(57)【要約】【課題】  ９００℃以下での低温焼成が可能であり、優れた誘電特性（大きい比誘電率（εｒ）と高いＱｆ値）および高い抗折強度を有する誘電体磁器組成物と、該誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器と、該誘電体磁器を適用した電子部品を提供すること。【解決手段】  本発明に係る誘電体磁器組成物は、一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物において、前記一般式中のｘ、ｙ、ｚおよびａがそれぞれ、２．９０≦ｘ≦３．１０、１．９０≦ｙ≦２．１０、１．９０≦ｚ≦２．１０、０．０００５≦ａ≦０．０２０を満足することを特徴とする。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物において、
前記一般式中のｘ、ｙ、ｚおよびａがそれぞれ、
２．９０≦ｘ≦３．１０
１．９０≦ｙ≦２．１０
１．９０≦ｚ≦２．１０
０．０００５≦ａ≦０．０２０
を満足する誘電体磁器組成物。
【請求項２】
５０％粒子径（Ｄ５０）が、０．４〜０．８μｍである請求項１に記載の誘電体磁器組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の誘電体磁器組成物からなることを特徴とする誘電体磁器。
【請求項４】
焼成後の平均結晶粒径ｄが、０．５〜１．０μｍである請求項３に記載の誘電体磁器。
【請求項５】
請求項３または４のいずれかに記載の誘電体磁器を用いた電子部品。
【請求項６】
請求項５に記載の電子部品を用いた通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温焼成が可能である誘電体磁器組成物と、該誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器と、該誘電体磁器を適用した電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの通信分野に使用される電子部品の小型化、高性能化、高周波化に伴い、高周波特性を有するデバイスの需要が急速に高まっている。
【０００３】
特に、需要が増加している携帯電話等の移動体通信機器では、数百ＭＨｚから数ＧＨｚ程度のいわゆる準マイクロ波と呼ばれる高周波帯域が使用されている。そのため、移動体通信機器に用いられるコンデンサ、フィルタ、共振器、回路基板等の電子部品においても高周波帯域での使用に適した諸特性が要求されている。
【０００４】
マイクロ波領域において高い誘電率を持つ材料としては、Ｂｉ−Ｚｎ−Ｎｂ系酸化物が知られている。
【０００５】
引用文献１では、優れた誘電特性（大きい比誘電率（εｒ）と高いＱｆ値）を有するＢｉ−Ｚｎ−Ｎｂ系誘電体が開示されている。しかしながら、引用文献１では、焼成温度はいまだ９００℃を超えており、Ａｇを内部導体として使用する電子部品の用途としては、焼成温度のさらなる低下が求められている。さらには、Ｂｉ−Ｚｎ−Ｎｂ系誘電体は、一般的に抗折強度が低いことが知られている。
【０００６】
そこで、Ｂｉ−Ｚｎ−Ｎｂ系誘電体のさらなる高性能化のためには、優れた誘電特性を維持したまま、抗折強度を高くすることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４９４８８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、９００℃以下での低温焼成が可能であり、優れた誘電特性（大きい比誘電率（εｒ）と高いＱｆ値）および高い抗折強度を有する誘電体磁器組成物と、該誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器と、該誘電体磁器を適用した電子部品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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る誘電体磁器組成物は、
一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表され、
前記一般式中のｘ、ｙ、ｚおよびａがそれぞれ、
２．９０≦ｘ≦３．１０
１．９０≦ｙ≦２．１０
１．９０≦ｚ≦２．１０
０．０００５≦ａ≦０．０２０
を満足することを特徴とする。
【００１０】
