JP3220361B2 - アルミナ質磁器組成物 - Google Patents
アルミナ質磁器組成物Info
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- JP3220361B2 JP3220361B2 JP20575195A JP20575195A JP3220361B2 JP 3220361 B2 JP3220361 B2 JP 3220361B2 JP 20575195 A JP20575195 A JP 20575195A JP 20575195 A JP20575195 A JP 20575195A JP 3220361 B2 JP3220361 B2 JP 3220361B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体共振器、マ
イクロ波導波路、マイクロ波コンデンサ、マイクロ波I
C基板、ICパッケージ、誘電体アンテナ等の電気通信
分野またはマイクロ波透過窓等の核融合関係設備分野な
どの高周波用として好適に利用されるアルミナ質磁器組
成物に関する。
イクロ波導波路、マイクロ波コンデンサ、マイクロ波I
C基板、ICパッケージ、誘電体アンテナ等の電気通信
分野またはマイクロ波透過窓等の核融合関係設備分野な
どの高周波用として好適に利用されるアルミナ質磁器組
成物に関する。
【0002】
【従来技術】近年、通信網の急激な発展に伴って、通信
に使用する周波数が拡大すると同時に、マイクロ波領域
やミリ波領域などの高周波領域にまで及びつつある。一
方、誘電体磁器は、コンデンサなどの他に、誘電体共振
器や集積回路基板、誘電体アンテナ、各種高周波回路の
インピーダンス整合等に応用されており、これらについ
てもマイクロ波やミリ波に対しても適応可能なものが望
まれている。例えば、フィルタやガンまたはFETマイ
クロ波発振器の周波数安定化のために必要となり、その
需要が増大している。
に使用する周波数が拡大すると同時に、マイクロ波領域
やミリ波領域などの高周波領域にまで及びつつある。一
方、誘電体磁器は、コンデンサなどの他に、誘電体共振
器や集積回路基板、誘電体アンテナ、各種高周波回路の
インピーダンス整合等に応用されており、これらについ
てもマイクロ波やミリ波に対しても適応可能なものが望
まれている。例えば、フィルタやガンまたはFETマイ
クロ波発振器の周波数安定化のために必要となり、その
需要が増大している。
【0003】マイクロ波回路素子の大きさは、電磁波の
波長が基準となっており、誘電体を用いたマイクロ波立
体回路内を電磁波が伝搬するときのその波長は、真空中
の波長をλ0 、比誘電率をεとするとλ0 /ε1/2 とな
る。
波長が基準となっており、誘電体を用いたマイクロ波立
体回路内を電磁波が伝搬するときのその波長は、真空中
の波長をλ0 、比誘電率をεとするとλ0 /ε1/2 とな
る。
【0004】一方、セラミックスとして最も一般に使用
されているアルミナは、サファイア単結晶の場合、誘電
率が10前後、誘電損失は10-6(8GHz)と低損失
であるが、非常に高価である。これに対して、アルミナ
粉末に各種の焼結助剤を添加し焼結したアルミナ質焼結
体は、機械的強度が高く、低コストであるため上述した
ような電気通信分野での利用が大いに期待されている。
されているアルミナは、サファイア単結晶の場合、誘電
率が10前後、誘電損失は10-6(8GHz)と低損失
であるが、非常に高価である。これに対して、アルミナ
粉末に各種の焼結助剤を添加し焼結したアルミナ質焼結
体は、機械的強度が高く、低コストであるため上述した
ような電気通信分野での利用が大いに期待されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ナを主成分とする磁器は、そもそも共振周波数の温度係
数(以下、τfと記す)が約−55ppm/℃と大きい
ため使用用途が極めて制限されるという問題があった。
このτfを制御する方法としては、τfが正の成分と負
の成分を適宜組み合わせることにより調整することが可
能であるが、誘電損失が大きくなるなど、高周波におけ
る低損失を維持しつつ、τfを小さくすることは困難で
あった。また、サファイア(Al2 O3 )などの単結晶
の誘電損失が非常に低いが、アルミナ質焼結体に比較し
て非常に高いという問題がある。
ナを主成分とする磁器は、そもそも共振周波数の温度係
数(以下、τfと記す)が約−55ppm/℃と大きい
ため使用用途が極めて制限されるという問題があった。
このτfを制御する方法としては、τfが正の成分と負
の成分を適宜組み合わせることにより調整することが可
能であるが、誘電損失が大きくなるなど、高周波におけ
る低損失を維持しつつ、τfを小さくすることは困難で
あった。また、サファイア(Al2 O3 )などの単結晶
の誘電損失が非常に低いが、アルミナ質焼結体に比較し
て非常に高いという問題がある。
【0006】そのため、サファイアと同程度の低誘電損
失を有しつつ、しかもτfの小さい安価な磁器が要求さ
れていた。
失を有しつつ、しかもτfの小さい安価な磁器が要求さ
れていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず、ア
