高周波部品
【課題】 導体中に含まれる添加成分が少なくても、基板と導体の焼結挙動差、熱膨張差を小さくし、導体損失を損なわないストリップ線路を有する高周波部品を提供する。
【解決手段】 本発明は、誘電体セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層された積層基板１の内部に、少なくとも１層の誘電体層１ｂの厚み以上の厚みを有するストリップ線路２〜４を配置して成る高周波部品において、前記前記ストリップ線路２〜４は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の有機金属を重量比率０．１〜２重量部となるようにコーティングした銀粉末と、該銀粉末１００重量部に対して７〜９重量部のβ石英とを有する導電性ペーストを用いて、積層体基板と一体焼結して形成した高周波部品である。
【解決手段】 本発明は、誘電体セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層された積層基板１の内部に、少なくとも１層の誘電体層１ｂの厚み以上の厚みを有するストリップ線路２〜４を配置して成る高周波部品において、前記前記ストリップ線路２〜４は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の有機金属を重量比率０．１〜２重量部となるようにコーティングした銀粉末と、該銀粉末１００重量部に対して７〜９重量部のβ石英とを有する導電性ペーストを用いて、積層体基板と一体焼結して形成した高周波部品である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば共振器、フィルタ等などに用いられる高周波部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】誘電体材料の低温焼結化に伴い、内部または表面の所定配線パターンの材料に銀や銅等の低抵抗材料を用いることにより、高周波動作する電子回路を形成する高周波部品が非常に有望なものとなっている。
【０００３】この高周波部品としては、アンテナ回路、ストリップ線路を用いた共振回路、電圧制御型発振回路、局発振信号形成回路、パワーアンプ等が例示できる。
【０００４】例えば、アンテナ回路は、誘電体層を積層した積層基板と、前記誘電体層の層間に配置したストリップ線路などの内部配線パターンと、前記基板の表面に配置した表面配線パターンが形成されていた。
【０００５】図５は、例えば、２層構造の積層基板の下面側の誘電体層及びその内部配線パターンを示している。
【０００６】具体的には、積層基板を構成する下側の誘電体層３１ａの接合面には、３つのストリップ線路３２、３３、３４から成る内部配線パターンが形成されている。
【０００７】また、誘電体層３１ａの一方の側面には入力端子電極３６が形成され、他方の側面には出力端子電極３６が形成されている。また、誘電体層３１ａの下面には入力端子電極３５とストリップ線路３２とを結合する導体パターン３７と、出力端子電極３６とストリップ線路３４とを結合する導体パターン３８が形成されている。さらに、積層基板の外周面には、基板の外周に形成された各種導体パターンは導通しないようにアース導体膜が形成されている。尚、図５においては、接合面を除く面にアース導体膜３９が形成されている。 尚、内部配線パターンであるストリップ線路３２及び３３の一端側は、導体パターン３７の一部と対向して結合容量を形成している。また、ストリップ線路３４の一端側は、導体パターン３８の一部と対向して結合容量を形成している。そして、各ストリップ線路３２、３３、３４の他端は、基板の外周に形成されたアース導体膜３９と接続している。
【０００８】これにより、ストリップ線路３２は、基板の外周のアース導体膜３９との間でＬＣ共振回路を構成し、高周波のトラップ回路となる。また、ストリップ線路３３、３４は、単体でＬＣ共振回路を構成し、互いに電磁界結合して高周波フィルタとなる。
【０００９】尚、ストリップ線路３２、３３、３４の他端は、そのまま、基板の端面に延出してアース導体膜と接続しているが、上下に延びるビアホール導体を形成して、基板の上面及び下面のアース導体膜を接続しても構わない。さらに、基板の表面側に、アース導体膜以外に、他の電子部品素子を搭載するための表面配線パターンを形成することができる。
【００１０】また、このような高周波部品の誘電体層３１ａなどは、低温焼成可能な誘電体材料が用いられ、また、ストリップ線路３２、３３、３４やその他の導体パターンは、Ａｇ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｕ粉末等の低抵抗材料に、ガラスフリット、有機ビヒクルを混練した導電ペーストを用いて形成されている。尚、Ａｕペーストは、導電性に優れ、化学的にも全く安定で、且つ基板との接着性も良く、特に耐候性に優れているが、大変高価であるという難点がある。
【００１１】また、Ｃｕペーストは主成分のＣｕ粉末は安価で導電性にも優れるが、還元雰囲気での焼成が必要となるため焼成工程が高価になる。そこでこれらの難点を解消するために、Ａｇペーストが多用される。
【００１２】Ａｇペーストを導電材料として用いることは、導電性に優れ、且つ主成分のＡｇ粉末は比較的安価で焼成も大気中で行うことができる。
【００１３】このような高周波部品は、誘電体層となるグリーンシート上に、ストリップ線路３２〜３４及び各種導体パターン３７、３８、３９となる導体膜をＡｇペーストの印刷により形成した後、各グリーンシートを積層して、同時焼成により形成していた。その後、端面のアース導体膜３９、入出力端子電極３５、３６、さらに必要に応じて表面配線パターンなどを導電性ペーストの焼き付けなどにより形成していた。即ち、製造工程の簡略化のために、基板材料である誘電体層と内部配線パターンであるストリップ線路を同時焼成することにより形成される。
