JP2790714B2 - マイクロ波用誘電体磁器材料 - Google Patents
マイクロ波用誘電体磁器材料Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、マイクロ波領域での使用において、高い
比誘電率と実用上十分に高いＱ値（誘電損失の逆数）及
び、小さく安定な温度係数を示すマイクロ波用誘電体磁
器材料に関する。
比誘電率と実用上十分に高いＱ値（誘電損失の逆数）及
び、小さく安定な温度係数を示すマイクロ波用誘電体磁
器材料に関する。
［従来の技術］ マイクロ波用誘電体は、通信機器において共振器、フ
ィルター、分波器、マイクロ波集積回路基板（MIC基
板）等に広く使用されており、その誘電体特性の向上
は、送受信周波数の安定化、フィルター特性の向上、そ
して最近特に要求の高い通信装置、回路の小型化に極め
て有効である。このような誘電体に要求される特性とし
ては、マイクロ波周波数域において、高い比誘電率を
有すること（誘電体応用部品に必要とされる誘電体の大
きさは、比誘電率の平方根に反比例するため、装置ある
いは部品小型化に対し極めて有効である。）、低い誘
導損失を有すること、共振周波数の温度安定性が優れ
ていること、などを挙げることができる。
ィルター、分波器、マイクロ波集積回路基板（MIC基
板）等に広く使用されており、その誘電体特性の向上
は、送受信周波数の安定化、フィルター特性の向上、そ
して最近特に要求の高い通信装置、回路の小型化に極め
て有効である。このような誘電体に要求される特性とし
ては、マイクロ波周波数域において、高い比誘電率を
有すること（誘電体応用部品に必要とされる誘電体の大
きさは、比誘電率の平方根に反比例するため、装置ある
いは部品小型化に対し極めて有効である。）、低い誘
導損失を有すること、共振周波数の温度安定性が優れ
ていること、などを挙げることができる。
従来、上記のような特性を持つ誘電体材料としては、
特公昭59−37526号公報の一般式:xBaO−yTiO2−zSm2O3
（式中、モル百分率として５≦ｘ≦23,57≦ｙ≦82.5,2,
5≦ｚ≦37.5,x＋ｙ＋ｚ＝100）で表わされる材料、或い
は特公昭63−294609号公報の一般式:xBaO−yTiO2−ｚ
｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CaO2）−ｎ（CaO・C
eO2）｝（式中、モル分率として0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ
≦0.85,0.05≦Ｚ≦0.30,0＜ｍ≦0.80,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ
＋ｚ＝1,m＋ｎ≦0.8）で表わされる材料などを挙げるこ
とができる。
特公昭59−37526号公報の一般式:xBaO−yTiO2−zSm2O3
（式中、モル百分率として５≦ｘ≦23,57≦ｙ≦82.5,2,
5≦ｚ≦37.5,x＋ｙ＋ｚ＝100）で表わされる材料、或い
は特公昭63−294609号公報の一般式:xBaO−yTiO2−ｚ
｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CaO2）−ｎ（CaO・C
eO2）｝（式中、モル分率として0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ
≦0.85,0.05≦Ｚ≦0.30,0＜ｍ≦0.80,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ
＋ｚ＝1,m＋ｎ≦0.8）で表わされる材料などを挙げるこ
とができる。
［発明が解決しようとする課題］ 最近のマイクロ波通信機器の小型・軽量化に伴い、通
信機器を構成する個々の部品からの小型化が必要となっ
ている。誘電体応用部品においては、前述の理由から、
従来より高い比誘電率を持つ材料を用いることが小型化
には必須となる。
信機器を構成する個々の部品からの小型化が必要となっ
ている。誘電体応用部品においては、前述の理由から、
従来より高い比誘電率を持つ材料を用いることが小型化
には必須となる。
マイクロ波用誘電体磁器材料において、高い比誘電
率、低い誘電損失、小さく安定な温度特性を全て同時に
実現することは、極めて難しいことである。上記従来の
誘電体は、比誘電率〜84と高い値を示しながら、Ｑ値
（1/誘電損失）、温度係数共に良好な値を示す優れた材
料であった。しかしながら、よりいっそうの誘電体応用
部品の小型化を推し進めるためには、従来材料の比誘電
率では十分ではなく、より高い値を示す材料が必要とな
る。そして、従来より高い比誘電率を示す実用的な材料
は、極めて少ないのが現状である。
率、低い誘電損失、小さく安定な温度特性を全て同時に
実現することは、極めて難しいことである。上記従来の
誘電体は、比誘電率〜84と高い値を示しながら、Ｑ値
（1/誘電損失）、温度係数共に良好な値を示す優れた材
料であった。しかしながら、よりいっそうの誘電体応用
部品の小型化を推し進めるためには、従来材料の比誘電
率では十分ではなく、より高い値を示す材料が必要とな
る。そして、従来より高い比誘電率を示す実用的な材料
は、極めて少ないのが現状である。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたも
のであり、マイクロ波周波数領域において、従来より高
い比誘電率、実用上十分なＱ値、そして、小さく安定な
温度特性を有するマイクロ波用誘電体磁器材料を得るこ
とを目的とする。
のであり、マイクロ波周波数領域において、従来より高
い比誘電率、実用上十分なＱ値、そして、小さく安定な
温度特性を有するマイクロ波用誘電体磁器材料を得るこ
とを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明のマイクロ波用誘電体磁器材料は、一般式
（１）で表わされる仮焼物 xBaO−yTiO2−ｚ｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CeO2）−ｎ（CaO・CeO2）｝ ……（１） （式中、モル分率で、0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ≦0.85,0.
