(57)【要約】【課題】簡単な生産工程により高付加価値の産品を製作してコンデンサの高周波特性などの機能を高める。【解決手段】主に適当な比率の誘電セラミック材料と二種類の有機溶剤、エタノールとトルエン、そして分散剤を調合し、均等に分散することを確保し、数種類の異なる粒径磨球により低速研磨攪拌してサブミクロン粉粒を形成し、適当な比率のポリビニールアルコールおよび水を調合して形成した粘結剤および前述のサブミクロン粉粒を取り出して、エマルジョン状コロイドに生成されるまで激しく攪拌してから、固体状に乾燥して多孔化構造材料を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に適当な比率の誘電セラミック材料と二種類の有機溶剤、エタノールとトルエン、それに分散剤を調合し、均等に分散することを確保して、磨球により研磨攪拌してサブミクロン粉粒を形成し、適当な比率のポリビニールアルコールおよび水を調合して形成した粘結剤および前述のサブミクロン粉粒を、エマルジョン状コロイドに生成されるまで均等に攪拌して、乾燥して固体状に形成し、多孔化構造材料を製造するものである、多孔化構造材料の製造方法。
【請求項２】
磨球で研磨攪拌する時、多種類の異なる粒径の磨球を採用して、低速研磨方式により効果的にスラリー研磨時間を短縮することができるものである、請求項１記載の多孔化構造材料の製造方法。
【請求項３】
主に多孔化構造材料を砕いて粒にし、圧縮成型、焼結、デフラッシュ、端末電極製造工程により多孔化単結晶高周波コンデンサを製造するものである、多孔化単結晶高周波コンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記焼結ステップの温度上昇設定が、三段階の温度保持方式によるものである、請求項３記載の多孔化単結晶高周波コンデンサの製造方法。
【請求項５】
主に誘電セラミック層および少なくとも２個の電極を含み、その特長は、前記誘電セラミック層が中空結晶体の多孔化構造を有し、誘電セラミックの多孔化単結晶構造により、空気を媒介にしてコンデンサの高周波特性を高めるものである、多孔化単結晶高周波コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔化構造材料に関し、特に、前述した多孔化構造材料を利用する単結晶高周波コンデンサ製作とその方法に関し、簡単な生産工程により高付加価値の産品を製作してコンデンサの高周波特性などの機能を高める。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックコンデンサはコンデンサの一種で受動素子に属する。セラミックを誘電体として円形セラミックの両面に一層の金属薄膜を電着して形成する。セラミックの種類により低誘電率型、高誘電率型および半導体型の３種類に分けることができる。低誘電率型は酸化チタン系のセラミックを誘電体として使用し、高誘電率型はチタン酸バリウム系のセラミックを誘電体として使用し、半導体セラミックコンデンサはチタン酸バリウム内に不純物を添加したセラミックを誘電体とする。もう一つの区分方式は、セラミックコンデンサを単層セラミックコンデンサと積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）の二種類に分ける方式である。セラミックコンデンサの特長は高い誘電係数、良好な絶縁度、優れた温度特性なため、小さいサイズの産品とすることができるため、携帯電話などの通信産品およびノートブック型パソコンなどの薄くて軽い産品の使用に適している。セラミック積層コンデンサのコンデンサ値は産品の表面積サイズ、セラミック薄膜の堆積層数と正比例する。
【０００３】
近年、セラミック薄膜堆積技術は徐々に進歩しており、コンデンサ値も徐々に高くなり、中低コンデンサ値のコンデンサ（例えば、電解コンデンサおよびタンタルコンデンサの市場応用）に取って代わった上、セラミック積層コンデンサはＳＭＴを通して直接に粘着することができ、生産スピードが電解コンデンサおよびタンタルコンデンサよりも速いため、セラミック基層コンデンサの市場発展が徐々に重視され、これは発展がとても早いコンデンサ産品である。しかしながら、ＭＬＣＣの主要原料はパラジウム金属からなり、パラジウム金属はロシアのみで生産されるため、パラジウムの価格はロシアの動向と関連する。そのためＭＬＣＣの堆積層が一層増えるたび、その上に内電極を一層塗らなければならない。そのため堆積層が多くなるにつれてパラジウム金属の使用量は増加し、パラジウム金属は希少貴金属であるため、価格が常にとても高く、電極コストの高さは高層数積層コンデンサの量産にとって大きな障害となっている。
【０００４】