ルミナのτfの絶対値を低下させるためには、アルミナ
と逆の符号の温度係数を持つ化合物を添加する必要があ
ることを前提に種々検討した結果、アルミナへの添加物
として、TiO2 とNb2 O5 とを特定の範囲で組み合
わせて添加した結果、低誘電損失と、τfの絶対値を低
減できることを見いだし、本発明に至った。
ルミナのτfの絶対値を低下させるためには、アルミナ
と逆の符号の温度係数を持つ化合物を添加する必要があ
ることを前提に種々検討した結果、アルミナへの添加物
として、TiO2 とNb2 O5 とを特定の範囲で組み合
わせて添加した結果、低誘電損失と、τfの絶対値を低
減できることを見いだし、本発明に至った。
【0008】即ち、本発明のアルミナ質磁器組成物は、
Al2O3、TiO2およびNb2O5を主成分とし、各成
分のモル比による組成比が、図1のAl2O3−TiO2
−Nb2O53成分組成図における下記点A、B、C、D による線分A−B−C−D−Aで囲まれた範囲内にある
ことを特徴とするものであり、さらには、結晶相とし
て、少なくともα−Al2O3とTiO2を含み、測定周
波数8GHzにおける誘電損失が1×10-3以下、共振
周波数の25〜85℃における温度係数の絶対値|τf
|が30ppm以下の優れた誘電特性を有するものであ
る。
Al2O3、TiO2およびNb2O5を主成分とし、各成
分のモル比による組成比が、図1のAl2O3−TiO2
−Nb2O53成分組成図における下記点A、B、C、D による線分A−B−C−D−Aで囲まれた範囲内にある
ことを特徴とするものであり、さらには、結晶相とし
て、少なくともα−Al2O3とTiO2を含み、測定周
波数8GHzにおける誘電損失が1×10-3以下、共振
周波数の25〜85℃における温度係数の絶対値|τf
|が30ppm以下の優れた誘電特性を有するものであ
る。
【0009】
【作用】本発明によれば、Al2 O3 に対して、TiO
2 とNb2 O5 の複合添加により生成されるTiO2 に
より温度係数τfを正側に移行させることができる。そ
の結果、測定周波数8GHzにおいて誘電損失が1×1
0-3以下を維持しつつ、τfの絶対値を30ppm/℃
以下に制御することが可能となり、これにより高周波領
域の電気通信分野での広範囲の利用ができるようになっ
た。
2 とNb2 O5 の複合添加により生成されるTiO2 に
より温度係数τfを正側に移行させることができる。そ
の結果、測定周波数8GHzにおいて誘電損失が1×1
0-3以下を維持しつつ、τfの絶対値を30ppm/℃
以下に制御することが可能となり、これにより高周波領
域の電気通信分野での広範囲の利用ができるようになっ
た。
【0010】なお、Al2 O3 量が、上記の組成範囲よ
りも過剰となるとτfが負に大きくなり、逆に上記の組
成範囲よりも少ないとτfは正に大きくなるか、あるい
は誘電損失が1×10-3を越えてしまう。また、アルミ
ナ含有量が範囲内であっても、Nb2 O5 とTiO2 と
の比率が上記組成範囲を逸脱すると、Al2 TiO5ま
たはAlNbO4 が過剰に析出し、誘電損失が1×1
0-3を越えてしまうか、共振周波数の温度係数の絶対値
が30ppm/℃を越えてしまう。
りも過剰となるとτfが負に大きくなり、逆に上記の組
成範囲よりも少ないとτfは正に大きくなるか、あるい
は誘電損失が1×10-3を越えてしまう。また、アルミ
ナ含有量が範囲内であっても、Nb2 O5 とTiO2 と
の比率が上記組成範囲を逸脱すると、Al2 TiO5ま
たはAlNbO4 が過剰に析出し、誘電損失が1×1
0-3を越えてしまうか、共振周波数の温度係数の絶対値
が30ppm/℃を越えてしまう。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のアルミナ質磁器組成物
は、Al2 O3 、TiO2 およびNb2 O5 、あるいは
焼成により前記酸化物を形成しえる炭酸塩、硝酸塩など
の塩を用いて、図1の組成範囲になるように秤量混合し
た後、これを所望の成形手段、例えば、ドクターブレー
ド法などのシート成形法、金型プレス法、冷間静水圧プ
レス法、押出し成形法、圧延法等により任意の形状に成
形する。その後、この成形体を、大気中などの酸化性雰
囲気中で1400〜1700℃の温度で焼成することに
より相対密度98%以上に緻密化することができる。
は、Al2 O3 、TiO2 およびNb2 O5 、あるいは
焼成により前記酸化物を形成しえる炭酸塩、硝酸塩など
の塩を用いて、図1の組成範囲になるように秤量混合し
た後、これを所望の成形手段、例えば、ドクターブレー
ド法などのシート成形法、金型プレス法、冷間静水圧プ
レス法、押出し成形法、圧延法等により任意の形状に成
形する。その後、この成形体を、大気中などの酸化性雰
囲気中で1400〜1700℃の温度で焼成することに
より相対密度98%以上に緻密化することができる。
【0012】なお、本発明の磁器組成物においては、上
記Al2 O3 、TiO2 、Nb2 O5 の成分以外に、例
えば、Mg、Si、Fe、Ca、Na、Gaなどの元素
が不可避不純物あるいは製造工程中において混入する場
合があるが、これらの成分は、酸化物換算で全量中0.
