(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォルステライト結晶粒子と（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏからなる結晶粒子とを含むとともに、粒界に、元素としてＢ、Ｌｉ、アルカリ土類金属が存在することを特徴とする誘電体磁器。
【請求項２】
ＭｇをＭｇＯ換算で２８．８〜４２．０重量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で１２．４〜４８．０重量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で８．９〜１５．３重量％含有することを特徴とする請求項１記載の誘電体磁器。
【請求項３】
ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で０．８〜８．０重量％、アルカリ土類金属を酸化物換算で０．８〜４．６重量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で３．４〜３８．７重量％含有することを特徴とする請求項１または２記載の誘電体磁器。
【請求項４】
ＭｎをＭｎＯ２換算で０．９〜２．２重量％含有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の誘電体磁器。
【請求項５】
誘電体層を複数積層してなる誘電基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を有する積層体であって、前記誘電体層のうち少なくとも一層が、請求項１乃至４のうちいずれかに記載の誘電体磁器からなることを特徴とする積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波、ミリ波等の高周波領域において、高いＱ値を有する誘電体磁器に関するものであり、例えば、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において使用される種々の共振器用磁器やＭＩＣ用誘電体基板、誘電体導波路や積層型セラミックコンデンサ等に用いることができる誘電体磁器および積層体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、誘電体磁器は、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器、ＭＩＣ用誘電体基板や導波路等に広く利用されている。そして、近年においては、携帯電話をはじめとする移動体通信等の発達および普及に伴い、電子回路基板や電子部品の材料として誘電体セラミックスの需要が増大しつつある。
【０００３】
電子回路基板や電子部品において、誘電体セラミックスと内部導体を同時焼成するに際しては、従来の誘電体セラミックスの焼成温度が１１００℃以上という高温であったため、導体材料としては、比較的高融点であるＰｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ等が使用されていた。これら高融点の導体材料は導通抵抗が大きいため、従来の電子回路基板において、共振回路やインダクタンスのＱ値が小さくなってしまい、導体線路の伝送損失が大きくなる等の問題があった。
【０００４】
そこで、係る問題点を解決すべく、導通抵抗の小さいＡｇ、Ｃｕ等と同時焼成可能な低温焼成の誘電体セラミックスが提案されている。例えば、本出願人が先に出願した特開平８−２０８３３０号公報に開示された誘電体磁器組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ2 とＢ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＣＯ3 からなるものであり、９００〜１０５０℃の比較的低温でＡｇ、Ｃｕ等の内部導体と同時に焼成でき、誘電体磁器の比誘電率εｒが１８以上、測定周波数７ＧＨｚでのＱ値が２０００以上の優れた特性を有し、高周波電子部品の小型化と高性能化を実現できるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平８−２０８３３０号公報に開示された誘電体磁器組成物は、焼結温度がまだ高く、さらに焼結における収縮開始温度が８４５〜９６０℃と高温であるため、導体材料との収縮挙動のマッチングが悪く、焼成された基板や電子部品が反る、歪む等の問題があった。
【０００６】
即ち、導体としては、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とするもの、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、あるいはＡｇ、Ｃｕに対してガラス成分やセラミック成分、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属を添加したものがあるが、これらの導体は、焼成時における収縮開始温度が高くとも６５０℃程度であるため、上記誘電体磁器組成物の収縮開始温度との差が大きく、これにより、基板等が変形する等の問題があった。
【０００７】
