(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリウム成分をＢａＯに換算して１０−６４重量％、
珪素成分をＳｉＯ２に換算して２０−８０重量％、
アルミニウム成分をＡｌ２Ｏ３に換算して０．１−２０重量％、
ホウ素成分をＢ２Ｏ３に換算して０．３−１．０重量％、
亜鉛成分をＺｎＯに換算して０．５−２０重量％、および
ビスマス成分をＢｉ２Ｏ３に換算して０．１重量％以上、２０重量％以下含有していることを特徴とする、低温焼成磁器。
【請求項２】
実質的に、前記バリウム成分、前記珪素成分、前記アルミニウム成分、前記ホウ素成分、前記亜鉛成分および前記ビスマス成分からなることを特徴とする、請求項１記載の低温焼成磁器。
【請求項３】
誘電率εｒが１０以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の低温焼成磁器。
【請求項４】
品質係数Ｑが３５００以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の低温焼成磁器。
【請求項５】
出発原料として、Ｂ２Ｏ３を含むガラスとＢｉ２Ｏ３を含むセラミックとを使用して得られることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の低温焼成磁器。
【請求項６】
前記ガラスが、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＺｎＯを含むガラスであることを特徴とする、請求項５記載の低温焼成磁器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の低温焼成磁器によって少なくとも一部が構成されていることを特徴とする、電子部品。
【請求項８】
金属電極を備えていることを特徴とする、請求項７記載の電子部品。
【請求項９】
前記低温焼成磁器からなる低誘電率層と、この低誘電率層と接合されている他の誘電体層とを備えており、他の誘電体層が、誘電率εｒが１０−１５０の他の低温焼成磁器からなることを特徴とする、請求項７または８記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電率が低く、品質係数Ｑが大きい低温焼成磁器、およびこれを用いた電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の高周波回路無線機器においては、高周波回路フィルターとして、例えばトップフィルター、送信用段間フィルター、ローカルフィルター、受信用段間フィルター等として、積層型誘電体フィルターが使用されている。こうした誘電体積層フィルターの例は、例えば特開平５−２４３８１０号公報に開示されている。
【０００３】
誘電体積層フィルターを製造するためには、誘電体を構成するセラミック粉末の成形体を複数作製し、各成形体に対して、所定の導体ペーストを塗布することによって所定の電極パターンを各成形体に作製する。次いで、各成形体を積層して積層体を得、この積層体を焼成することによって、導体ペースト層と各成形体とを同時に焼成し、緻密化させる。
【０００４】
この際、電極は一般的に銀系導体、銅系導体、ニッケル系導体のような低融点金属の導体を使用しているが、これらの融点は例えば１１００℃以下であり、９３０℃程度まで低下する場合もある。このため、電極を構成する低融点金属よりも低い焼成温度で誘電体を焼結させることが必要である。
【０００５】
ストレー容量を低減し、遅延時間を低減し、内蔵共振器およびコンデンサーの高周波損失を低減するために、低温焼成磁器の誘電率εｒを低くし、かつ品質係数Ｑを増加させることが望まれている。本出願人は、特開２０００−２１１９６９号公報において、１０００℃以下の最適焼成温度を有しており、誘電率εｒが１０以下であり、品質係数Ｑが２５００以上である低温焼成磁器を開示した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−２１１９６９号公報においては、ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系の磁器において、所定量の酸化亜鉛と酸化ホウ素を添加することによって、磁器の低温焼成を可能とし、誘電率εｒを１０以下とし、品質係数Ｑを２５００以上とすることに成功している。本発明者が更に研究を進め、前記した低温焼成と低い誘電率とを保持しつつ、品質係数Ｑを一層高くすることを試みた。しかし、磁器の原料となるガラス中の酸化ホウ素の量を増加させることによって磁器の焼成温度を低減している。そして、磁器の原料となるガラス中の酸化ホウ素の量を増加させると、品質係数は低下する傾向があり、このため磁器の品質係数を２５００を超えて一層上昇させることは困難であった。一方、酸化ホウ素の量を減らせば磁器の品質係数は上昇する。しかし、酸化ホウ素の量を減らすと、磁器の熱膨張、熱収縮挙動が変化し、多くの電子部品に適合しなくなることが判明してきた。特に、前述のように、低温焼成磁器の間に銀等の金属電極を形成する場合には、金属電極と磁器との界面付近において磁器中にクラックが発生し、隙間が生じ、不良品発生の原因となることが分かった。
