(57)【要約】【課題】  製造コストを抑えたままセラミック共振部品の表皮深さ部分におけるポアを削減する事で導体損失を改善した電極を形成し、エネルギー損失の小さい誘電体フィルタなどの誘電体共振部品を提供する。【解決手段】  セラミック誘電体基体の表面に、第１の電極用ペースト層を形成して焼成し、さらにその上に第２の電極用ペースト層を形成して焼成することにより、表皮深さ部分のポアを削減させた電極を、コストを抑えて製造することができる。また本発明の誘電体共振部品は、セラミック誘電体基体の表面に厚さが１０〜２９μｍの電極層が形成されている誘電体共振部品であり、前記セラミック誘電体基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積での割合が、１０％以下である。【選択図】  図２
2013207607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック誘電体基体の表面に厚さが１０〜２９μｍの電極層が形成されている誘電体共振部品であり、前記セラミック誘電体基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積での割合が、１０％以下であることを特徴とする誘電体共振部品。
【請求項２】
前記誘電体共振部品が、貫通孔を有するλ／４型共振器であることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振部品。
【請求項３】
セラミック誘電体基体の表面に、第１の電極用ペースト層を形成し、焼成して第１の電極層を形成した後、該第１の電極層の表面に第２の電極用ペースト層を形成し、焼成して第２の電極層を形成することを特徴とする請求項１または２記載の誘電体共振部品の製造方法。
【請求項４】
前記第１の電極層の厚みが３〜９μｍであることを特徴とする請求項３記載の誘電体共振部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック電子部品における電極内部の表皮深さ部分をポア（気孔）の少ない状態に形成させた高周波用低損失電極を有する誘電体フィルタなどの誘電体共振部品とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信網の急激な発展に伴い、通信に使用する周波数は、マイクロ波領域やミリ波領域の高周波領域にまで拡大している。このような高周波回路用のセラミック電子部品におけるエネルギー損失は誘電体損失と導体損失に大別される。一般的に携帯電話等で使用されるマイクロ波帯でのエネルギー損失は導体損失が支配的である為に、電極の状態が損失を左右する大きな要素となっている。これは、高周波電流が導体を流れる際に導体表面近傍に電流が集中する表皮効果によって導体損失が大きくなるのが原因である。この表皮効果の発現する導体内部の厚みを表皮深さと呼び、例えば電極に銀を使用した場合、周波数が１ＧＨｚで約２μｍとなる。
【０００３】
高周波回路用のセラミック電子部品では電極厚みが薄い場合、電極を透過してエネルギーが放射し損失となる為、電極厚みは表皮深さに比べ十分に厚く形成されてきた。これに関し、誘電体フィルタなどの電極を形成する際にスクリーン印刷法や吸引塗布法を用いる素子は、ペースト層を厚く形成させた場合セラミック上の凹凸にペーストが埋りきれずポアとして残存する事があった。更に粘度調整の為にペースト内に配合されている樹脂バインダーが焼成時に気化する際、ペースト層が厚く形成されている為、粒子間の開口部を通して気化成分が電極外に抜けにくくなりポアが電極内部に残存し易くなる事もあった。誘電体フィルタはセラミックスと電極の界面においてポアが増えた場合、導体損失が大きくなる事で挿入損失が悪化してしまう為、ポアの削減が課題となっている。
【０００４】
ポアの削減の為、これまでスパッタリング法などによる真空成膜法でセラミックス上に薄膜を形成し、メッキ法によって所望の厚みまで電極形成する方法も提案されている。この方法では電極ペーストを用いた形成法と比べ不純物の少ない電極形成が出来ることから、より電気抵抗の少ない低損失な電極となる為特性も良好な素子が得られることが知られている。しかしながらスパッタリング法で誘電体共振部品の貫通孔箇所などに電極形成する場合、ターゲット材から飛ばされた原子が届かない箇所が発生する為、誘電体共振部品には、スパッタリング法は採用されていない。
