JPS632311A - セラミツクの製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミック、特に磁器コンデンサー等の電子部
品基材乃至はコンデンサー内蔵磁器基板等の電子部品内
蔵電子回路基体など電子材料やその他広範な用途に利用
し得るセラミックを製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、回路基体は、導体回路のみ、導体回路と抵抗、も
しくは導体回路と抵抗と限られ九範囲のコンデンサーを
具備して構成され、そめ他の機能部分は、素子として分
離して基体に装着されて込た。

即ち、例えば従来の磁器基板においては、導体と抵抗体
の内蔵基板が中心であシ、コンデンサーはチップ部品等
としてはんだ付によシ装着していた。この為、電子回路
の小型化には限界があった。

第１５図にその１例を示す。１５１は磁器基板、１５２
は導体回路、１５３は抵抗体、１５４はチップコンデン
サーである。

近年、同一の磁器基板内で銹電率を変化させる本により
、基板内に複数個のコンデンサーを内蔵させようとする
試みがなされている。つまり第１６図に示すように、高
誘電率ｅ、の部分１６１゜１６３と低誘電率６．の部分
１６２を分離する事によシ同−基板上に複数個のコンデ
ンサー全形成させようとする試みである。しかしながら
、従来、同一基板内に異なった誘電体部分を形成する方
法が非常に難しく、例えば積層セラミックコンデンサー
を作製する場合の煩雑さを考えれば自明である様に、複
数個のコンデンサーを内蔵する基板は、未だ実現乃至実
用化されていないのが現状である。

また、高誘電率の部分１６１．１６３ｙ＆：限られた構
造スイースのなかで動作１互いに影響を及ぼし合わない
程度に素子機能部分として十分に分離された状態にする
ことも、重要な技術的課題となってい念。

更に、この様な電子部品乃至は電子回路基体にまつわる
機能部分の分離内蔵の問題点は、誘電体磁器に限らず、
セラミック内に２つ以上の同種又は異種の機能部分を形
成しようとする場合に、普く顕現されていた。

そこで、本発明者らは複数の機能部分を十分に分離され
た状態で画成し得る有効な手段として、セラミック内部
の密度や組成を自在に変え得る方法を見出し、本発明を
完成するに至つな。

〔発明の目的及び概要〕

本発明の目的は、複数の機能部分を十分に分離された状
態で有し得るセラミックの製造法を提供することにある
。

上記目的は、成形体の表面に該成形体の成分を吸収する
物質を接触させて焼成することを特徴とする本発明のセ
ラミックの製造法によって達成される。

〔発明の詳細な説明及び実施例〕

本発明方法によって、例えば、電子部品や電子回路基体
等の電子材料セラくツクを製造する場合、セラミックが
有し得る前記機能部分として、例えばコンデンサー、抵
抗、絶縁体、ダイオード、トラーンジスター等の電子部
品構成単位を例示することができる。この轡な機能部分
は、本発明方法を実施して、セラミックの表層部分乃至
は内部に密度の異なる領域を画成することにより、例え
ば誘電率の異なる領域を形成せしめることによシ得られ
る。この場合、機能部分は、前記誘電率の異なる領域を
互いに分離してセラミック内に配置することにより構成
することができるし、あるいは、前記誘電率の異なる領
域を介在させることにより互いに分離して構成すること
もできる。ま次、密度の異なる領域ｔ−画成する場合に
、構成物体の組成が同じであっても密度の異なる領域を
形成せしめることができる。あるいは、単なる密度の相
違に加えて構成粒子の組成や粒子の大きさ、粒子構造乃
至は微構造（例えば結晶構造や非晶質ネットワーク等）
ｆｉｒ：変えることによシ更に積極的に誘電率を異なら
しめることもできる。

