磁性体と誘電体との複合焼結体およびＬＣ複合電子部品
【課題】 本発明は、複合化による特性の低化を抑制し、少ない焼結助剤の添加量であっても比較的低温で焼結することが可能であり、原料として用い、複合焼結体中に磁性体および誘電体として存在する磁性体材料と誘電体材料の透磁率、誘電率の低化を抑制した磁性体と誘電体との複合焼結体を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とする磁性体と誘電体との複合焼結体である。
【解決手段】 本発明は、六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とする磁性体と誘電体との複合焼結体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の高周波ノイズ対策用ＥＭＩフィルタに用いられる、磁性体としての性質と誘電体としての性質を合わせ持つ磁性体と誘電体との複合焼結体およびＬＣ複合電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子機器の高周波ノイズ対策用としては、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）フィルタが多く用いられているが、近年では、携帯電話、無線ＬＡＮ等の移動体通信機器の高周波化に伴い、ＥＭＩフィルタにも数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でも使用可能なフィルタ特性が求められている。
【０００３】
一般的に、このような電子機器のノイズ対策用として使用されているＥＭＩフィルタは、コンデンサとインダクタとを個々に組み合わせて構成されているものが多いが、近年では電子機器の小型化に伴い、磁性体により形成されるインダクタ層と、誘電体により形成されるコンデンサ層とを交互に積層して両者を一体化した複合焼結体の中に、銀電極などでコイルを形成したものが提案されてきている。しかし、このようなフィルタの場合、その積層構造上、複合化に際しては大きな面積を必要とし、電子機器の小型化の要求を十分に満足できるものにはなっていなかった。
【０００４】
この問題点を解決するために、磁性体と誘電体とが混合焼成された複合磁器の内部に、銀電極などでコイルを形成したノイズフィルタが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
このような複合磁器に用いられる磁性体材料としては、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ帯領域で透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系等のスピネル型フェライトが多く用いられてきた。しかし、このスピネル型フェライトは、磁気異方性が低いために数百ＭＨｚの周波数で自然共鳴を起こしてしまい透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えることができず、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域では十分な透磁率が得られないため、高い周波数帯域でのフィルタ材料には適用することができなかった。
【０００６】
そこで、最近では透磁率がスピネル型フェライトの周波数限界を超えた周波数領域まで伸びている六方晶フェライトが、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として提案されている。
【０００７】
この六方晶フェライトは、ｃ軸に対して垂直な面内に磁化容易軸を持ち、フェロックスプレーナ型フェライトとも呼ばれる磁性体材料である。フェロックスプレーナ型の代表的なフェライトとしては、Ｃｏ置換系Ｚ型六方晶フェライト３ＢａＯ・２ＣｏＯ・１２Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ置換系Ｙ型六方晶フェライト２ＢａＯ・２ＣｏＯ・６Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ置換系Ｗ型六方晶フェライトＢａＯ・２ＣｏＯ・８Ｆｅ２Ｏ３等が知られている。
【０００８】
これらのフェロックスプレーナ型フェライトの中でも、Ｙ型六方晶フェライト単相の合成温度（約１０５０℃）は、Ｚ型六方晶フェライト単相（１３００℃）及びＷ型六方晶フェライト単相（１２００℃）それぞれの合成温度に比べて低く、また、Ｙ型六方晶フェライトは、透磁率の周波数限界が３ＧＨｚ以上まで向上しているため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として有望視されている。
【０００９】
例えば、Ｙ型またはＭ型六方晶フェライトを主相とする磁性体材料からなる高周波用磁性体材料が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。この高周波用磁性体材料は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯域で使用でき、１０００℃以下の温度で焼成可能で、焼結体密度が９０％以上のものである。
【００１０】
一方、複合磁器に用いられる誘電体材料としては、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３やガラス等の常誘電体、ＢａＴｉＯ３等の強誘電体が挙げられ、例えば、誘電体材料として誘電率が高いＢａＴｉＯ３を用い、高い透磁率と誘電率を両立した材料が提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【００１１】
この特許文献３には、磁性体材料としてＮｉ―Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトから選択された１種を用い、誘電体材料として少なくともＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、または、リラクサー系材料から選択される１種を用い、ガラス材料としてＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＲＯまたはＲＯ２（但し、ＲはＣａ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｔｉの群から選択された少なくとも１種）の３種の組成比が合計で１００重量％とされることが記載されている。
【特許文献１】特開平２−２４９２９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４６７３９号公報
【特許文献３】特開２００３−２２６５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に記載された複合磁器材料では、原料として用いた磁性体材料や誘電体材料の特性が、焼成の際に、大きく低化するという問題があり、比透磁率も、比誘電率も、原料の比透磁率および比誘電率の２５％以下にまで小さくなっている。
【００１３】
すなわち、上述の複合磁器材料に用いられている焼結助剤は、磁性体材料と誘電体材料と反応しやすいことから、容易に磁性体材料と誘電体材料の少なくとも一方が変質してしまうため、本来、原料として用いた磁性体材料と誘電体材料の特性を維持することは実現されていない。
【００１４】
本発明は、磁性体材料と誘電体材料と焼結助剤とによって複合化される複合磁器材料からなる磁性体と誘電体との複合焼結体において、複合化による特性の低化を抑制し、少ない焼結助剤の添加量であっても比較的低温で焼結することが可能であり、複合焼結体中に磁性体および誘電体として存在する磁性体材料と誘電体材料の透磁率、誘電率の低化を抑制した１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上である磁性体と誘電体との複合焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、上記の構成において、主組成が前記六方晶Ｂａフェライト結晶５５〜９５体積％と前記ペロブスカイト型結晶５〜４５体積％とからなることを特徴とするものである。なお、主組成とは六方晶Ｂａフェライト結晶およびペロブスカイト型結晶のことをいい、ここではこれらの総量を１００体積％としたときのそれぞれの比率が上記比率となっていることを示している。
【００１７】
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、上記の構成において、さらにガラスを含み、該ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まないことを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、前記六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型六方晶Ｂａフェライト結晶であるのが好ましい。
【００１９】
また、前記ペロブスカイト型結晶は、ＢａＴｉＯ３であってもよく、ＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３であってもよい。
【００２０】
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まないことを特徴とするものである。
【００２１】
さらに本発明は、上記の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有することで、磁性体と誘電体とが反応してそれぞれの特性が低下するのを抑制し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上の磁性体と誘電体との複合焼結体を実現することができる。これにより、スピネル型フェライトでは超えられなかった透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えて、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域でも十分な透磁率が得ることができ、高い周波数帯域でのフィルタ材料に適用することが可能となる。
【００２３】
そして、上記の構成において、主組成が六方晶Ｂａフェライト結晶５５〜９５体積％とペロブスカイト型結晶５〜４５体積％とからなる場合には、より比透磁率および比誘電率の高い複合焼結体が得られる。
【００２４】
また、上記の構成において、さらにガラスを含み、該ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まない場合には、特性の低下につながる異相結晶の析出や磁性体および誘電体の変質を抑制し、焼結性の向上（焼結温度の低温化）を図ることができる。
【００２５】
また、上記の構成において、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型六方晶Ｂａフェライト結晶である場合には、高い周波数帯域においてより高い透磁率を得ることができる。
【００２６】
また、上記の構成において、ペロブスカイト型結晶がＢａＴｉＯ３である場合には、少量の添加により複合焼結体の誘電率を高くすることができ、ＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３である場合には、１ＧＨｚ以上の高周波領域においても誘電率を高めつつ１ＧＨｚにおける誘電損失を０．１以下に低く抑えることが可能となり、より急峻に減衰する極をもったＥＭＩフィルタを得ることができる。
【００２７】