【０００５】
また、表皮効果による損失への影響を抑える方法としては、導体層と誘電体層とを交互に積層し多層電極を形成させる事によって表皮深さの面積を増やし導体損失を抑える方法（特許文献１参照）などが提案されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１９５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献１などに記載の導体膜と絶縁膜とが交互に積層された多層電極による方法では多層電極を形成するプロセスが複雑であり、製造コストが増大してしまうという問題がある。
【０００８】
またスパッタリング法や乾式メッキ法による製膜では誘電体フィルタなどの貫通孔のある素子の場合、ターゲット材から飛ばされた原子が回り込めない箇所が発生し、製膜が出来ないという問題がある。特に誘電体フィルタは貫通孔部分の電極と接地面の電極間で共振しており、貫通孔部分の電極状態は特性に大きく影響してしまう。
【０００９】
また湿式めっきにより電極を形成する方法も考えられるが、貫通孔部分への電極形成は可能なものの最終的に必要な電極厚みを形成するまで時間を要するという問題や、下地処理にニッケル等の導電率の悪い金属を表皮深さ部分に製膜する必要があり、導体損失が悪化するという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上のような従来の高周波回路用電極の製造方法が有する技術的課題に鑑みてなされたものであり、製造コストを抑えたままセラミック共振部品の表皮深さ部分におけるポアを削減する事で導体損失を改善した電極を形成し、エネルギー損失の小さい誘電体フィルタなどの誘電体共振部品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】
【００１１】
本発明によれば、セラミック誘電体基体の表面に厚さが１０〜２９μｍの電極層が形成されている誘電体共振部品であり、前記セラミック誘電体基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積での割合が、１０％以下であることを特徴とする誘電体共振部品が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、セラミック誘電体基体の表面に、第１の電極用ペースト層を形成し、焼成して第１の電極層を形成した後、該第１の電極層の表面に第２の電極用ペースト層を形成し、焼成して第２の電極層を形成することを特徴とする誘電体共振部品の製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、前記誘電体共振部品として、貫通孔を有するλ／４型共振器であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明によれば、前記第１の電極層の厚みが３〜９μｍであることを特徴とする前記誘電体共振部品の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セラミック誘電体基体の表面に、第１の電極用ペースト層を形成して焼成し、さらにその上に第２の電極用ペースト層を形成して焼成することにより、表皮深さ部分のポアを削減させた電極を、コストを抑えて製造することができる。これにより、導体損失を改善させた誘電体共振部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を用いて作製した実施例１に記載の誘電体共振部品（同軸型共振器）の模式図である。
【図２】実施例１で得られた誘電体共振部品の貫通孔部分の中心を軸長方向に切断した断面のセラミック誘電体基体と電極の界面を示すＳＥＭ写真である。
【図３】比較例１で得られた誘電体共振部品の貫通孔部分の中心を軸長方向に切断した断面のセラミック誘電体基体と電極の界面を示すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の誘電体共振部品はセラミック誘電体基体の表面に厚さが１０〜２９μｍの電極層が形成されている誘電体共振部品であり、前記セラミック誘電体基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積での割合が、１０％以下である。
