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JP3381332B2 - High dielectric constant glass ceramic - Google Patents

High dielectric constant glass ceramic

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Publication number
JP3381332B2
JP3381332B2 JP25493793A JP25493793A JP3381332B2 JP 3381332 B2 JP3381332 B2 JP 3381332B2 JP 25493793 A JP25493793 A JP 25493793A JP 25493793 A JP25493793 A JP 25493793A JP 3381332 B2 JP3381332 B2 JP 3381332B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
glass
dielectric constant
tio
zro
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP25493793A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07118060A (en
Inventor
俊郎 山中
和義 新藤
芳夫 馬屋原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority to JP25493793A priority Critical patent/JP3381332B2/en
Publication of JPH07118060A publication Critical patent/JPH07118060A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3381332B2 publication Critical patent/JP3381332B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特にマイクロ波領域の
周波数、具体的には、0.1GHZ以上の周波数におい
て高い誘電率と低い誘電損失を有し、マイクロ波用回路
部品材料として好適なガラスセラミックに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention has a high dielectric constant and a low dielectric loss, particularly at frequencies in the microwave region, specifically at frequencies of 0.1 GHz and above, and is suitable as a microwave circuit component material. It relates to glass ceramics.

【0002】[0002]

【従来の技術】高度情報化時代を迎え、情報伝達は、よ
り高速化、高周波化の傾向にある。自動車電話やパーソ
ナル無線に代表される移動体通信機器、衛星放送、衛星
通信、CATV等に代表されるニューメディア機器で
は、機器のコンパクト化が強く推し進められており、こ
れに伴い誘電体共振器等のマイクロ波用回路素子に対し
ても小型化が強く望まれている。
2. Description of the Related Art In the advanced information age, information transmission tends to be faster and higher in frequency. In mobile communication devices typified by car phones and personal radios, and new media devices typified by satellite broadcasting, satellite communication, CATV, etc., compactification of devices is being strongly promoted, and along with this, dielectric resonators, etc. There is also a strong demand for miniaturization of the microwave circuit element.

【0003】マイクロ波用回路素子の大きさは、使用電
磁波の波長が基準になる。比誘電率(ε)の誘電体中を
伝播する電磁波の波長(λ)は、真空中の波長をλ0
すると、λ=λ0 /√εとなる。回路素子は、εの平行
根に反比例して小型化できるが、また素子の誘電率が大
きいと、電磁波エネルギーが素子内に集中するため、電
磁波の漏れが少なくなるという利点もある。
The size of the microwave circuit element is based on the wavelength of the electromagnetic wave used. The wavelength (λ) of the electromagnetic wave propagating through the dielectric having the relative permittivity (ε) is λ = λ 0 / √ε, where λ 0 is the wavelength in vacuum. The circuit element can be miniaturized in inverse proportion to the parallel root of ε, but when the dielectric constant of the element is large, electromagnetic wave energy is concentrated in the element, which also has an advantage of reducing electromagnetic wave leakage.

【0004】上記事情から近年では、回路部品材料とし
て、マイクロ波領域の周波数において、高い誘電率を有
するセラミックが各種開発されている。
In view of the above circumstances, in recent years, various ceramics having a high dielectric constant at frequencies in the microwave region have been developed as circuit component materials.

【0005】また上記の周波数において高い誘電率を有
するガラス繊維によって樹脂を補強した材料も開発さ
れ、特開平4−322007号公報、特開平4−367
537号公報において具体的に開示されている。
Further, a material in which a resin is reinforced with glass fiber having a high dielectric constant at the above-mentioned frequency has been developed.
This is specifically disclosed in Japanese Patent No. 537.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したセラミック材
料としては、BaO−TiO2 系セラミック、BaO−
Ln23 (ランタニド酸化物)−TiO2 系セラミッ
ク、複合ペロブスカイト系セラミック、ZrO2 −Ti
2 −SnO2 系セラミック等が使用されるが、これら
のセラミックからなる材料は、誘電率、誘電率の温度係
数、熱膨張係数等の基本的な特性が決まっているため、
これらの特性を自由に変化させることができないという
問題もある。
As the above-mentioned ceramic materials, BaO--TiO 2 series ceramics, BaO--
Ln 2 O 3 (lanthanide oxide) -TiO 2 ceramic, composite perovskite ceramic, ZrO 2 -Ti
O 2 —SnO 2 series ceramics and the like are used, but materials made of these ceramics have basic characteristics such as permittivity, temperature coefficient of permittivity, and thermal expansion coefficient.
There is also a problem that these characteristics cannot be changed freely.

