JP2005340375A

JP2005340375A - セラミック電子部品およびその製造方法

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Publication number: JP2005340375A
Application number: JP2004154953A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Takazawa; 知生高澤; Takehiko Otsuki; 健彦大槻
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】異なるセラミック材料の同時焼成をすることなく、セラミック基体の各部分で所望の材料特性を得られるセラミック電子部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第１および第２のセラミック素子部が一体に形成されたセラミック基体を有する電子部品であって、前記第１のセラミック素子部には第１の空孔が形成されていて、該第１の空孔の少なくとも一部には第１の充填材料が充填されており、前記第２のセラミック素子部には第２の空孔が形成されていて、該第２の空孔の少なくとも一部には第２の充填材料が充填されており、前記第１の空孔と前記第２の空孔とは径の平均値が異なっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、積層ＬＣフィルタなどのセラミック電子部品およびその製造方法に関する。

セラミック基体の内部にコイルやコンデンサを配置してなるセラミック電子部品として、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、１つのセラミック基体の内部にコイルとコンデンサを配置してなるＴ型の積層ＬＣフィルタが記載されている。
特開平１０−１９０３９１号公報

かかる構成の積層ＬＣフィルタにおいては、セラミック基体を構成するセラミック材料の誘電率が低い場合、コンデンサ部分で大きな容量を得にくいという問題がある。一方、誘電率の高いセラミック材料を用いた場合には、コイルに対して大きな浮遊容量が発生して自己共振周波数が低下してしまうという問題があった。

すなわち、コンデンサの容量を大きくすることとコイルの自己共振周波数を高くすることが両立困難であり、ノイズ減衰特性の向上を妨げる要因となっていた。

これを解決するために、コイル部分とコンデンサ部分とでセラミック基体を構成するセラミック材料を変えることも行われている。しかし、異なるセラミック材料を同時に焼成すると、それぞれの材料の収縮率が異なるためセラミック基体にクラックが発生しやすいなどの問題があり、製造の難易度が高い。

よって本発明は、異なるセラミック材料の同時焼成をすることなく、セラミック基体の各部分で所望の材料特性を得られるセラミック電子部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本発明に係るセラミック電子部品は、第１および第２のセラミック素子部が一体に形成されたセラミック基体を有する電子部品であって、前記第１のセラミック素子部には第１の空孔が形成されていて、該第１の空孔の少なくとも一部には第１の充填材料が充填されており、前記第２のセラミック素子部には第２の空孔が形成されていて、該第２の空孔の少なくとも一部には第２の充填材料が充填されており、前記第１の空孔と前記第２の空孔とは径の平均値が異なっていることを特徴とする。

より特定的には、前記第１のセラミック素子部にはコイル導体が内蔵されており、前記第２のセラミック素子部にはコンデンサ導体が内蔵されていることを特徴とする。

第１のセラミック素子部と第２のセラミック素子部の空孔に異なった充填材料を充填することにより、誘電率や透磁率などの特性を異ならせることができ、異なる材料の同時焼成を行わなくても、セラミック基体の各部分で異なった特性を得ることができる。具体的には、コイル導体が内蔵された第１のセラミック素子部では実効誘電率を低下させることができ、コンデンサ導体が内蔵された第２のセラミック素子部では実効誘電率を上昇させることができる。

また、本発明に係るセラミック電子部品は、前記セラミック基体は磁性体材料からなり、前記第１の充填材料は前記磁性体材料よりも小さな誘電率を有するとともに、前記第２の充填材料は前記磁性体材料よりも大きな誘電率を有することが好ましい。

通常磁性体材料の比誘電率は１５程度であるが、第１の充填材料としてこれより小さな誘電率を持つ材料を用いることにより、第１のセラミック素子部の実効誘電率を低下させることができる。また、第２の充填材料としてこれより大きな誘電率を持つ材料を用いることにより、第２のセラミック素子部の実効誘電率を上昇させることができる。