また、上記の構成において、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まない場合には、特性の低下がより抑制される。
【００２８】
また、この磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されているＬＣ複合電子部品によれば、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波帯域でも使用可能なＬＣフィルタ特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態にかかる誘電体と磁性体との複合焼結体は、六方晶Ｂａフェライト結晶と、誘電体として少なくともＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉを含有してなるものである。
【００３０】
このように、磁性体材料である六方晶Ｂａフェライトと誘電体材料であるペロブスカイト型結晶とを組合せた焼結体中にＬｉを含有させることで、原料として用いた材料の透磁率および誘電率の劣化が抑制され、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上である誘電体と磁性体との複合焼結体となる。
【００３１】
ここで、六方晶フェライトとは、六方晶系結晶構造を有しているとともに磁化容易軸をもっているもののことである。具体的には、六方晶フェライトは結晶方向により異なる異方性磁界をもつために回転磁化共鳴周波数（ｆｒ）が高くなるとともに、ｃ軸に垂直な結晶面（ｃ面）内のａ軸が磁界の方向に容易に磁化され、かつ外部磁界の方向の変化に容易に追従して磁化の向きが変化する。このため、高い周波数領域（数１００M〜数ＧＨｚ）においても、比透磁率が高い状態を維持することが可能である。一方、スピネル型フェライトなどは、数ＭＨｚ程度では、数百といった比透磁率が得られるが、前記のような磁化容易軸を持たないため、１ＧＨｚ程度で透磁率が急激に低下してしまう。なお、Ｂａを含む六方晶Ｂａフェライトは、酸化鉄や炭酸バリウム等の原料から仮焼合成する際の温度を低くすることができる。
【００３２】
そして、Ｌｉを含有させることで、焼成の際に、原料として用いた磁性体材料と誘電体材料とが反応することを効果的に抑制し、磁性体材料および誘電体材料の少なくとも一方が変質して特性が大きく劣化することを抑制することができ、比透磁率および比誘電率の両特性を維持することができる。したがって、磁性体材料である六方晶Ｂａフェライトと誘電体材料であるペロブスカイト型結晶とを組合せた焼結体中にＬｉを含有させることで１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上という特性が得られる。
【００３３】
このような誘電体と磁性体との複合焼結体は、例えば、予め、合成しておいた磁性体材料と誘電体材料とガラスとを混合した後、焼成することで作製することができる。
【００３４】
六方晶Ｂａフェライト粉末を作製するには、原料の主成分としてそれぞれ酸化物換算でＦｅ２Ｏ３を５０〜９０モル％、ＭＯを０〜４０モル％（ただし、ＭはＣｏ、ＣｕおよびＺｎから選ばれる１種以上の金属元素）、ＢａＯを１０〜５０モル％となるように調合する。この際、各原料はこれに限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。なお、Ｍは単独形態、または少なくとも２種を混合した混在形態であっても良く、Ｍとして２種以上を混合して用いる場合には、混合した総計モル％が０〜４０モル％の範囲に入るようにすればよい。
【００３５】
六方晶Ｂａフェライト結晶の中でも特に１ＧＨｚにおける透磁率の高い六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶は、化学式がＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２（ただし、ＭはＣｏ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる一つ以上の金属元素）と表され、上記組成割合となるように各元素の原料を配合することにより合成することができる。なお、組成比によればＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶とは異なる結晶（例えば、Ｂａ２．０５Ｍ１．９５Ｆｅ１２Ｏ２２）であっても、Ｘ線回折のピーク強度が、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）のカードまたはデータベース中に存在するＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶に極めて近いものである場合には、Ｂａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶とする。
【００３６】
このように配合した混合粉末を、大気中において９００〜１３００℃の温度範囲で、１〜１０時間仮焼した後、粉砕することによって六方晶Ｂａフェライト粉末を得ることができる。
【００３７】
例えば、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちＹ型（六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶）の場合は、８５０℃付近からＢａＦｅ１２Ｏ１９結晶およびＢａＦｅ２Ｏ４結晶の分解が始まり、生成されてくる。この分解、生成を十分に行うためには、９００〜１１００℃の温度範囲で、１〜５時間仮焼することが好ましい。そうすることにより、仮焼時に六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶を８０％以上生成することが可能となる。なお、仮焼温度が１１００℃以下であれば、合成と同時に進行する粉と粉との焼結が抑制されるため、粉砕が容易となって細かい粉砕粉を得やすく、誘電体材料などと組み合わせて焼成する際の焼結性を向上させることができる。
【００３８】
粉砕に際しては振動ミル、回転ミル、バレルミル等を用いて、磁生体材料を鋼鉄ボール、セラミックボール等のメディアと、水またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メタノール等の有機溶剤を用いて湿式にて行うことができる。
【００３９】
その際、六方晶Ｂａフェライト結晶を合成するための粉末は、平均粒子径が０．１〜５μｍ、より好ましくは０．１〜１μｍであることが焼結性を高める点で望ましい。なお、「平均粒子径」とは、粉体の集団の全体積を１００％として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが５０％となる点の粒径ｄ５０を意味する。粉体の粒度分布は、例えばレーザ回折・散乱法によるマイクロトラック粒度分布測定装置Ｘ−１００（日機装株式会社製）を用いて測定できる。
【００４０】
かくして得られる六方晶Ｂａフェライト結晶は、単独で焼結することにより比透磁率が数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの領域で３〜１７、数百ＭＨｚ〜２ＧＨｚの領域で１．４〜１０と、高周波数帯域まで透磁率が高い磁性体材料となる。
【００４１】
ここで、六方晶Ｂａフェライト結晶としては複数の型が知られているが、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型であるのが好ましく、磁性体材料中の８０体積％以上、特に好ましくは、９０体積％以上がＹ型の六方晶フェライト結晶で形成されていることが好ましい。この体積比率は、Ｘ線回折の結果からリートベルト解析にて算出される。六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶の占有割合が８０体積％以上であると、高周波においてより高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスやインピーダンスを持つ高周波回路部品を得ることができる。
【００４２】
誘電体材料としては、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶からなる材料を用いる。
【００４３】
このようなペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムまたはその固溶体、およびそれらにさらにチタン酸マグネシウムが固溶した固溶体等が挙げられる。ただし、少ない添加量で高い誘電率が得られ、六方晶Ｂａフェライト粉末と混合、焼成した場合に、六方晶Ｂａフェライト中のＢａと反応してＢａ１．５５Ｃａ０．４５ＳｉＯ４結晶やＢａ０．８８Ｃａ０．１２ＴｉＯ３結晶等の異相の析出をなくし、高い誘電率の誘電体と磁性体との複合焼結体を得るためには、強誘電体であるＢａＴｉＯ３を用いることが望ましい。
【００４４】
この際、ＢａＴｉＯ３粉末の平均粒子径は、誘電体と磁性体との複合焼結体の透磁率、誘電率を高くするために、０．１〜１．５μｍ、さらには０．３〜１．０μｍであることが好ましい。
【００４５】
ＢａＴｉＯ３粉末の粒子径が細かすぎて六方晶Ｂａフェライトの粒子間の至るところに分散配置されていると、六方晶Ｂａフェライトの焼結を阻害し、所望の透磁率を得られないことになる。ここで、高い透磁率を得るためには誘電体の添加量をそれほど多くできず、また後述するように焼結性を向上させるためには添加されるガラスや低軟化点酸化物（例えば酸化ビスマス）等の焼結助剤量もそれほど多くできないことから、焼結時に粒成長させることはあまり期待できない。これらのことより、ＢａＴｉＯ３粉末は、材料の混合時にある程度粒子径が大きいものを選択する方が誘電率、透磁率を高くすることができ、好ましくは平均粒子径０．３〜１．０μｍのものが良い。このような平均粒子径のＢａＴｉＯ３粉末は比誘電率が２０００〜３０００であるため、高い誘電率の誘電体と磁性体との複合焼結体を得ることが可能となる。
【００４６】
一方、誘電体と磁性体との複合焼結体において、１ＧＨｚでの誘電率を高めつつ、誘電損失を０．１以下とするためには、ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３を用いることが望ましい。ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３は、ＢａＴｉＯ３よりも比誘電率は低いが、誘電損失を低くすることができるので、特に低誘電損失が求められる場合には、ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３を用いるのが望ましい。
【００４７】
そして、焼結性を向上させるために、ガラスが磁性体材料と誘電体材料とに混合されるのが望ましく、ガラスとしては、少なくともＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むガラスであり、実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスを用いることが望ましい。
【００４８】
具体的なガラスの組成としては、ＳｉをＳｉＯ２換算で２０〜７０質量％、ＣａをＣａＯ換算で３〜２６質量％、ＢａをＢａＯ換算で１６〜６０質量％、及びＬｉをＬｉ２Ｏ換算で３〜１１質量％含有しているものが好ましい。
【００４９】
ここで、バインダの分解温度（約１５０〜４００℃が一般的）に近い温度でガラスの軟化が生じると、ガラス中に分解したバインダの成分が取り込まれてしまい、変色やガラスの発泡、焼結性の劣化が懸念されるが、ＳｉのＳｉＯ２換算含有量が上記範囲内であれば、焼成時の脱バインダ性が良好で、１０００℃以下の温度における焼結性も良好なものとすることができる。また、ＢａのＢａＯ換算含有量が上記範囲内であれば、焼成時の脱バインダ性が良好で、開気孔率を低い良好な値とすることが容易になる。
