高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法
【課題】 誘電特性及びハンドリング性に優れた高誘電率複合基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 高誘電率複合基板１は、誘電体セラミックス膜２と、その上面及び下面の両面に形成された金属体３，４とを備えている。誘電体セラミックス膜２は、樹脂５と、セラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体６と、から構成されている。この誘電体セラミックス膜２は、樹脂５内で、セラミックス焼結体６が連続するように形成されている。この連続したセラミックス焼結体６により、連続した空孔が形成されている。
【解決手段】 高誘電率複合基板１は、誘電体セラミックス膜２と、その上面及び下面の両面に形成された金属体３，４とを備えている。誘電体セラミックス膜２は、樹脂５と、セラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体６と、から構成されている。この誘電体セラミックス膜２は、樹脂５内で、セラミックス焼結体６が連続するように形成されている。この連続したセラミックス焼結体６により、連続した空孔が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスの分野において、プリント基板、電子部品等には、種々の特性が一層厳しく要求されるようになっている。例えば、情報通信産業の著しい発展により、各種情報機器に使用されるプリント基板においては、小型化、高性能化への進歩が目覚ましい。従来は、プリント基板上にチップとしてコンデンサ素子やインダクタ素子、ＩＣ等の電子部品を高密度に実装することにより高機能化を含めた上記のような要求に対応してきた。
【０００３】
しかしながら、さらなる小型化、高機能化、また、昨今電子部品に強く要求されるようになりつつある薄型化のためには、従来単なる配線板として用いられてきた基板自体に機能を持たせることにより対応することがさらに望まれるようになってきている。具体的には、基板内に回路素子を内蔵することによる対応が提案されている。
【０００４】
コンデンサ素子においても、多層化した基板内部に形成することにより機能回路基板の小型化に寄与することが求められている。このためには、多層化したプリント基板内に形成できるコンデンサ素子が必要であり、基板の薄型の観点から素子としても薄く形成できるものが望まれている。薄型化に関して言えば、単位面積の取得容量を大きくできるという観点からも好ましいものとなっている。また、材料については、当然のことながら、単位面積当たりの取得容量を大きくするために、高い誘電率を持つ材料が求められている。
【０００５】
材料の高誘電率化を図る方法としては、例えば、材料を構成する樹脂中に高誘電率の無機フィラ−を分散させた複合基板が数多く提案されており、例えば、特許文献１には、重量平均分子量１０００００以上の高分子量エポキシ樹脂に誘電率５０以上の無機粉末を分散するように混合する高誘電率フィルムが提案されている。
【特許文献１】特開平９−１２７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、高誘電率材料である無機フィラー間に、低誘電率材料である樹脂が存在するため、無機フィラーの誘電率を十分に生かしているとはいえず、できあがった複合材料（複合基板）としては、誘電率が十分に高くなっていないという問題がある。このような場合に、フィラーの充填量を増やすことにより複合材料の高誘電率化を図ることは可能であるが、これでは、基板自体がもろくなり、製造工程中に割れ欠け等の不具合を生じ、ハンドリング性に問題が生じてしまう。また、フィラーの充填量を増やすことは、銅箔と複合材料との密着強度の低下をきたし、信頼性上も好ましいものとはならない。
【０００７】
さらに、コンデンサとしての取得容量を増やすべく、薄層化した場合には、フィラーの充填量が多いと、薄層化したことにより基板のもろさが顕著となり、製造工程上問題となってしまう。
【０００８】
このため、多層プリント配線板に内蔵可能な誘電率が高く、薄型化可能なハンドリング性に優れた高誘電率複合材料および基板、シートが求められている。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、誘電特性及びハンドリング性に優れた高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、薄層化に適した高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる高誘電率複合基板は、
樹脂と、該樹脂より誘電率の高いセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体と、を有する誘電体セラミックス膜と、
前記誘電体セラミックス膜の片面もしくは両面に貼り付けられた金属体と、を備え、
前記誘電体セラミックス膜は、前記樹脂内で前記セラミックス焼結体が連続するように形成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
前記誘電体セラミックス膜は、前記連続したセラミックス焼結体により連続した空孔が形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記セラミックス材料は、その誘電率が１０以上であることが好ましい。
【００１３】
前記セラミックス焼結体は、例えば、前記セラミックス材料が互いに反応することにより連続する。
【００１４】
高誘電率複合基板は、その厚さが、例えば、０．２ｍｍ以下である。
【００１５】
本発明の第２の観点にかかる高誘電率複合シートは、本発明の第１の観点にかかる高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去することにより形成されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の観点にかかる高誘電率複合基板の製造方法は、
セラミックス材料と、バインダー樹脂とを含む塗料原料を溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製する塗料作製工程と、
前記塗料作製工程で作製された塗料を金属体上に塗工・乾燥させ、金属体付シートを作製する金属体付シート作製工程と、
前記金属体付シート作製工程で作製された金属体付シートを焼成してバインダー樹脂を除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製する焼成工程と、
前記焼成工程で作製された金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に含浸可能な樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスするプレス工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１７】
前記塗料原料は、樹脂ビーズを含み、
前記焼成工程では、前記金属体付シートを焼成してバインダー樹脂及び樹脂ビーズを除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製することが好ましい。
【００１８】
前記焼成工程では、前記セラミックス材料を互いに反応させ、連続したセラミックス焼結体を作製することが好ましい。
【００１９】
前記プレス工程では、金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に、金属体上に含浸可能な樹脂フィルムが貼り付けられた金属体付樹脂フィルムの樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスすることが好ましい。
【００２０】
前記プレス工程では、セラミックス焼結体に樹脂フィルムの樹脂を含浸させることが好ましい。
【００２１】
前記焼成工程では、金属体付シートを６００℃〜１２００℃で焼成することが好ましい。
【００２２】
前記焼成工程では、金属体全体が酸化しない雰囲気下で金属体付シートを焼成することが好ましい。
【００２３】
前記セラミックス材料に誘電率が１０以上のセラミック材料を用いることが好ましい。
【００２４】
本発明の第４の観点にかかる高誘電率複合シートの製造方法は、本発明の第３の観点にかかる高誘電率複合基板の製造方法により高誘電率複合基板を製造する工程と、
前記工程により製造された高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去する工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、誘電特性及びハンドリング性に優れた高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法について説明する。
図１に本実施の形態の高誘電率複合基板の断面構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、高誘電率複合基板１は、高誘電率複合シートとしての誘電体セラミックス膜２と、その上面及び下面の両面に形成された金属体３，４とを備えている。
【００２８】
誘電体セラミックス膜２は、樹脂５と、後述するセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体６と、から構成されている。この誘電体セラミックス膜２は、樹脂５内で、セラミックス焼結体６が連続するように形成されている。この連続したセラミックス焼結体６により、例えば、連続した空孔が形成されている。図２にセラミックス焼結体６の形状を示す。図２は、セラミックス焼結体６を電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【００２９】
