(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比率による組成式を（１−ｘ）Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３−ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、前記ｘが、０．１≦ｘ≦０．６を満足する主成分１００重量部に対して、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で５〜８重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部、Ｂａまたは、ＣａおよびＢａを酸化物換算で１〜５重量部、ＭｎをＭｎＯ２換算で１〜１５重量部の割合で含有し、少なくともＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３結晶相を含む誘電体結晶相と、少なくともＬｉ、Ｂ、アルカリ土類元素を含有するガラス相とから構成され、さらに誘電体結晶相として、（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏ結晶相を含むことを特徴とする低温焼成磁器。
【請求項２】
比誘電率が５〜１２で、測定周波数２ＧＨｚでのＱ値が５００以上であることを特徴とする請求項１記載の低温焼成磁器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波，ミリ波等の高周波領域において、低い誘電率と高いＱ値を有する低温焼成磁器に関するものであり、例えば、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において使用される種々の共振器用材料やＭＩＣ用誘電体基板材料、誘電体導波路用材料や積層型セラミックコンデンサ等に好適な低温焼成磁器に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、低温焼成磁器は、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器、ＭＩＣ用誘電体基板や導波路等に広く利用されている。そして、近年においては、携帯電話をはじめとする移動体通信等の発達および普及に伴い、電子回路基板や電子部品の材料として、誘電体セラミックスの需要が増大しつつある。
【０００３】
電子回路や電子部品において、誘電体セラミックスと内部導体を同時焼成するに際しては、従来の誘電体セラミックスの焼成温度が１１００℃以上という高温であったため、導体材料としては、比較的高融点であるＰｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ等が使用されていた。これら高融点の導体材料は導通抵抗が大きいため、従来の電子回路基板において、共振回路やインダクタンスのＱ値が小さくなってしまい、導体線路の伝送損失が大きくなる等の問題があった。
【０００４】
そこで、係る問題点を解決すべく、導通抵抗の小さいＡｇ、Ｃｕ等と同時焼成可能な低温焼成の誘電体セラミックスが提案されている。例えば、特開平８−２０８３３０号公報に開示された低温焼成磁器組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ2とからなる誘電体成分と、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2ＣＯ3とからなる助剤成分とからなるものであり、９００〜１０５０℃の比較的低温でＡｇ、Ｃｕ等の内部導体と同時に焼成でき、焼成後の低温焼成磁器の比誘電率εｒが１８以上、測定周波数７ＧＨｚでのＱ値が２０００以上の優れた特性を有し、高周波電子部品の小型化と多機能化を実現できるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平８−２０８３３０号公報に開示された低温焼成磁器組成物は、焼結温度がまだ高く、さらに焼結における収縮開始温度が８４５〜９６０℃と高温であるため、収縮開始温度が５００〜７００℃程度であるＡｇやＣｕを主成分とする導体材料との焼成時の収縮挙動のマッチングが悪く、焼成された誘電体基板が反る、歪む等の問題があった。また、誘電率εｒが高いため高周波用途では寄生容量が発生する等の回路上の制約が起こるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、高周波領域において適切な誘電率とＱ値、良好な耐湿性を有する低温焼成磁器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題点を解決すべく鋭意検討した結果、誘電体フィラー成分として、Ａｌ18Ｂ4Ｏ33とＭｇＴｉＯ3を用いて、これに特定のガラス成分を添加混合することによって、上記目的が達成できることを見いだし、本発明に至った。
【０００９】
