JPH01317154A - 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（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。／εｒＯＳ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、Ａｌ２
ｚＯｉ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〕

しかしながら、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、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、これらの事情に鑑み、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〕 前記課題を解決するために、請求項１．２記載の発明で
は、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、前記焼
成の際に液相となる物質と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
しており、請求項２記載の発明では、焼成の際に液相と
なる物質を付着させた上から焼成の際の粉末同士の結合
を弱める物質を付着させてある。

〔作　　　用〕

請求項１．２記載の発明で得られた焼成物では、焼成の
際に液相であった物質が粉末をくるんで圧縮応力を加え
るようになる。粉末内の結晶粒に圧縮応力がかかった状
態だと、誘電体の比誘電率の対温度特性、比誘電率およ
び誘電損失の対周波数特性が良くなる。

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
度が弱い。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。

請求項２記載の発明のように、焼成の際に液相となる物
質が内側で焼成の際の粉末同士の結合を弱める物質が外
側となるように物質付着されていると、焼成の際に液相
となる物質が原料粉末表面に直に接するため効果的に粉
末をくるむ一方、粉末同士は、粉末同士の結合を弱める
物質を介して接触するだけであるため、効果的に焼成の
際の結合を弱めることができる。

〔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　ｏ　、　ｙ　ｓ　Ｓ　ｒ　ｏ　、　ｚ
　ｓ　Ｔ　ｉＯｘ組成の仮焼粉末を使う。ＢａＣ０□、
５ｒＣＯ□およびＴｉＯ□の各粉末を所定量配合し、良
く混ぜ合わせて、アルミナルツボ中、空気雰囲気の下、
１１００“Ｃ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、いわゆるデプレソサとして
、ＭｇＴｉ０１．、ＣａＴｉ０ｔ、Ｂａ５ｉＯ＋　、Ｆ
ｅｗ　Ｏｘ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ｆ順向がある。

つぎに、上記仮焼粉末１の表面に、焼成の際には液相と
なる物質２を表面に付着させる処理を行う。

この処理は、例えば、つぎのようにする。Ｂ１２（Ｚｒ
Ｏ＋）の組成となるように、Ｂ　ｉ　　（Ｎｏ−）！・
５Ｈ２０の水溶液にＺｒ０２１ｇ！粒子（住人セメン＋
−Ｈ製　微粒子Ｚｒ○、　　：　０．００７〜０．０１
　ｐｍ）を混練しスラリー状物を得て、ライカイ機で、
このスラリー状物を少しづつ添加しながら先の仮焼粉末
をかく拌して、スラリー状物を付着させる。そして、−
旦、乾燥・粉砕する。

つぎに、第１図にみるように、焼成の際の粉末同士の結
合を弱める物質３をさらに付着させて原料粉末を得る。

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。　　　゛焼成の際には液相とな
る物質２は、第２図にみるように、焼成により元の仮焼
粉末をくるむ層２′となる。得られた焼成物において、
Ｎ２’の熱膨張係数が、くるんでいる内側部分１′の熱
膨張係数よりも小さいため、結晶粒に圧縮応力（機械歪
み）がかかった状態となるのである。つまり、焼成の際
に液相となる物質と焼成の際の粉末同士の結合を弱める
物質は、内側部分１′をくるむ相２′になったときには
、熱膨張係数が内側部分１′よりも小さい物質なのであ
る。

焼成の際の粉末同士の結合を弱める物質３は、第２図に
みるように、最表面に残留物３′のかたちで残り粒子同
士の結合を弱める。

本焼成の場合、焼成温度は、通常、１２００〜１４００
°Ｃ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、必要に応して金
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
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°
Ｃの温度下、加熱加圧して硬化させ銅張り複合基板（厚
み０．８１ｉ＋）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。

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− まず、仮焼粉末（誘電体粉末）を以下のようにして作成
した。

Ｂ　ａ　ｏ、　ｖ　ｓ　Ｓ　ｒ　ｏ　、　２　Ｇ　Ｔ　
！　０２組成になるように、出発原料として、Ｂ　ａ　
Ｃｏｗ　、Ｓ　ｒ　Ｃｏｗ　、およびＴｉＯ２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、空
気雰囲気の下、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の仮焼粉末を作成した。

一方、Ｂ　ｉ　、（Ｚ　ｒ　Ｏ，）、の組成となるよう
に、Ｂ　ｉ　　（ＮＯ＝）、　　・５Ｈ，Ｏの水溶液に
Ｚｒ０ｚ微粒子（住友セメント■製　微粒子Ｚｒ０１　
：Ｑ、００７〜０．０１μｍ）を混練しスラリー状物を
得ておく。このスラリー状物は固形分含有率を３％にし
た。ライカイ機で、このスラリー状物を少しづつ添加し
ながら先の仮焼粉末をかく拌し混合した。この混合物を
１００℃で乾燥後にライカイ機で粉砕した。仮焼粉末の
表面に付着したスラリー状物が焼成の際に液相となる物
質である。

