JP5322429B2 - 磁性体と誘電体との複合焼結体およびｌｃ複合電子部品 - Google Patents

磁性体と誘電体との複合焼結体およびｌｃ複合電子部品 Download PDF

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Description

本発明は、電子機器の高周波ノイズ対策用ＥＭＩフィルタに用いられる、磁性体としての性質と誘電体としての性質を合わせ持つ磁性体と誘電体との複合焼結体およびＬＣ複合電子部品に関する。
従来から電子機器の高周波ノイズ対策用としては、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）フィルタが多く用いられているが、近年では、携帯電話、無線ＬＡＮ等の移動体通信機器の高周波化に伴い、ＥＭＩフィルタにも数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でも使用可能なフィルタ特性が求められている。
一般的に、このような電子機器のノイズ対策用として使用されているＥＭＩフィルタは、コンデンサとインダクタとを個々に組み合わせて構成されているものが多いが、近年では電子機器の小型化に伴い、磁性体により形成されるインダクタ層と、誘電体により形成されるコンデンサ層とを交互に積層して両者を一体化した複合焼結体の中に、銀電極などでコイルを形成したものが提案されてきている。しかし、このようなフィルタの場合、その積層構造上、複合化に際しては大きな面積を必要とし、電子機器の小型化の要求を十分に満足できるものにはなっていなかった。
この問題点を解決するために、磁性体と誘電体とが混合焼成された複合磁器の内部に、銀電極などでコイルを形成したノイズフィルタが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
このような複合磁器に用いられる磁性体材料としては、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ帯領域で透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系等のスピネル型フェライトが多く用いられてきた。しかし、このスピネル型フェライトは、磁気異方性が低いために数百ＭＨｚの周波数で自然共鳴を起こしてしまい透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えることができず、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域では十分な透磁率が得られないため、高い周波数帯域でのフィルタ材料には適用することができなかった。
そこで、最近では透磁率がスピネル型フェライトの周波数限界を超えた周波数領域まで伸びている六方晶フェライトが、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として提案されている。
この六方晶フェライトは、ｃ軸に対して垂直な面内に磁化容易軸を持ち、フェロックスプレーナ型フェライトとも呼ばれる磁性体材料である。フェロックスプレーナ型の代表的なフェライトとしては、Ｃｏ置換系Ｚ型六方晶フェライト３ＢａＯ・２ＣｏＯ・１２Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ置換系Ｙ型六方晶フェライト２ＢａＯ・２ＣｏＯ・６Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ置換系Ｗ型六方晶フェライトＢａＯ・２ＣｏＯ・８Ｆｅ２Ｏ３等が知られている。
これらのフェロックスプレーナ型フェライトの中でも、Ｙ型六方晶フェライト単相の合成温度（約１０５０℃）は、Ｚ型六方晶フェライト単相（１３００℃）及びＷ型六方晶フェライト単相（１２００℃）それぞれの合成温度に比べて低く、また、Ｙ型六方晶フェライトは、透磁率の周波数限界が３ＧＨｚ以上まで向上しているため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として有望視されている。
例えば、Ｙ型またはＭ型六方晶フェライトを主相とする磁性体材料からなる高周波用磁性体材料が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。この高周波用磁性体材料は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯域で使用でき、１０００℃以下の温度で焼成可能で、焼結体密度が９０％以上のものである。
一方、複合磁器に用いられる誘電体材料としては、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３やガラス等の常誘電体、ＢａＴｉＯ３等の強誘電体が挙げられ、例えば、誘電体材料として誘電率が高いＢａＴｉＯ３を用い、高い透磁率と誘電率を両立した材料が提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。
