DE60121386T2

DE60121386T2 - Dielektrische Keramikzusammensetzung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und Vorrichtung für Kommunikationsgerät

Info

Publication number: DE60121386T2
Application number: DE60121386T
Authority: DE
Inventors: Kenji Sakai-shi Harada; Hiroshi Hirakata-shi Kagata; Hidenori Higashinada-ku Kobe-shi Katsumura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: EP1153896B1; CN1320576A; US20010051584A1; EP1153896A1; DE60121386D1; CN1204081C; US6579817B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dielektrische Keramikzusammensetzung, welche für eine Vorrichtung nützlich ist, die als Resonator, Filter, Antenne, Kondensator, Induktor, Schaltplatte oder dergleichen in einem Hochfrequenzband, wie Mikrowelle, Millimeterwelle, etc. verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für ein Fernmeldegerät, welches eine solche dielektrische Keramikzusammensetzung beinhaltet.
Kürzlich sind dielektrische Keramiken verbreitet als Filtermaterialien für Fernmeldegeräte mit der Ausbreitung der Mobilkommunikation verwendet worden. Solche dielektrische Keramiken müssen einen niedrigen dielektrischen Verlust (tan δ) aufweisen, d.h. einen hohen Qf-Wert, welcher die Umkehr des dielektrischen Verlustes ist, einen kleinen absoluten Wert des Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC) und eine hohe Biegefestigkeit.
Es wird vorausgesagt, dass die Häufigkeit von Kommunikations- bzw. Fernmeldesystemen größer werden wird und die kürzere Wellenlänge der Radiowellen verwendet werden wird. Wenn Formgebungsgenauigkeit und Leitungsverlust berücksichtigt werden, werden daher Dielektrika mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante zunehmend gefordert werden. Als ein Beispiel einer herkömmlichen dielektrischen Zusammensetzung mit niedriger Dielektrizitätskonstante wurde eine dielektrische Keramikzusammensetzung, in welcher Glas zu Al₂O₃ zugegeben ist, beispielsweise in JP 62(1988)-173797A, vorgeschlagen. Die US-A- 4,777,092 offenbart eine Zusammensetzung für ein Keramiksubstrat, umfassend einen Feuerfestfilter (Al₂O₃, ZrSiO₄, Mg₂Al₄Si₅O₁₆, MgSiO₄), ein Oxidationsmittel und Glaspulver. Die Dielektrizitätskonstante solcher Zusammensetzungen ist niedrig, aber auch ihre Qf-Werte. Als ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen dielektrischen Keramikzusammensetzung mit niedriger Dielektrizitätskonstante wurde eine dielektrische Keramikzusammensetzung, in welcher Glas zu Al₂O₃ zugegeben ist, beispielsweise in JP 10(1998)-101308A) vorgeschlagen.
Jedoch weist die dielektrische Keramikzusammensetzung, in welcher Glas Al₂O₃ zugegeben ist, eine niedrige Dielektrizitätskonstante von 10 oder weniger auf, besitzt aber einen gorßen TCC-Wert von etwa 100 ppm/°C. Unter solchen Umständen wurde eine dielektrische Keramikzusammensetzung mit einer Dielektrizitätskonstante, die bei dem gleichen Niveau oder niedriger als die dieses Typs dielektrischer Keramikzusammensetzung liegt und einem TCC-Wert nahe bei 0 gefordert. Die vorliegenden Erfinder schlugen kürzlich eine dielektrische Keramikzusammensetzung mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, einem geringen Verlust und einem kleinen absoluten Wert des Temperaturkoeffizienten bei Resonanzfrequenz (TCF) in JP 11(1999)-228216A vor. Es wurden jedoch dielektrische Keramikzusammensetzungen mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante, einem höheren Qf-Wert, welcher die Umkehr des dielektrischen Verlustes (tan δ) ist, und einem kleineren absoluten Wert des Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC) gefordert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dielektrische Keramikzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche bei niedriger Temperatur gefeuert werden kann und stabil hohe Festigkeit aufweist und dennoch eine niedrigere Dielektrizitätskonstante, einen höheren Qf-Wert, welcher die Umkehr des dielektrischen Verlustes (tan δ) ist, aufweist und einen kleineren Absolutwert des Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC) im Vergleich zur herkömmlichen dielektrischen Keramikzusammensetzung und eine Vorrichtung für ein Fernmeldegerät zur Verfügung zu stellen, welches diese dielektrische Keramikzusammensetzung in geeigneter Weise in einem Hochfrequenzband, wie Mikrowelle, Millimeterwelle, etc. verwendet.
