JP3067815B2 - マイクロ波誘電体磁器組成物 - Google Patents

マイクロ波誘電体磁器組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波誘電体磁器
組成物に関し、更に詳しく言えば、高いQ値及び比誘電
率を示しかつ実用的範囲の温度係数を示すマイクロ波誘
電体磁器組成物に関し、更に容易に焼成して製造される
マイクロ波誘電体磁器組成物に関する。本発明はマイク
ロ周波数領域において誘電体共振器、マイクロ波集積回
路基板、各種マイクロ波回路のインピーダンス整合等に
利用される。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波誘電体磁器組成物(以下、単
に誘電体磁器組成物という。)は、使用周波数が高周波
となるに従って誘電損失が大きくなる傾向にあるので、
マイクロ周波数領域でQ値の大きな誘電体磁器組成物が
望まれている。従来の誘電体磁器材料としては、ZrO
2 −SnO2 −TiO2 系磁器組成物、BaO−TiO
2 系磁器組成物及びその一部を他の元素で置換した磁器
組成物(特公平1−37807号公報)等が知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の誘電体
磁器組成物では、Q値若しくは比誘電率が小さかった
り、又は所望の温度係数が得られなかったり、その製造
における焼結性が悪かったりする等の問題がある。ま
た、異なった組成を有する新規な誘電体磁器組成物が望
まれており、しかもその焼結性に優れ容易に製造できる
ものが一層好ましい。本発明は上記観点に鑑みてなされ
たものであり、高いQ値及び比誘電率を示し且つ実用的
範囲の温度係数を示す誘電体磁器組成物、更に、容易に
焼成して製造される誘電体磁器組成物を提供することを
目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、Ba−Zn
−Ta−Ti−O系の誘電体磁器組成物について、以下
に示す性能を全て満足する磁器組成物について種々検討
した結果、本発明を完成するに至ったのである。 Q値;主に5000以上、特に8000以上(4.5G
Hzの場合) 比誘電率εr ;30以上 温度係数τf ;−20〜+20、特に−15〜+10
ppm/℃ 焼結性;良好、特に1300℃以下で良好に焼成。 即ち、本第1発明の誘電体磁器組成物は、BaO・xT
iO2 (但し、xは3.7≦x≦4.5)で表される組
成物に対して、Ba3 Ti12Zn7 34を1.0〜10
重量%、Ta2 5 を2〜8重量%、添加含有せしめて
なることを特徴とする。本第2発明の誘電体磁器組成物
は、第1発明の組成に、更に、MnO2を0.2〜0.
4重量%、添加含有せしめてなることを特徴とする。B
aO・xTiO2 のxが3.7より小さいと比誘電率ε
r が低く、逆に4.5を越えるとQ値が低くなり、好ま
しくないからである。Ba3 Ti12Zn7 34の添加
は、共振周波数の温度係数τf をプラス側に以降させる
もので、これを含まないと共振周波数の温度係数τf
マイナス側でおきくなり、10重量%を越える過剰の添
加は、逆にτf がプラス側で大きくなるとともに、Q
値、τf が小さくなる。Ta2 5 の添加は、Q値を向
上させるもので、2重量%の添加からその効果を発揮す
るが、8重量%を越える過剰の添加は、逆にQ値の低下
を招くことになる。MnO2 の添加は、磁器の焼結性を
改善するもので、0.1〜0.4重量%の添加範囲で低
温(1250〜1300℃)で焼成でき、これらの添加
範囲外では1300℃を越える高温でないと焼結しにく
くなる。本磁器組成物は、所定の原料を所定量混合し、
焼成して製造される。例えば、焼成後BaOとなる原料
粉末とTiO2 粉末とから所定組成比のBaO・xTi
2 粉末を合成し、これに所定量のBa3 Ti12Zn7
34粉末、MnO2 粉末、Ta2 5 粉末を添加し焼成
して製造することができる。
【0005】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。 (1)各試料の作製 純度99.9%のBaCO3 粉末、TiO2 粉末を各組
成に応じて所定量秤量混合し、ミキサーで乾式による粉
砕及び混合を施す。その後、酸素雰囲気中1000℃の
温度で6時間熱処理して、BaO・xTiO2粉末
(3.7≦x≦4.5)を合成する。一方、純度99.
