JP2023049306A - Glass ceramic dielectric material, sintered body, method for producing sintered body and circuit member for high frequency - Google Patents

Glass ceramic dielectric material, sintered body, method for producing sintered body and circuit member for high frequency Download PDF

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芳夫 馬屋原
Yoshio Umayahara
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Abstract

To provide a glass ceramic dielectric material having low dielectric loss tangent and high flexural strength in a high frequency region of 20 GHz or more, a sintered body and a circuit member for high frequency.SOLUTION: A laminated glass ceramic dielectric material has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, each of the outer layers comprising alumina with a thickness of 0.1-5 μm, and the inner layer comprising crystalline glass powder that comprises, as a glass composition, in mass%, SiO2 50-60%, CaO 20-30%, and MgO 15-21%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、20GHz以上の高周波領域において、信号処理に有利な低い誘電正接と高い機械的強度を有する焼結体の前駆体であるガラスセラミック誘電体材料、焼結体及び高周波用回路部材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a glass-ceramic dielectric material, a sintered body, and a high-frequency circuit member, which are precursors of a sintered body having a low dielectric loss tangent and high mechanical strength that are advantageous for signal processing in a high-frequency region of 20 GHz or higher.

アルミナセラミックは、配線基板や回路部品として広く使用されている。アルミナセラミックは、比誘電率が10と高いため、信号処理の速度が遅いという欠点がある。また、導体材料に高融点のタングステンを使用しなければならないため、導体損失が高くなるという欠点もある。 Alumina ceramics are widely used as wiring boards and circuit parts. Alumina ceramic has a high relative permittivity of 10, so it has the disadvantage of slow signal processing. In addition, since tungsten with a high melting point must be used as the conductor material, there is also the drawback that the conductor loss increases.

その欠点を補うために、ガラス粉末とセラミック粉末からなるガラスセラミック誘電体材料が開発されており、その焼結体が誘電体層として使用されている。例えば、主結晶としてディオプサイドが析出するガラス粉末を用いたガラスセラミック誘電体材料の焼結体は、0.1GHzで比誘電率が7.3~7.8であり、アルミナセラミック材料のそれよりも低い。また1000℃以下の温度で焼成し得るため、導体損失の低いAg、Cu等の低融点の金属材料との同時焼成が可能であり、これらを内層導体として使用し得るという長所がある(特許文献1参照)。 In order to compensate for the drawback, a glass-ceramic dielectric material composed of glass powder and ceramic powder has been developed, and its sintered body is used as a dielectric layer. For example, a sintered body of a glass-ceramic dielectric material using a glass powder in which diopside precipitates as a main crystal has a dielectric constant of 7.3 to 7.8 at 0.1 GHz, which is higher than that of an alumina ceramic material. lower than In addition, since it can be fired at a temperature of 1000° C. or less, it can be fired simultaneously with low melting point metal materials such as Ag and Cu, which have low conductor loss, and have the advantage that these can be used as inner layer conductors (Patent document 1).

特開平10―120436号JP-A-10-120436

ところで、近年、5Gに代表される移動体通信機器、WiFi等のローカルネットワーク通信分野において、利用される周波数帯域が20GHz以上と高くなってきており、このような高周波領域において、セラミック誘電体材料の更なる低誘電正接化が強く求められるようになってきている。 By the way, in recent years, in the field of local network communication such as mobile communication equipment represented by 5G and WiFi, the frequency band used has increased to 20 GHz or higher. There is a strong demand for further reduction in dielectric loss tangent.

電磁波の電子回路での伝送損失は、回路基板の誘電率の平方根、誘電正接、電磁波の周波数の積に比例する。上記特許文献で開示されているガラスセラミック誘電体材料は、10.1GHzでは高い誘電特性を示すが、20GHz以上の高周波領域における誘電正接が十分に低くないため、伝送損失が大きくなるという問題があった。 The transmission loss of electromagnetic waves in electronic circuits is proportional to the product of the square root of the dielectric constant of the circuit board, the dielectric loss tangent, and the frequency of the electromagnetic waves. The glass-ceramic dielectric materials disclosed in the above-mentioned patent documents exhibit high dielectric properties at 10.1 GHz, but the dielectric loss tangent is not sufficiently low in the high frequency region of 20 GHz or higher, resulting in a problem of increased transmission loss. rice field.

