JP2942372B2 - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JP2942372B2
JP2942372B2 JP3061306A JP6130691A JP2942372B2 JP 2942372 B2 JP2942372 B2 JP 2942372B2 JP 3061306 A JP3061306 A JP 3061306A JP 6130691 A JP6130691 A JP 6130691A JP 2942372 B2 JP2942372 B2 JP 2942372B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、誘電体磁器組成物、特に高周波
集積回路(MIC)用の配線基板等に適する高周波用誘
電体磁器組成物に関する。
【0002】
【背景技術】近年における携帯電話等の高周波機器の発
展に伴い、それらに使用されるMIC(高周波集積回
路)にも小型で高性能なものが要求されるようになって
きている。そして、そのようなMIC配線基板に用いら
れる誘電体磁器には、以下のような特性が要求されてい
るのである。即ち、先ず、(1)比誘電率(εr )が高
いこと。この比誘電率が高いと、或る決まった周波数で
使用する場合において、共振回路やインダクタンスの小
型化が可能となるからである。また、(2)Q値が高い
こと。磁器のQ値が高いと、これを使用した共振回路や
インダクタンスのQ値を高くすることができ、低損失に
することができるのである。更に、(3)誘電率や形成
した共振回路の温度係数(τf )が小さいこと。温度変
化に対して特性の変動を極力少なくするためである。そ
して、(4)導体との同時焼成が可能であって、導体を
内蔵した多層構造の配線板を簡易に作製できることが、
挙げられる。
【0003】ところで、誘電体磁器からなる配線基板と
導体を同時焼成するに際しては、基板上に印刷された導
体が、誘電体磁器の焼成温度において溶融することがな
いように、導体には、誘電体磁器の焼成温度よりも高い
融点を有する金属が選択される必要がある。而して、従
来から知られている各種の誘電体磁器組成物にあって
は、焼成温度がかなり高いところから、導体には、P
t、Pb、W、Mo等の融点の高い金属が用いられてい
るのである。
【0004】例えば、低価格の誘電体材料として知られ
るアルミナ、ステアタイト、フォルステライト等を配線
基板とする場合には、通常、導体としてPt、Pb、
W、Moが使用されている。その他にも、高い誘電率を
有する組成物として、BaO−TiO2 系若しくはその
一部を他の元素で置換した組成物(特公昭58−209
05号公報)、Ba(Mg1/3 Ta2/3 )O3 などの複
合ペロブスカイト構造を持った組成物(特公昭59−2
3048号公報)、TiO2 −ZrO2 −SnO2 若し
くはその一部を他の元素で置換した組成物(特公昭54
−35678号公報)、BaO−TiO2 −RE2 3
系の組成物(特公昭56−26321号公報,RE:レ
アアース)等の各種のものが知られているが、これらの
誘電体磁器組成物についても、焼成温度がかなり高いこ
とから、導体としてPtやPb等が使用されているので
ある。
【0005】しかしながら、Pt、Pb、W、Mo等の
金属は導通抵抗が大きいことから、そのような導体を使
用する従来の配線板では、共振回路やインダクタンスの
Q値が小さくなってしまい、導体線路の伝送損失が大き
くなる問題があった。このように、従来においては、導
通抵抗の小さなAg系、Cu系等の金属を導体として採
用することは、それらの融点が誘電体磁器組成物の焼成
温度よりも低いことから、極めて困難であったのであ
る。
【0006】
【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、比誘電率が高く、Q値が高く、温度係数が小さいと
いった優れた誘電体磁器特性を併せ有すると共に、Ag
系、Cu系の金属の融点よりも焼成温度が低い誘電体磁
器組成物を提供することにあり、以てAg系、Cu系の
