(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２ＴｅＯ５を主成分として含有し、４．７ｇ／ｃｍ３以上の密度を有する誘電体磁器組成物。
【請求項２】
ＴｅＯ２を副成分として含有する請求項１記載の誘電体磁器組成物。
【請求項３】
請求項１又は２記載の誘電体磁器組成物からなる誘電体。
【請求項４】
請求項３記載の誘電体を備えるセラミックス基板。
【請求項５】
請求項３記載の誘電体を備える電子部品。
【請求項６】
Ａｌ２Ｏ３とＴｅＯ２とを含む混合物を仮焼してＡｌ２ＴｅＯ５を得る仮焼工程と、
前記Ａｌ２ＴｅＯ５にＴｅＯ２を添加して成形し、焼成して焼結体を得る焼成工程と、を有する、Ａｌ２ＴｅＯ５を主成分として含有し、４．７ｇ／ｃｍ３以上の密度を有する誘電体磁器組成物からなる誘電体の製造方法。
【請求項７】
前記焼結体をアニール処理する工程を有する請求項６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体磁器組成物、誘電体、セラミックス基板及び電子部品、並びに誘電体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品は、高性能化とともに小型化が図られており、電子部品用の配線基板材料として、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）が注目されている。このＬＴＣＣは、通常１０００℃以下で焼成が可能であり、導通抵抗の低いＡｇ、Ｃｕ又はこれらの合金を導体パターンとすることが可能な材料である。【０００３】
そして、ＬＴＣＣの製造においては、低温での焼結を可能にするために、主成分としてＳｉＯ2やＢ2Ｏ3などのガラス成分を用いることが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４１５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、誘電体磁器組成物に主成分として上述のようなガラス成分を用いると、品質係数（Ｑ値）が低下してしまうため、低温での焼結性を維持しつつ高い品質係数を有する誘電体磁器組成物が求められている。【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高いＱ・ｆ値を有する誘電体磁器組成物及び誘電体、並びにそのような誘電体を備えるセラミックス基板及び電子部品を提供することを目的とする。また、低い焼結温度でも高いＱ・ｆ値を有する誘電体を形成することが可能な誘電体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、Ａｌ2ＴｅＯ5を主成分として含有する誘電体磁器組成物を提供する。この誘電体磁器組成物は、ガラス成分の含有量が低減されているため、十分に高いＱ・ｆ値を有する。また、この誘電体磁器組成物は、フィルタ等の高周波部品に適した誘電率をも有しているため、高周波用部品の材料として好適に用いられる。【０００８】
本発明の誘電体磁器組成物は、ＴｅＯ2を副成分として含有することが好ましい。ＴｅＯ2は、低融点酸化物であり、焼結助剤としての機能を有する。このため、副成分としてＴｅＯ2を含有することによって、焼結性に優れる誘電体磁器組成物とすることができる。【０００９】
本発明は、上述の誘電体磁器組成物からなる誘電体を提供する。このような誘電体は上記特徴を有する誘電体磁器組成物から構成されるため、ガラス成分の含有量が十分に低減されており、十分に高いＱ・ｆ値を有する。また、フィルタ等の高周波用部品に適した誘電率をも有しているため、この誘電体は、高周波用部品に好適に用いられる。【００１０】
本発明は、上述の誘電体を備えるセラミックス基板及び電子部品を提供する。このセラミックス基板及び電子部品は、それぞれ上記特徴を有する誘電体を備えることから、高いＱ・ｆ値を有しており、また、高周波用部品として好適に用いられる。【００１１】
