JPH02225357A - 複合誘電体 - 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、無機誘電体粉末と樹脂とからなる複合誘電
体に関する。

〔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。

このような状況の中でのマイクロ波半導体素子およびマ
イクロ波集積回路技術の著しい進歩に伴って、最近、マ
イクロ波回路基板として使われる誘電体基板に対する小
型化の要求が強まってきている。

通常、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。セラミック基板として最も普及しているのが
、Ａ　ｌ　ｘ　Ｏｓ基板である。これは、比誘電率はや
や小さい（９，８）が、通常の樹脂基板に比べれば大き
く、素子小型化や電磁波漏れの点で有利だからである。

マイクロ波半導体素子では、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−λＪεｒ６ｓの関係にある。そのため、素子は
、使用される誘電体基板の比誘電率が高いほど小型にな
り、さらに、やはり比誘電率が高いほど、電磁エネルギ
ーが基板内に集中し電磁波の漏れが少なくなって好都合
となる。

しかし、上記のセラミック基板は、後加工（孔明けや切
断）が容易でない、放熱板の圧着が更ｔしい、生産性が
低い（大面積化が困難なため、回路板作成の際、いわゆ
る多数個取りの個数が少ない）といった問題がある。

これらの問題を解決するものとして、複合誘電体が提案
されている。例えば、無機誘電体粉末と樹脂（有機樹脂
）からなる複合誘電体等が提案されている。

上記の回路基板用誘電体としての複合誘電体には、適当
な配合において適度に大きな比誘電率（εｒ−１０〜３
０程度）を有するとともにマイクロ波領域での誘電損失
が少ないことが要求される具体的には、以下のような複
合誘電体が提案されている。

■　樹脂と（粒状）カーボン粉末が混合されてなる複合
誘電体（特公昭５５−２０４４号公報）。

■　４Ｍ脂と無機誘電体粉末とからなる複合誘電体（特
開昭６２−２００６０３号公報、特開昭６３−８６３０
９号公、報特開昭６３−２５９９０３号公報）■　樹脂
、無機誘電体粉末および（粒状）カーボン粉末が混合さ
れてなる複合誘電体（特開昭５７１３４８０６号公報）
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記■〜■の複合誘電体は以下の点で実
用性に欠けている。

■の複合誘電体は、誘電率は増大するが、誘電損失が大
きすぎる。■の複合誘電体は、高比誘電率のｇ！＃、機
粉末を加えているにもかかわらず比誘電率が思ったほど
高くない。■の複合誘電体は、やはり誘電損失が改善さ
れず、今ひとつ実用性に欠ける。

この発明は、上記事情に鑑み、十分な比誘電率を有し、
誘電損失が低く実用性に冨む複合誘電体を提供すること
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、請求項１〜５記載の複合誘電
体は、以下の構成をとるようにしている請求項１の複合
誘電体１は、第１図にみるように、無機誘電体粉末２・
・・と樹脂３とからなり、第２図にみるように、無機誘
電体粉末２粒子の表面に部分的に導電性物２ａを付着さ
せておく構成となっている。

この発明の誘電体では、導電性物に、例えば、請求項２
の複合誘電体のように、導電性粉末を用い、この粉末を
マトリックスとなる樹脂（誘電体構成用樹脂）と同じ樹
脂により無機誘電体粉末粒子の表面に付着させるように
している。

導電性粉末には、例えば、請求項３の複合誘電体のよう
に、金属粉末、カーボン粉末、半導体粉末のうちから選
ばれた少なくともひとつが用いられる。

請求項４の複合誘電体１′は、第３図にみるように、無
機誘電体粉末２および樹脂３とともに導電性針状粉末４
も含む構成となっている。

請求項５記載の複合誘電体は、加えて、無機誘電体粉末
２としてＴ　ｉ　ａｔ粉末を用いるようにしている。

そして、請求項１〜５の複合誘電体を構成する樹脂とし
ては、例えば、テフロン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ＰＰＯ
（ポリフェニレンオキシド）樹脂、ＰＶＤＦ　（ポリぶ
つ化ビニリデン）樹脂等が挙げられる。