また、曲げ強度が約200MPaと低く、高周波回路基板として使用するには強度不足であるという問題があった。 Moreover, there is a problem that the bending strength is as low as about 200 MPa, and the strength is insufficient for use as a high-frequency circuit board.

本発明の目的は、20GHz以上での高周波領域において、低い誘電正接と高い曲げ強度を有する焼結体の前駆体であるガラスセラミック誘電体材料、焼結体及び高周波用回路部材を提供することである。 An object of the present invention is to provide a glass-ceramic dielectric material that is a precursor of a sintered body having a low dielectric loss tangent and high bending strength in a high frequency region of 20 GHz or higher, a sintered body, and a high frequency circuit member. be.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、ガラス組成として、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有する結晶性ガラス粉末を含むことを特徴とする。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, each of the outer layers is made of alumina with a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer is glass. The composition is characterized by containing crystallizable glass powder containing SiO 2 50-60%, CaO 20-30%, and MgO 15-21% by mass %.

なお、本発明において「結晶性ガラス粉末」とは、熱処理するとガラスマトリクス中から結晶を析出する性質を有する非晶質のガラス粉末を意味する。「熱処理」とは、800~1000℃で10分以上の熱処理をいう。 In the present invention, "crystalline glass powder" means amorphous glass powder having the property of precipitating crystals from the glass matrix upon heat treatment. “Heat treatment” means heat treatment at 800 to 1000° C. for 10 minutes or longer.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記内層がグリーンシート圧着体又は印刷積層体であることが好ましい。 In the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention, the inner layer is preferably a green sheet compact or printed laminate.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記内層が実質的にセラミック粉末を含まないことが好ましい。「実質的にセラミック粉末を含まない」とは、内層中のセラミック粉末の含有量が0.1質量%未満であることを意味する。 Preferably, in the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention, the inner layer is substantially free of ceramic powder. "Substantially free of ceramic powder" means that the content of ceramic powder in the inner layer is less than 0.1% by mass.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記内層に金属導体を含むことが好ましい。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention preferably contains a metal conductor in said inner layer.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記金属導体が銀または銀合金であることが好ましい。 In the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention, the metal conductor is preferably silver or a silver alloy.

本発明の焼結体は、前記の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼結させた焼結体であって、内層のガラスマトリクスから、主結晶としてディオプサイド系結晶が析出することが好ましい。なお、「ディオプサイド系結晶」とは、ディオプサイド結晶(diopside、CaMg(Si))及びディオプサイド固溶体結晶を指す。 The sintered body of the present invention is a sintered body obtained by sintering the laminated glass-ceramic dielectric material described above, and it is preferable that diopside-based crystals are precipitated as main crystals from the glass matrix of the inner layer. The term “diopside-based crystal” refers to a diopside crystal (diopside, CaMg(Si 2 O 6 )) and a diopside solid solution crystal.

本発明の焼結体は、少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有し、且つディオプサイド系結晶が析出していることを特徴とする。 The sintered body of the present invention has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, each of the outer layers is made of alumina having a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer contains, by mass%, It contains 50 to 60% SiO 2 , 20 to 30% CaO, and 15 to 21% MgO, and is characterized by the precipitation of diopside crystals.

本発明の焼結体は、三点曲げ強度が250MPa以上であることが好ましい。なお、「三点曲げ強度」は、JIS R1601に基づいて評価した値を指す。 The sintered body of the present invention preferably has a three-point bending strength of 250 MPa or more. In addition, "three-point bending strength" refers to a value evaluated based on JIS R1601.

本発明の焼結体は、測定温度25℃、28GHzでの誘電正接が0.0009以下であることが好ましい。 The sintered body of the present invention preferably has a dielectric loss tangent of 0.0009 or less at a measurement temperature of 25° C. and 28 GHz.

