JP2003002735A

JP2003002735A - 低温焼成磁器組成物及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003002735A
Application number: JP2001180644A
Authority: JP
Inventors: Migiwa Ando; 汀安藤; Yutaka Higashida; 豊東田
Original assignee: Japan Fine Ceramics Center; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Japan Fine Ceramics Center; Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】低温焼成が可能であると共に、高周波領域に
おいて優れた誘電特性を有する低温焼成磁器組成物及び
その製造方法を提供する。【解決手段】本発明の低温焼成磁器組成物は、ｘＳｉ
Ｏ₂−ｙＣａＯ−ｚＭｇＯ（但し、ｘ、ｙ及びｚはモル
％を表わし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％である。）によ
り表した場合に、上記ｘ、ｙ及びｚが、図１において点
ａ〜ｅを結んで形成される領域内にあるように調製した
混合物を加熱してジオプサイト結晶母材を調製し、次い
で、αＳｉＯ₂−βＬｉ₂Ｏ−γＭｇＯにより表した場合
に、上記α、β及びγが、図２において点Ａ〜Ｄを結ん
で形成される領域内にあるように調製した混合物である
配合材を上記ジオプサイト結晶母材に添加して混合物と
し、その後、該混合物を焼成することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低温焼成磁器組成物
及びその製造方法に関し、更に詳しくは、低温焼成が可
能であると共に、高周波数における誘電正接（ｔａｎ
δ）が小さく、高周波領域において優れた誘電特性を有
する低温焼成磁器組成物及びその製造方法に関する。本
発明の低温焼成磁器組成物は、多層配線基板、高周波１
Ｃパッケージ等の高周波電子デバイス部品等に好適に用
いることができる。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信情報量の増大に伴い、自動車
電話、衛星通信、衛星放送等のマイクロ波領域を利用し
た各種の通信システムが急速に発展しつつあり、それに
伴って多くのマイクロ波誘電体材料が開発され、共振
器、フィルタ等に利用されている。マイクロ波領域で使
用される誘電体磁器に要求される特性として、マイクロ
波領域での誘電正接（以下、単に「ｔａｎδ」とい
う。）が小さいことが挙げられ、特に近年は、高周波回
路の集積化に伴い、なお一層、ｔａｎδが小さいことが
求められている。

【０００３】また、従来、多層配線基板やＩＣパッケー
ジ等の高周波電子デバイス部品等に好適な絶縁体材料と
して主にアルミナが用いられ、配線材料としては、アル
ミナとの同時焼成に耐え得るタングステンが用いられて
いたが、近年のＬＳＩの高速高性能化が進む中、これを
実装するための回路基板には様々な厳しい要求、特に、
信号処理速度の高速化や配線の高密度化が強く要求され
ている。そこで、かかる要求に応じるために配線材料と
して、より低抵抗のＡｇ、Ｃｕ等の低融点金属からなる
配線が用いられている。これに伴い、かかる低融点金属
からなる配線と同時焼成が可能な低温焼成磁器組成物が
必要とされている。

【０００４】しかし、通常、低温焼成した磁器組成物で
は、周波数２０ＧＨｚといった高周波領域でのｔａｎδ
が１０^-3のレベルの大きさとなるため、信号の減衰が大
きくなり、ミリ波デバイスヘの適用が困難であるという
問題がある。かかる問題点を解決すべく、結晶質母材に
低融点のガラス質を混合して低温で焼結させる磁器組成
物や、ガラス質を焼結過程で結晶化させる磁器組成物が
提案されているが、前者の磁器組成物は、ミリ波でのｔ
ａｎδを１０^-4の水準に上げるためにガラス質の配合量
を減らすと、低温での焼結ができなくなり、後者の磁器
組成物では、基本的に１００％結晶化できないためガラ
ス質が残存し、その結果、ｔａｎδが１０^-3のレベルと
なってしまうという問題がある。更に、ガラスを出発原
料にした場合には、製造（溶融、粉砕）時に伴うガラス
粉末のコスト高やガラス粉末を調製する手間という問題
に加えて、ガラス粉末の製造条件に伴い、粉砕条件、溶
融条件、不純物混入等に伴うガラスの結晶化温度の低下
による緻密化不良、並びに結晶の析出量の変動による強
度、誘電特性のバラツキ等という問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、低温焼成が可能であると共
に、高周波数におけるｔａｎδが小さく、高周波領域に
おいて優れた誘電特性を有する低温焼成磁器組成物及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、磁器組成
物の組成と焼結性及び誘電特性との関係について鋭意検
討した結果、所定組成のＳｉＯ₂−ＣａＯ−ＭｇＯ系混
合物を加熱して得られるジオプサイトベースの結晶母材
に、所定組成のＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−ＭｇＯ系の混合物で
ある配合材を配合して焼成することにより、上記課題を
解決することができることを見出して本発明を完成する
に至った。

