JP3813917B2 - Dielectric porcelain composition and electronic component using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体磁器組成物に関する。更に詳しくは、新規な組成の誘電体磁器組成物であって、比誘電率、無負荷品質係数及び共振周波数の温度係数等の各種誘電特性をバランスよく備え、導体層との同時焼成によっても導体層を構成する成分の拡散(マイグレーション)を生じ難い誘電体磁器組成物及びこれを用いた電子部品に関する。
【0002】
本発明の誘電体磁器組成物は、マイクロ波帯域及びミリ波帯域において使用される各種電子部品として好適である。この各種電子部品とは、LCデバイス、共振器、カプラ、デュプレクサ、ダイプレクサ、ダイオード及びセラミックコンデンサ等の個別部品類、汎用基板の他、各種機能部品が埋め込まれた機能基板(LTCC多層デバイス等)などの基板類、MPU及びSAW等のパッケージ類、これら個別部品類、基板類及びパッケージ類の少なくともいずれかを備えるモジュール類等である。また、本発明の電子部品は、各種のマイクロ波帯域及び/又はミリ波帯域の電波を利用する移動体通信機器、移動体通信基地局機器、衛星通信機器、衛星通信基地局機器、衛星放送機器、無線LAN機器、及びBluetooth(登録商標)用機器等に利用することができる。
【0003】
【従来の技術】
一般に、高周波帯域で使用される誘電体磁器は、比誘電率が大きく、誘電損失が小さく、且つ共振周波数の温度係数の絶対値が小さいことが求められる。加えて、銀、銀合金、銅及び銅合金等の融点が低い金属と不具合なく同時焼成
できることが望まれている。このような誘電体磁器を構成する誘電体磁器組成物として下記特許文献1〜4等が挙げられる。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−74224号公報
【特許文献2】
特開平5−74224号公報
【特許文献3】
特開平7−187783号公報
【特許文献4】
特開平7−277824号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記各文献においては誘電体磁器の表面又は内部に形成される導体層と誘電体磁器の組成に関する検討はなされていない。
本発明は、低温焼成が可能であり、高周波帯域において比誘電率が大きく、誘電損失が小さく、且つ共振周波数の温度係数の絶対値が小さい誘電体磁器を得ることができる新規な組成の誘電体磁器組成物を提供することを目的とする。更に、導体層を伴う同時焼成を経た場合であっても、誘電体磁器側へ導体層を構成する成分の拡散がほとんど認められない誘電体磁器組成物を提供することを目的とする。また、このような誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器を備える優れた誘電特性を発揮する電子部品を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これまでに上記特許文献3及び上記特許文献4に開示された優れた誘電特性を発揮する誘電体磁器組成物を得ている。この誘電体磁器組成物は、上記特許文献1及び上記特許文献2において開示されているBiNbO4系の組成に、更に、Ta(タンタル)及びV(バナジウム)の両方を含有するものである。この誘電体磁器により、誘電体磁器の共振周波数の温度係数を安定して所望の値にコントロールすることが困難であるという問題が解決され、優れた各種誘電特性を得ることが可能となった。
【0007】
しかし、この誘電体磁器の表面や内部に導体層を設けるために、導体層とこの誘電体磁器となる未焼成成形体との同時焼成を行ったところ、導体層を構成する成分(特にAg)が誘電体磁器内に拡散し、本来発揮できるはずの電気特性を十分に発揮できない場合があることが分かった。また、更に詳しく検討を行うと、誘電体磁器内に含まれるTaとVとが導体層へ拡散していることが発見された(図4及び図5参照)。しかし、Ta(製造時は酸化タンタル等)のような高融点の成分が低温の焼成で導体層へ拡散することは通常では考えられないことである。これを裏付けるようにTaとその性質がきわめて似ているNbではこの拡散は認められていない(図3参照)。これらの事から導体層を構成する成分が誘電体磁器側へ拡散する現象は、TaとVとを同時に含有する誘電体磁器において生じる特異なものであると考えられる。
【0008】
本発明者らはこれらの事実を勘案し、導体層を構成する成分の誘電体磁器への拡散の抑制を検討した。その結果、Cuを添加した場合に驚くほど効果的にこの拡散を抑制できることを見出し(図1及び図8参照)、本発明を完成した。即ち、以下である。
【0009】
本発明の誘電体磁器組成物は、Biのモル比をx、Nbのモル比をy、Taのモル比をzとした場合に0.43≦x≦0.57、0≦y≦0.52、0.01≦z≦0.57、且つx+y+z=1を満たすようにBi、Nb及びTaが含有され、更に、BiをBi2O3、NbをNb2O5、TaをTa2O5として各々換算したBi、Nb及びTaの合計含有量を100質量部とした場合に、VがV2O5に換算してα質量部含有され、CuがCuOに換算してβ質量部含有され、α≦5、β≦14、且つβ/α≧0.875を満たすことを特徴とする。また、Bi、Nb及びTaの上記合計含有量を100質量部とした場合に、MnがMnO2に換算して3.5質量部以下含有されるものとすることができる。
本発明の電子部品は、本発明の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器と、該誘電体磁器の表面及び内部のうちの少なくとも一方に形成された導体層とを備え、該導体層は該誘電体磁器と同時に焼成されたものであることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
本発明の誘電体磁器組成物によると、高周波帯域において比誘電率が大きく、誘電損失が小さく、且つ共振周波数の温度係数の絶対値が小さい優れた誘電特性を得ることができる。また、銀、銀合金、銅及び銅合金等のような低融点の金属を導体層として同時焼成することができるために、電子部品の設計において自由度が高い。更に、所定割合のMnを含有することにより安定した焼成を行うことができる。また、本発明の電子部品とよると、表面及び/又は内部に同時焼成により形成された導体層を備える場合であっても、導体層を構成する成分が誘電体磁器側へほとんど拡散することなく、優れた誘電特性を発揮することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の誘電体磁器組成物及び電子部品を詳細に説明する。
本発明の誘電体磁器組成物は、Bi、Nb、Ta、V及びCuのうちのNbを除く4種の元素を少なくとも含有するものである。この誘電体磁器組成物は、通常、Bi(NbTa)O4、BiNbO4、BiTaO4、BiVO4及びCu5V2O10等の結晶相を含有し、なかでもBi(NbTa)O4を主結晶相とする。
【0012】
上記「Bi」は、Bi、Nb及びTa(但し、Nbは含有されない場合がある)の3元素間におけるモル比上記「x」が0.43≦x≦0.57の範囲で含有される。このxは、0.44≦x≦0.56であることが好ましく、0.45≦x≦0.55であることがより好ましく、0.46≦x≦0.54であることが特に好ましい。xが0.43未満又は0.57を超えると無負荷品質係数(以下、単に「Qu」という)が小さくなる傾向(例えば、Qu<300となる)にある。また、比誘電率(以下、単に「εr」という)も小さくなる傾向(例えば、εr<40となる)が認められる。
【0013】
上記「Nb」は、上記Biと同様に3元素間におけるモル比上記「y」がy≦0.52の範囲で含有されるか、又は含有されない。このyは、0.1≦y≦0.52であることが好ましく、0.2≦y≦0.51であることがより好ましく、0.3≦y≦0.50であることが特に好ましい。このNbの含有によりεrを向上させ、更には共振周波数の温度係数(以下、単に「τf」という)の絶対値を小さくすることができる。しかし、yが0.52を超えるとQuが小さくなる傾向(例えば、Qu<300となる)にある。
【0014】
上記「Ta」は、上記Biと同様に3元素間におけるモル比上記「z」が0.01≦z≦0.57の範囲で含有される。このzは、0.01≦z≦0.55であることが好ましく、0.01≦z≦0.50であることがより好ましく、0.01≦z≦0.40であることが特に好ましい。zが0.01未満となると焼結密度が小さくなる傾向(例えば、7.00g/cm3未満となる)がある。また、0.01≦z≦0.042では、同時にy<0.38である場合にQuが小さくなる傾向(例えば、Qu<300となる)にある。従って、0.01≦z≦0.042の範囲ではy≧0.38であることが好ましい。一方、zが0.50を超えると連動してBiが減少することとなりQuが小さくなる傾向(例えば、Qu<300となる)がある。
【0015】