図２に示すように、セラミックス焼結体６は、セラミックス焼結体６を構成する各セラミックス材料（粒子）の端部が連結するように形成されている。このため、セラミックス焼結体６は、いわゆるハニカム構造体のように粒子が密に焼結した中に空孔が形成しているというよりも、粗な焼結であって、セラミックス粒子の端部同士がくっついているように形成されている。このように、各セラミックス粒子が連続するように形成されているので、セラミックス粒子（フィラー）間の樹脂５がなくなり、高誘電率複合基板１の高誘電率化を図ることができる。
【００３０】
また、このようなセラミックス焼結体６により形成された空孔内に樹脂５が含浸することにより、誘電体セラミックス膜２が形成される。このため、基板としてのもろさを低減し、柔軟性を持たせることができる。このため、高誘電率複合基板１の高誘電率化とハンドリング性の両立を実現している。
【００３１】
樹脂５としては、熱可塑性樹脂、及び、熱硬化性樹脂の双方が利用可能である。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルベンジルエーテル化合物樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネートエステル系樹脂、ポリイミド、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンオキサイド、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等があり、それら単独、もしくは、少なくとも１種類以上含まれたものであってもよい。樹脂５が熱可塑性樹脂の場合には、後述する熱プレスの加熱温度以下の融点を有する熱可塑性樹脂、すなわち、加熱溶融可能な熱可塑性樹脂であることが必要である。
【００３２】
セラミックス焼結体６は、セラミックス材料を所定の温度、例えば、６００〜１２００℃で焼結することにより形成される。セラミックス材料としては、樹脂よりも誘電率（ε）が高い材料が利用可能である。
【００３３】
セラミックス材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２やＴｉＯ２，ＢａＴｉＯ３，ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘ，Ｐｂ１−ｘＬａｙＺｒＴｉ１−ｘＯ３，ＳｒＢｉ２ＴａＯ３等のペロブスカイト構造を持つ複合酸化物やその他の強誘電体材料、あるいは、ＭｇＴｉＯ３，Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｂａ（Ｎｉ１／３Ｔａ２／３），Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３），ＢａＮｄ２Ｔｉ４Ｏ１２，Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０，ＬａＡｌＯ３，ＰｒＡｌＯ３，ＳｍＡｌＯ３，ＹＡｌＯ３，ＧｄＡｌＯ３，ＤｙＡｌＯ３，ＥｒＡｌＯ３，Ｓｒ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｎｉ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｃａ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０，Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３などを主成分とする材料が利用可能であるが、一般的なセラミックス材料であれば、本発明の組成として使用可能である。また、焼結性をコントロールするためにガラス成分を添加しても良いことは言うまでもない。
【００３４】
セラミックス材料は、その誘電率が１０以上であることが好ましく、１００以上であることがさらに好ましい。誘電率が１００以上となるような誘電体材料としては、ＴｉＯ２，ＢａＴｉＯ３，ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３を単独または主成分とする複合酸化物があげられる。このようなセラミックス材料を本発明に用いれば、本発明の目的である基板の小型化、コンデンサ層の高容量化に対して一層効果的である。
【００３５】
ガラス成分としては、結晶化ガラスでも非晶質ガラスでも一般的なガラスであれば使用可能である。例えば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＲＯ（Ｒは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）を含むものが挙げられ、具体的には、ＳｉＯ２−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系のガラスやＢｉ系のガラスおよびそれらを主成分とするガラスなどが利用可能である。
【００３６】
セラミックス材料の平均粒径は、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．３μｍ〜３μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。
セラミックス材料の含有量は、樹脂５とセラミックス材料の合計を１００体積％（ｖｏｌ％）としたとき、２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％の範囲とすることが好ましい。
【００３７】
また、誘電体セラミックス膜２に、必要に応じて、種々の分散剤、可塑剤、難燃剤、添加剤等を配合してもよい。
【００３８】
金属体３，４としては、金属箔や金属膜などを用いることが可能である。
【００３９】
金属箔としては、銅箔、ニッケル箔、アルミ箔、金箔、それらを含んだ合金箔、およびこれらと他の金属とのクラッド箔、さらにはこれら箔の表面を異材質金属めっきにより表面処理を施した箔などがある。ここで、クラッド箔とは、異材質金属の張り合わせをした箔であり、例えば、銅箔にニッケルを貼り合わせたものがある。このクラッド箔の組み合わせ相手は入手可能な金属であれば何でもよい。また、表面処理するめっきの種類はめっき可能な金属であれば何でもよい。金属箔の製造法については、電解によって作製されたものであっても、圧延により作製されたものであっても差し支えないが、誘電体セラミックス膜２との密着性をよくするために表面粗化、表面の防錆処理、カップリング処理等の表面処理を施すことが好ましい。
【００４０】
金属膜としては、めっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、金属ナノペーストによる焼成などにより形成される金属膜が用いられる。めっきにより形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金、銀、錫等およびそれらを含んだ合金がある。スパッタにより形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、錫等およびそれらを含んだ合金がある。蒸着により形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、錫等がある。ＣＶＤにより形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金等およびそれらを含んだ合金がある。金属ナノペーストによる焼成により形成される金属膜としては、例えば、銀、銅、金等がある。なお、焼成は、活性度の高いナノ粒子を低温で含浸した樹脂が分解しない温度（例えば、２００℃程度）で焼成することが好ましい。
【００４１】
配線導体の材質としては、銅が望ましい。銅の形成方法としては、圧延銅箔や電解銅箔といった箔をエッチングによりパターニングしたものやめっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、もしくはナノ粒子等の反応性に優れた粒子を低温熱処理によって形成されたものが挙げられる。当然のことながら、これらを組み合わせたものでもよい。また、必要に応じてニッケル、金等により表面処理を加えたものであってもよい。
【００４２】
このような構成を有する高誘電率複合基板１の膜厚は特に限定されないが、薄層化に適するように、例えば、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
次に、以上のように構成された高誘電率複合基板１の製造方法について説明する。図３は、高誘電率複合基板１の製造工程を示す図である。
【００４４】
まず、セラミックス材料（セラミックス粒子）と、バインダー樹脂と、樹脂ビーズとを溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製する。ここで、樹脂ビーズは、後述するように、誘電体セラミックス膜２に空孔を形成するためのものであり、作製すべき空孔度によって添加量、粒径が適宜決められる。ただし、後述するように、樹脂ビーズを入れなくても、適宜焼成条件をコントロールすることにより、誘電体セラミックス膜２に空孔を形成することは可能である。また、塗料中に、分散剤、可塑剤等を添加することも差し支えない。
【００４５】
ここで、樹脂ビーズは、後述する焼成時に分解可能なものであればよく、例えば、架橋ポリスチレン、架橋アクリル、架橋メタクリル酸メチル、ナイロン等から構成されている。また、樹脂ビーズは、セラミックス材料とバインダー樹脂とを含む塗料原料中において、使用溶剤に溶解しない程度の耐溶剤性を有するものであればよい。このような樹脂ビーズは中空のようなものであってもよい。
