JP2003166077A - 積層誘電体フィルタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誘電率が小さく、誘電ロスが大きい低温焼成誘
電体セラミックスを用いる必要がなく、誘電率が大き
く、誘電ロスが小さい誘電体セラミックスで構成できる
積層誘電体フィルタを提供する。これにより、サイズが
小さく、高性能な積層誘電体フィルタが実現できる。 【解決手段】複数の誘電体層と、該誘電体層間に形成さ
れた内部電極とを備える積層誘電体フィルタにおいて、
前記誘電体層の少なくとも１つは、誘電体の超微粒子を
高速で噴射して堆積させるガスデポジション法により形
成された層であることを特徴とする積層誘電体フィルタ
に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信分野等
において利用される誘電率が大きく、誘電ロスの少ない
積層誘電体フィルタおよびその製造方法に関する。特
に、誘電体層の少なくとも１つは、誘電体の超微粒子を
高速で噴射して堆積させるガスデポジション法により形
成された層である複数の誘電体層と、該誘電体層間に形
成された内部電極とを備える積層誘電体フィルタおよび
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】数ＭＨｚから数ＧＨｚ帯で利用される小
型誘電体フィルタとして、グリーンシート法により作ら
れる、所定パターンの共振電極が形成された誘電体共振
器を積層して構成される誘電体フィルタが知られている
（例えば、特開平４−３０６００５号公報、特開平６−
２９１５０６号公報参照）。この種の積層型誘電体フィ
ルタは、サイズを小さくできるという利点をもつ。

【０００３】一方、膜の形成方法として、例えば特公平
３−１４５１２号公報に記載されているように超微粒子
を用いたガスデポジション法が知られている。真空蒸着
法と同様に金属加熱源および真空容器を配置し、金属蒸
気から超微粒子を形成し、この超微粒子からなる膜を基
板上に形成する。このようなガスデポジション法による
金属膜の形成は、Ｎｉ、Ｃｕなどの配線材料で実用化さ
れ、具体的には各種プリント配線基板の断線修復や半導
体装置における表面実装用パッド電極の形成などに用い
られている。

【０００４】また、酸化物セラミックス材料の超微粒子
を用いたガスデポジション法による膜形成も提案されて
いる。例えば、特開平３−９３６０６号公報には、Ｂｉ
−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏからなる酸化物超伝導膜
の形成法が示されている。また、特開平４−１８８５０
３号公報にはＢａＴｉＯ_３セラミックス誘電体厚膜とそ
の耐電圧を確保するための高分子塗膜の複合膜に関する
ガスデポジション法による形成法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】積層型誘電体フィルタ
は内部電極と誘電体セラミックスを一体焼成するために
９００℃以下の低い焼成温度で焼成可能な低温焼成誘電
体セラミックスを用いる必要がある。一般的に、このよ
うな低温焼成誘電体セラミックスは非常に多くのガラス
成分を含有しているため、低温での焼成は可能となる
が、誘電率が小さく、誘電ロスが大きいなどの問題点が
ある。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、誘電率が小さく、
誘電ロスが大きい低温焼成誘電体セラミックスを用いる
必要がなく、誘電率が大きく、誘電ロスが小さい誘電体
セラミックスで構成できる積層誘電体フィルタを提供す
ることである。これにより、サイズが小さく、高性能な
積層誘電体フィルタが実現できる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の誘電体
層と、該誘電体層間に形成された内部電極とを備える積
層誘電体フィルタにおいて、前記誘電体層の少なくとも
１つは、誘電体の超微粒子を高速で噴射して堆積させる
ガスデポジション法により形成された層であることを特
徴とする積層誘電体フィルタに関する。

【０００８】特に、前記ガスデポジション法により形成
された層が、Ｂａ−Ｔｉ−Ｏ系組成、一般式ＡＢＯ_３で
表した時にＡサイトにＢａ、ＢサイトにＺｎまたはＴａ
を含むペロブスカイト組成、Ｂａ−Ｔｉ−希土類−Ｏ系
組成、ＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３系組成、およびフォ
ルステライトのうち少なくとも１つからなる誘電体セラ
ミックスであることであることが好ましい。

