JPS5988370A - 誘電体磁器材料とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低温焼結型で高いＱを有する誘電体磁器材料に
係るもので、特にＬＣ複合チップ素子の一括焼結体を製
造するのに適した低温焼結誘電体磁器材料とその製造法
に関する。

従来、ＬＯ複合チップ素子は、別個に製造されたチップ
インダクタ及びチップコンデンサを組合わせて構成され
、共振作用を有する回路素子、例えばトラップ回路やフ
ィルタ回路として広く使用されている。その製造方法は
、シート法、印刷法などにより誘電体、層と電、極層の
積層、及び磁性体層とコイル形成用導体の積層を行い、
個々の積層体を所定の温度で焼成してそれぞれ焼結チッ
プコンデンサ及び焼結チップインダクタとＬ５これらを
１個１個接着してＬＯ複合チップ素子とすることが一般
的に行われている。別法として、ＬＯｉ合チップ素子を
一括焼成して一体的な素子とする方法も行われている。

この場合にはコンデンサ材料として結晶化ガラスが使用
されているが、チップインダクタのフェライト焼結体と
結晶化ガラス焼結体の熱膨張係数の差が大きいため長期
間使用しているうちに接合面でのクラックやはがれが生
じる。これに対処するためにこれら両材料の中間の熱膨
張係数を有するガラス等の歪緩和層を介在させる必要が
あるのが現状である。

上記の方法のうち、チップ焼結体を接着する方法は、チ
ップ焼結体が微小なため製造工程がはん雑になり大量生
産が容易にできない欠点がある。

また、中間紀和層を形成する方法は余分な層を要する点
で製造工程がはん雑になり、また回路的に機能しない無
駄な部分を含むことになる。

従って、本発明の目的は、一括焼成に適し、中間緩和層
を必要としない、誘電体磁器材料を提供することにあり
、特にフェライト磁性体と共に焼結されるときにすぐれ
た特性を発揮する低温焼結誘電体磁器材料を提供するこ
とにある。

本発明者は磁性フェライトと一緒に焼成されるときに、
磁性フェライトとの間に熱膨張係数の実質的な差がなく
、且つそれに対して十分な接着強度を有する材料を探求
した結果、スピネル型フェライト系の素材とガラスとの
混合焼結体が所期の目的を達成するものであることを見
出した。しかも、本発明の材料は電気特性も高く、比較
的低温で焼結しうるものであることが分った。

本発明者はチップインダクタ用磁性材料として、低温焼
結フェライトを発明しまたが（％願昭５６−１８２３０
７号）、現在それと同程度の焼結温度を有するＬＣ共振
回路紫素子使用できる高いＱを呈する誘電体としては結
晶化ガラスしかないが、上記のように結晶化ガラスは磁
性フェライトとの熱膨張係数の羞が太きいため、接合面
に中間層を介在させなければならなかったが、本発明の
誘電体磁器材料は中間層を用いないで上記の磁性フェラ
イトと一括焼結するのに適した誘電体材料であることが
分った。

本発明の低温焼結誘電体磁器材料は回路素子として必要
な電気特性を有し、そして焼結特性として磁性フェライ
トと同程度の焼結温度及び縮率な有し、さらに焼結体と
して同程度の熱膨張係数を有するものである。従って、
焼成前にＬＯ一体化し７た形状の予成形体を焼結してＬ
Ｃ複合チップを製造でき、上記のように焼結体を１個づ
つ接着したり、接合部に中間緩和１層を形成する必要も
なく、大量生産が容易で、材料の消費量も中間層が不要
であるので少なくて済み、製造コストを低減できる利点
がある。

以下、本発明の詳細な説明する。一般に、スピネル型フ
ェライトは高周波磁性材料として実用に供されており、
　ＣｕＺｎフェライトはその１例である。

このフェライトはＣｕを含むことにより他のスピネル型
フェライトよりも低温で焼結する。また非磁性のＺｎフ
ェライトの含有量に応じてこのタイプのフェライトのキ
ュリ一温度は変化１．、常温の一般に各種電気機器が実
用に供される温度範囲で非磁性のものとしうろことが知
られてＸ、）る。さらにフェライトの誘電率εは一般に
１０以上の常誘電体であるし、またフェライト焼結体の
熱膨張係数αは２価イオンの種類によらず約８０〜１１
０×１０　’／’Ｃの範囲にある。以上から、非磁性の
Ｃ！ｕＺｎフェライトは磁性フェライトと共に一括焼成
するに適する誘Ｐａ１体として用い５るかを検討した。

