WO1998055425A1 - Pieces en ceramique non magnetique et en ceramique stratifiee - Google Patents

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WO1998055425A1
WO1998055425A1 PCT/JP1998/002409 JP9802409W WO9855425A1 WO 1998055425 A1 WO1998055425 A1 WO 1998055425A1 JP 9802409 W JP9802409 W JP 9802409W WO 9855425 A1 WO9855425 A1 WO 9855425A1
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ceramic
inductor
borosilicate glass
nonmagnetic
chip
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Masami Sasaki
Hiroshige Okawa
Yasuyoshi Suzuki
Hideki Masuda
Hisayuki Abe
Akira Suda
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Tdk Corporation
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C10/0054—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing PbO, SnO2, B2O3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
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    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/20—Glass-ceramics matrix

Definitions

  • the present invention relates to a non-magnetic ceramic and a ceramic laminated component having an inductor section and the like manufactured using the non-magnetic ceramic.
  • Ceramic multilayer components such as chip filters and chip inductors are becoming increasingly popular. Widely adopted.
  • the inductive portion of the chip fill or the chip inductor is manufactured by alternately laminating a magnetic paste and a conductor paste without using a winding, and then firing and integrating them.
  • the ceramic magnetic layer in the ceramic part of the ceramic laminated component can be fired at a low temperature and has relatively good high-frequency characteristics. Therefore, Ni—Cu_Zn ferrite or the like must be selected. Is common. Also, Ag or Ag alloy having low resistivity is used as the conductive material of the internal conductor.
  • ⁇ 10 to 15
  • the self-resonance frequency cannot be increased, which limits the use at high frequencies.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-78009 discloses that “a laminated ceramic inductor having a conductor pattern that overlaps and circulates in the laminating direction while having an end connected between insulator layers, A multilayer ceramic inductor, wherein the material forming the body layer is a non-magnetic ceramic material, has been proposed.
  • the body ceramic material are exemplified "mixture of glass and cordierite” and “mixtures obtained by adding mullite glass and co one cordierite", as the glass, S i 0 2 6 3
  • borosilicate glass having a weight ratio of 85 wt% and a B 2 ⁇ 3 of 3 to 28 wt% is preferred.
  • the use of such a non-magnetic ceramic material for the insulator layer lowers the dielectric constant of the insulator layer to increase the self-resonant frequency, making it possible to cope with a high-frequency band. Sintering is possible, and silver electrodes can be used.
  • the transverse rupture strength of the laminated ceramic inductor cannot be sufficiently increased. For this reason, the flexural strength required for surface mount components may be insufficient.
  • An object of the present invention is to provide a ceramic laminated component having an inductor portion, which has a low dielectric constant, has good characteristics in a high frequency range, and enables low-temperature firing in which silver electrodes can be used.
  • An object of the present invention is to provide a non-magnetic ceramic and a ceramic laminated component capable of suppressing deformation and cracking of a chip and increasing mechanical strength.
  • the borosilicate glass has a content of Si 2 and B 2 3 respectively,
  • the borosilicate glass is K 2 ⁇ as an auxiliary component, N a 2 0, B A_ ⁇ , S R_ ⁇ , A 1 2 0 3 and C a 5 wt% in total of at least one or more of the O below Non-magnetic ceramic according to (1) or (2) above.
  • FIG. 1 is a plan view with a part cut away of a configuration example of a multilayer ceramic inductor.
  • FIG. 2 is a perspective view of a configuration example of the LC composite component with a part cut away.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a manufacturing process of the multilayer ceramic inductor.
  • FIG. 4 is a diagram showing steps of a method for manufacturing an electronic component.
  • FIG. 5 is a view showing a step after the step shown in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing a step that follows the step shown in FIG.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the structure of a multilayer ceramic inductor chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a configuration example of the shielded multilayer ceramic inductor.
  • FIG. 9 is a graph showing the frequency characteristic of Q of the multilayer ceramic inductor.
  • FIG. 10 is a graph showing the frequency characteristic of L of the multilayer ceramic inductor. Action and effect
  • a nonmagnetic ceramic layer using borosilicate glass as a matrix, ⁇ ; —quartz, and zinc silicate as an aggregate is used in the inductor portion of the ceramic laminated component instead of the conventional ferrite magnetic layer.
  • the nonmagnetic ceramic layer has a significantly lower dielectric constant than the ferrite magnetic layer, the self-resonant frequency can be significantly increased. As a result, it is easy to handle high-frequency bands, and the degree of freedom in the structural design of ceramic laminated parts is increased. Since the temperature at which the nonmagnetic ceramic layer can be sintered densely is low, Ag having a low melting point but good characteristics can be used for the internal conductor.
  • the non-magnetic ceramic of the present invention is generally applied to the manufacture of various ceramic laminated parts having an inductive portion.
  • the nonmagnetic ceramic of the present invention has a mixed composition of borosilicate glass as a matrix, ⁇ -quartz, and zinc silicate as an aggregate, and the composition ratio is 35 wt% to 75 wt% of borosilicate glass, Mixing and sintering in the range of 60wt% ⁇ 70wt%, ⁇ -quartz 5 ⁇ 40wt%, especially 10 ⁇ 35wt%, zinc silicate 5wt% ⁇ 60wt%, especially 5wt% ⁇ 30wt% It is obtained by doing.
  • the non-magnetic ceramic obtained with the mixed composition in the above range has a significantly lower dielectric constant than ferrite, and by using this non-magnetic ceramic to form an inductor of a ceramic laminated component, a high frequency is obtained. It is possible to provide a ceramic laminated component having excellent characteristics. At this time, the insulation resistance, bending strength, sinterability and printability are all sufficiently good.
  • the borosilicate glass content exceeds 75% by weight or less than 35%, Any of these properties are critically degraded. More specifically, if the borosilicate glass content exceeds 75 wt%, the transverse rupture strength decreases, and chips may be deformed during sintering.
  • composition of borosilicate glass used as the matrix in the present invention S I_ ⁇ 2 content of 7 0 ⁇ 90wt%, preferably 75 ⁇ 85wt%, B " ⁇ : i content of 1 0 ⁇ 3 0 wt% It is preferably 15 to 25% by weight.
  • the softening point is lowered as described later, so that simultaneous firing with an electrode mainly composed of Ag becomes possible. Further, by setting the composition range as described above, a good dielectric constant and a good bending strength can be obtained.
  • the other K 2 ⁇ , N a 2 0, B aO , S R_ ⁇ , at least one or more kinds may be contained about 5 wt% or less in total, such as a C A_ ⁇ .
  • B A_ ⁇ , S and rO, C A_ ⁇ etc. are effective in suppressing the B 2 0 3 which precipitated a green chip surface, it is effective in sintering property for K 2 0, Na 2 O.
  • These oxides may slightly deviate from the above stoichiometric composition, and the mixing ratio when two or more of these are added is arbitrary.
  • the softening point of the borosilicate glass is preferably from 750 to 870 ° C, more preferably from 800 to 850 ° C. If the softening point is too low, sintering proceeds too much, resulting in a deformed sintered body. If the softening point is too high, sintering becomes insufficient. And cannot be sintered densely.
  • the average particle size of the raw material borosilicate glass is not particularly limited, but usually, it is preferable to use one having a particle size of 0.5 to 5.0.
  • quartz is used as an additive to the above main component.
  • This is ⁇ - quartz, as non neat, A l 2 ⁇ 3, C A_ ⁇ , F e 2 0 3 or the like may be contained degree total 10 Oppm below.
  • This quartz is added mainly for the purpose of improving the bending strength. If the ratio of ⁇ -quartz to borosilicate glass and zinc silicate is too high, sinterability deteriorates and sufficient transverse rupture strength cannot be obtained. In addition, if the composition is more than 75% by weight of borosilicate glass and less than 5% by weight of zinc silicate, the bending strength is weakened and the chip may be deformed.
  • the particle size of the ⁇ -quartz to be added is not particularly limited.