この特許文献３には、磁性体材料としてＮｉ―Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトから選択された１種を用い、誘電体材料として少なくともＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、または、リラクサー系材料から選択される１種を用い、ガラス材料としてＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＲＯまたはＲＯ２（但し、ＲはＣａ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｔｉの群から選択された少なくとも１種）の３種の組成比が合計で１００重量％とされることが記載されている。
特開平２−２４９２９４号公報 特開２００３−１４６７３９号公報 特開２００３−２２６５７３号公報
しかしながら、特許文献３に記載された複合磁器材料では、原料として用いた磁性体材料や誘電体材料の特性が、焼成の際に、大きく低化するという問題があり、比透磁率も、比誘電率も、原料の比透磁率および比誘電率の２５％以下にまで小さくなっている。
すなわち、上述の複合磁器材料に用いられている焼結助剤は、磁性体材料と誘電体材料と反応しやすいことから、容易に磁性体材料と誘電体材料の少なくとも一方が変質してしまうため、本来、原料として用いた磁性体材料と誘電体材料の特性を維持することは実現されていない。
本発明は、磁性体材料と誘電体材料と焼結助剤とによって複合化される複合磁器材料からなる磁性体と誘電体との複合焼結体において、複合化による特性の低化を抑制し、少ない焼結助剤の添加量であっても比較的低温で焼結することが可能であり、複合焼結体中に磁性体および誘電体として存在する磁性体材料と誘電体材料の透磁率、誘電率の低化を抑制した１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上である磁性体と誘電体との複合焼結体を提供することを目的とする。
本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶と、チタン酸カルシウムまたはチタン酸ストロンチウムのペロブスカイト型結晶と、Ｌｉと、ガラスと、を含有する、磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体中に前記Ｙ型六
方晶Ｂａフェライト結晶を６０〜７５体積％、前記ペロブスカイト型結晶を１５〜３０体積％含有するとともに、前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶と前記ペロブスカイト型結晶との合計量１００質量％に対し、前記ＬｉをＬｉ ２ Ｏ換算で０．２４〜１．０質量％含有することを特徴とするものである。
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体では、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることが望ましい。
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体では、上記の構成において、前記ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まないことが望ましい。
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体では、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まないことが望ましい。
さらに本発明は、上記の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品である。
本発明によれば、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上、誘電損失を０．１以下の磁性体と誘電体との複合焼結体を実現することができる。これにより、スピネル型フェライトでは超えられなかった透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えて、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域でも十分な透磁率が得ることができ、高い周波数帯域でのフィルタ材料に適用することが可能となる。
なお、上記の構成において、ペロブスカイト型結晶がＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３である場合には、１ＧＨｚ以上の高周波領域においても誘電率を高めつつ１ＧＨｚにおける誘電損失を０．１以下に低く抑えることが可能となり、より急峻に減衰する極をもったＥＭＩフィルタを得ることができる。
また、上記の構成において、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まない場合には、特性の低下がより抑制される。
また、この磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されているＬＣ複合電子部品によれば、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波帯域でも使用可能なＬＣフィルタ特性を得ることができる。
