JP5288296B2 - 高強度低温焼成セラミックと高強度低温焼成セラミック基板の製造方法 - Google Patents
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Description
携帯電話等の移動体通信分野においては、特に、信号の伝送損失が小さいことが求められている。このため、W,Mo等の高融点金属の代わりに、電気抵抗率の小さい銀、金、銅等の電極材料が用いられるようになり、またセラミック積層回路基板には、前記電極材料と同時焼成が可能なガラスセラミックスや、低温焼成セラミックが多く使用されるようになった(特許文献1)。
更に副成分として20質量%以下(TiO2換算)のTiを含んでいても良い。
低温焼成セラミックを六方晶SrAl2Si2O8、(Sr、Ba)Al2Si2O8、BaAl2Si2O8の少なくとも一種とAl2O3結晶が混在する組織とすることにより、電子部品に用いるのに必要な比誘電率、1.5THzを超える実用的なfQ等の誘電特性を確保しながら、機械的強度を向上することが出来る。
そのため、銀、金、銅等の低融点電極材料との同時焼成が可能である。また本発明の高強度低温焼成セラミックは、誘電率、fQ等の誘電特性に優れているのみならず、従来よりも機械的強度が向上するので、積層回路基板とするときに低融点金属との同時焼成が可能であり、またクラックや破損が生じにくい。そのため、本発明の高強度低温焼成セラミックを用いた積層電子部品は、優れた電気的特性及び機械的強度を有する。
Baを添加することで、六方晶結晶が析出する温度を上昇させることが出来るので、このような低温焼成セラミックからなる誘電体層上に高導電率を有する低融点金属(銀、銅、金又はこれらの合金)からなる内部電極を形成し、積層後に焼成することにより一体化すると、機械的強度に優れ、高いQ値により極めて損失の小さい高周波電子部品を形成することができる。このため、誘電体共振器、フィルタ、積層インダクタ又は積層コンデンサ、及びこれらを複合化した高周波積層基板等に応用して、機械的強度、マイクロ波特性に優れ、低損失な回路デバイスが得られる。
これらの金属の含有量がこれらの範囲外であると、1000℃以下の低温焼成では十分な焼成密度が得られないために、低温焼成セラミックは多孔質となり、吸湿等により良好な特性が得られない。
これらの金属の添加量は、特に断りがない限り、主成分の合計100質量%に対して、酸化物換算値で示す。これらの金属は酸化物又は炭酸塩の状態で添加するのが好ましい。
このような方法により得られる本発明の低温焼成セラミックは、さらに6〜9程度の比誘電率ε、及び実用的な3000GHz(3THz)以上のfQ(fは共振周波数、QはQ値)を有するのが好ましい。
その結果、六方晶SrAl2Si2O8、(Sr、Ba)Al2Si2O8、BaAl2Si2O8少なくとも一種が析出する温度域が825℃〜920℃であり、前記温度域では7.2〜7.5の比誘電率及び15〜17THzのfQと優れた誘電特性を示し、抗折強度は約300MPa以上得られた。
減圧下で脱泡及び溶媒の部分的な蒸発を行ってこのスラリーの粘度を約10000MPa・sにした後、ドクターブレードでシート成形し、約80μmの乾燥厚さを有する長尺のセラミックグリーンシートを得た。後工程のハンドリングのため、このセラミックグリーンシートを所定の大きさに裁断した。
複数枚のセラミックグリーンシートの表面に銀ペーストで伝送線路(インダクタンス素子)を構成する配線パターンL1−1,L1−2,L2−1,L2−2、グランド電極パターンGND、及びスイッチング素子を実装するためのAgペーストを用いて電極パターンを印刷した(図1参照)。
セラミックグリーンシートには、各層間の配線パターンの接続手段として銀ペーストを充填したビアホールが形成されている。導電パターンを印刷した各セラミックグリーンシートを位置合わせし、高精度に積層した後圧着した。圧着条件は、14MPaの圧力、85℃の温度、及び10分の保持時間であった。
焼成体のセラミック部分を粉砕してX線回折の測定をしたところ、組織中に六方晶SrAl2Si2O8、(Sr、Ba)Al2Si2O8、BaAl2Si2O8が、単斜晶および斜方晶SrAl2Si2O8、(Sr、Ba)Al2Si2O8、BaAl2Si2O8、Al2O3結晶、TiO2結晶、及びホウケイ酸塩系結晶が確認された。
