专利名称：层叠陶瓷基板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于便携电话等移动通讯终端等中的层叠陶瓷基板及其制造方法。
背景技术：
在近年普及的便携电话等移动通讯设备及便携通讯终端中，由于对其小型化的要求，而要求这些中所使用的高频电路部件也小型化及高性能化。
在高频电路基板中，取代现有的在印制基板表面安装了电容器和电感器等的模块，而采用在电介体陶瓷基板上层叠形成电容器和电感器等图形布线这种小型化的构成。
层叠陶瓷基板，一般是将采用丝网印刷法等形成规定布线图形的玻璃陶瓷等生片进行层叠，再在900℃左右的温度将其焙烧制作。作为布线图形的材料，多采用导电率高、且能够在空气中焙烧的银(Ag)。
不过，存在的问题是银容易产生迁移(migration)现象，在夹隔电介体层相对向的银布线电极间容易发生短路不良。
特开平11-49531号公报，利用在电介体层的玻璃陶瓷材料中的玻璃成分中含有CuO，从而抑制焙烧时Ag的离子化，抑制Ag在玻璃陶瓷中扩散。
专利2501740号中，公布了一种含有蠕陶土(anauxite)结晶相的低温焙烧陶瓷基板，不过，关于蠕陶土，在与Ag的迁移的关系上却没有任何记载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够不降低机械强度、而减少银从电极层迁移的发生的层叠陶瓷基板及其制造方法。
本发明的层叠陶瓷基板，将在电介体层上形成有由银构成的电极层的陶瓷生片进行层叠焙烧从而获得，该电介体层由至少含有Si及Ca的玻璃和氧化铝混合的玻璃陶瓷材料构成，这种层叠陶瓷基板，其特征在于焙烧后的电介体层含有蠕陶土(CaAl2Si2O8)结晶相、且其结晶粒尺寸为84nm以下。
根据本发明，使焙烧后的电介体层的蠕陶土结晶相的结晶粒尺寸为84nm以下，从而能够不降低机械强度而降低银从电极层迁移的发生。
关于使蠕陶土结晶相的结晶粒尺寸为84nm以下、从而能够降低银从电极层迁移的发生的详细理由不清楚，不过推测如下。
即，认为若玻璃结晶化，则非晶质部分减少，在该非晶质部分溶出的Ag容易凝聚。另外，由于Ag沿结晶粒的外周移动，因而结晶粒增大，则凝聚的Ag沿增大了的结晶粒的外周移动，容易发生迁移。根据本发明，认为通过使结晶粒尺寸为84nm以下，从而抑制在非晶质部分溶出的Ag的凝聚，还通过减小结晶粒尺寸，从而能降低迁移的发生。另外，可知即使蠕陶土结晶相的结晶粒尺寸减小，层叠陶瓷基板的机械强度也不会降低。
因此，根据本发明，能够不降低机械强度而降低银从电极层迁移的发生。
本发明的玻璃陶瓷材料中的玻璃，至少含有Si及Ca为好，而优选采用硼硅酸玻璃。
另外，本发明的玻璃陶瓷材料中含有作为陶瓷成分的氧化铝，不过，也可以含有氧化铝以外的陶瓷成分。
作为玻璃成分的组成，可以列举出例如，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％的组成。
本发明的玻璃陶瓷材料中的玻璃成分与氧化铝成分的配合比，优选是玻璃30重量％～60重量％、氧化铝70重量％～40重量％左右。
本发明的蠕陶土结晶相的结晶粒尺寸(结晶粒径)，可以根据Scherrer公式，如以下求得。
(i)将经由X射线衍射观测的28.1°的衍射峰的半峰宽按照以下(1)公式修正从而求得积分峰宽。
β(度)＝28.1°的半峰宽-(-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，算出结晶粒径。
结晶粒径(nm)＝λ/(βcosθ) (2)公式(2)中，λ为X射线的波长(0.15405nm)。
本发明的层叠陶瓷基板的制造方法，是将在电介体层上形成有由银构成的电极层的陶瓷生片进行层叠焙烧从而制造层叠陶瓷基板的方法，该电介体层由至少含有Si及Ca的玻璃和氧化铝混合的玻璃陶瓷材料构成。这种层叠陶瓷基板的制造方法，其特征在于以焙烧后的电介体层含有蠕陶土(CaAl2Si2O8)结晶相、且其结晶粒尺寸为84nm以下的方式进行焙烧。
根据本发明的制造方法，能够制造不降低机械强度而能够降低银从电极层迁移的发生的层叠陶瓷基板。
作为根据本发明制造方法的具体制造方法，例如可以列举以下两种焙烧方法。