【０００９】また、本発明は、複数の誘電体層と、該誘
電体層間に形成された内部電極とを備える積層誘電体フ
ィルタにおいて、前記誘電体層の少なくとも１つは、誘
電体の超微粒子を高速で噴射して堆積させるガスデポジ
ション法により形成することを特徴とする積層誘電体フ
ィルタの製造方法に関する。

【００１０】ガスデポジション法を適用することによ
り、低温焼成誘電体セラミックスを使用する必要がなく
なり、低温焼成誘電体セラミックスの、誘電率が小さい
こと、誘電ロスが大きいという問題点を克服し、小型で
高性能の積層誘電体フィルタを提供することが可能とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の積層誘電体フィルタは、
複数の誘電体層と、該誘電体層間に形成された内部電極
とを備え、前記誘電体層の少なくとも１つは、誘電体の
超微粒子を高速で噴射して堆積させるガスデポジション
法により形成されている。

【００１２】積層誘電体フィルタは、誘電体層を適当な
パターンの内部電極を形成して積層したものであり、誘
電体層を挟んで内部電極を形成することによりコンデン
サＣや、ライン状の内部電極と誘電体層を貫通するビア
コンタクトを形成することによりインダクタＬを積層体
の中に形成している。これらのコンデンサＣやインダク
タＬを複数組み合わせることにより、ローパスフィルタ
ＬＰＦ，ハイパスフィルタＨＰＦ、バンドパスフィルタ
ＢＰＦ、バンドエリミネーションフィルタＢＥＦなどの
各種フィルタを適宜構成し、入出力電極を形成して、各
種積層誘電体フィルタを形成できる。本発明の積層誘電
体フィルタは、誘電体層の少なくとも一つがガスデポジ
ション法によって形成されたものであればよく、特定の
フィルタ構成に限定されるものではない。

【００１３】図１は、積層誘電体フィルタの一実施形態
の分解斜視図であり、図２はその外観斜視図である。

【００１４】図１に示した誘電体フィルタは、２つの誘
電体共振器が積層されて構成されている。一つの共振器
は、誘電体層２の表面にストリップライン型共振器とし
て形成され、もう一つの共振器は誘電体層４の表面にや
はりストリップライン型共振器として形成されている。
共振電極２１，４１の接地端はそれぞれ誘電体層２、４
の端部まで配設されて、図２に示すように積層後に側面
に形成される外部アース電極８に接続される。これら誘
電体層２、４の間には２つの共振器間の電磁結合量を制
御する開口部Ａ１を設けた内部アース電極３１が形成さ
れた誘電体層３が挟まれている。

【００１５】誘電体層２の下には、共振電極２１に結合
する内部入力電極１１が形成された誘電体層１があり、
誘電体層４の上には共振電極４１に結合する内部出力電
極５１が形成された誘電体層５がある。内部入出力電極
１１，５１はそれぞれ、図２に示すように積層後に側面
に形成される外部入出力電極９、１０に接続される。

【００１６】誘電体層２の下には更に、側面の外部アー
ス電極８につながる外部アース電極７が下面に形成され
た誘電体層１があり、誘電体層５の上には同様に外部ア
ース電極７が上面に形成された誘電体層６がある。図３
に前記実施例の等価回路図を示す。

【００１７】また、本発明は、複数の誘電体層と、該誘
電体層間に形成された内部電極とを備える積層誘電体フ
ィルタにおいて、前記誘電体層の少なくとも１つは、誘
電体の超微粒子を高速で噴射して堆積させるガスデポジ
ション法により形成することを特徴とする積層誘電体フ
ィルタの製造方法に関するものである。本発明の積層誘
電体フィルタのガスデポジション法を用いて製造する方
法について説明する。

【００１８】図４は、ガスデポジション装置の一例を説
明するための要部構成図で、図中、１３０はエアロゾル
形成室（微粒子浮遊槽）、１３１は該エアロゾル形成室
１３０内に収容された超微粒子、１２０は該エアロゾル
形成室１３０にキャリアガスを導入するガス導入管で、
該ガス導入管１２０の端部はガス供給源１１０に連結さ
れ、該ガス供給源１１０から供給されたキャリアガス
は、該ガス導管１２０の先端部に設けられた孔１３２か
ら噴出され、該エアロゾル形成室１３０内の超微粒子１
３１を浮遊させる。

