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Die
Erfindung betrifft dielektrische Keramik und mehrschichtige Hochfrequenzvorrichtungen,
die für verschiedene
Filter und Resonatoren verwendet werden, die Hochfrequenz anwenden.
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Kürzlich wurden
Kommunikationssysteme, die elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich
verwenden, wie Autotelefone, Mobiltelefone, Nachrichtensysteme per
Satellit oder dergleichen entwickelt, so daß eine Miniaturisierung ihres
Anschlußmechanismus
erforderlich wurde. Um den Anschlußmechanismus zu miniaturisieren,
muß jedes
Teil dieses Mechanismus miniaturisiert werden. Bei einem solchen
Mechanismus wird die dielektrische Keramik in einer frequenzstabilisierenden
Vorrichtung aus verschiedenen Filtern und Oszillatoren angeordnet.
Wenn der Resonanzmodus der gleiche ist, ist die Größe dieser
Resonanzvorrichtungen der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante
(εr) der zu verwendenden dielektrischen Materialien
umgekehrt proportional. Um Miniaturresonanzvorrichtungen herzustellen,
sind folglich Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante
erforderlich. Zu anderen notwendigen Eigenschaften einer dielektrischen
Keramik gehören:
ein geringer Verlust im Mikrowellenbereich, mit anderen Worten ein
hoher Q-Wert; und ein niedriger Temperaturkoeffizient bei der Resonanzfrequenz
(τr). Als Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante
wird im offengelegten japanischen Patent Nr. (Tokkai-Hei) 4-65021 ein
System aus (Pb, Ca)ZrO3 offenbart. Dieses
System hat eine hohe Dielektrizitätskonstante (εr)
von mehr als 100, einen hohen Q-Wert bei 2 bis 4 GHz von etwa 800 und
einen niedrigen Temperaturkoeffzienten bei der Resonanzfrequenz.
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Inzwischen
sind Versuche unternommen worden, um Resonanzvor richtungen zu miniaturisieren
und die Funktion zu verbessern, indem eine mehrschichtige Struktur
aus Leiter und dielektrischer Keramik hergestellt wurde. Da ein
Leiter, der in einem solchen Hochfrequenzbereich, wie Mikrowellen,
verwendet werden soll, eine hohe Leitfähigkeit aufweisen muß, muß Cu, Au,
Ag oder eine Legierung davon verwendet werden. Bei der Herstellung
der dielektrischen mehrschichtigen Keramikstruktur muß die dielektrische
Keramik gleichzeitig mit dem leitfähigen Metall gebrannt werden.
Die Hitze beim Sinterverfahren wirkt sowohl auf das leitfähige Metall
als auch auf die Keramik, so daß die
Sinterbedingungen ausreichend schonend sein müssen, damit das Metall nicht
schmilzt oder oxidiert. Mit anderen Worten muß die dielektrische Keramik
bei Temperaturen unterhalb der Schmelzpunkte der zu verwendenden
leitfähigen
Metalle dicht gesintert werden (der Schmelzpunkt von Cu beträgt 1083°C, der von
Au 1063°C,
der von Ag 961°C).
Wenn das Cu für
die Elektrode verwendet wird, muß die dielektrische Keramik
bei einem niedrigen Partialdruck von Sauerstoff gebrannt werden.
Als dielektrische Keramik für
Mikrowellen, die bei einer niedrigen Temperatur gesintert werden
kann, wird im offengelegten japanischen Patent Nr. (Tokkai-Hei)
5-225826 ein System aus Bi2O3-CaO-Nb2O5 offenbart.
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Obwohl
das Keramiksystem Bi2O3-CaO-Nb2O5 bei einer geringen
Temperatur von etwa 1000°C
gesintert werden kann, verdampft Bi2O3 als Hauptbestandteil beim Brennen. Somit
sind die Dielektrizitätseigenschaft
in Hinblick auf die Brenntemperatur instabil. Wenn eine Resonanzvorrichtung
weiter miniaturisiert wird, nimmt im allgemeinen der Q-Wert ab.
Deshalb sind noch immer geeignete Materialien gefordert, die einen
hohen Q-Wert aufweisen.