本発明の実施形態にかかる誘電体と磁性体との複合焼結体は、Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶と、チタン酸カルシウムまたはチタン酸ストロンチウムのペロブスカイト型結晶と、Ｌｉと、ガラスと、を含有する、磁性体と誘電体との複合焼結体であって、該複合焼結体中に前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶を６０〜７５体積％、前記ペロブスカイト型結晶を１５〜３０体積％含有するとともに、前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶と前記ペロブスカイト型結晶との合計量１００質量％に対し、前記ＬｉをＬｉ ２ Ｏ換算で０．２４〜１．０質量％含有してなるものである。
このように、磁性体材料であるＹ型六方晶Ｂａフェライトと誘電体材料であるペロブスカイト型結晶とを組合せた焼結体中にＬｉとガラスとを含有させることで、原料として用いた材料の透磁率および誘電率の劣化が抑制され、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上である誘電体と磁性体との複合焼結体となる。
ここで、六方晶フェライトとは、六方晶系結晶構造を有しているとともに磁化容易軸をもっているもののことである。具体的には、六方晶フェライトは結晶方向により異なる異方性磁界をもつために回転磁化共鳴周波数（ｆｒ）が高くなるとともに、ｃ軸に垂直な結晶面（ｃ面）内のａ軸が磁界の方向に容易に磁化され、かつ外部磁界の方向の変化に容易に追従して磁化の向きが変化する。このため、高い周波数領域（数１００M〜数ＧＨｚ）においても、比透磁率が高い状態を維持することが可能である。一方、スピネル型フェライトなどは、数ＭＨｚ程度では、数百といった比透磁率が得られるが、前記のような磁化容易軸を持たないため、１ＧＨｚ程度で透磁率が急激に低下してしまう。なお、Ｂａを含む六方晶Ｂａフェライトは、酸化鉄や炭酸バリウム等の原料から仮焼合成する際の温度を低くすることができる。
そして、Ｌｉを含有させることで、焼成の際に、原料として用いた磁性体材料と誘電体材料とが反応することを効果的に抑制し、磁性体材料および誘電体材料の少なくとも一方が変質して特性が大きく劣化することを抑制することができ、比透磁率および比誘電率の両特性を維持することができる。したがって、磁性体材料である六方晶Ｂａフェライトと誘電体材料であるペロブスカイト型結晶とを組合せた焼結体中にＬｉを含有させることで１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上という特性が得られる。
このような誘電体と磁性体との複合焼結体は、例えば、予め、合成しておいた磁性体材料と誘電体材料とガラスとを混合した後、焼成することで作製することができる。
六方晶Ｂａフェライト粉末を作製するには、原料の主成分としてそれぞれ酸化物換算でＦｅ２Ｏ３を５０〜９０モル％、ＭＯを０〜４０モル％（ただし、ＭはＣｏ、ＣｕおよびＺｎから選ばれる１種以上の金属元素）、ＢａＯを１０〜５０モル％となるように調合する。この際、各原料はこれに限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。なお、Ｍは単独形態、または少なくとも２種を混合した混在形態であっても良く、Ｍとして２種以上を混合して用いる場合には、混合した総計モル％が０〜４０モル％の範囲に入るようにすればよい。
六方晶Ｂａフェライト結晶の中でも特に１ＧＨｚにおける透磁率の高い六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶は、化学式がＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２（ただし、ＭはＣｏ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる一つ以上の金属元素）と表され、上記組成割合となるように各元素の原料を配合することにより合成することができる。なお、組成比によればＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶とは異なる結晶（例えば、Ｂａ２．０５Ｍ１．９５Ｆｅ１２Ｏ２２）であっても、Ｘ線回折のピーク強度が、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）のカードまたはデータベース中に存在するＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶に極めて近いものである場合には、Ｂａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶とする。
このように配合した混合粉末を、大気中において９００〜１３００℃の温度範囲で、１〜１０時間仮焼した後、粉砕することによって六方晶Ｂａフェライト粉末を得ることができる。
