(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-30
(45)【発行日】2023-04-07
(54)【発明の名称】LTCCマイクロ波誘電体材料及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 35/16 20060101AFI20230331BHJP
C04B 35/495 20060101ALI20230331BHJP
C03C 12/00 20060101ALI20230331BHJP
C03C 14/00 20060101ALI20230331BHJP
【FI】
C04B35/16
C04B35/495
C03C12/00
C03C14/00
(21)【出願番号】P 2021544937
(86)(22)【出願日】2021-03-02
(86)【国際出願番号】 CN2021078758
(87)【国際公開番号】W WO2021185075
(87)【国際公開日】2021-09-23
【審査請求日】2021-08-02
(31)【優先権主張番号】202010188993.5
(32)【優先日】2020-03-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】519433698
【氏名又は名称】広東風華高新科技股▲フン▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】GUANGDONG FENGHUA ADVANCED TECHNOLOGY HOLDING CO., LTD.
【住所又は居所原語表記】Fenghua Electronic Industrial City No.18 Fenghua Road Zhaoqing,Guangdong 526000(CN)
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】SK弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】陳涛
(72)【発明者】
【氏名】程凱
(72)【発明者】
【氏名】曹秀華
(72)【発明者】
【氏名】沓世我
(72)【発明者】
【氏名】付振暁
【審査官】末松 佳記
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-095341(JP,A)
【文献】特開2004-203646(JP,A)
【文献】特開2018-104209(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第105801119(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第110229004(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第108409325(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第106699150(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第103570349(CN,A)
【文献】韓国公開特許第2003-0052461(KR,A)
【文献】LEI, Wen et al.,Controllable τf value of barium silicate microwave dielectric ceramics with different Ba/Si ratios,Journal of the American Ceramic Society,米国,2018年,Vol.101, No.1,PP.25-30,ISSN:0002-7820, DOI:10.1111/jace.15205
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B 35/00-35/84
H01B 3/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
LTCCマイクロ波誘電体材料であって、
前記LTCCマイクロ波誘電体材料の組成は、aBa
5Si
8O
21+(1-a)(Mg
xCa
ySr
zBa
1-x-y-z)WO
4+Ba-B-Siガラスであり、ただし、0.4≦a≦0.8、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1
、1-x-y-z=0である
ことを特徴とするLTCCマイクロ波誘電体材料。
【請求項2】
前記Ba-B-Siガラスの重量は、Ba
5Si
8O
21と(Mg
xCa
ySr
zBa
1-x-y-z)WO
4との合計重量の2~15%である
ことを特徴とする請求項1に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料。
【請求項3】
請求項1又は2に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法であって、
Ba
5Si
8O
21の化学量論比に従って原料を秤量し、秤量した原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、ボールミルにより4~12h時間処理して、取り出し、乾燥し、篩を通過させ、篩を通過した粉末を1100~1250℃で焼成し、1~5時間保温し、室温まで冷却し、Ba
5Si
8O
211粉体を得るステップ(1)と、
(Mg
xCa
ySr