また、上記公報に開示された誘電体磁器組成物では、比誘電率εｒが１８以上と高いため、この誘電体磁器組成物を用いて高周波用のモジュール基板を作製すると、例えば、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等に浮遊容量（寄生容量）が発生し、高周波特性が劣化したり、回路上の制約が生じるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、焼成温度を従来よりもさらに低下させることができ、収縮開始温度を低くして、導体の収縮開始温度に近づけることができ、ＡｇやＣｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪みを抑制できるとともに、比誘電率の低い誘電体磁器および積層体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体磁器は、フォルステライト結晶粒子と（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏからなる結晶粒子とを含むとともに、粒界に、元素としてＢ、Ｌｉ、アルカリ土類金属が存在するものである。
【００１０】
このような構成を採用することにより、フォルステライト本来のＱ値をそれほど劣化させることなく、９２０℃以下の低温焼成が可能となるとともに、フォルステライト自体が低誘電率であるため、比誘電率を大きく低下できる。
【００１１】
ここで、誘電体磁器は、ＭｇをＭｇＯ換算で２８．８〜４２．０重量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で１２．４〜４８．０重量％、ＢをＢ２Ｏ３換算で８．９〜１５．３重量％含有することが望ましい。また、誘電体磁器は、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で０．８〜８．０重量％、アルカリ土類金属を酸化物換算で０．８〜４．６重量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で３．４〜３８．７重量％含有することが望ましい。
【００１２】
このような構成を採用することにより、比誘電率が６〜１２で、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であり、かつ、焼成温度を８７０〜９２０℃、収縮開始温度を７６０〜８６０℃とすることが可能となる。従って、基板や電子部品において、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。
【００１３】
また、ＭｎをＭｎＯ２換算で０．９〜２．２重量％含有することが望ましい。これにより、誘電体磁器の焼結性をさらに向上できる。
【００１４】
本発明の積層体は、誘電体層を複数積層してなる誘電基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を有する積層体であって、前記誘電体層のうち少なくとも一層が上記誘電体磁器からなるものである。
【００１５】
このような構成を採用することにより、内部導体としてＡｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を使用しても積層体の変形がなく、高い高周波特性を有するとともに、低温焼成ができ、さらに、誘電体層が低誘電率であるため、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等における浮遊容量の発生を抑制できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体磁器は、フォルステライト結晶粒子と（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏからなる結晶粒子とを含むとともに、粒界に、元素としてＢ、Ｌｉ、アルカリ土類金属が存在するものである。
【００１７】
そして、モル比による組成式を（１−ｘ）Ｍｇ２ＳｉＯ４・ｘＭｇＴｉＯ３と表した時、ｘが、０≦ｘ≦０．８を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ２Ｏ３換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ２換算で０〜３０重量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有することが望ましい。
【００１８】
ここで、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 とＭｇＴｉＯ3 のモル比ｘを、０≦ｘ≦０．８としたのは、ｘが０．８を越える場合には、高誘電率のＭｇＴｉＯ3 の割合が増加するため、比誘電率が大きくなるからである。とりわけ誘電体磁器の比誘電率を小さくするという点からｘは０≦ｘ≦０．５が好ましい。さらに、例えば、本発明の誘電体層とＭｇＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 系の誘電体層との積層体を作製する場合には、焼成収縮挙動を近くするという点からｘは０＜ｘ≦０．５が望ましい。
【００１９】
また、主成分１００重量部に対して、Ｂ２Ｏ３換算量が３重量部未満の場合には１１００℃でも焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に２０重量部を越える場合には、焼結体中のガラス相の割合が増加して、Ｑ値が低下するからである。よって、焼結性を維持し、高いＱ値を得るという観点からＢはＢ２Ｏ３換算で５〜１５重量部含有することが望ましい。また、誘電体磁器の全量中にＢをＢ２Ｏ３換算で８．９〜１５．３重量％含有することが望ましい。硼素含有化合物としては、金属硼素、Ｂ２Ｏ３、コレマイト、ＣａＢ２Ｏ４、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸アルカリ土類ガラス等がある。また、誘電体磁器の全量中にＭｇをＭｇＯ換算で２８．８〜４２．０重量％、ＴｉをＴｉＯ２換算で１２．４〜４８．０重量％含有することが望ましい。