本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、第１の空孔を有する第１のセラミック素子部と前記第１の空孔よりも径の小さな第２の空孔を有する第２のセラミック素子部とが一体に形成されたセラミック基体を準備するセラミック基体準備工程と、前記第１の空孔に第１の充填材料を充填する第１の充填工程と、前記第２の空孔に第２の充填材料を充填する第２の充填工程と、を備え、前記第２の充填工程においては、前記第１の充填工程よりも低い気圧に減圧することによって第２の充填材料を充填することを特徴とする。

第１の充填工程においてはさほど減圧しないため、第１の充填材料は径の小さな第２の空孔には充填されにくく、径の大きな第１の空孔に選択的に充填される。そして、次に第１の充填工程よりも低い圧力まで減圧して第２の充填材料の充填を行うことにより、径の小さな第２の空孔に第２の充填材料が充填される。このとき、第１の空孔には前の第１の充填工程によって第１の充填材料がすでに充填されているので、第１の空孔に第２の充填材料が充填されることはほとんどない。

このように製造することにより、第１の空孔と第２の空孔とに異なる充填材料を選択的に充填することが可能となる。

第１のセラミック素子部と第２のセラミック素子部の空孔に異なった充填材料を充填することにより、誘電率や透磁率などの特性を異ならせることができ、異なる材料の同時焼成を行わなくても、セラミック基体の各部分で異なった特性を得ることができる。

また、前記セラミック基体準備工程においては、セラミック原料粉末および球状の第１の焼失材料を含むセラミックスラリーを用いて第１のセラミックグリーンシートを作製するとともに、セラミック原料粉末および球状でかつ前記第１の焼失材料よりも径の平均値が小さな第２の焼失材料を含むセラミックスラリーを用いて第２のセラミックグリーンシートを作製し、前記第１のセラミックグリーンシートを複数枚積層してなる第１のグリーンシート積層部と前記第２のグリーンシートを複数枚積層してなる第２のグリーンシート積層部とが一体となっている積層体を形成し、前記積層体を焼成して前記第１および第２の焼失材料を焼失させてセラミック基体を形成することを特徴とする。

これにより、第１のセラミック素子部と第２のセラミック素子部の空孔の径の平均値を容易に異ならせることができる。

以上のように本発明に係るセラミック電子部品およびその製造方法によれば、第１のセラミック素子部と第２のセラミック素子部の空孔に異なった充填材料を充填することにより、誘電率や透磁率などの特性を異ならせることができ、異なる材料の同時焼成を行わなくても、セラミック基体の各部分で異なった特性を得ることができる。

以下において添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明に係るセラミック電子部品の一例としての積層ＬＣフィルタを模式的に示す断面図である。

このセラミック電子部品は概略、磁性体材料からなるセラミック基体１０と、セラミック基体１０の表面に形成された接地用外部電極２１および信号用外部電極２２とから構成されている。そしてセラミック基体１０は第１のセラミック素子部１１と第２のセラミック素子部１２とが一体化してなる。

第１のセラミック素子部１１にはコイル導体３１が内蔵されており、コイル導体３１の一方の端部は信号用外部電極３２に接続され、他方の端部は第２のセラミック素子部１２へ引き出されている。

第２のセラミック素子部１２には、コイル導体３１と導通している第１のコンデンサ導体４１と、接地用外部電極２１に接続している第２のコンデンサ導体４２が内蔵されており、第１のコンデンサ導体４１と第２のコンデンサ導体４２との間で容量を得るコンデンサが構成されている。

すなわち二つのコイルと一つのコンデンサとで、Ｔ型のＬＣフィルタが構成されている。

図２（ａ）は第１のセラミック素子部１１を拡大して示す断面図であり、図２（ｂ）は第２のセラミック素子部１２を拡大して示す断面図である。第１のセラミック素子部１１には第１の空孔５１が形成され、第１の空孔５１の内部にはエポキシ樹脂からなる第１の充填材料６１が充填されている。第１の空孔５１の径の平均値は８０μｍである。セラミック基体１０を構成する磁性体材料の比誘電率は１５程度であるのに対してこのエポキシ樹脂の比誘電率は３．４であるから、第１の空孔５１を形成して第１の充填材料６１を充填することにより、実効誘電率が低下している。

