JP2023076264A - 電子部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比誘電率εが低く強度が高い電子部品を提供する。【解決手段】 ガラスセラミック層および導体層を含む電子部品である。ガラスセラミック層は、長石結晶相と、非結晶ガラス相と、Ａｌ2Ｏ3相と、を含む。導体層の近傍における長石結晶相の面積割合が、導体層の近傍以外の部分における長石結晶相の面積割合よりも大きい。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品に関する。
特許文献１にはガラスセラミック基板の製造方法の発明が記載されている。ガラスセラミックは一部または全部が偏平粒子であるフィラーを含有する。
特許文献２には積層インダクタの発明が記載されている。積層構造の中にコイル導体が内蔵されており、高周波域で好適に用いられる。
特開平０９－７１４７２号公報 特開２０１７－７３５３６号公報
理想的なインダクタは周波数が高いほどインピーダンスが上昇する。しかし、実際のインダクタは高周波域で浮遊容量の大きさに反比例してインピーダンスが低下してしまう。そして、インダクタの浮遊容量はインダクタの材料の誘電率に比例する。したがって、特に高周波域で用いられるＲＦインダクタに用いられるセラミックは低誘電率であることが要求される。ＲＦインダクタは強度が高いことも重要であり、特に車載用のＲＦインダクタでは強度が高いことが要求される。
本発明は、比誘電率εが低く強度が高い電子部品を提供することを目的とする。
本発明に係る電子部品は、ガラスセラミック層および導体層を含む電子部品であって、
前記ガラスセラミック層は、長石結晶相と、非結晶ガラス相と、Ａｌ2Ｏ3相と、を含み、
前記導体層の近傍における前記長石結晶相の面積割合が、前記導体層の近傍以外の部分における前記長石結晶相の面積割合よりも大きい。
前記導体層がＡｇを主に含んでもよい
前記Ａｌ2Ｏ3相を構成するそれぞれのＡｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が１５以上７５以下であってもよい。
前記長石結晶相がＳｒを主に含んでもよい。
前記長石結晶相がＡｇを含んでもよい。
積層コイル部品の斜視図である。 図１の積層コイル部品の分解斜視図である。 導体層の近傍以外の部分を例示する画像である。 導体層の近傍を例示する画像である。 ガラスセラミックの断面のＳＴＥＭ像である。 ガラスセラミックの断面の相分離解析像である。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
（積層コイル部品の構造）
図１は、電子部品の一種である積層コイル部品１の斜視図である。図２は、図１の積層コイル部品１の分解斜視図である。図１および図２に示されるように、積層コイル部品１は、ガラスセラミック素体２と、一対の実装用導体３およびコイル導体５により構成されるコイル１０と、接続導体６、７と、を備えている。
ガラスセラミック素体２の形状は、直方体形状である。直方体形状には、角部および稜線部が面取りされている直方体の形状、および、角部および稜線部が丸められている直方体の形状が含まれる。ガラスセラミック素体２は、外面として、端面２ａ、２ｂと、側面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆと、を有している。以下、端面２ａ、２ｂの対向方向をＸ方向、側面２ｃ、２ｄの対向方向をＹ方向、側面２ｅ、２ｆの対向方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は互いに直交している。
端面２ａ、２ｂは、側面２ｃ、２ｄを連結するようにＹ方向に延在している。さらに、端面２ａ、２ｂは、側面２ｅ、２ｆを連結するようにＺ方向にも延在している。側面２ｃ、２ｄは、端面２ａ、２ｂを連結するようにＸ方向に延在している。さらに、側面２ｃ、２ｄは、側面２ｅ、２ｆを連結するようにＺ方向にも延在している。側面２ｅ、２ｆは、側面２ｃ、２ｄを連結するようにＹ方向に延在している。さらに、側面２ｅ、２ｆは、端面２ａ、２ｂを連結するようにＸ方向にも延在している。
側面２ｃは実装面である。例えば、積層コイル部品１を図示しない他の電子部品（例えば、回路基材、積層コイル部品等）に実装する際に、図示しない他の電子機器と対向する実装面である。側面２ｃは、端面２ａ、２ｂおよび側面２ｅ、２ｆと隣り合っている。
ガラスセラミック素体２の各方向における長さには特に限定はない。
ガラスセラミック素体２の外面には、一対の凹部２１および一対の凹部２２が設けられている。具体的には、一方の凹部２１は、側面２ｃの端面２ａ側に設けられ、側面２ｄに向かって窪んでいる。他方の凹部２１は、側面２ｃの端面２ｂ側に設けられ、側面２ｄに向かって窪んでいる。一方の凹部２２は、端面２ａの側面２ｃ側に設けられ、端面２ｂに向かって窪んでいる。他方の凹部２２は、端面２ｂの側面２ｃ側に設けられ、端面２ａに向かって窪んでいる。
一方の凹部２１および一方の凹部２２は、連続的に設けられ、一方の実装用導体３に対応している。他方の凹部２１および他方の凹部２２は、連続的に設けられ、他方の実装用導体３に対応している。凹部２１および凹部２２は、例えば、同形状を呈している。一対の凹部２１は、Ｘ方向において互いに離間して設けられている。
ガラスセラミック素体２は、図２に示す複数のガラスセラミック素体層１２ａ～１２ｈがＺ方向において積層されてなる。つまり、複数のガラスセラミック素体層１２ａ～１２ｈの積層方向は、Ｚ方向である。具体的な積層構成については後述する。実際のガラスセラミック素体２では、複数のガラスセラミック素体層１２ａ～１２ｈは一体化されており、各層間の境界を視認することは困難である。ガラスセラミック素体層１２ａ～１２ｈは後述するガラスセラミックにより構成されている。