上記「V」は、本発明の誘電体磁器組成物に含有されるBiをBi2O3、NbをNb2O5(Nbは含有されない場合がある)、TaをTa2O5として各々酸化物換算したBi、Nb及びTaの合計含有量を100質量部とした場合に、V2O5に酸化物換算した含有量である上記「α」において、α≦5である。αは、0.02≦α≦4.00であることが好ましく、0.02≦α≦2.00であることがより好ましく、0.02≦α≦1.00であることが特に好ましい。
Vを含有することにより本発明の誘電体磁器組成物を得る際の焼成温度を効果的に低下させることができる。即ち、低温における焼成であっても各種誘電特性を好ましい範囲に保持することができる。しかし、αが5を超えるとQuが低下する傾向(例えば、Qu<300となる)がある。
【0016】
上記「Cu」は、上記Vにおけると同様な合計含有量を100質量部とした場合に、CuOに酸化物換算した含有量である上記「β」において、β≦14の範囲で含有される。このβは、後述するように導体層の拡散を抑制することのみを目的とする場合は、β≧0.05(通常、β≦10)でその効果を得ることができ、β≧0.1(通常、β≦10)であることが好ましく、β≧0.15(通常、β≦10)であることがより好ましく、β≧0.2(通常、β≦10)であることが特に好ましい。
【0017】
更に、導体層の拡散を抑制することに加えて、優れたQuを同時に得ようとする場合には、0.05≦β≦2.00(Quを700以上にすることができる)であることが好ましく、0.12≦β≦1.6(Quを730以上にすることができる)であることがより好ましく、0.12≦β≦1.1(Quを780以上にすることができる)であることが特に好ましい。
【0018】
Cuを含有することにより本発明の電子部品を得る際に、誘電体磁器に接触する導体層を構成する成分が、誘電体磁器側へ拡散することを極めて効果的に抑制できる(図1参照)。Cuは極僅かな含有量であっても極めて効果的に上記抑制を達することができる。更に、このCuは、ある程度の範囲で含有させることによりQuを向上させる効果も併せもつ。但し、βが14を超えると、Quは小さくなる傾向(Qu<300となる場合がある)にある。
【0019】
更に、これらVの含有量を表すαと、Cuの含有量を表すβとは、β/α≧0.875の関係を満たす。このβ/αが0.875以上であるということは、含有されるV及びCuの含有量をモル単位に換算し、Vのモル含量をMVとし、Cuのモル含量をMCuとした場合に、これらのモル比であるMCu/MVは、MCu/MV≧2であることを表す。上記β/αは0.875≦β/α≦69(2≦MCu/MV≦158)であることが好ましく、1.4≦β/α≦60(3.2≦MCu/MV≦137)であることがより好ましく、1.6≦β/α≦35(3.66≦MCu/MV≦80)であることが更に好ましく、1.8≦β/α≦20(4.11≦MCu/MV≦45.7)であることが特に好ましい。
【0020】
β/αが0.875未満となると、α≦4及びβ≦12を満たす場合であっても、本発明の電子部品を製造する際に導体層を構成する成分が誘電体磁器側へ拡散することを十分に抑制することができない場合がある。更に詳しくは、後述する測定方法によりその拡散領域を測定した場合に、例えば、Agの拡散領域(以下、単に「Ag拡散域」という)が100μmを超える場合がある。一方、β/αが80を超えても導体層を構成する成分が誘電体磁器側へ拡散することは抑制することができるが、Quが低下する傾向(Qu<300となる場合がある)にある。
【0021】
上記「Mn」は含有しても含有しなくてもよいが、Mnを含有することにより本発明の誘電体磁器組成物又は本発明の電子部品を製造する際に、Ag拡散域の大きさに影響を与えることなく、誘電特性に対する焼成温度の影響を極めて効果的に抑制できる。従って、Mnを含有することにより優れた誘電体磁器及び電子部品を安定して得ることができる。
このMnは、上記V及び上記Cuにおけると同様な合計含有量を100質量部とした場合に、MnO2に酸化物換算した含有量をγ質量部とすると、γ≦3.5の範囲で含有されることが好ましい。γは、0.01≦γ≦3.5であることがより好ましく、0.02≦γ≦2.5であることがより更に好ましく、0.05≦γ≦1.5であることが特に好ましい。γが3.5を超えるとQuが小さくなる傾向(Qu<300となる場合がある)にある。
【0022】
本発明の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器によると、共振周波数を約4GHzとして、後述する平行導体板型誘電体円柱共振器法(TE011モード)により測定した場合のεrは42〜52とすることができ、更には43〜51とすることができ、特に43.5〜50.5とすることができる。同様に、Quは400〜910とすることができ、更には500〜905とすることができ、特に600〜900とすることができる。更に、τfは−50〜0ppm/℃とすることができ、更には−40〜−2ppm/℃とすることができ、特に−30〜−3ppm/℃とすることができる。尚、これら各誘電特性の範囲は相互の組み合わせとすることができる。
【0023】
また、Agを70質量%以上含有する導体層を本発明の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器に同時焼成により形成した場合、得られる導体層を備える誘電体磁器における後述する方法により求めたAg拡散域は、以下のものとすることができる。即ち、βを0.05以上とすることでAg拡散域は80μm以下(通常18μm以上)にすることができる。更に、βを0.10以上とすることでAg拡散域は70μm以下にすることができる。特に、βを0.15以上とすることでAg拡散域は40μm以下にすることができる。とりわけ、βを0.2以上とすることでAg拡散域は25μm以下にすることができる。
【0024】
更に、β/αを1.00以上とすることでAg拡散域は80μm以下(通常18μm以上)にすることができる。更に、β/αを1.4以上とすることでAg拡散域は70μm以下にすることができる。特に、β/αを1.8以上とすることでAg拡散域は40μm以下にすることができる。とりわけ、β/αを2.8以上とすることでAg拡散域は25μm以下にすることができる。
【0025】
上記「電子部品」は、誘電体磁器の表面及び誘電体磁器の内部のうちの少なくとも一方に同時焼成された導体層を備える。この電子部品は、能動部品であってもよく、受動部品であってもよい。即ち、使用時には他の回路と接続されなければ単独では誘電特性を発揮できない場合であっても、その発揮に必要な他の回路を同時に備えるものも、備えないものも、本発明の電子部品に含まれる。例えば、他の回路を同時に備える電子部品としてはアンテナスイッチモジュール等を挙げることができ、その一部として設置され、単独では誘電特性を発揮できないカプラ及びコンデンサ等も本発明にいう電子部品である。
上記「誘電体磁器」は本発明の誘電体磁器組成物からなる。但し、本発明の電子部品は、上記の誘電体磁器以外にも、本発明の誘電体磁器組成物とは異なる組成の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器を備えていてもよい。
【0026】
また、上記「導体層」は、上記誘電体磁器の表面又は内部に形成されて導電性を発揮する層である。この導電性は特に限定されないが、通常、常温において3〜5μΩ・cm程度である。このような導体層を構成する成分も特に限定されないが、Ag、Cu、Ni、Mo、Ru、Rh、Pd、W、Re、Os、Ir、Pt及びAu等のうちの1種又は2種以上から構成されるものを挙げることができる。これらの導体層のなかでも、特にAgのみからなる導体層、Agを含む2種以上からなる導体層である場合に、導電性成分の誘電体磁器側への拡散を極めて効果的に抑制することができる。更に本発明では、導体層全体に対してAgを70質量%以上(100質量%を含む)含有する導体層を備える場合であっても、Agが誘電体磁器側へ拡散することが防止される。
【0027】
尚、これらの導体層が、製造時に誘電体磁器に対して同時焼成されているか否かは、同時焼成して得られた誘電体磁器と2次焼成を行って得られた誘電体磁器との間に下記▲1▼〜▲3▼の3つの差異を生じることを利用して判断することができる。即ち、同時焼成して得られたものは、▲1▼より大きく粒成長し、▲2▼電気抵抗が大きく、▲3▼導体層に磁器成分が多く拡散されている。また、誘電体磁器内に形成されている導体層は、通常、同時焼成されたものである。
【0028】
本発明の誘電体磁器組成物を得る方法は特に限定されないが、例えば、以下のようにして得ることができる。
即ち、上記x、上記y、上記z、上記α、上記β及び上記β/α、更には上記γの各々の関係を満たすように成分粉末を混合して混合粉末を得る混合粉末調製工程と、該混合粉末調製工程において得られた混合粉末を850℃以下で仮焼する仮焼工程と、該仮焼工程において得られた仮焼粉末を造粒して造粒粉末を得る造粒粉末調製工程と、該造粒粉末調製工程において得られた造粒粉末を成形し未焼成成形体を得る成形工程と、該未焼成成形体を、仮焼温度を超える温度であって且つ800〜1100℃の範囲の温度で焼成する焼成工程とを、この順に備える方法により得ることができる。
