(57)【要約】【課題】  誘電体セラミックスが有する高い比誘電率εｒを十分に反映させることができ、これまでにない高い比誘電率εｒを実現することができ、しかも高いＱ値を有する新規な複合誘電体材料を提供する。【解決手段】  誘電体セラミックスと有機高分子材料とを含有する複合誘電体材料である。誘電体セラミックスとして、一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される組成を有する酸化物を含有する。複合誘電体材料の比誘電率εｒは１２以上である。酸化物は、１１００℃以下の温度で焼成されたものであることが好ましい。本発明の複合誘電体材料は、プリプレグや金属箔塗工物、板状の成形体等に用いられ、さらにこれらプリプレグや金属箔塗工物、成形体を用いて複合誘電体基板や多層基板が作製される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体セラミックスと有機高分子材料とを含有する複合誘電体材料であって、
前記誘電体セラミックスとして、一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される組成を有する酸化物を含有することを特徴とする複合誘電体材料。
【請求項２】
５００ＭＨｚ以上の高周波帯域での比誘電率εｒが１２以上であることを特徴とする請求項１記載の複合誘電体材料。
【請求項３】
前記誘電体セラミックスの割合が、２０体積％以上、７０体積％未満であることを特徴とする請求項１または２記載の複合誘電体材料。
【請求項４】
前記酸化物は、１１００℃以下の温度で熱処理されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の複合誘電体材料。
【請求項５】
前記酸化物の５００ＭＨｚ以上の高周波帯域での比誘電率εｒが２００以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の複合誘電体材料。
【請求項６】
前記酸化物の平均粒子径が０．２μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の複合誘電体材料。
【請求項７】
前記有機高分子材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の複合誘電体材料。
【請求項８】
前記有機高分子材料が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の複合誘電体材料。
【請求項９】
前記熱硬化性樹脂がビニルベンジル系樹脂であることを特徴とする請求項８記載の複合誘電体材料。
【請求項１０】
前記ビニルベンジル系樹脂は、ポリビニルベンジルエーテル化合物を主体とするものであることを特徴とする請求項９記載の複合誘電体材料。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の複合誘電体材料を溶剤に分散させたスラリーがクロス基材に塗工され、乾燥されてなるプリプレグ。
【請求項１２】
前記クロス基材がガラスクロスであることを特徴とする請求項１１記載のプリプレグ。
【請求項１３】
前記ガラスクロスは、布質量が４０ｇ／ｍ２以下であり、厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載のプリプレグ。
【請求項１４】
請求項１から１０のいずれか１項記載の複合誘電体材料を溶剤に分散させたスラリーが金属箔上に塗工され、乾燥されてなる金属箔塗工物。
【請求項１５】
前記金属箔が銅箔であることを特徴とする請求項１４記載の金属箔塗工物。
【請求項１６】
請求項１から１０のいずれか１項記載の複合誘電体材料を溶剤に分散させたスラリーを乾燥し、成形したことを特徴とする成形体。
【請求項１７】
請求項１から１０のいずれか１項記載の複合誘電体材料を用いたことを特徴とする複合誘電体基板。
【請求項１８】
請求項１１から１３のいずれか１項記載のプリプレグを加熱及び加圧することにより形成されたことを特徴とする請求項１７記載の複合誘電体基板。
【請求項１９】
請求項１１から１３のいずれか１項記載のプリプレグを金属箔間に挟み込んだ状態で加熱及び加圧することにより形成され、両面に金属箔を有することを特徴とする請求項１７記載の複合誘電体基板。
【請求項２０】
前記金属箔が銅箔であることを特徴とする請求項１９記載の複合誘電体基板。
【請求項２１】
請求項１４または１５記載の金属箔塗工物がクロス基材の両面にそれぞれ塗工面が接するように貼り合わされ、この状態で加熱及び加圧することにより形成され、両面に金属箔を有することを特徴とする請求項１７記載の複合誘電体基板。
【請求項２２】
前記クロス基材がガラスクロスであることを特徴とする請求項２１記載の複合誘電体基板。
【請求項２３】
前記ガラスクロスは、布質量が４０ｇ／ｍ２以下であり、厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項２２記載の複合誘電体基板。
【請求項２４】
請求項１６記載の成形体を加熱及び加圧することにより形成されたことを特徴とする請求項１７記載の複合誘電体基板。
【請求項２５】
