JPH08325055A

JPH08325055A - 低温焼成磁器組成物、成形体および積層体

Info

Publication number: JPH08325055A
Application number: JP7133531A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsuboi; 隆坪井; Hiroyuki Ito; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-10
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP3978689B2

Abstract

(57)【要約】【目的】９００℃付近の低温度で、銀と同時焼成可能
な低温焼成磁器組成物を得る。【構成】重量％で、Ａｌ₂Ｏ₃ ４０〜６０％、ＳｉＯ
₂ ２５〜４０％、ＰｂＯ５〜１５％、Ｎａ₂Ｏ０．
１〜３％、Ｋ₂Ｏ１〜３％、ＣａＯ１〜６％、Ｓｒ
Ｏ１〜６％からなる低温焼成磁器組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温焼成磁器組成物に
関し、具体的には銀、銅などの内部電極材料と同時に焼
成することが可能な電子機器の回路部品に使用される低
温焼成磁器組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサ、インダクタなどの電子部品
は、小型化に対する要求から積層したチップ部品化が急
速に進んでおり、特にＵＨＦ帯（３００〜３０００ＭＨ
ｚ）を中心とした高周波用チップ部品またそれらを組合
せた受動素子を内部に形成した多層配線体においては、
性能向上のために内部に形成出来る電極材料の導電率増
加、部品の母材となる誘電体材料の誘電損失の低減が必
要である。従来グリーンシート積層法によるセラミック
多層配線積層体においては、誘電体層にアルミナ、電極
材料には、タングステン、モリブデンを使用し還元性雰
囲気中で約１６００℃の高温度で焼成を行っていた。最
近では、低温焼成用材料として誘電体材料にガラス材料
や、ホウ酸チタン、スズバリウム系材料を用い、電極材
料には、金、銀パラジウム、銅、ニッケルを使用し、１
０００℃以下で焼成出来るセラミック多層体の報告が成
されている（エレクトロニクセラミックス１９８５
年３月号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらアルミナ
系多層基板においては焼成温度が１６００℃程度と高く
還元性雰囲気で焼成されるため工程費用が高く、積層内
に実用的な受動素子を形成することは技術的、コスト的
に困難が多い。また、ガラス材料や、ホウ酸チタン、ス
ズバリウム系材料においても高周波で性能の良好な受動
素子を内部に構成するためには、なるべく導電率の高い
電極材料を使用することが必要であるが、銅を用いる場
合酸化銅に変化することを防止するため還元性雰囲気で
焼成されるため、積層内に実用的な受動素子を形成する
ことは技術的、コスト的に困難が多い。また銀パラジウ
ム、ニッケルを電極材料に使用すると導電率が低いため
高周波用電子部品として十分な電磁気特性が発揮出来な
い。金を電極材料に使用すると導電率に問題は無いが、
高価な材料であるためコスト的に不利となる。本発明の
目的は、空気中の雰囲気下９００℃付近の低温度で、導
電率が高く高周波特性に優れた比較的安価な電極材料で
ある銀と同時焼成可能な低温焼成磁器組成物を提供する
ことである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓ
ｒの酸化物から構成される磁器組成物で組成比は、重量
％で、Ａｌ₂Ｏ₃ ４０〜６０％、ＳｉＯ₂ ２５〜４０
％、ＰｂＯ５〜１５％、Ｎａ₂Ｏ０．１〜３％、Ｋ₂
Ｏ１〜３％、ＣａＯ１〜６％、ＳｒＯ１〜６％か
ら成る低温焼成磁器組成物であり、又この組成物の粉末
とバインダー、可塑剤からなるスラリーを膜状に成形し
たグリーンシート表面上に導体ペーストを用いてパター
ン形成した成形体であり、又それらグリーンシートを積
層、圧着した状態で内部の導体ペーストと同時焼成した
積層体である。これにより、電極材料として高い導電率
を持つ銀を使用して空気中９００℃付近の低温度で焼成
可能であり、コスト的にも有利で、高い導電率が得られ
るため実用的な受動素子をセラミック積層体内部に構成
することを容易にしたものである。また本発明の低温焼
成磁器組成物は、電極材料として導電率の高い銅と組合
せた場合、還元性雰囲気でも適用可能である。

