JP2004284940A - 誘電体磁器組成物および電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】
比誘電率（εｒ）、Ｑ値が高く、τｆ（共振周波数の温度係数）を低減できるような誘電体磁器組成物を提供する。
【解決手段】
組成式x・BaO−y・TiO₂−[z1・Nd₂O₃−z2・La₂O₃−z3・Sm₂O₃]−t・Bi₂O₃によって表される誘電体磁器組成物であって、下式を満足する誘電体磁器組成物を提供する（0.171≦x≦0.300： 0.584≦y≦0.746： 0.010≦z1≦0.172： 0.000≦z2≦0.171： 0.000≦z3≦0.171： 0.072＜t≦0.185： x+y+z1+z2+z3+t=1.000）
【選択図】 なし

Description

本発明は、高い誘電率を有する誘電体磁器組成物に関するものである。

携帯電話機等の高周波回路無線機器においては、積層型誘電体フィルターやバルク型誘電体フィルターが使用されている。例えばバルク型誘電体フィルターを一層小型化するためには、フィルターを構成する誘電体磁器組成物の比誘電率（εｒ）を上昇させる必要がある。更に、こうした誘電体磁器組成物は、誘電損失低減のためにＱ値を高くすることが必要である。更に、誘電体磁器組成物のτｆ（共振周波数の温度係数）を低くし、これによって温度変化に対する電子部品の特性変動を小さくする必要がある。

こうした目的から、本出願人は、特許文献１において、特定組成のBaO−TiO₂−Nd₂O₃−Sm₂O₃−Bi₂O₃系の誘電体磁器組成物を提案した。
特開平４−１０４９４６号公報

最近の携帯機器の高性能化に伴い、高い水準で、比誘電率（εｒ）を向上させ、かつＱ値を高くし、τｆを低減することが求められてきた。

本発明の課題は、比誘電率（εｒ）、Ｑ値が高く、τｆ（共振周波数の温度係数）を低減できるような誘電体磁器組成物を提供することである。

第一の態様に係る発明は、組成式x・BaO−y・TiO₂−[z1・Nd₂O₃−z2・La₂O₃−z3・Sm₂O₃]−t・Bi₂O₃によって表される誘電体磁器組成物であって、下式を満足することを特徴とする、誘電体磁器組成物に係るものである。
0.171≦x≦0.300
0.584≦y≦0.746
0.010≦z1≦0.172
0.000≦z2≦0.171
0.000≦z3≦0.171
0.072＜t≦0.185

x+y+z1+z2+z3+t=1.000

また、第一の態様に係る発明は、前記誘電体磁器組成物によって少なくとも一部が構成されていることを特徴とする、電子部品に係るものである。

また、第二の態様に係る発明は、組成式 x・BaO−y・TiO₂−[z1・Nd₂O₃−z2・La₂O₃−z3・Sm₂O₃]−t・Bi₂O₃によって表される誘電体磁器組成物であって、下式を満足することを特徴とする、誘電体磁器組成物に係るものである。
0.171≦x≦0.260
0.584≦y≦0.746
0.010≦z1≦0.120
0.000≦z2≦0.120
0.000≦z3≦0.120
0.001≦z1+z2+z3≦0.120
0.065≦t≦0.072

x+y+z1+z2+z3+t=1.000
0.35≦t/(z1+z2+z3+t)

また、第二の態様に係る発明は、前記誘電体磁器組成物によって少なくとも一部が構成されていることを特徴とする、電子部品に係るものである。

第一の態様、第二の態様に係る発明の誘電体磁器組成物は、比誘電率（εｒ）、Ｑ値が高く、τｆ（共振周波数の温度係数）を低減できるものである。

最初に第一の態様に係る発明の数値限定理由について述べる。
ＢａＯの比率ｘは、0.171以上、0.300以下である。これを0.171以上とすることによって、比誘電率εｒを高くすることができる。この観点からは、ｘを0.171以上とすることが好ましく、0.173以上とすることが更に好ましい。また、ｘを0.300以下とすることによって、Ｑ値を大きくでき、τｆを小さくできる。この観点からは、ｘを0.300以下とすることが好ましく、0.295以下とすることが更に好ましい。

TiO₂の比率ｙは、0.584以上、0.746以下とする。ｙを0.584以上とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。この観点からは、ｙを0.584以上とすることが好ましく、0.590以上とすることが更に好ましい。また、ｙを0.746以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。この観点からは、ｙを0.746以下とすることが好ましく、0.740以下とすることが更に好ましい。