請求項１６記載の成形体を金属箔間に挟み込んだ状態で加熱及び加圧することにより形成され、両面に金属箔を有することを特徴とする請求項１７記載の複合誘電体基板。
【請求項２６】
前記金属箔が銅箔であることを特徴とする請求項２５記載の複合誘電体基板。
【請求項２７】
５００ＭＨｚ以上の高周波帯域で用いられることを特徴とする請求項１７から２６のいずれか１項記載の複合誘電体基板。
【請求項２８】
請求項１１から１３のいずれか１項記載のプリプレグ、請求項１４または１５記載の金属箔塗工物、請求項１６記載の成形体、請求項１７から２７のいずれか１項記載の複合誘電体基板から選択される少なくとも１種を積層要素とし、当該積層要素を含む多層構造を有することを特徴とする多層基板。
【請求項２９】
５００ＭＨｚ以上の高周波帯域で用いられることを特徴とする請求項２８記載の多層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体セラミックスと有機高分子材料とを複合化した複合誘電体材料に関するものであり、誘電体セラミックスとしてＮｂ，ＴａとＡｇの酸化物を用いた新規な複合誘電体材料に関する。さらには、係る複合誘電体材料を用い回路基板材料に適したプリプレグ、金属箔塗工物、成形体、複合誘電体基板、及び多層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、情報通信分野においては、使用周波数帯域が高周波数に移行する傾向にあり、衛星放送や衛星通信、携帯電話や自動車電話等の移動体通信では、ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の高周波が使用されている。
【０００３】
前述のような高周波帯域で使用される機器に搭載される回路基板や電子部品等では、使用する誘電体材料は、Ｑが高く高周波伝送特性に優れた低損失材料であることが必要である。一方で、回路基板や電子部品の高性能化や小型化を図るためには、使用周波数帯域において高比誘電率εｒを有する誘電体材料が必要である。特に小型化の点については、誘電体材料中の電磁波の波長が１／√εｒによって短縮されるという原理に基づくものであり、比誘電率εｒの大きい誘電体材料ほど回路基板や電子部品の小型化が可能である。また、コンデンサ機能を持たせた基板の要求もあることから、そのような誘電体材料を用いた高誘電率基板も必要とされている。
【０００４】
誘電体材料としては、無機材料である誘電体セラミックスが広く用いられており、必要な特性に応じて様々な組成を有する誘電体セラミックスが開発されている。ただし、前記誘電体セラミックスを回路基板や電子部品に用いる場合、バルク焼結体の形態で用いるのが一般的であり、高温での焼成が必要なことから、適用範囲が制約されるという問題がある。また、高温での焼成工程で生ずる収縮や変形、さらには例えば内部導体の酸化による特性劣化等も問題になる。
【０００５】
このような状況から、誘電体セラミックス粉末と有機高分子材料とを組み合わせた複合誘電体材料が提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）。複合誘電体材料は、高温での焼成が不要であることから、広範な用途に使用可能であり、バルク焼結体の製造工程の一つにある焼成工程において収縮や変形、内部導体の特性劣化の問題もない。また、有機高分子材料を含有することから形状加工性の自由度が増し、軽量で、誘電体セラミックス粉末の配合割合により比誘電率εｒ等を任意に変えることができる等の利点を有する。
【０００６】
例えば、特許文献１記載の発明には、樹脂（ポリビニルベンジルエーテル化合物）中にＢａＴｉＯ３系等のセラミックスを分散した複合誘電体が開示されている。特許文献１記載の発明においては、セラミックスの含有量を３０体積％以上とすることで、１０ＭＨｚ以上の高周波数帯域で比誘電率１０以上が実現されている。
【０００７】
一方、特許文献２は、誘電体起電流型アンテナ用複合材料に関するものであり、比誘電率の温度変化特性が正の誘電体セラミックスと、比誘電率の温度変化特性が負の誘電体セラミックスと、高分子材料とを、全体の比誘電率の温度変化が±５０ｐｐｍ／℃以下となるように混合した誘電体起電流型アンテナ用複合材料が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１８１０２７号公報
【特許文献２】特開平４−１６１４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、複合誘電体材料に要求される特性としては、比誘電率εｒが高いことの他、損失の指標となるＱ値が高いこと、温度係数が小さいこと等を挙げることができる。そして、回路基板や電子部品のさらなる高性能化を実現するためには、用いる複合誘電体材料は、これらの特性のいずれもが基準を満たすことが必要になる。
【０００９】
このような観点から見たときに、例えば高い比誘電率εｒを実現しながら高いＱ値を得ることは困難であり、いずれかの特性を犠牲にせざるを得ないのが実情である。例えば、特許文献１記載の発明では、ある程度の比誘電率εｒは得られているが、Ｑ値については検討されていない。特許文献２記載の発明では、温度係数が重視されており、比誘電率εｒについては、いずれの試料でも１０以下である。Ｑ値についても検討されていない。
