JP2021517101A - Ｌｔｃｃ基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ＬＴＣＣ基板およびその製造方法に関し、特に誘電率調整可能なＬＴＣＣ基板およびその製造方法に関する。本発明のＬＴＣＣ基板は、ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを含み、ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は１０％〜２５％である。本発明では、ＬＴＣＣ基板にＳｉＯ2を加えることで、ＬＴＣＣ基板の気孔率、誘電率および誘電損を効果的に低減するとともに、ＬＴＣＣ基板の曲げ強さをある程度高める。本発明では、ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3との割合を調節することで、得られたＬＴＣＣ基板の誘電率を４．３〜６．０に調節することができ、誘電損は０．２％まで低くなる。また、ＬＴＣＣ基板の低誘電率、低損失の特性を満足するとともに、焼結基板の緻密性及び強度を保証する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＴＣＣ基板およびその製造方法に関し、特に、誘電率調整可能なＬＴＣＣ基板およびその製造方法に関する。
５Ｇ通信及び万物のインターネットの時代の到来に伴い、高周波アプリケーションがトレンドとなり、信号伝送損失を減らし、信号伝送速度を加速化するために、低誘電率のＬＴＣＣセラミック粉末はますます注目を集めている。Ａｌ2Ｏ3は誘電率が高まり気味（９〜１１）であるため、セラミック粉末の誘電率をさらに下げるのが困難であり、システムにおけるガラスの割合を増やす方法では、誘電率を効果的に低減できるものの、ガラスの過剰添加により、焼結セラミックには多くの気孔が存在し、基板の信頼性及び強さが大幅に低下する。
本発明は、上述した従来技術の欠点を解消するために、気孔率および誘電率が低く、かつ誘電率調整可能なＬＴＣＣ基板およびその製造方法を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によって採用される技術的構成は、ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを含み、ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は１０％〜２５％であるＬＴＣＣ基板である。
本発明のＬＴＣＣ基板にＳｉＯ2が添加されており、ＳｉＯ2の添加により、ＬＴＣＣ基板の曲げ強さを保証すると同時に、気孔率が低い緻密な基板を得ることができる。そして、配合を調整することで、誘電率が低く、かつ誘電率調整可能なＬＴＣＣ基板を得ることができる。
検討によれば、ＬＴＣＣ基板におけるＳｉＯ2の重量百分率が１０％である場合に、本発明のＬＴＣＣ基板の気孔率が明らかに低下し、かつその誘電損が低いとともに、曲げ強さが高いことが明らかとなる。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の好適な実施形態として、ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は２０％〜２５％である。ＬＴＣＣ基板におけるＳｉＯ2の含有量が増加すると、ＬＴＣＣ基板の気孔率、誘電率及び誘電損が低下し、ＬＴＣＣ基板におけるＳｉＯ2の重量百分率が２０ｗｔ％を超えると、得られたＬＴＣＣ基板は、緻密的であり、かつはっきりとした気孔が見られない。具体的には、ＬＴＣＣ基板の気孔率が約０．１１％まで低下する。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の好適な実施形態として、ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は２０％である。ＬＴＣＣ基板におけるＳｉＯ2の含有量が高すぎると、ＬＴＣＣ基板の曲げ強さも低下してしまうので、ＬＴＣＣ基板の曲げ強さ、気孔率、誘電率および誘電損を考え合わせれば、ＬＴＣＣ基板におけるＳｉＯ2の重量百分率を２０％とする。