JP2006232616A - 積層セラミックス部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電体層の材料としてＡｇを用いた場合にも、優れた誘電特性が得られる積層セラミックス部品を得る。
【解決手段】 Ａｇを含有する導電体層のパタ−ンが形成された、誘電体セラミックスとガラス添加剤を含むシ−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ス部品であって、誘電体セラミックスが（Ａｇ，Ｍ）ＴｉＯ₃（Ｍは金属元素）で表されるペロブスカイト型結晶相を有し、Ａｇの含有率が金属元素全体に対して２〜２０モル％であることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電体層の材料としてＡｇを用いた積層セラミックス部品に関するものである。

近年、電子部品の小型化・薄型化に伴い、積層セラミックス部品に対するニ−ズが急速に高まってきている。積層セラミックス部品の代表的な例としては、Ａｇ等の導電性材料と同時に焼成可能な低温焼成材料（ＬＴＣＣ）を用い、各層にインダクタやコンデンサの回路を構成したものが挙げられる。この積層セラミックス部品に使用される低温材料としては、アルミナ等のセラミックスフィラ−とガラス添加剤を混合した誘電体磁器組成物が使用されるのが一般的である。（特許文献１及び特許文献２など）。

しかしながら、積層セラミックス部品の導電体層の材料として、導電率が大きいＡｇを用いると、焼成の際にＡｇが誘電体層に拡散し、導電体層の端部に空洞ができ、誘電特性が低下するという問題があった。
特開２００１−８４８３５号公報 特開平１０−２２１６２号公報

本発明の目的は、導電体層の材料としてＡｇを用いた場合にも、優れた誘電特性が得られる積層セラミックス部品を提供することにある。

本発明は、Ａｇを含有する導電体層のパタ−ンが形成された、誘電体セラミックスとガラス添加剤を含むシ−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ス部品であり、誘電体セラミックスが（Ａｇ，Ｍ）ＴｉＯ₃（Ｍは金属元素）で表されるペロブスカイト型結晶相を有し、Ａｇの含有率が金属元素全体に対して２〜２０モル％であることを特徴としている。

本発明においては、誘電体セラミックスにすでにＡｇが含有されているため、焼成の際に、導電体層からのＡｇが誘電体セラミックスに拡散するのを抑制することができる。このため、導電体層のパタ−ンからのＡｇの拡散による実効的誘電率の変動を抑制することができ、安定しかつ優れた誘電特性を得ることができる。

本発明における誘電体セラミックスは（Ａｇ，Ｍ）ＴｉＯ₃（Ｍは金属元素）で表されるペロブスカイト型結晶相を有し、Ａｇの含有率が金属元素全体に対して２〜２０モル％である。Ａｇの含有率が２モル％未満であると、Ａｇの拡散を抑制するという本発明の効果が十分に得られない場合がある。また、Ａｇの含有率が２０モル％を超えると、誘電体セラミックス自身の誘電特性が低下するおそれがある。

本発明における誘電体セラミックスのペロブスカイト型結晶相は、化学式（Ａｇ_aＬｉ_bＲ_cＴｉＯ₃）α（Ｃａ_dＳｒ_1-dＴｉＯ₃）_1-α（ここで、Ｒは、Ｌａ及びＹを含む希土類元素を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びαは、０．０７３≦ａ≦０．４、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０＜ｄ≦１及び０．５５≦α≦１を満足する。）で表されるものであることが好ましい。また、化学式におけるＲは、Ｓｍ及び／またはＮｄであることが特に好ましい。

本発明において用いるガラス添加剤としては、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、及びＢｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラスが特に好ましく用いられる。ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス及びＬｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラスにおけるＢ₂Ｏ₃の含有量は５〜５０重量％であることが好ましく、特に１０〜４０重量％であることが好ましい。Ｂｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラスにおけるＢｉ₂Ｏ₃の含有量は３０〜９０重量％であることが好ましく、特に５０〜８０重量％であることが好ましい。

本発明において、ガラス添加剤の添加率は、誘電体セラミックスに対して１〜１０重量％であることが好ましい。すなわち、誘電体セラミックス１００重量部に対して、１〜１０重量部であることが好ましい。ガラス添加剤の添加率が少なすぎると、９００℃程度の低温で焼成することができない場合がある。ガラス添加剤の添加率が多すぎると、相対的に誘電体セラミックスの含有量が低下するので、所望の誘電特性が得られない場合がある。