金属からなる導体との同時焼成を可能にすることにあ
る。
【0007】そして、本発明者らが、多くの組成につい
て種々検討した結果、焼成時にアノーサイトとチタン酸
カルシウムの混合系結晶が析出するガラス粉末におい
て、更に、添加物としてBaO、B2 3 を所定量添加
することにより、上記の目的が達成されることを見い出
したのである。
【0008】
【解決手段】すなわち、本発明は、かかる知見に基づい
て完成されたものであり、その特徴とするところは、A
2 3 、SiO2 、CaO、及びTiO2 を含み、焼
成によりアノーサイトとチタン酸カルシウムを主結晶と
して析出せしめるガラス組成に、更にBaO成分及びB
2 3 成分を、次式:0≦χ≦20,2<y≦20,5
≦χ+y≦30(但し、χ及びyは、それぞれ、BaO
及びB2 3 としての含有量であって、重量%で表わさ
れる)を満足する割合で含有せしめてなるガラス粉末
を、焼成してなる誘電体磁器組成物にある。
【0009】
【具体的構成・作用】要するに、前記成分のうち、Al
2 3 、SiO2 、CaO、及びTiO2 は、本発明に
従う誘電体磁器組成物の主結晶を構成する、アノーサイ
ト(CaO・Al2 3 ・2SiO2 )とチタン酸カル
シウム(CaTiO3 )の混合系結晶の成分である。そ
れ故、それら成分の具体的な含有量は、前記結晶の組成
を基にして決定されるところとなるが、好ましくはAl
2 3 は20〜40重量%、SiO2 は20〜40重量
%、CaOは5〜30重量%、TiO2 は2〜20重量
%程度の割合である。なお、かかる本発明においては、
それら4成分が酸化物形態そのままの形態において用い
られ得る他、例えばCaO成分としてCaCO3 を使用
する等、焼成によってそれらの4成分を与える各種化合
物を代用して用いても、何等差し支えない。
【0010】このような誘電体磁器組成物の優れた特徴
は、Ag系やCu系等の金属の融点(1100℃前後)
よりも低い温度で焼成され得ることである。従って、配
線基板と導体を同時焼成する場合にも、それらのAg系
やCu系等の金属を導体として用い得るようになるので
あり、その結果、誘電体磁器に低抵抗の導体を内蔵する
ことが可能となるのである。
【0011】しかしながら、これらの4成分だけでは、
ガラス粉末を焼結する際の結晶化の進行が早過ぎて、緻
密化が不十分となってしまい、誘電体磁器特性が低いも
のとなってしまうのである。そこで、本発明にあって
は、上記のガラス組成に、更にBaO成分及びB2 3
成分を所定量含有させて、緻密化が充分に行なわれ得る
ようにしたのである。
【0012】なお、かかる本発明において、BaO成分
としては、BaO自体がそのまま用いられ得る他に、例
えば炭酸バリウム(BaCO3 )等の、焼成によってB
aOを生成し得る化合物にて代用させることもできる
が、その含有量は、BaOとしての含有量が、0〜20
重量%の範囲となるようにされる。また、B2 3 成分
としても、B2 3 自体が用いられ得る他に、焼成によ
ってB2 3 を与える、ほう酸(H2 BO3 )等の化合
物にて代用させることもできるが、その含有量は、B2
3 としての含有量が2重量%を越え、20重量%以下
の範囲となるようにされるのであり、且つそれらBaO
とB2 3 の合計量が5〜30重量%となるような割合
で含有せしめられる必要がある。
【0013】すなわち、本発明において、BaO成分は
必ずしも添加しなくても良いが、その含有量(BaOと
しての含有量)が20重量%を越えると、結晶化が早く
進み過ぎて、充分な緻密化が達成され得なくなるからで
ある。また、B2 3 成分については、その含有量(B
2 3 としての含有量)が2重量%以下では、充分な緻
密化が達成され得ないのであり、一方20重量%を越え
るようになると、焼成体(誘電体磁器組成物)の耐水性
が低下して、湿度の高い環境においてショートし易くな
る、等の問題を惹起するからである。更に、それらの合
計量が5重量%に満たない場合にも緻密化が不十分とな
るのであり、また30重量%を越える場合には、緻密化