例えば、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちＹ型（六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶）の場合は、８５０℃付近からＢａＦｅ１２Ｏ１９結晶およびＢａＦｅ２Ｏ４結晶の分解が始まり、生成されてくる。この分解、生成を十分に行うためには、９００〜１１００℃の温度範囲で、１〜５時間仮焼することが好ましい。そうすることにより、仮焼時に六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶を８０％以上生成することが可能となる。なお、仮焼温度が１１００℃以下であれば、合成と同時に進行する粉と粉との焼結が抑制されるため、粉砕が容易となって細かい粉砕粉を得やすく、誘電体材料などと組み合わせて焼成する際の焼結性を向上させることができる。
粉砕に際しては振動ミル、回転ミル、バレルミル等を用いて、磁生体材料を鋼鉄ボール、セラミックボール等のメディアと、水またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メタノール等の有機溶剤を用いて湿式にて行うことができる。
その際、六方晶Ｂａフェライト結晶を合成するための粉末は、平均粒子径が０．１〜５μｍ、より好ましくは０．１〜１μｍであることが焼結性を高める点で望ましい。なお、「平均粒子径」とは、粉体の集団の全体積を１００％として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが５０％となる点の粒径ｄ５０を意味する。粉体の粒度分布は、例えばレーザ回折・散乱法によるマイクロトラック粒度分布測定装置Ｘ−１００（日機装株式会社製）を用いて測定できる。
かくして得られる六方晶Ｂａフェライト結晶は、単独で焼結することにより比透磁率が数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの領域で３〜１７、数百ＭＨｚ〜２ＧＨｚの領域で１．４〜１０と、高周波数帯域まで透磁率が高い磁性体材料となる。
ここで、六方晶Ｂａフェライト結晶としては複数の型が知られているが、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型であるのが好ましく、磁性体材料中の８０体積％以上、特に好ましくは、９０体積％以上がＹ型の六方晶フェライト結晶で形成されていることが好ましい。この体積比率は、Ｘ線回折の結果からリートベルト解析にて算出される。六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶の占有割合が８０体積％以上であると、高周波においてより高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスやインピーダンスを持つ高周波回路部品を得ることができる。
誘電体材料としては、チタン酸カルシウムまたはチタン酸ストロンチウムのペロブスカイト型結晶からなる材料を用いる。
誘電体と磁性体との複合焼結体において、１ＧＨｚでの誘電率を高めつつ、誘電損失を０．１以下とするためには、ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３を用いる。ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３は、ＢａＴｉＯ３よりも比誘電率は低いが、誘電損失を低くすることができるので、特に低誘電損失が求められる場合には、ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３を用いるのが良い。
そして、焼結性を向上させるために、ガラスが磁性体材料と誘電体材料とに混合されるのが望ましく、ガラスとしては、少なくともＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むガラスであり、実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスを用いることが望ましい。
具体的なガラスの組成としては、ＳｉをＳｉＯ２換算で２０〜７０質量％、ＣａをＣａＯ換算で３〜２６質量％、ＢａをＢａＯ換算で１６〜６０質量％、及びＬｉをＬｉ２Ｏ換算で３〜１１質量％含有しているものが好ましい。
ここで、バインダの分解温度（約１５０〜４００℃が一般的）に近い温度でガラスの軟化が生じると、ガラス中に分解したバインダの成分が取り込まれてしまい、変色やガラスの発泡、焼結性の劣化が懸念されるが、ＳｉのＳｉＯ２換算含有量が上記範囲内であれば、焼成時の脱バインダ性が良好で、１０００℃以下の温度における焼結性も良好なものとすることができる。また、ＢａのＢａＯ換算含有量が上記範囲内であれば、焼成時の脱バインダ性が良好で、開気孔率を低い良好な値とすることが容易になる。
また、ガラスに含まれるＣａ、Ｌｉは、ガラスの軟化挙動を制御することが可能であり、焼成条件を望ましい範囲とすることができる。したがって、ＣａのＣａＯ換算含有量、ＬｉのＬｉ２Ｏ換算含有量が上記範囲内であれば、上記のＢａと同様に焼成時の脱バインダ性が良好で、開気孔率を低い良好な値とすることができる。
上記Ｓｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉのさらに望ましい範囲は、ＳｉはＳｉＯ２換算で３５〜６５質量％、ＣａはＣａＯ換算で５〜２０質量％、ＢａはＢａＯ換算で２０〜５０質量％、ＬｉはＬｉ２Ｏ換算で３〜７質量％である。