【００１８】
セラミック誘電体基体は、セラミック粉末を金型で圧縮成形し、焼成工程を経て得られる。貫通孔のあるセラミック誘電体基体は、コアピンを用いた金型にて圧縮成形を行い得られる。セラミック粉末、焼成条件は、特に限定されないが、例えば、(Ｚｒ、Ｓｎ)ＴｉＯ4系のセラミックス粉末を用いた場合、空気の如き酸素含有ガス雰囲気下にて１２８０〜１３４０℃で焼成することにより得ることができる。
【００１９】
誘電体共振部品としては、例えば、１つのセラミック誘電体基体に貫通孔を形成し、該貫通孔の内面に電極を形成し、セラミック誘電体基体の貫通孔と並行な表面に外部電極を形成し、セラミック誘電体基体の貫通孔が開口せる２つの表面のうちの一方の端面（短絡端面）に貫通孔部分の電極と外部電極とを短絡する短絡導体を形成して得られるλ／４型共振器が含まれる。様々な形態や大きさがあるが、一例を挙げると、外形寸法１０．６ｍｍ×１０．６ｍｍ×１２ｍｍ（軸長）であり、軸長方向に沿って穴径３ｍｍの円筒形貫通孔を有する形態もある。
【００２０】
表面に形成される電極の厚さは、１０〜２９μｍが好ましい。電極厚みが１０μｍ以下の場合、半田で他の電極との接続箇所を設けた場合、半田喰われが発生する危険性が増える為好ましく無い。電極厚みが２９μｍ以上の場合、電極形成時の焼成工程にて電極内部にクラックが発生する危険性が増える為好ましく無い。
【００２１】
本発明において、基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積の割合は１０％以下である。本発明に記載の吸引塗布法などの電極ペーストを用いる電極形成法の場合は、焼成時にペースト内部の導体粒子間の開口部を通して樹脂バインダー中の気化成分が電極外に抜けず電極内部にポアとして残存し易くなる。ポアが増えるにつれ電極内部を高周波信号が流れる際に抵抗となり導体損失が増えてしまうことから、電極層内におけるポアの占める断面積を増やす事は好ましく無い。ここで、基体の表面から９μｍ以上電極を形成させた場合、図３で見られるようにポアの残存が顕著となり、基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積の割合が１０％以上となる。また、マイクロ波帯に使用される高周波用電子部品において表皮深さは３μｍ以下である為、基体の表面から３μｍ以上電極厚みが無いと高周波信号が集中し導体損失が増えてしまう。また、基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積の割合が１０％以上となった場合、通過特性の悪化が顕著となる為、基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積の割合は１０％以下である事が望ましい。尚、本発明の電極形成法を利用した場合、誘電体共振部品として特に低損失とされる無負荷Ｑ１３００以上を得たサンプルは基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積の割合は１０％以下であった。
【００２２】
また、本発明の誘電体共振部品の好ましい実施形態としては、貫通孔を有するλ／４型共振器が挙げられる。貫通孔部分の電極形成において、スパッタリング法やメッキ法による電極形成では製造上問題がある為、本発明の記載の電極形成法がコストを抑えて簡易に電極形成することができる。また、λ／４型共振器は貫通孔表面の電極に信号が集中する為、本発明の表皮深さを考慮した電極形成法を用いる事で導体損失の改善が図れる。
【００２３】
なお、基体の表面から３μｍまでの電極層内におけるポアの占める断面積の割合は、次のようにして求める事ができる。即ち、得られた誘電体共振器の該貫通孔部分の中心を軸長方向に切断してセラミック誘電体基体と電極の界面を電子顕微鏡にて撮影（測定に使用した倍率３０００倍）し、電極の内部状態、及び誘電体基体の表面から３μｍまでの電極層の断面積中のポアの占める面積の割合として算出できる。例えば、図２のようなセラミック誘電体基体と電極の断面を電子顕微鏡にて撮影し、セラミック誘電体基体表面から電極側に３μｍの線を引き、約３０μｍの範囲に渡って、セラミック誘電体基体表面と電極側の３μｍの線の間の断面の面積と、この断面内に存在するポアの面積を測定し、セラミック誘電体基体表面と電極側の３μｍの線の間の断面における、ポアの占める面積の割合を求めることができる。