【００１０】
また、複合誘電体材料では、複合化後の比誘電率εｒをできる限り高くすることが必要であるが、比誘電率εｒの高いセラミックス粉末を用いても、必ずしもそれが反映されるとは限らない。複合化する有機高分子材料の特性等との兼ね合いで、セラミックス粉末との最適な組み合わせが求められるが、従来この種の複合誘電体材料に用いられてきた誘電体セラミックスでは、有機高分子材料との組み合わせにおいて前記特性の両立は実現されていないのが実情である。
【００１１】
本発明は、前述の実情に鑑みて提案されたものである。すなわち、本発明は、誘電体セラミックスが有する高い比誘電率εｒを十分に反映させることができ、これまでにない高い比誘電率εｒを実現することができ、しかも高いＱ値を有する新規な複合誘電体材料を提供することを目的とする。また、本発明は、前記複合誘電体材料の特性向上を利用して、例えば回路基板に使用した場合にこれを高性能化することが可能なプリプレグ、金属箔塗工物、成形体、複合誘電体基板、多層基板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】
【００１２】
本発明者らは、前述の課題を解決するために長期に亘り鋭意研究を行ってきた。その結果、銀（Ａｇ）、ニオブ（Ｎｂ）、及びタンタル（Ｔａ）を含有する酸化物を、複合誘電体材料において有機高分子材料と組み合わせる誘電体セラミックスとして用いることで、前記酸化物が有する優れた誘電特性を十分に発揮させることができ、これまで実現されたことがないような高い比誘電率、高いＱ値が実現されるとの知見を得るに至った。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、誘電体セラミックスと有機高分子材料とを含有する複合誘電体材料であって、前記誘電体セラミックスとして、一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される組成を有する酸化物を含有することを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、用いる誘電体セラミックスに大きな特徴があり、前記一般式で表される組成を有する酸化物（銀ニオブタンタル酸塩）を用いている。この酸化物は、ＮｂとＴａの比を調節することにより、高周波域（特にマイクロ波域）で非常に高い比誘電率εｒを実現できる材料組成系である。また、有機高分子材料と組み合わせたときにも、前記酸化物が有する高い比誘電率εｒが十分に反映され、さらに低損失（高いＱ）も発現する。
【００１５】
したがって、前記酸化物を誘電体セラミックスとして用い、これを有機高分子材料と組み合わせて複合誘電体材料とすることで、これまでにない高い比誘電率εｒが実現されるとともに、高いＱとの両立がなされる。
【００１６】
ところで、この酸化物自体は、例えば特表２００４−５０７４３２号公報や特表２００４−５０７４３３号公報等において、誘電性セラミックス材料として開示される材料であり、特表２００４−５０８６７２号公報や特表２００４−５０８７０４号公報、特表２００４−５２２３２０号公報等には、この誘電性セラミックス材料を用いた各種デバイス（マイクロ波デバイス等）も開示されている。しかしながら、これら公知文献に記載される技術では、いずれもセラミックス焼結体作製プロセスを用いており、セラミックス粉末を高温で焼成することで緻密化を図りバルク焼結体を作製したものについての技術となっている。
【００１７】
バルク焼結体を得るためには、前記の通り、高温で焼成することにより、組成物を所望の結晶相にすると同時に、焼結反応を十分に起こし、緻密にすることが必要である。ところが、前記組成を有する銀ニオブタンタル酸塩からなるセラミックスの作製では、蒸気圧が高いＡｇが焼成過程中に蒸発することが作製上の大きな問題となっている。このＡｇの蒸発は、セラミックスの組成を変化させ、焼結体の密度低下や誘電特性の劣化を引き起こす。
【００１８】
Ａｇの蒸発を抑える方法としては、前記各公報等にも記載されるように、できるだけ低い温度で焼結させるために、焼結助剤を添加することも提案されている。例えば、前記各公報では、Ｈ３ＢＯ３やＶ２Ｏ５等を焼結助剤として用いることが開示されている。しかしながら、一般的に高周波用誘電体材料では、不純物、格子欠陥、粒界の存在等が損失を増加する要因とされており、そのため、高周波用誘電体材料の開発においては、高純度原料を使用すること、他の元素成分が結晶相中に含まれないこと、結晶相と組成が大きく異なる別の相を粒界領域に存在させないこと等が指針となっている。
【００１９】
したがって、前記銀ニオブタンタル酸塩は、バルク焼結体としての使用を考えた場合には、その性能を十分に生かし切れておらず、未だ開発途上の材料と言わざるを得ない。本願発明は、一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される酸化物（銀ニオブタンタル酸塩）の本体の誘電特性を発揮させる一つの方法として、低誘電損失を有する有機高分子材料と共に構成される複合誘電体材料への適応を提案するものであり、この点において大きな意義を有する。
【００２０】