また、実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスであることが望ましいのは、これらの成分が異相結晶を形成してしまうためである。これらの異相結晶の例としては、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、ＢａＢ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８が挙げられる。十分な透磁率や誘電率を容易に得るためには、これらの異相結晶が形成されないように、換言すればこれらの異相結晶が複合焼結体中に実質的に含まれないようにすることが望ましい。
なお、ここで実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスとは、ガラスを製造する際にＡｌあるいはＢとなる原料を積極的に加えていないガラスのことであり、ガラス中の不可避不純物として微量のＡｌあるいはＢが含まれていてもよい。ガラス中の具体的な不可避不純物量としては、それぞれ０．１モル％以下が好ましい。
また、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶が複合焼結体中に実質的に含まれないとは、Ｘ線回折によってこれらの結晶の存在が測定できないこと、具体的には、複合焼結体中に含まれる結晶のうちＸ線回折によって最も高いピーク強度を有する結晶のピーク強度に対して１００分の１以下のピーク強度であることをいう。
そして、Ｌｉは、ガラスの軟化点を適度に調節することができる効果に加えて、磁性体材料と誘電体材料との反応を抑制する効果も備えている。したがって、両方の効果を得る点で、原料のガラス中にＬｉが含まれているのが望ましいが、反応抑制の点ではＬｉ２ＣＯ３やＬｉＨＣＯ３の形で添加されてもよい。添加量としては、磁性体と誘電体の総量を１００質量％とした場合、外添量として酸化物（Ｌｉ２Ｏ）換算で０．１〜１．５質量％、さらに０．２〜１．０質量％であるのが反応抑制効果および長期的絶縁信頼性の点で望ましい。これらを添加することで、磁性体材料と誘電体材料とが反応せずに焼成温度を低減することが可能となり、それぞれの材料特性を著しく劣化することのない複合焼結体を得ることが可能となる。なお、Ｌｉ２ＣＯ３やＬｉＨＣＯ３の形で添加されたものは、Ｌｉを含有する複合酸化物の結晶、例えばＬｉＣｕＦｅ２Ｏ４として複合焼結体中に存在する。
さらに、焼結性を向上させるために、低軟化点酸化物である酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を、六方晶Ｂａフェライトと誘電体の合計を１００質量％とした際に、外添で０．５〜１５質量％含有させてもよい。上記の副成分の含有割合であれば、１０００℃以下の焼成温度で嵩密度が理論密度の９０％以上の複合焼結体が得ることが容易であるとともに、高い透磁率の複合焼結体を得やすい傾向にある。なお、Ｂｉ２Ｏ３の形で添加されたものは、Ｂｉ２Ｏ３またはＢｉを含有する複合酸化物の結晶、例えばＢｉ１２ＴｉＯ２０として複合焼結体中に存在する。
このように、磁性体材料と誘電体材料とを混合、焼成して複合化する場合、その焼成温度を低温化するためには、焼結助剤を添加する必要がある。例えば、磁性体材料である六方晶Ｙ型Ｂａフェライトが９００〜１０００℃で焼結するのに対し、誘電体材料であるペロブスカイト型誘電体は１２００〜１３００℃の高温でないと焼結しないため、低い焼成温度で緻密かつ高強度の複合焼結体を得るためには、焼結助剤を添加する必要がある。
一方で、複合焼結体の透磁率、誘電率は、添加する磁性体材料と誘電体材料のそれぞれの材料の体積比に応じて指数関数的に増減するため、焼結助剤の添加量は極力少なくする必要もある。
また、焼結助剤としては磁性体材料と誘電体材料と反応しにくい、すなわち透磁率、誘電率に与える影響が小さく、焼結温度のみを低下させるものが望ましい。
このような点を考慮して各材料を調整することで、本実施形態の誘電体と磁性体との複合焼結体は、１ＧＨｚの高周波数帯域においても、比透磁率１．４以上を有する焼結体を得ることができる。
なお、原料としての六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶からなる磁性体材料６０〜７５体積％と、前記ペロブスカイト型結晶からなる誘電体材料１５〜３０体積％という比率は、焼結後にほぼそのままの比率となっている。焼結後の比率としては、Ｘ線回折の結果からリートベルト解析にて求めることができる。具体的には、リートベルト解析により、各相の質量比（六方晶Ｂａフェライト結晶、ペロブスカイト型結晶、ガラス）を求める。その後、結晶構造から六方晶Ｂａフェライト結晶の密度を求め、質量比から体積比へと換算することで、体積比が求められる。また、ガラス組成も焼結後にほぼそのままの比率となっている。
本実施形態によれば、磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路を形成することによりＬＣ複合電子部品を形成することができる。
そのＬＣ複合電子部品の好適例であるＥＭＩフィルタ部品を図１をもとに説明する。複数の絶縁層１が積層され、この絶縁層１の表面に配線層２が形成されている。また、絶縁層１によって隔てられた配線層２同士を電気的に接続するビアホール導体３が絶縁層１を貫通して形成されている。