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の好適な実施形態として、前記ＬＴＣＣ基板における、ガラスの重量百分率は５０％〜６０％であり、Ａｌ2Ｏ3の重量百分率は２５〜４０％である。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の好適な実施形態として、前記ガラスは、重量百分率で、ＳｉＯ2 ４５．８％、Ｈ3ＢＯ3 ３９．６％、Ｋ2ＣＯ3 ３．３％、Ｎａ2ＣＯ3 ３．６％、Ｌｉ2ＣＯ3 ０．７％、ＣａＣＯ3 １．５％、ＳｒＣＯ3 １．１％、ＢａＣＯ3 １．９％、Ａｌ2Ｏ3 １．２％、ＭｇＯ ０．６％、ＴｉＯ2 ０．４％およびＺｎＯ ０．３％という成分からなる。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の好適な実施形態として、前記ガラスがガラス粉末であり、前記ガラス粉末の製造方法は、
（ａ）ガラスの各成分を一定の割合で秤量し、ボール・ミリングした後に乾燥させ、それから１２５０℃以上の温度で保温し、液体ガラスを均質化させることと、
（ｂ）液体ガラスを取り出し、水にて焼入れし、それからボール・ミリングし、ガラス・ペーストを得て、ガラス・ペーストを乾燥させ、前記ガラス粉末を得ることとで行われる。
上記（ａ）では、ボール・ミリングし乾燥させた後の各成分を１２５０℃以上の温度で保温することにより、各成分を溶融して上記液体ガラスを得る。
上記ガラス粉末の溶融温度は、１２５０℃まで低くされることができ（一般的には、同業界での溶融温度は１５００℃程度でなければならない）、ガラスの溶融温度を低くすることで、コストを大幅に節約することができる。
また、本発明は、上記ＬＴＣＣ基板の製造方法であって、
（１）ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを一定の割合で秤量し、ボール・ミリングし、ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを均一に混合させ、それから乾燥させて、ＬＴＣＣセラミック粉末を得るステップと、
（２）ステップ（１）で得られたＬＴＣＣセラミック粉末に溶剤、分散剤、可塑剤、消泡剤及び接着剤を加え、ボール・ミリングして、セラミック・スラリーを得るステップと、
（３）ステップ（２）で得られたセラミック・スラリーを、フィルムとなるように流延し、積層した後に静水圧プレス処理を行い、それからグリーン・シートにカットするステップと、
（４）ステップ（３）で得られたグリーン・シートを焼結し、冷却させた後に前記ＬＴＣＣ基板を得るステップと、を含むＬＴＣＣ基板の製造方法を提供する。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の製造方法の好適な実施形態として、前記ステップ（３）において、フィルムの厚さが６０μｍであり、静水圧プレス処理の圧力が２０ＭＰａである。
本発明に記載のＬＴＣＣ基板の製造方法の好適な実施形態として、前記ステップ（４）において、ステップ（３）で得られたグリーン・シートを８７０℃で焼結し、３０ｍｉｎ保温し、冷却させた後に前記ＬＴＣＣ基板を得る。
従来技術に比べ、本発明は、以下の有益な效果を有する。
（１）本発明では、ＬＴＣＣ基板にＳｉＯ2を加えることで、ＬＴＣＣ基板の気孔率、誘電率および誘電損を効果的に低減するとともに、ＬＴＣＣ基板の曲げ強さをある程度高める。同時に、ＳｉＯ2の誘電率がＡｌ2Ｏ3よりも低いため、ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3との割合を調節することで、得られたＬＴＣＣ基板の誘電率が、４．３〜６．０の広い範囲内で連続して調整可能であり、誘電損を０．２％まで低くすることができるとともに、デバイスの設計柔軟性を向上させる。ＬＴＣＣ基板の低誘電率、低損失の特性を満足すると同時に、焼結基板の緻密性及び強度を保証する。本発明のＬＴＣＣ基板は、高周波通信分野および無線周波数分野に適用される。
（２）本発明ではガラスの溶融温度を１２５０℃まで低くすることができ（一般的には、同業界での溶融温度は１５００℃程度でなければならない）、ガラスの溶融温度を低くすることで、コストを大幅に節約することができる。
本発明の実施例３〜５および比較例１のＬＴＣＣ基板のＳＥＭ像である。