本発明の低温焼成磁器は、重量比率による組成式を（１−ｘ）Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３−ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、前記ｘが、０．１≦ｘ≦０．６を満足する主成分１００重量部に対して、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で５〜８重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部、Ｂａまたは、ＣａおよびＢａを酸化物換算で１〜５重量部、ＭｎをＭｎＯ２換算で１〜１５重量部の割合で含有し、少なくともＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３結晶相を含む誘電体結晶相と、少なくともＬｉ、Ｂ、アルカリ土類元素を含有するガラス相とから構成され、さらに（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏ結晶相とを含むことを特徴とする。これによってＱ値をさらに高めることができる。
また、上記誘電体磁器では、比誘電率が５〜１２で、測定周波数２ＧＨｚでのＱ値が５００以上であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の低温焼成磁器を得るための低温焼成磁器組成物は、重量比率による組成式を
（１−ｘ）Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３−ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、前記ｘが、０．１≦ｘ≦０．６を満足する主成分１００重量部に対して、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で５〜８重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部、Ｂａまたは、ＣａおよびＢａを酸化物換算で１〜５重量部、ＭｎをＭｎＯ２換算で１〜１５重量部添加含有してなるものである。
これにより、焼成温度を８７０〜９２０℃に、収縮開始温度を６８０〜７８０℃とすることが可能となるため、ＡｇやＣｕ等の導体金属と同時に焼成でき、その際、導体金属の収縮挙動のミスマッチから発生する基板の反りや歪みを抑制できる。
【００１１】
上記主成分組成において、ｘを０．１≦ｘ≦０．６としたのは、ｘが０．６を越える場合には、誘電率が１２を超えるためである。とりわけ低温焼成磁器の誘電率を低くするためにはｘは０．１≦ｘ≦０．３が好ましい。
【００１２】
また、上記のガラス成分において、ＢをＢ２Ｏ３換算で５〜２０重量部添加したのは、Ｂ２Ｏ３の添加量が５重量部未満の場合には１１００℃でも焼結が難しく、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に２０重量部を越える場合には、焼結体中のガラス相の割合が増加して、Ｑ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢ２Ｏ３換算で５〜１５重量部が望ましい。Ｂ（硼素）を組成物中に導入するには、Ｂ２Ｏ３を用いる。
【００１３】
またＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で１〜１０重量部添加したのは、添加量が１重量部未満の場合には１１００℃でも焼結が難しく、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に１０重量部を越える場合には、Ｑ値が低下するからである。焼結性と低温焼成磁器のＱ値の観点から５〜８重量部とする。
【００１４】
さらにＳｉをＳｉＯ2換算で０〜３０重量部添加したのは、３０重量部を越えると、低温焼成磁器中の結晶相（Ｍｇ，Ｔｉ）2（ＢＯ3）Ｏの割合が減少してＱ値が低下するからである。低温焼成磁器のＱ値の観点からは、ＳｉＯ2は０〜１０重量部が望ましい。
【００１５】
本発明の低温焼成磁器を得るための低温焼成磁器組成物では、主成分１００重量部に対して、さらに、ＢａＯまたは、ＣａＯおよびＢａＯを１〜５重量部添加含有するものである。これらが１重量部未満の場合には、低温焼成磁器の焼結過程における収縮開始温度が約８５０℃と高く目的が達成されず、５重量部を越えると、低温焼成磁器のＱ値が低下する。とりわけ低温焼成磁器の焼結性とＱ値の観点から、ＢａＯまたは、ＣａＯおよびＢａＯは、合計１．５〜３．５重量部が好ましい。
【００１６】
またＭｎをＭｎＯ2換算で１〜１５重量部添加したのは、添加量が１重量部未満の場合には過程における収縮開始温度が約８５０℃と高く目的が達成されず、逆に１５重量部を越える場合には、Ｑ値が低下するからである。焼結性と低温焼成磁器のＱ値の観点から３〜９重量部が望ましい。
【００１７】