【０００７】本発明の低温焼成磁器組成物は、（１）Ｓ
ｉ、Ｃａ及びＭｇ元素のうちの２種以上を含み、各々の
酸化物とした場合の組成割合をｘＳｉＯ₂−ｙＣａＯ−
ｚＭｇＯ（但し、ｘ、ｙ及びｚはモル％を表わし、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１００モル％である。）により表した場合に、
上記ｘ、ｙ及びｚが、図１において点ａ（ｘ＝６２．
０、ｙ＝３８．０、ｚ＝０），点ｂ（ｘ＝５６．４、ｙ
＝１８．７、ｚ＝２４．９）、点ｃ（ｘ＝４９．７、ｙ
＝１９．９、ｚ＝３０．４）、点ｄ（ｘ＝３５．０、ｙ
＝３５．０、ｚ＝３０．０）及び点ｅ（ｘ＝３５．０、
ｙ＝６５．０、ｚ＝０）を結んで形成される領域内（但
し、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺ｃｄ、辺ｄｅ及び辺ｅａを含
む。）にある混合物を加熱して得られるジオプサイト結
晶母材と、（２）Ｓｉ、Ｌｉ及びＭｇ元素を含み、各々
の酸化物とした場合の組成割合をαＳｉＯ₂−βＬｉ₂Ｏ
−γＭｇＯ（但し、α、β及びγはモル％を表わし、α
＋β＋γ＝１００モル％である。）により表した場合
に、上記α、β及びγが、図２において点Ａ（α＝６
８．８、β＝２４．２、γ＝７．０）、点Ｂ（α＝６
２．４、β＝２４．２、γ＝１３．４）、点Ｃ（α＝５
５．５、β＝３０．７、γ＝１３．８）、及び点Ｄ（α
＝５７．２、β＝３３．９、γ＝８．９）を結んで形成
される領域内（但し、辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＣＤ及び辺Ｄ
Ａを含む。）にある混合物である配合材と、を加えて焼
成することにより得られることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の低温焼成磁器組成物の製造
方法は、Ｓｉ、Ｃａ及びＭｇ化合物のうちの２種以上を
用い、各々の酸化物とした場合の組成割合をｘＳｉＯ₂
−ｙＣａＯ−ｚＭｇＯ（但し、ｘ、ｙ及びｚはモル％を
表わし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％である。）により表
した場合に、上記ｘ、ｙ及びｚが、図１において点ａ
（ｘ＝６２．０、ｙ＝３８．０、ｚ＝０），点ｂ（ｘ＝
５６．４、ｙ＝１８．７、ｚ＝２４．９）、点ｃ（ｘ＝
４９．７、ｙ＝１９．９、ｚ＝３０．４）、点ｄ（ｘ＝
３５．０、ｙ＝３５．０、ｚ＝３０．０）及び点ｅ（ｘ
＝３５．０、ｙ＝６５．０、ｚ＝０）を結んで形成され
る領域内（但し、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺ｃｄ、辺ｄｅ及び
辺ｅａを含む。）にあるように調製した混合物を加熱し
てジオプサイト結晶母材を調製し、次いで、Ｓｉ、Ｌｉ
及びＭｇ化合物を用い、各々の酸化物とした場合の組成
割合をαＳｉＯ₂−βＬｉ₂Ｏ−γＭｇＯ（但し、α、β
及びγはモル％を表わし、α＋β＋γ＝１００モル％で
ある。）により表した場合に、上記α、β及びγが、図
２において点Ａ（α＝６８．８、β＝２４．２、γ＝
７．０）、点Ｂ（α＝６２．４、β＝２４．２、γ＝１
３．４）、点Ｃ（α＝５５．５、β＝３０．７、γ＝１
３．８）、及び点Ｄ（α＝５７．２、β＝３３．９、γ
＝８．９）を結んで形成される領域内（但し、辺ＡＢ、
辺ＢＣ、辺ＣＤ及び辺ＤＡを含む。）にあるように調製
した混合物である配合材を上記ジオプサイト結晶母材に
添加して混合物とし、その後、該混合物を焼成すること
を特徴とする。

【０００９】本発明の上記「（１）ジオプサイド結晶母
材」とは、Ｓｉ、Ｃａ及びＭｇ元素のうちの２種以上を
含み、各々の酸化物とした場合の組成割合をｘＳｉＯ₂
−ｙＣａＯ−ｚＭｇＯ（但し、ｘ、ｙ及びｚはモル％を
表わし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％である。）により表
した場合に、上記ｘ、ｙ及びｚが所定範囲内にある混合
物を焼成することにより得られるジオプサイドベースの
結晶母材である。かかるジオプサイドベースの結晶母材
は、融点が約１３９０℃と高いため、焼成により磁器組
成物を得る際の焼成温度では安定であることから、誘電
特性を効果的に安定化することができる。

【００１０】上記「（１）ジオプサイド結晶母材」にお
いて、上記ｘ、ｙ及びｚの範囲は、図１において点ａ
（ｘ＝６２．０、ｙ＝３８．０、ｚ＝０），点ｂ（ｘ＝
５６．４、ｙ＝１８．７、ｚ＝２４．９）、点ｃ（ｘ＝
４９．７、ｙ＝１９．９、ｚ＝３０．４）、点ｄ（ｘ＝
３５．０、ｙ＝３５．０、ｚ＝３０．０）及び点ｅ（ｘ
＝３５．０、ｙ＝６５．０、ｚ＝０）を結んで形成され
る領域内（但し、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺ｃｄ、辺ｄｅ及び
辺ｅａを含む。）である（単位はモル％）。上記ｘ、ｙ
及びｚが上記領域外であると、磁器組成物の密度が飽和
する焼成温度が高くなり、低温での焼成が困難となると
共に、高周波領域におけるｔａｎδの値が大きくなり、
高周波領域における誘電特性が低下するので好ましくな
い。