05≦Ｚ≦0.3,0≦ｍ≦0.8,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ＋ｚ＝1,0＜
ｍ＋ｎ≦0.8） に対して、SrTiO3をモル分率（Ａ）で、０＜Ａ≦0.40
の範囲で加えて得られたものである。
（１）で表わされる仮焼物 xBaO−yTiO2−ｚ｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CeO2）−ｎ（CaO・CeO2）｝ ……（１） （式中、モル分率で、0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ≦0.85,0.
05≦Ｚ≦0.3,0≦ｍ≦0.8,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ＋ｚ＝1,0＜
ｍ＋ｎ≦0.8） に対して、SrTiO3をモル分率（Ａ）で、０＜Ａ≦0.40
の範囲で加えて得られたものである。
［作用］ この発明のマイクロ波用誘電体磁器材料は、上記のよ
うにして得たものであるので、SrTiO3を定量的に混合す
ることができ、所定の誘電特性を効率良くく、また歩留
まり良く得ることができる。即ち、BaO−TiO2−Sm2O3系
磁器材料に含有されるSm2O3の一部を成分（SrO・CeO2）
または成分（CaO・CeO2）で置換したことによりＱ値
を、成分SrTiO3を含有させたことにより比誘電率を大き
く増加させる。
うにして得たものであるので、SrTiO3を定量的に混合す
ることができ、所定の誘電特性を効率良くく、また歩留
まり良く得ることができる。即ち、BaO−TiO2−Sm2O3系
磁器材料に含有されるSm2O3の一部を成分（SrO・CeO2）
または成分（CaO・CeO2）で置換したことによりＱ値
を、成分SrTiO3を含有させたことにより比誘電率を大き
く増加させる。
［実施例］ 以下、この発明を、実施例および比較例により具体的
に説明する。
に説明する。
出発原料には、化学的に高純度のBaCO3、TiO2、Sm
2O3、CaCO3、SrCO3、CeO2、Mn2O3、SrTiO3を用いた。こ
れらの原料を上記一般式（１）における成分組成（x,y,
z,m,n）が、モル分率で表に示す値となるように各試料
別に秤量して調合混合し、空気中で1000〜1200℃で２時
間反応、仮焼成した。ついで、得られた仮焼品を乳鉢、
ボールミル等で粉砕した後、所定量のSrTiO3成分を同様
にして混合した。このようにして作成した混合粉末を、
成形圧力800Kg/cm2で直径12mm、高さ15mmの円柱状及び
直径12mm、高さ15mmの円板状ににプレス成形した。得ら
れた成形体を、酸素雰囲気中、約1300〜1500℃に４〜50
時間保持して誘電体磁器を得た。得られた誘電体磁器に
は、それぞれ研削加工を施し、平行導体板誘電体円柱共
振器法により6GHzで比誘電率とＱ値を、ついで1MHzで温
度係数（比誘電率の温度係数：τｋ）を−10〜50℃の温
度範囲で測定した。
2O3、CaCO3、SrCO3、CeO2、Mn2O3、SrTiO3を用いた。こ
れらの原料を上記一般式（１）における成分組成（x,y,
z,m,n）が、モル分率で表に示す値となるように各試料
別に秤量して調合混合し、空気中で1000〜1200℃で２時
間反応、仮焼成した。ついで、得られた仮焼品を乳鉢、
ボールミル等で粉砕した後、所定量のSrTiO3成分を同様
にして混合した。このようにして作成した混合粉末を、
成形圧力800Kg/cm2で直径12mm、高さ15mmの円柱状及び
直径12mm、高さ15mmの円板状ににプレス成形した。得ら
れた成形体を、酸素雰囲気中、約1300〜1500℃に４〜50
時間保持して誘電体磁器を得た。得られた誘電体磁器に
は、それぞれ研削加工を施し、平行導体板誘電体円柱共
振器法により6GHzで比誘電率とＱ値を、ついで1MHzで温
度係数（比誘電率の温度係数：τｋ）を−10〜50℃の温
度範囲で測定した。
その結果を、表に示した。表中、＊印は、この発明の
範囲外のもので、比較例として挙げたものである。それ
以外はすべてはこの発明の範囲内のものである。試料番
号20、21、24、25は副成分としてMn2O3を添加した例で
ある。尚、試料番号25、29はＱ値が小さいため、温度係
数（τｋ）の測定を行なっていない。
範囲外のもので、比較例として挙げたものである。それ
以外はすべてはこの発明の範囲内のものである。試料番
号20、21、24、25は副成分としてMn2O3を添加した例で
ある。尚、試料番号25、29はＱ値が小さいため、温度係