このようにして得られた積層回路基板の実装電極パターンに、スイッチング素子としてダイオードD1,D2を実装し、図2に示す積層電子部品1を作製した。積層電子部品1は図3に示す等価回路の破線部を構成する。
端子電極VC1,VC2に直流電源を接続し、ダイオードD1,D2をON,OFFさせて、端子電極ANT−RX間、及び端子電極ANT−TX間に高周波信号を通過させたところ、信号の伝送損失(挿入損失)が少なく、積層電子部品1は優れた電気的特性を有することが確認された。
本実施例から、本発明の低温焼成セラミックとAg等の低融点金属は同時焼成が可能であるので、本発明の低温焼成セラミックからなる誘電体層に低融点金属の導体パターンを形成すれば、電気的特性及び機械的強度に優れた積層電子部品が得られることが分かる。
また本発明の高強度低温焼成セラミックは、誘電率、fQ等の誘電特性に優れているのみならず、向上した機械的強度を有するので、積層回路基板とするときに低融点金属との同時焼成が可能であるとともにクラックや破損が生じにくい。そのため、本発明の高強度低温焼成セラミックを用いた積層電子部品は、優れた電気的特性及び機械的強度を有する。
Claims (6)
- 少なくとも主成分としてAl、Si、Sr、Baを含み、組織中に六方晶SrAl 2 Si 2 O 8 、(Sr、Ba)Al 2 Si 2 O 8 、BaAl 2 Si 2 O 8 の少なくとも一種及びAl 2 O 3 結晶を有し、
10〜60質量%(Al 2 O 3 換算)のAlと、25〜60質量%(SiO 2 換算)のSiと、7.5〜50質量%(SrO換算)のSrと、3.0〜50質量%(BaO換算)のBaとを主成分とし、
前記主成分100質量%に対して、0.1〜10質量%(Bi 2 O 3 換算)のBiと、0.1〜5質量%(CoO換算)のCoからなる群から選ばれた少なくとも1種と、
0.01〜5質量%(CuO換算)のCuと、0.01〜5質量%(MnO 2 換算)のMnと、0.01〜5質量%のAgと、0.01〜2質量%(ZrO 2 換算)のZrとからなる群から選ばれた少なくとも1種と、
0.1〜5質量%(B 2 O 3 換算)のBとを、副成分として含有することを特徴とする高強度低温焼成セラミック。 - 副成分として、更に20質量%以下(TiO 2 換算)のTiを含むことを特徴とする請求項1に記載の高強度低温焼成セラミック。
- 少なくとも主成分としてAl、Si、Sr、Baを含み、副成分としてBi、Coからなる群から選ばれた少なくとも1種と、Bとを含み、組織中に六方晶SrAl 2 Si 2 O 8 、(Sr、Ba)Al 2 Si 2 O 8 、BaAl 2 Si 2 O 8 の少なくとも一種及びAl 2 O 3 結晶を有する高強度低温焼成セラミック基板の製造方法であって、
前記主成分材料と前記副成分材料とを混合して仮焼し、Al 2 O 3 結晶を有するガラス粉末とした仮焼粉を得る工程と、
前記仮焼粉を成形して得られた成形体を、前記仮焼の温度よりも高温であり825℃〜920℃の温度で焼成して、組織中にAl 2 O 3 結晶とともに六方晶SrAl 2 Si 2 O 8 、(Sr、Ba)Al 2 Si 2 O 8 、BaAl 2 Si 2 O 8 の少なくとも一種を形成する工程を備えたことを特徴とする高強度低温焼成セラミック基板の製造方法。 - 前記仮焼に供される材料として、更にCu、Mn、Ag及びZrからなる群から選ばれた少なくとも1種の材料を含むことを特徴とする請求項3に記載の高強度低温焼成セラミック基板の製造方法。
- 前記仮焼に供される材料として、Tiを含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の高強度低温焼成セラミック基板の製造方法。
- 前記成形は、前記仮焼粉をシート成形してセラミックグリーンシートを得る工程と、前記セラミックグリーンシートに低融点金属のペーストにより導電パターンを形成する工程と、前記導電パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層して積層体とする工程を備えることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の高強度低温焼成セラミック基板の製造方法。
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