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JP7737076B2 - Glass ceramic dielectric material, sintered body, method for producing sintered body, and high frequency circuit component - Google Patents
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JP7737076B2 - Glass ceramic dielectric material, sintered body, method for producing sintered body, and high frequency circuit component - Google Patents

Glass ceramic dielectric material, sintered body, method for producing sintered body, and high frequency circuit component

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JP7737076B2 JP2021158970A JP2021158970A JP7737076B2 JP 7737076 B2 JP7737076 B2 JP 7737076B2 JP 2021158970 A JP2021158970 A JP 2021158970A JP 2021158970 A JP2021158970 A JP 2021158970A JP 7737076 B2 JP7737076 B2 JP 7737076B2
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Description

本発明は、20GHz以上の高周波領域において、信号処理に有利な低い誘電正接と高い機械的強度を有する焼結体の前駆体であるガラスセラミック誘電体材料、焼結体及び高周波用回路部材に関する。 The present invention relates to a glass ceramic dielectric material, which is a precursor to a sintered body having a low dielectric tangent and high mechanical strength advantageous for signal processing in the high frequency range of 20 GHz or higher, as well as to a sintered body and a high-frequency circuit component.

アルミナセラミックは、配線基板や回路部品として広く使用されている。アルミナセラミックは、比誘電率が10と高いため、信号処理の速度が遅いという欠点がある。また、導体材料に高融点のタングステンを使用しなければならないため、導体損失が高くなるという欠点もある。 Alumina ceramic is widely used as a wiring board and circuit component. However, due to its high dielectric constant of 10, alumina ceramic has the disadvantage of slow signal processing speed. Another disadvantage is that tungsten, which has a high melting point, must be used as the conductor material, resulting in high conductor loss.

その欠点を補うために、ガラス粉末とセラミック粉末からなるガラスセラミック誘電体材料が開発されており、その焼結体が誘電体層として使用されている。例えば、主結晶としてディオプサイドが析出するガラス粉末を用いたガラスセラミック誘電体材料の焼結体は、0.1GHzで比誘電率が7.3~7.8であり、アルミナセラミック材料のそれよりも低い。また1000℃以下の温度で焼成し得るため、導体損失の低いAg、Cu等の低融点の金属材料との同時焼成が可能であり、これらを内層導体として使用し得るという長所がある(特許文献1参照)。 To overcome this drawback, glass-ceramic dielectric materials made from glass powder and ceramic powder have been developed, and sintered bodies of these materials are used as dielectric layers. For example, sintered bodies of glass-ceramic dielectric materials made from glass powder that precipitates diopside as the primary crystal have a relative dielectric constant of 7.3 to 7.8 at 0.1 GHz, lower than that of alumina ceramic materials. Furthermore, because they can be fired at temperatures below 1000°C, they can be co-fired with low-melting-point metal materials such as Ag and Cu, which have low conductor loss, and have the advantage of being able to be used as inner-layer conductors (see Patent Document 1).

特開平10―120436号Japanese Patent Application Publication No. 10-120436

ところで、近年、5Gに代表される移動体通信機器、WiFi等のローカルネットワーク通信分野において、利用される周波数帯域が20GHz以上と高くなってきており、このような高周波領域において、セラミック誘電体材料の更なる低誘電正接化が強く求められるようになってきている。 In recent years, the frequency bands used in mobile communication devices, such as 5G, and local network communication fields, such as Wi-Fi, have been increasing to 20 GHz and above, and there is a strong demand for ceramic dielectric materials with even lower dielectric loss tangents in such high-frequency ranges.

電磁波の電子回路での伝送損失は、回路基板の誘電率の平方根、誘電正接、電磁波の周波数の積に比例する。上記特許文献で開示されているガラスセラミック誘電体材料は、10.1GHzでは高い誘電特性を示すが、20GHz以上の高周波領域における誘電正接が十分に低くないため、伝送損失が大きくなるという問題があった。 The transmission loss of electromagnetic waves in electronic circuits is proportional to the product of the square root of the dielectric constant of the circuit board, the dielectric loss tangent, and the frequency of the electromagnetic wave. The glass-ceramic dielectric material disclosed in the above patent document exhibits high dielectric properties at 10.1 GHz, but its dielectric loss tangent is not sufficiently low in the high-frequency range of 20 GHz and above, resulting in the problem of large transmission loss.

