(57)【要約】【課題】９００℃以下の低温で焼結し内部導体にＡｇが使用できるとともに、誘電率が低く、十分な機械的強度を有するセラミック組成物、およびこれを用いた積層電子部品を得ること。【解決手段】ホウケイ酸ガラスと、主成分として少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２を含有するセラミック成分と、Ａｌ２Ｏ３より構成され、前記ホウケイ酸ガラスの含有量をＸ重量％、前記セラミック成分の含有量をＹ重量％、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量をＺ重量％としたとき、点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、三成分組成図における組成点Ａ（Ｘ：９４、Ｙ：０、Ｚ：６）、Ｂ（Ｘ：９７、Ｙ：０、Ｚ：３）、Ｃ（Ｘ：７３、Ｙ：２７、Ｚ：０）、Ｄ（Ｘ：６０、Ｙ：４０、Ｚ：０）を結ぶ四角形ＡＢＣＤの辺および内部の領域（ただし辺ＣＤ上を除く）にあることを特徴とする絶縁性ガラスセラミック。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウケイ酸ガラスと、主成分として少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２を含有するセラミック成分と、Ａｌ２Ｏ３よりなる絶縁性ガラスセラミックにおいて、前記ホウケイ酸ガラスの含有量をＸ重量％、前記セラミック成分の含有量をＹ重量％、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量をＺ重量％としたとき、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００であるとともに、点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、三成分組成図における以下の組成点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ；
Ａ（Ｘ：９４、Ｙ：０、Ｚ：６）
Ｂ（Ｘ：９７、Ｙ：０、Ｚ：３）
Ｃ（Ｘ：７３、Ｙ：２７、Ｚ：０）
Ｄ（Ｘ：６０、Ｙ：４０、Ｚ：０）
を結ぶ四角形ＡＢＣＤの辺および内部の領域（ただし辺ＣＤ上を除く）にあることを特徴とする絶縁性ガラスセラミック。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁性ガラスセラミックと、前記絶縁性ガラスセラミックの内部に形成された内部導体と、前記絶縁性ガラスセラミックの外表面に形成され前記内部導体と電気的に接続する外部電極からなる積層電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性ガラスセラミック、およびこれを用いた積層インダクタ、トランス、ＬＣフィルタ等の積層電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化に伴い、電子回路を構成する各種の電子部品を実装する目的でセラミック基板が汎用されている。近年では、実装密度をさらに高めるため、セラミック基板中にコンデンサ、インダクタなどの回路素子、あるいは回路を内蔵した多層セラミック基板が開発されている。このような多層セラミック基板の材料としてはアルミナが採用されているが、焼結温度が１５００〜１６００℃と高温であるため、焼成のために多くのエネルギーを必要とする。また、アルミナと同時に焼成する内部導体材料もタングステンやモリブデン等の高融点材料を用いなければならないため、内部回路等の抵抗が大きくなり、電流容量などが制限されるという問題があった。
【０００３】
そこで、低温で焼結する基板用材料として、特開平４−１６５５１号公報に記載のＳｉＯ２を主成分とする低温焼結セラミック組成物が提案されている。この低温焼結セラミック組成物は、低温で焼成でき、最適焼成温度範囲が広く、しかも絶縁抵抗が高く誘電率が低いという特徴を有している。これらの特徴により、磁器の歩留まりが高くなり、多層セラミック基板の量産実用化に大きく寄与するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−１６５５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１６５５１号公報に記載の低温焼結セラミック組成物は、焼成温度が９４０〜１０００℃であるため、内部導体としてＡｇを用いることができない。Ａｇと同時焼成するためには、セラミック組成物の焼成温度が９００℃以下であることが必要なためである。