JP6075481B2 - ガラスセラミックス組成物およびコイル電子部品 - Google Patents
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Description
本発明は、低温焼成可能で、極めて低い誘電率と十分強度を有するガラスセラミックス組成物、およびこれを用いたコイル電子部品に関する。
近年、携帯電話などの通信機器の高周波数化に伴い、これらの送信部および受信部には、１ＧＨｚ以上の高周波に対応したセラミックコイルが多数採用されている。特に、これらのセラミックコイルは、高周波に対応するために、低誘電率であることが求められ、また、低抵抗、低損失なＡｇ系を内部導体に適用するために、９５０℃以下の低温焼結が必須とされている。
そのため、このようなセラミックコイルの材料としては、低誘電率なガラス系材料が広く一般的に用いられている。しかしながら、ガラス系材料は、セラミックコイル等のコイル電子部品の素体として用いた場合、素体表面に生じた傷などがクラックの起点となり、本来期待される強度よりも、はるかに低い強度しか発揮できないという問題がある。
このような問題を解決するため、特許文献１および２では、ガラス系材料自体の機械強度を向上させる技術が提案されている。特許文献１のガラス系材料は、コイル電子部品の素体として用いた場合に十分な機械強度を確保できるものの、原材料の仮焼きを必須とするため、積層部品に適用可能な粒度分布を有したセラミック粉体になるまでの製造工程が煩雑であり、工程負荷が大きいという問題がある。また、特許文献２のガラス系材料も、素体として用いた場合に機械強度は確保できるが、焼成後に多数の結晶粒子が生成し、これにより内部電極層に凹凸が形成され、高周波領域におけるＱ値が低下するという問題がある。
また別の観点から、特許文献３では、コイル部の上下を、保形性の高いガラス系材料で挟み、コイル電子部品全体として機械強度を向上させる技術が提案されている。このような技術によれば、コイル部の上下に保形層が配置され、これにより強度を確保できるため、その内側のコイル部には、強度を気にせず、Ｑ値を高めるのに好適な、結晶粒子が少なく、比誘電率の低いガラス系材料を用いることができる。しかしながら、保形層に用いる高強度のガラス系材料は、コイル部に用いるガラス系材料に比べて、比誘電率が高いため、いくらコイル部にＱ値を高めやすいガラス系材料を選択的に用いても、コイル電子部品全体としてＱ値が低下する問題がある。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、低温焼成が可能であり、極めて低い誘電率と十分なたわみ強度を有するガラスセラミックス組成物と、これを用いたコイル電子部品を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、高周波コイル用のガラスセラミックス組成物としては、低温焼成が可能でありながら、低誘電率であり、さらに高強度を維持できる程度に結晶質が少ないものが望ましいことを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］ 第１のガラス、第２のガラス、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２からなる主成分を有するガラスセラミックス組成物であり、
前記第１のガラスが、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記第２のガラスが、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記主成分が、その全量を１００重量％としたときに、前記第２のガラスを１２〜３０重量％、前記第１のガラスおよび前記第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、さらに、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含むことを特徴とする、ガラスセラミックス組成物。
［１］ 第１のガラス、第２のガラス、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２からなる主成分を有するガラスセラミックス組成物であり、
前記第１のガラスが、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記第２のガラスが、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記主成分が、その全量を１００重量％としたときに、前記第２のガラスを１２〜３０重量％、前記第１のガラスおよび前記第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、さらに、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含むことを特徴とする、ガラスセラミックス組成物。
［２］ さらに、前記主成分１００重量％に対して、添加物として第３のガラスを５重量％以下で含有し、
前記第３のガラスが、ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであることを特徴とする、上記［１］に記載のガラスセラミックス組成物。