zBa
1-x-y-z)WO
4の化学量論比に従って原料を秤量し、秤量した原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより4~12時間処理し、取り出し、乾燥し、篩を通過させ、篩を通過した粉末を700~1000℃で焼成し、1~5時間保温し、室温まで冷却し、(Mg
xCa
ySr
zBa
1-x-y-z)WO
4粉体を得るステップ(2)と、
Ba-B-Siガラスをボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、ボールミルにより2~6時間処理して、取り出し、乾燥し、Ba-B-Siガラス粉末を得るステップ(3)と、
ステップ(1)で得られたBa
5Si
8O
21粉体、ステップ(2)で得られた(Mg
xCa
ySr
zBa
1-x-y-z)WO
4粉体、ステップ(3)で得られたBa-B-Siガラス粉末をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、ボールミルにより2~6時間処理して、取り出し、乾燥し、粉砕し、LTCCマイクロ波誘電体セラミックスを製造するためのセラミック粉末を得るステップ(4)と、
ステップ(4)で得られたセラミック粉末にPVA溶液を添加して造粒し、円柱状のブロックにプレス成形し、850~900℃で焼結し、0.5~3時間保温し、LTCCマイクロ波誘電体セラミックスを得るステップ(5)と、を含む
ことを特徴とするLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法。
【請求項4】
前記ステップ(3)におけるBa-B-Siガラスは、
原料であるSiO
2、H
3BO
3、BaCO
3、Na
2CO
3、Li
2CO
3、CaCO
3、SrCO
3、K
2CO
3、Al
2O
3、MgO、TiO
2を秤量してボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより1~4時間処理して、取り出し、乾燥し、乾燥した粉末を1200~1500℃で溶融し、1~3時間保温し、ガラス液を高温で取り出し、脱イオン水に入れて焼入れするという方法で調製される
ことを特徴とする請求項3に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法。
【請求項5】
前記ステップ(1)、ステップ(2)における篩は、200メッシュの篩である
ことを特徴とする請求項3に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法。
【請求項6】
前記ステップ(5)において、PVA溶液の重量は、セラミック粉末の重量の7~10wt%である
ことを特徴とする請求項3に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法。
【請求項7】
前記ステップ(2)における原料は、MgO、CaCO
3、SrCO
3
及びWO
3である
ことを特徴とする請求項3に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法。
【請求項8】
前記ステップ(1)における原料は、BaCO
3及びSiO
2である
ことを特徴とする請求項3に記載のLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロ波誘電体材料の技術分野に属し、具体的には、共振周波数の温度係数(Temperature coefficient of resonant frequency)がゼロに近いLTCCマイクロ波誘電体材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
5G通信及びモノのインターネットの時代の到来に伴い、高周波アプリケーションがトレンドになっている。小型化、高集積化及び高信頼性は、5G通信デバイスの代表的な特徴である。5G通信デバイス集積技術に用いられる主要な誘電体材料である低温同時焼結セラミック材料(LTCC)は、研究のホットスポットになる。信号伝送損失を低減させ、信号伝送速度を速くするために、LTCC材料はより低い誘電率及びより高いQ値(すなわち低損失)を有することが求められ、また、信号伝送の安定性を向上させるために、材料はゼロに近い共振周波数の温度係数を有することが求められる。
【0003】
出願番号が「200910113981.X」である中国発明特許では、Ba5-xLaxTixNbxO15をBaCuB2O5及びBaWO4と複合して、Qf値が10000GHzよりも高い低温焼結マイクロ波誘電体セラミックが得られ、且つその共振周波数の温度係数はゼロに近い。しかしながら、Ba5-xLaxTixNbxO15の誘電率が高いため、全体の誘電率は高くなり(35~45)、低誘電率の要求に合致しない。そのため、低誘電率を有し、且つ共振周波数の温度係数がゼロに近いLTCCマイクロ波誘電体セラミックスの要求を満たすように、新しい複合材料組成を開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
これに基づき、本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を克服し、共振周波数の温度係数がゼロに近いLTCCマイクロ波誘電体材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の目的を実現するために、本発明が採用した技術的解決手段はLTCCマイクロ波誘電体材料であって、前記LTCCマイクロ波誘電体材料の組成は、aBa5Si8O21+(1-a)(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4+Ba-B-Siガラスであり、ただし、0.4≦a≦0.8、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1である。