よって、本セラミック組成物は内部導体にＣｕを用いているが、Ｃｕは酸化されやすいため、還元性雰囲気で焼成しなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明は、９００℃以下の低温で焼結し内部導体にＡｇが使用できるとともに、誘電率が低く、十分な機械的強度を有するセラミック組成物、およびこれを用いた積層電子部品を得ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の絶縁性ガラスセラミックは、ホウケイ酸ガラスと、主成分として少なくともＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２を含有するセラミック成分と、Ａｌ２Ｏ３より形成され、前記ホウケイ酸ガラスの含有量をＸ重量％、前記セラミック成分の含有量をＹ重量％、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量をＺ重量％としたとき、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００であるとともに、点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、三成分組成図における以下の組成点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ；Ａ（Ｘ：９４、Ｙ：０、Ｚ：６）、Ｂ（Ｘ：９７、Ｙ：０、Ｚ：３）、Ｃ（Ｘ：７３、Ｙ：２７、Ｚ：０）、Ｄ（Ｘ：６０、Ｙ：４０、Ｚ：０）を結ぶ四角形ＡＢＣＤの辺および内部の領域（ただし辺ＣＤ上を除く）にあることを特徴とする。すなわち、前記３成分の構成比は、図１の斜線部領域（Ａｌ２Ｏ３が０重量％となる線分ＣＤを除く）で表わされる。
【０００８】
このような構成にすることにより、前記絶縁性ガラスセラミックは大気中９００℃以下の低温で焼成可能となる。また、誘電率が低く、機械的強度が高いという特徴を有する。
【０００９】
また、本発明の積層電子部品は、前記の絶縁性ガラスセラミックと、前記絶縁性ガラスセラミックの内部に形成された内部導体と、前記絶縁性ガラスセラミックの外表面に形成され前記内部導体と電気的に接続される外部電極からなる。
【００１０】
このような構成にすることにより、前記積層電子部品は低温で焼結可能となり、内部導体にＡｇあるいはＡｇ比率の高い合金を用いることができる。また、誘電率が低く、自己共振周波数が高いため、高周波領域で利用可能であるとともに、機械的強度が高いという特徴を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図２は、本発明に係る積層電子部品の一実施の形態としての積層インダクタの断面図である。この積層インダクタは、セラミック素体１とその両端部に形成された外部電極２ａ、２ｂよりなる。
【００１３】
セラミック素体１は多数のセラミック層１ａ〜１ｌが積層されたものである。具体的には、セラミック素体１は、所定導体パターンの内部導体５ａ〜５ｇが表面に形成された内部セラミック層１ｄ〜１ｊと、該内部セラミック層１ｄ〜１ｊを挟持する前記内部導体の形成されていない外装セラミック層１ａ〜１ｃ、１ｋ、１ｌとを備える。内部導体５ａは外部電極２ａと電気的に接続され、内部導体５ｇは外部電極２ｂと電気的に接続されている。そして、各内部導体５ａ〜５ｇはビアホール（図２では不図示）を介して互いに電気的に直列接続され、コイル５を形成している。
【００１４】
各セラミック層１ａ〜１ｌは、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３を主成分としたホウケイ酸ガラスと、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２を主成分としたセラミック成分と、Ａｌ２Ｏ３を含有している。
【００１５】
次に、上記の積層インダクタの製造方法を図３を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、ＢａＣＯ３：３５．０ｗｔ％〜３９．０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：４．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｃｒ２Ｏ３：０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、ＣａＣＯ３：０．５ｗｔ％〜１．１ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：２．０ｗｔ％〜３．０ｗｔ、残部：ＳｉＯ２％となるように、素原料を混合して湿式粉砕した後、乾燥・仮焼を行い、仮焼粉末を作製する。なお、仮焼により、ＢａＣＯ３、ＣａＣＯ３はＣＯ２ガスが脱離し、それぞれＢａＯ、ＣａＯ成分となる。次いで、Ｂ２Ｏ３：１７．０ｗｔ％〜２１．０ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：１．０ｗｔ％〜３．０ｗｔ％、残部：ＳｉＯ２に調製されたホウケイ酸ガラス粉末を作製する。
【００１７】
前記仮焼粉末、前記ガラス粉末、およびＡｌ２Ｏ３粉末を混合し、水または有機溶剤、及びバインダーと混練してスラリーを作製する。該スラリーをドクターブレード法でキャリアフィルム状に転写し、セラミックグリーンシート１ａ〜１ｌを得る。ここで、セラミックグリーンシートは他の方法、例えばスクリーン印刷法等により作製してもよい。