【０００７】
本発明の課題は、低温焼成磁器において、１０００℃以下の低温領域において焼成可能であり、誘電率εｒを低くでき、品質係数を高くでき、かつクラックの発生率を低く抑えられるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バリウム成分をＢａＯに換算して１０−６４重量％、
珪素成分をＳｉＯ２に換算して２０−８０重量％、
アルミニウム成分をＡｌ２Ｏ３に換算して０．１−２０重量％、
ホウ素成分をＢ２Ｏ３に換算して０．３−１．０重量％、
亜鉛成分をＺｎＯに換算して０．５−２０重量％、および
ビスマス成分をＢｉ２Ｏ３に換算して０．１重量％以上、２０重量％以下含有していることを特徴とする、低温焼成磁器に係るものである。
【０００９】
本発明者は、種々検討の結果、磁器の低温焼成を可能とするために、Ｂ２Ｏ３を含む低融点ガラスを使用した。しかし、Ｂ２Ｏ３の割合を増加させると、得られる磁器の品質係数Ｑが低下する傾向があるので、ある程度以上高い品質係数Ｑを有する低温焼成磁器が得られなかった。Ｂ２Ｏ３  の割合を減らすと、品質係数Ｑは増大するが、しかし磁器の熱膨張、熱収縮挙動が変化し、一般的に電子部品に適合しなくなった。特に金属電極と磁器との界面付近に沿って磁器内にクラックが発生する頻度が高くなった。
【００１０】
本発明者は、こうした知見に立脚し、磁器組成としてＢｉ２Ｏ３をも併用することによって、Ｂ２Ｏ３を含む低融点ガラスの量を減らしても磁器にクラックが発生することなく、かつ磁器の品質係数Ｑを向上させることが可能となることを発見し、本発明に到達した。
【００１１】
好適な実施形態においては、本発明の磁器は、出発原料として、Ｂ２Ｏ３を含むガラスとＢｉ２Ｏ３を含むセラミックとを使用して得られるものである。
【００１２】
本発明の低温焼成磁器においては、珪素成分をＳｉＯ２に換算して２０重量％以上含有させることが好ましく、これによって誘電率を１０以下に制御できる。誘電率を一層低くするという観点からは、珪素成分をＳｉＯ２に換算して３０重量％以上含有させることが好ましい。また、珪素成分をＳｉＯ２に換算して８０重量％以下含有させることが好ましく、これによって磁器の最適焼成温度を低くできる。この観点からは、６５重量％以下とすることが一層好ましい。
【００１３】
本発明の低温焼成磁器においては、アルミニウム成分をＡｌ  ２Ｏ３に換算して０．１重量％以上含有させることが好ましく、これによって磁器中に強度の高いセルシアン相を増やし、磁器からなる基板の強度を１９６ＭＰａ（２０００ｋｇ／ｃｍ２）以上まで上昇させることができる。この観点からは、アルミニウム成分をＡｌ２Ｏ３に換算して２．０重量％以上含有させることが好ましい。また、磁器の焼成温度を低下させるという観点からは、アルミニウム成分をＡｌ２Ｏ３に換算して２０重量％以下含有させることが好ましく、１５重量％以下含有させることが更に好ましい。
【００１４】
本発明の低温焼成磁器においては、バリウム成分をＢａＯに換算して１０重量％以上含有させることが好ましく、これによって磁器の品質係数Ｑを一層高くすることができる。この観点からは、バリウム成分をＢａＯに換算して３０重量％以上含有させることが好ましい。また、バリウム成分をＢａＯに換算して６４重量％以下含有させることが好ましく、これによって１０以下の誘電率εｒを確保できる。誘電率εｒを一層低くするという観点からは、バリウム成分をＢａＯに換算して６０重量％以下含有させることが更に好ましい。
【００１５】
亜鉛成分をＺｎＯに換算して０．５重量％以上（特に好ましくは２．０重量％以上）含有させることによって、低温焼成磁器の熱膨張係数が減少し、焼結し易くなることから、低温焼成が可能となる。亜鉛成分をＺｎＯに換算して２０重量％以下（特に好ましくは１５重量％以下）含有させることによって、磁器の品質係数Ｑを一層向上させることができる。
【００１６】
