JPH0621707A

JPH0621707A - 誘電体共振器の電極形成方法

Info

Publication number: JPH0621707A
Application number: JP17402292A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Todaka; 秀幸戸高; Hiromi Tokunaga; 裕美徳永; Haruchika Rokumaru; 治親六丸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JP3182890B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電極メクレおよびバリの発生を抑え、高温で
熱処理することなく耐食性および電気特性のよい誘電体
共振器を提供する。【構成】セラミック１の表面に第１の金属皮膜を１〜
５μｍの厚みに形成し、第１の金属皮膜およびセラミッ
ク１の不要部分を機械加工で除去し、加工後の金属皮膜
２上に電気めっきにより第２の金属皮膜３を設けて電極
形成をおこなう。【効果】電極メクレおよびバリの発生を抑えることが
でき、その結果、後工程でおこなわれていた電極バリお
よびメクレ検査またはその除去工程が不要となる。ま
た、銅の金属皮膜とその機械加工端を銅の電気めっき層
とその外側の半田または錫の電器めっき層とで覆うこと
により、半田の固相線温度以上で加熱する必要なく、機
械加工端からの電極の腐食を防止することができ、さら
に半田喰われの発生の恐れがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信機器などに用いら
れる、セラミック誘電体からなる誘電体共振器の電極形
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波誘電体共振器等に使用
される誘電体セラミック表面への電極形成法は、銀をそ
の代表とする金属ペースト塗布法と、銅をその代表とす
るめっき法などが多用されている。特にめっき法は、形
成される電極厚みのバラツキが小さいこと、および工数
が少なく量産性に優れている点などから広く用いられて
いる。

【０００３】金属ペースト塗布法は、特に銀ペーストが
広く用いられていて、銀粉末にガラスフリット、有機バ
インダーおよび溶剤を混合し作製されたペーストセラミ
ック素子表面に付着させて熱処理することによりガラス
フリットを溶融固着させ、電極を形成させる方法であ
る。その電極厚みは、めっき処理法に比較してバラツキ
が大きいため２０〜５０μｍと厚めに塗られることが多
い。この方法は、セラミックそのものを金属ペースト浴
に浸漬し、セラミック表面全部に電極を焼付け形成した
後で機械加工する方法、またはセラミック表面の一部分
のみに金属ペーストをスクリーン印刷や筆などにより塗
布し８００℃前後で焼付けする方法の２種類がある。

【０００４】一方めっき法は、その電導率が銀についで
高いので、銅めっきが広く用いられている。めっき法は
セラミック素地に重金属の中間層を介して無電解銅めっ
きをした後、銅、錫、半田などの電気めっきをおこな
い、電極形成をおこなう。その厚みは、金属ペースト塗
布法に比較してバラツキが少ない。例えば、高周波フィ
ルター用としては、電極厚みが３〜３０μｍのものが実
用されている。めっき方法には、セラミックそのものを
めっき浴に浸漬し、セラミックの表面全部に電極を形成
した後で機械加工する方法や、セラミック表面の一部分
にレジスト印刷を組み合わせてめっきする方法の２種類
がある。

【０００５】マイクロ波誘電体共振器では、量産性およ
びコスト面より、また誘電体共振器の共振周波数がその
寸法によって決まることもあって、セラミック表面全部
に一度電極を形成した後、機械加工による不要部分を除
去する方法がよく取られる。この機械加工は、ダイヤモ
ンド、炭化珪素などを加工メディアとした研削設備や研
磨設備が広く使われているが、セラミック部分と金属で
ある電極部分を同時に研削もしくは研磨する必要があ
り、重要な工程となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の機械加工による電極形成方法では、金属結合を有す
る電極と、イオン結合、共有結合またはその中間の結合
状態を有するセラミックの研削加工特性が根本的に大き
く異なるため、同一加工条件下で加工すると、図３に示
すように、加工面付近に加工部分以外の電極メクレや、
図４に示すように、研削または研磨されず残留する電極
のバリが発生しやすくなる。このようなマイクロ波誘電
体共振器をフィルター回路に組み込んだ場合、電極メク
レまたはバリが、回路上に落下もしくは接触して、回路
のショート原因の一つとなる懸念が生ずる。