非磁性０ｕＺｎフエライトの特性を詳しく調べた結果を
第１図に示す。同図は１０００℃で焼成した０ｕＺｎフ
エライトの組成とε、ｑ、ａ、ｓｈ（ξ：比誘電率、Ｑ
：誘電体のＱ、ｄ：焼結密度ｇ廓３、ｓｈ：縮率％）の
関係を示すもので、Ｆｅ２Ｏ３４０〜５　Ｑ　ｙｔ％、
Ｃｕ００〜２０ｗｔ％、ＺｎＯ残部の範囲でＴｃ＝−５
０°Ｃ以下の部分、すなわち−５０°Ｃ以上で非磁性と
なる。しかし、この図から分るように、焼結性は良好で
低温焼結するが０ｕＺｎフエライトのＱは著しく低く、
ＬＯ複合チップの誘電体としては不適当なことが分った
。

フェライトの誘電体としてのＱはその固有抵抗、すなわ
ち、結晶粒の抵抗と結晶粒界の抵抗に依存すると思われ
るので、本発明者はこれらをできるだけ大きくしてＯｕ
Ｚ］１フェライトの抵抗を上げることを試みた。その結
果、非磁性のＣｕｚｒ］フェライト（Ｑｕ＝　Ｏｍｏ１
％も含む）を主成分とする酸化物にガラス成分を添加し
て高抵抗粒界を導入すると、Ｑの値が著しく増大するこ
とが分った。このガラスとしては、焼成温度付近で軟化
する、固有抵抗が１０９０−先以上のガラスであれば良
く、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸ソーダガ
ラス等が使用でき、さらにＭｇＯ、Ａｌ　２０　ａ、Ｐ
ｂＯ，ＺｎＯ１ＣａＯなどのいずれの成分を含んでいて
も良い。

主成分となる非磁性ＣｕＺｎフェライトは、第１図に示
した範囲のうち、右下部分のキュリ一温度Ｔｃ−−５０
以上の部分を除いた紹成から選択する。

Ｆｅ２Ｏ３５０ｍｏ１％を越える組成は焼結体の中にｐ
ｅ２　＋イオンを生じる可能性があり、ｐ　ｅ　２　＋
、Ｆｅ”＋イオンの電気伝導が生じてガラスを含有させ
たとしてもＱを著しく低下させ、また化学量論量に対し
てＦｅｑＯ８が多くなると焼結体を著しく劣下するので
好ましくない。これに対してＦｅ、ｐＯａ　５０　ｍｏ
１％以下であるとスピネル型フェライトの化学量論量か
ら外れるためスピネル固溶体は２相以上のスピネル型フ
ェライトを主成分とする酸化物となるが、誘電体として
は何らの支障がないことが分った。

上に規定した０ｕＺｎフエライトは８００〜１０００℃
の温度範囲で焼成したとき良好な焼結特性を有しており
、Ｌｃ複合チップ素子の材料としてすぐれている。焼成
温度が１０００″Ｃを越える酸化物とガラスの混合焼結
体の場合、酸化物の焼結反応が絣慢で焼結密度が低いた
めその焼結体内部に多数の空孔が生じるため誘電体とし
ては耐湿性に劣り実用に供するのが困難となる。

混合されるガラスの量は、焼結体の全量に対して１〜５
０ｗｔ％の範囲で選択する。一般に上記のガラスはその
熱膨張係数が１０〜５０　Ｘ　１０−７／’Ｃ程度であ
り、これを熱膨張係数が９０〜１００×１　ｏ−７／＊
ｃ程度のＣ！ｕＺｎフェライトと混合焼成した焼結体の
熱膨張係数はその混合割合によって変化する。低温焼成
磁性フェライトの熱膨張係数は約ｇ　□　ｘ　ｉ　ｏ−
、’／”ｃ程度なので、これに複合させる誘電１体材料
の熱膨張係数αは７０−１１０　ＸＩ　ｏｌにの範囲、
すなわち磁性フェライトの熱膨張係数の±２０　Ｘ　１
０　’／℃の範囲にあればよい。この範囲はガラスの量
約５０％以下において実現される。