【００１４】このようにして形成された高周波部品において、ストリップ線路３２〜３４における共振回路特性によって特性が大きく左右される。例えば、導体損失、誘電体損失及び放射損失により決定付けられている。
【００１５】特に導体損失について影響が大きく、従来の導電性ペーストのスクリーン印刷法によって、誘電体グリーンシート上に形成したストリップ線路は、その断面形状が両端部がレンズ状となり、導体端部が薄くなり、その部分での電磁界の損失が大きくなってしまう。
【００１６】これを防止するため、図２、図３に示すように、ストリップ線路２、３、４をスクリーン印刷法によって形成するのではなく、予めストリップ線路２、３、４となる領域に、パンチングにより溝状に孔開けし、前記溝部分に、導体材料を充填することで、ストリップ線路２、３、４の断面形状を略四角状にすることで、導体損失を抑えることができ、共振器のＱ値の劣化を抑え、フィルタの挿入損失を小さくすることができる。
【００１７】また、充填による充填型のストリップ線路の形成方法と同様の方法によって、例えば、積層基板の表面に、ＩＣチップなどを搭載する場合、その搭載領域にヒートシンクを形成することもでき、ＩＣチップからの放熱作用を促進させることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上述の高周波部品では、誘電体セラミックからなる複数の誘電体層の少なくとも１層の誘電体層の厚みに相当するストリップ線路を形成すると、導体の体積が増加する。このため、基板と導体の収縮挙動の差による基板の反りや、熱収縮差による基板のクラックが発生する。
【００１９】その防止策として、これまで低軟化点ガラスの添加により、基板材料との収縮挙動のマッチングをとっていた。また、基板材料に用いられている材料を、ストリップ線路を形成する導電性ペースト中に添加し、導体と基板との熱収縮差を極小化する方法があった。このような方法でも、導体と基板との熱膨張差は縮まってくるが、導体の熱収縮は、基板材料の熱収縮よりも小さくなることはない。したがって熱膨張差を縮めるには多量の添加量を必要とし、導体損失が大きくなってしまう。
【００２０】いずれの方法も、導電性ペースト中のガラスや基板材料（実質的にガラス）の添加量が多くなり、このため、ストリップ線路の導体損失が大きくなってしまい、共振回路の特性を劣化させていた。
【００２１】本発明は、上述の問題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、導体中に含まれる添加成分が少なくても、基板と導体の焼結挙動差、熱膨張差を小さくし、導体損失を損なわないストリップ線路を有する高周波部品を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、誘電体セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層された積層基板の内部に、少なくとも１層の誘電体層の厚みを有する銀を主成分とするストリップ線路を配置して成る高周波部品において、前記ストリップ線路は、銀成分１００重量部に対して、０．１〜２重量部のＭｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属の有機化合物をコーティングした銀粉末と、該銀粉末１００重量部に対して７〜９重量部のβ石英とを有する導電性ペーストを用いて、積層体基板と一体焼結して形成したことを特徴とする高周波部品である。
【００２３】
【作用】本発明のストリップ線路を形成する導体材は、主成分として銀粉末を用いることにより比較的安価に作成することができる。安定した高周波特性が得られる。
【００２４】また、その銀粉末は、有機金属をコーティングした粉末である。上述した銀粉末は、その表面に均一にＭｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属の有機化合物をコーティング膜を形成することができる。このため、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属またはその酸化物を、銀粉末と同時に添加した導電性ペーストに比較して、銀粉末の焼結を有効に抑えることができる。これより、焼成時に発生する基板材料と銀を主成分とする導体の収縮挙動の差を低減することができ、焼成された積層基板の反りを低減できる。
【００２５】また、β石英ガラスを、有機金属をコーティングした銀粉末に１００重量部に対して、７〜９重量部添加することで、基板材料と導体材料との熱膨張差を低減させことができる。特に、β石英ガラスの熱膨張率は、基板材料の熱膨張率よりも小さいため、このβ石英ガラススを少量添加しても、基板材料とストリップ線路の導体材料との熱膨張差を縮め、基板のクラックをなくすと同時に導体損失を少なくすることができる。
【００２６】熱膨張差だけを考慮すると７〜９重量部は、少ない添加量で有るものの、銀導体自体の柔軟性により理論上、熱膨張差が無くなる添加量の約６０％の添加で基板のクラックは防止できる。
【００２７】このような導体ペーストで、誘電体層の少なくとも１層あたりの膜厚を有するストリップ線路を形成しても、積層基板の反りが小さく、且つ熱膨張差による基板クラックがなく、且つ導体損失の小さなストリップ線路が得られ、その結果、高周波特性が安定する。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波部品を図面に基づいて説明する。
【００２９】図１は、本発明の高周波部品の一例であるアンテナフィルタの外観斜視図である。図２はその断面構造図であり、図３は分解斜視図であり、図４は等価回路図である。
【００３０】図において、１は積層基板であり、１ａ〜１ｃは誘電体セラミック材料と低温焼成化を可能とする酸化物や低融点ガラス材料とからなる誘電体層であり、２〜４はストリップ線路であり、５はキャビティー部、６はＳＡＷフィルタである。