また、曲げ強度が約200MPaと低く、高周波回路基板として使用するには強度不足であるという問題があった。 Another problem was that the bending strength was low at approximately 200 MPa, making it insufficient for use as a high-frequency circuit board.

本発明の目的は、20GHz以上での高周波領域において、低い誘電正接と高い曲げ強度を有する焼結体の前駆体であるガラスセラミック誘電体材料、焼結体及び高周波用回路部材を提供することである。 The object of the present invention is to provide a glass ceramic dielectric material, which is a precursor to a sintered body having a low dielectric tangent and high bending strength in the high frequency range of 20 GHz or higher, as well as a sintered body and a high-frequency circuit component.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、ガラス組成として、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有する結晶性ガラス粉末を含むことを特徴とする。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer and another outer layer are laminated in this order, the outer layers each being made of alumina and having a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer contains a crystallizable glass powder containing, in mass %, 50 to 60% SiO 2 , 20 to 30% CaO, and 15 to 21% MgO as a glass composition.

なお、本発明において「結晶性ガラス粉末」とは、熱処理するとガラスマトリクス中から結晶を析出する性質を有する非晶質のガラス粉末を意味する。「熱処理」とは、800~1000℃で10分以上の熱処理をいう。 In the present invention, "crystallizable glass powder" refers to amorphous glass powder that has the property of precipitating crystals from the glass matrix when heat-treated. "Heat treatment" refers to heat treatment at 800 to 1000°C for 10 minutes or more.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記内層がグリーンシート圧着体又は印刷積層体であることが好ましい。 In the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention, the inner layer is preferably a green sheet compression-bonded body or a printed laminate.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記内層が実質的にセラミック粉末を含まないことが好ましい。「実質的にセラミック粉末を含まない」とは、内層中のセラミック粉末の含有量が0.1質量%未満であることを意味する。 In the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention, the inner layer preferably contains substantially no ceramic powder. "Substantially no ceramic powder" means that the content of ceramic powder in the inner layer is less than 0.1% by mass.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記内層に金属導体を含むことが好ましい。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention preferably includes a metal conductor in the inner layer.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、前記金属導体が銀または銀合金であることが好ましい。 In the laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention, the metal conductor is preferably silver or a silver alloy.

本発明の焼結体は、前記の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼結させた焼結体であって、内層のガラスマトリクスから、主結晶としてディオプサイド系結晶が析出することが好ましい。なお、「ディオプサイド系結晶」とは、ディオプサイド結晶(diopside、CaMg(Si))及びディオプサイド固溶体結晶を指す。 The sintered body of the present invention is a sintered body obtained by sintering the laminated glass-ceramic dielectric material, and preferably has diopside-based crystals precipitated as the main crystals from the glass matrix of the inner layer. Note that "diopside-based crystals" refers to diopside crystals (diopside, CaMg( Si2O6 )) and diopside solid solution crystals.

本発明の焼結体は、少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有し、且つディオプサイド系結晶が析出していることを特徴とする。 The sintered body of the present invention has a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer and another outer layer are laminated in this order, the outer layers each being made of alumina and having a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer contains, in mass %, 50 to 60% SiO 2 , 20 to 30% CaO and 15 to 21% MgO, and is characterized in that diopside-based crystals are precipitated in the inner layer.

本発明の焼結体は、三点曲げ強度が250MPa以上であることが好ましい。なお、「三点曲げ強度」は、JIS R1601に基づいて評価した値を指す。 The sintered body of the present invention preferably has a three-point bending strength of 250 MPa or more. Note that "three-point bending strength" refers to a value evaluated based on JIS R1601.

本発明の焼結体は、測定温度25℃、28GHzでの誘電正接が0.0009以下であることが好ましい。 The sintered body of the present invention preferably has a dielectric loss tangent of 0.0009 or less at a measurement temperature of 25°C and 28 GHz.