【００１８】
なお、グリーンシートのピンホールによる内部導体間のショート防止、焼結体の密度向上、抗折強度向上のため、各出発原料粉末の平均粒径は小さいことが好ましい。具体的には、ホウケイ酸ガラスの粒径は０．５〜３．５μｍであることが好ましい。また、セラミック成分の粒径は１〜４μｍであることが好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３の粒径は１〜５μｍであることが好ましい。
【００１９】
そして、ＡｇあるいはＡｇ−Ｐｄ等のＡｇ合金に有機ビヒクルを混合させた所定粘度の導電性ペーストを作製し、図３に示すように、内部導体１５ａ〜１５ｆの所定箇所にビアホール１６を形成し、内部導体１５ａ〜１５ｇをセラミックグリーンシート１１ｄ〜１１ｊの表面にスクリーン印刷する。
【００２０】
なお、セラミックグリーンシートの表面へ内部導体パターンを形成する方法としては、上述のスクリーン印刷の他、塗布、蒸着、スパッタリング等の方法により形成してもよい。
【００２１】
次いで、セラミックグリーンシート１１ｄ〜１１ｊを外装シート１１ａ〜１１ｃ、１１ｋ〜１１ｌで挟持し、圧着して積層体を作製する。なお、該積層体の内部ではビアホール１６を介して内部導体１５ａ〜１５ｇが電気的に直列接続され、コイルを形成する。
【００２２】
そして、空気とＮ２との混合ガス中、５００℃にて該積層体の脱バインダ処理を行い、次いで、大気中、８５０℃〜９００℃で所定時間焼成処理を施し、セラミック素体１を作製する。
【００２３】
次に、Ａｇ粉末に有機ビヒクルを混合させた導電性ペーストをセラミック素体１の両端部に塗布した後、所定温度で焼付処理を施し、図２に示すように外部電極２ａ、２ｂを形成する。
【００２４】
なお、外部電極材料としては、上記のＡｇの他、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属、あるいはそれらの合金等であってもよい。また、外部電極の形成方法は、印刷、蒸着、スパッタリング等であっても良く、焼成前の積層体の端面に外部電極を形成し、同時焼成してもかまわない。
【００２５】
その後、外部電極２ａ、２ｂの形成されたセラミック素体１に必要に応じて第１のめっき皮膜３ａ、３ｂを形成する。例えば、セラミック素体１をニッケルめっき液等の第１のめっき液に浸漬し、電解めっき処理を施す。さらに、必要に応じて第２のめっき皮膜４ａ、４ｂを形成する。例えば、スズめっき液やはんだめっき液等の第２のめっき液に浸漬し、電解めっき処理を施す。これにより積層インダクタが製造される。
【００２６】
このようにして製造された積層インダクタは、高自己共振周波数かつ高Ｑの特性を有しており、高周波領域で利用できるものである。
【００２７】
以上、積層インダクタを例に取り本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の積層電子部品の実施の形態は上述の積層インダクタに限定されるものではない。上述した積層インダクタ以外の積層インダクタの他、トランス、ＬＣフィルタ等、インダクタ部を有する積層電子部品にも適用することができる。
【００２８】
【実施例】
（１）実施例１
出発原料として、平均粒径２μｍのホウケイ酸ガラスの粉末と、平均粒径３．５のＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミック成分の粉末と、平均粒径３μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を準備した。ホウケイ酸ガラス粉末の組成は、ＳｉＯ２：８０．３ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：１８．２ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：１．５％とした。また、ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミック成分の組成は、ＳｉＯ２：５３．５ｗｔ％、ＢａＣＯ３：３７．４ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：４．６ｗｔ％、Ｃｒ２Ｏ３：１．０ｗｔ％、ＣａＣＯ３：０．７ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：２．８ｗｔ％とした。
【００２９】
上記の各粉末を表１に示す重量比にて秤量し、これに水およびバインダー等の有機ビヒクルを加えて混練し、スラリーとした。このスラリーをドクターブレード法にてキャリアフィルム上に転写し、セラミックグリーンシートを作製した。該グリーンシートを積層、圧着し、厚さ１．５ｍｍの積層体とした後、切断機で縦３０ｍｍ、横３０ｍｍの板状に切り離し成形体を得た。該成形体を空気とＮ２の混合ガス中に投入し、５００℃で脱バインダーを行った後、空気中にて７７０℃〜１０１０℃で９０分間焼成し焼結体試料を得た。
