JP3645046B2 - 非磁性セラミックおよびセラミック積層部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非磁性セラミックと、この非磁性セラミックを用いて製造されたインダクタ部等を有するセラミック積層部品とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品のＳＭＤ（表面実装部品）化が進む中、また、通信機などに用いられる高周波用の部品の高性能化の要求に伴ない、チップフィルタやチップインダクタ等のセラミック積層部品が広く採用されている。チップフィルタやチップインダクタのインダクタ部は、巻線を用いず、磁性体ペーストと導体ペーストとを交互に積層した後、焼成して一体化することにより製造される。
【０００３】
セラミック積層部品のインダクタ部のセラミック磁性層には、低温焼成が可能であり、また、高周波特性が比較的優れていることから、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどが選択されることが一般的である。また、内部導体の導電材としては、抵抗率の低いＡｇあるいはＡｇ合金が用いられている。
【０００４】
しかし、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトは誘電率がε＝１０〜１５程度であるため、内部導体パターンの間隔が狭い場合に導体パターン間の浮遊容量を小さくすることが難しい。このため、内部導体パターンが狭い場合には自己共振周波数を高くすることができず、高周波での使用に制限を受けてしまう。
【０００５】
このような事情から、特開平４−７８０９号公報では、「絶縁体層間を端部が接続されながら積層方向に重畳して周回する導体パターンを具えた積層セラミックインダクタにおいて、該絶縁体層を形成する材料が非磁性セラミック材料であることを特徴とする積層セラミックインダクタ」が提案されている。前記非磁性体セラミック材料としては、「ガラスとコーディエライトの混合物」および「ガラスとコーディエライトにムライトを添加した混合物」が例示されており、前記ガラスとしては、ＳｉＯ2 が６３〜８５wt％、Ｂ2 Ｏ3 が３〜２８wt％の範囲の硼珪酸ガラスが好ましい旨の記述がある。同公報では、絶縁体層にこのような非磁性セラミック材料を用いることにより、絶縁体層の誘電率を低くして自己共振周波数を高くし、高周波帯域に対応可能としており、また、低温での焼成を可能として銀電極の使用を可能としている。
【０００６】
しかし、同公報記載の非磁性セラミック材料を用いた場合、積層セラミックインダクタの抗折強度を十分に高くすることができない。このため、表面実装部品に要求されるたわみ強度が不十分となることがある。また誘電率もフェライトを含む材料の１／２程度、つまり、ε＝５．５〜６．５程度であり、携帯電話等の高周波回路に用いる部品に使用するには十分な値とは言えない。
【０００７】
また、本発明者は先に硼珪酸ガラスと溶融ＳｉＯ2 との組成物を用い、誘電率ε＝４．２を実現している。しかしながら、以下のような問題点を有していた。非磁性セラミック材料としての硼珪酸ガラスとＳｉＯ2 ガラスから成る組成物において、ＳｉＯ2 ガラスを２５wt％以上添加すると、焼結時にクリストバライトの結晶成長が生じる。このとき、特に導体であるＡｇの周囲に結晶化度の高い部分が偏在する。また、このクリストバライトの結晶成長に起因する熱膨張率の変化は１００°Ｃから３００°Ｃに上昇するときに顕著となり、０．０００％から０．２６０％ないし０．２７０％にまで上昇してしまう。このため、導体周囲に偏在したクリストバライト結晶成長による急峻な膨張により、内部応力が発生し、特に巻数の多いインダクタを製造した場合、チップの変形や導体周囲にクラックを生じてしまう。
【０００８】
さらに、電極部分の下地外部電極厚が薄い場合には、チップ部品製造過程で外部電極上にメッキを行う際、この電極部分から電解液が進入して素地を浸食してしまい、外部電極の膜厚を厚くしなければない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、インダクタ部を有するセラミック積層部品として用いた場合、誘電率が低く、高周波領域での特性が良好で、かつ銀電極が使用可能な低温焼成を可能とし、焼結時におけるチップの変形やクラックの発生、電解液の進入を抑制でき、しかも、機械的強度を高くできる非磁性セラミックおよびセラミック積層部品を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（８）のいずれかの構成により達成される。
（１）硼珪酸ガラスと、珪酸亜鉛と、からなり、２０wt％〜９０wt％の硼珪酸ガラスのマトリクス中に、１０wt％〜８０wt％の珪酸亜鉛が分散されており、前記硼珪酸ガラスはＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３の含有率がそれぞれ、ＳｉＯ２＝７０〜９０wt％、Ｂ２Ｏ３＝１０〜３０wt％、である非磁性セラミック。
（２）前記硼珪酸ガラスの含有率が３０wt％〜７０wt％であり、前記珪酸亜鉛の含有率が３０wt％〜７０wt％である上記（１）の非磁性セラミック。
（３）前記硼珪酸ガラスと珪酸亜鉛とを混合した後、これを焼成して得られる上記（１）または（２）の非磁性セラミック。
（４）前記硼珪酸ガラスは副成分としてＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯのうちの少なくとも１種類を５wt％以下含有する上記（１）〜（３）のいずれかの非磁性セラミック。
（５）前記珪酸亜鉛の平均粒径が０．５〜１０μｍである上記（１）〜（４）のいずれかの非磁性セラミック。
（６）誘電率が４．０〜５．４である上記（１）〜（５）のいずれかの非磁性セラミック。
（７）少なくとも上記（１）〜（６）のいずれかの非磁性セラミックを用いたインダクタ部を有するセラミック積層部品。
（８）内部導体としてＡｇまたはＡｇを主成分とする合金を用いた上記（７）のセラミック積層部品。
【００１１】
【作用および効果】
本発明では、セラミック積層部品のインダクタ部に、従来のフェライト磁性層に代えて、硼珪酸ガラスをマトリクスとし、骨材として珪酸亜鉛を用いた非磁性セラミック層を用いる。この非磁性セラミック層は、フェライト磁性層に比べ誘電率が著しく低いため、自己共振周波数を飛躍的に高くすることができる。このため、高周波帯域への対応が容易となり、セラミック積層部品の構造設計の自由度も高くなる。そして、前記非磁性セラミック層は、緻密に焼結できる温度が低いため、融点は低いが特性の良好なＡｇを内部導体に用いることができる。
【００１２】
また、本発明では、珪酸亜鉛を骨材として添加しているので、高い抗折強度が得られ、表面実装部品として十分なたわみ強度が得られる。
【００１３】
また、焼結時におけるクリストバライトの結晶成長が抑制されるため、巻数の多いインダクタを製造した場合でも、内部応力によるチップの変形やクラックの発生がなく、しかも、端子部にＡｇ厚膜を形成する際、その膜厚を薄くしてもメッキ液が進入することもない。
【００１４】
なお、特開昭６３−２６５８５８号公報には、珪酸亜鉛とＢ2 Ｏ3 ２．５〜３０モル％，ＳｉＯ2 ２．５〜５０モル％の硼珪酸ガラスとを用いたセラミックが開示されているが、このものでは、焼結温度を９６０°Ｃ以下としにくい。このため、内部導体にＡｇ（１００％のもの）を使用しにくく、誘電率が６以下と不十分であり、良好な周波数特性が得られない。また曲げ強度も低い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
【００１６】
＜非磁性セラミック＞
本発明の非磁性セラミックは、通常、インダクタ部を有する各種セラミック積層部品の製造に適用される。