数（τｋ）の測定を行なっていない。
所期特性を示す各成分の効果及び限界量は、複合的か
つ相乗的に現れ、決定されるため成分個々の多少で特定
することは難しい。しかし、基本的には表における試料
番号２、３及び９、10の比較から、成分（SrO・Ce
O2）、（CaO・CeO2）の含有によってＱ値が向上し、試
料番号３、４、12、13、16、17の比較から成分SrTiO3の
含有によって、比誘電率が大きく増加することが分か
る。また、試料番号６、７、10、12、13、16、17の比較
から成分（SrO・CeO2）の含有はτｋをマイナス側に、
成分（CaO・CeO2）の含有はτｋをプラス側に、そして
成分SrTiO3の含有はτｋをマイナス側にそれぞれ移行さ
せることがわかる。すなわち、上記三成分（SrO・Ce
O2）、（CaO・CeO2）、SrTiO3により任意に温度係数を
調整できる。さらに、試料番号11、20の比較から副成分
Mn2O3の添加含有により比誘電率がわずかに増加するこ
とがわかる。このようにこの発明の誘電体磁器は、マイ
クロ波周波数帯において、誘電率及びＱ値が大きく、誘
電率の温度係数を容易に補償することができる。成分Ba
Oのモル分率ｘが0.25より大きくなるか、或いは、成分T
iO2のモル分率ｙが0.60より小さくなると比誘電率、Ｑ
値が低下し、成分SrTiO3のモル分率が0.00の場合には比
誘電率が低下し、マイクロ波用誘電体磁器材料として不
適当になる。この比誘電率とＱ値の低下は、成分SrO・C
eO2と成分CaO・CeO2のモル分率の和（ｍ＋ｎ）が0.8よ
り大きい場合、または副成分Mn2O3を3wt％を越えて添加
含有した場合にも生ずる。また、成分BaOのモル分率ｘ
が0.1より小さく、成分TiO2のモル分率ｙが0.85より大
きくなるとτｋの絶対値が大きくなり、部品としての応
用が難しくなり、成分SrTiO3のモル分率が0.4を越えた
場合にはＱ値が低下し工業材料として不適当になる。ま
た、ｍが0.8を越えたり、ｎが0.8以上になると比誘電率
が低下する。
つ相乗的に現れ、決定されるため成分個々の多少で特定
することは難しい。しかし、基本的には表における試料
番号２、３及び９、10の比較から、成分（SrO・Ce
O2）、（CaO・CeO2）の含有によってＱ値が向上し、試
料番号３、４、12、13、16、17の比較から成分SrTiO3の
含有によって、比誘電率が大きく増加することが分か
る。また、試料番号６、７、10、12、13、16、17の比較
から成分（SrO・CeO2）の含有はτｋをマイナス側に、
成分（CaO・CeO2）の含有はτｋをプラス側に、そして
成分SrTiO3の含有はτｋをマイナス側にそれぞれ移行さ
せることがわかる。すなわち、上記三成分（SrO・Ce
O2）、（CaO・CeO2）、SrTiO3により任意に温度係数を
調整できる。さらに、試料番号11、20の比較から副成分
Mn2O3の添加含有により比誘電率がわずかに増加するこ
とがわかる。このようにこの発明の誘電体磁器は、マイ
クロ波周波数帯において、誘電率及びＱ値が大きく、誘
電率の温度係数を容易に補償することができる。成分Ba
Oのモル分率ｘが0.25より大きくなるか、或いは、成分T
iO2のモル分率ｙが0.60より小さくなると比誘電率、Ｑ
値が低下し、成分SrTiO3のモル分率が0.00の場合には比
誘電率が低下し、マイクロ波用誘電体磁器材料として不
適当になる。この比誘電率とＱ値の低下は、成分SrO・C
eO2と成分CaO・CeO2のモル分率の和（ｍ＋ｎ）が0.8よ
り大きい場合、または副成分Mn2O3を3wt％を越えて添加
含有した場合にも生ずる。また、成分BaOのモル分率ｘ
が0.1より小さく、成分TiO2のモル分率ｙが0.85より大
きくなるとτｋの絶対値が大きくなり、部品としての応
用が難しくなり、成分SrTiO3のモル分率が0.4を越えた
場合にはＱ値が低下し工業材料として不適当になる。ま
た、ｍが0.8を越えたり、ｎが0.8以上になると比誘電率
が低下する。
尚、上記実施例では、出発原料としてBaCO3、TiO2、S
m2O3、CaCO3、SrCO3、CeO2、Mn2O3、SrTiO3を用いた
が、特にこれらの原料に限定される必要はなく、必要に
応じて各金属成分を含有する化合物、BaTiO3などの複合
酸化物を用いても良い。
m2O3、CaCO3、SrCO3、CeO2、Mn2O3、SrTiO3を用いた
が、特にこれらの原料に限定される必要はなく、必要に
応じて各金属成分を含有する化合物、BaTiO3などの複合
酸化物を用いても良い。
以上、表からも分かるように、この実施例によれば、