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EP-A1-0
671 370 stellt eine dielektrische Keramikzusammensetzung bereit,
die durch Sintern einer Zusammensetzung erhalten wird, die eine
erste Komponente mit 40 bis 98 Gew.-% und eine zweite Komponente
mit 2 bis 60 Gew.-% umfaßt,
wobei die erste Komponente mit der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angegeben wird,
wobei 0 ≤ x ≤ 0,50 ist,
und die zweite Komponente mindestens ein Element aus der Gruppe
aufweist, die aus SiO2 und B2O3 besteht.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend
genannten Probleme zu lösen und
eine dielektrische Keramik bereitzustellen, die bei niedrigen Temperaturen
gesintert werden kann, eine stabile Zusammensetzung aufweist und
einen hohen Q-Wert hat. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieser
dielektrischen Keramik und auch in der Bereitstellung einer mehrschichtigen
Hochfrequenzvorrichtung, die diese dielektrische Keramik verwendet.
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Um
diese und weitere Aufgaben und Vorteile zu lösen bzw. zu erzielen, stellt
die erfindungsgemäße dielektrische
Keramikzusammensetzung folgende Komponenten bereit: die erste Komponente,
die Calciumoxid, Magnesiumoxid, Nioboxid und Titanoxid umfaßt und mit
der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angegeben wird
(wobei x mehr als 0 und nicht mehr als 0,50 beträgt), in einem Bereich von nicht
weniger als 40 Gew.-Teilen und nicht mehr als 98 Gew.-Teilen; die
zweite Komponente, die mindestens eine Verbindung umfaßt, die aus
SiO2 und B2O3 ausgewählt
ist, im Bereich von nicht weniger als 2 Gew.-Teilen und nicht mehr als 60 Gew.-Teilen;
und mindestens ein Oxid, ausgewählt
aus der Gruppe von MgO, NiO, CuO, MnO2 und
WO3, im Bereich von nicht weniger als 0,1
Gew.-Teil und nicht mehr als 10 Gew.-Teilen.
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Es
ist bevorzugt, daß die
erfindungsgemäße dielektrische
Keramikzusammensetzung eine Dielektrizitätskonstante (εr)
im Bereich von 10 bis 50 hat.
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Es
ist bevorzugt, daß die
erfindungsgemäße dielektrische
Keramikzusammensetzung ein Qf-Produkt von nicht weniger als 1000
und nicht mehr als 30000 GHz aufweist.
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Es
ist bevorzugt, daß die
erfindungsgemäße dielektrische
Keramikzusammensetzung einen Temperaturkoeffizienten bei der Resonanzfrequenz
von nicht weniger als –50
ppm/°C und
nicht mehr als +50 ppm/°C aufweist.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung der dielektrischen Keramik wird die dielektrische
Keramik durch Sintern der dielektrischen Keramikzusammensetzung
bereitgestellt. Die vorstehend genannte dielektrische Keramikzusammensetzung
umfaßt:
die erste Komponente, die Calciumoxid, Magnesiumoxid, Nioboxid und
Titanoxid umfaßt
und mit der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angegeben
wird (wobei x mehr als 0 und nicht mehr als 0,50 beträgt), in
einem Bereich von nicht weniger als 40 Gew.-Teilen und nicht mehr als
98 Gew.-Teilen; die zweite Komponente, die mindestens eine Verbindung
umfaßt,
die aus SiO2 und B2O3 ausgewählt
ist, im Bereich von nicht weniger als 2 Gew.-Teilen und nicht mehr
als 60 Gew.-Teilen; und mindestens ein Oxid, ausgewählt aus
der Gruppe von MgO, NiO, CuO, MnO2 und WO3, im Bereich von nicht weniger als 0,1 Gew.-Teil
und nicht mehr als 10 Gew.-Teilen. Dieses Verfahren umfaßt ein Behandlungsverfahren,
bei dem ein Gemisch aus der zweiten Komponente und einem Zusatz
vor dem Sintern vorgewärmt
wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, daß die
Temperatur für
die Vorwärmbehandlung im
Bereich von 500 bis 900°C
liegt.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, daß die
Vorwärmbehandlung
Verfahren zum Schmelzen bei einer Temperatur im Bereich von 1000
bis 1200°C
und zum Abschrecken nach dem Schmelzen einschließt.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, daß die
Sinter temperatur im Bereich von 800 bis 1200°C liegt.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, daß die
erste Komponente bei einer Temperatur von 1000 bis 1300°C kalziniert
und danach fein gemahlen wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, daß die
Vorwärmbehandlung
Verfahren zum Schmelzen der zweiten Komponente bei einer Temperatur
von 1000 bis 1200°C,
zum Abschrecken dieser und zum feinen Mahlen dieser einschließt.