一対の実装用導体３は、ガラスセラミック素体２に配置されている。具体的には、一方の実装用導体３が一方の凹部２１および一方の凹部２２内に配置され、他方の実装用導体３が他方の凹部２１および他方の凹部２２内に配置されている。一対の実装用導体３は、Ｘ方向において互いに離間している。実装用導体３は、複数の実装用導体層１３がＺ方向において積層されてなる。つまり、実装用導体層１３の積層方向は、Ｚ方向である。実際の実装用導体３において複数の実装用導体層１３は一体化されており、各層間の境界を視認することは困難である。
実装用導体３は、Ｚ方向から見て、Ｌ字状を呈している。実装用導体３は、互いに一体的に設けられた導体部分３１および導体部分３２を有している。Ｚ方向から見て、導体部分３１はＸ方向に延在し、導体部分３２はＹ方向に延在している。導体部分３１は、側面２ｃに設けられた凹部２１内に、側面２ｅ、２ｆから離間して配置されている。導体部分３２は、端面２ａ、２ｂに設けられた凹部２２内に、側面２ｄ、２ｅ、２ｆから離間して配置されている。
導体部分３１、３２は、略矩形板状を呈している。一対の実装用導体３は、互いに同形状を呈している。なお、Ｌ字状は、全体として概ねＬ字状となる形状であればよい。例えば、実装用導体３の表面に凹凸が設けられていても、全体として概ねＬ字状であればよい。
導体部分３１は、Ｘ方向において互いに対向する２つの端部を含んでいる。導体部分３２は、Ｙ方向において互いに対向する２つの端部を含んでいる。導体部分３１の一方の端部と導体部分３２の一方の端部とは、互いに接続され一体的に設けられる。導体部分３１の他方の端部および導体部分３２の他方の端部においてガラスセラミック素体２の内部に配置された角部は、丸められた形状を呈していてもよい。
実装用導体３には、例えばＮｉ、Ｓｎ、Ａｕ等を含むめっき層が設けられてもよい。めっき層は電解めっきにより設けられてもよく、無電解めっきにより設けられてもよい。
コイル１０は、ガラスセラミック素体２内において、複数のコイル導体５が互いに接続されることにより構成されている。コイル導体５は、端面２ａ、２ｂおよび側面２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆから離間して配置されている。
Ｚ方向で互いに隣り合うコイル導体５は、Ｚ方向から見て、少なくとも一部が互いに重なるように配置されてもよい。
コイル導体５は、コイル導体層１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆがＺ方向において積層されることによって構成される。
接続導体６は、Ｘ方向に延在し、コイル導体５と一方の導体部分３２とに接続されている。接続導体７は、Ｘ方向に延在し、コイル導体５と他方の導体部分３２とに接続されている。
接続導体６は、図２に示す接続導体層１６によって構成されている。接続導体６は、１個の接続導体層１６によって構成されていてもよい。接続導体６は、複数個の接続導体層１６が、Ｚ方向において積層されることによって構成されてもよい。接続導体７は、図２に示す接続導体層１７によって構成されている。接続導体７は、１個の接続導体層１７によって構成されていてもよい。接続導体７は、複数個の接続導体層１７が、Ｚ方向において積層されることによって構成されてもよい。
上記の各導体層は、導電材料により構成されている。導電材料の種類には特に制限はない。各導体層が主にＡｇを含んでいてもよい。また、各導体層が全て同一組成の導電材料により構成されていてもよく、各導体層がそれぞれ異なる組成の導電材料により構成されていてもよい。
積層コイル部品１は、側面２ｆ側から側面２ｅ側に向かって順に、層Ｌａ、層Ｌｂ、層Ｌｃ、層Ｌｄ、層Ｌｅ、層Ｌｆ、層Ｌｇ、および層Ｌｈが積層されることにより構成されていてもよい。
層Ｌａおよび層Ｌｈの種類には特に限定はない。ガラスセラミック素体層１２ａ、１２ｈにより構成されていてもよい。
層Ｌｂおよび層Ｌｇは、ガラスセラミック素体層１２ｂ、１２ｇと、一対の実装用導体層１３とが互いに組み合わされることにより構成されている。ガラスセラミック素体層１２ｂには、一対の実装用導体層１３の形状に対応する形状を有し、一対の実装用導体層１３が嵌め込まれる欠損部Ｒｂ、Ｒｇが設けられている。一対の実装用導体層１３の全体と、ガラスセラミック素体層１２ｂとは、互いに相補的な関係を有している。
層Ｌｃは、ガラスセラミック素体層１２ｃと、一対の実装用導体層１３と、コイル導体層１５ｃと、接続導体層１６とが互いに組み合わされることにより構成されている。ガラスセラミック素体層１２ｃには、欠損部Ｒｃが設けられている。欠損部Ｒｃは、一対の実装用導体層１３、コイル導体層１５ｃおよび接続導体層１６の形状に対応する形状を有する。そして、一対の実装用導体層１３、コイル導体層１５ｃおよび接続導体層１６が欠損部Ｒｃに嵌め込まれる。一対の実装用導体層１３、コイル導体層１５ｃおよび接続導体層１６の全体と、ガラスセラミック素体層１２ｃとは、互いに相補的な関係を有している。
層Ｌｄは、ガラスセラミック素体層１２ｄと、一対の実装用導体層１３と、コイル導体層１５ｄとが互いに組み合わされることにより構成されている。ガラスセラミック素体層１２ｄには、欠損部Ｒｄが設けられている。欠損部Ｒｄは、一対の実装用導体層１３およびコイル導体層１５ｄの形状に対応する形状を有する。そして、一対の実装用導体層１３およびコイル導体層１５ｄが欠損部Ｒｄに嵌め込まれる。一対の実装用導体層１３およびコイル導体層１５ｄの全体と、ガラスセラミック素体層１２ｄとは、互いに相補的な関係を有している。