【００４６】
塗料の作成方法としては、一般的なセラミックス基板を作製する場合に用いるグリーンシート作製用の塗料を作る場合と同じ方法であり、塗料作製装置を使って塗料化する。塗料作製装置としては、ボールミル、ビーズミルといった一般的なものを用いることができる。
【００４７】
次に、一般的なセラミックス基板を作製する場合と同様に、ドクターブレード法やグラビア印刷法等のフィルム形成法を用いて、作製した塗料を金属体３上に塗工・乾燥させ、図３（ａ）に示すように、金属体３上にフィルム膜１１を作製する。また、スクリーン印刷等によって印刷形成してもよい。
【００４８】
続いて、金属体３上にフィルム膜１１が作製されたシートを所定形状に切り出した後、焼成炉により焼成を行う。この場合の焼成温度、焼成雰囲気は、焼成すべき材料に適した条件で行う。一般的な焼成温度としては、６００℃〜１２００℃である。焼成雰囲気は、金属体３が酸化されないような雰囲気で焼成行う必要がある。ただし、金属体３の表層が酸化する程度の雰囲気であれば問題ない。これは、後の工程にて酸化膜を除去すればよいためである。
【００４９】
この焼成により、フィルム膜１１から樹脂ビーズ及びバインダー樹脂が抜け、セラミックス粒子が互いに反応することにより、図３（ｂ）に示すように、前述の図２で示すような空孔を有する構造のセラミックス焼結体６が金属体３上に作製される。この焼成時に、樹脂ビーズおよびバインダー樹脂を適宜組成設計することにより、脱バイ時に形成された空孔が焼成してもそのまま残り、空孔を有するセラミックス焼結体６が形成される。
【００５０】
また、焼成条件としては、セラミックス粒子を完全に拡散、反応させる条件である必要はなく、ある程度のセラミックス粒子が連続体を形成できる程度の反応であればよい。すなわち、セラミックス粒子間のネックの成長がある程度始まった程度の条件であってもよい。このように、セラミックス粒子が連続するので、セラミックス粒子間に低誘電率材料である樹脂を存在させなくすることができる。
【００５１】
ところで、一般に、空孔を有する（多孔質化した）ものを薄く作製することは困難である。しかし、本実施の形態では、金属体３上でフィルム膜１１を焼成することにより空孔を有するセラミックス焼結体６を作製している。このため、金属体３が支持体となり、例えば、０．１ｍｍ以下といったような薄い膜であっても割れることなく、ハンドリング可能なものとなる。
【００５２】
次に、金属体上へのフィルム膜形成と同じ手法にて樹脂がフィルム形成された金属体を準備する。例えば、金属体４上に樹脂５からなる樹脂フィルム１２が貼り付けられた樹脂フィルム付金属体を準備する。
【００５３】
ここで、樹脂５は、セラミックス焼結体６に含浸可能な樹脂であればよく、例えば、Ｂステージ状態（半硬化状態）の熱硬化性樹脂、または、加熱溶融可能な熱可塑性樹脂（後述する熱プレスの加熱温度以下の融点を有する熱可塑性樹脂）を用いる。また、樹脂５は、少量の熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂に混合した樹脂であってもよく、これらの樹脂に種々の分散剤、可塑剤、難燃剤、添加剤等を配合したものであってもよい。
【００５４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、準備した樹脂フィルム付き金属体を樹脂フィルム１２面が、セラミックス焼結体６に対向するように重ね、加熱しながらプレスさせる。プレスは、加熱プレス、または、加熱ラミネートにより行う。また、プレスは、大気中で行うことも可能ではあるが、セラミックス焼結体６に十分に含浸させやすくするために真空中で行うことが好ましい。加熱条件としては、樹脂フィルム１２が硬化もしくは溶融する温度で行う。樹脂フィルム１２が硬化もしくは溶融する温度としては、１００℃〜４００℃程度の条件が考えられる。
【００５５】
以上のような工程を経ることにより、図３（ｄ）に示すように、金属体３，４間に誘電体セラミックス膜２が配置された高誘電率複合基板１を作製できる。このように作製された高誘電率複合基板１の誘電体セラミックス膜２は、セラミックス粒子が連続するので、セラミックス粒子間に低誘電率材料である樹脂が存在しなくなり、高誘電率複合基板１の高誘電率化を図ることができる。
【００５６】
高誘電率複合基板１の製造方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の方法が可能である。例えば、上記の実施の形態では、セラミックス粒子とバインダー樹脂と樹脂ビーズとを溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製したが、樹脂ビーズを加えなくてもよい。この場合、同様の手順により、塗料を金属体３上に塗工・乾燥したフィルム膜１１を焼成すれば、フィルム膜１１が金属体３に拘束された状態で焼成されるので、金属体３上に空孔を有する構造のセラミックス焼結体６に作製される。
【００５７】
また、図４（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す金属体３（４）上にセラミックス焼結体６が作製されたシートを２枚準備し、セラミックス焼結体６が対向するように配置するとともに、両者の間に、Ｂステージ状態あるいは含浸可能な完全硬化前の樹脂フィルム１２を配置し、加熱しながらプレスさせてもよい。この場合、図４（ｂ）に示すように、２層分の厚さを有する誘電体セラミックス膜２が配置された高誘電率複合基板１を作製できる。
【００５８】
また、図５（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す金属体３上にセラミックス焼結体６が作製されたシート上に、セラミックス焼結体６に含浸可能な樹脂フィルム、例えば、Ｂステージ状態の熱硬化性樹脂あるいは含浸可能な熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルム１２を配置し、加熱しながらプレスさせ、図５（ｂ）に示すように、金属体３上に誘電体セラミックス膜２を作製した後、図５（ｃ）に示すように、誘電体セラミックス膜２上に金属体４を作製してもよい。金属体４の作製は、めっき、スパッタ、蒸着法等により行うことができる。
【００５９】
また、図６（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す金属体３上にセラミックス焼結体６が作製されたシート上に、セラミックス焼結体６に含浸可能な樹脂フィルム、例えば、Ｂステージ状態あるいは含浸可能な完全硬化前熱硬化性樹脂もしくは溶融可能な熱可塑性樹脂のいずれからなる樹脂フィルム１２を配置するとともに、樹脂フィルム１２上に金属体４を配置し、加熱しながらプレスさせてもよい。この場合にも、図６（ｂ）に示すように、高誘電率複合基板１を作製できる。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、誘電体セラミックス膜２のセラミックス粒子が連続するので、高誘電率複合基板１の高誘電率化を図ることができる。また、金属体３上でフィルム膜１１を焼成しているので、空孔を有する薄い膜であっても割れることなく、ハンドリング可能なものとなる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６２】
（実施例１）
ポリビニール樹脂（積水化学工業株式会社製：ＢＨ−Ｓ）と樹脂ビーズ（綜研化学株式会社製：ＭＸ−１５０）、セラミックス材料としての誘電体材料（共立マテリアル株式会社製：Ｙ５Ｖ−Ｆ３ 材料１）を樹脂ビーズと誘電体材料との体積比が６：４となるように秤量し（樹脂ビーズ量６０ｖｏｌ％）、エタノール、トルエン、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、及び、オレイン酸を添加して塗料を作製した。この時の分散方法としては、ボールミルを使用し、約２４時間分散し塗料とした。
【００６３】
このように作製された塗料を、金属体３としての電解ニッケル箔（福田金属箔粉工業株式会社製）上へ約２０μｍの厚みにてシート状に塗工・乾燥させた後、１０ｃｍ角に切り出した。このシートを大気中で３８０℃で脱バイを行った後、窒素雰囲気中で昇温速度２００℃／ｈにて１１００℃・１時間の条件で焼成を行った。
【００６４】
得られたニッケル箔上に成型されたセラミックス焼結体６としての誘電体膜に、ビニルベンジル樹脂ＡＲＳ−０６８（昭和高分子株式会社製）が金属体４としての電解銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製：Ｆ２−ＷＳ １８μｍ厚）上にＢステージ状態で成型されたシート（樹脂厚み約２０μｍ）を、誘電体膜とビニルベンジル樹脂膜とが対向するようにセットした後、真空プレス機によりにプレス成形した。プレス条件は、圧力：３ＭＰａ、温度：１９５℃、プレス時間：３時間とした。このプレスにより、金属体の貼り付けと樹脂の誘電体膜への含浸および硬化が同時に行われ、両面金属張り基板を作製した。
【００６５】
（実施例２）
実施例２は、樹脂ビーズと誘電体材料との体積比を４：６としたこと（樹脂ビーズ量４０ｖｏｌ％）以外は、実施例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６６】
（実施例３）
実施例３は、樹脂ビーズと誘電体材料との体積比を２：８としたこと（樹脂ビーズ量２０ｖｏｌ％）以外は、実施例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６７】
（実施例４）
実施例４は、樹脂ビーズを加えなかったこと（樹脂ビーズ量なし）以外は、実施例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６８】