【0007】しかもこれらのセラミックは、シート状に
成形し、複数枚を積層した後、焼成することによって積
層型の高周波デバイスや回路基板を作製する場合、12
00℃以上の温度で焼成する必要があるため、電極や導
体材料として銀や銅を使用することができず、より耐熱
性に優れた高価な材料を使用する必要があり、材料コス
トが高くなる。
In addition, when these ceramics are formed into a sheet shape, a plurality of sheets are laminated and then fired to produce a laminated high frequency device or a circuit board, 12
Since it is necessary to fire at a temperature of 00 ° C or higher, silver or copper cannot be used as an electrode or a conductor material, and it is necessary to use an expensive material having higher heat resistance, resulting in higher material cost. .

【0008】また上記したガラス繊維によって樹脂を補
強した材料は、セラミックスに比べ、切断、孔開け加工
等の点で優れているが、0.1GHZ以上の周波数で、
10以上の誘電率を得ようとすると、従来より回路基板
に広く用いられてきたエポキシ樹脂に代えて、ポリフッ
化ビニリデン(ε=13)やシアノ樹脂(ε=16〜2
0)のような誘電率の高い樹脂を使用する必要がある。
しかしながらこのような樹脂は、高周波(特に100M
HZ以上)での誘電損失(tanδ)が高く、マイクロ
波用回路基板材料としては性能が良くない。しかもこの
ような樹脂を使用した回路基板は、基本的に耐熱性が低
いという欠点もある。
Further, the above-mentioned material in which the resin is reinforced by the glass fiber is superior to ceramics in cutting, punching, etc., but at a frequency of 0.1 GHz or higher,
In order to obtain a dielectric constant of 10 or more, polyvinylidene fluoride (ε = 13) or cyano resin (ε = 16 to 2) is used instead of the epoxy resin which has been widely used for circuit boards.
It is necessary to use a resin having a high dielectric constant such as 0).
However, such resins are not suitable for high frequencies (especially 100M
The dielectric loss (tan δ) at HZ or higher) is high, and the performance is not good as a microwave circuit board material. Moreover, the circuit board using such a resin has a drawback that it is basically low in heat resistance.

【0009】本発明の目的は、マイクロ波領域の周波数
において高誘電率と低誘電損失を有し、且つ、低温で焼
成可能であるため、電極や導体材料として銀や銅が使用
可能であり、しかも高強度で、耐熱性が良好であり、マ
イクロ波用回路部品材料として好適な材料を提供するこ
とである。
An object of the present invention is that it has a high dielectric constant and a low dielectric loss at frequencies in the microwave region and can be fired at a low temperature, so that silver or copper can be used as an electrode or a conductor material. Moreover, it is to provide a material having high strength and good heat resistance, which is suitable as a microwave circuit component material.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々の実
験を重ねた結果、ガラス成分として原子量が大きく、電
子分極率の大きい元素を含有させると、0.1GHZ以
上の周波数において高い誘電率を有するガラス粉末が得
られ、このようなガラス粉末をセラミック粉末と所定割
合で混合し、焼成することによって作製されるガラスセ
ラミックが上記目的を達成する材料となることを見いだ
し、本発明を提案するに至った。
As a result of various experiments, the inventors of the present invention have found that when an element having a large atomic weight and a large electronic polarizability is contained as a glass component, a high dielectric constant is obtained at a frequency of 0.1 GHz or higher. It was found that a glass powder having a specific ratio is obtained, and such a glass powder prepared by mixing such a glass powder with a ceramic powder in a predetermined ratio and firing is a material that achieves the above object, and proposes the present invention. Came to do.

【0011】すなわち本発明の高誘電率ガラスセラミッ
クは、モル%で、SiO2 30〜80%、CaO+B
aO+SrO+PbO+Bi 2 3 +K 2 O+TiO 2 +T
eO 2 +La 2 3 +WO 3 10〜60%、Al 2 3
〜3%、B 2 3 0〜5%、Al 2 3 +B 2 3 +P 2 5
0〜30%、ZrO 2 +SnO 2 +MgO+ZnO+C
uO+Nb 2 5 +Nd 2 3 +Li 2 O+Na 2 O 0.5
〜30%含有し、0.1GHz以上の周波数で、7.0
以上の誘電率を有するガラス粉末30〜80体積%と、
セラミック粉末20〜70体積%からなり、0.1GH
z以上の周波数で、10.0以上の誘電率と40×10
-4以下の誘電損失を有することを特徴とする。
That is, the high dielectric constant glass-ceramic of the present invention comprises, in mol%, SiO 2 30 to 80%, CaO + B.
aO + SrO + PbO + Bi 2 O 3 + K 2 O + TiO 2 + T
eO 2 + La 2 O 3 + WO 3 10-60%, Al 2 O 3 0
~3%, B 2 O 3 0~5 %, Al 2 O 3 + B 2 O 3 + P 2 O 5
0-30%, ZrO 2 + SnO 2 + MgO + ZnO + C
uO + Nb 2 O 5 + Nd 2 O 3 + Li 2 O + Na 2 O 0.5
-30% content, at a frequency of 0.1 GHz or higher, 7.0
30 to 80% by volume of glass powder having the above dielectric constant,
Ceramic powder 20-70% by volume, 0.1GH
Dielectric constant of 10.0 or more and 40 × 10 at frequency of z or more
It is characterized by having a dielectric loss of -4 or less.