本発明の焼結体は、測定温度25℃、28GHzでの比誘電率が8.0以下であることが好ましい。 The sintered body of the present invention preferably has a relative dielectric constant of 8.0 or less at a measurement temperature of 25°C and 28 GHz.

なお、「誘電正接」と「比誘電率」は、ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の測定方法(JIS R1641)に基づいて、測定温度25℃、周波数28GHzで測定した値を指す。 The "dielectric loss tangent" and "relative permittivity" refer to values measured at a temperature of 25°C and a frequency of 28 GHz, based on the method for measuring microwave dielectric properties of fine ceramic substrates (JIS R1641).

本発明の焼結体は、熱膨張係数が8~10ppm/℃であることが好ましい。なお、「熱膨張係数」は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定した値を指す。 The sintered body of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient of 8 to 10 ppm/°C. Note that "thermal expansion coefficient" refers to a value measured using a thermomechanical analyzer in the temperature range of 30 to 380°C.

本発明の焼結体の製造方法は、前記の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼成することが好ましい。 The method for producing a sintered body of the present invention preferably involves firing the above-mentioned laminated glass-ceramic dielectric material.

本発明の焼結体の製造方法は、1000℃以下の温度で焼成することが好ましい。 In the method for producing the sintered body of the present invention, firing is preferably carried out at a temperature of 1000°C or less.

本発明の高周波回路部材は、誘電体層を有する高周波用回路部材であって、誘電体層が上記の焼結体であることが好ましい。 The high-frequency circuit component of the present invention is a high-frequency circuit component having a dielectric layer, and it is preferable that the dielectric layer be the above-mentioned sintered body.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、1000℃以下の低温で焼成可能であり、銀、銀合金又は銅等の低融点の金属材料を内層導体として使用することができる。さらに、20GHz以上の高周波領域において低い誘電正接を有し、曲げ強度が250MPa以上と高い。よって、本発明のガラスセラミック誘電体材料は、樹脂製マザーボードに実装する高周波用回路部材として好適である。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention can be fired at low temperatures of 1000°C or less, and low-melting-point metal materials such as silver, silver alloys, and copper can be used as inner layer conductors. Furthermore, it has a low dielectric dissipation factor in the high-frequency range of 20 GHz or more, and a high bending strength of 250 MPa or more. Therefore, the glass-ceramic dielectric material of the present invention is suitable as a high-frequency circuit component to be mounted on a resin motherboard.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は、外層、内層、外層の順に積層された積層体であり、内層が結晶性ガラス粉末を含有し、外層がアルミナからなる積層体である。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention is a laminate in which an outer layer, an inner layer, and an outer layer are laminated in this order, with the inner layer containing a crystallizable glass powder and the outer layer being made of alumina.

まず、内層について説明する。 First, let's explain the inner layer.

内層を構成するガラス粉末は、ガラス組成として、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有することが好ましい。各成分の含有範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表記は、質量%を指している。 The glass powder constituting the inner layer preferably contains, in mass %, 50-60% SiO2 , 20-30% CaO, and 15-21% MgO as a glass composition. The reasons for limiting the content range of each component as described above are explained below. In the explanation of the content range of each component, % refers to mass %.

SiOは、ディオプサイド系結晶の構成成分であり、ガラスのネットワークフォーマーとなる成分である。SiOの含有量は50~60%であり、53~57%、特に54~56%であることが好ましい。SiOの含有量が少なすぎると、ガラス化が困難になる。一方、SiOの含有量が多すぎると、溶融温度が高くなる傾向にあり、またディオプサイド系結晶が析出しにくくなる。 SiO2 is a constituent of diopside crystals and a component that serves as a network former for glass. The SiO2 content is 50 to 60%, preferably 53 to 57%, and particularly preferably 54 to 56%. If the SiO2 content is too low, vitrification becomes difficult. On the other hand, if the SiO2 content is too high, the melting temperature tends to be high and diopside crystals become difficult to precipitate.

