネーションが発生するという問題があった。
【０００９】
そして、複数の絶縁層の積層方向に連続してビアホール導体が形成されている場合には、上記のようなビアホール導体の突出或いは凹みが助長されるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題を鑑み、異種材料の同時焼成に際して、クラックやデラミネーションを防止できるとともに、ｘ−ｙ方向における収縮率を容易にかつ安価に小さくでき、さらには、ビアホール導体の突出或いは凹み、それに伴う導通不良を抑制できる多層基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層基板は、複数の絶縁層を積層してなり、該複数の絶縁層のうち少なくとも１層が、他の絶縁層と異なる異種材料絶縁層であり、前記他の絶縁層と前記異種材料絶縁層とにそれぞれ金属とガラスとを含むビアホール導体を備え、前記他の絶縁層におけるビアホール導体のガラスと、前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体のガラスとは異なるガラスであって、前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体中のガラスは前記異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低い軟化点を有し、前記他の絶縁層におけるビアホール導体中のガラスは前記他の絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低い軟化点を有するとともに、前記異種材料絶縁層、前記他の絶縁層、前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体および前記他の絶縁層におけるビアホール導体を同時焼成してあるものである。
【００１２】
本発明の多層基板では、複数の絶縁層を積層してなり、該複数の絶縁層のうち少なくとも１層が、他の絶縁層と異なる異種材料絶縁層であるため、焼成収縮開始温度が他の絶縁層と異種材料絶縁層とでは異なり、例えば、異種材料絶縁層が収縮を開始する際には、他の絶縁層によりｘ−ｙ方向における収縮が妨げられ、異種材料絶縁層が収縮を完了すると、この異種材料絶縁層により他の絶縁層のｘ−ｙ方向における収縮が妨げられ、結果的に、焼成中におけるｘ−ｙ方向の焼成収縮を抑制できる。
【００１３】
また、他の絶縁層におけるビアホール導体と異種材料絶縁層におけるビアホール導体とを異なる材料で形成し、異種材料絶縁層におけるビアホール導体のガラスの軟化点を、異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低温とし、他の絶縁層におけるビアホール導体のガラスの軟化点を、他の絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低温とする等により、収縮挙動の不適合から起こるビアホール導体の突出等の不具合を解消できる。
【００１４】
また、異種材料絶縁層、他の絶縁層のそれぞれの熱膨張係数と、異種材料絶縁層、他の絶縁層にそれぞれ形成されたビアホール導体の熱膨張係数差を１１×１０^-6／℃以下、特に５×１０^-6／℃以下とすることにより、焼成温度からの冷却時におけるビアホール導体の突出等の不具合や、ビアホール導体近傍の異種材料絶縁層、他の絶縁層におけるクラックや、ビアホール導体と異種材料絶縁層、他の絶縁層との界面剥離を防止できる。
【００１５】
即ち、先述の通り、ｘ−ｙ方向の焼成収縮挙動を拘束するということは、ｚ方向の焼成収縮挙動に収縮挙動を集約することである。理想的には、異種材料絶縁層、他の絶縁層におけるｚ方向の収縮率を合わせられたらよいが、絶縁層は、その誘電特性、例えば誘電率、Ｑ等に特徴を持たせる必要があり、且つ他の絶縁層と異種材料絶縁層とは熱膨張率が合致することが望ましい。そのような課題がある中で、焼成収縮挙動まで合致させることは困難である。その結果、基板焼成後にビアホール導体の突出或いは凹み、更にはそれに伴う導通不良等の問題が発生することになる。
【００１６】
これを回避するために、他の絶縁層或いは異種材料絶縁層の各々と収縮挙動を合わせた別々の導体材料を適用する。ここでいう導体材料は、例えば、銅、銀或いはそれらを主成分とする合金（例えばＡｇ−Ｐｔ）を金属成分とし、焼成収縮挙動及び熱膨張率を各々の絶縁体と合わせるために無機酸化物を添加したものである。
【００１７】
各々の導体材料の収縮率を合わせる一般的方法として、（１）固形分比率を調整する、（２）金属粉末を調整する、（３）添加する無機酸化物の組成及び／又は配合量を調整する、の３通りが考えられるが、（１）は過度に溶剤量を増やすとグリーンシートに溶剤が浸透し、グリーンシートが破れる、（２）は粒径等を変更すれば充填性等、他の特性が劣化する、組成を変更（例えばＡｇ−ＰｔのＰｔ比率を上げる）すれば導電率が低下する、といった問題があり、（３）の添加する無機酸化物の組成及び／又は配合量を調整することが最も好ましい方法である。
【００１８】