層Ｌｅは、ガラスセラミック素体層１２ｅと、一対の実装用導体層１３と、コイル導体層１５ｅとが互いに組み合わされることにより構成されている。ガラスセラミック素体層１２ｅには、欠損部Ｒｅが設けられている。欠損部Ｒｅは、一対の実装用導体層１３およびコイル導体層１５ｅの形状に対応する形状を有する。そして、一対の実装用導体層１３およびコイル導体層１５ｅが欠損部Ｒｅに嵌め込まれる。一対の実装用導体層１３およびコイル導体層１５ｅの全体と、ガラスセラミック素体層１２ｅとは、互いに相補的な関係を有している。
層Ｌｆは、ガラスセラミック素体層１２ｆと、一対の実装用導体層１３と、コイル導体層１５ｆと、接続導体層１７とが互いに組み合わされることにより構成されている。ガラスセラミック素体層１２ｆには、欠損部Ｒｆが設けられている。欠損部Ｒｆは、一対の実装用導体層１３、コイル導体層１５ｆおよび接続導体層１７の形状に対応する形状を有する。そして、一対の実装用導体層１３、コイル導体層１５ｆおよび接続導体層１７が欠損部Ｒｆに嵌め込まれる。一対の実装用導体層１３、コイル導体層１５ｆおよび接続導体層１７の全体と、ガラスセラミック素体層１２ｆとは、互いに相補的な関係を有している。
基本的には、欠損部Ｒｂ～Ｒｇ（以下、単に欠損部と呼ぶことがある）の幅が、実装用導体層１３、コイル導体層１５ｃ～１５ｆ、および接続導体層１６、１７（以下、単に導体層と呼ぶことがある）の幅よりも広くなるように設定される。しかし、ガラスセラミック素体層１２ｂ～１２ｇと、各導体層との接着性を向上させるために、欠損部の幅が、導体層の幅よりも狭くなるように設定されてもよい。欠損部の幅から導体層の幅を引いた値は、例えば、－３μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、０μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。
層Ｌａ、層Ｌｂ、層Ｌｇおよび／または層Ｌｈを、複数枚、積層してもよい。コイル導体１０の巻回数を増やす場合には、層Ｌｃと層Ｌｆとの間に適切な形状を有する層を適宜追加してもよい。
（導体層の近傍）
図３、図４は図１に示す積層コイル部品１のＺ方向に垂直な断面を表す画像である。なお、当該画像は光学顕微鏡を用いて観察することで得られる画像であり、倍率は５００倍である。
図３には導体層の近傍以外の部分５１を例示する。図４には導体層の近傍５３を例示する。導体層の近傍５３とは、最も近い導体層からの距離が１０μｍ以下である部分であり、導体層の近傍以外の部分５１とは、最も近い導体層からの距離が１０μｍを上回る部分である。
（ガラスセラミック素体２（ガラスセラミック素体層１２）の材質）
本実施形態のガラスセラミック素体２は、図５、図６に示すように、少なくとも長石結晶相１１３と、非結晶ガラス相１１２と、Ａｌ2Ｏ3相１１４を含む。ＳｉＯ2相１１１をさらに含んでもよい。
長石結晶相１１３とは、長石の結晶を主に含む相のことである。長石の結晶は２族の金属元素とアルミナとシリカとを含む結晶であり、一般式Ｍ（Ｓｉ，Ａｌ）4Ｏ8で表される。Ｍは２族の金属元素（Ｂｅを除く）である。Ｍが主にＳｒであってもよい。Ｍが主にＳｒであるとは、長石の結晶にＭとして含まれる元素の中でＳｒの含有割合が質量基準で最も高いという意味である。なお、単に「長石結晶相１１３がＳｒを主に含む」などと記載する場合には、長石結晶相１１３に含まれる長石の結晶にＭとして含まれる元素の中でＳｒの含有割合が質量基準で最も高いという意味である。
長石結晶相１１３が長石の結晶以外に金属酸化物を含んでもよい。金属酸化物としては例えば、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＺｒＯ2、Ａｇ2Ｏなどが挙げられる。すなわち、長石結晶相１１３がＡｇを含んでいてもよい。長石結晶相１３における長石の結晶の割合には特に制限はない。例えば８０質量％以上であってもよい。
そして、導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合が導体層の近傍以外の部分における長石結晶相１１３の面積割合よりも大きい。具体的には、導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合を導体層の近傍以外の部分における長石結晶相１１３の面積割合で割った値が１．０より大きい。１．１以上であってもよく、１．３以上であってもよい。導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合を導体層の近傍以外の部分における長石結晶相１１３の面積割合で割った値には特に上限はない。例えば３．０以下である。導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合が導体層の近傍以外の部分における長石結晶相１１３の面積割合よりも大きいことにより、積層コイル部品１のたわみ強度が大きくなる。
導体層の近傍に含まれる長石結晶相１１３におけるＡｇの含有量が４質量％以上であってもよい。
非結晶ガラス相１１２とは、結晶を含まないガラスからなる相のことである。非結晶ガラス相１１２に含まれるガラスの組成には特に制限はない。例えば、非結晶ガラス相１１２がＭの酸化物、Ｓｉの酸化物、Ａｌの酸化物およびＢの酸化物を合計で７０質量％以上含んでもよい。