比誘電率97を示す組成の誘電体磁器材料が得られるとと
もに、BaO−TiO2−Sm2O3系磁器における成分Sm2O3の一
部を成分（SrO・CeO2）及び（CaO・CeO2）で置換し、更
に、成分SrTiO3を含有させることにより、従来より高
い、比誘電率、実用上十分なＱ値、Oppm/℃を中心に調
整可能な温度係数を有する誘電体磁器が得られ、また、
Mn2O3を添加すれば、焼結性を改善すると共に、より大
きな比誘電率の誘電体磁器を得ることができる。
比誘電率97を示す組成の誘電体磁器材料が得られるとと
もに、BaO−TiO2−Sm2O3系磁器における成分Sm2O3の一
部を成分（SrO・CeO2）及び（CaO・CeO2）で置換し、更
に、成分SrTiO3を含有させることにより、従来より高
い、比誘電率、実用上十分なＱ値、Oppm/℃を中心に調
整可能な温度係数を有する誘電体磁器が得られ、また、
Mn2O3を添加すれば、焼結性を改善すると共に、より大
きな比誘電率の誘電体磁器を得ることができる。
［発明の効果］ 以上説明した通り、この発明は、一般式（１）で表さ
れる仮焼物 xBaO−yTiO2−ｚ｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CeO2）−ｎ（CaO・CeO2）｝ ……（１） （式中、モル分率で、0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ≦0.85,0.
05≦Ｚ≦0.3,0≦ｍ≦0.8,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ＋ｚ＝1,0＜
ｍ＋ｎ≦0.8） に対して、SrTiO3をモル分率（Ａ）で、０＜Ａ≦0.40
の範囲で加えて得られたものであり、所定の誘電特性を
効率良く、また歩留まり良く得ることができる。また、
マイクロ波周波数域において従来より高い比誘電率、実
用上十分に高いＱ値、そして小さく安定な温度係数を有
する優れたマイクロ波用誘電体磁器材料が得られ、例え
ば、誘電体共振器等のマイクロ波用部品の小型化、高性
能化を促すことができる。
れる仮焼物 xBaO−yTiO2−ｚ｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CeO2）−ｎ（CaO・CeO2）｝ ……（１） （式中、モル分率で、0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ≦0.85,0.
05≦Ｚ≦0.3,0≦ｍ≦0.8,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ＋ｚ＝1,0＜
ｍ＋ｎ≦0.8） に対して、SrTiO3をモル分率（Ａ）で、０＜Ａ≦0.40
の範囲で加えて得られたものであり、所定の誘電特性を
効率良く、また歩留まり良く得ることができる。また、
マイクロ波周波数域において従来より高い比誘電率、実
用上十分に高いＱ値、そして小さく安定な温度係数を有
する優れたマイクロ波用誘電体磁器材料が得られ、例え
ば、誘電体共振器等のマイクロ波用部品の小型化、高性
能化を促すことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 清 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社材料研究所内 (72)発明者 内海 良和 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社材料研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−294609（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01B 3/12 C04B 35/46 H01P 7/10
Claims (1)
- 【請求項１】一般式（１）で表される仮焼物 xBaO−yTiO2−ｚ｛（１−ｍ−ｎ）Sm2O3−ｍ（SrO・CeO2）−ｎ（CaO・CeO2）｝ ……（１） （式中、モル分率で、0.1≦Ｘ≦0.25,0.6≦ｙ≦0.85,0.
05≦Ｚ≦0.3,0≦ｍ≦0.8,0≦ｎ＜0.8,x＋ｙ＋ｚ＝1,0＜
ｍ＋ｎ≦0.8） に対して、SrTiO3をモル分率（Ａ）で、０＜Ａ≦0.40の
範囲で加えて得られたマイクロ波用誘電体磁器材料。
Priority Applications (2)
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