JP4348587B2 - セラミック誘電体部品の電気特性調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック誘電体部品の電気特性を調整する方法を改良したセラミック誘電体部品の電気特性調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯用情報通信機器等においては、帯域通過フィルタとして誘電体フィルタが広く使用されている。この誘電体フィルタは、直方体形状又は円筒形状に成形されたセラミック誘電体の所定位置に表面電極を形成した構造となっている。この誘電体フィルタは、製造ばらつき等によって中心周波数がばらつくため、誘電体フィルタの製造後に中心周波数を調整する工程が必要となる。
【0003】
従来の誘電体フィルタの中心周波数の調整方法は、誘電体フィルタの製造後に表面電極の形状又はセラミック誘電体の形状を調整することで、誘電体フィルタの中心周波数を調整するようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の誘電体フィルタの中心周波数の調整方法では、誘電体フィルタの製造後に表面電極の形状又はセラミック誘電体の形状を調整するため、調整作業が面倒である上に、誘電体フィルタを1個ずつ調整しなければならず、調整作業の能率が非常に悪く、その分、生産コストが高くつくという欠点があった。
【0005】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、セラミック誘電体部品の中心周波数等の電気特性を能率良く調整することができ、生産性向上、生産コスト低減を実現することができるセラミック誘電体部品の電気特性調整方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るセラミック誘電体部品の電気特性調整方法は、ガラスを含有し、1000℃以下で焼成可能な低温焼成セラミック誘電体で形成したセラミック誘電体部品の電気特性を調整する方法において、前記セラミック誘電体部品の焼成後に、該セラミック誘電体部品を850℃付近から前記セラミック誘電体部品の焼成温度付近までの範囲で熱処理することで、前記セラミック誘電体部品の中心周波数を熱処理前の中心周波数よりも低くすることで、該セラミック誘電体部品の電気特性を調整するようにしたものである。
【0007】
すなわち、焼成後のセラミック誘電体部品を中心周波数等の電気特性のずれ量に応じて選別し、同じずれ量のセラミック誘電体部品をまとめて熱処理する。この際、電気特性のずれ量に応じて熱処理温度を調整することで、セラミック誘電体部品の電気特性を所望の特性に調整する。これにより、多数のセラミック誘電体部品の電気特性を一回の熱処理で能率良く調整することが可能となる。しかも、後述の実験結果から明らかなように、熱処理温度が850℃付近から焼成温度付近までの範囲では、熱処理温度に応じて中心周波数が直線的に低周波数域側に変化するので、この範囲で熱処理温度を調整すれば、中心周波数の調整を容易に行うことができ、したがって、セラミック誘電体部品の信頼性を維持しながら、中心周波数を能率良く調整することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
[実施形態(1)]
本発明の実施形態(1)では、誘電体フィルタ11の中心周波数の調整を熱処理によって行う。図1に示すように、誘電体フィルタ11は、低温焼成セラミック誘電体12の表面に厚膜法で表面電極13を形成した構造となっている。低温焼成セラミック誘電体12としては、例えば、Ba−Nd−Ti−Bi−Pb−ガラス添加物系、珪酸塩系(BaO−Al2 O3 −SiO2 −B2 O3 等)、Pb系ペロブスカイト系等、1000℃以下で焼成可能な低温焼成セラミック誘電体を用いれば良い。また、表面電極13は、低温焼成セラミック誘電体12と同時焼成可能な厚膜導体、例えばAg、Ag/Pd、Ag/Pt、Au、Cu等を用いれば良い。尚、表面電極13は、低温焼成セラミック誘電体12と同時焼成したり、或は、低温焼成セラミック誘電体12の焼成後に表面電極13を厚膜法で後付けするようにしても良い。
【0011】
この誘電体フィルタ11の中心周波数を調整する場合は、焼成後の誘電体フィルタ11を中心周波数のずれ量に応じて選別し、同じずれ量の誘電体フィルタ11をまとめて熱処理する。この際、中心周波数のずれ量に応じて、熱処理温度を700℃から誘電体フィルタ11の焼成温度までの範囲で調整することで、誘電体フィルタ11の中心周波数を所望の中心周波数に調整する。これにより、多数の誘電体フィルタ11の中心周波数を1度の熱処理で能率良く調整することが可能となり、生産性向上、生産コスト低減を実現することができる。