本発明の目的、技術的構成およびメリットをよりよく説明するために、以下、図面および具体的な実施例を結合して本発明をさらに説明する。
実施例１〜５および比較例１のＬＴＣＣ基板
実施例１〜５および比較例１のＬＴＣＣ基板の構成成分を表１に示す。前記ガラスがガラス粉末であり、前記ガラスが重量百分率でＳｉＯ2 ４５．８％、Ｈ3ＢＯ3 ３９．６％、Ｋ2ＣＯ3 ３．３％、Ｎａ2ＣＯ3 ３．６％、Ｌｉ2ＣＯ3 ０．７％、ＣａＣＯ3 １．５％、ＳｒＣＯ3 １．１％、ＢａＣＯ3 １．９％、Ａｌ2Ｏ3 １．２％、ＭｇＯ ０．６％、ＴｉＯ2 ０．４％およびＺｎＯ ０．３％という成分からなる。
前記ガラスの製造方法は、
（ａ）ガラスの各成分を一定の割合で秤量し、メノウ製ボール・ミル・ポットを用いて、脱イオン水を媒体として、４ｈ遊星ボール・ミリングを行って、排出し、１００℃で１２ｈ乾燥させることと、
（ｂ）乾燥した原料粉末を白金るつぼに投入し、高温炉に置いて、１２５０℃で２ｈ保温し、液体ガラスを均質化させ、液体ガラスを高温で取り出し、脱イオン水にて焼入れすることと、
（ｃ）上記焼入れしたガラスをメノウ製ボール・ミル・ポットに置いて、ジルコニア・ボールを仲介し、脱イオン水を媒体として、１２ｈ遊星ボール・ミリングを行って、ガラス・ペーストを得て、ガラス・ペーストを１００℃で１２ｈ乾燥させて、乾燥したガラス粉末を得ることとで行われた。
実施例１〜５のＬＴＣＣ基板の製造方法は、
（１）ガラス粉末と、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを一定の割合で秤量し、メノウ製ボール・ミル・ポットにて、脱イオン水を媒体として、２ｈ遊星ボール・ミリングを行って、粉体を均一に混合させ、さらに１００℃で１２ｈ乾燥させ、ＬＴＣＣセラミック粉末を得ることと、
（２）上記セラミック粉末に溶剤、分散剤、可塑剤、消泡剤及び接着剤を適量加え、横型ボール・ミル・ポットに置いて、２８ｈボール・ミリングを行って、均一で安定したセラミック・スラリーを得ることと、
（３）上記セラミック・スラリーを、厚さが約６０μｍのフィルムとなるように流延し、積層した後に、約２０ＭＰａの圧力下で静水圧プレスをかけ、１５ｍｍ＊１５ｍｍの正方形のグリーン・シートにカットすることと、
（４）上記グリーン・シートを８７０℃で焼結し、３０ｍｉｎ保温した後に、炉とともに冷却させ、表面が平らなＬＴＣＣ基板を得ることとで行われた。
比較例１のＬＴＣＣ基板の製造方法は、
実施例１〜５のＬＴＣＣ基板の製造方法と比較して、ステップ（１）において、ガラス粉末およびＡｌ2Ｏ3を一定の割合で秤量してメノウ製ボール・ミル・ポットに入れる点のみで異なる。
実施例１〜５および比較例１のＬＴＣＣ基板の気孔率、曲げ強さ、誘電率および誘電損についてテストした。気孔率は、静水力学的計量法により、「中華人民共和国軽工業業界標準：ＱＢ／Ｔ１６４２−２０１２」に従うテストにより算出され、曲げ強さは、３点曲げ試験法で測定され、１ＭＨｚにおける誘電率は、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅ４９８０Ａ精密級電気ブリッジ・テスターで測定され、平行平板コンデンサの公式に従って算出される。１０ＧＨｚにおける誘電率及び損失は、ネットワーク・アナライザを用いて、平行平板反射法のテストにより得られた。実験の結果を表１に示す。同時に、ＳＥＭを用いて実施例３〜５および比較例１の基板を測定し、その結果を図１に示す。図１では、（ａ）は比較例１のＬＴＣＣ基板を示し、（ｂ）は実施例３のＬＴＣＣ基板を示し、（ｃ）は実施例４のＬＴＣＣ基板を示し、（ｄ）は実施例５のＬＴＣＣ基板を示す。
Figure 2021517101
ＳＥＭ像から、ＳｉＯ2の添加によりセラミックの気孔率を効果的に低減することができ、ＳｉＯ2の含有量が１０ｗｔ％である場合に、セラミックの気孔率が明らかに低下し、ＳｉＯ2の含有量が２０ｗｔ％を超えた場合に、セラミックにはっきりとした気孔が見られないことが明らかとなる。また、表１のデータによれば、ＳｉＯ2の含有量が１０ｗｔ％である場合に、セラミックの気孔率が０．２６％未満であり、かつ曲げ強さが１６９ＭＰａよりも大きく、ＳｉＯ2の含有量が２０ｗｔ％である場合に、気孔率が最小値の０．１１％まで低下し、曲げ強さが最大値の１８６ＭＰａに達したことが分かる。そして、本発明のＬＴＣＣ基板は、１０ＧＨｚの高周波で、誘電損を低くすることができ、最低０．３２％に達することができ、誘電率調整可能な特性を得ると同時に、基板の１ＭＨｚ及び高周波における損失が低いとともに、緻密性と高い曲げ強さを兼ね備える。低遅延での伝送が要求されるモノのインターネット、車のインターネット及び５Ｇ無線周波数デバイスの分野に適用されることができる。