  • the force is preferably 0.1 to 5.02 m, particularly about 0.5 to 3.0.
  • the grain size of the raw material and the grain size of ⁇ -quartz after firing are almost the same.
  • zinc silicate is used as an aggregate.
  • This zinc silicate has a set configuration of Z n 2 S i 0 4, may deviate more or less from this composition. Further the zinc silicate in the range of 1 0w t% or less, A 1 2 0 3 and the like, also C A_ ⁇ degree Total 1 0 Oppm less as an impurity, Z r0 2, Mg_ ⁇ , B a O or the like containing It may be.
  • Aggregate is mainly added to improve bending strength. If the ratio of the aggregate in the main component is too low, the bending strength becomes insufficient and the chip is deformed. On the other hand, if the ratio of the aggregate is too high, the sinterability deteriorates and sufficient bending strength cannot be obtained. In addition, if the composition is more than 75 wt% of borosilicate glass and less than 5 wt% of quartz, the transverse rupture strength is reduced and the chip may be deformed.
  • the average particle size of the aggregate in the ceramic is not particularly limited, it is usually preferably 0.5 to 10 °, more preferably 0.5 to 5 m. As described above, the raw material aggregate and the borosilicate glass may have the same average particle size. After sintering, the borosilicate glass forms a matrix surrounding ⁇ -quartz and the aggregate.
  • Organic'Organic' Pasting is performed by mixing borosilicate glass as a matrix material, zinc silicate as an aggregate, hi-quartz, and an organic vehicle provided with the above mixed composition.
  • the organic vehicle is obtained by dissolving a binder in an organic solvent.
  • the binder used for the organic vehicle is not particularly limited, and may be appropriately selected from ordinary binders such as ethyl cellulose.
  • the organic solvent is not particularly limited, and may be appropriately selected from various known organic solvents according to a method to be used such as a printing method and a sheet method. For example, when using a printing method, it is preferable to use a relatively high-boiling organic solvent, for example, one or more of butyl carbitol, terbineol, etc.
  • relatively low boiling organic solvents for rapid volatilization such as ethanol, methanol, toluene, propanol, butanol, acetone, MEK (methyl ethyl ketone), MIBK (methyl isobutyl ketone), etc. It is preferable to use at least one of the following. In any case, a mixed solvent may be used.
  • the ratio of the binder and the solvent to the non-magnetic ceramic composition is not particularly limited, and the usual ratio, for example, the non-magnetic ceramic composition
  • the binder may be about 5 to 15 parts by weight and the solvent may be about 100 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the material.
  • the paste may contain additives such as various dispersants and plasticizers as necessary. It is preferable that the total content of these additives in the paste is 1 O wt% or less.
  • the firing temperature of the non-magnetic ceramic composition used in the present invention is preferably from 820 to 920 ° (:, more preferably from 850 to 890 ° C.)
  • the non-magnetic ceramic composition of the present invention The material can be fired at such a relatively low temperature, and if the firing temperature is too low, it is difficult to obtain a dense sintered body. And more preferably 0.1 to 3 hours.
  • the firing atmosphere varies depending on the configuration of the inner conductor to be fired at the same time. However, when an Ag-based material is used for the inner conductor, the firing is usually performed in air.
  • the ceramic laminated component of the present invention has at least an inductor portion formed by laminating a nonmagnetic ceramic layer and an internal conductor.
  • the nonmagnetic ceramic layer uses the above nonmagnetic ceramic composition. Examples of such a ceramic multilayer component include a multilayer ceramic inductor as shown in FIG. 1 and an LC composite component as shown in FIG.
  • the multilayer ceramic inductor shown in FIG. 1 has an inductor chip 10 formed by laminating a nonmagnetic ceramic layer 6 and an inner conductor 5, and external electrodes 41, provided on the surface of the inductor chip 10. With 45.
  • each part of the multilayer ceramic inductor may be selected from Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35982 or various conventionally known configurations.
  • the outer shape is substantially a rectangular parallelepiped shape.
  • the internal conductor 5 is spirally arranged in the nonmagnetic ceramic layer 6 to form an internal winding, and both ends of the internal conductor 5 are connected to the external electrodes 41 and 45. .
  • the winding pattern of the internal conductor 5 is not particularly limited, and the number of turns may be appropriately selected according to the application. The number of turns in this case is usually between 1.5 and 15.5 turns.
  • the dimensions of each part of the multilayer ceramic inductor are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the application.
  • the thickness of the non-magnetic ceramic layer is about 20 to 100 m.
  • the thickness of the external electrode is usually about 10 to 100 / m, and the total thickness including the plating layers such as Cu, N and Sn is about 15 to 130 / xm.
  • the width of the external electrode is selected according to the purpose, but is usually 0.2 mm or more, preferably about 0.2 to 0.4.
  • the thickness of the inner conductor 5 is usually about 5 to 30 wm, and
  • the thickness of the electrode (electrode + interlayer) is usually about 40 to 100 / m.
  • the dimensions of the inductor chip body 10 are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the application. Usually, (1.0 to 4.5 thighs) X (0.5 to 3.2 mm) x (0 6 to 2. Om m). In this case, the nonmagnetic ceramic layer 6 uses the above-described nonmagnetic ceramic.
  • the conductive material contained in the inner conductor 5 is preferably mainly composed of Ag having a small specific resistance.
  • the conductive material mainly composed of Ag is preferably Ag or an Ag alloy such as Ag-Pd, Ag-Pt, Ag-Pd-Pt, and particularly preferably Ag (about 100 wt%).
  • the Ag content in the Ag alloy is preferably 75% by weight or more.
  • the internal conductor paste is obtained by kneading the above-described organic vehicle with the above-described conductive material made of the above-described various conductive metals or alloys, or various oxides, organometallic compounds, resins, etc. which become the above-mentioned conductive material after firing. To be prepared.
  • a conductive material mainly composed of Ag for the external electrodes 41 and 45.
  • the conductive material mainly composed of Ag Ag or an Ag alloy is preferable, and Ag is particularly preferable.
  • the Ag alloy an Ag—Pd alloy and an Ag—Cu alloy are preferred, and among them, an Ag—Pd alloy is preferred.
  • the Ag content in the Ag alloy is preferably at least 75 wt%.
  • Various glasses such as lead borosilicate glass may be contained in the external electrode.
  • the external electrodes 41 and 45 may be a single electrode layer, but it is preferable to further provide a coating layer formed of Cu, Ni, Sn, solder, or the like. Such a coating layer improves solder wettability and solder heat resistance during soldering.
  • the external electrode paste may be prepared in the same manner as the internal conductor base. By providing the external electrodes 41 and 45, the plating solution can be prevented from entering the internal conductor 5 in combination with the coating layer during plating, and the erosion of the internal conductor 5 can be prevented.
  • a nonmagnetic ceramic composition paste 6 ′ and an internal conductor paste 5 ′ are alternately printed on a substrate on which a PET film or the like is adhered so that the internal conductor paste 5 ′ forms a coil pattern.
  • a forming method according to JP-A-9-35982 may be used.
  • FIG. 4 to 6 are views showing steps in a method for manufacturing a laminated electronic component.
  • the low step surface L1 is constituted by the surface of the internal conductor paste 51
  • the high step surface H1 is constituted by the surface of the nonmagnetic ceramic composition paste 6 '.
  • the internal conductor paste 51 and the non-magnetic ceramic composition paste 6 ′ are formed on the surface of the non-magnetic ceramic composition base 6 ′ formed on the support 1.
  • an internal conductor paste 52 is formed so as to fill the step G1 in the step G1 generated between the low step L1 and the high step HI. I do.
  • the thickness of the internal conductor paste 52 need not necessarily be equal to the step G1.
  • the internal conductor paste 52 can be formed by a single application step or a plurality of repeated application steps.
  • the surface of the internal conductor paste 52 and the high step surface H 1 Another internal conductor paste 53 is formed thereon.