本発明はまた、Ａｌ2Ｏ3とＴｅＯ2とを含む混合物を仮焼してＡｌ2ＴｅＯ5を得る仮焼工程と、Ａｌ2ＴｅＯ5にＴｅＯ2を添加して成形し、焼成して焼結体を得る焼成工程と、を有する、Ａｌ2ＴｅＯ5を主成分として含有する誘電体磁器組成物からなる誘電体の製造方法を提供する。【００１２】
本発明の製造方法によれば、十分に低い焼成温度で、高いＱ・ｆ値を有しつつ高周波用部品に適した誘電率を有する誘電体を得ることができる。また、誘電体を十分に低い焼成温度で焼結させて得ることができるため、セラミックス基板や電子部品等を作製する際に、配線パターンの材料として安価なＡｇやＣｕを用いることが可能である。このため、誘電体の製造コストを大幅に低減することができる。【００１３】
また、本発明の製造方法は、焼結体をアニール処理する工程を有することが好ましい。焼結体をアニール処理することによって、より高いＱ・ｆ値を有する誘電体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高いＱ・ｆ値を有する誘電体磁器組成物及び誘電体、並びにそのような誘電体を備えるセラミックス基板及び電子部品を提供することができる。また、低い焼結温度でも高いＱ・ｆ値を有する誘電体を形成することが可能な誘電体の製造方法を提供することができる。【００１５】
また、本発明の誘電体の製造方法によれば、十分に低い温度で焼結させて誘電体を形成することができるため、電極パターンの材料としてＡｇやＣｕを用いることが可能となる。このため、高いＱ・ｆ値を有する誘電体を備えるセラミックス基板及び電子部品を、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の製造方法によって得られる誘電体の焼成時間による経時変化を示すＸＲＤ（Ｘ線回折）チャートである。
【図２】本発明の電子部品の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の電子部品に係る別の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明の電子部品のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【図５】比較例１の焼結体のＸＲＤ測定結果を示すＸＲＤチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、場合により図面を参照しながら、本発明の誘電体磁器組成物、誘電体、セラミックス基板及び電子部品の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態の誘電体は、Ａｌ2ＴｅＯ5を主成分として含有し、ＴｅＯ2を副成分として含有する誘電体磁器組成物からなる。ここでいう「主成分」とは、誘電体磁器組成物全体に対する含有量が５０質量％以上の成分である。また、「副成分」とは、誘電体磁器組成物全体に対する含有量が５０質量％未満の成分である。
【００１９】
誘電体磁器組成物におけるＡｌ2ＴｅＯ5の含有量は、一層高いＱ・ｆ値を有する誘電体磁器組成物とする観点から、好ましくは５０〜１００質量％であり、より好ましくは６０〜１００質量％である。Ａｌ2ＴｅＯ5の含有量が５０質量％未満であると、十分に高いＱ・ｆ値が得られ難くなる傾向にある。
【００２０】
焼結体である誘電体において、Ａｌ2ＴｅＯ5は主に焼結体の結晶粒を構成する。一方、ＴｅＯ2は主に焼結体の粒界に存在していてもよい。ＴｅＯ2は、加熱により容易に液相となるため、誘電体磁器組成物の焼結を促進させる作用を有する。このため、ＴｅＯ2を１０〜２５質量％含有することによって、十分に優れた焼結性と十分に高いＱ・ｆ値とを兼ね備えた誘電体磁器組成物とすることができる。なお、ＴｅＯ2は、結晶粒を構成するＡｌ2ＴｅＯ5に固溶していてもよく、結晶粒中にＡｌ2ＴｅＯ5の結晶とは別の結晶として存在していてもよい。
【００２１】
本実施形態の誘電体は、高周波用部品として好適な比誘電率を有するとともに、高いＱ・ｆ値を有している。このため、本実施形態の誘電体は、セラミックス基板や電子部品などの高周波用部品に好適に用いることができる。
【００２２】
