DE60008950T2

DE60008950T2 - Keramikzusammensetzung

Info

Publication number: DE60008950T2
Application number: DE60008950T
Authority: DE
Inventors: Hiroshige Ohkawa; Toshio Sakurai
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: EP1041051A3; DE60008950D1; EP1041051A2; EP1041051B1; US6407020B1

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Keramikzusammensetzung, insbesondere eine dielektrische Keramikzusammensetzung, die Niedertemperatur-Sinterungseigenschaften bis zu einem solchen Ausmaß, dass Ag, Cu oder eine Legierung, die hauptsächlich Ag oder Cu enthält, als ein innerer Leiter verwendet werden können, und die eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen hohen linearen Expansions- bzw. Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren sind Verfahren zur Bildung dicker Filme wie Druck- und Platten-Verfahren angewandt worden, um Chip-Komponenten wie einen Chip-Kondensator, einen Chip-Induktor und einen Chip-Filter herzustellen. Außerdem schließen Beispiele einer elektronischen Vorrichtung, die durch gemeinsames Brennen einer Vielzahl von Typen von Keramikzusammensetzungen gebildet sind, die sich bei den Materialeigenschaften unterscheiden, einen LC-Filter, der aus einer Kombination aus einem magnetischen und einem dielektrischen Material gebildet ist, ein Schaltkreis-Substrat (Element), das einen Kondensator enthält, der aus einer Kombination aus einem Material mit hoher und mit niedriger Dielektrizität gebildet ist, und dgl. ein.
Beispielsweise kann für den Kondensator, der durch gemeinsames Brennen der Materialien mit hoher und niedriger Dielektrizität gebildet ist, eine Herabsetzung der Verteilungskapazität und dgl. hergestellt werden, gegenüber einem Kondensator, der nur aus einem Material mit hoher Dielektrizität gebildet ist. Außerdem kann, verglichen mit dem Kondensator, der nur aus dem Material mit niedriger Dielektrizität gebildet ist, eine Kapazitätserweiterung realisiert werden.
In der oben beschriebenen elektronischen Vorrichtung ist es zur Steigerung der Verlusteigenschaften bevorzugt, einen niedrigen Widerstand aufweisendes Ag, Cu oder die Legierungen, die hauptsächlich Ag oder Cu enthält, als Leiter-Elektrode zu verwenden. Da allerdings ein solches Leiter-Metall einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, ist es erwünscht, dass die Keramikzusammensetzung zur Verwendung in der elektronischen Vorrichtung beim Schmelzpunkt des Leiter-Metalls oder einer tieferen Temperatur gesintert werden kann (eine Sinterbarkeit bei niedriger Temperatur aufweist).
Außerdem müssen zum gemeinsamen Brennen einer Vielzahl von Typen von Keramikzusammensetzungen die linearen Expansionskoeffizienten der jeweiligen Keramikzusammensetzungen bis zu gewissen Graden abgestimmt und angepasst werden. Liegt eine große Differenz des linearen Expansionskoeffizient vor, bricht das gesinterte Produkt. Beispielsweise liegt in allgemeinen Keramikzusammensetzungen mit Perovskit-Struktuen, wie in Oxidtitan, Bariumtitanat oder Calciumtitanat, in Wolframbronze-Strukturen, wie in Barium-Seltenerde-Titanoxid, in Spinell-Strukturen, wie in NiCuZn-basiertem Ferrit und dgl. der lineare Expansionskoeffizient in der Größenordnung von 80 × 10^–7/°C bis 130 × 10^–7/°C. Sogar in der Keramikzusammensetzung, die mit einer Niedertemperatur-Sinterbarkeit durch Zugabe von Glas oder dgl. ausgestattet wird, ist der lineare Expansionskoeffizient im wesentlichen der gleiche wie der ursprüngliche lineare Expansionskoeffizient (ca. 80 × 10^–7/°C bis 130 × 10^–7/°C). In vielen der herkömmlichen Keramikzusammensetzungen mit niedriger Dielektrizität, die hauptsächlich Glas enthalten, liegt der lineare Expansionskoeffizient in einem Bereich von ca. 40 × 10^–7/°C bis 80 × 10^–7/°C, wobei der lineare Expansionskoeffizient niedriger als derjenige des dielektrischen oder magnetischen Materials ist, das mit der Niedertemperatur-Sinterbarkeit durch die Zugabe von Glas oder dgl. ausgestattet ist, weshalb das