JPH1134231A - 複合積層誘電体磁器部品 - Google Patents

複合積層誘電体磁器部品

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JPH1134231A
JPH1134231A JP9198124A JP19812497A JPH1134231A JP H1134231 A JPH1134231 A JP H1134231A JP 9198124 A JP9198124 A JP 9198124A JP 19812497 A JP19812497 A JP 19812497A JP H1134231 A JPH1134231 A JP H1134231A
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JP
Japan
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dielectric
laminated
composite laminated
conductor
composite
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JP9198124A
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English (en)
Inventor
Hidenori Katsumura
英則 勝村
Ryuichi Saito
隆一 斉藤
Masahiro Hiraga
将浩 平賀
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、複数の周波数を扱う複合高周波共
振デバイスを実現することが可能な、小型、高性能、高
信頼性の複合積層誘電体磁器部品を提供することを目的
とする。 【解決手段】 酸化ビスマス、酸化ニオブを主成分とす
る誘電体磁器組成物から構成され、かつ比誘電率の異な
る2層以上の誘電体層と、銀あるいは銅を主成分とする
導体層を積層して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波領域で使用さ
れる各種フィルタや共振器などに適用される複合積層誘
電体磁器部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話、衛星放送など、マイク
ロ波領域の電磁波を利用する通信の進展にともない、端
末機器の小型化への要求がますます強くなっている。端
末機器を小型化するためには、機器を構成する個々の部
品を小型化する必要がある。誘電体磁器はこれらの機器
において、各種フィルタや共振器として組み込まれてい
る。これらの共振デバイスの大きさは同じ共振モードを
利用する場合、使用する誘電体材料の持つ比誘電率(ε
r)の平方根に逆比例するため、小型の共振デバイスを
作製するには、高い比誘電率を有する材料が必要であ
る。また、誘電体磁器用の誘電体材料に求められる他の
特性は、マイクロ波領域で低損失、すなわちQ値が高い
こと、さらに共振周波数の温度係数(τf)が小さいこ
とである。ここでQ値とは、誘電損失tanδの逆数を
いう。
【0003】また、導体と誘電体磁器を積層構造にし、
共振デバイスを小型、高機能化しようとする試みが行な
われている。導体は、マイクロ波のような高周波領域で
使用する場合、導電率が高い必要があるため、Cu,A
g、またはそれらの合金を使用する必要がある。また、
誘電体磁器は積層構造にする場合、導体の金属と同時に
焼成する必要があるため、導体金属が溶解せず、かつ酸
化しない焼成条件で緻密に焼結しなければならない。
【0004】すなわち、用いる導体金属の融点(Cuの
場合1083℃、Agの場合961℃)以下の低温で、
かつCuを電極に用いる場合は低い酸素分圧での焼成が
必要となる。低温で焼結できるマイクロ波誘電体磁器と
しては、Bi23−Nb25系が特開平5−74225
号公報に、Bi23−CaO−Nb25系が特開平5−
242728号公報に、Bi23−CaO−ZnO−C
uO−Nb25系が特開平6−196020号公報に提
案されている。現在これらの誘電体磁器を用い、銀を導
体とするストリップライン内蔵の小型積層共振デバイス
が実現され、携帯電話の高周波共振デバイスとして用い
られている。
【0005】ところで携帯電話の送受信システムは、世
界はともかく日本国内においても様々なシステムが存在
する。近年、一つの端末で複数のシステムを送受信でき
る携帯電話が開発されつつある。この場合、それぞれの
システムで使用する送受信周波数が異なるため、高周波
共振デハイスの数が必然的に増え、携帯端末の体積、重
量が大きくなってしまう。そこで、1つのデバイスで複
数の送受信周波数を扱うことができる、小型の複合高周
波共振デバイスが求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、単体の誘電
体に複数の周波数に対応する積層共振デバイスを形成す
ると、共振周波数は誘電体の比誘電率とストリップライ
ンの長さと形状で決定されるため、対応可能な共振周波
数は限られたものとなる。
【0007】そこで、比誘電率の異なる誘電体層を複数
積層し、それぞれの層にストリップラインを形成すれ
ば、1つのデバイスで広範囲にわたる複数の共振周波数
を有する小型の高周波共振デバイスを作製することがで
きる。
【0008】しかし、一般的に、異なる組成系の誘電体