CaOは、ディオプサイド系結晶の構成成分であり、結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。CaOの含有量は20~30%であり、23~29%、特に25~27%であることが好ましい。CaOの含有量が少なすぎると、軟化点が高くなり過ぎる。また、結晶化度が低下して誘電正接が高くなり易くなる。一方、CaOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。また、誘電正接が高くなり易くなる。 CaO is a component of diopside crystals and lowers the softening point of the crystallizable glass powder. The CaO content is 20-30%, preferably 23-29%, and especially 25-27%. If the CaO content is too low, the softening point will be too high. Furthermore, the degree of crystallization will decrease, making the dielectric loss tangent more likely to increase. On the other hand, if the CaO content is too high, vitrification will be difficult. Furthermore, the dielectric loss tangent will be more likely to increase.

MgOは、ディオプサイド系結晶の構成成分であり、結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。MgOの含有量は15~21%であり、特に17~20%であることが好ましい。MgOの含有量が少なすぎると、軟化点が高くなり過ぎる。また、誘電正接が高くなり易くなる。一方、MgOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。また、結晶化度が低下して誘電正接が高くなり易くなる。 MgO is a component of diopside crystals and lowers the softening point of the crystallizable glass powder. The MgO content is 15-21%, and preferably 17-20%. If the MgO content is too low, the softening point will be too high. Furthermore, the dielectric loss tangent will tend to be high. On the other hand, if the MgO content is too high, vitrification will be difficult. Furthermore, the degree of crystallization will decrease, making the dielectric loss tangent more likely to be high.

上記成分以外にも、誘電特性を損なわない範囲でAl、B、ZnO等の成分をそれぞれ3%まで添加してもよい。 In addition to the above components, components such as Al 2 O 3 , B 2 O 3 and ZnO may be added up to 3% each within the range that does not impair the dielectric properties.

なお、アルカリ金属酸化物(LiO、NaO、KO)は、焼成温度を低下させる成分であるが、誘電正接を高める成分である。よって、LiO+NaO+KOの含有量は2%未満であり、1%未満、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。なお、LiOの含有量は、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。NaOの含有量は、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。KOの含有量は、0.5%未満、特に0.1%未満であることが好ましい。ここで、「LiO+NaO+KO」とは、LiO、NaO及びKOの合量を意味する。 Note that alkali metal oxides (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O) are components that lower the firing temperature but increase the dielectric loss tangent. Therefore, the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is less than 2%, and preferably less than 1%, less than 0.5%, and particularly less than 0.1%. Note that the content of Li 2 O is preferably less than 0.5%, and particularly less than 0.1%. The content of Na 2 O is preferably less than 0.5%, and particularly less than 0.1%. The content of K 2 O is preferably less than 0.5%, and particularly less than 0.1%. Here, "Li 2 O + Na 2 O + K 2 O" means the total amount of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O.

内層はグリーンシート圧着体又は印刷積層体であることが好ましい。 The inner layer is preferably a green sheet laminate or a printed laminate.

内層にセラミック粉末を含有させると、誘電特性及び/又は強度を向上させることができるが、焼結体の緻密化が阻害される虞がある。そのため、本願発明の内層は実質的にセラミック粉末を含まないことが好ましい。 Incorporating ceramic powder into the inner layer can improve the dielectric properties and/or strength, but it may also hinder the densification of the sintered body. Therefore, it is preferable that the inner layer of the present invention be substantially free of ceramic powder.

本発明の積層ガラスセラミック誘電体材料は1000℃以下で焼成可能であるため、内層に融点の低い金属導体が導入可能である。前記金属導体としては、導体損失の少ない銀又は銀合金であることが好ましい。 The laminated glass-ceramic dielectric material of the present invention can be fired at temperatures below 1000°C, allowing for the introduction of a metal conductor with a low melting point into the inner layer. The metal conductor is preferably silver or a silver alloy, which has low conductor loss.

また、焼成すると、内層に含まれる結晶性ガラス粉末から主結晶としてディオプサイド系結晶が析出することが好ましい。ディオプサイド系結晶を内層中に析出させることにより、比誘電率及び誘電正接を低下させ易くなる。 Furthermore, upon firing, it is preferable that diopside-based crystals precipitate as the main crystals from the crystallizable glass powder contained in the inner layer. Precipitating diopside-based crystals in the inner layer makes it easier to reduce the relative dielectric constant and dielectric loss tangent.

内層の厚さは0.1~3.0mmであることが好ましい。 The thickness of the inner layer is preferably 0.1 to 3.0 mm.