前記第３のガラスが、ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであることを特徴とする、上記［１］に記載のガラスセラミックス組成物。
［３］ 前記ＳｉＯ２が、石英および／または石英ガラスあることを特徴とする、上記［１］または［２］に記載のガラスセラミックス組成物。
［４］ 上記［１］〜［３］のいずれかに記載のガラスセラミックス組成物を備えるコイル素子。
［５］ 上記［１］〜［３］のいずれかに記載のガラスセラミックス組成物からなる焼結体。
［６］ 上記［５］に記載の焼結体からなるセラミックス層を備えるコイル電子部品。
［７］ コイル導体およびセラミックス層が積層されて構成される電子部品であって、
前記コイル導体がＡｇを含み、
前記セラミックス層が上記［５］に記載の焼結体で構成されている電子部品。
前記コイル導体がＡｇを含み、
前記セラミックス層が上記［５］に記載の焼結体で構成されている電子部品。
［８］ 第１のガラス、第２のガラス、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２からなる主成分を有する高周波コイル用層間組成物であり、
前記第１のガラスが、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記第２のガラスが、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記主成分が、その全量を１００重量％としたときに、前記第２のガラスを１２〜３０重量％、前記第１のガラスおよび前記第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、さらに、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含むことを特徴とする、高周波コイル用層間組成物。
前記第１のガラスが、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記第２のガラスが、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記主成分が、その全量を１００重量％としたときに、前記第２のガラスを１２〜３０重量％、前記第１のガラスおよび前記第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、さらに、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含むことを特徴とする、高周波コイル用層間組成物。
本発明によれば、低温焼成が可能であり、極めて低い誘電率でありながら高密度で絶縁抵抗が高く、さらに、電子部品化した際に十分なたわみ強度を実現し得るガラスセラミックス組成物と、これを用いたコイル電子部品を提供できる。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態のみに限定されない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
（コイル電子部品）
図１に、本発明の一実施形態に係るコイル電子部品として、積層チップコイル１を例示する。積層チップコイル１は、セラミックス層２と、内部電極層３とがＺ軸方向に交互に積層してあるチップ素体４を有する。
図１に、本発明の一実施形態に係るコイル電子部品として、積層チップコイル１を例示する。積層チップコイル１は、セラミックス層２と、内部電極層３とがＺ軸方向に交互に積層してあるチップ素体４を有する。
各内部電極層３は、四角状環またはＣ字形状またはコ字形状を有し、隣接するセラミックス層２を貫通する内部電極接続用スルーホール電極（図示略）または段差状電極によりスパイラル状に接続され、コイル導体３０を構成している。
チップ素体４のＹ軸方向の両端部には、それぞれ端子電極５が形成してある。各端子電極５には、Ｚ軸方向の上下に位置する引出電極３ａ，３ｂの端部が接続してあり、各端子電極５は、閉磁路コイル（巻線パターン）を構成するコイル導体３０の両端に接続される。
本実施形態では、セラミックス層２および内部電極層３の積層方向がＺ軸に一致し、端子電極５の表面がＸ軸およびＹ軸に平行になる。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直である。図１に示す積層チップコイル１では、コイル導体３０の巻回軸が、Ｚ軸に略一致する。
チップ素体４の外形や寸法には特に制限はなく、用途に応じて適宜設定することができ、通常、外形はほぼ直方体形状とし、例えばＸ軸寸法は０．１〜０．８ｍｍ、Ｙ軸寸法は０．２〜１．６ｍｍ、Ｚ軸寸法は０．１〜１．０ｍｍである。
また、セラミックス層２の電極間厚みおよびベース厚みには特に制限はなく、電極間厚み（内部電極層３、３の間隔）は３〜５０μｍ、ベース厚み（Ｙ軸方向での、引出電極３ａ，３ｂからチップ素体４の端部までの距離）は５〜３００μｍ程度で設定することができる。
本実施形態では、端子電極５としては、特に限定されず、素体４の外表面にＡｇやＰｄなどを主成分とする導電性ペーストを付着させた後に焼付け、さらに電気めっきを施すことにより形成される。電気めっきには、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎなどを用いることができる。