【００１７】
本発明の非磁性セラミックは、マトリクスとしての硼珪酸ガラスと、骨材としての珪酸亜鉛の混合組成であり、その組成率は、硼珪酸ガラス２０wt％〜９０wt％、特に３０wt％〜７０wt％、珪酸亜鉛１０wt％〜８０wt％、特に３０wt％〜７０wt％で、さらに好ましくは硼珪酸ガラス５０wt％〜７０wt％、珪酸亜鉛３０wt％〜５０wt％、の範囲で混合し、焼結することにより得られる。
【００１８】
上記の範囲の混合組成で得られた非磁性セラミックはフェライトと比較して格段に低い値の誘電率となり、この非磁性セラミックを用いてセラミック積層部品のインダクタを形成することにより、高周波特性に優れたセラミック積層部品を提供することができる。この際、絶縁抵抗、抗折強度、焼結性、印刷性とも十分良好である。硼珪酸ガラスが９０wt％超、あるいは２０wt％未満となると、これらの特性の何れかが臨界的に低下する。より具体的には、硼珪酸ガラスの含有率が９０wt％を超えると抗折強度が低下し、焼結性、印刷性も悪くなる。なお、７０wt％を超えると焼成温度は低いがチップの変形が生じることがある。また、硼珪酸ガラスの含有率が１０wt％に満たない場合には、焼成温度が高くなり、抗折強度が低下し、焼結性とも悪くなり、誘電率が高くなるため高周波領域での特性が悪くなる。なお、３０wt％未満とすると、チップの変形が生じることがある。また、常温での誘電率は上記範囲の組成中であれば、ε＝４．０〜５．４、特に４．２〜５．２であり十分優れた値を示す。そして、硼珪酸ガラス５０wt％〜７０wt％の範囲であれば抗折強度が強く、誘電率もε＝４．２〜４．８とさらに優れた値を得ることができる。
【００１９】
本発明でマトリクスとして用いる硼珪酸ガラスの組成は特に限定されないが、ＳｉＯ2 の含有率７０〜９０wt％、好ましくは７５〜８５wt％であり、Ｂ2 Ｏ3 の含有率１０〜３０wt％、好ましくは１５〜２５wt％である。このような組成範囲とすることにより、軟化点が後述するように低くなるので、Ａｇを主体とする電極との同時焼成が可能となる。そして、これ以外の組成では良好な誘電率や抗折強度が得られない。
【００２０】
なお、この他Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ等の少なくとも１種が約５wt％以下含まれていてもよい。特に、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ等はグリーンチップ表面に析出するＢ2 Ｏ3 を抑制することに効果があり、Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏについては焼結性に効果がある。
【００２１】
主成分中における硼珪酸ガラスの比率が低すぎると、非磁性セラミックの焼成温度が高くなるので、Ａｇを主体とする電極と同時に焼成する場合、緻密に焼結できなくなる。一方、硼珪酸ガラスの比率が高すぎると、焼結が進みすぎて変形した焼結体となってしまう。硼珪酸ガラスの軟化点は、好ましくは７５０〜８７０℃、より好ましくは８００〜８５０℃である。軟化点が低すぎると焼結が進みすぎて変形した焼結体となってしまい、軟化点が高すぎると焼結が不十分となって緻密に焼結できなくなる。原料の硼珪酸ガラスの平均粒径は特に限定されないが、通常、１．０〜１０．０μm のものを用いることが好ましい。
【００２２】
本発明では骨材として珪酸亜鉛を用いる。この珪酸亜鉛はＺｎ2 ＳｉＯ4 の組成をもつが、この組成から偏析していても良い。また珪酸亜鉛には、１０wt％以下の範囲で、Ａｌ2 Ｏ3 等が、また不純物として１００ppm 以下程度のＣａＯ、ＺｒＯ2 、ＭｇＯ、ＢａＯ等が含有されていても良い。
【００２３】
骨材は、第１に抗折強度向上のために添加される。主成分中における骨材の比率が低すぎると、抗折強度が不十分となり、チップの変形が生じる。一方、骨材の比率が高すぎると、焼結性が悪くなって十分な抗折強度が得られない。また、第２の効果として骨材の量比を選択すると、誘電率が低下する。骨材の好ましい含有率は、３０〜５０wt％である。さらに、第３の効果として、クラックの発生が防止される。セラミック中の骨材の平均粒径は特に限定されないが、通常、０．５〜１０．０μm 、より好ましくは、０．５〜５μm とすることが好ましい。前述のとおり、原料骨材および硼珪酸ガラスもこれと同等の平均粒径とすれば良い。この硼珪酸ガラスは焼結後骨材を取り囲んでマトリクスを形成する。
【００２４】
＜有機ビヒクル＞
ペースト化は、上記の混合組成で与えられるマトリクス材としての硼珪酸ガラスと、骨材としての珪酸亜鉛と、有機ビヒクルとを混合することにより行なう。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、エチルセルロース等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法など、利用する方法に応じて、公知の各種有機溶剤から適宜選択すればよい。例えば、印刷法を用いる場合は、急速な揮発を抑えるために比較的高沸点の有機溶剤、例えば、ブチルカルビトール、テルピネオール等の１種以上を用いることが好ましく、また、シート法を用いる場合には、迅速に揮発させるために比較的低沸点の有機溶剤、例えば、エタノール、メタノール、トルエン、プロパノール、ブタノール、アセトン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）等の１種以上を用いることが好ましい。いずれの場合も混合溶剤としても良い。
【００２５】
非磁性セラミック組成物、つまりマトリクス材としての硼珪酸ガラスと骨材としての珪酸亜鉛とに対するバインダおよび溶剤の比率は特に限定されず、通常の比率、例えば、非磁性セラミック組成物１００重量部に対しバインダは５〜１５重量部程度、溶剤は１００〜２００重量部程度とすればよい。また、ペースト中には、必要に応じて各種分散剤や可塑剤などの添加物が含有されていてもよい。ペースト中におけるこれら添加物の総含有量は、１０wt％以下とすることが好ましい。
【００２６】
＜焼成＞
本発明に用いる非磁性セラミック組成物の焼成温度は、好ましくは８２０〜９２０℃、より好ましくは８５０〜８９０℃である。本発明の非磁性セラミック組成物はこのような比較的低温で焼成可能である。なお、焼成温度が低すぎると、緻密な焼結体を得ることが難しくなる。焼成時間は、好ましくは０．０５〜５時間、より好ましくは０．１〜３時間である。焼成雰囲気は、同時に焼成する内部導体の構成によっても異なるが、内部導体にＡｇ系材料を用いる場合には、通常、空気中で行なう。
【００２７】
＜セラミック積層部品＞
本発明のセラミック積層部品は、非磁性セラミック層と内部導体とを積層して構成されるインダクタ部を少なくとも有する。前記非磁性セラミック層は、上記非磁性セラミック組成物を用いたものである。このようなセラミック積層部品としては、例えば、図１に示されるような積層セラミックインダクタや、図２に示されるようなＬＣ複合部品などが挙げられる。
【００２８】
積層セラミックインダクタ
図１に示される積層セラミックインダクタは、非磁性セラミック層６と内部導体５とを積層して構成されるインダクタチップ体１０と、このインダクタチップ体１０表面に設けられた外部電極４１，４５とを有する。
【００２９】