2重量%以下であれば、とりわけ本発明の効果に影響を
及ぼすことはない。
記Al2 O3 、TiO2 、Nb2 O5 の成分以外に、例
えば、Mg、Si、Fe、Ca、Na、Gaなどの元素
が不可避不純物あるいは製造工程中において混入する場
合があるが、これらの成分は、酸化物換算で全量中0.
2重量%以下であれば、とりわけ本発明の効果に影響を
及ぼすことはない。
【0013】
【実施例】純度99.9%のAl2 O3 粉末、TiO2
粉末およびNb2 O5 粉末を表1、表2の組成となるよ
うに秤量し、この混合粉末を、純度99.9%のアルミ
ナボール、イソプロピルアルコール(IPA)と共に5
00mlポリポットに投入し、24時間回転ミルにて混
合した。混合後のスラリーを80℃大気中にて乾燥し8
0メッシュを通し評価粉末を得た。
粉末およびNb2 O5 粉末を表1、表2の組成となるよ
うに秤量し、この混合粉末を、純度99.9%のアルミ
ナボール、イソプロピルアルコール(IPA)と共に5
00mlポリポットに投入し、24時間回転ミルにて混
合した。混合後のスラリーを80℃大気中にて乾燥し8
0メッシュを通し評価粉末を得た。
【0014】この粉末を金型プレスにて1000kg/
cm2 で直径20mm、厚み10mmに成形し、その後
3000kg/cm2 で冷間静水圧成形(CIP)を行
って成形した。そして、成形体は大気中、1550℃で
2時間保持して焼成した。
cm2 で直径20mm、厚み10mmに成形し、その後
3000kg/cm2 で冷間静水圧成形(CIP)を行
って成形した。そして、成形体は大気中、1550℃で
2時間保持して焼成した。
【0015】得られた焼結体を直径15mm、厚み7.
5mmに加工研磨した。そして、測定周波数8GHzで
の測定によって、誘電率(εr)、誘電損失(tan
δ)、および25〜85℃における共振周波数の温度係
数(τf)を測定した。また、波長λ=1.5418Å
のCuKα線によるX線回折により試料の結晶相を同定
した。これらの測定結果は、表1、表2に示した。
5mmに加工研磨した。そして、測定周波数8GHzで
の測定によって、誘電率(εr)、誘電損失(tan
δ)、および25〜85℃における共振周波数の温度係
数(τf)を測定した。また、波長λ=1.5418Å
のCuKα線によるX線回折により試料の結晶相を同定
した。これらの測定結果は、表1、表2に示した。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】表1、表2の結果によれば、Al2 O3 含
有量が過多の試料No.15、20では、τfの絶対値が
30ppm/℃を越え、Al2 O3 含有量が上記組成範
囲より少ない試料No.11〜13、21もτfの絶対値
が30ppm/℃を越えるものであった。また、TiO
2 とNb2 O5 の比率が本発明の範囲を逸脱する試料N
o.10、13、14、15では、τfの絶対値がいずれ
も30ppm/℃を越えるか、誘電損失が1×10-3を
越えるものであった。
有量が過多の試料No.15、20では、τfの絶対値が
30ppm/℃を越え、Al2 O3 含有量が上記組成範
囲より少ない試料No.11〜13、21もτfの絶対値
が30ppm/℃を越えるものであった。また、TiO
2 とNb2 O5 の比率が本発明の範囲を逸脱する試料N
o.10、13、14、15では、τfの絶対値がいずれ
も30ppm/℃を越えるか、誘電損失が1×10-3を
越えるものであった。
【0019】これに対して、本発明における組成範囲の
試料は、いずれも結晶相としてα−Al2 O3 と、Ti
O2 が析出しており、誘電率9〜20、測定周波数8G
Hzにおける誘電損失が1×10-3以下、共振周波数の
25〜85℃における温度係数の絶対値|τf|が30
ppm/℃以下の優れた特性を示した。
試料は、いずれも結晶相としてα−Al2 O3 と、Ti
O2 が析出しており、誘電率9〜20、測定周波数8G
Hzにおける誘電損失が1×10-3以下、共振周波数の
25〜85℃における温度係数の絶対値|τf|が30
ppm/℃以下の優れた特性を示した。
【0020】これらの中でも、図1中、線分E−F−G
−H−Eで囲まれた領域内では、誘電率9〜20、測定
周波数8GHzにおける誘電損失が1×10-3以下、共
振周波数の25〜85℃における温度係数の絶対値|τ
f|が10ppm/℃以下の優れた特性を示した。
−H−Eで囲まれた領域内では、誘電率9〜20、測定
周波数8GHzにおける誘電損失が1×10-3以下、共
振周波数の25〜85℃における温度係数の絶対値|τ
f|が10ppm/℃以下の優れた特性を示した。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアルミナ
質磁器組成物は、Al2 O3 に対して、TiO2 および
Nb2 O5 を所定の関係を満足するように配合すること
により、低い誘電損失を維持したまま、共振周波数の温
度係数の絶対値を低減することができ、これにより、マ
イクロ波やミリ波に適応した誘電体共振器、マイクロ波
