專利名稱：層疊陶瓷基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于便攜電話等移動(dòng)通訊終端等中的層疊陶瓷基板及其制造方法。
背景技術(shù)：
在近年普及的便攜電話等移動(dòng)通訊設(shè)備及便攜通訊終端中，由于對(duì)其小型化的要求，而要求這些中所使用的高頻電路部件也小型化及高性能化。
在高頻電路基板中，取代現(xiàn)有的在印制基板表面安裝了電容器和電感器等的模塊，而采用在電介體陶瓷基板上層疊形成電容器和電感器等圖形布線這種小型化的構(gòu)成。
層疊陶瓷基板，一般是將采用絲網(wǎng)印刷法等形成規(guī)定布線圖形的玻璃陶瓷等生片進(jìn)行層疊，再在900℃左右的溫度將其焙燒制作。作為布線圖形的材料，多采用導(dǎo)電率高、且能夠在空氣中焙燒的銀(Ag)。
不過(guò)，存在的問(wèn)題是銀容易產(chǎn)生遷移(migration)現(xiàn)象，在夾隔電介體層相對(duì)向的銀布線電極間容易發(fā)生短路不良。
特開(kāi)平11-49531號(hào)公報(bào)，利用在電介體層的玻璃陶瓷材料中的玻璃成分中含有CuO，從而抑制焙燒時(shí)Ag的離子化，抑制Ag在玻璃陶瓷中擴(kuò)散。
專利2501740號(hào)中，公布了一種含有蠕陶土(anauxite)結(jié)晶相的低溫焙燒陶瓷基板，不過(guò)，關(guān)于蠕陶土，在與Ag的遷移的關(guān)系上卻沒(méi)有任何記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠不降低機(jī)械強(qiáng)度、而減少銀從電極層遷移的發(fā)生的層疊陶瓷基板及其制造方法。
本發(fā)明的層疊陶瓷基板，將在電介體層上形成有由銀構(gòu)成的電極層的陶瓷生片進(jìn)行層疊焙燒從而獲得，該電介體層由至少含有Si及Ca的玻璃和氧化鋁混合的玻璃陶瓷材料構(gòu)成，這種層疊陶瓷基板，其特征在于焙燒后的電介體層含有蠕陶土(CaAl2Si2O8)結(jié)晶相、且其結(jié)晶粒尺寸為84nm以下。
根據(jù)本發(fā)明，使焙燒后的電介體層的蠕陶土結(jié)晶相的結(jié)晶粒尺寸為84nm以下，從而能夠不降低機(jī)械強(qiáng)度而降低銀從電極層遷移的發(fā)生。
關(guān)于使蠕陶土結(jié)晶相的結(jié)晶粒尺寸為84nm以下、從而能夠降低銀從電極層遷移的發(fā)生的詳細(xì)理由不清楚，不過(guò)推測(cè)如下。
即，認(rèn)為若玻璃結(jié)晶化，則非晶質(zhì)部分減少，在該非晶質(zhì)部分溶出的Ag容易凝聚。另外，由于Ag沿結(jié)晶粒的外周移動(dòng)，因而結(jié)晶粒增大，則凝聚的Ag沿增大了的結(jié)晶粒的外周移動(dòng)，容易發(fā)生遷移。根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)為通過(guò)使結(jié)晶粒尺寸為84nm以下，從而抑制在非晶質(zhì)部分溶出的Ag的凝聚，還通過(guò)減小結(jié)晶粒尺寸，從而能降低遷移的發(fā)生。另外，可知即使蠕陶土結(jié)晶相的結(jié)晶粒尺寸減小，層疊陶瓷基板的機(jī)械強(qiáng)度也不會(huì)降低。
因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠不降低機(jī)械強(qiáng)度而降低銀從電極層遷移的發(fā)生。
本發(fā)明的玻璃陶瓷材料中的玻璃，至少含有Si及Ca為好，而優(yōu)選采用硼硅酸玻璃。
另外，本發(fā)明的玻璃陶瓷材料中含有作為陶瓷成分的氧化鋁，不過(guò)，也可以含有氧化鋁以外的陶瓷成分。
作為玻璃成分的組成，可以列舉出例如，CaO5重量％～30重量％、SiO230重量％～95重量％、MgO0重量％～20重量％、ZnO0重量％～15重量％、B2O30重量％～40重量％、Li2O0重量％～5重量％、K2O0重量％～10重量％、Al2O30重量％～10重量％的組成。
本發(fā)明的玻璃陶瓷材料中的玻璃成分與氧化鋁成分的配合比，優(yōu)選是玻璃30重量％～60重量％、氧化鋁70重量％～40重量％左右。