【００１１】また、上記ｘ、ｙ及びｚの範囲は、好まし
くは図１において点ａ’（ｘ＝５８．０、ｙ＝４２．
０、ｚ＝０）、点ｂ’（ｘ＝５２．０、ｙ＝２８．０、
ｚ＝２０．０）、点ｃ’（ｘ＝４６．０、ｙ＝２８．
０、ｚ＝２６．０）、点ｄ’（ｘ＝３８．０、ｙ＝３
８．０、ｚ＝２４．０）及び点ｅ’（ｘ＝４１．０、ｙ
＝５９．０、ｚ＝０）を結んで形成される領域内（但
し、辺ａ’ｂ’、辺ｂ’ｃ’、辺ｃ’ｄ’、辺ｄ’ｅ’
及び辺ｅ’ａ’を含む。）であり、更に好ましくは、図
１において点ａ”（ｘ＝５３．０、ｙ＝４７．０、ｚ＝
０）、点ｂ”（ｘ＝４９．５、ｙ＝３１．０、ｚ＝１
９．５）、点ｃ”（ｘ＝４５．０、ｙ＝３４．０、ｚ＝
２１．０）、点ｄ”（ｘ＝４３．０、ｙ＝３６．５、ｚ
＝２０．５）及び点ｅ”（ｘ＝４５．０、ｙ＝５５．
０、ｚ＝０）を結んで形成される領域内（但し、辺ａ”
ｂ”、辺ｂ”ｃ”、辺ｃ”ｄ”、辺ｄ”ｅ”及び辺ｅ”
ａ”を含む。）である。かかる範囲とすることにより、
焼成温度を１０００℃以下に低くすることができると共
に、高周波領域におけるｔａｎδを５．０×１０^-4以下
の優れた水準にすることができるので好ましい。

【００１２】上記「（１）ジオプサイド結晶母材」を得
るための出発原料としては、通常はＳｉ、Ｃａ、Ｍｇの
酸化物が用いられるが、その他に、焼成の段階でＳｉ、
Ｃａ、Ｍｇの酸化物となる化合物、例えばＳｉ、Ｃａ、
Ｍｇの炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物等を用いることがで
きる。そして、上記「（１）ジオプサイド結晶母材」を
得るための製造方法については特に限定はなく、通常
は、上記出発原料の混合物を１２００℃以上、好ましく
は１２５０℃以上、更に好ましくは１２８０℃以上で仮
焼し、その後、適度に粉砕することにより調製される。

【００１３】本発明の上記「（１）ジオプサイド結晶母
材」の結晶粒子は、通常、長径が２０μｍ以下、好まし
くは長径が１５μｍ以下、更に好ましくは長径が１０μ
ｍ以下である。かかる範囲とすることにより、本発明の
上記「（２）配合材」との焼成反応性を確保し、得られ
る磁器組成物の表面平滑性を良好なものとすることがで
きるので好ましい。上記「（１）ジオプサイド結晶母
材」の結晶粒子の長径は、一つの結晶粒子の最も離れた
２点間を直線で結んだ長さであり、焼結体のラップ断面
（いわゆる鏡面研磨面）の組織観察をすることにより測
定することができる。例えば、倍率２０００倍のＳＥＭ
像を撮影した写真から測定するのが簡便である。そし
て、通常は、ＳＥＭ像の写真１枚あたりから任意に１０
の結晶粒子を抽出し、その平均値を求める作業を一つの
試料について少なくとも３ヵ所以上の場所で行い、その
総合平均値を結晶粒子全体の長径として採用する。

【００１４】本発明の上記「（２）配合材」は、Ｓｉ、
Ｌｉ及びＭｇ元素を含み、各々の酸化物とした場合の組
成割合をαＳｉＯ₂−βＬｉ₂Ｏ−γＭｇＯ（但し、α、
β及びγはモル％を表わし、α＋β＋γ＝１００モル％
である。）により表した場合に、上記α、β及びγが所
定範囲にある混合物である。上記「（２）配合材」を上
記「（１）ジオプサイド結晶母材」と併用することによ
り、高周波における優れた誘電特性を示しつつ、磁器組
成物の密度が飽和する焼成温度を低くして、低温焼成を
可能にすることができるので好ましい。

【００１５】上記「（２）配合材」において、上記上記
α、β及びγの範囲は、図２において点Ａ（α＝６８．
８、β＝２４．２、γ＝７．０）、点Ｂ（α＝６２．
４、β＝２４．２、γ＝１３．４）、点Ｃ（α＝５５．
５、β＝３０．７、γ＝１３．８）、及び点Ｄ（α＝５
７．２、β＝３３．９、γ＝８．９）を結んで形成され
る領域内（但し、辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＣＤ及び辺ＤＡを
含む。）である。上記α、β及びγが上記領域外である
と、磁器組成物の密度が飽和する焼成温度が高くなり、
低温での焼成が困難となると共に、高周波領域における
ｔａｎδの値が大きくなり、高周波領域における誘電特
性が低下するので好ましくない。