低温焼成フェライトはその粉末の製造に於て、適当な条
件を選択すれば焼成温度８００〜９００℃の範囲で電気
的、磁気的特性を損うことなくその縮率を１０〜２０％
の範囲で制御しうる。したかってＬ　Ｃ！　ｉｇ合チッ
プを一括焼成で製造する場合に誘電体拐料として満足な
電気的特性を有する非磁性ＣｕＺ　ｎ系フエラ°イトを
主成分とする、酸化物とガラスの混合物の焼結体の縮率
±１％にある低温焼成磁性フェライトと組合すでやれば
、磁性体部分と誘電体１８ｉＳ分の縮率の差による変形
、まがりなどの生じることがなく、ＬＯＩ合チップとし
て十分実用に供せられるものが容易に製造できる。

低温焼成磁性フェライトを用いるチップインダクタは内
部省線としてＡＩＴを用いた焼結体であり、そのＱは５
０程度である。トラップ回路やフィルター回路に要求さ
れる減豆量は一般に−２０ｄＢ以上であり、組合せる誘
電体のＱによってこの減衰量は変化する。第２図は組合
わせる誘電体のＱを変えたときの１、Ｃ共振回路の減衰
量を示すもので、曲線に沿えた数字１はμ＝１０８、Ｑ
＝５０（４Ｍｌ−１ｚ）、５ｈ＝１２％、α＝　９５　
Ｘ　１０−７／’Ｃの焼結チップインダクタ、数字２は
μ＝１５３、Ｑ−４２、Ｓｈ＝］７％、α＝　８９　ｘ
　１０−７／°ｃの焼結チップインダクタ、数字３はμ
＝１２５、Ｑ−４７，５ｈ＝１５％、α＝　９２　Ｘ　
１０−７／’Ｃの焼結チップインダクタな示し、いずれ
も焼成済、度９００℃のものである。第２図から分るよ
うにチップコンデンサのＱが１００以上あれば十分に実
用に供しうろことが分るが、本発明のガラスを混在した
０ｕＺｎフエライト（Ｏｕ　＝　Ｏｍｏ１％も含む）は
この要件を十分に満足する。

次に、本発明の詳細な説明する。

実施例 市販の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅粉体をＦｅ、０゜４０
、５　ｍｏ１％、ＯｕＯ１０，Ｏｍｏ１％、ＺｎＯ４９
，５ｍｏ１％の割合で、１ｉ３０（ｌになるように秤量
し、これに水６００りを加えボールミルに入れて２時間
混合し、混合後乾燥した。次いでこの乾燥粉体を空気中
で７００″Ｃ１２時間仮焼成した。仮焼成した粉体に、
ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ２−８ｉＯｇ系ガラスを０〜１００ｗｔ
％加え、混合物の重−３４２４０９に水４８０りを加え
、ボールミルで１００時間粉砕し、粉砕後乾燥した。

乾燥粉体５０ｇ、結着剤としてエチルセルロースの８％
溶液（溶媒はターピネオール）１６り、溶剤としてター
ピネオール２５９を秤量しら〜・力・い機で２時間撹拌
しペーストを作った。このペースト及びＡｇ粉のペース
トをスクリーン印刷法により交互にε１１層してチップ
コンデンサを作り、乾燥後、焼結体寸法４．５　Ｘ　３
．２　ｇのチップに切断し、８５０°Ｃ及び９００’Ｃ
で２時間空気中で焼結してチップコンデンサを得た。諸
物件は表１に通す通りであった。

表１ ＷＪ３図の曲線１は本実施例（８５０℃焼成のもの）に
よる誘電体のガラス含有率と熱膨張係数αの関係を示す
もので、ガラス量が約５０ｗ係を超えろとαが７０　Ｘ
　１　ｏ−７／’ｃ以下となって、磁性フまうので好ま
しくない。

また１本例のチップコンデンサのうち、ガラス含有量が
０％のものとｌ　Ｑ　ｗｔ％のものについて４ＭＨ２の
Ｑは、８５０℃で焼成のものは、第４図の線１で示す通
りガラスθ％でＱ＝６２であったものが１０ｗｔ％では
Ｑ＝３５０となった。また９００℃で焼成のものは綜２
で示すように０％ではＱ＝４６のものが１０ｗｔ％では
Ｑ＝２８０であった。

