JP2624576B2 - High frequency dielectric porcelain - Google Patents

High frequency dielectric porcelain

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JP2624576B2
JP2624576B2 JP2400355A JP40035590A JP2624576B2 JP 2624576 B2 JP2624576 B2 JP 2624576B2 JP 2400355 A JP2400355 A JP 2400355A JP 40035590 A JP40035590 A JP 40035590A JP 2624576 B2 JP2624576 B2 JP 2624576B2
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high frequency
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dielectric porcelain
frequency dielectric
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俊久 本多
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波周波数域で
の利用において、同一組成系で極めて広い範囲の比誘電
率を示し、実用上充分なQ値と小さく安定な温度特性と
を実現させた高周波用誘電体磁器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is intended to realize a practically sufficient Q value and a small and stable temperature characteristic when used in the microwave frequency range, exhibiting a very wide range of relative permittivity in the same composition system. A high frequency dielectric ceramic.

【0002】[0002]

【従来の技術】高周波誘電体磁器は、携帯無線、衛星放
送、マイクロ波集積回路などに共振器、フィルター、基
板などとして広く応用されており、フィルター特性、周
波数安定性向上、あるいは、装置および回路の小型化に
対し大きく貢献している。このような誘電体を用いたデ
バイスは、様々な周波数で用いられており、用いられる
周波数によって必要とされる比誘電率も変わる。また、
デバイスの種類あるいは、その形式によっても必要とさ
れる誘電特性は異なる。したがって、多種多様な誘電体
デバイスを設計するうえで、絶縁抵抗、機械的強度、吸
水率などの電気的、物理的あるいは化学的安定性が類似
していながら、誘電特性の異なる材料が存在すれば設計
上のファクターの変化が少なくなり極めて有利である。
このような誘電体に望ましい特性としては、広範囲に
わたる比誘電率を有すること、誘電特性以外の諸性質
が類似していること、低い誘電損失を示すこと、共
振周波数の温度安定性が優れていることなどをあげるこ
とができる。
2. Description of the Related Art High-frequency dielectric ceramics are widely applied as resonators, filters, substrates, and the like to portable radios, satellite broadcasts, microwave integrated circuits, and the like, and have improved filter characteristics, frequency stability, and devices and circuits. It has greatly contributed to the miniaturization of. Devices using such a dielectric are used at various frequencies, and the required relative permittivity also changes depending on the frequency used. Also,
The required dielectric properties vary depending on the type of device or its type. Therefore, when designing a wide variety of dielectric devices, if there are materials with similar dielectric, electrical or physical stability such as insulation resistance, mechanical strength, and water absorption, but different dielectric properties, This is extremely advantageous because changes in design factors are reduced.
Desirable properties of such a dielectric include a wide range of relative permittivity, similar properties other than dielectric properties, low dielectric loss, and excellent temperature stability of the resonance frequency. I can give things.

【0003】前記のような特性、特にに示す特性を満
たすためには、基本組成が類似していることが必要と考
えられるが、従来このような特徴を持つ誘電体を見いだ
すことはできない。基本組成が類似している高周波利用
可能な誘電体としては、たとえば、文献J. of Am. Cera
m. Soc.,58[9-10],418(1975)に示されるBaTi4O9、Ba2Ti
9O20(BaTi4.5O10) などをあげることができる。
[0003] In order to satisfy the above-mentioned characteristics, particularly the characteristics shown in (1), it is considered necessary that the basic compositions are similar. However, a dielectric having such characteristics cannot be found in the past. As a high-frequency usable dielectric material having a similar basic composition, for example, reference is made to J. of Am. Cera
m. Soc., 58 [9-10], 418 (1975), BaTi 4 O 9 , Ba 2 Ti
9 O 20 (BaTi 4.5 O 10 ).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】高周波用誘電体磁器材
料において、一般に基本組成を同一として(誘電体特性
以外の特性が類似している)広範囲にわたる比誘電率、
低い誘電損失そして小さく安定な温度計数を同時に実現
することは極めて難しいことである。すなわち前記の従
来の誘電体磁器の比誘電率はどちらも40程度であり、類
似基本組成でカバーできる比誘電率領域は極めて小さ
い。
In the dielectric ceramic material for high frequency, the relative dielectric constant over a wide range generally has the same basic composition (the characteristics other than the dielectric characteristics are similar).
Simultaneous realization of low dielectric loss and small and stable temperature counting is extremely difficult. That is, the relative permittivity of the above-mentioned conventional dielectric ceramics is about 40, and the relative permittivity region that can be covered by the similar basic composition is extremely small.

