JP3978689B2

JP3978689B2 - 低温焼成磁器組成物、及びこれを用いたマイクロ波部品

Info

Publication number: JP3978689B2
Application number: JP13353195A
Authority: JP
Inventors: 隆坪井; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JPH08325055A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、低温焼成磁器組成物に関し、具体的には銀、銅などの内部電極材料と同時に焼成することが可能な電子機器の回路部品に使用される低温焼成磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサ、インダクタなどの電子部品は、小型化に対する要求から積層したチップ部品化が急速に進んでおり、特にＵＨＦ帯（３００〜３０００ＭＨｚ）を中心とした高周波用チップ部品またそれらを組合せた受動素子を内部に形成した多層配線体においては、性能向上のために内部に形成出来る電極材料の導電率増加、部品の母材となる誘電体材料の誘電損失の低減が必要である。
従来グリーンシート積層法によるセラミック多層配線積層体においては、誘電体層にアルミナ、電極材料には、タングステン、モリブデンを使用し還元性雰囲気中で約１６００℃の高温度で焼成を行っていた。
最近では、低温焼成用材料として誘電体材料にガラス材料や、ホウ酸チタン、スズバリウム系材料を用い、電極材料には、金、銀パラジウム、銅、ニッケルを使用し、１０００℃以下で焼成出来るセラミック多層体の報告が成されている（エレクトロニクセラミックス１９８５年３月号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらアルミナ系多層基板においては焼成温度が１６００℃程度と高く還元性雰囲気で焼成されるため工程費用が高く、積層内に実用的な受動素子を形成することは技術的、コスト的に困難が多い。
また、ガラス材料や、ホウ酸チタン、スズバリウム系材料においても高周波で性能の良好な受動素子を内部に構成するためには、なるべく導電率の高い電極材料を使用することが必要であるが、銅を用いる場合酸化銅に変化することを防止するため還元性雰囲気で焼成されるため、積層内に実用的な受動素子を形成することは技術的、コスト的に困難が多い。
また銀パラジウム、ニッケルを電極材料に使用すると導電率が低いため高周波用電子部品として十分な電磁気特性が発揮出来ない。金を電極材料に使用すると導電率に問題は無いが、高価な材料であるためコスト的に不利となる。
本発明の目的は、空気中の雰囲気下９００℃付近の低温度で、導電率が高く高周波特性に優れた比較的安価な電極材料である銀と同時焼成可能な低温焼成磁器組成物を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒの酸化物から構成される磁器組成物で組成比は、重量％でＡｌ_２Ｏ_３４０〜６０重量％、ＳｉＯ_２２５〜４０重量％、ＰｂＯ５〜１５重量％、Ｎａ_２Ｏ０．１〜３重量％、Ｋ_２Ｏ１〜３重量％、ＣａＯ１〜６重量％、ＳｒＯ１〜６重量％から成り、焼結することによりｆ・Ｑ値が３０００ＧＨｚ以上となる低温焼成磁器組成物である。本発明の低温焼成磁器組成物は、焼結することにより比誘電率は６．３５以上となる。そして、最も特徴的なことは銀と同時焼成可能な低温焼成磁器組成物であることである。
第２の発明は、第１の発明の低温焼成磁器組成物をグリーンシートに成形し、導体ペーストを用いてパターン形成した前記グリーンシートを複数枚積層、圧着した成形体を焼結してなマイクロ波部品である。本発明によれば、前記導体ペーストとして、空気中の雰囲気下９００℃付近の低温度で、導電率が高く高周波特性に優れた比較的安価な電極材料である銀を使用することが出来る。本発明によれば、電極材料として高い導電率を持つ銀を使用して空気中９００℃付近の低温度で焼成可能である。これにより、コスト的にも有利で、かつ高い導電率が得られるため実用的な受動素子をセラミック積層体内部に構成することを容易化できる。また本発明の低温焼成磁器組成物は、電極材料として導電率の高い銅と組合せた場合、還元性雰囲気でも適用可能である。
【０００５】
【作用】
Ａｌ₂Ｏ₃は、化学的にも安定で強度的にも有利、高周波特性にも優れたフィラーとしての役割を持ち、重量％で４０％未満あるいは６０％を超える場合、焼結が困難となり誘電損失が大きくなる。
ＳｉＯ₂は、低温焼成の要となるガラス成分の中核を担う成分で２５％未満又は４０％を超えた場合ガラス化が不十分あるいはガラスの軟化点が高いため焼結が困難となり緻密な材料が得られない。
ＰｂＯが５％未満の場合も焼結が困難となり緻密な材料が得られず、１５％を超えるとガラスの軟化点が低くなり過ぎるためバインダーが十分に分解する温度に到達する前に緻密化が始まり、積層体の内部にバインダーの分解物であるカーボンが残留し電磁気特性が劣化する。
Ｎａ₂Ｏが０．１％未満の場合ガラスの軟化点が高くなり焼結が困難となり緻密な材料が得られず、３％を超えると誘電損失が大きくなり過ぎ測定不能となる。Ｋ₂ＯもＮａ₂Ｏと同様に１％未満の場合ガラスの軟化点が高くなり焼結が困難となり緻密な材料が得られず、３％を超えると誘電損失が大きくなり過ぎ測定不能となる。
ＣａＯが１％未満の場合焼結が困難となり緻密な材料が得られず、６％を超えると誘電損失が大きくなり過ぎ測定不能となる。
ＳｒＯが１％未満の場合焼結が困難になると同時に誘電損失も大きくなる。６％を超えても誘電損失が大きくなり過ぎ測定不能となる。ＳｒＯ量と誘電損失の程度を示すｆ・Ｑ値との関係を図１に示す。ｆ・Ｑ値は、その数値が大きい程誘電損失が少なく優れた材料であることを意味する。
この図１は、ＳｒＯを０〜１０重量％変化させたときのｆ・Ｑ値を示しており、このときの成分は、Ａｌ₂Ｏ₃ ５５．０−ｘ／２、ＳｉＯ₂ ３１．０−ｘ／２、ＣａＯ４．０、ＳｒＯｘ、ＰｂＯ７．５、Ｎａ₂Ｏ１．５、Ｋ₂Ｏ１．０の各重量％である。そして、ＳｒＯが１〜６重量％であると、ｆ・Ｑ値が３０００ＧＨｚ以上と、高い値を得ることができる。
【０００６】
【実施例】
本発明の低温焼成セラミック組成物の実施例について以下詳細に説明する。
本発明の実施例と比較例の低温焼成セラミックの組成を表１に示す。
【０００７】
【表１】

