(57)【要約】【課題】  本発明は焼成時の界面における粗大結晶粒生成を抑制して特性の劣化を抑制した積層型ＬＣフィルタを提供することを目的とする。の提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、誘電体磁器１と磁性体磁器３とを積層して一体化してなる積層型ＬＣフィルタであって、前記誘電体磁器１と前記磁性体磁器３との間に、フェライトとガラス組成物を具備してなる中間層２が介在されてなることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体磁器と磁性体磁器とを積層して一体化してなる積層型ＬＣフィルタであって、前記誘電体磁器と前記磁性体磁器との間に、フェライトとガラス組成物を具備してなる中間層が介在されてなることを特徴とする積層型ＬＣフィルタ。
【請求項２】
前記フェライトがＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトであり、前記ガラス組成物がＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物であることを特徴とする請求項１に記載の積層型ＬＣフィルタ。
【請求項３】
前記中間層に、前記ＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物が５〜２５重量％の範囲含有されてなることを特徴とする請求項２に記載の積層型ＬＣフィルタ。
【請求項４】
誘電体磁器と磁性体磁器との間にフェライトとガラス組成物を含む中間層を設けてなる積層型ＬＣフィルタの製造方法であり、前記誘電体磁器の原料粉末と前記磁性体磁器の原料粉末と前記中間層の原料粉末を個々にシート状に形成して誘電体磁器用グリーンシートと磁性体磁器用グリーンシートと中間層用グリーンシートを得た後、該中間層用グリーンシートを前記誘電体磁器用グリーンシートと前記磁性体磁器用グリーンシートで挟むように積層し加圧して積層体を形成し、その後にこの積層体を８５０〜９５０℃の温度で焼成することを特徴とする積層型ＬＣフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記フェライトとしてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを用い、前記ガラス組成物としてＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物を用いることを特徴とする請求項４に記載の積層型ＬＣフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記中間層としてＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物を５〜２５重量％の範囲含有するものを用いることを特徴とする請求項５記載の積層型ＬＣフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャパシタとインダクタを複合化した電子部品である積層型ＬＣフィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型ＬＣフィルタでは、誘電体磁器の内部にコンデンサ部が内蔵されるとともに磁性体磁器の内部にインダクタ部が内蔵され、これらの誘電体磁器と磁性体磁器とを一体に構成した積層体の内部で前記コンデンサ部とインダクタ部とが電気的に接続されてＬＣフィルタが構成される。
この種の積層型ＬＣフィルタの一例として以下の特許文献１の図３に開示されている如く、ブロック状の第１の誘電体磁器と第２の磁性体磁器との接合界面部分に層状の第２の誘電体磁器と第２の磁性体磁器を挟んで積層体とし、その積層体の積層方向と直交する側の積層体両端部に入力端子電極と出力端子電極とを設けてなる構成が知られている。
【０００３】
前記構造の積層型ＬＣフィルタは例えば誘電体磁器原料粉末を混合し、仮焼きした後、有機バインダと混合してグリーンシートを形成し、該グリーンシート上に静電容量取得用の電極を形成して誘電体グリーンシートとする。また、これとは別に磁性体磁器原料粉末を混合し、仮焼きした後、有機バインダと混練してグリーンシートを作成し、該グリーンシート上にコイル導体を形成して磁性体グリーンシートとする。前記誘電体グリーンシートを複数枚重ねてコンデンサ部とし、その上に前記磁性体グリーンシートを複数枚重ねてインダクタ部として積層圧着し、焼成する。この焼成によって積層体の内部に前記コンデンサ部とインダクタ部を接続させた状態で形成することができる。
この焼成後の積層体の両端部に入力端子電極と出力端子電極を形成し、更に両電極間に接地端子電極とノンコンタクト電極を形成することで積層型ＬＣフィルタを得ることができる。