【００３１】また、積層基板１の内部には、所定共振器を構成するストリップ線路２〜４が形成されている。具体的には、ストリップ線路２〜４は、その一部が誘電体層の１層例えば１ｂの厚み相当の厚みを有している。また、誘電体層１ｂと誘電体層１ｃの間には、該ストリップ線路２〜４と接合し、所定フィルタ回路を構成するための内部配線パターン１１〜１４が形成されている。さらに、誘電体層１ａ、１ｂには、ＳＡＷフィルタ６を配置するキャビティー部５を形成する貫通孔５ａ、５ｂが形成されている。
【００３２】また、誘電体層１ａ〜１ｃを積層して成る積層体１の側面には、入力端子電極８、出力端子電極９が形成されて、さらに、入力端子電極８、出力端子電極９と導通しないように、その周囲には、アース導体膜１０が形成されている。
【００３３】上述のキャビティー部５内には、ＳＡＷフィルタ６が配置され、その開口部は蓋体７によって被覆されている。
【００３４】誘電体層１ｂと誘電体層１ｃとの間に配置された内部配線パターン１１は、入力端子８とストリップ線路３とを結合するパターンであり、内部配線パターン１２は、ストリップ線路４とＳＡＷフィルタ６とを接続するパターンであり、内部配線パターン１３は、ＳＡＷフィルタ６と出力端子電極９とを接続するパターンであり、内部配線パターン１４は、ＳＡＷフィルタ６を実装するためのアース導体膜である。
【００３５】このような構成により、ストリップ線路２は、それ自身のインダクタンス成分と、グランド導体膜１０との間の容量成分などから分布定数的に第１の共振器が形成する。また、ストリップ線路３は、それを中心に第２の共振器を形成し、ストリップ線路４は、それを中心に第３の共振器を形成する。そして、第２の共振器と第３の共振器とは、互いに電磁界結合しあって所定通過帯域のフィルタ部を構成している。このような第１の共振器（トラップ回路）、フィルタ部、ＳＡＷフィルタ６とが互いに直列的に接続し、全体として、図４に示す等価回路のようになる。
【００３６】上述の高周波部品の製造方法を簡単に説明すると、まず、誘電体層１ａ〜１ｃとなるグリーンシートを作成する。例えば、グリーンシートは、例えば、誘電体セラミック粉末の無機物フィラーと、例えば、低温焼成化のための低融点ガラス粉末と、例えばアルキルメタクリレート等の有機バインダーと、例えばＤＢＰ等の可塑剤と、例えばトルエン等の有機溶剤とを混合し、ボールミルで４８時間混練してスラリーを作成する。ここで、セラミック粉末、ガラス粉末の混合比率は、セラミック粉末９７ｗｔ％、ガラス粉末３ｗｔ％とした。
【００３７】このスラリーをドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断してグリーンシートを作成する。
【００３８】そして、誘電体層１ａとなるグリーンシートに、キャビティー部５ａとなる貫通孔を形成し、同時に、その表面側主面にアース導体膜１０、入出力端子電極８、９となる導体膜を、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて形成する。
【００３９】また、誘電体層１ｂとなるグリーンシートに、キャビティー部５ｂとなる貫通孔を形成するともに、ストリップ線路２〜４の一部を構成する溝状の貫通孔を形成する。
【００４０】そして、ストリップ線路２〜４の一部を構成する溝状の貫通孔内を導電性ペーストで充填するとともに、この誘電体層１ｂの表面にストリップ線路２〜４の一部を構成する導体膜を導電性ペーストの印刷により形成する。
【００４１】また、誘電体層１ｃとなるグリーンシート上に、内部配線パターン１１〜１４となる導体膜を、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて形成する。
【００４２】さらに、誘電体層１ｃとなるグリーンシートの裏面側主面に、アース導体膜１０となる導体膜を、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて形成する。
【００４３】このように形成した誘電体層１ａ〜１ｃを積層し一体的に焼成する。具体的には、焼成処理は、昇温過程で６００℃前後までの脱バインダー工程と、９５０℃までの焼成工程とからなる。
【００４４】その後、積層基板１の側面に、入出力端子電極８、９、アース導体膜１０を導電性ペーストの焼き付けにより形成する。
【００４５】さらに、キャビティー部５内に、所定フィルタ特性を有するＳＡＷフィルタ６を実装し、所定雰囲気で蓋体７で気密封止する。
【００４６】尚、上述の製造工程において、積層基板１の外周に被着されるアース導体膜１０や入出力端子電極８、９は、グリーンシート上に形成せず、焼成した後の積層基板１に焼き付け処理しても構わない。また、グリーンシートの多層を、一括的に行わず、例えば、誘電体層１ｃとなるグリーンシートと誘電体層１ｂとなるグリーンシートとを積層したのち、誘電体層１ｂとなるグリーンシートに形成した溝状貫通孔に導電性ペーストを充填し、その後、誘電体層１ａとなるグリーンシートを積層しても構わない。
【００４７】ここで、ストリップ線路２〜４は、その一部が内部配線パターン１１、１２と結合する開放端部からアース導体膜１０に接続する短絡端部にかけて、その大部分の領域で、誘電体層１ｂの厚みに相当する膜厚の導体膜（図３で点線でしめす）で構成され、短絡端部側の一部が、通常の内部配線パターンと同様に膜厚が薄くなっている。
【００４８】尚、短絡端部側の一部は、誘電体層１ｂと誘電体層１ｃとの間より、アース導体膜１０に接続するように延出されているが、例えば、膜厚の導体膜（図３で点線でしめす）の短絡端部に誘電体層１ａ、１ｃに貫くビアホール導体を形成しても構わない。
【００４９】ここで、内部配線パターン１１〜１４を形成する導電性ペーストは、例えば、所定量のＡｇ粉末等の金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸系低融点ガラスと、例えばエチルセルロース等の有機バインダーと、例えば２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を混合し、３本ロールミルで混練して作成する。