【０００７】また機械加工された電極端面は、図５に示
すように、金属皮膜層を多層化していたとしても内部の
金属皮膜が露出することになり、銅などの酸化され易い
材料を内部の金属皮膜に使用した場合は、この露出部分
よりセラミックと電極の界面に腐食が進行し、マイクロ
波誘電体共振器としての特性が劣化する可能性が残るこ
とになる。最近、銅＋半田または銅＋錫の電極構造を取
ったものでは、半田固相線温度〜３００℃で熱処理する
ことで半田を溶融させ、機械加工端面に生じた銅の金属
皮膜の露出部分を覆う方法が報告されたが、半田の溶融
相が銅の金属皮膜を浸食し、半田食われという現象を起
こすなどの問題があった。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するもの
で、電極の機械加工を行うときに、電極めくれやばりを
発生せず、耐腐食性の優れた電極形成方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、セラミック表面に厚さ１〜５μｍの第１の
金属皮膜を形成させ、端面の金属皮膜およびセラミック
を機械加工で除去し、加工後の金属皮膜上に電気めっき
により第２の金属皮膜を設けるようにしたものである。

【００１０】また、第１の金属皮膜が銅のめっき層であ
り、第２の金属皮膜が銅の電気めっき層でその外側に半
田または錫のいずれかの電気めっき層を形成するように
したものである。

【００１１】

【作用】この方法によれば、セラミック表面に厚さ１〜
５μｍの第１の金属皮膜を形成させた後、金属皮膜およ
びセラミックの不要部分を機械加工で除去することによ
り電極のメクレやバリの発生を抑えることができる。

【００１２】また、セラミック加工面以外、すなわち銅
からなる第１の金属皮膜とその機械加工端を、第２の金
属皮膜である銅の電気めっき層を形成し、さらにその外
側を半田または錫のいずれかからなる電気めっき層で覆
うことにより、半田の固相線温度以上に加熱せずに、機
械加工端からの電極の腐食を防止することができる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１４】（実施例１）図１（ａ）〜（ｅ）に本実施
例の電極形成方法を示す。まずチタン酸バリウム系やチ
タン酸マグネシウム系のマイクロ波用誘電体セラミック
材料の原料粉体をバインダーなどを添加して混合粉砕す
る。こうしてできた造粒粉体を約８００kg／cm²の成形
圧で成形する。

【００１５】（第１工程）各材料系に適する温度で焼成
して基体を作製する。ここでは、幅５mm、内径１mm、高
さ６mmの焼成体として基体を作製した（図１（ａ））。

【００１６】（第２工程）基体のセラミック表面全部
に、洗浄、エッチング等の工程を経て、重金属の中間層
を介した無電解めっき及び電気めっき法にて厚み２μｍ
の銅からなる第１の金属皮膜を形成する（図１
（ｂ））。

【００１７】（第３工程）粒度＃２７０の人造ダイヤモ
ンド金属被覆砥石を使用した研削機械で、一端面を１mm
研削して、基体の一部とその部分の第１の金属皮膜を取
り除く（図１（ｃ））。

【００１８】（第４工程）この後、１０％の硫酸水溶液
等に浸し第１の金属皮膜の表面に発生した酸化層を取り
除き、更に電気めっき法で、厚み５μｍの銅を形成する
（図１（ｄ））。

【００１９】（第５工程）更に、厚み２μｍの半田また
は錫からなる金属皮膜を形成し、誘電体共振器を完成さ
せた（図１（ｅ））。

【００２０】図２に完成した誘電体共振器の構成を示
す。図５に示す従来の電極端面と比較して、本発明の電
極端面は内部電極が露出していない。

【００２１】このようにして電極形成された誘電体共振
器と、電極厚みが同じになるようにして電極形成後に一
単面を研削するという従来の方法で作製された誘電体共
振器を、量産レベルの数量で比較した。本実施例による
誘電体共振器には電極バリやメクレは全く見られなかっ
たが、従来の方法で作製した誘電体共振器には１０〜３
０％程度の誘電体共振器に電極バリまたはメクレが発生
していた。このとき、電極のセラミックに対する見かけ
の密着強度は共に１kg／mm²で差がなかった。