積層セラミックインダクタ各部の構成は、従来公知の各種構成から選択すればよく、例えば、外形はほぼ直方体状の形状とされる。そして、通常、図１に示されるように、非磁性セラミック層６内において内部導体５は螺旋状に配置されて内部巻線を構成し、その両端部は外部電極４１，４５に接続される。内部導体５の巻線パターンは特に限定されず、またその巻数も用途に応じ適宜選択すればよい。この場合の巻数は通常１．５〜１５．５ターンが可能である。積層セラミックインダクタ各部の寸法は特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。非磁性セラミック層の厚さは２０〜１００μm 程度とする。外部電極の厚さは通常１０〜１００μm 程度であり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ等のメッキ被覆層を含めた合計厚さは１５〜１３０μm 程度とされる。外部電極の幅は目的に応じて選定されるが、通常、０．２mm以上、好ましくは０．２〜０．４mm程度とされる。内部導体５の厚さは、通常、５〜３０μm 程度、また、１ターンの厚み（電極＋層間）は、通常、４０〜１００μm 程度とされる。インダクタチップ体１０の寸法も特に限定されず、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、（１．０〜４．５mm）×（０．５〜３．２mm）×（０．６〜２．０mm）程度である。この場合、非磁性セラミック層６は、上述した非磁性セラミックを用いたものである。
【００３０】
内部導体５に含有される導電材は、比抵抗の小さいＡｇを主体とするものであることが好ましい。Ａｇを主体とする導電材としては、Ａｇ、または、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ等のＡｇ合金が好ましく、特にＡｇ（１００）が好ましい。Ａｇ合金中のＡｇの含有率は、７５wt％以上であることが好ましい。内部導体ペーストは、上記した各種導電性金属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に上記した導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上記したような有機ビヒクルとを混練して調製する。
【００３１】
外部電極４１，４５には、Ａｇを主体とする導電材を用いることが好ましい。Ａｇを主体とする導電材としては、ＡｇまたはＡｇ合金が好ましく、特にＡｇが好ましい。また、Ａｇ合金としては、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金が好ましく、これらのうちではＡｇ−Ｐｄ合金が好ましい。Ａｇ合金中のＡｇの含有率は、７５wt％以上であることが好ましい。外部電極中には、硼珪酸鉛ガラス等の各種ガラスが含有されていてもよい。外部電極４１，４５は単独の電極層としてもよいが、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎあるいはハンダ等から形成される被覆層を設けることが好ましい。このような被覆層は、ハンダ付けの際のハンダ濡れ性、ハンダ耐熱性を向上させる。外部電極ペーストは、内部導体ペーストと同様にして調製すればよい。なお、外部電極４１，４５を設けることにより、メッキ処理時に被覆層と相俟って内部導体５へのメッキ液の進入を防ぎ、内部導体５の浸食を防止できる。
【００３２】
積層セラミックインダクタを印刷法により製造する場合、図３に示されるように、まず、非磁性セラミック組成物ペースト６’と内部導体ペースト５’とを、内部導体ペースト５’がコイルパターンとなるようにＰＥＴフィルム等を張り付けた基板上に交互に印刷して積層体を形成する。次に、所定の形状および寸法となるように切断してグリーンチップとした後、基板から剥離する。一方、シート法により製造する場合、まず、非磁性セラミック組成物ペーストを用いてグリーンシートを形成し、グリーンシートに導通のためのスルーホールを穿設する。次いで、グリーンシートに内部導体ペーストを印刷してこれらを積層し、得られた積層体を切断してグリーンチップを形成する。次いで、グリーンチップを前述の８２０°Ｃ〜９２０°Ｃの範囲で焼成し、インダクタチップ体を得る。焼成後、外部電極ペーストをインダクタチップ体に印刷ないし転写して焼成することにより、積層セラミックインダクタが得られる。外部電極用ペーストの焼成条件は、例えば、６００〜８００℃にて１０分間〜１時間程度とすることが好ましい。このようにして製造された積層セラミックインダクタは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
【００３３】
ＬＣ複合部品
図２に示されるＬＣ複合部品１００は、インダクタチップ体１０とコンデンサチップ体１１とを積層一体化したものである。インダクタチップ体１０は、前記した積層セラミックインダクタのインダクタチップ体１０と同様な構成とすればよい。インダクタチップ体１０表面およびコンデンサチップ体１１表面に設けられる外部電極４１は、前記積層セラミックインダクタの外部電極４１，４５と同様な構成とすればよい。内部電極層２５は、前述した内部導体５と同様な構成とすればよい。
【００３４】
コンデンサチップ体１１は、通常の積層セラミックコンデンサのチップ体と同様な構成とすればよい。図示例では、内部電極層２５を介してセラミック誘電体層３を積層してある。セラミック誘電体層３には種々の誘電体材料を用いてよいが、低温での焼成が可能であることから、酸化チタン系誘電体材料を用いることが好ましいが、チタン酸系複合酸化物、ジルコン酸系複合酸化物、あるいはこれらの混合物を用いることもできる。なお、焼成温度を低下させるために、セラミック誘電体層には硼珪酸酸ガラス等のガラスが含有されていてもよい。具体的には、酸化チタン系としては必要に応じＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｍｎ3 Ｏ4 、Ａｌ2 Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2 等を含むＴｉＯ2 等が、チタン酸系複合酸化物としてはＢａＴｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、ＣａＴｉＯ3 、ＭｇＴｉＯ3 やこれらの混合物等が、ジルコン酸系複合酸化物としてはＢａＺｒＯ3 、ＳｒＺｒＯ3 、ＣａＺｒＯ3 、ＭｇＺｒＯ3 やこれらの混合物等が挙げられる。誘電体層の積層数は目的に応じて定めればよいが、通常１〜１００程度である。また、一層あたりの厚さは、通常５〜５０μm 程度である。
【００３５】
本発明は、上述した積層セラミックインダクタやＬＣ複合部品の他、例えば、特公平３−５８１６４号公報に開示されているようなシールド型積層セラミックインダクタにも適用できる。シールド型積層セラミックインダクタの構成例を図５に示す。このシールド型積層セラミックインダクタは、内部磁性体層が積層された内部磁性体７１と、非磁性セラミック層６と内部導体５とを積層したコイル部と、外部磁性体層が積層された外部磁性体７２とを有し、内部磁性体をコイル部が包囲し、さらにコイル部を外部磁性体が包囲する構成となっている。内部導体５は、非磁性セラミック層６の層間から層間へと延び、内部磁性体の周りを垂直方向に螺旋を描くように周回している。内部導体の端部は外部磁性体の表面に引き出され、図示しない外部電極と接続される。非磁性セラミック層６は、本発明の非磁性セラミック組成物を用いたものである。
【００３６】
この他、本発明は、インダクタ部を有する積層混成集積回路素子にも適用可能である。積層混成集積回路素子は、例えば、積層セラミックインダクタやＬＣ複合部品上に、抵抗体、コンデンサ、ＩＣ等を載せたものである。この他にも、非磁性セラミック層を有するセラミック積層部品であれば、どのような構成のものであっても本発明を適用することができる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
＜実施例１＞
表１に示す粉末からなる非磁性セラミック組成物と有機ビヒクルとをライカイ機で３時間混練して、非磁性セラミック組成物ペーストを調製した。硼珪酸ガラスとして、
ＳｉＯ2 ：８０wt％、