【0029】
上記成分粉末としては、Bi酸化物粉末及び加熱されてBi酸化物になる化合物粉末のうちの少なくとも1種、Nb酸化物粉末及び加熱されてNb酸化物になる化合物粉末のうちの少なくとも1種、Ta酸化物粉末及び加熱されてTa酸化物になる化合物粉末のうちの少なくとも1種、V酸化物粉末及び加熱されてV酸化物になる化合物粉末のうちの少なくとも1種、Cu酸化物粉末及び加熱されてCu酸化物になる化合物粉末のうちの少なくとも1種、Mn酸化物粉末及び加熱されてMn酸化物になる化合物粉末のうちの少なくとも1種等を挙げることができる。各々の化合物粉末としては、例えば、上記各元素を含有する炭酸塩、硝酸塩及び水酸化物等を挙げることができる。
更に、その他にも、例えば、BiTaO4系化合物粉末や、BiNbO4系化合物粉末や、予め上記のx、y及びzを満たすBi(NbTa)O4系化合物粉末等の必要な成分を2種以上含有する粉末を使用することもできる。
【0030】
また、上記仮焼工程においては、通常600〜850(好ましくは700〜800℃)の仮焼温度で加熱を行う。仮焼温度が600℃未満では、例えば、反応をある程度進行させて本焼成時の収縮を抑えて収縮率を制御し易くするという仮焼を行う目的を十分に達することができない場合がある。一方、850℃を超えると、仮焼粉末が硬くなり、仮焼物を粉砕し、更には造粒する工程において粒度を制御し難くなる場合がある。
【0031】
上記造粒工程において造粒する造粒粉末の粒径は特に限定されないが、得られる造粒粉末の最大粒径が8μm以下であることが好ましい。造粒粉末の最大粒径が8μmを超えると、焼成時の結晶相の均質な成長が妨げられる場合があり、十分な誘電特性が得られ難くなる場合がある。更に、この造粒粉末の平均粒径は0.8〜1.2μm(特に0.9〜1.1μm)であることが好ましい。
【0032】
上記成形工程においては、加える圧力は特に限定されないが、100MPa以上の圧力を加えることにより成形することが好ましい。100MPa未満の加圧では得られる未焼成体の緻密化が不十分となり、焼成時にその形状を十分に保持することができない場合がある。
上記焼成工程においては、焼成温度は800〜1100℃とすることが好ましく、更に820〜1000℃とすることができ、特に840〜970℃とすることができ、とりわけ850〜950℃とすることができる。即ち、本発明の誘電体磁器組成物は低温における焼成で得ることができる。この焼成温度が800℃未満であると十分に焼結させることができない場合があり、焼成温度が1100℃を超えると目的としない結晶相が成長し易くなり、十分な誘電特性が得られ難くなる場合があり好ましくない。
【0033】
尚、上記の各工程以外にも必要な工程を備えることができる。即ち、例えば、脱脂工程等である。通常、未焼成成形体にはバインダが含有されるため、このバインダを脱脂するための脱脂工程を備えることができる。この脱脂工程は焼成工程を行う前に行い、そのまま焼成工程を引き続いて行うことができる。
【0034】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(1)誘電特性測定用の誘電体磁器の製造
Bi2O3粉末(純度;98.9%)、Nb2O5粉末(純度;99.9%)、Ta2O5粉末(純度;99.9%)、V2O5粉末(純度;99.5%)、CuO粉末(純度;99.9%)及びMnO2粉末(純度;96.0%)を成分粉末として、表1、表2及び表3の実験例1〜46に各々示すx、y、z、α、β、β/α及びγとなるように、所定量(いずれの実験例においても混合粉末の全量は200gとした)を秤量後、混合して混合粉末を得た。
【0035】
【表1】
表中「*」は本発明の範囲外であることを示す。
【0036】
【表2】
【0037】
【表3】
表中「*」は本発明の範囲外であることを示す。
【0038】
その後、得られた混合粉末を振動ミル中に投入し、一次粉砕(3時間)を行った後、大気雰囲気において昇温速度200℃/時間で800℃まで昇温させて2時間仮焼を行い、降温速度200℃/時間で降温させて仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末に有機バインダー(約5g)と水(約200g)とを加え、ボールミルに投入し、直径20mmのアルミナボールを用いて、ミルの回転数90rpmで二次粉砕(24時間)を行った。その後、得られた二次粉砕粉末を、真空凍結乾燥(圧力;約53Pa、凍結温度;−40〜−20℃、乾燥温度;40〜50℃、時間;20時間)により造粒して造粒粉末を得た。得られた造粒粉末を金型に投入し、100MPaで加圧して、直径19mm、高さ10mmの円柱状の未焼成成形体を得た。
【0039】
次いで、得られた未焼成成形体を大気雰囲気において昇温速度50℃/時間で500℃まで昇温させて3時間保持することで脱脂を行った。その後、引き続いて、昇温速度100℃/時間で表1、表2及び表3に示す各焼成温度まで昇温させて2時間保持することで焼成を行い、次いで、降温速度100℃/時間で降温させ、本発明の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器及び比較例の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器を得た。
その後、得られた各誘電体磁器を直径16mm、高さ8mmの円柱状となるように研磨し、次いで、超音波洗浄を行い、その後、100℃で4時間保持して乾燥させ、本発明の誘電体磁器組成物からなる誘電特性測定用の誘電体磁器(実験例3〜17、19〜34、36〜39及び41〜46)及び比較例の誘電体磁器組成物からなる誘電特性測定用の誘電体磁器(実験例1、2、18、35及び40)を得た。
【0040】
(2)Ag拡散域測定用の電子部品の製造
上記(1)と同様な成分粉末を用い、同様な方法により仮焼粉末を得た。得られた仮焼粉末にトルエンと分散剤とを所定量加え、上記(1)と同様にして二次粉砕を行った。その後、トルエン中にアクリル系バインダと可塑剤であるジオクチルフタレートとを4時間以上撹拌して溶解させた樹脂溶液を、得られた二次粉砕粉末に加え、粉砕時間を4時間とした以外は上記二次粉砕と同様にして混合してスラリーを得た。得られたスラリーを200メッシュのフィルタを通過させることで、スラリー中の異物等を除去した。その後、更にトルエンを加えて3Pa・sとなるように粘度を調整し、次いで、脱泡を行った。このようにして得られたスラリーをドクターブレード方式のキャスティング装置に投入して、厚さ100〜300μmのシート状に成形した。その後、縦6cm、横5cmに切り出して未焼成成形体を得た。
【0041】
得られたシート状の未焼成成形体3枚を圧着積層し、その表面の□2mmの領域に、Agをペースト全体の90質量%含有する導電層用ペーストをスクリーン印刷した。その後、更に、印刷された導電層用ペーストを覆うように3枚のシート状の未焼成成形体を圧着積層した。次いで、得られた未焼成積層体を熱圧着機を用いて20MPaで加圧して圧着した。
その後、得られた未焼成積層体を上記(1)と同様にして、脱脂を行い、引き続いて焼成を行い、本発明の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器と同時焼成された導電層とを備える電子部品(実験例3〜17、19〜34、36〜39及び41〜46)、及び、比較例の誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器と同時焼成された導電層とを備える電子部品(実験例1、2、18、35及び40)を得た。尚、これらの電子部品は分かり易さのために上記(1)における実験例Noと同じ番号を用いて各表に表した。
【0042】
(3)誘電特性及び焼結密度の測定
上記(1)で得られた誘電特性測定用の誘電体磁器を用い、平行導体板型誘電体円柱共振器法(TE011モード)により表1、表2及び表3に示す共振周波数f0におけるεr、Qu及びτfを測定した。この結果を表1、表2及び表3に示す。尚、τfは25〜80℃の温度領域で測定し、下記式▲1▼に従って算出した。式▲1▼におけるf25は25℃における共振周波数を表し、f80は80℃における共振周波数を表し、ΔTは80℃と25℃との差である55℃を表す。
τf=(f80−f25)/(f25×ΔT) ・・・・▲1▼
また、アルキメデス法により焼成後の密度を測定し、表1、表2及び表3に焼結密度として併記した。
【0043】
(4)Ag拡散域の測定(図9参照)
上記(2)で得られた電子部品1(実験例1〜46)を樹脂11に封入し、誘電体磁器12の内部に形成した導体層13が表出するように積層方向に研磨を行った。その後、導体層13が表出している面を積層方向にX線プローブマイクロアナライザ(以下、単に「EPMA」という。日本電子データダム社製、型式「JXA−8800M」)を用いてAgについて線分析を行った。この線分析においては、真空条件下で、波長分散型X線分光器(WDS)を用い、照射電流を0.25nAとし、加速電圧を20kVとした。