【0005】本発明はかかる課題を解消するためになさ
れたもので、類似した基本組成を保ちながら、マイクロ
波領域において20〜60台にわたる広い比誘電率を示し、
さらに実用上充分に高いQ値と安定で小さな温度係数を
実現し、デバイス開発を容易とする高周波用誘電体磁器
をうることを目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and has a wide relative dielectric constant ranging from 20 to 60 in the microwave region while maintaining a similar basic composition.
It is another object of the present invention to provide a high-frequency dielectric porcelain which realizes a sufficiently high Q value and a stable and small temperature coefficient for practical use, and facilitates device development.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用誘電体
磁器は、 一般式:xSrO・yCaO・z[(1-m)TiO2・m/2{ TaO5/2・(1-
n) GaO3/2・nGdO3/2 }] 式中、0.42≦x ≦0.54(または0.06≦x ≦0.18) 0.06≦y ≦0.18(または0.42≦y ≦0.54) z =0.40 0.05≦m ≦0.70 0.00≦n ≦1.00 x+y =0.6 で示され、さらにMn2O3が全量の3重量%以下添加含有
されてなるものである。
Means for Solving the Problems] high-frequency dielectric ceramic of the present invention have the general formula: xSrO · yCaO · z [( 1-m) TiO 2 · m / 2 {TaO 5/2 · (1-
n) GaO 3/2 · nGdO 3/2 }] where 0.42 ≦ x ≦ 0.54 (or 0.06 ≦ x ≦ 0.18) 0.06 ≦ y ≦ 0.18 (or 0.42 ≦ y ≦ 0.54) z = 0.40 0.05 ≦ m ≦ 0.70 It is represented by 0.00 ≦ n ≦ 1.00 x + y = 0.6, and further contains Mn 2 O 3 in an amount of 3% by weight or less based on the total amount.

【0007】[0007]

【作用】本発明は前記組成のものを用いることにより、
所期目的を達成することができる。
According to the present invention, by using the above-mentioned composition,
The intended purpose can be achieved.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments.

【0009】本発明の実施例の誘電体磁器は、たとえば
炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸
化タンタル、酸化ガリウム、酸化ガドリニウム、酸化マ
ンガンとを、所定割合にて混合、焼結してえられ、 一般式:xSrO・yCaO・z[(1-m)TiO2・m/2{ TaO5/2・(1-
n) GaO3/2・nGdO3/2 }] 式中、0.42≦x ≦0.54(または0.06≦x ≦0.18) 0.06≦y ≦0.18(または0.42≦y ≦0.54) z =0.40 0.05≦m ≦0.70 0.00≦n ≦1.00 x+y =0.6 で示され、さらにMn2O3が全量の3重量%以下添加含有
されてなるものである。その限界量は種々の理由から総
合的に決定され、一義的に規定することは容易ではな
く、また、それぞれ製造する際の処理条件などにより異
なるばあいがあるが、基本的にはつぎのように示すこと
ができる。前記組成範囲以外のx <0.06、x >0.54とな
るQ値の低下が見られる。また、0.18<x <0.42となっ
たばあいには比誘電率は増加するが、Q値と比誘電率の
温度係数とが共に劣化する。また、m の値が特許請求の
範囲外のばあいに、比誘電率の温度係数が劣化する。こ
れらの組成域では、誘電特性の劣化が起こり、工業材料
としての利用が困難となる。また、Mnの添加によりやや
温度係数が、正側に変化するが、3重量%を超えて添加
すると、Q値の低下を招く。
The dielectric porcelain of the embodiment of the present invention is obtained by mixing and sintering strontium carbonate, calcium carbonate, titanium oxide, tantalum oxide, gallium oxide, gadolinium oxide, and manganese oxide at a predetermined ratio. , general formula: xSrO · yCaO · z [( 1-m) TiO 2 · m / 2 {TaO 5/2 · (1-
n) GaO 3/2 · nGdO 3/2 }] where 0.42 ≦ x ≦ 0.54 (or 0.06 ≦ x ≦ 0.18) 0.06 ≦ y ≦ 0.18 (or 0.42 ≦ y ≦ 0.54) z = 0.40 0.05 ≦ m ≦ 0.70 It is represented by 0.00 ≦ n ≦ 1.00 x + y = 0.6, and further contains Mn 2 O 3 in an amount of 3% by weight or less based on the total amount. The limit amount is determined comprehensively for various reasons, and it is not easy to unambiguously define the limit amount.Also, there are cases where the limit amount varies depending on the processing conditions at the time of production, etc. Can be shown. Outside the composition range, a decrease in the Q value of x <0.06, x> 0.54 is observed. When 0.18 <x <0.42, the relative permittivity increases, but both the Q value and the temperature coefficient of the relative permittivity deteriorate. Further, when the value of m is out of the range defined in the claims, the temperature coefficient of the relative permittivity deteriorates. In these composition ranges, the dielectric properties deteriorate, making it difficult to use as an industrial material. The addition of Mn slightly changes the temperature coefficient to the positive side, but adding more than 3% by weight causes a decrease in the Q value.