（実施例５）
実施例５は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ０．９７μｍ：材料２）に変えたこと以外は、実施例２と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６９】
（実施例６）
実施例６は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ １．７６μｍ：材料３）に変えたこと以外は、実施例２と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７０】
（実施例７）
実施例７は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ２．６４μｍ：材料４）に変えたこと以外は、実施例２と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７１】
（比較例１）
ビニルベンジル樹脂０６８（昭和高分子株式会社製）に、実施例１で使用したものと同じ誘電体材料（共立マテリアル株式会社製：Ｙ５Ｖ−Ｆ３）フィラーをフィラ−量が４０ｖｏｌ％（樹脂量６０ｖｏｌ％）になるように配合したスラリー溶液を作製した。このスラリー溶液をボールミルを用いて混合（４８時間）分散し、厚さ１８μの銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製：Ｆ２−ＷＳ １８μｍ厚）上に、塗工機を用いて分散したスラリー溶液を厚さ約２０μｍに塗工し、速度０．２５ｍ／ｍ、乾燥１２０℃にて銅箔付きシートを作製した。
【００７２】
この作製した銅箔付きシートを、銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製：Ｆ２−ＷＳ １８μｍ厚）の粗化面が対向するようにセットし、真空プレス機により圧力：３ＭＰａ、温度：１９５℃、プレス時間：３時間の条件でプレスを行ない、実施例１と同様に、金属張り両面基板を作製した。
【００７３】
（比較例２）
比較例２は、誘電体材料のフィラ−量が６０ｖｏｌ％（樹脂量４０ｖｏｌ％）としたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７４】
（比較例３）
比較例３は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ０．９７μｍ）に変えたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７５】
（比較例４）
比較例４は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ １．７６μｍ）に変えたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７６】
（比較例５）
比較例５は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ２．６４μｍ）に変えたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７７】
（評価）
このように作製された実施例１〜実施例７及び比較例１〜比較例５の金属張り両面基板（約１０ｃｍ角）を５ｍｍ幅にダイサー（株式会社ディスコ製）にてカットし、５ｍｍ角、誘電体層厚み約２０ｍｍ長の単板コンデンサを作製し、容量法により容量を測定し、厚みと面積とにより誘電率を算出した。容量測定の測定器としては、アジレントテクノロジー４２７５Ａ、１ＭＨｚの測定周波数にて測定を行った。実施例の測定結果を表１に示す。比較例の測定結果を表２に示す。
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
表１に示すように、実施例１〜実施例７のいずれの場合も、同材質の誘電体材料を分散させたものと比較例に比べ、高い誘電率が得られることが確認できた。また、実施例１〜実施例３に示すように、樹脂ビーズの量を変化させることにより誘電率のコントロールが可能であることが確認できた。実施例４に示すように、樹脂ビーズを用いなくとも高い誘電率が得られることが確認できた。実施例５〜実施例７に示すように、誘電体材料の粒径を変化させることにより誘電率を変化させることが可能であることが確認された。
【００８１】
一方、表２に示すように、比較例２では、誘電体材料を６０ｖｏｌ％とふやしても、極端に大きな誘電率とはならなかった。また、これ以上の添加量とすることは基板のハンドリング上難しい。比較例３〜比較例５に示すように、誘電体材料の種類、粒径を変えても、同じ材料組成のものを使ったものに比べて、低い誘電率となっている。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態の高誘電率複合基板の断面構成を示す図である。
【図２】セラミックス焼結体の形状を示す図である。
【図３】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図４】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図５】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図６】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 高誘電率複合基板
２ 誘電体セラミックス膜
３、４ 金属体
５ 樹脂
６ セラミックス焼結体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスの分野において、プリント基板、電子部品等には、種々の特性が一層厳しく要求されるようになっている。例えば、情報通信産業の著しい発展により、各種情報機器に使用されるプリント基板においては、小型化、高性能化への進歩が目覚ましい。従来は、プリント基板上にチップとしてコンデンサ素子やインダクタ素子、ＩＣ等の電子部品を高密度に実装することにより高機能化を含めた上記のような要求に対応してきた。
【０００３】
しかしながら、さらなる小型化、高機能化、また、昨今電子部品に強く要求されるようになりつつある薄型化のためには、従来単なる配線板として用いられてきた基板自体に機能を持たせることにより対応することがさらに望まれるようになってきている。具体的には、基板内に回路素子を内蔵することによる対応が提案されている。
【０００４】
コンデンサ素子においても、多層化した基板内部に形成することにより機能回路基板の小型化に寄与することが求められている。このためには、多層化したプリント基板内に形成できるコンデンサ素子が必要であり、基板の薄型の観点から素子としても薄く形成できるものが望まれている。薄型化に関して言えば、単位面積の取得容量を大きくできるという観点からも好ましいものとなっている。また、材料については、当然のことながら、単位面積当たりの取得容量を大きくするために、高い誘電率を持つ材料が求められている。
【０００５】
材料の高誘電率化を図る方法としては、例えば、材料を構成する樹脂中に高誘電率の無機フィラ−を分散させた複合基板が数多く提案されており、例えば、特許文献１には、重量平均分子量１０００００以上の高分子量エポキシ樹脂に誘電率５０以上の無機粉末を分散するように混合する高誘電率フィルムが提案されている。
【特許文献１】特開平９−１２７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、高誘電率材料である無機フィラー間に、低誘電率材料である樹脂が存在するため、無機フィラーの誘電率を十分に生かしているとはいえず、できあがった複合材料（複合基板）としては、誘電率が十分に高くなっていないという問題がある。このような場合に、フィラーの充填量を増やすことにより複合材料の高誘電率化を図ることは可能であるが、これでは、基板自体がもろくなり、製造工程中に割れ欠け等の不具合を生じ、ハンドリング性に問題が生じてしまう。また、フィラーの充填量を増やすことは、銅箔と複合材料との密着強度の低下をきたし、信頼性上も好ましいものとはならない。
【０００７】
さらに、コンデンサとしての取得容量を増やすべく、薄層化した場合には、フィラーの充填量が多いと、薄層化したことにより基板のもろさが顕著となり、製造工程上問題となってしまう。
【０００８】
このため、多層プリント配線板に内蔵可能な誘電率が高く、薄型化可能なハンドリング性に優れた高誘電率複合材料および基板、シートが求められている。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、誘電特性及びハンドリング性に優れた高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、薄層化に適した高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる高誘電率複合基板は、
樹脂と、該樹脂より誘電率の高いセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体と、を有する誘電体セラミックス膜と、
前記誘電体セラミックス膜の片面もしくは両面に貼り付けられた金属体と、を備え、
前記誘電体セラミックス膜は、前記樹脂内で前記セラミックス焼結体が連続するように形成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
前記誘電体セラミックス膜は、前記連続したセラミックス焼結体により連続した空孔が形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記セラミックス材料は、その誘電率が１０以上であることが好ましい。
