JP2002293619A - 誘電体複合材料及びその製造方法 - Google Patents

誘電体複合材料及びその製造方法

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JP2002293619A
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Tomohiro Sogabe
智浩 曽我部
Masami Sasaki
正美 佐々木
Hisashi Kobuke
恆 小更
Yoshiaki Akachi
義昭 赤地
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Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス粉末は、球状であるために界面分
極が小さく、誘電率は1O程度と低く、品質係数Qも35
0程度と低いものであった。そこで、高誘電率材料と低
誘電率材料とを組み合わせた電子部品における該高誘電
率材料の誘電率及び品質係数の向上が望まれていた。 【解決手段】従来は、球状の誘電体粉と樹脂を複合する
ことにより、誘電体複合材料を製作していたが、その誘
電体粉を鱗片状(扁平状)に変えることにより材料内に
界面分極が発生し誘電率を向上させることができた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、誘電体材料に関し、
特に樹脂とセラミツクスを複合した誘電体材料におい
て、高誘電率を有する誘電体複合材料に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、誘電体材料を用いた電子部品は、
高い誘電率を有する誘電体材料によって構成されてい
る。このような電子部品においては、基体自体が高誘電
率材料による構造体であるため、各素子の電極間あるい
は入力端子、出力端子、接地端子等の端子間に分布容量
が発生し、隣接する素子へ信号の漏洩によるクロストー
クあるいはノイズの漏洩が起こり易く、また、共振器の
場合には、共振周波数等の設定周波数にずれが生じると
いう問題点があった。このような問題点を解決するた
め、高誘電率セラミックスにより構成される複数のコン
デンサ間に低誘電率セラミックスを設けたものが、例え
ば、特開平3−35515号公報等においてなされてい
る。
【0003】ところが、低誘電率材料及び高誘電率材料
が共にセラミックスであるものにおいては、一体焼成時
の処理工程で個々のセラミックスの熱膨張係数の違いに
より熱クラックが発生するという問題点があった。これ
に対処するため、従来は、これらの低誘電率材料及び高
誘電率材料のいずれか一つをセラミックスと樹脂との複
合材料で形成するものが知られている(特開2000−
58373号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の複
合材料において用いられているセラミックス粉末は、球
状であるために界面分極が小さく誘電率が1O程度と低い
ものであり、品質係数Qも350程度と低いものであっ
た。そこで、高誘電率材料と低誘電率材料とを組み合わ
せた電子部品における該高誘電率材料の誘電率及び品質
係数の向上が望まれていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】従来、誘電体複合材料を
製作するには、球状の誘電体粉と樹脂を複合することに
より行われていたが、本願発明においては、その球状の
誘電体粉を扁平状(鱗片状)の誘電体粉末に変えること
により誘電率及び品質係数を向上させることが可能とな
った。
【0006】
【発明の実施の形態】この扁平状誘電体粉を形成するに
は、まず、0.05〜数μm程度に粉砕した誘電体粉に
種々の有機系または水系溶剤を添加しぺ一スト化する。
次に、このぺ一ストをシート化工法(ドクターブレード
法)により、数μmから数十μmの厚みでシート化し焼成
する。このシートされたものを粉砕して扁平粉を作製す
ることができる。
【0007】ここで、扁平状を定量的に表現するため
に、球形度を 球形度=(粒子と同じ体積を有する球の表面積)/(粒
子の表面積) と定義すると、扁平状とは、球形度が0.6以下のもの