  • the internal conductor paste 52 is formed so as to fill the step G1 generated between the low step surface L1 and the high step surface H1, and then the internal conductor paste 52 is formed.
  • the step G 1 Since the other internal conductor paste 53 is formed on the surface of the high step surface H 1 and the high step surface H 1, when forming a continuous conductor layer between the low step surface L 1 and the high step surface H 1, the step G 1 The thickness of the conductor layer is also kept constant at the portion. Therefore, it is possible to manufacture a highly reliable electronic component in which the film thickness does not become thin at the step G 1. In addition, since the conductor layer thickness is kept constant even at the step G1, a highly reliable electronic component that does not break the conductor at the step G1 can be manufactured. Furthermore, since the thickness of the conductor layer is kept constant at the step G 1, the electric resistance does not increase at the step G 1, and the Q of the inductor does not decrease due to the electric resistance.
  • the green chip is separated from the substrate.
  • a green sheet is formed using a non-magnetic ceramic composition paste, and a through hole for conduction is formed in the green sheet.
  • the internal conductor paste is printed on a green sheet, these are laminated, and the obtained laminate is cut to form a green chip.
  • the green chip is fired in the above-described range of 820 ° C to 920 ° C to obtain an inductor chip body.
  • the external electrode paste is printed or transferred to the inductor chip body and sintered to obtain a multilayer ceramic inductor.
  • the firing conditions for the external electrode paste are preferably, for example, about 600 to 800 ° C. for about 10 minutes to 1 hour.
  • the multilayer ceramic inductor manufactured in this manner is mounted on a printed circuit board or the like by soldering or the like, and is used for various electronic devices and the like.
  • the LC composite component 100 shown in FIG. 2 is obtained by laminating and integrating an inductor chip body 10 and a capacitor chip body 11.
  • Inductor chip body 10 The configuration may be similar to that of the inductor chip body 10 of the laminated ceramic inductor described above.
  • the external electrodes 41 provided on the surface of the inductor chip 10 and the surface of the capacitor chip 11 may have the same configuration as the external electrodes 41 and 45 of the multilayer ceramic inductor.
  • the internal conductor 5 may have the same configuration as the internal conductor 5 in FIG. 1 described above.
  • the capacitor chip body 11 may have a configuration similar to that of a normal multilayer ceramic capacitor chip body.
  • the ceramic dielectric layer 3 is laminated via the internal electrode layer 25.
  • Various dielectric materials may be used for the ceramic dielectric layer 3. Since it is possible to sinter at low temperatures, it is preferable to use a titanium oxide-based dielectric material. A system composite oxide or a mixture thereof can also be used.
  • the ceramic dielectric layer may contain a glass such as borosilicate glass. Specifically, N I_ ⁇ necessary as titanium oxide, C U_ ⁇ , M n 3 ⁇ 4, A 1 2 ⁇ 3, M G_ ⁇ , T I_ ⁇ 2 or the like containing S i 0 2 etc.
  • B a T I_ ⁇ as titanate based composite oxide 3, S r T i 0 3 , C a T i O a, M g T i O 3 and mixtures thereof and the like, di Rukon-based complex oxide the B a Z R_ ⁇ 3, S r Z R_ ⁇ 3, C a Z R_ ⁇ , M g Z r 0 3 and mixtures thereof and the like.
  • the number of stacked dielectric layers may be determined according to the purpose, but is usually about 1 to 100.
  • the thickness per layer is usually about 5 to 50 m.
  • the present invention is applicable not only to the above-described multilayer ceramic inductors and LC composite parts, but also to, for example, a shielded multilayer ceramic inductor as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-58164.
  • Figure 8 shows a configuration example of a shielded multilayer ceramic inductor.
  • This shielded multilayer ceramic inductor includes an inner magnetic body 71 having an inner magnetic layer laminated, a coil section having a nonmagnetic ceramic layer 6 and an inner conductor 5 laminated, and an outer magnetic layer having an outer magnetic layer laminated. With a magnetic material 72 and an internal magnetic material coil The coil portion is surrounded by an external magnetic body.
  • the inner conductor 5 extends from one layer of the nonmagnetic ceramic layer 6 to another, and spirals around the inner magnetic body in a vertical spiral.
  • the end of the internal conductor is drawn out to the surface of the external magnetic body and connected to an external electrode (not shown).
  • the nonmagnetic ceramic layer 6 uses the nonmagnetic ceramic composition of the present invention.
  • a multilayer hybrid integrated circuit device is, for example, a device in which a resistor, a capacitor, an IC, and the like are mounted on a multilayer ceramic inductor or an LC composite component.
  • the present invention can be applied to any structure of a ceramic laminated component having a nonmagnetic ceramic layer.
  • a non-magnetic ceramic composition paste consisting of the powders shown in Table 1 and an organic vehicle were kneaded for 3 hours with a Leica mill to prepare a non-magnetic ceramic composition paste.
  • Borosilicate glass 1.2 ⁇
  • the organic vehicle used was a solution of ethyl cellulose dissolved in terbeneol.
  • the mixing ratio is 100 parts by weight of the non-magnetic ceramic composition, O 98/55425
  • a multilayer ceramic capacitor was manufactured. First, only the non-magnetic ceramic composition paste is laminated to a thickness of 200 / xm by screen printing, and then the following internal electrode layer paste and non-magnetic ceramic composition paste are alternately laminated by screen printing, After drying, a green laminate was obtained.
  • the internal electrode layer paste 5 to 15 parts by weight of ethyl cellulose and 30 to 50 parts by weight of terbineol were added to 100 parts by weight of Ag.
  • the green laminate was cut into green chips, which were fired in air for 2 hours to obtain capacitor chip bodies.
  • Table 1 shows the firing temperatures.
  • the thickness of the non-magnetic ceramic layer sandwiched between the internal electrode layers is 70 m
  • the thickness of the internal electrode layer is 10 m
  • the planar dimensions of the capacitor chip body are 4.5 mm x 3.2 mm.
  • the thickness was 0.8 lmm.
  • an external electrode paste was applied to the outer surface of the capacitor chip body and baked at 62 ° C. for 10 minutes to obtain a multilayer ceramic capacitor.
  • the dielectric constant and insulation resistance of the nonmagnetic ceramic layer and the overall bending strength were determined. Table 1 shows the results.
  • the criteria for sinterability evaluation are:
  • the evaluation criteria for chip deformation were evaluated by the radius of curvature (R) dimension due to the deformation of the corner of the chip. That is, the thickness of the external electrode applied to the end of the chip is in the range of 40 im to 100 / m, and the length of the electrode that goes from the corner to the surface of the element body is (B dimension) 300 ⁇ And At this time, the external electrodes can be applied to the chip normally.
  • the range of the radius of curvature of a part of the corner was defined as 50 to 100 ⁇ , and this was regarded as a good product. If the curvature is larger than this, the external electrode will adhere thickly, and an extra portion of the end of the chip other than the portion where the external electrode is applied will be rounded.
  • the curvature is small, the thickness of the external electrode at the corner portion of the chip end is reduced and the adhesion to the chip is deteriorated. The criteria are shown below.
  • ⁇ 40 zm or more to less than 50 m, more than 100 to 150 m or less
  • Non-magnetic ceramic composition (% by weight)
  • the dielectric constant of the non-magnetic ceramic layer using the non-magnetic ceramic composition of the present invention is significantly lower than that of the Ni—Cu—Zn ferrite. Also, it can be seen that, like the Ni—Cu—Zn ferrite, firing can be performed simultaneously with the Ag electrode. Further, in the case of using the non-magnetic ceramic composition of the present invention, no chip deformation and no crack were generated.
  • an inductor having a non-magnetic ceramic layer with the composition of sample No. 9 in Table 1 was prepared by the printing method in Fig. 3 and baked in air for 2 hours to obtain an inductor chip 10 as shown in Fig. 7. (Some windings are omitted in the figure).
  • an inductor chip having the same shape as that described above was manufactured by using a forsterite-based material of 2 Mg ⁇ 1 Si ⁇ 2 as an aggregate at 40 wt%. In this case, the dielectric constant was 6.5. In this case, no crack was generated.