Um die oben erwähnten Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine dielektrische Keramikzusammensetzung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, zur Verfügung. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben. Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Vorrichtung für ein Fernmeldegerät, umfassend die dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 8 und 9.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Laminat-Bandpaßfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, welche eine Innenstruktur eines Laminat-Bandpaßfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das ein Röntgenstrahlendiffraktionsmuster einer ersten Komponente einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine dielektrische Keramikzusammensetzung, umfassend eine erste Komponente, welche Al₂O₃, MgO und RO_a enthält; SiO₂ als eine zweite Komponente; und eine dritte Komponente, welche eine Glaszusammensetzung enthält, umfassend zwei oder mehr Komponenten, welche wenigstens eine Verbindung enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus SiO₂ und B₂O₃. Hier ist R wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb und Gd; a ist ein Wert, welcher stöchiometrisch in Übereinstimmung mit der Wertigkeit von R bestimmt ist. Im Allgemeinen ist a durch n/2 ausgedrückt, wenn die Valenz bzw. Wertigkeit R = n ist. Wenn beispielsweise die Wertigkeit von R 3 ist, ist n 3/2; und wenn die Wertigkeit von R = 4 ist, ist n = 2.
Mit einer solchen dielektrischen Keramikzusammensetzung ist es möglich, verschiedene Arten von Vorrichtungen mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, kleinem Verlust und einem kleinen Absolutwert des Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC) herzustellen.
Die erste Komponente wird durch eine Zusammensetzungsformel xAlO_3/2-yMgO-zRO_a ausgedrückt, worin 83.1 ≤ x ≤ 91.4, 0.7 ≤ y ≤ 8 und 0.8 ≤ z ≤ 9.6 ist, wobei die Summe x+y+z 100 ist. Sie liegt in einer Menge von 5 bis 50 Gew% vor.
Es wird des Weiteren bevorzugt, dass die zweite Komponente in einer Menge von mehr als 0 Gew% bis 40 Gew% enthalten ist.
Die dritte Komponente ist in einer Menge von 25 bis 90 Gew% enthalten. Es wird bevorzugt, dass die dritte Komponente wenigstens ein Oxid, ausgewählt aus Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, BaO, SrO, CaO, MgO, La₂O₃, PbO, ZnO, Li₂O, Na₂O und K₂O umfasst. Des Weiteren umfasst die oben erwähnte dielektrische Keramikzusammensetzung eine Kristallphase, umfassend die erste Komponente, eine weitere Kristallphase, umfassend die zweite Komponente, in welcher die Röntgenbeugung von Pulver bei einem Abstand im Bereich von 0,33 bis 0,34 nm an Größten ist, und eine Glasphase, umfassend eine dritte Komponente.
Des Weiteren ist bei der dielektrischen Keramikzusammensetzung vorzuziehen, dass die Teilchengröße von MgO in der ersten Komponente, im Bereicht von 1 μm bis 10 μm liegt.
Des Weiteren ist bei der dielektrischen Keramikzusammensetzung vorzuziehen, dass die erste Komponente des Weiteren eine Glaszusammensetzung enthält, umfassend wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus SiO₂ und B₂O₃, in einer Menge von 10 Gew% oder weniger.
Die Temperatur für die Hauptfeuerung beträgt 800°C oder mehr und 1100°C oder weniger.
MgO in der ersten Komponente wird vorbereitend bei 1100°C oder mehr gefeuert.
Die Temperatur der einleitenden Erhitzung und des Schmelzens der dritten Komponente beträgt 800°C oder mehr und 1700°C oder weniger.
Das Formen ist Pressformen.
Die Temperatur der Vorheizbehandlung der dielektrischen Keramikzusammensetzung beträgt 350°C oder mehr und 800°C oder weniger.
Es ist vorzuziehen, dass die Vorrichtung für ein Fernmeldegerät der vorliegenden Erfindung, eine Laminatstruktur umfasst, welche durch Laminieren einer dielektrischen Schicht, hergestellt aus einer dielektrischen Keramikzusammensetzung und einer Leitungsschicht, umfassend wenigstens ein Metall, ausgewählt aus Ag, Au, Cu und Pt gebildet ist. Ein Beispiel für eine Vorrichtung für ein Fernmeldegerät der vorliegenden Erfindung umfasst einen dielektrischen Filter, eine dielektrische Antenne, einen Kondensator, einen Induktor, eine Schaltplatte oder dergleichen.
Als ein Beispiel der Vorrichtung für ein Fernmeldegerät der vorliegenden Erfindung wird ein Laminat-Bandpaßfilter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Äußere des Bandpassfilters 1 mit einer Vielzahl von Anschlusselektroden 2 versehen. 2 zeigt eine Innenstruktur eines Laminat-Bandpaßfilters 1, worin eine dielektrische Schicht 3, hergestellt aus der dielektrischen Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung und eine Leitungsschicht (eine Innenelektrode 4), welche ein Metall als Hauptkomponente enthält, laminiert sind. Dieser Laminat-Bandpaßfilter ist zur Miniaturisierung von Geräten vorteilhaft. Beispielsweise ist er für tragbare Telefone geeignet. Darüber hinaus ist die dielektrische Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung bezüglich der Temperatureigenschaft ausgezeichnet. Sie soll auch für eine hochdämpfende Vorrichtung in einem engen Band angewendet werden können.
Nachfolgend werden Beispiele von Verfahren zum Erhalten eines Formkörpers, umfassend die dielektrische Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, beschrieben werden.