Problem auftritt, dass beim gemeinsamen Brennen der Materialien das Produkt zu Bruch geht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben beschriebenen Sachverhalte entwickelt worden, wobei es eine entsprechende Aufgabe ist, eine Keramikzusammensetzung mit niedriger Dielektrizität bereitzustellen, die eine Sinterbarkeit bei niedriger Temperatur aufweist, mit einem inneren Leiter allein gesintert werden kann, einen hohen linearen Expansionskoeffizienten aufweist und mit weiteren Keramikzusammensetzungen gemeinsam gebrannt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Keramikzusammensetzung bereitgestellt, die hauptsächlich Ba-basiertes Glas und einen α-Quarz umfasst. Die Gehaltsmenge des Ba-basierten Glases liegt in einem Bereich von 55,0 bis 69,4 Gew.%, die Gehaltsmenge des α-Quarz liegt in einem Bereich von 12,1 bis 40,2 Gew.%, und die Gehaltsmenge von Al₂O₃ beträgt 24,5 Gew.% oder weniger. Bezüglich der Bestandteile des Ba-basierten Glases, bezogen auf Oxide, liegen die Gehaltsmenge von BaO in einem Bereich von 19 bis 29 mol-%, die Gehaltsmenge von SiO₂ in einem Bereich von 62 bis 72 mol-%, die Gehaltsmenge von Al₂O₃ in einem Bereich von 6 bis 11 mol-% und die Gehaltsmenge von B₂O₃ pro der Gesamtheit von 100 mol BaO, SiO₂ und Al₂O₃ in einem Bereich von 3 bis 7 mol.
Außerdem liegt, in der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, der lineare Expansionskoeffizient in einem Bereich von 80 × 10^–7/°C bis 150 × 10^–7/°C.
Ferner umfasst die Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung den α-Quarz und einen von vier Typen der Kristallphasen [BaAl₂SiO₈ + BaSi₂O₅], [BaAl₂SiO₅ + BaSi₂O₅ + Al₂O₃], [BaAl₂SiO₈ + Al₂O₃] und [BaSi₂O₅ + Al₂O₃].
In der vorliegenden Erfindung ist die Sintertemperatur der Keramikzusammensetzung gleich dem oder niedriger als der Schmelzpunkt von Ag, Cu oder der Legierung, die hauptsächlich Ag oder Cu enthält, und die Dielektrizitätskonstante ist niedrig, aber der lineare Expansionskoeffizient ist hoch. Daher kann das gemeinsame Brennen mit unterschiedlichen Typen von Keramikzusammensetzungen wie aus dem Material mit hoher Dielektrizität und dem magnetischen Material durchgeführt werden, welche bei einer niedrigen Temperatur gesintert werden können. Durch Anwendung von bei niedriger Temperatur schmelzenden Metallen wie von Ag und Cu als inneren Leiter kann die Zusammensetzung zur Herstellung elektronischer Vorrichtungen wie eines Filters kleiner Größe, eines Resonators und eines Schaltkreis-Substrats verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Fotografie als Ersatz für eine Darstellung, die eine gebrochene Grenzoberfläche zeigt, wenn eine Probe 8 mit einem Material hoher Dielektrizität in einer ersten Ausgestaltung gemeinsam gebrannt wird.
2 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Fotografie als Ersatz für eine Darstellung, die eine gebrochene Grenzoberfläche zeigt, wenn eine Probe 23 mit dem Material hoher Dielektrizität in der ersten Ausgestaltung gemeinsam gebrannt wird.
3 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Fotografie als Ersatz für eine Darstellung, die eine gebrochene Grenzoberfläche zeigt, wenn eine Probe 41 mit einem Material hoher Dielektrizität in der ersten Ausgestaltung gemeinsam gebrannt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung
Es werden nun Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst hauptsächlich Ba-basiertes Glas und α-Quarz. In der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung liegt die Gehaltsmenge des Ba-basierten Glases im Bereich von 55,0 bis 69,4 Gew.%, vorzugsweise von 57,3 bis 66,5 Gew.% und bevorzugter von 61,1 bis 66,5 Gew.%. Die Gehaltsmenge des α-Quarz liegt im Bereich von 12,1 bis 40,2 Gew.%, vorzugsweise von 20,7 bis 30,3 Gew.% und bevorzugter von 21,0 bis 26,0 Gew.%. Außerdem beträgt die Gehaltsmenge von Al₂O₃ 24,5 Gew.% oder weniger, und vorzugsweise liegt sie in einem Bereich von 6,4 bis 18,6 Gew.% und bevorzugter von 9,0 bis 12,9 Gew.%.
