KR101829869B1

KR101829869B1 - 유리 세라믹스 조성물 및 코일 전자 부품

Info

Publication number: KR101829869B1
Application number: KR1020160014446A
Authority: KR
Inventors: 슈사쿠 우메모토; 타카시 스즈키; 마사키 타카하시; 히데카즈 사토; 유카리 아키타; 카즈야 토비타; 신이치 콘도
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2018-02-19
Also published as: JP6075481B2; CN105859142B; TWI562968B; CN105859142A; US9573837B2; TW201628989A; JP2016155746A; KR20160098066A; US20160229738A1

Abstract

본 발명의 유리 세라믹스 조성물은 제1 유리, 제2 유리, Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어지는 주성분을 갖고, 상기 제1 유리가 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이고, 상기 제2 유리가 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리(M은 알칼리토류 금속) 및/또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리이고, 상기 주성분이, 그 전체량을 100 중량%로 했을 때, 상기 제2 유리를 12 내지 30 중량%, 상기 제1 유리 및 상기 제2 유리를 합계로 40 내지 56 중량%, Al₂O₃를 7 내지 18 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유리 세라믹스 조성물 및 코일 전자 부품{Glass ceramics composition and coil electric device}

본 발명은 저온 소성이 가능하고, 극히 낮은 유전율과 충분한 강도를 갖는 유리 세라믹스 조성물 및 이를 이용한 코일 전자 부품에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화 등 통신 기기의 고주파수화에 수반해, 이들의 송신부 및 수신부에는 1㎓ 이상의 고주파에 대응한 세라믹 코일이 다수 채용되고 있다. 특히, 이들 세라믹 코일은 고주파에 대응하기 위해 유전율이 낮을 것이 요구되고, 또한 저저항, 저손실인 Ag계를 내부 도체에 적용하기 위해 950℃ 이하의 저온 소결이 필수적이다.

이 때문에, 일반적으로 이와 같은 세라믹 코일의 재료로는 유전율이 낮은 유리계 재료가 널리 이용되고 있다. 그러나 유리계 재료는 세라믹 코일 등의 코일 전자 부품의 소자로서 이용하는 경우, 소자 표면에 생긴 상처 등이 크랙(crack)의 기점이 되어 본래 기대되는 강도보다 훨씬 낮은 강도 밖에 발휘할 수 없다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 특허 문헌 1 및 2에서는 유리계 재료 자체의 기계 강도를 향상시키는 기술이 제안되고 있다. 특허 문헌 1에 개시된 유리계 재료는 코일 전자 부품의 소자로서 이용하는 경우에 충분한 기계 강도를 확보할 수 있지만, 원재료의 가소(假燒)가 필수적이기 때문에, 적층 부품에 적용 가능한 입도 분포를 갖는 세라믹 분말이 될 때까지의 제조 공정이 번잡하고 공정 부하가 크다는 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 2에 개시된 유리계 재료도 소자로서 이용하는 경우에 기계 강도는 확보할 수 있지만, 소성 후에 다수의 결정 입자가 생성됨으로써 내부 전극층에 요철이 형성되어, 고주파 영역에서의 Q값(Q-value)이 저하한다는 문제가 있다.

또한, 다른 관점에서, 특허 문헌 3에서는 코일부의 상하를 보형성이 높은 유리계 재료로 협지하여, 코일 전자 부품 전체적으로 기계 강도를 향상시키는 기술이 제안되고 있다. 이와 같은 기술에 의하면, 코일부의 상하에 보형층이 배치됨으로써 강도를 확보할 수 있기 때문에, 내측의 코일부에는 강도를 신경 쓰지 않고 Q값을 높이는데 적합한, 결정 입자가 적고 비유전율이 낮은 유리계 재료를 이용할 수 있다. 그러나 보형층에 이용하는 고강도의 유리계 재료는 코일부에 이용하는 유리계 재료에 비해 비유전율이 높기 때문에, Q값을 높이기 쉬운 유리계 재료를 코일부에 아무리 선택적으로 이용해도 코일 전자 부품 전체적으로 Q값이 저하되는 문제가 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 제4239534호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허공개 2005-15239호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허공개 2013-58538호 공보

