JP2005281010A - 誘電体セラミック材料及び積層セラミック基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ９００℃〜１０００℃程度の低温焼成が可能で、かつ機械的強度が高い誘電体セラミック材料及びそれを用いた積層セラミック基板を得る。
【解決手段】 アルミナ粉末と、ＳｉＯ2及びＭｇＯを少なくとも含むガラス粉末とを原料とし、これを焼成することにより得られる誘電体セラミック材料であって、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）とＡｌ2Ｏ3結晶相（１１６）のＸ線回折強度比（ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）／Ａｌ2Ｏ3結晶相（１１６））が０．５以上であることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低温焼成が可能な誘電体セラミック材料及びそれを用いた積層セラミック基板に関するものである。
近年普及している携帯電話などの移動体通信機器及び携帯通信端末においては、その小型化への要求から、これらに使用される高周波回路部品の小型化及び高性能化が求められている。
高周波回路基板においては、従来のプリント基板にコンデンサやインダクタを表面実装したモジュールに代えて、誘電体セラミック基板にコンデンサやインダクタのパターンの配線を形成して積層し、小型化したものが用いられるようになってきている。
積層セラミック基板は、一般にスクリーン印刷法等で所定の配線パターンを形成したガラスセラミック等のグリーンシートを積層し、これを９００℃〜１０００℃程度の温度で焼成して作製されている。配線パターンの材料としては、導電率が高く、かつ大気中で焼成することができる銀（Ａｇ）が多く用いられている。
配線パターンの材料として銀を用いるため、一般には、上記のように９００℃〜１０００℃程度の低温で焼成することが必要であり、積層セラミック基板に用いる誘電体セラミック材料としては、アルミナ等のセラミックフィラーとガラスを混合した低温焼成可能なガラスセラミック材料が用いられている（特許文献１及び２参照）。しかしながら、ガラスを多量に配合すると、機械的強度が低下するという問題があった。
特許第３４４１９２４号公報 特開平１０−１２０４３６号公報
本発明の目的は、低温焼成が可能でかつ機械的強度が高い誘電体セラミック材料及びそれを用いた積層セラミック基板を提供することにある。
本発明の誘電体セラミック材料は、アルミナ粉末と、ＳｉＯ2及びＭｇＯを少なくとも含むガラス粉末を原料とし、これを焼成することにより得られる誘電体セラミック材料であり、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）とＡｌ2Ｏ3結晶相（１１６）のＸ線回折強度比（ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）／Ａｌ2Ｏ3結晶相（１１６））が、０．５以上であることを特徴としている。
本発明の発明者らは、アルミナ粉末と、ＳｉＯ2及びＭｇＯを少なくとも含むガラス粉末を原料とした誘電体セラミック材料において、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）とＡｌ2Ｏ3結晶相（１１６）のＸ線回折強度比（ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）／Ａｌ2Ｏ3結晶相（１１６））が、０．５以上となるように焼成することにより、機械的強度が高い誘電体セラミック材料が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。本発明によれば、９００℃〜１０００℃程度の低温焼成が可能で、かつ機械的強度が高い誘電体セラミック材料とすることができる。
本発明において、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相は、一般に、焼成により析出させることができるものである。ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相を析出させる方法としては、焼成の際、ガラス粉末の軟化点付近で、ある程度の時間保持することが好ましい。具体的には、０．５時間〜１０時間程度保持することが好ましい。さらに好ましくは、１時間〜５時間保持するとよい。また、焼成の際の最高温度をガラス粉末の結晶化開始温度より高い温度に設定することが好ましい。
また、アルミナ粉末とガラス粉末との比率を適当な範囲とすることにより、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相が析出し易くなる。
本発明において用いるガラス粉末は、少なくともＳｉＯ2及びＭｇＯが含まれていればよい。本発明において用いるガラス粉末は、結晶性ガラスであることが好ましく、さらに好ましくはＳｉＯ2、ＭｇＯ、及びＣａＯを含む結晶性ガラスが好ましく用いられる。ここで、結晶性ガラスとは、焼成により結晶化するガラスを意味する。このようなガラスとしては、ＳｉＯ2：４０重量％〜７０重量％、ＣａＯ：２０重量％〜４０重量％、ＭｇＯ：１０重量％〜３０重量％、ＺｎＯ：１０重量％〜２０重量％の組成を有するものが挙げられる。
また、本発明において、ガラス粉末とアルミナ粉末の混合割合は、特に限定されるものではないが、ガラス粉末：アルミナ粉末の比が、３０：７０〜６０：４０の範囲のものが好ましく用いられる。
本発明の積層セラミック基板は、誘電体層の上に電極層を形成したセラミックグリーンシートを積層して焼成することにより得られる積層セラミック基板であり、焼成後の誘電体層が、本発明の誘電体セラミック材料から形成されていることを特徴としている。
本発明の積層セラミック基板は、本発明の誘電体セラミック材料から誘電体層が形成されているので、低温焼成が可能で、かつ機械的強度が高い積層セラミック基板である。