【特許文献１】特開平０６−２７５４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先に説明した構造の積層型ＬＣフィルタを作製する場合、誘電体磁器形成用のグリーンシートと磁性体磁器形成用のグリーンシートの積層工程と圧着工程並びに焼成工程が必然的に必要であるが、誘電体磁器形成用グリーンシートと磁性体磁器形成用グリーンシートを積層して焼成すると、それらの界面部分に相互拡散による粗大結晶粒が生成し、これが原因となってフィルタの特性劣化を引き起こすという問題があった。
【０００５】
また、従来、この種の目的に適用される誘電体磁器は、ＢａＴｉＯ３系、ＴｉＯ２系などのセラミックス誘電体材料が適用されていた。即ち、これらの材料をシート状に成形し、電極を印刷し、積層するという工程を繰り返すことで積層セラミックコンデンサを製造していたが、これらの材料において特性を満足させるためには、焼成温度を１２００〜１４００℃といった高温度に設定する必要があった。このため、内部電極材料としてＣｕやＡｌなどの融点の低い材料は使用することができず、ＰｔやＰｄなどの非常に高価な高融点金属材料を使用しなくてはならないという問題があった。
また、電子デバイスの小型化を実現するために、内部に導体電極を内蔵した表面実証型のデバイスが主流となりつつあるが、その場合、デバイスの特性損失を抑制するために、導体電極としてはＡｇもしくはＣｕなどの高導電性金属材料を用いることが好ましい。しかし、ＡｇやＣｕは融点が低く、誘電体磁器を製造する際の１２００〜１４００℃の高温焼結に耐えられない難点がある。従って１０００℃以下の、より低温で焼結可能となることが、電極構成の点からも、あるいは、エネルギーコストの観点からも望まれている。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、誘電体磁器と磁性体磁器を積層してなる構成のＬＣフィルタにおいて焼成時の界面における粗大結晶粒生成を抑制して特性の劣化を抑制した積層型ＬＣフィルタを提供することを目的とする。また、本発明は、焼成温度を従来よりも低くして高価なＰｔやＰｄを内部電極に使用する必要を無くし、安価なＡｇなどの導電材料で電極を形成できるようにできる構造の積層型ＬＣフィルタ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】
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、誘電体磁器と磁性体磁器とを積層して一体化してなる積層型ＬＣフィルタであって、前記誘電体磁器と前記磁性体磁器との間に、フェライトとガラス組成物を具備してなる中間層が介在されてなることを特徴とする。
本発明において、前記フェライトがＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトであり、前記ガラス組成物がＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物であることが好ましい。
本発明において、前記中間層に、前記ＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物が５〜２５重量％の範囲含有されてなるものが好ましい。
【０００８】
本発明は、誘電体磁器と磁性体磁器との間にフェライトとガラス組成物を含む中間層を設けてなる積層型ＬＣフィルタの製造方法であり、前記誘電体磁器の原料粉末と前記磁性体磁器の原料粉末と前記中間層の原料粉末を個々にシート状に形成して誘電体磁器用グリーンシートと磁性体磁器用グリーンシートと中間層用グリーンシートを得た後、該中間層用グリーンシートを前記誘電体磁器用グリーンシートと前記磁性体磁器用グリーンシートで挟むように積層し加圧して積層体を形成し、その後にこの積層体を８５０〜９５０℃の温度で焼成することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記フェライトとしてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを用い、前記ガラス組成物としてＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物を用いることが好ましい。
本発明において、前記中間層としてＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物を５〜２５重量％の範囲含有するものを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明において、誘電体磁器と磁性体磁器との間にフェライトとガラス組成物を含む中間層を設けることで誘電体磁器と磁性体磁器との間の界面部分に従来は生じていた相互拡散による粗大粒を生じることを抑制できる。粗大粒の生成が抑制されるので、誘電体磁器が本来有する性能と磁性体磁器が本来有する性能が発揮される結果として、特性劣化を防止したＬＣフィルタを得ることができる。特にフェライトとガラス組成物を有する中間層であるならば、誘電体磁器と磁性体磁器の界面部分において結晶粒の粗大化を効果的に抑制できる。