【０００５】

【作用】Ａｌ₂Ｏ₃は、化学的にも安定で強度的にも有
利、高周波特性にも優れたフィラーとしての役割を持
ち、重量％で４０％未満あるいは６０％を超える場合、
焼結が困難となり誘電損失が大きくなる。ＳｉＯ₂は、
低温焼成の要となるガラス成分の中核を担う成分で２５
％未満又は４０％を超えた場合ガラス化が不十分あるい
はガラスの軟化点が高いため焼結が困難となり緻密な材
料が得られない。ＰｂＯが５％未満の場合も焼結が困難
となり緻密な材料が得られず、１５％を超えるとガラス
の軟化点が低くなり過ぎるためバインダーが十分に分解
する温度に到達する前に緻密化が始まり、積層体の内部
にバインダーの分解物であるカーボンが残留し電磁気特
性が劣化する。Ｎａ₂Ｏが０．１％未満の場合ガラスの
軟化点が高くなり焼結が困難となり緻密な材料が得られ
ず、３％を超えると誘電損失が大きくなり過ぎ測定不能
となる。Ｋ₂ＯもＮａ₂Ｏと同様に１％未満の場合ガラ
スの軟化点が高くなり焼結が困難となり緻密な材料が得
られず、３％を超えると誘電損失が大きくなり過ぎ測定
不能となる。ＣａＯが１％未満の場合焼結が困難となり
緻密な材料が得られず、６％を超えると誘電損失が大き
くなり過ぎ測定不能となる。ＳｒＯが１％未満の場合焼
結が困難になると同時に誘電損失も大きくなる。６％を
超えても誘電損失が大きくなり過ぎ測定不能となる。Ｓ
ｒＯ量と誘電損失の程度を示すｆ・Ｑ値との関係を図１
に示す。ｆ・Ｑ値は、その数値が大きい程誘電損失が少
なく優れた材料であることを意味する。この図１は、Ｓ
ｒＯを０〜１０重量％変化させたときのｆ・Ｑ値を示し
ており、このときの成分は、Ａｌ₂Ｏ₃ ５５．０−ｘ／
２、ＳｉＯ₂ ３１．０−ｘ／２、ＣａＯ４．０、Ｓ
ｒＯｘ、ＰｂＯ７．５、Ｎａ₂Ｏ１．５、Ｋ₂Ｏ
１．０の各重量％である。そして、ＳｒＯが１〜６重量
％であると、ｆ・Ｑ値が３０００ＧＨｚ以上と、高い値
を得ることができる。

【０００６】

【実施例】本発明の低温焼成セラミック組成物の実施例
について以下詳細に説明する。本発明の実施例と比較例
の低温焼成セラミックの組成を表１に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】（実施例１）出発原料として、純度９９．
９％、平均粒径０．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末、純度９９．
９％以上、平均粒径０．１μｍ以下のＳｉＯ₂粉末、純
度９９．９％、平均粒径２μｍのＰｂＯ粉末、純度９
９．９％、平均粒径０．５〜５μｍのＣａＣＯ₃粉末、
ＳｒＣＯ₃粉末、Ｎａ₂ＣＯ₃粉末、Ｋ₂ＣＯ₃粉末を用
い、表１に示す重量比率に従って秤量する。これらの粉
末をポリエチレン製のボールミルに投入し更に酸化ジル
コニウム製のボールと純水を投入して２０時間湿式混合
を行う。混合スラリーを加熱乾燥し水分を蒸発させた後
ライカイ機で解砕し、アルミナ製のるつぼに入れて、７
００〜８５０℃で２時間仮焼する。仮焼粉末は、前述の
ボールミルに投入し２０〜４０時間湿式粉砕を行い、乾
燥させ原料粉体とする。この粉体にバインダとしてポリ
ビニルアルコールの１０％水溶液を１０〜１５重量％添
加し、乳鉢に混練後、３２メッシュのふるいを通過させ
整粒し、造粒粉末を得る。この粉末を金型に投入し、２
ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で加圧成形し、円柱形状の成形体
試料を得た。この試料を空気中にて、６００℃まで１０
０℃／ｈで昇温し、２時間持続後８００〜９００℃まで
２００℃／ｈの速度で昇温し、さらに２時間持続後、２
００℃／ｈの速度で冷却して焼成を行い、得られた焼結
体の寸法と重量から焼結密度を算出した。また、誘電体
共振器法により、共振周波数ｆ₀と無負荷Ｑ値Ｑ₀を求め
た。焼成体の寸法とｆ₀、Ｑ₀より、比誘電率及び誘電損
失係数ｔａｎδの逆数とｆ₀の積よりｆ・Ｑ値を算出し
た。共振周波数は８〜１４ＧＨｚであった。これらの結
果を表２に示す。焼成雰囲気は空気中に限定されるもの
ではなく、窒素などの還元性雰囲気下でも同じ誘電特性
を示す。尚、試料番号に＊印のないものが本発明の実施
例であり、試料番号に＊印のあるものは本発明の範囲外
の比較例である。