Ｂ2 Ｏ3 ：１８wt％、
Ｋ2 Ｏ ： ２wt％
を含むものを用いた。各粉末の平均粒径は、
硼珪酸ガラス ：１．６μm 、
Ｚｎ2 ＳｉＯ2 （珪酸亜鉛）：２μm 、
とした。有機ビヒクルには、エチルセルロースをテルピネオールに溶解したものを用いた。混合比率は、非磁性セラミック組成物１００重量部に対し、エチルセルロース１０重量部、テルピネオール１４０重量部とした。
【００３９】
非磁性セラミック組成物の焼結後の誘電率を測定するために、積層セラミックコンデンサを作製した。まず、非磁性セラミック組成物ペーストだけをスクリーン印刷により２００μm 厚まで積層し、次いで下記の内部電極層ペーストと非磁性セラミック組成物ペーストとをスクリーン印刷により交互に積層し、乾燥して、グリーン積層体とした。内部電極層ペーストにはＡｇ１００重量部に対し、エチルセルロース５〜１５重量部、テルピネオール３０〜５０重量部とした。
【００４０】
次いでグリーン積層体を切断してグリーンチップとした後、空気中において２時間焼成し、コンデンサチップ体とした。焼成温度を表１に示す。内部電極層に挟まれた非磁性セラミック層の厚さは７０μm 、内部電極層の厚さは１０μm 、コンデンサチップ体の平面寸法は４．５mm×３．２mm、積層方向の厚さは０．８１mmであった。次いで、コンデンサチップ体の外面に外部電極ペーストを塗布して６２０℃で１０分間焼付し、積層セラミックコンデンサとした。これらの積層セラミックコンデンサについて、非磁性セラミック層の誘電率および絶縁抵抗と、全体の抗折強度とを求めた。結果を表１に示す。焼結性評価の基準は、
○：焼結による収縮率が１５％以上
×：焼結による収縮率が１５％未満
なお、比較のために、非磁性セラミック組成物に替えて従来の積層セラミックインダクタに用いられているＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを用い、上記と同様な評価を行なった。また、全ての試料の印刷性、チップの変形について評価した。ここで、印刷性についての評価基準は、
○：残留溶剤５％未満
×：残留溶剤５％以上とした。
チップの変形についての評価基準は、チップのコーナー部の変形による曲率半径（Ｒ）寸法で評価した。すなわち、チップの端部に塗布した外部電極の厚みを４０μm 〜１００μm の範囲とし、コーナー部から素体の面に回り込む電極の長さを（Ｂ寸法）３００μm とした。この際、外部電極を正常にチップに塗布できるコーナー部の曲率半径の範囲を５０〜１００μm と規定して、これを良品とした。曲率がこれより大きい場合には外部電極が厚く付着してしまうと共に、チップの端部の外部電極を塗布する部分以外の余分な部分にも丸みができてしまう。また、曲率が小さい場合にはチップ端部のコーナー部分における外部電極の厚みが薄くなってしまうと共にチップとの密着性が悪くなってしまう。以下にその判断基準を示す。
○：５０〜１００μm
△：４０μm 以上〜５０μm 未満、１００μm 超〜１５０μm 以下
×：４０μm 未満、１５０μm 超とした。
結果を表１に併記する。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１に示されるように、本発明の非磁性セラミック組成物を用いた非磁性セラミック層の誘電率は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの誘電率よりも著しく低い。また、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトと同様に、Ａｇ電極と同時に焼成が可能であることがわかる。また、本発明の非磁性セラミック組成物を用いたものではチップの変形やクラックの発生は見られなかった。
【００４３】
次に表１のサンプルＮｏ５の組成の非磁性セラミック層を有するインダクタを、図３の印刷法により作製し、空気中にて２時間焼成し、図４に示すようなインダクタチップ１０を得た（図では巻線は一部省略して表示している）。このインダクタチップ１０の内部導体５の巻数は１０．５、巻線ピッチは４０μm 、インダクタチップ１０の寸法はＬ＝１．６mm、Ｗ＝０．８mm、ｔ＝０．８である。また、比較例として、骨材として、２ＭｇＯ−ＳｉＯ2 のフォルステライト系の材料を４０wt％用いて、上記と同一形状のインダクタチップを製作した。なお、この場合の誘電率は６．５であった。この場合にもクラックの発生は無かった。
【００４４】
これらのインダクタチップについて、ＨＰ４２９１Ａ、およびフィクスチャー１６１９３Ａを用い、周波数レンジ５０ＭHz〜１．８ＧHzで、ＱおよびＬの周波数特性依存性を測定した。ＱおよびＬの周波数依存性を表わすグラフを図６、図７にそれぞれ示す。図６に示されるように、本発明の非磁性セラミックを適用したインダクタチップは、フォルステライト系材料よりも優れた高いＱを示す。また、図７から明らかなように、本発明の非磁性セラミックを適用したインダクタチップは、フォルステライト系材料よりもＬの高周波特性が優れ、１．５ＧHz以上の高周波にまで適用できる。
【００４５】
さらに、サンプルＮｏ５において、硼珪酸ガラスを特開昭６３−２６５８５８号公報に近いmol ％で、１０Ｂ2 Ｏ3 −４５ＳｉＯ2 −１０ＣａＯ−１０ＢａＯ（wt％で、５．３７Ｂ2 Ｏ3 、２４．６８ＳｉＯ2 、５．１２ＣａＯ、１３．９９ＢａＯ）にかえて同様のチップインダクタを作製した。このものの誘電率は６．４であり、焼成条件も９８０°Ｃと高く、内部導体にＡｇ（１００％）の導電材が使用できず、Ａｇ／Ｐｄを使用した場合の高周波特性は、Ｑ値が低く、自己共振周波数もフォルステライトなみであった。
【００４６】
なお、上記実施例では印刷法を用いたが、シート法を用いた場合でも、同様の結果が得られることが確認された。また、硼珪酸ガラスはＳｉＯ2 ７０〜９０wt％で同等の効果を示し、Ｋ2 Ｏを除いたものでも、あるいはＫ2 Ｏにかえ、またはこれに加えてＮａ2 Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯの１種類以上を５wt％以下含有するものでも同等の結果を示した。
【００４７】
以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層セラミックインダクタの構成例の一部を切り欠いて示す平面図である。
【図２】ＬＣ複合部品の構成例の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図３】積層セラミックインダクタの製造工程を示した概念図。
【図４】本発明の実施例である積層セラミックインダクタチップの構造を示す概念図である。
【図５】シールド型積層セラミックインダクタの構成例の断面図である。
【図６】積層セラミックインダクタのＱの周波数特性を表わすグラフである。
【図７】積層セラミックインダクタのＬの周波数特性を表わすグラフである。
【符号の説明】
３ セラミック誘電体層
５ 内部導体
６ 非磁性セラミック層
１０ インダクタチップ体
１１ コンデンサチップ体
２５ 内部電極層
４１、４５ 外部電極
７１ 内部磁性体
７２ 外部磁性体
１００ ＬＣ複合部品
【発明の属する技術分野】
本発明は、非磁性セラミックと、この非磁性セラミックを用いて製造されたインダクタ部等を有するセラミック積層部品とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品のＳＭＤ（表面実装部品）化が進む中、また、通信機などに用いられる高周波用の部品の高性能化の要求に伴ない、チップフィルタやチップインダクタ等のセラミック積層部品が広く採用されている。チップフィルタやチップインダクタのインダクタ部は、巻線を用いず、磁性体ペーストと導体ペーストとを交互に積層した後、焼成して一体化することにより製造される。
【０００３】