本発明によれば、導電体層の材料としてＡｇを用いた積層セラミックス部品において、優れた誘電特性を得ることができる。

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。

＜実施例１＞
（実施例１−１）
〔仮焼成粉の調製〕
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎｄ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＡｇを、モル比１５：１：７：１０：６０：１０となるようにボ−ルミルで混合し、誘電体セラミックスの原料混合粉とした。なお、この混合割合は、化学式（Ａｇ_aＬｉ_bＮｄ_cＴｉＯ₃）α（Ｃａ_dＳｒ_1-dＴｉＯ₃）_1-αにおいて、ａ＝０．２３、ｂ＝０．３２、ｃ＝０．４５、ｄ＝０．９４、α＝０．７３に相当する割合である。

また、原料混合粉における金属元素全体に対するＡｇの含有率は８．３モル％である。

上記の原料混合粉を１２００℃で２時間加熱して仮焼成した。１２００℃に加熱した際の昇温速度は２００℃／時間、降温速度は３００℃／時間である。仮焼成した粉末をボ−ルミルで２４時間粉砕し、仮焼成粉を得た。

〔ガラス混合粉の調製〕
上記の仮焼成粉５００ｇと、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス（日本電気硝子社製、商品名「ＧＡ−１２」）１５ｇと、Ｂｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系粉末ガラス（Ｂｉ₂Ｏ₃７５重量％、Ｂ₂Ｏ₃１５重量％、ＺｎＯ１０重量％）５ｇとをボ−ルミルで２４時間混合し、ガラス混合粉を調製した。

〔グリ−ンシ−トの作製〕
上記のガラス混合粉にバインダ−を混合してスラリ−を作製した。得られたスラリ−を用いてドクタ−ブレ−ド法により、厚み１００μｍのグリ−ンシ−トを作製した。１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断したグリ−ンシ−トの上に、Ａｇペ−ストで所定の導体層パタ−ンを形成した後、乾燥した。このようなグリ−ンシ−トを８枚作製し、これらのグリ−ンシ−トを積層した後、静水圧プレスで圧着成形した。その後、ダイシングにより１ｍｍ×２ｍｍの大きさに切断し、積層体とした。

〔積層セラミックス部品の作製〕
上記のようにして作製した積層体を、９００℃で２時間焼成することにより、積層セラミックス部品を作製した。

（実施例１−２）
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎｄ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＡｇを、モル比１５：１：９：１１：６１：５となるようにボ−ルミルで混合して、原料混合粉を調製した。この混合割合は、上記化学式において、ａ＝０．１１、ｂ＝０．４、ｃ＝０．４９、ｄ＝０．９４、α＝０．７４となる混合割合である。原料混合粉における金属元素全体に対するＡｇの含有率は４．１モル％である。

この原料混合粉を、実施例１−１と同様にして仮焼成し、粉砕して仮焼成粉を得た。この仮焼成粉を用いて、実施例１−１と同様に積層セラミックス部品を作製した。

（比較例１−１）
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎｄ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂を、モル比１５：１：１２：１１：６２となるようにボ−ルミルで混合し、誘電体セラミックスの原料混合粉とした。なお、この混合割合は化学式（Ａｇ_aＬｉ_bＮｄ_cＴｉＯ₃）α（Ｃａ_dＳｒ_1-dＴｉＯ₃）_1-αにおいて、ａ＝０、ｂ＝０．５２、ｃ＝０．４８、ｄ＝０．９４、α＝０．７４に相当する割合である。

この原料混合粉を、実施例１−１と同様にして仮焼成し、粉砕して仮焼成粉を得た。この仮焼成粉を用いて、実施例１−１と同様に積層セラミックス部品を作製した。

（比較例１−２）
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎｄ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＡｇを、モル比１５：１：２：７：６２：２８となるようにボ−ルミルで混合して、原料混合粉を調製した。この混合割合は、上記化学式において、ａ＝０．６１、ｂ＝０．０９、ｃ＝０．３、ｄ＝０．９４、α＝０．７４となる混合割合である。原料混合粉における金属元素全体に対するＡｇの含有率は２２．６モル％である。

この原料混合粉を、実施例１−１と同様にして仮焼成し、粉砕して仮焼成粉を得た。この仮焼成粉を用いて、実施例１−１と同様に積層セラミックス部品を作製した。

〔Ａｇ濃度の測定〕
実施例１−１及び１−２並びに比較例１−１及び１−２の積層セラミックス部品について、焼成前と焼成後の積層体におけるセラミックス層のＡｇ濃度をＥＰＭＡを用いて測定し、その結果を表１に示した。