次に、本発明に係る誘電体の製造方法の好適な実施形態について以下に説明する。本実施形態の誘電体の製造方法は、Ａｌ2Ｏ3とＴｅＯ2とを混合して混合物を調製する混合工程と、調製した混合物を仮焼してＡｌ2ＴｅＯ5を得る仮焼工程と、Ａｌ2ＴｅＯ5にＴｅＯ2を添加して混合し、Ａｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2の混合物を調製する添加工程と、Ａｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2の混合物を成形して焼成し焼結体を得る焼成工程と、焼結体にアニール処理を施して誘電体を得るアニール工程とを有する。各工程の詳細について以下に説明する。
【００２３】
混合工程では、例えば市販のＡｌ2Ｏ3粉末と市販のＴｅＯ2粉末とを、１：１のモル比で混合して混合物を調製する。混合は、より均一に混合された混合物を得る観点から、Ａｌ2Ｏ3粉末及びＴｅＯ2粉末にエタノールを添加して混合する湿式混合により行うことが好ましい。湿式混合を行った場合、仮焼工程の前に、通常の乾燥器等を用いて、混合物を十分に乾燥させることが好ましい。
【００２４】
仮焼工程では、上記混合工程で調製した混合物を、市販の電気炉等を用いて仮焼し、Ａｌ2Ｏ3とＴｅＯ2とを反応させてＡｌ2ＴｅＯ5を得る。十分に反応を進行させるとともに工程短縮を図る観点から、仮焼温度を５５０〜６５０℃、仮焼時間を５〜２０時間とすることが好ましい。なお、仮焼は空気雰囲気中で行うことができる。仮焼温度が６５０℃を超えると、ＴｅＯ2が蒸発して組成ずれが生じる傾向がある。
【００２５】
添加工程では、仮焼工程で得られたＡｌ2ＴｅＯ5に市販のＴｅＯ2粉末を添加して混合する。Ａｌ2ＴｅＯ5に対するＴｅＯ2粉末の添加量を変更することによって、最終的に得られる誘電体磁器組成物の組成を調整することができる。ＴｅＯ2粉末の添加量は、高い焼結性と得られる誘電体の高いＱ・ｆ値とを高水準で両立させる観点から、Ａｌ2ＴｅＯ5全体を基準として、好ましくは１０〜５０質量％であり、より好ましくは２０〜５０質量％であり、さらに好ましくは３０〜４５質量％である。
【００２６】
Ａｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2粉末との混合は、上述の混合工程と同様に、エタノールを添加してボールミル等により行う湿式混合とすることが好ましい。ここで添加されるＴｅＯ2粉末は、後述する焼結工程において、焼結助剤としても機能するものである。ＴｅＯ２粉末を添加することによって、Ａｌ2ＴｅＯ5及びＴｅＯ2以外の相の生成を抑制しつつ、低い焼成温度であっても十分に緻密な焼結体とすることができる。なお、湿式混合を行った場合は、後述する焼成工程の前に、Ａｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2との混合物を通常の乾燥器等を用いて乾燥させることが好ましい。
【００２７】
焼成工程では、まず、Ａｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2との混合物を、例えば、一軸加圧や冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）などの通常の成形方法によって所定の形状に成形して成形体を得る。得られた成形体を、空気雰囲気中、焼成して焼結体（誘電体）を作製する。できるだけ低い焼成温度としつつ十分に焼結を進行させる観点から、焼成温度は好ましくは７５０〜９５０℃であり、より好ましくは８００〜９５０℃であり、さらに好ましくは８５０〜９５０℃である。焼成時間は、例えば１〜２０時間とすることができる。ＴｅＯ2は、低融点酸化物であるため、上述のように、低い焼結温度で緻密な焼結体を得ることができる。
【００２８】
焼成工程で得られた焼結体は、上述の誘電体磁器組成物から構成されるものであり、誘電体としてセラミックス基板や電子部品に用いることができる。この誘電体は、Ａｌ2ＴｅＯ5を主成分として含有し、ＴｅＯ2を副成分として含有する。このため、この誘電体は、高周波用部品に好適な誘電率と高いＱ・ｆ値とを有しており、例えばフィルタ等の電子部品に好適に用いられる。なお、Ｑ・ｆ値等の高周波特性を一層向上させる観点から、焼結工程で得られた焼結体に、後述するアニール処理を施すことが好ましい。