本発明によれば、９００℃〜１０００℃程度の低温焼成が可能で、かつ機械的強度に優れた誘電体セラミック材料及び積層セラミック基板とすることができる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
〔誘電体セラミック材料の作製〕
αアルミナ粉末（平均粒子径３μｍ）４５０ｇと、結晶性ガラス（ＳｉＯ2５０重量％、ＣａＯ２０重量％、ＭｇＯ２０重量％、ＺｎＯ１０重量％、平均粒子径３μｍ、軟化点７５０℃、結晶化開始温度８００℃）５５０ｇと、イソプロパノール（ＩＰＡ ）４５０ｇと、酢酸ブチル３００ｇと、オレフィンマレイン酸コポリマー系分散材２０ｇと、ポリビニルアセテート系バインダ１２０ｇと、アクリル系バインダ５０ｇとを、ボールミルで４時間粉砕し混合した。
ドクターブレード装置を用いて、得られたスラリーを厚さ５０ｃｍのシートに成形した。このシートを５０ｍｍ角の大きさに切り出し、２０層積層し圧着させた。圧着させたシートから、長さ２０ｍｍ、幅５ｍｍのテストピースを切り出した。
得られたテストピースを、表１及び図２に示す焼成プロファイル（Ａ）：最高温度９００℃、焼成プロファイル（Ａ）：最高温度９５０℃、焼成プロファイル（Ａ）：最高温度１０００℃、及び焼成プロファイル（Ｂ）の４種類の焼成プロファイルで焼成した。
また、上記スラリーの調製において、αアルミナ粉末を５００ｇ、結晶性ガラス粉末を５００ｇとした以外は、上記と同様にしてスラリーを調製し、このスラリーを用いて上記と同様にしてテストピースを作製し、焼成した。
Figure 2005281010
表１及び図２から明らかなように、焼成プロファイル（Ａ）においては、結晶性ガラスの軟化点である７５０℃で５時間、この温度を保持している。
〔抗折強度の測定〕
得られた各サンプルについて、ＪＩＳ Ｒ１６０１（日本工業規格：ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に準拠して、抗折強度（３点曲げ強さ）を測定した。測定結果を表２に示す。
Figure 2005281010
〔Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定〕
表２に示す各サンプルＮｏ．(１）〜（７）について、ＸＲＤプロファイルを測定した。図１に、サンプルＮｏ．１、Ｎｏ．３、及びＮｏ．７のＸＲＤプロファイルを示す。図１から明らかなように、サンプルＮｏ．１及びＮｏ．３においては、ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）のピークが確認された。これに対し、サンプルＮｏ．７においては、このＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）のピークが確認されなかった。
上記のＭｇＡｌ2Ｏ4（３１１）のピーク強度と、Ａｌ2Ｏ3（１１６）のピーク強度の比（ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）／Ａｌ2Ｏ3結晶相（１１６））を測定し、表２に示した。また、このＸ線回折ピーク強度比と、抗折強度との関係を図３に示した。
表２及び図３から明らかなように、スピネル型結晶相であるＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相が含まれているサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．６は、この結晶相が含まれていないサンプルＮｏ．７に比べ、高い抗折強度を示している。また、図３から明らかなように、Ｘ線回折ピーク強度比が高くなるにつれて、高い抗折強度が得られることがわかる。特に、Ｘ線回折ピーク強度比が０．５以上であれば、約２００ＭＰａ以上の高い抗折強度が得られることがわかる。
〔積層セラミック基板〕
図４及び図５は、本発明の積層セラミック基板の一実施例を示す分解斜視図及び斜視図である。図４に示すように、誘電体層２の上には銀からなる電極層３が形成されている。このような誘電体層２を積層し焼成することにより、図５に示すような積層セラミック基板１が得られる。積層セラミック基板１には、電極層３の配線パターンに従って、その内部にインダクタやコンデンサが形成される。
誘電体層２の材料として、本発明の誘電体セラミック材料を用いることにより、上述したように、低温焼成が可能で、高い抗折強度を有する積層セラミック基板を作製することができる。
本発明に従う一実施例の誘電体セラミック材料のＸＲＤプロファイルを示す図。 本発明に従う実施例における焼成プロファイルを示す図。 Ｘ線回折ピーク強度比（ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）／Ａｌ2Ｏ3結晶相（１１６））と抗折強度との関係を示す図。 本発明に従う一実施例の積層セラミック基板を示す分解斜視図。 本発明に従う一実施例の積層セラミック基板を示す斜視図。
符号の説明
１…積層セラミック基板
２…誘電体層
３…電極層

Claims (2)

  1. アルミナ粉末と、ＳｉＯ2及びＭｇＯを少なくとも含むガラス粉末とを原料とし、これを焼成することにより得られる誘電体セラミック材料であって、
    ＭｇＡｌ2Ｏ4結晶相（３１１）とＡｌ2Ｏ3結晶相（１１６）のＸ線回折強度比が０．５以上であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック材料。
  2. 前記アルミナ粉末及び前記ガラス粉末を原料として形成した誘電体層の上に電極層を形成したセラミックグリーンシートを積層して焼成することにより得られる積層セラミック基板であって、
    焼成後の前記誘電体層が請求項１に記載の誘電体セラミック材料から形成されていることを特徴とする積層セラミック基板。
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