【0012】また本発明の高誘電率ガラスセラミック
は、セラミック粉末が、Al 2 3 、ZnO・Al 2 3
MgO−Al 2 3 系セラミック、ZrO 2 ・SiO 2 、Z
rO 2 −SnO 2 系セラミック、2ZnO・SnO 2 、Z
nO−TiO 2 系セラミックの群から選択された1者あ
るいは2者以上の高強度セラミック粉末、及び/または
(Mg、Ca)TiO 3 、TiO 2 、Ba(Zr 0.5 Ti
0.5 )O 3 、SnO 2 ・TiO 2 、ZrTiO 4 、BaO−
TiO 2 系セラミック、ZrO 2 −TiO 2 −SnO 2 系セ
ラミック、(Pb、Ca)ZrO 3 、SrTiO 3 、Zr
2 、(Ba、Sr、Ca)(Ti、Zr)O 3 、BaO
−Ln 2 3 −TiO 2 系セラミック、複合型ペロブスカ
イト酸化物の群から選択された1者あるいは2者以上の
高誘電率セラミック粉末からなることを特徴とする。
In the high dielectric constant glass ceramic of the present invention, the ceramic powder is Al 2 O 3 , ZnO.Al 2 O 3 ,
MgO-Al 2 O 3 based ceramics, ZrO 2 · SiO 2 , Z
rO 2 -SnO 2 based ceramic, 2ZnO · SnO 2, Z
One selected from the group of nO-TiO 2 -based ceramics.
Rui or high strength ceramic powder of two or more, and / or
(Mg, Ca) TiO 3 , TiO 2 , Ba (Zr 0.5 Ti
0.5) O 3, SnO 2 · TiO 2, ZrTiO 4, BaO-
TiO 2 based ceramic, ZrO 2 -TiO 2 -SnO 2 based Se
Lamic, (Pb, Ca) ZrO 3 , SrTiO 3 , Zr
O 2 , (Ba, Sr, Ca) (Ti, Zr) O 3 , BaO
-Ln 2 O 3 -TiO 2 ceramic, composite type perovsk
One or more selected from the group of ITO oxides
It is characterized by being made of a high dielectric constant ceramic powder .

【0013】[0013]

【作用】本発明の高誘電率ガラスセラミックは、0.1
GHZ以上の周波数で、7.0以上の誘電率を有するガ
ラス粉末と、セラミック粉末とからなり、0.1GHZ
以上の周波数で、10.0以上の誘電率と40×10-4
以下の誘電損失を有するが、ガラス粉末の組成、セラミ
ック粉末の種類及びそれらの混合割合を適宜変化させる
ことによって、誘電率や誘電損失以外にも、機械的強
度、熱膨張係数、焼成条件といった諸特性に変化を与え
ることが可能である。
The high dielectric constant glass-ceramic of the present invention is 0.1
A glass powder having a dielectric constant of 7.0 or more and a ceramic powder at a frequency of GHZ or more, and 0.1 GHZ
Dielectric constant of 10.0 or more and 40 × 10 -4 at the above frequencies
It has the following dielectric loss, but by changing the composition of glass powder, the type of ceramic powder and their mixing ratio as appropriate, in addition to the dielectric constant and dielectric loss, various factors such as mechanical strength, coefficient of thermal expansion, firing conditions, etc. It is possible to change the characteristics.

【0014】ガラス粉末とセラミック粉末を混合し、焼
成することによって作製するガラスセラミックは、従来
から種々提案されており、例えばホウケイ酸ガラスに代
表されるガラス粉末と、アルミナ、コーディエライト、
ムライト、α−石英等のセラミック粉末を混合し、低温
で焼成することによって得られるガラスセラミックが開
発されているが、これらのガラスセラミックは、いずれ
も低い誘電率を有している。
Various glass ceramics prepared by mixing glass powder and ceramic powder and firing have been proposed in the past. For example, glass powder represented by borosilicate glass, alumina, cordierite,
Glass ceramics obtained by mixing ceramic powders such as mullite and α-quartz and firing at low temperature have been developed, but all of these glass ceramics have a low dielectric constant.

