JPH06211564A - セラミック基板 - Google Patents

セラミック基板

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JPH06211564A
JPH06211564A JP5005196A JP519693A JPH06211564A JP H06211564 A JPH06211564 A JP H06211564A JP 5005196 A JP5005196 A JP 5005196A JP 519693 A JP519693 A JP 519693A JP H06211564 A JPH06211564 A JP H06211564A
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JP
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ceramic substrate
glass
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bao
ceramic
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Hirobumi Sunahara
博文 砂原
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高誘電率,高いQ値,及び安定した温度特性
を得ながら、低温焼成を可能にして融点の低い電極との
同時焼成を実現できるセラミック基板を提供する。 【構成】 x・ BaO−y・ TiO2 −z・ NdO
3/2(但し、x+y+z=100%)を主成分とし、上記
x,y,zをそれぞれ2.5 ≦x≦15,52.5≦y≦70,15
≦z≦45モル%範囲とする。これにBi2 3 を17wt%
以下及びPbOを10wt%以下添加してなる誘電体磁器組
成物を作成する。また、SiO2 を5〜60wt%、BaO
を40〜80wt%、Al2 3 ,ZrO2 ,TiO2 のうち
少なくとも1種を10wt%以下、B2 3 を5〜20wt%含
み、かつNa2 O,K2 O,Li2 Oのうち少なくとも
1種を0.01〜7wt%含み、さらにSrO,CaO,Mg
O,ZnO,PbOを15wt%以下含むガラスを作成す
る。このガラス5 〜70wt%と上記誘電体磁器組成物30〜
95wt%とを混合した組成物を焼成してセラミック基板と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばマイクロ波帯用
の共振器やフィルタ等の誘電体として用いることがで
き、かつ高誘電率,高いQ値,及び安定した温度特性を
有しながら、低温焼成を可能にして融点の低い電極との
同時焼成を実現できるようにしたセラミック基板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、マイクロ波帯用の共振器やフィル
タ等においては、電子部品の小型化を図るために高い誘
電率εr を有する誘電体セラミック基板を空胴共振器に
置き換えることが行われている。これは誘電体セラミッ
ク基板内部における電磁波の波長が自由空間のそれの1
/εr1/2に短縮される効果を利用したものである。とこ
ろで、誘電体共振器として使用できるゼロ温度係数をも
つセラミック材料の誘電率は、今までのところ100 以下
に限定されており、近年のさらなる小型化の要求には対
応できなくなっている。
【0003】このような小型化に対応するには、マイク
ロ波回路で知られているLC共振器を用いることが有効
である。またこのLC共振器を組み合わせた回路を構成
する場合、積層コンデンサや多層基板等で実用化されて
いるセラミック層と内部電極とを交互に重ねて一体焼結
してなる積層セラミック基板を適用することにより、よ
り小型化を可能にでき、かつ信頼性の高い電子部品が得
られる。この場合、マイクロ波帯で高誘電率,高いQ
値,及び高温での安定性を有するLC共振器を得るに
は、上記セラミック基板の内部電極に高い導電率の金,
銀,銅等を用いる必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のセラミック基板では、誘電体セラミックの焼成温度よ
り内部電極の融点が低いことから、同時に一体焼成する
のが困難である。このため低温での焼結に対応できるセ
ラミック材料の出現が要請されている。
【0005】本発明は上記従来の状況に鑑みてなされた
もので、内部電極に採用される金属の融点よりも低い温
度で焼結できるセラミック基板を提供することを目的と
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本件発明者は、高誘電
率,高いQ値,及び安定した温度特性を有しながら、
金,銀等の内部電極と同時に一体焼結できるセラミック
材料を見出すべき鋭意検討したところ、BaO−TiO
2 −NdO3/2 を主成分とする高周波用誘電体磁器組成