【００５０】ここで、ストリップ線路２〜４の膜厚部分を形成するために、誘電体層１ｂの溝状貫通孔に充填する導電ペーストは、平均粒径１〜３μm の銀粉末にＭｇ、Ａｌ、Ｃａ等の有機金属を０．１〜２重量部コーティングした粉末を使用する。
【００５１】０．１重量部未満であると基板反りが発生し、２重量部を越えると導体損失が大きくなりＱ値が下がる。また、ペースト中にはβ石英を７〜９重量部添加する。
【００５２】７重量部以下であると基板との導体の熱膨張差によって基板にクラックが生じる。９重量部以上で有ると、導体損失が大きくなりＱ値が低下する。前記銀粉末とβ石英を所定量使用し、例えばエチルセルロース等の有機バインダーと、例えば２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を混合し、３本ロールミルで混練して作成する。
【００５３】さらに、積層体１の表面に被着する導体膜となる導電性ペーストは、例えば、所定量のＡｇ粉末、Ｐｔ粉末等の金属粉末と、所定量の基体と同じ誘電体セラミック材料粉末と、例えばエチルセルロース等の有機バインダーと、例えば２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を混合し、３本ロールミルで混練して作成する。
【００５４】
【実施例】まず、ストリップ線路２〜４となる導電ペーストとして、平均粒径１〜３μｍのＡｇ粉末にＭｇ、Ａｌ、Ｃａ等の有機金属をコーティングした粉末とβ石英ガラスを表１に示す量秤量し混合した後、得られた混合物に対し、ビヒクルとしてエチルセルロース等の有機バインダーをペンタジオールイソブレート等の有機溶剤に溶解したもの及び分散剤を加え、３本ロールミルを使用して充分混合した。
【００５５】さらに、上記ペンタジオールイソブレート等の有機溶剤を用いて粘度を調整し、求める導電ペーストを得た。
【００５６】
【表１】
【００５７】まず基板材料を作成するにあたり、原料として純度９９％以上のＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＣＯ3 等ガラス成分の各原料粉末を秤量し、該原料粉末に媒体として純水を加えて２４時間、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルにて混合した後、該混合物を乾燥し、次いで該乾燥物を大気中７５０℃の温度で３時間仮焼した。
【００５８】得られた仮焼物にアクリル酸系のバインダー、可塑剤等を加えてからドクターブレード法にてグリーンシートを得た。
【００５９】次いで第１の誘電体層１ａ、１ｃに相当するグリーンシート上に導体ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、また、第１の誘電体層１ｂに相当するグリーンシートに予め所定の位置に溝状孔開け、前述の充填ペーストを充填する。
【００６０】これらの３枚のグリーンシートを加熱圧着した後、９５０℃で焼成した。
【００６１】こうして得られたセラミック焼成物の反り、ストリップ線路２〜４の膜厚部分の周囲のクラック、また導体損失を測定した。
【００６２】尚、反りは１０μm 以下を良好とし、クラックは無しを良好とし、Ｑ値は２００以上を良好とした。
【００６３】結果を表１に示す。
【００６４】表１の１，２からストリップ線路２〜４の膜厚導体部の体積増加に伴い、基板と導体の熱膨張差によりクラックが生じることがわかる。
【００６５】表１の試料番号３，４，５、６からβ石英量が銀粉末１００重量部に対して７重量部未満であると、熱膨張差によるクラックが発生し、同じく９重量部を越えると導体中のガラス量が増加しＱ値が劣化するため、銀粉末１００重量部に対してβ石英の量は７〜９重量部が最適となる。
【００６６】表１の試料番号４，７，８，９，１０は銀粉末への有機金属品のコーティング量を、銀粉末１００重量部に対して０〜３重量部まで変化させた結果である。コーティング量が０．１重量部以上であると反りが低減する。そして、コーティング量が２重量部越えるとＱ値の劣化が見られた。
【００６７】表１の試料番号４と試料番号１１は、反り低減のために添加した、低軟化点ガラスまたはコーティング品との違いである。低軟化点ガラスは反りの低減のため４重量部まで添加しなければならず、Ｑ値が損なわれる。有機金属コーティング品を用いることでより少ない添加量で焼結挙動を制御できるため、Ｑ値を損なわず反りを改善できる。
【００６８】尚、上述の例では、アンテナフィルタで構成した例を示したが、ストリップ線路を用いた共振回路、ストリップ線路を用いた電圧制御型発振回路、ストリップ線路を用いた局発振信号形成回路、ストリップ線路を用いたパワーアンプ等にも広く適用できる。
【００６９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘電体層の少なくとも１層あたりの厚みに相当する厚みを有するストリップ線路を、銀粉末に有機金属のコーティング品を用い、β石英を添加した導体材料を用いて形成している。
【００７０】これにより、基板の反りを有効に抑え、ストリップ線路の周囲のクラックを防止し、Ｑ値の劣化の少ない優れたストリップ線路となり、これによって、特性の向上した高周波部品となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波部品の一例であるアンテナフィルタの外観斜視図である。
【図２】図１にＸ−Ｘ線断面を示す構造図である。
【図３】本発明の高アンテナフィルタの分解斜視図である。
【図４】その等価回路図である。
【図５】従来の高周波部品の一部部分の斜視図である。
【符号の説明】
１・・・積層基板
２〜４・・・ストリップ線路
５・・・キャビティー部