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Gemäß der erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Hochfrequenzvorrichtung, die einen Leiter und ein Dielektrikum umfaßt, besteht
der gesamte Leiter oder ein Teil davon aus Cu, einer Cu-Legierung,
Au, einer Au-Legierung, Ag und einer Ag-Legierung; das gesamte Dielektrikum
oder ein Teil davon besteht aus der dielektrischen Keramikzusammensetzung,
welche umfaßt:
die erste Komponente, die Calciumoxid, Magnesiumoxid, Nioboxid und
Titanoxid umfaßt
und mit der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angegeben
wird (wobei x mehr als 0 und nicht mehr als 0,50 beträgt), in
einem Bereich von nicht weniger als 40 Gew.-Teilen und nicht mehr als
98 Gew.-Teilen; die zweite Komponente, die mindestens eine Verbindung
umfaßt,
die aus SiO2 und B2O3 ausgewählt
ist, im Bereich von nicht weniger als 2 Gew.-Teilen und nicht mehr
als 60 Gew.-Teilen; und mindestens ein Oxid, ausgewählt aus
der Gruppe von MgO, NiO, CuO, MnO2 und WO3, im Bereich von nicht weniger als 0,1 Gew.-Teil
und nicht mehr als 10 Gew.-Teilen.
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Es
ist bevorzugt, daß die
mehrschichtige Hochfrequenzvorrichtung eine Dielektrizitätskonstante
(εr) im Bereich von 10 bis 50 hat.
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Es
ist bevorzugt, daß die
mehrschichtige Hochfrequenzvorrichtung ein Qf-Produkt von nicht
weniger als 1000 und nicht mehr als 30000 GHz aufweist.
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Gemäß der erfindungsgemäßen dielektrischen
Keramikzusammensetzung, bei der die erste Komponente, die Calciumoxid,
Magnesiumoxid, Nioboxid und Titanoxid umfaßt und mit der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angegeben
wird (wobei x mehr als 0 und nicht mehr als 0,50 beträgt), im
Bereich von nicht weniger als 40 Gew.-Teilen und nicht mehr als
98 Gew.-Teilen vorliegt; die zweite Komponente, die mindestens eine
Verbindung umfaßt,
die aus SiO2 und B2O3 ausgewählt
ist, im Bereich von nicht weniger als 2 Gew.-Teilen und nicht mehr als 60 Gew.-Teilen
vorliegt; und mindestens ein Oxid, ausgewählt aus der Gruppe von MgO,
NiO, CuO, MnO2 und WO3,
im Bereich von nicht weniger als 0,1 Gew.-Teil und nicht mehr als
10 Gew.-Teilen vorhanden ist, kann eine dielektrische Keramikzusammensetzung
bereitgestellt werden, die bei einer niedrigen Temperatur gesintert
werden kann, eine stabile Zusammensetzung hat und einen höheren Q-Wert
aufweist. Mit anderen Worten, da Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 mit einer hervorragenden
Dielektrizitätseigenschaft
bei Mikrowellen als erste Komponente verwendet wird und da außerdem Glaskomponenten
als zweite Komponente enthalten sind, die das Sintern verbessern,
kann eine dielektrische Keramik bereitgestellt werden, die bei Temperaturen
von etwa 1000°C
gesintert werden kann und eine hohe Dielektrizitätskonstante, einen hohen Q-Wert
und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten bei der Resonanzfrequenz
aufweist. Da Bi2O3 nicht
als erste Komponente enthalten ist, hat die dielektrische Keramik
eine stabile Zusammensetzung und eine hervorragende Beständigkeit
der Dielektrizitätseigenschaft
in bezug auf die Brenntemperatur.
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Das
Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen dielektrischen Keramikzusammensetzung
ermöglicht
eine wirksame und vernünftige
Herstellung von dielektrischen Keramiken.