【００２９】
アニール工程では、空気雰囲気中、焼結体を焼成工程の焼成温度よりも低い温度（アニール温度）で、１〜１００時間加熱する。これによって、焼結体の組織がより均質化され、高周波特性に一層優れる誘電体とすることができる。アニール温度は、好ましくは２００〜９００℃であり、より好ましくは３００〜８００℃である。
【００３０】
以上の工程によって、高周波用部品に好適な誘電率と十分に高いＱ・ｆ値とを有する誘電体組成物からなる誘電体を得ることができる。なお、本実施形態の誘電体は、４．７ｇ／ｃｍ3以上の密度を有することが好ましく、４．７５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有することがより好ましい。誘電体の密度が４．７ｇ／ｃｍ3未満である場合、焼結が十分に進行しておらず、十分に優れた高周波特性が損なわれる傾向がある。
【００３１】
本実施形態の誘電体及び誘電体磁器組成物におけるＡｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2との比率は、焼成工程における焼成温度や焼成時間を変えることによっても調整することができる。例えば、焼成時間を長くする又は焼成温度を高くすると、ＴｅＯ2の揮散量が多くなって、Ａｌ2ＴｅＯ5に対するＴｅＯ2の比率が小さくなる傾向がある。
【００３２】
図１は、本実施形態の製造方法によって得られる誘電体の焼成時間による経時変化を示すＸＲＤ（Ｘ線回折）チャートである。チャート１〜４の誘電体は、それぞれ、焼成温度９００℃において、焼成時間を１〜１０時間に変えて焼成したものである。チャート１，２，３，４は、それぞれ、焼成時間を１時間、３時間、５時間、１０時間として得られた誘電体のＸＲＤチャートである。
【００３３】
図１に示すとおり、焼成時間が長くなるに伴い、ＴｅＯ2の含有量が減少する。チャート４は、Ａｌ2ＴｅＯ5のみの誘電体磁器組成物が得られることを示している。このように、誘電体の組成は、ＸＲＤ分析によって調べることができる。
【００３４】
上述の誘電体の製造方法によれば、十分に低い温度で高周波特性に優れる誘電体を得ることができる。したがって、上述の製造方法によって得られる誘電体は、セラミックス基板（ＬＴＣＣ基板）や電子部品等に好適に用いられる。
【００３５】
次に、本発明の電子部品の好適な実施形態と、その製造方法について以下に説明する。
【００３６】
図２は、本発明の電子部品の好適な一実施形態を示す斜視図である。図２に示す電子部品１００は、誘電体（セラミックス基板）１１０における対向する一対の側面に、それぞれ端子１２０が設けられたものである。端子１２０は、側面から誘電体１１０の端部付近を包み込むように設けられている。このような形状の電子部品としては、例えば、積層セラミックコンデンサや積層コイル等が挙げられる。
【００３７】
図３は、本発明の電子部品に係る別の実施形態を示す斜視図である。図３に示す電子部品２００は、誘電体（セラミックス基板）２１０の４つの側面に、それぞれ端子２２０が一つずつ設けられている。誘電体２１０の対向する側面に設けられた端子２２０同士は、互いに向き合う位置に形成されている。このような形状の電子部品としては、例えば、積層ローパスフィルタ、積層ハイパスフィルタ、積層バンドパスフィルタ、積層バラン及び積層カプラ等が挙げられる。
【００３８】
図４は、本発明の電子部品のさらに別の実施形態を示す斜視図である。図４に示す電子部品３００は、誘電体（セラミックス基板）３１０の４つの側面のうち、対向する一組の側面にそれぞれ１つずつ端子３２０が設けられているとともに、別の対向する一組の側面にはそれぞれ端子３２０が２つずつ設けられている。そして、各側面の端子３２０は、これと対向する側面の端子３２０とそれぞれ向き合う位置に形成されている。このような形状の電子部品としては、例えば、積層ローパスフィルタ、積層ハイパスフィルタ、積層バンドパスフィルタ、積層バラン及び積層カプラ等が挙げられる。