【００１３】
前記セラミックス焼結体は、例えば、前記セラミックス材料が互いに反応することにより連続する。
【００１４】
高誘電率複合基板は、その厚さが、例えば、０．２ｍｍ以下である。
【００１５】
本発明の第２の観点にかかる高誘電率複合シートは、本発明の第１の観点にかかる高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去することにより形成されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の観点にかかる高誘電率複合基板の製造方法は、
セラミックス材料と、バインダー樹脂とを含む塗料原料を溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製する塗料作製工程と、
前記塗料作製工程で作製された塗料を金属体上に塗工・乾燥させ、金属体付シートを作製する金属体付シート作製工程と、
前記金属体付シート作製工程で作製された金属体付シートを焼成してバインダー樹脂を除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製する焼成工程と、
前記焼成工程で作製された金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に含浸可能な樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスするプレス工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１７】
前記塗料原料は、樹脂ビーズを含み、
前記焼成工程では、前記金属体付シートを焼成してバインダー樹脂及び樹脂ビーズを除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製することが好ましい。
【００１８】
前記焼成工程では、前記セラミックス材料を互いに反応させ、連続したセラミックス焼結体を作製することが好ましい。
【００１９】
前記プレス工程では、金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に、金属体上に含浸可能な樹脂フィルムが貼り付けられた金属体付樹脂フィルムの樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスすることが好ましい。
【００２０】
前記プレス工程では、セラミックス焼結体に樹脂フィルムの樹脂を含浸させることが好ましい。
【００２１】
前記焼成工程では、金属体付シートを６００℃〜１２００℃で焼成することが好ましい。
【００２２】
前記焼成工程では、金属体全体が酸化しない雰囲気下で金属体付シートを焼成することが好ましい。
【００２３】
前記セラミックス材料に誘電率が１０以上のセラミック材料を用いることが好ましい。
【００２４】
本発明の第４の観点にかかる高誘電率複合シートの製造方法は、本発明の第３の観点にかかる高誘電率複合基板の製造方法により高誘電率複合基板を製造する工程と、
前記工程により製造された高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去する工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、誘電特性及びハンドリング性に優れた高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の高誘電率複合基板、高誘電率複合シートおよびこれらの製造方法について説明する。
図１に本実施の形態の高誘電率複合基板の断面構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、高誘電率複合基板１は、高誘電率複合シートとしての誘電体セラミックス膜２と、その上面及び下面の両面に形成された金属体３，４とを備えている。
【００２８】
誘電体セラミックス膜２は、樹脂５と、後述するセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体６と、から構成されている。この誘電体セラミックス膜２は、樹脂５内で、セラミックス焼結体６が連続するように形成されている。この連続したセラミックス焼結体６により、例えば、連続した空孔が形成されている。図２にセラミックス焼結体６の形状を示す。図２は、セラミックス焼結体６を電子顕微鏡を用いて撮影した画像である。
【００２９】
図２に示すように、セラミックス焼結体６は、セラミックス焼結体６を構成する各セラミックス材料（粒子）の端部が連結するように形成されている。このため、セラミックス焼結体６は、いわゆるハニカム構造体のように粒子が密に焼結した中に空孔が形成しているというよりも、粗な焼結であって、セラミックス粒子の端部同士がくっついているように形成されている。このように、各セラミックス粒子が連続するように形成されているので、セラミックス粒子（フィラー）間の樹脂５がなくなり、高誘電率複合基板１の高誘電率化を図ることができる。
【００３０】
また、このようなセラミックス焼結体６により形成された空孔内に樹脂５が含浸することにより、誘電体セラミックス膜２が形成される。このため、基板としてのもろさを低減し、柔軟性を持たせることができる。このため、高誘電率複合基板１の高誘電率化とハンドリング性の両立を実現している。
【００３１】
樹脂５としては、熱可塑性樹脂、及び、熱硬化性樹脂の双方が利用可能である。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルベンジルエーテル化合物樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネートエステル系樹脂、ポリイミド、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル、ポリフェニレンオキサイド、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等があり、それら単独、もしくは、少なくとも１種類以上含まれたものであってもよい。樹脂５が熱可塑性樹脂の場合には、後述する熱プレスの加熱温度以下の融点を有する熱可塑性樹脂、すなわち、加熱溶融可能な熱可塑性樹脂であることが必要である。
【００３２】
セラミックス焼結体６は、セラミックス材料を所定の温度、例えば、６００〜１２００℃で焼結することにより形成される。セラミックス材料としては、樹脂よりも誘電率（ε）が高い材料が利用可能である。
【００３３】
セラミックス材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２やＴｉＯ２，ＢａＴｉＯ３，ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘ，Ｐｂ１−ｘＬａｙＺｒＴｉ１−ｘＯ３，ＳｒＢｉ２ＴａＯ３等のペロブスカイト構造を持つ複合酸化物やその他の強誘電体材料、あるいは、ＭｇＴｉＯ３，Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｂａ（Ｎｉ１／３Ｔａ２／３），Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３），ＢａＮｄ２Ｔｉ４Ｏ１２，Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０，ＬａＡｌＯ３，ＰｒＡｌＯ３，ＳｍＡｌＯ３，ＹＡｌＯ３，ＧｄＡｌＯ３，ＤｙＡｌＯ３，ＥｒＡｌＯ３，Ｓｒ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｎｉ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｓｒ（Ｃａ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０，Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３などを主成分とする材料が利用可能であるが、一般的なセラミックス材料であれば、本発明の組成として使用可能である。また、焼結性をコントロールするためにガラス成分を添加しても良いことは言うまでもない。
【００３４】
セラミックス材料は、その誘電率が１０以上であることが好ましく、１００以上であることがさらに好ましい。誘電率が１００以上となるような誘電体材料としては、ＴｉＯ２，ＢａＴｉＯ３，ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３を単独または主成分とする複合酸化物があげられる。このようなセラミックス材料を本発明に用いれば、本発明の目的である基板の小型化、コンデンサ層の高容量化に対して一層効果的である。
【００３５】
ガラス成分としては、結晶化ガラスでも非晶質ガラスでも一般的なガラスであれば使用可能である。例えば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＲＯ（Ｒは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）を含むものが挙げられ、具体的には、ＳｉＯ２−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＢａＯ−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系のガラスやＢｉ系のガラスおよびそれらを主成分とするガラスなどが利用可能である。
【００３６】