【００３０】
該焼結体試料について、インピーダンスアナライザーで誘電率を測定した。周波数１００ＭＨｚ、温度２５℃とした。
【００３１】
また、強度計を用い、該焼結体試料の３点曲げ抗折強度を測定した。抗折強度の算出方法はＪＩＳ規格Ｒ１６０１を用いた。
【００３２】
これらの測定結果、および最適焼成温度を表１に示す。ここで最適焼成温度とは、成形体がバインダー等の蒸発や焼結によって収縮する際の収縮率が最大となる温度である。なお、表中の＊印は本発明の請求範囲外であることを示す。
【００３３】
以下、ホウケイ酸ガラス、ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミック成分、およびＡｌ２Ｏ３の構成比を図１の斜線部のように限定した理由を説明する。
【００３４】
ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミック成分あるいはＡｌ２Ｏ３の減少、またはホウケイ酸ガラスの増加により、本発明の組成範囲を外れた場合、すなわち図１の斜線部より右側の領域に外れた場合、抗折強度が８００ｋｇ／ｃｍ３を下回り、このガラスセラミック組成により作製した積層電子部品の機械的強度が顕著に低下するため、好ましくない。
【００３５】
一方、ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミック成分あるいはＡｌ２Ｏ３の増加、またはホウケイ酸ガラスの減少により、本発明の組成範囲を外れた場合、すなわち図１の斜線部より左側の領域に外れた場合、最適焼成温度が９００℃を越えるため、内部導体にＡｇを使用することができない。また、誘電率が増加するため、このガラスセラミック組成により作製した積層電子部品の高周波での特性が低下する。
【００３６】
【表１】
2004099378.tif 000003
【００３７】
（２）実施例２
表１に記載した試料のうち、最適焼成温度が９００℃以下でＡｇとの同時焼成が可能な組成について、積層インダクタを作製した。内部導体用ペーストはＡｇペーストを使用した。また、焼成温度は各組成の最適焼成温度とした。
【００３８】
積層インダクタの形状は図２に示すとおりである。ただし、コイル巻き数は１７．５ターンとした。また、積層インダクタのサイズは縦１ｍｍ×横０．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍとした。
【００３９】
作製した積層インダクタについて、ネットワーク・アナライザー（ヒューレット・パッカード社製ＨＰ−８７２０Ｄ）を用いて自己共振周波数（ＳＲＦ）を測定した。
【００４０】
また、該積層インダクタの側面中央部に棒状物の先端で応力を加えたときの破壊荷重を強度試験機で測定した。
【００４１】
これらの結果を表２に示す。なお、表中の＊印は本発明の請求範囲外であることを示す。
【００４２】
表２に示すように、本発明の請求範囲内の組成の積層インダクタは、請求範囲外の組成の積層インダクタに比べて機械的強度が高く、また自己共振周波数が高く、いずれも十分な特性を有している。なお、自己共振周波数は誘電率の１／２乗に反比例し、誘電率が低いほど自己共振周波数が高くなる傾向がある。
【００４３】
上記の結果から、本実施例の積層インダクタは機械的強度が高く、また低誘電率、高自己共振周波数の特性を有するため高周波領域での利用に適することが明らかである。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の絶縁性ガラスセラミックは、大気中９００℃以下の低温で焼成可能であるとともに、誘電率が低く、機械的強度が高いという効果を有する。
【００４６】
また、本発明の積層電子部品は、上記の絶縁性ガラスセラミックを用いることにより、内部導体にＡｇあるいはＡｇ比率の高い合金を用いることが可能である。また、誘電率が低く自己共振周波数が高いため、高周波領域で利用可能であり、さらに機械的強度が高いという特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の絶縁性ガラスセラミックの構成を説明する三成分組成図である。
【図２】本発明の積層電子部品の一実施の形態である積層インダクタの構成例を示す断面図である。
【図３】図２の積層インダクタの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１　　　　　セラミック素体
１ａ〜１ｌ　セラミック層
２ａ、２ｂ　外部電極
３ａ，３ｂ　第一のめっき皮膜
４ａ，４ｂ　第二のめっき皮膜
５　　　　　コイル
５ａ〜５ｇ　内部導体
１１ａ〜１１ｌ　セラミックグリーンシート
１５ａ〜１５ｌ　内部導体
１６　　　　ビアホール
【図１】
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【図２】
2004099378.tif 000006
【図３】
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