JP4171244B2

JP4171244B2 - 磁性セラミック焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JP4171244B2
Application number: JP2002160307A
Authority: JP
Inventors: 秀樹吉川; 卓史梅本; 均平野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP2004002110A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などの移動体通信端末等に用いられる高周波回路用積層セラミック基板に用いることができる磁性セラミック焼結体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年普及している携帯電話などの移動体通信機器及び携帯通信端末においては、その小型化への要求から、使用される高周波回路部品の小型化及び高性能化が求められている。
【０００３】
高周波回路部品においては、プリント基板にコンデンサやインダクタを表面実装した従来の回路基板に代わるものとして、積層セラミック基板が検討されている。この積層セラミック基板においては、誘電体セラミック基板にコンデンサのパターン配線を形成し、磁性体セラミック基板にインダクタのパターン配線を形成し、これらの基板を積層することにより、小型化が図られている。
【０００４】
図６は、このような積層セラミック基板の一例を示す斜視図であり、図７は、分解斜視図である。図６及び図７に示すように、積層セラミック基板は、複数のセラミック基板３及び４を積層することにより構成されている。各セラミック基板３及び４の表面には、インダクタやコンデンサを構成する複数の配線パターン１１がスクリーン印刷法等により形成されている。
【０００５】
セラミック基板３が磁性セラミック基板であり、セラミック基板４が誘電体セラミック基板である場合、インダクタを構成する配線パターン１１は磁性セラミック基板３の上に形成され、コンデンサを構成する配線パターン１１は誘電体セラミック基板４の上に形成される。基板間の配線パターン１１は、バイアホール１２により接続される。
【０００６】
これらのセラミック基板３及び４は、積層した後、高温で焼成することにより、一体化され、積層セラミック基板とすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
配線パターン１１を、導電率の高いＡｇ等で形成する場合、９００℃程度の低温で焼成する必要がある。高温で焼成すると、Ａｇ等の配線パターンの形状が崩れてしまい、所望の回路を各基板上に形成することができない。
【０００８】
しかしながら、従来のフェライト等の磁性セラミック材料の焼成温度は１３００℃以上であり、９００℃程度の低温で焼成した場合には、良好な磁気特性を得ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、低温焼成で製造することができ、かつ良好な磁気特性を示す磁性セラミック焼結体及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁性セラミック焼結体は、Ｂａ_３Ｃｏ_２Ｆｅ_２４Ｏ_４１の組成を有する六方晶系フェライトからなる磁性セラミック材料の粉末とＣａＣｌ₂からなる添加剤のみを混合した後、これを９５０℃以下で焼成することにより得られるものであって、前記添加剤の添加量が、前記磁性セラミック材料の粉末と前記添加剤との合計重量に対して２５重量％以下である。
【００１１】
本発明において、添加剤が混合される、磁性セラミック材料の粉末は、磁性セラミック材料の原料粉末を混合して得られる粉末を用いることが好ましく、さらに好ましくは原料粉末を混合した混合粉末を仮焼成して得られる粉末が用いられる。
【００１２】
磁性セラミック材料の原料粉末としては、磁性セラミック材料を構成する金属元素を含む化合物が挙げられ、具体的には構成金属元素のそれぞれの酸化物などが挙げられる。磁性セラミック材料の原料粉末の混合は、好ましくはボールミルなどの粉砕機中で原料粉末を粉砕しながら混合する方法が採用される。また好ましくは、粒径が１μｍ以下となるように粉砕しながら混合される。
【００１３】
