(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主結晶相と、改質添加剤と、焼結フラックスとから組成され、ニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料において、
主結晶相の構造式がＭｇＺｒｘＳｉ（１−ｘ）Ｏ３で、そのうち、０．０５≦ｘ≦０．１５で、改質添加剤がＭｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうちの１種または複数種で、焼結フラックスがＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯのうちの１種または複数種であり、
モル百分率で、主結晶相が８５〜９５ｍｏｌ％で、改質添加剤が１．５〜１３ｍｏｌ％で、焼結フラックスが１．５〜１３ｍｏｌ％であることを特徴とするニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料。
【請求項２】
モル分率で、改質添加剤がセラミック媒体材料全体における組成は、ＭｎＯ２が０．５〜３．０ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３が１．０〜３．０ｍｏｌ％、ＣａＯが０〜１．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３が０〜５．０ｍｏｌ％、ＴｉＯ２が０〜１．０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載のニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料。
【請求項３】
モル分率で、焼結フラックスがセラミック媒体材料全体における組成は、Ｂ２Ｏ３が０．５〜３．０ｍｏｌ％、ＳｉＯ２が０〜３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１．０〜４．０ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏが０〜１．０ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏが０〜１．０ｍｏｌ％、ＢａＯが０〜１．０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載のニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料。
【請求項４】
前記主結晶相が、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２を均一にボールミル混合をした後、１０５０℃〜１２００℃の温度において予備焙焼することによって作製されるものであることを特徴とする請求項１に記載のニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料。
【請求項５】
セラミックスラリーの製備と、媒体ダイヤフラムの作製と、内電極及び媒体層の交替重畳印刷と、母材の乾燥と、積層と、切断と、バインダ除去と、焼結と、面取りと、エンドキャッピングと、エンドケーキングと、を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料によるＭＬＣＣ作製方法において、
前記内電極材料がニッケルまたはニッケル合金材料で、前記バインダ除去プロセスがＭＬＣＣチップの母材を２００〜３００℃の温度において熱処理することによって、有機接着剤と溶剤を排除することで、前記焼結プロセンスが１１２０〜１２００℃の温度においてＭＬＣＣチップを還元雰囲気において２．５〜５時間焼結することで、前記エンドケーキングプロセスが８３０〜９００℃の温度において外電極を熱処理し、さらに電気めっき処理を経ることである、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のニッケル内電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料によるＭＬＣＣ作製方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、セラミック媒体材料及びそれによって得られたコンポーネントの製備方法に係り、特にＣＯＧ特性を満足し、還元雰囲気において焼結されることができ、且つニッケル内電極と整合可能のセラミック材料、つまり周波低誘電率セラミック媒体材料、及びそれらでＭＬＣＣ製品を製造することに係る。