Als Ausgangsmaterialien zur Herstellung der dielektrischen Keramikzusammensetzung der vorliegenden Erfindung werden von jedem eines jeden Elementarbestandteils das Oxid, Carbonat, Nitrat und Organometallsalz, oder dergleichen verwendet. Die Reinheit von 99% oder mehr wird bevorzugt, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Diese Materialien werden gewogen, so dass die Mengen davon in dem oben erwähnten Zusammensetzungsbereich liegen und vermischt. Die Mischung wird in einer Kugelmühle, einer Medium-Rührmühle, einem Mörser oder dergleichen durchgeführt. Es kann sowohl Feuchtmischung als auch Trockenmischung angewendet werden. Im Falle der Feuchtmischung kann als Lösemittel Wasser, Alkohol, Ether oder dergleichen verwendet werden. Falls erforderlich, wird die getrocknete Mischung in einem Schmelztiegel behandelt. Der aus Mullit, Aluminiumoxid, Platin oder dergleichen hergestellte Schmelztiegel wird bevorzugt. Die Temperatur der Wärmebehandlung liegt vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1700°C.
Um eine Glasphase zu erhalten, wird das geschmolzene Material abgeschreckt. Das Abschrecken kann beispielsweise durch ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem durch Erhitzen geschmolzene Materialien in Wasser getropft werden, ein Verfahren, bei dem die Materialien auf eine Metallplatte getropft werden, oder dergleichen. Die erhaltenen wärmebehandelten Materialien werden durch dieselben Verfahren wie das oben er wähnte Mischen gemahlen. Beim Mahlen kann nötigenfalls auch ein Trocknen durchgeführt werden. So wird das dielektrische kristalline Pulver und Glaspulver erhalten. Falls erforderlich, werden das dielektrische kristalline Pulver und das Glaspulver vermischt und durch dasselbe Verfahren wie das oben erwähnte Mischen getrocknet.
Danach werden die erhaltenen Pulver granuliert. Beispiele von Verfahren zur Granulierung von Pulvern umfassen ein Verfahren, bei dem ein Bindemittel zugefügt wird, Verkneten und Granulieren durch Sieben durch ein Maschengitter; ein Verfahren, welches eine herkömmlich verfügbare Granuliermaschine durch Sprühtrocknen verwendet wird, etc. Als Bindemittel können Polyvinylalkoholbindemittel, Wachsbindemittel, Acrylbindemittel oder dergleichen verwendet werden. Des Weiteren liegt die zugegebene Menge des Bindemittels vorzugsweise im Bereich von 1 bis 25 Gew% bezogen auf das Pulver. Des Weiteren liegt der Lochdurchmesser des Gitters vorzugsweise im Bereich von 100 μm bis 1000 μm.
Dann werden die granulierten Pulver pressgeformt. Als Verfahren zur Pressformung werden uniaxiales Pressformen mit einer Form, isostatisches Formen oder dergleichen bevorzugt. Der Formpressdruck liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 2000 kg/cm². Der erhaltene geformte Körper wird in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt, beispielsweise in Luft bei 350 bis 800°C, um die Bindemittelkomponente zu entfernen, gefolgt von weiterem Feuern bei 800 bis 1100°C. Die Feuerungsatmosphäre ist nicht besonders beschränkt und kann daher eine neutrale oder eine oxidierende Atmosphäre sein.
Das oben beschriebene Verfahren kann eine dielektrische keramische Zusammensetzung in Form eines Sinterkörpers liefern. Die dielektrischen Keramikzusammensetzungen werden in verschiedensten Arten von Vorrichtungen für ein Fernmeldegerät durch geeignete Kombination mit metallischen Leitern durch herkömmliche Verfahren geformt.
Wie oben erwähnt, umfasst eine dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Komponente, enthaltend Al₂O₃, MgO und RO_a, worin R wenigstens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb und Gd ist; a ein in Übereinstimmung mit der Wertigkeit von R stöchiometrisch bestimmter Wert ist; SiO₂ als eine zweite Komponente; und eine dritte Komponente, enthaltend eine Glaszusammensetzung, umfassend zwei oder mehr Komponenten, enthaltend wenigstens eine, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO₂ und B₂O₃, wobei die dielektrische Keramikzusammensetzung eine niedrige Dielektrizitätskonstante und eine praktische Höhe des dielektrischen Verlusts und einen kleinen Absolutwert der Temperaturkonstante bei Kapazitanz (TCC) haben kann. Durch Einstellen der Feuerungstemperatur von MgO in der ersten Komponente auf 1100°C oder mehr ist es des Weiteren möglich, eine stabile dielektrische Keramikzusammensetzung zu liefern. Durch Einstellen der Partikelgröße des Materials von MgO in der ersten Komponente auf 1 μm bis 10 μm, ist es des Weiteren möglich, eine stabile dielektrische Keramikzusammensetzung zu liefern. Indem die erste Komponente eine Glaszusammensetzung, umfassend wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus SiO₂ und B₂O₃ enthalten kann, ist es des Weiteren möglich, eine stabile dielektrische Keramikzusammensetzung zu liefern. Mit einer solchen dielektrischen Keramikzusammensetzung kann eine Vorrichtung für ein Fernmeldegerät hergestellt werden, die in geeigneter Weise in einem Hochfrequenzbandbereich wie Mikrowelle, Millimeterwelle, etc. verwendet wird. Eine solche Vorrichtung für Fernmeldegeräte kann beispielsweise auch in einer Laminatstruktur, umfassend eine Leitungsschicht, verwendet werden.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung im Detail im Wege von Beispielen beschrieben werden.
