JP3100173B2 - 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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JP3100173B2 JP03049044A JP4904491A JP3100173B2 JP 3100173 B2 JP3100173 B2 JP 3100173B2 JP 03049044 A JP03049044 A JP 03049044A JP 4904491 A JP4904491 A JP 4904491A JP 3100173 B2 JP3100173 B2 JP 3100173B2
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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、Q値、比誘電率及び
共振周波数の温度係数においてバランスが取れた性能を
確保しつつ特に適性な温度係数を有するマイクロ波誘電
体磁器組成物に関する。本発明はマイクロ波領域におい
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】従来のマイクロ波誘電体磁器組成物とし
ては、ZrO2 −SnO2 −TiO2 系磁器組成物、B
aO−TiO2 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、従来の磁器組
成物では、比誘電率若しくはQ値が小さかったり、又は
所望の温度係数が得られなかったりする等の問題があ
る。特に、比誘電率、Q値及び温度係数の性能がいずれ
も優れた、異なった組成を有する新規なマイクロ波誘電
体磁器組成物が望まれている。特に、BaO・4TiO
2 (BaTi4 9 )の組成を有する誘電体磁器は、マ
イクロ波用誘電体として知られている。しかし、この磁
器は、誘電率εr が約38程度、無負荷Q値が約300
0程度と高い値を示すが、共振周波数の温度係数τf
約+50ppm/℃と大きいため、マイクロ波共振器と
して設計する場合、温度に安定した性能を有するものを
得ることができなかった。この為、前記τf が0近傍の
ものが望まれていた。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、比誘電率を維持しつつ実用
的な温度係数(0に近づけたもの)を示し、優れた性能
バランスを有する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。)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、BaO・4
TiO2(BaTi49)に、所定量のSnO2を含有さ
せることによって、τfを可及的に0に近づけることに
成功して、本発明を完成するに至ったのである。即ち、
本発明の誘電体磁器組成物は、Ba酸化物、Ti酸化
物、およびSn酸化物のみからなる組成物であって、1
275〜1300℃で焼成してなり、BaO・4TiO
2(BaTi49)を主成分とし、これにSnO25〜
15重量%含有することを特徴とする。SnO2を含有
させるのは、これを含まないBaO・4TiO2(Ba
Ti49)はプラス側の大きなτfを示すが、このSn
2の添加により、このτfをマイナス側に移行させるこ
とができるからである。この添加量が5重量%未満では
添加効果が十分に発揮されず、15重量%を越えると他
の特性の無負荷Q値や比誘電率が著しく低下し実用に
供し得なくなる。本磁器組成物は、所定の原料を所定量
混合し、焼結して製造される。例えば、焼結後BaOと
なる原料粉末とTiO2粉末とSnO2粉末とを前記組成
式に相当する量を混合仮焼し、これを粉砕して仮焼粉末
を製造し、この仮焼粉末を成形し、上記温度範囲で焼成
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 粉末と純度99.9%のT
iO2 粉末と純度99.8%のSnO2 粉末とを、Ba
OとTiO2 との組成ではBaO・4TiO2 (BaT
4 9 )となる組成、且つこれに表1及び表2に示す
ように5、10、15重量%(前記BaO・4TiO2
に対する)のSnO2 の添加となる組成になるように、
所定量(全量で約650g)秤量混合し、アイリッヒミ
キサーで乾式による一次粉砕及び混合を施した。その
後、大気雰囲気中1100℃の温度で2時間仮焼した。
次いで、この仮焼粉末に適量の有機バインダー(ポリビ
ニルアルコールの約29g)とイオン交換水(約300
〜500g)を加え、20mmφのアルミナボールで二
次粉砕した後、噴霧乾燥により造粒し、この造粒された
素地を1000kg/cm2 のプレス圧で19mmφ×
10mmt(厚さ)の円柱状に成形した。次に、この成
形体を大気中、1250℃(試料No.1〜3)、12
75℃(試料No.4〜6)、1300℃(試料No.