以下１本発明のセラミックの１つの具体例としで、誘電
体磁器について詳しく説明する。

誘電体磁器は、通常例えばＢａＴ’＞０．５ｒＴｉＯｓ
、ＭｇＴｉ０．、（Ｂａ、５ｒ）（Ｔｉ、５ｎ）０３系
複合酸化物（固溶体も含む）、（Ｂａ、Ｓｒ　）Ｔｉ０
３系複合酸化物（固溶体も含む）、（Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ
）Ｔｉ０３系複合酸化物（固溶体も含む）、（Ｓｒ　、
Ｐ　ｂ　）Ｔｉ　０３系複合酸化物（固溶体も含む）、
（ＳｒＣａ）ＴｉＯ系複合酸化物（固溶体も含む）　、
Ｆｅ２Ｏ２、Ｚｎα８１３Ｎ４などの誘電体成分の１種
又は２種以上を用い、成形、焼成して焼結体を得る方法
や、前記誘電体成分に半導体化に必要な成分としてＬａ
、Ｄｙ、　Ｎｄ、　Ｙ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｅｒ、　Ｇ
ｄ、　Ｈｏ、　Ｃｏ等の酸化物などを添加し混合した後
、圧粉状の成形体を得、−次焼成して半導体化し、次い
で焼成体表面に金属又は金属酸化物（例えばＣｕ、　Ｃ
ｕｂ、　ＭｎＯ２、Ｔｔ２０５、ＰｂＯ，Ｐ２Ｏ５、Ｂ
ｉ２Ｏ，、Ｎｂ２Ｏ、ＺｎＯ等）を塗布し、二次焼成し
て粒界絶縁層を形成せしめることにより得られる。

本発明のセラミックとしての誘電体磁器は、前記誘電体
成分から半導体化を経ないで直接得られる焼結体で構成
されても、例えば前記半導体化を経て得られる誘電体磁
器で構成されてもよく、あるいはこれらの混合系で構成
されてもよい。

例えば板状の誘電体磁器について、前記誘電率の異なる
領域及び機能部分の形状例を示すと、第１図乃至第４図
の様になる。なお、第１図乃至第４図の例において、１
は板状誘電体磁器、Ａは誘電率の異なる領域であり、Ｂ
は機能部分であり、Ａ　（Ｂｌは誘電率の異なる物体で
置換し次領域であると同時に機能部分である。

第１図においては、板状誘電体磁器１の両主面に到達す
る断面矩形の領域Ａが設けられ、この領域Ａを挾んで、
２つの互いに分離された機能部分Ｂ、Ｂが設けられてい
る。

第２図の例では、磁器１の両主面の夫々の表層部分に断
面矩形の領域Ａ、Ａが設けられ、これらの領域Ａ、Ａを
挾んで、２つの互いに分離された機能部分Ｂ、Ｂが設け
られている。

第３図の例では、磁器１の１方の主面の表層部分に断面
矩形の領域Ａが設けられ、この領域人を挾んで、２つの
互いに分離された機能部分Ｂ、Ｂが設けられて騒る。

第４図の例では、互いに離隔して磁器１の両主面ば到達
する断面矩形の領域Ａ　（Ｂ）が設けられ、２つの互い
に分離された機能部分を構成している。

なお、第１図乃至第４図の例では、誘電率の異なる物体
で置換した領域人を１つ又は２つ設けているが、これに
限定されず、所望する機能部分の数に応じて決めること
ができ、３つ以上の領域を設けてもよいことは、言うま
でもない。また、前述した様に、磁器１は主として前記
誘電体成分から半導体化を経なりで直接得られる焼結体
により構成されるが、例えばＡ％　Ｂ及びＡ　（ａ）の
少なくとも１つを前記半導体化を経て得られる誘電体磁
器に置き換えることもできる。

前記機能部分Ｂ又はＡ　（Ｂ）は、例えば高誘電体で構
成することができ、この場合、第１図乃至第３図の例で
は領域ＡをＢよりも低誘電率の物体で構成して機能部分
Ｂ、Ｈの分離を十分に行なうことができる。また、第４
図の例では機能部分Ａ　（Ｂ）を周囲よりも高誘電本の
物体で構成して分離することができる。