一般に、銀や銅の熱膨張率はセラミック多層基板のそれに比べ大きいため、添加される無機酸化物として、熱膨張率の小さい金属酸化物が選択される。その際、焼成収縮挙動を合わせるためには、高温で流動性をもつガラスが好ましい。更に好ましくは、導体が接している他の絶縁層又は異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度よりもガラスの軟化点は低温であることが好ましい。もし、本軟化点が低温で無ければ、基板が焼成収縮を開始した際に、まだ本ガラスは焼結抑制材としての機能しか果たせず、収縮挙動が合わないために前述の突起を発生させやすくなる。
【００１９】
また、ガラスの酸塩基度は０．５０４以上が好ましい。酸塩基度の定義に関しては、特開平６−１２９１１号公報に詳細が述べられているが、この発明で示されている導電性組成物は、配線パターン等に利用されるものであり、ビアホール導体に関しては特に説明されていない。ところが、本発明の様に複数の絶縁層を複合化する際には、ビアホール導体中に含有されるガラスも酸塩基度を配慮しなければ、変色等の問題をかかえてしまう。
【００２０】
本発明の多層基板は、複数の絶縁層を積層してなり、該複数の絶縁層のうち少なくとも１層が、他の絶縁層と焼成収縮開始温度が異なる異種材料絶縁層であり、他の絶縁層が、ＭｇＴｉＯ₃またはＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を含有するものが好ましい。
【００２１】
ここで、異種材料絶縁層は、他の絶縁層と比誘電率が異なる材料からなり、かつ、アルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃から選ばれる１種と、結晶性ガラスとを含有することが望ましい。
【００２２】
また、本発明の多層基板は、複数の絶縁層を積層してなり、該複数の絶縁層のうち少なくとも１層が、他の絶縁層と焼成収縮開始温度が異なり、かつ比誘電率が略同一の異種材料絶縁層であり、該異種材料絶縁層と前記他の絶縁層が、アルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃から選ばれる１種と、結晶性ガラスとを含有することによっても、上記したように、焼成中におけるｘ−ｙ方向の焼成収縮を抑制できる。異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度と、他の絶縁層の焼成収縮開始温度との差は２０〜９０℃であることが望ましい。
【００２３】
また、他の絶縁層は、金属元素として少なくともＭｇおよびＴｉを含有し、これらのモル比による組成式を、
（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ₃・ｘＣａＴｉＯ₃
と表した時、前記ｘが０≦ｘ≦０．２を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ₂Ｏ₃換算で３〜２０重量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ₂換算で０．０１〜５重量部、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有することが望ましい。
【００２４】
他の絶縁層が、上記のように、ＭｇＴｉＯ₃またはＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を含有する場合、特に、モル比による組成式を、（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ₃・ｘＣａＴｉＯ₃と表した時、ｘが０≦ｘ≦０．２を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を所定量含有する場合には、他の絶縁層のＱｆ値をそれほど低下させることなく、９２０℃以下の焼成温度で焼成できるとともに、焼成収縮開始温度を８３０℃以下にでき、Ａｇ、Ｃｕ等の内部導体と同時焼成しても変形することがなく、さらに、Ｑ値とその測定周波数との積で表される磁器のＱｆ値を２００００ＧＨｚ以上、比誘電率を１８以上とでき、このような他の絶縁層に共振回路等の高周波回路を形成することにより、優れた特性の回路を得ることができる。
【００２５】
さらに、他の絶縁層と異種材料絶縁層の熱膨張係数差を小さくすることにより、特に２×１０^-6／℃以下とすることにより、ピーク焼成温度からの冷却時における材料の熱収縮挙動を一致させ、収縮のミスマッチをなくすことができ、クラックあるいはデラミネーションの発生を防止できる。
【００２６】
さらに、複数の絶縁層からなる積層体の上下面に、該積層体を構成する他の絶縁層よりも比誘電率が低い材料から構成される異種材料絶縁層を形成することにより、異種材料絶縁層を挟む電極間に形成される容量が、他の絶縁層を挟む電極間に形成される容量よりも小さいため、異種材料絶縁層成形体に形成されたビアホール導体および配線導体と、接地導体等の導体の間における浮遊容量を抑制できる。
【００２７】
異種材料絶縁層は、例えば、結晶性ガラス７０〜１００重量％と、アルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃から選ばれる１種０〜３０重量％からなり、前記結晶性ガラスが、ＳｉＯ₂４０〜７０重量％、ＣａＯ２０〜３５重量％、ＭｇＯ１１〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃０．５〜１０重量％、ＳｒＯ０〜１０重量％、ＺｎＯ０〜１０重量％、ＴｉＯ₂０〜１０重量％、Ｎａ₂Ｏ０〜３重量％であることが望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における多層基板の例を示すもので、この多層基板は、基板１１と、この基板１１の上下両表面に形成された表面導体１２と、基板１１の内部に形成された接地導体１３と、内部導体１５と、表面導体１２と内部導体１５を接続するビアホール導体１４とから構成されている。