【００２０】
また、Ｌｉ２ＣＯ３換算量が１重量部未満の場合には１１００℃でも焼結せず、ＡｇまたはＣｕを主成分とする導体と同時焼成ができなくなり、逆に１０重量部を越える場合には、Ｑ値が低下するからである。焼結性と誘電体磁器のＱ値の観点からＬｉのＬｉ２ＣＯ３換算量は４〜９重量部が望ましい。また、誘電体磁器の全量中にＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で０．８〜８．０重量％含有することが望ましい。
【００２１】
さらに、ＳｉＯ２換算量が３０重量部を越えると、ガラス相の割合が減少してＱ値が低下するからである。誘電体磁器のＱ値の観点からは、ＳｉのＳｉＯ２換算量は１０重量部以下含有することが望ましい。また、また、誘電体磁器の全量中にＳｉをＳｉＯ２換算で３．４〜３８．７重量％含有することが望ましい。
【００２２】
また、主成分１００重量部に対して、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）の少なくとも一種を酸化物換算で１〜５重量部含有したのは、これらが酸化物換算で１重量部未満の場合には、誘電体磁器の焼結過程における収縮開始温度が約８７０℃と高く、添加効果が得られない。一方、５重量部を越えると、誘電体磁器のＱ値が低下する。とりわけ誘電体磁器の焼結性とＱ値の観点からはアルカリ土類金属は酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）換算で合計１．５〜３．５重量部含有することが好ましい。アルカリ土類金属はＢａ、Ｃａが高Ｑ値となるという点から望ましい。また、誘電体磁器の全量中にアルカリ土類金属を酸化物換算で０．８〜４．６重量％含有することが望ましい。
【００２３】
さらに、本発明の誘電体磁器では、焼結性を改善する点から、主成分１００重量部に対して、さらにＭｎをＭｎＯ２換算で０．１〜３重量部含有することが望ましい。ＭｎをＭｎＯ２換算で０．１〜３重量部含有せしめたのは、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果が小さく、さらに３重量部よりも多い場合には誘電特性が悪化するからである。ＭｎはＭｎＯ２換算で１．２〜１．８重量部含有することが望ましい。また、誘電体磁器の全量中にＭｎをＭｎＯ２換算で０．９〜２．２重量％含有することが望ましい。
【００２４】
本発明の誘電体磁器は、原料粉末として、例えば、Ｍｇ2 ＳｉＯ4 粉末と、ＭｇＴｉＯ3 粉末と、Ｂ2 Ｏ3 粉末、Ｌｉ2 ＣＯ3 粉末、ＳｉＯ2 粉末、アルカリ土類酸化物粉末（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）を準備し、これらを上記した組成比となるように秤量し、ＺｒＯ2 ボールにより粉砕混合し、この混合粉末を６５０〜８５０℃で仮焼した後、再度ＺｒＯ2 ボールにより粉砕粒径が２．５μｍ以下になるまで粉砕、混合する。
【００２５】
この仮焼粉末をプレス成形やドクターブレード法等の公知の方法により所定形状に成形し、大気中、酸素雰囲気中または窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において８７０〜９２０℃で０．５〜２時間焼成することにより得られる。原料粉末は、焼成により酸化物を生成する水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。本発明の誘電体磁器中には、不可避不純物として、Ａｌ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｓｎ等が含まれることもある。
【００２６】
アルカリ土類金属は、ガラスフリットとして添加することが焼結性向上の点から望ましい。例えば、Ｂ2 Ｏ3 粉末、Ｌｉ2 ＣＯ3 粉末、ＳｉＯ2 粉末、アルカリ土類金属酸化物粉末を用いてガラスフリットを作製して添加する。この際、Ｂ2 Ｏ3 粉末、Ｌｉ2 ＣＯ3 粉末、ＳｉＯ2 粉末、アルカリ土類酸化物粉末として添加される量は、上記ガラスフリットで用いられた量を差し引いた量であることは言うまでもない。
【００２７】
本発明の誘電体磁器では、フォルステライト結晶粒子を主結晶粒子とし、これに必要に応じて金属元素として少なくともＭｇとＴｉを含有する複合酸化物からなる結晶粒子、主には（Ｍｇ，Ｔｉ）2 （ＢＯ3 ）Ｏが析出し、組成によってはＭｇＴｉＯ3 が析出する場合もある。
【００２８】
尚、アルカリ土類金属は、ＭｇＴｉＯ3 のＡサイトに固溶したり、あるいはガラスとなって、焼結性を向上させることになる。本発明の誘電体磁器では平均結晶粒径が１〜５μｍのものである。
【００２９】
本発明の積層体は、誘電体層を複数積層してなる誘電基板の内部および／または表面に、Ａｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を有する積層体であって、誘電体層のうち少なくとも一層が上記誘電体磁器からなるものであり、例えば、本発明の低誘電率の誘電体層と高誘電率のＭｇＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 系の誘電体層との積層体を作製すると、高誘電率が要求されるコンデンサ、フィルタ等を高誘電率のＭｇＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 系の誘電体層で形成し、配線間等の浮遊容量を発生させたくない配線等については、本発明の低誘電率の誘電体層で形成することができる。
【００３０】