  • the frequency characteristics dependence of Q and L was measured in the frequency range of 50 MHz to 1.8 GHz using HP 4291A and Fixture-1 16193A. Graphs showing the frequency dependence of Q and L are shown in FIGS. 9 and 10, respectively.
  • the Inductor chip to which the nonmagnetic ceramic of the present invention is applied exhibits a higher Q than the forsterite-based material.
  • the inductor chip to which the nonmagnetic ceramic of the present invention is applied has a higher L-frequency characteristic than the forsterite-based material, and can be applied to a high frequency of 1.5 GHz or more.
  • the borosilicate glass was converted to 10B 20 : j- 45Sio, 1 l OCaO—10Ba ⁇ (wt%, by mol% close to JP-A-63-265858). 5. 37 B 2 ⁇ ⁇ : i , 24.68 Sio,, 5.12 Ca 13., 13.99 B a ⁇ ) were replaced with similar chip inductors.
  • the dielectric constant of the two is 6. 4, the firing conditions are as high as 980 ° C, Ag (100%) conductive material cannot be used for the inner conductor, and the high frequency characteristics when AgZPd is used are low Q value and the self-resonant frequency is also forsterite. It was just like a bird.

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Description

明細書
非磁性セラミックおよびセラミック積層部品 技術分野
本発明は、 非磁性セラミックと、 この非磁性セラミックを用いて製造されたィ ンダクタ部等を有するセラミック積層部品とに関する。 背景技術
電子部品の S MD (表面実装部品） 化が進む中、 また、 通信機などに用いられ る高周波用の部品の高性能化の要求に伴ない、 チップフィルタやチップインダク 夕等のセラミック積層部品が広く採用されている。 チップフィル夕やチップイン ダク夕のインダク夕部は、 巻線を用いることなく、 磁性体ペーストと導体ペース トとを交互に積層した後、 焼成して一体化することにより製造される。
セラミック積層部品のィンダク夕部のセラミック磁性層には、 低温焼成が可能 であり、 また、 高周波特性が比較的優れていることから、 N i— C u _ Z nフエ ライト等が選択されることが一般的である。 また、 内部導体の導電材としては、 抵抗率の低い A gあるいは A g合金が用いられている。
しかし、 N i _ C u— Z nフェライトは誘電率が ε = 1 0〜 1 5程度であるた め、 内部導体パターンの間隔が狭い場合に導体パターン間の浮遊容量を小さくす ることが難しい。 このため、 内部導体パターンが狭い場合には自己共振周波数を 高くすることができず、 高周波での使用に制限を受けてしまう。
このような事情から、 特開平 4— 7 8 0 9号公報では、 「絶縁体層間を端部が 接続されながら積層方向に重畳して周回する導体パターンを具えた積層セラミツ クインダク夕において、 該絶縁体層を形成する材料が非磁性セラミック材料であ ることを特徴とする積層セラミックインダク夕」 が提案されている。 前記非磁性 W
体セラミック材料としては、 「ガラスとコーディエライトの混合物」 および 「ガ ラスとコ一ディエライトにムライトを添加した混合物」 が例示されており、 前記 ガラスとしては、 S i 02 が 6 3〜8 5 wt %、 B 2 〇3 が 3〜2 8 wt %の範囲の 硼珪酸ガラスが好ましい旨の記述がある。 同公報では、 絶縁体層にこのような非 磁性セラミック材料を用いることにより、 絶縁体層の誘電率を低くして自己共振 周波数を高くし、 高周波帯域に対応可能としており、 また、 低温での焼成を可能 として銀電極の使用を可能としている。
しかし、 同公報記載の非磁性セラミック材料を用いた場合、 積層セラミツクイ ンダク夕の抗折強度を十分に高くすることができない。 このため、 表面実装部品 に要求されるたわみ強度が不十分となることがある。 また誘電率もフェライトを 含む材料の 1ノ 2程度、 つまり、 ε = 5 . 5〜6 . 5程度であり、 携帯電話等の 高周波回路に用いる部品に使用するには十分な値とは言えない。
また、 本発明者は先に硼珪酸ガラスと溶融 S i 02 との組成物を用い、 誘電率 ε = 4 . 2を実現している。 しかしながら、 以下のような問題点を有していた。 非磁性セラミック材料としての硼珪酸ガラスと S i 02 ガラスから成る組成物に おいて、 S i〇2 ガラスを 2 5 wt %以上添加すると、 焼結時にクリストバライト の結晶成長が生じる。 このとき、 特に導体である A gの周囲に結晶化度の高い部 分が偏在する。 また、 このクリストバライトの結晶成長に起因する熱膨張率の変 化は 1 0 0 ° Cから 3 0 0 ° Cに上昇するときに顕著となり、 0 %から 0 . 2 6 0 %ないし 0 . 2 7 0 %にまで上昇してしまう。 このため、 導体周囲に偏在した クリストバライト結晶成長による急峻な膨張により、 内部応力が発生し、 特に巻 数の多いインダク夕を製造した場合、 チップの変形や導体周囲にクラックを生じ てしまう。 発明の開示 本発明の目的は、 インダク夕部を有するセラミック積層部品として用いた場合、 誘電率が低く、 高周波領域での特性が良好で、 かつ銀電極が使用可能な低温焼成 を可能とし、 焼結時におけるチップの変形やクラックの発生を抑制でき、 しかも、 機械的強度を高くできる非磁性セラミックおよびセラミック積層部品を提供する ことである。
このような目的は、 下記 （1) 〜 （7) のいずれかの構成により達成される。
(1) 35wt%〜75wt%の硼珪酸ガラスのマトリクス中に、 5〜40wt% の α—石英と、 5wt%〜6 Owt%の珪酸亜鉛とが分散されており、
前記硼珪酸ガラスは S i〇2 および B2 〇3 の含有率がそれぞれ、
S i 02 = 70〜9 Owt%、
B2 03 = 10〜3 Owt%、
である非磁性セラミック。
(2) 前記硼珪酸ガラスと、 α—石英と、 珪酸亜鉛とを混合した後、 これを 焼成して得られる上記 （1) の非磁性セラミック。
(3) 前記硼珪酸ガラスは副成分として K2 〇、 N a2 0、 B a〇、 S r〇、 A 12 03 および C a Oのうちの少なくとも 1種以上を総計で 5wt%以下含有す る上記 （1) または （2) の非磁性セラミック。
(4) 前記ひ一石英の平均粒径が 0. 1〜5. 0 mである上記 （1) 〜 (3) のいずれかの非磁性セラミック。
(5) 誘電率が 4. 0〜5. 4である上記 （1) 〜 （4) のいずれかの非磁 性セラミック。