【００２９】
基板１１は、５層の絶縁層１１ａ〜１１ｅからなり、他の絶縁層１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを形成する材料の焼成収縮開始温度が、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅを形成する材料の焼成収縮開始温度と異なっている。
【００３０】
図１の多層基板において、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄは、ＭｇＴｉＯ₃またはＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を含有するものであり、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅは、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄよりも比誘電率が小さい材料からなるもので、アルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃から選ばれる１種と、結晶性ガラスとから形成されている。
【００３１】
このように、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄを、ＭｇＴｉＯ₃またはＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を所定量含有する磁器とすることにより、Ｑｆ値が２００００ＧＨｚ以上で、９２０℃以下の焼成温度で焼成できるとともに、焼成収縮開始温度を８３０℃以下にでき、Ａｇ、Ｃｕ等の内部導体と同時焼成しても変形することがなく、またビアホール導体の突出等の外観上の不具合もなく、比誘電率を１８以上とできる。
【００３２】
異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの焼成収縮開始温度と、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄの焼成収縮開始温度との差は２０〜９０℃であることが望ましい。これは、焼成収縮開始温度差が２０℃より小さくなると焼成における収縮挙動が一致するため、基板のｘ−ｙ方向における収縮率が大きくなり、配線導体の寸法精度が悪くなるからであり、逆に９０℃を超えると焼成収縮時において、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの界面に応力歪みを生じ、基板が反る、歪む、あるいは界面で剥離する等の問題が生じ易くなるからである。とりわけ、収縮率低減と基板の反り、歪みの観点から、焼成収縮開始温度差は３０〜６０℃であることが望ましい。
【００３３】
また、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの熱膨張係数の差は２×１０^-6／℃以下であることが望ましい。これは、２×１０^-6／℃よりも大きくなると、焼成ピーク温度からの冷却時において熱収縮率の差が生じ、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの界面に、クラックやデラミネーションを生じ易いからである。とりわけ、クラックやデラミネーションの観点から、熱膨張係数の差は１×１０^-6／℃以下が望ましい。
【００３４】
そして、本発明の多層基板では、図１に示したように、ビアホール導体１４は他の絶縁層１１ｂにおけるビアホール導体１４ａと、異種材料絶縁層１１ａにおけるビアホール導体１４ｂとから構成されている。
【００３５】
また、ビアホール導体１４ａ、１４ｂは銀を主成分とし、収縮及び熱膨張率を基板と合わせるためにガラスを添加しているが、そのガラスの組成は異なる。
【００３６】
ビアホール導体組成は、上記他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの焼成収縮開始温度及び熱膨張率と焼成時の収縮量を考慮して決定される。熱膨張率に関しては、使用される金属とガラスの体積分率で計算すればよい。ビアホール導体とそのビアホール導体が主に接している絶縁層との熱膨張係数差は１１×１０^-6／℃以下であることが望ましい。即ち、ビアホール導体１４ｂの熱膨張係数は、異種材料絶縁層１１ａの熱膨張係数よりも高いが、その差を１１×１０^-6／℃以下とし、ビアホール導体１４ａの熱膨張係数は、他の絶縁層１１ｂの熱膨張係数よりも高いが、その差を１１×１０^-6／℃以下とすることが望ましい。この熱膨張係数は、５×１０^-6／℃以下であることが望ましい。
【００３７】