Des Weiteren wurden in den folgenden Beispielen Eigenschaften der ersten Komponente durch Untersuchung der erzeugten Phase der synthetisierten ersten Komponente mittels Röntgenbeugungsanalyse (Strahlungsquelle: CuKα) bewertet. Die hauptsächlich erzeugte Phase umfasst eine Magnetoplumbitphase (MP), eine Perovskitphase (PE) und eine nicht umgesetzte Aluminiumoxidphase (Al). 3 ist ein Diagramm, welches den Peak des Röntgenbeugungsmusters der ersten Komponente zeigt. Die Erzeugungsrate der MP-Phase wurde leicht durch das Verhältnis der Peakstärke (I) jeder erzeugten Phase (MP-Phase, PE-Phase und Al-Phase) durch die folgende Formel (Formel 1) berechnet und bewertet. MP-Phase-Erzeugungsrate = {IMP-Phase(36.1°)}/{IMP-Phase (36.1°) + IAl-Phase (35.1°) + IPE-Phase (23.8°)}. (Formel 1)
Darüber hinaus wurden Eigenschaften der dielektrischen Keramikzusammensetzung in Form der Dielektrizitätskonstante, des dielektrischen Verlustes (Qf-Wert), des Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC) und der Scherkraft bewertet. Die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust (Qf-Wert) wurden durch das dielektrische Resonatorverfahren unter Verwendung eines Netzwerkanalysators bestimmt. Die Resonanzfrequenz wurde zu dieser Zeit auf 3 GHz bis 10 GHz eingestellt. Darüber hinaus wurde der TCC-Wert durch die Methode der kleinsten Quadrate durch Messen der Kapazitanz des Sinterkörpers zwischen 85°C bis 20°C berechnet. Darüber hinaus wurde die Scherkraft durch ein Vier-Punkt-Biegeverfahren gemessen.
Beispiel 1
Al₂O₃, MgO, La₂O₃, CeO₂, Pr₆O₁₁, Nd₂O₃, Sm₂O₃ und Gd₂O₃ wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Ausgangsmaterialien wurden vermischt, sodass die Zusammensetzungsformel xAlO_3/2- yMgO-zRO_a (R: La, Ce, Pr, Nd. Sm und Gd) erfüllt war, worin x, y und z innerhalb der in Tabelle 1 angegebenen Werte lagen.
Dann wurde Glaspulver durch das folgende Verfahren hergestellt. SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, CaCO₃, SrCO₃, BaCO₃, La₂O₃, ZrO₂, TiO₂, MgO, PbO, ZnO, Li₂CO₃, Na₂CO₃ und K₂CO₃ wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Ausgangsmaterialien wurden in geeigneter Weise ausgewählt und vermischt, sodass die Gesamtmenge 60 g betrug. Diese Materialien wurden in einen 600 cm³ Polyethylen-Tiegel mit 130 cm³ Ethanol und 600 g Zirkondioxidkugeln von 10 mm Durchmesser eingebracht, durch Drehen während 18 Stunden vermischt und gemahlen. Die aufgeschlämmte Mischung wurde in einen Metallbottich eingebracht und bei 150°C getrocknet. Die getrocknete Mischung wurde in einen Platin-Schmelztiegel eingebracht, zugedeckt und bei 1300°C geschmolzen. Danach wurde der geschmolzene Körper durch Einbringen in Wasser abgeschreckt. Das erhaltene Glas wurde durch dasselbe Verfahren wie beim Mischen gemahlen und getrocknet. So wurde das Glaspulver erhalten.
Das dielektrische Pulver (die erste Komponente), SiO₂ (die zweite Komponente) und das Glaspulver (die dritte Komponente) wurden in einer Gesamtmenge von 60 g in Verhältnis von 20 g, 10 g, und 30 g vermischt. Dieser vermischte Körper wurde in einen 600 cm³ Polyethylen-Tiegel eingebracht und 20 Stunden rotiert, um ihn zu vermischen und zu mahlen. Die aufgeschlämmte Mischung wurde in eine Metallpalette eingebracht und bei 150°C getrocknet. Dem erhaltenen dielektrischen Materialpulver wurden 25 Gew% Polyvinylalkoholbindemittel zugegeben, geknetet und durch Sieben durch ein Gitter mit einem Lochdurchmesser von 30 μm granuliert. Die granulierten Pulver wurden in eine Form gefüllt und durch das uniaxiale Pressformverfahren bei einem Druck von 500 kg/cm² geformt. Der pressgeformte Körper wurde in Luft bei 600°C für 2 Stunden gehalten, um die Bindemittelkomponente zu entfernen und dann bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 1050°C gefeuert. Die Größe des Sinterkörpers betrug etwa 11 mm im Durchmesser und etwa 7 mm in der Höhe. Die durch Feuerung bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des oben erwähnten Bereiches erhaltenen Sinterkörper mit maximaler Dichte wurden in Form der dielektrischen Eigenschaften durch das oben beschriebene Verfahre bewertet. Zusammensetzungen des gebildeten Glases sind in Tabelle 2 gezeigt und Zusammensetzungen und Eigenschaften der erhaltenen Sinterkörper wurden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