【００５０】
また、ガラスに含まれるＣａ、Ｌｉは、ガラスの軟化挙動を制御することが可能であり、焼成条件を望ましい範囲とすることができる。したがって、ＣａのＣａＯ換算含有量、ＬｉのＬｉ２Ｏ換算含有量が上記範囲内であれば、上記のＢａと同様に焼成時の脱バインダ性が良好で、開気孔率を低い良好な値とすることができる。
【００５１】
上記Ｓｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉのさらに望ましい範囲は、ＳｉはＳｉＯ２換算で３５〜６５質量％、ＣａはＣａＯ換算で５〜２０質量％、ＢａはＢａＯ換算で２０〜５０質量％、ＬｉはＬｉ２Ｏ換算で３〜７質量％である。
【００５２】
また、実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスであることが望ましいのは、これらの成分が異相結晶を形成してしまうためである。これらの異相結晶の例としては、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、ＢａＢ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８が挙げられる。十分な透磁率や誘電率を容易に得るためには、これらの異相結晶が形成されないように、換言すればこれらの異相結晶が複合焼結体中に実質的に含まれないようにすることが望ましい。
【００５３】
なお、ここで実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスとは、ガラスを製造する際にＡｌあるいはＢとなる原料を積極的に加えていないガラスのことであり、ガラス中の不可避不純物として微量のＡｌあるいはＢが含まれていてもよい。ガラス中の具体的な不可避不純物量としては、それぞれ０．１モル％以下が好ましい。
【００５４】
また、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶が複合焼結体中に実質的に含まれないとは、Ｘ線回折によってこれらの結晶の存在が測定できないこと、具体的には、複合焼結体中に含まれる結晶のうちＸ線回折によって最も高いピーク強度を有する結晶のピーク強度に対して１００分の１以下のピーク強度であることをいう。
【００５５】
そして、Ｌｉは、ガラスの軟化点を適度に調節することができる効果に加えて、磁性体材料と誘電体材料との反応を抑制する効果も備えている。したがって、両方の効果を得る点で、原料のガラス中にＬｉが含まれているのが望ましいが、反応抑制の点ではＬｉ２ＣＯ３やＬｉＨＣＯ３の形で添加されてもよい。添加量としては、磁性体と誘電体の総量を１００質量％とした場合、外添量として酸化物（Ｌｉ２Ｏ）換算で０．１〜１．５質量％、さらに０．２〜１．０質量％であるのが反応抑制効果および長期的絶縁信頼性の点で望ましい。これらを添加することで、磁性体材料と誘電体材料とが反応せずに焼成温度を低減することが可能となり、それぞれの材料特性を著しく劣化することのない複合焼結体を得ることが可能となる。なお、Ｌｉ２ＣＯ３やＬｉＨＣＯ３の形で添加されたものは、Ｌｉを含有する複合酸化物の結晶、例えばＬｉＣｕＦｅ２Ｏ４として複合焼結体中に存在する。
【００５６】
また、誘電体と磁性体との複合焼結体を得るための混合比率は、目的の透磁率、誘電率に合わせて調整することが可能であるが、主組成として六方晶Ｂａフェライト結晶からなる磁性体材料５５〜９５体積％と、ペロブスカイト型結晶からなる誘電体材料５〜４５体積％とするのが好ましく、焼結助剤として磁性体および誘電体の総量１００質量％に対して、外添でガラス１．５〜２５質量％と、Ｌｉを含有する複合酸化物の結晶０〜５質量％（０質量％の場合は、Ｌｉはガラス中に含まれている）の範囲内の複合比であるのが好ましい。
【００５７】
磁性体材料および誘電体材料が上記範囲内であると、より比透磁率および比誘電率の高い複合焼結体が得られ、ガラスが上記範囲内であると、焼結性がよく比誘電率を高い値とすることができる。
【００５８】
さらに、焼結性を向上させるために、低軟化点酸化物である酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を、六方晶Ｂａフェライトと誘電体の合計を１００質量％とした際に、外添で０．５〜１５質量％含有させてもよい。上記の副成分の含有割合であれば、１０００℃以下の焼成温度で嵩密度が理論密度の９０％以上の複合焼結体が得ることが容易であるとともに、高い透磁率の複合焼結体を得やすい傾向にある。なお、Ｂｉ２Ｏ３の形で添加されたものは、Ｂｉ２Ｏ３またはＢｉを含有する複合酸化物の結晶、例えばＢｉ１２ＴｉＯ２０として複合焼結体中に存在する。
【００５９】
このように、磁性体材料と誘電体材料とを混合、焼成して複合化する場合、その焼成温度を低温化するためには、焼結助剤を添加する必要がある。例えば、磁性体材料である六方晶Ｙ型Ｂａフェライトが９００〜１０００℃で焼結するのに対し、誘電体材料であるペロブスカイト型誘電体は１２００〜１３００℃の高温でないと焼結しないため、低い焼成温度で緻密かつ高強度の複合焼結体を得るためには、焼結助剤を添加する必要がある。
【００６０】
一方で、複合焼結体の透磁率、誘電率は、添加する磁性体材料と誘電体材料のそれぞれの材料の体積比に応じて指数関数的に増減するため、焼結助剤の添加量は極力少なくする必要もある。
【００６１】
また、焼結助剤としては磁性体材料と誘電体材料と反応しにくい、すなわち透磁率、誘電率に与える影響が小さく、焼結温度のみを低下させるものが望ましい。
【００６２】
このような点を考慮して各材料を調整することで、本実施形態の誘電体と磁性体との複合焼結体は、１ＧＨｚの高周波数帯域においても、比透磁率１．４以上を有する焼結体を得ることができる。
【００６３】
なお、原料としての六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶からなる磁性体材料５５〜９５体積％と、前記ペロブスカイト型結晶からなる誘電体材料５〜４５体積％という比率は、焼結後にほぼそのままの比率となっている。焼結後の比率としては、Ｘ線回折の結果からリートベルト解析にて求めることができる。具体的には、リートベルト解析により、各相の質量比（六方晶Ｂａフェライト結晶、ペロブスカイト型結晶、ガラス）を求める。その後、結晶構造から六方晶Ｂａフェライト結晶の密度を求め、質量比から体積比へと換算することで、体積比が求められる。また、ガラス組成も焼結後にほぼそのままの比率となっている。
【００６４】
本実施形態によれば、磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路を形成することによりＬＣ複合電子部品を形成することができる。
【００６５】
そのＬＣ複合電子部品の好適例であるＥＭＩフィルタ部品を図１をもとに説明する。複数の絶縁層１が積層され、この絶縁層１の表面に配線層２が形成されている。また、絶縁層１によって隔てられた配線層２同士を電気的に接続するビアホール導体３が絶縁層１を貫通して形成されている。
【００６６】
さらに、これらの配線層２及びビアホール導体３により複数の絶縁層１からなる絶縁基体の内部には、回路的にインダクタ部４及びコンデンサ部５が形成され、フィルタ回路をなしている。
【００６７】
このインダクタ部４は、配線層２及びビアホール導体３により多層のコイル状に形成されているが、通常、回路のインダクタンスを増加させるためには、このコイルの巻き数を増加させる必要がある。しかし、本実施形態の複合磁性材料のような透磁率の高い磁性材料を用いた場合、コイルの巻き数を増やさずとも必要なインダクタンスを得ることが可能となる。これより、配線層２の積層数を減少することができることより、電子部品の小型、低背化が可能になる。
【００６８】
このようなＬＣ複合電子部品において、絶縁層１として、本発明にかかる実施形態に記載された誘電体と磁性体との複合焼結体を用いることで、本実施形態のＬＣ複合電子部品となる。
【００６９】
また、配線層２及びビアホール導体３を形成する低抵抗金属が、金、銀、銅のいずれかを含む金属であることが望ましい。配線層２として金、銀、銅のいずれかの低抵抗金属を主成分として含有する場合には、配線層２を低抵抗化でき、特に高周波信号の信号損失、遅延を小さくできる。
【００７０】
また、本実施形態のＬＣ複合電子部品を製造するには、上述した原料に対して、適当な有機バインダ、分散剤、溶媒を添加、混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。
【００７１】
そして、このシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に、低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。
【００７２】
そして、シート状成形体表面には、金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を用いて配線層の厚みが５〜３０μｍとなるように、配線パターンを印刷塗布するか、または金属箔を貼りつけ、パターン状に加工したものを貼りつける。
【００７３】
そして、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、電子部品の大きさに合わせて切断した後、酸化性雰囲気中、または低酸化性雰囲気中にて２００〜５００℃にて脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で９００〜１１００℃の温度で焼成することにより、本実施形態の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されたＬＣ複合電子部品を作製することができる。
【００７４】
なお、焼成雰囲気については、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例えば、銅等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する金属を用いる場合には非酸化性雰囲気中にて焼成を行う必要があるが、金、銀に関しては酸化雰囲気中での焼成を行うことも可能である。
【００７５】
上述したような工程を経ることによって、前述したように高い透磁率、及び誘電率を有するとともに、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でもノイズの減衰特性が高い、ＬＣフィルタを再現性よく得ることができる。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００７７】
まず、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＢａＣＯ３を出発原料とし、これらを各々モル比率で、表１の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．４０についてはＦｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＢａＯに換算して６０：０．５：５：１４：２０．５の割合で有機溶媒にＩＰＡ、メディアに鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、大気中、９５０℃で仮焼し、さらに湿式にて７２時間粉砕し、平均粒径１μｍの六方晶Ｙ型Ｂａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶を主結晶とする磁性体材料（比誘電率：２５、比透磁率：１５）、主結晶相として、Ｂａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶が析出する磁性体材料を得た。ここで、組成比によればＢａ２．０５Ｚｎ１．４Ｃｕ０．５Ｃｏ０．０５Ｆｅ１２Ｏ２２と表されるが、Ｘ線回折のピーク強度がＪＣＰＤＳのカードまたはデータベース中に存在するＢａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶に極めて近いものであるため、主結晶相はＢａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶としている。
【００７８】
また、表２の試料Ｎｏ．４１については上記出発原料のモル比率を６０：１０：０：１０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４２は上記出発原料のモル比率を６０：２０：０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４３は上記出発原料のモル比率を６０：１０：１０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４４は上記出発原料のモル比率を６０：０：２０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４５は上記出発原料のモル比率を６０：０：１０：１０：２０の割合として、同様に仮焼したものであって、平均粒径１μｍの六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶を含有する磁性体材料が得られている。
【００７９】
さらに、表２の試料Ｎｏ．４６は上記出発原料のモル比率を８５．７：０：０：０：１４．３の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｍ型フェライト、試料Ｎｏ．４７は上記出発原料のモル比率を７０．６：０：５．９：５．９：１７．６の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｚ型フェライト、試料Ｎｏ．４８は上記出発原料のモル比率を７２．７：１８．２：０：０：９．１の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｗ型フェライトであって、仮焼温度を１２００℃とした以外は上記と同様に作製したものである。
【００８０】
次に、誘電体材料としては、市販のペロブスカイト型結晶である強誘電体ＢａＴｉＯ３粉末（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：３０００、比透磁率：１．０）を準備した。また、誘電体材料として常誘電体のＣａＴｉＯ３（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：１７５、比透磁率：１．０）、ＳｒＴｉＯ３（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：２５５、比透磁率：１．０）を準備した。
【００８１】
さらに、ガラスは、表１および表２に示す組成となるように、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３およびＭｇＯの各原料粉末を混合し、１２００℃で溶解後急冷して作製した。得られたガラスは、湿式にて４８時間粉砕し、平均粒径１．０μｍのガラス材料を得た。
【００８２】
なお、試料Ｎｏ．３２〜３５、３９、４０は市販の平均粒径３．０μｍのＬｉ２ＣＯ３粉末を添加したものであり、試料Ｎｏ．３６〜４０、４６〜４８は市販の平均粒径３．０μｍのＢｉ２Ｏ３粉末を添加したものであり、これらの原料は磁性体と誘電体の粉末の合計の質量を１００質量％とした場合に外部添加している。
【００８３】
以上のようにして準備した磁性体材料、誘電体材料、ガラス、Ｌｉ２ＣＯ３およびＢｉ２Ｏ３の各材料を表１および表２に示す混合比となるように、有機溶媒にＩＰＡ、メディアに鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、比透磁率、比誘電率、誘電損失、相対密度等の特性及び焼結性を評価できるようにプレス成形し、大気中で９５０〜１１００℃で２時間焼成し、誘電体と磁性体との複合焼結体を得た。
【００８４】
かくして得られた誘電体と磁性体との複合焼結体について、比透磁率、比誘電率、誘電損失、相対密度等の特性及び焼結性を評価した。比透磁率、比誘電率、誘電損失については、１ＧＨｚでの値を測定し評価した。
【００８５】
なお、相対密度は、ＪＩＳ Ｒ２２０５に準拠して測定した嵩密度を真密度で除して算出した。真密度は、複合焼結体中の気孔を除いた状態の密度を測定するため、乳鉢を用いて複合焼結体を平均粒径３μｍ程度まで粉砕し、ピクノメータ法を用いて測定した結果を真密度とした。
【００８６】
比透磁率は、同軸管を用いたＳパラメータ法により測定し、比誘電率はインピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製 ＨＰ４２９１Ａ）を用いた平行平板法により測定することができる。
【００８７】
また、Ｘ線回折を行ない、その結果をリートベルト解析し、複合焼結体中の磁性体、誘電体、およびその他の結晶、ガラスの量を求めた。ここで、磁性体とはフェライトの結晶のことであり、誘電体とはＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶のことである。また、それらの結果から、複合焼結体の主組成である磁性体および誘電体の比率を算出した。
【００８８】
また、原料として用いた誘電体、磁性体およびガラスの比透磁率と比誘電率とを用いて、全く、誘電体、磁性体およびガラスの間で反応等が起こらず、理想的な焼結が行われた場合に得られる誘電体と磁性体との複合焼結体の比透磁率と比誘電率とを対数混合則によって計算し、得られた計算値で実測値を除算した値を表１および表２に記載した。この値が１００であるときには、理想的な焼結が行われたことになり、１００を下回ると何らかの反応が起こり、比透磁率もしくは比誘電率とが劣化したことになる。なお、残留ガラスや微小結晶の影響、あるいは何らかの反応によって比透磁率や比誘電率が向上し、１００を超えているものもある。
【００８９】
比較例として、磁性体材料にスピネル型複合フェライトであるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを上記フェライトと同様にＮｉＯ，ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｆｅ２Ｏ３を出発原料とし、これらを各々モル比率で１５：２５：１２：４８の割合で湿式混合後、９５０℃で仮焼し、得られた磁性体材料Ｎｉ０．１５Ｚｎ０．２５Ｃｕ０．１２Ｆｅ０．９６Ｏ１．９６（平均粒径１μｍ、比誘電率：５、比透磁率：１．２）を用いたものを作製した（表２中の試料Ｎｏ．４９）。
【表１】
【００９０】
【表２】
【００９１】
複合焼結体中にＬｉを含有する本発明の実施の範囲である試料Ｎｏ．１〜３０、３２〜４８は、比透磁率、比誘電率の低下が小さいものであった。特に、原料としてＬｉ２ＣＯ３を用いた試料Ｎｏ．３２〜３５においても比透磁率、比誘電率の低下が小さく、１．４以上の比透磁率を有するものであった。
【００９２】
なお、作製した試料について、Ｘ線回折により、結晶相を同定したところ、Ｎｏ．１〜３０、３２〜４８では、原料として用いた磁性体結晶および誘電体結晶が、そのまま、残っていることがわかった。一方、ガラスにＡｌ２Ｏ３が含まれる試料Ｎｏ．２３、２４では、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶が確認された。また、試料Ｎｏ．２５、２６および試料Ｎｏ．３１〜３５、３９でも異相の析出が確認された。
【００９３】
また、誘電体材料としてＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３を用いた試料Ｎｏ．２７〜３０、３４、３５は、誘電体材料としてＢａＴｉＯ３を用いたものに比べて誘電損失を極めて低くすることができていることがわかる。
【００９４】
試料Ｎｏ．３１はＬｉが含まれていなかったため、六方晶Ｙ型Ｂａフェライトと誘電体が反応し、比透磁率が著しく低下した。試料Ｎｏ．４９は、フェライトがスピネル型フェライトであるため、１ＧＨｚでの比透磁率が１．４を下回った。
【００９５】
次に、表１および表２に示す原料をブタノール溶媒中で混合し、ポリビニルブチラール等のバインダを混合粉に対し１０質量％加えて混練し、スラリーを調整し、この複合スラリーをドクターブレード法により厚み５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００９６】
次に、このグリーンシートをそれぞれ２０枚積層し、その途中で市販のＡｇ−Ｐｄ（７：３）のペーストを用いて内部電極（内部導体）としてコイルとコンデンサを印刷形成し（コイルはスルーホールを介して接続）、熱間圧着後、焼成後に焼結体寸法が２．０×１．２５ｍｍとなるように切断し、三端子構造のＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品をそれぞれ得た。
【００９７】
次いで、このチップ部品を４００℃で脱脂処理した後、大気中において１０００℃で２時間焼成した。得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品であるチップ部品は、配線層、絶縁層ともに緻密な組織が得られ、チップ部品として良好なものであった。
【００９８】
また、得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品でＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品の周波数特性をネットワークアナライザーにより測定した結果、従来の誘電体を用いた場合と同等のコイルターン数で、減衰極の低周波化が実現しており、従来品の誘電体を用いたローパスフィルタと同等のサイズで、より低周波からの減衰特性を得ることが可能であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のＬＣ複合電子部品の断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１・・・絶縁層、磁性体と誘電体との複合焼結体
２・・・配線層
３・・・ビアホール導体
４・・・インダクタ部
５・・・コンデンサ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の高周波ノイズ対策用ＥＭＩフィルタに用いられる、磁性体としての性質と誘電体としての性質を合わせ持つ磁性体と誘電体との複合焼結体およびＬＣ複合電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子機器の高周波ノイズ対策用としては、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）フィルタが多く用いられているが、近年では、携帯電話、無線ＬＡＮ等の移動体通信機器の高周波化に伴い、ＥＭＩフィルタにも数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でも使用可能なフィルタ特性が求められている。
【０００３】
一般的に、このような電子機器のノイズ対策用として使用されているＥＭＩフィルタは、コンデンサとインダクタとを個々に組み合わせて構成されているものが多いが、近年では電子機器の小型化に伴い、磁性体により形成されるインダクタ層と、誘電体により形成されるコンデンサ層とを交互に積層して両者を一体化した複合焼結体の中に、銀電極などでコイルを形成したものが提案されてきている。しかし、このようなフィルタの場合、その積層構造上、複合化に際しては大きな面積を必要とし、電子機器の小型化の要求を十分に満足できるものにはなっていなかった。