【0015】本発明におけるガラス粉末は、高い誘電率
を有するが、これ以外にも、ガラスが不安定性となり、
微粉末にした時に流動性が悪くなったり、耐酸性、耐薬
品性が悪くなったりすることがないように配慮して組成
を選択することが肝要であり、しかもできるだけ低い誘
電損失、具体的には、40×10-4以下の誘電損失とな
るように組成を選択することが望ましい。
The glass powder in the present invention has a high dielectric constant, but besides this, the glass becomes unstable,
It is important to select the composition so that it does not deteriorate the flowability, the acid resistance, and the chemical resistance when it is made into a fine powder. Is preferably selected such that the dielectric loss is 40 × 10 −4 or less.

【0016】本発明におけるガラス粉末を構成する成分
中、SiO2 は、ガラス形成の基本となる成分であり、
30モル%以上含有されるが、その含有量が80モル%
以上になると、溶融性が悪くなると共に、軟化点が高く
なり、低温焼成が困難となるため好ましくない。
Among the constituents of the glass powder in the present invention, SiO 2 is a basic constituent for glass formation,
30 mol% or more is contained, but the content is 80 mol%
When it is more than the above, the meltability is deteriorated, the softening point is increased, and low-temperature firing becomes difficult, which is not preferable.

【0017】またCaO、BaO、SrO、PbO、B
23 、K2 O、TiO2 、TeO2 、La23
WO3 といった成分は、ガラスの比誘電率を高める作用
を有しており、10モル%以上含有されるが、その含有
量が60モル%以上になると、安定したガラスが得られ
難くなるため好ましくない。
CaO, BaO, SrO, PbO, B
i 2 O 3 , K 2 O, TiO 2 , TeO 2 , La 2 O 3 ,
A component such as WO 3 has an action of increasing the relative dielectric constant of glass and is contained in an amount of 10 mol% or more. However, when the content is 60 mol% or more, it is difficult to obtain a stable glass, which is preferable. Absent.

【0018】さらにAl23 、B23 、P25
いった成分は、ガラス形成を補助する作用を有している
が、その含有量が、30モル%以上になると、ガラスの
比誘電率が低くなるため好ましくない。
Further, components such as Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 have a function of assisting glass formation, but when the content thereof is 30 mol% or more, the ratio of glass is It is not preferable because the dielectric constant becomes low.

【0019】またZrO2、SnO2、MgO、ZnO、
CuO、Nb25、Nd23、Li2O、Na2Oといっ
た成分は、ガラスの失透性を防止したり、化学的耐久性
を向上させる作用を有しており、0.5モル%以上含有
されるが、その含有量が30モル%以上になると、安定
したガラスが得られ難くなるため好ましくない。
Further, ZrO 2 , SnO 2 , MgO, ZnO,
CuO, Nb 2 O 5, Nd 2 O 3, Li 2 O, components such Na 2 O is or preventing the devitrification of the glass, has an effect of improving chemical durability, 0.5 Contains more than mol%
However, if the content is 30 mol% or more, it is difficult to obtain a stable glass, which is not preferable.

【0020】本発明におけるセラミック粉末は、ガラス
セラミックの機械的強度を高めると共に、誘電率、誘電
損失、熱膨張係数、誘電率の温度係数を調整する作用を
有している。
The ceramic powder in the present invention has the functions of enhancing the mechanical strength of the glass ceramic and adjusting the dielectric constant, the dielectric loss, the thermal expansion coefficient, and the temperature coefficient of the dielectric constant.

【0021】本発明において極めて高い誘電率を有する
ガラス粉末を使用する場合は、特に誘電率の高いセラミ
ック粉末を使用しなくても、十分高い誘電率を有するガ
ラスセラミックが得られるため、このようなガラス粉末
に対しては、ガラスセラミックの機械的強度を大きくす
る効果の大きいセラミック粉末、所謂高強度のセラミッ
ク粉末を混合することが望ましい。高強度のセラミック
粉末とは、弾性率が高く、高融点を有するセラミック粉
末のことであり、Al23 、ZrO2 、SnO2 、T
iO2 の群から選択された1者あるいは2者以上を30
モル%以上含有するセラミック粉末が、このような特性
を有しており、具体的には、Al23、ZnO・Al2
3 、MgO−Al23 系セラミック、ZrO2
SiO2、ZrO2 −SnO2 系セラミック、2ZnO
・SnO2 、ZnO−TiO2 系セラミックが使用可能
である。
When a glass powder having an extremely high dielectric constant is used in the present invention, a glass ceramic having a sufficiently high dielectric constant can be obtained without using a ceramic powder having a particularly high dielectric constant. It is desirable to mix glass powder with ceramic powder having a large effect of increasing the mechanical strength of the glass ceramic, that is, so-called high-strength ceramic powder. The high-strength ceramic powder is a ceramic powder having a high elastic modulus and a high melting point, such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , and T.
30 or more selected from the group of iO 2
The ceramic powder containing at least mol% has such characteristics. Specifically, Al 2 O 3 , ZnO.Al 2
O 3 , MgO-Al 2 O 3 system ceramic, ZrO 2 ·
SiO 2, ZrO 2 -SnO 2 based ceramic, 2ZnO
· SnO 2, ZnO-TiO 2 based ceramic can be used.