次いで、外層について説明する。 Next, we will explain the outer layer.

外層はアルミナからなる。アルミナは高強度であり、且つ熱膨張係数が7~7.7ppm/℃と高膨張な内層に近い値を有するため、本発明のガラスセラミック誘電体材料の機械的強度を高めるのに好適である。 The outer layer is made of alumina. Alumina has high strength and a thermal expansion coefficient of 7 to 7.7 ppm/°C, similar to that of the highly expansive inner layer, making it suitable for increasing the mechanical strength of the glass-ceramic dielectric material of the present invention.

また、外層は、内層の表面にそれぞれ厚さ0.1~5μm、特に0.3~4μmで形成されることが好ましい。外層が薄すぎると、機械的強度が低下し易くなる。一方、外層が厚すぎると、外層が剥離する虞がある。 It is also preferable that the outer layer be formed on the surface of the inner layer with a thickness of 0.1 to 5 μm, and particularly 0.3 to 4 μm. If the outer layer is too thin, the mechanical strength is likely to decrease. On the other hand, if the outer layer is too thick, there is a risk of the outer layer peeling off.

次に、本発明の焼結体の特性について以下に述べる。 Next, the characteristics of the sintered body of the present invention will be described below.

本発明の焼結体において、三点曲げ強度は、250MPa以上、特に260MPa以上であることが好ましい。三点曲げ強度が低すぎると、焼結体に亀裂等が発生し易くなる。なお、三点曲げ強度の下限は特に限定されないが、現実的には100MPa以上である。 The three-point bending strength of the sintered body of the present invention is preferably 250 MPa or more, particularly 260 MPa or more. If the three-point bending strength is too low, cracks and other problems will easily occur in the sintered body. There is no particular lower limit to the three-point bending strength, but in reality it is 100 MPa or more.

本発明の焼結体において、25℃、28GHzで誘電正接は0.0009以下、特に0.0008以下であることが好ましい。誘電正接が高すぎると、伝送信号の損失が大きくなり易い。なお、誘電正接の下限は特に限定されないが、現実的には0.0001以上である。 The sintered body of the present invention preferably has a dielectric dissipation factor of 0.0009 or less, and particularly 0.0008 or less, at 25°C and 28 GHz. If the dielectric dissipation factor is too high, transmission signal loss is likely to increase. There is no particular lower limit for the dielectric dissipation factor, but in practice it is 0.0001 or more.

本発明の焼結体において、25℃、28GHzでの比誘電率は8.0以下、特に7.5以下であることが好ましい。比誘電率が高すぎると、信号処理の速度が遅くなり易い。なお、比誘電率の下限は特に限定されないが、現実的には5.0以上である。 The sintered body of the present invention preferably has a relative dielectric constant of 8.0 or less, and particularly 7.5 or less, at 25°C and 28 GHz. If the relative dielectric constant is too high, the signal processing speed tends to slow down. There is no particular lower limit to the relative dielectric constant, but in reality it is 5.0 or more.

本発明の焼結体において、熱膨張係数は8~10ppm/℃、特に8.5~9ppm/℃であることが好ましい。焼結体の熱膨張係数が低過ぎると、樹脂のマザーボードに半田付けした後、ヒートサイクルをかける場合に、熱膨張差によって歪が生じ易くなる。一方、熱膨張係数が高すぎると、耐熱衝撃性が低下する。なお、「熱膨張係数」は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定したものである。 The thermal expansion coefficient of the sintered body of the present invention is preferably 8 to 10 ppm/°C, and particularly 8.5 to 9 ppm/°C. If the thermal expansion coefficient of the sintered body is too low, distortion is likely to occur due to differences in thermal expansion when subjected to a heat cycle after soldering to a resin motherboard. On the other hand, if the thermal expansion coefficient is too high, thermal shock resistance will decrease. The "thermal expansion coefficient" is measured using a thermomechanical analyzer in the temperature range of 30 to 380°C.

さらに、本発明の焼結体の製造方法を以下に述べる。 Furthermore, the method for producing the sintered body of the present invention is described below.

