(57)【要約】【課題】本発明は硼珪酸ガラス中に閉気孔が緻密で均一に分布されたセラミック電子部品とその製造方法を提供することによりセラミック電子部品の誘電率を安定化することを目的とするものである。【解決手段】本発明は、セラミック焼結体１と、前記セラミック焼結体１の表面あるいは内層に設けられたＡｇ電極２とを備え、前記セラミック焼結体１は、硼珪酸ガラス相内に、複数のフィラー５と、複数の閉気孔４と、複数の開気孔３とを設けた構成とし、前記閉気孔４は、前記硼珪酸ガラス相中に均一に分布されていることを特徴とするセラミック電子部品であって、これによって、セラミック電子部品の誘電率を安定化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック焼結体と、前記セラミック焼結体の表面あるいは内層に設けられたＡｇ電極とを備え、前記セラミック焼結体は、硼珪酸ガラス相内に、複数のフィラーと、複数の閉気孔と、複数の開気孔とを設けた構成とし、前記閉気孔は、前記硼珪酸ガラス相中に均一に分布されていることを特徴とするセラミック電子部品。
【請求項２】
前記フィラーはＳｉＯ2系フィラーからなることを特徴とする請求項１に記載のセラミック電子部品。
【請求項３】
硼珪酸ガラス粉末に、フィラー、無機発泡剤、少量のＡｇを添加、混錬し、前記セラミック焼結体を成形後、このセラミック焼結体をＡｇ電極と共に空気中で焼成するセラミック電子部品の製造方法であって、前記無機発泡剤の分解完了温度が、前記硼珪酸ガラス粉末の屈服点以上であることを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記無機発泡剤としてＣａＣＯ3とＳｒＣＯ3の少なくとも一方を添加することを特徴とする請求項３に記載のセラミック電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック電子部品とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばＵＳＢやＨＤＭＩなどの高速インターフェースのさらなる高速化にともない放射ノイズ対策が問題となっている。そこで、この放射ノイズの原因となるといわれているコモンモードノイズをコモンモードノイズフィルタで除去する。例えば、このコモンモードノイズフィルタにおいては、低誘電率のセラミック材料が求められる訳であるが、その理由は以下によるものである。
【０００３】
コモンモードノイズフィルタは２本のコイルを同じ向きに巻いたものである。通常、電流をコイルに流すと磁場が発生し、自己誘導作用によりブレーキ効果が起こる。コモンモードノイズフィルタは、２本のコイルで構成されており、両者の相互作用を利用してコモンモードノイズ電流の通過を阻止する。具体的には、２本のコイルにコモンモードノイズの信号電流を流すと、両者は同じ方向に流れるため、コイルに発生する磁束は合成されて強めあう。そしてその結果、自己誘導作用による起電力により、より強いブレーキ作用が働き、コモンモードノイズ電流の通過を阻止することができる。
【０００４】
この時、２本のコイルを近づけることによりコイルに発生する磁束を合成し、強めあうことでより強いブレーキ作用を働かせ、コモンモードノイズフィルタとしての機能をより良好に発揮させたい。しかしながら、２本のコイルを近づけるとコイル間の浮遊容量が高くなってしまう為、共振現象が発生し、信号電流の通過が阻害されてしまう。そこで、２本のコイル間の距離を短くし、かつ、コイル間の浮遊容量を小さくするために誘電率を低くすることが必要である。
【０００５】
商品としては誘電体の誘電率がコイル間でばらつくと、コイル間の浮遊容量がばらつき、結果としてコモンモードノイズフィルタとしての特性がばらつくという問題が起こる。また、その他の高周波デバイスや高速伝送ライン用基板などにおいても、信号の伝播速度が速く、信号を効率良く伝送できるＬＴＣＣ材料として、誘電率が低いセラミック材料が望まれているが、これらのセラミック材料においても、誘電率がばらつくと特性が安定しない。そこで、セラミック材料の誘電特性のばらつきを抑えたい。
【０００６】
ここで、誘電率を低くするために無機発泡剤を用いてセラミック焼結体内部に気孔を設けたセラミック電子部品とその製造方法が知られている(例えば下記特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１９３６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したように特許文献１のような方法で製造しても、Ａｇ電極と同時焼成した際、閉気孔は均一に分布せず、Ａｇ電極近傍に気孔が集まるため、Ａｇ電極近傍のみ誘電率が低くなり、その結果としてセラミック電子部品の誘電特性がばらついてしまっていた。