【０００２】
〔背景技術〕
電子情報技術が各技術分野における浸透と拡張につれて、ＭＬＣＣは重要な電子素子としてずっと大規模集積回路と同一のハイレベルの発展スピードを保っている。当面ＭＬＣＣ技術の発展趨勢は製品の小型化、低電圧で大容量化、シート化、高電圧でシリーズ化、内電極のベースメタル化で、そのうちベースメタルのニッケル電極ＭＬＣＣの大規模な応用がとりわけ人々の注目を引いている。ニッケル電極ＭＬＣＣは下記複数の主な特徴を有する。（１）ニッケル電極のコストが低く、（２）ニッケル原子または原子団の電気的遷移スピードがパラジウム-銀原子団より小さいため、良好な電気化学安定性を有し、（３）ニッケル電極が半田付け材料に対する耐食性と耐熱性が良く、プロセスの安定性が良く、（４）ニッケル電極ＭＬＣＣがより小さい等価直列電気抵抗とより良いインピーダンス周波数特性を有する。
【０００３】
高周波低誘電率ＭＬＣＣ分野（誘電率が１５より小さい）において、国内外とも依然としてパラジウム-銀体系の材料を主として採用しており、中国特許出願２００３１０１１７６３８．５が１つの高周波低誘電率熱安定セラミック媒体材料及びそれによって得られたＭＬＣＣ製品を開示している。その発明したセラミック媒体材料は主結晶相と補助成分を含み、主結晶相がＭｇ（１−Ｘ）ＺｎｘＴｉＯ３（０．０００１≦Ｘ≦０．０５）とＭｇ（２−ｙ）  ＺｎｙＳｉＯ４（０．０００１≦Ｘ≦０．０５）で、補助成分がＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２及びＳｎＯのうちの１種または１種以上の物質を含む。ＭＬＣＣ製品の誘電率が１０〜２０の範囲内にあり、周波数特性と誘電性能が優良であるが、この種のＭＬＣＣ製品がＡｇ‐Ｐｄを内電極として採用するため、コストが比較的に高い。
【０００４】
〔発明の開示〕
本発明の解決しようとする技術問題は、環境保全の要求を満足し、１つの還元雰囲気において焼結されることができる高周波熱安定低誘電率セラミック媒体材料を提供することである。
【０００５】
上記技術問題を解決するために、本発明は下記技術手段を提供した。主結晶相と、改質添加剤と、焼結フラックスとから組成され、ニッケル電極と整合される高周波低誘電率セラミック媒体材料において、主結晶相がＭｇＺｒｘＳｉ（１−ｘ）Ｏ３で、そのうち、０．０５≦ｘ≦０．１５で、改質添加剤がＭｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうちの１種または複数種で、焼結フラックスがＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯのうちの１種または複数種である、ことを特徴とする。
【０００６】
さらに、上記耐還元ニッケル電極高周波低誘電率セラミック媒体材料において、モル百分率で、主結晶相が８５〜９５ｍｏｌ％で、改質添加剤が１．５〜１３ｍｏｌ％で、焼結フラックスが１．５〜１３ｍｏｌ％で、モル分率で、改質添加剤が耐還元ニッケル電極高周波低誘電率セラミック媒体材料全体における組成は、ＭｎＯ２が０．５〜３ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３が１．０〜３ｍｏｌ％、ＣａＯが０〜１．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３が０〜５．０ｍｏｌ％、ＴｉＯ２が０〜１．０ｍｏｌ％で、モル分率で、焼結フラックスが耐還元ニッケル電極高周波低誘電率セラミック媒体材料全体における組成は、Ｂ２Ｏ３が０．５〜３ｍｏｌ％、ＳｉＯ２が０〜３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１．０〜４．０ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏが０〜１．０ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏが０〜１．０ｍｏｌ％、ＢａＯが０〜１．０ｍｏｌ％で、前記主結晶相が、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２で均一にボールミル混合された後、１０５０℃〜１２００℃の温度において予備焙焼することによって作製されるものである、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明のセラミック媒体材料において、ＭｇＺｒｘＳｉ（１−ｘ）Ｏ３を主要成分として採用し、一方では非常に良く誘電率（εｒ）を約１０にコントロールすることができ、他方ではＳｉＯ２とＺｒＯ２の含有量を調節することによって所要の性能を獲得することができる。