これは、熱膨張係数差が１１×１０^-6／℃よりも大きくなると焼成ピーク温度からの冷却時において熱収縮率の差が生じ、ビアホール導体近傍の絶縁層にクラックを生じ易いからである。また、ビアホール導体と絶縁層の界面剥離も生じ易いが、これは、界面接合に効果のある、例えばＶ₂Ｏ₅を添加することにより改善することができる。さらに、ビアホール導体１４が凹み、内部導体１５または表面導体１２との接着不良となり易いからである。
【００３８】
異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅにおけるビアホール導体１４ｂ中のガラスの軟化点は、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの焼成収縮開始温度よりも低温であり、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄにおけるビアホール導体１４ａ中のガラスの軟化点は、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄの焼成収縮開始温度よりも低温とされている。
【００３９】
収縮挙動の整合に関しては、添加するガラスの軟化点で制御する。上述の如く、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの焼成収縮開始温度と、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄの焼成収縮開始温度との差は２０〜９０℃であるため、その温度差程度の差をもつガラスをもちいればよい。
【００４０】
即ち、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの焼成収縮開始温度と、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄの焼成収縮開始温度との差に、ビアホール導体１４ａとビアホール導体１４ｂ中のガラスの軟化点の差を近づけるように、例えば、ガラスの組成を設定する。
【００４１】
ビアホール導体１４は、例えば、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とし、ガラスは、基板材料との収縮挙動を合わせ、見かけ上の熱膨張係数を合わせ、かつ導電率が低下しないようにするという理由から５〜２５重量％を含有するものである。
【００４２】
ガラスとしては、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭｇＯを含むガラスや、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を含む硼珪酸アルカリ土類金属塩ガラス等がある。
【００４３】
また、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄは、モル比による組成式を、（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ₃・ｘＣａＴｉＯ₃と表した時、ｘが０≦ｘ≦０．２を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ₂Ｏ₃換算で３〜２０重量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ₂換算で０．０１〜５重量部、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有するものが望ましい。
【００４４】
ここで、ｘを０≦ｘ≦０．２としたのは、ｘが０．２モルを越える場合には共振周波数の温度係数τｆがプラス側に大きくなりすぎてしまうからである。とりわけ誘電体磁器の共振周波数の温度係数τｆの観点からはｘは０．０３≦ｘ≦０．１３が好ましい。
【００４５】
また、主成分１００重量部に対して、ＢをＢ₂Ｏ₃換算で３〜２０重量部含有したのは、Ｂが３重量部未満の場合には１１００℃でも焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に２０重量部を越える場合には焼結体中のガラス相の割合が増加してＱ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢ₂Ｏ₃換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。Ｂ含有化合物としては、金属硼素、Ｂ₂Ｏ₃、コレマイト、ＣａＢ₂Ｏ₄、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。
【００４６】
また、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部含有したのは、１重量部未満の場合には１１００℃でも焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に１０重量部を越える場合には結晶相が変化してＱ値が低下するからである。誘電体磁器のＱ値の観点から４〜９重量部が望ましい。アルカリ金属としてはＬｉ、Ｎａ、Ｋを例示することができ、この中でもＬｉが特に望ましい。アルカリ金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等を例示することができる。
【００４７】