〔誘電特性の評価〕
実施例１−１及び１−２並びに比較例１−１及び１−２で得られた積層セラミック部品について、比誘電率及びＱｆ値を測定し、測定結果を表１に示した。

表１に示す結果から明らかなように、誘電体セラミックスにＡｇを含有させていない比較例１−１においては、焼成によりＡｇ濃度が大幅に増加している。これに対し、誘電体セラミックスにＡｇに含有させた実施例１−１、実施例１−２及び比較例１−２においては、焼成前と焼成後におけるＡｇ濃度の変化が少なくなっている。これは、誘電体セラミックスにＡｇを含有させることにより、焼成の際に導電体層からのＡｇの拡散が抑制されていることを示している。

誘電特性については、実施例１−１、実施例１−２及び比較例１−１において、高い比誘電率及びＱｆ値が得られているのに対し、比較例１−２では、比誘電率及びＱｆ値が小さくなっている。これは、誘電体セラミックスにおけるＡｇの含有量が多くなりすぎているためであると考えられる。

以上の結果から、誘電体セラミックス中におけるＡｇの含有率は２〜２０モル％の範囲内が好ましいことがわかる。

＜実施例２＞
（実施例２−１）
〔仮焼成粉の調製〕
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｓｍ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＡｇを、モル比１５：１：７：１０：６０：１０となるようにボ−ルミルで混合し、誘電体セラミックスの原料混合粉とした。なお、この混合割合は、化学式（Ａｇ_aＬｉ_bＳｍ_cＴｉＯ₃）α（Ｃａ_dＳｒ_1-dＴｉＯ₃）_1-αにおいて、ａ＝０．２３、ｂ＝０．３２、ｃ＝０．４５、ｄ＝０．９４、α＝０．７３に相当する割合である。

また、原料混合粉における金属元素全体に対するＡｇの含有率は８．３モル％である。

上記の原料混合粉を１２００℃で２時間加熱して仮焼成した。１２００℃に加熱した際の昇温速度は２００℃／時間、降温速度は３００℃／時間である。仮焼成した粉末をボ−ルミルで２４時間粉砕し、仮焼成粉を得た。

〔ガラス混合粉の調製〕
上記の仮焼成粉５００ｇと、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス（日本電気硝子社製、商品名「ＧＡ−１２」）１５ｇと、Ｂｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系粉末ガラス（Ｂｉ₂Ｏ₃７５重量％、Ｂ₂Ｏ₃１５重量％、ＺｎＯ１０重量％）５ｇとをボ−ルミルで２４時間混合し、ガラス混合粉を調製した。

〔グリ−ンシ−トの作製〕
上記のガラス混合粉にバインダ−を混合してスラリ−を作製した。得られたスラリ−を用いてドクタ−ブレ−ド法により、厚み１００μｍのグリ−ンシ−トを作製した。１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断したグリ−ンシ−トの上に、Ａｇペ−ストで所定の導体層パタ−ンを形成した後、乾燥した。このようなグリ−ンシ−トを８枚作製し、これらのグリ−ンシ−トを積層した後、静水圧プレスで圧着成形した。その後、ダイシングにより１ｍｍ×２ｍｍの大きさに切断し、積層体とした。

〔積層セラミックス部品の作製〕
上記のようにして作製した積層体を、９００℃で２時間焼成することにより、積層セラミックス部品を作製した。

（実施例２−２）
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｓｍ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＡｇを、モル比１５：１：９：１１：６１：５となるようにボ−ルミルで混合して、原料混合粉を調製した。この混合割合は、上記化学式において、ａ＝０．１１、ｂ＝０．４、ｃ＝０．４９、ｄ＝０．９４、α＝０．７４となる混合割合である。原料混合粉における金属元素全体に対するＡｇの含有率は４．１モル％である。

この原料混合粉を、実施例２−１と同様にして仮焼成し、粉砕して仮焼成粉を得た。この仮焼成粉を用いて、実施例２−１と同様に積層セラミックス部品を作製した。

（比較例２−１）
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｓｍ₂Ｏ₃、及びＴｉＯ₂を、モル比１５：１：１２：１１：６２となるようにボ−ルミルで混合し、誘電体セラミックスの原料混合粉とした。なお、この混合割合は、化学式（Ａｇ_aＬｉ_bＳｍ_cＴｉＯ₃）α（Ｃａ_dＳｒ_1-dＴｉＯ₃）_1-αにおいて、ａ＝０、ｂ＝０．５２、ｃ＝０．４８、ｄ＝０．９４、α＝０．７４に相当する割合である。