さらに、これらの配線層２及びビアホール導体３により複数の絶縁層１からなる絶縁基体の内部には、回路的にインダクタ部４及びコンデンサ部５が形成され、フィルタ回路をなしている。
このインダクタ部４は、配線層２及びビアホール導体３により多層のコイル状に形成されているが、通常、回路のインダクタンスを増加させるためには、このコイルの巻き数を増加させる必要がある。しかし、本実施形態の複合磁性材料のような透磁率の高い磁性材料を用いた場合、コイルの巻き数を増やさずとも必要なインダクタンスを得ることが可能となる。これより、配線層２の積層数を減少することができることより、電子部品の小型、低背化が可能になる。
このようなＬＣ複合電子部品において、絶縁層１として、本発明にかかる実施形態に記載された誘電体と磁性体との複合焼結体を用いることで、本実施形態のＬＣ複合電子部品となる。
また、配線層２及びビアホール導体３を形成する低抵抗金属が、金、銀、銅のいずれかを含む金属であることが望ましい。配線層２として金、銀、銅のいずれかの低抵抗金属を主成分として含有する場合には、配線層２を低抵抗化でき、特に高周波信号の信号損失、遅延を小さくできる。
また、本実施形態のＬＣ複合電子部品を製造するには、上述した原料に対して、適当な有機バインダ、分散剤、溶媒を添加、混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。
そして、このシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に、低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。
そして、シート状成形体表面には、金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を用いて配線層の厚みが５〜３０μｍとなるように、配線パターンを印刷塗布するか、または金属箔を貼りつけ、パターン状に加工したものを貼りつける。
そして、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、電子部品の大きさに合わせて切断した後、酸化性雰囲気中、または低酸化性雰囲気中にて２００〜５００℃にて脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で９００〜１１００℃の温度で焼成することにより、本実施形態の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されたＬＣ複合電子部品を作製することができる。
なお、焼成雰囲気については、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例えば、銅等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する金属を用いる場合には非酸化性雰囲気中にて焼成を行う必要があるが、金、銀に関しては酸化雰囲気中での焼成を行うことも可能である。
上述したような工程を経ることによって、前述したように高い透磁率、及び誘電率を有するとともに、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でもノイズの減衰特性が高い、ＬＣフィルタを再現性よく得ることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＢａＣＯ３を出発原料とし、これらを各々モル比率で、表１の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．４０についてはＦｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＢａＯに換算して６０：０．５：５：１４：２０．５の割合で有機溶媒にＩＰＡ、メディアに鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、大気中、９５０℃で仮焼し、さらに湿式にて７２時間粉砕し、平均粒径１μｍの六方晶Ｙ型Ｂａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶を主結晶とする磁性体材料（比誘電率：２５、比透磁率：１５）、主結晶相として、Ｂａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶が析出する磁性体材料を得た。ここで、組成比によればＢａ２．０５Ｚｎ１．４Ｃｕ０．５Ｃｏ０．０５Ｆｅ１２Ｏ２２と表されるが、Ｘ線回折のピーク強度がＪＣＰＤＳのカードまたはデータベース中に存在するＢａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶に極めて近いものであるため、主結晶相はＢａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶としている。
また、表２の試料Ｎｏ．４１については上記出発原料のモル比率を６０：１０：０：１０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４２は上記出発原料のモル比率を６０：２０：０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４３は上記出発原料のモル比率を６０：１０：１０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４４は上記出発原料のモル比率を６０：０：２０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４５は上記出発原料のモル比率を６０：０：１０：１０：２０の割合として、同様に仮焼したものであって、平均粒径１μｍの六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶を含有する磁性体材料が得られている。
さらに、表２の試料Ｎｏ．４６は上記出発原料のモル比率を８５．７：０：０：０：１４．３の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｍ型フェライト、試料Ｎｏ．４７は上記出発原料のモル比率を７０．６：０：５．９：５．９：１７．６の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｚ型フェライト、試料Ｎｏ．４８は上記出発原料のモル比率を７２．７：１８．２：０：０：９．１の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｗ型フェライトであって、仮焼温度を１２００℃とした以外は上記と同様に作製したものである。
次に、誘電体材料としては、市販のペロブスカイト型結晶である強誘電体ＢａＴｉＯ３粉末（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：３０００、比透磁率：１．０）を準備した。また、誘電体材料として常誘電体のＣａＴｉＯ３（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：１７５、比透磁率：１．０）、ＳｒＴｉＯ３（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：２５５、比透磁率：１．０）を準備した。
さらに、ガラスは、表１および表２に示す組成となるように、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３およびＭｇＯの各原料粉末を混合し、１２００℃で溶解後急冷して作製した。得られたガラスは、湿式にて４８時間粉砕し、平均粒径１．０μｍのガラス材料を得た。
なお、試料Ｎｏ．３２〜３５、３９、４０は市販の平均粒径３．０μｍのＬｉ２ＣＯ３粉末を添加したものであり、試料Ｎｏ．３６〜４０、４６〜４８は市販の平均粒径３．０μｍのＢｉ２Ｏ３粉末を添加したものであり、これらの原料は磁性体と誘電体の粉末の合計の質量を１００質量％とした場合に外部添加している。
以上のようにして準備した磁性体材料、誘電体材料、ガラス、Ｌｉ２ＣＯ３およびＢｉ２Ｏ３の各材料を表１および表２に示す混合比となるように、有機溶媒にＩＰＡ、メディアに鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、比透磁率、比誘電率、誘電損失、相対密度等の特性及び焼結性を評価できるようにプレス成形し、大気中で９５０〜１１００℃で２時間焼成し、誘電体と磁性体との複合焼結体を得た。
かくして得られた誘電体と磁性体との複合焼結体について、比透磁率、比誘電率、誘電損失、相対密度等の特性及び焼結性を評価した。比透磁率、比誘電率、誘電損失については、１ＧＨｚでの値を測定し評価した。
なお、相対密度は、ＪＩＳ Ｒ２２０５に準拠して測定した嵩密度を真密度で除して算出した。真密度は、複合焼結体中の気孔を除いた状態の密度を測定するため、乳鉢を用いて複合焼結体を平均粒径３μｍ程度まで粉砕し、ピクノメータ法を用いて測定した結果を真密度とした。
比透磁率は、同軸管を用いたＳパラメータ法により測定し、比誘電率はインピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製 ＨＰ４２９１Ａ）を用いた平行平板法により測定することができる。
また、Ｘ線回折を行ない、その結果をリートベルト解析し、複合焼結体中の磁性体、誘電体、およびその他の結晶、ガラスの量を求めた。ここで、磁性体とはフェライトの結晶のことであり、誘電体とはＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶のことである。また、それらの結果から、複合焼結体の主組成である磁性体および誘電体の比率を算出した。
また、原料として用いた誘電体、磁性体およびガラスの比透磁率と比誘電率とを用いて、全く、誘電体、磁性体およびガラスの間で反応等が起こらず、理想的な焼結が行われた場合に得られる誘電体と磁性体との複合焼結体の比透磁率と比誘電率とを対数混合則によって計算し、得られた計算値で実測値を除算した値を表１および表２に記載した。この値が１００であるときには、理想的な焼結が行われたことになり、１００を下回ると何らかの反応が起こり、比透磁率もしくは比誘電率とが劣化したことになる。なお、残留ガラスや微小結晶の影響、あるいは何らかの反応によって比透磁率や比誘電率が向上し、１００を超えているものもある。