本発明の低温焼成磁器を得るための低温焼成磁器組成物は、原料粉末として、Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３、ＭｇＴｉＯ３粉末、およびＢ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２、ＢａＯまたは、ＣａＯおよびＢａＯの各粉末、もしくはこれらを含むガラスフリットを準備し、これらを上記した組成比となるように秤量し、ＺｒＯ２ボール等によって粉砕混合し、この混合粉末を６５０〜８５０℃で仮焼した後、再度ボールミルで粉砕粒径が２．５μｍ以下になるまで粉砕混合する。
【００１８】
その後、この仮焼粉末をプレス成形やドクターブレード法等の公知の方法により所定形状に成形し、大気中または酸素雰囲気中または窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において８７０〜９２０℃で０．５〜２時間焼成することにより得られる。
【００１９】
なお、原料粉末は、上記以外に、焼成により酸化物を生成する水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。本発明の低温焼成磁器中には、不可避不純物としてＡｌ，Ｆｅ，Ｈｆ，Ｓｎ，Ｚｒ等が含まれることもあるが、それらは０．１重量％以下であれば特に問題はない。
【００２０】
本発明の低温焼成磁器は、少なくともＡｌ１８Ｂ４Ｏ３３結晶相を含む誘電体結晶相と、少なくともＬｉと硼素（Ｂ）を含有するガラス相とから構成され、さらには誘電体結晶相として、（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏ結晶相を含むものである。また、ガラス相中には、硼素（Ｂ）以外に、Ｌｉ、Ｓｉ、アルカリ土類元素、およびＭｎを含有する場合もある。
【００２１】
また、本発明による低温焼成磁器は、磁器の誘電体特性として、比誘電率が５．１〜１２で、測定周波数２ＧＨｚでのＱ値が５００以上、特に６００以上の優れた特性を有するものである。
【００２２】
【実施例】
原料として純度９９％以上の、Ａｌ18Ｂ4Ｏ33粉末、ＭｇＴｉＯ3粉末、およびＢ2Ｏ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＳｉＯ2、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）、ＭｎＯ2粉末を含むガラスフリットを、表１に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ2ボールを用いたボ−ルミルにて２０時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥（脱水）し、８００℃で１時間仮焼した。この仮焼物を、粉砕粒径が１．４μｍ以下になるように粉砕し、誘電特性評価用の試料として直径６０ｍｍ、高さ２ｍｍの円柱状に１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でプレス成形し、これを９００℃で２時間焼成し、直径５０ｍｍ、高さ１ｍｍの円柱状の試料を得た。
【００２３】
誘電特性の評価は、前記試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数２ＧＨｚにおける比誘電率（εｒ）とＱ値を測定した。
【００２４】
なお、上記の焼結過程における収縮開始温度を測定した。この収縮開始温度は、プレス成形した試料をＴＭＡ（熱機械分析）にて分析を行い、その収縮カーブから測定した。
【００２５】
また、得られた低温焼成磁器について、Ｘ線回折測定を行い、検出結晶相の同定を行なった。また、結晶相の粒界に存在するガラス相を純水による煮沸によって溶出し、ガラス中の金属成分をＩＣＰ分析によって同定した。
【００２６】
さらに各組成物を用いてドクターブレード法によってグリーンシートを作製するとともに、各シートの表面にＣｕペーストまたはＡｇペーストを印刷塗布し、７層積層して、Ｃｕでは窒素雰囲気中で、Ａｇでは大気中で表２の温度で焼成して、外径サイズが、５０×５０ｍｍの多数個取りの配線基板を作製した。得られた配線基板の凹面側を平坦面に接するように載せ、平坦面との間に形成された最大高さを反り量として測定した。
【００２７】
【表１】
0004618856.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004618856.tif 000003
【００２９】
この表１，２から明らかなように、本発明の組成範囲を満足する試料Ｎｏ．１、３、４１０、１１、１５、１７〜２０は、いずれも比誘電率が５．１〜１２、Ｑ値が５００以上の優れた誘電特性を有するとともに、６８０〜７８０℃で焼結収縮が開始し、９２０℃以下での焼結が可能で優れた焼結性を有していた。また、ＣｕやＡｇとの同時焼結性においても、反り量が１００μｍ以下の非常に平坦性に優れた配線基板を作製することができた。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、高周波領域において適切な誘電率とＱ値、良好な耐湿性を有するため、電子部品や基板の小型・高性能化を実現できる。