본 발명은 이와 같은 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 저온 소성이 가능하고, 극히 낮은 유전율과 충분한 휨 강도를 갖는 유리 세라믹스 조성물과 이를 이용한 코일 전자 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 고주파 코일용 유리 세라믹스 조성물로는, 저온 소성이 가능하면서 유전율이 낮고, 또한 고강도를 유지할 수 있을 정도로 결정질이 적은 것이 바람직하다는 것을 알아내 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 제1 유리, 제2 유리, Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어지는 주성분을 갖는 유리 세라믹스 조성물로서,

상기 제1 유리가 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이고,

상기 제2 유리가 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리(M은 알칼리토류 금속) 및/또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리이고,

상기 주성분이, 그 전체량을 100 중량%로 했을 때, 상기 제2 유리를 12 내지 30 중량%, 상기 제1 유리 및 상기 제2 유리를 합계로 40 내지 56 중량%, Al₂O₃를 7 내지 18 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리 세라믹스 조성물.

[2] 상기 주성분 100 중량%에 대해, 첨가물로서 제3 유리를 5 중량% 이하로 더 함유하고,

상기 제3 유리가 SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리인 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 유리 세라믹스 조성물.

[3] 상기 SiO₂가 석영 및/또는 석영 유리인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 유리 세라믹스 조성물.

[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 유리 세라믹스 조성물을 구비하는 코일 소자.

[5] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체.

[6] 상기 [5]에 기재된 소결체로 이루어지는 세라믹스층을 구비하는 코일 전자 부품.

[7] 코일 도체 및 세라믹스층이 적층되어 구성되는 전자 부품으로서,

상기 코일 도체가 Ag를 포함하고,

상기 세라믹스층이 상기 [5]에 기재된 소결체로 구성되어 있는 전자 부품.

[8] 제1 유리, 제2 유리, Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어지는 주성분을 갖는 고주파 코일용 층간 조성물로서,

상기 제1 유리가 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이고,

상기 주성분이, 그 전체량을 100 중량%로 했을 때, 상기 제2 유리를 12 내지 30 중량%, 상기 제1 유리 및 상기 제2 유리를 합계로 40 내지 56 중량%, Al₂O₃를 7 내지 18 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 코일용 층간 조성물.

본 발명에 의하면, 저온 소성이 가능하고, 극히 낮은 유전율이면서 고밀도로 절연 저항이 높고, 또한 전자 부품화했을 때 충분한 휨 강도를 실현할 수 있는 유리 세라믹스 조성물과 이를 이용한 코일 전자 부품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품으로서의 적층 칩 코일의 단면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이하에 설명하는 실시 형태만으로 한정되지는 않는다. 또한, 이하에 기재하는 구성 요소에는 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재하는 구성 요소는 적절하게 조합할 수 있다.

(코일 전자 부품)

도 1에 본 발명의 일 실시 형태에 따른 코일 전자 부품으로서 적층 칩 코일(1)을 예시한다. 적층 칩 코일(1)은 세라믹스층(2)과, 내부 전극층(3)이 Z축 방향으로 교대로 적층되어 있는 칩 소자(4)를 갖는다.

각 내부 전극층(3)은 사각형 링, C자 형상 또는 'コ' 형상을 갖고, 인접하는 세라믹스층(2)을 관통하는 내부 전극 접속용 스루홀 전극(미도시) 또는 단차형 전극에 의해 나선상으로 접속되어 코일 도체(30)를 구성한다.

칩 소자(4)의 Y축 방향 양단부에는 각각 단자 전극(5)이 형성되어 있다. 각 단자 전극(5)에는 Z축 방향의 상하에 위치하는 인출 전극(3a, 3b)의 단부가 접속되고, 각 단자 전극(5)은 폐자로 코일(코일 패턴)을 구성하는 코일 도체(30)의 양단에 접속된다.