本発明の複合誘電体材料は、前記の通り、高い比誘電率εｒと高いＱの両立がなされることから、例えば回路基板材料として用いることで、特に高周波帯域での使用に適した回路基板が実現される。この回路基板材料としての種々の形態を規定したものが本発明のプリプレグ、金属箔塗工物、成形体、複合誘電体基板、及び多層基板である。したがって、本発明のプリプレグや金属箔塗工物、成形体、複合誘電体基板、多層基板を用いて任意に回路基板を構築することにより、高周波帯域で高誘電率であり、低損失（高いＱ）である等、優れた誘電特性が実現される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高温での焼成が必要ないため、一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される酸化物において、Ａｇの蒸発や焼結助剤の添加等により誘電特性が劣化することがない。したがって、前記酸化物が有する優れた誘電特性、特に極めて高い比誘電率εｒを十分に反映させることが可能であり、これまでにない高い比誘電率εｒを有し、高いＱ値を有する複合誘電体材料を提供することが可能である。
【００２２】
また、本発明によれば、前記複合誘電体材料を用いることにより、回路基板に適した複合誘電体基板や多層基板を提供することができ、さらには、これら複合誘電体基板や多層基板の作製に用いられるプリプレグ、金属箔塗工物及び成形体を提供することができる。そして、これらを用いて例えば回路基板を形成することにより、誘電特性に優れた回路基板を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る複合誘電体材料について詳細に説明する。
【００２４】
本発明の複合誘電体材料は、誘電体セラミックスと有機高分子材料（樹脂）とを複合化したものである。ここで、誘電体セラミックスとしては、一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される組成を有する酸化物を含有する誘電体セラミックスの粉末を用いる。
【００２５】
前記一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３（ただし、０．１０≦ｘ≦０．９０である。）で表される組成を有する酸化物は、強誘電性を示すＡｇＮｂＯ３と、常誘電性を示すＡｇＴａＯ３の固溶体であり、ＮｂとＴａの比を変更することにより、比誘電率εｒやＱ等の誘電特性を任意に変化させることが可能な材料系である。ただし、ＡｇＮｂＯ３単独（前記一般式において、ｘ＝０）では、Ｔａが含まれないため、高周波での低損失（高Ｑ）に寄与する常誘電性が発現せず、高周波用複合誘電体材料には適さない。一方、ＡｇＴａＯ３単独（前記一般式において、ｘ＝１）では、Ｎｂが含まれないため、高い比誘電率εｒを示す強誘電性が発現せず、有機高分子材料と複合化した場合にも高い比誘電率εｒを示す複合誘電体材料にはならない。
【００２６】
これらの観点から、前記酸化物においては、Ｔａの比率ｘを適正な範囲に設定する必要があり、０．１０≦ｘ≦０．９０とすることで、高い比誘電率εｒを有し、高いＱ値を有する複合誘電体材料とすることが可能である。なお、前記Ｔａの比率ｘは、重要視する誘電特性に応じて最適範囲が異なり、例えば比誘電率εｒを重視する場合には、０．１０≦ｘ≦０．５０とすることが好ましい。ｘの値を前記範囲とすれば、Ｎｂが多い領域であるので、高い比誘電率εｒを示す強誘電性が強く発現し、特に比誘電率εｒの高い複合誘電体材料を実現できる。逆に、Ｑ値を重視する場合には、０．５０＜ｘ≦０．９０とすることが好ましい。この場合には、Ｔａが多い組成領域であるので、低損失（高いＱ）を示す常誘電性が強く発現し、Ｎｂが多い場合に比べて比誘電率εｒが低下するものの、なお比較的高い比誘電率εｒを有し、且つ、より低損失（高いＱ）の複合誘電体材料を実現することができる。
【００２７】
前記酸化物は、非常に高い比誘電率εｒを有する材料であるが、蒸気圧の高いＡｇが焼成過程中に蒸発することが大きな問題となることが知られている。本発明者らの検討によれば、Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末の結晶相、さらには高温で焼成することにより得られるバルク焼結体の相対密度は、作製時の焼成温度によって表１に示すように変化するとの結果を得た。
【００２８】
【表１】
2006236908.tif 000003
【００２９】
Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末は、ペロブスカイト構造で誘電特性を発現するが、前記表１に示す通り、６００℃以上の温度で誘電特性を示すペロブスカイト構造が生成することを確認している。また、図１は、前記Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末においてｘ＝０．５であるＡｇ（Ｎｂ０．５Ｔａ０．５）Ｏ３組成における異相生成のＸ線回折例であるが、図１（ａ）に示すように１１５０℃以上の温度では異相が出現している。図１（ｂ）に示すように、熱処理温度１１００℃では、異相の出現はほとんど認められない。バルク焼結体として使用する場合には、緻密にするために１１５０℃以上の温度が必要であるが、この温度では異相が生成し、誘電特性が劣化する。