この発明にいう焼成の際に液相となる物質は、焼成前と
焼成後で同一とは限らない。この実施例では、焼成前は
、Ｂ　ｉ　　（ＮＯ２）−とＺｒ０ｚの混合物が、焼成
後にＢｉｚ（Ｚｒ○、）８の組成となる。もちろん、焼
成の前後で組成が変化しない物質を使ってもよいことは
いうまでもない。

続いて、この粉末をビー力にとり、Ｚｒアルコキシド系
コーテイング材（高純度化学＠　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
してから注ぎ、粉末を十分に濡した。その後、濾過によ
り余分なコーテイング液を分離除去した。粉末の方は乾
燥し、原料粉末を得た。粉末表面に付着した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。

この発明にいう焼成の際の粉末同士の結合を弱める物質
は、焼成前と焼成後で同一とは限らない。この実施例で
は、焼成前は、Ｚｒアルコキシド系組成であるが、焼成
後にＺｒＯ２になる。もちろん、焼成の前後で組成が変
化しない物質を使ってもよいことはいうまでもない。こ
の物質（焼成により組成が変化する場合は変化した物質
）は完全に下の液相に溶解（反応）することなく表面に
残る。この実施例の場合、例えば、Ｘ線分析を行うと、
ＺｒＯ□のピークがあられれる。

この原料粉末を、７．　ｒ　Ｏｔルツボ中で１３５０°
Ｃ１２時間の本焼成して焼成物を得た。この焼成物をポ
ット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１７．５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ントし、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。

Ｂ　１２（Ｚ　ｒ　Ｏｘ　）　ｘの変わりにＢ　１２（
Ｔ　ｉ　Ｏ。

）、の組成になるように、Ｔｉｅ、の微粒子とＢｉ（Ｎ
Ｏ＝）−・５Ｈ６０とのスラリーを用いるようにした。

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１と同様
にして複合基板を得た。

Ｂ　ｔｇ（ＺｒＯｔ　）ｘの変わりにＢ　１２（Ｓ　ｎ
　ＯＨ）、の組成になるように、３ｎＯｔの微粒子とＢ
ｉ（ＮＯ８）＊　　・５Ｈ２０とのスラリーを用いるよ
うにした。

一実施例４− ＰＰＯ樹脂の代わりに４７フ化エチレン（フッ素樹脂）
の２５μｍ粉末を用い、３５０℃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樹脂の代わりに４７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３と同
様にして複合基板を得た。

−比較例１一 実施例１において、上記の２回のコーティングを施すこ
となく、そのまま７．ｒｏｔルツボ中で１３５０℃、２
時間の焼成を行った他は、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、
−２０〜８０℃での比誘電率εｒ変化割合（ＩＭＨｚ）
を測定した。ＩＭＨｚとＩＧＨｚ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。

１　Ｅ 実施例１〜６では、焼成物粉砕時間が１７．５時間であ
り、比較例１の粉砕時間の３７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、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。

比誘電率と誘電損失の対周波数変化も少ない。なお、複
合基板においては、樹脂により無機誘電体粉末にかかる
圧縮応力も、比誘電率や誘電損失の対周波数特性の向上
に寄与している。

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
成の際の粉末同士の結合を弱める物質として、７．ｒＯ
ｚ粉末を始めから付着させるようにしてもよい。

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、請求項１．２記載の発明の無機誘電
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、焼成物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、粉末の結晶粒は圧縮応力を受けて常誘電体特性と
なっており、焼成物を粉砕して得た誘電体粉末では、比
誘電率の対温度特性および比誘電率と誘電損失の対周波
数特性が改善される。

請求項２記載の発明の製法では、より効果的に特性を改
善することができ、かつ、粉末同士の結合を弱めること
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り、第１図
は焼成前、第２図は焼成後をそれぞれあられす。 １・・・仮焼粉末　　２・・・焼成の際に液相となる物
質　　３・・・焼成の際の粉末同士の結合を弱める物質 第１　図 第２図 丁糧甫正書（自発） 昭和６３年８月５日 昭和６３年特許願第１４８７１２号 ２、発明の名称 無機誘電体粉末製造用焼成物の製法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称（５８３）松下電工株式会社 代表者　イ薇耕役三好　俊　夫 ４、代理人 な　　　し ６、補正の対象 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 ■　明細書第７頁第１８行に「小さい」とあるを、「大
きい」と訂正する。 ■　明細書第８頁第３行に「小さい」とあるを、「大き
い」と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　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、前記原料粉末として、前記焼成の際に
   液相となる物質と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。 ２　焼成の際に液相となる物質を付着させた上から焼成
   の際の粉末同士の結合を弱める物質を付着させてある請
   求項１記載の無機誘電体粉末製造用焼成物の製法。