(6) 少なくとも上記 （1) 〜 （5) のいずれかの非磁性セラミックを用い たィンダク夕部を有するセラミック積層部品。
(7) 内部導体として A gまたは A gを主成分とする合金を用いた上記 (6) のセラミック積層部品。 図面の簡単な説明
図 1は、 積層セラミックインダク夕の構成例の一部を切り欠いて示す平面図で ある。
図 2は、 L C複合部品の構成例の一部を切り欠いて示す斜視図である。
図 3は、 積層セラミックインダクタの製造工程を示した概念図である。
図 4は、 電子部品の製造方法の工程を示す図である。
図 5は、 図 4に示される工程の後の工程を示す図である。
図 6は、 図 5に示される工程の後の工程を示す図である。
図 7は、 本発明の実施例である積層セラミックインダク夕チップの構造を示す 概念図である。
図 8は、 シールド型積層セラミックインダクタの構成例の断面図である。
図 9は、 積層セラミックインダク夕の Qの周波数特性を表わすグラフである。 図 1 0は、 積層セラミックインダク夕の Lの周波数特性を表わすグラフである。 作用および効果
本発明では、 セラミック積層部品のインダク夕部に、 従来のフェライト磁性層 に代えて、 硼珪酸ガラスをマトリクスとし、 ο;—石英および、 骨材として珪酸亜 鉛を用いた非磁性セラミック層を用いる。 この非磁性セラミック層は、 フェライ ト磁性層に比べ誘電率が著しく低いため、 自己共振周波数を飛躍的に高くするこ とができる。 このため、 高周波帯域への対応が容易となり、 セラミック積層部品 の構造設計の自由度も高くなる。 そして、 前記非磁性セラミック層は、 緻密に焼 結できる温度が低いため、 融点は低いが特性の良好な A gを内部導体に用いるこ とができる。
また、 本発明では、 α —石英と、 骨材として珪酸亜鉛とを添加しているので、 高い抗折強度が得られ、 表面実装部品として十分なたわみ強度が得られる。
また、 焼結時におけるクリストバライトの結晶成長が抑制されるため、 巻数の 多いインダク夕を製造した場合でも、 内部応力によるチップの変形やクラックの 発生がない。
なお、 特開昭 6 3— 2 6 5 8 5 8号公報には、 珪酸亜鉛と B2 〇3 2. 5〜3 0モル％， S i 02 2. 5〜5 0モル％の硼珪酸ガラスとを用いたセラミックが 開示されているが、 このものでは、 焼結温度を 9 6 0 ° C以下としにくい。 この ため、 内部導体に Ag ( 1 0 0 %程度のもの） を使用しにくく、 誘電率が 6以下 と不十分であり、 良好な周波数特性が得られない。 また曲げ強度も低い。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の具体的構成について詳細に説明する。
<非磁性セラミック〉
本発明の非磁性セラミックは、 通常、 インダク夕部を有する各種セラミック積 層部品の製造に適用される。
本発明の非磁性セラミックは、 マトリクスとしての硼珪酸ガラスと、 α—石英 と、 骨材としての珪酸亜鉛との混合組成であり、 その組成率は、 硼珪酸ガラス 3 5wt%〜7 5wt%、 特に 6 0wt%〜7 0wt%、 α—石英 5〜 40 wt %、 特に 1 0 〜3 5wt%、 珪酸亜鉛 5wt%〜6 0wt%、 特に 5wt%〜 3 0wt%の範囲で混合し、 焼結することにより得られる。
上記の範囲の混合組成で得られた非磁性セラミックは、 フェライトと比較して 格段に低い値の誘電率となり、 この非磁性セラミックを用いてセラミック積層部 品のィンダク夕を形成することにより、 高周波特性に優れたセラミック積層部品 を提供することができる。 この際、 絶縁抵抗、 抗折強度、 焼結性、 印刷性とも十 分良好である。 硼珪酸ガラスが 7 5wt%超、 あるいは 3 5 ％未満となると、 こ れらの特性の何れかが臨界的に低下する。 より具体的には、 硼珪酸ガラスの含有 率が 75wt%を超えると抗折強度が低下し、 焼結時にチップの変形が生じること がある。 また、 硼珪酸ガラスの含有率が 35wt%に満たない場合には、 焼成温度 が高くなり、 抗折強度が低下し、 焼結性とも悪くなる。 常温での誘電率は上記範 囲の組成中であれば、 ε =4. 0〜5. 4、 さらには 4. 1〜5. 0、 特に 4. 1〜4. 5と十分優れた値を示す。 また、 抗折強度も十分優れた値を得ることが できる。
本発明でマトリクスとして用いる硼珪酸ガラスの組成は、 S i〇2 の含有率 7 0〜90wt%、 好ましくは 75〜85wt%であり、 B」 〇:i の含有率 1 0〜 3 0 wt%、 好ましくは 1 5〜25wt%である。 このような組成範囲とすることにより、 軟化点が後述するように低くなるので、 A gを主体とする電極との同時焼成が可 能となる。 また、 このような組成範囲とすることにより、 良好な誘電率や抗折強 度が得られる。
なお、 この他 K2 〇、 N a2 0、 B aO、 S r〇、 C a〇等の少なくとも 1種 以上が総計で約 5wt%以下含まれていてもよい。 特に、 B a〇、 S rO、 C a〇 等はグリーンチップ表面に析出する B 2 03 を抑制することに効果があり、 K2 0、 Na2 Oについては焼結性に効果がある。 これらの酸化物は、 上記化学量論 組成から多少偏倚していても良く、 これらを 2種以上添加する場合の混合比は任 意である。
主成分中における硼珪酸ガラスの比率が低すぎると、 非磁性セラミックの焼成 温度が高くなるので、 A gを主体とする電極と同時に焼成する場合、 緻密に焼結 できなくなる。 一方、 硼珪酸ガラスの比率が高すぎると、 焼結が進みすぎて変形 した焼結体となってしまう。 硼珪酸ガラスの軟化点は、 好ましくは 7 50〜87 0°C, より好ましくは 800〜850°Cである。 軟化点が低すぎると焼結が進み すぎて変形した焼結体となってしまい、 軟化点が高すぎると焼結が不十分となつ て緻密に焼結できなくなる。 原料の硼珪酸ガラスの平均粒径は特に限定されない が、 通常、 0. 5〜5. 0 のものを用いることが好ましい。
上記主成分に対する添加物として、 ひ—石英を用いる。 この α—石英には、 不 純物として、 A l 2 〇3 ， C a〇， F e 2 03 等が総計 10 Oppm以下程度含有 されていてもよい。 このひ一石英は、 主に抗折強度の向上を目的として添加され る。 α—石英の、 硼珪酸ガラスと珪酸亜鉛に対する比率が高すぎると焼結性が悪 化し、 十分な抗折強度が得られない。 また、 硼珪酸ガラス 75wt%超、 珪酸亜鉛 5wt%未満の組成に対する添加では、 抗折強度が弱くなり、 チップの変形を生じ ることがある。 添加する α—石英の粒径としては、 特に限定されるものではない 力 好ましくは 0. 1〜5. 0 2m 、 特に 0. 5〜3. 0 程度である。 原料 の粒怪サイズと、 焼成後の α—石英の粒径サイズとは、 ほぼ同一である。
本発明では骨材として珪酸亜鉛を用いる。 この珪酸亜鉛は Z n2 S i 04 の組 成をもつが、 この組成から多少偏倚していても良い。 また珪酸亜鉛には、 1 0w t%以下の範囲で、 A 12 03 等が、 また不純物として総計 1 0 Oppm 以下程度 の C a〇、 Z r02 、 Mg〇、 B a O等が含有されていても良い。
骨材は、 主に抗折強度向上のために添加される。 主成分中における骨材の比率 が低すぎると、 抗折強度が不十分となり、 チップの変形が生じる。 一方、 骨材の 比率が高すぎると、 焼結性が悪くなつて十分な抗折強度が得られない。 また、 硼 珪酸ガラス 75wt%超、 ひ—石英 5wt%未満の組成に対する添加では、 抗折強度 が低下し、 チップの変形を生じることがある。 セラミック中の骨材の平均粒径は 特に限定されないが、 通常、 0. 5〜 1 0 ΙΠ 、 より好ましくは、 0. 5〜5 m とすることが好ましい。 前述のとおり、 原料骨材および硼珪酸ガラスもこれと 同等の平均粒径とすれば良い。 この硼珪酸ガラスは焼結後、 α—石英と、 骨材と を取り囲んでマトリクスを形成する。