Beträgt die Gehaltsmenge des Ba-basierten Glases weniger als 55,0 Gew.%, verschlechtert sich die Niedertemperatur-Sinterbarkeit der Keramikzusammensetzung, und ein dichtes gesintertes Material (mit einer relativen Dichte von 92% oder mehr nach der Sinterung bei 900°C) ist nicht erhältlich. Übersteigt außerdem die Gehaltsmenge 69,4 Gew.%, ist kein dichtes gesintertes Material aus der Keramikzusammensetzung erhältlich. Liegt andererseits die Gehaltsmenge des Ba-basierten Glases im am meisten bevorzugten Bereich von 61,1 bis 66,5 Gew.%, weist die Keramikzusammensetzung die Sinterbarkeit bei niedriger Temperatur auf, und das dichte gesinterte Material ist erhältlich. Außerdem werden beim gemeinsamen Brennen mit dem Material hoher Dielektrizität aus Barium-Seltenerde-Titanoxid, das bei einer niedrigen Temperatur von 900°C oder weniger gesintert werden kann, die reaktiven Eigenschaften der Grenze gesteigert, und es werden weder ein kontinuierlicher Raum noch Poren in der die Grenze verbindenden Oberfläche hergestellt.
Beträgt darüber hinaus die α-Quarz-Gehaltsmenge weniger als 12,1 Gew.%, verschlechtert sich die Niedertemperatur-Sinterbarkeit, und es ist kein dichtes gesintertes Material erhältlich. Übersteigt ferner die Gehaltsmenge 40,2 Gew.%, ist kein dichtes gesintertes Material erhältlich. Liegt andererseits die α-Quarz-Gehaltsmenge im am meisten bevorzugten Bereich von 21,0 bis 26,0 Gew.%, weist die Keramikzusammensetzung die Niedertemperatur-Sinterbarkeit auf, und das dichte gesinterte Material ist erhältlich.
Außerdem werden, beim gemeinsamen Brennen des Materials hoher Dielektrizität aus Barium-Seltenerde-Titanoxid, das bei einer niedrigen Temperatur von 900°C oder weniger gesintert werden kann, die reaktiven Eigenschaften der Grenzfläche gesteigert, und es werden weder ein kontinuierlicher Raum noch Poren in der die Grenzfläche verbindenden Oberfläche hergestellt.
Ein Additiv aus Al₂O₃, das dem Hauptbestandteil zugefügt wird, der das Ba-basierte Glas und den α-Quarz einschließt, ergibt den Effekt einer Steigerung der Formerhaltungseigenschaften der Keramikzusammensetzung. Übersteigt allerdings diese Zugabemenge 24,5 Gew.%, verschlechtert sich die Niedertemperatur-Sinterbarkeit der Keramikzusammensetzung, und es ist kein dichtes gesintertes Material erhältlich. Liegt andererseits die Al₂O₃-Zugabemenge im am meisten bevorzugten Bereich von 9,0 bis 12,9 Gew.%, weist die Keramikzusammensetzung die Niedertemperatur-Sinterbarkeit auf, und der dichte Sinterkörper ist erhältlich. Außerdem werden, beim gemeinsamen Brennen mit dem Material hoher Dielektrizität aus Barium-Seltenerde-Titanoxid, wobei bei einer niedrigen Temperatur von 900°C oder weniger gesintert werden kann, die reaktiven Eigenschaften der Grenzfläche gesteigert, und es werden weder ein kontinuierlicher Raum noch Poren an der die Grenzfläche verbindenden Oberfläche hergestellt.