セラミックス材料の平均粒径は、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．３μｍ〜３μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。
セラミックス材料の含有量は、樹脂５とセラミックス材料の合計を１００体積％（ｖｏｌ％）としたとき、２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％の範囲とすることが好ましい。
【００３７】
また、誘電体セラミックス膜２に、必要に応じて、種々の分散剤、可塑剤、難燃剤、添加剤等を配合してもよい。
【００３８】
金属体３，４としては、金属箔や金属膜などを用いることが可能である。
【００３９】
金属箔としては、銅箔、ニッケル箔、アルミ箔、金箔、それらを含んだ合金箔、およびこれらと他の金属とのクラッド箔、さらにはこれら箔の表面を異材質金属めっきにより表面処理を施した箔などがある。ここで、クラッド箔とは、異材質金属の張り合わせをした箔であり、例えば、銅箔にニッケルを貼り合わせたものがある。このクラッド箔の組み合わせ相手は入手可能な金属であれば何でもよい。また、表面処理するめっきの種類はめっき可能な金属であれば何でもよい。金属箔の製造法については、電解によって作製されたものであっても、圧延により作製されたものであっても差し支えないが、誘電体セラミックス膜２との密着性をよくするために表面粗化、表面の防錆処理、カップリング処理等の表面処理を施すことが好ましい。
【００４０】
金属膜としては、めっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、金属ナノペーストによる焼成などにより形成される金属膜が用いられる。めっきにより形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金、銀、錫等およびそれらを含んだ合金がある。スパッタにより形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、錫等およびそれらを含んだ合金がある。蒸着により形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、錫等がある。ＣＶＤにより形成される金属膜としては、例えば、銅、ニッケル、金等およびそれらを含んだ合金がある。金属ナノペーストによる焼成により形成される金属膜としては、例えば、銀、銅、金等がある。なお、焼成は、活性度の高いナノ粒子を低温で含浸した樹脂が分解しない温度（例えば、２００℃程度）で焼成することが好ましい。
【００４１】
配線導体の材質としては、銅が望ましい。銅の形成方法としては、圧延銅箔や電解銅箔といった箔をエッチングによりパターニングしたものやめっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、もしくはナノ粒子等の反応性に優れた粒子を低温熱処理によって形成されたものが挙げられる。当然のことながら、これらを組み合わせたものでもよい。また、必要に応じてニッケル、金等により表面処理を加えたものであってもよい。
【００４２】
このような構成を有する高誘電率複合基板１の膜厚は特に限定されないが、薄層化に適するように、例えば、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
次に、以上のように構成された高誘電率複合基板１の製造方法について説明する。図３は、高誘電率複合基板１の製造工程を示す図である。
【００４４】
まず、セラミックス材料（セラミックス粒子）と、バインダー樹脂と、樹脂ビーズとを溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製する。ここで、樹脂ビーズは、後述するように、誘電体セラミックス膜２に空孔を形成するためのものであり、作製すべき空孔度によって添加量、粒径が適宜決められる。ただし、後述するように、樹脂ビーズを入れなくても、適宜焼成条件をコントロールすることにより、誘電体セラミックス膜２に空孔を形成することは可能である。また、塗料中に、分散剤、可塑剤等を添加することも差し支えない。
【００４５】
ここで、樹脂ビーズは、後述する焼成時に分解可能なものであればよく、例えば、架橋ポリスチレン、架橋アクリル、架橋メタクリル酸メチル、ナイロン等から構成されている。また、樹脂ビーズは、セラミックス材料とバインダー樹脂とを含む塗料原料中において、使用溶剤に溶解しない程度の耐溶剤性を有するものであればよい。このような樹脂ビーズは中空のようなものであってもよい。
【００４６】
塗料の作成方法としては、一般的なセラミックス基板を作製する場合に用いるグリーンシート作製用の塗料を作る場合と同じ方法であり、塗料作製装置を使って塗料化する。塗料作製装置としては、ボールミル、ビーズミルといった一般的なものを用いることができる。
【００４７】
次に、一般的なセラミックス基板を作製する場合と同様に、ドクターブレード法やグラビア印刷法等のフィルム形成法を用いて、作製した塗料を金属体３上に塗工・乾燥させ、図３（ａ）に示すように、金属体３上にフィルム膜１１を作製する。また、スクリーン印刷等によって印刷形成してもよい。
【００４８】
続いて、金属体３上にフィルム膜１１が作製されたシートを所定形状に切り出した後、焼成炉により焼成を行う。この場合の焼成温度、焼成雰囲気は、焼成すべき材料に適した条件で行う。一般的な焼成温度としては、６００℃〜１２００℃である。焼成雰囲気は、金属体３が酸化されないような雰囲気で焼成行う必要がある。ただし、金属体３の表層が酸化する程度の雰囲気であれば問題ない。これは、後の工程にて酸化膜を除去すればよいためである。
【００４９】
この焼成により、フィルム膜１１から樹脂ビーズ及びバインダー樹脂が抜け、セラミックス粒子が互いに反応することにより、図３（ｂ）に示すように、前述の図２で示すような空孔を有する構造のセラミックス焼結体６が金属体３上に作製される。この焼成時に、樹脂ビーズおよびバインダー樹脂を適宜組成設計することにより、脱バイ時に形成された空孔が焼成してもそのまま残り、空孔を有するセラミックス焼結体６が形成される。
【００５０】
また、焼成条件としては、セラミックス粒子を完全に拡散、反応させる条件である必要はなく、ある程度のセラミックス粒子が連続体を形成できる程度の反応であればよい。すなわち、セラミックス粒子間のネックの成長がある程度始まった程度の条件であってもよい。このように、セラミックス粒子が連続するので、セラミックス粒子間に低誘電率材料である樹脂を存在させなくすることができる。
【００５１】
ところで、一般に、空孔を有する（多孔質化した）ものを薄く作製することは困難である。しかし、本実施の形態では、金属体３上でフィルム膜１１を焼成することにより空孔を有するセラミックス焼結体６を作製している。このため、金属体３が支持体となり、例えば、０．１ｍｍ以下といったような薄い膜であっても割れることなく、ハンドリング可能なものとなる。
【００５２】
次に、金属体上へのフィルム膜形成と同じ手法にて樹脂がフィルム形成された金属体を準備する。例えば、金属体４上に樹脂５からなる樹脂フィルム１２が貼り付けられた樹脂フィルム付金属体を準備する。
【００５３】
ここで、樹脂５は、セラミックス焼結体６に含浸可能な樹脂であればよく、例えば、Ｂステージ状態（半硬化状態）の熱硬化性樹脂、または、加熱溶融可能な熱可塑性樹脂（後述する熱プレスの加熱温度以下の融点を有する熱可塑性樹脂）を用いる。また、樹脂５は、少量の熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂に混合した樹脂であってもよく、これらの樹脂に種々の分散剤、可塑剤、難燃剤、添加剤等を配合したものであってもよい。
【００５４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、準備した樹脂フィルム付き金属体を樹脂フィルム１２面が、セラミックス焼結体６に対向するように重ね、加熱しながらプレスさせる。プレスは、加熱プレス、または、加熱ラミネートにより行う。また、プレスは、大気中で行うことも可能ではあるが、セラミックス焼結体６に十分に含浸させやすくするために真空中で行うことが好ましい。加熱条件としては、樹脂フィルム１２が硬化もしくは溶融する温度で行う。樹脂フィルム１２が硬化もしくは溶融する温度としては、１００℃〜４００℃程度の条件が考えられる。
【００５５】
以上のような工程を経ることにより、図３（ｄ）に示すように、金属体３，４間に誘電体セラミックス膜２が配置された高誘電率複合基板１を作製できる。このように作製された高誘電率複合基板１の誘電体セラミックス膜２は、セラミックス粒子が連続するので、セラミックス粒子間に低誘電率材料である樹脂が存在しなくなり、高誘電率複合基板１の高誘電率化を図ることができる。
【００５６】
高誘電率複合基板１の製造方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の方法が可能である。例えば、上記の実施の形態では、セラミックス粒子とバインダー樹脂と樹脂ビーズとを溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製したが、樹脂ビーズを加えなくてもよい。この場合、同様の手順により、塗料を金属体３上に塗工・乾燥したフィルム膜１１を焼成すれば、フィルム膜１１が金属体３に拘束された状態で焼成されるので、金属体３上に空孔を有する構造のセラミックス焼結体６に作製される。
【００５７】
また、図４（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す金属体３（４）上にセラミックス焼結体６が作製されたシートを２枚準備し、セラミックス焼結体６が対向するように配置するとともに、両者の間に、Ｂステージ状態あるいは含浸可能な完全硬化前の樹脂フィルム１２を配置し、加熱しながらプレスさせてもよい。この場合、図４（ｂ）に示すように、２層分の厚さを有する誘電体セラミックス膜２が配置された高誘電率複合基板１を作製できる。