本発明の焼結体は、測定温度25℃、28GHzでの比誘電率が8.0以下であることが好ましい。 The sintered body of the present invention preferably has a dielectric constant of 8.0 or less at a measurement temperature of 25° C. and 28 GHz.

なお、「誘電正接」と「比誘電率」は、ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の測定方法(JIS R1641)に基づいて、測定温度25℃、周波数28GHzで測定した値を指す。 “Dielectric loss tangent” and “relative permittivity” refer to values measured at a measurement temperature of 25° C. and a frequency of 28 GHz based on the method for measuring microwave dielectric properties of fine ceramics substrates (JIS R1641).

本発明の焼結体は、熱膨張係数が8~10ppm/℃であることが好ましい。なお、「熱膨張係数」は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定した値を指す。 The sintered body of the present invention preferably has a coefficient of thermal expansion of 8 to 10 ppm/°C. "Thermal expansion coefficient" refers to a value measured with a thermomechanical analyzer within a temperature range of 30 to 380°C.

本発明の焼結体の製造方法は、前記の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼成することが好ましい。 In the method for producing a sintered body of the present invention, it is preferable to sinter the laminated glass-ceramic dielectric material.

本発明の焼結体の製造方法は、1000℃以下の温度で焼成することが好ましい。 In the method for producing a sintered body of the present invention, firing is preferably performed at a temperature of 1000° C. or less.

本発明の高周波回路部材は、誘電体層を有する高周波用回路部材であって、誘電体層が上記の焼結体であることが好ましい。 The high-frequency circuit member of the present invention is a high-frequency circuit member having a dielectric layer, and the dielectric layer is preferably the sintered body described above.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、1000℃以下の低温で焼成可能であり、銀、銀合金又は銅等の低融点の金属材料を内層導体として使用することができる。さらに、20GHz以上の高周波領域において低い誘電正接を有し、曲げ強度が250MPa以上と高い。よって、本発明のガラスセラミック誘電体材料は、樹脂製マザーボードに実装する高周波用回路部材として好適である。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention can be fired at a low temperature of 1000° C. or less, and a low-melting metal material such as silver, silver alloy, or copper can be used as the inner layer conductor. Furthermore, it has a low dielectric loss tangent in a high frequency region of 20 GHz or higher, and a high bending strength of 250 MPa or higher. Therefore, the glass-ceramic dielectric material of the present invention is suitable as a high-frequency circuit member to be mounted on a resin motherboard.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、外層、内層、外層の順に積層された積層体であり、内層が結晶性ガラス粉末を含有し、外層がアルミナからなる積層体である。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention is a laminate in which an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, the inner layer containing crystallizable glass powder, and the outer layer consisting of alumina.

まず、内層について説明する。 First, the inner layer will be explained.

内層を構成するガラス粉末は、ガラス組成として、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有することが好ましい。各成分の含有範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表記は、質量%を指している。 The glass powder constituting the inner layer preferably contains 50 to 60% by mass of SiO 2 , 20 to 30% by mass of CaO, and 15 to 21% by mass of MgO as the glass composition. The reason why the content range of each component is limited as described above will be described below. In addition, in description of the content range of each component, % notation refers to the mass %.

SiOは、ディオプサイド系結晶の構成成分であり、ガラスのネットワークフォーマーとなる成分である。SiOの含有量は50~60%であり、53~57%、特に54~56%であることが好ましい。SiOの含有量が少なすぎると、ガラス化が困難になる。一方、SiOの含有量が多すぎると、溶融温度が高くなる傾向にあり、またディオプサイド系結晶が析出しにくくなる。 SiO 2 is a constituent component of diopside crystals and a component that becomes a network former of glass. The content of SiO 2 is 50-60%, preferably 53-57%, in particular 54-56%. If the SiO2 content is too low, vitrification becomes difficult. On the other hand, if the SiO 2 content is too high, the melting temperature tends to be high, and diopside crystals are less likely to precipitate.