さらに、ＳｉをＳｉＯ₂換算で０．０１〜５重量部含有したのは、含有量が０．０１重量部未満の場合には、誘電体磁器の焼結過程における焼成収縮開始温度が約８４０℃と高く、添加効果が得られないからである。一方、５重量部を越えると比誘電率εｒあるいはＱ値が低下するからである。誘電体磁器の比誘電率εｒあるいはＱ値の観点から０．５〜３重量部が望ましい。Ｓｉ含有化合物としてはＳｉＯ₂、ＭｇＳｉＯ₃等がある。
【００４８】
また、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有するものである。これらが０．１重量部未満の場合には誘電体磁器の焼結過程における焼成収縮開始温度が８３０℃よりも高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると誘電体磁器の共振周波数の温度係数τｆがプラス側に大きくなりすぎてしまう。とりわけ誘電体磁器の焼結性と共振周波数の温度係数τｆの観点からは０．５〜３．５重量部が好ましい。アルカリ土類金属としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａがあり、このなかでもＢａが望ましい。アルカリ土類金属含有化合物としては、上記アルカリ金属の炭酸塩、酸化物等を例示することができる。
【００４９】
さらに、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、ＭｎをＭｎＯ₂換算で０．１〜３重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ₂換算で０．１〜３重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果がなく、さらに３重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ₂換算で１．２〜１．８重量部含有することが望ましい。
【００５０】
異種材料絶縁層は、結晶性ガラス７０〜１００重量％と、セラミック粒子０〜３０重量％とからなり、結晶性ガラスがＳｉＯ₂４０〜７０重量％、ＣａＯ２０〜３５重量％、ＭｇＯ１１〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃０．５〜１０重量％、ＳｒＯ０〜１０重量％、ＺｎＯ０〜１０重量％、ＴｉＯ₂０〜１０重量％、Ｎａ₂Ｏ０〜３重量％を含有し、セラミック粒子がアルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃から選ばれる１種以上からなることが望ましい。この異種材料絶縁層の比誘電率は６〜８である。
【００５１】
異種材料絶縁層を上記のような組成とすることにより、ＭｇＴｉＯ₃またはＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を含有する他の絶縁層との間の焼成収縮開始温度差を２０〜９０℃の範囲内とすることができる。
【００５２】
以上のように構成された多層基板は、例えば、先ず、複数の絶縁層成形体を積層した積層成形体を作製する。この積層成形体を構成する複数の絶縁層成形体のうち少なくとも１層については、他の絶縁層成形体との焼成収縮開始温度の差が２０〜９０℃異なる異種材料絶縁層成形体とする。
【００５３】
積層成形体は、ドクターブレード法等により作製されたグリーンシートを積層することにより作製したり、また、セラミックペーストを順次塗布することにより作製したり、さらに、セラミックペーストを塗布、光硬化、現像等を繰り返すいわゆるフォトリソグラフィー技術を用いて作製したりすることができる。
【００５４】
具体的には、先ず、例えば、他の絶縁層と異種材料絶縁層となるグリーンシートを作製する。例えばグリーンシートは、所定のセラミック粉末（ガラス−セラミック粉末）と有機バインダーと有機溶剤及び必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いてドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断しグリーンシートを作製する。
【００５５】
次に、内部導体と表面導体間、あるいは内部導体間を接続するビアホール導体となる貫通孔をグリーンシートの所定の位置にパンチング等により作製する。
【００５６】
ビアホール用導電性ペーストは金属粉末、ガラス、有機ビヒクル及び有機溶剤を混合し、ペースト化する。この際、ビアホール用導電性ペーストは他の絶縁層と異種材料絶縁層それぞれに対して準備する。
【００５７】
本導電性ペーストを内部側の他の絶縁層となるグリーンシートの貫通孔に充填するとともに、そのグリーンシート上に所定形状の内部導体となる導体膜を印刷形成する。
【００５８】
次に異なる導電性ペーストを用いて、表層の異種材料絶縁層となるグリーンシートの貫通孔に充填するとともに、そのグリーンシート上に所定形状の表面導体となる導体膜を印刷形成する。
【００５９】
このようにして得られたグリーンシートを積層順序に応じて積層し、積層成形体を形成して、一体的に焼成する。以上の製造工程によって多層基板は製造される。
【００６０】