ft*1 = Feuerungstemperatur

Tabelle 2

(Gew.%)

Bei den in Tabelle 1 gezeigten Proben Nr. 1 bis 14 war die Probe Nr. 1, in welcher weniger als 50 Gew% AlO_3/2 zugegeben wurden, nicht gesintert. Des Weiteren hatte die Probe Nr. 9, in welcher weniger als 0,5 Gew% MgO zugegeben war und die Probe Nr. 14, in welcher weniger als 0,5 Gew% RO_a zugegeben war, einen Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC) von 100 ppm/°C oder mehr. Bei den Proben jedoch, welche verschieden von den Proben sind, welche mit # (d.h. Nr. 1, 9 und 14) gekennzeichnet waren, war die Dielektrizitätskonstante so klein wie 10 oder weniger und der Temperaturkoeffizient bei Kapazitanz (TCC) betrug 100 ppm/°C oder weniger, und zeigten ausgezeichnete Eigenschaften.
Auf diese Weise konnten gemäß den dielektrischen Keramikzusammensetzungen, in welchen SiO₂ und Glasszusammensetzung dem durch die oben beschriebene Zusammensetzungsformel ausgedrückten Oxid zugegeben waren, die niedrige Dielektrizitätskonstante und die praktische Höhe des Qf-Produktes und des PCC-Wertes erreicht werden.
Beispiel 2
Ein dielektrisches Pulver wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten. Die Zusammensetzung des dielektrischen Pulvers wurde durch die Zusammensetzungsformel 86.3 AlO_3/2-5.9 MgO-7.8RO_a (R: La, Nd, Sm und Gd; a ist ein in Übereinstimmung mit der Wertigkeit von R stöchiometrisch bestimmter Wert) ausgedrückt ist. Des Weiteren wurde auch Glaspulver durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt.
Das dielektrische Pulver (die erste Komponente), SiO₂ (die zweite Komponente) und das Glaspulver (die dritte Komponente) wurden in geeigneter Weise ausgewählt und vermischt, sodass eine Gesamtmenge von 60 g erhalten wurde und so wurde ein Sinterkörper durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten. Die Größe des Sinterkörpers betrug etwa 11 mm im Durchmesser und etwa 7 mm in der Höhe. Die dielektrischen Eigenschaften des durch Feuerung bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des oben erwähnten Bereiches erhaltenen Sinterkörpers wurden durch das oben erwähnte Verfahren bewertet. Zusammensetzungen des gebildeten Glases sind in Tabelle 2 gezeigt und Zusammensetzungen und Eigenschaften der gesinterten Körper sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3

R*1 = R in der ersten Komponente
Menge *2 = Menge der zweiten Komponente
Art *3 = Art der dritten Komponente
Menge *4 = Menge der dritten Komponente
ft*5 = Feuerungstemperatur