また、第２のセラミック素子部１２には第２の空孔５２が形成され、第２の空孔５２の内部には第２の充填材料６２が充填されている。第２の空孔５２の径の平均値は６．５μｍである。第２の充填材料６２は、エポキシ樹脂とＢａＴｉＯ₃系の誘電体セラミック粉末を混合した複合樹脂材料であり、比誘電率は２００である。磁性体材料よりも誘電率の高い第２の充填材料６２を充填することにより、実効誘電率を上昇させている。

これにより、第１のセラミック素子部１１と第２のセラミック素子部１２とは、同じ磁性体材料で構成されているにもかかわらず、第１のセラミック素子部１１では実効誘電率を低下させて浮遊容量を低減することができ、第２のセラミック素子部１２では実効誘電率を上昇させて大きな容量を得ることができる。

なお図２（ａ）、（ｂ）では、第１および第２の空孔５１，５２のすべてに第１および第２の充填材料６１，６２が充填されているが、必ずしもすべてに充填されている必要はなく、少なくとも一部に充填されていればよい。ただし、第２のセラミック素子部１２では、第２の充填材料６２の充填率が低すぎる場合、空気の比誘電率は１であるから、かえって誘電率が低下することがあるので、一定以上の充填率とする必要がある。

次にこのセラミック電子部品の製造方法について説明する。図３は本発明に係るセラミック電子部品を示す分解斜視図である。

まず、Ｆｅ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯ等の金属酸化物を混合して８００℃で１時間仮焼し、ボールミルで粉砕することによってＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなる平均粒径約２μｍのセラミック原料粉末を得た。

次に、セラミック原料粉末、球状の架橋ポリスチレンからなる平均粒径１００μｍの第１の焼失材料、溶剤、バインダー、分散剤を混合してセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法によって厚さ４０μｍの第１のセラミックグリーンシートを得た。

また、前記セラミック原料粉末、球状の架橋ポリスチレンからなる平均粒径８μｍの第２の焼失材料、溶剤、バインダー、分散剤を混合してセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法によって厚さ４０μｍの第２のセラミックグリーンシートを得た。

なお、第１および第２の焼失材料として架橋ポリスチレンを用いているが、焼失材料は後の焼成工程において焼失し、かつバインダーに対する接着性を有するものであればよい。具体的には架橋ポリスチレンの他に、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリメタクリル酸ブチル、架橋ポリメタクリル酸エステル、架橋ポリアクリル酸エステルなどを用いることができる。

また、第１の焼失材料と第２の焼失材料の平均粒径に一定以上の差がないと、後の第１・第２の充填工程において充填材料を選択的に充填できないことがある。よって、第１の焼失材料の平均粒径は第２の焼失材料の平均粒径の１０倍程度とすることが好ましい。

さらにまた、第１および第２の焼失材料の配合割合は、セラミックスラリー中で３０〜８０ｖｏｌ％となるようにすることが好ましい。配合割合がこれより少ない場合には、第１および第２の充填材料の充填量が少なくなり、誘電率を低下あるいは上昇させる効果が十分に得にくい。また配合率がこれより多い場合には、セラミックスラリーをグリーンシートに成形することが困難となる。

次に、第１のセラミックグリーンシートにビアホール４３を形成してセラミックグリーンシート７１を得るとともに、第１のセラミックグリーンシートにビアホール４３とコイル導体３１とを形成してセラミックグリーンシート７２を得る。