を言うこととする。
【0008】上記球形度が0.6以下の扁平状誘電体粉
末と樹脂を混合し、シート成形することにより誘電体粒
子を一方向に揃えることができ、これによりシート面方
向の誘電率を向上させることができる。
【0009】このような、誘電体材料としては、Mg
SiO系、MgTiO−CaTiO、BaTi
系、BaO−Al系、(Zn、Sn)TiO
、BaO−Nd−TiO−BiO系、Ba
(Mg、Sn、Ta)O系、(Zn、Sn)TiO
系、(Ba、Pb)O−NdTiO、Ba(Z
n、Zr、Ta)O系、BaO−SrO−SiO
ZrO系、CaZrO―SrTiO−MnO
SiO系の材料が望ましい。
【0010】上記樹脂としては、エポキシ系、ポリイミ
ド系、ポリフェニレンエーテル系、ビニルベンジル系、
ポリエーテルイミド系、フッ素樹脂等の樹脂である。
【0011】上記エポキシ樹脂としては、樹脂組成物で
あれば、多官能性エポキシ樹脂と、ビスフェノールA型
高分子エポキシ樹脂と、硬化剤としてのビスフェノール
A型ノボラック樹脂との混合物であって、特開平9−5
9486号公報に示されている材料を用いることができ
る。より詳しくは、多官能性エポキシ樹脂30wt%〜
80wt%、ビスフェノールA型高分子エポキシ樹脂1
0wt%〜40wt%、テトラフェニロールエタン型エ
ポキシ樹脂5wt%〜35wt%を主成分とし、該主成
分100重量部に対して硬化剤としてビスフェノールA
型ノボラック樹脂5〜30重量部、硬化促進剤としてイ
ミダゾール0.1〜5重量部のエポキシ樹脂組成物であ
る。
【0012】また、ビニルベンジル系樹脂は、具体的に
は、スチレン、核置換スチレン、例えばメチルスチレ
ン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピル
スチレン、クロルスチレン、α−置換スチレン、例えば
α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、o−,m
−,p−ジビニルベンゼン(好ましくはm−,p−ジビ
ニルベンゼン、特に好ましくはp−ジビニルベンゼン)
等の各単量体の(共)重合体である。ビニルベンジル系
重合体は単独で使用することも、2種以上併用すること
もできる。
【0013】なかでも、ジビニルベンゼンの単量体を含
むビニルベンジル系共重合体が耐熱性を向上させる上で
好ましい。ジビニルベンゼンを含むビニルベンジル共重
合体とは、具体的には、スチレン、核置換スチレン、例
えばメチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレ
ン、イソプロピルスチレン、クロルスチレン、α−置換
スチレン、例えばα−メチルスチレン、α−エチルスチ
レン等の各単量体とジビニルベンゼンの単量体の共重合
体である。
【0014】
【実施例】(扁平粉の作製)平均粒径0.1μmに粉砕
したBaTiO粒子に有機ビヒクルを加えてボールミ
ルで約12時間混合しペースト状にする。このペースト
状のものをドクターブレード法により約10μmの厚み
のシートに形成する。これを、大気中1300℃で焼成
し、乳鉢で粉砕し扁平粉を作製する。
【0015】これを、図1を参照しながら説明すると、
本願発明に係る扁平状BaTiO粉末焼結体は、図1
(A)に見られるように、方向性は未だ定まらないが平
均して20μm程度の扁平状の粒子(破片)である。こ
れに対し、同じ誘電体をボールミルで湿式粉砕しPVA
を添加してスプレードライヤーで10〜20μm程度の
顆粒を作成し、同じ温度において焼成し焼成顆粒を得
た。その粒子の模様は、図1(B)に見られるように、
球状の粒子である。
【0016】(複合材料の作製)エポキシ樹脂に界面活
性剤と、上記方法で作成した扁平状のチタン酸バリウム
系誘電体をボールミルで12時間混合する。混合後、ポ
ットから取り出しシート化して110℃において2時間
乾燥する。乾燥した混合材料を粉砕し、複合材料粉末を
得る。この複合材料粉末を100〜200℃で加熱成形
し複合材料基板を作成する。
【0017】なお、本発明において、使用できるセラミ
ックスの平均粒度範囲は、0.1μm〜50μm、より
最適平均粒度範囲は0.5μm〜30μmである。0.