Bei den in Tabelle 3 gezeigten Proben wurde bei den Probennummern 27 und 28, bei welchen mehr als 90 Gew% oder mehr der Glaszusammensetzung zugegeben wurden, das Qf-Produkt erniedrigt und die dielektrischen Eigenschaften waren nicht messbar. Bei den Probennummern 32 und 33, bei welchen mehr als 40 Gew% SiO₂ (die zweite Komponente) zugegeben wurden, fand darüber hinaus keine Sinterung statt. Andererseits wurden die anderen dielektrischen Keramikzusammensetzungen bei einer niedrigen Temperatur von 1050°C oder weniger gesintert, und zeigten ausgezeichnete Eigenschaften, d.h. die Dielektrizitätskonstante von 8 oder weniger, das Qf-Produkt von 6000 GHz oder mehr und den TCC-Wert von weniger als 100 ppm/°C (d.h. einen Absolutwert von 100 ppm/°C oder weniger). Somit konnten bei den dielektrischen Keramikzusammensetzungen, bei denen SiO₂. dem durch die oben erwähnte Zusammensetzungsformel ausgedrückten Oxid in einer Menge von 40 Gew% oder weniger und des Weiteren Glaszusammensetzung in einer Menge von 90 Gew% oder weniger zugegeben waren, die niedrige Dielektrizitätskonstante und die praktische Höhe des Qf-Wertes und des TCC-Wertes erreicht werden.
Des Weiteren hatten bei der dielektrischen Keramikzusammensetzung, welche solche ausgezeichneten Eigenschaften zeigt, insbesondere die Proben Nummer 25 und 29, den TCC-Wert von 10 ppm/°C oder weniger. Des Weiteren konnten die Proben verschieden von der Probe Nummer 24 bei niedrigen Temperaturen von 950°C oder weniger gefeuert werden.
Des Weiteren wurde, wenn die erzeugte Phase des in diesem Beispiel hergestellten Sinterkörpers durch Röntgenbeugungsanalyse analysiert wurde, eine Phase festgestellt, welche SiO₂ als Hauptkomponente zu beinhalten scheint, in welcher die Röntgenbeugung des Pulvers bei einem Abstand im Bereich von 0, 33 bis 0,34 nm am Größten ist.
In Tabelle 3 ist die Probe Nr. 36 ein Beispiel der Erfindung, welche in JP11 (1999)-228216A offenbart und als Vergleichsbeispiel angegeben ist, worin die zweite Komponente nicht zugegeben ist. Wenn die im Bereich der vorliegenden Erfindung liegenden Proben Nr. 30, 31 mit der Probe Nr. 36 verglichen werden, zeigen die Proben Nr. 30, 31 eine niedrigere Dielektrizitätskonstante (εr), einen höheren Qf-Wert, der die Umkehr des Dielektrizitätsverlustes (tan δ) ist, und einen kleinen Absolutwert des Temperaturkoeffizienten bei Kapazitanz (TCC).
Referenzbeispiel 1
Al₂O₃, MgO und Gd₂O₃ wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Ausgangsmaterialien wurden so vermischt, dass die Zusammensetzungsformel 86.3 AlO_3/2-5.9 MgO-7.8 GdO_3/2 erfüllt war. Die Feuerungstemperatur und Partikelgröße von MgO wurden dieses Mal auf die in den Tabellen 4 und 5 gezeigten Werte eingestellt. Des Weiteren wurde das Glaspulver durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten.
Beispiel 1
Das dielektrische Pulver (die erste Komponente), SiO₂ (die zweite Komponente) und das Glaspulver (die dritte Komponente) wurden so vermischt, dass die Gesamtmenge 60 g im Verhältnis von 20 g, 10 g und 30 g, betrug und so wurde ein Sinterkörper durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten. Die Größe des Sinterkörpers betrug etwa 11 mm im Durchmesser und etwa 7 mm in der Höhe. Die dielektrischen Eigenschaften des durch Feuerung bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des oben erwähnten Bereiches erhaltenen Sinterkörper mit maximaler Dichte wurden durch das oben erwähnte Verfahren bewertet. Die Tabellen 4 und 5 zeigen die Eigenschaften der erhaltenen Sinterkörper. Tabelle 4

ft *1 = Feuerungstemperatur von MgO
gr *2 = Erzeugungsrate der MP-Phase
ft *3 = Feuerungstemperatur
ts *4 = Scherkraft [MPa]

Tabelle 5

ps *1 = Partikelgröße von MgO
gr *2 = Erzeugungsrate der MP-Phase
ft *3 = Feuerungstemperatur
ts *4 = Scherkraft [MPa]