【００１６】また、好ましくは、上記α、β及びγの範
囲が、図２において点Ａ’（α＝６４．０、β＝２５．
０、γ＝１１．０）、点Ｂ’（α＝６２．５、β＝２
６．５、γ＝１１．０）、点Ｃ’（α＝５８．５、β＝
３０．５、γ＝１１．０）、及び点Ｄ’（α＝５８．
０、β＝３２．０、γ＝１０．０）を結んで形成される
領域内（但し、辺Ａ’Ｂ’、辺Ｂ’Ｃ’、辺Ｃ’Ｄ’及
び辺Ｄ’Ａ’を含む。）にあり、更に好ましくは、図２
において点Ａ”（α＝６３．０、β＝２５．５、γ＝１
１．５）、点Ｂ”（α＝６２．５、β＝２７．０、γ＝
１０．５）、点Ｃ”（α＝６０．０、β＝２８．５、γ
＝１１．５）、及び点Ｄ”（α＝５８．５、β＝３１．
０、γ＝１０．５）を結んで形成される領域内（但し、
辺Ａ”Ｂ”、辺Ｂ”Ｃ”、辺Ｃ”Ｄ”及び辺Ｄ”Ａ”を
含む。）である。上記α、β及びγを上記範囲とする
と、磁器組成物の低温焼成と低ｔａｎδ値の両立を可能
にすることができるので好ましい。

【００１７】上記「（２）配合材」を得るための出発原
料としては、通常はＳｉ、Ｌｉ、Ｍｇの酸化物が用いら
れるが、その他に、焼成の段階でＳｉ、Ｌｉ、Ｍｇの酸
化物となる化合物、例えばＳｉ、Ｌｉ、Ｍｇの炭酸塩、
重炭酸塩、水酸化物等を用いることができる。その他、
Ｌｉ₂Ｏの原料として、ユークリプタイト（Ｌｉ₂Ｏ・Ａ
ｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ
₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）、ペタライト（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・
８ＳｉＯ₂）等を、アルミナ等の異種成分の影響を大き
く受けない範囲で使用することができる。

【００１８】本発明の低温焼成磁器組成物は、上記
「（１）ジオプサイド結晶母材」に「（２）配合材」を
添加して焼成することにより得られるものである。この
場合、上記「（１）ジオプサイド結晶母材」と「（２）
配合材」の配合割合については特に限定はなく、通常
は、上記「（１）ジオプサイド結晶母材」が８０〜９７
質量％、好ましくは８４〜９５質量％、更に好ましくは
８７〜９５質量％、より好ましくは８８〜９４質量％で
ある。また、上記「（２）配合材」は３〜２０質量％、
好ましくは５〜１６質量％、更に好ましくは５〜１３質
量％、より好ましくは６〜１２質量％である。通常はか
かる範囲とすることにより磁器組成物の密度が飽和す
る焼成温度を低くすると共に、高周波領域におけるｔａ
ｎδの値を小さくし、両者のバランスがとれた、低温で
の優れた焼結性及び高周波領域における優れた誘電特性
を備えた低温焼成磁器組成物とすることができるので好
ましい。

【００１９】また、上記焼成の条件については、焼成を
行うことができる限り特に限定はなく、必要に応じて種
々の条件とすることができる。焼成温度は通常１０５０
℃以下、好ましくは１０３０℃以下、更に好ましくは１
０２０℃以下、特に好ましくは１０００℃以下とするこ
とができる。かかる範囲とすることにより、優れた焼結
性、誘電特性を保ちつつ、Ａｇ、Ｃｕ等の低融点金属か
らなる配線との同時焼成ができるので好ましい。また、
焼成の雰囲気については、大気雰囲気あるいは還元雰囲
気下（窒素雰囲気等）とすることができる。特に、配線
基板を製造する際に配線としてＡｇを用いる場合は大気
雰囲気下が好ましく、Ｃｕを用いる場合は還元雰囲気下
で焼成するのが好ましい。更に、焼成時間としては、通
常は０．５〜３時間、好ましくは１〜２時間、更に好ま
しくは０．６〜１時間である。上記熱処理時間をかかる
範囲とすることにより、材料自体の焼結、配線の密着確
保、及び配線材料（Ａｇ、Ｃｕ等）の密着性確保のため
に配合されたガラス成分の拡散の抑制に有効であること
から好ましい。