【0010】以下、本発明を実施例および比較例により
説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples.

【0011】 〔実施例および比較例〕市販の炭酸ストロンチウム、炭
酸カルシウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ガリウ
ム、酸化ガドリニウム、酸化マンガン粉末を、表1に示
すような組成となるように秤量し、ジルコニアボール、
およびエチルアルコールと共に、ナイロン製ボールミル
ポットに装入し、16時間混合を行なった。そののち、こ
の混合泥蒋を、100 ℃にて3時間、蒸発乾燥させ、粉砕
後、1100℃にて、3時間仮焼を行ない、化合物粉末とし
た。さらにこの化合物粉末を前記同条件によりボールミ
ルにより粉砕し、乾燥した。えられた粉末を、700〜800
Kg/cm2の圧力により、直径16mm、高さ12mm程の円柱状に
成形し、この成形体を酸素雰囲気にて、1400〜1550℃
で、4時間焼結を行なうことによって、本発明の実施例
の誘電体磁器をえた。
Examples and Comparative Examples Commercially available powders of strontium carbonate, calcium carbonate, titanium oxide, tantalum oxide, gallium oxide, gadolinium oxide, and manganese oxide were weighed to have the composition shown in Table 1, and zirconia was prepared. ball,
The mixture was charged into a nylon ball mill pot together with ethyl alcohol and mixed for 16 hours. Thereafter, the mixed powder was evaporated to dryness at 100 ° C. for 3 hours, pulverized, and then calcined at 1100 ° C. for 3 hours to obtain a compound powder. Further, the compound powder was pulverized by a ball mill under the same conditions as above and dried. 700-800
The pressure of kg / cm 2, and molded into a diameter of 16 mm, cylindrical as height 12 mm, the molded body in an oxygen atmosphere, from 1400 to 1,550 ° C.
Then, sintering was performed for 4 hours to obtain a dielectric ceramic according to an example of the present invention.

【0012】焼結を大気雰囲気にて行なったほかは実施
例と同様にして比較例の誘電体磁器をえた。
A dielectric ceramic of a comparative example was obtained in the same manner as in the example except that sintering was performed in an air atmosphere.