Bei den in Tabelle 4 gezeigten Proben war bei den Proben Nr. 41 und 42, bei welchen die Feuerungstemperatur von MgO 1000°C oder weniger betrug, die Erzeugungsrate der MP-Phase so niedrig wie 75 % oder weniger und die Feuerungstemperatur der dielektrischen Zusammensetzung war so hoch wie 1000°C oder mehr. Andererseits war bei den Proben Nr. 43 bis 46, bei welchen die Feuerungstemperatur von MgO 1100°C oder mehr betrug, die Erzeugungsrate der MP-Phase so hoch wie 85 % oder mehr. Des Weiteren wurde die dielektrische Keramikzusammensetzung bei einer niedrigen Temperatur von 950°C oder weniger gefeuert, zeigte ausgezeichnete Eigenschaften, d.h. die Dielektrizitätskonstante betrug 8 oder weniger, das Qf-Produkt 1100 GHz oder mehr, der TCC-Wert weniger als 25 ppm/°C und die Scherkraft mehr als 200 MPa. Daher konnten bei der dielektrischen Keramikzusammensetzung, bei welcher MgO bei 1100°C oder mehr gefeuert wurde, eine hohe Erzeugungsrate der MP-Phase, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und eine praktische Höhe des Qf-Produktes, des TCC-Wertes und der Scherkraft erreicht werden.
Des Weiteren hatten bei den dielektrischen Keramikzusammensetzungen mit ausgezeichneten Eigenschaften, insbesondere die Probe Nr. 45, einen TCC-Wert von 10 ppm/°C oder weniger.
Bei den in Tabelle 5 gezeigten Proben ist bei den Proben Nr. 51 und 52 die Partikelgröße von MgO kleiner als 1 μm, die Erzeugungsrate der MP-Phase so klein wie 75 % oder weniger und die Feuerungstemperatur so hoch wie 1000°C oder mehr. Des Weiteren hatte die Probe Nr. 57, in welcher die Teilchengröße von MgO größer als 11 μm betrug, eine Erzeugungsrate der MP-Phase von weniger als 85 % und die Scherkraft betrug weniger als 200 MPa. Andererseits war bei den Proben Nr. 53 bis 56 mit Partikelgrößen von MgO von 1 μm bis 10 μm, die Erzeugungsrate der MP-Phase so hoch wie 80 % oder mehr. Des Weiteren wurde die dielektrische Keramikzusammensetzung bei einer niedrigen Temperatur von 950°C oder weniger gefeuert, zeigte ausgezeichnete Eigenschaften, d.h. eine Dielektrizitätskonstante von 8 oder weniger, ein Qf-Produkt von 12000 GHz oder mehr, einen TCC-Wert von weniger als 25 ppm/°C und eine Scherkraft von mehr als 200 MPa. Daher konnten bei den dielektrischen Keramikzusammensetzungen, welche MgO mit einer Teilchengröße von 1 μm bis 10 μm verwenden, eine hohe Erzeugungsrate der MP-Phase, eine niedrige dielektrische Konstante und ein praktischer Wert des Qf-Produktes, des TCC-Wertes und der Scherkraft erreicht werden.
Des Weiteren wies die dielektrische Keramikzusammensetzung ausgezeichnete Eigenschaften auf, insbesondere hatte die Probe Nr. 55 einen TCC-Wert von 10 ppm/°C oder weniger.
Referenzbeispiel 2
Al₂O₃, MgO und Gd₂O₃ wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Das durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellte Glaspulver wurde diesen Ausgangsmaterialien zugegeben, um ein dielektrisches Pulver zu mischen. SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, CaCO₃, BaCO₃, La₂O₃ und ZnO wurden als Ausgangsmaterialien für Glaspulver verwendet. Des Weiteren war die Zusammensetzung des dielektrischen Pulvers durch die Zusammensetzungsformel 86.3 AlO_3/2-5.9 MgO-7.8 GdO_3/2 ausgedrückt.
Das dielektrische Pulver (die erste Komponente), SiO₂ (die zweite Komponente) und das Glaspulver (die dritte Komponente) wurden in geeigneter Weise ausgewählt und vermischt, so dass die gesamte Menge 60 g betrug und so wurde der Sinterkörper durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten. Die Größe des Sinterkörpers betrug etwa 11 mm im Durchmesser und etwa 7 mm in der Höhe. Die dielektrischen Eigenschaften der durch Feuerung bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des oben erwähnten Bereiches erhaltenen Sinterkörper wurden durch das oben erwähnte Verfahren bewertet. Zusammensetzungen des gebildeten Glases sind in Tabelle 6 gezeigt und Zusammensetzungen und Eigenschaften des resultierenden Sinterkörpers sind in Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 6

(Gew. %)

Tabelle 7

*1 = Zugabemenge
*2 = Erzeugungsrate der MP-Phase
*3 = Feuerungstemperatur
*4 = Scherkraft