セラミック積層部品のインダクタ部のセラミック磁性層には、低温焼成が可能であり、また、高周波特性が比較的優れていることから、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどが選択されることが一般的である。また、内部導体の導電材としては、抵抗率の低いＡｇあるいはＡｇ合金が用いられている。
【０００４】
しかし、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトは誘電率がε＝１０〜１５程度であるため、内部導体パターンの間隔が狭い場合に導体パターン間の浮遊容量を小さくすることが難しい。このため、内部導体パターンが狭い場合には自己共振周波数を高くすることができず、高周波での使用に制限を受けてしまう。
【０００５】
このような事情から、特開平４−７８０９号公報では、「絶縁体層間を端部が接続されながら積層方向に重畳して周回する導体パターンを具えた積層セラミックインダクタにおいて、該絶縁体層を形成する材料が非磁性セラミック材料であることを特徴とする積層セラミックインダクタ」が提案されている。前記非磁性体セラミック材料としては、「ガラスとコーディエライトの混合物」および「ガラスとコーディエライトにムライトを添加した混合物」が例示されており、前記ガラスとしては、ＳｉＯ2 が６３〜８５wt％、Ｂ2 Ｏ3 が３〜２８wt％の範囲の硼珪酸ガラスが好ましい旨の記述がある。同公報では、絶縁体層にこのような非磁性セラミック材料を用いることにより、絶縁体層の誘電率を低くして自己共振周波数を高くし、高周波帯域に対応可能としており、また、低温での焼成を可能として銀電極の使用を可能としている。
【０００６】
しかし、同公報記載の非磁性セラミック材料を用いた場合、積層セラミックインダクタの抗折強度を十分に高くすることができない。このため、表面実装部品に要求されるたわみ強度が不十分となることがある。また誘電率もフェライトを含む材料の１／２程度、つまり、ε＝５．５〜６．５程度であり、携帯電話等の高周波回路に用いる部品に使用するには十分な値とは言えない。
【０００７】
また、本発明者は先に硼珪酸ガラスと溶融ＳｉＯ2 との組成物を用い、誘電率ε＝４．２を実現している。しかしながら、以下のような問題点を有していた。非磁性セラミック材料としての硼珪酸ガラスとＳｉＯ2 ガラスから成る組成物において、ＳｉＯ2 ガラスを２５wt％以上添加すると、焼結時にクリストバライトの結晶成長が生じる。このとき、特に導体であるＡｇの周囲に結晶化度の高い部分が偏在する。また、このクリストバライトの結晶成長に起因する熱膨張率の変化は１００°Ｃから３００°Ｃに上昇するときに顕著となり、０．０００％から０．２６０％ないし０．２７０％にまで上昇してしまう。このため、導体周囲に偏在したクリストバライト結晶成長による急峻な膨張により、内部応力が発生し、特に巻数の多いインダクタを製造した場合、チップの変形や導体周囲にクラックを生じてしまう。
【０００８】
さらに、電極部分の下地外部電極厚が薄い場合には、チップ部品製造過程で外部電極上にメッキを行う際、この電極部分から電解液が進入して素地を浸食してしまい、外部電極の膜厚を厚くしなければない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、インダクタ部を有するセラミック積層部品として用いた場合、誘電率が低く、高周波領域での特性が良好で、かつ銀電極が使用可能な低温焼成を可能とし、焼結時におけるチップの変形やクラックの発生、電解液の進入を抑制でき、しかも、機械的強度を高くできる非磁性セラミックおよびセラミック積層部品を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（８）のいずれかの構成により達成される。
（１）硼珪酸ガラスと、珪酸亜鉛と、からなり、２０wt％〜９０wt％の硼珪酸ガラスのマトリクス中に、１０wt％〜８０wt％の珪酸亜鉛が分散されており、前記硼珪酸ガラスはＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３の含有率がそれぞれ、ＳｉＯ２＝７０〜９０wt％、Ｂ２Ｏ３＝１０〜３０wt％、である非磁性セラミック。
（２）前記硼珪酸ガラスの含有率が３０wt％〜７０wt％であり、前記珪酸亜鉛の含有率が３０wt％〜７０wt％である上記（１）の非磁性セラミック。
（３）前記硼珪酸ガラスと珪酸亜鉛とを混合した後、これを焼成して得られる上記（１）または（２）の非磁性セラミック。
（４）前記硼珪酸ガラスは副成分としてＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯのうちの少なくとも１種類を５wt％以下含有する上記（１）〜（３）のいずれかの非磁性セラミック。
（５）前記珪酸亜鉛の平均粒径が０．５〜１０μｍである上記（１）〜（４）のいずれかの非磁性セラミック。
（６）誘電率が４．０〜５．４である上記（１）〜（５）のいずれかの非磁性セラミック。
（７）少なくとも上記（１）〜（６）のいずれかの非磁性セラミックを用いたインダクタ部を有するセラミック積層部品。
（８）内部導体としてＡｇまたはＡｇを主成分とする合金を用いた上記（７）のセラミック積層部品。
【００１１】
【作用および効果】
本発明では、セラミック積層部品のインダクタ部に、従来のフェライト磁性層に代えて、硼珪酸ガラスをマトリクスとし、骨材として珪酸亜鉛を用いた非磁性セラミック層を用いる。この非磁性セラミック層は、フェライト磁性層に比べ誘電率が著しく低いため、自己共振周波数を飛躍的に高くすることができる。このため、高周波帯域への対応が容易となり、セラミック積層部品の構造設計の自由度も高くなる。そして、前記非磁性セラミック層は、緻密に焼結できる温度が低いため、融点は低いが特性の良好なＡｇを内部導体に用いることができる。
【００１２】
また、本発明では、珪酸亜鉛を骨材として添加しているので、高い抗折強度が得られ、表面実装部品として十分なたわみ強度が得られる。
【００１３】
また、焼結時におけるクリストバライトの結晶成長が抑制されるため、巻数の多いインダクタを製造した場合でも、内部応力によるチップの変形やクラックの発生がなく、しかも、端子部にＡｇ厚膜を形成する際、その膜厚を薄くしてもメッキ液が進入することもない。
【００１４】
なお、特開昭６３−２６５８５８号公報には、珪酸亜鉛とＢ2 Ｏ3 ２．５〜３０モル％，ＳｉＯ2 ２．５〜５０モル％の硼珪酸ガラスとを用いたセラミックが開示されているが、このものでは、焼結温度を９６０°Ｃ以下としにくい。このため、内部導体にＡｇ（１００％のもの）を使用しにくく、誘電率が６以下と不十分であり、良好な周波数特性が得られない。また曲げ強度も低い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
【００１６】
＜非磁性セラミック＞
本発明の非磁性セラミックは、通常、インダクタ部を有する各種セラミック積層部品の製造に適用される。
【００１７】
本発明の非磁性セラミックは、マトリクスとしての硼珪酸ガラスと、骨材としての珪酸亜鉛の混合組成であり、その組成率は、硼珪酸ガラス２０wt％〜９０wt％、特に３０wt％〜７０wt％、珪酸亜鉛１０wt％〜８０wt％、特に３０wt％〜７０wt％で、さらに好ましくは硼珪酸ガラス５０wt％〜７０wt％、珪酸亜鉛３０wt％〜５０wt％、の範囲で混合し、焼結することにより得られる。
【００１８】