ぐ有機' ペースト化は、 上記の混合組成で与えられるマトリクス材としての硼珪酸ガラ スと、 骨材としての珪酸亜鉛と、 ひ一石英と、 有機ビヒクルとを混合することに より行なう。 有機ビヒクルは、 バインダを有機溶剤中に溶解したものである。 有 機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、 ェチルセルロース等の通常の各 種バインダから適宜選択すればよい。 また、 有機溶剤も特に限定されず、 印刷法 やシート法など、 利用する方法に応じて、 公知の各種有機溶剤から適宜選択すれ ばよい。 例えば、 印刷法を用いる場合は、 急速な揮発を抑えるために比較的高沸 点の有機溶剤、 例えば、 プチルカルビトール、 テルビネオール等の 1種以上を用 いることが好ましく、 また、 シート法を用いる場合には、 迅速に揮発させるため に比較的低沸点の有機溶剤、 例えば、 エタノール、 メタノール、 トルエン、 プロ パノール、 ブタノ一ル、 アセトン、 M E K (メチルェチルケトン） 、 M I B K (メチルイソブチルケトン） 等の 1種以上を用いることが好ましい。 いずれの場 合も混合溶剤としても良い。
非磁性セラミック組成物、 つまりマトリクス材としての硼珪酸ガラスと骨材と しての珪酸亜鉛とひ一石英とに対するバインダおよび溶剤の比率は特に限定され ず、 通常の比率、 例えば、 非磁性セラミック組成物 1 0 0重量部に対しバインダ は 5〜 1 5重量部程度、 溶剤は 1 0 0〜2 0 0重量部程度とすればよい。 また、 ペースト中には、 必要に応じて各種分散剤や可塑剤などの添加物が含有されてい てもよい。 ペースト中におけるこれら添加物の総含有量は、 1 O wt %以下とする ことが好ましい。
ぐ焼成 >
本発明に用いる非磁性セラミック組成物の焼成温度は、 好ましくは 8 2 0〜 9 2 0 ° (：、 より好ましくは 8 5 0〜8 9 0 °Cである。 本発明の非磁性セラミック組 成物はこのような比較的低温で焼成可能である。 なお、 焼成温度が低すぎると、 緻密な焼結体を得ることが難しくなる。 焼成時間は、 好ましくは 0 . 0 5〜 5時 間、 より好ましくは 0. 1〜3時間である。 焼成雰囲気は、 同時に焼成する内部 導体の構成によっても異なるが、 内部導体に Ag系材料を用いる場合には、 通常、 空気中で行なう。
<セラミック積層部品 >
本発明のセラミック積層部品は、 非磁性セラミック層と内部導体とを積層して 構成されるインダクタ部を少なくとも有する。 前記非磁性セラミック層は、 上記 非磁性セラミック組成物を用いたものである。 このようなセラミック積層部品と しては、 例えば、 図 1に示されるような積層セラミックインダク夕や、 図 2に示 されるような LC複合部品などが挙げられる。
積層セラミッ
図 1に示される積層セラミックインダクタは、 非磁性セラミック層 6と内部導 体 5とを積層して構成されるインダク夕チップ体 10と、 このインダク夕チップ 体 10表面に設けられた外部電極 41, 45とを有する。
積層セラミックインダク夕各部の構成は、 特開平 9一 35982または従来公 知の各種構成から選択すればよく、 例えば、 外形はほぼ直方体状の形状とされる。 そして、 通常、 図 1に示されるように、 非磁性セラミック層 6内において内部導 体 5は螺旋状に配置されて内部巻線を構成し、 その両端部は外部電極 41， 45 に接続される。 内部導体 5の巻線パターンは特に限定されず、 またその巻数も用 途に応じ適宜選択すればよい。 この場合の巻数は通常 1. 5〜15. 5ターンが 可能である。 積層セラミックインダクタ各部の寸法は特に限定されず、 用途に応 じて適宜決定すればよい。 非磁性セラミック層の厚さは 20〜 100 m程度と する。 外部電極の厚さは通常 10〜 100 /m程度であり、 C u、 Nし S n等 のメツキ被覆層を含めた合計厚さは 15〜130 /xm程度とされる。 外部電極の 幅は目的に応じて選定されるが、 通常、 0. 2 mm以上、 好ましくは 0. 2〜0. 4匪程度とされる。 内部導体 5の厚さは、 通常、 5〜30 wm程度、 また、 1夕 ーンの厚み （電極 +層間） は、 通常、 40〜 100 / m程度とされる。 インダク 夕チップ体 10の寸法も特に限定されず、 用途に応じて適当な寸法とすればよい 、 通常、 （1. 0〜4. 5腿） X (0. 5〜3. 2mm) x (0. 6〜2. Om m) 程度である。 この場合、 非磁性セラミック層 6は、 上述した非磁性セラミツ クを用いたものである。
内部導体 5に含有される導電材は、 比抵抗の小さい A gを主体とするものであ ることが好ましい。 A gを主体とする導電材としては、 Ag、 または、 Ag— P d、 Ag— P t、 Ag— P d— P t等の Ag合金が好ましく、 特に Ag (100 wt%程度） が好ましい。 Ag合金中の Agの含有率は、 75wt%以上であること が好ましい。 内部導体ペーストは、 上記した各種導電性金属や合金からなる導電 材、 あるいは焼成後に上記した導電材となる各種酸化物、 有機金属化合物、 レジ ネート等と、 上記したような有機ビヒクルとを混練して調製する。
外部電極 41， 45には、 A gを主体とする導電材を用いることが好ましい。 A gを主体とする導電材としては、 Agまたは Ag合金が好ましく、 特に Agが 好ましい。 また、 Ag合金としては、 Ag— Pd合金、 Ag— Cu合金が好まし く、 これらのうちでは Ag— P d合金が好ましい。 A g合金中の A gの含有率は、 75wt%以上であることが好ましい。 外部電極中には、 硼珪酸鉛ガラス等の各種 ガラスが含有されていてもよい。 外部電極 41, 45は単独の電極層としてもよ いが、 さらに、 Cu、 N i、 S nあるいはハンダ等から形成される被覆層を設け ることが好ましい。 このような被覆層は、 ハンダ付けの際のハンダ濡れ性、 ハン ダ耐熱性を向上させる。 外部電極ペーストは、 内部導体べ一ストと同様にして調 製すればよい。 なお、 外部電極 41， 45を設けることにより、 メツキ処理時に 被覆層と相俟って内部導体 5へのメッキ液の進入を防ぎ、 内部導体 5の浸食を防 止できる。
積層セラミックインダク夕を印刷法により製造する場合、 図 3に示されるよう に、 まず、 非磁性セラミック組成物ペースト 6 ' と内部導体ペースト 5 ' とを、 内部導体ペースト 5 ' がコイルパターンとなるように P E Tフィルム等を張り付 けた基板上に交互に印刷して積層体を形成する。 または、 特開平 9— 3 5 9 8 2 による形成方法でも良い。
この方法では、 低段面と、 高段面との間で連続する導体層を有する構造を取る 場合に、 前記低段面と前記高段面との間に生じている段差を埋める導体層を有し、 前記高段面に形成された導体層が前記段差を埋める前記導体層の上に連続してい る。 上記構造によれば、 低段面と、 高段面との間で連続する導体層を形成する場 合、 段差部分で、 膜厚が薄くなることのない高信頼度の電子部品を得ることがで きる。 また、 段差部分で、 膜厚が薄くなることがないので、 導体切れを生じない 高信頼度の電子部品を得ることができる。 更に、 段差部分において、 膜厚が薄く なることがないので、 段差部分で、 電気抵抗の増大、 それによるインダク夕の Q の低下を招くことがない。