【0044】
この結果において、AgのX線強度が9以上として測定された領域から導体層13を除いた領域をAgの拡散が認められるAg拡散域14とした。この基準に従い導体層13からAg拡散域14を通過して導体層13から遠ざかる一方向へ観察したAg拡散域14の長さを測定し(図9における太い矢印16のように)、「Ag拡散域」として表1、表2及び表3に併記した。尚、各図中15は測定した領域である。
【0045】
(5)EPMAによる元素マップの作成
上記(4)と同じEPMAを用い、同じ測定条件により、実験例5の電子部品の各元素について各々元素マップを作成した。このとき測定範囲は□200μmとし、測定時間は1点につき30m秒とし、画素の大きさは0.5μmとし、画素数は300×300とした。得られた各元素マップを、図2〜9に示した。図2はBiに関し、図3はNbに関し、図4はTaに関し、図5はVに関し、図6はCuに関し、図7はMnに関し、図8はAgに関する元素マップである。
【0046】
(7)評価
以下、上記(3)〜上記(5)までに得られた測定結果に基づき説明する。
▲1▼α及びβに関して
実験例1〜11より、表1に示すCuの配合量であるβとAg拡散域との相関を図1に示した。この図1から分かるように、Cuは僅かな含有により極めて効果的にAgの拡散を抑制していることが分かる。即ち、Cuを含有しない場合は実験例1(比較例)に示すようにAg拡散域が180μmと非常に大きい。一方、実験例3(実施例)に示すように僅か0.1質量部の配合によりAg拡散域は68μmと小さくなり、Ag拡散域が37.8%にまで縮小されていることが分かる。更に、実験例6(実施例)に示すように僅か0.3質量部の配合であればAg拡散域は24μmであり、Ag拡散域はCuを含有しない場合に比べて13.3%にまで縮小されていることが分かる。
【0047】
この効果は、V2O5の配合量であるαとの関係においてβ/α≧0.875を満たすことが必要であることが実験例1(比較例)及び実験例2(比較例)の結果より分かる。一方、Cuは過度に含有されると、実験例18(比較例)に示すようにQuが200以下と小さくなる場合がある。このため、CuOの配合量であるβは17.14質量部よりも小さくする必要がある。
【0048】
Ag拡散域の大きさは、Cuの含有量βのみにより決定されるのではなく、Vの含有量αとCuの含有量βとの相関によっても影響を受けることが、例えば、実験例3(実施例)と実験例11(実施例)とから読みとれる。即ち、実験例3ではCuOの配合量が0.1質量部である場合にAg拡散域が68μmである。これに対して、実験例11ではCuOの配合量が0.086質量部と実験例3に比べて少ないにも関わらず、Ag拡散域は25μmである。即ち、実験例3に比べて、実験例11の方がCuの含有量が少ないにも関わらず、Ag拡散域は小さい。これは実験例3に比べて実験例11における方がVの含有量が少ないためであると考えられる。
【0049】
更に、このVに関して、V2O5の配合量であるαが本発明の範囲を超えると、実験例18(比較例)に示すようにQuが200以下と小さくなる場合がある。このため、V2O5の配合量は6.00質量部よりも小さくする必要がある。
【0050】
▲2▼γに関して
表2における実験例26〜29はMnを含有しないものであり、実験例30〜34はMnを含有しないものであり、各々焼成温度を850〜950℃の間で変化させた結果である。実験例26〜29及び実験例30〜34の間の変化は下記の通りである。
実験例26〜29
εr 45.0〜45.6の間で0.6変動
Qu 892〜901の間で11変動
τf −9.9〜−10.5ppm/℃の間で0.6ppm/℃変動
実験例30〜34
εr 38.3〜42.1の間で3.8変動
Qu 745〜890の間で145変動
τf −12.3〜−19.8ppm/℃の間で7.5ppm/℃変動
【0051】
この結果から、Mnを含有することによりAg拡散域に影響を与えることなく、誘電特性に対する焼成温度の影響を極めて効果的に抑制できることが分かる。即ち、εrの変化量は最大84%抑制され、Quの変化量は最大92%抑制され、τfの変化量は最大92%抑制されている。Mnを含有しなくとも本発明の組成を有することにより優れた誘電特性が発揮される。しかし、製造時には焼成温度により誘電特性が変化し易く、所望の誘電特性を有する誘電体磁器を安定的に得難い場合もある。しかし、Mnを含有することにより、焼成温度による影響は大幅に抑制でき、安定して優れた誘電特性を得ることが可能となることが分かる。
【0052】
但し、実験例19〜25より、Mnの含有量γが大きくなるに従いQuが小さくなる傾向があることが分かる。特にγが2.0質量部(実験例24)から3.0質量部(実験例25)に変化するとQuは523から398へ変化するが、2.0質量部であっても、3.0質量部であってもMnを含有する効果は十分に発揮される。このためγは3.0未満に抑えることでQuの低下を効果的に抑制できることが分かる。
【0053】
▲3▼x、y及びzに関して、
表3における、実験例40より、xの値が本発明の範囲を超えると(x=0.60)Quが231と小さくなっていることが分かる。同様に、実験例35より、y及びzが本発明の範囲を超えると(y=0.54、z=0.06)Quが250と小さくなっていることが分かる。
これに対して、本発明(0.43≦x≦0.57、0<y≦0.52、0.01≦z≦0.57)である実験例36〜39及び実験例41〜46より、εrは41.9〜50.4の間で、Quは856〜903の間で、τfは−53.9〜−4ppm/℃の間で、各々の誘電特性を幅広く制御でき得ることが分かる。また、Ag拡散域は24〜25μmの間で安定させることができる。
【0054】
▲4▼元素マップの結果に関して
図2及び図3より、誘電体磁器中に含まれるBi及びNbは導体層側へ拡散していないことが分かる。これに対して、図4〜図6より、誘電体磁器中に含まれるTa、V及びCuは導体層側へ拡散していることが分かる。また、図7より、Mnも僅かではあるが導体層側へ拡散していることが認められる。一方、図8より、導体層を構成するAgは誘電体磁器側へ僅かに拡散しているが、そのAg拡散域は25μmと非常に小さく実使用上問題の無い程度に抑えられていることが分かる。
これらの元素マップ及び上記図1より、Ta及びVを含有する誘電体磁器において、Cuが含有され、このCuが導体層側へ拡散を生じることにより、その理由は定かではないが、逆に導体層を構成するAgが誘電体磁器側へ拡散することを極めて効果的に抑制できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CuOの配合量とAg拡散域との相関を示すグラフである。
【図2】本発明品である実験例5のBiに関するEPMAによる元素マップである。
【図3】本発明品である実験例5のNbに関するEPMAによる元素マップである。
【図4】本発明品である実験例5のTaに関するEPMAによる元素マップである。
【図5】本発明品である実験例5のVに関するEPMAによる元素マップである。
【図6】本発明品である実験例5のCuに関するEPMAによる元素マップである。
【図7】本発明品である実験例5のMnに関するEPMAによる元素マップである。
【図8】本発明品である実験例5のAgに関するEPMAによる元素マップである。
【図9】Ag拡散域の測定及び元素マップの作成に関する説明図である。
【符号の説明】
1;電子部品、11;樹脂、12;誘電体磁器組成物(誘電体磁器)、13;導体層、14;Ag拡散域、15;測定領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric ceramic composition. More specifically, it is a dielectric ceramic composition having a novel composition, which has various dielectric properties such as a relative dielectric constant, a no-load quality factor, and a temperature coefficient of resonance frequency in a well-balanced manner, and can be obtained by simultaneous firing with a conductor layer. The present invention relates to a dielectric ceramic composition that hardly causes diffusion (migration) of components constituting a layer, and an electronic component using the same.