Ａｌ2Ｏ3相１１４とは、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）の結晶を主に含む相のことである。Ａｌ2Ｏ3相１１４におけるＡｌ2Ｏ3の割合には特に制限はない。例えば９７質量％以上であってもよい。ＳｉＯ2相１１１とは、ＳｉＯ2（二酸化珪素）を主に含む相のことである。ＳｉＯ2相１１１におけるＳｉＯ2の割合には特に制限はない。例えば９７質量％以上であってもよい。
少なくとも１組のＡｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合していてもよい。Ａｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合している場合には、強度が高くなりやすくなる。
ガラスセラミック素体２が上記の構成を有することにより、比誘電率εが低くなりやすく、かつ、強度が高くなりやすくなる。
ガラスセラミック素体２の微細構造については、ガラスセラミック素体２の断面をＳＴＥＭ－ＥＤＳなどで観察し、さらに相分離解析を行うことで確認することができる。本実施形態のガラスセラミックの断面をＳＴＥＭで観察することにより得られる画像（以下、単にＳＴＥＭ像と呼ぶことがある）を図５に示す。また、図５と同一の観察範囲について相分離解析としてＲＧＢ画像相解析を行い得られる画像（以下、単に相分離解析像と呼ぶことがある）を図６に示す。観察範囲の大きさおよび画像の倍率には特に制限はなく、ガラスセラミックの微細構造を観察するのに十分な大きさであればよい。例えば、観察範囲の大きさは、２００μｍ2以上であればよい。画像の倍率は５０００倍以上であればよい。また、観察範囲を複数、設定してもよい。複数の観察範囲の大きさの合計が２００μｍ2以上であればよい。
図５、図６に示すように、ガラスセラミック素体２は長石結晶相１１３と、非結晶ガラス相１１２と、Ａｌ2Ｏ3相１１４と、ＳｉＯ2相１１１と、を含む。図５のＳＴＥＭ像では長石結晶相１１３とＡｌ2Ｏ3相１１４との境界が明確ではない。しかし、図５のＳＴＥＭ像と図６の相分離解析像とを併用することで長石結晶相１１３とＡｌ2Ｏ3相１１４との境界が明確になる。Ａｌ2Ｏ3相１１４の周囲に長石結晶相１１３および／または非結晶ガラス相１１２が存在する。そして、少なくとも１組のＡｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合していてもよい。
また、各相を同定するにあたり、各相に電子線を照射して電子線回折パターンを測定してもよい。非結晶ガラス相１１２について電子線回折パターンを測定する場合には非晶質に由来するハローパターンのみが得られ、結晶に由来するスポットが得られない。これに対し、長石結晶相１１３およびＡｌ2Ｏ3相１１４について電子線回折パターンを測定する場合には結晶に由来するスポットが多数得られる。ＳｉＯ2相１１１について電子線回折パターンを測定する場合には、非晶質に由来するハローパターンおよび／または結晶に由来するスポットが得られる。
ガラスセラミック素体２は、上記した長石結晶相１１３、非結晶ガラス相１１２、Ａｌ2Ｏ3相１１４、および、ＳｉＯ2相１１１の４種の相以外の相は無視できるほど小さくてもよい。例えば、上記以外の相の面積割合は５％以下（０を含む）であってもよい。
ガラスセラミック素体２に空孔が含まれていてもよい。しかし、ガラスセラミック素体２は空孔が少ないほど緻密であり、空孔が少ないことは特に強度を向上させる観点から好ましい。例えば、空孔の面積割合は５％以下（０を含む）であってもよい。
Ａｌ2Ｏ3相１１４を構成するそれぞれのＡｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が１５以上７５以下であってもよい。Ａｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が上記の範囲内である場合には、Ａｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が小さい場合と比較して、ガラスセラミック素体２の強度が向上しやすくなる。ただし、Ａｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が７５を上回ると焼結性が低下しやすくなり、空孔が増えやすくなり、強度が低下しやすくなる。
Ａｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比は、相分離解析像にて各Ａｌ2Ｏ3相１１４のアスペクト比を測定し、平均することで算出できる。
ＳｉＯ2相１１１を構成するそれぞれのＳｉＯ2フィラーの平均粒径が０．１０μｍ以上３．０μｍ以下であってもよい。ＳｉＯ2フィラーの平均粒径が小さいほど焼結性が低下しやすくなる。さらに、Ａｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合しにくくなる。ＳｉＯ2フィラーの平均粒径が大きいほど、特にガラスセラミック素体層１２を作製する場合にガラスセラミック素体層１２の表面粗さが大きくなりやすくなる。
ＳｉＯ2フィラーの平均粒径は、相分離解析像にて各ＳｉＯ2相１１１の円相当径を測定し、平均することで算出できる。ＳｉＯ2相１１１の円相当径はＳｉＯ2相１１１の投影面積と同じ面積である円の直径を意味する。
非結晶ガラス相１１２と長石結晶相１１３とは主にガラス成分から構成されている相である。本実施形態のガラスセラミック素体２はＳｉＯ2フィラーおよびＡｌ2Ｏ3フィラーがガラス成分の中に分散されている。