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Gemäß der erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Hochfrequenzvorrichtung wird die vorstehend genannte dielektrische
Keramikzusammenset zung für
die dielektrische Schicht verwendet, und Cu, Au, Ag oder Legierungen
davon werden für
den Leiter verwendet. Dadurch kann eine Hochfrequenzvorrichtung
in Miniatur und mit hoher Wirksamkeit bei Hochfrequenz bereitgestellt
werden.
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1 ist
eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen dielektrischen Resonators
von Beispiel 4;
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie I-I in 1;
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3 ist
ein Querschnitt entlang der Linie II-II in 1;
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4A ist
eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2;
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4B ist
eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 2;
und
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4C ist
eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von 2.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele ausführlich erläutert.
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Beispiel 1
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In
Beispiel 1 wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, um
die erfindungsgemäße dielektrische
Keramikzusammensetzung zu erläutern.
Das für
die erste Komponente verwendete Pulver wird wie folgt synthetisiert.
Als Ausgangsmaterialien wurden Verbindungen mit chemischer Reinheit
(die chemische Reinheit steht hier nachstehend für eine Reinheit von nicht weniger
als 99 Gew.-%), wie CaCO3, MgO, Nb2O5 und TiO2, verwendet. Die Reinheit der Materialien
wurde geprüft,
und die Materialien wurden abgewogen, so daß eine Zusammensetzung hergestellt
wurde, die mit Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angege ben
wird, wobei x der in den Tabellen angegebene Wert ist. Außerdem wurde
das Pulver 17 Stunden in einer Kugelmühle mit Zirconiumoxidkügelchen
und reinem Wasser gemischt. Die gemahlene Suspension wurde getrocknet
und 2 Stunden in einem Schmelztopf aus Aluminiumoxid bei Temperaturen
von 1000 bis 1300°C
kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde 17 Stunden unter Verwendung
der vorstehend genannten Kugelmühle
gemahlen und getrocknet, womit das Pulver der ersten Komponente
hergestellt wurde.
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Das
für die
zweite Komponente verwendete Pulver wird wie folgt synthetisiert.
Als Ausgangsmaterialien wurden Verbindungen mit chemischer Reinheit,
wie SiO2, B2O3, Al2O3,
ZrO2, BaCO3, SrCO3, CaCO3, Li2O, ZnO und PbO, verwendet. Die Reinheit
dieser Materialien wurde geprüft,
und danach wurden die Materialien abgewogen, wodurch die Zusammensetzungen
hergestellt wurden, die in Tabelle 1 gezeigt sind. Außerdem wurde
das Pulver unter Verwendung einer Kugelmühle mit Ethanol als Lösungsmittel
gemischt und danach getrocknet. Das gemischte Pulver wurde bei Temperaturen
von 1000 bis 1200°C
in einem Schmelztopf geschmolzen und danach abgeschreckt. Nach dem
Mahlen wurde das gemischte Pulver in der gleichen Weise wie beim
Vermengen gemahlen und danach getrocknet, wodurch das Pulver der
zweiten Komponente hergestellt wurde. Nach dem Mahlen betrug die
Partikelgröße des Pulvers
weniger als 50 μm.
Die Zusammensetzung der synthetisierten zweiten Komponente ist in
Tabelle 1 gezeigt.