コイル導体３０は、好ましくはＡｇ（Ａｇの合金含む）を含み、例えばＡｇ単体、Ａｇ−Ｐｄ合金などで構成される。また、コイル導体の副成分として、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、およびそれらの酸化物を含むことができる。
セラミックス層２は、本発明の一実施形態に係るガラスセラミックス組成物からなる焼結体で構成してある。以下、ガラスセラミックス組成物について詳細に説明する。
本実施形態のガラスセラミックス組成物は、第１のガラス、第２のガラス、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２からなる主成分を有する。ここで、第１のガラスは、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、第２のガラスは、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）、またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスある。さらに、主成分は、その全量を１００重量％としたときに、第２のガラスを１２〜３０重量％、第１のガラスと第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含み、好ましくは残部をＳｉＯ２で構成する。
このような本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、低温焼成が可能であり、極めて低い誘電率でありながら高密度で絶縁抵抗が高く、さらに、電子部品化した際に十分なたわみ強度と高いＱ値を実現し得る。
上述のように、第１のガラスは、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスである。ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、特に限定されず、市販のガラスを用いることができる。該ガラスは、好ましくは、ガラス転移点が４８０〜５２０℃である。なお、ガラス転移点は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）により測定される（以下において同じ）。
また、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、主としてＳｉＯ２、Ｋ２ＯおよびＢ２Ｏ３から構成されており、好ましくは、該ガラスは、ＳｉＯ２を７７〜８３重量％、Ｋ２Ｏを１．６〜２．４重量％含有し、残部はＢ２Ｏ３で構成される。また、該ガラスは、本発明の効果を妨げない範囲で、他の成分を一種以上含有していてもよく、他の成分の含有量の合計は、該ガラス中に、好ましくは０．５重量％以下である。他の成分としては、例えばＡｌ２Ｏ３等が挙げられる。
また、本実施形態において、第２のガラスは、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスである。すなわち、第２のガラスは、上記２種類のガラスの混合物であってもよいし、上記２種類のガラスのうちいずれか一方のみからなってもよい。また、第２のガラスは、少なくともＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスであることが好ましい。
ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、特に限定されず、市販のガラスを用いることができる。Ｍは、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａ）から選択される１種以上であればよく、好ましくはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａの全てを含む。また、該ガラスは、好ましくは、ガラス転移点が６９０〜７３０℃である。
また、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、主としてＭＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３から構成されており、好ましくは、該ガラスは、ＳｉＯ２を４５〜５５重量％、Ａｌ２Ｏ３を１０〜１２重量％、ＭＯを２８〜４３重量％含有し、残部はＢ２Ｏ３で構成される。なお、該ガラスは、ＭＯとして、ＭｇＯを１〜２．５重量％、ＣａＯを３〜４重量％、ＳｒＯを２４〜３５重量％、ＢａＯを０．１〜１重量％含有することがより好ましい。また、該ガラスは、本発明の効果を妨げない範囲で、他の成分を一種以上含有していてもよく、他の成分の含有量の合計は、該ガラス中に、好ましくは０．５重量％以下である。他の成分としては、例えばＮａ２Ｏ等が挙げられる。
ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、特に限定されず、市販のガラスを用いることができる。該ガラスは、好ましくは、ガラス転移点が６５０〜７００℃である。