Das Glas auf Basis von Ba umfasst in der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenbereichen, bezogen auf Oxide:

– BaO: 19 bis 29 mol-%, vorzugsweise 21 bis 25 mol-%,
– SiO₂: 62 bis 72 mol-%, vorzugsweise 64 bis 70 mol-%,
– Al₂O₃: 6 bis 11 mol-%, vorzugsweise 7 bis 11 mol-%,
– die Menge von B₂O₃ pro Gesamtheit von 100 mol BaO, SiO₂ und Al₂O₃: 3 bis 7 mol, vorzugsweise 4 bis 6 mol.

Beträgt die BaO-Gehaltsmenge weniger als 19 mol-% im Ba-basierten Glas, ist die Glasbildung schwierig. Übersteigt sie 29 mol-%, ist kein dichtes gesintertes Material aus der Keramikzusammensetzung erhältlich.
Beträgt außerdem die SiO₂-Gehaltsmenge weniger als 62 mol-%, ist kein dichtes gesintertes Material aus der Keramikzusammensetzung erhältlich. Übersteigt sie 72 mol-%, ist die Glasbildung schwierig.
Beträgt ferner die Al₂O₃-Gehaltsmenge weniger als 6 mol-%, oder übersteigt sie 11 mol-%, ist kein dichtes gesintertes Material aus der Keramikzusammensetzung erhältlich.
Beträgt die B₂O₃-Gehaltsmenge pro Gesamtheit von 100 mol BaO, SiO₂ und Al₂O₃ weniger als 3 mol-%, ist die Glasbildung schwierig. Übersteigt sie 7 mol-%, ist kein dichtes gesintertes Material aus der Keramikzusammensetzung erhältlich.
Durch ausgewogene Festlegung der jeweiligen Aufbaubestandteile in den oben beschriebenen Bereichen wird die Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit der Niedertemperatur-Sinterbarkeit ausgestattet, und der lineare Expansionskoeffizient kommt im Bereich von 80 × 10^–7/°C bis 150 × 10^–7/°C zu liegen. Daher ist es leicht, den linearen Expansionskoeffizient demjenigen des herkömmlichen Materials mit hoher Dielektrizität, des magnetischen Materials und weiteren unterschiedlichen Typen von Keramikzusammensetzungen anzupassen, welche dann am Schmelzpunkt von mit niedrigem Widerstand ausgestatteten Ag, Cu oder der Legierung aus hauptsächlich Ag oder Cu oder bei einer noch niedrigereren Temperatur gesintert werden können. Daher kommt es, sogar wenn der gemeinsame Brennvorgang mit den unterschiedlichen Typen von Materialien durchgeführt wird, im erhaltenen Sintermaterial zu keiner Bruchbildung. Außerdem wird es verhindert, dass ein Material mit einem linearen Expansionskoeffizient, der 150 × 10^–7/°C übersteigt, aus der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
Ferner ist, in der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zur Steuerung des linearen Expansionskoeffizient an sich durch die oben beschriebene Zusammensetzung, der lineare Expansionskoeffizient im Bereich von 80 × 10^–7/°C bis 150 × 10^–7/°C durch die Sintertemperatur und die Sinterzeit steuerbar. Beim Sintern von Ba-basiertem Glas und von α-Quarz oder beim Sintern dieser Bestandteile mit zugefügtem Al₂O₃ tritt Glaskristallisation auf, und es werden neue Kristallphasen [BaAl₂SiO₈] und [BaSi₂O₅] erzeugt. Da diese Kristallphasen inhärente lineare Expansionskoeffizienten aufweisen, lässt sich der lineare Expansionskoeffizient durch Änderung des Typs und der Menge der Kristallphase gemäß den Sinterbedingungen steuern.
Die Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst den α-Quarz und einen der vier Typen der Kristallphasen [BaAl₂SiO₈ + BaSi₂O₅], [BaAl₂5iO₈ + BaSi₂O₅ + Al₂O₃], [BaAl₂SiO₈ + Al₂O₃] und [BaSi₂O₅ + Al₂O₃], weist eine niedrige Dielektrizitätskonstante, aber einen hohen linearen Expansionskoeffizient und eine Niedertemperatur-Sinterbarkeit auf.
