JPH01298053A - 無機誘電体粉末製造用焼成物の製法 - 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〕 この発明は、無機誘電体粉末製造用焼成物の製法に関す
る。

〔従来の技術〕

高度情報化時代を迎え、情報伝送はより高速化・高周波
化の傾向にある。自動車電話やパーソナル無線等の移動
無線、衛星放送、衛星通信やＣＡＴＶ等のニューメディ
アも実用化の段階にある。

一方、移動無線やニューメディアでは機器コンパクト化
が推し進められていて、これに伴い誘電体共振器等のマ
イクロ波立体回路素子に対しても小型化が強く望まれて
いる。

マイクロ波立体回路素子の大きさは、使用電磁波の波長
が基準となる。比誘電率εｒの誘電体中を伝播する電磁
波の波長λは、真空中の伝播波長をλ、とすると、λ＝
λ。／εｒｌｌＳとなる。したがって、素子は、使用さ
れる回路用誘電体基板の比誘電率が大きい程、小型化に
なる。また、誘電体基板の比誘電率が大きいと、電磁エ
ネルギーが基板内に集中するため、電磁波の漏れが少な
く好都合である。

誘電体基板として、セラミック基板が用いられることが
多い。セラミック基板で最も普及しているのが、Ａ１ｔ
ｏ＊基板である。比誘電率はやや小さい（９，８）が、
通常の樹脂基板に比べると大きい。

ただ、セラミック基板は、後加工（孔明けや切断）が容
易でない、放熱板の圧着が容易でない、大面積化が困難
なので、回路板作成の際にいわゆる多数個取りの個数が
少なく生産性が低いといった難点がある。

これらの問題を解決するため、高比誘電率（εｒ＝５０
０〜８０００）をもつ無機誘電体粉末と樹脂を用いた複
合基板が開発されつつある。この複合基板は、比誘電率
εｒが適度に大きい（εｒ−１０〜３０程度）ことが要
求される。比誘電率が余り大きいと、回路の必要幅が細
くなりすぎて回路形成が難しくなる。高比誘電率の無機
誘電体粉末を樹脂と混合させることで適度に大きな比誘
電率εｒを持たせるようにしているのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、複合基板に使われる無機誘電体粉末は、製造時
間が長く、コストが高いという難点がある。焼成物粉砕
に要する時間が長いのである。

この発明は、上記事情に鑑み、製造時間が短くてコスト
の安い無機誘電体粉末を作ることのできる焼成物の製法
を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、前記課題を解決するために、原料粉末を
焼成して無機誘電体粉末製造用の焼成物を得るにあたり
、原料粉末として、焼成の際の粉末同士の結合を弱める
物質を表面に予め付着させた粉末を用いるようにしてい
る。

〔作　　　用〕

必要温度での焼成の際に粉末同士が焼結され結合するの
であるが、原料粉末表面には粉末同士の結合を弱める物
質が付着しているため、焼結の程度、すなわち結合の程
度力回叩）。そのため、焼成物が粉砕されやすく、焼成
物粉砕に要する時間が短い。

〔実　施　例〕

以下、この発明を、その実施例に基づいて詳しく説明す
る。

原料粉末には、通常、仮焼粉末が使われる。予め仮焼し
て一定の組成の誘電体粉末にしておくのである。

例えば、Ｂ　ａ＊、＊　Ｓ　ｒｏ、＋　Ｔ　ｉ　Ｏｘ組
成の仮焼粉末を使う。Ｂ　ａ　ＣＯｓ　、Ｓ　ｒ　ＣＯ
！およびＴｉＯ□の各粉末を所定量配合し、良（混ぜ合
わせて、アルミナルツボ中で１１００℃の温度で仮焼成
物を得る。これを、ナイロンポットとナイロンコーティ
ング鋼球を用いた湿式粉砕により粉砕し仮焼粉末にする
。この仮焼粉末は、例えば、０．５〜５．０μｍ程度の
範囲の粒径である。なお、仮焼粉末の組成によっては、
いわゆるデプレッサとして、ＭｇＴｉ０＊　、ＣａＴｉ
０＊　、ＢａＳ　ｉｏｓ、Ｆｅｇｏｚ等が併用されてい
てもよい。ただ、粉砕するとデプレッサ効果は弱まる傾
向がある。