一方、無機誘電体粉末粒子は、ＰｂＴｉｘＺｒ＋−Ｘ　
Ｏｘ　、ＰｂＴｉＯｓ　、Ｔｉ１ｔ　、ＢａＴｉ０１、
ＰｂＮｂ０６、さらには、温度および周波数依存性改善
のための改質を施したチタン酸バリウム系組成物、各種
の３成分系のペロブスカイト系組成物等からなるものが
挙げられる。

導電什物用の導電性粉末としては、具体的には、例えば
、Ａ、　６粉末く金属粉末）、グラファイト粉末（カー
ボン粉末）、酸化スズ粉末（半導体粉末）、酸化亜鉛粉
末（半導体粉末）等が挙げられる。これらの粉末は複数
併用されるようであってもよい。

上記導電性粉末は、単独で、あるいは、樹脂を併用し物
理的、化学的に無機誘電体粉末粒子表面に付着（接合）
させられる。特に、マトリックとなる樹脂と同一の樹脂
を併用して付着させると、導電性物がより剥がれ難くく
好ましい。ただ、金属粉末は、樹脂を併用せずとも無機
誘電体粉末粒子の表面に比較的強く付着（接合）させら
れる傾向がみられる。

請求項４記載の複合誘電体で添加される導電性針状粉末
としては、例えば、カーボンファイバー、金属ファイバ
ー、ＳｉＣウィスカ等が例示される。これらの導電性針
状粉末は、通常、平均粒子長さが１０〜１００ｕ程度の
範囲にあり、平均粒径が０．１〜ｌｃｊｔｔｍ程度の範
囲にあるものが用いられる。添加される針状導電性粉末
粒子が余り短いと、無機誘電体粉末粒子間を電気的に接
続する機能が弱く、逆に、余り長いと絶縁性や耐圧の低
下が大きくなる。

導電性針状粉末の添加割合は、無機誘電体粉末、樹脂お
よび導電性針状粉末の合計量を１００容積％とすると、
０．１〜２０容積％の範囲であることが好ましい、０．
１容積％未満では、添加効果がなく、２０容積％を越え
ると、絶縁性や耐圧の低下が大き過ぎたり、誘電損失が
大き過ぎたりといった不都合が起こる傾向にある。

また、この発明の複合誘電体では、樹脂と無機誘電体粉
末の配合比率（容積比率）は、通常、前記の比率範囲が
とられている。

樹脂：誘電体粉末−９：】〜２：８ もちろん、この発明にかかる複合誘電体は、上記例示の
樹脂や粉末、あるいは、数値範囲のものに限らないこと
はいうまでもない、また、複合誘電体が、無機誘電体粉
末、樹脂、あるいは、導電性釘状粉末の外に性状向上用
の他成分を含んでいてもよい。

さらに、この発明の複合誘電体は回路基板用として好適
な材料であるが、他の用途に用いてもよいことはいうま
でもない。

〔作　　　用〕

請求項１〜３の複合誘電体では、無機誘電体粉・未粒子
の表面に部分的に導電性物が付着している。この導電性
物は、複合誘電体において隣接し合う無機誘電体粉末粒
子を並列に接続するいわば低抵抗電極として作用し、こ
れにより高誘電性無機誘電体粉末が十分に活かされ、複
合誘電体全体でみた比誘電率を高いものとする。

請求項４の複合誘電体では、導電性針状粉末粒子が、複
数の無機誘電体粉末粒子を並列に接続するように作用し
、これにより高誘電性無機誘電体粉末が十分に活かされ
、複合誘電体全体でみた比誘電率を高いものとする。

従来は、粒径が１〜２μ園に揃っている無機誘電体粉末
（例えば１３　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ！粉末）が使われており
、この場合、個々の無機誘電粉末をひとつのコンデンサ
と想定すると、多数のコンデンサが直列に接続されかた
ちとなり、その結果、比誘電率が低下していたのである
。これに対し、この発明の複合誘電体では、直列結合が
減り、並列結合が増えるようなかたちとなるため、比誘
電率が高くなるのである。

そして、上記の導電性物や導電性針状粉末は少量で効果
的に比誘電率を高めるため、従来のように導電性粉末の
添加による誘電損失の増加を招来したりしないのである
。

無機誘電体粉末が単一成分系である酸化チタン（特にル
チル型酸化チタン）粉末であると、静電容量−周波数特
性や静電容量−温度特性が安定する等、多成分系の粉末
に比べ性能安定性に優れ、また、安価となる。