【0022】一方、それ程高くない誘電率を有するガラ
ス粉末を使用し、誘電率をより向上する必要のある場合
には、0.1GHZ以上の周波数で、15.0以上の誘
電率と40×10-4以下の誘電損失を有するセラミック
粉末を使用すれば良く、具体的には、(Mg、Ca)T
iO3 、TiO2 、Ba(Zr0.5 Ti0.5 )O3 、S
nO2 ・TiO2 、ZrTiO4 、BaO−TiO2
セラミック、ZrO2−TiO2 −SnO2 系セラミッ
ク、(Pb、Ca)ZrO3 、SrTiO3 、ZrO
2 、(Ba、Sr、Ca)(Ti、Zr)O3 、BaO
−Ln23 −TiO2 系セラミック、複合型ペロブス
カイト酸化物が使用可能である。
On the other hand, when glass powder having a not so high dielectric constant is used and it is necessary to further improve the dielectric constant, at a frequency of 0.1 GHZ or higher, a dielectric constant of 15.0 or higher and 40 × 10. -It is sufficient to use a ceramic powder having a dielectric loss of -4 or less. Specifically, (Mg, Ca) T
iO 3 , TiO 2 , Ba (Zr 0.5 Ti 0.5 ) O 3 , S
nO 2 · TiO 2 , ZrTiO 4 , BaO-TiO 2 series ceramics, ZrO 2 —TiO 2 —SnO 2 series ceramics, (Pb, Ca) ZrO 3 , SrTiO 3 , ZrO
2 , (Ba, Sr, Ca) (Ti, Zr) O 3 , BaO
It is possible to use —Ln 2 O 3 —TiO 2 system ceramics and composite type perovskite oxides.

【0023】尚、本発明において高強度のセラミック粉
末と高誘電率のセラミック粉末を併用することが可能で
あることは言うまでもない。
Needless to say, in the present invention, high strength ceramic powder and high dielectric constant ceramic powder can be used together.

【0024】本発明の高誘電率ガラスセラミックは、ガ
ラス粉末30〜80体積%と、セラミック粉末20〜7
0体積%とからなるが、ガラス粉末が30体積%以下に
なると、例えば1050℃以下という低温の焼成によっ
て緻密なガラスセラミックが得られず、一方、ガラス粉
末が80体積%以上になると、十分な機械的強度が得ら
れなくなる。
The high dielectric constant glass-ceramic of the present invention comprises 30 to 80% by volume of glass powder and 20 to 7 of ceramic powder.
Although it is 0% by volume, if the glass powder is 30% by volume or less, a dense glass ceramic cannot be obtained by firing at a low temperature of 1050 ° C. or less, while if the glass powder is 80% by volume or more, it is sufficient. Mechanical strength cannot be obtained.

【0025】またガラス粉末及びセラミック粉末は、ガ
ラス繊維の直径(約7〜10ミクロン)に比べて、小さ
い粒径(約0.5〜2ミクロン)とすることができるた
め、本発明のようなガラスセラミックは、ガラス繊維と
樹脂からなる複合材料に比べて誘電率の均質性が極めて
高くなる。
Further, the glass powder and the ceramic powder can have a small particle size (about 0.5 to 2 microns) as compared with the diameter of the glass fiber (about 7 to 10 microns). Glass-ceramic has extremely high homogeneity of dielectric constant as compared with a composite material composed of glass fiber and resin.

【0026】ところで近年における実装方式では、半導
体素子をベアでフリップチップ実装する場合があり、こ
のような実装方式によってα線放出量の多い材料が半導
体素子に接触した状態にあると、半導体素子がソフトエ
ラーを起こす可能性がある。
By the way, in the mounting method in recent years, the semiconductor element may be flip-chip mounted by bare. When such a mounting method causes a material having a large α-ray emission amount to be in contact with the semiconductor element, the semiconductor element is May cause a soft error.