上記の範囲の混合組成で得られた非磁性セラミックはフェライトと比較して格段に低い値の誘電率となり、この非磁性セラミックを用いてセラミック積層部品のインダクタを形成することにより、高周波特性に優れたセラミック積層部品を提供することができる。この際、絶縁抵抗、抗折強度、焼結性、印刷性とも十分良好である。硼珪酸ガラスが９０wt％超、あるいは２０wt％未満となると、これらの特性の何れかが臨界的に低下する。より具体的には、硼珪酸ガラスの含有率が９０wt％を超えると抗折強度が低下し、焼結性、印刷性も悪くなる。なお、７０wt％を超えると焼成温度は低いがチップの変形が生じることがある。また、硼珪酸ガラスの含有率が１０wt％に満たない場合には、焼成温度が高くなり、抗折強度が低下し、焼結性とも悪くなり、誘電率が高くなるため高周波領域での特性が悪くなる。なお、３０wt％未満とすると、チップの変形が生じることがある。また、常温での誘電率は上記範囲の組成中であれば、ε＝４．０〜５．４、特に４．２〜５．２であり十分優れた値を示す。そして、硼珪酸ガラス５０wt％〜７０wt％の範囲であれば抗折強度が強く、誘電率もε＝４．２〜４．８とさらに優れた値を得ることができる。
【００１９】
本発明でマトリクスとして用いる硼珪酸ガラスの組成は特に限定されないが、ＳｉＯ2 の含有率７０〜９０wt％、好ましくは７５〜８５wt％であり、Ｂ2 Ｏ3 の含有率１０〜３０wt％、好ましくは１５〜２５wt％である。このような組成範囲とすることにより、軟化点が後述するように低くなるので、Ａｇを主体とする電極との同時焼成が可能となる。そして、これ以外の組成では良好な誘電率や抗折強度が得られない。
【００２０】
なお、この他Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ等の少なくとも１種が約５wt％以下含まれていてもよい。特に、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ等はグリーンチップ表面に析出するＢ2 Ｏ3 を抑制することに効果があり、Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏについては焼結性に効果がある。
【００２１】
主成分中における硼珪酸ガラスの比率が低すぎると、非磁性セラミックの焼成温度が高くなるので、Ａｇを主体とする電極と同時に焼成する場合、緻密に焼結できなくなる。一方、硼珪酸ガラスの比率が高すぎると、焼結が進みすぎて変形した焼結体となってしまう。硼珪酸ガラスの軟化点は、好ましくは７５０〜８７０℃、より好ましくは８００〜８５０℃である。軟化点が低すぎると焼結が進みすぎて変形した焼結体となってしまい、軟化点が高すぎると焼結が不十分となって緻密に焼結できなくなる。原料の硼珪酸ガラスの平均粒径は特に限定されないが、通常、１．０〜１０．０μm のものを用いることが好ましい。
【００２２】
本発明では骨材として珪酸亜鉛を用いる。この珪酸亜鉛はＺｎ2 ＳｉＯ4 の組成をもつが、この組成から偏析していても良い。また珪酸亜鉛には、１０wt％以下の範囲で、Ａｌ2 Ｏ3 等が、また不純物として１００ppm 以下程度のＣａＯ、ＺｒＯ2 、ＭｇＯ、ＢａＯ等が含有されていても良い。
【００２３】
骨材は、第１に抗折強度向上のために添加される。主成分中における骨材の比率が低すぎると、抗折強度が不十分となり、チップの変形が生じる。一方、骨材の比率が高すぎると、焼結性が悪くなって十分な抗折強度が得られない。また、第２の効果として骨材の量比を選択すると、誘電率が低下する。骨材の好ましい含有率は、３０〜５０wt％である。さらに、第３の効果として、クラックの発生が防止される。セラミック中の骨材の平均粒径は特に限定されないが、通常、０．５〜１０．０μm 、より好ましくは、０．５〜５μm とすることが好ましい。前述のとおり、原料骨材および硼珪酸ガラスもこれと同等の平均粒径とすれば良い。この硼珪酸ガラスは焼結後骨材を取り囲んでマトリクスを形成する。
【００２４】
＜有機ビヒクル＞
ペースト化は、上記の混合組成で与えられるマトリクス材としての硼珪酸ガラスと、骨材としての珪酸亜鉛と、有機ビヒクルとを混合することにより行なう。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、エチルセルロース等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。また、有機溶剤も特に限定されず、印刷法やシート法など、利用する方法に応じて、公知の各種有機溶剤から適宜選択すればよい。例えば、印刷法を用いる場合は、急速な揮発を抑えるために比較的高沸点の有機溶剤、例えば、ブチルカルビトール、テルピネオール等の１種以上を用いることが好ましく、また、シート法を用いる場合には、迅速に揮発させるために比較的低沸点の有機溶剤、例えば、エタノール、メタノール、トルエン、プロパノール、ブタノール、アセトン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）等の１種以上を用いることが好ましい。いずれの場合も混合溶剤としても良い。
【００２５】
非磁性セラミック組成物、つまりマトリクス材としての硼珪酸ガラスと骨材としての珪酸亜鉛とに対するバインダおよび溶剤の比率は特に限定されず、通常の比率、例えば、非磁性セラミック組成物１００重量部に対しバインダは５〜１５重量部程度、溶剤は１００〜２００重量部程度とすればよい。また、ペースト中には、必要に応じて各種分散剤や可塑剤などの添加物が含有されていてもよい。ペースト中におけるこれら添加物の総含有量は、１０wt％以下とすることが好ましい。
【００２６】
＜焼成＞
本発明に用いる非磁性セラミック組成物の焼成温度は、好ましくは８２０〜９２０℃、より好ましくは８５０〜８９０℃である。本発明の非磁性セラミック組成物はこのような比較的低温で焼成可能である。なお、焼成温度が低すぎると、緻密な焼結体を得ることが難しくなる。焼成時間は、好ましくは０．０５〜５時間、より好ましくは０．１〜３時間である。焼成雰囲気は、同時に焼成する内部導体の構成によっても異なるが、内部導体にＡｇ系材料を用いる場合には、通常、空気中で行なう。
【００２７】
＜セラミック積層部品＞
本発明のセラミック積層部品は、非磁性セラミック層と内部導体とを積層して構成されるインダクタ部を少なくとも有する。前記非磁性セラミック層は、上記非磁性セラミック組成物を用いたものである。このようなセラミック積層部品としては、例えば、図１に示されるような積層セラミックインダクタや、図２に示されるようなＬＣ複合部品などが挙げられる。
【００２８】
積層セラミックインダクタ
図１に示される積層セラミックインダクタは、非磁性セラミック層６と内部導体５とを積層して構成されるインダクタチップ体１０と、このインダクタチップ体１０表面に設けられた外部電極４１，４５とを有する。
【００２９】
積層セラミックインダクタ各部の構成は、従来公知の各種構成から選択すればよく、例えば、外形はほぼ直方体状の形状とされる。そして、通常、図１に示されるように、非磁性セラミック層６内において内部導体５は螺旋状に配置されて内部巻線を構成し、その両端部は外部電極４１，４５に接続される。内部導体５の巻線パターンは特に限定されず、またその巻数も用途に応じ適宜選択すればよい。この場合の巻数は通常１．５〜１５．５ターンが可能である。積層セラミックインダクタ各部の寸法は特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。非磁性セラミック層の厚さは２０〜１００μm 程度とする。外部電極の厚さは通常１０〜１００μm 程度であり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ等のメッキ被覆層を含めた合計厚さは１５〜１３０μm 程度とされる。外部電極の幅は目的に応じて選定されるが、通常、０．２mm以上、好ましくは０．２〜０．４mm程度とされる。内部導体５の厚さは、通常、５〜３０μm 程度、また、１ターンの厚み（電極＋層間）は、通常、４０〜１００μm 程度とされる。インダクタチップ体１０の寸法も特に限定されず、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、（１．０〜４．５mm）×（０．５〜３．２mm）×（０．６〜２．０mm）程度である。この場合、非磁性セラミック層６は、上述した非磁性セラミックを用いたものである。
