| 【発明の名称】 |
コンデンサ内蔵セラミック多層基板 |
| 【発明者】 |
【氏名】福田 順三
【氏名】柴田 耕次
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| 【要約】 |
【課題】コンデンサ内蔵セラミック多層基板において、焼成時の内蔵コンデンサの絶縁特性の劣化や誘電体層のクラックの発生を防止できるようにする。
【解決手段】各層の低温焼成セラミック層１１に形成するビア導体１３，１４，１４ａの中で、少なくとも内蔵コンデンサ１６の電極導体１７のうちの誘電体層１８と直接接する部分に一部分でも直接接するビア導体１３については、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金により形成すると共に、電極導体１７をＡｕ又はＡｇ／Ｐｄ合金により形成する。また、誘電体層１８をＰｂペロブスカイト化合物により形成する。この場合、ビア導体１３に用いるＡｇをＰｄと合金化することで、焼成時にビア導体１３中のＡｇ成分が電極導体１７を通じて誘電体層１８に拡散する現象が抑制され、誘電体層１８の絶縁特性の劣化が防止されると共に、焼成時のＰｄの酸化・膨張が少なくなり、誘電体層１８のクラックが防止される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ａｇ系のビア導体を形成した複数層の低温焼成セラミック層の間に、誘電体層の両面に電極導体を形成した内蔵コンデンサを挟み込んで、これらビア導体、低温焼成セラミック層、誘電体層及び電極導体を同時焼成してなるコンデンサ内蔵セラミック多層基板において、少なくとも前記内蔵コンデンサの電極導体のうちの前記誘電体層と直接接する部分に一部分でも直接接するビア導体は、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金により形成されていることを特徴とするコンデンサ内蔵セラミック多層基板。
【請求項２】 前記電極導体は、Ａｕ又はＡｇ／Ｐｄ合金により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ内蔵セラミック多層基板。
【請求項３】 前記誘電体層は、Ｐｂペロブスカイト化合物により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ内蔵セラミック多層基板。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層された低温焼成セラミック層と、その層間に挟み込まれた内蔵コンデンサとを同時焼成して形成したコンデンサ内蔵セラミック多層基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のコンデンサ内蔵セラミック多層基板においては、例えば特開平９−９２９８３号公報に示すように、内蔵コンデンサの電極導体をＡｕ系導体又はＡｇ／Ｐｄで形成し、内層配線導体やビア導体をＡｇ系導体で形成したものがある。ここで、Ａｇは高伝導率（低抵抗値）という特長があるが、マイグレーションや焼成反りが発生しやすいという欠点がある。そこで、内層配線導体やビア導体を形成する導体ペーストして、マイグレーションや焼成反りを抑制するためにＰｄ粉を添加したＡｇ／Ｐｄペーストが用いられることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成のセラミック多層基板を内蔵コンデンサと共に同時焼成すると、内蔵コンデンサの絶縁特性が劣化したり、誘電体層にクラックが発生することがあり、品質低下や歩留り低下の問題が生じた。この原因は、内蔵コンデンサの電極導体と接合されるビア導体がＡｇ系導体の場合、同時焼成する過程で、ビア導体中のＡｇ成分が内蔵コンデンサの電極導体を通じて誘電体層に拡散し、誘電体層の絶縁特性を劣化させるためと考えられる。また、Ａｇ粉とＰｄ粉とを混合したＡｇ／Ｐｄペーストを用いた場合、同時焼成する過程で、Ｐｄ成分が酸化して体積膨張するため、その膨張力で誘電体層にクラックが発生する。
【０００４】本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、焼成時の内蔵コンデンサの絶縁特性の劣化や誘電体層のクラックの発生を防止でき、品質向上、歩留り向上を実現できるコンデンサ内蔵セラミック多層基板を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、積層された低温焼成セラミック層と、その層間に挟み込まれた内蔵コンデンサとを同時焼成して形成したコンデンサ内蔵セラミック多層基板において、少なくとも内蔵コンデンサの電極導体のうちの前記誘電体層と直接接する部分に一部分でも直接接するビア導体については、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金により形成するようにしたものである（請求項１）。このように、誘電体層と電極導体を介して直接接するビア導体に用いるＡｇをＰｄと合金化することで、従来のようなＡｇ粉とＰｄ粉との混合物を用いる場合とは異なり、焼成時にビア導体中のＡｇ成分が内蔵コンデンサの電極導体を通じて誘電体層に拡散する現象が抑制され、誘電体層の絶縁特性の劣化が防がれる。更に、ＰｄをＡｇと合金化することで、焼成時のＰｄの酸化・膨張が少なくなり、誘電体層のクラックの発生が防止される。