長石結晶相１１３の面積割合を非結晶ガラス相１１２の面積割合で割った値が０．１０以上１．００未満であってもよい。長石結晶相１１３の面積割合を非結晶ガラス相１１２の面積割合で割った値が小さいほどＡｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合しにくくなる。長石結晶相１１３の面積割合を非結晶ガラス相１１２の面積割合で割った値が大きいほど強度が向上しやすくなるが比誘電率εも高くなりやすくなる。
長石結晶相１１３の面積割合には特に制限はないが、導体層の近傍以外の部分における長石結晶相１１３の面積割合は６．５％以上２０．５％以下であってもよく、１６．０％以上２０．５％以下であってもよい。導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合は１６．３％以上３０．５％以下であってもよく、２０．５％以上３０．５％以下であってもよい。
Ａｌ2Ｏ3相１１４の面積割合が７．０％以上２０．０％以下であってもよい。Ａｌ2Ｏ3相１１４の面積割合が小さいほどＡｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合しにくくなる。
ＳｉＯ2相１１１の面積割合が１０．０％以上３０．０％以下であってもよい。ＳｉＯ2相１１１の面積割合が小さいほど比誘電率が高くなりやすい。ＳｉＯ2相１１１の面積割合が大きいほど焼結性が低下しやすくなる。さらに、Ａｌ2Ｏ3相１１４が長石結晶相１１３を介して結合しにくくなる。
各相の面積割合は相分離解析像を画像解析することで算出することができる。
（積層コイル部品１の製造方法）
まず、上述のガラスセラミック素体層１２を構成するガラス原料、ＳｉＯ2フィラー原料およびＡｌ2Ｏ3フィラー原料を混合する。ＳｉＯ2フィラー原料は必須ではないが、以下の説明ではＳｉＯ2フィラー原料を含むものとする。
ガラス原料として結晶化ガラスおよび非結晶ガラスを準備し、混合する。
結晶化ガラスとしては、後述する熱処理時に長石の結晶となる成分を含むガラスを準備する。後述する熱処理時に長石の結晶となる成分としては、例えば、Ｍの酸化物、Ｓｉの酸化物、Ａｌの酸化物が挙げられる。また、結晶化ガラスがその他の成分を含んでもよい。例えば、Ｂの酸化物等の各種酸化物を適宜、含んでもよい。
非結晶ガラスには特に制限はない。例えば、非結晶ガラスはＳｉの酸化物、Ｂの酸化物、Ｋの酸化物等の各種酸化物から適宜選択される酸化物を含み結晶を含まないガラスであってもよい。結晶化ガラスに含まれるガラス成分の大部分が最終的に長石結晶相１１３に含まれてもよく、非結晶ガラスの大部分が最終的に非結晶ガラス相１１２に含まれてもよい。
なお、非結晶ガラスは、後述する熱処理時において結晶化ガラスと混ざり合ってもよい。そして、非結晶ガラスには含まれていない酸化物が非結晶ガラス相１１２に含まれていてもよい。
ガラス原料として非結晶ガラスのみを用いる場合には、長石結晶相１１３を生じさせにくい。ガラス原料として結晶化ガラスのみを用いる場合には、非結晶ガラス相１１２の含有割合が小さくなりやすい。各原料の割合を制御することで、各相の面積割合を制御することができる。特に結晶化ガラスと非結晶ガラスとの割合を制御することで長石結晶相１１３の面積割合を非結晶ガラス相１１２の面積割合で割った値を制御することができる。
ガラス原料の粒径には特に制限はない。例えば、レーザー回折式粒度分布計による測定でＤ９０が１～５μｍであってもよい。また、ガラス原料におけるアルカリ金属の含有量は少ないことが好ましい。具体的には、ガラス原料、ＳｉＯ2フィラー原料およびＡｌ2Ｏ3フィラー原料の合計を１００質量％としてアルカリ金属の含有量が１質量％未満であることが好ましい。アルカリ金属の含有量が多い場合には導体層の近傍において長石の結晶が生じにくくなる。
Ａｌ2Ｏ3フィラー原料は、融点が比較的高いαアルミナであることが好ましい。熱処理後のガラスセラミックがＡｌ2Ｏ3相１１４を含むようにするためである。また、Ａｌ2Ｏ3フィラー原料の形状は、粒子状であってもよく、板状であってもよい。Ａｌ2Ｏ3フィラー原料の形状を制御することによりＡｌ2Ｏ3相１１４の平均アスペクト比を制御することができる。例えば、Ａｌ2Ｏ3フィラー原料が粒子状である場合にはアスペクト比が低くなり、Ａｌ2Ｏ3フィラー原料が板状である場合にはアスペクト比が高くなる。Ａｌ2Ｏ3フィラー原料に含まれるＡｌ2Ｏ3の一部がＭおよびＳｉと反応して長石結晶相１１３に取り込まれることがあるが、Ａｌ2Ｏ3フィラー原料に含まれるＡｌ2Ｏ3の大部分はＡｌ2Ｏ3相１１４となる。また、Ａｌ2Ｏ3フィラーのアスペクト比が高いほどＡｌ2Ｏ3相１１４の表面積が大きくなり（ＳＴＥＭ像での周囲長が長くなり）、Ａｌ2Ｏ3相１１４に接する長石結晶相１１３の面積割合が大きくなりやすくなる。
ＳｉＯ2フィラー原料としては、石英ガラス（アモルファスシリカ）を用いることができる。ＳｉＯ2フィラー原料の粒径を制御することによりＳｉＯ2相１１１の平均粒径を制御することができる。ＳｉＯ2フィラー原料に含まれるＳｉＯ2は熱処理により一部が非結晶ガラス相１１２または長石結晶相１１３に取り込まれることがあるが、ＳｉＯ2フィラー原料に含まれるＳｉＯ2の大部分はＳｉＯ2相１１１に含まれる。
次に、混合した原料を、本技術分野で通常用いられている溶媒と共に２４時間湿式混合し、原料スラリーを得る。溶媒としては本技術分野で通常用いられるアルコールを用いてもよい。また、湿式混合に用いる装置には特に制限はない。例えばボールミルを用いてもよい。
次に、この原料スラリーを溶媒がなくなるまで乾燥させ、ガラスセラミック材料を得る。乾燥に用いる装置には特に制限はない。例えばスプレードライヤーを用いてもよい。