【００３０】
したがって、本発明においては、作製に際して異相の生成が抑えられる１１００℃以下の温度でペロブスカイト生成の熱処理を行った酸化物を用いることが好ましく、そのようにして作製したＡｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末を有機高分子材料と複合し複合誘電体材料を作製することが好ましいと言える。より好ましくは、６００℃〜１１００℃で熱処理を行った酸化物を用いることである。
【００３１】
用いるＡｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末は、誘電特性、特に高周波域（例えばマイクロ波域）での比誘電率εｒができる限り高いことが好ましい。具体的には、前記誘電体セラミックス粉末のマイクロ波域での比誘電率εｒは、２００以上であることが好ましく、３００以上であることがより好ましい。これにより、複合誘電体材料のマイクロ波域での比誘電率εｒを１２以上とすることができる。
【００３２】
また、用いるＡｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末の粒径については、特に制限はないが、有機高分子材料との混合を考えると、適正に選定することが好ましい。例えば、使用する誘電体セラミックス粉末の粒径が小さくなりすぎると、有機高分子材料との混練が困難になるおそれがある。逆に、誘電体セラミックス粉末の粒径が大きくなりすぎると、有機高分子材料との混合状態が不均一になり、誘電特性も不均一になるおそれがある。また、誘電体セラミックス粉末の含有量が多い場合には、緻密な複合誘電体材料が得られなくなる可能性がある。これらの事項を考慮して、前記Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末の平均粒子径は、０．２μｍ以上、１００μｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
一方、前述の誘電体セラミックスと組み合わせる有機高分子材料としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を挙げることができる。これら樹脂の中から所望の特性等に応じて任意の樹脂を選択すればよいが、例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、シクロペンタジエン系樹脂、液晶ポリマー、及びこれらの混合物等を挙げることができる。前記熱可塑性樹脂は、高周波域において比較的低損失（高Ｑ）の樹脂群である。
【００３４】
熱硬化性樹脂としては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、マレイミド系樹脂、ポリフェノールのポリシアナート樹脂、ビニルベンジル系樹脂、及びこれらの混合物等を挙げることができる。これらの樹脂も、高周波域において比較的低損失（高Ｑ）の樹脂群であるが、熱硬化性樹脂を用いた場合、はんだプロセス等での耐熱性に優れた複合誘電体材料となる。特に、ポリビニルベンジルエーテル化合物等のビニルベンジル系樹脂は、温度や吸湿性に依存しにくい誘電特性を有し、耐熱性にも優れた材料である。なお、熱硬化性樹脂を硬化させる際には硬化剤を存在させてもよく、例えば、過酸化ベンゾイル、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド等の公知のラジカル重合開始剤を使用することができる。
【００３５】
本発明の複合誘電体材料は、前述の誘電体セラミックスの粉末と有機高分子材料（樹脂）とを混合することにより得られる。このとき、誘電体セラミックス粉末の混合割合は、任意に設定することができるが、２０体積％以上、７０体積％未満とすることが好ましい。有機高分子材料の混合割合は、３０体積％以上、８０体積％未満である。誘電体セラミックス粉末の割合が２０体積％未満であると、比誘電率εｒが高い前記酸化物を含有させることの効果を十分に発現させることができなくなるおそれがある。逆に、誘電体セラミックス粉末の割合が７０体積％以上になると、得られる複合誘電体材料の緻密性が悪くなり、例えば水分の侵入が容易となって誘電特性が劣化する等の問題が生ずるおそれがある。
【００３６】
また、誘電体セラミックス粉末と有機高分子材料の混合に際しては、最終的に得られる複合誘電体材料の比誘電率εｒを考慮して、その配合を設定することが好ましい。具体的には、複合誘電体材料のマイクロ波域での比誘電率εｒが１２以上となるように配合比を調整することが好ましく、誘電体セラミックス粉末の割合は、４０体積％以上、７０体積％未満であることがより好ましい。これにより、Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末の有する誘電特性を十分に発揮させ、非常に高い比誘電率εｒを有する複合誘電体材料を実現することが可能である。
【００３７】