近年、携帯式通信用或いは情報用消費電子産品の端末システム機能は徐々に強くなり、関連産品の電子回路密度が徐々に高くなっていると同時に使用周波数を高めることによりＩＣロジックデジタル処理速度は加速する。現在、産業界が使用する高周波コンデンサの大部分は小サイズ０４０２、０２０１産品であり、台湾国内の積層セラミックコンデンサ製造メーカは小サイズの製造工程能力がまだ完全ではないため、関連する素子は全て国外からの輸入に頼っている。科学技術の発展に伴い、ハイテク産品に必要な材料をどのようにニーズに合わせるかはメーカにとってとても頭の痛いことであった。セラミック材料の一般的な潜在短所は、低い強靭性、低い強度、低い信頼度である。１９８６年から日本大阪大学の教授である新原皓一氏は数項目のナノメータ（Ｎａｎｏ−ｍｅｔｅｒ）複合材料の概念を提出し、サブミクロンの顆粒を均等に基材中へ分散させて、マイクロ構造を改良することにより、明らかに基材を強化し、それに特異な機械性質を持たせて、セラミック材料の信頼度を高めた。ナノメータセラミック複合材料の特長は顆粒が細かく、均等な分布であるが、微細顆粒が極めて容易にファンデルワールス力およびその他作用力の影響を受けて結合するため、分散が特に困難で、且つ結晶粒の行き過ぎた成長を容易に発生させることとなった。そのため複合ペーストの段階において、第二相化合物と組み合わさるに足るセラミック基底材料を選択することと、適した分散状況を使用することは非常に重要である。
【０００５】
また塩酸を含むＳｅｍｉｃａｒｂａｚｉｄｅを分散剤の酸化アルミニウム粉末ハイドロコロイド分散液にする。酸化アルミニウムは精密セラミックの製造上、非常に重要な地位を常に占めており、特に電子産業中の基板、そして各種の高強度耐磨物品は全て高純度（９９％以上）の酸化アルミニウムを使用する方向へ向かって発展している。これら精密セラミック物品の製法は基本上、焼結可能な高純度酸化アルミニウム粉体を特定形状のセラミックボディへ形成してから、ボディをセラミック物品に焼結する。最近の研究により、コロイドプロセッシング法（Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を利用して、酸化アルミニウムセラミック体の強度を高める効果的な方法を発見し、注入成型（Ｓｌｉｐ  Ｃａｓｔｉｎｇ）または高圧注入（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃａｓｔｉｎｇ）を利用して形状が複雑なセラミックボディを形成することができる。そのうち粒度の分布が均等で、明らかな凝集（Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ）がないサブミクロン（Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）酸化アルミニウム粉末などを使用して分散液を製造し、成形ステップによりボディを形成する。そのボディを適当に乾燥してから、マイクロ構造で均一そして数マイクロメータサイズを有する結晶粒のセラミック体を焼結することにより、その機械強度を高める。一般的に用いられる分散剤は主に二種類に分けることができるが、そのうちの一つは主に酸化アルミニウム顆粒に溶液中で表面電荷を形成させて、クーロン斥力を形成する。もう一つは高分子の吸附により立体障害（Ｓｔｅｒｉｃ  Ｈｉｎｄｒａｎｃｅ）を発生させて、分散安定効果を達成する。高表面積の酸化アルミニウム粉末を強酸或いは強酸の溶媒中へ置き、研磨後、溶液が弱酸性または弱アルカリ性に変化するが、これは一般の高表面積の酸化アルミニウム特性である。中性溶液中において、サブミクロン酸化アルミニウム顆粒の表面には容易に水素結合作用が形成されるため、スラリーがジェル（Ｇｅｌ）のように形成され、大量の気泡が高粘度のためスムーズにスラリー表面へ浮き出ることができない。そのため最もよく使用される分散法は、例えば台湾特許出願第７９１００１０１号（公告第１４７８６４号）のように、セラミックペーストｐＨ値を調整することによったが、高表面積の酸化アルミニウムに対する効果は理想的ではなかった。高分子を選択して分散剤とする時、その酸化アルミニウム顆粒表面の吸附、分解或いはペースト粘度を高めるなどの行為は非常に複雑であり、特に分子量が高い高分子分散剤がそうであった。そのため、セラミック物品の焼結にとって影響がとても大きかった。
【０００６】