本發(fā)明的蠕陶土結(jié)晶相的結(jié)晶粒尺寸(結(jié)晶粒徑)，可以根據(jù)Scherrer公式，如以下求得。
(i)將經(jīng)由X射線衍射觀測(cè)的28.1°的衍射峰的半峰寬按照以下(1)公式修正從而求得積分峰寬。
β(度)＝28.1°的半峰寬-(-0.0017×28.1+0.2298) (1)(ii)在以下公式(2)中插入公式(1)中算出的β值，算出結(jié)晶粒徑。
結(jié)晶粒徑(nm)＝λ/(βcosθ) (2)公式(2)中，λ為X射線的波長(zhǎng)(0.15405nm)。
本發(fā)明的層疊陶瓷基板的制造方法，是將在電介體層上形成有由銀構(gòu)成的電極層的陶瓷生片進(jìn)行層疊焙燒從而制造層疊陶瓷基板的方法，該電介體層由至少含有Si及Ca的玻璃和氧化鋁混合的玻璃陶瓷材料構(gòu)成。這種層疊陶瓷基板的制造方法，其特征在于以焙燒后的電介體層含有蠕陶土(CaAl2Si2O8)結(jié)晶相、且其結(jié)晶粒尺寸為84nm以下的方式進(jìn)行焙燒。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠制造不降低機(jī)械強(qiáng)度而能夠降低銀從電極層遷移的發(fā)生的層疊陶瓷基板。
作為根據(jù)本發(fā)明制造方法的具體制造方法，例如可以列舉以下兩種焙燒方法。
第1焙燒方法，是指焙燒的最高溫度在820℃～865℃的范圍內(nèi)，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為1小時(shí)以上、2小時(shí)以內(nèi)，更優(yōu)選是焙燒的最高溫度在840℃～865℃的范圍內(nèi)，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為1.5小時(shí)以上、2小時(shí)以內(nèi)。
第2焙燒方法，是指焙燒的最高溫度在850℃～900℃的范圍內(nèi)，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度低50℃的溫度保持時(shí)間為40分鐘以內(nèi)，更優(yōu)選是焙燒的最高溫度在860℃～880℃的范圍內(nèi)，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為40分鐘以內(nèi)。該第2焙燒方法中，優(yōu)選是從最高溫度的冷卻速度為250℃/小時(shí)以上。
根據(jù)本發(fā)明，能夠不降低機(jī)械強(qiáng)度而降低銀從電極層遷移的發(fā)生。


圖1是表示結(jié)晶粒徑與由遷移造成的不良發(fā)生率的關(guān)系的圖。
圖2是表示本發(fā)明的層疊陶瓷基板的一實(shí)施例的分解斜視圖。
圖3是表示本發(fā)明的層疊陶瓷基板的一實(shí)施例的斜視圖。
圖4是表示本發(fā)明的層疊陶瓷基板的一實(shí)施例的局部剖開(kāi)的斜視圖。
圖5是用于說(shuō)明遷移的發(fā)生的剖視圖。
圖6是表示由焙燒曲線A3獲得的電介體層的X射線衍射圖。
圖7是表示由焙燒曲線A1獲得的電介體層的X射線衍射圖。
圖8是表示由焙燒曲線A2獲得的電介體層的X射線衍射圖。
圖9是表示結(jié)晶粒徑與抗彎強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖10是表示焙燒曲線A1～A3及B～E的圖。
圖11是表示焙燒曲線A1的圖。
圖12是表示焙燒曲線A2的圖。
圖13是表示焙燒曲線A3的圖。
圖14是表示焙燒曲線B的圖。
圖15是表示焙燒曲線C的圖。
圖16是表示焙燒曲線D的圖。
圖17是表示焙燒曲線E的圖。
具體的實(shí)施方式下面，根據(jù)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于以下實(shí)施例。
圖2及圖3是表示本發(fā)明的層疊陶瓷基板的一實(shí)施例的分解斜視圖及斜視圖。如圖2所示，在電介體層2之上形成有由銀構(gòu)成的電極層3。通過(guò)對(duì)這種電介體層2進(jìn)行層疊焙燒，從而獲得如圖3所示的層疊陶瓷基板1。層疊陶瓷基板1，按照電極層3的布線圖形，在其內(nèi)部形成電容器和電感器等。