【００２０】本発明の低温焼成磁器組成物は、上記
「（１）ジオプサイド結晶母材」及び「（２）配合材」
を必須成分とするが、その他、本発明の目的を損なわな
い範囲で、種々の物質を添加することができる。例え
ば、バインダー、可塑剤、溶媒等をを必要に応じて適宜
添加することができる。上記バインダーとしては、ポリ
ビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、エチ
ルセルロース、アセチルセルロース、ポリビニルエーテ
ル、ポリビニルブチラール等が例示され、１種単独であ
るいは２種以上を組み合わせて用いることができる。ま
た、上記可塑剤としてはジブチルフタレート、ジオクチ
ルフタレート、グリセリン、ポリエチレングリコール等
が例示される。更に、上記溶媒は各成分に悪影響を及ぼ
さないものであれば特に限定されず、例えば、キシレ
ン、トルエン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、
メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン類、酢
酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル
類、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブ
タノール、ペンタノール、ヘキサノール等のアルコール
類等を１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用い
ることができる。

【００２１】また、本発明の低温焼成磁器組成物では、
ジオプサイド結晶以外にも副結晶を含有していてもよ
い。かかる副結晶としては、例えば、α−石英、クリス
トバライト等のＳｉＯ₂系結晶、ウォラストナイト結
晶、エンスタタイト結晶、アケマナイト結晶等が挙げら
れる。かかる副結晶を含有させることにより、誘電特性
の安定化と低誘電率化を効果的に促進することができる
ので好ましい。副結晶を含有させる場合、上記「（１）
ジオプサイド結晶母材」及び「（２）配合材」に更に副
結晶母材を添加してもよく、また、副結晶を添加せずに
焼成し、焼成により副結晶を生じさせることにより含有
するものとすることもできる。

【００２２】また、上記のように副結晶を含有させる場
合、上記ジオプサイド結晶の含有量としては、通常は２
０〜９５質量部、好ましくは３５〜９０質量部、更に好
ましくは５０〜８５質量部である。かかる範囲とするこ
とにより、ジオプサイド結晶を含有することによる誘電
特性の効果的な安定化と、副結晶による上記効果とのバ
ランスを保つことができるので好ましい。ここで、ジオ
プサイド結晶の含有量の測定方法については、例えば、
次のような方法で測定することができる。即ち、ジオプ
サイドの配合組成を３段階程度に変えた素地のＸ線回折
測定を行い、ジオプサイド結晶のピーク強度を求め、ジ
オプサイド配合濃度とピーク強度との関係曲線を描き、
次いで、測定対象である磁器組成物のＸ線回折測定によ
りジオプサイド結晶のピーク強度を求め、上記関係曲線
からジオプサイド結晶の含有量を求める。

【００２３】本発明の低温焼成磁器組成物は、従来のよ
うなガラス質と結晶質との組み合わせとは異なり、結晶
質である上記「（１）ジオプサイド結晶母材」と
「（２）配合材」との組み合わせからなるものである。
よって、予めガラスを調製する手間が不要となり、コス
トが削減できると共に、ガラス粉末の製造条件におい
て、粉砕条件、溶融条件、不純物混入等に伴うガラスの
結晶化温度の低下による緻密化不良、並びに結晶の析出
量の変動による強度、誘電特性のバラツキ等という問題
も生じないので好ましい。また、本発明の低温焼成磁器
組成物は、上記に示すような特有の結晶相を配合してい
ることから、誘電特性を向上させることができる。具体
的には、ＪＩＳＲ１６２７〔１９９６〕により測定し
た２０ＧＨｚにおけるｔａｎδを７．０×１０^-4以下、
好ましくは６．８×１０^-4以下、更に好ましくは６．５
×１０^-4以下とすることができる。

【００２４】本発明の低温焼成磁器組成物を用いて配線
基板を形成する方法としては、例えば、上記「（１）ジ
オプサイド結晶母材」及び「（２）配合材」の混合物を
公知のドクターブレード法等を用いてグリーンシート化
して、該グリーンシート上に導電ペーストを用いてスク
リーン印刷法等により配線層を印刷形成し、次いで、該
グリーンシートを圧着して積層体を形成し、この積層体
を脱バインダー化した後で焼成することにより、目的と
する低温焼成配線基板を得る方法が挙げられる。成形体
は、公知のプレス法を用いてブロック体にしたり、公知
のドクターブレード法でグリーンシート化し、更に圧着
して積層体としたり、ペースト状にして厚膜印刷技術を
用いて多層体とすることができる。配線基板を形成する
には、グリーンシートに成形するのが多層化が容易でよ
い。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁器組成物及びそ
の製造方法について、以下の実施例により詳しく説明す
る。＜１＞実験例１（１）ジオプサイト結晶母材の調製原料としてＣａＣＯ₃（試薬特級）、ＭｇＯ（純度９
９．９９％、平均粒径０．１μｍ）、及びＳｉＯ₂（純
度９９．８％、平均粒径０．５μｍ）を用いた。ポリエ
チレンポット（容積１リットル）中に蒸留水２００ｍ
ｌ、上記ＣａＣＯ₃を３８．４１ｇ、ＭｇＯを１５．４
７ｇ、ＳｉＯ₂を４６．１２ｇ添加し、次いでジルコニ
ア球石（１０ｍｍφ）１０００ｇを用いて５６ｒｐｍ、
１７時間の条件で混合粉砕して混合粉末を得た。尚、上
記ＣａＣＯ₃、ＭｇＯ、及びＳｉＯ₂の重量割合は、ジオ
プサイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂）の理論組成で
あるＣａＯ１ｍｏｌ、ＭｇＯ１ｍｏｌ、及びＳｉＯ₂２
ｍｏｌの比率からなる割合である。