導波路、マイクロ波コンデンサ、マイクロ波IC基板、
ICパッケージ、誘電体アンテナ等への応用が可能とな
った。
質磁器組成物は、Al2 O3 に対して、TiO2 および
Nb2 O5 を所定の関係を満足するように配合すること
により、低い誘電損失を維持したまま、共振周波数の温
度係数の絶対値を低減することができ、これにより、マ
イクロ波やミリ波に適応した誘電体共振器、マイクロ波
導波路、マイクロ波コンデンサ、マイクロ波IC基板、
ICパッケージ、誘電体アンテナ等への応用が可能とな
った。
【図1】本発明のアルミナ質磁器組成物のAl2 O3 、
TiO2 、Nb2 O5 の含有量を表す三成分系組成図で
ある。
TiO2 、Nb2 O5 の含有量を表す三成分系組成図で
ある。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/00 - 35/22 C04B 35/62 - 35/632 CA(STN) REGISTRY(STN)
Claims (2)
- 【請求項1】Al2O3、TiO2およびNb2O5を主成
分とし、各成分のモル比による組成比が、図1のAl2
O3−TiO2−Nb2O53成分組成図における下記点
A、B、C、D による線分A−B−C−D−Aで囲まれた範囲内にある
ことを特徴とするアルミナ質磁器組成物。 - 【請求項2】結晶相として、少なくともα−Al2O3と
TiO2を含み、測定周波数8GHzにおける誘電損失
が1×10-3以下、共振周波数の25〜85℃における
温度係数の絶対値|τf|が30ppm以下の請求項1
記載のアルミナ質磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20575195A JP3220361B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | アルミナ質磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20575195A JP3220361B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | アルミナ質磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0952762A JPH0952762A (ja) | 1997-02-25 |
JP3220361B2 true JP3220361B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=16512061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20575195A Expired - Fee Related JP3220361B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | アルミナ質磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3220361B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6242376B1 (en) * | 1999-09-21 | 2001-06-05 | Cts Corporation | Dielectric ceramic composition |
WO2001021546A1 (en) * | 1999-09-21 | 2001-03-29 | Cts Corporation | Dielectric ceramic composition |
JP3562454B2 (ja) | 2000-09-08 | 2004-09-08 | 株式会社村田製作所 | 高周波用磁器、誘電体アンテナ、支持台、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置 |
US6559083B2 (en) | 2001-04-17 | 2003-05-06 | Cts Corporation | Dielectric ceramic composition |
KR100426219B1 (ko) * | 2001-05-18 | 2004-04-06 | 홍국선 | 유전체 세라믹 조성물 및 이를 이용한 적층부품의 제조방법 |
JP7290006B2 (ja) * | 2019-01-10 | 2023-06-13 | 国立大学法人山梨大学 | 高周波用超伝導積層体 |
-
1995
- 1995-08-11 JP JP20575195A patent/JP3220361B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0952762A (ja) | 1997-02-25 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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