본 실시 형태에서는, 세라믹스층(2) 및 내부 전극층(3)의 적층 방향이 Z축으로 일치하고, 단자 전극(5)의 표면이 X축 및 Y축과 평행이다. 한편, X축, Y축 및 Z축은 서로 수직이다. 도 1에 나타내는 적층 칩 코일(1)에서는 코일 도체(30)의 권회축이 Z축과 대략 일치한다.

칩 소자(4)의 외형이나 치수에는 특별히 제한이 없어 용도에 따라 적절하게 설정할 수 있고, 통상적으로 외형은 거의 직육면체 형상으로 하며, 예를 들면 X축 치수는 0.1 내지 0.8㎜, Y축 치수는 0.2 내지 1.6㎜, Z축 치수는 0.1 내지 1.0㎜이다.

또한, 세라믹스층(2)의 전극간 두께 및 베이스 두께에 특별히 제한은 없고, 전극간 두께(내부 전극층(3, 3)의 간격)는 3 내지 50㎛, 베이스 두께(Y축 방향에서의 인출 전극(3a, 3b)으로부터 칩 소자(4) 단부까지의 거리)는 5 내지 300㎛ 정도로 설정할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 단자 전극(5)은 특별히 한정되지 않고, 소자(4)의 외표면에 Ag나 Pd 등을 주성분으로 하는 도전성 페이스트를 부착시킨 후에 소부(燒付)하고, 전기 도금을 더 실시함으로써 형성된다. 전기 도금에는 Cu, Ni, Sn 등을 이용할 수 있다.

코일 도체(30)는, 바람직하게는 Ag(Ag의 합금을 포함한다)를 포함하고, 예를 들면 Ag 단체, Ag-Pd 합금 등으로 구성된다. 또한, 코일 도체의 부성분으로서 Zr, Fe, Mn, Ti 및 이들의 산화물을 포함할 수 있다.

세라믹스층(2)은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체로 구성되어 있다. 이하, 유리 세라믹스 조성물에 대해 상세히 설명한다.

본 실시 형태의 유리 세라믹스 조성물은 제1 유리, 제2 유리, Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어지는 주성분을 갖는다. 여기에서, 제1 유리는 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이고, 제2 유리는 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리(M은 알칼리토류 금속) 또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리이다. 또한, 주성분은 그 전체량을 100 중량%로 했을 때, 제2 유리를 12 내지 30 중량%, 제1 유리와 제2 유리를 합계로 40 내지 56 중량%, Al₂O₃를 7 내지 18 중량% 포함하고, 바람직하게는 잔부를 SiO₂로 구성한다.

이와 같은 본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은 저온 소성이 가능하고, 극히 낮은 유전율이면서 고밀도로 절연 저항이 높고, 또한 전자 부품화했을 때 충분한 휨 강도와 높은 Q값을 실현할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 유리는 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이다. SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리는 특별히 한정되지 않고, 시판 중인 유리를 이용할 수 있다. 상기 유리는, 바람직하게는, 유리 전이점이 480 내지 520℃이다. 한편, 유리 전이점은 열기계 분석 장치(TMA)에 의해 측정된다(이하 동일).

또한, SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리는 주로 SiO₂, K₂O 및 B₂O₃로 구성되어 있고, 상기 유리는 SiO₂를 77 내지 83 중량%, K₂O를 1.6 내지 2.4 중량% 함유하고, 잔부는 B₂O₃로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유리는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 다른 성분을 1종 이상 함유하고 있어도 되고, 다른 성분의 함유량의 합계는 유리 중에 0.5 중량% 이하인 것이 바람직하다. 다른 성분으로는, 예를 들면 Al₂O₃ 등을 들 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 제2 유리는 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리(M은 알칼리토류 금속) 및/또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리이다. 즉, 제2 유리는 상기 두 종류 유리의 혼합물이라도 되고, 상기 두 종류의 유리 중 어느 한 쪽만으로 이루어져도 된다. 또한, 제2 유리는 적어도 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리인 것이 바람직하다.

MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리는 특별히 한정되지 않고 시판 중인 유리를 이용할 수 있다. M은 알칼리토류 금속(Mg, Ca, Sr 및 Ba)으로부터 선택되는 1종 이상이면 되고, 바람직하게는 Mg, Ca, Sr 및 Ba의 전부를 포함한다. 또한, 상기 유리는 바람직하게는 유리 전이점이 690 내지 730℃이다.

또한, MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리는 주로 MO, SiO₂, Al₂O₃ 및 B₂O₃로 구성되고, 바람직하게 상기 유리는 SiO₂를 45 내지 55 중량%, Al₂O₃를 10 내지 12 중량%, MO를 28 내지 43 중량% 함유하고, 잔부는 B₂O₃로 구성된다. 한편, 상기 유리는 MO로서 MgO를 1 내지 2.5 중량%, CaO를 3 내지 4 중량%, SrO를 24 내지 35 중량%, BaO를 0.1 내지 1 중량% 함유하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 유리는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 다른 성분을 1종 이상 함유하고 있어도 되고, 다른 성분의 함유량의 합계는 유리 중에 0.5 중량% 이하인 것이 바람직하다. 다른 성분으로는 예를 들면 Na₂O 등을 들 수 있다.

CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리는 특별히 한정되지 않고 시판 중인 유리를 이용할 수 있다. 상기 유리는, 바람직하게는, 유리 전이점이 650 내지 700℃이다.

또한, CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리는 주로 CaO, SiO₂, Al₂O₃, ZnO, ZrO₂ 및 B₂O₃로 구성되고, 바람직하게 상기 유리는 SiO₂를 40 내지 45 중량%, Al₂O₃를 28 내지 32 중량%, CaO를 9 내지 11 중량%, ZnO를 0.5 내지 1.3 중량%, ZrO₂를 1 내지 2 중량% 함유하고, 잔부는 B₂O₃로 구성된다. 또한, 상기 유리는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 다른 성분을 1종 이상 함유하고 있어도 되고, 다른 성분의 함유량의 합계는 유리 중에 0.5 중량% 이하인 것이 바람직하다. 다른 성분으로는 예를 들면 TiO₂ 등을 들 수 있다.

또한, 주성분 중에서의 제2 유리의 함유량은 12 내지 30 중량%이며, 바람직하게는 12 내지 22 중량%, 보다 바람직하게는 14 내지 20 중량%이다. 제2 유리가 너무 많으면 비유전율이 높아지는 경향이 있고(예를 들면, 5.0을 넘는다), 너무 적으면 휨 강도를 충분히 확보할 수 없는 경향이 있다.

또한, 주성분 중에서의 제1 유리와 제2 유리 함유량의 합계는 40 내지 56 중량%이며, 바람직하게는 45 내지 56 중량%, 보다 바람직하게는 50 내지 55 중량%이다. 제1 유리와 제2 유리의 합계량이 너무 많으면 휨 강도를 충분히 확보할 수 없는 경향이 있고, 너무 적으면 충분한 소결이 이루어지지 않는 경향이 있다.

본 실시 형태에 있어서, Al₂O₃(알루미나)는 필러로서 이용된다. 주성분 중에서의 Al₂O₃의 함유량은 7 내지 18 중량%이며, 바람직하게는 7 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 7.5 내지 12 중량%이다. Al₂O₃가 너무 많으면 비유전율이 높아지는 경향이 있고(예를 들면, 5.0을 넘는다), 너무 적으면 휨 강도를 충분히 확보할 수 없게 되는 경향이 있다.

한편, 필러를 구성하는 입자의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 구(球)상, 침(針)상, 판(板)상 등을 들 수 있고, 강도, 특히 전자 부품화했을 때의 휨 강도를 향상시키는 관점에서는 판상의 필러 성분이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, SiO₂는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 필러로서의 석영(결정 실리카)이나 석영 유리(아몰퍼스 실리카)의 형태로 이용할 수 있고, 필요에 따라 이들을 병용해도 된다.

본 실시 형태에서 주성분은, 전술한 바와 같이 제1 유리, 제2 유리 및 Al₂O₃를 소정량 함유하고, 잔부로서 SiO₂를 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 잔부는 SiO₂만으로 구성되어 있는 것이 보다 바람직하지만, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 다른 성분을 함유해도 무방하다.