【００１９】ガスデポジション法は、上述のごとくし
て、超微粒子１３１をガス中に混合してエアロゾル状に
し、そのエアロゾルを成膜室（真空室）１５０に導き、
該成膜室１５０において、該エアロゾルをノズル１５４
から噴出して基板上に堆積して厚膜を形成するものであ
る。

【００２０】図４において、１４０は、上述のごとくし
て形成されたエアロゾルを、エアロゾル形成室１３０か
ら成膜室１５０に導くためのエアロゾル搬送管（微粒子
をキャリアガスと共に搬送する搬送管）、１５４は該エ
アロゾル搬送管１４０の先端に設けられたノズル、１５
０は成膜室（真空室）、１５１は基板を移動させるＸ−
Ｙ−Ｚ−θステージ、１５２は基板ホルダ、１５３はメ
タルマスク、１６０は成膜室（真空室）１５０を真空に
するための真空ポンプで、図４に示す装置により、ま
ず、浮遊槽１３０内に誘電体セラミックス超微粒子１３
１を供給し、該浮遊槽１３０内にガス供給源１１０より
キャリアガス（例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス
等）をガス導入管１２０より導入し、孔１３２より噴射
させて超微粒子１３１をエアロゾル状にせしめ、該超微
粒子１３１をキャリアガスとともに浮遊槽１３０内より
搬送管１４０を介して真空ポンプ１６０で高真空に排気
されている膜形成室１５０に搬送し、搬送管１４０の先
端のノズル１５４より基板ホルダー１５２に保持されて
いる基板（図示せず）上に噴射して、誘電体セラミック
ス膜を形成する。

【００２１】ノズル１５４から噴射される超微粒子流は
流体の相似形として扱うことができ、中心部に最も流速
の早い放物線的な分布を示すが、ノズル１５４と基板
（図示せず）との間にメタルマスク１５３を配置させる
ことで流速の遅い部分をメタルマスクで遮蔽することに
より、平坦な膜を形成できる。また、基板ホルダー１５
２を水平方向に走査させるか、あるいは、ノズルを走査
させることにより、広い面積で平坦な膜を形成すること
ができる。

【００２２】成膜中は、必要により基板を例えば５００
℃程度まで加熱してもよいし、また、成膜後に必要によ
り加熱してもよい。こうすることにより、緻密な積層誘
電体を得ることができる。

【００２３】前述の誘電体層の材料としては、１ＧＨｚ
の周波数で測定した場合のＱ値が１００以上ある誘電体
セラミックスが好ましい。特に、好ましい誘電体層の材
料としては、Ｂａ−Ｔｉ−Ｏ系（例えば、Ｂａ_２Ｔｉ_９
Ｏ_２０、ＢａＴｉ_４Ｏ_９など）組成、一般式ＡＢＯ_３で
表した時にＡサイトにＢａ、ＢサイトにＺｎまたはＴａ
を含むペロブスカイト組成（例えばＢａ（Ｚｎ_１／３Ｔ
ａ_２／３）、Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）、Ｂａ（Ｚ
ｎ_１／３Ｎｂ_２／３）など）、Ｂａ−Ｔｉ−希土類−Ｏ
系組成（例えば、Ｂａ−Ｔｉ−Ｎｄ−Ｏ、Ｂａ−Ｔｉ−
Ｓｍ−Ｏなど）、ＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３系組成、
フォルステライト等の誘電体セラミックスが挙げられ
る。これらの誘電体セラミックスの誘電率は、６〜１０
０、無負荷Ｑ値は、５０００〜１０００００程度であ
り、積層誘電体フィルタとして好ましい材料である。こ
れらの誘電体セラミックスは、焼結温度が１１００〜１
５００℃程度であり、内部電極に使用できる金属に適当
なものがなく、グリーンシート法による積層体の形成は
できない。