前記誘電率の異なる物体で置換した領域を設ける方法と
しては、本発明のセラミックの製造法を実施して、成形
体を焼成するにあたシ、例えば成形体の成分である誘電
体乃至は誘電体を形成するための前駆体の粒子乃至は粒
子群の密度を変えた部分を形成して設ける方法がある。

この様な方法により、密度が減少して例えば低置１！率
化された部分を挾んで互いに離隔した部分を確保するこ
とにより、１つのセラミック内部に２つ以上の高誘電体
部分を形成せしめることができる。

なお、前記底形体とは、例えば圧粉体（原料と、なる例
えば金属酸化物類の圧粉状の固体）、焼成体又は焼結体
（磁器類等）などを包含し、誘電体乃至は前述した誘電
体を形成するための前１駆体（例えば前述の圧粉状の固
体や、粒界絶縁型の高誘電体を合成するときに一次焼成
により得られる半導体磁器や半導体粒子群から成る固体
等）を含むものを言う。

また、前記誘電体乃至は誘電体を形成するための前駆体
の粒子とは、例えば前記金属酸化物類の粒子、焼成体粒
子、焼結体粒子、半導体粒子及び誘電体粒子等を包含す
る。

なお、密度を減少させて低誘電率化される部分を形成す
る場合は、密度の減少されていない部分の１０７１１以
下、更には１０　／　１３以下とするのが好ましい。

本発明で使用する前記成形体の成分を吸収する物質とは
、成形体表面に接触させ焼成時に成形体の主として主体
成分を熱拡散により移動させることによシ、成形体の成
分を吸収可能な物質を意味し、具体例としては、比較的
低温（成形体の成分の焼結温度以下）で液相等が発生し
かつその物質自体が成形体に熱拡散しにくいもの又は熱
拡散しても成形体の成分に悪い影響を与えないものを選
ぶ必要がある。

例えばＳ量０□、Ａｔ２０３、ＳＩＯ□とＡｔ２０３の
混合物、ＭｇＯなどが挙げられる。成形体の成分を吸収
する物質は、例えばペースト状、板、シート等成形体状
、粉末状などの形状で成形体に接触される。

成形体の成分を吸収する工程は、１次焼成時、２次焼成
時、誘電体磁器完成後の３次焼成時などに行なわれるの
が有利である。

焼成の雰囲気温度条件については、成形体の成分を吸収
する物質の接触していない部分の特性が劣化しない温度
と雰囲気を保つことが望ましいこと以外には特に制限は
ない。例えば成形体成分、特に成形体の主体成分の焼成
温度よυ低い温度とすることが望ましい。

また、本発明方法においては、成形体成分を吸収する物
質を接触させて焼成し、構成物体の密度の異なる領域を
形成すると共に、他の方法で密度の異なる領域を設けた
シ、これらの領域乃至は他の部分の構成物質の組成乃至
は微構造等、あるいは構成粒子の大きさを変えることに
よシ、誘電率を異ならし′めることかできる。

密度の異なる領域を設ける他の方法としては、例えば成
形体を形成するときに用いるバインダー量の増減等で誘
電体乃至は誘電体を形成するための前駆体の粒子群の密
度を変えた部分を区画して底形する方法が挙げられる。

前記成形体とは、例えば圧粉体（原料となる例えば金属
酸化物類の圧粉状の固体）、焼成体又は焼結体（磁器類
等）などを言い、誘電体乃至は誘電体を形成するための
前駆体（例えば前述の圧粉状の固体や１粒界絶縁型の高
誘電［１−合成するときに一次焼成によシ得られる半導
体磁器や半導体粒子群から成る固体等）を含むものを言
う。

この方法の特徴は、前記成形体に空所を設け、該空所内
に誘電率の異なる物質を充填し、必要に応じて焼成等の
工程を経て誘電率の異なる物体を形成せしめることにあ
る。従って、成形体に単一もしくは複数の空所を設け、
例えば低誘電率の物質を充填することによシ、空所の周
囲で高誘電率化されるべき部分を２つ以上に分離して、
互いに離隔し次２つ以上の高誘電体部分を画成せしめる
ことができる。

