(57)【要約】【課題】  １０００℃以下の温度で焼成でき、しかも、曲げ強度が高く、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域において、共振周波数が温度によって変化しにくく、低い誘電損失を有する焼結体及び高周波用回路部材を得ることが可能なガラスセラミック誘電体材料を提供することである。【解決手段】  本発明のガラスセラミック誘電体材料は、質量百分率で、ガラス粉末  ５０〜１００％、セラミックフィラー粉末  ０〜５０からなるガラスセラミック誘電体材料において、該ガラス粉末が、ＴｉＯ２を３〜２５ｍｏｌ％含有し、焼成すると、ルチルを析出する性質を有することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量百分率で、ガラス粉末  ５０〜１００％、セラミックフィラー粉末  ０〜５０％からなるガラスセラミック誘電体材料において、該ガラス粉末が、ガラス組成中にＴｉＯ２を３〜２５ｍｏｌ％含有し、焼成すると、ルチルを析出する性質を有することを特徴とするガラスセラミック誘電体材料。
【請求項２】
請求項１のガラスセラミック誘電体材料を焼結させてなることを特徴とする焼結体。
【請求項３】
測定周波数が１５ＧＨｚ、測定温度範囲が−２０〜６０℃における共振周波数の温度係数（τｆ）が０±１０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項２記載の焼結体。
【請求項４】
請求項２又は３の焼結体からなる誘電体層を有することを特徴とする高周波用回路部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスセラミック誘電体材料、焼結体及び高周波用回路部材に関するものであり、特に、高周波用回路部品に用いられるガラスセラミック誘電体材料、焼結体及び高周波用回路部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等が高密度実装されるセラミック基板材料等の回路部品材料として、アルミナセラミック材料や、ガラス粉末とセラミックフィラー粉末からなるガラスセラミック材料が知られている。特に、ガラスセラミック材料は、１０００℃以下の温度で焼成することができるため、導体抵抗の低いＡｇ、Ｃｕ等の低融点の金属材料と同時焼成することができるという長所がある。
【０００３】
ところで、自動車電話やパーソナル無線に代表される移動体通信機器、衛星放送、衛星通信、ＣＡＴＶ等に代表されるニューメディア機器に使用される高周波用回路部品材料には、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域における誘電損失が低いことが要求される。
【０００４】
また、高周波用回路部品用途では、部品自身が共振器として機能することを求められる場合があり、その場合は、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域において、共振周波数が温度によって変化しないという温度安定性が求められる。
【０００５】
一般に、ガラスは、負の共振周波数の温度係数を有しているため、共振周波数の温度安定性を高めるには、正の共振周波数の温度係数を有するセラミックフィラー粉末とを組合わせて、共振周波数の温度係数をゼロに近づければよい。
【０００６】
そこで、特許文献１には、ガラス粉末に、セラミックフィラー粉末として、正の共振周波数の温度係数を有するＴｉＯ２粉末を組み合わせて、共振周波数の温度係数（以下、τｆと言う）をゼロに近づけたガラスセラミック材料が提案されている。
【特許文献１】特開平４−８２２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で開示されているガラスセラミック材料は、セラミックフィラー粉末に強度が低いＴｉＯ２を用いているため、強度を向上させるアルミナ粉末と併用しても、十分な曲げ強度が得られず、衝撃によって部材が破損するという問題があった。特に、携帯性の高い通信機器は、使用時の不注意により、落下の可能性が高く、高い曲げ強度を有することが強く求められている。
【０００８】
本発明の目的は、１０００℃以下の温度で焼成でき、しかも、曲げ強度が高く、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域において、共振周波数が温度によって変化しにくく、低い誘電損失を有する焼結体及び高周波用回路部材を得ることが可能なガラスセラミック誘電体材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は種々の実験を行った結果、焼成時にガラス中よりルチルを析出させることにより、高い曲げ強度が得られると同時にτｆがゼロに近づくことを見いだし、本発明として提案するものである。
【００１０】