つぎに、この仮焼粉末の表面に焼成の際の粉末同士の結
合を弱める物質を付着させた原料粉末を作る。この物質
は、第１図にみるように、仮焼粉末１表面に粒状２で付
着させるようにしてもよいし、第２図にみるように、層
状３に付着させるようにしてもよい。具体的にはＺｒＯ
□微粉末を付着させる等の処理を行う。

ついで、このようにして作成した原料粉末を焼成（本焼
成）して焼成物を作る。

本焼成の場合、焼成温度は、通常、１２００〜１４００
℃の範囲である。これは、所定の誘電特性を有するよう
に構成結晶をある程度まで粒成長させるためである。

上記の温度範囲の焼成では、通常、焼成物の粉末は強く
焼結するが、この発明の焼成物では表面に付着する物質
により焼結が弱められる。

焼成物の粉砕は、例えば、ナイロンポットとナイロンコ
ーティング鋼球を用いた湿式粉砕等により粉末化する。

この無機誘電体粉末（セラミック誘電体粉末）の粉末粒
径（平均粒径）は、複合基板の場合、通常、０．１〜３
μｍ（０，１〜１０μｍ程度の粒度分布をもつ）程度が
好ましい。

複合基板を作るには、樹脂組成物（架橋剤等を含む場合
もある）と無機誘電体粉末を混合し、必要に応じて銅薄
等の金属薄を積層し、加熱加圧成形するようにする。

複合基板の強度を高くする場合には、樹脂と粉末の混合
物をガラスクロス等の基材に含浸させ、必要に応じて金
属薄を積層し、加熱加圧成形するようにする。例えば、
ＰＰ０（ポリフェニレンオキシド）樹脂と重合架橋剤の
スチレンを含む樹脂液７０容量部に無（幾誘電体粉末を
３０容量部を十分に混ぜ合わせたものを、１００μｍの
厚みのガラスクロスに含浸させ乾燥させる。乾燥させた
基材５枚と３５μｍの銅薄を両面に積層して、２００℃
の温度下、加熱加圧して硬化させ銅張り複合基板（厚み
０．８　ｍｍ　）を完成する。もちろん、銅薄は回路形
成のだめのものであり、回路形成は通常のエツチング法
等により行う。

ところで、複合基板では、比誘電率の対温度変化が大き
く、安定性が十分でない。しかし、本焼成される原料粉
末が、キュリー温度が異なる複数種類の仮焼粉末の混合
物からなる場合には、対温度変化を小さくすることがで
きる。最終的に得られた無機誘電体粉末として、キュリ
ー温度の異なる部分が並列・直列結合した粉末が得られ
、これにより複合基板の比誘電率の対温度特性が著しく
改善される。

もちろん、キュリー温度の異なる無機誘電体粉末を別々
に装潰し、樹脂と混ぜる段階で始めて混合しても比誘電
率の対温度変化を小さくさせることができる。しかし、
本焼成の前の仮焼粉末の段階で異なるキュリー温度の粉
末を混合するようにした方が対温度特性向上の程度が大
きい。

続いて、この発明にかかる焼成物を得て、粉末化から複
合基板を得るまでのより具体的な実施例および比較例の
説明を行う。

一実施例１− ３種類の仮焼粉末（誘電体粉末）を以下のようにして作
成した。

Ｂａｏ、＊ｅｓ　ｒｅ、＋ｏＴ　ｉ　Ｏｚ組成になるよ
うに、Ｂ　ａ　ＣＯｘ　、　Ｓ　ｒ　ＣＯｘ　、および
ＴｉＯ，の各粉末を配合し良く混合した混合物を、アル
ミナルツボ中で、温度１１００℃で仮焼成して仮焼成物
を得た。この仮焼成物を、ナイロンポットとナイロンコ
ーティング鋼球を用いた湿式粉砕により粉末化し、０．
５〜５μｍの仮焼粉末（仮焼粉末Ａ）を作成した。