【０００８】
上記セラミック媒体材料において、改質添加剤の成分を材料の誘電率（εｒ）を約１０に保たせることができ、且つ本発明の材料の誘電率-温度係数（αε）を調整することができ、また、添加剤の加入がさらにセラミック結晶粒の異常な生成を抑制することができ、結晶粒を均一に生成させ、これが媒体材料の耐圧強度向上に対し非常に良い役割を果たす。且つ最終的に本発明において獲得したＭＬＣＣ製品が高い信頼性を有するようにさせる。改質添加剤ＭｎＯ２は、低酸素分圧において酸素空位電離による自由電荷を補償することができ、これによってセラミック材料の絶縁電気抵抗率を増加させる。改質添加剤Ａｌ２Ｏ３は、適量のＡｌ２Ｏ３を加入すれば、結晶界面に所定数量の液相が生まれ、結晶粒の過度の生成を防止することができ、結晶粒の寸法を小さくさせ、より緻密させ、マイクロな均一性の向上に有利である。また、セラミック体の焼結特を改善し、セラミック体の機械的な強度を強め、ＭＬＣＣ製品が高周波レンジにおける品質要素を向上し、優良な周波数特性を有させる。もしＡｌ２Ｏ３の加入量が多すぎると、セラミック体が脆くなれば、ＭＬＣＣセラミック体の機械的な強度が悪く、高周波において電気性能が悪化するようになる。
【０００９】
焼結フラックスの１つの主な役割は、本発明のセラミック材料の焼結温度を下げることで、これによって材料が１２００℃の温度において焼結を行われ、焼結後のセラミック体結晶粒の生成が均一で、高い緻密度を有するようにさせ、さらに作製されたコンデンサが高い信頼性を有することを保証している。ＺｎＯがＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯのうちの１種または複数種と組合結合してガラスフラックスを形成し、有効にセラミック体の焼結を促進し、結晶粒の生成を均一にさせ、媒体層をより緻密にさせることができる。フラックスにおける各成分の含量をコントロールすることは、有効にＭＬＣＣセラミック体の誘電特性と絶縁電気抵抗を改善することができる。フラックスがセラミック材料における含量が高すぎる時に、製造したセラミックコンデンサ媒体損失が大きいほうで、セラミック体の強度が下がり、誘電率が下がり、フラックスの含量が低すぎると、ＭＬＣＣ製品の焼結が困難である。
【００１０】
本発明において、主結晶相が比率によりＭｇ（ＯＨ）２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２で均一にボールミル混合し、１０５０℃〜１２００℃の温度において数十分間から数十時間まで焙焼することによって作製されるもので、好ましくは２〜３時間である。本発明はニッケル（Ｎｉ）を内電極として採用して生産コストを下げ、且つＭＬＣＣ製品の誘電率が８〜１２で、応用周波数がより高く、適用される範囲がより広い。
【００１１】
上記耐還元性ニッケル電極高周波低誘電率セラミック媒体材料において、主結晶相は良好な高周波性能を有する複合物を選択し、該複合物が比較的に低い誘電率、比較的に低い媒体損失係数値、及び直線性に近い誘電-温度特性を有し、これらはすべて主結晶相から本発明の材料によって作製されたＭＬＣＣ製品が優良な電気性能を有することを保証できる。
【００１２】
上記耐還元性ニッケル高周波低誘電率セラミック媒体材料によってＭＬＣＣを製備する方法は、セラミックスラリーの製備と、媒体ダイヤフラムの作製と、内電極及び媒体層の交替重畳印刷と、母材の乾燥と、 積層と、切断と、バインダ除去と、焼結と、面取りと、エンドキャッピングと、エンドケーキングと、を含み、前記内電極の金属材料がニッケルまたはニッケル合金材料で、前記バインダ除去プロセスがＭＬＣＣチップの母材を２００〜３００℃の温度において熱処理することによって、有機接着剤または溶剤を排除することで、前記焼結プロセンスが１１２０〜１２００℃の温度においてＭＬＣＣチップを還元雰囲気において２．５〜５時間焼結することで、前記エンドケーキングプロセスが８３０〜９００℃の温度において外電極を熱処理し、さらに電気めっき処理を経ることであり、それらによって、ＭＬＣＣ製品を得ることができる。前記ＭＬＣＣ製品の誘電率が８〜１２の間にある。