【００２４】一方、積層誘電体フィルタの内部電極の形
成も、同様にガスデポジション法により行うことが出来
る。その場合内部電極のパターンを形成したメタルマス
クを使用し、所望のパターンの電極を形成する。内部電
極の材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の導電膜
用金属またはそれら金属の合金、または、Ｃｕ、Ｎｉ等
の集積回路配線用金属またはそれら金属の合金などが挙
げられる。Ａｇ、Ｃｕは導電率が大きい点で好ましい。
ガスデポジションに使用する場合は、これらの金属の超
微粒子が使用される。内部電極の形成は、ガスデポジシ
ョン法に限定されず、スクリーン印刷し焼付けてもよい
し、スパッタリング等の方法もある。

【００２５】本発明の積層誘電体フィルタは、上記のよ
うにガスデポジション法による誘電体層の形成と、同じ
くガスデポジション法による内部電極の形成を繰り返す
ことにより、製造することができる。その場合、誘電体
粒子用エアロゾル形成室（超微粒子浮遊槽）と電極材料
の金属粒子用エアロゾル形成室（超微粒子浮遊槽）の２
つのエアロゾル形成室（超微粒子浮遊槽）を用意し、共
通のノズルを用いて、適宜、エアロゾル形成室とパター
ン用マスクを切り替えて使用すると効率的である。な
お、１つの成膜室１５０に別々のノズルを用意してもよ
い。

【００２６】次に、ガスデポジション法に用いられる誘
電体セラミックス超微粒子に要求される事項について説
明する。粒子の持つ反応性、すなわち、表面エネルギー
は粒子径に反比例すること、また、最密充填したときの
空隙率も粒径に反比例することにより、ガスデポジショ
ン法に用いられる粒子は、粒径の小さいことが望まし
い。具体的には、粉体の評価物性値として、一般に、比
表面積値が用いられるが、本手法で用いられる超微粒子
の好ましい比表面積は５〜１５ｍ^２／ｇであり、さらに
好ましくは１０ｍ^２／ｇ以上である。また、セラミック
スの粒径に換算すると１μｍ以下、好ましくは、０.２
μｍ程度、また、それ以下が好適である。粒子が小さく
なり比表面積が１５ｍ^２／ｇを超えると、粉末の調製に
時間を要し、また、乾燥などの取り扱いが大変なので好
ましくない。

【００２７】図１に示したような積層誘電体フィルタを
製造する場合には、各誘電体層にはそれぞれ用いるセラ
ミックス材料の誘電率を勘案して設計すべきフィルタ特
性に応じて必要な厚みとする。ガスデポジション法で
は、ガス流量と成膜室圧力により制御する。同様にして
各電極もガス流量と成膜室圧力により制御する。一般に
成形室圧力は、１〜１０００Ｐａで、圧力が小さいほ
ど、膜厚は厚くなる。また、セラミックス微粒子の噴射
速度は２０〜５００ｍ／ｓの速度範囲で、速度が速いほ
ど、膜厚は厚くなる。また、膜形成時の基板温度は室温
から５００℃の範囲で高い温度で成膜することにより、
より緻密な誘電体の膜が形成できる。５００℃より高温
で成膜した場合、熱応力による成膜時の膜剥離や基板の
変質を招くので好ましくない。

【００２８】

【実施例】図１〜図３に記載の積層誘電体フィルタを以
下のようにして製造した。図４に示すガスデポジション
装置において、基板ホルダ（１５２）に１０ｍｍ×１０
ｍｍサイズのアルミナ基板を取付ける。このアルミナ基
板には図１に示すＡｇ電極パターン７があらかじめスク
リーン印刷法により形成されている。浮遊槽（１３０）
に誘電体セラミックスの超微粒子（組成Ｂａ_２Ｔｉ_９Ｏ
_２０）を設置し、ガス供給源よりキャリアガスとしてＨ
ｅガスを所定流量で浮遊槽内に導入し、容器内の誘電体
超微粒子を舞い上がらせて、超微粒子とＨｅガスをエア
ロゾル状に混合させる。続いて、ガス搬送管に接続され
ているバルブを開放して、容器のガス圧を２×１０^５Ｐ
ａに維持すると、容器と膜形成室との差圧により容器内
の誘電体超微粒子はキャリアガスとともに搬送管を通し
て膜形成室に搬送される。膜形成室の圧力は３００Ｐａ
とした。