CaOは、ディオプサイド系結晶の構成成分であり、結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。CaOの含有量は20~30%であり、23~29%、特に25~27%であることが好ましい。CaOの含有量が少なすぎると、軟化点が高くなり過ぎる。また、結晶化度が低下して誘電正接が高くなり易くなる。一方、CaOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。また、誘電正接が高くなり易くなる。 CaO is a constituent component of diopside-based crystals, and is a component that lowers the softening point of the crystallizable glass powder. The content of CaO is 20-30%, preferably 23-29%, particularly 25-27%. If the CaO content is too low, the softening point will be too high. In addition, the degree of crystallinity is lowered, and the dielectric loss tangent tends to increase. On the other hand, when the CaO content is too high, vitrification becomes difficult. Also, the dielectric loss tangent tends to increase.

MgOは、ディオプサイド系結晶の構成成分であり、結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。MgOの含有量は15~21%であり、特に17~20%であることが好ましい。MgOの含有量が少なすぎると、軟化点が高くなり過ぎる。また、誘電正接が高くなり易くなる。一方、MgOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。また、結晶化度が低下して誘電正接が高くなり易くなる。 MgO is a constituent component of diopside-based crystals, and is a component that lowers the softening point of the crystallizable glass powder. The content of MgO is 15-21%, preferably 17-20%. If the MgO content is too low, the softening point will be too high. Also, the dielectric loss tangent tends to increase. On the other hand, when the content of MgO is too high, vitrification becomes difficult. In addition, the degree of crystallinity is lowered, and the dielectric loss tangent tends to increase.

上記成分以外にも、誘電特性を損なわない範囲でAl、B、ZnO等の成分をそれぞれ3%まで添加してもよい。 In addition to the above components, components such as Al 2 O 3 , B 2 O 3 and ZnO may be added up to 3% each within a range that does not impair the dielectric properties.

なお、アルカリ金属酸化物(LiO、NaO、KO)は、焼成温度を低下させる成分であるが、誘電正接を高める成分である。よって、LiO+NaO+KOの含有量は2%未満であり、1%未満、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。なお、LiOの含有量は、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。NaOの含有量は、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。KOの含有量は、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。ここで、「LiO+NaO+KO」とは、LiO、NaO及びKOの合量を意味する。 Alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O) are components that lower the firing temperature but increase the dielectric loss tangent. Therefore, the content of Li 2 O+Na 2 O+K 2 O is less than 2%, preferably less than 1%, less than 0.5%, especially less than 0.1%. The Li 2 O content is preferably less than 0.5%, particularly less than 0.1%. The content of Na 2 O is preferably less than 0.5%, especially less than 0.1%. The content of K 2 O is preferably less than 0.5%, especially less than 0.1%. Here, " Li2O + Na2O + K2O " means the total amount of Li2O , Na2O and K2O .

内層はグリーンシート圧着体又は印刷積層体であることが好ましい。 Preferably, the inner layer is a green sheet compact or printed laminate.

内層にセラミック粉末を含有させると、誘電特性及び/又は強度を向上させることができるが、焼結体の緻密化が阻害される虞がある。そのため、本願発明の内層は実質的にセラミック粉末を含まないことが好ましい。 If the inner layer contains ceramic powder, the dielectric properties and/or strength can be improved, but the densification of the sintered body may be hindered. Therefore, it is preferred that the inner layer of the present invention is substantially free of ceramic powder.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は1000℃以下で焼成可能であるため、内層に融点の低い金属導体が導入可能である。前記金属導体としては、導体損失の少ない銀又は銀合金であることが好ましい。 Since the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention can be fired at 1000° C. or less, a metal conductor with a low melting point can be introduced into the inner layer. The metal conductor is preferably silver or a silver alloy with low conductor loss.

また、焼成すると、内層に含まれる結晶性ガラス粉末から主結晶としてディオプサイド系結晶が析出することが好ましい。ディオプサイド系結晶を内層中に析出させることにより、比誘電率及び誘電正接を低下させ易くなる。 In addition, when fired, it is preferable that diopside-based crystals precipitate as main crystals from the crystallizable glass powder contained in the inner layer. Precipitating diopside-based crystals in the inner layer facilitates lowering the dielectric constant and dielectric loss tangent.