次に、得られたガラスセラミック材料に対して、必要に応じてシランカップリング処理を施してもよい。具体的には、ガラスセラミック材料に対してシランカップリング剤を添加し、ミキサーで混合する。シランカップリング剤の種類には特に制限はない。シランカップリング処理によりガラスセラミック材料と後述するバインダーとのカップリングがよくなる。
次に、ガラスセラミック材料に対して、バインダーおよび感光性材料を添加し、塗料化する。バインダーの種類には特に制限はない。例えばアクリル樹脂系バインダーなどが挙げられる。感光性材料は、ネガ型及びポジ型のどちらであってもよく、公知のものを用いることができる。また、塗料化に用いる装置にも特に制限はない。例えば、ボールミルが用いられる。
次に、得られた塗料をＰＥＴフィルム上に塗布し、素体形成層を形成する。ＰＥＴフィルム上に塗料を塗布する装置には特に制限はない。例えば、コーターが用いられる。続いて、例えばＣｒマスクを用いたフォトリソグラフィ法により素体形成層を露光および現像し、後述の導体形成層の形状に対応する形状の欠損部を有する素体パターンを形成する。素体パターンは、熱処理後にガラスセラミック素体層１２ｂ～１２ｇとなる。つまり、欠損部Ｒｂ～Ｒｇとなる欠損部が設けられた素体パターンがＰＥＴフィルム上に形成される。なお、「フォトリソグラフィ法」は、感光性材料を含み加工対象である層を露光および現像することにより所望のパターンに加工する方法であればよく、それ以上の限定はない。例えば、マスクの種類等に限定されない。
別途、上述の導体層の構成材料および感光性材料を含む導体ペーストを作製し、ＰＥＴフィルム上に塗布することにより導体形成層を形成する。ＰＥＴフィルム上に導体ペーストを塗布する装置には特に制限はない。例えば、コーターが用いられる。導体ペーストに含まれる感光性材料は、ネガ型及びポジ型のどちらであってもよく、公知のものを用いることができる。続いて、例えばＣｒマスクを用いたフォトリソグラフィ法により導体形成層を露光および現像し、導体パターンをＰＥＴフィルム上に形成する。導体パターンは、熱処理後に導体層となる。
続いて、欠損部を有さない素体形成層をＰＥＴフィルムから支持体上に転写する。これにより、熱処理後に層Ｌａとなる層が形成される。
続いて、導体パターンおよび素体パターンを支持体上に繰り返し転写することにより、導体パターンおよび素体パターンをＺ方向に積層する。具体的には、まず、導体パターンをＰＥＴフィルムから素体形成層上に転写する。次に、素体パターンをＰＥＴフィルムから素体形成層上に転写する。素体パターンの欠損部に導体パターンが組み合わされ、素体形成層上で素体パターンおよび導体パターンが同一層となる。さらに、上記の導体パターンおよび素体パターンの転写工程を繰り返し実施する。これにより、熱処理後に層Ｌｂ～Ｌｇとなる層が積層される。
続いて、欠損部を有さない素体形成層をＰＥＴフィルムから支持体上に転写する。これにより、熱処理後に層Ｌｈとなる層が形成され、ガラスセラミック素体２が作製される。
次に、プレスによりガラスセラミック素体２を高密度化する。プレスに用いる装置については特に制限はない。例えば、温水等方圧プレス機（ＷＩＰ）が用いられる。
複数個のガラスセラミック素体２を同時に作製する場合には、次に個片化する。個片化に用いる装置には特に制限はない。例えば、ダイサーが用いられる。
次に、得られたガラスセラミック素体２に対して熱処理を行い焼成する。導体層がＡｇを主に含む場合には、この際に、ガラスセラミック素体層１２が結晶化する熱処理温度での熱処理（以下、高温熱処理とも呼ぶ）の前に、より低い熱処理温度での熱処理（以下、低温熱処理とも呼ぶ）を行うことが好ましい。低温熱処理の熱処理条件および高温熱処理の熱処理条件には特に制限はない。例えば、低温熱処理の熱処理温度は７５０～８５０℃、低温熱処理の熱処理時間は１０～１２０分であってもよい。高温熱処理の熱処理温度は８５０～９５０℃、高温熱処理の熱処理時間は１０～１２０分であってもよい。
低温熱処理は、ガラスセラミック素体層１２に含まれるガラスが軟化するが結晶化しにくい熱処理温度で行う。ガラスの軟化により、ガラスセラミック素体層１２に含まれる物質が移動可能となる。低温熱処理を行うことで、ガラスセラミック素体層１２が結晶化する前に導体層からＡｇがガラスセラミック素体層１２（特に導体層の近傍）に拡散し、ガラスセラミック素体層１２が緻密化する。その結果、導体層の近傍におけるＡｇの含有量が増加し、導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合および長石結晶相１１３のＡｇの含有割合が増加する。その結果、たわみ強度が向上しやすくなる。
高温熱処理のみ行う場合でも導体層の近傍におけるＡｇの含有量が増加し、導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合および長石結晶相１１３のＡｇの含有割合が増加する。また、高温熱処理は低温熱処理と比較して長石結晶相１１３の面積割合を増加させやすい。高温熱処理を行うほうが長石の結晶化が進行しやすいためである。しかし、高温熱処理を行うとガラスセラミック素体層１２が結晶化し、導体層の近傍におけるＡｇの含有量の増加を阻害する。その結果、低温熱処理を行う場合と比較して導体層の近傍におけるＡｇの含有量が増加しにくく、導体層の近傍における長石結晶相１１３の面積割合および長石結晶相１１３のＡｇの含有割合が増加しにくい。その結果、たわみ強度が向上しにくくなる。
次に、必要に応じて端子電極を形成してもよい。端子電極の材質および形成方法には特に制限はなく、本技術分野における通常の材質の端子電極を通常の方法で形成すればよい。例えば、Ａｇ等の材質の端子電極を焼き付け炉で６００～７００℃で焼き付けてもよい。