磁性体磁器に用いるフェライトとしてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトが好ましく、ガラス組成物としてＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物が好ましく、これらの組み合わせの場合に、より具体的に結晶粒の粗大化を防止できる。また、ＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物の添加量を５〜２５重量％とすることでより確実に結晶粒の粗大化を防止できる。
【００１１】
先のような誘電体磁器と磁性体磁器と中間層にすることにより、焼結温度を８５０〜９５０℃の範囲であって従来の焼結温度よりも低温度にできるようになり、その結果、高価なＰｔやＰｄを内部電極に使用する必要が無くなり、安価なＡｇなどの導電材料で電極を形成できるようになる効果がある。従って製造コストも大幅に節減することが可能となる。また、前述の低温度焼結で製造した場合であっても、高い比誘電率、良好な温度特性、高い品質係数を実現することが可能になり、マイクロ波領域等の高周波数領域における特性が安定化するとともに、高周波数領域における信頼性も向上する。
【００１２】
また、本発明に係る製造方法によれば、誘電体磁器の原料粉末と磁性体磁器の原料粉末とフェライト及びガラス組成物を有する中間層の原料粉末を個々にシート状に形成して誘電体磁器用グリーンシートと磁性体磁器用グリーンシートと中間層用グリーンシートを積層し加圧して積層体を形成し、その後に８５０〜９５０℃の温度で焼成することで中間層を有する積層型ＬＣフィルタを得ることができる。
前記中間層で誘電体磁器と磁性体磁器とを仕切るので、誘電体磁器と磁性体磁器が直接界面を接することが無くなり、焼成時に高温に加熱することで発生しやすい粗大粒の成長を抑制できる。この粗大粒生成抑制効果は、中間層がＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物を含む場合に特に有効であり、フェライトとしてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライトを用いた場合に特に有効である。また、ＺｎＯ−ＳｉＯ２系ガラス組成物の添加量を５〜２５重量％とすることでより確実に結晶粒の粗大化を防止できる。
先のような構造とすることにより、焼結温度を８５０〜９５０℃の範囲であって従来の焼結温度よりも低温度にできるようになり、その結果、高価なＰｔやＰｄを内部電極に使用する必要が無くなり、安価なＡｇなどの導電材料で電極を形成できるようになる効果がある。従って製造コストも大幅に節減することが可能となる。また、前述の低温度焼結で製造した場合であっても、高い比誘電率、良好な温度特性、高い品質係数を実現することが可能になり、マイクロ波領域等の高周波数領域における特性が安定化するとともに、高周波数領域における信頼性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る第１の実施の形態の構成について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る積層型ＬＣフィルタの基本構成を示すもので、この形態の積層型ＬＣフィルタＡは層状の誘電体磁器１と層状の中間層２と層状の磁性体磁器３とからなる３層構造の積層体とされている。
また、図２と図３にこの基本構造を組み込んでなる積層型ＬＣフィルタ素子の一例を示すが、この例の積層型ＬＣフィルタ素子Ｂは、層状の誘電体部５と中間層６と層状の磁性体部７とから積層体８が構成され、この積層体８の両端部に第１、第２の外部電極９、１０が形成され、誘電体部５側に第３の外部電極１１が、磁性体部７側に第４の外部電極１２が形成されてなる。
【００１４】
前記誘電体部５は、誘電体層１３の内部に導電体からなる複数枚の（この形態では例えば４枚の）コンデンサ電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄが所定の間隔で厚さ方向に埋設されたもので、これらのコンデンサ電極のうち、最上部のコンデンサ電極１５Ａの一端部が第１の外部電極９に接続され、最下部のコンデンサ電極１５Ｄの一端部が第２の外部電極１０に接続されている。
前述の導電体は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等の卑金属若しくはこれらの合金、または、カーボン、グラファイト、カーボンとグラファイトの混合物等の導電材料の粉末に、有機バインダー、分散剤、有機溶剤、必要に応じて還元剤等を所定量加えた後に混練し、所定の粘度とした導電ペーストを、所定のパターンに印刷して窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中あるいは窒素−水素還元性ガス雰囲気中で、焼成して形成することができる。これらを用いることができるのは、８５０〜９５０℃の低温焼結を行っても誘電体磁器組成物として優れた特性を得られることに起因する。
勿論、これらの材料の他に、導体としての特性を有し、しかも信頼性の高い材料、例えば、ＡｇもしくはＡｇ−１０Ｐｄ合金、Ｐｔ等を用いることもできる。