【０００４】
この問題点を解決するために、磁性体と誘電体とが混合焼成された複合磁器の内部に、銀電極などでコイルを形成したノイズフィルタが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
このような複合磁器に用いられる磁性体材料としては、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ帯領域で透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系等のスピネル型フェライトが多く用いられてきた。しかし、このスピネル型フェライトは、磁気異方性が低いために数百ＭＨｚの周波数で自然共鳴を起こしてしまい透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えることができず、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域では十分な透磁率が得られないため、高い周波数帯域でのフィルタ材料には適用することができなかった。
【０００６】
そこで、最近では透磁率がスピネル型フェライトの周波数限界を超えた周波数領域まで伸びている六方晶フェライトが、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として提案されている。
【０００７】
この六方晶フェライトは、ｃ軸に対して垂直な面内に磁化容易軸を持ち、フェロックスプレーナ型フェライトとも呼ばれる磁性体材料である。フェロックスプレーナ型の代表的なフェライトとしては、Ｃｏ置換系Ｚ型六方晶フェライト３ＢａＯ・２ＣｏＯ・１２Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ置換系Ｙ型六方晶フェライト２ＢａＯ・２ＣｏＯ・６Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ置換系Ｗ型六方晶フェライトＢａＯ・２ＣｏＯ・８Ｆｅ２Ｏ３等が知られている。
【０００８】
これらのフェロックスプレーナ型フェライトの中でも、Ｙ型六方晶フェライト単相の合成温度（約１０５０℃）は、Ｚ型六方晶フェライト単相（１３００℃）及びＷ型六方晶フェライト単相（１２００℃）それぞれの合成温度に比べて低く、また、Ｙ型六方晶フェライトは、透磁率の周波数限界が３ＧＨｚ以上まで向上しているため、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域での磁性体材料として有望視されている。
【０００９】
例えば、Ｙ型またはＭ型六方晶フェライトを主相とする磁性体材料からなる高周波用磁性体材料が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。この高周波用磁性体材料は、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯域で使用でき、１０００℃以下の温度で焼成可能で、焼結体密度が９０％以上のものである。
【００１０】
一方、複合磁器に用いられる誘電体材料としては、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３やガラス等の常誘電体、ＢａＴｉＯ３等の強誘電体が挙げられ、例えば、誘電体材料として誘電率が高いＢａＴｉＯ３を用い、高い透磁率と誘電率を両立した材料が提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【００１１】
この特許文献３には、磁性体材料としてＮｉ―Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｚｎ―Ｃｕ系フェライトから選択された１種を用い、誘電体材料として少なくともＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、または、リラクサー系材料から選択される１種を用い、ガラス材料としてＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＲＯまたはＲＯ２（但し、ＲはＣａ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｔｉの群から選択された少なくとも１種）の３種の組成比が合計で１００重量％とされることが記載されている。
【特許文献１】特開平２−２４９２９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４６７３９号公報
【特許文献３】特開２００３−２２６５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に記載された複合磁器材料では、原料として用いた磁性体材料や誘電体材料の特性が、焼成の際に、大きく低化するという問題があり、比透磁率も、比誘電率も、原料の比透磁率および比誘電率の２５％以下にまで小さくなっている。
【００１３】
すなわち、上述の複合磁器材料に用いられている焼結助剤は、磁性体材料と誘電体材料と反応しやすいことから、容易に磁性体材料と誘電体材料の少なくとも一方が変質してしまうため、本来、原料として用いた磁性体材料と誘電体材料の特性を維持することは実現されていない。
【００１４】
本発明は、磁性体材料と誘電体材料と焼結助剤とによって複合化される複合磁器材料からなる磁性体と誘電体との複合焼結体において、複合化による特性の低化を抑制し、少ない焼結助剤の添加量であっても比較的低温で焼結することが可能であり、複合焼結体中に磁性体および誘電体として存在する磁性体材料と誘電体材料の透磁率、誘電率の低化を抑制した１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上である磁性体と誘電体との複合焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、上記の構成において、主組成が前記六方晶Ｂａフェライト結晶５５〜９５体積％と前記ペロブスカイト型結晶５〜４５体積％とからなることを特徴とするものである。なお、主組成とは六方晶Ｂａフェライト結晶およびペロブスカイト型結晶のことをいい、ここではこれらの総量を１００体積％としたときのそれぞれの比率が上記比率となっていることを示している。
【００１７】
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、上記の構成において、さらにガラスを含み、該ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まないことを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、前記六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型六方晶Ｂａフェライト結晶であるのが好ましい。
【００１９】
また、前記ペロブスカイト型結晶は、ＢａＴｉＯ３であってもよく、ＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３であってもよい。
【００２０】
また、本発明の磁性体と誘電体との複合焼結体は、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まないことを特徴とするものである。
【００２１】
さらに本発明は、上記の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有することで、磁性体と誘電体とが反応してそれぞれの特性が低下するのを抑制し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上の磁性体と誘電体との複合焼結体を実現することができる。これにより、スピネル型フェライトでは超えられなかった透磁率の周波数限界（スネークの限界）を超えて、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯領域でも十分な透磁率が得ることができ、高い周波数帯域でのフィルタ材料に適用することが可能となる。
【００２３】
そして、上記の構成において、主組成が六方晶Ｂａフェライト結晶５５〜９５体積％とペロブスカイト型結晶５〜４５体積％とからなる場合には、より比透磁率および比誘電率の高い複合焼結体が得られる。
【００２４】
また、上記の構成において、さらにガラスを含み、該ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まない場合には、特性の低下につながる異相結晶の析出や磁性体および誘電体の変質を抑制し、焼結性の向上（焼結温度の低温化）を図ることができる。
【００２５】
また、上記の構成において、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型六方晶Ｂａフェライト結晶である場合には、高い周波数帯域においてより高い透磁率を得ることができる。
【００２６】
また、上記の構成において、ペロブスカイト型結晶がＢａＴｉＯ３である場合には、少量の添加により複合焼結体の誘電率を高くすることができ、ＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３である場合には、１ＧＨｚ以上の高周波領域においても誘電率を高めつつ１ＧＨｚにおける誘電損失を０．１以下に低く抑えることが可能となり、より急峻に減衰する極をもったＥＭＩフィルタを得ることができる。
【００２７】
また、上記の構成において、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まない場合には、特性の低下がより抑制される。
【００２８】
また、この磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されているＬＣ複合電子部品によれば、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波帯域でも使用可能なＬＣフィルタ特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態にかかる誘電体と磁性体との複合焼結体は、六方晶Ｂａフェライト結晶と、誘電体として少なくともＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉを含有してなるものである。
【００３０】
このように、磁性体材料である六方晶Ｂａフェライトと誘電体材料であるペロブスカイト型結晶とを組合せた焼結体中にＬｉを含有させることで、原料として用いた材料の透磁率および誘電率の劣化が抑制され、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上である誘電体と磁性体との複合焼結体となる。
【００３１】
ここで、六方晶フェライトとは、六方晶系結晶構造を有しているとともに磁化容易軸をもっているもののことである。具体的には、六方晶フェライトは結晶方向により異なる異方性磁界をもつために回転磁化共鳴周波数（ｆｒ）が高くなるとともに、ｃ軸に垂直な結晶面（ｃ面）内のａ軸が磁界の方向に容易に磁化され、かつ外部磁界の方向の変化に容易に追従して磁化の向きが変化する。このため、高い周波数領域（数１００M〜数ＧＨｚ）においても、比透磁率が高い状態を維持することが可能である。一方、スピネル型フェライトなどは、数ＭＨｚ程度では、数百といった比透磁率が得られるが、前記のような磁化容易軸を持たないため、１ＧＨｚ程度で透磁率が急激に低下してしまう。なお、Ｂａを含む六方晶Ｂａフェライトは、酸化鉄や炭酸バリウム等の原料から仮焼合成する際の温度を低くすることができる。