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Als
Zusätze
wurde das Pulver mit hoher Reinheit, wie MgO, NiO, CuO, MnO
2, WO
3, abgewogen,
wodurch die gleiche Zusammensetzung erhalten wurde, wie sie in Tabellen
2 und 3 gezeigt ist. Die Zusätze
wurden mit den Pulvern der ersten Komponente und der zweiten Komponente
in der Kugelmühle
naßgemahlen und
danach getrocknet. Das Pulver wurde mit 6 Gew.-% einer Polyvinylalkohollösung (Konzentration
5 Gew.-%) als Bindemittel gemischt und granuliert, indem es durch
ein Sieb mit 32 mesh gegeben wurde. Das granulierte Pulver wurde
bei einem Formdruck von 100 MPa zu einer Scheibe mit einem Durchmesser
von 13 mm und einer Dicke von etwa 5 mm gepreßt. Nachdem das Formprodukt
3 Stunden bei einer Temperatur von 600°C erhitzt worden war, um die
Bindemittel zu entfernen, wurde das Formprodukt in ein geschlossenes
Gefäß aus magnetischem
Magnesiumoxid gegeben, 2 Stunden bei verschiedenen Temperaturen
im Bereich von 800 bis 1200°C
gehalten und gebrannt. Es wurde die Dielektritzitätseigenschaft
des Sinterproduktes bei Mikrowellen gemessen, das bei der Temperatur
gebrannt worden war, die die maximale Dichte zeigt. Die Dielektrizitätskonstante
der Probe wurde mittels der Resonanzfrequenz des TE
011-Modus
und des Zustandes der Probe berechnet. Dabei wurde die Probe mit
einer parallelen leitfähigen
Platte aufgenommen und gehal ten. Die Resonanzfrequenz und der Q-Wert
wurden durch die Methode mit einem dielektrischen Resonator nach dem
TE
01δ-Modus
gemessen, indem die Proben auf den Haltesockel in der Vertiefung
gegeben wurden. Als Ergebnis betrug die Resonanzfrequenz 4 bis 8
GHz. Die Resonanzfrequenzen bei den Temperaturen –25°C, 20°C bzw. 85°C wurden
gemessen, und danach wurden die Temperaturkoeffizienten (τf) nach dem
Verfahren der kleinsten Quadrate berechnet. Die Ergebnisse sind
in den Tabellen 2 und 3 gezeigt. Tabelle
2
Tabelle
3
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Der
Grund für
die Begrenzung der Zusammensetzung der ersten Komponente und der
zweiten Komponente wird nachstehend erläutert. Es ist nicht bevorzugt,
daß x
in der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 mehr als
0,5 beträgt,
da der Temperaturkoeffizient bei der Resonanzfrequenz mehr als +50
ist. Wenn die Menge der zweiten Komponente weniger als 2 Gew.-Teile
beträgt,
liegt die Brenntemperatur über
1200°C.
Folglich wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht gelöst. Außerdem ist
es nicht bevorzugt, daß die
Menge der Hilfskomponente mehr als 60 Gew.-Teile beträgt, da das
Qf-Produkt weniger als 1000 GHz er-reicht. Folglich kann durch Begrenzen
der Zusammensetzung der ersten Komponente und der zweiten Komponente
die erfindungsgemäße dielektrische
Keramikzusammensetzung bei niedrigen Temperaturen von etwa 1000°C gesintert
werden.
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Wie
in Anspruch 1 aufgeführt,
kann zudem eine dielektrische Keramikzusammensetzung bereitgestellt werden,
die eine hohe Dielektrizitätskonstante
von etwa 25, ein hohes Qf-Produkt von mehr als 1000 GHz und einen
niedrigen Temperaturkoeffizienten bei der Resonanzfrequenz im Bereich
von –50
bis +50 ppm/°C
aufweist.
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Wie
aus der Tabelle 2 und der Tabelle 3 deutlich wird, hatte die dielektrische
Keramikzusammensetzung durch die Zugabe von mindestens einer Verbindung,
die aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus MgO, NiO, CuO, MnO2 und WO3 besteht, in einer Menge von 0,1 bis 10
Gew.-Teilen eine niedrige Brenntemperatur und einen hohen Q-Wert. Mit anderen
Worten konnte eine dielektrische Keramik erhalten werden, die eine
gute Dielektrizitätseigenschaft
bei Mikrowellen aufweist.
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Wie
bei der Probe Nr. 12 gezeigt, konnte die Brenntemperatur, wenn CuO
als Zusatz mit mehr als 10 Gew.-Teilen zugegeben wurde, im Vergleich
mit dem Fall verringert werden, bei dem keine Zusätze zugegeben wurden,
gleichzeitig nahm jedoch auch der Q-Wert ab. Deshalb ist der Fall
nicht erwünscht,
bei dem mehr als 10 Gew.-% zugesetzt werden.
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Beispiel 2
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Das
Verfahren zur Herstellung der ersten Komponente und der zweiten
Komponente und zum Prüfen der
Eigenschaften erfolgte in der gleichen Weise wie in Beispiel 1.
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Als
Zusätze
wurde Pulver mit hoher chemischer Reinheit, wie MgO, NiO, CuO, MnO
2 und WO
3, abgewogen,
wodurch die in Tabelle 4 und 5 gezeigte Zusammensetzung hergestellt
wurde. Die Zusätze
wurden 2 Stunden bei einer Temperatur von 500 bis 900°C zusammen
mit dem Pulver der zweiten Komponente gehalten und wärmebehandelt.