空所を設ける方法としては、例えば中子を用いた成形、
打ち抜き、レーザー加工、サンドブラスト、超音波加工
、放電加工、研削加工（ダイヤモンドツール等）、エツ
チング（鉛レジスト、フッ酸処理等）などが挙げられる
。

空所に充填される、例えば低誘電率の物質としては、例
えば、融点が磁器本体よりも低いものがなお更よく、例
えばｐｂｓｔｏ、、Ｂ５１０３、Ｌｉ５ＩＯ３，各種結
晶化ガラス等が好適である。あるいは、前述した誘電体
成分や、粒界絶縁型の高誘電体を形成するときに用いる
前記半導体化に必要な成分の種類や量を適宜変更した粉
体を選択して誘電率の異なる物体を構成することもでき
る。

（１１）誘電率の異なる物体を形成し得る２種以上の誘
電体形成粒子群を互いに区画して充填して成形体を得る
方法。

前記誘電体形成粒子群とは、例えば誘電体を形成し得る
金属酸化物類等の粒子群、誘電体自体の粒子群、前記粒
界絶縁型の高誘電体を形成するための半導体粒子群、お
るいはこれらの混合物などを意味する。２種以上の誘電
体形成粒子群全互いに区画して充填する方法としては、
例えば、常温圧縮成形において用いる金型内を有機樹脂
等焼成による加熱により分解や蒸発等で揮散し得る物質
から成る仕切材で区画し、各区画内に各々所望の異種の
誘電体形成粒子群を充填し、その後の焼成などの加熱に
よシ仕切材を揮散させる。あるいは、前記仕切材として
、金型内に異種物質を詰めた後に容易に取外すことので
きるものを用い、異種物質を詰め、仕切材を取外して加
圧成形する方法などがある。

４ｉＤ　　成形体が半導体磁器であシ、該半導体磁器の
内部に電子部品形成用拡散源からの拡散層を形成せしめ
て誘電率の異なる物体を構成する方法。

この方法においては、前述した一次焼成により得られる
半導体磁器の表面上に、電子部品形成用拡散源として、
例えば前述した金属又は金属酸化物を互いに離隔した部
位で塗布して拡済源の層を形成し、次いで通常酸化性雰
囲気中で二次焼成することにより、半導体磁器内部に前
記拡散源からの、互いに離隔した２つ以上の拡散層を形
成することにより、２つ以上の高誘電体部分を形成する
。

おるいは、低誘電率化し得る拡散源として、例えばＭｇ
Ｔ１０３．８１０□、Ａｔ２０３等の層を形成して二次
焼成によシ半導体磁器の内部に低誘電率の拡散層を形成
せしめると共に、この拡散層の周囲に互いに離隔し次状
態で前述した金属又は金属酸化物による高誘電率の拡散
層を形成せしめるか、あるいは半導体化を経ない高誘電
体部分を形成せしめておき、２つ以上の高誘電体部分を
低誘電率の拡散層を介して分離せしめる。

なお、この方法において、使用する拡散源は適宜変えて
もよいし、また、形成されるコンデンサー構成単位の数
にも特に制限はない。

（１■）成形体が、誘電体乃至はその前駆体を含むもの
であシ、該成形体を部分溶融することによシ誘電率の異
なる物体を構成する方法。

前記成形体とは、前記（１）項で説明した成形体と同じ
意味を有する。

この方法の特徴は、前記成形体を部分溶融して誘電率の
異なる部分を形成せしめることにある。

従って、成形体に単一もしくは複数の部分溶融部分を形
成し、これらの部分のそれぞれを例えば周囲よシ低誘電
率化することにより、これらの部分を挾んで、高誘電率
化されるべき部分を２つ以上に分離して、互いに離隔し
た２つ以上の高誘電体部分を画成せしめることができる
。