【００２６】続いて、得られた混合粉末をふるい通し
（６０メッシュ）し、４８℃、１５時間の条件で、電気
オーブンにより上記混合粉末を乾燥した。そして、電気
炉アルミナるつぼ（純度９９．９）により、乾燥後の上
記混合粉末を１２４８℃、２時間の条件で加熱反応さ
せ、ジオプサイト結晶母材を調製した。尚、ジオプサイ
ト結晶母材が生成していることは、上記加熱反応により
得られた母材を粉末Ｘ線回折測定にかけ、ジオプサイト
を主体結晶とし、若干の未反応成分としてＳｉＯ₂（Ｑ
ｕａｒｔｚ）、ＣａＯ及びＭｇＯの３つを確認すること
により確認した。

【００２７】（２）配合材の調製配合材として、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−ＭｇＯの３成分系
で、約９３０℃の低い共融点が得られる組成（Ｓｉ
Ｏ₂：６４ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏ：２３ｍｏｌ％、Ｍｇ
Ｏ：１３ｍｏｌ％）をベースに調製を行った。原料とし
てＳｉＯ₂（純度９９．８％、平均粒径０．５μｍ）、
Ｌｉ₂ＣＯ₃（試薬特級）、及びＭｇＯ（純度９９．９９
％、平均粒径０．１μｍ）を用いた。ポリエチレンポッ
ト（容積１ｌ）中に蒸留水２００ｍｌ、上記ＳｉＯ₂を
３０．０１ｇ、Ｌｉ₂ＣＯ₃を２４．８４ｇ、ＭｇＯを
７．９３ｇ添加し、次いでジルコニア球石（１０ｍｍ
φ）１０００ｇを用いて５６ｒｐｍ、３１時間の条件で
混合粉砕して混合粉末を得た。続いて、得られた混合粉
末を凍結乾燥機を用いて凍結乾燥することにより、配合
材を調製した。

【００２８】（３）焼成試験用素地の調製ポリエチレンポット（容積１ｌ）中に、蒸留水２００ｍ
ｌ、上記（１）で調製した母材７７．０７ｇ（９０質量
％）及び上記（２）で調製した配合材８．５６ｇ（１０
質量％）添加し、次いでジルコニア球石（１０ｍｍφ）
１０００ｇを用いて５０ｒｐｍ、５５時間の条件で混合
粉砕して混合粉末を得た。そして、得られた混合粉末に
バインダーであるポリビニルアルコールを１ｇ添加し、
５０ｒｐｍ、１時間の条件で溶解混合した。続いて、凍
結乾燥後、篩通しをすることにより、焼成試験用素地を
調製した。

【００２９】（４）試料の作成上記（３）で得られた焼成試験用素地の粉末を、圧力３
００ｋｇ／ｃｍ²の条件で金型プレス成形法により、サ
イズ１５ｍｍφ×６ｍｍの試料を作成した。これを更
に、静水圧プレス機にて圧力３０００ｋｇ／ｃｍ²で加
圧し、焼成用試料を得た。次いで、該焼成用試料を電気
炉にセットし、２００℃まで３０分、次いで４００℃ま
で６時間、そして４００℃のまま６時間保持して試料の
バインダーを分解除去し、その後、６時間かけて焼成温
度まで昇温し、２時間保持した後６時間かけて室温まで
降温することにより焼成を行った。そして、焼成した試
料を研削加工し、サイズ８ｍｍφ×４ｍｍ^tの試料を作
成した。

【００３０】（５）測定上記（４）で得られた試料について、ネットワークスペ
クトラムアナライザーを使用し、誘電体円柱共振器法
（ＪＩＳＲ１６２７〔１９９６〕）にてｔａｎδ、誘
電率（ε）を測定した。また、試料の寸法と重量を測定
することにより、焼成密度を測定した。その結果を以下
の表１に示す。尚、ｔａｎδの測定周波数は２０ＧＨｚ
である。

【００３１】

【表１】

【００３２】（６）結果表１より、本試料は９８４℃でほぼ密度が飽和した。そ
こで、以下、密度が飽和する焼成温度の試料を対象に誘
電特性を評価することにした。

【００３３】＜２＞実験例２上記実験例１と同じ方法により、表２及び表３に示す組
成のジオプサイド結晶母材（Ｎｏ．１〜１４）及び配合
材（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０）を調整した。尚、ジオプサ
イド結晶母材中、Ｎｏ．１〜９は組成割合が本発明の範
囲内であり、Ｎｏ．１０〜１４は組成割合が本発明の範
囲外である。また、配合材中、Ｎｏ．１〜６は組成割合
が本発明の範囲内であり、Ｎｏ．７〜１０は組成割合が
本発明の範囲外である。そして、これらを表４〜７に示
すように組み合わせることにより、低温焼成磁器組成物
を調製し、上記実施例１と同じ方法により、ｔａｎδ、
ε、磁器密度飽和温度を測定した。その結果を表４〜７
に併記する。また、母材としてジオプサイド結晶母材の
代わりにフォルステライトを用い、配合材としてコーニ
ング＃９０１０を用いて低温焼成磁器組成物を調製し、
同様にｔａｎδ、ε、磁器密度飽和温度を測定した。こ
れらの測定の結果を表７に併記する。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】