[0002]
The dielectric ceramic composition of the present invention is suitable as various electronic components used in the microwave band and the millimeter wave band. The various electronic components include individual components such as LC devices, resonators, couplers, duplexers, diplexers, diodes, and ceramic capacitors, general-purpose substrates, and functional substrates in which various functional components are embedded (such as LTCC multilayer devices). Board, MPU, SAW, and other packages, modules including at least one of these individual parts, boards, and packages. In addition, the electronic component of the present invention is a mobile communication device, mobile communication base station device, satellite communication device, satellite communication base station device, satellite broadcast device that uses radio waves in various microwave bands and / or millimeter wave bands. It can be used for wireless LAN devices, Bluetooth (registered trademark) devices, and the like.
[0003]
[Prior art]
In general, a dielectric ceramic used in a high frequency band is required to have a large relative dielectric constant, a small dielectric loss, and a small absolute value of a temperature coefficient of a resonance frequency. In addition, simultaneous firing without trouble with metals with low melting points such as silver, silver alloys, copper and copper alloys
It is hoped that it can be done. Examples of the dielectric ceramic composition constituting such a dielectric ceramic include
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-74224
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-74224
[Patent Document 3]
JP-A-7-187873
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-277824
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in each of the above-mentioned documents, no examination is made regarding the composition of the conductor layer and the dielectric ceramic formed on or inside the dielectric ceramic.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a novel dielectric material that can be fired at a low temperature, can obtain a dielectric ceramic having a large relative dielectric constant in a high frequency band, a small dielectric loss, and a small absolute value of a temperature coefficient of a resonance frequency. An object is to provide a porcelain composition. It is another object of the present invention to provide a dielectric porcelain composition in which diffusion of components constituting the conductor layer is hardly observed on the dielectric porcelain side even when co-firing with the conductor layer is performed. It is another object of the present invention to provide an electronic component exhibiting excellent dielectric characteristics, comprising a dielectric ceramic made of such a dielectric ceramic composition.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have obtained a dielectric ceramic composition exhibiting excellent dielectric properties disclosed in
[0007]
However, in order to provide a conductor layer on the surface or inside of this dielectric ceramic, when the conductor layer and an unsintered molded body to be the dielectric ceramic are co-fired, the components constituting the conductor layer (particularly Ag) It has been found that there is a case where the electric characteristics which are supposed to be able to be exhibited are not sufficiently exhibited due to diffusion in the dielectric ceramic. Further, when examined in more detail, it was discovered that Ta and V contained in the dielectric ceramic were diffused into the conductor layer (see FIGS. 4 and 5). However, it is not normally considered that a component having a high melting point such as Ta (such as tantalum oxide at the time of manufacture) diffuses into the conductor layer by low-temperature firing. To confirm this, this diffusion is not observed in Nb, which is very similar in nature to Ta (see FIG. 3). From these facts, it is considered that the phenomenon that the component constituting the conductor layer diffuses to the dielectric ceramic side is a peculiar phenomenon that occurs in the dielectric ceramic containing Ta and V simultaneously.
[0008]
In consideration of these facts, the present inventors studied suppression of diffusion of components constituting the conductor layer into the dielectric ceramic. As a result, it was found that this diffusion can be suppressed surprisingly effectively when Cu is added (see FIGS. 1 and 8), and the present invention has been completed. That is:
[0009]
In the dielectric ceramic composition of the present invention, 0.43 ≦ x ≦ 0.57, 0 ≦ y ≦ 0. 0 when the molar ratio of Bi is x, the molar ratio of Nb is y, and the molar ratio of Ta is z. 52, 0.01 ≦ z ≦ 0.57, and Bi, Nb and Ta are contained so as to satisfy x + y + z = 1, and Bi is further 2 O 3 , Nb to Nb 2 O 5 , Ta to Ta 2 O 5 Assuming that the total content of Bi, Nb and Ta converted as 100 parts by mass, V is V 2 O 5 It is characterized by containing α parts by mass in terms of Cu, Cu being contained by β parts by mass in terms of CuO, and satisfying α ≦ 5, β ≦ 14, and β / α ≧ 0.875. Further, when the total content of Bi, Nb and Ta is 100 parts by mass, Mn is MnO. 2 It can be contained in an amount of 3.5 parts by mass or less.
An electronic component of the present invention includes a dielectric ceramic made of the dielectric ceramic composition of the present invention, and a conductor layer formed on at least one of the surface and the inside of the dielectric ceramic, It is characterized by being fired at the same time as the dielectric ceramic.
[0010]
【The invention's effect】
According to the dielectric ceramic composition of the present invention, it is possible to obtain excellent dielectric characteristics having a large relative dielectric constant in a high frequency band, a small dielectric loss, and a small absolute value of a temperature coefficient of a resonance frequency. In addition, since a metal having a low melting point such as silver, a silver alloy, copper, or a copper alloy can be simultaneously fired as a conductor layer, the degree of freedom in designing electronic components is high. Furthermore, stable baking can be performed by containing a predetermined ratio of Mn. Moreover, according to the electronic component of the present invention, even when the conductor layer formed by simultaneous firing is provided on the surface and / or inside, the component constituting the conductor layer hardly diffuses to the dielectric ceramic side. Can exhibit excellent dielectric properties.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the dielectric ceramic composition and electronic component of the present invention will be described in detail.
The dielectric ceramic composition of the present invention contains at least four elements other than Nb among Bi, Nb, Ta, V and Cu. This dielectric ceramic composition is usually Bi (NbTa) O. 4 , BiNbO 4 , BiTaO 4 , BiVO 4 And Cu 5 V 2 O 10 In particular, Bi (NbTa) O 4 Is the main crystal phase.
[0012]
The above “Bi” contains Bi, Nb, and Ta (however, Nb may not be contained) in a molar ratio between three elements “x” in the range of 0.43 ≦ x ≦ 0.57. This x is preferably 0.44 ≦ x ≦ 0.56, more preferably 0.45 ≦ x ≦ 0.55, and particularly preferably 0.46 ≦ x ≦ 0.54. . When x is less than 0.43 or more than 0.57, the no-load quality factor (hereinafter simply referred to as “Qu”) tends to decrease (for example, Qu <300). Further, the relative dielectric constant (hereinafter simply referred to as “ε r ") Also tends to be smaller (for example, ε r <40).
[0013]
The “Nb” is contained in a molar ratio between the three elements “y” in the range of y ≦ 0.52, or not contained, as in the case of Bi. This y is preferably 0.1 ≦ y ≦ 0.52, more preferably 0.2 ≦ y ≦ 0.51, and particularly preferably 0.3 ≦ y ≦ 0.50. . This Nb content causes ε r Furthermore, the temperature coefficient of the resonance frequency (hereinafter simply referred to as “τ f )) Can be made smaller. However, when y exceeds 0.52, Qu tends to decrease (for example, Qu <300).
[0014]
As in the case of Bi, the “Ta” is contained so that the molar ratio between the three elements is “z” in the range of 0.01 ≦ z ≦ 0.57. This z is preferably 0.01 ≦ z ≦ 0.55, more preferably 0.01 ≦ z ≦ 0.50, and particularly preferably 0.01 ≦ z ≦ 0.40. . When z is less than 0.01, the sintered density tends to decrease (for example, 7.00 g / cm 3 Less than). In 0.01 ≦ z ≦ 0.042, Qu tends to be small (for example, Qu <300) when y <0.38 at the same time. Therefore, it is preferable that y ≧ 0.38 in the range of 0.01 ≦ z ≦ 0.042. On the other hand, when z exceeds 0.50, Bi decreases in conjunction with it, and Qu tends to decrease (for example, Qu <300).
[0015]
The above “V” represents Bi contained in the dielectric ceramic composition of the present invention as Bi. 2 O 3 , Nb to Nb 2 O 5 (Nb may not be contained), Ta to Ta 2 O 5 When the total content of Bi, Nb and Ta converted to oxides is 100 parts by mass, V 2 O 5 In the above-mentioned “α” which is the content in terms of oxide, α ≦ 5. α is preferably 0.02 ≦ α ≦ 4.00, more preferably 0.02 ≦ α ≦ 2.00, and particularly preferably 0.02 ≦ α ≦ 1.00.