〔実　施　例〕

以下、この発明にかかる複合誘電体の実施例および比較
例を説明する。

一実施例１ まず、無機誘電体粉末を以下のようにして作成した。

Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　＊　、　？　４　Ｚ　ｒ　ｍ　、　！
　ａ　Ｏｔの組成となるように、ＢａＣ０ｔ　、ＴｉＯ
ｘ　ｓ　Ｚｒ０ｚを秤量配合しポットミルを用いて、水
を加えての湿式粉砕混合を行い、乾燥した後、ジルコニ
アルツボ中テ１３００℃、１時間の焼成を行い、上記組
成の焼成物を得た。この焼成物を超硬質の乳鉢でまず粗
粉砕し、続いて、ジルコニアポットとジルコニアボール
を用い、粒径７〜１５μ蔦（平均Ｉｏｎ）となるまで湿
式粉砕し、そして、乾燥することにより、無機誘電体粉
末を作成した。なお、このセラミック誘電体粉末自体は
、εｒ　＝７０００　（２５℃）ｔａｎδ＝１．３％（
２５℃）の誘電特性をもつ。

つぎに、上記無機誘電体粉末を９９容積％に、０．１μ
臘以下の粒径のグラファイト粉末を０，７容積％、０．
３μ厘以下に微粉砕したＰＰＯ樹脂（導電他物付着用樹
脂）を０．３容積％添加し、０荀奈良機械製作所製のハ
イブリダイゼーションシステムを用い、粒子表面に部分
的に導電性物を付着させた１ｎ（機誘電体粉末を得た。

このようにして得た無機誘電体粉末とＰＰＯ樹脂を、容
積比率１：３の割合で混合した。この混合物を金型にセ
ットし、２３０℃の温度下、２０ｋｇ／ｃ＋Ｊの圧力で
成形し、圧力をかけたまま室温まで冷却して複合誘電体
を得た。なお、金型内の混合物はＣｕ箔間にセットする
ようにして、出来上がった複合誘電体の両面にはＣｕ箔
が接合されているようにした。

一実施例２− ｐｐｏ樹脂と無機誘電体粉末の配合比率（容積比率）を
１＝１とした他は実施例１と同様にして複合誘電体を得
た。

実施例３ 無機誘電体粉末を９７容積％に、０．１μｍ以下の粒径
のグラファイト粉末を２容積％、０．３μ曹以下に微粉
砕したＰＰＯ樹脂を１容積％添加し、ｅｉ奈良機械製作
所製のハイブリダイゼーションシステムを用い、粒子表
面に部分的に導電性物を付着させるようにした外は、実
施例１と同様にして複合誘電体を得た。

実施例４ 無機誘電体粉末を９８容積％に、グラファイト粉末に換
えて、０．１　ｔｒ＊以下の粒径のＡＩ粉末を２容積％
添加し、−奈良機械製作所要のハイブリダイゼーション
システムを用い、粒子表面に部分的に導電性物を付着さ
せるようにした外は、実施例１と同様にして複合誘電体
を得た。

実施例５− 無機誘電体粉末を９７容積％に、グラファイト粉末に換
えて、０．１μｍ以下の粒径の３　ｎ　Ｏを粉末（三菱
金属＠Ｍ）を２容積％、０．３ｐ以下に微粉砕したＰＰ
Ｏ樹脂を１容積％添加し、■奈良機械製作所載のハイブ
リダイゼーションシステムを用い、粒子表面に部分的に
導電性物を付着させるようにした外は、実施例１と同様
にして複合誘電体を得た。

実施例６− まず、無機誘電体粉末を以下のようにして作成した。

ルチル型酸化チタン粉（平均粒径０．２ｎ）に同粉に対
しＰＶＡ熔液を１ｗｔ％（ＰＶＡは固形分換算）添加し
、水を加えて１ＱＱｃｐｓの粘度のスラリとなるように
調整した。このスラリを、スプレードライヤーを用い、
吐出？、圧力、乾燥温度、風量を調整して、粒径２０〜
５０μ閣の乾燥粉末を得た。この乾燥粉末を、アルミナ
ルツボ中で１２００℃の温度下、２時間焼成し焼結させ
た。このとき、内部では焼結収縮が起こるが、粉末粒子
間での接合は僅かであり、焼成物をアルミナポット中で
約１時間粉砕して、最終的に８〜３５μ鳳の酸化チタン
粉末を作成した。