また、ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、主としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、およびＢ２Ｏ３から構成されており、好ましくは、該ガラスは、ＳｉＯ２を４０〜４５重量％、Ａｌ２Ｏ３を２８〜３２重量％、ＣａＯを９〜１１重量％、ＺｎＯを０．５〜１．３重量％、ＺｒＯ２を１〜２重量％含有し、残部はＢ２Ｏ３で構成される。また、該ガラスは、本発明の効果を妨げない範囲で、他の成分を一種以上含有していてもよく、他の成分の含有量の合計は、該ガラス中に、好ましくは０．５重量％以下である。他の成分としては、例えばＴｉＯ２等が挙げられる。
さらに、主成分中における、第２のガラスの含有量は、１２〜３０重量％であり、好ましくは１２〜２２重量％、より好ましくは１４〜２０重量％である。第２のガラスが、多すぎると比誘電率が高くなる（例えば、５．０を超える）傾向にあり、少なすぎるとたわみ強度が十分に確保できない傾向にある。
また、主成分中における、第１のガラスと第２のガラスの含有量の合計は、４０〜５６重量％であり、好ましくは４５〜５６重量％、より好ましくは５０〜５５重量％である。第１のガラスと第２のガラスの合計量が、多すぎるとたわみ強度が十分に確保できなくなる傾向にあり、少なすぎると十分な焼結が得られない傾向にある。
本実施形態において、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）はフィラーとして用いられている。主成分中における、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、７〜１８重量％であり、好ましくは７〜１５重量％、より好ましくは７．５〜１２重量％である。Ａｌ２Ｏ３が、多すぎると比誘電率が高くなる（例えば、５．０を超える）傾向にあり、少なすぎるとたわみ強度が十分に確保できなくなる傾向にある。
なお、フィラーを構成する粒子の形状は、特に制限されないが、例えば球状、針状、板状等が挙げられ、強度、特に電子部品化した際のたわみ強度を向上させる観点からは、板状のフィラー成分が好ましい。
また、本実施形態において、ＳｉＯ２は、特に限定されないが、例えば、フィラーとしての石英（結晶シリカ）や、石英ガラス（アモルファスシリカ）の形態で用いることができ、必要に応じてこれらを併用してもよい。
本実施形態において主成分は、上述のように第１のガラス、第２のガラスおよびＡｌ２Ｏ３を所定量含有し、残部としてＳｉＯ２を含有することが好ましい。なお、残部は、ＳｉＯ２のみから構成されていることがより好ましいが、本発明の効果を妨げない範囲で、他の成分を含有してもよい。
本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、必要に応じて、添加剤として第３のガラスをさらに含んでもよい。ここで、第３のガラスは、ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスである。さらに、第３のガラスの添加量は、主成分１００重量％に対して、５重量％以下である。
第３のガラスは、上記主成分との関係で良好な焼結性を示す。そのため、本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、第３のガラスを上記範囲で含有することにより、量産化に伴う焼成条件の変化やロッドサイズの変化等に対して、より安定した焼結性を確保することができ、量産化に好適な焼成条件を幅広に採用可能となる。
本実施形態において、第３のガラスは、ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスである。ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、特に限定されず、市販のガラスを用いることができる。該ガラスは、好ましくは、ガラス転移点が６４０〜６７０℃である。本実施形態のガラスセラミックス組成物は、低軟化点の第３のガラスを含有することにより、比較的低温の焼成でも、良好な焼結性が確保できる。
また、ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、主としてＳｉＯ２、ＳｒＯおよびＢ２Ｏ３から構成されており、好ましくは、該ガラスは、ＳｉＯ２を１０〜１５重量％、ＳｒＯを４０〜４５重量％含有し、残部はＢ２Ｏ３で構成される。また、該ガラスは、本発明の効果を妨げない範囲で、他の成分を一種以上含有していてもよく、他の成分の含有量の合計は、該ガラス中に、好ましくは１．０重量％以下である。他の成分としては、例えばＮａ２ＯやＣａＯ等が挙げられる。
また、主成分１００重量％に対する、第３のガラスの添加量は、５重量％以下であり、好ましくは２〜５重量％、より好ましくは３〜４．５重量％である。第３のガラスの添加量を多くすると、焼成によるガラス相の軟化の度合いが大きくなる傾向にある。特に、焼成によるガラス相の軟化の度合いが大きくなりすぎると、電子部品化した際に、焼成後のチップ素体４が、接触している物に融着しやすくなる。
図１に示す積層チップコイル１は、一般的な製造方法により製造することができる。すなわち、本発明のガラスセラミックス組成物を、バインダーと溶剤とともに混練して得たガラスセラミックスペーストを、Ａｇなどを含む導体ペーストと交互に印刷積層した後、焼成することで、チップ素体４を形成することができる（印刷法）。