前記磁性体部７は、磁性体層１６の内部に導電体からなるコイル導体１７が内蔵されたもので、このコイル導体１７の一端部が前記第１の外部電極９に接続され、コイル導体１５の他端部が前記第２の外部電極１０に接続されている。なお、コイル導体１７はその両端部を除くほぼ全体を磁性体層１６の内部に埋設されて設けられ、コイル導体１７のコイル部分の中心軸線は磁性体層１６の厚さ方向に向けられ、その中心軸線を磁性体層１６の中心部に位置させて設けられている。
【００１５】
次に先の積層型ＬＣフィルタＡを製造する方法の一例について以下に説明する。
誘電体磁器１の構成材料としてこの実施形態ではＺｎ−Ｔｉ系の誘電体を用いることができる。ここではＺｎを４５モル％、Ｔｉを５５モル％の比率で有するベース材；９３.５ｗｔ％と、ＣｕＯ；３ｗｔ％と、ガラス組成物；２.５モル％と、ＭｎＯ２；１ｗｔ％の配合比のものを例示することができる。
誘電体磁器１を得るには、上記主組成物成分組成となるようにそれぞれの成分を所定量秤量し、所定量の水、エタノールもしくはアセトンなどの有機溶媒からなる分散媒とともにボールミルに収容し、所定時間、例えば４〜２４時間混合・粉砕し、その後脱水もしくは脱有機溶媒したのち乾燥する。次いで、この乾燥粉末を１０００〜１４００℃の温度で１〜２４時間仮焼成を行う。
次いで、この仮焼した主成分に、所定量の副成分（ガラス組成物）及び必要により添加物（ＣｕＯ）を加え、水等の分散媒を加えて均一に混合・粉砕し、平均粒径が１μｍ以下の微粉末とする。その後、この微粉末を脱水乾燥し、再度６００〜８００℃の温度で１〜１５時間仮焼する。その後、平均粒径が０．８μｍ以下になるまで微粉砕する。
次に、得られた仮焼微粉末に適量の有機バインダー等を加え、例えば、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）溶液に混合し、ドクターブレード法によりシート状に加工して縦横２０ｍｍの平面視正方形状の誘電体磁器用グリーンシートを得る。先のＰＶＢ溶液は、例えばブチラール樹脂１７ｗｔ％、トルエン６５ｗｔ％、アルコール１８ｗｔ％の配合比のものを用いることができる。
【００１６】
中間層２の構成材料としてこの実施形態ではフェライトとガラス組成物を含む混合物、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトとＺｎＯ−ＳｉＯ２ガラスとの混合物を適用することができる。ガラス組成物としてＺｎＯ−ＳｉＯ２ガラス、例えば、ＺｎＯ；５０ｗｔ％、ＳｉＯ２；２３ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３；２.５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３；１ｗｔ％、ＭｇＯ；０.１ｗｔ％、Ｎａ；１ｗｔ％の配合比のものを例示できる。フェライトして例えば、Ｆｅ２Ｏ３粉末とＮｉＯ粉末とＺｎＯ粉末とＣｕＯ粉末をモル％比で４６.８：１９.５：２３.４：１０.３の割合で混合し仮焼きしてなるフェライトの粉末を例示することができる。これらの各粉末を混合してからＰＶＢ溶液に混合し、ドクターブレード法によりシート状に加工して厚さ３０μｍ、縦横２０ｍｍの平面視正方形状の中間層用グリーンシートを得る。
【００１７】
磁性体磁器３の構成材料としてこの実施形態ではＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを用いることができる。ここでは例えばＦｅ２Ｏ３粉末とＮｉＯ粉末とＺｎＯ粉末とＣｕＯ粉末をモル％比で４６.８：１９.５：２３.４：１０.３の割合で混合してから先に誘電体磁器１の製造方法で行った方法と同様の方法で仮焼粉末化してからＰＶＢ溶液に混合し、ドクターブレード法によりシート状に加工して縦横２０ｍｍの平面視正方形状の磁性体磁器用グリーンシートを得る。
【００１８】
これらの３枚のグリーンシートを積層して３層重ねてから全体を加圧して圧密し、樹脂成分を除去するために４００℃で３時間程度大気中において予備焼成する。
その後８５０℃〜９５０℃まで昇温し、大気中で３時間本焼成し、３層構造の焼結体を得ることができる。
以上のようにして製造された３層構造の焼結体において、誘電体磁器形成用グリーンシートは誘電体磁器となり、中間層形成用グリーンシートは中間層となり、磁性体磁器形成用グリーンシートは磁性体磁器となり、図１に示す断面構造の積層型ＬＣフィルタＡが得られる。
【００１９】
先の中間層２において、配合するガラス組成物の量を５〜２５重量％の範囲とすることが好ましく、この範囲内であるならば粗大結晶粒を生成することなく本焼成ができるが、この範囲を外れると、誘電体磁器１または磁性体磁器３との界面部分に粗大結晶粒が生成してしまう。また、本焼結の際に焼結温度を８５０〜９５０℃の範囲とすることが好ましく、この範囲内であるならば粗大結晶粒を生成することなく本焼成ができるが、この範囲を外れると、誘電体磁器１または磁性体磁器３との界面部分に粗大結晶粒が生成してしまう。
