(57)【要約】【課題】  本発明は、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、焼成時の熱膨張や収縮挙動の相違に関連して従来発生していた層間剥離や反りなどの問題を解消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。【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、前記誘電体磁器の粒径（Ｄ５０）が０.６〜１.０μｍ、該誘電体磁器に含まれるガラス組成物の含有量が１.５〜２.７ｗｔ％と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、前記誘電体磁器の粒径（Ｄ５０）が０.６〜１.０μｍ、該誘電体磁器に含まれるガラス組成物の含有量が１.５〜２.７ｗｔ％と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】
前記誘電体磁器の８００℃における収縮率が２.０〜４.５％とされてなり、最終収縮率が１４〜１９％の範囲とされてな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】
前記誘電体磁器がＺｎとＴｉを主成分とするＺｎ−Ｔｉ系の誘電体磁器からなることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型ＬＣフィルタ。
【請求項４】
前記誘電体磁器がＺｎとＴｉを主成分とするＺｎ−Ｔｉ系の誘電体磁器からなり、８００℃における収縮率が２.０〜４.５％とされ、最終収縮率が１４〜１９％の範囲とされてなり、前記磁性体磁器がＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料からな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５】
前記誘電体磁器と前記磁性体磁器との境界に中間層が介在されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層型ＬＣフィルタ。
【請求項６】
前記中間層がガラス組成物を含有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなることを特徴とする請求項５に記載の積層型ＬＣフィルタ。
【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積層型の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フィルタを製造するには、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全体を積層圧着し、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、それら各層の熱膨張及び収縮挙動の相違から、複数のグリーンシートの間で層間剥離の発生、あるいは反りを生じるなどの問題があった。
【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装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熱膨張や収縮挙動の相違に関連して従来発生していた層間剥離や反りなどの問題を解消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。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、前記誘電体磁器の粒子径が０.６〜１.０μｍ、該誘電体磁器に含まれるガラス組成物の含有量が１.５〜２.７ｗｔ％とされてなることを特徴とする。
本発明において、前記誘電体磁器の８００℃における収縮率が２.０〜４.５％とされてなり、最終収縮率が１４〜１９％の範囲とされてなるものが好ましい。
本発明において、前記誘電体磁器がＺｎとＴｉを主成分とするＺｎ−Ｔｉ系の誘電体磁器からなるものを採用できる。
本発明において、前記誘電体磁器がＺｎとＴｉを主成分とするＺｎ−Ｔｉ系の誘電体磁器からなり、８００℃における収縮率が２.０〜４.５％とされ、最終収縮率が１４〜１９％の範囲とされてなり、前記磁性体磁器がＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料からなるものを採用できる。
本発明において、前記誘電体磁器と前記磁性体磁器との境界に中間層が介在されてなることを特徴とするものでも良い。
本発明において、前記中間層がガラス組成物を含有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなることを特徴とするものでも良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明において、誘電体磁器の粒子径を０.６〜１.０μｍ、該誘電体磁器に含まれるガラス組成物の含有量を１.５〜２.７ｗｔ％とすることにより、焼成時の収縮開始温度および最終収縮率の収縮挙動を調整して層間剥離や反りの発生を抑制する。
また、８００℃で収縮率を２.０〜４.５％の範囲、最終収縮率を１４〜１９％にできるので、層間剥離や反りの問題を解消することができる。
収縮挙動の異なる誘電体磁器と磁性体磁器を積層して焼成すると、反りや層間剥離を生じるおそれがある。しかし、予め誘電体磁器の収縮挙動がＴＭＡ（示差熱分析計）による熱収縮測定において、８００℃で収縮率２.０〜４.５％の範囲、最終収縮率が１４〜１９％になるように誘電体磁器を構成する原料セラミックス粉末の粒径およびガラス添加量を調整することにより、磁性体磁器を構成するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト材料の収縮挙動に近づけることができ、層間剥離や反りを防止することが可能となる。粉末粒径の測定にはレーザ回折系の粒度分布計を使用することが好ましい。
また、前述の収縮挙動の調整のためには、誘電体磁器と磁性体磁器との間に中間層を介在させておくことが有効であり、その中間層としてガラス組成物を含有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを適用することで、より効果的に反りや層間剥離を抑制できる。
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】
【０００９】
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。
【００１０】
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１７ａが前記第１の外部電極９に接続され、コイル導体１７の他端部１７ｂ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て該中心軸線が磁性体層１６の中心部を通過する位置に設けられている。
【００１１】
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系の誘電体磁器にガラス組成物を混入したものを用いることができる。