以上のように構成された多層基板では、焼成収縮開始温度が異なる他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅを同時焼成するため、焼成収縮開始温度が低い異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅが収縮を開始する際には、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄによりｘ−ｙ方向における収縮が妨げられ、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅが収縮を完了すると、この異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅにより他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄのｘ−ｙ方向における収縮が妨げられ、結果的に、焼成中におけるｘ−ｙ方向の焼成収縮を抑制でき、内部導体１５の寸法精度を向上できる。
【００６１】
さらに、図１の多層基板では、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄの比誘電率を、上下の異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅの比誘電率よりも高くできるため、容量値の大きなキャパシタを形成することができ、低誘電率の異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅを形成することにより、表面導体１２やビアホール導体１４と接地導体１３の間に生じる浮遊容量を軽減することができる。
【００６２】
また、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄにおけるビアホール導体１４ａと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅにおけるビアホール導体１４ｂとを異なる材料で形成することにより、収縮挙動の不適合から起こるビアホール導体１４の突出等の不具合を解消できる。
【００６３】
また、異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅ、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの熱膨張係数と、これらの異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅおよび他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄにそれぞれ形成されたビアホール導体１４ａ、１４ｂの熱膨張係数差を１１×１０^-6／℃以下とすることにより、焼成温度からの冷却時におけるビアホール導体１４の突出等の不具合や、ビアホール導体１４近傍の異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅ、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄにおけるクラックや、ビアホール導体１４ａ、１４ｂと異種材料絶縁層１１ａ、１１ｅ、他の絶縁層１１ｂ〜１１ｄとの界面剥離を防止できる。
【００６４】
また、本発明の多層基板では、複数の絶縁層を積層してなり、該複数の絶縁層のうち少なくとも１層が、他の絶縁層と焼成収縮開始温度が異なり、かつ比誘電率が略同一の異種材料絶縁層であり、該異種材料絶縁層と他の絶縁層が、アルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃から選ばれる１種以上と、結晶性ガラスとを含有して構成されていても良い。
【００６５】
【実施例】
先ず、ＭｇＴｉＯ₃またはＭｇＴｉＯ₃−ＣａＴｉＯ₃を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を含有する磁器について検討した。
【００６６】
原料として純度９９％以上の、ＭｇＴｉＯ₃粉末、ＣａＴｉＯ₃粉末とを、モル比による（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ₃・ｘＣａＴｉＯ₃においてｘが表１の値を満足するように秤量し、また、Ｂ₂Ｏ₃粉末、アルカリ金属炭酸塩粉末（Ｌｉ₂ＣＯ₃、Ｎａ₂ＣＯ₃、Ｋ₂ＣＯ₃）、ＳｉＯ₂粉末、ＭｎＯ₂粉末、さらにアルカリ土類酸化物粉末（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）を、表１に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ₂ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥（脱水）し、８００℃で１時間仮焼した。
【００６７】
この仮焼物を、粉砕粒径が１．０μｍ以下になるように粉砕し、誘電特性評価用の試料として直径１０ｍｍ、高さ８ｍｍの円柱状に１ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でプレス成形し、これを表２に示す温度で３時間焼成し、直径８ｍｍ、高さ６ｍｍの円柱状の試料を得た。
【００６８】
誘電特性の評価は、前記試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数８ＧＨｚにおける比誘電率とＱ値を測定した。Ｑ値と測定周波数ｆとの積で表されるＱｆ値を表２に記載した。さらに、−４０〜＋８５℃の温度範囲における共振周波数の温度係数τｆ〔ｐｐｍ／℃〕を測定した。その結果を表２に記載した。
