JPH0855516A - ガラスセラミックス誘電体材料 - Google Patents

ガラスセラミックス誘電体材料

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JPH0855516A
JPH0855516A JP21046294A JP21046294A JPH0855516A JP H0855516 A JPH0855516 A JP H0855516A JP 21046294 A JP21046294 A JP 21046294A JP 21046294 A JP21046294 A JP 21046294A JP H0855516 A JPH0855516 A JP H0855516A
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JP
Japan
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glass
ceramic
powder
dielectric
dielectric constant
Prior art date
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Pending
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JP21046294A
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English (en)
Inventor
Yoshio Mayahara
芳夫 馬屋原
Hiromitsu Watanabe
広光 渡辺
Kazuyoshi Shindo
和義 新藤
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Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波領域の周波数において高誘電率と
低誘電損失を有し、且つ、低温で焼成可能であるため、
電極や導体材料として銀や銅が使用可能であり、しかも
機械的強度が高く、耐熱性が良好であり、マイクロ波用
回路部品材料として好適なガラスセラミックス誘電体材
料を提供する。 【構成】 重量百分率でガラス粉末40〜90%、セラ
ミックス粉末60〜10%からなり、該ガラス粉末がS
iO2 20〜40%、BaO 20〜40%、TiO2
15〜40%、CaO 0〜15%、SrO 0〜15
%、ZrO2 0〜15%からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にマイクロ波領域の
周波数、具体的には、0.1GHz以上の周波数におい
て高い比誘電率と低い誘電損失を有し、マイクロ波用回
路部品材料として好適なガラスセラミックス誘電体材料
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高度情報化時代を迎え、情報伝達は、よ
り高速化、高周波化の傾向にある。自動車電話やパーソ
ナル無線に代表される移動体通信機器、衛星放送、衛星
通信、CATV等に代表されるニューメディア機器で
は、機器のコンパクト化が強く推し進められており、こ
れに伴い誘電体共振器等のマイクロ波用回路素子に対し
ても小型化が強く望まれている。
【0003】マイクロ波用回路素子の大きさは、使用電
磁波の波長が基準になる。比誘電率εの誘電体中を伝播
する電磁波の波長λは、真空中の波長をλ0 とすると、 λ=λ0 /√ε となる。回路素子は、εの平方根に反比例して小型化で
きるが、また素子の比誘電率が大きいと、電磁波エネル
ギーが素子内に集中するため、電磁波の漏れが少なくな
るという利点もある。
【0004】上記事情から近年では、回路部品材料とし
て、マイクロ波領域の周波数において高い比誘電率を有
するセラミックスが各種開発されている。
【0005】また上記の周波数において高い比誘電率を
有するガラス繊維によって樹脂を補強した材料も開発さ
れ、特開平4−322007号公報、特開平4−367
537号公報において具体的に開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したセラミックス
材料としては、BaO−TiO2 系セラミック、BaO
−Ln23 (ランタニド酸化物)−TiO2 系セラミ
ック、複合ペロブスカイト系セラミック、ZrO2 −T
iO2 −SnO2 系セラミック等が使用されているが、
これらのセラミックスは、シート状に成形し、複数枚を
積層した後、焼成することによって積層型の高周波デバ
イスや回路基板を作製する場合、1200℃以上の温度
で焼成する必要があるため、電極や導体材料として銀や
銅を使用することができず、より耐熱性に優れた高価な
材料を使用する必要があり、材料コストが高くなるとい
う欠点を有している。
【0007】また上記したガラス繊維によって樹脂を補
強した材料は、セラミックスに比べて切断、孔開け加工
等の点で優れているが、0.1GHz以上の周波数で、
10以上の比誘電率を得ようとすると、従来より回路基
板に広く用いられてきたエポキシ樹脂に代えて、ポリフ
ッ化ビニリデン(ε=13)やシアノ樹脂(ε=16〜
20)のような比誘電率の高い樹脂を使用する必要があ
る。しかしながらこのような樹脂は、高周波(特に10
0MHz以上)での誘電損失(tanδ)が高く、マイ
クロ波用回路基板材料としては性能が良くない。しかも
このような樹脂を使用した回路基板は、基本的に耐熱性