【００３０】
内部導体５に含有される導電材は、比抵抗の小さいＡｇを主体とするものであることが好ましい。Ａｇを主体とする導電材としては、Ａｇ、または、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ等のＡｇ合金が好ましく、特にＡｇ（１００）が好ましい。Ａｇ合金中のＡｇの含有率は、７５wt％以上であることが好ましい。内部導体ペーストは、上記した各種導電性金属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に上記した導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上記したような有機ビヒクルとを混練して調製する。
【００３１】
外部電極４１，４５には、Ａｇを主体とする導電材を用いることが好ましい。Ａｇを主体とする導電材としては、ＡｇまたはＡｇ合金が好ましく、特にＡｇが好ましい。また、Ａｇ合金としては、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金が好ましく、これらのうちではＡｇ−Ｐｄ合金が好ましい。Ａｇ合金中のＡｇの含有率は、７５wt％以上であることが好ましい。外部電極中には、硼珪酸鉛ガラス等の各種ガラスが含有されていてもよい。外部電極４１，４５は単独の電極層としてもよいが、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎあるいはハンダ等から形成される被覆層を設けることが好ましい。このような被覆層は、ハンダ付けの際のハンダ濡れ性、ハンダ耐熱性を向上させる。外部電極ペーストは、内部導体ペーストと同様にして調製すればよい。なお、外部電極４１，４５を設けることにより、メッキ処理時に被覆層と相俟って内部導体５へのメッキ液の進入を防ぎ、内部導体５の浸食を防止できる。
【００３２】
積層セラミックインダクタを印刷法により製造する場合、図３に示されるように、まず、非磁性セラミック組成物ペースト６’と内部導体ペースト５’とを、内部導体ペースト５’がコイルパターンとなるようにＰＥＴフィルム等を張り付けた基板上に交互に印刷して積層体を形成する。次に、所定の形状および寸法となるように切断してグリーンチップとした後、基板から剥離する。一方、シート法により製造する場合、まず、非磁性セラミック組成物ペーストを用いてグリーンシートを形成し、グリーンシートに導通のためのスルーホールを穿設する。次いで、グリーンシートに内部導体ペーストを印刷してこれらを積層し、得られた積層体を切断してグリーンチップを形成する。次いで、グリーンチップを前述の８２０°Ｃ〜９２０°Ｃの範囲で焼成し、インダクタチップ体を得る。焼成後、外部電極ペーストをインダクタチップ体に印刷ないし転写して焼成することにより、積層セラミックインダクタが得られる。外部電極用ペーストの焼成条件は、例えば、６００〜８００℃にて１０分間〜１時間程度とすることが好ましい。このようにして製造された積層セラミックインダクタは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
【００３３】
ＬＣ複合部品
図２に示されるＬＣ複合部品１００は、インダクタチップ体１０とコンデンサチップ体１１とを積層一体化したものである。インダクタチップ体１０は、前記した積層セラミックインダクタのインダクタチップ体１０と同様な構成とすればよい。インダクタチップ体１０表面およびコンデンサチップ体１１表面に設けられる外部電極４１は、前記積層セラミックインダクタの外部電極４１，４５と同様な構成とすればよい。内部電極層２５は、前述した内部導体５と同様な構成とすればよい。
【００３４】
コンデンサチップ体１１は、通常の積層セラミックコンデンサのチップ体と同様な構成とすればよい。図示例では、内部電極層２５を介してセラミック誘電体層３を積層してある。セラミック誘電体層３には種々の誘電体材料を用いてよいが、低温での焼成が可能であることから、酸化チタン系誘電体材料を用いることが好ましいが、チタン酸系複合酸化物、ジルコン酸系複合酸化物、あるいはこれらの混合物を用いることもできる。なお、焼成温度を低下させるために、セラミック誘電体層には硼珪酸酸ガラス等のガラスが含有されていてもよい。具体的には、酸化チタン系としては必要に応じＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｍｎ3 Ｏ4 、Ａｌ2 Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2 等を含むＴｉＯ2 等が、チタン酸系複合酸化物としてはＢａＴｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、ＣａＴｉＯ3 、ＭｇＴｉＯ3 やこれらの混合物等が、ジルコン酸系複合酸化物としてはＢａＺｒＯ3 、ＳｒＺｒＯ3 、ＣａＺｒＯ3 、ＭｇＺｒＯ3 やこれらの混合物等が挙げられる。誘電体層の積層数は目的に応じて定めればよいが、通常１〜１００程度である。また、一層あたりの厚さは、通常５〜５０μm 程度である。
【００３５】
本発明は、上述した積層セラミックインダクタやＬＣ複合部品の他、例えば、特公平３−５８１６４号公報に開示されているようなシールド型積層セラミックインダクタにも適用できる。シールド型積層セラミックインダクタの構成例を図５に示す。このシールド型積層セラミックインダクタは、内部磁性体層が積層された内部磁性体７１と、非磁性セラミック層６と内部導体５とを積層したコイル部と、外部磁性体層が積層された外部磁性体７２とを有し、内部磁性体をコイル部が包囲し、さらにコイル部を外部磁性体が包囲する構成となっている。内部導体５は、非磁性セラミック層６の層間から層間へと延び、内部磁性体の周りを垂直方向に螺旋を描くように周回している。内部導体の端部は外部磁性体の表面に引き出され、図示しない外部電極と接続される。非磁性セラミック層６は、本発明の非磁性セラミック組成物を用いたものである。
【００３６】
この他、本発明は、インダクタ部を有する積層混成集積回路素子にも適用可能である。積層混成集積回路素子は、例えば、積層セラミックインダクタやＬＣ複合部品上に、抵抗体、コンデンサ、ＩＣ等を載せたものである。この他にも、非磁性セラミック層を有するセラミック積層部品であれば、どのような構成のものであっても本発明を適用することができる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】
＜実施例１＞
表１に示す粉末からなる非磁性セラミック組成物と有機ビヒクルとをライカイ機で３時間混練して、非磁性セラミック組成物ペーストを調製した。硼珪酸ガラスとして、
ＳｉＯ2 ：８０wt％、
Ｂ2 Ｏ3 ：１８wt％、
Ｋ2 Ｏ ： ２wt％
を含むものを用いた。各粉末の平均粒径は、
硼珪酸ガラス ：１．６μm 、
Ｚｎ2 ＳｉＯ2 （珪酸亜鉛）：２μm 、
とした。有機ビヒクルには、エチルセルロースをテルピネオールに溶解したものを用いた。混合比率は、非磁性セラミック組成物１００重量部に対し、エチルセルロース１０重量部、テルピネオール１４０重量部とした。
【００３９】
非磁性セラミック組成物の焼結後の誘電率を測定するために、積層セラミックコンデンサを作製した。まず、非磁性セラミック組成物ペーストだけをスクリーン印刷により２００μm 厚まで積層し、次いで下記の内部電極層ペーストと非磁性セラミック組成物ペーストとをスクリーン印刷により交互に積層し、乾燥して、グリーン積層体とした。内部電極層ペーストにはＡｇ１００重量部に対し、エチルセルロース５〜１５重量部、テルピネオール３０〜５０重量部とした。