Bei den in Tabelle 7 gezeigten Proben hatte die Proben Nr. 61, bei welcher kein Glas zugesetzt worden ist, eine kleine Erzeugungsrate der MP-Phase von 75 % oder weniger und die Scherkraft der dielektrischen Keramikzusammensetzung betrug weniger als 200 MPa. Darüber hinaus hatten die Proben 70 und 71, bei welchen 11 Gew% Glas zugegeben wurde, eine Erzeugungsrate der MP-Phase, welche 100 % erreichte, jedoch war der TCC-Wert der dielektrischen Keramikzusammensetzung mehr als 50 ppm/°C und die Scherkraft betrug weniger als 200 MPa. Andererseits war bei den Proben Nr. 62 bis 69, bei welchen Glas in einer Menge von 1 bis 10 Gew% zugegeben worden war, die Erzeugungsrate der MP-Phase so hoch wie 95 % oder mehr. Des Weiteren wies die dielektrische Zusammensetzung ausgezeichnete Eigenschaften auf, d.h. die Dielektrizitätskonstante betrug 8 oder weniger, das Qf-Produkt 7000 GHz oder mehr, der TCC-Wert 50 ppm/°C oder weniger und die Scherkraft 200 MPa oder mehr. Daher konnten gemäß der dielektrischen Keramikzusammensetzung, welche die erste Komponente verwendet, in welcher Glaspulver zu Al₂O₃, MgO und Gd₂O₃ zugegeben worden war, eine hohe Erzeugungsrate der MP-Phase, eine niedrige Dielektrizitätsrate und eine praktische Höhe des Qf-Produktes, des TCC-Wertes und der Scherkraft erreicht werden.
Des Weiteren konnten bei den dielektrischen Zusammensetzungen, welche ausgezeichnete Eigenschaften zeigen, insbesondere die Proben 62 bis 65, bei einer Temperatur von 950°C oder weniger gefeuert werden. Darüber hinaus war es bei dem Beispiel Nr. 64 möglich, einen TCC-Wert von 20 ppm/°C oder weniger und eine Scherkraft von 250 MPa oder mehr zu erreichen.
Die durch die oben erwähnten Beispiele erzeugten dielektrischen Pulver wurden zu einer ungesinterten Folie bzw. Platte geformt, mit Ag-Paste bedruckt, unter Druck komprimiert, in Einzelstücke geschnitten und gefeuert. Im Ergebnis wurde ein Laminat mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten. Demzufolge kann die dielektrische Keramikzusammensetzung der folgenden Erfindung als Vorrichtung mit Laminatstruktur verwendet werden, in welcher eine Schicht, hergestellt aus Metallen wie Ag, Au, Cu, Pd, etc., auf eine dielektrische Keramikzusammensetzung laminiert wird. Wie des Weiteren aus den oben erwähnten Beispielen ersichtlich ist, kann jede der dielektrischen Zusammensetzungen als Hochfrequenzvorrichtung verwendet werden, welche ausgezeichnete Eigenschaften zeigt, insbesondere im GHz-Band, d.h. einem Band zur Bewertung von Eigenschaften, durch geeignete Kombination der Metalle.
Darüber hinaus können gemäß den oben erwähnten Verfahren Elemente wie Zr, Ti, Si, Fe, Ca, etc. als Verunreinigungen während des Herstellungsprozesses vorliegen oder können in den Ausgangsmaterialien enthalten sein. Solche Verunreinigungen sind jedoch erlaubt, solange das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann. Die Gesamtkonzentration der Verun reinigungen beträgt jedoch vorzugsweise 0,2 Gew% oder weniger bezogen auf das Oxid.

Claims

Dielektrische Keramikzusammensetzung, umfassend eine erste Komponente, welche Al₂O₃, MgO und RO_a enthält, worin R wenigstens ein Elemente ist, das aus der Gruppe, die aus La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb und Gd besteht, ausgewählt ist, a ein in Übereinstimmung mit der Wertigkeit von R bestimmter stöchiometrischer Wert ist, SiO₂ als zweite Komponente und eine dritte Komponente, welche eine Glaszusammensetzung enthält, die zwei oder mehr Komponenten, welche wenigstens eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO₂ und B₂O₃ umfasst, enthält, worin die erste Komponente durch eine Zusammensetzungsformel ausgedrückt ist: xAlO_3/2-yMgO-zRO_a, worin 83,1 ≤ x ≤ 91,4, 0,7 ≤ y ≤ 8 und 0,8 ≤ z ≤ 9, 6, wobei die Summe von x + y + z 100 beträgt, die erste Komponente in einer Menge von 5 bis 50 Gew.% vorliegt, die zweite Komponente in einer Menge von mehr als 0 bis 40 Gew.% vorliegt, die dritte Komponente in einer Menge von 25 bis 90 Gew.% vorliegt.
Dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die dritte Komponente des Weiteren wenigstens ein Oxid umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, BaO, SrO, CaO, MgO, La₂O₃, PbO, ZnO, Li₂O, Na₂O und K₂O besteht.
Dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, worin die erste Komponente eine Kristallphase ist.
Dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, worin die zweite Komponente eine Kristallphase ist, worin die Röntgendiffraktion von Pulver in einem Abstand, welcher von 0,33 bis 0,34 nm reicht, am Größten ist.
Dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, umfassend eine Kristallphase, die eine erste Komponente umfasst, eine weitere Kristallphase, die eine zweite Komponente umfasst, worin die Röntgendiffraktion von Pulver bei einem Abstand, der von 0,33 bis 0,34 nm reicht, am Größten ist, und eine Glasphase, die eine dritte Komponente umfasst.
Dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, worin die Partikelgröße von MgO in der ersten Komponente im Bereich von 1 μm bis 10 μm liegt.
Dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, worin die erste Komponente des Weiteren eine Glaszusammensetzung umfasst, die die wenigstens eine ausgewählte aus SiO₂ und B₂O₃ in einer Menge von 10 Gew.% oder weniger enthält.
Vorrichtung für ein Kommunikationsgerät, umfassend eine dielektrische Keramikzusammensetzung gemäß einem jeden der Ansprüche 1 bis 7.
Vorrichtung für ein Kommunikationsgerät gemäß Anspruch 8, umfassend ein Laminat, das durch Laminieren einer dielektrischen Schicht, hergestellt aus der dielektrischen keramischen Zusammensetzung und einer leitenden Schicht, welche wenigstens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Au, Cu und Pt, gebildet ist.