一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物のうち、ｘ、ｙ、ｚおよびａを上記の範囲とすることにより、優れた誘電特性（大きい比誘電率（例えばεｒ≧７５）と高いＱｆ値（例えばＱ・ｆ≧３０００ＧＨｚ））が得られると共に、９００℃以下での低温焼成が可能であり、抗折強度を向上する（例えば抗折強度が２５０ＭＰａを超える）ことができる。
【００１１】
好ましくは、前記誘電体磁器組成物は、５０％粒子径（Ｄ５０）が、０．４〜０．８μｍである。
【００１２】
また、本発明に係る誘電体磁器は、前記誘電体磁器組成物からなることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記誘電体磁器は、焼成後の平均結晶粒径ｄが、０．５〜１．０μｍである。
【００１４】
また、本発明に係る電子部品は、前記誘電体磁器を用いることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る通信機器は、前記電子部品を用いることを特徴とする。
【００１６】
なお、本明細書において、誘電体磁器組成物とは、誘電体磁器の原料組成物であって、上記組成となるように原材料を調合したものを仮焼した後、粉砕することで得られるものである。また、誘電体磁器とは、誘電体磁器組成物を成形した後、加熱処理して得られる焼結体のことである。
【００１７】
また、焼結とは、誘電体磁器組成物を加熱処理することにより、誘電体磁器組成物が焼結し、焼結体と呼ばれる緻密な物体となる現象をいう。一般に、加熱前の誘電体磁器組成物に比べて、加熱後の焼結体は、密度および機械的強度等は大きくなる傾向にある。
また、焼結温度とは、誘電体磁器組成物が焼結する際の温度のことである。
また、焼成とは、焼結を目的とした加熱処理を意味し、焼成温度とは、加熱処理の際に誘電体磁器組成物が曝される雰囲気の温度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
【００１９】
本発明の誘電体磁器組成物は、一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物を主成分として有する。この際、酸素（Ｏ）量は、上記式の化学量論組成から若干偏倚しても良い。
【００２０】
上記式中、ｘは、２．９０≦ｘ≦３．１０であり、好ましくは２．９５≦ｘ≦３．０５である。ｘはＢｉ２Ｏ３の成分比を表し、ｘを上記範囲とすることにより、優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物とすることができる。
【００２１】
上記式中、ｙは、１．９０≦ｙ≦２．１０であり、好ましくは１．９５≦ｙ≦２．０５である。ｙはＺｎＯの成分比を表し、ｙを上記範囲とすることにより、優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物とすることができる。
【００２２】
上記式中、ｚは、１．９０≦ｚ≦２．１０であり、好ましくは１．９５≦ｚ≦２．０５である。ｚはＮｂ２Ｏ５とＶ２Ｏ５の成分比の和を表し、ｚを上記範囲とすることにより、優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物とすることができる。
【００２３】
上記式中、ａは、０．０００５≦ａ≦０．０２０であり、好ましくは０．００１≦ａ≦０．００３である。ａは、誘電体磁器組成物を一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−ｚＮｂ２Ｏ５で表した場合における、Ｎｂ２Ｏ５の成分比の一部をＶ２Ｏ５への置換した置換量を表している。ａを０．０００５以上とすることにより、９００℃以下の温度において焼成が可能となり、平均結晶粒径が１．０μｍ以下の緻密な焼結体を得ることができ、特に抗折強度を向上させることができる。また、ａを０．０２０以下とすることにより、優れた誘電特性を保持しながら、高い抗折強度を有することができる。
【００２４】
誘電体磁器の平均結晶粒径は、好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．７μｍ以下である。平均結晶粒径の下限については、特に限定されないが、通常０．５μｍ程度である。誘電体磁器の平均結晶粒径が大き過ぎると抗折強度が低下する傾向にある。
【００２５】