【0012】
本発明者は、誘電体フィルタ11の熱処理温度と熱処理後の中心周波数との関係を評価する試験を行ったので、その試験結果を次の表1に示す。
【0013】
【表1】
【0014】
この試験に用いた誘電体フィルタ11の低温焼成セラミック誘電体12は、Ba−Nd−Ti−Bi−Pb−ガラス添加物系の低温焼成セラミック誘電体であり、表面電極13は、Ag導体で形成されている。この誘電体フィルタ11の焼成温度は930℃である。熱処理は、それぞれ大気中で1時間行った。
【0015】
熱処理前の誘電体フィルタ11の中心周波数は870MHzであり、熱処理後の中心周波数は、熱処理温度によって変化することが確認された。熱処理温度が730℃、780℃、830℃の場合は、熱処理後の中心周波数が熱処理前の中心周波数よりも高くなり、熱処理温度が870℃、900℃の場合は、熱処理後の中心周波数が熱処理前の中心周波数よりも低下した。尚、熱処理温度が830〜870℃の範囲で、熱処理の前後で中心周波数がほとんど変化しない温度Tが存在し、熱処理温度がこの温度Tよりも高くなると、熱処理後の中心周波数が熱処理前の中心周波数よりも低下し、反対に、熱処理温度がこの温度Tよりも低くなると、熱処理後の中心周波数が熱処理前の中心周波数よりも高くなる。
【0016】
この場合、熱処理温度が700℃よりも低いと、熱処理の効果が少なく、中心周波数の変化幅が少ない。また、熱処理温度が焼成温度(930℃)よりも高いと、誘電体フィルタ11の物理特性、電気特性が高熱で劣化し、誘電体フィルタ11の信頼性が低下する。従って、熱処理温度を700℃から焼成温度(930℃)までの範囲で調整すれば、誘電体フィルタ11の信頼性を維持しながら、中心周波数を能率良く調整することができる。特に、熱処理温度が850℃付近から焼成温度(930℃)付近までの範囲では、熱処理温度に応じて中心周波数が直線的に低周波数域側に変化するため、この範囲で熱処理温度を調整すれば、中心周波数の調整が容易である。
【0017】
尚、本実施形態(1)の熱処理による中心周波数の調整は、種々の構造の誘電体フィルタに適用でき、更に、誘電体フィルタの他に、共振器等の他のセラミック誘電体部品にも適用できる。また、セラミック誘電体部品の中心周波数以外の電気特性を熱処理によって調整するようにしても良い。また、熱処理後に、表面電極13の表面をめっき処理するようにしても良い。
【0018】
[実施形態(2)]
本発明の実施形態(2)では、図2に示すように、誘電体フィルタ11の表面電極13の表面に形成するめっき膜14の膜厚を調整することで、誘電体フィルタ11の中心周波数を調整する。誘電体フィルタ11の低温焼成セラミック誘電体12と表面電極13は、前記実施形態(1)と同じである。
【0019】
この誘電体フィルタ11の中心周波数を調整する場合は、焼成後(めっき処理前)の誘電体フィルタ11を中心周波数のずれ量に応じて選別し、同じずれ量の誘電体フィルタ11の表面電極13をまとめてめっき処理して、表面電極13の表面にめっき膜14を形成する。このめっき処理の前後で、誘電体フィルタ11のフィルタ特性が図3に示すように変化し、めっき処理後の中心周波数がめっき処理前の中心周波数よりも低周波数域側に変化する。このめっき処理工程で、中心周波数のずれ量に応じてめっき膜14の膜厚を20μm以下の範囲で調整することで、誘電体フィルタ11の中心周波数を所望の中心周波数に調整する。これにより、多数の誘電体フィルタ11を中心周波数を1度のめっき処理で能率良く調整することが可能となる。
【0020】
この場合、めっき膜14は、Niめっきを下地とするSnめっき、或は、Niめっきを下地とするAuめっき等、表面電極13の仕様に応じてめっきの種類を選択すれば良い。
【0021】
本発明者は、めっき膜14の膜厚と、誘電体フィルタ11のめっき処理前後の中心周波数との関係を評価する試験1〜3を行ったので、その試験結果を説明する。この試験1〜3では、表面電極13の表面に、電解めっきにより、Niめっきを下地とするSnめっき(Ni/Snめっき)を施した。
【0022】
《試験1》
試験1のめっき処理条件とめっき処理前後のフィルタ特性値の変化を次の表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】
この試験1では、表面電極13の表面に、6.1μmのNi/Snめっき膜(2.3μmのNiめっき膜と3.8μmのSnめっき膜)を形成することで、中心周波数を低周波数域側に1.6MHzに調整できたが、最小損失(挿入損失)の劣化は、0.03dBにとどまり、無視できる。
【0025】
《試験2》