この構造のインダク夕の製造方法について説明する。 図 4〜図 6は積層電子部 品の製造方法における工程を示す図である。 図 4において、 低段面 L 1は内部導 体ペースト 5 1の表面で構成され、 高段面 H 1は非磁性セラミック組成物ペース ト 6 ' の表面によって構成されている。 内部導体ペースト 5 1及び非磁性セラミ ック組成物ペースト 6 ' は支持体 1上に形成された非磁性セラミック組成物べ一 スト 6 ' の表面に形成されている。 次に、 図 5に示されるように、 低段面 L 1と 高段面 H Iとの間に生じている段差 G 1内に、 段差 G 1を埋めるように、 内部導 体ペースト 5 2を形成する。 内部導体ペースト 5 2の厚みは、 必ずしも、 段差 G 1と等しくする必要はない。 段差 G 1よりも少し低くとも、 段差 G 1に起因する 不具合解消として機能する。 また、 内部導体ペースト 5 2は 1回の塗布工程また は複数回の繰り返し塗布工程によって形成することができる。 次に、 図 6に示さ れるように、 第 2の工程において、 内部導体ペースト 5 2の表面及び高段面 H 1 上に他の内部導体ペースト 5 3を形成する。 上述のように、 低段面 L 1と高段面 H 1との間に生じている段差 G 1を埋めるように、 内部導体ペースト 5 2を形成 し、 次に、 内部導体べ一スト 5 2及び高段面 H 1の面上に他の内部導体ペースト 5 3を形成するから、 低段面 L 1と、 高段面 H 1との間で連続する導体層を形成 する場合、 段差 G 1の部分でも導体層厚が一定に保たれる。 このため、 段差 G 1 の部分で、 膜厚が薄くなることのない高信頼度の電子部品を製造することができ る。 また、 段差 G 1の部分でも導体層厚が一定に保たれるので、 段差 G 1の部分 で、 導体切れを生じない高信頼度の電子部品を製造することができる。 更に、 段 差 G 1の部分において、 導体層厚が一定に保たれるので、 段差 G 1の部分で、 電 気抵抗の増大、 それによるインダク夕の Qの低下を招くことがない。
次に、 所定の形状および寸法となるように切断してグリーンチップとした後、 基板から剥離する。 一方、 シート法により製造する場合、 まず、 非磁性セラミツ ク組成物ペーストを用いてグリーンシートを形成し、 グリーンシートに導通のた めのスルーホールを穿設する。 次いで、 グリーンシートに内部導体ペーストを印 刷してこれらを積層し、 得られた積層体を切断してグリーンチップを形成する。 次いで、 グリーンチップを前述の 8 2 0 ° C〜9 2 0 ° Cの範囲で焼成し、 イン ダクタチップ体を得る。 焼成後、 外部電極ペーストをインダク夕チップ体に印刷 ないし転写して焼成することにより、 積層セラミックインダク夕が得られる。 外 部電極用ペース卜の焼成条件は、 例えば、 6 0 0〜 8 0 0 °Cにて 1 0分間〜 1時 間程度とすることが好ましい。 このようにして製造された積層セラミックインダ クタは、 ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、 各種電子機器等に使 用される。
L C複合部品
図 2に示される L C複合部品 1 0 0は、 インダクタチップ体 1 0とコンデンサ チップ体 1 1とを積層一体化したものである。 インダク夕チップ体 1 0は、 前記 した積層セラミックインダク夕のインダクタチップ体 1 0と同様な構成とすれば よい。 インダク夕チップ体 1 0表面およびコンデンサチップ体 1 1表面に設けら れる外部電極 4 1は、 前記積層セラミックインダク夕の外部電極 4 1， 4 5と同 様な構成とすればよい。 内部導体 5は、 前述した図 1の内部導体 5と同様な構成 とすればよい。
コンデンサチップ体 1 1は、 通常の積層セラミックコンデンサのチップ体と同 様な構成とすればよい。 図示例では、 内部電極層 2 5を介してセラミック誘電体 層 3を積層してある。 セラミツク誘電体層 3には種々の誘電体材料を用いてよい 力 低温での焼成が可能であることから、 酸化チタン系誘電体材料を用いること が好ましいが、 チタン酸系複合酸化物、 ジルコン酸系複合酸化物、 あるいはこれ らの混合物を用いることもできる。 なお、 焼成温度を低下させるために、 セラミ ック誘電体層には硼珪酸酸ガラス等のガラスが含有されていてもよい。 具体的に は、 酸化チタン系としては必要に応じ N i〇、 C u〇、 M n 3 〇4 、 A 1 2 〇3, M g〇、 S i 02 等を含む T i〇2 等が、 チタン酸系複合酸化物としては B a T i〇3 、 S r T i 03 、 C a T i O a 、 M g T i O 3 やこれらの混合物等が、 ジ ルコン酸系複合酸化物としては B a Z r〇3 、 S r Z r〇3 、 C a Z r〇 、 M g Z r 03 やこれらの混合物等が挙げられる。 誘電体層の積層数は目的に応じて 定めればよいが、 通常 1〜 1 0 0程度である。 また、 一層あたりの厚さは、 通常 5〜 5 0 m 程度である。
本発明は、 上述した積層セラミックインダク夕や L C複合部品の他、 例えば、 特公平 3— 5 8 1 6 4号公報に開示されているようなシールド型積層セラミック ィンダク夕にも適用できる。 シールド型積層セラミックインダクタの構成例を図 8に示す。 このシールド型積層セラミックインダクタは、 内部磁性体層が積層さ れた内部磁性体 7 1と、 非磁性セラミック層 6と内部導体 5とを積層したコイル 部と、 外部磁性体層が積層された外部磁性体 7 2とを有し、 内部磁性体をコイル 部が包囲し、 さらにコイル部を外部磁性体が包囲する構成となっている。 内部導 体 5は、 非磁性セラミック層 6の層間から層間へと延び、 内部磁性体の周りを垂 直方向に螺旋を描くように周回している。 内部導体の端部は外部磁性体の表面に 引き出され、 図示しない外部電極と接続される。 非磁性セラミック層 6は、 本発 明の非磁性セラミック組成物を用いたものである。
この他、 本発明は、 インダク夕部を有する積層混成集積回路素子にも適用可能 である。 積層混成集積回路素子は、 例えば、 積層セラミックインダクタや L C複 合部品上に、 抵抗体、 コンデンサ、 I C等を載せたものである。 この他にも、 非 磁性セラミック層を有するセラミック積層部品であれば、 どのような構成のもの であっても本発明を適用することができる。
実施例
以下、 本発明の具体的実施例を示し、 本発明をさらに詳細に説明する。
ぐ実施例 1 >
表 1に示す粉末からなる非磁性セラミック組成物と、 有機ビヒクルとをライカ ィ機で 3時間混練して、 非磁性セラミック組成物ペーストを調製した。 硼珪酸ガ
S i 02 ： 8 Owt%、
B2 〇3 ： 1 8wt%,
K2 〇 ： 2wt%
を含むものを用いた。 各粉末の平均粒径は、
硼珪酸ガラス ： 1. 2 ιη 、
Z n2 S i〇4 (珪酸亜鉛） ： 0. 5 m 、
a—石英 ： 0. 7 βΐίΐ >
とした。 有機ビヒクルには、 ェチルセルロースをテルビネオ一ルに溶解したもの を用いた。 混合比率は、 非磁性セラミック組成物 1 0 0重量部に対し、 ェチルセ O 98/55425
15
ルロース 1 0重量部、 テルビネオール 1 4 0重量部とした。
非磁性セラミック組成物の焼結後の誘電率を測定するために、 積層セラミック コンデンサを作製した。 まず、 非磁性セラミック組成物ペーストだけをスクリ一 ン印刷により 2 0 0 /x m厚まで積層し、 次いで下記の内部電極層ペーストと非磁 性セラミック組成物ペーストとをスクリーン印刷により交互に積層し、 乾燥して、 グリーン積層体とした。 内部電極層ペーストには A g 1 0 0重量部に対し、 ェチ ルセルロース 5〜1 5重量部、 テルビネオール 3 0〜5 0重量部とした。
次いでグリーン積層体を切断してグリーンチップとした後、 空気中において 2 時間焼成し、 コンデンサチップ体とした。 焼成温度を表 1に示す。 内部電極層に 挟まれた非磁性セラミック層の厚さは 7 0 m 、 内部電極層の厚さは 1 0 m 、 コンデンサチップ体の平面寸法は 4 . 5 mm X 3 . 2羅、 積層方向の厚さは 0 . 8 l mmであった。 次いで、 コンデンサチップ体の外面に外部電極ペーストを塗布し て 6 2 0 °Cで 1 0分間焼付し、 積層セラミックコンデンサとした。 これらの積層 セラミックコンデンサについて、 非磁性セラミック層の誘電率および絶縁抵抗と、 全体の抗折強度とを求めた。 結果を表 1に示す。 焼結性評価の基準は、