誘電体磁器の平均結晶粒径は、例えば、誘電体磁器をＳＥＭ観察して、所定数の誘電体結晶粒子の結晶粒径を測定し、その測定結果を基に算出することができる。なお、各誘電体結晶粒子の結晶粒径は、例えば、各結晶粒子を球と仮定したコード法により求めることができる。また、平均結晶粒径の算出の際に、結晶粒径の測定を行う粒子の数は、通常１００個以上とする。
【００２６】
誘電体磁器の製造方法
次に、本実施形態の誘電体磁器の製造方法の一例について説明する。
【００２７】
本発明の誘電体磁器組成物の主成分の原料としては、Ｂｉの酸化物、Ｚｎの酸化物、Ｎｂの酸化物およびＶの酸化物やその混合物、複合酸化物を用いることができる。また、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物、例えば、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等から適宜選択し、混合して用いることもできる。
【００２８】
本実施形態では、各主成分原料を所定の組成比率になるよう秤量して混合する。混合を行う方法としては、特に限定されないが、例えば、原料粉末を粉体状態で乾式混合により行っても良いし、原料粉末に水や有機溶媒や分散剤などを添加し、ボールミル等を使用し、湿式混合により行っても良い。混合時間は例えば４〜２４時間程度とすれば良い。
【００２９】
次に、混合した粉体について仮焼を行う。この仮焼によって、Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｎｂ２Ｏ５−Ｖ２Ｏ５からなる結晶を生成させる。仮焼は、保持温度を好ましくは７００〜９００℃、温度保持時間を好ましくは１〜１５時間とする。この仮焼は、大気中で行っても良く、また大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気または純酸素雰囲気で行っても良い。
【００３０】
次に、仮焼にて得られた粉体を粉砕し、焼成前粉体を調製する。粉砕を行う方法としては、特に限定されないが、例えば、仮焼により得られた粉体に、水や有機溶媒や分散剤などを添加し、ボールミル等を使用し、湿式混合により行うことができる。粉砕時間は例えば４〜２４時間程度とすれば良い。
【００３１】
焼成前粉体の粒径は特に限定されるものではないが、好ましくは５０％粒子径（Ｄ５０）が、０．４〜０．８μｍである。上記範囲とすることにより、焼結後の誘電体磁器の平均結晶粒径を、０．５〜１．０μｍとすることができる。
【００３２】
そして、得られた焼成前粉体に対して、アクリル系、エチルセルロース系、ナイロン系等の有機バインダを混合した後、所望の形状に成形を行い、成形物を焼成して焼結する。成形は、シート法や印刷法等の湿式成形や、プレス成形等の乾式成形でも良く、所望の形状に応じて成形方法を適宜選択することができる。また、焼成は、例えば、空気中のような酸素雰囲気下で行うことが好ましく、焼成温度は内部電極として用いるＡｇ又はＡｇを主成分とする合金等の導体の融点以下であることが必要である。焼成温度としては、具体的には、９００℃以下が好ましく、８４０〜８８０℃がより好ましい。
【００３３】
焼成温度における保持時間としては、具体的には、０．１〜５時間で行う。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。
【００３５】
例えば、上述した実施形態に係る誘電体磁器組成物には、上述した成分以外に、原料中の不可避的不純物元素の酸化物が数ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ程度含まれていても良い。
【００３６】
本発明に係る誘電体磁器の用途は特に限定されるものではないが、例えば、コンデンサ、フィルタ、共振器、回路基板等の各種電子部品の誘電体層として好適に用いることができる。
【００３７】
また、本発明に係る誘電体磁器を用いた電子部品は、携帯電話等の移動体通信機器、ＰＣ等の各種通信機器等に好適に用いることができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例により発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
まず、原料粉体としてＢｉ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５およびＶ２Ｏ５を準備した。これらの原料を、一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５において、焼成後の組成比が、ｘが３．００、ｙおよびｚが２．００であって、ａがそれぞれ表１に示す値となるように秤量して、純水を加えてボールミルにて１６時間湿式混合し、乾燥した。