このような積層体では、内部導体としてＡｇおよび／またはＣｕを主成分とする導体を使用しても積層体の変形がなく、高い高周波特性を有するとともに、低温焼成ができ、さらに、誘電体層のうち少なくとも一層が本発明の低誘電率の誘電体磁器からなるため、この誘電体層を利用して電極、線路等を形成することにより、容量を必要としない配線間、線路間、配線と線路間等における浮遊容量の発生を抑制できる。
【００３１】
【実施例】
Ｂ２Ｏ３粉末、Ｌｉ２ＣＯ３粉末、ＳｉＯ２粉末、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）粉末を表１に示すような組成で添加し、これを用いて作製されたガラスフリットと、原料として純度９９％以上のＭｇ２ＳｉＯ４、ＭｇＴｉＯ３粉末を表１に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ２ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合した。なお、表１において括弧中にない値は、主成分を１００重量部として、この主成分１００重量部に対して加えた各成分を重量部で表示したものである。また、表１において括弧中に示した値は、誘電体磁器中に各成分が占める割合を重量％で示したものである。すなわち、まず、主成分を１００重量部とし、これにＢ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２、アルカリ土類酸化物の重量部を加えると１００重量部を超える値となる。この値で、各成分の重量部を除し、さらに１００を掛けると括弧中の重量％で表される値となる。
【００３２】
次にこの混合物を乾燥（脱水）し、８００℃で１時間仮焼した。この仮焼物を、粉砕粒径が１．４μｍ以下になるように粉砕し、誘電特性評価用の試料として直径０．０１ｍ、高さ０．００８ｍの円柱状に１００００ｔｏｎ／ｍ2 の圧力でプレス成形し、これを９００℃で２時間焼成し、直径０．００８ｍ、高さ０．００６ｍの円柱状の試料を得た。
【００３３】
尚、本発明者等は、Ｘ線回折測定およびＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により、本発明の試料では主結晶粒子がフォルステライト結晶粒子と、（Ｍｇ，Ｔｉ）２（ＢＯ３）Ｏで表される結晶粒子が存在し、粒界に、元素としてＢ、Ｌｉ、アルカリ土類金属が存在することを確認した。
【００３４】
誘電特性の評価は、前記試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数１０ＧＨｚにおける比誘電率とＱ値を測定した。
【００３５】
【表１】
0003860687.tif 000002
【００３６】
この表１から、本発明の誘電体磁器では、比誘電率が６〜１４、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が５００以上の誘電特性を有するとともに、焼成温度を９２０℃以下とすることができ、焼成収縮開始温度を８６０℃以下とできる。
【００３７】
特に、モル比による組成式（１−ｘ）Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ・ｘＭｇＴｉＯ3 においてｘが、０≦ｘ≦０．８を満足し、ＢをＢ2 Ｏ3 換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ2 ＣＯ3 換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2 換算で０〜３０重量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有する場合には、比誘電率が６〜１２で、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であり、かつ、焼成温度を８７０〜９２０℃、収縮開始温度を７６０〜８６０℃とできることが判る。これにより、基板や電子部品において、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。
【００３８】
一方、Ｌｉを含有しない場合には、試料Ｎo.７に示すように、焼成温度が１１５０℃、収縮開始温度が１０５０℃と高くなり、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成できないことが判る。
【００３９】
さらに、アルカリ土類金属を含有しない場合には、試料Ｎo.１１に示すように、焼成温度が９５０℃、収縮開始温度が８７０℃と高くなることが判る。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、フォルステライト本来のＱ値をそれほど劣化させることなく、９２０℃以下の低温焼成が可能となるとともに、フォルステライト自体が低誘電率であるため、比誘電率を１４以下と低下できる。
【００４１】
特に、モル比による組成式を、（１−ｘ）Ｍｇ2 ＳｉＯ4 ・ｘＭｇＴｉＯ3 と表した時、ｘが、０≦ｘ≦０．８を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＢをＢ2 Ｏ3 換算で３〜２０重量部、ＬｉをＬｉ2 ＣＯ3 換算で１〜１０重量部、ＳｉをＳｉＯ2 換算で０〜３０重量部、アルカリ土類金属を酸化物換算で１〜５重量部含有する誘電体磁器では、比誘電率が６〜１２で、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上であり、かつ、焼成温度を８７０〜９２０℃、収縮開始温度を７６０〜８６０℃とすることができ、基板や電子部品において、Ａｇ、Ｃｕを主成分とする導体と同時焼成した場合でも反りや歪み等の発生を抑制することができる。