圖4是這種層疊陶瓷基板的局部剖開(kāi)的斜視圖。如圖4所示，這種層疊陶瓷基板1上，電極層3a與電極層3b夾隔電介體層2對(duì)向配置。
圖5是用于說(shuō)明電極層的遷移的剖視圖。夾隔電介體層2對(duì)向這樣設(shè)置的電極層3a及3b，由于施加電壓，電極層3a及3b中的銀向電介體層2內(nèi)擴(kuò)散，發(fā)生遷移10。若遷移10與對(duì)向的電極層或從對(duì)向的電極層發(fā)生遷移的部分接觸，則在電極層3a及3b間發(fā)生短路。
(實(shí)施例)采用含有Ca的硼硅酸非晶質(zhì)玻璃與氧化鋁的配合比例為重量比(30～60)∶(70～40)的低溫焙燒型玻璃陶瓷材料，制作陶瓷生片。玻璃陶瓷材料的組成是Al2O344～52重量％、SiO233～40重量％、CaO8.0～13.0重量％及B2O31.0～15.0重量％。電介體層的厚度約為50μm，電介體層之上形成厚度約為20μm的由Ag構(gòu)成的電極層，從而制作成陶瓷生片。
采用該陶瓷生片，制作圖2及圖3所示的層疊陶瓷基板。作為焙燒條件，在表1及圖10所示的焙燒曲線A1～A3及B～E下進(jìn)行。
表1
圖11～圖17，分別表示各焙燒曲線，圖11表示A1的焙燒曲線、圖12表示A2的焙燒曲線、圖13表示A3的焙燒曲線、圖14表示B的焙燒曲線、圖15表示C的焙燒曲線、圖16表示D的焙燒曲線、圖17表示E的焙燒曲線。
圖6～圖8表示在焙燒曲線A1～A3下獲得的層疊陶瓷基板的電介體層的X射線衍射(XRD)圖。圖6與在最高焙燒溫度840℃的焙燒曲線A3下獲得的電介體層相對(duì)應(yīng)，圖7與在最高焙燒溫度860℃的焙燒曲線A1下獲得的電介體層相對(duì)應(yīng)，圖8與在最高焙燒溫度880℃的焙燒曲線A2下獲得的電介體層相對(duì)應(yīng)。如圖6～圖8所表明的，最高焙燒溫度越高，則蠕陶土的結(jié)晶峰值越高。
關(guān)于各焙燒曲線下所獲得的電介體層，根據(jù)上述公式(1)及(2)測(cè)定結(jié)晶粒徑，結(jié)果如表2所示。
另外，關(guān)于各焙燒曲線下所獲得的層疊陶瓷基板，根據(jù)JIS規(guī)格R1601(精密陶瓷的抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法)，測(cè)定抗彎強(qiáng)度，測(cè)定結(jié)果如表2及圖9所示。
另外，關(guān)于各焙燒曲線下所獲得的層疊陶瓷基板，測(cè)定由遷移造成的不良發(fā)生率，測(cè)定結(jié)果如表2及圖1所示。
還有，由遷移造成的不良發(fā)生率，如以下進(jìn)行測(cè)定。
用萬(wàn)用表測(cè)定2個(gè)電極間的電阻，將在相同條件下焙燒的陶瓷基板中發(fā)生短路不良的個(gè)數(shù)的比例作為遷移不良生率。
遷移不良發(fā)生率(％)＝發(fā)生短路不良的陶瓷基板個(gè)數(shù)/同條件下焙燒的陶瓷基板個(gè)數(shù)×100％表2

如圖1及表2所示的結(jié)果所表明的，若結(jié)晶粒徑為84nm以下，則由遷移造成的不良發(fā)生率在10％以下。另外，若結(jié)晶粒徑為78nm以下，則由遷移造成的不良發(fā)生率在5％以下，若結(jié)晶粒徑為60nm以下，則由遷移造成的不良發(fā)生率可降低到1％以下。因此，可知蠕陶土的結(jié)晶粒徑，優(yōu)選是在1nm～84nm的范圍，更優(yōu)選是在1nm～78nm的范圍，特別優(yōu)選是在1nm～60nm的范圍。
另外，如圖9及表2所示的結(jié)果所表明的，可知結(jié)晶粒徑與抗彎強(qiáng)度沒(méi)有相關(guān)關(guān)系，即使結(jié)晶粒徑在84nm以下，也能保證機(jī)械強(qiáng)度。
如表2所表明的那樣，能夠使結(jié)晶粒徑為84nm以下的焙燒曲線是A1、A3、B、D及E。