【0013】前記の様にしてえた各磁器を、所定寸法に
機械加工後、誘電体共振器法により誘電特性(比誘電率
およびQ値)を6GHz にて測定し、その測定結果を表1
に示す。表1には、各組成における比誘電率、Q値、そ
して比誘電率の温度係数が示してある。表1から本発明
の実施例の誘電体磁器はマイクロ波領域においても、20
〜60台にわたる広範囲の比誘電率と充分に高いQ値、小
さく安定な温度係数とを合わせ持っていることが分か
る。
After each of the porcelains obtained as described above is machined to a predetermined size, dielectric properties (relative permittivity and Q value) are measured at 6 GHz by a dielectric resonator method.
Shown in Table 1 shows the relative permittivity, the Q value, and the temperature coefficient of the relative permittivity for each composition. From Table 1, it is clear that the dielectric porcelain of the embodiment of the present invention can be used even in the microwave region.
It can be seen that the dielectric constant has a wide range of up to 60 units, a sufficiently high Q value, and a small and stable temperature coefficient.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、 一般式:xSrO・yCaO・z[(1-m)TiO2・m/2{ TaO5/2・(1-
n) GaO3/2・nGdO3/2 }] 式中、0.42≦x ≦0.54(または0.06≦x ≦0.18) 0.06≦y ≦0.18(または0.42≦y ≦0.54) z =0.40 0.05≦m ≦0.70 0.00≦n ≦1.00 x+y =0.6 で示され、さらにMn2O3が全量の3重量%以下添加含有
されてなることにより、マイクロ波領域においても、20
〜60台にわたる広範囲の比誘電率を持ち、かつ実用上充
分に高いQ値と小さく安定な温度係数を有する高周波用
誘電体磁器をうることができる。たとえば、本発明の誘
電体磁器の使用により、マイクロ波用IC基板などのマイ
クロ波応用部品の高性能化、デバイスなどの設計が容易
となる。
As described above, the present invention provides a compound of the general formula: xSrO.yCaO.z [(1-m) TiO 2 .m / 2 {TaO 5/2. (1-
n) GaO 3/2 · nGdO 3/2 }] where 0.42 ≦ x ≦ 0.54 (or 0.06 ≦ x ≦ 0.18) 0.06 ≦ y ≦ 0.18 (or 0.42 ≦ y ≦ 0.54) z = 0.40 0.05 ≦ m ≦ 0.70 0.00 ≦ n ≦ 1.00 x + y = 0.6 Further, Mn 2 O 3 is added and contained in an amount of 3% by weight or less of the total amount, so that even in the microwave region,
It is possible to obtain a high frequency dielectric ceramic having a wide range of relative dielectric constants of up to 60 units and a sufficiently high Q value and a small and stable temperature coefficient for practical use. For example, by using the dielectric porcelain of the present invention, it is possible to improve the performance of microwave application components such as a microwave IC substrate and to design devices and the like.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一般式:xSrO・yCaO・z[(1-m)TiO2・m/2
{ TaO5/2・(1-n)GaO3/2・nGdO3/2}] 式中、0.42≦x ≦0.54 0.06≦y ≦0.18 z =0.40 0.05≦m ≦0.70 0.00≦n ≦1.00 x+y =0.6 により表わされ、さらにMn2O3が全量の3重量%以下添
加含有されてなる高周波用誘電体磁器。
[Claim 1] General formula: xSrO.yCaO.z [(1-m) TiO 2 .m / 2
{TaO 5/2・ (1-n) GaO 3/2・ nGdO 3/2 }] where 0.42 ≦ x ≦ 0.54 0.06 ≦ y ≦ 0.18z = 0.40 0.05 ≦ m ≦ 0.70 0.00 ≦ n ≦ 1.00 x + A dielectric ceramic for high frequencies, represented by y = 0.6 and further containing Mn 2 O 3 in an amount of 3% by weight or less.
【請求項2】 一般式:xSrO・yCaO・z[(1-m)TiO2・m/2
{ TaO5/2・(1-n)GaO3/2・nGdO3/2}] 式中、0.06≦x ≦0.18 0.42≦y ≦0.54 z =0.40 0.05≦m ≦0.70 0.00≦n ≦1.00 x+y =0.6 により表わされ、さらにMn2O3が全量の3重量%以下添
加含有されてなる高周波用誘電体磁器。
2. The general formula: xSrO.yCaO.z [(1-m) TiO 2 .m / 2
{TaO 5/2・ (1-n) GaO 3/2・ nGdO 3/2 }] where 0.06 ≦ x ≦ 0.18 0.42 ≦ y ≦ 0.54z = 0.40 0.05 ≦ m ≦ 0.70 0.00 ≦ n ≦ 1.00 x + A dielectric ceramic for high frequencies, represented by y = 0.6 and further containing Mn 2 O 3 in an amount of 3% by weight or less.
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