【００６９】
【表１】

【００７０】
【表２】

【００７１】
これらの表１、２から、比誘電率が１８〜２０、Ｑｆ値が２００００ＧＨｚ以上、かつ、共振周波数の温度係数τｆが±４０ｐｐｍ／℃以内の優れた誘電特性を有するとともに、７６０〜８３０℃で焼結収縮が開始し、９２０℃以下で焼成が可能な優れた焼結性を有していることが判る。
【００７２】
尚、表１のアルカリの欄において、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋと記載したが、これはＬｉ₂ＣＯ₃、Ｎａ₂ＣＯ₃、Ｋ₂ＣＯ₃の意味であり、また、アルカリ土類の欄において、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａと記載したが、これは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの意味である。さらに、表１の試料Ｎo.４、５については、Ｍｇ／Ｔｉ、Ｃａ／Ｔｉ比がそれぞれ１．１、０．９の原料粉末を用いた。
【００７３】
次に、本発明者等は、他の絶縁層として、上記表１の試料を用い、また、異種材料絶縁層として、ＳｉＯ₂５２重量％、ＣａＯ２５重量％、ＭｇＯ１８重量％、Ａｌ₂Ｏ₃５重量％からなる結晶性ガラスと、ＳｉＯ₂からなるセラミック粒子の重量比を変えることにより、焼成収縮開始温度の異なる材料を得た。
【００７４】
他の絶縁層原料粉末、異種材料絶縁層原料粉末に、それぞれに有機バインダー、有機溶剤を添加したスラリーをドクターブレード法により薄層化し、グリーンシートを作製し、他の絶縁層成形体、異種材料絶縁層成形体を作製した。
【００７５】
この後、ビアホール導体を作製するための貫通孔を他の絶縁層成形体、異種材料絶縁層成形体の所定の位置にパンチング等により０．２ｍｍ径の孔を穿孔し、これらの貫通孔にＡｇとガラスからなる導電性ペーストを貫通孔に充填した。Ａｇとガラスの重量比は、Ａｇ８０重量％、ガラス２０重量％とし、ガラスをＢ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭｇＯから構成し、表３に示すようにガラスの組成を変化させ、ガラスの軟化点、熱膨張係数を変化させた。次に、絶縁層成形体、異種材料絶縁層成形体に、所定形状の内部導体となる導体膜を印刷形成した。
【００７６】
一方、最上層、最下層となる異種材料絶縁層成形体に、表面導体となるＡｇからなる導電性ペーストを用いて所定形状の導体膜を印刷形成し、乾燥させた。
【００７７】
導電性ペーストが充填され、所定形状の導体膜が形成された絶縁層成形体を複数積層するとともに、最上層および最下層に表面導体となる導体膜を形成した異種材料絶縁層成形体を積層した積層成形体を作製した。
【００７８】
この後、大気中４００℃で脱バインダー処理し、さらに表２に示す温度で焼成し、図１に示すような多層基板を作製した。尚、絶縁層１１ａ〜１１ｅの厚みは０．１５ｍｍであり、回路基板の大きさは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み０．７５ｍｍであった。
【００７９】
尚、積層成形体と焼成後の多層基板に対して、所定のポイント間の長さを測定することにより、基板の収縮率を測定した。また、基板におけるクラック、デラミネーションの有無を基板を研磨して、金属顕微鏡で観察することにより評価した。さらに、基板を断面を金属顕微鏡で観察し、測微計で計測することにより、表面電極１２の突出量を測定し、ビアホール導体１４の突出量とした。
【００８０】
また、他の絶縁層と異種材料絶縁層を形成する材料にワックスを添加し、１０ｔｏｎ／ｃｍ²プレスすることにより圧粉体を形成し、熱機械分析（ＴＭＡ）により材料の焼成収縮開始温度、熱膨張係数を評価した。その結果を表４、５に記載した。
【００８１】
【表３】

【００８２】
【表４】

【００８３】
【表５】

【００８４】
表３〜５から、本発明の多層基板は収縮率が０．３〜７．０と小さく、焼成におけるクラックやデラミネーションの発生しないことがわかる。また、ビアホール導体の突出量も０．０２５ｍｍ以下であり、問題ないことが判る。一方、他の絶縁層と異種材料絶縁層におけるビアホール導体を同一材料から形成した試料Ｎo.１１では、デラミネーションが発生することが判る。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の多層基板では、複数の絶縁層と焼成収縮開始温度の異なる異種材料絶縁層を一体焼成することにより、基板の収縮率を低減できる。また、前記絶縁層と異種材料絶縁層の間の熱膨張係数差を小さくすることにより、クラックやデラミネーションの生じない基板を得ることができる。さらに、絶縁層の比誘電率を異種材料絶縁層の比誘電率よりも高くすることにより、基板に内蔵する回路の小型化ができ、かつ、電極間に生じる浮遊容量が小さい多層基板を得ることができる。
【００８６】