本発明における添加剤は、このような混合粉末に添加してもよいが、上述のように好ましくは、このような混合粉末を仮焼成した後添加される。仮焼成は、混合粉末を加熱処理して結晶化するために行われる焼成である。仮焼成後、再度粉砕した粉末に対して添加剤を添加することが好ましい。
【００１４】
本発明においては、磁性セラミック材料の粉末に添加剤を混合した後、混合粉末を基板状に成形し、この成形体を焼成することが好ましい。また、誘電体セラミック基板等との積層セラミック基板を製造する場合には、この成形体を、誘電体セラミック材料などの他のセラミック材料からなる成形体と積層した後、この積層体を焼成することが好ましい。なお、基板状の成形体には、積層前に、配線パターンやバイアホールを形成しておくことが好ましい。
【００１５】
本発明において用いられる添加剤は、周期律表Ｉａ族元素またはIIａ族元素とVIIｂ族元素との化合物からなる。Ｉａ族元素としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、及びＦｒなどが挙げられ、特に好ましくはＫ及びＮａが挙げられる。IIａ族元素としては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＲａなどが挙げられ、特に好ましくはＣａ、Ｂａ、及びＳｒが挙げられる。VIIｂ族元素としては、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、及びＡｔなどが挙げられ、特に好ましくはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩが挙げられる。本発明における添加剤は、このようなＩａ族元素またはIIａ族元素と、VIIｂ族元素との組み合わせからなる化合物を用いることができる。
【００１６】
また、本発明で用いる添加剤の融点は、９００℃以下であることが好ましい。融点が９００℃以下である添加剤の具体例としては、ＣａＣｌ₂（融点７７２℃）、ＫＦ（融点８３０℃）、ＫＩ（融点７２３℃）、ＮａＣｌ（融点８００℃）、ＮａＩ（融点６５１℃）、ＳｒＢｒ₂（融点６４３℃）、ＳｒＣｌ₂（融点８７３℃）、ＢａＢｒ₂（融点８４７℃）、及びＢａＩ₂（融点７４０℃）などが挙げられる。これらの中でも、ＣａＣｌ₂が特に好ましく用いられる。
【００１７】
本発明において、添加剤の添加量は、磁性セラミック材料の粉末と添加剤との合計重量に対して２５重量％以下であることが好ましい。すなわち、磁性セラミック材料の粉末１００重量部に対し、３３．３重量部以下であることが好ましい。添加剤の添加量が２５重量％を超えると、相対的に磁性セラミック材料の割合が減少するので、磁気特性が低下する傾向にある。添加剤のさらに好ましい添加量は、０．０５〜２５重量％であり、さらに好ましくは０．０５〜１重量％である。添加剤の添加量が少なすぎると、低温焼成で、良好な磁気特性が得られるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。
【００１８】
本発明においては、上記添加剤とともに、金属酸化物からなる第２の添加剤を磁性セラミック材料の粉末に添加し混合した後、これを焼成してもよい。第２の添加剤としては、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌ、及びＳｒのうちの少なくとも１種の元素の酸化物が挙げられる。具体的には、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、及びＳｒＯなどの金属酸化物が挙げられる。第２の添加剤を添加することにより、焼成の際の焼結収縮を促進させることができる。
【００１９】
第２の添加剤の添加量としては、磁性セラミック材料の粉末と添加剤との合計重量に対して、０．１〜１０重量％であることが好ましい。すなわち、磁性セラミック材料の粉末１００重量部に対して、約０．１〜１１．１重量部添加することが好ましい。
【００２０】
本発明における磁性セラミック材料は、特に限定されるものではないが、高周波回路基板に本発明の磁性セラミック焼結体を用いる場合、Ｂａ、Ｓｒ、及びＣａのうちの少なくとも１種類の元素を含む六方晶系フェライトであることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトなどを磁性セラミック材料として用いてもよい。
【００２１】