【００１３】
本発明は従来技術と比べると、下記有益な技術効果を有する。本発明の提供する還元雰囲気において焼結されたＭｇＺｒｘＳｉ（１−ｘ）Ｏ３体系の非強誘電性媒体セラミックスは、耐還元性を有し、ニッケル電極と良好な整合を形成することができるため、ニッケル内電極とセラミック材料の共焼結の難題を解決した。改質剤、焼結フラックスは鉛などの有害元素を含まない酸化物を製品に添加し、セラミック材料が１１２０〜１２００℃において焼結されることを実現でき、且つ良好な電気性能を有するようにさせる。
【００１４】
〔発明を実施するための形態〕
本発明の主旨は下記通りである。ＭｇＺｒｘＳｉ（１−ｘ）Ｏ３体系を主結晶相として採用し、改質添加剤、焼結フラックスを加入して、環境を保全し、材料の分散性が高く、成型プロセスが良いなどの特徴を有し、ニッケル内電極との整合が良好で、高周波性能が安定で、ＣＯＧ特性を満足する１つのセラミック材料を得る。且つＭＬＣＣ製品を作製する時に、還元雰囲気において１１２０〜１２００℃の温度において焼結を実現することができる。次は実施例と合わせて本発明の内容に対しさらに詳しい記述を行い、実施例において言及する内容は本発明に対する限定でなく、材料の化学式の選択は、地元の条件により結果に対し実質上影響を与えないように適当な措置を取ることができる。
【００１５】
まず、本発明の材料の化学式の基本的な方案を下記通り簡単に記述する。耐還元性ニッケル電極高周波低誘電率セラミック媒体材料であって、主結晶相と、改質添加剤と、焼結フラックスとから組成され、主結晶相がＭｇＺｒｘＳｉ（１−ｘ）Ｏ３で、そのうち、０．０５≦ｘ≦０．１５で、改質添加剤がＭｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２のうちの１種または複数種で、焼結フラックスがＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯのうちの１種または複数種である。
【００１６】
〔実施例〕
耐還元ニッケル電極高周波低誘電率セラミック媒体材料であって、純度が９９．５％以上の原材料を選択採用し、１．０ｍｏｌのＭｇ（ＯＨ）２、０．９ｍｏｌのＳｉＯ２、０．１ｍｏｌのＺｒＯ２という混合比率により、均一にボールミルし、１１７０℃の温度において該混合物を３時間焙焼してから、主結晶相がＭｇＳｉ０．９Ｚｒ０．１Ｏ３である材料を得る。その後、所定比率により表１に示す改質添加剤と焼結フラックスを添加する。
【００１７】
表１  主結晶相、改質添加剤、焼結フラックスの化学式組成
【００１８】
【表１】
0005281714.tif 000002
【００１９】
当業者常用のセラミック材料生産プロセスフローによりＭＬＣＣセラミック材料を作製し、シート式ＭＬＣＣの作製フローにおいて、まず有機接着剤とエチルアルコールなどの溶剤を加入し、これによってスラリー材料を形成し、スラリー材料を流延してダイヤフラムに作製し、ダイヤフラムにニッケルＮｉ内電極を印刷し、所要層数を交替で積層し、母材ＭＬＣＣチップを形成し、その後、有機接着剤と溶剤を排除するように、２００〜３００℃の温度において母材ＭＬＣＣチップを熱処理し、ＭＬＣＣチップを１１２０〜１２００℃の温度の還元雰囲気において２．５〜５時間焼結し、表面バフ研磨処理を経て、外部電極を内部電極と連結させるように、さらにチップの両端に１対の外部銅Ｃｕ電極をキャップし、８３０〜９００℃の温度範囲内において外電極を熱処理し、さらに電気めっき処理などのプロセスを経て、ＭＬＣＣ製品を得る。
【００２０】
該ＭＬＣＣ製品は、容量が安定で、性能が良い特徴を有し、室温２５℃の時に、ＨＰ４２７８電気ブリッジを利用して、１ＭＨｚ、１．０Ｖ（ＡＣ）においてＭＬＣＣ製品の容量、損失を試験し、ＳＦ２５１２快速絶縁機を利用して、１００ＶのＤＣ定格電圧を１０秒印加し、絶縁電気抵抗を試験し、高低温チャンバを利用して、―５５〜＋１２５℃の間において、誘電率温度係数を試験し、製品性能試験パラメータは表２の１〜１１材料の化学式が対応するＭＬＣＣ試験パラメータのようである。
【００２１】
表２  上記セラミック媒体材料により作製したＭＬＣＣ製品性能パラメータ
【００２２】
【表２】
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