【００２４】
上記の構成にすることにより、半田喰われや焼成時の電極クラック等の不良が少なく、表皮深さ部分の電極内部の気孔率を下げて導体損失の改善されたエネルギー損失の小さい誘電体共振部品を得る事が出来る。
【００２５】
次に、本発明の誘電体共振部品の製造方法について説明する。本発明の誘電体共振部品は、セラミック誘電体基体の表面に、第１の電極用ペースト層を形成し、焼成して第１の電極層を形成した後、該第１の電極層の表面に第２の電極用ペースト層を形成し、焼成して第２の電極層を形成することにより得ることができる。
【００２６】
第１の電極用ペースト層は、特に限定されないが、セラミック誘電体基体全体を希釈液に漬けるディップ法にて第１の電極用ペースト層を形成する。貫通孔部分においては希釈液が抜けきれず孔内部に溜まる事があるので、貫通孔下面から吸引する。この際ペーストの希釈液は焼成後の電極厚みが３〜９μｍとなるように粘度、吸引力を設定することが好ましい。第１の電極層を電極用ペーストを用いて形成することにより、メッキ法によって製膜した場合よりも適度な厚みの電極層を短時間で形成する事が出来る。
【００２７】
本発明の誘電体共振部品は、第１の電極層の厚みが３〜９μｍであることを特徴とする。焼成後の第１の電極層を３〜９μｍに抑える事で樹脂バインダーの気化成分が電極外に抜け易くなり、電極内部のポアの削減に効果的である。その後で第２の電極層を形成させて電極厚みを補充する事で半田喰われ等の不良発生を抑えた電極を形成させる事が出来る。焼成後の第１の電極が３μｍより小さいとマイクロ波帯に使用される高周波用電子部品において表皮深さは３μｍ以下である為、基体の表面から３μｍ以上電極厚みが無いと高周波信号が集中し導体損失が増えてしまう。焼成後の第１の電極が９μｍより大きいと焼成時にペースト内部の導体粒子間の開口部を通して樹脂バインダー中の気化成分が電極外に抜けず電極内部にポアとして残存し易くなる。ポアが増えるにつれ電極内部を高周波信号が流れる際に抵抗となり導体損失が増えてしまう。
【００２８】
次に第１の電極用ペースト層を雰囲気温度８００℃の焼成炉にて焼成し第１の電極層を形成する。その後、第１の電極層上に第２の電極用ペースト層を形成する。この際、貫通孔の電極部分については吸引塗布法により第２の電極用ペースト層を形成する。他の面についてはスクリーンマスク印刷法によって電極用ペースト層を形成する。この際、最終的に第１の電極層と第２の電極層の合計した電極厚みが１０〜２９μｍとなるように第２の電極用ペースト層で使用する希釈液の粘度を調整する。
【００２９】
最終的に、セラミック誘電体基体の貫通孔が開口せる２つの表面のうちの一方の端面（開放面）を貫通孔部分の電極と外部電極とを絶縁させる為に研削等で電極を除き、誘電体共振部品を得る。
【００３０】
本発明の誘電体共振部品の製造方法で使用される電極の形成方法は、特に同軸型共振器やこれを利用した同軸型誘電体フィルタ等の高周波用電子部品に適用することが可能である。さらには、銀や銅等の導電率の低い金属を電極に使用することにより、導体損失の少ない高周波用電子部品が得られる。また、ドクターブレード法などによるシート成形で得られた誘電体シートに本発明の電極形成法を用いて電極形成し、積層化することで、導体損失の少ない特性の良好な積層型誘電体フィルタや誘電体配線基板を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例及び比較例により、本発明を更に説明する。
【００３２】
（第１の電極用ペーストの希釈液の調製）
銀ペースト（昭栄化学工業株式会社製、品名：Ｈ５６９８）と、希釈液（ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製、品名：ミネラルスピリットＡ）を重量比  １（銀ペースト）：０．１８（希釈液）にて希釈させ、粘度約０．１Ｐａ・ｓの希釈溶液を得た。
【００３３】
（第２の電極用ペーストの希釈液の調製）
銀ペースト（昭栄化学工業株式会社製、品名：Ｈ５６９８）と、希釈液（ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製、品名：ミネラルスピリットＡ）を重量比  １（銀ペースト）：０．０２（希釈液）にて希釈させ、粘度約３０Ｐａ・ｓの希釈溶液を得た。