〇：焼結による収縮率が 1 5 %以上
X ：焼結による収縮率が 1 5 %未満
とした。
なお、 比較のために、 非磁性セラミック組成物に替えて従来の積層セラミック インダク夕に用いられている N i—C u— Z nフェライトを用い、 上記と同様な 評価を行なった。 また、 全ての試料のチップの変形について評価した。
チップの変形についての評価基準は、 チップのコーナー部の変形による曲率半 径 （R) 寸法で評価した。 すなわち、 チップの端部に塗布した外部電極の厚みを 4 0 i m〜 1 0 0 / m の範囲とし、 コーナー部から素体の面に回り込む電極の長 さを （B寸法） 3 0 0 μ ηι とした。 この際、 外部電極を正常にチップに塗布でき るコーナ一部の曲率半径の範囲を 5 0〜 1 0 0 πι と規定して、 これを良品とし た。 曲率がこれより大きい場合には外部電極が厚く付着してしまうと共に、 チッ プの端部の外部電極を塗布する部分以外の余分な部分にも丸みができてしまう。 また、 曲率が小さい場合にはチップ端部のコーナー部分における外部電極の厚み が薄くなつてしまうと共にチップとの密着性が悪くなつてしまう。 以下にその判 断基準を示す。
O： 5 0〜： 1 0 0 m
△： 40 zm以上〜 5 0 m未満、 1 0 0 超〜 1 5 0 m以下
X ： 40 m未満、 1 5 0 m超とした。 結果を表 1に併記する。
非磁性セラミック 組成 （重量％)
組成物 硼珪酸 骨材 焼成温度 誘電率 絶縁抵抗 抗折強度 焼結性 チップ
No. ガラス a一石英 珪酸亜鉛 (° C) (ε) (Ω) (Kgf/ mm2) の変形
1 (比較） 15* 5 80* 900 5.5 1X10"' 9.6 X 〇
2 (比較） 25* 5 70* 890 5.3 1X10" 12.3 X 〇
3 35 5 60 870 5 1X1013 14.4 〇 〇
4 (比較） 40 50* 10 900 4.2 1X10'° 5.3 X 〇
50 40 10 860 4.2 1X10'3 15.2 〇 〇
50 30 20 860 4.3 1X1013 14.7 〇 〇
7 50 20 30 860 4.5 1X1013 13.4 〇 〇
8 60 35 5 860 4.1 1X1013 16.8 〇 〇
9 60 30 10 860 4.2 1X10 16.5 〇 〇
10 60 20 20 860 4.3 1X10" 15.7 〇 〇
11 60 10 30 860 4.5 1X10'3 14.6 〇 〇
12 70 25 5 860 4.1 1X10' 3 16.2 〇 〇
13 70 20 10 860 4.2 1X1013 16.0 〇 〇
14 70 10 20 860 4.3 1X1013 15.2 〇 〇
15 70 5 25 860 4.4 1X10' 3 14.0 〇 〇
16 (比較) 80* 10 10 860 4.2 1X10" 8.5 〇 △
17 (比較） 90* 5 5 850 4.1 IX 7.2 〇 X
18 (比較) Ni-Cu-Znフェライト 870 13 1X1014 13 〇 〇
19 (比較） フオルステライ 1 870 6.5 1X10' 3 13.2 〇 〇
20 (比較) B 03-Si02-CaO-BaO 系 980 6.4 1X1013 15.2 〇 〇 は範囲外を表す
表 1に示されるように、 本発明の非磁性セラミック組成物を用いた非磁性セラ ミック層の誘電率は、 N i— Cu— Znフェライ卜の誘電率よりも著しく低い。 また、 N i— Cu— Znフェライトと同様に、 A g電極と同時に焼成が可能であ ることがわかる。 また、 本発明の非磁性セラミック組成物を用いたものではチッ プの変形ゃクラックの発生は見られなかった。
次に表 1のサンプル No 9の組成の非磁性セラミック層を有するインダク夕を、 図 3の印刷法により作製し、 空気中にて 2時間焼成し、 図 7に示すようなインダ クタチップ 10を得た （図では巻線は一部省略して表示している） 。 このインダ クタチップ 10の内部導体 5の卷数は 10. 5、 巻線ピッチは 40 μιη 、 インダ クタチップ 10の寸法は L= 1. 6匪、 W=0. 8咖、 t = 0. 8である。 また、 比較例として、 骨材として、 2Mg〇一 S i〇2 のフォルステライト系の材料を 40wt%用いて、 上記と同一形状のインダクタチップを製作した。 なお、 この場 合の誘電率は 6. 5であった。 この場合にもクラックの発生は無かった。
これらのインダクタチップについて、 HP 4291A、 およびフィクスチヤ一 16193Aを用い、 周波数レンジ 50MHz〜 1. 8 GHzで、 Qおよび Lの周波 数特性依存性を測定した。 Qおよび Lの周波数依存性を表わすグラフを図 9、 図 10にそれぞれ示す。 図 9に示されるように、 本発明の非磁性セラミックを適用 したインダク夕チップは、 フオルステライト系材料よりも優れた高い Qを示す。 また、 図 7から明らかなように、 本発明の非磁性セラミックを適用したインダク 夕チップは、 フォルステライト系材料よりも Lの高周波特性が優れ、 1. 5GHz 以上の高周波にまで適用できる。
さらに、 サンプル No 9において、 硼珪酸ガラスを特開昭 63— 265858 号公報に近い mol %で、 10B2 0:j - 45 S i O , 一 l OC aO— 10 B a〇 (wt%で、 5. 37 B2 〇:i 、 24. 68 S i O , , 5. 12 C a〇、 13. 9 9 B a〇） にかえて同様のチップインダク夕を作製した。 二のものの誘電率は 6. 4であり、 焼成条件も 980° Cと高く、 内部導体に Ag (100%) の導電材 が使用できず、 AgZPdを使用した場合の高周波特性は、 Q値が低く、 自己共 振周波数もフオルステライ卜なみであった。
なお、 上記実施例では印刷法を用いたが、 シート法を用いた場合でも、 同様の 結果が得られることが確認された。 また、 硼珪酸ガラスは S i 02 70〜90w t%で同等の効果を示し、 κ2 〇を除いたものでも、 あるいは Κ2 Οにかえ、 ま たはこれに加えて N a 2 0、 B a〇、 S r〇、 C a Oの 1種類以上を 5 wt %以下 含有するものでも同等の結果を示した。
以上の実施例の結果から、 本発明の効果が明らかである。

Claims

請求の範囲
1. 35wt%〜 75wt%の硼珪酸ガラスのマトリクス中に、 5〜4 (^1%のひ 一石英と、 5wt%〜6 Owt%の珪酸亜鉛とが分散されており、
前記硼珪酸ガラスは S i 02 および B2 〇:i の含有率がそれぞれ、
S i 02 = 70〜9 Owt%,
B2 〇3 = 10〜3 Owt%、
である非磁性セラミック。
2. 前記硼珪酸ガラスと、 α—石英と、 珪酸亜鉛とを混合した後、 これを焼成 して得られる請求の範囲第 1項記載の非磁性セラミック。
3. 前記硼珪酸ガラスは副成分として K2 〇、 a2 〇、 B a〇、 S r〇、 A 12 03 および C a〇のうちの少なくとも 1種以上を総計で 5wt%以下含有する 請求の範囲第 1項または第 2項記載の非磁性セラミック。
4. 前記 α—石英の平均粒径が 0. 1〜5. 0 mである請求の範囲第 1項〜 第 3項のいずれかに記載の非磁性セラミック。
5. 誘電率が 4. 0〜5. 4である請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記 載の非磁性セラミック。
6. 少なくとも請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載の非磁性セラミツ クを用いたィンダク夕部を有するセラミック積層部品。
7. 内部導体として A gまたは A gを主成分とする合金を用いた請求の範囲第 6項記載のセラミック積層部品。
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