【表５】

【００３８】

【表６】

【００３９】

【表７】

【００４０】表４及び表５より、ジオプサイド結晶母材
組成及び配合材組成がいずれも本発明の範囲内である実
施例１〜１３では、磁器密度飽和焼成温度がいずれも１
０４５℃以下、ｔａｎδは８．８×１０^-4以下の低い値
を示している。この結果より、実施例１〜１３の磁器組
成物は、低温でも充分に焼結させることができ、且つ、
高周波領域における優れた誘電特性を奏するものである
ことが判る。特に、母材の割合を８８〜９４質量％、配
合材の割合を６〜１２質量％の範囲とすると、磁器密度
飽和焼成温度が１０２０℃以下、且つｔａｎδは７．０
×１０^-4以下の低い値を示す磁器組成物とすることがで
きることが判る。

【００４１】一方、表７より、母材としてフォルステラ
イトを用い、配合材としてコーニング＃９０１０を用い
た比較例１２は、ｔａｎδが１４．３〜２８．３×１０
^-4と高く、磁器密度飽和焼成温度も１０９０〜１１８０
℃と高いことが判る。また、上記配合材としてコーニン
グ＃９０１０の代わりに本発明の配合材（Ｎｏ．５）を
用いた比較例１１は、磁器密度飽和焼成温度が９８０〜
１０２０℃と若干低下しているが、ｔａｎδが７．９〜
１０．９×１０^-4と依然として高く、配合割合によって
は焼成クラックが発生していることが判る。

【００４２】また、表７より、配合材を全く用いていな
い比較例６では、ｔａｎδが１．７〜１０．９×１０^-4
と低い反面、磁器密度飽和焼成温度が１２８５℃と著し
く高く、低温焼成に不向きであることが判る。

【００４３】更に、ジオプサイド結晶母材として共に本
発明の範囲内であるＮｏ．６の母材を用い、配合材の種
類が本発明の範囲内のものを用いた実施例１０と範囲外
である比較例７とを対比すると、実施例１０では磁器密
度飽和焼成温度が９５０〜１０４５℃であり、ｔａｎδ
が３．２〜８．８×１０^-4と低い。一方、比較例７で
は、ｔａｎδが８．１×１０^-4と低いものは磁器密度飽
和焼成温度が１０４５℃と高く、磁器密度飽和焼成温度
が１００５℃と低いものはｔａｎδが１３．５×１０^-4
と高いことが判る。同様の傾向は、実施例１２と比較例
８及び９、並びに実施例９と範囲外である比較例１０で
も認められる。かかる結果より、配合材の組成割合が本
発明の範囲内のものを用いることにより、磁器密度飽和
焼成温度を低くすると共に、高周波におけるｔａｎδを
低くすることができることが判る。

【００４４】また、配合材として共に本発明の範囲内で
あるＮｏ．１の配合材を用い、ジオプサイド結晶母材の
種類が本発明の範囲内のものを用いた実施例４と範囲外
である比較例２とを対比すると、実施例４では磁器密度
飽和焼成温度が９６０〜１０２５℃であり、ｔａｎδが
４．６〜８．０×１０^-4と低い。一方、比較例２では、
ｔａｎδが７．８×１０^-4と低いものは磁器密度飽和焼
成温度が１１１０℃と高く、磁器密度飽和焼成温度が９
９０℃と低いものはｔａｎδが１３．５×１０ ^-4と高い
ことが判る。同様の傾向は、実施例３及び８と比較例
１、実施例２、７、９〜１２と比較例３、実施例１と比
較例４、実施例５と比較例５においても認められる。か
かる結果より、母材の組成割合が本発明の範囲内のもの
を用いることにより、磁器密度飽和焼成温度を低くする
と共に、高周波におけるｔａｎδを低くすることができ
ることが判る。

【００４５】尚、本発明においては、上記の具体的実施
例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の
範囲内で種々変更した実施例とすることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の低温焼成磁器組成物によれば、
所定組成のジオプサイド結晶母材と配合材とを組み合わ
せて焼成することにより得られるという構成を備えるこ
とにより、低温で焼結することができる。また、従来の
ようなガラス質と結晶質との組み合わせとは異なり、結
晶質と結晶質との組み合わせであることから、ガラスを
用いる従来の磁器組成物と比較して、予めガラスを調製
する手間が不要となり、コストが削減できると共に、ガ
ラス粉末の製造過程における種々の要因に起因する強
度、誘電特性のバラツキ等を防止することができる。そ
のため、準ミリ波、ミリ波用電子回路基板やフィルター
用基板、パッケージ等の高周波デバイス部品に好適に用
いることができる。そして、本発明の低温焼成磁器組成
物の製造方法によれば、高周波デバイス部品等に好適に
用いることができる本発明の低温焼成磁器組成物を容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の「（１）ジオプサイト結晶母材」の組
成範囲を説明するための三元図である。