【０００９】
内部に２層以上のＡｇ電極を備えた電子部品においては、Ａｇ電極間で形成されるコンデンサ容量値を勘案して設計がなされるため、該容量値の安定化が、電子部品の特性の安定化に不可欠である。ここで、該容量値Ｃは、次の式で示される。
【００１０】
Ｃ＝ε0・εr・Ｓ／ｄ（ε0：真空の誘電率、εr：セラミック材料の誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離）。
【００１１】
電子部品内部で生じるコンデンサ容量値を安定させるため、電極面積Ｓ及び電極間距離ｄが一定値となるよう、製造プロセスの最適化が図られるが、その両者をいかに安定させようとも、セラミック材料の誘電率がばらつくと、コンデンサ容量値のばらつき、ひいては電子部品の特性のばらつきは避けられない。
【００１２】
上述のように閉気孔が内部に均一に分布されておらず、Ａｇ電極近傍部と遠位部で誘電率が異なる場合、Ａｇ電極間の容量値を設計通りに制御することは極めて困難であり、誘電率の局所的なばらつきを抑えることが望まれる。
【００１３】
そこで、本発明はＡｇ電極と同時焼成した場合においても、閉気孔が緻密で均一に分布されたセラミック電子部品とその製造方法を提供することによりセラミック電子部品の誘電率を安定化することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そしてこの目的を達成するために、本発明は、セラミック焼結体と、前記セラミック焼結体の表面あるいは内層に設けられたＡｇ電極とを備え、前記セラミック焼結体は、硼珪酸ガラス相内に、複数のフィラーと、複数の閉気孔と、複数の開気孔とを設けた構成とし、前記閉気孔は、前記硼珪酸ガラス相中に均一に分布されていることを特徴とするセラミック電子部品とすることで、Ａｇ電極からセラミック焼結体へＡｇが拡散することを防ぎ、これによって所期の目的を達するものである。
【００１５】
なお、本発明におけるセラミック電子部品の好ましい様態の一つによれば、前記フィラーはＳｉＯ2系フィラーからなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記セラミック電子部品の製造方法は、硼珪酸ガラス粉末に、フィラー、無機発泡剤、少量のＡｇを添加、混錬し、前記セラミック焼結体を成形後、このセラミック焼結体をＡｇ電極と共に空気中で焼成するセラミック電子部品の製造方法であって、前記無機発泡剤の分解完了温度が、前記硼珪酸ガラス粉末の屈服点以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、前記無機発泡剤としてＣａＣＯ3とＳｒＣＯ3の少なくとも一方を添加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明は、セラミック焼結体と、前記セラミック焼結体の表面あるいは内層に設けられたＡｇ電極とを備え、前記セラミック焼結体は、硼珪酸ガラス相内に、複数のフィラーと、複数の閉気孔と、複数の開気孔とを設けた構成とし、前記閉気孔は、前記硼珪酸ガラス相中に均一に分布されていることを特徴とするセラミック電子部品とすることによって、セラミック電子部品の気孔率を安定化させることができ、その結果として誘電率を安定化させることができる。
【００１９】
また、本発明は、ＡｇあるいはＡｇを主原料とする電極（例えば、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ等の合金）とセラミック焼結体を大気中で同時焼成することで、Ａｇ電極とセラミック焼結体との密着性を高めることができる。より詳しくは、Ａｇ電極直下にも開気孔ができることにより電極がこの気孔内に入りこみ、より密着性を高めることができる。
【００２０】
そして、前記フィラーをＳｉＯ2系フィラーからなることとすることによって、セラミック焼結体の誘電率を低く保ちつつ、焼成後の定型性も保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１のセラミック電子部品の要部構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
【００２３】