上で述べたように、従来のセラミックコンデンサ材料は焼結後、その大部分が粉体間に最も密度が高い堆積構造を有することにより、コンデンサの電気特性を高めていた。同時に積層セラミックコンデンサが使用する内電極の銀およびパラジウムは産品コストの約３０％を占めて、高材料コストと低い産品価格のコンデンサは一般企業が受け入れることの出来ないことであった。しかし、もし多孔化構造のセラミック材料が直接に成型形成を利用すると同時に空気を媒介にすると（多孔単結晶構造）、高周波条件を提供することができる。最も簡単な生産工程により付加価値の高い産品を製作することは、未来の材料研究をする者にとって突破することが必要なことであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、多孔化構造材料の製造方法を提供して、それは主に適当な比率の誘電セラミック材料と二種類の有機溶剤、エタノールとトルエン、そして分散剤を調合し、均等に分散することを確保し、数種類の異なる粒径磨球により低速研磨攪拌してサブミクロン粉粒を形成し、適当な比率のポリビニールアルコールおよび水を調合して形成した粘結剤および前述のサブミクロン粉粒を取り出して、エマルジョン状コロイドに生成されるまで激しく攪拌してから、固体状に乾燥して多孔化構造材料を製造することである。
【０００８】
本発明の他の主な目的は、多孔化単結晶高周波コンデンサの製造方法を提供し、それは主に多孔化構造材料を砕いて粒にして、圧縮成型、焼結、デフラッシュ、端末電極製造工程を通して多孔化単結晶高周波コンデンサを製造する。
【０００９】
本発明のその他の主な目的は、多孔化単結晶高周波コンデンサを提供して、主に誘電セラミック層および少なくとも２個の電極を含み、その特長が、前記誘電セラミック層が中空結晶体の多孔化構造を有し、誘電セラミックの多孔化単結晶構造により、空気を媒介にしてコンデンサの高周波特性を高めることである。
【００１０】
【発明が解決しようとする手段】
本発明の多孔化構造材料の製造方法は、主に適当な比率の誘電セラミック材料と二種類の有機溶剤、エタノールとトルエン、それに分散剤を調合し、均等に分散することを確保して、磨球により研磨攪拌してサブミクロン粉粒を形成し、適当な比率のポリビニールアルコールおよび水を調合して形成した粘結剤および前述のサブミクロン粉粒を、エマルジョン状コロイドに生成されるまで均等に攪拌して、乾燥して固体状に形成し、多孔化構造材料を製造することを特徴とする。本発明の多孔化構造材料の製造方法は、請求項１において、磨球で研磨攪拌する時、多種類の異なる粒径の磨球を採用して、低速研磨方式により効果的にスラリー研磨時間を短縮することができるものであることを特徴とする。
本発明の多孔化単結晶高周波コンデンサの製造方法は、主に多孔化構造材料を砕いて粒にし、圧縮成型、焼結、デフラッシュ、端末電極製造工程により多孔化単結晶高周波コンデンサを製造するものであることを特徴とする。
本発明の多孔化単結晶高周波コンデンサの製造方法は、請求項３において、前記焼結ステップの温度上昇設定が、三段階の温度保持方式によるものであることを特徴とする。
本発明の多孔化単結晶高周波コンデンサは、主に誘電セラミック層および少なくとも２個の電極を含み、その特長は、前記誘電セラミック層が中空結晶体の多孔化構造を有し、誘電セラミックの多孔化単結晶構造により、空気を媒介にしてコンデンサの高周波特性を高めるものであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において本発明が応用する理論を詳しく説明する。
１．微視化学部分：
液体−液体相転移（ｌｉｑｕｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）。
本発明は有機系スラリー内にすでにある２種類の有機溶剤−トルエン、エタノールを利用して、親水系高分子粘結剤と混合した後、エタノールと水は完全に混合されるが、トルエンと親水基はお互いに排斥する。トルエンと親水基がお互いに溶け合わない特性を利用して、攪拌して極力エマルジョン状スラリー（図１に示すエマルジョン領域）へ調合し、セラミック粉末をエマルジョン中へ入れる。図２が示すように、エマルジョン中の大粒径粉末はファンデルワールス力が比較的大きいため直ちに凝集して、小粒径が大粒径粉塊の外周を埋めると同時に高分子粘結剤と無機材料が安定した共用結合を形成する。（図２は粒径分散の模擬図であり、図２（１）は均等な分散を示し、図２（２）はエマルジョンをつくった後に発生する不均等な分散を示す。）このようにセラミックを焼結してから、自然で均等な空間を作り出し、多孔単結晶構造を形成する。
【００１２】
２．物理部分：
粉体間を上述したような結果にするためには、異なる粒径のセラミック粉末を混合しなければならない。採用する小粒径粉末はサブミクロン級（例えば０．１３μｍ）でよく、もし粒径にナノミクロン級を採用した場合、焼結が一部分の成分を飛散させて、産品の電気特性に影響を与える。同時に電子セラミックのためにその他の特性問題を考慮、例えば焼結時の温度上昇条件に気を付けると比較的優れた効果を得ることができる。