あるいはガラスセラミックスペーストを用いてグリーンシートを作製し、グリーンシートの表面に内部電極ペーストを印刷し、それらを積層して焼成することでチップ素体４を形成しても良い（シート法）。いずれにしても、チップ素体４を形成した後に、端子電極５を焼き付けあるいはメッキなどで形成すれば良い。
ガラスセラミックスペースト中のバインダーおよび溶剤の含有量には制限はなく、例えば、バインダーの含有量は５〜２５重量％、溶剤の含有量は３０〜８０重量％程度の範囲で設定することができる。また、ペースト中には、必要に応じて分散剤、可塑剤、誘電体、絶縁体等を２０重量％以下の範囲で含有させることができる。Ａｇなどを含む導体ペーストも同様にして作製することができる。また、焼成条件などは、特に限定されないが、内部電極層にＡｇなどが含まれる場合には、焼成温度は、好ましくは９５０℃以下、さらに好ましくは９００℃以下である。
また、本実施形態のガラスセラミックス組成物からなる焼結体の相対密度は、理論密度を１００％とした場合に、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上である。ここで、本明細書において、相対密度とは、理論密度に対する密度の実測値の割合をいう。なお、該焼結体の理論密度は、例えば、焼結体を素体中の気泡の影響を受けない程度の大きさまで乳鉢粉砕した後、気相置換法(アルキメデスの原理)により真密度を測定し、これを理論密度として採用できる。また、該焼結体の密度の実測値は、例えば、焼結体の寸法及び重量を測定することで算出できる。該焼結体の相対密度は、焼成温度や焼成時間などを変えることによって調整することができる。
本実施形態のガラスセラミックス組成物は、焼結されていない粉末や凝集物、スラリーに含まれる固形分等の形態であるガラスセラミックス材料であってもよい。本実施形態のガラスセラミックス組成物は、焼結性に優れているため、好ましくは８４０℃〜９５０℃、より好ましくは８７０℃〜９５０℃程度の低温で焼成しても十分に高い焼結密度（焼結体の密度）を有するガラスセラミックス焼結体とすることができる。そのため、例えば低温で焼結させることが求められるＡｇを導体とする積層チップコイル等のコイル電子部品のセラミックス層として好適に用いることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
また、本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、半導体装置のコイル素子などとして用いることもできる。本発明に係るコイル素子としては、例えば、本発明に係るガラスセラミックス組成物を薄膜化し、半導体装置等の基板に組み込むコイル部品等が挙げられる。
また、本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、高周波コイル用層間組成物として好適に用いることができる。
本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、低温焼成が可能で、極めて低い誘電率でありながら、機械強度にも優れるため、コイル電子部品のセラミックス層を構成する材料として好適であるが、さらに、焼成時の結晶粒子の生成が極めて少ないため、特に、内部電極層３、３間のセラミックス層２を構成する層間組成物としてより好適である。
本実施形態に係る層間組成物によれば、焼成後のセラミックス層において結晶粒子の生成が抑制され、凹凸の少ない平滑な内部電極層が得られ、コイル電子部品全体として、高周波領域での高いＱ値を実現できる。このような層間組成物は、特に、１ＧＨｚ以上の周波数領域で使用される高周波コイル用として特に好適である。
上記本実施形態では、コイル電子部品１のセラミックス層２は、同一の材料で形成している例を示しているが、必ずしも同一材料にて形成する必要はない。上述のように、本実施形態に係るガラスセラミックス組成物は、内部電極層３、３間のセラミックス層２を構成する層間組成物として特に好適であり、コイル導体３０に接していないセラミックス層２は、他のセラミック材料により構成されていてもよい。
以下、本発明を、更に詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
（実施例１）
まず、第１のガラスとしてＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、第２のガラスとしてＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＯ２として石英ガラス（アモルファスシリカ）、第３のガラスとしてＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスを準備し、表１に示す組成となるように各種原材料を秤量した。
まず、第１のガラスとしてＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、第２のガラスとしてＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＯ２として石英ガラス（アモルファスシリカ）、第３のガラスとしてＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスを準備し、表１に示す組成となるように各種原材料を秤量した。