次に、必要に応じて端子電極または実装用導体３に電解めっきまたは無電解めっきを施し、めっき層を設けてもよい。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。例えば、複数のコイル導体層がスルーホール導体で互いに接続されていてもよい。また、電極層の形成について、フォトリソグラフィ法の代わりにスクリーン印刷により形成してもよい。また、電子部品が積層電子部品でなくてもよい。すなわち、ガラスセラミック層および／または導体層の層数が１個であってもよい。
本実施形態に係る電子部品の用途には特に限定はない。例えばＲＦインダクタに好適に用いられ、ＲＦインダクタの中でも特に高い強度が要求される車載用のＲＦインダクタに好適に用いられる。
以下、本発明を、更に詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
（実験例１）
ガラス原料、ＳｉＯ2フィラー原料およびＡｌ2Ｏ3フィラー原料を準備した。ガラス原料としては結晶化ガラスおよび非結晶ガラスを準備した。そして、これらの原料を結晶化ガラス４５．５質量部、非結晶ガラス３０．０質量部、Ａｌ2Ｏ3フィラー原料２４．５質量部、ＳｉＯ2フィラー原料１０．０質量部の比率で混合した。
結晶化ガラスとしてはＳｉ－Ｓｒ－Ａｌ系の組成（ＳｉＯ2の含有量が３７～４５質量％、ＳｒＯの含有量が３５～４０質量％、Ａｌ2Ｏ3の含有量が５～１５質量％、Ｂ2Ｏ3の含有量が１～５質量％）を有する結晶化ガラスを準備した。
非結晶ガラスとしてはＳｉ－Ｂ－Ｋ系の組成（ＳｉＯ2の含有量が７５～８５質量％、Ｂ2Ｏ3の含有量が１５～２０質量％、Ｋ2Ｏの含有量が１～５質量％を有する非結晶ガラスを準備した。
また、比較例２、３ではガラス原料にさらにＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏを添加し、アルカリ金属の含有量がガラス原料、ＳｉＯ2フィラー原料およびＡｌ2Ｏ3フィラー原料の合計を１００質量％として１質量％以上となるようにした。
ＳｉＯ2フィラー原料の平均粒径は最終的に観察されるＳｉＯ2フィラーの平均粒径が０．５μｍになるようにした。Ａｌ2Ｏ3フィラー原料の平均粒径は１～３μｍとした。Ａｌ2Ｏ3原料フィラーのアスペクト比は最終的に観察されるＡｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が表１に示す値になるようにした。
次に、混合した原料を、溶媒（９９％メタノール変性エタノール）と共に、ボールミル（メディアはジルコニアボール）を用いて、２４時間湿式混合し、原料スラリーを得た。この原料スラリーを溶媒がなくなるまで乾燥機にて乾燥させ、ガラスセラミック材料を得た。
次に、得られたガラスセラミック材料に対して、シランカップリング処理を施した。具体的には、ガラスセラミック材料１００質量部に対してシランカップリング剤としてＫＢＭ－１０３を１質量部、添加し、ミキサーで混合した。
次に、得られたガラスセラミック材料に対して、バインダーおよび感光性材料を添加し、塗料化した。具体的には、得られたガラスセラミック材料１００質量部に対して、バインダー兼感光性材料としてアルカリ樹脂を４０質量部、添加し、塗料を得た。
また、導体層の構成材料および感光性材料を含む導体ペーストを作製した。具体的には、Ａｇ粉末１００質量部に対して、ワニスを２質量部、および、有機溶剤としてジプロピレングリコールモノメチルエーテルを１０質量部、添加し、さらに感光性材料としてアクリル樹脂を１０質量部、添加し、混合した。
次に、上記の塗料を用いて素体パターンを作製した。また、導体ペーストを用いて導体パターンを作製した。素体パターンおよび導体パターンの形状は、最終的に得られる多数の積層コイル部品の形状が図１に示す形状となるようにした。
上記の塗料をＰＥＴフィルム上に塗布し、素体形成層を形成した。ＰＥＴフィルム上に塗料を塗布する装置としてはコーターを用いた。続いて、Ｃｒマスクを用いたフォトリソグラフィ法により素体形成層を露光および現像し、素体パターンを形成した。
一方、上述の導体ペーストをＰＥＴフィルム上に塗布し、導体形成層を形成した。ＰＥＴフィルム上に導体ペーストを塗布する装置としてはコーターを用いた。続いて、Ｃｒマスクを用いたフォトリソグラフィ法により素体形成層を露光および現像し、導体パターンを形成した。
続いて、最終的に得られる積層コイル部品の形状が上記の形状となるように素体形成層、素体パターンおよび導体パターンを積層した。
次に、プレスによりガラスセラミック素体２を高密度化した。プレスにはＷＩＰを用いた。
次に、ダイサーを用いて複数個のガラスセラミック素体２に個片化した。
次に、得られたガラスセラミック素体２に対して熱処理を行い焼成した。この際に、低温熱処理および高温熱処理を行う実験例では８００℃で表１に示す時間、熱処理を行った後に、９００℃で表１に示す時間、熱処理を行った。高温熱処理のみ行う実験例では９００℃で表１に示す時間、熱処理を行った。
次に、実装用導体３に電解めっきを施し、ＮｉおよびＳｎからなるめっき層を設けた。
次に、得られたガラスセラミック焼結体に対し、以下に示す条件で、微細構造および各種特性の評価を行った。結果を表１に示す。
［微細構造］