By containing V, the firing temperature when obtaining the dielectric ceramic composition of the present invention can be effectively lowered. That is, various dielectric properties can be maintained within a preferable range even when firing at a low temperature. However, when α exceeds 5, Qu tends to decrease (for example, Qu <300).
[0016]
The “Cu” is contained in the range of β ≦ 14 in the “β”, which is a content converted to an oxide in terms of CuO, when the total content similar to that in V is 100 parts by mass. This β can be obtained when β ≧ 0.05 (usually β ≦ 10) and β ≧ 0.1 when the purpose is only to suppress the diffusion of the conductor layer as will be described later. (Usually β ≦ 10) is preferable, β ≧ 0.15 (usually β ≦ 10) is more preferable, and β ≧ 0.2 (usually β ≦ 10) is particularly preferable. .
[0017]
Furthermore, in addition to suppressing the diffusion of the conductor layer, in the case of simultaneously obtaining excellent Qu, 0.05 ≦ β ≦ 2.00 (Qu can be made 700 or more). Is preferable, 0.12 ≦ β ≦ 1.6 (Qu can be set to 730 or more), more preferably 0.12 ≦ β ≦ 1.1 (Qu can be set to 780 or more). It is particularly preferred that
[0018]
When the electronic component of the present invention is obtained by containing Cu, it is possible to extremely effectively suppress the components constituting the conductor layer in contact with the dielectric ceramic from diffusing to the dielectric ceramic side (see FIG. 1). . Even if the Cu content is very small, the above suppression can be achieved very effectively. Furthermore, this Cu has an effect of improving Qu by containing it in a certain range. However, when β exceeds 14, Qu tends to be small (in some cases, Qu <300).
[0019]
Furthermore, α representing the V content and β representing the Cu content satisfy the relationship β / α ≧ 0.875. That β / α is 0.875 or more means that the contents of V and Cu contained are converted into molar units, and the molar content of V is M V And the molar content of Cu is M Cu Where M is the molar ratio thereof. Cu / M V Is M Cu / M V It represents that ≧ 2. Β / α is 0.875 ≦ β / α ≦ 69 (2 ≦ M Cu / M V ≦ 158), preferably 1.4 ≦ β / α ≦ 60 (3.2 ≦ M Cu / M V ≦ 137), more preferably 1.6 ≦ β / α ≦ 35 (3.66 ≦ M) Cu / M V ≦ 80), more preferably 1.8 ≦ β / α ≦ 20 (4.11 ≦ M Cu / M V It is particularly preferred that ≦ 45.7).
[0020]
When β / α is less than 0.875, even when α ≦ 4 and β ≦ 12 are satisfied, components constituting the conductor layer diffuse to the dielectric ceramic side when the electronic component of the present invention is manufactured. This may not be sufficiently suppressed. More specifically, when the diffusion region is measured by a measurement method described later, for example, the Ag diffusion region (hereinafter simply referred to as “Ag diffusion region”) may exceed 100 μm. On the other hand, even if β / α exceeds 80, the components constituting the conductor layer can be prevented from diffusing to the dielectric ceramic side, but Qu tends to decrease (in some cases, Qu <300). is there.
[0021]
Although the above “Mn” may or may not be contained, when the dielectric ceramic composition of the present invention or the electronic component of the present invention is produced by containing Mn, the size of the Ag diffusion region is reduced. The influence of the firing temperature on the dielectric properties can be extremely effectively suppressed without affecting the dielectric properties. Therefore, excellent dielectric ceramics and electronic components can be stably obtained by containing Mn.
This Mn is MnO when the same total content as in V and Cu is 100 parts by mass. 2 If the content in terms of oxide is γ parts by mass, it is preferably contained in the range of γ ≦ 3.5. γ is more preferably 0.01 ≦ γ ≦ 3.5, still more preferably 0.02 ≦ γ ≦ 2.5, and particularly preferably 0.05 ≦ γ ≦ 1.5. preferable. When γ exceeds 3.5, Qu tends to be small (in some cases, Qu <300).
[0022]
According to the dielectric ceramic comprising the dielectric ceramic composition of the present invention, the resonant frequency is about 4 GHz and the parallel conductor plate type dielectric cylindrical resonator method (TE) described later is used. 011 ) When measured by mode) r Can be set to 42 to 52, more preferably 43 to 51, and particularly 43.5 to 50.5. Similarly, Qu can be 400 to 910, further 500 to 905, and particularly 600 to 900. Furthermore, τ f Can be −50 to 0 ppm / ° C., more preferably −40 to −2 ppm / ° C., and particularly preferably −30 to −3 ppm / ° C. The ranges of these dielectric characteristics can be combined with each other.
[0023]
Further, when a conductor layer containing 70% by mass or more of Ag was formed on a dielectric ceramic made of the dielectric ceramic composition of the present invention by co-firing, it was determined by the method described later in the dielectric ceramic comprising the obtained conductor layer. The Ag diffusion zone can be as follows. That is, by setting β to 0.05 or more, the Ag diffusion region can be made 80 μm or less (usually 18 μm or more). Furthermore, by setting β to 0.10 or more, the Ag diffusion region can be made 70 μm or less. In particular, by setting β to 0.15 or more, the Ag diffusion region can be made 40 μm or less. In particular, by setting β to 0.2 or more, the Ag diffusion region can be set to 25 μm or less.
[0024]
Furthermore, by setting β / α to 1.00 or more, the Ag diffusion region can be made 80 μm or less (usually 18 μm or more). Further, by setting β / α to 1.4 or more, the Ag diffusion region can be made 70 μm or less. Particularly, by setting β / α to 1.8 or more, the Ag diffusion region can be made 40 μm or less. In particular, by setting β / α to be 2.8 or more, the Ag diffusion region can be made 25 μm or less.
[0025]
The “electronic component” includes a conductor layer that is co-fired on at least one of the surface of the dielectric ceramic and the interior of the dielectric ceramic. This electronic component may be an active component or a passive component. In other words, even if it is not possible to exhibit dielectric characteristics by itself unless it is connected to another circuit at the time of use, the electronic component according to the present invention may or may not be equipped with other circuits necessary for the performance. included. For example, an antenna switch module or the like can be given as an electronic component having other circuits at the same time, and a coupler, a capacitor, and the like that are installed as a part of the circuit and cannot exhibit dielectric properties by themselves are also the electronic components referred to in the present invention.
The “dielectric ceramic” is made of the dielectric ceramic composition of the present invention. However, the electronic component of the present invention may include a dielectric ceramic made of a dielectric ceramic composition having a composition different from that of the dielectric ceramic composition of the present invention, in addition to the above dielectric ceramic.
[0026]
The “conductor layer” is a layer that is formed on the surface or inside of the dielectric ceramic and exhibits conductivity. Although this electroconductivity is not specifically limited, Usually, it is about 3-5 microhm * cm at normal temperature. The components constituting such a conductor layer are not particularly limited, but one or more of Ag, Cu, Ni, Mo, Ru, Rh, Pd, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, etc. Can be mentioned. Among these conductor layers, particularly when the conductor layer is composed only of Ag or the conductor layer composed of two or more types including Ag, the diffusion of the conductive component to the dielectric ceramic side is extremely effectively suppressed. Can do. Furthermore, in the present invention, Ag is prevented from diffusing to the dielectric porcelain side even when a conductor layer containing 70 mass% or more (including 100 mass%) of Ag is included in the entire conductor layer. .
[0027]
Whether these conductor layers are fired simultaneously with respect to the dielectric ceramics at the time of manufacture depends on whether the dielectric ceramics obtained by simultaneous firing and the dielectric ceramics obtained by performing secondary firing are used. Judgment can be made using the following three differences (1) to (3). That is, the product obtained by co-firing grows larger than (1), (2) has a large electric resistance, and (3) many porcelain components are diffused in the conductor layer. The conductor layer formed in the dielectric ceramic is usually fired at the same time.
[0028]
Although the method for obtaining the dielectric ceramic composition of the present invention is not particularly limited, for example, it can be obtained as follows.