【図２】本発明の「（２）配合材」の組成範囲を説明す
るための三元図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東田豊愛知県小牧市光ヶ丘二丁目18番３号Ｆターム(参考） 4G030 AA02 AA07 AA08 AA37 BA09 CA01 CA04 GA09 GA18 GA27 5G303 AA02 AA10 AB07 AB15 BA12 CA01 CB06 CB16 CB30 DA05 5J006 HC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）Ｓｉ、Ｃａ及びＭｇ元素のうちの
２種以上を含み、各々の酸化物とした場合の組成割合を
ｘＳｉＯ₂−ｙＣａＯ−ｚＭｇＯ（但し、ｘ、ｙ及びｚ
はモル％を表わし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％であ
る。）により表した場合に、上記ｘ、ｙ及びｚが、図１
において点ａ（ｘ＝６２．０、ｙ＝３８．０、ｚ＝
０），点ｂ（ｘ＝５６．４、ｙ＝１８．７、ｚ＝２４．
９）、点ｃ（ｘ＝４９．７、ｙ＝１９．９、ｚ＝３０．
４）、点ｄ（ｘ＝３５．０、ｙ＝３５．０、ｚ＝３０．
０）及び点ｅ（ｘ＝３５．０、ｙ＝６５．０、ｚ＝０）
を結んで形成される領域内（但し、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺
ｃｄ、辺ｄｅ及び辺ｅａを含む。）にある混合物を加熱
して得られるジオプサイト結晶母材と、（２）Ｓｉ、Ｌ
ｉ及びＭｇ元素を含み、各々の酸化物とした場合の組成
割合をαＳｉＯ₂−βＬｉ₂Ｏ−γＭｇＯ（但し、α、β
及びγはモル％を表わし、α＋β＋γ＝１００モル％で
ある。）により表した場合に、上記α、β及びγが、図
２において点Ａ（α＝６８．８、β＝２４．２、γ＝
７．０）、点Ｂ（α＝６２．４、β＝２４．２、γ＝１
３．４）、点Ｃ（α＝５５．５、β＝３０．７、γ＝１
３．８）、及び点Ｄ（α＝５７．２、β＝３３．９、γ
＝８．９）を結んで形成される領域内（但し、辺ＡＢ、
辺ＢＣ、辺ＣＤ及び辺ＤＡを含む。）にある混合物であ
る配合材と、を混合して焼成することにより得られるこ
とを特徴とする低温焼成磁器組成物。
【請求項２】上記焼成の温度が１０２０℃以下である
請求項１記載の低温焼成磁器組成物。
【請求項３】ＪＩＳＲ１６２７〔１９９６〕により
測定した２０ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）が
７．０×１０^-4以下である請求項１又は２記載の上記低
温焼成磁器組成物。
【請求項４】副結晶母材を添加せずに焼成することに
より得られる請求項１乃至３のいずれかに記載の低温焼
成磁器組成物。
【請求項５】Ｓｉ、Ｃａ及びＭｇ化合物のうちの２種
以上を用い、各々の酸化物とした場合の組成割合をｘＳ
ｉＯ₂−ｙＣａＯ−ｚＭｇＯ（但し、ｘ、ｙ及びｚはモ
ル％を表わし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％である。）に
より表した場合に、上記ｘ、ｙ及びｚが、図１において
点ａ（ｘ＝６２．０、ｙ＝３８．０、ｚ＝０），点ｂ
（ｘ＝５６．４、ｙ＝１８．７、ｚ＝２４．９）、点ｃ
（ｘ＝４９．７、ｙ＝１９．９、ｚ＝３０．４）、点ｄ
（ｘ＝３５．０、ｙ＝３５．０、ｚ＝３０．０）及び点
ｅ（ｘ＝３５．０、ｙ＝６５．０、ｚ＝０）を結んで形
成される領域内（但し、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺ｃｄ、辺ｄ
ｅ及び辺ｅａを含む。）にあるように調製した混合物を
加熱してジオプサイト結晶母材を調製し、次いで、Ｓ
ｉ、Ｌｉ及びＭｇ化合物を用い、各々の酸化物とした場
合の組成割合をαＳｉＯ₂−βＬｉ₂Ｏ−γＭｇＯ（但
し、α、β及びγはモル％を表わし、α＋β＋γ＝１０
０モル％である。）により表した場合に、上記α、β及
びγが、図２において点Ａ（α＝６８．８、β＝２４．
２、γ＝７．０）、点Ｂ（α＝６２．４、β＝２４．
２、γ＝１３．４）、点Ｃ（α＝５５．５、β＝３０．
７、γ＝１３．８）、及び点Ｄ（α＝５７．２、β＝３
３．９、γ＝８．９）を結んで形成される領域内（但
し、辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＣＤ及び辺ＤＡを含む。）にあ
るように調製した混合物である配合材を上記ジオプサイ
ト結晶母材に添加して混合物とし、その後、該混合物を
焼成することを特徴とする低温焼成磁器組成物の製造方
法。
【請求項６】副結晶母材を添加せずに混合物を調製
し、その後、該混合物を焼成する請求項５記載の低温焼
成磁器組成物の製造方法。