9%のBaCO3 粉末、TiO2 粉末及びZnO粉末を
出発原料として、モル比がそれぞれ、Ba:Ti:Zn
=3:12:7になるように秤量、混合し、これをミキ
サーで乾式による粉砕及び混合を施した後、酸素雰囲気
中で1250℃で10時間熱処理してBa3 Ti12Zn
7 34粉末を合成する。前記のようにして得られたBa
O・xTiO2 粉末にBa3 Ti12Zn7 34粉末、M
nO2 粉末、Ta2 5 粉末を、表1〜4に示す各組成
に応じて所定量添加し、再び、ミキサーで乾式による粉
砕及び混合を施した後、適量の有機バインダーと水を加
え、30mmφのアルミナボールで粉砕した後、噴霧乾
燥により造粒し、この造粒された原料を用いて1500
kg/cm2 のプレス圧で18mmφ×15mmt(厚
さ)の円盤状に成形した。次に、この成形体を大気中、
1250℃から1350℃の温度で、10時間焼成し、
最後に、12mmφ×10mmt(厚さ)の円板状に研
磨して、誘電体試料とした。そして、Q値(1/tan
δ)、比誘電率εr 、共振周波数の温度係数τf の測定
は、比誘電率εr が最下となる焼結温度の試料が得られ
た。εr とQ値は誘電体共振器法により測定した。τf
は−30〜80℃の範囲で、τf =−1/2τε−α式
から求めた。共振周波数はほぼ4.5GHzである。線
膨張係数αは9.5〜11ppm/℃である。τεは比
誘電率εr の温度係数である。また、焼結性の良否にお
いて、×は1300℃を越える温度にて焼成しないと上
手く焼結できない場合を示し、○は1300℃以下にて
上手く焼成できる場合を示す。
【0006】(2)性能評価 前記の各誘電体試料の特性を調べた、表1、表2、表3
及び表4に示した。尚、該表中、*印表記の数字は、特
に性能が優れない場合(即ち、Q値が5000未満、温
度係数が−20未満を示す。そして、#印表記の数字は
十分に実用的性能を示すが、他と比べるとやや性能が悪
い場合を示す。そして、「総合評価」欄中の×印欄は本
発明に含まれない場合、△印は本発明に含まれる場合も
含まれない場合もあり、また焼結性が悪い場合も含む。
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】 これらの結果によれば、BaO・xTiO2 のxが3.
6の場合(No.1)は、εr が31.0と低い。この
xが4.6と大きい場合(No.11)は、Qu値が4
200と小さい。これが3.7〜4.5の場合(No.
2〜10)は、比誘電率、Qu値及び温度係数のバラン
スが極めてよい。Ba3 Ti12Zn7 34成分を含まな
い場合(No.12、20)は温度係数が−24、−2
1とマイナス側で大きい。また、これを11重量%含む
場合(No.19)はQ値が4900、εrが31.7
とやや小さくなり、温度係数も+12とプラス側で大き
くなり、いずれもτf の直線的変化から大きく外れ、任
意のτf に制御できなくなる。また、Ta2 5 成分が
1重量%の場合(No.36、41)は、Qu値が48
00、4200と著しく小さく、これが9重量%の場合
(No.40、45)も、Q値が4800、4600と
著しく小さく、いずれも好ましくない。更に、MnO2
成分を含まない場合(No.28、30)は、焼成温度
が1300℃以上で焼結しないと緻密な焼結体が得られ
ず、焼結性が悪い。また、この成分が0.5重量%の場
合(No.33、35)においても、焼結性が悪い。前
記以外の試料の場合(No.2〜10、13〜18、2
1〜26、29、31〜32、34、37〜39、42
〜44、即ち、BaO・xTiO2 のxが3.7≦x≦
4.5、Ba3 Ti12Zn7 34が1.0〜10重量
%、Ta2 5 が2〜8重量%、MnO2 が0.2〜
0.4重量%、添加含有される場合)は、比誘電率、Q
u値及び温度係数、更に焼結性の全てに大変優れ、性能
のバランスが極めてよい。尚、MnO2を含まないが、
BaO・xTiO2 のxが3.7≦x≦4.5、Ba3
Ti12Zn7 34が1.0〜10重量%、Ta2 5
2〜8重量%の範囲に含まれる場合(No.28、3
0)は、焼結性を除いた性能(実用特性)は十分に優れ
たものである。尚、本考案においては、前記具体的実施
例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本考案の
範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即
ち、前記仮焼温度等の仮焼条件、焼成温度等の焼成条件
等は種々選択できる。また、BaOとなる原料も前記B
aCO3 以外にも、過酸化物、水酸化物、硝酸塩等を用
いることもできる。
【0007】
【発明の効果】以上のように、本発明の誘電体磁器組成
物は、高いQ値及び比誘電率、且つ実用的な温度係数τ
f を全て具備し、大変バランスのとれた実用的に著しく
優れたものである。更に、0.1〜0.4重量%のMn
2 を含む誘電体磁器組成物は、前記性能を全て満足す
るとともに、その製造の際の焼結性にも優れ、更に一層
バランスの優れた実用性を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/42 - 35/49 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 BaO・xTiO2 (但し、xは3.7
    ≦x≦4.5)で表される組成物に対して、Ba3 Ti
    12Zn7 34を1.0〜10重量%及びTa2 5 を2
    〜8重量%、添加含有せしめてなることを特徴とするマ
    イクロ波誘電体磁器組成物。
  2. 【請求項2】 BaO・xTiO2 (但し、xは3.7
    ≦x≦4.5)で表される組成物に対して、Ba3 Ti
    12Zn7 34を1.0〜10重量%、Ta2 5 を2〜
    8重量%及びMnO2 を0.2〜0.4重量%、添加含
    有せしめてなることを特徴とするマイクロ波誘電体磁器
    組成物。
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