まず、上記の結晶性ガラス粉末に、所定量の結合剤、可塑剤及び溶剤を添加してスラリーを調製する。結合剤としては例えばポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等、可塑剤としては例えばフタル酸ジブチル等、溶剤としては例えばトルエン、メチルエチルケトン等が好適である。 First, a slurry is prepared by adding predetermined amounts of binder, plasticizer, and solvent to the above-mentioned crystallizable glass powder. Suitable binders include polyvinyl butyral resin and methacrylic acid resin, suitable plasticizers include dibutyl phthalate, and suitable solvents include toluene and methyl ethyl ketone.

次いで上記の結晶性ガラス粉末のスラリーを、ドクターブレード法によってグリーンシートに成型した後、乾燥させ、所定寸法に切断してから、機械的加工を施してバイアホールを形成し、例えば、銀導体や電極となる低抵抗金属材料をバイアホール及びグリーンシート表面に印刷する。次いでこのようなグリーンシートを複数枚積層し積層グリーンシートを得る。 The above-mentioned slurry of crystallizable glass powder is then formed into a green sheet using the doctor blade method, dried, cut to the specified size, and mechanically processed to form via holes. A low-resistance metal material, such as a silver conductor or an electrode, is then printed into the via holes and on the surface of the green sheet. Several such green sheets are then stacked to obtain a laminated green sheet.

さらに上記の積層グリーンシートをアルミナスラリーでディップコートして均一なアルミナ層を形成した後に焼成することで焼結体を得ることができる。なお、アルミナ層は積層グリーンシートを焼成した後にアルミナペーストを表面に印刷し、再度焼成することによって形成してもよい。また、アルミナ層の厚さはペースト粘度の調整により変更することができる。 Furthermore, the above-mentioned laminated green sheet can be dip-coated with alumina slurry to form a uniform alumina layer, and then fired to obtain a sintered body. The alumina layer can also be formed by printing an alumina paste on the surface after firing the laminated green sheet, and then firing it again. The thickness of the alumina layer can also be changed by adjusting the viscosity of the paste.

このようにして作製された焼結体は、内部や表面に導体や電極を備えることもできる。なお、導体損失の低い銀、銅等の低融点の金属材料を使用する観点から、焼成温度は1000℃以下、特に800~950℃の温度であることが望ましい。 The sintered body produced in this way can also have conductors or electrodes inside or on its surface. Furthermore, in order to use low-melting-point metal materials such as silver and copper, which have low conductor loss, it is desirable for the firing temperature to be 1000°C or less, and particularly 800 to 950°C.

本発明の高周波用回路部材は、配線でコイルを形成したり、上記のようにして作製した焼結体表面上にSi系やGaAs系の半導体素子のチップを接続したりすることで作製することができる。 The high-frequency circuit component of the present invention can be produced by forming a coil with wiring or by connecting a Si-based or GaAs-based semiconductor chip to the surface of the sintered body produced as described above.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1は、本発明の実施例(試料No.1~4)と比較例(試料No.5、6)を示している。 Table 1 shows examples of the present invention (samples No. 1 to 4) and comparative examples (samples No. 5 and 6).

各試料は、次のようにして作製した。まず、表中に示すガラス組成となるように、各種酸化物のガラス原料を調合し、均一に混合した後、白金坩堝に入れて1500~1580℃で3時間溶融し、水冷ローラーによって溶融ガラスを薄板状に成形した。次いで、得られたガラスフィルムを粗砕した後、アルコールを加えてボールミルにより湿式粉砕し、平均粒径が1.5~3μmとなるように分級してガラス粉末を得た。 Each sample was prepared as follows. First, glass raw materials of various oxides were prepared and mixed uniformly to obtain the glass composition shown in the table. The mixture was then placed in a platinum crucible and melted at 1500-1580°C for 3 hours. The molten glass was then formed into a thin plate using water-cooled rollers. The resulting glass film was then coarsely crushed, and after adding alcohol, it was wet-pulverized in a ball mill. The glass was then classified to obtain a glass powder with an average particle size of 1.5-3 μm.