本発明の製造方法は、上記本発明の磁性セラミック焼結体を製造することができる方法であり、磁性セラミック材料の粉末に、周期律表のＩａ族元素またはIIａ族元素と、VIIｂ族元素の化合物からなる添加剤を混合する工程と、この混合粉末を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【００２２】
本発明の製造方法において、焼成工程は、上記混合粉末を基板状に成形し、この成形体を焼成する工程を含んでいてもよい。さらには、焼成工程が、上記混合粉末を基板状に成形し、この成形体を誘電体セラミック材料などの他のセラミック材料からなる成形体と積層した後、この積層体を焼成する工程を含んでいてもよい。混合粉末を基板状に成形するにあたっては、混合粉末にバインダーを添加し、グリーンシートを形成することにより基板状に成形してもよいし、プレス成形等により基板状に成形してもよい。
【００２３】
本発明の製造方法において、磁性セラミック材料の粉末は、磁性セラミック材料の原料粉末を混合して調製されるものであってもよい。また、磁性セラミック材料の原料粉末を混合した後、これを仮焼成して調製されるものであってもよい。
【００２４】
本発明の製造方法における添加剤は、上記本発明の磁性セラミック焼結体に用いるものを用いることができ、また、同様の添加量で添加することができる。
また、本発明の製造方法においても、添加剤とともに、上記第２の添加剤を添加混合してもよい。
【００２５】
本発明の製造方法においては、上記混合粉末を、１０００℃以下の温度で焼成することが好ましく、さらに好ましくは９５０℃以下の温度で焼成する。このような温度で焼成することにより、導電率の高いＡｇ等を配線パターンの形成材料として用いることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
原料粉末としてのＢａＯ粉末１８．２１重量部、ＣｏＯ粉末５．９３重量部、及びＦｅ₂Ｏ₃粉末７５．８６重量部を、ボールミルにより粉砕しながら混合し、その後１３００℃で２時間仮焼成した後、これを再びボールミルにより粉砕して、Ｂａ系六方晶フェライト（Ｂａ₃Ｃｏ₂Ｆｅ₂₄Ｏ₄₁）の仮焼成粉末を得た。この仮焼成粉末に対し、添加剤としてのＣａＣｌ₂を０．１重量％添加し、再びボールミル中で混合した。得られた混合粉末を基板状にプレス成形し、この成形体を９００℃で２時間焼成した。
得られたフェライト焼結体の透磁率を測定し、図１に示した。
【００２８】
（比較例１）
実施例１において、仮焼成粉末に対してＣａＣｌ₂を添加しない以外は、実施例１と同様にしてフェライト焼結体を作製した。得られたフェライト焼結体の透磁率を図１に示す。
【００２９】
図１から明らかなように、本発明に従いＣａＣｌ₂を添加して焼成した実施例１のフェライト焼結体が、比較例１のフェライト焼結体よりも、高い透磁率を示している。
【００３０】
（参考例１）
実施例１と同様の仮焼成粉末に対し、添加剤としてのＣａＣｌ₂０．１重量％と第２の添加剤としてのＢｉ₂Ｏ₃を５重量％を添加する以外は、実施例１と同様にしてフェライト焼結体を作製した。実施例１に比べ、得られたフェライト焼結体の焼結収縮率は、５％向上しており、第２の添加剤を添加することによる焼結促進の効果が認められた。
【００３１】
（参考例２）
原料粉末として、ＳｒＯ粉末６．７７重量部、ＢａＯ粉末１０．０２重量部、ＣｏＯ粉末６．５３重量部、及びＦｅ₂Ｏ₃粉末８３．４６重量部を用い、実施例１と同様にして、Ｓｒ−Ｂａ系六方晶フェライト（Ｓｒ_1.5Ｂａ_1.5Ｃｏ₂Ｆｅ₂₄Ｏ₄₁）の仮焼成粉末を得た。この仮焼成粉末に対し、添加剤としてのＣａＣｌ₂０．１重量％と第２の添加剤としてのＢｉ₂Ｏ₃５重量％を添加し、実施例１と同様にしてフェライト焼結体を作製した。
【００３２】
（比較例２）
仮焼成粉末にＣａＣｌ₂及びＢｉ₂Ｏ₃を添加しない以外は、上記参考例１と同様にしてフェライト焼結体を作製した。
【００３３】
参考例２及び比較例２のフェライト焼結体の磁気特性を図４に示す。縦軸に示す１／ｔａｎδは、μ′（透磁率の実数成分）／μ″（透磁率の虚数成分）であり、材料の磁気的損失の程度を示すものである。この値が大きいほど磁気的損失が少ない。図４に示すように、参考例２のフェライト焼結体においては、比較例２のフェライト焼結体よりもこの値が高くなっており、磁気的損失が少ないことがわかる。
【００３４】
（実施例２）
実施例１において作製したＢａ系六方晶フェライトの仮焼成粉末に対して、ＣａＣｌ₂を、０．０５重量％、０．１重量％、０．５重量％、１重量％、１０重量％、及び２５重量％となるように添加し、実施例１と同様にしてＣａＣｌ₂の添加量の異なるフェライト焼結体を作製した。