본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은, 필요에 따라 첨가제로서 제3 유리를 더 포함해도 된다. 여기에서, 제3 유리는 SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리이다. 또한, 제3 유리의 첨가량은 주성분 100 중량%에 대해 5 중량% 이하이다.

제3 유리는 상기 주성분과의 관계에서 양호한 소결성을 나타낸다. 이 때문에, 본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은 제3 유리를 상기 범위에서 함유함으로써, 양산화에 수반하는 소성 조건의 변화나 로드 사이즈의 변화 등에 대해 보다 안정된 소결성을 확보할 수 있어, 양산화에 적합한 소성 조건을 폭넓게 채용할 수 있게 된다.

본 실시 형태에서, 제3 유리는 SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리이다. SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리는 특별히 한정되지 않고, 시판 중인 유리를 이용할 수 있다. 상기 유리는, 바람직하게는, 유리 전이점이 640 내지 670℃이다. 본 실시 형태의 유리 세라믹스 조성물은, 저연화점의 제3 유리를 함유함으로써 비교적 저온의 소성에서도 양호한 소결성을 확보할 수 있다.

또한, SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리는 주로 SiO₂, SrO 및 B₂O₃로 구성되고, 상기 유리는 SiO₂를 10 내지 15 중량%, SrO를 40 내지 45 중량% 함유하고, 잔부는 B₂O₃로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유리는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 다른 성분을 1종 이상 함유하고 있어도 되고, 다른 성분의 함유량의 합계는 상기 유리 중에 1.0 중량% 이하인 것이 바람직하다. 다른 성분으로는, 예를 들면 Na₂O나 CaO 등을 들 수 있다.

또한, 주성분 100 중량%에 대한 제3 유리의 첨가량은 5 중량% 이하이며, 바람직하게는 2 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 4.5 중량%이다. 제3 유리의 첨가량이 많으면, 소성에 의한 유리상(glass phase)의 연화 정도가 커지는 경향이 있다. 특히, 소성에 의한 유리상의 연화 정도가 너무 커지면, 전자 부품화했을 때, 소성 후의 칩 소자(4)가 접촉하고 있는 것에 융착되기 쉬워진다.

도 1에 나타내는 적층 칩 코일(1)은 일반적인 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 유리 세라믹스 조성물을, 바인더와 용제와 함께 혼련해 얻은 유리 세라믹스 페이스트를 Ag 등을 함유하는 도체 페이스트와 교대로 인쇄 적층한 후 소성함으로써 칩 소자(4)를 형성할 수 있다(인쇄법).

혹은 유리 세라믹스 페이스트를 이용해 그린 시트를 제작하고, 그린 시트의 표면에 내부 전극 페이스트를 인쇄해, 이들을 적층하여 소성함으로써 칩 소자(4)를 형성해도 된다(시트법). 어느 경우든 칩 소자(4)를 형성한 후에 단자 전극(5)을 소부 혹은 도금 등으로 형성하면 된다.

유리 세라믹스 페이스트 중의 바인더 및 용제의 함유량에 제한은 없고, 예를 들면 바인더의 함유량은 5 내지 25 중량%, 용제의 함유량은 30 내지 80 중량% 정도의 범위에서 설정할 수 있다. 또한, 페이스트 중에는 필요에 따라 분산제, 가소제, 유전체, 절연체 등을 20 중량% 이하의 범위에서 함유시킬 수 있다. Ag 등을 함유하는 도체 페이스트도 마찬가지로 하여 제작할 수 있다. 또한, 소성 조건 등은 특별히 한정되지 않지만, 내부 전극층에 Ag 등이 함유되는 경우의 소성 온도는 바람직하게는 950℃ 이하, 더 바람직하게는 900℃ 이하이다.