上記と同様、Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　ｏ、＊ｓ　Ｚ　ｒ　ｅ、
＋ｓｏｓ組成になるように、ＢａＣ０＊　、Ｚｒ０ｇお
よびＴｉＯ３の各粉末を配合し良く混合した混合物を、
アルミナルツボ中で、温度１１００°Ｃで仮焼成して仮
焼成物を得た。この仮焼成物を、ナイロンポットとナイ
ロンコーティング鋼球を用いた湿式粉砕により粉末化し
、０．５〜５μｍの仮焼粉末（仮焼粉末Ｂ）を作成した
。

やはり、同様に、Ｂ　ａｏ、ｔ　Ｓ　ｒｅ、！　Ｔ　ｉ
　Ｏｓ組成になるように、Ｂ　ａ　ＣＯｓ　、Ｓ　ｒ　
ＣｏｔおよびＴｉＯ□の各粉末を配合し良く混合した混
合物を、アルミナルツボ中で、温度１１００℃で仮焼成
して仮焼成物を得た。この仮焼成物を、ナイロンポット
とナイロンコーティング鋼球を用いた湿式粉砕により粉
末化し、０．５〜５μｍの仮焼粉末（仮焼粉末Ｃ）を作
成した。

各仮焼粉末Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ成形焼結（１３５０°
Ｃ）して誘電特性を調べてみると、仮焼粉末Ａのキュリ
ー温度は８０°Ｃ１仮焼粉宋Ｂのキュリー温度は５０゛
Ｃ１仮焼粉末Ｃのキュリー温度は２０℃であった。

一方、蒸留水にＺｒｏｇ微粒子（住友セメント＠製　粒
子径０．　ＯＯ７〜０．０１μｍ）を混練（固形分３％
）しスラリー状としたものを準備した。

各仮焼粉末Ａ、Ｂ、Ｃを等モルづつ秤量し、ライカイ機
で、先のＺｒＯ□微粒子を含むスラリーを少しずつ滴下
しながらかく拌し、ＺｒＯ□　（焼成の際の粉末同士の
結合を弱める物質）を仮焼粉末表面に付着させ原料粉末
を作成した。

スラリの滴下量は、乾燥後のＺｒＯ，微粉末付着量が仮
焼粉末１００重量部に対し０．１重量部になるようにし
た。

この原料粉末を１００℃で乾燥させた後、ライカイ機で
一旦粉砕してから、Ｚｒ　Ｏｚルツボ中で１３５０℃、
３時間の本焼成を行い、冷却して焼成物を得た。この焼
成物をボッｌ−ミルで粉砕して無機誘電体粉末を得た。

この粉末の粒径は約２μｍであり、粉砕に要した時間は
１６．５時間であった。

このようにして得た粉末２５容量部とＰＰＯ樹脂７５容
量部の混合物を作り、両面に３５μｍの厚みの銅薄が積
層されたかたちとなるように金型にセットし、２３０℃
の温度で加圧成形し、圧力をかけたまま室温まで冷却す
るようにして複合基板を得た。

一実施例２− 焼成物の作成を以下のようにした他は、実施例１と同様
にして複合基板を得た。

仮焼粉末Ａ、０．５モル、仮焼粉末Ｂ、０．３モル、仮
焼粉末Ｃ５０４２モルの割合とした他は実施例１と同様
である。

一実施例３− 焼成物の作成を以下のようにした他は、実施例２と同様
にして複合基板を得た。

７、ｒｏｔのスラリーの代わりに、Ｚｒアルコキシド系
コーテイング材（高純度化学（４１製　Ｚｒコーテイン
グ材）８％溶液をイソプロピルアルコールで１％溶液に
希釈したものを準備し、ビー力に入れた仮焼粉末Ａ、Ｂ
、Ｃに注いで粉末を十分に濡らしてから濾過して余分な
コーテイング液を除去分離した。つまり、Ｚｒコーテイ
ング材（焼成の際の粉末同士の結合を弱める物質）で仮
焼粉末表面をコーティングした原料粉末を作成したので
ある。

一実施例４一 実施例１で得た仮焼粉末Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれを個別にＺ
ｒ０ｚスラリーを用いＺｒ０ｚ微粉末付着処理を行い３
種類の原料粉末を作成した。ＺｒＯ！微粉末付着処理は
第１実施例と同じようにした。