That is, a mixed powder preparation step of obtaining a mixed powder by mixing component powders so as to satisfy the relationship of x, y, z, α, β and β / α, and further γ, A calcining step of calcining the mixed powder obtained in the mixed powder preparing step at 850 ° C. or less, and a granulated powder preparing step of granulating the calcined powder obtained in the calcining step to obtain a granulated powder A molding step of molding the granulated powder obtained in the granulated powder preparation step to obtain a green molded body, and the green molded body at a temperature exceeding the calcination temperature and 800 to 1100 ° C. A firing step of firing at a temperature in the range can be obtained by a method provided in this order.
[0029]
As the component powder, at least one of Bi oxide powder and compound powder heated to become Bi oxide, at least one of Nb oxide powder and compound powder heated to become Nb oxide, At least one of Ta oxide powder and compound powder heated to become Ta oxide, at least one of V oxide powder and compound powder heated to become V oxide, Cu oxide powder and heating Examples thereof include at least one of compound powders that are converted to Cu oxide, Mn oxide powder, and at least one of compound powders that are heated to become Mn oxide. Examples of each compound powder include carbonates, nitrates and hydroxides containing the above-described elements.
In addition, for example, BiTaO 4 Compound powder and BiNbO 4 -Based compound powder and Bi (NbTa) O satisfying the above x, y and z in advance 4 Powders containing two or more necessary components such as system compound powders can also be used.
[0030]
Moreover, in the said calcination process, it heats with the calcination temperature of 600-850 (preferably 700-800 degreeC) normally. If the calcination temperature is less than 600 ° C., for example, the purpose of performing calcination, in which the reaction is allowed to proceed to some extent to suppress the shrinkage during the main firing and the shrinkage rate is easily controlled, may not be sufficiently achieved. On the other hand, when it exceeds 850 ° C., the calcined powder becomes hard, and it may be difficult to control the particle size in the step of pulverizing the calcined product and further granulating it.
[0031]
Although the particle diameter of the granulated powder granulated in the said granulation process is not specifically limited, It is preferable that the maximum particle diameter of the obtained granulated powder is 8 micrometers or less. If the maximum particle size of the granulated powder exceeds 8 μm, homogeneous growth of the crystal phase during firing may be hindered, and sufficient dielectric properties may be difficult to obtain. Further, the average particle size of the granulated powder is preferably 0.8 to 1.2 μm (particularly 0.9 to 1.1 μm).
[0032]
In the molding step, the pressure to be applied is not particularly limited, but the molding is preferably performed by applying a pressure of 100 MPa or more. When the pressure is less than 100 MPa, densification of the green body to be obtained becomes insufficient, and the shape may not be sufficiently retained during firing.
In the firing step, the firing temperature is preferably 800 to 1100 ° C, more preferably 820 to 1000 ° C, particularly 840 to 970 ° C, and particularly 850 to 950 ° C. it can. That is, the dielectric ceramic composition of the present invention can be obtained by firing at a low temperature. If the firing temperature is less than 800 ° C., it may not be able to be sufficiently sintered. If the firing temperature exceeds 1100 ° C., an undesired crystal phase is likely to grow, and it is difficult to obtain sufficient dielectric properties. In some cases, it is not preferable.
[0033]
In addition to the above steps, necessary steps can be provided. That is, for example, a degreasing process. Usually, since a green compact contains a binder, a degreasing step for degreasing the binder can be provided. This degreasing step is performed before the firing step, and the firing step can be continued as it is.
[0034]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
(1) Manufacture of dielectric porcelain for dielectric property measurement
Bi 2 O 3 Powder (purity: 98.9%), Nb 2 O 5 Powder (purity: 99.9%), Ta 2 O 5 Powder (purity; 99.9%), V 2 O 5 Powder (purity; 99.5%), CuO powder (purity; 99.9%) and MnO 2 Using powder (purity: 96.0%) as a component powder, x, y, z, α, β, β / α, and γ shown in Experimental Examples 1 to 46 in Table 1, Table 2, and Table 3, respectively. A predetermined amount (the total amount of the mixed powder was 200 g in any of the experimental examples) was weighed and mixed to obtain a mixed powder.
[0035]
[Table 1]
“*” In the table indicates that it is outside the scope of the present invention.
[0036]
[Table 2]
[0037]
[Table 3]
“*” In the table indicates that it is outside the scope of the present invention.
[0038]
Thereafter, the obtained mixed powder is put into a vibration mill and subjected to primary pulverization (3 hours), and then heated to 800 ° C. at a temperature rising rate of 200 ° C./hour in an air atmosphere and calcined for 2 hours. Then, the temperature was lowered at a temperature drop rate of 200 ° C./hour to obtain a calcined powder. An organic binder (about 5 g) and water (about 200 g) are added to the obtained calcined powder, put into a ball mill, and subjected to secondary pulverization using an alumina ball having a diameter of 20 mm at a rotation speed of the mill of 90 rpm (24 hours). Went. Thereafter, the obtained secondary pulverized powder is granulated by vacuum freeze-drying (pressure; about 53 Pa, freezing temperature; −40 to −20 ° C., drying temperature; 40 to 50 ° C., time; 20 hours). A powder was obtained. The obtained granulated powder was put into a mold and pressurized at 100 MPa to obtain a cylindrical unfired molded body having a diameter of 19 mm and a height of 10 mm.
[0039]
Next, the obtained green molded body was degreased by raising the temperature to 500 ° C. at a temperature rising rate of 50 ° C./hour and holding it for 3 hours in an air atmosphere. Then, it baked by heating up to each baking temperature shown in Table 1, Table 2, and Table 3 with a temperature increase rate of 100 degreeC / hour, and hold | maintaining for 2 hours, and then, at a temperature-fall rate of 100 degreeC / hour. The temperature was lowered to obtain a dielectric ceramic made of the dielectric ceramic composition of the present invention and a dielectric ceramic made of the dielectric ceramic composition of the comparative example.
Then, each obtained dielectric ceramic was polished so as to be a cylindrical shape having a diameter of 16 mm and a height of 8 mm, then subjected to ultrasonic cleaning, and then kept at 100 ° C. for 4 hours to be dried. Dielectric porcelain for measuring dielectric characteristics (experimental examples 3 to 17, 19 to 34, 36 to 39, and 41 to 46) made of a dielectric ceramic composition, and dielectric characteristic measurement made of a dielectric ceramic composition of a comparative example Dielectric ceramics (Experimental Examples 1, 2, 18, 35 and 40) were obtained.
[0040]
(2) Manufacture of electronic parts for Ag diffusion region measurement
Using the same component powder as in (1) above, a calcined powder was obtained by the same method. Predetermined amounts of toluene and a dispersant were added to the obtained calcined powder, and secondary pulverization was performed in the same manner as in (1) above. Thereafter, a resin solution obtained by stirring and dissolving an acrylic binder and dioctyl phthalate as a plasticizer in toluene for 4 hours or more was added to the obtained secondary pulverized powder, and the pulverization time was changed to 4 hours. A slurry was obtained by mixing in the same manner as in the secondary pulverization. By passing the obtained slurry through a 200-mesh filter, foreign matters and the like in the slurry were removed. Thereafter, toluene was further added to adjust the viscosity to 3 Pa · s, and then defoaming was performed. The slurry thus obtained was put into a doctor blade type casting apparatus and formed into a sheet having a thickness of 100 to 300 μm. Then, it cut out to 6 cm long and 5 cm wide, and obtained the unbaking molded object.
[0041]
Three sheet-like green compacts thus obtained were pressure-bonded and laminated, and a conductive layer paste containing 90% by mass of Ag based on the total paste was screen-printed on the surface of the square of 2 mm. Thereafter, three sheet-like green molded bodies were further pressure-bonded and laminated so as to cover the printed conductive layer paste. Next, the obtained unfired laminate was pressed and pressure-bonded at 20 MPa using a thermocompression bonding machine.
Thereafter, the obtained unfired laminate is degreased in the same manner as in the above (1), subsequently fired, and a conductive layer co-fired with a dielectric ceramic made of the dielectric ceramic composition of the present invention; An electronic component (Experimental Examples 3-17, 19-34, 36-39 and 41-46), and an electronic component comprising a dielectric ceramic comprising a dielectric ceramic composition of a comparative example and a co-fired conductive layer Parts (Experimental Examples 1, 2, 18, 35 and 40) were obtained. These electronic components are shown in the respective tables using the same numbers as the experimental example No. in the above (1) for easy understanding.