【０００８】
（実施例１）
出発原料として、純度９９．９％、平均粒径０．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末、純度９９．９％以上、平均粒径０．１μｍ以下のＳｉＯ₂粉末、純度９９．９％、平均粒径２μｍのＰｂＯ粉末、純度９９．９％、平均粒径０．５〜５μｍのＣａＣＯ₃粉末、ＳｒＣＯ₃粉末、Ｎａ₂ＣＯ₃粉末、Ｋ₂ＣＯ₃粉末を用い、表１に示す重量比率に従って秤量する。
これらの粉末をポリエチレン製のボールミルに投入し更に酸化ジルコニウム製のボールと純水を投入して２０時間湿式混合を行う。
混合スラリーを加熱乾燥し水分を蒸発させた後ライカイ機で解砕し、アルミナ製のるつぼに入れて、７００〜８５０℃で２時間仮焼する。仮焼粉末は、前述のボールミルに投入し２０〜４０時間湿式粉砕を行い、乾燥させ原料粉体とする。この粉体にバインダとしてポリビニルアルコールの１０％水溶液を１０〜１５重量％添加し、乳鉢に混練後、３２メッシュのふるいを通過させ整粒し、造粒粉末を得る。この粉末を金型に投入し、２ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で加圧成形し、円柱形状の成形体試料を得た。
この試料を空気中にて、６００℃まで１００℃／ｈで昇温し、２時間持続後８００〜９００℃まで２００℃／ｈの速度で昇温し、さらに２時間持続後、２００℃／ｈの速度で冷却して焼成を行い、得られた焼結体の寸法と重量から焼結密度を算出した。また、誘電体共振器法により、共振周波数ｆ₀と無負荷Ｑ値Ｑ₀を求めた。焼成体の寸法とｆ₀、Ｑ₀より、比誘電率及び誘電損失係数ｔａｎδの逆数とｆ₀の積よりｆ・Ｑ値を算出した。共振周波数は８〜１４ＧＨｚであった。これらの結果を表２に示す。焼成雰囲気は空気中に限定されるものではなく、窒素などの還元性雰囲気下でも同じ誘電特性を示す。尚、試料番号に＊印のないものが本発明の実施例であり、試料番号に＊印のあるものは本発明の範囲外の比較例である。
【０００９】
【表２】