ついで、３種類の原料粉末毎の焼成物を実施例１と同様
の方法で得て、やはり、個別に粉砕してキュリー温度の
異なる３種類の無機誘電体粉末を作成した。

得られた各粉末を等モルづつ混合した混合粉末を用い、
第１実施例と同様の方法で複合基板を得た。

一実施例５− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フツ化エチレン（フッ素樹脂）
の２５μｍ粉末を用い、３５０°Ｃで直圧成形した以外
は、実施例１と同様にして複合基板を得た。

一実施例６− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フツ化エチレン（フッ素系樹脂
）の２５μｍ粉末を用い、３５０℃で直圧成形した以外
は、実施例２と同様にして複合基板を得た。

一実施例７− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フツ化エチレン（フッ素系樹脂
）の２５μｍ粉末を用い、３５０℃で直圧成形した以外
は、実施例３と同様にして複合基板を得た。

一実施例８− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フン化エチレン（フッ素系樹脂
）の２５μｍ粉末を用い、３５０℃で直圧成形した以外
は、実施例４と同様にして複合基板を得た。

一比較例１一 実施例１で得た仮焼粉末Ｃを単独で用いる（仮焼粉末Ａ
、Ｂは使用せず）とともに、Ｚｒ０ｚ微粉末付着処理を
行わないようにした他は実施例１と同様にして複合基板
を得た。なお、焼成物の粉砕に要した時間は約３７．５
時間であった。

−比較例２− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フン化エチレン（フッ素系樹脂
）の２５μｍ粉末を用い、３５０°Ｃで直圧成形した以
外は、比較例１と同様にして複合基板を得た。

実施例１〜８および比較例１．２の複合基板について、
−２０〜８０　’Ｃでの比誘電率εｒ変化割合（ＩＭＨ
ｚ）を測定した。ＩＭＨｚとＩＧＩｌｚにおける比誘電
率εｒと誘電損失ｔａｎδも測定した。測定結果を第１
表に示す。

実施例１では、焼成物粉砕時間が１６．５時間であり、
比較例１の粉砕時間の３７，５時間の半分に過ぎない。

粉砕時間が大幅に短縮されていることが分かる。第１表
にみるように、実施例では、いずれもキュリー温度の異
なる複数の無機誘電体粉末を用いており、比誘電率の温
度変化が約３〜６％程度と、比較例の２０％に比べて極
めて小さい。特に、キュリー温度の異なる複数の仮焼粉
末を混合して焼成物を得るようにした実施例１の温度変
化は、無機誘電体粉末を得たのちキュリー温度の異なる
粉末を混合するようにした他は同じ条件とした実施例４
の温度変化の半分である。なお、複合基板においては、
無機誘電体粉末には樹脂による圧縮応力がかかっている
ため、比誘電率や誘電損失の対周波数特性も誘電体粉末
自体がもつ特性よりも幾分向上している。

この発明は、上記実施例に限らない。粉末組成が上記例
示以外の組成であってもよいことはいうまでもない。

焼成物の粉砕に振動ミルやジェットミルを用いるように
してもよい。

複合基板の樹脂が不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹
脂等であってもよい。ただ、不飽和ポリエステル樹脂を
用いた複合基板では、誘電損失が大きくなる傾向がある
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明の無機誘電体粉末製造用焼
成物の製法では、焼成物における粉末同士の結合が弱い
ため、粉砕に要する時間が短くなり、粉末製造時間が短
くコストが下がる。

また、実施例の複合基板の場合にキュリー温度の異なる
複数の粉末を併用するようにすると、比誘電率の対温度
変化を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ、この発明の製法で用
いる原料粉末を模式的にあられす断面図である。 １・・・仮焼粉末　　２．３・・・焼成の際の粉末同士
の結合を弱める物質 代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　原料粉末を焼成して無機誘電体粉末製造に用いられ
   る焼成物を得るにあたり、前記原料粉末として、焼成の
   際の粉末同士の結合を弱める物質を表面に予め付着させ
   た粉末を用いるようにすることを特徴とする無機誘電体
   粉末製造用焼成物の製法。