【００５８】
また、図５（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す金属体３上にセラミックス焼結体６が作製されたシート上に、セラミックス焼結体６に含浸可能な樹脂フィルム、例えば、Ｂステージ状態の熱硬化性樹脂あるいは含浸可能な熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルム１２を配置し、加熱しながらプレスさせ、図５（ｂ）に示すように、金属体３上に誘電体セラミックス膜２を作製した後、図５（ｃ）に示すように、誘電体セラミックス膜２上に金属体４を作製してもよい。金属体４の作製は、めっき、スパッタ、蒸着法等により行うことができる。
【００５９】
また、図６（ａ）に示すように、図３（ｂ）に示す金属体３上にセラミックス焼結体６が作製されたシート上に、セラミックス焼結体６に含浸可能な樹脂フィルム、例えば、Ｂステージ状態あるいは含浸可能な完全硬化前熱硬化性樹脂もしくは溶融可能な熱可塑性樹脂のいずれからなる樹脂フィルム１２を配置するとともに、樹脂フィルム１２上に金属体４を配置し、加熱しながらプレスさせてもよい。この場合にも、図６（ｂ）に示すように、高誘電率複合基板１を作製できる。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、誘電体セラミックス膜２のセラミックス粒子が連続するので、高誘電率複合基板１の高誘電率化を図ることができる。また、金属体３上でフィルム膜１１を焼成しているので、空孔を有する薄い膜であっても割れることなく、ハンドリング可能なものとなる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００６２】
（実施例１）
ポリビニール樹脂（積水化学工業株式会社製：ＢＨ−Ｓ）と樹脂ビーズ（綜研化学株式会社製：ＭＸ−１５０）、セラミックス材料としての誘電体材料（共立マテリアル株式会社製：Ｙ５Ｖ−Ｆ３ 材料１）を樹脂ビーズと誘電体材料との体積比が６：４となるように秤量し（樹脂ビーズ量６０ｖｏｌ％）、エタノール、トルエン、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、及び、オレイン酸を添加して塗料を作製した。この時の分散方法としては、ボールミルを使用し、約２４時間分散し塗料とした。
【００６３】
このように作製された塗料を、金属体３としての電解ニッケル箔（福田金属箔粉工業株式会社製）上へ約２０μｍの厚みにてシート状に塗工・乾燥させた後、１０ｃｍ角に切り出した。このシートを大気中で３８０℃で脱バイを行った後、窒素雰囲気中で昇温速度２００℃／ｈにて１１００℃・１時間の条件で焼成を行った。
【００６４】
得られたニッケル箔上に成型されたセラミックス焼結体６としての誘電体膜に、ビニルベンジル樹脂ＡＲＳ−０６８（昭和高分子株式会社製）が金属体４としての電解銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製：Ｆ２−ＷＳ １８μｍ厚）上にＢステージ状態で成型されたシート（樹脂厚み約２０μｍ）を、誘電体膜とビニルベンジル樹脂膜とが対向するようにセットした後、真空プレス機によりにプレス成形した。プレス条件は、圧力：３ＭＰａ、温度：１９５℃、プレス時間：３時間とした。このプレスにより、金属体の貼り付けと樹脂の誘電体膜への含浸および硬化が同時に行われ、両面金属張り基板を作製した。
【００６５】
（実施例２）
実施例２は、樹脂ビーズと誘電体材料との体積比を４：６としたこと（樹脂ビーズ量４０ｖｏｌ％）以外は、実施例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６６】
（実施例３）
実施例３は、樹脂ビーズと誘電体材料との体積比を２：８としたこと（樹脂ビーズ量２０ｖｏｌ％）以外は、実施例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６７】
（実施例４）
実施例４は、樹脂ビーズを加えなかったこと（樹脂ビーズ量なし）以外は、実施例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６８】
（実施例５）
実施例５は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ０．９７μｍ：材料２）に変えたこと以外は、実施例２と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００６９】
（実施例６）
実施例６は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ １．７６μｍ：材料３）に変えたこと以外は、実施例２と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７０】
（実施例７）
実施例７は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ２．６４μｍ：材料４）に変えたこと以外は、実施例２と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７１】
（比較例１）
ビニルベンジル樹脂０６８（昭和高分子株式会社製）に、実施例１で使用したものと同じ誘電体材料（共立マテリアル株式会社製：Ｙ５Ｖ−Ｆ３）フィラーをフィラ−量が４０ｖｏｌ％（樹脂量６０ｖｏｌ％）になるように配合したスラリー溶液を作製した。このスラリー溶液をボールミルを用いて混合（４８時間）分散し、厚さ１８μの銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製：Ｆ２−ＷＳ １８μｍ厚）上に、塗工機を用いて分散したスラリー溶液を厚さ約２０μｍに塗工し、速度０．２５ｍ／ｍ、乾燥１２０℃にて銅箔付きシートを作製した。
【００７２】
この作製した銅箔付きシートを、銅箔（古河サーキットフォイル株式会社製：Ｆ２−ＷＳ １８μｍ厚）の粗化面が対向するようにセットし、真空プレス機により圧力：３ＭＰａ、温度：１９５℃、プレス時間：３時間の条件でプレスを行ない、実施例１と同様に、金属張り両面基板を作製した。
【００７３】
（比較例２）
比較例２は、誘電体材料のフィラ−量が６０ｖｏｌ％（樹脂量４０ｖｏｌ％）としたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７４】
（比較例３）
比較例３は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ０．９７μｍ）に変えたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７５】
（比較例４）
比較例４は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ １．７６μｍ）に変えたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７６】
（比較例５）
比較例５は、誘電体材料を、シュウ酸塩法により作製されたチタン酸バリウム（平均粒径Ｄ５０ ２．６４μｍ）に変えたこと以外は、比較例１と同様に金属張り両面基板を作製した。
【００７７】
（評価）
このように作製された実施例１〜実施例７及び比較例１〜比較例５の金属張り両面基板（約１０ｃｍ角）を５ｍｍ幅にダイサー（株式会社ディスコ製）にてカットし、５ｍｍ角、誘電体層厚み約２０ｍｍ長の単板コンデンサを作製し、容量法により容量を測定し、厚みと面積とにより誘電率を算出した。容量測定の測定器としては、アジレントテクノロジー４２７５Ａ、１ＭＨｚの測定周波数にて測定を行った。実施例の測定結果を表１に示す。比較例の測定結果を表２に示す。
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
表１に示すように、実施例１〜実施例７のいずれの場合も、同材質の誘電体材料を分散させたものと比較例に比べ、高い誘電率が得られることが確認できた。また、実施例１〜実施例３に示すように、樹脂ビーズの量を変化させることにより誘電率のコントロールが可能であることが確認できた。実施例４に示すように、樹脂ビーズを用いなくとも高い誘電率が得られることが確認できた。実施例５〜実施例７に示すように、誘電体材料の粒径を変化させることにより誘電率を変化させることが可能であることが確認された。
【００８１】
一方、表２に示すように、比較例２では、誘電体材料を６０ｖｏｌ％とふやしても、極端に大きな誘電率とはならなかった。また、これ以上の添加量とすることは基板のハンドリング上難しい。比較例３〜比較例５に示すように、誘電体材料の種類、粒径を変えても、同じ材料組成のものを使ったものに比べて、低い誘電率となっている。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態の高誘電率複合基板の断面構成を示す図である。
【図２】セラミックス焼結体の形状を示す図である。
【図３】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図４】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図５】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図６】高誘電率複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 高誘電率複合基板