【００３２】
そして、Ｌｉを含有させることで、焼成の際に、原料として用いた磁性体材料と誘電体材料とが反応することを効果的に抑制し、磁性体材料および誘電体材料の少なくとも一方が変質して特性が大きく劣化することを抑制することができ、比透磁率および比誘電率の両特性を維持することができる。したがって、磁性体材料である六方晶Ｂａフェライトと誘電体材料であるペロブスカイト型結晶とを組合せた焼結体中にＬｉを含有させることで１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上という特性が得られる。
【００３３】
このような誘電体と磁性体との複合焼結体は、例えば、予め、合成しておいた磁性体材料と誘電体材料とガラスとを混合した後、焼成することで作製することができる。
【００３４】
六方晶Ｂａフェライト粉末を作製するには、原料の主成分としてそれぞれ酸化物換算でＦｅ２Ｏ３を５０〜９０モル％、ＭＯを０〜４０モル％（ただし、ＭはＣｏ、ＣｕおよびＺｎから選ばれる１種以上の金属元素）、ＢａＯを１０〜５０モル％となるように調合する。この際、各原料はこれに限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。なお、Ｍは単独形態、または少なくとも２種を混合した混在形態であっても良く、Ｍとして２種以上を混合して用いる場合には、混合した総計モル％が０〜４０モル％の範囲に入るようにすればよい。
【００３５】
六方晶Ｂａフェライト結晶の中でも特に１ＧＨｚにおける透磁率の高い六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶は、化学式がＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２（ただし、ＭはＣｏ、Ｃｕ、Ｚｎから選ばれる一つ以上の金属元素）と表され、上記組成割合となるように各元素の原料を配合することにより合成することができる。なお、組成比によればＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶とは異なる結晶（例えば、Ｂａ２．０５Ｍ１．９５Ｆｅ１２Ｏ２２）であっても、Ｘ線回折のピーク強度が、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）のカードまたはデータベース中に存在するＢａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶に極めて近いものである場合には、Ｂａ２Ｍ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶とする。
【００３６】
このように配合した混合粉末を、大気中において９００〜１３００℃の温度範囲で、１〜１０時間仮焼した後、粉砕することによって六方晶Ｂａフェライト粉末を得ることができる。
【００３７】
例えば、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちＹ型（六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶）の場合は、８５０℃付近からＢａＦｅ１２Ｏ１９結晶およびＢａＦｅ２Ｏ４結晶の分解が始まり、生成されてくる。この分解、生成を十分に行うためには、９００〜１１００℃の温度範囲で、１〜５時間仮焼することが好ましい。そうすることにより、仮焼時に六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶を８０％以上生成することが可能となる。なお、仮焼温度が１１００℃以下であれば、合成と同時に進行する粉と粉との焼結が抑制されるため、粉砕が容易となって細かい粉砕粉を得やすく、誘電体材料などと組み合わせて焼成する際の焼結性を向上させることができる。
【００３８】
粉砕に際しては振動ミル、回転ミル、バレルミル等を用いて、磁生体材料を鋼鉄ボール、セラミックボール等のメディアと、水またはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、メタノール等の有機溶剤を用いて湿式にて行うことができる。
【００３９】
その際、六方晶Ｂａフェライト結晶を合成するための粉末は、平均粒子径が０．１〜５μｍ、より好ましくは０．１〜１μｍであることが焼結性を高める点で望ましい。なお、「平均粒子径」とは、粉体の集団の全体積を１００％として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが５０％となる点の粒径ｄ５０を意味する。粉体の粒度分布は、例えばレーザ回折・散乱法によるマイクロトラック粒度分布測定装置Ｘ−１００（日機装株式会社製）を用いて測定できる。
【００４０】
かくして得られる六方晶Ｂａフェライト結晶は、単独で焼結することにより比透磁率が数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの領域で３〜１７、数百ＭＨｚ〜２ＧＨｚの領域で１．４〜１０と、高周波数帯域まで透磁率が高い磁性体材料となる。
【００４１】
ここで、六方晶Ｂａフェライト結晶としては複数の型が知られているが、六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型であるのが好ましく、磁性体材料中の８０体積％以上、特に好ましくは、９０体積％以上がＹ型の六方晶フェライト結晶で形成されていることが好ましい。この体積比率は、Ｘ線回折の結果からリートベルト解析にて算出される。六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶の占有割合が８０体積％以上であると、高周波においてより高い透磁率を得ることができ、高いインダクタンスやインピーダンスを持つ高周波回路部品を得ることができる。
【００４２】
誘電体材料としては、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶からなる材料を用いる。
【００４３】
このようなペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムまたはその固溶体、およびそれらにさらにチタン酸マグネシウムが固溶した固溶体等が挙げられる。ただし、少ない添加量で高い誘電率が得られ、六方晶Ｂａフェライト粉末と混合、焼成した場合に、六方晶Ｂａフェライト中のＢａと反応してＢａ１．５５Ｃａ０．４５ＳｉＯ４結晶やＢａ０．８８Ｃａ０．１２ＴｉＯ３結晶等の異相の析出をなくし、高い誘電率の誘電体と磁性体との複合焼結体を得るためには、強誘電体であるＢａＴｉＯ３を用いることが望ましい。
【００４４】
この際、ＢａＴｉＯ３粉末の平均粒子径は、誘電体と磁性体との複合焼結体の透磁率、誘電率を高くするために、０．１〜１．５μｍ、さらには０．３〜１．０μｍであることが好ましい。
【００４５】
ＢａＴｉＯ３粉末の粒子径が細かすぎて六方晶Ｂａフェライトの粒子間の至るところに分散配置されていると、六方晶Ｂａフェライトの焼結を阻害し、所望の透磁率を得られないことになる。ここで、高い透磁率を得るためには誘電体の添加量をそれほど多くできず、また後述するように焼結性を向上させるためには添加されるガラスや低軟化点酸化物（例えば酸化ビスマス）等の焼結助剤量もそれほど多くできないことから、焼結時に粒成長させることはあまり期待できない。これらのことより、ＢａＴｉＯ３粉末は、材料の混合時にある程度粒子径が大きいものを選択する方が誘電率、透磁率を高くすることができ、好ましくは平均粒子径０．３〜１．０μｍのものが良い。このような平均粒子径のＢａＴｉＯ３粉末は比誘電率が２０００〜３０００であるため、高い誘電率の誘電体と磁性体との複合焼結体を得ることが可能となる。
【００４６】
一方、誘電体と磁性体との複合焼結体において、１ＧＨｚでの誘電率を高めつつ、誘電損失を０．１以下とするためには、ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３を用いることが望ましい。ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３は、ＢａＴｉＯ３よりも比誘電率は低いが、誘電損失を低くすることができるので、特に低誘電損失が求められる場合には、ＣａＴｉＯ３やＳｒＴｉＯ３を用いるのが望ましい。
【００４７】
そして、焼結性を向上させるために、ガラスが磁性体材料と誘電体材料とに混合されるのが望ましく、ガラスとしては、少なくともＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むガラスであり、実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスを用いることが望ましい。
【００４８】
具体的なガラスの組成としては、ＳｉをＳｉＯ２換算で２０〜７０質量％、ＣａをＣａＯ換算で３〜２６質量％、ＢａをＢａＯ換算で１６〜６０質量％、及びＬｉをＬｉ２Ｏ換算で３〜１１質量％含有しているものが好ましい。
【００４９】
ここで、バインダの分解温度（約１５０〜４００℃が一般的）に近い温度でガラスの軟化が生じると、ガラス中に分解したバインダの成分が取り込まれてしまい、変色やガラスの発泡、焼結性の劣化が懸念されるが、ＳｉのＳｉＯ２換算含有量が上記範囲内であれば、焼成時の脱バインダ性が良好で、１０００℃以下の温度における焼結性も良好なものとすることができる。また、ＢａのＢａＯ換算含有量が上記範囲内であれば、焼成時の脱バインダ性が良好で、開気孔率を低い良好な値とすることが容易になる。
【００５０】
また、ガラスに含まれるＣａ、Ｌｉは、ガラスの軟化挙動を制御することが可能であり、焼成条件を望ましい範囲とすることができる。したがって、ＣａのＣａＯ換算含有量、ＬｉのＬｉ２Ｏ換算含有量が上記範囲内であれば、上記のＢａと同様に焼成時の脱バインダ性が良好で、開気孔率を低い良好な値とすることができる。
【００５１】
上記Ｓｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉのさらに望ましい範囲は、ＳｉはＳｉＯ２換算で３５〜６５質量％、ＣａはＣａＯ換算で５〜２０質量％、ＢａはＢａＯ換算で２０〜５０質量％、ＬｉはＬｉ２Ｏ換算で３〜７質量％である。
【００５２】
また、実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスであることが望ましいのは、これらの成分が異相結晶を形成してしまうためである。これらの異相結晶の例としては、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、ＢａＢ２Ｏ４、ＺｎＡｌ２Ｏ４およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８が挙げられる。十分な透磁率や誘電率を容易に得るためには、これらの異相結晶が形成されないように、換言すればこれらの異相結晶が複合焼結体中に実質的に含まれないようにすることが望ましい。
【００５３】
なお、ここで実質的にＡｌおよびＢを含まないガラスとは、ガラスを製造する際にＡｌあるいはＢとなる原料を積極的に加えていないガラスのことであり、ガラス中の不可避不純物として微量のＡｌあるいはＢが含まれていてもよい。ガラス中の具体的な不可避不純物量としては、それぞれ０．１モル％以下が好ましい。
【００５４】