【００１３】
本発明の多孔化構造材料製造方法は次のステップを含む。
調合：適当な比率の誘電セラミック材料（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）と二種類の有機溶剤、エタノール（ＥｔＯＨ）とトルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、および分散剤を調合（粘度は１０ｃｐ以下に制御するのが一番良い）を取り、均等分散を確保してから、磨球（例えば酸化ジルコニウム磨球、酸化アルミニウム磨球など）で研磨攪拌してサブミクロン級の粉粒を形成する。
【００１４】
粘結剤製造設備：適当な比率のポリビニールアルコール（ＰＶＡ）と水を取り、均一に攪拌して、
粘結剤添加：サブミクロン粉粒スラリー粘結剤を混合して、エマルジョン状コロイドが生成されるまで均一に攪拌する。
乾燥：前述したステップのエマルジョン状コロイドを乾燥して固体にし、多孔化構造材料をつくる。
【００１５】
本発明は磨球で研磨攪拌する時、数種類の異なる粒径の磨球を採用して、低速研磨の方式により実施して効果的にスラリーの研磨時間を短縮することができる。
【００１６】
そして前述の多孔化構造材料を利用して多孔化単結晶高周波コンデンサを製造して、そのステップは主に次を含む。
粒子製造：前述の多孔化構造材料を父鉢中で細かく磨ぎ、特殊な治具中へ置いてプレスし錠状に形成する。
焼結：前述した多孔化構造材料錠を自然で均等な空間を有するように焼結して、多孔単結晶構造を形成する。デフラッシュおよび端末電極の製造工程後、多孔化単結晶高周波コンデンサを製造する。
【００１７】
本発明の前述した焼結製造工程の温度上昇設定は、電子セラミックその他の特性問題を考慮して、三段温度保持方式により、比較的優れた効果を得る。
【００１８】
本発明の多孔化単結晶高周波コンデンサ製造工程は、一般の端末電極方式により製作することができない。一般の端末電極の製作には、浸せき、ニッケルめっき、錫めっきが必要となるが、電気めっき液成分が多孔中に残留することを防ぐために多孔構造は電気めっきを行うことができない。最も優れた端末電極方式には真空スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）の採用が薦められる。なぜなら、真空スパッタリングには次の長所があるからである。
１．設備費用が安い。
２．直接、電極上にめっきするため、従来の製造工程と比較して時間と工程を節約することができる。
３．端末電極面をスパッタリングするため、機械強度が比較的強い。
４．精度が高い。
【００１９】
また、本発明の前述製造方法により製造した多孔化単結晶高周波コンデンサは、図３が示すように、主に誘電セラミック層１および少なくとも２個の電極２を含み、誘電セラミック層１が中空結晶体の多孔化構造を有し、誘電セラミックの多孔化単結晶構造により、空気を媒介にして、コンデンサの高周波特性を高める。
【００２０】
多孔層を堆積して高い共振周波数（ＳＲＦ）のセラミックコンデンサを製作し、電気特性が同等の積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）の高コスト問題と小サイズの製造工程が不安定という問題を完全に解決することができる。同時に最も簡単な生産工程により、ＭＬＣＣ或いは円板形のセラミックコンデンサの高周波特性よりも高い電気特性を製作することができる。応用することができる方面としては携帯電話、自動車電話、無線通信産品などの通信方面、そしてＰＤＡ、ノートブック、高周波数高電流デジタルロジック演算整合産品などの情報方面を含む。将来の応用としては、回路設計者のニーズに合わせて、多孔化原理を利用して更に異なる材料特性のセラミックコンデンサを製作することができる。
【００２１】
【実施例】
次に本発明の好適な実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。
調合：誘電セラミック材料（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）１３７．８７ｇ、エタノール（ＥｔＯＨ）２５．０６ｇ、トルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）３７．０６ｇおよび分散剤（例えばＢＹＫ−１１１）２．７６ｇ（誘電セラミック材料の２．０％量）を取り、粘度を１０ｃｐ以下に制御して、均等な分散を確保して、ψ＝３ｍｍ：１０ｍｍ：３０ｍｍ＝５：３：２の酸化ジルコニウム球により低速で１２時間、研磨攪拌を行う。（粉体粒径＝０．１０〜０．１４μｍ）前述の３種類の異なる粒径酸化ジルコニウム球の低速研磨方式は、従来の方法と比べて研磨時間を１／２以上節約することができる。