【００３９】
これらの電子部品１００、２００及び３００は、誘電体（セラミックス基板）１１０、２１０及び３１０の内部に内部電極が形成されており、その端部が誘電体１１０、２１０及び３１０の側面に設けられた端子１２０、２２０及び３２０と接続した構造を有していてもよい。内部電極の形状や接続方法等によって、各種の特性を有する電子部品が得られる。誘電体１１０、２１０及び３１０は、上述の特徴を有する誘電体磁器組成物によって構成されている。したがって、誘電体１１０、２１０及び３１０は、低温焼成によって焼結されるものであるため、内部電極や端子には安価なＡｇやＣｕを用いることができる。
【００４０】
電子部品１００、２００、３００は、以下の方法によって製造することができる。まず、上述の誘電体の製造方法と同様にして、Ａｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2の混合物を調製する。この混合物に、必要に応じて有機ビヒクルを添加して、ペーストを調製し、ポリエチレンテレフタレート等の基材フィルム上に該ペーストを塗布する。塗布後、乾燥により有機ビヒクルを除去してＡｌ2ＴｅＯ5とＴｅＯ2とを含有するグリーンシートを形成する。なお、有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。溶媒としては、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン、イソプロピルアルコール等を、バインダとしては、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等を用いることができる。また、有機ビヒクルは、ジ−ｎ−ブチルフタレート等の可塑剤等を含んでいてもよい。
【００４１】
形成したグリーンシート上に、所定形状の内部電極が形成されるようにＡｇ又はＣｕを含有する導電性ペーストを塗布する。このように、導電性ペーストが塗布されたグリーンシートを必要に応じて複数作製し、積層して積層体を得る。また、この積層体には、所定形状の端子１２０、２２０、３２０が形成されるように導電性ペーストを塗布する。
【００４２】
その後、乾燥により導電性ペーストから有機ビヒクルを除去し、上述の誘電体の製造方法における焼成工程及びアニール工程と同様の工程を行う。これによって、誘電体１１０、２１０及び３１０の内部に内部電極が形成されるとともに、誘電体１１０、２１０及び３１０の側面に端子１２０、２２０及び３２０を有する電子部品１００、２００及び３００を得ることができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００４４】
実施例及び比較例を用いて本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００４５】
［実施例１］
＜誘電体の作製＞
（混合工程）
市販のＡｌ2Ｏ3粉末（純度９９．９９質量％）とＴｅＯ2粉末（純度９９．９質量％）とを、モル比で１：１となるように秤量した。秤量したＡｌ2Ｏ3粉末とＴｅＯ2粉末とエタノールとを、ボールミルを用いて２４時間湿式混合した。その後、乾燥によりエタノールを除去して、Ａｌ2Ｏ3粉末とＴｅＯ2粉末とを含む混合物を得た。【００４６】
（仮焼工程）
次に、この混合物を、空気雰囲気中、６２０℃で１０時間加熱する仮焼を行い、仮焼物（Ａｌ2ＴｅＯ5）を得た。【００４７】
（添加工程）
得られた仮焼物にＴｅＯ2粉末（純度９９．９質量％）とエタノールとを添加し、ボールミルを用いて湿式混合した。ＴｅＯ2粉末の添加量は、Ａｌ2ＴｅＯ5全量を基準として、３５質量％とした。【００４８】
（成形工程）
湿式混合して得られた混合物を２００ＭＰａの圧力で一軸加圧し、円柱形状（直径：１２ｍｍ）の成形体を作製した。【００４９】
（焼成工程）
成形体を、電気炉を用いて、空気雰囲気中、９００℃で２時間焼成して、誘電体磁器組成物からなる誘電体（焼結体）を得た。これを実施例１の誘電体とした。【００５０】
＜評価＞
（組成分析）