ここで用いるＺｎ−Ｔｉ系の誘電体磁器の組成の一例として、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できる。また、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。
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形成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。
【００１２】
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。また、更に詳しくは、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の割合で混合し仮焼きしてなるフェライトの粉末に、ＺｎＯ粉末とＳｉＯ２粉末とＢ２Ｏ３粉末とＡｌ２Ｏ３粉末とＭｇＯ粉末とＮａ２Ｏ粉末をモル％で５０：２３：１５：１０：０.１：１の割合で混合したものを仮焼きしてなるガラス粉末を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形成用グリーンシートを得る。
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仮焼きした粉末を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形成用グリーンシートを得る。
【００１３】
これらの３種類のグリーンシートについて、誘電体磁器形成用のグリーンシートには電極板を挟み込んで必要枚数積層し電極板内蔵型の積層グリーンシートとし、更に、磁性体磁器形成用のグリーンシートにはコイル板を挟み込むようにして必要枚数積層してコイル内蔵型の積層グリーンシートとし、これら両積層グリーンシートの間に中間層形成用グリーンシートを介在させて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。
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、誘電体磁器形成用の積層グリーンシートは誘電体磁器となり、中間層形成用のグリーンシートは中間層となり、磁性体磁器形成用の積層グリーンシートは磁性体磁器となり、図２に示す断面構造の積層型ＬＣフィルタＢが得られる。
【００１４】
以上の如く製造された積層型ＬＣフィルタＢにおいて、誘電体磁器１の粒子径がＤ５０（累積５０％に相当する粒子径）０.６〜１.０μｍになるように、該誘電体磁器１に含まれるガラス組成物の含有量が１.５〜２.７ｗｔ％の範囲となるならば、この積層型ＬＣフィルタＡは、８００℃における収縮率が２.０〜４.５％とされてなり、最終収縮率が１４〜１９％の範囲とされてなる。
このような範囲のガラス組成物含有量と収縮率とにすることにより、誘電体磁器５と磁性体磁器７との間の収縮差をできる限り少なく調節することができ、積層型ＬＣフィルタＡとしての反り、層間剥離の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００１５】
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。
次に先の誘電体磁器原料粉末とガラス粉末の混合量に対するガラス粉末の添加量を１〜４ｗｔ％の間の複数の値で選択して複数種類の試料を作製し、各試料を誘電体磁器生成用のグリーンシート形成に用いた。即ち、これらの各試料粉末をＰＶＢ溶液（ブチラール樹脂１７ｗｔ％、トルエン６５ｗｔ％、アルコール１８ｗｔ％の配合比の溶液）に混合し、ドクターブレード法にて縦横２０ｍｍの中間層形成用グリーンシートとした。
【００１６】
また、先のフェライト粉末を用いて先と同じサイズの磁性体形成用グリーンシートを先と同様のドクターブレード法で形成した。
以上のように得られた各グリーンシートを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、９００℃で焼成して得た積層型ＬＣフィルタ試料を複数用意し、各試料における８００℃における収縮率（％）と、最終収縮率（％）と、誘電体磁器部分の焼結体の粒径（Ｄ５０：μｍ）と、ガラス組成物の混合割合（ｗｔ％）と、誘電体磁器の層厚（ｍｍ）と、磁性体磁器の層厚（ｍｍ）と、反り・剥離の有無について試験した。
以上の測定結果を以下の表１にまとめて記載する。表１において反り・剥離とは、０.２ｍｍ以上の反りを生じるか、観察者が剥離を目視で確認できた試料について有とした。
【００１７】
次に、各試料における８００℃における収縮率（％）とは、各試料について図４に示す如く温度と収縮率の関係を測定し、横軸の温度８００℃において収縮率曲線が横切った値を計測した値である。図４では測定の一例として、表１に示す試料番号１４の試料の測定結果を示している。なお、この図４に示す結果から、同じ粒径の試料であっても、ガラス添加量を少なくした試料の方が高温度域（７５０〜９００℃の範囲）において収縮率が小さいことが分かるが、収縮率が小さくなりすぎても積層する磁性体磁器の収縮率との相違が大きくなり、剥離や反りを生じやすくなる。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１に示す試験結果から明らかなように、粒径を本発明で好ましい範囲（０.６〜１.０μｍ）から外すとともに、ガラス添加量を本発明で好ましい範囲（１.５〜２.７ｗｔ％）から外した試料７は最終収縮率が小さかったが反り剥離を生じてしまった。また、ガラス添加量のみを好ましい範囲から外した試料２、４、９においても反り剥離を生じる結果となった。
表１に示す結果を考察すると、粒径を本発明で好ましい範囲（０.６〜１.０μｍ）にするとともに、ガラス添加量を本発明で好ましい範囲（１.５〜２.７ｗｔ％）とすることによって、８００℃における収縮率を２.０〜４.５％の好ましい範囲に、最終収縮率を１４〜１９％の好ましい範囲に調整することができた。
より具体的には、表１において粒径を０.６〜１.０μｍにするとともに、ガラス添加量を１.５〜２.７ｗｔ％とすることによって、８００℃における収縮率を２.１〜４.５％の好ましい範囲に、最終収縮率を１４〜１９％の好ましい範囲に調整することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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の実施の形態を示す断面図。
【図３】図３は同積層型ＬＣフィルタ素子を示す斜視図。
【図４】図４は実施例で得られた積層型ＬＣフィルタ素子の温度と収縮率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
Ｂ…積層型ＬＣ素子、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、
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ…電極板、１７…コイル導体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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