【0006】
本発明は、正の共振周波数の温度係数を有し、且つ誘電率が低いバリウムケイ酸塩であるBa5Si8O21と負の共振周波数の温度係数を有するタングステン酸塩である(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4とを複合し、さらに低融点のBa-B-Siガラスを添加することで全体の焼結温度を低下させ、これにより、誘電率が低く、且つ共振周波数の温度係数がゼロに近いLTCCマイクロ波誘電体セラミックスが得られる。当該LTCCマイクロ波誘電体セラミックスは、高周波通信及び無線周波数の分野に適用される。
【0007】
好ましくは、前記Ba-B-Siガラスの重量は、Ba5Si8O21と(MgxCaySrzBa1-x-y-z
)WO
4
との合計重量の2~15%である。これにより、全体の焼結温度をさらに低下させることができる。
【0008】
同時に、本発明は、前記LTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法であって、
Ba5Si8O21の化学量論比に従って原料を秤量し、秤量した原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、ボールミルにより4~12h時間処理して、取り出し、乾燥し、篩を通過させ、篩を通過した粉末を1100~1250℃で焼成し、1~5時間保温し、室温まで冷却し、Ba5Si8O21粉体を得るステップ(1)と、
(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4の化学量論比に従って原料を秤量し、秤量した原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより4~12時間処理し、取り出し、乾燥し、篩を通過させ、篩を通過した粉末を700~1000℃で焼成し、1~5時間保温し、室温まで冷却し、(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4粉体を得るステップ(2)と、
Ba-B-Siガラスをボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、ボールミルにより2~6時間処理して、取り出し、乾燥し、Ba-B-Siガラス粉末を得るステップ(3)と、
ステップ(1)で得られたBa5Si8O21粉体、ステップ(2)で得られた(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4粉体、ステップ(3)で得られたBa-B-Siガラス粉末をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、ボールミルにより2~6時間処理して、取り出し、乾燥し、粉砕し、LTCCマイクロ波誘電体セラミックスを製造するためのセラミック粉末を得るステップ(4)と、
ステップ(4)で得られたセラミック粉末にPVA溶液を添加して造粒し、円柱状のブロックにプレス成形し、850~900℃で焼結し、0.5~3時間保温し、LTCCマイクロ波誘電体セラミックスを得るステップ(5)と、を含む
LTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法をさらに提供する。
【0009】
好ましくは、前記ステップ(3)におけるBa-B-Siガラスは、
原料であるSiO2、H3BO3、BaCO3、Na2CO3、Li2CO3、CaCO3、SrCO3、K2CO3、Al2O3、MgO、TiO2を秤量してボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより1~4時間処理して、取り出し、乾燥し、乾燥した粉末を1200~1500℃で溶融し、1~3時間保温し、ガラス液を高温で取り出し、脱イオン水に入れて焼入れするという方法で調製される。
【0010】
本願の製造方法では、固相法により共振周波数の温度係数(τf)が正値であるバリウムケイ酸塩Ba5Si8O21及びτfが負値であるタングステン酸塩AWO4(Aはアルカリ土類金属元素のいずれか1種又は2種以上の組み合わせであってもよい)を合成し、高温溶融法によりBa-B-Si(BBS)低融点ガラスを調製する。τfがほぼゼロになるようにBa5Si8O21及びAWO4の含有量を制御し、さらに、BBSガラスを添加することにより焼結温度を900℃以下に低下させ、これにより、τfがゼロに近い低誘電率のLTCCマイクロ波誘電体セラミックスを得る。
【0011】
好ましくは、前記ステップ(1)、ステップ(2)における篩は、200メッシュの篩である。
【0012】
好ましくは、前記ステップ(5)において、PVA溶液の重量は、セラミック粉末の重量の7~10wt%である。
【0013】
好ましくは、前記ステップ(2)における原料は、MgO、CaCO3、SrCO3、BaCO3及びWO3である。
【0014】
好ましくは、前記ステップ(1)における原料はBaCO3及びSiO2である。
【発明の効果】
【0015】
従来技術に対して、本発明の利点は以下の通りである。
【0016】