そして、本発明の多層基板では、異種材料絶縁層、他の絶縁層、異種材料絶縁層におけるビアホール導体および他の絶縁層におけるビアホール導体を同時焼成し、他の絶縁層におけるビアホール導体のガラスと異種材料絶縁層におけるビアホール導体のガラスとを異なるガラスにするとともに、異種材料絶縁層におけるビアホール導体中のガラスを異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低い軟化点を有するものにし、他の絶縁層におけるビアホール導体中のガラスを他の絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低い軟化点を有するものにすることより、収縮挙動の不適合から起こるビアホール導体の突出等の不具合を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層基板の断面図を示す。
【符号の説明】
１１ｂ〜１１ｄ・・・他の絶縁層
１１ａ、１１ｅ・・・異種材料絶縁層

Claims

複数の絶縁層を積層してなり、該複数の絶縁層のうち少なくとも１層が、他の絶縁層と異なる異種材料絶縁層であり、前記他の絶縁層と前記異種材料絶縁層とにそれぞれ金属とガラスとを含むビアホール導体を備え、前記他の絶縁層におけるビアホール導体のガラスと、前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体のガラスとは異なるガラスであって、前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体中のガラスは前記異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低い軟化点を有し、前記他の絶縁層におけるビアホール導体中のガラスは前記他の絶縁層の焼成収縮開始温度よりも低い軟化点を有するとともに、前記異種材料絶縁層、前記他の絶縁層、前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体および前記他の絶縁層におけるビアホール導体を同時焼成してあることを特徴とする多層基板。
前記異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度と、前記他の絶縁層の焼成収縮開始温度との差が２０〜９０℃であり、前記他の絶縁層の焼成収縮開始温度が前記異種材料絶縁層の焼成収縮開始温度より高いことを特徴とする請求項１記載の多層基板。
ビアホール導体は複数の絶縁層の積層方向に連続して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の多層基板。
前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体中のガラスの軟化点と、前記他の絶縁層におけるビアホール導体中のガラスの軟化点との差が２０〜９０℃であり、前記他の絶縁層におけるビアホール導体中のガラスの軟化点が前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体中のガラスの軟化点より高いことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の多層基板。
前記異種材料絶縁層、前記他の絶縁層のそれぞれの熱膨張係数と、前記異種材料絶縁層、前記他の絶縁層にそれぞれ形成されたビアホール導体の熱膨張係数との差が１１×１０^−６／℃以下であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の多層基板。
前記他の絶縁層が、ＭｇＴｉＯ_３またはＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３を主成分とし、Ｂ、アルカリ金属、Ｓｉ、アルカリ土類金属を含有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の多層基板。
前記異種材料絶縁層は、前記他の絶縁層と比誘電率が異なる材料からなり、かつ、アルミナ、シリカ、ＭｇＴｉＯ_３、ＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３から選ばれる１種以上と、結晶性ガラスとを含有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の多層基板。
前記他の絶縁層が、金属元素として少なくともＭｇおよびＴｉを含有し、これらのモル比による組成式を、
（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ_３・ｘＣａＴｉＯ_３
と表した時、前記ｘが０≦ｘ≦０．２を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ_２Ｏ_３換算で３〜２０重量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．０１〜５重量部、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属酸化物換算で０．１〜５重量部含有する原料を焼成したものであることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の多層基板。
前記異種材料絶縁層におけるビアホール導体および前記他の絶縁層におけるビアホール導体の少なくとも一方にさらにＶ _２Ｏ _５が含まれていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の多層基板。