JPH01317153A - 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。／εｒ０Ｓ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、Ａ１ｚ
Ｏｓ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、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
εｒｆ）＜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困難となるからである。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を持たせるようにするのである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、無機誘電体粉末と樹脂を用いた複合基板は、比
誘電率の対温度変化、比誘電率および誘電損失の対周波
数変化が大きく、安定性が十分でない。

しかも、複合基板に使われる無機誘電体粉末は、製造時
間が長くてコストが高いという難点がある。無機焼成物
の粉砕に時間がかかるからであるこの発明は、これらの
事情に鑑み、複合基板の比誘電率の対温度変化、比誘電
率および誘電損失の対周波数変化を向上させられ、しか
も、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〕

この発明の製法では、原料粉末を焼成した無機誘電体粉
末製造用の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とともに、焼成後、
キュリー温度を下回る温度まで急冷するようにしている
。

〔作　　　用〕

焼成物は焼成後の急冷により、高温時の常誘電体のまま
である。常誘電体では、比誘電率の対温度変化、比誘電
率および誘電損失の対周波数変化が小さい。

一方、焼成物では必要温度での焼成の際に粉末同士の結
合を弱める物質が付着しているため、焼結の程度、すな
わち結合の程度が弱い。それだけでなく、焼成物は急冷
により焼結個所（ネ・ンク）に切れが入るなどして脆く
なっている。そのため、粉砕に要する時間が短くてすむ
。

〔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　Ｔ　ｉ　Ｃｈ組成になるよう出発原料
として、ＴｉＯｘ　、Ｂ　ａ　ＣＯ＠の各粉末を等モル
比の割合で良く混ぜ合わせて、アルミナルツボ中、空気
雰囲気の下、１１５０℃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、ＢａＴｉ０、組成の場合、いわゆるデブレソ
サとして、ＭｇＴｉｏｚ　、ＣａＴｉ０ｉ　、、Ｂａ５
ｉｎｓ　、Ｆｅ、０２等が併用されていてもよい。ただ
、粉砕するとデプレソ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表面に粒状物２と
して付着させるようにしてもよいし、第２図にみるよう
に、層状物３として付着させるようにしてもよい。具体
的にはＺｒＯ２＠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。

原料物を焼成した後で一定以上の温度からキュリー温度
を下回る温度まで一気に下げるように急冷する。急冷は
、原料物を蒸留水に投下することにより行う。通常、急
冷開始温度は、必要焼成温度より少し低い温度になる。

高温度の原料物をルツボ（焼成炉）から出し水中に投下
するまでの間に温度が下がるからである。原料物の温度
が余り低くなると、急冷しても十分な効果は得られない
。急冷開始温度は、通常、７００℃以上であることが好
ましい。

急冷により高温での結晶構造がそのまま室温に持ち込ま
れ常誘電体になる。１３　ａ　Ｔ　ｊ　Ｏｘの場合、キ
ュリー温度が１２０℃である。１２・０℃以上では立方
晶であり、急冷によりこの立方晶が室温に持ち込まれる
のである。

他に急冷の具体的な方法として、十分大きな熱容量の冷
鉄板の上に放置する方法などがある。

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
．ｃ＋ｍ　（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（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。

複合基板に強度を持たせる場合には、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、
ＰＰＯ（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容量部に無機誘電体粉末を３
０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
．８ｍ１）を完成する。もちろん、銅薄は回路形成のた
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。

なお、上記のように加熱加圧成形の際、樹脂の種類や無
機誘電体粉末の種類によっては、無機誘電体粉末が、キ
ュリー温度以上まで再び加熱され室温に冷却されること
になるが、この場合にも、粉末が常誘電体から強誘電体
に変化することはない。これは、粉末には樹脂による圧
縮応力と急冷により粉末表面に生じた圧縮応力により、
無機誘電体粉末が常誘電体のまま維持されるためと推察
している。急冷せず徐冷した焼成物を粉砕した粉末では
、もちろん、樹脂応力や成形の際の加熱−冷却で強誘電
体が常誘電体に変化してしまうことはない。本願発明の
急冷を経ていて、始めて常誘電体の維持ができ、温度特
性および周波数特性が向上するのである。