焙燒曲線A1中，焙燒的最高溫度為860℃，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間約為1.6小時(shí)。另外，焙燒曲線A3中，焙燒的最高溫度為840℃，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為約1.7小時(shí)。由這些可知，作為使結(jié)晶粒徑為84nm以下的第1焙燒方法，可以列舉出焙燒的最高溫度在820℃～865℃的范圍內(nèi)、從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為約1小時(shí)以上且2小時(shí)以內(nèi)的方法。
焙燒曲線B中，焙燒的最高溫度為860℃，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為約1.6小時(shí)。焙燒曲線D中，焙燒的最高溫度為860℃，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為約10分鐘。焙燒曲線E中，焙燒的最高溫度為860℃，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為約40分鐘。
由這些焙燒曲線可知，作為使結(jié)晶粒徑在84nm以下的第2焙燒方法，可以列舉出焙燒的最高溫度在850℃～900℃的范圍內(nèi)、從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為40分鐘以內(nèi)的方法。第2焙燒方法中，優(yōu)選是從最高溫度的冷卻速度為250℃/小時(shí)以上。
權(quán)利要求
1.一種層疊陶瓷基板，該層疊陶瓷基板是對(duì)在由玻璃陶瓷材料構(gòu)成的電介體層之上形成有由銀構(gòu)成的電極層的陶瓷生片進(jìn)行層疊焙燒而獲得的，其中該玻璃陶瓷材料是將至少含有Si及Ca的玻璃和氧化鋁混合而成的，這種層疊陶瓷基板，其特征在于焙燒后的上述電介體層含有蠕陶土即CaAl2Si2O8結(jié)晶相、且其結(jié)晶粒尺寸為84nm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊陶瓷基板，其特征在于上述玻璃為硼硅酸玻璃。
3.一種層疊陶瓷基板的制造方法，該方法是通過(guò)對(duì)在由玻璃陶瓷材料構(gòu)成的電介體層之上形成有由銀構(gòu)成的電極層的陶瓷生片進(jìn)行層疊焙燒而制造層疊陶瓷基板的方法，其中該玻璃陶瓷材料是將至少含有Si及Ca的玻璃和氧化鋁混合而成的，這種層疊陶瓷基板的制造方法，其特征在于以焙燒后的上述電介體層含有蠕陶土即CaAl2Si2O8結(jié)晶相、且其結(jié)晶粒尺寸為84nm以下的方式進(jìn)行焙燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層疊陶瓷基板的制造方法，其特征在于焙燒的最高溫度在820℃～865℃的范圍內(nèi)，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為1小時(shí)以上、2小時(shí)以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層疊陶瓷基板的制造方法，其特征在于焙燒的最高溫度在850℃～900℃的范圍內(nèi)，從到達(dá)最高溫度后到比最高溫度減50℃的溫度保持時(shí)間為40分鐘以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的層疊陶瓷基板的制造方法，其特征在于從最高溫度起的冷卻速度為250℃/小時(shí)以上。
全文摘要
一種層疊陶瓷基板及其制造方法，該層疊陶瓷基板，對(duì)在電介體層之上形成有由銀構(gòu)成的電極層的陶瓷生片進(jìn)行層疊焙燒從而獲得，該電介體層由將至少含有Si及Ca的玻璃和氧化鋁混合的玻璃陶瓷材料構(gòu)成。這種層疊陶瓷基板，其特征在于焙燒后的電介體層含有蠕陶土(CaAl
文檔編號(hào)C04B35/117GK1678174SQ20051006255
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者野野上寬, 吉川秀樹(shù), 脅坂健一郎 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社