が不十分となると共に、耐水性が悪くなるのである。
【0014】このように、本発明に従う誘電体磁器組成
物にあっては、BaO成分及びB2 3 成分の作用によ
り、焼成時の結晶化が早く進み過ぎることが良好に抑制
され得ることから、誘電体磁器の緻密化と結晶化が、共
にバランス良く達成され得るのであり、以て比誘電率、
Q値、温度係数の各特性が効果的に向上せしめられ得る
のである。
【0015】なお、かかる誘電体磁器組成物には、よく
知られているように、例えば、その機械的特性を向上さ
せるために、アルミナ、石英、ムライト、フォルステラ
イト等をフィラーとして適宜に添加しても、何等差し支
えない。また、その添加量は、通常、誘電体磁器組成物
の100重量部に対して、30重量部程度以下の割合で
ある。
【0016】
【実施例】以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも
受けるものでないことは、言うまでもないところであ
る。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には
上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加え得るものであることが、理解される
べきである。
【0017】先ず、原料として、アルミナ(Al
2 3 )、石英(SiO2 )、炭酸カルシウム(CaC
3 )、酸化チタン(TiO2 )、炭酸バリウム(Ba
CO3 )、及びほう酸(H2 BO3 )を用いて、Al2
3 、SiO2 、CaO、TiO2 、BaO、及びB2
3 の割合が、それぞれ、下記表1に示されるガラス組
成(No. 1〜13)になるように秤量した。そして、そ
れら原料をアルミナ製乳鉢に入れて充分に混合し、得ら
れた混合物を白金製坩堝に移して1600℃で溶融した
後、水中に投下して急冷せしめることにより、アノーサ
イト/チタン酸カルシウム組成系ガラスを得た。
【0018】
【表1】
【0019】次いで、得られた各種のガラスを、アルミ
ナ製ポットの中にアルミナ玉石と共に投入して、純水を
加え、湿式粉砕した後、乾燥した。このようにして得ら
れたアノーサイト/チタン酸カルシウム組成系ガラス粉
末に、バインダとしてPVAを1重量%加えて充分に混
合し、その後、40メッシュの篩を通すことにより、造
粒した。
【0020】そして、このようにして造粒された粉体を
用い、プレス成形機にて、面圧:1ton/cm2 にて、20
mmφ×15mmt のサイズの円板状のサンプルを成形し
た。その後、この成形された各サンプルを、空気中にお
いて、900〜1000℃の温度で、30分間焼成し、
更に各サンプルを、研磨によって、16mmφ×8mmt
大きさに整えた。
【0021】かくして得られた各サンプルについて、そ
の比誘電率と無負荷Qを、公知の平行導体板型誘電体共
振器法によって、それぞれ測定し、その結果を下記表2
に示した。なお、測定周波数は8〜12GHzであった。
また、表2中において、Qは、3GHzでの値に換算して
ある。
【0022】
【表2】
【0023】かかる表2に示される結果から明らかなよ
うに、BaOもB23 も含まないサンプル(No. 1,N
o. 2)では全く緻密化せず、目的とする誘電体磁器が
得られなかった。また、BaOの含有量は充分である
が、B2 3 の含有量が不足するNo. 3のサンプル(y
=2)や、B2 3 の含有量は充分であるが、BaOの
含有量が多すぎるNo. 4のサンプル(χ>20)も緻密
化しなかった。これに対して、BaO及びB2 3 が本
発明の通りに含有されている各種サンプルは、何れも良
好に緻密化して、目的とする誘電体磁器を形成すること
ができ、高い比誘電率と高いQ値を発揮するものであっ
た。
【0024】次に、前記No. 8の組成に従って調製され
た混合粉末を、アルミナ玉石と共にアルミナ製ポットに
投入し、アクリル系有機バインダ、可塑剤、トルエンお
よびアルコール系の溶剤を加えて、充分に混合してスラ
リーとした。そして、ドクターブレード法により、0.