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− 仮焼粉末（誘電体粉末）を以下のようにして作成した。

１３　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏｓ組成になるように、出発原料と
して、Ｔ　ｉ　Ｏｔ　、Ｂ　ａ　ＣＯｓの各粉末を等モ
ル比で配合し良く混合した混合物を、アルミナルツボ中
で、温度１１５０℃で仮焼成して仮焼物を得た。

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、０．５〜５μ
ｍの仮焼粉末を得た。

一方、蒸留水にＺｒ０ｉ微粒子（住人セメント側製　粒
子径０．００７〜０．０１　μｍ）を混練（固形分３％
）しスラリー状としたものを準備した。

ライカイ機で、このスラリーを少しずつ滴下しながら先
の仮焼粉末をかく拌し、Ｚｒ０ｉ（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。

なお、スラ１）−の滴下量は、乾燥後のＺｒ０ｚ微粉末
付着量が仮焼粉末１００重量部に対し０．５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、ＺｒＣｈルツボ中で１３５０′Ｃ１
３時間の本焼成を行い、蒸留水中に投入して急冷し焼成
物を得た。

この焼成物を、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、平均粒径１．７
μｍの無機誘電体粉末を得た。粉砕に要した時間は約１
０時間であった。

この粉末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− 仮焼物の作成において以下の点が異なる他は、実施例１
と同様にして複合基板を得た。

Ｂ　ａ　ｏ　、　９５Ｐ　ｂ　ｏ　、　ｏ　ｓ　Ｔ　ｉ
　Ｏ２組成になるように、Ｔｉ　Ｏｘ　、Ｂａ　ＣＯｓ
およびＰｂＯの各粉末を配合し良く混合した原料物を、
ＺｒＯ□ルツボ中、空気雰囲気の下、温度１１５０℃で
仮焼成するようにした。

一実施例３− 焼成物の作成において以下の点で異なる他は、実施例２
と同様にして複合基板を得た。

ＺｒＯ２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８ＭＺｒ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コーテイング材が焼成の際の
粉末同士の結合を弱める物質である。

一実施例４− 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５− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フフ化エチレンの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６− ＰＰＯ＋ｌ脂の代わりに４フツ化エチレンの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。

−比較例１一 実施例２で得た仮焼粉末にＺｒＯ□微粉末を付着させる
ことなく本焼成し、その後に急冷せず徐冷するようにし
て焼成物を得るようにした他は実施例２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３
６時間であった。

−比較例２− ＰＰＯ樹脂の代わりに４フツ化エチレンの２５μｍ粉末
を用い、３５０℃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１〜６および比較例１．２の複合基板について、
ＩＭＨｚ、および、ＩＧＨｚにおける比誘電率εｒと誘
電損失ｔａｎδ、さらに、−２０〜８０℃での比誘電率
εｒの変化割合（ＩＭＨｚ）を測定した。測定結果を第
１表に示す。

第１表にみるように、実施例では、周波数が変わっても
、比誘電率および誘電損失が殆ど変化していない。−２
０〜８０℃の大きな温度変化に対しても比誘電率の変化
は約３％程度であり、比較例の２０％に比べて極めて小
さい。周波数特性および温度特性が著しく向上したこと
が良く分かる実施例１では粉砕に要した時間が約１０時
間であったが、比較例１では約３６時間と３倍の粉砕時
間を要している。粉砕時間短縮化効果の大きいことが良
く分かる。

この発明は、」１記実施例に限らない。焼成物の組成が
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。

焼成物の粉砕も、振動ミルやジェットミルを用いて行う
ようにしてもよい。

複合基板における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、この発明の製法で得られた焼成物を
粉砕した誘電体粉末は常誘電体であるため、これを用い
た複合基板では、比誘電率の温度特性や周波数特性、お
よび、誘電損失の周波数特性が改善される。しかも、焼
成物の粉砕に要する時間が短くなり、粉末製造時間が短
く粉末コストが低い。

【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用焼成物を
   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
   いるようにするとともに、焼成後、キュリー温度を下回
   る温度まで急冷す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。