【００４０】
次いでグリーン積層体を切断してグリーンチップとした後、空気中において２時間焼成し、コンデンサチップ体とした。焼成温度を表１に示す。内部電極層に挟まれた非磁性セラミック層の厚さは７０μm 、内部電極層の厚さは１０μm 、コンデンサチップ体の平面寸法は４．５mm×３．２mm、積層方向の厚さは０．８１mmであった。次いで、コンデンサチップ体の外面に外部電極ペーストを塗布して６２０℃で１０分間焼付し、積層セラミックコンデンサとした。これらの積層セラミックコンデンサについて、非磁性セラミック層の誘電率および絶縁抵抗と、全体の抗折強度とを求めた。結果を表１に示す。焼結性評価の基準は、
○：焼結による収縮率が１５％以上
×：焼結による収縮率が１５％未満
なお、比較のために、非磁性セラミック組成物に替えて従来の積層セラミックインダクタに用いられているＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを用い、上記と同様な評価を行なった。また、全ての試料の印刷性、チップの変形について評価した。ここで、印刷性についての評価基準は、
○：残留溶剤５％未満
×：残留溶剤５％以上とした。
チップの変形についての評価基準は、チップのコーナー部の変形による曲率半径（Ｒ）寸法で評価した。すなわち、チップの端部に塗布した外部電極の厚みを４０μm 〜１００μm の範囲とし、コーナー部から素体の面に回り込む電極の長さを（Ｂ寸法）３００μm とした。この際、外部電極を正常にチップに塗布できるコーナー部の曲率半径の範囲を５０〜１００μm と規定して、これを良品とした。曲率がこれより大きい場合には外部電極が厚く付着してしまうと共に、チップの端部の外部電極を塗布する部分以外の余分な部分にも丸みができてしまう。また、曲率が小さい場合にはチップ端部のコーナー部分における外部電極の厚みが薄くなってしまうと共にチップとの密着性が悪くなってしまう。以下にその判断基準を示す。
○：５０〜１００μm
△：４０μm 以上〜５０μm 未満、１００μm 超〜１５０μm 以下
×：４０μm 未満、１５０μm 超とした。
結果を表１に併記する。
【００４１】
【表１】
表１に示されるように、本発明の非磁性セラミック組成物を用いた非磁性セラミック層の誘電率は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトの誘電率よりも著しく低い。また、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトと同様に、Ａｇ電極と同時に焼成が可能であることがわかる。また、本発明の非磁性セラミック組成物を用いたものではチップの変形やクラックの発生は見られなかった。
【００４３】
次に表１のサンプルＮｏ５の組成の非磁性セラミック層を有するインダクタを、図３の印刷法により作製し、空気中にて２時間焼成し、図４に示すようなインダクタチップ１０を得た（図では巻線は一部省略して表示している）。このインダクタチップ１０の内部導体５の巻数は１０．５、巻線ピッチは４０μm 、インダクタチップ１０の寸法はＬ＝１．６mm、Ｗ＝０．８mm、ｔ＝０．８である。また、比較例として、骨材として、２ＭｇＯ−ＳｉＯ2 のフォルステライト系の材料を４０wt％用いて、上記と同一形状のインダクタチップを製作した。なお、この場合の誘電率は６．５であった。この場合にもクラックの発生は無かった。
【００４４】
これらのインダクタチップについて、ＨＰ４２９１Ａ、およびフィクスチャー１６１９３Ａを用い、周波数レンジ５０ＭHz〜１．８ＧHzで、ＱおよびＬの周波数特性依存性を測定した。ＱおよびＬの周波数依存性を表わすグラフを図６、図７にそれぞれ示す。図６に示されるように、本発明の非磁性セラミックを適用したインダクタチップは、フォルステライト系材料よりも優れた高いＱを示す。また、図７から明らかなように、本発明の非磁性セラミックを適用したインダクタチップは、フォルステライト系材料よりもＬの高周波特性が優れ、１．５ＧHz以上の高周波にまで適用できる。
【００４５】
さらに、サンプルＮｏ５において、硼珪酸ガラスを特開昭６３−２６５８５８号公報に近いmol ％で、１０Ｂ2 Ｏ3 −４５ＳｉＯ2 −１０ＣａＯ−１０ＢａＯ（wt％で、５．３７Ｂ2 Ｏ3 、２４．６８ＳｉＯ2 、５．１２ＣａＯ、１３．９９ＢａＯ）にかえて同様のチップインダクタを作製した。このものの誘電率は６．４であり、焼成条件も９８０°Ｃと高く、内部導体にＡｇ（１００％）の導電材が使用できず、Ａｇ／Ｐｄを使用した場合の高周波特性は、Ｑ値が低く、自己共振周波数もフォルステライトなみであった。
【００４６】
なお、上記実施例では印刷法を用いたが、シート法を用いた場合でも、同様の結果が得られることが確認された。また、硼珪酸ガラスはＳｉＯ2 ７０〜９０wt％で同等の効果を示し、Ｋ2 Ｏを除いたものでも、あるいはＫ2 Ｏにかえ、またはこれに加えてＮａ2 Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯの１種類以上を５wt％以下含有するものでも同等の結果を示した。
【００４７】
以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層セラミックインダクタの構成例の一部を切り欠いて示す平面図である。
【図２】ＬＣ複合部品の構成例の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図３】積層セラミックインダクタの製造工程を示した概念図。
【図４】本発明の実施例である積層セラミックインダクタチップの構造を示す概念図である。
【図５】シールド型積層セラミックインダクタの構成例の断面図である。
【図６】積層セラミックインダクタのＱの周波数特性を表わすグラフである。
【図７】積層セラミックインダクタのＬの周波数特性を表わすグラフである。
【符号の説明】
３ セラミック誘電体層
５ 内部導体
６ 非磁性セラミック層
１０ インダクタチップ体
１１ コンデンサチップ体
２５ 内部電極層
４１、４５ 外部電極
７１ 内部磁性体
７２ 外部磁性体
１００ ＬＣ複合部品
Claims (8)
- 硼珪酸ガラスと、珪酸亜鉛と、からなり、
２０wt％〜９０wt％の硼珪酸ガラスのマトリクス中に、１０wt％〜８０wt％の珪酸亜鉛が分散されており、
前記硼珪酸ガラスはＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３の含有率がそれぞれ、
ＳｉＯ２＝７０〜９０wt％、
Ｂ２Ｏ３＝１０〜３０wt％、
である非磁性セラミック。 - 前記硼珪酸ガラスの含有率が３０wt％〜７０wt％であり、前記珪酸亜鉛の含有率が３０wt％〜７０wt％である請求項１の非磁性セラミック。
- 前記硼珪酸ガラスと珪酸亜鉛とを混合した後、これを焼成して得られる請求項１または２の非磁性セラミック。
- 前記硼珪酸ガラスは副成分としてＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯおよびＣａＯのうちの少なくとも１種類を５wt％以下含有する請求項１〜３のいずれかの非磁性セラミック。
- 前記珪酸亜鉛の平均粒径が０．５〜１０μｍである請求項１ないし４のいずれかの非磁性セラミック。
- 誘電率が４．０〜５．４である請求項１ないし５のいずれかの非磁性セラミック。
- 少なくとも請求項１ないし６のいずれかの非磁性セラミックを用いたインダクタ部を有するセラミック積層部品。
- 内部導体としてＡｇまたはＡｇを主成分とする合金を用いた請求項７のセラミック積層部品。
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