Nd₂O₃の比率ｚ1は、0.010以上、0.172以下とする。ｚ1を0.010以上とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。この観点からは、ｚ1を0.100以上とすることが好ましく、0.030以上とすることが更に好ましい。また、ｚ1を0.172以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。この観点からは、ｚ1を0.172以下とすることが好ましく、0.170以下とすることが更に好ましい。

La₂O₃の比率ｚ2は、0.000以上、0.171以下とする。即ち、La₂O₃は誘電体中に含有されていなくともよい。ただし、La₂O₃を誘電体中に含有させることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。この観点からは、ｚ2を0.000以上とすることが好ましい。また、ｚ2を0.171以下とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。この観点からは、ｚ2を0.171以下とすることが好ましく0.162以下とすることが更に好ましい。

Sm₂O₃の比率ｚ3は、0.000以上、0.171以下とする。即ち、Sm₂O₃は誘電体中に含有されていなくともよい。ただし、Sm₂O₃を誘電体中に含有させることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。この観点からは、ｚ3を0.000以上とすることが好ましい。また、ｚ3を0.171以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。この観点からは、ｚ3を0.171
以下とすることが好ましく、0.162以下とすることが更に好ましい。

Bi₂O₃の比率ｔは、0.072を超え、0.185以下である。ｔを0.072を超えることによって、比誘電率εｒを一層大きくできる。この観点からは、ｔを0.073以上とすることが好ましく、0.075以上とすることが更に好ましい。また、ｔを0.185以下とすることによって、Ｑ値を一層大きくし、τｆを一層低減することができる。この観点からは、ｔを0.185以下とすることが好ましく、0.170以下とすることが更に好ましい。なお、特許文献１においては、ｔは0.072以下である。

次に、第二の態様に係る発明の数値限定理由について述べる。
ＢａＯの比率ｘは、0.171以上、0.260以下である。これを0.171以上とすることによって、比誘電率εｒを高くすることができる。この観点からは、ｘを0.173以上とすることが更に好ましい。また、ｘを0.260以下とすることによって、Ｑ値を大きくでき、τｆを小さくできる。

TiO₂の比率ｙは、0.584以上、0.746以下とする。ｙを0.584以上とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。この観点からは、ｙを0.590以上とすることが更に好ましい。また、ｙを0.746以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。この観点からは、ｙを0.740以下とすることが更に好ましい。

Nd₂O₃の比率ｚ1は、0.010以上、0.120以下とする。ｚ1を0.010以上とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。この観点からは、ｚ1を0.100以上とすることが好ましく、0.030以上とすることが更に好ましい。また、ｚ1を0.120以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。

La₂O₃の比率ｚ2は、0.000以上、0.120以下とする。即ち、La₂O₃は誘電体中に含有されていなくともよい。ただし、La₂O₃を誘電体中に含有させることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。ｚ2を0.120以下とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。

Sm₂O₃の比率ｚ3は、0.000以上、0.120以下とする。即ち、Sm₂O₃は誘電体中に含有されていなくともよい。ただし、Sm₂O₃を誘電体中に含有させることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。また、ｚ3を0.120以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。

Bi₂O₃の比率ｔは、0.065以上、0.072以下とする。ｔを0.065以上とすることによって、比誘電率εｒを一層大きくできる。また、ｔを0.072以下とすることによって、Ｑ値を一層大きくし、τｆを一層低減することができる。

第一、第二の態様に係る発明を適用可能な電子部品は限定されないが、例えば積層誘電体フィルター、多層配線基板、誘電体アンテナ、誘電体カプラー、誘電体複合モジュール、バルク型誘電体フィルターを例示できる。第一、第二の態様に係る発明は、特にバルク型誘電体フィルターを小型化する上で好適である。

第一、第二の態様に係る発明の電子部品において使用できる金属電極は限定されないが、銀電極、銅電極、ニッケル電極、またはこれらの合金からなる電極が好ましく、銀または銀合金からなる電極が更に好ましく、銀電極が特に好ましい。

第一、第二の態様に係る発明の誘電体磁器組成物を製造する際には、好ましくは、各金属成分の原料を所定比率で混合し、混合粉末を1000℃〜1350℃で仮焼し、仮焼体を粉砕し、セラミック粉末を得る。そして、好ましくは、セラミック粉末と、ポリビニルアルコール等の適当なバインダーとを混合し、造粒し、造粒粉末を成形する。この成形体を、例えば1100℃〜1350℃で焼成し、誘電体磁器組成物を得る。

各金属成分の原料としては、各金属の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩を例示できる。

第一、第二の態様に係る発明において、前記した各金属酸化物成分の比率x、y、z1、z2、z3、tは、原料混合物における各金属の酸化物への換算値である。原料混合物における各金属の酸化物への換算値は、各金属原料の混合比率によって定まる。本発明においては、各金属原料の混合比率を精密天秤によって秤量し、この秤量値に基づいて前記換算値を算出する。