【０００９】

【表２】

【００１０】（実施例２）実施例１で得られた粉砕粉を
所定量のバインダー（例えばポリビニルブチラール）、
可塑剤とともにポリエチレン製のボールミルに投入し更
に酸化ジルコニウム製のボールと溶媒（例えばエチルア
ルコールとブタノール）を投入して２０時間湿式混合を
行ったスラリーを真空濃縮処理して粘度を調整した。次
に、このスラリーをドクターブレード法によりフィルム
上に塗布、乾燥してグリーンシートを得た。このシート
を所定の大きさに切断し、部品回路上必要なスルーホー
ルを形成する。このシートのスルーホール部と表面に設
計されたパターンに従ってＡｇ電極ペーストを塗布し
た。電極を形成された各層は積層圧着され、所定の寸法
に切断した。得られたチップは、脱脂焼成、バレル研磨
を施された後回路基板に電気結合させるための外部電極
を形成した。外部電極が銀系の場合、はんだ食われが生
じて電気部品としての機械的、電気的信頼性に悪影響を
及ぼす可能性があるので、Ｎｉめっきを被膜する。更
に、はんだ濡れ性向上のために、はんだめっきを形成す
る。このようにして得た積層体の斜視図を図２に、等価
回路図を図３に示す。この積層体１は、例えば携帯電話
等のマイクロ波部品として用いられる分配トランスであ
り、外形寸法が３．２ｍｍ×１．６ｍｍ、高さ１．０ｍ
ｍと非常に小型に構成でき、特性も７００〜１１００Ｍ
Ｈｚにおいて挿入損失０．２ｄＢ以下と高品質のものが
構成できた。尚、図中２は外部端子電極である。非常に
低損失な磁器組成物を用い、導電率が高く高周波特性に
優れた銀電極とにより、非常に低損失な積層部品を得る
ことができた。

【００１１】

【発明の効果】本発明により、安価な銀電極が使用でき
る空気中９００℃程度の低温で焼結可能であり必要に応
じて還元性雰囲気で焼成する銅電極も適用可能であり、
低損失な誘電体材料が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁器組成物において、ＳｒＯ量を
変化したときのｆ・Ｑ値のグラフである。

【図２】本発明に係る一実施例の積層体の斜視図であ
る。

【図３】本発明に係る一実施例の積層体の等価回路図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓ
ｒの酸化物から構成される磁器組成物で組成比は、重量
％で、Ａｌ₂Ｏ₃ ４０〜６０％、ＳｉＯ₂２５〜４０
％、ＰｂＯ５〜１５％、Ｎａ₂Ｏ０．１〜３％、Ｋ₂
Ｏ１〜３％、ＣａＯ１〜６％、ＳｒＯ１〜６％か
ら成ることを特徴とする低温焼成磁器組成物。
【請求項２】請求項１記載の低温焼成磁器組成物の粉
末とバインダー、可塑剤からなるスラリーを膜状に成形
したグリーンシート表面上に導体ペーストを用いてパタ
ーン形成したことを特徴とする成形体。
【請求項３】請求項２記載の低温焼成磁器組成物から
なるグリーンシートを複数枚積層、圧着した状態で内部
の導体ペーストと同時焼成したことを特徴とする積層
体。