【００２２】
粘結剤製造：ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）０．４ｇを水９．６ｇ中へ入れ、均等に攪拌する。（ＰＶＡ＝４％）
【００２３】
調整ステップの粉体（粒径０．１３μｍ）５ｇのペーストを取り出して、５ｇの４％ＰＶＡ中へ入れて、エマルジョン状コロイドに生成するまで激しく攪拌してから、乾燥して固体にする。
【００２４】
粒子製造：前記ステップの塊状固体を乳鉢中で細かく磨ぎ、０．５ｇの細粉を特殊治具中へ置いて錠状にパンチ形成する。
【００２５】
焼結：三段温度保持方式により、その温度上昇を図４のように設定する。
そしてデフラッシュ、浸せき、電性測定の後に多孔化単結晶高周波コンデンサを完成する。
【００２６】
本発明の前述した実施例の試験結果は以下の図を参照。
図５は研磨時間と粒径の関係を示す図である。
図６は焼結温度と誘電係数および気孔率の関係を示す図である。（気孔率が１８％より高い時、機械強度は不足し、同時にコンデンサに製作した後、耐電圧はとても低くなる。）
図７は本発明のコンデンサを製作した後の周波特性を示す図である。
コンデンサ値測定条件：１．０ｖｏｌｔ  １ＭＨｚ  ｆｏｒ  ＨＰ  ４１９４Ａ  ＬＣＲ  ｍｅｔｅｒ
周波数測定：ＨＰ  ８７５３Ｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ａｎａｌｙｚｅｒ
耐電圧測定：ＴＯＳ  ＷＩＴＨＳＴＡＮＤＩＮＧ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＴＥＳＴＥＲ
【００２７】
そのうち、図８は１００８  ｓｉｚｅ  ＮＰＯ  ３．２ｐＦ、図９は１００８  ｓｉｚｅ  ｏｔｈｅｒ  １．３１ｐＦ、図１０は１００８  ｓｉｚｅ  Ｘ７Ｒ  １２．１  ｐＦ、図１１は０８０５  ｓｉｚｅ  ｏｔｈｅｒ  １．１０  ｐＦ、図１２は０８０５  ｓｉｚｅ  Ｘ７Ｒ  ９．５  ｐＦ、図１３は０６０３  ｓｉｚｅ  ｏｔｈｅｒ  ０．６０  ｐＦ、図１４は０６０３  ｓｉｚｅ  Ｘ７Ｒ  １０．６９  ｐＦである。
【００２８】
以上のごとく、この発明を好適な実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、同業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【００２９】
【発明の効果】
上記構成により、本発明の多孔化構造材料と多孔化単結晶高周波コンデンサおよびその製造方法は、簡単な生産工程により高付加価値の産品を製作してコンデンサの高周波特性などの機能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる、液−液相変化を示す図である。
【図２】本発明にかかる、粒径分散の模擬図である。
【図３】本発明にかかる、多孔化単結晶の高周波コンデンサの断面図である。
【図４】本発明にかかる、温度上昇設定を示す図である。
【図５】本発明にかかる、研磨時間と粒径の関係を示す図である。
【図６】本発明にかかる、焼結温度と誘電係数および気孔率の関係を示す図である。
【図７】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図８】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図９】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図１０】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図１１】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図１２】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図１３】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【図１４】本発明にかかる、コンデンサ製作後の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１：誘電セラミック層
２：電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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