また、第２のセラミックグリーンシートにビアホール４３および第１のコンデンサ導体４１を形成してセラミックグリーンシート８１を得るとともに、第２のセラミックグリーンシートに第２のコンデンサ導体４２を形成してセラミックグリーンシート８２を得る。第１のコンデンサ導体４１はビアホール４３を介してコイル導体３１と電気的に接続している。また、第２のコンデンサ導体４２はビアホール４３と絶縁されており、かつその端部がセラミックグリーンシート８２の端部に引き出されている。

なお、ビアホール４３は第１あるいは第２のセラミックグリーンシートにレーザ加工装置などによって貫通孔を形成し、この貫通孔にＡｇなどを主成分とする導電性ペーストを充填して形成する。また、コイル導体３１と第１・第２のコンデンサ導体４１，４２は、第１あるいは第２のセラミックグリーンシートにスクリーン印刷などの方法によって、Ａｇなどを主成分とする導電性ペーストを印刷して形成する。

次にセラミックグリーンシート７１，７２，８１，８２を図３に示す所定の順序に積層して積層体を得る。このとき、第１のセラミックグリーンシートを加工してなるセラミックグリーンシート７１，７２が積層された領域が第１のグリーンシート積層部７０であり、第２のセラミックグリーンシート８１，８２を加工してなるセラミックグリーンシートが積層された領域が第２のグリーンシート積層部８０である。

次に積層体を４００℃で３時間熱処理して脱バインダー処理を行い、９００℃で２時間焼成してセラミック基体１０を得る（図１参照）。このとき、第１のグリーンシート積層部７０は第１のセラミック素子部１１となり、第２のグリーンシート積層部８０は第２のセラミック素子部１２となる。そして、第１のセラミック素子部１１には、第１の焼失材料が焼失してなる第１の空孔５１が形成されている。また、第２のセラミック素子部１２には、第２の焼失材料が焼失してなる第２の空孔５２が形成されている。

次に、セラミック基体１０の表面にＡｇを主成分とする導電ペーストを焼き付けて接地用外部電極２１と信号用外部電極２２を形成する。接地用外部電極２１は第２のセラミック素子部１２に形成され、第２のコンデンサ導体４２と電気的に接続している。信号用外部電極２２は第１のセラミック素子部１１に形成され、コイル導体３１の端部とビアホール４３を介して電気的に接続している。

次に、減圧装置中で第１の充填材料６１であるエポキシ樹脂にセラミック基体１０を浸漬し、気圧を５０ｋＰａに減圧して、図４（ａ）に示すように第１の空孔５１に第１の充填材料６１を充填する（第１の充填工程）。このとき、真空度が低いため、平均粒径が小さい第２の空孔５２には第１の充填材料６１はほとんど充填されない。第１の充填工程においては、気圧を３０〜７０ｋＰａ程度に減圧することが好ましい。これより気圧が高い場合には第１の空孔５１に第１の充填材料６１が十分に充填されない虞があり、これより気圧が低い場合には第２の空孔５２にまで第１の充填材料６１が充填される虞がある。なおここで用いたエポキシ樹脂の比誘電率は３．４である。

次にセラミック基体１０を有機溶剤に浸漬し、セラミック基体１０の表面に付着している第１の充填材料６１を除去し、１５０℃に過熱してエポキシ樹脂を硬化させた。

次に、減圧装置中で第２の充填材料６２にセラミック基体１０を浸漬し、気圧を１．５ｋＰａに減圧して、図４（ｂ）に示すように第２の空孔５２に第２の充填材料６２を充填する（第２の充填工程）。これにより、第１の空孔５１には第１の充填材料６１が、第２の空孔５２には第２の充填材料６２が、それぞれ選択的に充填される。第２の充填工程においては、気圧を０．５〜１．５ｋＰａ程度に減圧することが好ましい。これより気圧が高い場合には第２の空孔５２に第２の充填材料６２が十分に充填されない可能性がある。またこれより気圧を低くしても充填の程度に差はないので、減圧に要する時間が長くなって製造コストの増大を招き好ましくない。なお、ここで用いた第２の充填材料６２は、ＢａＴｉＯ₃系の誘電体セラミック粉末とエポキシ樹脂を混合して比誘電率が２００になるように調製された複合樹脂材料である。

