JP3917770B2 - 低温焼成磁器およびこれを備えた電子部品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電率が低く、品質係数Ｑが大きい低温焼成磁器、およびこれを用いた電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の高周波回路無線機器においては、高周波回路フィルターとして、例えばトップフィルター、送信用段間フィルター、ローカルフィルター、受信用段間フィルター等として、積層型誘電体フィルターが使用されている。こうした誘電体積層フィルターの例は、例えば特開平５−２４３８１０号公報に開示されている。
【０００３】
誘電体積層フィルターを製造するためには、誘電体を構成するセラミックス粉末の成形体を複数作製し、各成形体に対して、所定の導体ペーストを塗布することによって所定の電極パターンを各成形体に作製する。次いで、各成形体を積層して積層体を得、この積層体を焼成することによって、導体ペースト層と各成形体とを同時に焼成し、緻密化させる。
【０００４】
この際、電極は一般的に銀系導体、銅系導体、ニッケル系導体のような低融点金属の導体を使用しているが、これらの融点は例えば１１００℃以下であり、９３０℃程度まで低下する場合もある。このため、電極を構成する低融点金属よりも低い焼成温度で誘電体を焼結させることが必要である。
【０００５】
一方、低誘電率系多層配線基板の材料として、アルミナやガラエポ基板が使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、低誘電率材料からなる多層配線基板中に、コンデンサーやインダクターを内蔵させることを試みている。しかし、アルミナやガラエポ基板の共振周波数の温度係数τｆは、−６０ｐｐｍ／℃を下回っているので、高精度の温度補償を要求されるコンデンサーやインダクターには使用できなかった。この一方、ＢａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 系の低温焼成磁器において、１０００℃以下の最適焼成温度を有しており、誘電率εｒが１０以下であり、品質係数Ｑが２５００以上である磁器は提供されていない。また、τｆは検討されてこなかった。
【０００７】
例えば特公平７−９８６７９号公報においては、低温焼成可能であって、最適焼成温度範囲が広く、絶縁抵抗が高く、誘電率εｒが低い低温焼成磁器を提供するために、アルミニウム成分をＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して２．０−１０．０重量％、バリウム成分をＢａＣＯ₃ に換算して２０．０−５０．０重量％、珪素成分をＳｉＯ₂ に換算して４０．０−７０．０重量％、ホウ素成分をＢ₂ Ｏ₃ に換算して１．０−３．０重量％、クロムをＣｒ₂ Ｏ₃ に換算して０．３−３．０重量％、およびカルシウムをＣａＣＯ₃ に換算して０．３−３．０重量％含有する低温焼成磁器を提案している。しかし、低温焼成磁器の品質係数Ｑを２５００以上に制御する方法は認識されておらず、かつこれと共に９３０℃以下の最適焼成温度で焼成可能な磁器は実現されていないし、低温焼成磁器の共振周波数の温度係数τｆの絶対値を小さくする方法は記載されていない。
【０００８】
本発明の課題は、ＢａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 系の低温焼成磁器において、誘電率εｒが１０以下であり、品質係数Ｑが２５００以上であり、かつ共振周波数の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下である、高強度の低温焼成磁器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る低温焼成磁器は、
バリウム成分をＢａＯに換算して４０−６５重量％、
珪素成分をＳｉＯ₂ に換算して２５−４６重量％、
アルミニウム成分をＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して０．１−２０重量％、
ホウ素成分をＢ₂ Ｏ₃ に換算して０．３−１．５重量％、
クロム成分を酸化クロムに換算して０．５−３．５重量％、および
亜鉛成分をＺｎＯに換算して０．５−２０重量％含有しており、
誘電率εｒが１０以下であり、品質係数Ｑが２５００以上であり、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする。
【００１０】
珪素成分をＳｉＯ₂ に換算して２５重量％以上含有させることによって、誘電率εｒを１０以下に制御できる。これを４６重量％以下とすることによって、磁器の低温焼成が可能となる。
【００１１】