次に、予め秤量しておいた原材料を、溶媒（９９％メタノール変性エタノール）と共に、ボールミル（メディアはジルコニアボール）を用いて、２４時間湿式混合し、原料スラリーを得た。この原料スラリーを、溶媒がなくなるまで乾燥機にて乾燥させ、ガラスセラミックス材料を得た。
次に、得られたガラスセラミックス材料１００重量部に対して、バインダーとしてアクリル樹脂系バインダー（エルバサイト、デュポン社製）を２．５重量部添加して造粒し、２０メッシュの篩で整粒して顆粒とした。この顆粒を７４ＭＰａ（０．７５ｔｏｎ／ｃｍ２）の圧力で加圧成形して、１７φディスク形状（寸法＝直径１７ｍｍ、厚さ８．５ｍｍ）の成形体を得た。その後、得られた成形体を、空気中、９００℃にて２時間焼成し、焼結体を得た（試料１〜３２）。
次に、得られた焼結体（試料１〜３２）に対し、以下に示す条件で、各種特性評価を行った。結果を表１に示す。
［相対密度］
相対密度（％）は、得られた焼結体の寸法および重量から焼結体密度を算出し、理論密度に対する焼結体密度の比率を算出して求めた。
相対密度（％）は、得られた焼結体の寸法および重量から焼結体密度を算出し、理論密度に対する焼結体密度の比率を算出して求めた。
［比誘電率εｓ］
比誘電率（単位なし）は、ネットワークアナライザー（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製８５１０Ｃ）用いて、共振法（ＪＩＳ Ｒ １６２７）にて測定した。なお、本実施例では、比誘電率５．０以下を良好とした。
比誘電率（単位なし）は、ネットワークアナライザー（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製８５１０Ｃ）用いて、共振法（ＪＩＳ Ｒ １６２７）にて測定した。なお、本実施例では、比誘電率５．０以下を良好とした。
［絶縁抵抗ρ］
絶縁抵抗（単位：Ωｍ）は、得られた焼結体の両面にＩｎ−Ｇａ電極を塗り、直流抵抗値を測定し、抵抗値と寸法から算出した。測定は、絶縁抵抗計（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製 ４３２９Ａ）を用いて、２５Ｖ−３０秒の条件で行った。なお、本実施例では、１×１０７Ω・ｍ以上を良好とした。
絶縁抵抗（単位：Ωｍ）は、得られた焼結体の両面にＩｎ−Ｇａ電極を塗り、直流抵抗値を測定し、抵抗値と寸法から算出した。測定は、絶縁抵抗計（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製 ４３２９Ａ）を用いて、２５Ｖ−３０秒の条件で行った。なお、本実施例では、１×１０７Ω・ｍ以上を良好とした。
（実施例２）
まず、実施例１と同様の方法により、表１の組成となるガラスセラミックス材料を得た。
まず、実施例１と同様の方法により、表１の組成となるガラスセラミックス材料を得た。
次に、ガラスセラミックス材料１００重量部に、バインダーとしてアクリル樹脂系バインダー（エルバサイト、デュポン社製）を加えて十分に混合し、ガラスセラミックススラリーを得た。その後、ドクターブレード法により、得られたガラスセラミックススラリーを成形し、厚さ３０μｍのグリーンシートを得た。
次に、得られたグリーンシートの所定の位置にビアホールを形成した後、別途調製した、銀粉末、ワニスおよび有機溶剤を含む導体ペーストを、上記グリーンシートの表面にスクリーン印刷し、かつビアホールに充填して、所定形状のコイルパターンおよびビアホールを有する内部電極層を形成した。
その後、所定のコイルパターンが形成されたグリーンシートを適切に積層した後、これらを、内部電極層が形成されていないグリーンシートで挟持し、６０℃の温度で１００ＭＰａの圧力で圧着し、所定のサイズに切断して、積層体を得た。
さらに、得られた積層体を、大気中で４００℃に加熱して十分に脱脂した。次いで、焼成炉に積層体を投入し、大気中で９００〜９３０℃の温度域において、１〜５時間保持することにより熱処理（焼成）し、チップ素体を得た。
次いで、銀粉末、ガラスフリット、ワニスおよび有機溶剤を含有した端子電極用導電ペーストを用意し、この端子電極用導電ペーストを、上記チップ素体のコイルの軸方向に対向した両端に塗布して乾燥させた後、７５０℃で焼き付けて、端子電極を形成し、積層チップコイル（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍ）を得た。
次に、得られた積層チップコイル（試料１〜３２）に対し、以下に示す条件で、たわみ強度試験を行った。結果を表１に示す。
［たわみ強度試験］
たわみ強度試験は、試料１〜３２につき各１０個の試料を用いて、基板（ガラスエポキシ基板、大きさ１００ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍ）の中央部に試料をはんだ付けした後、試料がはんだ付けされた面とは別の面（基板裏）から荷重を加え（たわみ量＝１．３ｍｍで５秒保持）、荷重印加後の試料について外観および内部におけるクラックの有無を評価して行った。なお、本実施例では、各試料につき、１０個中クラックの発生が０個のものを良好とした。
たわみ強度試験は、試料１〜３２につき各１０個の試料を用いて、基板（ガラスエポキシ基板、大きさ１００ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍ）の中央部に試料をはんだ付けした後、試料がはんだ付けされた面とは別の面（基板裏）から荷重を加え（たわみ量＝１．３ｍｍで５秒保持）、荷重印加後の試料について外観および内部におけるクラックの有無を評価して行った。なお、本実施例では、各試料につき、１０個中クラックの発生が０個のものを良好とした。