本発明の複合誘電体材料は、誘電体セラミックスのみからなるバルク焼結体とは異なり、誘電体セラミックス粉末を有機高分子材料と複合化することにより構成される。したがって、比重を小さくすることができ、材料の軽量化を図ることが可能である。また、２００℃程度の低温で複合誘電体材料を作製できることから、高温での焼成によって生ずる収縮や変形等は見られず、例えば銀や銅等からなる内部導体の特性劣化も防ぐことができる。
【００３８】
以上の構成を有する複合誘電体材料は、例えば回路基板や回路基板用プリプレグ、各種電子部品等に用いることができる。例えば、回路基板に用いる場合には、いわゆるベースとなる基板に前記複合誘電体材料を用い、この上に配線パターンを形成し、必要な部品を実装することで、高周波用回路基板を構築することができる。また、前記複合誘電体材料からなる基板を複数層積層することで、多層基板とすることも可能である。例えば、前記複合誘電体材料をプリプレグとして用い、これを介して複合誘電体材料からなる基板を積層すれば、高性能な多層基板を構築することが可能である。
【００３９】
以下、本発明の複合誘電体材料の使用形態としてのプリプレグや金属箔塗工物、成形体、さらにはこれらを用いた複合誘電体基板、多層基板について説明する。
【００４０】
先ず、プリプレグを作製する場合についての好ましい方法について述べる。プリプレグを作製するには、有機高分子材料として、例えばポリビニルベンジルエーテル化合物を用い、質量百分率で表して、４０〜６０％の溶液を調製する。この時に使用する溶剤はトルエン、キシレン、メチルエチルケトン等の揮発性溶剤が好ましい。その後、混合攪拌機にて前記誘電体セラミックス粉末を添加混合する。混合はボールミル等での混合も可能で、最終的には粘度調整のためにトルエン等の揮発性溶剤を加え、混合攪拌機にて１０〜２０分撹拌する。この時、脱気しながら撹拌することが望ましい。これにより、複合誘電体基板材料組成溶液（スラリー）を得ることができる。
【００４１】
このようにして得られた複合誘電体材料組成物溶液（スラリー）をガラスクロス等のクロス基材に塗工する。特に、クロス基材としては、ガラスクロスの使用が好ましい。ガラスクロスは市販されている布質量４０ｇ／ｍ２以下、厚み５０μｍ以下のもの（例えば、商品名旭シュエーベル等）が、誘電体セラミックス粉末の充填率を向上する上で好ましい。布質量の下限及び厚みの下限に特に制限はないが、それぞれ２５ｇ／ｍ２及び３０μｍ程度である。
【００４２】
前記ガラスクロスは、電気的な特性に応じてＥガラスクロス、Ｄガラスクロス、Ｈガラスクロス等を使い分けることができる。また、層間密着力向上等の目的で、ガラスクロスに対してカップリング処理等を行ってもよい。なお、クロス基材としては、前記ガラスクロスの他に、ヤーンを織ったアラミドやポリエステル等の不織布等を用いて強化材としてもよい。この場合、厚み等はガラスクロスと同様とすればよい。
【００４３】
前記塗工の際の塗工厚みとしては、現実的には、Ｂステージ化した後の厚みで５０〜２００μｍとすることが好ましいが、板厚、フィラー含有率に従い適時選択することが可能である。また、塗工方法は、縦型塗工機で所定の厚みに塗工する方法、ドクターブレードコート法によりクロス基材に塗工する方法等、公知のいずれの方法であってもよく、用途に応じた生産法を選択することができる。このため生産性が高い。このような方法でフィルム化されたものを１００〜１２０℃、０．５〜３時間熱処理し、プリプレグ（Ｂステージ）を得る。この際の条件は、樹脂コンテスト、所望の流動性等によって適時選択すればよい。
【００４４】
ここで得られたプリプレグを使用し、例えば両面銅箔基板を作製する場合について説明すると、所定厚みとなるように、プリプレグを重ね、その積層体の両面を銅箔で挟持して成形する。成形方法は、熱プレス等の公知の方法にて行う。成形条件は１００〜２００℃、９．８×１０５〜７．８×１０６Ｐａ、０．５〜１０時間が好ましく、必要に応じてステップキュアしてもよい。
【００４５】
このときに使用する金属箔は、一般的には銅を用いるが、これに限らず、例えば金、銀、アルミ等から選択することも可能である。また、ピール強度を確保したい場合は電解箔を、高周波特性を重視したい場合は表面凹凸による表皮効果の少ない圧延箔を使用することが好ましい。金属箔の厚みに関しては、８〜７０μｍであり、用途、要求特性（パターン幅及び精度、直流抵抗等）に応じて適正な厚さのものを選定して使用すればよい。
【００４６】
また、前述のような銅箔等の金属箔上に前記の複合誘電体材料組成物溶液をドクターブレードコート法等により塗工し、乾燥し、金属箔塗工物を得てもよく、これにより複合誘電体基板を作製してもよい。この場合の塗工厚みは、前記のプリプレグと同様にすればよい。乾燥は、１００〜１２０℃で０．５〜３時間程度とすればよい。
【００４７】
また、プレス成形によって板状の成形体を作製する場合は、混合方法等は前述した方法と同じであるが、混合したスラリーを９０〜１２０℃で乾燥し、混合体の固まりを作製する。さらに、この固まりを乳鉢または公知の方法で粉砕し、混合体の粉末を得る。この混合粉末を金型にて１００〜１５０℃、９．８×１０５〜７．８×１０６Ｐａ、０．１〜３時間でプレス成形し板状成形体を得る。板状成形体の厚みとしては、０．０５〜５ｍｍであることが好ましく、所望の板厚、誘電体セラミックス粉末含有率に応じて適時選択する。この成形体を１００〜２００℃、９．８×１０５〜７．８×１０６Ｐａ、０．５〜１０時間硬化させる。また、必要に応じてステップキュアしてもよい。