内層の厚さは0.1~3.0mmであることが好ましい。 The inner layer preferably has a thickness of 0.1 to 3.0 mm.

次いで、外層について説明する。 Next, the outer layer will be explained.

外層はアルミナからなる。アルミナは高強度であり、且つ熱膨張係数が7~7.7ppm/℃と高膨張な内層に近い値を有するため、本発明のガラスセラミック誘電体材料の機械的強度を高めるのに好適である。 The outer layer consists of alumina. Alumina has high strength and has a coefficient of thermal expansion of 7 to 7.7 ppm/° C., which is close to that of the high-expansion inner layer. Therefore, it is suitable for increasing the mechanical strength of the glass-ceramic dielectric material of the present invention. .

また、外層は、内層の表面にそれぞれ厚さ0.1~5μm、特に0.3~4μmで形成されることが好ましい。外層が薄すぎると、機械的強度が低下し易くなる。一方、外層が厚すぎると、外層が剥離する虞がある。 Also, the outer layer is preferably formed on the surface of the inner layer with a thickness of 0.1 to 5 μm, particularly 0.3 to 4 μm. If the outer layer is too thin, the mechanical strength tends to decrease. On the other hand, if the outer layer is too thick, the outer layer may peel off.

次に、本発明の焼結体の特性について以下に述べる。 Next, the characteristics of the sintered body of the present invention are described below.

本発明の焼結体において、三点曲げ強度は、250MPa以上、特に260MPa以上であることが好ましい。三点曲げ強度が低すぎると、焼結体に亀裂等が発生し易くなる。なお、三点曲げ強度の下限は特に限定されないが、現実的には100MPa以上である。 The sintered body of the present invention preferably has a three-point bending strength of 250 MPa or more, particularly 260 MPa or more. If the three-point bending strength is too low, the sintered body is likely to crack or the like. Although the lower limit of the three-point bending strength is not particularly limited, it is practically 100 MPa or more.

本発明の焼結体において、25℃、28GHzで誘電正接は0.0009以下、特に0.0008以下であることが好ましい。誘電正接が高すぎると、伝送信号の損失が大きくなり易い。なお、誘電正接の下限は特に限定されないが、現実的には0.0001以上である。 The sintered body of the present invention preferably has a dielectric loss tangent of 0.0009 or less, particularly 0.0008 or less at 25° C. and 28 GHz. If the dielectric loss tangent is too high, transmission signal loss tends to increase. Although the lower limit of the dielectric loss tangent is not particularly limited, it is practically 0.0001 or more.

本発明の焼結体において、25℃、28GHzでの比誘電率は8.0以下、特に7.5以下であることが好ましい。比誘電率が高すぎると、信号処理の速度が遅くなり易い。なお、比誘電率の下限は特に限定されないが、現実的には5.0以上である。 The sintered body of the present invention preferably has a dielectric constant of 8.0 or less, particularly 7.5 or less at 25° C. and 28 GHz. If the dielectric constant is too high, the speed of signal processing tends to slow down. Although the lower limit of the dielectric constant is not particularly limited, it is practically 5.0 or more.

本発明の焼結体において、熱膨張係数は8~10ppm/℃、特に8.5~9ppm/℃であることが好ましい。焼結体の熱膨張係数が低過ぎると、樹脂のマザーボードに半田付けした後、ヒートサイクルをかける場合に、熱膨張差によって歪が生じ易くなる。一方、熱膨張係数が高すぎると、耐熱衝撃性が低下する。なお、「熱膨張係数」は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定したものである。 The sintered body of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient of 8 to 10 ppm/°C, particularly 8.5 to 9 ppm/°C. If the coefficient of thermal expansion of the sintered body is too low, distortion is likely to occur due to the difference in thermal expansion when the sintered body is soldered to a resin mother board and then subjected to a heat cycle. On the other hand, if the coefficient of thermal expansion is too high, the thermal shock resistance is lowered. The "thermal expansion coefficient" is measured in a temperature range of 30 to 380°C with a thermomechanical analyzer.