この原料混合粉を、実施例２−１と同様にして仮焼成し、粉砕して仮焼成粉を得た。この仮焼成粉を用いて、実施例２−１と同様に積層セラミックス部品を作製した。

（比較例２−２）
ＣａＣＯ₃、ＳｒＣＯ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｓｍ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂及びＡｇを、モル比１５：１：２：７：６２：２８となるようにボ−ルミルで混合して、原料混合粉を調製した。この混合割合は、上記化学式において、ａ＝０．６１、ｂ＝０．０９、ｃ＝０．３、ｄ＝０．９４、α＝０．７４となる混合割合である。原料混合粉における金属元素全体に対するＡｇの含有率は２２．６モル％である。

この原料混合粉を、実施例２−１と同様にして仮焼成し、粉砕して仮焼成粉を得た。この仮焼成粉を用いて、実施例２−１と同様に積層セラミックス部品を作製した。

〔Ａｇ濃度の測定〕
実施例２−１及び２−２並びに比較例２−１及び２−２の積層セラミックス部品について、焼成前と焼成後の積層体におけるセラミックス層のＡｇ濃度をＥＰＭＡを用いて測定し、その結果を表２に示した。

〔誘電特性の評価〕
実施例２−１及び２−２並びに比較例２−１及び２−２で得られた積層セラミック部品について、比誘電率及びＱｆ値を測定し、測定結果を表２に示した。

表２に示す結果から明らかなように、誘電体セラミックスにＡｇを含有させていない比較例２−１においては、焼成によりＡｇ濃度が大幅に増加している。これに対し、誘電体セラミックスにＡｇに含有させた実施例２−１、実施例２−２及び比較例２−２においては、焼成前と焼成後におけるＡｇ濃度の変化が少なくなっている。これは、誘電体セラミックスにＡｇを含有させることにより、焼成の際に導電体層からのＡｇの拡散が抑制されていることを示している。

誘電特性については、実施例２−１、実施例２−２及び比較例２−１において、高い比誘電率及びＱｆ値が得られているのに対し、比較例２−２では、比誘電率及びＱｆ値が小さくなっている。これは、誘電体セラミックスのＡｇの含有量が多くなりすぎているためであると考えられる。

以上の結果から、誘電体セラミックス中におけるＡｇの含有率は２〜２０モル％の範囲内が好ましいことがわかる。

図１は、本発明の積層セラミックス部品の一例を示す斜視図であり、図２は分解斜視図である。図１及び図２に示すように、誘電体セラミックス層１１の上には、導電体層１２が形成されている。また、誘電体セラミックス層１１によっては、ビアホ−ル１３が形成されている。このような誘電体セラミック層１１を複数枚積層することにより、積層セラミックス部品が構成されている。

本発明の積層セラミックス部品の具体例としては、例えばＬＣフィルタ、アンテナスイッチモジュ−ル、フロントエンドモジュ−ル等の高周波モジュ−ル、光重畳モジュ−ル、半導体用基板、水晶振動子用基板、チップＬＥＤ用パッケ−ジ、ＳＡＷデバイス用パッケ−ジなどが挙げられる。

本発明の積層セラミックス部品の一例を示す斜視図。 本発明の積層セラミックス部品の一例を示す分解斜視図。

符号の説明

１１…誘電体セラミックス層
１２…導電体層
１３…ビアホ−ル

Claims (5)

1. Ａｇを含有する導電体層のパタ−ンが形成された、誘電体セラミックスとガラス添加剤を含むシ−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ス部品であって、
   前記誘電体セラミックスが（Ａｇ，Ｍ）ＴｉＯ₃（Ｍは金属元素）で表されるペロブスカイト型結晶相を有し、Ａｇの含有率が金属元素全体に対して２〜２０モル％であることを特徴とする積層セラミックス部品。
2. 前記ペロブスカイト型結晶相が、化学式（Ａｇ_aＬｉ_bＲ_cＴｉＯ₃）α（Ｃａ_dＳｒ_1-dＴｉＯ₃）_1-α（ここで、Ｒは、Ｌａ及びＹを含む希土類元素を示し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びαは、０．０７３≦ａ≦０．４、０≦ｂ＜１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０＜ｄ≦１及び０．５５≦α≦１を満足する。）で表されることを特徴とする請求項１に記載の積層セラミックス部品。
3. 前記化学式におけるＲが、Ｓｍ及び／またはＮｄであることを特徴とする請求項２に記載の積層セラミックス部品。
4. 前記ガラス添加剤が、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、及びＢｉ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系ガラスから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層セラミックス部品。
5. 前記ガラス添加剤の添加率が、前記誘電体セラミックスに対して１〜１０重量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層セラミックス部品。
   

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