即ち、本発明のガラスセラミック誘電体材料は、質量百分率で、ガラス粉末  ５０〜１００％、セラミックフィラー粉末  ０〜５０％からなるガラスセラミック誘電体材料において、該ガラス粉末が、ガラス組成中にＴｉＯ２粉末を３〜２５ｍｏｌ％含有し、焼成すると、ルチルを析出する性質を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の焼結体は、上記ガラスセラミック誘電体材料を焼結させてなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の高周波回路部材は、焼結体からなる誘電体層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガラスセラミック誘電体材料は、曲げ強度が高く、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域において、低い誘電損失とゼロに近いτｆを有する焼結体及び高周波用回路部材を得ることができる。さらに、１０００℃以下の低い温度で焼成することが可能であり、Ａｇ、Ｃｕ等の低融点の金属材料を導体として使用することができる。それ故、高周波用回路部品用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のガラスセラミック誘電体材料は、焼成すると、ガラスからルチルが析出し、ガラス相中に微細なルチル結晶が均質に分散したガラスセラミック焼結体となる。
【００１５】
ルチルが均質に分散した構造をとるため、高い曲げ強度を有する。また、ルチルの析出量を調整することで、測定周波数が１５ＧＨｚ、測定温度範囲が−２０〜６０℃におけるτｆを０±１０ｐｐｍ／℃に調整することが可能となる。尚、ルチルの析出量は、ガラス中のＴｉＯ２の含有量で調整することができる。析出量を増やしたい場合には、ＴｉＯ２の含有量を多くすれば良い。
【００１６】
ガラスセラミック誘電体材料を焼成した際に、ルチルを析出させるには、ガラス中に、ＴｉＯ２を３〜２５ｍｏｌ％含有させる必要がある。ＴｉＯ２の含有量が３ｍｏｌ％より少なくなると、ルチルが析出し難くなるか、析出しても析出量が少ないため、高い曲げ強度や所望のτｆを得難くなる。一方、２５ｍｏｌ％より多くなると、ガラス化し難くなる。
【００１７】
尚、ＴｉＯ２を含有させることでルチルが析出するガラスとしては、例えば、ディオプサイド系（ＳｉＯ２−ＭｇＯ−ＣａＯ系）ガラス、アノーサイト系（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ系）ガラス、ホウケイ酸系（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ系、Ｒはアルカリ金属を示す）ガラスがあり、何れについても良好に使用できる。ガラス組成系によって、τｆが異なるが、選択したガラス組成系に合わせて、ＴｉＯ２の含有量を調整することで、τｆを０±１０ｐｐｍ／℃に調整することが可能となる。
【００１８】
ディオプサイド系ガラスの場合、τｆが−６０〜−５０ｐｐｍ／℃となるので、ＴｉＯ２の含有量は１５〜２５ｍｏｌであることが望ましい。また、ディオプサイド系ガラスの好適な例としては、ｍｏｌ％で、ＳｉＯ２  ３５〜６５％、ＭｇＯ  １５〜３５％、ＣａＯ  １５〜３５％の組成を含有するガラスが挙げられる。
【００１９】
アノーサイト系ガラスの場合、τｆが−５０〜−３０ｐｐｍ／℃となるので、ＴｉＯ２の含有量は１０〜２０ｍｏｌであることが望ましい。また、アノーサイト系ガラスの好適な例としては、ｍｏｌ％でＳｉＯ２  ５０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３  ４〜１５％、ＣａＯ  １５〜３５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１０％の組成を含有するガラスが挙げられる。
【００２０】
ホウケイ酸系ガラスの場合、τｆが−３０〜−１５ｐｐｍ／℃となるので、ＴｉＯ２の含有量は３〜１０ｍｏｌであることが望ましい。ホウケイ酸系ガラスの好適な例としては、ｍｏｌ％でＳｉＯ２  ５０〜８０％、Ｂ２Ｏ３  １５〜３５％、Ｒ２Ｏ  ０〜１５％の組成を含有するガラスが挙げられる。
【００２１】
本発明のガラスセラミック誘電体材料は、上記組成を基本とするガラス粉末のみで構成されてもよいが、得られる焼結体の曲げ強度等を更に向上させる目的でセラミックフィラー粉末と混合してもよい。この場合、セラミックフィラー粉末の混合量は５０質量％以下（好ましくは２０〜４５質量％）であることが好ましい。セラミックフィラー粉末の割合をこのように限定した理由は、セラミックフィラー粉末が５０％より多いと緻密化しなくなるためである。
【００２２】
セラミックフィラー粉末としては、０．１ＧＨｚ以上の高周波領域での比誘電率１６以下、誘電損失が０．００１０以下であるセラミックフィラー粉末を用いることが好ましく、例えば、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウム、チタニア、α−石英、α−クリストバライト、β−トリジマイト、α−アルミナ等を使用することができる。尚、高周波領域での比誘電率や誘電損失の高いセラミックフィラー粉末を使用すると、焼成した際に得られる焼結体の誘電損失が高くなり易く好ましくない。
【００２３】
次に上記した本発明のガラスセラミック誘電体材料を用いた回路部品の製造方法を述べる。
【００２４】