Es wird nun das Verfahren zur Herstellung der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst umfasst das Verfahren: die Zubereitung von BaO, SiO₂, Al₂O₃ und B₂O₃ als Ba-basierte Glasbestandteile; das Wiegen und Mischen vorbestimmter Mengen; das Schmelzen der Bestandteile in einem Tiegel; die Abschreckung des geschmolzenen Materials; und das Mahlen des Materials zur Bildung eines Glaspulvers. Außerdem brauchen die Glas-Rohmaterialien keine Oxide zu sein. Beispielsweise ist, sogar bei Verwendung von Carbonat, Hydroxid, Sulfat und weiterer Materialien, die in Oxide durch Hitzebehandlung überführt werden können, ein Glaspulver erhältlich, das mit dem aus Oxiden sich ergebenden gleichwertig ist.
Zum Mischen der Glas-Rohmaterialien kann beispielsweise trocken vermischt werden, und der Schmelzvorgang kann bei 1.500 bis 1.600°C 0,5 bis 5 h lang durchgeführt werden. Zum Mahlen des geschmolzenen Materials ist Nass-Mahlen in einer Kugelmühle oder dgl. bevorzugt.
Im Anschluss daran umfasst das Verfahren: die Zubereitung von α-Quarzpulver und des Ba-basierten Glaspulvers als die Hauptbestandteile und ferner des Al₂O₃-Pulvers je nach Bedarf; sowie das Wiegen und Mischen der jeweiligen vorbestimmten Mengen. Durch Vermischen des erhaltenen Pulvers mit organischen Bindern wie mit einem Polyvinylalkohol-basierten Binder, einem Acrylbinder und mit einem Methylcellulose-basierten Binder und mit Lösungsmitteln, Weichmachern und dgl., je nach Bedarf, wird eine Aufschlämmung hergestellt.
Als Nächstes umfasst das Verfahren: die Formung der Aufschlämmung zu einer gewünschten Form; sowie die Sinterung des geschmolzenen Materials. Zur Formgebung können eine Nass-Formung, wie ein Platten- und Druck-Verfahren, oder eine Trocken-Formung wie eine Pressformung durchgeführt werden, und das Formungsverfahren kann in entsprechend geeigneter Weise gemäß der gewünschten Form ausgewählt werden. Die Sintertemperatur kann im Bereich von 850 bis 960°C festgelegt werden, und die Sinterzeit liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 bis 24 h. Das heißt, die Niedertemperatur-Sinterung kann beim Schmelzpunkt von Ag, Cu oder der Legierung aus hauptsächlich Ag oder Cu oder auch bei einer noch niedrigeren Temperatur durchgeführt werden. Daher kann eine elektronische Komponente aufgebaut werden, indem niedrig-schmelzende Metalle mit einem niedrigen Widerstandswert wie Ag und Cu als das interne Leiter-Metall verwendet werden. Außerdem wird die Sinter-Atmosphäre vorzugsweise gemäß dem internen Leiter für den Vorgang des gemeinsamen Brennens ausgewählt. Beispielsweise werden beim gemeinsamen Brennen mit Ag eine Sauerstoff-Atmosphäre, wie Luft, und beim gemeinsamen Brennen mit Cu eine reduzierende Atmosphäre ausgewählt.
Konkrete Beispiele werden nun zur Verdeutlichung angegeben, um die vorliegende Erfindung noch detaillierter zu beschreiben.
(Beispiel 1)
Zuerst wurden BaCO₃, SiO₂, Al₂O₃ und B₂O₃ als die Ba-basierten Glasbestandteile gewogen, um die in der Spalte für die Glaszusammensetzung der folgenden Tabellen 1 bis 3 angegebene Zusammensetzung zu erhalten, und diese wurden in einem Schüttelgerät trocken-vermischt, worauf die Mischung in einen Tiegel gegeben und bei 1550°C 1 h lang geschmolzen wurde. Anschließend wurde das geschmolzene Material mit reinem Wasser abgeschreckt, in einem automatisierten Mörser grob gemahlen und in einer Kugelmühle nass-gemahlen, um das Glaspulver auf Basis von Ba zu erhalten.
Anschließend wurden das wie oben beschriebene erhaltene Ba-basierte Glaspulver, α-Quarzpulver und Al₂O₃-Pulver gewogen und vermischt, um die in der Spalte für die Materialzusammensetzung in den folgenden Tabellen 1 bis 3 angegebenen Mengenverhältnisse zu erhalten. Zu 100 Gew.-Teilen des gemischten Pulvers wurden 15 Gew.-Teile Acrylharz als organischer Binder, 60 Gew.-Teile Toluol als das Lösungsmittel und 5 Gew.-Teile n-Butylphthalyl-n-butylglykolat (BPBG) gegeben. Das Ganze wurde in einer Kugelmühle dispergiert, und es wurden 57 Typen organischer Aufschlämmungen zubereitet.