実施例２ 実施例１において、ガラスとしてＢ２０ｇ−８ｉ０２を
０〜１００％用いて同じ方法で（焼成温度８５０°Ｃ及
び９００℃）誘電体を製造した。第３図の曲線２で示す
通り、ガラス含有量が約５０　ｗｔ％以下で熱膨張係数
αが約７０〜９　ｓ　Ｘ　１０−７／”Ｃであった。諸
物件を次表に示す。

表２ 実施例３ 実施例１において、カラスとしてＢｅｄｓ　（水和物Ｈ
９Ｉ３０８　）をＯ１３，２及び８．３　ｔｒｔ％用〜
１用量１方法で（焼成温度８５０℃及び９００°Ｃ）−
５−ツブコンデンサを製造した。第４図の＃Ｉ３は８５
０°Ｃ焼成のもの、線４は９００℃焼成のものを示°ず
。り月らかにガラス１％以上でＱは１００以上であり、
８．８％で６００以上となって（・る。諸物件を次表に
示す。

表３ 実施例４ 非磁性フェライトの原料としてＱｕＯを含まなＸ、Ｓで
ＦｅＱＯＢ　４８　ｍｏ１％、Ｚｎ０５２　ｍｏ１％を
用（Ｓ、ガラスとしてＢ、０．　０〜５ｗｔ％用〜・た
他（ま実施例１と同じ方法でチップコンデンサを製造し
た。第５図に示すように、Ｑはガラス１％以上で２００
以上であった。諸物件を次表に示す。

表４ 実施例５ 構成ＨＡ　艮８５０　’Ｃで空気中焼成して得たＮｉＣ
ｕＺｎフェライトで特性としてμ＝１０８、Ｑ　（４Ｍ
Ｈｚ）＝４９．５ｈ＝１３．２％、α＝９４　Ｘ　１０
　”７℃を有する磁性フェライトをＡｇペーストによる
内部コイル形成６体のターンが１８巻となるように積層
して厚さ１．２００μの積層体とし、その上に実施例１
の誘電体材料の４層をＡｇペースト電極と又互にｆｒ６
して厚さ９００μの積層コンデンサとして複合し、８５
０℃で２時間空気中焼成してＬＯ複合チップを得た。そ
の減衰量の周波数ｆ特性を第６図に示す。このＬＯ回路
のｆｒは４．７２　ＭＨｚで減衰−ｔＡ　−２１，５ｃ
ｌＢであり、十分に実用に供せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は非磁性０ｕＺｎフエライトの組成と特性を示す
図、第２図はチップコンデンサのＱがＬＯＷ合チップの
減衰量に及ぼす影響を示すグラフ、第３図は非磁性フェ
ライト誘電体に混合されるガラスの混合比と熱膨張係数
の関係を示すグラフ、第４図及び第５図は非磁性フェラ
イト誘電体に混合されるガラスの混合比とチップコンデ
ンサのＱの関係を示すグラフ、及び第６図は本発明の誘
電体によって構成したＬＯ複合チップの減衰特性を示す
グラフである。 同　　　　　　倉　橋　　　　暎　　ｆ　　ゝ゛ζ（−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　Ｆ’ｅｇＯＢ　４．０〜５０　ｍｏ１％、Ｏｕ
   ＯＯ〜２０ｍｏ１％、及びＺｎＯ残部の範囲でしかもＴ
   ｃ＝−５０°Ｃ以下の組成のＣｕＺｎフェライトを主成
   分とする酸化物に、１〜５０ｗｔ％のガラス組成物を混
   合して成る、非磁性酸化物焼結体。 ２、　　ＦｅＱｏｌ　４０〜５０　ｍ０１％、Ｃｕ００
   〜２０ｍｏ１％及びＺｎＯ残部の範囲でしかもＴｃ＝−
   ５０“Ｃ以下の組成の０ｕＺｎフエライトを主成分とす
   る酸化物に、１〜５０ｗｔ％のガラス組成物を汎合し、
   ８００〜９００℃で焼成する非磁性酸化物の製造法。