ホウ素成分をＢ２Ｏ３に換算して１．０重量％以下含有させることによって、磁器の品質係数Ｑを３５００以上とすることができた。磁器の品質係数Ｑを増大させるという観点からは、ホウ素成分をＢ２Ｏ３に換算して０．９重量％以下含有させることが一層好ましい。また、ホウ素成分をＢ２Ｏ３に換算して０．１重量％以上（特に好ましくは０．３重量％以上）含有させることによって、磁器の低温焼成が可能となる。
【００１７】
ビスマス成分を含有させることによって、磁器におけるクラックの発生率が減少する。この作用効果は、本発明の磁器に対して金属電極を積層させる場合、あるいは磁器の成形体に金属電極を接触させた状態で磁器の成形体を焼成した場合、あるいは磁器の成形体中に金属電極を埋設した状態で磁器の成形体を焼成した場合に顕著である。ビスマス成分の含有量は、Ｂｉ２Ｏ３に換算して０．１重量％以上であり、０．５重量％以上であることが更に好ましく、１．０重量％以上であることが特に好ましい。
【００１８】
ビスマス成分をＢｉ２Ｏ３に換算して２０重量％含有させることにより、品質係数Ｑを一層増大させることができる。この観点からは、１５重量％以下が好ましく、１０重量以下が特に好ましい。
【００１９】
本発明の磁器は、実質的にバリウム成分、珪素成分、アルミニウム成分、ホウ素成分、亜鉛成分およびビスマス成分からなっていてよい。しかし、この場合にも、各金属原料中に含まれる不可避的不純物は含有されていてよい。また、上記成分以外の酸化物や金属成分を含有していてよい。こうした酸化物や金属成分としては、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄがある。
【００２０】
電子部品において使用できる金属電極は限定されないが、銀電極、銅電極、ニッケル電極、またはこれらの合金からなる電極が好ましく、銀または銀合金からなる電極が更に好ましく、銀電極が特に好ましい。
【００２１】
本発明の電子部品においては、本発明の低温焼成磁器を、誘電率εｒが１０−１５０の他の低温焼成磁器と一体化することができる。
【００２２】
他の誘電体層を構成する低温焼成磁器の組成系は、以下のものが特に好ましい。
ＢａＯ−ＴｉＯ２−ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３
ＢａＯ−ＴｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｎｄ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３
ＢａＯ−ＴｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｓｍ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＳｉＯ２  −Ｂ２Ｏ３
ＭｇＯ−ＣａＯ−ＴｉＯ２−ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３
【００２３】
本発明の対象となる電子部品は特に限定されないが、例えば積層誘電体フィルター、多層配線基板、誘電体アンテナ、誘電体カプラー、誘電体複合モジュールを例示できる。
【００２４】
本発明の低温焼成磁器を製造する際には、好ましくは、各金属成分の原料を所定比率で混合して混合粉末を得、混合粉末を１０００−１２００℃で仮焼し、仮焼体を粉砕し、セラミック粉末を得る。そして、好ましくは、セラミック粉末と、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＺｎＯからなるガラス粉末とを使用して、グリーンシートを作製し、グリーンシートを８５０−９３０℃で焼成する。各金属成分の原料としては、各金属の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩などを使用できる。
【００２５】
【実施例】
（セラミック粉末の製造）
炭酸バリウム、アルミナ、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化ビスマスの各粉末を、所定の組成になるように秤量し、湿式混合する。この混合粉末を９００〜１０００℃で仮焼し、仮焼体を得る。仮焼物の結晶相とその結晶性を調べるために、粉末Ｘ線回折測定を行う。その後、仮焼粉末を、ボールミルにて、所定粒度まで粉砕し、粉末を乾燥し、セラミック粉末を得る。
【００２６】
（ガラス粉末の製造）
酸化亜鉛、酸化ホウ素および酸化珪素の各粉末を秤量し、乾式混合し、混合粉末を白金ルツボ中で溶融させ、溶融物を水中に投下して急速冷却し、塊状のガラスを得る。このガラスを湿式粉砕し、低融点ガラス粉末を得る。