次に、上記のガラス粉末に、結合剤としてポリビニルブチラールを15質量%、可塑剤としてブチルベンジルフタレートを4質量%、及び溶剤としてトルエンを30質量%添加してスラリーを調整した。次いで、上記のスラリーをドクターブレード法によって150μmのグリーンシートに成形し、乾燥させ、所定寸法に切断した後、前記グリーンシートを4枚積層し、熱圧着によって一体化した。更に、アルミナスラリーでディップコートして表面に均一なアルミナ層を形成した積層グリーンシートを、900℃で1時間焼成することによってガラスセラミックを得た。 Next, 15% by mass of polyvinyl butyral as a binder, 4% by mass of butyl benzyl phthalate as a plasticizer, and 30% by mass of toluene as a solvent were added to the glass powder to prepare a slurry. The slurry was then formed into 150 μm green sheets using the doctor blade method, dried, and cut to the specified size. Four of these green sheets were then stacked and integrated by thermocompression bonding. The laminated green sheets were then dip-coated with an alumina slurry to form a uniform alumina layer on the surface, and fired at 900°C for 1 hour to obtain glass ceramic.

このようにして得られた各試料について、焼成温度、銀同時焼成の可否、析出結晶、三点曲げ強度、誘電正接及び比誘電率及び熱膨張係数を評価した。その結果を表1に示す。 Each sample obtained in this manner was evaluated for firing temperature, whether or not it could be co-fired with silver, precipitated crystals, three-point bending strength, dielectric loss tangent, relative dielectric constant, and thermal expansion coefficient. The results are shown in Table 1.

焼成温度は、種々の温度で焼成した焼結体にインクを塗布した後に拭き取り、インクが残らない(すなわち緻密に焼結した)最低の温度を表記したものである。 The firing temperature indicates the lowest temperature at which ink is applied to sintered bodies fired at various temperatures and then wiped off, leaving no ink behind (i.e., the body is densely sintered).

銀同時焼成の可否は、焼成前のグリーンシートに銀導体を印刷し、同時焼成して銀配線に変色や断線がないかを目視で検査した。 To determine whether silver co-firing was possible, a silver conductor was printed on the green sheet before firing, and then the silver wiring was visually inspected for discoloration or breaks after co-firing.

析出結晶は、粉末X線回折装置(株式会社リガク RINT2100)によって同定した。 The precipitated crystals were identified using a powder X-ray diffractometer (Rigaku Corporation RINT2100).

三点曲げ強度はJIS R1601に従って評価した。。 Three-point bending strength was evaluated in accordance with JIS R1601.

誘電正接及び比誘電率は、グリーンシート成型したものを表中に示す焼成温度で焼結した後、25mm×50mm×0.1mmの大きさに加工して、測定試料とした上で、ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の測定方法(JIS R1641)に基づいて、測定温度25℃、周波数28GHzで測定したものである。 The dielectric loss tangent and relative permittivity were measured by molding the green sheet, sintering it at the firing temperature shown in the table, and then cutting it into a measurement sample measuring 25 mm x 50 mm x 0.1 mm, in accordance with the method for measuring microwave dielectric properties of fine ceramic substrates (JIS R1641), at a measurement temperature of 25°C and a frequency of 28 GHz.

熱膨張係数は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定したものである。 The thermal expansion coefficient was measured using a thermomechanical analyzer in the temperature range of 30 to 380°C.

表1から明らかなように、実施例である試料No.1~4は、アルミナ層の厚さが0.5~3μmであるため、三点曲げ強度が260~270MPaと高かった。また、誘電正接は0.0003~0.0007と小さかった。一方、試料No.5は、SiOが49%と低く、MgOが26%と高いためガラス化しなかった。試料No.6は、ガラス表面にアルミナ層が形成されていないため、曲げ強度が190MPaと低かった。 As is clear from Table 1, the three-point bending strength of Samples No. 1 to No. 4, which are examples, was high at 260 to 270 MPa because the alumina layer thickness was 0.5 to 3 μm. The dielectric loss tangent was also low at 0.0003 to 0.0007. On the other hand, Sample No. 5 did not vitrify because it had a low SiO2 content of 49% and a high MgO content of 26%. Sample No. 6 had a low bending strength of 190 MPa because no alumina layer was formed on the glass surface.