【0027】そのため本発明において使用するガラス粉
末及びセラミック粉末としては、UやThといったα線
を放出するような不純物を除去した原料から作製するこ
とが望ましく、特にZrO2 やPbO原料は、α線放出
量が極めて高いものが多いため、これらの原料を使用す
る場合には、α線を放出する不純物を除去する必要があ
る。
Therefore, it is desirable that the glass powder and the ceramic powder used in the present invention are made of a raw material from which impurities such as U and Th that emit α rays are removed. In particular, ZrO 2 and PbO raw materials are α rays. Since many of them emit extremely high amounts, it is necessary to remove impurities that emit α rays when using these raw materials.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の高誘電率ガラスセラミックを
実施例に基づいて詳細に説明する。
EXAMPLES The high dielectric constant glass ceramics of the present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0029】表1、2は、本発明の実施例で使用したガ
ラス粉末の組成を示すものである。
Tables 1 and 2 show the compositions of the glass powder used in the examples of the present invention.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】表1、2のガラス試料は、以下のように調
製した。
The glass samples in Tables 1 and 2 were prepared as follows.

【0033】まず原料として、純珪粉、炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、低α線タイプ
の鉛丹、三酸化ビスマス、炭酸カリ、チタニア、二酸化
テルル、酸化ランタン、三酸化タングステン、アルミ
ナ、硼酸、リン酸鉛、低α線タイプのジルコニア、五酸
化ニオブ、酸化ネオジウム、炭酸ソーダを準備し、表中
の各組成となるように各原料を調合した後、白金ルツボ
に入れて1400〜1500℃で6〜10時間溶融して
から、水冷ローラーによって薄板状に成形した。次いで
この成形体を粗砕した後、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1.5〜2ミクロンの
粉末とした。
First, as raw materials, pure silica powder, calcium carbonate, barium carbonate, strontium carbonate, low α ray type red lead, bismuth trioxide, potassium carbonate, titania, tellurium dioxide, lanthanum oxide, tungsten trioxide, alumina, boric acid. , Lead phosphate, low α ray type zirconia, niobium pentoxide, neodymium oxide, sodium carbonate were prepared, and each raw material was blended so as to have each composition in the table, and then placed in a platinum crucible to 1400 to 1500 ° C. After being melted for 6 to 10 hours, it was formed into a thin plate by a water-cooled roller. Next, this molded body was roughly crushed, and then alcohol was added and wet crushed by a ball mill to obtain a powder having an average particle size of 1.5 to 2 μm.

【0034】こうして得られたガラス粉末は、1GHZ
の周波数で、8.3〜14.3の誘電率と、2.0〜2
0.0×10-4の誘電損失を有していた。
The glass powder thus obtained is 1 GHZ
At a frequency of 8.3 to 14.3 and a dielectric constant of 2.0 to 2
It had a dielectric loss of 0.0 × 10 −4 .

【0035】また表3、4は、本発明の実施例で使用し
たセラミック粉末を示すものである。
Tables 3 and 4 show the ceramic powders used in the examples of the present invention.

【0036】[0036]

【表3】 [Table 3]

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

【0038】表3、4中、試料kのAl23 と試料r
のZrO2 は、市販品を使用した。またそれ以外のセラ
ミック粉末は、原料として、炭酸カルシウム、チタニ
ア、炭酸バリウム、低α線タイプのジルコニア、酸化す
ず、亜鉛華、五酸化ニオブ、低α線タイプのリサージ、
炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、アルミナ、マグ
ネシア、純珪粉、酸化ネオジウムを準備し、表3、4の
セラミックとなるように各原料を調合した後、水を加え
てボールミルにより24時間湿式混合し、次いで乾燥さ
せてから、表中の焼成条件で焼成し、この焼成物をボー
ルミルで平均粒径が1.5〜2.0ミクロンになるまで
粉砕することによって作製した。
In Tables 3 and 4, Al 2 O 3 of sample k and sample r
The commercially available ZrO 2 was used. Also, other ceramic powders, as raw materials, calcium carbonate, titania, barium carbonate, low α-ray type zirconia, tin oxide, zinc oxide, niobium pentoxide, low α-ray type litharge,
Calcium carbonate, strontium carbonate, alumina, magnesia, pure silica powder, neodymium oxide were prepared, each raw material was blended so that the ceramics shown in Tables 3 and 4 were added, and water was added and wet-mixed by a ball mill for 24 hours. After drying, it was fired under the firing conditions shown in the table, and the fired product was pulverized by a ball mill until the average particle size became 1.5 to 2.0 microns.

【0039】こうして得られたセラミック粉末は、1G
HZの周波数で、8.5〜255.0の誘電率と、0.
5〜38.0の誘電損失を有していた。
The ceramic powder thus obtained is 1G
At a frequency of HZ, a dielectric constant of 8.5 to 255.0 and a value of 0.
It had a dielectric loss of 5 to 38.0.

【0040】表5、6は、表1、2のガラス粉末と、表
3、4のセラミック粉末を混合して作製されたガラスセ
ラミックを示すものである。
Tables 5 and 6 show glass ceramics prepared by mixing the glass powders of Tables 1 and 2 and the ceramic powders of Tables 3 and 4, respectively.