部分溶融の方法としては、例えばレーザー（Ｃｏ□レー
ザー、ＹＡＧレーザー等）照射、電子線照射等の方法が
優れている。

構成粒子の大きさを変えて誘電率を異ならしむる具体的
方法として、成形体を焼成するにあたム成形体の表層部
分乃至は内部に焼成による粒成長が強制的に促進又は抑
制されて誘電率の異なる部分を形成せしめる。これによ
り１例えば粒成長が促進されて高誘電率化された部分を
互いに離隔して設けたり、あるいは粒成長が抑制されて
低誘電率化され九部分を挾んで互いに離隔した部分全確
保することによシ、１つのセラミック内部に２つ以上の
高誘電体部分を形成せしめることができる。

なお、粒成長を促進して高誘電率化される部分を形成す
る場合は、粒径を促進されていない部分の１．５倍以上
、更には４倍以上とするのが好ましく、−方、粒成長乃
至は再結晶を抑制して低誘電率化される部分を形成する
場合は、粒径を抑制されていない部分のｉ以下、更には
７以下とするのが好ましい。

かくして得られる磁器等の本発明に係るセラミックを用
いて例えば電子回路用基体を構成する場合、各々の高誘
電体部分の表面上に導体部分（電極、引出し部等）を設
けることによシ、複数個のコンデンサーを内蔵させるこ
とができる。また更に、磁器基板の内部乃至は周囲に、
導体部分、抵抗体乃至は絶縁体部分（例えば通常の薄膜
乃至は厚膜形成法によシ形成される）を形成して、多く
の機能部分を備えた基体とすることができる。

以下、具体的実施例を示して、本発明を更に詳しく説明
するが、本発明の笑施の態様はこれにより限定されない
。

実施例１ 第５図に本発明の実施例】による工程を示す。

本実施例においてチタン酸バリウムを主体成分とする誘
電体磁器６１に第６図で示すように成形体の成分を吸収
する物質としてアルミナペースト（シリカ含有）６２の
塗布を磁器所定部に行った。

次にこれを空気雰囲気中で焼成を行った。この焼成によ
シ、誘電体磁器の主体成分であるチタン酸バリウムがア
ルミナ中へ熱拡散していく為、誘電体磁器がポーラス６
３となシ誘電体磁器のアルミナペースト塗布部の誘電率
が低下する（第７図）。

表１に本実施例の実験結果金示した。本実施例の実験に
おいては、２０Ｘ３０ｍの板状チタン酸バリウム！！電
体磁器にアルミナイース）？この板の半分に塗布したも
の（シリカ量異なる）でテス）ｋ行い誘電率を調査し次
。又チタン酸バリウムのアルミナへの拡散はＸ線マイク
ロアナライザーで確認でき次。

前記によって得られ次磁器基板においては、−枚の基板
中に高誘電率部と低誘電率部が存在する。

表１ このうち高誘を軍部に導体層を形成し電極とし、コンデ
ンサーとなす、その上に厚膜技術を利用して所定の絶縁
体導体抵抗体を形成する事により、ＲＣ内蔵の機能基板
が得られる。

実施例２ 成形体の主体成分をチタン酸ストロンチウムに変えた以
外は実施例１と同様にセラミックを作製した。εを測定
し、結果を宍２に示した。

実施例３ 第８図に本発明の実施例３による工８を示す。

本実施例においては第８図に示すようにチタン酸バリウ
ム主体（８１０＋　Ｌａ２Ｏ５を含む）の原料てよる成
形体に、第９図圧水した様に、成形体９１にＡｔ２０３
及びＭｇＯの何れかの板を接触させて還元雰囲気におい
て焼成を行ない、主体成分を前記板に吸収させた領域９
３（第１０図）を設けｆｃ１次焼成体を得ｆｃ０次に吸
着板をはずし、添加剤を塗布し２次焼成によシ誘電体化
させた。表３に本実施例の実験結果を示した。本実施例
の実験においては２４Ｘ３６ｍの板状成形体の半分にＡ
ｔ２０３板又はＭｇＯ板を接触させて焼成を行なった。