物にガラスを添加し、かつ上記各組成物,及びガラス成
分の添加量を限定することにより上記電極の融点より低
い温度で焼結できることを見出し、本発明を成したもの
である。
【0007】そこで本発明は、x・ BaO−y・ TiO
2 −z・ NdO3/2(但し、x+y+z=100%)と表
したとき、上記x,y,zがそれぞれ2.5 ≦x≦15,5
2.5≦y≦70,15≦z≦45のモル%の範囲にあるものを
主成分とし、これにBi2 3が17wt%以下及びPbO
が10wt%以下添加された誘電体磁器組成物30〜95wt%
と、SiO2 を5〜60wt%、BaOを40〜80wt%、Al
2 3 ,ZrO2 ,TiO 2 のうち少なくとも1種を10
wt%以下、B2 3 を5〜20wt%含み、かつNa2O,
2 O,Li2 Oのうち少なくとも1種を0.01〜7wt%
含み、さらにSrO,CaO,MgO,ZnO,PbO
を15wt%以下含むガラス5 〜70wt%とからなる組成物を
焼成したことを特徴とするセラミック基板である。
【0008】ここで、上記各組成物の添加量を限定した
理由について説明する。 〔主成分をx・ BaO−y・ TiO2 −z・ NdO3/2
に規制した理由〕図1は、上記主成分の組成範囲を示す
三元図である。同図において、上記x,y,zがA領域
では、低温焼結が困難となる。この場合、通常の焼結に
必要な温度である1400℃になると多孔質の磁器しか
得られなくなる。またB領域では温度特性がプラス側で
大きくなり過ぎることから焼結が不安定となる。これは
C領域においても同様のことがいえる。さらにD領域で
は温度特性が逆にマイナス側で大きくなってくることか
ら焼結が進まなくなる。この結果、上記x,y,zの最
適範囲は上記A〜D領域で囲まれた範囲内(図中、斜線
部分)が望ましい。
【0009】〔ガラス組成物の添加量を限定した理由〕
上記B2 3 はガラス粘度下げる働きがあることから、
これを添加することによりセラミック基板の焼結を促進
できる。しかしガラス中のB成分が20wt%を越えると
セラミックグリーンシート上にホウ酸結晶として析出す
る。また上記B 2 3 量を5wt%未満にすると1000
℃以下での基板の焼結が困難となる。
【0010】上記BaOは上記誘電体磁器組成物とガラ
ス反応を促進させ、ガラスの軟化点を下げる働きがあ
る。しかしこのBaO量を40wt%以下にすると上記磁
器組成物との反応が進まず、1000℃以下での焼結が
困難となる。またBaOはセラミック基板のQ値に影響
を与え易く、これの添加量が80wt%を越えるとQ値が
著しく悪化する。
【0011】上記SiO2 量を限定したのは、この量が
60wt%を越えるとガラス化温度が高くなり過ぎること
から、工業的な実用ガラス溶融温度の1500℃以下で
ガラス化しなくなるからである。またSiO2 量を5wt
%未満にすると焼結体の収縮率のばらつきが大きくな
り、セラミック基板としての採用が困難になる。
【0012】また上記Al2 3 ,ZrO2 ,TiO2
はガラス及びセラミック基板の化学的な耐久性を高める
働きをする。しかしこの量が10wt%を越えるとガラス
の溶融温度を高くしてしまうことから、セラミック基板
の焼結温度も高くなる。
【0013】さらに上記Na2 O,K2 O,Li2 Oの
アルカリ成分はガラス化温度を低くする機能を有してい
ることから、セラミック基板の焼結温度を下げるのに有
効である。しかし添加量を0.01wt%未満にするとそ
の効果が得られない。また添加量が7wt%を越えるとセ
ラミック基板の化学的耐久性及びQ値が悪くなる。
【0014】上記SrO,CaO,MgO,ZnO,P
bOはセラミック基板の焼結性,及びQ値を向上させる
働きがある。しかしこの添加量が15wt%を越えるとセ
ラミック基板の収縮率が不安定になる。
【0015】最後に、上記誘電体磁器組成物量を限定し
たのは、これが95wt%を越えると1000℃以下での
焼結が困難となるからであり、また5wt%未満にすると
誘電率及びQ値が低下し、所望の特性が得られなくなる
からである。
【0016】
【作用】本発明に係るセラミック基板によれば、BaO
−TiO2 −NdO3/2 を主成分とする誘電体磁器組成
物にガラスを添加し、かつこの磁器組成物,及びガラス
成分の添加量を上述の範囲に限定したので、従来例えば
1400℃程度必要であった焼結温度を1000℃以下にするこ
とができ、低温焼結が可能となる。その結果、比抵抗の
小さいAg,Au,Cu等の融点より低い温度で同時に
一体焼結することができる。また、本発明のセラミック
基板では、低温での焼結を可能にしながら、高い誘電
率,及びQ値を得ることができるとともに、高温での安
定した温度特性を得ることができる。従って、上記セラ
ミック基板をマイクロ波,ミリ波等の高周波帯域におけ
る共振器,フィルタとして採用でき、ひいては小型化に
貢献でき、かつ品質に対する信頼性を向上できる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