２ 誘電体セラミックス膜
３、４ 金属体
５ 樹脂
６ セラミックス焼結体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と、該樹脂より誘電率の高いセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体と、を有する誘電体セラミックス膜と、
前記誘電体セラミックス膜の片面もしくは両面に貼り付けられた金属体と、を備え、
前記誘電体セラミックス膜は、前記樹脂内で前記セラミックス焼結体が連続するように形成されている、ことを特徴とする高誘電率複合基板。
【請求項２】
前記誘電体セラミックス膜は、前記連続したセラミックス焼結体により連続した空孔が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高誘電率複合基板。
【請求項３】
前記セラミックス材料は、その誘電率が１０以上である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の高誘電率複合基板。
【請求項４】
前記セラミックス焼結体は、前記セラミックス材料が互いに反応することにより連続する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板。
【請求項５】
その厚さが０．２ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去することにより形成されたことを特徴とする高誘電率複合シート。
【請求項７】
セラミックス材料と、バインダー樹脂とを含む塗料原料を溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製する塗料作製工程と、
前記塗料作製工程で作製された塗料を金属体上に塗工・乾燥させ、金属体付シートを作製する金属体付シート作製工程と、
前記金属体付シート作製工程で作製された金属体付シートを焼成してバインダー樹脂を除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製する焼成工程と、
前記焼成工程で作製された金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に含浸可能な樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスするプレス工程と、
を備える、ことを特徴とする高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項８】
前記塗料原料は、樹脂ビーズを含み、
前記焼成工程では、前記金属体付シートを焼成してバインダー樹脂及び樹脂ビーズを除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製する、ことを特徴とする請求項７に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項９】
前記焼成工程では、前記セラミックス材料を互いに反応させ、連続したセラミックス焼結体を作製する、ことを特徴とする請求項７または８に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１０】
前記プレス工程では、金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に、金属体上に含浸可能な樹脂フィルムが貼り付けられた金属体付樹脂フィルムの樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスする、ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１１】
前記プレス工程では、セラミックス焼結体に樹脂フィルムの樹脂を含浸させる、ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１２】
前記焼成工程では、金属体付シートを６００℃〜１２００℃で焼成する、ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１３】
前記焼成工程では、金属体全体が酸化しない雰囲気下で金属体付シートを焼成する、ことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１４】
前記セラミックス材料に誘電率が１０以上のセラミック材料を用いる、ことを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法により高誘電率複合基板を製造する工程と、
前記工程により製造された高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去する工程と、
を備える、ことを特徴とする高誘電率複合シートの製造方法。
【請求項１】
樹脂と、該樹脂より誘電率の高いセラミックス材料を焼結したセラミックス焼結体と、を有する誘電体セラミックス膜と、
前記誘電体セラミックス膜の片面もしくは両面に貼り付けられた金属体と、を備え、
前記誘電体セラミックス膜は、前記樹脂内で前記セラミックス焼結体が連続するように形成されている、ことを特徴とする高誘電率複合基板。
【請求項２】
前記誘電体セラミックス膜は、前記連続したセラミックス焼結体により連続した空孔が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高誘電率複合基板。
【請求項３】
前記セラミックス材料は、その誘電率が１０以上である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の高誘電率複合基板。
【請求項４】
前記セラミックス焼結体は、前記セラミックス材料が互いに反応することにより連続する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板。
【請求項５】
その厚さが０．２ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去することにより形成されたことを特徴とする高誘電率複合シート。
【請求項７】
セラミックス材料と、バインダー樹脂とを含む塗料原料を溶媒中へ溶解および分散させ、塗料を作製する塗料作製工程と、
前記塗料作製工程で作製された塗料を金属体上に塗工・乾燥させ、金属体付シートを作製する金属体付シート作製工程と、
前記金属体付シート作製工程で作製された金属体付シートを焼成してバインダー樹脂を除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製する焼成工程と、
前記焼成工程で作製された金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に含浸可能な樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスするプレス工程と、
を備える、ことを特徴とする高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項８】
前記塗料原料は、樹脂ビーズを含み、
前記焼成工程では、前記金属体付シートを焼成してバインダー樹脂及び樹脂ビーズを除去し、金属体上に、連続した空孔を有する連続したセラミックス焼結体を作製する、ことを特徴とする請求項７に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項９】
前記焼成工程では、前記セラミックス材料を互いに反応させ、連続したセラミックス焼結体を作製する、ことを特徴とする請求項７または８に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１０】
前記プレス工程では、金属体付セラミックス焼結体のセラミックス焼結体に、金属体上に含浸可能な樹脂フィルムが貼り付けられた金属体付樹脂フィルムの樹脂フィルムを重ね、加熱しながらプレスする、ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１１】
前記プレス工程では、セラミックス焼結体に樹脂フィルムの樹脂を含浸させる、ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１２】
前記焼成工程では、金属体付シートを６００℃〜１２００℃で焼成する、ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１３】
前記焼成工程では、金属体全体が酸化しない雰囲気下で金属体付シートを焼成する、ことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１４】
前記セラミックス材料に誘電率が１０以上のセラミック材料を用いる、ことを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の高誘電率複合基板の製造方法により高誘電率複合基板を製造する工程と、
前記工程により製造された高誘電率複合基板に貼り付けられた片面、もしくは両面の金属体を除去する工程と、
を備える、ことを特徴とする高誘電率複合シートの製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２４８０７４（Ｐ２００６−２４８０７４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６８７４１（Ｐ２００５−６８７４１）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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