【００２９】使用した誘電体セラミックスの比表面積は
１０ｍ^２/ｇであった。前述のアルミナ基板を４００℃
に加熱し、ノズル（１５４）の開孔面積は０．６×２ｍ
ｍ、ノズル-基板間距離を５ｍｍ、その中間の位置に遮
蔽用のメタルマスクを配置し、噴射堆積を行った。堆積
はＸ−Ｙ軸方向にノズルを走査させることにより、図１
に示す厚膜を得た。堆積処理時間３０分で膜厚は６０μ
ｍに至った。次に、Ａｇ電極パターンを形成するため
に、浮遊容器内にＡｇ粉末を設置し、上記と同様の操作
を行った。

【００３０】以上のようなガスデポジションの操作を繰
り返すことにより、誘電体セラミックスの層とＡｇ電極
パターンの層を積層し、図２に示す積層フィルタを構成
した。このようにして作製された積層誘電体フィルタの
特性を図５に示す。また、得られた積層誘電体フィルタ
のサイズを３×３×２ｍｍとすることができた。なお使
用したＢａ_２Ｔｉ_９Ｏ_２０の比誘電率は、３８であっ
た。

【００３１】なお、誘電体材料として、低温焼成可能な
アルミナにガラス粉末を混合した材料（ガラスの含有率
は重量比で約６０％）を用い、電極としてＡｇ電極を印
刷してグリーンシート法により作製した図２と同様な構
成の従来の積層誘電体フィルタの特性を同じく図５に示
す。同様な従来の誘電体フィルタに比較して、低損失化
が実現されている。また、従来の誘電体材料は、誘電率
が低いため同一の周波数帯のフィルタを得るために、積
層誘電体フィルタのサイズは５×５×３ｍｍと大きくな
っている。なお使用したアルミナにガラス粉末を混合し
た材料の比誘電率は、１０であった。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ガ
スデポジション法により形成した誘電体層を含む積層誘
電体フィルタとすることにより、積層体誘電体フィルタ
を誘電率が大きく、誘電ロスが小さい誘電体セラミック
スで構成でき、これにより、サイズが小さく、高性能な
積層誘電体フィルタが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層誘電体フィルタの一実施形態の分
解斜視図である。

【図２】図１の積層誘電体フィルタの実施形態の外観斜
視図である。

【図３】図１の積層誘電体フィルタの実施形態の等価回
路図である。

【図４】ガスデポジション装置の一例を説明するための
要部構成図である。

【図５】図１の積層誘電体フィルタの特性図である。

【符号の説明】

１〜６ 誘電体層 ７，８ グランド電極 １１，２１，３１，４１，５１ 内部電極 ９，１０ 入出力電極 ２２，４２ 共振器 １１０ ガス供給源 １２０ ガス導管 １３０ エアロゾル形成室 １３１ 超微粒子 １３２ ガス導入管孔 １４０ エアロゾル搬送管 １５０ 成膜室 １５１ Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ １５２ 基板ホルダー １５３ メタルマスク １５４ ノズル １６０ 真空ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の誘電体層と、該誘電体層間に形成
   された内部電極とを備える積層誘電体フィルタにおい
   て、前記誘電体層の少なくとも１つは、誘電体の超微粒
   子を高速で噴射して堆積させるガスデポジション法によ
   り形成された層であることを特徴とする積層誘電体フィ
   ルタ。
2. 【請求項２】 前記ガスデポジション法により形成され
   た層が、Ｂａ−Ｔｉ−Ｏ系組成、一般式ＡＢＯ_３で表し
   た時にＡサイトにＢａ、ＢサイトにＺｎまたはＴａを含
   むペロブスカイト組成、Ｂａ−Ｔｉ−希土類−Ｏ系組
   成、ＭｇＴｉＯ _３−ＣａＴｉＯ_３系組成、およびフォル
   ステライトのうち少なくとも１つからなる誘電体セラミ
   ックスであることを特徴とする請求項１記載の積層誘電
   体フィルタ。
3. 【請求項３】 複数の誘電体層と、該誘電体層間に形成
   された内部電極とを備える積層誘電体フィルタにおい
   て、前記誘電体層の少なくとも１つは、誘電体の超微粒
   子を高速で噴射して堆積させるガスデポジション法によ
   り形成することを特徴とする積層誘電体フィルタの製造
   方法。