【００２２】（実施例２）酸化チタン、酸化バリウム、
酸化ネオジウムを主成分とする幅５mm、内径１mm、高さ
６mmに成形、焼成したマイクロ波誘電体セラミック上
に、銀ペーストを塗布して作製した誘電体共振器、重金
属の中間層を介して無電解銅めっきおよび銅の電気めっ
きを施した誘電体共振器、また同様の方法でニッケルめ
っきを施した誘電体共振器を、それぞれ（表１）に示す
ように電極厚みを変えて作製し、これを下記（ａ）〜
（ｃ）の３種類の加工条件で１mm研削加工した。

【００２３】ここでの加工条件は、（ａ）荒い研削加工
の例として、人造ダイヤモンド金造被覆砥石の粒度＃１
７０で切り込み量５μｍ、（ｂ）精研削加工の例とし
て、人造ダイヤモンド金造被覆砥石の粒度＃２７０で切
り込み両０．５μｍとした。尚研削液は、共に水溶性研
削油を用いた。さらに（ｃ）研磨加工の例として、炭化
珪素砥粒の粒度＃２０００をラッピングオイルに混合さ
せたものでその研磨速度が１０μｍ／分という条件で研
磨した。

【００２４】また、サンプル数を各条件とも１０個と
し、電極バリ、メクレの有無はその最大長が０．１mm以
上を有りとし、それ以下は無しと判断した。

【００２５】（表１）に結果を示す。表中左側の○×は
電極バリを、右側の○×はメクレを示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】（表１）からわかるように、加工条件、電
極の材質およびその形成方法により電極バリ、電極メク
レの発生状態は多少変化するが、電極厚みが薄くなるほ
ど発生しなくなっている。特に５μｍ以下ではどの加工
条件、電極でも電極バリ、メクレは見られない。この結
果より本事例では第１の金属被覆の厚みの上限を５μｍ
と設定した。

【００２８】銅は金属の中でも金、銀、白金と同様に延
性が大きい物質である。また電極に使われるいくつかの
金属単体の引張り強さ、すなわち、破壊するときに物質
に生ずる最大応力を（表２）に示す。ニッケルおよび銅
は比較的高い値を示している。これらの物性および（表
１）の結果より一般的な加工設備を使用する限り、第１
の金属被膜の電極バリまたはメクレを発生しない厚み上
限を５μｍとしたことは、銅、ニッケルまたは銀ペース
トより得られた銀の電極のみに限らず、多くの電極材で
妥当なものと考える。なお、銀塗布により作製した電極
にはガラスフリットなどが入っているため、銀単体より
延性が小さくなっている。

【００２９】

【表２】

【００３０】（実施例３）酸化チタン、酸化バリウム、
酸化ネオジウムを主成分とする幅５mm、内径１mm、高さ
６mmに成形、焼成したマイクロ波誘電体セラミック上
に、第１の金属皮膜として０．５〜８μｍの範囲で厚み
の異なる銅めっきをおこない、９００ＭHz程度でＴＥＭ
モードの共振周波数が現れるように約１mm端面を研削
し、その誘電体共振器の特性を調べた。（表３）にその
結果を示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】電極厚みが０．５μｍでは誘電体共振器と
しての周波数の共振点が現れず、少なくとも１μｍ以上
の電極厚みがなければ共振周波数が測れないため、第１
の金属被膜を形成させ研削加工しても、量産時に目標と
する研削寸法が正確に決められないことがわかった。こ
の結果より、本実施例では第１の金属被膜の厚みの下限
を１μｍと設定した。