まず、図１に示すように本実施の形態１のセラミック電子部品はセラミック焼結体１と、その表面上にＡｇ電極２とを備え、前記セラミック焼結体１は開気孔３と、閉気孔４と、フィラー５とから構成されている。そして、閉気孔４はセラミック焼結体１内に均一に分布している。
【００２４】
次に、硼珪酸ガラスの組成について以下に述べる。
【００２５】
本実施の形態１では結晶化率が９０％以下の硼珪酸ガラスを使用することが望ましい。なぜなら、結晶化率が９０％を超える結晶化ガラスは、軟化点以上での粘度の低下があまり大きくなく、開気孔３と閉気孔４の形成が阻害されるため、本発明にかかる効果を得られないおそれがあるからである。
【００２６】
そして、上記硼珪酸ガラスのガラス組成はＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3に加え、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物より選ばれるいずれか１種類以上含有する材料からなることが望ましく、特にアルカリ土類金属酸化物、乃至アルカリ金属酸化物を含有することが望ましい。また、環境への悪影響を考慮し、ＰｂＯは実質的に含まないことが望ましい。
【００２７】
さらに、ガラス屈服点は５５０℃以上、７５０℃以下が望ましい。なぜなら、５５０℃未満の場合、焼成時の変形が著しく、また、耐薬品性が劣るためメッキ等のプロセスで問題が生じるからである。また、７５０℃を越えた場合、Ａｇ電極２と同時焼成可能な温度域での緻密化が不十分となるからである。
【００２８】
ここで、ガラス屈服点とは、ガラスの棒状サンプルを用い、ＴＭＡ測定（（株）リガク製  ＴＭＡ８３１０にて測定）を行った際の膨張から収縮に転じる温度である。
【００２９】
また、本実施の形態において無機発泡剤はＣａＣＯ3またはＳｒＣＯ3が望ましいが、ＣａＣＯ3とＳｒＣＯ3を混合して用いてもかまわないし、６００℃から１０００℃で分解するものであれば、各種炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩などが使用可能であり、例えば、ＢａＣＯ3、Ａｌ2（ＳＯ4）3、Ｃｅ2（ＳＯ4）3などがあげられる。そして、上記発泡剤の分解完了温度は６００℃から１０００℃、より好ましくは７００℃から１０００℃のものが好適に使用できる。分解完了温度がこの範囲内であれば、昇温過程で発生したガスが前記セラミック焼結体１に好適にトラップされる。
【００３０】
ここで、分解完了温度とは、発泡剤として用いる原料粉末のＴＧ−ＤＴＡ測定（（株）リガク製  ＴＧ８１２０にて測定）を行い、そのＴＧチャートにおいて減量の完了する温度である。
【００３１】
なお、無機発泡剤の添加量は３ｗｔ％以下が好ましい。３ｗｔ％以上になると、大多数の開気孔３と閉気孔４がお互いの繋がった、いわゆる連通気孔となるため、吸水率が高くなってしまうからである。
【００３２】
そして、セラミック焼結体１に添加するＡｇは硼珪酸ガラスに対して１〜３％程度がよい。１％より少ない場合、上記Ａｇ電極からの拡散抑制効果が不十分となり、３％より多い場合、セラミック焼結体１の電気絶縁性が劣ることとなるからである。なお、セラミック焼結体１内へのＡｇの導入は、セラミック焼結体１を構成するガラスを溶融法により作製する際にガラス中に均質に溶かし込んでおくことが望ましいが、フィラーとガラス粉末を混合する際に、Ａｇ微粉末或いはＡｇ含有塩微粉末を混合して焼成することでも達成し得る。
【００３３】
ここで、セラミック焼結体１にＡｇを少量添加するのはＡｇ電極２からの拡散を妨げるためである。Ａｇはイオン半径が小さいため、ガラスネットワーク内部に取り込まれやすく、また、ガラス融液中を移動しやすい元素であるが、あらかじめセラミック焼結体１内にＡｇイオンを均質に入れ込んでおくことでＡｇ電極２からセラミック焼結体１へのＡｇの移動を抑制することができる。また、セラミック焼結体１中にＡｇを少量添加することで焼結時にガラス融液の粘性が下がり、流動性が高まることで硼珪酸ガラス相中に閉気孔４を均一に分布することが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態において、Ａｇ電極２を形成する導体にＡｇを用いたが、Ａｇを主原料とする、例えば、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ等の合金と同時焼成することも可能である。
【００３５】
さらに、本実施の形態においてＡｇ電極２の形成方法は特に限定されるものではなく、通常用いられるスクリーン印刷などの印刷法を用いてＡｇペーストにより形成しても良いし、転写法を用いてＡｇ箔により形成しても良い。