磁器を積層し焼成した場合、それぞれの焼成収縮挙動や
熱膨張率が大きく異なるため、焼成過程において層間剥
離や反り、クラック等の欠陥が発生しやすい。したがっ
て、それぞれの層を形成する誘電体磁器は同じ組成系列
であることが望ましい。すなわち、同じ組成系列であり
ながら、組成比率の違いによって比誘電率を大きく変化
させることができる誘電体磁器が望ましい。
【0009】また、高性能の複合高周波共振デバイスを
実現するためには、それぞれの層の誘電体磁器が、優れ
た電気的特性、すなわち大きなQ値、小さいτfを有し
ていることが必要である。
【0010】また、導電率の高い銀あるいは銅を主成分
とする導体層と同時焼成するためには、導体金属が溶解
せず、かつ酸化しない焼成条件で緻密に焼結しなければ
ならない。特に純度100%の銀を電極に用いる場合
は、銀の融点が961℃であることから950℃以下の
低温で、また銅を電極に用いる場合は低い酸素分圧での
焼成が必要となる。
【0011】本発明は、複数の周波数を扱う複合高周波
積層デバイスを実現できる、小型、高性能、高信頼性の
高周波用複合積層磁器部品を提供することを目的として
いる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化ビスマ
ス、酸化ニオブを主成分とする誘電体磁器組成物から構
成され、かつ比誘電率の異なる2層以上の誘電体層と、
銀あるいは銅を主成分とする導体層を積層した複合積層
誘電体磁器部品である。この複合積層誘電体磁器部品を
構成する誘電体磁器組成物は、構成元素および組成比率
を変化させることにより、Qおよびτfを大きく損なう
ことなく比誘電率εrを比較的容易に変化させることが
可能である。したがって、比誘電率が異なるそれぞれの
誘電体層に共振回路を形成すれば、1つの素子で広範囲
な周波数帯域に対応する複合高周波積層デバイスが実現
できる。またこの誘電体磁器組成物は組成比率の違いに
よる収縮挙動、熱膨張係数の差異が小さく、一体焼成に
よる層間剥離や反り、クラック等の欠陥の発生を抑える
ことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、酸化ビスマス、酸化ニオブを主成分とする誘電体磁
器組成物から構成され、かつ比誘電率の異なる2層以上
の誘電体層と、銀あるいは銅を主成分とする導体層を積
層して構成したものである。この構成により、比誘電率
εrの異なる誘電体層を2層以上と、導電率の高い銀を
主成分とする導体層を含む複合積層誘電体磁器部品を、
一体焼成で層間剥離や各誘電体層にクラック等の欠陥を
発生することなく得ることができる。
【0014】本発明の請求項2に記載の発明は、全ての
誘電体層を構成する誘電体磁器組成物の比誘電率εrが
35以上、Qf積が1000GHz以上、共振周波数の温
度係数の絶対値|τf|が50ppm/℃以下と限定し
たものであり、これにより小型で高性能の複合積層磁器
部品を得ることができる。
【0015】以下、本発明の一実施の形態における複合
積層磁器部品について詳細に説明する。
【0016】出発原料には化学的に高純度であるBi2
3、Nb25、CaCO3、ZnO、V25およびCu
Oを用いた。原料の純度補正を行なったのち、組成を
(表1)の組成の欄に示した種々の値になるように秤量
した。なお添加物のV、Cu成分の添加量は、それぞれ
主成分のBi、Nb、Ca、Zn成分に対するモル比V
/(Bi+Nb+Ca+Zn)、Cu/(Bi+Nb+
Ca+Zn)で表している。
【0017】
【表1】
【0018】これらの粉体を、ポリエチレン製のボール
ミルに入れ、安定化ジルコニアの玉石と純水を加え、1
7時間混合した。混合後、スラリーを乾燥し、アルミナ
製の坩堝に入れ、750〜950℃で2〜5時間仮焼し
た。仮焼体をライカイ機で解砕した後、前述したボール
ミルで17時間粉砕し、乾燥させ原料粉体とした。この
粉体にバインダとしてポリビニルアルコールの5%水溶
液を6重量%加えて混合後、32メッシュのふるいを通
して造粒し、100MPaで直径13mm、厚み約5mmの
円柱状にプレス成形した。成形体を600℃で2時間加
熱してバインダを焼却後、マグネシアの容器に入れ、蓋
をし、空気中850〜1100℃で2〜4時間保持して
焼成した。密度が最高になる温度で焼成した焼結体につ
いてマイクロ波での誘電特性を測定した。共振周波数と
Q値は誘電体共振器法により求めた。焼結体の寸法と共
振周波数より比誘電率εrを算出した。共振周波数は、
2〜5GHzであった。また−25℃、20℃及び85℃
における共振周波数を測定し、最小二乗法により、その
温度係数τfを算出した。またそれぞれの焼結体の熱膨
張係数αをTMAにより測定した。結果を(表2)に示
す。
【0019】
【表2】
【0020】(表2)に示したように、いずれの誘電体
磁器組成物も925℃以下の低温で緻密に焼結し、測定
周波数fとQ値の積であるfQ値が1800以上、かつ
τfの絶対値が30ppm/℃以下と優れた特性を示
し、比誘電率は組成比率により43〜101の間で変化
する。また熱膨張係数は組成の違いによる差異は小さ
く、いずれも76〜92×10-7/℃であった。なお窒
素中焼成においても、焼成温度および特性にほとんど変
化は見られなかった。
【0021】次に(表1)から数点の組成を選択し、
(表3)に示した組み合わせで複合積層体を作製し評価
した。
【0022】
【表3】
【0023】複合積層型のマイクロ波デバイスとして、