比較例として、磁性体材料にスピネル型複合フェライトであるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを上記フェライトと同様にＮｉＯ，ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｆｅ２Ｏ３を出発原料とし、これらを各々モル比率で１５：２５：１２：４８の割合で湿式混合後、９５０℃で仮焼し、得られた磁性体材料Ｎｉ０．１５Ｚｎ０．２５Ｃｕ０．１２Ｆｅ０．９６Ｏ１．９６（平均粒径１μｍ、比誘電率：５、比透磁率：１．２）を用いたものを作製した（表２中の試料Ｎｏ．４９）。なお、試料Ｎｏ．１〜２６、３２、３３および３６〜４８は参考資料である。
Figure 0005322429
複合焼結体中にＬｉを含有する試料Ｎｏ．１〜３０、３２〜４８は、比透磁率、比誘電率の低下が小さいものであった。特に、原料としてＬｉ２ＣＯ３を用いた試料Ｎｏ．３２〜３５においても比透磁率、比誘電率の低下が小さく、１．４以上の比透磁率を有するものであった。
なお、作製した試料について、Ｘ線回折により、結晶相を同定したところ、Ｎｏ．１〜３０、３２〜４８では、原料として用いた磁性体結晶および誘電体結晶が、そのまま、残っていることがわかった。一方、ガラスにＡｌ２Ｏ３が含まれる試料Ｎｏ．２３、２４では、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶が確認された。また、試料Ｎｏ．２５、２６および試料Ｎｏ．３１〜３５、３９でも異相の析出が確認された。
また、誘電体材料としてＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３を用いた試料Ｎｏ．２７〜３０、３４、３５は、誘電体材料としてＢａＴｉＯ３を用いたものに比べて誘電損失を極めて低くすることができていることがわかる。
試料Ｎｏ．３１はＬｉが含まれていなかったため、六方晶Ｙ型Ｂａフェライトと誘電体が反応し、比透磁率が著しく低下した。試料Ｎｏ．４９は、フェライトがスピネル型フェライトであるため、１ＧＨｚでの比透磁率が１．４を下回った。
次に、表１および表２に示す原料をブタノール溶媒中で混合し、ポリビニルブチラール等のバインダを混合粉に対し１０質量％加えて混練し、スラリーを調整し、この複合スラリーをドクターブレード法により厚み５０μｍのグリーンシートを作製した。
次に、このグリーンシートをそれぞれ２０枚積層し、その途中で市販のＡｇ−Ｐｄ（７：３）のペーストを用いて内部電極（内部導体）としてコイルとコンデンサを印刷形成し（コイルはスルーホールを介して接続）、熱間圧着後、焼成後に焼結体寸法が２．０×１．２５ｍｍとなるように切断し、三端子構造のＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品をそれぞれ得た。
次いで、このチップ部品を４００℃で脱脂処理した後、大気中において１０００℃で２時間焼成した。得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品であるチップ部品は、配線層、絶縁層ともに緻密な組織が得られ、チップ部品として良好なものであった。
また、得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品でＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品の周波数特性をネットワークアナライザーにより測定した結果、従来の誘電体を用いた場合と同等のコイルターン数で、減衰極の低周波化が実現しており、従来品の誘電体を用いたローパスフィルタと同等のサイズで、より低周波からの減衰特性を得ることが可能であることがわかった。
本発明のＬＣ複合電子部品の断面図である。
符号の説明
１・・・絶縁層、磁性体と誘電体との複合焼結体
２・・・配線層
３・・・ビアホール導体
４・・・インダクタ部
５・・・コンデンサ部

Claims (5)

  1. Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶と、
    チタン酸カルシウムまたはチタン酸ストロンチウムのペロブスカイト型結晶と、
    Ｌｉと、ガラスと、を含有する、磁性体と誘電体との複合焼結体であって、
    該複合焼結体中に前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶を６０〜７５体積％、前記ペロブスカイト型結晶を１５〜３０体積％含有するとともに、
    前記Ｙ型六方晶Ｂａフェライト結晶と前記ペロブスカイト型結晶との合計量１００質量％に対し、前記ＬｉをＬｉ ２ Ｏ換算で０．２４〜１．０質量％含有することを特徴とする磁性体と誘電体との複合焼結体。
  2. １ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
  3. 前記ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
  4. ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ
    ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品。
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