が低いという欠点もある。
【0008】本発明の目的は、マイクロ波領域の周波数
において高誘電率と低誘電損失を有し、且つ、低温で焼
成可能であるため、電極や導体材料として銀や銅が使用
可能であり、しかも機械的強度が高く、耐熱性が良好で
あり、マイクロ波用回路部品材料として好適なガラスセ
ラミックス誘電体材料を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は種々の実験
を重ねた結果、SiO2 、BaO、TiO2 を主成分と
する結晶性のガラス粉末と、高誘電率、低誘電損失のセ
ラミックス粉末とを組み合わせることにより、上記目的
を達成できるガラスセラミックス材料が得られることを
見いだし、本発明として提案するものである。
【0010】即ち、本発明のガラスセラミックス誘電体
材料は、重量百分率でガラス粉末40〜90%、セラミ
ックス粉末60〜10%からなり、該ガラス粉末がSi
220〜40%、BaO 20〜40%、TiO2
5〜40%、CaO 0〜15%、SrO 0〜15
%、ZrO2 0〜15%からなることを特徴とする。
【0011】本発明において、ガラス粉末とセラミック
ス粉末の割合を上記のように限定した理由は、ガラス粉
末が40%より少ない(即ち、セラミックス粉末が60
%より多い)と焼成時に緻密化し難いために、焼成体の
強度が著しく低下したり焼成体内部に多数の気孔が生じ
て誘電率が低下する。一方、ガラス粉末が90%より多
い(即ち、セラミックス粉末が10%より少ない)とガ
ラス成分が焼成体表面から浮き出し、表面に印刷される
導体との接着強度が低下する。
【0012】またガラス粉末の組成限定理由は以下の通
りである。
【0013】SiO2 はガラスのネットワークフォーマ
ーであり、その含有量は20〜40%、好ましくは25
〜35%である。SiO2 が20%より少ないとガラス
化範囲より外れ、安定したガラスが得られなくなり、4
0%より多いとガラスの比誘電率が低くなる。
【0014】BaOは比誘電率を高める成分であるとと
もに析出結晶の構成成分となり、その含有量は20〜4
0%、好ましくは25〜35%である。BaOが20%
より少ないと析出結晶が少なくなって比誘電率が低下す
るとともに焼成体の強度が低下し、また溶解性が悪くな
る。BaOが40%より多いとガラス成形時に失透し易
くなる。
【0015】TiO2 も比誘電率を高める成分であると
ともに析出結晶の構成成分となる。またSiO2 と同じ
くガラスのネットワークフォーマーとなり、その含有量
は15〜40%、好ましくは20〜30%である。Ti
2 が15%より少ないと析出結晶量が少なくなって比
誘電率が低下するとともに焼成体の強度が低下し、40
%より多いとガラスの溶解性が悪くなる。
【0016】CaOとSrOは溶解性を向上させてガラ
ス化し易くする成分であるとともに析出結晶の構成成分
となり、その含有量は何れも0〜15%、好ましくは0
〜10%である。これらの成分がそれぞれ15%より多
くなると比誘電率が低下する。
【0017】ZrO2 はガラスの化学的耐久性を高める
成分であり、その含有量は0〜15%、好ましくは0〜
10%である。ZrO2 が15%より多いと溶解性が悪
くなる。
【0018】本発明において使用するセラミックス粉末
としては、高誘電率、低誘電損失の材料であれば種々の
ものが使用できる。特に1GHzにおける比誘電率が9
以上、且つ、誘電損失が20×10-4以下のセラミック
ス材料を使用することが好ましい。
【0019】このようなセラミックス材料の好適な例と
して、Al23 、ZrO2 、ZrSiO4 、ZrTi
4 、TiO2 、BaTi49 やBa2 Ti920
SrTiO3 やCaTiO3 等のRO(アルカリ土類金
属酸化物)−TiO2 系セラミック、BaO・Nd2
3 ・5TiO2 やSrO・Pr23 ・3TiO2 等の
RO−Ln23 −TiO2 系セラミック、2Nd2
3 ・9TiO2 や2La23 ・9TiO2 等のLn2
3 −TiO2 系セラミックを1種又は2種以上組み合
わせて使用することができる。
【0020】
【作用】本発明のガラスセラミックス誘電体材料は、焼
成することによりガラス中からBaTi49 、Ba2
Ti920、Ba2 TiSi28 、CaTiO3 、S
rTiO3 等のRO−TiO2 系結晶が析出する。この
系の結晶は、高誘電率、低誘電損失、高強度であるた
め、これらの特性に優れた焼成体を得ることができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明のガラスセラミックス誘電体材
料を実施例に基づいて説明する。
【0022】表1は、本実施例で使用するガラス粉末
(試料A〜F)を示すものである。
【0023】
【表1】
【0024】表1のガラス試料は以下のように調製し
た。
【0025】まず原料として、純珪粉、炭酸バリウム、
酸化チタン、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、酸
化ジルコニウムを準備し、表中の各組成となるように原
料を調合した後、白金坩堝に入れて1400〜1500
℃で3〜6時間溶融してから、水冷ローラーによって薄
板状に成形した。次いでこの成形体を粗砕した後、水を
加えてボールミルにより湿式粉砕し、平均粒径が1.5
〜3μmの粉末とした。
【0026】こうして得られたガラス粉末は、1GHz
の周波数で、11.0〜13.5の比誘電率と、5〜1
3×10-4の誘電損失を有していた。
【0027】また表2は、本実施例で使用するセラミッ
クス粉末(試料a〜g)を示すものである。