つぎに、上記無機誘電体粉末を９５容積％に、０．１μ
ｌ以下の粒径のグラファイト粉末を４容積％、０．３ｕ
以下に微粉砕したＰＰＯ樹脂（導電製物件着用樹脂）を
１容積％添加し、０喝奈良機械製作所製のハイブリダイ
ゼーションシステムを用い、粒子表面に部分的に導電性
物を付着させた酸化チタン粉末を得た。

ついで、得られた粉末を容積比率で等量のＰＰＯ樹脂と
混合した。この混合物を金型にセットし２３０℃の温度
下、２０ｋｇ／ｃ１１の圧力で成形し、圧力をかけたま
ま室温まで冷却して複合誘電体を得た。なお、金型内で
は混合物をＣｕ箔間にセットするようにし、出来上がっ
た複合誘電体の両面にはＣｕｌが接合されているように
した。

実施例７ ＰＰＯ樹脂と酸化チタン粉末の配合比率（容積比率）を
１：２とした他は実施例６と同様にして複合誘電体を得
た。

一実施例８− 酸化チタン粉末を９０容積％に、０．１μ璽以下の粒径
のグラファイト粉末を８容積％、０．３μ薦以下に微粉
砕したＰＰＯ樹脂を２容積％添加し、−奈良機械製作所
型のハイブリダイゼーションシステムを用い、粒子表面
に部分的に導電性物を付着させるようにした外は、実施
例６と同様にして複合誘電体を得た。

実施例９− 酸化チタン粉末を９５容積％に、グラファイト粉末に換
えて、０゜１μｍ以下の粒径のへ！粉末を５容積％添加
し、０１奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシ
ステムを用い、粒子表面に部分的に導電性物を付着させ
るようにした外は、実施例６と同様にして複合誘電体を
得た。

一実施例ＩＯ 酸化チタン粉末を９５容積％に、グラファイト粉末に換
えて、０．　Ｉ　ｔｔｍ以下の粒径の導電性５ｎＯ８粉
末を４．５容積％、０．３　ｕｓ以下に微粉砕したＰｒ
ｏ樹脂を０．５容積％添加し、−奈良機械製作所型のハ
イブリダイゼーションシステムを用い、粒子表面に部分
的に導電性物を付着させるようにした外は、実施例６と
同様にして複合誘電体を得た一実施例１１ まず、無機誘電体粉末を以下のようにして作成した。

Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　＃、ＦＡ　Ｚ　ｒ　＊、ｚａＯｚの組
成となるように％　Ｂａｃｏｎ　、Ｔｉｅｓ　、Ｚｒ０
ｔを秤量配合しボットミルを用いて、水を加えての湿式
粉砕混合を行い、乾燥した後、ジルコニアルツボ中で１
３００℃、１時間の焼成を行い、上記組成の焼成物を１
％だ。この焼成物を超硬質の乳鉢でまず粗粉砕し、続い
て、ジルコニアボットとジルコニアポールを用い、粒径
７〜１５μ飄（平均ｌＯμｌ）となるまで湿式粉砕し乾
燥することにより、無機誘電体粉末を作成した。なお、
このセラミック誘電体粉末自体は、ｔｒ　＝７０００　
　（２５℃）、ｔａｎδ＝１．３％（２５°Ｃ）の誘電
特性であった。

一方、カーボンファイバーをライカイ機で微粉砕し、約
５０〜１００ＩＪｌの長さで、約５〜１０ｆ＠の径の導
電性針状粉末を別途に作成した。

ついで、上記無機誘電体粉末４９容積％に、カーボンフ
ァイバーからなる導電性針状粉末を１容積％、ＰＰＯ樹
脂を５０容積％添加し、粒径がなるべく保たれるように
してロッキングミキサを用い、十分に混合・解砕した。

この混合物を金型に七ソ］・シ、２３０℃の温度下、２
０ｋｇ／ｃｏ！の圧力で成形し、圧力をかけたまま室温
まで冷却して複合誘電体を得た。なお、金型内では混合
物がＣｕ箔間にセットし、出来上がった複合誘電体の両
面にはＣｕｉが接合されているようにした。