1mm〜1.0mmの厚みのグリーンテープを作製した。一
方、Ag系粉末に、アクリル系有機バインダおよびテル
ピネオール系の有機溶剤を加え、3本ローラーにて充分
に混練して、印刷用の導体ペーストにした。また、抵抗
ペーストとして、市販の厚膜回路用のものを用意した。
【0025】そして、これらのペーストを使用して、グ
リーンテープ上に導体配線パターンやアース層および抵
抗を印刷し、例えばコンデンサのパターンや、分布定数
回路での原理に従い、ストリップライン型やリング型の
共振回路や、インダクタンスが形成されるようにした。
次いで、これらの種々の導体パターンが印刷された各種
のグリーンテープを、所定の順番で重ね合わせ、100
℃、100kg/cm2 の条件下で積層一体化した後、グリ
ーンテープにパンチング等によりスルーホールを形成
し、更に該スルーホールに導体ペーストを充填して、各
導体層を接続した。しかる後、500℃で脱バインダ
し、次いで、900℃の温度下で、30分間焼成した。
【0026】なお、表面の導体パターンについては、基
板との同時焼成により形成する他、パターン精度、接着
強度、耐ハンダ性を考慮して、基板の焼成後、新たに表
面パターン用の導体ペーストを印刷して、焼成する方法
によっても形成した。その場合、表面用の導体ペースト
には、市販の厚膜回路用のAg/Pt系やAg/Pd系
のペースト、或いは市販のCuペーストを使用した。
【0027】その結果、焼成時に導体が溶融することが
良好に防止されて、共振回路やコンデンサが基板の内部
に内蔵された、目的とする多層構造のMIC(高周波集
積回路)を得ることができた。この回路は、誘電体磁器
基板自体が、誘電体磁器特性に優れるものであるに加え
て、導体にAg系やCu系の低抵抗の金属を使用してい
ることから、導通抵抗が低く、損失の小さな共振回路、
コンデンサ、インダクタンスや、伝送損失の小さな伝送
線路が有利に実現されており、極めて優れた高周波特性
を有するものである。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う誘電体磁器組成物は、焼成により、アノーサイト
とチタン酸カルシウムの混合系結晶が析出せしめられる
際に、BaO成分、B2 3 成分の働きによって、緻密
化が充分に達成され得るように為されたものであり、そ
れにより、誘電体磁器特性が効果的に高められているの
である。従って、MIC用の配線基板等として、極めて
利用価値の高いものである。
【0029】加えて、かかる誘電体磁器組成物にあって
は、1100℃前後の比較的低い温度で焼成され得ると
ころから、Ag系、Cu系等の導体との同時焼成が可能
であり、それらの導体を内蔵した多層構造の配線板を作
製することができる。それ故、それらAg系、Cu系等
の金属の低い導通抵抗特性に基づいて、導体線路の伝送
損失が有利に低減され得て、優れた高周波特性を発揮さ
せることができるのである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al2 3 、SiO2 、CaO、及びT
    iO2 を含み、焼成によりアノーサイトとチタン酸カル
    シウムを主結晶として析出せしめるガラス組成に、更に
    BaO成分及びB2 3 成分を、下式: 0≦χ≦20 2<y≦20 5≦χ+y≦30 (但し、χ及びyは、それぞれ、BaO及びB2 3
    しての含有量であって、重量%で表わされる)を満足す
    る割合で含有せしめてなるガラス粉末を、焼成してなる
    誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】 前記Al2 3 、SiO2 、CaO、及
    びTiO2 が、それぞれ、20〜40重量%、20〜4
    0重量%、5〜30重量%、及び2〜20重量%の割合
    で含有されている請求項1記載の誘電体磁器組成物。
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