JP2001199763A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

誘電体磁器組成物

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JP2001199763A
JP2001199763A JP2000005216A JP2000005216A JP2001199763A JP 2001199763 A JP2001199763 A JP 2001199763A JP 2000005216 A JP2000005216 A JP 2000005216A JP 2000005216 A JP2000005216 A JP 2000005216A JP 2001199763 A JP2001199763 A JP 2001199763A
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dielectric ceramic
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Masataka Fujinaga
昌孝 藤永
Koichi Fukuda
晃一 福田
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高いf0×Q値を維持し、誘電率が高く、し
かもτfの安定性がよい誘電体磁器組成物を提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 組成式 a(Ca1-tSrt)TiO3
bLnAlO3(式中、a+b=1、0.6≦a≦0.
75、0.25≦b≦0.4、0.005≦t≦0.
2)で表わされる、カルシウム、ストロンチウム、チタ
ン、希土類元素(Ln)、アルミニウムおよび酸素から
なる誘電体磁器組成物に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体共振器材料
として好適なカルシウム、ストロンチウム、チタン、希
土類元素(Ln)、アルミニウムおよび酸素からなる誘
電体磁器組成物に関するものである。本発明の誘電体磁
器組成物は、誘電体共振器材料のほかに、例えばマイク
ロ波IC用基板、誘電体調整棒等にも利用できる。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロ波回路の集積化に伴い、
小型で高性能の誘電体共振器が求められている。このよ
うな誘電体共振器に使用される誘電体磁器組成物には、
比誘電率εrが大きいこと、また、共振周波数の温度係
数τfの安定度および共振周波数の温度特性の直線性が
優れ、無負荷Qが大きいこと等の特性が要求されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような誘電体磁器
組成として従来、TiO2、BaO−TiO2等を主成分
とするものが知られていたが、温度係数が大きかった
り、マイクロ波帯域での誘電損失が大きかったりして実
用化するには困難な面がある。また、(1―x)La
(Mg1/2Ti1/2)O3−CaTiO3の誘電体磁器組成
物についての提案(特開昭61―128411号公報)
もあるが充分に大きいQ値は得られていない。
【0004】更に、Ba(Mg1/3Ta2/3)O3系、B
a(Zn1/3Ta2/3)O3系、Ba(Zn1/3Nb2/3
3系等のペロブスカイト型構造を有する誘電体磁器組
成物も知られているが、これらは誘電率が小さいため
に、例えば0.1〜5GHz帯では共振器が大きくなり
すぎるという難点がある。
【0005】本発明の目的は、誘電体共振器材料、特に
0.1〜5GHz帯で使用される誘電体共振器材料とし
て好適な誘電体磁器組成物を提供することにある。ま
た、本発明の目的は、高誘電率で、Qが大きく、εrの
安定性がよい誘電体磁器組成物を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、誘電体磁
器組成物に使用されている多数の成分元素の中で、カル
シウム、ストロンチウム、チタン、希土類元素(L
n)、アルミニウムおよび酸素の組み合わせからなる特
定の磁器組成物によって前記目的を達成できることを知
見した。本発明は、組成式 a(Ca1-tSrt)TiO
3・bLnAlO3(式中、a+b=1、0.6≦a≦
0.75、0.25≦b≦0.4、0.005≦t≦
0.2)で表わされる、カルシウム、ストロンチウム、
チタン、希土類元素(Ln)、アルミニウムおよび酸素
からなる誘電体磁器組成物に関するものである。本発明
において、CaTiO3−LnAlO3の化合物であっ
て、CaOの一部がSrOにより置換されたペロブスカ
イト化合物である前記誘電体磁器組成物が好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の誘電体磁器組成物は、比
誘電率が大きいために、共振器の小型化が図られ、無負
荷Qも大きくなる。更に共振周波数の温度係数τfが小
さい。本発明において、CaOサイトのSrO置換量が
0.005より小さいと比誘電率は向上しない。また、
0.2より大きいとQ値が急激に低下するためモル分率
は上記範囲に限定される。(Ca1-tSrt)TiO3
モル分率が0.6より小さいとQ値が低く共振周波数の
温度係数τfが負に大きくなる。また、0.75より大
きいとQ値が低く共振周波数の温度係数τfが正に大き
くなるためモル分率は上記範囲に限定される。
【0008】希土類元素(Ln)としては、La、N
d、Sm、Pr、Gd、Er等が挙げられる。そして、
本発明では、希土類元素(Ln)は2種類以上であって
も良い。
【0009】また、本発明の誘電体磁器組成物は、前記
組成物を主成分として、これに、Sb23、ZnO、W
3、SiO2、SnO、Nb25、Ta25等を添加し
ても良い。これらは、その添加物成分にもよるが、主成
分に対して4wt%以下の割合で添加することにより、
τfを制御することができる。
【0010】本発明の誘電体磁器組成物の好適な製造法
の一例を次に説明する。炭酸カルシウム、炭酸ストロン
チウム、酸化チタン、酸化ネオジム、酸化アルミニウム
の出発原料を所定量ずつ、水、アルコール等の溶媒と共
に湿式混合する。続いて、水、アルコール等を除去した
後、粉砕し、酸素含有ガス雰囲気(例えば空気雰囲気)
下に1000〜1300℃で約2〜10時間程度仮焼す
る。これによって形成された仮焼物を粉砕し、ポリビニ
ルアルコールの如き有機バインダと共に混合して均質に
し、乾燥、粉砕して、加圧成型(圧力100〜1000
Kg/cm2)する。そして、この成型物を空気の如き