実施例１２− 無機誘電体粉末４５容積％に、カーボンファイバーから
なる導電性針状粉末を５容積％、ＰＰＯ樹脂を５０容積
％添加するようにした外は実施例１１と同様にして複合
誘電体を得た。

一実施例１３− 上記無機誘電体粉末４５容積％に、カーボンファイバー
に換えて、ＳｉＣウィスカ（約５０〜１００μの長さ、
約０．１〜１μの径）からなる導電性針状粉末を５容積
％、ＰＰＯ樹脂を５０容積％添加するようにした外は実
施例１１と同様にして複合誘電体を得た。

一比較例１ 無機誘電体粉末粒子の表面に導電性物を付着させないよ
うにした外は、実施例１と同様にして複合誘電体を得た
。

比較例２ 無機誘電体粉末粒子の表面に導電性物を付着させないよ
うにした外は、実施例６と同様にして複合誘電体を得た
。

一比較例３ 無機誘電体粉末粒子５０容積％とし、ＰＰＯ樹脂５０容
禎％としたく導電性針状粉末は添加せず）外は、実施例
１１と同様にして複合誘電体を得た。

一比較例４− 無機誘電体粉末粒子とＰＰ樹脂を容積比でｌ：３で混合
するとともに、導電性針状粉末に換えて、粒状グラファ
イト粉末を３容積％添加するようにした他は、実施例１
１と同様にして複合誘電体を得た。

このようにして得た、実施例１〜１３および比較例１〜
４の複合誘電体の比誘電率εｒおよび誘電損失特性（誘
電正接；　　ｔａｎδ）を測定した。なお、測定周波数
はＩＧｈであり、測定の際の雰囲気温度は２５℃である
。

測定結果を第１〜３表に記す。

第 表 第１．２表の実施例１〜１３の複合誘電体は、いずれも
、十分な比誘電率を有している。実施例１の複合誘電体
は、対応する比較例１の複合誘電体と比べて比誘電率が
著しく高く、また、実施例６の複合誘電体は、対応する
比較例２の複合誘電体に比べてやはり比誘電率が著しく
高く、無機誘電体粉末粒子の表面に導電性物を付着させ
ることが比誘電率の向上をもたらすものであることをよ
く示している。また、実施例１１の複合誘電体は、対応
する比較例３の複合誘電体と比べて比誘電率が著しく高
く、導電性針状粉末を添加することが比誘電率の向上を
もたらすものであることをよく示している。さらに、各
実施例の複合誘電体は、粒状のカーボン粉末を用いた従
来の複合誘電体（比較例４）に比べて誘電正接が１％以
下と低く誘電損失特性が実用性の損なわれない範囲にあ
ることもよく分かる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明の複合誘電体では、無機
誘電体粉末粒子表面に部分的に導電性物を付着させたり
、あるいは、導電性針状粉末を添加したりしているため
、十分な比誘電率と低い誘電損失を兼ね備えた実用性の
高いものとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項１の複合誘電体の一例を模式的にあら
れす説明図、第２図は、この複合誘電体の無機誘電体粉
末粒子を模式的にあられず説明図、第３図は、請求項４
の複合誘電体の一例を模式的にあられす説明図である。 ｌ、１′・・・複合誘電体　　２・・・無機誘電体粉末
２ａ・・・導電性物　　３・・・樹脂　　４・・・導電
性針状粉末 代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　無機誘電体粉末と樹脂とからなる複合誘電体におい
   て、前記無機誘電体粉末粒子の表面には部分的に導電性
   物が付着されていることを特徴とする複合誘電体。 ２　導電性物が導電性粉末であって、誘電体構成用樹脂
   と同じ樹脂により無機誘電体粉末粒子の表面に付着され
   ている請求項１記載の複合誘電体。 ３　導電性粉末が、金属粉末、カーボン粉末、半導体粉
   末のうちから選ばれた少なくともひとつである請求項２
   記載の複合誘電体。 ４　無機誘電体粉末と樹脂とからなる複合誘電体におい
   て、導電性針状粉末も含んでいることを特徴とする複合
   誘電体。 ５　無機誘電体粉末がＴｉＯ＿２粉末である請求項１か
   ら請求項４までのいずれかに記載の複合誘電体。