最後に、以上の実施例は、本発明の技術的構成を説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を制限していないことは、指摘されるべきである。好適な実施例を参照しながら本発明を詳しく説明したが、本発明の技術的構成の本質及び範囲から逸脱しない限り、本発明の技術的構成に対して修正又は均等な置換えが可能であることを当業者は理解すべきである。

Claims (9)

  1. ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを含み、ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は１０％〜２５％であることを特徴とするＬＴＣＣ基板。
  2. 前記ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は２０％〜２５％であることを特徴とする請求項１に記載のＬＴＣＣ基板。
  3. 前記ＬＴＣＣ基板における前記ＳｉＯ2の重量百分率は２０％であることを特徴とする請求項２に記載のＬＴＣＣ基板。
  4. 前記ＬＴＣＣ基板における、前記ガラスの重量百分率は５０％〜６０％であり、前記Ａｌ2Ｏ3の重量百分率は２５〜４０％であることを特徴とする請求項１に記載のＬＴＣＣ基板。
  5. 前記ガラスは、重量百分率で、ＳｉＯ2 ４５．８％、Ｈ3ＢＯ3 ３９．６％、Ｋ2ＣＯ3 ３．３％、Ｎａ2ＣＯ3 ３．６％、Ｌｉ2ＣＯ3 ０．７％、ＣａＣＯ3 １．５％、ＳｒＣＯ3 １．１％、ＢａＣＯ3 １．９％、Ａｌ2Ｏ3 １．２％、ＭｇＯ ０．６％、ＴｉＯ2 ０．４％およびＺｎＯ ０．３％という成分からなることを特徴とする請求項１に記載のＬＴＣＣ基板。
  6. 前記ガラスがガラス粉末であり、前記ガラス粉末の製造方法は、
    （ａ）前記ガラスの各成分を一定の割合で秤量し、ボール・ミリングした後に乾燥させ、それから１２５０℃以上の温度で保温し、液体ガラスを均質化させることと、
    （ｂ）前記液体ガラスを取り出し、水にて焼入れし、それからボール・ミリングし、ガラス・ペーストを得て、前記ガラス・ペーストを乾燥させ、前記ガラス粉末を得ることと、で行われることを特徴とする請求項５に記載のＬＴＣＣ基板。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載のＬＴＣＣ基板の製造方法であって、
    （１）ガラスと、ＳｉＯ2と、Ａｌ2Ｏ3とを一定の割合で秤量し、ボール・ミリングし、前記ガラスと、前記ＳｉＯ2と、前記Ａｌ2Ｏ3とを均一に混合させ、それから乾燥させて、ＬＴＣＣセラミック粉末を得るステップと、
    （２）ステップ（１）で得られた前記ＬＴＣＣセラミック粉末に溶剤、分散剤、可塑剤、消泡剤及び接着剤を加え、ボール・ミリングして、セラミック・スラリーを得るステップと、
    （３）ステップ（２）で得られた前記セラミック・スラリーを、フィルムとなるように流延し、積層した後に静水圧プレス処理を行い、それからグリーン・シートにカットするステップと、
    （４）ステップ（３）で得られた前記グリーン・シートを焼結し、冷却させた後に前記ＬＴＣＣ基板を得るステップと、
    を含むことを特徴とするＬＴＣＣ基板の製造方法。
  8. 前記ステップ（３）において、前記フィルムの厚さが６０μｍであり、前記静水圧プレス処理の圧力が２０ＭＰａであることを特徴とする請求項７に記載のＬＴＣＣ基板の製造方法。
  9. 前記ステップ（４）において、ステップ（３）で得られた前記グリーン・シートを８７０℃で焼結し、３０ｍｉｎ保温し、冷却させた後に前記ＬＴＣＣ基板を得ることを特徴とする請求項７に記載のＬＴＣＣ基板の製造方法。
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