次に、セラミック基体１０を有機溶剤に浸漬し、図４（ｃ）に示すようにセラミック基体１０の表面に付着している第２の充填材料６２を除去し、１５０℃に過熱して複合樹脂材料を硬化させた。

次に、接地用外部電極２１および信号用外部電極２２に順にＮｉめっきおよびＳｎめっきを施して、図１に示すセラミック電子部品が完成する。

なお、実施例においてはＴ型の積層ＬＣフィルタを例にとって説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えばπ型のＬＣフィルタであってもよいし、またＬＣ共振回路を内蔵したセラミック電子部品などでもよいし、特性の異なる複数コイルを内蔵したセラミック電子部品であってもよい。

また、上記実施例では第１・第２の充填材料として誘電率が異なる材料を用いたが、透磁率の異なる材料など、誘電率以外の特性が異なる材料を選択してもよい。

本発明に係るセラミック電子部品を示す断面図である。本発明に係るセラミック電子部品を示す拡大断面図である。本発明に係るセラミック電子部品を示す分解斜視図である。本発明に係るセラミック電子部品の製造工程の一部を示す断面図である。

符号の説明

１０セラミック基体
１１第１のセラミック素子部
１２第２のセラミック素子部
２１接地用外部電極
２２信号用外部電極
３１コイル導体
４１第１のコンデンサ導体
４２第２のコンデンサ導体
５１第１の空孔
５２第２の空孔
６１第１の充填材料
６２第２の充填材料
７０第１のグリーンシート積層体
８０第２のグリーンシート積層体
７１，７２，８１，８２セラミックグリーンシート

Claims

第１および第２のセラミック素子部が一体に形成されたセラミック基体を有する電子部品であって、
前記第１のセラミック素子部には第１の空孔が形成されていて、該第１の空孔の少なくとも一部には第１の充填材料が充填されており、
前記第２のセラミック素子部には第２の空孔が形成されていて、該第２の空孔の少なくとも一部には第２の充填材料が充填されており、
前記第１の空孔と前記第２の空孔とは径の平均値が異なっていることを特徴とするセラミック電子部品。
前記第１のセラミック素子部にはコイル導体が内蔵されており、前記第２のセラミック素子部にはコンデンサ導体が内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック電子部品。
前記セラミック基体は磁性体材料からなり、前記第１の充填材料は前記磁性体材料よりも小さな誘電率を有するとともに、前記第２の充填材料は前記磁性体材料よりも大きな誘電率を有することを特徴とする請求項２に記載のセラミック電子部品。
第１の空孔を有する第１のセラミック素子部と前記第１の空孔よりも径の小さな第２の空孔を有する第２のセラミック素子部とが一体に形成されたセラミック基体を準備するセラミック基体準備工程と、
前記第１の空孔に第１の充填材料を充填する第１の充填工程と、
前記第２の空孔に第２の充填材料を充填する第２の充填工程と、を備え、
前記第２の充填工程においては、前記第１の充填工程よりも低い気圧に減圧することによって第２の充填材料を充填することを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
前記セラミック基体準備工程においては、セラミック原料粉末および球状の第１の焼失材料を含むセラミックスラリーを用いて第１のセラミックグリーンシートを作製するとともに、セラミック原料粉末および球状でかつ前記第１の焼失材料よりも径の平均値が小さな第２の焼失材料を含むセラミックスラリーを用いて第２のセラミックグリーンシートを作製し、前記第１のセラミックグリーンシートを複数枚積層してなる第１のグリーンシート積層部と前記第２のグリーンシートを複数枚積層してなる第２のグリーンシート積層部とが一体となっている積層体を形成し、前記積層体を焼成して前記第１および第２の焼失材料を焼失させてセラミック基体を形成することを特徴とする請求項４に記載のセラミック電子部品の製造方法。