또한, 본 실시 형태의 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체의 상대 밀도는, 이론 밀도를 100%로 하는 경우에, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 85% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다. 여기에서, 본 명세서에서, 상대 밀도란 이론 밀도에 대한 밀도 실측치의 비율을 말한다. 한편, 상기 소결체의 이론 밀도는, 예를 들면 소결체를 소자 내의 기포의 영향을 받지 않는 정도의 크기까지 유발 분쇄한 후, 기상 치환법(아르키메데스의 원리)에 의해 진밀도를 측정해, 이를 이론 밀도로서 채용할 수 있다. 또한, 상기 소결체 밀도의 실측치는, 예를 들면 소결체의 치수 및 중량을 측정함으로써 산출할 수 있다. 상기 소결체의 상대 밀도는 소성 온도나 소성 시간 등을 변경함으로써 조정할 수 있다.

본 실시 형태의 유리 세라믹스 조성물은, 소결되지 않은 분말이나 응집물, 슬러리에 포함되는 고형분 등의 형태인 유리 세라믹스 재료라도 된다. 본 실시 형태의 유리 세라믹스 조성물은 소결성이 뛰어나기 때문에, 바람직하게는 840℃ 내지 950℃, 보다 바람직하게는 870℃ 내지 950℃ 정도의 저온에서 소성해도 충분히 높은 소결 밀도(소결체의 밀도)를 갖는 유리 세라믹스 소결체로 할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 저온에서 소결시킬 것이 요구되는 Ag를 도체로 하는 적층 칩 코일 등의 코일 전자 부품의 세라믹스층으로서 적합하게 이용할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 변경할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은, 반도체 장치의 코일 소자 등으로 이용할 수도 있다. 본 발명에 따른 코일 소자로는, 예를 들면 본 발명에 따른 유리 세라믹스 조성물을 박막화해, 반도체 장치 등의 기판에 실장하는 코일 부품 등을 들 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은 고주파 코일용 층간 조성물로서 적합하게 이용할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은 저온 소성이 가능하고, 극히 낮은 유전율이면서, 기계 강도도 뛰어나기 때문에, 코일 전자 부품의 세라믹스층을 구성하는 재료로서 적합하지만, 소성시 결정 입자의 생성이 극히 적기 때문에, 특히, 내부 전극층(3, 3) 간의 세라믹스층(2)을 구성하는 층간 조성물로서 보다 바람직하다.

본 실시 형태에 따른 층간 조성물에 의하면, 소성 후의 세라믹스층에서 결정 입자의 생성이 억제되어 요철이 적은 평활한 내부 전극층이 얻어져, 코일 전자 부품 전체적으로 고주파 영역에서의 높은 Q값을 실현할 수 있다. 이와 같은 층간 조성물은, 특히 1㎓ 이상의 주파수 영역에서 사용되는 고주파 코일용으로 특히 적합하다.

상기 본 실시 형태에서는, 적층 칩 코일(1)의 세라믹스층(2)이 동일한 재료로 형성되는 예를 나타내고 있지만, 반드시 동일한 재료로 형성할 필요는 없다. 전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유리 세라믹스 조성물은 내부 전극층(3, 3) 간의 세라믹스층(2)을 구성하는 층간 조성물로서 특히 적합하고, 코일 도체(30)에 접하지 않는 세라믹스층(2)은 다른 세라믹 재료로 구성되어도 무방하다.

〈실시예〉

이하, 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 기초해 설명하는데, 본 발명이 이들 실시예로 한정되지는 것은 아니다.

(실시예 1)

우선, 제1 유리로서 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리, 제2 유리로서 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리, 알루미나(Al₂O₃), SiO₂로서 석영 유리(아몰퍼스 실리카), 제3 유리로서 SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리를 준비하고, 표 1에 나타내는 조성이 되도록 각종 원재료를 칭량했다.

다음으로, 미리 칭량해 둔 원재료를 용매(99% 메탄올 변성 에탄올)와 함께 볼 밀(미디어는 지르코니아 볼)을 이용해 24시간 습식 혼합하여 원료 슬러리를 얻었다. 이 원료 슬러리를 용매가 없어질 때까지 건조기에서 건조시켜 유리 세라믹스 재료를 얻었다.