第一、第二の態様に係る発明の誘電体磁器組成物の基本組成は、上記のとおりである。しかし、他の金属元素を含有していてもよい。

例えば、Ag，CuおよびNiからなる群より選ばれた一種以上の金属を金属換算で合計で5重量％以下含有していてよい。

また、CuO、V₂O₅およびWO₃からなる群より選ばれた一種以上の金属酸化物を含有していてよい。この場合には、CuO、V₂O₅およびWO₃からなる群より選ばれた一種以上の金属酸化物の含有量は、酸化物換算で５．０重量％以下であることが好ましい。

また、B、Mg、Al、Si、Ca、Sc、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Se、Sr、Ｙ、Zr、Nb、Mo、Ru、Hfの各金属の酸化物を合計で５重量％以下含有していてもよい。

しかし、Mnの酸化物、Pbの酸化物は、本発明の誘電体磁器組成物中に実質的に含有していないことが好ましい。ただし極微量の不可避的不純物は除く。

（実験１）
高純度の炭酸バリウム、酸化チタン、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化ビスマスの各粉末を、表１〜６に示す各例の比率に従って秤量した。これらの原料粉末を、ポリエチレン製ポット中にアルミナ玉石と共に投入し、純水を加え、湿式混合した。得られた混合物をポットから取り出し、乾燥し、１０００℃で２時間、空気雰囲気下で仮焼を行った。仮焼物をアルミナ玉石と共にポリエチレン製ポットに投入し、純水を加え、湿式粉砕した。この際、バインダーとしてポリビニルアルコールを１重量％加え、バインダーが仮焼粉末と均一に混合されるようにした。次いで、得られた粉砕物を乾燥し、＃355メッシュのふるいに通し、造粒した。

この造粒粉末をプレス成形機によって面圧１トン／ｃｍ^２でプレス成形し、直径φ２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円盤状成形体を得た。この成形体を空気中で１３００〜１４００℃で２時間焼成した。この焼成体を研磨し、直径φ１４ｍｍ、厚さ７ｍｍの試料を得た。各試料について、比誘電率εｒおよび無負荷Ｑを、平行導体板型誘電体共振器法によって測定した。また、共振周波数の温度係数（τｆ）を、−２５℃〜７５℃の範囲で測定した。この結果を表１〜表６に示す。

表１の各例に示すように、ＢａＯの比率ｘを0.171以上とすることによって、比誘電率εｒを高くすることができる。また、ｘを0.300以下とすることによって、Ｑ値を大きくでき、τｆを小さくできる。

表２の各例に示すように、TiO₂の比率ｙを0.584以上とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。また、ｙを0.746以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。

表３の各例に示すように、Nd₂O₃の比率ｚ1を0.010以上とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。また、ｚ1を0.172以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。

表４の各例に示すように、Bi₂O₃の比率ｔを0.072超とすることによって、比誘電率εｒを一層大きくできる。また、ｔを0.185以下とすることによって、Ｑ値を一層大きくし、τｆを一層低減することができる。

表５の各例に示すように、La₂O₃を誘電体磁器組成物中に含有させることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。この場合、ｚ2を0.1710以下とすることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。

表６の各例に示すように、Sm₂O₃を誘電体磁器組成物中に含有させることによって、Ｑ値を向上させ、τｆを低減することができる。また、ｚ3を0.1710以下とすることによって、比誘電率εｒを向上させることができる。

(実験2)
本発明で規定する各金属成分の比率を、表7に示す本発明範囲内の値に固定し、実験1と同様にして誘電体磁器組成物を製造した。ただし、添加成分として、銀、銅またはニッケルを原料粉末に添加した。また、各金属の添加量は、x, y,
z1, z2, z3 およびtの合計を100重量％としたときの重量百分率として示す。この結果を表7に示す。

この結果から分かるように、本発明の誘電体磁器組成物によれば、各種金属を添加した場合にも、高い比誘電率εｒ、Ｑ値および低いτｆを得ることが可能であった。

(実験３)
本発明で規定する各金属成分の比率を、表８に示す本発明範囲内の値に固定し、実験1と同様にして誘電体磁器組成物を製造した。ただし、添加成分として、酸化銅、酸化バナジウムまたは酸化タングステンの各粉末を原料粉末に添加した。また、各金属酸化物の添加量は、x, y,
z1, z2, z3 およびtの合計を100重量％としたときの重量百分率として示す。この結果を表８に示す。