1μmより小さいと、粒体が嵩ばり、表面積が大とな
り、ペーストが製造しにくくなる。また、粒度が50μ
mを超えると、成形品の凹凸が激しくなり、成形性が悪
くなる。
【0018】エポキシ樹脂は、多官能性エポキシ樹脂と
して、エピビス型エポキシ系樹脂(油化シェルエポキシ
社製エピコート1001:エポキシ当量470およびエ
ピコート1007:エポキシ当量1950)をそれぞれ
26.9wt%ずつ含有させ、また、ビスフェノールA
型高分子エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製エピコ
ート1225:エポキシ当量2000)23.1wt
%、特殊骨格を持つエポキシ樹脂として、テトラフェニ
ロールエタン型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製
エピコート1031S:エポキシ当量196)23.1
wt%をそれぞれ含むものを主成分とし、硬化剤とし
て、ビスフェノールA型ノボラック樹脂(油化シェルエ
ポキシ社製YLH129B65:水産基当量118g/
eq)と、硬化促進剤としてイミダゾール化合物(四国
化成工業社製2E4MZ)とを加えたものを使用した。
【0019】樹脂とセラミックスとの混合方法は、これ
らの混合物を500mlのポリポット中に入れ、撹拌の
ために10mmφのジルコニアボールに入れた。これを
ボールミル法により10時間以上回転させ混合させた。
【0020】次に上述のように混合を終えたペーストの
シート化は、これらに溶剤を加えるかあるいは加えない
で一般的なドクターブレード法によりシートが所定の厚
みになるように行った。
【0021】以上のようにして作成した複合材料基板断
面を図2に示す。図2(A)には、本願発明に係る扁平
状チタン酸バリウム粉末を用いた複合材料基板断面の走
査型電子顕微鏡写真であり、写真に垂直方向に誘電体が
配向されていおり、写真の上下方向(シート面方向)の
誘電率が向上している。これに対し、図2(B)は、従
来の球状誘電体粉末を用いた複合材料基板断面の走査型
電子顕微鏡写真であり、誘電体は球状であり、どの方向
にも誘電率は変わらない。
【0022】このようにして形成した基板に対し、2G
Hzで誘電率及び品質係数を調べたところ、球状誘電体
粉末を用いたものにおいては、誘電率及び品質係数は、
それぞれ、9.9及び350であったが、扁平状誘電体
粉末を用いたものでは、それぞれ13.2及び415と
向上していた。この効果は、チタン酸バリウムとエポキ
シ樹脂との複合材料についての数値であるが、その他の
材料でも同様な効果が得られた。
【0023】
【発明の効果】本願発明によれば、シート面方向の誘電
率は、従来の球状の誘電体と比較すると、約3割程度向
上し、品質係数Qも2割程度向上する。また、製造方法
も、扁平粉がドクターブレード法により容易に作製する
ことができるので、高周波用複合材料を容易に製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、本願発明に係わる扁平状チタン酸バ
リウム粉末の走査型電子顕微鏡写真、(B)は、従来の
チタン酸バリウム粉末焼結体の走査型電子顕微鏡写真
【図2】(A)は、本願発明に係る扁平状チタン酸バリ
ウム粉末を用いた複合材料基板断面の走査型電子顕微鏡
写真、(B)は、従来の球状チタン酸バリウム粉末を用
いた複合材料基板断面の走査型電子顕微鏡写真
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小更 恆 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 赤地 義昭 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 4G030 AA10 AA16 BA09 CA02 CA04 CA08 GA18 GA19 4G031 AA06 AA11 BA09 CA02 CA04 CA08 GA05 GA06 5E001 AB03 AE01 AE02 AE03 5G303 AA10 AB06 AB08 BA12 CA01 CA09 CB03 CB35 DA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体紛末及び樹脂から成る誘電体複合材
    料において、上記誘電体粉末は、球形度がO.6以下の扁
    平粉末であることを特徴とする誘電体複合材料。
  2. 【請求項2】請求項1記載の誘電体複合材料において、
    上記誘電体粉末を一方向に配向させたことを特徴とする
    複合材料。
  3. 【請求項3】誘電体をぺ一スト化し、これをドクターブ
    レード法によってシート化し、次に焼成及び粉砕するこ
    とを特徴とする誘電体扁平粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項3の方法により製作された誘電体扁
    平粉末。
  5. 【請求項5】誘電体粉末が請求項4記載のものである請
    求項1記載の複合材料。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004090912A1 (ja) * 2003-04-04 2004-10-21 Toray Industries, Inc. ペースト組成物およびこれを用いた誘電体組成物
CN100418161C (zh) * 2003-04-04 2008-09-10 东丽株式会社 糊状组合物及使用了该糊状组合物的电介质组合物
JP2008227332A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層セラミックコンデンサとその製造方法
WO2009123018A1 (ja) * 2008-04-04 2009-10-08 国立大学法人東北大学 複合材料及びその製造方法
US9058912B2 (en) 2003-04-04 2015-06-16 Toray Industries, Inc. Paste composition and dielectric composition using the same

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