Nach dem feinen Mahlen wurden die Zusätze 17 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen,
getrocknet und danach mit dem Pulver der ersten Komponente gemischt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 und Tabelle 5 gezeigt. Tabelle
4
Tabelle
5
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Wie
aus Tabelle 4 und Tabelle 5 deutlich wird, konnte die dieelektrische
Keramik bei einer niedrigeren Temperatur gebrannt werden und hat
einen hohen Q-Wert, wenn zumindest eine der Verbindungen, die aus der
Gruppe ausgewählt
ist, die aus MgO, NiO, CuO, MnO2 und WO3 besteht, in einer Menge von 0,1 Gew.-Teil bis
10 Gew.-Teile zusammen mit der zweiten Komponente vorher bei Temperaturen
von 500 bis 900°C
wärmebehandelt
wird. Folglich konnte eine dielektrische Ke ramik bereitgestellt
werden, die gute Dielektrizitätseigenschaften
und eine hervorragende Mikrowelleneigenschaft aufweist.
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Außerdem war
der Grund für
die Einschränkung
der Zusammensetzung der ersten Komponente und der zweiten Komponente
der gleiche wie in Beispiel 1. Wie anhand von Beispiel 49 deutlich
wird, konnte die Brenntemperatur, wenn CuO als Zusatz mit mehr als
10 Gew.-Teilen zugesetzt wurde, im Vergleich mit dem Fall verringert
werden, bei dem kein Zusatz zugegeben wurde. Gleichzeitig nahm jedoch
auch der Q-Wert
ab. Deshalb ist der Fall, bei dem die Zusätze mit 10 Gew.-Teilen oder
mehr zugesetzt werden, nicht so erwünscht.
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Beispiel 3
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Das
Verfahren zur Herstellung der ersten Komponente und der zweiten
Komponente und zum Prüfen der
Eigenschaften erfolgte in der gleichen Weise wie in Beispiel 1.
Als Zusätze
wurden Pulver mit hoher chemischer Reinheit, wie MgO, NiO, CuO,
MnO
2, WO
3, als Zusätze abgewogen,
wodurch die in Tabelle 6 und Tabelle 7 aufgeführten Zusammensetzungen hergestellt
wurden. Die Zusätze
wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 zusammen mit dem
Pulver der zweiten Komponente bei einer Temperatur von 1000 bis
1200°C geschmolzen
und danach abgeschreckt. Dann wurde das Pulver fein gemahlen, getrocknet
und mit dem Pulver der ersten Komponente gemischt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 6 und Tabelle 7 gezeigt. Tabelle
6
Tabelle
7
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Wie
aus Tabelle 6 und Tabelle 7 ersichtlich ist, kann die dielektrische
Keramik eine niedrigere Sintertemperatur haben und den Q-Wert verbessern
und eine hohe Dielektrizitätskonstante
aufweisen, wenn zumindest eine Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus MgO, NiO, CuO, MnO2 und WO3 besteht, in einer Menge von 0,1 bis 10
Gew.-Teilen zusammen mit der zweiten Komponente wärmebehandelt
wird. Folglich kann eine dielektrische Keramik mit guten Eigen schaften
und hervorragenden Mikrowelleneigenschaften bereitgestellt werden.
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Außerdem war
der Grund für
die Einschränkung
der Zusammensetzung der ersten Komponente und der zweiten Komponente
der gleiche wie in Beispiel 1. Wie anhand der Probe Nr. 80 deutlich
wird, kann die Brenntemperatur, wenn CuO als Zusatz mit mehr als
10 Gew.-Teilen zugesetzt wird, im Vergleich mit dem Fall verringert
werden, bei dem kein Zusatz zugegeben wird, gleichzeitig nahm jedoch
auch der Q-Wert ab. Deshalb ist die Zugabe von Zusätzen in
einer Menge von mehr als 10 Gew.-Teilen nicht so erwünscht.
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Beispiel 4
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In
Beispiel 4 wird eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, um
die erfindungsgemäße Hochfrequenzvorrichtung
zu erläutern.