【００２７】
（誘電特性評価用サンプルの製造）
得られたセラミック粉末とガラス粉末とを、イオン交換水、有機バインダーと共に、アルミナポット、アルミナボールを使用して混合し、スラリーを得、スラリーを乾燥して粉体を得る。得られた粉体を金型プレスにて所定の形状に成形し、９００〜９３０℃にて焼成する。焼成体を所定形状に加工する。３ＧＨｚ換算での誘電率εｒ、品質係数Ｑ値を測定する。
【００２８】
（基板強度の測定）
また、焼成体を加工し、寸法３０ｍｍ×４ｍｍ×１ｍｍの測定用サンプルを作製した。このサンプルについて、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１に従って基板強度を測定する。
【００２９】
（テープ成形）
得られたセラミック粉末及びガラス粉末を、有機バインダー、可塑剤、分散剤および有機溶剤と共に、アルミナポット、アルミナボールを使用して湿式混合し、グリーンシート成形用スラリーを得る。このスラリーを用いてドクターブレード装置によって、厚み０．０３〜２ｍｍの各グリーンシートを成形する。
【００３０】
（クラックの評価）
各グリーンシートに、コンデンサー電極パターンや共振器電極パターンをＡｇペーストにてスクリーン印刷し、各グリーンシートを所定枚数積層して積層体を得、ダイサーにて１１ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍの形状に切断し、８５０℃−９３０℃で２時間焼成することによって、焼結体を得る。この焼結体について、クラックの有無を評価する。クラックの有無の確認は、超音波探傷装置（日立建機株式会社製「マイスコープ」）でクラックの部分からの超音波エコー反射の画像データにより判断した。
【００３１】
（実験結果）
以上の実験において、各金属の割合を、表１〜表６に示すように種々変更した。そして、各試験サンプルについて、上記の各特性を測定し、表１〜表６に示した。
【００３２】
【表１】
0003838541.tif 000002
【００３３】
表１から分かるように、Ｂｉ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を併用することによって、Ｂ２Ｏ３の含有量を少なくして品質係数Ｑを高くした場合にもクラックの発生を少なくすることができる。特に、Ｂｉ２Ｏ３の量を２０重量％以下とすることによって、クラックの発生を防止しつつ、特に高い品質係数Ｑ、低い誘電率および充分な基板強度を得ることができる。
【００３４】
【表２】
0003838541.tif 000003
【００３５】
表２から分かるように、ＢａＯの割合を１０重量％以上、６４重量％以下とすることによって、クラックの発生を防止しつつ、かつ１０以下の誘電率、３５００以上の高い品質係数Ｑ、および１９６ＭＰａ（２０００ｋｇ／ｃｍ２）以上の高い基板強度を得ることができる。
【００３６】
【表３】
0003838541.tif 000004
【００３７】
表３から分かるように、ＳｉＯ２の割合を２０−８０重量％とすることによって、クラックの発生を防止しつつ、かつ１０以下の誘電率、３５００以上の高い品質係数Ｑ、および１９６ＭＰａ（２０００ｋｇ／ｃｍ２）以上の高い基板強度を得ることができる。
【００３８】
【表４】
0003838541.tif 000005
【００３９】
表４から分かるように、Ａｌ２Ｏ３の割合を０．１−２０重量％とすることによって、クラックの発生を防止しつつ、かつ１０以下の誘電率、３５００以上の高い品質係数Ｑ、および１９６ＭＰａ（２０００ｋｇ／ｃｍ２）以上の高い基板強度を得ることができる。
【００４０】
【表５】
0003838541.tif 000006
【００４１】
表５から分かるように、ＺｎＯの割合を０．５−２０重量％とすることによって、クラックの発生を防止しつつ、かつ１０以下の誘電率、３５００以上の高い品質係数Ｑ、および１９６ＭＰａ（２０００ｋｇ／ｃｍ２）以上の高い基板強度を得ることができる。
【００４２】
【表６】
0003838541.tif 000007
【００４３】
表６から分かるように、Ｂ２Ｏ３の割合を０．３〜１．０重量％とすることによって、クラックの発生を防止しつつ、かつ１０以下の誘電率、３５００以上の高い品質係数Ｑを得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、低温焼成磁器において、１０００℃以下の低温領域において焼成可能であり、誘電率εｒを低くでき、品質係数を高くでき、かつクラックの発生率を低く抑えられるようにできる。