また、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶が複合焼結体中に実質的に含まれないとは、Ｘ線回折によってこれらの結晶の存在が測定できないこと、具体的には、複合焼結体中に含まれる結晶のうちＸ線回折によって最も高いピーク強度を有する結晶のピーク強度に対して１００分の１以下のピーク強度であることをいう。
【００５５】
そして、Ｌｉは、ガラスの軟化点を適度に調節することができる効果に加えて、磁性体材料と誘電体材料との反応を抑制する効果も備えている。したがって、両方の効果を得る点で、原料のガラス中にＬｉが含まれているのが望ましいが、反応抑制の点ではＬｉ２ＣＯ３やＬｉＨＣＯ３の形で添加されてもよい。添加量としては、磁性体と誘電体の総量を１００質量％とした場合、外添量として酸化物（Ｌｉ２Ｏ）換算で０．１〜１．５質量％、さらに０．２〜１．０質量％であるのが反応抑制効果および長期的絶縁信頼性の点で望ましい。これらを添加することで、磁性体材料と誘電体材料とが反応せずに焼成温度を低減することが可能となり、それぞれの材料特性を著しく劣化することのない複合焼結体を得ることが可能となる。なお、Ｌｉ２ＣＯ３やＬｉＨＣＯ３の形で添加されたものは、Ｌｉを含有する複合酸化物の結晶、例えばＬｉＣｕＦｅ２Ｏ４として複合焼結体中に存在する。
【００５６】
また、誘電体と磁性体との複合焼結体を得るための混合比率は、目的の透磁率、誘電率に合わせて調整することが可能であるが、主組成として六方晶Ｂａフェライト結晶からなる磁性体材料５５〜９５体積％と、ペロブスカイト型結晶からなる誘電体材料５〜４５体積％とするのが好ましく、焼結助剤として磁性体および誘電体の総量１００質量％に対して、外添でガラス１．５〜２５質量％と、Ｌｉを含有する複合酸化物の結晶０〜５質量％（０質量％の場合は、Ｌｉはガラス中に含まれている）の範囲内の複合比であるのが好ましい。
【００５７】
磁性体材料および誘電体材料が上記範囲内であると、より比透磁率および比誘電率の高い複合焼結体が得られ、ガラスが上記範囲内であると、焼結性がよく比誘電率を高い値とすることができる。
【００５８】
さらに、焼結性を向上させるために、低軟化点酸化物である酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を、六方晶Ｂａフェライトと誘電体の合計を１００質量％とした際に、外添で０．５〜１５質量％含有させてもよい。上記の副成分の含有割合であれば、１０００℃以下の焼成温度で嵩密度が理論密度の９０％以上の複合焼結体が得ることが容易であるとともに、高い透磁率の複合焼結体を得やすい傾向にある。なお、Ｂｉ２Ｏ３の形で添加されたものは、Ｂｉ２Ｏ３またはＢｉを含有する複合酸化物の結晶、例えばＢｉ１２ＴｉＯ２０として複合焼結体中に存在する。
【００５９】
このように、磁性体材料と誘電体材料とを混合、焼成して複合化する場合、その焼成温度を低温化するためには、焼結助剤を添加する必要がある。例えば、磁性体材料である六方晶Ｙ型Ｂａフェライトが９００〜１０００℃で焼結するのに対し、誘電体材料であるペロブスカイト型誘電体は１２００〜１３００℃の高温でないと焼結しないため、低い焼成温度で緻密かつ高強度の複合焼結体を得るためには、焼結助剤を添加する必要がある。
【００６０】
一方で、複合焼結体の透磁率、誘電率は、添加する磁性体材料と誘電体材料のそれぞれの材料の体積比に応じて指数関数的に増減するため、焼結助剤の添加量は極力少なくする必要もある。
【００６１】
また、焼結助剤としては磁性体材料と誘電体材料と反応しにくい、すなわち透磁率、誘電率に与える影響が小さく、焼結温度のみを低下させるものが望ましい。
【００６２】
このような点を考慮して各材料を調整することで、本実施形態の誘電体と磁性体との複合焼結体は、１ＧＨｚの高周波数帯域においても、比透磁率１．４以上を有する焼結体を得ることができる。
【００６３】
なお、原料としての六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶からなる磁性体材料５５〜９５体積％と、前記ペロブスカイト型結晶からなる誘電体材料５〜４５体積％という比率は、焼結後にほぼそのままの比率となっている。焼結後の比率としては、Ｘ線回折の結果からリートベルト解析にて求めることができる。具体的には、リートベルト解析により、各相の質量比（六方晶Ｂａフェライト結晶、ペロブスカイト型結晶、ガラス）を求める。その後、結晶構造から六方晶Ｂａフェライト結晶の密度を求め、質量比から体積比へと換算することで、体積比が求められる。また、ガラス組成も焼結後にほぼそのままの比率となっている。
【００６４】
本実施形態によれば、磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路を形成することによりＬＣ複合電子部品を形成することができる。
【００６５】
そのＬＣ複合電子部品の好適例であるＥＭＩフィルタ部品を図１をもとに説明する。複数の絶縁層１が積層され、この絶縁層１の表面に配線層２が形成されている。また、絶縁層１によって隔てられた配線層２同士を電気的に接続するビアホール導体３が絶縁層１を貫通して形成されている。
【００６６】
さらに、これらの配線層２及びビアホール導体３により複数の絶縁層１からなる絶縁基体の内部には、回路的にインダクタ部４及びコンデンサ部５が形成され、フィルタ回路をなしている。
【００６７】
このインダクタ部４は、配線層２及びビアホール導体３により多層のコイル状に形成されているが、通常、回路のインダクタンスを増加させるためには、このコイルの巻き数を増加させる必要がある。しかし、本実施形態の複合磁性材料のような透磁率の高い磁性材料を用いた場合、コイルの巻き数を増やさずとも必要なインダクタンスを得ることが可能となる。これより、配線層２の積層数を減少することができることより、電子部品の小型、低背化が可能になる。
【００６８】
このようなＬＣ複合電子部品において、絶縁層１として、本発明にかかる実施形態に記載された誘電体と磁性体との複合焼結体を用いることで、本実施形態のＬＣ複合電子部品となる。
【００６９】
また、配線層２及びビアホール導体３を形成する低抵抗金属が、金、銀、銅のいずれかを含む金属であることが望ましい。配線層２として金、銀、銅のいずれかの低抵抗金属を主成分として含有する場合には、配線層２を低抵抗化でき、特に高周波信号の信号損失、遅延を小さくできる。
【００７０】
また、本実施形態のＬＣ複合電子部品を製造するには、上述した原料に対して、適当な有機バインダ、分散剤、溶媒を添加、混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法により、シート状に成形する。
【００７１】
そして、このシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した後、スルーホール内に、低抵抗金属を含有する導体ペーストを充填する。
【００７２】
そして、シート状成形体表面には、金属ペーストを用いてスクリーン印刷法、グラビア印刷法などの公知の印刷手法を用いて配線層の厚みが５〜３０μｍとなるように、配線パターンを印刷塗布するか、または金属箔を貼りつけ、パターン状に加工したものを貼りつける。
【００７３】
そして、複数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、電子部品の大きさに合わせて切断した後、酸化性雰囲気中、または低酸化性雰囲気中にて２００〜５００℃にて脱バインダ処理した後、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で９００〜１１００℃の温度で焼成することにより、本実施形態の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されたＬＣ複合電子部品を作製することができる。
【００７４】
なお、焼成雰囲気については、用いる低抵抗金属の種類に応じて適宜決定され、例えば、銅等の酸化性雰囲気中での焼成によって酸化する金属を用いる場合には非酸化性雰囲気中にて焼成を行う必要があるが、金、銀に関しては酸化雰囲気中での焼成を行うことも可能である。
【００７５】
上述したような工程を経ることによって、前述したように高い透磁率、及び誘電率を有するとともに、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波数帯域でもノイズの減衰特性が高い、ＬＣフィルタを再現性よく得ることができる。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００７７】
まず、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＢａＣＯ３を出発原料とし、これらを各々モル比率で、表１の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．４０についてはＦｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＢａＯに換算して６０：０．５：５：１４：２０．５の割合で有機溶媒にＩＰＡ、メディアに鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、大気中、９５０℃で仮焼し、さらに湿式にて７２時間粉砕し、平均粒径１μｍの六方晶Ｙ型Ｂａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶を主結晶とする磁性体材料（比誘電率：２５、比透磁率：１５）、主結晶相として、Ｂａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶が析出する磁性体材料を得た。ここで、組成比によればＢａ２．０５Ｚｎ１．４Ｃｕ０．５Ｃｏ０．０５Ｆｅ１２Ｏ２２と表されるが、Ｘ線回折のピーク強度がＪＣＰＤＳのカードまたはデータベース中に存在するＢａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶に極めて近いものであるため、主結晶相はＢａ２Ｚｎ２Ｆｅ１２Ｏ２２結晶としている。
【００７８】
また、表２の試料Ｎｏ．４１については上記出発原料のモル比率を６０：１０：０：１０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４２は上記出発原料のモル比率を６０：２０：０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４３は上記出発原料のモル比率を６０：１０：１０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４４は上記出発原料のモル比率を６０：０：２０：０：２０の割合とし、試料Ｎｏ．４５は上記出発原料のモル比率を６０：０：１０：１０：２０の割合として、同様に仮焼したものであって、平均粒径１μｍの六方晶Ｙ型Ｂａフェライト結晶を含有する磁性体材料が得られている。
【００７９】
さらに、表２の試料Ｎｏ．４６は上記出発原料のモル比率を８５．７：０：０：０：１４．３の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｍ型フェライト、試料Ｎｏ．４７は上記出発原料のモル比率を７０．６：０：５．９：５．９：１７．６の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｚ型フェライト、試料Ｎｏ．４８は上記出発原料のモル比率を７２．７：１８．２：０：０：９．１の割合とした平均粒径１μｍの六方晶Ｗ型フェライトであって、仮焼温度を１２００℃とした以外は上記と同様に作製したものである。
【００８０】