다음으로, 얻어진 유리 세라믹스 재료 100 중량부에 대해, 바인더로서 아크릴 수지계 바인더(Elvacite, 듀퐁사 제품)를 2.5 중량부 첨가해 조립(造粒)하고, 20 메쉬의 체로 정립(整粒)해 과립(顆粒)으로 했다. 이 과립을 74㎫(0.75 ton/㎠)의 압력으로 가압 성형해, 17φ 디스크 형상(치수=직경 17㎜ 두께 8.5㎜)의 성형체를 얻었다. 그 후, 얻어진 성형체를, 공기 중, 900℃에서 2시간 소성해 소결체를 얻었다(시료 1 내지 32).

다음으로, 얻어진 소결체(시료 1 내지 32)에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 각종 특성 평가를 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[상대 밀도]

상대 밀도(%)는 얻어진 소결체의 치수 및 중량으로부터 소결체 밀도를 산출하고, 이론 밀도에 대한 소결체 밀도의 비율을 산출해 구했다.

[비유전율 εs]

비유전율(단위 없음)은 네트워크 애널라이저(HEWLETT PACKARD사 제품 8510C)를 이용해 공진법(JIS R 1627)으로 측정했다. 한편, 본 실시예에서는 비유전율 5.0 이하를 양호로 했다.

[절연 저항 ρ]

절연 저항(단위: Ω·m)은 얻어진 소결체의 양면에 In-Ga 전극을 도포하고 직류 저항값을 측정해, 저항값과 치수로부터 산출했다. 측정은 절연 저항계(HEWLETT PACKARD사 제품 4329A)를 이용해 25V-30초의 조건으로 행했다. 한편, 본 실시예에서는 1×10⁷ Ω·m 이상을 양호로 했다.

(실시예 2)

우선, 실시예 1과 같은 방법에 의해 표 1의 조성이 되는 유리 세라믹스 재료를 얻었다.

다음으로, 유리 세라믹스 재료 100 중량부에, 바인더로서 아크릴 수지계 바인더(Elvacite, 듀퐁사 제품)를 첨가하고 충분히 혼합해 유리 세라믹스 슬러리를 얻었다. 그 후, 닥터 블레이드법에 의해 얻어진 유리 세라믹스 슬러리를 성형해, 두께 30㎛의 그린 시트를 얻었다.

다음으로, 얻어진 그린 시트의 소정 위치에 비어 홀을 형성한 후, 별도 조제한 은분말, 바니스 및 유기용제를 포함하는 도체 페이스트를 상기 그린 시트의 표면에 스크린 인쇄하고, 또한 비어 홀에 충전해, 소정 형상의 코일 패턴 및 비어 홀을 갖는 내부 전극층을 형성했다.

그 후, 소정의 코일 패턴이 형성된 그린 시트를 적절히 적층한 후, 이들을 내부 전극층이 형성되어 있지 않은 그린 시트로 협지해, 60℃의 온도에서 100㎫의 압력으로 압착하고, 소정 사이즈로 절단해 적층체를 얻었다.

또한, 얻어진 적층체를 대기 중에서 400℃로 가열해 충분히 탈지했다. 계속해서, 소성로에 적층체를 투입하고, 대기 중, 900 내지 930℃의 온도역에서 1 내지 5시간 유지함으로써 열처리(소성)해 칩 소자를 얻었다.

계속해서, 은분말, 글래스 플릿(glass frit), 바니스 및 유기용제를 함유한 단자 전극용 도전 페이스트를 준비하고, 이 단자 전극용 도전 페이스트를 상기 칩 소자 코일의 축 방향에 대향하는 양단에 도포해 건조시킨 후, 750℃에서 소부해 단자 전극을 형성해 적층 칩 코일(0.6㎜×0.3㎜×0.3㎜)를 얻었다.

다음으로, 얻어진 적층 칩 코일(시료 1 내지 32)에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 휨 강도 시험을 실시했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[휨 강도 시험]

휨 강도 시험은 시료 1 내지 32에 대해 각 10개의 시료를 이용해, 기판(유리 에폭시 기판, 크기 100㎜×40㎜, 두께 0.08㎜)의 중앙부에 시료를 납땜한 후, 시료가 납땜된 면과는 다른 면(기판 뒷면)으로부터 하중을 가해(굴곡량=1.3㎜에서 5초 유지), 하중 인가 후의 시료에 대해 외관 및 내부에서의 크랙 유무를 평가함으로써 행했다. 한편, 본 실시예에서는 각 시료에 대해 10개 중 크랙의 발생이 0개인 것을 양호로 했다.