実施例１の結果から、本発明に係るガラスセラミックス組成物からなる焼結体（試料２〜５、１１〜１４、２０〜２４、２７〜３２）は、高い絶縁抵抗と、低い比誘電率を有することが確認された。
さらに、実施例２の結果から、本発明に係るガラスセラミックス組成物からなる焼結体（試料２〜５、１１〜１４、２０〜２４、２７〜３２）を有する積層チップコイルは、たわみに対して優れた強度を有していることが確認された。
（実施例３および４）
第２のガラスとしてＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスを用い、表２に示す組成となるようにガラスセラミックス材料を得た以外は、実施例１および２と同様にして焼結体および積層チップコイルを作製し（試料５１〜８２）、同様の条件で各種特性を評価した。結果を表２に示す。
第２のガラスとしてＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスを用い、表２に示す組成となるようにガラスセラミックス材料を得た以外は、実施例１および２と同様にして焼結体および積層チップコイルを作製し（試料５１〜８２）、同様の条件で各種特性を評価した。結果を表２に示す。
実施例３の結果から、本発明に係るガラスセラミックス組成物からなる焼結体（試料５２〜５５、６１〜６４、７０〜７４、７７〜８２）は、高い絶縁抵抗と、低い比誘電率を有することが確認された。
さらに、実施例４の結果から、本発明に係るガラスセラミックス組成物からなる焼結体（試料５２〜５５、６１〜６４、７０〜７４、７７〜８２）を有する積層チップコイルは、たわみに対して優れた強度を有していることが確認された。
１…積層チップコイル
２…セラミックス層
３…内部電極層
３ａ，３ｂ…引出電極
３０…コイル導体
４…チップ素体
５…端子電極
２…セラミックス層
３…内部電極層
３ａ，３ｂ…引出電極
３０…コイル導体
４…チップ素体
５…端子電極
Claims (8)
- 第１のガラス、第２のガラス、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２からなる主成分を有するガラスセラミックス組成物であり、
前記第１のガラスが、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記第２のガラスが、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記主成分が、その全量を１００重量％としたときに、前記第２のガラスを１２〜３０重量％、前記第１のガラスおよび前記第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、さらに、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含むことを特徴とする、ガラスセラミックス組成物。 - さらに、前記主成分１００重量％に対して、添加物として第３のガラスを５重量％以下で含有し、
前記第３のガラスが、ＳｒＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであることを特徴とする、請求項１に記載のガラスセラミックス組成物。 - 前記ＳｉＯ２が、石英および／または石英ガラスあることを特徴とする、請求項１または２に記載のガラスセラミックス組成物。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のガラスセラミックス組成物を備えるコイル素子。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のガラスセラミックス組成物からなる焼結体。
- 請求項５に記載の焼結体からなるセラミックス層を備えるコイル電子部品。
- コイル導体およびセラミックス層が積層されて構成される電子部品であって、
前記コイル導体がＡｇを含み、
前記セラミックス層が請求項５に記載の焼結体で構成されている電子部品。 - 第１のガラス、第２のガラス、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２からなる主成分を有する高周波コイル用層間組成物であり、
前記第１のガラスが、ＳｉＯ２−Ｋ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記第２のガラスが、ＭＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス（Ｍは、アルカリ土類金属）および／またはＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＺｒＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスであり、
前記主成分が、その全量を１００重量％としたときに、前記第２のガラスを１２〜３０重量％、前記第１のガラスおよび前記第２のガラスを合計で４０〜５６重量％、さらに、Ａｌ２Ｏ３を７〜１８重量％含むことを特徴とする、高周波コイル用層間組成物。
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