アルミニウム成分をＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して０．１重量％以上（特に好ましくは２重量％以上）とすることによって、磁器中に強度の高いセルシアン相を増やし、磁器からなる基板の強度を２０００ｋｇ／ｃｍ² 以上とできた。これを２０重量％以下（特に好ましくは１５重量％以下）とすることによって、低温焼成を可能とした。
【００１２】
ホウ素成分をＢ₂ Ｏ₃ に換算して１．５重量％以下（特に好ましくは１．０重量％以下）とすることによって、磁器の品質係数Ｑを２５００以上とすることができた。このように、ＢａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 系の低温焼成磁器において、ホウ素成分の含有量を少なくすることで、磁器の品質係数Ｑを増大させ得ることは知られていない。ホウ素成分をＢ₂ Ｏ₃ に換算して０．３重量％以上（特に好ましくは０．５重量％以上）とすることによって、磁器の低温焼成が可能となる。
【００１３】
クロム成分を酸化クロムに換算して０．５重量％（特に好ましくは１．０重量％）以上含有させることによって、共振周波数の温度係数τｆの絶対値を３０ｐｐｍ／℃以下に制御でき、かつ低温焼成磁器の適正焼成温度を低下させることができる。これを３．５重量％（特に好ましくは２．５重量％）以下とすることによって、τｆの絶対値を３０ｐｐｍ／℃以下に制御できる。
【００１４】
亜鉛成分をＺｎＯに換算して０．５重量％以上含有させることによって、低温焼成磁器の熱膨張係数が減少し、焼結し易くなることから、低温焼成が可能となる。これを２０重量％以下とすることによって、品質係数Ｑの減少を防止できる。
【００１５】
このように、本発明においては、ホウ素成分とクロム成分と亜鉛成分とをそれぞれ添加し、かつ各成分の添加量を適切に組み合わせることによって、誘電率εｒの低い低温焼成磁器において、低温での焼結性を保持しつつ、磁器の品質係数Ｑを２５００以上に高く保持し、共振周波数の温度係数τｆの絶対値を３０ｐｐｍ／℃以下まで減少させることに成功した。
【００１６】
更に、本発明の低温焼成磁器は、主として亜鉛成分の添加によって、磁器の熱膨張係数が減少し、かつ５００℃−８００℃の温度範囲における焼成収縮率が、より誘電率εｒの高い低温焼成磁器と近くなっている。この結果、本発明の低温焼成磁器からなる低誘電率層のグリーンシートと、誘電率εｒが１０−１５０の低温焼成磁器からなる他の誘電体層のグリーンシートとを積層して積層体を得、この積層体を焼成して接合体を得たときに、焼成後の基板の反りや接合界面の剥離が見られない。
【００１７】
他の誘電体層を構成する低温焼成磁器は、以下のものが特に好ましい。
ＢａＯ−ＴｉＯ₂ −ＺｎＯ−ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃
ＢａＯ−ＴｉＯ₂ −Ｂｉ₂ Ｏ₃ −Ｎｄ₂ Ｏ₃ −ＺｎＯ−ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃
ＢａＯ−ＴｉＯ₂ −Ｂｉ₂ Ｏ₃ −Ｌａ₂ Ｏ₃ −Ｓｍ₂ Ｏ₃ −ＺｎＯ−ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃
ＭｇＯ−ＣａＯ−ＴｉＯ₂ −ＺｎＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃
【００１８】
本発明の対象となる電子部品は特に限定されないが、例えば積層誘電体フィルターの他、多層配線基板、誘電体アンテナ、誘電体カップラー、誘電体複合モジュール等がある。
【００１９】
本発明の低温焼成磁器を製造する際には、好ましくは、各金属成分の原料を所定比率で混合して混合粉末を得、混合粉末を１０００−１２００℃で仮焼し、仮焼体を粉砕し、セラミック粉末を得る。そして、好ましくは、セラミック粉末と、ＳｉＯ₂ 、Ｂ₂ Ｏ₃ およびＺｎＯからなるガラス粉末をとを使用して、グリーンシートを作製し、グリーンシートを８５０−９３０℃で焼成する。各金属成分の原料としては、各金属の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩などを使用できる。
【００２０】
【実施例】
酸化亜鉛、アルミナ、炭酸バリウム、酸化珪素、酸化クロムをそれぞれ秤量し、湿式混合することによって、混合粉末を得、混合粉末を１０００−１２００℃で仮焼し、仮焼体を粉砕し、セラミック粉末を得た。
【００２１】
一方、酸化亜鉛、酸化ホウ素および酸化珪素の各粉末を秤量し、乾式混合し、混合粉末を白金ルツボ中で溶融させ、溶融物を水中に投下して急速冷却し、塊状のガラスを得た。このガラスを湿式粉砕し、低融点ガラス粉末を得た。
【００２２】
得られたセラミック粉末とガラス粉末とを、有機バインダー、可塑剤、分散剤および有機溶剤と共に、アルミナポット、アルミナボールを使用して混合し、スラリーを得た。このスラリーを用いて、ドクターブレード装置によって、厚さ０．０３−２ｍｍのグリーンシートを成形した。
【００２３】