表　３ 実施例４ 第１１図に本発明の実施例４により工程を示す。

本実施例においては第１１図で示すようにチタン酸・ク
リラム主体の１次焼成体に添加剤塗布後にＡｔ２０．と
ＳＩＯ□の混合物のシート及びＡｔ２０．と８１０□の
混合物の粉末の何れかを接触式せて２次焼成を行った。

その様子は第１２図及び第１３図に示した。１２１は１
次焼成体、１２２は吸収物質の７−ト、１２３は吸収物
質の粉末、１２４はセッターである。本実施例の結果を
表４に示した。

表　　４ なお、第１４図に例えば前記実施例１に示した様な方法
によシ得られる磁器基板の例を示す。第１４図（ａ）及
び（ｂ）は、そｎぞれ磁器基板の平面図及び断面図であ
！０．１４１が高誘電体部分、１４２が低誘電体部分で
ある。ま次第１４図（ｅ）は、更に導体部分１４３、抵
抗体部分１４４．及び絶縁体部分１４５ｔ−形成した磁
器基板を示している。

〔発明の効果〕

本発明のセラミックの製造法は、電子部品構成単位等の
機能部分を複数画成し得る。従って、これを用いて構成
される電子部品や電子回路用基体等は、各種容量のコン
デンサー等の素子機能部分を複数内蔵することができ、
また例えば前記基体に導体、抵抗体、絶縁体等の各種機
能部分を形成することにより、多くの機能部分を備え、
しかも小型化され安価な電子回路用基体等となる。また
。

この様に基体内でのコンデンサー、抵抗等の設計の自由
度を大幅に向上させることができる。

なお、特開昭６０−２４９３８６号にも機能部分を分離
する有効な方法が記載されているが１本発明はこの方法
よシも更に高めらｎた分離効果を奏することができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、そｎぞれ本発明に係るセラミック
の断面図である。 第５図は、本発明の１実施例である製造工程を説明する
ための工程説明図であシ、第６図はアルミナペーストを
塗布した状態を示した断面図、第７図は焼成後の状態を
示した断面図である。 第８図は本発明の１実施例である製造工程全説明する次
めの工程説明図でちゃ、第９図は、このうち成形体に吸
収物質の板を接触させた状態を示した断面図、第１０図
は焼成後の成形体の状態を示した断面図である。 第１１図は本発明の１実施例である製造工程を説明する
ための工程説明図であ夛、第１２図は、このうち１次焼
成体に添加剤を塗布後吸収物質のシートを接触させた状
態を示した断面図、第１３図は１次焼成体に添加剤ｔ−
塗布後吸収物質の粉末を接触させた状態を示した断面図
である。 第１４図ｃＤ（ａ）は１本発明の１実施例である磁器基
板の平面図、（ｂ）は（ＩＬ）中Ａ−Ａ断面図であ！５
　、　（ｃ）は更にこの磁器基板に導体、抵抗体、絶縁
体等の機能部分を形成したＲ、Ｃ内蔵の磁器基板の断面
図である。 第１５図は、従来の磁器基板の断面図である。 第１６図は、従来試みられている方法による複数の高誘
電体部分を有する磁器基板の断面図である。 Ａ・・・誘電率の異なる領域、Ｂ・・・機能部分、Ａ（
Ｂ）・・・誘電率の異なる領域且つ機能部分、２１，９
１゜１２１・・・成形体、３２，９２，１２２・・・吸
収物質。 代理人　弁理士　　　山　　下　穣　平第１図 第２図 第３図 第４１図 第５図 第６図 第７図 第９図　　　第１０図 第１１図 第１２図　　　第３図 第１４図 （Ｃ） 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　成形体の表面に該成形体の成分を吸収する物質を接触
   させて焼成することを特徴とするセラミックの製造法。