2層の組成比率の異なる誘電体層1、2にストリップラ
イン導体とシールド導体を内蔵した構造をもつ誘電体共
振器を作製した。シールド導体は、共振器の上下端部だ
けでなく、2層の誘電体層1、2の界面にも設けた。そ
の断面図を図1に示す。以下その作製法について述べ
る。
【0024】まず(表2)に示したそれぞれの組成物の
原料粉体に有機バインダとしてポリビニルブチラール樹
脂、可塑剤としてジブチルフタレート、溶剤として酢酸
ブチルを加えボールミルで混合して得たスラリーを、ド
クターブレード法によりグリーンシート化した。導体金
属はビヒクルと混練しペースト化した。なお導体がCu
のときはCuOペーストを用いた。図2に素子の導体印
刷パターンを示す。なお図2(a)の3のストリップラ
インの長さは13mmである。
【0025】次に印刷・積層工程を説明する。まず組成
Aのグリーンシートを所望の厚みに積層して、図2
(a)のシールド導体パターン3を、AgあるいはCu
Oペーストにより周知のスクリーン印刷法で印刷し乾燥
する。さらに、その上面に組成Aのシートを複数枚積層
し、次は図2(b)のストリップライン導体パターン4
を印刷する。
【0026】同様の工程で、組成Aのシート、シールド
導体3、組成Bのシート、ストリップライン導体4、組
成Bのシート、シールド導体3、組成Bのシートの順で
積層・印刷し、図1の断面図に示すような積層体を作製
した。80℃で熱圧着し、個々の素子に切断後、大気中
400℃で熱処理して有機物を飛散させた。CuOペー
ストを用いた場合、水素中で熱処理してCu金属に還元
した後窒素中で焼成した。Ag導体の場合、空気中で焼
成した。そして外部電極5、6として市販のCuペース
トを窒素中で600℃で焼き付け、複合積層共振器を得
た。
【0027】それぞれの誘電体層に形成したストリップ
ライン導体4に、チップ型積層コンデンサを外部電極6
を介して直列に接続し、インピーダンスが50Ωとなる
よう整合した後、ネットワークアナライザーによりそれ
ぞれの誘電体層に形成した共振器の共振周波数とQ値と
温度係数τfを測定した結果を(表4)に示す。なおス
トリップライン長はいずれも約9.0mm、各誘電体層の
シールド間の長さはいずれも約1.0mmであった。
【0028】
【表4】
【0029】(表4)に示したように、共振周波数はそ
れぞれの誘電体層の比誘電率に対応したものとなる。例
えば試料番号b−1の各層の共振周波数は、A層(εr
=43)で1.28GHz、B層(εr=43)で0.8
4GHzとなった。これらの測定値はストリップライン長
と比誘電率から計算される共振周波数の計算値(f=c
/(4×L×√εr)、f:共振周波数、L:ストリッ
プライン長、εr:比誘電率、c:光速)とほぼ合致し
た。また導体層に銀、銅のいずれの導体を用いてもQ値
は100以上と高く、優れたものであった。またいずれ
の組み合わせにおいても、それぞれの誘電体層の熱膨張
係数や焼結収縮挙動の差異によって発生する可能性があ
る界面剥離や反り、クラック等の欠陥は確認されなかっ
た。
【0030】したがって本発明の複合積層誘電体磁器部
品は、複数の送受信周波数を扱うことができる複合高周
波共振デバイスとして用いることができる。なお、この
複合積層誘電体磁器部品は、上記目的以外にも応用が可
能であることは言うまでもない。
【0031】
【発明の効果】以上述べたことから明らかなように本発
明は、一体焼成により層間剥離や反り、クラック等が発
生することなく、かつ、全ての誘電体層においてQが大
きく、小さいτfを持つ複合積層誘電体磁器部品であ
り、小型、高性能の複合高周波共振デバイスを作製する
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における複合積層誘電体
共振器の断面図
【図2】同共振器の内装導体の印刷パターン図
【符号の説明】
1 誘電体層A 2 誘電体層B 3 シールド導体 4 ストリップライン導体 5,6 外部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // H01P 7/08 H01P 7/08

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化ビスマス、酸化ニオブを主成分とす
    る誘電体磁器組成物から構成され、かつ比誘電率の異な
    る2層以上の誘電体層と、銀あるいは銅を主成分とする
    導体層を積層して構成されることを特徴とする複合積層
    誘電体磁器部品。
  2. 【請求項2】 全ての誘電体層を構成する誘電体磁器組
    成物の比誘電率εrが35以上、Qf積が1000GHz
    以上、共振周波数の温度係数の絶対値|τf|が50p
    pm/℃以下であることを特徴とする請求項1の複合積
    層誘電体磁器部品。
JP9198124A 1997-07-24 1997-07-24 複合積層誘電体磁器部品 Pending JPH1134231A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002052591A3 (de) * 2000-12-22 2007-11-15 Epcos Ag Elektrisches vielschichtbauelement und anordnung mit dem bauelement

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