表１、表２に示す実験番号１−２５の各組成について、適正焼成温度、誘電率εｒ、品質係数Ｑ、強度および共振周波数の温度係数τｆを測定した。各グリーンシートにコンデンサー電極や共振器パターンをスクリーン印刷し、所定枚数のグリーンシートを積層し、焼成し、加工して試験試料を得、各試験試料について誘電率εｒ、品質係数Ｑおよび共振周波数の温度係数τｆを測定した。適正焼成温度は、焼成温度の変化に対する誘電率εｒの変化が０．１／℃以内となる温度とした。また、各試験試料について、ＪＩＳ Ｒ１６０１に従って強度を測定した。これらの測定結果を表１、表２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
実験番号１−４においては、主として酸化亜鉛の量を変更したが、適正焼成温度が低く、Ｑも高い。実験番号５−８においては、主として酸化アルミニウムの量を変更した。実験番号９−１２においては、主として酸化バリウムの量を変更した。実験番号１３−１７において、主として酸化クロムの量を変更したが、実験番号１３、１７ではτｆの絶対値が大きい。実験番号２１−２４においては、主として酸化珪素の量を変更したが、これを減らすと誘電率εｒが上昇する傾向がある。実験番号２４−３０においては、主として酸化ホウ素の量を変更したが、この量を減らすのにしたがって、適正焼成温度が上昇するのと共に、品質係数Ｑが著しく上昇する。
【００２７】
次いで、前記の各試験試料について、２５−８００℃における熱膨張係数（／℃）を測定した。
【００２８】
また、ＺｎＯ１０重量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ２．０重量％、ＢａＯ５０重量％、Ｃｒ₂ Ｏ₃ ０．３重量％、ＳｉＯ₂ ３７重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ ０．７重量％の組成を有する、接合用の他の低温焼成磁器のグリーンシートを作製した。このグリーンシートを所定枚数積層し、９２０℃で焼成し、焼成体を加工して試験試料を得、この試験試料について２５−８００℃における熱膨張係数（／℃）を測定した。そして、本発明の各試験番号の低温焼成磁器の熱膨張係数と、接合用の他の低温焼成磁器の熱膨張係数との差を算出した。
【００２９】
また、実験番号１−３０の各グリーンシートと、接合用の低温焼成磁器のグリーンシートとについて、それぞれ、室温−８００℃の間の焼成収縮率を熱膨張計で測定し、焼成収縮率の差の最大値を測定した。また、実験番号１−３０の各グリーンシートと、接合用の低温焼成磁器のグリーンシートとを積層し、８５０−９３０℃で焼成することによって、各積層焼結体を得、各積層焼結体について、反りと、各層の界面におるけクラックや剥離の有無を検出した。これらの結果を表３、表４に示す。
【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
このように、本発明の範囲内の低温焼成磁器を使用すると、積層焼結体を製造する際に、反り、剥離、クラックが生じない。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＢａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ 系の低温焼成磁器において、誘電率εｒが１０以下であり、品質係数Ｑが２５００以上であり、かつ共振周波数の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下の、高強度の低温焼成磁器を提供できる。

Claims (4)

1. バリウム成分をＢａＯに換算して４０−６５重量％、
   珪素成分をＳｉＯ₂ に換算して２５−４６重量％、
   アルミニウム成分をＡｌ₂ Ｏ₃ に換算して０．１−２０重量％、
   ホウ素成分をＢ₂ Ｏ₃ に換算して０．３−１．５重量％、
   クロム成分を酸化クロムに換算して０．５−３．５重量％、および
   亜鉛成分をＺｎＯに換算して０．５−２０重量％含有しており、
   誘電率εｒが１０以下であり、品質係数Ｑが２５００以上であり、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が３０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする、低温焼成磁器。
2. 前記低温焼成磁器の出発原料として、ＳｉＯ₂ 、Ｂ₂ Ｏ₃ およびＺｎＯからなるガラスが使用されていることを特徴とする、請求項１記載の低温焼成磁器。
3. 少なくとも一部が請求項１または２記載の低温焼成磁器からなることを特徴とする、電子部品。
4. 請求項１または２記載の低温焼成磁器からなる低誘電率層と、この低誘電率層と接合されている他の誘電体層とを備えており、他の誘電体層が、誘電率εｒが１０−１５０の低温焼成磁器からなることを特徴とする、請求項３記載の電子部品。