第1焙烧方法，是指焙烧的最高温度在820℃～865℃的范围内，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为1小时以上、2小时以内，更优选是焙烧的最高温度在840℃～865℃的范围内，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为1.5小时以上、2小时以内。
第2焙烧方法，是指焙烧的最高温度在850℃～900℃的范围内，从到达最高温度后到比最高温度低50℃的温度保持时间为40分钟以内，更优选是焙烧的最高温度在860℃～880℃的范围内，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为40分钟以内。该第2焙烧方法中，优选是从最高温度的冷却速度为250℃/小时以上。
根据本发明，能够不降低机械强度而降低银从电极层迁移的发生。
图1是表示结晶粒径与由迁移造成的不良发生率的关系的图。
图2是表示本发明的层叠陶瓷基板的一实施例的分解斜视图。
图3是表示本发明的层叠陶瓷基板的一实施例的斜视图。
图4是表示本发明的层叠陶瓷基板的一实施例的局部剖开的斜视图。
图5是用于说明迁移的发生的剖视图。
图6是表示由焙烧曲线A3获得的电介体层的X射线衍射图。
图7是表示由焙烧曲线A1获得的电介体层的X射线衍射图。
图8是表示由焙烧曲线A2获得的电介体层的X射线衍射图。
图9是表示结晶粒径与抗弯强度的关系的图。
图10是表示焙烧曲线A1～A3及B～E的图。
图11是表示焙烧曲线A1的图。
图12是表示焙烧曲线A2的图。
图13是表示焙烧曲线A3的图。
图14是表示焙烧曲线B的图。
图15是表示焙烧曲线C的图。
图16是表示焙烧曲线D的图。
图17是表示焙烧曲线E的图。
具体的实施方式下面，根据实施例说明本发明，但本发明并不仅限于以下实施例。
图2及图3是表示本发明的层叠陶瓷基板的一实施例的分解斜视图及斜视图。如图2所示，在电介体层2之上形成有由银构成的电极层3。通过对这种电介体层2进行层叠焙烧，从而获得如图3所示的层叠陶瓷基板1。层叠陶瓷基板1，按照电极层3的布线图形，在其内部形成电容器和电感器等。
图4是这种层叠陶瓷基板的局部剖开的斜视图。如图4所示，这种层叠陶瓷基板1上，电极层3a与电极层3b夹隔电介体层2对向配置。
图5是用于说明电极层的迁移的剖视图。夹隔电介体层2对向这样设置的电极层3a及3b，由于施加电压，电极层3a及3b中的银向电介体层2内扩散，发生迁移10。若迁移10与对向的电极层或从对向的电极层发生迁移的部分接触，则在电极层3a及3b间发生短路。
(实施例)采用含有Ca的硼硅酸非晶质玻璃与氧化铝的配合比例为重量比(30～60)∶(70～40)的低温焙烧型玻璃陶瓷材料，制作陶瓷生片。玻璃陶瓷材料的组成是Al2O344～52重量％、SiO233～40重量％、CaO8.0～13.0重量％及B2O31.0～15.0重量％。电介体层的厚度约为50μm，电介体层之上形成厚度约为20μm的由Ag构成的电极层，从而制作成陶瓷生片。
采用该陶瓷生片，制作图2及图3所示的层叠陶瓷基板。作为焙烧条件，在表1及图10所示的焙烧曲线A1～A3及B～E下进行。
表1
图11～图17，分别表示各焙烧曲线，图11表示A1的焙烧曲线、图12表示A2的焙烧曲线、图13表示A3的焙烧曲线、图14表示B的焙烧曲线、图15表示C的焙烧曲线、图16表示D的焙烧曲线、图17表示E的焙烧曲线。
图6～图8表示在焙烧曲线A1～A3下获得的层叠陶瓷基板的电介体层的X射线衍射(XRD)图。图6与在最高焙烧温度840℃的焙烧曲线A3下获得的电介体层相对应，图7与在最高焙烧温度860℃的焙烧曲线A1下获得的电介体层相对应，图8与在最高焙烧温度880℃的焙烧曲线A2下获得的电介体层相对应。如图6～图8所表明的，最高焙烧温度越高，则蠕陶土的结晶峰值越高。
关于各焙烧曲线下所获得的电介体层，根据上述公式(1)及(2)测定结晶粒径，结果如表2所示。
另外，关于各焙烧曲线下所获得的层叠陶瓷基板，根据JIS规格R1601(精密陶瓷的抗弯强度试验方法)，测定抗弯强度，测定结果如表2及图9所示。
另外，关于各焙烧曲线下所获得的层叠陶瓷基板，测定由迁移造成的不良发生率，测定结果如表2及图1所示。
还有，由迁移造成的不良发生率，如以下进行测定。
用万用表测定2个电极间的电阻，将在相同条件下焙烧的陶瓷基板中发生短路不良的个数的比例作为迁移不良生率。
迁移不良发生率(％)＝发生短路不良的陶瓷基板个数/同条件下焙烧的陶瓷基板个数×100％表2