Anschließend wurden die organischen Aufschlämmungen herangezogen, um 57 Typen von Grünplatten (die Proben 2 bis 10 und 12 bis 59) mit einem Rakel-Verfahren herzustellen. Anschließend wurden die Grünplatten zu einer jeweils vorbestimmten Größe in Abstimmung auf die im Folgenden angegebenen jeweiligen Messverfahren geformt, und die Sinterung wurde bei 900°C 2 h lang durchgeführt.
Anschließend wurde, für die oben beschriebene Proben, die Niedertemperatur-Sinterbarkeit (mit einer relativen Dichte von 92% oder mehr nach der Sinterung bei 900°C) bewertet, die relative Dielektrizitätskonstante und der lineare Expansionskoeffizient wurden mit dem folgenden Messverfahren gemessen, und die enthaltene Kristallphase wurde in weiter unten angegebenen Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 3 angegeben.
Darüber hinaus wurden die Proben 8, 23, 41 integral mit dem Material hoher Dielektrizität aus Barium-Seltenerde-Titanoxid gesintert, wobei bei niedriger Temperatur gesintert werden konnte, die gebrochene Grenzflächenoberfläche wurde mit einer Rasterelektronenmikroskop-Vorrichtung (JED-2001, hergestellt von Nihon Denshi Datum Co.) betrachtet, und die Compo-Bilder (2000-fach) der Grenzflächenoberfläche nach dem gemeinsamen Brennen wurden fotografiert, wie in 1 bis 3 gezeigt.
Messverfahren der relativen Dielektrizitätskonstante
Eine stabförmige Probe mit einem Quadrat von ca. 1 mm wurde hergestellt, und die relative Dielektrizitätskonstante (2 GHz) wurde mit einem Hohlresonator-Strömungsverfahren (unter Verwendung des 83620A, 8757C, hergestellt von Hewlett Packard) gemessen.
Messverfahren des linearen Expansionskoeffizienten
Eine Probe von ca. 4 × 4 × 28 mm wurde hergestellt, und der lineare Expansionskoeffizient (100 bis 700°C) wurde mit einem Linearexpansion-Gerät vom Transvers-Typ (DL-7000Y-RH, hergestellt von Sinku Riko Kabushiki Kaisha) gemessen.
Messverfahren der Kristallphase
Das gesinterte Material wurde in einem Mörser gemahlen und mit einem Pulver-Röntgen-Beugungsverfahren (mit einem MXP³-System, hergestellt von Mac Science Co.) gemessen. Als Messbedingungen wurde Cu als Ziel angewandt, und es wurden 45 kV, 40 mA, 1 Grad/min, 2θ = 10° bis 60° festgelegt. Außerdem bedeuten in den folgenden Tabellen 1 bis 3 die Buchstaben α, A, B, C und D jeweils die folgenden Kristallphasen:
α: α-Quarz
A: BaAl₂SiO₈ + BaSi₂O₅
B: BaAl₂SiO₈ + BaSi₂O₅ + Al₂O₃
C: BaAl₂SiO₈ + Al₂O₃
D: BaSi₂O₅ + Al₂O₃
Wie in den Tabellen 1 bis 3 für die Proben (2 bis 9, 12, 13, 17 bis 21, 23 bis 34, 39 bis 47 und 50 bis 54) gezeigt, die hauptsächlich Ba-basiertes Glas und α-Quarz enthalten und in denen die jeweiligen Aufbaubestandteile in den gemäß der vorliegenden Erfindung festgelegten Bereichen vorhanden sind, ist jede Probe bei der Niedertemperatur-Sinterbarkeit überlegen, die Sinterung ist bei einer Temperatur gleich oder unterhalb der des Schmelzpunkts von Ag, Cu oder der Legierung aus hauptsächlich Ag oder Cu durchführbar, die Dielektrizitätskonstante ist niedrig (7 oder weniger (2 GHz)), und der lineare Expansionskoeffizient liegt im Bereich von 80 × 10^–7/°C bis 130 × 10^–7/°C.