【００４８】
以上のようにして作製したプリプレグ、銅箔等の金属箔塗工物、板状の成形体や、銅箔等の金属箔、ガラスクロス等のクロス基材等を適宜組み合わせて成形を行い、複合誘電体基板を作製する。成形条件は、１００〜２００℃、９．８×１０５〜７．８×１０６Ｐａ、３０〜１２０分とする。あるいは、前記プリプレグ、金属箔塗工物、成形体や、銅箔等の金属箔、ガラスクロス等のクロス基材等、さらにはこれらによって作製される複合誘電体基板等を積層要素とし、多層に重ねて積層することで、多層基板を構築することも可能である。
【００４９】
以上の他、本発明の複合誘電体材料は、多層コンデンサや共振器、インダクタ、アンテナ等、種々の電子部品にも使用することが可能である。例えば、共振器の場合、前記複合誘電体材料からなる積層体の表面や積層体間に、ストリップ線路やグランドプレーン、外部導体、内部導体等を形成し、必要箇所を電気的に接続すればよい。本発明の複合誘電体材料を用いた共振器は、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタ等の各種フィルタや、これらフィルタを組み合わせた分波フィルタ、ディプレクサ、電圧制御発振器等に応用が可能である。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【００５１】
Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末の作製
一般式Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３において、ｘの値が所望の値となるように、Ａｇ２Ｏ（高純度化学研究所製、純度９９％）、Ｎｂ２Ｏ５（高純度化学研究所製、純度９９．９％）、Ｔａ２Ｏ５（高純度化学研究所製、純度９９．９％）の各原料粉末を秤量し、ボールミルを使用してエタノール中で１６時間混合した。これを乾燥した後、得られた原料混合粉末を酸素雰囲気中、１０００℃〜１１００℃で１０時間熱処理を行い、Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３相を生成させた。なお、Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３相の生成確認は、Ｘ線回折測定装置（リガク社製、商品名ＲＩＮＴ２５００）を使用して行った。
【００５２】
再びボールミルを使用してエタノール中で粉砕し粒径調節を行った後に、乾燥して複合誘電体材料の作製に使用する粉末状のＡｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックスを得た。その誘電体セラミックスの平均粒子径測定は、レーザー回折式粒度分布測定装置（日機装社製、商品名ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ  ＨＲＡ  ｍｏｄｅｌ：９３２０−Ｘ１００）を用いて行った。平均粒子径は、２．５μｍ〜３．６μｍであった。
【００５３】
複合誘電体材料［クロス（基材）無し複合誘電体基板］の作製
Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末と有機高分子材料（ポリビニルベンジルエーテル化合物）の体積比が所定の比率（誘電体セラミックス粉末４０体積％）となるように、先に作製したＡｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス（平均粒子径２．５μｍ〜３．６μｍ）とポリビニルベンジルエーテル化合物を秤量し、トルエン中で十分に混合した。これを１１０℃で乾燥した後に粉砕して、Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックスとポリビニルベンジルエーテル化合物の混合粉末を得た。この粉末を金型に入れて１５０℃でプレス圧４．０×１０６Ｐａの加圧をした後、２００℃で熱硬化し、基板状の複合誘電体を作製した。そして、棒状試料（１ｍｍ×１ｍｍ×９ｍｍ）を切り出し、測定試料（試料１〜試料７）とした。
【００５４】
複合誘電体材料の作製（比較例）
誘電体セラミック粉末として、ＴｉＯ２粉末、ＣａＴｉＯ３粉末、Ｂｉ２Ｏ３−ＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２系セラミックス粉末を用い、同様にして複合誘電体材料（試料８〜試料１０）を作製した。なお、ＴｉＯ２粉末は、東邦チタニウム社製のＴｉＯ２粉末を、８００℃で４時間熱処理したものを用いた。平均粒子径は１．８μｍである。ＣａＴｉＯ３粉末は、日本科学工業社製のＣａＴｉＯ３粉末を、１２００℃で４時間熱処理したものを用いた。平均粒子径は２．０μｍである。Ｂｉ２Ｏ３−ＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２系セラミックス粉末は、各酸化物を所定の配合比で配合して合成し、１２００℃で２時間熱処理したものを用いた。平均粒子径は１．７μｍである。
【００５５】
評価