[0042]
(3) Measurement of dielectric properties and sintered density
Using the dielectric porcelain for dielectric property measurement obtained in (1) above, the parallel conductor plate type dielectric cylindrical resonator method (TE 011 Mode), the resonance frequencies f shown in Table 1, Table 2, and Table 3. 0 Ε at r , Qu and τ f Was measured. The results are shown in Table 1, Table 2 and Table 3. Τ f Was measured in the temperature range of 25-80 ° C. and calculated according to the following formula (1). F in Formula (1) 25 Represents the resonance frequency at 25 ° C. and f 80 Represents the resonance frequency at 80 ° C., and ΔT represents 55 ° C., which is the difference between 80 ° C. and 25 ° C.
τ f = (F 80 -F 25 ) / (F 25 × ΔT) ・ ・ ・ ・ ▲ 1 ▼
Moreover, the density after baking was measured by the Archimedes method, and it described together as sintered density in Table 1, Table 2, and Table 3.
[0043]
(4) Measurement of Ag diffusion region (see Fig. 9)
The
[0044]
In this result, a region obtained by removing the
[0045]
(5) Creation of element maps using EPMA
Using the same EPMA as in (4) above, an element map was created for each element of the electronic component of Experimental Example 5 under the same measurement conditions. At this time, the measurement range was □ 200 μm, the measurement time was 30 milliseconds per point, the pixel size was 0.5 μm, and the number of pixels was 300 × 300. The obtained element maps are shown in FIGS. 2 relates to Bi, FIG. 3 relates to Nb, FIG. 4 relates to Ta, FIG. 5 relates to V, FIG. 6 relates to Cu, FIG. 7 relates to Mn, and FIG.
[0046]
(7) Evaluation
Hereinafter, description will be made based on the measurement results obtained up to (3) to (5).
(1) Regarding α and β
From Experimental Examples 1 to 11, the correlation between β, which is the compounding amount of Cu shown in Table 1, and the Ag diffusion region is shown in FIG. As can be seen from FIG. 1, it can be seen that Cu is very effectively suppressed from diffusing Ag due to its slight content. That is, when Cu is not contained, the Ag diffusion region is as large as 180 μm as shown in Experimental Example 1 (Comparative Example). On the other hand, as shown in Experimental Example 3 (Example), it can be seen that the Ag diffusion region is reduced to 68 μm and the Ag diffusion region is reduced to 37.8% by blending only 0.1 part by mass. Furthermore, as shown in Experimental Example 6 (Example), the Ag diffusion region is 24 μm with only 0.3 parts by mass, and the Ag diffusion region is up to 13.3% compared to the case where Cu is not contained. You can see that it has been reduced.
[0047]
This effect is 2 O 5 It can be seen from the results of Experimental Example 1 (Comparative Example) and Experimental Example 2 (Comparative Example) that it is necessary to satisfy β / α ≧ 0.875 in relation to α, which is the blending amount of. On the other hand, if Cu is excessively contained, Qu may be as small as 200 or less as shown in Experimental Example 18 (Comparative Example). For this reason, it is necessary to make (beta) which is the compounding quantity of CuO smaller than 17.14 mass parts.
[0048]
The size of the Ag diffusion region is not only determined by the Cu content β, but is also influenced by the correlation between the V content α and the Cu content β. Example) and Experimental Example 11 (Example). That is, in Experimental Example 3, when the compounding amount of CuO is 0.1 part by mass, the Ag diffusion region is 68 μm. On the other hand, in Experimental Example 11, although the compounding amount of CuO is 0.086 parts by mass, which is smaller than that of Experimental Example 3, the Ag diffusion region is 25 μm. That is, compared with Experimental Example 3, although the Experimental Example 11 has a smaller Cu content, the Ag diffusion region is smaller. This is presumably because the content of V is lower in Experimental Example 11 than in Experimental Example 3.
[0049]
Furthermore, regarding this V, V 2 O 5 If α exceeds the range of the present invention, Qu may be as small as 200 or less as shown in Experimental Example 18 (Comparative Example). For this reason, V 2 O 5 The blending amount of must be smaller than 6.00 parts by mass.
[0050]
(2) Regarding γ
Experimental Examples 26 to 29 in Table 2 do not contain Mn, Experimental Examples 30 to 34 do not contain Mn, and are the results of changing the firing temperature between 850 and 950 ° C., respectively. Changes between Experimental Examples 26 to 29 and Experimental Examples 30 to 34 are as follows.
Experimental Examples 26-29
ε r 0.6 variation between 45.0 and 45.6
11 fluctuations between Qu 892-901
τ f 0.6ppm / ° C variation between -9.9 to -10.5ppm / ° C
Experimental examples 30 to 34
ε r 3.8 variation between 38.3 and 42.1
145 fluctuations between Qu 745-890
τ f 7.5 ppm / ° C. fluctuation between −12.3 and −19.8 ppm / ° C.
[0051]
From this result, it can be seen that the inclusion of Mn can extremely effectively suppress the influence of the firing temperature on the dielectric properties without affecting the Ag diffusion region. That is, ε r Is suppressed by a maximum of 84%, Qu is suppressed by a maximum of 92%, and τ f The amount of change is suppressed up to 92%. Even if it does not contain Mn, excellent dielectric properties are exhibited by having the composition of the present invention. However, the dielectric characteristics are likely to change depending on the firing temperature during manufacture, and it may be difficult to stably obtain a dielectric ceramic having desired dielectric characteristics. However, it can be seen that by containing Mn, the influence of the firing temperature can be greatly suppressed, and excellent dielectric properties can be obtained stably.
[0052]
However, it can be seen from Experimental Examples 19 to 25 that Qu tends to decrease as the Mn content γ increases. In particular, when γ changes from 2.0 parts by mass (Experimental Example 24) to 3.0 parts by mass (Experimental Example 25), Qu changes from 523 to 398. Even if it is a mass part, the effect containing Mn is fully exhibited. For this reason, it turns out that the fall of Qu can be suppressed effectively by suppressing (gamma) to less than 3.0.
[0053]
(3) Regarding x, y and z
From Experimental Example 40 in Table 3, it can be seen that when the value of x exceeds the range of the present invention (x = 0.60), Qu becomes as small as 231. Similarly, it can be seen from Experimental Example 35 that when y and z exceed the range of the present invention (y = 0.54, z = 0.06), Qu is as small as 250.
On the other hand, from Experimental Examples 36 to 39 and Experimental Examples 41 to 46 according to the present invention (0.43 ≦ x ≦ 0.57, 0 <y ≦ 0.52, 0.01 ≦ z ≦ 0.57). , Ε r Is between 41.9 and 50.4, Qu is between 856 and 903, and τ f It can be seen that each of the dielectric properties can be widely controlled between −53.9 and −4 ppm / ° C. The Ag diffusion region can be stabilized between 24 and 25 μm.
[0054]
(4) Regarding element map results
2 and 3, it can be seen that Bi and Nb contained in the dielectric ceramic are not diffused to the conductor layer side. On the other hand, it can be seen from FIGS. 4 to 6 that Ta, V, and Cu contained in the dielectric ceramic are diffused toward the conductor layer. Further, it can be seen from FIG. 7 that Mn is also diffused to the conductor layer side although it is slight. On the other hand, from FIG. 8, Ag constituting the conductor layer is slightly diffused to the dielectric ceramic side, but the Ag diffusion area is as small as 25 μm and is suppressed to such a level that there is no problem in practical use. I understand.
From these element maps and FIG. 1 above, in the dielectric porcelain containing Ta and V, Cu is contained, and this Cu causes diffusion to the conductor layer side. It can be seen that Ag constituting the layer can be extremely effectively suppressed from diffusing to the dielectric ceramic side.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the correlation between the compounding amount of CuO and an Ag diffusion region.
FIG. 2 is an element map by EPMA regarding Bi of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 3 is an element map by EPMA regarding Nb of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 4 is an element map by EPMA regarding Ta of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 5 is an element map by EPMA regarding V of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 6 is an element map by EPMA regarding Cu of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 7 is an element map by EPMA regarding Mn of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 8 is an element map by EPMA regarding Ag of Experimental Example 5 which is a product of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram regarding measurement of an Ag diffusion region and creation of an element map.
[Explanation of symbols]
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