まず、上記のガラス粉末、或いはガラス粉末とセラミックフィラー粉末の混合粉末に、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。結合剤としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては、例えば、フタル酸ジブチル等、溶剤としては、例えば、トルエン、メチルエチルケトン等を使用することができる。
【００２５】
次いで、上記のスラリーを、ドクターブレード法によってグリーンシートに成形する。その後、このグリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、機械的加工を施してバイアホールを形成し、例えば、導体や電極となる低抵抗金属材料をスルーホール及びグリーンシート表面に印刷する。次いでこのようなグリーンシートの複数枚を積層し、熱圧着によって一体化する。
【００２６】
さらに、積層グリーンシートを、焼成することによって焼結体を得る。このようにして作製された焼結体は、内部や表面に導体や電極を備えている。尚、焼成温度は１０００℃以下、特に、８００〜９５０℃の温度であることが望ましい。
【００２７】
尚、焼結体の製造方法として、グリーンシートを用いる例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般にセラミックの製造に用いられる各種の方法を適用することが可能である。
【００２８】
さらに、上記のようにして作製した焼結体表面上にＳｉ系やＧａＡｓ系の半導体素子のチップを接続することで高周波用回路部品を得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
【００３０】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜４）を、表２は比較例（試料Ｎｏ．５〜７）をそれぞれ示している。
【００３１】
【表１】
2005082415.tif 000002
【００３２】
【表２】
2005082415.tif 000003
【００３３】
各試料は次のようにして調製した。
【００３４】
まず、表に示す組成となるようにガラス原料を調合した後、白金坩堝に入れて１４００〜１５５０℃で３時間溶融してから、水冷ローラーによって薄板状に成形した。次いで、この成形体をボールミルにより粗砕した後、純水を加えて湿式粉砕し、平均粒径が３μｍのガラス粉末とした。
【００３５】
尚、ガラス原料を溶融し、ガラス化させる際に、ガラス化したものを○とし、ガラス化しなかったものを×とした。試料Ｎｏ．１〜５及び７については、ガラス化したが、試料Ｎｏ．６については、失透ブツが発生しガラス化しなかった。
【００３６】
さらに、試料Ｎｏ．２〜５及び７については、表に示したセラミック粉末（平均粒径２μｍ）を添加し、混合粉末とした。このようにして、ガラスセラミック誘電体材料を得た。
【００３７】
続いて、上記のガラスセラミック誘電体材料に、結合剤としてポリビニルブチラールを１５質量％、可塑剤としてブチルベンジルフタレートを４質量％、及び溶剤としてトルエンを３０質量％添加してスラリーを調整した。次いで、上記のスラリーをドクターブレード法によってグリーンシートに成形し、乾燥させ、所定寸法に切断した後、複数枚を積層し、熱圧着によって一体化した。更に、積層グリーンシートを、焼成することによって焼結体を得た。
【００３８】
このようにして得られた焼結体試料について、焼成温度、析出結晶、τｆ、誘電率、誘電損失及び曲げ強度を測定した。結果を表に示す。
【００３９】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜４については、８７０〜９００℃の低温で焼成可能であり、焼成後にルチル結晶が析出していることが確認された。また、τｆが−４．０〜１．５ｐｐｍ／℃であり、ゼロに近い値であった。さらに、１５ＧＨｚにおける誘電率は６．０〜７．８であり、しかも、誘電損失は０．００３０以下と小さかった。
【００４０】
これに対し、比較例である試料Ｎｏ．５、７は、ルチル結晶の析出が確認されなかった。また、試料Ｎｏ．５については、τｆが−５５ｐｐｍ／℃でありゼロから離れた値であった。試料Ｎｏ７については、曲げ強度が１６０ＭＰａと低かった。
【００４１】
尚、焼成温度については、種々の温度で焼成した焼結体にインクを塗布した後に拭き取り、インクが残らない（＝緻密に焼結した）試料のうち最低の温度で焼成したものの焼成温度を記載した。
【００４２】
析出結晶については、焼結体試料を乳鉢で粉砕し、粉末Ｘ線回折によって求めた。
【００４３】
τｆについては、ＪＩＳ  Ｒ１６２７に基づいて、共振周波数１５ＧＨｚでの値を求めた。
【００４４】
誘電率、誘電損失については、ＪＩＳ  Ｒ１６２７に基づいて、測定周波数１５ＧＨｚ、温度２５℃での値を求めた。
【００４５】
曲げ強度については、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に基づいて３点曲げ試験により求めた。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のガラスセラミック誘電体材料は、多層基板としての用途に限られるものではなく、例えば、半導体パッケージや積層チップ部品の電子部品材料としても使用可能である。