7〜9)、1325℃(試料No.10〜12)、13
50℃(試料No.13〜15)及び1375℃(試料
No.16〜18)の各温度で、4時間焼成し、最後
に、16mmφ×8mmt(厚さ)の円柱状に研磨し
て、誘電体試料(No.1〜18)とした。そして、Q
u値と比誘電率εr は、平行導体板型誘電体共振器法を
用いてTE011 モードより測定した。共振周波数の温度
係数τf は−30〜80℃の範囲で測定した。共振周波
数はほぼ4.5GHzである。
【0006】(2)性能評価 前記の各誘電体試料の特性を調べ、その結果を表1(焼
成温度;1250、1275、1300℃)及び表2
(焼成温度;1325、1350、1375℃)に示し
た。
【表1】
【表2】 これらの結果によれば、SnO2 の添加量の増加ととも
にQu値が減少する。そして、焼成温度が低い程Qu値
は高い傾向にある。εr はSnO2 の添加量の増加とと
もにやや減少し、焼成温度が高い程εr は高い傾向にあ
るが、いずれの場合も29以上の高い値を示している。
また、τf はSnO2 の添加量の増加とともにプラスの
値からマイナスの値へと向かう。特に、焼成温度が高温
になるに従って、そのτf のマイナス方向への低下が著
しくなる。例えば、焼成温度が1375℃でSnO2
添加量が15重量%(No.18)では、−0.96p
pm/℃となる。特に、この場合はQu値の高さよりも
τf の低さに着目する利用分野では有用となる。また、
焼結密度は、焼成温度が1325℃を越えるとあまり変
わらないが、1275℃以上の場合には、いずれのもの
も4.3g/cm3 以上の高密度となる。
【0007】更に、焼結体の結晶構造を検討するために
前記試験No.16(焼成温度;1375℃、SnO2
添加量;5重量%)とNo.18(焼成温度;1375
℃、SnO2 添加量;15重量%)とNo.9(焼成温
度;1300℃、SnO2 添加量;15重量%)の焼結
体のX線回折を実施し、その結果を各々図1、図2及び
図3に示した。尚、表中の●印はBaTi4 9 、○印
はBa2 Ti9 20、△印はBa2 Ti5 12、Snは
SnO2 の各帰属ピークを示す。図1と図2の結果によ
れば、SnO2 の添加量の増加に従って、BaTi4
9 が減少し、代わってBa2 Ti9 20が増加した。こ
れは、SnO2 の増加に伴ってQu値が減少してプラス
からマイナスの方向へ向かうことと対応している。ま
た、図1と図3に示すように、SnO2 の同添加量(1
5重量%)の場合、焼成温度を比較すると、1300℃
ではBaTi4 9 が中心組成であり、1375℃では
Ba2 Ti9 20が中心組成であった。これは、137
5℃よりも1300℃焼成の方がQu値がプラスの方に
高くなるという結果と対応している。以上より、BaT
4 9 +SnO2 系において、Qu値及びτf の挙動
は、BaTi4 9 とBa2 Ti9 20の生成量の影響
を受けていると考えられる。従って、BaTi4 9
Ba2 Ti9 20の組成比を変えることにより、目的、
用途に応じた種々のQu値又はτf を具備するものとす
ることができる。以上より、比誘電率、Qu値及び焼結
密度を大きくとり、且つ温度係数τf をできるだけ0に
近づけたい場合には、各設定値に応じて、SnO2 の添
加量及び焼成温度を適宜選択することができる。即ち、
SnO2 の添加量が5〜15重量%の場合τf を約−1
〜+12ppm/℃とすることができる。また、以下の
特性を満足する場合には、SnO2 の添加量を15重量
%以下とするとともに焼成温度を1250〜1350℃
とすることができる。 比誘電率εr ;28〜36 Qu値;1200〜2600(4.5GHzの場合) 温度係数τf ;+2〜12 ppm/℃ このうち、特に焼成密度を4.3g/cm3 以上にする
には1275℃〜1350℃にて焼成することができ、
この場合は、全ての性能のバランスが大変よい。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BaCO3 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。
【0008】
【発明の効果】以上のように、本発明の誘電体磁器組成
物は、Qu値、比誘電率εr 及び共振周波数の温度係数
τf が全て実用的範囲にあり、その性能バランスがよ
い。特に温度係数が0に近づいた値となり、マイクロ波
共振器として設計する場合、温度に対して安定した性能
を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例において製造された試料No.16の焼
結体のX線回折の結果を示す説明図である。
【図2】実施例において製造された試料No.18の焼
結体のX線回折の結果を示す説明図である。
【図3】実施例において製造された試料No.9の焼結
体のX線回折の結果を示す説明図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−18805(JP,A) 特開 昭62−36064(JP,A) 特開 昭60−264359(JP,A) 特開 昭63−292509(JP,A) (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】 Ba酸化物、Ti酸化物、およびSn酸
    化物のみからなる組成物であって、BaO・4TiO2
    (BaTi49)を主成分とし、これにSnO25〜
    15重量%含有す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】 焼結後BaOとなる原料粉末とTiO 2
    粉末とSnO 2 粉末とを混合仮焼し、これを粉砕して仮
    焼粉末を製造し、該仮焼粉末を成形し、1275〜13
    00℃で焼成してなる請求項1記載のマイクロ波誘電体
    磁器組成物。
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