さらに、本発明の焼結体の製造方法を以下に述べる。 Furthermore, the method for producing the sintered body of the present invention will be described below.

まず、上記の結晶性ガラス粉末に、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。結合剤としては例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては例えばフタル酸ジブチル等、溶剤としては例えばトルエン、メチルエチルケトン等が好適である。 First, predetermined amounts of a binder, a plasticizer and a solvent are added to the crystallizable glass powder to prepare a slurry. Suitable binders include, for example, polyvinyl butyral resin and methacrylic acid resin, suitable plasticizers include dibutyl phthalate, and suitable solvents include toluene and methyl ethyl ketone.

次いで上記の結晶性ガラス粉末のスラリーを、ドクターブレード法によってグリーンシートに成型した後、乾燥させ、所定寸法に切断してから、機械的加工を施してバイアホールを形成し、例えば、銀導体や電極となる低抵抗金属材料をバイアホール及びグリーンシート表面に印刷する。次いでこのようなグリーンシートを複数枚積層し積層グリーンシートを得る。 Next, the slurry of the crystalline glass powder is formed into a green sheet by a doctor blade method, dried, cut into a predetermined size, and mechanically processed to form a via hole. A low-resistance metal material that will serve as an electrode is printed on the via hole and the surface of the green sheet. Then, a plurality of such green sheets are laminated to obtain a laminated green sheet.

さらに上記の積層グリーンシートをアルミナスラリーでディップコートして均一なアルミナ層を形成した後に焼成することで焼結体を得ることができる。なお、アルミナ層は積層グリーンシートを焼成した後にアルミナペーストを表面に印刷し、再度焼成することによって形成してもよい。また、アルミナ層の厚さはペースト粘度の調整により変更することができる。 Furthermore, a sintered body can be obtained by dip-coating the laminated green sheet with an alumina slurry to form a uniform alumina layer and then firing the same. The alumina layer may be formed by firing the laminated green sheet, printing alumina paste on the surface, and firing again. Also, the thickness of the alumina layer can be changed by adjusting the paste viscosity.

このようにして作製された焼結体は、内部や表面に導体や電極を備えることもできる。なお、導体損失の低い銀、銅等の低融点の金属材料を使用する観点から、焼成温度は1000℃以下、特に800~950℃の温度であることが望ましい。 The sintered body thus produced can be provided with a conductor or an electrode inside or on the surface. From the viewpoint of using low-melting metal materials such as silver and copper with low conductor loss, the firing temperature is desirably 1000.degree.

本発明の高周波用回路部材は、配線でコイルを形成したり、上記のようにして作製した焼結体表面上にSi系やGaAs系の半導体素子のチップを接続したりすることで作製することができる。 The high-frequency circuit member of the present invention can be produced by forming a coil with wiring or by connecting a chip of a Si-based or GaAs-based semiconductor element on the surface of the sintered body produced as described above. can be done.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1は、本発明の実施例(試料No.1~4)と比較例(試料No.5、6)を示している。 Table 1 shows examples of the present invention (samples Nos. 1 to 4) and comparative examples (samples Nos. 5 and 6).

Figure 2023049306000001
Figure 2023049306000001

各試料は、次のようにして作製した。まず、表中に示すガラス組成となるように、各種酸化物のガラス原料を調合し、均一に混合した後、白金坩堝に入れて1500~1580℃で3時間溶融し、水冷ローラーによって溶融ガラスを薄板状に成形した。次いで、得られたガラスフィルムを粗砕した後、アルコールを加えてボールミルにより湿式粉砕し、平均粒径が1.5~3μmとなるように分級してガラス粉末を得た。 Each sample was produced as follows. First, glass raw materials of various oxides were prepared so as to have the glass composition shown in the table, mixed uniformly, then placed in a platinum crucible and melted at 1500 to 1580° C. for 3 hours, and the molten glass was cooled with a water-cooled roller. It was molded into a thin plate. Next, after crushing the resulting glass film, alcohol was added, wet pulverization was performed with a ball mill, and classification was performed so that the average particle size was 1.5 to 3 μm to obtain glass powder.