如图1及表2所示的结果所表明的，若结晶粒径为84nm以下，则由迁移造成的不良发生率在10％以下。另外，若结晶粒径为78nm以下，则由迁移造成的不良发生率在5％以下，若结晶粒径为60nm以下，则由迁移造成的不良发生率可降低到1％以下。因此，可知蠕陶土的结晶粒径，优选是在1nm～84nm的范围，更优选是在1nm～78nm的范围，特别优选是在1nm～60nm的范围。
另外，如图9及表2所示的结果所表明的，可知结晶粒径与抗弯强度没有相关关系，即使结晶粒径在84nm以下，也能保证机械强度。
如表2所表明的那样，能够使结晶粒径为84nm以下的焙烧曲线是A1、A3、B、D及E。
焙烧曲线A1中，焙烧的最高温度为860℃，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间约为1.6小时。另外，焙烧曲线A3中，焙烧的最高温度为840℃，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为约1.7小时。由这些可知，作为使结晶粒径为84nm以下的第1焙烧方法，可以列举出焙烧的最高温度在820℃～865℃的范围内、从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为约1小时以上且2小时以内的方法。
焙烧曲线B中，焙烧的最高温度为860℃，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为约1.6小时。焙烧曲线D中，焙烧的最高温度为860℃，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为约10分钟。焙烧曲线E中，焙烧的最高温度为860℃，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为约40分钟。
由这些焙烧曲线可知，作为使结晶粒径在84nm以下的第2焙烧方法，可以列举出焙烧的最高温度在850℃～900℃的范围内、从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为40分钟以内的方法。第2焙烧方法中，优选是从最高温度的冷却速度为250℃/小时以上。
权利要求
1.一种层叠陶瓷基板，该层叠陶瓷基板是对在由玻璃陶瓷材料构成的电介体层之上形成有由银构成的电极层的陶瓷生片进行层叠焙烧而获得的，其中该玻璃陶瓷材料是将至少含有Si及Ca的玻璃和氧化铝混合而成的，这种层叠陶瓷基板，其特征在于焙烧后的上述电介体层含有蠕陶土即CaAl2Si2O8结晶相、且其结晶粒尺寸为84nm以下。
2.根据权利要求1所述的层叠陶瓷基板，其特征在于上述玻璃为硼硅酸玻璃。
3.一种层叠陶瓷基板的制造方法，该方法是通过对在由玻璃陶瓷材料构成的电介体层之上形成有由银构成的电极层的陶瓷生片进行层叠焙烧而制造层叠陶瓷基板的方法，其中该玻璃陶瓷材料是将至少含有Si及Ca的玻璃和氧化铝混合而成的，这种层叠陶瓷基板的制造方法，其特征在于以焙烧后的上述电介体层含有蠕陶土即CaAl2Si2O8结晶相、且其结晶粒尺寸为84nm以下的方式进行焙烧。
4.根据权利要求3所述的层叠陶瓷基板的制造方法，其特征在于焙烧的最高温度在820℃～865℃的范围内，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为1小时以上、2小时以内。
5.根据权利要求3所述的层叠陶瓷基板的制造方法，其特征在于焙烧的最高温度在850℃～900℃的范围内，从到达最高温度后到比最高温度减50℃的温度保持时间为40分钟以内。
6.根据权利要求5所述的层叠陶瓷基板的制造方法，其特征在于从最高温度起的冷却速度为250℃/小时以上。
全文摘要
一种层叠陶瓷基板及其制造方法，该层叠陶瓷基板，对在电介体层之上形成有由银构成的电极层的陶瓷生片进行层叠焙烧从而获得，该电介体层由将至少含有Si及Ca的玻璃和氧化铝混合的玻璃陶瓷材料构成。这种层叠陶瓷基板，其特征在于焙烧后的电介体层含有蠕陶土(CaAl
文档编号C04B35/117GK1678174SQ20051006255
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月30日
发明者野野上宽, 吉川秀树, 胁坂健一郎 申请人:三洋电机株式会社