Ferner sind, unter den oben beschriebenen Proben 8, 23, 41, für die Proben 8 und 23 (siehe 1 und 2), in denen die Gehaltsmenge des Ba-basierten Glases im Bereich von 61,1 bis 66,5 Gew.%, die Gehaltsmenge des α-Quarzes im Bereich von 21,0 bis 26,0 Gew.% und die Al₂O₃-Gehaltsmenge im Bereich von 9,0 bis 12,9 Gew.% beim gemeinsamen Brennen mit dem Material hoher Dielektrizität aus Barium-Seltenerde-Titanoxid liegen, wobei bei niedriger Temperatur gesintert werden kann, die reaktiven Eigenschaften der Grenzfläche besonders gut, verglichen mit der Probe 41 (siehe 3).
Andererseits ist für die Probe 1, in welcher die BaO-Gehaltsmenge weniger als 19 mol-% in der Glaszusammensetzung beträgt, für die Probe 11, in welcher die B₂O₃-Gehaltsmenge pro insgesamt 100 mol BaO, SiO₂ und Al₂O₃ weniger als 3 mol beträgt, und für die Probe 14, in welcher die SiO₂-Gehaltsmenge 72 mol-% übersteigt, die Glasbildung schwierig, und es wird keine Keramikzusammensetzung erhalten.
Darüber hinaus wird für die weiteren Proben, in denen die Gehaltsmengen der Aufbaubestandteile von den durch die vorliegende Erfindung festgelegten Bereichen abweichen, keine Probe beim Sintern bei 900°C verdichtet, und die relative Dichte beträgt weniger als 92%.
(Beispiel 2)
Zuerst wurde die organische Aufschlämmung mit der gleichen Zusammensetzung wie die der Proben 39 bis 43 des ersten Beispiels in ähnlicher Weise wie im ersten Beispiel hergestellt.
Anschließend wurde die oben beschriebene organische Aufschlämmung herangezogen, um 5 Typen von Grünplatten (Proben A bis E) ähnlich wie im ersten Beispiel herzustellen, worauf die Grünplatten zu der jeweils vorbestimmten Größe wie der des ersten Beispiels geformt und unter 2 Typen von Bedingungen gesintert wurden: 880°C und 2 h; und 920°C und 2 h.
Dann wurde, bezüglich der oben beschriebenen Proben, der lineare Expansionskoeffizient wie im ersten Beispiel gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Außerdem sind die Messergebnisse der Proben 39 bis 43 (bei Sinterung bei 900°C für 2 h wie im ersten Beispiel) ebenfalls in Tabelle 4 angegeben.
Die in Tabelle 4 angegebenen Messergebnisse haben gezeigt, dass in der Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung der lineare Expansionskoeffizient im Bereich von 80 × 10^–7/°C bis 130 × 10^–7/°C durch Änderung der Sinterbedingungen in der gleichen Zusammensetzung steuerbar ist.

Claims

Keramikzusammensetzung, die hauptsächlich Glas auf Ba-Basis und α-Quarz umfasst, welche umfasst: 55,0 bis 69,4 Gew.% des Glases auf Ba-Basis; 12,1 bis 40,2 Gew.% des α-Quarzes; und 24,5 Gew.% oder weniger Al₂O₃, wobei das Glas auf Ba-Basis als Oxide 19 bis 29 mol-% BaO; 62 bis 72 mol-% SiO₂; 6 bis 11 mol-% Al₂O₃; und 3 bis 7 mol B₂O₃, in bezug auf 100 mol der Gesamtheit aus BaO, SiO₂ und Al₂O₃ umfasst.
Keramikzusammensetzung gemäss Anspruch 1, worin der lineare Expansionskoeffizient (100 bis 700°C) der Keramikzusammensetzung im Bereich von 80 × 10^–7/°C bis 150 × 10^–7/°C ist.
Keramikzusammensetzung gemäss Anspruch 1 oder 2, worin die Keramikzusammensetzung den α-Quarz und einen der vier Typen der Kristallphasen [BaAl₂SiO₈ + BaSi₂O₅], [BaAl₂SiO₈ + BaSi₂O₅ + Al₂O₃], [BaAl₂SiO₈ + Al₂O₃] und [BaSi₂O₅ + Al₂O₃] umfasst.