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Als
mehrschichtige Hochfrequenzvorrichtung wurde ein dielektrischer
Resonator hergestellt. Der dielektrische Resonator hat eine Struktur,
bei der ein streifenförmiger
Leiter mit einer dielektrischen Schicht überzogen ist und ein Schutzleiter
und ein Kondensator zum Verbinden enthalten sind. 1 ist
eine Perspektivansicht der Vorrichtung. 2 ist ein
Querschnitt entlang der Linie I-I von 1. 3 ist
ein Querschnitt entlang der Linie II-II von 1. 4A ist
ein Querschnitt entlang der Linie III-III von 2. 4B ist
ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von 2. 4C ist
ein Querschnitt entlang der Linie V-V von 2. Dabei
ist 1 ein dielektrischer Leiter; 2, 3 und 4 sind
interne Leiter; 5, 6 und 7 sind externe
Elektroden. Es folgt das Verfahren zur Herstellung dieser Hochfrequenzvorrichtung.
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Zuerst
werden ein organisches Bindemittel, Lösungsmittel und Weichmacher
in die Zusammensetzung der Probe Nr. 10 von Tabelle 2 gegeben und
damit vermischt. Die gemischte Suspension wurde nach dem Rakelstreichverfahren
zu einer dünnen
Lage geformt. Als leitfähiges
Metall wurden verschiedene, in Tabelle 8 aufgeführte Metalle gewählt. Die
Metalle wurden mit einem Träger
gemischt, um eine Paste zu erhalten. Wenn der Leiter in diesem Fall
Cu war, wurde eine CuO-Paste verwendet.
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Nach
dem gleichen Verfahren wurden andere dünne Lagen aus der Zusammensetzung
der Probe Nr. 47 von Tabelle 4 und der der Probe Nr. 78 von Tabelle
6 hergestellt.
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Eine
Vielzahl von dünnen
Lagen wurde geschichtet, und danach wurde das leitfähige Muster 2 von 4 durch Siebdruck darauf aufgebracht.
Eine weitere Mehrzahl von dünnen
Lagen wurde darauf geschichtet, und danach wurde darauf das leitfähige Muster 3 gedruckt.
Außerdem
wurde eine weitere Mehrzahl von dünnen Lagen darauf geschichtet,
und dann wurde darauf das leitfähige
Muster 4 gedruckt. Darauf wurde eine weitere Mehrzahl von
dünnen
Lagen geschichtet, die durch ein Heißpreßverfahren gepreßt wurden.
Nach dem Schneiden in einzelne Vorrichtungen wurden die Vorrichtungen
in Luft wärmebehandelt,
damit das Bindemittel schnell verdampft. In diesem Fall wurde CuO-Paste verwendet,
der Leiter wurde in H2 wärmebehandelt, damit eine Reduktion
zu Cu erfolgt, und danach in N2 gebrannt.
Falls ein anderer Leiter verwendet wurde, wurde der Leiter in Luft
gebrannt. Die Brenntemperatur betrug 900°C.
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Die
externen Elektroden 5, 6 und 7 wurden
in Luft gebrannt, und Cu wurde in N2 gebrannt,
so daß ein mehrschichtiger
dielektrischer Resonator erhalten wurde.
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Nach
dem Brennen betrug die Größe der Vorrichtung:
8 mm Länge,
4,5 mm Breite und 2,5 mm Höhe. Der
Leiter, ein Streifenleiter, war 1 mm breit und 7 mm lang.
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Zehn
Vorrichtungen wurden pro jedem Leiter hergestellt, und der Durchschnittswert
wurde als Eigenschaft genommen. Die Resonanzfrequenz und der U-Wert
des erhaltenen Resonators sind in Tabelle 8, 9 und 10 gezeigt.
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Wie
aus Tabelle 8, 9 und 10 ersichtlich ist, betrug die Resonanzfrequenz
des Resonators etwa 2,0 GHz, und die Q-Werte waren hoch, wenn irgendeines
der Metalle Cu, Au, Ag und Legierungen davon verwendet wurden, folglich
zeigten sie hervorragende Eigenschaften. Da die Dielektrizitätskonstante
herkömmlicher Trägermaterialien
etwa 8 beträgt,
mußte
die Länge
des Streifenleiters etwa 12 mm betragen, damit ein Resonator erhalten
wird, der die gleiche Struktur und die gleiche Resonanzfrequenz
hat. Die Dielektrizitätskonstante des
erfindungsgemäßen Dielektrikums
betrug jedoch 21 bis 24, so daß die
Länge des
Streifenleiters 7 mm betrug. Folglich konnte eine Miniaturvorrichtung
bereitgestellt werden.