試験2のめっき処理条件とめっき処理前後のフィルタ特性値の変化を次の表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】
この試験2では、表面電極13の表面に、12.5μmのNi/Snめっき膜(4.5μmのNiめっき膜と8.0μmのSnめっき膜)を形成することで、中心周波数を低周波数域側に3.4MHzに調整できたが、最小損失の劣化は、0.05dBにとどまり、無視できる。
【0028】
《試験3》
試験3のめっき処理条件とめっき処理前後のフィルタ特性値の変化を次の表4に示す。
【0029】
【表4】
【0030】
この試験3では、表面電極13の表面に、14.4μmのNi/Snめっき膜(5.2μmのNiめっき膜と9.2μmのSnめっき膜)を形成することで、中心周波数を低周波数域側に4.0MHzに調整できたが、最小損失の劣化は、0.01dBにとどまり、無視できる。
【0031】
以上の試験1〜3の結果から、Ni/Snめっき膜の膜厚と中心周波数の変化幅との関係が図4に示すように直線的になることが判明した。Ni/Snめっき膜の膜厚は、めっき時間によって調整できるため、予め、めっき時間と中心周波数の変化幅との関係を実験等で測定しておき、焼成後(めっき処理前)の誘電体フィルタ11を中心周波数のずれ量に応じてめっき時間を決めてめっき処理すれば、中心周波数の調整を簡単且つ精度良く行うことができる。尚、めっき膜の膜厚は、めっき処理時の電流によっても変化するため、電流によってめっき膜の膜厚を調整するようにしたり、勿論、電流とめっき時間の両方でめっき膜の膜厚を調整するようにしても良い。
【0032】
図4から明らかなように、めっき膜の膜厚が厚くなるほど、中心周波数の変化幅が直線的に大きくなるが、めっき膜の膜厚が20μmよりも厚くなると、最小損失の劣化が大きくなり、その影響を無視できなくなる。従って、最小損失の劣化を小さくするために、めっき膜の膜厚は20μm以下にすることが好ましく、めっき膜の膜厚を20μm以下の範囲で調整すれば、最小損失の劣化を抑えながら中心周波数を能率良く調整できる。
【0033】
尚、本実施形態(2)のめっき処理による中心周波数の調整は、種々の構造の誘電体フィルタに適用でき、更に、誘電体フィルタの他に、共振器等の他のセラミック誘電体部品にも適用できる。セラミック誘電体も1000℃以下で焼成する低温焼成セラミック誘電体に限定されず、1000℃以上で焼成するセラミック誘電体を用いても良い。また、セラミック誘電体部品の中心周波数以外の電気特性をめっき処理によって調整するようにしても良い。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のセラミック誘電体部品の電気特性調整方法は、ガラスを含有し、1000℃以下で焼成可能な低温焼成セラミック誘電体で形成したセラミック誘電体部品の電気特性を調整する方法において、前記セラミック誘電体部品の焼成後に、該セラミック誘電体部品を850℃付近から前記セラミック誘電体部品の焼成温度付近までの範囲で熱処理することで、前記セラミック誘電体部品の中心周波数を熱処理前の中心周波数よりも低くするので、多数のセラミック誘電体部品の電気特性を一回の熱処理で能率良く調整することが可能となり、生産性向上、生産コスト低減を実現することができる。
【0035】
しかも、熱処理温度が850℃から焼成温度までの範囲では、熱処理温度に応じて中心周波数が直線的に低周波数域側に変化するので、この範囲で熱処理温度を調整すれば、中心周波数の調整を容易に行うことができる。したがって、セラミック誘電体部品の信頼性を維持しながら、中心周波数を能率良く調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)で用いる誘電体フィルタの縦断面図
【図2】本発明の実施形態(2)で用いる誘電体フィルタの縦断面図
【図3】めっき処理前後の誘電体フィルタのフィルタ特性の変化を示す図
【図4】めっき膜の膜厚と中心周波数の変化幅との関係を測定した実験データを示す図
【符号の説明】
11…誘電体フィルタ(セラミック誘電体部品)、12…低温焼成セラミック誘電体、13…表面電極、14…めっき膜。
Claims (1)
- ガラスを含有し、1000℃以下で焼成可能な低温焼成セラミック誘電体で形成したセラミック誘電体部品の電気特性を調整する方法において、
前記セラミック誘電体部品の焼成後に、該セラミック誘電体部品を850℃付近から前記セラミック誘電体部品の焼成温度付近までの範囲で熱処理することで、前記セラミック誘電体部品の中心周波数を熱処理前の中心周波数よりも低くすることを特徴とするセラミック誘電体部品の電気特性調整方法。
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