【００１０】
（実施例２）
実施例１で得られた粉砕粉を所定量のバインダー（例えばポリビニルブチラール）、可塑剤とともにポリエチレン製のボールミルに投入し更に酸化ジルコニウム製のボールと溶媒（例えばエチルアルコールとブタノール）を投入して２０時間湿式混合を行ったスラリーを真空濃縮処理して粘度を調整した。
次に、このスラリーをドクターブレード法によりフィルム上に塗布、乾燥してグリーンシートを得た。このシートを所定の大きさに切断し、部品回路上必要なスルーホールを形成する。このシートのスルーホール部と表面に設計されたパターンに従ってＡｇ電極ペーストを塗布した。電極を形成された各層は積層圧着され、所定の寸法に切断した。得られたチップは、脱脂焼成、バレル研磨を施された後回路基板に電気結合させるための外部電極を形成した。外部電極が銀系の場合、はんだ食われが生じて電気部品としての機械的、電気的信頼性に悪影響を及ぼす可能性があるので、Ｎｉめっきを被膜する。更に、はんだ濡れ性向上のために、はんだめっきを形成する。
このようにして得た積層体の斜視図を図２に、等価回路図を図３に示す。この積層体１は、例えば携帯電話等のマイクロ波部品として用いられる分配トランスであり、外形寸法が３．２ｍｍ×１．６ｍｍ、高さ１．０ｍｍと非常に小型に構成でき、特性も７００〜１１００ＭＨｚにおいて挿入損失０．２ｄＢ以下と高品質のものが構成できた。尚、図中２は外部端子電極である。非常に低損失な磁器組成物を用い、導電率が高く高周波特性に優れた銀電極とにより、非常に低損失な積層部品を得ることができた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、安価な銀電極が使用できる空気中９００℃程度の低温で焼結可能であり必要に応じて還元性雰囲気で焼成する銅電極も適用可能であり、低損失な誘電体材料が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁器組成物において、ＳｒＯ量を変化したときのｆ・Ｑ値のグラフである。
【図２】本発明に係る一実施例の積層体の斜視図である。
【図３】本発明に係る一実施例の積層体の等価回路図である。

Claims

Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒの酸化物から構成される磁器組成物で組成比は、重量％でＡｌ_２Ｏ_３４０〜６０重量％、ＳｉＯ_２２５〜４０重量％、ＰｂＯ５〜１５重量％、Ｎａ_２Ｏ０．１〜３重量％、Ｋ_２Ｏ１〜３重量％、ＣａＯ１〜６重量％、ＳｒＯ１〜６重量％から成り、焼結することによりｆ・Ｑ値が３０００ＧＨｚ以上となることを特徴とする低温焼成磁器組成物。
焼結することにより比誘電率が６．３５以上となることを特徴とする請求項１に記載の低温焼結磁器組成物。
銀と同時焼成可能なことを特徴とする請求項１又は２に記載の低温焼結磁器組成物。
請求項１乃至３のいずれかに記載された低温焼成磁器組成物と、銀とを同時焼成してなることを特徴とするマイクロ波部品。
請求項１乃至３のいずれかに記載された低温焼成磁器組成物をグリーンシートに成形し、導体ペーストを用いてパターン形成した前記グリーンシートを複数枚積層、圧着した成形体を焼結してなることを特徴とするマイクロ波部品。
前記導体ペーストが銀であることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波部品。