실시예 1의 결과로부터, 본 발명에 따른 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체(시료 2 내지 5, 11 내지 14, 20 내지 24, 27 내지 32)는 높은 절연 저항과 낮은 비유전율을 갖는 것이 확인되었다.

또한, 실시예 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체(시료 2 내지 5, 11 내지 14, 20 내지 24, 27 내지 32)를 갖는 적층 칩 코일은 휨에 대해 뛰어난 강도를 갖는 것이 확인되었다.

(실시예 3 및 4)

제2 유리로서 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리를 이용해 표 2에 나타내는 조성이 되도록 유리 세라믹스 재료를 얻은 것 외에는, 실시예 1 및 2와 동일하게 하여 소결체 및 적층 칩 코일을 제작하고(시료 51 내지 82), 같은 조건으로 각종 특성을 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 3의 결과로부터, 본 발명에 따른 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체(시료 52 내지 55, 61 내지 64, 70 내지 74, 77 내지 82)는 높은 절연 저항과 낮은 비유전율을 갖는 것이 확인되었다.

또한, 실시예 4의 결과로부터, 본 발명에 따른 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체(시료 52 내지 55, 61 내지 64, 70 내지 74, 77 내지 82)를 갖는 적층 칩 코일은 굴곡에 대해 뛰어난 강도를 갖는 것이 확인되었다.

1…적층 칩 코일
2…세라믹스층
3…내부 전극층
3a, 3b…인출 전극
30…코일 도체
4…칩 소자
5…단자 전극

Claims

제1 유리, 제2 유리, Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어지는 주성분을 갖는 유리 세라믹스 조성물로서,
상기 제1 유리가 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이고,
상기 제2 유리가 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리(M은 알칼리토류 금속) 및/또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리이고,
상기 주성분이, 그 전체량을 100 중량%로 했을 때, 상기 제2 유리를 12 내지 30 중량%, 상기 제1 유리 및 상기 제2 유리를 합계로 40 내지 56 중량%, Al₂O₃를 7 내지 18 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 유리 세라믹스 조성물.
제1항에 있어서,
상기 주성분 100 중량%에 대해, 첨가물로서 제3 유리를 5 중량% 이하로 더 함유하고,
상기 제3 유리가 SrO-SiO₂-B₂O₃계 유리인 것을 특징으로 하는, 유리 세라믹스 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 SiO₂가 석영 및/또는 석영 유리인 것을 특징으로 하는, 유리 세라믹스 조성물.
제1항 또는 제2항에 기재된 유리 세라믹스 조성물을 구비하는 코일 소자.
제1항 또는 제2항에 기재된 유리 세라믹스 조성물로 이루어지는 소결체.
제5항에 기재된 소결체로 이루어지는 세라믹스층을 구비하는 코일 전자 부품.
코일 도체 및 세라믹스층이 적층되어 구성되는 전자 부품으로서,
상기 코일 도체가 Ag를 함유하고,
상기 세라믹스층이 제5항에 기재된 소결체로 구성되어 있는 전자 부품.
제1 유리, 제2 유리, Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어지는 주성분을 갖는 고주파 코일용 층간 조성물로서,
상기 제1 유리가 SiO₂-K₂O-B₂O₃계 유리이고,
상기 제2 유리가 MO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리(M은 알칼리토류 금속) 및/또는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-ZnO-ZrO₂-B₂O₃계 유리이고,
상기 주성분이, 그 전체량을 100 중량%로 했을 때, 상기 제2 유리를 12 내지 30 중량%, 상기 제1 유리 및 상기 제2 유리를 합계로 40 내지 56 중량%, Al₂O₃를 7 내지 18 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 고주파 코일용 층간 조성물.