【０００６】更に、請求項２のように、内蔵コンデンサの電極導体を、Ａｕ又はＡｇ／Ｐｄ合金により形成することが好ましい。このようにすれば、電極導体についても、ビア導体と同じく、誘電体層へのＡｇ成分の拡散やＰｄの酸化・膨張が防止される。
【０００７】また、請求項３のように、内蔵コンデンサの誘電体層をＰｂペロブスカイト化合物により形成しても良い。このＰｂペロブスカイト化合物は、１０００℃以下で低温焼成セラミック層と同時焼成可能であると共に、誘電率が高く、内蔵コンデンサを作るのに適している。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。まず、本実施形態におけるセラミック多層基板の構造を説明する。積層された複数層の低温焼成セラミック層１１は、複数枚の低温焼成セラミックグリーンシートを積層して８００〜１０００℃で焼成したものである。低温焼成セラミックとしては、ＣａＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラス５０〜６５重量％（好ましくは６０重量％）とアルミナ５０〜３５重量％（好ましくは４０重量％）との混合物を用いる。この他、例えば、ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 系ガラスとアルミナとの混合物、コージェライト系結晶化ガラス等の８００〜１０００℃で焼成できる低温焼成セラミック材料を用いても良い。
【０００９】各層の低温焼成セラミック層１１には、層間接続用のビアホール１２が形成され、各ビアホール１２にビア導体１３，１４，１４ａが充填されている。各ビア導体１３，１４，１４ａは、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金のペーストをビアホール１２に印刷して焼成したものである。
【００１０】尚、後述する内蔵コンデンサ１６の電極導体１７から離れたビア導体１４や、電極導体１７のうちの誘電体層１８と接しない部分に直接接するビア導体１４ａについては、必ずしも、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金のペーストを用いる必要はなく、Ａｇ粉とＰｄ粉とを混合したペーストを用いても良く、或は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等の低温焼成用の各種導体ペーストの中からいずれかを選択しても良い。要は、少なくとも電極導体１７のうちの誘電体層１８と直接接する部分に直接接するビア導体１３（一部分が接しているものも含む）について、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金のペーストを用いれば良い。
【００１１】また、最上層を除く各層の低温焼成セラミック層１１には、内層導体パターン１５が印刷・焼成されている。内層導体パターン１５についても、Ａｇ／Ｐｄ合金のペーストを用いても良いが、Ａｇ粉とＰｄ粉とを混合したペーストを用いても良く、或は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等の低温焼成用の各種導体ペーストの中からいずれかを選択しても良い。
【００１２】更に、所定の低温焼成セラミック層１１の層間には、内蔵コンデンサ１６が次のようにして形成されている。内蔵コンデンサ１６の直下の低温焼成セラミック層１１（グリーンシート）の上面に、電極用導体ペーストを用いて内蔵コンデンサ１６下面の電極導体１７をスクリーン印刷し、その上面に誘電体ペーストを用いて誘電体層１８をスクリーン印刷し、更に、その上面に電極用導体ペーストを用いて内蔵コンデンサ１６上面の電極導体１７をスクリーン印刷する。ここで、電極導体１７を形成する電極用導体ペーストとしては、Ａｕ又はＡｇ／Ｐｄ合金のペーストを用いる。また、誘電体層１８を形成する誘電体ペーストとしては、Ｐｂペロブスカイト化合物（例えばＰｂＯ−Ｆｅ2 Ｏ3 −Ｎｂ2 Ｏ5 −ＷＯ3 −ＺｎＯ）、ＢａＴｉＯ3 系化合物、ＳｒＴｉＯ3 系化合物、ＣａＴｉＯ3 系化合物等の低温焼成セラミック誘電体材料のペーストを用いる。
【００１３】このコンデンサ内蔵セラミック多層基板を製造する場合には、各層のグリーンシート（未焼成の低温焼成セラミック層１１）に、ビア導体１３，１４，１４ａ、内層導体パターン１５、電極導体１７、誘電体層１８等を印刷した後に、各層のグリーンシートを積層して基板用積層体を作り、これを例えば８０〜１５０℃、５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の条件で加熱圧着して一体化する。更に、図１（ａ）に示すように、この基板用積層体の両面に未焼成のダミーグリーンシート１９を積層し、上述と同様の方法で加熱圧着する。この際、ダミーグリーンシート１９は、後述する基板焼結温度では焼結しないアルミナグリーンシート等の高温焼成セラミックグリーンシートを用いる。
【００１４】以上のようにして作製された積層体を、２〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲内の圧力で加圧しながら基板焼結温度である８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で焼成し、内蔵コンデンサ１６を内蔵したセラミック多層基板を同時焼成する。この際、基板両面に積層されたダミーグリーンシート１９（アルミナグリーンシート等）は１５５０〜１６００℃まで加熱しないと焼結しないので、８００〜１０００℃で焼成すれば、ダミーグリーンシート１９は未焼結のまま残される。但し、焼成の過程で、ダミーグリーンシート１９中の溶剤やバインダーが飛散してアルミナ粉体として残る。