【００４０】
乾燥後の粉体を、大気雰囲気で、保持温度：８００℃、保持時間：５時間で仮焼した。
【００４１】
仮焼後の粉体に純水を加えて、５０％粒子径（Ｄ５０）が０．６μｍとなるまでボールミルで湿式粉砕した後、乾燥させて誘電体磁器組成物とした。
【００４２】
次いで、この誘電体磁器組成物に対して、有機バインダとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液を加えて顆粒とした後、加圧成形し、直径１２．０ｍｍ、厚み６．０ｍｍの円柱状成形体を得た。
【００４３】
得られた成形体を、以下の条件にて焼成し、焼結体を得た（試料１〜１２）。
焼成条件は、保持温度：表１に示すように８４０〜９３０℃の温度、保持時間：１時間、大気雰囲気とした。
【００４４】
なお、得られた焼結体については、蛍光Ｘ線分析装置を用いたガラスビード法によって、表１に示す組成と一致していることを確認した。
【００４５】
（評価）
比誘電率εｒ
焼結体を、直径１０．０×高さ５．０ｍｍの円柱状に加工し、日本工業規格「マイクロ波用ファインセラミックスの誘電特性の試験方法」（ＪＩＳ  Ｒ  １６２７  １９９６年度）に従って測定した。結果を表１に示す。評価基準は７５以上を良好とした。
【００４６】
Ｑｆ値
比誘電率の測定条件と同条件下で、Ｑ値を算出し、これに共振周波数ｆｒを掛けて、Ｑｆ値を求めた。Ｑｆ値は、高い方が好ましい。評価基準は、３０００ＧＨｚ以上を良好とした。結果を表１に示す。
【００４７】
抗折強度σ
抗折強度σ（単位：ＭＰａ）は、日本工業規格「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」（ＪＩＳ  Ｒ  １６０１  ２００８年度）に従って、３点曲げ試験により算出した。結果を表１に示す。評価基準として、試料ごとに試験片を１０本作製し、その平均値が２５０ＭＰａ以上を良好とした。
【００４８】
平均結晶粒径ｄ
誘電体磁器の平均結晶粒径の測定方法としては、まず、得られた焼結体を研磨した。そして、その研磨面にケミカルエッチングまたはサーマルエッチングを施し、その後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察を行い、コード法により誘電体粒子の形状を球と仮定して算出した。結果を表１に示す。評価基準は、１．０μｍ以下を良好とした。
【００４９】
【表１】
2014201485.tif 000002
【００５０】
表１に示すように、一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物の組成において、ｘ、ｙ、ｚおよびａが本発明の範囲内である場合には、誘電特性（比誘電率およびＱｆ値）、抗折強度の何れの特性においても良好な特性となることが確認された（試料２〜１１）。
【００５１】
これに対し、表１に示すように、一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物の組成において、ａが０．０００５未満である場合には、特に抗折強度が低く、平均結晶粒径が１．０μｍを超えていることが確認できた（試料１）。
【００５２】
また、表１に示すように、一般式ｘＢｉ２Ｏ３−ｙＺｎＯ−（ｚ−ａ）Ｎｂ２Ｏ５−ａＶ２Ｏ５で表される誘電体磁器組成物の組成において、ａが０．０２００を超える場合には、特にＱｆ値が低下する傾向があることが確認できた（試料１２）。
【００５３】
（実施例２）
誘電体磁器組成物の５０％粒子径（Ｄ５０）を、表２に示すように変化させた以外は、実施例１と同様の方法にて、焼結体を作製し（試料１３および１４）、実施例１と同様の方法にて抗折強度と平均結晶粒径の評価を行った。結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
2014201485.tif 000003
【００５５】
表２に示されるように、誘電体磁器組成物の５０％粒子径（Ｄ５０）を調整することにより、抗折強度および平均結晶粒径を良好な範囲に調整することができることが確認できた（試料１３および１４）。
【００５６】
本発明に係る誘電体磁器組成物は、９００℃以下の温度で焼成可能で、Ａｇとの同時焼成を実現しつつ、εｒ≧７５およびＱ・ｆ≧３０００ＧＨｚの優れた誘電特性が得られる同時に、２５０ＭＰａを超える抗折強度を有することで電子部品用として使用可能な誘電体磁器が得られる。