【0041】[0041]

【表5】 [Table 5]

【0042】[0042]

【表6】 [Table 6]

【0043】これらのガラスセラミックからなるグリー
ンシートを作製し、これの複数枚を積層し焼結させる方
法を以下に述べる。
A method for producing a green sheet made of these glass ceramics, laminating a plurality of the green sheets and sintering them will be described below.

【0044】まずガラス粉末とセラミック粉末を表中の
割合で混合した後、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を使用する
ことができる。
First, glass powder and ceramic powder are mixed in the ratios shown in the table, and then a predetermined amount of binder, plasticizer and solvent are added to prepare a slurry. As the binder, for example, polyvinyl butyral resin, methacrylic acid resin, etc., as the plasticizer, for example, dibutyl phthalate, etc., and as the solvent, for example, toluene, methyl ethyl ketone, etc. can be used.

【0045】次いで上記のスラリーをポリエステルフィ
ルム上にドクターブレード法によって塗布し、厚みが約
0.2mmのグリーンシートを作製する。その後、この
グリーンシートを乾燥させ、所定寸法に切断してから、
機械的加工を施してスルーホールを形成し、導体や電極
となる低抵抗金属材料をスルー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の
複数枚を積層し、熱圧着によって一体化する。
Then, the above slurry is applied onto a polyester film by a doctor blade method to prepare a green sheet having a thickness of about 0.2 mm. After that, dry this green sheet, cut it to a predetermined size,
A through hole is formed by mechanical processing, and a low resistance metal material serving as a conductor or an electrode is printed on the surface of the through hole and the green sheet. Then, a plurality of such green sheets are laminated and integrated by thermocompression bonding.

【0046】このようにして得た積層グリーンシート
を、約3℃/分の速度で約500℃まで昇温し、この温
度で約30分保持することによってグリーンシート中の
有機物質を除去する。その後、約10℃/分の速度で表
中の焼成温度まで昇温し、その温度で表中の焼成時間保
持して焼結させる。
The laminated green sheet thus obtained is heated to about 500 ° C. at a rate of about 3 ° C./minute and kept at this temperature for about 30 minutes to remove the organic substances in the green sheet. After that, the temperature is raised to the firing temperature in the table at a rate of about 10 ° C./min, and the temperature is maintained for the firing time for sintering.

【0047】表5、6から明らかなように、実施例の各
ガラスセラミックは、850〜1050℃の低温で焼成
可能であり、1GHZの周波数で、10.7〜47.0
の誘電率と、1.5〜30.0×10 -4 の誘電損失を有
していた。しかも曲げ強度が1200kg/cm2以上
と高く、熱膨張係数が60.0〜94.0×10-7/℃
であった。
As is clear from Tables 5 and 6, each glass ceramic of the examples can be fired at a low temperature of 850 to 1050 ° C., and at a frequency of 1 GHZ, 10.7 to 47.0.
And a dielectric loss of 1.5 to 30.0 × 10 −4 . Moreover, the bending strength is as high as 1200 kg / cm 2 or more, and the thermal expansion coefficient is 60.0 to 94.0 × 10 -7 / ° C.
Met.

【0048】尚、表中の誘電率と誘電損失は、インピー
ダンスアナライザーを使用し、25℃の温度での値を求
めた。熱膨張係数は、石英押棒式のディラトメーターを
使用して測定した。また軟化点は、周知のファイバー法
によって測定し、比重は、アルキメデス法によって測定
した。さらに曲げ強度は、試料を焼成した後、10×2
0×2mmの板柱に成形し、3点荷重測定法によって測
定した。
The dielectric constant and the dielectric loss in the table were obtained at a temperature of 25 ° C. using an impedance analyzer. The thermal expansion coefficient was measured using a quartz push rod type dilatometer. The softening point was measured by the well-known fiber method, and the specific gravity was measured by the Archimedes method. Furthermore, the bending strength is 10 × 2 after firing the sample.
It was molded into a 0 × 2 mm plate column and measured by a three-point load measuring method.