【００３６】
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００３７】
（１）図１に示したセラミック電子部品の作製
本実施例のセラミック焼結体１は、ＡｇあるいはＡｇを主原料とするＡｇ電極２（例えば、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ等の合金）との一体同時焼結を可能とした低誘電率である低温焼結セラミックである。
【００３８】
まず、屈服点６００℃の硼珪酸ガラス（ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＣａＯ−Ｋ2Ｏ系ガラス）と、石英（ＳｉＯ2）フィラーと、無機発泡剤（ＣａＣＯ3またはＳｒＣＯ3）と、Ａｇ粉末を（表１）に示す所定の比率で秤量し、その混合物を主成分とするセラミックグリーンシートを、該混合物のスラリーを用いてドクターブレード法により成形した。
【００３９】
次に、このセラミックグリーンシートを複数枚積層し、セラミックグリーンシート積層体を作製した。そして、このセラミックグリーンシート積層体表面に、Ａｇペーストを用いて、ライン幅１５０μｍのミアンダパターンを印刷したものと、Ａｇペースト塗布しないもの、各々の積層体を作製した。このシート積層体を大気中で焼成した。
【００４０】
得られたセラミック焼結体サンプルのうち、Ａｇペーストを塗布せずに焼成したサンプルに関し、乾燥重量を測定後、水中で脱泡処理し、水中重量及び含水重量を測定した。それら重量値を用いてアルキメデス法による比重を算出すると共に、吸水率を算出した。併せて、閉気孔率及び開気孔率も算出した。なお、閉気孔率とは閉気孔体積を全体積で除したもの、開気孔率とは開気孔体積を全体積で除したものである。
【００４１】
それらセラミック焼結体サンプルの比重、吸水率、開気孔率、閉気孔率を（表１）に併記した。
【００４２】
なお、本実施例で作製したセラミック焼結体サンプルは例えばフェライト、さらには特性の異なる一種のセラミック材料との一体同時焼結も可能である。
【００４３】
（２）誘電率測定
得られたセラミック焼結体サンプルのうち、Ａｇペーストを塗布せずに単体で焼成したサンプルに関しては、片面を鏡面研磨し、誘電率を測定した。また、Ａｇペーストを塗布して同時焼成したものに関しては、Ａｇ電極２形成側を研磨してＡｇ電極２を除去した上で、鏡面研磨し、誘電率測定に供した。両サンプル共に、鏡面研磨面をプローブに真空吸着させ、近接場法にて６ＧＨｚにおける誘電率を測定した。なお、測定ｎ数は各２０点とし、その平均値及び標準偏差を算出した。その結果を以下の（表２）にまとめた。
【００４４】
１０ＧＨｚ程度の周波数帯域で使用するデバイスを考えた場合、誘電率３程度の材料を適用するのであれば、誘電率のばらつきはプラスマイナス０．１までに抑えたい。それ以上ばらつくと設計が極めて困難になり、また歩留まりも大きく低下してしまう。そのため、誘電率３程度の材料においては、誘電率の標準偏差は０．０５以下が望ましい。本実施例１のセラミック電子部品においては、この範囲内にばらつきを留めることが可能である。
【００４５】
【表１】
2011187772.tif 000003
【００４６】
【表２】
2011187772.tif 000004
【００４７】
上記（表２）より、試料番号６〜８のようにセラミック焼結体１中に発泡剤、Ａｇ粉末を１％添加したものにおいて、単体で焼成したものとＡｇと同時焼成したものの標準偏差はほとんど変化がなく、誘電特性が安定しているといえる。
【００４８】
一方、試料番号２〜４は、セラミック焼結体１中にＡｇ粉末を添加しておらず、Ａｇとの同時焼成を行うと、標準偏差が大きくなっている。よって、誘電特性がばらついているといえる。
【００４９】
以上より、閉気孔が緻密で均一に分布されたセラミック電子部品の誘電率は安定化しているといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、硼珪酸ガラス中に閉気孔が緻密で均一に分布されたセラミック電子部品に関するものであり、これにより誘電率が安定化したセラミック電子部品を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  セラミック焼結体
２  Ａｇ電極
３  開気孔
４  閉気孔
５  フィラー
【図１】
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