次に、上記のガラス粉末に、結合剤としてポリビニルブチラールを15質量%、可塑剤としてブチルベンジルフタレートを4質量%、及び溶剤としてトルエンを30質量%添加してスラリーを調整した。次いで、上記のスラリーをドクターブレード法によって150μmのグリーンシートに成形し、乾燥させ、所定寸法に切断した後、前記グリーンシートを4枚積層し、熱圧着によって一体化した。更に、アルミナスラリーでディップコートして表面に均一なアルミナ層を形成した積層グリーンシートを、900℃で1時間焼成することによってガラスセラミックを得た。 Next, 15% by mass of polyvinyl butyral as a binder, 4% by mass of butylbenzyl phthalate as a plasticizer, and 30% by mass of toluene as a solvent were added to the above glass powder to prepare a slurry. Next, the above slurry was formed into a green sheet of 150 μm by a doctor blade method, dried, and cut into a predetermined size, and then four green sheets were laminated and integrated by thermocompression bonding. Further, the laminated green sheet, which was dip-coated with an alumina slurry to form a uniform alumina layer on the surface thereof, was fired at 900° C. for 1 hour to obtain a glass ceramic.

このようにして得られた各試料について、焼成温度、銀同時焼成の可否、析出結晶、三点曲げ強度、誘電正接及び比誘電率及び熱膨張係数を評価した。その結果を表1に示す。 Each sample thus obtained was evaluated for firing temperature, possibility of co-firing with silver, deposited crystals, three-point bending strength, dielectric loss tangent, dielectric constant, and coefficient of thermal expansion. Table 1 shows the results.

焼成温度は、種々の温度で焼成した焼結体にインクを塗布した後に拭き取り、インクが残らない(すなわち緻密に焼結した)最低の温度を表記したものである。 The firing temperature is the lowest temperature at which ink is wiped off after applying ink to a sintered body fired at various temperatures (that is, densely sintered).

銀同時焼成の可否は、焼成前のグリーンシートに銀導体を印刷し、同時焼成して銀配線に変色や断線がないかを目視で検査した。 Whether or not silver co-firing was possible was determined by printing a silver conductor on a green sheet before firing, co-firing the green sheet, and visually inspecting whether there was any discoloration or disconnection in the silver wiring.

析出結晶は、粉末X線回折装置(株式会社リガク RINT2100)によって同定した。 Precipitated crystals were identified by a powder X-ray diffractometer (Rigaku RINT2100).

三点曲げ強度はJIS R1601に従って評価した。。 Three-point bending strength was evaluated according to JIS R1601. .

誘電正接及び比誘電率は、グリーンシート成型したものを表中に示す焼成温度で焼結した後、25mm×50mm×0.1mmの大きさに加工して、測定試料とした上で、ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の測定方法(JIS R1641)に基づいて、測定温度25℃、周波数28GHzで測定したものである。 For the dielectric loss tangent and relative dielectric constant, after sintering the green sheet molded at the firing temperature shown in the table, it was processed into a size of 25 mm × 50 mm × 0.1 mm to make a measurement sample, and then fine ceramics It was measured at a measurement temperature of 25° C. and a frequency of 28 GHz based on the method for measuring microwave dielectric properties of substrates (JIS R1641).

熱膨張係数は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定したものである。 The coefficient of thermal expansion is measured with a thermomechanical analyzer in the temperature range of 30 to 380°C.

表1から明らかなように、実施例である試料No.1~4は、アルミナ層の厚さが0.5~3μmであるため、三点曲げ強度が260~270MPaと高かった。また、誘電正接は0.0003~0.0007と小さかった。一方、試料No.5は、SiOが49%と低く、MgOが26%と高いためガラス化しなかった。試料No.6は、ガラス表面にアルミナ層が形成されていないため、曲げ強度が190MPaと低かった。 As is clear from Table 1, Sample No. 1, which is an example, 1 to 4 had a high three-point bending strength of 260 to 270 MPa because the thickness of the alumina layer was 0.5 to 3 μm. Also, the dielectric loss tangent was as small as 0.0003 to 0.0007. On the other hand, sample no. 5 did not vitrify due to a low SiO2 of 49% and a high MgO of 26%. Sample no. No. 6 had a low bending strength of 190 MPa because no alumina layer was formed on the glass surface.