６・・・ＳＡＷフィルタ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば共振器、フィルタ等などに用いられる高周波部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】誘電体材料の低温焼結化に伴い、内部または表面の所定配線パターンの材料に銀や銅等の低抵抗材料を用いることにより、高周波動作する電子回路を形成する高周波部品が非常に有望なものとなっている。
【０００３】この高周波部品としては、アンテナ回路、ストリップ線路を用いた共振回路、電圧制御型発振回路、局発振信号形成回路、パワーアンプ等が例示できる。
【０００４】例えば、アンテナ回路は、誘電体層を積層した積層基板と、前記誘電体層の層間に配置したストリップ線路などの内部配線パターンと、前記基板の表面に配置した表面配線パターンが形成されていた。
【０００５】図５は、例えば、２層構造の積層基板の下面側の誘電体層及びその内部配線パターンを示している。
【０００６】具体的には、積層基板を構成する下側の誘電体層３１ａの接合面には、３つのストリップ線路３２、３３、３４から成る内部配線パターンが形成されている。
【０００７】また、誘電体層３１ａの一方の側面には入力端子電極３６が形成され、他方の側面には出力端子電極３６が形成されている。また、誘電体層３１ａの下面には入力端子電極３５とストリップ線路３２とを結合する導体パターン３７と、出力端子電極３６とストリップ線路３４とを結合する導体パターン３８が形成されている。さらに、積層基板の外周面には、基板の外周に形成された各種導体パターンは導通しないようにアース導体膜が形成されている。尚、図５においては、接合面を除く面にアース導体膜３９が形成されている。 尚、内部配線パターンであるストリップ線路３２及び３３の一端側は、導体パターン３７の一部と対向して結合容量を形成している。また、ストリップ線路３４の一端側は、導体パターン３８の一部と対向して結合容量を形成している。そして、各ストリップ線路３２、３３、３４の他端は、基板の外周に形成されたアース導体膜３９と接続している。
【０００８】これにより、ストリップ線路３２は、基板の外周のアース導体膜３９との間でＬＣ共振回路を構成し、高周波のトラップ回路となる。また、ストリップ線路３３、３４は、単体でＬＣ共振回路を構成し、互いに電磁界結合して高周波フィルタとなる。
【０００９】尚、ストリップ線路３２、３３、３４の他端は、そのまま、基板の端面に延出してアース導体膜と接続しているが、上下に延びるビアホール導体を形成して、基板の上面及び下面のアース導体膜を接続しても構わない。さらに、基板の表面側に、アース導体膜以外に、他の電子部品素子を搭載するための表面配線パターンを形成することができる。
【００１０】また、このような高周波部品の誘電体層３１ａなどは、低温焼成可能な誘電体材料が用いられ、また、ストリップ線路３２、３３、３４やその他の導体パターンは、Ａｇ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｕ粉末等の低抵抗材料に、ガラスフリット、有機ビヒクルを混練した導電ペーストを用いて形成されている。尚、Ａｕペーストは、導電性に優れ、化学的にも全く安定で、且つ基板との接着性も良く、特に耐候性に優れているが、大変高価であるという難点がある。
【００１１】また、Ｃｕペーストは主成分のＣｕ粉末は安価で導電性にも優れるが、還元雰囲気での焼成が必要となるため焼成工程が高価になる。そこでこれらの難点を解消するために、Ａｇペーストが多用される。
【００１２】Ａｇペーストを導電材料として用いることは、導電性に優れ、且つ主成分のＡｇ粉末は比較的安価で焼成も大気中で行うことができる。
【００１３】このような高周波部品は、誘電体層となるグリーンシート上に、ストリップ線路３２〜３４及び各種導体パターン３７、３８、３９となる導体膜をＡｇペーストの印刷により形成した後、各グリーンシートを積層して、同時焼成により形成していた。その後、端面のアース導体膜３９、入出力端子電極３５、３６、さらに必要に応じて表面配線パターンなどを導電性ペーストの焼き付けなどにより形成していた。即ち、製造工程の簡略化のために、基板材料である誘電体層と内部配線パターンであるストリップ線路を同時焼成することにより形成される。
【００１４】このようにして形成された高周波部品において、ストリップ線路３２〜３４における共振回路特性によって特性が大きく左右される。例えば、導体損失、誘電体損失及び放射損失により決定付けられている。
【００１５】特に導体損失について影響が大きく、従来の導電性ペーストのスクリーン印刷法によって、誘電体グリーンシート上に形成したストリップ線路は、その断面形状が両端部がレンズ状となり、導体端部が薄くなり、その部分での電磁界の損失が大きくなってしまう。
【００１６】これを防止するため、図２、図３に示すように、ストリップ線路２、３、４をスクリーン印刷法によって形成するのではなく、予めストリップ線路２、３、４となる領域に、パンチングにより溝状に孔開けし、前記溝部分に、導体材料を充填することで、ストリップ線路２、３、４の断面形状を略四角状にすることで、導体損失を抑えることができ、共振器のＱ値の劣化を抑え、フィルタの挿入損失を小さくすることができる。
【００１７】また、充填による充填型のストリップ線路の形成方法と同様の方法によって、例えば、積層基板の表面に、ＩＣチップなどを搭載する場合、その搭載領域にヒートシンクを形成することもでき、ＩＣチップからの放熱作用を促進させることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上述の高周波部品では、誘電体セラミックからなる複数の誘電体層の少なくとも１層の誘電体層の厚みに相当するストリップ線路を形成すると、導体の体積が増加する。このため、基板と導体の収縮挙動の差による基板の反りや、熱収縮差による基板のクラックが発生する。