誘電体の組成を、ＸＲＤにより分析した。ＸＲＤによって検出された化合物は、表１に示すとおりであった。【００５１】
（高周波特性分析）
作製した誘電体の高周波特性分析を、ＪＩＳ  Ｒ  １６２７に準拠して行った。具体的には、測定装置としてネットワークアナライザを用い、共振周波数ｆ０、Ｑ・ｆ値、比誘電率εr、共振周波数の温度係数τfを測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。【００５２】
（密度測定）
作製した誘電体の密度を、円柱の寸法と質量の測定値から計算によって求めた。結果は表１に示すとおりであった。【００５３】
［実施例２〜１３］
添加工程におけるＴｅＯ2の添加量及び焼成工程における焼成時間を、それぞれ表１に示すとおりに変更したこと以外は、実施例１と同様にして誘電体を作製した。これらを実施例２〜１３の誘電体とした。そして、実施例１と同様にしてそれぞれの誘電体の評価を行った。評価結果は表１に示すとおりであった。【００５４】
［実施例１４］
実施例５の誘電体に、空気雰囲気中、７５０℃で２４時間加熱するアニール処理を施した。これを実施例１４の誘電体とした。そして、実施例１と同様にして誘電体の評価を行った。評価結果は表１に示すとおりであった。【００５５】
［実施例１５］
実施例５の誘電体に、空気雰囲気中、７５０℃で３６時間加熱するアニール処理を施した。これを実施例１５の誘電体とした。そして、実施例１と同様にして誘電体の評価を行った。評価結果は表１に示すとおりであった。【００５６】
［比較例１］
仮焼工程を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして誘電体を作製した。すなわち、Ａｌ2Ｏ3粉末とＴｅＯ2粉末とを含む混合物を成形して焼成し、誘電体を作製した。そして、実施例１と同様にして誘電体の評価を行った。評価結果は表１に示すとおりであった。【００５７】
【表１】
0005574343.tif 000002
【００５８】
実施例１〜１５の誘電体は、いずれも、Ａｌ2ＴｅＯ5を主成分とし、ＴｅＯ2を副成分とする誘電体磁器組成物で構成されていた。実施例１〜１５の誘電体は、いずれも高周波用部品に適した比誘電率と高いＱ・ｆ値を有していた。アニール処理を施した実施例１４及び実施例１５の誘電体は、特に高いＱ・ｆ値を有していた。一方、比較例１の誘電体は、実施例１〜１５の誘電体に比べて、Ｑ・ｆ値が大幅に低かった。【００５９】
図５は、比較例１の誘電体のＸＲＤ測定結果を示すＸＲＤチャートである。図５に示すとおり、仮焼工程を行わずに誘電体を作製した場合、Ａｌ2ＴｅＯ5を主成分とする誘電体磁器組成物が得られず、多量のＡｌ2Ｏ3が未反応のまま残存することが確認された。【００６０】
また、図５のＸＲＤチャートでは、２θの低角度側で強度が盛り上がる現象が確認された。これは、一般的にハローと呼ばれており、非晶質であるガラス特有の現象である。この現象は、比較例１の誘電体には、ＴｅＯ2に由来するガラス相が存在することを示している。比較例１の誘電体のＱ・ｆ値が低い理由は、このようにガラス相が存在するためである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、高いＱ・ｆ値を有する誘電体磁器組成物及び誘電体、並びにそのような誘電体を備えるセラミックス基板及び電子部品を提供することができる。また、低い焼結温度でも高いＱ・ｆ値を有する誘電体を形成することが可能な誘電体の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１００，２００，３００…電子部品、１１０，２１０，３１０…誘電体、１２０，２２０、３２０…端子。
【図１】
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【図２】
0005574343.tif 000004
【図３】
0005574343.tif 000005
【図４】
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【図５】
0005574343.tif 000007