Claims (14)

少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、ガラス組成として、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有する結晶性ガラス粉末を含むことを特徴とする積層ガラスセラミック誘電体材料。 It has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, each of the outer layers is made of alumina with a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer has a glass composition of SiO 2 50 to 50% by mass. A laminated glass-ceramic dielectric material comprising a crystallizable glass powder containing 60% CaO, 20-30% CaO, and 15-21% MgO. 前記内層がグリーンシート圧着体又は印刷積層体であることを特徴とする請求項1に記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 2. The laminated glass-ceramic dielectric material of claim 1, wherein said inner layer is a green sheet compact or printed laminate. 前記内層が実質的にセラミック粉末を含まないことを特徴とする請求項1又は2に記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 3. The laminated glass-ceramic dielectric material of claim 1 or 2, wherein said inner layer is substantially free of ceramic powder. 前記内層に金属導体を含むことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 A laminated glass-ceramic dielectric material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said inner layer contains a metal conductor. 前記金属導体が銀または銀合金であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 A laminated glass-ceramic dielectric material according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said metal conductor is silver or a silver alloy. 請求項1~5のいずれかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼結させた焼結体であって、内層のガラスマトリクスから、主結晶としてディオプサイド系結晶が析出することを特徴とする焼結体。 A sintered body obtained by sintering the laminated glass-ceramic dielectric material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that diopside-based crystals are precipitated as main crystals from the glass matrix of the inner layer. sintered body. 少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有し、且つディオプサイド系結晶が析出していることを特徴とする積層ガラスセラミック焼結体。 It has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, each of the outer layers is made of alumina with a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer is composed of 50 to 60% by mass of SiO 2 and CaO. A laminated glass-ceramic sintered body containing 20 to 30% MgO and 15 to 21% MgO, and having diopside crystals precipitated therein. 三点曲げ強度が250MPa以上であることを特徴とする請求項6又は7に記載の焼結体。 8. The sintered body according to claim 6 or 7, having a three-point bending strength of 250 MPa or more. 測定温度25℃、周波数28GHzにおける誘電正接が0.0009以下であることを特徴とする請求項6~8のいずれかに記載の焼結体。 9. The sintered body according to any one of claims 6 to 8, wherein the dielectric loss tangent at a measurement temperature of 25°C and a frequency of 28 GHz is 0.0009 or less. 測定温度25℃、周波数28GHzにおける比誘電率が8.0以下であることを特徴とする請求項6~9のいずれかに記載の焼結体。 10. The sintered body according to any one of claims 6 to 9, wherein the dielectric constant at a measurement temperature of 25°C and a frequency of 28 GHz is 8.0 or less. 前記内層の熱膨張係数が8~10ppm/℃であることを特徴とする請求項6~10のいずれかに記載の焼結体。 The sintered body according to any one of claims 6 to 10, wherein the inner layer has a coefficient of thermal expansion of 8 to 10 ppm/°C. 請求項1~5の何れかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼成することを特徴とする焼結体の製造方法。 A method for producing a sintered body, characterized by firing the laminated glass-ceramic dielectric material according to any one of claims 1 to 5. 1000℃以下の温度で焼成することを特徴とする請求項12に記載の焼結体の製造方法。 13. The method for producing a sintered body according to claim 12, wherein the sintering is performed at a temperature of 1000[deg.] C. or less. 誘電体層を有する高周波用回路部材であって、誘電体層が請求項6~11の何れかに記載の焼結体であることを特徴とする高周波用回路部材。 A high-frequency circuit member having a dielectric layer, wherein the dielectric layer is the sintered body according to any one of claims 6 to 11.
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