また、先の図２に示す構造のＬＣフィルタ素子Ｂを製造するには、先に説明した誘電体磁器用グリーンシートであればこれを複数枚用意し、これらの間に電極を挟み込んで積層し、先に説明した磁性体磁器用グリーンシートであればこれを複数枚用意し、これらの間にコイル部を形成できるようにコイルを挟み込んでおき、両者を中間層用のグリーンシートの間に挟み込んで全体を積層し、前述と同じ条件で焼成すれば良い。
【実施例】
【００２０】
Ｚｎを４５モル％、Ｔｉを５５モル％の比率で有するベース材；９３.５ｗｔ％と、ＣｕＯ；３ｗｔ％と、ガラス組成物；２.５ｗｔ％と、ＭｎＯ２；１ｗｔ％の配合比で混合してなる誘電体磁器用の混合粉末を用意した。
次に、ＺｎＯ粉末とＳｉＯ２粉末とＢ２Ｏ３粉末とＡｌ２Ｏ３粉末とＭｇＯ粉末とＮａ２Ｏ粉末とが重量％で５０：２３：１５：１０：１：１の割合で混合されたガラス組成物の粉末を用意した。更に、Ｆｅ２Ｏ３粉末とＮｉＯ粉末とＺｎＯ粉末とＣｕＯ粉末がモル％比で４６.８：１９.５：２３.４：１０.３の配合比で混合されたＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフライト粉末を用意した。
次に先のフェライト粉末とガラス組成物粉末を混合する場合、混合量全体に対するガラス粉末割合を３〜３０重量％の間で選択して複数種類の混合試料を作製し、ＰＶＢ溶液に混合し、ドクターブレード法にて中間層形成用グリーンシートとした。また、先のフェライト粉末を用いて先と同様の手法で磁性体形成用グリーンシートを形成し、Ｚｎ−Ｔｉ粉末からなる誘電体磁器用の混合粉末を用いて先と同様の手法で誘電体磁器用グリーンシートとし、３枚重ね合わせて圧着した後、４００℃で３時間仮焼成し、その後、８４０〜９７０℃の間の所定の温度で焼成して得た積層型ＬＣフィルタ試料を複数用意し、混合割合と焼成温度が焼結状態と結晶粒成長に及ぼす影響を試験した。
中間層部分の結晶粒成長に関し、得られた焼結体の断面のＳＥＭ観察により、誘電体層と磁性体層の母材部分の結晶粒径の３μｍよりも小さい平均結晶粒となっている中間層は粗大化していない試料と判断し、５〜１５μｍの粗大粒が中間層と誘電体磁器の界面付近と中間層と磁性体磁器の界面付近に生成された試料、またはそのどちらかに生成された試料は結晶粒が粗大化した試料と判断した。
【００２１】
その結果を以下の表１に記載する。
「表１」
試料    ガラス量      焼成温度    焼結       粗大粒      
（重量％）      （℃）     確認       の有無
１       ３          ９００     焼結        有り
２       ５          ９００     焼結        無し
３      １０         ９００     焼結        無し
４      １５         ９００     焼結        無し
５      ２０         ９００     焼結        無し
６      ２５         ９００     焼結        無し
７      ３０         ９００     焼結        有り
８      ２０         ９５０     焼結        無し
９       ５          ９５０     焼結        無し
１０      ２５         ９７０     焼結        有り
１１      ２０         ８５０     焼結        無し
１２       ５          ９６０     焼結        有り
１３      ２０         ８４０   未焼結        −
【００２２】
表１に示す試験結果から明らかなように、ガラスの量を本発明で好ましい範囲（５〜２５重量％）から外した３重量％、３０重量％の試料１、７はいずれも粗大粒が発生した。
次に、表１に示す焼成温度の結果を考察すると、本発明製造方法において好ましい範囲（８５０〜９５０℃）から外した試料１０（９７０℃）は粗大粒が発生し、試料１３（８４０℃）は焼結できなかった。従って焼成温度は高すぎても、低すぎても好ましくないことが判明した。更に表１に示す結果から本願発明のＬＣフィルタにあっては殆どの試料では焼結温度を８５０〜９００℃としても特性の満足なものが得られ、従来よりも低温焼結可能であることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明に係る積層型ＬＣフィルタの基本構成を示す構成図。
【図２】図２は同基本構成を備えた積層型ＬＣフィルタ素子の第１の実施を示す断面図。
【図３】図３は同積層型ＬＣフィルタ素子を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２４】
１…誘電体磁器、２…中間層、３…磁性体磁器、５…誘電体部、６…中間層、７…磁性体部、８…積層体、９、１０、１１，１２…外部電極。
【図１】
2005191429.tif 000003
【図２】
2005191429.tif 000004
【図３】
2005191429.tif 000005