次に、誘電体材料としては、市販のペロブスカイト型結晶である強誘電体ＢａＴｉＯ３粉末（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：３０００、比透磁率：１．０）を準備した。また、誘電体材料として常誘電体のＣａＴｉＯ３（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：１７５、比透磁率：１．０）、ＳｒＴｉＯ３（平均粒径０．３μｍ、比誘電率：２５５、比透磁率：１．０）を準備した。
【００８１】
さらに、ガラスは、表１および表２に示す組成となるように、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３およびＭｇＯの各原料粉末を混合し、１２００℃で溶解後急冷して作製した。得られたガラスは、湿式にて４８時間粉砕し、平均粒径１．０μｍのガラス材料を得た。
【００８２】
なお、試料Ｎｏ．３２〜３５、３９、４０は市販の平均粒径３．０μｍのＬｉ２ＣＯ３粉末を添加したものであり、試料Ｎｏ．３６〜４０、４６〜４８は市販の平均粒径３．０μｍのＢｉ２Ｏ３粉末を添加したものであり、これらの原料は磁性体と誘電体の粉末の合計の質量を１００質量％とした場合に外部添加している。
【００８３】
以上のようにして準備した磁性体材料、誘電体材料、ガラス、Ｌｉ２ＣＯ３およびＢｉ２Ｏ３の各材料を表１および表２に示す混合比となるように、有機溶媒にＩＰＡ、メディアに鋼鉄ボールを用いて湿式混合し、乾燥した後、比透磁率、比誘電率、誘電損失、相対密度等の特性及び焼結性を評価できるようにプレス成形し、大気中で９５０〜１１００℃で２時間焼成し、誘電体と磁性体との複合焼結体を得た。
【００８４】
かくして得られた誘電体と磁性体との複合焼結体について、比透磁率、比誘電率、誘電損失、相対密度等の特性及び焼結性を評価した。比透磁率、比誘電率、誘電損失については、１ＧＨｚでの値を測定し評価した。
【００８５】
なお、相対密度は、ＪＩＳ Ｒ２２０５に準拠して測定した嵩密度を真密度で除して算出した。真密度は、複合焼結体中の気孔を除いた状態の密度を測定するため、乳鉢を用いて複合焼結体を平均粒径３μｍ程度まで粉砕し、ピクノメータ法を用いて測定した結果を真密度とした。
【００８６】
比透磁率は、同軸管を用いたＳパラメータ法により測定し、比誘電率はインピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製 ＨＰ４２９１Ａ）を用いた平行平板法により測定することができる。
【００８７】
また、Ｘ線回折を行ない、その結果をリートベルト解析し、複合焼結体中の磁性体、誘電体、およびその他の結晶、ガラスの量を求めた。ここで、磁性体とはフェライトの結晶のことであり、誘電体とはＣａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶のことである。また、それらの結果から、複合焼結体の主組成である磁性体および誘電体の比率を算出した。
【００８８】
また、原料として用いた誘電体、磁性体およびガラスの比透磁率と比誘電率とを用いて、全く、誘電体、磁性体およびガラスの間で反応等が起こらず、理想的な焼結が行われた場合に得られる誘電体と磁性体との複合焼結体の比透磁率と比誘電率とを対数混合則によって計算し、得られた計算値で実測値を除算した値を表１および表２に記載した。この値が１００であるときには、理想的な焼結が行われたことになり、１００を下回ると何らかの反応が起こり、比透磁率もしくは比誘電率とが劣化したことになる。なお、残留ガラスや微小結晶の影響、あるいは何らかの反応によって比透磁率や比誘電率が向上し、１００を超えているものもある。
【００８９】
比較例として、磁性体材料にスピネル型複合フェライトであるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトを上記フェライトと同様にＮｉＯ，ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｆｅ２Ｏ３を出発原料とし、これらを各々モル比率で１５：２５：１２：４８の割合で湿式混合後、９５０℃で仮焼し、得られた磁性体材料Ｎｉ０．１５Ｚｎ０．２５Ｃｕ０．１２Ｆｅ０．９６Ｏ１．９６（平均粒径１μｍ、比誘電率：５、比透磁率：１．２）を用いたものを作製した（表２中の試料Ｎｏ．４９）。
【表１】
【００９０】
【表２】
【００９１】
複合焼結体中にＬｉを含有する本発明の実施の範囲である試料Ｎｏ．１〜３０、３２〜４８は、比透磁率、比誘電率の低下が小さいものであった。特に、原料としてＬｉ２ＣＯ３を用いた試料Ｎｏ．３２〜３５においても比透磁率、比誘電率の低下が小さく、１．４以上の比透磁率を有するものであった。
【００９２】
なお、作製した試料について、Ｘ線回折により、結晶相を同定したところ、Ｎｏ．１〜３０、３２〜４８では、原料として用いた磁性体結晶および誘電体結晶が、そのまま、残っていることがわかった。一方、ガラスにＡｌ２Ｏ３が含まれる試料Ｎｏ．２３、２４では、ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶が確認された。また、試料Ｎｏ．２５、２６および試料Ｎｏ．３１〜３５、３９でも異相の析出が確認された。
【００９３】
また、誘電体材料としてＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３を用いた試料Ｎｏ．２７〜３０、３４、３５は、誘電体材料としてＢａＴｉＯ３を用いたものに比べて誘電損失を極めて低くすることができていることがわかる。
【００９４】
試料Ｎｏ．３１はＬｉが含まれていなかったため、六方晶Ｙ型Ｂａフェライトと誘電体が反応し、比透磁率が著しく低下した。試料Ｎｏ．４９は、フェライトがスピネル型フェライトであるため、１ＧＨｚでの比透磁率が１．４を下回った。
【００９５】
次に、表１および表２に示す原料をブタノール溶媒中で混合し、ポリビニルブチラール等のバインダを混合粉に対し１０質量％加えて混練し、スラリーを調整し、この複合スラリーをドクターブレード法により厚み５０μｍのグリーンシートを作製した。
【００９６】
次に、このグリーンシートをそれぞれ２０枚積層し、その途中で市販のＡｇ−Ｐｄ（７：３）のペーストを用いて内部電極（内部導体）としてコイルとコンデンサを印刷形成し（コイルはスルーホールを介して接続）、熱間圧着後、焼成後に焼結体寸法が２．０×１．２５ｍｍとなるように切断し、三端子構造のＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品をそれぞれ得た。
【００９７】
次いで、このチップ部品を４００℃で脱脂処理した後、大気中において１０００℃で２時間焼成した。得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品であるチップ部品は、配線層、絶縁層ともに緻密な組織が得られ、チップ部品として良好なものであった。
【００９８】
また、得られた本実施形態のＬＣ複合電子部品でＬＣ複合ＥＭＩフィルタチップ部品の周波数特性をネットワークアナライザーにより測定した結果、従来の誘電体を用いた場合と同等のコイルターン数で、減衰極の低周波化が実現しており、従来品の誘電体を用いたローパスフィルタと同等のサイズで、より低周波からの減衰特性を得ることが可能であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のＬＣ複合電子部品の断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１・・・絶縁層、磁性体と誘電体との複合焼結体
２・・・配線層
３・・・ビアホール導体
４・・・インダクタ部
５・・・コンデンサ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とする磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項２】
主組成が前記六方晶Ｂａフェライト結晶５５〜９５体積％と前記ペロブスカイト型結晶５〜４５体積％とからなることを特徴とする請求項１に記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項３】
さらにガラスを含み、該ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項４】
前記六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型六方晶Ｂａフェライト結晶であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項５】
前記ペロブスカイト型結晶がＢａＴｉＯ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項６】
前記ペロブスカイト型結晶がＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項７】
ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まないことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品。
【請求項１】
六方晶Ｂａフェライト結晶と、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる１種以上の元素およびＴｉを含有するペロブスカイト型結晶と、Ｌｉとを含有し、１ＧＨｚにおける比透磁率が１．４以上であることを特徴とする磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項２】
主組成が前記六方晶Ｂａフェライト結晶５５〜９５体積％と前記ペロブスカイト型結晶５〜４５体積％とからなることを特徴とする請求項１に記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項３】
さらにガラスを含み、該ガラスがＳｉ、Ｃａ、ＢａおよびＬｉを含むとともに実質的にＡｌおよびＢを含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項４】
前記六方晶Ｂａフェライト結晶のうちの主結晶がＹ型六方晶Ｂａフェライト結晶であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項５】
前記ペロブスカイト型結晶がＢａＴｉＯ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項６】
前記ペロブスカイト型結晶がＣａＴｉＯ３あるいはＳｒＴｉＯ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項７】
ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶、ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＺｎＡｌ２Ｏ４結晶およびＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８結晶を実質的に含まないことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の磁性体と誘電体との複合焼結体からなる絶縁基体の内部または表面にコンデンサ回路およびインダクタ回路が形成されていることを特徴とするＬＣ複合電子部品。
【図１】
【公開番号】特開２００９−９６７０３（Ｐ２００９−９６７０３Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３１６４１（Ｐ２００７−３３１６４１）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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