【００３３】（実施例４）酸化チタン、酸化バリウム、
酸化ネオジウムを主成分とする幅５mm、内径１mm、高さ
６mmに焼成、作製したマイクロ波誘電体セラミック上
に、第１の金属皮膜として２μｍ厚の銅めっきをおこな
い、９０ＭHz程度でＴＥＭモードの共振周波数が現れる
ように約１mm端面を研削した。さらに、第２の金属皮膜
として、５μｍ厚の電気銅めっきをおこない、最後に２
μｍ厚の電気半田鍍金をおこなった。

【００３４】また従来の電極形成法と比較のため、上記
と同様のマイクロ波誘電体セラミック上に、７μｍ厚の
銅めっきと２μｍ厚の半田めっきをおこなった後、約１
mm端面研削をおこなった誘電体共振器を作製し、誘電体
共振器としての特性を比較した。結果を（表４）に示
す。

【００３５】

【表４】

【００３６】（表４）に示すように、両誘電体共振器は
同様の特性を示した。以上の結果より、本実施例の誘電
体共振器は従来と同様に使用できることがわかった。な
お、本実施例の電極形成方法で作製した誘電体共振器に
は電極バリ、電極メクレは全く発生しなかったが、従来
の誘電体共振器には３０％の誘電体共振器に電極バリま
たはメクレが発生した。

【００３７】（実施例５）実施例４の方法で作製された
誘電体共振器と、従来の誘電体共振器をそれぞれ８０，
１００，１５０，２００，２５０，３００，３５０℃で
熱処理し、その特性および外観変化を調べた。

【００３８】

【表５】

【００３９】（表５）に示すように、従来の誘電体共振
器では約３００℃の高温でなければ、電極研削面の加工
端面に半田がまわらないが、本実施例の共振器では始め
から電極加工端面上に半田があり、電極端面が腐食され
る心配がない。また、熱処理によってＱ特性の向上がは
かれるが、本実施例の電極構造では、熱処理しなくても
電極加工端面に半田があるため、半田固相線温度以下の
温度での熱処理でＱ特性を向上することができる。この
結果、半田喰われの恐れのある高温放置処理をしなくて
済むことになる。ここで使用した半田組成は錫合金比で
８０〜９０％前後のものを使用した。

【００４０】なお、上記の各実施例において、半田を錫
に代えてめっきを行っても、半田を使用した場合と同様
の効果が得られた。

【００４１】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば、セラミック表面に形成する第１の金属
皮膜を１〜５μｍ厚に限定した後、不要部分を機械加工
で除去することで電極メクレおよびバリの発生を抑える
ことができ、その結果、従来、後工程でおこなわれてい
た電極バリおよびメクレ検査またはその除去工程が不要
となる。

【００４２】また、セラミック加工面以外、すなわち銅
を主体とする第１の金属皮膜とその機械加工端を、第２
の金属皮膜である銅の電気めっき相とその外側の半田ま
たは錫のいずれかからなる電気めっき層とで覆うことに
より、半田の固相線温度以上で加熱する必要がなく、機
械加工端からの電極の腐食を防止することができるとと
もに半田喰われが発生しなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例の誘電体共
振器の電極形成工程を示す斜視図

【図２】同誘電体共振器の構成を示す断面図

【図３】（ａ）は従来の誘電体共振器の電極メクレを示
す斜視図（ｂ）は同断面図

【図４】（ａ）は同誘電体共振器の電極のバリを示す斜
視図（ｂ）は同断面図

【図５】同誘電体共振器の構成を示す断面図

【符号の説明】

１基体２第１の金属皮膜３電気めっき銅層４電気めっき半田層または錫層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック誘電体表面に、厚さ１〜５μｍ
の第１の金属皮膜を形成した後、前記セラミック誘電体
の端面に付着した前記第１の金属皮膜および前記セラミ
ック誘電体の端面を機械加工により除去し、機械加工後
の前記第１の金属皮膜上に第２の金属皮膜を電気めっき
により形成する誘電体共振器の電極形成方法。
【請求項２】第１の金属皮膜が銅の化学めっき層であ
り、第２の金属皮膜が銅の電気めっき層で、その外側に
半田または錫を電気めっきする請求項１記載の誘電体共
振器の電極形成方法。