本願に使用される原料は、固相法により合成したものであり、プロセスが簡単で工業生産に適し、合成されたBa5Si8O21、(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4及びBa-B-Siガラスの誘電率が低く、複合化されたLTCCマイクロ波誘電体セラミックスは低い誘電率を有し、Ba5Si8O21及び(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4の含有量を調整することにより、共振周波数の温度係数をほぼゼロに調整することができ、高周波通信及び無線周波数の分野に適用される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の目的、技術的解決手段及び利点をよりよく説明するために、以下、具体的な実施例に基づいて本発明をさらに説明する。
【0018】
本願の実施例におけるLTCCマイクロ波誘電体材料の組成は、aBa5Si8O21+(1-a)(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4+Ba-B-Siガラスであり、しかし、0.4≦a≦0.8、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1であり、前記Ba-B-Siガラスの重量は、Ba5Si8O21と(MgxCaySrzBa1-x-y-z
)WO
4
との合計重量の2~15%(b%)である。
【0019】
本願の実施例におけるLTCCマイクロ波誘電体材料の製造方法は以下の通りである。
【0020】
(1)Ba5Si8O21の化学量論比に従って、原料であるBaCO3及びSiO2を秤量し、秤量した原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより4~12時間処理して、取り出し、乾燥し、200メッシュの篩を通過させ、篩を通過した粉末をアルミナるつぼに入れ、マッフル炉において1100~1250℃で焼成し、1~5時間保温し、室温まで冷却し、Ba5Si8O21粉体を得る。
(2)(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)の化学量論比に従って、原料であるMgO、BaCO3、SrCO3、CaCO3及びWO3を秤量し、秤量した原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより4~12時間処理して、取り出し、乾燥し、200メッシュの篩を通過させ、篩を通過した粉末をアルミナるつぼに入れ、マッフル炉において700~1000℃で焼成し、1~5時間保温し、室温まで冷却し、(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4粉体を得る。
(3)SiO2(45.8wt%)、H3BO3(39.6wt%)、BaCO3(5.3wt%)、Na2CO3(1.6wt%)、Li2CO3(0.7wt%)、CaCO3(1.5wt%)、SrCO3(1.1wt%)、K2CO3(1.9wt%)、Al2O3(1.2wt%)、MgO(0.8wt%)、TiO2(0.5wt%)という配合比に従って秤量された原料をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより1~4時間処理して、取り出し、乾燥し、乾燥した粉末をアルミナるつぼに入れて、高温炉において1200~1500℃で溶融し、1~3時間保温し、ガラス液を高温で取り出し、脱イオン水に入れて焼入れして、Ba-B-Siガラスを得て、このBa-B-Siガラスをボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより2~6時間処理して、取り出し、乾燥し、Ba-B-Siガラス粉末を得る。
(4)aBa5Si8O21+(1-a)(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4+bwt%Ba-B-Siガラス(ただし、0.4≦a≦0.8、2≦b≦15)の比率に従って、上記Ba5Si8O21、(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4及びBa-B-Siガラス粉体を秤量し、秤量した粉体をボールミルタンクに入れ、ジルコニアボール及び脱イオン水を添加し、遊星ボールミルにより2~6時間処理して、取り出し、乾燥し、粉砕し、LTCCマイクロ波誘電体セラミックスを製造するためのセラミック粉末を得る。
(5)上記のセラミック粉末に7~10wt%のPVA溶液を添加して造粒し、円柱状のブロックにプレス成形し、850~900℃で焼結し、0.5~3時間保温し、LTCCマイクロ波誘電体セラミックスを得る。
【0021】
【0022】
【0023】
表1から明らかなように、本願で得られたLTCCマイクロ波誘電体セラミックスは、低い誘電率を有し、Ba5Si8O21及び(MgxCaySrzBa1-x-y-z)WO4の含有量を調整することにより、共振周波数の温度係数をほぼゼロに調整することができ、高周波通信及び無線周波数の分野に適用される。
【0024】
なお、以上の実施例は、本発明の技術的解決手段を説明するためのものであり、本発明の保護範囲を制限するものではない。好適な実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の技術的解決手段の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本発明の技術的解決手段を修正又は変更することが可能であると理解できる。