【0049】また実施例では、本発明のガラスセラミッ
クの製造方法として、グリーンシートの例を挙げたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、一般にセラミ
ックの製造に用いられる各種の方法を適用することが可
能である。
In the embodiment, the example of the green sheet is given as the method for producing the glass ceramic of the present invention.
The present invention is not limited to this, and various methods generally used for manufacturing ceramics can be applied.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上のように本発明の高誘電率ガラスセ
ラミックは、マイクロ波領域の周波数において高い誘電
率と低い誘電損失を有し、しかも耐熱性と機械的強度が
高く、低温で焼成することが可能であり、マイクロ波用
回路部品材料として好適である。
As described above, the high dielectric constant glass-ceramic of the present invention has a high dielectric constant and a low dielectric loss at frequencies in the microwave region, has high heat resistance and mechanical strength, and is fired at a low temperature. And is suitable as a microwave circuit component material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−291307(JP,A) 特開 平4−292460(JP,A) 特開 平6−24795(JP,A) 特開 平6−211564(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/00 - 35/22 C04B 35/42 - 35/51 C03C 1/00 - 14/00 H01B 3/00 - 3/14 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) References JP-A-63-291307 (JP, A) JP-A-4-292460 (JP, A) JP-A-6-24795 (JP, A) JP-A-6- 211564 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C04B 35/00-35/22 C04B 35/42-35/51 C03C 1/00-14/00 H01B 3/00 -3/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 モル%で、SiO2 30〜80%、
aO+BaO+SrO+PbO+Bi 2 3 +K 2 O+T
iO 2 +TeO 2 +La 2 3 +WO 3 10〜60%、A
2 3 0〜3%、B 2 3 0〜5%、Al 2 3 +B 2
3 +P 2 5 0〜30%ZrO 2 +SnO 2 +MgO+
ZnO+CuO+Nb 2 5 +Nd 2 3 +Li 2 O+Na 2
O 0.5〜30%含有し、0.1GHz以上の周波数
で、7.0以上の誘電率を有するガラス粉末30〜80
体積%と、セラミック粉末20〜70体積%からなり、
0.1GHz以上の周波数で、10.0以上の誘電率と
40×10-4以下の誘電損失を有することを特徴とする
高誘電率ガラスセラミック。
1. SiO 2 30 to 80% by mole%, C
aO + BaO + SrO + PbO + Bi 2 O 3 + K 2 O + T
iO 2 + TeO 2 + La 2 O 3 + WO 3 10-60%, A
l 2 O 3 0 to 3%, B 2 O 3 0 to 5%, Al 2 O 3 + B 2
O 3 + P 2 O 5 0~30 %, ZrO 2 + SnO 2 + MgO +
ZnO + CuO + Nb 2 O 5 + Nd 2 O 3 + Li 2 O + Na 2
Glass powder containing 0.5 to 30 % of O and having a dielectric constant of 7.0 or more at a frequency of 0.1 GHz or more 30 to 80
Consisting of 20% to 70% by volume of ceramic powder,
A high dielectric constant glass-ceramic having a dielectric constant of 10.0 or higher and a dielectric loss of 40 × 10 −4 or lower at a frequency of 0.1 GHz or higher.
【請求項2】 セラミック粉末が、Al 2 3 、ZnO・
Al 2 3 、MgO−Al 2 3 系セラミック、ZrO 2
SiO 2 、ZrO 2 −SnO 2 系セラミック、2ZnO・
SnO 2 、ZnO−TiO 2 系セラミックの群から選択さ
れた1者あるいは2者以上の高強度セラミック粉末、及
び/または(Mg、Ca)TiO 3 、TiO 2 、Ba(Z
0.5 Ti 0.5 )O 3 、SnO 2 ・TiO 2 、ZrTiO 4
BaO−TiO 2 系セラミック、ZrO 2 −TiO 2 −S
nO 2 系セラミック、(Pb、Ca)ZrO 3 、SrTi
3 、ZrO 2 、(Ba、Sr、Ca)(Ti、Zr)O
3 、BaO−Ln 2 3 −TiO 2 系セラミック、複合型ペ
ロブスカイト酸化物の群から選択された1者あるいは2
者以上の高誘電率セラミック粉末からなることを特徴と
する請求項1の高誘電率ガラスセラミック。
2. The ceramic powder is Al 2 O 3 , ZnO.
Al 2 O 3 , MgO-Al 2 O 3 based ceramics, ZrO 2 ·
SiO 2, ZrO 2 -SnO 2 based ceramic, 2ZnO ·
SnO 2 , selected from the group of ZnO-TiO 2 based ceramics
One or more high-strength ceramic powders, and
And / or (Mg, Ca) TiO 3 , TiO 2 , Ba (Z
r 0.5 Ti 0.5 ) O 3 , SnO 2 · TiO 2 , ZrTiO 4 ,
BaO-TiO 2 based ceramic, ZrO 2 -TiO 2 -S
nO 2 type ceramic, (Pb, Ca) ZrO 3 , SrTi
O 3 , ZrO 2 , (Ba, Sr, Ca) (Ti, Zr) O
3, BaO-Ln 2 O 3 -TiO 2 based ceramic, composite Bae
One or two selected from the group of rovskite oxides
The high-dielectric-constant glass ceramic according to claim 1, which is made of a high-dielectric-constant ceramic powder of at least one of the above.
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