【００３５】
図３は、得られたフェライト焼結体の透磁率及びμ′／μ″（＝１／ｔａｎδ）を示す図である。図３から明らかなように、ＣａＣｌ₂の添加量が２５重量％を超えると、フェライト焼結体の磁性が失われてしまうことがわかる。従って、ＣａＣｌ₂の添加量としては、２５重量％以下が好ましいことがわかる。また、インダクタの小型化等の用途では、磁気的損失よりも透磁率が重視されるので、ＣａＣｌ₂の添加量としては、０．０５〜０．５重量％の範囲が好ましいことがわかる。また、高いＱ値のインダクタの得るためには、透磁率よりも磁気的損失が重視されるので、ＣａＣｌ₂の添加量の範囲としては、０．５〜２５重量％が好ましいことがわかる。
なお、図３は、比較例１のフェライト焼結体の透磁率及びμ′／μ″を１とした場合の相対値を示している。
【００３６】
（参考例３）
参考例２と同様にして得られたＳｒ系六方晶フェライトの仮焼成粉末に対し、添加剤としてのＣａＣｌ₂０．１重量％と、第２の添加剤であるＢｉ₂Ｏ₃５重量％及びＳｉＯ₂１重量％を添加する以外は、参考例２と同様にしてフェライト焼結体を作製した。
【００３７】
図４は、得られたフェライト焼結体の透磁率を示す図である。また、図４には、添加剤及び第２の添加剤を添加していない比較例２のフェライト焼結体の透磁率も併せて示している。
図４から明らかなように、本発明に従うフェライト焼結体においては、高い透磁率が得られている。
【００３８】
（参考例４）
実施例１と同様にして得られたＢａ系六方晶フェライトの仮焼成粉末に対し、添加剤としてＮａＩを０．１重量％を添加する以外は、実施例１と同様にしてフェライト焼結体を作製した。
【００３９】
図５は、得られたフェライト焼結体の透磁率を示す図である。なお、図５には、比較例１のフェライト焼結体の透磁率も併せて示している。
図５から明らかなように、本実施例においても、高い透磁率を示すフェライト焼結体が得られている。
【００４０】
（実施例３）
実施例１で得られた混合粉末（Ｂａ系六方晶フェライト仮焼成粉末にＣａＣｌ₂を添加混合した粉末）を用いてグリーンシートを作製し、このグリーンシートの上にスクリーン印刷法によりＡｇの配線パターンを形成した。この未焼成の磁性体セラミック基板を、未焼成の誘電体セラミック基板と積層し、９００℃で焼成することにより、良好な焼結状態の積層セラミック基板を作製することができた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、低温焼成で製造することができ、かつ良好な磁気特性を示す磁性セラミック焼結体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う実施例１で得られたフェライト焼結体の透磁率を示す図。
【図２】本発明に従う参考例２で得られたフェライト焼結体の磁気的損失を示す図。
【図３】本発明に従う実施例２で得られたフェライト焼結体の透磁率及び磁気的損失を示す図。
【図４】本発明に従う参考例３で得られたフェライト焼結体の透磁率を示す図。
【図５】本発明に従う参考例４で得られたフェライト焼結体の透磁率を示す図。
【図６】積層セラミック基板の一例を示す斜視図。
【図７】積層セラミック基板の一例を示す分解斜視図。
【符号の説明】
３…磁性体セラミック基板
４…誘電体セラミック基板
１１…配線パターン
１２…バイアホール

Claims

Ｂａ _３Ｃｏ _２Ｆｅ _２４Ｏ _４１の組成を有する六方晶系フェライトからなる磁性セラミック材料の粉末とＣａＣｌ ₂ からなる添加剤のみを混合した後、これを９５０℃以下で焼成することにより得られる磁性セラミック焼結体であって、前記添加剤の添加量が、前記磁性セラミック材料の粉末と前記添加剤との合計重量に対して２５重量％以下であることを特徴とする磁性セラミック焼結体。
複数のセラミック基板が、積層されてなる積層セラミック基板であって、前記請求項１に記載の磁性セラミック焼結体を前記セラミック基板の少なくとも１つとして用いることを特徴とする積層セラミック基板。
Ｂａ _３ＣＯ _２Ｆｅ _２４Ｏ _４１の組成を有する六方晶系フェライトからなる磁性セラミック材料の粉末を調製する工程と、前記磁性セラミック材料の粉末とＣａＣｌ ₂ からなる添加剤のみを混合した後、これを９５０℃以下で焼成する工程と、を備える製造方法であって、
前記添加剤の添加量が、前記磁性セラミック材料の粉末に対して２５重量％以下であることを特徴とする磁性セラミック焼結体の製造方法。