この結果から分かるように、第一の発明の誘電体磁器組成物によれば、各種金属を添加した場合にも、高い比誘電率εｒ、Ｑ値および低いτｆを得ることが可能であった。

（実験４）
実験１と同様にして、表９、表１０の実験Ｂ１〜１９の各例の誘電体磁器組成物を製造した。ただし、各金属成分の比率は、表９、表１０に示すように変更した。そして、実験１と同様に、比誘電率εｒおよび無負荷Ｑを、平行導体板型誘電体共振器法によって測定した。また、共振周波数の温度係数（τｆ）を、−２５℃〜７５℃の範囲で測定した。この結果を表９、表１０に示す。

表９の実験Ｂ１〜１１に示すように、ｔ＝０．０６５〜０．０７２の範囲内において特定組成範囲を保持することによって、比誘電率εｒ、無負荷Ｑを、共振周波数の温度係数（τｆ）が良好になった。

これに対して、実験Ｂ１２（表１０）においてば、ＢａＯの比率ｘが０．１６５と低いが、比誘電率εｒが低下している。実験Ｂ１３においては、ＢａＯの比率ｘが大きいが、無負荷Ｑが低下し、共振周波数の温度係数（τｆ）が増大した。実験Ｂ１４においては、ＴｉＯ_２の比率ｙが低いが、無負荷Ｑが低く、共振周波数の温度係数（τｆ）が増大した。実験Ｂ１５においては、ＴｉＯ_２の比率ｙが高く、Ｎｄ_２Ｏ_３の比率ｚ１が低いが、比誘電率εｒが低下した。実験Ｂ１６においては、Ｎｄ_２Ｏ_３の比率ｚ１が低いが、無負荷Ｑが低下し、共振周波数の温度係数（τｆ）が増大した。実験Ｂ１７では、Ｎｄ_２Ｏ_３の比率ｚ１が高く、ａ（ｔ／（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋ｔ））が低いが、比誘電率εｒが低下した。実験Ｂ１８では、ａ（ｔ／（ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋ｔ））が低く、Ｂｉ_２Ｏ_３の比率ｔも低いが、比誘電率εｒが低下した。実験Ｂ１９では、Ｂｉ_２Ｏ_３の比率ｔが低いが、比誘電率εｒが低下した。

この結果から分かるように、第二の発明の誘電体磁器組成物によれば、各種金属を添加した場合にも、高い比誘電率εｒ、Ｑ値および低いτｆを得ることが可能であった。

Claims (10)

1. 組成式 x・BaO−y・TiO₂−[z1・Nd₂O₃−z2・La₂O₃−z3・Sm₂O₃]−t・Bi₂O₃によって表される誘電体磁器組成物であって、下式を満足することを特徴とする、誘電体磁器組成物。
   0.171≦x≦0.300
   0.584≦y≦0.746
   0.010≦z1≦0.172
   0.000≦z2≦0.171
   0.000≦z3≦0.171
   0.072＜t≦0.185
   x+y+z1+z2+z3+t=1.000
2. Ag、CuおよびNiからなる群より選ばれた一種以上の金属を５．０重量％以下含有することを特徴とする、請求項１記載の誘電体磁器組成物。
3. CuO、V₂O₅およびWO₃からなる群より選ばれた一種以上の成分を５．０重量％以下含有することを特徴とする、請求項１または２記載の誘電体磁器組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の誘電体磁器組成物によって少なくとも一部が構成されていることを特徴とする、電子部品。
5. バルク型誘電体フィルターであることを特徴とする、請求項４記載の電子部品。
6. 組成式 x・BaO−y・TiO₂−[z1・Nd₂O₃−z2・La₂O₃−z3・Sm₂O₃]−t・Bi₂O₃によって表される誘電体磁器組成物であって、下式を満足することを特徴とする、誘電体磁器組成物。
   0.171≦x≦0.260
   0.584≦y≦0.746
   0.010≦z1≦0.120
   0.000≦z2≦0.120
   0.000≦z3≦0.120
   0.001≦z1+z2+z3≦0.120
   0.065≦t≦0.072
   x+y+z1+z2+z3+t=1.000
   0.35≦t/(z1+z2+z3+t)
7. Ag、CuおよびNiからなる群より選ばれた一種以上の金属を５．０重量％以下含有することを特徴とする、請求項６記載の誘電体磁器組成物。
8. CuO、V₂O₅およびWO₃からなる群より選ばれた一種以上の成分を５．０重量％以下含有することを特徴とする、請求項６または７記載の誘電体磁器組成物。
9. 請求項６〜８のいずれか一つの請求項に記載の誘電体磁器組成物によって少なくとも一部が構成されていることを特徴とする、電子部品。
10. バルク型誘電体フィルターであることを特徴とする、請求項９記載の電子部品。