Claims (14)

少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、ガラス組成として、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有する結晶性ガラス粉末を含むことを特徴とする積層ガラスセラミック誘電体材料。 A laminated glass-ceramic dielectric material having a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer and another outer layer are laminated in this order, wherein the outer layers are each made of alumina and have a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer contains, as a glass composition, a crystallizable glass powder containing, in mass %, 50 to 60% of SiO 2 , 20 to 30% of CaO, and 15 to 21% of MgO. 前記内層がグリーンシート圧着体又は印刷積層体であることを特徴とする請求項1に記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 The laminated glass-ceramic dielectric material according to claim 1, characterized in that the inner layer is a green sheet laminate or a printed laminate. 前記内層が実質的にセラミック粉末を含まないことを特徴とする請求項1又は2に記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 The laminated glass-ceramic dielectric material according to claim 1 or 2, characterized in that the inner layer is substantially free of ceramic powder. 前記内層に金属導体を含むことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 The laminated glass-ceramic dielectric material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the inner layer contains a metal conductor. 前記金属導体が銀または銀合金であることを特徴とする請求項4に記載の積層ガラスセラミック誘電体材料。 5. The laminated glass-ceramic dielectric material of claim 4 , wherein the metallic conductor is silver or a silver alloy. 請求項1~5のいずれかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼結させた焼結体であって、内層のガラスマトリクスから、主結晶としてディオプサイド系結晶が析出することを特徴とする焼結体。 A sintered body obtained by sintering the laminated glass-ceramic dielectric material according to any one of claims 1 to 5, characterized in that diopside-based crystals precipitate as the main crystals from the glass matrix of the inner layer. 少なくとも外層、内層、外層の順に積層された積層構造を有し、前記外層はそれぞれ厚さ0.1~5μmのアルミナからなり、且つ前記内層は、質量%で、SiO 50~60%、CaO 20~30%、MgO 15~21%を含有し、且つディオプサイド系結晶が析出していることを特徴とする積層ガラスセラミック焼結体。 A laminated glass-ceramic sintered body having a laminated structure in which at least an outer layer, an inner layer and an outer layer are laminated in this order, wherein the outer layers are each made of alumina and have a thickness of 0.1 to 5 μm, and the inner layer contains, in mass %, 50 to 60% SiO 2 , 20 to 30% CaO and 15 to 21% MgO, and in which diopside-based crystals are precipitated. 三点曲げ強度が250MPa以上であることを特徴とする請求項6又は7に記載の焼結体。 The sintered body according to claim 6 or 7, characterized in that it has a three-point bending strength of 250 MPa or more. 測定温度25℃、周波数28GHzにおける誘電正接が0.0009以下であることを特徴とする請求項6~8のいずれかに記載の焼結体。 The sintered body according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the dielectric loss tangent measured at a temperature of 25°C and a frequency of 28 GHz is 0.0009 or less. 測定温度25℃、周波数28GHzにおける比誘電率が8.0以下であることを特徴とする請求項6~9のいずれかに記載の焼結体。 The sintered body according to any one of claims 6 to 9, characterized in that it has a relative dielectric constant of 8.0 or less at a measurement temperature of 25°C and a frequency of 28 GHz. 前記内層の熱膨張係数が8~10ppm/℃であることを特徴とする請求項6~10のいずれかに記載の焼結体。 A sintered body according to any one of claims 6 to 10, characterized in that the thermal expansion coefficient of the inner layer is 8 to 10 ppm/°C. 請求項1~5の何れかに記載の積層ガラスセラミック誘電体材料を焼成することを特徴とする焼結体の製造方法。 A method for producing a sintered body, comprising firing the laminated glass-ceramic dielectric material described in any one of claims 1 to 5. 1000℃以下の温度で焼成することを特徴とする請求項12に記載の焼結体の製造方法。 The method for producing a sintered body according to claim 12, characterized in that the sintering is carried out at a temperature of 1000°C or less. 誘電体層を有する高周波用回路部材であって、誘電体層が請求項6~11の何れかに記載の焼結体であることを特徴とする高周波用回路部材。 A high-frequency circuit component having a dielectric layer, wherein the dielectric layer is a sintered body according to any one of claims 6 to 11.
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