【００１９】その防止策として、これまで低軟化点ガラスの添加により、基板材料との収縮挙動のマッチングをとっていた。また、基板材料に用いられている材料を、ストリップ線路を形成する導電性ペースト中に添加し、導体と基板との熱収縮差を極小化する方法があった。このような方法でも、導体と基板との熱膨張差は縮まってくるが、導体の熱収縮は、基板材料の熱収縮よりも小さくなることはない。したがって熱膨張差を縮めるには多量の添加量を必要とし、導体損失が大きくなってしまう。
【００２０】いずれの方法も、導電性ペースト中のガラスや基板材料（実質的にガラス）の添加量が多くなり、このため、ストリップ線路の導体損失が大きくなってしまい、共振回路の特性を劣化させていた。
【００２１】本発明は、上述の問題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、導体中に含まれる添加成分が少なくても、基板と導体の焼結挙動差、熱膨張差を小さくし、導体損失を損なわないストリップ線路を有する高周波部品を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、誘電体セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層された積層基板の内部に、少なくとも１層の誘電体層の厚みを有する銀を主成分とするストリップ線路を配置して成る高周波部品において、前記ストリップ線路は、銀成分１００重量部に対して、０．１〜２重量部のＭｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属の有機化合物をコーティングした銀粉末と、該銀粉末１００重量部に対して７〜９重量部のβ石英とを有する導電性ペーストを用いて、積層体基板と一体焼結して形成したことを特徴とする高周波部品である。
【００２３】
【作用】本発明のストリップ線路を形成する導体材は、主成分として銀粉末を用いることにより比較的安価に作成することができる。安定した高周波特性が得られる。
【００２４】また、その銀粉末は、有機金属をコーティングした粉末である。上述した銀粉末は、その表面に均一にＭｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属の有機化合物をコーティング膜を形成することができる。このため、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属またはその酸化物を、銀粉末と同時に添加した導電性ペーストに比較して、銀粉末の焼結を有効に抑えることができる。これより、焼成時に発生する基板材料と銀を主成分とする導体の収縮挙動の差を低減することができ、焼成された積層基板の反りを低減できる。
【００２５】また、β石英ガラスを、有機金属をコーティングした銀粉末に１００重量部に対して、７〜９重量部添加することで、基板材料と導体材料との熱膨張差を低減させことができる。特に、β石英ガラスの熱膨張率は、基板材料の熱膨張率よりも小さいため、このβ石英ガラススを少量添加しても、基板材料とストリップ線路の導体材料との熱膨張差を縮め、基板のクラックをなくすと同時に導体損失を少なくすることができる。
【００２６】熱膨張差だけを考慮すると７〜９重量部は、少ない添加量で有るものの、銀導体自体の柔軟性により理論上、熱膨張差が無くなる添加量の約６０％の添加で基板のクラックは防止できる。
【００２７】このような導体ペーストで、誘電体層の少なくとも１層あたりの膜厚を有するストリップ線路を形成しても、積層基板の反りが小さく、且つ熱膨張差による基板クラックがなく、且つ導体損失の小さなストリップ線路が得られ、その結果、高周波特性が安定する。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波部品を図面に基づいて説明する。
【００２９】図１は、本発明の高周波部品の一例であるアンテナフィルタの外観斜視図である。図２はその断面構造図であり、図３は分解斜視図であり、図４は等価回路図である。
【００３０】図において、１は積層基板であり、１ａ〜１ｃは誘電体セラミック材料と低温焼成化を可能とする酸化物や低融点ガラス材料とからなる誘電体層であり、２〜４はストリップ線路であり、５はキャビティー部、６はＳＡＷフィルタである。
【００３１】また、積層基板１の内部には、所定共振器を構成するストリップ線路２〜４が形成されている。具体的には、ストリップ線路２〜４は、その一部が誘電体層の１層例えば１ｂの厚み相当の厚みを有している。また、誘電体層１ｂと誘電体層１ｃの間には、該ストリップ線路２〜４と接合し、所定フィルタ回路を構成するための内部配線パターン１１〜１４が形成されている。さらに、誘電体層１ａ、１ｂには、ＳＡＷフィルタ６を配置するキャビティー部５を形成する貫通孔５ａ、５ｂが形成されている。
【００３２】また、誘電体層１ａ〜１ｃを積層して成る積層体１の側面には、入力端子電極８、出力端子電極９が形成されて、さらに、入力端子電極８、出力端子電極９と導通しないように、その周囲には、アース導体膜１０が形成されている。
【００３３】上述のキャビティー部５内には、ＳＡＷフィルタ６が配置され、その開口部は蓋体７によって被覆されている。
【００３４】誘電体層１ｂと誘電体層１ｃとの間に配置された内部配線パターン１１は、入力端子８とストリップ線路３とを結合するパターンであり、内部配線パターン１２は、ストリップ線路４とＳＡＷフィルタ６とを接続するパターンであり、内部配線パターン１３は、ＳＡＷフィルタ６と出力端子電極９とを接続するパターンであり、内部配線パターン１４は、ＳＡＷフィルタ６を実装するためのアース導体膜である。
【００３５】このような構成により、ストリップ線路２は、それ自身のインダクタンス成分と、グランド導体膜１０との間の容量成分などから分布定数的に第１の共振器が形成する。また、ストリップ線路３は、それを中心に第２の共振器を形成し、ストリップ線路４は、それを中心に第３の共振器を形成する。そして、第２の共振器と第３の共振器とは、互いに電磁界結合しあって所定通過帯域のフィルタ部を構成している。このような第１の共振器（トラップ回路）、フィルタ部、ＳＡＷフィルタ６とが互いに直列的に接続し、全体として、図４に示す等価回路のようになる。