【0028】
【表2】
【0029】表2中、試料aのAl23 と試料bのZ
rO2 は市販品を使用した。またそれ以外のセラミック
ス粉末は、原料として酸化ジルコニウム、純珪粉、酸化
チタン、炭酸バリウム、酸化ネオジウムを準備し、表2
のセラミックスとなるように各原料を調合した後、水を
加えてボールミルにより24時間湿式混合し、次いで乾
燥させてから、表中の焼成条件で焼成し、この焼成物を
ボールミルで平均粒径が1.5〜3.0μmになるまで
粉砕することによって作製した。
【0030】こうして得られたセラミックス粉末は、1
GHzの周波数で、9.0〜100.0の比誘電率と、
0.5〜8.0×10-4の誘電損失を有していた。
【0031】表3、4は、表1のガラス粉末と、表2の
セラミックス粉末とを混合して作製したガラスセラミッ
クス誘電体材料(試料No.1〜16)を示すものであ
る。
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】これらのガラスセラミック誘電体材料から
なるグリーンシートを作製し、その複数枚を積層し焼結
させる方法を以下に述べる。
【0035】まずガラス粉末とセラミック粉末を表中の
割合で混合した後、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を
添加してスラリーを調製する。結合剤としては、例えば
ポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可
塑剤としては、例えばフタル酸ジブチル等、溶剤として
は、例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用する
ことができる。
【0036】次いで上記のスラリーをポリエステルフィ
ルム上にドクターブレード法によって塗布し、厚みが約
0.2mmのグリーンシートを作製する。その後、この
グリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、
機械的加工を施してスルーホールを形成し、導体や電極
となる低抵抗金属材料をスルーホール及びグリーンシー
ト表面に印刷する。次いでこのようなグリーンシートの
複数枚を積層し、熱圧着によって一体化する。
【0037】このようにして得た積層グリーンシート
を、約3℃/分の速度で約500℃まで昇温し、この温
度で約30分保持することによってグリーンシート中の
有機物質を除去する。その後、約10℃/分の速度で表
中の焼成温度まで昇温し、その温度で表中の焼成時間保
持して焼結させる。
【0038】表3、4から明らかなように、実施例の各
試料は、880〜930℃の低温で焼成可能であり、1
GHzの周波数で10〜30の比誘電率と、6.0〜2
0.0×10-4の誘電損失を有していた。しかも曲げ強
度が1600kg/cm2 以上と高く、熱膨張係数が6
5.0〜92.0×10-7/℃であった。
【0039】なお、表中の比誘電率と誘電損失は、イン
ピーダンスアナライザーを使用し、25℃の温度での値
を求めた。熱膨張係数は、石英押棒式のディラトメータ
ーを使用して測定した。また軟化点は、周知のファイバ
ー法によって測定し、比重は、アルキメデス法によって
測定した。さらに曲げ強度は、試料を焼成した後、10
×20×2mmの板柱に成形し、3点荷重測定法によっ
て測定した。
【0040】また実施例では、本発明のガラスセラミッ
クの製造方法として、グリーンシートの例を挙げたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、一般にセラミ
ックの製造に用いられる各種の方法を適用することが可
能である。
【0041】
【発明の効果】以上のように本発明のガラスセラミック
ス誘電体材料は、1000℃以下の低温で焼成すること
が可能であり、電極や導体材料として銀や銅を使用する
ことができる。またマイクロ波領域の周波数において高
い比誘電率と低い誘電損失を有し、しかも耐熱性と機械
的強度が高いため、マイクロ波用回路部品材料として好
適である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量百分率でガラス粉末40〜90%、
    セラミックス粉末60〜10%からなり、該ガラス粉末
    がSiO2 20〜40%、BaO 20〜40%、Ti
    2 15〜40%、CaO 0〜15%、SrO 0〜
    15%、ZrO2 0〜15%からなることを特徴とする
    ガラスセラミックス誘電体材料。
  2. 【請求項2】 セラミックス粉末が、1GHzにおいて
    比誘電率9以上、且つ、誘電損失20×10-4以下のセ
    ラミックス材料からなることを特徴とする請求項1のガ
    ラスセラミックス誘電体材料。
JP21046294A 1994-08-10 1994-08-10 ガラスセラミックス誘電体材料 Pending JPH0855516A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100900088B1 (ko) * 2007-05-14 2009-06-03 주식회사 아이노바 면광원 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100900088B1 (ko) * 2007-05-14 2009-06-03 주식회사 아이노바 면광원 장치

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