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Wenn
der Streifenleiter in einer gekrümmten
oder geschichteten Form hergestellt wird, kann zudem eine kleinere
Resonanzvorrichtung bereitgestellt werden. Außerdem kann durch Kombinieren
einer Vielzahl von Resonatoren und Kondensatoren ein Bandpaßfilter
bereitgestellt werden.
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Neben
den vorstehend beschriebenen Elementen können zudem irgendwelche Elemente
enthalten sein, die keinen schädlichen
Einfluß auf
die Dielektrizitätseigenschaften
haben.
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Wie
vorstehend festgestellt, können
gemäß der erfindungsgemäßen dielektrischen
Keramik, wobei die erste Komponente, die Calciumoxid, Magnesiumoxid,
Nioboxid und Titanoxid umfaßt
und mit der Formel Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 angegeben
wird (wobei x mehr als 0 und nicht mehr als 0,50 beträgt) im Bereich
von nicht weniger als 40 Gew.-Teilen
und nicht mehr als 98 Gew.-Teilen vorliegt; die zweite Komponente,
die mindestens eine Verbindung umfaßt, die aus SiO2 und
B2O3 ausgewählt ist,
im Bereich von nicht weniger als 2 Gew.-Teilen und nicht mehr als
60 Gew.-Teilen vorliegt; und mindestens ein Oxid, ausgewählt aus
der Gruppe von MgO, NiO, CuO, MnO2 und WO3, im Bereich von nicht weniger als 0,1 Gew.-Teil
und nicht mehr als 10 Gew.-Teilen
vorhanden ist, dielektrische Keramikzusammensetzungen bereitgestellt
werden, die bei einer geringen Temperatur gesintert werden können und
eine stabile Zusammensetzung und einen höheren Q-Wert aufweisen. Mit
anderen Worten, da Ca{(Mg1/3Nb2/3)1-xTix}O3 mit
hervorragenden Dielektrizitätseigenschaften
bei Mikrowellen als erste Komponente verwendet wird und Glaskomponenten,
die das Sintern verbessern, als zweite Komponente enthalten sind,
kann eine dielektrische Keramik bereitgestellt werden, die bei etwa
1000°C gesintert
werden kann und eine hohe Dielektrizitätskonstante, einen hohen Q-Wert und einen niedrigen
Temperaturkoeffizienten bei der Resonanzfrequenz aufweist. Außerdem ist
in den ersten Komponenten Bi2O3 nicht enthalten,
so daß die
dielektrische Keramik eine stabile Zusammensetzung und auch eine
stabile Dielektrizitätseigenschaft
in bezug auf die Brenntemperatur aufweist. Folglich ermöglicht die
Verwendung der erfindungsgemäßen dielektrischen
Keramik eine Miniaturisierung und eine Verbesserung der Funktion
von Hochfrequenzvorrichtungen, wie Filtern und Resonatoren.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung der dielektrischen Keramikzusammensetzung kann diese
dielektrische Keramikzusammensetzung effektiv und vernünftig hergestellt
werden. Außerdem
kann gemäß der erfindungsgemäßen dielektrischen
Keramikzusammensetzung eine dielektrische Keramik bereitgestellt
werden, die eine niedrige Brenntemperatur, einen hohen Q-Wert, eine
hohe Dielektrizitätskonstante
von etwa 25 und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten bei der
Resonanzfrequenz (τr) aufweist. Dadurch kann eine mehrschichtige
Resonanzvorrichtung bereitgestellt werden, bei der Cu, Au oder Ag
für den internen
Leiter verwendet werden. Der Resonator in Miniaturform und mit hoher
Leistung kann ein Autotelefon oder ein Mobiltelefon in Miniaturform
und mit hoher Leistung liefern. Außerdem kann die erfindungsgemäße dielektrische
Keramik nicht nur für
eine Resonanzvorrichtung sondern auch für ein Substrat für einen
Mikrowellenschaltkreis oder einen mehrschichtigen Keramikkondensator
verwendet werden. Folglich können
die erfindungsgemäßen dielektrischen
Keramiken für
industrielle Zwecke wertvoll sein.