ガラスセラミック焼結体の断面のうち、コイル中央部（導体層の近傍以外の部分）と、導体層の近傍の部分と、のそれぞれについてＳＴＥＭ（ＪＥＭ－２２００ＦＳ）を用いてＳＴＥＭ像の観察を行った。さらに、ＲＧＢ画像相解析による相分離解析を行った。観察範囲のサイズは７．５μｍ×７．５μｍ、倍率は７５００倍とした。また、互いに異なる５箇所の観察範囲を設定し、それぞれの観察範囲でＳＴＥＭ像の撮影および相分離解析を行った。得られた５枚のＳＴＥＭ像および５枚の相分離解析像からＡｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比、および、長石結晶相の面積割合を算出した。そして、導体層の近傍における長石結晶相の面積割合を導体層の近傍以外の部分における長石結晶相の面積割合で割った値を算出した。さらに、導体層の近傍の長石結晶相に含まれるＡｇの質量割合を算出した。結果を表１に示す。
本実施例では非結晶ガラスにＳｒの酸化物およびＡｌの酸化物が含まれない。しかし、最終的に得られるガラスセラミック焼結体に含まれる非結晶ガラス相にはＳｒＯおよびＡｌ2Ｏ3が含まれることを確認した。
［比誘電率ε］
比誘電率ε（単位なし）は、ネットワークアナライザー（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製８５１０Ｃ）用いて、共振法（ＪＩＳ Ｒ １６２７）にて測定した。本実施例では、比誘電率εが６．００以下である場合を良好とし、５．８０以下である場合をさらに良好とした。
［たわみ強度試験］
たわみ強度試験は、各実施例および比較例の積層コイル部品を用いて、基板（ガラスエポキシ基板、大きさ１００ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ）の中央部に試料をはんだ付けした後、試料がはんだ付けされた面とは別の面（基板裏）から所定のたわみ量で５秒間、荷重を加え、荷重印加後の試料について外観および内部におけるクラックの有無を評価した。
各実施例および比較例について、まず、たわみ量を１．２ｍｍとして各１０個の試料を用いてたわみ強度試験を行った。次に、たわみ量を１．６ｍｍとして各１０個の試料を用いてたわみ強度試験を行った。最後に、たわみ量を２．０ｍｍとして各１０個の試料を用いてたわみ強度試験を行った。すなわち、各実施例および比較例について、合計で各３０個の試料を用いてたわみ強度試験を行った。
本実施例では、たわみ量１．２ｍｍではクラックが発生しない場合、すなわち、１０個中クラック発生が０個のものを良好とした。
たわみ量１．６ｍｍではクラックの発生率が１０％以下、すなわち、１０個中クラック発生が１個以下のものを良好とした。クラックが発生しない場合、すなわち、１０個中クラック発生が０個のものをさらに良好とした。
たわみ量２．０ｍｍではクラックの発生率が５０％以下、すなわち、１０個中クラック発生が５個以下のものを良好とした。クラックの発生率が２０％以下、すなわち、１０個中クラック発生が２個以下のものをさらに良好とした。クラックが発生しない場合、すなわち、１０個中クラック発生が０個のものを最も良好とした。
（実験例２）
実験例１、実施例１のガラス原料に主に含まれる金属元素をＳｒからＭｇ、ＣａまたはＢａに変更した点以外は実施例１と同条件で実施した。結果を表１に示す。
Figure 2023076264000002
表１より、導体層の近傍における長石結晶相の面積割合を導体層の近傍以外の部分における長石結晶相の面積割合で割った値が１．０よりも大きい各実施例は比誘電率εが低く、たわみ強度が高かった。これに対し、導体層の近傍における長石結晶相の面積割合を導体層の近傍以外の部分における長石結晶相の面積割合で割った値が１．０以下である各比較例はたわみ強度が低下した。
実施例１のガラス原料に主に含まれる金属元素をＳｒからＭｇ、ＣａまたはＢａに変更した実施例６～８は、長石結晶相に主に含まれる金属元素がＳｒからＭｇ、ＣａまたはＢａに変化した。
Ｍｇ、ＣａまたはＢａに変更した実施例６～８は良好な特性を有していた。Ｍｇに変更した実施例６およびＣａに変更した実施例７は実施例１と比較して強度が低下した。Ｂａに変更した実施例８は比誘電率εが実施例１と比較して上昇した。
Ａｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が１５以上７５以下である実施例４、５はＡｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が１５未満である点以外は同条件である実施例１と比較してたわみ強度がさらに良好となった。
１…積層コイル部品
２…ガラスセラミック素体
２ａ、２ｂ…端面
２ｃ～２ｆ…側面
３…実装用導体
５…コイル導体
６、７…接続導体
１０…コイル
２１、２２…凹部
３１、３２…導体部分
１２ａ～１２ｈ…ガラスセラミック素体層
１３…実装用導体層
１５ｃ～１５ｆ…コイル導体層
１６、１７…接続導体層
Ｌａ～Ｌｈ…層
Ｒｂ～Ｒｇ…欠損部
５１…導体層の近傍以外の部分
５３…導体層の近傍
１１１…ＳｉＯ2相
１１２…非結晶ガラス相
１１３…長石結晶相
１１４…Ａｌ2Ｏ3相

Claims (5)

  1. ガラスセラミック層および導体層を含む電子部品であって、
    前記ガラスセラミック層は、長石結晶相と、非結晶ガラス相と、Ａｌ2Ｏ3相と、を含み、
    前記導体層の近傍における前記長石結晶相の面積割合が、前記導体層の近傍以外の部分における前記長石結晶相の面積割合よりも大きい電子部品。
  2. 前記導体層がＡｇを主に含む請求項１に記載の電子部品
  3. 前記Ａｌ2Ｏ3相を構成するそれぞれのＡｌ2Ｏ3フィラーの平均アスペクト比が１５以上７５以下である請求項１または２に記載の電子部品。
  4. 前記長石結晶相がＳｒを主に含む請求項１～３のいずれかに記載の電子部品。
  5. 前記長石結晶相がＡｇを含む請求項１～４のいずれかに記載の電子部品。
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