【００１５】焼成後、基板両面に付着したダミーグリーンシート１９（アルミナ粉体）を研磨等により除去した後、基板表面に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ等の表層用導体ペーストを用いて表層導体２０をスクリーン印刷し、これを１０００℃以下で焼成する。これにより、内蔵コンデンサ１６を内蔵したセラミック多層基板の製造が完了する。
【００１６】このようにして、コンデンサ内蔵セラミック多層基板を加圧焼成すれば、基板の反りやクラック、ゆがみを防ぎ、且つ焼成後の絶縁体層と誘電体層の緻密度を向上させることができて、信頼性の高いコンデンサ内蔵セラミック多層基板を製造できる。
【００１７】
【実施例】本発明者らは、内蔵コンデンサ１６の電極導体１７やこれに接合されるビア導体１３の組成が内蔵コンデンサ１６の絶縁特性やクラックの有無に及ぼす影響を評価する試験を行ったので、その試験結果を次の表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】誘電体層は、実施例１，２と比較例１，２では、いずれもＰｂペロブスカイト化合物を用い、実施例３では、ＢａＴｉＯ3 系化合物を用いた。電極導体は、実施例１，３と比較例１，２では、いずれもＡｇ／Ｐｄ合金を用い、実施例１，３と比較例１は、いずれもＡｇ／Ｐｄ比が９／１であり、比較例２は、Ａｇ／Ｐｄ比が８／２である。実施例２の電極導体は、Ａｕ粉１００％である。
【００２０】ビア導体は、実施例１，２，３では、いずれもＡｇ／Ｐｄ合金を用い、Ａｇ／Ｐｄ比がそれぞれ８／２，７／３，９．５／０．５である。比較例１のビア導体は、Ａｇ粉１００％であり、比較例２のビア導体は、Ａｇ粉とＰｄ粉との混合物であり、Ａｇ／Ｐｄ比が８／２である。電極導体とビア導体を形成するペーストは、いずれも、導体成分１００重量部、エチルセルロース（バインダ樹脂）３重量部、テレピネオール（溶剤）２２重量部の配合比で作製した。
【００２１】この評価試験における合格基準は、内蔵コンデンサの絶縁性については１０7Ω・ｃｍ以上であること、また、ビアホール周辺のクラックが無いことである。実施例１，２，３については全て合格基準を満たしたが、比較例１，２はいずれも絶縁性が不足し、更に、比較例２ではクラックも発生した。
【００２２】合格基準を満たした実施例１，２，３は、いずれも、電極導体をＡｇ／Ｐｄ合金又はＡｕで形成している。この試験結果から、電極導体は、Ａｇ／Ｐｄ合金又はＡｕとすることが好ましい。
【００２３】また、実施例１，２，３は、いずれも、ビア導体をＡｇ／Ｐｄ合金で形成し、Ａｇ／Ｐｄ比が９．５／０．５〜７／３である。この試験結果から、ビア導体は、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金とすることが好ましい。このように、ビア導体に用いるＡｇをＰｄと合金化することで、焼成時にビア導体中のＡｇ成分が電極導体を通じて誘電体層に拡散する現象が抑制され、誘電体層の絶縁特性の劣化が防がれる。更に、ＰｄをＡｇと合金化することで、焼成時のＰｄの酸化・膨張が少なくなり、クラックの発生が防止される。
【００２４】これに対し、比較例１，２は、ビア導体をＡｇ粉を配合したペーストで形成しているため、焼成時にビア導体中のＡｇ成分が電極導体を通じて誘電体層に拡散し、誘電体層の絶縁特性を劣化させてしまう。更に、比較例２では、ビア導体をＰｄ粉を配合したペーストで形成しているため、焼成時にＰｄ成分が酸化して体積膨張し、クラックが発生してしまう。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明のコンデンサ内蔵セラミック多層基板によれば、ビア導体のうち、少なくとも内蔵コンデンサの誘電体層に電極導体を介して直接接するビア導体については、Ｐｄ含有率が５％以上のＡｇ／Ｐｄ合金により形成するようにしたので、低温焼成セラミック層の間に、クラックのない絶縁特性に優れた内蔵コンデンサを形成することができ、品質向上、歩留り向上を実現できる（請求項１）。
【００２６】更に、請求項２では、電極導体をＡｕ又はＡｇ／Ｐｄ合金により形成したので、電極導体から誘電体層へのＡｇ成分の拡散や電極導体内のＰｄの酸化・膨張を防止でき、絶縁性劣化やクラックをより確実に防止できる。
【００２７】また、請求項３では、誘電体層をＰｂペロブスカイト化合物により形成したので、誘電体層の誘電率を高めることができて、コンデンサの容量増大と小型・薄型化とを両立させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１０３９８９６
【氏名又は名称】株式会社住友金属エレクトロデバイス
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】加古 宗男
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２２０２６１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月１０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２０８３８ |
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