【００３６】上述の高周波部品の製造方法を簡単に説明すると、まず、誘電体層１ａ〜１ｃとなるグリーンシートを作成する。例えば、グリーンシートは、例えば、誘電体セラミック粉末の無機物フィラーと、例えば、低温焼成化のための低融点ガラス粉末と、例えばアルキルメタクリレート等の有機バインダーと、例えばＤＢＰ等の可塑剤と、例えばトルエン等の有機溶剤とを混合し、ボールミルで４８時間混練してスラリーを作成する。ここで、セラミック粉末、ガラス粉末の混合比率は、セラミック粉末９７ｗｔ％、ガラス粉末３ｗｔ％とした。
【００３７】このスラリーをドクターブレード法などによりテープ成形を行い、所定寸法に切断してグリーンシートを作成する。
【００３８】そして、誘電体層１ａとなるグリーンシートに、キャビティー部５ａとなる貫通孔を形成し、同時に、その表面側主面にアース導体膜１０、入出力端子電極８、９となる導体膜を、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて形成する。
【００３９】また、誘電体層１ｂとなるグリーンシートに、キャビティー部５ｂとなる貫通孔を形成するともに、ストリップ線路２〜４の一部を構成する溝状の貫通孔を形成する。
【００４０】そして、ストリップ線路２〜４の一部を構成する溝状の貫通孔内を導電性ペーストで充填するとともに、この誘電体層１ｂの表面にストリップ線路２〜４の一部を構成する導体膜を導電性ペーストの印刷により形成する。
【００４１】また、誘電体層１ｃとなるグリーンシート上に、内部配線パターン１１〜１４となる導体膜を、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて形成する。
【００４２】さらに、誘電体層１ｃとなるグリーンシートの裏面側主面に、アース導体膜１０となる導体膜を、銀を主成分とする導電性ペーストを用いて形成する。
【００４３】このように形成した誘電体層１ａ〜１ｃを積層し一体的に焼成する。具体的には、焼成処理は、昇温過程で６００℃前後までの脱バインダー工程と、９５０℃までの焼成工程とからなる。
【００４４】その後、積層基板１の側面に、入出力端子電極８、９、アース導体膜１０を導電性ペーストの焼き付けにより形成する。
【００４５】さらに、キャビティー部５内に、所定フィルタ特性を有するＳＡＷフィルタ６を実装し、所定雰囲気で蓋体７で気密封止する。
【００４６】尚、上述の製造工程において、積層基板１の外周に被着されるアース導体膜１０や入出力端子電極８、９は、グリーンシート上に形成せず、焼成した後の積層基板１に焼き付け処理しても構わない。また、グリーンシートの多層を、一括的に行わず、例えば、誘電体層１ｃとなるグリーンシートと誘電体層１ｂとなるグリーンシートとを積層したのち、誘電体層１ｂとなるグリーンシートに形成した溝状貫通孔に導電性ペーストを充填し、その後、誘電体層１ａとなるグリーンシートを積層しても構わない。
【００４７】ここで、ストリップ線路２〜４は、その一部が内部配線パターン１１、１２と結合する開放端部からアース導体膜１０に接続する短絡端部にかけて、その大部分の領域で、誘電体層１ｂの厚みに相当する膜厚の導体膜（図３で点線でしめす）で構成され、短絡端部側の一部が、通常の内部配線パターンと同様に膜厚が薄くなっている。
【００４８】尚、短絡端部側の一部は、誘電体層１ｂと誘電体層１ｃとの間より、アース導体膜１０に接続するように延出されているが、例えば、膜厚の導体膜（図３で点線でしめす）の短絡端部に誘電体層１ａ、１ｃに貫くビアホール導体を形成しても構わない。
【００４９】ここで、内部配線パターン１１〜１４を形成する導電性ペーストは、例えば、所定量のＡｇ粉末等の金属粉末と、必要に応じて例えば所定量のホウケイ酸系低融点ガラスと、例えばエチルセルロース等の有機バインダーと、例えば２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を混合し、３本ロールミルで混練して作成する。
【００５０】ここで、ストリップ線路２〜４の膜厚部分を形成するために、誘電体層１ｂの溝状貫通孔に充填する導電ペーストは、平均粒径１〜３μm の銀粉末にＭｇ、Ａｌ、Ｃａ等の有機金属を０．１〜２重量部コーティングした粉末を使用する。
【００５１】０．１重量部未満であると基板反りが発生し、２重量部を越えると導体損失が大きくなりＱ値が下がる。また、ペースト中にはβ石英を７〜９重量部添加する。
【００５２】７重量部以下であると基板との導体の熱膨張差によって基板にクラックが生じる。９重量部以上で有ると、導体損失が大きくなりＱ値が低下する。前記銀粉末とβ石英を所定量使用し、例えばエチルセルロース等の有機バインダーと、例えば２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を混合し、３本ロールミルで混練して作成する。
【００５３】さらに、積層体１の表面に被着する導体膜となる導電性ペーストは、例えば、所定量のＡｇ粉末、Ｐｔ粉末等の金属粉末と、所定量の基体と同じ誘電体セラミック材料粉末と、例えばエチルセルロース等の有機バインダーと、例えば２．２．４−トリメチル−１．３−ペンタジオールモノイソブチレート等の有機溶剤を混合し、３本ロールミルで混練して作成する。
【００５４】
【実施例】まず、ストリップ線路２〜４となる導電ペーストとして、平均粒径１〜３μｍのＡｇ粉末にＭｇ、Ａｌ、Ｃａ等の有機金属をコーティングした粉末とβ石英ガラスを表１に示す量秤量し混合した後、得られた混合物に対し、ビヒクルとしてエチルセルロース等の有機バインダーをペンタジオールイソブレート等の有機溶剤に溶解したもの及び分散剤を加え、３本ロールミルを使用して充分混合した。
【００５５】さらに、上記ペンタジオールイソブレート等の有機溶剤を用いて粘度を調整し、求める導電ペーストを得た。