作製した各試料について、空洞共振器摂動法（使用測定器：ヒューレットパッカード社製、商品名８３６２０Ａ、８７５７Ｃ、及び恒温槽デスパッチ製９００シリーズ）により、２ＧＨｚでの比誘電率εｒとＱを２０℃で測定した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
この表１から明らかなように、Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末において、ｘの値を０．１０から０．９０とすること（試料２〜試料６）で、比誘電率εｒ１２以上と非常に高い値を示し、Ｑ値も高い複合誘電体材料が実現されている。他の誘電体セラミックス粉末を使用した複合誘電体材料（試料８〜試料１０）では、比誘電率εｒ１２以上を達成することはできない。
【００５８】
Ａｇ（Ｎｂ１−ｘＴａｘ）Ｏ３誘電体セラミックス粉末の比率に関する検討
誘電体セラミックス粉末としてＡｇ（Ｎｂ０．７５Ｔａ０．２５）Ｏ３粉末（平均粒子径２．５μｍ）を用い、その割合を変えて試料１１〜試料１８を作製した。これら試料について２ＧＨｚでの比誘電率εｒ及びＱを２０℃で測定し、さらに緻密性を調べた。緻密性は、作製した試料の上に水を滴下し、１分間経過後の吸水状態で評価した。結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
この表３から明らかなように、誘電体セラミックス粉末の割合が増加するのに伴って、比誘電率εｒが向上している。ただし、誘電体セラミックス粉末の割合が７０体積％以上になると、Ｑの低下が顕著になり、緻密性も低下することがわかる。
【００６１】
クロス基材塗工プリプレグ及びこれを用いた複合誘電体基板の作製
１０００℃で１０時間熱処理を行ったＡｇ（Ｎｂ０．７５Ｔａ０．２５）Ｏ３（ｘ＝０．２５）誘電体セラミックス粉末（平均粒子径２．５μｍ）と有機高分子材料（ポリビニルベンジルエーテル化合物）の体積比が所定の比率となるように、トルエン中で十分に混合した。このスラリーを布質量４０ｇ／ｍ２、厚み５０μｍのガラスクロス（旭シュエーベル製）に塗工機で塗工し、１１０℃で乾燥した後、これをプリプレグとした。このプリプレグの厚みは１６０μｍであった。
【００６２】
次に、作製したプリプレグ１０枚を重ねて１５０℃でプレス圧４．０×１０６Ｐａの加圧をした後、２００℃で熱硬化を行い、厚み１．４ｍｍの複合誘電体基板を作製した。そして、棒状試料（１．４ｍｍ×１．４ｍｍ×９ｍｍ）を切り出し、測定試料（試料１９〜試料２２：実施例に相当）とした。また、誘電体セラミックス粉末の種類を変えて同様の複合誘電体基板を作製し、測定試料（試料２３〜２５：比較例に相当）を切り出した。これら試料について、空洞共振器摂動法により２Ｈｚでの比誘電率εｒ及びＱを２０℃で測定した。結果を表４に示す。
【００６３】
【表４】
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【００６４】
この表４から明らかなように、クロス基材塗工プリプレグを用いた複合誘電体基板の場合にも、誘電体セラミックス粉末の割合が増加するのに伴って、比誘電率εｒが向上している。また、この場合にも、誘電体セラミックス粉末の割合が７０体積％以上になると、Ｑの低下が顕著になり、緻密性も低下している。さらに、誘電体セラミックス粉末の割合が７０体積％以上になると、加熱加圧時におけるプリプレグ間の接着が一部悪かった。
【００６５】
成形体及びこれを用いた複合誘電体基板の作製
１０００℃で１０時間熱処理を行ったＡｇ（Ｎｂ０．２５Ｔａ０．７５）Ｏ３（ｘ＝０．７５）誘電体セラミックス粉末（平均粒子径３．２μｍ）と有機高分子材料（ポリビニルベンジルエーテル化合物）の体積比が所定の比率となるように、トルエン中で十分に混合した。このスラリーを約０．２ｍｍの厚さに塗工し、１１０℃で乾燥した。この乾燥物を乳鉢で粉砕し、複合誘電体材料の混合粉末を得た。この混合粉末を金型に所定量入れて、１５０℃でプレス圧４．０×１０６Ｐａの加圧をし、板状の成形体を作製した。
【００６６】
この成形体を２００℃で熱硬化し、厚み１．４ｍｍの複合誘電体基板を作製した。そして、棒状試料（１．４ｍｍ×１．４ｍｍ×９ｍｍ）を切り出し、測定試料（試料２５〜試料２８：実施例に相当）とした。これら試料について空洞共振器摂動法により２ＧＨｚでの比誘電率εｒ及びＱを２０℃で測定した。結果を表５に示す。
【００６７】
【表５】
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【００６８】
この表５から明らかなように、成形体を用いて作製された複合誘電体基板の場合にも、誘電体セラミックス粉末の割合が増加するのに伴って、比誘電率εｒが向上している。なお、この場合にも、誘電体セラミックス粉末の割合が７０体積％以上になると、Ｑの低下が顕著になり、緻密性も低下している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】Ａｇ（Ｎｂ０．５Ｔａ０．５）Ｏ３組成におけるＸ線回折チャートであり、（ａ）は１１５０℃で熱処理した場合のＸ線回折チャート、（ｂ）は１１００℃で熱処理した場合のＸ線回折チャートである
【図１】
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