【００３４】
（第１の電極層の形成方法）
図１に示す外形寸法１０．６ｍｍ×１０．６ｍｍ×１２ｍｍ（軸長）軸長方向に沿って穴径３ｍｍの円筒形貫通孔を設けた誘電体磁器ブロックにおいて、上記調製した第１の電極用ペーストの希釈液を使用して誘電体磁器ブロック全体をディップ法にて浸漬後、貫通孔部分については下面から吸引し第１のペースト層を形成した。雰囲気温度１５０℃の恒温器にて１０分間乾燥後、雰囲気温度８００℃の連続ベルト式の電極焼付け炉にて焼成を行った。
【００３５】
（第２の電極層の形成方法）
次に、貫通孔の電極部分については上記調製した第２の電極用ペーストの希釈液を用いて吸引塗布法により第２の電極用ペースト層を形成した。その後、雰囲気温度１５０℃の恒温器にて１０分間乾燥しペースト内の溶剤成分を飛ばし固化させた。次に他の面についてはスクリーン印刷法によって電極用ペースト層を形成した後、雰囲気温度１５０℃の恒温器にて１０分間乾燥しペースト内の溶剤成分を飛ばし固化させた。次に雰囲気温度８００℃の連続ベルト式の電極焼付け炉にて焼成を行った。
【００３６】
最終的に、セラミック誘電体基体の貫通孔が開口せる２つの表面のうちの一方の端面（開放面）を貫通孔部分の電極と外部電極とを絶縁させる為に研削等で電極を除き、誘電体共振部品を得た。
【００３７】
（無負荷Ｑ評価方法）
誘電体共振器の無負荷Ｑは専用治具の入出力端子と貫通孔部分の内部導体電極との静電容量Ｃによって共振回路を形成させ、ネットワークアナライザを使用して共振ピークを測定した。
【００３８】
［実施例１］
上記の第１の電極層の形成方法にて４μｍ前後の膜厚を形成し、その後、上記の第２の電極層の形成方法にて最終的に１９μｍの電極を形成し、図１のような形態の誘電体共振部品を作製した。その無負荷Ｑの測定を行った。結果を表１に示す。得られた誘電体共振部品の貫通孔部分の中心を軸長方向に切断した断面のセラミック誘電体基体と電極の界面を示すＳＥＭ写真を図２に示す。図２の断面のＳＥＭ写真からわかるように、上記第１の電極層を形成することにより、誘電体基体の表面と第１の電極層との間にポアはほとんどなく、誘電体基体と電極とが密着している。また、誘電体基体から約３μｍまでの第１の電極層内にもポアはほとんど存在しないことがわかる。また、セラミック誘電体基体表面から電極側に３μｍの線を引き、約３０μｍの範囲に渡って、セラミック誘電体基体表面と電極側の３μｍの線の間の断面の面積と、この断面内に存在するポアの面積を測定し、セラミック誘電体基体表面と電極側の３μｍの線の間の断面における、ポアの占める面積の割合を気孔率として算出した結果、３．９％であった。これにより、表１に示したような無負荷Ｑの優れた誘電体共振部品を得る事ができる。
【００３９】
［比較例１］
第１の電極層を形成せずに、上記の第２の電極層形成方法のみで電極を形成し、図１のような形態の誘電体共振部品を作製した。その無負荷Ｑの測定を行った。結果を表１に示す。得られた誘電体共振部品の貫通孔部分の中心を軸長方向に切断した断面のセラミック誘電体基体と電極の界面を示すＳＥＭ写真を図３に示す。図３の断面のＳＥＭ写真からわかるように、第２の電極層のみを誘電体基体に形成した場合は、誘電体基体の表面と第１の電極層との間にポアが形成されやすくなるだけでなく、第１の電極層内にもポアが多数形成される。また、セラミック誘電体基体表面から電極側に３μｍの線を引き、約３０μｍの範囲に渡って、セラミック誘電体基体表面と電極側の３μｍの線の間の断面の面積と、この断面内に存在するポアの面積を測定し、セラミック誘電体基体表面と電極側の３μｍの線の間の断面における、ポアの占める面積の割合を気孔率として算出した結果、３２．６％であった。これにより、従来、無負荷Ｑを十分に上げることができなかった。
【００４０】
【表１】
2013207607.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明の誘電体共振部品は、通信用フィルタ等の高周波用電子部品を作製するのに利用することが可能である。
【図１】
2013207607.tif 000004
【図２】
2013207607.tif 000005
【図３】
2013207607.tif 000006