酸素含有ガス雰囲気下に1350〜1650℃で焼成す
れば、上記組成式で表わされる誘電体磁器組成物が得ら
れる。
【0011】こうして得られた誘電体磁器組成物は、そ
のまま、または必要に応じて、適当な形状およびサイズ
に加工することで、誘電体共振器、マイクロ波IC用誘
電体基板、誘電体調整棒等の材料として使用することが
でき、特に0.1〜5GHz帯で使用される誘電体共振
器としたときに優れた効果が表れる。
【0012】なお、カルシウム、ストロンチウム、チタ
ン、希土類元素、アルミニウムの原料としては、CaC
3、SrCO3、TiO2、Ln23、Al23等の他
に、焼成時に酸化物となる炭酸塩、水酸化物等を使用す
ることができる。
【0013】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に
説明する。 〔試料No.1〕炭酸カルシウム(CaCO3)粉末、
炭酸ストロンチウム(SrCO3)粉末、酸化チタン
(TiO2)粉末、酸化ネオジム(Nd23)粉末、酸
化アルミニウム(Al23)粉末をエタノールと共にボ
ールミルに入れて、12時間湿式混合した。この混合物
をボールミルから溶媒のエタノールを除去し、らいかい
機で1時間粉砕し、0.6(Ca0.9Sr0.1)TiO3
・0.4NdAlO3なる仮焼粉を得た。
【0014】次いで、この仮焼粉に適量のポリビニルア
ルコール溶液を加えて均一に混合した後、直径10mm
φ、厚み4mmtのペレットに成型して空気雰囲気下1
500℃で2時間焼成、焼結して本発明の誘電体磁器組
成物を得た。こうして得られた磁器組成物を適当な大き
さにカットした後、誘電体共振法によって測定し、共振
周波数f0(4〜6GHz)における無負荷Qおよび比
誘電率εrを求めた。また、共振周波数の温度依存性に
ついては、−40〜80℃の範囲で測定し、温度係数τ
fを求めた。その結果を表1に示す。得られた誘電体磁
器組成物についてX線回折を行ったところ、CaTiO
3−LnAlO3のCaOの一部がSrOに置換されたペ
ロブスカイト化合物であることが判った。図1にそのX
線回折図を示す。
【0015】〔試料No.2〜No.16〕前記試料N
o.1の炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、酸化チ
タン、酸化ネオジム、酸化アルミニウム混合割合を表1
記載のようにかえた他は、試料No.1と同様にして誘
電体磁器組成物を製造し、同様に特性を測定した。その
結果を表1に示す。表において*印を付したものは、本
発明の範囲外の比較例である。
【0016】表1からも明らかなように、本発明で得ら
れた誘電体は比誘電率が35以上、f0×Q値が400
00以上、τfが±30ppm/℃以内の優れた誘電体
特性を示している。特に、τfが0ppm/℃付近では
比誘電率45、f0×Q値が55000以上と従来にな
い高性能特性が得られた。一方、本発明の範囲外の誘電
体では、誘電率、またはf0×Q値が低いか、τfの絶
対値が30ppm/℃を超えている。
【0017】図2〜4に本発明の誘電体磁器組成物にお
ける組成式におけるCaのSrの置換量tが0.1のと
きのaを変量した際の誘電率、f0×Q、τfの変動を
示す。aが0.6≦a≦0.75の範囲において、誘電
率、f0×Q及びτfが全て優れていることが判る。
【0018】また、図5〜7に本発明の誘電体磁器組成
物における組成式におけるaが0.7のときのSr置換
量tを変量した際の誘電率、f0×Q、τfの変動を示
す。tが0.002≦t≦0.2の範囲において、誘電
率、f0×Q及びτfが全て優れていることが判る。
【0019】〔試料No.17〜No.35〕また、表
1のNo.6およびNo.4の組成においてNd23
他の希土類元素と代えて実験を行った。さらに、表1の
No.6組成において主成分に対して各種の金属酸化物
を添加して実験を行った。その結果を表2に示す。
【0020】表2からも明らかなように、Nd23を他
の希土類元素と代えて用いても、誘電体は比誘電率が3
5以上、f0×Q値が40000以上、τfが±30p
pm/℃以内の優れた誘電体特性を示していることが判
る。また、所定の金属酸化物を添加しても、誘電体は比
誘電率が35以上、f0×Q値が40000以上、τf
が±30ppm/℃以内の優れた誘電体特性を示してい
ることが判る。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、高いf0×Q値を維持
したまま、誘電率を高くでき、しかもτfの安定性がよ
い誘電体磁器組成物が得られる。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘電体磁器組成物のX線回折図であ
る。
【図2】本発明の誘電体磁器組成物の組成と誘電率との
関係を示す図である。
【図3】本発明の誘電体磁器組成物の組成とf0×Qと
の関係を示す図である。
【図4】本発明の誘電体磁器組成物の組成とτfとの関
係を示す図である。
【図5】本発明の誘電体磁器組成物の組成と誘電率との
関係を示す図である。
【図6】本発明の誘電体磁器組成物の組成とf0×Qと
の関係を示す図である。
【図7】本発明の誘電体磁器組成物の組成とτfとの関
係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G031 AA04 AA05 AA07 AA11 AA29 BA09 5G303 AA02 AA05 AA10 AB06 AB08 AB11 BA12 CA01 CB01 CB06 CB15 CB22 CB26 CB32 CB35 CB41 CB43

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式 a(Ca1-tSrt)TiO3
    bLnAlO3(式中、a+b=1、0.6≦a≦0.
    75、0.25≦b≦0.4、0.005≦t≦0.
    2)で表わされる、カルシウム、ストロンチウム、チタ
    ン、希土類元素(Ln)、アルミニウムおよび酸素から
    なる誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】 CaTiO3−LnAlO3の化合物であ
    って、CaOの一部がSrOにより置換されたペロブス
    カイト化合物であることを特徴とする請求項1記載の誘
    電体磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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