では、本発明のセラミック基板を製造し、該基板の効果
を確認するために行った特性試験について説明する。
【0018】
【表1】
【0019】まず、誘電体磁器組成物を製造する。表1
に示すように、x・ BaO−y・ TiO2 −z・ NdO
3/2 のx,y,zがそれぞれ、x =2.5 〜15.0, y =5
2.5〜70.0,z=15.0〜45.0mol %となるように、BaC
3 ,TiO2 ,及びNd2 3 を秤量し、これに副成
分として、Bi2 3 及びPbO粉末をそれぞれ8〜1
1,2〜15mol %添加混合した。これを1100℃の温度で
1時間仮焼成した後、再び粉砕し、これにより誘電体磁
器組成物(試料番号S1〜S9)を作成した。
【0020】
【表2】
【0021】次に、表2示すように、ガラス成分として
2 3 ,BaO,SiO2 ,Al 2 3 ,Li2 O,
Na2 O,K2 O,CaOを準備し、これらが表に示す
組成比(wt%)となるように調合して原料を作成した。
これを1100℃〜1400℃の温度で溶融した後、水中急冷
し、この後湿式粉砕してガラス粉末(〜)を作成し
た。
【0022】
【表3】
【0023】表3に示すように、上記作成した試料S1
〜S9の中から、静電容量の変化率の小さい試料S2
と、該変化率が最も大きい試料S6とを選択し、この両
試料S2,S6と上記〜のガラスとを調合するとと
もに、両者の添加量を変化させてセラミック材料を作成
した。またこのセラミック材料100 wt%に対して適当量
のバインダー, 可塑剤, 及び溶剤を加えて混練し、スラ
リーを形成した。
【0024】上記スラリーからドクターブレード法によ
り厚さ1mmのセラミックグリーンシートを形成し、該シ
ートを縦30mm, 横10mmの寸法にカットして成形体を作成
した。この成形体を空気中にて870 〜930 ℃の範囲の温
度で1時間焼成し、これによりセラミック基板を得た
(試料No. 1〜No. 24)。そして、この各試料No. 1
〜24の誘電率ε,Q値,及び静電容量の変化率(TC
C)ppm を測定した。
【0025】表3からも明らかなように、所定のモル比
からなるBaO−TiO2 −NdO 3/2 を主成分とする
誘電体磁器組成物に所定量のガラス成分を添加すること
により、焼成温度を1000℃以下にしても高い誘電率, 及
びQ値を有し、かつ静電容量の変化率の小さいセラミッ
ク基板が得られていることがわかる。また上記基本成分
の組成を選定することにより、試料No. 13,14,1
6のように±10ppm/℃以下の容量温度特性も得ること
も可能であることがわかる。
【0026】このように本実施例によれば、上記低温焼
結セラミック材料を採用することにより、マイクロ波帯
で高いQ値を得るために必要な内部電極との同時焼成が
可能となり、従来では困難であった積層型の共振器,フ
ィルタを構成できるとともに、小型化に貢献できる。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明に係るセラミック基
板によれば、xBaO−yTiO2 −zNdO3/2 を主
成分とし、これにBi2 3 及びPbOを所定量添加し
てなる誘電体磁器組成物と、SiO2 , BaO, Al2
3 , B2 3 , Na2 O,SrO等を所定量含むガラ
スとを焼成したので、従来では困難であった低温焼成を
可能にでき、内部電極との同時焼結を実現できる効果が
あり、かつ高い誘電率,及びQ値を得られるとともに、
安定した温度特性を得ることができ、マイクロ波帯用の
積層型共振器,フィルタに適用できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミック基板を構成する誘電体磁器
組成物の組成比を説明するための図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 x・ BaO−y・ TiO2 −z・ NdO
    3/2(但し、x+y+z=100%)と表したとき、上記
    x,y,zがそれぞれ2.5 ≦x≦15,52.5≦y≦70,15
    ≦z≦45のモル%の範囲にあるものを主成分とし、これ
    にBi2 3が17wt%以下及びPbOが10wt%以下添加
    された誘電体磁器組成物30〜95wt%と、SiO2 を5〜
    60wt%、BaOを40〜80wt%、Al2 3 ,ZrO2
    TiO 2 のうち少なくとも1種を10wt%以下、B2 3
    を5〜20wt%含み、かつNa2O,K2 O,Li2 Oの
    うち少なくとも1種を0.01〜7wt%含み、さらにSr
    O,CaO,MgO,ZnO,PbOを15wt%以下含む
    ガラス5 〜70wt%とからなる組成物を焼成したことを特
    徴とするセラミック基板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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