【００５６】
【表１】
【００５７】まず基板材料を作成するにあたり、原料として純度９９％以上のＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＣＯ3 等ガラス成分の各原料粉末を秤量し、該原料粉末に媒体として純水を加えて２４時間、ＺｒＯ2 ボールを用いたボールミルにて混合した後、該混合物を乾燥し、次いで該乾燥物を大気中７５０℃の温度で３時間仮焼した。
【００５８】得られた仮焼物にアクリル酸系のバインダー、可塑剤等を加えてからドクターブレード法にてグリーンシートを得た。
【００５９】次いで第１の誘電体層１ａ、１ｃに相当するグリーンシート上に導体ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、また、第１の誘電体層１ｂに相当するグリーンシートに予め所定の位置に溝状孔開け、前述の充填ペーストを充填する。
【００６０】これらの３枚のグリーンシートを加熱圧着した後、９５０℃で焼成した。
【００６１】こうして得られたセラミック焼成物の反り、ストリップ線路２〜４の膜厚部分の周囲のクラック、また導体損失を測定した。
【００６２】尚、反りは１０μm 以下を良好とし、クラックは無しを良好とし、Ｑ値は２００以上を良好とした。
【００６３】結果を表１に示す。
【００６４】表１の１，２からストリップ線路２〜４の膜厚導体部の体積増加に伴い、基板と導体の熱膨張差によりクラックが生じることがわかる。
【００６５】表１の試料番号３，４，５、６からβ石英量が銀粉末１００重量部に対して７重量部未満であると、熱膨張差によるクラックが発生し、同じく９重量部を越えると導体中のガラス量が増加しＱ値が劣化するため、銀粉末１００重量部に対してβ石英の量は７〜９重量部が最適となる。
【００６６】表１の試料番号４，７，８，９，１０は銀粉末への有機金属品のコーティング量を、銀粉末１００重量部に対して０〜３重量部まで変化させた結果である。コーティング量が０．１重量部以上であると反りが低減する。そして、コーティング量が２重量部越えるとＱ値の劣化が見られた。
【００６７】表１の試料番号４と試料番号１１は、反り低減のために添加した、低軟化点ガラスまたはコーティング品との違いである。低軟化点ガラスは反りの低減のため４重量部まで添加しなければならず、Ｑ値が損なわれる。有機金属コーティング品を用いることでより少ない添加量で焼結挙動を制御できるため、Ｑ値を損なわず反りを改善できる。
【００６８】尚、上述の例では、アンテナフィルタで構成した例を示したが、ストリップ線路を用いた共振回路、ストリップ線路を用いた電圧制御型発振回路、ストリップ線路を用いた局発振信号形成回路、ストリップ線路を用いたパワーアンプ等にも広く適用できる。
【００６９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、誘電体層の少なくとも１層あたりの厚みに相当する厚みを有するストリップ線路を、銀粉末に有機金属のコーティング品を用い、β石英を添加した導体材料を用いて形成している。
【００７０】これにより、基板の反りを有効に抑え、ストリップ線路の周囲のクラックを防止し、Ｑ値の劣化の少ない優れたストリップ線路となり、これによって、特性の向上した高周波部品となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波部品の一例であるアンテナフィルタの外観斜視図である。
【図２】図１にＸ−Ｘ線断面を示す構造図である。
【図３】本発明の高アンテナフィルタの分解斜視図である。
【図４】その等価回路図である。
【図５】従来の高周波部品の一部部分の斜視図である。
【符号の説明】
１・・・積層基板
２〜４・・・ストリップ線路
５・・・キャビティー部
６・・・ＳＡＷフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 誘電体セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層された積層基板の内部に、少なくとも１層の誘電体層の厚みを有する銀を主成分とするストリップ線路を配置して成る高周波部品において、前記ストリップ線路は、銀成分１００重量部に対して、０．１〜２重量部のＭｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属の有機化合物をコーティングした銀粉末と、該銀粉末１００重量部に対して７〜９重量部のβ石英とを有する導電性ペーストを用いて、積層体基板と一体焼結して形成したことを特徴とする高周波部品。
【請求項１】 誘電体セラミック材料からなる複数の誘電体層が積層された積層基板の内部に、少なくとも１層の誘電体層の厚みを有する銀を主成分とするストリップ線路を配置して成る高周波部品において、前記ストリップ線路は、銀成分１００重量部に対して、０．１〜２重量部のＭｇ、Ａｌ、Ｃａの少なくとも１種類の金属の有機化合物をコーティングした銀粉末と、該銀粉末１００重量部に対して７〜９重量部のβ石英とを有する導電性ペーストを用いて、積層体基板と一体焼結して形成したことを特徴とする高周波部品。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【公開番号】特開２００１−１８９６０２（Ｐ２００１−１８９６０２Ａ）
【公開日】平成１３年７月１０日（２００１．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−３７２５８３
【出願日】平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年７月１０日（２００１．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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